TWI432682B - 使用過冷卻水之製冰及空調系統 - Google Patents

Description

使用過冷卻水之製冰及空調系統

本發明係關於用以儲貯做為空調用冷源之蓄熱用冰、屋內、屋外滑雪場用之散布用冰及一般冷卻、保冷用冰等的冰製造裝置，特別係關於使用過冷卻水之製冰及空調系統。

對以冷凍機冷卻至0℃以下之低温之過冷卻狀態的水施加衝擊等以解除過冷卻狀態，製造雪霜狀之冰而儲貯於蓄熱槽內之製冰方法，雖已被廣泛利用，但在從冰蓄熱槽回流至過冷卻熱交換器之冷水中含有微細之冰核，即使通過冰核去除過濾器，冰核仍會殘留，造成過冷卻熱交換器之傳熱部凍結而有使製冰系統停止之虞。針對此問題，為使該冰核融解已有提案各種技術。

於(專利文獻1)日本特開平6-257925「過冷卻水製造裝置」，設置預熱熱交換器於從蓄熱槽回流至過冷卻熱交換器之水之流路中，使全量之水通過，藉由以使冷水以預熱熱交換器進行熱交換，融解冰核以防止過冷卻熱交換器內之傳熱管之凍結。在該裝置，因預熱熱交換器利用水冷凝縮器之冷卻水之一部分，故過冷卻水製造用之冷凍機之流路必須係水冷式。

於(專利文獻2)日本特開平3-241251「空調用冰蓄熱裝置」，在從蓄熱槽回流至過冷卻熱交換器之水之流路中設置液、液熱交換器，藉由使回流至過冷卻熱交換器之水 與通過凝縮器之冷媒進行熱交換，以防止傳熱管內之水之凍結。於該裝置，需要在冷媒流路中內藏用以回收凝縮熱之熱交換器的專用冷凍機。

於(專利文獻3)日本特開平10-185248「冰蓄熱裝置」，設置藉由從凝縮器流至膨脹閥之冷媒加熱之預熱器，以該冷媒加熱冰來融解以防止傳熱管內之水之凍結。於該裝置，亦需要包含預熱器的專用冷凍機。

於(專利文獻4)日本特開平10-89729「使用過冷卻水之冰蓄熱裝置及運轉方法」，在從蓄熱槽回流至過冷卻熱交換器之水之流路中設置輔助冷卻器，藉由使回流至過冷卻熱交換器之水與通過輔助冷卻器之冷媒進行熱交換，以防止傳熱管內之水之凍結。

本發明之第1目的在於：藉由使用常用之熱泵於冰核之融解，消除對製造過冷卻水之冷凍機之水冷式或預熱器內藏等之限制。

本發明之第2目的在於：提供使對應於空調負載之各種運轉模式為可能之應用範圍廣泛的製冰及空調系統。

為解決前述之課題，本發明提供一種使用過冷卻水之製冰及空調系統，作為其基本形態，係於將在過冷卻熱交換器(4)製造過冷卻水且將用過冷卻水製冰之冰貯存於蓄熱槽(3)的製冰及空調系統，其特徵在於：具備：鹽水冷凍機(1)，製造較0℃低温之鹽水且供應至過 冷卻熱交換器(4)；冷水旁通流路(P)，設置於從蓄熱槽(3)回流至過冷卻熱交換器(4)之回程流路(W)之中途；及冰核融解用熱泵(2)，包含壓縮機(51)、凝縮器(52)、膨脹閥(53)、蒸發器(54)、以在與前述蒸發器(54)之間可熱交換之方式熱鄰接配置於蒸發器之第1熱交換器(55)、以及鄰接於凝縮器以在與前述凝縮器(52)之間可熱交換之方式熱鄰接配置之第2熱交換器(56)；前述第1熱交換器(55)係並排插入於從前述過冷卻熱交換器(4)往前述鹽水冷凍機(1)返回之流路，前述第2熱交換器(56)係插入前述冷水旁通流路(P)之途中，該熱泵冰核融解用熱泵(2)透過該第1熱交換器(55)吸收來自前述過冷卻熱交換器(4)之鹽水之冷能，且透過該第2熱交換器(56)將來自前述凝縮器(52)之熱能供應至該冷水旁通流路(P)中之冷水；藉此，使該回程流路中(W)之冷水所含之冰核融解。

又，其追加之特徵在於，預先以電熱器將温水貯存於温水槽，當過冷卻熱交換器之傳熱部凍結時利用該温水解除凍結。

根據如上述之構成，利用本發明，

(1)藉由使用常用之熱泵於冰核融解，可使不必選擇製造過冷卻水之冷凍機種類的製冰及空調系統。

(2)因能建立僅使用常用之機器的製冰及空調系 統，故能建設廉價之系統且能迅速地完成設置工程。

(3)因能將製冰用之過冷卻熱交換器當作温水加熱用熱交換器兼用，故能以1台之冷凍機作冰蓄熱運轉、温水蓄熱運轉、冷水追加運轉、温水追加運轉之4個模式之運轉，能實現對應於空調負載之應用範圍廣泛之系統。

本發明，作為另外之較佳形態，能與過冷卻熱交換器並列配置冷温水直送熱交換器，使該冷温水直送熱交換器所吸收之冷能或熱能供應至空調負載。以下，參照圖式說明本發明之較佳形態。

圖1係表示本發明之基本形態的製冰空調系統之實施例，將鹽水冷凍機1所冷卻之鹽水以泵9吸引而送至過冷卻熱交換器4，使於過冷卻熱交換器4內經熱交換而成為較0℃低温(例如-2℃)的過冷卻水於製冰裝置5內變化為冰，再將所製造之冰供應至蓄熱槽3。

從蓄熱槽3之底部附近之熱負載側出口3a藉由冷水泵6抽出冷水，移送至風機盤管等空調負載22，使屋內之各房間冷卻。

另一方面，從蓄熱槽3之底部附近之回程側出口3b藉由蓄熱泵14抽出之冷水，通過冰核去除過濾器8後被送至過冷卻熱交換器4，完成製冰蓄熱冷水循環流路。

如前述，僅使用冰核去除過濾器8，冰核之去除係不充分，有殘存之冰核使過冷卻熱交換器4之傳熱部凍結之虞。因此，本發明之基本形態係使用如下之3個特徵，提供能 冰核之去除與於過冷卻熱交換器凍結時解凍之製冰空調系統。

A：在從蓄熱槽回流至過冷卻熱交換器之回程流路之中途，設置冷水旁通流路。於圖1，在從蓄熱槽3回流至過冷卻熱交換器4之回程流路W之中途，設有冷水旁通流路P。

B：替代從來之預熱熱交換器或輔助冷卻器，設置包含壓縮機、凝縮器、膨脹閥、蒸發器及鄰接於蒸發器之第1熱交換器與鄰接於凝縮器之第2熱交換器的冰核融解用熱泵。於圖1，冰核融解用熱泵2包含壓縮機51、凝縮器52、膨脹閥53、蒸發器54及鄰接於蒸發器之第1熱交換器55與鄰接於凝縮器之第2熱交換器56，將來自過冷卻熱交換器4之鹽水之冷能透過第1熱交換器55吸收，且透過第2熱交換器56將來自凝縮器52之熱能供應至冷水旁通流路P中之冷水，藉此，能使回程流路W之冷水所含有之冰核溶解。在該冷水旁通流路P，設置熱回收用冷水泵11、冰核融解用泵12、冰核融解控制閥15，控制泵之起動、停止與閥之開閉，以使冰核之融解最適當地實行。

於回程流路W中融解冰核之冰核融解用熱泵2之冷凍容量，對鹽水冷凍機1之冷凍容量1係大約0.25程度。

C：預先藉由電熱器61蓄貯温水於温水槽60，當過冷卻熱交換器4之傳熱部凍結時，利用該温水解除凍結。於凍結解除運轉時，使切換閥66為閉、切換閥67為開，於蓄熱運轉時，使切換閥66為開、切換閥67為閉。

圖2係表示將圖1變形之實施例，係將圖1之温水槽 60移至旁通流路P內來組裝之例。圖2之熱泵2省略內部之圖示而以方塊HP表示。於圖2之温水槽60內藏有電熱器61，於凍結解除運轉時使之控制為大約30℃以免温水槽之温度過低。藉由冰核融解用泵12與冰核融解控制閥15a、15b之操作，將温水供應至旁通流路P且使過冷卻熱交換器入口冷水温度控制為大約0.5℃。符號16、17係切換閥。

於本形態，因能將温水槽當作緩衝器利用，故冰核融解温度之控制性提升。其理由如下：為確保確實之冰核融解與能量效率，冰核融解温度被要求控制於±0.05℃以內之變動範圍內，特別若過分偏向低温側，則會直接造成凍結頻率之增加。

凍結解除運轉時，使切換閥16為閉，切換閥17為開，使温水槽60、過冷卻熱交換器4、製冰裝置5為循環之流路，藉由約30℃之温水解除過冷卻熱交換器4之凍結。

圖3係表示本發明之應用例，圖4~圖10係表示其運轉模式。圖3之裝置係將圖1之鹽水冷凍機1變更為鹽水熱泵冷卻器1’且追加冷温水直送熱交換器20與散熱熱交換器21，與圖1相同符號者表示相同構成要件。

圖3所追加之冷温水直送熱交換器20，與過冷卻熱交換器4並列插入於鹽水流路內，藉由熱交換將冷能或熱能供應至二次側空調負載系統S，且被設為於後述之追加運轉(需要追加之冷卻時之運轉)時被起動而發揮追加冷卻或加熱效果。

圖3所追加之散熱熱交換器21，係當冰散熱時將冷能 供應至空調負載系統S，當温水散熱時將熱能供應至空調負載系統S。蓄熱槽3之出入口，依冰散熱時、温水散熱時而異，於冰散熱時將冷水從下部取水，在散熱熱交換器進行熱交換後，將高温之冷水送回蓄熱槽之上方。温水散熱時，將温水從水槽上部取水以使蓄熱槽內之温度成層維持，在散熱熱交換器進行熱交換後，將低温之温水送回蓄熱槽之下部。

圖3所追加之剩餘部分之符號，分別表示：23係追加二次泵；24係散熱二次泵；25係散熱一次泵；26a、26b係冰蓄熱-温水蓄熱切換閥；27a、27b係冰散熱-温水散熱切換閥(回)；28a、28b係冰散熱-温水散熱切換閥(往)；29a、29b係冰蓄熱-追加運轉切換閥；30a、30b係追加熱交換器出口温度控制閥；31a、31b係散熱熱交換器出口温度控制閥。

圖4~圖10係表示各運轉模式，將於各運轉時已活性化之流路以粗線表示，細線之系統則停止。圖4係表示冰蓄熱運轉模式；圖5係表示凍結解除運轉模式；圖6係表示冰散熱運轉模式；圖7係表示冰散熱加冷水追加運轉模式；圖8係表示温水蓄熱運轉模式；圖9係表示温水散熱運轉模式；圖10係表示温水散熱加温水追加運轉模式。

於各模式之各切換閥之動作，係設定如下：冰蓄熱-温水蓄熱切換閥26(冰蓄熱時：26a-閉、26b-開，温水蓄熱時：26a-開、26b-閉)；冰散熱-温水散熱切換閥(回)27(冰散熱時：27a-開、 27b-閉，温水散熱時：27a-閉、27b-開)；冰散熱-温水散熱切換閥(往)28(冰散熱時：28a-開、28b-閉，温水散熱時：28a-閉、28b-開)；冰蓄熱-追加運轉切換閥29(冰蓄熱時：29a-開、29b-閉，追加時：29a-閉、29b-開)。

於圖4之冰蓄熱運轉模式，包含過冷卻熱交換器4之鹽水流路B與包含回程流路W、包含熱泵2之旁通流路P、温水槽60係被活性化之狀態，冷温水直送熱交換器20、散熱熱交換器21、空調負載22係停止狀態。

於圖5之凍結解除運轉模式，僅從温水槽60至製冰裝置5循環之流路被活性化，其他之流路係停止。

於圖6之冰散熱運轉模式，包含散熱熱交換器21之散熱系統D、二次側空調負載系統S、空調負載22被活性化，從風機盤管等供應冷氣至室內。

於圖7之冰散熱加冷水追加運轉模式，冷温水直送熱交換器20之流路，與包含散熱熱交換器21之散熱系統D、二次側空調負載系統S、空調負載22被活性化，從風機盤管等供應冷氣至室內。

於圖8之温水蓄熱模式，包含過冷卻熱交換器4之鹽水流路與回程流路W被活性化，其他流路則停止。

於圖9之温水散熱模式，包含散熱熱交換器21之散熱系統D、二次側空調負載系統S、空調負載22活性化，從風機盤管等供應暖氣至室內。

於圖10之温水散熱加温水追加模式，冷温水直送熱交 換器20之流路，包含散熱熱交換器21之散熱系統D、二次側空調負載系統S、空調負載22被活性化，從風機盤管等供應暖氣至室內。

如上述，於圖3之製冰空調系統，藉由選擇活性化之單元，以1台之系統，能作在蓄熱運轉、温水蓄熱運轉、冷水追加運轉、温水追加運轉之4個模式運轉，能有效果地防止傳熱面之冰結，且能提供對應於空調負載之最佳空調。

以上，如已詳細說明，利用本發明之製冰空調系統，藉由使用常用之熱泵於冰核之融解，消除製造過冷卻水之冷凍機係限定於水冷式或預熱器內藏等之必要性，能使製冰空調系統之構建為容易，且能使設置工程迅速完成。又，能使用鹽水熱泵冷卻器於製造過冷卻水之冷凍機，藉由將過冷卻熱交換器與温水加熱用熱交換器兼用，能在1台之熱源使冰蓄熱、温水蓄熱、冷水追加、温水追加之4個模式運轉等，其技術價值係至為顯著。

1‧‧‧鹽水冷凍機

1’‧‧‧鹽水熱泵

2‧‧‧冰融解用熱泵

3‧‧‧蓄熱槽

4‧‧‧過冷卻熱交換器

5‧‧‧製冰裝置

20、21‧‧‧熱交換器

22‧‧‧空調負載

51‧‧‧壓縮機

52‧‧‧凝縮器

53‧‧‧膨脹閥

54‧‧‧蒸發器

55、56‧‧‧熱交換器

60‧‧‧温水槽

61‧‧‧電熱器

R‧‧‧鹽水冷凍機

HP‧‧‧熱泵

B‧‧‧鹽水流路

P‧‧‧旁通流路

W‧‧‧回程流路

D‧‧‧散熱系統

S‧‧‧空調負載系統

圖1係表示使用本發明之製冰及空調系統之基本形態的流路圖。

圖2係表示圖1之例之變形例的流路圖。

圖3係表示將圖1之例進一步變形之實施例的流路圖。

圖4係表示圖3之例之冰蓄熱運轉模式的流路圖。

圖5係表示圖3之例之凍結解除運轉模式的流路圖。

圖6係表示圖3之例之冰散熱運轉模式的流路圖。

圖7係表示圖3之例之冰散熱加冷水追加運轉模式的流路圖。

圖8係表示圖3之例之温水蓄熱運轉模式的流路圖。

圖9係表示圖3之例之温水散熱運轉模式的流路圖。

圖10係表示圖3之例之温水散熱加温水追加模式的流路圖。

1‧‧‧鹽水冷凍機

2‧‧‧冰融解用熱泵

3‧‧‧蓄熱槽

3a‧‧‧熱負載側出口

3b‧‧‧回程側出口

4‧‧‧過冷卻熱交換器

5‧‧‧製冰裝置

6‧‧‧冷水泵

8‧‧‧冰核去除過濾器

9‧‧‧泵

10‧‧‧泵

11‧‧‧熱回收用冷水泵

12‧‧‧冰核融解用泵

14‧‧‧蓄熱泵

15‧‧‧冰核融解控制閥

22‧‧‧空調負載

51‧‧‧壓縮機

52‧‧‧凝縮器

53‧‧‧膨脹閥

54‧‧‧蒸發器

55、56‧‧‧熱交換器

60‧‧‧温水槽

61‧‧‧電熱器

63‧‧‧泵

66、67‧‧‧切換閥

R‧‧‧鹽水冷凍機

B‧‧‧鹽水流路

P‧‧‧旁通流路

W‧‧‧回程流路

Claims (4)

1. 一種使用過冷卻水之製冰及空調系統，於將在過冷卻熱交換器(4)製造過冷卻水且將用過冷卻水製冰之冰貯存於蓄熱槽(3)的製冰及空調系統，其特徵在於：具備：鹽水冷凍機(1)，製造較0℃低温之鹽水且供應至過冷卻熱交換器(4)；冷水旁通流路(P)，設置於從蓄熱槽(3)回流至過冷卻熱交換器(4)之回程流路(W)之中途；及冰核融解用熱泵(2)，包含壓縮機(51)、凝縮器(52)、膨脹閥(53)、蒸發器(54)、以在與前述蒸發器(54)之間可熱交換之方式熱鄰接配置之第1熱交換器(55)、以及以在與前述凝縮器(52)之間可熱交換之方式熱鄰接配置之第2熱交換器(56)；前述第1熱交換器(55)係並排插入於從前述過冷卻熱交換器(4)往前述鹽水冷凍機(1)返回之流路，前述第2熱交換器(56)係插入前述冷水旁通流路(P)之途中，該冰核融解用熱泵(2)透過該第1熱交換器(55)吸收來自前述過冷卻熱交換器(4)之鹽水之冷能，且透過該第2熱交換器(56)將來自前述凝縮器(52)之熱能供應至該冷水旁通流路(P)中之冷水；藉此，使該回程流路中(W)之冷水所含之冰核融解。
2. 如申請專利範圍第1項之製冰及空調系統，其中，來 自使用電熱器之温水槽的温水被供應至該回程流路。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項之製冰及空調系統，其中，將冷温水直送熱交換器與該過冷卻熱交換器並列配置，將該冷温水直送熱交換器所吸收之冷能或熱能供應至空調負載。
4. 如申請專利範圍第3項之製冰及空調系統，其中，於從空調負載回流至蓄熱槽之回程流路配置散熱用熱交換器，以該散熱用熱交換器進行温水或冷水之散熱。