JPH07280401A - 真空製氷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】蒸発製氷容器及び吸収器を近接して配置する必
要がなく、かつ、冷媒中への空気の混入に起因する問題
が生じることのない真空製氷装置を提供する。 【構成】真空製氷装置１０は、真空製氷部Ａ、吸収式冷
凍機Ｂ、冷媒循環ラインＣを具備する。真空製氷部Ａ
は、水の三重点圧力以下の圧力条件に維持され、供給さ
れた水の一部を蒸発させ、この水の蒸発による潜熱で残
りの水の一部を凍結させる真空製氷容器１１と、真空製
氷容器１１で蒸発した水蒸気を圧縮する圧縮機１６、そ
の内部に設けられた水蒸気冷却用熱交換器１８により真
空製氷容器１１で蒸発した水蒸気を冷却して凝縮させる
真空製氷部側凝縮器１７を具備する。冷媒循環ラインＣ
が蒸発器２１の内部に設けられた冷媒冷却用熱交換器２
３及び水蒸気冷却用熱交換器１８の内部を経て冷媒を循
環させるように配設され、蒸発器２１で発生した冷熱を
水蒸気の冷却に利用するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、地域冷暖房シ
ステムでのセンタープラント、各種製造業、都市ごみ焼
却工場などにおいて利用できる真空製氷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、９０〜１６０℃の熱を主たる駆動
用のエネルギーとして用い、冷熱を得るための技術とし
て、例えば、臭化リチウムを吸収剤に、水を冷媒に用い
た吸収式冷凍機が実用化されている。

【０００３】これらのうち、単効用吸収冷凍機、二重効
用吸収冷凍機がよく知られている。これらの冷凍の原理
および構造などについては、例えば、”工業用ヒートポ
ンプ”［高田秋一他著 省エネルギーセンター（以下、
文献１と記す）］の第４４頁〜第８８頁に詳しく解説さ
れている。

【０００４】従来の単効用冷凍機２００は、図１１に示
すように、蒸発器２０１において水が吸収式冷凍サイク
ルの冷媒としてノズル２０２から伝熱管２０３の表面に
散布される。

【０００５】蒸発器２０１に連通して設けれた吸収器２
０４では、ノズル２０５から散布される濃厚な臭化リチ
ウム水溶液の作用により、吸収器２０４の内部が減圧さ
れる。この結果、蒸発器２０１の内部の水が減圧蒸発
し、発生した水蒸気は吸収器２０４に流入する。この水
蒸気は臭化リチウム水溶液に吸収される。蒸発器２０１
の内部で減圧蒸発する水は、伝熱管２０３の外表面の上
を流れ落ちる間に、伝熱管２０３の中を流れる冷媒を冷
却する。このようにして得られる冷熱は、通常、冷媒循
環ライン２０６によって装置の外部に取り出され、冷熱
需要先に供給される。

【０００６】一方、別に設けられた再生器２０７には、
吸収器２０４で希釈された臭化リチウム水溶液が熱交換
器２０８を経て供給され、伝熱管２０９内に送通させる
約１００℃の外部熱源２１０により加熱濃縮される。

【０００７】再生器２０７に連通して設けられた凝縮器
２１１において、再生器２０７で発生した水蒸気が、冷
却伝熱管２１２により冷却凝縮される。上述の吸収器２
０４および凝縮器２１１を順次通過するように設けられ
た冷却水ライン２１３の内部を、約３２℃の冷却水が供
給され、吸収および凝縮に伴って発生する熱を取り除
き、装置の外部に排出する。

【０００８】再生器２１１において濃縮された臭化リチ
ウム水溶液は、熱交換器２０８に送られ、上述の吸収器
２０４で希釈された臭化リチウム水溶液との間で熱交換
が行われ、臭化リチウム水溶液の顕熱を回収し、冷凍機
２００の熱効率の向上が図られている。

【０００９】このような構成の吸収式冷凍機２００で
は、蒸発器２０１で発生した冷熱の取り出しが、間接式
の熱交換器として機能する伝熱管２０３を介して行われ
るため、冷媒循環ライン２０６からは氷を得ることは不
可能である。また、通常、吸収式冷凍機は、単効用であ
るか二重効用であるかを問わず、得られる冷水の温度は
約６℃が限界であり、それ以下の低温は得られない。

【００１０】以上、単効用吸収式冷凍機を説明したが、
二重効用吸収式冷凍機は、再生器を高圧および低圧の二
段に分けて、高圧側再生器で発生した約１００℃の蒸気
を低圧側再生器の加熱用熱源として再利用するようにし
て、熱効率を高めたものである。詳細は、文献１に記述
されている。

【００１１】これに対して、本出願人は、上述の吸収式
冷凍機の欠点を解消するため、図１２に示すような真空
製氷容器２２１を備えた吸収式冷凍機２２０を開発して
いる（特開平５−３３２６４８号公報）。この吸収式冷
凍機２２０は、図１１に示す吸収式冷凍機２００が製氷
不可能な欠点を改良するために、以下のような点が改善
されている。

【００１２】（イ）間接式の熱交換器（伝熱管）で冷熱
を取り出す蒸発器に代えて、吸収器２２２に連通して真
空製氷容器２２１を設け、吸収式冷凍機の冷媒として循
環する水を、この真空製氷容器２２１の内部でフラッシ
ュ蒸発させて、その一部を凍結させることにより、氷水
スラリー２２３を得ている。

【００１３】（ロ）冷媒である水が凍結しても連続的に
運転することができるように、水の循環ライン２２４に
氷蓄熱槽２２５を設けて、安定的な冷媒の循環を確保で
きるようにしている。

【００１４】（ハ）多量の氷スラリーの貯蔵を安価にで
きるように、真空条件で運転される真空製氷容器２２１
に対して、大気開放型の氷蓄熱槽２２５が別途設け、真
空製氷容器２２１で生成される氷スラリー２２３を、ポ
ンプ２２６により昇圧取り出しして氷蓄熱槽２２５に貯
蔵できるようにしている。

【００１５】（ニ）吸収器２２２を小型化し、冷却水と
して通常の冷却塔で得られる約３２℃の水を使用するこ
とを目的として、真空製氷容器２２１および吸収器２２
２の間に、機械的な補助圧縮機２２７を設けている。こ
のような改善により、熱を主要な駆動エネルギーとして
駆動する吸収式冷凍機により、氷スラリーの生成および
貯蔵が可能になった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
に示す製氷可能な吸収式冷凍機２２０は、真空製氷容器
２２１および吸収器２２２の運転圧力は、それぞれ約
４．５Ｔｏｒｒおよび約８Ｔｏｒｒであり、比較的低く
設定されている。このため、真空製氷容器２２１および
吸収器２２２を連絡するダクト２２８を長くすると、低
圧水蒸気の流れに伴う圧力損失が大きくなり、吸収器２
２２の運転圧力が低下してしまう。これを防止するため
に補助圧縮機２２７による昇熱幅を大きくすると、補助
圧縮機２２７の所要動力が大幅に増大する。圧力損失を
低減する他の手段としては、ダクト２２８の太くするこ
とが考えられるが、設備コストが増大してしまい経済的
に好ましくない。このため、上述の製氷可能な吸収式冷
凍機２２０は、真空製氷容器２２１および吸収器２２２
を近接して設けなければならず、装置全体が大規模化す
る。

【００１７】また、上述の製氷可能な吸収式冷凍機２２
０では、真空製氷容器２２１と氷蓄熱槽２２５とを別々
に設け、氷蓄熱槽２２５を大気開放型としたことによ
り、氷蓄熱槽２２５の製造コストの低減を図られたが、
吸収式冷凍機２２０の中を循環する水は、氷蓄熱槽２２
５で大気と接触するため、水中に空気が溶解する機会が
できる。このように水に溶解した空気等の不凝縮性気体
は、真空製氷容器２２１で放出され、吸収器２２２に達
する。このため、吸収器２２２に接続された不凝縮性気
体排気用の真空ポンプ２２９の負荷が増大し、不凝縮性
気体の排気が十分に行われずに、吸収器２２２内に不凝
縮性気体が混在すると、水蒸気の凝縮、すなわち吸収剤
への吸収が阻害される。また、空気の混在により、吸収
器２２２の内部に配管された吸収器用伝熱管２３０の腐
食が助長される。

【００１８】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、真空製氷容器および吸収器を近接して配置する
必要がなく、かつ、冷媒中への空気の混入に起因する問
題が生じることのない真空製氷装置を提供することを目
的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸収式冷凍
機、冷媒循環ラインおよび真空製氷部を具備する真空製
氷装置であって、前記吸収式冷凍機が、第１冷媒を蒸発
器で蒸発させ、次いで蒸発した前記第１冷媒の気相部分
を吸収剤に吸収させることによる減圧作用を利用して冷
熱を得るものであり、前記真空製氷部が、水の三重点圧
力以下の圧力条件に維持され、供給された水の一部を蒸
発させ、かつ、この水の蒸発による潜熱で残りの水の一
部を凍結させる真空製氷容器、前記真空製氷容器の後流
側に設けられた前記真空製氷容器で蒸発した水蒸気を圧
縮する圧縮機、および、前記圧縮機の後流側に設けら
れ、その内部に設けられた水蒸気冷却用熱交換器により
前記真空製氷容器で蒸発した水蒸気を冷却して凝縮させ
る凝縮器を具備し、前記冷媒循環ラインが、前記蒸発器
の内部に設けられた冷媒冷却用熱交換器および前記水蒸
気冷却用熱交換器の内部を経て第２冷媒を循環させるよ
うに設けられ、前記蒸発器で発生した冷熱を前記凝縮器
での前記水蒸気の冷却に利用するようになっていること
を特徴とする真空製氷装置（以下、第１の真空製氷装置
という）を提供する。

【００２０】また、本発明は、吸収式冷凍機、冷媒循環
ラインおよび真空製氷部を具備する真空製氷装置であっ
て、前記吸収式冷凍機が、冷媒を蒸発器でフラッシュ蒸
発させ、次いで蒸発した前記冷媒の気相部分を吸収剤に
吸収させることによる減圧作用を利用して冷熱を得るも
のであり、前記真空製氷部が、水の三重点圧力以下の圧
力条件に維持され、供給された水の一部を蒸発させ、か
つ、この水の蒸発による潜熱で残りの水の一部を凍結さ
せる真空製氷容器、前記真空製氷容器の後流側に設けら
れた前記真空製氷容器で蒸発した水蒸気を圧縮する圧縮
機、および、前記圧縮機の後流側に設けられ、その内部
に設けられた水蒸気冷却用熱交換器により前記真空製氷
容器で蒸発した水蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器を具
備し、前記冷媒循環ラインが、前記蒸発器から前記吸収
式冷凍機で循環される冷媒を取り出し、前記水蒸気冷却
用熱交換器の内部に送通した後再び前記蒸発器に戻され
るように設けられ、これにより前記蒸発器で発生した冷
熱を前記凝縮器での前記水蒸気の冷却に利用するように
なっていることを特徴とする真空製氷装置（以下、第２
の真空製氷装置）を提供する。

【００２１】また、上記第２の真空製氷装置において、
吸収式冷凍機の冷媒が水であり、吸収剤が臭化リチウム
であり、蒸発器内の運転圧力が４．６から６．５Ｔｏｒ
ｒの範囲であり、かつ、真空製氷部の水蒸気冷却用熱交
換器に供給される際の前記冷媒の温度が０から５℃の範
囲であることが好ましい。

【００２２】以下、本発明をより詳細に説明する。本発
明の第１の真空製氷装置において、吸収式冷凍機は、冷
媒を蒸発器で蒸発させ、次いで蒸発した冷媒の気相部分
を吸収剤に吸収させることによる減圧作用を利用して冷
熱を得るものである。この吸収式冷凍機は、特に限定さ
れるものではないが、冷媒として例えば水を使用する。
吸収剤としては、臭化リチウム、塩化リチウム、塩化カ
ルシウム、塩化マグネシウムもしくはその他の塩或いは
これらの混合物、または、硫酸、水酸化ナトリウムのよ
うな酸若しくはアルカリのように、水との沸点差が大き
く且つ水の溶解度が高い物質を水溶液の形で使用するこ
とができる。特に好ましくは、冷媒を水とし、吸収剤を
臭化リチウムとする場合である。

【００２３】また、吸収式冷凍機は、冷媒が吸収剤を吸
収する際の発熱反応により発生した温熱を、例えば、冷
却塔で得られる３２℃程度の水を冷却水として利用して
除去すると共に、例えば、９０〜１６０℃の熱源（例え
ば、ごみ焼却炉でのタービンコンデーサーの排熱）を主
駆動エネルギーとして利用して、冷媒を吸収して希釈さ
れた吸収剤の再生を行うような熱サイクルを持つもので
あっても良い。また、吸収式冷凍機は単効用式であって
も二重効用式であっても良い。

【００２４】この吸収式冷凍機の蒸発器で発生する冷熱
は、蒸発器の内部に設けられた間接式の冷媒冷却用熱交
換器で、その内部を循環する第２冷媒との間で熱交換が
行われる。この結果、冷媒冷却用熱交換器からは約６℃
の第２冷媒が排出される。第２冷媒は、例えば、水また
はブラインである。

【００２５】真空製氷部では、例えば、約５℃以下の水
が真空製氷容器に連続的に供給され、同時に、圧縮機に
よって真空製氷容器内を水の三重点圧力以下の圧力まで
減圧され、水の一部が凍結されて氷水スラリーが生成さ
れる。このとき、圧縮機の出口側の昇圧された水蒸気
は、凝縮器の内部で水蒸気冷却用熱交換器によりその内
部を送通される冷媒との間で熱交換が行われて冷却され
る。冷却された水蒸気はドレーンとなり真空製氷容器に
戻される。ここで水蒸気の冷却に用いられた冷媒は、約
９℃まで昇温される。

【００２６】上述の第１の真空製氷装置の蒸発器に設け
られた冷媒冷却用熱交換器では、熱交換器内部を送通さ
れる第２冷媒と熱交換器の外表面を流れ落ちる第１冷媒
との間で平均で約３℃の温度差が必要であり、熱交換器
内の第２冷媒の温度の方が高くなる。これは、間接式の
冷媒冷却用熱交換器における熱伝達および熱伝導に伴う
伝熱抵抗によるものである。

【００２７】これに対して、第２の真空製氷装置は、吸
収式冷凍機の蒸発器において冷媒をフラッシュさせるこ
とにより冷却が行われ、冷却された冷媒の一部が直接に
冷媒循環ラインを通じて凝縮器の水蒸気冷却用熱交換器
に供給され、水蒸気の冷却に利用される。このため、伝
熱抵抗がない分だけ低温の冷却水（０〜５℃）で水蒸気
の冷却を行うことができるので、第１の真空製氷装置の
場合の約６℃の第２冷媒を利用したときに比べ、凝縮器
内部の凝縮圧力が低くなる。例えば、第１の真空製氷装
置では、６℃の第２冷媒を水蒸気冷却用熱交換器に供給
したときの凝縮圧力は１１Ｔｏｒｒである。これに対し
て、第２の真空製氷機では、３℃の冷媒を供給すること
ができるので凝縮圧力は８Ｔｏｒｒと低くなる。この結
果、圧縮機で要求される昇圧幅を小さくすることがで
き、圧縮機として単段の遠心式圧縮機のような簡便なタ
イプのものを使用できる。

【００２８】また、本発明の第２の真空製氷装置におい
て、吸収式冷凍機の冷媒が水であり、吸収剤が臭化リチ
ウム水溶液であり、吸収式冷凍機の蒸発器の運転圧力が
４．６〜６．５Ｔｏｒｒであって、かつ、水蒸気冷却用
熱交換器へ供給される冷媒の温度が０〜５℃である場合
には、圧縮機で必要な圧縮比が約２．０よりも低い値に
低減されるので、圧縮機の材料の強度の問題が大幅に軽
減されるために圧縮機としてより簡便なタイプのものが
使用可能になる。

【００２９】ここで、蒸発器の運転圧力と水蒸気冷却用
熱交換器へ供給される冷媒（水）の温度の関係は、水の
飽和温度と圧力の関係で決まる。すなわち、水の温度Ｔ
が０℃の場合に飽和圧力Ｐｓは４．６Ｔｏｒｒであり、
水の温度Ｔが５℃の場合に飽和圧力Ｐｓは６．５Ｔｏｒ
ｒである。従って、この水の温度は、吸収式冷凍機に供
給される外部熱源の流量、圧力又は温度、或いは、冷却
水の流量を調節することにより制御することが可能であ
る。水蒸気冷却用熱交換器へ供給される冷媒（水）の温
度の制御は、従来の吸収式冷凍機における冷媒の温度制
御方法を適用して行うことができる。例えば、この温度
制御方法は、上記文献１の第４５頁、図４．２に示され
ている制御フロー等に従って行うことができる。

【００３０】

【作用】本発明の第１の真空製氷装置では、吸収式冷凍
機の蒸発器の内部に設けられた冷媒冷却用熱交換器およ
び凝縮器の内部に設けられた水蒸気冷却用熱交換器の中
に第２冷媒を順次送通して循環させる冷媒循環ライン
と、真空製氷容器で蒸発した水蒸気を圧縮機で圧縮した
後にこの水蒸気を水蒸気冷却用熱交換器で冷却して凝縮
させる系統とは別系統になっている。このため、吸収式
冷凍機側と真空製氷部側との間は、冷媒循環ラインを構
成する配管で結ばれるようになるため、必要な配管の直
径を細くすることが可能であり、両者間を近接して配置
する必要がなくなる。また、第１冷媒並びに第２冷媒と
水蒸気とが互いに混合することはないので、吸収式冷凍
機側に、真空製氷部側から空気等の不凝縮性気体が侵入
することはない。

【００３１】また、本発明の第２の真空製氷装置も、同
様に、吸収式冷凍機の蒸発器から吸収式冷凍機で循環さ
れる冷媒の一部を取り出し、水蒸気冷却用熱交換器の内
部を送通し再び蒸発器に戻してその内部でフラッシュさ
せるように配設された冷媒循環ラインと、真空製氷容器
で蒸発した水蒸気を圧縮機で圧縮した後にこの水蒸気を
水蒸気冷却用熱交換器で冷却して凝縮される系統とは、
別系統になっている。このため、吸収式冷凍機側と真空
製氷部側との間は、冷媒循環ラインを構成する配管で結
ばれるようになるため、必要な配管の直径を細くするこ
とが可能であり、両者間を近接して配置する必要がなく
なる。また、冷媒と水蒸気とが混合することはないの
で、吸収式冷凍機側に真空製氷部側から空気等の不凝縮
性気体が侵入することはない。さらに、フラッシュ蒸発
により冷却された冷媒を直接利用するため、第１の真空
製氷装置の場合よりも伝熱抵抗がない分だけ冷媒は低温
であり、従って、凝縮器内部の必要な凝縮圧力が低くく
なり、圧縮機で必要な昇圧幅が小さくなる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の真空製氷装置の第１実施例を示
す説明図である。図中Ａは真空製氷部である。真空製氷
部Ａは、真空製氷容器１１を具備する。蒸発製氷容器１
１には、冷水を連続的に供給するための冷水供給管１２
が接続されている。冷水供給管１２にはポンプ１３が設
けられている。また、蒸発製氷容器１１の底部には、生
成された氷を排出するための氷排出管１４が接続されて
いる。氷排出管１４にはポンプ１５が設けられている。

【００３３】真空製氷容器１１の後流側には、圧縮機１
６が接続されている。圧縮機１６の後流側には、製氷部
側凝縮器１７が接続されている。製氷部側凝縮器１７の
内部には、水蒸気冷却用熱交換器１８が設けられてい
る。また、製氷部側凝縮器１７には、真空ポンプ１９が
接続されている。さらに、製氷部側凝縮器１７および真
空製氷容器１１の間には、ドレーン戻り管２０が配管さ
れている。

【００３４】また、図中Ｂは単効用式の吸収式冷凍機で
ある。吸収式冷凍機Ｂは蒸発器２１を具備し、蒸発器２
１の上部には、水を噴霧させるためのノズル２２が配置
されている。また、蒸発器２１の内部には冷媒冷却用熱
交換器２３が設けられている。

【００３５】蒸発器２１に連通して吸収器２４が設けら
れている。吸収器２４の上部には、吸収剤である濃厚な
臭化リチウム水溶液を散布するためのノズル２５が配置
されている。また、吸収器２４の内部には、内部を冷凍
機側冷却水２６が送通される吸収器内伝熱管２７が配置
されている。吸収器２４には不凝縮性ガス排出用真空ポ
ンプ３６が接続されている。さらに、吸収器２４の底部
には、希釈された臭化リチウム水溶液を排出するための
パイプ２８の一端部が接続され、その他端部は吸収剤用
熱交換器２９に接続されている。パイプ２８の途中に
は、ポンプ３０が設けられている。

【００３６】一方、別に設けられた再生器３１には、吸
収器２４で希釈された臭化リチウム水溶液が熱交換器２
９を経て供給されるノズル３２が設けられている。ま
た、再生器３１の内部には、約１００℃の外部熱源３３
が送通される再生器内伝熱管３４が配置されている。本
実施例では、外部熱源３３として９８℃の温水を用い
た。さらに、再生器３１の底部には、濃縮された臭化リ
チウム水溶液を吸収剤用熱交換器２９に供給するための
パイプ３５が接続されている。パイプ３５の途中には、
ポンプ３７が設けられている。吸収剤用熱交換器２９の
濃縮された臭化リチウム水溶液の出口には、パイプ３７
が接続され、その端末部は吸収器２４のノズル２５に接
続されている。

【００３７】また、再生器３１に連通して冷凍機側凝縮
器４１が設けられている。冷凍機側凝縮器４１の内部に
は、上述の吸収器内伝熱管２７内を送通された冷凍機側
冷却水２６が送通される凝縮器内伝熱管４２が配置され
ている。ここで、冷凍機側冷却水２６としては、冷却塔
（図示せず）で得られる３２℃のものを利用した。

【００３８】冷凍機側凝縮器４１の底部には、凝縮され
た水を排出するための凝縮水戻り用パイプ４３の一端部
が接続されている。凝縮水戻り用パイプ４３の他端部に
はノズル２２が接続されている。凝縮水戻り用パイプ４
３の途中には、蒸発器２１の底部に接続された、蒸発し
なかった水を排出するためのパイプ４４が接続され、さ
らにその後流側には、ポンプ４５が設けられている。

【００３９】上述の蒸発器２１の内部に設けられた冷媒
冷却用熱交換器２３の出口側には、パイプ５１の一端部
が接続され、パイプ５１の他端部は、製氷部側凝縮器１
７の内部に設けられた水蒸気冷却用熱交換器１８の入口
側に接続されている。パイプ５１の途中にはポンプ５２
が設けられている。水蒸気冷却用熱交換器１８の出口側
および蒸発器２１に取り付けられたノズル２２の入口部
の間にはパイプ５３が配管されている。このような構成
からなる冷媒循環ラインＣの内部は冷媒として水が循環
されるようになっている。

【００４０】一方、真空製氷部Ａの下方には、蓄冷設備
Ｄが配置されている。蓄冷設備Ｄは、大気開放型の氷蓄
熱槽５３を具備する。氷蓄熱槽５３の内部には、上述の
冷水供給管１２の端末部が、氷水スラリー５４を収容し
た場合に浸漬されるように配置されている。また、氷蓄
熱槽５３の開口部の上方には、氷排出管１４の端末部が
位置している。

【００４１】氷蓄熱槽５３には、冷熱需要先に氷水スラ
リー５４を直接配送して冷熱を供給する冷熱供給ライン
５５と、氷水スラリー５４との間で熱交換を行い、冷却
された冷媒を配送することにより冷熱需要先に冷熱を供
給する冷熱供給ライン５６が設けられている。

【００４２】以上のような構成の真空製氷装置１０にお
いて、まず、真空製氷容器１１へ、氷蓄熱槽５３からポ
ンプ１３により冷水供給パイプ１２を経て冷水が連続的
に供給される。一方で、圧縮機１６を駆動させて、真空
製氷容器１１の内部の水蒸気を吸引し、その内部を水の
三重点圧力（４．６Ｔｏｒｒ）以下の圧力（本実施例で
は４．５Ｔｏｒｒ）まで減圧すると共に、水蒸気を昇圧
して製氷部側凝縮器１７に送る。この凝縮器１７では、
昇圧された水蒸気が、水蒸気冷却用熱交換器１８により
冷却されて凝縮され、ドレーンとなる。このドレーン
は、ドレーン戻り管２０を介して真空蒸発容器１１に戻
される。ここで、凝縮器１７における凝縮温度は１１℃
であり、凝縮圧力は約１０Ｔｏｒｒに設定される。真空
製氷装置１７の内部圧力が４．５Ｔｏｒｒであるので、
圧縮機１６に必要な圧力比は２．２２である。従って、
圧縮機１６として遠心圧縮機を利用することを前提とす
ると、この圧力比は２段の圧縮ステージと中間冷却器を
有する遠心式圧縮機により得ることが可能である。

【００４３】一方、真空製氷容器１１の内部では、冷水
の一部が凍結してシャーベット状の氷となる。この氷
は、ポンプ１５により排出管１４を介して抜き出され
て、氷蓄熱槽５３に氷水スラリー５４の状態で貯蔵され
る。

【００４４】上述の水蒸気冷却用熱交換器１８で用いら
れる水蒸気冷却用の冷媒は、吸熱式冷凍機Ｂにおいて得
られて冷熱を利用して冷却されている。吸収式冷凍機Ｂ
の動作については従来技術の通りであり、上述の文献１
に記載さている。上述の通り、吸収剤として臭化リチウ
ム水溶液、冷媒として水（以下、冷凍機内循環水とい
う）を用い、駆動エネルギーとして外部熱源３３（９８
℃の温水）を用い、かつ、冷凍機側冷却水２６として３
２℃の水を用いた場合には、蒸発器２１において約３℃
の冷熱が得られた。冷媒冷却用熱交換器２３において、
この蒸発器２１の内部で熱交換器２３の伝熱管の外表面
を流れ落ちる約３℃の冷凍機内循環水が、この伝熱管の
内部を送通される冷媒を冷却する。この結果、冷媒は約
６℃に冷却される。この冷媒はパイプ５１を介してポン
プ５２により上述の通り水蒸気冷却用熱交換器１８に供
給され、真空製氷部側凝縮器１７における水蒸気の冷却
に用いられる。水蒸気冷却用熱交換器１８から排出され
る冷媒は、約９℃まで昇温されている。

【００４５】一方、氷蓄熱槽５３に氷水スラリー５４の
潜熱として貯えられた冷熱は、冷熱供給ライン５５によ
り氷水スラリー５４を直接取り出され、氷の潜熱として
冷熱需要先に直接供給されるか、または、冷熱供給ライ
ン５６の間接熱交換器５６ａにおいて氷水スラリー５４
との間で熱交換を行って冷却された冷媒（水）を配送す
ることにより冷媒の顕熱として冷熱需要先に供給され
る。

【００４６】上述の真空製氷装置１０では、吸収式冷凍
機Ｂの蒸発器２１の内部に設けられた冷媒冷却用熱交換
器２３および真空製氷部側凝縮器１７の内部に設けられ
た水蒸気冷却用熱交換器１８の中に冷媒を順次送通して
循環させる冷媒循環ラインＣと、真空製氷容器１１で蒸
発した水蒸気を圧縮器１６で圧縮した後に、この水蒸気
を真空製氷部側凝縮器１７の水蒸気冷却用熱交換器１８
で冷却して凝縮させる系統とは別系統になっている。こ
のため、吸収式冷凍機Ｂ側と真空製氷部Ａ側との間は、
冷媒循環ラインＣのパイプ５１，５３で結ばれるように
なるため、必要なパイプ５１，５３の直径を例えば１０
分の１程度まで細くすることが可能であり、両者間を近
接して配置する必要がなくなるので、装置全体の省スペ
ース化を達成できる。

【００４７】また、冷媒循環ラインＣと、真空製氷部Ａ
の水蒸気を凝縮させる系統とは別系統になっているの
で、冷媒循環ラインＣの内部を送通する冷媒と凝縮され
る水蒸気とが互いに混合することはない。このため、吸
収式冷凍機Ｂ側に、真空製氷部Ａ側から空気等の不凝縮
性ガスが侵入することはない。この結果、吸収式冷凍機
Ｂの吸収器２４に取り付けられた不凝縮性ガス排出用真
空ポンプ３６の負荷を低減できると共に、吸収器２４に
おける水蒸気の凝縮（臭化リチウム水溶液への吸収）の
阻害を防止することができる。また、蒸発器２１で発生
する水蒸気に空気が混在することによる吸収器内伝熱管
２７の腐食を防止することもできる。

【００４８】蓄冷設備Ｄにおいて、大気開放型の氷蓄熱
槽５３を用いているので、構造が簡単であり製造コスト
が比較的安価で済む。また、得られた冷熱を氷水スラリ
ー５４の潜熱として貯えることが可能であるため、直接
生成された氷水スラリーを冷熱需要先に供給した場合に
比べて、冷熱の需要量の変化に容易に対応することがで
きる。すなわち、例えば、大型都市のゴミ焼却工場の排
熱を吸収式冷凍機Ｂの主駆動エネルギーとして利用して
周辺地区の冷房に利用する場合には、駆動熱源および駆
動電力はほぼ一定量で供給されるため、製氷速度を一日
中ほぼ一定にすることが適当かつ簡便な運転方法である
ので、真空製氷装置１０で生成される氷水スラリーを直
接供給した場合でも特に支障はない。しかし、周辺地区
の冷熱需要量は、昼間高く夜間低い。このような冷熱の
生成速度と冷熱の需要量が一致していない場合、氷蓄熱
槽５３が冷熱の需要と供給の差を緩衝し、安定した冷熱
の生成と冷熱の使用を可能にするバッファーとして機能
し得る。より具体的には、夜間の冷熱の需要量が少ない
時に氷蓄熱槽５３に余剰の冷熱を氷の潜熱として蓄積
し、昼間の冷熱の需要量が増加するときに、冷熱の生成
が不足するのを補うのに使用することができる。

【００４９】図２は、本発明の真空製氷装置の第２実施
例を示す説明図である。本実施例の真空製氷装置６０
は、第１実施例の真空製氷装置１０と同様の構成の真空
製氷部Ａおよび蓄冷設備Ｄを備えているが、吸収式冷凍
機Ｂ’の蒸発器６１において水をフラッシュさせて蒸発
させることにより冷却すること、並びに、この際に冷却
された水（以下、循環用冷却水という）を冷却水循環ラ
インＣ’に取り出して直接に真空製氷部側凝縮器１７の
水蒸気冷却用熱交換器１８に供給し、水蒸気の冷却に用
いる点で第１実施例の真空製氷装置１０と相違してい
る。すなわち、吸収式冷凍機Ｂ’の蒸発器６１の上部に
は、循環用冷却水をフラッシュさせるためのスプレーノ
ズル６２が設けられている。スプレーノズル６２には、
冷凍機側凝縮器４１から凝縮された水を戻す凝縮水戻り
用パイプ６３の端末部が接続され、同時に、水蒸気冷却
用熱交換器１８の出口側に接続されたパイプ６４が接続
されている。

【００５０】一方、蒸発器６１の底部には、蒸発器６１
の内部でのフラッシュ蒸発により冷却された循環用冷却
水６５を取り出し、水蒸気冷却用熱交換器１８の入口側
に供給するためのパイプ６６が接続されている。パイプ
６６の途中にはポンプ６７が設けられている。

【００５１】なお、外部熱源３３および冷凍機側冷却水
２６の温度は実施例１と同様である。上述のような真空
製氷装置６０では、吸収器２４での吸収反応により減圧
状態になっている蒸発器６１の内部に、スプレーノズル
６２から水をフラッシュさせて蒸発させると冷却されて
循環用冷却水６５が得られる。得られた循環用冷却水６
５は約３℃である。得られる循環用冷却水６５の温度
は、外部熱源３３の供給量を調節するための調節弁Ｖ₁
か、冷凍機側冷却水２６の供給量を調節するための調節
弁Ｖ₂ を設けて、外部熱源３３または冷凍機側冷却水２
６の供給量を調節することにより制御可能である。すな
わち、図２に示すように、水蒸気冷却用熱交換器１８に
循環用冷却水６５に供給するためのパイプ６６に、温度
検出器６８を取り付け、循環用冷却水６５の温度Ｔ₁ を
測定し、制御部（図示せず）によりこの温度Ｔ₁ が設定
値よりも上がった場合には、調節弁Ｖ₁ の開度を増やし
て外部熱源３３の流量を増加させて、吸収器２４内の臭
化リチウム水溶液の濃度を高める。この結果、吸収器２
４の運転圧力が低下し、吸収器２４に連通している蒸発
器６１の運転圧力が低下して循環用冷却水６５の温度Ｔ
₁ が低下する。また、調節弁Ｖ₂ のの開度を増やして冷
凍機側冷却水２６の供給量を増加させて、吸収器２４に
おける除熱を促進し、吸収器の運転圧力を下げても循環
用冷却水６５の温度Ｔ₁ を低下させることができる。循
環用冷却水６５の温度Ｔ₁ が設定値よりも低い場合には
全く逆の手順でこの温度Ｔ₁ を高めることができる。

【００５２】この循環用冷却水６５は、ポンプ６７によ
りパイプ６６を介して真空製氷部側凝縮器１７の水蒸気
冷却用熱交換器１８に供給され、水蒸気の冷却に使用さ
れる。水蒸気冷却用熱交換器１８の出口側から排出され
た循環用冷却水は約９℃まで昇温されている。この循環
用冷却水はパイプ６４を経てスプレーノズル６２に戻さ
れる。スプレーノズル６２では、パイプ６４を経て戻さ
れた冷却水循環ラインＣ’からの循環用冷却水と吸収式
冷凍機Ｂ’の冷却器側凝縮器４１から戻された凝縮水と
が合せられてフラッシュされる。しかしながら、必ずし
も両者を合流させる必要はなくそれぞれ別個に蒸発器６
２に戻してもかまわない。

【００５３】上述のような真空製氷装置６０は、第１実
施例の真空製氷装置１０と同様の効果を発揮することが
できる。さらに、本実施例の真空製氷装置６０は、蒸発
器６１において水をフラッシュさせることにより冷却が
行われ、得られた循環用冷却水６５は冷媒循環ライン
Ｃ’のパイプ６７を通じて水蒸気冷却用熱交換器１８に
供給され、水蒸気の冷却に利用される。このため、伝熱
抵抗がない分だけ低温の約３℃の循環用冷却水で水蒸気
の冷却を行うことができるので、第１実施例の真空製氷
装置１０の場合の約６℃の冷媒を利用したときに比べ、
真空製氷部側凝縮器１７の内部の凝縮圧力を低くするこ
とができる。例えば、３℃の循環用冷却水を水蒸気冷却
用熱交換器１８に供給したときの凝縮器１７での凝縮圧
力は８Ｔｏｒｒである。この結果、圧縮機１６で要求さ
れる昇圧幅を小さくすることができるので、圧縮機１６
として単段の遠心式圧縮機のような簡便なタイプのもの
を使用できる。さらに圧縮機１６の所要動力も大幅に少
なくなる。

【００５４】なお、吸収式冷凍機Ｂ’の熱サイクルとし
ては、単効用のものだけでなく、二重効用のものも使用
できる。ただし、二重効用のものを使用する場合には、
駆動用の外部熱源３３として、１５０〜１６０℃の温度
のものを使用することが必要である。

【００５５】次に、フラッシュ方式の蒸発器６１の変形
例について説明する。図３に示す蒸発器７１は、複数
（例えば２つ）のスプレーノズル７２を備えている。こ
れにより、水が微細化して噴霧され、蒸発面積の拡大が
図られる。

【００５６】図４に示す蒸発器８１は、スプレーノズル
はなく、攪拌機８２を備えており、水８３を攪拌しなが
ら液の混合を良くすると共に、水面を波立たせて蒸発面
積を拡大して水を蒸発させることができる。

【００５７】図５に示す蒸発器９１は、内部に複数の棚
段９２がほぼ水平に設けられており、パイプ６４から供
給された水９３が棚段９２に添って流れ落ちてゆくの
で、蒸発面積の増大を図ることができる。

【００５８】図６に示す蒸発器１０１は、内部に複数の
縦板１０２がほぼ垂直に配置されている。スプレーノズ
ル１０３から水が噴霧され、縦板１０２の表面に吹き付
けられ、流下液膜１０４を形成させて蒸発面積を拡大さ
せている。また、蒸発器１０１の内壁面にも同様に水が
吹き付けられ、蒸発面積の拡大が図られている。

【００５９】図７に示す蒸発器１１１は、内部に複数の
水平管１１２がほぼ水平に多段で配置されている。スプ
レーノズル１１３から水が噴霧され、水平管１１２の表
面に吹き付けられ、流下液膜１１４を形成させて蒸発面
積を拡大させている。水平管１１２は、管ではなく棒で
あってもよい。

【００６０】次いで、蓄熱設備Ｄの変形例について説明
する。第１実施例および第２実施例の真空製氷装置１
０，６０では、大気開放型の氷蓄熱槽５３を備えた蓄熱
設備Ｄを設けているが、上述のように熱源の供給および
冷熱の需要が常に一定している場合には、図８に示すよ
うに、氷蓄熱槽を設けずに、真空製氷容器１１で生成さ
れたシャーベット状の氷をパイプ１２１を経て冷熱需要
先に配送し、一方で冷熱需要先から戻された水または新
しい水をパイプ１２２を経て真空製氷容器１１に供給す
ることもできる。

【００６１】また、図９に示すように大気開放型の氷蓄
熱槽に代えて密閉型の氷蓄熱槽１２３を用いることも可
能である。これにより、空気の混入を完全に防止するこ
とができ、真空製氷部側凝縮器１７内に蓄積される不凝
縮性の空気の量を低減できるので、これを排出するため
の真空ポンプ１９の負荷を低減することができる。ま
た、図１０に示すように、小規模のシステムにおいては
真空製氷容器の機能と氷蓄熱槽の機能とを合わせ持った
製氷蓄冷容器１２４を用いることもできる。

【００６２】

【発明の効果】本発明の第１の真空製氷装置は、冷媒循
環ラインと真空製氷部とが別系統になっているので、吸
収式冷凍機側と真空製氷部側との間が冷媒循環ラインを
構成する配管で結ばれるようになる。このため、必要な
配管の直径を細くすることが可能であり、両者間を近接
して配置する必要がなくなる。この結果、装置全体の省
スペース化などを容易に達成することができる。

【００６３】また、吸収式冷凍機側の第１冷媒並びに冷
媒循環ラインの第２冷媒と、真空製氷部内の水蒸気とが
互いに混合することはないので、吸収式冷凍機側に真空
製氷部側から空気等の不凝縮性気体が侵入することはな
い。このため、吸収式冷却器側で不凝縮性気体を排出す
るための真空ポンプの負荷を低減できる。また、水蒸気
の凝縮（溶媒への吸収）を防止でき、さらに、空気の混
在による吸収器内伝熱管等の外表面の腐食を防止するこ
とができる。

【００６４】また、本発明の第２の真空製氷装置も、冷
媒循環ラインと真空製氷部とが別系統になっているた
め、第１の真空製氷装置と同様に、装置全体の省スペー
ス化、不凝縮性気体用の真空ポンプの負荷の低減、水蒸
気の凝縮防止、空気の混在による吸収器内伝熱管等の外
表面の腐食防止等を達成することができる。さらに、蒸
発器内での冷媒のフラッシュ蒸発で得られた循環用冷却
水は、そのまま水蒸気冷却用熱交換器に供給されるの
で、熱交換により間接的に冷媒を冷却した場合に比べて
伝熱抵抗がない分だけ低温になる。この低温の循環用冷
却水を凝縮器の水蒸気冷却用熱交換器に直接導入して用
いるので、凝縮器の凝縮圧力が低減され、圧縮機で必要
な昇圧幅が小さくなり、圧縮機として簡便なタイプのも
のが使用可能になる。この結果、比較的安価な圧縮機を
使用でき、かつ、圧縮機のランニングコストを低減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空製氷装置の第１実施例を示す説明
図。

【図２】本発明の真空製氷装置の第２実施例を示す説明
図。

【図３】第２実施例における蒸発器の変形例を示す説明
図。

【図４】第２実施例における蒸発器の変形例を示す説明
図。

【図５】第２実施例における蒸発器の変形例を示す説明
図。

【図６】第２実施例における蒸発器の変形例を示す説明
図。

【図７】第２実施例における蒸発器の変形例を示す説明
図。

【図８】蓄冷設備を有しない本発明の真空製氷装置の要
部を示す説明図。

【図９】本発明の真空製氷装置における氷蓄熱槽の変形
例を示す説明図。

【図１０】本発明の真空製氷装置における氷蓄熱槽の変
形例を示す説明図。

【図１１】従来の吸収式冷凍機を示す説明図。

【図１２】従来の吸収式冷凍機を示す説明図。

【符号の説明】

１０，６０…真空製氷装置、１１，６１…真空製氷容
器、１６…圧縮機、１７…真空製氷部側凝縮器、１８…
水蒸気冷却用熱交換器、２１…蒸発器、２２…ノズル、
２３…冷媒冷却用熱交換器、２４…吸収器、２６…冷凍
機側冷却水、２９…吸収剤用熱交換器、３１…再生器、
３３…外部熱源、４１…冷却器側凝縮器、５３…氷蓄冷
槽、５４…氷水スラリー、５５，５６…冷熱供給ライ
ン、６２…スプレーノズル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸収式冷凍機、冷媒循環ラインおよび真
   空製氷部を具備する真空製氷装置であって、 前記吸収式冷凍機が、第１冷媒を蒸発器で蒸発させ、次
   いで蒸発した前記第１冷媒の気相部分を吸収剤に吸収さ
   せることによる減圧作用を利用して冷熱を得るものであ
   り、 前記真空製氷部が、水の三重点圧力以下の圧力条件に維
   持され、供給された水の一部を蒸発させ、かつ、この水
   の蒸発による潜熱で残りの水の一部を凍結させる真空製
   氷容器、前記真空製氷容器の後流側に設けられた前記真
   空製氷容器で蒸発した水蒸気を圧縮する圧縮機、およ
   び、前記圧縮機の後流側に設けられ、その内部に設けら
   れた水蒸気冷却用熱交換器により前記真空製氷容器で蒸
   発した水蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器を具備し、 前記冷媒循環ラインが、前記蒸発器の内部に設けられた
   冷媒冷却用熱交換器および前記水蒸気冷却用熱交換器の
   内部を経て第２冷媒を循環させるように設けられ、前記
   蒸発器で発生した冷熱を前記凝縮器での前記水蒸気の冷
   却に利用するようになっていることを特徴とする真空製
   氷装置。
2. 【請求項２】 吸収式冷凍機、冷媒循環ラインおよび真
   空製氷部を具備する真空製氷装置であって、 前記吸収式冷凍機が、冷媒を蒸発器でフラッシュ蒸発さ
   せ、次いで蒸発した前記冷媒の気相部分を吸収剤に吸収
   させることによる減圧作用を利用して冷熱を得るもので
   あり、 前記真空製氷部が、水の三重点圧力以下の圧力条件に維
   持され、供給された水の一部を蒸発させ、かつ、この水
   の蒸発による潜熱で残りの水の一部を凍結させる真空製
   氷容器、前記真空製氷容器の後流側に設けられた前記真
   空製氷容器で蒸発した水蒸気を圧縮する圧縮機、およ
   び、前記圧縮機の後流側に設けられ、その内部に設けら
   れた水蒸気冷却用熱交換器により前記真空製氷容器で蒸
   発した水蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器を具備し、 前記冷媒循環ラインが、前記蒸発器から前記吸収式冷凍
   機で循環される冷媒を取り出し、前記水蒸気冷却用熱交
   換器の内部に送通した後再び前記蒸発器に戻されるよう
   に設けられ、これにより前記蒸発器で発生した冷熱を前
   記凝縮器での前記水蒸気の冷却に利用するようになって
   いることを特徴とする真空製氷装置。
3. 【請求項３】 吸収式冷凍機の冷媒が水であり、吸収剤
   が臭化リチウム水溶液であり、蒸発器内の運転圧力が
   ４．６から６．５Ｔｏｒｒの範囲であり、かつ、真空製
   氷部の水蒸気冷却用熱交換器に供給される際の前記冷媒
   の温度が０から５℃の範囲であることを特徴とする請求
   項２記載の真空製氷装置。