JP5830189B1

JP5830189B1 - 流下式製氷機及びその運転方法

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Publication number: JP5830189B1
Application number: JP2015081319A
Authority: JP
Inventors: 松本　忠雄; 忠雄松本
Original assignee: 稲森總一郎; 稲森礼次郎
Priority date: 2015-04-12
Filing date: 2015-04-12
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-04-12
Also published as: US20160298894A1; JP2016200337A

Abstract

【課題】製氷型に形成された氷を短時間で離型することができる流下式製氷機を提供する。【解決手段】圧縮機、凝縮器、減圧バルブ、蒸発器及び圧縮機を順次連結する冷凍サイクルと、圧縮機と、蒸発器と、圧縮機と、をホットガス導入管６３，６５を介して連結する融解サイクルと、を備えるとともに、冷凍サイクルと融解サイクルとを切り換え可能に構成してなる製氷機であって、蒸発器の蒸発コイルに直列に２以上配設される、製氷型１５を備える製氷棚１１ａ、１１ｂと、各製氷棚の上部に接合されて成り、製氷水を各製氷棚に流下する製氷水流下部１７ａ、１７ｂと、製氷型１５に形成される氷を剥離する氷剥離部材２１と、を備えるとともに、ホットガス導入管６３，６５が各製氷棚の手前でそれぞれの蒸発コイル１３、１３ａ、１３ｂに連結する。【選択図】図２

Description

本発明は、製氷棚に製氷水を流下させて製氷棚内に氷を形成する流下式製氷機に関する。特には、該製氷機の製氷型に形成された氷を離型するための構造に関する。

流下式製氷機は、製氷棚に連続的に製氷水を流下して製氷する装置であり、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。流下式製氷機は、一般に、冷媒が流通する冷媒管の周辺に、冷媒管を含んでなる製氷型を配置し、この製氷型の冷媒管の外周側に製氷水を接触させて凍結させる構成が一般的である。

製氷型に形成された氷を離型するには、冷媒管との境界付近の氷を僅かに融解する構成が採られるのが一般的である。氷の融解のためには、冷媒管付近に融解用の配管を設けて内部に湯を流通させる方法や、冷媒を圧縮することにより生じるホットガスを冷媒管内に流通する方法が挙げられる。

しかし、従来の方法によると、全ての氷を製氷型から離型可能な程度に融解するまでに長時間を要している。また、長時間の加熱処理により、冷媒管の上流側に形成された氷が融解し過ぎて小さくなり、均一な大きさの氷が形成できないという問題がある。

ＷＯ２０１４／１０５８３８号

本発明の課題は、製氷型に形成された氷を短時間で離型することができる流下式製氷機を提供することである。

本発明者らは、冷媒管の外周に形成された氷を該冷媒管にホットガスを流通させることによってその一部を融解して該冷媒管から離型させる製氷機において、ホットガスの導入方法を改良することにより、本発明を完成するに至った。

上記課題を解決する本発明は以下に記載するとおりである。

〔１〕圧縮機（５３）、凝縮器（５５）、減圧バルブ（５７）、蒸発器（５２）及び前記圧縮機（５３）を順次連結する冷凍サイクルと、
前記圧縮機（５３）、前記蒸発器（５２）及び前記圧縮機（５３）をホットガス導入管（６３、６５）を介して連結する融解サイクルと、
を備えるとともに、前記冷凍サイクルと前記融解サイクルとを切り換え可能に構成してなる製氷機であって、
前記蒸発器（５２）の蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）に直列に２以上配設される、製氷型を備える製氷棚（１１ａ、１１ｂ）と、
前記各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の上部に接合されてなり、製氷水を前記各製氷棚に流下する製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）と、
前記製氷型に形成される氷を剥離する氷剥離部材（２１）と、
を備えるとともに、
前記ホットガス導入管（６３、６５）が各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の手前でそれぞれの前記蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）に連結されていることを特徴とする流下式製氷機（１００）。

〔２〕〔１〕に記載の流下式製氷機（１００）を用いて行う流下式製氷機の運転方法であって、
製氷水を前記各製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）から前記各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）に流下させるとともに、冷媒を前記圧縮機（５３）、前記凝縮器（５５）、前記減圧バルブ（５７）、前記蒸発器（５２）及び前記圧縮機（５３）に順次通過させて、前記各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の製氷型に氷を形成する工程と、
氷が形成された後に製氷水の流下を停止する工程と、
下流側に配設された前記蒸発コイル（１３ｂ）の製氷棚（１１ｂ）の手前に接続されたホットガス導入管（６３）から前記蒸発コイル（１３ｂ）にホットガスを導入する工程と、
上流側に配設された前記蒸発コイル（１３ａ）の製氷棚（１１ａ）の手前に接続されたホットガス導入管（６５）からホットガスを導入する工程と、
を順次繰り返すことを特徴とする流下式製氷機（１００）の運転方法。

本発明の流下式製氷機は、複数配設された製氷棚を支持する蒸発コイル毎にホットガスを導入できる。そのため、製氷型に形成された氷を短時間で融解して離型できる。また、形成される氷の大きさを略均一にできる。

図１は、本発明の流下式製氷機の冷凍サイクル及び融解サイクルを示す説明図である。図２は、流下式製氷機の製氷部の構造を示す斜視図である。図３は、製氷棚の一部（１２）の構造を示す説明図である。図４は、製氷水流下部（１７）の構造を示す説明図である。図５は、氷剥離部材（２１）の構造を示す説明図である。図６は、製氷部（１０）の構造を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施例に付き、詳細に説明する。
図１は、本発明の流下式製氷機（１００）の構造を示す説明図である。流下式製氷機（１００）は、圧縮機（５３）と凝縮器（５５）と減圧弁（５７）と蒸発器（５２）と前記圧縮機（５３）とが順次連結され、冷凍サイクルを構成している。また、圧縮機（５３）と蒸発器（５２）と前記圧縮機（５３）とが、凝縮器（５５）と減圧弁（５７）とを介さずに、ホットガス導入管（６３、６５）によってバイパスされ、融解サイクルを構成している。冷凍サイクルと融解サイクルとは、不図示の切り換え手段によって、切り換え可能に構成されている。

図１中、（１０）は製氷部である。製氷部（１０）は、蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）を備える蒸発器（５２）と、該蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）にそれぞれ取り付けられた複数（図１においては２つ）の製氷棚（１１ａ、１１ｂ）と、各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の上部にそれぞれ取り付けられた製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ、図１においては不図示）と、前記製氷棚の製氷型に形成される氷を剥離する氷剥離部材（２１、図１においては不図示）と、を有する。製氷部（１０）は、通常、箱状のケース内に収容されており、該ケース内の温度は低温に保持されている。

ホットガス導入管（６３、６５）は、それぞれ弁（６１、６７）が介装されており、これによりホットガスの流路を開閉可能に構成されている。ホットガス導入管（６３）は、蒸発コイル（１３ｂ）の上流側手前に形成されたホットガス導入口（６３ａ）に接続されている。また、ホットガス導入管（６５）は、蒸発コイル（１３ａ）の上流側手前に形成されたホットガス導入口（６５ａ）に接続されている。

換言すれば、本発明の製氷機は、冷凍サイクルにおいて各製氷棚は直列に接続されているが、融解サイクルにおいて各製氷棚は並列に接続されている。

図２は、本発明の流下式製氷機の製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の構造を示す斜視図である。製氷棚（１１ａ、１１ｂ）は、蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）に支持されている。蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の外周部には製氷型（１５）が形成されている。製氷棚（１１ａ、１１ｂ）には、氷剥離部材（２１）が嵌合されている。氷剥離部材（２１）は、モーター（２５）によって駆動されるアーム（２３）に連結されている。氷剥離部材（２１）は、各蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の軸心と平行軸心を有しており、この軸心に沿って回動可能に構成されている。製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の上部には、製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）がそれぞれ接合されている。製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）には、不図示の製氷水供給管が接続されている。

図３は、製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の一部（図２における符号１２の範囲）を表す正面図である。製氷棚（１１ａ）及び（１１ｂ）は同一構造である。製氷棚（１１ａ）は、複数の隔壁（１８）が形成されており、隔壁（１８）によって製氷棚（１１ａ）内が仕切られている。製氷棚（１１ａ）には、蒸発コイル（１３ａ）を支持するためのコイル支持部（１４）が形成されている。製氷棚（１１ａ）には、コイル支持部（１４）に沿って製氷型（１５）が形成されている。製氷型（１５）はその一部分が切り抜かれて、氷剥離部材（２１）を嵌合させるための氷剥離部材嵌合部（１９）が形成されている。

図４は、製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）の構造を示す説明図である。製氷水流下部（１７ａ）及び（１７ｂ）は同一形状である。製氷水供給管接続口（３３）が形成された箱形の製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）のそれぞれの底面には、複数の孔（３１）が形成されている。製氷水供給管接続口（３３）から供給される製氷水は、この孔（３１）を通って各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）に流下される。

図５は、氷剥離部材（２１）の構造を示す説明図である。氷剥離部材（２１）は回動軸（２２）に固定されており、回動軸（２２）はモーターによって駆動されるアーム（２３）に接続されている。モーターによってアーム（２３）が駆動すると、氷剥離部材（２１）は蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の軸心と平行方向を軸心として回動する。これにより製氷型に形成された氷（一部が融解している状態）を剥離して落下させることができる。

図６は、製氷部（１０）の構造を示す説明図である。本図を用いて、本発明の流下式製氷機の動作について説明する。

先ず、冷凍サイクルについて説明する。製氷時においては、圧縮機（５３）で圧縮され、凝縮コイル（５５）で凝縮された冷媒は、減圧バルブ（５７）を通って、蒸発器５２の蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）に送られる。この際、気化熱により蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）は冷却される。蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）内の冷媒は、圧縮機（５３）に回収され、このサイクルが繰り返される。

この蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の冷却状態を利用して製氷が行われる。先ず、各製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）の箱内に製氷水が供給される。供給された製氷水は孔（３１）を通って製氷棚（１１ａ、１１ｂ）に流下する。製氷棚（１１ａ、１１ｂ）に流下した製氷水の一部は冷媒が流通している蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の外周部に接触して凍結し、余りはさらに下方の蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）に流下する。これにより、蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の外周部に製氷型（１５）に倣って氷が形成される。図中、（４０）は、製氷棚（１１ａ、１１ｂ）に形成された氷を示している。氷は製氷棚（１１ａ、１１ｂ）に形成された全ての製氷型（１５）部分に形成されるが、本図では１つの氷のみを示している。

蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の外周部に形成される氷が所定の大きさに成長したら、蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）内の冷媒の流通を遮断するとともに、製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）からの製氷水の供給が停止される。

その後、蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）内にホットガスを流通させて蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の外周壁に付着した氷を一部融解する。

本発明の製氷機の運転方法は、蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の外周壁に付着した氷を一部融解する際のホットガスの流通方法に特徴がある。その方法は以下のとおりである。

先ず、圧縮機（５３）で圧縮された冷媒（ホットガス）は、凝縮器（５５）へは送られず、ホットガス導入管（６３、６５）側に送られる。この切り換えは、不図示の切り換え手段によって行われる。このホットガスは、弁（６１）を介装したホットガス導入管（６３）を通って、製氷棚（１１ｂ）の手前に形成されたホットガス導入口（６３ａ）から製氷棚（１１ｂ）を支持している蒸発コイル（１３ｂ）に送られる。このとき、弁（６７）は、ホットガス導入管（６５）側にはホットガスを送らないように閉じられている。これにより、製氷棚（１１ｂ）の蒸発コイル（１３ｂ）の外周壁に付着した氷を一部融解する。蒸発コイル（１３ｂ）の外周壁に付着した氷が、氷剥離部材（２１）によって剥離可能な程度に融解したら、ホットガスの流路が切り換えられる。即ち、ホットガスは、弁（６７）を介装するホットガス導入管（６５）を通って、製氷棚（１１ａ）の手前に形成されたホットガス導入口（６５ａ）から製氷棚（１１ａ）に対応する蒸発コイル（１３ａ）に送られる。蒸発コイル（１３ａ）に送られたホットガスは、蒸発コイル（１３ｂ）を通って圧縮機（５３）に送られる。これにより、蒸発コイル（１３ａ）の外周壁に付着した氷が、氷剥離部材（２１）によって剥離可能な程度に融解する。なお、このとき、蒸発コイル（１３ｂ）にもホットガスが流通するため、製氷棚（１１ｂ）に形成された氷も融解されうるが、該ホットガスは製氷棚（１１ａ）に形成された氷の融解時の熱交換によって温度が低下しているため、製氷棚（１１ｂ）に形成された氷の融解は極めて少ない。

各製氷棚へのホットガスの導入は、冷媒の流通方向の最下流に配設された製氷棚から順次行う。最下流に配設された製氷棚の融解が終了したら、下流側から２番目に配設された製氷棚の融解を行う。最上流に配設された製氷棚は最後に融解を行う。

次に、氷剥離部材（２１）を図中矢印のように蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の軸心と平行方向を軸心として回動させることにより、製氷型（１５）から氷を剥離して、下方に落下させる。落下した氷は製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の下方にストックされる。

製氷棚（１１ａ、１１ｂ）は、樹脂材料で構成される。樹脂材料としては、食品衛生法に適合する樹脂であれば特に限定されない。例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＥＢＳ、ＰＰが挙げられる。

蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）は、断面が円形又は楕円形の金属パイプである。金属材料としては、ステンレス、銅、アルミニウム、スズ、ニッケルやこれらの合金などの熱伝導率の高い材料が用いられる。蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）は、製氷水が蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）の金属表面に直接接触するように構成されている。即ち、樹脂等によって被覆されていない。樹脂材料（製氷棚）と金属材料（蒸発コイル）とを組み合わせることにより、製氷時における製氷棚への氷の保持と、離型時における剥離性と、が高い次元で両立される。

前記製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の下部には、製氷棚（１１ａ、１１ｂ）から流下した製氷水を回収する製氷水回収部を接合しても良い。

製氷部（１０）は、低温で保持された製氷室内に配設されている。製氷室内の冷却は、蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）に冷媒を流通することによって行っても良いし、別途冷却系を有していても良い。

ホットガスの流通時間は、製氷棚の大きさやホットガスの温度により相違するが、各製氷棚について通常０．５〜１０分間であり、１〜３分間が好ましい。ホットガスの流路の切り換えは、蒸発コイル内のホットガスの出口温度が０〜１０℃になったときに行うことが好ましい。

冷凍サイクルと融解サイクルとは手動で切り換えても良いし、温度センサや重量センサを適宜配設してこれらの検出信号により自動で制御しても良い。

上記図においては２つの製氷棚が直列に配設されているが、これに限らず２〜１０程度の製氷棚を配設することが可能である。製氷棚の連結数は、冷凍系の能力に応じて適宜変更できる。即ち、本発明の流下式製氷機は、製氷棚の連結数を変更することにより、製氷能力を自在に変更できる。本発明の製氷機は、複数の製氷棚を備えるとともに、各製氷棚にそれぞれ加温状態にあるホットガスを導入できる。そのため、氷の融解に要する時間を短縮でき、且つ一部の氷が過度に融解することがない。その結果、形成される氷の大きさを略均等にできる。

各製氷棚に形成される製氷型は同一の形状であっても良く、異なる形状であっても良い。異なる形状の製氷型を連結することにより、複数形状の氷を同時に作製できる。また、氷の融解に要するホットガスの流通時間を製氷棚毎に調整できる。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。

（実施例１）図１に記載する冷凍サイクル及び融解サイクルを備える製氷装置を用いて、製氷棚（１１ａ、１１ｂ）に形成された氷の融解を行った。先ず、ホットガス導入管（６３）から蒸発コイル（１３ｂ）にホットガスを導入した。ホットガスの導入後、６０秒を経過した時点で蒸発コイル（１３ｂ）の出口温度が５℃を超えた。このとき、ホットガスの流路を蒸発コイル（１３ａ）に切り換えた。ホットガスの流路切り換え後、６０秒を経過した時点で蒸発コイル（１３ａ）の出口温度が５℃を超えた（表１）。その後、剥離部材の回動により各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）に形成された氷は全て離型した。得られた氷の１個当たりの質量にバラツキは殆ど見られなかった（変動係数０．０２）。

（比較例１）図１に記載する冷凍サイクル及び融解サイクルを備える製氷装置を用いて氷の融解を行った。なお、ホットガス導入管（６３）は用いなかった。先ず、蒸発コイル（１３ａ）及び（１３ｂ）に順次ホットガスを導入した。ホットガスの導入後、蒸発コイル（１３ｂ）の出口温度が約５℃となったのは、ホットガスの導入後、３００秒を経過した時点であった（表２）。その後、剥離部材を回動させて氷を離型した。得られた氷の１個当たりの質量に大きなバラツキが見られた（変動係数０．０９）。

１００・・・製氷機
１０・・・製氷部
１１、１１ａ、１１ｂ・・・製氷棚
１３、１３ａ、１３ｂ・・・蒸発コイル
１４・・・蒸発コイル支持部
１５・・・製氷型
１７・・・製氷水流下部
１８・・・隔壁
１９・・・氷剥離部材嵌合部
２１・・・氷剥離部材
２２・・・回動軸
２３・・・アーム
２５・・・モーター
３１・・・孔
３３・・・製氷水供給口
４０・・・氷
５２・・・蒸発器
５３・・・圧縮機
５４・・・ファン
５５・・・凝縮器
５７・・・減圧バルブ
６３、６５・・・ホットガス導入管
６３ａ、６５ａ・・・ホットガス導入口
６１、６７・・・弁

Claims

圧縮機（５３）、凝縮器（５５）、減圧バルブ（５７）、蒸発器（５２）及び前記圧縮機（５３）を順次連結する冷凍サイクルと、
前記圧縮機（５３）、前記蒸発器（５２）及び前記圧縮機（５３）を弁（６１、６７）がそれぞれ介装されたホットガス導入管（６３、６５）を介して連結する融解サイクルと、
を備えるとともに、前記冷凍サイクルと前記融解サイクルとを切り換え可能に構成してなる製氷機であって、
前記蒸発器（５２）の蒸発コイル（１３ａ、１３ｂ）に直列に配設されてなる、製氷型を備える２以上の製氷棚（１１ａ、１１ｂ）と、
前記各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の上部に接合されて成り、製氷水を前記各製氷棚に流下する製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）と、
前記製氷型に形成される氷を剥離する氷剥離部材（２１）と、
を備えるとともに、
上流側に配設された前記製氷棚（１１ａ）の上流側であって前記減圧バルブ（５７）の下流側に前記ホットガス導入管（６５）が接続されてなり、
下流側に配設された前記製氷棚（１１ｂ）の上流側であって前記蒸発コイル（１３ａ）の下流側に前記ホットガス導入管（６３）が接続されてなる流下式製氷機の運転方法であって、
製氷水を前記各製氷水流下部（１７ａ、１７ｂ）から前記各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）に流下させるとともに、冷媒を前記圧縮機（５３）、前記凝縮器（５５）、前記減圧バルブ（５７）、前記蒸発器（５２）及び前記圧縮機（５３）に順次通過させて、前記各製氷棚（１１ａ、１１ｂ）の製氷型に氷を形成する工程と、
氷が形成された後に製氷水の流下を停止する工程と、
前記ホットガス導入管（６３）から前記蒸発コイル（１３ｂ）のみにホットガスを導入した後、前記ホットガス導入管（６５）から前記蒸発コイル（１３ａ）にホットガスを導入する工程と、
を順次繰り返すことを特徴とする流下式製氷機の運転方法。