JPH04251140A - 製氷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄氷槽の水等を循環さ
せ熱交換器で過冷却してスラリ―状の氷化物を生成する
ようにした製氷装置に係り、特に製氷能力の向上対策に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開昭６３―１４０６
３号公報に開示される如く、蓄氷槽の水を水循環路に循
環させるとともに、水循環路に、ブライン配管を介して
接続される冷凍装置に熱交換器を配置し、この熱交換器
の伝熱管内に水を流通させる一方、伝熱管の外側にブラ
インを流通させ、伝熱管の壁面を介してブラインとの熱
交換を行わせることにより水を過冷却して、スラリ―状
の氷化物を生成し、蓄氷槽に貯溜するようにした製氷装
置は公知の技術である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の熱交換器の構造では、伝熱管の管壁を介して水とブ
ラインとの熱交換が行われるので、管壁付近では熱交換
が有効に行われるが、伝熱管の中心付近では熱交換率が
悪化するという問題がある。すなわち、水循環路におい
て、水は相当の速さで流通しているので、対流による管
壁付近の水と伝熱管中央付近の水との間の熱伝達は少な
く、したがって、熱交換器の製氷能力を十分確保できな
いからである。

【０００４】本発明の主たる目的は、斯かる点に鑑み、
熱交換器の伝熱管における水等と冷却用媒体等との熱交
換率を向上させる構造とすることにより、製氷装置の製
氷能力の向上を図ることにある。

【０００５】さらに、上記従来のものにおいて、熱交換
器の伝熱管内で水の過冷却度が過大になったりすること
で過冷却状態が解消してしまった場合、内部の水が凍結
し、その体積膨張による応力のためについには熱交換器
が破損する虞れがある。

【０００６】本発明のもう一つの目的は、斯かる点に鑑
み、熱交換器の伝熱管内部で水等が万一凍結した場合に
も、その体積膨張に起因する応力を吸収しうる手段を講
ずることにより、熱交換器の破損の虞れを有効に防止す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の基本的な構成である第１の解決手段は、図１に
示すように、水又は水溶液のスラリ―状の氷化物を貯溜
するための蓄氷槽（５）と、冷却装置に接続され、水又
は水溶液を過冷却するための熱交換器（２２）と、該熱
交換器（２２）と上記蓄氷槽（５）との間で水又は水溶
液を強制循環させるための水循環路（５１）とを備えた
製氷装置を前提とする。

【０００８】そして、上記熱交換器（２２）の伝熱管（
２２ａ）内のほぼ中心軸線上に、弾力性を有する芯棒部
材（５４）を配設する構成としたものである。

【０００９】第２の解決手段は、図４に示すように、上
記第１の解決手段における芯棒部材（５４）を、内部に
応力吸収用空間部を有する樹脂製棒で形成したものであ
る。

【００１０】第３の解決手段は、図６に示すように、上
記第１又は第２の解決手段における芯棒部材（５４）に
、外周部に伝熱管（２２ａ）内壁面との間に所定の間隙
を保持するスペ―サ部材（５５）を設けたものである。

【００１１】第４の解決手段は、図１０に示すように、
上記第１，第２又は第３の解決手段における芯棒部材（
５４）の断面形状を多角形にしたものである。

【００１２】第５の解決手段は、図１４に示すように、
上記第１，第２，第３又は第４の解決手段における芯棒
部材（５４）に、外周部に水又は水溶液の流れを乱すた
めの突起部（５７）を設けたものである。

【００１３】第６の解決手段は、図１７に示すように、
上記第５の解決手段における突起部（５７）に、伝熱管
内壁面との間に所定の間隙を保持するスペ―サ部材とし
ての機能を持たせたものである。

【００１４】第７の解決手段は、図２０に示すように、
上記第１，第２，第３，第４，第５又は第６の解決手段
における芯棒部材（５４）を、上流側から下流側に向か
うにしたがって断面積が減少するように形成したもので
ある。

【００１５】第８の解決手段は、図２２に示すように、
上記第１の解決手段において、芯棒部材（５４）を上流
側端部が閉鎖され、下流側端部が開放されてなる底付円
筒状部材で構成したものである。

【００１６】第９の解決手段は、図２４に示すように、
上記第８の解決手段において、熱交換器（２２）の伝熱
管（２２ａ）をその中心軸がほぼ垂直方向に向くよう配
設し、水循環路（５１）からの入口配管を伝熱管（２２
ａ）の下部に、水循環路（５１）への出口配管を伝熱管
（２２ａ）の上部に接続したものである。

【００１７】第１０の解決手段は、図２４に示すように
、上記第８又は第９の解決手段において、芯棒部材（５
４）の上流側に、壁部を貫通する小孔を設けたものであ
る。

【００１８】第１１の解決手段は、図２に示すように、
上記第１，第２，第３，第４，第５，第６．第７，第８
第９又は第１０の解決手段において、冷却装置を冷媒回
路（１）を有する冷凍装置とする。

【００１９】そして、熱交換器（２２）を冷媒との熱交
換により水又は水溶液を過冷却するものとする。

【００２０】さらに、所定時間ごとに一定時間の間、冷
媒温度を高くする解凍運転をするよう冷凍装置を制御す
る解凍運転制御手段を設ける構成としたものである。

【００２１】（作用）以上の構成により、請求項１の発
明では、蓄氷槽（５）の水等が水循環路（５１）に強制
循環され、熱交換器（２２）で冷却装置を介して過冷却
される。そして、その後過冷却状態の解消によりスラリ
―状の氷化物が生成され、蓄氷槽（５）に送られて貯溜
される。

【００２２】そのとき、熱交換器（２２）において、伝
熱管（２２ａ）内のほぼ中心軸線上に、芯棒部材（５４
）が配設されているので、水又は水溶液が伝熱管（２２
ａ）の内壁面付近のみを流通することになり、水等の冷
却効率が向上して製氷能力が向上する。また、熱交換器
（２２）の内部で水等の過冷却状態の解消により凍結が
生じても、凍結による体積膨張に起因する応力が芯棒部
材（５４）の弾力性により吸収されるので、伝熱管（２
２ａ）に加わる応力が緩和され、熱交換器（２２）の破
損が防止されることになる。

【００２３】請求項２の発明では、上記請求項１の発明
において、水等の過冷却状態の解消により熱交換器（２
２）内部が凍結しても、体積膨張に起因する応力が樹脂
材料からなる芯棒部材（５４）の空間部により吸収され
るので、熱交換器（２２）の破損がより確実に防止され
ることになる。

【００２４】請求項３の発明では、上記請求項１又は２
の発明において、芯棒部材（５４）の外周部に設けられ
たスペ―サ部材（５５）により、伝熱管（２２ａ）の内
壁面と芯棒部材（５４）外周部との間隙が円周方向でほ
ぼ一定に保持されるので、熱交換器（２２）による水等
の過冷却度が円周方向で均一となり、均一な製氷が行わ
れる。

【００２５】請求項４の発明では、上記請求項１，２又
は３の発明において、芯棒部材（５４）の断面形状が多
角形に形成されているので、熱交換器（２２）内部が凍
結しても、体積膨張に起因する応力の吸収効果がさらに
顕著になる。

【００２６】請求項５の発明では、上記請求項１，２，
３又は４の発明において、芯棒部材（５４）の外周部に
設けられた突起部（５５）により、流れが乱されて水又
は水溶液同士の熱交換が盛んになり、熱交換器（２２）
による水等の冷却効率が向上することになる。

【００２７】請求項６の発明では、上記請求項５の発明
において、突起部（５５）が芯棒部材（５４）と伝熱管
（２２ａ）内壁面とのスペ―サとして機能することによ
り、均一な過冷却度による均一な製氷が行われることに
なる。

【００２８】請求項７の発明では、上記請求項１，２，
３，４，５又は６の発明において、芯棒部材（５４）の
上流側から下流側に向かうにしたがって、水等の流速が
減少することで水等の過冷却状態が自然に解消される温
度が低下するので、下流側において水等の過冷却度の過
大による過冷却状態の解消が抑制されることになる。

【００２９】請求項８の発明では、芯棒部材（５４）内
が凍結したときにも、解凍運転等により氷化物が円筒内
壁から剥離すると容易に芯棒部材（５４）から下流側に
流出するので、解凍に要する時間が短縮され、製氷効率
が向上することになる。

【００３０】請求項９の発明では、上記請求項８の作用
において、円筒内壁から剥離した氷化物は比重が小さい
ので、芯棒部材（５４）上方に浮上し、容易に開放端か
ら流出することになる。

【００３１】請求項１０の発明では、芯棒部材（５４）
の円筒内に水又は水溶液の一部が小孔（５８）を介しバ
イパスして流れるので、芯棒部材（５４）内部の温度低
下が抑制され、円筒内部の凍結頻度が減少することにな
る。

【００３２】請求項１１の発明では、上記請求項１，２
，３，４，５，６，７，８，９又は１０の発明において
、熱交換器（２２）で冷凍装置の冷媒との熱交換により
水等が過冷却されるとともに、解凍運転制御手段により
、所定時間毎に一定時間の間、冷媒温度を高くする解凍
運転が行われるので、熱交換器（２２）で水等の凍結が
生じても所定時間毎に解凍され、熱交換器（２２）の破
損がより確実に防止され、長時間の連続運転が可能にな
る。

【００３３】（実施例）以下、本発明の実施例について
、図３以下の図面に基づき説明する。

【００３４】図３は第１実施例の空気調和装置の冷媒回
路（１）の構成を示し、（１１）は第１圧縮機、（１２
）は該第１圧縮機（１１）の吐出側に配置され、冷媒と
室外空気との熱交換を行う室外熱交換器、（１３）は該
室外熱交換器（１２）の冷媒流量を調節し、又は減圧を
行う室外電動膨張弁であって、上記各機器（１１）〜（
１３）は第１管路（１４）中で直列に接続されている。

【００３５】また、（２１）は第２圧縮機、（２２）は
該第２圧縮機（２１）の吐出側に配置され、後述の蓄氷
槽（５）の水又は水溶液を過冷却するための主熱交換器
としての水熱交換器、（２３）は該水熱交換器（２２）
が凝縮器として機能するときには冷媒流量を調節し、蒸
発器として機能するときには冷媒の減圧を行う水側電動
膨張弁であって、上記各機器（２１）〜（２３）は第２
管路（２４）中で直列に接続されている。

【００３６】なお、（ＳＤ１　），（ＳＤ２　）はそれ
ぞれ各圧縮機（１１），（２１）の吐出管に設けられた
油分離器、（Ｃ１　），（Ｃ２　）は該各油分離器（Ｓ
Ｄ１　），（ＳＤ２　）から各圧縮機（１１），（２１
）の吸入側にそれぞれ設けられた油戻し管（ＲＴ１　）
，（ＲＴ２　）にそれぞれ介設された減圧用キャピラリ
チュ―ブである。

【００３７】さらに、（３２），（３２）は各室内に配
置される室内熱交換器、（３３），（３３）は冷房運転
時には冷媒を減圧し、暖房運転時には冷媒流量を調節す
る室内電動膨張弁であって、上記各機器（３２），（３
３）は各々直列に接続され、かつその各組が第３管路（
３４）中で並列に接続されている。

【００３８】そして、上記第１管路（１４）及び第２管
路（２４）は第３管路（３４）に対して並列に接続され
、冷媒が循環する閉回路に構成されている。なお、（Ａ
ｃ）は各圧縮機（１１），（２１）の吸入側となる第３
管路（３４）に設けられたアキュムレ―タである。

【００３９】また、（２）は室外熱交換器（１２）のガ
ス管と室内熱交換器（３２），（３２）のガス管とを各
圧縮機（１１），（２１）の吐出側又は吸入側に交互に
連通させるよう切換える四路切換弁（２）であって、該
四路切換弁（２）が図中実線側に切換わったときには室
外熱交換器（１２）が凝縮器、室内熱交換器（３２），
（３２）が蒸発器として機能して室内で冷房運転を行う
一方、四路切換弁（２）が図中破線側に切換わったとき
には室外熱交換器（１２）が蒸発器、室内熱交換器（３
２），（３２）が凝縮器として機能して室内で暖房運転
を行うようになされている。

【００４０】さらに、該水熱交換器（２２）のガス管と
各圧縮機（１１），（２１）の吸入管とをバイパス接続
する分岐路（２５）と、水熱交換器（２２）のガス管を
上記第２圧縮機（２１）の吐出管と分岐路（２５）とに
交互に連通させる水側切換弁（２６）とが設けられてい
る。該水側切換弁（２６）は四路切換弁のうちの３つの
ポ―トを利用しており、水側切換弁（２６）が図中実線
側に切換わったときには水熱交換器（２２）のガス管が
分岐路（２５）側つまり各圧縮機（１１），（２１）の
吸入側に連通し、水熱交換器（２２）が蒸発器として機
能する一方、水側切換弁（２６）が図中破線側に切換わ
ったときには水熱交換器（２２）のガス管が第２圧縮機
（２１）の吐出管に連通し、水熱交換器（２２）が凝縮
器として機能するようになされている。なお、（Ｃ３　
）は水側切換弁（２６）のデッドポ―ト側の配管に介設
されたキャピラリチュ―ブである。

【００４１】さらに、第１圧縮機（１１）及び第２圧縮
機（２１）の吐出管同士を接続するバイパス路（３）が
設けられていて、該バイパス路（３）には第２圧縮機（
２１）の吐出管側から第１圧縮機（１１）の吐出管側へ
の冷媒流通のみを許容する逆止弁（４）が介設されてい
る。

【００４２】すなわち、室外熱交換器（１２）及び水熱
交換器（２２）が凝縮器として機能する際、水熱交換器
（２２）における凝縮温度が高く圧力が高くなった場合
、第２圧縮機（２１）の吐出ガスを室外熱交換器（１２
）側に逃がすことにより、放熱量を分配しうるようにな
されている。

【００４３】ここで、空気調和装置には、蓄熱媒体とし
ての水又は水溶液のスラリ―状の氷化物を貯留するため
の蓄氷槽（５）が配置されていて、該蓄氷槽（５）と水
熱交換器（２２）との間は、水循環路（５１）により水
又は水溶液の循環可能に接続されている。該水循環路（
５１）は、蓄氷槽（５）の底部から水熱交換器（２２）
に水等を供給する往管路（５１Ａ）と、水熱交換器（２
２）から蓄氷槽（５）の上部に水等のスラリ―状の氷化
物を戻す復管路（５１Ｂ）とからなっており、往管路（
５１Ａ）に介設されたポンプ（５２）により、水循環路
（５１）内で蓄氷槽（５）の水又は水溶液を強制循環さ
せるようになされている。

【００４４】なお、水循環路（５１）の往管路（５１Ａ
）のポンプ（５２）の下流側には、水循環路（５１）の
水又は水溶液中の氷結物やゴミ等の固体物を除去するス
トレ―ナ（５３）が介設され、さらに、該ストレ―ナ（
５３）の下流側には、水熱交換器（２２）に供給される
水等を予熱する予熱熱交換器（６）が介設されている。 一方、冷媒回路（１）の液ラインには、液冷媒の一部を
水側電動膨張弁（２３）をバイパスさせて予熱熱交換器
（６）に流通させる予熱バイパス路（６１）が設けられ
いて、該予熱バイパス路（６１）の予熱熱交換器（６）
の下流側には、冷媒の減圧機能及び流量制御機能を有す
る予熱電動膨張弁（６２）が介設されている。該予熱電
動膨張弁（６２）と水側電動膨張弁（２３）とにより、
予熱バイパス路（６１）の冷媒流量を調節するとともに
、水熱交換器（２２）の製氷運転時における冷媒の減圧
をも行うようになされている。

【００４５】ここで、本発明の特徴として、図４及び図
５に示すように、上記水熱交換器（２２）は、水循環路
（５１）の往管路（５１Ａ）と復管路（５１Ｂ）とに両
端が接続され、内部を水等が流通する伝熱管（２２ａ）
と、該伝熱管（２２ａ）とは所定の間隙をもってその外
側に設けられた同心の外管（２２ｂ）とからなる二重管
構造をしていて、該外管（２２ｂ）と伝熱管（２２ａ）
との間隙には、冷媒回路（１）の冷媒が水等の流れ方向
とは逆向きに流通するようになされている。そして、上
記伝熱管（２２ａ）の内部には、合成樹脂製の弾性体で
ある芯棒部材（５４Ａ）が伝熱管（２２ａ）のほぼ中心
軸線上に配置されている。該芯棒部材（５４Ａ）は中空
円筒状でかつその両端部が中空の円錐状に形成されてい
て、この両端部で、一対の支持部材（５６），（５６）
により伝熱管（２２ａ）内のほぼ中心軸線上に位置する
よう固定されている。

【００４６】すなわち、上記水熱交換器（２２）におい
て、伝熱管（２２ａ）と外管（２２ｂ）との間には、上
記各電動膨張弁（２３），（６２）により減圧された低
温の冷媒を流通させる一方、伝熱管（２２ａ）の内部で
は、芯棒部材（５４Ａ）の周囲つまり伝熱管（２２ａ）
内壁面付近にのみ水等を流通させて、伝熱管（２２ａ）
内壁面付近で冷媒と水等との効率のよい熱交換を行わせ
るようになされている。

【００４７】なお、上記水循環路（５１）の復管路（５
１Ｂ）において、水熱交換器（２２）の下流側には、復
管路（５１Ｂ）の水等を冷却して水熱交換器（２２）で
過冷却された水等の過冷却状態を解消させる過冷却解消
部としての再冷却器（８）が設けられ、さらに、該再冷
却器（８）と水熱交換器（２２）との間には、復管路（
５１Ｂ）の凍結が水熱交換器（２２）まで進展するのを
阻止するための凍結進展防止部としての保温熱交換器（
７）が設けられている。

【００４８】また、上記冷媒回路（１）の液ラインから
保温熱交換器（７）に液冷媒をバイパスして流通させる
保温バイパス路（７１）が設けられる一方、水熱交換器
（２２）の製氷運転時に上記保温バイパス路（７１）の
下流側となる液ラインからは再冷却バイパス路（８１）
が延びていて、該再冷却バイパス路（８１）は、再冷却
キャピラリチュ―ブ（Ｃ４　）を介して再冷却器（８）
に流通した後、圧縮機（１１），（２１）の吸入側とな
る分岐路（２５）に接続されている。

【００４９】すなわち、再冷却器（８）において、再冷
却キャピラリチュ―ブ（Ｃ４　）で減圧された冷媒との
熱交換により、水熱交換器（２２）で過冷却された水等
を再冷却し、その過冷却状態を解消させてスラリ―状に
氷化させ、復管路（５１Ｂ）を介してスラリ―状の氷化
物を蓄氷槽（５）まで循環させる一方、保温熱交換器（
７）において、液ラインの液冷媒との熱交換により加熱
して、上記再冷却器（８）や復管路（５１Ｂ）で水等の
過冷却解消により生じた氷化物が復管路（５１Ｂ）の管
壁に付着して凍結が水熱交換器（２２）まで進展するの
を防止するようになされている。

【００５０】空気調和装置の運転時、室内で冷房運転を
行うときには、四路切換弁（２）が図中実線側に切換え
られる。そして、水側切換弁（２６）が図中実線側に切
換えられているときには、各圧縮機（１１），（２１）
からの吐出冷媒がいずれも室外熱交換器（１２）で凝縮
された後、各室内熱交換器（３２），（３２）で蒸発す
ることにより、室内の冷房を行う。また、水側切換弁（
２６）が図中破線側に切換えられているときには、第１
圧縮機（１１）の吐出冷媒が室外熱交換器（１２）に流
れる一方、第２圧縮機（２１）の吐出冷媒は水熱交換器
（２２）に流れ、それぞれ凝縮された後各室内熱交換器
（３２），（３２）で蒸発するように循環する。

【００５１】また、夜間等の電力が安価なときには、蓄
氷槽（５）に冷熱を蓄える蓄冷熱運転が行われる。すな
わち、四路切換弁（２）及び水側切換弁（２６）を図中
実線側に切換え、各室内電動膨張弁（３３），（３３）
を閉じて、各圧縮機（１１），（２１）の吐出冷媒を室
外熱交換器（１２）で凝縮させた後水側電動膨張弁（２
３）（又は予熱電動膨張弁（６２））で減圧して水熱交
換器（２２）で蒸発させることにより、蓄氷槽（５）の
水又は水溶液を過冷却して蓄氷槽（５）の水等を氷化し
、冷熱を蓄えるようになされている。

【００５２】そのとき、請求項１の発明では、水熱交換
器（２２）において、伝熱管（２２ａ）内で、伝熱管（
２２ａ）のほぼ中心軸線上に芯棒部材（５４Ａ）が配置
されているので、水等が伝熱管（２２ａ）内壁面付近の
みを流通することになり、上記従来のもののような中心
付近の熱交換効率の悪い部分を生じることなく、水等と
冷媒との効率のよい熱交換が行われる。よって、製氷装
置の製氷能力の向上を図ることができるのである。

【００５３】また、芯棒部材（５４Ａ）が弾力性のある
材料で構成されているので、伝熱管（２２ａ）の内部で
過冷却状態が解消して氷化物が生じ、伝熱管（２２ａ）
内部が凍結して流通通路の体積膨張が生じても、芯棒部
材（５４Ａ）によりその体積膨張分を吸収することがで
きる。よって、水熱交換器（２２）の破損を有効に防止
することができるのである。

【００５４】なお、上記第１実施例では、芯棒部材（５
４Ａ）を中空棒としたが、本発明は斯かる実施例に限定
されるものではなく、内部に全く空間部を有しないもの
であってもよい。

【００５５】請求項２の発明では、上記第１実施例のよ
うに、芯棒部材（５４Ａ）が内部に応力吸収用空間部を
有する材料で形成されているので、伝熱管（２２ａ）内
部で凍結が生じ、氷化物による流通通路の体積膨張が生
じた場合、その体積膨張による応力を吸収しうる効果が
顕著に得られる。

【００５６】なお、上記実施例では、芯棒部材（５４Ａ
）を中空状のものとしたが、請求項２の発明は斯かる実
施例に限定されるものではなく、例えば発泡樹脂材料よ
りなる独立した多数の気泡を有するものでもよい。

【００５７】次に、請求項３の発明に係る第２実施例に
ついて説明する。図６及び図７は第２実施例における芯
棒部材（５４Ｂ１　）及び伝熱管（２２ａ）の一部を示
し、本実施例では、上記第１実施例における芯棒部材（
５４Ａ）の代りに、小さな円錐状の突起であるスペ―サ
部材（５５Ａ１　），…を外周上の４箇所に等分配置さ
せてなる芯棒部材（５４Ｂ１　）が設けられている。こ
の４個の突起部（５５Ａ１　），…の高さはいずれも伝
熱管（２２ａ）内壁面に到達する高さに形成されていて
、各４個の突起部（５５Ａ１　），…を軸方向の２箇所
に設けることにより、芯棒部材（５４Ｂ１　）を伝熱管
（２２ａ）のほぼ中心線軸上に固定するようになされて
いる。 すなわち、上記第１実施例における支持部材（５６），
（５６）は不要な構造となっている。なお、芯棒部材（
５４Ｂ１　）の全体的な形状は上記第１実施例と同様で
ある。また、本実施例から第６実施例までは、空気調和
装置の冷媒回路（１）及び水循環路（５１）の構成は上
記第２図に示す第１実施例と同様であり、説明を省略す
る。

【００５８】したがって、請求項３の発明では、芯棒部
材（５４Ｂ１　）の外周部に設けられたスペ―サ部材（
５５Ａ１　），…により、伝熱管（２２ａ）の内壁面と
芯棒部材（５４Ｂ１　）外周部との間隙が円周方向でほ
ぼ一定に保たれ、流通路の面積が均一になるので、上記
請求項１又は２の発明の効果に加えて、芯棒部材（５４
Ｂ１　）の周囲で水等に均一な過冷却度を与えることが
でき、よって、均一な製氷による製氷能力の向上を図る
ことができる。

【００５９】なお、上記第２実施例では、円錐状の突起
からなるスペ―サ部材（５５Ａ１　），…を設けたが、
本発明は斯かる実施例に限定されるものではない。図８
及び図９は上記第２実施例の変形例を示し、外周部４箇
所に軸方向に延びるリブ状のスペ―サ部材（５５Ａ２　
），…を備えた芯棒部材（５４Ｂ２　）が設けられてい
る。本変形例でも、上記第２実施例と同様の効果を発揮
することができる。

【００６０】次に、請求項４の発明に係る第３実施例に
ついて説明する。図１０及び図１１は第３実施例におけ
る芯棒部材（５４Ｃ１　）及び伝熱管（２２ａ）の一部
を示し、本実施例では、断面形状が略方形状の芯棒部材
（５４Ｃ１）が設けられ、その各コ―ナ―部で伝熱管（
２２ａ）と接するようになされている。

【００６１】したがって、請求項４の発明では、芯棒部
材（５４Ｃ１　）の断面が多角形に形成されているので
、水等の凍結による流通通路の体積膨張時、その体積膨
張に起因する応力の吸収効果が円筒形状のものに比べて
より大きいという効果がある。

【００６２】ただし、本発明では芯棒部材（５４Ｃ）の
断面形状は上記実施例のように方形のものには限定され
ず、矩形や５角形等でもよく、また、スペ―サ部材を設
けてもよい。図１２及び図１３は上記第３実施例の変形
例を示し、この場合、各コ―ナ―部４箇所に軸方向に延
びるリブ状のスペ―サ部材（５５Ｂ）を有する芯棒部材
（５４Ｃ２　）が設けられている。この変形例において
も、上記第３実施例と同様の効果を得ることができる。

【００６３】次に、請求項５の発明に係る第４実施例に
ついて説明する。図１４及び図１５は第４実施例におけ
る芯棒部材（５４Ｄ１　）及び伝熱管（２２ａ）の一部
を示し、本実施例では、外周部４箇所に軸方向に対して
所定の傾斜角で捩じれて延びるスクリュ―形突起部（５
７Ａ），…が設けられている。該各突起部（５７Ａ），
…はその高さが伝熱管（２２ａ）の内壁面に達しない程
度に低く、ここでは図示しないが、上記図４に示す支持
部材（５６），（５６）がその両端部に設けられている
。 そして、上記各リブ状突起部（５７Ａ），…により、水
等の流れを乱すようになされている。

【００６４】したがって、請求項５の発明では、各突起
部（５７Ａ），…により、水等の流れが乱されるので、
流通通路における水又は水溶液同士の間における熱交換
が盛んになり、冷却効率がさらに向上することになる。

【００６５】次に、請求項６の発明に係る第５実施例に
ついて説明する。図１６及び図１７は第５実施例におけ
る芯棒部材（５４Ｄ２　）及び伝熱管（２２ａ）の一部
を示し、本実施例では、形状は上記第４実施例と同じで
その高さが伝熱管（２２ａ）の壁面に達するよう形成さ
れたスクリュ―形突起部（５７Ｂ），…を外周部４箇所
に設けてなる芯棒部材（５４Ｄ２　）が設けられている
。すなわち、各リブ状突起部（５７Ｂ），…は、芯棒部
材（５４Ｄ２　）外周部と伝熱管（２２ａ）内壁面との
間隙を一定に保持するスペ―サ部材としての機能をも有
するものである。

【００６６】したがって、請求項６の発明では、上記請
求項５の発明に加えて、各突起部（５７Ｂ），…により
、芯棒部材（５４Ｄ２　）が伝熱管（２２ａ）のほぼ中
心軸線上に固定され、均一な製氷を行うことができるこ
とになる。

【００６７】なお、上記請求項６の発明では、すべての
突起部がスペ―サ部材としての機能を有する必要はない
。図１８及び図１９は上記第５実施例の変形例を示し、
本変形例では、高さが伝熱管（２２ａ）の壁面まで達し
ないスクリュ―形突起部（５７Ａ），（５７Ａ）と、該
各スクリュ―形突起部（５７Ａ），（５７Ａ）間に配置
され、高さが壁面まで達するスクリュ―形突起部（５７
Ｂ），（５７Ｂ）とを備えた芯棒部材（５４Ｄ３　）が
設けられている。本変形例でも、上記第５実施例と同様
の効果を発揮することができる。

【００６８】次に、請求項７の発明に係る第６実施例に
ついて説明する。図２０は第６実施例における水熱交換
器（２２）の構成を示し、伝熱管（２２ａ）内には、水
等の流れの上流側から下流側に向かって断面積が減少す
るように形成されたテ―パ付き円筒状の芯棒部材（５４
Ｅ）が配置されていて、該芯棒部材（５４Ｅ）は、軸方
向の２箇所で各々高さの異なる４個の小突起状スペ―サ
部材（５５Ｃ１　），…及び（５５Ｃ２　），…により
、伝熱管（２２ａ）内のほぼ中心軸線上に固定されてい
る。 すなわち、テ―パ付き芯棒部材（５４Ｅ）により、伝熱
管（２２ａ）内部における水等の流通通路の面積を上流
側で狭く下流側で広くするようになされている。

【００６９】したがって、請求項７の発明では、芯棒部
材（５４Ｅ）の下流に向かうに従い流通通路の面積が増
大して水等の流速が減少する。ところで、図２１に示す
ように、水等の過冷却状態の解消が自然に始まる温度（
図中、「解消温度」とする）は、水等の流速が大きいほ
ど高温側に、流速が小さいほど低温側に移行する特性を
有する。

【００７０】ここで、例えば上記第１実施例のように、
ストレ―ト円筒状の芯棒部材（５４Ａ）を伝熱管（２２
ａ）内に設けた場合、下流側に流れるにしたがって冷媒
との熱交換により水等の過冷却度が次第に大きくなり、
過冷却状態が水熱交換器（２２）で解消する確率も高く
なる。つまり、上述のような水熱交換器（２２）の破損
や熱交換効率の悪化が生じる虞れがあるが、本発明では
、テ―パ付き芯棒部材（５４Ｅ）の下流で次第に流速が
減少するので、上記図２１に示すように、過冷却状態の
解消温度が低下する。よって、氷化物の生成が抑制され
、水熱交換器（２２）の凍結を抑制することができるの
である。

【００７１】なお、上記第２〜第６実施例において説明
を省略したが、冷媒回路（１）の構成は上記第１実施例
と同様である。ただし、上記請求項１〜７の発明におい
て、冷却装置は冷凍装置の冷媒回路（１）である必要は
なく、また、水熱交換器（２２）で必ずしも冷媒等の冷
却用媒体との熱交換を行うものに限定されるものではな
い。例えば、サ―モモジュ―ル等の冷却装置を直接利用
することも可能である。

【００７２】次に、請求項８の発明に係る第７実施例に
ついて説明する。図２２は第７実施例における伝熱管（
２２ａ）の構成を示し、伝熱管（２２ａ）の内部には、
一端が閉鎖され、他端が開放されてなる底付円筒状の芯
棒部材（５４Ｆ１　）が設けられている。該芯棒部材（
５４Ｆ１　）は、その底部を上流側に開放端を下流側に
向けて設置されており、円筒内部が凍結した場合にも、
解凍され円筒内壁から剥離した氷化物を容易に流出させ
るようになされている。

【００７３】すなわち、上記図４に示すような中空状の
芯棒部材（５４Ａ）の場合、中空内部に空気又はガスが
封入されるが、凍結，解凍を繰り返すうちに破損して内
部に水等が侵入することがある。そして、その後凍結す
ると、芯棒部材（５４Ａ）の内部も凍結することがあり
、かかる場合には解凍運転を行っても芯棒部材（５４Ａ
）内部の氷化物が流出しないので、完全に氷化物を融解
するまで解凍運転を行う必要があり、製氷効率が悪化す
る。一方、解凍運転時間を短縮すると氷化物の残留によ
り伝熱管（２２ａ）内部が凍結し易くなり、連続的な製
氷運転ができなくなる虞れがある。

【００７４】それに対し、請求項８の発明では、芯棒部
材（５４Ｆ１　）の内部が凍結した場合、解凍運転で円
筒内壁から剥離した氷化物が開放端から容易に下流に流
出する。すなわち、図２３に示すように、伝熱管（２２
ａ）の軸方向についての温度分布を見ると、下流側の方
が過冷却度が大きく、凍結は伝熱管（２２ａ）の出口近
くで生じることが多いので、解凍運転により芯棒部材（
５４Ｆ１　）の開放端近くで剥離した氷化物が容易に流
出するのである。したがって、解凍運転に要する時間は
短くて済み、氷化物の残留の虞れもないので、連続的製
氷を円滑に行うことができ、製氷運転の効率の向上を図
ることができる。

【００７５】次に、請求項９及び１０の発明に係る第８
実施例について説明する。図２４は第８実施例における
伝熱管（２２ａ）の構成を示し、本実施例では、伝熱管
（２２ａ）は中心軸をほぼ垂直に向けて配置されており
、水循環路（５１）の往管路（５１Ａ）の配管（入口配
管）は伝熱管（２２ａ）の下部に、水循環路（５１）の
復管路（５１Ｂ）の配管（出口配管）は伝熱管（２２ａ
）の上部にそれぞれ接続されており、底付円筒状の芯棒
部材（５４Ｆ２　）は底部を下方に、開放端を上方に向
けて配設されている。さらに、芯棒部材（５４Ｆ１　）
の側筒の上流側となる一部位には小孔（５８）が穿設さ
れていて、水等の一部が円筒内部にバイパスして流れる
ようになされている。

【００７６】したがって、請求項９の発明では、上記請
求項８の発明の作用において、芯棒部材（５４Ｆ２　）
の内部が凍結した場合、解凍運転により円筒内壁から剥
離した氷化物が比重の差により浮上して、芯棒部材（５
４Ｆ２　）の開放端から上方の下流側に流出することに
なり、その効果が顕著となる。

【００７７】請求項１０の発明では、底付円筒状の芯棒
部材（５４Ｆ１　又は５４Ｆ２　）の円筒内に小孔（５
８）を介し水等がバイパスして流れるので、円筒内部の
温度は水等が静止している場合ほど低下することがなく
、凍結の頻度が減少するとともに、過冷却度が小さいこ
とにより、凍結時にも解凍に要する時間が短くて済むこ
とになる。

【００７８】次に、請求項１１の発明に係る第９実施例
について説明する。図２５は第９実施例における空気調
和装置の構成を示し、本実施例では、上記図３に示す冷
媒回路（１）の構成に加えて、予熱バイパス路（６１）
下流側の液ラインと第２圧縮機（２１）の吐出管とを接
続するホットガスバイパス路（９１）が設けられていて
、さらに、該ホットガスバイパス路（９１）には、通路
を開閉するホットガス開閉弁（９２）が介設されている
。その他の冷媒配管等の構成は上記図３に示す第１実施
例と同様である。

【００７９】ここで、上記ホットガス開閉弁（９２）は
、図２６に示すように、常時閉じられているが、所定時
間ｔ１　（例えば６０分間程度の時間）毎に一定時間ｔ
２　（例えば３分間程度の時間）の間だけ開くようにな
されている。すなわち、ホットガス開閉弁（９２）が閉
じている間は、水熱交換器（２２）に上記各電動膨張弁
（２３），（６２）で減圧された低温の冷媒を流通させ
て水循環路（５１）の水等を過冷却する一方、ホットガ
ス開閉弁（９２）が開いたときには、第２圧縮機（２１
）からの吐出ガス冷媒（ホットガス）を予熱熱交換器（
６）下流の液管にバイパスさせて水熱交換器（２２）に
流通させることにより、水熱交換器（２２）の伝熱管（
２２ａ）内の凍結を解除するようになされていて、この
ホットガス開閉弁（９２）の開閉制御により、所定時間
ｔ１　毎に一定時間ｔ２　の間冷媒温度を高くする解凍
運転をするよう空気調和装置（冷凍装置）を制御する解
凍運転制御手段が構成されている。

【００８０】したがって、請求項１１の発明では、水熱
交換器（２２）は冷凍装置の冷媒回路（１）に接続され
、冷媒と水等との熱交換を行うものであって、解凍運転
制御手段により、冷媒の温度が所定時間ｔ１　毎に一定
時間ｔ２　の間高くするように冷凍装置が制御される。 ここで、水熱交換器（２２）の伝熱管（２２ａ）の内部
で、過冷却された水等の過冷却度によっては、過冷却状
態が解消して氷化物が生じる確率が高くなり、このよう
な氷化物が多量に生じるとそれらが伝熱管（２２ａ）の
壁面に付着，堆積して水熱交換器（２２）の凍結に至る
虞れがあるが、本発明では、水熱交換器（２２）に流通
する冷媒の温度が一定時間ｔ２　の間高くする解凍運転
が行われるので、そのような凍結を防止して、水熱交換
器（２２）の破損や熱交換効率の低下を防止することが
できる。

【００８１】また、一部にそのような凍結が生じても、
所定時間ｔ１　毎に解凍されるので、長時間の連続運転
を行うことができる利点がある。

【００８２】なお、上記実施例では、冷媒の温度を高く
する手段として、ホットガスバイパス路（９１）を介し
て第２圧縮機（２１）の吐出ガス冷媒を導入するように
したが、他の手段により冷媒温度を高くすることも可能
であり、上記実施例に限定されるものではないことはい
うまでもない。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、蓄氷槽の水又は水溶液を水循環路に循環させて
熱交換器で水等を過冷却してスラリ―状の氷化物を生成
するようにした製氷装置において、熱交換器の伝熱管内
の中心軸線上に弾力性を有する芯棒部材を配設したので
、伝熱管内部で壁面付近にのみ水等が流通して冷却装置
による熱交換効率が高くなり、よって、製氷能力の向上
を図ることができるとともに、過冷却状態の解消により
伝熱管内で凍結が生じても、凍結による流通通路の体積
膨張を吸収して、熱交換器の破損を有効に防止すること
ができる。

【００８４】請求項２の発明によれば、上記請求項１の
発明において、芯棒部材を応力吸収用空間部を有する樹
脂材料で構成したので、凍結による流通通路の膨張をよ
り確実に吸収することができ、よって、熱交換器の破損
をより確実に防止することができる。

【００８５】請求項３の発明によれば、上記請求項１又
は２の発明において、棒状部材の外周部に伝熱管内壁面
との間に所定の間隙を保持するスペ―サ部材を設けたの
で、水等の流通通路の面積が均一になり、熱交換器で均
一な過冷却状態が付与され、よって、製氷能力の向上を
図ることができる。

【００８６】請求項４の発明によれば、上記請求項１，
２又は３の発明において、芯棒部材の断面形状を多角形
としたので、応力吸収効果がさらに顕著に向上し、よっ
て、凍結に起因する熱交換器破損の虞れをより有効に防
止することができる。

【００８７】請求項５の発明によれば、上記請求項１，
２，３又は４の発明において、芯棒部材の外周部に水等
の流れを乱すための突起部を設けたので、熱交換効率の
顕著な向上を図ることができる。

【００８８】請求項６の発明によれば、上記請求項５の
発明において、突起部にスペ―サ部材としての機能を持
たせたので、製氷の均一化による製氷能力の向上を図る
ことができる。

【００８９】請求項７の発明によれば、上記請求項１，
２，３，４，５又は６の発明において、芯棒部材を上流
側から向かうにしたがって、断面積を減少するように形
成したので、下流側での流速の減少により水等の凝固温
度が低下し、よって、過冷却状態の解消による熱交換器
の凍結を抑制することができる。

【００９０】請求項８の発明によれば、上記請求項１の
発明において、芯棒部材を、上流側端部が閉鎖され、下
流側端部が開放された底付円筒状部材で構成したので、
伝熱管の凍結時にも、解凍により円筒内壁から剥離した
氷化物を容易に流出させ、解凍時間を短縮することがで
き、よって、製氷効率の向上を図ることができる。

【００９１】請求項９の発明によれば、上記請求項８の
発明において、伝熱管の中心軸をほぼ垂直方向に向けて
配置し、水循環路からの入口配管を伝熱管の下部に、水
循環路への出口配管を伝熱管の上部に接続したので、解
凍により円筒内壁から剥離した氷化物を上方に浮上させ
て容易に下流側に流出させることができ、よって，請求
項８の発明の著効を発揮することができる。

【００９２】請求項１０の発明によれば、上記請求項８
又は９の発明において、芯棒部材の上流側に芯棒部材の
壁部を貫通する小孔を設けたので、水等の一部を芯棒部
材の内部にバイパスさせることにより、芯棒部材内部の
温度の低下を抑制することができ、よって、凍結の頻度
の減少による製氷効率の向上を図ることができる。

【００９３】請求項１１の発明によれば、上記請求項１
，２，３，４，５，６，７，８，９又は１０の発明にお
いて、熱交換器を冷凍装置の冷媒回路に接続し、冷媒と
の熱交換により水等を冷却するものとしておき、所定時
間毎に一定時間の間冷媒温度を高くする解凍運転を行う
ようにしたので、熱交換器の凍結を所定時間毎に解消す
ることができ、よって、熱交換器破損の虞れをより確実
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜７の発明の基本的な構成を示す図で
ある。

【図２】請求項１１の発明の構成を示す図である。

【図３】第１実施例に係る空気調和装置の配管系統図で
ある。

【図４】第１実施例に係る水熱交換器の構造を示す断面
図である。

【図５】図４のＶ　−Ｖ　線断面図である。

【図６】第２実施例に係る芯棒部材の形状を示す斜視図
である。

【図７】第２実施例に係る伝熱管の構造を示す断面図で
ある。

【図８】第２実施例の変形例に係る芯棒部材の形状を示
す斜視図である。

【図９】第２実施例の変形例に係る伝熱管の構造を示す
断面図である。

【図１０】第３実施例に係る芯棒部材の形状を示す斜視
図である。

【図１１】第３実施例に係る伝熱管の構造を示す断面図
である。

【図１２】第３実施例の変形例に係る芯棒部材の形状を
示す斜視図である。

【図１３】第３実施例の変形例に係る伝熱管の構造を示
す断面図である。

【図１４】第４実施例に係る芯棒部材の形状を示す斜視
図である。

【図１５】第４実施例に係る伝熱管の構造を示す断面図
である。

【図１６】第５実施例に係る芯棒部材の形状を示す斜視
図である。

【図１７】第５実施例に係る伝熱管の構造を示す断面図
である。

【図１８】第５実施例の変形例に係る芯棒部材の形状を
示す斜視図である。

【図１９】第５実施例の変形例に係る伝熱管の構造を示
す断面図である。

【図２０】第６実施例に係る水熱交換器の構造を示す断
面図である。

【図２１】水等の流速に対する過冷却状態の解消温度の
変化を示す特性図である。

【図２２】第７実施例に係る伝熱管の構造を示す断面図
である。

【図２３】伝熱管内の軸方向についての温度分布を示す
特性図である。

【図２４】第８実施例に係る伝熱管の構造を示す断面図
である。

【図２５】第９実施例に係る空気調和装置の配管系統図
である。

【図２６】第９実施例の解凍運転におけるホットガス開
閉弁の開閉状態を示すタイムチャ―ト図である。

【符号の説明】

５　　　　製氷装置 ２２　　水熱交換器 ５１　　水循環路 ５４　　芯棒部材 ５５　　スペ―サ部材 ５７　　突起部 ５８　　小孔

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　水又は水溶液のスラリ―状の氷化物を
   貯溜するための蓄氷槽（５）と、冷却装置に接続され、
   水又は水溶液を過冷却するための熱交換器（２２）と、
   該熱交換器（２２）と上記蓄氷槽（５）との間で水又は
   水溶液を強制循環させるための水循環路（５１）とを備
   えた製氷装置において、上記熱交換器（２２）の伝熱管
   （２２ａ）内のほぼ中心軸線上に、弾力性を有する芯棒
   部材（５４）を配設したことを特徴とする製氷装置。
2. 【請求項２】　　芯棒部材（５４）は、内部に応力吸収
   用空間部を有する樹脂製棒である請求項１記載の製氷装
   置。
3. 【請求項３】　　芯棒部材（５４）は、外周部に伝熱管
   （２２ａ）内壁面との間に所定の間隙を保持するスペ―
   サ部材（５５）を備えたものである請求項１又は２記載
   の製氷装置。
4. 【請求項４】　　芯棒部材（５４）の断面形状は多角形
   である請求項１，２又は３記載の製氷装置。
5. 【請求項５】　　芯棒部材（５４）は、外周部に水又は
   水溶液の流れを乱すための突起部（５７）を備えたもの
   である請求項１，２，３又は４記載の製氷装置。
6. 【請求項６】　　突起部（５７）は伝熱管（２２ａ）内
   壁面との間に所定の間隙を保持するスペ―サ部材を兼ね
   たものである請求項５記載の製氷装置。
7. 【請求項７】　　芯棒部材（５４）は上流側から下流側
   に向かうにしたがって断面積が減少するように形成され
   ている請求項１，２，３，４，５又は６記載の製氷装置
   。
8. 【請求項８】　　芯棒部材（５４）は上流側端部が閉鎖
   され、下流側端部が開放されてなる底付円筒状部材であ
   る請求項１記載の製氷装置。
9. 【請求項９】　　熱交換器（２２）の伝熱管（２２ａ）
   はその中心軸がほぼ垂直方向に向くよう配設され、水循
   環路（５１）からの入口配管は伝熱管（２２ａ）の下部
   に、水循環路（５１）への出口配管は伝熱管（２２ａ）
   の上部に接続されている請求項８記載の製氷装置。
10. 【請求項１０】　　芯棒部材（５４）の上流側には、壁
    部を貫通する小孔が設けられている請求項８又は９記載
    の製氷装置。
11. 【請求項１１】　　冷却装置は冷媒回路（１）を有する
    冷凍装置であり、熱交換器（２２）は冷媒との熱交換に
    より水又は水溶液を過冷却するものであって、所定時間
    ごとに一定時間の間冷媒温度を高くする解凍運転をする
    よう冷凍装置を制御する解凍運転制御手段を備えた請求
    項１，２，３，４，５，６，７，８，９又は１０記載の
    製氷装置。