(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に形成された液通路を流れる溶液と、該液通路と壁部を隔てて形成された冷媒通路を流れる冷媒とを熱交換して、前記溶液から氷を生成するように構成された製氷器において、
前記液通路は、前記ケーシングを平面方向で複数に区画してなる複数個の平行な通路に形成されてなり、該複数の液通路を上端部及び下端部で変向させて連通して、前記ケーシングに設けられた液入口から該複数の液通路を順に通って液出口に接続される単一の連続した連通路に構成し、さらに、前記ケーシングの前記上部変向部の上方に前記液通路と氷取出部との間を開閉するふたを設けたことを特徴とする製氷器。
【請求項２】
前記ケーシングは、前記複数の液通路が設けられるとともに、該液通路と壁部を隔てて冷媒を通流するための冷媒通路が設けられた本体ケーシングと、該本体ケーシングの上部に固着され前記複数の液通路を流れる溶液の上部側の変向部が設けられるとともに、前記ふたとの接脱部が上部に設けられた上部ケーシングと、該本体ケーシングの上部に固着され前記複数の液通路を流れる溶液の下部側の変向部が設けられた下部ケーシングとにより構成されてなる請求項１記載の製氷器。
【請求項３】
前記ふたとケーシングとの接脱部に近接して、冷媒が通流する冷媒通路を設けてなる請求項１または２記載の製氷器。
【請求項４】
前記冷媒通路は、前記上部ケーシングの前記ふたとの接脱面に近接した内部及び前記ふたの内部に設けられてなる請求項３記載の製氷器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーシング内に冷媒との熱交換により氷を生成する溶液が通流される複数の液通路を、単一の連続した液通路に構成した製氷器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水溶液と冷媒との過冷却状態での熱交換により、水溶液から氷結晶を析出させる製氷器において、冷媒の流速を早め、かつ冷媒の蒸発を迅速に行わせることによって効率的に製氷を可能にし、ひいては凍結濃縮工程の迅速かつ効率的な実施を可能とした製氷器として、本件出願人が特願平９−２００７６９号にて提案した発明がある。
【０００３】
かかる発明においては、中空部を有し、かつ上下端部の内側に前記中空部に通ずる凹部を設けた外筒と、０．５〜２．０ｍｍ程度の間隙を介して前記中空部に挿通され、かつ外周に凹凸面を有すると共に上下端部が前記凹部より突出する内筒とを備え、前記外筒には前記上方凹部に開口する冷媒導入口と、下方凹部に開口する冷媒排出口とを設け、かつ前記外筒の上方に前記内筒の内部に通ずる冷却用水導入口を設け、前記冷媒導入口から前記上方の凹部を通じて冷媒を前記微小間隙に通過させて前記冷媒排出口に導き、同時に冷却用水を上方から前記内筒の内壁面に沿って降下させながら前記内筒の内壁面に氷結晶を析出可能とし、さらに前記外筒には複数の中空部を備え、各中空部に０．５〜２．０ｍｍ程度の間隙を介して前記内筒を挿通している。
【０００４】
そして、該発明においては、前記のように構成されたことにより、外筒の中空部と内筒との微小間隙を介して冷媒が流れる。また、微小間隙では、冷媒の蒸発が迅速に行われる。同時に内筒の外周の凹凸面で冷媒が迅速に蒸発することにより伝熱効率を高める。外筒の冷媒導入用の凹部を通じて微小間隙に冷媒を導くことによって、冷媒はこの凹部により適正に分配される。これにより、効率的な冷凍濃縮が実現する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術においては、複数の内筒内に溶液を収容し、該溶液をエアによって攪拌（バブリング）しながら該内筒内を流下させ、該内筒の外側の冷媒通路を流れる冷媒と熱交換することによって氷を生成しているため、氷の生成に外気の影響を受け易く、気温の差が大きい夏季と冬季とでは氷の生成量や品質に差異が生ずる傾向にある。
【０００６】
また、かかる従来技術においては、前記内筒内に設けられた複数の溶液通路における溶液の流下速度にばらつきが生じ易く、これによって、冷媒との熱交換量も各通路でばらつきが生じることとなって、各通路で生成される氷の量や品質が均一にならないという問題点も有している。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ケーシング内に、冷媒との熱交換により氷を生成する溶液が通流される複数の液通路を設けた製氷器において、前記複数の液通路のそれぞれを均一な速度で溶液が流動するようにするとともに、従来技術のようなバブリングによる攪拌を不要として、外気の状態に影響されることなく均一で高品質の氷を多量に製造可能とした製氷器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、ケーシングの内部に形成された液通路を流れる溶液と該液通路と壁部を隔てて形成された冷媒通路を流れる冷媒とを熱交換して、前記溶液から氷を生成するように構成された製氷器において、前記液通路は、前記ケーシングを平面方向で複数に区画してなる複数個の平行な通路に形成してなり、該複数の液通路を上端部及び下端部で変向させて連通して、前記ケーシングに設けられた液入口から該複数の液通路を順に通って液出口に接続される単一の連続した連通路に構成し、さらに、前記ケーシングの前記上部変向部の上方に前記液通路と氷取出部との間を開閉するふたを設けたことを特徴とする製氷器を提案する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明におけるケーシングの具体的構成に係り、請求項１において、前記ケーシングは、前記複数の液通路が設けられるとともに、該液通路と壁部を隔てて冷媒を通流するための冷媒通路が設けられた本体ケーシングと、該本体ケーシングの上部に固着され前記複数の液通路を流れる溶液の上部側の変向部が設けられるとともに、前記ふたとの接脱部が上部に設けられた上部ケーシングと、該本体ケーシングの下部に固着され前記複数の液通路を流れる溶液の下部側の変向部が設けられた下部ケーシングとにより構成されてなる。
【００１０】
かかる発明において、複数の液通路は、前記ケーシングを縦方向（鉛直方向）に該通路が形成されるように分割して形成された中空部に、該中空部間の隔壁面に対して一定の間隙を存して挿設された内筒の内部に形成され、また、該内筒の外周面と前記中空部の隔壁との間には冷媒通路を形成し、該冷媒を前記複数の内筒内を流れる溶液の流動方向に対して冷媒が直交流の成分をもって流れるように構成するのが好ましい。
【００１１】
また、前記各内筒の外周面を凹凸状面として冷媒との熱交換のための伝熱面積を増加するのがよい。
【００１２】
また、かかる発明において、ケーシングに設けられた複数の液通路は、前記ケーシング内において、溶液の流動方向に直角な平面において、幅方向に２列、奥行き方向に複数列になるように設け、該ケーシングの外壁よりの一方から溶液を導入して各連通路を直列に流した後、２列の他方からこれを導出するように構成するのが好ましい。
【００１３】
請求項３記載の発明は、前記ふたの構成に係り、請求項１または２において、前記ふたとケーシングとの接脱部に近接して、冷媒が通流する冷媒通路を設けてなる。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は請求項３において、前記冷媒通路は、前記上部ケーシングの前記ふたとの接脱面に近接した内部及び前記ふたの内部に設けられてなる。
【００１５】
かかる発明によれば、溶液はケーシングの外壁に設けられた液入口から複数の液通路の１つに入り、上部ケーシング及び下部ケーシングの変向部にて向きを変えながら本体ケーシング内の複数の液通路、並びに上部ケーシング及び下部ケーシングの複数の液通路を直列にかつ一方向に流れる。
【００１６】
そして前記溶液は、前記複数の液通路を一方向に流動しつつ、該液通路の壁部を隔てて形成された冷媒通路を流れる冷媒と熱交換を行う。
かかる熱交換時において、冷媒によって過冷却温度に保持された前記各液通路の内部で溶液中の水分が氷結晶として析出して板状に積層していき、該通路の内壁に板氷が形成される。
【００１７】
かかる発明においては、複数の液通路を単一の連続した一方向流の連通路に形成しているので、該液通路の全長において溶液の流速を均一に保持することができて、全ての液通路において冷媒との熱交換が一様になされ、各液通路に生成される氷が均一な品質でかつ生成量も均一となる。
【００１８】
また、請求項３ないし４記載の発明によれば、各液通路を冷媒温度をコントロールすることによって開閉可能なふたによって開閉するように構成したことにより、前記のように製氷時にはふたを閉じることによってケーシング内の液通路を外気と遮断して、前記のように、複数の液通路を単一の連続した一方向流の連通路に構成することができ、これによって外気状態の影響を受けることなく氷の製造を行うことができ、品質が安定した氷を製造することができる。
【００１９】
前記ふたの開閉については、請求項３ないし４記載のように、該ふたとケーシングとの接脱部近傍及びふたの内部に冷媒通路を設けているので、製氷時にはふたとケーシングとの接脱部は低温の冷媒によって凍結されることにより固着されており、従って液通路と外気とが遮断され上記のような製氷動作が外気の影響を受けることなくなされる。
【００２０】
また、液通路の液面をふたの近傍に保持し、前記冷媒回路をヒートポンプ回路として冷媒温度を上昇させると、前記のようにして凍結していたふたとケーシングとの接脱部の氷が融解するとともに、液通路内の氷も前記冷媒の昇温によって通路壁から剥離されて液面上に浮上する。そして、この氷の浮力でふたが開かれ、該氷は氷出口ダクト内に押出され、クラッシャによって粋断されて使用先に送られる。
従って、冷媒回路を冷凍サイクルとヒートポンプサイクルとに切り換えることによって、ふたの開閉を自動的に行うことができる。
【００２１】
また、製氷時においては、前記のように各液通路を単一の連続した連通路に構成し、ポンプを使用して溶液を循環させるのみで製氷が可能となるため、従来技術のようなバブリング用エアの供給のためのコンプレッサやエアタンク等の設備が一切不要となり、装置コストが低減されるとともに、溶液を緩やかな速度で前記液通路を循環させるためのポンプ駆動用のエネルギのみで済み、エネルギコストも低減される。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は本発明の実施形態にかかる製氷器の縦断面図（図４のＡ−Ａ線断面図）、図２はふた装着部の拡大断面図、図３は図２のＣ矢視図、図４は図１のＢ−Ｂ線断面図、図５はケーシングの構造及び溶液の流れを示す分解斜視図である。
【００２４】
図１において、１は本体ケーシング、２は上部ケーシング、３は下部ケーシングであり、該上部ケーシング２は本体ケーシング１の上部フランジ１ａに複数のボルト（不図示）によって固着され、また下部ケーシング３は本体ケーシング１の下部フランジ１ｂに複数のボルト（不図示）によって固着されている。
【００２５】
前記本体ケーシング１には、図４に示すように複数の（この実施形態では８個）の中空部３２がその長手方向（鉛直方向）に平行に形成されている。そして、各中空部３２は通路３２ａによって互いに連通されている。
また、各中空部３２には外周が伝熱面積拡大用の凹凸面とされた内筒１５が該中空部３２の内壁面１６と後述する冷媒通路２０となる隙間を存して挿着されている。
さらに、前記各内筒１５の内部には製氷用の溶液が通流する液通路１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、……１０ｈが形成されている。
【００２６】
前記本体ケーシング１の液通路１０ａ、１０ｂ、……１０ｈの配置は、図５に示すように、幅方向に２列、奥行き方向に４列（必ずしも４列でなくてもよい）設けられ、各液通路１０ａ、１０ｂ、……１０ｈの上部開口部及び下部開口部は、後述するように、上部ケーシング２の液通路１０及び下部ケーシングの液通路１０に連通されている。
【００２７】
２０は冷媒通路である。該冷媒通路２０は、本体ケーシング１において、前記各中空部３２に挿設された内筒１５の外周面（凹凸面１６）と該中空部３２の内壁面との間に、該本体ケーシング１の全長に亘って設けられ、各中空部１２が通路３２ａにて連通されることにより、それぞれの冷媒通路２０も水平方向（図４の紙面の方向）において連通されている。
【００２８】
前記下部ケーシング３には、前記本体ケーシングの内筒１５内の各液通路１０ａ、１０ｂ、……１０ｈから下方に延長された形で液通路１０が設けられている。この液通路１０は、図５に示すように、前記本体ケーシング１の各液通路１０ａ、１０ｂ、……１０ｈのそれぞれに連通し、その底面でかつ溶液が上下に変向できるように、該通路１０ｂと１０ｃ、１０ｄと１０ｅ、及び１０ｆと１０ｇの３組が、それぞれ連通された形状となっている。
【００２９】
そして該下部ケーシング３における、前記本体ケーシング１の外壁よりの液通路１０ａに連通される液通路１０の下部には液入口１５ａが設けられ、前記本体ケーシング１の液通路１０ｈに連通される液通路１０の下部には液出口１６ａが設けられている。
また、該下部ケーシング３の前記各液通路１０の周囲には壁部３ａを隔てて冷媒通路２０が設けられ、該冷媒通路２０は前記本体ケーシングの冷媒通路２０に連通されている。
【００３０】
一方、上部ケーシング２には、図示を省略したが、図５に示すような下部ケーシング３の液通路１０と同様に、溶液流が該上部ケーシング２のふた８ａ、８ｂの下面で変向するようにするため、本体ケーシング１の１０ａと１０ｂ、１０ｃと１０ｄ、１０ｅと１０ｆ、１０ｇと１０ｈとがそれぞれ連通するような４個の液通路１０が設けられている。
また、該上部ケーシング２の各液通路１０の外側には、冷媒が通流する冷媒室２１及び２５が設けられ、外側の冷媒室２１は本体ケーシング１の外側の冷媒通路２０に連通され、中央部の冷媒室２５は本体ケーシング１の中央部の冷媒通路２０に連通されている。
【００３１】
１７は冷媒入口で、前記上部ケーシング２の上部に設けられ、上部ケーシング２の冷媒室２５を介して本体ケーシング１内の冷媒通路２０に接続されている。また１８は冷媒出口で、前記下部ケーシング３の中央の冷媒通路２１に開口し、該冷媒通路２１を介して本体ケーシング１の冷媒通路２０に接続されている。
【００３２】
８ａ、８ｂはふたである。該ふた８ａ、８ｂは、前記上部ケーシング２の上面に接脱して前記上部ケーシング２の液通路１０を開閉するようになっている。該ふた８ａ、８ｂは、図１〜図３に示すように、前記上部ケーシング２の上部に取付けられた支軸９を介して該支軸９廻りに回動自在に支持されている。
【００３３】
また、該ふた８ａ、８ｂの内部には、図１〜図３に示すように、冷媒が通流する冷媒室１９が形成されている。図３において２６ａは該冷媒室１９に冷媒を導入するための冷媒管、２６ｂは該冷媒室１９の冷媒を導出するための冷媒管である。
【００３４】
図２において、前記上部ケーシング２の前記ふた８ａ、８ｂとの接脱面２７には水分を導入するためのＶ字状の溝２６、２６がその奥行き方向（支軸９の軸心方向）に形成されている。また前記上部ケーシング２の冷媒室２５及びふた８ａ、８ｂの冷媒室１９は、前記接脱面２７及びＶ字状の溝２６に極力近接させて設け、該接脱面２７及び溝２６を冷媒により効果的に冷却あるいは加熱可能としている。
【００３５】
図１において、１３は前記下部ケーシング３の液入口１５ａに接続される液入口管、１４は液出口１６ａに接続される液排出管で、１１は液タンク、１２は液ポンプであり、前記液ポンプ１２によって溶液を液入口管１３から液入口１５ａに送出し、液出口１６ａから液排出管１４及び液タンク１１を前記液通路１０に循環させる溶液の循環路を構成している。
【００３６】
４は氷取出しダクトで、該ダクト４内には前記液通路１０にて生成された板氷を砕断するためのクラッシャ６が駆動軸７によって回転自在に設けられている。５、５は前記ふた８ａ、８ｂの近傍に設けられたカバーである。
【００３７】
かかる構成からなる製氷器において、上部ケーシング２の冷媒入口１７から導入された冷媒は該上部ケーシング２内の冷媒室２１及び２５内に充満される。
そしてこの冷媒は、該上部ケーシング２内の液通路１０の壁部を冷却して該液通路１０を過冷却温度に保持するとともに、該冷却室２５の上部のふた８ａ、８ｂとの接脱面２７及びＶ字状の溝２６の近傍を冷却する。
【００３８】
また、前記ふた８ａ、８ｂの冷媒室１９には冷媒管２６ａ、２６ｂを介して冷媒が循環されて前記接脱面２７近傍を冷却する。
これにより、該溝２６内に溜められていた水分及び接脱面２７に付着していた水分が凍結され、ふた８ａ、８ｂは該接脱面２７において、上部ケーシング２に完全に固着される。
【００３９】
一方、前記冷媒室２１、２５に導入された冷媒は、本体ケーシング１内の冷媒通路２０に入る。そして、図４に示すように各中空部３２内に設けられた内筒１５の外周を囲んで形成された冷媒通路２０を流れ、該内筒１５の凹凸面１６を介して内筒１５を冷却し、該内筒１５内の液通路１０ａ、１０ｂ、……１０ｈを過冷却温度に保持する。
この際において、内筒１５の外面は凹凸面１６に形成されているので、伝熱面積が大きくなるとともに流速が増大して伝熱効率が上昇し、内筒１５は効率的に冷却される。
【００４０】
そして上記本体ケーシング１の冷媒通路２０を通った冷媒は、これを流下して下部ケーシング３の冷媒通路２１に入り、該下部ケーシング３の液通路１０の壁部を冷却して該液通路１０を過冷却温度となした後、冷媒出口１８から排出される。
【００４１】
一方、下部ケーシング３の液入口１５から該下部ケーシング３の液通路１０に入った溶液（この例では、該溶液を粒氷形成器にて生成された粒氷を含む氷スラリとして説明する。）は、前記冷媒によって過冷却温度に保持されている該下部ケーシング３の液通路１０、本体ケーシング１内の液通路１０ａ、１０ｂ……１０ｈ、及び上部ケーシング２内の液通路１０内を直列に流れる。
【００４２】
即ち、図５の矢印に示されるように、該溶液は、下部ケーシング３の液通路１０から本体ケーシング１の液通路１０ａに入って上昇し、上部ケーシング３の液通路１０においてふた８ａ、８ｂの内面によって下方に変向され、本体ケーシング１の液通路１０ｂに入る。
さらに該溶液は該液通路１０ｂから下部ケーシング３の液通路１０に入り、該下部ケーシング３の底部内面にて上方に変向されて本体ケーシング１の１０Ｃに入る。かかる溶液の流れは、本体ケーシングの液通路１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈをこの順に経る連続した一方向流となって、後述するように氷を生成し、高濃度となった溶液は下部ケーシング３の底部に設けられた液出口１６ａから液排出管１４を経て、液タンク１１に排出されて原溶液と混合され、ポンプ１２によって再び液入口１５ａに送り込まれる。
【００４３】
かかる溶液の流動において、図４に示すように、該溶液は過冷却温度に保持された内筒１５内の液通路１０ａ（液通路１０ａについて以下の説明をするが液通路１０ｂ、１０ｃ、……１０ｈについても同様）を流れる際に該溶液に含まれる水分が氷結晶３０として析出し、これが次第に板状に積層していき、該溶液１０ａの壁面、つまり内筒１５の内壁面には板状の氷３１が析出される。
さらに、微小粒の氷結晶３０は、前記板氷３１よりも凝固点が低いから液通路１０ａにおいて潜熱を吐き出して融解して板氷３１の表面に付着する。そして前記融解時の潜熱は新たな氷の生成に供されるので、板氷３１の厚みが増大し、その生産性が向上する。
【００４４】
上記のように、本発明においては、複数の液通路１０、１０ａ１０ｂ、……１０ｈにおいて冷媒との熱交換が一様になされるとともに、外気の影響を受けることなく板氷３１の生産を行うことができ、均一な品質の板氷３１を製造できる。
【００４５】
前記のようにして板氷３１を製造し、これを液通路１０、１０ａ、１０ｂ、……１０ｈから取出す際には、上記冷媒の回路を冷凍サイクルからヒートポンプサイクルに切り換える。これによって昇温された冷媒が各冷媒通路２０、２１、２５等に送られ内筒１５が適温に加熱されて板氷３１が該内筒１５の内面から剥離されて液面上に浮上する。
【００４６】
一方、前記のようにして昇温された冷媒は冷媒室２５及びふた８ａ、８ｂの冷媒室１９にも導入され、該ふた８ａ、８ｂの接脱面２７及び溝２６の氷を融解せしめる。これによりふた８ａ、８ｂは支軸９廻りに回動自在となり、前記液通路１０、１０ａ、１０ｂ……１０ｈ内の板氷３１は氷取出ダクト４内に押出され、クラッシャ６により粋断されて蓄熱槽等の使用先に送られる。
【００４７】
上記のように冷媒のサイクルを氷の製造時には冷凍サイクルに氷の取出し時にはヒートポンプサイクルに切り換えることにより、ふた８ａ、８ｂの開閉を自動的に行うことができ、前記のような外気の影響を受けることのない一方向流の溶液の許での製氷が可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
以上記載のごとく、本発明によればケーシング内に形成され板氷が生成される液通路を、ふたによって自動的に、製氷時には閉塞して外気と遮断し、氷の取出し時には開放可能とするとともに、液通路を連続した一方向流の連通路としたことによって溶液の流速が均一となり冷媒との熱交換が全通路において均一になされ、さらに外気の影響を受けることがなく氷の製造が可能となる。これによって安定した品質の氷を多量に生産することができ、製氷効率が向上するとともに、高品質の氷を得ることができる。
【００４９】
また、従来の技術のようなエアによるバブリングが不要となり、ポンプによる溶液の循環用動力のみであるので、エネルギコストが低減されるとともに、前記エアを生産するための装置が不要となり、装置コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態にかかる製氷器の縦断面図（図４のＡ―Ａ線断面図）である。
【図２】  上記実施形態におけるふた装着部の拡大断面図である。
【図３】  図２のＣ矢視図である。
【図４】  図１のＢ―Ｂ線断面図である。
【図５】  上記実施形態におけるケーシングの構造及び溶液の流れを示す分解図である。
【符号の説明】
１    本体ケーシング
２    上部ケーシング
３    下部ケーシング
４    氷取出ダクト
５    カバー
６    クラッシャ
７    駆動軸
８ａ、８ｂ  ふた
９    支軸
１０、１０ｂ、１０ｃ、……１０ｈ  液通路
１１  液タンク
１２  液ポンプ
１３  液入口管
１４  液排出管
１５ａ  液入口
１６ａ  液出口
１７  冷媒入口
１８  冷媒出口
１９  冷媒室
２０  冷媒通路
２１  冷媒室
２５  冷媒室
３０  氷結晶
３１  板氷
３２  中空部
【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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