JPH0375426A - 蓄冷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、リキッド状の氷、あるいは気体水和物を生成
して蓄冷を行う蓄冷装置に関する。

［従来の技術］ 近年、空調分野などでは、氷の大きな融解潜熱を利用し
て蓄冷を行う氷蓄冷方式が採用されている。

この氷蓄冷方式では、伝熱面の外面、あるいは内面に生
成された氷がある程度成長すると、氷が断熱材の働きを
するため、冷凍機のｃｏｐ　（成績係数）が低下する問
題を備えている。

そこで、現在では、流動性や取扱い性に優れ、且つ伝熱
性能の良いリキッド状の氷を使用したリキッドアイス蓄
冷装置（特開昭６１−２７２５３９号公報参照〉の研究
や、流動性に優れ、且つ蓄熱容量の多い気体水和物蓄冷
装置（特開昭６３−２７１０６５号公報、特開昭６３−
２７１０９６号公報参照）の研究が盛んに行われている
。

リキッドアイスは、水に不凍液（例えばエチレングリコ
ール）を加えた不凍液水を氷点（例えば−２０℃〜−５
℃）以下に冷却した際に、析出した氷の粒が濃度の高い
エチレングリコール水溶液に包み込まれて生成される。

気体水和物は、不凍液水を気体水和物の分解温度（例え
ば４℃〜２０℃）以下に冷却した際に、疎水性の気体分
”Ｆ（例えばフロン）が水との共存下で析出する化合物
である。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、上述のリキッドアイス蓄冷装置や気体水和物
蓄冷装置では、氷または気体水和物が生成されるにした
がって、氷または気体水和物以外の不凍液水（不凍液＋
水）が徐々に濃縮され、不凍液濃度が大きくなる。この
ため、不凍液による水の凝固点降下（氷の生成温度の降
下）、あるいは気体水和物の分解温度降下（気体水和物
の生成温度の降下〉が大きくなることから、冷凍機のＣ
ＯＰが悪化し、蓄冷時間が長くなってしまう課題を有し
ていた。

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
は、蓄冷時間を短縮した蓄冷装置を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、水に不凍液を加え
た不凍液水を蓄える液槽を有し、前記不凍液を冷却して
リキッドアイスまたは気体水和物を生成する生成装置と
、供給された不凍液水を、水と不凍液とに分離する分離
装置と、通電を受けることで、前記液槽内の不凍液水を
前記分離装置に供給するとともに、前記分離装置で分離
された水を前記液槽内に送るポンプと、前記液槽内の不
凍液濃度を検出する検出手段を有し、該検出手段の検出
値が予め設定された設定値以上に」−昇した際に前記ポ
ンプを通電する制御装置とを備えたことを技術手段とす
る。

［作用コ 上記構成よりなる本発明の蓄冷装置は、以下の作用を有
する。

生成装置の作動により、不凍液水が生成温度以下に冷却
されて、リキッドアイスまたは気体水和物が生成され始
める。その後、検出手段の検出値が設定値以上に上昇し
た際に、制御装置によってポンプが通電される。

ポンプが通電されると、液槽内の不凍液水が分離装置に
供給される０分離装置に供給された不凍液水は、水と不
凍液とに分離・され、分離された水が液槽内に送り込ま
れることにより、液槽内の不凍液水が希釈される。この
ため、蓄冷中における液槽内の不凍液濃度の設定値以上
への」−昇が抑制される。

［発明の効果コ 上記作用を有する本発明の蓄冷装置は、蓄冷中における
液槽内の不凍液濃度が設定値以上に上昇することがなく
なるので、リキッドアイスまたは気体水和物の生成温度
の降下を防ぐことができる。

この結果、冷凍機のＣＯＰの低下を防止して、蓄冷時間
を短縮することができる。

［実施例］ 次に、本発明の蓄冷装置を図面に示す実施例に基づき説
明する。

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は蓄冷装置の全体構成図である。

本実施例の蓄冷装置１は、水に不凍液（例えばエチレン
グリコール）を加えたブライン（本発明の不凍液水）を
、氷点（生成温度〉以下に冷却してリキッドアイスを生
成する゛リキッドアイス生成装置２と、供給されたブラ
インを水と不凍液とに分離する分離装′１１３とを備え
る。

リキッドアイス生成装置２は、ブラインを蓄えるととも
に、生成したリキッドアイスを貯蔵する蓄冷槽４（本発
明の液槽）と、この蓄冷槽４を冷媒蒸発器として機能さ
せる冷凍サイクル５とから構成されている。

蓄冷槽４は、外部の熱を断熱して設けられた密閉容器で
ある。

冷凍サイクル５は、ブラインを氷点以下に冷却する冷却
装置である。この冷凍サイクル５は、冷媒蒸発器として
ｌｌ能する蓄冷槽４以外に、冷媒圧縮機６、冷媒凝縮器
７、レシーバ８、および膨脹弁９から戒り、上記各機能
部品６〜９、および４を、冷媒配管１０によって環状に
接続したものである。

なお、蓄冷［４に接続される冷媒配管１０は、上流側が
蓄冷槽４の底壁面に接続され、下流側が蓄冷槽４の上壁
面に接続されている。

また、膨脹弁９で減圧された冷媒を、蓄冷槽４内に蓄え
られたブライン中に噴出させるため、蓄冷［４の底壁面
に接続された冷媒配管１０の先端には、ノズル１１が取
り付けられている。

分離装置３は、内部に、水と不凍液とを分離する分離１
１１３ａを有する筒体で、供給されたブラインの流入口
３ｂ、分離された水および不凍液の流出口３Ｃおよび３
ｄが形成されている。

分離装置３の流入口３ｂは、ポンプ１２を介在させた往
路配管１３によって、蓄冷槽４の底部寄りに接続されて
いる。水の流出口３Ｃは、岐路配管１４を介して蓄冷槽
４の底部寄りに接続され、不凍液の流出口３ｄは、分離
された不凍液を一時的に貯蔵する貯蔵槽１５に連絡され
ている。

ポンプ１２は、後述する制御装置１６によって通電制御
され、通電を受けることで、蓄冷槽４内のブラインを分
離装置３へ供給するとともに、分離装置３で分離された
水および不凍液を、それぞれ蓄冷槽４および貯蔵槽１５
へ送り込む、なお、通電が停止された際には、蓄冷槽４
と分離装置３との連通を遮断する。

貯蔵槽１５は、貯蔵槽１５内に蓄えられた不凍液を蓄冷
１１４に戻すためのリターン配管１γによって、蓄冷′
ＭＩ４に接続されている。リターン配ｆ１７には、貯蔵
槽１５内の不凍液を汲み上げて蓄冷槽４内へ送り込むた
めのポンプ１８が介在されている。ポンプ１８は、ポン
プ１２と同様に、制御装置１６によって通電制御される
。

蓄冷槽４内には、蓄冷槽４内の不凍液濃度を検出する濃
度センサく本発明の検出手段）１９が、ブライン中に浸
漬された状態で配設されている。この濃度センサ１９は
、ブライン中においてセンサ本体を振動させることによ
り、ブライン中の不凍液密度を求めて濃度に換算するも
のである。

貯蔵槽１５内には、貯蔵槽１５内に蓄えられた不凍液の
液面レベルを検出する液面レベルセンサ（フロート式や
超音波反射式など）２０が設けられている。

この液面レベルセンサ２０は、リキッドアイスの所要の
生成量を、貯蔵槽１５内に蓄えられた不凍液の量に基づ
いて量るために使用するものである。

従って、本実施例では、リキッドアイスの所要の生成量
を得るために、所要のリキッドアイス生成量に対する不
凍液の液面レベルが予め設定されている。

制御装置１６は、濃度センサ１９および液面レベルセン
サ２０の検出値に応じて、ポンプ１２、ポンプ１８、お
よび冷媒圧４１ｆｉ　６の通電および通電の停止を制御
する。

ここで制御装置１６の作動について、第２図に示すフロ
ーチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１でミ濃度センサ１９による不凍液濃
度の検出値Ｃを入力し、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２で、入力された検出値Ｃが、予め設定され
た不凍液濃度に対する設定値０１以上に上昇しているか
否かを判断する。ステップＳ２の判断結果がＮＯの場合
は、ステップＳ１へ戻る。ステップＳ２の判断結果がＹ
ＥＳの場合は、ステップＳ３へ進み、ポンプ１２への通
電を行う。

次にステップＳ４で、液面レベルセンサ２０の検出値Ｈ
が、所定の液面レベルに対する設定値ＨＯ以上であるか
否かを判断する。ステップＳ４の判断結果がＮＯの場合
は、ステップＳ５で、再び濃度センサ１９の検出値Ｃを
入力し、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６で、入力された検出値Ｃが、設定値Ｃ１よ
り低下しているか否かを判断する。ステップＳ６の判断
結果がＮＯの場合は、ステップＳ５へ戻る。

ステップＳ６の判断結果がＹＥＳの場合は、ステップＳ
７へ進み、ポンプ１２への通電を停止した後、ステップ
Ｓ１へ戻る。

ステップＳ４の判断結果がＹＥＳの場合は、ステップＳ
８へ進み、冷媒圧ＷＪｍ　ｅおよびポンプ１２への通電
を、停止する。

次にステップＳ９で、濃度センサ１９の検出値Ｃを入力
し、ステップ８１０へ進む、ステップ８１０で、入力さ
れた検出値Ｃが、生成されたリキッドアイスがほぼ全通
融解した時の不凍液濃度に対する設定値Ｃ２以下に低下
しているか否かを判断する。

ステップＳ１０の判断結果がＮＯの場合は、ステップＳ
９へ戻る。ステップＳ１０の判断結果がＹＥＳの場合は
、ステップＳ１１へ進み、ポンプ１８への通電を行う。

次にステップＳ１２で、濃度センサ１９の検出値Ｃを入
力し、ステップＳ１３へ進む、ステップ３１３で、入力
された検出値Ｃが、初期の不凍液濃度に対する設定値Ｃ
Ｏと等しいか否かを判断する。ステップ３１３の判断結
果がＮＯの場合は、ステップ３１２へ戻る。ステップＳ
１３の判断結果がＹＥＳの場合は、ステップＳ１４へ進
み、ポンプ１８への通電を停止して終了する。

次に、上記構成を有する蓄冷装置１の作動について説明
する。

冷凍サイクル５の作動により、膨脂弁９から供給された
低温、低圧の冷媒が、ノズル１１より蓄冷槽４内のブラ
イン中に噴出される。冷媒との熱交換によってブライン
が徐々に冷却され、初期の不凍液濃度における氷の凍結
温度に達することで、リキッドアイスが生成され始める
。

リキッドアイスの生成にともなってブラインが濃縮され
るため、蓄冷槽４内の不凍液濃度が徐々に上昇する。

この過程において、濃度センサ１９により検出される不
凍液濃度の検出値Ｃが、予め設定された不凍液濃度に対
する設定値０１以上に上昇すると、制御装置１６によっ
てポンプ１２が通電される。

この結果、ポンプ１２が作動し、蓄冷槽４内のブライン
が、往路配管１３を通って分離装置３に供給され、水と
不凍液とに分離される０分離された水は、岐路配管１４
を通って蓄冷槽４内へ送られ、不凍液は貯蔵槽１５に蓄
えられる。このポンプ１２および分離装置３の作動によ
って、分離された水が蓄冷槽４内へ環流することにより
、蓄冷槽４内のブラインは希釈される。

その後、蓄冷槽４内のブラインが希釈されることで、濃
度センサ１９の検出値Ｃが設定値Ｃ１より低下すると、
制御装置１６によりポンプ１２への通電が停止される。

以後、上記作動が繰り返されることにより、ブラインの
不凍液濃度が設定値Ｃ１に対する濃度においてほぼ一定
に保たれ、蓄冷が進む。

一方、液面レベルセンサ２０の検出値Ｈが、所定の液面
レベルに対する設定値ＨＯに達した際、つまり分離装置
３で分離されて貯蔵槽１５内に蓄えられた不凍液の液面
レベルが、リキッドアイスの所要の生成量に対する不凍
液の液面レベルに達した際に、制御装置１６により、冷
媒圧縮１！１６およびポンプ１２への通電が停止されて
、蓄冷が終了する。

その後、生成されたリキッドアイスが、放冷によって徐
々に融解するにしたがい、蓄冷槽４内の不凍液濃度が次
第に低下する。そして、濃度センサ１９の検出値Ｃが、
リキッドアイスがほぼ全景融解した時の不凍液濃度に対
する設定値Ｃ２以下に低下した際に、制御装置１６によ
りポンプ１８への通電を行うことで、貯蔵槽１５内に蓄
えられていた不凍液が蓄冷槽４内に送り込まれる。

これにより、蓄冷槽４内の不凍液濃度が徐々に上昇し、
初期の不凍液濃度に達すると、つまり濃度センサ１９の
検出値Ｃが、初期の不凍液濃度に対する設定値ＣＯに達
すると、制御装置１６によりポンプ１８への通電が停止
される。

以上のように、本実施例の蓄冷装置１は、蓄冷中におけ
る蓄冷槽４内の不凍液濃度をほぼ一定に保つことができ
るため、リキッドアイスの生成温度の降下を防ぐことが
できる。この結果、冷凍サイクル５のｃｏｐ　（成績係
数〉の低下を防止することができ、蓄冷時間を短縮する
ことができる。

第３図は本発明の第２実施例を示すもので、蓄冷装置の
全体構成図である。

本実施例の蓄冷装置１は、ブラインを蓄える液槽４１内
に、不凍液を冷媒により冷却してリキッドアイスを生成
するための熱交換器４２を備えている。

このように、液槽４１内で間接的に不凍液と冷媒とを熱
交換させた場合でも第１実施例と同様な効果を有する。

第４図は本発明の第３実施例を示すもので、蓄冷装置の
全体構成図である。

本実施例の蓄冷装置１は、気体水和物の分解温度（本発
明の生成温度〉以下に冷却して、気体水和物を生成する
気体水和物生成装置４３を備えている。この気体水和物
生成装置４３は、ブラインを蓄えるとともに生成した気
体水和物を貯蔵する液槽４４と、この液槽４４を蒸発器
として機能させる冷凍サイクル５とから構成されている
。

なお、気体水和物は、疎水性の気体分子（例えば冷媒：
フロン）が水との共存下で析出する化合物で不凍液（例
えばエチレングリコール、エタノール〉濃度が変化する
ことにより分解温度も変化する。

本実施例の蓄冷装置１においても、蓄冷中における液槽
４４内の不凍液濃度をほぼ一定に保つことによって、気
体水和物の分解温度の降下を防げる。

この結果、第１実施例と同様に、冷凍サイクル５のＣＯ
Ｐの低下を防止することができ、蓄冷時間を短縮するこ
とができる。

第５図は本発明の第４実施例を示すもので、蓄冷装置の
全体構成図である。

本実施例の蓄冷装置１は、ブラインを蓄える液槽４５内
に、不凍液を冷媒により分解温度以下に冷却して気体水
和物を生成するための熱交換器４６を備えている０本実
施例では、水、気体水和物、液冷媒の順に比重が大きい
ため、液槽４５の下方から順に、第１層〈不凍液＋液冷
媒）、第２層（気体水和物〉、第３層（不凍液生水〉が
形成される。

このため、気体水和物を生成する際に、攪拌機４７など
により液冷媒と水とを攪拌して液冷媒と水とを混合する
必要がある。

本実施例も第３実施例と同様な効果を有する。

（変形例〉 不凍液としては、エチレングリコールに限定することは
なく、例えばポリプロピレングリコールを使用してもよ
い。

疎水性分子としては、冷媒（フロン）に限定することは
なく、メタン、エタン、プロパン等の炭化水素を使用し
てもよい。

ポンプの配置位置は、本実施例に限定することはなく、
例えば分離装置の流出口と液槽との間に配置しても良い
。

不凍液水を冷却する冷却装置としては、冷凍サイクルの
限定することはなく、例えばベルチェ素子など電子冷却
装置や、空気圧縮による冷却装置などを使用しても良い
。

本実施例では、検出値（不凍液濃度）Ｃが予め設定され
た設定値Ｃ１より低下した際にポンプ１２の通電を停止
した。この他に、検出値Ｃが設定値Ｃ１より低下した際
にポンプ１２の通電量を、設定値Ｃ１以上に上昇した際
の通電量より低下させて、ポンプ１２の吸引能力を低下
させてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示すもので
、第１図は蓄冷装置の全体構成図、第２図は制御装置の
作動を示すフローチャートである。 第３図は本発明の第・２実施例を示すもので、蓄冷装置
の全体構成図である。第４図は本発明の第３実施例を示
すもので、蓄冷装置の全体構成図である。第５図は本発
明の第４実施例を示すもので、蓄冷装置の全体構成図で
ある。 図中

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）水に不凍液を加えた不凍液水を蓄える液槽を
   有し、前記不凍液を冷却してリキッドアイスまたは気体
   水和物を生成する生成装置と、 （ｂ）供給された不凍液水を、水と不凍液とに分離する
   分離装置と、 （ｃ）通電を受けることで、前記液槽内の不凍液水を前
   記分離装置に供給するとともに、前記分離装置で分離さ
   れた水を前記液槽内に送るポンプと、 （ｄ）前記液槽内の不凍液濃度を検出する検出手段を有
   し、該検出手段の検出値が予め設定された設定値以上に
   上昇した際に前記ポンプを通電する制御装置と を備えた蓄冷装置。