(57)【要約】【課題】  除霜中でもサービスを継続することができる冷却システムを提供する。【解決手段】  減圧機構１３を挟んで直列に接続された第１および第２の蒸発器１１および１２と、これらの蒸発器に対する冷媒の供給方向を切り換える切換弁１４を備えた冷却ユニット１０とを有する冷却サイクル８０提供する。冷媒の流れを変えるだけで、一方を冷却サービスにし、他方を除霜できるので、蒸発器１１および１２を交互にサービス状態にでき、着氷による能力低下を防止する必要がないのでフィンピッチの狭い蒸発器を用い、コンパクトで連続して冷風を供給できる冷却システムを提供できる。【選択図】        図４
2005069673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の減圧機構を挟んで直列に接続された第１の熱交換器および第２の熱交換器と、
凝縮器から供給される冷媒の供給方向を、前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に流す第１の方向と、前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に流す第２の方向との間で切り換えて前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器の少なくともいずれかを蒸発器として機能させる切換機構とを有する冷却ユニット。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の減圧機構の機能をバイパスする第１のバイパス手段と、
前記切換機構の前記凝縮器の側に接続された第２の減圧機構と、
この第２の減圧機構の機能をバイパスする第２のバイパス手段とをさらに有する冷却ユニット。
【請求項３】
請求項１に記載の冷却ユニットと、
前記第１の熱交換器または前記第２の熱交換器と空気とを接触させて冷風を出力するダクトシステムとを有する冷却システム。
【請求項４】
請求項３において、前記ダクトシステムは、前記第１の熱交換器と空気とを接触させる第１のダクトと、前記第２の熱交換器と空気とを接触させる第２のダクトと、前記第１のダクトまたは前記第２のダクトを選択するダクト切換機構とを備えている冷却システム。
【請求項５】
請求項４において、前記第１のダクトの前記第１の熱交換器の下流および前記第２のダクトの前記第２の熱交換器の下流のそれぞれに、それらのダクトの断面の少なくとも一部を占めるように配置された少なくとも１枚の網状部材を有する冷却システム。
【請求項６】
請求項４において、前記ダクト切換機構は、前記第１のダクトまたは前記第２のダクトの一方を他方から分離できるダンパシステムを備えている冷却システム。
【請求項７】
請求項５において、前記ダクト切換機構は、前記第１の熱交換器および前記網状部材を含めた前記第１のダクトと、前記第２の熱交換器および前記網状部材を含めた前記第２のダクトとをそれぞれ分離できるダンパシステムを備えている冷却システム。
【請求項８】
請求項５において、前記ダクト切換機構は、前記第１の熱交換器、前記網状部材および前記第１の熱交換器用のファンを含めた前記第１のダクトと、前記第２の熱交換器、前記網状部材および前記第２の熱交換器用のファンを含めた前記第２のダクトとをそれぞれ分離できるダンパシステムを備えている冷却システム。
【請求項９】
請求項４において、前記第１のダクトおよび前記第２のダクトは水平方向に並べて配置されている冷却システム。
【請求項１０】
請求項４において、前記ダクト切換機構は、前記第１のダクトおよび第２のダクトの一方を、冷風を出力するための循環系に接続し、他方を冷風の出力を要しない外気系に接続する冷却システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の冷却ユニットと、
この冷却ユニットに供給される冷媒を凝縮する凝縮器とを有する冷却システム。
【請求項１２】
請求項１１において、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器および前記凝縮器は、第１の方向に長い熱交換器であり、前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器および前記凝縮器が、前記第１の方向に直線的に配置されている冷却システム。
【請求項１３】
請求項１１において、前記第１の熱交換器または前記第２の熱交換器により直接または間接的に内部が冷却される収納領域を有する冷却システム。
【請求項１４】
請求項４において、さらに、
前記冷却ユニットに供給される冷媒を凝縮する凝縮器とを有し、
前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器および前記凝縮器は、第１の方向に長い熱交換器であり、前記第１のダクト、前記第２のダクトおよび前記凝縮器が前記第１の方向にこの順番に配置されている冷却システム。
【請求項１５】
冷媒の供給源に対して、第１の減圧機構を挟んで直列に接続された第１の熱交換器および第２の熱交換器を有する冷却システムの制御方法であって、
凝縮器から供給される冷媒の供給方向を、前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に流す第１の方向と、前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に流す第２の方向との間で切り換えて前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器の少なくともいずれかを蒸発器として機能させる切換工程を有する制御方法。
【請求項１６】
請求項１５において、前記冷却システムは、さらに、前記第１の熱交換器と空気とを接触させる第１のダクトと、前記第２の熱交換器と空気とを接触させる第２のダクトと、前記第１のダクトまたは前記第２のダクトを選択して冷却された空気を出力するダクト切換機構とを有しており、
前記切換工程では、前記ダクト切換機構により、前記第１の方向のときは前記第１のダクトを選択し、前記第２の方向のときは前記第２のダクトを選択する、制御方法。
【請求項１７】
請求項１５において、当該冷却システムは前記第１の減圧機構の機能をバイパスする第１のバイパス手段と、前記切換機構の前記凝縮器の側に接続された第２の減圧機構と、この第２の減圧機構の機能をバイパスする第２のバイパス手段とを有しており、
前記切換工程の前に、前記第１のバイパス手段をオンし、前記第２のバイパス手段をオフにするプレクール開始工程と、
前記切換工程の後に、前記第１のバイパス手段をオフし、前記第２のバイパス手段をオンにするプレクール終了工程とを有する制御方法。
【請求項１８】
第１の熱交換器および第２の熱交換器と、
前記第１の熱交換器および第２の熱交換器の一方に対して共通の冷媒の供給源から減圧された冷媒を切り換えて供給する冷媒供給システムと、
前記第１の熱交換器および第２の熱交換器の一方に対して切り換えて空気を接触させて冷風を形成するダクトシステムとを有する冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却または冷凍能力を備えた冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍食品を冷凍しながら展示したり、チルド製品を冷却しながら展示するショーケースが知られている。これらは、吸熱する部分と、吸熱した熱を放出する部分（排熱する部分）とを有する冷却システムであり、空気、水などの液体および気体を含む流体や、氷、金属などの固体の熱を吸熱し、対象物を直接または間接的に冷却することにより、対象物を冷蔵、冷却または冷凍し、さらには、温度の低下により水蒸気圧が減少することを利用して湿度を調整したり、対象物を乾燥させるなどの目的で利用される。
【０００３】
冷媒を循環させて吸熱および排熱する冷凍または冷却システムは、冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器および膨張弁（または減圧機構）を備えた冷却ユニットと、圧縮機および凝縮器により圧縮した高温高圧の冷媒蒸気を高圧のまま放熱させて凝縮する排熱ユニットを有し、排熱ユニットにより液化されたサブクール状態の冷媒を冷却ユニットの減圧機構によって減圧して湿り蒸気にして蒸発器で吸熱する。冷却システムの一つであるショーケースにおいては、蒸発器でダクト内の空気を冷却して冷風を生成し、その冷風を商品が展示または収納された空間に供給し、あるいは、その収納空間と外界とを遮断するためのエアーカーテンとして利用することにより商品を冷蔵する。
【特許文献１】特開２００２−２７７１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
外気などに含まれる水分が霜として蒸発器に付着または着霜すると蒸発器の熱交換面積が低下して冷却能力が低下する。このため、蒸発器の除霜動作が必須の動作となる。除霜動作中は、蒸発器による冷却動作（吸熱動作）が停止するので、除霜時間をいかに短く終わらせるかが重要である。すなわち、冷却システムにおいては、蒸発器による冷却時間（サービス時間）が長く、除霜時間が短くなるような設計が要求される。
【０００５】
サービス時間を長くするためには、蒸発器に着霜または着氷が生じても冷却性能が大きく低下しないようにフィンピッチの大きな蒸発器が採用される。フィンピッチが小さな蒸発器ではフィンの間が短時間に氷で閉ざされてしまい熱交換面積が小さくなり、伝熱面積が低下してしまうが、フィンピッチの大きな蒸発器であればフィンの間が氷により閉ざされ難いので伝熱面積の低下率は小さく冷却能力を長時間にわたり維持できるからである。
【０００６】
フィンピッチの大きな蒸発器を採用したとしても着霜または着氷があるので、熱交換面積の低下を防止するためには除霜動作が必要になる。除霜時間を短くするために、除霜ヒータで蒸発器を加熱することが知られており、特開２００２−２７７１４５号公報には、除霜ヒータが設けられた冷凍冷蔵ショーケースが開示されている。
【０００７】
しかしながら、サービス時間を長くでき、除霜時間を短く抑えることができても、除霜動作中はサービスが停止するので、ショーケースの収納空間などに少なからず影響を与える。このため、理想的には除霜動作によりサービスが停止することのないシステムであることが望ましい。
【０００８】
冷却ユニットおよび排熱ユニットをそれぞれ備えた２つの冷却システムを交互に運転すれば、連続したサービスは可能になる。しかしながら、設備を２倍にすることは過剰であり、経済的でもなければ、システムのサイズ、重量が大きくなり、系統も複雑になるので除霜時間の間のサービス停止の問題を解決するために、そのような方法が採用されることはない。
【０００９】
そこで、本発明においては、システムのサイズを大きくしたり、系統を複雑にすることなく、経済的に蒸発器の除霜動作によるサービス停止を回避できる冷却システムおよび冷却ユニットを提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、本発明においては、第１の減圧機構を挟んで直列に接続された第１の熱交換器および第２の熱交換器と、凝縮器から供給される冷媒の供給方向を、第２の熱交換器から第１の熱交換器に流す第１の方向と、第１の熱交換器から第２の熱交換器に流す第２の方向との間で切り換えて第１の熱交換器および第２の熱交換器の少なくともいずれかを蒸発器として機能させる切換機構とを有する冷却ユニットを提供する。この冷却ユニットを有する冷却システムにおいては、凝縮器から供給される冷媒の供給方向を、第１の方向と第２の方向との間で切り換えて、第１および第２の熱交換器の少なくともいずれかを蒸発器として機能させる切換工程を有する制御方法を適用する。
【００１１】
本発明の冷却ユニットでは、第１および第２の熱交換器が減圧機構を介して直列に接続されている。このため、冷媒の供給源となる排熱ユニットから供給される高圧の冷媒を第１の熱交換器から第２の熱交換器に供給すると、第１の熱交換器を通過し第１の減圧機構で減圧された低温の液冷媒が第２の熱交換器で蒸発してダクト内の空気を冷却する（冷却サービス）。したがって、この第１の方向に冷媒が供給されると第２の熱交換器が蒸発器として機能する。第１の熱交換器には減圧前の高温の冷媒が供給されるので、冷却サービスは行われない。代わりに、第１の熱交換器は凝縮器として機能させることができる。第１の熱交換器が着霜または着氷しており、除霜が必要な状態であれば冷媒の熱によって除霜される。
【００１２】
次に、冷媒を第２の熱交換器から第１の熱交換器に供給すると、上記と逆に、第２の熱交換器を通過し減圧機構で減圧された低温の液冷媒が第１の熱交換器で蒸発して冷却サービスを開始する。したがって、この第２の方向に冷媒が供給される第１の熱交換器が蒸発器として機能する。第２の熱交換器には減圧前の高温の冷媒が供給されるので、冷却サービスは行われない。代わりに、第２の熱交換器は凝縮器としての機能させることができる。第２の熱交換器が着霜または着氷しており、除霜が必要な状態であれば冷媒の熱によって除霜される。
【００１３】
したがって、本発明の冷却ユニットにおいては、切換機構により冷媒の供給方向を変更するだけで第１および第２の熱交換器を交互に蒸発器として作用させて冷却サービスを継続させることができる。また、一方の熱交換器が蒸発器として冷却サービス中のときは他方の熱交換器を凝縮器として利用して除霜できる。冷媒の供給方向を変更する切換機構は弁と配管の簡単な組み合わせで構成することが可能である。したがって、第１および第２の熱交換器と、これらの熱交換器に対して共通に冷媒を凝縮する凝縮器とを有する、極めてシンプルな構成の冷却システムを提供できる。この冷却ユニットと、第１の熱交換器または第２の熱交換器と空気とを接触させて冷風を出力するダクトシステムとを有する冷却システムにおいては、第１および第２の熱交換器を切換ながら使用することにより、シンプルな構成で冷風を連続供給できる。
【００１４】
この冷却ユニットを備えた冷却システムにおいては、直列に接続された第１および第２の熱交換器に対して、一方から冷媒を供給し、他方から冷媒を回収すれば良い。このため、凝縮器および圧縮器を備えた冷媒の供給源を含めて配管経路あるいは冷凍／冷却サイクルとしては１系統に等しく、極めてシンプルな構成となる。その一方で、第１および第２の熱交換器は交互に蒸発器として運転ができ、一方の熱交換器が蒸発器として冷却サービスしている間に他方の熱交換器を除霜できる。このため、実質的には２系統の冷却ユニットおよび排熱ユニットを備えた冷却システムとしてサービスさせることができ、除霜の間も連続して冷却サービスを継続し、冷風を出力することができる。また、熱交換器の切り換えも、冷媒の供給方向を切り換えるだけで良いので、制御は簡単である。
【００１５】
また、各々の熱交換器で冷却と除霜を交代で行えるので、各々の熱交換器のフィンピッチを製造限界まで狭くすることができ、熱交換器をコンパクトにできる。すなわち、本発明の冷却ユニットにおいては、個々の熱交換器において除霜や着氷による熱交換面積が低下すると、簡単に第１および第２の熱交換器の機能を交換できる。したがって、フィンピッチを大きくしてサービス時間を長くするという従来の設計思想を逆転できる。このため、フィンピッチが狭くて伝熱面積が広く、熱交換効率の高い蒸発器を採用することにより、熱交換器の数を増やすことになっても、熱交換器トータルで占有する実質的なスペースは従来と同等あるいはそれ以下にすることができる。このため、熱交換器の数を倍にすることによる、スペース的なディメリットおよび経済的なディメリットは発生しない。
【００１６】
フィンピッチが狭くて伝熱面積が広い小型で高性能な熱交換器は、車両のラジエター用などとして開発が進んでいる分野であり、本発明により、その熱交換器の技術を冷却システムという、特に着氷を伴う冷却システムという異なる分野にはじめて適用することが可能となる。したがって、本発明により、第１の熱交換器および第２の熱交換器と、第１の熱交換器および第２の熱交換器の一方に対して共通の冷媒の供給源から減圧された冷媒を切り換えて供給する冷媒供給システムと、第１の熱交換器および第２の熱交換器の一方に対して切り換えて空気を接触させて冷風を形成するダクトシステムとを有する冷却システムを提供できる。この冷却システムは、従来の冷却システムと占有スペースを変えずに、あるいはさらに省スペースで、除霜による停止期間がなく、連続して冷風を供給することができる。
【００１７】
ダクトシステムは、第１の熱交換器と空気とを接触させる第１のダクトと、第２の熱交換器と空気とを接触させる第２のダクトと、第１のダクトまたは第２のダクトを選択するダクト切換機構とを備えていることが望ましい。切換工程では、ダクト切換機構により、冷媒が第２の熱交換器から第１の熱交換器に流れる第１の方向のときは第１のダクトを選択し、冷媒が第１の熱交換器から第２の熱交換器に流れる第２の方向のときは第２のダクトを選択する制御方法を採用することにより、第１のダクトと第２のダクトとを交互に使用して冷風を連続して供給できる。一方、選択されていないダクトは、除霜サイドとなり、そのダクト内の熱交換器には、高圧の冷媒が供給されるので、その熱を利用して除霜できる。このため、除霜用のヒータも不要になり、この点でも冷却システムを小型化および低コスト化できる。
【００１８】
さらに、本発明の冷却システムであると、２つの熱交換器を蒸発器として交互に使用することになるので、所望の１００％の能力を発揮する２つの蒸発器を用いることになり、いずれか一方の熱交換器の除霜を実行したとしても、冷凍機能を維持できる。したがって、冷却ユニットまたは冷却システムとしては除霜中も１００％の能力を発揮できる。
【００１９】
さらに、第１のダクトおよび第２のダクトの一方を、冷風を出力するための循環系に接続し、他方を冷風の出力を要しない外気系に接続することにより、除霜を促進することができる。
【００２０】
また、ダクト切換機構は、第１のダクトまたは第２のダクトの一方を他方から分離できるダンパシステムを備えていることが望ましい。第１および第２のダクトの内、熱交換器が除霜中のダクトを分離することにより、除霜時の暖かい空気がダクトシステムに流出することを防止できる。また、除霜側の熱交換器を含むダクトを閉めて除霜することにより除霜効率も向上する。特に、熱交換器に空気を供給するファンを含めてダクトを分離することにより、除霜中にダクト内の空気を循環させることができる。
【００２１】
本発明の冷却ユニットは、第１の減圧機構の機能をバイパスする第１のバイパス手段と、切換機構の上流、すなわち、凝縮器の側に接続された第２の減圧機構と、この第２の減圧機構の機能をバイパスする第２のバイパス手段とを備えていることが望ましい。減圧機構の機能をバイパスするバイパス手段は、減圧弁などを物理的にバイパスする配管系と、その配管系をオンオフする制御弁とを備えたものであっても良い。または、バルブの開度を調整して、通過する流体を減圧機能と、通過する流体を殆どあるいは実質的に減圧しない機能とを備えた制御バルブであっても良い。
【００２２】
本発明の冷却ユニットにおいては、冷媒の供給方向を切り換えることにより、蒸発器として機能する熱交換器が交代する。冷媒の供給方向を切り換えた直後は、高温の液冷媒が供給されていた側の熱交換器は温度が高く、この熱交換器が熱源になって冷却効率が低下する可能性がある。また、この熱交換器が除霜直後であると、その周囲の空気は相対的に高温多湿である。このため、冷風を供給するダクトを選択するダクト切換機構により除霜直後の熱交換器を選択すると、暖かく湿度の高い空気がダクトに供給され、ダクト内あるいは収納領域内の冷たい空気と接触することにより、白煙が発生したり、着霜や着氷が発生する可能性がある。
【００２３】
これを解決するために、第１の減圧機構、第１のバイパス手段、第２の減圧機構および第２のバイパス手段を用い、切り換える工程の前に、第１のバイパス手段をオンし、第２のバイパス手段をオフにするプレクール開始工程と、切り換える工程の後に、第１のバイパス手段をオフし、第２のバイパス手段をオンにするプレクール終了工程とを有する制御方法を採用することが望ましい。冷媒の供給方向を第１の方向から第２の方向に切り換える際は、プレクール開始工程により、冷媒の供給方向を切り換える前に、第２の減圧機構により減圧された冷媒が切換機構を介して第２の熱交換器に供給される。また、第２の熱交換器からは、第１の減圧機構をバイパスして、第１の熱交換器に冷媒が供給される。したがって、この状態では、２つの熱交換器が共に蒸発器として機能する。第２の方向から第１の方向に切り換える際も同様である。
【００２４】
このため、プレクール開始工程を設けることにより、冷却サービス中の熱交換器の冷却機能を活かしながら、除霜中であった熱交換器を冷却サービスに適した状態まで冷やし、その後に、冷媒の供給方向を切り換え、それと共にダクトを切り換えることにより、高温多湿の空気が出力されるのを防止できる。蒸発器に切り換わった熱交換器が熱源になって冷却効率が低下するのを防止でき、また、高温多湿の空気がダクトの冷たい空気と接触して着霜または着氷が生じたり、白煙が発生したりすることも防止できる。
【００２５】
このプレクール開始工程および終了工程は、冷媒の供給方向を切り換える際に発生しやすいウォーターハンマーを未然に防止できるという効果も備えている。たとえば、第１の方向に冷媒が供給され、第１の熱交換器がサービス中のときは、凝縮器から供給されるサブクール状態の冷媒は第２の熱交換器から供給される。プレクール開始工程を採用しないと、切換機構により冷媒の供給方向が第２の方向に切り換えられた直後に、凝縮器から供給されるサブクール状態の高圧の液冷媒がサービス中であった低圧の第１の熱交換器および第２の熱交換器と切換機構との間の配管に供給される。したがって、サブクール状態の液冷媒が低圧の配管および蒸発器（熱交換器）において飽和蒸気圧以下に急激に減圧され、沸騰または蒸発して気泡が発生し、ウォーターハンマーが発生しやすい状況になり、騒音や振動が発生する要因となる。
【００２６】
サブクール開始工程および終了工程を設けると、サブクール開始工程により、いったん両方の熱交換器を蒸発器として機能させるとき、および、サブクール終了工程により、サービス中の熱交換器を凝縮器として機能させるときには、第１の減圧機構、第１のバイパス手段、第２の減圧機構および第２のバイパス手段を用いて、各々の熱交換器の圧力制御を行うことが可能となり、ウォーターハンマーが発生しやすい状態が形成されるのを回避することが可能となる。
【００２７】
第１および第２の熱交換器はフィンピッチを狭くして伝熱面積を確保できるので、全体の長さを短くできる。したがって、第１および第２の熱交換器、さらには、凝縮器を第１の方向に長い形態として、第１の方向に直線的に配置することにより、３タイプの熱交換器が第１の方向にならんだシンプルな構成の冷却システムを提供できる。さらに、この冷却システムにおいては、第１のダクトおよび第２のダクトを第１および第２の熱交換器の配置された順番に水平方向に並べた配置にすることができ、これらのダクトが占めるスペースが薄くなる。したがって、商品を陳列する平型ショーケースの底や、縦型ショーケースの天井あるいは背面などの狭いスペースに配置し、冷風を供給することができる冷却システムを提供できる。また、商品を陳列する装置以外のルームクーラあるいはその他の空調装置などの用途においても、連続して冷風を供給可能なコンパクトな冷却システムを提供できる。
【００２８】
第１のダクトの第１の熱交換器の下流および第２のダクトの第２の熱交換器の下流のそれぞれに、それらのダクトの断面の少なくとも一部を占めるように少なくとも１枚の網状部材を配置しておくことが望ましい。上述したように、本発明においては、各々の熱交換器で冷却と除霜を交代で行えるので、各々の熱交換器のフィンピッチを製造限界まで狭くすることができ、熱交換器をコンパクトにできる。したがって、熱交換器の数を増やしても、熱交換器トータルで占有するスペースは従来と同等あるいはそれ以下にすることができるが、そのようなダクトアレンジを行うと熱交換器を通過する部分のダクトの断面積は小さくなり、流速は速くなる。このため、熱交換器に着霜または着氷した霜が風により下流に飛ぶ可能性が高く、霜がダクトの下流に堆積して、ダクトの面積を低下させると熱交換効率が低下する可能性がある。また、ダンパが設置されたダクトシステムであればダンパの動作を阻害する可能性がある。したがって、各々のダクトの蒸発器の下流に網状部材を配置して流出した霜あるいは氷を捕集することが望ましい。
【００２９】
一方、網状部材で捕集した霜あるいは氷は、熱交換器の除霜に併せて除霜できる。ダクト切換機構が、第１の熱交換器および網状部材を含めた第１のダクトと、第２の熱交換器および網状部材を含めた第２のダクトとをそれぞれ分離できるダンパシステムを備えていれば、熱交換器を除霜する熱により網状部材も除霜でき、網状部材の除霜用の特別な熱源は不要である。網状部材の除霜用の熱源を設けても良く、また、網状部材でトラップされた霜あるいは氷がダクト内に落下して堆積するのを避けるために網状部材の下方にヒータを設けておくことは有効である。さらに、ダクト切換機構が、第１の熱交換器、網状部材および第１の熱交換器用のファンを含めた第１のダクトと、第２の熱交換器、網状部材および第２の熱交換器用のファンを含めた第２のダクトとをそれぞれ分離できるダンパシステムを備えていることが望ましい。それぞれの熱交換器を除霜するときの熱をファンにより循環し、網状部材の除霜効率を向上できる。
【００３０】
網状部材は、霜あるいは氷の捕集効率を向上するためにはダクトの断面全体にわたり配置することが望ましい。複数の網状部材をダクトの内部に千鳥状またはジグザグに配置することにより、高い捕集効率を維持しながら、着氷したときの圧力損失の低下を防止できる。複数枚の網状部材を下流に向かうにつれて目が粗くなるよう配置することも有効である。上流側の目の細かな網状部材で確実に霜を捕集でき、それらの網状部材で捕集した霜が成長して下流側に流出した場合は、目の粗い網状部材により捕捉できる。また、網状部材の目を粗くすることにより圧力損失の増大を防止できる。さらに、網状部材を冷媒の熱を利用して冷却しておくことにより霜の捕集効率を高めることが可能である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明においては、第１の減圧機構を介して第１および第２の熱交換器を直列に接続した冷却ユニットを提供しており、熱交換器に対する凝縮器からの冷媒の供給方向を切り換えることにより、第１および第２の熱交換器の一方で冷却し、他方を除霜することができる。このため、シンプルな構成で、１系統でありながら、実質的に２系統の熱交換器を備えた冷却システムとしてサービスすることが可能であり、２つの熱交換器を蒸発器として交換動作できるのでフィンピッチが狭く熱交換効率の高い熱交換器を採用し、コンパクトで経済的でありながら連続サービスが可能な冷却システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に図面を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。図１に冷凍または冷却システムの外観を、斜視図を用いて示してある。本例の冷却システムは床置き型で上部が開口２になった平型ショーケース部３を有するショーケース１であり、内部の収納領域または貯蔵空間４に冷凍食品やアイスクリームなどの商品を冷凍された状態で貯蔵または展示できる。
【００３３】
図２に冷却／冷凍サイクルの短辺方向Ｓの断面を示してあるように、平型ショーケース部３は、外部ハウジング５の内側に冷凍物が保持される収納領域４を形成する内壁６を有し、これらの内壁６とハウジング５との間が冷気Ａを循環させるダクトシステム２０になっている。さらに、平型ショーケース部３の底にダクトシステム２０を循環する空気を冷却する冷却ユニット１０と、冷却ユニット１０に対し冷媒を供給する排熱ユニット１９を備えた冷却サイクル８０が配置されている。ダクトシステム２０は、冷却ユニット１０の第１の熱交換器１１および第２の熱交換器１２にショーケース部３の収納領域４から空気を供給し、冷却ユニット１０で冷却された冷風Ａを、ショーケース部３の開口２の近傍の吹出口７から収納領域４に吹出す。冷風Ａは、収納領域４を外気から遮断するエアーカーテンを形成すると共に収納領域４を冷却する。また、吹出口７に対峙する排気口８から収納領域４の空気を回収して冷却システム８０により冷却することにより基本的には収納領域４の空気を循環しながら収納領域４を冷却する。
【００３４】
図３に、ショーケース１の底面に設置された冷却サイクル８０の構成を示してある。この冷却サイクル８０は、冷却ユニット１０と排熱ユニット１９を備えており、冷却ユニット１０は、第１の減圧機構となる第１の膨張弁１３を挟んで直列に接続された２つの熱交換器１１および１２と、冷媒の供給方向を切り換える切換弁（四方弁）１４と、これらを接続する配管系統１８を有している。切換弁１４は、冷媒の供給方向を、第２の熱交換器１２から第１の熱交換器１１に流す第１の方向（モード１）と、第１の熱交換器１１から第２の熱交換器１２に流す第２の方向（モード２）との間で切り換える機構である。したがって、第１の熱交換器１１および第２の熱交換器１２は蒸発器として機能すると共に凝縮器あるいは冷媒クーラとしても機能する。以降においては、熱交換器１１および１２を主たる機能を示す蒸発器と記載して説明することもある。
【００３５】
冷却ユニット１０は、さらに、膨張弁１３をバイパスし、第１の蒸発器１１および第２の蒸発器１２を直に接続可能な第１のバイパス系統２５と、このバイパス系統２５をオンオフするための第１のバイパス弁２４とを備えている。冷却ユニット１０は、さらに、切換弁１４の上流側で凝縮器１６から供給された冷媒を減圧可能な第２の減圧機構である第２の膨張弁２７と、この第２の膨張弁２７をバイパスして冷媒を供給する第２のバイパス系統２９と、この第２のバイパス系統２９をオンオフするための第２のバイパス弁２８とを備えている。
【００３６】
蒸発器１１および１２に冷媒を供給するための供給源となる排熱ユニット１９は、冷媒を圧縮する圧縮機１５と、圧縮された冷媒を通して放熱させて凝縮させる凝縮器１６とを備えており、冷却ユニット１０と配管系統１８により接続されている。本例では、冷却ユニット１０とダクトシステム２０とにより冷風供給装置１７が形成され、排熱ユニット１９、切換弁１４、および配管系統１８により冷媒供給システムが形成されている。
【００３７】
図４に、冷却サイクル８０を抜き出して示してある。この図４では、第１のバイパス弁２４が閉じ、第２のバイパス弁２８が開き、第１の熱交換器１１と第２の熱交換器１２とを接続する第１の減圧弁１３により冷媒が減圧される状態になっている。切換弁１４および配管系統１８は、凝縮器１６の出力側を、第１の蒸発器１１および第２の蒸発器１２に切換えて接続できるようになっている。それに連動して、切換弁１４および配管系統１８は、圧縮機１５の入力側を、第２の蒸発器１２および第１の蒸発器１１に切り換えて接続できるようになっている。
【００３８】
まず、図４（ａ）に示すように、切換弁１４をモード１の状態にセットすると、凝縮器１６の出力側が第２の蒸発器１２に接続され、第１の蒸発器１１が圧縮機１５の入力側に接続される。このため、冷媒は第１の方向に流れ、凝縮器１６から出力された液冷媒が第２の蒸発器１２を介して第１の減圧機構１３に導かれ、第１の減圧機構１３で減圧されて第１の蒸発器１１に供給される。したがって、第１の蒸発器１１で冷媒が蒸発して吸熱器あるいは冷却器として機能する。このため、ダクトを介して供給された空気が第１の蒸発器１１と接触すると、熱交換して冷風となって出力される。
【００３９】
第２の蒸発器１２には減圧前の４０℃程度の高温の液冷媒が供給される。したがって、第２の蒸発器１２が着霜または着氷しているときには、冷媒の熱により除霜され、第２の蒸発器１２を通過することにより冷媒はさらに冷却される。また、第２の蒸発器１２が着氷していない場合は、外部から供給される空気により冷媒が冷却される。したがって、第２の蒸発器１２は、冷媒の凝縮器あるいは放熱器としても機能する。このため、第１の蒸発器１１に供給される冷媒の条件が第２の蒸発器１２によりさらに改善され、冷却能力を向上できる。あるいは、第２の蒸発器１２を凝縮器１６の延長として利用できるので、凝縮器１６の伝熱面積を小さくすることにより凝縮器１６のサイズを小さくすることが可能となる。
【００４０】
図４（ｂ）に示すように、切換弁１４をモード２の状態にセットすると、凝縮器１６の出力側が第１の蒸発器１１に接続され、第２の蒸発器１２が圧縮機１５の入力側に接続される。このため、冷媒は第２の方向に流れ、凝縮器１６から出力された液冷媒が第１の蒸発器１１を介して第１の減圧機構１３に導かれ、第１の減圧機構１３で減圧されて第２の蒸発器１２に供給される。したがって、第２の蒸発器１２で冷媒が蒸発して吸熱器あるいは冷却器として機能する。このため、ダクトを介して供給された空気が第２の蒸発器に接触すると、熱交換して冷風となって出力される。
【００４１】
第１の蒸発器１１には減圧前の高温の液冷媒が供給されるので、第１の蒸発器１１が着霜または着氷しているときには、冷媒の熱により除霜され、また、第１の蒸発器１１が放熱器として機能することは上述した通りである。さらに、冷媒の供給方向の切換により、所望の冷却能力を発揮する２つの熱交換器を蒸発器として交互に使用することになるので、一方の熱交換器が除霜中であっても、他方の熱交換器を蒸発器として用いて冷却または冷凍機能が維持される。このため、除霜中であっても、個々の蒸発器の能力を１００％発揮できる。
【００４２】
このように、本例の冷却サイクル８０は、第１の蒸発器１１および第２の蒸発器１２が第１の減圧機構１３を挟んで直列に接続されている冷却ユニット１０を流れる冷媒の向きを切換弁１４により切り換えることにより、冷却動作する熱交換器（蒸発器）と、除霜する熱交換器（蒸発器）を切換えることができる。これらの蒸発器１１および１２の除霜するタイミングを交代することにより、いずれか一方の熱交換器が必ず冷却サービスを行い、常に冷風Ａを出力することができる。このため、蒸発器（熱交換器）１１および１２は、いずれか一方を少なくとも用いて、蒸発器１１および１２の除霜動作の影響を受けずに、収納領域４に対して継続的に冷風Ａを送ることができ、収納領域４を所望の温度に確実に維持できる。
【００４３】
図５は、冷却サイクル８０のさらに異なる状態を示してある。この図５では、第１のバイパス弁２４が開き、第２のバイパス弁２８が閉じており、第１の熱交換器１１および第２の熱交換器１２とに対して、切換弁１４の上流の第２の減圧弁２７により減圧された冷媒が供給されるようになっている。したがって、第１の熱交換器１１および第２の熱交換器１２は共に蒸発器、吸熱器あるいは冷却器として機能する。このため、これらの熱交換器に接した空気は冷却されることになる。図５は、冷媒が第１の方向に供給された状態を示しているが、切換弁１４により冷媒が第２の方向に供給されるようにしても、第１の熱交換器１１および第２の熱交換器１２は共に蒸発器として機能する。この図５に示したモードは、この冷却システム１において、冷媒の流れを変えて、熱交換器１１および１２の機能を交換するときに、冷却システム１の状態をスムーズに遷移させるためのものであり、詳しくは後述する。
【００４４】
平型ショーケース部３の底側の部分は仕切り壁３０により仕切られており、ダクトシステム２０が冷却ユニット１０を通過する部分は、第１の蒸発器１１に空気を給排気する第１のダクト３１と、第２の蒸発器１２に空気を給排気する第２のダクト３２とに分かれている。各々のダクト３１および３２の出口および入口には、ダクト切換機構となるドアまたはダンパ３３ｏ、３３ｉ、３４ｏおよび３４ｉがそれぞれ設置されている。これらのダンパ３３ｏ、３３ｉ、３４ｏおよび３４ｉの内、一方のダクトの入口および出口のダンパを開いて、他方のダクトの入口および出口のダンパを閉じることにより、第１のダクト３１または第２のダクト３２の一方をダクトシステム２０に接続して熱交換器に空気を接触させ、生成された冷気Ａを収納領域へ出力することができる。それと共に、他方のダクトをダクトシステム２０から分離して、その内部の熱交換器の除霜を行う。
【００４５】
切換弁１４がモード１にセットされ、冷媒の流れが第１の方向にセットされたときは、ダンパ３３ｉおよび３３ｏを開いて、ダンパ３４ｉおよび３４ｏを閉じて第１のダクト３１が選択される。これにより、第１の蒸発器１１に接触することにより冷却された冷風Ａがダクトシステム２０から出力される第２のダクト３２はダクトシステム２０からセパレートされるので、除霜を行っている第２の蒸発器１２は冷風Ａを供給する系統から分離される。除霜中および除霜が終了して、高温の冷媒により第２の蒸発器１２の温度が相対的に上昇しても、第１の蒸発器１１による冷却サービスは阻害しない。
【００４６】
入口側のダンパ３３ｉおよび３４ｉは、それぞれの蒸発器１１および１２に空気を供給するファン４１および４２の上流に設置されている。このため、第１および第２のダクト３１および３２は、それぞれのダクト内に設置された蒸発器１１または１２だけではなく、それらに対応したファン４１または４２も含めてダクトシステム２０から分離される。このため、除霜時には分離されたダクト内で低速あるいは間欠的にファン４１または４２を駆動することにより除霜中のダクト内の空気を循環させて除霜効率を向上できる。さらに、ダクトシステム２０から切り離された除霜中の熱交換器を含むダクト、例えば、第２のダクト３２を外界と繋げたて外気を取り入れることが可能であり、外気の熱を用いて除霜を促進することも可能となる。また、除霜が終わって第２の熱交換器１２を放熱器として利用する場合は、熱を外界に放出することが可能となる。
【００４７】
切換弁１４がモード２にセットされ、冷媒の流れが第２の方向にセットされたときに、ダンパ３３ｉおよび３３ｏを閉じて、ダンパ３４ｉおよび３４ｏを開いて第２のダクト３２が選択され、第２の蒸発器１２に接して冷却された冷風Ａが第２のダクト３２を介してダクトシステム２０から出力される。第１の蒸発器１１はダクト３１を含めてダクトシステム２０から分離されるので、第１の蒸発器１１で除霜を行ったり、第１の蒸発器１１が放熱器となっても、本例の冷却サイクル８０の冷却能力は低下しない。したがって、蒸発器として冷却サービス中の熱交換器に対して冷風Ａを常に、確実に供給でき、平形ショーケース部３を冷却できる。
【００４８】
冷却システム１は、冷風Ａの温度調整を含め、システム全体の制御を行うコントローラ３５を有している。このコントローラ３５は、ダンパ３３ｉ、３３ｏ、３４ｉおよび３４ｏ、循環ファン４１および４２、切換弁１４を制御する。このために、切換弁１４をモード１および２に切り換える機能３５ａと、それに連動してダンパ３３ｉ、３３ｏ、３４ｉおよび３４ｏを制御するダンパ制御機能３５ｃと、循環ファン４１および４２の駆動を制御するファン制御機能３５ｂとを備えている。さらに、コントローラ３５は、第１のパイバス弁２４および第２のバイパス弁２８を開閉するバイパス制御機能３５ｄを備えている。
【００４９】
図６に冷却システム１の制御をフローチャートにより示してある。この冷却システム１の基本的な制御は熱交換器１１および１２を順番にサービスさせることである。そのため、ステップ５１において、現状のサービスモードを確認し、冷却システム１が、冷媒が第１の方向に供給され第１の熱交換器１１がサービスしているモード１であれば、ステップ５２において第１の熱交換器１１の状態を確認する。第１の熱交換器１１を除霜するタイミングになると、ステップ５４において、切換機能３５ａにより切換弁１４をモード１からモード２に切り換える。これにより、冷却システム１は、冷媒が第２の方向に供給され第２の熱交換器１２がサービスするモード２に移行する。次に、冷却システム１がモード２であれば、ステップ５６において第２の熱交換器１２の状態を確認する。第２の熱交換器１２を除霜するタイミングになると、ステップ５８において、切換機能３５ａにより切換弁１４をモード２からモード１に切り換える。これにより、冷却システム１は、冷媒が第１の方向に供給され第１の熱交換器１１がサービスするモード１に移行する。この繰り返しにより、第１の熱交換器１１と第２の熱交換器１２とを順番にサービスさせることができ、それと同時に、第２の熱交換器１２と第１の熱交換器１１とを順番に除霜することができ、継続的に冷風を出力することができる。
【００５０】
除霜するタイミングは、第１または第２の熱交換器が連続してサービスしている冷却時間を監視することにより判断できる。また、各々の熱交換器の表面の除霜状態をセンサーで監視したり、各々の熱交換器の冷却能力の低下を熱交換器前後の温度差あるいは冷風Ａの温度により監視することなどの方法により除霜するタイミングを判断することが可能である。
【００５１】
冷媒の供給方向を第１の方向から第２の方向に変えるステップ５４においては、さらに、ダンパ制御機能３５ｃにより第２の熱交換器１２が設置された第２のダクト３２が選択され、第１の熱交換器１１が設置された第１のダクト３１がダクトシステム２０から分離される。したがって、第１の熱交換器１１の除霜を、収納領域４から分離した状態で行うことができ、除霜中の空気により収納領域４が暖められることを防止できる。同様に、冷媒の供給方向を第２の方向から第１の方向に変えるステップ５８においては、ダンパ制御機能３５ｃにより第１の熱交換器１２が設置された第１のダクト３１が選択され、第２の熱交換器１２が設置された第２のダクト３２がダクトシステム２０から分離される。したがって、第２の熱交換器１２の除霜を、収納領域４から分離した状態で行うことができ、この場合も、除霜中の空気により収納領域４が暖められることを防止できる。
【００５２】
さらに、冷却システム１においては、ステップ５４において切換弁１４を動作させる前に、ステップ５３において、バイパス制御機能３５ｄにより第１のバイパス弁２４を開き、第２のバイパス弁２８を閉じる。また、ステップ５４において切換弁１４を動作させた後に、あるいは同時に、ステップ５５において、バイパス制御機能３５ｄにより第１のバイパス弁２４を閉じ、第２のバイパス弁２８を開く。同様に、ステップ５８において切換弁１４を動作させる前に、ステップ５７において、バイパス制御機能３５ｄにより第１のバイパス弁２４を開き、第２のバイパス弁２８を閉じる。また、ステップ５８において切換弁１４を動作させた後に、あるいは同時に、ステップ５９において、バイパス制御機能３５ｄにより第１のバイパス弁２４を閉じ、第２のバイパス弁２８を開く。
【００５３】
したがって、冷却システム１においては、冷媒の流れを切り換える前に、双方の熱交換器１１および１２に対して、第２の膨張弁２７で減圧した冷媒が供給され、第１のバイパス弁２４により接続された双方の熱交換器１１および１２が蒸発器として機能し、それに接触する空気を冷却する。このため、ステップ５３においては、除霜側であった第２の熱交換器１２が冷却サービスを開始する前に凝縮器から蒸発器に切り替わって機能し、第２のダクト３２の内部を事前に冷却する（プレクール工程を開始する）。また、ステップ５７においては、除霜側であった第１の熱交換器１１が冷却サービスを開始する前に凝縮器から蒸発器に切り替わって機能し、第１のダクト３１の内部を事前に冷却する（プレクール工程を開始する）。したがって、ステップ５４あるいは５８において、冷媒の流れる方向を切り換えると共に、ダクトの切換を行ったときに、切り換えられたダクト内はすでに冷却されている。このため、ダクトシステム２０に相対的に高温多湿の空気が供給される恐れはなくなり、収納領域４に相対的に高い温度の空気が供給されることを防止できる。また、高温多湿の空気が冷却せれた空気に触れて白煙が生じたり、着霜あるいは着氷が発生することも未然に防止できる。
【００５４】
また、冷媒の流れる方向を切り換えることは、今まで蒸発器として機能し、低圧低温であった熱交換器に、高圧高温の冷媒を供給することを意味する。したがって、冷媒の流れる方向を切り換えた直後においては、低圧低温であった熱交換器の側で冷媒の急激な体積変化によるウォーターハンマーが発生する可能性があり、騒音や振動が発生する原因となる。本例の冷却システム１においては、プレクールを開始するステップ５３および５７においては、高温側であった熱交換器に対して減圧された冷媒が供給されることになるので、ウォーターハンマーは発生し難い。次に、ステップ５４および５８において、冷媒の供給方向を切り換えるときは、双方の熱交換器１１および１２に、第２の膨張弁２７で減圧された冷媒が供給されている状態で流れが切り換えられるのでウォーターハンマーは発生し難い。
【００５５】
ステップ５５および５９において、第１のバイパス弁２４を閉じて、第２のバイパス弁２７を開くときに、蒸発器として機能している熱交換器に液冷媒の供給が開始されることになり、ウォーターハンマーが発生しやすい状態となる。しかしながら、このプレクールを終了する工程においては、第１のバイパス弁２４を閉じ、第２のバイパス弁２７を開く速度、順番およびタイミングを適切に制御することにより、低温低圧の蒸発器に高温高圧の液冷媒が急激に供給されるのを防止することが可能であり、ウォータハンマーの発生を未然に防止することができる。
【００５６】
２つの熱交換器に減圧後の冷媒を流して両者を蒸発器として機能させるプレクールの期間は、たとえば、熱交換器のサイズや熱交換器のサービスを交代する間隔にもよるが、数秒程度であり、除霜側であった熱交換器の周囲の温度を監視するなどの方法により決定することが可能である。
【００５７】
図６に示したこれらの処理は、コントローラ３５に搭載されるＣＰＵを制御して各ステップを実行する命令を有するプログラムとしてＲＯＭに記録して提供することが可能であり、適当なタイミングでＣＰＵにロードして実行することにより実現できる。また、このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭなどの適当な記録媒体に記録して提供したり、インターネットなどのコンピュータネットワークを介して提供することも可能である。
【００５８】
この冷却システム１は、２つの蒸発器１１および１２を備えており、双方同時に除霜を開始することはなく、また、除霜を終了した他方の蒸発器はスタンバイ状態となる。したがって、必要があればいつでも他方の蒸発器により冷却サービスを継続できるので、いずれか一方の蒸発器を使用して冷風を継続的に供給できる。また、冷風を供給する時間を長くするために１つの蒸発器のサービス時間を長くする必要はなく、少なくとも他方の蒸発器が除霜を行っている間は継続して冷却サービスを行うことができる蒸発器であれば良い。このため、着氷による冷却効率の低下を考慮する必要はほとんどなく、第１の蒸発器１１および第２の蒸発器１２として、フィンピッチの狭い熱交換器を用いることが可能になる。したがって、２つの蒸発器１１および１２を用いても、熱交換器が占めるスペースは、従来のフィンピッチの大きな１つの熱交換器を用いたシステムと同等あるいはそれ以下にできる。
【００５９】
図７に従来のフィンピッチの広い蒸発器を用いた冷却システム１００の配置例を示してある。図７（ａ）に示すように、この冷却システム１００は、冷却能力的には本例の第１の熱交換器１１または第２の熱交換器１２の一方と変わらないが、着霜による冷却能力の低下を防止するためにフィンピッチが広く長い蒸発器１１０を備えている。したがって、蒸発器１１０が平型ショーケース部１２０の長手方向または長辺方向Ｌにほぼいっぱいに延びるように設置されており、凝縮器１２２を長手方向に並べて配置することができない。このため、図７（ｂ）に示すように、蒸発器１１０と凝縮器１２２が並列に並べられ、凝縮器１２２がダクトシステム１３１の配置を阻害する状態となる。冷風を供給するダクトシステム１３１の通風路１３１ａと、放熱用に外気を凝縮器１２２に供給する通風路１３２、凝縮器自身、さらには、圧縮機１２３を重ねて配置され、機械室の高さＨは高くなる。機械室の高さＨを低くしようとして平型ショーケース部１２０を延ばせば、収納領域が広くなるのでさらに大きな蒸発器１１０が必要となるだけであり、平面的な配置はほとんど不可能である。
【００６０】
これに対し、本例の冷却サイクル８０に使用される蒸発器１１および１２は、フィンピッチを最小にすることができる。たとえば、従来の蒸発器のフィンピッチの１／３程度の５〜６ｍｍ程度あるいはそれ以下のフィンピッチの、車両のラジエターなどで開発されているコンパクトで非常に大きな伝熱面積を備えた熱交換器を利用できる。したがって、蒸発器１１および１２の長さは、従来の蒸発器の１／３程度と非常に短くなり、例えば、図８に示すように、第１の蒸発器１１および第２の蒸発器１２、さらには、凝縮器１６と圧縮機１５を長手方向Ｌに一直線に並べることができる。実際には、これらの蒸発器１１、１２、凝縮器１６および圧縮機１５は、長手方向Ｌと直交する方向Ｓにはずれていてもかまわず、一直線を成すように並べることができれば、蒸発器１１および１２に給排気するダクトシステム２０と凝縮器１６および圧縮機１５とが上下に重ならない配置を採用できる。このため、ショーケース１の底の機械室の高さＨを低くでき、収納領域４を深くできるので、コンパクトで収納能力の大きなショーケース１を提供できる。
【００６１】
また、第１の蒸発器１１および第２の蒸発器１２のうち、冷却サービス中でない熱交換器を放熱器として利用できるので、凝縮器１６をさらにコンパクトにできる可能性がある。また、冷媒の熱により除霜を促進できるので、除霜用のヒータあるいはその他の加熱機は不要であり、この点でも本例の冷却サイクル８０を収納するスペースは小さくでき、さらにスペース効率の高いショーケース１を提供できる。
【００６２】
さらに、第１の蒸発器１１と第２の蒸発器１２とを長手方向Ｌに直線的に配置することにより、ダクトシステム２０の第１のダクト３１および第２のダクト３２を長手方向Ｌ（第１の方向）に水平に並べて配置することが可能となる。したがって、さらに、平型ショーケース部３の下の機械室の高さＨを低くすることができ、収納効率の高い平型ショーケース部３を備えたショーケース１を提供できる。
【００６３】
図９に、ダクトシステム２０の変形例を示してある。この図に示すダクトシステム２０では、蒸発器１１および１２の上流側にベーンタイプの切換ダンパ５５が設置されており、切換ダンパ５５を旋回することにより、第１のダクト３１および第２のダクト３２を選択できる。
【００６４】
図１０に、ダクトシステム２０のさらに異なる例を示してある。この例では、第１の蒸発器１１および第２の蒸発器１２が上下に重ねて配置されている。フィンピッチを狭くすることにより蒸発器の長さを短くする代わりに、蒸発器を細くすることも可能であり、本図のように蒸発器を上下に重ねた配置も採用できる。この図に示すダクトシステム２０では、蒸発器１１および１２の上流側に上下に旋回するベーンタイプの切換ダンパ５６が配置され、上下に重ねて配置された第１のダクト３１と第２のダクト３２とを選択できるようになっている。
【００６５】
ダクトシステム２０に設置される切換ダンパは、蒸発器１１および１２の上流側に限らず、下流側に設置しても良く、さらには、上流および下流の両方に設置することにより、冷却サービスを行っていない方の蒸発器を冷風を供給するダクトシステムまたは循環系２０から完全に切り離すことができる。例えば、図１１に示すダクトシステム２０のように、上流側および下流側に設置された切換ダンパ５７および５８により除霜中の第１の蒸発器１１を含む第１のダクト３１を外気系６０に接続することができる。なお、図１１では、第２の蒸発器１２の側に設けられたダンパ５７および５８は省略してある。除霜側の蒸発器を外気系６０に接続することにより、外気の熱を除霜に利用することが可能である。また、放熱器として利用する場合は、外気に熱を放出できる。
【００６６】
なお、上記では、いずれも平型のショーケースを例に冷却システムを説明したが、前面が開口したオープンショーケースと称される冷却システムにも本発明を適用可能である。図１２は本発明を適用したオープンショーケースの例である。このショーケース１ａは、前面が開口したケース部７０を有しており、ケース部７０の底部に冷媒の供給源または排熱ユニット１９となる凝縮器１６および圧縮機１５が配置されている。また、ケース部７０の後壁７０ａには上下にダクトが延びており、このダクトに２つの蒸発器１１および１２が配置されている。そして、一方の蒸発器の風下側を遮断する切換ダンパ５９を設置することにより第１のダクト３１と第２のダクト３２が構成されるようになっている。本発明では、２つの蒸発器を用いた２系統のシステムをシンプルに構成できると共に、各々の蒸発器をフィンピッチの狭いものを採用でき、このようなショーケース１ａの上下方向に延びる後壁７０ａに２つの蒸発器を水平方向に並べて配置したレイアウトを採用することが可能である。
【００６７】
図１３に、本発明の冷却システムの異なる例として、ダクト内に霜取り用の網状部材を配置した様子を示してある。本図は、図１と同様の平型のショーケースの冷却システム１ｂにおいて、蒸発器１１および１２がそれぞれ設置されたダクト３１および３２の内部の配置を示している。ダクト３１および３２の配置は共通するので、以下では第１のダクト３１を例に説明する。本例のダクト３１の内部には、蒸発器１１の下流側で、蒸発器１１に近い位置に複数枚の網状部材７６が、空気が流れる方向に沿って適当な間隔を開けて配置されている。これらの網状部材７６は、ダクト３１の断面全体をほぼカバーするように配置されており、網目のピッチまたはメッシュは同一のものが使用されている。
【００６８】
本発明に係る蒸発器１１および１２はコンパクトであり、ダクト３１および３２の断面積も小さくできる。また、ダクト３１および３２の断面積を小さくできるので、蒸発器１１および１２を長手方向に直線的に並べた配置を採用することができる。その一方で、ダクト３１および３２の断面積を小さくしても熱交換量を減らす必要がないので、冷気の出口温度が同じであるとすると、ダクト内を通過する空気の流速は上がる。このため、冷却サービスの蒸発器１１に霜あるいは氷が付着した場合、ダクト３１を流れる冷風により、ダクト３１および３２が連結されるサプライダクト２１の側（下流側）に飛ばされる可能性がある。したがって、網状部材７６がないと、断面積の大きなサプライダクト２１の入り口付近で風速が低下して霜あるいは氷が堆積し、ダクトの面積が低下したり、出口側のダンパ３３ｏの動作に支障をきたす要因になる可能性がある。
【００６９】
これに対し、本例のように、蒸発器３１の下流にネット７６が配置されていると、蒸発器１１から下流に流れた霜あるいは氷はネット７６によって捕獲される。捕獲された霜は成長して大きくなる可能性があるが、その場合は、ネット７６から脱落してダクト３１の底面に堆積する。ダクト３１の下面にヒータ８１を設置することにより、堆積した霜や氷は排除することが可能であり、霜あるいは氷によるダクト面積の低下やダンパの動作不良を未然に防止できる。念のため、サプライダクト２１の入口付近に、霜の堆積防止用のヒータ７９を設けても良いが、ヒータの出力および稼働時間を少なくすることができる。たとえば、サプライダクト２１の入口付近の０．６３ｍ３の面積に対して６００Ｗのヒータ７９を設置し、１回／日の割合で冷却サービス側のファンを停止してヒータ７９を３分間通電することにより未捕集の霜を確実に除去できる。
【００７０】
図１４に、金網またはネット７６による霜の捕集効果を確認した例を示してある。ここでは、網目のピッチが５ｍｍのネット７６を複数枚、蒸発器の下流に２０ｍｍの間隔で設置し０．６ｍ／ｓの風速で空気を蒸発器に供給したときに下流で確認される１時間当たりの霜の数を測定している。本図から分かるように、４枚程度のネットを配置することにより霜とりの効果は顕著に表れ、５枚以上のネットを下流に設置することにより、霜のほとんどをネットにより捕獲できる。
【００７１】
また、ダクト３１は、切換弁１４を切り換えて蒸発器１１を除霜する際にダンパ３３ｉおよび３３ｏを閉じて、蒸発器１１、ネット７６およびファン４１を含めてダクトシステム２０から分離できる。したがって、蒸発器１１に高温の液冷媒を流して除霜する際の熱により蒸発器１１と共にネット７６を除霜することが可能である。除霜する際に、ファン４１を低速あるいは間欠的に駆動することによりさらにネット７６の除霜効率を向上できる。
【００７２】
この冷却システム１ｂにおいては、ヒータ８１をダクトの下面または床面のほぼ全域に設置し、ネット７６のみならず、蒸発器１１から落下した霜や氷を随時溶かして除去できるようにしている。
【００７３】
図１５および図１６は、複数枚のネット７６の配置を変えた例を示してある。図１５に示す冷却システム１ｃは、蒸発器１１の下流側に配置された５枚のネット７７ａ〜７７ｅの目の粗さを上流が細かく、下流に行くに連れて目が粗くなるようにしている。ネットに付着した霜あるいは氷は、次々と供給されると成長して大きくなり、さらに下流に流される傾向がある。したがって、下流に設置するネットの目を粗くすることにより、霜あるいは氷の除去効率を下げずに、ネットによる圧力損失を低減できる。
【００７４】
図１６に示した冷却システム１ｄでは、複数枚のネット７８冷風が流れる方向に対して中央部分が若干重なるように千鳥状またはジグザグに配置している。これにより、ネットが霜あるいは氷で目詰まりするような状況になっても空気が流れる流路は確保されるので、圧力損失の増加を防止できる。
【００７５】
なお、本発明の冷却システムは、ショーケースに限定されることはなく、冷蔵、冷却あるいは冷凍保存用のシステムの全てに適用可能である。また、第１の減圧弁とバイパス弁との組み合わせ、第２の減圧弁とバイパス弁との組み合わせは、冷媒を減圧して供給する状態と、減圧しないで供給する状態とを実現できる機構であれば良く、上述した例に限定されない。たとえば、開度調節が可能な制御弁や開口面積の異なる親子弁など、圧力調整あるいは流量調整が可能な適当なタイプの弁あるいは機構を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明を適用した冷却システムの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す冷却システムの長手方向の断面図である。
【図３】図１に示す冷却システムの冷却サイクルの概略を示す図である。
【図４】図４（ａ）は第１の熱交換器が冷却サービス中の冷却サイクル、図４（ｂ）は第２の熱交換器が冷却サービス中の冷却サイクルを示す図である。
【図５】２つの熱交換器の両者を蒸発器として機能させる冷却サイクルを示す図である。
【図６】冷却システムの処理を示すフローチャートである。
【図７】図７（ａ）は１つの蒸発器を用いた冷却システムの外観を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す冷却システムの短辺方向の断面図である。
【図８】冷却システムの短手方向の断面図である。
【図９】冷却システムの異なるダクトシステムを示す図である。
【図１０】冷却システムのさらに異なるダクトシステムを示す図である。
【図１１】第１のダクトおよび第２のダクトを循環系と外気系に接続可能なダクトシステムを示す図である。
【図１２】本発明を適用したオープンショーケースの概略を示す図である。
【図１３】蒸発器の下流側にネットが配置された冷却システムの短辺方向の断面図である。
【図１４】ネットによる霜の捕集効果を示す図である。
【図１５】ネットが配置された、異なる冷却システムの短辺方向の断面図である。
【図１６】ネットが配置されたさらに異なる冷却システムの短辺方向の断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ    冷却システム
４    収納領域
１０    冷却ユニット
１１    第１の熱交換器（蒸発器）
１２    第２の熱交換器（蒸発器）
１３    第１の減圧機構
１４    切換弁
１６    凝縮器
１７    冷風供給装置
２０    ダクトシステム
２４    第１のバイパス弁
２５    第１のバイパス系統
２７    第２の減圧機構
２８    第２のバイパス弁
２９    第２のバイパス系統
３１    第１のダクト
３２    第２のダクト
３３ｉ、３３ｏ、３４ｉ、３４ｏ、５５、５６、５７、５８    ダンパ
７６、７７ａ〜７７ｅ、７８    ネット（網状部材）
８０    冷却サイクル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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