(57)【要約】【課題】環境変動に強いオーガ式製氷機を提供する。【解決手段】オーガ式製氷機の冷却装置３８は、蒸気圧縮式の一次回路４０と、一次回路４０によって熱交換器ＨＥで冷却される二次熱交換部５２および該熱交換器ＨＥの下方に位置して冷凍ケーシング２２に接するように設けた蒸発器ＥＰを冷媒配管５４,５６で接続した二次回路５０とを備えている。冷却装置３８は、熱交換器ＨＥで冷却される二次熱交換部５２と蒸発器ＥＰとの温度勾配で冷媒を自然循環させて、蒸発器ＥＰによって冷凍ケーシング２２を冷却するよう構成してある。【選択図】図３
2010276286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却装置(38)を構成する蒸発器(EP)により冷却された冷凍ケーシング(22)に成長した氷をオーガ(30)で削り取ってフレーク状の氷を製造するオーガ式製氷機において、
前記冷却装置(38)は、熱交換器(HE)で冷却される熱交換部(52)および該熱交換器(HE)の下方に位置して前記冷凍ケーシング(22)に接するように設けた蒸発器(EP)を冷媒配管(54,56)で接続した回路(50)を備え、熱交換部(HE)と蒸発器(EP)との温度勾配で冷媒を自然循環させて蒸発器(EP)によって冷凍ケーシング(22)を冷却するよう構成した
ことを特徴とするオーガ式製氷機。
【請求項２】
前記回路(50)は、冷媒として二酸化炭素が循環し、
前記蒸発器(EP)は、金属製で断面円形の蒸発管(58)を前記冷凍ケーシング(22)に巻き掛けて構成される請求項１記載のオーガ式製氷機。
【請求項３】
前記蒸発管(58)は、直径が１ｍｍ〜６．３５ｍｍの範囲に設定される請求項２記載のオーガ式製氷機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オーガ式製氷機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、オーガ式製氷機の製氷機構１００を破断して示した概略構成図である。この製氷機構１００は、ハウジング１０１の上部に配設された冷凍ケーシング１０２および該冷凍ケーシング１０２の内側に配設されたオーガ１０４から基本的に構成され、冷凍ケーシング１０２が冷却装置(図示せず)によって冷却されるようになっている。冷凍ケーシング１０２は、円形の筒状体を立てた姿勢で配設されており、外周面に冷却装置の蒸発器１０６を構成する蒸発管１０８が螺旋状に巻き掛けられると共に、外周面および蒸発器１０６が断熱部材１１０で被覆されている。このようなオーガ式製氷機に関しては、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
前記冷却装置は、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器と、液相一次冷媒の圧力を低下させる膨張弁と、前記蒸発器１０６とを配管で接続して構成された所謂蒸気圧縮式の冷凍回路を備えている。冷却装置は、圧縮機の駆動によって冷媒を回路内を循環させることで、蒸発器１０６において冷凍ケーシング１０２に接する蒸発管１０８によって冷凍ケーシング１０２を氷点以下まで冷却するようになっている。蒸発器１０６は、銅等の熱伝導性のよい金属からなる蒸発管１０８と冷凍ケーシング１０２との接触伝熱によって該冷凍ケーシング１０２を冷却するので、断面円形の金属パイプを断面小判形になるよう扁平に押し潰す加工を施し、蒸発管１０８の平面部分を冷凍ケーシング１０２に密着させることで互いの接触面積を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平８−３８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蒸気圧縮式の冷凍回路からなる前記冷却装置は、外気温や製氷水の水温が高い場合は冷凍能力が下がり、外気温や製氷水の水温が低い場合は冷凍能力が高くなる特性を有している。すなわち、オーガ式製氷機は、外気温および水温の影響を受け易く、例えば夏季には氷の製造能力が低下傾向になり、冬季には氷の製造能力が向上する傾向にある。ここで、オーガ式製氷機は、氷の需要が大きくなる夏季に合わせて冷却装置の能力が設定されており、冬季に冷凍ケーシング１０２で氷が成長し過ぎてオーガ１０４に過負荷がかかり、電気代等が嵩んだり、冷凍ケーシング１０２、オーガ１０４または駆動手段等の製氷機構１００の破損に繋がるおそれが指摘される。
【０００６】
すなわち本発明は、従来の技術に係るオーガ式製氷機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、環境変動に強いオーガ式製氷機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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に係る発明のオーガ式製氷機は、
冷却装置を構成する蒸発器により冷却された冷凍ケーシングに成長した氷をオーガで削り取ってフレーク状の氷を製造するオーガ式製氷機において、
前記冷却装置は、熱交換器で冷却される熱交換部および該熱交換器の下方に位置して前記冷凍ケーシングに接するように設けた蒸発器を冷媒配管で接続した回路を備え、熱交換部と蒸発器との温度勾配で冷媒を自然循環させて蒸発器によって冷凍ケーシングを冷却するよう構成したことを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、蒸発器が接する冷凍ケーシングの製氷水等の温度変動に応じて回路の冷凍能力が変動するので、例えば製氷水等が低温であっても冷凍ケーシングに氷が過剰に成長することを抑制でき、製氷機構の過負荷を回避し得る。
【０００８】
請求項２に係る発明では、前記回路は、冷媒として二酸化炭素が循環し、
前記蒸発器は、金属製で断面円形の蒸発管を前記冷凍ケーシングに巻き掛けて構成されることを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、蒸発管の断面形状を円形にすることで外圧に強くすることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明では、前記蒸発管は、直径が１ｍｍ〜６．３５ｍｍの範囲に設定されることを要旨とする。
請求項３に係る発明によれば、蒸発管を細径化しているので、蒸発管の巻き数を増やして冷凍ケーシングの回りに密に配置することができ、伝熱面積を確保することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るオーガ式製氷機によれば、環境が変動しても回路の冷凍能力が自然に調節されるので、製氷機構の過負荷や製氷能力不足を回避でき、環境変動に強い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好適な実施例に係る製氷機の要部を示す縦断側面図である。
【図２】実施例の製氷機を機械室で破断して示す横断平面図である。
【図３】実施例の冷却装置を示す概略図である。
【図４】実施例の製氷機構を示す縦断面図である。
【図５】実施例の熱交換器を一部破断して示す側面図である。
【図６】実施例の熱交換器を示す平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面を示す概略斜視図である。
【図８】実施例の蒸発器を示す側面図である。
【図９】実施例の蒸発器を示す平面図である。
【図１０】従来のオーガ式製氷機の製氷機構を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明に係るオーガ式製氷機につき、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、実施例の構成は、店舗等の業務用途に用いられる比較的大型の製氷機に適用するのが好適である。
【実施例】
【００１３】
図１〜図２および図４に示すように、実施例に係るオーガ式製氷機１０は、チップ状またはフレーク状の氷を製造する所謂オーガ式である。オーガ式製氷機１０は、機械室１４が内部画成された箱体１２と、この箱体１２の下方に設けられ、貯氷室１６が内部画成された断熱構造の貯氷庫１５とからなるスタックオンタイプである。箱体１２は、金属製のフレームを組み合わせた骨組みの各面に金属製のパネルを取り付けて構成され、機械室１４の上側を覆って天板１２ａが設けられている。
【００１４】
前記オーガ式製氷機１０は、氷を製造する製氷機構２０およびこの製氷機構２０を冷却する冷却装置３８が機械室１４に設置され、製氷機構２０で製造された氷が製氷機構２０から放出部３２を介して貯氷室１６で貯留されるようになっている(図１および図２参照)。製氷機構２０は、円筒形の冷凍ケーシング(製氷部)２２と、この冷凍ケーシング２２の内部に回転可能に配設されたオーガ３０と、このオーガ３０を回転する駆動手段(図示せず)と、冷凍ケーシング２２に製氷水を供給する製氷水タンク(図示せず)とから基本的に構成されている(図４参照)。冷凍ケーシング２２は、熱伝導率のよい金属製であって、機械室１４において立てた姿勢で配設されている。実施例では、冷凍ケーシング２２が機械室１４における前側の一側方(左側)に偏倚して配置されている。また、冷凍ケーシング２２の外周面には、冷却装置３８の後述する蒸発器ＥＰを構成する冷媒配管(特に区別する場合は蒸発管という)５８が巻き掛けられると共に、該外周面および冷媒配管の外側を覆ってウレタン発泡体等の断熱部材２３が配設されている。
【００１５】
前記オーガ３０は、冷凍ケーシング２２の内部に該冷凍ケーシング２２と同軸的に配設されて、該オーガ３０の外周面に螺旋状に形成された切削刃３０ａが、冷凍ケーシング２２の内周面(製氷面)２２ａに僅かな隙間をあけて臨むようになっている(図４参照)。オーガ３０は、下部が冷凍ケーシング２２の下部に設けられた下軸受３１に回転可能に支持されて、上部が冷凍ケーシング２２の上部内側に配設された押圧頭２４に回転可能に支持されている。下軸受３１は、メカニカルシール等の封水機能を有し、冷凍ケーシング２２の内部には、製氷水タンク２８から供給された製氷水が所定レベルで満たされるようになっている。そして、オーガ３０は、下軸受３１から下方に延出した下端が駆動手段に連結し、駆動手段によって冷凍ケーシング２２の内部で回転するよう構成される。製氷機構２０は、蒸発器ＥＰによって冷却された冷凍ケーシング２２の製氷面２２ａに成長した氷を、駆動手段によりオーガ３０を回転することで切削刃３０ａで削り取り、削り取った水分を含んだ氷をオーガ３０の回転下に上方に移送するよう構成される。
【００１６】
前記押圧頭２４には、円筒状本体の外周面に、複数の固定刃が周方向に離間して放射状に設けられ、円筒状本体の外壁面と冷凍ケーシング２２の内周面との間に、周方向に離間して複数の圧縮通路が画成されている。また、押圧頭２４の上部には、オーガ３０の上側の軸部に着脱可能に配設されて該オーガ３０と一体的に回転するヘッド部２６が臨み、押圧頭２４で水分が絞られて圧縮された氷を該ヘッド部２６で所定寸法毎に折るように構成されている。
【００１７】
前記オーガ式製氷機１０には、製氷機構２０と貯氷室１６との間に該冷凍ケーシング２２の上部から放出された氷を案内する放出部３２が設けられている。放出部３２は、冷凍ケーシング２２の上部に取り付けられて、機械室１４の上部に横方向に延在する筒状のスパウト３３と、上下方向に延在する筒状に形成されて、スパウト３３の放出端に上部開口が接続すると共に下部開口が貯氷室１６に臨むシュート３４とから構成されている(図１参照)。スパウト３３は、下方に開口する開口部内に冷凍ケーシング２２の上部(押圧頭２４およびヘッド部２６に対応する部分)を収容して冷凍ケーシング２２の上部に取り付けられ、内部に臨む冷凍ケーシング２２の上部から放出された氷を受容し得るようになっている。そして、放出部３２は、スパウト３３で冷凍ケーシング２２から氷を受けて、オーガ３０による氷のラジアル方向の押し出しにより氷がスパウト３３を介してシュート３４に押送され、シュート３４の上下に延在する通路で案内して貯氷室１６に氷を放出するようになっている。なお、実施例のオーガ式製氷機１０では、シュート３４が機械室１４の略中央部に配置されている(図２参照)。
【００１８】
ここで、オーガ式製氷機１０では、放出部３２のスパウト３３を冷凍ケーシング２２の上部に設けることで、冷凍ケーシング２２において蒸発器ＥＰが設けられる部分より上方にスパウト３３の上下寸法分のスペースが必要とされる。すなわち、機械室１４には、製氷機構２０の横側に、冷凍ケーシング２２において蒸発器ＥＰが設けられる部位より上方で、冷凍ケーシング２２の上方を覆う天板１２ａより下方に位置して、スパウト３３の上下寸法分のスペースが形成されている(図２参照)。
【００１９】
図３に示す如く、冷却装置３８は、冷媒を強制循環する機械圧縮式の一次回路４０と、冷媒が自然対流するサーモサイフォンからなる二次回路５０との２系統の回路を、熱交換器ＨＥを介して熱交換するように接続(カスケード接続)してある。熱交換器ＨＥは、一次回路４０を構成する一次熱交換部４２と、この一次熱交換部４２と別系統に形成されて、二次回路５０を構成する二次熱交換部５２とを備え、一次熱交換部４２と二次熱交換部５２とが熱交換可能になっている。すなわち、一次回路４０および二次回路５０には、独立した冷媒循環経路が夫々形成され、二次回路５０を循環する二次冷媒としては、毒性、可燃性および腐食性を有していない安全性の高い二酸化炭素が採用される。これに対し、一次回路４０を循環する一次冷媒としては、蒸発熱や飽和圧等の冷媒としての特性に優れているブタンやプロパン等のＨＣ系の冷媒またはアンモニアなどが採用され、実施例ではイソブタンまたはプロパンが用いられている。二次回路５０は、フロン等に比べて粘度が低い二酸化炭素が二次冷媒として採用されると共に、圧力損失が少ない回路構成であるので、冷媒の流通路をなす二次冷媒配管の径を小さくすることが可能であり、例えば直径１．０ｍｍ〜６．３５ｍｍの如き細いものを用いることができる。
【００２０】
前記一次回路４０は、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機ＣＭと、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器ＣＤと、液相一次冷媒の圧力を低下させる減圧手段としての膨張弁ＥＶと、液相一次冷媒を気化する熱交換器ＨＥの一次熱交換部４２とを一次冷媒配管４４で接続して構成される(図３参照)。一次回路４０では、圧縮機ＣＭによる一次冷媒の圧縮により、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤ、膨張弁ＥＶ、熱交換器ＨＥの一次熱交換部４２および圧縮機ＣＭの順に、一次冷媒が循環して各機器の作用下に一次熱交換部４２において所要の冷却を行なうようになっている。
【００２１】
前記一次回路４０を構成する機器は、何れも機械室１４に設置されている。ここで、圧縮機ＣＭは、冷凍ケーシング２２と比較して高さが低い機器であるので、圧縮機ＣＭの上側であってスパウト３３の横側のスペースに熱交換器ＨＥを配設するとよい。
【００２２】
前記二次回路５０は、気相二次冷媒(気化冷媒)を液化する熱交換器ＨＥの二次熱交換部５２と、液相二次冷媒(液化冷媒)を気化する蒸発器ＥＰとを備え、二次熱交換部５２と蒸発器ＥＰとが１対１の関係で対応している(図３参照)。オーガ式製氷機１０では、二次熱交換部５２が熱交換器ＨＥに設けられる一方、蒸発器ＥＰが製氷機構２０における冷凍ケーシング２２の外周面に設けられ、蒸発器ＥＰより上側に二次熱交換部５２が設置される。また、二次回路５０は、二次熱交換部５２と蒸発器ＥＰとを接続して二次冷媒の流通路をなす液配管(二次冷媒配管)５４およびガス配管(二次冷媒配管)５６を備え、液配管５４を介して二次熱交換部５２から蒸発器ＥＰへ重力の作用下に液相二次冷媒を供給し、ガス配管５６を介して蒸発器ＥＰから二次熱交換部５２へ気相二次冷媒を還流させるようになっている。なお、後述する凝縮管５３,液配管５４,ガス配管５６および蒸発管５８としては、熱伝導率のよい銅やステンレス等の金属管が用いられる。
【００２３】
図３に示すように、前記二次熱交換部５２には、二次冷媒が流通する凝縮経路(流通路)５３ａを有する凝縮管５３が、並列して複数(実施例では３本)設けられている。また蒸発器ＥＰには、二次冷媒が流通する蒸発経路(流通路)５８ａを有する蒸発管５８が、並列して複数(実施例では３本)設けられている。なお、実施例では、配管で蒸発経路５８ａが構成されるが、冷凍ケーシング２２に蒸発経路を形成してもよい。ここで、二次回路５０では、複数の凝縮経路５３ａ、複数の蒸発経路５８ａ、複数の液配管５４および複数のガス配管５６が同数に設定されている。液配管５４は、上端(始端)が二次熱交換部５２における凝縮管５３(凝縮経路５３ａ)の流出端に接続され、下端(終端)が蒸発器ＥＰにおける蒸発管５８(蒸発経路５８ａ)の流入端に接続されている。ガス配管５６は、下端(始端)が蒸発器ＥＰにおける蒸発管５８(蒸発経路５８ａ)の流出端に接続されて、上端(終端)が二次熱交換部５２における凝縮管５３(凝縮経路５３ａ)の流入端に接続されている。実施例では、蒸発器ＥＰにおける二次冷媒の流入側が冷凍ケーシング２２の下部に設定される一方、二次冷媒の流出側が冷凍ケーシング２２の上部に設定されて、二次冷媒が蒸発器ＥＰを下から上に向けて流通するよう構成されている。
【００２４】
前記二次回路５０では、凝縮経路５３ａの流出端に接続する液配管５４を、当該凝縮経路５３ａの流入端に連結したガス配管５６が接続している蒸発経路５８ａと別の蒸発経路５８ａに接続するよう構成される(図３参照)。また、二次回路５０では、蒸発経路５８ａの流出端に接続するガス配管５６を、当該蒸発経路５８ａの流入端に連結した液配管５４が接続している凝縮経路５３ａと別の凝縮経路５３ａに接続している。このように、二次回路５０には、複数の凝縮経路５３ａ、複数の蒸発経路５８ａ、複数の液配管５４および複数のガス配管５６によって擬似的に並列する複数(実施例では３つ)のパスが形成されるが、これらのパスはシリアル接続されて全体として１つの回路が構成されている。すなわち、二次回路５０は、二次熱交換部５２および蒸発器ＥＰの間で二次冷媒を循環させる３つのパスが連続して二次冷媒が循環する１つの回路となっており、各パスにおいて凝縮経路５３ａ、蒸発経路５８ａ、液配管５４およびガス配管５６が対応する関係になっている。
【００２５】
前記二次回路５０は、パスを構成する液配管５４同士が接触するように配設された部位を有すると共に、パスを構成するガス配管５６同士が接触するように配設された部位を有している(図３参照)。また、二次回路５０は、蒸発器ＥＰを構成するパスの蒸発管５８が並列するように配置されると共に、隣り合うパスの蒸発管５８が接触するようになっている。更に、二次回路５０は、二次熱交換部５２を構成するパスの凝縮管５３が並列するように配置されると共に、隣り合うパスの凝縮管５３が接触するようになっている。二次回路５０は、当該配管接触部位において熱伝導性を有する配管を介して該配管を流通する二次冷媒間で熱交換可能に構成される。二次回路５０は、配管接触部位を設けることで、パス間で配管５３,５４,５６,５８を流通する二次冷媒の温度を配管同士の接触伝熱によって均一化することができる。すなわち、二次回路５０は、パス間での二次冷媒の温度差に起因するパス間での二次冷媒流量の偏りや蒸発器ＥＰにおける蒸発経路５８ａ間での蒸発温度の相違等を解消することができ、冷凍ケーシング２２の製氷面２２ａに均等に氷を成長させることが可能となる。実施例の二次回路５０では、二次熱交換部５２の凝縮経路５３ａ同士、蒸発器ＥＰの蒸発経路５８ａ同士、液配管５４の蒸発器ＥＰへの流入部位近傍およびガス配管５６の蒸発器ＥＰからの流出部位近傍で配管を互いに接触させるよう構成したが、回路全体に亘ってパスを構成する配管同士を接触させてもよい。
【００２６】
前記二次回路５０には、強制冷却される一次熱交換部４２との熱交換により冷却される二次熱交換部５２と蒸発器ＥＰとの間に温度勾配が形成され、二次冷媒が二次熱交換部５２、液配管５４、蒸発器ＥＰおよびガス配管５６を自然対流して二次熱交換部５２に再び戻る冷媒の循環サイクルが形成される。なお、符号６２は、二次回路５０に冷媒を充填するために設けられた冷媒チャージポートであって、実施例の二次回路５０は、単一の回路で構成されるから、冷媒チャージポート６２および安全弁(図示せず)等の付帯設備が１組で足りる。
【００２７】
前記蒸発器ＥＰは、各パスを構成する蒸発管５８を並列した状態で冷凍ケーシング２２の外周面に螺旋状に巻き掛けて構成され、３本の蒸発経路５８ａが並列して螺旋状に設けられている(図８参照)。蒸発器ＥＰは、各パスの蒸発管５８の流入端が冷凍ケーシング２２の周回りに異なる位置に設けられると共に、各パスの蒸発管５８の流出端が冷凍ケーシング２２の周回りに異なる位置に設けられている(図９参照)。実施例の蒸発器ＥＰでは、３つのパスの蒸発経路５８ａの流入端が互いに１２０°ずつの間隔をあけて配置され、３つのパスの蒸発経路５８ａの流出端が互いに１２０°ずつの間隔をあけて配置されている。すなわち、蒸発器ＥＰは、各パスの液配管５４に接続する蒸発管５８が所定角度ずつ離れた位置から冷凍ケーシング２２の外周面に接するように巻き掛けられ、各パスのガス配管５６に接続する蒸発管５８が所定角度ずつ離れた位置から冷凍ケーシング２２の外周面から離間するように引き出されている。
【００２８】
前記蒸発器ＥＰは、複数のパスの蒸発経路５８ａを並列させて構成されることから、冷凍ケーシング２２において例えば複数の蒸発経路５８ａの流入端を揃えると、冷凍ケーシング２２における該流入端と巻き掛け方向反対側には、蒸発経路５８ａをなす蒸発管５８が配置されない非接触領域が最大で蒸発経路５８ａの並列幅で生じることになる。同様に、冷凍ケーシング２２において例えば複数の蒸発経路５８ａの流出端を揃えると、冷凍ケーシング２２における該流出端と引き出し方向反対側には、蒸発経路５８ａをなす蒸発管５８が配置されない非接触領域が最大で蒸発経路５８ａの並列幅で生じることになる。これに対して、実施例の蒸発器ＥＰの如く、各パスの蒸発経路５８ａの流入端を冷凍ケーシング２２の周回りに異なる位置に設けると共に、各パスの蒸発経路５８ａの流出端を冷凍ケーシング２２の周回りに異なる位置に設けることで、蒸発管５８を均等に配置して非接触領域を減らすことができる。従って、製氷機構２０は、蒸発器ＥＰによって冷凍ケーシング２２を均等に冷却することができるので、製氷面２２ａでの氷の偏った成長を抑制することができ、オーガ３０への負荷を回避すると共に効率よく氷を製造し得る。
【００２９】
前記蒸発管５８は、熱伝導性のよい銅等の金属パイプであって、断面円形のものが採用される(図５参照)。すなわち、蒸発管５８は、従来例の如く扁平状に加工する必要がなく、一般に流通している断面円形のまま用いることができる。また、蒸発管５８としては、直径(外径)が１．０ｍｍ以上で、６．３５ｍｍ以下の範囲のものが用いられている。蒸発管５８は、上下方向に隣り合うもの同士が接するように冷凍ケーシング２２に巻き掛けられている。
【００３０】
実施例の熱交換器ＨＥについて具体的に説明する。図５〜図７に示すように、熱交換器ＨＥは、熱伝導性に優れた金属材料からなる管状の二次熱交換部５２を内管とし、この二次熱交換部５２の外側を一次冷媒の流通空間をあけて被覆する一次熱交換部４２を外管とする二重管式熱交換器であって、並列する３本の凝縮管５３をまとめて一次熱交換部４２で覆うよう構成される。なお、一次熱交換部４２は、扁平形状に形成された銅等の金属管であって、該一次熱交換部４２の広がり方向に凝縮管５３が並んでいる。熱交換器ＨＥは、平面に環を描くように構成された螺旋状の管状体であって(図３参照)、二次熱交換部５２における各凝縮経路５３ａの上端にガス配管５６が接続され、各凝縮経路５３ａの下端に液配管５４が接続されて、各凝縮経路５３ａを二次冷媒が螺旋形状に沿って渦巻きながら上方から下方に流通するようになっている。すなわち、熱交換器ＨＥは、並列するよう配置された二次熱交換部５２の凝縮管５３が、上下方向を軸とする螺旋状に延在するよう配設され、これら凝縮管５３の外側を覆って一次熱交換部４２が二次熱交換部５２と同様に螺旋状に延在するよう構成される。一次熱交換部４２は、下端に膨張弁ＥＶに接続する流入側の一次冷媒配管４４が接続され、上端に圧縮機ＣＭに接続する流出側の一次冷媒配管４４が接続されて、該一次熱交換部４２の流通空間を一次冷媒が螺旋形状に沿って渦巻きながら下方から上方に流通するようになっている。すなわち、熱交換器ＨＥは、二次熱交換部５２の各凝縮経路５３ａを流通する二次冷媒の流通方向と一次熱交換部４２を流通する一次冷媒の流通方向とが反対向きの対向流になるよう構成される。
【００３１】
前記熱交換器ＨＥは、放出部３２のスパウト３３の横側に配設されている(図１または図２参照)。ここで、熱交換器ＨＥは、管状体からなるので、延在形状を任意に形成することができ、例えば実施例の如く、管状体を螺旋状に形成して横方向に冷媒が流通する経路を長くとり、上下の重なり方向の寸法を小さくして、全体として横長の形状とすることが可能である。すなわち、熱交換器ＨＥは、上下にコンパクトであるので、製氷機構２０の冷凍ケーシング２２に設けられた蒸発器ＥＰより上方で、該製氷機構２０において蒸発器ＥＰの上方に延在する部位から製氷機構２０が配設されている機械室(区画)１４の上面を塞ぐ天板１２ａまでの範囲内に設置することができる。
【００３２】
〔実施例の作用〕
次に、実施例に係るオーガ式製氷機１０の作用について説明する。オーガ式製氷機１０は、冷却装置３８の冷却運転を開始すると、一次回路４０および二次回路５０の夫々で冷媒の循環が開始される。先ず、一次回路４０について説明すると、圧縮機ＣＭおよび凝縮器ファンＦＭが駆動され、圧縮機ＣＭで気相一次冷媒が圧縮されて、この一次冷媒を一次冷媒配管４４を介して凝縮器ＣＤに供給して、凝縮器ファンＦＭによる強制冷却により凝縮液化することで液相とする。液相一次冷媒は、膨張弁ＥＶで減圧され、熱交換器ＨＥの一次熱交換部４２において二次熱交換部５２を流通する二次冷媒から熱を奪って(吸熱)一挙に膨張気化する。このように、一次回路４０は、熱交換器ＨＥにおいて一次熱交換部４２により二次熱交換部５２を強制冷却するように機能している。そして、一次熱交換部４２で気化した気相一次冷媒は、一次冷媒配管４４を経て圧縮機ＣＭに帰還する強制循環サイクルを繰返す。
【００３３】
前記二次回路５０は、二次熱交換部５２をスパウト３３の横側に配置する一方、蒸発器ＥＰがスパウト３３より下側の冷凍ケーシング２２に配設されて、二次熱交換部５２と蒸発器ＥＰとの間に落差を設けてある。二次回路５０は、一次熱交換部４２により冷却された二次熱交換部５２で気相二次冷媒が放熱して凝縮し、気相から液相に状態変化することで比重が増加することから、液相二次冷媒を二次熱交換部５２の下部に接続した液配管５４を介して蒸発器ＥＰへ向けて重力の作用下に自然流下させることができる。液相二次冷媒は、蒸発器ＥＰの蒸発経路５８ａを流通する過程で該蒸発器ＥＰに接する冷凍ケーシング２２から熱を奪って気化して気相に移行する。気相二次冷媒は、ガス配管５６を介して蒸発器ＥＰから二次熱交換部５２へ還流し、二次回路５０ではポンプやモータ等の動力を用いることなく、簡単な構成で二次冷媒が自然循環するサイクルが繰返される。
【００３４】
前記製氷機構２０では、蒸発器ＥＰによって冷凍ケーシング２２が冷却されて、製氷水タンク２８から冷凍ケーシング２２の内部に供給された製氷水が氷結して製氷面２２ａに層状の薄氷が形成される。製氷機構２０は、オーガ３０が駆動手段によって回転されて、オーガ３０の切削刃３０ａにより薄氷がフレーク状に削り取られつつ、このフレーク状氷が上方に移送される。フレーク状氷は、押圧頭２４の圧縮通路に押込まれて圧縮され、圧縮氷がヘッド部２６によって折られてオーガ３０の半径方向に送り出される。そして、氷は、放出部３２を通って貯氷室１６に放出される。
【００３５】
前記二次回路５０では、熱交換器ＨＥの二次熱交換部５２と蒸発器ＥＰとの高低差に加えて蒸発器ＥＰの内部で液相二次冷媒が気化して膨張することによる押し出し効果によって二次冷媒が循環し、二次冷媒による冷凍能力の伝達を行っている。すなわち、二次回路５０では、蒸発器ＥＰでの二次冷媒の膨張度合いが二次冷媒の循環量を決定する一つの要素になる。例えば、二次回路５０は、液相二次冷媒が蒸発器ＥＰで高温の熱源(外気温が高く、製氷水の水温が高いとき)によって気化して膨張する場合に、二次冷媒の強い循環力が生じ、効率よく冷凍能力が伝達される。従って、オーガ式製氷機１０は、夏季のように多くの冷凍能力が必要になった際に、二次冷媒によって効率よく冷凍能力が伝達される運転条件に自然になるので、製氷能力を設定通りに維持することができる。これに対して、二次回路５０は、液相二次冷媒が蒸発器ＥＰで低温の熱源(外気温が低く、製氷水の水温が低いとき)によって気化して膨張する場合に、二次冷媒の循環力が弱くなり、二次冷媒による冷凍能力の伝達が抑制される。よって、オーガ式製氷機１０は、冬季のように多くの冷凍能力が必要ない際に、二次冷媒による冷凍能力の伝達が抑えられる運転条件に自然になるので、製氷能力を抑制することができる。
【００３６】
このように、オーガ式製氷機１０は、冬季のように冷凍ケーシング２２に氷が多くでき易い環境において、操作することなく製氷能力を抑えることができ、冷凍ケーシング２２において過剰な氷の成長を回避することができる。すなわち、オーガ式製氷機１０は、氷の過剰な成長に起因する冷凍ケーシング２２、オーガ３０や駆動手段への過負荷を防ぐことができ、冷凍ケーシング２２、オーガ３０および駆動手段の破損や電気代浪費の一因を解消することができる。
【００３７】
前記オーガ式製氷機１０は、機械室１４において最も高くなる製氷機構２０の放出部３２の上端を収容し得るように、天板１２ａの位置(機械室１４の上下寸法)が設定されており、熱交換器ＨＥをスパウト３３の横側において該スパウト３３の上下寸法分のスペースに配置することで、天板１２ａの位置を上方にずらすことなく天板１２ａと熱交換器ＨＥとの干渉を回避できる。このように、実施例のオーガ式製氷機１０は、機械室１４のスペースを有効利用して熱交換器ＨＥを配置しているので、機械室１４をコンパクトにでき、全体として小型化できる。
【００３８】
前記二次回路５０は、前述の如く二次熱交換部５２で液化した二次冷媒を重力の作用下に液配管５４を介して蒸発器ＥＰに流下させる構成であるから、熱交換器ＨＥの二次熱交換部５２と蒸発器ＥＰとの落差を確保する必要がある。オーガ式製氷機１０は、スパウト３３の横側に熱交換器ＨＥを配置することで、熱交換器ＨＥが蒸発器ＥＰの上側に位置することになるから、二次熱交換部５２と蒸発器ＥＰとの落差を確保し得る。これにより、二次回路５０では、二次冷媒を蒸発器ＥＰへ向けて自然流下させる駆動力の一つである位置エネルギーが大きくなり、二次冷媒を二次回路５０において円滑に循環させて冷却能力を向上させることができる。しかも、オーガ式製氷機１０は、機械室１４の上部に熱交換器ＨＥを配置することで、熱交換器ＨＥに対する液配管５４やガス配管５６の接続作業が行ない易く、また熱交換器ＨＥのメンテナンス性を向上し得る。
【００３９】
前記二次回路５０は、複数の凝縮経路５３ａとこの凝縮経路５３ａと同数の蒸発管(蒸発経路５８ａ)５８とを互い違いに接続することで、１本の凝縮経路５３ａと１本の蒸発経路５８ａとに交互に二次冷媒を流通させる１つのサーモサイフォンを形成してある。すなわち、二次回路５０によれば、液配管５４、ガス配管５６、凝縮経路５３ａおよび蒸発経路５８ａを分岐させることなく、１つの回路の中に複数の凝縮経路５３ａおよび複数の蒸発経路５８ａを設けることができる。このように、二次回路５０が全体として１つの冷媒の経路で構成されているから、各パスで二次冷媒が偏在することを抑制できる。オーガ式製氷機１０は、外気温の変動等の外因によって、二次回路５０を循環する二次冷媒が何れかのパスに偏在する場合がある。前述の如く、二次回路５０は、１つのサーモサイフォンから構成されているので、各パスの二次冷媒の量が一致するように、二次冷媒のバランスが自然に調節される。すなわち、二次回路５０は、二次冷媒のバランスを調節するために弁等の調節手段を設ける必要がなく、冷却装置３８の構成を簡易にできる。
【００４０】
前記二次回路５０は、熱交換器ＨＥおよび蒸発器ＥＰの夫々に凝縮経路５３ａおよび蒸発経路５８ａを複数配置している。すなわち、１本当たりの凝縮経路５３ａおよび蒸発経路５８ａに要求される熱交換面積が小さくなり、各凝縮経路５３ａおよび蒸発経路５８ａの配管長を短くすることが可能となり、当該凝縮経路５３ａおよび蒸発経路５８ａを流通する二次冷媒の圧力損失を小さくすることができる。また、二次回路５０は、液配管５４、ガス配管５６、凝縮経路５３ａおよび蒸発経路５８ａを分岐させることなく、全体として１つの冷媒の経路で構成しているから、配管等の分岐部に起因する圧力損失が発生しない。すなわち、二次回路５０では、凝縮経路５３ａと蒸発経路５８ａとの間で自然対流に必要とされる二次冷媒のヘッド差を小さくできるので、二次熱交換部５２と蒸発器ＥＰとの間で要求される落差が小さくなる。従って、オーガ式製氷機１０は、二次熱交換部４６と蒸発器ＥＰとの上下の配置間隔を狭くすることが可能となり、コンパクトにできる。また、二次回路５０には、蒸気圧縮式の回路の如く圧縮機ＣＭの機械油が循環することはないので、機械油によって二次冷媒の流通が阻害されることはない。
【００４１】
前記二次回路５０は、二次冷媒の圧力損失が小さいので、該二次回路５０を構成する凝縮管５３、液配管５４、ガス配管５６および蒸発管５８として蒸気圧縮式の冷凍回路と比較して細い管径を選定しても、同一冷凍能力の二次冷媒を回路内に循環させることができる。ここで、二次冷媒として、フロン等に比べて粘度が低い二酸化炭素を採用することで、更に圧力損失を低下させて、二次冷媒配管５３,５４,５６,５８の細径化を図ることができる。すなわち、蒸気圧縮式の冷凍回路では、圧力損失等の都合により直径６．３５ｍｍ以下の配管を用いるのは事実上不可能であるが、実施例の二次回路５０によれば、直径６．３５ｍｍ以下の二次冷媒配管を採用することが可能である。
【００４２】
このように、二次回路５０は、各凝縮経路５３ａおよび各蒸発経路５８ａの長さや断面積を減じることが可能であるので、二次熱交換部５２や蒸発器ＥＰをコンパクトにできる。また、凝縮管５３,液配管５４,ガス配管５６および蒸発管５８を細径化または断面円形にすることで、これらの二次冷媒配管５３,５４,５６,５８において耐圧性能を確保するために必要な肉厚を減ずることが可能となる。すなわち、二次冷媒配管５３,５４,５６,５８が細径化したことだけでなく、各配管５３,５４,５６,５８の肉厚が減少することとの相乗によって、配管重量を一層削減することができ、コストを更に低減し得る。
【００４３】
前記蒸発器ＥＰは、蒸発管５８の径が小さくなることで、蒸発管５８を冷凍ケーシング２２の外周面に密に並べることが可能となる。すなわち、蒸発器ＥＰは、蒸発管５８を断面円形とすることで、冷凍ケーシング２２の外周面に対して蒸発管５８の周面が線接触する関係になるが、蒸発管５８が密に並んでいるので冷凍ケーシング２２に対する伝熱面積を確保することができる。よって、蒸発器ＥＰは、冷凍ケーシング２２に対する伝熱面積を得るために蒸発管５８を扁平状に加工する必要がなく、加工手間を減らしてコストダウンし得る。しかも、断面円形の蒸発管５８は、扁平状の蒸発管と比べて外圧に強いので、冷凍ケーシング２２と蒸発管５８との間に入り込んだ水が氷結することに起因する蒸発管５８の変形を抑制できる。更に、製氷機構２０では、冷凍ケーシング２２と蒸発管５８との間の隙間を金属性のろう等によって埋めることがあるが、蒸発管５８の配管径が細くなることで、当該加工も容易になる。
【００４４】
ここで、二次冷媒配管５３,５４,５６,５８の細径化によるコストの低減について具体的に説明する。
例えば、耐圧性能Ｐを有する配管の肉厚ｔは、以下の式で求められる。なお、σは材料の許容応力であり、Ｄは配管の外径である。
ｔ＝ＰＤ／２(σ＋Ｐ)…(イ)
長さＬの配管重量Ｍは、以下の式で求められる。なお、Ｃは材料の比重であり、Ｄｉは配管の内径である。
Ｍ＝πＬＣ(Ｄ２−Ｄｉ２)／４…(ロ)
また、Ｄｉ＝Ｄ−２ｔと表わすことができるので、これを(ロ)式に代入すると、以下の式が導き出される。
Ｍ＝πＬＣ(Ｄｔ−ｔ２)…(ハ)
そして(ハ)式に(イ)式を代入すると、以下の式が導き出される。
Ｍ＝(１−Ｐ／２(σ＋Ｐ))×πＬＣＰＤ２／２(σ＋Ｐ)…(ニ)
前記(ニ)式は、耐圧性能Ｐを有する配管の重量を示している。(ニ)式において、Ｄ以外の条件は不変とすると、π、Ｌ、Ｃ、Ｐ、σの条件は定数として扱うことができる。よって、耐圧性能Ｐを有する配管重量(配管の外径Ｄ)は、以下の式で表わすことができる。
Ｍ＝｛(１−Ｐ／２(σ＋Ｐ))×πＬＣＰ／２(σ＋Ｐ)｝×Ｄ２…(ホ)
(ホ)式における｛ ｝内は前述の如く定数であるから、Ｍ＝ＡＤ２と表わすことができる。
そして、耐圧性能Ｐを有する外径Ｄ１の配管の配管重量ＭＤ１は、ＡＤ１２であり、耐圧性能Ｐを有する外径Ｄ２の配管の配管重量ＭＤ２は、ＡＤ２２である。
更に、配管重量ＭＤ１と配管重量ＭＤ２との比は、以下のように表わされる。
ＭＤ２／ＭＤ１＝Ｄ２２／Ｄ１２…(ヘ)
【００４５】
前記(ヘ)式に具体的な数字を当てはめて説明する。蒸気圧縮式の一般的な冷却装置では、蒸発管の外径は９．５２ｍｍに設定されることが多い。これに対して、実施例の冷却装置３８であれば、二次回路５０に外径６．３５ｍｍの蒸発管５８を用いることができる。これらの条件を前記(へ)式に当てはめると、以下のようになる。
ＭＤφ６．３５／ＭＤφ９．５２＝(６．３５)２／(９．５２)２＝０．４４
また、実施例の冷却装置において、外径４．７６ｍｍの蒸発管を用いた場合は、以下のようになる。
ＭＤφ４．７６／ＭＤφ９．５２＝(４．７６)２／(９．５２)２＝０．２５
すなわち、配管の重量比は、配管の材料価格の比であるともいえるから、実施例の冷却装置３８によれば、従来の冷却装置と比較して配管が細径化することにより大幅なコスト削減を達成し得ることは明らかである。
【００４６】
(変更例)
(１)熱交換器は、実施例の如く管状体を小判形状に積層する例に限定されず、蛇行状や、円形、角状、楕円状等の環状や渦巻き状またはその他の延在形状であってもよい。
(２)実施例では、熱交換器を放出部の横側に配置したが、管状の熱交換器を蒸発器と放出部との間で冷凍ケーシングを取り囲むように配置してもよく、この場合冷凍ケーシングを覆う断熱部材で熱交換器を一体に覆ってもよい。
(３)実施例のオーガ式製氷機において、熱交換器を放出部と蒸発器との間に位置するよう冷凍ケーシングの横側に配置し、この熱交換器を冷凍ケーシングを覆う断熱部材で熱交換器を一体に覆ってもよい。
(４)熱交換器は、内管として二次熱交換部を配置した二重管構造を説明したが、一次熱交換部を内管としてもよい。また二重管構造において、内管と外管とを複数対一の関係であっても、一対一の関係であってもよい。更に、内管の配置は、並列に限定されず、台形状や三角形等の適宜配置が可能である。管の内部を壁で区切って一次熱交換部と二次熱交換部とに用いてもよい。更にまた、３以上の多重管構造であってもよい。
(５)熱交換器は、実施例の如く二重管式熱交換器に限定されず、スパイラル式熱交換器、プレート式熱交換器、多管円筒式熱交換器、多重円管式熱交換器、渦巻管式熱交換器、渦巻板式熱交換器、タンクコイル式熱交換器、タンクジャケット式熱交換器およびマイクロチャネル熱交換器等を採用することができる。なお、熱交換器として特にマイクロチャネル熱交換器を採用すれば、蒸発管の直径を１．０ｍｍをするような細径化を図り易くなる。
(６)実施例では、一次回路の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やその他の手段を採用することができる。
(７)実施例において、冷凍ケーシングの内部にオーガを配設する例を挙げたが、冷凍ケーシングの外周を囲うようにオーガを設け、冷凍ケーシングの外周面に成長した氷をオーガの内周面に設けた切削刃で削り取る構成であってもよい。
(８)二次回路には、一次回路または該二次回路においてガス配管を流通する気相二次冷媒より温度が低い部位(例えば一次熱交換部の外郭等)に対して接触して冷却される予備熱交換部をガス配管に設けてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
２２  冷凍ケーシング，３０  オーガ，３８  冷却装置，５０  二次回路(回路)，
５２  二次熱交換部(熱交換部)，５４  液配管(冷媒配管)，
５６  ガス配管(冷媒配管)，  ５８  蒸発管，ＥＰ  蒸発器，ＨＥ  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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