(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
補給水を取り入れた循環水を導く蒸発部、圧縮機及び冷却塔から冷却水を導き水蒸気を凝縮する凝縮部で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記蒸発部からの氷スラリーを導入しかつ濃縮氷を生成する氷濃縮器と、前記氷濃縮器からの濃縮氷を貯留しかつ生成された冷水で前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を洗浄する蓄熱槽と、該蓄熱槽から生成された冷水を貯留すると共に前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を清浄する清浄水貯槽とを備え、該蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を冷房媒体として取出したことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステム。
【請求項２】
前記蓄熱槽で生成された水の一部を氷洗浄用水として、前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステム。
【請求項３】
前記蓄熱槽又は前記清浄水貯槽から水の一部を氷洗浄用水として前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の純水又は清浄水取出しシステム。
【請求項４】
前記蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を熱交換器を介して冷房媒体として取出したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステム。
【請求項５】
前記補給水が海水、河川水、下水処理水、排水処理水、工業用水又は上水でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気圧縮冷凍機から製氷された氷を別置された蓄熱槽及び清浄水貯槽によって、冷熱の利用や純水又は清浄水の利用を行なう技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の水蒸気圧縮冷凍機による製氷技術は、例えば、図２に示すような基本構成であった。これについて説明すれば、水蒸気圧縮冷凍機１で補給水２ａを導く循環水２から水を含んだ氷スラリー５を製氷し、この氷スラリー５から氷濃縮器３により生成された濃縮氷４を直接的に金鉱等の構造体内に搬送し、冷房等行なっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は叙上のような構成であるので、次の課題が存在した。
（ａ）前記水蒸気圧縮冷凍機１の蒸発部から前記氷濃縮器３に流入する氷スラリー５は、例えば氷が体積比率において、約１５％含有している。又前記氷濃縮器３から取出される濃縮氷４は、例えば氷が体積比率において、約８０％含有している。そこで、この濃縮氷４を金鉱等の構造体内に、人手によるか、圧縮空気でもって搬送する場合があった。前者の場合は、人力による搬送であり、人件費が累むと共に搬送量が不安定であり、金鉱等構造体を適切に冷房することができなかった。後者の場合は、圧縮空気送風関連の設備が必要となり、前記水蒸気圧縮冷凍機１や金鉱等構造体内設備が大型化すると共に、搬送工程が複雑化する欠点があり、例えば地下約４ｋｍの如き極めて深い金鉱等の構造体には設置工数や費用の点で不適切であった。
【０００４】
（ｂ）また、従来の技術に於いては、単に氷濃縮器３によって濃縮氷４を生成することのみであり、純水や清浄水を取出すことができず、これらを目的とするシステムや装置としては利用することが出来なかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、氷濃縮器から取出された濃縮氷を蓄熱槽で氷融解による冷熱利用でもって、金鉱等の構造体の冷房を図り、他方では、氷融解による冷水を取出し、該冷水を清浄水貯槽に導き、この清浄水貯槽から純水又は清浄水の取出しを図る新規な水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムを提供することを目的としたものであり、次の構成、手段から成立するものである。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、補給水を取り入れた循環水を導く蒸発部、圧縮機及び冷却塔から冷却水を導き水蒸気を凝縮する凝縮部で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記蒸発部からの氷スラリーを導入しかつ濃縮氷を生成する氷濃縮器と、前記氷濃縮器からの濃縮氷を貯留しかつ生成された冷水で前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を洗浄する蓄熱槽と、該蓄熱槽から生成された冷水を貯留すると共に前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を清浄する清浄水貯槽とを備え、該蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を冷房媒体として取出したことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムである。
【０００７】
請求項２記載の発明によれば、前記蓄熱槽で生成された水の一部を氷洗浄用水として、前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムである。
【０００８】
請求項３記載の発明によれば、前記蓄熱槽又は前記清浄水貯槽から水の一部を氷洗浄用水として前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の純水又は清浄水取出しシステムである。
【０００９】
請求項４記載の発明によれば、前記蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を熱交換器を介して冷房媒体として取出したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムである。
【００１０】
請求項５記載の発明によれば、前記補給水が海水、河川水、下水処理水、排水処理水、工業用水又は上水でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に基づき、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムの実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムの実施の形態の一例を示す構成配置図である。６は水蒸気圧縮冷凍機であって、蒸発部６ａ、圧縮機６ｂ及び凝縮部６ｃを備えている。該蒸発部６ａは氷濃縮器１３から循環水７を導くと共に前記圧縮機６ｂの運転によって、低圧に保持しつつ当該循環水７の一部を蒸発させる。該圧縮機６ｂは当該蒸発部６ａから導入された水蒸気を所定の条件で加圧する。前記凝縮部６ｃは、前記圧縮機６ｂで加圧されかつ高温になった水蒸気を導入し、これを外部に設置した冷却塔８から導いた冷却水９で冷却し、凝縮する。尚、蒸発部６ａ、スラリーポンプ１４、氷濃縮器１３、およびこれらを結ぶ連絡配管のいずれかに、前記循環水７への補給水７ａが供給され、該補給水７ａは海水、河川水、下水処理水、廃水処理水、工業用水又は上水等各種の水が適用される。
【００１３】
冷却塔８は、前記水蒸気圧縮冷凍機６の付帯設備であり補給水１０を導入し、前記凝縮部６ｃから導かれた冷却水９を冷却水ポンプ１１で流送し、一部をブロ−水１２として排出し、該補給水１０を冷却水９として、前記凝縮部６ｃに導入する。また、前記冷却塔８は前記凝縮部６ｃに於いて水蒸気を凝縮することで温度上昇した冷却水９の熱を大気に排出する機能を有する。
【００１４】
１３は氷濃縮器であり、前記水蒸気圧縮冷凍機６内の蒸発部６ａで生成された、例えば体積比率で約１５％の氷を含有する氷スラリーをスラリーポンプ１４で導入している。該氷濃縮器１３は前記氷スラリーを氷の浮力により氷と水に分離し、例えば体積比率で約８０％の氷を含有する濃縮氷１３ａを生成する。そして、過剰分の水は図示するように、前記水蒸気圧縮冷凍機６の蒸発部６ａに戻される。該氷濃縮器１３は後記する蓄熱槽１７や清浄水貯槽２３から流送された氷洗浄用水１５ａ、１５ｂを散水しながら導入し、前記濃縮氷１３ａの外表面を洗浄する。濃縮氷１３ａを洗浄した後、余剰の洗浄水や不純物を含んだ水はブロ−水１６として外部に排出される。
【００１５】
１７は蓄熱槽であり、前記氷濃縮器１３から取出された濃縮氷１３ａを貯溜する。該蓄熱槽１７内では後記する熱交換器２０から氷融解水１８を導き、濃縮氷１３ａの氷融解作用が行なわれ、氷１７ａと融解水すなわち冷水１７ｂが混在することになる。当該冷水１７ｂは冷水ポンプ１９で熱交換器２０に圧送される。該熱交換器２０はいわゆる熱取出しサイクルとして前記蓄熱槽１７から圧送された冷水１７ｂを冷熱源とし、金鉱等の構造体(開示せず)に配置した冷房負荷（開示せず）に送り水２１及び返り水２２等の冷液や冷気体を循環流送する。これにより金鉱等の構造体内が冷房されることとなる。ここで、送り水２１及び返り水２２等の冷液や冷気体は前記金鉱等に敷設した配管内等流送させ冷房媒体としての要素を備えるものである。また一方に於いて、前記蓄熱槽１７で生成された冷水１７ｂは、熱交換器２０を介して氷洗浄用水１５ａとして、前記氷濃縮器１３に導入され、前述したように、前記濃縮氷１３ａの外表面を洗浄する。
【００１６】
２３は清浄水貯槽であり、前記蓄熱槽１７から清浄水ポンプ２４で圧送された冷水１７ｂすなわち融解水を純水又は清浄水２３ａとして貯溜するものである。該清浄水貯槽２３内の純水又は清浄水２３ａは、高い清浄度が要求される工業用清浄水やボイラー補給水更には超純水用原水などに利用される。また一方に於いて、前記清浄水貯槽２３内に貯溜された純水又は清浄水２３ａは氷洗浄用水１５ｂとして、前記氷濃縮器１３に導かれ前述したように前記濃縮氷１３ａの外表面を洗浄する。
【００１７】
次に、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムの動作について説明する。前記水蒸気圧縮冷凍機６の前記圧縮機６ｂが運転すると前記蒸発部６ａが、例えば体積比率で１５％の氷を含有する氷スラリーを生成する。そして、前記氷濃縮器１３は前記氷スラリーを、例えば体積比率で８０％の氷を含有する濃縮氷１３ａを生成する。そして、該氷濃縮器１３から濃縮氷１３ａを取出して、前記蓄熱槽１７に貯溜する。ここに於いて、試算によれば、前記水蒸気圧縮冷凍機６が１０００ｋＷの氷製造能力を有する場合、該水蒸気圧縮冷凍機６が夜間運転であって、電力利用として１０時間(ｈ)で濃縮氷量は水換算で１３．４ｍ3／ｈ×１０ｈ＝１３４ｍ3となることが判明した。
【００１８】
次に、前記蓄熱槽１７は氷融解水１８を導入して融解して得た、冷水１７ｂを冷水ポンプ１９で熱交換器２０に圧送されかつ熱交換され冷房媒体としての送り水２１、及び返り水２２等の冷液や冷気体を循環させ金鉱等の構造体を冷房する。試算によれば、熱利用を１０。Cまで行なった場合の熱量は氷融解のためや、０。Cから１０。Cまでの熱利用として、１１，５３０ｋＷであることが判明した。そして、前記蓄熱槽１７の濃縮氷量の約２０％分の冷水１７ｂの量を冷水ポンプ１９でもって、前記氷洗浄用水１５ａとして氷濃縮器１３に圧送する。而して、該氷濃縮器１３内の濃縮氷１３ａを洗浄すると共に、該濃縮氷１３ａに付着している不純物を分離し、ブロ−水１６に混入させて外部に排出させる。そこで、洗浄された前記濃縮氷１３ａは該氷濃縮器１３から取出され、前記蓄熱槽１７に導かれる。このように、前記蓄熱槽１７と前記氷濃縮器１３とのルート間を氷洗浄水１５ａを循環させたいわゆる洗浄サイクルを形成することにより、蓄熱槽１７内の氷１７ａ及び冷水１７ｂの清浄度を高めることが出来る。これは、前記濃縮氷１３ａや前記氷１７ａの純度を高める第１手段として機能を有している。
【００１９】
次に、前記蓄熱槽１７から純水又は清浄水２３ａが清浄水ポンプ２４で圧送され、前記清浄水貯槽２３内に貯溜される。ここで、試算によれば、前記蓄熱槽１７の濃縮氷量の約８０％の水量は清浄水ポンプ２４でもって、前記清浄水貯槽２３に圧送される。而して、清浄水貯槽２３内の純水又は清浄水２３ａの１日当りの貯溜量は前記濃縮氷量の８０％となり、すなわち、１３４ｍ3×０.８＝１０７.２ｍ3となる。また、前記氷濃縮器１３内の濃縮氷１３ａの外表面を洗浄しない場合や純度が比較的劣化した清浄水２３ａである場合に於ける前記清浄水２３ａは１日当り、１３４ｍ3の貯溜量が得られる。
【００２０】
また、前記清浄水貯槽２３内の純水又は清浄水２３ａは配管(開示せず)等で流送され、最終的に消費者や工場等に於いて純水や清浄水の利用に供される。一方、前記清浄水貯槽２３内の純水又は清浄水２３ａの一部は氷洗浄用水１５ｂとして、前記氷濃縮器１３に導かれ、濃縮氷１３ａの外表面を洗浄する。そして、該濃縮氷１３ａに付着している不純物を除去する。また、更に、前記氷濃縮器１３、前記蓄熱槽１７、前記清浄水貯槽２３及び前記氷濃縮器１３のルート間、いわゆる洗浄サイクルを冷水１７ｂ又は清浄水２３ａを循環させることにより、当該清浄水又は純水２３ａや氷１７ａの純度を高めることができる。これは、濃縮氷１３ａ、前記氷１７ａ、清浄水又は純水２３ａの純度を高める第２手段としての機能を有している。
【００２１】
尚、前述したように蒸発部６ａ、スラリーポンプ１４、氷濃縮器１３及びこれらを結ぶ連絡配管のいずれかに導入する循環水７への補給水７ａは、海水、河川水等各種の水が適用されるが、本発明では特に塩類濃度約２０００ｍｇ／ｌの下水処理水について、試算を試みた。試算によれば、氷濃縮器１３内の濃縮氷１３ａを氷洗浄用水１５ａ、１５ｂで洗浄しない場合でも、清浄水貯槽２３内の純水又は清浄水２３ａの水質は塩類濃度約４００ｍｇ／ｌであり、当該水質は日本に於ける上水の平均塩類濃度２００ｍｇ／ｌに比べて濃度が高いが、前記濃縮氷１３ａの洗浄サイクルを繰返せば、極めて純度の高い純水２３ａを得ることが分った。すなわち、前記純水又は清浄水２３ａの水質は第１回目の洗浄サイクルにより塩類濃度が２００ｍｇ／ｌとなり、第２回目の洗浄サイクルにより塩類濃度が１００ｍｇ／ｌとなり又、第３回目の洗浄サイクルにより塩類濃度が５０ｍｇ／ｌなることが分り、そして最終的に純水２３ａを得ることができる。
【００２２】
尚、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムに於いては、図１に示す構成によれば、蓄熱槽１７及び清浄水貯槽２３を配置しているので、該蓄熱槽１７から冷熱利用による各種構造体内の冷房機能と該清浄水貯槽２３から純水又は清浄水の取出し機能を同時に働かせることができる装置とすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムは叙上の構成、動作を有するので次の効果がある。
【００２４】
請求項１記載の発明によれば、補給水を取り入れた循環水を導く蒸発部、圧縮機及び冷却塔から冷却水を導き水蒸気を凝縮する凝縮部で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記蒸発部からの氷スラリーを導入しかつ濃縮氷を生成する氷濃縮器と、前記氷濃縮器からの濃縮氷を貯留しかつ生成された冷水で前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を洗浄する蓄熱槽と、該蓄熱槽から生成された冷水を貯留すると共に前記氷濃縮器の濃縮氷の外表面を清浄する清浄水貯槽とを備え、該蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を冷房媒体として取出したことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、蓄熱槽及び清浄水貯槽で生成された冷水及び清浄水は、氷濃縮器に導入され濃縮氷の外表面を洗浄し、該濃縮氷に付着している不純物を除去するので、純水又は水の純度を高めるうえに、清浄水貯槽から純水又は清浄水を特殊な構造や手段を設けることなく簡単に取出すことができ、これらを各種の純水や清浄水の用途に利用できる効果がある。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、前記蓄熱槽で生成された水の一部を氷洗浄用水として、前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、特殊の構造や手段を設けることなく、氷濃縮器内の濃縮氷を純度の高いものとし、更に濃縮氷の洗浄サイクルを重ねて行なえば極めて高い純度の氷が得られる効果がある。。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、前記蓄熱槽又は前記清浄水貯槽から水の一部を氷洗浄用水として前記氷濃縮器に導入したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の純水又は清浄水取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、特殊の構造や手段を設けることなく清浄水貯槽内の清浄水等を純度の高いものとし、更に氷濃縮器内の濃縮氷の洗浄サイクルを重ねれば純水を得ることができる効果がある。
【００２７】
請求項４記載の発明によれば、前記蓄熱槽内の濃縮氷の氷融解による冷熱を熱交換器を介して冷房媒体として取出したことを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、濃縮氷の氷融解による冷熱を汎用の熱交換器を用いて利用したので、構造体内への冷房実施が極めて容易となる効果がある。
【００２８】
請求項５記載の発明によれば、前記補給水が海水、河川水、下水処理水、排水処理水、工業用水又は上水でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムを提供する。
このような構成としたので、各種の補給水であっても、濃縮氷の洗浄サイクルを行なうことにより純水又は清浄水を得ることができ、本システムの利用範囲が広い効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムの実施の形態を示す構成配置図である。
【図２】従来の技術に於ける水蒸気圧縮冷凍機による製氷技術の例を示す基本構成図である。
【符号の説明】
６      水蒸気圧縮冷凍機
６ａ    蒸発部
６ｂ    圧縮機
６ｃ    凝縮部
７      循環水
７ａ、１０  補給水
８      冷却塔
９      冷却水
１１    冷却水ポンプ
１２    ブロ−水
１３    氷濃縮器
１３ａ  濃縮氷
１４    スラリーポンプ
１５ａ、１５ｂ  氷洗浄用水
１６    ブロ−水
１７    蓄熱槽
１７ａ  氷
１７ｂ  冷水
１８    氷融解水
１９    冷水ポンプ
２０    熱交換器
２１    送り水
２２    返り水
２３    清浄水貯槽
２３ａ  清浄水(純水)
２４    清浄水ポンプ
【図１】
0003729393.tif 000002
【図２】
0003729393.tif 000003