JPS62141481A - 冷却および冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷却室が低温空気循環回路の形の冷熱発生器
で冷却され、この冷熱発生器において冷却室から吸い出
される高温の空気が圧縮後に大気に曝される熱交換器に
おいてほぼその大気温度まで冷却され、続いて膨張され
、その際最低温度レベルに冷却して冷却室に戻され、そ
の循環回路に循環空気を除湿する装置が設けられている
ような冷却および冷凍装置、特に家庭用冷蔵冷凍庫に関
する。

（従来の技術〕 かかる形式の冷却および冷凍装置において、作動媒体と
して用いられる大気はオープン回路を循環させられる。

その場合このオープン回路は、大気および冷却ないし冷
凍品から水蒸気を吸収する働きをするので、膨張段の後
方で生ずる低い温度において氷の結晶が生ずる。これに
よって氷の結晶が膨張段の後方で成長し、霜あるいは氷
の形で堆積し、これによって低温空気回路の作用がひど
く害されるおそれがある。

そのため上述した形式の公知の冷却および冷凍装置の場
合ラビリンスないしサイクロン分離器が設けられており
、この分離器において、膨張段の後方で生ずる氷の結晶
が空気流から分離される。

分離した氷の結晶はその後解氷され、氷解水の形で冷却
および冷凍装置から排出される。

その場合膨張段として膨張タービンが利用される限りは
、霜の発生はコントロールできない。これは例えば循環
空気の種品数、局所的な適冷、局所的な流れ条件、空気
温度および空気湿度に左右されるので、氷の結晶がその
限られた成長速度により後方において始めて生ずるよう
な通常運転と異なって、膨張タービンの回転羽根の内部
で既に霜の発生が生・じてしまうという危険がある。こ
の場合大きな相対速度で運動する堅い結晶が生ずるので
、膨張タービンの回転羽根および案内羽根を機械的に負
荷して、破損してしまう危険がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上述した関係で生ずる危険を簡単に有
効に除去することにある。

〔問題点の解決手段〕

本発明によればこの目的は、循環空気を除湿するために
、補助熱交換器が用いられ、この熱交換器において冷却
室から吸い出される高温の空気が、膨張した低温空気に
よって含有水分を熱交換器面に凝縮させることによって
乾燥することによって除去される。

〔発明の効果〕

本発明に基づいて循環回路に接続された補助熱交換器に
よって、循環空気は乾燥状態で膨張タービンに到達し、
決して氷の結晶は生じない。

〔実施態様〕

本発明の有利な実施態様において、補助熱交換器は垂直
に立てたプレートを持った対向流・プレート形熱交換器
として形成され、その下側にある終端分配器に、氷解水
の出口を有している。

この場合本発明に基づく有利な実施態様において、対向
流・プレート形熱交換器の下側終端分配器は、出口に向
かって傾斜して設けられる。

対向流・プレート形熱交換器のプレートが解氷加熱器を
備えていることによって、特に解氷時間を短縮できる。

本発明に基づく別の実施態様において、対向流・プレー
ト形熱交換器は、交互に空気流に接続される互いに断熱
壁で分離されている２つの熱交換器部分を有している。

これによって本発明に基づく冷却および冷凍装置の連続
運転ができる。

これは本発明に基づ〈実施態様において、対向流・プレ
ート形熱交換器の各熱交換器部分を通る空気流の経路が
、制御フラッパによって制御される場合、特に有効に実
施できる。

〔実施例〕

以下図面に示した実施例を参照して本発明の詳細な説明
する。

第１図においてＫは冷凍装置の冷却室であり、これは一
般に図示してない扉によって閉鎖可能な断熱性のケーシ
ングを有している。冷凍装置は連続的あるいは間欠的に
運転される冷風回路形式の冷熱源を備えている。間接的
に運転する際、冷熱発生器の停止中に、冷却室に内の空
気は温度上昇する。これはケーシングの断熱壁を通して
の外側への熱損失、扉を明けた場合の外気の侵入および
冷却室に内に貯蔵された生鮮冷凍品がもたらす熱エネル
ギーに起因する。

冷凍装置の内部における空気温度が図示してないサーモ
スタットの上側投入点まで上昇すると、駆動モータＥＭ
の電気回路が閉じられ、この駆動モータＥＭは高速圧縮
タービンＶおよび膨張タービンＥの複合タービン設備を
駆動する。その場合状態０′の空気が冷凍装置の冷却室
Ｋから吸い出され、補助熱交換器Ａを通して導かれ、そ
の中で後述するように状態０′に変化する。空気はこの
状態θ′で内側熱交換器ＷＴＩの低温側を通して導かれ
る。空気はこの内側熱交換器ＷＴＩから状態１で圧縮タ
ービン■に送られ、そこから状態２で室温に曝される外
側熱交換器ＷＴＡに導かれる。

室温に曝されるこの外側熱交換器ＷＴＡにおいて、圧縮
された空気の温度は室温以上の状態３′まで低下する。

各過程を通過する際に変化し符合を付けて示した空気の
状態は、その場合第２図におけるＴＳ線図の状態に相応
している。

空気は外側熱交換器ＷＴＡを状態３′で流出し、内側熱
交換器ＷＴＩの高温側に流入し、そこで冷凍装置から吸
い出され補助熱交換器Ａにおいて状態０′にされた空気
との熱交換が行われる。その場合空気の温度は状態３に
低下する。

それからこの状態３において、空気は内側熱交換器ＷＴ
Ｉから膨張タービンＥに吸い込まれ、そこで状態′４に
膨張され、その温度は約−２５℃まで低下する。それか
ら状ｒｉ５の低温空気が、補助熱交換器Ａを通して冷凍
装置に再び流入する。

補助熱交換器Ａにおいて、冷凍装置の冷却室Ｋから吸い
出された状態Ｏの空気と、膨張タービンＥから来る極端
に低温の状態４の空気との間で熱交換が行われる。その
場合冷凍装置の冷却室Ｋにおける状態Ｏの空気内の水分
は、補助熱交換器Ａにおいて霜の形で凝縮し、空気はこ
の熱交換器Ａから乾燥した状態Ｏ′で排出される。この
ようにして膨張タービンＥの中あるいはその後方におけ
るコントロールできない霜あるいは氷の結晶の発生は、
補助熱交換器Ａを状態０の空気がほぼ露点温度４まで除
湿されるように設計することにより、確実に防止される
。

補助熱交換器Ａは、第３図から第６図に示されているよ
うに、外側ケーシングＧおよびその中に立てて配置され
たプレートＰを持った対向流プレート形熱交換器として
形成されている。

冷凍装置の冷却室Ｋから来る状態Ｏの高温多湿の空気が
、分離器として形成された補助熱交換器Ａを貫流し、そ
の際状！＠０の空気は、膨張タービンＥの後方で生ずる
状態４の低温空気がその中空室を貫流する低温プレート
Ｐと接触する。その場合冷却室Ｋにおける空気内の水分
は、霜の形でプレートＰの壁の上に分離され、これによ
って空気は状態Ｏ′に冷却され除湿される。これに対向
流で流れる状態４の低温空気は状態５に加熱され、この
状態５で冷却室にの中に吹き出される。

プレートＰは単一板壁として終端分配器ＥＶに溶接され
ているか、あるいは縁を曲げて固定され、好適には保持
舌片りに吊り下げられている。状態０および状態４の空
気の圧力はほぼ同じであるので、気密性について厳しい
要求はない。

同様に溶接されるか縁を曲げて固定されるプレート縁に
、電熱線Ｈが設けられている。この電熱線Ｈは好適には
下側の排水通路Ｓから外側に導かれ、そこから排水管Ｅ
Ｒを通して導き出されている。

状態Ｏの空気流から霜として分離した水分は、解氷の際
に貫通開口りから流出する。この貫通開口りは流水経路
のために傾斜されている下側の終端分配器ＥＶのすぐ上
側で、プレートＰを空気Ｏの側で差込み管Ｒまで貫通し
ており、この差込み管Ｒはプレートポケットの最下端位
置において終端分配器ＥＶによって案内されている。そ
の後例えば電熱線Ｈで加熱された可撓性のホースＥＲは
サイフオンの形に接続され、水はサイフオンを通して蒸
発皿に導かれ、再び蒸発させられる。

解氷過程の開始は時間制御で行われるか、あるいは状態
Ｏおよび状態Ｏ′の空気流における圧力勾配が所定の値
を趣えた場合、あるいは霜の厚さを光学的に検出して行
われる。それにより冷熱発生器が遮断され、電熱線Ｈが
投入される。解氷過程の終了は時間制御で行われるか、
プレートＰの表面温度を測定して、氷結点を越えた場合
に電熱線Ｈを遮断することによって行われる。

第６図に半分だけ示されている異なった実施例において
は、補助熱交換器Ａ′として、周期的に解氷する分離器
があり、これは上述した実施例と異なって、２つの熱交
換器部分に分けられ、両方の空気側に入口および出ロフ
ラソパ制御弁が設けられている。これらのフラッパ制御
弁は第６図において、両方のストッパＡＩとＡ２との間
で転向フラッパＫ　Ｌを移動させる軸駆動装置Ｗから成
っている。

冷凍装置の冷却室Ｋから来る状態Ｏの空気は、図示した
実施例の場合下側の空気通路を貫流し、そこでプレート
Ｐの低温空気通路内を対向流で流れる状態４の低温空気
で冷却され除湿される。この場合上側熱交換器部分にお
いて、電熱器Ｈ１が投入され、これによってこの部分に
おいて解氷が行われる。両方の熱交換器部分間における
熱伝達を防止するために、これらの間に断熱壁■が設け
られており、これしま軸Ｗの平面高さにおける空気の流
れも阻止する。熱不良導体材料で作られた転向フラッパ
Ｋ　Ｌは、この場合ストッパＡＩに接しており、解氷中
の熱交換器部分を通して空気が貫梳することを阻止する
。

この熱交換器部分が解氷されると、（例えば温度センサ
によって、あるいは時間制御によって）電熱線Ｈ１が遮
断され、所定の遅れ時間後に空気側が切り換えられ、電
熱線Ｈ２が投入される。この過程は周期的に繰り返され
る。なおこの場合排出管Ｓの加熱は、排水管Ｓの氷結を
防止するために連続して行わなければならないので温風
配管を介しても行われる。

対向流プレート形熱交換器の図示されていない半部には
同様に、上述と同様であるが逆向きに移動される転向フ
ラップが配置されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づ＜　？ｉｌｉ助熱交換器を持った
冷凍装置の低温空気の循環回路図、第２図は補助熱交換
器を持った低温循環回路の理想的な熱力学的な経過を示
した線図、第３図ないし第５図はそれぞれ単純な対向流
プレート形熱交換器として形成された補助熱交換器の異
なった方向から見た断面図、第６図は第３図ないし第５
図における実施例と異なった対向流プレート形熱交換器
の一部断面図である。 Ａ、Ａ’：熱交換器、Ｋ：冷却室、Ｐニブレート、■：
断熱壁、Ｓ：排水通路、ＥＲ：排水管、ＥＶ：終端分配
器、ＫＬ：制御フラッパ。 ＦＩＧ、２ 侍開ｔＩ８６２−１４１４８１　（’０）ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、　４　　　　　　　　ＦＩＧ、　５／Ａ し ：１１ １［Ｉｊ！Ｉ［［＋ ド ：：１ 硼 １　・　Ｒ１ ・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）冷却室が低温空気循環回路の形の冷熱発生器で冷却
   され、この冷熱発生器において冷却室から吸い出される
   高温の空気が圧縮後に大気に曝される熱交換器において
   ほぼその大気温度まで冷却され、続いて膨張され、その
   際最低温度レベルに冷却して冷却室に戻され、その循環
   回路に循環空気を除湿する装置が設けられているような
   冷却および冷凍装置において、循環空気を除湿するため
   に補助熱交換器（Ａ、Ａ′）が設けられ、この熱交換器
   において冷却室（Ｋ）から吸い出される高温レベルの空
   気が、膨張した低温空気によって含有水分を熱交換器面
   （Ｐ）に凝縮させることによって乾燥することを特徴と
   する冷却および冷凍装置。 ２）補助熱交換器が垂直に立てたプレート（Ｐ）を持っ
   た対向流・プレート形熱交換器として形成され、その下
   側にある終端分配器（ＥＶ）に氷解水の出口（Ｓ、ＥＲ
   ）を有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の冷却および冷凍装置。 ３）対向流・プレート形熱交換器の下側終端分配器（Ｅ
   Ｖ）が出口（Ｓ）に向かって傾斜して設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷却および
   冷凍装置。 ４）対向流・プレート形熱交換器のプレート（Ｐ）が解
   氷加熱器（Ｈ）を備えていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の冷却および冷凍装置。 ５）対向流・プレート形熱交換器（Ａ′）が、交互に空
   気流に接続される互いに断熱壁（Ｉ）で分離されている
   ２つの熱交換器部分を有していることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１つに記載の
   冷却および冷凍装置。 ６）対向流・プレート形熱交換器（Ａ′）の各熱交換器
   部分を通る空気流の経路が制御フラッパ（ＫＬ）によっ
   て制御されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の冷却および冷凍装置。