JP2005233449A

JP2005233449A - 氷蓄熱装置

Info

Publication number: JP2005233449A
Application number: JP2004039492A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Baba; 尚一郎馬場; Masayoshi Hori; 政義堀; Akira Akiyoshi; 亮秋吉; Masasuke Nakajima; 雅祐中島
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP4186836B2

Abstract

【課題】過冷却器に導く水の温度を低く保持しても過冷却器内部で過冷却状態が解除される問題を防止して、高い効率で安定した製氷ができるようにする。
【解決手段】氷蓄熱槽１から水導入管２により取り出した水を過冷却状態に冷却する過冷却器４と、過冷却器４で冷却した過冷却水の過冷却状態を解除して氷を生成し生成した氷を氷蓄熱槽１に供給する過冷却解除装置６とを備えた氷蓄熱装置であって、過冷却器４に供給する水を活性化する水活性化機能とフィルタの細孔と交差する方向に水を供給して微細氷を含まない水を取り出すフィルタ機能とを有する水処理装置１１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、過冷却器に導く水の温度を低く保持しても過冷却器内部で過冷却状態が解除されるのを防止して、高い効率で安定した製氷ができるようにした氷蓄熱装置に関するものである。

氷蓄熱槽から水導入管により取り出した水を過冷却器により例えば−２℃程度に過冷却し、その過冷却水を過冷却解除装置に送って過冷却状態を解除することによりスラリ状の氷を生成させ、この氷を前記氷蓄熱槽に供給して冷熱を蓄熱する氷蓄熱装置は公知である。

図１０は、前記氷蓄熱装置の従来の一例を示したもので、この種の氷蓄熱装置では、氷を溜めて蓄熱する氷蓄熱槽１の内部の水を、水導入管２によりポンプ３を介して取り出して過冷却器４に導き、過冷却器４において冷凍機５の冷媒により例えば−２℃程度の過冷却温度に冷却し、冷却した過冷却水を過冷却解除装置６に導いて過冷却状態を解除することによりスラリ状の氷を生成させ、この氷を前記氷蓄熱槽１に貯留するようにしている。

前記過冷却器４において過冷却温度をできるだけ低い温度に保持することは、過冷却解除装置６で過冷却状態を解除することにより生成される氷の量を増加できるので、生産効率を高める上で好ましい。

しかし、氷の生成量を増加するために過冷却器４での過冷却温度を低く保持した場合には、前記氷蓄熱槽１から過冷却器４に供給される水中に微細な氷の粒子（微細氷）が存在すると、その微細氷が核となって過冷却器４内部で過冷却が解除され、このために過冷却器４内で生成した氷が過冷却器４内部に付着して成長する問題が生じる。過冷却器４内部に氷が付着すると、過冷却器４に供給できる水の量が減少し安定した製氷ができなくなる。また、過冷却器４が付着した氷で閉塞された場合には氷蓄熱装置の運転が不能になる。

一方、水分子は、水素イオンと酸素イオンとが共有結合して構成され、更に分子同志は隣のＯとＨが引き合うような弱い水素結合によってぶどうの房のような分子集団「クラスタ」を形成している。また、相変化は、相変化したほうが自由エネルギーが小さい場合に、坂道を転げ落ちるように小さいエネルギー相に落ち着き安定する。通常の水は水分子のクラスタが大きくなっており、このように水分子のクラスタが大きい水は、前記したような凝固点以下の過冷却温度においては進んで氷を生成するように相変化する。このため、水のクラスタが大きい場合にも過冷却器４内部で過冷却が解除され易くなり、過冷却の解除によって生成した氷が過冷却器４の内部に付着する問題がある。

上記したように、水中に微細氷が存在しても、また、水分子のクラスタが大きくても、過冷却器４の内部で過冷却状態が解除され易くなり、過冷却状態の解除によって生成した氷が過冷却器４の内部に付着する問題がある。このように過冷却器４の内部に氷が付着した場合には付着した氷を除去する必要がある。過冷却器４の内部に付着した氷を除去するには、氷蓄熱装置の運転を停止した後、前記水導入管２を介して過冷却器４に温水を供給し、過冷却器４内部に付着した氷を融解して除去する方法が一般に採用されている。

しかし、上記したように過冷却器４内部に氷が付着するたびに氷蓄熱装置の運転を停止して氷付着解除運転を行っていたのでは、非能率的で生産性が悪い。

このために、前記過冷却器４に微細氷が供給されるのを防止する一般的な方法としては、図１０に示す如く、水導入管２にストレーナ７及びフィルタ８を設けて過冷却器４に微細氷が導かれるのを防止している。

しかし、前記フィルタ８は、分離を行う細孔の口径（メッシュ）を小さくしてより小さい微細氷を分離しようしても、直ちに目詰まりを起こして分離が不能になってしまう問題があり、このためにフィルタの細孔の口径を大きくせざるを得ず、そのために、フィルタ８を設置しても微細氷はフィルタ８を通過して過冷却器４に導かれてしまい、これによって微細氷を核として過冷却器４内部で過冷却状態が解除される問題が生じる。

このために、従来では図１０に示す如く、熱交換器９を備えた温度調節器１０を水導入管２に設置し、氷蓄熱槽１から取り出す略０℃の温度の水を例えば０．５℃程度に加熱して微細氷を融解させた後に前記過冷却器４に供給するようにしている。

一方、過冷却器に供給する水分子のクラスタを微細化する方法としては、バイオセラミックス処理器を氷蓄熱槽或いは水導入管に設けて、過冷却器に供給される水分子のクラスタを微細化し、これによって過冷却器での過冷却状態の解除を生じ難くして過冷却器の閉塞の問題を低減するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３５６４４０号公報

しかし、特許文献１の如く、バイオセラミックス処理器を氷蓄熱槽或いは水導入管に設けて、過冷却器に供給する水分子のクラスタを微細化するようにしても、フィルタを通過した微細氷が過冷却器に供給される問題は依然として生じており、このために特許文献１においても、図１０に示すように水導入管２に温度調節器１０を備えて氷蓄熱槽１の略０℃の温度の水を０．５℃まで加熱して微細氷を融解することが余儀なくされている。

しかし、過冷却器４における一般的な過冷却温度である−２℃に対し、過冷却器４に導く０℃前後の温度の水を一旦０．５℃に加熱してから導くことは、冷凍機５の駆動電力の増加を招き、約２０％のエネルギー損失を生じていた。

本発明は、過冷却器に導く水の温度を低く保持しても過冷却器内部で過冷却状態が解除される問題を防止して、高い効率で安定した製氷ができるようにした氷蓄熱装置を提供することを目的とする。

本発明の氷蓄熱装置は、氷蓄熱槽から水導入管により取り出した水を過冷却状態に冷却する過冷却器と、該過冷却器で冷却した過冷却水の過冷却状態を解除して氷を生成し生成した氷を前記氷蓄熱槽に供給する過冷却解除装置とを備えた氷蓄熱装置であって、前記過冷却器に供給する水を活性化する水活性化機能とフィルタの細孔と交差する方向に水を供給して微細氷を含まない水を取り出すフィルタ機能とを有する水処理装置を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明は、前記水処理装置が水活性化フィルタであってもよく、また、水活性化フィルタは、セラミックフィルタ又は炭素フィルタであってもよい。

また、本発明は、前記水処理装置が水導入管に備えられるか又は氷蓄熱槽に備えられていてもよい。

また、本発明は、前記水処理装置がフィルタと磁力発生装置からなっていても又はフィルタと超音波発信機からなっていてもよい。

また、本発明は、前記フィルタが、セラミックフィルタ又は炭素フィルタであってもよい。

本発明の氷蓄熱装置によれば、過冷却器に供給する水を活性化する水活性化機能とフィルタの細孔と交差する方向に水を供給して微細氷を含まない水を取り出すフィルタ機能とを有する水処理装置を備えたので、微細氷を含まず且つ水分子のクラスタが微細化された水を過冷却器に供給することができ、よって、過冷却器での水の過冷却時に過冷却状態が解除されてしまう問題を確実に防止することができる。従って、従来のように過冷却器内部で過冷却状態が解除されることにより過冷却器内部に氷が付着し、このために氷蓄熱装置の運転を停止して氷付着解除運転を実施する必要が低減するので、氷蓄熱装置の運転作動率を高めて生産性を大幅に向上できる効果がある。

更に、過冷却器内部で過冷却状態が解除される問題を防止できるために、従来の如く温度調節器を備えて過冷却器に導入する水を加熱する必要がなく、よって氷蓄熱槽内部の低温の水を過冷却器に導入できるので、冷凍機にて水を過冷却するのに要する電力を低減して大幅な省エネルギー化が達成できる効果がある。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の氷蓄熱装置の形態の一例を示すブロック図であり、基本構造は図１０と同一であり、同一の部材、部位には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１に示すように、氷蓄熱槽１の水を過冷却器４に導く水導入管２におけるポンプ３と過冷却器４との間に、過冷却器４に供給する水を活性化する水活性化機能と微細氷を含まない水を目詰まりなく取り出せるフィルタ機能とを備えた水処理装置１１を設置する。

前記水処理装置１１は、図２に示す如く、容器本体１２の内部に、水活性化フィルタ１３を設置して入口室１４と出口室１５とを形成している。前記水活性化フィルタ１３には、セラミック（バイオセラミック）の板に細孔１６を形成するか又はセラミック繊維によって網目状に細孔１６を形成するセラミックフィルタ１３ａを用いることができ、又は、炭素（活性炭素）の板に細孔１６を形成するか又は炭素繊維によって網目状に細孔１６を形成する炭素フィルタ１３ｂを用いることができる。前記水活性化フィルタ１３は、セラミックフィルタ１３ａ又は炭素フィルタ１３ｂに水が接触することによって、水分子のクラスタを微細化する作用を有する。

容器本体１２の入口室１４の一側には、水活性化フィルタ１３の細孔１６と交差する方向（水活性化フィルタ１３のフィルタ面と平行な方向）に水を供給するように前記水導入管２が接続されており、また、前記入口室１４の他側には、前記水活性化フィルタ１３のフィルタ面に沿って流れた水の一部を図１の調節弁１７を介して前記氷蓄熱槽１に戻す戻り管２ａが接続されている。そして、前記水活性化フィルタ１３の細孔１６を通過して出口室１５に導出された水は、水導入管２ｂを介して過冷却器４に導くようにしている。前記した如く、水導入管２によって水処理装置１１の入口室１４に供給された水は、水活性化フィルタ１３の細孔１６と交差するようにフィルタ面に沿って流動し、水中に存在する氷が細孔１６に留まって細孔１６を目詰まりさせたり、また、微細氷が細孔１６を通って出口室１５に導かれるのを防止するようになっている。なお、図２では前記水活性化フィルタ１３の後段に同様の別の水活性化フィルタ１３’を設置しており、このように多段の水活性化フィルタ１３，１３’を備えることによって水が水活性化フィルタ１３，１３’に接触する確率を高めて水分子のクラスタを微細化する作用を増加して、水の活性化を更に高めるようにしている。このとき、後段の水活性化フィルタ１３’の細孔１６’は前段の水活性化フィルタ１３の細孔１６よりも大きい口径としている。

また、図３では、前記水活性化フィルタ１３に形成される細孔１６が、入口室１４を流動する水の流れに対して後退する角度αで傾斜した場合を示しており、このように細孔１６を傾斜させることによって、細孔１６への氷の目詰まり、及び細孔１６への微細氷の侵入を更に確実に防止することができる。

次に、上記形態の作用を説明する。

図１、図２の形態では、氷蓄熱槽１からポンプ３によって取り出された水は、水導入管２により水処理装置１１の入口室１４に導入され、水活性化フィルタ１３の細孔１６と交差するようにフィルタ面に沿って流れ、一部の水は戻り管２ａにより氷蓄熱槽１に戻される。一方、水活性化フィルタ１３の細孔１６を通過した水は出口室１５に導出され、水導入管２ｂを通って過冷却器４に導かれる。

このとき、入口室１４に導入されて出口室１５に導出される水は、セラミックフィルタ１３ａ又は炭素フィルタ１３ｂからなる水活性化フィルタ１３，１３’の表面及び水活性化フィルタ１３，１３’の細孔１６，１６’と接触することによって水分子のクラスタが微細化され、これによって水の活性化が促進される。またこのとき、前記戻り管２ａによって氷蓄熱槽１に戻される水も水活性化フィルタ１３との接触によって水分子のクラスタが微細化されるので、氷蓄熱槽１内部の水も徐々にクラスタの微細化が進み、よって過冷却器４に導入される水の活性化が更に促進されるようになる。

また、前記水導入管２内部の水に氷が存在する場合は、前記水活性化フィルタ１３のフィルタ面に沿って流れる水の流れに乗って氷は慣性により戻り管２ａに向かうようになるために、氷は細孔１６には向かわなくなる。従って、細孔１６の口径を小さくしても、細孔１６が氷によって目詰まりする問題を防止でき、このように細孔１６の口径を小さくできることによって出口室１５へ微細氷が導出されるのを確実に防止できるようになる。

従って、過冷却器４に導かれる水は、水分子のクラスタが微細化されていて、且つ微細氷を含まないので、過冷却器４内部で過冷却状態が解除される問題を確実に防止できる。

更に、過冷却器４内部で過冷却状態が解除される問題を防止できるために、従来の如く温度調節器１０（図１０）を備えて過冷却器４に導入する水を加熱する必要がなくなり、よって氷蓄熱槽１内部の０℃の水を過冷却器４に導入できるので、冷凍機５によって水を例えば−２℃の過冷却温度に冷却するための消費電力を低減することができ、大幅な省エネルギー化が達成できる。

図４は、本発明の他の形態を示したもので、前記水処理装置１１を氷蓄熱槽１に備えた場合を示している。この水処理装置１１は、図５に示す如く、氷蓄熱槽１内部に区画壁１８と前記と同様の水活性化フィルタ１３，１３’によって水導出室１９を形成し、該水導出室１９の水を前記水導入管２により取り出すと共に、図４に示すポンプ３の出口に接続した戻り管２０を、調節弁２１を介して氷蓄熱槽１内部に戻すようにしている。そして、戻り管２０による水は、前記水活性化フィルタ１３の細孔１６と交差してフィルタ面に沿って流動するように氷蓄熱槽１内に噴出させている。

図４、図５の形態においても、過冷却器４に導かれる水は、前記セラミックフィルタ１３ａ又は炭素フィルタ１３ｂからなる水活性化フィルタ１３，１３’の作用によって水分子のクラスタが微細化される。更に、戻り管２０の水を水活性化フィルタ１３の細孔１６と交差する方向からフィルタ面に沿うように氷蓄熱槽１内部に噴出しているので、フィルタ面に沿う水の流れが形成され、よって、水中に存在する氷はその流れに沿って移動し、細孔１６からは微細氷を含まない水を取り出すことができる。従って、水導入管２により取り出されて過冷却器４に導かれる水は水分子のクラスタが微細化され、且つ微細氷を含まないので、過冷却器４内部で過冷却状態が解除される問題を確実に防止できる。更に、過冷却器４内部で過冷却状態が解除される問題を防止できるために、従来の如く温度調節器を備えて過冷却器４に導入する水を加熱する必要がなく、氷蓄熱槽１内部の０℃の水を過冷却器４に導入できるので、冷凍機における消費電力を削減して大幅な省エネルギー化が達成できる。

図６は、本発明の更に他の形態を示したもので、前記水導入管２におけるポンプ３と過冷却器４との間に、フィルタ２２と磁力発生装置２３からなる水処理装置１１を設けた場合を示す。

前記フィルタ２２は、図２と同様に、容器本体１２の内部に、水活性化フィルタ１３，１３’を設置して入口室１４と出口室１５とを形成し、入口室１４の一側から供給する水が水活性化フィルタ１３の細孔１６と交差してフィルタ面に沿って流動するようになっている。これにより、フィルタ面に沿って流動する水の一部は他側の戻り管２ａにより調節弁１７を介して前記氷蓄熱槽１に戻され、また、前記水活性化フィルタ１３，１３’の細孔１６を通って出口室１５に導出された水は水導入管２ｂを介して前記磁力発生装置２３に導かれるようになっている。このとき、前記細孔１６を形成するフィルタ２２には種々の材料を選定して用いることができるが、前記したようにセラミックフィルタ１３ａ又は炭素フィルタ１３ｂとすれば、微細氷を分離除去できると同時に、セラミックフィルタ１３ａ又は炭素フィルタ１３ｂによって水分子のクラスタを微細化できるので、水の活性化を更に促進できて好都合である。

また、前記磁力発生装置２３は、図７に示す如く、鋼製のケーシング２４の内部に電磁石或いは永久磁石からなる磁石２５を配置し、前記水導入管２ｂにより導入口２６に供給された水を、ケーシング２４と磁石２５の一端部間に環状に形成された狭い導入流路２７を経てケーシング２４内部の広い通路２８に導き、ケーシング２４の他端に形成した導出口２９から導出して過冷却器４に導くようにしている。この磁力発生装置２３では、前記狭い導入流路２７を水が通る際に、磁石２５によって前記狭い導入流路２７を通るように形成される磁力線３０を横切って流れるために、その磁力の作用によって水分子のクラスタが微細化される。

従って、図６、図７の形態においても、図２と同様に構成したフィルタ２２は、水導入管２により供給された水を水活性化フィルタ１３の細孔１６と交差するようにフィルタ面に沿って流動させて、水中に存在する氷は戻り管２ａ側に流し、細孔１６から微細氷を含まない水を取り出すことができる。更に、この微細氷を含まない水を磁力発生装置２３に導くことにより、磁力の作用によって水分子のクラスタを微細化することができる。従って、過冷却器４に導かれる水は微細氷を含まず且つ水分子のクラスタが微細化されているので、過冷却器４による水の過冷却時に過冷却状態が解除されてしまう問題を確実に防止することができる。更に、前記フィルタ２２を図２のセラミックフィルタ１３ａ又は炭素フィルタ１３ｂによって構成すれば、水活性化フィルタ１３，１３’によっても水分子のクラスタを微細化できるので、水の活性化を更に促進することができる。

図８は、本発明の更に他の形態を示したもので、前記水導入管２におけるポンプ３と過冷却器４との間に、フィルタ２２と超音波発信機３１からなる水処理装置１１を設けた場合を示す。

前記フィルタ２２は、前記図６で説明したものと同様に構成されている。

また、前記超音波発信機３１は、図９に示す如く、超音波発信機３１を水導入管２ｂの壁面に直接設置するようにしている。超音波発信機３１は、水導入管２ｂ内部を流動する水に超音波を作用させて水分子のクラスタを微細化するようになっている。

従って、図８、図９の形態においても、図６と同様に構成したフィルタ２２は、水導入管２により供給された水を水活性化フィルタ１３の細孔１６と交差するようにフィルタ面に沿って流動させて、水中に存在する氷は戻り管２ａ側に流し、細孔１６から微細氷を含まない水を取り出すことができる。更に、この微細氷を含まない水を超音波発信機３１に導くことにより超音波の作用によって水分子のクラスタを微細化することができる。従って、過冷却器４に導かれる水は微細氷を含まず且つ水分子のクラスタが微細化されているので、過冷却器４による水の冷却時に過冷却状態が解除されてしまう問題を確実に防止することができる。更に、前記フィルタ２２を図２のセラミックフィルタ１３ａ又は炭素フィルタ１３ｂによって構成すれば、水活性化フィルタ１３，１３’によっても水分子のクラスタを微細化できるので、水の活性化を更に促進することができる。

尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の氷蓄熱装置の形態の一例を示すブロック図である。図１における水処理装置の一例を示す断面図である。図２の水活性化フィルタの他の例を示す説明図である。本発明の氷蓄熱装置の形態の他の例を示すブロック図である。図４における水処理装置の一例を示す断面図である。本発明の氷蓄熱装置の形態の更に他の例を示すブロック図である。図６における磁力発生装置の一例を示す断面図である。本発明の氷蓄熱装置の形態の更に他の例を示すブロック図である。図８における超音波発信機の一例を示す断面図である。従来の氷蓄熱装置の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１氷蓄熱槽
２水導入管
４過冷却器
６過冷却解除装置
１１水処理装置
１３，１３’ 水活性化フィルタ
１３ａセラミックフィルタ
１３ｂ炭素フィルタ
１６，１６’ 細孔
２２フィルタ
２３磁力発生装置
３１超音波発信機

Claims

氷蓄熱槽から水導入管により取り出した水を過冷却状態に冷却する過冷却器と、該過冷却器で冷却した過冷却水の過冷却状態を解除して氷を生成し生成した氷を前記氷蓄熱槽に供給する過冷却解除装置とを備えた氷蓄熱装置であって、前記過冷却器に供給する水を活性化する水活性化機能とフィルタの細孔と交差する方向に水を供給して微細氷を含まない水を取り出すフィルタ機能とを有する水処理装置を備えたことを特徴とする氷蓄熱装置。
前記水処理装置が、水活性化フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱装置。
前記水活性化フィルタが、セラミックフィルタであることを特徴とする請求項２に記載の氷蓄熱装置。
前記水活性化フィルタが、炭素フィルタであることを特徴とする請求項２に記載の氷蓄熱装置。
前記水処理装置が、水導入管に備えられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の氷蓄熱装置。
前記水処理装置が、氷蓄熱槽に備えられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の氷蓄熱装置。
前記水処理装置が、フィルタと磁力発生装置からなることを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱装置。
前記水処理装置が、フィルタと超音波発信機からなることを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱装置。
前記フィルタが、セラミックフィルタであることを特徴とする請求項７又は８に記載の氷蓄熱装置。
前記フィルタが、炭素フィルタであることを特徴とする請求項７又は８に記載の氷蓄熱装置。