JP2011038729A

JP2011038729A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2011038729A
Application number: JP2009187418A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kuroyanagi; 正行黒柳; Hideyuki Tashiro; 秀行田代; Kazuyoshi Seki; 和芳関; Shinya Yanagida; 伸也柳田
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-24
Also published as: DK2284460T3; EP2284460B1; EP2284460A1

Abstract

【課題】冷凍回路に要求される可燃性の冷媒の充填量規制を守りつつ、所望の冷凍能力を得る。
【解決手段】冷凍装置３０は、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤ、膨張弁ＥＶおよび蒸発器ＥＰを冷媒配管３２で接続して構成され、可燃性の冷媒が循環する冷凍回路３４を備えている。冷凍回路３４は、１つのサーキット当たりの容積が２２００×１０^−６ｍ^３以下に設定されると共に、凝縮器ＣＤの容積が７５０×１０^−６ｍ^３以下に設定される。これにより、１つの冷凍回路３４に求められる可燃性の冷媒の充填量を規定値以下に抑えることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、可燃性の冷媒を用いる冷凍装置に関するものである。

従来、冷凍装置の冷媒としては、フロン系の不燃性冷媒が用いられていたが、環境へ負荷がかかることから、フロン系の冷媒に代替する冷媒が模索されている。フロン代替冷媒の１つとして、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン等の炭化水素系(ＨＣ系)の冷媒が注目されている。しかしながら、ＨＣ系の冷媒は、可燃性があることから、法令において冷凍回路１つ当たりの最大充填量(１５０ｇ)が規制されている(例えば、特許文献１参照)。

特開２００４−１９８０６２号公報

従来のフロン系の冷媒を用いる冷凍装置では、冷媒の充填量の増減が冷凍能力に与える影響が小さいので、機械寸法のコンパクト化を優先して凝縮器等の構成機器が設計されており、冷媒の充填量は特に考慮されてない。すなわち、可燃性の冷媒を用いた冷凍装置において、フロン系の冷媒を用いる冷凍装置と同様に構成機器を設定しても、法定された冷媒の充填量を守ることができず、また法定された冷媒の充填量を満たしたとしても、所望の冷凍能力が得られないおそれがある。

すなわち本発明は、従来の技術に係る冷凍装置に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、可燃性の冷媒の充填量規制を守りつつ、所望の冷凍能力を得られる冷凍装置を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明の冷凍装置は、
圧縮機、凝縮器、減圧手段および蒸発器を配管で接続して構成され、可燃性の冷媒が循環する冷凍回路を有する冷凍装置において、
前記冷凍回路における１つのサーキット当たりの容積を２２００×１０^−６ｍ^３以下に設定すると共に、前記凝縮器の容積を７５０×１０^−６ｍ^３以下に設定したことを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、冷凍回路における１つのサーキット当たりの容積を２２００×１０^−６ｍ^３以下に設定すると共に、凝縮器の容積を７５０×１０^−６ｍ^３以下に設定することで、冷凍能力を低下することなく、１つの冷凍回路に求められる可燃性の冷媒の充填量を規定値以下に抑えることができる。

請求項２に係る発明では、複数の前記冷凍回路を備えていることを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、冷凍回路を複数設けることで、全体として冷凍能力を向上することができる。

請求項３に係る発明では、前記凝縮器には、複数の冷媒経路が並列して設けられることを要旨とする。
請求項３に係る発明によれば、凝縮器に複数の冷媒経路を並列に設けることで、各冷媒経路を短くできると共に、圧力損失を低減して凝縮能力を向上することができる。

本発明に係る冷凍装置によれば、可燃性の冷媒の充填量規制を守りつつ、所望の冷凍能力を得られる。

本発明の好適な実施例１に係る冷凍装置を備えたオーガ式の製氷機を示す概略図である。実施例１の凝縮器を示す正面図である。実施例１の凝縮器の側断面図である。実施例１の凝縮器の要部を示す拡大平面図である。実施例２の冷凍装置を備えたオーガ式の製氷機を示す概略図である。

次に、本発明に係る冷凍装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明では、オーガ式の製氷機に対して実施例の冷凍装置を適用する例を挙げている。

図１に示すように、製氷機１０は、氷を製造する製氷機構１２と、この製氷機構１２を冷却する冷凍装置３０を備えている。製氷機構１２は、円筒形の冷凍ケーシング１４と、この冷凍ケーシング１４の内部に回転可能に配設されたオーガ１６と、このオーガ１６を回転する駆動手段(図示せず)と、冷凍ケーシング１４に製氷水を供給する製氷水タンク１８とから構成されている(図１参照)。冷凍ケーシング１４の外周には、冷凍装置３０を構成する後述の蒸発器ＥＰが配設されている。製氷機構１２には、製氷水タンク１８から供給された製氷水が冷凍ケーシング１４の内部に満たされており、冷凍ケーシング１４が蒸発器ＥＰによって冷却されることで、冷凍ケーシング１４の内面(製氷面)に氷が生成するようになっている。製氷機構１２は、駆動手段によりオーガ１６を回転することで製氷面に成長した氷を削り取ると共に、削り取った氷を上方に移送して、冷凍ケーシング１４の上部に設けられたガイド２０を介して貯氷室(図示せず)に放出するよう構成される。

前記冷凍装置３０は、圧縮機ＣＭ、冷却ファンＦＭにより冷却される凝縮器ＣＤ、減圧手段としての膨張弁ＥＶおよび蒸発器ＥＰ等の機器を冷媒配管(配管)３２で接続して構成された所謂蒸気圧縮式の冷凍回路３４を１系統備えている(図１参照)。冷凍装置３０は、圧縮機ＣＭおよび冷却ファンＦＭを駆動することで、冷凍回路３４を冷媒が循環するようになっている。冷凍回路３４では、圧縮機ＣＭで圧縮された気化冷媒を凝縮器ＣＤで凝縮液化した後、膨張弁ＥＶで減圧した冷媒を蒸発器ＥＰに流入してここで膨張して蒸発させることで、冷凍ケーシング１４を氷点下まで冷却している。そして、冷凍装置３０は、蒸発器ＥＰで冷凍ケーシング１４と熱交換した気化冷媒が圧縮機ＣＭに戻り、圧縮機ＣＭで再び圧縮されて冷凍回路３４を循環するようになっている。なお、実施例１の冷凍装置３０では、冷媒配管３２として銅管が用いられている。また、図１の符号３６は、凝縮器ＣＤから膨張弁ＥＶへ流入する液化冷媒から水分を除去するドライヤである。冷凍回路３４は、１つのサーキット当たりの容積が２２００×１０^−６ｍ^３以下に設定されている。

前記冷凍回路３４に充填される冷媒としては、蒸発熱や飽和圧等の冷媒としての特性に優れているメタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン等の炭化水素系(ＨＣ系)の冷媒またはアンモニアなどが採用される。なお、実施例１では、イソブタンまたはプロパンが用いられている。

図１に示すように、凝縮器ＣＤは、空冷式であって、製氷機１０に内部画成された機械室(図示せず)に固定手段を介して設置される。凝縮器ＣＤは、冷凍回路３４において、圧縮機ＣＭの下流側で、かつ膨張弁ＥＶの上流側に配置されている。また、凝縮器ＣＤは、冷却ファンＦＭにより機械室に取り込まれた外気と接触するよう構成され、圧縮機ＣＭから流入した高温・高圧の気化冷媒と外気とを熱交換して液化するようになっている。

前記凝縮器ＣＤは、冷媒が流通する冷媒経路を内部に有するチューブ４０と、このチューブ４０の外周に半径方向外側に延出するよう設けられたフィン４２とからなる熱交換部３８,３８を複数(実施例１では２系統)備えている(図２または図３参照)。実施例１の熱交換部３８は、チューブ４０の外周にフィン４２を螺旋状に巻き掛けた所謂スパイラルフィンチューブが採用され、各熱交換部３８は、水平または略水平に延在させた直線部分が上下の関係で重なるように蛇行させて形成されている(図２参照)。冷凍回路３４は、上流側の冷媒配管３２が凝縮器ＣＤにおける熱交換部３８の数に応じて分岐して夫々のチューブ４０に接続され、各熱交換部３８のチューブ４０の下流側に接続する冷媒配管３２が合流して、一本の冷媒配管３２が膨張弁ＥＶに接続するようになっている。すなわち、凝縮器ＣＤには、熱交換部３８毎に独立すると共に、互いに並列な関係で冷凍回路３４に接続された冷媒経路が２系統設けられる。凝縮器ＣＤでは、２系統の熱交換部３８,３８が機械室における空気流通方向に前後の関係で並べて配置されている(図２または図３参照)。すなわち、凝縮器ＣＤは、各熱交換部３８,３８の直線部分が、冷却ファンＦＭによって起こされた空気の流れに対して交差するよう配置されている。

前記凝縮器ＣＤは、その容積が７５０×１０^−６ｍ^３以下に設定されている。すなわち、２つの熱交換部３８,３８におけるチューブ４０(冷媒経路)の内容積の合計が、凝縮器ＣＤの容積となる。チューブ４０は、銅等の熱伝導率に優れた金属管が採用され、直径１．０ｍｍ〜６．３５ｍｍの如き細いものが用いられている。なお、同程度の冷凍能力を有する従来の冷凍装置では、凝縮器の容積が１１００×１０^−６ｍ^３程度に設定されることと比較すると、実施例１の凝縮器ＣＤは容積が３０％以上削減されている。

前記固定手段４４は、隣り合う２つの熱交換部３８,３８を一組として保持するよう構成され、各熱交換部３８,３８における左右方向(直線部分の延在方向)の略中央部を保持するよう配置されている(図２参照)。固定手段４４は、隣り合う２つの熱交換部３８,３８を挟んで対向配置された一対の支持部材４６,４６と、各支持部材４６に設けられ、対応の熱交換部３８を保持する保持部材４８とを組み合わせて構成される(図３参照)。固定手段４４は、対向する支持部材４６,４６に夫々設けた保持部材４８,４８で、隣り合う２つの熱交換部３８,３８を互いに当接するよう挟持するようになっている。ここで、凝縮器ＣＤは、一方の熱交換部３８のフィン４２の間に他方の熱交換部３８のフィン４２を差込み、双方の熱交換部３８,３８のフィン４２同士を互いにかみ合わせて当接させてもよい(図４参照)。

前記支持部材４６は、上下方向に長辺が延在する長尺な板状体であって(図３参照)、対向する熱交換部３８の上下寸法より長尺に設定されて該熱交換部３８の上下に亘って延在するよう配置されている(図２参照)。各支持部材４６は、対応の熱交換部３８の直線部分より狭小な幅に設定される。また支持部材４６は、機械室における空気流通方向前後に対向して離間配置され、各支持部材４６は、対応の熱交換部３８における直線部分の中央部に位置するよう夫々設けられる。

実施例１では、膨張弁ＥＶとして、感温筒ＴＨを備えた温度作動膨張弁が採用されている。感温筒ＴＨは、前記蒸発器ＥＰの出口に接続する冷媒配管３２に、蒸発器ＥＰの出口近傍に配置して取付けられている。膨張弁ＥＶは、感温筒ＴＨで検出した冷媒配管３２を流通する気化冷媒の温度に応じて開閉するよう構成され、蒸発器ＥＰの圧力を調節することで効率よく運転するようになっている。

前記蒸発器ＥＰは、冷凍ケーシング１４の外周面に螺旋状に設けられた蒸発管５０からなり、蒸発管５０の内部に画成された冷媒経路が冷凍ケーシング１４の外周面を螺旋状に取り巻いている。

〔実施例１の作用〕
次に、実施例１に係る冷凍装置３０の作用について説明する。実施例１の冷凍装置３０は、冷凍回路３４における１つのサーキット当たりの容積を２２００×１０^−６ｍ^３以下に設定すると共に、凝縮器ＣＤの容積を７５０×１０^−６ｍ^３以下に設定することで、１つの冷凍回路３４に求められる可燃性の冷媒の充填量を規定値以下に抑えることができる。ここで、冷凍回路３４では、冷媒がガス状態または液状態で存在し、このうち液状態の冷媒の容積を減らすことが、冷媒の充填量削減へ大きく寄与し得る。また、冷凍回路３４において容積比率が大きな構成機器としては、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤおよび蒸発器ＥＰが挙げられるが、凝縮器ＣＤでは液状態で冷媒が存在するので、構成機器の中で冷媒の充填量に最も影響を与えるのは凝縮器ＣＤである。すなわち、実施例１の冷凍装置３０のように、凝縮器ＣＤの容積を７５０×１０^−６ｍ^３以下に抑えることで、圧縮機ＣＭや蒸発器ＥＰの容積を減らすよりも冷凍回路３４における冷媒の充填量を削減することができる。そして、凝縮器ＣＤは、駆動機構を有する圧縮機ＣＭや冷凍ケーシング１４に合わせる必要がある蒸発器ＥＰと比較して容易に形状を変えることが可能であるので、容積変更に要するコストを抑えることができる。

実施例１の冷凍装置３０は、前述のように冷凍回路３４および凝縮器ＣＤの容積を設定することで、冷凍回路３４への規定値以上となる冷媒の充填を回避することができる。よって、冷凍装置３０は、冷凍回路３４および凝縮器ＣＤの容積を減じても、所望の冷凍能力を得ることができる。一般的に冷凍能力が３００Ｗ以下の冷凍装置に対してＨＣ系の冷媒を用いることが可能であると云われているが、前述の如く冷凍回路３４および凝縮器ＣＤの容積を設定することで、１つの冷凍回路３４当たり３００Ｗ以上で、６５０Ｗに相当する冷凍能力が得られる。また、理論的には、冷媒の充填量として１３００Ｗ相当の冷凍能力も１つの冷凍回路３４で得ることができる。

実施例１の冷凍装置３０では、凝縮器ＣＤにおける冷媒経路を構成するチューブ４０を細径化することで、凝縮器ＣＤの容積を低減している。凝縮器ＣＤでは、チューブ４０を細く設定すると、冷媒経路の圧力損失が大きくなり、また熱交換面積が小さくなって凝縮能力が低下する。しかるに、実施例１の凝縮器ＣＤは、熱交換部３８,３８を２つの系統に分けて並列配置することで、１つ１つの熱交換部３８,３８の左右寸法または上下寸法を大きくすることなく、熱交換面積を確保することができ、かつ全体としてコンパクトにすることができる。しかも、実施例１の凝縮器ＣＤは、２系統の熱交換部３８,３８が冷凍回路３４にパラレルに接続されているので、１つ１つの熱交換部３８,３８のチューブ４０の長さを短縮することができ、圧力損失を低減して冷媒経路において冷媒を円滑に循環させることができる。このように、実施例１の凝縮器ＣＤは、チューブ４０の細径化により容積を減じても所要の凝縮能力を担保し得る。

前記凝縮器ＣＤは、固定手段４４で熱交換部３８,３８の直線部分の一部を保持する構成であるので、熱交換部の湾曲部分を保持する場合と比べて固定手段４４で熱交換部３８,３８を覆う領域を小さくすることができる。すなわち、凝縮器ＣＤでは、熱交換部３８,３８を通る空気の流れが固定手段４４で妨げられず、湾曲部分も有効利用して各熱交換部３８,３８での熱交換効率を向上することができる。しかも、固定手段４４は、一方の熱交換部３８と他方の熱交換部３８とを上下方向にずらして保持するので、一方の熱交換部３８の直線部分の間から臨む他方の熱交換部３８の直線部分にも空気を適切に接触させることができ、効率よく熱交換することができる。

実施例１の冷凍装置３０は、冷凍回路３４を１サーキット備える構成であるが、冷凍回路を複数備える構成であってよい。図５に示す実施例２の冷凍装置６０は、互いに独立する冷凍回路３４を２つ備えている。実施例２の各冷凍回路３４は、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤ、膨張弁ＥＶおよび蒸発器ＥＰを冷媒配管３２で接続して構成され、実施例１の冷凍回路３４と同様の構成である。実施例２の冷凍装置６０を備えるオーガ式の製氷機１１は、冷凍ケーシング１４に各冷凍回路３４の蒸発器ＥＰが設けられるので、冷凍ケーシング１４の外周に２つの蒸発器ＥＰが設けられている。また、実施例２の各冷凍回路３４は、１つのサーキット当たりの容積が２２００×１０^−６ｍ^３以下に設定されると共に、凝縮器ＣＤの容積が７５０×１０^−６ｍ^３以下に設定されている。

１つの冷凍回路当たりの可燃性冷媒の充填量に対して規制がかかるので、実施例２の冷凍装置３０では、２つの冷凍回路３４が独立しており、夫々の冷凍回路３４について１つのサーキット当たりの容積を２２００×１０^−６ｍ^３以下に設定すると共に、凝縮器ＣＤの容積を７５０×１０^−６ｍ^３以下に設定してあるので、各冷凍回路３４に求められる可燃性の冷媒の充填量を規定値以下に抑えることができる。しかも、冷凍装置６０は、２つの冷凍回路３４,３４を備えることで、全体として冷凍能力が増し、大型の製氷機１１にも対応できる。また、冷凍装置６０は、両方の冷凍回路３４,３４で冷却する運転と、一方の冷凍回路３４のみで冷却する運転とに冷凍能力を段階的に制御することができ、一方の冷凍回路３４が故障した場合に他方の冷凍回路３４をバックアップとして用いることができる。

(変更例)
本発明は、前述の実施例の構成に限定されず、以下の如く変更することも可能である。
(１)冷凍装置を製氷機に採用する場合を例にして説明したが、冷蔵庫、冷凍庫、冷凍・冷蔵庫、ショーケースおよびプレハブ庫等の所謂貯蔵庫、その他空調機器等にも適用可能である。
(２)実施例では、減圧手段として膨張弁を用いたが、キャピラリーチューブを採用してもよい。
(３)実施例では、２つの冷媒経路を備えた凝縮器を例に挙げたが、冷媒経路を１系統または３以上備える構成であってもよい。
(４)実施例２では、２つの冷凍回路を設ける例を挙げたが、冷凍回路を３以上備える構成であってもよい。

３２冷媒配管(配管)，３４冷凍回路，ＣＭ圧縮機，ＣＤ凝縮器，
ＥＶ膨張弁(減圧手段)，ＥＰ蒸発器

Claims

圧縮機(CM)、凝縮器(CD)、減圧手段(EV)および蒸発器(EP)を配管(32)で接続して構成され、可燃性の冷媒が循環する冷凍回路(34)を有する冷凍装置において、
前記冷凍回路(34)における１つのサーキット当たりの容積を２２００×１０^−６ｍ^３以下に設定すると共に、前記凝縮器(CD)の容積を７５０×１０^−６ｍ^３以下に設定した
ことを特徴とする冷凍装置。
複数の前記冷凍回路(34)を備えている請求項１記載の冷凍装置。
前記凝縮器(CD)には、複数の冷媒経路が並列して設けられる請求項１または２記載の冷凍装置。