JPH0794941B2 - 製氷装置及びその製氷装置を用いた氷蓄熱式空調システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水中に浸漬される冷却器で製氷する製氷装置
及びその製氷装置を用いた氷蓄熱式空調システムに関す
る。

〔従来の技術〕

近年、ビルの高層化に伴い、水蓄熱方式の空調システム
では蓄熱量が不足することが明らかになり、小さな蓄熱
水槽に多くの冷熱を蓄熱できる氷蓄熱方式の空調システ
ムが注目されてきている。

この氷蓄熱方式では、蓄熱水槽中の水中に冷却器を浸漬
し、この冷却器中に冷媒を流して冷却器の外側に氷を成
長させる方法が一般的である。

しかし、この方法では氷を作り始めてしばらくはうまく
いくが、ある程度をすぎると氷が成長しにくくなる。こ
れは、冷却器の表面に付いた氷がコンクリート並みの熱
伝導率でしかない断熱材として作用するからである。

そこで、ある程度氷が成長したら、冷却器の表面から氷
を除去してやる必要がある。

このような点を解決する技術として、従来、特開昭50−
153442号公報に記載されているものや、特開昭62−1129
4号公報に記載されたものが知られている。

前者は、前記公報の特許請求の範囲の記載を引用して説
明すると、『水槽の内部に、その周囲に管の周方向およ
び長手方向を複数に分割する仕切り板が取付けられた冷
媒管列を配置し、この冷媒管に冷媒を通して冷媒管の周
囲に氷を生成させ、生成量が所定量に達したとき、冷媒
の流れを止めて、氷を冷媒から離脱させた後再び冷媒管
列に冷媒を通して氷を生成させる過程を繰り返すことに
より冷熱を貯える』技術である。

また、後者は、複数の冷媒部材をジョイントで接続し、
冷媒部材の周囲のみ氷が成長するようにし、氷が成長し
たら冷凍機の運転を停止して、水温で冷媒部材に着氷し
た氷を離脱させるものであり、冷媒部材をジョイントで
接続したことにより氷が冷媒部材毎に分断して成長する
ので、氷の離脱が容易になるというものである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、このような従来例では、氷を強制的に掻き落と
すのではなく、冷媒を止めてからの自然離脱に任せるも
のであるため、離脱までに時間がかかるという問題があ
るとともに、氷を離脱させる間、冷媒の流れを止めてし
まうため、冷凍サイクルを有効に使用できないという問
題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、水に浸
漬して使用する製氷装置において、水中に浸漬される冷
却器の表面から氷を強制的に掻き落とすことができ、氷
蓄熱式空調システムに使用した場合、短時間で所望の冷
熱量を貯えることができるようにすることを技術的課題
とするものである。

ところで、冷却器の表面に着いた氷を強制的に掻き落と
す手段としては、氷蓄熱装置においてではないが、特開
昭58−164937号公報や特開昭62−46177号公報に記載さ
れた手段が知られている。

前者は、冬季の０℃以下の外気を利用して製氷し、この
氷を夏季まで貯蔵して空調に利用しようとするもので、
外気によって冷やされる回転ドラムの表面に貯水層から
汲み上げた水を滴下して凍らせ、かつ、回転ドラムにス
クレーバの刃先を摺接させて回転ドラムの表面の氷を掻
き落とすものである。

また、後者は、回転自在の冷却器表面に角氷製造用の製
氷溝を形成するとともに、冷却器に隣接して製氷溝内の
氷を掻き落とす掻き落とし装置を設けたものである。そ
して、この掻き落とし装置は、回転軸の周囲に製氷溝に
合わせて掻き落とし用の爪を設けたもので、冷却器の回
転とともに回転軸を回転させることにより、製氷溝内の
氷を爪で掻き落とすものである。

このような掻き落とし手段をいずれも水中で使用するも
のではないが、本発明が課題とする水中での氷の掻き落
としに利用することもできるのではないかと考えられ
る。

しかし、本発明のように、製氷装置を水中に浸漬して製
氷するものにあっては、水中で氷を掻き落とすという特
殊事情から、前記従来のような掻き落とし手段を利用す
ることは現実的でない。

すなわち、前記いずれのものも、製氷用の冷却器もしく
は氷掻き落とし用の治具の少なくとも一方を回転させる
必要があるが、もし、これと同様にして水中で冷却器や
掻き落とし用の治具を回転させようとするならば、水が
抵抗となって回転を防げ、極めて効率の悪い掻き落とし
手段とならざるを得ないし、また、水中で冷却器を回転
させることは、冷却器表面での氷の成長を妨げる結果と
なるからである。さらに、前者のようにスクレーバを冷
却器表面に摺接させることは、スクレーバにより冷却器
を破損させる結果にもなりかねない。

本発明は、このような従来例に鑑み、水中での氷の掻き
落としに最も好適な手段を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前記技術的課題を解決するため、次のような
技術的手段をとった。

すなわち、水中に浸漬される冷却器20の表面を薄膜20で
覆うとともに、冷却器20の表面と薄膜28との間にガスを
送入するガス送入装置４を設けて製氷装置２とした。

ここで、冷却器20としては、水を凍らせることのできる
ものであれば、どのようなタイプのものでも良い。

また、薄膜28は熱伝導性がよく、氷の成長の妨げになら
ない程度のものが良い。ところで、薄膜28で冷却器20を
覆った理由は、ガス送入装置４で冷却器20と薄膜28との
間にガスを送入し、その間に空所を形成して、氷を砕い
て剥離させるためである。従って、薄膜28はゴム等伸縮
性のあるものが好適である。しかし、伸縮性のない薄膜
28でも本発明の適用可能である。但し、伸縮性のない薄
膜28の場合、ガス送入の際に冷却器20との間に空所を形
成する必要上、冷却器20の表面を凹凸面にし、この凹凸
面に沿うように薄膜28を密着させておく必要がある。

さらに、薄膜28は一層のものでも良いし、多層のもので
も良い。多層の薄膜28の例としては第６図に示したもの
が例示できる。これは、２枚の薄膜を所定間隔毎に接着
材で接着するとともに、その接着点をまたいで、両端を
接着したブリッジ状薄膜を備えたものである。このよう
な構造とした理由は、単に２枚の薄膜を所定間隔毎に接
着剤で接着すると、その接着点Ｓは伸縮しないため、薄
膜における伸縮の分布にばらつきが生じてしまうから
で、第６図のような構造とすることにより、伸縮特性を
均一化できるからである。

また、ガス送入装置４で送入されるガスとしては例えば
空気を利用できるが、空気の場合、除湿してあることが
肝要である。除湿していないと、送入された空気中の水
分が凍って冷却器20と薄膜28との間に蓄積されてしまう
からである。また、冷却器20による冷却を妨げないよ
う、ガスは冷却器20の表面温度以下に冷却されているこ
とが望まれる。従って、ガス送入装置４に除湿器42を備
えておくことが好適で、冷却コイル42aにより冷却減湿
のがより好適である。

さらに、送入されたガスは、水圧により押し出される。
あるいは薄膜28をゴムで形成した場合は薄膜28の収縮力
により押し出されるが、真空装置4aを別途設けて強制的
にガス抜きをしても良い。

また、このような氷蓄熱装置を利用した氷蓄熱式の空調
システムとしては、既存の水蓄熱式の空調システムを改
良し、その蓄熱水槽１内の水中に前記製氷装置２の冷却
器20を浸漬して氷蓄熱式の空調システとすることができ
る。

すなわち、冷凍機３で製造した冷水を蓄熱水槽に貯え、
この冷水を建物内に配置した空気冷却器５に循環させる
ことにより冷房する空調システムにおいて、蓄熱水槽１
内の水中に浸漬される冷却器20の表面を薄膜で覆い、か
つ、この冷却器20の表面と薄膜28との間にガスを送入す
るガス送入装置４を設けた製氷装置２を備える。

この製氷装置２は、冷却器20を複数備え、また、ガス送
入装置４は、空気を送入するものであって、送入される
空気を除湿乾燥させる除湿器42を有している。

そして、この空調システムは、これら冷凍機３、空気冷
却器５、製氷装置２、ガス送入装置４の運転を制御する
制御装置６を備えている。

この制御装置６は、蓄熱水槽１内の水を冷凍機３で冷却
するとともに、複数の冷却器20に冷媒を交互に流して製
氷し、ガス送入装置４で薄膜28内に空気を送入して製氷
ドラム20外面に成長した氷を離脱せしめ、空気の送入時
には空気を除湿器42で除湿乾燥せしめ、そして、建物内
の気温を検出して蓄熱水槽１内の冷却水を空気冷却器４
に循環させて冷房運転するよう制御する。

ここで、この冷却器20に前記冷凍機３で使用している冷
媒を循環させるよう、前記冷凍機３の冷凍サイクルに冷
却器20を接続して氷蓄熱式空調システムとし、あるい
は、ガス送入装置に冷却コイル42aによる除湿器42を設
ける場合にあっても、この冷却コイル42aを前記冷凍機
３の冷凍サイクルに接続し、冷凍機３の冷媒を除湿用に
流用するようにすると、既存設備の活用ができる。

〔作用〕

まず、本発明の製氷装置の動作を説明する。

蓄熱水槽１内の水中に浸漬されている冷却器20により、
その周囲の水が薄膜28を介して冷やされ、氷となる。氷
がある程度成長したら、ガス送入装置４により薄膜28と
冷却器20との間にガスを送入する。これにより、ガスの
圧力で冷却器20と薄膜28との間に空所が生じ、その空所
ができた分だけ氷が変位して小片に破壊され、薄膜28の
表面から離脱する。離脱した氷片は水面に向かって上昇
し、冷却器20の周囲から離れる。その後、ガスを抜けば
薄膜28が再度冷却器20の表面に密着し、その周囲に氷が
再度成長し始める。この繰り返しでシャーベット状に氷
が蓄熱水槽１中に蓄積されて行く。

製氷の過程において、薄膜28がゴム等で形成されている
ならば、その伸縮性により、冷却器20の表面に密着した
状態からガスによる膨張状態への変位、及び、再度ガス
を抜くことによる冷却器20表面への密着が容易に行え
る。さらに、薄膜28を伸縮性あるものとすれば、薄膜28
の収縮力がガス抜き作用を奏することにもなる。

これに対し、薄膜28を伸縮性の無いもので形成した場
合、収縮力が無いため、水圧によってのみガスを抜くこ
ととなる。

ガス抜き用の真空装置4aを設けた場合は、ガスが薄膜28
の収縮力や水圧のみならず真空装置4aによって強制的に
排出されるので、薄膜28の冷却器20表面への密着が容易
に行える。

次に、本発明の氷蓄熱式空調システムの動作を説明す
る。

システムは制御装置６により制御される。

まず、蓄熱水槽１内の水は冷凍機３で冷却される。これ
とは別途に、複数の冷却器20に冷媒が交互に流されて製
氷され、ガス送入装置４で薄膜28内に空気を送入して製
氷ドラム20外面に成長した氷を離脱せしめて、蓄熱水槽
１内に氷がシャーベット状に蓄積され、蓄熱水槽１内の
水がより一層冷却される。ここで、空気の送入時には空
気を除湿器42で除湿乾燥せしる。

そして、建物内の気温を検出して蓄熱水槽１内の冷却水
を空気冷却器４に循環させて冷房運転する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞ この実施例の製氷装置は、氷蓄熱式空調システムおける
氷蓄熱装置に利用される製氷装置である。

そして、この実施例の装置は、第１図に示したように、
冷却器としての製氷ドラム20を備えた製氷ドラムユニッ
トを主体として形成されている。

製氷ドラム20は、蓄熱水槽１内の水中に浸漬されて使用
されるもので、第４図に示したように、２枚の金属プレ
ートP1,P2を張り合わせ、両者の合わせ面において、プ
レートP1,P2の一側縁に沿って縦方向の入口ヘッダー管
路21を形成するとともに、プレートP1,P2の他側縁に沿
って縦方向の出口ヘッダー管路22を形成し、さらに、入
口ヘッダー管路21と出口ヘッダー管路22との間に平行な
複数の冷媒管路23を架設したものを筒状にしたものであ
る。そして、冷媒管路23を形成した部分がプレートP1,P
2の内面及び外面において凹凸になっている。

そして、入口ヘッダー管路21が冷凍機３の冷媒送出側に
接続され、出口ヘッダー管路22が冷凍機３の冷媒復帰側
に接続されるようになっている。この冷凍機３のコンデ
ンサ32から送られてくる液冷媒は、冷媒管路23中で蒸発
してガス冷媒となり冷凍機３内の圧縮器31に戻され、コ
ンデンサ32で凝縮されて再度送出されるようになってい
る。

また、製氷ドラムユニット２においては、径大の製氷ド
ラム20と径小の製氷ドラム20とが同心円的に組み立てら
れ、それらの下端が円盤状ハウジング24に保持され、上
端が支持フレーム25に保持されている。そして、この支
持フレーム25は各製氷ドラム20の上方に位置する円盤26
に固定されている。なお、この円盤26は蓄熱水槽１のマ
ンホールの蓋を兼ねるものである。

そして、円盤状ハウジング24には、その中央に窓孔24a
が穿設され、その内部にスクリュ27が内蔵されていて、
このスクリュ27の回転により上昇水流が生じるようにな
っており、さらに、円盤状ハウジング24内に整流板24b
が設けられて上昇水流を外側の製氷ドラム20と内側の製
氷ドラム20へとに分流するようにしてある。そして、前
記スクリュ27を回転させるシャフト27aが製氷ドラム20
の中心を通つて上方に延び、前記円盤26の中央に設けた
モータ27bに接続されて回転駆動されるようになってい
る。

また、前記各製氷ドラム20の内面及び外面はゴム製のチ
ューブ状薄膜28により密着状態に覆われている。そし
て、製氷ドラム20の下端における内外面の薄膜28部分に
それぞれ空気入口28aが形成され、製氷ドラム20の上端
における内外面の薄膜28部分にそれぞれ空気出口28bが
形成され、空気入口28aにはガス送入装置４が接続され
ており、空気出口28bには、真空装置4aが接続されてい
る。

そして、除湿器42がガス送入装置４内に内蔵され、冷媒
を流す冷却コイルで空気を冷却して空気中の水分を凝縮
させて除去するようになっている。

次に、この製氷装置の動作を説明する。

製氷ドラム20による製氷時には、予め真空装置4aで製氷
ドラム20と薄膜28との間から空気が吸引されて、薄膜28
が製氷ドラム20の表面に密着されている。

この状態で冷凍機３から冷媒が製氷ドラム20中に流さ
れ、薄膜28を介して製氷ドラム20の周囲に水か氷が形成
される。ある程度時間が経過したら、ガス送入装置４か
ら薄膜28と製氷ドラム20の間に除湿された乾燥冷却空気
を送入する。すると、薄膜28と製氷ドラム20との間に空
所が形成され、空所ができた分だけ薄膜28周囲の氷が変
位するので、氷は小片に破壊される。氷片はそれ自身の
浮力でも上昇するが、モータ27bにより回転するスクリ
ュ27によって、製氷ドラム20の周囲に形成されている上
昇水流に乗って水面に向かって上昇する。

なお、氷の剥離は一度に行なわれるのではなく、空気の
送入に応じ、製氷ドラム20の下側から行なわれる。

ここで、製氷ドラム20は薄膜28で覆われていることによ
り防水効果で保護される、従って、素材を安価な低質の
ものにすることができる。

また、薄膜28と製氷ドラム20との間に送られる。空気
は、除湿器42で乾燥され、冷却されているため、薄膜28
内での結氷を防止できるとともに、製氷ドラム20での製
氷を妨げたりすることはない。

また、製氷ドラム20としては、１本の管を筒状に巻回し
て形成しても良いが、この実施例のように、平行な冷媒
管路23を複数形成したものの方が、製氷能力のばらつき
のおそれが無い。

＜実施例２＞ 次に、前記実施例１で説明した製氷ドラムユニットを利
用して氷蓄熱装置を形成し、その氷蓄熱装置を用いて氷
蓄熱式空調システムを形成した例を第５図に基づいて説
明する。

まず、この空調システムは次のような構成を備えてい
る。

蓄熱水槽１、 この蓄熱水槽１中に浸漬される冷却器としての製氷ド
ラム20を備えた製氷ドラムユニット２（製氷装置）、 蓄熱水槽１中の水を汲み上げて冷媒により冷却したの
ち蓄熱水槽１内に返却することを主目的とする冷凍機
３、 製氷ドラム20を覆う薄膜28と製氷ドラム20の表面との
間に除湿空気を送入・回収するガス送入装置４及び真空
装置4aを兼ねた空気循環除湿装置4b、 建物内に配置され、建物内の温度センサからの室温デ
ータに基づいて作動する空気冷却器５、 システム全体を制御する制御装置６。

そして、この空調システム中における第２の実施例の製
氷装置は、冷凍機３として既存の設備を利用し、また、
真空装置4aとガス送入装置４とを一体にした空気循環除
湿装置4bを使用している点で第１の実施例と異なる。

以下、この空調システムの詳細を説明する。

まず、蓄熱水槽１は管路10を介して建物内の空気冷却器
５に接続されている。そして、管路10の途中に設けた冷
水ポンプ11で蓄熱水槽１内の冷却水を空気冷却器５に循
環することにより建物内の空調を行うようになってい
る。

また、前記製氷ドラムユニット２は、前記実施例のもの
である。

さらに、冷凍機３は、製氷ドラムユニット２用として専
用に設けたものではなく、前記蓄熱水槽１からポンプで
汲み上げられた水を冷却コイル30で冷却することを主目
的としたものであり、冷却コイル30内で蒸発した冷媒を
圧縮器31で圧縮し、コンデンサ32で液冷媒に戻して再度
冷却コイル30へと送る冷凍サイクルを形成している。そ
して、この冷凍サイクルから液冷媒の一部流用してこの
製氷ドラム20にも供給し、再度圧縮器31に戻すようにし
ている。また、冷凍機３のコンデンサ32冷却用の冷却水
は冷却塔33から供給される。

また、空気循環除湿装置4bは、バキューム・コンプレッ
サ40を中心として、空気圧送側を薄膜28への空気入口28
aに接続し、空気吸引側を薄膜28の空気出口28bに接続し
てある。そして、バキューム・コンプレッサ40の空気圧
送側と薄膜28の空気入口28aとの間に圧力タンク41と除
湿器42とが介挿され、また、バキューム・コンプレッサ
40の空気吸引側と薄膜28の空気出口28bとの間に真空タ
ンク43が介挿されて、循環路44が形成されている。ここ
で、除湿器42は冷却コイル42aを備え、この冷却コイル4
2aも前記冷凍機３のコンデンサ32に接続されて冷凍機３
の冷媒を流用し、再度圧縮器31に戻すようになってい
る。

なお、この除湿器42を回避するために、自動弁45で開閉
されるバイパス路46が形成され、製氷ドラムユニット２
の異常動作時にこのバイパス路46が開かれて、高温空気
が薄膜28内に供給されるようになっている。

また、循環路44の途中には、薄膜28への入口側と出口側
とに自動弁47,48が設けられ、制御装置６により開閉制
御されるようになっている。

なお、この制御装置６は、自動弁47,48だけでなく、バ
キューム・コンプレッサ40、冷凍機３、製氷ドラムユニ
ット２のスクリュ駆動用モータ27b等を含め、空調シス
テム全体の運転を制御するものである。

次に、この空調システムの動作について説明する。

空調システムの運転はすべて制御装置６により行なわれ
る まず、蓄熱水槽１内の水は、制御装置６により、冷凍機
３に循環されて冷却され蓄熱水槽１内に戻される。

この冷却運転に並行して製氷ドラム20による氷蓄熱運転
が行なわれる。製氷ドラム20による製氷は、以下の点を
除き先の実施例と同様であるため、その詳細は省略す
る。

製氷ドラム20による製氷時間は、制御装置６に内蔵した
タイマにより制御され、ある程度時間が経過して氷が成
長したら、空気循環除湿装置4bの循環路44に設けた自動
弁47,48が制御装置６により開閉され、薄膜28と製氷ド
ラム20の間に除湿された乾燥冷却空気が送入される。そ
の際、除湿器42の運転、モータ27bによるスクリュ27の
回転も制御装置６により行なわれる。

そして、製氷ドラム20による製氷は、制御装置６によ
り、外側の製氷ドラム20と内側の製氷ドラム20とが交互
に行うよう制御されている。これは、両方の製氷ドラム
20で同時に製氷すると、外側の製氷ドラム20と内側の製
氷ドラム20との間に氷片が詰まってしまうおそれがある
からである。

このようにして、蓄熱水槽１内に蓄積された冷水は、空
気冷却器５に送られ、建物内の空調に利用される。空気
冷却器５への冷水の循環は、建物内の温度センサからの
データに基づき、制御装置６が指令して行う。

この実施例では、冷却器20での製氷及び除湿器42による
除湿に冷凍機３の冷媒を流用するようにしたので、冷凍
機３は既存設備のものを活用でき、設備費用を安価にで
きる。

なお、以上各実施例において、冷凍機３は既存のどのよ
うなタイプのものでも利用でき、また、除湿器42にあっ
ても、除湿さえできればどのようなものでもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、薄膜で覆われた冷却器で製氷した後、
薄膜と冷却器との間にガスを送入することにより、薄膜
に付着した氷を簡単かつ迅速に剥離できる。そして、氷
を剥離する際に冷却器を止める必要はなく、冷却器の連
続運転ができる。

よって、氷蓄熱装置に使用した場合、必要量の氷蓄熱を
迅速に行うことができ、その結果、これを利用した空調
システムにおいても、冷房能力を大きくすることができ
る。

また、薄膜と冷却器との間にガスを送入して氷を剥離す
るため剥離の際、冷却器に傷が付いたりするおそれがな
い。また、冷却器は薄膜により保護されるため、耐久性
に優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の一実施例を示す断面図、第２
図は製氷ドラムユニットの斜視図、第３図は製氷ドラム
の一部断面図、第４図は製氷ドラムの展開図、第５図は
本発明の装置を利用した氷蓄熱式空調システムの概略
図、第６図は薄膜の一例を示す断面図である。 １……蓄熱水槽、 ２……製氷装置としての製氷ドラムユニット、 ３……冷凍機、４……ガス送入装置、 4b……ガス送入装置と真空装置とを兼ねた空気循環除湿
装置、 ５……空気冷却器、20……冷却器、 23……冷媒管路、28……薄膜、42……除湿器、42a……
冷却コイル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水中に浸漬される冷却器20の表面を薄膜28
   で覆うとともに、冷却器20の表面と薄膜28との間にガス
   を送入するガス送入装置４を設けたことを特徴とする製
   氷装置。
2. 【請求項２】冷凍機３で製造した冷水を蓄熱水槽１に貯
   え、この冷水を建物内に配置した空気冷却器５に循環さ
   せることにより冷房する空調システムにおいて、 蓄熱水槽１内の水中に浸漬される冷却器20の表面を薄膜
   で覆い、かつ、この冷却器20の表面と薄膜28との間にガ
   スを送入するガス送入装置４を設けた製氷装置２を備
   え、 この製氷装置２は、冷却器20を複数備え、また、ガス送
   入装置４は、空気を送入するものであって、送入される
   空気を除湿乾燥させる除湿器42を有しており、 そして、これら冷凍機３、空気冷却器５、製氷装置25、
   ガス送入装置４の運転を制御する制御装置６を備え、 この制御装置６は、蓄熱水槽１内の水を冷凍機３で冷却
   するとともに、複数の冷却器20に冷媒を交互に流して製
   氷し、ガス送入装置４で薄膜28内に空気を送入して製氷
   ドラム20外面に成長した氷を離脱せしめ、空気の送入時
   には空気を除湿器42で除湿乾燥せしめ、そして、建物内
   の気温を検出して蓄熱水槽１内の冷却水を空気冷却器４
   に循環させて冷房運転するよう制御することを特徴とす
   る氷蓄熱式空調システム。