JPH08114368A - コンクリート製貯氷槽利用の製氷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】輸送上の制限がないコンクリート製貯氷槽利用
の製氷装置を提供する。 【構成】コンクリート製で大気圧以下に減圧可能な気密
性貯氷槽１の内部に冷媒と水との直接接触手段（ノズル
４）を設ける。大気圧での沸点が常温以上である難水溶
性冷媒を貯氷槽１内において減圧下で水と直接に接触さ
せて蒸発させ、その冷媒の蒸発時の潜熱により水を凝固
させる。コンクリート貯氷槽１を、コンクリート筒状体
（プレキャスト・コンクリート・リング等）と、筒状体
の上端及び下端開口を閉鎖するコンクリート頂壁体及び
底壁体（プレキャスト・コンクリート・ドーム等）とか
らなるコンクリート槽、並びに前記コンクリート槽の外
側表面に設けた塗布剤等による気密材層（塗布材、鋼板
等）によって構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンクリート製貯氷槽
利用の製氷装置に関し、とくにコンクリート製貯氷槽内
において水との直接接触下で難水溶性冷媒を蒸発させる
方式の製氷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルの冷媒液と水とを直接に接
触させ、その接触下で冷媒を蒸発さて水を冷却し、さら
には氷を作る直接接触式の装置が注目され研究開発途上
にある。この装置を冷房に用いれば、従来の空調設備の
冷水機（チラー）と比較して冷媒蒸発器が不要となるた
めコストダウンが可能となる。また従来の製氷機と比較
すれば、製氷用熱交換器が不要となるため大幅なコスト
低減を実現できる。

【０００３】上記直接接触式製氷装置の大規模な実用例
は、未だ存在しないが、比較的小規模な実験試作では貯
氷槽として図１の鋼板製円筒タンク５を使うのが普通で
ある。その理由は、直接接触式で必要とされる貯氷用タ
ンク（即ち貯氷槽）内の冷媒蒸発を確保するため、気密
性及び耐圧性の両者の同時充足が要求され、この要求を
満たすタンクとしては鋼板製のものが製作し易いためで
ある。

【０００４】水と直接接触させる難水溶性の冷媒として
は、大気圧下の沸点が常温以上のものが使われる。例え
ば、ノルマルペンタン（沸点36゜C）又はパーフルオロペ
ンタン（沸点30゜C）である。これらの冷媒は、分子のサ
イズが大きく水の包接化合物を作らず、常温で液体であ
って取扱が容易であり、タンク内を負圧（真空、大気圧
よりも低い）にして使用するのでタンク関連機器の破損
時にも冷媒の噴出を防止でき、さらにタンクを圧力容器
とせずに使用できるので安全性を高くできる等の利点を
有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】貯氷槽の運転に当って
は、最初に空気を完全に抜いた上で水と冷媒を充填する
必要があるため、完全真空にも耐える強度が要求され
る。そのため通常は円筒形の鋼板製タンクが用いられ
る。製氷設備の容量が増大すると、鋼板製タンクも大型
化し（例えば、直径３ｍ以上）、タンクの潰れを防止す
るために厚い鋼板が必要になり、重量が増大する。鋼板
製タンクの重量及び寸法が大きくなると、単に輸送や据
付作業が面倒になるだけでなく、輸送自体が不可能にな
る場合がある。

【０００６】よって、本発明の目的は、輸送上の制限が
ないコンクリート製貯氷槽利用の製氷装置を提供するに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、直接接触式
製氷用の貯氷槽の内部が負圧であることに着目し、圧縮
荷重に強いコンクリートにより貯氷槽を形成すれば、現
場打ち又は現場組立てが可能になり輸送重量の問題を回
避できることに注目し、本発明を完成した。図１を参照
するに、本発明のコンクリート製貯氷槽利用の製氷装置
は、大気圧以下に減圧可能なコンクリート製気密貯氷槽
１、及び貯氷槽１内に設けられた冷媒と水との直接接触
手段（例えばノズル４）を備え、大気圧での沸点が常温
以上である難水溶性冷媒を減圧後の貯氷槽１内において
前記直接接触手段による水との直接接触下で蒸発させ、
前記冷媒の蒸発時の潜熱により水を凝固させてなるもの
である。

【０００８】好ましくは、図２に示すように、コンクリ
ート貯氷槽１を、コンクリート筒状体（例えば、プレキ
ャスト・コンクリート・リング20）の上端及び下端開口
をコンクリート頂壁体及び底壁体（例えば、上ドーム21
a、下ドーム21b）で閉鎖したコンクリート槽、及び前記
コンクリート槽の外側表面に設けた気密材層（例えば、
塗布材22、鋼板23）によって構成する。

【０００９】

【作用】図１に示す本発明の実施例を参照するに、コン
クリート製貯氷槽１の上部空間３に設けた直接接触手段
たるノズル４により水と難水溶性冷媒液とを大気圧以下
の減圧下で直接接触させ且つその冷媒液を気化させて水
を冷却凝固させる。即ち、コンクリート製貯氷槽１を用
いて直接接触式製氷の機能を果すことができる。しか
も、コンクリート製貯氷槽１は、図２に例示するような
プレキャスト・コンクリート・リング20などのプレキャ
スト・コンクリート部材の現場組立て又はコンクリート
の現場打ちにより現場構築することができる。気密性及
び耐圧性の所要レベルに対し、基本的にはコンクリート
壁の厚さを選択することにより対応することが可能であ
り、その厚さが増大した場合でも現場構築可能であるか
ら、輸送重量限界の問題を生じさせない。また、たとえ
コンクリートひび割れによる気密性の劣化が生じても、
貯氷槽１を負圧で使用するので外部から容易に補修する
ことができる。

【００１０】しかも、コンクリート製貯氷槽１の形状は
円筒形に制限されず、状況に応じ角型等を採用しスペー
ス利用効率を向上させることができる。鋼板製タンクで
は断面を角形にすると、内部が真空の時に潰れ易いが、
コンクリート製にすれば、十分な壁厚を確保できるの
で、スペース効率の良い角型貯氷槽１も可能になる。従
って、従来の鋼板製円筒タンクの場合における大型設備
の輸送上の問題を生ずることがなく、最適規模の製氷装
置を輸送上の制限に拘束されずに建設することができ
る。

【００１１】よって、本発明の目的である「輸送上の制
限がないコンクリート製貯氷槽利用の製氷装置」の提供
が達成される。

【００１２】

【実施例】図１の実施例のコンクリート製貯氷槽１は、
上部空間３に配置されたノズル４を有し、水と冷媒との
混合液がこのノズル４から噴出される。ただし、本発明
はノズル４の使用に限定されない。冷媒は、例えば、ノ
ルマルペンタン又はパーフルオロペンタンである。貯氷
槽１の内部が減圧されると冷媒が蒸発し、その潜熱で水
が凝固して氷になる。図１の記号2cはこうして生成した
氷、例えばシャーベット状の氷を示し、記号2aは軽い氷
が浮上した後の冷媒と水との混在を示す。記号2bは貯氷
槽１の底部に集る高密度の冷水を示す。

【００１３】貯氷槽１内で蒸発した冷媒は冷媒ガス抽出
管６を介して圧縮機７へ送られて加圧・加熱され、圧縮
機吐出ガス管８を通って凝縮器９で液化され、ガストラ
ップ10を介して逆止弁11付き冷媒液管12に加えられる。
凝縮器９の冷却は、空冷式又は冷却塔利用の水冷式とす
ることができる。貯氷槽１底部の冷水2bは、冷水抽出管
14を介して冷水ポンプ15により冷水熱交換器16へ送ら
れ、負荷配管19に冷熱を与えた後、水戻り管17を経て、
前記冷媒液管12からの冷媒と混合しノズル４により貯氷
槽１内に噴出される。これにより直接接触式製氷の一熱
サイクルが完了する。貯氷槽１内が氷で一杯になったこ
とをセンサー（図示せず）で検出し、圧縮機７を停止さ
せてもよい。逆止弁11は、圧縮機７の停止時に水戻り管
17からの水が冷媒液管12へ逆流するのを防止するための
ものである。図１の記号５は、従来技術による鋼板製タ
ンクからなる貯氷槽を示す。

【００１４】図２の実施例の貯氷槽１は、建物コンクリ
ート構造27の内部及び上方にプレキャスト・コンクリー
ト・リング20を積み重ねて例えば縦型円筒状の筒部を構
成し、同じくプレキャスト・コンクリートからなる上ド
ーム21a及び下ドーム21bにより筒部の上端開口部及び下
端開口部をそれぞれ閉鎖して形成したものである。前記
冷媒を使う場合には、製氷動作時の貯氷槽１の内圧は大
気圧以下（ノルマルペンタンでは25kPa、パーフルオロ
ペンタンでは29kPa）であり、長期停止時にも大気圧よ
り高い内圧は発生しないので、リング20相互間及びリン
グ20とドーム21との間の接合部には圧縮力が作用するだ
けである。よって、隣接するプレキャスト・コンクリー
ト部材20、21間の結合は強度的には、単なる積み重ねだ
け足りる。上記構造の利用により貯氷槽１の大型化が可
能となり、圧縮効率の良い遠心式（ターボ式）圧縮機の
使用が可能になった。

【００１５】気密漏れ防止には、外部から気密用の塗布
材22を塗布又は吹付け等により付着させる。例えば、ア
スファルト等の屋根防水材その他これに類似の各種材料
を使うことができる。また、コンクリート内部に浸透し
てから硬化する性質の嫌気性硬化材を塗布材22として使
用してもよい。その他、硬化の遅い粘稠性材料や接着剤
も塗布材22として利用可能である。

【００１６】図２の実施例では、圧縮機７及び冷水2b抽
出用の水中ポンプ29の吐出側配管を、貯氷槽１の上部に
設けた配置としているが、機械部分を床上に別置きとし
て設置し、これに所要の配管を接続してもよい。また、
気密用の塗布材22は貯氷槽１の壁のひび割れに対する修
理にも使える。

【００１７】図２の貯氷槽１では、底部の気密保持用に
鋼板23を用いている。これは、底部に重量が掛かるこ
と、及び底部は建設後の修理が難しいことを考慮したも
のである。この鋼板23は薄板でよいが、好ましくは漏れ
のない板材を上部が開いた容器状に成形したものとす
る。塗布材22の層と鋼板23との継ぎ目25は漏れの原因と
ならないよう、例えば重畳部分を設けるなどの措置を講
じておくことが望ましい。図示の鋼板23は、貯氷槽１の
コンクリート壁体中に埋め込んでもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明のコン
クリート製貯氷槽利用の製氷装置は、現場でのコンクリ
ート打ち込み又はプレキャスト・コンクリート部材の現
場組立てにより貯氷槽を作ることができるので、次の顕
著な効果を奏する。

【００１９】（イ）重量上及び寸法上の輸送制限に拘束
されない貯氷槽を使えるので、任意の地点に最適規模の
直接接触式製氷装置を設置することができる。 （ロ）貯氷槽の断面形状を適当にしてスペース効率を高
めることができる。 （ハ）簡単な塗布材の層又は薄い鋼板の付加によりコン
クリート壁体の気密性を改善し、十分な気密性を有する
貯氷槽を形成することができる。 （ニ）貯氷槽を大型化し、圧縮効率の良いターボ式圧縮
機を用い製氷装置の効率を向上させることができる。 （ホ）プレキャスト・コンクリート部材を用い、貯氷槽
構築の効率化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例の模式図である。

【図２】は、本発明で使うコンクリート製貯氷槽の実施
例の模式図である。

【符号の説明】

１ コンクリート製貯氷槽 2a 氷と水の混在 2b 冷水 2c 氷（又は水）と冷媒の混在 ３ 上部空間 ４ ノズル ５ 鋼板製貯氷槽 ６ 冷媒ガス抽出管 ７ 圧縮機 ８ 圧縮機吐出ガス管 ９ 凝縮器 10 ガストラップ 11 逆止弁 12 冷媒液管 14 冷水抽出管 15 冷水ポンプ 16 冷水熱交換機 17 冷水戻り管 19 負荷配管 20 プレキャスト・コンクリート・リング 21a、21b ドーム 22 塗布材 23 鋼板 25 継ぎ目 27 建物コンクリート構造 29 水中ポンプ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大気圧以下に減圧可能なコンクリート製気
   密貯氷槽、及び前記貯氷槽内に設けられた冷媒と水との
   直接接触手段を備え、大気圧での沸点が常温以上である
   難水溶性冷媒を減圧後の前記気密貯氷槽内において前記
   直接接触手段による水との直接接触下で蒸発させ、前記
   冷媒の蒸発時の潜熱により水を凝固させてなるコンクリ
   ート製貯氷槽利用の製氷装置。
2. 【請求項２】請求項１の製氷装置において、前記コンク
   リート製貯氷槽の外側表面に気密材の層を設けてなるコ
   ンクリート製貯氷槽利用の製氷装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２の製氷装置において、前記
   コンクリート製貯氷槽の少なくとも一部分をプレキャス
   ト・コンクリート筒状体及び／又はプレキャスト・コン
   クリート碗状体により形成してなるコンクリート製貯氷
   槽利用の製氷装置。
4. 【請求項４】請求項１又は２の製氷装置において、前記
   コンクリート製貯氷槽をコンクリートの現場打ちにより
   形成してなるコンクリート製貯氷槽利用の製氷装置。
5. 【請求項５】請求項２、３又は４の製氷装置において、
   前記気密材をアスファルト又は他の建物屋根防水材とし
   てなるコンクリート製貯氷槽利用の製氷装置。
6. 【請求項６】請求項２、３、４又は５の製氷装置におい
   て、前記気密材の層の少なくとも一部分を鋼板としてな
   るコンクリート製貯氷槽利用の製氷装置。
7. 【請求項７】請求項１の製氷装置において、前記蒸発さ
   せた冷媒を前記貯氷槽外へ抽出して圧縮の後凝縮させ、
   凝縮させた冷媒を常温で水と混合した後に前記貯氷槽へ
   戻してなるコンクリート製貯氷槽利用の製氷装置。
8. 【請求項８】請求項７の製氷装置において、前記直接接
   触手段を前記貯氷槽内に設けたノズルとし、常温で水と
   混合した前記冷媒を前記ノズルを介して前記貯氷槽内に
   噴出させてなるコンクリート製貯氷槽利用の製氷装置。
9. 【請求項９】請求項１、７又は８の製氷装置において、
   前記冷媒をノルマルペンタン又はパーフルオロペンタン
   としてなるコンクリート製貯氷槽利用の製氷装置。
10. 【請求項１０】コンクリート筒状体の上端開口及び下端
    開口をコンクリート頂壁体及び底壁体で閉鎖したコンク
    リート槽、及び前記コンクリート槽の外側表面に設けた
    気密材層を備えてなる製氷用コンクリート製貯氷槽。