JP2008249270A - 氷粒噴射装置、および氷粒噴射装置に使用する製氷機 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送経路における粉氷の堆積を防止して、搬送される氷粒の詰まりを防止する。
【解決手段】氷粒Ｃ３を高圧水Ｗとともにワークの表面にブラストする氷粒噴射装置１に使用する製氷機２であって、散水装置２１から散水された製氷水Ｃ１を凍結させて内壁２２ａに氷層Ｃ２を形成する冷凍ドラム２２と、鋸歯状の砕氷刃６１を有し、この砕氷刃６１で氷層Ｃ２を削ぎ落として氷粒Ｃ３を製作するブレード６と、ブレード６を２２ａ内壁にあてがった状態で内壁２２ａに沿って回転させる回転装置２３と、を備え、砕氷刃６１は、刃先のすくい角が−１０°から−５５°の範囲で形成されている。また、ブレード６に堆積する粉氷を洗浄する洗浄用ノズル８と、氷粒Ｃ３を収集する漏斗３の内壁３ｃに堆積する粉氷を除去するスクレーパ３１を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は氷粒噴射装置、および氷粒噴射装置に使用する製氷機に関し、特に搬送経路における氷粒の詰まりを防止することができる氷粒噴射装置、および氷粒噴射装置に使用する製氷機に関する。

氷粒を高圧水とともにワークの表面にブラストして洗浄やバリ取り等を行なう氷粒噴射装置において、氷粒（フレークアイス、氷片）は、内ドラム式のフレークアイス製氷機で製氷される（例えば、特許文献１、２）。
すなわち、冷媒が循環する冷凍ドラム内壁に一定量の製氷水を散水すると、製氷水は内壁で瞬時に凍結する。凍結した氷は内壁に沿って回転するブレードで削ぎ落とされ、フレークアイスができる。このフレークアイスは、製氷機の下に設置した漏斗で集められ、高圧水のエジェクター作用で搬送ホース内に吸引され高圧水と混合されてワークに向けて噴射される。

特開２００６−１０２８２４号公報 特開２００３−５６９５３号公報

しかしながら、ドラム内壁に形成された氷層をブレードで削ぎ落とし厚さ０．８ｍｍ前後のフレークアイスを生成する際に、同時に細かい粉氷（付着して堆積しやすい粉雪状の氷片）も発生する。この粉氷（粉雪）は、フレークアイス（氷粒）よりもさらに細かいのでブレード面や漏斗内面で互いに付着して堆積し大きくなり、自重が摩擦抵抗よりも大きくなると塊となって落下する。
この落下した粉氷の塊が、漏斗の出口や搬送用ホースの内径よりも大きいと閉塞を起こし、粉氷（粉雪）の堆積物は長さ３〜６ｃｍ、厚み１〜２ｃｍ程度にまで成長することがあった。このような粉氷の堆積物が、氷粒の搬送経路で閉塞を起こすと氷粒の搬送が円滑に行なわれないという問題があった。
このため、フレークアイスを生成する際に同時に発生する塊となりやすい粉氷（粉雪）を減少させるか、ブレード等に堆積する粉氷の堆積物が大きくなる前に落とすことが求められていた。

そこで、本発明は、前記した問題点を解決すべく、搬送経路における氷粒の詰まりを防止することができる氷粒噴射装置、および氷粒噴射装置に使用する製氷機を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、氷粒を高圧水とともにワークの表面にブラストする氷粒噴射装置に使用する製氷機であって、散水装置から散水された製氷水を凍結させて内壁に氷層を形成する冷凍ドラムと、鋸歯状の砕氷刃を有し、この砕氷刃で前記氷層を削ぎ落として前記氷粒を製作するブレードと、このブレードを前記内壁にあてがった状態で前記内壁に沿って回転させる回転装置と、を備え、前記砕氷刃は、刃先のすくい角が−１０°から−５５°の範囲で形成されていることを特徴とする。

このように、本発明は、前記砕氷刃の刃先のすくい角を−１０°から−５５°の範囲とすることで、粉氷の発生を抑制する。
通常、製氷機のブレードにおける刃先のすくい角は、０からプラス側が採用されている。ところが、刃先のすくい角を０からマイナス側に設定して実験を行なってみると、マイナス側に移行するにつれて次第に粉氷の発生が抑制される。これは、種々の要因が複合的に作用していると考えられるが、１つの要因としては、砕氷刃による氷粒の生成過程において、刃先がバイトのように作用して刃先で氷層を切削して剥離する要素（剥離）と、刃先が砕氷船のように作用して刃先で氷層を押し割って砕く要素（割砕）とが混在していることが考えられる。このため、刃先のすくい角をマイナス側に振って行くと、「割砕」の要素が増大して粉氷（粉雪）が減少することが推測される。一方、すくい角が−５５°を超えると「剥離」の要素が減少しすぎて製氷効率が低下する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の製氷機であって、洗浄水を噴射する洗浄用ノズルを前記ブレードに向けて配設したことを特徴とする。
請求項２に係る発明によれば、洗浄水をブレードの前後面に向けて噴射することで、ブレードに堆積する粉氷を除去することができる。すなわち、製氷機を連続的に稼動した場合に、徐々にブレードに堆積される粉氷を洗浄水で流して除去するものであり、例えば、稼動サイクルの前後にブレードを洗浄することで、稼動サイクル中の粉氷の堆積を軽減することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の洗浄機であって、前記ブレードの回転時において、前記ブレードの回転位置を検知し、前記ブレードが所定の洗浄位置に到達することを検出して、前記洗浄用ノズルから前記ブレードに向けて洗浄水を噴射するように構成されていることを特徴とする。
請求項３に係る発明によれば、回転するブレードが所定の洗浄位置に到達することを検出して、前記洗浄位置に向けて洗浄水を噴射するので、効率的かつ確実に洗浄することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３に記載の製氷機を有する氷粒噴射装置であって、前記製氷機で製作された氷粒を収集する漏斗を備え、この漏斗の内壁にスクレーパを当接させて保持し、前記回転装置の回転力を利用して前記スクレーパを前記漏斗の内壁に沿って回転させるように構成したことを特徴とする。

請求項４に係る発明によれば、漏斗の内壁にスクレーパを当接させて内壁に沿って回転させることで、漏斗の内壁に堆積した粉氷を確実に除去することができる。すなわち、製氷機を連続的に稼動した場合に、徐々に漏斗にも粉氷が堆積するが、スクレーパにより粉氷を除去することで、稼動サイクル中の粉氷の堆積を軽減することができる。

本発明に係る氷粒噴射装置、および氷粒噴射装置に使用する製氷機は、搬送経路における氷粒の詰まりを防止することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
参照する図面において、図１は本発明の実施形態に係る氷粒噴射装置の全体構成を示す部分断面図であり、図２は本発明の実施形態に係る製氷機のドラム内を示す模式的平面図である。なお、本図において、氷粒噴射装置が使用される状態を基準として重力の方向を適宜「上下方向」という（図１の紙面上下方向）。

本発明の実施形態に係る氷粒噴射装置１は、図１に示すように、氷粒を製作する製氷機２と、製氷機２で製作された氷粒Ｃ３を収集する漏斗３と、漏斗３で収集された氷粒Ｃ３を高圧水噴射ノズル５まで搬送する搬送経路である吸引ホース４と、氷粒Ｃ３を高圧水Ｗとともにワーク（不図示）の表面に噴射してブラストする高圧水噴射ノズル５と、を備えている。

製氷機２は、散水装置２１から散水された製氷水Ｃ１を凍結させて内壁２２ａに氷層Ｃ２を形成する冷凍ドラム２２と、鋸歯状の砕氷刃６１を有し砕氷刃６１で氷層を削ぎ落として氷粒Ｃ３を製作するブレード６と、ブレード６に付着する粉氷（粉雪）を洗浄する洗浄用ノズル８と、ブレード６を内壁２２ａにあてがった状態で内壁２２ａに沿って回転させる回転装置２３と、を備えている。

散水装置２１は、図１に示すように、冷凍ドラム２２の内側上部に配設され、製氷水Ｃ１を貯留するタンク２１ａと、タンク２１ａへ製氷水Ｃ１を導入する導入管２１ｂと、タンク２１ａからドラムの内壁２２ａへ製氷水Ｃ１を散水する複数の散水管２１ｃ（図２参照）を備えている。そして、タンク２１ａは回転装置２３の回転軸２３ｃに連結されて回転しながら製氷水Ｃ１を満遍なく散水できるように構成されている。
かかる構成により、冷凍ドラム２２の内壁２２ａに散水された製氷水Ｃ１は、瞬時に冷却されて冷凍ドラム２２の内壁２２ａに氷層Ｃ２が形成される。

冷凍ドラム２２は、循環する冷凍サイクル（不図示）を構成する冷媒の蒸発器２２ｂが冷凍ドラム２２の内壁２２ａに沿って螺旋状に巻回され、断熱材２２ｃで断熱されている。冷凍ドラム２２の内壁２２ａに形成された氷層Ｃ２は、ブレード６で削ぎ落とされて氷粒Ｃ３となり下方へ落下する。

ブレード６の構成について図３〜図４を参照しながら説明する。参照する図において、図３（ａ）は本発明の実施形態に係るブレードの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は砕氷刃の部分拡大図である。図４（ａ）はブレードの正面図、（ｂ）は右側面図である。また、図中の矢印（Ｒ）はブレードの進行（回転）方向を示す。
なお、これらの図は、模式的に示すものであるから角度等の大きさや位置関係は説明の便宜上誇張される場合がある。

ブレード６に形成された砕氷刃６１は、図３（ａ）に示すように、ブレード６の上下方向に沿って並べて形成されている。そして、ブレード６の進行方向Ｒの前面側には旧すくい面Ｐ１が形成されている。

砕氷刃６１の刃先は、図３（ｂ）に示すように、先端部が鋭角になるように旧すくい面Ｐ１に形成された切れ刃Ｓ１と切れ刃Ｓ２とがなす旧刃先角θを４５°としている（図４（ａ）を併せて参照）。
そして、切れ刃Ｓ２に直交して形成された切れ刃Ｓ３からノーズｎに向けて、切れ刃Ｓ０を削ぐように切断して、新すくい面Ｐ２が形成されている。このようにして、新すくい面Ｐ２を形成することで、切れ刃Ｓ４と切れ刃Ｓ５が形成されている。そして、切れ刃Ｓ０と切れ刃Ｓ４とがなす角がすくい角γとなり、本実施形態では、γ＝４５°としている。

なお、本実施形態においては、旧刃先角θを４５°とし、砕氷刃６１を進行方向Ｒに対して側面視で傾斜させるとしたが、これに限定されるものではない。

ここで、旧すくい面Ｐ１と新たに形成された新すくい面Ｐ２との関係について、図５を参照しながら説明する。図５は旧すくい面と新すくい面との関係を説明するためのノーズにおいて進行方向に沿った方向に断面をとった模式的断面図であり、（ａ）は新たに形成された新すくい面を示し、（ｂ）は旧すくい面を示す。
新すくい面Ｐ２は、図５（ａ）に示すように、すくい角γ＝４５°で形成されている。このため、ノーズｎから新すくい面Ｐ２に形成された切れ刃Ｓ４が進行方向Ｒに対して庇のように張り出して形成されている。
一方、旧すくい面Ｐ１は、図５（ｂ）に示すように、すくい角γ＝０°で形成されている。

洗浄用ノズル８は、図１および図２に示すように、ブレード６に向けて冷凍ドラム２２の上部開口部に配設されている。そして、回転するブレード６の上方からブレード６の前後面に洗浄水を噴射して、洗浄水の圧力によりブレード６に堆積する粉氷を洗い流す。
例えば、氷粒噴射装置１の運転サイクルの前後でブレード６の洗浄を行なう。洗浄には、ブレード６が１回転する間に連続して洗浄水を噴射する簡易的な方法を採用することができる。

また、ブレード６の回転位置を検知し、ブレード６が所定の洗浄位置に到達することを検出して、洗浄用ノズル８からブレード６に向けて洗浄水を噴射する効率的かつ確実な方法を採用することもできる。
具体的には、エンコーダ等の位置検出手段を設け、回転軸２３ｃの回転角からブレード６の回転位置を検出してブレード６が洗浄用ノズル８の噴射位置に到達した際に洗浄水を噴射する。

なお、洗浄用ノズル８に供給される洗浄水の流量を調整する流量調整バルブ（不図示）が洗浄用ノズル８の手前側の流路に設けられている。洗浄水の流量が少なすぎると洗浄能力が低下して粉氷が残り、流量が多すぎるとブレード６面で跳ね返った洗浄水が冷凍ドラム２２の内壁２２ａに形成された氷層Ｃ２を剥がして塊の氷粒となって、それが吸引ホース４等の詰まりの原因となる。

回転装置２３は、図１に示すように、駆動源となるモータ２３ａおよび減速機２３ｂと、減速機２３ｂの出力軸に連結された回転軸２３ｃと、回転軸２３ｃを支持するベアリング２３ｄと、を備えて構成されている。そして、回転軸２３ｃには、ブラケット６２を介してブレード６が取り付けられている。

漏斗３は、大径開口部３ａを上側にし小径開口部３ｂを下側にした円錐形状をなし、製氷機２から落下する氷粒Ｃ３を大径開口部３ａで収集し、小径開口部３ｂに連結された吸引ホース４へ搬送する。なお、漏斗３には、熱伝導率および摩擦係数が低いテフロン（登録商標）やポリプロピレン等の材料が採用される。

漏斗３の内壁３ｃには、スクレーパ３１が当接して保持され、回転装置２３の回転力を利用してスクレーパ３１を漏斗３の内壁３ｃに沿って回転させるように構成されている。
具体的には、回転装置２３の回転軸２３ｃに延設された延長軸３１ａと、延長軸３１ａとスクレーパ３１とを連結する駆動アーム３１ｂと、を備えて構成されている。また、スクレーパ３１を漏斗３の内壁３ｃに均等に当接させるように、内壁３ｃの傾きに合わせて傾斜角度およびばね３１ｃの押圧力を調整できるように調整機構３２が設けられている。

高圧水噴射ノズル５は、高圧ポンプ５１から供給された高圧水Ｗを噴射口５ａから噴射する。この噴射によるエジェクター効果によって、吸引ホース４から氷粒Ｃ３が吸引されて、高圧水Ｗと氷粒Ｃ３とが混合された状態でワーク（不図示）に向けて噴射される。

続いて、本発明の実施形態に係る氷粒噴射装置１の動作について説明する。
氷粒噴射装置１は、散水装置２１から散水された製氷水Ｃ１を冷凍ドラム２２の内壁２２ａで凍結させて氷層Ｃ２を形成し、この氷層Ｃ２を鋸歯状の砕氷刃６１を有するブレード６で削ぎ落として氷粒Ｃ３を製作する。そして、砕氷刃６１は、刃先のすくい角が−４５°で形成されている。

このように、砕氷刃６１の刃先のすくい角γを従来のように０からプラス側に設定するのではなく、γ＝−４５°とすることで、粉氷の発生を従来の１／２程度まで抑制している。
すなわち、砕氷刃６１による氷粒Ｃ３の生成過程において、刃先が砕氷船のように作用して刃先で氷層Ｃ３を押し割って砕くようにすることで、堆積しやすい粉氷（粉雪）の発生が抑制されるものと推測される。

また、すくい角γをマイナス側に設定することで、庇状に形成されたすくい面Ｐ２が飛散防止の作用を奏し、砕氷の際に同時に発生する粉氷（粉雪）を冷凍ドラム２２の内壁２２ａ側へ排出して、粉氷の飛散を抑制する効果も推測される。

また、洗浄用ノズル８をブレード６に向けて冷凍ドラム２２の上部開口部に配設し、回転するブレード６の上方から洗浄水を噴射して、ブレード６に堆積する粉氷を洗い流すことで、繰返しの連続運転により次第にブレード６に堆積される粉氷が大きくなり、塊となって漏斗３ないし吸引ホース４に詰まるという事態を未然に防止することができる。

さらに、漏斗３の内壁３ｃにスクレーパ３１を当接させて内壁３ｃに沿って回転させることで、漏斗３の内壁３ｃに堆積した粉氷を確実に除去することができる。このため、堆積される粉氷が大きくなり、塊となって漏斗３や吸引ホース４に詰まるという事態を未然に防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、砕氷刃６１は、刃先のすくい角γを−４５°で形成したが、これに限定されるものではなく、すくい角γを−１０°から−５５°の範囲、より好ましくは−１０°から−４５°の範囲から適宜選定してもよい。

すなわち、砕氷刃６１による氷粒Ｃ３の生成過程において、刃先がバイトのように作用して刃先で氷層Ｃ２を切削して剥離する要素（剥離）と、刃先が砕氷船のように作用して刃先で氷層Ｃ２を押し割って砕く要素（割砕）とが混在していることが考えられる。
このため、刃先のすくい角をマイナス側に振って行くと、割砕の要素が増大して粉氷が減少することが推測される。一方、すくい角が−５５°を超えると「剥離」の要素が減少しすぎて製氷効率が低下する。
したがって、形成された氷層Ｃ２の性質や必要な氷粒Ｃ３の大きさ等を考慮して適宜すくい角γを設定する。

本発明の実施形態に係る氷粒噴射装置の全体構成を示す部分断面図である。 本発明の実施形態に係る製氷機のドラム内を示す模式的平面図である。 本発明の実施形態に係るブレードの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は砕氷刃の部分拡大図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係るブレードの正面図、（ｂ）は右側面図である。 旧すくい面と新すくい面との関係を説明するためのノーズにおいて進行方向に沿った方向に断面をとった模式的断面図であり、（ａ）は新たに形成された新すくい面を示し、（ｂ）は旧すくい面を示す。

符号の説明

１ 氷粒噴射装置
２ 製氷機
３ 漏斗
４ 吸引ホース
５ 高圧水噴射ノズル
６ ブレード
８ 洗浄用ノズル
２１ 散水装置
２２ 冷凍ドラム
２２ａ 内壁
２３ 回転装置
３１ スクレーパ
Ｃ１ 製氷水
Ｃ２ 氷層
Ｃ３ 氷粒
Ｐ１ 旧すくい面
Ｐ２ 新すくい面
γ すくい角

Claims (4)

1. 氷粒を高圧水とともにワークの表面にブラストする氷粒噴射装置に使用する製氷機であって、
   散水装置から散水された製氷水を凍結させて内壁に氷層を形成する冷凍ドラムと、
   鋸歯状の砕氷刃を有し、この砕氷刃で前記氷層を削ぎ落として前記氷粒を製作するブレードと、
   このブレードを前記内壁にあてがった状態で前記内壁に沿って回転させる回転装置と、を備え、
   前記砕氷刃は、刃先のすくい角が−１０°から−５５°の範囲で形成されていることを特徴とする製氷機。
2. 洗浄水を噴射する洗浄用ノズルを前記ブレードに向けて配設したことを特徴とする請求項１に記載の製氷機。
3. 前記ブレードの回転時において、前記ブレードの回転位置を検知し、
   前記ブレードが所定の洗浄位置に到達することを検出して、
   前記洗浄用ノズルから前記ブレードに向けて洗浄水を噴射するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の製氷機。
4. 請求項１から請求項３に記載の製氷機を有する氷粒噴射装置であって、
   前記製氷機で製作された氷粒を収集する漏斗を備え、
   この漏斗の内壁にスクレーパを当接させて保持し、前記回転装置の回転力を利用して前記スクレーパを前記漏斗の内壁に沿って回転させるように構成したことを特徴とする氷粒噴射装置。

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