JP5871161B2

JP5871161B2 - 氷蓄熱装置

Info

Publication number: JP5871161B2
Application number: JP2012017123A
Authority: JP
Inventors: 伸二堀川; 久美松矢; 浩司松林; 勝利松永
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP2013155936A

Description

本発明は、水没させた熱交換器に冷媒を通して、熱交換器の外面に製氷することで冷熱を蓄熱できる氷蓄熱装置に関するものである。

下記特許文献１には、水槽（１）内に板状の熱交換器（２１）を多数所定間隔で平行に配置し、熱交換器（２１）に冷媒を通してその外面に製氷する一方、その冷熱を取り出す際には、熱交換器（２１）への冷媒供給を停止した状態で、給水口（１６）より給水を行いながら冷水出口（１７）から取水する氷蓄熱装置が開示されている。この装置では、洗浄性を考慮し、水槽（１）を円筒状に形成すると共に、C.I.P.洗浄装置（５）を設置している。

特許第３４９８１７１号公報（段落番号０００４、００３７、図１−４）

しかしながら、前記特許文献１に記載の発明では、分解せずに洗浄（C.I.P.洗浄）するのが前提であり、また槽内で作業者が熱交換器などを洗浄することはできない。また、バブリング用の噴射管（４１）は、熱交換器（２１）の真下に配置され、しかも熱交換器（２１）の支持部材であるから、取り外して洗浄することはできない。

本発明が解決しようとする課題は、洗浄性およびその作業性のよい氷蓄熱装置を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、冷媒流路が形成された板状の熱交換器と、少なくとも二枚の前記熱交換器がその板面を前後に向けると共に、空間をあけて左右に離隔して配置され、槽内に水を貯留し、前記熱交換器の冷媒流路に通される冷媒により前記熱交換器の外面に製氷して冷熱を蓄熱可能な蓄熱槽とを備え、前記空間は、人が入れる作業空間であり、中空の直方体形状の前記蓄熱槽内には、複数の前記熱交換器からなる熱交換器群を左右に備えることで、前記蓄熱槽の左右方向中央部に前後方向へ沿う前記作業空間を残して、前記蓄熱槽内の左右にのみ前記熱交換器が設けられ、各熱交換器群の各熱交換器は、その板面を前後に向けて、間隔をあけて対面して配置されており、左右の前記熱交換器群の間には、前記作業空間として、左右方向の幅寸法が少なくとも３００ｍｍの空間が設けられており、左右の前記熱交換器群において、前後に隣接する前記熱交換器間の隙間の下端部に、空気供給手段からの空気を噴出させる空気溜め部材が設けられており、この空気溜め部材は、前記作業空間から着脱可能とされており、前記蓄熱槽内の底部には、前記各熱交換器の前記作業空間側の下部に係脱して、前記各熱交換器の下部を位置決めする係合材が設けられていることを特徴とする氷蓄熱装置である。

請求項１に記載の発明によれば、左右の熱交換器は、対面することなく、それぞれ板面を前後に向けると共に、空間をあけて左右に離隔して配置される。これにより、左右の熱交換器間の空間を利用して、左右の各熱交換器の洗浄が容易となる。よって、洗浄性やその作業性を向上することができる。

請求項１に記載の発明によれば、人が入れる作業空間をあけて左右に熱交換器が配置されるので、この作業空間から槽内の洗浄を容易に行うことができる。

請求項１に記載の発明によれば、槽内の中央部に幅３００ｍｍ以上の作業空間をあけ、その左右に複数の熱交換器を平行に並べ、熱交換器間の隙間は作業空間に開口される。これにより、槽内洗浄について、洗浄性およびその作業性を一層高めることができる。

請求項１に記載の発明によれば、作業空間から空気溜め部材を着脱可能であるから、空気溜め部材を取り外して、空気溜め部材を洗浄できる他、空気溜め部材を取り外した蓄熱槽内底部も洗浄できる。しかも、空気溜め部材は、熱交換器の真下ではなく、隣接する熱交換器間の隙間の下端部に配置されるので、空気溜め部材の着脱を容易に行うことができる。

さらに、請求項２に記載の発明は、左右の前記熱交換器群において、前記各熱交換器は、前後方向へスライド可能であると共に、設定位置で位置決め可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱装置である。

請求項２に記載の発明によれば、各熱交換器は、前後方向へスライド可能であるから、一層洗浄がしやすい。また、各熱交換器は、設定位置で位置決め可能であるから、洗浄後は容易に元の位置に戻すことができる。

本発明によれば、洗浄性およびその作業性のよい氷蓄熱装置を実現することができる。

本発明の氷蓄熱装置の一実施例を示す概略縦断面図であり、正面から見た状態を示している。図１の氷蓄熱装置の概略縦断面図であり、側面から見た状態を示している。図１の氷蓄熱装置の右側の熱交換器群の一部を示す概略斜視図である。図１の氷蓄熱装置の各熱交換器の概略縦断面図であり、一部を省略して示している。図１の氷蓄熱装置の蓄熱槽内底部から貯留水中への空気供給中の状態を示す概略縦断面図である。図１の氷蓄熱装置の変形例を示す概略斜視図であり、図３に対応する図面である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の氷蓄熱装置１の一実施例を示す概略縦断面図であり、図１は正面から見た状態、図２は側面から見た状態を示している。本実施例の氷蓄熱装置１は、スタティック型で外融式の氷蓄熱装置である。

本実施例の氷蓄熱装置１は、水が貯留される蓄熱槽２と、この蓄熱槽２内に配置される一または複数の熱交換器３と、この熱交換器３との間で冷媒を循環させる冷凍装置４と、前記蓄熱槽２内の貯留水中に空気を送り込む空気供給手段５とを備える。そして、冷凍装置４を運転して、熱交換器３の外面に製氷した後、冷凍装置４を停止して、蓄熱槽２内の冷水を冷水使用設備６で使用する。

蓄熱槽２は、その形状を特に問わないが、本実施例では角形、言い換えれば中空の直方体形状とされている。蓄熱槽２内には、熱交換器３が配置されると共に、その熱交換器３を水没させるまで水が貯留される。

熱交換器３は、板状とされ、本実施例では蓄熱槽２内に複数枚設けられる。具体的には、蓄熱槽２内には、複数の熱交換器３，３，…からなる熱交換器群７，７が左右に設けられ、各熱交換器群７の各熱交換器３は、その板面を前後に向けて、所定間隔をあけて対面して配置されている。各熱交換器３は、その形状や大きさを含めた構成が互いに同一とされている。

図３は、蓄熱槽２内の右側の熱交換器群７の一部を示す概略斜視図であり、また図４は、各熱交換器３の概略縦断面図であり、一部を省略して示している。

各熱交換器３の製造方法について説明すると、まず、重ね合わせた板材８，８同士を少なくとも板面において溶接し、その溶接により板面を膨出部９と非膨出部１０とに分ける。この際、膨出部９と非膨出部１０とは、それぞれ、溶接部（溶接線）１１で囲まれた領域として、または溶接部１１と板材８の端辺との間で囲まれた領域として形成される。口部１２（冷媒の出入口であり、膨出部９を膨出変形させる圧入流体の入口にも利用できる。）が板面に設けられる場合、膨出部９は溶接部１１で囲まれた領域として形成され、口部１２が板材８の端辺に設けられる場合、膨出部９は溶接部１１と板材８の端辺との間で囲まれた領域として形成される。いずれの場合も、非膨出部１０は、溶接部１１で囲まれた領域として、または溶接部１１と板材８の端辺との間で囲まれた領域として形成される。このようにして板面を膨出部９と非膨出部１０とに分けた後、予め設けておいた口部１２から膨出部９に流体を圧入して、膨出部９において板材８，８間を離隔する方向に膨出変形して冷媒流路１３が形成される。但し、冷媒流路１３の少なくとも一部において、冷媒流路１３は、その幅方向に複数の領域に溶接１１により仕切られている。

本実施例では、熱交換器３は、より具体的には次のようにして形成される。すなわち、まず、二枚の板材８，８を重ね合わせて、外周端面において全周を溶接（たとえばレーザー溶接）１１する。そして、予め板面に形成しておいた口部１２から真空引きして、板材８，８間の隙間を減圧した後、板材８，８間の隙間を減圧保持した状態で、板材８の外周部よりも内側の板面において、板材８，８同士を溶接（たとえばレーザー溶接）１１して、膨出部９と非膨出部１０とに分ける。

この際、板材８の外周端辺よりも内側の領域で、溶接部１１に囲まれた領域として膨出部９を形成する。また、膨出部９の内側の領域に、口部１２が配置されるように溶接１１がなされる。その後、口部１２から適宜の流体を膨出部９へ圧入して、膨出部９において板材８，８同士の隙間を開けるように、膨出部９を膨出変形する。このような構成の場合、膨出部９と非膨出部１０とは、それぞれ溶接部１１で囲まれた領域として形成される。従って、熱交換器３の使用時、膨出部９の溶接１１が破損しても、最外周部の溶接１１で、外部への冷媒の漏れを防止することができる。

口部１２を板面に設けた場合、口部１２の箇所において、一方の板材８に設けられた穴（口部１２）からの圧入流体は、その穴の面積全体で、他方の板材８を前記一方の板材８から離隔するよう押した後、板材８，８間の隙間を拡げるように、膨出部９全体を膨出変形させる。従って、口部１２を板面に設けた場合は、口部１２を板材８の端辺に設けた場合と比較して、板材８，８間の隙間をあける膨出変形を行いやすい。

また、本実施例では、上述した板面における溶接時、膨出部９の内側の領域の内、口部１２とその周囲の設定領域を除いた中途部が、膨出部９（冷媒流路１３）の幅方向に複数の領域に溶接（たとえばレーザー溶接）により仕切られる。そして、それぞれ仕切られた領域を膨出変形することで、冷媒流路１３がその幅方向に複数の領域に仕切られて形成される。

膨出部９は、その形状を特に問わないが、本実施例では、図３に示すように、板面の上部から下部にかけて、左右に蛇行して形成されている。より具体的には、左右方向に沿う直線状部が上下に等間隔に配置されると共に、上下に隣接する直線状部同士が左右互い違いに半円形状部で接続された形状に形成されている。そして、このようにして蛇行して形成される膨出部９の長手方向両端部（図３の右上部と右下部）には口部１２が設けられており、この口部１２は冷媒配管１４に接続される。さらに、膨出部９は、蛇行した冷媒流路１３の両端部を除いて、幅方向を溶接により適宜、複数（図示例では三つ）に仕切られている。なお、このための溶接の端部は、ループ状に折り返しておくことで、溶接強度が確保されている（図１）。

熱交換器３は、蓄熱槽２内に水没された状態で使用され、膨出部９には冷凍装置（コンデンシングユニット）４からの冷媒が膨張弁（図示省略）を介して通される。この際、好ましくは、上方の口部１２が冷媒入口とされる一方、下方の口部１２が冷媒出口とされる。このようにして、冷媒を熱交換器３の上方から下方へ通すことで、冷媒に溶け込んでいる圧縮機の潤滑油が熱交換器３内に溜まるのを防止することができる。

冷凍装置４を運転することで、熱交換器３の外面で製氷することができる。そして、製氷後には、蓄熱槽２内の水は、冷水使用設備６で使用可能とされる。図示例では、蓄熱槽２からの冷水が冷水使用設備６で使用された後、蓄熱槽２に戻される例を示しているが、場合により、蓄熱槽２からの冷水を冷水使用設備６で使用後、使い捨ててもよい。その場合、蓄熱槽２内には、適宜、給水されるのがよい。

なお、典型的には、電気料金の安い夜間電力を用いて、冷凍装置４を運転して、蓄熱槽２内の水を熱交換器３の外面で凍結させる。この際、蓄熱槽２内の水のすべてが凍結される訳ではなく、各熱交換器３の外面についた氷同士は、互いにつながらないのが好ましい。そして、昼間には、蓄熱槽２内の冷水を冷水使用設備６において利用する。冷水使用設備６は、特に問わないが、たとえば空調設備または食品機械である。

冷凍装置４を運転して、蓄熱槽２内で熱交換器３の外面に製氷する際、および／または、製氷後に蓄熱槽２内の冷水を冷水使用設備６にて使用する際、空気供給手段５を運転して、蓄熱槽２内の水の撹拌を図るのが好ましい。

図５は、蓄熱槽２内の底部から貯留水中への空気供給中の状態を示す概略縦断面図である。この図に示すように、冷凍装置４を運転して、蓄熱槽２内で熱交換器３の外面に製氷する際、および、製氷後に蓄熱槽２内の冷水を冷水使用設備６にて使用する際、空気供給手段５を運転して、蓄熱槽２内の水の撹拌を図るのが好ましい。空気供給手段５は、本実施例ではブロワ１５であるが、場合によりエアポンプでもよい。以下の説明では、空気供給手段５はブロワ１５であるとして説明するが、エアポンプである場合も同様である。

ブロワ１５は、蓄熱槽２内からの水の逆流を確実に防止するために、好ましくは蓄熱槽２の上部に配置される。そして、ブロワ１５からの空気は、蓄熱槽２の底部に設けられた空気溜め部材１６を介して、貯留水中に排出される。

空気溜め部材１６は、各熱交換器３の真下に設置してもよいが、本実施例では、隣接する前後の熱交換器３，３間（および所望により前後両端部の熱交換器３と蓄熱槽２の壁との間）の隙間の前後方向中央部に設置される。いずれの場合も、空気溜め部材１６は、熱交換器３の下端辺と平行に、且つ熱交換器３の下端辺と同等の高さに配置される。

空気溜め部材１６を熱交換器３の真下ではなく、前後の熱交換器３，３間の隙間に配置しておけば、板状の熱交換器３，３間、あるいは板状の熱交換器３，３の外面に付着した氷Ｉ，Ｉ間の隙間に、円滑に空気を噴出させて効果的なバブリングを行うことができる。また、空気溜め部材１６を熱交換器３の真下ではなく、前後の熱交換器３，３間の隙間に配置しておけば、後述する空気溜め部材１６の着脱作業や清掃を行いやすい。

本実施例の空気溜め部材１６は、下方へ開口したコ字形状材からなり、その長手方向両端部は板材で塞がれている。これにより、ブロワ１５からの空気を、空気溜め部材１６内に溜めることができる。空気溜め部材１６には、その前後の側壁に、左右方向等間隔に空気の噴出孔１７が形成されている。よって、ブロワ１５からの空気は、空気溜め部材１６を介して、前後の熱交換器３，３間の隙間に排出され、気泡の上昇により蓄熱槽２内の水の対流を図ることができる。

空気溜め部材１６は下方へ開口した部材から形成されるので、空気溜め部材１６内への汚れの滞留を防止することができる。つまり、ブロワ１５の停止により空気溜め部材１６内に水が逆流して、空気溜め部材１６内に汚れが入り込んでも、その汚れは空気溜め部材１６内に溜まらず、下方へ脱落することになる。しかも、空気溜め部材１６を蓄熱槽２に対し着脱可能に構成すれば、空気溜め部材１６を取り外して、空気溜め部材１６を清掃できるだけでなく、蓄熱槽２の底部に溜まった汚れを清掃することもできる。

空気溜め部材１６とブロワ１５との間は、縦管１８と横管１９とで接続されている。すなわち、蓄熱槽２の左右方向内側（左側の熱交換器群７の右端部、右側の熱交換器群７の左端部）の底部には、それぞれ前後方向へ沿って横管１９が設けられ、この横管１９の先端部は閉塞されている。また、横管１９の基端部には、縦管１８の下端部が接続されている。さらに、その縦管１８の上端部は、蓄熱槽２の上部において、逆止弁２０を介してブロワ１５に接続されている。

そして、横管１９と各空気溜め部材１６とは、チューブ２１を介して接続されている。つまり横管１９の周側壁には前後方向等間隔に、横管１９の内外を連通させるパイプ２２が設けられている一方、空気溜め部材１６の長手方向一端部（蓄熱槽２の左右方向内側の端部）には、空気溜め部材１６の内外を連通するパイプ２３が設けられており、両パイプ２２，２３がチューブ２１で接続されている。

空気溜め部材１６は、蓄熱槽２に対し着脱可能に設けられるのが好ましい。具体的には、左右の各熱交換器群７の下端部には、蓄熱槽２の左右方向内側の端部に、空気溜め部材１６の一端部を保持する第一支持材２４が設けられる一方、蓄熱槽２の左右方向外側の端部に、空気溜め部材１６の他端部を保持する第二支持材２５が設けられている。第一支持材２４は、下向きコ字形状材からなり、前後方向へ沿って配置される。第二支持材２５も、前後方向へ沿って配置され、垂直片２６と水平片２７とを有する略Ｌ字形状材から構成され、垂直片２６の上端部から蓄熱槽２の左右方向外側へ向けて水平片２７が配置される。

一方、空気溜め部材１６には、一端部（蓄熱槽２の左右方向内側の端部）にパイプ２３が設けられる一方、他端部（蓄熱槽２の左右方向外側の端部）に板状の上下一対の保持片２８，２８が水平に延出して設けられている。従って、空気溜め部材１６は、第二支持材２５を上下一対の保持片２８，２８で挟むように、水平片２７に上側の保持片２８を載せた後、第一支持材２４の上壁にパイプ２３を載せた状態で、第一支持材２４の上壁とパイプ押え２９との間でパイプ２３を挟むようにして、パイプ押え２９を第一支持材２４の上壁に着脱可能にネジで取り付ければよい。

ところで、図１に示すように、蓄熱槽２内の左右方向中央部には、空間、好ましくは人が入ることのできる作業空間３０が形成されている。従って、この作業空間３０から空気溜め部材１６の着脱作業を容易に行うことができる。作業空間３０は、その大きさを適宜に設定されるが、左右方向の幅寸法（左右の熱交換器群７，７同士の左右方向の離隔距離）Ｗが３００ｍｍ以上、好ましくは４００〜５００ｍｍの幅寸法の空間として、蓄熱槽２の左右方向中央部に前後方向に沿って設けられる。

このような作業空間３０を設けておくことで、蓄熱槽２内から水を抜いた状態で、蓄熱槽２内の作業空間３０に人が入って、蓄熱槽２内から蓄熱槽２内の清掃を容易に行うことができる。たとえば、蓄熱槽２内の底部から空気溜め部材１６を取り外して、空気溜め部材１６や蓄熱槽２内底部を清掃することができる。また、前後に間隔をあけて配置された各熱交換器３の板面を清掃したり、蓄熱槽２の壁面を清掃したりすることも容易となる。

図６は、前記実施例の氷蓄熱装置１の変形例を示す概略斜視図であり、図３に対応する図面である。この変形例では、左右の各熱交換器群７において、各熱交換器３は、前後方向へスライド可能であると共に、設定位置で位置決め可能とされている。なお、この変形例の場合、熱交換器３のスライドを可能とするために、熱交換器３と冷凍装置４とをつなぐ冷媒配管１４は、少なくとも一部においてフレキシブル配管が用いられる。

熱交換器３の前後への移動構造は特に問わないが、図示例の場合、各熱交換器群７の左右上部には、蓄熱槽２の前後の側壁を架け渡すように、前後方向へ沿って棒材３１，３１が設けられている。また、各熱交換器３の左右上部には、フックまたは環状の掛け部３２，３２が設けられている。そして、この掛け部３２が前記棒材３１に引っ掛けられており、棒材３１に沿って熱交換器３を前後へ移動可能とされている。

一方、熱交換器３を設定間隔で前後に配置して位置決め可能に、前記棒材３１には所定間隔で外周面に溝３３が形成されており、この溝３３に掛け部３２を配置することで、熱交換器３を所定位置に位置決めすることができる。このようにして熱交換器３の上部を位置決めできるが、好ましくは熱交換器３の下部も位置決めできるのがよい。

そのために、図示例では、蓄熱槽２の左右方向内側には、略コ字形状の係合材３４が設けられており、この係合材３４は、その溝３４ａで熱交換器３を挟む係合位置と、熱交換器３から離脱する非係合位置とを選択可能とされている。従って、係合材３４を非係合位置とした状態で、熱交換器３を前後に移動でき、熱交換器３を所定位置に配置（つまり棒材３１の溝３３に掛け部３２を配置）した状態で、係合材３４を係合位置にすれば、熱交換器３を上下で位置決めできることになる。しかも、係合材３４の操作を、蓄熱槽２内の作業空間３０から行うことができる。

この変形例の場合、熱交換器３を前後へ移動可能であるから、人が熱交換器３，３間の隙間に入って清掃することができる。これにより、作業性と洗浄性を一層向上することができる。

本発明の氷蓄熱装置１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。
特に、少なくとも二枚の熱交換器３が、その板面を前後に向けると共に、空間をあけて左右に離隔して配置された蓄熱槽２を備えれば、その空間の大きさやその他の構成は適宜に変更可能である。

また、前記実施例では、空気溜め部材１６には、空気の噴出孔１７を前後の側壁に設けたが、これに代えてまたはこれに加えて、上壁に設けてもよい。

さらに、前記実施例では、製氷後、蓄熱槽２内の冷水を直接に冷水使用設備６へ送って冷熱を利用する例について説明したが、蓄熱槽２内の水を外部熱交換器との間で循環させ、この外部熱交換器において、冷水と他の流体との熱交換を図ってもよい。

１氷蓄熱装置
２蓄熱槽
３熱交換器
４冷凍装置
５空気供給手段
６冷水使用設備
７熱交換器群
１３冷媒流路
１５ブロワ
１６空気溜め部材
３０作業空間

Claims

冷媒流路が形成された板状の熱交換器と、
少なくとも二枚の前記熱交換器がその板面を前後に向けると共に、空間をあけて左右に離隔して配置され、槽内に水を貯留し、前記熱交換器の冷媒流路に通される冷媒により前記熱交換器の外面に製氷して冷熱を蓄熱可能な蓄熱槽とを備え、
前記空間は、人が入れる作業空間であり、
中空の直方体形状の前記蓄熱槽内には、複数の前記熱交換器からなる熱交換器群を左右に備えることで、前記蓄熱槽の左右方向中央部に前後方向へ沿う前記作業空間を残して、前記蓄熱槽内の左右にのみ前記熱交換器が設けられ、
各熱交換器群の各熱交換器は、その板面を前後に向けて、間隔をあけて対面して配置されており、
左右の前記熱交換器群の間には、前記作業空間として、左右方向の幅寸法が少なくとも３００ｍｍの空間が設けられており、
左右の前記熱交換器群において、前後に隣接する前記熱交換器間の隙間の下端部に、空気供給手段からの空気を噴出させる空気溜め部材が設けられており、
この空気溜め部材は、前記作業空間から着脱可能とされており、
前記蓄熱槽内の底部には、前記各熱交換器の前記作業空間側の下部に係脱して、前記各熱交換器の下部を位置決めする係合材が設けられている
ことを特徴とする氷蓄熱装置。
左右の前記熱交換器群において、前記各熱交換器は、前後方向へスライド可能であると共に、設定位置で位置決め可能とされている
ことを特徴とする請求項１に記載の氷蓄熱装置。