JPH06147564A - 氷蓄熱システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不凍液濃度の上昇を抑えて氷の生成能を常時
一定に保つことにより、良好な熱交換が行える。 【構成】 少なくとも氷を生成する製氷器(10)と、該製
氷器に冷媒を供給する冷凍機(11)と、前記製氷器で生成
した氷を蓄える蓄氷槽(12)と、該蓄氷槽から凝固してい
ない被冷却液を回収しかつ貯液して前記製氷器へ送液す
る不凍液槽(13)と、生成された氷量と同量の水を前記不
凍液槽に送水する貯水槽(14)とからなる氷蓄熱システ
ム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製氷器に供給される被
冷却液濃度が常時一定となるように、水を貯水槽から不
凍液槽に供給してシャーベット状の氷を生成しかつ蓄氷
する氷蓄熱システムに関する。

【０００２】

【従来技術】従来の製氷法を大別すると、間接熱交換方
式と直接熱交換方式とがある。間接熱交換方式は通常、
伝熱管外（内）表面に氷が生成されるスタティック型
と、被冷却液にエチレングリコールやプロピレングリコ
ール等の不凍液を混入してシャーベット状の氷を生成
し、伝熱管の管壁に着氷させないダイナミック型とがあ
る。

【０００３】図５は、従来のダイナミック型の間接熱交
換方式を例示したもので、この蓄熱システムは、氷を生
成する製氷器２と、この製氷器２に冷媒を供給する冷凍
機１と、生成した氷を貯えるための蓄氷槽３と、この蓄
氷槽３の凝固してない水を前記製氷器２へ循環させる循
環ポンプ４と、前記蓄氷槽３の冷水を負荷７へ供給する
冷水ポンプ５と、負荷７に供給された水を回収して前記
蓄氷槽３へ戻して該蓄氷槽３内に撒水するスプレーノズ
ル６とからなっている。

【０００４】他方、直接熱交換方式は、伝熱管を使用せ
ず、冷媒を直接水中に吹き込む方式である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】処で、これら方式に
は、それぞれ次に述べるような問題点がある。 伝熱管外（内）表面に氷を生成するスタティック型
は、氷の熱伝達率が悪く、着氷厚さが増すほど交換熱量
が減少するため冷媒温度を下げる必要があり、このため
成績係数（ＣＯＰ）が低下する。

【０００６】 不凍液を混入するダイナミック型は、
スタティック型と違って管壁に着氷することはないが、
被冷却液中の水分のみが凝固するため氷の生成に伴って
不凍液濃度が上昇し、図４に示すように凝固点が下がる
ため冷媒温度を下げる必要があり、同様に成績係数が低
下する。尚、図４は、エチレングリコールの濃度−凝固
温度特性を示してある。

【０００７】 直接熱交換方式は、上記の間接熱交換
方式と比べてシステム構成を簡素化できるものの、冷媒
ガス中に水分が混入して冷凍機の運転に支障を来たす危
険性があること及び、ブロンと水とが加水分解して腐食
性の酸性物質が生成される。 上記及びの問題点は、ダイナミック型を採用すれば
何れも解決することができる。しかし、ダイナミック型
にも、既述の不凍液濃度が上昇するという問題点があっ
た。これを解決するために、不凍液濃度を常時一定に保
持すべく、生成した氷量に相当する水を被冷却液中に注
入する必要があった。

【０００８】本発明の目的は、上記実情に基づいてなさ
れたものであり、システムの運転による不凍液濃度の上
昇を抑えて氷の生成能を常時一定に保つことにより、良
好な熱交換が行える氷蓄熱システムを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
上記目的は、少なくとも氷を生成する製氷器と、該製氷
器に冷媒を供給する冷凍機と、前記製氷器で生成した氷
を蓄える蓄氷槽と、該蓄氷槽から凝固していない被冷却
液を回収しかつ貯液して前記製氷器へ送液する不凍液槽
と、生成された氷量と同量の水を前記不凍液槽に送水す
る貯水槽とからなる氷蓄熱システムによって達成され
る。

【００１０】

【作用】循環される被冷却中の不凍液濃度を常時一定に
保持するため、生成した氷量に相当する水を貯水槽から
不凍液槽中の被冷却液に注入して補充しているので、不
凍液濃度の上昇を回避できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。尚、本発明は、本実施例に限定されるもの
ではないことは言うまでもない。図１は本発明の一実施
例による氷蓄熱システムの構成図である。図に於いて、
この氷蓄熱システムは、氷を生成する製氷器１０と、こ
の製氷器１０に冷媒を供給する冷凍機１１と、生成した
氷と凝固していない被冷却液とを分離し、氷のみを貯蔵
するための蓄氷槽１２と、凝固していない被冷却液を蓄
えるための不凍液槽１３と、解氷時の冷水を蓄えると共
に製氷時の被冷却液の濃度を調整するめたの水を蓄える
貯水槽１４と、前記不凍液槽１３中の被冷却液の濃度を
調整するため前記貯水槽１４から水を供給するための送
水ポンプ１５とを備えて構成されている。

【００１２】上記の各構成部分について更に述べると、
前記製氷器１０は、シェル・アンド・チューブ型の多管
式熱交換器が使用されており、そのチユーブ側を被冷却
液Ａが、シェル側を冷媒Ｂが通るようになされている。
従って、前記製氷器１０のチユーブ側は、循環ポンプ１
７を介して前記不凍液槽１３と接続されており、シェル
側は前記冷凍機１１と接続されている。また前記製氷器
１０は生成した氷を貯蔵するための前記蓄氷槽１２と接
続されている。尚、前記循環ポンプ１７は製氷時に被冷
却液を、不凍液槽１３、製氷器１０、蓄氷槽１２及び前
記不凍液槽１３へと繰り返し循環させるように動作す
る。

【００１３】前記蓄氷槽１２は底部が漏斗状に形成され
ており、その大径部には、前記製氷器１０から流入した
氷と被冷却液との混合物から該氷と液とを分離させるた
めの金網１９が装着されている。更に前記蓄氷槽１２に
は、後述する負荷２１から戻された、水温の上昇した水
を該蓄氷槽１２内の氷上面に均一に撒水するためのスプ
レーノズル２０が配置されている。尚、前記金網１９と
しては、メッシュが氷粒よりも小さいものが適用されて
いる。

【００１４】また前記蓄氷槽１２は、分岐管２３が配管
されて前記不凍液槽１３及び前記貯水槽１４と接続され
ており、前記蓄氷槽１２で分離された凝固しない被冷却
液が前記不凍液槽１３へ、また解氷時には前記貯水槽１
４へ流出されるようになされている。前記貯水槽１４
は、二つの吐出口１４ａと１４ｂとを有しており、第１
の吐出口１４ａは送水ポンプ１５及び吐出側配管路中に
設置した水量調整のための自動調節弁２２を介して前記
不凍液槽１３と接続されている。一方、前記貯水槽１４
の第２の吐出口１４ｂは冷水ポンプ１６を介して各種熱
交換器で構成される負荷２１と接続されている。そし
て、前記負荷２１に供給されて温度上昇した水は、前記
スプレーノズル２０より前記蓄氷槽１２に戻されるよう
になされている。尚、前記不凍液槽１３には、前記蓄氷
槽１２から戻される濃度が上昇した被冷却液と、前記貯
水槽１４から供給される水とが均一な濃度となるように
撹拌するミキサ１８が配置されている。

【００１５】上記のように構成されたシステムの運転
は、不凍液槽１３に規定量の水とエチレングリコールの
不凍液を供給し、ミキサ１８にて両液を充分に撹拌して
濃度が均一になった状態下で被冷却液を循環ポンプ１７
で製氷器１０へ送液して開始される。製氷器１０は冷媒
が冷凍器１１よりシェル側に供給されており、冷媒は被
冷却液からの熱を奪って蒸発した後、冷媒ガスとなって
冷凍器１１へ戻される。この場合、フロン等の冷媒を直
接供給せずにブラインを使用することもできる。一方、
製氷器１０で冷却された被冷却液中の水分は一部が凝固
し、氷となって蓄氷槽１２へ送られる。製氷器１０底部
にはメッシュの細かい金網１９が装着されているので、
氷粒は網上に堆積する一方、凝固していない被冷却液が
金網１９を通過して不凍液槽１３へ戻される。不凍液槽
１３へ戻された被冷却液は、蓄氷槽１２中に堆積した氷
量分だけ水分量が減少して、不凍液の濃度が上昇されて
いるので、この濃度を運転開始の濃度に保持するため、
送水ポンプ１５が運転されて生成した氷量と同量の水が
貯水槽１４から不凍液槽１３へ供給される。

【００１６】即ち、本発明の氷蓄熱システムは、前記不
凍液槽１３の液面が常時一定位置になるように自動的に
水を供給すればよく、因って、不凍液濃度の上昇が阻止
される。次に、昼間の解氷運転時には冷水ポンプ１６を
運転して貯水槽１４中の冷水を前記負荷２１へ送液す
る。負荷２１はこの冷水で熱交換を行い、熱交換により
温度上昇された水が前記蓄氷槽１２へ戻される。この水
は、スプレーノズル２０から流出して氷層を通過する間
に充分冷却され、再び貯水層１４へ戻されて利用され
る。

【００１７】尚、上記に述べたシステム運転のうち、製
氷運転は電力単価の安価な夜間電力を利用すれば、シス
テムの運転経費を抑えることができて経済的である。図
２は、本発明システムの運転結果に基づく不凍液濃度と
理論成績係数（ＣＯＰ）との関係を示してある。即ち、
図２は、使用冷媒をＲ２２とし、運転開始時の被冷却液
のエチレングリコール濃度を１３％と仮定した場合の理
論成績係数を示したもので、これにより、従来方式で濃
度２８％（ＩＰＦで約６０％）まで運転した場合に比し
て、概算で１０％の省エネルギー運転が可能となる。

【００１８】また図３は、不凍液としてのエチレングリ
コールブラインの粘性率を示したものであり、これから
も判るように、本発明のシステムは不凍液濃度一定の循
環運転となるため、被冷却液の粘度も上昇することな
く、従って、循環ポンプの動力増大も生じない。以上の
検討結果から、本発明の氷蓄熱システムは不凍液濃度が
常時一定に保持されることにより、既述した従前のダイ
ナミック型での欠点を解消して効率的な製氷を行うこと
ができる。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による氷
蓄熱システムによれば、製氷器に供給される被冷却液の
濃度は常に一定となるため、製氷が進行するのに伴っ
て、成績係数が低下することもなく（図２参照）、常に
高い成績係数が維持でき、省エネルギー運転が可能とな
ることが分かった。また、従来の方式では、製氷量の増
大に伴い被冷却液濃度が上昇するため、製氷の生成能に
限界があったが、本方式では貯水槽から不凍液槽に水を
補給する限り、無限に製氷が可能となって熱交換に悪影
響を与えない。更に、製氷量または残存氷量の検知は貯
水槽の液面変動量の検出のみで極めて簡単に行えると共
に、従来方式のような定期的な被冷却液の濃度検出も不
要となり、装置費及び運営管理費も安価となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による氷蓄熱システムの全体
構成図である。

【図２】本発明のシステムを運転した場合の理論成績係
数を従来方式と比較したグラフである。

【図３】エチレングリコール水溶液の濃度と粘性率との
関係を表すグラフである。

【図４】エチレングリコール水溶液の濃度と凝固温度と
の関係を表すグラフである。

【図５】従来方式による氷蓄熱システムの全体構成図で
ある。

【符号の説明】

１０ 製氷器 １１ 冷凍機 １２ 蓄氷槽 １３ 不凍液槽 １４ 貯水槽 １５ 送水ポンプ １６ 冷水ポンプ １７ 循環ポンプ １８ ミキサ １９ 金網 ２０ スプレーノズル ２１ 負荷 ２２ 自動調節弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも氷を生成する製氷器と、該製
   氷器に冷媒を供給する冷凍機と、前記製氷器で生成した
   氷を蓄える蓄氷槽と、該蓄氷槽から凝固していない被冷
   却液を回収しかつ貯液して前記製氷器へ送液する不凍液
   槽と、生成された氷量と同量の水を前記不凍液槽に送水
   する貯水槽とからなる氷蓄熱システム。