(57)【要約】【課題】凝縮器での冷媒の圧力損失を低減する。【解決手段】凝縮器ＣＤは、冷凍回路３４から冷媒が流入する１つの流入部Ｕａから分岐した複数の熱交換部３８が並列に設けられると共に、複数の熱交換部３８を集約して１つの流出部Ｕｂから冷凍回路３４へ冷媒が流出するよう構成された凝縮ユニットＵから構成される。凝縮ユニットＵは、熱交換部３８を支持する支持手段４４同士を接続することで、他の凝縮ユニットＵと組み合わせて冷凍回路３４に対して互いに並列に接続して設置可能に構成されている。【選択図】図１
2014074549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、冷媒が循環する冷凍回路(34)を構成した冷凍装置において、
前記凝縮器(CD)は、前記冷凍回路(34)から冷媒が流入する１つの流入部(Ua)から分岐した複数の熱交換部(38)が並列に設けられると共に、複数の熱交換部(38)を集約して１つの流出部(Ub)から冷凍回路(34)へ冷媒が流出するよう構成されたユニット(U)からなり、
前記ユニット(U)は、他のユニット(U)と組み合わせて前記冷凍回路(34)に対して互いに並列に接続して設置可能に構成された
ことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記ユニット(U)は、蛇行した前記熱交換部(38)を支持する支持手段(44)を、互いに接続して他のユニット(U)と組み合わせ可能に構成された請求項１記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９８０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記冷凍装置において冷媒の充填量を減らす方法としては、凝縮器を構成する冷媒配管の径を小さく設定することで、凝縮器の容積を小さくすることが考えられる。しかしながら、凝縮器の冷媒配管を小さくすると、該冷媒配管を流通する冷媒の圧力損失が大きくなり、冷凍能力の低下や冷凍装置の起動時に圧力上昇が起こるなどの問題が生じる。また、冷媒配管の径を小さくすると、熱交換面積を確保するために冷媒配管の配管長を長くする必要があるが、配管長が長くなるに伴い製造コストが高額になってしまう。更に、冷凍装置の冷凍能力に応じた配管長を有する凝縮器を冷凍装置毎に用意するのは、装置コストの上昇に繋がる。
【０００５】
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、凝縮器での冷媒の圧力損失を低減し得る冷凍装置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】
【０００６】
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、冷媒が循環する冷凍回路を構成した冷凍装置において、
前記凝縮器は、前記冷凍回路から冷媒が流入する１つの流入部から分岐した複数の熱交換部が並列に設けられると共に、複数の熱交換部を集約して１つの流出部から冷凍回路へ冷媒が流出するよう構成されたユニットからなり、
前記ユニットは、他のユニットと組み合わせて前記冷凍回路に対して互いに並列に接続して設置可能に構成されたことを要旨とする。
請求項１に係る発明によれば、冷凍回路に対して並列に接続する複数の熱交換部を備えているので、１つ１つの熱交換部で求められる熱交換面積を小さくでき、１系統当たりの熱交換部の配管長さを短くすることができる。すなわち、熱交換部の配管径を細く設定しても、各熱交換部を流通する冷媒の圧力損失を低減することができ、所要の冷凍能力を確保し得ると共に、冷凍装置の起動時の過剰な圧力上昇などの不具合を回避し得る。また、複数の凝縮ユニットＵを組み合わせて設置可能に構成されているので、複数の凝縮ユニットを組み合わせることで、冷凍装置の冷凍能力に応じた適切な能力を有する凝縮器にすることができる。そして、異なる能力の凝縮器を、凝縮ユニットを組み合わせて構成することができるので、熱交換部等を製造する際に使用する治具などの設備等を共通化して、製造コストを大きく下げることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明では、前記ユニットは、蛇行した前記熱交換部を支持する支持手段を、互いに接続して他のユニットと組み合わせ可能に構成されたことを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、熱交換部を支持する支持手段を、他のユニットを組み合わせる際の接続部分として用いることで、部品点数を増やすことを回避し得る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る冷凍装置によれば、凝縮器での冷媒の圧力損失を低減し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の好適な実施例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。
【図２】実施例の凝縮器を概略的に示す正面図である。
【図３】実施例の凝縮器を概略的に示す縦断面図である。
【図４】実施例のユニットを概略的に示す縦断面図である。
【図５】実施例の凝縮器の要部を示す拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【実施例】
【００１１】
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。
【００１２】
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、冷却ファンＦＭで冷却された凝縮器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。実施例では、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、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り付けられている。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。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２２からなり、蒸発管２２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。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。
【００１３】
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を採用し得る。なお、実施例では、イソブタンまたはプロパンが用いられる。なお、実施例のように可燃性の冷媒を用いる場合は、冷凍回路３４における１つのサーキット当たりの容積が２２００×１０−６ｍ３以下に設定するのが望ましい。
【００１４】
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１１(図３参照)に支持手段４４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る。また、凝縮器ＣＤは、冷却ファンＦＭにより機械室１１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。
【００１５】
前記凝縮器ＣＤは、互いに組み合わせて設置可能に構成された凝縮ユニット(ユニット)Ｕからなり、冷凍回路３４の冷凍能力に応じて、１つの凝縮ユニットＵまたは冷凍回路３４に対して並列に接続された複数(実施例は２つ)の凝縮ユニットＵを組み合わせて構成される。凝縮ユニットＵは、冷凍回路３４から冷媒が流入する１つの流入部Ｕａから分岐した複数(実施例では２系統)の熱交換部３８が並列に設けられると共に、複数の熱交換部３８を集約して１つの流出部Ｕｂから冷凍回路３４へ冷媒が流出するよう構成される(図１参照)。凝縮ユニットＵは、上下の関係で互いに重ねて設置可能に構成され、実施例の凝縮器ＣＤは、２つの凝縮ユニットＵ,Ｕを上下に重ねて設置している。
【００１６】
図２〜図４に示すように、熱交換部３８は、冷媒が流通するチューブ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、チューブ４０を流通する冷媒との熱交換を促進するフィン４２とから構成される。なお、実施例の熱交換部３８は、チューブ４０の外周に、熱伝導性に優れた金属等からなるフィン４２を螺旋状に巻き掛けたスパイラルフィンチューブが採用される。また、実施例の凝縮ユニットＵは、チューブ４０の径や長さ、フィン４２の大きさや形状、全体の延在形状などの諸元が同じに設定された支持手段４４で支持された２系統の熱交換部３８,３８によって構成される。冷凍回路３４は、圧縮機ＣＭの吐出側に繋がる上流側の１本の冷媒配管３２が凝縮器ＣＤの凝縮ユニットＵの数に応じて分岐すると共に、各凝縮ユニットＵの流入部Ｕａが該凝縮ユニットＵの熱交換部３８の数に応じて分岐して、各熱交換部３８のチューブ４０に夫々接続される。また、冷凍回路３４は、各熱交換部３８のチューブ４０が凝縮ユニットＵ毎に合流して１本の流出部Ｕｂにまとまり、凝縮ユニットＵの流出部Ｕｂが合流して、１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。このように、独立した２つの熱交換部３８,３８を組み合わせて１つの凝縮ユニットＵを構成し、独立した２つの凝縮ユニットＵ,Ｕを組み合わせて設置することで、１つの凝縮器ＣＤが構成され、凝縮器ＣＤ全体としては、冷凍回路３４に対して互いに並列な関係で接続した熱交換部３８を４系統備えている。
【００１７】
図２〜図４に示すように、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る。凝縮ユニットＵは、２系統の熱交換部３８,３８が機械室１１における空気流通方向に対して前後の関係で並べて配置される。すなわち、凝縮ユニットＵ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る。また、凝縮ユニットＵは、複数の熱交換部３８における流入部Ｕａに繋がるチューブ４０の入口部分が同じ向きに揃えられると共に、複数の熱交換部３８における流出部Ｕｂに繋がるチューブ４０の出口部分が同じ向きに揃えられる。そして、凝縮ユニットＵは、２系統の熱交換部３８,３８を、同じ段の直線部分および湾曲部分の一部が重なるように上下にずらした状態で、支持手段４４によって組み合わせている。凝縮ユニットＵ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を差し込み、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いる(図５参照)。なお、実施例の凝縮ユニットＵは、流入部Ｕａが該凝縮ユニットＵの上部に設けられると共に、流出部Ｕｂが該凝縮ユニットＵの下部に設けられ、熱交換部３８の上部から流入した冷媒が熱交換部３８の下部から流出するようになっている。
【００１８】
前記凝縮器ＣＤは、可燃性の冷媒を用いる場合に、凝縮ユニットＵの総容積が７５０×１０−６ｍ３以下に設定するのが望ましい。すなわち、実施例では、２系統の熱交換部３８,３８を夫々備えた２つの凝縮ユニットＵ,Ｕから凝縮器ＣＤが構成されるので、４系統の熱交換部３８におけるチューブ４０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１１００×１０−６ｍ３程度に設定されることと比較すると、実施例の凝縮器ＣＤは容積が３０％以上削減される。
【００１９】
実施例の凝縮ユニットＵは、横方向に離間配置された複数(２つ)の支持手段４４,４４によって２系統の熱交換部３８,３８の直線部分が支持され(図２参照)、支持手段４４,４４によって組み合わせた状態で２系統の熱交換部３８,３８をまとめて設置したり、取り外したりするなど、一体的に取り扱い可能になっている。なお、２つの支持手段４４,４４は、同じ構成なので、一方の支持手段４４のみを以下に説明する。支持手段４４は、空気流通方向に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、対応する側の熱交換部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)。
【００２０】
図３に示すように、前記支持部材４６は、上下方向に長辺が延在し、熱交換部３８の上下寸法より長尺に設定された板状の本体部４６ａを有し、支持手段４４において組をなす支持部材４６,４６は、本体部４６ａが互いに対面するように配置される。また、支持部材４６は、本体部４６ａの上端および下端の夫々に、水平方向に延出するよう形成された設置部４６ｂ,４６ｃを有し、下端の下側設置部４６ｂで支持手段４４および該支持手段４４で支持した熱交換部３８,３８を立てた姿勢で保持し得るよう構成される。そして、支持部材４６は、上端の上側設置部４６ｃに、他の凝縮ユニットＵを構成する支持手段４４の下側設置部４４ｂを接続し得るようになっている。なお、支持手段４４の対をなす支持部材４６,４６の一方には、他方の支持部材４６に向けて突出する連結部４７,４７が上下に離間して２箇所に設けられ、連結部４７の突出端を他方の支持部材４６の本体部４６ａに突き当ててネジやボルト等の締結手段(図示せず)によって接続することで、組をなす支持部材４６,４６が連結される。ここで、支持部材４６の本体部４６ａは、熱交換部３８の直線部分より幅狭に設定され、左右２つの支持手段４４,４４の支持部材４６,４６によって熱交換部３８の全体を覆わないようになっている。
【００２１】
図３に示すように、保持部材４８は、熱交換部３８におけるフィン４２の外形に合わせた円弧状の保持空間を画成する弾性変形可能な一対の爪状片からなる保持部４８ａを有し、この保持部４８ａで熱交換部３８を着脱可能に保持し得るようになっている。ここで、保持部材４８は、熱交換部３８の上下に離間する直線部分に対応して、上下に離間して複数箇所に設けられている。保持部材４８は、保持部４８ａと反対側の面に下向きの鉤状に突出形成された係止部４８ｂを、支持部材４６の本体部４６ａに開設された係止開口４６ｄに引っ掛けることで、支持部材４６に対して取り付けられる。すなわち、保持部材４８は、ネジ等を取り付けまたは取り外すことなく、支持部材４６に対して簡単に着脱し得るよう構成される。そして、支持手段４４は、保持部材４８の保持部４８ａで熱交換部３８における各段の直線部分を保持して、保持部材４８で保持した熱交換部３８を挟むように組をなす支持部材４６,４６を連結部４７を介して組み付けられる。
【００２２】
図２および図３に示すように、凝縮ユニットＵは、蛇行した熱交換部３８を支持する支持手段４４を、互いに接続して他の凝縮ユニットＵと組み合わせ可能に構成されている。すなわち、冷凍装置３０は、支持手段４４の下側設置部４６ｂを機械室１１の設置面に載置して固定することで、下段の凝縮ユニットＵが設置される。そして、下段の凝縮ユニットＵを構成する支持手段４４の上側設置部４６ｃに対して、支持手段４４の下側設置部４６ｂを載置して互いに固定することで、上段の凝縮ユニットＵが設置される。このように、支持手段４４は、熱交換部３８を支持するだけでなく、他の凝縮ユニットＵを設置可能な支持台になり、複数の凝縮ユニットＵを上下の関係で積み重ねることができるようになっている。
【００２３】
〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る冷凍装置３０の作用について説明する。実施例の凝縮器ＣＤによれば、冷凍回路３４に対して並列に接続する複数の熱交換部３８を備えているので、１つ１つの熱交換部３８で求められる熱交換面積を小さくでき、１系統当たりの熱交換部３８の配管長さを短くすることができる。すなわち、熱交換部３８のチューブ４０を細く設定しても、各熱交換部３８を流通する冷媒の圧力損失を低減することができ、所要の冷凍能力を確保し得ると共に、冷凍装置３０の起動時の過剰な圧力上昇を回避し得る。また、熱交換部３８のチューブ４０を細く設定し得るので、凝縮器ＣＤ全体の容積を低減することができ、冷凍回路３４に充填する冷媒量を減らすことができる。
【００２４】
前記冷凍装置３０は、複数の凝縮ユニットＵを組み合わせて設置可能に構成されているので、複数の凝縮ユニットＵを組み合わせることで、冷凍装置３０の冷凍能力に応じた適切な能力を有する凝縮器ＣＤにすることができる。すなわち、大きな冷凍能力が要求される大型の冷凍装置３０に合わせて、配管長が長い熱交換部を有する凝縮器を用意したり、小さな冷凍能力で足りる小型の冷凍装置３０に合わせて、配管長の短い熱交換部を有する凝縮器を用意する必要はなく、所定の凝縮ユニットＵを用意すれば足りる。このように、凝縮ユニットＵの共用化によって、製造する凝縮ユニットＵのバリエーションを減らすことができる。また、製造する凝縮ユニットＵのバリエーションを減らすことができると共に、個々の熱交換部３８の配管長さを短く設定することができるから、熱交換部３８等を製造する際に使用する治具などの設備等を共通化して減らすことができる。従って、実施例の凝縮器ＣＤによれば、製造コストを大きく下げることができる。
【００２５】
実施例の凝縮器ＣＤによれば、凝縮ユニットＵを立てた姿勢で保持するための支持手段４４の下側設置部４６ｂを、他の凝縮ユニットＵの熱交換部３８を支持する支持手段４４の上側設置部４４ｃに接続することで、複数の凝縮ユニットＵを積み重ねることができる。このように、熱交換部３８を支持する支持手段４４を、他の凝縮ユニットＵを組み合わせる際の接続部分として用いることで、部品点数を増やすことを回避でき、製造コストの上昇を招来しない。また、図２に示すように、凝縮器ＣＤは、熱交換のために機械室１１の後壁などに開設された通気口１１ａの近傍に設置されることが多く、通気口１１ａに配設されたメタルラス等の網材２４が外方から押されて内側に撓むと、網材２４が凝縮器ＣＤに当たるおそれがある。しかし、凝縮ユニットＵは、熱交換部３８を支持手段４４における支持部材４６,４６の間に配置しているので、支持部材４６で熱交換部３８を保持して熱交換部３８に網材２４が当たることを防止することができる。
【００２６】
(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、可燃性の冷媒を用いたが、フロン系や二酸化炭素などその他の冷媒を用いる冷凍装置にも適用可能である。
(３)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。
(４)実施例では、２つの熱交換部を備えた凝縮ユニットを例に挙げたが、熱交換部を３以上備える構成であってもよい。
(５)実施例では、２つの凝縮ユニットを備えた凝縮器を例に挙げたが、凝縮ユニットを１基または３基以上備える構成であってもよい。
【符号の説明】
【００２７】
３２ 冷媒配管(配管)，３４ 冷凍回路，３８ 熱交換部，
４４ 支持手段，ＣＭ 圧縮機，
ＣＤ 凝縮器，ＥＶ 膨脹弁(減圧手段)，ＥＰ 蒸発器，Ｕ 凝縮ユニット(ユニット)，
Ｕａ 流入部，Ｕｂ 流出部
【図１】
2014074549.tif 000003
【図２】
2014074549.tif 000004
【図３】
2014074549.tif 000005
【図４】
2014074549.tif 000006
【図５】
2014074549.tif 000007