(57)【要約】【課題】製氷能力をとくに必要とする夏場において、製氷能力を向上させることができる冷凍回路を提供することを課題とする。【解決手段】  圧縮機１、空冷凝縮器２、水冷凝縮器３、レシーバタンク（受液器）４、膨張弁５、蒸発器６が順次接続され、冷媒が図示した矢印方向に循環する。水冷凝縮器３には、給水弁８に接続された給水管９および空冷凝縮器２に接続された冷媒液管１０が設けられている。レシーバタンク４と膨張弁５とを接続する冷媒液管１１には、給水管９との間で熱交換を行う水冷媒間熱交換部１２が設けられ、冷媒液管１１内の冷媒が給水管９内の水と熱交換して、冷媒が冷却される。【選択図】図１
2005090781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、レシーバタンク、膨張弁および蒸発器の順に、冷媒を循環させる冷凍回路であって、前記凝縮器が、前記凝縮器を流れる前記冷媒を、給水管を流れる水により冷却する水冷凝縮器を含む冷凍回路において、
前記レシーバタンクから前記膨張弁に前記冷媒を供給する冷媒液管は、
前記給水管との間で熱交換を行い、前記冷媒液管内の前記冷媒を冷却する熱交換部を備えたことを特徴とする冷凍回路。
【請求項２】
圧縮機、凝縮器、レシーバタンク、膨張弁および蒸発器の順に、冷媒を循環させる冷凍回路において、
前記レシーバタンクから前記膨張弁に前記冷媒を供給する冷媒液管との間で熱交換を行う給水管が設けられ、
前記冷媒液管は、
前記給水管との間で熱交換を行い、前記冷媒液管内の前記冷媒を冷却する熱交換部と、
前記熱交換部と前記膨張弁との間に、前記冷媒液管内の前記冷媒の温度または圧力を検出する検出手段と
を備え、
前記給水管は、前記検出手段により検出された前記冷媒の温度または圧力に応じて弁の開度を調節する給水弁を備えたことを特徴とする冷凍回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、凝縮器、レシーバタンク、膨張弁、蒸発器からなる冷凍回路を有する、例えばオーガ式製氷機では、夏場の時期に、製氷能力を確保しながら冷凍負荷を軽減するため、空冷の凝縮器の他に、水冷凝縮器を用いた冷凍回路が、特許文献１に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−９１７５６号公報
【０００４】
このような水冷凝縮器を用いた冷凍回路を図８に示す。
圧縮機１には、空冷凝縮器２、水冷凝縮器３、レシーバタンク４、膨張弁５、蒸発器６が接続され、冷媒が図示した矢印方向に循環する。
圧縮機１により圧縮された高温高圧の冷媒は、空冷凝縮器２においてファン７により空気冷却される。次に、冷媒は、水冷凝縮器３において、給水弁８を介して水冷凝縮器３に供給される水により冷却される。さらに、冷媒は再度空冷凝縮器２に戻され空気冷却される。
低温高圧の液冷媒は膨張弁５で膨張し、蒸発器６で蒸発して熱を外部から奪う。
図８のモリエル線図に示されように、冷媒は、圧縮機１においてａ１→ｂ１に変化し、空冷凝縮器２および水冷凝縮器３を介することにより、ｂ１→ｃ１に変化する。さらに、膨張弁５においてｃ１→ｄ１に変化し、蒸発器６においてｄ１→a１に変化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、夏場のように、外気温度が高い場合、膨張弁５の入口の液冷媒は、ほとんど過冷却のない状態であり、夏場の氷の必要な時に、製氷能力不足になる場合がある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、製氷能力をとくに必要とする夏場において、製氷能力を向上させることができる冷凍回路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】
この発明に係る冷凍回路は、圧縮機、凝縮器、レシーバタンク、膨張弁および蒸発器の順に、冷媒を循環させる冷凍回路であって、凝縮器が、この凝縮器を流れる冷媒を、給水管を流れる水により冷却する水冷凝縮器を含む冷凍回路において、レシーバタンクから膨張弁に冷媒を供給する冷媒液管は、給水管との間で熱交換を行い、冷媒液管内の冷媒を冷却する熱交換部を備えたことを特徴とするものである。
また、この発明に係る冷凍回路は、圧縮機、凝縮器、レシーバタンク、膨張弁および蒸発器の順に、冷媒を循環させる冷凍回路において、レシーバタンクから膨張弁に冷媒を供給する冷媒液管との間で熱交換を行う給水管が設けられ、冷媒液管は、給水管との間で熱交換を行い、冷媒液管内の冷媒を冷却する熱交換部と、熱交換部と膨張弁との間に、冷媒液管内の冷媒の温度または圧力を検出する検出手段とを備え、給水管は、検出手段により検出された冷媒の温度または圧力に応じて弁の開度を調節する給水弁を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、レシーバタンクから膨張弁に冷媒を供給する冷媒液管は、水冷凝縮器においても冷媒を冷却する給水管との間で、熱交換を行う熱交換部とを備えているので、製氷能力をとくに必要とする夏場において、冷凍回路の製氷能力を向上させることができる。
また、この発明によれば、レシーバタンクから膨張弁に冷媒を供給する冷媒液管は、給水管との間で熱交換を行う熱交換部と、この熱交換部を通過した冷媒の温度または圧力を検出する検出手段とを備え、給水管は検出手段により検出された冷媒の温度または圧力に応じて弁の開度を調節する給水弁を備えているので、製氷能力をとくに必要とする夏場において、冷凍回路の製氷能力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態に冷凍回路の構成を示す。
圧縮機１、空冷凝縮器２、水冷凝縮器３、レシーバタンク（受液器）４、膨張弁５、蒸発器６が順次接続され、冷媒が図示した矢印方向に循環する。
蒸発器６には感温筒５ａが設けられ、蒸発器６を出る冷媒ガスの過熱度の変化をこの感温筒５ａで検知して、膨張弁５は蒸発器６に入る冷媒量を調節して過熱度を一定に保っている。
【０００９】
また、水冷凝縮器３には、給水弁８に接続された給水管９および空冷凝縮器２に接続された冷媒液管１０が設けられている。給水弁８は、冷凍回路の圧縮機１の吐出側の冷媒の圧力に応じて弁が開閉するように、すなわち高圧冷媒の圧力が上昇して、弁開閉設定圧を越えると開くように構成されている。ここで、弁開閉設定圧は、製氷能力の低下を招く夏場に弁が開くように設定されている。
【００１０】
内部を冷媒が流れ、レシーバタンク４と膨張弁５とを接続する冷媒液管１１には、蒸発器６および圧縮機１を接続する吸入冷媒管１３と熱交換を行う冷媒間熱交換部１４が設けられている。また、冷媒液管１１の冷媒間熱交換部１４およびレシーバタンク４の間には、給水管９と熱交換を行う水冷媒間熱交換部１２が設けられている。ここで、水冷媒間熱交換部１２は、給水管９との間で熱交換を行い、冷媒液管１１内の冷媒を冷却する熱交換部を構成する。
【００１１】
ここで、水冷媒間熱交換部１２の詳細な構造を図２および図３に示す。
給水管９の一部は、冷媒液管１１の一部と平行に配置され、給水管９の外周部９ａは、冷媒液管１１の外周部１１ａと長手方向において長さＬだけ接触した状態で、その周囲が半田付けされ固定されている。給水管９と冷媒液管１１との接触部１６および周囲の半田付け部１５により水冷媒間熱交換部１２が構成される。
また、冷媒間熱交換部１４は、図３に示した水冷媒間熱交換部１２の構造における給水管９を吸入冷媒管１３に置き換えた構造であり、その他の構造は水冷媒間熱交換部１２と同一であるためその説明は省略する。
【００１２】
次に、この発明の実施の形態に係る冷凍回路の動作を図４のモリエル線図を用いて説明する。
冷媒は、圧縮機１においてａ２→ｂ２に変化し、空冷凝縮器２および水冷凝縮器３を介することにより、ｂ２→ｃ２１に変化する。
空冷凝縮器２からレシーバタンク４に戻った冷媒は、レシーバタンク４から膨張弁５に向かう途中で、水冷媒間熱交換部１２により給水管９と冷媒液管１１との間で熱交換が行われる。すなわち、給水弁８により給水管９には外気温度に比べ約５〜１０度（Ｋ）低い水が供給される。水冷媒間熱交換部１２の冷媒液管１１内には外気温度に比べ約１０度（Ｋ）高い冷媒が流れている。したがって、給水管９内を流れる水は、冷媒液管１１内を流れる冷媒と熱交換して、最大約２０度（Ｋ）の温度差を利用して冷媒から熱を奪う。これにより、冷媒はモリエル線図上でｃ２１→ｃ２２までさらに過冷却され、冷凍効果がｒ１だけ増加する。
次に、冷媒間熱交換部１４により吸入冷媒管１３と冷媒液管１１との間で熱交換が行われる。これにより、冷媒液管１１内の冷媒から熱が奪われ、冷媒はｃ２２→ｃ２までさらに過冷却され、冷凍効果がさらにｒ２だけ増加する。
このように過冷却された液冷媒は、膨張弁５においてｃ２→ｄ２に変化し、蒸発器６においてｄ２→a２１まで変化し、従来のように過冷却のないときの冷凍効果ｒ０と比較して、ｒ０にｒ１およびｒ２を加えた冷凍効果ｒを得ることができる。なお、蒸発器６を出た冷媒は、水冷媒間熱交換部１２により、吸入冷媒管１３内の冷媒が冷媒液管１１内の冷媒から熱を吸収するため、ｒ２分のエンタルピーが上昇し、ａ２１→a２まで変化し、圧縮機１に導入される。
【００１３】
このように、水冷凝縮器３に給水される給水管９を利用して、給水管９の水により冷凍回路の冷媒液管１１の冷媒を冷却するので、液冷媒の過冷却の度合いが増加し、冷凍効果が増え、冷凍回路の製氷能力を向上させることができる。
したがって、製氷能力をとくに必要とする夏場においても、製氷能力が不足することはない。また、給水管９と冷媒液管１１とを所定の長さＬだけ接触させて半田付けだけで熱交換部を構成したため、安価な費用で製氷能力を向上できる。
【００１４】
冷媒液管１１には、吸入冷媒管１３との熱交換を行う冷媒間熱交換部１４だけでなく給水管９との熱交換を行う水冷媒間熱交換部１２を設けたので、冷媒間熱交換部１４における熱交換量を増やした場合に発生する冷媒循環量の低下を防止できる。
すなわち、冷媒間熱交換部１４での熱交換量が増えると、圧縮機１に吸入される冷媒ガスの比体積が増加し、冷凍回路内の冷媒循環量が減少し、製氷能力の低下を招くことになる。また、圧縮機１に吸入される冷媒ガスの温度上昇により圧縮機１から吐出する冷媒ガスの吐出温度も上昇して冷凍回路の信頼性の低下させるおそれがある。
しかしながら、このように、水冷媒間熱交換部１２を設けることにより、冷媒間熱交換部１４の熱交換負荷を低減して、圧縮機１への吸入ガスの比体積増加による能力低下や過熱を防止して信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、給水管９との熱交換を行う水冷媒間熱交換部１２の位置が、吸入冷媒管１３との熱交換を行う冷媒間熱交換部１４よりもレシーバタンク４側に設けたので、冷媒液管１１内の液冷媒との熱交換を、給水管９の水、吸入冷媒管１３の冷媒と、温度の低い順で行うことにより、液冷媒の温度を順次下げることができ、過冷却を効率的に行うことができる。
【００１６】
なお、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
実施の形態２．
実施の形態１においては、水冷媒間熱交換部１２の構造は、給水管９および冷媒液管１１を半付けにより接続させて熱交換させるものであっったが、これに代えて、図５に示されるように、箔テープ２５を用いることもできる。
互いに接触した給水管９および冷媒液管１１の外周部には、軸方向に沿って熱交換に必要な長さ分、銅材料からなる箔テープ２５が巻き付けられている。
このように、銅製の箔テープ２５を巻き付けることによっても、給水管９および冷媒液管１１間で熱交換が行われ、冷媒液管１１内の冷媒を冷却することができる。さらに、給水管９および冷媒液管１１が、半田付けに不適当な異種金属材料から構成されていても、容易に熱交換器としての機能を持たせることができる。また、この発明に係る冷凍回路が組み込まれた製氷機等が設置されて稼働している現場において、このような給水管９および冷媒液管１１による熱交換器構造ならば、半田付けに比べて容易に作ることができ、迅速な市場対応を行うことができる。
【００１８】
実施の形態３．
実施の形態１および２においては、水冷媒間熱交換部１２の構造は、給水管９および冷媒液管１１の外周部同士を接続する構造であったが、これに代えて、図６に示されるように、二重管式熱交換器３１を用いることもできる。
二重管式熱交換器３１において、冷媒液管を構成する内管３２には、レシーバタンクから蒸発器に向かって流体Ａとして、液冷媒が流れている。一方、内管３２の外周を覆うように形成され、給水管を構成する外管３３には、流体Ｂとして、水が液冷媒と反対方向に流れている。
このように、二重管を用いて水冷媒間熱交換部を構成しても、冷媒液管３２および給水管３３間で熱交換が行われ、冷媒液管３２内の冷媒を冷却することができる。とくに、このような二重管を用いた場合、熱交換効率を高めることができる。
また、圧力が高い液冷媒は内管３２内を流れるが、内管３２は径が細いため、高圧の液冷媒を流しても、管自体の耐圧が高いので肉厚を薄くすることができる。
【００１９】
なお、給水管を流れる水に関して、水質が悪い場合は、内管３２を給水管として、外管３３を冷媒液管として利用してもよい。給水管の水を外管３３に流した場合、水質が悪い場合、スケールが袋状になった外管３３内に滞留することがなる。逆に、内管３２を流れる流体Ａが水で、外管３３を流れる流体Ｂが液冷媒となるように構成すると、管内の洗浄が容易な内管３２を水が流れるため、スケールの除去等の管の洗浄が容易となる。
【００２０】
実施の形態４．
この発明の実施の形態５に係る冷凍回路の構成を図７に示す。この冷凍回路の構成は、ファン４１により冷媒を冷却する空冷凝縮器４２が製氷機本体と分離して配置されている。
圧縮機１、空冷凝縮器４２、レシーバタンク４、膨張弁５、蒸発器６が順次接続され、冷媒が図示した矢印方向に循環する。
冷媒液管１１には、吸入冷媒管１３と熱交換を行う冷媒間熱交換部１４が設けられている。また、冷媒液管１１内の冷媒より温度の低い水が内部を流れる給水管４３が設けられている。
冷媒間熱交換部１４と、レシーバタンク４との間には、給水管４３との間で熱交換を行う水冷媒間熱交換部４６が設けられている。
さらに、冷媒液管１１には、水冷媒間熱交換部４６と膨張弁５との間に、冷媒液管１１内の冷媒の温度を検出する検出手段として、温度センサ４５が設けられている。
一方、給水管４３には、給水弁として、温度センサ４５により検出された冷媒の温度に応じて弁の開度を調節する温度式給水弁４４が設けられている。
なお、温度センサ４５の代わりに、冷媒液管１１内の冷媒の圧力を検出する検出手段として圧力センサを設け、温度式給水弁４４の代わりに、圧力センサにより検出された冷媒の圧力に応じて弁の開度を調節する圧力式給水弁を設けてもよい。
【００２１】
以上のように構成された冷凍回路では、水冷媒間熱交換部４６を通過した後の冷媒の温度が、設定値以上であると、温度式給水弁４４が開くことにより給水管４３の水が、冷媒液管１１内の冷媒を冷却する。したがって、製氷能力をとくに必要とする夏場においても、製氷能力が不足することはない。
【００２２】
なお、上述した実施の形態において、レシーバタンクから膨張弁まで繋がる冷媒液管の外周部を断熱材で覆うと、さらに冷凍回路の製氷能力が向上するとともに、冷凍回路が配置される機械室内の熱気で、冷媒液管１１が加熱することがない。また、冷媒液管の結露し、水滴の滴下による錆や菌が発生するのを防止できる。
給水管についても外周部を断熱材で覆うことで、冷媒液管と同様に、製氷能力が向上し、錆や菌の発生も防止できる。
レシーバタンクや水冷凝縮器を機械室の外気取り入れ口に配置して、積極的に外気と熱交換が行えるようにすると、冷凍回路が機械室の熱気で加熱されることがなくなる。
上述した、この発明に係る冷凍回路は、オーガ式製氷機をはじめとする製氷機に適用することに限定されるものはない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷凍回路の構成を示す概略図である。
【図２】図１の冷凍回路に用いられる熱交換部の構造を示す側面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】実施の形態１に係る冷凍回路の冷媒の状況を説明するモリエル線図である。
【図５】実施の形態２に係る冷凍回路の熱交換部の構造を示す断面図である。
【図６】実施の形態３に係る冷凍回路の熱交換部の構造を示す断面図である。
【図７】実施の形態４に係る冷凍回路の構成を示す概略図である。
【図８】従来の冷凍回路の構成を示す概略図である。
【図９】従来の冷凍回路の冷媒の状況を説明するモリエル線図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  圧縮機、２，４２  空冷凝縮器、３  水冷凝縮器、４  レシーバタンク、５  膨張弁、６  蒸発器、９  給水管、１１  冷媒液管、１２，３１，４６  水冷媒間熱交換部（熱交換部）、３２  内管、３３  外管、４４  給水弁、４５  温度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005090781.tif 000009
【図８】
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【図９】
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