JPWO2004046625A1 - オーガ式製氷機 - Google Patents

Abstract

本発明のオーガ式製氷機は、内部にオーガを回転可能に収納する製氷シリンダと、オーガの上端部を回転可能に支持するとともに製氷シリンダの上部に配置された氷圧縮ヘッドと、製氷シリンダの氷圧縮ヘッドの収納部の外周面上に取り付けられた鋳込みヒータとを備えている。このため、本発明によれば、鋳込みヒータを用いることによって、熱を確実に氷圧縮ヘッドに伝達させて圧縮された氷を溶融させ、氷を円滑に排出させることができる。

Description

本発明は、ギアードモータを介して製氷シリンダの内部でオーガを回転させながら、製氷シリンダ内に供給された製氷水を氷結させてチップ状やフレーク状の氷を製造するオーガ式製氷機に関するものである。

従来より、各種のオーガ式製氷機が提案されている（日本国特許公開公報 特開平１０−２６４５号公報及び特開昭５９−１８３６３号公報参照）。このようなオーガ式製氷機は、筒状の製氷シリンダの内部で、その上部に配置された氷圧縮ヘッド（固定刃とも呼ばれる）と下部に配置されたハウジングとを介してオーガ（スクリュウ）を回転可能に支持している。そして、製氷シリンダ内に供給された製氷水を氷結させつつ、ハウジング内でオーガの下端部に連結されるギアードモータを介してオーガを回転させて、製氷水を氷結させたシャーベット状の氷を氷圧縮ヘッドに導入する。シャーベット状の氷は氷圧縮ヘッドで圧縮されてチップ状やフレーク状の氷に製氷される。

このようなオーガ式製氷機の冷凍ケーシングの上部には、氷圧縮ヘッドからの氷の排出を促進するため、ベルト状のヒーターが取り付けられていた。このヒーターによって氷圧縮ヘッド部分で圧縮された氷の表面を僅かに溶融させ、氷圧縮ヘッドから氷が排出されやすくしている。従来は、このヒータには、フィルム状あるいはテープ状のシリコンコードヒータやシリコンモールドヒータが用いられ、製氷シリンダの氷圧縮ヘッド収納部の外周面上に巻き付けられていた。

上述したようなヒータは、巻き付け方のバラツキや取付部分（製氷シリンダ上部外周面）の形状が複雑である（凹凸がある）ことなどから密着が悪く、熱が製氷シリンダを介して氷圧縮ヘッドまで十分に伝達されない場合があり、溶融ヒータとしての機能を十分に発揮できない場合があった。あるいは、密着不足によってヒータが過熱してシリコンの劣化を早めてしまうと漏電や断線の原因となることも懸念される。

本発明の目的は、氷圧縮ヘッド部の製氷後の氷を溶融させるヒータをより確実に機能させることで、氷を円滑に排出させることのできるオーガ式製氷機を提供することにある。

本発明のオーガ式製氷機は、内部にオーガを回転可能に収納する製氷シリンダと、オーガの上端部を回転可能に支持するとともに製氷シリンダの上部に配置された氷圧縮ヘッドと、製氷シリンダの氷圧縮ヘッド収納部の外周面上に取り付けられた鋳込み加熱手段とを備えていることを特徴としている。

ここで、鋳込み加熱手段が、電気によって発熱するヒータを内部に有していると、電力による熱コントロールが容易であるという利点がある。

また、鋳込み加熱手段が、内部に温流体（ホットフルード：ホットガスや暖かいオイルなどの液体）を循環させることで発熱するヒータであると、電力を用いずに省エネルギーとなり、結露による漏電対策も必要ない。また、主としてパイプと鋳込み材（アルミ材など）との二点だけで構成できるため、部品コスト、加工工数を大幅に削減することができる。さらに、製氷機の冷凍回路が発する熱を利用することも可能となるので、冷却部品としても利用することが可能である。この場合、融氷ヒータとしての機能だけでなく、熱交換機としても機能し、製氷能力の向上にも寄与する。

さらにここで、鋳込み加熱手段が、熱良導性の板を介して製氷シリンダの外周面上に固定されていることが好ましい。

図１は、本発明のオーガ式製氷機の一実施形態の断面図である。
図２は、本発明のオーガ式製氷機の一実施形態における氷圧縮ヘッド近傍の分解斜視図である。
図３は、本発明のオーガ式製氷機の一実施形態における氷圧縮ヘッド近傍の組立後斜視図である。
図４は、本発明のオーガ式製氷機の一実施形態における鋳込みヒータの外観を示す斜視図である。
図５Ａは、図４の鋳込みヒータの平面図である。
図５Ｂは、図４の鋳込みヒータの正面図である。
図５Ｃは、図４の鋳込みヒータの側面図である。
図６は、ヒータのワット数と含氷率との関係を示すグラフである。
図７Ａは、本発明のオーガ式製氷機の他の実施形態における鋳込みヒータを示す平面図である。
図７Ｂは、本発明のオーガ式製氷機の他の実施形態における鋳込みヒータを示す側面図である。
図８は、図７の鋳込みヒータを組み立てた後の平面図である。
図９は、本発明のオーガ式製氷機のさらに他の実施形態における鋳込みヒータの外観を示す斜視図である。

以下、本発明のオーガ式製氷機の実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態のオーガ式製氷機の構成について図１及び図２に基づいて説明する。図１はオーガ式製氷機の断面図（図中右方は側面図）である。図２は本発明の要部となる氷圧縮ヘッド近傍の分解斜視図である。図３は氷圧縮ヘッド近傍の組み立て後の斜視図である。

図１に示されるように、オーガ式製氷機１の下部にはギアードモータ２が配設されている。このギアードモータ２は、駆動モータと減速機構とが一体に構成されているものである。減速機構の出力軸７にはスプライン継手８の下端が取り付けられ、また、スプライン継手８及びオーガ１５の下端部１５Ｂは、ハウジング１０によって回転可能に保持されている。ハウジング１０は、その下部に形成されたフランジ部１１と重ね合わされ、複数箇所で六角穴付ボルト６によって相互に締結されている。ハウジング１０は銅合金から形成されており、その内側には樹脂製の軸受が圧入されている。このハウジング１０は、ギアードモータ２と冷凍ケーシング１８とを相互に接続固定する役割を負うものである。冷凍ケーシング１８の下部とハウジング１０とは、六角穴付ボルト９によって複数箇所で締結固定されている。

オーガ１５はステンレス製であり、円柱状の中心部の周囲に螺旋状のオーガ歯１５Ａが形成された形態を有している。このオーガ歯１５Ａは、冷凍ケーシング１８内で成長したシャーベット状の氷を冷凍ケーシング１８の内壁から剥ぎ取りながら冷凍ケーシング１８の上方に向かって押し上げる。なお、オーガ１５の下端部１５Ｂの上方位置にはメカニカルシール１６が配置されており、このメカニカルシール１６は、冷凍ケーシング１８内に供給される製氷水が漏出しないようにシーリングを行うものである。また、Ｏリング１７が、ハウジング１０の周壁に配置されている。

冷凍ケーシング１８は、その内部にステンレス製の製氷シリンダ１９を有しており、この製氷シリンダ１９の外方には断熱材（発泡ポリウレタン）が配設されている。製氷シリンダ１９の外周（断熱材の内部）には銅製の冷却パイプ２０が巻かれている。冷却パイプ２０は、公知の冷凍ユニット（コンプレッサ，コンデンサ等からなる）に接続されている。そして、冷却パイプ２０内に導入された冷媒は急激な圧力低下によって冷却パイプ２０内で蒸発され、この時に多量の気化熱を奪うことから製氷シリンダ１９内の温度が急激に低下される。この結果、製氷シリンダ１９の内面には製氷水が氷結される。なお、冷凍ユニットの構成については公知であるので、ここではその詳細な説明を省略する。

図１〜図３に示されるように、冷凍ケーシング１８の上部位置において、製氷シリンダ１９内の上端部には、ステンレス製の氷圧縮ヘッド２１が固定されている。氷圧縮ヘッド２１と製氷シリンダ１９の上部とは、六角穴付ボルト５によって複数箇所で締結固定されている。これらの六角穴付ボルト５は、フランジ３３の取付部３３Ａも共締めしている。取付部３３Ａは、ボルト５の固定時に座金としても機能している。また、氷圧縮ヘッド２１の内部には、樹脂製の軸受が内蔵されており、この軸受には、製氷シリンダ１９内に挿通されたオーガ１５の上端部１５Ｃが回転可能に保持されている。

さらに、オーガ１５における上端部１５Ｃの頂部にはカッタ２４が固定されている。カッタ２４はオーガ１５の回転に伴って回転する。氷圧縮ヘッド２１は固定刃として機能しており、上述したようにオーガ１５を介して製氷シリンダ１９の内壁から剥ぎ取られながら製氷シリンダ１９内を上方に押し上げられたシャーベット状の氷は、氷圧縮ヘッド２１により圧縮されて柱状の氷となる。圧縮された柱状の氷はさらに上昇され、カッタ２４によって削られてチップ状やフレーク状の氷にされる。このように生成されたチップ状やフレーク状の氷は、氷排出部３１から矢印Ａ方向に排出される。

氷排出部３１には、カッタ２４によって細かくされた氷の排出方向を規制する樹脂製の氷排出管３２が取り付けられている。この氷排出管３２は、製氷シリンダ１９の上部に取り付けられたフランジ３３を取付基部として製氷シリンダ１９の上端に取り付けられる。なお、フランジの複数の取付部３３Ａと互いに嵌り合うような形状の銅製のアウタシリンダ３６が、製氷シリンダ１９の外周面上に配設されている。アウタシリンダ３６は、熱良導性の金属板である銅板によって構成されており、軸線方向に形成されたスリットを有する筒状体である。アウタシリンダ３６は、上述した六角穴付ボルト５（即ち、取付部３３Ａ）を避けるための切欠部を複数有している。そして、このアウタシリンダ３６の外周面上にアルミ製の鋳込みヒータ３５が配設されている。

さらに、冷凍ケーシング１８の上部には、排水パイプ２６が一体に形成された露受皿２７が配設されている。露受皿２７は、製氷シリンダ１９に溶接（ボルト止めされてもよく、この場合はボルト５などと共締めされる）されており、六角穴付ボルト５の付近に結露する結露水を捕集すると共に、捕集した結露水を排水パイプ２６を介して排出する。さらに、冷凍ケーシング１８の下部には、製氷シリンダ１９の内部に連通する吸水口２８が形成されている。この吸水口２８には公知の製氷水供給タンクが連結されており、吸水口２８から矢印Ｂ方向に沿って製氷シリンダ１９内に供給された製氷水は製氷シリンダ１９内で製氷される。

アルミ鋳込みヒータ３５を図４及び図５Ａ〜図５Ｃに示す。図４は、外観を示す斜視図であり、図５Ａ〜図５Ｃは三面図である。

アルミ鋳込みヒータ３５は、シーズヒータやカートリッジヒータを熱伝導性に優れた金属材であるアルミ材料で鋳込むことにより成形される。このときの形状は加熱対象物の形状に合わせられる。内部のヒータは、図示されないコントロール部から供給される電力によって、その発熱が制御される。本実施形態のアルミ鋳込みヒータ３５は、図４に示されるように、スリット３５Ａを有する環状に形成されている。そして、スリット３５Ａを形成する各端部には、該両端部を互いに引き寄せるためのボルトナットが取り付けられる。一方の端部には六角ナットの取付孔３５Ｂが形成され、他方の端部にはボルト挿通孔３５Ｃが形成されている。

鋳込みヒータ３５の環状部分には、上述したボルト５を避けるための凹部３５Ｄが複数形成されている。本実施形態では、環状部分に電気エネルギーによって発熱するシーズヒータ３５Ｅが埋設されている（容量を増加させるために、カートリッジヒータが使用されることもある）。シーズヒータ３５Ｅの一端は、上述した環状部分の一端近傍から内部に入り、鋳込みヒータ３５の内部を巡った後に他端近傍から導出されている。シーズヒータ３５Ｅの各端部からは、上述したコントロール部に接続される耐熱性／耐水性を有する被覆に覆われたリード線３５Ｆがそれぞれ導出されている。なお、シーズヒータ３５Ｅの外管は通常ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６が使用されるが、その外表面上に銅メッキを施すことで熱の分散を促進することで、熱を有効に鋳込みヒータ３５のアルミ部分に伝導させることができる。

アウタシリンダ３６及び鋳込みヒータ３５はそれぞれスリットを有しているので、鋳込みヒータ３５をボルトナットで締め込むと、アウタシリンダ３６は製氷シリンダ１９の外周面上にぴったりと密着し、鋳込みヒータ３５はアウタシリンダ３６の外周面上にぴったりと密着する。鋳込みヒータ３５と製氷シリンダ１９の氷圧縮ヘッド２１近傍とは、アウタシリンダ３６を介して密着するため、鋳込みヒータ３５からの熱が確実に氷圧縮ヘッド２１近傍に伝達され、製氷された氷を確実に溶融させることができる。

また、鋳込みヒータ３５は金属材であるので良好な熱伝導性を呈する。また、鋳込みヒータ３５はある程度の体積をもった金属材の塊であるのでそれ自身がある程度の熱容量を有しており、氷圧縮ヘッド２１近傍に温度変動があってもその変動分を吸収して十分に対応することが可能となる。さらに、鋳込みヒータ３５は氷圧縮ヘッド２１近傍の製氷シリンダ１９を外方から補強するという効果も有している。氷圧縮ヘッド２１では、氷を圧縮するためかなりの圧力が作用する。この結果、氷圧縮ヘッド２１部分では、製氷シリンダ１９に負荷がかかるが、この鋳込みヒータ３５により、製氷シリンダ１９を被って固定されているので、製氷シリンダ１９が変形したりすることを抑制できる。即ち、鋳込みヒータ３５による補強は非常に都合がよい。

なお、アウタシリンダ３６は、熱良導性金属である銅によって構成されている。熱良導性金属としては、銅の他、銅合金（銅を主成分とする合金）や金・銀・アルミニウム及びこれらの金属を主成分とする合金などが挙げられるが、コストや加工の容易さ等を考慮すると銅製であることが好ましい。銅製のアウタシリンダ３６によって、鋳込みヒータ３５で発熱される熱を広範囲に均一に拡散させることができる。また、アウタシリンダ３６は熱を素早く伝達させるので、鋳込みヒータ３５による発熱制御が迅速に反映されるという利点もある。さらに、アウタシリンダ３６と製氷シリンダ１９との面接面積をアウタシリンダ３６と鋳込みヒータ３５との面接面積よりも広くすれば、鋳込みヒータ３５で直接加熱するよりもより広い面積を加熱することも可能となる。

図６に本発明の効果を示す試験結果のグラフを示す。図６のグラフは、横軸にヒータのワット数を取り、縦軸に単位重量あたりの製氷後の氷から水分を除いた分の百分率（ここではこれを含氷率という）を取っている。この座標軸上に、鋳込みヒータの場合と従来のベルトヒータの場合とでワット数を変えた場合の含氷率の変化がプロットされている（ただし、ベルトヒータの場合は３６ワットのみ）。試験条件は、Ａｔ／Ｗｔ＝２０／１５℃、６０Ｈｚ、ファンコントロールＯＦＦ、バイパス制御ＯＦＦ、氷圧縮ヘッド２１には正常な標準品を使用。

また、図６中の下方には、各ヒーターワット数域での製氷音の状況と氷詰まりの状況が示されている。なお、これらの状況に関しては、氷圧縮ヘッド２１として市場から返却されたものを使用したときの状況である（ただし、Ａｔ／Ｗｔ＝５／５℃）。つまり、含氷率の測定には、正常な標準品を使用して定量的な測定を行っている一方で、既使用品を用いて実際の使用状況を模した定性的な評価をも行っている。

図６に示されるグラフにおける３６ワットでの結果からも分かるように、ベルトヒータを使用した場合の含氷率は鋳込みヒータの場合よりも高い。これは、ベルトヒータでは熱が十分に氷に伝えられていないことを示している。また、ベルトヒータでは耐熱温度及びワット密度が低いため３６ワット程度が限界であり、これ以上ワット数を上げるには伝熱面積を増やすなどの無駄な部品を追加しなくてはならない。これに対し、鋳込みヒータであれば、耐熱性があり、熱量をさらに上げることもでき、省スペースで、かつ、伝熱性がよいので省エネで済む。図６中の下方に示された氷詰まりの状況からも分かるが、ベルトヒータの限界である３６ワットでは氷詰まりの状態となってしまっているが、鋳込みヒータを用いることで、同じワット数でも含氷率を落とすことが可能であり、氷詰まりを回避できる等の改善をすることができる。

図７及び図８にアルミ鋳込みヒータの他の実施形態を示す。その他の部分については上述した実施形態と全く同様であるため詳しい説明は省略し、以下には鋳込みヒータ３５０のみについて説明する。本実施形態では、鋳込みヒータ３５０を二分割している。図７（ａ）には各分割単位３５０Ａの平面図が示されており、図７（ｂ）には側面図が示されている。図７に示される分割単位３５０Ａを二つ組み合わせることで、環状の鋳込みヒータ３５０を構成している。本実施形態の鋳込みヒータ３５０は、アルミ製の本体内部にカートリッジヒータ３５０Ｂが埋設されており、各カートリッジヒータ３５０Ｂからは二本のリード線が導出されている。

使用時の状況を図８に示すが、一対の分割単位３５０Ａの端部同士が六角穴付ボルトで結合される。カートリッジヒータ３５０Ｂは直列に接続され、鋳込みヒータ３５０からは二本のリード線３５０Ｃのみがコントロール部へと導出されている。二つのカートリッジヒータ３５０Ｂの中間の結線部は、耐水性や耐熱性をもって保護する保護部３５０Ｄに収納された後に一方の分割単位３５０Ａの取付部に固定されている。組み合わされた鋳込みヒータ３５０の内周面上には、上述したボルト５を避ける凹部３５０Ｅが複数形成されている。このように二分割とされていると、上述したフランジ３３が製氷シリンダ１９に対して溶接されているようなもの（既に市場に出回っているもの）に対しても取り付けが可能となる。

図９にアルミ鋳込みヒータのさらに他の実施形態を示す。本実施形態の鋳込みヒータ３５１は、上述した図４に示される鋳込みヒータ３５のシーズヒータ３５Ｅに代えて、ホットガスを循環させるパイプ３５Ｇを鋳込んだものである。このため、上述した図４の実施形態と同一又は同等の部分に関しては同一の符号を付して詳しい説明を省略する。この鋳込みヒータ３５１は、上述しアウタシリンダ３６を介して製氷機１本体に取り付けられている。

鋳込みヒータ３５１は、ホットガスを循環させる銅製のパイプ３５Ｇをアルミ材で鋳込んだものである。このパイプ３５Ｇが、内部を循環するホットガスを周囲のアルミ材に伝える発熱源となる。パイプ３５Ｇの両端は、製氷機１の冷凍回路３５Ｈに接続されている。パイプ３５Ｇの一方の端部から冷凍回路３５Ｈで発せられる熱を含む高温高圧のガスが導入され、氷圧縮ヘッド２１を暖めて温度の低下したガスが他端から排出されて再度冷凍回路３５Ｈに戻される。冷凍回路３５Ｈに戻されたガスは、冷凍回路３５Ｈでの冷却に用いられる。

銅製のパイプ３５Ｈの材料は、アルミ材への鋳込み時に加熱されるので、タフピッチ銅を使用すると脆化するので、無酸素銅Ｃ１０２０などを用いるのが適している。さらに、冷凍回路５３Ｈの部品ともなるので、パイプ３５Ｈの内部は焼け跡処理洗浄を実施するか、鋳込み時の不活性ガス置換が必要である。また、鋳込みヒータ３５１の取り付け環境は、湿気が多く水滴が常に存在するため、アルミ材はＡＣ４Ｃが適している。なお、ここでは、パイプ内にホットガスを循環させたが、オイルなどの液体を循環させることも可能である。

このように、ホットガス（ホットフルード）を用いた場合は、電気的な部品を用いた場合に発生する電気絶縁性への対処（防水、防湿、耐劣化など）やサーモスタットなどの設置、品質的配慮（部品加工工程管理）などから発生するコスト増を抑制することができる。また、主としてパイプと鋳込み材（アルミ材など）との二点だけで構成できるため、部品コスト、加工工数を大幅に削減することができる。

なお、この図９に示す実施形態によっても、上述した図４の実施形態と同様に、鋳込みヒータ３５１がアウタシリンダ３６の外周面上にぴったりと密着し、製氷された氷を確実に溶融させることができる。また、鋳込みヒータ３５１が良好な熱伝導性を呈し、それ自身がある程度の熱容量を有して温度変動を吸収できることも上述した図４の実施形態と同様である。また、鋳込みヒータ３５１による製氷シリンダ１９の補強効果もある。併用するアウタシリンダ３６による効果も上述した図４の実施形態と同様である。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、鋳込みヒータはアルミ（あるいはアルミを主成分とするアルミ合金）製であったが、必ずしもアルミ鋳込みヒータに限定されるものではない。例えば、真鍮鋳込みヒータやアルミ青銅鋳込みヒータなどであっても良い。これらの材質の違いによって加熱温度域が異なるので、適宜最適な材質のものを選択すればよい。

また、上述した実施形態におけるアウタシリンダ３６は必ず設けなくてはならないというものではなく、アウタシリンダ３６を設けないことでコスト削減を図ることもできる。さらに、鋳込みヒータ３５を露受皿２７に載せてボルト５などで固定するようにしても良い。鋳込みヒータ３５を露受皿２７に載せた状態でボルト孔の位置合わせがされていれば、鋳込みヒータ３５の取付作業性を向上させることができる。

あるいは、鋳込みヒータ３５を、スリット３５Ａや取付孔３５Ｂ、ボルト挿通孔３５Ｃなどを有しない完全な環状に形成させ、下方を露受皿２７で上方をボルト５で押さええることで固定してもよい。このとき、鋳込みヒータ３５の上面には、ボルト５と係合する溝を形成させ、鋳込みヒータ３５の回転ズレを防止するようにしても良い。

本発明のオーガ式製氷機によれば、鋳込み加熱手段を用いることによって、熱を確実に氷圧縮ヘッドに伝達させて圧縮された氷を溶融させ、氷を円滑に排出させることができる。また、鋳込み加熱手段には、氷圧縮ヘッド近傍（特に製氷シリンダ）の強度を向上させるという利点もある。

Claims (5)

1. 内部にオーガを回転可能に収納する製氷シリンダと、前記オーガの上端部を回転可能に支持するとともに前記製氷シリンダの上部に配置された氷圧縮ヘッドと、前記製氷シリンダの前記氷圧縮ヘッド収納部の外周面上に取り付けられた鋳込み加熱手段とを備えていることを特徴とするオーガ式製氷機。
2. 前記鋳込み加熱手段が、熱良導性の板を介して前記製氷シリンダの外周面上に固定されているクレーム１に記載のオーガ式製氷機。
3. 前記鋳込み加熱手段が、電気エネルギーによって発熱するヒータが鋳込まれたものであるクレーム１に記載のオーガ式製氷機。
4. 前記鋳込み加熱手段が、内部に温流体を循環させることによって発熱するパイプヒータが鋳込まれたものであるクレーム１に記載のオーガ式製氷機。
5. 前記パイプヒータの内部に循環される温流体が、製氷器の冷凍回路から排出される温流体であるクレーム４に記載のオーガ式製氷機。

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