特開 2025-21800 冷凍装置

(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】P2025021800

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20250206BHJP

   F25B 1/10 20060101ALI20250206BHJP

   F25B 6/02 20060101ALI20250206BHJP

   F25B 39/04 20060101ALI20250206BHJP

   F28D 1/047 20060101ALI20250206BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 321A

F25B1/10 P

F25B6/02 Z

F25B39/04 E

F28D1/047 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023125766

(22)【出願日】2023-08-01

(71)【出願人】

【識別番号】000239585

【氏名又は名称】フクシマガリレイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100148138

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡

(72)【発明者】

【氏名】原田 委千弘

【テーマコード（参考）】

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L103AA35

3L103BB41

3L103CC30

3L103DD06

3L103DD33

(57)【要約】

【課題】二段圧縮冷凍サイクルで構成される冷凍装置において、圧縮後の冷媒を放熱させる放熱器の放熱量の総量を、要求される冷凍能力に適合する放熱量に容易に調整できる汎用性に優れた冷凍装置を提供する。
【解決手段】冷凍装置１１は、前段圧縮機１２、前段放熱器１３、後段圧縮機１４、及び後段放熱器１５と、これら各機器１２～１５が接続される冷媒配管１８とを備える。前段放熱器１３は、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の複数の単位前段放熱器１３ａ・１３ａで構成され、後段放熱器１５は、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の複数の単位後段放熱器１５ａ・１５ａで構成される。単位前段放熱器１３ａの構成数を変更することで、前段放熱器１３の放熱量の総量を調整することができる。また、単位後段放熱器１５ａの構成数を変更することで、後段放熱器１５の放熱量の総量を調整することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸発器（１７）で蒸発された低圧冷媒を圧縮して吐出する前段圧縮機（１２）と、
前段圧縮機（１２）から吐出された中間圧冷媒を放熱させる前段放熱器（１３）と、
前段放熱器（１３）で放熱された中間圧冷媒を圧縮して吐出する後段圧縮機（１４）と、
後段圧縮機（１４）から吐出された高圧冷媒を放熱させる後段放熱器（１５）と、
これら前段圧縮機（１２）、前段放熱器（１３）、後段圧縮機（１４）、及び後段放熱器（１５）が接続される冷媒配管（１８）と、
を備え、
前段放熱器（１３）は、冷媒配管（１８）に対して並列に接続される、放熱量が同一の複数の単位前段放熱器（１３ａ・１３ａ）で構成され、後段放熱器（１５）は、冷媒配管（１８）に対して並列に接続される、放熱量が同一の複数の単位後段放熱器（１５ａ・１５ａ）で構成されており、
単位前段放熱器（１３ａ）の構成数を変更することで、前段放熱器（１３）の放熱量の総量を調整することができるとともに、単位後段放熱器（１５ａ）の構成数を変更することで、後段放熱器（１５）の放熱量の総量を調整することができるように構成されていることを特徴とする冷凍装置。

【請求項2】

１つの単位前段放熱器（１３ａ）と、１つの単位後段放熱器（１５ａ）とを前後方向に隣接配置して形成された放熱器対（４３）と、放熱器対（４３）に冷却用の空気流を供給する冷却ファン（４９）とで構成される放熱器ユニット（５０）を複数個備え、
各放熱器対（４３）において、単位前段放熱器（１３ａ）が空気流の上流側に配され、単位後段放熱器（１５ａ）が空気流の下流側に配されている請求項１に記載の冷凍装置。

【請求項3】

単位前段放熱器（１３ａ）と単位後段放熱器（１５ａ）は、左右方向に並列状に配される薄板からなるフィン（３５）の一群と、蛇行状に繰り返し反転されてフィン（３５）の一群を厚み方向に貫く放熱管（３６）とを含む、フィンチューブ型の熱交換器（３４）で構成されており、
放熱管（３６）が、継ぎ目のない１本の管材で形成されている請求項２に記載の冷凍装置。

【請求項4】

単位前段放熱器（１３ａ）の一群のフィン（３５）と、単位後段放熱器（１５ａ）の一群のフィン（３５）は、それぞれ等ピッチ置きに配されており、
単位前段放熱器（１３ａ）のフィン（３５）の隣接ピッチ（Ｐ１）と、単位後段放熱器（１５ａ）のフィン（３５）の隣接ピッチ（Ｐ２）は同じピッチに設定されており、
放熱器対（４３）を前方からみたとき、単位前段放熱器（１３ａ）のフィン（３５）と単位後段放熱器（１５ａ）のフィン（３５）とが重なるように、単位前段放熱器（１３ａ）と単位後段放熱器（１５ａ）とが前後方向に隣接配置されている請求項３に記載の冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二段圧縮冷凍サイクルで構成される冷凍装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の冷凍装置は、例えば特許文献１に開示されており公知である。特許文献１（発明の名称：遷臨界冷凍サイクル装置の製造方法）に記載の冷凍装置は、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサの低段側圧縮手段と、低段側圧縮手段から吐出された中間圧冷媒を放熱させるサブクーラと、サブクーラで放熱させた中間圧冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサの高段側圧縮手段と、高段側圧縮手段から吐出された高圧冷媒を放熱させるガスクーラなどを含んで構成される。サブクーラとガスクーラとは一体化されて、１つのフィンチューブ型の熱交換器として構成されている。具体的には、熱交換器は、空気との熱交換を促す薄板からなるフィンの一群と、蛇行状に繰り返し反転されてフィン群を厚み方向へ貫く放熱管とを備えており、サブクーラとガスクーラの放熱管がそれぞれ別の管で構成されるとともに、フィンがサブクーラとガスクーラとで共用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－２６３４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば食品等を冷却保存する冷却庫では、庫内容積が大小に異なる冷却庫が複数種用意されてシリーズ化されるが、庫内容積によって冷凍装置に要求される冷凍能力は異なる。しかし、特許文献１の冷凍装置のように、サブクーラとガスクーラとが１つのフィンチューブ型の熱交換器で構成されていると、要求される冷凍能力に適合する放熱量を有する熱交換器を複数種用意する必要があり汎用性に欠ける。

【0005】

本発明は、二段圧縮冷凍サイクルで構成される冷凍装置において、圧縮後の冷媒を放熱させる放熱器の放熱量の総量を、要求される冷凍能力に適合する放熱量に容易に調整することができる、汎用性に優れた冷凍装置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】

【0006】

本発明の冷凍装置１１は、蒸発器１７で蒸発された低圧冷媒を圧縮して吐出する前段圧縮機１２と、前段圧縮機１２から吐出された中間圧冷媒を放熱させる前段放熱器１３と、前段放熱器１３で放熱された中間圧冷媒を圧縮して吐出する後段圧縮機１４と、後段圧縮機１４から吐出された高圧冷媒を放熱させる後段放熱器１５と、これら前段圧縮機１２、前段放熱器１３、後段圧縮機１４、及び後段放熱器１５が接続される冷媒配管１８と、を備える。前段放熱器１３は、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の複数の単位前段放熱器１３ａ・１３ａで構成され、後段放熱器１５は、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の複数の単位後段放熱器１５ａ・１５ａで構成されている。そして、単位前段放熱器１３ａの構成数を変更することで、前段放熱器１３の放熱量の総量を調整することができるとともに、単位後段放熱器１５ａの構成数を変更することで、後段放熱器１５の放熱量の総量を調整することができるように構成されていることを特徴とする。

【0007】

１つの単位前段放熱器１３ａと、１つの単位後段放熱器１５ａとを前後方向に隣接配置して形成された放熱器対４３と、放熱器対４３に冷却用の空気流を供給する冷却ファン４９とで構成される放熱器ユニット５０を複数個備える。各放熱器対４３において、単位前段放熱器１３ａが空気流の上流側に配され、単位後段放熱器１５ａが空気流の下流側に配されている。

【0008】

単位前段放熱器１３ａと単位後段放熱器１５ａは、左右方向に並列状に配される薄板からなるフィン３５の一群と、蛇行状に繰り返し反転されてフィン３５の一群を厚み方向に貫く放熱管３６とを含む、フィンチューブ型の熱交換器３４で構成されている。放熱管３６は、継ぎ目のない１本の管材で形成されている。

【0009】

単位前段放熱器１３ａの一群のフィン３５と、単位後段放熱器１５ａの一群のフィン３５は、それぞれ等ピッチ置きに配されており、単位前段放熱器１３ａのフィン３５の隣接ピッチＰ１と、単位後段放熱器１５ａのフィン３５の隣接ピッチＰ２は同じピッチに設定されている。放熱器対４３を前方からみたとき、単位前段放熱器１３ａのフィン３５と単位後段放熱器１５ａのフィン３５とが重なるように、単位前段放熱器１３ａと単位後段放熱器１５ａとが前後方向に隣接配置されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明の冷凍装置１１のように、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の複数の単位前段放熱器１３ａ・１３ａで前段放熱器１３を構成していると、各単位前段放熱器１３ａを通過したのち合流する中間圧冷媒の温度を略一致させることができるので、温度が異なる中間圧冷媒が合流する際に生じる冷媒流の乱れを防いで、冷媒をスムーズに循環させることができる。同様に、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の複数の単位後段放熱器１５ａ・１５ａで後段放熱器１５を構成していると、各単位後段放熱器１５ａを通過したのち合流する高圧冷媒の温度を略一致させることができるので、温度が異なる高圧冷媒が合流する際に生じる冷媒流の乱れを防いで、冷媒をスムーズに循環させることができる。以上より、本発明の冷凍装置１１によれば、前段放熱器１３と後段放熱器１５のそれぞれを複数個の単位放熱器１３ａ・１５ａで構成したにも拘わらず、冷媒の循環に弊害が生じることを防ぐことができる。

【0011】

そのうえで、本発明の冷凍装置１１のように、単位前段放熱器１３ａの構成数を変更することで、前段放熱器１３の放熱量の総量を調整することができるとともに、単位後段放熱器１５ａの構成数を変更することで、後段放熱器１５の放熱量の総量を調整することができるように構成されていると、より簡単に放熱器１３・１５の放熱量の総量を調整することができる。加えて、放熱量の異なる複数種の単位放熱器を用意する必要はなく、１種の単位放熱器１３ａ・１５ａを用意し、その構成数を変更するだけで、放熱器１３・１５の放熱量の総量を定量的に増減させることができる。以上より、本発明によれば、放熱器の放熱量の総量を、要求される冷凍能力に適合する放熱量に容易に調整することができる、汎用性に優れた冷凍装置１１を得ることができる。

【0012】

なお、前段放熱器を構成する放熱量が同一の複数の単位前段放熱器が、冷媒配管に対して直列に接続されていると、冷媒の合流部分が存在しないため冷媒流の乱れは生じることがないものの、各単位前段放熱器に流入する冷媒温度がそれぞれ異なるため、各単位前段放熱器で放熱されたのちの冷媒の放熱度合いもそれぞれ異なる。したがって、単位前段放熱器の構成数を変更しても、前段放熱器の放熱量の総量を定量的には増減させることができず、冷凍装置１１の冷凍能力の調整は困難となる。後段放熱器においても同様である。

【0013】

１つの単位前段放熱器１３ａと、１つの単位後段放熱器１５ａとを前後方向に隣接配置して形成された放熱器対４３と、放熱器対４３に冷却用の空気流を供給する冷却ファン４９とで構成される放熱器ユニット５０を複数個備えるものとし、各放熱器対４３において単位前段放熱器１３ａが空気流の上流側に配され、単位後段放熱器１５ａが空気流の下流側に配されている構成を採ることができる。これによれば、冷却用空気は相対的に冷媒温度が低い中間圧冷媒が循環する単位前段放熱器１３ａと熱交換を行い、次いで相対的に冷媒温度が高い高圧冷媒が循環する単位後段放熱器１５ａと熱交換を行うため、熱交換前の冷却用空気と単位前段放熱器１３ａとの間の温度差、また、単位前段放熱器１３ａと熱交換されて温度が上昇した冷却用空気と単位後段放熱器１５ａとの間の温度差を、それぞれ大きなものとすることができ、両放熱器１３ａ・１５ａにおける熱交換効率の向上を図ることができる。なお、上記とは逆に、単位後段放熱器１５ａを空気流の上流側に配し、単位前段放熱器１３ａを空気流の下流側に配した場合には、単位後段放熱器１５ａで熱交換されて温度が上昇した冷却用空気と単位前段放熱器１３ａとの間の温度差は小さなものとなり、下流側に位置する単位前段放熱器１３ａの熱交換効率が低下することが避けられない。

【0014】

単位前段放熱器１３ａと単位後段放熱器１５ａとが、左右方向に並列状に配される薄板からなるフィン３５の一群と、蛇行状に繰り返し反転されてフィン３５の一群を厚み方向に貫く放熱管３６とを含む、フィンチューブ型の熱交換器３４で構成されており、放熱管３６が、継ぎ目のない１本の管材で形成されていると、放熱管３６に溶接により接合された継ぎ目部分が形成される形態に比べて、冷媒漏れのリスクを抑えて、冷凍装置１１の信頼性を向上することができる。このような構成は、特に運転圧力が高い冷媒を使用する冷凍装置１１、例えば二酸化炭素を冷媒とする冷凍装置１１に好適である。

【0015】

単位前段放熱器１３ａのフィン３５の隣接ピッチＰ１と、単位後段放熱器１５ａのフィン３５の隣接ピッチＰ２とが同じピッチに設定されていると、左右方向の全体で冷却用空気の通気抵抗を均一にすることができるので、部分的に通気抵抗が大きくなることにより、熱交換効率が低下することを防ぐことができる。また、放熱器対４３を前方からみたとき、単位前段放熱器１３ａのフィン３５と単位後段放熱器１５ａのフィン３５とが重なるように、単位前段放熱器１３ａと単位後段放熱器１５ａとが前後方向に隣接配置されていると、単位前段放熱器１３ａのフィン３５・３５間を通過した冷却用空気を、スムーズに単位後段放熱器１５ａのフィン３５・３５間に流動させることができるので、冷却用の吸気流に渦などが生じて、フィン３５と冷却用空気との間の熱交換効率が低下することを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る冷凍装置が適用された冷却庫の機械区画を示す横断平面図である。

【図2】冷却庫の全体を示す縦断側面図である。

【図3】冷凍装置の構成図である。

【図4】放熱器ユニットを示す横断平面図である。

【図5】放熱器ユニットの正面図である。

【図6】図５におけるＡ－Ａ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

（実施形態） 図１から図６に、本発明を冷却庫に適用した実施形態を示す。本実施形態における前後、左右、上下とは、図１及び図２に示す交差矢印と、各矢印の近傍に表記した前後、左右、上下の表示に従う。図２において冷却庫は、リーチイン型のショーケースとして構成されており、正面に開口を有する断熱箱体からなるケース本体１と、ケース本体１の開口を開閉する扉２とを備える。ケース本体１と扉２とで囲まれる庫内３は、庫内３の上部に設けられた区画板４で、陳列室５と通気ダクト６とに区画されている。扉２に臨む陳列室５には、陳列対象である食品を載置するための棚板７が上下多段状に設置されている。通気ダクト６の入口部分には、庫内３の空気を循環させるための庫内ファン８が設けられている。

【0018】

冷却庫の庫内３は、二酸化炭素を冷媒とする冷凍装置１１により冷却される。図３に示すように冷凍装置１１は、低圧冷媒を圧縮して吐出する前段圧縮機１２と、前段圧縮機１２から吐出された中間圧冷媒を放熱させる中間冷却器（前段放熱器）１３と、中間冷却器１３で放熱された中間圧冷媒を圧縮して吐出する後段圧縮機１４と、後段圧縮機１４から吐出された高圧冷媒を放熱させるガスクーラ（後段放熱器）１５と、ガスクーラ１５で放熱された高圧冷媒を断熱膨張させる膨張構造１６と、膨張構造１６で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器１７などを備える。これら各機器（前段圧縮機１２、中間冷却器１３、後段圧縮機１４、ガスクーラ１５、膨張構造１６、蒸発器１７）は、冷媒配管１８でループ状に接続されており、これら機器のうち、前段圧縮機１２、中間冷却器１３、後段圧縮機１４、ガスクーラ１５、及び膨張構造１６は、ケース本体１の上方に形成された機械区画２１に設置され、蒸発器１７は、先の庫内ファン８と共に通気ダクト６に設置される（図２参照）。蒸発器１７を構成する熱交換器は、公知のフィンチューブ型の熱交換器からなる。

【0019】

図１及び図２に示すように機械区画２１は、ケース本体１の左右壁を構成し、ケース本体１の天井壁２２の上方まで延設された左右両側のサイドパネル２３・２３と、各サイドパネル２３の延設部分の前端縁間に掛け渡されるフロントパネル２４とで区画されており、上面および後面に開口を有する。フロントパネル２４は着脱自在に装着されている。図１において符号２５は、フロントパネル２４に設けられた通気口であり、この通気口２５を介して、ショーケースの正面側から機械区画２１内に空気を取り込むことができる。通気口２５は、上下並列状に形成された左右に伸びるスリットからなる。前段圧縮機１２、中間冷却器１３、後段圧縮機１４、ガスクーラ１５、及び膨張構造１６などは、天井壁２２に固定され機械区画２１に設置される。

【0020】

図３に示すように前段圧縮機１２及び後段圧縮機１４は、モーター２７で駆動されており、これら３者（前段圧縮機１２、後段圧縮機１４、モーター２７）は圧縮機ユニット２８としてユニット化されている。膨張構造１６は、第１膨張器２９が設けられたメイン流路と、第２膨張器３０が設けられたサブ流路の２つの流路を備えており、サブ流路には、第２膨張器３０の流路上流側に同流路を開閉する開閉弁３１が設けられている。各膨張器２９・３０はキャピラリチューブからなり、開閉弁３１は電磁弁からなる。冷凍装置１１の運転時において、第１膨張器２９は、常時冷媒を断熱膨張させて減圧した冷媒を蒸発器１７に送給しており、第２膨張器３０で断熱膨張させる冷媒の量を増減させることにより、蒸発器１７に送給される減圧された冷媒の総量が調整される。第２膨張器３０で断熱膨張させる冷媒の量は、開閉弁３１の単位時間当たりの開弁率を変更することにより制御される。

【0021】

中間冷却器１３は、複数の単位中間冷却器（単位前段放熱器）１３ａで構成され、ガスクーラ１５は、複数の単位ガスクーラ（単位後段放熱器）１５ａで構成される。具体的には、図３に示すように中間冷却器１３は、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の２つの単位中間冷却器１３ａで構成される。同様に、ガスクーラ１５は、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の２つの単位ガスクーラ１５ａで構成される。単位中間冷却器１３ａの個数と単位ガスクーラ１５ａの個数は同数である。

【0022】

冷媒配管１８は、前段圧縮機１２と中間冷却器１３との間で二股状に分岐され、分岐された冷媒配管１８は、中間冷却器１３と後段圧縮機１４との間で合流される。この分岐部分に２つの単位中間冷却器１３ａが並列状に接続される。また、冷媒配管１８は、後段圧縮機１４とガスクーラ１５との間で二股状に分岐され、分岐された冷媒配管１８は、ガスクーラ１５と膨張構造１６との間で合流される。この分岐部分に２つの単位ガスクーラ１５ａが並列状に接続される。単位中間冷却器１３ａ及び単位ガスクーラ１５ａの数は、その放熱量の総量が、冷凍装置１１に要求される冷凍能力に適合する放熱量を満たす数であればよい。例えば本実施形態の冷凍装置１１よりも大きな冷凍能力が要求される場合には、単位中間冷却器１３ａ及び単位ガスクーラ１５ａの構成数はそれぞれ３つ以上で構成すればよい。冷媒配管１８は、単位中間冷却器１３ａ及び単位ガスクーラ１５ａの構成数に応じて分岐させることが必要となる。

【0023】

図４に示すように単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａは、左右方向に並列状に配される薄板からなるフィン３５の一群と、蛇行状に折り返し反転されてフィン３５の一群を厚み方向に貫く放熱管３６と、放熱管３６の左右の各端部に設けられて、放熱管３６を支持する左右一対の側板３７・３７などを備える熱交換器３４で構成されている、つまり、単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａは、フィンチューブ型の熱交換器３４で構成されている。放熱管３６は、継ぎ目のない１本の管材に曲げ加工を施して形成されており、直線部分と反転部分の境界に溶接による継ぎ目を有しないシームレス状に構成されている。

【0024】

このように放熱管３６がシームレス状の管材からなるフィンチューブ型の熱交換器３４は、その製造方法上のサイズ制限があり大型化することが困難である。しかし、本実施形態のように、中間冷却器１３を複数の単位中間冷却器１３ａで構成し、ガスクーラ１５を複数の単位ガスクーラ１５ａで構成していると、中間冷却器１３とガスクーラ１５とを大型化することなく、単位中間冷却器１３ａや単位ガスクーラ１５ａの個数を変更することで冷却能力を確保することができるため、これら単位中間冷却器１３ａや単位ガスクーラ１５ａを構成する放熱管３６として、継ぎ目を有しないシームレス状の管材を採用することが可能となる。また、このように、放熱管３６を継ぎ目を有しないシームレス状の管材としていると、継ぎ目における冷媒漏れリスクを解消することができる。したがって、本実施形態の熱交換器３４は、運転圧力が高い二酸化炭素を冷媒とする冷凍装置の熱交換器として好適である。

【0025】

図５に示すように各側板３７は、垂直な主壁３８と、主壁３８の上縁から内向きに伸びる上壁３９と、主壁３８の下縁から外向きに伸びる下壁４０とで断面クランク状に形成されている。上述の放熱管３６は、主壁３８により支持されている。機械区画２１に設置されたとき、熱交換器３４の下壁４０は、ケース本体１の天井壁２２の上面に固定されている。主壁３８は、フィン３５よりもひとまわり大きく形成されており、熱交換器３４が機械区画２１に設置された状態において、フィン３５の下端と天井壁２２の上面との間には、隙間が形成される（図６参照）。

【0026】

単位中間冷却器１３ａを構成する熱交換器３４のフィン３５の枚数と、単位ガスクーラ１５ａを構成する熱交換器３４のフィン３５の枚数とは同じ枚数に設定されている。また、単位中間冷却器１３ａのフィン３５の隣接ピッチＰ１と、単位ガスクーラ１５ａのフィン３５の隣接ピッチＰ２とは同じピッチに設定されている。さらに、単位中間冷却器１３ａの左右の側板３７・３７間の距離と、単位ガスクーラ１５ａの左右の側板３７・３７間の距離とは同じに設定されている。

【0027】

単位中間冷却器１３ａを構成する放熱管３６の長さ、フィン３５のサイズ、及び側板３７のサイズと、単位ガスクーラ１５ａを構成する放熱管３６の長さ、フィン３５のサイズ、及び側板３７のサイズとを比較すると、両者（１３ａと１５ａ）の長さやサイズは異なるものとされている。具体的には、図６に示すように、単位中間冷却器１３ａの放熱管３６は、２列８段に折り返し反転されて形成されているのに対して、単位ガスクーラ１５ａの放熱管３６は、４列８段に折り返し反転されて形成されている。フィン３５は、放熱管３６の形状に対応しており、単位中間冷却器１３ａのフィン３５と単位ガスクーラ１５ａのフィン３５とでは、上下高さ寸法は同じであるものの、前後幅寸法は単位中間冷却器１３ａの方が相対的に小さく、単位ガスクーラ１５ａの方が相対的に大きく形成されている。同様に、側板３７は、放熱管３６の形状に対応しており、単位中間冷却器１３ａの側板３７と単位ガスクーラ１５ａの側板３７とでは、上下高さ寸法は同じであるが、前後幅寸法は単位中間冷却器１３ａの方が相対的に小さく、単位ガスクーラ１５ａの方が相対的に大きく形成されている。以上より、図４及び図６に示すように、単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａとは、左右幅サイズが略同じに形成され、前後幅寸法が単位中間冷却器１３ａよりも単位ガスクーラ１５ａの方が大きく形成されている。このように、より高温の高圧冷媒を放熱させるガスクーラ１５の単位ガスクーラ１５ａは、中間圧冷媒を放熱させる中間冷却器１３の単位中間冷却器１３ａよりも放熱量が大きくなるように構成されている。

【0028】

図１に示すように、中間冷却器１３を構成する１つの単位中間冷却器１３ａと、ガスクーラ１５を構成する１つの単位ガスクーラ１５ａとは前後方向に隣接配置されて、熱交換器対（放熱器対）４３が形成されている。各熱交換器対４３は、前側に単位中間冷却器１３ａが配され、後側に単位ガスクーラ１５ａが配される。図４に示すように、単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａとは、熱交換器対４３を前方からみたとき、単位中間冷却器１３ａのフィン３５と単位ガスクーラ１５ａのフィン３５とが重なるように、前後方向に隣接配置される。また、単位中間冷却器１３ａのフィン３５と単位ガスクーラ１５ａのフィン３５とは独立して設けられているため、一方のフィン３５の熱が他方のフィン３５に移動することにより、熱交換効率が低下することを防ぐことができる。

【0029】

図６に示すように熱交換器対４３は、単位中間冷却器１３ａの各側板３７の後端面と、単位ガスクーラ１５ａの各側板３７の前端面とが密着する状態で機械区画２１に設置されており、単位中間冷却器１３ａの主壁３８と単位ガスクーラ１５ａの主壁３８とで、熱交換器対４３の左右端に一対の縦隔壁４４が形成されている。また、図５及び図６に示すように、単位中間冷却器１３ａの左右の上壁３９・３９と、単位ガスクーラ１５ａの左右の上壁３９・３９の上面には、平板状の上隔壁４５が固定されている。これら上隔壁４５と天井壁２２の上面と左右の縦隔壁４４・４４とで、上下及び左右が区画されて前後方向に伸びるダクト４６が形成されている。単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａのフィン３５は、ダクト４６内に配される。

【0030】

図４及び図６に示すように、ダクト４６の後開口には、左右２つの排気口４８を備える後隔壁４７が固定されている。後隔壁４７には、各排気口４８に臨むように軸流ファンからなる冷却ファン４９が固定されている。これら熱交換器対４３、冷却ファン４９、上隔壁４５、及び後隔壁４７により、放熱器ユニット５０が構成されている。本実施形態の冷凍装置１１は、２つ（複数）の放熱器ユニット５０を備える。

【0031】

冷却ファン４９が駆動されると、ダクト４６の前開口からダクト４６内に冷却用の空気が取り込まれ、当該空気が単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａとに接触することで、これら単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａとの間で熱交換が行われる。また、熱交換後の空気は、各排気口４８を介して冷却ファン４９の後方へ排出される。図１に示すように、２つの放熱器ユニット５０・５０は、機械区画２１の前側左右に設置されており、圧縮機ユニット２８は、右側の放熱器ユニット５０の後方に設置されている。圧縮機ユニット２８は、右側の熱交換器対４３を冷却したのち冷却ファン４９から後方へと排出された空気流により冷却される。

【0032】

ガスクーラ１５で放熱された高圧冷媒は、膨張構造１６へと至る間にさらに補助熱交換器５２と自己熱交換器５３とで放熱される。具体的には、図３に示すように、補助熱交換器５２は、ガスクーラ１５と膨張構造１６との間で冷媒配管１８から分岐された分岐配管５４に設けられる補助膨張器５５と、補助膨張器５５で減圧された冷媒が通過する吸熱部５６と、ガスクーラ１５と分岐配管５４の分岐部分との間の冷媒配管１８に設けられて、吸熱部５６と対になり熱交換器を構成する放熱部５７とで構成される。分岐配管５４では、高圧冷媒は補助膨張器５５で減圧され中間圧冷媒となり、該中間圧冷媒は吸熱部５６で放熱部５７と熱交換したのち、中間冷却器１３の下流側に流入して後段圧縮機１４へ戻る。

【0033】

自己熱交換器５３は、分岐配管５４の分岐部分と膨張構造１６との間の冷媒配管１８の一部と、蒸発器１７と前段圧縮機１２との間の冷媒配管１８の一部とを密着状に配管して構成されている。自己熱交換器５３では、膨張構造１６へ向かう高圧冷媒と前段圧縮機１２へ向かう低圧冷媒との間で熱交換を行う。

【0034】

以上のように、本実施形態の冷凍装置１１においては、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の２つの単位中間冷却器１３ａ・１３ａで中間冷却器１３を構成したので、各単位中間冷却器１３ａを通過したのち合流する中間圧冷媒の温度を略一致させることが可能であり、温度が異なる中間圧冷媒が合流する際に生じる冷媒流の乱れを防いで、冷媒をスムーズに循環させることができる。同様に、冷媒配管１８に対して並列に接続される、放熱量が同一の２つの単位ガスクーラ１５ａ・１５ａでガスクーラ１５を構成したので、各単位ガスクーラ１５ａを通過したのち合流する高圧冷媒の温度を略一致させることが可能であり、温度が異なる高圧冷媒が合流する際に生じる冷媒流の乱れを防いで、冷媒をスムーズに循環させることができる。以上より、本実施形態の冷凍装置１１によれば、中間冷却器１３とガスクーラ１５のそれぞれを２つ（複数個）の単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａで構成したにも拘わらず、冷媒の循環に弊害が生じることを防ぐことができる。

【0035】

そのうえで、本実施形態の冷凍装置１１では、単位中間冷却器１３ａの構成数を変更することで、中間冷却器１３の放熱量の総量を調整することができるとともに、単位ガスクーラ１５ａの構成数を変更することで、ガスクーラ１５の放熱量の総量を調整することができるので、より簡単に中間冷却器１３及びガスクーラ１５の放熱量の総量を調整することができる。加えて、冷凍能力の異なる複数種の単位放熱器を用意する必要はなく、１種の単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａを用意し、その構成数を変更するだけで、中間冷却器１３及びガスクーラ１５の放熱量の総量を定量的に増減させることも可能である。以上より、本実施形態によれば、放熱器の放熱量の総量を、要求される冷凍能力に適合する放熱量に容易に調整することができる、汎用性に優れた冷凍装置１１を得ることができる。

【0036】

１つの単位中間冷却器１３ａと、１つの単位ガスクーラ１５ａとを前後方向に隣接配置して形成された熱交換器対４３と、熱交換器器対４３に冷却用の空気流を供給する冷却ファン４９とで構成される放熱器ユニット５０を２つ備えるものとし、各熱交換器器対４３において単位中間冷却器１３ａが空気流の上流側に配され、単位ガスクーラ１５ａが空気流の下流側に配されている構成としたので、冷却用空気は相対的に冷媒温度が低い中間圧冷媒が循環する単位中間冷却器１３ａと熱交換を行い、次いで相対的に冷媒温度が高い高圧冷媒が循環する単位ガスクーラ１５ａと熱交換を行うことが可能となる。これによれば、熱交換前の冷却用空気と単位中間冷却器１３ａとの間の温度差、また、単位中間冷却器１３ａと熱交換されて温度が上昇した冷却用空気と単位ガスクーラ１５ａとの間の温度差を、それぞれ大きなものとすることができるので、中間冷却器１３ａ及びガスクーラ１５ａにおける熱交換効率の向上を図ることができる。なお、上記とは逆に、単位ガスクーラ１５ａを冷却用の空気流の上流側に配し、単位中間冷却器１３ａを冷却用の空気流の下流側に配した場合には、単位ガスクーラ１５ａで熱交換されて温度が上昇した冷却用空気と単位中間冷却器１３ａとの間の温度差は小さなものとなり、下流側に位置する単位中間冷却器１３ａの熱交換効率が低下することが避けられない。

【0037】

単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａとを、左右方向に並列状に配される薄板からなるフィン３５の一群と、蛇行状に繰り返し反転されてフィン３５の一群を厚み方向に貫く放熱管３６とを含む、フィンチューブ型の熱交換器３４で構成し、放熱管３６を、継ぎ目のない１本の管材で形成したので、放熱管３６に溶接により接合された継ぎ目部分が形成される形態に比べて、冷媒漏れのリスクを抑えて、冷凍装置１１の信頼性を向上することができる。このような構成は、特に運転圧力が高い冷媒を使用する冷凍装置１１、例えば二酸化炭素を冷媒とする冷凍装置１１に好適である。

【0038】

単位中間冷却器１３ａのフィン３５の隣接ピッチＰ１と、単位ガスクーラ１５ａのフィン３５の隣接ピッチＰ２とを同じピッチに設定したので、左右方向の全体で冷却用空気の通気抵抗を均一にすることが可能となり、部分的に通気抵抗が大きくなることにより、熱交換効率が低下することを防ぐことができる。また、熱交換器対４３を前方からみたとき、単位中間冷却器１３ａのフィン３５と単位ガスクーラ１５ａのフィン３５とが重なるように、単位中間冷却器１３ａと単位ガスクーラ１５ａとを前後方向に隣接配置したので、単位中間冷却器１３ａのフィン３５・３５間を通過した冷却用空気を、スムーズに単位ガスクーラ１５ａのフィン３５・３５間に流動させて、冷却用の吸気流に渦などが生じて、フィン３５と冷却用空気との間の熱交換効率が低下することを防ぐことができる。

【0039】

上記の実施形態では、冷凍装置１１の冷媒は二酸化炭素を使用したが、冷媒は二酸化炭素に限られない。単位中間冷却器１３ａ、及び単位ガスクーラ１５ａはマイクロチャンネル熱交換器で構成することができる。本発明は、冷却庫以外にも適用することができる。

【符号の説明】

【0040】

１１ 冷凍装置
１２ 前段圧縮機
１３ 前段放熱器（中間冷却器）
１３ａ 単位前段放熱器（単位中間冷却器）
１４ 後段圧縮機
１５ 後段放熱器（ガスクーラ）
１５ａ 単位後段放熱器（単位ガスクーラ）
１７ 蒸発器
１８ 冷媒配管
３４ 熱交換器
３５ フィン
３６ 放熱管
４３ 放熱器対（熱交換器対）
４９ 冷却ファン
５０ 放熱器ユニット
Ｐ１ 単位前段放熱器のフィンの隣接ピッチ
Ｐ２ 単位後段放熱器のフィンの隣接ピッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】