JPH1163752A - 製氷装置および製氷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍装置に氷結を生じることなく、且つ高い
効率で製氷できる直接接触式の製氷装置および製氷方法
を提供する。 【解決手段】 本製氷装置は、水５とそれに実質的に不
溶性の第１の冷媒液６を直接接触させて熱交換する第１
の熱交換部１と、第１の冷媒液６に実質的に不溶性の第
２の冷媒液７を直接接触させて熱交換する第２の熱交換
部２と、第２の冷媒液７を冷却する冷凍装置３と、第１
の熱交換部１で生成する氷８と水５の混合物を貯蔵する
氷水貯蔵槽４を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水を冷媒液に直接接
触させて冷却し、氷を作る製氷装置および製氷方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンバインドサイクル用ガスター
ビンの吸気冷却などを用いた火力発電プラントや、ＩＰ
Ｐ（独立系発電事業者、以下ＩＰＰという）用ガスター
ビン吸気冷却システム、および比較的大規模な空調シス
テムや、ビル，工場空調等において、氷を利用した蓄熱
システムが採用されるようになってきた。例えば火力発
電プラント及びＩＰＰでは、深夜電力などを用いて製氷
装置を運転して蓄熱システムに氷を含む冷却水を作って
おき、夏季の午後など電力需要ピーク時に蓄熱システム
からガスタービン吸気冷却用の冷却水を供給することに
より、ガスタービンに供給する空気の密度を増加させ、
燃料も増やして１基当たりの出力を増加させることによ
り、設備を増やすことなく不足する電力需要を補うよう
に運転されるようになってきた。また大規模な空調シス
テムにおいては、通常の１／４程度に安価な深夜電力に
より製氷装置を運転して蓄熱システムに氷を含む冷却水
を作っておき、冷房需要の大きい昼間に蓄熱システムか
らの冷却水で冷却の少なくとも一部を補うことにより、
運転費用の安価な空調システムを実現するようになって
きた。

【０００３】このような蓄熱システムは融解潜熱の大き
い氷を利用するので、設置される槽の単位容積あたりの
蓄熱量が大きいので、スペースの取れない事業者やビル
でも多量の蓄熱ができるという利点があり、今後多くの
分野で利用されるものと期待されている。氷を利用した
蓄熱システムとしては、先ずスタティク氷を利用するも
のが知られている。この方法は、槽内に設けた伝熱管に
冷媒液（ブライン）を流し、その外周面に沿って硬い結
晶状の氷の層を成長させるものである。しかしこの方法
では伝熱管の外周面に氷が成長するにつれ、氷自身の熱
抵抗が増大して蓄熱速度が低下していくという問題があ
る。そのため所望の蓄熱速度を得るには、氷形成のため
に伝熱管に流す冷媒液の温度を極めて低くするか、また
は伝熱管をかなり長くする必要がある。そして前者の方
法は冷媒液を冷却する冷凍装置の成績係数が低くなるた
め冷凍装置の容量が大きくなり、後者の方法は長い伝熱
管により製氷装置自体が大きくなり且つ、伝熱管のメン
テナンスが困難になるという、それぞれ別の問題が発生
する。

【０００４】これらの問題を解決するため、水を冷媒液
に直接接触させて製氷する方法が知られている。例えば
特開昭４８−４７５１８号公報では、図４に示すような
方法が提案されている。この方法は、槽１０６内に冷凍
装置などの吸熱部１０４を設け、その吸熱部１０４で水
に不溶性で水より密度の大きい流体（冷媒液）１０９を
冷却し、ポンプ１０７で移送して槽１１１内に噴出して
水１１３と直接接触させることにより、シャーベット状
の氷１１３’を作るものである。ここで水は、水道管１
１６より供給され、形成された氷１１３’は水と共に出
口１１８から外部へ取り出される。なおこの方法では、
密度差により槽１１１内の上部に水１１３と氷１１３’
の層が形成され、下部に流体１０９の層が形成される。
そして流体１０９の層は、重力差で連通管１１２を通っ
て再び槽１０６に戻される。

【０００５】さらに特開平３−１４０７６７号公報に
は、図５に示すような方法が提案されている。この方法
は、熱交換器２４４で冷却された水不溶性の油性流体
（冷媒液）を供給ノズル２５２に送り、蓄熱槽２０２内
に落下した油性流体に水を直接接触させて氷Ｉを作るも
のである。そして水から熱を吸収した油性流体は、蓄熱
槽２０２の水層Ｗの下部に蓄積して油性流体層Ｏを形成
し、次いでポンプ２３２で熱交換器２４４に循環する。
なお、油性流体は熱交換器２４４を通過する間に他の冷
媒で間接的に冷却される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし前者の特開昭４
８−４７５１８号公報で提案された方法は、運転を続け
ると次第に水不溶性の冷媒液中に水が含まれる（例えば
冷媒液としてパーフロロカーボンを使用する場合は１０
ＰＰＭ程度）ようになり、それが冷凍装置の伝熱管に少
しずつ氷結して圧力損失が増大してくるという問題があ
る。このため冷凍装置の運転を定期的に停止し、伝熱管
に氷結した氷を融解除去する操作が必要になる。また、
高価な水不溶性の冷媒液を冷凍装置の伝熱管全てに充填
する必要があり、コスト的にも不利である。また後者の
特開平３−１４０７６７号公報で提案された方法も、熱
交換器２４４の伝熱管が氷結してくるので、圧縮機２４
１を定期的に停止し、氷結した氷を融解解除する操作が
必要となる。そこで本発明は、これら従来の方法におけ
る問題を解決した、全く新しい概念に基づく製氷装置お
よび製氷方法を提供することを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項１に記載の発明は、水を冷媒液に直接接触させて冷却
し氷を作る製氷装置である。そしてこの装置は、冷却す
べき水とその水に実質的に不溶性の第１の冷媒液を直接
接触させて熱交換を行う第１の熱交換部と、前記第１の
冷媒液とそれに実質的に不溶性の第２の冷媒液を直接接
触させて熱交換を行う第２の熱交換部と、第２の冷媒液
を冷却する冷凍装置と、第１の熱交換部で生成する氷と
水の混合物を貯蔵する氷水貯蔵槽とを備え、前記第１の
熱交換部と第２の熱交換部の間に第１の冷媒液を循環さ
せる第１の循環手段と、前記冷凍装置と第２の熱交換部
の間に第２の冷媒液を循環する第２の循環手段と、前記
第１の熱交換部と氷水貯蔵槽の間に水または氷水を循環
させる第３の循環手段を設けたことを特徴とするもので
ある。

【０００８】なお、本発明において「実質的に不溶性」
とは、不溶性または本発明の製氷作用に差し支えない程
度の僅かな可溶性しかないことをいう。（以下同じ） 上記製氷装置によれば、冷却すべき水の熱は第１の冷媒
液−第２の冷媒液−冷凍装置の経路で伝達される。その
ため直接接触して水を含む可能性のある第１の冷媒液は
冷凍装置に循環されることはないので、冷凍装置の伝熱
管に氷結が生じることを避けられる。しかも第１の冷媒
液と第２の冷媒液を直接接触させるように構成されてい
るので、装置全体の伝熱効率が高い。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の実施の形態であって、氷水貯蔵槽に水中に混入
する第１の冷媒液の分離手段が設けられると共に、該分
離手段により分離された第１の冷媒液を回収槽に回収す
る回収手段が設けられ、さらに第１の熱交換部に前記回
収槽から第１の冷媒液を補給する補給手段が設けられる
ことを特徴とするものである。このように構成すること
により、装置の運転経過と共に僅かづつ水中に混入して
くる第１の冷媒液を氷水貯蔵槽において分離し、回収槽
に回収することができる。そして回収された第１の冷媒
液は、再び第１の熱交換部に戻される。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明の実施の形態であって、第１の熱交換部に水と第
１の冷媒液の界面を検出する第１の界面検出手段が設け
られると共に、第２の熱交換部に第１の冷媒液と第２の
冷媒液の界面を検出する第２の界面検出手段が設けら
れ、第１の界面検出手段により検出される水と第１の冷
媒液の界面が予め設定された値または範囲になるよう
に、回収槽からの第１の冷媒液の補給量を制御する第１
の制御手段が設けられる。そしてさらに、第２の界面検
出手段により検出される第１の冷媒液と第２の冷媒液の
界面が予め設定された値または範囲になるように、第１
の熱交換部から第２の熱交換部への第１の冷媒液の戻り
流量を制御する第２の制御手段が設けられることを特徴
とするものである。このように構成することにより、第
１の熱交換部および第２の熱交換部における第１の冷媒
液の界面を安定に維持することができ、それにより装置
を安定して運転することが可能となる。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項２にまた
は請求項３記載の発明の実施の形態であって、氷水貯蔵
槽における分離手段により分離された第１の冷媒液の分
離量を検出する分離量検出手段が設けられ、該分離量検
出手段により検出される第１の冷媒液の分離量が予め設
定された値または範囲になるように、回収槽への回収量
を制御する第３の制御手段が設けられることを特徴とす
るものである。このように構成することにより、分離手
段における第１の冷媒液の分離量を常に予め設定された
値または範囲に維持することができ、それにより分離手
段およびその下流側の回収系を安定に運転できる。請求
項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに
記載の発明の実施の形態であって、縦型の熱交換塔の中
間部が仕切部５１により仕切られて第１の熱交換部と第
２の熱交換部が形成されることを特徴とするものであ
る。このように構成すると、より少ない設置面積に装置
を建設することができる。

【００１２】前記課題を解決する請求項６に記載の発明
は、水を冷媒液に直接接触させて冷却し、氷を作る製氷
方法である。そしてこの方法は、冷却すべき水を第１の
熱交換部と氷水貯蔵槽の間に循環させ、その水に実質的
に不溶性の第１の冷媒液を前記第１の熱交換部と第２の
熱交換部の間に循環させ、さらに第２の冷媒液を第２の
熱交換部と冷凍装置の間に循環させ、それによって冷却
すべき水と第１の冷媒液を第１の熱交換部内で向流接触
させて熱交換を行い且つ、第１の冷媒液と第２の冷媒液
を第２の熱交換部内で向流接触させて熱交換を行うよう
にしたことを特徴とするものである。上記製氷方法によ
れば、冷却すべき水の熱は第１の冷媒液−第２の冷媒液
−冷凍装置の経路で伝達される。そのため直接接触して
水を含む可能性のある第１の冷媒液は冷凍装置に循環さ
れることはないので、冷凍装置の伝熱管に氷結が生じる
ことを避けられる。しかも第１の冷媒液と第２の冷媒液
を直接接触させるように構成されており、さらに第１の
熱交換部内の水と第１の冷媒液、および第２の熱交換部
内の第１の冷媒液と第２の冷媒液は向流接触するので、
全体の伝熱効率を極めて高くすることができる。

【００１３】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の発明の実施の形態であって、第１の熱交換部内で冷却
すべき水に対して第１の冷媒液をノズルや多孔板で流入
することより分散相で接触させると共に、第２の熱交換
部内で第２の冷媒液に対して第１の冷媒液をノズルや多
孔板で流入させることより分散相で接触させるようにし
たことを特徴とするものである。このように構成する
と、接触する２つの液体間の温度差が極めて小さくな
り、全体の伝熱効率をより高くすることができる。ま
た、第１の冷媒液は比較的高価なフロン系の化合物であ
るが、このように第１の冷媒液（不凍液）は分散相であ
るため、より小さな体積にすることができる。従って、
コスト的にも有利である。

【００１４】請求項８に記載の発明は、請求項６または
請求項７に記載の発明の実施の形態であって、第１の冷
媒液が水および第２の冷媒液より密度が大きいことを特
徴とするものである。このように構成すると、伝熱系の
中間媒体である第１の冷媒液６を第１の熱交換部１およ
び第２の熱交換部２の下部に位置させることができ、使
用する装置をより簡単にできると共に、第１の冷媒液と
氷との分離性をより良好にできるので、氷水貯蔵槽へ氷
とともに同伴される第１の冷媒液の量をより少なくする
ことができる。請求項９に記載の発明は、請求項６〜請
求項８のいずれかに記載の発明の実施の形態であって、
第２の冷媒液が水溶性であることを特徴とするものであ
る。このように構成すると、冷凍装置の伝熱管に氷結が
生じることをより完全に避けることが可能になる。

【００１５】請求項１０に記載の発明は、請求項９に記
載の発明の実施の形態であって、第１の冷媒液６はパー
フロロカーボン，ハイドロフロロカーボン，フロロエー
テルなどのフッ化有機化合物とし、第２の冷媒液７は水
溶性のエチレングリコール，プロピレングリコールなど
の不凍液としたことを特徴とするものである。請求項１
１に記載の発明は、請求項６〜請求項１０のいずれかに
記載の発明の実施の形態であって、第１の熱交換部１と
第２の熱交換部２の間の第１の冷媒液６を循環する第１
の循環手段９のそれぞれの配管部に、コアレッサ又はセ
パレータあるいはそれらの組合せによる第１の冷媒液６
と第２の冷媒液７を分離する手段、及び第１の冷媒液６
と水５とを分離する手段、ならびにそれぞれ（第２の冷
媒液７と水５）を回収する手段を設置したことを特徴と
するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の製氷装置の１例を
説明する模式的なプロセスフロー図である。製氷装置
は、冷却すべき水５とその水５に実質的に不溶性の第１
の冷媒液６を直接接触させて熱交換を行う第１の熱交換
部１と、前記第１の冷媒液６とそれに実質的に不溶性の
第２の冷媒液７を直接接触させて熱交換を行う第２の熱
交換部２と、第２の冷媒液７を冷却する冷凍装置３と、
第１の熱交換部１で生成する氷８と水５の混合物を貯蔵
する氷水貯蔵槽４とを備えている。さらにこの製氷装置
には、前記第１の熱交換部１と第２の熱交換部２の間に
第１の冷媒液６を循環させる第１の循環手段９と、前記
冷凍装置３と第２の熱交換部２の間に第２の冷媒液７を
循環する第２の循環手段１０と、前記第１の熱交換部１
と氷水貯蔵槽４の間に水５または氷水を循環させる第３
の循環手段１１が設けられる。

【００１７】第１の熱交換部１は円筒形で且つ細長い塔
状に形成された縦型の熱交換器で、その下部に第１の冷
媒液の貯溜部１２が設けられ、中間部に水５と第１の冷
媒液６の界面を検出する第１の界面検出手段１３が設け
られ、さらに中間部上方に第１の冷媒液６を噴出するノ
ズル１４が設けられる。第２の熱交換部２も第１の熱交
換部１と同様に、円筒形で且つ細長い塔状に形成された
縦型の熱交換器であり、その下部に第１の冷媒液の貯溜
部１５が設けられ、中間部に第１の冷媒液６と第２の冷
媒液７の界面を検出する第２の界面検出手段１６が設け
られ、さらに中間部上方に第１の冷媒液６を噴出するノ
ズル１７が設けられる。氷水貯蔵槽４は図示しない空調
機などの蓄熱エネルギーを使用する装置に接続されると
共に、その底部には混入する第１の冷媒液６を水から分
離する分離手段１８が設けられる。そして分離手段１８
により分離された第１の冷媒液６の分離量を、水５と第
１の冷媒液６の界面位置として検出する分離量検出手段
１９が設けられる。

【００１８】第１の熱交換部１と第２の熱交換部２の間
に第１の冷媒液６を循環させるための第１の循環手段９
は、第２の熱交換部２に設けた第１の冷媒液６の貯溜部
１５と第１の熱交換部１に設けたノズル１４間を接続す
る配管２０と、配管２０に設けたポンプ２１と、第１の
熱交換部１に設けた第１の冷媒液６の貯溜部１２と第２
の熱交換部２に設けたノズル１７間を接続する配管２２
と、配管２２に設けたポンプ２３により構成される。な
お、配管２０および配管２２の途中に第１の冷媒液６と
第２の冷媒液７または水５をほぼ完全に分離するフィル
タシステム（コアレッサ又はセパレータあるいはそれら
の組合せ）と、分離した第２の冷媒液７及び水５を回収
するタンクを備えることにより、水５と第２の冷媒液７
の混合を最小限に防ぐシステムを置く場合がある。この
ようなシステムは、ガソリン中の水を分離するような油
水分離システムとして知られている。

【００１９】冷凍装置３と第２の熱交換部２間に第２の
冷媒液７を循環するための第２の循環手段１０は、冷凍
装置３と第２の熱交換部２の間を接続する配管２４と、
配管２４に設けたポンプ２５により構成される。さらに
第１の熱交換部１と氷水貯蔵槽４間に水４またはそれと
氷８の混合物を循環させる第３の循環手段１１は、第１
の熱交換部１の上部と氷水貯蔵槽４の上部を接続する配
管２６と、第１の熱交換部１の中間部と氷水貯蔵槽４の
底部を接続する配管２７と、配管２７に設けたポンプ２
８により構成される。氷水貯蔵槽４に設けた第１の冷媒
液６の分離手段１８と第１の冷媒液６を回収するための
回収槽２９間は配管３０により接続され、その配管３０
にポンプ３１及び開閉弁３２が設けられる。そしてこれ
ら配管３０，ポンプ３１及び開閉弁３２により、回収槽
２９への第１の冷媒液６の回収手段３９が構成される。
さらに回収槽２９と第１の熱交換部１の下部の間は配管
３３により接続され、その配管３３にポンプ３４及び開
閉弁３５が設けられる。そしてこれら配管３３，ポンプ
３４及び開閉弁３５により、第１の熱交換部１への第１
の冷媒液６の補給手段３９ａが構成される。

【００２０】第１の熱交換部１における水５と第１の冷
媒液６との界面を検出する第１の界面検出手段１３から
の検出値は第１の制御手段３６に入力され、そこで予め
設定された値または範囲になるように、回収槽２９から
第１の熱交換部１への第１の冷媒液６の補給量が制御さ
れる。すなわち、検出値が予め設定された界面の値また
は範囲を越えると、第１の制御手段３６はポンプ３４の
速度を減少させるかまたは開閉弁３５の開度を減少さ
せ、逆に検出値が予め設定された界面の値または範囲よ
り下回ると、第１の制御手段３６はポンプ３４の速度を
上昇させるかまたは開閉弁３５の開度を増加させるよう
な制御信号を出力する。なお、頻繁な制御動作を繰り返
させないためには、予め不動作範囲（上下限のしきい値
幅）を設け、例えば検出値がその不動作範囲の上限また
は下限の範囲から外れたとき、その不動作範囲内に検出
値が戻るようにポンプ速度の減少または上昇（あるいは
開閉弁の開度の減少または増加）させる制御信号を出力
し、検出値が不動作範囲より幾分内側に戻ったときに、
その制御信号を元に戻すように制御する。

【００２１】第２の熱交換部２における第１の冷媒液６
と第２の冷媒液７との界面を検出する第２の界面検出手
段１６からの検出値は第２の制御手段３７に入力され、
そこで予め設定された値または範囲になるように、第１
の熱交換部１に設けた貯溜部１２から第２の熱交換部２
のノズル１７への第１の冷媒液６の供給量が制御され
る。すなわち、検出値が予め設定された界面の値または
範囲を越えると、第２の制御手段３７はポンプ２３の速
度を減少させ、逆に検出値が予め設定された界面の値ま
たは範囲より下回ると第２の制御手段３７はポンプ２３
の速度を上昇させるような制御信号を出力する。なお、
ポンプ２３の速度を制御する代わりに配管２２に開閉弁
を設け、それを制御手段３７により開閉制御してもよ
い。また前記第１の制御手段３６と同様に、頻繁な制御
動作を繰り返させないための不動作範囲を予め設けるこ
ともできる。

【００２２】氷水貯蔵槽４における水５と第１の冷媒液
６との界面位置を分離量として検出する分離量検出手段
１９からの検出値は第３の制御手段３８に入力され、そ
こで予め設定された値または範囲になるように、氷水貯
蔵槽４における分離手段１８から回収槽２９への第１の
冷媒液６の回収量が制御される。すなわち、検出値が予
め設定された分離量の値または範囲を越えると、第３の
制御手段３８はポンプ３１の速度を上昇させるかまたは
開閉弁３２の開度を増加させ、逆に検出値が予め設定さ
れた分離量の値または範囲より下回ると、第３の制御手
段３８はポンプ３１の速度を減少させるかまたは開閉弁
３２の開度を減少させるような制御信号を出力する。な
お前記第１の制御手段３６と同様に、頻繁な制御動作を
繰り返させないための不動作範囲を予め設けることもで
きる。

【００２３】図１における第１の界面検出手段１３（第
２の界面検出手段１６、分離量検出手段１９も同じ）の
１例を図２に示す。検出手段は差動トランス式のレベル
計が使用され、一対の連通管３９により第１の熱交換部
１と連通する円筒状の本体４０と、該本体４０内に支持
機構４１で支持されるロッド４２と、ロッド４２の下端
部に設けられたフロート４３と、ロッド４２の上端部に
設けられた誘磁性材料体４４と、本体４０の上部外側に
設けられた１次コイル４５および２次コイル４６を備え
ている。フロート４３は水５と第１の冷媒液６の界面に
浮くような密度とされ、界面の変化にフロート４３が追
従することにより、誘磁性材料体４４と１次コイル４５
および２次コイル４６の相対位置が変わり、その結果検
出手段の出力信号が変化するようになっている。

【００２４】図３は、本発明の製氷装置の他の例を説明
する模式的なプロセスフロー図である。この例では細長
い円筒状で縦型の熱交換塔５０が使用され、その中間部
が仕切部５１により仕切られて上半分に第１の熱交換部
１、下半分に第２の熱交換部２が形成される。なお、図
１と同じ部分には同一符号が付され、図１における第１
〜第２の界面検出手段１３，１６、分離量検出手段１
９、第１〜第３制御手段３６、３７、３８、およびそれ
らに関連する開閉弁や配管類は省略されて示されてい
る。このように第１の熱交換部１と第２の熱交換部２が
縦方向に配置される場合は、設置面積を少なくできると
共に配管長さも短くてよいという利点がある。しかもそ
の作用は、図１の場合と同様である。

【００２５】次に、上記製氷装置を使用して製氷する方
法を説明する。第１の冷媒液６としては、パーフロロカ
ーボン，ハイドロフロロカーボン，フロロエーテルなど
の炭化フッ素、炭化フッ素水素、炭化フッ素水素化合物
などの実質的に水不溶性の冷媒液を使用することがで
き、第２の冷媒液７としては、エチレングリコールやプ
ロピレングリコールなどの水溶性で第１の冷媒液６に実
質的に不溶性な冷媒液を使用することができる。この第
１の冷媒液６は水５および第２の冷媒液７より密度が大
きいため、プロセス上有利である。第２の冷媒液７の凝
固点は極めて低く、例えば濃度６０％程度のエチレング
リコール水溶液の凝固点は−３０℃で、通常−１０℃程
度で運転される冷凍装置の伝熱管が氷結することは全く
ない。また、僅かに第１の冷媒液６から水が混入してき
たとしても、元々水溶性である第２の冷媒液７の作用に
は実質的に影響を与えることはない。そしてこれらの冷
媒液を使用することにより、水−第１の冷媒液６−第２
の冷媒液７を順にそれぞれ直接接触させて熱交換すると
きに、接触する液相互の温度差を極めて小さくすること
ができる。

【００２６】上記第１の冷媒液６と第２の冷媒液７を使
用して製氷するにあたっては、先ず回収槽２９に図示し
ない供給源から第１の冷媒液６を供給し、さらにポンプ
３４を運転して第１の熱交換部１の下部に第１の冷媒液
６を供給する。それと共にポンプ２３を運転して第２の
熱交換部２の下部にも第１の冷媒液６を供給し、第１の
熱交換部１の下部および第２の熱交換部２の下部におけ
る第１の冷媒液６のレベルが所定値まで上昇した後、ポ
ンプ３４，２３を停止する。次にポンプ２８を運転し
て、氷水貯蔵槽４から水５を第１の熱交換部１の中間部
に所定量供給すると共に、図示しない供給源から第２の
冷媒液７を第２の熱交換部２の中間部に所定量供給す
る。この状態で第１の界面検出手段１３と第２の界面検
出手段１６により、第１の熱交換部１と第２の熱交換部
２の各界面を確認し、所定範囲になるように第１の冷媒
液６の量を調整する。

【００２７】次に、冷凍装置３を運転して第２の冷媒液
７の冷却を開始する。第２の冷媒液７が所定温度まで低
下したら、ポンプ２３とポンプ２１を運転し、第１の冷
媒液６を第１の熱交換部１と第２の熱交換部２の間に循
環させ、第２の冷媒液７との直接接触により熱交換させ
て次第に冷却していく。なお、配管２２中に第１の冷媒
液６と水５の分離システムを設け、配管２０中に第１の
冷媒液６と第２の冷媒液７の分離システムを置くことに
より、水５と第２の冷媒液７の混合をほぼ完全に防ぐこ
とが可能となる。第１の熱交換部１内の第１の冷媒液６
が所定温度まで低下したら、ポンプ２８を運転して水５
を氷水貯蔵槽４と第１の熱交換部１の間に循環させ、第
１の冷媒液６と直接接触により熱交換させて次第に冷却
していく。

【００２８】上記により製氷装置は通常運転に入るが、
運転の継続中、水５には第１の冷媒液６が微小液滴にな
って僅かに同伴したり、氷に一部トラップされて、配管
２６から氷水貯蔵槽４に流入する。氷水貯蔵槽４に微小
液滴または氷中トラップの形で流入した第１の冷媒液６
は、水中微小液滴はすぐに、氷中トラップ液は解氷後徐
々に密度差で槽内を下降し、分離手段１８に集められる
ことにより水５と分離される。そして分離手段１８の第
１の冷媒液６のレベルが所定範囲を越えると、それを分
離量検出手段１９が検出し、それによって第３の制御手
段３８が作動して前述のように第１の冷媒液６を回収槽
２９に流出させる。一方、第１の熱交換部１から第１の
冷媒液６の流出が続くと、それを水５と第１の冷媒液６
の界面変化として第１の界面検出手段３６が検出し、そ
れにより第１の制御手段３６が作動して前述のように回
収槽２９から第１の熱交換部１に第１の冷媒液６を補給
する。なお第１の熱交換部１と第２の熱交換部２の高さ
をほぼ同じにしておけば、平常時における第２の熱交換
部２における第１の冷媒液６のレベルは、第１の熱交換
部１の第１の冷媒液６のレベルとほぼ同じに保たれる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の製氷装置
によれば、冷却すべき水の熱は第１の冷媒液−第２の冷
媒液−冷凍装置の経路で伝達される。そのため直接接触
して水を含む可能性のある第１の冷媒液は冷凍装置に循
環されることはないので、冷凍装置の伝熱管に氷結が生
じることを避けられる。従って、従来の技術では製氷期
間中に何度も冷凍装置を止めて融解除去する冷凍装置間
欠運転操作が必要であり、このため製氷性能が著しく低
下していた。しかしこれを避けることができるため、製
氷性能を著しく向上することが可能となった。しかも第
１の冷媒液と第２の冷媒液を直接接触させるように構成
されているので、装置全体の伝熱効率が高く、冷凍装置
の成績係数（ＣＯＰ）を高く維持でき、これによって製
氷性能を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製氷装置の１例を説明する模式的なプ
ロセスフロー図。

【図２】図１における第１の界面検出手段１３の１例を
示す模式的な断面図。

【図３】本発明の製氷装置の他の例を説明する模式的な
プロセスフロー図。

【図４】従来の製氷装置の説明図。

【図５】従来の他の製氷装置の説明図。

【符号の説明】 １ 第１の熱交換部 ２ 第２の熱交換部 ３ 冷凍装置 ４ 氷水貯蔵槽 ５ 水 ６ 第１の冷媒液 ７ 第２の冷媒液 ８ 氷 ９ 第１の循環手段 １０ 第２の循環手段 １１ 第３の循環手段 １２ 貯溜部 １３ 第１の界面検出手段 １４ ノズル １５ 貯溜部 １６ 第２の界面検出手段 １７ ノズル １８ 分離手段 １９ 分離量検出手段 ２０ 配管 ２１ ポンプ ２２ 配管 ２３ ポンプ ２４ 配管 ２５ ポンプ ２６ 配管 ２７ 配管 ２８ ポンプ ２９ 回収槽 ３０ 配管 ３１ ポンプ ３２ 開閉弁 ３３ 配管 ３４ ポンプ ３５ 開閉弁 ３６ 第１の制御手段 ３７ 第２の制御手段 ３８ 第３の制御手段 ３９ 回収手段 ３９ａ 補給手段 ４０ 本体 ４１ 支持機構 ４２ ロッド ４３ フロート ４４ 誘磁性材料体 ４５ １次コイル ４６ ２次コイル ５０ 熱交換塔 ５１ 仕切部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を冷媒液に直接接触させて冷却し氷を
   作る製氷装置において、 冷却すべき水５とその水５に実質的に不溶性の第１の冷
   媒液６を直接接触させて熱交換を行う第１の熱交換部１
   と、 前記第１の冷媒液６とそれに実質的に不溶性の第２の冷
   媒液７を直接接触させて熱交換を行う第２の熱交換部２
   と、 第２の冷媒液７を冷却する冷凍装置３と、 第１の熱交換部１で生成する氷８と水５の混合物を貯蔵
   する氷水貯蔵槽４とを備え、 前記第１の熱交換部１と第２の熱交換部２の間に第１の
   冷媒液６を循環させる第１の循環手段９と、 前記冷凍装置３と第２の熱交換部２の間に第２の冷媒液
   ７を循環する第２の循環手段１０と、 前記第１の熱交換部１と氷水貯蔵槽４の間に水５または
   氷水を循環させる第３の循環手段１１を設けたことを特
   徴とする製氷装置。
2. 【請求項２】 氷水貯蔵槽４に水中に混入する第１の冷
   媒液６の分離手段１８が設けられると共に、該分離手段
   １８により分離された第１の冷媒液６を回収槽２９に回
   収する回収手段３９が設けられ、さらに第１の熱交換部
   １に前記回収槽２９から第１の冷媒液６を補給する補給
   手段３９ａが設けられる請求項１に記載の製氷装置。
3. 【請求項３】 第１の熱交換部１に水５と第１の冷媒液
   ６の界面を検出する第１の界面検出手段１３が設けられ
   ると共に、第２の熱交換部２に第１の冷媒液６と第２の
   冷媒液７の界面を検出する第２の界面検出手段１６が設
   けられ、第１の界面検出手段１３により検出される水５
   と第１の冷媒液６の界面が予め設定された値または範囲
   になるように、回収槽２９からの第１の冷媒液６の補給
   量を制御する第１の制御手段３６が設けられ、さらに第
   ２の界面検出手段１６により検出される第１の冷媒液６
   と第２の冷媒液７の界面が予め設定された値または範囲
   になるように、第１の熱交換部１から第２の熱交換部２
   への第１の冷媒液６の戻り流量を制御する第２の制御手
   段３７が設けられる請求項２に記載の製氷装置。
4. 【請求項４】 氷水貯蔵槽４における分離手段１８によ
   り分離された第１の冷媒液６の分離量を検出する分離量
   検出手段１９が設けられ、該分離量検出手段１９により
   検出される第１の冷媒液６の分離量が予め設定された値
   または範囲になるように、回収槽２９への回収量を制御
   する第３の制御手段３８が設けられる請求項２または請
   求項３に記載の製氷装置。
5. 【請求項５】 縦型の熱交換塔５０の中間部が仕切部５
   １により仕切られて第１の熱交換部１と第２の熱交換部
   ２が形成される請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
   製氷装置。
6. 【請求項６】 水を冷媒液に直接接触させて冷却し氷を
   作る製氷方法において、 冷却すべき水５を第１の熱交換部１と氷水貯蔵槽４の間
   に循環させ、 その水５に実質的に不溶性の第１の冷媒液６を第１の熱
   交換部１と第２の熱交換部２の間に循環させ、 さらに第２の冷媒液７を第２の熱交換部２と冷凍装置３
   の間に循環させ、 それによって冷却すべき水５と第１の冷媒液６を第１の
   熱交換部１内で向流接触させて熱交換を行い且つ、第１
   の冷媒液６と第２の冷媒液７を第２の熱交換部２内で向
   流接触させて熱交換を行うようにしたことを特徴とする
   製氷方法。
7. 【請求項７】 第１の熱交換部１内で冷却すべき水５に
   対して第１の冷媒液６をノズル１４や多孔板で流入する
   ことより分散相で接触させると共に、第２の熱交換部２
   内で第２の冷媒液７に対して第１の冷媒液６をノズル１
   ７や多孔板で流入させることより分散相で接触させるよ
   うにした請求項６に記載の製氷方法。
8. 【請求項８】 第１の冷媒液６が水５および第２の冷媒
   液７より密度が大きい請求項６または請求項７に記載の
   製氷方法。
9. 【請求項９】 第２の冷媒液７が水溶性である請求項６
   〜請求項８のいずれかに記載の製氷方法。
10. 【請求項１０】 第１の冷媒液６はパーフロロカーボ
    ン，ハイドロフロロカーボン，フロロエーテルなどのフ
    ッ化有機化合物とし、第２の冷媒液７は水溶性のエチレ
    ングリコール，プロピレングリコールなどの不凍液とし
    たことを特徴とする請求項９に記載の製氷方法。
11. 【請求項１１】 第１の熱交換部１と第２の熱交換部２
    の間の第１の冷媒液６を循環する第１の循環手段９のそ
    れぞれの配管部に、コアレッサ又はセパレータあるいは
    それらの組合せによる第１の冷媒液６と第２の冷媒液７
    を分離する手段、及び第１の冷媒液６と水５とを分離す
    る手段、ならびにそれぞれ（第２の冷媒液７と水５）を
    回収する手段を設置したことを特徴とする請求項６〜請
    求項１０のいずれかに記載の製氷方法。