JP4565951B2 - ブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法および同方法を用いた製氷装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブラインを過冷却することによってブラインと氷の細片が混合したシャーベット状の氷スラリを生成する製氷装置において、この氷スラリの製氷用ブライン中から過冷却の障害となる氷核を除去する方法および同方法による製氷装置に関する。

真水を過冷却して過冷却水とし、その後過冷却水に振動等の衝撃を与えて過冷却状態を解除することにより、水に氷の細片が混合したシャーベット状の氷スラリを生成する装置や方法は従来から実用に供されており（例えば、特許文献１、２参照）、このような装置、方法によって生成された氷スラリは流動性があって搬送が容易であり、かつ氷の潜熱を利用できるので、エネルギー効率が良好であるという利点があり、物品の冷却や氷蓄熱装置用の冷熱源として広く利用されている。

上述のような過冷却による氷スラリの製造においては、製氷用水中に微細な氷粒である氷核が存在すると、この氷核を中心として氷の結晶が生成しやすく、製氷用水をその凍結温度以下に過冷却すると、過冷却状態ではなく凍結してしまい、氷スラリの生成が適正に行なわれないだけでなく、過冷却用の熱交換器内の製氷用水流路が結氷により塞がれてしまい、氷スラリの生成自体ができなくなるおそれもある。

そこで従来は、過冷却前の製氷用の真水を、例えば０．５℃程度の０℃より高温すなわちプラス温度（摂氏）に加熱して、製氷用水中の氷核を融解、除去するようにした手段がある。

なお、従来の真水を冷熱の媒体とした装置や方法における氷核除去手段では、過冷却前の真水を０℃より高い温度まで加熱するが、真水は−２℃程度で過冷却状態になるので、加熱用に要するエネルギーもその後過冷却に要するエネルギーもさほど大なるものとはならない。

ところで、製氷用水を真水ではなく、ブラインとすると真水を使用した場合に比して顕熱、潜熱が大であるので、ブラインを冷熱の媒体とすれば氷点下温度のブラインを負荷側へ送ることができ、例えば低温の空調設備への冷熱源として有効に利用できる。

しかしながら、従来の真水を利用した装置、方法における氷核除去手段をブライン用にそのまま適用しようとすると、ブラインが過冷却状態となる温度（ブラインの種類と濃度によるが、例えば−７℃程度）を０℃よりも高い温度に加熱することになり、加熱に要するエネルギーも過冷却に要するエネルギーもともに真水を利用する場合に比して格段に大となり、エネルギー効率が良好とはいえないという問題がある。
特開平５−１８０４６７（第１〜５頁、図１〜４） 特開平５−２９６５０３（第１〜３頁、図１〜３）

本発明の目的とするところは、ブラインの過冷却前に製氷用のブライン中の氷核を可及的小なるエネルギーで確実に融解、除去することができ、したがって過冷却用のエネルギーも小なるもので済み、ランニングコストの小なる製氷装置を提供できるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る方法は、少なくとも製氷装置において変化する氷点下の温度範囲で真水よりも顕熱、潜熱が大であるブラインを過冷却して、その後ブラインの過冷却状態を解除することによりブラインと氷の細片が混合した氷スラリを生成する製氷方法において、製氷用のブラインを過冷却する前に、この製氷用ブラインを同ブラインの凍結温度よりも０．３〜１．５℃高く、かつ、摂氏０度より温度が上昇しないように加熱手段にて加熱し、その後、製氷用ブラインを過冷却するまでの間に氷核融解時間保持手段を通過せしめ、この氷核融解時間保持手段内に、製氷用ブラインまたは同ブライン中の氷核を、この氷核量と前記加熱手段での加熱量に基づいて決定される氷核融解時間留めることにより、過冷却前の製氷用ブライン中の氷核を融解して除去し、前記ブラインを氷点下の温度に維持したまま氷核に起因する過冷却時の結氷を防止するようにした構成としてある。

本発明の請求項２に係る方法は、前記氷核融解時間保持手段を、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタで構成してある。

本発明の請求項３に係る方法は、前記氷核融解時間保持手段を、入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当する流路長および断面積に設定された氷核融解用コイルで構成してある。

本発明の請求項４に係る方法は、前記氷核融解用コイルに製氷用ブラインを流過させる前に、予め製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを流過させることを特徴としている。

本発明の請求項５に係る方法は、前記氷核融解時間保持手段を、有蓋有底の筒状にして入口から流入する製氷用ブラインが中心軸から偏芯した位置に吐出されて製氷用ブラインが内部で渦流を形成するようにした渦流タンクで構成し、かつ同タンクの入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当するように構成してある。

本発明の請求項６に係る方法は、前記渦流タンクに製氷用ブラインを流過させる前に、予め製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを流過させることを特徴としている。

本発明の請求項７に係る方法は、前記製氷用ブラインの過冷却用の冷熱源を、冷凍機を備える冷媒回路から供給される液冷媒の気化潜熱とし、かつ、前記加熱用熱源に、冷凍機からの液冷媒の顕熱を利用することを特徴とする請求項１に記載のブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法。

本発明の請求項８に係る装置は、少なくとも製氷装置において変化する氷点下の温度範囲で真水よりも顕熱、潜熱が大である製氷用のブラインを過冷却する過冷却用熱交換器と、同熱交換器にて過冷却されたブラインの過冷却状態を解除してブラインと氷の細片が混合した氷スラリを生成する氷スラリ発生器とをこの順に備え、負荷側からの製氷用ブラインを上記過冷却用熱交換器に送るブライン送管と、上記氷スラリ発生器から負荷側へ氷スラリを送る氷スラリ送管とを備え、上記ブライン送管の途中に、製氷用ブラインを同ブラインの凍結温度よりも０．３〜１．５℃高く、かつ、摂氏０度より温度が上昇しないように加熱する加熱器と、製氷用ブラインまたは同ブライン中の氷核を、この氷核量と前記加熱手段での加熱量に基づいて決定される氷核融解時間留めて融解させる氷核融解時間保持手段とをこの順に設けることにより、過冷却前の製氷用ブライン中の氷核を融解して除去し、前記ブラインを氷点下の温度に維持したまま氷核に起因する過冷却用熱交換器内での結氷を防止するように構成したものとしてある。

本発明の請求項９に係る装置は、前記氷核融解時間保持手段を、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタで構成したものとしてある。

本発明の請求項１０に係る装置は、前記氷核融解時間保持手段を、入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当する流路長および断面積に設定された氷核融解用コイルで構成したものとしてある。

本発明の請求項１１に係る装置は、前記氷核融解用コイルの上流側に、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを設けた構成のものとしてある。

本発明の請求項１２に係る装置は、前記氷核融解時間保持手段を、有蓋有底の筒状にして入口から流入する製氷用ブラインが中心軸から偏芯した位置に吐出されて製氷用ブラインが内部で渦流を形成するようにした渦流タンクで構成し、かつ同タンクの入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当するように構成したものとしてある。

本発明の請求項１３に係る装置は、前記渦流タンクの上流側に、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを設けた構成のものとしてある。

本発明に係る方法、装置によれば、過冷却用熱交換器に供給されるブラインを予め加熱器により昇温せしめ、その後氷核融解時間保持手段を流渦せしめることによって、ブライン中の氷核が融解、除去され、過冷却用熱交換器内でブラインが氷結するような不具合が生じることがなく、安定した氷スラリの供給が行なわれる。

また、前記加熱器により製氷用ブラインの温度をその凍結温度よりも０．３〜１．５℃高く加熱し、かつ加熱後の温度が０℃より大とならないように構成してあるので、加熱用のエネルギーは小なるもので済み、しかも製氷用ブラインの温度上昇が小であるので、過冷却用のエネルギーも小なるもので済み、もって省エネルギー化を図ることができ、したがって装置のランニングコストの低減を実現することができる。

さらに、氷核融解時間保持手段を氷核除去フィルタと氷核融解用コイルあるいは渦流タンクとの複数段で構成した本発明の装置、方法では、加熱器による加熱後の製氷用ブライン中に氷核が残存していても、氷核が確実に捕捉あるいは融解され、したがって加熱器において上昇させるブラインの温度は必要最小限で事が足り、より一層の省エネルギー化を期すことができる。

以下、本発明に係る方法および装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る装置の第１実施例の構成を示している。
同図１において、符号１は加熱器、２は過冷却用熱交換器、３は氷スラリ発生器をそれぞれ示し、例えば図示を省略した氷蓄熱槽等の負荷側に一端が接続されたブライン送管４が上記加熱器１のブライン流路１ａおよび氷核融解時間保持手段たる氷核除去フィルタ１１を介して過冷却用熱交換器２のブライン入口２ａに接続され、同出口２ｂに一端が接続された氷スラリ送管５の他端が上記氷スラリ発生器３を介して氷蓄熱槽等の負荷側に接続されている。

前記氷核除去フィルタ１１は、ブラインは流過できるが、ブライン中の氷核は通過できないあるいは通過しにくいサイズの目を有する濾材を内部に備える構成のものとしてあり、加熱器１を通過した後においてもブライン中に残存する氷核を、単に濾材で堰き止めるのではなく、その氷核が融解するまでの時間フィルタ内に留めることによって融解、除去できるようにした構成のものとしてある。

なお、上述した氷核が融解するまでの時間は、加熱器１での加熱量とブライン中に含まれる氷核の量に応じて設定されるようにする。

そして、圧縮機６の吐出口６ａに一端が接続された冷媒往管７の他端が、コンデンサ８、前記加熱器１の冷媒流路１ｂおよび膨張弁９を介して過冷却用熱交換器２の冷媒入口２ｃに接続され、同出口２ｄに一端が接続された冷媒復管１０の他端が圧縮機の吸入口６ｂに接続されていて、冷媒回路を構成している。

しかして、負荷側からブライン送管４によって加熱器１のブライン流路１ａに流入したブラインは、冷媒回路における前記コンデンサ８で液化し、加熱器の冷媒流路１ｂを流過する液冷媒と熱交換して加熱され、ブライン中の氷核が加熱によって融解、除去され、さらにブライン中に残留する氷核はフィルタ１１内に留められて融解除去される。

液冷媒との熱交換によるブラインの加熱は、ブラインの温度上昇が例えば０．５℃程度であり、かつ、ブライン温度が０℃より大とならないようにする。
なお、負荷側から戻されるブラインは氷核を含むものであるからその温度はブラインの凍結温度であり、上記加熱によってブライン温度をその凍結温度よりも０．３〜１．５℃高い温度まで上昇させるが、この温度上昇が０．３℃未満であると氷核の融解が十分に行われず、温度上昇が１．５℃を超えると加熱のためのエネルギーおよび過冷却のための冷却エネルギーが大となってランニングコストが嵩む。

氷核が除去された製氷用ブラインは過冷却熱交換器２によってブラインの凍結温度よりも２℃程度低温の過冷却状態に冷却され、氷スラリ発生器３に送られる。

上記氷スラリ発生器３において、過冷却状態のブラインは振動、衝撃等の物理的作用を与えられてその過冷却状態が解除され、ブライン（液相）と氷の細片（固体相）とが混合したシャーベット状の氷スラリとなり、氷スラリ送管５によって負荷側へ送られる。

図２は本発明に係る装置の第２実施例の構成を示している。
この第２実施例の装置においては、前記氷核融解時間保持手段を、上述した第１実施例の氷核除去フィルタ１１に代えて、氷核融解用コイル１２としたものであり、この氷核融解用コイル１２は入口１２ａから出口１２ｂまでの流路管１２ｃが長く、ブラインが同コイル１２を通過するのに要する時間が加熱器における加熱量およびブライン中の残留氷核量に見合う氷核融解時間に相当するようにした構成のものとしてある。

したがってこの第２実施例のものでは、加熱器１通過の際に充分な融解熱が伝わらずにブライン中に残った氷核すなわち固体相が、ブラインが氷核融解用コイル１２を通過するのに要する時間内にブラインの液相から熱を奪って充分に融解するので、加熱器１におけるブラインへの加熱を必要最小限に留めることができ、製氷装置のエネルギー効率をより一層向上せしめることができる。
なお、この第２実施例のものは氷核融解用コイル１２を備える点以外の構成は第１実施例のものと同様である。

図３は本発明に係る装置の第３実施例の構成を示している。
この第３実施例の装置においては、前記氷核融解時間保持手段を、上述した第１実施例の氷核除去フィルタ１１や第２実施例の表核融解用コイル１２に代えて、渦流タンク１３としたものであり、この渦流タンク１３は図４に示されるように有蓋有底の円筒状のものとしてあって、タンク本体１４の中心軸線に対して入口管１５の吐出方向が偏芯するように取り付けられ、この入口管からのブラインの吐出圧力によってタンク内にブラインの渦流が発生するようにしてあり、前記氷核融解時間に相当する時間ブラインが滞留して出口管１６から送出されるように構成してある。

したがってこの第３実施例のものにおいても、加熱器１通過の際に充分な融解熱が伝わらずにブライン中に残った氷核すなわち固体相が、ブラインが渦流タンク１３内で滞留している時間内にブラインの液相から熱を奪って充分に融解するので、加熱器１におけるブラインへの加熱を必要最小限に留めることができ、製氷装置のエネルギー効率をより一層向上せしめることができる。
なお、この第３実施例のものも渦流タンク１３を備える点以外の構成は第１実施例や第２実施例のものと同様である。

図５、６はそれぞれ本発明に係る装置の第４実施例および第５実施例の構成を示しており、いずれの実施例のものも氷核融解時間保持手段を２段構成にしたものである。
具体的には、図５の第４実施例のものは第１実施例のものにおける氷核除去フィルタ１１の下流側に渦流タンク１３を設けたものとしてあり、また図６の第５実施例のものは第１実施例のものにおける氷核除去フィルタ１１の下流側に氷核融解用コイル１２を設けたものとしてある。

上述した第４、第５実施例のいずれのものも氷核融解時間保持手段を２段とすることによって氷核の融解除去をより確実に行うことができ、また氷核除去用の加熱エネルギーおよび過冷却用の冷却エネルギーのより一層の低減を期すことができるというメリットがある。

本発明に係る装置の第１実施例を示す構成図。 本発明に係る装置の第２実施例を示す構成図。 本発明に係る装置の第３実施例を示す構成図。 渦流タンクを一部破断して示す斜視図。 本発明に係る装置の第４実施例を示す構成図。 本発明に係る装置の第５実施例を示す構成図。

符号の説明

１ 加熱器
２ 過冷却用熱交換器
３ 氷スラリ発生器
４ ブライン送管
５ 氷スラリ送管
６ 圧縮機
７ 冷媒往管
８ コンデンサ
９ 膨張弁
１０ 冷媒復管
１１ 氷核除去フィルタ
１２ 氷核融解用コイル
１３ 渦流タンク
１４ タンク本体
１５ 入口管
１６ 出口管

Claims (13)

1. 少なくとも製氷装置において変化する氷点下の温度範囲で真水よりも顕熱、潜熱が大であるブラインを過冷却して、その後ブラインの過冷却状態を解除することによりブラインと氷の細片が混合した氷スラリを生成する製氷方法において、製氷用のブラインを過冷却する前に、この製氷用ブラインを同ブラインの凍結温度よりも０．３〜１．５℃高く、かつ、摂氏０度より温度が上昇しないように加熱手段にて加熱し、その後、製氷用ブラインを過冷却するまでの間に氷核融解時間保持手段を通過せしめ、この氷核融解時間保持手段内に、製氷用ブラインまたは同ブライン中の氷核を、この氷核量と前記加熱手段での加熱量に基づいて決定される氷核融解時間留めることにより、過冷却前の製氷用ブライン中の氷核を融解して除去し、前記ブラインを氷点下の温度に維持したまま氷核に起因する過冷却時の結氷を防止するようにしたブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法。
2. 前記氷核融解時間保持手段を、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタで構成してなる請求項１に記載のブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法。
3. 前記氷核融解時間保持手段を、入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当する流路長および断面積に設定された氷核融解用コイルで構成してなる請求項１に記載のブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法。
4. 前記氷核融解用コイルに製氷用ブラインを流過させる前に、予め製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを流過させることを特徴とする請求項３に記載のブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法。
5. 前記氷核融解時間保持手段を、有蓋有底の筒状にして入口から流入する製氷用ブラインが中心軸から偏芯した位置に吐出されて製氷用ブラインが内部で渦流を形成するようにした渦流タンクで構成し、かつ同タンクの入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当するように構成してなる請求項１に記載のブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法。
6. 前記渦流タンクに製氷用ブラインを流過させる前に、予め製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを流過させることを特徴とする請求項５に記載のブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法。
7. 前記製氷用ブラインの過冷却用の冷熱源を、冷凍機を備える冷媒回路から供給される液冷媒の気化潜熱とし、かつ、前記加熱用熱源に、冷凍機からの液冷媒の顕熱を利用することを特徴とする請求項１に記載のブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法。
8. 少なくとも製氷装置において変化する氷点下の温度範囲で真水よりも顕熱、潜熱が大である製氷用のブラインを過冷却する過冷却用熱交換器と、同熱交換器にて過冷却されたブラインの過冷却状態を解除してブラインと氷の細片が混合した氷スラリを生成する氷スラリ発生器とをこの順に備え、負荷側からの製氷用ブラインを上記過冷却用熱交換器に送るブライン送管と、上記氷スラリ発生器から負荷側へ氷スラリを送る氷スラリ送管とを備え、上記ブライン送管の途中に、製氷用ブラインを同ブラインの凍結温度よりも０．３〜１．５℃高く、かつ、摂氏０度より温度が上昇しないように加熱する加熱器と、製氷用ブラインまたは同ブライン中の氷核を、この氷核量と前記加熱手段での加熱量に基づいて決定される氷核融解時間留めて融解させる氷核融解時間保持手段とをこの順に設けることにより、過冷却前の製氷用ブライン中の氷核を融解して除去し、前記ブラインを氷点下の温度に維持したまま氷核に起因する過冷却用熱交換器内での結氷を防止するように構成してなるブラインの過冷却による製氷装置。
9. 前記氷核融解時間保持手段を、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタで構成してなる請求項８に記載のブラインの過冷却による製氷装置。
10. 前記氷核融解時間保持手段を、入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当する流路長および断面積に設定された氷核融解用コイルで構成してなる請求項８に記載のブラインの過冷却による製氷装置。
11. 前記氷核融解用コイルの上流側に、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを設けてなる請求項１０に記載のブラインの過冷却による製氷装置。
12. 前記氷核融解時間保持手段を、有蓋有底の筒状にして入口から流入する製氷用ブラインが中心軸から偏芯した位置に吐出されて製氷用ブラインが内部で渦流を形成するようにした渦流タンクで構成し、かつ同タンクの入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当するように構成してなる請求項８に記載のブラインの過冷却による製氷装置。
13. 前記渦流タンクの上流側に、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを設けてなる請求項１２に記載のブラインの過冷却による製氷装置。
    

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