JPH0842878A - 氷蓄熱システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 氷蓄熱槽内に設置された蒸発器により氷を生
成する氷蓄熱システムにおいて、脱氷作用により得られ
た冷媒の降温効果を凝縮器の機能に附加することにより
凝縮器の負荷を低減し、システムの稼動コストの低減を
図る。また、プレート式蒸発器において、生成された氷
の蓄熱槽内での浮上を滑らかにせしめることにより製氷
作用の効率向上を図る。 【構成】 一方の蒸発器にて脱氷動作を行い過冷却状態
となった液体冷媒と圧縮機出口の高温、高圧のガス冷媒
とを混合する液分離器を設け、該液分離器に凝縮器の機
能を果たさしめて圧縮機出口のガス冷媒を冷却、液化せ
しめることにより、凝縮器の負荷を低減せしめる。また
プレート式蒸発器に氷の浮上を滑らかに行うためのガイ
ド部材を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍サイクル中の蒸発器
を氷蓄熱槽内に設置して、槽内に導入された原水から氷
を生成する氷蓄熱システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルを用いた製氷装置において
は、密閉された氷蓄熱槽内にプレート式蒸発器を複数個
並設し、圧縮機から凝縮器及び膨張弁を経て導入された
液体冷媒を該蒸発器にて蒸発せしめることにより氷蓄熱
槽内の原水から奪熱して氷を生成し、該氷蓄熱槽の上部
に貯溜している。

【０００３】かかる製氷装置において、プレート式蒸発
器にて生成された氷を熱交換エレメントから除去する即
ち脱氷する手段として例えば特開昭６０−１６９０６９
号の発明が提供されている。

【０００４】この発明においては、製氷の完了した製氷
器（蒸発器）からの製氷完了信号に基づいて、該製氷器
への原水の供給を止めると同時に、該製氷器に凝縮器を
通った液体冷媒を膨張弁をバイパスして供給して脱氷せ
しめ、かつ上記液体冷媒を過冷却せしめ、これに膨張弁
を通して他の製氷器に供給して製氷させることを製氷の
完了した製氷器毎に順次行うように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記、特開昭６０−１
６９０６９号に開示された氷蓄熱システムにおいては、
選択的に同時に製氷と脱氷ができるとともに、脱氷過程
の氷の融解熱を液体冷媒の過冷却エネルギとして回収
し、過冷却された液体冷媒を製氷に使用できるので、冷
凍機の成績係数の向上が図れるという作用効果を奏す
る。

【０００６】しかしながら、かかる従来の氷蓄熱システ
ムにおいては、凝縮器から送出された液体冷媒の顕熱を
利用して脱氷作用をせしめた後、過冷却された冷媒を次
の製氷動作に使用するのみであるので、脱氷作用によっ
て得られた冷媒の降温効果が凝縮器における冷媒の冷却
エネルギ等、冷凍サイクルに有効利用されておらず、氷
蓄熱システムの課題である稼動コストの低減が充分にな
されない。

【０００７】また、プレート式蒸発器を使用する場合、
蒸発器にて生成された氷が蓄熱槽内を浮上する際、傾斜
した状態で浮上することがあるため、特に薄肉の氷の場
合は浮力が小さいことから氷が蒸発器のヘッダ管部分に
掛かって滑らかに浮上できず製氷作用が効率良く行われ
ない等の問題点がある。

【０００８】本発明の目的は、前記問題点に鑑み、脱氷
作用により得られた冷媒の降温効果を凝縮器の機能に附
加することにより凝縮器の負荷を低減し、システムの稼
動コストの低減を図ることである。

【０００９】また本発明の他の目的は、プレート式蒸発
器において、生成された氷の蓄熱槽内での浮上を滑らか
にせしめることにより製氷作用の効率向上を図ることで
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴とす
るところは、蒸発器における脱氷作用によって過冷却状
態となった冷媒を圧縮機出口の冷媒に混入せしめれば凝
縮器の冷却エネルギ即ち負荷を低減せしめ得ることに着
目し、圧縮機から吐出されたガス冷媒を冷却して液化す
る凝縮器と氷蓄熱槽内に複数個設けられて前記凝縮器か
ら膨張弁を経た冷媒を蒸発せしめて前記氷蓄熱槽内に導
入された原水から氷を生成する蒸発器と、前記凝縮器の
液冷媒出口から前記膨張弁をバイパスして前記蒸発器に
接続される脱氷液体冷媒管路とを備えた氷蓄熱システム
において、前記膨張弁をバイパスして脱氷工程にある蒸
発器通過により奪熱された液冷媒と前記圧縮機出口のガ
ス冷媒とを混合して該液冷媒によりガス冷媒を冷却する
液分離器を設けたことである。

【００１１】また本発明は前記の構成に加えて、前記脱
氷工程にある蒸発器の冷媒出口を分岐して、一方の分岐
管路を前記液分離器に接続し、他方の分岐管路を製氷工
程にある他の蒸発器への冷媒管路の膨張弁上流側管路に
接続したことを第２の特徴としている。

【００１２】さらに本発明は、プレート式蒸発器におい
て生成された氷の蓄熱槽内での浮上を滑らかにせしめる
ため、前記構成に加えて、前記結氷／脱氷を選択的に行
うための蒸発器を構成する各プレートに、鉛直方向に延
びるガイド部材を固着してなることを第３の特徴として
いる。

【００１３】

【作用】本発明は前記のように構成されているので、凝
縮器から送出された液体冷媒は膨張弁をバイパスして脱
氷動作を行う蒸発器に送られ、該蒸発器内で生成された
氷をプレート等のエレメントから離脱せしめる。

【００１４】脱氷動作により蒸発器にて過冷却された冷
媒の一方は液分離器に導入され、ここで圧縮機から吐出
されたガス冷媒と混合することによりガス冷媒の一部又
は全部を液化せしめる。

【００１５】前記過冷却冷媒の他方は製氷動作を行う蒸
発器の膨張弁入口に導かれ、膨張弁にて膨張してから蒸
発器に入り、蒸発器内の原水から奪熱して、氷を生成せ
しめる。

【００１６】この際において、第３の発明によれば、プ
レート式蒸発器の各プレートに鉛直方向に延びるガイド
部材を設けているので、氷蓄熱槽内で生成された板状の
氷は、プレート近傍で傾斜することなく、ガイド部材に
案内されて円滑に氷蓄熱槽の上部へ浮上せしめられる。

【００１７】

【実施例】以下図１〜図３を参照して本発明の実施例に
つき詳細に説明する。但し、この実施例に記載されてい
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特
に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【００１８】図１には本発明に係るプレート式蒸発器を
備えた氷蓄熱システムの構成図（系統図）が、図２には
氷蓄熱槽の概略斜視図が、図３にはプレート式蒸発器の
外観斜視図が夫々示されている。

【００１９】図１において、１はガス冷媒を圧縮する圧
縮機、１５は該圧縮機１を駆動する電動モータ、２はこ
の加圧ガス冷媒を冷却空気等により冷却して液化せしめ
る凝縮器、３はレシーバである。

【００２０】５は氷蓄熱槽、４ａ，４ｂは該氷蓄熱槽５
内に設けられたプレート式の蒸発器、６ａ，６ｂは膨張
弁、７ａ，７ｂは膨張弁６ａ，６ｂをバイパスするバイ
パス管路２２，２３に設けられた開閉弁、８ａ，８ｂは
前記レシーバ３と蒸発器４ａ，４ｂとを接続する冷媒管
路１６，１７に設けられた三方弁である。

【００２１】前記蒸発器４ａ，４ｂは、この実施例では
２個示されているが、これに限定されることなく複数個
設けられ、通常そのうちの１個毎に脱氷動作できるよう
に構成されている。即ちこの実施例において、蒸発器４
ａを脱氷動作をなさしめる際には、膨張弁６ａを閉、バ
イパス管路２２の開閉弁７ａを開、他方の製氷動作用蒸
発器４ｂへの膨張弁６ｂを開、バイパス用開閉弁７ｂを
閉として、蒸発器４ａにレシーバ３に貯溜された液体冷
媒を供給するようになっている。

【００２２】１０液分離器、９ａ，９ｂは四方弁であ
る。また１９は四方弁９ａと蒸発器４ｂへの冷媒管路１
７の膨張弁６ｂの上流側とを接続する分岐管路、２０は
四方弁９ｂと蒸発器４ａへの冷媒管路１６の膨張弁６ａ
の上流側とを接続する分岐管路、１８は前記四方弁９
ａ，９ｂと液分離器１０とを接続する分岐管路である。

【００２３】１１は脱氷動作中の蒸発器４ａと前記四方
弁９ａとを接続する冷媒管路、１２は製氷動作中の蒸発
器４ｂと前記四方弁９ｂとを接続する冷媒管路である。

【００２４】２９は圧縮機１出口と凝縮器２とを接続す
るガス冷媒管路（ガス冷媒管路）、２４，２５は該ガス
冷媒管路２９から分岐されて三方弁８ａ，８ｂに夫々接
続されるホットガス用の冷媒管路である。

【００２５】また、前記液分離器１０の内部には圧縮機
１出口のガス冷媒管路２９から分岐された冷媒管路２６
が接続され、液分離器１０内の上部空間には管路２８を
介して凝縮器２に接続され、さらに、液分離器１０の下
部は管路２７を介してレシーバ３に接続されている。

【００２６】前記氷蓄熱槽５の内部構成を示す図２にお
いて、５１は氷蓄熱槽５の上部空間に連通される原水入
口管、５２は前記槽５の下部に連通される原水出口管で
あり、蒸発器４ａ，４ｂ…は槽５の底部に多数並置され
ている。５５は生成された板状の氷である。

【００２７】蒸発器４の詳細構造を示す図３において、
４３は冷媒の入口ヘッダ、４４は冷媒の出口ヘッダ、４
１は蒸発エレメントであるプレート、４５は入口ヘッダ
４３とプレート４１内冷媒通路とを接続する冷媒枝管、
４６は前記プレート内冷媒通路と前記冷媒出口ヘッダ４
４とを接続する冷媒枝管である。

【００２８】４２はガイド部材であり、２の板面がプレ
ート４１の板面と直角方向に配置されるように、プレー
ト４１の板面を横切って立設されている。前記ガイド部
材４２は、この実施例においては２個設けられている
が、設置数は１個又は複数個適宜選択できる。

【００２９】前記のように構成された氷蓄熱システムに
おいて、蒸発器４ａを脱氷動作、蒸発器４ｂその他（図
示していないが、１個又は複数個設置可能である）を製
氷動作せしめる場合について説明すると、図示しない弁
開閉制御装置により蒸発器４ａ（脱氷）用の膨張弁６ａ
は閉、バイパス管路２２の開閉弁７ａは開、蒸発器４ｂ
（製氷）用の膨張弁６ｂは開、バイパス管路２３の開閉
弁７ｂは閉のように開閉操作されている。

【００３０】凝縮器２にて冷却されレシーバ３に溜った
液体冷媒は、三方弁８ａ（このときレシーバ出口管路３
１と管路１６とを連通）、バイパス管路２２、開閉弁７
ａを経て氷蓄熱槽５内の蒸発器４ａに導入され、ここで
プレート４１の板面に沿って生成されている氷に接触
し、これをプレート４１から離隔せしめる。

【００３１】プレート４１から離隔せしめられた氷は、
図２に示されるように、槽５内を浮上して上方に溜ま
る。この際において、図３に示されるようにプレート４
１と直角方向にガイド部材４２が立設されているので、
プレート４１から離隔せしめられた氷の傾斜がガイド部
材４２により阻止され、氷は図２に示されるように蒸発
器４の構成部材に引っ掛かかることなく真直上方に滑ら
かに浮上せしめられる。

【００３２】脱氷作用により過冷却された冷媒は管路１
１を経て四方弁９ａに入る。このとき四方弁９ａは、管
路１１と分岐管路１９及び分岐管路１８とを連通し、圧
縮機１への管路１３側を遮断するように弁開閉制御装置
（図示せず）により設定されている。

【００３３】従って前記過冷却された液体冷媒は、一部
が分岐管路１８を経て液分離器１０へ、残部が分岐管路
１９を経て製氷動作にある蒸発器４ｂへの冷媒管路１７
へ夫々送給される。分岐管路１８及び１９への流量の分
配割合は、前記弁開閉制御装置四方弁９ａの通路面積を
調整することにより行う。

【００３４】液分離器１０には圧縮機１出口のガス冷媒
が管路２６を介して導入されているので、該分離器１０
に導入された過冷却冷媒は前記高温高圧のガス冷媒と混
合せしめられる。これによりガス冷媒は冷却されてその
大部分が液化せしめられるとともに、過冷却液体冷媒は
ガス冷媒と熱交換することにより昇温せしめられる。こ
れら混合液冷媒は管路２７を経てレシーバ３に送られ
る。液化されなかったガス冷媒は液分離器１０の上部か
ら管路２８を介して凝縮器２に送られ、ここで冷却され
液化せしめられる。

【００３５】尚、前記液分離器１０においては、前記過
冷却冷媒との混合により圧縮機１出口のガス冷媒を全量
を液化せしめることも可能である。この場合は、凝縮器
２への負荷が無くなり、稼動効率がより上昇する。

【００３６】一方、四方弁９ａから分岐管路１９に導入
された過冷却液体冷媒は冷媒管路１７に入って凝縮器２
からの液体冷媒と合流する。この過冷却液体冷媒との混
合により降温せしめられた液体冷媒は膨張弁６ｂを経て
蒸発器４ｂに導かれ氷蓄熱槽５内の原水から気化熱を奪
って該原水を氷結せしめる。これによりプレート４１の
面間に氷が生成される。

【００３７】蒸発器４ｂでの製氷動作により気化された
冷媒は管路１２を経て四方弁９ｂに到達する。このとき
四方弁９ｂは、管路１２と管路１３とを連通し、分岐管
路１８及び分岐管路２０を遮断するように調整されてい
る。従って前記ガス化された冷媒は四方弁９ｂから管路
１３を経て圧縮機１の吸入口に導入され、次のサイクル
に入る。

【００３８】尚、蒸発器４ａにおける脱氷動作時にレシ
ーバ３からの液体冷媒の熱量が不足する際には、三方弁
８ａを操作して圧縮機１出口の高温、高圧ガス冷媒を管
路２４を経て管路１６中の液体冷媒中に導入し、これを
昇温せしめる。

【００３９】また、蒸発器４ｂを脱氷動作、蒸発器４ａ
を製氷動作とする際には、膨張弁６ｂを閉、開閉弁７ｂ
を開、膨張弁６ａを開、開閉弁７ａを閉とし、凝縮器２
からの液体冷媒を管路１７、バイパス管路２３、開閉弁
７ｂ、蒸発器４ｂ、管路１２を経て四方弁９ｂに導く。

【００４０】四方弁９ｂは、管路１２と分岐管路２０及
び分岐管路１８とを連通し、管路１３を遮断するように
開閉制御されている。

【００４１】従って四方弁９ｂを経た過冷却液体冷媒の
一方は、分岐管路１８を経て液分離器１０に導入され、
前記と同様に圧縮機１出口のガス冷媒と混合せしめら
れ、他方は分岐管路２０を経て管路１６内の液体冷媒と
合流し、膨張弁６ａを経て蒸発器４ａに導入され、前記
と同様に製氷動作を行う。

【００４２】以上のようにこの実施例に係るプレート型
蒸発器による氷蓄熱システムにあっては、脱氷動作を行
う側の蒸発器４ａを経た過冷却状態にある液体冷媒を、
液分離器１０にて圧縮機１から吐出された高温、高圧の
ガス冷媒と混合せしめるので、該液分離器１０が凝縮器
の機能を果たし、運転条件によっては、圧縮機１出口の
ガス冷媒のほぼ全量を液化せしめ得るので、凝縮器２の
負荷が大きく低減される（負荷をほぼ“０”とし得
る）。これによりシステムの稼動コストが大幅に低減さ
れる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、一方の蒸
発器にて脱氷動作を行い過冷却状態となった液体冷媒と
圧縮機出口の高温、高圧のガス冷媒とを混合する液分離
器を設けたので、液分離器が凝縮器の機能を果たして圧
縮機出口のガス冷媒を冷却、液化せしめることとなり、
凝縮器の負荷が大幅に低減される。これによりシステム
の稼動コストの大幅低減が実現できる。

【００４４】また、弁の開閉を切り換えるのみで製氷と
脱氷とを連続的に行うことができ、高圧の冷媒液により
脱氷作用をなさしめているので脱氷作用のためのエネル
ギ損失は無い。

【００４５】さらに、脱氷動作中において、プレート間
に生成された氷はガイド部材により案内されて傾斜する
ことなく蓄熱槽内を真直上方に滑らかに浮上することが
できるので、製氷作業の効率を向上せしめることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る氷蓄熱システムの構成図
（系統図）。

【図２】上記氷蓄熱システムの氷蓄熱槽の概略斜視図。

【図３】上記氷蓄熱システムの蒸発器の外観図。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 凝縮器 ４ａ 蒸発器（脱氷動作中） ４ｂ 蒸発器（製氷動作中） ５ 氷蓄熱槽 ６ａ，６ｂ 膨張弁 ７ａ，７ｂ 開閉弁 ８ａ，８ｂ 三方弁 ９ａ，９ｂ 四方弁 １０ 液分離器 １１，１２，１６，１７，２６，２７ 冷媒管路 １８，１９，２０ 分岐管路 ２２，２３ バイパス管路 ４１ プレート ４２ ガイド部材 ５５ 氷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 秀樹 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 (72)発明者 西村 伸一 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機から吐出されたガス冷媒を冷却し
   て液化する凝縮器と氷蓄熱槽内に複数個設けられて前記
   凝縮器から膨張弁を経た冷媒を蒸発せしめて前記氷蓄熱
   槽内に導入された原水から氷を生成する蒸発器と、 前記凝縮器の液冷媒出口から前記膨張弁をバイパスして
   前記蒸発器に接続される脱氷液体冷媒管路とを備えた氷
   蓄熱システムにおいて、 前記膨張弁をバイパスして脱氷工程にある蒸発器通過に
   より奪熱された液冷媒と前記圧縮機出口のガス冷媒とを
   混合して該液冷媒によりガス冷媒を冷却する液分離器を
   設けたことを特徴とする氷蓄熱システム。
2. 【請求項２】 圧縮機から吐出されたガス冷媒を冷却し
   て液化する凝縮器と氷蓄熱槽内に複数個設けられて前記
   凝縮器から膨張弁を経た冷媒を蒸発せしめて前記氷蓄熱
   槽内に導入された原水から氷を生成する蒸発器と、 前記凝縮器の液冷媒出口から前記膨張弁をバイパスして
   前記蒸発器に接続される脱氷液体冷媒管路とを備えた氷
   蓄熱システムにおいて、 前記膨張弁をバイパスして脱氷工程にある蒸発器通過に
   より奪熱された液冷媒と前記圧縮機出口のガス冷媒とを
   混合して該液冷媒によりガス冷媒を冷却する液分離器を
   設けるとともに、前記脱氷工程にある蒸発器の冷媒出口
   を分岐して、一方の分岐管路を前記液分離器に接続し、
   他方の分岐管路を製氷工程にある他の蒸発器への冷媒管
   路の膨張弁上流側管路に接続したことを特徴とする氷蓄
   熱システム。
3. 【請求項３】 前記製氷／脱氷を選択的に行うための蒸
   発器を構成する各プレートに鉛直方向に延びるガイド部
   材を固着してなる請求項１及び２記載の氷蓄熱システ
   ム。