JP2006329454A - 筒型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発管周辺に水が浸入したり凍結等を起こすことによって、蒸発管が破損や腐食等のトラブルを起こすことを防止することができる、簡易な断熱構造を備える筒型熱交換器を提供する。
【解決手段】筒型熱交換器は、中空の円筒管２と、この円筒管２の外周に巻装され内部に冷媒が循環供給される蒸発管３と、この蒸発管３を覆うように、蒸発管３が位置する円筒管２の外周面に取付けられた断熱材１４とを備えており、この断熱材を、弾性を有する熱可塑性樹脂にしたことを特徴としている。断熱材１４を発泡樹脂の代わりに弾性のある熱可塑性樹脂としたので、発泡樹脂のように吸水することがなく、蒸発管周りに水分が溜まらず凍結することがなく、また、円筒管２が温度変化により変形しても、弾性を有するために熱膨張・収縮に追従することができ、隙間が出来難く止水効果が高い。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、オーガ式製氷機の冷凍系に使用し得る筒型熱交換器に関し、特に、筒型熱交換器の断熱構造に関する。

従来から厨房などにおいて、所要形状の氷塊を製造する製氷機が、その用途や目的に応じて適宜使用されており、その一つに、チップアイスやフレークアイスのような小片状の氷塊（圧縮氷）を連続的に製造し得るオーガ式製氷機が知られている。このオーガ式製氷機を簡単に説明すると、オーガ式製氷機は、冷凍ケーシングの内部に製氷シリンダを備えており、この製氷シリンダの外周に、冷凍機構から導出する蒸発器が巻回されている。製氷シリンダの内部には、外周に螺旋刃を備えるオーガが配置されており、このオーガは、カップリングを介してギヤモータで回転するように構成されている。冷凍ケーシング内部の製氷シリンダの上部内側には、フレーク状の氷を圧縮する固定刃が配設されている。また、冷凍ケーシングの下方には、製氷水タンクから製氷シリンダの内部に製氷水を供給するための供給管が配設されている。

このように構成されたオーガ式製氷機の製氷運転が開始されると、製氷水タンクから製氷シリンダに供給される製氷水が製氷シリンダの内壁面から徐々に氷結を始め、層状の薄氷が形成される。薄氷は、オーガの螺旋刃により剥ぎ取られつつ上方へ搬送される。搬送されたフレーク状の氷は、固定刃で圧縮されてチップアイスが形成され、適宜貯氷庫などに貯留されるようになっている。

次に、製氷シリンダの外周に巻回された蒸発器周囲の断熱構造を説明する。製氷シリンダは、通常ステンレス製の円筒状をしており、その外周には、蒸発器の通常銅管からなる蒸発管が巻回されている。蒸発管は、製氷シリンダの外周にろう付けやはんだ付けにより固定されている。蒸発管の外側には、断熱材として硬質発泡ウレタン等の発泡樹脂がモールドされている。発泡樹脂は、断熱材としては適した材料であるが、結露水、漏水等を吸水してしまう欠点があり、断熱材が吸水してしまうと、その断熱性能を著しく低下させる。また、水分が蒸発管と断熱材の界面ろう付け部にある隙間まで到達すると、腐食や凍結を起こし、その結果、蒸発管を押し潰す等の不具合が起こる可能性があった。

そこで、図４に示すように、蒸発管周りに水分が凍結しないようにする方法が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。簡単に構造を説明すると、筒型熱交換器１００は、円筒形状の内面及び外面が平滑なステンレス製の製氷シリンダ１０１と、この製氷シリンダ１０１の外周に巻き付けてはんだ付け１０３された蒸発器の蒸発管（銅管）１０２と、製氷シリンダ１０１に巻き付けられた蒸発管１０２の外周を所定間隔で覆うようにして設けた樹脂製のケーシング１０４と、このケーシング１０４の外周に断熱目的で設けられたウレタン発泡剤１０５とを備えると共に、ケーシング１０４と蒸発管１０２のはんだ付け１０３の部分との間に形成される空間部に充填された凍結防止剤１０６を備えている。このような構成により、蒸発管周辺に水が浸入することがなく、蒸発管周りに完全に凍結が起こらないようにすることができる。

また、図５に示すような断熱体を製氷シリンダの外周に配設したものもある（例えば、特許文献２参照。）。この図において、製氷シリンダ１１０の外周に配設された断熱部材としての全体形状が筒状の断熱体１１１は、硬質ウレタンフォーム製であり、第１のスキン層１１２、発泡層１１３及び第２のスキン層１１４とより構成されている。第１及び第２のスキン層１１２及び１１４は、薄い膜状の防水層とされ、発泡層１１３は、軽量かつ高剛性で厚みのある独立気泡の発泡断熱層とされる。第１のスキン層１１２は、製氷シリンダ１１０及び蒸発管１１５の外周に対して接着剤層１１６を介して密着状態に形成されている。発泡層１１３は、この第１のスキン層１１２の外周に密着状態で形成されている。第２のスキン層１１４は、更に発泡層１１３の外周と発泡層１１３の上面及び下面外周に密着状態で形成されている。第１のスキン層１１２と第２のスキン層１１４との間には、不連続部が存在しており、これらの各不連続部には、緩衝部材としてのシリコーンゴム製又はＥＰＤＭ製の第１、第２及び第３のテープ部材１１７、１１８及び１１９が接着剤によって固着されている。このような構成により、断熱材としての発泡層への水分の浸入を防止し、水分の氷結に伴う蒸発管や断熱材の損傷を防止することができる。

特開平１１−２０１６０２号公報 特開平１１−３５１７１４号公報

しかしながら、図４に示したような構造では、蒸発管１０２の外側をケーシング１０４で覆い、内部空間に液体である凍結防止剤１０６を封入しなくてはならないので、製造が困難であり、実際に製造できたとしても、液状の凍結防止剤はメインテナンスする手間が必要になるという不都合があった。

また、図５に示したような構造では、発泡層１１３の周りを総て第１及び第２のスキン層１１２及び１１４、並びに第１、第２及び第３のテープ部材１１７、１１８及び１１９と取り囲まなければならず、構造が複雑であり、また、また、スキン層とテープ部材の継ぎ目や、スキン層自体に欠損が生じた場合には、その部位を通して内部の発泡層１１３が吸水してしまう可能性があり、物理的に発泡層の吸水を阻止することは困難であった。

従って、本発明は、上述した従来の技術の問題を解決するためになされたもので、蒸発管周辺に水が浸入したり凍結等を起こすことによって、蒸発管が破損や腐食等のトラブルを起こすことを防止することができる、簡易な断熱構造を備える筒型熱交換器を提供することを主な目的とするものである。

上述の目的を達成するため、請求項１に記載の本発明によれば、筒型熱交換器は、中空の円筒管と、該円筒管の外周に巻装され内部に冷媒が循環供給される蒸発管と、該蒸発管を覆うように、該蒸発管が位置する前記円筒管の外周面に取付けられた断熱材とを備え、前記断熱材を、弾性を有する熱可塑性樹脂にしたことを特徴としている。

なお、前記断熱材の外周面を、吸水性の低い材料でコーティングすることも好ましい。

断熱材を発泡樹脂の代わりに弾性のある熱可塑性樹脂としたので、発泡樹脂のように吸水することがなく、蒸発管周りに水分が溜まることが無く、その結果凍結することがない。また、円筒管が温度変化により変形しても、弾性を有するために熱膨張・収縮に追従することができ、隙間が出来難く止水効果が高い。

次に、本発明の好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。

以下では、本発明を、円筒管の内部に回転自在に配設されたオーガスクリューを備えたオーガ式製氷機に適用した例を説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態に係るオーガ式製氷機の概略を示す一部断面正面構成図である。この図において、オーガ式製氷機は、冷凍ケーシング１の内部に製氷シリンダ２を備えており、この製氷シリンダ２の外周には、冷凍機構（図示せず）から導出する蒸発器の蒸発管３が巻回されている。製氷シリンダ２の内部には、外周に螺旋刃５を備えるオーガ４が配置されており、このオーガ４は、カップリング６を介してギヤモータ（図示せず）で回転するように構成されている。冷凍ケーシング１内部の製氷シリンダ２の上部内側には、フレーク状の氷を圧縮する固定刃７が配設されている。また、冷凍ケーシング１の下方には、製氷水タンク８から製氷シリンダ２の内部に製氷水を供給するための供給管９が配設されている。

このように構成された製氷ユニットの製氷運転が開始されると、製氷水タンク８から供給管９を介して製氷シリンダ２に供給される製氷水は、製氷シリンダ内壁面から徐々に氷結を始め、層状の薄氷が形成され、オーガ４の螺旋刃５によりその薄氷が削り取られつつ上方へ移送される。搬送されたフレーク状の氷は、固定刃７で圧縮されてチップアイスが形成され、適宜貯氷庫（図示せず）などに貯留されるようになっている。

以下に、図２を参照しながら、製氷シリンダの外周に巻装された蒸発管を覆うように配設された断熱材の構造を詳述する。中空の円筒管であるステンレス製の製氷シリンダ２の外周には、銅製の蒸発器の蒸発管３が巻装され、ろう付け１１により固定されている。蒸発管３は、冷凍機構（圧縮機、凝縮器、減圧手段等から構成される）に接続され、この冷凍機構から導入パイプ１２及び導出パイプ１３を介して冷媒が循環供給される。蒸発管３の内部に導入された冷媒は、この蒸発管３の内部で蒸発させられ、この時に気化熱が奪われるため製氷シリンダ２の温度が下がり、製氷シリンダ２の内壁に製氷水が結氷するようになっている。

製氷シリンダ２に巻装された蒸発管３を覆うように、この蒸発管３が位置する製氷シリンダ２の外周面には、弾性を有する熱可塑性樹脂からなる断熱材１４が密着して取付けられている。ここで、「密着して」とは、型に注型された樹脂が冷却固化することにより、製氷シリンダ２の外周面や蒸発管３の周面に隙間無く取付けられていることをいう。すなわち、断熱材１４は、蒸発管３が巻装された製氷シリンダ２の周辺部に金属や硬質の樹脂などで形成した型に嵌め込み、常圧または加圧状態で加熱可塑化された樹脂を注型し、冷却固化することによって形成される。硬化後の樹脂は、弾性を有するため、シール硬化を持ち、蒸発管３の周囲に水分の浸入することを物理的に防止する。また、発泡樹脂のように吸水しないため、蒸発管３の周りに水分が溜まり凍結することもない。さらに、弾性を有する熱可塑性樹脂を使用しているため、製氷シリンダ２が温度変化による歪みなどを受けて変形下としても、熱膨張・収縮に追従して隙間が発生することがないため、止水効果が高い。なお、断熱材１４は、水分が内部まで到達しないように、蒸発管３の外側にできるだけ厚く充填することが好ましい。また、充填する熱可塑性樹脂は、弾性率の低いものが好ましい。特に、この樹脂は、吸水率の低い熱可塑性樹脂、例えば、オレフィン系熱可塑性エラストマーを使用するのが好ましい。

次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。この実施形態が第１の実施形態と異なるところは、断熱材の外周面を吸水性の低い材料でコーティングする点である。その他の部分は、第１の実施形態と同じなので説明は省略する。この実施形態において、断熱材１４の外周面には、吸水率の低い材料からなるコーティング層１５が設けられている。このように、断熱材１４の外側に吸水率の低い材料のコーティング層１５を設けることにより、内部の軟質の断熱材が吸水することを確実に防止することができる。ここで、吸水率の低い材料としては、例えば、オレフィン系熱可塑性エラストマーが好ましい。また、弾性率の高い硬質の素材、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等にすることもできる。

上記の二つの実施形態においては、製氷シリンダの外周に巻回された蒸発器の蒸発管を、ろう材を用いてろう付けして固定したが、はんだ付けやその他の既知の手段を用いても同様に固定することができる。

以上のように、本発明を、内部にオーガスクリューが回転自在に配設された製氷シリンダを備えるオーガ式製氷機の製氷シリンダに実施した場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、内部に流体が流れる中空の円筒管を備える一般的な筒型熱交換器にも同様に適用することができる。

本発明の好適な実施形態に係るオーガ式製氷機の概略を示す一部破断正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る断熱構造を示す部分拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る断熱構造を示す部分拡大断面図である。 従来の断熱構造を示す部分拡大断面図である。 従来の他の断熱構造を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１ 冷凍ケーシング
２ 製氷シリンダ
３ 蒸発管
４ オーガ
５ 螺旋刃
６ カップリング
７ 固定刃
８ 製氷水タンク
９ 供給管
１１ ろう付け
１２ 導入パイプ
１３ 導出パイプ
１４ 断熱材
１５ コーティング層

Claims (2)

1. 中空の円筒管と、
   該円筒管の外周に巻装され、内部に冷媒が循環供給される蒸発管と、
   該蒸発管を覆うように、該蒸発管が位置する前記円筒管の外周面に取付けられた断熱材とを備える筒型熱交換器において、
   前記断熱材は、弾性を有する熱可塑性樹脂であることを特徴とする筒型熱交換器。
2. 前記断熱材の外周面を吸水性の低い材料でコーティングすることを特徴とする請求項１に記載の筒型熱交換器。

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