JP2811443B2

JP2811443B2 - 製氷機および連続製氷方法

Info

Publication number: JP2811443B2
Application number: JP60503518A
Authority: JP
Inventors: ヴラデイミアゴールドスタイン
Original assignee: サンウエルエンジニアリングカンパニーリミテッド; シュネラー，ジョンウイリアム
Priority date: 1984-07-17
Filing date: 1985-07-17
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: DE3484537D1; JPS62500043A; DE3486375D1; ATE119658T1; EP0168537A3; DE3486374D1; DE3486375T2; DE3486374T2; EP0168537A2; CA1276475C; EP0168537B1; ATE119656T1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、連続製氷方法に関するものであり、した
も、1979年４月３日に提出した出願第26561号と、1980
年10月16日に提出した出願第06/197553号と、さらに198
2年９月17日の提出した出願第067/419,548号と、さらに
また、1984年７月17日に提出した出願第631,952号とを
引き継ぐ継続出願である。今日の社会では、巨大な量の氷が食品の保存・加工に
使用されている。例えば、小売りの生鮮鳥肉１ポンド当
たり、２ポンドの氷が必要であると考えられている。漁
業、酪農業、青果業も、氷を大量に消費する。ホテル、
レストラン、病院等のサービス業も、大量の氷を使って
いる。さらに、氷は、多くの製造工業で大量に消費され
ている。このため、氷の製造も重要な産業となる。今日作られ
ている氷の大部分は、バッチ方式を基礎として、ブロッ
クで製造されている。この方法は比較的効率の悪い方法
である。大きなブロックの氷を形成するのに最高48時間
かかるので、労働力依存であり、時間浪費の方法であ
る。氷と蒸発器とが付着したのを溶かすために熱を使用
しなければならないので、この効率の悪さはさらに増大
する。採取段階でこの熱を加えるための費用は、実質的
に処理効率の悪さ一因となる。しかし、このような効率
の悪さにもかかわらず、この方法は使用され続けてい
る。首尾の程はまちまちであるが、現在、連続製氷方法も
何種類か使われている。これらの連続製氷方法では、氷
は、蒸発器と壁面で水から作られるが、回転オーガーを
使って該壁面から氷を分離しなければならない。結合力
の変化や、氷の形成パターンの不規則性によって、オー
ガーシャフト駆動に必要なトルク条件が不規則になって
しまう。このトルク条件が不規則であるために、連続製
氷機用の蒸発器の設計に際し、これまでに様々な試みが
なされているが、失敗に終わっている。共融濃度未満の濃度の混合物を使用し、該混合物を容
器に入れ、該混合物を撹拌し、さらに容器の側壁を冷却
して、溶液中の水分を結晶化させ、水分以外の物を濃縮
する方法が公知になっている。このような一般的方法
は、アイスクリームを作るための基礎である。この方法
は、共融溶液がコーヒーまたはオレンジジュース等の場
合に、該溶液を濃縮するのに使用するとよいとも言われ
ている。このような提案は、Svanoeの米国特許第3,328,
972号、第3,328,058号に見られる。 Svanoe特許では、コーヒーまたは同様の醸造物につい
て述べており、また、醸造物は、できた氷結晶を連続し
て除去することによって濃縮される。該特許によれば、
醸造混合物を容器に入れて、側壁を冷却し、該混合物を
その凍結点未満に冷やして、氷結晶を形成させて、この
氷結晶を除去するのである。この場合、容器の側壁に結
晶が形成されるのを防止する必要があるが、Svanoeは、
撹拌機を動作させて、該撹拌機の端部と容器の冷却壁と
で定まる環状の断面を有する乱流部を維持することによ
ってこれを防止する方法を開示している。この部分の液
体の乱流が側壁をこすって、その上に付いた物を取除
き、氷の結晶が蓄積するのを防ぐのである。混合物はこ
の乱流部で過冷され、ここから中心部へと移動し、この
中心部で、より大きな採収可能な氷結晶が育つ。この大
きな氷結晶を除去すると、より濃度の高い醸造物が得ら
れる。上記の開示方法では、氷を作ることは最終目的で
はなく、氷は副産物に過ぎない。醸造物の濃縮が該方法
の目的である。 Svanoeの方法は、非常に微妙な釣合いをとった方法で
あり、作業条件の調節は注意して行なう必要がある。氷
結晶が容器の側壁にできてはいけないということは重要
な点である。このためにプロセスが止まってしまう可能
性がある。氷結晶が採収可能な大きさにならないうち
に、氷結晶を容器の中心に向かわせなければならない。
Svanoeの方法によってこれが可能であるとしたら、調節
が難しい条件の場合に限り、また、市場向け最終製品と
して氷を製造する手段として該方法を拡張すると仮定し
た場合に氷を相応に産出しないような速度で実施する場
合に限り、これが可能になる。明細書でSvanoeは、容器の壁面に氷結晶が形成される
ことを懸念している。すなわち、この一般的プロセス
は、本質的には、容器の壁面で混合物を過冷却して、こ
れを中心部に移動させ、ここで混合物を、結晶を除去す
るための妥当な速度で結晶に生長させるというものなの
で、氷結晶が容器の壁面に形成されると、プロセスが停
止してしまうからである。従って、氷結晶が容器の壁面
に形成されないようにすることが重要で、Svanoeは、容
器の壁面付近に高速撹拌部分を維持してこれを防止して
いる。前述の通り、容器の壁面付近で撹拌された液体は
壁面をこすり、氷の粒子が採可能な大きさに生長しない
うちにこの粒子を除去する。しかし、この方法は、あま
り効率が良くない。Svanoeの明細書の７欄42行に記載さ
れている通り、熱は、容器の伝熱面を通して約300〜160
0BTU/ft²・hr（0.34×10⁴〜1.8×10⁴KW/m²）の比率で伝
わる。Svanoeの方法を使ってこの熱伝導率を高くする
と、容器の壁面に結晶が蓄積され、この方法が失敗に終
わる可能性がある。この比較的低率の熱伝導ですら、こ
れをSvanoeの方法で得るためには、相当な予防措置が必
要である。例えば、Svanoeは、結晶の生長に備えるため
に、氷結晶のフィードバックができるようにしなければ
ならない。また、システム全体にわたって温度差を正確
に調節しなければならない。このためSvanoeの方法は、
熱伝導率が低い場合に限り可能であり、微妙な釣合いに
なっている。商業ペースで氷を生産するための生産能力
の点から見るとこの方法は十分効率が良いとは言えな
い。 Svanoeの方法は、非効率的である。Svanoe型の装置を
本出願人の方法で動作させて、Svanoeの10倍を超える水
氷の生産量を得ることは可能である。Svanoeはその明細
書で、本出願人の発明を使って、約300〜1600BTU/ft²・
hr（0.34×10⁴〜1.8×10⁴KW/m²）の熱伝達が可能である
と主張している。本出願人の場合、壁面をこする方法がSvanoeのものと
は異なっており、このため、伝熱面を変態温度帯に維持
して、該表面での結晶化を効果的に防止できる。その効
果は、製氷の効率を非常に顕著な程に上げることができ
る。本出願人の方法とSvanoeの方法との本質的な違いは、
本出願人の方法の場合、伝熱面の内側をブレードでぬぐ
って、水氷の結晶が形成されるのを防止する点である。
Svanoeの場合、過冷却液体層を該表面から中心に移動さ
せようとして全く異なる方法を用いているが、この違い
は、本出願人によって改善された成果を得る上で決定的
なものである。 Spiegl等、この分野の他の特許権者の方法は、容器の
側面に結晶を形成させて、これをこすり落すというもの
である。これは、結晶を形成させる方法としては非常に
効率が悪く、しかも、所定の大きさの容器について言え
ば、容器の壁面を通して冷媒から伝わる冷却伝達が非常
に低率になってしまう。 Svanoeは、容器内の液体の表層を過冷却して、これを
該表面から内部に移動させるという概念を提案したが、
この概念を効果的に実行して高産生高を得る方法を熟知
していなかった。Svanoeの方法の場合、内層面の層が実
質的に凍結点より最低１度低く冷却されるので、冷却シ
ステムに氷結晶が形成されるのは避けられない。これが
発生すると、システムは故障し、その効率も、結晶を容
器の壁面からこすり落すSpieglの方法のものに逆戻りす
る。本出願人は、Svanoe特許に開示されたシステムが持
つ避けがたい故障を防止し、高率の熱伝達と氷結晶産出
の維持を可能にする。こすり取ることによって、壁面に氷結晶を形成する恐
れなくシステムを動作させることができ、しかもこれ
は、数値的には、容器の側壁に隣接する混合物の層を、
チャンバ内の混合物の凍結点よりわずかに１度だけ低く
冷却することによって行なわれる。容器は、4000BTU/ft
²・hr（4.5×10⁴KW/m²）の比率で壁面を冷却する場合、
Svanoe特許に記載された乱流では、上記１度の限度内に
保てるような速度で、表層を移動させることができな
い。Svanoeの方法の場合、以上のことを組合わせること
は不可能で、その結果、Svanoeの方法は、本出願人が可
能にした効率に近づくことができるとは決して言えな
い。本発明の目的は、簡単で信頼性が高く、重大な動作上
の問題がなく、設計が単純な装置を使用し、しかも経済
的で、連続して氷を生産する装置を提供することであ
る。添付図面において、第１図は本発明を実施例する装置の略図であり、第２図はブライン混合物に関する温度・濃度曲線を示
すものであり、第３図は製氷機の第二の実施例の断面図であり、第４図は第３図の線４−４について見た図であり、第５図は該実施例の分解斜視図であり、本発明は、Neopolitan Vogt−Model V3100アイスクリ
ームフリーザとNaClブライン混合物とから成る凍結シス
テムを使ってうまく実施されており、ここでは、該装置
と混合物を考慮して本発明を説明する。ただし、本発明
は、該装置または該混合物に限定されるものではない。第１図において、参照番号10は凍結シリンダを示す。
該シリンダ10は、ダッシャーチャンバ12（撹拌室）を有
し、ブライン混合物は、ポンプ14によって該ダッシャー
チャンバ12中を連続して循環する。該ブライン混合物は
16からダッシャーチャンバ内に入り、後述する通り、こ
こで冷却されて氷温度を形成し、ポンプで汲出し可能な
スラッシ状の混合物として、流出ポート18からダッシャ
ーチャンバ12を出して行く。次に、混合物は、流体から
採取可能な大きさの氷の結晶を採取する手段を通過す
る。本実施例では、この手段に包含される機械式分離機
20が設けられており、この氷分離機はストレーナで構成
されている。該ストレーナは、氷結晶を保持し、混合物
の液体を通過させるものである。氷結晶は除去され、残
りの混合物は循環タンク22に送られる。供給管24から該
循環タンクに水が加えられ、氷結晶の除去によってブラ
イン混合物から除去された水と補充をする。従って、氷
を作る水は、補給水としてシステムに加えられる。参照
番号23は、濃縮溶質が入ったタンクである。必要に応じ
て該濃縮溶質をシステムに加えて、消失溶質の補充をす
ることができる。ダッシャーチャンバ内では、モータの26によってスコ
アリングパドルが連続回転し、ダッシャーチャンバの側
面をこすって、該側面に氷が蓄積するのを防止する。該
スコアリングパドルは、これらの機械について標準設計
のものである。ダッシャーチャンバは、ジャケット28で囲まれてお
り、該ジャケットには、凝縮器30から凝縮冷媒が連続し
て供給される。該冷媒はジャケット内で沸騰し、しかも
沸騰しながらダッシャーチャンバ内のブライン混合物を
冷却して、そこに氷結晶を作る。膨張した冷媒は、ジャ
ケットから圧縮機32に移動し、そこで圧縮され、さらに
前記凝縮器に送られて、従来の冷却サイクルの場合と同
様に連続して再循環する。前述の通り、フリーザ、ダッシャーチャンバ、スコア
リングパドル、および付随の冷却回路は、標準的かつ公
知の部分であるので、これらについては、詳細な説明は
しない。本発明を説明するために、第２図を参照する。第２図
は、ブライン混合物の公知の特性を示すもので、ここで
は溶媒を水、溶質をNaClとする。該溶液は、図に示した共融混合物の温度または共融温
度で凍結する。溶液の温度がその凍結点に向かって冷や
されている時に発生する物理的現象は、その濃度に左右
される。曲線上の点D₁の左方向にある点で濃度が示され
ている場合には、氷結晶が形成され、さらに、凍結温度
に近づくにつれて、溶液の濃度は高くなる。曲線上の点Ｄで示した温度は、共融温度として知られ
ているものであり、点D₁で示した濃度は、共融濃度とし
て知られているものである。第２図について説明する。０℃より高い温度で、共融
点未満の濃度ｘを有する溶液を冷却した場合、０℃に達
しても（点Ａ）凝固せずに、点Ｂに達するまで液体とし
て冷え続ける。この点で純水の氷結晶ができ始めると同
時に、潜熱が除去される。これによって残留溶液の濃度
が増す。温度が下がるにつれて、氷結晶はひき続き形成
されて、氷結晶とブライン溶液との混合物がスラッシに
なる。点Ｃに達すると、濃度C₂の氷温度と、濃度C₁のブ
ライン溶液との混合物となり、その割合は、混合物（l₁
＋l₂）中、ブラインがl₁、氷結晶がl₂である。プロセス
が点Ｄまで続くと、共融ブライン溶液D₁の割合がm₁で、
氷D₂の割合がm₂の混合物となり、全て共融温度である。
さらに熱を除去すると、潜熱が全て除去されるまで割合
がm₁である共融ブラインが一定温度で凍結する。凍結し
た共融混合物は、塩と凍結した水の混合物であって、溶
液ではない。このため、溶液の熱について潜熱を補正し
なければならない。これが正であれば、有効潜熱を減少
させ、負であれば、有効潜熱を増加させる。溶液の初期濃度が共融点より高い場合には、温度が下
がるにつれて、水の代わりに塩が連結し、共融温度の時
に共融温度に達するまで温度が下がる。冷却液体として
ブラインを使用する場合は、濃度が高すぎるので、時に
は塩が凍結することもある。本発明を使って、ブラインの濃度を共融点未満、好ま
しくは、共融曲線の点Ｂ付近に維持する。しかも、共融
温度までは冷却せずに、氷ができる程度に冷却する。氷
が形成されると、氷と濃縮混合物とが、ポンプで汲出し
可能なスラッシ状の組成物となり、これを分離機に押込
む。フリーザのダッシャーチャンバに戻る混合物に、供
給管24から水を加えて、混合物を冷却した時に氷を産出
できるような混合物の濃度を維持する。水を加えて、溶液の濃度を共融濃度未満に維持するこ
とによって、氷を作るための水を供給する。シリンダ10
は、冷媒から氷になる水への熱伝達効率の良いものを使
用しているので、特に効率の良い製氷装置である。水は凍結してその結晶化熱を吸収するので、熱は形成
された結晶の表面全体で吸収される。それは、水の単位
当たりの表面が非常に大きいことを示す。いろいろな製氷機を使って、シリンダの伝熱面上に層
を作って氷を作ると、その伝熱面は、比較的小さい。本方法を使った場合、特定の量のブラインが氷によっ
て除去されるのは明白であるので、濃縮機23を使って塩
の濃度を維持できるようにする。該濃縮器は、必要に応
じて塩を加えられるように動作可能である。スコアリングパドルは、容器の側壁にある混合物の冷
却された層が該側壁上で結晶化しないうちに、該冷却さ
れた層を容器の中心に向かって移動させるのに十分速い
速度で動作する。パドルは、冷却されな表層を、ダッシ
ャーチャンバの縦の中心軸に向かって螺旋状に移動させ
る傾向がある。このため、該表層は、ダッシャーチャン
バの混合物の全体に混ざり、混合物の全体を冷却して、
混合物の主要部分の隅々まで氷結晶を形成させる。パド
ルの速度は装置の設計や作業条件によって変化するが、
直径が約３インチの円筒形のチャンバと２枚のスコアリ
ングプレードを使用する場合は、約350r.p.m.でスコア
リングパドルが回転すれば適格であることがわかった。水は、液体から結晶すなわち固体状態へと急に変わ
り、この時、かなりの量のエネルギーを必要とする。液
体ブラインは、結晶化が起こらないうちに、その凍結点
より低い温度に冷却しなければならない。ダッシャーチ
ャンバの側面の表層で、液体ブラインは上記のように冷
却されるが、結晶化が起こるまでの間に、このように冷
却された表層は回転するスコアリングパドルによって、
容器の側壁から容器の中心に向かって移動させられる。
このように容器の側壁面から除去された冷却液体は、液
体中にある結晶化の中心で結晶して氷になる。従って、
ブラインは、混合物の主要部分の隅々まで氷を形成する
際に二次溶媒として作用する。パドルはダッシャーチャンバの熱交換壁の周りを回転
するが、回転方向にこれと約45度のスコップ角を形成し
て、冷却した液体を連続してダッシャーチャンバの中心
に向かわせるのが好ましい。本システムは、氷を形成するには大変効率の良いもの
であり、しかも、ダッシャーチャンバの熱交換面とブラ
インとの接触を最大にするものである。例えば、直径が7.5cm（３インチ）の典型的な熱交換
室の場合、ブラインと冷却剤との熱伝熱率は、2.95×10
⁵kW/m².K（500BTU/ft².hr.゜F）であり、冷却剤とブラ
インとの温度差は5.6℃（10゜F）である。したがって、本装置の生産能力は、室壁の面積１平方
フィート（0.092m²）について１時間当たり500×10＝50
00BTU（15750W/m²）となる。装置内のブレードは回転して、毎分350回のダッシャ
ーチャンバの側面をぬぐい、しかもフレードは２枚ある
ので、ダッシャーチャンバの側壁に混合物の表層が滞る
停滞時間は、1/（350×２）＝0.11143分＝0.000024時間
となる。このときブライン混合物が熱交換室に伝える熱は、１
平方フィートにつき、ブレードの１回転あたり5000×0.
000024＝0.1119BTU（0.38W/m²/回転）である。氷を作るには、氷１ポンド当たり150BTU（97W−h/k
g）が必要である。したがって、オーガーが１回転すると、チャンバ壁の
面積１平方フィート当たり、0.119/150＝0.00079ポンド
（0.004kg/m²）の氷を作るのに十分な熱交換が生じる。 28゜Fの氷は、１立方フィート当たり57.31bs（917kg/
m³）の密度を有する。オーガーが１回転する毎に１平行
フィート当たり0.00791bs（0.004kg/m³）の氷が形成さ
れると仮定すると、ダッシャーチャンバの側面から除去
されるまで氷の層の厚さの最大値は、0.00079/57.3＝0.
000013インチ（3.3×10^-7m）である。これは氷の層とな
るのに十分とは言えない。装置から採取した氷結晶の直結は0.002〜0.003インチ
（0.005×0.007cm）である。これは、スコアリングの間
に壁に形成され得る氷の厚さの154×384倍であり、この
ため、この速度でスコアリングすると、結晶が熱交換器
の側壁で採取可能な大きさにまで成長できないことは明
らかである。ブラインが壁面に接触している時間が0.09
秒では、結晶を形成するには不十分である。本方法で過冷却される容器の冷却面に隣接している混
合物は、その混合物の凍結点より約0.2℃低い。ブライ
ンが熱交換器に伝える熱は、熱交換器の面積は１平方フ
ィート（0.092m²）につき、ブレード１回転当たり0.119
BTU（3.4×10^-5kWh）である。この熱交換量は、容器内
の混合物をその凍結点より約0.2℃低い温度まで過冷却
したことを表す。前に参照したSvanoe特許に記載されて
いる方法では、伝熱面付近の混合物は、溶液の凍結点よ
り摂氏で約３〜８度低い温度まで過冷却される。この著
しい違いは、本出願人の方法に従って使用するスコアリ
ング方法とSvanoeの方法によるものとが基本的に異なる
ことによる。Svanoeの方法には、伝熱面に隣接した領域
から過冷却した液体を効率良く除去して、この領域に氷
が形成されるのを防止することが記載されていない。Sv
anoeの方法では、熱交換面に相当な厚さの乱流部があ
り、この結果、かなり大量の混合物を過冷却しすぎるこ
とになる。Svanoeの方法では、容器内の温度変化が大き
い。本発明の場合、前述の通り、過冷却層の厚さはごく
わずかである。過冷却層は、形成されている時に高速で
除去されるので、上記の過冷却層の体積の小ささに加え
て、容器の体積の大部分にわたって温度はほぼ同じにな
る。このことは、容器全体に十分な結晶を生長させて採
収する上でさらに役立つ。スコアリングの速度は装置や生産能力によって変化す
るが、いかなる場合でも、その要点は、表面で凍結点よ
りかなり低い温度に冷却したり、熱交換室の側面で結晶
が生長したりするのを防止できるような速度でこするこ
とであり、またこれによって、混合物の主要部分全体で
結晶が生長・形成されるように促進することである。表面を機械的にこすると、容器の壁面で結晶が生長す
るのを防止できる高速スコアリングが得られる。それに
よって、かなりの量の氷結晶が得られる。所定の装置部
分に対する氷生産量は、熱伝達温度比率とともに増える
ことは明らかであろう。容器の壁面から混合物への熱伝
達率が壁面の面積一平方フィート（0.092m²）につき、
１時間当たり4000BTU（1.2kWh）未満になりがちであれ
ば、本方法は不適当となる。所定の大きさの装置部分似
ついて氷の生産量が大きいということが、運転の成果に
とって重要な点である。１時間につき、１平方フィート
当たり4000〜5000BTU（126〜157kWH/m²）の熱伝達率が
考えられている。この率が高くなればなる程、生産能力
に関して言えば、運転の効率が良くなる。前述のSvanoe特許で開示された方法は、このような生
産速度では運転できない。Svanoeの場合、この速度で
は、壁面から氷を除去しないであろう。さらに本方法によると、結晶がチャンバ壁上で生長す
ることが可能で、しかも、生長後に低速オーガーを使っ
て壁面からこすり落して採収する方法に比べ、機械の生
産能力の点で大幅に改善される。このような方法の場
合、混合物の大部分の温度は、常に凍結点よりかなり高
く、しかも氷結晶は、チャンバ壁の限られた領域だけ形
成される。凍結温度より温度が高い混合物の場合、その
大部分にわたって氷結晶を形成させることはできない。その上、氷を除去する場所は重大ではない。図示した
装置の場合は、それは、シリンダと、シリンダに加える
補給水について曲解される可能性がある。ブライン以外の溶液も使用できるはずである。当然の
ことながら、氷を作るためには溶媒は水性でなければな
らないが、溶質は、適当な共融特性を有しているもので
あれば、いかなる無毒性の物質でもよい。塩の代わりと
しては、グリセリン、プロピレングリコール、エタノー
ル、あるいは塩化カルシウムが考えられる。氷結晶は、壁面から外側に向かって層内で生長すると
いうよりむしろ、液体内全体で生長する。壁面付近にで
きる結晶は、それ自身を壁面に付着させる場合もある
が、このような結晶は、ブレードが回転すると、壁面か
ら除去される。ある速度で機械的にこすって冷却面に大
きな蓄積ができないようにすると、液体内全体で結晶を
生長させることができる。このため、壁面の温度は、凍
結点より摂氏で最高１度低いだけで、好ましくは、凍結
点より摂氏でわずか0.2度低くなる。上記の例は、摂氏で約0.2度過冷却するものである。
混合物全体をこの値よりさらに過冷却することはできな
い。過冷却層が相当な大きさにまで生長しないうちには
除去しなければならないので、本発明の場合、過冷却の
量は必然的に小さい。表面で摂氏１度まで過冷却する方
法が考えられている。これ以上過冷却すると、満足な熱
伝達が得られないのであろう。前述の通り、直径が３インチ（7.35cm）で、長さが３
フィート（91.4cm）の装置を本発明にしたがって動作さ
せて、１時間当たり400ポンド（181.4kg）の氷を生産し
た。好ましくは、水は、連続して一定の速度で加えるの
だが、ブラインの濃度が高くなりすぎることがなけれ
ば、間隔をおいて加えてもよい。濃度が高くなりすぎる
とプロセスの効率は悪くなり、また、共融点を過ぎる程
高くなると、塩がタンク内に沈積する。濃度が高くなる
と、氷ができる量は小さくなる。濃度が低すぎると、氷
ができすぎて、装置を容易に機械的に運転できなるな
る。スラッシからの氷の分離は、遠心分離等のいろいろ
な方法で行なうことができる。別の形態の製氷機を第３図から第５図に示す。製氷機
110は、上部端板114と、下部端板116と、両側壁118とを
有するハウジング112を具備する。端板114と116は、平
面図として見ると、正方形であり、両側壁118と連携し
て密閉式ハウジンを形成する。ハウジング112は、好ま
しくは絶縁材で作り、壁面114,116,118全域での熱伝達
を小さくする。二次冷却剤を受け入れるために、上部端板114に流入
口120を設け、下部端板内のこれと全く正反対の位置に
流出口122を設けている。このため、流入口120から入る
流体は、ハウジング112内を移動して、流出口122に達す
る。撹拌機のシャフト124は、ハウジング112を貫通して上
部端板114から下部端板な116まで伸び、ハウジングの外
側に配置したベアリング126と128によって回転できるよ
うに両端で支持されている，シャフト124は、上部端板1
14上に支持されているモータ130で駆動される。１対の熱交換器アセンブリ132と134がハウジング112
内に配置されている。熱交換器アセンブリは、両側の外
壁118まで伸び、通常、端板114,116に平方で、シャフト
124の回転軸に垂直である。熱交換器アセンブリ132,134
には、それぞれ中心開口部136,138が設けてあり、シャ
フト124を収容できるようになっている。熱交換器132,134はどちらも同じ様な構造であるの
で、一方についてのみ詳細に説明する。熱交換器132
は、通常円形で、一定の間隔をあけた一対の平行板140,
142で形成される。平行板140と142の間隔は、ハネカム
構造144で維持される。該ハネカム構造は目の荒いメッ
シュの間仕切を有していて、平行板同士の構造的結合を
維持しながら平行板の間を流体が流れることが可能にな
っている。各熱交換器には流入口146が付いていて、該
流入口はハウジングの側壁118を貫通している。全く正
反対の位置に流出口148が設けてあり、冷却後は、平行
板140,142の間のハネカム構造を通って流入口146から流
出口148まで流れることができる。熱交換器132,134と、側壁118との間は、ハウジング11
2の全ての角に設けたスペーサ149で封止されている。各
熱交換器に関連するスペーサの１つに開口部151を設
け、熱交換器の片側から反対側に流体が流れるようにし
てある。ハウジング112の対角線の両側の角に開口部151
が連続して配置され、ハウジング112を通る流体を、熱
交換器132,134のそれぞれを横切って流すことができ
る。平行板140,142のそれぞれには、外側に熱交換面150が
付いており、これは、流入口120から供給した流体に接
続する。該熱交換面150に氷が堆積しないようにするた
め、シャフト124に撹拌機アセンブリが接続されてい
る。この撹拌機アセンブリは、一連の円板152,154,156
で構成され、該円板はシャフト124に固定されていて、
シャフトとともに回転する。円板152は、熱交換器132と
上部端板132,134の間に配置され、円板154は、２台の熱
交換器132,134の間に配置され、下の円板156は、熱交換
器134と下部端板116との間に配置されている。各円板から熱交換面150の一方まで１対のブレード158
が伸びている。ブレード158は、丁番157で円板152にピ
ボット式に接続されていて、その動作位置では円板の平
面に向かって傾いている。ブレード158の端は、面取り
した縁160になっている。この縁は熱交換面150とこすれ
合う関係にある。ブレード158は、一般に長方形で、し
かも円板の表面に設けた長方形の溝159内に納まってい
る。シャフト124の回転時にブレードを通過した流体の
流れによって、ブレードは熱交換面150と斜めに係合す
る。ねじりばね等の弾性傾斜手段を丁番157に組み込ん
で、ブレードを各熱交換面150に向かって斜めにしても
よい。円板152,156のそれぞれには、熱交換器132の上部熱交
換面150と、熱交換器134の下部熱交換面150のそれぞれ
用の１対のブレード158が付いている。円板154には２対
のブレード158が付いていて、そのうちの１対は熱交換
器132の下面用であり、残りの１対は熱交換器134の上部
熱交換面150用である。ブレードの各対は、該円板の直
径上に並べられ、２対のブレードが互いに90゜の角度な
るように配置されている。運転中は、ブラインが流入口120から供給され、開口
部151を通って熱交換組132,134の周囲を移動し、ハウジ
ング112内を流出口122まで循環する。一般にフレオンである一次冷媒は、凝縮器30から、熱
交換器132,134のそれぞれの流入口146を通って導入さ
れ、該熱交換器を通って流出口148へと流れる。フレオ
ンは、熱交換器を通過する時に、熱交換面150を通して
熱を吸収して沸騰する。このようにして熱交換面と接触
するブラインは過冷却される。熱交換面150上に氷が堆
積するのを防止して、これ以上熱伝達が起こらないよう
にするために、シャフト124によって撹拌器アセンブリ
が回転する。シャフト124は回転すると円板152が回転
し、これにより、ブレード158は、それぞれの熱交換面1
50上をこすって通る。ブレードの移動によって、熱交換
面150に隣接した過冷却ブラインが除去され、該過冷却
ブラインは、ブライン溶液中に分配される。過冷却ブラ
インは、溶液中にある結晶化の中心で結晶化し、次に、
新たな結晶化の中心として作用してブライン溶液中で三
次元の水の結晶化を起こし、さらに結晶状の形成を助長
する。結晶化した氷が懸濁液内にあるブライン溶液を流
出口122から取出す。この時、該ブライン溶液を分離塔
（20）に送ってブライン溶液の残りを除去し、さらには
貯蔵装置または、直に氷の誘導装置に送るか、あるい
は、蓄熱熱交換器52に向けてもよい。シャフトと124の回転軸と垂直な平面内に熱交換器を
配置すると、製氷機のモジュール拡張を容易にし、該装
置に対して重大な構造上の負荷をさらに加えなくても生
産能力を挙げることができる。直径30インチの１対の熱交換器を使用した装置の生産
能力は、１日当たり６〜12トンになるものと考えられて
いる。一般に、板150と厚さが3/8〜１インチであると、
ハネカム間仕切144が規定の強度を提供する場合には、
冷却後とブラインの溶液との熱伝達は良好になるであろ
う。シャフト124は、毎分９〜18ガロンの処理量の場合、1
50〜400rpmで回転する。必要に応じて熱交換面150に剥離剤を塗布して、該交
換面に氷が堆積しないようにしてもよい。このような塗
料は、一般に、ポリテトラフルオロエチレン、あるいは
ドゥコーニングラテックス（Dow cornings Latex）
のシリコーン804またはシリコーン890等の撥水性のシリ
コーン溶液でもよい。該塗料の正規の使用方法に従っ
て、塗装し、焼付けてもよい。塗料を使用した場合は、
塗料とのものが結の堆積を防止するので、ブレード158
は、スクレーバとしてよりむしろワイパーとして作用し
てもよい。円板152,154,156よりむしろシャフト124にスパイダー
配置のように接続したものであれば、いかなる便利な受
けアセンブリ上でブレード158を支持してもよいことは
理解されるであろう。さらに、平行板140と142との間隔
は、該平行板140から142まで伸び、しかも該平行板140,
142に垂直なスタッドで維持してもよい。ハネカム部分1
44で得られる追加の表面積が有益であると考えられる場
合は、スタッドを使用し、かつ平行板の内部に塗料を塗
って熱伝達を促進すると、満足な結果が得られる。該塗
料は、商品名ハイフラックスコーティング（High F
lux coating）でユニオンカーバイド（Union Carbide）
から発売されている。以上述べたことから明らかなように、本発明の製氷機
および連続製氷方法においては、熱交換面が流体に覆わ
れていてブレードが鉄交換面に接触しており、このブレ
ードは、熱交換面上を一定の速度で継続的に横切り、熱
交換面上に結晶化した氷が形成される前に、この熱交換
面から流体の冷却層を取り除く。そして、熱交換面は、流体の凍結点より約0.2℃〜１
低い温度範囲に維持されており、ブレード手段は、熱交
換面に隣接する流体を流体層中に混合させるので、熱交
換面上に凍結した氷の結晶体が形成されず、前記凍結点
以下でハウジング内を通過する流体を均一の温度に保っ
て、採取可能な氷の結晶をチャンバー内に形成する。従って、本発明によれば、熱交換面から流体によって
熱伝達が行われることにより、熱交換面上の氷の層が絶
縁体として作用して製氷機の熱的効率が減じられる点を
防いで、その冷却効率を高めることができる。また、ブ
レードが熱交換面に接触して移動することから、熱交換
面上に形成される冷却層を内方に移動させて、チャンバ
ー内の流体層の温度を均一にすることができ、この超低
温の流体層から分離した氷が連続して製造されるので、
水の製造能力を高めることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 シュネラー，ジョンウイリアムアメリカ合衆国ワシントンデー．シー．20036 エヌ．ダブリュウ．1200 17スストリートライオンアンドライオン―スウイート 405 (72)発明者ゴールドスタインヴラデイミアカナダ国，オンタリオエル４ケ− １シ−８，コンコルド，ユニツト４，キラロエロ−ド 18 (56)参考文献実公昭44−18695（ＪＰ，Ｙ１) 特許143634（ＪＰ，Ｃ２) 米国特許3191398（ＵＳ，Ａ) 米国特許2259841（ＵＳ，Ａ) 米国特許4059047（ＵＳ，Ａ) 英国特許1113102（ＧＢ，Ｂ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25C 1/00 F25C 1/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．採取可能な大きさの氷の結晶を作るための共融濃度
未満の濃度を有する水溶液の流体を受け入れる流入口
（120）および氷を放出する流出口（122）を備えるハウ
ジング（112）と、このハウジング内に設けれられ、か
つ前記流体から熱を奪うために冷却剤を流すための流入
口（146）および流出口（148）を有し、かつ冷却剤を前
記流体から分離する少なくとも１つの熱交換面（150）
を含んでいる熱交換器（132,134）と、前記流体が前記
熱交換面（150）を覆うように流れて流体層を形成す
る、少なくとも１つのチャンバーとを備えている製氷機
において、前記熱交換面を横切る軸の回りに移動可能で、かつ前記
熱交換面と接触して前記軸を横切る方向に伸びるブレー
ド手段（158）と、このブレード手段を前記軸の回りに一定の速度で、継続
して周回駆動させ、前記熱交換面上に結晶化した氷が形
成される前に、前記ブレード手段が前記熱交換面をこす
って横切り、前記熱交換面に隣接する前記流体の冷却層
を取り除くための駆動手段（130）とを備え、前記熱交換面は、前記流体の連結点より約0.2℃〜１℃
低い温度範囲に維持されており、前記ブレード手段は、前記流体の冷却層を前記熱交換面
から前記ハウジング内の流体中に排出して混合させ、前
記ハウジング内の全流体の温度を前記凍結点より低い均
一な温度に保ち、前記採取可能な氷の結晶を前記チャン
バー内に形成するように配置され、さらに、前記流体から前記採取可能な大きさの氷の結晶を採取す
る手段とを備えていることを特徴とする製氷機。２．熱交換器は、複数の熱交換面（150）を有し、ブレ
ード手段（158）は、前記熱交換面のそれぞれを拭うよ
うに移動できる複数のブレードを有することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の製氷機。３．ブレードが、各熱交換面に向かって傾斜しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の製氷機。４．ブレードが、ハウジング（112）を貫通する軸（12
4）に連結されかつこの軸と共に回転することを特徴と
する特許請求の範囲第３項に記載の製氷機。５．ブレードが、前記回転する軸に連結され、かつこの
軸ととも回転する円板に枢着されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第４項に記載の製氷機。６．熱交換器は、ハウジング内に複数個配置され、その
各々は、反対方向に向いた一対の熱交換面を備え、ブレ
ード手段は、氷の付着を防止する熱交換面と協動するブ
レード組立体を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の製氷機。７．熱交換器の片面が、別の熱交換器の片面に向けら
れ、ブレード組立体が、共通の支持体上に支持されかつ
一体となって回転可能となる二対のブレードを有し、そ
のうちの一対が熱交換器の１つに向けられ、残りの一対
がもう一方の熱交換器に向けられていることを特徴とす
る特許請求の範囲第６項に記載の製氷機。８．共通の支持体は、ハウジング内を貫通して伸びる回
転可能な軸（112）によって支持された円板であること
を特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の製氷機。９．ブレードは、円板の平面に対して傾いていることを
特徴とする特許請求の範の範囲第８項に記載の製氷機。