(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器の内部に過冷却水を供給するとともに、副流ラインから種氷を含む副流水を供給し、該過冷却水の過冷却を水中解除して氷を生成する製氷方法において、
前記過冷却解除終了後の残留過冷却水と生成氷核を含む混合液を直立状円柱容器の底部より噴出させ旋回流による渦流を形成させ、該渦流により前記混合液の撹乱と氷核との接触回数の向上により、残留過冷却水の過冷却解除の完了を前記円柱容器への投入から円錐状の上部容器部の上端に設けた取出し口より氷水を取り出す過程において前記円錐状の上部容器部により渦流を容器上部まで継続させて、前記渦琉により氷核に同伴する過冷却水は過冷却状態を解消させることを特徴とする水中過冷却解除による製氷方法。
【請求項２】
直立状円柱容器と密閉容器をバイパス管流路で結合し、該管流路に付設した氷核生成手段を介して新たに氷核を過冷却残留水内に生成させ前記密閉容器に還流させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の水中過冷却解除による製氷方法。
【請求項３】
密閉容器の内部に過冷却水を供給するとともに、副流ラインから種氷を含む副流水を供給し、該過冷却水の過冷却を解除して氷を生成する水中過冷却解除による製氷装置において、
過冷却器より送給された過冷却水の水中過冷却解除をする密閉容器を水平状に設け、該容器の出口に設けたノズルより残留過冷却水と生成氷を含む混合液を底部の外周接線方向に取り入れるようにした直立状円柱容器を設ける構成とし、該円柱容器は上端の氷水の取出し口に至る上部容器部を円錐状に形成し、
前記直立状円柱容器の底部に接線方向に噴出口を形成する前記密閉用器からのノズルにより噴出状に導入された氷核を含む残留過冷却水を、前記円柱容器内で旋回流により渦流を形成するとともに、円錐状の上部容器部により渦流を容器上部まで継続させて、前記渦琉により氷核に同伴する過冷却水は過冷却状態を解消させることを特徴とする構成としたことを特徴とする水中過冷却解除による製氷装置。
【請求項４】
前記直立状円柱容器と密閉容器との間には、バイパスを設けるとともに、該バイパスには過冷却解除促進用の誘発機構を付設する構成としたことを特徴とする請求項３記載の水中過冷却解除による製氷装置。
【請求項５】
前記誘発機構は、前記バイパスを介して還流する過冷却水に、急激な圧力差を与える自動絞り弁機構を設ける構成としたことを特徴とする請求項４記載の水中過冷却解除による製氷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱槽の水または水溶液を使用して過冷却器を介して得られた過冷却水を容器内に収容した後、水中で連続的に過冷却状態を解除して製氷する製氷方法と製氷装置において、過冷却水を残すことなく確実に過冷却解除を行い、残留過冷却水により惹起される下流流路の閉塞等の問題点を排除した、水中過冷却水の解除による製氷方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中過冷却解除を行う場合、解除しきれない過冷却水と氷が混在した残留過冷却状態が存在し、該残留過冷却状態が維持されたまま、下流へ放出された場合、過冷却解除部より氷蓄熱槽にいたる下流側流路の管壁への氷の付着と、付着した氷の成長による前記流路内の閉塞の形成を惹起する。
即ち、過冷却が解消するまでの間、壁面に付着した氷は周囲の過冷却水と接触することで成長を促進されていく。このとき、流速の遅い壁面で成長した氷結晶は壁面との間の付着力が大きくなるため剥離しづらくなり、この状態が長く続くと壁面全体に氷が付着し流路を狭めることになる。
上記壁面に付着成長した氷の剥離にはかなりの圧力が必要であるばかりでなく、シャーベット状氷が流体抵抗によって圧密化されていく。そして、ついには配管閉塞をもたらす。このように水中解除では下流の配管閉塞等を防ぐ制御技術を必要としている。
【０００３】
上記残留過冷却解除の手段としては、特開平５−１４９６５３号公報に開示されている。
【０００４】
残留過冷却度に起因する水中解除装置下流の氷堆積に対する方法として、水中解除装置下流配管の特定領域に氷付着防止処理を施すか、または配管形状を特定するなどの処理を行う必要があった。
【０００５】
また、前記特開平５−１４９６５３号公報開示の発明においては、図３に示す過冷却解除後の下流に過冷却解消完了部を設ける構成としたもので、
その構成は、図の（Ａ）に示す場合は、水中過冷却解除部１０８の下流に設けた、管径絞り部１１０経由後円筒拡大部１０９ａを設け、その後拡大前の管径にテーパ状に絞るテーパ状絞り部１０９ｂとよりなる過冷却解消完了部１０９を設ける構成としたもので、過冷却解消後の水の流れを急激に拡大させ生じた乱流による撹拌作用を介して過冷却完全解消を促進させる構成としている。
また、図の（Ｂ）の場合は、図の（Ａ）と同じように管径絞り部１１０の経過後、急拡大部１０９ａ１、１０９ａ２よりなる複数拡大部を設ける構成としたものである。
また、図の（Ｃ）の場合は、図の円筒拡大部１０９ａの下流側に中央に乱流を形成する衝突部材１０９ｃを設ける構成としたものである。
則ち、過冷却解消完了部１０９は流路断面積を急拡大する拡大部を複数設け、または該急拡大部の下流に衝突部材を設ける構成とし、前記急拡大部により乱流に伴う撹拌により過冷却の完全解消を試みている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記提案を見るに過冷却解除後の流路拡大による解消時間の拡大を図るとともに、流路内の水流に撹拌作用をもたらし残留度の解消を行う提案がなされているが、装置の大型化と複雑化をもたらし、解消部での閉塞を惹起する問題もある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、過冷却水の水中過冷却解除後完全過冷却解消を図り、下流の氷蓄熱槽への送給過程及び、蓄熱槽よりの過冷却水生成過程における流路の閉塞凍結等を排除した、水中過冷却解除による製氷方法と製氷装置の提供を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の水中過冷却解除による製氷方法は、密閉容器の内部に過冷却水を供給するとともに、副流ラインから種氷を含む副流水を供給し、該過冷却水の過冷却を水中解除して氷を生成する製氷方法において、
前記過冷却解除終了後の残留過冷却水と生成氷核を含む混合液を直立状円柱容器の底部より噴出させ旋回流による渦流を形成させ、該渦流により前記混合液の撹乱と氷核との接触回数の向上により、残留過冷却水の過冷却解除の完了を前記円柱容器への投入から円錐状の上部容器部の上端に設けた取出し口より氷水を取り出す過程において前記円錐状の上部容器部により渦流を容器上部まで継続させて、前記渦琉により氷核に同伴する過冷却水は過冷却状態を解消させることを特徴とする。
【０００９】
前記請求項１記載の発明は、本発明の目的である、水中過冷却解除の際発生する解除しきれない残留過冷却水の完全解除に係る製氷方法について記載したもので、その製氷方法は、
過冷却器より密閉容器の内部に過冷却水を供給するとともに、副流ラインから種氷を含む副流水を供給し、該過冷却水の過冷却を前記密閉容器内で水中解除して氷を生成する製氷方法において、
前記水中過冷却解除終了後の残留過冷却水と生成氷核を含む混合液を直立状円柱容器の底部より噴出させ旋回流による渦流を形成させ、該渦流により前記混合液の氷核と過冷却水との接触回数は通常の流れに対する場合よりも格段に増加する。その結果前記混合液の円柱容器投入から上部取出し口より取り出すまでの過程において、残留過冷却水の過冷却解除を完了するようにしたものである。
【００１０】
また、前記請求項１記載の残留過冷却水の過冷却完全解除をする直立状円柱容器は、好ましくは、密閉容器をバイパス管流路で結合し、該管流路に付設した氷核発生手段を介して新たに氷核を過冷却残留水内に生成させ前記密閉容器に還流させるようにするのが良い。
【００１１】
前記発明は、前記直立状円柱容器に付設する過冷却解除促進用のバイパスの付設について、記載したもので、
残留過冷却水の過冷却解除に使用する氷核を残留過冷却水に混入させるため、氷核発生手段を持つバイパスを使用して確実な過冷却解除を可能にしたものである。
【００１２】
そして、前記請求項１、２記載の製氷方法を使用する好適な製氷装置は、密閉容器の内部に過冷却水を供給するとともに、副流ラインから種氷を含む副流水を供給し、該過冷却水の過冷却を解除して氷を生成する水中過冷却解除による製氷装置において、
前記密閉容器より残留過冷却水と生成氷を含む混合液を底部に切線方向に所定流入速度で取り入れ旋回流による渦流を形成させる直立状円柱容器を設け、該容器の上部に氷核取出し口を備える構成としたことを特徴とする。
【００１３】
前記請求項３記載の発明は、密閉容器の内部に過冷却水を供給するとともに、副流ラインから種氷を含む副流水を供給し、該過冷却水の過冷却を解除して氷を生成する水中過冷却解除による製氷装置において、
過冷却器より送給された過冷却水の水中過冷却解除をする密閉容器を水平状に設け、該容器の出口に設けたノズルより残留過冷却水と生成氷を含む混合液を底部の外周接線方向に取り入れるようにした直立状円柱容器を設ける構成とし、該円柱容器は上端の氷水の取出し口に至る上部容器部を円錐状に形成し、
前記直立状円柱容器の底部に接線方向に噴出口を形成する前記密閉用器からのノズルにより噴出状に導入された氷核を含む残留過冷却水を、前記円柱容器内で旋回流により渦流を形成するとともに、円錐状の上部容器部により渦流を容器上部まで継続させて、前記渦琉により氷核に同伴する過冷却水は過冷却状態を解消させることを特徴とする構成としたことを特徴とする。
【００１４】
上記渦流により、導入された氷核を含む残留過冷却水の混合液は撹拌され、氷核は内壁面から中央軸芯に向け、流れに沿って集まり、且つ密度の小さい氷核は上昇渦流を形成し、壁面に付着しても流路面積が大きいことと壁面付近での流速が渦流により確保されているため、圧密することなく剥離し中央軸芯に集中していく。
この過程で残留過冷却水は、氷核と頻繁に接触し前記氷核が上部出口に到達する時点で氷核に同伴する過冷却水は過冷却状態を完全に解消する。なお、前記上部円錐状上部構造により渦流を上部まで継続するようにしてある。
【００１５】
また、前記請求項３記載の直立状円柱容器は、好ましくは、上部に氷水の取出し口とエア抜きを形成する円錐形状出口を備える（上端の氷水の吐出口に至る上部容器部を円錐状に形成する）一方、その容器寸法は残留過冷却水の残留度に対応して設定可能とするのが良い。
【００１６】
前記発明は、本発明の残留過冷却水の過冷却状態の完全解除を行う直立状円柱容器の好適寸法設定の要件を記載したもので、
前記密閉容器の出口ノズルの流速と前記円柱容器の容器断面によって前記渦流による氷核の浮上面速度を決定することが出来るとともに、一方前記氷核が底部投入時より出口に到達する滞留時間は残留過冷却水の過冷却度に対応し一義的に決定でき、斯くすることにより好適な容器寸法を持つ直立状容器を設け、残留過冷却水の完全解除を確実に行うことができる。
【００１７】
また、前記請求項３記載の直立状円柱容器と密閉容器との間には、バイパスを設けるとともに、該バイパスには過冷却解除促進用誘発機構を付設する構成とするのが好ましい。
【００１８】
前記発明は、前記した残留過冷却水の解除を該過冷却水の過冷却度に随意対応させるため、バイパス還流路を設け該流路に過冷却解除による氷核の発生を促進する誘発機構を付設するようにしたものである。
【００１９】
また、前記発明の誘発機構は、好ましくは、前記バイパスを還流する過冷却水に、急激な圧力差を与える自動絞り弁機構を設けるのが良い。
【００２０】
前記発明は、前記誘発機構の構成について記載したものである。
【００２１】
【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、本発明の残留過冷却水の過冷却完全解除を可能とした水中過冷却解除による製氷装置の概略の構成を示す図で、図２は図１の残留過冷却解除促進用の誘発装置の概略構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すように本発明の水中過冷却解除による製氷装置は、製氷された氷を貯留する氷蓄熱槽１９と、前記氷蓄熱槽より給水を受け過冷却水を形成し、該過冷却水の水中解除により氷の生成に際し残留過冷却水を発生する残留過冷却水発生部１１と、残留過冷却水の完全解除をする完全解除部１０と、完全解除部１０と氷蓄熱槽１９を結ぶ氷水ライン１８と、氷蓄熱槽１９と残留過冷却水発生部１１を結ぶポンプ２０ａを備えた水ライン２０とより構成する。
【００２３】
前記残留過冷却水発生部１１は、主ライン１２と、水中解除器１４と、副流ライン１３とより構成する。
上記主ライン１２は、
図示していない混入している氷を溶かす予熱器を備えた水ライン２０にポンプ２０ａを介して氷蓄熱槽１９より過冷却用の水を導入し、さらに図示していないフィルタを介して混入している固形物を除去して主ライン１２の過冷却器１２ａに導入して過冷却水を生成し、生成した過冷却水を主流路１２ｂを介して水中解除器１４へ送給し過冷却水の水中解除をする。
そして、水中解除器１４は、密閉容器であって、前記主ライン１２より過冷却水の給水を受けるとともに、種氷生成部１３ａと副流路１３ｂよりなる副流ライン１３より種氷を含む副流水の補給を受け、前記過冷却水の過冷却の水中解除を行い、解除しきれない残留過冷過冷却水と生成氷を含む残留混合液を前記完全解除部１０に送給する構成にしてある。
【００２４】
ところで、前記水中解除器１４においては、過冷却解除が仕切れない残留過冷却水を、前記水中解除器１４より直接氷蓄熱槽１９へ搬入した場合、
水中解除器１４より氷蓄熱槽１９にいたる下流側流路の管壁への氷の付着と、付着した氷の成長による前記流路内の閉塞を形成する問題があり、
また、過冷却状態が維持されたまま蓄熱槽まで戻され、再度過冷却水生成用熱交換器へ還流された場合、該熱交換器での凍結発生の問題がある。
【００２５】
前記完全解除部１０は、前記問題点の完全解決のため、前記水中解除器１４と氷蓄熱槽１９の前段に設けた氷水ライン１８を介在させたものである。
図１、図２に見るように、完全解除部１０は、渦流解除器１５と誘発装置１７とバイパスライン１６とより構成してある。
【００２６】
図２に見るように、前記渦流解除器１５を構成する直立状円柱容器は、上部側に氷水の取出し口とエア抜きを備えた上部円錐部１５ａを、又底部側に底部側壁１５ｃに切線方向の吸入口を備えた直立円柱１５ｂとより構成する。
【００２７】
したがって、上記構成にしてあるため、前記密閉容器である水中解除器１４のノズル１４ａの流速と前記円柱容器の容器断面によって前記渦流１５ｄによる氷核の浮上面速度を決定することが出来るとともに、一方前記氷核が底部投入時より上部の出口に到達する滞留時間は残留過冷却水の過冷却度に対応し一義的に決定できる。
斯くすることにより好適な容器寸法を持つ直立状容器を設け、残留過冷却水の完全解除を確実に行うことができる。
【００２８】
前記誘発装置１７は、渦流解除器１５よりバイパスライン１６を介して過冷却水の一部を誘発装置１７を経由させ、誘発装置１７により氷核を生成させ水中解除器１４へ還流させ、過冷却状態解除の促進ないし、過冷却度の変動に対応させる構成にしている。
その構成は、絞り弁１７ｂと電磁弁１７ａの並列管路と搬送ポンプ１７ｃとよりなり、誘発は過冷却器１２ａの出口水温度を直接測定して行う。
所定の過冷却度（約０．３℃以下）を検知した場合は、副流ライン１３の流れを遮断し、バイパスライン１６を開き搬送ポンプ１７ｃを起動させ、過冷却水はバイパスされバイパスラインから水中解除器１４に流れこむが、前記ポンプ１７ｃのみの作動では過冷却解除が誘発されない。
この場合、前記電磁弁１７ａを一定周期で開閉させ、予め設定してある絞り弁１７ｂ前後の流量を前記電磁弁の開閉の都度瞬間的に急変させ、過冷却解除を行うようにしてある。
【００２９】
前記一連の動作により搬送ポンプ１７ｃの吸入側には大なる圧力変動を生じ、その結果過冷却が解除され、氷核が生成される。生成された氷核は水中解除器１４に送られ水中解除器１４内での過冷却は順次解除されていく。
一度解除された過冷却状態は滞留している水や付着・剥離していく氷を種氷とするためさらに誘発する必要はない。そのため、誘発終了後はバイパスライン１６を閉じ副流ライン１３には氷蓄熱槽１９からの冷水が供給される構成にしてある。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、過冷却水の水中過冷却解除後残留過冷却水の完全過冷却解除を行うことができ、下流の氷蓄熱槽への送給過程及び、蓄熱槽よりの過冷却水生成過程における流路の閉塞凍結等を排除することできる。
また、残留過冷却水の過冷却解除に直立状円柱内における渦流旋回流による氷核の接触増加を介して、前記氷核が壁面に付着しても流路断面積が大きいことと壁面付近の流速が渦流により確保されていることから、圧密することなく剥離し中央軸芯に集まり、帯同する残留過冷却水の過冷却解除を可能にしている。
斯くすることにより好適な容器寸法を持つ直立状容器を設け、残留過冷却水の完全解除を確実に行うことができる。
また、誘発装置の付設により、過冷却状態解除の促進ないし、過冷却度の変動に対応させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の残留過冷却水の過冷却完全解除を可能とした水中過冷却解除による製氷装置の概略の構成を示す図である。
【図２】  図１の残留過冷却解除促進用の誘発装置の概略構成を示す図である。
【図３】  従来の製氷装置における過冷却解除後の下流に設けた過冷却解消完了部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０    完全解除部
１１    残留過冷却水発生部
１２    主ライン
１３    副流ライン
１４    水中解除器
１５    渦流解除器
１６    バイパスライン
１７    誘発装置
１８    氷水ライン
１９    氷蓄熱槽
２０    水ライン
【図１】
0003949917.tif 000002
【図２】
0003949917.tif 000003
【図３】
0003949917.tif 000004