JP4545332B2 - 不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機 - Google Patents

不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気圧縮冷凍機に備えている蒸発器から低温の氷スラリーを取出すと共に当該水蒸気圧縮機に別置された氷濃縮器又は雪製造機から低温氷や人工雪を取出すことができる技術に関する。
【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5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を取り出す構成であった。
【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。
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%を含有している。
ところで、当該氷スラリー5の凝固点つまり、凍結温度は0℃程度であり、前記蒸発部や前記氷濃縮器3から低温度の氷スラリーや低温氷を取出すことができなかった。
前記従来の技術に於いては、前記水蒸気圧縮冷凍機1や氷濃縮器3に雪製造機を備えたものがあるが、当該雪製造機によって低温の人工雪を生成かつ取出すことができなかった。
また、雪の温度を降下させるために塩化カルシウムなどの寒剤を散布する方法もあるが、環境の点から望ましくなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記氷蓄熱槽から蒸発器に流過する循環水に所定濃度を有するエチレングリコール等の不凍液を添加し、該循環水の凝固点を降下させて前記蒸発器や前記氷濃縮器で製造された氷スラリー又は氷の温度低下を図り、これらを取出すと共に雪製造機でもって、低温の人工雪を取出す技術であって、叙上した課題を解決すべくしたことを目的とするものであり、次の構成、手段から成立するものである。
【0005】
請求項1記載の発明によれば、氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機である。
【0006】
請求項2記載の発明によれば、氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器に連結された雪製造機と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機である。
【0007
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明に係る不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の各実施の形態について、詳細に説明する。
【0008
【発明の実施の形態1】
図1は本発明に係る実施の形態1を示すのもであって、不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の構成配置図である。
【0009
6は水蒸気圧縮冷凍機であって、蒸発器6a、圧縮機6b及び凝縮器6cを備えている。該蒸発器6aは氷蓄熱槽8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は当該蒸発器6aから導入された水蒸気を所定の条件で加圧する。前記凝縮器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水用熱交換器15等から導いた冷却水10で冷却し、凝縮する。
【001
ここに於いて、前記氷蓄熱槽8、前記水蒸気圧縮冷凍機6の蒸発器6a、氷スラリーポンプ11、解氷水ポンプ12及び冷熱用熱交換器13、及びこれらを結ぶ連絡管には補給水19として水道水が満されている。
前記循環水7へは、所定濃度を有する不凍液14を添加する。当該不凍液14は塩化ナトリウム又はグリコール類溶液であって、エチレングリコール等でなる。
前記不凍液14としては、エチレングリコールの他にプロピレングリコール、二価アルコール、プロパンジオール等を適用してもよい。
【001
8は氷蓄熱槽であり、前記蒸発器6aから氷スラリーポンプ11を介して取出された低温氷スラリー6dを貯留する。該氷蓄熱槽8では冷熱用熱交換器13から氷融解水8aを導き、低温の氷スラリーの氷融解作用が行なわれ、氷と融解水すなわち冷水が混在することになる。当該冷水は解氷水ポンプ12で冷熱用熱交換器13に圧送される。該冷熱用熱交換器13はいわゆる熱取出しサイクルとして冷房負荷(開示せず)等に冷水ポンプ18で冷水を循環流送する。
【001
次に、本発明に係る実施の形態1の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の動作について説明する。
図2に示すように一般的に水溶液中の不凍液、例えば、エチレングリコールの例の場合、濃度(g/L)を高めれば当該水溶液の凍結温度、つまり凝固点(℃)が降下することが判明している。
先ず、前記蒸発器6aから低温の氷スラリー6dを取出す前に於いて、前記循環水7にエチレングリコール等の不凍液14を添加し、当該不凍液の濃度を約50(g/L)に保有する。ここに於いて、前記水蒸気圧縮冷凍機6の蒸発器6aに於ける製氷温度は上記エチレングリコールが水溶液や前記循環水7中に溶解しているので、約−1.0(℃)となり、前記蒸発器6a内の攪拌機6eの攪拌作用によって、氷同士の結氷を防止し結氷のない氷スラリー6dとして前記蒸発器6aから取出すことができる。
一方、前記蒸発器6aで蒸発した水蒸気は冷却水10の冷却作用によって凝縮器6cで凝縮し、その量に相当する水が補給水すなわち凝縮水9として戻される。
そこで、戻される凝縮氷9の水質はほぼ蒸溜水に近く、そして、不純物である前記エチレングリコール等の不凍液14は前記循環水7に滞留したままであることから前記循環水7の水量や不凍液の濃度(g/L)には変化がない。
そして、以上説明したように、本実施の形態1によれば、前記循環水7に於ける不凍液の濃度を50(g/L)とすることにより、蒸発器6aから−1.0(℃)の低温度の氷スラリー6dを取出しできることが判明した。
尚、図1に於いて、15は冷却水用熱交換器又は密閉冷却塔であって、前記凝縮機6cで得られた冷却水(凝縮水)10を密閉回路として冷却水ポンプ16で循環させる。また、17は下水、海水、河川水、工業用水又は上水等であり、前記冷却水用熱交換器又は密閉冷却塔15に供給している。
【001
また、前記蒸発器6aから更に低い温度の氷スラリー6dを取出すためには当該不凍液濃度(g/L)を高め、製氷温度つまり凝固点を降下させればよい。
【001
【発明の実施の形態2】
図3は本発明に係る実施の形態2を示すものであって、不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の構成配置図である。
【0015
本実施の形態2は前記実施の形態1の構成に氷濃縮器を組込み、前記蒸発器から低温の氷スラリー及び前記氷濃縮器から低温氷を取出すことを特徴としたものである。
21は氷濃縮器であり、前記水蒸気圧縮冷凍機6内の蒸発器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6dを氷スラリーポンプ11で導入している。該氷濃縮器21は前記氷スラリー6dを水の浮力により氷と水に分離、すなわち固液分離し、例えば、重量比率で約80%の氷を含有する濃縮氷22を生成する。また、当該濃縮氷22を取出して、前記氷蓄熱槽8に供給し、氷解された水は補給水ポンプ23によって循環水7に導かれ、前記蒸発器6aに流送される。
また、前記氷濃縮器21、前記水蒸気圧縮冷凍機6の蒸発器6a、氷スラリーポンプ11、解氷水ポンプ12、冷熱用熱交換器13、前記氷蓄熱槽8及びこれらを結ぶ連結管には前記循環水7及び補給水19として水道水が満たされている。前記循環水7へは所定濃度を有するエチレングリコール等の不凍液14を添加し、前記循環水7に必要な不凍液濃度を確保する。そして、前記循環水7へは前記氷蓄熱槽8から補給水ポンプ23で氷解された水を補給水として流送している。
【0016
上述した本発明の実施の形態2の他の構成は、上記実施の形態1と略同一でありその説明を省略する。
【0017
次に、本発明に係る発明の実施の形態2の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の動作について説明する。
前記水蒸気圧縮冷凍機6の蒸発6aから低温の氷スラリー6dを取出す動作については、前記実施の形態1の動作と略同一であるのでその説明を省略する。
そこで、前記循環水7にエチレングリコール等の不凍液14を添加する。本実施の形態2によれば、不凍液の濃度を50(g/L)とすることにより、蒸発器6aから−1.0(℃)の低温の氷スラリーを取出し、前記蒸発器6aで生成された低温の氷スラリー6dは一旦前記氷濃縮器21に流送され、該濃縮器21で氷と水の固液分離が行なわれる。
而して、前記氷濃縮器21に低温度の約−1.0(℃)の濃縮氷22を貯留する。そして、当該氷濃縮器21から従来にない低温氷を取出すことができる。そして、前記氷濃縮器21から、さらに低い温度の濃縮氷22を取出すためには、当該不凍液濃度(g/L)を高め、製氷温度つまり、循環水7の凝固点を降下させればよい。
【0018
【発明の実施の形態3】
図4は本発明に係る実施の形態3を示すものであって、不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の構成配置図である。
【0019
本実施の形態3は前記実施の形態2の構成に雪製造機を組み込み、前記蒸発器から低温の氷スラリー及び前記氷濃縮器から低温氷並びに前記雪製造機で人工雪を生成しかつ取出すことを特徴としたものである。
25は雪製造機であり、例えば、ロータリーフィーダー等で構成されている。
前記氷濃縮器21で生成された低温の濃縮氷22を取り出し該氷濃縮器21に連結された雪製造機25によって、当該濃縮氷22をもとに噴霧状の人工雪25aを生成する。
【002
上述した本発明の実施の形態3の他の構成は上記実施の形態2と略同一であり、その説明は省略する。
【002
次に、本発明に係る実施の形態3の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の動作について説明する。前記水蒸気圧縮冷凍機6の蒸発器6aから低温の氷スラリー6dを取出すことや、前記氷濃縮器21から低温氷を取出すことの動作は前記本発明の実施の形態1及び2の動作と略同一であるのでその説明を省略する。
【002
そこで、前記循環水7にエチレングリコール等の不凍液14を添加して、その不凍液濃度(g/L)を相当に高くし、例えば、約150(g/L)とすれば、前記氷濃縮器21に極めて低温の約−5(℃)の濃縮氷22を得ることができる。当該−5(℃)の低温度の濃縮氷(低温氷)22を該氷濃縮器21の上部から取出し、前記雪製造機25に運送し、該雪製造機25を駆動動作させてこれを噴霧状であって−5(℃)の低温の人工雪25aを生成し取出しを行なう。当該人工雪25aは取出されてスキー場等に搬送され、当該スキー場に利用される。また、前記氷濃縮器21から、更に低い温度の濃縮氷22を取出しかつ低い温度の人工雪25aを生成するためには、当該不凍液濃度(g/L)を高め、製氷温度つまり循環水7の凝固点を降下させればよい。
【002
【発明の効果】
本発明に係る不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機は叙上の構成、動作を有するので次の効果がある。
【002
請求項1記載の発明によれば、氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機を提供する。
このような構成としたので、前記循環水の凝固点を降下させ、蒸発器から低温の氷スラリー及び前記氷濃縮器から所望の例えば、−0.1(℃)〜−10(℃)の低温氷を生成することができると共に、循環水に不純物として添加する汎用のエチレングリコール等の不凍液であって、実施化が極めて容易となる水蒸気圧縮冷凍機を提供できると共に該氷濃縮器は前記氷スラリーを水の浮力により氷と水に分離、すなわち固液分離し、例えば、重量比率で約80%の氷を含有する濃縮氷を生成しかつ当該濃縮氷を取出して、前記氷蓄熱槽に供給し、氷解された水は補給水ポンプによって循環水に導かれ、前記蒸発器に流送することができる。また前記循環水へは所定濃度を有するエチレングリコール等の不凍液を添加し、前記循環水に必要な不凍液濃度を確保することができる。さらに前記蒸発器内の攪拌機の攪拌作用によって、氷同士の結氷を防止し結氷のない氷スラリーを生成することができるという種々の効果がある。
【0025
請求項2記載の発明によれば、氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器に連結された雪製造機と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機を提供する。
このような構成としたので、請求項1記載の発明の効果に加えてロータリーフィーダー等の雪製造機で容易に人工雪を生成することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施の形態1の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の配置構成図である。
【図2】本発明に係る不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機に於いて、水溶液中の不凍液(g/L)に対する凝固点降下(℃)を示す特性チャートである。
【図3】本発明に係る実施の形態2の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の配置構成図である。
【図4】本発明に係る実施の形態3の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の配置構成図である。
【図5】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】
1、6 水蒸気圧縮冷凍機
2 循環水
2a 補給水
3 氷濃縮器
4 濃縮氷
5 氷スラリー
6a 蒸発器
6b 圧縮機
6c 凝縮器
6d 低温の氷スラリー
6e 攪拌機
7 循環水
8 氷蓄熱槽
8a 氷融解水
9 凝縮水
10 冷却水
11 氷スラリーポンプ
12 解氷水ポンプ
13 冷却用熱交換器
14 不凍液
15 冷却水用熱交換器又は密閉冷却塔
16 冷却水ポンプ
17 下水、海水、河川水、工業用水又は上水
18 冷水ポンプ
19 補給水
21 氷濃縮器
22 低温氷(濃縮氷)
23 補給水ポンプ
25 雪製造機
25a 人工雪

Claims (2)

  1. 氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機。
  2. 氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器に連結された雪製造機と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機。
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