JP4869826B2

JP4869826B2 - 自動製氷機の熱交換器

Info

Publication number: JP4869826B2
Application number: JP2006217298A
Authority: JP
Inventors: 了司森本
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2026-08-09
Also published as: JP2008039338A

Description

この発明は、除氷運転に際して製氷部に供給される除氷水を、冷凍系から導出する熱交換部と熱交換して加熱する自動製氷機の熱交換器に関するものである。

例えば、多数の板氷を自動的に製造する自動製氷機として、垂直に立設した製氷板の裏面に冷凍系から導出した蒸発管を配設し、この蒸発管に循環供給される冷媒により冷却される前記製氷板の製氷面(表面)に製氷水を散布供給して板氷を形成し、得られた板氷を剥離して落下放出させる流下式製氷機が知られている。この製氷機は、製氷水を所要量貯留するための製氷水タンクを備え、製氷運転に際しタンク内の製氷水を循環ポンプで圧送して製氷板の製氷面に供給し、氷結するに至らなかった製氷水は前記製氷水タンクに回収した後に、再び製氷板に向け送り出す強制循環機構を採用している。また、製氷板での製氷完了を検知して製氷運転から除氷運転に移行すると、冷凍系の弁切換えにより圧縮機から吐出されるホットガスを前記蒸発管に供給すると共に、外部水道源からの水を製氷板の裏面に除氷水として散布供給して、板氷との氷結面の融解を促進させるようになっている。

前述したように、除氷運転に際して外部水道源から供給された除氷水を用いる場合は、外気温に影響されて除氷水の温度が変化するため、夏季においては除氷水の温度は高く、短時間で除氷を完了し得るが、冬季においては除氷水の温度が低いために除氷時間が長くなる問題がある。

そこで、特許文献１に示すように、外部水道源から除氷水が供給される除氷水タンクとは別に、冷凍系に設けられた熱交換部が収納されると共に、除氷水タンクとオーバーフロー管を介して連通する熱交換タンクを該除氷水タンクの内部上方に配設し、外部水道源から除氷水タンクに供給される除氷水の温度が設定温度より低い場合には、除氷水タンクから熱交換タンクに除氷水を循環供給することで、熱交換タンク内で除氷水を熱交換部と熱交換させて設定温度まで加熱することが行なわれている。
特開２００１−４２５５号公報

ところが、特許文献１では、所要の容積を有する熱交換タンクを除氷水タンクの内部に収納する構成とされているため、該熱交換タンクの容量だけ除氷水タンクの容積を大きくする必要があり、製氷機内部で該除氷水タンクが嵩張ってしまう難点がある。殊に、製氷機全体のコンパクト化が強く要求される近年においては、除氷水タンクの大型化は極力回避されるべきである。

なお、除氷水タンク内に熱交換タンクを収納する構成ではなく、前記熱交換部を除氷水タンク内に貯留された除氷水中に浸漬させて、該除氷水を直接加熱する構成とすれば、前述した除氷水タンクの大型化を回避することは可能である。しかしながら、除氷水タンク内の除氷水を熱交換部で直接加熱した場合、タンク内の除氷水全体の加熱は、自然な熱対流に頼らざるを得ず、加熱効率が悪いと云う難点がある。また、タンク内の水位によって除氷水の温度にバラツキが生じてしまうこともある。

この発明は、前述した従来の技術に内在している前記欠点に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、除氷水タンクの大型化を回避し得ると共に、除氷水を効率的に加熱し得る自動製氷機の熱交換器を提供することを目的とする。

前述した課題を解決し、所期の目的を好適に達成するため、本発明に係る自動製氷機の熱交換器は、
除氷運転に際して製氷部に供給される除氷水タンク内の除氷水を加熱する自動製氷機の熱交換器であって、
一方の端部から他方の端部へ向けて下方傾斜して除氷水が流下可能な流下領域が内部画成され、該流下領域を流下した除氷水が前記除氷水タンクに放出される案内部材と、
前記流下領域における一方の端部側に配設され、循環ポンプを介して汲み上げられた前記除氷水タンクの除氷水を該流下領域内へ供給する除氷水供給手段と、
前記製氷部に配設した蒸発管に接続される冷凍系から導出して前記流下領域内に蛇行状に配設され、該流下領域内を流下する除氷水と熱交換して加熱する熱交換部とを備え、
前記熱交換部は、前記案内部材の内底面と熱交換部との間に隙間を画成するよう案内部材に非接触状態で配設され、
前記熱交換部の直線部は、前記流下領域内において除氷水の流下方向に対して交差する方向に延在していることを特徴とする。
請求項１の発明によれば、案内部材を流下する除氷水を熱交換部と熱交換させる構成としたので、従来の如く容積の大きい熱交換タンクを除氷水タンク内に配設する場合に比べて、該除氷水タンクの容積を小さくすることができる。また、除氷水が流下領域内を流下する間に熱交換部と熱交換するので、除氷水を効率的に加熱することができ、除氷水タンク内の除氷水の温度がばらつくのを抑制し得る。更に、前記熱交換部は案内部材に非接触状態で配設されるので、熱交換部によって案内部材が高温に熱せられることがない。また、除氷水が案内部材の内底面と熱交換部との間の隙間を通過し得るようにしたので、除氷水をスムーズに流下させることができる。そして、熱交換部の直線部を除氷水の流下方向と交差する方向に延在させたことで、除氷水の一部は、直線部に衝突して該直線部を乗り上げて流下することになる。すなわち、除氷水が熱交換部の直線部を乗り上げたり、案内部材の内底面と熱交換部との間の隙間を通過したりすることで、熱交換部の全表面に除氷水が接触することができ、効率的な熱交換を実現し得る。

請求項２に係る自動製氷機の熱交換器は、案内部材の外面を、断熱材で覆った。
請求項２の発明によれば、案内部材の外面を断熱材で覆ったので、熱交換部の熱が案内部材の外部へ伝わるのを抑制して、製氷機内が加熱されるのを防止し得る。

本発明に係る自動製氷機の熱交換器によれば、除氷水タンクの大型化を回避すると共に、効率的に除氷水を加熱することが可能となる。

次に、本発明に係る自動製氷機の熱交換器につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。なお、実施例では、本発明に係る熱交換器を自動製氷機としての流下式製氷機に実装した場合を例に説明を行なう。但し、本発明に係る熱交換器は、流下式製氷機に限られず、除氷水を製氷部に供給して除氷を行なうタイプの製氷機であれば、如何なる自動製氷機にも実装可能である。また、実施例では、板状の氷を生成する流下式製氷機を例に説明するが、流下式製氷機としてはこれに限られず、例えば、半月状の氷を製造する流下式製氷機等であってもよい。

図１は、実施例に係る熱交換器５０が採用された流下式製氷機の概略構成図を示している。この流下式製氷機は、所定間隔離間して対向配置した垂直な製氷板(製氷部)１０,１０の対向面(裏面)に、冷凍系１２から導出して横方向に蛇行する蒸発管１４が密着固定され、製氷運転時に冷媒を循環させて製氷板１０,１０を強制冷却するよう構成される。この製氷板１０,１０の直下には、集水樋１６が配設され、製氷運転に際し製氷板１０,１０の各製氷面(表面)に供給された製氷水、および除氷運転に際し製氷板１０,１０の裏面に供給された除氷水は、該集水樋１６を介して下方に位置する製氷水タンク１８に回収貯留されるようになっている。

前記製氷水タンク１８から製氷水循環ポンプＰＭ₁を介して導出した製氷水供給管２０は、前記製氷板１０,１０の上方に設けた製氷水散布器２２に接続している。この製氷水散布器２２には多数の散水孔(図示せず)が穿設され、製氷運転時に製氷水タンク１８からポンプ圧送される製氷水を、散水孔から前記製氷板１０,１０の氷結温度にまで冷却されている製氷面に散布して流下させ、該製氷面に所要厚みの板氷を生成するようになっている。

図示の製氷機には、前記冷凍系１２に配設されるホットガス弁ＨＶの切換えにより、前記蒸発管１４にホットガスを循環させて製氷板１０,１０を加熱し、各製氷面と板氷との氷結面を融解させる除氷運転に際し、製氷板１０,１０の裏面に除氷水を散布して、その昇温による除氷促進を行なうための除氷水供給系が、製氷水供給系とは別に設けられている。すなわち、製氷機内に配設した除氷水タンク２６から除氷水供給ポンプＰＭ₂を介して導出した除氷水供給管２８が、図１に示す如く、前記製氷板１０,１０の対向部における上部に設けた除氷水散布器３０に接続している。そして除氷運転時に、除氷水タンク２６からポンプ圧送された除氷水は、除氷水散布器３０に穿設した多数の散水孔(図示せず)を介して製氷板１０,１０の各裏側に散布供給されて流下し、製氷板１０,１０と板氷との氷結面を融解するようになっている。なお、製氷板１０,１０の裏側を流下した除氷水は、製氷水と同様に前記集水樋１６を介して製氷水タンク１８に回収され、これが次回の製氷水として使用される。

前記除氷水タンク２６には、図示しない制御手段に接続する水位検知手段としてのフロートスイッチ３４が配設され、該スイッチ３４によりタンク内に貯留される除氷水の設定水位(貯留量)が規定される。また除氷水タンク２６には、該タンク２６内の除氷水の温度を検知する温度検知手段としてのサーモスタット３６が配設されている。なお、除氷水タンク２６には、フロートスイッチ３４で規定される設定水位より上方に設定された水位を越えた余剰の除氷水を、タンク外に排出するためのオーバーフロー管３８が配設してある。また、前記除氷水タンク２６には、外部水道源に接続する供給部としての給水管５２が連通され、該給水管５２に介挿した給水弁ＷＶを開放することにより、除氷水タンク２６に水道水(除氷水)を供給するよう構成される。

図１に示すように、前記除氷水タンク２６の外部には、一方の端部(以下、上流端と称す)４６から他方の端部４０に向けて下方傾斜すると共に、該他方の端部４０を除氷水タンク２６の内部に臨ませた熱交換器５０が配設されている。図２に示すように、この熱交換器５０は、除氷水を流下させる流下領域６６が内部画成された案内部材６８と、該流下領域６６内に配設された除氷水供給手段７０および熱交換部６４とから基本的に構成される。前記案内部材６８は、ステンレス等の防錆性を備えた金属板を上面および傾斜下端側である他方の端部(以後、開放端と称す)４０側が開放するよう樋状に折曲成形したものであって、図示しない固定手段により除氷水タンク２６の外部に傾斜姿勢で固定されている。また、図１に示すように、前記案内部材６８の開放端４０は、前記除氷水タンク２６に設けた開口部２６ａを介して該タンク２６の内部上方に臨んでおり、前記流下領域６６を流下する除氷水が開放端４０を介して除氷水タンク２６へ戻されるようになっている。なお、前記案内部材６８には、前記流下領域６６を上方から覆蓋する蓋部材７２が着脱自在に設けられると共に、内底面６８ａにおける開放端４０側に、除氷水を下方へ案内する案内部７４が斜め下方へ延出している。更に、前記案内部材６８の外底面６８ｂに断熱シート(断熱材)７６が貼着され、前記熱交換部６４の熱が案内部材６８を介して外部へ伝わらないようになっている。

前記除氷水供給手段７０は、案内部材６８の前記上流端４６側において、後述する吐出管体４８の閉塞端４８ａ側を除氷水の流下方向(内底面６８ａの傾斜方向)に対して直交する方向に貫通させると共に、前記流下領域６６内に臨む部位に複数の供給孔４８ｂを開設することで構成されており、熱交換用ポンプ(循環ポンプ)ＰＭ₃で汲み上げられた除氷水タンク２６内の除氷水を供給孔４８ｂを介して流下領域６６に供給するようになっている。図１に示すように、前記熱交換部６４は、冷凍系１２を構成する圧縮機ＣＭの吐出管５４の一部を蛇行状に形成したものであって、前記流下領域６６内に収納配置されている。すなわち、圧縮機ＣＭから吐出されるホットガスが流通する前記吐出管５４の途中に熱交換部６４が設けられており、該熱交換部６４は、前記流下領域６６を流下する除氷水と熱交換するよう構成される。図２に示すように、熱交換部６４は、その複数の直線部６４ａが前記流下領域６６内において除氷水の流下方向と交差する方向に延在するよう配設されている。また、前記熱交換部６４は、前記案内部材６８の内面とは非接触状態となっており、図３に示すように、前記案内部材６８の内底面６８ａと熱交換部６４との間に隙間７８が画成されるよう設定される。

図１に示すように、前記除氷水タンク２６と熱交換器５０とは、熱交換用循環回路４２を介して連通接続される。この熱交換用循環回路４２は、除氷水タンク２６の底部に一端部が連通接続された吸込管体４４と、該吸込管体４４の他端部が吸込側に連通接続される前記熱交換用ポンプＰＭ₃と、該ポンプＰＭ₃の吐出側に一端部が連通接続されると共に前記閉塞端４８ａをなす他端部側が前記案内部材６８に貫通状態で配設された吐出管体４８とで構成される。そして、熱交換用ポンプＰＭ₃を運転することで、除氷水タンク２６に貯留されている除氷水が吸込管体４４を介して熱交換用ポンプＰＭ₃に吸込まれると共に、吐出管体４８を介して前記熱交換器５０(流下領域６６)内に除氷水が吐出されるようになっている。そして、前記案内部材６８内に供給された除氷水は、熱交換部６４と熱交換しつつ前記流下領域６６を流下し、加熱後の除氷水が前記開放端４０を介して除氷水タンク２６へ戻される。

なお、前記熱交換用ポンプＰＭ₃は、前記サーモスタット３６が予め設定された設定温度より高い温度を検知している場合は停止状態に保持されると共に、サーモスタット３６が設定温度より低い温度を検知した場合に運転が開始されるよう設定される。また、前記熱交換用ポンプＰＭ₃の除氷水供給量は、前述した案内部材６８における隙間７８との関係において、前記流下領域６６を流下する除氷水が該熱交換部６４の直線部６４ａを乗り越え得る量に設定されている。すなわち、前記熱交換器５０へ供給される除氷水が少量であると、該除氷水は、全て前記隙間７８を通過してしまい、熱交換部６４全体による熱交換がなされなくなる虞がある。

図１に示す如く、前記冷凍系１２では、圧縮機ＣＭで圧縮された気化冷媒は、吐出管５４および前記熱交換部６４を経て凝縮器５６で凝縮液化し、膨張弁５８で減圧され、蒸発管１４に流入してここで一挙に膨張して蒸発し、製氷板１０,１０と熱交換を行なって、各製氷板１０を氷点下にまで冷却させるよう構成される。また、蒸発管１４で蒸発した気化冷媒は、吸入管６０を経て圧縮機ＣＭに帰還するようになっている。更に、圧縮機ＣＭの吐出管５４からホットガス管６２が分岐され、このホットガス管６２はホットガス弁ＨＶを経て、蒸発管１４の入口側に連通されている。このホットガス弁ＨＶは、除氷運転の際にのみ開放し、製氷運転時は閉成する制御がなされる。すなわち、除氷運転時にホットガス弁ＨＶが開放して、圧縮機ＣＭから吐出されるホットガスを、前記ホットガス管６２を介して蒸発管１４にバイパスさせ、各製氷板１０を加熱することにより、製氷面に生成される板氷の氷結面を融解させて、該板氷を自重により落下させる。

(実施例の作用)
次に、実施例に係る自動製氷機の熱交換器５０の作用につき、製氷機の運転状況と共に説明を行なう。

製氷運転においては、製氷板１０,１０に、製氷水タンク１８から製氷水循環ポンプＰＭ₁を介して製氷水を循環供給すると共に、前記蒸発管１４に冷媒を供給して、該製氷板１０,１０の各製氷面に板氷を生成させる。所要時間経過後、板氷が所要厚まで生成されると製氷運転が終了し、除氷運転に移行する。すなわち、冷凍系１２のホットガス弁ＨＶを切換えて蒸発管１４にホットガスを供給すると共に、前記除氷水タンク２６内の除氷水が除氷水供給ポンプＰＭ₂を介して除氷水散布器３０に圧送される。この除氷水は散水孔を介して製氷板１０,１０の各裏面に散布供給され、該製氷板１０,１０を流下した除氷水は前記集水樋１６を介して製氷水タンク１８に回収貯留される。除氷運転が進行し、製氷板１０,１０と板氷との氷結面が融解し、該製氷板１０,１０から板氷が剥離すると、除氷運転を完了して再び製氷運転に移行する。

ここで、殊に冬場等において、前記除氷水タンク２６内の除氷水の温度が低い場合には、前記除氷運転に際して前記製氷板１０,１０に除氷水を供給しても、板氷の融解が余り促進されず、除氷に要する時間が掛かって製氷機の製氷能力が低下してしまう原因となる。そこで、除氷水タンク２６内の除氷水の温度が低い場合には、該除氷水を熱交換器５０で加熱する除氷水の加熱サイクルが行なわれる。すなわち、前記除氷水タンク２６の内部に設けられたサーモスタット３６が設定温度より低い温度を検知した場合は、前記熱交換用循環ポンプＰＭ₃が作動して除氷水タンク２６内の除氷水が前記熱交換器５０へ供給される。

具体的には、前記吸込管体４４を介して熱交換用循環ポンプＰＭ₃へ吸い込まれた除氷水は、前記吐出管体４８を介して吐き出され、前記除氷水供給手段７０から流下領域６６内へ供給される。前記熱交換器５０へ送られた除氷水は、前記除氷水タンク２６へ向けて下方傾斜する流下領域６６を流下する。ここで、前記熱交換部６４は、直線部６４ａが除氷水の流下方向に対して交差する方向に延在し、しかも、熱交換部６４と案内部材６８の内底面６８ａとの間には隙間７８が画成されている。従って、図３の矢印に示すように、除氷水は、前記熱交換部６４を乗り越えたり、前記隙間７８を通過したりして、該熱交換部６４の全表面と接触しながら流下することとなる。従って、実施例に係る熱交換器５０は、熱交換部６４全体を利用した熱交換が図られ、除氷水を効率的に加熱し得る。しかも除氷水は、流下しながら加熱されるため、除氷水の温度にムラが生じることがなく略均一温度にすることができる。前記熱交換器５０で加熱された除氷水は、前記開放端４０を介して除氷水タンク２６へ戻され、該タンク２６内の除氷水全体の温度が上昇する。

なお、前記熱交換器５０での除氷水の加熱サイクルは、除氷水タンク２６内の除氷水が設定温度以上となるまで行なわれる。すなわち、前記サーモスタット３６が設定温度を検知すると、前記熱交換用循環ポンプＰＭ₃が作動停止し、前記熱交換器５０への除氷水の供給が停止される。また、前記フロートスイッチ３４が除氷水タンク２６内の除氷水が所定量以下となったのを検知した場合、前記給水弁ＷＶが開放され、前記給水管５２を介して水道水が除氷水タンク２６内へ供給される。

以上に説明したように、実施例に係る自動製氷機の熱交換器５０によれば、案内部材６８を除氷水が流下する間に、除氷水を加熱する構成としたので、従来の熱交換タンクを内部に配設した除氷水タンク２６の如く容積を大きくする必要がない。また、除氷水は、流下領域６６内を流下しつつ熱交換部６４との熱交換が行なわれるので、除氷水は該熱交換部６４全体に接触して効率的に加熱され、加熱後の除氷水の温度がばらつくのを抑えられる。

また、前記熱交換部６４は案内部材６８に非接触状態で配設されるので、熱交換部６４によって案内部材６８が高温に熱せられることがない。また、案内部材６８の内底面６８ａと熱交換部６４との間に画成される隙間７８を除氷水が通過し得るので、除氷水をスムーズに流下させることができる。これにより、単位時間当たりに加熱し得る除氷水の量が多くなり、効率的な加熱サイクルを実現し得る。更に、案内部材６８の外底面６８ｂに断熱シート７６を貼着したので、熱交換部６４の熱が案内部材６８を介して外部へ伝わるのを抑制し、製氷機内部が加熱されるのを防止し得る。なお、前記案内部材６８には、流下領域６６の上方を覆蓋する蓋部材７２が配設されているので、該流下領域６６内に埃等が舞い込むことがなく衛生的である。

なお、実施例では、案内部材６８を開放端４０を除氷水タンク２６内へ臨ませた状態で配設したが、該案内部材６８全体を除氷水タンク２６内へ配設するようにしてもよい。この場合においても、従来の如く熱交換タンクを除氷水タンク２６内へ配設した場合に比べて、該除氷水タンク２６の容積をそれ程大きくする必要はない。また、実施例では、熱交換部６４の直線部６４ａが除氷水の流下方向に対して交差する方向に延在させたが、該直線部６４ａの延在方向が流下方向と平行になるよう変更してもよい。更に、前記熱交換部６４を、案内部材６８の内底面６８ａや内側面に接触させてもよい。この場合には、案内部材６８全体が熱交換部６４により加熱されて、該案内部材６８を介して除氷水を加熱する効果が期待される。

実施例では、案内部材６８を上面および開放端４０が開放した樋状に形成したが、案内部材６８を断面矩形状の管体として構成してもよい。また、実施例では、案内部材６８全体を傾斜姿勢で配置して、除氷水を除氷水タンク２６へ向けて流下させる構成としたが、例えば、案内部材６８内に傾斜した流下領域６６を形成し、案内部材６８自体は水平に配設するようにしてもよい。更に、案内部材６８の外底面６８ｂに断熱シート７６を貼着した場合を例示したが、案内部材６８の全外表面に貼着したり、蓋部材７２に貼着したりしてもよい。

本発明の実施例に係る熱交換器が実装された自動製氷機の概略構成図である。実施例に係る熱交換器の斜視図である。実施例に係る熱交換器の説明断面図である。

符号の説明

１０製氷板(製氷部)，１２冷凍系，１４蒸発管，２６除氷水タンク
４０開放端(他方の端部)，４６上流端(一方の端部)，６４熱交換部
６４ａ直線部，６６流下領域，６８案内部材，６８ｂ外底面(外面)
７０除氷水供給手段，７６断熱シート(断熱材)，７８隙間
ＰＭ₃ 熱交換用ポンプ(循環ポンプ)

Claims

除氷運転に際して製氷部(10,10)に供給される除氷水タンク(26)内の除氷水を加熱する自動製氷機の熱交換器であって、
一方の端部(46)から他方の端部(40)へ向けて下方傾斜して除氷水が流下可能な流下領域(66)が内部画成され、該流下領域(66)を流下した除氷水が前記除氷水タンク(26)に放出される案内部材(68)と、
前記流下領域(66)における一方の端部(46)側に配設され、循環ポンプ(PM₃)を介して汲み上げられた前記除氷水タンク(26)の除氷水を該流下領域(66)内へ供給する除氷水供給手段(70)と、
前記製氷部(10,10)に配設した蒸発管(14)に接続される冷凍系(12)から導出して前記流下領域(66)内に蛇行状に配設され、該流下領域(66)内を流下する除氷水と熱交換して加熱する熱交換部(64)とを備え、
前記熱交換部(64)は、前記案内部材(68)の内底面(68a)と熱交換部(64)との間に隙間(78)を画成するよう案内部材(68)に非接触状態で配設され、
前記熱交換部(64)の直線部(64a)は、前記流下領域(66)内において除氷水の流下方向に対して交差する方向に延在している
ことを特徴とする自動製氷機の熱交換器。
前記案内部材(68)の外面(68b)を、断熱材(76)で覆った請求項１記載の自動製氷機の熱交換器。