JP6875825B2 - 製氷機 - Google Patents

Description

本発明は、結氷板の一方及び他方の面に水を散布することによって板状氷を得る製氷機に関するものである。

この種の製氷機としては、圧縮→凝縮（放熱）→蒸発（冷却）→圧縮という冷凍サイクルに基づいて氷点下に冷却された冷媒を結氷板内に直接通し、これにより氷点下の状態となった結氷板の一方及び他方の面に氷を散布することによって、当該各面に所定の厚さの氷を成長させ、その上で結氷板内に氷の融点を超える温度の熱媒を通し、板状に成長した氷を結氷板の各面から落下させることにより、所定の大きさに破砕された板状氷を得るものが知られている（例えば、特許文献１）。

上記冷媒については、従来は毒性の低いフロンが広く使われてきたが、オゾン層の破壊原因であることが明らかになったことから、現在では自然系冷媒でありかつ冷却効率の高いアンモニアが使用されてきている。しかし、アンモニアは、強い毒性と悪臭を有することから、結氷板を直接冷却する冷媒として用いた場合には安全上の問題が生じることになる。

そこで、発明者は、鋭意研究を重ねた結果、冷却効率は高いが安全性に問題のある自然系冷媒については一次冷媒として最小限の範囲の使用に留め、その一次冷媒によって冷却された毒性の低い二次冷媒を用いて結氷板を間接的に冷却することによって、安全性及び冷却効率の高い製氷機を開発するに至った。

特開２００４−００３７３４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、一次冷媒によって冷却された二次冷媒を用いて結氷板を間接的に冷却することにより、安全性及び冷却効率の高い製氷機を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一方及び他方の面を上下方向に向けて設けられた金属製の結氷板と、前記結氷板の一方及び他方の面に水を散布するノズルとを備え、前記結氷板は、一次冷凍サイクルにおいて冷却された低温の一次冷媒によって少なくとも氷の融点より低い温度に冷却された二次冷媒が流通する二次冷媒流通流路を有していると共に、少なくとも氷の融点より高い温度の熱媒が流通する熱媒流通流路を有していることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記二次冷媒流通流路及び前記熱媒流通流路は、前記結氷板における下部から上部まで全体的に形成されており、前記二次冷媒は、前記二次冷媒流通流路を前記結氷板の下部から上部に向けて供給され、前記熱媒は、前記熱媒流通流路を前記結氷板の上部から下部に向けて供給されるようになっていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記一次冷媒はアンモニアであり、前記二次冷媒は二酸化炭素又は不凍液であり、前記熱媒は水又は不凍液であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記二次冷媒流通流路の上流端部に通じる前記二次冷媒の流入流路に、当該流入流路を開閉する流入流路開閉弁を設け、前記流入流路開閉弁の開閉を制御する流入流路制御回路を設けたことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記二次冷媒流通流路の上流端部に通じる前記二次冷媒の流入流路と、前記二次冷媒流通流路の下流端部に通じる前記二次冷媒の流出流路とを連結するようにバイパス流路を設け、前記バイパス流路に、当該バイパス流路を開閉するバイパス開閉弁を設け、前記バイパス開閉弁の開閉を制御するバイパス制御回路を設けたことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記二次冷媒流通流路又は当該二次冷媒流通流路に通じる流路に、これらの流路の圧力が異常上昇するのを防止する安全弁を設けたことを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記二次冷媒流通流路又は当該二次冷媒流通流路に通じる流路に、これらの流路で膨張した二次冷媒を吸収して圧力の上昇を抑えるアキュムレータを設けたことを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れかに記載の発明において、前記熱媒は、前記一次冷凍サイクルの排熱を少なくとも利用して温められたものが前記熱媒流通流路に供給されるようになっていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、結氷板の二次冷媒流通流路に少なくとも氷の融点より低い温度に冷却された二次冷媒を通すことによって、当該結氷板の一方及び他方の面を氷点下の温度に冷却し、その上で、当該一方及び他方の面にノズルから水を散布することによって、その水を漸次凝固さ、当該一方及び他方の面に所定の厚さの透明な氷を成長させることができる。

また、所定の厚さの氷が結氷板の一方及び他方の面に成長した後に、当該結氷板の熱媒流通流路に少なくとも氷の融点より高い温度の熱媒を通すことにより、当該結氷板の一方及び他方の面を氷の融点を超える温度にすることで、板状の氷を結氷板から離脱、落下させ、これにより板状氷を得ることができる。

二次冷媒については、一次冷凍サイクルにおいて冷却された低温の一次冷媒によって冷却されるものであるから、例えば二酸化炭素の液体や不凍液等の毒性の極めて少なく、かつ流動性、熱伝達性等の優れた特性を有する液体を利用することができる。このため、多数の結氷板を設置して、板状氷を多量に製造する場合にも、安全性及び冷却効率の向上を図ることができる。

一方、一次冷媒については、一次冷凍サイクルによって冷却されることになることから、液化及び気化が容易で熱を大気側に効率良く排出することが可能な物質である必要であり、かつフロンのような環境破壊の原因とならないアンモニア等の自然系冷媒を使用することが好ましい。

但し、例えばアンモニアについては、冷却効率が高い等の長所があるものの、強い毒性と悪臭を有することから、広い範囲で冷媒として使用することは安全性上の問題がある。しかし、アンモニア等の自然系冷媒については、二次冷媒を冷却するための一次冷媒として用いることにより、ごく少量に抑えることができる。このため、一次冷媒を使用する一次冷凍サイクルを小型の装置とすることができると共に、その装置全体を安全かつ堅固なユニット内に容易に納めることができる。従って、一次冷媒を用いた一次冷凍サイクルにおける冷却効率及び安全性の向上を図ることができる。

従って、安全性及び冷却効率の高い製氷機を提供することができるという顕著な効果を奏する。

請求項２に記載の発明によれば、二次冷媒が二次冷媒流通流路を結氷板の下部から上部に向けて供給されることになるので、当該二次冷媒は結氷板内を上方に向かうに従って徐々に温度が高くなる。即ち、二次冷媒が結氷板内を上方に移動するに従って、当該二次冷媒の比重が徐々に小さくなるので、二次冷媒が二次冷媒流通流路内を流れる抵抗を軽減することができる。

一方、熱媒が熱媒流通流路を結氷板の上部から下部に向けて供給されることになるので、当該熱媒は結氷板内を下方に向かうに従って徐々に温度が低くなる。即ち、熱媒が結氷板内を下方に移動するに従って、当該熱媒の比重が徐々に大きくなるので、熱媒が熱媒流通流路内を流れる抵抗を軽減することができる。

従って、板状氷を更に効率よく製造することができる。

請求項３に記載の発明によれば、一次冷媒としてアンモニアを用いているので冷却効率の向上を図ることができる。この場合、アンモニアは毒性を有するものの、一次冷媒としてごく少量に抑えることができる。しかも、一次冷媒を使用する一次冷凍サイクルとしては小型の装置で構成することができるので、その装置全体を安全かつ堅固なユニット内に容易に納めることができる。即ち、アンモニアに対する安全性の確保を図ることができる。

また、二次冷媒として二酸化炭素又は不凍液を用いているので、結氷板を冷却する冷媒の毒性の問題を解決することができ、結氷板を多数備えた大規模な板状氷の製造設備においても安全性を容易に確保することができる。

従って、多量の板状氷を効率良くかつ安全に製造することができる。

請求項４に記載の発明によれば、二次冷媒流通流路の上流端部に通じる二次冷媒の流入流路に流入流路を開閉する流入流路開閉弁を設けると共に、当該流入流路開閉弁の開閉を制御する流入流路制御回路を設けているので、結氷板内の二次冷媒流通流路を流れる二次冷媒の流量を調整することができる。

従って、流入流路制御回路に基づいて結氷板の一方及び他方の面の温度を調整することができるので、当該各面に、結氷する氷の厚さや、結氷する速度を制御することができる。

請求項５に記載の発明によれば、二次冷媒流通流路の上流端部に通じる二次冷媒の流入流路と、二次冷媒流通流路の下流端部に通じる二次冷媒の流出流路とを連結するようにバイパス流路を設け、そのバイパス流路に当該バイパス流路を開閉するバイパス開閉弁を設け、更にそのバイパス開閉弁の開閉を制御するバイパス制御回路を設けているので、バイパス制御回路に基づいてバイパス開閉弁の開閉を制御することにより、二次冷媒流通流路を流れる二次冷媒の流量を制御することができる。

この場合、二次冷媒流通流路を流れる二次冷媒の流れが完全に停止することがないので、結氷板の一方及び他方の面の温度をより微妙に調整することができる。従って、結氷板の一方及び他方の面に結氷する氷の厚さを微妙に調整することができる。

また、結氷板の二次冷媒流通流路内の圧力が高まった際に、バイパス開閉弁を開くことにより、結氷板の上流側の圧力を下流側に逃がし、これによってその圧力の低下を図ることができる利点もある。

請求項６に記載の発明によれば、二次冷媒流通流路又は当該二次冷媒流通流路に通じる流路に、これらの流路の圧力が異常上昇するのを防止する安全弁を設けているので、二次冷媒が結氷板の二次冷媒流通流路を通過中に温められて、例えば一部が気化したような場合でも、この気化による圧上昇を安全弁によって所定の圧力以下に抑えることができる。この場合、二次冷媒の一部が安全弁から大気側に流出することになるが、この流出した二次冷媒については容器等に回収して再利用することが好ましい。

請求項７に記載の発明によれば、二次冷媒流通流路又は当該二次冷媒流通流路に通じる流路に、これらの流路で膨張した二次冷媒を吸収して圧力の上昇を抑えるアキュムレータを備えているので、二次冷媒を大気側に流出させることなく、結氷板等内の圧力を所定の安全な圧力に抑えることができる。

また、安全弁が併用されている場合には、アキュムレータで吸収することができないような大きな圧力上昇に対しても、当該安全弁が作動することで、結氷板等内を所定の圧力以下の安全な圧力に抑えることができる。

請求項８に記載の発明によれば、一次冷凍サイクルで一次冷媒を氷の融点より低い温度に冷却するために大気側に熱を排出することになるが、この排熱を少なくとも利用して温められた熱媒が熱媒流通流路に供給されるようになっているので、板状氷の製造に要するエネルギ効率の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態として示した製氷機の冷凍サイクルを示す説明図である。 同製氷機（結氷板の熱媒流通流路に供給する熱媒として温水を用いたもの）の説明図であって、（ａ）は同製氷機の正面に対応する位置の説明図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視に対応する位置の説明図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ矢視に対応する位置の説明図である。 同製氷機における結氷板を示す図であって、（ａ）は同結氷板の平面図であり、（ｂ）は同結氷板の正面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＣ矢視図であり、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、（ｅ）は（ｂ）のＥ矢視図である。 上記製氷機において熱媒として不凍液を用いた場合の他の例を示す説明図であって、（ａ）は同製氷機の正面に対応する位置の説明図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視に対応する位置の説明図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ矢視に対応する位置の説明図である。 上記各製氷機の他の例を示す説明図であり、（ａ）は二次冷媒流通流路に通じる流出流路に安全弁を設けた例を示す説明図であり、（ｂ）は二次冷媒流通流路に通じる流出流路にアキュムレータ及び安全弁を設けた例を示す説明図である。

本発明を実施するための形態を、実施形態に基づいて詳細に説明する。

本発明の一実施形態として示す製氷機１は、図１〜図３に示すように、一方及び他方の面としての各結氷面２ａが上下方向に向けられた状態で設置されたアルミニュウム製（金属製）の結氷板２と、この結氷板２の各結氷面２ａに製氷用の水、即ち製氷水を散布するノズル３ａを有する散水ヘッダ３とを備えた構成になっている。

結氷板２は、冷凍機４における一次冷凍サイクルにおいて冷却された低温のアンモニア（一次冷媒）によって氷の融点より低い温度に冷却された二酸化炭素（二次冷媒）が流通する二次冷媒流通流路２１を有していると共に、氷の融点より高い温度に設定された脱氷水（熱媒）が流通する熱媒流通流路２２を有している。

冷凍機４は、図１に示すように、圧縮機４ａ、凝縮器４ｂ及び蒸発器４ｃを備えた構成になっている。この冷凍機４は、蒸発器４ｃで気化したアンモニアを圧縮機４ａで圧縮して高圧高温にした上で、その熱を凝縮器４ｂで大気に放出（排熱）し温度を下げることにより当該アンモニアを液化し、この液化したアンモニアを蒸発器４ｃで減圧して気化させることにより、当該アンモニアを例えば−４５℃程度まで下げるように構成されている。

また、結氷板２は、図３（ｂ）に示すように、所定の幅に形成されたものを幅方向に３つ結合することによって正面視で水平方向に長い四角形状の板状に形成され、各結氷面２ａが四角形の平面状に形成されている。

二次冷媒流通流路２１及び熱媒流通流路２２は、結氷板２内における下部から上部まで、全体にわたって存在するように形成されている。

即ち、二次冷媒流通流路２１については、上下に隣接する２本の流路を１セットとして、１４セットが水平方向に延在するように形成されており、下側の２本の流路がそのすぐ上側の２本の流路に結氷板２の水平方向の端部で連通するように形成され、これによって結氷板２の下部から上部まで連続して延在するように形成されている。また、隣接する下側の２本と上側の２本には異なる方向の二酸化炭素（図３において「ＣＯ_２」として示す。）が流れるようになっている。

そして、結氷板２には、二次冷媒流通流路２１における上流端部に対応する位置に、当該上流端部に連通する冷媒上流端継手２１ａが設けられていると共に、二次冷媒流通流路２１における下流端部に対応する位置に、当該下流端部に連通する冷媒下流端継手２１ｂが設けられている。この場合、冷媒上流端継手２１ａは結氷板２の下端部に配置され、冷媒下流端継手２１ｂは結氷板２の上端部に配置されている。

即ち、二酸化炭素は、冷媒上流端継手２１ａから二次冷媒流通流路２１に流入し、当該二次冷媒流通流路２１内を結氷板２の下から上まで流れ、冷媒下流端継手２１ｂから流出することになる。この際、二酸化炭素は、温度を徐々に上昇させながら結氷板２内を下から上に移動することになる。

一方、熱媒流通流路２２については、隣接する４本の二次冷媒流通流路２１を挟むように所定の間隔を開けて水平に延在するように配置されていると共に、結氷板２の上縁部及び下縁部に沿う位置にも配置されている。また、上側に位置する熱媒流通流路２２とその下側の熱媒流通流路２２とは、結氷板２の一方の結氷面２ａにおける水平方向の端部に設けられた外付けパイプ２２ｃによって連通した状態になっている。これにより、熱媒流通流路２２は、結氷板２の上部から下部まで連続して延在するように形成されている。

そして、結氷板２には、熱媒流通流路２２の上流端部に対応する位置に、当該上流端部に連通する熱媒上流端継手２２ａが設けられていると共に、熱媒流通流路２２の下流端部に対応する位置に、当該下流端部に連通する熱媒下流端継手２２ｂが設けられている。この場合、熱媒上流端継手２２ａは結氷板２の上端部に配置され、熱媒下流端継手２２ｂは結氷板２の下端部に配置されている。

即ち、脱氷水は、熱媒上流端継手２２ａから熱媒流通流路２２に流入し、当該熱媒流通流路２２内を結氷板２の上から下まで流れ、熱媒下流端継手２２ｂから流出することになる。この際、脱氷水は、温度を徐々に下降させながら結氷板２内を上から下に移動することになる。

また、結氷板２については、図２に示すように、複数（この例では３枚）のものが並列（この例では同一高さ位置に一定の間隔をおいて平行）に設けられている。

各結氷板２の冷媒上流端継手２１ａには、二酸化炭素の流入流路５１から分岐された分岐管５１ａが連結されている。これにより、二次冷媒流通流路２１の上流端部が流入流路５１に連通した状態になっている。そして、流入流路５１には、流入流路５１を開閉する流入流路開閉弁５１ｂが設けられている。流入流路開閉弁５１ｂは、その開閉が図示しない流入流路制御回路によって制御されるようになっている。

流入流路制御回路は、流入流路開閉弁５１ｂの開閉を制御することで、二次冷媒流通流路２１に流れる二酸化炭素の流量を制御し、各結氷板２における各結氷面２ａに生成される氷の厚さを調整することが可能になっている。

また、各結氷板２の冷媒下流端継手２１ｂには、二酸化炭素の流出流路５２から分岐された分岐管５２ａが連結されている。これにより、二次冷媒流通流路２１の下流端部が流出流路５２に連通した状態になっている。

流入流路５１は、図１に示すように、蒸発器４ｃにおいて−２０〜−１０℃に冷却された二酸化炭素を結氷板２に供給するように構成された流路である。なお、二酸化炭素は、その圧力が約６ＭＰａとなっており液化した状態となっている。また、流出流路５２は、結氷板２の二次冷媒流通流路２１を通過することで温度が上昇した二酸化炭素を蒸発器４ｃに戻して再冷却するために構成された流路である。なお、二酸化炭素は、圧力が約６ＭＰａであれば、約−５５℃から約＋２０℃の温度範囲で液体状態となる。

流入流路５１と流出流路５２とは、図１及び図２に示すように、バイパス流路５３によって連結されている。バイパス流路５３には、当該バイパス流路５３を開閉するバイパス開閉弁５３ａが設けられている。バイパス開閉弁５３ａは、その開閉が図示しないバイパス制御回路によって制御されるようになっている。

バイパス制御回路は、バイパス開閉弁５３ａの開閉を制御することで、流入流路５１から二次冷媒流通流路２１に流入する二酸化炭素の流量を制御し、各結氷板２の各結氷面２ａに生成される氷の厚さを調整することが可能になっている。但し、この場合は、流入流路開閉弁５１ｂを開状態にしておく必要がある。なお、バイパス開閉弁５３ａで氷の厚さを制御する場合は、流入流路開閉弁５１ｂで氷の厚さを制御する場合より、当該氷の厚さをより微妙に調整することが可能である。

また、バイパス制御回路は、結氷板２の二次冷媒流通流路２１内の圧力が高まった際に、この圧力を検知して、バイパス開閉弁５３ａを開くことにより、結氷板２の上流側の圧力を下流側に逃がし、これによってその圧力の低下を図ることが可能になっている。なお、結氷板２内の二酸化炭素の圧力を検出するセンサについては図示を省略する。

一方、各結氷板２の熱媒上流端継手２２ａには、脱氷水の流入流路６１から分岐された分岐管６１ａが連結されている。これにより、熱媒流通流路２２の上流端部が流入流路６１に連通した状態になっている。そして、流入流路６１には、流入流路６１を開閉する流入流路開閉弁６１ｂが設けられている。流入流路開閉弁６１ｂは、その開閉が図示しない流入流路制御回路によって制御されるようになっている。

流入流路制御回路は、流入流路開閉弁６１ｂの開閉を制御することで、結氷板２の熱媒流通流路２２に流れる脱氷水の流量を制御し、各結氷板２の各結氷面２ａにおいて所定の厚さに成長した氷について、当該各結氷面２ａからの離脱を制御するようになっている。

また、各結氷板２の熱媒下流端継手２２ｂには、脱氷水の流出流路６２から分岐された分岐管６２ａが連結されている。これにより、熱媒流通流路２２の下流端部が流出流路６２に連通した状態になっている。

脱氷水は、製氷用に選定された所定の水（上述した製氷水）を用いたものであり、冷凍機４の凝縮器４ｂから排出される熱（即ち排熱）を少なくとも利用して（必要に応じて図示しない加熱手段を利用して）、１５〜３０℃に温められたものが流入流路６１、分岐管６１ａ、熱媒上流端継手２２ａを介して各結氷板２における熱媒流通流路２２の上流端部に供給され、当該熱媒流通流路２２を下流端部に流れるようになっている。

また、脱氷水は、各結氷板２の熱媒流通流路２２の下流端部から熱媒下流端継手２２ｂ、分岐管６２ａを介して流出流路６２に流出し、当該流出流路６２から原料水タンク７１に流れるようになっている。

原料水タンク７１は、自動給水弁７２ａを有する給水管７２から製氷水の供給を受けるようになっている。自動給水弁７２ａは、その開閉が図示しないレベル制御回路によって制御されるようになっている。レベル制御回路は、原料水タンク７１内の水面レベルが所定の範囲に入るように、自動給水弁７２ａの開閉を制御するようになっている。なお、水面レベルを検知するセンサ（水面レベル計）については図示を省略する。

また、原料水タンク７１には、自動排水弁７３ａを有する排水管７３及びオーバーフロー防止管７４が設けられている。自動排水弁７３ａは、原料水タンク７１内の製氷水を新規なものに交換するなどの際に、開状態にすることで、当該原料水タンク７１内から製氷水を確実に排除することが可能になっている。なお、自動排水弁７３ａは図示しない排水制御回路によって開閉が制御されるようになっている。

オーバーフロー防止管７４は、流出流路６２等から供給される製氷水によって原料水タンク７１内の水面レベルが所定の制御レベル以上に達するような場合でも、原料水タンク７１から溢れる前にその製氷水を排出することが可能になっている。

一方、散水ヘッダ３は、各結氷板２の上側に配置されている。この散水ヘッダ３に連結されたノズル３ａは、各結氷板２における一方及び他方の結氷面２ａの上端部に製氷水を散布することが可能なように複数設けられている。また、各ノズル３ａは、結氷面２ａの上辺部に沿うように長く延在するチューブ状のもので形成されていると共に、その長手方向に所定の間隔をおいて複数の噴水孔を有するもので構成されており、各噴水孔から各結氷面２ａの上端部に満遍なく製氷水を散布するようになっている。

ノズル３ａから散布する製氷水は、原料水タンク７１から散水供給ポンプ３１、散水供給流路３２を介して散水ヘッダ３に供給されるようになっている。

散水供給ポンプ３１は、原料水タンク７１内の所定の水深位置に設置されるようになっており、当該原料水タンク７１内の製氷水をくみ上げて、散水供給流路３２を介して散水ヘッダ３に供給することが可能な吐出圧を有するもので構成されている。

また、複数の結氷板２の下方には脱氷回収板8が設けられている。脱氷回収板8は、耐腐食性金属（例えばステンレス鋼）の板によって構成されている。この脱氷回収板8は、各結氷板２の下方部分に位置する傾斜平面部８ａと、その斜め下方に位置する溝部８ｂと、その斜め下方に位置する傾斜部８ｃとを備えた構成になっている。

傾斜平面部８ａは、各結氷板２から落下した氷を受け止めると共に、当該氷を漸次下方に滑らかに移動可能なように、所定の広がりを有するものが斜め下方に延在するように所定の勾配をもって設けられている。溝部８ｂは、下方に湾曲する円筒の一部分を有するように形成されている。傾斜部８ｃは、傾斜平面部８ａと同様の勾配で溝部８ｂから下方に延在するように形成されている。

溝部８ｂに対応する部位には、その溝部８ｂの曲率中心を回転中心とするようにして回転駆動されるクラッシャ８１が設けられている。クラッシャ８１は、円筒状の外周部に複数の破砕刃８１ａを備えたもので構成されており、傾斜平面部８ａに落下することで粗割された氷が溝部８ｂを通過する際に、当該氷を更に破砕することで所定の大きさの板状氷を得ると共に、当該板状氷を傾斜部８ｃに送り出すようになっている。

また、溝部８ｂは、透水用の複数の孔を有しており、ノズル３ａから噴出し各結氷板２で凍ることなく下方に流れた水や、傾斜平面部８ａ及び溝部８ｂにおいて氷から融けた水や微細な氷が下方に流出するように構成されている。この溝部８ｂから下方に流出した水や微細な氷は、当該溝部８ｂの下方に配置された原料水タンク７１内蓄えられ、再び製氷水として用いられるようになっている。

上記のように構成された製氷機１においては、結氷板２の二次冷媒流通流路２１に氷の融点より低い温度の二酸化炭素を流すことによって、当該結氷板２の一方及び他方の結氷面２ａを氷点下の温度に冷却することができる。この状態で、結氷板２の各結氷面２ａにノズル３ａから水を散布すると、その水が漸次凝固し、当該各結氷面２ａに所定の厚さの透明な氷を成長させることができる。

また、所定の厚さの氷が結氷板２の各結氷面２ａに成長した後に、散水供給ポンプ３１を停止してノズル３ａからの水の散布を止め、二酸化炭素供給用の流入流路開閉弁５１ｂを流入流路制御回路を介して閉じ、かつ脱氷水用の流入流路開閉弁６１ｂを流入流路制御回路を介して開けることにより、結氷板２の熱媒流通流路２２に氷の融点より高い温度の脱氷水を供給することにより、当該結氷板２の各結氷面２ａを氷の融点を超える温度に上昇させ、板状の氷を結氷板２から離脱させて、脱氷回収板8の傾斜平面部８ａ上に落下させる。

この落下によってある程度の大きさに粗割された板状氷は、傾斜平面部８ａを斜め下方に移動し、溝部８ｂにおいてクラッシャ８１の破砕刃８１ａによって、所定の大きさに破砕された上で傾斜部８ｃに送り出されて、製品としての板状氷になる。

結氷板２から氷が落下した後は、流入流路開閉弁６１ｂを流入流路制御回路を介して閉じることにより、流入流路開閉弁６１ｂより下流側に位置する流入流路６１、分岐管６１ａ、熱媒上流端継手２２ａ、熱媒流通流路２２、熱媒下流端継手２２ｂ、分岐管６２ａ、流出流路６２等内に溜まった脱氷水を原料水タンク７１に流出させる。即ち、結氷板２を再び冷却した際に、熱媒流通流路２２等の流路内に溜まった脱氷水が凍結することによって、当該流路が閉塞されるのを防止する。

また、二次冷媒については、一次冷凍サイクルにおいて使用したアンモニアによる一次冷媒とは異なる毒性の極めて少なく、流動性、熱伝達性等に優れた二酸化炭素の液体を用いているので、多数の結氷板２を設置して、板状氷を多量に製造する場合にも、安全性及び冷却効率の向上を図ることができる。

一方、一次冷媒については、一次冷凍サイクルにおいて液化及び気化が容易で熱を大気側に効率良く排出することが可能な自然系冷媒としてのアンモニアを用いているので、冷却効率の向上を図ることができると共に、フロンのような環境破壊の原因となるような物質を排出することも防止することができる。

但し、アンモニアについては、強い毒性と悪臭を有し安全性上の問題があるが、二次冷媒を冷却するための一次冷媒としてごく少量の使用量に抑えることができる。このため、一次冷凍サイクルを構成する装置としての冷凍機４を小型化することができると共に、その冷凍機４の全体を安全で堅固なユニット内に容易に納めることができる。従って、一次冷媒としてアンモニアを用いることで、冷却効率及び安全性の向上を図ることができる。

従って、安全性及び冷却効率の高い製氷機１を提供することができるという顕著な効果を奏する。

また、二次冷媒としての二酸化炭素が二次冷媒流通流路２１を結氷板２の下部から上部に向けて供給されているので、当該二酸化炭素は結氷板２内を上方に向かうに従って徐々に温度が高くなる。即ち、二酸化炭素が結氷板２内を上方に移動するに従って当該二酸化炭素の比重が徐々に小さくなるので、二酸化炭素が二次冷媒流通流路２１内を流れる際の抵抗を軽減することができる。

一方、脱氷水が熱媒流通流路２２を結氷板２の上部から下部に向けて供給されることになるので、当該脱氷水は結氷板２内を下方に向かうに従って徐々に温度が低くなる。即ち、脱氷水が結氷板２内を下方に移動するに従って当該脱氷水の比重が徐々に大きくなるので、脱氷水が熱媒流通流路２２内を流れる際の抵抗も軽減することができる。

従って、かかる流路抵抗の観点からも、板状氷の製造効率の向上を図ることができる。

また、二次冷媒流通流路２１の上流端部に通じる流入流路５１に流入流路開閉弁５１ｂを設けると共に、当該流入流路開閉弁５１ｂを開閉制御する流入流路制御回路を設けているので、結氷板２内の二次冷媒流通流路２１を流れる二酸化炭素の流量を調整することができる。

従って、流入流路制御回路に基づいて結氷板２の各結氷面２ａの温度を調整することができるので、当該各結氷面２ａに、結氷する氷の厚さや、結氷速度を制御することができる。

また更に、流入流路５１と、流出流路５２とを連結するようにバイパス流路５３を設け、そのバイパス流路５３にバイパス開閉弁５３ａを設け、更にそのバイパス開閉弁５３ａを開閉制御するバイパス制御回路を設けているので、そのバイパス制御回路に基づいてバイパス開閉弁５３ａの開閉を制御することにより、二次冷媒流通流路２１を流れる二酸化炭素の流量を制御することができる。

この場合、二次冷媒流通流路２１を流れる二酸化炭素の流れが完全に停止することがないので、結氷板２の一方及び他方の各結氷面２ａの温度をより微妙に調整することができる。従って、結氷板２の各結氷面２ａに結氷する氷の厚さをより微妙に調整することができる。

更に、冷凍機４において凝縮器４ｂから大気側に熱を排出することになるが、この排熱を少なくとも利用して脱氷水を温めて熱媒流通流路２２に供給するようになっているので、この点からも板状氷の製造効率の向上を図ることができる。

次に、上記製氷機１の他の例について図４を参照して説明する。この他の例における製氷機１は、主として熱媒として不凍液を用い、かつこの不凍液を循環する構造になっている点で、図１〜図３に示した製氷機１と異なっている。なお、図１〜図３に示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付し説明を簡略化する。

即ち、不凍液は、デフロストタンク６３に蓄えられた状態でデフロストポンプ６４から流入流路６１及び分岐管６１ａを介して結氷板２の熱媒流通流路２２に供給されるようになっている。この場合、流入流路６１は、デフロストポンプ６４の吐出口と各分岐管６１ａとを連通するように構成されている。

一方、流出流路６２は、熱媒流通流路２２の流出側の分岐管６２ａからデフロストタンク６３までを連通するように構成されている。デフロストタンク６３は、上述のように不凍液を蓄えると共に、内部設けられた熱交換器６３ａによって不凍液を１５〜３０℃となるように加熱するようになっている。なお、熱交換器６３ａに供給する熱として、凝縮器４ｂから出る排熱を少なくとも利用するようになっている。但し、凝縮器４ｂの排熱については、熱交換器６３ａとは異なる他の熱交換器等を用いて不凍液の加熱のために利用してもよい。

上記のように構成された製氷機１においては、デフロストポンプ６４を起動することによって結氷板２の熱媒流通流路２２への不凍液の供給を開始することができ、デフロストポンプ６４を停止することによって熱媒流通流路２２への不凍液の供給を停止することができる。

また、熱媒として不凍液を用いているので、熱媒流通流路２２内で熱媒が凝固するのを防止することができる利点がある。

次に、図５（ａ）を参照して安全弁を設けた他の例、及び図５（ｂ）を参照して安全弁及びアキュムレータを設けた更に他の例について説明する。

即ち、図５（ａ）に示す安全弁５２ｂは、流出流路５２に設けられている。安全弁５２ｂは、流出流路５２内の圧力が所定の圧力に達した際に内部に構成された弁が開いて二酸化炭素を流出流路５２の外に排出し、当該流出流路５２内の圧力が所定の圧力より上昇するのを防止するようになっている。

即ち、安全弁５２ｂは、流出流路５２内の圧力が異常上昇するのを防止するように構成されている。なお、この例では、流出流路５２が結氷板２の二次冷媒流通流路２１、流入流路５１、蒸発器４ｃ（図１参照）等にも連通しているので、これらの流路や機器の圧力が異常上昇するのも防止することが可能である。

また、安全弁５２ｂから排出された二酸化炭素については、予備タンク５２ｄに回収して圧縮した状態で貯蔵することにより、再度二次冷媒として使用することが可能になっている。なお、予備タンク５２ｄを設けずに、安全弁５２ｂから大気に二酸化炭素を排出するようにしてもよい。

上記のように安全弁５２ｂを備えた製氷機１においては、二酸化炭素が結氷板２の二次冷媒流通流路２１内で温められて、例えば一部が気化し、これにより圧力が上昇するようなことがあっても、安全弁５２ｂで所定の圧力以下の安全な圧力に抑えることができる。

なお、安全弁５２ｂについては、二次冷媒流通流路２１に連通する通路であれば、当該二次冷媒流通流路２１、流入流路５１、バイパス流路５３等に設けてもよい。

また、図５（ｂ）に示すように、安全弁５２ｂ及びアキュムレータ５２ｃを流出流路５２に設けるように構成してもよい。

アキュムレータ５２ｃは、圧力容器内に例えば隔膜を介して封入した気体（例えば窒素ガス）の圧縮性を利用して、流出流路５２内の圧力が通常使用される圧力より高くなった場合にこの圧力を吸収して、流出流路５２内及びこれに連通する流路内の圧力の上昇を抑えるように構成されている。

また、安全弁５２ｂは、アキュムレータ５２ｃのみでは圧力を吸収することができず、流出流路５２内の圧力が所定の圧力に達した場合に、二酸化炭素を流出流路５２の外の予備タンク５２ｄに排出し、当該流出流路５２及びこれに連通する流路内の圧力が異常上昇するのを防止するように構成されている。

上記のようにアキュムレータ５２ｃを備えた製氷機１においては、二酸化炭素の一部が結氷板２の二次冷媒流通流路２１内で気化し膨張することがあっても、その膨張に伴う二酸化炭素の体積増加分をアキュムレータで吸収し、当該二酸化炭素を流出流路５２から排出することなく、結氷板２等内の圧力を所定の安全な圧力に維持することができる。

しかも、安全弁５２ｂが併設されているので、アキュムレータ５２ｃで吸収することができない大きな圧力上昇に対しては、当該安全弁５２ｂによって所定の圧力以下の安全な圧力に抑えることができるという利点がある。

なお、アキュムレータ５２ｃ及び安全弁５２ｂについては、二次冷媒流通流路２１に連通する通路であれば、当該二次冷媒流通流路２１、流入流路５１、バイパス流路５３等に設けてもよいことはいうまでもない。

なお、上記実施形態においては、一次冷媒としてアンモニアを用いた例を示したが他の自然系冷媒を用いてもよい。また、二次冷媒として二酸化炭素を用いた例を示したが、不凍液（ブライン）等を用いてもよい。この場合、不凍液の圧力は、二次冷媒流通流路２１等の流路内において約１ＭＰａとすることが好ましい。

また、結氷板２としては、アルミニュウムで構成したものを示したが、ステンレス鋼等の耐腐食性に優れた他の金属や、銅等の熱伝導性に優れた他の金属等で構成したものであってもよい。

１ 製氷機
２ 結氷板２
２ａ 各結氷面（一方及び他方の面）
３ａ ノズル
２１ 二次冷媒流通流路
２２ 熱媒流通流路
２１ａ 冷媒上流端継手
２１ｂ 冷媒下流端継手
２２ａ 熱媒上流端継手
２２ｂ 熱媒下流端継手
５１ 二酸化炭素（二次冷媒）の流入流路
５１ｂ 流入流路開閉弁
５２ 二酸化炭素（二次冷媒）の流出流路
５２ｂ 安全弁
５２ｃ アキュムレータ
５３ バイパス流路
５３ａ バイパス開閉弁
６１ 脱氷水の流入流路
６１ｂ 流入流路開閉弁
６２ 脱氷水の流出流路

Claims (1)

1. 一方及び他方の面を上下方向に向けて設けられた金属製の結氷板と、
   前記結氷板の一方及び他方の面に水を散布するノズルとを備え、
   前記結氷板は、
   一次冷凍サイクルにおいて冷却された低温の一次冷媒によって
   少なくとも氷の融点より低い温度に冷却された二次冷媒が流通する
   二次冷媒流通流路を有していると共に、
   少なくとも氷の融点より高い温度の熱媒が流通する熱媒流通流路を有し、
   前記一次冷媒はアンモニア、 前記二次冷媒は二酸化炭素、前記熱媒は水又は不凍液であって、
   前記二次冷媒流通流路及び前記熱媒流通流路は、
   互いに独立した流路で、
   前記結氷板における下部から上部まで全体的に形成されており、
   前記二次冷媒は、前記二次冷媒流通流路を前記結氷板の下部から上部に向けて供給され、
   前記熱媒は、前記熱媒流通流路を前記結氷板の上部から下部に向けて供給される
   ようになっていると共に、
   前記結氷板中において、
   前記二次冷媒流通流路は、異なる方向に流れる隣接した流路を形成すると共に、
   前記熱媒流通流路は、
   前記二次冷媒流通流路を挟むように所定の間隔を開けて水平に延在するように
   配置されていると共に、
   前記結氷板の上縁部及び下縁部に沿う位置にも配置されている
   ことを特徴とする製氷機。

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