JP2008064450A

JP2008064450A - 製氷機の蒸発管

Info

Publication number: JP2008064450A
Application number: JP2007231872A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nakajo; 英▲穂▼ 中條
Original assignee: KOREA NAKAJO KK
Current assignee: KOREA NAKAJO KK
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】蒸発コイルの内部空間に沿う冷媒の水平循環（直進循環）が向上するようにするとともに、水平循環力に導かれて製氷突起の内部への下向き循環も円滑になるように改良された製氷機の蒸発管を提供する。
【解決手段】製氷機の蒸発管１００において、蒸発コイル１１０と、蒸発コイル１１０の底部から下向きに突出されて、蒸発コイル１１０内の空間１１１に連通される空間１２１を形成する製氷突起１２０と、蒸発コイル１１０内の空間１１１から製氷突起１２０内の空間１２１に向けて垂直に設置されて、該空間１２１内の下部通路１２２を形成するガイド部材１３０とを備えて、ガイド部材１３０内の空間１１１に沿って製氷突起１２０内の空間１２１側に向けた冷媒の下向き循環が確実に実行されるようにしたことにある。
【選択図】図７

Description

本発明は、製氷機の蒸発管に関するもので、特に、冷媒が循環供給される蒸発コイルから下向き突出されている複数の製氷突起のうち、冷媒の循環上流側の製氷突起により生成される氷と、循環下流側の製氷突起により生成される氷との大きさ、結晶状態(氷質)などが一定で、効率的に氷を生成することができる製氷突起を有する製氷機の蒸発管に関する。

図８は、従来の蒸発管を示す。この蒸発管２００は、ジグザグあるいは円形に形成されて冷媒が循環供給される蒸発コイルと、該蒸発コイルの下側に配される製氷基板と、この製氷基板から蒸発コイルのジグザグあるいは円形に沿って下向きに突出されている複数の製氷突起とを備えて構成されている。このように構成されている蒸発管は、例えば、特許文献１および特許文献２などにおいて知られている。
この従来の蒸発管は、図８に示すように、製氷機に設置される時には製氷突起を水が満たされている製氷皿側に向けて浸水させた状態で、該製氷皿の上に位置するように設置される。

そして、このように製氷皿の上に設置された蒸発管の製氷突起は、蒸発コイルの内部空間に沿って循環される冷媒の蒸発熱（冷気）が製氷基板を介して伝導することによりその周囲に氷を生成（製氷）する。氷が目的とする大きさの製氷状態になれば、冷媒の循環/蒸発作用を一時停止させると同時に、瞬間的に高熱を加えて氷を分離させて氷を得るようになっている。

この従来の蒸発管における製氷突起は、空間無しの中実状態で蒸発コイルの底部に下向きに連結されている。つまり、従来の製氷突起は棒材によって形成されている。
そのために、製氷過程で製氷突起に加えられる冷媒の蒸発熱および水の熱は、中実の製氷突起の熱伝導性に依存することとなり、製氷突起の末端までの冷気（蒸発熱）の伝導距離が遠く（長く）なって冷気の伝達効率が低いために、氷の生成（製氷）速度が顕著に遅れるだけではなく、結晶状態（氷質）も十分なものではなかった。

そこで、このような蒸発管における製氷突起の問題点を改善するために、製氷突起の内部に冷媒が循環供給されるように、該製氷突起に蒸発コイルの内部空間に連通させた内部空間を設けている蒸発管が提案されている。
しかしながら、この従来の蒸発管では、蒸発コイルの内部空間に沿って水平循環される冷媒の、当該水平循環と製氷突起側に向けた下向き循環が円滑でない。そのために、製氷突起の製氷効率（製氷突起内における冷媒との熱交換効率）が低下するばかりか、蒸発コイルの内部空間における冷媒の循環も円滑でないという問題点があった。

また、このような蒸発管における製氷突起の問題点を改善するために、製氷突起内の空間の底部まで冷媒が循環するようにするために、製氷突起内の空間を二分するガイド部材を、該空間に垂直に内在させるとともに、蒸発コイル内の空間の上部内側まで至るように設置されている構造の蒸発管が提案されている。
このように構成されている蒸発管は、蒸発コイル内の空間に沿って循環される冷媒を、製氷突起の内部下端（底部）まで循環させるための循環通路が、蒸発コイル内の空間を遮るように垂直に内在されたガイド部材によって形成されているために、冷媒は液体状態で製氷突起の内部に供給されて製氷突起の外部熱（水の熱）を奪うと同時に気化しながら製氷突起の内部から蒸発コイル内の空間に戻されて、該空間の上部に沿って循環下流側へと循環されていく。

しかしながら、この従来の蒸発管では、製氷突起ごとに、氷を生成（製氷）するための冷媒の気化状態が異なる。
つまり、冷媒が循環供給される蒸発コイルから下向き突出されている複数の製氷突起のうち、冷媒の循環上流側の製氷突起では一部の液体冷媒が気化しながら外部熱を奪って製氷が行われるが、冷媒の循環下流側の製氷突起においては既に熱を奪って気化された気体冷媒の含有密度が、循環下流側に近づくほど、液体冷媒よりも高くなる。そのために、循環下流側の製氷突起における製氷時には一部の冷媒（液体冷媒）のみが気化作用(蒸発)をするようになるために、製氷能力が低下する要因となっていた。
また、水平方向に循環通路を形成する蒸発コイルの内部空間における冷媒の水平循環（直進循環）がガイド部材によって遮断されているために、冷媒の水平循環が円滑に行われない。そのために、蒸発コイルにおける冷媒の循環下流側の各製氷突起でその周面に生成（製氷）される氷の結晶状態が不完全で、氷質状態も非常に不十分であるばかりか、冷媒の循環不良によって、高圧冷媒を蒸発コイル内に送り込むための冷媒圧縮機の負荷が大きくなるなどの問題点が多かった。
実開平５−５２６７１号公報実開平５−６４６７７号公報

本発明は、前記課題を解消するために創案されたものであり、その目的とする処は、蒸発コイルに循環供給される冷媒が製氷突起の内部への強制循環構造により蒸発コイル内の冷媒の円滑な循環が難しく、これにより製氷能力も落ち、製氷された氷の結晶状態も悪いなどの点を改善するために、蒸発コイル内の空間に沿う冷媒の水平循環（直進循環）が向上するようにするとともに、水平循環力に導かれて製氷突起の内部への下向き循環も円滑になるように改良された製氷機の蒸発管を提供することにある。
また、本発明は、前記のような水平循環力を向上させると同時に、ガイド部材を通した製氷突起の内部への下向き循環後の気体冷媒は次の製氷突起ではそのまま蒸発コイルに沿って水平循環（直進循環）が行われるようにし、製氷突起の内部へは気化しなかった液体冷媒が下向き循環するようにして、製氷速度を改善して製氷能力(製氷効率)を向上させた製氷機の蒸発管を提供することにある。
さらに、本発明は、前記のような製氷突起の内部への下向き循環力を増加させるために蒸発コイルと製氷突起が連結されるガイド部材の上部における蒸発コイルの内部空間の上部内側では気体冷媒が水平循環力で直進通過し、気化しなかった液体冷媒は製氷突起の内部へ向けた下向き循環するようにして、水平循環される気体冷媒の上部通路の開口面積が製氷突起内の下部通路の開口面積に所定の割合で比例させて循環させるようにした製氷機の蒸発管を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明による製氷機の蒸発管は、冷媒が循環供給される蒸発コイルと、該蒸発コイルの底部から下向きに突出されて、前記蒸発コイル内の空間と連通される空間を形成する製氷突起と、前記蒸発コイル内の前記空間から前記製氷突起内の前記空間に垂直に設置されて、該空間の下部に下部通路を形成するガイド部材と、を備え、前記冷媒が、ガイド部材の前記空間に沿って製氷突起の前記空間側に下向き循環されるようにしたことを特徴とする。

また、本発明による製氷機の蒸発管では、前記蒸発コイル内の前記空間を塞ぐ前記ガイド部材に、前記冷媒を前記空間に沿って直進通過させるための上部通路を形成することが好ましい。

さらに、本発明による製氷機の蒸発管では、前記冷媒が通過する前記上部通路の開口面積Ａ_１が、前記製氷突起内の前記下部通路の開口面積Ａ_２に対してＡ_１≧Ａ_２/２〜Ａ_１=Ａ_２まであることが好ましい。

また、本発明による製氷機の蒸発管では、前記ガイド部材の前記蒸発コイルは、下部が平たく水平面を成す半球状管であることが好ましい。

このような構成によれば、蒸発コイル内の空間に沿って循環供給される冷媒を、前記空間に連通させて下向きに突出させた製氷突起内の空間に向けて供給するための円滑な下向き循環がガイド部材によって可能となり、しかも、上部通路を直進通過させることにより、蒸発コイル内の空間に沿わせた冷媒の円滑な水平循環（直進循環）が可能になる。
また、蒸発コイル内の空間から製氷突起内の空間に向けて下向きに循環される冷媒は、製氷突起内の空間の下部に形成されている下部通路を通過して蒸発コイル内の空間に戻されて、該空間に沿って水平循環される。つまり、製氷突起内の空間にて気化しながら外部熱（水の熱）を奪った気体冷媒は、蒸発コイル内の空間に戻されて、上部通路を直進通過しながら該空間に沿って水平循環されることとなる。
これにより、冷媒の蒸発コイルの循環上流側から循環下流側に至る全体循環の円滑な循環が確実に改善されるとともに、製氷突起における製氷状態（氷の結晶状態）も良好で、しかも、製氷速度が改善されて電力効率が向上した製氷機の蒸発管を提供することができるようになった。

本発明による製氷機の蒸発器は以上のように構成されていることで、蒸発コイル内に沿って循環供給される冷媒の製氷突起側に向けた下向き循環がガイド部材によって誘導され、また、蒸発コイル内に沿って循環供給される冷媒の水平循環が、ガイド部材の上部に形成されている上部通路の冷媒の直進通過によって行われる。
これにより、蒸発コイルの内部空間に沿う冷媒の円滑な水平循環（直進循環）を向上させるとともに、水平循環力に導かれて製氷突起内の空間への下向き循環も円滑になるように改良された製氷機の蒸発管を提供することができる。

また、本発明によれば、前記のような製氷突起側に向けた冷媒の下向き循環と蒸発コイルに沿わせた冷媒の水平循環力を向上させると同時に、製氷突起側に向けて下向きに循環されて気化された気体冷媒は冷媒の循環下流側に存在する次の製氷突起側（空間側）に向けた下向き循環がされずにそのまま通過して蒸発コイル内に沿う水平循環が行われ、製氷突起側へは気化しなかった液体冷媒が下向き循環されるようにしている。
これにより、冷媒の循環下流側の製氷突起の内部においても、循環上流側の製氷突起と同様に、冷媒が気化しながら外部熱（水の熱）を奪う製氷が確実に行われる。つまり、蒸発コイルの冷媒の循環上流側から循環下流側に至る循環全域における製氷突起によって生成される氷の大きさ、結晶状態(氷質)などが一定で、効率的に氷を生成する製氷が行われるなどの製氷能力の向上が図られた製氷機の蒸発管を提供することができる。

また、本発明では、前記したように、製氷突起への冷媒の円滑な下向き循環と、蒸発コイル内に沿った冷媒の円滑な水平循環とを可能にするために、蒸発コイル内の冷媒が水平循環する上部通路の開口面積が製氷突起内の下部通路の開口面積に対して所定の割合となる比例循環するようにしている。
これにより、蒸発コイル内に沿って循環供給される冷媒の循環上流側から循環下流側に至る全体循環効率が確実に改善され、しかも、複数の各製氷突起における製氷能力が良好となり、製氷される氷の大きさも均一になる。加えて、製氷速度が改善されるために、電力消費量を抑えることができるなどの数々の効果を有する優れた製氷機の蒸発管を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて具体的に説明すれば次のようである。
図１は、本発明による製氷機の蒸発管の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、同蒸発管を示す側面図である。
蒸発管１００は、図１に示すように、水平状態で円形（リング状）に形成されている蒸発コイル１１０と、この蒸発コイル１１０の底面に所定の間隔をおいて下向きに突出されて形成される各製氷突起１２０とを備えて構成されている。

そして、図２に示すように、蒸発コイル１１０内の空間１１１から連通される製氷突起１２０内の空間１２１に向けて、該空間１２１を二分する板状のガイド部材１３０を垂直に設置している。
このガイド部材１３０は、蒸発コイル１１０内の空間１１１内から製氷突起１２０内の空間１２１内の所定位置Ｌまでのそれらの内面と結合ａされ（後記の図３の（ａ）参照）、蒸発コイル１１０内の空間１１１の上部には冷媒の水平循環が行われる上部通路１１２を形成するように設置されると同時に、製氷突起１２０内の空間１２１の下部側にはガイド部材１３０によって該空間１２１に向けて下向き循環される冷媒のための下部通路１２２を形成するように設置される。

製氷突起１２０内の空間１２１における冷媒の循環能力は、蒸発コイル１１０内の上部通路１１２の開口面積Ａ_１と下部通路１２２の開口面積Ａ_２をベルヌーイの定理によって計算可能で、これを数値化して循環能力を円滑に調節することができる。
つまり、蒸発コイル１１０内の空間１１１に沿って水平循環する冷媒が通過する上部通路１１２の開口面積Ａ_１は、少なくとも下部通路１２２の開口面積Ａ_２に対してＡ_１≧Ａ_２/２〜Ａ_１=Ａ_２まであることで満足するものである。

このように形成されているガイド部材１３０の上部通路１１２と下部通路１２２との高圧冷媒の開口面積Ａ_１，Ａ_２を調節することは、圧縮機の圧力、蒸発コイル１１０の全体長さ、製氷突起１２０内の空間１２１の面積、製氷突起１２０の数、そして上部通路１１２、下部通路１２２の面積などを数値化することで設計が可能である。

図３は、製氷突起の他の実施形態を示す縦断面図および横断平面図である。
図３の（ｂ）に示すように、蒸発コイル１１０内の空間１１１から製氷突起１２０内の空間１２１に垂直に設置されるガイド部材１３０を、空間１１１に沿って水平循環される冷媒の循環方向に対して、斜めに傾けた状態（角度を設けた状態で）で設置している。これにより、蒸発コイル１１０内の空間１１１から製氷突起１２０内の空間１２１に向けた冷媒の下向き循環と、空間１２１から蒸発コイル１１０内の空間１１１に戻される冷媒の上向き循環との出入口面積を適宜調節可能にしている。

図４は、蒸発コイルの断面形態および製氷突起の連通形態、そしてガイド部材の形態を変えた蒸発管の他の実施形態の要部を示す分解斜視図であり、図５は、図４で示す蒸発コイルに対する製氷突起、ガイド部材の取り付け状態を示す縦断面図および縦断側面図である。
この実施形態では、図４および図５に示すように、蒸発コイル１１０は、下部を平たく水平面１１４としている半球状管である。そして、この蒸発コイル１１０内の空間１１１に内在設置されるガイド部材１３０の上部側は、蒸発コイル１１０の断面形態に合わせた半球状に形成されている。この半球状上部には上部通路１１２が形成されている。
これにより、上部通路１１２は、前記のように、冷媒が直進通過するときの単位面積当たりの開口面積Ａ_１が、下部通路１２２の開口面積Ａ_２に対して所定の割合になる（比例する）上部通路１１２を形成する構成としている。

このとき、上部通路１１２は、その実施形態によって開口形状は適宜変更が可能である。
すなわち、ガイド部材１３０の蒸発コイル１１０内に形成される上部通路１１２は、前記した開口面積Ａ_１と同一の開口面積を有し、製氷突起１２０内の下部通路１２２の開口面積Ａ_２に対してＡ_１≧Ａ_２/２〜Ａ_１=Ａ_２まである開口面積Ａ_１を有するものである。
なお、上部通路１１２の冷媒通過量は、上部通路１１２の開口面積Ａ_１が製氷突起１２０内の空間１２１の下部通路１２２の開口面積Ａ_２に対して最小条件であるＡ_１≧Ａ_２/２である条件でも適当であるが、上部通路１１２の開口面積Ａ_１が製氷突起１２０内の下部通路１２２の開口面積Ａ_２と同一な場合でも条件を満足することができる。

このように構成されている製氷突起１２０を備えている蒸発管１００によれば、冷媒圧縮機によって高圧にされた冷媒が蒸発コイル１１０の循環上流側から供給されて循環を始めて循環下流側で回収されたあとに、再び高圧に加圧される作用を繰り返す高圧冷媒の循環供給によって、蒸発コイル１１０の適宜の間隔をおいて形成されている各製氷突起１２０内の空間１２１に冷媒が下向きに循環されながら外部熱（水の熱）を奪って水中に浸水されている製氷突起１２０の周囲（周面）に氷が生成（製氷）される。

そして、製氷突起１２０の周りに氷を生成するために蒸発コイル１１０内の空間１１１に沿って循環供給される冷媒は、上部通路１１２を直進通過しながら、なおかつ、ガイド部材１３０により区画された製氷突起１２０内の空間１２１の手前側（冷媒の循環上流側）から下方に向けて下向きに循環しながら下部通路１２２を経てガイド部材１３０の裏側（冷媒の循環下流側）における空間１２１を通って蒸発コイル１１０内の空間１１１に向けた上向き循環により該空間１１１に戻されて、再び空間１１１に沿って蒸発コイル１１０の循環下流側の次の製氷突起１２０内の空間１２１に向けて下向き循環されることを繰り返す。

図６は、本発明による製氷機の蒸発管の他の実施形態を示す斜視図である。
この他の実施形態では、図６に示すように、蒸発コイル１１０を水平状態でジグザグ形態に形成した以外の他の構成要素において、前記した実施形態と基本的に同じことから、同じ構成要素に同じ符号を付することにより重複説明は省略する。

図７は、本発明による製氷機の蒸発管の氷の生成（製氷）および冷媒の循環原理を説明する要部の概略断面図である。
図７に示すように、気化されていない液体冷媒Ｆ_２は、製氷突起１２０内の空間１２１に向けて下向きに循環されると同時に空間１２１において気化しながら製氷突起１２０の外側の外部熱（水が有する熱）を奪って製氷が行われる。
一方、製氷突起１２０内の空間１２１に下向きに循環されて気化された気体冷媒Ｆ_１は、冷媒の循環下流側の次の製氷突起１２０ではガイド部材１３０と蒸発コイル１１０との間の上部通路１１２に沿って水平循環（直進循環）が行われて、製氷突起１２０側へは下向きに循環されることなく、蒸発コイル１１０内の空間１１１に沿って循環下流側へと水平循環されていく。

このように構成されている本発明による製氷機の蒸発管１００によれば、蒸発コイル１１０の冷媒の循環上流側から循環下流側に適宜の間隔をおいて形成されている全域の製氷突起１２０に対して液体冷媒Ｆ_２のみが下向きに循環されることから、循環下流に至るにしたがって順次に気化された気体冷媒Ｆ_１は、製氷突起１２０側へ下向きに循環されることなく、上部通路１１２を直進通過しながら蒸発コイル１１０の内部空間１１１に沿って循環下流側へと水平循環が継続されることとなる。
これにより、各製氷突起１２０の全ておいて、冷媒の循環上流側における製氷条件で継続的な氷の生成（製氷）が行われるようになるから、製氷能力(製氷効率、氷質状態、均一な氷の大きさ)が大きく向上することはもちろん製氷速度が改善されて電力効率が向上されるものである。

また、蒸発コイル１１０と製氷突起１２０との空間１１１，１２１に垂直に設置されるガイド部材１３０の上部通路１１２では気化された気体冷媒Ｆ_１が水平循環力で通過し、気化されていない液体冷媒Ｆ_２は各製氷突起１２０側に向けて下向き循環する。これにより、水平循環される気体冷媒Ｆ_１の上部通路１１２の開口面積Ａ_１が製氷突起１２０内の下部通路１２２の開口面積Ａ_２に対して所定の割合となるように比例循環するようになる。
すなわち、上部通路１１２の開口面積Ａ_１は、最小限の下部通路１２２の開口面積Ａ_２を半分にした値（Ａ_２/２）と等しいか、または、それより大きくして冷媒を循環させてその目的を達成し、最大には上部通路１１２と下部通路１２２の開口面積が同一値を有する開口面積である場合も同一の結果を得ることができる。

本発明による製氷機の蒸発管の一実施形態を示す斜視図である。同蒸発管の側面図である。同蒸発管の蒸発コイルに形成された製氷突起の他の実施形態を示し、（ａ）は、縦断面図であり、（ｂ）は、横断平面図である。蒸発コイルの断面形態および製氷突起の連通形態、そしてガイド部材の形態を変えた蒸発管の他の実施形態の要部を示す分解斜視図である。図４で示す蒸発コイルに対する製氷突起、ガイド部材の取り付け状態を示し、(a)は、縦断面図であり、（ｂ）は、縦断側面図である。本発明による製氷機の蒸発管の他の実施形態を示す斜視図である。本発明による製氷機の蒸発管の製氷作用を示す要部の概略断面図である。従来の製氷管を製氷機に設置した状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１００:蒸発管
１１０:蒸発コイル
１１１:空間
１１２:上部通路
１１４:水平面
１２０:製氷突起
１２１:空間
１２２:下部通路
１３０：ガイド部材

Claims

製氷機の蒸発管（１００）において、
冷媒が循環供給される蒸発コイル（１１０）と、
該蒸発コイル（１１０）の底部から下向きに突出されて、前記蒸発コイル（１１０）内の空間（１１１）に連通される空間（１２１）を形成する製氷突起（１２０）と、
前記蒸発コイル（１１０）内の前記空間（１１１）から前記製氷突起（１２０）内の前記空間（１２１）に向けて垂直に設置されて、該空間（１２１）の下部に下部通路（１２２）を形成するガイド部材（１３０）と、を備え、
前記冷媒が、前記ガイド部材（１３０）の前記空間（１１１）に沿って前記製氷突起（１２０）の前記空間（１２１）側に下向き循環されるようにしたことを特徴とする製氷機の蒸発管。
前記蒸発コイル（１１０）内の前記空間（１１１）を塞ぐ前記ガイド部材（１３０）に、前記冷媒を前記空間（１１１）に沿って直進通過させるための上部通路（１１２）を形成することを特徴とする請求項１に記載の製氷機の蒸発管。
前記冷媒が通過する前記上部通路（１１２）の開口面積（Ａ_１）が、前記製氷突起（１２０）内の前記下部通路（１２２）の開口面積（Ａ_２）に対してＡ_１≧Ａ_２/２〜Ａ_１=Ａ_２まであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の製氷機の蒸発管。
前記蒸発コイル（１１０）は、下部が平たく水平面（１１４）を成す半球状管であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の製氷機の蒸発管。