冷冻装置的升华除霜系统以及升华除霜方法

申请号 CN201480033284.2 申请日 2014-11-25 公开(公告)号 CN105283720B 公开(公告)日 2017-08-04
申请人 株式会社前川制作所; 发明人 吉川朝郁; 神村岳; 古馆贵弘; 深野修司;
摘要 本 发明 涉及一种冷冻装置的 升华 除霜系统,具有冷却器、冷冻机及冷媒回路,所述冷却器设置在冷冻室的内部,并具有壳体及设置于该壳体内部的热交换管;所述冷冻机冷却 液化 CO2冷媒;所述冷媒回路与热交换管连接,并使由冷冻机 冷却液 化的CO2冷媒在热交换管中循环。具备除湿装置、CO2循环路、开闭 阀 、CO2冷媒的循环装置、第一热交换部及压 力 调整部,所述除湿装置用于对冷冻室的室内空气除湿;所述CO2循环路由与热交换管的入口路及出口路连接的循环路的形成路形成;所述开闭阀设置于热交换管的入口路及出口路上,在除霜时关闭而使所述CO2循环路成为闭合路;所述CO2冷媒的循环装置设置于所述CO2循环路上;所述第一热交换部使温盐 水 与在CO2循环路中循环的CO2冷媒进行热交换;所述压力调整部调整CO2冷媒的压力,使除霜时在所述闭合路中循环的CO2冷媒的冷凝 温度 成为冷冻室的室内空气中水蒸气的 冰 点以下的冷凝温度,不设置排水接收部就能够进行除霜。
权利要求

1.一种冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,具有冷却器、冷冻机及冷媒回路,所述冷却器设置于冷冻室内部,并具有壳体及设置于该壳体内部的热交换管;
所述冷冻机用于冷却液化CO2冷媒;
所述冷媒回路与所述热交换管相连接,并使由所述冷冻机冷却液化的CO2冷媒在所述热交换管中循环;
所述冷冻装置的除霜系统具备除湿装置、CO2循环路、开闭、CO2冷媒的循环装置、第一热交换部及压调整部,
所述除湿装置用于对所述冷冻室的室内空气除湿;
所述CO2循环路由与所述热交换管的入口路及出口路连接的循环路的形成路形成,并包含所述热交换管;
所述开闭阀设置于所述热交换管的入口路以及出口路上,在除霜时关闭而使所述CO2循环路成为闭合路;
所述CO2冷媒的循环装置设置于所述CO2循环路上;
所述第一热交换部构成为使作为第一加热介质的盐与在所述CO2循环路中循环的CO2冷媒进行热交换;
所述压力调整部调整所述CO2冷媒的压力,使除霜时在所述闭合路中循环的CO2冷媒的冷凝温度成为所述冷冻室的室内空气中的水蒸气的点以下的冷凝温度,;
不设置排水接收部就能够进行除霜。
2.根据权利要求1所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,
所述循环路形成路径是从所述热交换管的入口路及出口路分支出来的除霜回路;
所述第一热交换部形成在所述除霜回路上。
3.根据权利要求1所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,
所述循环路形成路是在所述热交换管的入口路及出口路之间设置的旁路;
所述第一热交换部形成于所述热交换管的一部分区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,所述CO2循环路上形成有高度差,同时所述第一热交换部形成于所述CO2循环路的下方区域;
所述循环装置在除霜时通过热虹吸作用使CO2冷媒在所述闭合路中自然循环。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,还具备第二热交换部及盐水回路,
所述第二热交换部用于通过第二加热介质加热所述盐水;
所述盐水回路与所述第一热交换部及第二热交换部连接,用于使通过所述第二热交换部加热的所述盐水在所述第一热交换部中循环。
6.根据权利要求5所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,
所述热交换管配置为在所述冷却器的内部具有高度差;
所述盐水回路在所述冷却器的内部配设于所述热交换管的下部区域;
所述第一热交换部形成于所述盐水回路与所述热交换管的下部区域之间。
7.根据权利要求6所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,
所述热交换管及所述盐水回路在所述冷却器内部配置为具有高度差,并且在所述盐水回路中所述盐水从下方向上方流动,
在所述盐水回路上下方向的中间部位设置流量调整阀,由比该流量阀更靠上游侧的所述盐水回路形成所述第一热交换部。
8.根据权利要求5所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,还具备第一温度传感器及第二温度传感器,所述第一温度传感器及第二温度传感器分别设置于所述盐水回路的入口及出口处,并用于检测流过所述入口及所述出口的所述盐水的温度。
9.根据权利要求1所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,
所述压力调整部由压力传感器、压力调整阀及控制装置构成,
所述压力传感器用于检测在所述闭合路中循环的CO2冷媒的压力;
所述压力调整阀设置在所述热交换管的出口路上;
所述控制装置用于输入所述压力传感器的检测值,并控制所述压力调整阀的开度,使在所述闭合路中循环的CO2冷媒的冷凝温度达到所述冷冻室的室内空气中的水蒸气的冰点以下的冷凝温度。
10.根据权利要求1至3或6至9中任一项所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,所述冷冻机具有一次冷媒回路、二次冷媒回路、CO2储液器及液压,所述一次冷媒回路中NH3冷媒循环,并设置有冷冻循环结构设备;
所述二次冷媒回路中CO2冷媒循环,并导设至所述冷却器,同时通过级联冷凝器与所述一次冷媒回路连接;
所述CO2储液器设置于所述二次冷媒回路,用于储存由所述级联冷凝器液化的CO2冷媒;
所述液压泵将储存于该CO2储液器的CO2冷媒输送到所述冷却器中。
11.根据权利要求1至3或6至9中任一项所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,所述冷冻机为具有一次冷媒回路及二次冷媒回路的NH3/CO2二元冷冻机,所述一次冷媒回路中NH3冷媒循环,并设置有冷冻循环结构设备;
所述二次冷媒回路中CO2冷媒循环,并导设至所述冷却器,同时通过级联冷凝器与所述一次冷媒回路连接,并设置有冷冻循环结构设备。
12.根据权利要求10所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,还具备:
第二热交换部,其用于通过第二加热介质加热所述盐水;
盐水回路,其与所述第一热交换部及第二热交换部连接,用于使通过所述第二热交换部加热的所述盐水在所述第一热交换部中循环;
冷却水回路,其导设至作为所述冷冻循环结构设备的一部分而设置在所述一次冷媒回路中的冷凝器;
所述第二热交换部导设有所述冷却水回路及所述盐水回路,用于通过由所述冷凝器加热的冷却水来加热在所述盐水回路循环的盐水的热交换器
13.根据权利要求10所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,还具备第二热交换部、盐水回路、冷却水回路及冷却塔
所述第二热交换部用于通过第二加热介质加热所述盐水;
所述盐水回路与所述第一热交换部及第二热交换部连接,用于使通过所述第二热交换部加热的所述盐水在所述第一热交换部中循环;
所述冷却水回路导设至作为所述冷冻循环结构设备的一部分而设置在所述一次冷媒回路中的冷凝器;
所述冷却塔用于将所述冷却水回路中循环的冷却水与喷水进行热交换来冷却;
所述第二热交换部由加热塔构成;
所述加热塔与所述冷却塔成为一体设置,用于导入所述喷水,并使该喷水与在所述盐水回路中循环的所述盐水进行热交换。
14.一种升华除霜方法,其利用了权利要求1至3或6至9所述的冷冻装置的升华除霜系统,其特征在于,包含如下工序:
第一工序,通过所述除湿装置来除湿,使所述冷冻室的室内空气不成为饱和水蒸气分压;
第二工序,在除霜时关闭所述开闭阀从而形成所述闭合路;
第三工序,调整所述CO2冷媒的压力,使在所述闭合路中循环的CO2冷媒达到所述冷冻室的室内空气中水蒸气的冰点以下的冷凝温度;
第四工序,使作为加热介质的所述盐水与在所述闭合路中循环的CO2冷媒进行热交换,将所述CO2冷媒汽化
第五工序,使由所述第四工序汽化的所述CO2冷媒在所述闭合路中循环,利用所述CO2冷媒的热量将附着于所述热交换管外表面的霜升华去除。
15.根据权利要求14所述的冷冻装置的升华除霜方法,其特征在于,
所述第四工序中在形成有高度差的所述闭合路的下部区域,使所述盐水与在所述闭合路中循环的CO2冷媒进行热交换;
所述第五工序中通过热虹吸作用使所述CO2冷媒在所述闭合路中自然循环。

说明书全文

冷冻装置的升华除霜系统以及升华除霜方法

技术领域

[0001] 本公开涉及一种适用于在设置于冷冻室内的冷却器中使CO2冷媒冷冻室循环从而对冷冻室内进行冷却的冷冻装置,并用于升华去除在该冷却器设置的热交换管上附着的霜而不使其溶解的升华除霜系统及升华除霜方法。

背景技术

[0002] 从防止臭层破坏及防止地球变暖的观点考虑,作为用于室内空调或对食品等冷冻的冷冻装置的冷媒,考虑使用NH3或CO2等自然冷媒。因此,将冷却性能高但有毒性的NH3作为一次冷媒,并将无毒无味的CO2作为二次冷媒的冷冻装置正在被广泛应用。
[0003] 所述冷冻装置通过级联冷凝器连接一次冷媒回路和二次冷媒回路,在该级联冷凝器中进行NH3冷媒与CO2冷媒的热授受。通过NH3冷媒冷却而冷凝的CO2冷媒传送到设置于冷冻室内部的冷却器中。通过设置于冷却器中的传热管冷却冷冻室内的空气。因而一部分汽化的CO2冷媒通过二次冷媒回路返回到级联冷凝器,通过级联冷凝器再次冷却液化
[0004] 冷冻装置的运转中,由于设置于冷却器的热交换管上附着霜,传热效率降低,因此需要定期中断冷冻装置的运转,进行除霜。
[0005] 以往,作为设置于冷却器的热交换管的除霜方法,进行向热交换管喷,或用电加热器加热热交换管等方法。但通过喷水进行的除霜产生了新的霜冻源,通过电加热器进行的加热耗费很高的电量,不符合节能原则。尤其是,通过喷水进行的除霜,需要大容量的水槽和大口径的供水配管及排水配管,因此导致设备施工成本的增加。
[0006] 在专利文献1及2中,公开了这样的冷冻装置的除霜系统。专利文献1中公开的除霜系统,设置有利用由NH3冷媒生成的热量使CO2冷媒汽化的热交换器,使由该热交换器生成的CO2热气在冷却器内的热交换管循环从而进行除霜。
[0007] 专利文献2中公开的除霜系统设置有通过吸收NH3冷媒的排热的冷却水加热CO2冷媒的热交换器,使加热的CO2冷媒在冷却器内的热交换管的循环从而进行除霜。
[0008] 专利文献3中公开了在冷却器中除冷却管另外设置加热管,除霜操作时使温水或温盐水流过该加热管,将附着在所述冷却管上的霜溶解、去除的手段。
[0009] 此外,作为理想的除霜方法,有升华除霜方法。该方法是使热交换管的表面平均不超过0℃,即以不使霜变为水的方式来加热,使霜升华从而从热交换管的表面去除。若实现该方法,则由于不产生排水,因此不需要排水盘及排水设备,从而能够大幅降低设备费用成本。
[0010] 本发明人提出如下方法,首先将室内空气冷却到0℃以下的温度,同时在通过吸附式除湿装置除湿后的低水蒸气环境中,升华去除附着在冷却器的热交换管上的霜(专利文献4)。
[0011] 现有技术文献
[0012] 专利文献
[0013] 专利文献1:日本专利公开2010-181093号公报
[0014] 专利文献2:日本专利公开2013-124812号公报
[0015] 专利文献3:日本专利公开2003-329334号公报
[0016] 专利文献4:日本专利公开2012-072981号公报

发明内容

[0017] (一)要解决的技术问题
[0018] 专利文献1及2中公开的除霜系统,需要在现场施工与冷却系统分开的另外系统的CO2冷媒和NH3冷媒的配管,存在导致设备施工成本增加的可能。此外,由于所述热交换器在冷冻室的外部另外设置,因此需要用于设置热交换器的额外的设置空间。
[0019] 在专利文献2的除霜系统中,为了防止热交换管的热冲击(急剧的加热/冷却),需要加压/减压调整装置。此外,为了防止冷却水与CO2冷媒进行热交换的热交换器的冻结,需要在除霜操作完成后将热交换器的冷却水排出的操作,存在操作繁琐等问题。
[0020] 专利文献3中公开的除霜方式,由于从外侧通过板翅式散热片等来加热冷却管,因此存在传热效率不高的问题。
[0021] 此外,在由一次冷媒回路和二次冷媒回路构成的二元冷冻机中,在二次冷媒回路中存在高温高压的CO2气体,所述一次冷媒回路中使NH3冷媒循环,具有冷冻循环结构设备;所述二次冷媒回路中使CO2冷媒循环,通过级联冷凝器与该一次冷媒回路连接并具有冷冻循环结构设备。因此,可以认为能够进行使CO2热气在冷却器的热交换管中循环的除霜。但是,由设置有切换或分支配管等使装置复杂化及高成本化,以及由高元/低元的热平衡所引起操作控制的不稳定化成为技术问题。
[0022] 上述升华除霜需要通过使热交换管表面的霜不超过0℃的方式来均匀加热。另一方面,由于专利文献4公开的除霜方法中所使用的通过普通加热器等的加热方法,难以通过进行使冷却器的热交换管表面不超过0℃的方式均匀的加热,因此升华除霜的现状尚未达到实用化。
[0023] 本发明是鉴于上述问题点而完成的,其目的在于,通过使上述升华除霜方法实用化,实现降低冷冻装置除霜所需要的原始成本及运行成本,以及节能。
[0024] (二)技术方案
[0025] (1)本发明的至少一个实施方式的升华除霜系统中,
[0026] 具有冷却器、冷冻机及冷媒回路,
[0027] 所述冷却器设置于冷冻室内部,并具有壳体及设置于该壳体内部的热交换管;
[0028] 所述冷冻机用于冷却液化CO2冷媒;
[0029] 所述冷媒回路与所述热交换管相连接,并使由所述冷冻机冷却液化的CO2冷媒在所述热交换管中循环;
[0030] 该除霜系统具备除湿装置、CO2循环路、开闭阀、CO2冷媒的循环装置、第一热交换部及压调整部,
[0031] 所述除湿装置用于对所述冷冻室的室内空气除湿;
[0032] 所述CO2循环路由与所述热交换管的入口路及出口路连接的循环路的形成路形成,并包含所述热交换管;
[0033] 所述开闭阀设置于所述热交换管的入口路及出口路上,在除霜时关闭而使所述CO2循环路成为闭合路;
[0034] 所述CO2冷媒的循环装置设置于所述CO2循环路上;
[0035] 所述第一热交换部构成为使作为第一加热介质的盐水与在所述CO2循环路中循环的CO2冷媒进行热交换;
[0036] 所述压力调整部调整所述CO2冷媒的压力,使除霜时在所述闭合路中循环的CO2冷媒的冷凝温度成为所述冷冻室的室内空气中水蒸气的点以下的冷凝温度;
[0037] 不设置排水接收部就能够进行除霜。
[0038] 在上述结构(1)中,在进行除霜的情况下,如果所述冷冻室的室内空气形成为饱和水蒸气分压,则首先通过所述除湿装置对室内空气除湿,使水蒸气分压降低。然后,关闭所述开闭阀,使所述CO2循环路成为闭合路。
[0039] 然后,通过所述压力调整部进行压力调整,使在所述闭合路中循环的CO2冷媒达到冷冻室的室内空气中水蒸气的冰点以下的冷凝温度。接着,通过所述循环装置使CO2冷媒在所述闭合路中循环。
[0040] 另外,所述循环装置,是指例如为了使CO2冷媒在闭合路中循环而设置于所述CO2循环路上的液压。此外,所述压力调整部例如具有检测CO2冷媒压力的压力传感器,或者通过检测CO2冷媒温度并换算与该温度检测值相当的CO2冷媒的饱和压力来求出CO2冷媒压力的装置。
[0041] 接着,在所述第一热交换部,用作为加热介质的温盐水加热在所述闭合路中循环的CO2冷媒,从而将CO2冷媒汽化。并且,使汽化后的CO2冷媒在闭合路内循环,并利用CO2冷媒气体的热量升华去除附着于所述热交换管外表面上的霜。对霜给予了热量的CO2冷媒液化,然后,在所述第一热交换部被再次加热并汽化。
[0042] 另外,这里“冷冻室”是指包括所有形成冷藏室以外的其他冷却空间,所述热交换管的入口路及出口路是指从所述冷却器壳体的分隔壁附近的所述壳体外侧且设置于所述冷冻室内部的热交换管的范围。
[0043] 用于使所述热交换管外表面附着的霜升华的条件为:(1)室内空气的水蒸气分压不高于饱和水蒸气分压;以及(2)霜的温度为冰点以下。进而,作为不是必须但优选的条件为(3)在热交换器外表面形成空气流,使升华的水蒸气消散。在这些条件下,通过对霜供给热量,能够使霜升华。
[0044] 根据上述结构(1),由于利用在所述热交换管内流动的CO2冷媒的热量来加热所述附着于热交换管外表面上的霜,因此,能够在热交换管的全部区域均匀加热。此外,通过调整所述闭合路的压力,来控制CO2冷媒的冷凝温度,因此能够高精度地控制在所述闭合路中流动的CO2冷媒的温度,由此,能够准确地将霜加热到冰点以下的温度,因此能够进行升华除霜。
[0045] 这样,由于使附着于热交换管上的霜不融化地升华,因此不需要排水盘及用于该排水盘所积存的排水设备,能够大幅降低冷冻装置的成本。此外,由于仅介由热交换管的管壁从内部加热附着于所述热交换管上的霜,因此能够提高热交换效率,从而能够实现节能。
[0046] 此外,由于能够在与室内水蒸气冰点以下的冷凝温度相当的低压状态下对CO2冷媒进行除霜,因此不必对CO2循环路等的配管类设备施加耐压强度,从而不会造成高成本。
[0047] (2)几个实施方式中,在上述结构(1)中,
[0048] 所述循环路形成路径是从所述热交换管的入口路及出口路分支出来的除霜回路;
[0049] 所述热交换部形成在所述除霜回路上。
[0050] 根据上述结构(2),通过设置所述除霜回路,能够扩大所述第一热交换部设置位置自由度
[0051] (3)几个实施方式中,在上述结构(1)中,
[0052] 所述循环路形成路是在所述热交换管的入口路及出口路之间连接的旁路;
[0053] 所述热交换部形成于所述热交换管的一部分区域。
[0054] 根据上述结构(3),所述CO2循环路可以除了所述旁路仅由所述热交换管构成。因此,为了形成所述CO2循环路,除了所述旁路不必设置新的管路,不会提高成本。
[0055] (4)几个实施方式中,在上述结构(1)~(3)中的任一结构中,
[0056] 所述CO2循环路上形成有高度差,同时所述第一热交换部形成于所述CO2循环路的下方区域;
[0057] 所述循环装置在除霜时通过热虹吸作用使CO2冷媒在所述闭合路中自然循环。
[0058] 在上述结构(4)中,所述第一热交换部中,利用作为加热介质的所述盐水加热存在于所述热交换管下部区域中的CO2冷媒并使其汽化。汽化后的CO2冷媒通过热虹吸作用而沿闭合路上升。上升到闭合路上部区域的CO2冷媒,对附着于热交换管外表面的霜加热并升华去除,而CO2冷媒自身液化。液化后的CO2冷媒因重力下降。
[0059] 根据上述结构(4),由于CO2冷媒通过热虹吸作用而在闭合路中自然循环,因此不需要使CO2冷媒在闭合路中强制循环的装置,也不需要用于强制循环的装备及动力,能够实现低成本化。
[0060] (5)几个实施方式中,在上述结构(1)~(4)中的任一结构中,
[0061] 还具备第二热交换部及盐水回路,
[0062] 所述第二热交换部用于通过第二加热介质加热所述盐水;
[0063] 所述盐水回路与所述第一热交换部及第二热交换部连接,用于使通过所述第二热交换部加热的所述盐水在所述第一热交换部中循环。
[0064] 所述第二加热介质可以使用例如从构成冷冻机的压缩机排出的高温高压的冷媒气体、工厂的温排水、吸收由锅炉产生的热量或者机油冷却器的保有热的介质等任意的加热介质。
[0065] 根据上述结构(5),通过具备所述第二热交换部及所述盐水回路,因此能够向所述第一热交换部供给加热后的盐水,并且,通过使所述盐水回路追随配置在所述第一热交换部的设置位置,从而能够扩大所述第一热交换部设置位置的自由度。
[0066] (6)几个实施方式中,在上述结构(5)中,
[0067] 所述热交换管配置为在所述冷却器的内部具有高度差;
[0068] 所述盐水回路在所述冷却器的内部配设于所述热交换管的下部区域;
[0069] 所述第一热交换部形成于所述盐水回路与所述热交换管的下部区域之间。
[0070] 在上述结构(6)中,通过热虹吸作用使汽化的CO2冷媒一边在所述热交换管下方区域自然循环,一边能够将附着于热交换管外表面上的霜升华去除。因此,无需除了所述热交换管以外的配管,并且不需要用于强制循环CO2冷媒的装备,由此能够使冷却器低成本化。
[0071] 此外,由于在热交换管的上部区域不配设所述盐水回路,因此能够降低用于在冷却器内部形成空气流的扇动力,并且由于可以在上部区域的空余空间设置热交换管,因此能够提高冷却器的冷却能力。
[0072] (7)几个实施方式中,在上述结构(5)中,
[0073] 所述热交换管及所述盐水回路在所述冷却器内部配置为具有高度差,并且在所述盐水回路中所述盐水从下方向上方流动,
[0074] 在所述盐水回路上下方向的中间部位设置流量调整阀,由比该流量阀更靠上游侧的所述盐水回路形成所述第一热交换部。
[0075] 在上述结构(7)中,利用所述流量调整阀控制盐水的流量,限制流入盐水回路上部区域的盐水流量,从而能够使所述第一热交换部的形成仅限制在热交换管的下部区域。这样,与所述结构(6)同样地,能够一边通过热虹吸作用使CO2冷媒在热交换管内部自然循环,一边升华去除霜。
[0076] 因此,如专利文献3中公开的冷却器那样,即使是在热交换管上下方向全部区域配置有循环温盐水等的加热管的现有冷却器,通过在热交换管上增设流量调整阀这样简单的改造,也能够将附着于热交换管上的霜升华去除。
[0077] (8)在几个实施方式中,上述结构(5)中,
[0078] 还具备第一温度传感器及第二温度传感器,该第一温度传感器及第二温度传感器分别设置于所述盐水回路的入口及出口处,并用于检测流过所述入口及所述出口的所述盐水的温度。
[0079] 在上述结构(8)中,所述两个温度传感器的检测值的差变小时,霜的溶解量减少,表示除霜大致完成。由于所述热交换部进行使用盐水的显热加热,因此通过求出所述两个温度传感器的检测值的差,能够准确地判定除霜操作完成时间。
[0080] 因此,能够防止冷冻室内过度加热或因过度加热引起的检出。因此,能够在进一步实现节能的同时,能够使室内温度稳定化,并能够实现冷冻室内保冷食品的品质提高。
[0081] (9)在几个实施方式中,上述结构(1)中,
[0082] 所述压力调整部由压力传感器、压力调整阀及控制装置构成,
[0083] 所述压力传感器用于检测在所述闭合路中循环的CO2冷媒的压力;
[0084] 所述压力调整阀设置在所述热交换管的出口路上;
[0085] 所述控制装置用于输入所述压力传感器的检测值,并控制所述压力调整阀的开度,使在所述闭合路中循环的CO2冷媒的冷凝温度达到所述冷冻室的室内空气中水蒸气的冰点以下的冷凝温度。
[0086] 根据上述结构(9),通过所述控制装置,能够高精度地控制在所述闭合路中循环的CO2冷媒的压力。
[0087] (10)在几个实施方式中,上述结构(1)中,
[0088] 所述冷冻机具有一次冷媒回路、二次冷媒回路、CO2储液器及液压泵
[0089] 所述一次冷媒回路中NH3冷媒循环,并设置有冷冻循环结构设备;
[0090] 所述二次冷媒回路中CO2冷媒循环,并导设至所述冷却器,同时通过级联冷凝器与所述一次冷媒回路连接;
[0091] 所述CO2储液器设置于所述二次冷媒回路,用于储存由所述级联冷凝器液化的CO2冷媒;
[0092] 所述液压泵将储存于该CO2储液器的CO2冷媒输送到所述冷却器中。
[0093] 根据上述结构(10),由于是利用NH3及CO2的自然冷媒的冷冻机,因此能够有助于防止臭氧层的破坏和防止地球温暖化等。此外,由于将冷却性能高但有毒性的NH3作为一次冷媒,并将无毒且无味的CO2作为二次冷媒,因此能够保持高冷却性能,并且可用于室内空调或食品等的冷冻。
[0094] (11)几个实施方式中,上述结构(1)中,
[0095] 所述冷冻机为具有一次冷媒回路及二次冷媒回路的NH3/CO2二元冷冻机,
[0096] 所述一次冷媒回路中NH3冷媒循环,并设置有冷冻循环结构设备;
[0097] 在所述二次冷媒回路中CO2冷媒循环,并导设在所述冷却器,同时通过级联冷凝器与所述一次冷媒回路连接,并设置有冷冻循环结构设备。
[0098] 根据上述结构(11),由于利用自然冷媒,能够有助于防止臭氧层的破坏和防止地球温暖化等,而且由于将无毒且无味的CO2作为二次冷媒,因此能够保持高冷却性能,并用于室内空调或食品等的冷冻。进而,由于是二元冷冻机,因此能够提高冷冻机的COP(Coefficient of Performance,性能系数)。
[0099] (12)在几个实施方式中,上述结构(10)或(11)中,
[0100] 还具备冷却水回路,其导设至作为所述冷冻循环结构设备的一部分而设置在所述一次冷媒回路中的冷凝器;
[0101] 所述第二热交换部导设有所述冷却水回路及所述盐水回路,用于通过由所述冷凝器加热的冷却水来加热在所述盐水回路循环的盐水热交换器。
[0102] 根据上述结构(12),由于能够通过由冷凝器加热的冷却水加热盐水,因此不需要除冷冻装置以外的加热源。
[0103] 此外,由于除霜操作时能够通过所述盐水降低冷却水的温度,因此操作能够降低冷冻操作时的NH3冷媒的冷凝温度,从而提高冷冻机的COP。
[0104] 进而,在所述冷却水回路配设在冷凝器与冷却塔之间的例示性的实施方式中,也可以将所述第二热交换部设置于冷却塔内热交换,由此,能够缩小除霜时使用的装置的设置空间。
[0105] (13)在几个实施方式中,上述结构(10)或(11)中,
[0106] 还具备冷却水回路及冷却塔,
[0107] 所述冷却水回路导设至作为所述冷冻循环结构设备的一部分而设置在所述一次冷媒回路中的冷凝器;
[0108] 所述冷却塔用于使所述冷却水回路中循环的冷却水与喷水进行热交换来冷却;
[0109] 所述第二热交换部由加热塔构成;
[0110] 所述加热塔与所述冷却塔一体设置,用于导入所述喷水,并使该喷水与在所述盐水回路中循环的所述盐水进行热交换。
[0111] 根据上述结构(13),通过将加热塔与冷却塔一体设置,能够缩小第二热交换部的设置空间。
[0112] (14)本发明的至少一个实施方式的升华除霜方法,是利用了具有所述结构(1)~(13)的升华除霜系统的升华除霜方法,其包含如下工序:
[0113] 第一工序,通过所述除湿装置来除湿,使所述冷冻室的室内空气不成为饱和水蒸气分压;
[0114] 第二工序,在除霜时关闭所述开闭阀从而形成所述闭合路;
[0115] 第三工序,调整所述CO2冷媒的压力,使在所述闭合路中循环的CO2冷媒达到所述冷冻室的室内空气中水蒸气的冰点以下的冷凝温度;
[0116] 第四工序,使作为加热介质的所述盐水与在所述闭合路中循环的CO2冷媒进行热交换,将所述CO2冷媒汽化;
[0117] 第五工序,使由所述第四工序汽化的所述CO2冷媒在所述闭合路中循环,利用所述CO2冷媒的热量将附着于所述热交换管外表面的霜升华去除。
[0118] 根据上述结构(14),由于通过在所述热交换管内流动的CO2冷媒的热量来加热附着于所述热交换管外表面的霜,因此能够在热交换管全部区域均匀加热。此外,由于通过对所述闭合路进行压力调整,控制CO2冷媒的冷凝温度,因此能够高精度地控制在闭合路中流动的CO2冷媒气体的温度,由此,由于能够将霜准确地加热到冰点以下的温度,从而能够进行升华除霜。
[0119] 这样,由于附着在热交换管上的霜升华而不溶解,因此不需要排水盘及用于排水盘中所积存的排水的排水设备,从而能够大幅降低冷冻装置的成本。此外,由于仅介由热交换管的管壁从内部加热所述热交换管上附着的霜,因此能够提高热交换效率,从而能够实现节能。
[0120] (15)在几个实施方式中,上述结构(14)中,
[0121] 所述第四工序中,在形成有高度差的所述闭合路的下部区域,使所述盐水与在所述闭合路中循环的CO2冷媒进行热交换;
[0122] 所述第五工序中,通过热虹吸作用使所述CO2冷媒在所述闭合路中自然循环。
[0123] 根据上述结构(15),由于通过热虹吸作用使所述CO2冷媒在所述闭合路中自然循环,因此不需要强制循环CO2冷媒的装置,能够降低成本。
[0124] (三)有益效果
[0125] 根据本发明的至少一个实施方式,由于能够将冷却器的热交换管上附着的霜升华去除,因此不需要排水盘及排水排出设备。此外,由于不需要排水排出操作,因此能够降低除霜所需要的原始成本及运行成本,实现节能。附图说明
[0126] 图1为一个实施方式的冷冻装置的系统图。
[0127] 图2为一个实施方式的冷冻装置的系统图。
[0128] 图3为图2所示的冷冻装置的冷却器的剖面图。
[0129] 图4为一个实施方式的冷却器的剖面图。
[0130] 图5为一个实施方式的冷冻装置的系统图。
[0131] 图6为图5所示的冷冻装置的冷却器的剖面图。
[0132] 图7为一个实施方式的冷冻机的系统图。
[0133] 图8为一个实施方式的冷冻机的系统图。
[0134] 图9为一个实施方式的冷冻装置的系统图。
[0135] 图10为一个实施方式的冷冻装置的配置图。

具体实施方式

[0136] 下面,利用附图所示的实施方式对本发明进行详细说明。但是,该实施方式所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别的记载,并不旨在限定本发明的范围。
[0137] 例如,表示“某方向”、“沿某方向”、“平行”、“垂直”、“中心”、“同心”或“同轴”等相对或绝对的配置的表达,不仅能严格地表示这样的配置,也可以表示为具有公差或者具有可获得相同功能的程度的度或距离而相对位移的状态。
[0138] 例如,表示“同一”、“相等”及“均质”等事物相等状态的表达,不仅严格地表示相等状态,也表示存在公差或者在取得相同功能的程度的差值的状态。
[0139] 例如,表示四边形或圆柱形等形状的表达,不仅表示严格的几何学意义上的四边形或圆柱形等形状,也可以表示包括能够获得同样效果的范围内的凹凸部或倒角部等的形状。
[0140] 另一方面,“备有”、“备置”、“具备”、“包含”或“具有”这样对一种构成要素的表达,并不是将其他构成要素的存在除外的排他性表达。
[0141] 图1~图9表示具备本发明几个实施方式的除霜系统。
[0142] 这些实施方式使用的冷冻装置10A~10D具备分别设置在冷冻室30a及30b内部的冷却器33a及33b、冷却液化CO2冷媒的冷冻机11A~11D,以及使通过该冷冻机冷却液化的CO2冷媒在冷却器33a及33b中循环的冷媒回路(相当于二次冷媒回路14)。冷却器33a及33b具有壳体34a及34b,以及配设在该壳体内部的热交换管42a及42b。在图1~图9所示的冷冻装置10A~10D中,在冷冻操作时,冷冻室30a及30b的内部保持例如-25℃的低温。
[0143] 在上述各个实施方式的例示的结构中,热交换管42a及42b从壳体34a及34b的外部导设至壳体34a及34b的内部。
[0144] 这里,将从壳体34a及34b隔壁外侧的、配置于冷冻室30a及30b内部的热交换管42a及42b的区域称为入口管42c及出口管42d。
[0145] 在冷冻室30a及30b的内部,设置有用于对室内空气除湿的除湿装置38a及38b。除湿装置38a及38b在图1~图9所示的几个实施方式中是吸附式除湿装置。吸附式除湿装置例如为,由表面担载有吸附剂的旋转式转子构成,并同时连续进行如下工序的干燥剂转子式除湿装置:在该旋转式转子的一部分区域内从室内空气吸附水蒸气的工序,以及在其他区域内使吸附的水蒸气脱离的工序。向除湿装置38a及38b供给外部空气a,从室内空气吸附水蒸气s并向外部排出,同时向室内放出低温干燥空气d。
[0146] 此外,通过与热交换管42a及42b的入口管42c及出口管42d相连接的循环路形成路,形成CO2循环路。所述循环路形成路径,在图1及图9所示的实施方式中为与热交换管42a及42b的入口管及出口管连接的除霜回路50a及50b,在图2~图6所示的实施方式中为与热交换管42a及42b的入口管及出口管连接的旁路管72a及72b。
[0147] 在热交换管42a及42b的入口管42c及出口管42d上,设置有用于在除霜时使所述CO2循环路成为闭合路的开闭阀。所述开闭阀在图1~图9所示的几个实施方式中为电磁开闭阀54a及54b。
[0148] 在图1~图9所示的各个实施方式例示的结构中,在壳体34a及34b上形成两个通风用开口,在该开口中的一个上设置有风扇35a及35b。通过风扇35a及35b的运转,形成有流通于壳体34a及34b内外的空气流。热交换管42a及42b例如在水平方向以及上下方向上呈蛇形配置。
[0149] 此外,设置有用于对除霜时在所述闭合路中循环的CO2冷媒压力进行调整的压力调整部45a及45b。通过压力调整部45a及45b来进行压力调整,使除霜时在所述闭合路中的CO2冷媒具有比冷冻室30a及30b内部存在的水蒸气的冰点(例如0℃)更低温的冷凝温度。
[0150] 在图1~图9所示的几个实施方式例示的结构中,压力调整部45a及45b由压力传感器46a及46b、压力调整阀48a及48b、控制装置47a及47b构成,所述压力传感器46a及46b用于检测在所述闭合路中循环的CO2冷媒的压力;所述压力调整阀48a及48b设置在出口管42d处;所述控制装置47a及47b输入压力传感器46a及46b的检测值,控制压力调整阀48a及48b的开度,使在所述闭合路中循环的CO2冷媒的冷凝温度达到冷冻室30a及30b的室内空气中水蒸气冰点以下的冷凝温度。
[0151] 在上述实施方式的例示结构中,压力调整阀48a及48b与电磁开闭阀52a及52b并排设置。
[0152] 压力传感器46a及46b设置在压力调整阀48a及48b上游侧的出口管42d上。控制装置47a及47b根据该压力传感器的检测值,控制压力调整阀48a及48b开度,使在所述闭合路中循环的CO2冷媒的冷凝温度达到冷冻室30a及30b的室内空气中水蒸气冰点以下的冷凝温度,从而对CO2冷媒进行压力调整。
[0153] 此外,除霜时关闭电磁开闭阀52a及52b,使所述CO2循环路成为闭合路时,在所述闭合路中通过循环装置使CO2冷媒循环。所述循环装置例如为设置于所述CO2循环路中的液压泵,或者如同图1~图10所示的几个实施方式中所采用的那样,不是强制的循环装置,而是通过热虹吸作用使CO2冷媒自然循环的装置。
[0154] 此外,设置有第一热交换部,其使用盐水作为加热介质,通过该盐水对在CO2循环路中循环的CO2冷媒加热并使其汽化。在图1及图9所示的实施方式中,该第一热交换部是导设有除霜回路50a及50b,以及从盐水回路60分支出来的盐水分支路61a及61b的热交换器70a及70b。在图2~图6所示的实施方式中,该第一热交换部是由热交换管42a及42b的下部区域,以及导设至该下部区域的盐水分支路63a、63b或80a、80b构成的热交换部。
[0155] 作为所述盐水,可以使用例如乙二醇、丙二醇等的水溶液。
[0156] 在图1及图9所示的实施方式中,所述循环路形成路上,设置有除霜回路50a及50b,作为所述第一热交换部,设置有热交换器70a及70b。
[0157] 在图2~图6所示的实施方式中,作为所述循环路形成路,设置有旁路管72a及72b,作为所述第一热交换部,形成有从热交换管42a及42b的下部区域和导设至该下部区域的盐水分支路61a及61b所构成的热交换部。
[0158] 在图1~图9所示的实施方式中,所述CO2循环路形成为在上下方向上具有高度差,同时所述第一热交换部形成于CO2循环路的下部区域。
[0159] 即,在图1及图9所示的实施方式中,通过在冷却器33a及33b的下方配置除霜回路50a及50b,从而CO2循环路具有高度差。在图2~图6所示的实施方式中,形成CO2循环路的热交换管42a及42b配置为具有高度差。
[0160] 在上述具有高度差的CO2循环路中,能够通过热虹吸作用自然循环使CO2冷媒在除霜时形成的闭合路中。即,在第一热交换部汽化的CO2冷媒气体通过热虹吸作用上升。上升后的CO2冷媒气体在热交换管42a及42b或者该热交换管的上部区域与附着在该热交换器外表面的霜进行热交换,对该霜升华除湿。另一方面,CO2冷媒失去保有热并液化,液化后的CO2冷媒因重力下降到CO2循环路中。这样,循环型热虹吸操作发挥作用,使CO2冷媒在所述闭合路中自然循环。
[0161] 在图1~图6所示的几个实施方式中,设置有第二热交换部(相当于热交换器58)和盐水回路60(虚线表示),其中,所述第二热交换部用于使盐水与加热介质(冷却水)进行热交换来加热所述盐水;所述盐水回路60与该第二热交换部及所述第一热交换部连接,使通过第二热交换部加热的盐水在第一热交换部中循环。盐水回路60在冷冻室30a及30b的外部分支出盐水分支路61a及61b(虚线表示)。
[0162] 在图1~图9所示的实施方式中,盐水分支路61a及61b导设至热交换器70a及70b,在图2~图6所示的实施方式中,经由连接部62与设置于冷冻室30a及30b内部的盐水分支路63a、63b或80a、80b(虚线表示)相连接。
[0163] 在图2及图3所示的至少一个实施方式中,热交换管42a及42b在冷却器33a及33b的内部配置为具有高度差。盐水分支路63a及63b导设至冷却器33a以及33b的内部,同时配置于热交换管42a及42b的下部区域。例如,盐水分支路63a及63b配置在热交换管42a及42b的配置区域的1/3~1/5的下部区域。
[0164] 所述第一热交换部形成于盐水分支路63a及63b与热交换管42a及42b的下部区域之间。
[0165] 并且,图3所示的冷却器33a的例示结构中,通风用开口形成于壳体34a的上面及侧面(未图示),室内空气c从该侧面流入,从该上面流出。
[0166] 在图4所示的冷却器33a的例示结构中,通风用开口形成在两侧的侧面,室内空气c通过该两侧面流入流出壳体34a。
[0167] 在图5及图6所示的至少一个实施方式中,热交换管42a、42b及盐水分支路80a、80b在冷却器33a及33b的内部配置为具有高度差。此外,构成为在盐水分支路80a、80b中盐水由下方向上方流动。并且,在盐水分支路61a及61b的上下方向上的中间位置设置有流量调整阀82a及82b。
[0168] 在上述结构中,通过缩小流量调整阀82a及82b的开度,能够在流量调整阀82a及82b的上游侧区域,即能够在比流量调整阀82a及82b更靠下方的热交换管42a及42b上形成所述第一热交换部。
[0169] 在图1~图9所示的几个实施方式中,在盐水回路60的入口及出口分别设置温度传感器66及68,利用这些温度传感器能够测量流过该入口及出口的盐水温度。若这些温度传感器的检测值的差缩小,则能够判定为除霜接近完成。因此,对所述检测值的差设定阈值(例如2~3℃),当检测值的差达到该阈值以下时,判定为除霜完成即可。
[0170] 在图2~图6所示的实施方式中,在盐水回路60的去路上设置暂时存储盐水的储液罐(开放型盐水槽)64及使盐水循环的盐水泵65。
[0171] 在图9所示的实施方式中,设置有用于吸收压力变动及调整盐水流量等的膨胀水箱92,来代替储液罐64。
[0172] 在图1~图6所示的几个实施方式中,冷冻装置10A~10C具备冷冻机11A。冷冻机11A具有使NH3冷媒循环并设置有冷冻循环结构设备的一次冷媒回路12,以及使CO2冷媒循环并延伸设置至所述冷却器33a及33b的二次冷媒回路14。二次冷媒回路14经由级联冷凝器24与一次冷媒回路12相连接。
[0173] 设置在一次制冷回路12上的冷冻循环结构设备由压缩机16、冷凝器18、NH3储液器20、膨胀阀22及级联冷凝器24构成。
[0174] 二次冷媒回路14中,设置有将由级联冷凝器24液化的CO2冷媒暂时存储的CO2储液器36、以及使CO2储液器36中存储的CO2冷媒在热交换管42a及42b中循环的CO2液压泵37。
[0175] 此外,在级联冷凝器24和CO2储液器36之间设置有CO2循环路44。从CO2储液器36经由CO2循环路44导入到级联冷凝器24的CO2冷媒气体在级联冷凝器24通过NH3冷媒冷却液化,返回到CO2储液器36中。
[0176] 冷冻机11A中,由于使用NH3及CO2的自然冷媒,因此能够有助于防止臭氧层破坏及防止地球温暖化。此外,由于将冷却性能高但有毒性的NH3作为一次冷媒,将无毒且无味的CO2作为二次冷媒,因此能够用于室内空调或食品等的冷冻。
[0177] 在图7所示的至少一个示例的实施方式中,可以设置冷冻机11B,来代替冷冻机11A。冷冻机11B在使NH3冷媒循环的一次冷媒回路12上设置有低段压缩机16b及高段压缩机
16a,在低段压缩机16b与高段压缩机16a之间的一次冷媒回路12上设置有中间冷却器84。在冷凝器18的出口从一次冷媒回路12分支出分支路12a,在分支路12a上设置有中间膨胀阀
86。
[0178] 在分支路12a流过的NH3冷媒通过中间膨胀阀86膨胀冷却,导入至中间冷却器84。在中间冷却器84中,通过从分支路12a导入的NH3冷媒冷却从低段压缩机16b排出的NH3冷媒。
通过设置中间冷却器84,能够提高冷冻机11B的COP。
[0179] 在级联冷凝器24中与NH3冷媒热交换并冷却液化的CO2冷媒液储存于CO2储液器36中,然后,由CO2储液器36通过CO2液压泵37在设置于冷冻室30内部的冷却器33循环。
[0180] 在图8所示的至少一个示例的实施方式中,可以设置冷冻机11C,来代替冷冻机11A。冷冻机11C构成二元冷冻循环,在使NH3冷媒循环的一次冷媒回路12上设置有高元压缩机88a及膨胀阀22a。在经由级联冷凝器24与一次冷媒回路12相连接,并在循环CO2冷媒的二次冷媒回路14上,设置有低元压缩机88b及膨胀阀22b。
[0181] 由于冷冻机11C为在一次冷媒回路12及二次冷媒回路14上分别构成机械压缩式冷冻循环的二元冷冻机,因此能够提高冷冻机的COP。
[0182] 在图1~图6所示的几个实施方式中,冷冻装置10A~10C具备冷冻机11A。在冷冻机11A中,冷却水回路28导设至冷凝器18。冷却水回路28上分支出具有冷却水泵57的冷却水分支路56,冷却水分支路56及盐水回路60(虚线表示)导设至作为所述第二热交换部的热交换器58。
[0183] 冷却水回路28中循环的冷却水,在冷凝器18中通过NH3冷媒加热。加热后的冷却水作为所述加热介质,除霜时在热交换器58中加热在盐水回路60中循环的盐水。
[0184] 若从冷却水回路56向热交换器58导入的冷却水温度例如为20~30℃,则能够利用该冷却水将盐水加热到15~20℃。
[0185] 在其他实施方式中,作为所述加热介质,除所述冷却水以外,例如可以使用从压缩机16排出的高温高压的NH3冷媒气体、工厂的温排水、吸收了由锅炉产生的热量或者机油冷却器的保有热的介质等任意的加热介质。
[0186] 在上述几个实施方式的例示结构中,冷却水回路28设置于冷凝器18与密闭式冷却塔26之间。冷却水通过冷却水泵29在冷却水回路28中循环。通过冷凝器18吸收NH3冷媒的排热后的冷却水在密闭式冷却塔26接触外部空气,并且通过喷水的蒸发潜热来冷却。
[0187] 密闭式冷却塔26具有与冷却水回路28连接的冷却线圈26a、使外部空气a在冷却线圈26a通风的风扇26b、向冷却线圈26a洒布冷却水的喷水管26c及泵26d。由喷水管26c洒布的冷却水的一部分蒸发,利用该蒸发潜热来冷却在冷却线圈26a中流过的冷却水。
[0188] 在图9所示的至少一个实施方式中,冷冻装置10D中设置的冷冻机11D具有使密闭式冷却塔26与密闭式加热塔91一体形成的密闭式冷却加热单元90。密闭式冷却塔26通过喷水冷却在冷却水回路28中循环的冷却水,其基本结构与图1~图6所示的密闭式冷却塔26相同。
[0189] 密闭式加热塔91导入在密闭式冷却塔26中冷却在冷却水回路28中循环的冷却水所需的喷水,使该喷水与在盐水回路60中循环的盐水进行热交换。密闭式加热塔91具有与盐水回路60相连接的加热线圈91a,以及向加热线圈91a洒布冷却水的喷水管91c及泵91d。密闭式冷却塔26的内部与密闭式加热塔91的内部在共有壳体的下部连通。
[0190] 吸收在一次冷媒回路12中循环的NH3冷媒的排热后的冷却水,由喷水管91c向加热线圈91a洒布,成为对在加热线圈91a及在盐水回路60中循环的盐水进行加热的加热介质。
[0191] 在图1~图9所示的几个实施方式中,在冷冻室30a及30b的外部,二次冷媒回路14分支出CO2分支路40a及40b。CO2分支路40a及40b在冷冻室30a及30b的外部与热交换管42a及42b的入口管及出口管相连接。
[0192] 从热交换器58延伸设置在冷冻室30a及30b附近的盐水回路60,在冷冻室30a及30b的外部分支为盐水分支路61a及61b(虚线表示)。
[0193] 在图1所示的冷冻装置10A中,盐水分支路61a及61b导设至在冷冻室30a及30b内部中设置的热交换器70a及70b上。
[0194] 在冷冻装置10A升华除霜时,首先,如果冷冻室30a及30b的室内空气具有饱和水蒸气分压,则使除湿装置38a及38b工作,来进行除湿,使成为低水蒸气分压。接着,关闭电磁开闭阀52a及52b,使由热交换管42a及42b与除霜回路50a及50b构成的CO2循环路成为闭合路。
[0195] 进而,向控制装置47a及47b输入压力传感器46a及46b的检测值,控制装置47a及47b基于该检测值对压力调整阀48a及48b进行操作,从而对CO2冷媒进行压力调整,使在闭合路中循环的CO2冷媒达到室内空气中水蒸气的冰点(例如0℃)以下的冷凝温度。例如,将CO2冷媒升压到3.0Mpa(冷凝温度为-5℃)。
[0196] 然后,在热交换器70a及70b中使盐水与CO2冷媒进行热交换,将CO2冷媒汽化。接着,使汽化后的所述CO2冷媒在闭合路内循环,通过CO2冷媒的冷凝潜热(-5℃/3.0MPa条件下为249kJ/kg)将附着在热交换管42a及42b的外表面上的霜升华去除。
[0197] 为了使霜升华而调整的CO2冷媒的冷凝温度的下限值为室内温度(例如-25℃)。冷却操作时通过使具有室内温度以下的温度的CO2冷媒(例如-30℃)在热交换管42a及42b中循环来冷却室内。因此,由于霜的温度也达到室内温度以下(例如-25℃~-30℃),若升华除霜时CO2冷媒的冷凝温度为从室内温度到存在于室内的水蒸气的冰点的范围内,则能够将霜加热升华。
[0198] 在本实施方式中,除霜回路50a及50b设置于热交换管42a及42b下方,CO2循环路具有高度差。因此,通过热交换器70a及70b汽化的CO2冷媒通过热虹吸作用上升到热交换管42a及42b中。上升到热交换管42a及42b中的CO2冷媒气体,利用其保有热将附着在热交换管
42a及42b的外表面上的霜升华,从而CO2冷媒液化。液化后的CO2冷媒因重力下降到除霜回路
50a及50b中,通过热交换器70a及70b再次汽化。
[0199] 在图2及图3所示的冷冻装置10B及图5及图6所示的冷冻装置10C中,在冷却器33a及33b的内部,具有高度差地配置热交换管42a、42b及盐水分支路63a、63b或80a、80b。
[0200] 此外,在壳体34a及34b的外部,在热交换管42a及42b的入口管及出口管之间连接有旁路管72a及72b,在旁路管72a及72b上设置有电磁开闭阀74a及74b。
[0201] 所述入口管中在旁路管52a及52b的上游侧设置有电磁开闭阀54a及54b,所述出口管中在旁路管52a及52b的下游侧设置有电磁开闭阀54a及54b,
[0202] 冷冻装置10B中,在热交换管42a及42b的下部区域导设有盐水分支路63a及63b,通过热交换管42a及42b的下部区域和盐水分支路63a及63b形成热交换部。
[0203] 在冷冻装置10C中,实质上在配置有热交换管42a及42b的所有区域中配设有盐水分支路80a及80b,在盐水分支路80a及80b的上下方向中间部位设置有流量调整阀82a及82b。盐水分支路80a及80b形成为盐水b由下部区域向上方区域流动的流路。
[0204] 冷却器33a及33b的例示结构,若以图3或图6所示的冷却器33a为例,则热交换管42a、42b及盐水分支路63a、63b及80a、80b呈蛇形形状朝向水平方向配置,并且配置于上下方向。盐水分支路80a及80b形成为使盐水b由下部区域向上方区域流动的流路。
[0205] 热交换管42a在冷却器33a的外部的入口管42c及出口管42d上设有管头(ヘッダ)43a及43b,盐水分支路63a及80a在冷却器33a的入口及出口上设置有管头78a及78b。
[0206] 在冷却器33a的内部沿上下方向设置有多片板翅式散热片76a。热交换管42a及盐水分支路63a或80a嵌入在板翅式散热片76a上形成的多个孔中,并由板翅式散热片76a支撑。通过设置板翅式散热片76a,使所述配管的支撑强度增加,并且促进热交换管42a及盐水分支路63a或80a之间的传热。
[0207] 冷冻操作时,通过风扇35a,使通过冷却器33a冷却的室内空气c向冷冻室32a的内部扩散。并且,由于除霜时不产生溶解水,因此在壳体34a的下方未设置排水盘。以上的冷却器33a的结构与冷却器33b也相同。
[0208] 在冷冻机11B及冷冻机11C中,热交换管42a及42b的入口管42c及出口管42d在冷冻室30a及30b的外部,经由连接部41与CO2分支路40a及40b连接。盐水分支路63a、63b及80a、80b在冷冻室30a及30b的外部,经由连接部62与盐水分支路61a、61b连接。
[0209] 冷冻装置10B中,冷冻室30a及30b的壳体34a及34b、包括入口管42c及出口管42d的热交换管42a及42b、盐水分支路63a及63b、旁路管72a及72b构成一体形成的冷却单元31a及31b。
[0210] 冷冻装置10C中,冷冻室30a及30b的壳体34a及34b、包括入口管42c及出口管42d的热交换管42a及42b、盐水分支路80a及80b、旁路管72a及72b构成为一体形成的冷却单元32a及32b。
[0211] 冷却单元31a、31b或者32a、32b,经由连接部41及62,与CO2分支路40a、40b及盐水分支路61a、61b可装卸地连接。
[0212] 在冷冻装置10B及10C中,冷冻运转时,关闭电磁开闭阀74a及74b,打开电磁开闭阀52a及52b。除霜时,打开电磁开闭阀74a及74b,关闭电磁开闭阀52a及52b,形成由热交换管
42a及42b以及旁路管72a及72b构成的闭合路。
[0213] 冷冻装置10B中,除霜时,在热交换管42a及42b的下部区域中,CO2冷媒因在盐水分支路63a及63b中流动的盐水的保有热而汽化。汽化后的CO2冷媒上升到热交换管42a及42b的上部区域,在该上部区域将附着在热交换管42a及42b的外表面上的霜升华去除。将霜升华除湿的CO2冷媒液化因重力而下降,在下部区域再次汽化。这样,通过热虹吸作用CO2冷媒在闭合路中自然循环。
[0214] 冷冻装置10C中,通过缩小流量调整阀82a及82b的开度,来限制盐水b的流量,从而能够仅在流量调整阀82a及82b的上游侧区域(下方区域)形成使CO2冷媒与盐水热交换的热交换部。
[0215] 因此,在与流量调整阀82a及82b的上游侧区域及下游侧区域相当的热交换管42a及42b的区域之间,通过热虹吸作用使CO2冷媒自然循环,能够通过循环的CO2冷媒的保有热将霜升华去除。
[0216] 根据图1~图10所示的几个实施方式,由于通过在热交换管42a及42b中流动的CO2冷媒的热量来加热附着于该热交换管42a及42b的外表面上的霜,因此能够在该热交换管所有区域均匀加热。此外,由于通过调整所述闭合路的压力,来控制CO2冷媒的冷凝温度,因此能够高精度地控制在该闭合路中流动的CO2冷媒气体的温度,由此,由于能够将霜准确加热到冰点以下的温度,从而能够升华除霜。
[0217] 除霜时,通过风扇35a及35b的运转,形成流通于壳体34a及34b内外的空气流,能够促进升华。
[0218] 这样,由于将热交换管42a及42b上附着的霜不融化地升华,因此不需要排水盘及用于该排水盘中积存的排水的排水设备,从而能够大幅降低冷冻装置的成本。此外,由于仅介由该热交换管的管壁从内部加热附着于所述热交换管42a及42b上的霜,因此能够提高热交换效率,从而实现节能。
[0219] 此外,由于能够使CO2冷媒在低压状态进行除霜,因此不必对CO2循环路等配管类设备施加耐压强度,从而不会造成成本。
[0220] 因此,由于结霜或结露所造成的性能降低十分显著,因此采用难以适用于冷冻室用冷却器的微管道热交换管也能够实现升华除霜。此外,除冷冻室以外,也可以适用于作为面向批量式冻结室或要求未除霜下长时间连续操作的冰柜的除霜方法。
[0221] 在图1所示的冷冻装置10A中,由于设置除霜回路50a及50b而形成CO2循环路,因此能够扩大形成在该CO2循环路上的第一热交换部的设置位置的自由度。
[0222] 在图2及图3所示的冷冻装置10B中,由于除旁路管72a及72b以外仅通过热交换管42a及42b来形成CO2循环路,因此不必设置新的管路,从而造成高成本。
[0223] 根据图1~图9所示的几个实施方式,由于能够通过热虹吸作用使CO2冷媒在所述闭合路中自然循环,因此不需要在所述闭合路中使CO2冷媒强制循环的装置,因此不需要用于强制循环的装备及动力(泵动力等),能够低成本化。
[0224] 此外,通过具备盐水回路60,从而能够使加热后的盐水追随配置在与CO2冷媒进行热交换的热交换部的设置位置,因此能够扩大所述热交换部设置位置的自由度。
[0225] 此外,在图2及图3所示的实施方式中,由于在热交换管42a及42b的下部区域形成与盐水热交换的热交换部,且通过热虹吸作用使CO2冷媒自然循环,因此由于不需要除旁路管72a及72b以外的新的配管,且不需要用于强制循环的装备,因此能够降低冷却器33a及33b的成本。
[0226] 此外,由于盐水分支路63a及63b未配置在热交换管42a及42b的上部区域,因此能够降低用于在冷却器33a及33b的内部形成空气流的风扇35a及35b的动力。此外,能够在上部区域空余的空间设置热交换管42a及42b,从而能够提高冷却器33a及33b的冷却能力。
[0227] 此外,根据图5及图6所示的实施方式,将盐水分支路80a及80b设置于热交换管42a及42b的上下方向上的整个区域,通过流量调整阀82a及82b缩小盐水的流量,能够将热交换部的形成仅限制在热交换管42a及42b的下部区域。因此,通过在已有的冷却器上仅增设流量调整阀82a及82b这样简单的改造,能够进行升华除霜。
[0228] 此外,根据图1~图9所示的几个实施方式,根据分别设置于盐水回路60的入口及出口的温度传感器66及68的检测值的差,能够准确地求出除霜完成时间。由此,能够防止冷冻室内过度加热或由过度加热引起的水蒸气扩散,同时能够进一步实现节能,并且能够使室内温度稳定化,能够实现冷冻室内保冷食品的品质提高。
[0229] 此外,根据图1~图9所示的几个实施方式,通过设置作为在所述闭合路中循环的CO2冷媒的压力调整装置的压力调整部45a及45b,能够在简单且低成本化的条件下实现高精度的压力调整。
[0230] 此外,根据图1~图5所示的几个实施方式,由于在冷却水回路28导设至热交换器58,并将通过冷凝器18加热过的冷却水作为加热盐水的加热介质,因此不需要冷冻装置以外的加热源。此外,由于能够在除霜时通过盐水降低冷却水的温度,因此能够降低冷冻操作时的NH3冷媒的冷凝温度,提高冷冻机的COP。
[0231] 进而,能够在密闭式冷却塔26的内部设置热交换器58,由此,能够缩小用于除霜的装置的设置空间。
[0232] 此外,在图9所示的实施方式中,由于加热介质与盐水的热交换是在与密闭式冷却塔26一体的密闭式加热塔91内进行的,因此能够缩小第二热交换部的设置空间。此外,通过将密闭式冷却塔26的喷水作为盐水的热源,也能够由外部空气采热。另外,冷冻装置10D为风冷方式的情况下,可以实现由加热塔单独通过外部空气所进行的冷却水冷却,以及将外部空气作为热源来加热盐水。
[0233] 进而,通过使用上述结构的冷却单元31a、31b及32a、32b,易于对冷冻室30a及30b安装带除霜装置的冷却器33a及33b,同时通过将这些冷却单元预先组装为一体,从而对冷冻室30a及30b的安装变得更加容易。
[0234] 图10为又一其他实施方式,该实施方式的冷冻室30与货物处理室100邻接。在冷冻室30的内部设置有多台所述结构的冷却器33。例如,冷却器33中,具备所述结构的壳体34、热交换管42、盐水分支路61、63、以及CO2循环路等。
[0235] 在冷冻室30与货物处理室100内部,分别设置例如干燥剂除湿机这样的除湿装置38,通过除湿装置38,从室外导入外部空气a,并排出室内的水蒸气s,从而向室内供给低温干燥空气d。
[0236] 货物处理室100例如保温在+5℃,在从货物处理室100出入冷冻室30的入口处设置电动式绝热102,使门开闭时对冷冻室30注入水蒸气抑制为最小限度。
[0237] 例如,在冷冻室30的温度冷却到-25℃,冷冻室30的容积为7,500m3时,相对湿度为100%时绝对湿度为0.4g/kg,相对湿度为25%时绝对湿度为0.1g/kg。因此,该绝对湿度差乘以冷冻室30的容积得到的数值为2.25kg,成为能够保有的水蒸气量。因此,通过将室内空气的相对湿度设为25%,能够充分进行升华除霜。
[0239] 根据本发明,通过实现升华除霜,能够实现降低冷冻装置的除霜所需要的原始成本及运行成本,并且实现节能。
[0240] 附图标记说明
[0241] 10A、10B、10C、10D 冷冻装置
[0242] 11A、11B、11C、11D  冷冻机
[0243] 12              一次冷媒回路
[0244] 14              二次冷媒回路
[0245] 16              压缩机
[0246] 16a             高段压缩机
[0247] 16b             低段压缩机
[0248] 18              冷凝器
[0249] 20              NH3储液器
[0250] 22、22a、22b    膨胀阀
[0251] 24              级联冷凝器
[0252] 26              密闭式冷却塔
[0253] 28              冷却水回路
[0254] 29、57          冷却水泵
[0255] 30、30a、30b    冷冻室
[0256] 31a、31b、32a、32b       冷却单元
[0257] 33、33a、33b    冷却器
[0258] 34、34a、34b  壳体
[0259] 35a、35b        风扇
[0260] 36              CO2储液器
[0261] 37              CO2液压泵
[0262] 38、38a、38b    除湿装置
[0263] 40、40a、40b    CO2分支路
[0264] 41、62          连接部
[0265] 42、42a、42b    热交换管
[0266] 42c              入口管
[0267] 42d              出口管
[0268] 43a、43b、78a、78b    管头
[0269] 44              CO2循环路
[0270] 45a、45b          压力调整部
[0271] 46a、46b             压力传感器
[0272] 47a、47b             控制装置
[0273] 48a、48b             压力调整阀
[0274] 50a、50b             除霜回路
[0275] 52a、52b、74a、74b     电磁开闭阀
[0276] 56                  冷却水分支路
[0277] 58                  热交换器(第二热交换部)
[0278] 60                 盐水回路
[0279] 61、61a、61b、63、63a、63b、80a、80b   盐水分支路
[0280] 64                 储液罐
[0281] 65                 盐水泵
[0282] 66                  温度传感器(第一温度传感器)
[0283] 68                  温度传感器(第二温度传感器)
[0284] 70                  热交换器(第一热交换部)
[0285] 72a、72b            旁路管
[0286] 76a                 板翅式散热片
[0287] 82a、82b            流量调整阀
[0288] 84                  中间冷却器
[0289] 86                  中间膨胀阀
[0290] 88a                 高元压缩机
[0291] 88b                 低元压缩机
[0292] 90                  密闭式冷却加热单元
[0293] 91                  密闭式加热塔
[0294] 92                  膨胀水箱
[0295] 100                 货物处理室
[0296] 102                 绝热门
[0297] a              外部空气
[0298] b               盐水
[0299] c               室内空气
[0300] d               低温干燥空气
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