JP2000230762A - 製氷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 氷蓄熱式空調での冷熱媒体などに用いる多数
の氷片を安定的かつ容易に、また、不溶性流体や不凍性
物質などの混在を伴わない状態で生成する。 【解決手段】 流水路３における水流Ｗにより生成箇所
から剥離させる氷片Ａを流水路３における局部箇所での
通過水冷却により生成する局部冷却部８ａを、多数箇所
に分散させた状態で流水路３に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱式空調など
に用いる製氷装置に関し、詳しくは、多数の氷片を生成
する製氷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】氷片の集合群は、例えば冷熱媒体として
の使用において、水との混在状態（いわゆるスラリー状
の氷水やリキッドアイスあるいはシャーベット状の氷と
称される状態）で用いることにより高い管路輸送性を得
られる等の利点があるが、従来、多数の氷片を生成する
方式としては、水を過冷却状態まで冷却した後、その過
冷却状態を急激に解除することで水中に多数の氷片を生
じさせる方式や、冷却面で成長させた層状の氷を機械的
手段により削り取る方式がある。

【０００３】また、水中に不溶性の低温流体（例えばブ
ライン）を吹き込んで、その吹き込み低温流体との直接
の熱交換により水中に多数の氷片を生じさせる方式や、
低濃度の不凍性物質水溶液（例えばブライン）を冷却す
ることで、その水溶液中の水部分を凍結させて水溶液中
に多数の氷片を生じさせる方式、あるいはまた、真空容
器内で貯留水を蒸発させて気化熱奪取による冷却で貯留
水中に多数の氷片を生じさせる方式もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、過冷却解除方
式では、過冷却状態を所定の箇所で確実かつ安定的に解
除することが難しく、不測の過冷却解除が原因で凍結に
よる流路閉塞を招き易い問題があり、また、削り取り方
式では、機械的な削り取りに大きな動力を要して運転経
費が高く付くとともに、機械動作のため装置構造が複雑
になって装置コストも嵩む問題がある。

【０００５】また、水中に不溶性の低温流体を吹き込む
方式や、低濃度の不凍性物質水溶液を冷却する方式で
は、氷生成後における不溶性流体や不凍性物質の分離回
収が難しく、それら不溶性流体や不凍性物質が生成氷の
使用箇所まで持ち込まれる点で環境保全上好ましくない
問題があり、そしてまた、真空容器内で貯留水を蒸発さ
せる方式では、真空雰囲気の形成を要する為に装置構造
が複雑になって装置コストが高く付くとともに、真空状
態の容器から生成氷を安定的に取り出すことが技術的に
難しくて未だ実用性が低い問題がある。

【０００６】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
多数の氷片を安定的かつ容易に、また、不溶性流体や不
凍性物質などの混在を伴わない状態で生成できるように
する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１に係る発
明では、流水路における水流により生成箇所から剥離さ
せる氷片を前記流水路における局部箇所での通過水冷却
により生成する局部冷却部を、多数箇所に分散させた状
態で前記流水路に設けた構成にする。

【０００８】つまり、この構成では、多数箇所に分散さ
せて流水路に設けた局部冷却部の各々により流水路にお
ける局部箇所において通過水を冷却することで、これら
局部冷却部の各々に付着する状態の氷片を生じさせ、こ
れら氷片を各々の局部冷却部（すなわち、流水路におけ
る各々の局部冷却箇所）において付着面積を制限した状
態である程度まで成長させる。そして、このように成長
させた氷片を、その成長に伴う付着氷片への通過水衝突
力の増大により、ある程度の成長段階で付着生成箇所か
ら剥離させ、これにより、これら剥離氷片を生成氷とし
て通過水とともに流水路から送出する。

【０００９】この構成によれば、通過水の全体を不安定
な過冷却状態にする必要がないことから、過冷却解除方
式の如き不測の過冷却解除に原因する流路閉塞トラブル
を招くことがなく、極めて安定的に多数の氷片を生成す
ることができる。また、過冷却解除方式では不測の過冷
却解除を防止する上で水冷却部における冷却温度と水と
の温度差が制限されるため、必要伝熱面積が大きなって
水冷却部としての熱交換器構造が大型化するが、上記構
成であれば、不測の過冷却解除の問題がないことから、
局部冷却部における冷却温度と水との温度差を大きくす
ることができて、局部冷却部の分散配置群を構成する熱
交換器構造を小さくすることができ、その分、過冷却解
除方式に比べ装置のコンパクト化も可能になる。

【００１０】そしてまた、各々の局部冷却部において付
着面積を制限した状態（すなわち、剥離を容易にした状
態）で成長させた氷片を流水路の水流により剥離させて
通過水とともに送出するから、氷を機械的に削り取る方
式に比べ、機械動作が不要な点で装置構造を簡単にして
装置コストを安価にし得るとともに、必要動力も小さく
して運転経費面及び省エネ面で有利にすることができ、
また、真空容器内で貯留水を蒸発させる方式に比べ、真
空雰囲気の形成が不要な点で装置構造を簡単にして装置
コストを安価にし得るとともに、生成氷の取り出しも容
易かつ安定的に行うことができる。

【００１１】しかも、流水路における局部箇所での通過
水冷却により氷片を生成するから、不溶性流体や不凍性
物質の混在を伴うことがなくて環境保全の面でも優れ、
全体として、先述した従来方式のいずれと比較しても一
層優れた製氷装置となる。

【００１２】〔２〕請求項２に係る発明では、伝熱部材
において多数の突起を形成した面を、その伝熱部材より
も熱伝導性の低い断熱被覆材により前記突起が埋没する
状態に又は前記突起の先端側が露呈する状態に被覆する
とともに、この伝熱部材を冷却する冷却手段を設け、こ
の伝熱部材の突起形成被覆面を前記流水路の路壁面にし
て、その突起形成被覆面における突起対応部分の各々を
流水路通過水に対する前記局部冷却部にする。

【００１３】つまり、この構成では、冷却手段による上
記伝熱部材の冷却に対し、流水路の路壁面とする上記の
突起形成被覆面のうち、突起対応部分以外の箇所では、
突起対応部分よりも厚い断熱被覆材の存在により伝熱部
材からの冷熱伝達が抑止されて通過水冷却による氷生成
に至らないようにし、これに対し、突起対応部分の各々
では、突起の存在により冷熱が伝熱部材の本体部から路
内側へ良好に伝達されるようにして通過水冷却による氷
生成に至るようにし、これにより、これら突起対応部分
の各々を前記の局部冷却部として、これら突起対応部分
の夫々で付着面積を制限した状態の氷片（すなわち、流
水路の水流により剥離させる氷片）を生成する。

【００１４】この構成によれば、流水路の多数箇所に分
散させた局部冷却部の各々で局部的に通過水を冷却する
形態を採りながらも、冷却手段としては、個々の局部冷
却部の分散配置にとらわれずに、突起形成被覆面を流水
路の路壁面とする伝熱部材（例えば、管路を流水路とす
る場合では流水路の形成管）を全体的に冷却するだけで
すみ、これにより、冷却構造の簡略化が可能になる。

【００１５】〔３〕請求項３に係る発明では、前記断熱
被覆材に前記伝熱部材よりも氷付着性の低い材料を用い
る。

【００１６】この構成によれば、前記突起を断熱被覆材
に埋没させる場合では、局部冷却部としての突起対応部
分において、氷付着性の低い断熱被覆材の表面上に付着
状態の氷片を生成することにより、また、前記突起の先
端側を露呈させる場合では、局部冷却部としての突起対
応部分（突起露呈部分）に付着状態の氷片を生成するこ
とにおいて、氷片の成長に伴い、その氷片の路壁面に対
する付着箇所を突起露呈部分からはみ出させて氷付着性
の低い断熱被覆材の表面上まで至らせることにより、夫
々、生成氷片の水流による剥離を一層容易かつ確実にす
ることができ、これにより、氷片の生成送出をより安定
的なものにすることができる。

【００１７】〔４〕請求項４に係る発明では、前記流水
路の路壁を伝熱材により形成するとともに、この路壁に
おける多数箇所を各箇所について路外側から局部的に冷
却する冷却手段を設け、この冷却手段による前記路壁中
の多数の局部冷却箇所の各々を流水路通過水に対する前
記局部冷却部にする。

【００１８】つまり、この構成では、流水路の路壁を形
成する伝熱材のうち、局部冷却部とする箇所以外の部分
については、氷を生成させる冷却そのものを施さず、局
部冷却部とする箇所のみを路外側から冷却手段より局部
的に冷却することで、それら局部冷却箇所夫々の路内側
面に付着面積を制限した状態の氷片（すなわち、流水路
の水流により剥離させる氷片）を生成する。

【００１９】この構成によれば、上記伝熱材のうち局部
冷却部とする箇所を路外側から局部的に冷却することを
もって前記の局部冷却部を形成するから、路壁を形成す
る伝熱材（例えば、管路を流水路とする場合ではその管
材）そのものには、局部冷却部を形成するための特別な
加工を施さずにすみ、この点で、流水路の形成を容易に
することができる。

【００２０】〔５〕請求項５に係る発明では、前記伝熱
材により形成した流水路壁の路内側面を路壁形成伝熱材
よりも氷付着性の低い被覆材により被覆する。

【００２１】この構成によれば、冷却手段による局部冷
却箇所（局部冷却部）において、氷付着性の低い被覆材
の表面上に付着状態の氷片を生成するようにして、生成
氷片の水流による剥離を一層容易にすることができ、こ
れにより、氷片の生成送出をより安定的なものにするこ
とができる。

【００２２】〔６〕請求項６に係る発明では、管壁に前
記局部冷却部を分散配置した管内横断面形状が円形の管
により前記流水路を形成し、この流水路形成管に対し通
過水を管芯周りの螺旋状旋回流にして通過させる構成に
する。

【００２３】この構成によれば、同一径の管で同一流量
の水を通過させる場合において、水を単に管芯方向で直
線的に通過させるに比べ、管芯周りでの螺旋状旋回流に
より管壁近傍の流速を大きくして、管壁の各局部冷却部
における生成氷片の水流による剥離を一層確実にするこ
とができ、これにより、氷片の生成送出をより安定的な
ものにすることができる。

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は多数の氷
片を生成する製氷装置を示し、１は管内横断面形状が円
形の金属製伝熱管１であり、この伝熱管１の閉塞側の一
端部には、水Ｗを管内横断面形状の接線方向で管内周面
に沿わせて管内に流入させる流入口２を形成し、この流
入口２からの水Ｗの高速流入により、水Ｗを管芯周りで
の螺旋状旋回流にして伝熱管１内の流水路３に通過させ
る。

【００２４】４は伝熱管１を囲う外管であり、伝熱管１
と外管４との間は伝熱管１に対する冷却手段として冷却
媒体Ｒ（例えば、冷凍機から供給される低温ブライン
や、冷凍回路における蒸発過程の冷媒）の通過路５に
し、この通過路５における通過冷却媒体Ｒにより伝熱管
１を全体的に管外側から冷却する。

【００２５】図２及び図３に示すように、伝熱管１の内
周面には、金属製の多数の突起６を内周面上に分散させ
て形成するとともに、これら伝熱管１や突起６の形成金
属材よりも熱伝導性が低い断熱被覆材７により突起６が
埋没する状態の被覆を施してあり、この突起形成被覆面
８を管内流水路３の路壁面にすることにより、その突起
形成被覆面８のうち突起対応部分以外の箇所では、突起
対応部分８ａよりも厚い断熱被覆材７の存在のため、冷
却媒体Ｒにより全体的に冷却される伝熱部材としての伝
熱管１からの冷熱伝達が抑止されて通過水冷却による氷
生成に至らないようにし、これに対し、突起対応部分８
ａの各々では、金属製突起６の存在により冷熱が伝熱管
１から流水路内側へ良好に伝達されるようにして通過水
冷却による氷生成に至るようにしてある。

【００２６】つまり、上記の突起形成被覆面８における
突起対応部分８ａの各々を、流水路３における局部箇所
での通過水冷却により氷片Ａを生成する局部冷却部とし
て、これら突起対応部分８ａの各々に付着する状態の氷
片Ａ（本例では粒状の氷片）を生じさせるとともに、そ
れら氷片Ａを各々の突起対応部分８ａにおいて付着面積
を制限した状態である程度まで成長させ、そして、この
ように成長させた氷片Ａを、その成長に伴う付着氷片Ａ
への通過水衝突力の増大により、ある程度の成長段階で
付着生成箇所８ａから剥離させて、これら剥離氷片Ａを
生成氷として通過水Ｗとともに伝熱管１の他端側流出口
９から送出するようにしてある。

【００２７】また、前記の断熱被覆材７には、伝熱管１
や突起６の形成金属材よりも氷付着性の低い材料（例え
ば、ポリテトラフルオロエチレン（商品名テフロン）な
どの合成樹脂材）を用い、これにより、流水路３の通過
水Ｗを管芯周りでの螺旋状旋回流にして管壁近傍の通過
水流速を大きく確保することとの協動で、局部冷却部と
しての突起対応部分８ａにおける付着生成氷片Ａの水流
による剥離を確実なものにし、氷片Ａの生成送出をより
安定的なものにするようにしてある。

【００２８】（第２実施形態）図４は、上記の第１実施
形態の如く伝熱管１を全体的に冷却するに代え、伝熱管
における多数箇所を各箇所について管外側から冷却手段
により局部的に冷却する装置構成例を示し、内部を流水
路１０とする金属製伝熱管１１の外側に、その管外周面
に接触させる状態で冷却手段としての冷却管１２を所定
ピッチの螺旋状に巻き付け、この冷却管１２に冷却媒体
Ｒ（低温ブラインや冷凍回路における蒸発過程の冷媒）
を通過させることで、流水路壁としての金属製伝熱管１
１における多数箇所１１ａ（すなわち、伝熱管１１のう
ち冷却管１２の各接触部に対応する箇所）を各箇所につ
いて管外側から局部的に冷却するようにしてある。

【００２９】つまり、これら多数の局部冷却箇所１１ａ
の各々を流水路通過水Ｗに対する局部冷却部として、前
述の第１実施形態と同様、これら局部冷却箇所１１ａ夫
々の管内側面に付着面積を制限した状態の氷片Ａ（本例
では冷却管１２の接触箇所に沿う螺旋状の氷片）を生じ
させ、そして、その氷片Ａを、成長に伴う付着氷片Ａへ
の通過水衝突力の増大により、ある程度の成長段階で付
着生成箇所１１ａから剥離させて、これら剥離氷片Ａ
（本例では剥離段階で細分化した氷片）を生成氷として
通過水Ｗとともに伝熱管１１の流出口から送出するよう
にしてある。

【００３０】また、上記伝熱管１１の内面は、その伝熱
管１１の形成金属材よりも氷付着性の低い被覆材１３
（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（商品名テフロ
ン）などの合成樹脂材）により被覆してあり、これによ
り、局部冷却箇所１１ａにおける付着生成氷片Ａの水流
による剥離を容易にして、氷片Ａの生成送出をより安定
的なものにするようにしてある。

【００３１】〔その他の実施形態〕第１実施形態では、
突起形成被覆面８を突起６が断熱被覆材７に埋没する状
態の被覆面にしたが、これに代え、突起形成被覆面８を
突起６の先端側が流水路３内に露呈する状態の被覆面に
して、その突起形成被覆面８における突起対応部分（こ
の場合、突起６の露呈部分）の各々を流水路通過水Ｗに
対する付着氷片生成用の局部冷却部とする構成にしても
よい。

【００３２】また、第２実施形態では、伝熱管１１の外
側に冷却管１２を螺旋状に巻き付けることにより、各箇
所について管外側から局部的に冷却する多数の局部冷却
箇所１１ａを伝熱管１１の管壁（流水路壁）に形成する
ようにしたが、これに代え、図５に示す如く、流水路１
０の路壁を形成する伝熱材１１′（例えば管材）の路外
側に、冷却媒体Ｒの通過路とする多数の溝部１２′を備
える断熱材１４を付設し、これにより、これら溝部１
２′の通過冷却媒体Ｒにより伝熱材１１′における多数
箇所１１ａ′を各箇所について路外側から局部的に冷却
するようにし、これら多数冷却箇所１１ａ′の各々を流
水路通過水Ｗに対する付着氷片生成用の局部冷却部とす
る構成にしてもよい。

【００３３】さらにまた、図６に示す如く、流水路壁を
形成する伝熱材１１″（例えば管材）の多数箇所１１
ａ″に対し路外側に配置の多数の噴出口１５から冷却媒
体Ｒを吹き付けることで、それら多数箇所１１ａ″を各
箇所について路外側から局部的に冷却するようにして、
これら多数冷却箇所１１ａ″の各々を流水路通過水Ｗに
対する付着氷片生成用の局部冷却部とする構成にしても
よい。なお、同図６に示す構成例において、伝熱材１
１″の路外側局部箇所に吹き付けられた後の冷却媒体Ｒ
は、伝熱材１１″のうち冷却媒体Ｒの吹き付けを受ける
局部冷却部１１ａ″以外の部分を介しての伝熱により流
水路通過水Ｗの予冷に寄与する。１６は噴出口１５を形
成した断熱材であり、この断熱材１６により冷却媒体Ｒ
の吹付前供給路１７と吹付後還送路１８とを区分してあ
る。

【００３４】第１実施形態では局部冷却部８ａにおいて
粒状の付着氷片Ａ（点状突起６の対応部分に生じる氷
片）を生成する例を示し、第２実施形態では局部冷却部
１１ａにおいて螺旋状の氷片Ａ（冷却管１２の接触部に
沿って生じる氷片）を生成する例を示したが、局部冷却
部の形状設定により線状の付着氷片や格子状の付着氷片
を生じさせるなど、付着面積を制限した状態で局部冷却
部に生じさせて水流により剥離させる付着氷片の形状は
種々の変更が可能である。

【００３５】多数箇所に分散させた状態で流水路に設け
る局部冷却部の具体的形成構造、また、突起形成被覆面
を形成した伝熱部材を冷却する冷却手段や、流水路壁を
形成する伝熱材の多数箇所を路外側から局部的に冷却す
る冷却手段の具体的構造は、前述の各例示構造に限ら
ず、種々の構成変更が可能である。

【００３６】流水路は、管内横断面形状が円形の管によ
り形成する管路に限定されるものではなく、管内横断面
形状が矩形状の管により形成する管路、あるいは、溝状
の流路であってもよい。

【００３７】生成した多数の氷片は、氷蓄熱式空調にお
ける冷熱媒体として用いるに限らず、種々の用途に使用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態を示す装置構成図

【図２】第１実施形態を示す要部の拡大縦断面図

【図３】第１実施形態を示す要部の拡大横断面図

【図４】第２実施形態を示す縦断面図

【図５】その他の実施形態を示す縦断面図

【図６】その他の実施形態を示す縦断面図

【符号の説明】

１ 伝熱部材，管 ３，１０ 流水路 ５，１２ 冷却手段 ６ 突起 ７ 断熱被覆材 ８ 突起形成被覆面 ８ａ，１１ａ 局部冷却部 １１ 伝熱材 Ａ 氷片 Ｗ 通過水

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の氷片を生成する製氷装置であっ
   て、 流水路における水流により生成箇所から剥離させる氷片
   を前記流水路における局部箇所での通過水冷却により生
   成する局部冷却部を、多数箇所に分散させた状態で前記
   流水路に設けてある製氷装置。
2. 【請求項２】 伝熱部材において多数の突起を形成した
   面を、その伝熱部材よりも熱伝導性の低い断熱被覆材に
   より前記突起が埋没する状態に又は前記突起の先端側が
   露呈する状態に被覆するとともに、この伝熱部材を冷却
   する冷却手段を設け、 この伝熱部材の突起形成被覆面を前記流水路の路壁面に
   して、その突起形成被覆面における突起対応部分の各々
   を流水路通過水に対する前記局部冷却部にしてある請求
   項１記載の製氷装置。
3. 【請求項３】 前記断熱被覆材に前記伝熱部材よりも氷
   付着性の低い材料を用いてある請求項２記載の製氷装
   置。
4. 【請求項４】 前記流水路の路壁を伝熱材により形成す
   るとともに、この路壁における多数箇所を各箇所につい
   て路外側から局部的に冷却する冷却手段を設け、この冷
   却手段による前記路壁中の多数の局部冷却箇所の各々を
   流水路通過水に対する前記局部冷却部にしてある請求項
   １記載の製氷装置。
5. 【請求項５】 前記伝熱材により形成した流水路壁の路
   内側面を路壁形成伝熱材よりも氷付着性の低い被覆材に
   より被覆してある請求項４記載の製氷装置。
6. 【請求項６】 管壁に前記局部冷却部を分散配置した管
   内横断面形状が円形の管により前記流水路を形成し、 この流水路形成管に対し通過水を管芯周りの螺旋状旋回
   流にして通過させる構成にしてある請求項１〜５のいず
   れか１項に記載の製氷装置。