JP2006343065A - 蓄冷用製氷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製氷時における圧縮機の動力を大幅に低減できるようにするとともに、冷熱搬送に最適な氷水スラリーを安定して作り出すことができるようにする。
【解決手段】 冷媒圧縮式冷凍サイクルＡと吸収式冷凍サイクルＢと真空製氷槽Ｃとを備えた蓄冷用製氷装置において、前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７で発生する吸収熱を前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける蒸発器５で吸熱するように構成する一方、前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける冷媒凝縮器２の排熱を前記吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８での吸収溶液再生用の熱源として利用するように構成するとともに、前記真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気を前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７の吸収溶液に吸収するように構成して、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡの蒸発熱は、水蒸気の凝縮熱と溶解熱とを除去するために使用されるようにしている。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、蓄冷用製氷装置に関し、さらに詳しくは冷熱搬送用熱媒体（即ち、氷水スラリー）を生成するに適した蓄冷用製氷装置に関するものである。

搬送用熱媒体として用いられる氷水スラリーを作る場合、冷媒圧縮式冷凍サイクルにおける冷媒蒸発時の蒸発潜熱のみを使用しようとすると、冷媒蒸発温度が−１０℃程度まで低下することとなるため、圧縮機の動力が大きくならざるを得ず、エネルギー効率が低下してしまうという不具合が生ずる。

そこで、吸収式冷凍サイクルにおける吸収器と蓄冷槽とを連通状態で接続し、吸収器を使用して蓄冷槽を減圧にして、水の一部を氷にする吸収式製氷蓄冷装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、真空蓄冷槽における散水器の下部に着氷板を配置して、水の蒸発面積を増やすとともに、生成した氷を着氷板の機械的変形又は加熱により剥ぎ取るようにした真空製氷装置が提案されている（特許文献２参照）。

さらに、真空蓄冷槽内に、水をスプレー状に散布することにより、粒子径が小さく且つそろった氷を生成できるようにした球形氷粒子の製造装置及び方法が提案されている（特許文献３参照）。

特開平５−３３２６４８号公報。

特開平６−２４１６２８号公報。

特開平１１−２１８３７１号公報。

ところが、上記特許文献１に開示されている吸収式製氷蓄冷装置の場合、吸収式冷凍サイクル（ガス焚き又は排熱駆動）をまるごと組み込んでいるため、設備のスペースやコストが大きすぎて現実的でないという不具合が存するし、蓄冷槽の上部から減圧にすると、水面のみ氷が成長し、断続的な氷の成長が困難となるし、水面に生成した氷は、砕いたとしても膜状となるところから、氷水スラリーとして配管内を流すのに適さないものとなる。

また、上記特許文献２に開示されている真空製氷装置の場合、着氷板より氷を剥ぎ取るのに余分のエネルギーが必要となるし、剥ぎ取られた氷の形状が不均一となり、板状の大きなものとなるところから、氷水スラリーとして配管内を流すには不利となる。

さらに、上記特許文献３に開示されている球形氷粒子の製造装置及び方法の場合、真空チャンバー内の真空度を維持するための設備コストやランニングコストが大きくなってしまうという問題点がある。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、製氷時における圧縮機の動力を大幅に低減できるようにするとともに、冷熱搬送に最適な氷水スラリーを安定して作り出すことができるようにすることを目的としている。

本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡと吸収式冷凍サイクルＢと真空製氷槽Ｃとを備えた蓄冷用製氷装置において、前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７で発生する吸収熱を前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける蒸発器５で吸熱するように構成する一方、前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける冷媒凝縮器２の排熱を前記吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８での吸収溶液再生用の熱源として利用するように構成するとともに、前記真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気を前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７の吸収溶液に吸収するように構成している。

上記のように構成したことにより、吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７において発生する吸収熱は、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける蒸発器５において吸熱される一方、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける冷媒凝縮器２の排熱は、吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８での吸収溶液再生用の熱源として利用され、真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気は、吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７の吸収溶液に吸収されることとなる。従って、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡの蒸発熱は、水蒸気の凝縮熱と溶解熱とを除去するために使用されることとなるため、冷媒蒸発温度は５〜１０℃でよくなり、従来方式のように−１０℃まで下げる必要がなくなる。その結果、圧縮機の動力を大幅に低減できることとなり、エネルギー効率が大幅に向上する。しかも、真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気Ｓを前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７の吸収溶液に吸収するように構成しているので、真空製氷槽Ｃの真空度を簡単な構成で維持することができる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた蓄冷用製氷装置において、前記真空製氷槽Ｃに、水を滴下する水滴供給手段１１を設けることもでき、そのように構成した場合、水滴供給手段１１により散布される水滴径を調整することにより、生成される氷の粒子径を変えることができ、冷熱搬送用に最適な氷水スラリーを安定して作り出すことができる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた蓄冷用製氷装置において、前記吸収式冷凍サイクルＢに、前記再生器８において発生する水蒸気を凝縮させる空冷蒸気凝縮器１３を付設することもでき、そのように構成した場合、再生器８において発生する水蒸気を空冷蒸気凝縮器１３で凝縮回収することができる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第４の手段として、上記第１、第２又は第３の手段を備えた蓄冷用製氷装置において、前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡの循環冷媒として、自然冷媒を採用することもでき、そのように構成した場合、大気への放熱が容易となり、空冷凝縮器を小型化できる。

本願発明の第１の手段によれば、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡと吸収式冷凍サイクルＢと真空製氷槽Ｃとを備えた蓄冷用製氷装置において、前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７で発生する吸収熱を前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける蒸発器５で吸熱するように構成する一方、前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける冷媒凝縮器２の排熱を前記吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８での吸収溶液再生用の熱源として利用するように構成するとともに、前記真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気を前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７の吸収溶液に吸収するように構成して、吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７において発生する吸収熱は、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける蒸発器５において吸熱される一方、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける冷媒凝縮器２の排熱は、吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８での吸収溶液再生用の熱源として利用され、真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気は、吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器８の吸収溶液に吸収されるようにしたので、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡの蒸発熱は、水蒸気の凝縮熱と溶解熱とを除去するために使用されることとなるため、冷媒蒸発温度は５〜１０℃でよくなり、従来方式のように−１０℃まで下げる必要がなくなる結果、圧縮機の動力を大幅に低減できることとなり、エネルギー効率が大幅に向上するという効果がある。しかも、真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気Ｓを前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７の吸収溶液に吸収するように構成しているので、真空製氷槽Ｃの真空度を簡単な構成で維持することができるという効果もある。

本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた蓄冷用製氷装置において、前記真空製氷槽Ｃに、水を滴下する水滴供給手段１１を設けることもでき、そのように構成した場合、水滴供給手段１１により散布される水滴径を調整することにより、生成される氷の粒子径を変えることができ、冷熱搬送用に最適な氷水スラリーを安定して作り出すことができる。

本願発明の第３の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた蓄冷用製氷装置において、前記吸収式冷凍サイクルＢに、前記再生器８において発生する水蒸気を凝縮させる空冷蒸気凝縮器１３を付設することもでき、そのように構成した場合、再生器８において発生する水蒸気を空冷蒸気凝縮器１３で凝縮回収することができる。

本願発明の第４の手段におけるように、上記第１、第２又は第３の手段を備えた蓄冷用製氷装置において、前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡの循環冷媒として、自然冷媒を採用することもでき、そのように構成した場合、大気への放熱が容易となり、空冷凝縮器を小型化できる。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施の形態について説明する。

この蓄冷用製氷装置は、図１に示すように、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡと吸収式冷凍サイクルＢと真空製氷槽Ｃとを備えて構成されている。

前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡは、圧縮機１、冷媒凝縮器２、空冷冷媒凝縮器３、減圧機構として作用する膨張弁４、蒸発器５を冷媒配管により順次接続して構成されている。この冷媒圧縮式冷凍サイクルＡの循環冷媒としては、通常使用されるほとんどの冷媒（例えば、ＨＦＣ４１０ａ、ＨＦＣ４０７ｃ、二酸化炭素、プロパン、アンモニア等）が使用できるが、大気への放熱が容易となり、空冷冷媒凝縮器３を小型化できる点から自然冷媒（特に、二酸化炭素）が望ましい。符号６は空冷冷媒凝縮器３を冷却するための空冷ファンである。

一方、前記吸収式冷凍サイクルＢは、濃い吸収溶液Ｌ１に水蒸気Ｓを吸収させる吸収器７と該吸収器７から出た薄い吸収溶液Ｌ２を加熱濃縮して濃い吸収溶液Ｌ１に再生する再生器８とを溶液配管により接続して構成されている。この吸収式冷凍サイクルＢの循環溶液としては、種々の水溶液を採用することができるが、臭化リチウム水溶液が最適に使用される。符号９は溶液圧送用の溶液ポンプである。

前記真空製氷槽Ｃは、冷熱搬送用として利用される氷水スラリーを得るためのものであり、真空状態とされた蓄冷容器１０と、該蓄冷容器１０内に水を滴下する水滴供給手段１１とからなっており、該蓄冷容器１０内においては、水滴供給手段１１から散布された水滴Ｗが微細氷Ｉとして製氷されることとなっている。このようにすると、水滴供給手段１１により散布される水滴径を調整することにより、生成される氷の粒子径を変えることができ、冷熱搬送用に最適な氷水スラリーを安定して作り出すことができる。この際、水蒸気Ｓが発生するが、該水蒸気Ｓは、後述するように、吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７に供給されて濃い吸収溶液Ｌ１に吸収されることとなる。符号１２は水滴供給手段１１へ水を圧送するポンプである。

そして、前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７内には、前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける蒸発器５が配設されており、吸収器７内で発生する吸収熱を前記冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける蒸発器５で吸熱するように構成されている。

一方、前記吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８内には、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける冷媒凝縮器２が配設されており、冷媒凝縮器２の排熱を前記吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８での吸収溶液再生用の熱源として利用するように構成されている。

本実施の形態においては、再生器８における吸収溶液の再生時において水蒸気が発生するが、該水蒸気は、前記再生器８に付設された空冷蒸気凝縮器１３において凝縮されることとなっている。ここで得られた凝縮水は、凝縮水通路１４を介して前記水滴供給手段１１に供給され、水滴として蓄冷容器１０内に滴下されることとなっている。このようにすると、再生器８において発生する水蒸気を空冷蒸気凝縮器１３で凝縮回収することができるし、得られた凝縮水を蓄冷容器１０内での製氷用として利用できることとなり、無駄がなくなる。

なお、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおいては、冷媒凝縮器２の排熱を吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８での吸収溶液再生用の熱源として利用することとなっているが、冷媒凝縮器２で冷媒の凝縮が十分に行えない場合があるところから、本実施の形態においては、冷媒凝縮器２の出口側に空冷冷媒凝縮器３を設けている。この空冷冷媒凝縮器３と前記空冷蒸気凝縮器１３とは、共通の冷却ファン６により冷却されることとなっている。

さらに、前記真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気Ｓを前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７の吸収溶液に吸収するように構成しており、このことにより、蓄冷容器１０内の真空度を維持するようにしている。従って、蓄冷容器１０内と吸収器７内とは連通路１５を介して連通されており、両者はほぼ同圧とされる。

上記のように構成したことにより、吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７において発生する吸収熱は、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける蒸発器５において吸熱される一方、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける冷媒凝縮器２の排熱は、吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８での吸収溶液再生用の熱源として利用され、真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気は、吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７の吸収溶液に吸収されることとなる。従って、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡの蒸発熱は、水蒸気の凝縮熱と溶解熱とを除去するために使用されることとなるため、冷媒蒸発温度は５〜１０℃でよくなり、従来方式のように−１０℃まで下げる必要がなくなる。その結果、圧縮機の動力を大幅に低減できることとなり、エネルギー効率が大幅に向上する。しかも、真空製氷槽Ｃにおいて製氷時に発生する水蒸気Ｓを前記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収器７の吸収溶液に吸収するように構成しているので、真空製氷槽Ｃの真空度を簡単な構成で維持することができる。

上記吸収式冷凍サイクルＢにおける吸収溶液のサイクル線図は、図２に示す通りである。これによれば、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける冷媒蒸発温度が５℃〜１０℃であっても、吸収器７において発生する吸収熱を十分に吸熱することができることが分かる。また、冷媒圧縮式冷凍サイクルＡにおける冷媒凝縮温度が８０℃程度で吸収式冷凍サイクルＢにおける再生器８での再生用熱源として利用できることが分かる。

ところで、従来例（即ち、冷媒圧縮式冷凍サイクルにおける冷媒蒸発時の蒸発潜熱のみを使用した場合）と実施例（即ち、本実施の形態）とを比較すると、図３に示すように、実施例は、従来例の５０％の運転動力で十分なことが分かる。なお、従来例の運転条件は、圧縮式冷凍サイクル（冷媒：ＨＦＣ４１０ａ、冷媒蒸発温度：−１０℃、冷媒凝縮温度：５０℃、大気温度：４０℃）であり、実施例の運転条件は、圧縮式冷凍サイクル（冷媒：ＨＦＣ４１０ａ、冷媒蒸発温度：５℃、冷媒凝縮温度：８０℃、大気温度：４０℃）および吸収式冷凍サイクル（濃吸収溶液：５４％臭化リチウム水溶液、希吸収溶液：５０％臭化リチウム水溶液）であった。

本願発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能なことは勿論である。

本願発明の実施の形態にかかる蓄冷用製氷装置の配管系統図である。 本願発明の実施の形態にかかる蓄冷用製氷装置における吸収式冷凍サイクルの吸収溶液サイクル線図である。 本願発明の実施の形態にかかる蓄冷用製氷装置における運転動力削減効果を示す特性図である。

符号の説明

１は圧縮機
２は冷媒凝縮器
５は蒸発器
７は吸収器
８は再生器
１１は水滴供給手段
１３は空冷蒸気凝縮器
Ａは冷媒圧縮式冷凍サイクル
Ｂは吸収式冷凍サイクル
Ｃは真空製氷槽

Claims (4)

1. 冷媒圧縮式冷凍サイクル（Ａ）と吸収式冷凍サイクル（Ｂ）と真空製氷槽（Ｃ）とを備えた蓄冷用製氷装置であって、前記吸収式冷凍サイクル（Ｂ）における吸収器（７）で発生する吸収熱を前記冷媒圧縮式冷凍サイクル（Ａ）における蒸発器（５）で吸熱するように構成する一方、前記冷媒圧縮式冷凍サイクル（Ａ）における冷媒凝縮器（２）の排熱を前記吸収式冷凍サイクル（Ｂ）における再生器（８）での吸収溶液再生用の熱源として利用するように構成するとともに、前記真空製氷槽（Ｃ）において製氷時に発生する水蒸気を前記吸収式冷凍サイクル（Ｂ）における吸収器（７）の吸収溶液に吸収するように構成したことを特徴とする蓄冷用製氷装置。
2. 前記真空製氷槽（Ｃ）には、水を滴下する水滴供給手段（１１）を設けたことを特徴とする請求項１記載の蓄冷用製氷装置。
3. 前記吸収式冷凍サイクル（Ｂ）には、前記再生器（８）において発生する水蒸気を凝縮させる空冷蒸気凝縮器（１３）を付設したことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の蓄冷用製氷装置。
4. 前記冷媒圧縮式冷凍サイクル（Ａ）の循環冷媒として、自然冷媒を採用したことを特徴とする請求項１、２および３のいずれか一項記載の蓄冷用製氷装置。

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