TWI440804B - 使用過冷水之製冰系統 - Google Patents

Description

使用過冷水之製冰系統

本發明係關於一種用於貯存成為空調用冷熱源之蓄熱用冰，室內、室外滑雪場用散布用冰，及普通冷卻、保冷用冰等的製冰裝置，尤其係關於一種使用過冷水之製冰系統。

目前已廣泛利用之製冰方法係對以冷凍機冷卻至0℃以下之低溫的過冷狀態之水給予衝擊等而使其解除過冷狀態，製造雪泥狀之冰並將其貯存於蓄熱槽內之方法，但自冰蓄熱槽返回過冷熱交換器之冷水中包含微細之冰核，即使使其通過冰核去除過濾器仍會有冰核殘存，從而過冷熱交換器之導熱部有可能會凍結而導致製冰系統停止。因此，為使該冰核熔解而提出有各種技術。

[專利文獻1]日本特開平6-257925「過冷水製造裝置」中，於自蓄熱槽返回過冷熱交換器之水之迴路中設置預熱熱交換器而使全量之水通過，使冷水於預熱熱交換器中進行熱交換，藉此將冰核熔解而防止過冷熱交換器內導熱管之凍結。

[專利文獻2]日本特開平10-185248「冰蓄熱裝置」中，設置藉由自凝縮器流向膨脹閥之冷媒進行加熱之預熱器，藉由該冷媒對冰進行加熱而將其熔解，藉此謀求防止導熱管中之水之凍結。

一般而言，於使用過冷水之製冰系統中，為去除過冷熱交換器之入口冷水中所含之冰核，必須將入口冷水加熱至0.5℃左右。該加熱量成為系統之效率下降之一大要因。於習知系統中，係將自蓄熱槽汲取之0℃之冷水藉由過濾器進行過濾，再使其升溫至0.5℃以使冰核熔解，但即便使過濾器之網眼較細而使冰核較小，由於冰核與冷水之間之熱傳導率較小，故於0.4℃以下仍不會熔解，無法使冰核熔解溫度為0.4℃以下。

本發明之目的在於提供一種可藉由將用於使冰核熔解之加熱抑制為最小限度而提高製冰系統之SCOP之製冰系統。此處，所謂SCOP(System Coefficient Of Performance，系統效能指標)，係表示構成製冰系統之所有機器(冷凍機、泵類)於製冰運轉時每1kW功耗之製冰能力。

一般而言，冰核之形狀會隨著時間之經過而自針狀(2維)變成球狀(3維)，而2維形狀時之熱傳導較好，可降低熔解溫度。因此，本發明係構成為，設置三通路型冰水分離裝置，自製冰裝置出口之相變之後的冰水分離出保有針狀(2維)冰核之冷水。藉由使分離出之冷水與冰核熔解迴路中製作之0.5℃之冷水混合，能以比習知低之0.1~0.2℃之溫度來使冷水中殘存之冰核完全熔解，從而可將0.1~0.2℃之冷水移送至過冷熱交換器。

即，為解決上述課題，本發明之基本態樣係一種製冰 系統，其係製造過冷水並將使用過冷熱交換器製得之冰貯存於蓄熱槽中者，其特徵在於，具備：冷凍機，其包含壓縮機、凝縮器、膨脹閥及蒸發器，製造溫度低於0℃之鹽水並將其供給至過冷熱交換器；製冰裝置，其將來自該過冷熱交換器之冷水變成冰；冰水迴路，其將來自該製冰裝置之冰水移送至蓄熱槽；返回迴路，其將來自蓄熱槽之冷水移送至該過冷熱交換器；製冰泵，其配置於該返回迴路之中途；冷卻迴路，其利用冷卻塔冷卻已與該凝縮器進行熱交換之冷卻水；冰核熔解用熱交換器，其設於該冷卻迴路；冰核熔解迴路，其將來自蓄熱槽之冷水移送至該冰核熔解用熱交換器，且將熱交換後之冷水導入該返回迴路，將導入後之混合冷水加熱至大致0.5℃以熔解冰核；以及冰核熔解泵，其配置於該冰核熔解迴路之中途。再者，該製冰系統係構成為，於該冰水迴路之中途配置三通路型冰水分離裝置，使所製造之冰水全量通過；將利用該三通路型冰水分離裝置所分離出之冷水在較該冰核熔解迴路下游側導入該返回迴路；使在該返回迴路內之混合冷水之溫度成為大致0.1~0.2℃。藉此，以最小限度之加熱使返回該過冷熱交換器的冷水中所含之冰核熔解。

基於上述構成，藉由本發明可獲得以下效果：

(1)由於本發明之製冰系統係構成為，設置三通路型冰水分離裝置，自製冰裝置出口之相變後的冰水分離出保有針狀(2維)冰核之冷水，因此使分離出之冷水與冰核熔解迴路中製作之0.5℃之冷水混合便可使其溫度降低至0.1~ 0.2℃。由於針狀之冰核易於熔解，因此以0.1~0.2℃之溫度便可使冷水中殘存之冰核大致完全熔解，並將0.1~0.2℃之冷水移送至過冷熱交換器。其具有可將用於使冰核熔解之加熱抑制為最小限度而提高製冰系統之效率之優點。

(2)可將過冷熱交換器之入口冷水溫度降低至0.1~0.2℃，與習知0.5℃時相比，將冰核熔解時之加熱損失由20%改善至5~10%，於圖1所示之系統中，SCOP提高20%。

作為本發明之較佳態樣，上述三通路型冰水分離裝置係由冰水所通過之中心管及包圍其外周之外殼構成，於該中心管之外側，在該外殼內部形成隔室，該中心管，係以在內側張設#50~100之不鏽鋼篩網之多孔板構成；冷水自設於該多孔板之多數個孔流出至該隔室內；所流出之冷水由該製冰泵自該隔室抽取並移送至該過冷熱交換器。以下，參照附圖對本發明之較佳態樣進行說明。

圖1係表示本發明之基本態樣之製冰系統之實施例，利用鹽水泵10抽吸經鹽水冷凍機2冷卻之鹽水並將其移送至過冷熱交換器4，將在過冷熱交換器4內進行熱交換而成為低於0℃之溫度(例如負2.0℃)之過冷水於製冰裝置5內變成冰，將所製造之冰供給至蓄熱槽8。鹽水冷凍機2包含壓縮機41、凝縮器42、膨脹閥43及蒸發器44，製造溫度低於0℃之鹽水並將其供給至過冷熱交換器4。藉由冷水泵24自蓄熱槽8底部附近之熱負載側出口8a抽出冷水，將 其移送至風機盤管等空調負載26，以對建築物內之各房間釋放冷氣。

於圖1之裝置中設有：將來自製冰裝置5之冰水移送至蓄熱槽8之冰水迴路C；以及將來自蓄熱槽8之冷水移送至過冷熱交換器4之返回迴路W。於返回迴路W之中途配置有製冰泵12及冰核去除過濾器6。在將與冷凍機2之凝縮器42進行熱交換之冷卻水利用冷卻塔1進行冷卻之冷卻迴路P中，設有冰核熔解用熱交換器3、冷卻水泵9、冷卻水溫度控制閥14及冰核熔解溫度控制閥15。進而，設有將來自蓄熱槽8之冷水移送至冰核熔解用熱交換器3且將熱交換後之水導入返回迴路W之冰核熔解迴路Q，於冰核熔解迴路Q之中途設有冰核熔解泵11。

依據本發明之特徵，於冰水迴路C之中途配置有三通路型冰水分離裝置7，使所製造之冰水全量通過。由三通路型冰水分離裝置7所分離出之冷水被導入返回迴路W，以最小限度之加熱使返回過冷熱交換器4之冷水中所含的冰核熔解。

其次，對迴路中之水溫變化進行說明。於圖1中，於利用取水泵13自蓄熱槽8抽取之蓄熱冷水16(0.0℃)中含有冰核。蓄熱冷水16之一部分被導入冰核熔解迴路Q中，藉由冰核熔解泵11移送至冰核熔解熱交換器3而經加熱之後，與蓄熱冷水16混合，成為大致0.5℃之冰核熔解後冷水17。冰核熔解後冷水17與利用三通路型冰水分離裝置7所分離出之分離冷水18(0.0℃)混合，成為大致0.1 ~0.2℃之混合冷水19，並藉由製冰泵12而移送至冰核去除過濾器6。於分離冷水18中亦含有冰核，但與蓄熱冷水16中所含之冷水不同，結晶之形狀係針狀(2維)，以0.1~0.2℃之溫度便可使冰核充分熔解。通過冰核去除過濾器6之混合冷水19被移送至過冷熱交換器4，與負3.0℃左右之鹽水進行熱交換而成為過冷水，並於製冰裝置5中相變成為冰水20(IPF：2.5重量%)。冰水20被移送至三通路型冰水分離裝置7，進行冷水之分離與冰之濃縮。分離冷水18再次與冰核熔解後冷水17混合，經濃縮之濃縮冰水21(IPF：7~10重量%)貯存於蓄熱槽8中。此處，所謂IPF(Ice Packing Factor，結冰率)，係表示冰水重量中之冰之重量的指標。

圖2表示三通路型冰水分離裝置7之較佳例，其整體由入口管31、出口管32、中心管33、外殼34、隔室35、不鏽鋼篩網36、孔37及分支管38構成。即成為以下構造：將作為套管之一部分的中心管33設為具有多數個孔37之多孔板(以直徑3mm、5mm間距之鋸齒排列配置有孔)，於內部，在內側張設#50~100之不鏽鋼篩網36，藉此對大致0.4mm以上之冰與冷水進行分離。

如圖1所示，自製冰裝置5向三通路型冰水分離裝置7之入口管31送入IPF：2.5重量%左右之冰水20，使冷水之一部分穿過孔37而流出至隔室35，藉此，自出口管32將濃縮至IPF：7~10重量%之冰水21送出至蓄熱槽8。自分支管38將0.0℃之水送出至製冰泵12。自分支管38流出之 分支水量較佳為主管水量之2/3~3/4。

以上，如詳細說明般，先前須進行0.5℃之加熱，但根據本發明之製冰系統，以0.1~0.2℃之加熱便可使冷水中殘存之冰核大致完全熔解，可將0.1~0.2℃之冷水移送至過冷熱交換器。其技術價值極為顯著，例如，可將用於使冰核熔解之加熱抑制為最小限度，與先前之0.5℃時相比，冰核熔解時之加熱損失由20%改善至5~10%，SCOP提高20%。

1‧‧‧冷卻塔

2‧‧‧鹽水冷凍機

3‧‧‧冰核熔解用熱交換器

4‧‧‧過冷熱交換器

5‧‧‧製冰裝置

7‧‧‧三通路型冰水分離裝置

8‧‧‧蓄熱槽

12‧‧‧製冰泵

13‧‧‧取水泵

33‧‧‧中心管

34‧‧‧外殼

35‧‧‧隔室

37‧‧‧孔

P‧‧‧冷卻迴路

Q‧‧‧冰核熔解迴路

W‧‧‧返回迴路

C‧‧‧冰水迴路

圖1係表示本發明之製冰系統之基本態樣之迴路圖。

圖2係三通路型冰水分離裝置之縱剖面圖。

1．．．冷卻塔

2．．．鹽水冷凍機

3．．．冰核熔解用熱交換器

4．．．過冷熱交換器

5．．．製冰裝置

6．．．冰核去除過濾器

7．．．三通路型冰水分離裝置

8．．．蓄熱槽

8a．．．熱負載側出口

9．．．冷卻水泵

10．．．鹽水泵

11．．．冰核熔解泵

12．．．製冰泵

13．．．取水泵

14．．．冷卻水溫度控制閥

15．．．冰核熔解溫度控制

16．．．蓄熱冷水

17．．．冰核熔解後冷水

18．．．分離冷水

19．．．混合冷水

20．．．冰水

21．．．濃縮冰水

24．．．冷水泵

26．．．空調負載

41．．．壓縮機

42．．．凝縮器

43．．．膨脹閥

44．．．蒸發器

P．．．冷卻迴路

Q．．．冰核熔解迴路

W．．．返回迴路

C．．．冰水迴路

Claims (2)

1. 一種使用過冷水之製冰系統，其係利用過冷熱交換器製造過冷水，並將使用過冷水製得之冰貯存於蓄熱槽中，其特徵在於，具備：冷凍機，其包含壓縮機、凝縮器、膨脹閥及蒸發器，製造溫度低於0℃之鹽水並將其供給至過冷熱交換器；製冰裝置，其將來自該過冷熱交換器之冷水變成冰；冰水迴路，其將來自該製冰裝置之冰水移送至蓄熱槽；返回迴路，其將來自蓄熱槽之冷水移送至該過冷熱交換器；製冰泵，其配置於該返回迴路之中途；冷卻迴路，其利用冷卻塔冷卻已與該凝縮器進行熱交換之冷卻水；冰核熔解用熱交換器，其設於該冷卻迴路；冰核熔解迴路，其將來自蓄熱槽之冷水移送至該冰核熔解用熱交換器，且將熱交換後之冷水導入該返回迴路，將導入後之混合冷水加熱至大致0.5℃以熔解冰核；以及冰核熔解泵，其配置於該冰核熔解迴路之中途；該製冰系統係構成為，於該冰水迴路之中途配置三通路型冰水分離裝置，使所製造之冰水全量通過；將利用該三通路型冰水分離裝置所分離出之冷水在較該冰核熔解迴路下游側導入該返回迴路；使在該返回迴路內之混合冷水之溫度成為大致0.1~0.2℃； 藉此，以最小限度之加熱使返回該過冷熱交換器的冷水中所含之冰核熔解。
2. 如申請專利範圍第1項之製冰系統，其中，該三通路型冰水分離裝置係由冰水所通過之中心管及包圍其外周之外殼構成，於該中心管之外側，在該外殼內部形成隔室，該中心管，係以在內側張設#50~100之不鏽鋼篩網之多孔板構成；冷水自設於該多孔板之多數個孔流出至該隔室內；所流出之冷水由該製冰泵自該隔室抽取並移送至該過冷熱交換器。