(57)【要約】【課題】スクレーパーで製氷面に生成された氷を掻き取る方式の流動氷製氷装置ではローターの氷結ロックが発生することがある。これは原水が特定の温度帯にあるとき生成される硬くて固着力が大きい氷のためにスクレーパーが掻き取れずに発生する。氷結ロックが発生すると復旧作業に多くの時間が費やされるだけでなく部品の機械的損傷、駆動モーターの焼損、製氷量不足に伴う２次損失など経済的ロスが発生する。 【解決手段】スクレーパーが掻き取れずに氷が成長するとその外周が氷で圧迫され駆動モーターの電流値が上昇する。電流値があるレベルに達したとき冷媒液ラインの電磁弁をしめて氷の生成を止め、循環する水で製氷面の氷を溶かす。溶けると電流値が下がるので電磁弁を開いて再び氷の生成を行い、また水で溶かしてタンクの水温を下げる。水温が結氷温度に達すると生成される氷が柔らかくなるのでスクレーパーによる通常の掻き取り製氷が可能になる。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２重管によって囲まれた部分を冷媒による蒸発器とし、２重管の小径側円筒の内側表面を製氷面とし、小径側円筒にその外周に氷を掻きとるスクレーパーを配置したローターを挿入してこれを外部に設けた駆動装置で回転させ、ローターと小径側円筒の隙間にタンクの海水、塩水等の液体を循環させ、冷凍機で蒸発器を冷却して流動氷を製造するようにしたアイスゼネレーターを有する流動氷製造装置においてローターを駆動するモーターの電流値を連続して検出し、電流があるレベルに上昇したときは蒸発器に冷媒を供給する電磁弁を閉止し、電流値が氷非生成レベルまで低下したら再び電磁弁を開いて蒸発器に冷媒を供給するようにしたことを特徴とする流動氷製氷装置。
【請求項２】
２重管によって囲まれた部分を冷媒による蒸発器とし、２重管の小径側円筒の内側表面を製氷面とし、小径側円筒にその外周に氷を掻きとるスクレーパーを配置したローターを挿入してこれを外部に設けた駆動装置で回転させ、ローターと小径側円筒の隙間にタンクの海水、塩水等の液体を循環させ、冷凍機で蒸発器を冷却して流動氷を製造するようにしたアイスゼネレーターを有する流動氷製造装置において、蒸発器能力ベースで選定した電磁弁/膨張弁回路とローターを駆動するモーターの電流がある一定値を越えないことをベースに選定した電磁弁/膨張弁回路を設け、タンクの温度がある特定の温度帯にある場合は、蒸発器能力ベースで選定した電磁弁/膨張弁回路を閉止して電流ベースで選定した電磁弁/膨張弁回路を開くようにしたことを特徴とする流動氷製氷装置。
【請求項３】
２重管によって囲まれた部分を冷媒による蒸発器とし、２重管の小径側円筒の内側表面を製氷面とし、小径側円筒にその外周に氷を掻きとるスクレーパーを配置したローターを挿入してこれを外部に設けた駆動装置で回転させ、ローターと小径側円筒の隙間にタンクの海水、塩水等の液体を循環させ、冷凍機で蒸発器を冷却して流動氷を製造するようにしたアイスゼネレーターを有する流動氷製造装置においてタンクの水温がある特定の温度帯にある場合は膨張弁の開度を蒸発器出口のスーパーヒート制御からローターを駆動するモーターの電流制御に切り替え、設定電流値と現在電流値の偏差に応じて蒸発器に冷媒を供給する膨張弁開度を調節することで電流値を一定値以下に抑えるようにしたことを特徴とする流動氷製氷装置。
【請求項４】
２重管によって囲まれた部分を冷媒による蒸発器とし、２重管の小径側円筒の内側表面を製氷面とし、小径側円筒にその外周に氷を掻きとるスクレーパーを配置したローターを挿入してこれを外部に設けた駆動装置で回転させ、ローターと小径側円筒の隙間にタンクの海水、塩水等の液体を循環させ、冷凍機で蒸発器を冷却して流動氷を製造するようにしたアイスゼネレーターを有する流動氷製造装置においてタンクの水温がある特定の温度帯にある場合はアイスゼネレーターからタンクへの吐き出し管と循環ポンプの吸入回路に設けた再循環回路を開いて吐き出し流の一部をアイスゼネレーターに再吸入させるようにしたことを特徴とする流動氷製氷装置。
【請求項５】
２重管によって囲まれた部分を冷媒による蒸発器とし、２重管の小径側円筒の内側表面を製氷面とし、小径側円筒にその外周に氷を掻きとるスクレーパーを配置したローターを挿入してこれを外部に設けた駆動装置で回転させ、ローターと小径側円筒の隙間にタンクの海水、塩水等の液体を循環させ、冷凍機で蒸発器を冷却して流動氷を製造するようにしたアイスゼネレーターを有する流動氷製造装置においてローターと駆動軸および駆動モーターからなる駆動系の一部にフライホイールを設けたことを特徴とする流動氷製氷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水産物や農産物の分野で鮮度保持に利用され海水や塩水を原水とする流動氷製氷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水や塩水を原水とする流動氷製造装置には過冷却法によるものと蒸発器の製氷面に生成させた氷をスクレーパーにより掻きとる方法によるものがあり、本発明は後者についてのものである。掻き取り法では原水の塩分濃度が比較的薄い（たとえば2.5％以下）とき特定の温度帯でスクレーパーを備えて回転するローターが氷結ロックを起こし製氷運転が中断することがある。これは原水の温度が結氷温度+２℃から結氷温度までの温度帯（以下「特定の温度帯」と称す）でスクレーパーに対する抵抗が非常に大きい氷が生成されるためである。このために各メーカーでは塩分濃度についての下限を設定しこの下限以下では使用しないように注意している。しかしながら、実際の現場においてはタンクに注水する原水の塩分濃度の測定ミスや測定器具の誤差が原因で濃度の許容下限を下回ることや許容範囲内であってもスクレーパーの磨耗や特定できない原因でかなりの頻度で氷結ロックが発生している。一旦氷結ロックが発生すると運転が中断し、原因の除去や氷の除去に30分ないし数時間を要するので、多大な経済的損失が発生する。また、流動氷を使う立場からいえばメーカー推奨の塩分濃度下限よりさらに低い（２．０〜２．３％）塩分濃度のほうが魚が凍結しない安全な温度帯（−１．５〜−１．９℃）で氷濃度のより高い流動氷を得られるので、塩分濃度の下限はさらに低く設定できることが望ましい。
（注１）塩分濃度はすべて重量％である。
（注２）魚は−２．０℃前後で凍結し、凍結したものは鮮魚に対して価格が低下する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】有限会社  冷熱技研資料      塩分濃度とリキッドスノー製氷温度
【非特許文献２】有限会社  冷熱技研  発行      LIQUID SNOW カタログ      平成19年10月発行
【非特許文献３】三菱電機株式会社  発行      三菱電機シャーベットアイス製造装置  カタログ      2005年2月作成
【非特許文献４】株式会社  日本YES著      フローアイス・ドラム  取り扱い説明書      平成１６年４月発行      この文献ではドラム内部での氷着を防ぐために塩水の場合については最低濃度の制      限を明示している。P３「1.2  使用流体の制限」の項では塩水では２％以下は不可      としているし、P８ではSea WaterではDirect Expansion（直膨システム）ではmin.       3% NaCl、Flooded Evaporator（満液システム）ではmin. 2.5%  NaClとしている。
【非特許文献５】日新興業株式会社  著      フローアイス製造装置  FIG型      発行日不明      この文献ではアイスゼネレータ内部での氷結を防ぐためにP6に最低ブライン濃度を      明示している。海水の場合は2.5%以上。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
掻き取り法では蒸発器の製氷面に生成された氷を回転するスクレーパーで掻き取る。スクレーパーは樹脂製で１片が約２０ｃｍのものが製氷面を持つ蒸発器の小径側円筒に挿入されるローターの外周に多数取り付けられており、ローターはアイスゼネレーター外部で接続されたギヤモーターにより駆動される。
【０００５】
海水または塩水で作る流動氷は製品の状態では水と氷の割合が大略０．６５対０．３５であり、このときの流動氷の温度は原水の塩分濃度によって変化する。たとえば原水塩分濃度が３．４％の場合は製品の状態で−３．３℃である。この温度はまぐろ等の大型魚の締め冷却には良いがアジ、さば等の小型魚の締め冷却に使うと魚が凍結するので、もっと高い温度たとえば−１．８℃が必要である。この温度で氷の割合が３５％の流動氷を作るためには原水の塩分濃度は２．０％が必要となる。
【０００６】
タンクに原水を入れてアイスゼネレーターとの間で循環し、冷凍機を運転して冷却してゆくとローターを駆動するモーターの電流が乱高下を始める温度がある。この時のタンクの水温は大略原水の結氷温度＋２℃であり、この温度でアイスゼネレーターの製氷面では氷の生成が始まっている。タンクの水温がさらに降下し結氷温度に達すると駆動モーター電流値の振れは小さくなる。振れは温度降下とともに小さくなり、氷の濃度が３５％レベルでは殆ど振れない。
【０００７】
原水の準備段階で塩分濃度が目標値より低くできた場合やスクレーパーの先端が磨耗しているときはローターの氷結トリップが起こりやすい。塩分濃度が薄いほど氷は硬くなり、スクレーパーの先端が磨耗するほど先端が浮き上がりやすいからである。氷結ロックが起きると電磁弁も自動的に閉止して蒸発器への冷媒供給を停止するが、停止直後の蒸発器にはまだ冷媒が残留しているので製氷面には氷が追加生成される。こうして厚くなった氷は掻き取り可能な限界を超えており駆動モーターの再起動は出来ない。従って、この氷を除去するには温い水を流して溶かすかあるいはローターを抜いて氷を機械的に除去するしかない。
【０００８】
特定の温度帯で駆動モーターの電流値が乱高下し、ローターの氷結ロックが発生する現象は次のように説明される。
結氷温度より約２℃高いレベルまで冷却されたタンクの水が循環ポンプでゼネレーターに送りこまれ蒸発器製氷面で冷却される。蒸発器内部での冷媒蒸発温度は約−１７℃であり製氷面に接している部分やその近傍では水は結氷点まで冷却されて氷を生成する。このとき生成される氷は製氷面を構成するパイプの製造時に出来た表面の細かな凹み、あるいはスクレーパーによる氷の掻き取りで出来た表面の引っかき傷等があるために製氷面との接触面積が大きく、製氷面が清浄で熱抵抗が小さく、凍りはじめであるため塩分濃度も低く、蒸発温度と水の伝熱温度差が最も大きい等の理由で硬くて固着力の大きい氷が生成される。スクレーパーはバネでその刃先を製氷面に押し付けているもののこの時点で出来る氷は硬く固着力が大きいため掻き取ることができず刃先が浮き上がってその用をなさず氷が成長して厚みを増す。氷が厚くなると製氷面の円筒内径が小さくなりスクレーパーの外周が氷の壁で圧迫されて抵抗が増え駆動モーターの電流値が増える。スクレーパーの先端と尾部が同時に製氷面の氷に接触するようになると、先端はそれ以上逃げることは出来なくなるのでスクレーパーは氷を破壊するか、それとも抵抗に負けて停止するかのどちらかになる。多くの場合は氷を破壊して運転を継続するが、塩分濃度が低い場合やスクレーパーの先端が磨耗している場合などは破壊できずに駆動モーターの過電流保護装置が働き氷結ロックを起して停止する。一旦停止するとローター停止のままで蒸発器に残留していた冷媒の蒸発によりさらに氷が生成されそのままでの再起動はもはや不可能になる。駆動モーターの電流値が右肩上がりに上昇し、クラッシュ音とともに急低下するのはこのような現象がくり返し起きているからである。タンクの水温が結氷温度まで下がると、製氷面の凹みや引っかき傷に残された氷は新たに流れ込んできた水に溶かされなくなり、新しく生成される氷は古い氷の上に生成されるため固着力が小さく、残留氷によって熱抵抗が増え、伝熱の温度差も小さくなりさらに水の塩分濃度も徐々に増えるために生成量が少なく柔らかい氷へ変わってスクレーパーによる氷の連続的な掻き取りが可能となって駆動モーターの電流値は振れが小さくなり安定した運転状態へ移行する。
【０００９】
アイスゼネレーターの蒸発器に使われる外円筒や内円筒のSUS鋼管およびローターに使われるSUS鋼管などの内外径は真円には出来ていない。本発明に係るアイスゼネレーターでは蒸発器の内円筒の内側表面を製氷面とし其の中に回転するローターを挿入している。これら鋼管の真円からのずれや円筒軸方向の捩れ等の誤差を吸収するためにバネがないときのスクレーパーの外周を結ぶ円は製氷面内径より直径で数ミリ前後小さく作ってあり、バネで押し付けることで製氷面に密着させている。氷が硬いときスクレーパーが浮き上がって逃げるのはこの隙間があるためである。
また、引き抜き鋼管をそのまま使用する理由は円筒内径表面を滑らかに加工してもすぐに氷による引っかき傷が発生し良好な面粗度が失われるからである。
【００１０】
タンク温度が特定の温度帯で発生するアイスゼネレーターの異常に高い駆動電流による氷結ロックトラブルを防ぐためには、この高い運転電流を基準に大きな容量のモーターを選定するか、定常運転時の低い電流で選定しておき氷結ロックが発生したときはその都度原因を取り除き、アイスゼネレーターの氷を温い水で溶かすか機械的に除去して復旧するかのいずれかの方法で対応する。
まず高い電流を基準に駆動モーターを選定した場合、その駆動系に接続される機器すなはちギヤモーター、シャフト、継ぎ手、ベアリング、メカシールやスクレーパーおよびそのサポートなどをモーターの容量に従って決める必要があるので寸法が大きく重たくコストの高いゼネレーターになる。一例では低い電流で選んだ駆動モーターの容量が１．５kWであるのに対し高い電流で選んだ場合は３．７kWにもなる。
【００１１】
低い電流で駆動モーターを選んだ場合、アイスゼネレーターの氷結ロックが発生すると原因を取り除いた後、氷を溶解する手動または自動による次のような操作が必要となる。
タンクからアイスゼネレーターへの供給送水管回路を閉止し、タンクへの給水管から分岐した回路からアイスゼネレーターへ温い原水を供給する。一方アイスゼネレーター出口側ではタンクへの戻り送水管回路を閉止してアイスゼネレーターからの水を排水回路を開いて排出する。原水の温度が高いほど氷結解除は早くなる。アイスゼネレーターから排出される水の温度が入り口温度とほぼ同じになれば氷が溶解したとみなされる。この操作には３０〜６０分を要するのと、循環回路の水が温い水に入れ替わるので若干の冷却熱量の損失も発生する。
また、原因を取り除くことも重要である。塩分濃度が薄すぎる場合はタンクに濃い海水を混ぜるか食塩を追加して濃度を高める。これを怠ると際限なく氷結解除操作を繰り返すことになる。
【００１２】
従来の流動氷製氷装置は以上のように構成されているので、アイスゼネレーターの駆動モーターを高い電流値ベースで選定した場合はコスト、寸法および重量がアップしユーザーにとっては重たく高価な機械、メーカーにとっては高コストの機械になる。一方、低い電流値ベースで駆動モーターを選定した場合はアイスゼネレーターの氷結ロックが避けられない機械になる。その復旧には時間を必要とするので貴重な製氷時間を喪失すると同時にロックに伴う激しい衝撃のためにローターの各部材、ローターの駆動系が機械的損傷を受けることがある。また、ロックによりこれを駆動するモーターに瞬間的に大電流が流れ通常の過電流保護装置ではモーターを保護できず焼損することがある。また、氷結ロックの原因によってはその除去に多くの時間を要することもある。結果的に時間内に規定のシャーベット氷を製造できない場合はユーザー側で大きな２次損失が発生することもある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、請求項１に係る発明はタンクの水が特定の温度帯にあるとき発生する硬くて固着力の大きな氷を冷媒回路の電磁弁を閉止することで、スクレーパーで機械的に掻き取る代わりに循環する水で溶かすようにするものである。すなはち、ローターを駆動するモーターの電流値を連続して検出しておき、電流が一定のレベルに上昇したときつまり氷の厚みが一定のレベルに達しそのままではローターの氷結ロックに発展すると判断された場合蒸発器に冷媒を供給する電磁弁を閉止して新たな氷の生成を停止し、循環する水で製氷面の氷を溶かして駆動モーターの負荷を下げるようにする。
【００１４】
スクレーパーの先端をバネで製氷面に押し付けてはいるが硬くて固着力が大きい氷に出会うと掻き取ることができずに先端は浮き上がって逃げる。こうなると氷は成長して厚くなりスクレーパーの外周は氷の壁で圧迫されるため抵抗が増えて駆動モーターの電流値が上昇する。スクレーパーの先端と尾部が同時に氷に接触するようになると逃げの限界である。従って、電磁弁を閉止タイミングはこの限界より以前に設定する。電磁弁を閉止して十数秒もすると製氷面の氷が循環水で溶かされて駆動モーターの電流値が氷非生成レベルまで下がる。下がったら再び液ライン電磁弁を開いて製氷動作を行いまた水で溶かす。この操作を繰り返してゆくとタンクの温度は徐々に低下し、タンクの水温が結氷温度に達したら氷は柔らかくなりスクレーパーでの掻き取りが出来るようになる。柔らかくなる理由は次のとおりである。タンクの水温が結氷温度まで下がると、製氷面の凹みや引っかき傷に残された氷は新たに流れ込んできた水に溶かされなくなり、新しく生成される氷は古い氷の上に生成されるため固着力が小さくなり、残留氷によって熱抵抗が増え、伝熱の温度差も小さくなりさらに水の塩分濃度も徐々に増えるために生成量が少なく柔らかい氷へ変わってゆく。このようにすれば製氷の全工程でアイスゼネレーターの駆動モーターが過電流でトリップすることもなくスムースな製氷運転を実現することが出来る。
【００１５】
請求項２に係る発明は蒸発器への液ライン回路に容量の異なる複数の膨張弁回路を並列に設け、硬くて固着力の大きな氷が生成される特定の温度帯では蒸発器の能力ベースで選んだ大きな膨張弁回路を閉止し、電流値を抑制できる容量の小さな膨張弁回路を開くようにする。電流が乱高下する温度帯は予め判っているので電流値の連続検出がなくてもそれは可能である。小さな膨張弁回路は冷媒の過熱度制御ではないので手動の膨張弁でよい。氷の生成能力が水による溶解能力以下であれば氷の蓄積はなくしたがって駆動モーターの過電流トリップもない。
【００１６】
請求項３に係る発明では蒸発器へ冷媒を供給する電子膨張弁に制御目標が異なる２つの制御装置を設ける。１つは通常の過熱度制御方式であり、他の１つは駆動モーターの電流値制御方式である。タンクの水温が特定の温度帯にある場合は電流値制御方式に切り替え駆動モーターの電流値が設定値を超えないように電子膨張弁の開度を制御する。
【００１７】
請求項４に係る発明はタンクの水温が特定の温度帯にあるときはアイスゼネレーターで冷却された水の大部分をタンクへ戻さずに循環ポンプへ再吸入させることでアイスゼネレーターの内部では急速に結氷温度まで冷却するようにすれば乱高下電流の発生する時間が数十分の一レベルに短くなり、氷結ロックの可能性もそれに従って少なくなる。アイスゼネレーターに吸入される水温に応じてタンクへ戻す流量を調節しながらタンクの水温が結氷温度に下がるまでこのバイパス運転を続け、温度が下がったらバイパス流れやめて通常運転に戻す。
【００１８】
請求項５に係る発明はアイスゼネレーターのローターを含む回転系の慣性力をより大きくすることすなはち駆動系の一部分にフライホイールを取り付けて慣性力を大きくすれば硬く固着力の強い氷であってもフライホイール効果によって駆動モーターの容量をアップすることなく破壊することが出来るようになる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように請求項１に係る発明によればアイスゼネレーターの駆動モーターの電流値があるレベルに達したときは冷媒回路の電磁弁を閉止し、電流値が氷非生成レベルに下がったときは電磁弁を再開するだけでアイスゼネレーターのローター氷結ロックを防止することが出来る。また、この方法と請求項５の組み合わせでも有効な結果が得られる。この氷結ロック防止方法はアイスゼネレーター設計強度の肥大化を防止し、製氷運転中断による無駄時間を排除し、駆動モーターの焼損を防止することで経済的で信頼性の高い流動氷製氷装置を提供することが出来る。
【００２０】
また、請求項１に係る発明によれば原水の塩分濃度に関する制約は不必要になる。塩分濃度が薄くなれば生成される氷もより硬くなるが、特定の温度帯で生成される氷はスクレーパーで掻き取るのではなく循環水で溶かすのであるから硬さが制約条件にならない。塩分濃度が薄い場合は電流の乱高下が温度的に早く始まるだけであり、電磁弁を閉止する電流値設定も変える必要はなく、電流値が下がったら再び製氷運転を開始する手順も変わらない。
【００２１】
実用上の観点から言えば２％まで問題なく使用できれば十分と思われる。アジ、さば、秋刀魚等の小型魚の締め冷却では温度−１．８℃で氷濃度３５％の流動氷が最適とされるが、この条件の実現には原水塩分濃度２．０％を必要とする。
【００２２】
請求項２による発明によればアイスゼネレーターに海水や塩水を循環して供給するタンクの水温がある特定の温度帯にあるときは並列に設置された膨張弁回路のうち通常能力を有する膨張弁回路を閉止して小さな能力の回路を選択することでローターの氷結ロックを防止することが出来る。この氷結ロック防止方法はアイスゼネレーター設計強度の肥大化を防止し、製氷運転中断による無駄時間を排除し、駆動モーターの焼損を防止することで経済的で信頼性の高い流動氷製氷装置を提供することが出来る。また、原水の塩分濃度に関する制約条件は不必要であることは請求項１と同様である。
【００２３】
請求項３による発明によれば電子膨張弁の開度調整を標準のスーパーヒートによる方法と駆動モーターの電流値を一定レベル以下に抑制する方法の２つにわけアイスゼネレーターに海水や塩水を循環して供給するタンクの水温がある特定の温度帯にあるときは標準のスーパーヒート制御に代えて電流値制御に切り替えることでローターの氷結ロックを防止することが出来る。この氷結ロック防止方法はアイスゼネレーター設計強度の肥大化を防止し、製氷運転中断による無駄時間を排除し、駆動モーターの焼損を防止することで経済的で信頼性の高い流動氷製氷装置を提供することが出来る。また、原水の塩分濃度に関する制約条件は不必要であることは請求項１と同様である。
【００２４】
請求項４による発明によればアイスゼネレーターに海水や塩水を供給し循環するタンクの温度がある特定の温度帯にあるときはアイスゼネレーターを通過した水の一部をタンクに戻すことなく再循環することで循環水の温度を極めて短時間に結氷温度まで下げて硬く固着力の大きな氷の発生を抑制することでローター氷結ロックを防止することが出来る。この方法と請求項１、請求項２、請求項３、請求項５のいずれかあるいはいくつかの組み合わせでも有効な結果が得られる。この氷結ロック防止方法はアイスゼネレーター設計強度の肥大化を防止し、製氷運転中断による無駄時間を排除し、駆動モーターの焼損を防止することで経済的で信頼性の高い流動氷製氷装置を提供することが出来る。また、この方法によれば膨張弁は常に１００%能力の状態で運転できるので製氷の所要時間を最短にすることも出来る
【００２５】
請求項５による発明によればアイスゼネレーターのローター駆動系に適当な大きさのフライホイールを設けることでローター氷結ロックを防止することが出来る。また、この方法と請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかあるいはいくつかの組み合わせでも有効な結果が得られる。この氷結ロック防止方法はアイスゼネレーター設計強度の肥大化を防止し、製氷運転中断による無駄時間を排除し、駆動モーターの焼損を防止することで経済的で信頼性の高い流動氷製氷装置を提供することが出来る。また、この方法によれば膨張弁は常に１００%能力の状態で運転できるので製氷の所要時間を最短にすることが出来る
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態を示す流動氷製造装置の系統断面図
【図２】氷をまだ生成していない状態での製氷面拡大概念図
【図３】原水の温度が特定の温度帯にあるとき製氷面に生成された氷をスクレーパーが掻き取れずに刃先が浮いた状態を示す概念図
【図４】原水の温度が特定の温度帯にあるとき製氷面に生成された氷をスクレーパーが掻き取れずに氷が成長し刃先と尾部が同時に氷に接触した状態を示す概念図
【図５】原水の温度が結氷温度以下になったときスクレーパーが連続的に氷を掻き取っている状態を示す概念図
【図６】本発明の第１実施形態におけるタンク温度とアイスゼネレーター電流値の関係を示す参考図
【図７】本発明の第１実施形態におけるタンク温度と経過時間の関係を示す参考図
【図８】本発明の第２実施形態を示す流動氷製造装置の系統断面図
【図９】本発明の第３実施形態を示す流動氷製造装置の系統断面図
【図１０】本発明の第４実施形態を示す流動氷製造装置の系統断面図
【図１１】本発明の第５実施形態を示す流動氷製造装置の系統断面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明に係る製氷装置の実施形態について図に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態の系統断面図を表すものである。図１において１は氷を製造するアイスゼネレーター、２はアイスゼネレーター１に冷媒液を供給しかつアイスゼネレーター１で蒸発したガスを吸入して圧縮液化する冷凍機、３は海水や塩水などの原水を貯蔵するタンク、４は冷凍機２よりアイスゼネレーター１に冷媒液を供給する冷媒液管、５はアイスゼネレーター１で蒸発した冷媒ガスを冷凍機２に導く吸入ガス管、６は冷媒液管４に設けられた電磁弁、７は電磁弁６の下流側に設けられた膨張弁、８は吸入ガス管５に設けられアイスゼネレーター１で蒸発する冷媒の蒸発圧力を一定に保つための蒸発圧力調整弁、９はアイスゼネレーター１の内部にあるローター１１を駆動するモーター、１０はタンク３のアジテーター１３を駆動するモーター、１１はスクレーパー１２をその外周に設けたローター、１２は蒸発器１４の内筒内側製氷面２２に生成された氷を掻きとるスクレーパー、１３はタンク３に設けられ原水を攪拌するアジテーター、１４はゼネレーター１の２重管内部の蒸発器、１５はタンク３からアイスゼネレーター１に原水を送る供給送水管、１６はアイスゼネレーター１よりタンクへ原水を戻す戻り送水管、１７はタンク３とアイスゼネレーター１の間で原水を循環させるポンプ、１８は駆動モーター９の電流を検出して電流が設定点を超えた場合は接点１９をOFF、下がったらONとする電流リレー、１９は電流リレー１８の信号に従って電磁弁６の電源をＯＮ、ＯＦＦする接点、２０はタンク３内の原水の温度を検出して作動する温度リレーである。
図２において２１はスクレーパー１２の先端２４を製氷面２２へ押しつけるバネでその下端はローター１１の表面に接している。２２は蒸発器１４を構成する内側円筒の内径側の製氷面の拡大概念図、その他は図１と同様であるから説明を省く。この図に示すようにゼネレーター１の製氷面２２は引き抜き鋼管をそのまま使用するため加工時に出来た凹凸の表面や氷による引っかき傷がある。バネがない状態でのスクレーパー１２の外周頂点を結ぶ円とゼネレーター１の製氷面２２の内径には数ミリメートルの隙間を設け、バネ２１でスクレーパー１２の先端２４を製氷面２２に押し付けている。
図３において２３はタンク３の水温が特定の温度帯には達していない状態で製氷面２２に生成された氷、２４はスクレーパー１２の先端、２５はスクレーパーの尾部である。この時点で生成される氷は非常に硬く固着力が大きいためにスクレーパー１２の先端２４が浮いて氷を掻き取っていない様子を示す。
図４において氷２３が厚くなり、スクレーパーの先端２４と尾部２５が同時に氷２３に接
触してしまい、これ以上先端２４の逃げ場がなくなった状態を示す。
図５において２６はタンク３の水温が結氷温度に達した後に製氷面２２の凹み部に掻き取り残された残氷で、新しい氷がその上に生成される様子を示す。
図６は冷却中のタンク水温とアイスゼネレーター駆動電流の関係を示す１例である。タンク液温が０．７℃になると駆動電流値が上がり始め５Ａに達したとき電磁弁６が閉止するために電流値の上昇が停止し、その後下降して３Ａで再び電磁弁６が開き電流値が上がるパターンを繰り返している様子を示す。実際の事例では５Ａで電磁弁６を閉止しても蒸発器１１に残留する冷媒が蒸発するために５Ａを少し上回るが、ここではわかりやすく５Ａとした。タンク液温が−１．３℃になると電流値が４Ａで落ち着いている。なお、この場合の過電流保護装置の設定電流は１２Ａである。
図７はタンク液温度と経過時間の関係を示す１例である。この例はタンクの原水の塩分濃度が２．３%の場合であるが、ローター駆動電流が異常な上昇を示す時間はタンク温度が０．７℃から−１．３℃の間であり時間的には約１時間１０分、全体の冷却時間に対する割合は約６．１%である。
【００２８】
次に動作について説明する。図１においてまずタンク３に塩分濃度を規定した海水または塩水などの原水を注入し、ポンプ１７を運転してアイスゼネレーター１とタンク３との間で原水を循環させる。次にローター駆動モーター９を起動してアイスゼネレーター１を、続けてアジテーター駆動モーター１０を起動してアジテーター１３を運転し、さらに冷凍機２を起動すると冷媒が液管４より電磁弁６、膨張弁７を通してアイスゼネレーター１の蒸発器１４へ流れその製氷面２２を通して原水を冷却する。原水の温度が徐々に下がり特定の温度帯つまり氷結点より約２℃高いレベルに達するとアイスゼネレーター１の製氷面２２では氷の生成が始まる。粗い製氷面２２にタンク３の水温がまだ氷結温度に達していない時点で生成される氷２３は製氷面２２との接触面積が大きく、熱抵抗が小さく、塩分濃度も低く、蒸発器と水の伝熱温度差が大きいので硬く固着力も大きく掻き取りにくい。このため図３に示すようにスクレーパー１２の先端が氷２３から浮き上がって逃げ氷は厚く成長する。氷の成長に伴って製氷面２２の円筒内壁径は次第に小さくなりスクレーパー１２を外周から圧迫して回転の抵抗が大きくなり、駆動モーター９の電流値も上昇する。図４に示すように氷２３が厚くなってスクレーパー１２の先端２４と尾部２５が同時に製氷面の氷に接触すると、先端２４は逃げ場がなくなり、これ以上氷が厚くなればこれを破壊して掻き取るかあるいは抵抗に負けて過電流トリップにいたるかの状況になる。このような状況での過電流トリップを避けるために駆動モーター９の電流値を電流リレー１８で連続検出し、電流値が設定値（たとえば５Ａ）に達した場合は接点１９を作動させて電源を切り電磁弁６を閉止し、蒸発器１４への冷媒供給をストップする。このようにすると製氷面２２の氷２３はアイスゼネレーター１を流れる原水で溶かされる。この原水の温度はまだ結氷温度に達していないため氷２３を溶かして自分自身は冷却される。電磁弁６を閉止して１５〜３０秒程度経過すると製氷面２２の氷は溶けてなくなり電流は氷非生成レベルまで降下する。この時点で再び電磁弁６を開いて製氷運転を行う。このパターンの運転を繰り返しているとタンク３の温度が徐々に下がって氷結点に達し電流値の振れが小さくなる。
図５ではタンク３の水温が結氷温度以下で発生する製氷面２２の氷の掻き取り及び生成の状態を表している。この温度帯では製氷面２２に生成される氷はフレッシュな面ではなく凹みに残った残氷２６の上に生成されるため製氷面２２との固着力が弱く、氷生成の熱抵抗も大きくなるため生成量も少なくなりスクレーパー１２としては削りやすい氷となるので駆動モーター９の電流値も低下する。
図６のアイスゼネレーター電流対タンク温度の関係図においてタンク温度が０．７℃から−１．３℃の温度帯で駆動モーター９の電流値がノコギリ刃状になっているのは電磁弁６が開閉を繰り返した結果であり、−１．３℃で電流が落ち着いている。
図７の経過時間対タンク温度の関係図において＋２１℃より冷却をはじめ−１．９℃で終わる製氷全工程１９時間の中でこのように電流値が変動するのは約１時間１０分であり、率にして約６．１%程度にすぎない。
【００２９】
図８は本発明の第２実施形態の系統断面図を表すものである。図８において２７、２８は従来の標準的な容量の電磁弁・膨張弁回路に並列に設けられた容量の小さな電磁弁・膨張弁回路で、２７は電磁弁、２８は膨張弁、２９は温度リレーでタンク３に設けられた温度センサー３０より得られた情報により作動させる電磁弁を選択する。３０はタンク３に設けられた水の温度センサー、３１は電磁弁に供給する電源線である。その他は図１と同様であるから説明を省く。
【００３０】
次に動作について説明する。図８において製氷運転中のタンクの水温を温度センサー３０により検出し、その温度が特定の温度帯にあるときは冷媒回路の電磁弁６を閉じ、電磁弁２７を開くようにする。この温度帯で開く膨張弁２８は手動タイプでもよく容量が小さく冷媒が常時流れても循環水による氷の溶解能力以下の冷却能力を供給するようにしておけば温度リレーによる制御のみでも駆動モーター９の電流値をあるレベル以下に抑制し中断することのない製氷運転を実現することが出来る。
【００３１】
図９は本発明の第３実施形態の系統断面図を表すものである。図９において３２は電子膨張弁、３３はアイスゼネレーター１の冷媒出口のスーパーヒートをコントロールする通常の電子膨張弁のコントローラー、３４は予め設定した電流値と駆動モーター９の現在の電流値の偏差に応じて電子膨張弁３２の開度を調節するようにした電子膨張弁のコントローラー、３５はタンクに設けられた温度センサー３０の情報に基づき電子膨張弁３２のコントローラーをスパーヒート制御方式を選ぶか電流制御方式を選ぶかを決める温度開閉器である。その他は図１と同様であるから説明を省く。
【００３２】
次に動作について説明する。図９において製氷運転中のタンクの水温を温度センサー３０により検出し、その温度が特定の温度帯にあるときは温度開閉器３５により電子膨張弁３２をコントローラー３４に接続する。これにより駆動モーター９の電流現在値と設定値の偏差が大きい場合は電子膨張弁３２が開く方向に動き、偏差が小さい場合は締まる方向に動く。タンク３の水温が結氷温度＋２．０℃より高くまたは結氷温度より低い場合は温度開閉器３５により電子膨張弁３２をコントローラー３３に接続する。電流制御で電子膨張弁３２を作動させる場合は冷媒が流れても循環する原水による氷の溶解能力以下の冷却能力を供給するようにしておけば駆動モーター９の電流値をあるレベル以下に抑制し中断することのない製氷運転を実現することが出来る。
【００３３】
図１０は本発明の第４実施形態の系統断面図を表す。図１０において３６はアイスゼネレーター１の吐き出し側にある戻り送水管１６より分岐し、アイスゼネレーターの吸入側にある戻り送水管１５のポンプ１７とタンク３の間へ接続されるバイパス管、３７はバイパス管３６に設けられた電動弁、３８は吐き出し管１６のバイパス管３６の分岐部よりタンク側に設けられた流量制御弁、３９は循環ポンプ１７の吐き出し側の温度を検知して流量制御弁３６の開度を制御する流量制御装置、４０は流量制御弁３９の温度センサーである。その他は図１と同様であるから説明を省く。
【００３４】
次に動作について説明する。図１０において製氷運転中のタンク３の水温を温度リレー２０により検出し、特定の温度帯にあるときはバイパス回路３６の電動弁３７を開き、流量制御装置３９を作動させて温度センサー４０で検出した温度と設定値（たとえば−１．３℃）との偏差値に応じて流量制御弁３８を作動させる。ポイント４０の温度が２．０℃であれば流量調整弁３８を調節してアイスゼネレーター１の吐き出し流量の８０％を再循環し、２０％をタンクに流すようにし、温度センサー４０が検出した温度が下がるにつれて流量調整弁３８の開度を大きくし、再循環量を減らしてタンク３への流量を増やす。タンク３の温度が−１．３℃になったら電動弁３７を閉じて流量調整弁３８を全開する。バイパス管３６、送水管１５、１６およびアイスゼネレーター１内に含まれる水の量はタンク３に蓄えられる水量の数％に過ぎないから、このように再循環して冷却すると温度センサー４０の設置場所での水温が結氷温度（例−１．３℃）に達するのに数分とかからないから氷結ロックの可能性は極めて小さい。この実施例の利点は常に１００％の冷却能力で運転できるので製氷所要時間が最短になることである。
【００３５】
図１１は本発明の第５実施形態の系統断面図を表すものである。図１１において４１はアイスゼネレーター１の駆動系つまり駆動モーター９の出力軸とそれに接続されるローター１１の軸の一部に取り付けられたフライホイールである。その他は図１と同様であるから説明を省く。
【００３６】
次に動作について説明する。図１１においてフライホイール４１を設けたローター１１の駆動系は駆動モーター９により駆動される。タンク３の水温度が特定の温度帯にあるときは製氷面２２に硬くて固着力の大きい氷が生成されスクレーパー１２に大きな抵抗を与えるが、フライホイール４１の大きな慣性力により抵抗に打ち勝ち駆動モーター９は過電流保護リレーが働くことなく運転を続け中断のない製氷運転を実現する。この実施例の利点は常に１００％の冷却能力で運転できるので製氷所要時間が最短になることである。
【符号の説明】
【００３７】
１    アイスゼネレーター
２    冷凍機
３    タンク
４    冷媒液管
５    冷媒ガス管
６    液ライン電磁弁
７    膨張弁
８    蒸発圧力調整弁
９    ローターの駆動モーター
１０    アジテーターの駆動モーター
１１    ローター
１２    スクレーパー
１３    アジテーター
１４    蒸発器
１５    供給送水管
１６    戻り送水管
１７    循環水のポンプ
１８    駆動モーターの電流リレー
１９    電磁弁電源ラインの開閉接点
２０    タンクの温度リレー
２１    バネ
２２    蒸発器の製氷面
２３    特定の温度帯で生成された氷
２４    スクレーパーの先端
２５    スクレーパーの尾部
２６    凹みや引っ掻き傷に残留した氷
２７    冷媒液ラインバイパス回路の液ライン電磁弁
２８    冷媒液ラインバイパス回路の膨張弁
２９    温度リレー
３０    タンクの温度センサー
３１    液ライン電磁弁の電源線
３２    電子膨張弁
３３    スーパーヒート制御の電子膨張弁コントローラー
３４    電流値制御の電子膨張弁コントローラー
３５    電子膨張弁回路の温度リレー
３６    原水バイパス管
３７    原水バイパス管の電動弁
３８    流量制御弁
３９    流量制御弁の温度リレー
４０    供給送水管に設けられた温度センサー
４１    フライホイール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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