JP7007573B2

JP7007573B2 - 製氷システム

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Publication number: JP7007573B2
Application number: JP2018003975A
Authority: JP
Inventors: 宏一北; 東近藤; 昇平安田; 啓介中塚; 武夫植野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2022-01-24
Anticipated expiration: 2038-01-15
Also published as: JP2019124385A

Description

本開示は製氷システムに関する。さらに詳しくは、シャーベット状の氷スラリーを製造する製氷システムに関する。

魚等を冷蔵するためにシャーベット状の氷スラリーを用いる場合がある。かかる氷スラリーを製造する装置として、冷媒により海水等の被冷却物を冷却しシャーベット状の氷スラリーを生成する製氷機がある。かかる製氷機は、被冷却物を貯留しておく貯留タンクを備えている。

図５は、従来の貯留タンク５０を示している。この貯留タンク５０は密閉式のタンクであり、内部に収容された被冷却物５１はポンプ５２により製氷機（図示せず）に送られ、当該製氷機で生成された氷を含んだ状態で貯留タンク５０に戻される。生成された氷は凝集ないし固まって氷塊５３となる。氷塊５３は浮力により貯留タンク５０の上部に浮き上がるので、浮いた氷塊５３の上面を当該貯留タンク５０内の上部に設けた回転式の掻取装置５４で掻き取ってシャーベット状の氷スラリーを得ていた。

製造する氷の量が増えてくると貯留タンク５０内の氷塊５３も大きくなる。貯留タンク５０内に氷塊５３がある状態で製氷機の運転を長期間停止すると、図６に示されるように、氷結現象により、貯留タンク５０の側部５０ａの内壁面５５に接触している氷塊５３の部分が当該内壁面５５に吸着することがある。この状態で製氷機の運転を再開しても、氷塊５３は内壁面５５に吸着して浮き上がらないので、その上面の氷を掻き取ることができなくなるという問題が生じる。

かかる問題を解消するために、従来、貯留タンク５０の側部の周囲に電気ヒータを巻き付けて当該貯留タンク５０を加熱し、貯留タンク５０の側部５０ａの内壁面５５に氷塊５３が接触しても当該内壁面５５に吸着しないようにしていた。
しかし、この方法では、常時電気ヒータに通電しておく必要があり、電気代（ランニングコスト）がかかるという問題がある。

本開示は、ランニングコストを抑えることができる製氷システムを提供することを目的としている。

本開示の第１の観点に係る製氷システムは、
（１）冷媒により被冷却物を冷却し氷を生成する製氷機と、前記被冷却物を貯留する貯留タンクと、前記被冷却物を前記製氷機に供給するポンプとが配管で接続された製氷システムであって、
前記製氷システムは冷房運転及び暖房運転が可能な冷凍装置を備えており、
前記製氷機から貯留タンクに戻る配管から、暖房運転時に前記被冷却物を前記貯留タンクの上部に供給する加熱配管が分岐して設けられ、
前記貯留タンクに、前記加熱配管から供給される被冷却物を当該貯留タンク内に放出する放出部が設けられている。

本開示の第１の観点に係る製氷システムでは、冷凍装置を暖房運転することで被冷却物を温めることができ、この温められた被冷却物を加熱配管を経由して貯留タンクの上部から当該貯留タンク内に放出することで、貯留タンクの内壁面に吸着した氷を溶かすことができる。

（２）前記（１）の製氷システムにおいて、前記製氷機は、内管と、この内管の径方向外側において当該内管と同軸に設けられた外管とを備えており、前記内管内に被冷却物を流し、前記内管と外管との間のスペースに冷媒を流す二重管式製氷機とすることができる。この場合、内管内で温められた被冷却物を加熱配管を経由して貯留タンクの上部から当該貯留タンク内に放出することで、貯留タンクの内壁面に吸着した氷を溶かすことができる。

本開示の第２の観点に係る製氷システムは、
（３）冷媒により被冷却物を冷却し氷を生成する製氷機と、前記被冷却物を貯留する貯留タンクと、前記被冷却物を前記製氷機に供給するポンプとが配管で接続された製氷システムであって、
前記貯留タンクに被冷却物を供給する補給タンクを備えており、
前記貯留タンクの側部外面に加熱用配管が設けられており、
前記貯留タンク又は前記加熱用配管に選択的に被冷却物を供給する切換部を有する。

本開示の第２の観点に係る製氷システムでは、切換部を操作することで、貯留タンクの側部外面に設けられた加熱用配管に補給タンクから被冷却物を供給することができる。補給タンク内の被冷却物の温度は、例えば当該被冷却物が海水である場合、１０～２５℃の範囲内であり、かかる被冷却物を加熱用配管に供給することで貯留タンクの側部内面を加熱することができる。これにより、貯留タンクの内壁面に吸着した氷を溶かすことができる。

（４）前記（３）の製氷システムにおいて、前記製氷機は、内管と、この内管の径方向外側において当該内管と同軸に設けられた外管とを備えており、前記内管内に被冷却物を流し、前記内管と外管との間のスペースに冷媒を流す二重管式製氷機とすることができる。

本開示の製氷システムの一実施形態の概略構成図である。図１に示される製氷システムにおける二重管式製氷機の側面説明図である。図２に示される二重管式製氷機におけるブレード機構の断面説明図である。本開示の製氷システムの他の実施形態の概略構成図である。従来の製氷システムにおける貯留タンクを説明する図である。従来の製氷システムにおける貯留タンクを説明する図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の製氷システムを詳細に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

〔第１実施形態〕
図１は、本開示の一実施形態（第１実施形態）に係る製氷システムＡの概略構成図である。
製氷システムＡは海水を被冷却物としており、利用側熱交換器を構成する二重管式製氷機１以外に、圧縮機２、熱源側熱交換器３、四路切換弁４、膨張弁５、２５、過熱器６、レシーバ７、海水タンク（貯留タンク）８、及びポンプ９を備えている。二重管式製氷機１、圧縮機２、熱源側熱交換器３、四路切換弁４、膨張弁５、２５、過熱器６、及びレシーバ７により冷凍装置が構成され、これらの機器又は部材は配管により接続されて冷媒回路を構成している。また、二重管式製氷機１、海水タンク８、及びポンプ９も同じく配管により接続されて海水循環路を構成している。本実施形態における冷凍装置は、後述するように、四路切換弁４を切り換えることで冷房運転及び暖房運転が可能な装置である。

通常の製氷運転（冷房運転）時には、四路切換弁４が、図１において実線で示される状態に保持される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス状冷媒は四路切換弁４を経て凝縮器として機能する熱源側熱交換器３に流入し、送風ファン１０の作動により空気と熱交換して凝縮・液化する。液化した冷媒は、レシーバ７、過熱器６を経て膨張弁５に流入する。冷媒は、膨張弁５により所定の低圧に減圧され、二重管式製氷機１のノズル（図示せず）の噴出口から当該二重管式製氷機１を構成する内管１２と外管１３との間の環状スペース１４内に噴出される。

環状スペース１４内に噴出された冷媒は、ポンプ９により内管１２内に流入された海水と熱交換して蒸発する。冷媒の蒸発により冷却された海水は、内管１２から流出して海水タンク８に戻る。二重管式製氷機１で蒸発して気化した冷媒は圧縮機２に吸い込まれる。その際、二重管式製氷機１で蒸発しきれずに液体を含んだ状態の冷媒が圧縮機２に入ると、急激な圧縮機シリンダー内部圧力上昇（液圧縮）や冷凍機油の粘度低下により圧縮機２が故障する原因となることから、当該圧縮機２を保護するために二重管式製氷機１を出た冷媒は、過熱器６により過熱して圧縮機２に戻すようにしている。過熱器６は二重管式であり、二重管式製氷機１を出た冷媒は、過熱器６の内管と外管との間のスペースを通る間に過熱され、圧縮機２に戻る。

また、二重管式製氷機１の内管１２内の海水の流れが滞り、内管１２内に氷が蓄積される（アイスアキュームレーション）と、当該二重管式製氷機１が運転できなくなる。この場合、内管１２内の氷を溶かすためにデフロスト運転（暖房運転）が行われる。このとき、四路切換弁４は、図１において破線で示される状態に保持される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス状冷媒は四路切換弁４、過熱器６を経て二重管式製氷機１を構成する内管１２と外管１３との間の環状スペース１４内に流入し、内管１２内の氷を含む海水と熱交換して凝縮・液化する。液化した冷媒は、過熱器６、レシーバ７を経て膨張弁２５に流入し、当該膨張弁２５により所定の低圧に減圧され、蒸発器として機能する熱源側熱交換器３に流入する。デフロスト運転時には蒸発器として機能する熱源側熱交換器３に流入した冷媒は送風ファン１０の作動により空気と熱交換して気化し、圧縮機２に吸い込まれる。

図２は、図１に示される、本開示の一実施形態に係る製氷システムＡにおける二重管式製氷機１の側面説明図である。二重管式製氷機１は、内管１２と、外管１３とを備えた横置き型の二重管式製氷機である。

内管１２は、内部を被冷却物である海水が通過する要素であり、ステンレスや鉄等の金属材料で作製されている。内管１２の両端は閉止されており、その内部には当該内管１２の内周面に生成されたシャーベット状の氷スラリーを掻き上げて内管１２内に分散させるブレード機構１５が配設されている。内管１２の軸方向一端側（図２において右側）に海水が当該内管１２内に供給される海水入口管１６が設けられており、内管１２の軸方向他端側（図２において左側）に内管１２から海水が排出される海水出口管１７が設けられている。

外管１３は、内管１２の径方向外側において当該内管１２と同軸に設けられ、ステンレスや鉄等の金属材料で作製されている。外管１３の下部には複数の（本実施形態では３つ）冷媒入口管１８が設けられており、外管１３の上部には複数の（本実施形態では２つ）の冷媒出口管１９が設けられている。外管１３の壁１３ａには、外管１３と内管１２との間の環状スペース１４に内管１２内の海水を冷却するための冷媒を噴出するノズルが設けられている。ノズルは、冷媒入口管１８と連通するように設けられている。

ブレード機構１５は、図３に示されるように、回転軸２０と、支持バー２１と、ブレード２２とを備えている。回転軸２０の軸方向の他端は内管１２の軸方向一端に設けられたフランジ２３から外部に延びて設けられ、ブレード機構１５を駆動させる駆動部を構成するモータ２４に接続されている。回転軸２０の周面には所定間隔で支持バー２１が立設されており、この支持バー２１の先端にブレード２２が取り付けられている。ブレード２２は、例えば樹脂で作製された帯板状の部材からなり、回転方向の前方側の側縁は先細形状とされている。

貯留タンク８はステンレスや鉄等の金属材料で作製された密閉型のタンクである。貯留タンク８の内部の上方には、当該貯留タンク８内に貯留される海水に浮かぶ氷塊の上面を掻き取ってシャーベット状の氷スラリーを得るための回転式の掻取装置２６が設けられている。掻取装置２６は図示しないモータ等の駆動装置により回転させられる。

二重管式製氷機１から貯留タンク８に戻る配管Ｐ１から加熱配管２７が分岐しており、この加熱配管２７は貯留タンク８の天板２８の開口（図示せず）に接続されている。通常の製氷時（冷房運転）には、加熱配管２７に設けられた開閉弁２９は「閉」の状態であり、二重管式製氷機１で生成された氷を含む海水は、「開」の状態である開閉弁３０を通って貯留タンク８に戻される。貯留タンク８の内壁面３１に氷塊が吸着するのを防止するか、又は、すでに吸着した氷塊部分を溶かすために、二重管式製氷機１を暖房運転する場合は、開閉弁３０を「閉」にするとともに開閉弁２９を「開」にして、当該二重管式製氷機１で温められた海水を加熱配管２７から貯留タンク８に供給する。

天板２８の開口には、加熱配管から供給される温められた海水を貯留タンク８の内部に放出（放水）するための放出部であるノズル３２が設けられている。ノズル３２は、貯留タンク８の内壁面３１に吸着した氷塊部分を効率よく溶かすという点より、当該内壁面３１に向けて海水を放出する噴出口（図示せず）を有することが望ましい。

温められた海水の温度は、氷塊を効果的に溶かすという点より、ある程度の温度以上、例えば５℃以上であることが望ましいが、冷凍装置の加熱能力が不足する場合は、ポンプ９の回転数を少なくするか、又は、ポンプ９が定速ポンプである場合は間欠運転をすることで、所望の海水温度を得ることができる。

〔第２実施形態〕
図４は、本開示の他の実施形態に係る製氷システムＢの概略構成図である。本実施形態に係る製氷システムＢは、図１～３に示される製氷システムＡにおける加熱配管２７に代えて、貯留タンク８とは別の補給タンク３３を設け、貯留タンク８の側部外周に加熱用配管３４を設けている。したがって、製氷システムＡと共通する要素又は機器には同じ参照符号を付し、簡単のため、それらについての説明は省略する。

補給タンク３３には、貯留タンク８に供給される海水が収容されている。この補給タンク３３には、海中に設けられたフィルタ付きの取水口（図示せず）から取得した海水が収容される。貯留タンク８の側部外面には、当該貯留タンク８を温めるための加熱用配管３４がらせん状に設けられている。また、加熱用配管３４の外方ないし外側には加熱効率を高めるための断熱材３５が巻き付けられている。

補給タンク３３の出口３６の下流には循環ポンプ３７が設けられ、この循環ポンプの下流には補給タンク３３からの海水を貯留タンク８内に供給する経路と加熱用配管３４に供給する経路とを切り換えることができる切換部である三方弁３８が設けられている。
海水の温度は、前述したように、通常１０～２５℃の範囲内である。循環ポンプ３７を作動させ、前記三方弁３８を加熱用配管３４に海水を供給する経路に切り換えることで、当該加熱用配管３４に海水を供給して貯留タンク８の内壁面３１を温めることができる。これにより、内壁面３１に吸着した氷塊の部分を溶かすことができ、又、氷塊が内壁面３１に吸着することを防止することができる。

本実施形態では、補給タンク３３内の海水を貯留タンク８の加熱するために循環させることで、当該海水を予冷することができる。したがって、この予冷した海水を貯留タンク８に供給することで、製氷に要する電気代（ランニングコスト）を抑えることができる。

〔その他の変形例〕
本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、被冷却物を冷却して氷を生成する製氷機として、内管と外管とを備えた、いわゆるかき取り方式の二重管式製氷機を例示しているが、本開示は、かかる二重管式製氷機以外に、例えば過冷却方式の二重管式製氷機や、ハーベスト方式の製氷機にも適用することができる。

また、前述した実施形態では、加熱用配管としてらせん状の配管を用いているが、貯留タンクを加熱することができるかぎり、例えば一端が入口ヘッダに連結され他端が出口ヘッダに連結された複数のＣ字状の管からなる加熱用配管を用いることもできる。この場合、入口ヘッダに供給された海水は複数のＣ字状の管に分配され、Ｃ字状の管を通過後に出口ヘッダに集められ、ついで補給タンクに戻される。

また、前述した実施形態では、製氷システム内に１台の二重管式製氷機が用いられているが、２台以上の二重管式製氷機を直列又は並列に配置して用いることもできる。
また、前述した実施形態では、横型の二重管式製氷機を例として説明しているが、縦型の二重管式製氷機に本開示を適用することもできる。

１：二重管式製氷機（製氷機）
２：圧縮機
３：熱源側熱交換器
４：四路切換弁
５：膨張弁
６：過熱器
７：レシーバ
８：海水タンク
９：ポンプ
１０：送風ファン
１２：内管
１３：外管
１３ａ：壁
１４：環状スペース
１５：ブレード機構
１６：海水入口管
１７：海水出口管
１８：冷媒入口管
１９：冷媒出口管
２０：回転軸
２１：支持バー
２２：ブレード
２３：フランジ
２４：モータ
２５：膨張弁
２６：掻取装置
２７：加熱配管
２８：天板
２９：開閉弁
３０：開閉弁
３１：内壁面
３２：ノズル
３３：補給タンク
３４：加熱用配管
３５：断熱材
３６：出口
３７：循環ポンプ
３８：三方弁
Ａ：製氷システム
Ｂ：製氷システム

Claims

被冷却物を冷却し氷を生成する製氷機（１）を含む冷凍装置と、前記被冷却物を貯留する貯留タンク（８）と、前記被冷却物を前記製氷機（１）に供給するポンプ（９）とが配管で接続された製氷システム（Ａ）であって、
前記冷凍装置は、冷媒により前記製氷機（１）内の前記被冷却物を冷却し氷を生成する冷房運転と、冷媒により前記製氷機（１）内の前記被冷却物を加熱する暖房運転と、を行うことが可能であり、
前記製氷機（１）から前記貯留タンク（８）に戻る配管（Ｐ１）から、前記暖房運転時に加熱された前記被冷却物を前記貯留タンク（８）の上部に供給する加熱配管（２７）が分岐して設けられ、
前記貯留タンク（８）に、前記加熱配管（２７）から供給される加熱された前記被冷却物を当該貯留タンク（８）内に放出する放出部（３２）が設けられている、製氷システム（Ａ）。
前記製氷機（１）は、内管（１２）と、この内管（１２）の径方向外側において当該内管（１２）と同軸に設けられた外管と（１３）を備えており、前記内管（１２）内に被冷却物を流し、前記内管（１２）と外管（１３）との間のスペース（１４）に冷媒を流す二重管式製氷機（１）である、請求項１に記載の製氷システム（Ａ）。
前記放出部（３２）は、加熱された前記被冷却物を前記貯留タンク（８）の内壁面に向けて放出する噴出口を有する、請求項１又は請求項２に記載の製氷システム（Ａ）。
冷媒により被冷却物を冷却し氷を生成する製氷機（１）と、前記被冷却物を貯留する貯留タンク（８）と、前記被冷却物を前記製氷機（１）に供給するポンプ（９）とが配管で接続された製氷システム（Ｂ）であって、
前記貯留タンク（８）に前記被冷却物を供給する補給タンク（３３）を備えており、
前記貯留タンク（８）の側部外面に加熱用配管（３４）が設けられており、
前記貯留タンク（８）又は前記加熱用配管（３４）に選択的に前記補給タンク（３３）から前記被冷却物を供給する切換部を有する、製氷システム（Ｂ）。
前記製氷機（１）は、内管（１２）と、この内管（１２）の径方向外側において当該内管（１２）と同軸に設けられた外管と（１３）を備えており、前記内管（１２）内に被冷却物を流し、前記内管（１２）と外管（１３）との間のスペース（１４）に冷媒を流す二重管式製氷機（１）である、請求項４に記載の製氷システム（Ｂ）。
前記加熱用配管（３４）の外側に巻き付けられた断熱材（３５）をさらに備える、請求項４又は請求項５に記載の製氷システム（Ｂ）。
前記補給タンク（３３）内の前記被冷却物を前記補給タンク（３３）から前記加熱用配管（３４）に供給し、前記貯留タンク（８）を加熱することで冷却された前記加熱用配管（３４）内の前記被冷却物を前記補給タンク（３３）に循環させる循環ポンプ（３７）をさらに備える、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の製氷システム（Ｂ）。