JPH07301475A - 真空製氷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】真空容器の内側壁への氷の付着を防止するため
に高効率で真空容器の壁面を加熱することができる真空
製氷装置を提供する。 【構成】真空製氷装置１０は、水蒸気圧縮機１３が真空
容器１１内を水の三重点圧力以下の圧力まで減圧させた
状態で氷蓄熱槽２３から水を給水管２４を経て減圧され
た真空容器１１内にスプレーノズル２７から散水し、当
該水の一部を蒸発させ、水の残部を冷却または凍結させ
る。真空容器１１の側壁部に配置された熱交換器１５
に、水蒸気圧縮機１３の出口側の水蒸気の一部を取り出
し、バイパス配管２８を介して供給して流通させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空製氷装置に関す
る。特に、真空容器内壁への氷の付着を防止することが
できる真空製氷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空製氷装置とは、水が入った真空容器
内を水の三重点以下まで減圧することにより、真空容器
内の水を、それ自身の蒸発冷凍効果によって固化させる
装置である。真空容器内の水を撹拌することによりスラ
リー状の氷が製造できる。また、連続的に、真空容器内
へ水を供給し、真空容器外へ氷スラリーを排出すること
によって、氷スラリーの製造を連続的に行うことが可能
となる。

【０００３】真空容器内では、例え、水を撹拌していた
としても、真空容器の内壁面付近においては流速が小さ
くなり、水が滞留するため、真空容器の内壁と水面の接
線付近に氷の塊が付着成長することがあり、真空容器の
内部がその氷で覆われてしまう。最悪の場合には、真空
製氷装置の運転を継続することが困難になる。

【０００４】従来、この真空容器内壁の氷付着防止方法
としては、吉田らの文献「ダイナミック型吸収製氷機の
開発（その１）試作機による製氷実験」［空気調和・衛
生工学会学術講演会講演論文集｛'93.10.20 〜10.22
（大坂）｝第４０１頁〜第４０４頁］に記載されている
ように、真空容器の内壁と水面の接線部位での氷結を防
止するために、真空容器の内壁面にテフロン加工を施し
て内壁面に撥水性を持たせること、電気ヒーターにより
この接線部位の加熱を行うこと、さらに、水面での氷結
を防止するために起こしている旋回流において、旋回水
流を一定時間間隔で増加し、内壁面に付着した氷を洗い
落とすことがある。

【０００５】また、本発明者らは、この真空容器内壁の
氷付着防止方法として、（１）真空容器の側壁部を加熱
する方法、および、（２）真空容器の内側壁部に沿って
水を流下させるか、内側壁部に向かって水を散水する方
法を提案している（特願平5-73641 号）。方法（１）に
おいて、加熱源としては、電気ヒーターのような真空製
氷機以外の外部熱源、真空容器内で発生した水蒸気が凝
縮器で凝縮されて得られた凝縮水の顕熱、および、真空
容器に供給される水の顕熱が利用できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、真空容
器の側面部を加熱する場合、氷の付着防止に必要な加熱
量は、壁面１ｍ² あたり約８ｋＷ以上必要があること
を、実験によって確認している。上述の方法（１）の真
空容器の加熱源を用い、かかる条件を満足する加熱量を
得ることは、何れの場合にも不都合があった。すなわ
ち、 (i) 電気ヒーターを用いた場合、壁面を加熱した熱量
は、単純に、真空製氷装置による冷凍能力（製氷能力）
を低下させる。また、電気ヒーターの消費電力分だけ、
真空製氷装置全体の消費電力が増大するので、単位消費
電力あたりの冷凍能力が低下する。

【０００７】(ii)真空製氷装置が、ビルの空調や地域冷
暖房システムに利用される場合、負荷で使用した１０〜
１５℃の環水を、真空容器の壁面の加熱源として利用す
ることが可能である。この場合、壁面を加熱した後の環
水は６〜１０℃に低下するため、この水を再び冷房負荷
に直接供給できるので、真空製氷機の製氷能力は低下す
るもの冷凍能力は変わらない。このように、壁面を加熱
することにより、何ら効率を低下させることになく運転
できる長所がある。

【０００８】しかしながら、このような真空製氷装置
を、夜間の安価な電力を使用するために夜間のみ運転す
ることが考えられるが、夜間にも壁面加熱用の環水を確
保する必要が生じる。通常、夜間の冷房負荷は極めて小
さいため、十分な環水を確保することは困難である。ま
た、適当なところから環水を真空製氷装置まで導くため
の配管が必要であり、装置を設置する場所によってはそ
の配管は長さ、配管位置が異なる。

【０００９】(iii) 真空容器内で発生した水蒸気を、凝
縮器で冷却して得られた凝縮水の顕熱を利用する場合、
真空製氷装置では、発生する水蒸気量は真空製氷装置の
能力に依存し、凝縮水の温度は一般に約８度である。こ
のため、水温が２度になるまで凝縮水を冷却に利用した
としても、冷凍能力１Ｍｃａｌ／ｈにつき凝縮水の熱量
は約１２Ｗでしかなく、この程度の熱量では壁面加熱に
は不十分である。

【００１０】(iv)真空容器に供給される水の顕熱を利用
する場合、真空製氷装置において連続的に製氷を行わせ
るためには、真空容器内への水の供給と氷スラリーの排
出を行う必要がある。真空容器内に供給する水の温度が
高いときは、壁面の加熱にこの供給される水の顕熱を利
用するのが効果的である。しかしながら、真空容器内に
供給する水として、氷蓄熱槽に貯えられた氷スラリーの
うち水の部分を取り出して利用する場合、水温が次第に
低下し最終的に０℃になるため、水の顕熱は０となり壁
面の加熱には利用できなくなる。

【００１１】上述のとおり、何れの真空容器の壁面の加
熱方法も、効率が悪く、熱量が不十分であり、真空製氷
装置の近傍に加熱源を確保することが難しいといった欠
点がある。

【００１２】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、真空容器の内側壁への氷の付着を防止するため
に、高効率で真空容器の壁面を加熱することができる真
空製氷装置を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器と、
前記真空容器内を水の三重点圧力以下の圧力まで排気可
能な水蒸気圧縮機と、前記真空容器内に水を供給する給
水手段と、前記真空容器で発生した水蒸気を凝縮する凝
縮器とを具備し、前記水蒸気圧縮機が前記真空容器内を
水の三重点圧力以下の圧力まで減圧させた状態で前記給
水手段が減圧された前記真空容器内に前記水を供給し、
供給された前記水の一部を蒸発させ、前記水の残部を冷
却または凍結させる真空製氷装置であって、前記真空容
器の側壁部に配置された熱交換器と、前記水蒸気圧縮機
の出口側の水蒸気の一部を取り出して前記熱交換器の内
部を流通させる配管を具備す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。

【００１４】また、本発明は、真空容器と、前記真空容
器内を水の三重点圧力以下の圧力まで排気可能な水蒸気
圧縮機と、前記真空容器内に水を供給する給水手段と、
前記真空容器で発生した水蒸気を凝縮する凝縮器とを具
備し、前記水蒸気圧縮機が前記真空容器内を水の三重点
圧力以下の圧力まで減圧させた状態で前記給水手段が減
圧された前記真空容器内に前記水を供給し、供給された
前記水の一部を蒸発させ、前記水の残部を冷却または凍
結させる真空製氷装置であって、前記真空容器の側壁部
に配置された熱交換器と、前記凝縮器の出口側の冷却水
の一部を取り出して前記熱交換器の内部を流通させる配
管を具備することを特徴とする真空製氷装置を提供する
（以下、第２の真空製氷装置という）。

【００１５】

【作用】本発明の第１の真空製氷装置は、真空容器の側
壁部に熱交換器を配置し、水蒸気圧縮機の出口側の水蒸
気の一部を取り出して熱交換器の内部を流通させる配管
が設けられている。これにより、真空容器の側壁部が、
水蒸気の潜熱および顕熱により加熱され、真空容器の内
壁面に氷が付着するのが防止される。この水蒸気は製氷
運転において常に発生するので十分な熱量で真空容器内
の壁面を加熱できる。真空容器の側壁部を加熱すること
により、その熱量の分だけ真空製氷装置の冷凍能力は低
下するが、凝縮器へ送られる水蒸気の量が熱交換器に送
り込まれる分だけ減少する。このため、凝縮器での凝縮
熱量が減少し、凝縮器に流通される冷却水の必要熱量も
減少する。従って、冷却水を作るために必要な動力が減
少するため、真空製氷装置の全体で消費される電力が少
なくなる。この結果、全消費電力に対する冷凍能力はほ
とんど低下しない。

【００１６】また、本発明の第２の真空製氷装置は、真
空容器の側壁部に熱交換器を配置し、凝縮器の出口側の
冷却水の一部を取り出して熱交換器の内部を流通させる
配管が設けられている。これにより、真空容器の側壁部
が、水蒸気の潜熱および顕熱により加熱され、真空容器
の内壁面に氷が付着するのが防止される。真空容器の側
壁部を加熱することにより、その熱量の分だけ真空装置
の冷凍能力は低下するが、この熱量に相当する分だけ冷
却水の温度が低下するので、この熱量の分だけ冷却水を
冷却するために必要な動力が減少する。従って、真空製
氷装置の全体で消費される電力が少なくなり、全消費電
力に対する冷凍能力はほとんど低下しない。

【００１７】

【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
す概略図である。図中１１は、真空容器である。真空容
器１１の上部には、水蒸気排気ダクト１２を介して水蒸
気圧縮機１３が接続されている。水蒸気圧縮機１３の出
口側には、水蒸気排気ダクト１４を介して凝縮器１５が
接続されている。凝縮器１５の入口側には、供給パイプ
１６を介して冷却水を冷却するための冷凍機１７が接続
されている。供給パイプ１６の途中にはポンプ１８が設
けられている。凝縮器１５の出口側は排出パイプ１９を
介して冷凍機１７に接続されている。凝縮器１５の出口
側には、凝縮器１５で生成した凝縮水を真空容器１１に
戻すための配管２０が接続されている。

【００１８】一方、真空容器１１の底部には、スラリー
排出管２１が連結されている。このスラリー排出管２１
にはスラリー排出ポンプ２２が取り付けられている。ス
ラリー排出管２１の出口側端部の下方には、氷蓄熱槽２
３が配置されている。氷蓄熱槽２３の内部には、給水管
２４の入口側端部が位置し、この給水管２４の出口側端
部には、真空容器１１の内部に配置されたノズルマニホ
ールド２５が接続されている。給水管２４の途中には給
水ポンプ２６が取り付けられている。ノズルマニホール
ド２５は、複数（例えば４つ）のスプレーノズル２７が
取り付けられている。

【００１９】水蒸気圧縮機１３の出口側に接続された水
蒸気排気ダクト１４の途中には、バイパス配管２８が分
岐して接続されている。バイパス配管２８の出口側端部
は、真空容器１１の側壁部の内周面上に全周にわたって
帯状に設けられた二重壁構造の熱交換器２９に接続され
ている。熱交換器２９の下端部の所定箇所には、熱交換
器２９内で生成した凝縮水を真空容器１１へ戻すための
配管３０が設けられている。配管３０には調節弁３１が
取り付けられている。

【００２０】上述のような構成の真空製氷装置１０にお
いて、次のように製氷が行われる。水蒸気圧縮機１３に
より、真空容器１１の内部の圧力が水の三重点以下まで
（４．６ｍｍＨｇ）以下に減圧して維持される。給水ポ
ンプ２６により、氷蓄熱槽２３内の水が給水管２４を介
してノズルマニホールド２５に供給され、スプレーノズ
ル２７から真空容器１１内部に散水される。減圧状態の
真空容器１１の内部に散水された水の一部が蒸発し、こ
の水の蒸発による冷却効果により残りの水が冷却および
凍結され、氷が生成される。生成された氷を含む氷水ス
ラリー３２は、スラリー排出ポンプ２２によりスラリー
排出管２１を介して取り出され、氷蓄熱槽２３に貯蔵さ
れる。

【００２１】真空容器１１内の４．２〜４．４ｍｍＨｇ
の水蒸気は、水蒸気排気ダクト１２を経て水蒸気圧縮機
１３に吸入され、８ｍｍＨｇまで昇圧される。水蒸気圧
縮機１３の出口の水蒸気は過熱蒸気となるため約８０℃
に昇温されている。水蒸気は、蒸気排気ダクト１４を経
て凝縮器１５に導入される。凝縮器１５には、冷凍機１
７で約３℃に冷却された冷却水が、ポンプ１８により供
給パイプ１６を経て導入され、その内部を循環し、この
後、排出パイプ１９を介して冷凍機１７に戻される。こ
れにより、凝縮器１５に導入された高温の水蒸気は、冷
却水により冷却され、凝縮する。生成された凝縮水は、
配管２０を経て真空容器１１に戻される。

【００２２】一方、水蒸気圧縮機１３から排出された高
温の水蒸気の一部は、バイパス配管２８を経て熱交換器
２９に供給される。これにより、真空容器１１の側壁部
が加熱される。真空容器１１の加熱に伴って水蒸気の温
度が低下し、凝縮する。凝縮水は、配管３０を経て真空
容器１１に戻される。また、調節弁３１により熱交換器
２０に供給される水蒸気量を調節できる。調節弁３１は
熱交換器１５の入口側に設けても良い。

【００２３】上述のように、真空容器１１の壁面は、熱
交換器２９の内部に供給される水蒸気により加熱され
る。水蒸気圧縮機１３の出口側の水蒸気は、水蒸気圧縮
機１３の昇圧幅によって圧力および温度が異なる。本実
施例、すなわち、例えば、４．２〜４．４ｍｍＨｇの水
蒸気を８ｍｍＨｇまで昇圧した場合、この水蒸気は約８
０℃であり、その潜熱は６２５ｋｃａｌ／ｋｇと大き
い。このため、壁面は十分な熱量で加熱され、壁面に氷
が付着するのが防止されるので、安定した製氷運転が持
続できる。

【００２４】この際、真空容器１１の側壁部を加熱する
ことにより、その熱量の分だけ真空製氷装置１０の冷凍
能力は低下する。しかし、凝縮器１５へ送られる水蒸気
の量が、熱交換器２９に送り込まれる分だけ減少する。
このため、凝縮器１５での凝縮熱量が減少し、凝縮器１
５に流通される冷却水の必要熱量も減少する。従って、
冷却水を作るために必要な動力が減少するため、真空製
氷装置１０の全体で消費される電力が少なくなり、全消
費電力に対する冷凍能力はほとんど低下しない。この結
果、真空容器１１の壁面の加熱を高効率で実施すること
が可能である。

【００２５】また、真空製氷装置１０内の水蒸気圧縮機
１３の出口側から排出される水蒸気の一部を加熱源とし
ているので、加熱源は真空容器１１の極めて近くに確保
することができるので、別途特別に設置場所に応じた配
管を取り付けるといった加熱源を供給するための設備を
用意する必要がない。

【００２６】図２は、本発明の真空製氷装置の第２実施
例を示す概略図である。第２実施例の真空製氷装置４０
は、図１に示す第１実施例の真空製氷装置１０において
水蒸気圧縮機１３の出口側の水蒸気を加熱源に使用する
ことに代えて、前記凝縮器の出口側の冷却水の一部を使
用するものあり、それ以外の構成は共通している。すな
わち、真空製氷装置４０では、凝縮器１５の出口側に接
続された排出パイプ１９に分岐して冷却水供給配管４１
が接続されている。冷却水供給配管４１の出口側端部
は、配管構造の熱交換器４２の入口部に接続されてい
る。熱交換器４２の出口側に、冷却水排出配管４３の一
端部が接続され、その他端部は排出パイプ１９に接続さ
れている。排出パイプ１９の途中には調節弁４４が設け
られている。

【００２７】上述の真空製氷装置４０では、凝縮器１５
から冷却機１７に戻される冷却水の一部は、冷却水供給
配管４１を経て熱交換器４２に供給される。これによ
り、真空容器１１の側壁部が加熱される。熱交換器４２
の内部を循環した冷却水は、冷却水排出配管４３を経て
排出パイプ１９に流入し、冷凍機１７に戻される。調節
弁４４により熱交換器４２に供給される冷却水量を調節
することができる。

【００２８】上述のように、真空容器１１の壁面は、熱
交換器４２の内部に供給される冷却水により加熱され
る。凝縮器１５の出口側の冷却水の温度は、水蒸気圧縮
機１３の昇圧幅によって異なる。本実施例、すなわち、
例えば、４．２〜４．４ｍｍＨｇの水蒸気を８ｍｍＨｇ
まで昇圧した場合、この冷却水の温度は約６℃である。
壁面の加熱に利用できる温度差が小さいが、冷却水の流
量は大きいので、壁面は十分な熱量で加熱され得る。こ
の結果、壁面に氷が付着するのが防止されるので、安定
した製氷運転が持続できる。

【００２９】この際、真空容器１１の側壁部を加熱する
ことにより、その熱量の分だけ真空製氷装置１０の冷凍
能力は低下する。しかし、冷凍機１７に戻される冷却水
の温度が低下するので、冷凍機１７が約３℃の冷却水を
得るために必要な冷凍機１７の動力が低減される。従っ
て、真空製氷装置１０の全体で消費される電力が少なく
なり、全消費電力に対する冷凍能力はほとんど低下しな
い。この結果、真空容器１１の壁面の加熱を高効率で実
施することが可能である。

【００３０】また、真空製氷装置１０内の凝縮器１５の
出口側から排出される冷却水の一部を加熱源としている
ので、加熱源は真空容器１１の極めて近くに確保するこ
とができるので、別途特別に設置場所に応じた配管を取
り付けるといった加熱源を供給するための設備を用意す
る必要がない。

【００３１】本実施例では、真空容器１１の壁面の加熱
に使用した後の冷却水を冷凍機１７に戻しているが、こ
の冷却水を系外へ排出して利用することも可能である。
以上説明した実施例では、熱交換器の形状は配管又は２
重壁構造のものを例示したが特にに限定されるものでな
い。また、熱交換器は真空容器の設置箇所は真空容器の
側壁部の内側または外側のいずれであっても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明の第１の真空
製氷装置は、真空容器の側壁部に熱交換器を配置し、水
蒸気圧縮機の出口側の水蒸気の一部を取り出して熱交換
器の内部を流通させる配管が設け、真空容器の側壁部を
水蒸気の顕熱と潜熱を利用して加熱している。この水蒸
気は製氷運転において常に発生するので、十分な熱量で
真空容器内の壁面を加熱できる。真空容器の側壁部を加
熱することにより冷凍能力が低下するが、凝縮器での水
蒸気凝縮の熱負荷が低下するので、冷却水を作るために
必要な動力が減少するため、真空製氷装置の全消費電力
に対する冷凍能力はほとんど低下しない。また、真空製
氷装置内で発生する熱を加熱に利用できるので、装置外
から加熱源を導入する必要がなく、装置構成が簡単で装
置が安価になる。また、水蒸気の潜熱で加熱するため、
熱交換器の伝熱面を一様な温度にすることができ、この
ため、加熱にむらが生じることがないため、効率良く加
熱することができる。

【００３３】また、本発明の第２の真空製氷装置は、真
空容器の側壁部に熱交換器を配置し、凝縮器の出口側の
冷却水の一部を取り出して熱交換器の内部を流通させる
配管が設け、真空容器の側壁部を冷却水の顕熱を利用し
て加熱している。この冷却水は大量に供給することがで
きるので、十分な熱量で真空容器内の壁面を加熱でき
る。真空容器の側壁部を加熱することにより冷凍能力が
低下するが、冷凍機での冷却水の熱負荷が低下するの
で、冷却水を作るために必要な動力が減少するため、真
空製氷装置の全消費電力に対する冷凍能力はほとんど低
下しない。また、真空製氷装置内で発生する熱を加熱に
利用できるので、装置外から加熱源を導入する必要がな
く、装置構成が簡単で装置が安価になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空製氷装置の第１実施例を示す概略
図。

【図２】本発明の真空製氷装置の第１実施例を示す概略
図。

【符号の説明】

１０，４０…真空製氷装置、１１…真空容器、１２，１
４…水蒸気排気ダクト、１３…水蒸気圧縮機、１５…凝
縮器、１６…供給パイプ、１７…冷凍機、１８…ポン
プ、１９…排出パイプ、２０…配管、２１…スラリー排
出管、２２…スラリー排出ポンプ、２３…氷蓄熱槽、２
４…給水管、２５…ノズルマニホールド、２６…給水ポ
ンプ、２７…スプレーノズル、２８…バイパス配管、２
９，４２…熱交換器、３０…配管、３１，４４…調節
弁、３２…氷水スラリー、４１…冷却水供給配管、４３
…冷却水排出配管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 俊明 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器と、前記真空容器内を水の三重
   点圧力以下の圧力まで排気可能な水蒸気圧縮機と、前記
   真空容器内に水を供給する給水手段と、前記真空容器で
   発生した水蒸気を凝縮する凝縮器とを具備し、 前記水蒸気圧縮機が前記真空容器内を水の三重点圧力以
   下の圧力まで減圧させた状態で前記給水手段が減圧され
   た前記真空容器内に前記水を供給し、供給された前記水
   の一部を蒸発させ、前記水の残部を冷却または凍結させ
   る真空製氷装置であって、 前記真空容器の側壁部に配置された熱交換器と、前記水
   蒸気圧縮機の出口側の水蒸気の一部を取り出して前記熱
   交換器の内部を流通させる配管を具備することを特徴と
   する真空製氷装置。
2. 【請求項２】 真空容器と、前記真空容器内を水の三重
   点圧力以下の圧力まで排気可能な水蒸気圧縮機と、前記
   真空容器内に水を供給する給水手段と、前記真空容器で
   発生した水蒸気を凝縮する凝縮器とを具備し、 前記水蒸気圧縮機が前記真空容器内を水の三重点圧力以
   下の圧力まで減圧させた状態で前記給水手段が減圧され
   た前記真空容器内に前記水を供給し、供給された前記水
   の一部を蒸発させ、前記水の残部を冷却または凍結させ
   る真空製氷装置であって、 前記真空容器の側壁部に配置された熱交換器と、前記凝
   縮器の出口側の冷却水の一部を取り出して前記熱交換器
   の内部を流通させる配管を具備することを特徴とする真
   空製氷装置。