JP6887894B2

JP6887894B2 - 凝縮器の配管構造

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Publication number: JP6887894B2
Application number: JP2017123517A
Authority: JP
Inventors: 水谷　保起; 保起水谷; 黒柳　正行; 正行黒柳; 修雄近藤; 太田　秀治; 秀治太田; 洋越
Original assignee: HOSHIZAKI KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: HOSHIZAKI KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-06-23
Also published as: JP2019007678A

Description

この発明は、凝縮器の配管構造に関するものであって、更に詳しくは、冷凍回路の一部をなす凝縮器の熱交換効率を向上させることで、凝縮能力を低下させることなく該凝縮器の体積を小さくし、これにより冷凍機における機械室の空間効率を高めるようにした配管構造に関する。

製氷機や冷蔵庫等の冷凍機は、製氷室等の冷却器を冷却する冷媒を循環させる冷凍回路を備えている。この冷凍回路は、その重要な構成部材として凝縮器を有し、圧縮機で圧縮され高温になった気化冷媒を該凝縮器に通過させることで熱交換を行い、凝縮されて液化した冷媒を膨張手段を介して冷却器の蒸発器に供給することで、該冷却器を冷却するようになっている。

特開２０１１−３８７２９号公報

冷凍機の一例として製氷機を挙げると、空冷ファンで空気冷却される凝縮器は、前記冷凍回路が配置される機械室の全体体積に対して約２０％もの体積を占めている。特に、高い冷却効率が要求される大型製氷機では、大きな冷却負荷に対処するため空冷凝縮器も大型のものを機械室に収納することになり、製氷機自体が体積的に大型化してしまう。このため、次のような不都合を生じている。

製氷機等の冷凍機全体が大型化するので設置個所には空間的な余裕が求められ、設置個所が限られてしまい勝ちである。また、氷塊を貯留する貯氷庫(ストッカー)の上に製氷機構部を設置する所謂スタックオンタイプの製氷機では、重量バランスの面から製氷機構部を貯氷庫に載置できなくなってしまうことがある。

また、冷凍回路が収納される機械室は、前記凝縮器に大きな容積を占められてしまうので、余剰空間は狭くならざるを得ない。このため、冷凍回路を構成する各種の部品が相互に近接して配置されることになり、組み立てやメンテナンスの作業性が低下する。更に、部品相互の配置の自由度が小さくなるので配管の取り回しが複雑になったり、熱干渉の影響を受けたり、工場から搬出したり輸送したりする際の振動により部品が接触して損傷したりすることがある。

凝縮器が大型化すると、該凝縮器を通過する熱冷媒を凝縮するための熱交換効率が低下することがある。そこで、図９に関して後述するように、凝縮器を出てから蒸発器へ入るまでの冷媒管路に効率の高い熱交換帯３８を設ける必要がある。このため冷媒の配管系が複雑になり、またスペースも必要になる。更に凝縮器の容積が大型化してくると、冷凍回路における部品配置の自由度が損なわれてしまう。例えば、凝縮器を冷却するための空気の取入れ口は機械室の正面に設けるのが最も良い(裏面や側面は設置個所の壁面等により塞がれることが多いため)にも拘らず、大きな凝縮器は機械室正面に配置することができなくなる。仮に、大きな凝縮器を機械室の正面に無理に配置しても、メンテナンス作業に際し該凝縮器が邪魔になり、後ろに配置した各部品の修理や交換ができなくなる不都合がある。

また、大きな凝縮器を正面に配置したときは、機械室のフロントパネルに冷却空気取り込み用の通風孔を全面に亘って開設する必要があるが、これはフロントパネルの強度低下を招くことになる。そこで、フロントパネルの厚みを大きくすると、重量が増してメンテナンス性や見映えを低下させてしまう。このため大容量の凝縮器は、機械室の正面に配置することを止めて、機械室の側面に位置させるようになっている。しかしこの場合は、凝縮器の冷却空気を側面から効率良く取り込むため、設置個所の壁面から遠避けて配置する必要があり、設置場所を選ぶことになる。また、側面からの清掃、修理等のメンテナンスについては、作業性が著しく低下する難点がある。

更に、容積の大きい空冷式の凝縮器では、冷却効率を高めるために隣接し合う放熱フィンのピッチを小さく詰める必要がある。すると、冷却用の外気が前記放熱フィンを通過する際に、ピッチが小さいために埃が詰まり易くなり、頻繁に放熱フィンを清掃しないと放熱効率(＝凝縮効率)の低下を招いてしまう。また、容積の大きな凝縮器を使うと、前述の如く冷凍回路の部品配置の自由度が低下する。このため、凝縮器を空気冷却する空冷ファンからの熱気排出経路に、前記冷却器の蒸発器を位置させる設計にならざるを得ないことがある。このときは、凝縮器で熱交換を行った後の熱風が蒸発器に常に当たることになり、前記冷却器における冷凍効率の低下を招いてしまう。加えて、冷凍部品の集積度が高いことに起因して、温度上昇を嫌う電装箱中の電子部品の寿命が低下し、また熱影響により電気系の誤作動に発展することもある。

本発明は、冷凍回路の一部を構成する凝縮器が大きな体積を有していることに起因する前記欠点に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、凝縮器における冷媒の配管系を工夫することで冷媒の凝縮効率を向上させ、これにより小さな体積の凝縮器でも凝縮効率を低下させないようにしたものである。

前記課題を解決し、所期の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、
冷媒の圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、冷却器に配設した蒸発器とを管路接続した冷凍回路において、
前記圧縮機から供給される前記冷媒を前記凝縮器に通過させて凝縮した後に前記蒸発器へ供給する配管が、
ヘッダーで分岐させた２つの管路により前記冷媒を前記凝縮器の上方へ流入させる第１管路系と、
前記第１管路系に連通する２つの管路が前記凝縮器の内部における当該凝縮器の厚み方向の異なる位置で上方から下方へ蛇行状に延在すると共に、その蛇行位置を該凝縮器の外部で互いに入れ替える第２管路系と、
前記第２管路系に連通する２つの管路が前記凝縮器の下側へ延出したところで１つの管路に統合され、この統合された１つの管路が前記凝縮器の外部上方へ延在した後に、該凝縮器の空気取入れ側に沿って蛇行状に下方へ延在する第３管路系とから構成され、
前記第２管路系を構成する前記２つの管路は、上方から下方への蛇行によって前記凝縮器の一側面から外部側方に露出する折り返し部分のうち上から数えて同数目の折り返し部分が、互いに異なる高さ位置で各管路の蛇行位置を入れ替えるように延在していることを要旨とする。
請求項１に係る発明によれば、凝縮器を通過した後の冷媒が更に効率的に冷却されるようにして該冷媒の凝縮液化を促進させるようにしたので、同じ凝縮効率であれば該凝縮器の体積を大幅に低下させることができる。

請求項２に記載の発明では、前記凝縮器の近傍に電装箱が配置されると共に、前記凝縮器の背面側に外部空気を吸い込んで該凝縮器を冷却する空冷ファンが配置されており、
前記空冷ファンが吸い込んで凝縮器と熱交換した後の空気を偏向させて、前記電装箱へ導く偏向板が該空冷ファンの近傍に配置されていることを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、凝縮器を通過して熱交換を行った後の排気を電装箱に導いて放熱させるようにしたので、熱上昇を嫌う電気部品を収納した電装箱の温度上昇を抑制することができる。

本発明によれば、凝縮器における冷媒の配管系を工夫することで冷媒の凝縮効率を向上させ、これにより小さな体積の凝縮器でも凝縮効率を低下させないようにしたので、機械室を占める空間効率が向上し、配管の自由度が増大する。

本発明に係る凝縮器の配管構造の概略説明図であって、圧縮機からの冷媒が凝縮器を通過して凝縮された後に蒸発器へ到るまでの管路系を示している。図１に示す配管構造を採用した凝縮器の側面図である。図２に示す凝縮器の配管構造の斜視図である。図１に示した凝縮器の配管構造を採用した場合の冷凍装置の斜視図である。図４に示す冷凍装置の平面図である。図４に示した冷凍装置を背面から観察した斜視図であって、殊に冷媒の配管系を強調して示してある。図６に示す冷凍装置において、空冷ファンの排気側に空気偏向板を設けて、凝縮器の上方に位置する電装箱へ該空気偏向板を介して排気を案内している状態を示す斜視図である。図１に示す凝縮器の配管構造を採用した製氷機において、フロントパネルのルーバーが小さく設定されたことを示す説明図である。オーガ式製氷機における冷凍回路を示す概略図である。

次に、本発明に係る凝縮器の配管構造につき、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、本発明が応用される対象は、オーガ式の製氷機の如き冷凍機であるので、このオーガ式製氷機の概略構成について先に説明する。

図９に示すように、オーガ式製氷機１０は、多数の砕氷を製造する製氷機構１２と、この製氷機構１２を冷却する冷凍回路３０とを備えている。前記製氷機構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したオーガ１６と、このオーガ１６を回転させるモータ１５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。冷凍ケーシング１４の外周には、後述の冷凍装置３０を構成する蒸発器ＥＰが螺旋状に巻回されている。そして、冷凍ケーシング１４の内部に製氷水タンク１８からの製氷水が供給され、該冷凍ケーシング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の内壁面(製氷面)に膜状に氷が成長する。前記モータ１５によりオーガ１６を回転させることで、製氷面に成長した氷が削り取られて砕氷となり、これら削り取った砕氷は冷凍ケーシング１４の上部に設けたガイド２０を介して、貯氷室(図示せず)に放出される。

前記冷凍回路３０は、図９に示すように、圧縮機ＣＭ、空冷ファンＦＭにより空気冷却される凝縮器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る。冷凍回路３０の前記冷媒配管３２には、圧縮機ＣＭを駆動することで冷媒が循環するようになっている。すなわち、圧縮機ＣＭで圧縮された気化冷媒を凝縮器ＣＤで凝縮させて液化した後、膨張弁ＥＶで減圧した冷媒を蒸発器ＥＰで一挙に膨張させることで、冷凍ケーシング１４を氷点下まで冷却する。そして、蒸発器ＥＰで冷凍ケーシング１４と熱交換した後の気化冷媒は圧縮機ＣＭに戻り、圧縮機ＣＭで再び圧縮されて冷凍回路３０を循環するようになっている。なお、図９の符号３６は、凝縮器ＣＤから膨張弁ＥＶへ向かう冷媒から水分を除去するドライヤであり、また符号３４は冷媒を一時蓄積するアキュムレータ(蓄圧器)である。

前記冷凍回路３０の冷媒配管３２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、図９に示す従来の凝縮器ＣＤでは、空冷ファンＦＭにより空気冷却を行っても冷媒の凝縮が充分でない場合がある。そこで図９に示すように、製氷機構１２で熱交換を終えて蒸発器ＥＰから流出する冷媒の通過する管路３２と、凝縮器ＣＤで凝縮された冷媒の通過する管路３２とを近接させて熱交換帯３８とし、凝縮器ＣＤからの前記冷媒を該熱交換帯３８で更に熱交換して凝縮を促進させるようになっている。

図９に示す凝縮器ＣＤは空冷式であって、例えば図４に示すオーガ式製氷機１０の機械室４４に設置されている。この凝縮器ＣＤは、前記冷凍回路３０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、空冷ファンＦＭにより機械室４４へ取り込んだ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冷却させることで凝縮液化するようになっている。

図１は、本発明に係る凝縮器ＣＤの配管構造を概略的に示すものである。また、図２は、実施例に係る凝縮器ＣＤの側面図であり、図３は、図２に示す凝縮器ＣＤの斜視図である。図１に示す冷媒配管３２は、図９に示した冷凍回路３０の管路系を構成するものであって、圧縮機ＣＭから配管３２を介して到来した気化冷媒は、凝縮器ＣＤの放熱フィン(図示せず)を通過して空冷ファンＦＭにより空気冷却され、凝縮した液化冷媒になって蒸発器ＥＰへ供給されるサイクルを反復している。

図１に示す実施例の冷媒配管３２は、前記凝縮器ＣＤに関連して、実線で示す第１管路系２４、１点鎖線で示す第２管路系２６および２点鎖線で示す第３管路系２８とから構成される。すなわち、第１管路系２４は、圧縮機ＣＭからの熱い気化冷媒を流過させる前記配管３２を、凝縮器ＣＤの手前でヘッダー２２により分岐させて２つの管路２４ａ，２４ｂとなし、これら２つの管路２４ａ，２４ｂが前記液化冷媒を前記凝縮器ＣＤの上方へ流入させるという帯域になっている。また第２管路系２６は、第１管路系２４に下流で連通するものであって、前記２つの管路２４ａ，２４ｂは前記凝縮器ＣＤの内部で上方から下方へ蛇行しながら延在すると共に、該凝縮器ＣＤの外部へ出たところで互いに交差して、前記冷媒の流下方向を左右に入れ替える帯域になっている。更に第３管路系２８は、前記第２管路系２６の２つの管路２４ａ，２４ｂが下流側で前記凝縮器ＣＤの外部へ延出したところで１つの管路２９に統合され、この統合された１つの管路２９が下方から該凝縮器ＣＤの外部上方へ延出した後に、該凝縮器ＣＤの空気取入れ側に沿って蛇行状に下方へ延在するという帯域になっている。

図２は、図１に示す凝縮器の配管構造を具体的に実施した一例の側面図であって、凝縮器ＣＤの下方で外部に延出した第３管路系２８をなす前記管路２９は、該凝縮器ＣＤの外部において斜め上方へ立ち上がっている状態を示している。このように斜め上方へ立ち上がった後の前記管路２９は、図３の斜視図から判明するように、凝縮器ＣＤの外側面(冷却用の空気取入れ側)に沿って水平に蛇行しつつ下方へ延在している。

すなわち、前記圧縮機ＣＭで圧縮されて熱くなっている気化冷媒は、第１管路系２４で２本の管路２４ａ，２４ｂに分岐した後に、第２管路系２６により前記凝縮器ＣＤの内部を通過して熱交換を行い、冷却により凝縮されて液化冷媒となる。しかし、凝縮器ＣＤにおいて空気冷却されるだけでは凝縮は一般に完全でないため、前述したように、従来は図９に示す熱交換帯３８を通過させて更なる凝縮を行っていた。しかし、図１〜図３に示す実施例に係る配管構造によれば、凝縮器ＣＤで凝縮された冷媒は、該凝縮器ＣＤを通過した後に上方へ立ち上って、蛇行しつつ下方へ降りてくる第３管路系２８を経る。この第３管路系２８は、凝縮器ＣＤの外方側面でかつ冷却空気の取入れ口に位置しているから、この第３管路系２８を通過する途中で冷媒は充分に凝縮されて液化する。従って凝縮器ＣＤの体積を、同じ凝縮能力でありながら従来の凝縮器よりも３０％程度低減することができる。また、図９に示した熱交換帯３８を別途設ける必要もなくなる。

このように本発明に係る凝縮器ＣＤでは、その配管構造を改良することにより、同じ凝縮能力を有する凝縮器に比べて容積を３０％も低減させることができた。すなわち凝縮器ＣＤを大幅に小型化できたために、先に解決課題の項で述べた容積の大きな凝縮器に伴って派生していた諸々の難点が何れも好適に解決された。例えば、図４〜図６は、本発明により小型化が達成された凝縮器ＣＤを採用した冷凍回路３０を機械室４４に収納した状態の説明図である。

先に述べたように、凝縮器は本来であれば機械室４４の前面に設けたいところであるが(冷却空気を円滑に取入れるため)、該凝縮器が大型であるため従来は機械室４４の側面に止むなく配置していた。しかし本発明によれば、凝縮器ＣＤを大幅に小型化できたために、図４〜図６から判明する如く、冷凍回路３０を構成する各部品との集積度が小さくなり、充分の間隔を保持して配置することができるようになった。また、冷凍回路３０の各部材を連通する管路も取り回しの自由度が大きくなると共に、清掃や修理のメンテナンス等も容易になし得るようになった。

更に、図５の平面図から判るように、凝縮器ＣＤが小型化されたために機械室４４の正面側に配置することが可能になり、該凝縮器ＣＤの裏側に設けた空冷ファンＦＭにより外部空気をフロントパネル４６に設けたルーバー４８を介して取入れることができる。すなわち、図５に破線矢印で示すように、外部空気は凝縮器ＣＤを冷却した後に、後方に位置する圧縮機ＣＭやアキュムレータ３４に接触して通過するので諸機器の放熱が併せて達成される。しかも、機械室４４へ入った排気(凝縮器ＣＤと熱交換を終えているため温度上昇している)は、側方に配置したオーガ式製氷機１０の蒸発器ＥＰに接触することはないので、該蒸発管ＥＰにおける冷却効果を低下させることもない。なお、図８に関して先に説明したように、ルーバー４８はフロントパネル４６の一部を占めるだけであるから、該フロントパネル４６の強度低下を来すことがない。また、ルーバー４８も小さくて足るので、エアフィルタ５０の交換も容易に行うことができる。

ところで、図４、図５および図７に示すように、製氷機１０における凝縮器ＣＤの上方には電装箱４０が配置されている。この電装箱４０には、各種電気系統への制御基板、リレーその他タイマ等の電子・電気部品が収納されるが、これら部品は何れも熱による温度上昇が大敵である。そこで本発明では、図７に示すように、凝縮器ＣＤの背後に位置する空冷ファンＦＭを支持するスタンド５２に偏向板４２を配置し、該空冷ファンＦＭが吸い込んだ外部空気の一部を該偏向板４２を介して前記電装箱４０へ案内するようになっている。すなわち、空冷ファンＦＭにより外気の一部は偏向板４２に沿って上方へ案内され、前記電装箱４０に吹き付けられる。これにより電装箱４０の放熱が達成され、該電装箱４０の内部にある各種電子・電気部品の温度上昇が好適に阻止される。なお、図面には、前記凝縮器ＣＤの上方に電装箱４０を配置する構成を示したが、電装箱４０は上方への配置に限られるものではない。前記凝縮器ＣＤを経た排気が偏向板４２により偏向されて、前記電装箱４０に吹き付けられる配置であれば良い。従って前記電装箱４０は、前記凝縮器ＣＤの近傍に配置されていれば足りる。

１４冷凍ケーシング(冷却器)，２２ヘッダー，２４第１管路系，
２４ａ，２４ｂ管路，２６第２管路系，２８第３管路系，２９管路，
３０冷凍回路，３２冷媒配管(配管)，４０電装箱，４２偏向板，
ＣＤ凝縮器，ＣＭ圧縮機，ＥＰ蒸発器，ＥＶ膨張弁(減圧手段)，
ＦＭ空冷ファン

Claims

冷媒の圧縮機(CM)と、凝縮器(CD)と、減圧手段(EV)と、冷却器(14)に配設した蒸発器(EP)とを管路接続した冷凍回路(30)において、
前記圧縮機(CM)から供給される前記冷媒を前記凝縮器(CD)に通過させて凝縮した後に前記蒸発器(EP)へ供給する配管(32)が、
ヘッダー(22)で分岐させた２つの管路(24a,24b)により前記冷媒を前記凝縮器(CD)の上方へ流入させる第１管路系(24)と、
前記第１管路系(24)に連通する２つの管路(24a,24b)が前記凝縮器(CD)の内部における当該凝縮器(CD)の厚み方向の異なる位置で上方から下方へ蛇行状に延在すると共に、その蛇行位置を該凝縮器(CD)の外部で互いに入れ替える第２管路系(26)と、
前記第２管路系(26)に連通する２つの管路(24a,24b)が前記凝縮器(CD)の下側へ延出したところで１つの管路(29)に統合され、この統合された１つの管路(29)が前記凝縮器(CD)の外部上方へ延在した後に、該凝縮器(CD)の空気取入れ側に沿って蛇行状に下方へ延在する第３管路系(28)とから構成され、
前記第２管路系(26)を構成する前記２つの管路(24a,24b)は、上方から下方への蛇行によって前記凝縮器(CD)の一側面から外部側方に露出する折り返し部分のうち上から数えて同数目の折り返し部分が、互いに異なる高さ位置で各管路(24a,24b)の蛇行位置を入れ替えるように延在している
ことを特徴とする凝縮器の配管構造。
前記凝縮器(CD)の近傍に電装箱(40)が配置されると共に、前記凝縮器(CD)の背面側に外部空気を吸い込んで該凝縮器(CD)を冷却する空冷ファン(FM)が配置されており、
前記空冷ファン(FM)が吸い込んで凝縮器(CD)と熱交換した後の空気を偏向させて、前記電装箱(40)へ導く偏向板(42)が該空冷ファン(FM)の近傍に配置されている請求項１記載の凝縮器の配管構造。