JP3906381B2 - 食器洗浄機の熱交換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば食器洗浄機からの排湯のようなアルカリ性の排湯の熱を利用して水や冷媒等の流体を昇温する熱交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば食器洗浄機の分野においては、省エネを図ってランニングコストを下げると言う観点から、すすぎ完了後の排湯の熱を利用して新たに供給されるすすぎ水を昇温するということが行われている。具体的には、食器洗浄機からの排湯を回収するタンク内に、すすぎ水の原水を給送する給送管を設け、原水を給送管に給送する間に排湯と熱交換させて原水を昇温するというものである。
一般に熱交換用の給送管としては、熱伝導性に優れた銅管が好適とされる。一方食器洗浄機では、油脂分を良好に除去できるようにアルカリ洗剤を使用しており、したがって食器洗浄機からの排湯は強アルカリ性のものであって、ｐＨ１１位とされている。上記した銅管は、強アルカリの水溶液中ではいくらか腐食する傾向にあり、しかも排湯は５０〜６０℃と比較的高い温度で供給されるため、腐食反応が起こりやすい条件下にあると言え、銅管単体では耐食性に問題がある。
そのため従来、この種の食器洗浄機の排湯と熱交換する場合には、銅管の外面に、アルカリに強いニッケルメッキを施した給送管が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらメッキは完璧に行えることはまずあり得ず、ピンホールができてしまう。このようにピンホールがあると、その部分から銅管が早期に腐食し、給送管に孔が開いてしまう心配があった。すなわち従来のものでは、耐久性において必ずしも満足のいくものとは言えなかった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、アルカリ性の排湯に浸漬して使用される給送管に対してその耐食性を高め、もって耐久性を向上させた熱交換装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、洗浄タンク内の洗浄水により食器を洗浄したのち同洗浄水を前記洗浄タンクに回収する洗浄サイクルに続いて、貯湯タンクに溜められた温水によりすすぎを行い同温水を前記洗浄タンクに回収するすすぎサイクルが実行され、このすすぎサイクルの実行に伴って前記洗浄タンクからオーバーフローしたアルカリ性の排湯が排湯回収タンクに回収可能とされた食器洗浄機において、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を配管接続することで冷凍サイクルを構成したヒートポンプが具備され、このヒートポンプにおける前記蒸発器が前記排湯回収タンク内に熱交換可能に設けられるとともに、前記凝縮器が原水の給水管と熱交換可能に設けられ、また前記貯湯タンクには、貯留された温水が所定量を下回るとオフし、補給により所定量を回復したところでオンするフロートスイッチが備えられ、前記すすぎサイクルに入り前記フロートスイッチがオフとなったところで前記ヒートポンプの圧縮機が運転されることにより、排湯から熱を回収しつつ原水を昇温することで温水を生成して前記貯湯タンクに供給され、温水が補給されて前記フロートスイッチがオンとなったところで前記圧縮機が停止するようになっており、かつ前記蒸発器が、銅管の外面に錫メッキを施して形成されているとともに、前記排湯回収タンクには常開式の排水弁機構が設けられ、前記フロートスイッチがオフとなったときに前記排水弁を閉弁し、そののち同フロートスイッチがオンとなったところで同排水弁を開弁制御する制御手段が設けられている構成としたところに特徴を有する。
【０００５】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
本発明の蒸発器によれば以下のような作用を呈する。銅と比較してアルカリに弱い錫のメッキが施されているので、錫が銅に対して犠牲陽極として機能して、銅よりも優先的に排湯中に溶出し、錫メッキがいくらかでも銅管の外面に残っている間は、銅管の腐食は始まらない。錫メッキにピンホールがあった場合にも、銅管の腐食については何ら悪影響はない。これにより、蒸発器の耐食性が実質的に高められ、熱交換装置の製品寿命を大幅に延ばすことができる。
また、ヒートポンプの運転が終了した時点で直ちに排湯を排出するようにしたから、蒸発器が排湯中に浸漬している時間、すなわち腐食反応する時間が大幅に短縮でき、製品寿命をさらに延ばすことが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図７に基づいて説明する。ここでは、食器洗浄器で使用するすすぎ用の温水をヒートポンプを備えた温水生成装置で生成する場合であって、そのヒートポンプを構成する冷凍サイクルの蒸発器部分に流通する冷媒と、食器洗浄機からの排湯とを熱交換する部分に本発明を適用した例を示している。
図１において、符号１は食器洗浄機であって、その側方に、ヒートポンプ２１を装備した温水生成装置２０が設置される。まず食器洗浄機１の構造について説明すると、その内部の上方側には、図示しないラックを介して食器が出し入れ可能に収納される洗浄室２が形成されており、この洗浄室２の上面側と下面側に、洗浄ノズル３とすすぎノズル４とが一対ずつ配設されている。洗浄室２の底面の一側には、アルカリ洗剤の混入された洗浄水を貯留する洗浄タンク６が形成され、そこに貯められた洗浄水は、洗浄ポンプ７により汲み上げられて上記した洗浄ノズル３から食器に向けて噴射され、そののち洗浄タンク６内に回収されるといったように循環供給される。
【０００７】
洗浄タンク６の下方には、すすぎ用の温水を貯留する貯湯タンク８が装備されている。この貯湯タンク８内には、詳しくは後記するように温水生成装置２０で生成された温水が、給湯弁９の介設された給水管１０により供給されて貯留される。貯められた温水は、すすぎポンプ１１により汲み上げられてすすぎノズル４から食器に向けて噴射され、上記の洗浄タンク６内に回収される。洗浄タンク６にはオーバーフローパイプ１３が装備されており、このオーバーフローパイプ１３は、洗浄タンク６からオーバーフローした排湯を取り込んで、排湯管１４を通して温水生成装置２０に設けられた排湯回収タンク３０内に排出するようになっている。なお、洗浄タンク６と貯湯タンク８内にはそれぞれヒータ１５，１６と図示しないサーモスタットが装備されていて、洗浄水は約６０℃に、すすぎ用の温水は約８０℃に保温されるようになっている。
すなわち食器が洗浄室２に収納されると、洗浄ノズル３から洗浄水が噴射されて食器が洗浄され、続いてすすぎノズル４から温水が噴射されてすすぎが行われる。そして、洗浄タンク６に回収し切れずにオーバーフローした排湯が温水生成装置２０側に排出されて排熱が回収され、その回収した熱が、給水管１０に給送される水道水等の原水と熱交換されることで温水が生成されて、上記した貯湯タンク８に供給されるようになっている。
【０００８】
続いて温水生成装置２０について説明する。この温水生成装置２０はヒートポンプ２１を備えており、箱状をなすケーシング２２内に収納されるようになっている。ヒートポンプ２１は、図６にも示すように、圧縮機２４、凝縮器２５、膨張弁２６及び蒸発器２７が循環接続され、その中に冷媒であるフロンガス（Ｒ−２２）が流通可能に封入されることで冷凍サイクルを構成している。
圧縮機２４は比較的大型のものであって、図２，３に示すように、ケーシング２２内の底面上に設置されている。その圧縮機２４の側方には、上記した食器洗浄機１から排湯を貯留する排湯回収タンク３０が設置されている。
【０００９】
この排湯回収タンク３０は、図４，５に示すように、その断面形状が、正方形の半分の領域を半円形とした形状に形成されており、上面の開口には、同じ断面形状で周縁に折曲部３１ａの形成された蓋板３１が被着されている。この排湯回収タンク３０内には、上記の冷凍サイクルの構成部品である蒸発器２７が収納されている。この蒸発器２７は、銅管６２の外周面に錫メッキ６３を施すことで形成されている。この蒸発器２７が、排湯回収タンク３０の半円形部の内周面に沿うようなコイル状に形成されて収納され、その入り口２７ａと出口２７ｂとが、正方形の角の部分に構成された余剰空間を通って蓋板３１の上面に突出され、冷媒配管２１ａと接続されている。
排湯回収タンク３０の上部の一側には排湯の導入口３２が設けられ、食器洗浄機１における洗浄タンク６のオーバーフローパイプ１３から引き出された排湯管１４と接続されており、洗浄タンク６からオーバーフローした排湯を導入し得るようになっている。他側には、排湯回収タンク３０自身のオーバーフロー水を排出する排出口３３が設けられ、排水管３４が接続されている。
【００１０】
上記した蓋板３１には、先端にプロペラ状の攪拌具３６を設けたシャフト３８が垂下して設けられ、攪拌具３６が蒸発器２７のコイルの内側の略中央高さ部分に位置するようになっていて、この攪拌具３６が、蓋板３１上に設けられた駆動モータ３７によりシャフト３８を介して回転駆動されるようになっている。
排湯回収タンク３０の底面には、常開式の排水弁４０が設けられている。詳細には、蓋板３１を貫通して上下動自由に装備されたロッド４１の先端に、底面に開口された弁口４２の上面側に接離して開閉する弁体４３が設けられ、ロッド４１を常には上動付勢するばね部材４４が設けられている。また、蓋板３１にはブラケット４５を介してソレノイド４６が下向きに取り付けられている。そして常には、ばね部材４４の弾力でロッド４１が上動付勢されて、ソレノイド４６のプランジャ４６ａに突き当たり、図５の鎖線に示すように弁体４３が引き上げられた状態となって弁口４２が開いており、ソレノイド４６が励磁されると、同図の実線に示すように、プランジャ４６ａが進出してロッド４１並びに弁体４３を付勢力に抗して押し下げることで弁口４２が閉じられるようになっている。この排水弁４０は上記した排水管３４に合流して接続されている。
また、排湯回収タンク３０の蓋板３１には、蒸発器２７に向けて温水を散水することでそれを洗浄するための２個の散水ノズル４８が設けられている。
【００１１】
凝縮器２５は大径のパイプ状に形成されており、その中に、すすぎ水の原水を給送する給水管１０の途中部分が挿通され、熱交換を可能とした二重管部２８が形成されている。この二重管部２８が、図２，３に示すように、ケーシング２２の２つの側面の内側にわたって回曲しつつ張り巡らされている。給水管１０の出口側は、上記のように食器洗浄機１の貯湯タンク８に接続されている。また膨張弁２６は、感温筒２６ａが付設された温度式のものである（図６参照）。なお、ケーシング２２内には、ヒートポンプ２１の冷凍サイクルや給排水等を制御するための装置を収納した制御ボックス４９が備えられている。
【００１２】
さらに図６によって冷凍サイクルについて言及する。圧縮機２４の高圧側と低圧側との間にはバイパス管５１が設けられ、そこに容量調整弁５２が設けられている。この容量調整弁５２は、熱負荷（熱源）が足りないときや、初期給湯時のようにまったく無いときに、高圧側のホットガスを低圧側にバイパスして、低圧側の圧力が過剰に低下することを防止するように機能する。
給水管１０における二重管部２８から出たところには、自動給水弁５３が設けられている。この自動給水弁５３は、高圧側の圧力を検知してそれに応じて給水量を調節し、高圧側の圧力を一定に保つように機能する。それに伴い、略一定温度の温水を取り出すことができる。
給水管１０における自動給水弁５３の上流側には、分流弁５４を介設した散水ホース５５が分岐して接続され、この散水ホース５５が、前記した排湯回収タンク３０の蓋板３１に設けられた散水ノズル４８に接続されている。この分流弁５４は、運転の停止時に開弁することで、二重管部２８内に残っている温水を排出し、蒸発器２７の洗浄に利用するとともに、運転立上り時の過渡的な凝縮能力不足を防止するように機能する。
【００１３】
凝縮器２５の出口側の冷媒配管２１ａと、原水の給水管１０における二重管部２８に入る手前側の部分とが密着状に並列配管されることにより、第１の補助熱交換部５７が構成されている。この第１補助熱交換部５７は、凝縮器２５から出た液冷媒とすすぎ水の原水との間で熱交換させることによって、原水を予熱するように機能する。
また、上記の第１補助熱交換部５７を構成する部分の下流側の冷媒配管２１ａと、蒸発器２７の出口側の冷媒配管２１ａとが同じく密着状に並列配管されることで、第２の補助熱交換部５８が構成されている。この第２補助熱交換部５８は、蒸発器２７を経た低温冷媒を凝縮器２５から出た高温液冷媒で加熱することにより、特に運転後半において圧縮機２４側への液戻り現象が起きるのを抑制し、併せて熱利用効率を高めるように機能する。
【００１４】
上記の第２補助熱交換部５８を構成する部分と、膨張弁２６との間における冷媒配管２１ａにはレシーバ５９が介設されている。このレシーバ５９は、例えば冷媒を過充填したときや、内部のバランスが崩れて液冷媒が過剰となった場合にそれを溜め、凝縮器２５に液冷媒が滞留するのを防止するように機能する。
レシーバ５９と膨張弁２６との間には冷媒電磁弁６０が介設されている。この冷媒電磁弁６０は、運転停止時に膨張弁２６から高圧ガスが低圧側に漏れることを防いで高圧力を維持するように機能する。
【００１５】
本実施形態は上記のような構造であって、続いてその作動を図７のタイミングチャートを参照しつつ説明する。洗浄運転は、食器洗浄機１の洗浄タンク６と貯湯タンク８とが満水の状態から行われる。
初めに洗浄すべき食器をラックに収めて洗浄室２内に収容する（ラック作業）。ラック作業が完了すると洗浄サイクルが開始され、洗浄タンク６内の洗浄水が洗浄ポンプ７で汲み上げられて洗浄ノズル３から噴出されるといった洗浄作業が数十秒間にわたって行われる。５秒程度の停止時間（水切り時間）があったのち、引き続いてすすぎサイクルが開始され、貯湯タンク８内の温水がすすぎポンプ１１で汲み上げられてすすぎノズル４から噴出されるといったすすぎ作業が７秒程度行われる。そののち５秒程度の停止時間（同じく水切り時間）が設定され、それにより１回の洗浄工程が完了する。
【００１６】
上記において、すすぎサイクルが開始されると、貯湯タンク８内に備えられたフロートスイッチがオフとなることで給湯弁９が開弁されるとともに、圧縮機２４がオンしてヒートポンプ２１が稼働し始める。同時に冷媒電磁弁６０も開弁される。また、排湯回収タンク３０に設けられたソレノイド４６が励磁されて常開式の排水弁４０が閉弁されるとともに、攪拌具３６が回転駆動される。すすぎサイクルの開始後に洗浄タンク６からオーバーフローしてくる排湯は、少し遅れて排湯回収タンク３０に流入し、実際に蒸発器２７が吸熱を始めるのは数秒後となる。
【００１７】
さて排湯回収タンク３０では、食器洗浄機１の洗浄タンク６からオーバーフローした排湯が少しずつ（数十秒をかけて）取り込まれる。排湯の取り込みの最中からヒートポンプ２１はフル運転して蒸発器２７に液冷媒を供給し、攪拌具３６により排湯が攪拌されて熱交換が促進されつつ吸熱を始める。実際に吸熱に掛けることのできる時間は数十秒であるため、膨張弁２６は比較的大きな流量（冷凍能力）のものが使用され、立上りからすぐに多くの冷媒が供給される。
その吸熱の最中に、まず洗浄タンク６からのオーバーフローが終わり、排湯回収タンク３０が満水となる。吸熱はさらに継続されるが、蒸発器２７に冷媒が十分に行き届くと、感温筒２６ａで検知される温度が低下することで膨張弁２６が閉じ始める。しかしながら、膨張弁２６の流量制御のタイミングがどうしても遅れるので少し液戻りぎみになる。そのため、第２補助熱交換部５８で加熱されることで液戻りの抑制が図られ、それと併せて熱利用効率の向上が図られる。
【００１８】
この吸熱動作の間、蒸発器２７はアルカリ性の排湯中に浸漬された状態となるが、蒸発器２７は、銅管６２の外面に錫メッキ６３を施した構造となっているから、錫が銅に対して犠牲陽極として機能して、銅よりも優先的に排湯中に溶出し、錫メッキ６３がいくらかでも銅管６２の外面に残っている間は、銅管６２の腐食は始まらない。もちろん、錫メッキ６３にピンホールがあった場合にも、銅管６２の腐食については何ら悪影響はない。また、排湯は熱回収されることで１５℃程度にまで温度が下げられるので、それだけ腐食も進みにくくなる。
【００１９】
この間、給水管１０に送給されたすすぎ水の原水は、第１補助熱交換部５７で予熱されたのち、二重管部２８において冷媒と熱交換されて昇温され、温水となって給湯弁９を介して食器洗浄機１の貯湯タンク８に次第に供給される。貯湯タンク８に所定量温水が溜まってフロートスイッチがオンすると、圧縮機２４がオフとなるとともに、冷媒電磁弁６０が閉弁してヒートポンプ２１の運転が停止される。
また排湯回収タンク３０の排水弁４０が開弁されるとともに、攪拌具３６が停止される。これにより、排湯回収タンク３０内の排湯が排出されるが、排湯は慣性力により渦流となって排出されるので、例えば排湯中に食材の細片等の異物が混じっていたとしても、渦流とともにすべて排出され、タンク３０内が汚れるおそれがない。また上記のフロートスイッチがオンすることに伴って分流弁５４が１０〜１５秒間開弁され、二重管部２８内に残った温水が散水ホース５５側に分流される。その温水は、排湯回収タンク３０の散水ノズル４８から蒸発器２７に向けて散水され、蒸発器２７の表面が洗浄される。そののち、排湯回収タンク３０の排湯が完全に排出され、食器洗浄機１がすすぎ可能な状態とされる。
また、上記のように熱回収が終了したら排湯回収タンク３０内の排湯は直ちに排出されるから、蒸発器２７が排湯中に浸漬している時間、すなわち腐食反応する時間は僅かに留められ、錫メッキ６３自体の腐食も抑制される。
以上のようにして、洗浄作業と、熱回収を伴った温水の生成とが繰り返し行われる。
【００２０】
このように本実施形態によれば、食器洗浄器１からのアルカリ性の排湯中に熱交換のために浸漬される蒸発器２７が、銅管６２の外面に銅と比較してアルカリに弱い錫メッキ６３を施して形成されているので、排湯に浸漬している間も、錫が銅に対して犠牲陽極として機能して優先的に排湯中に溶出し、錫メッキ６３が残っている限り銅管６２が腐食することが阻止される。また、熱交換が終了したら直ちに排湯が排出されるから、蒸発器２７が排湯中に浸漬している時間、すなわち腐食反応する時間が大幅に短縮されて錫メッキ６３自体の腐食も抑制される。これにより、蒸発器２７の耐食性が実質的に高められ、製品寿命を大幅に延ばすことが可能となる。
また、錫メッキ自体は安価であり、銅との相性も良くて製造も簡単であるので、蒸発器２７自体を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の全体構造を示す概略図である。
【図２】 温水生成装置の上面から見た断面図である。
【図３】 その正面から見た断面図である。
【図４】 排湯回収タンクの上面から見た断面図である。
【図５】 その正面から見た断面図である。
【図６】 ヒートポンプの冷凍サイクル図である。
【図７】 洗浄運転時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…食器洗浄機 ２１…ヒートポンプ ２７…蒸発器 ３０…排湯回収タンク
４０…排水弁 ６２…銅管 ６３…錫メッキ

Claims (1)

1. 洗浄タンク内の洗浄水により食器を洗浄したのち同洗浄水を前記洗浄タンクに回収する洗浄サイクルに続いて、貯湯タンクに溜められた温水によりすすぎを行い同温水を前記洗浄タンクに回収するすすぎサイクルが実行され、このすすぎサイクルの実行に伴って前記洗浄タンクからオーバーフローしたアルカリ性の排湯が排湯回収タンクに回収可能とされた食器洗浄機において、
   圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を配管接続することで冷凍サイクルを構成したヒートポンプが具備され、このヒートポンプにおける前記蒸発器が前記排湯回収タンク内に熱交換可能に設けられるとともに、前記凝縮器が原水の給水管と熱交換可能に設けられ、
   また前記貯湯タンクには、貯留された温水が所定量を下回るとオフし、補給により所定量を回復したところでオンするフロートスイッチが備えられ、
   前記すすぎサイクルに入り前記フロートスイッチがオフとなったところで前記ヒートポンプの圧縮機が運転されることにより、排湯から熱を回収しつつ原水を昇温することで温水を生成して前記貯湯タンクに供給され、温水が補給されて前記フロートスイッチがオンとなったところで前記圧縮機が停止するようになっており、
   かつ前記蒸発器が、銅管の外面に錫メッキを施して形成されているとともに、前記排湯回収タンクには常開式の排水弁機構が設けられ、前記フロートスイッチがオフとなったときに前記排水弁を閉弁し、そののち同フロートスイッチがオンとなったところで同排水弁を開弁制御する制御手段が設けられていることを特徴とする食器洗浄機の熱交換装置。

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