JP2019148412A - 製氷機および製氷システム - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー化を図りつつ、高品質の氷を作る。【解決手段】実施形態の製氷機は、製氷するための冷媒として液化炭酸ガスを用いた製氷機であって、冷媒が循環する冷媒通路が内部に形成され、上方に起立して配置された製氷板と、製氷板の上方から製氷板の表面に散水する散水機構と、冷媒を循環させる冷媒循環機構と、を備え、冷媒循環機構は、冷媒を貯留するレシーバタンクと、レシーバタンクに貯留されている冷媒を製氷板の上部に導入するポンプと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、製氷機および製氷システムに関する。

従来、冷媒や寒剤によって冷却された製氷板の表面に散水することにより氷を生成し、一定の厚さまで氷を成長させた後、製氷板を加温することにより脱氷を行う製氷システムが知られている。
例えば、特許文献１には、製氷板内を液冷媒が循環する液循環方式の製氷システムが開示されている。特許文献１の製氷システムでは、冷媒としてフロンを用いている。

特許第６２１５７４２号公報

しかし、冷媒としてフロンを用いた製氷システムにおいては、省エネルギー化を図りつつ、高品質の氷を作る上で改善の余地があった。
すなわち、冷媒としてフロンを用いた直膨方式（以下「フロン直膨方式」ともいう。）においては、冷媒に含まれる冷凍機油が伝熱を阻害するため伝熱効率が落ちるおそれがある。加えて、フロン直膨方式は過熱度をとる必要があり製氷板の冷媒出口に向かうにつれて冷媒が気化するため、製氷板の冷媒入口と冷媒出口で温度差が生じ、製氷ムラの原因となる。加えて、フロン直膨方式においては、冷凍機油が製氷板内に留まるため伝熱面積が減少する可能性が高い。

フロン直膨方式の他に、プロピレングリコールやエチレングリコール等のブライン（以下「ブライン」ともいう。）を用いた製氷システムが知られている。しかし、ブラインは粘弾性が高いため製氷板内での圧力損失が大きくなりやすい。製氷板内での圧力損失が大きくなると、製氷板内で偏流しやすくなるため流量を大きくする必要があり、搬送動力が増大する。加えて、ブラインは毒性があるため食品に用いる氷等には適さない。

以上のような事情に鑑み、本発明は、省エネルギー化を図りつつ、高品質の氷を作ることが可能な製氷機および製氷システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る製氷機は、製氷するための冷媒として液化炭酸ガスを用いた製氷機であって、前記寒剤が循環する寒剤通路が内部に形成され、上方に起立して配置された製氷板と、前記製氷板の上方から前記製氷板の前記表面に散水する散水機構と、前記寒剤を循環させる寒剤循環機構と、を備え、前記寒剤循環機構は、前記寒剤を貯留するレシーバタンクと、前記レシーバタンクに貯留されている前記寒剤を前記製氷板の上部に導入するポンプと、を備えることを特徴とする。なお、液化炭酸ガスを用いる場合、フロンなどの冷媒と区別するために、これを寒剤ともいう。本明細書では便宜的に、液化炭酸ガス等も冷媒と称する。

この構成によれば、製氷するための冷媒として液化炭酸ガスを用いることで、フロン直膨方式と異なり、製氷板の内部に冷凍機油が循環しないため、製氷板の伝熱性能が落ちない。加えて、製氷機の内部には液化炭酸ガスが循環することで、フロン直膨方式と異なり、製氷板の内部は過熱度がゼロの状態になるため、製氷板の伝熱性能がフロン直膨方式より向上する。このように製氷板の伝熱性能が向上することにより、省エネルギー化を図ることができる。加えて、フロン直膨方式と異なり、製氷板の上部および下部において氷の厚みを均一にすることができる。これは、液化炭酸ガスの潜熱を利用する方式なので製氷板の上部と下部とで温度差が生じない（均一温度となる）ためである。加えて、フロン直膨方式と異なり、氷の透明度を高くすることができる。この理由として、液化炭酸ガスの潜熱を利用するため製氷面に氷が生成される際の凍結速度が遅いこと、また製氷板の上部と下部とが均一温度となったことで水流の乱れが少なくなり気泡が発生しづらくなったことが挙げられる。凍結速度が遅く、水流の乱れが少ないほど氷中に取り込まれる気泡が少なくなる。したがって、気泡の混入量が少ない透明度の高い高品質の氷を作ることができる。さらに、冷媒としてフロンを用いる従来技術では、冷媒が圧縮と膨張を繰り返すため、圧縮機潤滑剤の冷凍機油が混入し伝熱性能を低下させる。これに対し、本発明では、二次冷媒（寒剤）としてＣＯ_２を用いることにより、圧縮と膨張を経ずに熱交換による液化・気化を繰り返すため、ＣＯ_２冷媒（寒剤）に冷凍機油が混入せず、伝熱性能の低下を防ぐことができる。

加えて、散水機構により、製氷板の上方から製氷板の表面に散水することで、製氷板の表面上部から表面下部にわたって水が伝わるため、製氷板の表面全体に一定の厚みの氷を作ることができる。
加えて、冷媒を貯留するレシーバタンクを備えることで、レシーバタンクを製氷機の外部に別個独立に設けた構成と比較して、冷媒を製氷機の内部に溜めておくことができるため、冷媒の使用量を削減することができる。加えて、レシーバタンクと製氷機とを接続する配管等をコンパクトにすることができるため、製氷機の小型化を図ることができる。
加えて、ポンプにより、レシーバタンクに貯留されている冷媒が製氷板の上部に導入されることで、製氷板の上部に導入された冷媒は、重力の作用により製氷板の内部を下方に流れる。製氷板の内部を下方に流れた冷媒をレシーバタンクに戻すことにより、製氷板の内部に冷媒を自動的に循環させることができる。この際、液化炭酸ガスはブラインと比較して粘弾性が低いためポンプにかかる動力を小さくすることができる。

本発明の一態様において、前記製氷板として、水平方向で互いに対向する第一製氷板と第二製氷板とが設けられ、前記第一製氷板は、鉛直面に沿う第一表面を有し、前記第二製氷板は、鉛直面に沿い、水平方向で前記第一表面とは反対側に配置された第二表面を有し、前記散水機構は、前記第一表面に散水する第一散水手段と、前記第二表面に散水する第二散水手段と、を備えていてもよい。
この構成によれば、第一製氷板および第二製氷板のそれぞれの表面に一定の厚みの氷を作ることができるため、一つの製氷板のみを備えた構成と比較して、単位時間当たりの製氷能力が向上する。

本発明の一態様において、前記第一製氷板は、水平方向で前記第一表面とは反対側に配置された第一裏面を有し、前記第二製氷板は、水平方向で前記第二表面とは反対側に配置され、前記第一裏面と間隔をあけて対向する第二裏面を有し、前記第一裏面と前記第二裏面とに熱媒を供給する熱媒供給機構を更に備えていてもよい。
この構成によれば、第一製氷板および第二製氷板のそれぞれの裏面に熱媒を供給することにより、第一製氷板および第二製氷板が加温されるため、第一製氷板および第二製氷板から氷を剥離し、氷を自重により落下させることができる。

本発明の一態様において、前記熱媒供給機構は、前記製氷板の上部に熱媒を供給する第一熱媒供給手段と、前記製氷板の上下中央部に熱媒を供給する第二熱媒供給手段と、を備えていてもよい。
ところで、熱媒供給手段が製氷板の上部のみに設けられた構成の場合、製氷板の上部に供給された熱媒が製氷板の裏面上部から裏面下部に伝わるまでに冷めてしまい、製氷板の下部を十分に加温できない可能性がある。これに対し、この構成によれば、第一熱媒供給手段および第二熱媒供給手段を備えることで、製氷板の上部および上下中央部のそれぞれに熱媒が供給されるため、製氷板の裏面下部に伝わる熱媒が冷め難くなり、製氷板の裏面全体を十分に加温することができる。

本発明の一態様において、前記散水機構から散布された冷水を循環させる冷水循環ラインと、前記冷水循環ラインとは別個独立に設けられ、前記熱媒供給機構から供給された前記熱媒を循環させる熱媒循環ラインと、を更に備えていてもよい。
この構成によれば、冷水循環ラインと熱媒循環ラインとが別個独立に配置され、互いに交わることはないため、冷水および熱媒のそれぞれの温度管理が容易となる。

本発明の一態様において、前記レシーバタンクは、前記製氷板の下方に配置されていてもよい。
この構成によれば、レシーバタンクと製氷機とを接続する配管等をより一層コンパクトにすることができるため、製氷機の小型化をより効果的に図ることができる。

本発明の一態様において、前記製氷板の前記表面に所定量の氷を作るために必要な基準熱量以上の熱量を有する前記冷媒を前記製氷板の内部に循環させるように前記ポンプを制御する制御部を更に備えていてもよい。
この構成によれば、製氷板の表面において製氷負荷に応じた冷媒流量に調整できるため、製氷板の表面全体において氷の厚みを均一にしつつ、氷の透明度を高くすることができる。

本発明の一態様に係る製氷システムは、上記製氷機と、前記レシーバタンクに貯留されている前記冷媒を冷却する冷凍機と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上記製氷機を備えることで、省エネルギー化を図りつつ、高品質の氷を作ることが可能な製氷システムを提供することができる。

本発明によれば、省エネルギー化を図りつつ、高品質の氷を作ることが可能な製氷機および製氷システムを提供することができる。

実施形態に係る製氷システムの概略図。 実施形態に係る製氷機の前面斜視図。 実施形態に係る製氷機の後面斜視図。 実施形態に係る製氷機の配管系統図。 実施形態に係る製氷機の冷媒循環ラインの説明図。 実施形態に係る製氷板対における冷媒循環ラインの説明図。 実施形態に係る冷水循環ラインおよび温水循環ラインの説明図。 実施形態に係る製氷板の前面図。 実施形態に係る製氷板の表面の部分拡大図。 図９のＸ−Ｘ断面を含む図。 実施形態に係る製氷板の部分斜視図。 本発明の製氷システムの実施例で生成された氷の偏向顕微鏡写真。 従来例のフロン直膨方式製氷システムで生成された氷の偏向顕微鏡写真。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。各図において、同一構成については同一の符号を付す。実施形態においては、製氷システムの一例として、液化炭酸ガスを冷却する冷媒としてアンモニア冷媒を用い、二次冷媒（寒剤ともいう）として液化炭酸ガスを用いた製氷システムを挙げて説明する。

［製氷システム１］
図１に示すように、製氷システム１は、製氷するための冷媒として液化炭酸ガスを用いた製氷機２と、製氷機２に接続された冷凍機３と、を備える。

冷凍機３は、アンモニア冷媒で液化炭酸ガスを冷却する間接冷却方式を採用する。冷凍機３は、アンモニア冷媒を液体から気体へ、また気体から液体に変化させる一連の繰り返し（冷凍サイクル）を行う。アンモニア冷媒は、液体が気体に変わるときに周囲から蒸発熱（気化熱）を奪い、気体から液体に変わるときに凝縮熱を排出する。図１において、符号４はアンモニア冷媒循環ライン（一次冷媒循環ライン）、符号５は蒸発器、符号６は圧縮機、符号７は凝縮器をそれぞれ示す。

［製氷機２］
図２に示すように、製氷機２は、液化炭酸ガスが循環する冷媒通路１５（図１０参照）が内部に形成された複数の製氷板を有する製氷板群（製氷ユニット）１０と、製氷板の表面に散水する散水機構２０（図６参照）と、液化炭酸ガスを循環させる冷媒循環機構３０（図４参照）と、製氷板の裏面に熱媒（加熱用の熱媒体）を供給する熱媒供給機構４０（図６参照）と、製氷機２の構成要素を制御する制御盤５０（制御部）と、製氷機２の構成要素を支持するフレーム６０と、フレーム６０を支持する脚部６１と、を備える。複数の製氷板は、水平方向に間隔をあけて配置されている。

以下の説明においては、上下方向のうち、脚部６１側を下方、脚部６１とは反対側を上方として説明する。また、上下方向に直交する方向において、制御盤５０側を前方とし、制御盤５０とは反対側を後方とする。また、上下方向および前後方向のそれぞれに直交する方向を左右方向とする。

［製氷板群１０］
図２に示すように、製氷板群１０は、製氷機２の上部に配置されている。製氷板群１０は、上方に起立して配置されている。製氷板群１０は、前後方向に間隔をあけて配置された三つの製氷板対１１を備える。

図６に示すように、製氷板対１１は、前後方向で対向する一対の製氷板１２，１３を備える。一対の製氷板１２，１３は、前後方向で互いに対向する第一製氷板１２と第二製氷板１３とである。

第一製氷板１２は、鉛直面に沿う第一表面１２ａと、前後方向で第一表面１２ａとは反対側に配置された第一裏面１２ｂと、を有する。
第二製氷板１３は、鉛直面に沿い、前後方向で第一表面１２ａとは反対側に配置された第二表面１３ａと、前後方向で第二表面１３ａとは反対側に配置され、第一裏面１２ｂと間隔をあけて対向する第二裏面１３ｂと、を有する。
第一製氷板１２および第二製氷板１３は、互いに同一の構造を有する。以下、第一製氷板１２および第二製氷板１３を総称して単に「製氷板」ともいう。

［製氷板］
図８に示すように、製氷板１２（図８では第一製氷板１２を図示）は、互いに対向する一対のステンレス製の平板１４（以下「ステンレス平板１４」ともいう。）を備える（図１０参照）。一対のステンレス平板１４は、対向する面同士が千鳥状に配置された複数の円形状の接合部１４ａ（以下「円形接合部１４ａ」ともいう。）で接合されている（図９参照）。一対のステンレス平板１４は、周縁部１４ｂ（図８参照）に沿って水密に接合されている。

例えば、円形接合部１４ａの直径は５ｍｍ〜１５ｍｍ程度、円形接合部１４ａの中心間の間隔（中心間距離）は３５ｍｍ〜４５ｍｍ程度とされている。図１０の断面視で、円形接合部１４ａの周囲は外方に隆起し、円形接合部１４ａを底部とする多角形状の凹部を形成している。隣接する多角形状の凹部によって、製氷板の製氷面は波打った形状を有している。図１１に示すように、円形接合部１４ａの周囲に形成された空間が冷媒通路１５（液化炭酸ガスの流路）となる。

図８に示すように、製氷板１２の上端部の一側面には、製氷板１２の内部に液化炭酸ガスを導入するための冷媒導入管１６が設けられている。製氷板１２の下端部の一側面には、製氷板１２の内部から液化炭酸ガスを排出するための冷媒排出管１７が設けられている。

［散水機構２０］
散水機構２０は、製氷板の上方から製氷板の表面に散水する。図６に示すように、散水機構２０は、第一表面１２ａに散水する第一散水手段２１と、第二表面１３ａに散水する第二散水手段２２と、散水するための冷水を貯留する冷水タンク２３（図２参照）と、冷水タンク２３に貯留されている冷水を冷水供給管２４（図７参照）および散水ヘッダー２５（図３参照）を通じて第一散水手段２１および第二散水手段２２のそれぞれに送る冷水ポンプ２６（図２参照）と、を備える。図６において矢印Ｗ１は、第一散水手段２１および第二散水手段２２から製氷板の上部表面に向けて散布される冷水の散水方向を示す。

図６に示すように、製氷板の上部表面に散布された冷水は、製氷板の表面に沿って製氷板の下部に向けて流れる。図７に示すように、製氷板の下部に流れた冷水は、ドレンパン５１に流入し、ドレンパン５１の底部上面５１ａに沿って流れ、冷水排出管２７を介して冷水ポンプ２６に戻る。冷水供給管２４、ドレンパン５１の底部上面５１ａおよび冷水排出管２７は、散水手段２１，２２から供給された冷水を循環させる冷水循環ライン２８を構成する。図７において符号Ｗ２は、冷水循環ライン２８における冷水の流れを示す。

［冷媒循環機構３０］
図４に示すように、冷媒循環機構３０は、液化炭酸ガスを貯留するレシーバタンク３１と、レシーバタンク３１に貯留されている液化炭酸ガスを製氷板の上部に導入するポンプ３２と、レシーバタンク３１とポンプ３２とを接続するステンレス製の冷媒配管３３と、を備える。冷媒配管３３は、液化炭酸ガスを循環させる冷媒循環ライン３４を構成する。

［レシーバタンク３１］
図２に示すように、レシーバタンク３１は、製氷板（製氷板群１０）の下方に配置されている。レシーバタンク３１は、Ｔ字状をなしている。レシーバタンク３１は、左右方向に直線状に延在する第一タンク３１ａと、第一タンク３１ａの左右中央部から下方に直線状に延在する第二タンク３１ｂと、を備える。レシーバタンク３１の上部（第一タンク３１ａの左部）は、接続配管３５を介して冷凍機３（図１参照）に接続されている。冷凍機３は、レシーバタンク３１に貯留されている液化炭酸ガス（二次冷媒、寒剤ともいう）を、アンモニア冷媒（一次冷媒）により冷却する。

図４において、符号７０はレシーバタンク３１の上部（第一タンク３１ａの左部）に配管７１を介して接続された圧力発信器、符号７２は配管７１上に設けられた止め弁、符号７３はレシーバタンク３１の上部（第一タンク３１ａの右部）に配管７４を介して接続された安全弁、符号７５は配管７４上に設けられた止め弁、符号７６はレシーバタンク３１の下部（第二タンク３１ｂの下端部）に接続されたドレン管、符号７７はドレン管７６上に設けられたボールバルブをそれぞれ示す。

［ポンプ３２］
図２に示すように、ポンプ３２は、製氷機２の下部に配置されている。図４に示すように、ポンプ３２は、レシーバタンク３１に貯留されている液化炭酸ガスを、冷媒配管３３、冷媒導入管１６を介して製氷板（第一製氷板１２および第二製氷板１３）の上部に供給する。図５において矢印Ｂ１は、ポンプ３２の作用によりレシーバタンク３１の下部から製氷板の上部に向かう液化炭酸ガスの流れ（冷媒循環ライン３４におけるレシーバタンク３１から製氷板への液化炭酸ガスの導入方向）を示す。

製氷板の上部に導入された液化炭酸ガスは、重力の作用により製氷板の内部を下方に流れる。製氷板の内部を下方に流れた液化炭酸ガスは、冷媒排出管１７、冷媒配管３３を介してレシーバタンク３１に戻る。図５において矢印Ｂ２は、製氷板の下部からレシーバタンク３１の上部に向かう液化炭酸ガスの流れ（製氷板からレシーバタンク３１への液化炭酸ガスの排出方向）を示す。

図４において、符号７９は冷媒配管３３上に設けられた止め弁、符号８０は冷媒配管３３上に設けられたストレーナ、符号８１は冷媒配管３３から分岐する配管８２に接続された圧力発信器、符号８３は配管８２上に設けられた止め弁、符号８４は冷媒配管３３から分岐する配管８５と冷媒配管３３から分岐する配管８６とに接続された差圧計、符号８７は配管８５上に設けられたボールバルブ、符号８８は配管８６上に設けられたボールバルブ、符号８９は冷媒配管３３から分岐してレシーバタンク３１の上部（第一タンク３１ａの右部）に接続されたバイパス管、符号９０はバイパス管８９上に設けられた止め弁をそれぞれ示す。

［熱媒供給機構４０］
熱媒供給機構４０は、製氷板の裏面に熱媒として温水を供給する。図６に示すように、熱媒供給機構４０は、第一裏面１２ｂと第二裏面１３ｂとに温水を供給する。図７に示すように、熱媒供給機構４０は、製氷板の上部に温水を供給する第一熱媒供給手段４１と、製氷板１２（図８では第一製氷板１２を図示）の上下中央部に温水を供給する第二熱媒供給手段４２と、温水を貯留する温水タンク４３（図２参照）と、温水タンク４３に貯留されている温水を、温水供給管４４を通じて第一熱媒供給手段４１および第二熱媒供給手段４２のそれぞれに送る温水ポンプ４５と、を備える。図６、図７において矢印Ｈ１は、第一熱媒供給手段４１および第二熱媒供給手段４２から製氷板の裏面に向けて供給される温水の散布方向を示す。

製氷板の裏面に向けて散布された温水は、製氷板の裏面に沿って製氷板の下部に向けて流れる。図７に示すように、製氷板の下部に流れた温水は、製氷板対１１の底部上面１１ａに沿って流れ、温水排出管４６を介して温水タンク４３（図２参照）に戻り、温水ポンプ４５によって温水供給管４４へと供給される。温水供給管４４、製氷板対１１の底部上面１１ａおよび温水排出管４６は、熱媒供給手段４１，４２から供給された温水を循環させる温水循環ライン４７（熱媒循環ライン）を構成する。温水循環ライン４７は、冷水循環ライン２８とは別個独立に設けられている。

図７において矢印Ｈ２は、温水循環ライン４７における温水の流れを示す。図７において、温水循環ライン４７における製氷板対１１の底部上面１１ａに沿う温水の流れ方向Ｈ２と、冷水循環ライン２８におけるドレンパン５１の底部上面５１ａに沿う冷水の流れ方向Ｗ２とは、互いに反対方向に指向している。

例えば、製氷板対１１の底部上面１１ａは、温水の流れ方向Ｈ２の下流側（図７の紙面左側）ほど下方に位置するように傾斜していてもよい。これにより、製氷板対１１の底部上面１１ａを流れる温水を温水ポンプ４５に向けてスムーズに流すことができる。

例えば、ドレンパン５１の底部上面５１ａは、冷水の流れ方向Ｗ２の下流側（図７の紙面右側）ほど下方に位置するように傾斜していてもよい。これにより、ドレンパン５１の底部上面５１ａを流れる温水を冷水ポンプ２６に向けてスムーズに流すことができる。

［制御盤５０］
図２に示すように、制御盤５０は、製氷機２の上部前側に配置されている。制御盤５０は、製氷板の表面に所定量の氷を作るために必要な基準熱量以上の熱量を有する液化炭酸ガスを製氷板の内部に循環させるようにポンプ３２を制御する。例えば、制御盤５０は、一つの製氷板対１１の両表面（図６に示す第一表面１２ａおよび第二表面１３ａの両面）に２４時間当たり合計１０００ｋｇ（三つの製氷板対１１を備える製氷板群１０全体で２４時間当たり３０００ｋｇ）の氷を作るために必要な基準熱量の１倍以上３倍以下の熱量を有する液化炭酸ガスを製氷板の内部に循環させるようにポンプ３２を制御する。例えば、液化炭酸ガスの熱量の上限値は、ポンプ３２に過度の負荷がかからない範囲で設定する。より好ましくは、液化炭酸ガスの熱量は、前記基準熱量の１．９倍以上２．１倍以下の熱量とする。実施形態においては、液化炭酸ガスの熱量は、前記基準熱量の２倍程度の熱量とする。

［製氷方法］
以下、実施形態に係る製氷システム１を用いて製氷を行う方法の一例を説明する。製氷システム１の各動作は、制御盤５０により制御される。
まず、制御盤５０は、ポンプ３２に、レシーバタンク３１に貯留されている液化炭酸ガスを製氷板の上部に導入させる。液化炭酸ガスの導入は、各製氷板１２，１３のそれぞれに行う（図５参照）。
加えて、制御盤５０は、冷凍機３に、レシーバタンク３１に貯留されている液化炭酸ガスを冷却させる。例えば、液化炭酸ガスの冷却温度は、−１２℃以上−１０℃以下の温度とする。

次に、制御盤５０は、散水機構２０に、製氷板１２、１３の上方から製氷板１２，１３の表面１２ａ，１３ａに散水させる（図６参照）。これにより、製氷板１２，１３の表面１２ａ，１３ａ（製氷面）が氷結し、一定の厚みに成長する。

制御盤５０は、製氷面上の氷が一定の厚みに成長した後、ポンプ３２の駆動を停止する。これにより、製氷板の内部に導入されている液化炭酸ガスは重力の作用により下方に流れ、冷媒排出管１７を通じて排出される（図５参照）。

制御盤５０は、製氷板の内部の液化炭酸ガスが排出された後、熱媒供給機構４０に、製氷板１２，１３の裏面１２ｂ，１３ｂに温水を供給させる（図６参照）。これにより、製氷板が加温され、製氷板から板状のプレートアイス（不図示）が剥離し、自重により落下する（脱氷）。例えば、温水の温度は、３０℃程度の温度とする。

実施形態の製氷板は、一対のステンレス平板１４が複数の円形接合部１４ａで接合されることで形成されているため、複数の円形接合部１４ａを通じて温水の熱を製氷面側に伝えることができる（図１０参照）。加えて、製氷板および冷媒配管３３のそれぞれがステンレス製であることで、冷媒としてフロンよりも圧力が高い液化炭酸ガスを用いた場合でも、十分な耐圧性能を確保することができる。

脱氷は、製氷板対１１ごとに順次行われる。
製氷板から落下したプレートアイスは、製氷板の下方に配置されたスクリューコンベア（不図示）により破砕されて次工程に搬送される。図３において符号５２は、スクリューコンベアを駆動するためのクラッシャーモーターを示す。

以上説明したように、上記実施形態に係る製氷機２は、製氷するための冷媒として液化炭酸ガスを用いた製氷機２であって、冷媒が循環する冷媒通路１５が内部に形成され、上方に起立して配置された製氷板と、製氷板の上方から製氷板の表面に散水する散水機構２０と、冷媒を循環させる冷媒循環機構３０と、を備え、冷媒循環機構３０は、冷媒を貯留するレシーバタンク３１と、レシーバタンク３１に貯留されている冷媒を製氷板の上部に導入するポンプ３２と、を備える。

この構成によれば、製氷するための冷媒として液化炭酸ガスを用いることで、フロン直膨方式と異なり、製氷板の内部に冷凍機油が循環しないため、製氷板の伝熱性能が向上する。加えて、製氷機２の内部には液化炭酸ガスが循環することで、フロン直膨方式と異なり、製氷板の内部は過熱度がゼロの状態になるため、製氷板の伝熱性能がフロン直膨方式より向上する。このように製氷板の伝熱性能が向上することにより、省エネルギー化を図ることができる。加えて、フロン直膨方式と異なり、製氷板の上部および下部において氷の厚みを均一にすることができる。これは、液化炭酸ガスの潜熱を利用する方式なので製氷板の上部と下部とで温度差が生じない（均一温度となる）ためである。加えて、フロン直膨方式と異なり、氷の透明度を高くすることができる。これは、製氷板の伝熱性能が向上し、液化炭酸ガスと着氷面との平均温度差が小さくなったためと考えられる。したがって、省エネルギー化を図りつつ、高品質の氷を作ることができる。
加えて、散水機構２０により、製氷板の上方から製氷板の表面に散水することで、製氷板の表面上部から表面下部にわたって水が伝わるため、製氷板の表面全体に一定の厚みの氷を作ることができる。

加えて、冷媒を貯留するレシーバタンク３１を備えることで、レシーバタンク３１を製氷機２の外部に別個独立に設けた構成と比較して、冷媒を製氷機２の内部に溜めておくことができるため、冷媒の使用量を削減することができる。加えて、レシーバタンク３１と製氷機２とを接続する配管（冷媒配管３３）等をコンパクトにすることができるため、製氷機２の小型化を図ることができる。
加えて、ポンプ３２により、レシーバタンク３１に貯留されている冷媒が製氷板の上部に導入されることで、製氷板の上部に導入された冷媒は、重力の作用により製氷板の内部を下方に流れる。製氷板の内部を下方に流れた冷媒をレシーバタンク３１に戻すことにより、製氷板の内部に冷媒を自動的に循環させることができる。この際、液化炭酸ガスはブラインと比較して粘弾性が低いためポンプにかかる動力を小さくすることができる。

上記実施形態において、製氷板として、水平方向で互いに対向する第一製氷板１２と第二製氷板１３とが設けられ、第一製氷板１２は、鉛直面に沿う第一表面１２ａを有し、第二製氷板１３は、鉛直面に沿い、水平方向で第一表面１２ａとは反対側に配置された第二表面１３ａを有し、散水機構２０は、第一表面１２ａに散水する第一散水手段２１と、第二表面１３ａに散水する第二散水手段２２と、を備えることで、以下の効果を奏する。
この構成によれば、第一製氷板１２および第二製氷板１３のそれぞれの表面に一定の厚みの氷を作ることができるため、一つの製氷板のみを備えた構成と比較して、単位時間当たりの製氷能力が向上する。

上記実施形態において、第一製氷板１２は、水平方向で第一表面１２ａとは反対側に配置された第一裏面１２ｂを有し、第二製氷板１３は、水平方向で第二表面１３ａとは反対側に配置され、第一裏面１２ｂと間隔をあけて対向する第二裏面１３ｂを有し、第一裏面１２ｂと第二裏面１３ｂとに熱媒を供給する熱媒供給機構４０を更に備えることで、以下の効果を奏する。
この構成によれば、第一製氷板１２および第二製氷板１３のそれぞれの裏面に熱媒を供給することにより、第一製氷板１２および第二製氷板１３が加温されるため、第一製氷板１２および第二製氷板１３から氷を剥離し、氷を自重により落下させることができる。

上記実施形態において、熱媒供給機構４０は、製氷板の上部に熱媒を供給する第一熱媒供給手段４１と、製氷板の上下中央部に熱媒を供給する第二熱媒供給手段４２と、を備えることで、以下の効果を奏する。
ところで、熱媒供給手段が製氷板の上部のみに設けられた構成の場合、製氷板の上部に供給された熱媒が製氷板の裏面上部から裏面下部に伝わるまでに冷めてしまい、製氷板の下部を十分に加温できない可能性がある。これに対し、この構成によれば、第一熱媒供給手段４１および第二熱媒供給手段４２を備えることで、製氷板の上部および上下中央部のそれぞれに熱媒が供給されるため、製氷板の裏面下部に伝わる熱媒が冷め難くなり、製氷板の裏面全体を十分に加温することができる。

上記実施形態において、散水機構２０から散布された冷水を循環させる冷水循環ライン２８と、冷水循環ライン２８とは別個独立に設けられ、熱媒供給機構４０から供給された熱媒を循環させる熱媒循環ライン４７と、を更に備えることで、以下の効果を奏する。
この構成によれば、冷水循環ライン２８と熱媒循環ライン４７とが別個独立に配置され、互いに交わることはないため、冷水および熱媒のそれぞれの温度管理が容易となる。

上記実施形態において、レシーバタンク３１は、製氷板の下方に配置されていることで、以下の効果を奏する。
この構成によれば、レシーバタンク３１と製氷機２とを接続する配管等をより一層コンパクトにすることができるため、製氷機２の小型化をより効果的に図ることができる。

上記実施形態において、製氷板の表面に所定量の氷を作るために必要な基準熱量以上の熱量を有する冷媒を製氷板の内部に循環させるようにポンプ３２を制御する制御部５０を更に備えることで、以下の効果を奏する。
この構成によれば、製氷板の表面において温度のバラツキを抑えることができるため、製氷板の表面全体において氷の厚みを均一にしつつ、氷の透明度を高くすることができる。

上記実施形態において、上記製氷機２と、レシーバタンク３１に貯留されている冷媒を冷却する冷凍機３と、を備えることで、以下の効果を奏する。
この構成によれば、上記製氷機２を備えることで、省エネルギー化を図りつつ、高品質の氷を作ることが可能な製氷システム１を提供することができる。

本発明者は、上記製氷板群１０を用いて実証実験を実施した結果、凝縮温度３２℃、製氷原水（冷水）の温度１５℃、着氷厚（製氷板の表面の氷の厚み）１５ｍｍの条件において、下記の事項（１）、（２）を確認した。
（１）冷凍機１台の１００％運転（２４時間フル稼働）により、２４時間当たりの製氷能力は３０００ｋｇであった。
（２）従来のフロン（ＨＦＣ４０４Ａ）を使用した冷凍機に比べて、システムＣＯＰ（Coefficient Of Performance）は２０％以上、向上した。

なお、上記実施形態では、製氷板群１０が三つの製氷板対１１を備える例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、製氷板群１０は、一つの製氷板対１１のみを備えていてもよいし、二つまたは四つ以上の製氷板対１１を備えていてもよい。例えば、製氷板群１０は、一つの製氷板のみを備えていてもよいし、複数の製氷板を備えていてもよい。製氷板の設置数は、要求仕様に応じて適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、製氷板が上方に起立して配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、製氷板は、水平方向の一方側ほど上方に位置するように、鉛直面に対して傾斜して配置されていてもよい。すなわち、製氷板は、製氷板の上部に導入された冷媒が重力の作用により製氷板の内部を下方に流れるように構成されていればよい。

また、上記実施形態では、製氷板が鉛直面に沿う表面を有する例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、製氷板は、鉛直面に対して傾斜する表面を有していてもよい。すなわち、製氷板は、製氷板の表面上部に散布された冷水が重力の作用により製氷板の表面を下方に流れるように構成されていればよい。

また、上記実施形態では、レシーバタンク３１が製氷板の下方に配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、レシーバタンク３１は、製氷板の上方に配置されていてもよいし、製氷板の前後外方または左右側方に配置されていてもよい。すなわち、レシーバタンク３１は、製氷機２に組み込まれていればよい。

また、上記実施形態では、製氷板対１１の両方の表面に製氷する例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、製氷板対１１の一方の表面のみに製氷してもよい。製氷板の製氷領域は、要求仕様に応じて適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、製氷システム１として１台の製氷機２に１台の冷凍機３をアッセンブリした例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、１台の製氷機２に２台以上の冷凍機３をアッセンブリしてもよい。すなわち、冷凍機３の設置台数は、要求仕様に応じて適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、製氷板から落下したプレートアイスは、製氷板の下方に配置されたスクリューコンベアにより破砕されて次工程に搬送される例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、製氷板から落下したプレートアイスを、そのままプレートアイスとして用いてもよい。例えば、製氷板から落下したプレートアイスを、砕氷機で粉砕した後、ゲレンデに噴射することにより人工雪としてもよい。例えば、製氷システム１は、人口降雪システムの一部として適用してもよいし、食品などの冷蔵プロセスまたは化学プロセスなどに適用してもよい。

実施例として、前述した本発明の製氷システム１を用いて氷（以下「ノンフロン氷」ともいう。）を生成するとともに、従来例として、従来型のフロン直膨方式の製氷システムを用いて氷（以下「フロン氷」ともいう。）を生成した。
従来例のフロン直膨方式の製氷システムは、製氷機として三菱電機株式会社製の水冷式コンデンシングユニット「ＲＰ−１５ＣＷ」（商品名）を用い、熱源機として三菱電機株式会社製の「ＥＲＷ−ＳＰ６００Ａ」（商品名）を用い、圧縮機として半密閉式シングルスクリュー（単段）を用いた。また、従来例の製氷システムでは、冷媒としてフロン「Ｒ−４０４Ａ」を用い、給水温度は２７℃、外気温度は２６℃、蒸発温度は−２１．６℃、製氷能力は１５．４０８ｋｇ、脱氷には温水を用い、脱氷時間は４分間、製氷時間は２７分間、冷却能力は２０９．５ｋｗであった。

一方、実施例の製氷システム１は、先に説明したとおりの製氷機、熱源機、および密閉式スクロール圧縮機を用いたＮＨ_３／ＣＯ_２チルド小型パッケージ空冷方式とし、圧縮機として密閉式スクロール圧縮機を用いた。また、実施例の製氷システムでは、冷媒としてＣＯ_２冷媒「Ｒ７４４」を用い、給水温度は２０℃、外気温度は２５℃、蒸発温度は−１２．６℃、製氷能力は３．０００ｋｇ、脱氷には温水を用い、脱氷時間は２分間、製氷時間は３０分間、冷却能力は２４．１ｋｗであった。
実施例により得られたノンフロン氷と、比較例により得られたフロン氷について氷質の比較試験を行った。良質な氷は、透明度が高い、硬い、融けにくい、等の特徴を有するものであるから、比較試験は、結晶粒度の観察、密度測定、硬度測定、および融解速度測定の４項目について行った。

［結晶粒度観察］
実施例によるノンフロン氷と、比較例によるフロン氷からそれぞれプレート氷を取り出し、プレート氷の厚さ方向の中央付近を厚さ１ｍｍ以下の平板状に削り、偏光顕微鏡により写真撮影した。図１２は実施例によるノンフロン氷の偏光顕微鏡写真であり、図１３は比較例によるフロン氷の偏光顕微鏡写真である。図中の同一明度の領域がそれぞれ氷の単結晶を示し、明度の違いは単結晶の向きが異なることを示している。図１２と図１３の比較から明らかなように、実施例によるノンフロン氷のほうが、比較例によるフロン氷よりも単結晶が大きかった。この理由は、実施例のほうが製氷時に単結晶が生成される際の凍結速度が遅いことと、生成領域での水流の乱れが少ないことと考えられる。氷を構成する単結晶の平均粒径が大きいほど、結晶粒界が少なく、氷中に混入する気泡や不純物が少なくなり、透明度が高く解けにくい氷となる。結晶観察の結果、実施例で得られたノンフロン氷のほうが比較例で得られたフロン氷よりも平均粒径が大きな単結晶で構成されており、高品質な氷であった。

［密度測定］
実施例によるノンフロン氷と、比較例によるフロン氷のそれぞれを、油の入ったメスシリンダーに入れ、メスシリンダーの容積増加分と、予め計測した氷の重量から密度を求めた。測定は各３回行い、平均値を算出した。表１は、実施例によるノンフロン氷と、比較例によるフロン氷の密度測定結果を示す（単位：ｇ/ｃｍ³）。ノンフロン氷のほうがフロン氷より密度が高かった。その結果、ノンフロン氷のほうがフロン氷より氷中の気泡混入量が少なく、透明度が高い高品質な氷であった。

［硬度測定］
実施例によるノンフロン氷と、比較例によるフロン氷のそれぞれについて、果物硬度計（株式会社藤原製作所製商品名「ＫＭ−１」）で硬度を３回ずつ測定し、平均を求めた。表２は硬度測定の結果を示し、ノンフロン氷のほうがフロン氷よりも硬度が高かった。この理由は、結晶粒度観察からもわかったとおり、ノンフロン氷の結晶粒界がフロン氷よりも少ないことにある。この結果から、ノンフロン氷のほうがフロン氷よりも硬く高品質な氷であった。

［融解速度測定］
実施例によるノンフロン氷と、比較例によるフロン氷のそれぞれから同重量（１０００ｇ）かつほぼ同形状のサンプル氷を取り出し、透明なプラスチックコップにそれぞれ入れ、室温２３〜２４℃の無風の部屋に静置して１時間４０分後に溶解重量を測定した。この実験をそれぞれ３回行い平均値を求め、ノンフロン氷とフロン氷の融解速度を測定した。結果を表３に示す。表３に示すように、ノンフロン氷のほうがフロン氷よりも融解速度が遅かった。この結果から、ノンフロン氷のほうが融けにくい高品質な氷であることがわかった。

以上の氷質の比較試験から、ノンフロン氷はフロン氷より大きな単結晶で構成されるため、氷全体に対して気泡や不純物の混入量が少ない高品質な氷であることがわかった。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１…製氷システム、２…製氷機、３…冷凍機、１２…第一製氷板（製氷板）、１２ａ…第一表面、１２ｂ…第一裏面、１３…第二製氷板（製氷板）、１３ａ…第二表面、１３ｂ…第二裏面、１５…冷媒通路、２０…散水機構、２１…第一散水手段、２２…第二散水手段、２８…冷水循環ライン、３０…冷媒循環機構、３１…レシーバタンク、３２…ポンプ、４０…熱媒供給機構、４１…第一熱媒供給手段、４２…第二熱媒供給手段、４７…温水循環ライン（熱媒循環ライン）、５０…制御盤（制御部）

Claims (8)

1. 製氷するための冷媒として液化炭酸ガスを用いた製氷機であって、
   前記冷媒が循環する冷媒通路が内部に形成され、上方に起立して配置された製氷板と、
   前記製氷板の上方から前記製氷板の表面に散水する散水機構と、
   前記冷媒を循環させる冷媒循環機構と、を備え、
   前記冷媒循環機構は、
   前記冷媒を貯留するレシーバタンクと、
   前記レシーバタンクに貯留されている前記冷媒を前記製氷板の上部に導入するポンプと、を備えることを特徴とする製氷機。
2. 前記製氷板として、水平方向で互いに対向する第一製氷板と第二製氷板とが設けられ、
   前記第一製氷板は、鉛直面に沿う第一表面を有し、
   前記第二製氷板は、鉛直面に沿い、水平方向で前記第一表面とは反対側に配置された第二表面を有し、
   前記散水機構は、
   前記第一表面に散水する第一散水手段と、
   前記第二表面に散水する第二散水手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の製氷機。
3. 前記第一製氷板は、水平方向で前記第一表面とは反対側に配置された第一裏面を有し、
   前記第二製氷板は、水平方向で前記第二表面とは反対側に配置され、前記第一裏面と間隔をあけて対向する第二裏面を有し、
   前記第一裏面と前記第二裏面とに熱媒を供給する熱媒供給機構を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の製氷機。
4. 前記熱媒供給機構は、
   前記製氷板の上部に熱媒を供給する第一熱媒供給手段と、
   前記製氷板の上下中央部に熱媒を供給する第二熱媒供給手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の製氷機。
5. 前記散水機構から散布された冷水を循環させる冷水循環ラインと、
   前記冷水循環ラインとは別個独立に設けられ、前記熱媒供給機構から供給された前記熱媒を循環させる熱媒循環ラインと、を更に備えることを特徴とする請求項３または４に記載の製氷機。
6. 前記レシーバタンクは、前記製氷板の下方に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の製氷機。
7. 前記製氷板の前記表面に所定量の氷を作るために必要な基準熱量以上の熱量を有する前記冷媒を前記製氷板の内部に循環させるように前記ポンプを制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の製氷機。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の製氷機と、
   前記レシーバタンクに貯留されている前記冷媒を冷却する冷凍機と、を備えることを特徴とする製氷システム。