JP2007278620A - 製氷装置およびスターリング冷却庫 - Google Patents

Abstract

【課題】製氷板を冷却する冷媒の循環を確保して、良好に製氷板を冷却することができる製氷装置およびスターリング冷却庫を提供する。
【解決手段】流下する製氷水を凍結させて氷を形成可能な製氷面を有する製氷板１３を備え、製氷面１３Ａと反対側に位置する製氷板の背面に気体状の冷媒を当てて、製氷板を冷却する。
【選択図】図２

Description

本発明は、製氷装置およびスターリング冷却庫に関し、特に、製氷面に製氷水を流下させて、製氷面に氷を成長させる製氷装置に関する。

従来から、流下する製氷水を凍結させて氷を形成可能な製氷面を有する製氷板を備えた製氷装置が知られている（下記特許文献１参照）。この製氷装置は、２枚の製氷プレートと、凝縮器と、この凝縮器に接続され、低温の冷媒が流通する冷却チューブと、製氷プレート間に配置され、蒸発器としての冷却チューブとを備えている。そして、冷却チューブ内には、低温の冷媒が流通しているため、製氷プレートの冷却チューブの近傍には、除々に氷が生成する。
特開平１１−１４２０３３号公報

上記従来の製氷装置において、冷却チューブ内を流通する冷媒は、凝縮器と蒸発器としての冷却チューブとの間を自然循環しているため、凝縮器より上方に位置する冷却チューブに冷媒を良好に流通させることは困難なものとなっている。このため、凝縮器より、上方に位置する冷却チューブに冷媒を循環させる場合には、冷媒が循環し難く、熱交換効率が低下して、良好に製氷板を冷却し難いという問題があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製氷板を冷却する冷媒の循環を確保して、良好に製氷板を冷却することができる製氷装置およびこの製氷装置を備えたスターリング冷却庫を提供することである。

本発明に係る製氷装置は、流下する製氷水を凍結させて氷を形成する製氷面を有する製氷板を備え、製氷面と反対側に位置する製氷板の背面に気体状の冷媒を当てて、製氷板を冷却する。

好ましくは、製氷板の上方に配置され、製氷面に製氷水を流下させる給水器と、製氷板の製氷面と反対側に位置する製氷板の背面に形成され、製氷板に冷媒からの冷熱を伝達する複数の冷却フィンと、製氷板の背面に達し、冷媒を製氷板の背面に供給する管路と、製氷板の背面に冷媒を吹き付ける送風機とをさらに備える。

好ましくは、管路内に配置され、管路を閉塞するダンパと、送風機とダンパを制御する制御部とをさらに備え、制御部は、管路内を冷媒が流通できるようにダンパを駆動する際に、送風機を駆動し、管路を閉塞するようにダンパを駆動する際に、送風機の駆動を停止する。

好ましくは、製氷板の下方に配置され、製氷面から滴下する製氷水を貯留するタンクと、タンク内の製氷水を散水器に供給するポンプとをさらに備え、制御部は、ポンプを駆動して、製氷面に製氷水を流下させた後に、送風機を駆動する。

好ましくは、制御部は、送風機の回転数を製氷開始時よりも、製氷開始時から所定時間経過後に高くする。好ましくは、放熱部と吸熱部とを有するスターリング冷凍機と、吸熱部に接続され熱媒体が循環する熱媒体循環回路と、熱媒体循環回路に接続され、管路内の冷媒と熱媒体との間で熱交換する蒸発器とをさらに備える。本発明に係るスターリング冷却庫は、上記製氷装置を備える。

本発明に係る製氷装置およびスターリング冷却庫によれば、製氷板を冷却する冷媒が良好に循環して、製氷板を良好に冷却することができる。

図１から図６を用いて、本実施の形態に係る製氷装置１０およびこの製氷装置１０を備えたスターリング冷却庫１００について説明する。なお、冷却庫とは、冷蔵庫および冷凍庫のいずれも含む概念である。図１は、本実施の形態に係るスターリング冷却庫１００の概略構成を示す側断面図である。この図１に示されるように、スターリング冷却庫１００は、複数の冷蔵室５８と、複数の冷凍室５７と、製氷室５９と、これら冷凍室５７、冷蔵室５８および製氷室５９を規定する断熱材からなるキャビネット５０と、スターリング冷凍機５１とを備えている。

スターリング冷凍機５１は、スターリング冷却庫１００の中央部に配置されており、高温となる放熱部５２と、冷熱を発する吸熱部５３とを備えている。吸熱部５３には、低温側凝縮器５３ａが設けられている。

この低温側凝縮器５３ａには、熱媒体Ａが循環する熱媒体循環回路５４が接続されており、この熱媒体循環回路５４には、低温側蒸発器５５が接続されている。この低温側蒸発器５５は、冷凍室５７、冷蔵室５８および製氷室５９に接続された管路５６内に配置されている。

そして、低温側凝縮器５３ａ内で凝縮された熱媒体Ａが、熱媒体循環回路５４内を通り、低温側蒸発器５５内で、庫内の空気と熱交換して温められる。そして、温められた熱媒体Ａは、再度、熱媒体循環回路５４内を通り低温側凝縮器５３ａ内で冷却される。その一方で、庫内の空気（気体状の冷媒）Ｂは、冷却される。

管路５６内には、送風ファン６０が設けられており、この送風ファン６０により、低温側蒸発器５５により冷却された空気Ｂは、冷凍室５７、冷蔵室５８および製氷室５９に向けて送風される。

図２は、製氷室５９に設けられた製氷装置１０の正面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図であって、製氷装置１０の断面図である。この図２および図３に示されるように、製氷装置１０は、流下する水を凍結させて、氷を製氷可能な製氷面１３Ａと、製氷面１３Ａと反対側に位置し、庫内の空気（気体状の冷媒）Ｂが吹き付けられて、製氷面１３Ａを冷却する背面１３Ｂとを備えた製氷板１３を備えている。

また、製氷装置１０は、この製氷板１３の上方に配置され、製氷面１３Ａに製氷水を流下させる給水器１４と、製氷板１３の背面１３Ｂに形成され、製氷面１３Ａに空気Ｂからの冷熱を伝達可能な複数の冷却フィン２２とを備えている。

製氷板１３の製氷面１３Ａには、流下する製氷水を冷却可能な複数の冷却板１２と、冷却板１２間に配置された樹脂板１１とを備えている。

冷却板１２は、樹脂板１１の熱伝達率が高く、空気Ｂからの冷熱によって、製氷水を冷却して、良好に製氷可能とされている一方で、樹脂板１１では、空気Ｂによって冷却され難く、氷の生成が抑制されている。そして、上下方向に隣接する冷却板１２間に樹脂板１１が設けられており、氷は、冷却板１２ごとに形成され、上下方向に連結することが抑制されている。また、横方向に隣接する冷却板１２間には、仕切板１９が設けられており、生成される氷が横方向に分離される。

給水器１４は、製氷板１３の上辺側に設けられ、この給水器１４は、下面に複数の給水口１４ａを所定の間隔を隔て備えており、仕切板１９間に位置する製氷面１３Ａに製氷水を供給可能とされている。

なお、図３に示されるように、給水器１４の下面には、給水口１４ａから流下する製氷水を製氷面１３Ａに向けて案内するための整流板１４ｂが設けられている。この整流板１４ｂは、給水器１４下面のうち、給水口１４ａに対して、製氷面１３Ａと反対側に位置する部分に形成されており、下方に向かうに従って、製氷面１３Ａに近接するように傾斜している。

このため、給水口１４ａから垂れる製氷水は、整流板１４ｂによって、製氷面１３Ａに案内され、製氷水が良好に製氷面１３Ａの表面上を流下する。製氷板１３の下部には、上方に向けて開口部を有し、流下する製氷水を受け止めるタンク１５と、タンク１５の開口部に設けられ、流下した製氷水をろ過する網１５ａとが設けられている。

このタンク１５には、タンク１５内に貯留する製氷水を給水器１４に向けて供給するポンプ１６が接続されている。そして、製氷水が再度製氷面１３Ａ上を流下する。このように、一度製氷面１３Ａ上を流下して冷却された製氷水を再度、製氷面１３Ａ上に給水することにより、製氷効率の向上を図ることができる。

製氷板１３の背面１３Ｂには、庫内の空気Ｂを背面１３Ｂに供給する管路２０が設けられており、この管路２０内には、背面１３Ｂに空気Ｂを吹き付ける送風機１７と、ダンパ１８とが設けられている。

庫内の空気Ｂは、図１に示す低温側蒸発器５５によって冷却され、送風ファン６０によって、低温側蒸発器５５より上方に位置する製氷装置１０に向けて供給されている。このように、本実施の形態に係るスターリング冷却庫１００においては、製氷板１３を冷却する冷媒として、気体状の冷媒を使用することとしているので、ファン等を用いて任意の位置に引き回すことができる。これにより、冷媒である空気を冷却する低温側蒸発器５５や、製氷装置１０を庫内の任意の位置に配置することができ、各種設計を容易に行なうことができる。

管路２０は、仕切壁２１によって、上流路２０Ａと、下流路２０Ｂとに仕切られている。上流路２０Ａは、製氷板１３の背面１３Ｂの一部に達するように配置されており、下流路２０Ｂは、上流路２０Ａが達している領域以外の領域に達するように配置されている。

そして、図１に示す低温側蒸発器５５によって、冷却された空気は、管路２０の上流路２０Ａ内に供給され、上流路２０Ａが達する製氷板１３の背面１３Ｂの一部を冷却する。そして、空気Ｂは、製氷板１３の背面１３Ｂ上を下流路２０Ｂ側に向けて流れ、背面１３Ｂを冷却する。そして、下流路２０Ｂから図１に示す管路５６内にもどり、再度低温側蒸発器５５によって冷却される。このようにして、空気Ｂは、製氷板１３の背面１３Ｂ全面を冷却する。

特に、図３において、上流路２０Ａ内には、送風機１７が設けられているため、冷却された空気Ｂを強制的に背面１３Ｂに吹き付けることにより、良好に背面１３Ｂを冷却することができる。

このように、製氷板１３の背面１３Ｂで、空気Ｂが浸入する上流路２０Ａと、下流路２０Ｂとを配置することにより、管路２０のコンパクト化を図ることができ、製氷室５９の収容容積を確保することができる。

さらに、背面１３Ｂには、複数の冷却フィン（冷却板）２２が設けられているため、管路２０内の空気Ｂとの接触面積が大きくなっており、空気Ｂと製氷板１３との熱交換効率の向上が図られている。この冷却フィン２２の表面積は、製氷面１３Ａの面積の５倍以上２０倍以下とするのが、好ましい。５倍より小さい場合には、空気Ｂとの熱交換効率が小さく、良好に製氷板１３を冷却することが困難となるためである。そして、２０倍より大きいと、冷却フィン２２が大きくなりすぎ、製氷室５９の容積が小さくなるためである。なお、空気Ｂの流通性を確保するために、冷却フィン２２に、空気Ｂの流通方向に連通するスリット（連通部）を設けてもよい。

管路２０内に配置されたダンパ１８は、上流路２０Ａを閉塞したりして、空気Ｂの流通量を調整している。そして、このダンパ１８と、送風機１７とポンプ１６との動作は、制御部７０によって制御されている。

上記のように構成されたスターリング冷却庫１００の製氷動作について、図４、図５等を用いて説明する。図４は、製氷動作中における製氷装置１０の正面図であり、図５は、図４に示されたＶ−Ｖ線における断面図である。

また、図６（ａ）は、製氷動作開始から製氷動作終了までの、ポンプ１６の動作を示した動作線図である。図６（ｂ）は、製氷動作開始から製氷動作終了までの、ダンパ１８の動作線図であり、図６（ｃ）は、製氷動作開始から製氷動作終了までの、送風機１７の動作線図である。なお、図６（ａ）〜（ｃ）において、横軸が時間（分）を示す。

これら、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、制御部７０は、ポンプ１６の駆動を開始して、給水器１４から製氷水を流下させる。この際、制御部７０は、ダンパ１８を閉塞状態とさせて、管路２０内に冷却された空気Ｂから流れ込まないようにしている。さらに、制御部７０は、送風機１７の駆動を停止している。

このため、冷却板１２は、流下する製氷水を凍結させる程度にまで冷却されておらず、流下する製氷水は、冷却板１２の表面を単に流下する。このように製氷水が流下することにより、冷却板１２の表面に付着していた霜等が除去され、冷却板１２の表面がきれいに洗浄される。

そして、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ポンプ１６の駆動が開始されてから、たとえば、１分程度経過した後に、送風機１７の駆動が開始され、ダンパ１８が開口状態とされる。送風機１７の駆動が開始された当初の駆動出力は、低減されている。このように送風機１７の出力を始め低減することにより、図４および図５に示す冷却板１２が短時間で過度に冷却されることを抑制する。

冷却板１２の表面が短時間で冷却されると、図１に示す製氷室５９内の水分が、冷却板１２の表面に霜として付着し、この付着した霜によって、流下する製氷水の流れが阻害され、製氷水が、冷却板１２の表面に均一に流れ難くなるためである。このように、製氷水が、冷却板１２の表面に均一に流れなくなると、形成された氷の厚みに偏りが生じて、良好な氷を生成することが困難なこととなる。

そこで、冷却板１２の表面を洗浄した後に、送風機１７の出力を低減した状態で、駆動させて、製氷板１３を冷却する。これにより、冷却板１２の表面に霜が形成されることを抑制することができ、製氷水が冷却板１２の表面を均等に流下する。

このため、冷却板１２の表面全面に、薄膜の氷が形成される。この際、冷却板１２の表面が、洗浄されており、冷却板１２の表面全面に製氷水が流下することにより、冷却板１２の略全面に、厚みが均等な薄膜状の氷が形成される。

そして、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ポンプ１６を駆動した状態で、ダンパ１８を開状態とし、さらに、送風機１７の駆動を低減した状態で駆動を開始してから、たとえば、５分程度経過した後、制御部７０は、送風機１７の駆動を高速状態とする。

送風機１７の駆動が高速状態とされることにより、図４および図５に示す冷却板１２の温度がさらに低減され、製氷能力が向上する。このような状態で、冷却板１２の表面を製氷水が流下することにより、氷の製氷速度が向上して、短時間で、氷が所定の質量にまで成長する。

ここで、冷却板１２の表面全面には、薄膜状の氷が形成されているため、冷却板１２上を流れる製氷水に偏りが生じにくく、冷却板１２上を製氷水が略均等に流れ、生成される氷に歪みが生じることを抑制することができる。

さらに、冷却板１２の表面に形成された氷の表面上に、製氷水が流下することにより、薄膜状の氷が順次成長することにより、形成された氷内に空気などの気泡が混入することが抑制されており、透明度の高い氷を成長させることができる。

下記表１は、製氷板１３に吹き付けられる空気Ｂの温度と、製氷時間（分）とを変動させたときに生成される氷の厚みｔおよび質量について示したものである。他の条件としては、送風機１７は、５Ｖ、０．７Ｗで駆動しており、このときの送風量１５ｍ^３／ｈ、製氷水の循環量１２４０ｍｌ／ｍｉｎとされている。

ここで、製氷装置１０としては、図１において、冷却板１２の上下方向の長さを、１２０ｍｍとし、横方向の長さも１２０ｍｍとされている。さらに、上下方向に隣接する冷却板１２を連結して、上下方向の長さを１２０ｍｍとして、冷却板１２の形状を上下方向に長い長方形形状とされている。さらに、図３に示す冷却フィン２２の寸法は、１．５ｍｍ×２．５ｍｍ×２４ｍｍとされ、この冷却フィン２２が、背面１３Ｂに７４４個配置されている。また、図３において、冷却フィン２２の端部と、送風機１７との間の距離を、３０ｍｍとする。

上記表１に示されるように、製氷板１３に吹き付けられる空気Ｂの温度が高くても、製氷時間３０分以上とすることにより、形成される氷の厚みを確保することができる。

下記表２は、上記表１において用いられた製氷装置を用いて、送風機１７の駆動能力および空気Ｂの温度を変動させて、形成される氷の厚みについて示すものである。

この表２に示されるように、送風機１７の電圧および入力を変動させることにより、良好に生成される氷の厚みを調整することができる事がわかる。

そして、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、生成された氷が所定の質量や、厚みを有する程度にまで成長した時点で、制御部７０は、ダンパ１８を閉塞状態とし、送風機１７の駆動を停止して、さらに、ポンプ１６の駆動を停止して、製氷板１３への製氷水の供給を停止する。

これにより、製氷板１３の温度が高くなり、生成された氷のうち、冷却板１２の表面の部分が溶けて、生成された氷が冷却板１２から脱落する。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は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およ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。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。

本発明は、製氷装置およびこの製氷装置を備えたスターリング冷却庫に好適である。

本実施の形態に係るスターリング冷却庫の概略構成を示す側断面図である。 製氷室に設けられた製氷装置の正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図であって、製氷装置の断面図である。 製氷動作中における製氷装置の正面図である。 図４に示されたＶ−Ｖ線における断面図である。 （ａ）は、製氷動作開始から製氷動作終了までの、ポンプの動作を示した動作線図であり、（ｂ）は、製氷動作開始から製氷動作終了までの、ダンパの動作線図であり、（ｃ）は、製氷動作開始から製氷動作終了までの、送風機の動作線図である。

符号の説明

１０ 製氷装置、１２ 冷却板、１３ 製氷板、１３Ａ 製氷面、１３Ｂ 背面、１４ 給水器、１４ａ 給水口、１４ｂ 整流板、１５ タンク、１５ａ 網、１６ ポンプ、１８ ダンパ、２０ 管路、２０Ａ 上流路、２０Ｂ 下流路、２１ 仕切壁、２２ 冷却フィン、５１ スターリング冷凍機、５３ 吸熱部、５３ａ 低温側凝縮器、５４ 熱媒体循環回路、５５ 低温側蒸発器、１００ スターリング冷却庫。

Claims (7)

1. 流下する製氷水を凍結させて氷を形成する製氷面を有する製氷板を備え、
   前記製氷面と反対側に位置する前記製氷板の背面に気体状の冷媒を当てて、前記製氷板を冷却する製氷装置。
2. 前記製氷板の上方に配置され、前記製氷面に前記製氷水を流下させる給水器と、
   前記製氷板の前記製氷面と反対側に位置する前記製氷板の背面に形成され、前記製氷板に前記冷媒からの冷熱を伝達する複数の冷却フィンと、
   前記製氷板の背面に達し、前記冷媒を前記製氷板の背面に供給する管路と、
   前記製氷板の背面に前記冷媒を吹き付ける送風機と、
   をさらに備えた、請求項１に記載の製氷装置。
3. 前記管路内に配置され、前記管路を閉塞するダンパと、
   前記送風機と前記ダンパを制御する制御部とをさらに備え、
   前記制御部は、前記管路内を前記冷媒が流通できるように前記ダンパを駆動する際に、前記送風機を駆動し、前記管路を閉塞するように前記ダンパを駆動する際に、前記送風機の駆動を停止する、請求項２に記載の製氷装置。
4. 前記製氷板の下方に配置され、前記製氷面から滴下する前記製氷水を貯留するタンクと、
   前記タンク内の前記製氷水を前記散水器に供給するポンプとをさらに備え、
   前記制御部は、前記ポンプを駆動して、前記製氷面に前記製氷水を流下させた後に、前記送風機を駆動する、請求項３に記載の製氷装置。
5. 前記制御部は、前記送風機の回転数を製氷開始時よりも、前記製氷開始時から所定時間経過後に高くする、請求項３または請求項４に記載の製氷装置。
6. 放熱部と吸熱部とを有するスターリング冷凍機と、
   前記吸熱部に接続され熱媒体が循環する熱媒体循環回路と、
   前記熱媒体循環回路に接続され、前記管路内の冷媒と前記熱媒体との間で熱交換する蒸発器とをさらに備えた請求項２から請求項５のいずれかに記載の製氷装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載された製氷装置を備えたスターリング冷却庫。

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