JPH07117329B2

JPH07117329B2 - 製氷装置

Info

Publication number: JPH07117329B2
Application number: JP2252879A
Authority: JP
Inventors: 浩幸山下; 優司仲沢
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1995-12-18
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH04131670A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、蓄氷槽の水又は水溶液を循環させて熱交換器
で過冷却して氷化するようにした製氷装置に係り、特に
連続的に製氷するようにしたものに関する。

（従来の技術）従来より、例えば特開昭63−217171号公報に開示される
如く、蓄氷槽の水を循環させる水循環路と、該水循環路
に介設され、冷凍装置に接続される熱交換器と、水循環
路の出口でかつ蓄氷槽の上方に設けられ、所定の傾きを
有する傾斜樋とを備え、水循環路で熱交換器により水を
過冷却し、その過冷却された水に傾斜樋で衝撃を与える
ことにより過冷却状態を解消させて氷化し、この氷化物
を蓄氷槽に落下させることにより、連続的に製氷を行お
うとする製氷装置は公知の技術である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来のものにおいて、過冷却された
水が熱交換器の伝熱管内で凍結したり、水循環路出口か
ら凍結が内部に進行することにより、水循環路が塞がれ
てしまう場合がある。すなわち、過冷却状態にある水
は、流量の変動，冷媒圧力の変動，機械的振動等によっ
て、容易に過冷却状態を解消して氷化するからである。

そして、そのことにより配管が破損する虞れが生じると
ともに、連続的製氷を行うことができないという問題が
あった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、複数の熱交換器を使用することにより、そのうち
の一つが凍結しても、他の熱交換器で製氷を円滑に行う
手段を講ずることにより、連続的な製氷を行い、もっ
て、製氷装置の利用性及び信頼性の向上を図ることにあ
る。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため第１の解決手段は、第1A図に示
すように、蓄氷槽（１）と、該蓄氷槽（１）の水又は水
溶液を水配管（２）を介して循環させるように圧送する
ポンプ（３）と、上記水配管（２）に接続され、上記ポ
ンプ（３）から圧送される水又は水溶液を過冷却する過
冷却器（４）と、該過冷却器（４）に熱交換用媒体を供
給する冷凍装置（Ａ）とを備え、該過冷却器（４）で過
冷却された水又は水溶液の過冷却状態を解消してなる氷
化物を上記蓄氷槽（１）に貯蔵するようにした製氷装置
を対象とする。そして、上記過冷却器（４）は水配管に
対して互いに並列に接続された複数の過冷却用熱交換器
（4a），（4b）からなり、かつそのうちの少なくとも１
つ（1b）が氷核生成兼用熱交換器として機能するものと
し、上記氷核生成兼用熱交換器（4b）における柱状の氷
化物の生成状態を検出する凍結検出手段（Fl₂）と、該
凍結検出手段（Fl₂）の出力を受け、柱状の氷化物が生
成された熱交換器（4b）に対してはデフロストを行う一
方、他の熱交換器（4a）に対してはその冷却を継続する
よう上記冷凍装置（Ａ）を制御する製氷運転制御手段
（21）とを設ける構成としたものである。

第２の解決手段は、上記第１の解決手段におけるデフロ
ストをオフサイクルデフロストとしたものである。

第３の解決手段は、上記第１の解決手段におけるデフロ
ストをホットガスを柱状の氷化物が生じた熱交換器（4
b）に導入するデフロストとしたものである。

第４の解決手段は、上記第１の解決手段において、各熱
交換器（4a），（4b）を、上記蓄氷槽（１）の直上に設
置し、伝熱管を縦方向に配向させ、かつ各伝熱管の下端
を蓄氷槽（１）の水面の上方で開口させたものである。

第５の解決手段は、上記第４の解決手段において、伝熱
管を下方に向かって径を拡大するよう形成したものであ
る。

第６の解決手段は、第1B図に示すように、上記第1,第2,
第3,第４又は第５の解決手段において、上記氷核生成兼
用熱交換器（4b）への水又は水溶液の流量を調節する流
量調節弁（５）と、蓄氷槽（１）上部の水又は水溶液の
温度を検出する温度検出手段（Th_W）と、該温度検出手
段（Th_W）の出力を受け、蓄氷槽（１）上部の水又は水
溶液の温度が融点付近の設定温度に達すると、氷核生成
兼用熱交換器（4b）への水又は水溶液の流量を低減させ
て、氷核生成兼用熱交換器（4b）出口の水又は水溶液の
過冷却度を所定値以上にするよう上記流量調節弁（５）
を絞る流量制御手段（22）とを設けたものである。

第７の解決手段は、蓄氷槽（１）と、該蓄氷槽（１）の
水又は水溶液を水配管（２）を介して圧送するポンプ
（３）と、上記水配管（２）に接続され、上記ポンプ
（３）から圧送される水又は水溶液を過冷却する過冷却
器（４）と、該過冷却器（４）に熱交換用媒体を供給す
る冷凍装置（Ａ）とを備え、該過冷却器（４）で過冷却
された水又は水溶液の過冷却状態を解消してなる氷化物
を上記蓄氷槽（１）に貯蔵するようにした製氷装置を対
象とする。そして、上記過冷却器（４）は水配管に対し
て互いに並列に接続された複数の過冷却用熱交換器（4
a），（4b）からなるものとし、上記各熱交換器（4
a），（4b）の凍結状態を検出する凍結検出手段（F
l₁），（Fl₂）と、該凍結検出手段（Fl₁），（Fl₂）の
出力を受け、凍結状態にある熱交換器（4a又は4b）に対
してはデフロストを行う一方、他の熱交換器（4b又は4
a）に対してはその冷却を継続するよう上記冷凍装置
（Ａ）を制御する製氷運転制御手段（21）とを設ける。
その際、上記各熱交換器（4a），（4b）は、上記蓄氷槽
（１）の上方に設置されており、伝熱管は縦方向に配向
され、かつ各伝熱管の下端が蓄氷槽（１）の水面の上方
で開口しているものとし、上記各熱交換器（4a），（4
b）は、伝熱管を収納する外管が２つに分離され、その
間の伝熱管が外気に晒されるように形成されている構成
としたものである。

第８の解決手段は、上記第７の解決手段において、複数
の過冷却用熱交換器（4a），（4b）のうち一つは氷核生
成兼用熱交換器として機能するものとし、該氷核生成兼
用熱交換器への水又は水溶液の流量を調節する流量調整
弁（５）と、蓄氷槽（１）上部の水又は水溶液の温度を
検出する温度検出手段（Th_W）と、該温度検出手段（T
h_W）の出力を受け、蓄氷槽（１）上部の水又は水溶液の
温度が融点付近の設定温度に達すると、氷核生成兼用熱
交換器への水又は水溶液の流量を低減させて、氷核生成
兼用熱交換器出口の水又は水溶液の過冷却度を所定値以
上にするよう上記流量調節弁（５）を絞る流量制御手段
（22）とを設ける構成としたものである。

（作用）以上の構成により、請求項（１）の発明では、水配管
（２）に対して、複数の過冷却用熱交換器（4a），（4
b）が並列に接続されており、そのうちの少なくとも１
つ（4b）が柱状の氷化物を生成する氷核生成兼用熱交換
器として機能する。そして、氷核生成兼用熱交換器（4
b）が凍結状態となり柱状の氷化物が生成されると、そ
の状態が凍結検出手段（Fl₂）により検出され、製氷運
転制御手段（21）により、その熱交換器（4b）の氷化物
を融解するデフロスト運転が行われる。そのデフロスト
の間、他の熱交換器（4a）で流速が増大した状態で過冷
却度の低下による安定した製氷が行われ、連続的な製氷
が可能になる。そして、柱状氷化物は融解されると蓄氷
槽（１）内で過冷却解消のための氷核として機能するの
で、蓄氷槽（１）内で過冷却の解消が可及的に完全化さ
れ、水配管（２）内の凍結が防止されることになる。

請求項（２）の発明では、上記請求項（１）の発明にお
いて、一方の熱交換器（例えば4a）が凍結すると、その
凍結により生じた氷化物を自然融解させるオフサイクル
デフロストが行われるので、凍結状態を解消するための
熱源を要することなく、連続的な製氷が可能になる。

請求項（３）の発明では、氷核生成兼用熱交換器（4b）
における柱状氷化物の生成時、当該熱交換器（4b）にホ
ットガスを導入するデフロストが行われるので、凍結状
態にある熱交換器（4b）の柱状氷化物の周囲が速やかに
融解され、よって、上記請求項（１）の発明において、
デフロスト時間が大巾に短縮される。

請求項（４）の発明では、各熱交換器（4a），（4b）に
おいて、伝熱管が縦方向に配置され、その下端が蓄氷槽
（１）の上方で開口しているので、各熱交換器（4a），
（4b）で過冷却後すぐに蓄氷槽（１）の水面と水等との
衝突による過冷却解消が行われ、円滑な製氷が行われる
とともに、デフロスト時、柱状氷化が自重と水圧により
速やかに蓄氷槽（１）に落下し、デフロストサイクルが
短縮されることになる。また、デフロストサイクルにお
いては、熱交換器（4a），（4b）内の氷を僅かに融解さ
せるだけで蓄氷槽（１）に回収できるため、デフロスト
によるロスは少ない。

請求項（５）の発明では、上記請求項（４）の発明にお
いて、各熱交換器（4a），（4b）の伝熱管が下方に向か
うにしたがってその径が拡大するように形成されている
ので、デフロスト時、より速やかに柱状氷化物が下方に
落下し、デフロストサイクルが大巾に短縮される。

請求項（６）の発明では、上記請求項（１），（２）
（３），（４）又は（５）の発明において、温度検出手
段（Th_W）で検出される蓄氷槽（１）上部の水等の温度
が設定温度に達すると、流量制御手段（22）により、流
量調節弁（５）が絞られ、氷核生成兼用熱交換器への水
等の流量が低減して、氷核生成兼用熱交換器出口の水等
の過冷却度が所定値以上に維持される。そして、この過
冷却度の増大によって氷核生成兼用熱交換器が凍結する
と、上記請求項（１）の発明の作用により、製氷運転制
御手段（21）によるデフロスト運転が行われ、凍結状態
を解除させた氷化物が蓄氷槽（１）に落下する。この落
下物が蓄氷槽（１）で氷核として作用し、製氷が促進さ
れるので、その後の製氷運転が円滑に行われることにな
る。

請求項（７）の発明では、蓄氷槽（２）の上方に縦方向
に配置された伝熱管を有する熱交換器（4a），（4b）に
おいて、伝熱管を収納する外管が上下２つに分割され、
その間の伝熱管が外気に晒されているので、デフロスト
時、内部の柱状氷化物の周囲が速やかに融解し、デフロ
ストサイクルが大巾に短縮される。

請求項（８）の発明では、上記請求項（７）発明の作用
と請求項（６）の作用とが併せて奏されることになる。

（実施例）以下、本発明の実施例について、第２図以下の図面に基
づき説明する。

第２図は本発明の第１実施例に係る製氷装置の構成を示
し、（１）は水（Ｗ）とその氷化物を貯蔵する蓄氷槽、
（２）は水配管、（３）は該水配管（２）を介して、蓄
氷槽（１）の水（Ｗ）を圧送するポンプ、（４）は上記
畜氷槽（１）の水面直上に配置され、水配管（２）の先
端に接続された過冷却器であって、該過冷却器（４）は
過冷却専用熱交換器として機能する第１熱交換器（4a）
と、過冷却用だけでなく氷核生成兼用熱交換器として機
能する第２熱交換器（4b）とからなり、該各熱交換器
（4a），（4b）は上記水配管（２）の第1,第２分岐管
（2a），（2b）により互いに並列に接続されている。

ここで、第３図に示すように、上記第１熱交換器（4a）
は、外管（Ca）内に多数の伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…
を収納し、かつこの各伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…を上
下の端板（Da₁），（Da₂）で密閉してなる多管式構造を
しており、上記各伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…は縦方向
に配向され、かつその下端が蓄氷槽（１）の上方で開口
するようになされている。つまり、各伝熱管（Ha₁），
（Ha₂），…内部を水（Ｗ）が流通する一方、その外側
の各端板（Da₁），（Da₂）間を冷媒が流通して、各伝熱
管（Ha₁），（Ha₂），…で水（Ｗ）と冷媒との熱交換を
行い、水（Ｗ）を過冷却した後下端の開口部から下方の
蓄氷槽（１）に落下させるようになされている。なお、
第２熱交換器（4b）も上記第１熱交換器（4a）と同様に
構成されている。

また、上記第1,第２熱交換器（4a），（4b）は冷凍装置
（Ａ）に接続されており、冷凍装置（Ａ）から供給され
る冷媒との熱交換により水配管（２）を介してポンプ
（３）から圧送される蓄氷槽（１）の水（Ｗ）との熱交
換を行うようになされている。

ここで、上記冷凍装置（Ａ）は、圧縮機（11）と、該圧
縮機（11）の吐出冷媒を凝縮するための凝縮器（12）
と、該凝縮器（12）で凝縮された液冷媒を減圧するため
の電動膨張弁（13）とを備え、上記各機器及び第1,第２
熱交換器（4a），（4b）とを冷媒配管（14）で閉回路に
接続してなる冷媒回路（15）を備えている。そして、上
記各熱交換器（4a），（4b）は冷媒回路（15）内で、第
1,第２冷媒供給管（14a₁），（14b₁）及び第1,第２冷媒
戻り管（14a₂），（14b₂）により、互いに並列に接続さ
れていて、上記冷媒供給管（14a₁），（14b₂）には管路
を開閉する第1,第２開閉弁（16b）がそれぞれ介設され
ている。

すなわち、蓄氷槽（１）の製氷時には、ポンプ（３）を
駆動させて、各熱交換器（4a），（4b）に蓄氷槽（１）
の水（Ｗ）を圧送する一方、冷凍装置（Ａ）側では各開
閉弁（16a），（16b）が開かれており、電動膨張弁（1
3）で減圧された冷媒を各熱交換器（4a），（4b）に供
給することにより、各熱交換器（4a），（4b）で、冷媒
と水（Ｗ）との熱交換を行って水（Ｗ）を過冷却するよ
うになされている。

さらに、装置には下記のようなセンサ類が配設されてい
る。上記水配管（２）の各分岐管（2a），（2b）の各熱
交換器（4a），（4b）上流側には、流量を検出すること
により各熱交換器（4a），（4b）における凍結状態を検
知する凍結検出手段としての第1,第２流量計（Fl₁），
（Fl₂）が設けられている。また、蓄氷槽（１）の貯水
部上部には、水（Ｗ）の温度T_Wを検出する温度検出手段
としての水温センサ（Th_W）が配設されている、さら
に、上記第２分岐管（2b）には、氷核生成兼用交換器と
なる第２熱交換器（4b）への水（Ｗ）の流量を調節する
ための流量調節弁（５）が介設されている。

そして、該各流量計（Fl₁），（Fl₂）等のセンサ類は装
置全体の運転を制御するコントローラ（20）に信号の入
力可能に接続されていて、該コントローラ（20）によ
り、上記ポンプ（３）のオン・オフ、圧縮機（11）の運
転・停止、各開閉弁（16a），（16b）の開閉、流量調節
弁（５）および電動膨張弁（13）の開度等を制御するよ
うになされている。

以下、上記コントローラ（20）の制御内容について、第
４図のフローチャートに基づき説明するに、ステップS₁
で、上記温度センサ（Th_W）で検出される蓄氷槽（１）
上部の水温T_Wが0.1℃よりも低くなるまでは、第1,第２
開閉弁（16a,（16b）をいずれも開き、かつ第２分岐管
（2b）の流量調節弁（５）を全開にした状態で製氷運転
を行い、各熱交換器（4a），（4b）で冷凍装置（Ａ）の
冷媒と蓄氷槽（１）の水（Ｗ）との熱交換を行って、水
（Ｗ）の冷却を行う。

次に、ステップS₂の判別で、T_W＜0.1℃になると、ステ
ップS₃で、流量調節弁（５）の開度を、第２熱交換器
（4b）における水（Ｗ）の過冷却度が所定値（例えば4.
5℃程度の値）になる程度まで絞って流量を低減させ
る。そして、ついには第２熱交換器（4b）内が凍結に至
ると、ステップS₄で、上記第２流量計（Fl₂）により流
量の急激な減少を検知し、第２熱交換器（4b）の凍結状
態と判定する。この状態で、第２熱交換器（4b）には円
柱状の氷化物が生成している。

次に、ステップS₅で、流量調節弁（５）を全開にして、
第２熱交換器（4b）のデフロストを行う。すなわち、第
２開閉弁（16b）を閉じ、第２熱交換器（4b）への冷媒
の供給を停止させることで、オフサイクルデフロストに
より第２熱交換器（4b）の凍結を自然融解させる。な
お、この間、第１開閉弁（16a）は開かれているので、
第１熱交換器（4a）側では製氷運転が継続されている。

そして、上記デフロストにより第２熱交換器（4b）で周
囲が融解した円柱状氷化物を水圧と自重とで蓄氷槽に落
下させてこの氷化物を氷核とし、以後、蓄氷槽（１）内
で過冷却水の過冷却状態を解消させる。

その後、ステップS₆の判別で、第２流量計（Fl₂）で検
出される第２熱交換器（4b）の水量が回復すると、ステ
ップS₇で、第２開閉弁（16b）を開いて、ステップS₈以
後、両熱交換器（4a），（4b）を過冷却用として使用す
る連続製氷運転を行う。

すなわち、第１熱交換器（4a）が凍結すると、第１流量
計（Fl₁）によりその凍結を検出して、第１開閉弁（16
a）を閉じ、オフサイクルデフロストにより凍結を解除
する一方、第２熱交換器（4b）が凍結すると、第２流量
計（Fl₂）によりその凍結を検出し、第２開閉弁（16b）
を閉じてオフサイクルデフロストを行う。そして、各熱
交換器（4a），（4b）の出口水温が−４℃程度になるよ
う調節され、過冷却水が水面に衝突した衝撃で過冷却状
態が解消されて、次第に氷化物が蓄氷槽（１）に貯蔵さ
れる。ただし、そのとき流量制御弁（５）は全開のまま
に維持されている。

上記フローにおいて、ステップS₄〜S₈の制御により、凍
結状態にある熱交換器（4a又は4b）に対してはデフロス
トを行う一方、他の熱交換器（4b又は4a）に対してはそ
の冷却を維持するよう上記冷凍装置を制御する製氷運転
制御手段（21）が構成され、ステップS₁〜S₃の制御によ
り、過冷却度が所定値以上になるまで上記氷核生成兼用
熱交換器（上記実施例では第２熱交換器（4b））への水
又は水溶液の流量を低減するよう上記流量調節弁（５）
を制御する流量制御手段（22）が構成されている。

したがって、上記実施例では、製氷時、各熱交換器（4
a），（4b）の出口水温が−４℃程度になるよう調節さ
れ、過冷却水が水面に衝突した衝撃で過冷却状態が解消
されて、氷化物が蓄氷槽（１）に貯蔵される。そのと
き、特に各伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…の下端の開口部
等で機械的な振動等により過冷却状態が解消して氷核が
発生すると、その管壁への付着により管路全体が凍結に
至ることがあり、伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…等の破損
の虞れが生じる。

ここで、各熱交換器（4a），（4b）のうち一方が凍結す
ると、流量計（Fl₁又はFl₂）により、流量の減少から凍
結状態が検知され、コントローラ（制御手段）（20）に
凍結信号が出力される。そして、例えば第１熱交換器
（4a）が凍結した場合、コントローラ（20）により、第
１開閉弁（16a）が閉じるよう制御され、第１分岐管（1
4a）側の冷媒流通が遮断されるいわゆるオフサイクルデ
フロストが行われる。このオフサイクルデフロストの間
に、第１熱交換器（4a）の温度が回復し、各伝熱管（Ha
₁），（Ha₂），…において、凍結により生じた柱状氷化
物の周囲が融解すると、柱状氷化物が自重及び水圧によ
り下方に移動して蓄氷槽（１）に落下し、細かく砕け
る。一方、上記オフサイクルデフロストの間、第２熱交
換器（4b）では、水（Ｗ）と冷媒との熱交換が継続し、
過冷却された水（Ｗ）と水面との衝突による氷化物の生
成が行われる。

すなわち、水配管（２）に対して複数の熱交換器（4
a），（4b）を並列に配置し、各熱交換器（4a），（4
b）で水（Ｗ）を過冷却して製氷するようにしているの
で、一方が凍結しても、上記従来のもののように、製氷
を中断することなく、他方でそのまま製氷を継続するこ
とができるのである。

その場合、第５図に示すように、水（Ｗ）の過冷却安定
限界線（つまり、管路の凍結を生じることなく過冷却し
うる上限）は、当初緩やかに減少する直線l₁（層流状
態）と、所定の流速からはそれよりもやや急に減少する
直線l₂（乱流状態）とからなる変化特性を有している。
そして、一般に各熱交換器（4a），（4b）において、水
（Ｗ）の流速に対する水（Ｗ）の過冷却度は、流速が速
くなると減少する傾向にあり、当初２つの熱交換器（4
a），（4b）で製氷を行っているときには、図中の点Ｐ
の特性による過冷却状態にあるが、一方の熱交換器（例
えば4a）が凍結することにより、他方の熱交換器（4b）
の流速は速くなるので、図中の点Ｑで示される過冷却状
態で製氷が行われることになる。したがって、過冷却安
定限界線に対して、余裕のある確実な製氷を行うことが
でき、よって、円滑な連続的製氷が可能になるのであ
る。

なお、上記実施例では、過冷却器（４）に２つの熱交換
器（4a），（4b）を設けたが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく、３個以上の熱交換器を水配管
（２）に並列に接続してもよいことはいうまでもない。

また、各熱交換器（4a），（4b）の構造は、上記実施例
のような多管式のものに限定されることはなく、単一の
伝熱管を備えた二重管構造であってもよいことはいうま
でもない。

さらに、凍結検出手段としては、上記実施例における流
量計（Fl₁），（Fl₂）に限られず、水圧，水温，冷媒の
蒸発温度等の変化などから検出する手段を講ずることも
可能である。

また、一方の熱交換器（例えば4a）が凍結すると、その
熱交換器（4a）を自然融解させるオフサイクルデフロス
トが行われるので、凍結状態を解消するための熱源を要
することなく、連続的な製氷を行うことができる。

また、各熱交換器（4a），（4b）において、伝熱管（Ha
₁），（Ha₂），…を縦方向に配置し、下端を蓄氷槽
（１）の上方で開口させたので、各熱交換器（4a），
（4b）で過冷却後すぐに蓄氷槽（１）の水面と水（Ｗ）
との衝突による過冷却解消が行われ、円滑な製氷を行う
ことができるとともに、デフロスト時、速やかに柱状氷
化物を蓄氷槽（１）に落下させて貯蔵することができ、
デフロストサイクルを短縮することができる。

ただし、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…を水平に配置したもの
についても、デフロスト時、周囲が融解した柱状氷化物
を水圧により蓄氷槽（１）まで運ぶことができるので、
所定の効果を得ることができる。

さらに、水温センサ（温度検出手段）（Th_W）で検出さ
れる蓄氷槽（１）上部の水（Ｗ）の温度T_Wが融点付近の
設定温度T_WS（上記実施例では0.1℃）に達すると、流量
制御手段（22）により、流量調節弁（５）が絞られ、氷
核生成兼用熱交換器（上記実施例では第２熱交換器（4
b））への水等の流量が低減して、第２熱交換器（4b）
出口の水等の過冷却度が所定値（上記実施例では4.5
℃）以上に維持される。すなわち、第５図の破線に示す
ように、流量調節弁（５）を絞り水（Ｗ）の流速を低減
させることにより、第２熱交換器（4b）における水
（Ｗ）の状態は図中の点（Ｐ）から点（Ｓ）に移行し
て、過冷却度が増大することによる。

そして、この過冷却度の増大によって第２熱交換器（4
b）が凍結すると、上記請求項（１）の発明の作用によ
り、製氷運転制御手段（21）によるデフロスト運転が行
われ、凍結状態を解除された氷化物が蓄氷槽（１）に落
下する。この落下物が氷核として作用し、蓄氷槽（１）
内で製氷が促進されるので、その後の製氷運転が円滑に
行われることになる。その場合、別途氷核生成のための
機構を設ける必要がなく、過冷却器（４）の一つの熱交
換器（4b）を利用しうる利点がある。

次に、第２実施例について説明する。

第６図は第２実施例における各熱交換器（4a）の構成を
示し、各伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…は下方に向かうに
したがって、その径を拡大するように形成されている。
なお、その他の構成は上記第１実施例と同様である。

したがって、本実施例では、各熱交換器（4a），（4b）
の伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…を下方に向かうにしたが
ってその径が拡大するように形成したので、デフロスト
時、より速やかに柱状氷化物を下方に落下させることが
でき、著効を発揮することができる。

次に、第３実施例について説明する。

第７図は、第３実施例に係る各熱交換器（4a）の構成を
示し、各伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…を収納する外管
（Ca）は、２つの端板（Da₁），（Da₂）の中間に設けら
れた２つの端板（Da₃），（Da₄）により、上下２つの部
分管（Ca₁），（Ca₂）に分割されていて、その間の伝熱
管（Ha₁），（Ha₂）は外気に晒されるようになされてい
る。

したがって、本実施例では、伝熱管（Ha₁），（Ha₂），
…を収納する外管（Ca）が上下２つに分割され、その間
の伝熱管（Ha₁），（Ha₂），…が外気に晒されているの
で、デフロスト時、内部の柱状氷化物の周囲が速やかに
融解し、よって、上記第１実施例の効果をより顕著に発
揮することができる。

次に、第４実施例について、説明する。

第８図は第４実施例に係る製氷装置の構成を示し、本実
施例では、上記第１実施例における装置の構成に加え、
冷凍装置（Ａ）において、圧縮機（11）の吐出管からホ
ットガスをバイパスするためのホットガスバイパス路
（17）が延びていて、該ホットガスバイパス路（17）の
先端は、第１バイパス分岐管（17a）と第２バイパス分
岐管（17b）とに分岐している。そして、各バイパス分
岐管（17a），（17b）の前端には、第1,第２四路切換弁
（18a），（18b）が設けられていて、該各四路切換弁
（18a），（18b）により、ホットガスバイパス路（17）
及び圧縮機（11）の吸入側と、各冷媒供給管（14a₁），
（14b₁）及び冷媒戻り管（14a₂），（14a₂）とがそれぞ
れ交互に連通するように切換えるようになされている。

例えば第１熱交換器（4a）側について説明すると、第１
四路切換弁（18a）が図中実線側に切換えられていると
きには、ホットガスバイパス路（17）と第１熱交換器
（4a）への冷媒供給管（14a₁）とが第１キャピラリチュ
ーブ（19a）を介して連通し、かつ圧縮器（11）の吸入
側と第１熱交換器（4a）からの冷媒戻り管（14a₂）とが
連通する。一方、第１四路切換弁（18a）が図中破線側
に切換えられているときは、ホットガスバイパス路（1
7）と第１熱交換器（4a）からの冷媒戻り管（14a₂）と
が連通し、かつ圧縮機（11）の吸入側と第１熱交換器
（4a）への冷媒供給管（14a₁）とが第１キャピラリチュ
ーブ（19a）を介して連通するようになされている。第
２四路切換弁（18b）による切換も上記と同様に行われ
る。

なお、信号線は省略するが、コントローラ（20）によ
り、各流量計（Fl₁），（Fl₂）及び水温センサ（Th_W）
の信号に応じて、圧縮機（11）、ポンプ（３）、電動膨
張弁（13）、各開閉弁（16a），（16b）、流量調節弁
（５）及び各四路切換弁（18a），（18b）の作動を制御
するようになされている。

製氷時、通常は、各開閉弁（16a），（16b）を開き、か
つ各四路切換弁（18a），（18b）を図中実線側に切換え
た状態で運転が行われ、凝縮器（12）で凝縮され、電動
膨張弁（13）で減圧された冷媒が、各冷媒供給管（14
a₁），（14b₁）から各熱交換器（4a），（4b）に供給さ
れ、水（Ｗ）に冷熱を付与した後、各冷媒戻り管（14
a₂），（14b₂）を介して圧縮機（11）の吸入側に戻るよ
うに循環する。

そのとき、いずれかの熱交換器（例えば4a）が凍結する
と、第１開閉弁（16a）を閉じるとともに、第１四路切
換弁（18a）を図中破線側に切換えて、圧縮機（11）か
ら吐出されるホットガスを第１冷媒戻り管（14a₂）から
第１熱交換器（4a）に直接導入し、第１熱交換器（4a）
で柱状氷化物との熱交換により凝縮された冷媒を第１キ
ャピラリチューブ（19a）で減圧した後圧縮機（11）の
吸入側に戻すようになされている。

なお、氷核生成のための制御は上記第１実施例（第４図
のフローチャート参照）に準じて行われる。

したがって、本実施例では、熱交換器（例えば4a）の凍
結時、当該熱交換器（4a）に圧縮機（11）からのホット
ガスを導入するデフロストが行われるので、凍結状態に
ある熱交換器（4a）の柱状氷化物の周囲が速やかに融解
され、よって、デフロスト時間が大巾に短縮される利点
がある。

なお、上記実施例では、ホットガスをバイパスすること
によりデフロストを行うようにしたが、例えば各熱交換
器（4a），（4b）毎に圧縮機を配置した複数の冷媒回路
を設け、各冷媒回路の冷凍サイクルを切換えるいわゆる
逆サイクルデフロストによるホットガスの導入を行うよ
うにしてもよい。

また、上記実施例における冷媒回路において、上記第1,
第２開閉弁（16a），（16b）の代わりに、各冷媒供給管
（14a₁），（14b₁）と冷媒戻り管（14a₂），（14b₂）と
の分岐部にそれぞれ三方切換弁を設けてもよい。

なお、上記実施例では、各熱交換器（4a），（4b）に冷
凍装置（Ａ）を付設させたが、本発明はかかる実施例に
されるものではなく、室内ユニットを備えた空気調和装
置を配置して、蓄氷槽（１）を空気調和装置の蓄熱装置
としてしようすることができ、その場合、高い製氷機能
を利用して、運転効率の向上を図ることができる。

さらに、上記実施例では、蓄氷槽（１）に水（Ｗ）とそ
の氷化物を貯蔵するようにしたが、本発明は他の製氷可
能な各種水溶液についても適用しうることはいうまでも
ない。

（発明の効果）以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、蓄
氷槽の水等をポンプにより水配管を介して過冷却器に圧
送し、水等を過冷却して製氷するようにした製氷装置に
おいて、過冷却器として複数の熱交換器を配置し、各熱
交換器を水配管に対して互いに並列に接続するととも
に、少なくとも１つの熱交換器を氷核生成兼用熱交換器
とし、当該熱交換器では柱状氷化物が生成されると、そ
の熱交換器のデフロストを行いながら、他の熱交換器で
製氷を継続するようにしたので、流速の増大による過冷
却度の低下により、安定な状態で連続的な製氷を行うこ
とができ、よって、別途冷却器や氷核生成用熱交換器を
設けることなく蓄氷槽内の過冷却状態の解消を完全なら
しめることができる。

請求項（２）の発明によれば、上記請求項（１）の発明
において、デフロストとしてオフサイクルデフロストを
行うようにしたので、別途熱源を要することなく、低コ
ストで連続的な製氷を行うことができる。

請求項（３）の発明によれば、上記請求項（１）の発明
において、デフロストとして、ホットガスを直接熱交換
器に導入するようにしたので、速やかな氷化物の融解に
より、デフロストサイクルの短縮を図ることができる。

請求項（４）の発明によれば、上記請求項（４）の発明
において、熱交換器の伝熱管を縦方向に配向させ、かつ
各伝熱管の下端を蓄氷槽の上方で開口させるようにした
ので、各熱交換器で過冷却された水がすぐに蓄氷槽の水
面と衝突して、過冷却解消が行われることにより、円滑
な製氷が確保されるとともに、デフロスト時、凍結した
氷化物の速やかな落下によるデフロストサイクルの短縮
を図ることができる。

請求項（５）の発明によれば、複数の熱交換器を互いに
水配管に並列に接続してなる製氷装置において、各熱交
換器の伝熱管を下方に向かうにしたがってその径が拡大
するように形成したので、デフロスト時に凍結した氷化
物のより速やかな落下により、デフロストサイクルを顕
著に短縮させることができる。

請求項（６）の発明によれば、上記請求項（１），
（２），（３），（４）又は（５）の発明において、蓄
氷槽上部の水等の温度が融点付近の設定温度に達する
と、氷核生成兼用熱交換器への水等の流量を絞って、水
等の過冷却度を所定値以上に維持するようにしたので、
氷核生成兼用熱交換器内で水等を凍結させ、デフロスト
により氷化物を蓄氷層に落下させて、蓄氷層内で氷核と
して機能させることができ、よって、別途氷核生成のた
めの熱交換器を設けることなく、円滑な製氷運転を行う
ことができる。

請求項（７）の発明によれば、複数の熱交換器を互いに
水配管に並列に接続してなる製氷装置において、熱交換
器の外管を２つに分割し、その間の伝熱管を外気に晒す
よう形成したので、デフロスト時に凍結した氷化物のよ
り速やかな落下により、デフロストサイクルを顕著に短
縮させることができる。

請求項（８）の発明によれば、上記請求項（７）の発明
において、複数の熱交換器のうちの一つを氷核生成兼用
熱交換器とし、蓄氷槽上部の水等の温度が融点付近の設
定温度に達すると、氷核生成兼用熱交換器への水等の流
量を絞って、水等の過冷却度を所定値以上に維持するよ
うにしたので、氷核生成兼用熱交換器内で水等を凍結さ
せ、デフロストにより氷化物を蓄氷槽に落下させて、蓄
氷槽内で氷核として機能させることができ、よって、別
途氷核生成のための熱交換器を設けることなく、円滑な
製氷運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
〜第５図は第１実施例を示し、第２図は製氷装置の全体
構成を示す配管系統図、第３図は熱交換器の構造を示す
縦断面図、第４図はコントローラの制御内容を示すフロ
ーチャート図、第５図は本発明の効果を説明するための
流速−過冷却度特性図、第６図は第２実施例に係る熱交
換器の構造を示す縦断面図、第７図は第３実施例に係る
熱交換器の構造を示す縦断面図、第８図は第４実施例に
係る製氷装置の全体構成を示す配管系統図である。１……蓄氷槽２……水配管３……ポンプ４……過冷却器 4a,4b……熱交換器 21……製氷運転制御手段 22……流量制御手段 Fl₁,Fl₂……流量計（凍結検出手段） T_W……水温センサ（温度検出手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄氷槽（１）と、該蓄氷槽（１）の水又は
水溶液を水配管（２）を介して循環させるように圧送す
るポンプ（３）と、上記水配管（２）に接続され、上記
ポンプ（３）から圧送される水又は水溶液を過冷却する
過冷却器（４）と、該過冷却器（４）に熱交換用媒体を
供給する冷凍装置（Ａ）とを備え、該過冷却器（４）で
過冷却された水又は水溶液の過冷却状態を解消してなる
氷化物を上記蓄氷槽（１）に貯蔵するようにした製氷装
置であって、上記過冷却器（４）は水配管に対して互いに並列に接続
された複数の過冷却用熱交換器（4a），（4b）からな
り、かつそのうちの少なくとも１つ（1b）が氷核生成兼
用熱交換器として機能するものであり、上記氷核生成兼用熱交換器（4b）における柱状の氷化物
の生成状態を検出する凍結検出手段（Fl₂）と、該凍結検出手段（Fl₂）の出力を受け、柱状の氷化物が
生成された熱交換器（4b）に対してはデフロストを行う
一方、他の熱交換器（4a）に対してはその冷却を継続す
るよう上記冷凍装置（Ａ）を制御する製氷運転制御手段
（21）とを備えたことを特徴とする製氷装置。
【請求項２】上記請求項（１）記載の製氷装置におい
て、デフロストはオフサイクルデフロストであることを特徴
とする製氷装置。
【請求項３】上記請求項（１）記載の製氷装置におい
て、デフロストはホットガスを柱状の氷化物が生成されてい
る熱交換器（4b）に導入するデフロストであることを特
徴とする製氷装置。
【請求項４】上記請求項（１）記載の製氷装置におい
て、上記各熱交換器（4a），（4b）は上記蓄氷槽（１）の上
方に設置されており、該熱交換器（4b），（4b）の伝熱
管は縦方向に配向され、かつ伝熱管の下端が蓄氷槽
（１）の水面の上方で開口しているものであることを特
徴とする製氷装置。
【請求項５】上記請求項（４）記載の製氷装置におい
て、伝熱管は下方に向かって径を拡大するよう形成されてい
るものであることを特徴とする製氷装置。
【請求項６】請求項（１），（２），（３），（４）又
は（５）記載の製氷装置において、上記氷核生成兼用熱交換器（4b）への水又は水溶液の流
量を調節する流量調節弁（５）と、蓄氷槽（１）上部の
水又は水溶液の温度を検出する温度検出手段（Th_W）
と、該温度検出手段（Th_W）の出力を受け、蓄氷槽
（１）上部の水又は水溶液の温度が融点付近の設定温度
に達すると、氷核生成兼用熱交換器（4b）への水又は水
溶液の流量を低減させて、氷核生成兼用熱交換器（4b）
出口の水又は水溶液の過冷却度を所定値以上にするよう
上記流量調節弁（５）を絞る流量制御手段（22）とを備
えたことを特徴とする製氷装置。
【請求項７】蓄氷槽（１）と、該蓄氷槽（１）の水又は
水溶液を水配管（２）を介して圧送するポンプ（３）
と、上記水配管（２）に接続され、上記ポンプ（３）か
ら圧送される水又は水溶液を過冷却する過冷却器（４）
と、該過冷却器（４）に熱交換用媒体を供給する冷凍装
置（Ａ）とを備え、該過冷却器（４）で過冷却された水
又は水溶液の過冷却状態を解消してなる氷化物を上記蓄
氷槽（１）に貯蔵するようにした製氷装置であって、上記過冷却器（４）は水配管に対して互いに並列に接続
された複数の過冷却用熱交換器（4a），（4b）からな
り、上記各熱交換器（4a），（4b）の凍結状態を検出する凍
結検出手段（Fl₁），（Fl₂）と、該凍結検出手段（Fl₁），（Fl₂）の出力を受け、凍結状
態にある熱交換器（4a又は4b）に対してはデフロストを
行う一方、他の熱交換器（4b又は4a）に対してはその冷
却を継続するよう上記冷凍装置（Ａ）を制御する製氷運
転制御手段（21）とを備え、上記各熱交換器（4a），（4b）は、上記蓄氷槽（１）の
上方に設置されており、伝熱管は縦方向に配向され、か
つ各伝熱管の下端が蓄氷槽（１）の水面の上方で開口し
ているものであり、上記各熱交換器（4a），（4b）は、伝熱管を収納する外
管が２つに分離され、その間の伝熱管が外気に晒される
ように形成されていることを特徴とする製氷装置。
【請求項８】請求項（７）記載の製氷装置において、複数の過冷却用熱交換器（4a），（4b）のうち一つは氷
核生成兼用熱交換器として機能するものであり、該氷核
生成用熱交換器への水又は水溶液の流量を調節する流量
調節弁（５）と、蓄氷槽（１）上部の水又は水溶液の温
度を検出する温度検出手段（Th_W）と、該温度検出手段
（Th_W）の出力を受け、蓄氷槽（１）上部の水又は水溶
液の温度が融点付近の設定温度に達すると、氷核生成兼
用熱交換器への水又は水溶液の流量を低減させて、氷核
生成兼用熱交換器出口の水又は水溶液の過冷却度を所定
値以上にするよう上記流量調節弁（５）を絞る流量制御
手段（22）とを備えたことを特徴とする製氷装置。