特開 2024-35976 超低温冷凍システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024035976

(43)【公開日】2024-03-15

(54)【発明の名称】超低温冷凍システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/00 20060101AFI20240308BHJP

【ＦＩ】

F25B9/00 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140644

(22)【出願日】2022-09-05

(71)【出願人】

【識別番号】000148357

【氏名又は名称】株式会社前川製作所

(71)【出願人】

【識別番号】522352270

【氏名又は名称】ＴＤソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】仲村 直子

(72)【発明者】

【氏名】北山 英博

(72)【発明者】

【氏名】津幡 行一

(72)【発明者】

【氏名】工藤 瑞生

(72)【発明者】

【氏名】原 秀幸

(57)【要約】

【課題】除霜器において着霜した霜を霜のままで排出することのできる超低温冷凍システムを提供する。
【解決手段】
超低温冷凍システム１は、超低温冷凍庫１０と、超低温冷凍庫内の空気を冷却して、超低温冷凍庫内に冷却された空気を供給する空気冷媒冷凍機３０と、超低温冷凍庫内に設けられ、空気冷媒冷凍機から超低温冷凍庫内に供給される空気の霜を除去する除霜器４０と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被冷却物を冷却保管する超低温冷凍庫と、
前記超低温冷凍庫内の空気を吸い込んで冷却して、前記超低温冷凍庫内に冷却された前記空気を供給する空気冷媒冷凍機と、
前記超低温冷凍庫内に設けられ、前記空気冷媒冷凍機から前記超低温冷凍庫内に供給される前記空気の霜を除去する除霜器と、を有する超低温冷凍システム。

【請求項2】

前記除霜器は複数設けられ、
一の前記除霜器が除霜運転している場合、他の前記除霜器は除霜運転を停止し、
前記他の除霜器が除霜運転している場合、前記一の除霜器は除霜運転を停止する、請求項１に記載の超低温冷凍システム。

【請求項3】

前記除霜器は、
前記霜が付着した前記空気が吸い込まれる吸込口と、
前記霜が付着して、前記霜を前記空気から分離するフィルタ部と、
前記フィルタ部において前記霜が分離された前記空気が前記超低温冷凍庫内に送られる第１流路と、
前記フィルタ部に前記霜が付着した後、自重で落下した前記霜を霜のまま、外部に排出する排出部と、を有する、請求項１または２に記載の超低温冷凍システム。

【請求項4】

前記超低温冷凍庫の庫内温度は、マイナス５０℃以下である、請求項１または２に記載の超低温冷凍システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超低温冷凍システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、超低温冷凍倉庫では環境対策によるフロン冷媒の削減やファン動力の低減による省エネを目的として、フロン冷媒を利用した二元冷凍機から、空気冷媒冷凍機への移行が進んでいる。

【0003】

空気冷媒冷凍機は、倉庫内の空気を吸い込み、圧縮し、断熱膨張により冷えた空気を庫内に戻すエアサイクルが採用されている。したがって、空気内に含まれた水分が霜となり、冷凍機内や倉庫内にたまるため、冷凍機内や倉庫内において定期的な除霜が必要となる。

【0004】

これに関連して、例えば下記の特許文献１には、空気冷媒冷凍機において、冷凍庫の前段にサイクロン式の除霜器が設置された構成が開示されている。この構成によれば、空気冷媒冷凍機において冷却された空気に含まれる霜は、サイクロンによって分離され、冷凍庫内に入る霜が低減する。一方、特許文献２には、ネット（フィルタ部）によって除霜することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６－２３４２７５号公報

【特許文献2】特開平１１－１３２５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した特許文献１の構成（除霜器が冷凍庫外）において、除霜器として特許文献２に開示されているフィルタを採用した場合、除霜器が冷凍庫外に設置されているため、周辺温度が比較的高い場合には、霜が溶融してフィルタ部に板状の氷が形成して、除霜器が目詰まりで閉塞して、除霜できなくなる虞がある。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、除霜器に着霜した霜を霜のまま排出することのできる超低温冷凍システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成する本発明に係る超低温冷凍システムは、被冷却物を冷却保管する超低温冷凍庫と、前記超低温冷凍庫内の空気を吸い込んで冷却して、前記超低温冷凍庫内に冷却された前記空気を供給する空気冷媒冷凍機と、前記超低温冷凍庫内に設けられ、前記空気冷媒冷凍機から前記超低温冷凍庫内に供給される前記空気の霜を除去する除霜器と、を有する。

【発明の効果】

【0009】

上述の超低温冷凍システムによれば、除霜器が超低温冷凍庫内に設けられるため、低温雰囲気内で除霜でき、除霜器で着霜した霜を霜のままで排出することができる。したがって、霜が溶融してフィルタ部に板状の氷が形成して、除霜器が目詰まりで閉塞して除霜できなくなることを好適に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る超低温冷凍システムを示す系統図である。

【図2】本実施形態に係る超低温冷凍システムの除霜器を示す図であって、フィルタ部に霜が付着している様子を示す図である。

【図3】本実施形態に係る超低温冷凍システムの除霜器を示す図であって、フィルタ部に付着した霜が自重で落下した様子を示す図である。

【図4】変形例に係る除霜器を示す図である。

【図5】変形例に係る超低温冷凍システムを示す系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態を、図１～図３を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る超低温冷凍システム１を示す系統図である。図２は、本実施形態に係る超低温冷凍システム１の除霜器４０を示す図であって、フィルタ部４２に霜が付着している様子を示す図である。図３は、本実施形態に係る超低温冷凍システム１の除霜器４０を示す図であって、フィルタ部４２に付着した霜が自重で落下した様子を示す図である。

【0013】

本実施形態に係る超低温冷凍システム１は、例えば薬品倉庫の冷却に用いられる。なお、冷却対象は、薬品倉庫に限定されず、食品倉庫等の冷却にも用いられる。本実施形態に係る超低温冷凍システム１は、図１に示すように、被冷却物を冷却保管する超低温冷凍庫１０と、超低温冷凍庫１０に接続されて空気が循環する循環路２０と、超低温冷凍庫１０内の空気を冷媒として、超低温冷凍庫１０内に冷却された空気を供給する空気冷媒冷凍機３０と、超低温冷凍庫１０内に設けられ、空気冷媒冷凍機３０から超低温冷凍庫１０内に供給される空気の霜を除去する除霜器４０と、を有する。

【0014】

超低温冷凍庫１０では、上述したように薬品が冷却保管されている。薬品が冷却保管されている超低温冷凍庫１０では、薬品の搬入・搬出を無人で行うため、自動搬送装置が使用される。自動搬送装置に霜が付着すると、正常に動作しなくなる虞があるため、空気冷媒冷凍機３０を使用する場合、超低温冷凍庫１０内に戻る冷却された空気に付着する霜を、除霜器４０によって除去しなければならない。

【0015】

超低温冷凍庫１０の内部には、循環路２０を循環する空気の吸込口（不図示）、および空気冷媒冷凍機３０において冷却された空気が吹き出る吹出口（不図示）が配置されている。超低温冷凍庫１０の庫内温度は、特に限定されないが、マイナス５０℃以下である。このように、超低温冷凍庫１０内の温度が超低温であるため、除霜器４０において、霜の溶融を防止でき、好適に霜を霜のままで排出することができる。また、超低温冷凍庫１０の庫内温度がマイナス５０℃以下であるとき、フィルタ部４２に付着する霜がある程度の量になると落下するため、霜を除去することで、連続的に運転できる。

【0016】

空気中で霜が生成される場合、水分を含んだ空気の温度が下がり、飽和量を超える水分が析出する。ここで、例えば、庫内温度がマイナス２０℃～マイナス３０℃のように、本実施形態に係る超低温冷凍庫１０内の温度より高い場合は、過冷却液滴で存在している時間が長く、凍結する前に凝集や結合により大きな結晶を作りやすい。これに対して、本実施形態に係る超低温冷凍庫１０の庫内温度はマイナス５０℃以下であることによって、過冷却解除しやすく、質量が増える前に氷として析出するため、粒径の小さい霜ができる。さらに、超低温冷凍庫１０の庫内温度が低いほど絶対湿度が低いため、同じ温度差でも析出する水分量は少なくなり、相対的に小さい霜が生成される。したがって、後述のフィルタ部４２に付着する霜はパウダー状となり、後述するように、風圧で容易に除霜器４０内から排出することができる。

【0017】

空気冷媒冷凍機３０は、図１に示すように、圧縮機３１と、膨張機３２と、一次冷却器３３と、を有する。圧縮機３１および膨張機３２は一体型であって、同一のモーターＭに接続されている。空気冷媒冷凍機３０は、逆ブレイトンサイクルを構成する。

【0018】

以下、空気冷媒冷凍機３０におけるサイクルについて説明する。なお、以下において説明する温度は一例であって、特に限定されるものではない。

【0019】

まず、空気冷媒冷凍機３０に吸い込まれる超低温冷凍庫１０内（マイナス６０℃）の空気は、圧縮機３１において圧縮・加熱されることによって、９０℃の高温高圧の空気となる。そして、９０℃の空気は、一次冷却器３３において、４０℃まで冷却される。

【0020】

次に、４０℃の空気は、膨張機３２において断熱膨張され、マイナス８０℃まで冷却され、この空気が超低温冷凍庫１０内へ送られる。

【0021】

除霜器４０は、図１に示すように、超低温冷凍庫１０内に設けられる。ここで例えば、除霜器が冷凍庫外に配置される場合、周辺温度が比較的高い場合には、霜が溶融してフィルタ部に板状の氷が形成して、除霜器が目詰まりで閉塞し、除霜できなくなる虞がある。これに対して、本実施形態に係る除霜器４０は、超低温冷凍庫１０内に配置されるため、低温雰囲気内で除霜でき、除霜器４０で着霜した霜を霜のままで排出することができる。さらに、例えば、除霜器が冷凍庫外に配置される場合、周辺温度が比較的高い場合には、霜が溶融してフィルタ部に板状の氷が形成され、除霜器が目詰まりで閉塞して、除霜できなくなる虞があるため、防熱する設備を設ける必要があり、システム全体が大型化する可能性がある。これに対して、本実施形態に係る除霜器４０は、超低温冷凍庫１０内に配置されるため、低温雰囲気内で除霜でき、防熱する設備が不要となり、システム全体の大型化を防止できる。

【0022】

本実施形態において、除霜器４０は１つ設けられる。除霜器４０は、空気冷媒冷凍機３０によって、マイナス８０℃まで冷却された空気が超低温冷凍庫１０内に送られるときに、空気に含まれる霜を除去する。以下、除霜器４０の構成について説明するが、以下の除霜器４０の構成は一例であって、除霜器４０の構成は特に限定されない。

【0023】

除霜器４０は、図２、３に示すように、筐体４１と、筐体４１内に設けられるフィルタ部４２と、霜が分離された空気が超低温冷凍庫１０内に流通する第１流路４３と、第１流路４３に設けられる第１バルブ４４と、筐体４１から霜が排出される際に霜が通過する第２流路４５と、第２流路４５に設けられる第２バルブ４６と、を有する。

【0024】

筐体４１には、空気冷媒冷凍機３０において冷却された霜を含む空気が吸い込まれる吸込口４１Ａが形成される。

【0025】

フィルタ部４２は、吸込口４１Ａから吸い込まれた空気に含まれる霜が付着して、霜を空気から分離する。本実施形態において、フィルタ部４２は、図２、図３に示すように、水平方向に延在するように配置される。この構成によれば、広範囲に亘って、フィルタ部４２を設けることができるため、フィルタ部４２に対して好適に霜を付着させることができる。

【0026】

フィルタ部４２は無数の空隙を備えるように構成されている。霜が含まれる空気がフィルタ部４２を通過する際に、図２に示すように、霜Ｆはフィルタ部４２に付着する。一方、霜が分離された空気はフィルタ部４２を通過して上方に移動し、第１バルブ４４が開いている際に、第１流路４３を介して、超低温冷凍庫１０内に送られる（図２の矢印参照）。すなわち、このときは超低温冷凍庫１０内では、通常の冷却運転が行われる。

【0027】

通常の冷却運転を続けていると、フィルタ部４２に付着する霜Ｆの量が所定以上になったとき、図３に示すように、自重で筐体４１の下面に落下する。落下した霜Ｆは、いわゆるパウダー状態で下面に蓄積される。なお、除霜器４０は、フィルタ部４２に付着した霜の自重による落下を補助する落下部をさらに有してもよい。落下部としては、特に限定されないが、超音波振動機、またはショットエアを吹き付ける吹付部を用いることができるが、フィルタ部４２における目詰まりを防止する観点から、超音波振動機が好ましい。

【0028】

さらに、フィルタ部４２に付着した霜の自重による落下を補助するために、空気の流れを逆にして（図２において下向き）、フィルタ部４２に付着した霜を落下させてもよい。

【0029】

筐体４１の下面に所定量の霜Ｆが蓄積されたら、図３に示すように、第１バルブ４４を閉じて、第２バルブ４６を開いた状態で、吸込口４１Ａから吸い込まれる空気の風圧で霜Ｆを第２流路４５から排出することができる。すなわち、第１バルブ４４および第２バルブ４６は、霜を霜のまま外部に排出する排出部として機能する。すなわち、このときは超低温冷凍庫１０内では、通常の冷却運転が止まって、除霜運転が行われる。第２バルブ４６は、超低温冷凍庫１０内に配置されることが好ましい。ここで、例えば第２バルブ４６が超低温冷凍庫１０外に配置される場合、第２バルブ４６内で霜が融けて結氷する可能性がある。本実施形態では、第２バルブ４６は、超低温冷凍庫１０内に配置されるため、上記の結氷を防止できる。

【0030】

除霜器４０外に放出された霜は、例えばドレンパンで受けて、ドレンパンに設置されたヒーターまたは温風等により霜を融解して排水することによって、再昇華を防止するとともに、霜除去作業を容易にすることができる。

【0031】

ここで例えば、除霜器４０が超低温冷凍庫１０内に設けられない場合、周辺温度が比較的高い場合には、フィルタ部４２に付着した霜が溶融して、フィルタ部４２に氷が生成して除霜器４０が閉塞して除霜できなくなる虞がある。

【0032】

これに対して、本実施形態に係る超低温冷凍システム１において、除霜器４０は、超低温冷凍庫１０内に配置されるため、低温雰囲気内で除霜でき、除霜器４０で着霜した霜を霜のままで排出することができる。

【0033】

なお、除霜器４０のフィルタ部４２には、ヒーター部が取り付けられてもよい。この構成によれば、仮にフィルタ部４２に付着した霜が溶融して、フィルタ部４２に板状の氷が形成したとしても、ヒーター部で氷を溶融することができるため、除霜器４０が閉塞して除霜できなくなることを防止できる。

【0034】

以下、本実施形態に係る超低温冷凍システム１の除霜器４０の除霜方法について説明する。除霜方法は、筐体４１の吸込口４１Ａから、霜が付着した空気を吸い込む吸込工程と、霜をフィルタ部４２に付着させて空気と分離させる分離工程と、フィルタ部４２において霜が分離された空気を超低温冷凍庫１０内に送る工程と、フィルタ部４２に霜が付着した後、自重で落下した霜を霜のまま、外部に排出する排出工程と、を有する。排出工程では、第１バルブ４４を閉じるとともに第２バルブ４６を開いた状態で、吸込口４１Ａから吸い込まれる空気の風圧で霜を第２流路４５から排出する。

【0035】

以上説明したように、本実施形態に係る超低温冷凍システム１は、被冷却物を冷却保管する超低温冷凍庫１０と、超低温冷凍庫１０内の空気を吸い込んで冷却して、超低温冷凍庫１０内に冷却された空気を供給する空気冷媒冷凍機３０と、超低温冷凍庫１０内に設けられ、空気冷媒冷凍機３０から超低温冷凍庫１０内に供給される空気の霜を除去する除霜器４０と、を有する。このように構成された超低温冷凍システム１によれば、除霜器４０が超低温冷凍庫１０内に設けられるため、低温雰囲気内で除霜でき、除霜器４０で着霜した霜を霜のままで排出することができる。したがって、霜が溶融して氷が生成して、除霜器４０が閉塞して除霜できなくなることを好適に防止できる。

【0036】

また、除霜器４０は、霜が付着した空気が吸い込まれる吸込口４１Ａと、霜が付着して、霜を空気から分離するフィルタ部４２と、フィルタ部４２において霜が分離された空気が超低温冷凍庫１０内に送られる第１流路４３と、フィルタ部４２に霜が付着した後、自重で落下した霜を霜のまま、外部に排出する排出部と、を有する。このように構成された超低温冷凍システム１によれば、排出部が設けられるため、無人で自動の除霜が可能となる。

【0037】

また、超低温冷凍庫１０の庫内温度は、マイナス５０℃以下である。このように構成された超低温冷凍システム１によれば、超低温冷凍庫１０内の温度が超低温であるため、除霜器４０において、霜の溶融を防止でき、好適に霜を霜のままで排出することができる。

【0038】

以上、実施形態を通して本発明について説明したが、本発明は上述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

【0039】

例えば上述した実施形態では、フィルタ部４２は、図２、図３に示すように、水平方向に延在するように配置された。しかしながら、フィルタ部１４２は、図４に示すように、鉛直方向に延在するように配置されてもよい。この構成によれば、空気の進行方向に対して直交するように配置されるため、効率よく霜をフィルタ部１４２に付着させることができる。また、フィルタ部４２、１４２が設けられる個数は、水平方向および鉛直方向のいずれであってもよく、１つに限定されない。

【0040】

また、上述した実施形態では、空気冷媒冷凍機３０および除霜器４０は１つずつ設けられた。しかしながら、空気冷媒冷凍機３０および除霜器４０は、図４に示すように、複数（図４では３つ）設けられてもよい。このとき、３つの除霜器４０のうち一の除霜器が除霜運転している場合、他の除霜器は除霜運転を停止（通常運転）し、他の除霜器が除霜運転している場合、一の除霜器は除霜運転を停止（通常運転）する。この構成によれば、除霜器４０を好適に除霜しつつ、超低温冷凍庫１０内を連続的に冷却することができる。

【0041】

また、上述した実施形態では、排出部は、第１バルブ４４および第２バルブ４６によって構成された。しかしながら、排出部としては、除霜器４０の下面に配置されたコンベア等の搬送装置であってもよく、搬送装置上に所定量の霜が溜まったら、搬送装置で筐体４１外に排出してもよい。

【符号の説明】

【0042】

１ 超低温冷凍システム、
１０ 超低温冷凍庫、
２０ 循環路、
３０ 空気冷媒冷凍機、
３１ 圧縮機、
３２ 膨張機、
３３ 一次冷却器、
４０ 除霜器、
４１Ａ 吸込口、
４２、１４２ フィルタ部、
４３ 第１流路、
４４ 第１バルブ、
４５ 第２流路、
４６ 第２バルブ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】