JP6954137B2 - 二重管式製氷機 - Google Patents

Description

本開示は二重管式製氷機に関する。さらに詳しくは、シャーベット状の氷スラリーを製造する二重管式製氷機に関する。

魚等を冷蔵するためにシャーベット状の氷スラリーを用いる場合がある。かかる氷スラリーを製造する装置として、従来、内管と外管とを備えた二重管式製氷機が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された二重管式製氷機は、内管と、この内管の径方向外側において当該内管と同軸に設けられた外管とを備えている。被冷却物である冷水又はブラインは、内管の一端に設けられた入口から内管内に流入し、内管の他端に設けられた出口から流出する。一方、冷水又はブラインを冷却する冷媒は、複数のオリフィスを介して内管と外管との間の環状スペース内に噴出される。

特許第３８８８７８９号明細書

特許文献１に記載された二重管式製氷機は、当該二重管式製氷機を設置する設置面に対して内管の軸が垂直である、いわゆる縦置き型の二重管式製氷機であるが、メンテナンスのし易さ等の点より、内管の軸を設置面と平行にする横置き型が考えられる。かかる横置き型の二重管式製氷機では、冷媒を前記環状スペースに噴出するノズルが外管の下部の壁に取り付けられる。

内管の外周面には熱伝導率を高めるためにアルミニウムが溶射されていることがあるが、このアルミ溶射が二重管式製氷機を稼働させている間に剥がれ、溶射に用いられたアルミニウムの粉が冷媒中に混ざることがある。また、冷媒配管を構築する際の溶接作業時に生じたゴミ等の異物が冷媒に混ざることもある。通常の製氷運転では、膨張弁からノズルへと冷媒が流れるので問題とはならないが、内管内に堆積した氷を溶かすために逆サイクルデフロスト運転時には、以下のような問題が発生するおそれがある。

すなわち、デフロスト運転時には、図６において矢印で示されるように、冷媒は環状スペース５０からノズル５１を経て膨張弁（図示せず）に至る流れとなる。このとき、ノズル５１の噴出口５２の下縁５２ａから下のノズル５１の側面５１ａと外管５３の内周面５３ａとの間に冷媒の流れが滞るスペースができ、このスペースに前記アルミニウム粉や異物が堆積し、この堆積物がノズル５１から冷媒配管中に出ていき当該冷媒配管内を浮遊し、膨張弁を詰まらせる等の不具合を生じさせるおそれがある。なお、図６では、分かり易くするためにアルミニウム粉やその堆積物を誇張して描いている。

本開示は、冷媒配管中に異物が浮遊するのを抑制することができる二重管式製氷機を提供することを目的としている。

本開示の第１の観点に係る二重管式製氷機は、
（１）内管と、この内管の径方向外側において当該内管と同軸に設けられた外管とを備えており、前記内管内に被冷却物を流し、前記内管と外管との間のスペースに冷媒を流す二重管式製氷機であって、
前記二重管式製氷機は、当該二重管式製氷機を設置する設置面に対して前記内管の軸が水平である横置き型であり、
前記スペースに冷媒を水平方向に噴出するノズルが前記外管の下部の壁に設けられ、
前記ノズルの噴出口の下縁から前記外管の内周面までの距離が、前記被冷却物を冷却する冷媒回路の膨張機構の口径未満である。

本開示の第１の観点に係る二重管式製氷機では、水平方向に冷媒を噴出するノズルの噴出口の下縁から外管の内周面までの距離が、被冷却物を冷却する冷媒回路の膨張機構の口径未満と小さい。このため、ノズルの下縁より下のノズルの側面と外管の内周面との間のスペースを小さくすることができ、デフロスト運転時に当該スペースに冷媒の流れが滞るのを抑制することができる。その結果、このスペースに前記アルミニウム粉や異物が堆積するのを抑制することができ、仮に、堆積物が発生したとしても、当該堆積物は小さいので、この堆積物がノズルから冷媒配管中に出ていき当該冷媒配管内を浮遊したとしても、例えば膨張機構である膨張弁を詰まらせる等の不具合を生じさせるおそれはない。

（２）前記（１）の二重管式製氷機において、前記下縁と前記外管の内周面とが面一であることが望ましい。この場合、冷媒が滞留するスペースがなくなるので、アルミニウム粉や異物はノズルから二重管式製氷機の外部に容易に流し出すことができ、例えば冷媒回路中に設けられているフィルタで捕捉することができる。

本開示の第２の観点に係る二重管式製氷機は、
（３）内管と、この内管の径方向外側において当該内管と同軸に設けられた外管とを備えており、前記内管内に被冷却物を流し、前記内管と外管との間のスペースに冷媒を流す二重管式製氷機であって、
前記二重管式製氷機は、当該二重管式製氷機を設置する設置面に対して前記内管の軸が水平である横置き型であり、
前記スペースに冷媒を上方に噴出するノズルが前記外管の下部の壁に設けられ、
前記ノズルの噴出口が開口している当該ノズルの先端面から前記外管の内周面までの距離が、前記被冷却物を冷却する冷媒回路の膨張機構の口径未満である。

本開示の第２の観点に係る二重管式製氷機では、上方に冷媒を噴出するノズルの噴出口が開口している当該ノズルの先端面から外管の内周面までの距離が、被冷却物を冷却する冷媒回路の膨張機構の口径未満と小さい。このため、ノズルの先端面から下のノズルの側面と外管の内周面との間のスペースを小さくすることができ、デフロスト運転時に当該スペースに冷媒の流れが滞るのを抑制することができる。その結果、このスペースに前記アルミニウム粉や異物が堆積するのを抑制することができ、仮に、堆積物が発生したとしても、当該堆積物は小さいので、この堆積物がノズルから冷媒配管中に出ていき当該冷媒配管内を浮遊したとしても、例えば膨張機構である膨張弁を詰まらせる等の不具合を生じさせるおそれはない。

（４）前記（３）の二重管式製氷機において、前記先端面と前記外管の内周面とが面一である望ましい。この場合、冷媒が滞留するスペースがなくなるので、アルミニウム粉や異物はノズルから二重管式製氷機の外部に容易に流し出すことができ、例えば冷媒回路中に設けられているフィルタで捕捉することができる。

本開示の二重管式製氷機を含む製氷システムの概略構成図である。 本開示の二重管式製氷機の側面説明図である。 図２に示される二重管式製氷機におけるブレード機構の断面説明図である。 図２に示される二重管式製氷機におけるノズルの断面説明図である。 本開示の他の実施形態に係る二重管式製氷機におけるノズルの断面説明図である。 従来のノズルの断面説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の二重管式製氷機を詳細に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

まず、本開示の二重管式製氷機を含む製氷システムについて説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る二重管式製氷機１を含む製氷システムＡの概略構成図である。

製氷システムＡは海水を被冷却物としており、利用側熱交換器を構成する二重管式製氷機１以外に、圧縮機２、熱源側熱交換器３、四路切換弁４、膨張機構である膨張弁５、過熱器６、レシーバ７、海水タンク８、及びポンプ９を備えている。二重管式製氷機１、圧縮機２、熱源側熱交換器３、回路切換弁４、膨張弁５、過熱器６、及びレシーバ７は配管により接続されて前記被冷却物を冷却するための冷媒回路を構成している。また、二重管式製氷機１、海水タンク８、及びポンプ９も同じく配管により接続されて海水循環路を構成している。

通常の製氷運転時には、四路切換弁４が、図１において実線で示される状態に保持される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス状冷媒は四路切換弁４を経て凝縮器として機能する熱源側熱交換器３に流入し、送風ファン１０の作動により空気と熱交換して凝縮・液化する。液化した冷媒は、レシーバ７、過熱器６を経て膨張弁５に流入する。冷媒は、膨張弁５により所定の低圧に減圧され、二重管式製氷機１のノズル１１（図２参照）の噴出口から当該二重管式製氷機１を構成する内管１２と外管１３との間の環状スペース１４内に噴出される。

環状スペース１４内に噴出された冷媒は、ポンプ９により内管１２内に流入された海水と熱交換して蒸発する。冷媒の蒸発により冷却された海水は、内管１２から流出して海水タンク８に戻る。二重管式製氷機１で蒸発して気化した冷媒は圧縮機２に吸い込まれる。その際、二重管式製氷機１で蒸発しきれずに液体を含んだ状態の冷媒が圧縮機２に入ると、急激な高圧力（液圧縮）や冷凍機油の粘度低下により圧縮機２が故障する原因となることから、当該圧縮機２を保護するために二重管式製氷機１を出た冷媒は、過熱器６により過熱して圧縮機２に戻すようにしている。過熱器６は二重管式であり、二重管式製氷機１を出た冷媒は、過熱器６の内管と外管との間のスペースを通る間に過熱され、圧縮機２に戻る。

また、二重管式製氷機１の内管１２内の海水の流れが滞り、内管１２内に氷が蓄積される（アイスアキュームレーション）と、当該二重管式製氷機１が運転できなくなる。この場合、内管１２内の氷を溶かすためにデフロスト運転が行われる。このとき、四路切換弁４は、図１において破線で示される状態に保持される。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス状冷媒は四路切換弁４、過熱器６を経て二重管式製氷機１を構成する内管１２と外管１３との間の環状スペース１４内に流入し、内管１２内の氷を含む海水と熱交換して凝縮・液化する。液化した冷媒は、過熱器６、レシーバ７を経て膨張弁２７に流入し、当該膨張弁２７により所定の低圧に減圧され、蒸発器として機能する熱源側熱交換器３に流入する。デフロスト運転時には蒸発器として機能する熱源側熱交換器３に流入した冷媒は送風ファン１０の作動により空気と熱交換して気化し、圧縮機２に吸い込まれる。

図２は、図１に示される、本開示の一実施形態に係る二重管式製氷機１の側面説明図である。二重管式製氷機１は、内管１２と、外管１３とを備えた横置き型の二重管式製氷機である。
内管１２は、内部を被冷却物である海水が通過する要素でありステンレスや鉄等の金属材料で作製されている。内管１２の両端は閉止されており、その内部には当該内管１２の内周面に生成されたシャーベット状の氷スラリーを掻き上げて内管１２内に分散させるブレード機構１５が配設されている。内管１２の軸方向一端側（図２において右側）に海水が当該内管１２内に供給される海水入口管１６が設けられており、内管１２の軸方向他端側（図２において左側）に内管１２から海水が排出される海水出口管１７が設けられている。

外管１３は、内管１２の径方向外側において当該内管１２と同軸に設けられ、ステンレスや鉄等の金属材料で作製されている。外管１３の下部には複数の（本実施形態では３つ）冷媒入口管１８が設けられており、外管１３の上部には複数の（本実施形態では２つ）の冷媒出口管１９が設けられている。外管１３の壁１３ａには、外管１３と内管１２との間の環状スペース１４に内管１２内の海水を冷却するための冷媒を噴出するノズル１１が設けられている。ノズル１１は、冷媒入口管１８と連通するように設けられている。

ブレード機構１５は、図３に示されるように、回転軸２０と、支持バー２１と、ブレード２２とを備えている。回転軸２０の軸方向の他端は内管１２の軸方向一端に設けられたフランジ２３から外部に延びて設けられ、ブレード機構１５を駆動させる駆動部を構成するモータ２４に接続されている。回転軸２０の周面には所定間隔で支持バー２１が径方向外側に向けて立設されており、この支持バー２１の先端にブレード２２が取り付けられている。ブレード２２は例えば金属で作製された帯板状の部材であり、回転方向の前方側の側縁は先細形状とされている。

本実施形態では、一対のブレード２２、２２と支持バー２１、２１からなるスクレーパーアセンブリが回転軸２０の軸方向に沿って６組設けられている。１つのスクレーパーアセンブリを構成する一対のブレード２２、２２は、軸方向位置が同じで回転方向位置が１８０°ずれている。また、１つのスクレーパーアセンブリを構成する一対のブレード２２、２２は、軸方向で隣接する他のスクレーパーアセンブリの各ブレード２２、２２に対して周方向で９０°だけ位相がずれている。これにより、内管１２の内周面に形成されたシャーベット状の氷スラリーの分散効率を高めるとともに、回転軸２０に掛かる負荷を低減させることができる。

図４はノズル１１の断面説明図である。本実施形態におけるノズル１１は、内管１２の軸方向に冷媒を噴出する噴出口２５及び内管１２の周方向に冷媒を噴出する噴出口（図示せず）を有している。噴出口２５は、従来のノズルの噴出口と異なり外管１３の内周面１３ｂに近接する位置に設けられている。換言すれば、噴出口２５の下縁２５ａから外管１３の内周面１３ｂまでの距離は、冷媒回路の膨張弁５，２７の最小口径未満に設定されており、望ましくは、前記下縁２５ａと内周面１３ｂとが面一となるように設定されている。

このようにノズル１１の噴出口２５を外管１３の内周面１３ｂに近接する位置に設けることで、当該噴出口２５の下縁２５ａより下のノズル１１の側面２６と外管１３の内周面１３ｂとの間に冷媒の流れが滞るスペースを少なくするか、又は、なくす（下縁２５ａと内周面１３ｂとを面一にした場合）ことができる。このため、溶射に用いられたアルミニウムの粉や冷媒配管中のゴミ等の異物が前記スペースに堆積することを抑制又は防止することができる。また、仮に前記アルミニウム粉が凝集して堆積物が発生したとしても、当該堆積物は小さいので、この堆積物がノズルから冷媒配管中に出ていき当該冷媒配管内を浮遊したとしても、膨張弁を詰まらせる等の不具合を生じさせるおそれはない。このような浮遊物は冷媒回路中にフィルター（図示せず）を設けることで捕捉することができる。

図５は、本開示の他の実施形態に係る二重管式製氷機におけるノズル３１の断面説明図である。ノズル３１以外の他の構成は、図１〜４に示される二重管式製氷機１と同じであるので、共通する部材又は要素については同じ参照符号を用い、簡単のため、それらについての説明は省略する。
ノズル３１は、冷媒を上方に噴出するタイプのノズルであり、先端面３１ａに噴出口３２が開口している。本実施形態においても、噴出口３１は、従来のノズルの噴出口と異なり外管１３の内周面１３ｂに近接する位置に設けられている。換言すれば、噴出口３２が開口しているノズル３１の先端面３１ａから外管１３の内周面１３ｂまでの距離は、冷媒回路の膨張弁５，２７の最小口径未満に設定されており、望ましくは、前記先端面３１ａと内周面１３ｂとが面一となるように設定されている。

このようにノズル３１の噴出口３２を外管１３の内周面１３ｂに近接する位置に設けることで、当該噴出口３２が開口しているノズル３１の先端面３１ａより下のノズル３１の側面３１ｂと外管１３の内周面１３ｂとの間に冷媒の流れが滞るスペースを少なくするか、又は、なくす（先端面３１ａと内周面１３ｂとを面一にした場合）ことができる。このため、溶射に用いられたアルミニウムの粉や冷媒配管中のゴミ等の異物が前記スペースに堆積することを抑制又は防止することができる。また、仮に前記アルミニウム粉が凝集して堆積物が発生したとしても、当該堆積物は小さいので、この堆積物がノズルから冷媒配管中に出ていき当該冷媒配管内を浮遊したとしても、膨張弁を詰まらせる等の不具合を生じさせるおそれはない。

〔その他の変形例〕
本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、ノズルの噴出口と外管の内周面との距離又はノズルの先端面と外管の内周面との距離を、被冷却物である海水を冷却するための冷媒回路において前記ゴミ等の異物による詰まりが想定される膨張弁（膨張機構）の最小口径未満にしているが、膨張機構としてキャピラリチューブを採用する場合は、前記距離を、当該キャピラリチューブの口径未満とすることができる。このようにすることで、ノズルの側面と外管の内周面との間のスペースにアルミニウム粉等からなる堆積物が生じ、この堆積物の一部又は全部が冷媒配管を通って前記キャピラリチューブに到達したとしても、当該キャピラリチューブを詰まらせることが抑制される。

また、前述した実施形態では、ノズルの数は３つであるが、内管の長さに応じて２つにすることもできるし、また、４つ以上の複数個とすることもできる。
また、前述した説明では、製氷システム内に１台の二重管式製氷機が用いられているが、２台以上の二重管式製氷機を直列又は並列に配置して用いることもできる。

１ ： 二重管式製氷機
２ ： 圧縮機
３ ： 熱源側熱交換器
４ ： 四路切換弁
５ ： 膨張弁（膨張機構）
６ ： 過熱器
７ ： レシーバ
８ ： 海水タンク
９ ： ポンプ
１０ ： 送風ファン
１１ ： ノズル
１１ａ： ノズル
１１ｂ： ノズル
１１ｃ： ノズル
１２ ： 内管
１３ ： 外管
１３ａ： 壁
１３ｂ： 内周面
１４ ： 環状スペース
１５ ： ブレード機構
１６ ： 海水入口管
１７ ： 海水出口管
１８ ： 冷媒入口管
１９ ： 冷媒出口管
２０ ： 回転軸
２１ ： 支持バー
２２ ： ブレード
２３ ： フランジ
２４ ： モータ
２５ ： 噴出口
２５ａ： 下縁
２６ ： ノズル
２７ ： 膨張弁（膨張機構）
３１ ： ノズル
３１ａ： 先端面
３１ｂ： 側面
３２ ： 噴出口
５０ ： 環状スペース
５１ ： ノズル
５１ａ： 側面
５２ ： 噴出口
５３ ： 外管
５３ａ： 内周面
Ａ ： 製氷システム

Claims (4)

1. 内管（１２）と、この内管（１２）の径方向外側において当該内管（１２）と同軸に設けられた外管と（１３）を備えており、前記内管（１２）内に被冷却物を流し、前記内管（１２）と外管（１３）との間のスペース（１４）に冷媒を流す二重管式製氷機（１）であって、
   前記二重管式製氷機（１）は、当該二重管式製氷機（１）を設置する設置面に対して前記内管（１２）の軸が水平である横置き型であり、
   前記スペース（１４）に冷媒を水平方向に噴出するノズル（１１）が前記外管（１３）の下部の壁（１３ａ）に設けられ、
   前記ノズル（１１）の噴出口（２５）の下縁（２５ａ）から前記外管（１３）の内周面（１３ｂ）までの距離が、前記被冷却物を冷却する冷媒回路の膨張機構（５，２７）の口径未満である、二重管式製氷機（１）。
2. 前記下縁（２５ａ）と前記外管（１３）の内周面（１３ｂ）とが面一である、請求項１に記載の二重管式製氷機（１）。
3. 内管（１２）と、この内管（１２）の径方向外側において当該内管（１２）と同軸に設けられた外管と（１３）を備えており、前記内管（１２）内に被冷却物を流し、前記内管（１２）と外管（１３）との間のスペース（１４）に冷媒を流す二重管式製氷機（１）であって、
   前記二重管式製氷機（１）は、当該二重管式製氷機（１）を設置する設置面に対して前記内管（１２）の軸が水平である横置き型であり、
   前記スペース（１４）に冷媒を流入させる冷媒入口管（１８）が、前記外管（１３）の下部の壁（１３ａ）に設けられ、
   前記スペース（１４）に冷媒を上方に噴出するノズル（３１）が前記冷媒入口管（１８）の内部に設けられ、
   前記ノズル（３１）の噴出口（３２）が開口している当該ノズル（３１）の先端面（３１ａ）から前記外管（１３）の内周面（１３ｂ）までの距離が、前記被冷却物を冷却する冷媒回路の膨張機構（５，２７）の口径未満である、二重管式製氷機（１）。
4. 前記先端面（３１ａ）と前記外管（１３）の内周面（１３ｂ）とが面一である、請求項３に記載の二重管式製氷機（１）。
   

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