JP2005042996A - 製氷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続的な製氷を低コストで効率良く行うことができる製氷装置を提供する。
【解決手段】ケーシング２内に、液状の被冷却流体を導入可能な複数の氷形成管４と、氷形成管４を冷却するための冷媒液を供給する冷媒供給部１６とを備え、氷形成管４を通過する被冷却流体と冷媒との熱交換により、氷を含有する被冷却流体が各氷形成管４から排出される製氷装置１であって、複数の氷形成管４は、各軸線が平行となるように、且つ、一の氷形成管４の直上に他の氷形成管４が位置するように複数段に配置され、冷媒供給部１６は、最上段に配置された氷形成管４の上方から氷形成管４の軸線に沿って冷媒液を分散供給可能に構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、製氷装置に関し、より詳しくは、純水やブラインなどの被冷却流体に含まれる氷を連続的に供給することができる製氷装置に関する。

上記製氷装置は、例えば、冷暖房やガスタービンの吸気冷却などを行うための氷蓄熱システムに利用される。従来の製氷装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

この製氷装置は、図５に断面図で示すように、円筒管５１の内部上側に、凝縮用の冷却流体である高濃度ブラインが通過する複数の冷却用管５２が配置される一方、円筒管５１の内部下側に、被氷結流体である低濃度ブラインが通過する複数の氷形成管５３が配置されている。氷形成管５３は、冷媒液に浸漬されており、内壁面を摺動する回転可能な掻き取り羽根５４を備えている。

この製氷装置によれば、氷形成管５３の外表面における冷媒沸騰により氷形成管５３を通過する被氷結流体が冷却され、氷形成管５３の内壁面に氷粒子が形成される。この氷粒子は掻き取り羽根５４で掻き取られ、液状の被氷結流体と共に氷形成管５３を搬送されて、氷供給口（図示せず）から供給される。一方、気化した冷媒は、ガイド部材５５により冷却用管５２の近傍に案内され、冷却用管５２の表面で液化されて流下する。
特開２００１−１３３０９１号公報（第４−５頁、第６−８図）

ところが、上記従来の製氷装置は、複数の氷形成管５３を冷媒液に浸漬することにより氷を形成しているため、必要な冷媒が必然的に多くなる。特に、地域冷暖房施設などのように大容量の製氷装置が必要とされる場合には、それに伴い大量の冷媒を使用しなければならないので、冷媒使用量の削減という時代の要請やランニングコスト低減の観点から更に改良の余地があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、連続的な製氷を低コストで効率良く行うことができる製氷装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、ケーシング内に、液状の被冷却流体を導入可能な複数の氷形成管と、該氷形成管を冷却するための冷媒液を供給する冷媒供給部とを備え、前記氷形成管を通過する被冷却流体と冷媒との熱交換により、氷を含有する被冷却流体が前記各氷形成管から排出される製氷装置であって、複数の前記氷形成管は、各軸線が平行となるように、且つ、一の前記氷形成管の直上に他の前記氷形成管が位置するように複数段に配置され、前記冷媒供給部は、最上段に配置された前記氷形成管の上方から該氷形成管の軸線に沿って冷媒液を分散供給可能に構成されている製氷装置により達成される。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、連続的な製氷を低コストで効率良く行うことができる製氷装置を提供することができる。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る製氷装置の断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

図１及び図２に示すように、製氷装置１は、円筒状のケーシング２の内部に複数の氷形成管４を備えて構成されている。ケーシング２の下部には台座６が設けられており、ケーシング２の軸線が水平となるように製氷装置１が設置される。

氷形成管４は、ケーシング２の軸線に沿って延びる直筒状の円管であり、それぞれの間に所定の間隔をあけてマトリクス状（本実施形態では３×３）に設けられている。すなわち、各氷形成管４の軸線は互いに平行であり、水平面からなる各段にそれぞれ複数の氷形成管４が配置され、一の段に配置された各氷形成管４の直上に、他の段の各氷形成管４がそれぞれ位置している。各氷形成管４の両端部は、ケーシング２の端面を貫通して外部に露出しており、それぞれ供給口４ａ及び排出口４ｂが形成されている。

氷形成管４は、軸心が一致するように配置され図示しない駆動手段により回転駆動される回転軸４１を有しており、この回転軸４１に掻き取り部材４２が固定されている。掻き取り部材４２は、回転軸４１と一体に回転することにより、先端が氷形成管４の内壁面を摺動する。

ケーシング２の上部及び下部には、それぞれ冷媒液入口１２及び冷媒液出口１４が形成されている。冷媒液出口１４は、配管を介して循環ポンプＰに接続され、冷媒液出口１４から排出された冷媒液が冷媒液入口１２に供給される冷媒液と合流して、ケーシング２の内部に再び供給される。

冷媒液入口１２は、分岐管１７を介して複数の冷媒管１６に分岐接続されている。各冷媒管１６は、最上段の各氷形成管４の直上において、氷形成管４に沿ってそれぞれ延びるように配置されており、各氷形成管４に対する冷媒供給部として機能する。各冷媒管１６の下部には、対応する氷形成管４の軸線に沿って冷媒を分散供給するための流下口１６ａが所定の間隔で設けられている。

また、ケーシング２の上部には、冷媒ガス出口１８及び気液分離部としてのデミスター２０が設けられており、冷媒ガスが、デミスター２０を通過して冷媒ガス出口１８から排出されるように構成されている。デミスター２０は、例えば、ステンレスなどの細い金属材料からなる金網を多層に重ね合わせることにより構成される。

次に、上記構成を備えた製氷装置の作動について説明する。まず、供給口４ａから低濃度ブラインなどの液状の被冷却流体を氷形成管４に供給すると共に、冷媒液入口１２から冷媒管１６にフロン液（Ｒ２２、Ｒ１３４）やアンモニア水溶液などの冷媒液を供給し、各氷形成管４の回転軸４１を回転駆動する。氷形成管４に供給する被冷却流体の温度は、被冷却流体のブライン濃度や凝固点などにもよるが、例えば、−１０〜−１５℃程度が好ましい。

冷媒管１６を通過する冷媒液は、流下口１６ａから排出されることにより下方に配置されている氷形成管４に散布され、この氷形成管４の表面全体を濡らす。氷形成管４の表面に沿って落下した冷媒液は、更に下方に位置する氷形成管４に対し、軸線に沿って分散供給される。こうして、各段に配置された氷形成管４の表面が、上方から順次冷媒液による濡れ面となる。ケーシング２の下部まで落下した冷媒液は、冷媒液出口１４から排出される。

各冷媒管１６の表面に沿って流下する冷媒液の一部は気化し、この気化熱により氷形成管４を通過する被冷却流体が冷却されて、氷形成管４の内壁に粒子状の氷が形成される。この氷は、掻き取り部材４２によって掻き取られ、液状の被冷却流体と共に氷形成管４を搬送されて、排出口４ｂから排出される。

ケーシング２内で気化した冷媒は、冷媒ガス出口１８から排出されるが、デミスター２０を通過する過程で一部が凝縮されて液化し、ケーシング２の下部に落下して冷媒液出口１４から排出される。

冷媒液出口１４から排出された冷媒液は、循環ポンプＰにより循環され、冷媒ガス出口１８から排出された冷媒に相当する量を補充しながら、冷媒液入口１２から再び供給される。冷媒の補充は、熱交換器（図示せず）で凝縮された冷媒液を用いてもよく、あるいは、冷媒ガス出口１８から排出された冷媒ガスを圧縮機及び凝縮器（図示せず）により液化したものを用いてもよい。

このように、本実施形態に係る製氷装置によれば、冷媒管１６から分散供給された冷媒液が、下方に配置された各氷形成管４の表面を順次濡らしながら落下することにより氷を連続的に形成することができるので、供給する冷媒液は、各氷形成管４の表面全体に薄膜が形成される程度の量でよい。したがって、氷形成管を冷媒液に浸漬させる従来の製氷装置に比べて冷媒使用量を大幅に低減することができる。更に、各氷形成管４の表面で冷媒が気化し易くなるので熱伝達係数が大きくなり、各氷形成管４における製氷を効率良く行うことができる。

また、ケーシング２の上部にデミスター２０を設けることにより、ケーシング２の内部において冷媒ガスの気液分離を行うことができるので、例えば、ケーシング２の外部に排出された冷媒ガスを圧縮機に供給する場合に外置きの気液分離設備が不要となり、設備コストの低減を図ることができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様が上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、複数の氷形成管４の配置として、複数段のそれぞれに複数の氷形成管４を設けているが、各段における氷形成管４の個数は特に限定されず、例えば、各段の氷形成管４を１つのみ設けて、一の氷形成管４の直上に他の氷形成管４が位置するように複数段に配置することも可能である。

また、本実施形態においては、冷媒供給部として、冷媒液入口１２から分岐管１７を介して複数の冷媒管１６に分岐接続した構成を採用しているが、例えば、分岐管１７及び複数の冷媒管１６を設ける代わりに底部が多孔板からなるトレイ状部材を設け、このトレイ状部材の底部から最上段の各氷形成管４の軸線に沿って冷媒液を分散供給できるように構成してもよい。

また、本実施形態においては、最上段に配置された氷形成管４の上方のみから冷媒を供給可能に構成しているが、これに加えて、上下方向に隣接する２つの氷形成管４，４の間に補助供給体を配置することもできる。この一例を、図３及び図４を参照して説明する。

図３は、本発明の他の実施形態に係る製氷装置の断面図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。図３及び図４に示す構成において、図１及び図２に示す構成と同様の部分に同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。

図３及び図４に示すように、本実施形態に係る製氷装置は、最上段の各氷形成管４の上方に配置された冷媒樋１６１に加え、隣接する上下２段の氷形成管４，４の間にも冷媒樋１６１が配置されており、最上段の上方以外に配置された冷媒樋１６１によって、補助供給体が構成されている。

各冷媒樋１６１は、断面視Ｖ字状に形成されており、上方から流下する冷媒液の回収部を上部に備える一方、下方に位置する氷形成管４の軸線に沿って冷媒を分散供給するための複数の流下口１６１ａを下部に備える。

冷媒樋１６１は、氷形成管４と平行になるように配置されており、各冷媒樋１６１は、分岐管１７１によって互いに分岐接続されている。即ち、冷媒液入口１２に供給された冷媒液は、分岐管１７１を介して最上段の各冷媒樋１６１に分配され、更に、最上段の冷媒樋１６１から分岐管１７１を介して上から２段目の冷媒樋１６１に分配される。こうして、供給された冷媒液が、分岐管１７１を介して各段の冷媒樋１６１に分配される。

最上段以外に配置された冷媒樋１６１は、その上方に位置する氷形成管４の表面に沿って流下する冷媒液を回収部から回収し、分岐管１７１を介して分配された冷媒液と共に下方の氷形成管４に対して分散供給する。

このように構成された製氷装置によれば、最上段の冷媒樋１６１に加えて、補助供給体としての冷媒樋１６１を備えているので、氷形成管４の表面に沿って流下する冷媒液を、この氷形成管４の直下に位置する氷形成管４の軸線に沿って確実に分散供給することができる。したがって、各氷形成管４の冷却性能を良好に維持して製氷効率を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る製氷装置の断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の他の実施形態に係る製氷装置の断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 従来の製氷装置の断面図である。

符号の説明

１ 製氷装置
２ ケーシング
４ 氷形成管
４ａ 供給口
４ｂ 排出口
１２ 冷媒液入口
１４ 冷媒液出口
１６ 冷媒管
１６１ 冷媒樋
１６ａ，１６１ａ 流下口
１７，１７１ 分岐管
１８ 冷媒ガス出口
２０ デミスター

Claims (3)

1. ケーシング内に、液状の被冷却流体を導入可能な複数の氷形成管と、該氷形成管を冷却するための冷媒液を供給する冷媒供給部とを備え、前記氷形成管を通過する被冷却流体と冷媒との熱交換により、氷を含有する被冷却流体が前記各氷形成管から排出される製氷装置であって、
   複数の前記氷形成管は、各軸線が平行となるように、且つ、一の前記氷形成管の直上に他の前記氷形成管が位置するように複数段に配置され、
   前記冷媒供給部は、最上段に配置された前記氷形成管の上方から該氷形成管の軸線に沿って冷媒液を分散供給可能に構成されている製氷装置。
2. 前記冷媒供給部は、上下方向に隣接する２つの前記氷形成管の間に配置された補助供給体を更に備え、
   前記補助供給体は、上方に位置する前記氷形成管の表面に沿って流下する冷媒液を回収する回収部と、下方に位置する前記氷形成管の軸線に沿って冷媒液を分散供給する供給部とを有する請求項１に記載の製氷装置。
3. 前記ケーシングの上部に設けられ、該ケーシング内で気化した冷媒が通過するデミスターと、
   前記デミスターを通過後の冷媒ガスを前記ケーシングの外部に排出する冷媒ガス排出口とを更に備える請求項１又は２に記載の製氷装置。
   
   

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