JPH08285334A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水流下式熱交換器の伝熱面の氷を短時間に脱
氷できる氷蓄熱槽を有する冷却システムを提供する。 【構成】 圧縮機２、凝縮器２、水流下式熱交換器シス
テム７、水熱交換器１７、減圧装置２及びこれらを連絡
する冷媒通路８により構成される蒸気圧縮式ヒートポン
プ経路と、前記水流下式熱交換器システム７の水流下通
路部の下部に配備されるタンク１５′と、且つタンク部
は負荷からの戻り管１４が接続されている戻り水貯水部
１５と、負荷に冷流体を供給する貯冷流体部１５′とを
具備し、製氷モード時は、前記貯冷流体部１５′の水を
前記水流下式熱交換器システム７の熱交換部１０の伝熱
面１２に流下させて結氷させ、冷水冷却モード時は、前
記戻り水貯水部１５の水を水熱交換器１７に送り、前記
水流下式熱交換部の伝熱面１２に結氷した氷を加熱して
前記タンク１５′内に落下させるようにした冷却システ
ムにおいて、製氷モード開始時に、水流下式熱交換部の
伝熱面１２に流下させる水の流量１１を多くして、その
後少なくする流量可変装置６を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷却システムに係り、
特に夏に冷房のための冷却を行なう氷蓄熱システムを具
備する冷却システムに関するものである。なお、本文で
用いる「ヒートポンプ」とは冷凍機も含んだ広義のヒー
トポンプを意味する。

【０００２】

【従来の技術】従来、夏期昼間の冷房による電力ピーク
をカットする目的及び設備の冷凍容量を少なくする目的
のために、夜間に氷を製造する氷蓄熱方式が数多く提案
・利用されている。そのうち、特願平２−２１４０５４
号で提案されている冷却又は冷却・加熱装置は、脱氷の
際の冷熱を冷水の予冷に用いているので、非常に省エネ
となる。しかしながら、上記の従来技術には次のような
問題点があった。その問題点を図４に示す従来技術の工
程図を用いて説明する。

【０００３】図において、製氷モードのときは槽６３の
冷水がポンプ６により汲み上げられ、散水管９に設けら
れた散水孔から熱交換器７に散水され、熱交換器内部の
冷流体により冷却され、熱交換器伝熱面上に結氷する。
そして、脱氷モード時、ポンプ６が停止し、水熱交換器
１７で加熱された冷流体がこの熱交換器７を加熱するこ
とにより、上記結氷して厚くなった氷が脱氷する。とこ
ろで、このシステムでは、上記の脱氷に時間がかゝると
いう問題点があった。即ち、熱交換器伝熱面に付着した
氷が溶けることは溶けるが、部分的に付着している部分
があり、完全に氷が落下するには長時間かゝってしまう
のである。そのため全てが落下するまで待つと、場合に
よっては、冷水の温度が下がり、氷を溶かす能力がなく
なってしまうというトラブルが生じることもあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解消し、水流下式熱交換器の伝熱面の氷を
短時間に脱氷できる冷却システムを提供することを課題
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、圧縮機、凝縮器、水流下式熱交換器シ
ステム、水熱交換器、減圧装置及びこれらを連絡する冷
媒通路により構成される蒸気圧縮式ヒートポンプ経路
と、前記水流下式熱交換器システムに送水するための１
台以上の送水用ポンプ及び送水流体経路、該水流下式熱
交換器システムの水流下通路部、該水流下通路部の下部
に配備されるタンク及びこれらを連絡する流体通路と、
該タンクから負荷側に冷流体を輸送するための輸送用ポ
ンプと同送水管、及び負荷から冷流体が戻る戻り管とに
より構成され、且つタンク部は負荷からの戻り管が接続
されている戻り水貯水部と、負荷に冷流体を供給する貯
冷流体部と、それらを連絡する流体通路とを具備し、製
氷モード時は、前記貯冷流体部の水を前記水流下式熱交
換器システムの熱交換部の伝熱面に流下させて結氷さ
せ、冷水冷却モード時は、前記戻り水貯水部の水を水熱
交換器に送って冷却し、同時に前記水流下式熱交換部の
伝熱面に結氷した氷を加熱して前記タンク内に落下させ
るようにした冷却システムにおいて、製氷モード開始時
に、水流下式熱交換部の伝熱面に流下させる水の流量を
多くして、その後少なくする流量可変装置を有している
ことを特徴とする冷却システムとしたものである。

【０００６】また、本発明の冷却システムにおいて、水
流下式熱交換器システムは、直膨式蒸発器であってもよ
く、また、ブラインを冷却する蒸発器、散水により加熱
される熱交換器、及びブラインを循環させるポンプ、こ
れらを連絡する配管を有するシステムで、且つ前記水熱
交換器側にもブラインを送って水冷却モード時に水を冷
却できるように構成してもよい。

【０００７】

【作用】本発明によれば、水流下式熱交換部の伝熱面で
結氷させ、結氷させた氷を戻り水貯水部の水の熱量によ
り、該水を冷却し一方結氷した氷を加熱してタンク内に
落下させる省エネシステムにおいて、水流下式熱交換部
の伝熱面に部分的に付着して落下しない氷を、製氷モー
ド開始時に流下させる水の流量を多くして、水の勢いに
より落下させることができるので、冷水冷却モードにお
いて、伝熱面の氷を完全に落下させる必要がなく、短時
間に脱氷することができた。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図面を用いて具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例により限定されるもので
はない。 実施例１ 以下、本発明の実施例を図１及び図２において詳細に説
明する。図１及び図２は本発明に係る冷却・加熱装置の
冷熱製造時のフローシートである。図１において、冷
媒、ブライン、冷水の流れを矢印で示す。冷却及び冷却
・加熱装置は、通常、蓄熱槽１の上にブラインチラー２
を含む氷冷水ユニット３としてまとめられている。勿論
ブラインチラーと氷冷水ユニットを別体としてもよい。
製氷時には、冷水ポンプ４を停止し、ブライン冷凍機
２、ブラインポンプ５、冷流体ポンプ６を運転する。従
って、このときは水流下式熱交換器７が製氷器として作
用する。

【０００９】図ではブラインを介して冷流体を冷却して
いるが、ブラインポンプ５がなく、ブラインの代りに冷
媒が直接流れ、流下式熱交換器７が蒸発器として作用す
るようにしてもよい（以下、冷媒とブラインを総称して
冷媒体と略称する）。即ち、冷媒体は連絡管８を通して
水流下式熱交換器７に流入し、ポンプ６により散水装置
９に送られ散水される冷水により加熱される。散水装置
９は種々の形式のものがあるが、図では伝熱面１０に散
水ノズル１１で散水する方式の場合である。即ち、沢山
の熱交換器プレート１２、１２′の両側に、散水ノズル
１１で散水される。熱交換器プレート１２、１２′は銅
又はアルミ板などで作られている。通常、冷媒体はこの
熱交換器プレート内部を下側から上側に流れるようにな
っている。

【００１０】この製氷モード時、冷媒体により冷却され
た散水は伝熱面に氷結し徐々にその氷厚が厚くなる。そ
して例えば１０分後、図２に示す脱氷モードに切替わ
る。即ち、三方切替弁１３が切替えられ、ポンプ４が運
転され、ポンプ６及びブライン冷凍機２が停止する。こ
の冷水ポンプ４が吸い込む水は、負荷からの戻り口１４
が取りつけられた蓄熱槽中間温部１５の中間温度の水で
ある。冷水ポンプ４により吸い込まれた水は、配管１６
を経由して水熱交換器１７で冷却され配管１８を通っ
て、再び蓄熱槽中間温部１５の下部１９に戻される。な
お、この冷水ラインには三方自動弁２０があり、例えば
戻り管１８部の温度が一定となるように制御される。

【００１１】この結果、槽１５は上部は比較的高温の、
また下部は冷された冷水槽となる温度成層型蓄熱層とし
て作動する。一方、冷媒体はポンプ５から水熱交換器１
７を通り加熱され、三方弁１３、チェッキ弁２１、配管
８を通り、製氷熱交換器７で熱交換器プレート１２、１
２′を内部から加熱する。その結果、氷は伝熱面から剥
がれ、蓄熱槽１５′に落下する。但し、全ての氷が落下
するとは限らず、多少落下せずに残る。なお、蓄熱槽１
５′は冬期は温熱槽として使用される。バルブ２２、２
３、２４はそのための切替弁である。即ち、冬期はバル
ブ２２が閉じられ、バルブ２３が開けられ、切替弁２４
が冬側に切替えられ、槽１５だけが冷水槽として使用さ
れる。

【００１２】このときはポンプ６は常に停止し、ブライ
ン冷凍機２、ブラインポンプ５、冷水ポンプ４の運転で
槽１５に冷水が蓄えられる。なお、本発明の冷却装置で
は製氷モードに切替えられるとき、次のような作動とな
る。製氷モードに切替ると、三方弁１３が製氷モードと
なり、前述のように、冷水ポンプ４が停止しブライン冷
凍機２と散水ポンプが運転する。但し、このとき散水ポ
ンプ６は高速モードで運転される。即ち、散水ポンプ６
の電動機は可変速となっていて、製氷モード運転の始め
には高速モードで運転され、その後、通常運転モードと
なる。この高速モードのとき、ノズル１１から冷水が勢
い良く散水されるので、前述の落下しなかった氷がその
勢いで落下する。

【００１３】なお、２５はシステム始動時に急速冷却を
行うための切替弁である。即ち、例えば槽１５′の上部
の温度が高い場合は、検出器２６の信号により切替弁２
５は槽１５′の上部の高温の水を配管２７を経由して、
吸うようになっていて、温度が下がってくると配管２８
より槽の下部の水を吸うように切替えられる。このよう
にすることにより、水流下式熱交換器７で冷却するブラ
イン温度を高くすることができ、その結果、ブライン冷
凍機の蒸発温度を高くし、ブライン冷凍機の能力を大き
くすることができる。また、２９は砕氷機、３０は送水
ポンプである。３１は氷分率検出器で、この氷分率信号
により、水抽出弁３２を調整し、水分分離器３３からの
抽出水量を調整する。なお、図１及び２では可変速電動
機を用いた散水ポンプにより、製氷モード初期に散水流
を増加するようにしたが、散水ラインに抵抗となる電磁
弁を挿入し、製氷モード初期にこの電磁弁を開放するよ
うにしてもよい。

【００１４】実施例２ 図３は、本発明にかゝわる別の冷却装置の説明図であ
る。この場合は冷温兼用ヒートポンプ１０１とブライン
冷凍機１０２を用いて効率的に製氷と給湯用高温水を製
造することができる。夏期昼間は通常製氷冷凍機１０
２、冷温兼用ヒートポンプ１０１とも運転されない。氷
水は配管１０３→スルース弁１０４→ポンプ３０を経由
して、分離器３３に至る。３１は氷分率検出器で、この
検出により調整弁３２を調整し、規定の氷分率になるよ
うに分離器３３から水分を抽出し槽１０６の底部に冷水
を戻す。氷水負荷の戻りは、例えば１７℃となって戻り
管１４から温度成層型冷水槽１０７の上部に戻る。そし
て、槽下部からバルブ２２を介して槽１０６に連絡され
ている連絡管１０８により流入し、槽１０６内の氷を融
解する。

【００１５】また、夏でも多少給湯負荷があるが、１０
９、１１０はその場合の温熱用蓄熱槽である。負荷から
の戻り水は管１１１から温度成層型蓄熱槽１０９下部に
入り、連絡管１１２、１１３、切替バルブ１１４、管１
１５を経由して、同じく温度成層型の槽１１０の下部か
ら流入する。そしてポンプ１１１により、槽上部に取水
部のある管１１２から負荷側に送られる。夏期夜間には
ヒートポンプ１０１とブライン冷凍機１０２が運転され
る。最初にヒートポンプ１０１の作動を説明する。温水
ポンプ１１３が運転され負荷からの戻り水はノズル１１
４からヒートポンプ１０１に流入し、過冷却器１１５→
中間凝縮器１１６→高温凝縮器１１７と流れて加熱さ
れ、例えば６０℃となってノズル１１８から槽１１０の
上部に戻される。この槽内の温水は前述負荷大のときの
通路を逆に流れる。即ち、槽１１０→１１５→１１４→
１１３→１１２→槽１０９と流れる。

【００１６】このヒートポンプ１０１は冷水と温水を同
時に製造する冷温兼用ヒートポンプとなっている。１１
９は蒸発器でここで冷水を例えば１２℃から７℃に冷却
し、冷媒は逆に加熱されて蒸発し、低温側圧縮機１２０
に吸入される。圧縮機で圧縮された冷媒ガスは低温凝縮
器１２１を経由、又は直接、高温側圧縮器１２２に吸入
され、更に圧縮される。この圧縮機は中間段でガスの一
部を分流する分流型圧縮機となっていて、ガスの一部が
連絡管１２３より前述の中間凝縮器１１６に吐出され、
その残りのガスは更に圧縮され、連絡管１２４から高温
側凝縮器１１７に吐出され、前述温水を加熱して凝縮す
る。

【００１７】中間凝縮器１１６で凝縮した液冷媒は減圧
装置１２５で減圧され、再び蒸発器１１９に戻る。勿
論、減圧弁への途中に過冷却器を挿入してもよい。高温
側凝縮器１１７で凝縮した冷媒は、過冷却器１２６で過
冷却され減圧装置１２７で減圧され、同様に蒸発器１１
９に戻る。なお、圧縮機１２０と１２２の油室はバラン
ス管１２８により、ほゞ低圧側圧縮機１２０吸込部圧に
保たれている。また、１２９は冷媒ポンプで、圧縮機の
モーターは冷媒の蒸発潜熱で冷却されるようになってい
る。１３０は蒸発冷媒蒸気の戻り管である。また、４は
冷水ポンプで槽１０７内の上部の高温の、例えば１７℃
の冷水を汲み上げ、冷水熱交換器１３１に流入し、ブラ
インに冷却され、例えば１２℃に冷却され蒸発器に送ら
れ、更に冷却され、例えば７℃となり槽１０７の下部に
蓄えられる。

【００１８】一方、冷水熱交換器１３１で冷水を冷却し
て、逆に加熱されたブラインはヘッダ１３２を経由し、
切替弁１３３から流下式熱交換器７の内部を通り、伝熱
面に結氷した氷を温ため、脱氷させ、自身は冷され、例
えば４℃となり、三方切替弁１３４からヘッダ１３５を
経由して、ポンプ１３６により、再び冷水熱交換器１３
１に戻る。即ち、水流下式熱交換器７は図２と同様な脱
氷モードとして作用している。また、このとき７以外の
流下式熱交換器、例えば７′は図１の場合の製氷モード
として作用している。即ち、−７℃のブラインが散水を
冷却・結氷させ、自身は加熱され、例えば−４℃となっ
て切替弁１３７を経由してブラインループ管１３８、ブ
ラインポンプ１３９からブライン冷凍機１０２の蒸発器
１４０により冷却され再び、切替弁１４１から流下式熱
交換器７′に戻る。

【００１９】この流下式熱交換器は通常３個以上あり、
例えば３分毎にこれらのうちの１つの熱交換器が脱氷モ
ードとなる。例えば上述説明の作用の後、熱交換器７′
が脱氷モードとなる。即ち、１３３、１３４、１３４、
１３７が切替えられ熱交換器７′に温度の高いブライン
が流れるようになる。逆に７は製氷モードとなり電磁弁
１４２が開けられる。なお、このとき電磁弁１４２以外
の他の散水熱交換器に送水する散水用電磁弁（図示せ
ず）は短時間閉じられ、その後開けられる。即ち、この
とき大流量が熱交換器７に散水されるので、脱氷が促進
される。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷却装置
は下記のような優れた効果がある。 （１）製氷モード初期段階に散水量が短時間多くなるの
で、脱氷モード時にはがれ（脱氷落下し）なかった氷片
が落下する。 （２）しかも、その後直ぐ水量が少なくなるので、省エ
ネであり、しかも散水が０℃でなくても製氷が可能とな
る場合があり、この場合早く、氷水を負荷側に送りたい
場合に有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却システムの一例を示す製氷モード
を説明するフローシート。

【図２】本発明の冷却システムの一例を示す脱氷モード
を説明するフローシート。

【図３】本発明の冷却システムの他の例を説明するフロ
ーシート。

【図４】従来の冷却又は冷却・加熱装置を説明するフロ
ーシート。

【符号の説明】

１：蓄熱槽、２：ブラインチラー、３：氷冷水ユニッ
ト、４：冷水ポンプ、５：ブラインポンプ、６：冷流体
ポンプ、７：水流下式熱交換器、８：連絡管、９：散水
装置、１０：伝熱面、１１：散水ノズル、１２、１
２′：熱交換器プレート、１３：三方切替弁、１４：戻
り管、１５：蓄熱槽中間温部、１５′：蓄熱槽、１６、
１８：配管、１７：水熱交換器、２９：砕氷機、１０
１：冷温兼用ヒートポンプ、１０２：製氷冷凍機、１０
６：蓄熱槽、１０７：温度成層型冷水槽、１０９、１１
０：温熱用蓄熱槽

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、水流下式熱交換器シス
   テム、水熱交換器、減圧装置及びこれらを連絡する冷媒
   通路により構成される蒸気圧縮式ヒートポンプ経路と、
   前記水流下式熱交換器システムに送水するための１台以
   上の送水用ポンプ及び送水流体経路、該水流下式熱交換
   器システムの水流下通路部、該水流下通路部の下部に配
   備されるタンク及びこれらを連絡する流体通路と、該タ
   ンクから負荷側に冷流体を輸送するための輸送用ポンプ
   と同送水管、及び負荷から冷流体が戻る戻り管とにより
   構成され、且つタンク部は負荷からの戻り管が接続され
   ている戻り水貯水部と、負荷に冷流体を供給する貯冷流
   体部と、それらを連絡する流体通路とを具備し、製氷モ
   ード時は、前記貯冷流体部の水を前記水流下式熱交換器
   システムの熱交換部の伝熱面に流下させて結氷させ、冷
   水冷却モード時は、前記戻り水貯水部の水を水熱交換器
   に送って冷却し、同時に前記水流下式熱交換部の伝熱面
   に結氷した氷を加熱して前記タンク内に落下させるよう
   にした冷却システムにおいて、 製氷モード開始時に、水流下式熱交換部の伝熱面に流下
   させる水の流量を多くして、その後少なくする流量可変
   装置を有していることを特徴とする冷却システム。
2. 【請求項２】 前記水流下式熱交換器システムが直膨式
   蒸発器であることを特徴とする請求項１記載の冷却シス
   テム。
3. 【請求項３】 前記水流下式熱交換器システムが、ブラ
   インを冷却する蒸発器、散水により加熱される熱交換
   器、及びブラインを循環させるポンプ、これらを連絡す
   る配管を有するシステムで、且つ前記水熱交換器側にも
   ブラインを送って水冷却モード時に水を冷却できるよう
   に構成したことを特徴とする請求項１記載の冷却システ
   ム。