(57)【要約】【課題】氷の生成速度を低下させることがなく効率よく氷を生成することができる氷蓄熱式冷水機を提供すること。【解決手段】冷水槽１内に配設された２重管からなる冷却器３の外管６の外側面は冷水槽１内の水に直接接触させ、上記冷却器３の内管５には上記冷水槽１内の水をポンプ４で循環させ、外管６には冷凍機２から供給される冷媒を循環させて上記内管５内と外管６の外側面とに氷を生成するとともに、上記内管５を流れる水の流量を監視する監視手段３０を設け、内管５内に生成された氷で内管５を流れる水の流量が低下、若しくは流れが停止したことを上記監視手段３０が感知したときは、冷凍機２の圧縮機２０で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気を上記外管６内に所定時間供給し、内管５内と外管６の外側面とに生成された氷の融解を図った。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷水槽に並設された冷凍機から供給される冷媒を、冷水槽内に配設された冷却器に循環させる、以下の要件を備えることを特徴とする氷蓄熱式冷水機。
（イ）上記冷却器は２重管で構成され、該２重管の外管の外側面は上記冷水槽内の水に直接接触していること
（ロ）上記冷却器の内管には上記冷水槽内の水をポンプで循環させ、外管には上記冷凍機から供給される冷媒を循環させて上記内管内と外管の外側面とに氷を生成すること
（ハ）上記内管を流れる水の流量を監視する監視手段を設け、内管内に生成された氷で内管を流れる水の流量が低下、若しくは流れが停止したことを上記監視手段が感知したときは、冷凍機の圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気を上記外管内に所定時間供給し、内管内と外管の外側面とに生成された氷の融解を図ること
【請求項２】
前記冷凍機でブラインを冷却し、該冷却したブラインを前記冷媒に代えて前記２重管の外管に循環させるとともに、前記監視手段が内管を流れる水の流量が低下、若しくは流れが停止したことを感知したときは上記ブラインを加熱手段で加熱し、加熱したブラインを上記外管内を所定時間循環させる、請求項１記載の氷蓄熱式冷水機。
【請求項３】
前記監視手段が内管を流れる水の流量が低下、若しくは流れが停止したことを感知したときは前記内管に水を循環させるポンプが所定時間停止する、請求項１又は２記載の氷蓄熱式冷水機。
【請求項４】
前記内管の終端から排出される水及び氷に係合し、該係合した水及び氷を上方に案内する案内板を上記内管の終端に連接又は終端の前方に配置した、請求項１、２又は３記載の氷蓄熱式冷水機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱式冷水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、氷蓄熱方式として、金属や樹脂のパイプ・コイル内に低温のブラインを通すことにより管の外側に氷を付着させるスタティック型（静止型）管外付着式と、低温の熱交換器の表面に水を接触させ、氷が生成後、熱交換器を加熱または変形させることにより氷を剥離するダイナミック型（移動型）が一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、両方式とも、氷が生成されるにつれて水と熱交換器との熱交換率が低下するため、氷の生成速度が低下する問題があった。
【０００４】
また、２重管を冷却器として使用する冷水機が実用に供されているが、外管の外側面からの熱侵入を防ぐため外管の周面を断熱材で覆っているのが一般的であり、より効率のよい冷水機の開発が望まれていた。
【０００５】
本発明は上記問題点を解消し、氷の生成速度が低下することがなく効率よく氷を生成することができる氷蓄熱式冷水機を提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に係る氷蓄熱式冷水機は、冷水槽に並設された冷凍機から供給される冷媒を、冷水槽内に配設された冷却器に循環させる、以下の要件を備えることを特徴とする。
（イ）上記冷却器は２重管で構成され、該２重管の外管の外側面は上記冷水槽内の水に直接接触していること
（ロ）上記冷却器の内管には上記冷水槽内の水をポンプで循環させ、外管には上記冷凍機から供給される冷媒を循環させて上記内管内と外管の外側面とに氷を生成すること
（ハ）上記内管を流れる水の流量を監視する監視手段を設け、内管内に生成された氷で内管を流れる水の流量が低下、若しくは流れが停止したことを上記監視手段が感知したときは、冷凍機の圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気を上記外管内に所定時間供給し、内管内と外管の外側面とに生成された氷の融解を図ること
【０００７】
なお、前記冷凍機でブラインを冷却し、該冷却したブラインを前記冷媒に代えて前記２重管の外管に循環させるとともに、前記監視手段が内管を流れる水の流量が低下、若しくは流れが停止したことを感知したときは上記ブラインを加熱手段で加熱し、加熱したブラインを上記外管内を所定時間循環させるようにしてもよい。
【０００８】
そして、前記監視手段が内管を流れる水の流量が低下、若しくは流れが停止したことを感知したときは前記内管に水を循環させるポンプが所定時間停止し、内管内の氷が融解を始めた時点で、ポンプを再作動させ、送水した水で内管内の氷を内管外に押し出すようにすればよい。
【０００９】
さらに、前記内管の終端から排出される水及び氷に係合し、該係合した水及び氷を上方に案内する案内板を上記内管の終端に連接又は終端の前方に配置し、内管から排出された水の水槽内における流動を図るとともに、押し出された氷が上方に押し上げられて折れるようにすることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る氷蓄熱式冷水機の一例を示すブロック図を示す、この氷蓄熱式冷水機は冷水槽１と冷水槽１に並設された冷凍機２とから構成されている。
【００１１】
冷水槽１の内部には２重管からなる冷却器３が配設されポンプ４を作動させて冷水槽１内の水を２重管の内管５と冷水槽１内とを循環させ、冷媒を２重管の外管６と冷凍機２とを循環させるようにし、冷却器３で冷却された水は水栓７を開くことにより冷水として使用できるようになっている。
【００１２】
そして、冷水槽１内の水はポンプ４により連絡管１０を経由して内管５の始端５ａから内管５内に送り込まれ、終端５ｂから冷水槽１内に放出され冷水槽１内の水は内管５を循環するようになっている。
【００１３】
内管５の終端５ｂには上部が開口した断面略Ｕ字状又はコ字状の案内板１１が連接されている（図３（ａ）参照）。ポンプ４により送水された冷水槽１内の水は内管５を通過後は案内板１１で案内されて冷水槽１内の上方に流れて冷水槽１内の水の対流を促し、繰り返し循環することにより冷水槽１内の水がより効果的に冷却されるようになっている。
【００１４】
なお、上記案内板１１は冷水槽１内の水の対流を行なうとともに、内管５内に生成された氷を押し出す際、氷が棒状のまま押し出されて氷の先端が冷水槽１の内壁面に突き当たり、押し出すことができずに内管５内に氷が留まることのないように、直進する氷が案内板１１に当接して上方に案内されることにより氷が折れるようになっている。
【００１５】
なお、案内板１１は平らな板部材でも構わない。案内板を板部材で構成した場合は内管５の終端の前方に斜めに配置すればよい。
【００１６】
外管６は両端部が遮蔽され、端部近傍にはそれぞれ冷媒接続管１５、１６が取り付けられ、入力側の冷媒接続管１５から流入した冷媒液は出力側の冷媒接続管１６から冷媒蒸気となって流出するようになっている。
【００１７】
冷凍機２は、冷却器３からの冷媒蒸気を圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で高温高圧の状態になった冷媒蒸気を放熱して凝縮・液化する凝縮器２１と、液化した冷媒を貯える受液器２２と、配管中の水分を吸収するドライヤ２３と、液化した冷媒を急減圧して蒸気化を図る膨張弁２４とで主に構成されている。
【００１８】
なお、図１において、符号２６は後述するフローセンサ３０が作動したときに開く電磁弁を示し、符号２７は圧縮機２０の保護装置である高低圧圧力開閉器を示す。
【００１９】
受液器２２に蓄えられた液冷媒は膨張弁２４によって急減圧されて冷却器３の冷媒接続管１５から外管６内に流入し、外管６内で吸熱して完全に蒸発した飽和蒸気となって冷媒接続管１６から流出し、上記圧縮機２０に吸引され、再び圧縮されて高温高圧の状態になった冷媒蒸気は凝縮器２１で放熱されて凝縮・液化し、液化した状態の冷媒は膨張弁２４で急減圧されて外管６内を繰り返し循環し、内管５内を通過する水と外管６の外側面に接する水とを冷却するようになっている。
【００２０】
ところで、連絡管１０には内管５を流れる水の流量を監視する監視手段３０と水栓７とが配置され、内管５を流れる水の流量が監視手段３０で監視され、水栓７を開くとポンプ４で送られた水は水栓７から取り出すことができるようになっている。
【００２１】
上記監視手段３０はフローセンサで構成すればよく、このフローセンサ３０は内管５を流れる水の流れを監視するもので、流量が少なくなった時、若しくは水の流れが停止した時に作動するように設定されているものである。このフローセンサ３０が作動すると、フローセンサ３０の接点ＦＳが開くので（図２参照）、リレー２５が非動作状態になりリレー２５の接点２５ａが閉じると電磁弁２６は開放するように設定されている。
【００２２】
電磁弁２６が開放すると圧縮機２０で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気は電磁弁２６を通って、膨張弁２４を通過する冷媒蒸気に混入し、冷媒接続管１５から外管６内に送り込まれ、内管５の管壁を熱し、同時に外管６の管壁を熱するようになっている。
【００２３】
上記リレー２５が非動作状態になると、接点２５ｂが開き、接点２５ｃが閉じるように設定されているのでポンプ４は停止し、タイマー３５がスタートする。タイマー３５が所定時間をカウントすると接点Ｔを閉じるのでポンプ４が作動を開始する。
【００２４】
ポンプ４が作動すると内管５内に水が送り込まれ、内管５（連絡管１０）を水が流れるようになるとフローセンサ３０が停止し、接点ＦＳが閉じるのでリレー２５が動作状態になり、接点２５ａ、２５ｃが開放するとともに接点２５ｂが閉じるので電磁弁２６が閉じて圧縮機２０から吐出された圧縮ガスは外管６にフィードバックされることなく凝縮器２１に送られる。
【００２５】
ポンプ４はタイマー３５が停止してタイマー３５の接点Ｔは開放されるがリレー２５が動作状態なのでリレー２５の接点２５ｂが閉じているので継続して作動するようになっている。
【００２６】
なお、図２において、各接点の状態はフローセンサ３０が作動していないときの状態を示し、符号３２は凝縮器２１を冷却するファンモータを示す。
【００２７】
次に、上記構成の氷蓄熱式冷水機の使用態様について説明する。
【００２８】
先ず、水道水の元栓（図示せず）を開いて、冷水槽１内に水を注入する。冷水槽１内の水が所定の量になるとボールタップ（図示せず）が押し上げられ水道水の注入が停止する。次に電源スイッチ３１をＯＮすると、まだ内管５には水の流れが発生していないのでフローセンサ３０が作動し、接点ＦＳが開放してリレー２５を非動作状態にするので、リレー２５の接点２５ｃが閉じてタイマー３５がスタートする。タイマー３５が所定時間をカウントすると接点Ｔを閉じるのでポンプ４が作動して冷水槽１内の水は内管５を循環する。
【００２９】
内管５に水の流れが発生しすると、フローセンサ３０が停止し、接点ＦＳが閉じるのでリレー２５が動作状態になり、２５ｃが開放するとともに接点２５ｂが閉じるのでタイマー３５が停止し、ポンプ４は継続して作動する。
【００３０】
一方、圧縮機２０が作動し、冷媒蒸気が圧縮され高温高圧の冷媒蒸気の状態になり、この冷媒蒸気は凝縮器２１で放熱されることにより凝縮して液化し、液化した冷媒は受液器２２に蓄えられ、液化した冷媒は膨張弁２４によって急減圧され冷却器３の冷媒接続管１５から外管６内に流入し、外管６内で吸熱して完全に蒸発した飽和蒸気となって冷媒接続管１６から流出し上記圧縮機２０に吸引され、凝縮器２１、膨張弁２４を経由して外管６内を繰り返し循環し、内管５内を通過する水と外管６の外側面に直接接する水とを冷却するようになっている。
【００３１】
内管５の終端５ｂから流出した水ａは、図３（ａ）に示すように、案内板１１で上方に押し上げられるような流路を形成し、冷水槽内の水が攪拌されて水の混合が促進するようになっている。
【００３２】
冷水槽１内の水の温度が下がると内管５を通過する水は外管６を通過する冷媒によってさらに熱を奪われ、内管５の内壁面と外管６の外側面とに氷となって着氷するようになる。この状態が進行すると内管５内が氷で埋まり水の流れる通路が狭くなり流量が低下してくる。流量が所定の流量まで低下、若しくは水の流れが停止するとフローセンサ３０が作動する。
【００３３】
フローセンサ３０が作動すると接点ＦＳが開くのでリレー２５が非動作状態になりリレー２５の接点２５ａが閉じるので電磁弁２６が開放され、圧縮機２０で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気は電磁弁２６を通って冷媒接続管１５から外管６内にフィードバックされ、高温の冷媒蒸気が外管６内を循環することになるので内管５の管壁を熱するとともに外管６の管壁を熱することができ、内管５内に生成された氷が解けて痩せるので内管５内を流動できる状態になるとともに、外管６の外側面に着氷した氷は外側面近傍の氷が解けるとともに膨張するのでひび割れが生じ、ひび割れ内に進入した水が外管６の管壁に直接接触して外管６の外側面に新たな氷の生成がおこなわれる。
【００３４】
上記リレー２５が非動作状態になると接点２５ｂが開きポンプ４が停止するので内管５に水が送り込まれることはないが、所定時間（内管５内に生成された氷が少し解けて内管５内を流動可能な状態になるまでの時間であって、例えば、２０秒程度であればよい）経過するとタイマー３５が接点Ｔを閉じるのでポンプ４が作動を始める。
【００３５】
ポンプ４が作動を開始して内管５に水を送り始めると、内管５内の氷は痩せて流動可能な状態になっているので送り込まれた水に押されて終端５ｂ側に押し出され、やがて全ての氷は内管５内から排斥される。氷が全て押し出されて内管５内を水が円滑に流れるようになるとフローセンサ３０が停止し、接点ＦＳが閉じるのでリレー２５が動作状態になり、リレー２５の接点２５ａ、２５ｃが開き、接点２５ｂが閉じるので電磁弁２６が閉じるとともにポンプ４は継続して作動し、タイマー３５が停止する。圧縮機２０で圧縮された冷媒蒸気は電磁弁２６が閉じているので外管６にフィードバックされることなく凝縮器２１に送られて、再び冷却動作のみが行なわれるようになっている。
【００３６】
ポンプ４が再活動して内管５内の氷がポンプ４から送り込まれる水で押し出されるが（図３（ｂ）参照）、内管５内に生成された棒状の氷がそのまま押し出されると先端が冷水槽１の内壁１ａに突き当たり、氷の押し出しが停止して内管５内の水の流れが停止することになり再びフローセンサ３０が作動してしまうが、内管５に連接して案内板１１が設けてあるので、押し出された棒状の氷ｂは先端が湾曲部で上方に押し上げられ弾性限界を超えて折れるので（図３（ｃ）参照）、内管５内の氷ｂは全て円滑に押し出され内管５内を冷水槽１内の水が円滑に循環するようになる。
【００３７】
上述したように、内管５内に氷を生成するとともに、生成した氷を押し出し、繰り返し氷を生成することができるとともに、外管６の外側面にも氷を着氷させ、着氷した氷にひび割れを生じさせて外管６の外側面と水槽内の水との直接接触を図り、２重管の内外で効率よく氷を生成することができる氷蓄熱式冷水機を実現することができる。
【００３８】
なお、上述の氷蓄熱式冷水機はフローセンサ３０が内管５を流れる水の流量が低下又は流れが停止したことを感知した場合は電磁弁２６を開放するとともにポンプ４の作動を所定時間停止するようにしたが、電磁弁２６を開くだけでポンプ４を停止させないようにしても構わない。
【００３９】
図４は、冷却器を構成する２重管の外管６に冷媒に代えてブラインを循環させる場合の氷蓄熱式冷水機のブロック図を示す。
【００４０】
ブライン槽４０内に貯留されたブラインｃは冷凍機２の蒸発器４１で冷却され、冷却されたブラインｃはポンプ４２で冷水槽１内に配置された２重管からなる冷却器の外管６内に送り込まれ、流路Ｌ１のようにブライン槽４０と外管６とを循環し、内管５内の水と外管６の外側面に接する水とを冷却するようになっている。水の冷却が進むと内管５内と外管６の外側面とに氷が生成される。
【００４１】
内管５に生成された氷が増氷すると内管５内を流れる水の流量が低下、若しくは流れが低下してフローセンサ３０が作動することになる。フローセンサ３０が作動するとバルブＶ１、Ｖ２が閉じ、バルブＶ３が開くとともに、加熱手段であるヒーター４３が作動するのでヒーター４３で加熱されたブラインｃは流路Ｌ２のようにヒーター４３と外管６とを循環し、加熱されたブラインｃで内管５内の氷と外管６の外側面に着氷した氷を解かす。このとき、水を循環させるポンプ４は停止するように設定されている。
【００４２】
所定時間経過すると、ポンプ４の作動を再開させ内管５内に水を送り込むので、内管５内の氷は内管５の終端５ｂから冷水槽１内に押し出される。内管５内の氷が押し出されると、内管５内の水の流れが円滑になるのでフローセンサ３０は停止し、バルブＶ１、Ｖ２が開き、バルブ３が閉じるとともに、ヒーター４３が停止し、ブライン槽４０内の冷却されたブラインｃは再び外管６内に送られ、流路Ｌ１のように循環し氷の生成が再開される。
【００４３】
冷水槽１の中に配置された冷却器に冷媒に代えてブラインを流すことにより、冷媒や圧縮機油が冷却水の中に流出して冷却水が汚染されるトラブルを回避することができるので、冷水槽１内の冷水を飲料、調理用に使用する際においてより安全な氷蓄熱式冷水機を実現することができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、２重管を冷水槽の中に配設し、外管に冷媒を流して内管を流れる水と、外管の外側面に接する水との両方を冷却し、内管内に氷を生成するとともに外管の外側面にも着氷させることができる。そして、内管内に生成された氷で内管内が充満するような状態になると、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気を外管内にフィードバックするので、内管内の氷は痩せて水に押し出されて新たに氷が生成されるとともに、外管の外側面に着氷した氷はひび割れが生じ、水槽内の水と外管の外側面との直接接触が再現し新たな着氷が生じるので、効率よい氷の生成を行なうことができる氷蓄熱式冷水機を提供することができる。
【００４５】
請求項２の発明によれば、冷水槽内に配設される冷却器に冷媒に代えてブラインを循環させることにより、冷却水内に冷媒や圧縮機油が流出して冷却水が汚染されるトラブルを回避することができるので、冷水槽内の冷水を飲料、調理用に使用する際においてより安全な氷蓄熱式冷水機を実現することができる。
【００４６】
請求項３の発明によれば、外管に高温の冷媒蒸気又は高温のブラインを流しているときは内管内に水を流さず、内管内の氷が痩せて流動可能な状態になったときに水の循環を再開することにより、氷の状態で内管内から水槽内に排出させることができる。
【００４７】
請求項４の発明によれば、冷却器の吐出側に上方に湾曲した案内板１１を設ければ、吐出口から排出した水は上方に流れ、冷水槽に対流を発生させることができるとともに、内管に着氷した氷を押し出した際、内管内で棒状になった氷は傾斜部で押し上げられて折れるので、内管内の氷を円滑に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る氷蓄熱式冷水機の一例の構成を説明するブロック図
【図２】上記氷蓄熱式冷水機の回路図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は内管から排出される水及び氷の状態を説明する冷却器の断面図
【図４】氷蓄熱式冷水機の他の例を説明するブロック図
【符号の説明】
１　冷水槽
２　冷凍機
３　冷却器（２重管）
４　ポンプ
５　内管
６　外管
１１　案内板
３０　監視手段（フローセンサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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