JP2000146363A - 蒸発器 - Google Patents

蒸発器

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JP2000146363A
JP2000146363A JP10314317A JP31431798A JP2000146363A JP 2000146363 A JP2000146363 A JP 2000146363A JP 10314317 A JP10314317 A JP 10314317A JP 31431798 A JP31431798 A JP 31431798A JP 2000146363 A JP2000146363 A JP 2000146363A
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evaporator
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Michio Yanatori
美智雄 梁取
Akiyoshi Ohira
昭義 大平
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】蓄熱槽における固体蓄熱材の充填率を高め、固
体蓄熱材の融解速度を良好にして低温度の冷熱の取得を
容易にし、冷熱発生用の蒸発器の耐圧性を向上し、設計
を容易とすること。 【解決手段】脱氷操作時に冷媒流路用の穴7に温冷媒を
流すと固体蓄熱材8は板21,22の外面より離れる
が、扁平部23−a部に存在する固体蓄熱材8は薄いの
で、この部分より脱氷操作と同時に亀裂が入って、全体
は細かに破砕された固体蓄熱材となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は2℃〜5℃程度の冷
水を製造する蒸発器の構成、あるいは潜熱型の蓄熱材
(融点0℃の氷,融点28℃の塩化カルシウム6水塩な
ど)を蓄熱部で固化しながら蓄熱し、これを槽に移送し
て貯蔵をし、これを融解しながら放熱して熱利用する蓄
熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図31は従来の蓄熱装置に用いられてい
る蒸発器1の構成を示したものである。蒸発器1内に設
けてある冷媒流路7内に低温度の冷媒(フロンなど)を
流し、上部に設けてある散水管106の穴104より液
体蓄熱材(水)9を、蒸発器用の板2に向って噴射し、
その表面に液体蓄熱材9を流下させる。この液体蓄熱材
9は冷媒の冷力(液体蓄熱材9が水の時にはフロンを−
7℃程度の温度に冷却して冷媒流路7内に流すことによ
り得られる)によって液体蓄熱材9は徐々に固化して固
体蓄熱材8に変化する。
【0003】このように蒸発器1内の冷媒流路7内に低
温度の冷媒を流している間に行われる蓄熱操作(製氷操
作)の後、この厚い固体蓄熱材(氷)8をはぎとって蓄
熱槽へ移氷する必要がある。この脱氷操作時には冷媒流
路7内に温度の高い冷媒を流して固体蓄熱材8の一部を
融解してそれを脱氷する。図24の右側の絵は脱氷操作
状態を示している。
【0004】図32は蓄熱装置全体の冷凍サイクルの構
成を示したものである。冷凍サイクルの主要構成は圧縮
機50,凝縮器51,アキュムレーター52,減圧機構
(膨脹弁)54,蒸発器1,それらを連結するパイプ5
6,57,58,60,61、及び内部に封入されてい
る冷媒53より構成されている。圧縮機50で断熱圧縮
された冷媒はパイプ56を介して凝縮器51に到達し、
ここで、冷却されて凝縮熱を放熱して液化する。この液
冷媒53は、パイプ58に付いている減圧機構(膨脹
弁)54を開くことによって断熱膨脹して低温度とな
り、パイプ61を通って蒸発器1へ入る。
【0005】これによって、蒸発器1の外表面には固体
蓄熱材8が生成される。脱氷操作時には減圧機構54を
閉じ、アキュムレーター52とパイプ61との間に分岐
接続されているパイプ59部のバルブ55を開く。この
時アキュムレーター52内の温冷媒53はパイプ59を
介して蒸発器2内へ流入する。これによって蒸発器2は
加熱されて、その外表面に付いている固体蓄熱材8は蒸
発器1より離脱し、蓄熱槽70内へ落下する。
【0006】図31に示すように蒸発器用の板2は縦方
向に長いため蓄熱槽70内へ落下した固体蓄熱材8は板
状に長く、蓄熱槽70内の氷充填率が高まらず、蓄熱槽
70が大形となりがちであった。また固体蓄熱材8が、
細かな粒径に砕かれていないので、放熱操作時(ポンプ
を用いて蓄熱槽70内の水9を2次側のファンコイルユ
ニット部へ輸送して氷を融解しながらその冷熱を放熱す
る操作)において氷の融解の仕方がよくなく、低温取水
が行えないという難点を有している。また蒸発器1より
脱氷した氷を適当な大きさに砕くには別途機械的な砕氷
機が必要である。また図20に示すような蒸発器1は通
常アルミニウム等の展延性のよい材料で作る必要がある
が、このような材料は耐圧力が弱く蒸発器1用の板2の
板厚が厚くなるという難点を有していた。
【0007】図33も従来用いられている蒸発器1の構
成を示したものである。これはたとえばステンレス製の
板21,22をはり合わせ要所要所を溶接した後、膨管
操作を行い圧着部23−aと凸部23を作って冷媒流路
7を設けるものである。この方法も溶接が十分でないと
膨管操作時、あるいは実使用時において、溶接部がはが
れて必要以上に膨らむという難点があり、時には破損す
ることがあった。またこの方法においても外面で生じた
固体蓄熱材9は一連なりとなっていて、図25にて示し
た固体蓄熱材8の蓄熱槽70内における充填率は小さく
なるという難点を有していた。
【0008】以上の従来例の説明では蒸発器用の板2の
表面で固体蓄熱材8を作り蓄熱をする場合を示してきた
が、蒸発器1内の冷媒流路7内に0℃程度の冷媒を流
し、板2を利用し2℃程度の冷水を作る場合においては
従来の蒸発器用の板2は平板であるので、その表面を流
下する液体蓄熱材9部の熱伝達率は小さく、十分な冷水
は製造できなかった。つまり5〜6℃程度の冷水しか製
造できなかった。図26の蒸発器1もその表面がなだら
かで同様の冷水しか製造できなかった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は(1)
蓄熱槽における固体蓄熱材の充填率を高め、(2)解氷
時において固体蓄熱材の融解の仕方を良好にし、もって
低温度の冷熱が取得できるようにし、(3)また蒸発器
の耐圧性を向上し、設計を容易にし、(4)また冷水製
造時においては少ない伝熱面積で2℃程度の冷水を効果
的に製造できるようにすることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は耐圧性の高いパイプと伝熱性のよい板を組
み合わせ、冷媒の通るパイプと伝熱性のよい板をはり合
わせる。この時必要に応じてパイプが板に密着し易くす
るために板にパイプを密着させるための凹部を作り、こ
の凹部にパイプを接着材あるいは溶着によって接合す
る。またこの凹部にパイプをかしめて結合してもよい。
このようにするとパイプ周りに固体蓄熱材は厚く成長
し、パイプとパイプ間の板部に成長した固体蓄熱材はフ
ィン効果が悪いため薄くなる。
【0011】これにより脱氷操作時には板部の薄い固体
蓄熱部にはすぐ亀裂が入り、固体蓄熱材は細かな砕片に
破砕される。また必要に応じて板に穴をあけておくと、
さらに固体蓄熱材は細かに砕かれる。このような細氷は
槽内に充填された時充填率が極めて高まる。また適当な
大きさに砕かれているので解氷時における解氷性もよく
0℃に近い冷水が製造される。
【0012】また蒸発器1の冷媒流路7内に0℃程度の
冷媒を流して2℃程度の冷水を作る時には蒸発器1の表
面熱伝達率が極めて高く表面積が少なくして多量の冷水
が効果的に製造される。これは蒸発器用の板に取付けた
パイプによる凸起を液体蓄熱材が流下する時の熱伝達率
が大きいことによる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の蓄熱装置に用いる
蒸発器の一実施例の構成図であり、図2は図1のA−
A′断面図である。銅等でできるパイプ20を折曲部
5,6を作りながら蛇行させ垂直状に配設する。この蛇
行状に配設したパイプ20の外面に板21,22をかぶ
せる。パイプ20は、丸味を帯びているため、板21,
22は凸部23を作るようにし、その反対側に凹部を作
るように加工する必要がある。この加工は雄形と雌形を
用いたプレス加工によって作るのがよい。
【0014】このようにして形成された凸部の反対側の
凹部にパイプ20がはめ合わされる。パイプ20と凹部
との接合は、接着材あるいはハンダや銀ローを用いた溶
着などによって行われる。ハンダ槽内に全体を入れて浸
漬方式により板とパイプを接合してもよい。また板2
1,22の凹部とパイプ20とをかしめるという方法を
用いてもよい。表面の水に対する漏れ性をよくするた
め、亜鉛メッキやすずメッキをしてもよく、場合によっ
てはそれらの微粒子を噴霧法によって塗布してもよい。
【0015】このような加工法においては板21,22
の凸部の間には必然的に扁平部23−aが生ずる。つま
り凸部23と扁平部23−aとが交互に蒸発器1の上部
から下部に向って生じている。蒸発器1の上部に設けて
ある散水管106の穴104より液体蓄熱材(水)9を散
水すると、板21,22の凸部23と扁平部23−aを
液体蓄熱材9はうねりながら流下する。冷媒の通るパイ
プ20の外側に存在する凸部23の外側には、厚く固体
蓄熱材8が生成されるが、その間の扁平部23−a部に
はフィン効率が悪いので固体蓄熱材8は厚く成長しな
い。
【0016】このためパイプ20の冷媒流路用の穴7に
温冷媒を流して脱氷操作に入った時には、固体蓄熱材8
は板21,22から離脱し始めるが、この操作中に扁平
部23−a部に存在する固体蓄熱材8は薄いので、板2
1,22からはがれると同時に亀裂が入って、この部分
より固体蓄熱材8は破砕され、全体が細かな細氷とな
る。このように本発明の蒸発器1によって生成された固
体蓄熱材8は脱氷操作とともに機械的な破砕機構がなく
して細かな細氷に砕かれる。なお図1の実施例の蒸発器
1の板21,22には穴26が設けてあるが、穴26部
には液体蓄熱材9は流下し難く、したがって固体蓄熱材
8は生じない。このため穴26の効果によって固体蓄熱
材8は脱氷操作時、さらに細かく破砕されるという効果
を生ずる。パイプ20は銅等の耐圧性に優れた材料で作
り、板21,22は展延性があり、また軽量なアルミニ
ウムなどで作ると耐圧性が向上し、かつ全体として軽量
な蒸発器1が製作できる。
【0017】この実施例において穴26はパイプ20部
に相当する板21,22にあけてあるが、板21,22
との間に生じた固体蓄熱材8の融液を外部に追い出し易
いという利点がある。このような蒸発器1を用いて生成
された固体蓄熱材8は図23に示すように凹部を有する
形状となるため、蓄熱槽70内において解氷操作に入る
と流水が固体蓄熱材8の凹部8−aに流れ易くなり解氷
性がよい。
【0018】またこの実施例において蒸発器1の冷媒流
路用の穴7内に0℃程度の冷媒を流し、2℃程度の冷水
を製造する時には凸起23と扁平部23−a部の構成に
より、液体蓄熱材8が流下する時の流下液膜に乱れが生
じて熱伝達率が著しく高まり、少ない伝熱面積で効果的
に冷水を得ることができる。これは流体が蛇行しながら
流れるからである。
【0019】図3は本発明の蒸発器の他の実施例の構成
図である。これはパイプ20の周りに板を1枚片側に設
けて溶着したものである。このようにすると製作工数を
削減することが可能である。また板22に設ける凸部2
3の突出度合いを変えて作ることにより、すなわちその
反対側に形成する凹部の深さを変えることによって、板
22のセット位置をパイプ20の中央からずらし、板2
2の左にできる固体蓄熱材8と右側にできる固体蓄熱材
8の形状を変えることができる。このようにすると蓄熱
槽70に溜められた固体蓄熱材8の充填率を高めること
ができる。
【0020】図4は本発明の蒸発器の他の実施例の構成
図である。これは角に丸味のある扁平型パイプ20に板
21,22を密着させるようにしたもので、図2の凸部
23は図示のように扁平型のものとなる。このようにす
ると扁平型の凸部23に氷結する固体蓄熱材8には丸味
は少なくなり、扁平状となる。このためこの固体蓄熱材
8が蓄熱槽70に投入された時には充填率が高まるとい
う利点が生ずる。
【0021】図5は図4の変形実施例の構成図である。
これは凸部23の丸味を完全に無くし短形状としたもの
である。このようにすると、凸部23に氷結する固体蓄
熱材8の形状はなお一層扁平状となり、蓄熱槽70にお
ける充填率を高め、蓄熱槽70を小型化できるという利
点がある。なおこの実施例において、アルミニウム箔や
ステンレス箔等のカバー10を用いてパイプ20の全体
をくるみ、パイプ20間には圧縮部10−aを設けるよ
うにしてある。丸味の無い短形状のパイプ20に密着す
る板21,22はプレス加工で作ることは難しいので、
前述の箔を折曲げて密着させる方法は有効である。
【0022】図6は図4の変形実施例の構成図である。
これは板21と22との間に空間23−bを設けるよう
にしたものである。このようにすると、板21,22に
加工して設ける凸部23の加工度を少なくし加工時の時
間削減が図れる。また板21,22の外面を流下する液
体蓄熱材9の流れ方がスムーズとなり、凸部23の周り
に形成する固体蓄熱材8も整ったものとなる。このため
蓄熱槽70に投入された時の充填率もさらに高まる。ま
た空間23−b内に霜や固体蓄熱材が生じた時には、脱
氷操作時においてこの空間23−bを介して外部に容易
に排出ができる。この実施例では図1に示した穴26を
板21,22に設けておくと、なお一層の効果を生ず
る。
【0023】図6の蒸発器1の製作方法は図7,図8,
図9に示す方法にによって行われる。まず図7に示すよ
うに、パイプ20に折曲部5,6を作りながら蛇行状に
配設し、冷媒の入口パイプ24と出口パイプ25を設け
る。次に図8に示すようにパイプ20の部分をローラー
あるいはプレス盤を用いて圧縮加工して平坦面20−a
を作る。その後図9に示すように凸部23を板21,2
2にプレス加工して作り、これを図8の平坦部20−a
に密着させ、接着あるいは溶着により加工する。
【0024】図10は図6の変形実施例の構成図であ
る。また図11は図10のB−B′断面図,図12は図
10のC−C′断面図である。図6の実施例のパイプ2
0は水平状に蛇行させたものであったが、この実施例の
ものは垂直状に蛇行させる場合の例である。このように
すると空間23−bに生じた霜や固体蓄熱材8を脱氷操
作時に融解して容易に流下させて下方部に排出できると
いう利点がある。
【0025】図13は本発明の蒸発器の他の実施例の構
成図であり、図14は図13のD−D′断面図である。
これはフィン27の付いたパイプ20を用いて板状の蒸
発器1を作るものである。図15はパイプ20にフィン
27が付いている素材を示している。材料がアルミニウ
ムの場合はフィン27とパイプ20は一体成形で作るこ
とができる。材料が銅やステンレスの時にはフィン27
をパイプ20に溶接して加工したものを用いる。このよ
うな素材を用いてまず図16に示すように、切欠き部2
9がフィン27に加工され、この切欠き部29に位置す
るパイプ20が、図13の折曲部5,6となる。
【0026】フィン27,切欠き部29の付いているパ
イプ20を図13に示すように蛇行状に折げて、フィン
27同士を合わせた片隅を溶着して溶着部28を設け、
全体として一枚の蒸発器1ができ上がる。このような蒸
発器1の上部に図2に示すような散水機構を設けて散水
をしながら固体蓄熱材8あるいは冷水を製造することが
できる。フィン27部に穴26を設ければ、フィン27
に生成した固体蓄熱材8は、細かに破砕される。
【0027】図17は図13の変形実施の構成図であ
り、図18は図17のE−E′断面図である。これは板
状の蒸発器1を作るために、隣り合うフィン27間にス
リット31,31−aの付いているスペーサー30を介
在させて隣り合うフィン27を垂直状に固定するように
したものである。スペーサー30を断熱製の材料(プラ
スチック,ベルクライト)で作れば、その分固体蓄熱材
8を成長しないのでパイプ20,フィン27に生成した
固体蓄熱材8を、脱氷操作時容易にスペーサー30部で
分離して細かに破砕することができる。
【0028】図20は図3あるいは図14の変形実施例
の構成図である。これはパイプ20に凸部23を設け
て、板21をしっかりとかしめる加工法を用いて製作し
た蒸発器1を例示したものである。このかしめ方式には
必要に応じて超音波溶着を利用するとよい。このため図
20に示すように凸部23は大きくして、その内側に生
ずる凹部を深くし、カシメ部32を作ってある。このた
め図20の蒸発器1の左側の面は、ほとんど凸部を持た
ない平坦な面となっている。
【0029】このような蒸発器1の上部に散水管106
を用いて穴104より両面に散水すると、蒸発器1の左
側の面で生成される固体蓄熱材8と右側の面で生成され
る固体蓄熱材8との形状は異なったものができるが、脱
氷操作により脱氷された時の固体蓄熱材8が蓄熱槽70
内に投入された時には、図22に示すように異なった形
状の固体蓄熱材8が混在するために充填率が高まるとい
う利点がある。このようなカシメ方式の場合も、図15
のような長い素材を用いて図16のような切欠き部を作
って折曲げ加工をして、図13ないしは図17のような
形にして一枚の蒸発器1に仕上げると製作が比較的容易
である。
【0030】図21は、図20の蒸発器を図示のように
鏡面対象に組合わせ平坦部を有する蒸発器1面にのみ散
水をして、凸部23を有する面には散水しない使用方法
を例示したものである。板21に付いている凸部23間
の扁平部23−a部に対して相手側の板22に付いてい
る凸部23を配設するようにすると、板21と板22と
の間隙を狭くすることができ、全体として小形化が図れ
る。
【0031】図24は本発明の他の実施例の構成図であ
り、図25はそのF−F′矢視図である。これはまずパ
イプ20を蛇行状に配設したものを作り、その間に(フ
ィン)27の端部がパイプ20に接するように設け、フ
ィン27の左右の端を、凸部23と扁平部23−aを有
するバンド状の板21,22によってパイプ20をはさ
み込むように一体的に締結する。
【0032】この締結方法としてはリベットまたはネジ
40によって板21,22の扁平部を利用して、板2
1,22及びフィン27を貫通するようにして締結す
る。このフィン27はパイプ20に接していてフィン効
率は悪いが、フィン27とパイプ20を溶着するという
方法に比較すると容易に製氷板1を作ることが可能とな
る。
【0033】図26は図24の変形実施例の構成を示す
側面図である。これは板21の両側をコの字状に折り込
んだ折り曲げ部27−aを作り、フィン27と板22を
包み込むようにして、全体として一体化する構成となっ
ている。リベット(ビス)40を用いる図24の実施例
に比較すると製作が容易となる。
【0034】図27は他の実施例の構成図で、図24と
図26の実施例の締結法を併用したものである。板21
の両側には折曲げ部27−aが設けてあり、リベット4
0は板21,22の長手方向の中央部の一ヶ所に設ける
のみである。これは板21,22が長手方向の中央部に
おいて湾曲し易い時に有効である。この方法は図24に
比較すれば工数を低減できるものである。またこの実施
例においては折曲げ部27−a以外に、板21の端に板
21の一部を折返した折返し部27−bを設けてある。
これは製氷板1を構成するフィン27に水を流した時、
その流水が外部に逸散しないようにしたものである。こ
の実施例で板22にも折返し部27−bを付けておくの
がよい。
【0035】図28は図24の変形実施例の構成を示す
側面図、図29はその正面図、図30は図28のG−
G′矢視図である。これはフィン27に対して垂直状に
配設する板21,22を作り、この板21,22にはパ
イプ20をはさむことのできる半円状の溝が設けてあ
る。この半円状の溝の中にパイプ20を入れ板21,2
2の両端を止メ具41,42によって止める。
【0036】これにより、パイプ20とフィン27をし
っかりとはさむようにして締結できる。板21,22は
鋳物で作った幅の広いものでも本発明の主旨は失われな
い。また図28において板21,22の両端は内側に向
ってテーパ面が付いているように作り、このテーパ面に
止メ具40,41をスライドするようにして挿入する
と、パイプ20,フィン27,板21,22が全体とし
っかりと固定され、かつ取付工数が低減される。
【0037】図24から図30の実施例におけるパイプ
20は図8に示す扁平部を有するパイプで構成されてい
ても本発明の主旨は失われない。またパイプ20とフィ
ン27を一体的にはさみ込む板21,22は両端の2ヶ
所だけでなく、必要に応じて、内側に増加して配設し、
フィン27が湾曲したりずれたりしないようにすること
もできる。
【0038】なお本発明の各実施例において特徴のある
技術は、他の実施例に組合わせて利用できることは言う
までもない。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば(1).
蓄熱槽における固体蓄熱材の充填率を高め、(2).固体蓄
熱材の融解の仕方を良好にし、もって低温度の冷熱の取
得を容易にし、(3).また蒸発器の耐圧性を向上し、設計
を容易にすることができ、(4).また冷水製造時において
少ない伝熱面積で2℃程度の冷水を効果的に製造でき、
実用に供して便利となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の蒸発器の一実施例の構成図。
【図2】図1のA−A′断面図。
【図3】本発明の蒸発器の他の実施例の構成図。
【図4】本発明の蒸発器の他の実施例の構成図。
【図5】図4の蒸発器の変形例を示す構成図。
【図6】図4の変形例を示す断面図。
【図7】本発明の他の実施例であるパイプの構成図。
【図8】本発明の他の実施例であるパイプの構成図。
【図9】図8のパイプの部を切断した時の断面図。
【図10】図6の蒸発器の変形例を示す構成図。
【図11】図10のB−B′断面図。
【図12】図10のC−C′断面図。
【図13】本発明の蒸発器の他の実施例の構成図。
【図14】図13のD−D′断面図。
【図15】本発明の他の実施例のフィン付パイプの斜視
図。
【図16】図15でフィンに切欠き部を有するパイプの
斜視図。
【図17】図13の変形実施の構成図。
【図18】図17のE−E′断面図。
【図19】図17に用いるスペーサーの立体写視図。
【図20】図3あるいは図14の変形実施例の構成図。
【図21】図20の変形実施例の構成図。
【図22】図20の実施例で生成した固体蓄熱材の形状
を示す図。
【図23】図2の実施例で生成した固体蓄熱材の形状を
示す図。
【図24】本発明の他の実施例の構成図。
【図25】図24のF−F′断面図。
【図26】図24の変形実施例の構成図。
【図27】本発明の他の実施例の構成図。
【図28】図24の変形実施例の構成図。
【図29】図28の正面図。
【図30】図28のG−G′から視た斜視図。
【図31】従来の蓄熱装置に用いている蒸発器の構成
図。
【図32】蓄熱装置全体の冷凍サイクルの構成図。
【図33】従来用いられている蒸発器の構成図。
【符号の説明】
1…蒸発器、2…蒸発器用の板、5,6…折曲部、7,
26,104…穴、8…固体蓄熱材(氷)、9…液体蓄
熱材(水)、10…カバー、10−a…圧縮部、20,
56,57,58,59,60,61…パイプ、20−
a…平担面、21,22…板、23…凸部、23−a…
扁平部、23−b…空間、24…入口パイプ、25…出
口パイプ、27…フィン、27−a…折曲げ部、27−
b…折返し部、28…溶着部、29…切欠き部、30…
スペーサー、31,31−a…スリット、32…カシメ
部、40…リベット(ビス)、41,42…止め具、5
0…圧縮機、51…凝縮器、52…アキュムレーター、
53…冷媒、54…減圧機槽(膨脹弁)、55…バル
ブ、70…蓄熱槽、106…散水管。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パイプを折曲部を作るようにして蛇行させ
    て全体を垂直状に配設し、このパイプに密着する凹部を
    設けた板を前記蛇行するパイプの外面に凹部を密着固定
    し、板の外面の凸部と扁平部に液体蓄熱材を流下させる
    ことができるようにしたことを特徴とする蒸発器。
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