JP3729393B2 - 水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気圧縮冷凍機から製氷された氷を別置された蓄熱槽及び清浄水貯槽によって、冷熱の利用や純水又は清浄水の利用を行なう技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の水蒸気圧縮冷凍機による製氷技術は、例えば、図2に示すような基本構成であった。これについて説明すれば、水蒸気圧縮冷凍機1で補給水2aを導く循環水2から水を含んだ氷スラリー5を製氷し、この氷スラリー5から氷濃縮器3により生成された濃縮氷4を直接的に金鉱等の構造体内に搬送し、冷房等行なっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は叙上のような構成であるので、次の課題が存在した。
(a)前記水蒸気圧縮冷凍機1の蒸発部から前記氷濃縮器3に流入する氷スラリー5は、例えば氷が体積比率において、約15%含有している。又前記氷濃縮器3から取出される濃縮氷4は、例えば氷が体積比率において、約80%含有している。そこで、この濃縮氷4を金鉱等の構造体内に、人手によるか、圧縮空気でもって搬送する場合があった。前者の場合は、人力による搬送であり、人件費が累むと共に搬送量が不安定であり、金鉱等構造体を適切に冷房することができなかった。後者の場合は、圧縮空気送風関連の設備が必要となり、前記水蒸気圧縮冷凍機1や金鉱等構造体内設備が大型化すると共に、搬送工程が複雑化する欠点があり、例えば地下約4kmの如き極めて深い金鉱等の構造体には設置工数や費用の点で不適切であった。
【0004】
(b)また、従来の技術に於いては、単に氷濃縮器3によって濃縮氷4を生成することのみであり、純水や清浄水を取出すことができず、これらを目的とするシステムや装置としては利用することが出来なかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、氷濃縮器から取出された濃縮氷を蓄熱槽で氷融解による冷熱利用でもって、金鉱等の構造体の冷房を図り、他方では、氷融解による冷水を取出し、該冷水を清浄水貯槽に導き、この清浄水貯槽から純水又は清浄水の取出しを図る新規な水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムを提供することを目的としたものであり、次の構成、手段から成立するものである。
【0006】
請求項1記載の発明によれば、補給水を取り入れた循環水を導く蒸発部、圧縮機及び冷却塔から冷却水を導き水蒸気を凝縮する凝縮部で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記蒸発部からの氷スラリーを導入しかつ濃縮氷を生成する氷濃縮器と、前記氷濃縮器からの濃縮氷を貯留しかつ生成された冷水で前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を洗浄する蓄熱槽と、該蓄熱槽から生成された冷水を貯留すると共に前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を清浄する清浄水貯槽とを備え、該蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を冷房媒体として取出したことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムである。
【0007】
請求項2記載の発明によれば、前記蓄熱槽で生成された水の一部を氷洗浄用水として、前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムである。
【0008】
請求項3記載の発明によれば、前記蓄熱槽又は前記清浄水貯槽から水の一部を氷洗浄用水として前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の純水又は清浄水取出しシステムである。
【0009】
請求項4記載の発明によれば、前記蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を熱交換器を介して冷房媒体として取出したことを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムである。
【0010】
請求項5記載の発明によれば、前記補給水が海水、河川水、下水処理水、排水処理水、工業用水又は上水でなることを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に基づき、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムの実施の形態について詳細に説明する。
【0012】
図1は本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムの実施の形態の一例を示す構成配置図である。6は水蒸気圧縮冷凍機であって、蒸発部6a、圧縮機6b及び凝縮部6cを備えている。該蒸発部6aは氷濃縮器13から循環水7を導くと共に前記圧縮機6bの運転によって、低圧に保持しつつ当該循環水7の一部を蒸発させる。該圧縮機6bは当該蒸発部6aから導入された水蒸気を所定の条件で加圧する。前記凝縮部6cは、前記圧縮機6bで加圧されかつ高温になった水蒸気を導入し、これを外部に設置した冷却塔8から導いた冷却水9で冷却し、凝縮する。尚、蒸発部6a、スラリーポンプ14、氷濃縮器13、およびこれらを結ぶ連絡配管のいずれかに、前記循環水7への補給水7aが供給され、該補給水7aは海水、河川水、下水処理水、廃水処理水、工業用水又は上水等各種の水が適用される。
【0013】
冷却塔8は、前記水蒸気圧縮冷凍機6の付帯設備であり補給水10を導入し、前記凝縮部6cから導かれた冷却水9を冷却水ポンプ11で流送し、一部をブロ−水12として排出し、該補給水10を冷却水9として、前記凝縮部6cに導入する。また、前記冷却塔8は前記凝縮部6cに於いて水蒸気を凝縮することで温度上昇した冷却水9の熱を大気に排出する機能を有する。
【0014】
13は氷濃縮器であり、前記水蒸気圧縮冷凍機6内の蒸発部6aで生成された、例えば体積比率で約15%の氷を含有する氷スラリーをスラリーポンプ14で導入している。該氷濃縮器13は前記氷スラリーを氷の浮力により氷と水に分離し、例えば体積比率で約80%の氷を含有する濃縮氷13aを生成する。そして、過剰分の水は図示するように、前記水蒸気圧縮冷凍機6の蒸発部6aに戻される。該氷濃縮器13は後記する蓄熱槽17や清浄水貯槽23から流送された氷洗浄用水15a、15bを散水しながら導入し、前記濃縮氷13aの外表面を洗浄する。濃縮氷13aを洗浄した後、余剰の洗浄水や不純物を含んだ水はブロ−水16として外部に排出される。
【0015】
17は蓄熱槽であり、前記氷濃縮器13から取出された濃縮氷13aを貯溜する。該蓄熱槽17内では後記する熱交換器20から氷融解水18を導き、濃縮氷13aの氷融解作用が行なわれ、氷17aと融解水すなわち冷水17bが混在することになる。当該冷水17bは冷水ポンプ19で熱交換器20に圧送される。該熱交換器20はいわゆる熱取出しサイクルとして前記蓄熱槽17から圧送された冷水17bを冷熱源とし、金鉱等の構造体(開示せず)に配置した冷房負荷(開示せず)に送り水21及び返り水22等の冷液や冷気体を循環流送する。これにより金鉱等の構造体内が冷房されることとなる。ここで、送り水21及び返り水22等の冷液や冷気体は前記金鉱等に敷設した配管内等流送させ冷房媒体としての要素を備えるものである。また一方に於いて、前記蓄熱槽17で生成された冷水17bは、熱交換器20を介して氷洗浄用水15aとして、前記氷濃縮器13に導入され、前述したように、前記濃縮氷13aの外表面を洗浄する。
【0016】
23は清浄水貯槽であり、前記蓄熱槽17から清浄水ポンプ24で圧送された冷水17bすなわち融解水を純水又は清浄水23aとして貯溜するものである。該清浄水貯槽23内の純水又は清浄水23aは、高い清浄度が要求される工業用清浄水やボイラー補給水更には超純水用原水などに利用される。また一方に於いて、前記清浄水貯槽23内に貯溜された純水又は清浄水23aは氷洗浄用水15bとして、前記氷濃縮器13に導かれ前述したように前記濃縮氷13aの外表面を洗浄する。
【0017】
次に、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムの動作について説明する。前記水蒸気圧縮冷凍機6の前記圧縮機6bが運転すると前記蒸発部6aが、例えば体積比率で15%の氷を含有する氷スラリーを生成する。そして、前記氷濃縮器13は前記氷スラリーを、例えば体積比率で80%の氷を含有する濃縮氷13aを生成する。そして、該氷濃縮器13から濃縮氷13aを取出して、前記蓄熱槽17に貯溜する。ここに於いて、試算によれば、前記水蒸気圧縮冷凍機6が1000kWの氷製造能力を有する場合、該水蒸気圧縮冷凍機6が夜間運転であって、電力利用として10時間(h)で濃縮氷量は水換算で13.4m3/h×10h=134m3となることが判明した。
【0018】
次に、前記蓄熱槽17は氷融解水18を導入して融解して得た、冷水17bを冷水ポンプ19で熱交換器20に圧送されかつ熱交換され冷房媒体としての送り水21、及び返り水22等の冷液や冷気体を循環させ金鉱等の構造体を冷房する。試算によれば、熱利用を10。Cまで行なった場合の熱量は氷融解のためや、0。Cから10。Cまでの熱利用として、11,530kWであることが判明した。そして、前記蓄熱槽17の濃縮氷量の約20%分の冷水17bの量を冷水ポンプ19でもって、前記氷洗浄用水15aとして氷濃縮器13に圧送する。而して、該氷濃縮器13内の濃縮氷13aを洗浄すると共に、該濃縮氷13aに付着している不純物を分離し、ブロ−水16に混入させて外部に排出させる。そこで、洗浄された前記濃縮氷13aは該氷濃縮器13から取出され、前記蓄熱槽17に導かれる。このように、前記蓄熱槽17と前記氷濃縮器13とのルート間を氷洗浄水15aを循環させたいわゆる洗浄サイクルを形成することにより、蓄熱槽17内の氷17a及び冷水17bの清浄度を高めることが出来る。これは、前記濃縮氷13aや前記氷17aの純度を高める第1手段として機能を有している。
【0019】
次に、前記蓄熱槽17から純水又は清浄水23aが清浄水ポンプ24で圧送され、前記清浄水貯槽23内に貯溜される。ここで、試算によれば、前記蓄熱槽17の濃縮氷量の約80%の水量は清浄水ポンプ24でもって、前記清浄水貯槽23に圧送される。而して、清浄水貯槽23内の純水又は清浄水23aの1日当りの貯溜量は前記濃縮氷量の80%となり、すなわち、134m3×0.8=107.2m3となる。また、前記氷濃縮器13内の濃縮氷13aの外表面を洗浄しない場合や純度が比較的劣化した清浄水23aである場合に於ける前記清浄水23aは1日当り、134m3の貯溜量が得られる。
【0020】
また、前記清浄水貯槽23内の純水又は清浄水23aは配管(開示せず)等で流送され、最終的に消費者や工場等に於いて純水や清浄水の利用に供される。一方、前記清浄水貯槽23内の純水又は清浄水23aの一部は氷洗浄用水15bとして、前記氷濃縮器13に導かれ、濃縮氷13aの外表面を洗浄する。そして、該濃縮氷13aに付着している不純物を除去する。また、更に、前記氷濃縮器13、前記蓄熱槽17、前記清浄水貯槽23及び前記氷濃縮器13のルート間、いわゆる洗浄サイクルを冷水17b又は清浄水23aを循環させることにより、当該清浄水又は純水23aや氷17aの純度を高めることができる。これは、濃縮氷13a、前記氷17a、清浄水又は純水23aの純度を高める第2手段としての機能を有している。
【0021】
尚、前述したように蒸発部6a、スラリーポンプ14、氷濃縮器13及びこれらを結ぶ連絡配管のいずれかに導入する循環水7への補給水7aは、海水、河川水等各種の水が適用されるが、本発明では特に塩類濃度約2000mg/lの下水処理水について、試算を試みた。試算によれば、氷濃縮器13内の濃縮氷13aを氷洗浄用水15a、15bで洗浄しない場合でも、清浄水貯槽23内の純水又は清浄水23aの水質は塩類濃度約400mg/lであり、当該水質は日本に於ける上水の平均塩類濃度200mg/lに比べて濃度が高いが、前記濃縮氷13aの洗浄サイクルを繰返せば、極めて純度の高い純水23aを得ることが分った。すなわち、前記純水又は清浄水23aの水質は第1回目の洗浄サイクルにより塩類濃度が200mg/lとなり、第2回目の洗浄サイクルにより塩類濃度が100mg/lとなり又、第3回目の洗浄サイクルにより塩類濃度が50mg/lなることが分り、そして最終的に純水23aを得ることができる。
【0022】
尚、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムに於いては、図1に示す構成によれば、蓄熱槽17及び清浄水貯槽23を配置しているので、該蓄熱槽17から冷熱利用による各種構造体内の冷房機能と該清浄水貯槽23から純水又は清浄水の取出し機能を同時に働かせることができる装置とすることができる。
【0023】
【発明の効果】
本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムは叙上の構成、動作を有するので次の効果がある。
【0024】
請求項1記載の発明によれば、補給水を取り入れた循環水を導く蒸発部、圧縮機及び冷却塔から冷却水を導き水蒸気を凝縮する凝縮部で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記蒸発部からの氷スラリーを導入しかつ濃縮氷を生成する氷濃縮器と、前記氷濃縮器からの濃縮氷を貯留しかつ生成された冷水で前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を洗浄する蓄熱槽と、該蓄熱槽から生成された冷水を貯留すると共に前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を清浄する清浄水貯槽とを備え、該蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を冷房媒体として取出したことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、蓄熱槽及び清浄水貯槽で生成された冷水及び清浄水は、氷濃縮器に導入され濃縮氷の外表面を洗浄し、該濃縮氷に付着している不純物を除去するので、純水又は水の純度を高めるうえに、清浄水貯槽から純水又は清浄水を特殊な構造や手段を設けることなく簡単に取出すことができ、これらを各種の純水や清浄水の用途に利用できる効果がある。
【0025】
請求項2記載の発明によれば、前記蓄熱槽で生成された水の一部を氷洗浄用水として、前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、特殊の構造や手段を設けることなく、氷濃縮器内の濃縮氷を純度の高いものとし、更に濃縮氷の洗浄サイクルを重ねて行なえば極めて高い純度の氷が得られる効果がある。。
【0026】
請求項3記載の発明によれば、前記蓄熱槽又は前記清浄水貯槽から水の一部を氷洗浄用水として前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の純水又は清浄水取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、特殊の構造や手段を設けることなく清浄水貯槽内の清浄水等を純度の高いものとし、更に氷濃縮器内の濃縮氷の洗浄サイクルを重ねれば純水を得ることができる効果がある。
【0027】
請求項4記載の発明によれば、前記蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を熱交換器を介して冷房媒体として取出したことを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、濃縮氷の氷融解による冷熱を汎用の熱交換器を用いて利用したので、構造体内への冷房実施が極めて容易となる効果がある。
【0028】
請求項5記載の発明によれば、前記補給水が海水、河川水、下水処理水、排水処理水、工業用水又は上水でなることを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、各種の補給水であっても、濃縮氷の洗浄サイクルを行なうことにより純水又は清浄水を得ることができ、本システムの利用範囲が広い効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムの実施の形態を示す構成配置図である。
【図2】従来の技術に於ける水蒸気圧縮冷凍機による製氷技術の例を示す基本構成図である。
【符号の説明】
6 水蒸気圧縮冷凍機
6a 蒸発部
6b 圧縮機
6c 凝縮部
7 循環水
7a、10 補給水
8 冷却塔
9 冷却水
11 冷却水ポンプ
12 ブロ−水
13 氷濃縮器
13a 濃縮氷
14 スラリーポンプ
15a、15b 氷洗浄用水
16 ブロ−水
17 蓄熱槽
17a 氷
17b 冷水
18 氷融解水
19 冷水ポンプ
20 熱交換器
21 送り水
22 返り水
23 清浄水貯槽
23a 清浄水(純水)
24 清浄水ポンプ
Claims (5)
- 補給水を取り入れた循環水を導く蒸発部、圧縮機及び冷却塔から冷却水を導き水蒸気を凝縮する凝縮部で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記蒸発部からの氷スラリーを導入しかつ濃縮氷を生成する氷濃縮器と、前記氷濃縮器からの濃縮氷を貯留しかつ生成された冷水で前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を洗浄する蓄熱槽と、該蓄熱槽から生成された冷水を貯留すると共に前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を清浄する清浄水貯槽とを備え、該蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を冷房媒体として取出したことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステム。
- 前記蓄熱槽で生成された水の一部を氷洗浄用水として、前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステム。
- 前記蓄熱槽又は前記清浄水貯槽から水の一部を氷洗浄用水として前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の純水又は清浄水取出しシステム。
- 前記蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を熱交換器を介して冷房媒体として取出したことを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステム。
- 前記補給水が海水、河川水、下水処理水、排水処理水、工業用水又は上水でなることを特徴とする請求項1記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステム。
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