JP2585687B2 - 製氷用蒸発器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、製氷用溶液からシャーベット状の氷を生成
して、例えば冷房等の冷熱源として利用できるようにし
た製氷用蒸発器に関する。

（従来の技術） 従来、この種の製氷用蒸発器は、例えば特開昭56−25
67号公報に開示され、又、第８図に示すように、製氷用
溶液を供給する内管（Ａ）内に、外周部ブレード（Ｆ）
を備えた回転ドラム（Ｄ）を内装すると共に、内管
（Ａ）と外管（Ｂ）との間に、圧縮機を用いて構成され
る冷凍装置における蒸発用熱交換器（Ｅ）をコイル状に
して内装し、蒸発用熱交換器（Ｅ）からの冷却作用と、
ブレード（Ｆ）による氷の剥ぎ取り作用とにより、前記
溶液をシャーベット状の氷と成し、下方に配設する蓄熱
槽（Ｃ）に、室内ユニット（Ｕ）・・・・へ供給する冷
房用冷熱源として蓄えるようにしている。

尚、第８図中、（Ｐ）は蓄熱槽（Ｃ）の液域から内管
（Ａ）の上方に溶液を吸上げる循環ポンプである。

（発明が解決しようとする課題） 所で、内管（Ａ）を流通する製氷用溶液は、その内周
面を伝熱面として冷媒により冷却されて氷の結晶を生成
するに至るのであるが、この場合、内管（Ａ）の内周面
に付着する氷をブレード（Ｆ）で確実に剥ぎ取るように
しないと、該内周面に付着した氷が成長し、溶液の流通
が阻害されて氷の生成が行いがたくなると共に、回転ド
ラム（Ｄ）の回転も阻害され、場合によっては、該回転
ドラムの凍結ロックが起こるのであった。

これに対し、ブレード（Ｆ）により内周面に付着する
氷を確実に剥ぎ取るようにするために、例えばブレード
（Ｆ）の先端と内周面との間の隙間が極めて小さくなる
ように、該ブレード（Ｆ）を回転ドラム（Ｄ）に取付け
ることが考えられる。しかし、運転開始当初は、内管
（Ａ）内に供給される溶液温度も、蒸発用熱交換器
（Ｅ）に供給される冷媒温度も未だ十分に低温状態に達
しておらず、氷の生成は運転開始から時間遅れで起こる
ものであるから、氷を剥ぎ取る必要のない時でもブレー
ド（Ｆ）の内周面への接触摩擦力によって該内周面の摩
耗が大きくなったり、又、回転ドラム（Ｄ）の回転負荷
が不必要に大きくなり、運転全般からみた場合得策だと
はいいがたい。

本発明では、氷の生成のない非製氷時と氷が生成され
る製氷時との２つの運転ステージがある点、及び、回転
ドラムの回転に伴いブレードには溶液からの反力が作用
する点に着目し、非製氷時と製氷時とに、ブレードの内
管内周面に対する接触摩擦力を変えることができる構造
にし、全体としてブレード及び内管の耐久性を向上でき
るようにすると共に、非製氷時には回転ドラムの回転負
荷を低減でき、又、製氷時には確実な氷の剥ぎ取りが行
える製氷用蒸発器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） そこで、本発明では、製氷用溶液を流通させる内管
（２）と、冷媒を流通させる外管（３）とを備え、前記
内管（２）に、該内管（２）の内周面（20）に摺接する
ブレード（４）を備えた回転ドラム（５）を内装し、前
記内周面（20）を伝熱面として前記溶液と冷媒との熱交
換を行わせ、前記外管（３）に供給する冷媒の温度によ
り前記溶液の製氷運転と非製氷運転とを可能にした製氷
用蒸発器であって、前記ブレード（４）を前記回転ドラ
ム（５）に、該ブレード（４）の基端部（41）と先端部
（42）とを結ぶ直線が、前記回転ドラム（５）の径方向
に対し傾斜状に延びて、前記先端部（42）が前記内周面
（20）に接触するごとく支持すると共に、製氷運転時、
前記回転ドラム（５）を、前記ブレード（４）の先端部
（42）が基端部（41）に対し回転方向前方側に位置され
るように正転させ、又、非製氷運転時、前記回転ドラム
（５）を、前記ブレード（４）の先端部（42）が基端部
（41）に対し回転方向後方側に位置されるように逆転さ
せる回転制御手段（９）を設けたことを特徴とするもの
である。

（作用） 非製氷運転時、ブレード（４）の先端部（42）が基端
部（41）に対し回転方向後方側に位置されるように逆転
される。この時、ブレード（４）には内管（２）内の溶
液の反力が作用するが、この反力は、該ブレード（４）
を伝熱面（20）から離間させる方向に働くことになる。
このため、ブレード（４）の先端部（42）と内周面（2
0）との間の接触力が低減され、先端部（42）と内周面
（20）との間の摺動摩耗が低減できる。又、回転ドラム
（５）の回転負荷も低減できる。尚、内管（２）内の溶
液は、ブレード（４）が回転することにより撹拌され、
その熱交換は促進される。

製氷運転時、ブレード（４）の先端部（42）が基端部
（41）に対し回転方向前方側に位置されるように正転さ
れる。このため、ブレード（４）の先端部（42）は、溶
液からの反力で、内周面（20）に押し付けらる。よって
内周面（20）に付着する氷は確実に剥ぎ取られて、回転
ドラム（５）の凍結は防止できる。

（実施例） 第６図及び第７図に示す製氷用蒸発器（１）は、軸方
向一端に製氷用溶液の流入口（21）を、他端に前記溶液
の流出口（22）を設けた内管（２）と、冷媒の取入口
（31）と取出口（32）とを設けた外管（３）とを備え、
前記内管（２）に、該内管（２）の内周面（20）に摺接
するブレード（４）を備えた回転ドラム（５）を内装
し、前記内周面（20）を伝熱面として前記冷媒により溶
液を冷却するようにしている。

伝熱面となる内周面（20）は、所謂ホーニング加工等
の鏡面加工により、高精度に仕上げている。

前記ブレード（４）は、回転ドラム（５）の軸方向長
さに沿って４分割して４対（4a,4a）（4b,4b）（4c,4
c）（4d,4d）配設され、各一対は互いに回転ドラム
（５）の円周上180゜隔てて対向状に設けられ、又、各
対は該回転ドラム（５）の軸方向長さに沿って互いに45
℃づつ偏位させて設けている。

又、ブレード（４）は回転ドラム（５）に、第１図に
明示するように、該ブレード（４）の基端部（41）と先
端部（42）とを結ぶ直線が、回転ドラム（５）の径方向
に対し傾斜状に延びて、先端部（42）が内周面（20）に
接触するように支持している。その支持は、第２図に示
すように、回転ドラム（５）の外周面に突設する取付片
（51）に、基端部（41）をシャフト（52）で挿通して行
うもので、該シャフト（52）を中心にブレード（４）は
揺動自由とされる。又、シャフト（52）には、一端を取
付片（51）に係止し、他端をブレード（４）に当接する
コイルバネ（53）を套嵌し、常時、ブレード（４）の先
端部（42）を内周面（20）に弾接させるようにしてい
る。

更に、ブレード（４）は、全体をポリエチレン等の硬
質合成樹脂で形成するものであり、先端部（42）は、先
鋭にカットされて内周面（20）の接線方向に鋭角状に当
接されている。

以上構成する蒸発器（１）は、第５図に示すように、
２台を一対にして、各回転ドラム（５）（５）の駆動軸
（50）（50）を１台のモータ（M2）で駆動している。
又、各内管（２）（２）は連絡管（63）で直列に接続さ
れ、初段側の流入口（21）と後段側の流出口（22）と
に、溶液の供給管（61）及び戻し管（62）を結合して蓄
熱槽（６）を接続し、供給管（61）に介装する循環ポン
プ（７）を介して蓄熱槽（６）と各内管（２）（２）と
の間で溶液を循環させるようにしている。一方、各外管
（３）（３）は互いに並列に接続されて、圧縮機（８）
を備える冷凍装置（10）に連結されている。

冷凍装置（10）は、圧縮機（８）の吐出側から、油分
離器（11）、水冷式凝縮器（12）を介装すると共に、分
流器（13）を介して２系統の分岐路（14）（14）を並列
に設け、該各分岐路に、凝縮した高圧液冷倍を膨張させ
るエジェクター（15）と、膨張後の低圧液冷媒の蒸発作
用を行わせる前記外管（３）とを介装して、その出口を
ヘッド（16）で結合し、更にアキュムレータ（17）を介
して圧縮機（８）の吸入側に接続して成るものである。

尚、第５図中、（18）は、凝集器（12）の出口管（12
0）と圧縮機（８）の吸入管（80）とを熱交換可能に付
設して成る吸入熱交換器、（19）は各エジェクター（1
5）の均圧管、又、（M3）は圧縮機モータ、（SV）は閉
鎖弁、（BV）は逆止弁、（RI）はリキッドアイ、（DF）
はドライヤフィルタ、（HPS）は高圧圧力検出器、（H
G）は同高圧圧力ゲージ、（LPS）は低圧圧力検出器、
（LG）は同低圧圧力ゲージである。又、（Th）は製氷用
溶液の出口温度を検出するサーミスタ、（M1）は循環ポ
ンプ（７）の駆動モータである。

そして、各外管（３）の出口を統合するヘッダ（16）
の出口近くに、蒸発圧力を検出する蒸発圧力検出器（P
S）を設けて、冷媒の蒸発圧力を検出可能にする。尚、
蒸発圧力検出には、前記低圧圧力検出器（LPS）で代用
できるが、外管（３）の出口に近い前記検出器（PS）の
方がより正確な値が検出できる。

又、回転ドラム（５）を駆動するモータ（M2）は、例
えば三相誘導電動機を用い、相入れ替えにより正逆転可
能にする。

こうして、前記蒸発圧力検出器（PS）の検出結果か
ら、非製氷時と製氷時とを峻別し、モータ（M2）を相入
れ替えにより正転又は逆転させる回転制御手段（９）を
設け、製氷運転の開始から、第３図に示す手順に従って
回転ドラム（５）の回転制御を行う。

まず、運転開始頭初は、溶液温度及び冷媒温度が共に
高く、又、その冷媒の蒸発圧力も高く、未だ各内管
（２）内に氷の発生はなく、非製氷時であり、回転ドラ
ム（５）を、第１図中点線矢印で示す向き、すなわち、
ブレード（４）の先端部（42）が基端部（41）に対し回
転方向後方側に位置されるように逆転させる。この時、
ブレード（４）には内管（２）内の溶液の反力が作用す
るが、この溶液の反力は、該ブレード（４）を伝熱面
（20）から離間させる方向に働くことになるため、該ブ
レード（４）の先端部（42）と内周面（20）との間の接
触力が低減され、先端部（42）と内周面（20）との間の
摺動摩耗が低減できると共に、回転ドラムの回転負荷す
なわちモータ（M2）の負荷軽減もなし得る。又、内管
（２）内の溶液は、ブレード（４）が回転することによ
り、撹拌され、該溶液の冷却作用が促進されて、該溶液
の温度低下を促進できる。

時間経過に伴い、第４図に示すように、溶液の出口温
度は低下していき、又、冷媒の蒸発圧力も低下してい
く。溶液が凍り始めると、伝熱面たる内周面（20）に氷
が付着するため、該内周面（20）での伝熱性能が低下
し、冷媒の蒸発圧力は、一時的に急激に低下することに
なる。この急激な圧力変化は、蒸発圧力検出器（PS）で
時々刻々検出される蒸発圧力の変化割合が急激に増加す
ることにより検出される。この急激な圧力低下の後、回
転ドラム（５）を、第１図中実線矢印で示す向き、すな
わち、ブレード（４）の先端部（42）が基端部（41）に
対し回転方向前方側に位置されるように正転させる。従
って、ブレード（４）の先端部（42）は、溶液からの反
力と、コイルスプリング（53）の付勢力とで、内周面
（20）に押し付けられ、該内周面（20）に付着する氷を
確実に剥ぎ取ることができ、回転ドラム（５）の凍結は
防止できる。

尚、上記実施例では、検出蒸発圧力が一時的に低下す
る時を検出して、非製氷運転と製氷運転とを峻別した
が、この一時的な圧力低下後は、溶液温度はその氷結の
ためほぼ一定となり、又、溶液と冷媒との熱の授受は、
溶液の氷結のための潜熱のみで、冷媒の蒸発圧力もほぼ
一定となることから、数分程度の粗いサンプリング時間
で、サーミスタ（Th）により溶液出口温度を検出する
か、あるいは、その粗いサンプリング時間で、前記蒸発
圧力検出器（PS）により蒸発圧力を検出し、その時系列
で検出される検出結果に変化があるかどうかを調べ、一
定であるならば製氷運転に移行するようにしてもよい。

又、上記実施例では、一連の製氷運転の中で、運転開
始当初と時間経過後とで非製氷時と製氷時とを峻別する
ようにしたが、非製氷／製氷の峻別は、これに限るもの
ではなく、例えば、製氷用蒸発器（１）が、氷の生成の
みならず、冷水の生成あるいは温水の生成などの多目的
に使用されるような場合には、氷を作ろとする運転と、
温水等を生成する運転とで、非製氷時と製氷時とを峻別
するようにしてもよい。この場合、２種類の運転を切換
えるスイッチ等に連動して、回転ドラム（５）の正逆転
制御を行うこともできる。

（発明の効果） 以上、本発明では、ブレード（４）を回転ドラム
（５）に、ブレード（４）の基端部（41）と先端部（4
2）とを結ぶ直線が、回転ドラム（５）の放線に対し傾
斜状に延びて、先端部（42）が内管（２）の内周面（2
0）に接触するごとく支持すると共に、製氷運転時、回
転ドラム（５）を、ブレード（４）の先端部（42）が基
端部（41）に対し回転方向前方側に位置されるように正
転させ、又、非製氷運転時、回転ドラム（５）を、ブレ
ード（４）の先端部（42）が基端部（41）に対し回転方
向後方側に位置されるように逆転させるようにしたか
ら、製氷運転時には、ブレード（４）の内周面（20）へ
の押し付け力を緩和できると共に、回転ドラム（５）の
回転負荷を低減することができ、又、製氷運転時には、
内周面（20）に付着する氷を確実にかきとることがで
き、運転全般からみた、ブレード（４）の先端部（42）
及び内管（２）の内周面（20）の耐久性を向上でき、そ
れでいて、良好な製氷が行えるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明製氷用蒸発器の要部断面図、第２図は同
要部の拡大斜視図、第３図は回転制御手段による制御手
順を示す図、第４図は一連の製氷運転における溶液出口
温度と冷媒の蒸発圧力との経時変化を示す図、第５図は
製氷装置全体の配管系統図、第６図は製氷用蒸発器の全
体を示す一部切欠側断面図、第７図はその縦断面図、第
８図は従来例の配管系統図である。 （２）……内管 （20）……内周面 （３）……外管 （４）……ブレード （41）……基端部 （42）……先端部 （５）……回転ドラム （９）……回転制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉多 明 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工 業株式会社堺製作所金岡工場内 (56)参考文献 特開 昭58−2567（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−210788（ＪＰ，Ａ) 実公 昭42−18539（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】製氷用溶液を流通させる内管（２）と、冷
   媒を流通させる外管（３）とを備え、前記内管（２）
   に、該内管（２）の内周面（20）に摺接するブレード
   （４）を備えた回転ドラム（５）を内装し、前記内周面
   （20）を伝熱面として前記溶液と冷媒との熱交換を行わ
   せ、前記外管（３）に供給する冷媒の温度により前記溶
   液の製氷運転と非製氷運転とを可能にした製氷用蒸発器
   であって、前記ブレード（４）を前記回転ドラム（５）
   に、該ブレード（４）の基端部（41）と先端部（42）と
   を結ぶ直線が、前記回転ドラム（５）の径方向に対し傾
   斜状に延びて、前記先端部（42）が前記内周面（20）に
   接触するごとく支持すると共に、製氷運転時、前記回転
   ドラム（５）を、前記ブレード（４）の先端部（42）が
   基端部（41）に対し回転方向前方側に位置されるように
   正転させ、又、非製氷運転時、前記回転ドラム（５）
   を、前記ブレード（４）の先端部（42）が基端部（41）
   に対し回転方向後方側に位置されるように逆転させる回
   転制御手段（９）を設けたことを特徴とする製氷用蒸発
   器。