JP5650842B2 - 透明氷の製造方法およびシステム - Google Patents

Description

本開示は、一般に、製氷機において水の電気伝導度（例えば、総溶解固形分（ＴＤＳ：Ｔｏｔａｌ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ））をモニタし、電気伝導度が所定のレベルを超えるとさらなる水を追加することで、水のＴＤＳレベルを低減し、透明氷の形成を可能にする透明氷の製造方法およびシステムに関する。特に、本開示は、水源から新しい水を追加することで、冷凍サイクル中、水のＴＤＳレベルが所定のレベル未満に維持されるようにするために、水の電気伝導度をモニタまたは検出することによって、透明氷またはより透明度が高い氷の形成を提供する。

製氷業界では、水のＴＤＳ濃度が高すぎると、角氷の形成が妨げられ、望ましくない濁りのある角氷が生じうることが知られている。加えて、製氷および蒸気処理機器での機器の故障原因の一つは、百万分率（ｐｐｍ）で測定された、ＴＤＳと一般に呼ばれる、水を担体とする溶解したミネラルである。ＴＤＳの濃度の高さが許容範囲を超えると、溶解状態のまま機械動作を妨げ、水の相変化時に望ましくない大きさの堆積物が形成されてしまう。製氷機内のスケールは、蒸発器プレートに付着する場合が多く、最終的に、蒸発器プレートにダメージを与える可能性があるため、角氷を収穫（ｈａｒｖｅｓｔ）する際の難易度が高くなりうる。

さらに、製氷機内でのＴＤＳの蓄積に伴い、水のｐＨも上がり、溶液中にミネラルが残る力も強まる。このようにして、検査されないまま、スケールが徐々に速度を上げて形成される。

従来の製氷機は、角氷形成サイクルの収穫段階の間に、給水ラインおよび他のコンポーネントを定期的に洗い流すことによって、ＴＤＳ蓄積の問題に対処している。加えて、角氷を形成するために再循環される冷水の供給物を保持する貯蔵水溜めは、同様にこの時点では部分的にまたは完全に空である。

製氷機、スチーマおよび他の相変化デバイスの給水源でのＴＤＳおよびスケールを低減する他の試みは、ミネラルが蓄積しないように、より効率的なフィルタを使用すること、およびリン酸塩または酸性供給物を追加することを含む。懸濁粒子を実質的に低減する際、濾過が有効であるが、水の溶液中のイオン粒子は実質的に低減されない。濾過のみの場合と比較して、点検間隔をさらに延長するために、リン酸塩や酸を濾過水に添加する方法も見受けられる。化学添加物は、溶液中にイオン粒子を長く維持するように促す。しかしながら、このような機器のユーザは、ユニットから過剰量の冷水を放出せざるをえない。

従来の製氷機器の別の欠点は、スケールの蓄積速度が、異なるタイプの水源の可変ＴＤＳ濃度、水処理レベルおよび地理的領域とともに変動する。

吸水ラインおよび水溜めの水を定期的に洗い流すことの問題は、下水処理および新しい濾過水の点からさらなるコストがかかることである。この問題は、製氷機において再循環水のＴＤＳ濃度をモニタすることによって、製氷機をモニタし制御する方法に関する特許文献１において、対処されている。ＴＤＳが所定のレベルを超えていることが判定されれば、収穫サイクルが完了した後、システムは、水溜めから水のすべてまたは一部分を排出し、新しい水を投入する。水をすべて排出するのではなく、製氷機用の水のＴＤＳを調整しようとする前述した試みのいくつかにあるように、Ｓｕｄａは、一部分のみを排出するように試みて、水溜めの水が所定のＴＤＳレベル未満になるように補給水のみを追加する。残念ながら、この方法でもまだ無駄があり、濁った氷になり、生態学的に望ましくない。すなわち、Ｓｕｄａの製氷機は、冷凍サイクルが一旦始まると、冷凍サイクル中の水溜めの水のＴＤＳレベルに関係なく、氷を作るために水溜めにある水が現時点でどのような水であろうとも、その水を利用する。しかしながら、本願発明者らは、氷の形成が始まると、水溜めのＴＤＳレベルが上昇して、所定のＴＤＳレベルを超えて、濁った氷が形成されることに気が付いた。

米国特許第５，５２７，４７０号明細書（Ｓｕｄａ）

上述したようなＴＤＳレベルを低減することを目的とした先行技術のプロセスのいずれとも対照的に、本願発明者らは、ＴＤＳレベルを維持するために水を放出する必要のない独自の透明氷の形成方法およびシステムを開発した。それとは対照的に、本開示は、冷凍サイクル中、電気伝導度のレベル（例えば、ＴＤＳレベル）をモニタし、ＴＤＳレベルが所定のレベルを超えると、冷凍サイクルの大部分の間、ＴＤＳレベルが所定のレベル未満に維持されて、透明氷または実質的に透明な氷が作られるように、ポンプ弁は、冷凍サイクル中、製氷機に新しい水が投入されるように作動される。これにより、使用される水の量が低減されるとともに、各冷凍／収穫サイクルの間、一貫して透明な氷が作られ、これは、先行技術で開示されたモニタリング排出システムの使用では不可能である。

本開示はまた、多数のさらなる利点を提供し、これらの利点は、以下に記載されるように明らかになるであろう。

透明氷の製造方法であって、水用水溜めを所定のレベルまで充填することと、冷媒を蒸発器に接触させることと、蒸発器で氷を形成するために、蒸発器にわたって水溜めから水を循環させることと、前記水溜めの水位をモニタすることと、水の電気伝導度が所定の電気伝導度の値以上であるかを判定するために、水溜め内の水の電気伝導度を測定することとを含み、（ｉ）電気伝導度が所定の電気伝導度の値以上でなく、水位が所定の低水位に達していれば、製氷サイクルを完了し、収穫サイクルを開始し、または（ｉｉ）電気伝導度が所定の電気伝導度の値以上であり、水位が所定の低水位に達していれば、追加の水を水用水溜めに追加することを含む方法である。

水位をモニタするステップが、高水位を検出するための第１のプローブと、低水位を検出するための第２および第３のプローブとを備える水位プローブを介して行われる。

水位プローブは、第２のプローブと第３のプローブとの間の電気伝導度の差を求めることによって水の電気伝導度を測定し、第３のプローブは基準プローブである。所定の電気伝導度の値は、約３０ＧＰＧを示す。

透明氷の製造システムであって、給水源と、水用水溜めと、蒸発器と、給水源と水用水溜めとの間に配置された注水弁と、製氷サイクル中に水溜めから蒸発器へ水を循環するためのポンプと、注入水の電気伝導度が所定の電気伝導度の値以上であるかを判定するために、水溜めの水位および水溜め内の水の電気伝導度をモニタするコントローラとを備え、（ｉ）電気伝導度が所定の電気伝導度の値以上でなく、水位が所定の低水位に達していれば、製氷サイクルを完了し、収穫サイクルを開始し、または（ｉｉ）電気伝導度が所定の電気伝導度の値以上であり、水位が所定の低水位に達していれば、追加の水を水用水溜めに追加することを含むシステムである。

本開示のさらなる目的、特徴および利点は、以下の図面および詳細な記載を参照することにより理解されるであろう。

本開示の水位プローブ関数の概略図である。 本開示による水システム流路のブロック図である。 本開示による透明氷を形成するために使用されるＴＤＳ検知プロセスおよび注水の論理図である。

水溜め槽にある水の電気伝導度に基づいて、注水および排水を制御しながら氷を製造するシステム。注水弁は、冷凍サイクルの開始前に一度にすべての水を流入させるように作動される。水量は、１回の冷凍および収穫サイクルで１バッチ分の氷の製造ができる量であることが好ましい。さらに、電気伝導度が測定され、測定値に応じて、製氷に利用できる水の総量を増やし、望ましい氷の透明度を維持するために、製氷冷凍サイクル中、送水弁が再度作動されてもよい。

システムは、水がシステムに入るとき、水溜めにある供給水のＴＤＳを測定する。ＴＤＳが正常値の下限を下回れば、水溜め内に水は入れられず、通常量の水で氷が作られる。すなわち、水溜めは、最初、ＴＤＳの測定が可能なより低いレベルのセンサに水が接触するまで充填される。ＴＤＳ測定値が、正常値の上限を下回れば、水がより上側のレベルセンサに接触するまで水溜めに充填することによって、通常量の水が水溜めに追加され、その総水量で氷が作られ続ける。ＴＤＳが正常値の上限より高ければ、まず水が高水位センサに接触するまで水溜めを充填し、続いてレベルが一旦低水位プローブまで下がると、さらなる量の水が水溜めに再び追加される。

本開示は、添付の図面を参照することによって最良に記載され、図２は、本開示のシステムにおいて使用される水システム１のブロック図である。システム１は、１つの注水弁９を作動し、１つの放水弁１１を非作動にするために、それぞれ電路導管５および７を介して出力信号を送信する制御盤３、すなわちコントローラを介して製氷プロセスを開始する。注水弁９が作動されると、給水源１３からの水が、水用水溜め槽１７内に１つの導管１５を介して注水弁９を通過し、水は、１つのポンプ１９を介して１つの導管２１内へ、その後、１つの水分配器２３へ吐出される。次に、水分配器２３からの水が、１つの蒸発器２５にわたって分配され、蒸発器２５で水が氷に形成される。次に、蒸発器２５で凍っていない水は、水分配器２３に再利用するために、水用水溜め槽１７に戻される。

水位プローブ２７は、水用水溜め槽１７の水位を測定するとともに、水用水溜め槽１７にある水の電気伝導度を検出することができるため、水のＴＤＳレベルは、制御盤３によってモニタされうる。図１は、水位プローブ２７を示し、プローブ「Ａ」は、所望の量の氷を作るために、製氷サイクルに必要とされる水位に設けられる。プローブ「Ｂ」および「Ｃ」の両方は、低位に設けられ、水の電気伝導度を測定する。製氷サイクル中、水位が「Ａ」レベルから、「Ｂ」レベルおよび「Ｃ」レベルへ下がるため、電気伝導度は、純水が氷になるため上昇する傾向にあり、槽内に残る水の溶解固形分はそのままになる。水溜め槽１７内の水の電気伝導度が望ましくないＴＤＳレベルまたはそれ以上であると測定されると、制御盤３は、給水源１３からの新しい水またはさらなる水が、導管１５を通過して水用水溜め槽１７内に入るように、レベルがより低いレベル（プローブＢ、Ｃ）に達する時点で、第２の充填シーケンスのために注水弁９を開く。次に、このさらなる水が水溜め槽１７内の水のＴＤＳレベルを低減し、蒸発器２５上に形成されている氷が実質的に透明のままであるように、ポンプ１９および導管２１を介して水分配器２３に吐出される。さらなる水が追加されなければ、電気伝導度またはＴＤＳレベルが望ましくない高いレベルに達し、かつ形成されている氷は、顧客にとって魅力のない濁りのある氷になる傾向がある。以下の表１を参照されたい。

図１は、相対プローブ位置を示す図である。高レベルのプローブは、同図において「Ａ」として識別され、水用水溜め槽１７の高水位を決定するために使用される。プローブ「Ｂ」および「Ｃ」は、低水位プローブであり、低水位を特定するとともに、水溜め槽１７にある水の電気伝導性を測定するために使用される。

図３は、本開示の製氷方法を示す論理図である。

ステップ３１において、ユーザーは、氷サイクルの開始を始動する。ステップ３１から、システムはステップ３３に進む。

ステップ３３において、システムは、１つの氷サイクルが始まっているかを確認するためのチェックを行う。氷サイクルが始まっていなければ、システムはステップ３１に戻る。氷サイクルが始まっていれば、システムはステップ３５に進む。

システム３５において、水溜め槽１７にある水の電気伝導度が、水位プローブ２７および制御盤３によって測定される。ステップ３５から、システムはステップ３７に進む。

ステップ３７において、制御盤３は、測定した電気伝導度（Ｍ）と所定の電気伝導度（Ｈ、Ｎ、Ｌ）とを比較する。電気伝導度は、材料の導電性の測定値である。本開示において、水位プローブ２７はまた、水溜め槽１７にある水の電気伝導度も測定する。プローブ間の抵抗は、総溶解固形分（ＴＤＳ）およびスケールの水の濃度を示す。図１の表は、ＴＤＳおよびスケールの低〜高レベルのしきい値レベルを表す。制御盤３は、プローブ「Ｂ」および「Ｃ」（図１）を介して水の電気伝導度を測定し、この測定値と、制御盤３にある格納値とを比較する。ステップ３７から、システムはステップ３９に進む。

ステップ３９において、制御盤３は、測定された電気伝導度（Ｍ）が低設定または所定の電気伝導度の値、すなわちＬ設定値以下であるかを判定する。測定された電気伝導度（Ｍ）がＬ設定値以下であれば、システムはステップ４１に進む。測定された電気伝導度（Ｍ）がＬ設定値より大きければ、システムはステップ４５に進む。

ステップ４１において、システムは氷の形成の終了を行い、これは氷の冷凍サイクルの完了である。氷の形成の終了は、システムが氷厚プローブ（ＩＴＰ）から信号が発信されるまで、さらに以下に記す、機械が収穫モードおよび完全にすべてのサイクル終了に入るまで動作する、ことを意味する。ステップ４１から、システムはステップ５５に進む。

ステップ４５において、氷システムは、前記測定された電気伝導度（Ｍ）が正常（１５〜２９ＧＰＧ）であるか、すなわち、Ｍ＝Ｎであるかを確認するためのチェックを行う。電気伝導度が正常であれば、システムはステップ５２に進む。電気伝導度が正常でなければ、システムはステップ４９に進む。

ステップ４９において、システムは、測定された電気伝導度（Ｍ）が高であるか、すなわち、ＭがＨ設定値以上であるかを判定する。測定された電気伝導度が高でなければ、システムはステップ３７に戻る。測定された電気伝導度が高、すなわちＭがＨ以上ならば、システムはステップ５１に進む。

ステップ５１において、冷凍サイクル中に給水源１３を介して水用水溜め槽１７にさらなる水または新しい水が供給されるように、制御盤３が注水弁９を作動する。その後、システムはステップ５２に進む。

ステップ５２において、システムは氷形成の終了まで継続する。氷形成の終了は、システムが、製氷機が収穫サイクルに入り、最終的に全サイクルを完了する時点でＩＴＰからの信号が発信されるまで動作することを意味する。

ステップ５３において、制御盤３は水溜め槽１７内のすべての水が氷形成サイクルの終了まで放水されるように、放水弁１１を作動する。ステップ５３から、システムはステップ５５に進む。

ステップ５５において、冷凍サイクルは終了する。

正常動作において、ＩＴＰは、製氷機が収穫モードに入るときを決定する。個々の角氷が相互結合（架橋）される点まで蒸発器上に氷が生成されている場合、氷はＩＴＰに接触し、収穫を開始する制御盤３に信号がに送信される。すなわち、システムは、正常は冷凍サイクルを継続し、ＩＴＰが制御盤３に信号を送ると終了される。

本発明に従っていくつかの実施形態を示し記載してきたが、これらの実施形態は、当業者に明らかな多数の変更が加えられてもよいことは明確に理解されたい。したがって、本願発明者らは、本明細書に示し記載した詳細にのみ限定することを意図しているのではなく、添付の特許請求の範囲内のすべての変更および修正を示すことを意図している。

Claims (10)

1. 氷の製造方法であって、
   水溜めを所定の高水位まで水で充填することと、
   製氷サイクル中に、前記水溜め内の前記水の電気伝導度を測定することと、
   前記製氷サイクル中に、蒸発器で氷を形成するために、前記蒸発器にわたって前記水溜めからの前記水を循環させることと、
   前記製氷サイクル中に、前記水溜め内の前記水の水位が前記氷の形成とともに下がる、前記水溜めの前記水の前記水位をモニタすることと、
   （ａ）前記電気伝導度が所定の電気伝導度の値以上である、および（ｂ）前記水位が所定の低水位まで下がっている、という決定に応答して、前記製氷サイクル中に、追加の水を前記水溜めに追加することと、
   前記製氷サイクルを終了し、
   前記氷を収穫することを含む氷の製造方法。
2. 前記水位を前記モニタすることが、前記所定の高水位を検出するための第１のプローブと、前記所定の低水位を検出するための第２および第３のプローブとを備える水位プローブを介して行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記水位プローブが、前記第２のプローブと前記第３のプローブとの間の前記電気伝導度を測定することによって前記水の前記電気伝導度を測定し、前記第３のプローブが基準プローブである、請求項２に記載の方法。
4. 前記所定の電気伝導度の値が、３０ＧＰＧの溶解固形分を示す、請求項１に記載の方法。
5. 氷の製造システムであって、
   給水源と、
   水溜めと、
   前記給水源からの水が前記水溜めへ方向付けられる、前記給水源と前記水溜めとの間に配置された注水弁と、
   蒸発器と、
   製氷サイクル中に、前記蒸発器で氷を形成するために、前記蒸発器にわたって前記水溜めからの前記水を循環させるためのポンプと、
   前記水溜めからの水が放水される、水放水バルブと、
   前記水で前記水溜めを所定の高水位まで充填するために前記水注入バルブを制御し、
   前記製氷サイクル中に、前記水溜め内の前記水の電気伝導度を測定し、
   前記製氷サイクル中に、前記水溜め内の前記水の前記水位が前記氷の形成とともに下がる、前記水溜め内の前記水の前記水位をモニタし、
   （ａ）前記電気伝導度が所定の電気伝導度の値以上である、および（ｂ）前記水位が所定の低水位まで下がっている、という決定に応答して、前記製氷サイクル中に、追加の水を前記水溜めに追加するための前記水注入バルブを制御し、
   前記製氷サイクルを終了し、
   前記氷を収穫する、コントローラと、
   を含む氷の製造システム。
6. 前記コントローラが、前記所定の高水位を検出するための第１のプローブと、前記所定の低水位を検出するための第２および第３のプローブとを備える水位プローブによって前記水位をモニタする、請求項５に記載のシステム。
7. 前記水位プローブが、前記第２のプローブと前記第３のプローブとの間の電気伝導度を測定することによって前記水の前記電気伝導度を測定し、前記第３のプローブが基準プローブである、請求項６に記載のシステム。
8. 前記所定の電気伝導度の値が、３０ＧＰＧの溶解固形分を示す、請求項５に記載のシステム。
9. 前記収穫後に、前記水溜めから前記水を放水することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記コントローラが前記氷を収穫した後に、前記コントローラが前記水溜めから前記水を放水するための前記水放水バルブを制御する、請求項５に記載のシステム。
    

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