(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１２）であって、熱伝導性の高い材料で作られ、かつ概ね円筒状の内部熱交換表面を画定する管状の本体（１４）と、氷が作られる流体を受け入れ、前記流体を前記熱交換表面（３０）と接触させ、前記ハウジング内を通って循環させるための流体入口（６６）と、前記ハウジングから氷を排出するための出口（６８）を有するハウジングと、
前記本体（１４）内を通って軸方向に延び、前記熱交換表面（３０）と接触するブレード手段（９０）であって、前記熱交換表面を越えて移動し、前記熱交換表面から冷却された流体を除去するために前記ハウジングの縦軸を中心に回転可能なブレード手段と、
前記ブレード手段を回転させる駆動装置（８０）と、
冷媒入口（５０）、冷媒出口（６０）、および前記冷媒入口（５０）と前記冷媒出口（６０）を相互に接続する概ね平行な複数の冷媒流路（３４）を有する少なくとも１つの冷媒回路（３２）であって、前記熱交換表面（３０）と接触する流体から熱を取り出すために前記冷媒入口（５０）から前記冷媒出口（６０）への連続した複数の冷媒流路（３４）を通って冷媒が流れることができる冷媒回路と
を有する製氷機。
【請求項２】
それぞれが、冷媒入口（５０）と、冷媒出口（６０）と、複数の冷媒流路（３４）を含む複数の冷媒回路（３２）を有している、請求の範囲第１項に記載の製氷機。
【請求項３】
前記本体（１４）は、アルミニウムの押出加工により形成され、前記熱交換表面（３０）は耐腐食耐侵食剤でコーティングされている、請求の範囲第１または第２項に記載の製氷機。
【請求項４】
前記冷媒流路（３４）を画定する前記本体（１４）の表面は、その上にフィン構造を有する、請求の範囲第１項から３項いずれか１項に記載の製氷機。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は製氷機に関し、特に内部に一体に冷媒流路が形成された熱交換器本体を有する製氷機およびそのための熱交換器に関する。
発明の背景
製氷機が公知であり、多くの構造が考えられてきた。例えば、１９８９年１月１０日に付与された本出願人の米国特許第４，７９６，４４１号は、氷を作るためのブライン溶液を受け入れる流体入口と、ハウジングから氷−ブラインスラリーを排出する流体出口とを備えたチャンバを有する製氷機を開示している。チャンバの内部表面は熱交換表面を形成する。チャンバの中心を通って延びる回転可能な軸の上にブレード組立体が搭載されている。ブレード組立体は熱交換表面と接触している。熱交換表面上に氷の結晶が形成されることを抑制するように、ブレード組立体が熱交換表面上を通過する間隔で、モータが軸を回転させる。
管状の被覆がチャンバを囲んでいる。冷媒入口および冷媒出口が被覆とチャンバの間の空間と連絡しており、製氷機の対向する両端に位置している。入口から出口へと流れる冷媒は沸騰し、それにより熱交換表面と接触しているブライン溶液を冷却する。出口を経由して製氷機から出てゆく冷媒は入口に戻される前に圧縮される。製氷機に構造的な安定性を与え内部の圧力に耐えられるように、リングが横に間隔を置いた位置で被覆に溶接されている。この製氷機は良好に作動するが、製造に時間と費用がかかる。したがって、改良されしかも低価格で効率の良い製氷機が絶えず求められている。
したがって、本発明の目的は、新しい製氷機およびそのための熱交換器を提供することである。
発明の開示
本発明によれば、
ハウジングであって、熱伝導性の高い材料で作られ、かつ概ね円筒状の内部熱交換表面を画定する管状の本体と、氷が作られる流体を受け入れ、前記流体を前記熱交換表面と接触させ、前記ハウジング内を通って循環させるための流体入口と、前記ハウジングから氷を排出するための出口を有するハウジングと、
前記本体内を通って軸方向に延び、前記熱交換表面と接触するブレード手段であって、前記熱交換表面を越えて移動し、前記熱交換表面から冷却された流体を除去するために前記ハウジングの縦軸を中心に回転可能なブレード手段と、
前記ブレード手段を回転させる駆動装置と、
冷媒入口、冷媒出口、および前記冷媒入口と前記冷媒出口を相互に接続する概ね平行な複数の冷媒流路を有する少なくとも１つの冷媒回路であって、前記熱交換表面と接触する流体から熱を取り出すために前記冷媒入口から冷媒出口への連続した複数の冷媒流路を通って冷媒が流れることができる冷媒回路と
を有する製氷機が提供される。
本発明によれば、熱交換器の本体は押出加工され冷媒流路と一体に形成されるので、製氷機は低コストで製造され、組立が容易であり、量産可能である利点を有する。さらに、製氷機のモジュール式の構造により、個別の冷媒および／またはブライン溶液の入口および出朽ちを維持しながら所望の容量を実現するために複数の製氷機を相互に接続可能である。さらに、本発明によれば、基本的に製氷機内の全熱交換表面上でブライン溶液と冷媒の間の熱伝導を増大させ均等化することにより、ブライン溶液中の細かい氷粒子を効率的に作ることができる利点がある。特定の実施例において、冷媒入口から冷媒出口までの冷媒回路中の冷媒流路の面積を増やし、流体と冷媒の間の熱交換を均等にするように冷媒回路中の冷媒流路を互いに配置することによりこれは実現される。
【図面の簡単な説明】
添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は本発明による製氷機の断面図；
図２は製氷機の熱交換器本体の図１の線２−２に沿った断面図；
図３は図１の製氷機の部分を形成するガスケットの端面図；
図４は図１の製氷機の部分を形成するブレード組立体の矢印５の方向から見た端面図；
図５は図４のブレード組立体の斜視図；
図６は図１の製氷機の内部の冷媒回路内の冷媒流路の間の相互接続を示す図３の部分の斜視図；
図７は氷−ブラインスラリー再循環回路に接続された図１の製氷機の概念図；
図８は本発明による複数の積み重ねられた製氷機の正面図；
図９は図８の積み重ねられた製氷機の側面図である。
発明を実施するための最良の態様
さて図１を参照すると、製氷機が全体として参照番号１０により示されている。図からわかるように、製氷機１０は円筒形の中央の本体部分１４および中央の本体部１４の終端に適当な締着具（図示せず）によりそれぞれ固定された一対の鏡板１６および１８より構成される、概ね円筒形のハウジング１２を有する。ハウジング１２を封止し流体の漏れを防止するために、ガスケット２０（図３参照）が端板１６、１８と中央の本体部分１４の間に配置されている。
図１、２および６が中央の本体部分１４を最も良く示している。図からわかるように、中央の本体部１４はアルミニウムの押出加工により形成された単一構造であり、製氷機１０の熱交換表面を画定する円筒状の内部表面３０を有する。熱交換表面３０は耐腐食耐侵食剤でコーティングされている。耐腐食耐侵食剤はその上に氷の結晶が堆積するのを防止するためにテフロン（登録商標）のような解除剤でコーティングされる。
冷媒流路３４により構成された複数の、この例においては４個の、冷媒回路３２が、中央の本体部分１４の中に一体に構成され、中央の本体部の外周に間隔を置いて配置されている。各冷媒回路３２は複数の冷媒流路３４を有し、この場合には５個で＃１から＃５と標記されている。冷媒回路３２中の冷媒流路３４の各断面積は異なっている。
具体的には、＃１および＃２の冷媒流路３４は楕円形であり、中央の本体部分１４の中心から延びる半径方向の線に配列された長軸を有する。＃３冷媒流路３４は円形である。＃４および＃５冷媒流路３４もまた楕円形である。しかしながら、これらの冷媒流路の長軸は熱交換表面３０に対して接線方向にある。図からわかるように、＃１冷媒流路は最小の断面積を有する。冷媒流路３４の断面積は、割り当てられた表示にしたがって増加し、＃５冷媒流路が最大の断面積を有する。＃１、＃２、＃４および＃５冷媒流路３４の楕円形の断面は円形の流路に比較して冷媒流路の表面積を増やし、その結果熱交換表面３０と接触する流体と冷媒流路３４を通って流れる冷媒の間の伝熱を増加させる。これは当然製氷機の効率を高める。当業者が十分理解できるように、冷媒流路の表面積を増やすために他の冷媒流路断面が選択できる。
冷媒の沸騰を高めるために、各冷媒流路３４の内部は冷媒が冷媒回路３２を通って流れるにしたがって乱流を生ずるように設計されていることが望ましい。この特定の実施例において、これは冷媒流路３４の内部表面３６上に乱流発生構造を設けることにより実現される。図示されていないが、乱流発生構造は内部表面３６上のマイクロフィン（microfin）と呼ばれる小さい台形のフィンの形であることが望ましい。
各冷媒回路３２の隣接する冷媒流路３４の間の間隔およびアルミニウム製の中央の本体部１４の良好な熱伝導率は、冷媒流路３４を通して循環する冷媒と熱交換表面３０と接触するブライン溶液の間の熱伝導が、熱交換表面３０に近い冷媒流路の壁の部分だけでなく、冷媒流路３４の概ね全外周のまわりに発生することを可能にする。これにより製氷機１０の効率が増加する。
さて図１および図６を参照すると、端板１６および１８がより良く示されている。本実施例における端板１６および１８は環状であり２つの部品として形成されている。望むならば、端板は一体の部品として鋳造されてもよい。各端板１６および１８は、プラスチック材料でつくられた中央挿入部１６ａ、１８ａおよびプラスチックの挿入部１６ａ、１８ａを取り囲み、適当な締着具（図示せず）により挿入部１６ａ、１８ａに固定された環状の外部アルミニウムフランジ１６ｂ、１８ｂを有している。端板１６および１８は、中央の本体部分１４の対向する両端にボルトで止められている。
端板１６の外側のフランジ１６ｂはその中に一体に形成された４個の冷媒入口５０を有し、そのうち２個が図１に示されている。各冷媒入口５０は異なる冷媒回路３２の＃１冷媒流路３４に接続され、冷媒の流れを受入れる。相互接続流路５４も端板１６の外側のフランジ１６ｂの中に形成され、各冷媒回路３２の＃２と＃３の冷媒流路３４および、＃４と＃５の冷媒流路３４を相互に接続している。
端板１８の外側のフランジ１８ｂはその中に４個の冷媒出口６０が形成され、そのうちの２個が図１に示されている。各冷媒出口６０は異なる冷媒流路３２の＃５冷媒チャネル３４に接続され、冷媒が製氷機１０から排出されるようにする。各冷媒回路３２の＃１と＃２冷媒流路３４および＃３と＃４冷媒流路３４を相互に接続するために相互接続流路６４が端板１８の外側のフランジ１８ｂの中にさらに形成されている。図６は、それぞれ相互接続流路５４および６４により設定された冷媒回路３２の１つの中の冷媒流路３４の間の相互接続を示している。
製氷機１０の中にブライン溶液あるいは氷−ブラインスラリーを進入させ、また製氷機１０から氷スラリーブラインを排出することを可能にするために、端板１８の中央挿入部１８ａはブライン溶液入口６６および氷ブラインスラリ−出口６８を有している。ブライン溶液入口６６は端板１８から部分的に中央の本体部分１４にまで延びる空洞軸７０と協力する。端板１８上のブッシング７２は空洞軸７０が端板１８に対してその縦軸の周りに回転するのを可能にする。
駆動軸８０が、端板１６の中央挿入部１６ａを通って空洞軸７０の開口端に近い尖端８２で終わる前まで部分的に中央の本体部分１４の中に延びている。端板１６上のブッシング８４が駆動軸８０がモーター（図示せず）により端板１６に対してその縦軸の周りに回転させる。流体の漏洩を防止するためにシール８６は鏡板１６の中央インサート１６ａと軸８０の間で作用する。
ブレード組立体９０（図１、４および５参照）が空洞軸７０および駆動軸７０と８０の上にそれぞれ搭載され、円筒状のブレードキャリア９２を有し、それを経て円周状に間隔をおいて配置された傾斜したおおむね卵形の３個の流路９４が設けられている。各流路９４の一端は空洞軸７０の開口端と連通しており、一方各流路９４の反対端は熱交換表面３０に向かってブライン溶液を放出するように配置されている。流路９４が、ブライン溶液が流路９４に沿って流れ出る時に、軸８２に加わる負荷をバランスするためにブレードキャリア９２の周りに１２０度間隔をおいて配置されている。製氷機１０を通過する高速のブライン溶液の流れを維持し、熱交換表面３０の氷の結晶の形成を防止するために、ブレードキャリア９２の外側の表面と熱交換表面３０の間の半径方向の間隔９５は小さく、この例においては１／４インチである。
ブレードキャリア９２は、その外側の表面に形成され、円周状に等間隔に配置され縦方向にキー止めされた複数のスロット９６を有する。各キー止めされたスロット９６はスペーサ１００により分割された複数のブレード９８を受入れる。各スロット９６に沿ってのブレード９８とスペーサ１００は、さまざまなスロット９６により収容されたブレード９８が縦方向にずれているが僅かに重なり合うように配置されている。ブレード９８はブレードキャリア９２の周りに約１２０度の間隔をおいて配置され、熱交換表面３０に接触しているので、ブレード９８はハウジング１２に対して軸８２を芯出しするのに役立つ。ばね１０２は、スロットの端のブレード９８とスペーサ１００の間で、ブレード９８を対応する端板１６、１８に向かって押す作用をする。
各ブレード９８は各キー止めされたスロット９６を補完する形の一端１０６を有する可撓性の本体１０４を含む。本体１０４の開放端１０８は、縁１１２を形成するフック１１０で終端し、熱交換表面３０に接触し、乗り上げる。ブレード９８は、フック１１０との複合体の形式で、可撓性の本体１０４より堅牢な材料で形成されてもよい。あるいは、ブレード９８は単一の堅牢な材料で所望の方法で本体１０４に対して撓むように形成されてもよい。スペーサ１００の上部表面はスクレーパー要素１１６を形成するようにに鋸歯状になっている。
さて図７を参照すると、製氷機１０は製氷システムに接続されている。図からわかるように、冷媒入口５０は入口ヘッダ（図示せず）により凝縮器ユニット１２０の出口に接続されている。冷媒出口６０は出口ヘッダ（図示せず）により凝縮器ユニット１２０の入口に接続されている。凝縮器ユニット１２０は、冷媒を冷媒入口５０に再循環する前に、冷媒出口６０を経由して製氷機１０から出てくる冷媒を凝縮し圧縮する。氷−ブラインスラリー出口６８は放出導管１２２に接続されている。放出導管１２２が出口１２４および再循環導管１２６に接続されている。再循環導管１２６が入口導管１２８に接続され、入口導管１２８はブライン溶液を受入れる。入口導管１２８はブライン溶液および／または氷−ブラインスラリーをブライン溶液入口６６へ供給する。ポンプ１３０が氷−ブラインスラリーを再循環するために再循環導管１２６に沿って配置されている。入口導管１２８に入って来て再循環する氷−ブラインスラリーと混合されるブライン溶液の量は、製氷機１０で作られる氷−ブラインスラリーの氷断片が必要に応じて調節されうるように、制御できる。
製氷機１０の動作を次に説明する。運転中は、ブライン溶液あるいは氷−ブラインスラリー（以下ブライン溶液と呼ぶ）はブライン溶液入口６６を経て製氷機１０に供給される。ブライン溶液は空洞軸７０を通って流れ、次に３つの傾斜した流路９４に向かって駆動軸８０の尖端８２に導かれる。ブライン溶液は、ブライン溶液が熱交換表面３０に隣接したブレードキャリア９２を抜け出るまで、３つの傾斜した流路９４に沿って流れる。この間に、冷媒は冷媒入口５０を経由して冷媒回路３２のそれぞれに流入する冷媒は各冷媒回路３２の冷媒流路３４に沿って流れ、冷媒出口６０を経て冷媒回路３２から流出する。中央の本体部分１４中の冷媒流路３４を通して冷媒が流れるにしたがって、冷媒は熱交換表面３０を通して熱を吸収し沸騰させる。熱交換表面３０と接触しているブライン溶液はかくして過冷却される。
冷媒への熱伝導を防ぎ製氷機１０の効率を低減するであろう、熱交換表面３０上への氷の堆積を避けるために、ブレード組立体９０はモータで駆動される駆動軸８０により回転させられる。具体的には、熱交換表面３０上に氷の結晶ができる前に、ブレード９８が熱交換表面３０から過冷却されたブライン溶液を除去するのを可能にする十分速い速度で、ブレード組立体９０は回転させられる。したがって、過冷却されたブライン溶液は、ブレードキャリア９２と熱交換表面３０の間のブライン溶液中で結晶し、この結果ブライン溶液の中で細い氷の結晶を形成するのにブライン溶液が第２の冷媒の役目をするように作用する。
ブレード本体１０４の可撓性の性質は、ブレード９８が回転させられるときにブレードが熱交換表面３０に適合することを可能にする。万一氷の層が熱交換表面３０の上に不測的にできたならば、それがブレードキャリア９２の外側の表面に重なるまで、ブレード９８は撓む。この時、スクレーパー要素１１６は、半径方向にブレード９８を越えて突出し、スクレーパー要素１１６が氷層を掻き取ってブレード９８への破損を避けることを可能にする。
ブレードキャリア９２と熱交換表面３０の間の半径方向の小さい間隔９５は、流路９４から端板１８中の氷−ブラインスラリー出口６８まで、ブライン溶液の高速の流れを保証する。これはさらに、熱交換表面３０上の氷の結晶の形成の抑制を助ける。
製氷機１０の効率を高めるために、各冷媒回路３２中の冷媒流路３４は冷媒回路の長さに沿って断面積が増加している。増加した断面積は冷媒が冷媒回路３２を通って循環する時の冷媒の高速度を維持し、一方冷媒回路３２の長さに沿った高い圧力低下を避け、製氷機の効率を上げるのを支援する。さらに、各冷媒回路３２内のさまざまな冷媒流路３４のずらされた配列は、中央の本体部分１４の外周上の熱伝導を均等化するのに役立ち、したがって、製氷機１０内の一様な温度を維持する。さらに、冷媒流路３４の内部表面３６上のマイクロフィン構造は冷媒の沸騰を高め、その結果その熱伝導能力を改善する。
当業者は十分理解するであろうに、本製氷機は、ブライン溶液と冷媒の間の熱伝導を基本的に全熱交換表面上で増加させ均等化することにより、ブライン溶液中の細かい氷の粒子を効率的に作るのを可能にする。
端板１８はその中にブライン溶液入口および氷−ブラインスラリー出口を有すると説明したが、ブライン溶液入口および氷−ブラインスラリー出口は端板１６に設けることが可能であり、あるいはブライン溶液入口は一方の端板に設けることが可撓であり、また氷−ブラインスラリー出口は他方の端板に設けることが可能である。さらに、端板１６は冷媒入口を有すると図示され、端板１８は冷媒出口を有すると図示されたが、冷媒の入口および出口の位置は逆にすることができる。さらに、望むならば、冷媒入口および冷媒出口は共に、端板１６あるいは端板１８のいずれかに設けることができる。
さて図８および図９を参照すると、本発明による製氷機の他の実施例が示される。本実施例においては、明確に区別するために、類似の部品を示すのに類似の参照番号が接尾文字”’”を付加して使用される。図からわかるように、複数の製氷機１０’配列して積み重ねられている。本実施例においては、端板１６’、１８’の外側のフランジ１６ｂ’、１８ｂ’は製氷機１０’を嵌め込めるように六角形になっている。端板１６’内の冷媒入口５０’は対になっている。冷媒入口５０’の各対は端板１６’の両側に延びる冷媒導管２００と接続されている。冷媒導管２００の開口端は、隣接する製氷機１０’の端板１６’中の冷媒導管２００と一直線に配列されている。Ｏリングシール２０２は隣接する製氷機１０’の間で冷媒の漏洩を防止する役目をする。冷媒導管２００の一端を封止するために、底板２０４が各スタックの最下部の製氷機１０’の鏡板１６’に取り付けられている。冷媒の流れを受入れ、スタックの各製氷機１０’に冷媒が配送されるのを可能にするように、入口ヘッダ２０６が各スタックの最上部の製氷機１０’の端板１６’に取り付けられている。
端板１８は、各製氷機１０’内の冷媒回路から流出する冷媒が冷媒導管に供給されうるように、同様な構造になっている。各スタック内の製氷機１０’の端板１８内の冷媒導管は、相互に接続されて各スタックの最上部の製氷機１０’に取り付けられた出口ヘッダへつながっている。
図示されていないが、鏡板１６’および１８’は、ブライン溶液入口および氷−ブラインスラリー出口に対して同様な構造を有するようにも設計できる。製氷機のこのモジュール式の構造は、所望の能力で氷−ブラインスラリーを製造するように、選択された大きさの配列で製氷機を配置できる。
冷媒流路は、耐腐食耐侵食剤によりコーティングされ、直接冷媒の流れを受入れると説明されたが、冷媒回路に沿って冷媒の流れを受け入れるために、望むならば、冷媒流路および相互接続流路は配管で裏打ちできる。
本発明の具体的な実施例を説明したが、添付した請求の範囲により定まるその範囲から外れることなく、本発明に対して変更および修正がなされうることを当業者は十分理解するであろう。
【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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