JPH0854163A - 製氷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波の腹部分を氷生成壁面に作用させて氷
を良好に剥離できるようにする。 【構成】 水を貯留する氷蓄熱槽２内に第１の配管３を
設けるとともに、その第１の配管３に、第１のポンプ４
を介装した戻し配管５と送り配管６とを介して冷却装置
７を接続し、第１の配管３、戻し配管５、送り配管６お
よび冷却装置７にわたってブラインを流し、第１の配管
３の外周面に氷を生成する。氷蓄熱槽２の内周壁面の所
定箇所に、超音波発振機１９に接続された超音波振動子
２０を設け、第１の配管３の外表面に超音波を照射し、
第１の配管３の外表面と生成された氷との間にキャビテ
ーション作用を与え、氷が生成されるに伴って第１の配
管３の外表面から氷を剥離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷房装置や冷凍庫など
の冷熱の熱源として利用するために、氷を生成するとと
もに、その生成した氷を剥離して取り出す製氷装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の製氷装置としては、例えば、特
開昭６４−７５８６９号公報に開示されているものがあ
った。この従来例によれば、冷却器の冷却管内に通水し
て水を０℃以下にまで連続的に強制冷却し、かつ、その
冷却管内を通過している水に超音波を照射し、超音波の
凝縮および洗浄作用を利用して、冷却管の壁に針状の氷
を成長させるとともに、その針状の氷を管壁から剥離さ
せ、管壁に着氷して成長することを防止するように構成
している。

【０００３】また、内周面に着氷のための粗度を形成し
た円筒内に、その円筒の内周面に近接して生成した氷を
掻き取るブレードを回転可能に設け、円筒内にブライン
を流しながら製氷し、ブレードの回転によりブラインを
攪拌するとともに、生成した氷を連続的に剥離させ、管
壁に着氷して成長することを防止するように構成したも
のもあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の超音波を用いた製氷装置の場合、冷却管内を通過して
いる水に超音波を照射し、超音波の凝縮および洗浄作用
を利用することにより水を振動させ、その水の振動を氷
に伝えて氷を管壁から剥離させようとするものであり、
超音波を管壁の着氷面に作用させることができないため
に、氷に対する剥離効果が低い欠点があった。詳述すれ
ば、冷却管内に超音波を照射した場合、その超音波が冷
却管の内周壁面間で反射するが、定在波となって、最も
高い剥離効果を要求される管壁の着氷面には、最もエネ
ルギーが小さい節の部分しか作用しないからである。

【０００５】一方、ブレードの回転によって、円筒の内
周面に生成した氷を剥離するものでは、氷の掻き取りに
伴ってブレードが破損したり、過負荷がかかってアイス
ロックを生じたりする欠点があった。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項１に係る発明の製氷装置は、氷
生成壁面に直接的に超音波振動を付与して氷を良好に剥
離できるようにすることを目的とし、また、請求項２に
係る発明の製氷装置は、超音波の腹部分を氷生成壁面に
作用させて氷を良好に剥離できるようにすることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の製
氷装置は、上述のような目的を達成するために、製氷空
間の氷生成壁面に取り付けてその氷生成壁面に超音波振
動を付与する超音波発振手段を備えて構成する。

【０００８】また、請求項２に係る発明は、上述のよう
な目的を達成するために、被冷却流体を貯留する容器内
に、冷却用流体を流す氷生成部材を設け、その氷生成部
材の外表面に氷を生成する製氷装置において、氷生成部
材の外表面に超音波を照射する超音波発振手段を備えて
構成する。

【０００９】

【作用】請求項１に係る発明の製氷装置の構成によれ
ば、超音波発振手段による超音波振動で氷生成壁面自体
を直接的に振動させ、その氷生成壁面に氷が生成するに
伴って、生成した氷を氷生成壁面から剥離することがで
きる。

【００１０】また、請求項２に係る発明の製氷装置の構
成によれば、容器内の氷生成部材の外表面に対して超音
波を照射し、氷生成壁面である氷生成部材の外表面にお
いて、そこに着氷する氷との間に超音波振動を与えてキ
ャビテーション作用を有効に与え、生成した氷を氷生成
部材の外表面から剥離することができる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１２】（第１実施例：請求項２に係る発明の実施
例）図１は、本発明に係る第１実施例の製氷装置を用い
た空調システムを示す全体システム構成図であり、１は
製氷装置を示し、被冷却流体としての水を貯留する容器
としての氷蓄熱槽２内に氷生成部材としての第１の配管
３を設けるとともに、その第１の配管３に、第１のポン
プ４を介装した戻し配管５と送り配管６とを介して冷却
装置７を接続して構成されている。

【００１３】前記第１の配管３、戻し配管５、送り配管
６および冷却装置７には、冷却用流体としてのブライン
が流され、第１の配管３の外表面で氷蓄熱槽２内の水を
冷却し、氷生成部材としての第１の配管３の外表面を氷
生成壁面Ｆとしてそこに氷を生成するように構成されて
いる。氷生成部材としては、上述のような配管形状に限
らず、平板形状など各種の形状のものが採用できる。

【００１４】前記氷蓄熱槽２に、第２のポンプ８を介装
した一次側配管９を介して冷熱取り出し用の熱交換器１
０が接続され、一次側配管９の先端が氷蓄熱槽２内の上
方に導入されるとともに、その先端部分にノズル１１…
が設けられ、氷蓄熱槽２内から冷水を取り出すととも
に、熱交換器１０を経た熱交換後の水を氷蓄熱槽２内に
浮上した氷層の上方から流下供給するように構成されて
いる。

【００１５】熱交換器１０には、往ヘッダー１２と第３
のポンプ１３を介装した第２の配管１４と、還ヘッダー
１５と流量調整弁Ｖと第４のポンプ１６を介装した第３
の配管１７とを介して冷房装置１８が接続され、氷蓄熱
槽２内に蓄えた冷水により冷房を行うように構成されて
いる。

【００１６】氷蓄熱槽２の内周壁面の所定箇所に、超音
波発振機１９に接続された超音波振動子２０が設けら
れ、第１の配管３内にブラインまたは冷媒を流してその
外表面に氷を生成している状態において、第１の配管３
の外表面に超音波を照射し、第１の配管３の外表面と生
成された氷との間にキャビテーション作用を与え、氷が
生成されるに伴って第１の配管３の外表面から剥離して
浮上するように構成されている。

【００１７】超音波発振機１９には、印加電圧を調整し
て発振周波数を変換する周波数変換器２１が付設され、
所定時間ごとに異なる周波数の超音波を発振させ、図２
の作用説明図に示すように、第１の配管３の外表面に、
照射した超音波の腹部分ＷＬを作用させ、第１の配管３
の外表面と生成された氷との間に良好にキャビテーショ
ン作用を与え、氷を良好に剥離するように構成されてい
る。上記超音波発振機１９と超音波振動子２０と周波数
変換器２１とから成る構成をして超音波発振手段と称す
る。位置設定のみによって、第１の配管３の外表面に、
照射した超音波の腹部分ＷＬを作用させることができる
場合は、上記周波数変換器２１は不用である。また、周
波数変換器２１を設ける代わりに、複数の振動子を位置
を異ならせて設け、いずれかの振動子から照射した超音
波により、第１の配管３の外表面に、照射した超音波の
腹部分ＷＬを作用させることができるように順に発振さ
せるようにしても良い。

【００１８】（第２実施例：請求項１に係る発明の実施
例）図３は、本発明に係る第２実施例の製氷装置を用い
た空調システムの要部の断面図であり、氷蓄熱槽２に、
第５のポンプ２２を介装した戻し配管２３と送り配管２
４とを介して製氷装置２５が接続されている。

【００１９】製氷装置２５は、図４の縦断面図および図
５の横断面図に示すように、内部に、ブラインを流す内
管２６ａと、その内管２６ａを外嵌して内管２６ａの外
周面との間の環状通路Ｒに冷媒を流す外管２６ｂとから
成る製氷筒２６を備えるとともに、冷媒を冷却する冷却
装置２７を備えて構成されている。内管２６ａには、戻
し配管２３と送り配管２４とが接続され、前記環状通路
Ｒには冷却装置２７が接続され、内管２６ａを外周面側
から冷却し、その内管２６ａ内を製氷空間としてそこを
流れるブライン中の水を凍らせてその内周面を氷生成壁
面Ｆとして着氷するように構成されている。

【００２０】内管２６ａの所定箇所に、超音波発振機２
８に接続された超音波振動子２９が取り付けられ、内管
２６ａに超音波振動を付与して内管２６ａを振動させ、
内管２６ａの内周面に氷が生成されるに伴い、その氷を
振動によって内管２６ａの内周面から剥離するように構
成されている。超音波発振機２８と超音波振動子２９と
から成る構成をして超音波発振手段と称する。他の構成
は第１実施例と同じであり、同一図番を付してその説明
は省略する。

【００２１】（第３実施例：請求項１に係る発明の実施
例）図６は、本発明に係る第３実施例の製氷装置を用い
た空調システムの要部の断面図、図７は底面図であり、
氷蓄熱槽２の底板２ａに接触させて、ブラインまたは冷
媒を流す冷却用配管３０が設けられ、その冷却用配管３
０に、第６のポンプ３１を介装した戻し配管３２と送り
配管３３とを介して冷却装置３４が接続され、製氷空間
を構成する氷蓄熱槽２の底板２ａをブラインまたは冷媒
によって冷却し、その底板２ａの底面を氷生成壁面Ｆと
して氷を生成するように製氷装置３５が構成されてい
る。

【００２２】氷蓄熱槽２の底板２ａの下向き面の中央側
箇所に、超音波発振機３６に接続された超音波振動子３
７が取り付けられ、氷生成壁面Ｆである底板２ａに超音
波振動を付与して底板２ａを振動させ、底板２ａの上面
に氷が生成されるに伴い、その氷を振動によって底板２
ａの上面から剥離するように構成されている。超音波発
振機３６と超音波振動子３７とから成る構成をして超音
波発振手段と称する。他の構成は第１実施例と同じであ
り、同一図番を付してその説明は省略する。

【００２３】（第４実施例：請求項１に係る発明の実施
例）図８は、本発明に係る第４実施例の製氷装置を用い
た氷蓄熱システムの要部の断面図、図９は斜視図であ
り、製氷空間を構成する氷蓄熱槽２が円筒状に構成さ
れ、その外周側面に接触させるように螺旋状の巻き付け
て、ブラインまたは冷媒を流す冷却用配管３８が設けら
れ、その冷却用配管３８に、第７のポンプ３９を介装し
た戻し配管４０と送り配管４１とを介して冷却装置４２
が接続され、ブラインまたは冷媒によって氷蓄熱槽２の
周壁２ｂを冷却し、その周壁２ｂの内面を氷生成壁面Ｆ
として氷を生成するように製氷装置４３が構成されてい
る。

【００２４】氷蓄熱槽２の底板２ａの下向き面の中央側
箇所に、超音波発振機４４に接続された超音波振動子４
５が取り付けられ、氷蓄熱槽２全体に超音波振動を付与
して氷生成壁面Ｆである周壁２ｂを振動させ、周壁２ｂ
の内面に氷が生成されるに伴い、その氷を振動によって
周壁２ｂの内面から剥離するように構成されている。超
音波発振機４４と超音波振動子４５とから成る構成をし
て超音波発振手段と称する。他の構成は第１実施例と同
じであり、同一図番を付してその説明は省略する。

【００２５】図１０の（ａ）は、本発明に係る第４実施
例の製氷装置を用いた空調システムの変形例を示す全体
システム構成図であり、氷蓄熱槽２に巻き付けられた冷
却用配管３８と、圧縮機４６と放熱器４７とから成る冷
却装置４８とが、第１の電磁開閉弁４９を介装した戻し
配管５０と第２の電磁開閉弁５１を介装した送り配管５
２とを介して接続されている。

【００２６】戻し配管５０の第１の電磁開閉弁４９より
も上流側箇所と冷房装置５３…それぞれとが、全閉可能
な流量調整弁Ｖａを介装した第４の配管５４を介して接
続されるとともに、冷房装置５３…それぞれと戻し配管
５０の第１の電磁開閉弁４９よりも下流側箇所とが戻り
用の第５の配管５５を介して接続され、第１の電磁開閉
弁４９を切換えることにより蓄熱運転状態および放冷運
転状態が得られるように構成されている。

【００２７】すなわち、蓄熱運転状態では、第１の電磁
開閉弁４９を開き、夜間などに深夜電力を利用して、ブ
ラインや冷媒を、冷却装置４８→送り配管５２→冷却用
配管３８→戻し配管５０→冷却装置４８と循環流動さ
せ、製氷装置４３として機能させ、氷蓄熱槽２の内周面
に氷を生成するとともに超音波振動の付与により剥離し
て氷蓄熱槽２内に氷を蓄える。

【００２８】一方、放冷運転状態では、第１の電磁開閉
弁４９を閉じるとともに冷却装置４８の作動を停止させ
た状態で、ブラインや冷媒を、図１０の（ｂ）に示すよ
うに、冷却用配管３８→戻し配管５０→第４の配管５４
→冷房装置５３→第５の配管５５→戻し配管５０→冷却
装置４８→送り配管５２→冷却用配管３８と循環流動さ
せ、氷蓄熱槽２内に蓄えられた氷により冷却用配管３８
内のブラインや冷媒を冷却し、その冷却されたブライン
や冷媒を冷房装置５３…に供給して冷房を行う。なお、
冷房負荷が大きくて氷蓄熱槽２内に蓄えられた氷量が不
足した場合には、冷却装置４８を作動させて、追い掛け
運転を行えば良い。

【００２９】図１１の（ａ）は、本発明に係る第４実施
例の変形例（図１０参照）を用いた空調システムの別の
変形例を示す全体システム構成図であり、氷蓄熱槽２に
巻き付けられた冷却用配管３８と、圧縮機４６と放熱器
４７とから成る冷却装置４８とが、第１の電磁開閉弁４
９を介装した戻し配管５０と第２の電磁開閉弁５１を介
装した送り配管５２とを介して接続されている。この構
成は、先の変形例と同じであり、以下の点において異な
っている。

【００３０】すなわち、冷却装置４８が氷蓄熱槽２の上
方に配置され、一方、冷房装置５３…が氷蓄熱槽２の下
方に配置され、気体と液体とに相変換される、例えば、
塩素の無い無害なフロンガスＲ１３４ａなどの冷媒を、
その気液相変化を利用して自然循環流動するように構成
されている。そして、戻し配管５０の第１の電磁開閉弁
４９よりも上流側箇所に接続されたバイパス配管５６が
送り配管５２に三方弁５７を介して接続されている。ま
た、送り配管５２の三方弁５７よりも下流側箇所と冷房
装置５３…それぞれとが、全閉可能な流量調整弁Ｖａを
介装した第４の配管５４と戻り用の第５の配管５５とを
介して接続され、第１の電磁開閉弁４９および三方弁５
７を切換えることにより蓄熱運転状態、放冷運転状態お
よび追い掛け運転状態が得られるように構成されてい
る。

【００３１】すなわち、蓄熱運転状態では、第１の電磁
開閉弁４９を開くとともに、三方弁５７を冷却装置４８
から氷蓄熱槽２側に冷媒が流れる状態に切換え、夜間な
どに深夜電力を利用して、ブラインや冷媒を、冷却装置
４８→送り配管５２→冷却用配管３８→戻し配管５０→
冷却装置４８と循環流動させ、製氷装置４３として機能
させ、氷蓄熱槽２の内周面に氷を生成するとともに超音
波振動の付与により剥離して氷蓄熱槽２内に氷を蓄え
る。

【００３２】一方、放冷運転状態では、冷却装置４８の
作動を停止させた状態で、ブラインや冷媒を、図１１の
（ｂ）に示すように、冷却用配管３８→送り配管５２→
第４の配管５４→冷房装置５３→第５の配管５５→戻し
配管５０→冷却用配管３８と自然循環流動させ、氷蓄熱
槽２内に蓄えられた氷により冷却用配管３８内のブライ
ンや冷媒を冷却し、その冷却されたブラインや冷媒を冷
房装置５３…に自然循環により供給して冷房を行う。

【００３３】一方、追い掛け運転状態では、図１１の
（ｃ）に示すように、第１の電磁開閉弁４９を閉じると
ともに、三方弁５７を冷却装置４８からバイパス配管５
６側に冷媒が流れる状態に切換え、かつ、冷却装置４８
を作動状態に切換え、冷媒を冷却装置４８→送り配管５
２→バイパス配管５６→冷却用配管３８→第２の電磁開
閉弁５１→第４の配管５４→冷房装置５３→第５の配管
５５→戻し配管５０→冷却装置４８と循環流動させ、冷
房負荷が大きくて氷蓄熱槽２内に蓄えられた氷量が不足
した場合に対応できるようになっている。

【００３４】この変形例によれば、低負荷での放冷運転
状態において、冷媒を自然循環させて冷房装置５３…に
供給できるため、圧縮機４６および放熱器４７を作動さ
せずに済み、ランニングコストを低減できる利点を有し
ている。

【００３５】（第５実施例：請求項１に係る発明の実施
例）図１２は第５実施例の要部の側面図、図１３は図１
２のＤ−Ｄ線矢視図であり、製氷用プレート５８の底面
に、冷媒を流す冷却用配管５９がジグザグ状に取り付け
られ、図示しないが、冷却用配管５８に配管を介して冷
却装置が接続されて製氷装置１が構成され、製氷空間を
構成するタンクＴ内に入れるだけで氷蓄熱槽を容易に構
成できるようになっている。

【００３６】前記製氷用プレート５８の底面の中央に近
い箇所に、超音波発振手段を構成する超音波振動子６０
が取り付けられ、製氷用プレート５８に振動を付与する
ことにより、氷生成壁面Ｆとしての製氷用プレート５８
の外表面に氷が生成されるに伴い、振動により剥離して
浮上できるようになっている。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明の製氷装置によれば、超音波発振手段による超音波振
動で氷生成壁面自体を直接的に振動させて生成した氷を
氷生成壁面から剥離するから、氷生成壁面に着氷した氷
を成長させずに良好に剥離できて氷を連続的に良好に取
り出すことができるようになった。また、掻き取りブレ
ードを設けるものに比べ、氷を剥離するための可動部が
無く、故障が少ないうえにメンテナンスなどの保守が簡
単で、経済的でもある。

【００３８】また、請求項２に係る発明の製氷装置によ
れば、容器内の氷生成部材の外表面に対して超音波を照
射し、生成した氷を氷生成部材の外表面から剥離するか
ら、超音波発振手段の設置位置や発振周波数を変化させ
るなどにより、氷生成壁面である氷生成部材の外表面に
超音波の腹部分を作用させ、着氷する氷との間に超音波
振動を与えてキャビテーション作用を良好に与えること
ができ、生成した氷を氷生成部材の外表面から良好に剥
離できるようになった。また、掻き取りブレードを設け
るものに比べ、氷を剥離するための可動部が無く、故障
が少ないうえにメンテナンスなどの保守が簡単で、経済
的でもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の製氷装置を用いた空
調システムを示す全体システム構成図である。

【図２】作用説明図である。

【図３】本発明に係る第２実施例の製氷装置を用いた空
調システムの要部の断面図である。

【図４】縦断面図である。

【図５】横断面図である。

【図６】本発明に係る第３実施例の製氷装置を用いた空
調システムの要部の断面図である。

【図７】底面図である。

【図８】本発明に係る第４実施例の製氷装置を用いた空
調システムの要部の断面図である。

【図９】図９の要部の斜視図である。

【図１０】本発明に係る第４実施例の製氷装置を用いた
空調システムの変形例を示す全体システム構成図であ
る。

【図１１】本発明に係る第４実施例の変形例を用いた空
調システムの別の変形例を示す全体システム構成図であ
る。

【図１２】本発明に係る第５実施例の要部の側面図であ
る。

【図１３】図１２のＤ−Ｄ線矢視図である。

【符号の説明】

１…製氷装置 ２…容器としての氷蓄熱槽 ３…氷生成部材としての第１の配管 １９…超音波発振機 ２０…超音波振動子 ２１…周波数変換器 ２８，３６，４４…超音波発振機 ２９，３７，４５…超音波振動子 ６０…超音波振動子 Ｆ…氷生成壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明石 徳之 大阪市中央区本町四丁目１番13号 株式会 社竹中工務店大阪本店内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製氷空間の氷生成壁面に取り付けてその
   氷生成壁面に超音波振動を付与する超音波発振手段を備
   えたことを特徴とする製氷装置。
2. 【請求項２】 被冷却流体を貯留する容器内に、冷却用
   流体を流す氷生成部材を設け、前記氷生成部材の外表面
   に氷を生成する製氷装置であって、 前記氷生成部材の外表面に超音波を照射する超音波発振
   手段を備えたことを特徴とする製氷装置。