(57)【要約】【課題】アイスクリームフリーザの冷却器と熱源機との間に充填したアンモニア冷媒の使用量を減らすため、前記アンモニア冷媒を熱源機側アンモニア冷媒と冷却側アンモニア冷媒とに分け、その間に別の伝熱流体を介在させる構成とした満液式冷却によるアイスクリームフリーザを提供する。【構成】本発明のアイスクリームフリーザは、アンモニア冷媒を作動媒体として使用してアイスクリームを冷却するアイスクリームフリーザの冷却器３０と、冷却器３０へ冷熱を送給するアンモニア冷媒を作動媒体として使用する熱源機側冷凍サイクル４２と、両者の間に別の伝熱流体３５を介在させる第１熱交換器４１ａ又は４１ｂと、第２熱交換器３１とより構成する。【選択図】      図１
2005030622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンシングユニットよりなる熱源機と、該熱源機により形成されたアンモニア液冷媒の蒸発潜熱を使用して、アイスクリームの気液混合機である冷凍シリンダを冷却する満液式冷却器と、よりなるアイスクリームフリーザにおいて、
前記満液式冷却器に対するアンモニア冷媒による冷却過程に別の伝熱流体を介在させて、熱源機側アンモニア冷媒、中間伝熱流体、冷却器側アンモニア冷媒の順に前記満液式冷却器の冷却を行う構成とするとともに、
前記満液式冷却器の上側に液分離器を付設し、冷熱を放出したアンモニアガスの再液化を行う前記伝熱流体の熱交換器を前記液分離器内に内蔵させ、前記満液式冷却器と液分離器との間にループ型サーモサイフォンを形成する構成としたことを特徴とするアイスクリームフリーザ。
【請求項２】
前記伝熱流体は、前記熱源機側アンモニア冷媒により作動するブラインクーラに内蔵する食品向けブラインで構成したことを特徴とする請求項１記載のアイスクリームフリーザ。
【請求項３】
前記伝熱流体は、前記熱源機側アンモニア冷媒を高段側冷媒として作動するカスケード式二元圧縮冷凍サイクルの低段側ＣＯ２冷媒により構成したことを特徴とする請求項１記載のアイスクリームフリーザ。
【請求項４】
コンデンシングユニットよりなる熱源機と、該熱源機により形成されたアンモニア液冷媒の蒸発潜熱を使用して、アイスクリームの気液混合機である冷凍シリンダを冷却する満液式冷却器と、よりなるアイスクリームフリーザにおいて、
前記熱源機は、前記熱源機側アンモニア冷媒により稼働する冷凍サイクルと、該冷凍サイクルで形成された冷熱の熱交換により低温伝熱流体を得るカスケード熱交換器を形成する一の熱交換器と、該熱交換器により得られた低温伝熱流体との熱交換により前記冷却器側アンモニア冷媒を得る他の一の熱交換器とより構成し、
満液式冷却装置は、アイスクリームの気液混合機である前記冷凍シリンダを前記冷却用アンモニア冷媒で冷却する満液式冷却器と、該冷却器の上側に位置させループ状サーモサイフォンを形成するとともに、前記他の一の熱交換器を内蔵する前記液分離器と、より構成したことを特徴とする請求項１記載のアイスクリームフリーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア冷媒により直接冷却する満液式冷却装置を有するアイスクリームフリーザにおいて、アンモニアの使用量を減らすため、前記アンモニア冷媒を熱源機側アンモニア冷媒と冷却側アンモニア冷媒とに分け、その間に別の伝熱流体を介在させる構成とした満液式冷却によるアイスクリームフリーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にアイスクリームは、牛乳あるいは乳製品を原料とし、フレーバを除く各成分を混合タンクに導きタンク毎にミックスし、ついで連続殺菌工程を経てエージングタンクに送り一時的に貯蔵して熟成させる。ついでフリーザで、ミックス液に含まれた約６０〜６３％の水分中約５０％の水分を急速凍結し、微細な結晶を均一に分散させた上、ミックス液を充填包装に適した固さと温度の半固形状に凍結、且つアイスクリーム全体に一様に空気を混入させて適当なオーバーランを出すためフリーザを使用して凍結作業を行なっている。
則ち、３〜４℃にエージングされたミックス液は、フレーバリングされてフリーザに供給されたのち、通常−５℃前後でフリーザから吐き出される。フリーザでは出来る限り急速に水分を凍結、結晶化させており、アイスクリームの取り出し温度は−７〜−１０℃の極低温となる。
冷却方法としては、ブライン式とアンモニア、Ｒ１２、Ｒ２２の直接膨張式が多く使用されている。
【０００３】
フリーザより吐出されたアイスクリームは充填包装されるが、該アイスクリームには未凍結水が含まれており、緩慢凍結が行なわれると、ゆっくりと結晶化が進むため組織の粗い砂状の製品になってしまう。そのため、この水分を微細な結晶とするためにはできる限り短時間で凍結しなければならない。前記充填包装されたアイスクリームの硬化法としては一般に急速硬化法が使用され、プレート式接触硬化法、ブラスト・トンネル硬化法が多く使用されているが、トンネル内の保持温度を−４０℃前後の極低温にして使用する。
【０００４】
前記フリーザは図４に示すように、圧縮機５１と凝縮器５２と受液器５３とよりなる熱源機７０と、冷凍シリンダ５５と液分離器５６とよりなる満液式冷却器６０とより構成されている。
そして、熱源機７０により生成されたアンモニア液冷媒を受液器５３より満液式冷却器６０へ送り、前記アンモニア液冷媒の蒸発潜熱を使用して、アイスクリームの気液混合機である冷凍シリンダ５５を冷却してアイスクリームを得ている。
【０００５】
上記アイスクリームフリーザに関する提案には、種々あるが該フリーザ等の冷凍機器に使用するカスケード式冷凍装置に係わる提案がされている。（例えば特許文献１参照）
上記提案は、家庭用・業務用冷蔵庫、超低温フリーザ、冷凍ショーケース、理化学機器、バイオメディカル機器等への利用可能なカスケード式冷凍装置に関するもので、炭酸ガス冷媒の単独使用時のように高圧力の必要がなく、且つプロパン冷媒単独使用時での爆発の危険を防止したカスケード式冷凍装置を提供するものである。
上記構成は図５に示すように、高段側蒸発器６４と低段側凝縮器６６とを含むカスケードコンデンサＣを共通に設け、高段側循環回路Ａと低段側循環回路Ｂとを形成することでカスケード方式の二元冷凍回路を構成する。高段側循環回路Ａの冷媒として自然系冷媒（プロパン等の炭化水素系、アンモニア）を使用し、低段側循環回路Ｂの冷媒としては炭酸ガスを使用する。冷媒を一定温度まで冷却する補助コンデンサ６９を、カスケードコンデンサＣの低段側凝縮器６６の上流側に設置する。
高段側に自然系冷媒を使用し、低段側に炭酸ガスを使用したので、上記構成により、高圧作動の抑制と爆発の危険回避を可能にするとともに、低段側カスケードコンデンサ６９の前に補助コンデンサを設置することにより成績係数を向上させている。
【０００６】
また、上記提案以外にはアイスクリームの連続製造時におけるアイスクリームロスを低減する目的のもとになされた提案がある。（例えば特許文献２参照）
その構成は、アイスクリーム製造開始の際、まずアイスクリームフリーザ系内の塩素水を排出した後、冷却シリンダ内へアイスクリームミックスと空気を所定比率（容積）で供給し、所定量に達した後、該所定比率を維持しながら加圧試運転時と同じ圧力を保たせた状態でダッシャを回転させるとともに、冷却を開始する。
ついで、目的とするオーバーランのアイスクリーム形成後、当該アイスクリームを取り出し、その取り出し量に対応する量のアイスクリームミックスと空気を所定比率で所定圧をかけて供給し、連続運転に移行させることを特徴としたものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−９１０７４公報
【特許文献２】
特開平０７−１０７９１７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１記載の先行技術は、冷蔵庫、超低温フリーザ、冷凍ショーケース、理化学機器、バイオメディカル機器等への利用可能なカスケード式冷凍装置に関するもので、炭酸ガス冷媒の単独使用時のように高圧力の必要がなく、且つプロパン冷媒単独使用時での爆発の危険も防止できるカスケード式冷凍装置に関するもので、本発明のアイスクリームフリーザのアンモニア冷媒の充填量の削減に対する直接の目的とは異にするものである。
また、特許文献２記載の先行技術は、アイスクリームの連続製造時におけるアイスクリームロスを低減する目的のもとになされたもので、
特に運転開始に先立ち行う塩素水の取り出しと、アイスクリームミックスと該アイスクリームミックスとの所定比率を形成する空気量を供給し所定圧力の元に加圧、冷却とダッシャの回転を行い連続運転に移行させ、目的とする所定のオーバランを持つアイスクリームを得るようにした運転方法に関するもので、本願発明のアンモニア冷媒の充填量の削減に関するものでない。
【０００９】
ところが、図４に示す従来のアイスクリームフリーザは、熱源機と冷却器との間に多量のアンモニア冷媒を使用して直接冷却するようにしたもので、この冷媒充填量の削減が望まれている。
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、前記冷却器と熱源機との間に充填したアンモニア冷媒の使用量を減らすため、前記アンモニア冷媒を熱源機側アンモニア冷媒と冷却側アンモニア冷媒とに分け、その間に別の伝熱流体を介在させる構成とした満液式冷却によるアイスクリームフリーザの提供を目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明のアイスクリームフリーザは、
コンデンシングユニットよりなる熱源機と、該熱源機により形成されたアンモニア液冷媒の蒸発潜熱を使用して、アイスクリームの気液混合機である冷凍シリンダを冷却する満液式冷却器と、よりなるアイスクリームフリーザにおいて、
前記満液式冷却器に対するアンモニア冷媒による冷却過程に別の伝熱流体を介在させて、熱源機側アンモニア冷媒、中間伝熱流体、冷却側アンモニア冷媒の順に前記満液式冷却器の冷却を行う構成とするとともに、
前記満液式冷却器の上側に液分離器を付設し、冷熱を放出したアンモニアガスの再液化を行う前記伝熱流体の熱交換器を前記液分離器内に内蔵させ、前記満液式冷却器と液分離器との間にループ型サーモサイフォンを形成する構成としたことを特徴とする。
【００１１】
上記発明は、本発明の目的である従来の直膨式アイスクリームフリーザに見られたアンモニア冷媒の充填量削減を図るとともに、配管工事のコスト低減を図ったもので、
圧縮機、凝縮器とより熱源機を形成して冷媒の再液化を行うコンデンシングユニットと、再液化されたアンモニア液冷媒の蒸発潜熱を使用して、アイスクリームの気液混合機である冷凍シリンダを冷却する満液式冷却器と、よりなるアイスクリームフリーザにおいて、
前記満液式冷却器のアンモニア液冷媒の潜熱による冷却過程に別の伝熱流体を介在させて、熱源機側アンモニア冷媒、中間伝熱流体、冷却側アンモニア冷媒の順に冷熱を移行させ、前記満液式冷却器の冷却を行う構成とするとともに、
前記満液式冷却器の上側に液分離器を付設し、冷却時発生したアンモニアガスの再液化のための冷却を行う伝熱流体の熱交換器を前記液分離器内に内蔵させ、満液式冷却器と液分離器との間にループ型サーモサイフォンを形成する構成としたものである。
【００１２】
また、前記本発明のアイスクリームフリーザにおける、
前記伝熱流体は、前記熱源機側アンモニア冷媒により作動するブラインクーラに内蔵する食品向けブラインで構成するのが好ましい。
【００１３】
上記発明は、前記伝熱媒体に食品向けブラインを使用し、該伝熱流体は前記熱源機側アンモニア冷媒により作動するブラインクーラに充填内蔵させたものである。
【００１４】
そして、前記本発明のアイスクリームフリーザにおける、
前記伝熱流体は、前記熱源機側アンモニア冷媒を高段側冷媒として作動するカスケード式二元圧縮冷凍サイクルの低段側ＣＯ２冷媒により構成するのが好ましいしい。
【００１５】
上記発明は、前記伝熱流体には、高温側にＮＨ３冷媒を使用したカスケード式二元圧縮冷凍サイクルの低温側のＣＯ２冷媒により構成するようにしたもので、毒性、可燃性がなく、地球温暖化係数は炭化水素より小さく、且つフロン系冷媒と同等の効率を得るＣＯ２冷媒の使用により、容易に約−４０℃前後の冷却を可能にする。
【００１６】
そして、また、前記本発明のアイスクリームフリーザにおいて、
前記熱源機は、前記熱源機側アンモニア冷媒により稼働する冷凍サイクルと、該冷凍サイクルで形成された冷熱の熱交換により低温伝熱流体を得るカスケード熱交換器を形成する一の熱交換器と、該熱交換器により得られた低温伝熱流体との熱交換により前記冷却用アンモニア冷媒の液冷媒を得る他の一の熱交換器とより構成し、
満液式冷却装置は、アイスクリームの気液混合機である前記冷凍シリンダを前記冷却用アンモニア冷媒で冷却する満液式冷却器と、該冷却器の上側に位置させループ状サーモサイフォンを形成するとともに、前記他の一の熱交換器を内蔵する前記液分離器と、より構成するのが良い。
【００１７】
上記発明は、前記伝熱流体を、高温側にＮＨ３冷媒を持つカスケード式二元圧縮冷凍サイクルの低温側冷媒により構成した場合の本発明のアイスクリームフリーザの一実施例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明のアイスクリームフリーザの概略構成を示すブロック図で、図２は図１の冷却器側冷媒と熱源機側冷媒との間に別の伝熱流体を介在させた実施例の概略構成を示す図で、図３は図２の別の実施例の概略構成を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明のアイスクリームフリーザは、アンモニア冷媒を作動媒体として使用してアイスクリームを冷却するアイスクリームフリーザの冷却器３０と、該冷却器３０へ冷熱を送給するアンモニア冷媒を作動媒体として使用する熱源機側冷凍サイクル４２と、両者の間に別の伝熱流体３５を介在させる第１熱交換器４１ａ又は４１ｂと、第２熱交換器３１とより構成する。
前記熱源機側冷凍サイクル４２により生成された冷熱により第１熱交換器４１ａ又は４１ｂを介して別の伝熱流体３５を冷却し、冷却された別の伝熱流体３５は第２熱交換器３１である液分離器を介してアイスクリームフリーザの冷却器３０の冷却用アンモニアガス３０ａを冷却して、熱源機側冷凍サイクル４２より所用の冷熱をアイスクリームフリーザの冷却器３０へ送給して、アイスクリームを生成する。
上記構成により、熱源機側アンモニア冷媒４２ａにより別の伝熱流体３５を経由して冷却器側アンモニアガス３０ａへの冷熱の送給を行い、従来見られたアンモニア冷媒による直接冷却方式のアンモニアフリーザにおけるアンモニア冷媒量の削減を図り、配管工事の簡略化を可能にしている。
【００２０】
図２を参照して、本実施例に示すアイスクリームフリーザは、アイスクリームフリーザの冷却器３０と、
第１熱交換器４１ａよりなるブラインクーラを含むＮＨ３ブラインクーリングユニット４０ａと、第２熱交換器３１である液分離器とより構成する。
【００２１】
前記ＮＨ３ブラインクーリングユニット４０ａは、圧縮機１５と凝縮器１６と膨張弁１７とブラインクーラである第１熱交換器４１ａとにより、アンモニア冷媒を作動媒体として食品向けブラインを伝熱流体３５に使用して、
前記ＮＨ３ブラインクーリングユニット４０ａにより生成された冷熱により冷却された低温ブライン３５をブラインポンプ１８を介して前記第２熱交換器３１である液分離器へ送給して、該液分離器内に充満する圧力調整弁１２により調整された所定高圧のアンモニアガス３０ａを冷却して、低温アンモニア液冷媒３０ｂを生成する。
【００２２】
上記第２熱交換器３１である液分離器で低温ブライン３５により冷却生成された低温アンモニア液冷媒３０ｂは、落差Ｈによるサーモサイフォン効果により冷凍シリンダ１０ａを内蔵する満液式冷却器１０ｃとサージドラム１０ｂとよりなる冷却器３０へ導入され、フロート弁１０ｅを介して適切な液面を保持されるとともに、前記満液式冷却器１０ｃで沸騰蒸発して内蔵する冷凍シリンダ１０ａを急速冷却するとともにアンモニアガス３０ａを発生する。発生したアンモニアガス３０ａは、サージドラム１０ｂ、圧力調整弁１２を経由し第２熱交換器３１である液分離器へ還流する構成にしてある。
上記構成により、熱源機側冷凍サイクルを形成するＮＨ３ブラインクーリングユニット４０ａにおいて、熱源機側アンモニア冷媒によりブラインクーラである第１熱交換器４１ａ内の食品向けブライン３５を冷却し、冷却された低温ブラインは第２熱交換器３１である液分離器で冷却器３０よりの冷却器側アンモニアガス３０ａを冷却液化させ、液化した低温アンモニア液冷媒３０ｂは前記満液式冷却器１０ｃにサーモサイフォン効果により導入し還流・循環させて冷凍シリンダ１０ａ内のアイスクリームを急速冷却する。
【００２３】
図３は、図１の冷却器側冷媒と熱源機側冷媒との間に別の伝熱流体を介在させ且つ図２に示す実施例とは別の実施例の概略構成を示す図で、図に示すようにアンモニア冷媒を高段側作動媒体として作動するカスケード式二元圧縮冷凍サイクルは高段側ＮＨ３冷凍サイクルと、ＣＯ２冷媒を作動媒体とする低段側冷凍サイクルとにより行うようにしたものである。
図３に見るように、本実施例に示すアイスクリームフリーザは、
アイスクリームフリーザの冷却器３０と、
圧縮機２０と凝縮器２１と膨張弁２２と蒸発器２５とよりなる高段側ＮＨ３冷凍サイクル４０ｂと、
前記蒸発器２５を内蔵し、低段側ＣＯ２冷凍サイクルの凝縮器と結合してカスケード式二段圧縮冷凍サイクルを形成する第１熱交換器４１ｂであるカスケードコンデンサと、
前記低段側ＣＯ２冷凍サイクルの蒸発器２７を内蔵し第２熱交換器３１である液分離器と、より構成する。
【００２４】
前記カスケード式二元圧縮冷凍サイクルは、アンモニア冷媒を作動媒体とし、圧縮機２０と凝縮器２１と膨張弁２２と第１熱交換器４１ｂに内蔵されカスケードコンデンサを形成する蒸発器２５とよりなる高段側ＮＨ３冷凍サイクルと、
圧縮機２４と前記カスケードコンデンサに含まれる凝縮器と膨張弁２６と蒸発器２７とよりなり、前記凝縮器は高段側冷凍サイクルの蒸発器２５と第１熱交換器４１ｂであるカスケードコンデンサを形成する低段側ＣＯ２冷凍サイクルとより構成する。
【００２５】
上記構成によりカスケード式二元圧縮冷凍サイクルの高段側ＮＨ３冷凍サイクル４０ｂの稼働により得られた作動媒体ＮＨ３の冷熱を第１熱交換器４１ｂであるカスケードコンデンサで低段側冷凍サイクルの凝縮器の冷却に使用して、低温ＣＯ２の液冷媒を得て、膨張弁２６を経由し蒸発器２７より蒸発潜熱を放出し、前記蒸発器２７を内蔵する第２熱交換器３１である液分離器で、該液分離器内に充満する圧力調整弁１２により調整された所定高圧のアンモニアガス３０ａを冷却して、低温アンモニア液冷媒３０ｂを生成する。
この場合は、前記別の伝熱流体としたＣＯ２冷媒の使用により−４０℃前後のアイスクリームの硬化作業にも好適である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、上記構成により、アイスクリームフリーザのアンモニア充填量の削減を可能とするとともに、配管工事のコスト削減を可能とする効果を奏する。
また、カスケード式二元圧縮冷凍サイクルの使用により、前記他の伝熱流体として前記カスケード式二元冷凍サイクルの低段側ＣＯ２冷凍サイクルの冷媒ＣＯ２を使用することにより、高効率低温冷却を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアイスクリームフリーザの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の冷却器側冷媒と熱源機側冷媒との間に別の伝熱流体を介在させた実施例の概略構成を示す図である。
【図３】図２の別の実施例の概略構成を示す図である。
【図４】従来のアイスクリームフリーザの概略構成を示す図である。
【図５】従来の家庭用・業務用冷蔵庫、超低温フリーザ、冷凍ショーケース、理化学機器、バイオメディカル機器等への利用可能なカスケード式冷凍装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ａ    冷凍シリンダ
１０ｂ    サージドラム
１０ｃ    満液式冷却器
１０ｅ    フロート弁
１２      圧力調整弁
１５、２０、２４    圧縮機
１６、２１    凝縮器
１７、２２、２６    膨張弁
１８      ブラインポンプ
２５、２７      蒸発器
３０      冷却器
３１      第２熱交換器
３０ａ    アンモニアガス
３０ｂ    低温アンモニア液冷媒
３５      低温ブライン（伝熱流体）
４０ａ    ブラインクーリングユニット
４０ｂ    カスケード式二元圧縮冷凍サイクルの高段側冷凍サイクル
４１ａ、４１ｂ    第１熱交換器
４２      熱源機側冷凍サイクル
【図１】
2005030622.tif 000003
【図２】
2005030622.tif 000004
【図３】
2005030622.tif 000005
【図４】
2005030622.tif 000006
【図５】
2005030622.tif 000007