(57)【要約】    【課題】  水を相変化させた氷では得られない低温の蓄熱媒体を、水溶液を相変化させて得る蓄熱用製氷方法と装置を提供する。    【解決手段】  製氷用流体として水溶液Ｗを使用し、蓄熱槽１から取出され製氷熱交換器１０に導入される水溶液Ｗの温度Ｔ１を、蓄熱槽１内の水溶液Ｗの氷液共存温度Ｔｋ（＝Ｔｇ）より所定温度αだけ上昇し、また、製氷熱交換器１０に導かれる冷媒またはブラインＢを冷凍機３の制御により氷液共存温度Ｔｋ（＝Ｔｇ）より所定温度βだけ低温になるようにそれぞれ制御することを特徴とする。【選択図】            図１
2006112652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽内からの製氷用流体と、冷凍機で冷却されたブラインとをそれぞれ製氷熱交換器に導いて両者を熱交換し、前記製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷方法であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記製氷熱交換器に導入される前記水溶液の温度が蓄熱槽内の水溶液の氷液共存温度より所定温度だけ高温となるように、また、前記製氷熱交換器に導かれるブラインの温度が前記氷液共存温度より所定温度だけ低温になるように、それぞれ制御し前記製氷熱交換器に導入することを特徴とする蓄熱用製氷方法。
【請求項２】
蓄熱槽内からの製氷用流体と、冷凍機で冷却されたブラインとをそれぞれ製氷熱交換器に導いて両者を熱交換し、前記製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷方法であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記蓄熱槽から製氷熱交換器に導かれる水溶液の流量が、前記水溶液の温度降下および濃縮による粘性増加に伴って所定流量以下になると、流量制御手段により前記所定流量に戻すことを特徴とする蓄熱用製氷方法。
【請求項３】
蓄熱槽内からの製氷用流体と、冷凍機で冷却されたブラインとをそれぞれ製氷熱交換器に導いて両者を熱交換し、前記製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷方法であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記冷凍機から製氷熱交換器に導かれるブラインの流量が温度降下に伴って所定流量以下になると、流量制御手段により前記所定流量に戻すことを特徴とする蓄熱用製氷方法。
【請求項４】
前記水溶液を氷液共存温度より高温にする温度は、０．５℃〜１．５℃であり、前記冷媒を氷液共存温度より低温状態とする温度は、３．５℃〜４．５℃である請求項１に記載の蓄熱用製氷方法。
【請求項５】
前記水溶液は、アルコール水溶液である請求項１〜４のいずれかに記載の蓄熱用製氷方法。
【請求項６】
前記水溶液は、塩化ナトリウム水溶液である請求項１〜４のいずれかに記載の蓄熱用製氷方法。
【請求項７】
内部に製氷用流体が貯溜された蓄熱槽と、
対向配置された複数の伝熱プレート間に、ブラインが流れる冷媒用流路および、前記製氷用流体が流れる前記製氷用流体用流路が形成されたプレート型の製氷熱交換器と、
前記蓄熱槽と製氷熱交換器との間で前記製氷用流体を循環させる製氷用流体循環回路と、
冷凍機で冷却されたブラインを前記製氷熱交換器に導く冷媒循環回路と、
を有し、
前記製氷熱交換器で製氷用流体と冷媒を熱交換することにより、製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷装置であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用することとし、前記製氷熱交換器に流入する前記水溶液の温度を氷液共存温度より所定温度だけ高温に制御する水溶液制御部と、前記ブラインの温度を前記氷液共存温度より所定温度だけ低温に制御する冷媒温度制御部とを有することを特徴とする蓄熱用製氷装置。
【請求項８】
内部に製氷用流体が貯溜された蓄熱槽と、
対向配置された複数の伝熱プレート間に、ブラインが流れる冷媒用流路および、前記製氷用流体が流れる前記製氷用流体用流路が交互に形成されたプレート型の製氷熱交換器と、
前記蓄熱槽と前記製氷熱交換器との間で前記製氷用流体が循環される製氷用流体循環回路と、
冷凍機と前記製氷熱交換器との間でブラインが循環されるブライン循環回路と、
を有し、
前記製氷熱交換器で製氷用流体とブラインを熱交換することにより製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷装置であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記製氷用流体循環回路を循環する水溶液の流量が、前記水溶液の温度降下および濃縮による粘性増加に伴って所定流量より低下すると、前記所定流量に戻す流量制御手段を有することを特徴とする蓄熱用製氷装置。
【請求項９】
内部に製氷用流体が貯溜された蓄熱槽と、
対向配置された複数の伝熱プレート間に、ブラインが流れるブライン用流路および、前記製氷用流体が流れる前記製氷用流体用流路が形成されたプレート型の製氷熱交換器と、
前記蓄熱槽と製氷熱交換器との間で前記製氷用流体を循環させる製氷用流体循環回路と、
冷凍機で冷却されたブラインを前記製氷熱交換器に導くブライン循環回路と、
を有し、
前記製氷熱交換器で製氷用流体とブラインを熱交換することにより、製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷装置であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記ブライン循環回路を循環するブライン量が、当該ブラインの温度の降下に伴って所定流量より低下すると、前記所定流量に戻す流量制御手段を有することを特徴とする蓄熱用製氷装置。
【請求項１０】
前記水溶液を氷液共存温度より高温にする温度は、０．５℃〜１．５℃であり、前記冷媒を氷液共存温度より低温状態とする温度は、３．５℃〜４．５℃である請求項７に記載の蓄熱用製氷装置。
【請求項１１】
前記水溶液は、アルコール水溶液である請求項７〜１０のいずれかに記載の蓄熱用製氷装置。
【請求項１２】
前記水溶液は、塩化ナトリウム水溶液である請求項７〜１０のいずれかに記載の蓄熱用製氷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液を製氷する蓄熱用製氷方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力需要の昼夜平均化を図るために、夜間の余裕電力を利用して冷熱を貯蔵し、昼間に冷熱を取り出し冷房負荷などに利用する冷熱貯蔵システムが注目されている。
【０００３】
冷熱の貯蔵には、いずれも水を使用する冷水蓄熱方法と氷蓄熱方法があるが、設備スペースの効率的利用等の面から、より省スペースで蓄熱が可能な氷蓄熱方法が多用されている。
【０００４】
蓄熱用製氷方法には、スタティック方式とダイナミック方式がある。前者は、製氷用熱交換器の伝熱面に氷を着氷させ成長させる方式であるが、氷厚の増大に伴って伝熱効率が低下する。後者は、製氷用熱交換器の伝熱面に着氷した氷を間歇的に剥離させる剥離方式と、過冷却水を作り、過冷却状態を解除することにより相変化させ、氷を生成する過冷却方式がある。氷生成効率の有利性から過冷却方式が注目されている。
【０００５】
過冷却方式は、例えば、下記特許文献１〜３に開示されているように、蓄熱槽内に貯溜された水を取出し製氷熱交換器に導き、冷凍機で冷却された冷媒またはブライン（以下、冷媒と総称することもある）と熱交換して水を製氷熱交換器で凝固点温度以下の過冷却状態にまで冷却する。そして、この水を蓄熱槽内に戻すとき、槽内の液面との衝突により過冷却を解除して一部を氷に相変化し、シャーベット状の氷にするものである。
【０００６】
この蓄熱用製氷方法により得られる蓄熱媒体は、水を相変化させた氷であるため、０℃の温度を得る程度であるが、ビル空調などの冷房に利用する場合には問題はない。
【０００７】
しかし、空調以外の分野で利用する場合、例えば、アルコール飲料、レトルト食品、乳製品などのような食品や飲料に関する分野では、さらに低温の冷熱源を必要とする場合がある。このような低温の冷熱源は、水の氷蓄熱媒体で得ることは難しい。
【０００８】
そこで、本発明者らは、アルコールや塩化ナトリウムなどを含む水溶液を蓄熱媒体として利用することに着目した。このような水溶液は、凍結温度が−１０℃程度になり、食品や飲料に関する分野の冷熱源としても利用できる。
【０００９】
ところが、水溶液は、その種類のみでなく個々の水溶液の濃度によっても凍結させる場合の温度が変化し、単純に前記蓄熱用製氷方法を水溶液の場合に転用することは困難である。水を相変化させる場合は、水の凝固点温度が大気圧下では０℃と常に一定であるため、０℃＋α℃の一定温度に昇温（予熱）し製氷熱交換器に送水すれば、製氷熱交換器内で凍結することはなく、−２℃程度の過冷却水が安定的に得られる。また、この水を冷却するブラインについても、０℃−β℃（＝−３℃）の一定温度にし、製氷熱交換器に送れば、製氷熱交換器内で過冷却水が凝固することなく安定的に流出させることができる。
【００１０】
ところが、水溶液を冷却すると、まず、水溶液中の水分のみが相変化することになり、このため、製氷量の増加に伴い水溶液が濃縮され、水溶液の凝固点が降下することになり、水のような画一的で安定的な過冷却状態を得ることが難しい。
【００１１】
また、水溶液の濃縮と、凝固点の降下により水溶液の粘性も増大する。粘性の増大は、水溶液のみでなく、ブラインについても生じる。このため、蓄熱用製氷方法で水溶液を相変化させる場合は、水の場合を単純に流用できない。
【特許文献１】特許第２５７７１５６号公報（請求項１および図１参照）
【特許文献２】特許第２９１１７１０号公報（請求項１および図１参照）
【特許文献３】特開平７−８３５４７号公報（図１、要約参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、水を相変化させた氷では得られない低温の蓄熱媒体を、水溶液を相変化させることにより安定的に得るための蓄熱用製氷方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、凝固点の降下と粘性の増大の両面から水溶液を制御することにより上記目的を達成し、本発明を完成するに至ったのである。凝固点降下の対策としては、水溶液の凝固点温度をＴｇ（℃）とすると、製氷量に伴う水溶液の濃縮によりＴｇ（℃）は降下するが、このような温度降下の中で製氷熱交換器へ水溶液を供給する温度をＴｇ＋α（℃）に制御する必要がある。そのためには、ある製氷量の条件で、凝固点温度Ｔｇ（℃）を把握する必要があるが、蓄熱槽内で水溶液と氷が共存している場合の水溶液の温度Ｔｋ（℃）（以下、氷液共存温度Ｔｋ℃と略称する）が、製氷状態如何に拘わらず、まさにＴｇ（℃）とイコールである点に着目し、この氷液共存温度Ｔｋ℃をベースにして製氷熱交換器へ水溶液を供給する温度、製氷熱交換器へ供給するブラインの温度が所定の設定値になるように制御することにより行なう。
【００１４】
一方、粘性増大の対策としては、水溶液およびブラインそれぞれにおいて、一定の循環量が確保されるように流量制御することにより行なう。
【００１５】
このような制御を行なうと、製氷熱交換器内で過冷却された水溶液を、凝固させることなく安定的に液状態のままで製氷熱交換器から流出させることができることから、水溶液を相変化させて低温の蓄熱用氷を安定的に得ることができることになる。
【００１６】
つまり、本発明の目的は、下に記する手段により達成される。
【００１７】
（１）  蓄熱槽内からの製氷用流体と、冷凍機で冷却されたブラインとをそれぞれ製氷熱交換器に導いて両者を熱交換し、前記製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷方法であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記製氷熱交換器に導入される前記水溶液の温度が蓄熱槽内の水溶液の氷液共存温度より所定温度だけ高温となるように、また、前記製氷熱交換器に導かれるブラインの温度が前記氷液共存温度より所定温度だけ低温になるように、それぞれ制御し前記製氷熱交換器に導入することを特徴とする蓄熱用製氷方法。
【００１８】
（２）  蓄熱槽内からの製氷用流体と、冷凍機で冷却されたブラインとをそれぞれ製氷熱交換器に導いて両者を熱交換し、前記製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷方法であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記蓄熱槽から製氷熱交換器に導かれる水溶液の流量が、前記水溶液の温度降下および濃縮による粘性増加に伴って所定流量以下になると、流量制御手段により前記所定流量に戻すことを特徴とする蓄熱用製氷方法。
【００１９】
（３）  蓄熱槽内からの製氷用流体と、冷凍機で冷却されたブラインとをそれぞれ製氷熱交換器に導いて両者を熱交換し、前記製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷方法であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記冷凍機から製氷熱交換器に導かれるブラインの流量が温度降下に伴って所定流量以下になると、流量制御手段により前記所定流量に戻すことを特徴とする蓄熱用製氷方法。
【００２０】
（４）  前記水溶液を氷液共存温度より高温にする温度は、０．５℃〜１．５℃であり、前記冷媒を氷液共存温度より低温状態とする温度は、３．５℃〜４．５℃である前記（１）の蓄熱用製氷方法。
【００２１】
（５）  前記水溶液は、アルコール水溶液である前記（１）〜（４）の蓄熱用製氷方法。
【００２２】
（６）  前記水溶液は、塩化ナトリウム水溶液である前記（１）〜（４）の蓄熱用製氷方法。
【００２３】
（７）  内部に製氷用流体が貯溜された蓄熱槽と、
対向配置された複数の伝熱プレート間に、ブラインが流れる冷媒用流路および、前記製氷用流体が流れる前記製氷用流体用流路が形成されたプレート型の製氷熱交換器と、
前記蓄熱槽と製氷熱交換器との間で前記製氷用流体を循環させる製氷用流体循環回路と、
冷凍機で冷却されたブラインを前記製氷熱交換器に導く冷媒循環回路と、
を有し、
前記製氷熱交換器で製氷用流体と冷媒を熱交換することにより、製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷装置であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用することとし、前記製氷熱交換器に流入する前記水溶液の温度を氷液共存温度より所定温度だけ高温に制御する水溶液制御部と、前記ブラインの温度を前記氷液共存温度より所定温度だけ低温に制御する冷媒温度制御部とを有することを特徴とする蓄熱用製氷装置。
【００２４】
（８）  内部に製氷用流体が貯溜された蓄熱槽と、
対向配置された複数の伝熱プレート間に、ブラインが流れる冷媒用流路および、前記製氷用流体が流れる前記製氷用流体用流路が交互に形成されたプレート型の製氷熱交換器と、
前記蓄熱槽と前記製氷熱交換器との間で前記製氷用流体が循環される製氷用流体循環回路と、
冷凍機と前記製氷熱交換器との間でブラインが循環されるブライン循環回路と、
を有し、
前記製氷熱交換器で製氷用流体とブラインを熱交換することにより製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷装置であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記製氷用流体循環回路を循環する水溶液の流量が、前記水溶液の温度降下および濃縮による粘性増加に伴って所定流量より低下すると、前記所定流量に戻す流量制御手段を有することを特徴とする蓄熱用製氷装置。
【００２５】
（９）  内部に製氷用流体が貯溜された蓄熱槽と、
対向配置された複数の伝熱プレート間に、ブラインが流れるブライン用流路および、前記製氷用流体が流れる前記製氷用流体用流路が形成されたプレート型の製氷熱交換器と、
前記蓄熱槽と製氷熱交換器との間で前記製氷用流体を循環させる製氷用流体循環回路と、
冷凍機で冷却されたブラインを前記製氷熱交換器に導くブライン循環回路と、
を有し、
前記製氷熱交換器で製氷用流体とブラインを熱交換することにより、製氷用流体を過冷却状態に冷却して前記蓄熱槽内に戻し、シャーベット状の氷を製造する蓄熱用製氷装置であって、
前記製氷用流体として水溶液を使用し、前記ブライン循環回路を循環するブライン量が、当該ブラインの温度の降下に伴って所定流量より低下すると、前記所定流量に戻す流量制御手段を有することを特徴とする蓄熱用製氷装置。
【００２６】
（１０）  前記水溶液を氷液共存温度より高温にする温度は、０．５℃〜１．５℃であり、前記冷媒を氷液共存温度より低温状態とする温度は、３．５℃〜４．５℃である前記（７）の蓄熱用製氷装置。
【００２７】
（１１）  前記水溶液は、アルコール水溶液である前記（７）〜（１０）の蓄熱用製氷装置。
【００２８】
（１２）  前記水溶液は、塩化ナトリウム水溶液である前記（７）〜（１０）の蓄熱用製氷装置。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、製氷用流体として水溶液を使用し、蓄熱槽内での氷液共存温度を基準に水溶液の温度を制御し、製氷するので、過冷却方式の有利性を生かしつつ、より低温の冷熱源を得ることができる。
【００３０】
請求項１，７の発明は、製氷熱交換器に流入する水溶液の温度を、氷液共存温度を基準に制御し、また、冷媒に関しては冷凍機を制御して冷媒の温度を、氷液共存温度を基準に制御するので、簡単な制御で製氷熱交換器内の水溶液を安定的に過冷却とすることができ、蓄熱槽内に戻し過冷却を解除して相変化させ、シャーベット状の氷を得ることができる。
【００３１】
請求項２，８の発明は、蓄熱槽から製氷熱交換器に導かれる水溶液の流量が温度降下および濃縮による粘性増加に伴って所定流量より低下すると、水溶液の流量を流量制御手段の調整により所定流量に戻すので、製氷量の増加に伴い水溶液が濃縮され、凝固点が降下し、水溶液の粘性が増大しても、水溶液の流量が確保され、安定的な過冷却状態を得ることができる。
【００３２】
請求項３，９の発明は、冷凍機から製氷熱交換器へのブラインの流量がブラインの温度降下に伴って所定流量より低下すると、ブラインの流量を流量制御手段の調整により所定流量に戻すので、ブラインの粘性が増大しても、ブラインの流量が確保され、安定的な過冷却状態を得ることができる。
【００３３】
請求項４，１０の発明は、水溶液の温度を氷液共存温度より０．５〜１．５℃上昇させ、冷媒の温度を氷液共存温度より３．５℃〜４．５℃の低温状態にすれば、製氷熱交換器内で水溶液を安定的に過冷却とすることができる。
【００３４】
請求項５，６，１１，１２の発明は、水溶液をアルコール水溶液あるいは塩化ナトリウム水溶液としたので、安価にかつ簡単に低温の冷熱源を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
図１は本発明の実施形態に係る蓄熱用製氷装置の概略を示す図、図２はプレート型熱交換器を示す概略斜視図である。
【００３７】
本実施形態に係る蓄熱用製氷装置は、図１に示すように、内部に製氷用流体としての水溶液Ｗが貯溜された蓄熱槽１と、製氷熱交換器１０と、蓄熱槽１と製氷熱交換器１０との間で水溶液Ｗを循環させる水溶液循環回路２と、冷凍機３からの冷媒で冷却されたブラインＢを貯留するブラインタンク４と、ブラインタンク４と製氷熱交換器１０との間でブラインＢを循環させるブライン循環回路５と、を有している。
【００３８】
製氷熱交換器１０は、図２に示すように、対向配置された複数の伝熱プレート１１間に、ブラインＢが流れるブライン用流路１２と、ブライン用流路１２間に形成された水溶液Ｗが流れる水溶液用流路１３とを有するプレート型熱交換器である。このプレート型熱交換器は、ブラインＢと水溶液Ｗとの伝熱面積が大きいので、熱交換性能に優れたものであり、伝熱プレート１１の枚数の増減により能力調整が容易にでき、コンパクト化や省スペース化が図れ、伝熱プレート１１の保守点検も容易となる等、多くの利点を有している。特に、プレート型熱交換器は、その構造上、液体の流路が狭く複雑なため、製氷には不向きであるが、前述したような温度や流量を制御することでこれを可能にしている。
【００３９】
水溶液循環回路２は、蓄熱槽１内の水溶液Ｗを製氷熱交換器１０に導く流入側管路２ａと、製氷熱交換器１０から排出された水溶液Ｗを蓄熱槽１に導く排出側管路２ｂとを有している。
【００４０】
流入側管路２ａには、蓄熱槽１内の水溶液Ｗの温度を検知する温度検知部材２１と、水溶液Ｗを循環させる水溶液用のポンプＰ１と、流通する水溶液Ｗの量を制御する流量制御弁２２と、蓄熱槽１から流出する水溶液Ｗの温度が氷液共存温度Ｔｋ℃以下になると、水溶液Ｗを予熱する予熱手段２３と、製氷熱交換器１０に流入する水溶液Ｗの温度Ｔ１℃を検知する流入温度検知部材２４と、循環する水溶液Ｗの流量を検知する水溶液用の流量計２５と、槽内温度検知部材２１、流入温度検知部材２４および流量計２５からの測定データが入力され、これら測定データによりポンプＰ１や流量制御弁２２あるいは予熱手段２３を制御する水溶液制御部Ｃｗと、が設けられている。
【００４１】
排出側管路２ｂは、製氷熱交換器１０内で過冷却状態にされた水溶液Ｗを蓄熱槽１内に戻す管路であるため、排出側管路２ｂ自体は、内部を過冷却状態の水溶液Ｗが閉塞することなく円滑に流れるように、平滑形状でかつ樹脂材質とすることが好ましく、また、管路の曲り部の曲率半径は極力大きな値になるように設定し、過冷却状態の水溶液Ｗが刺激されることなく円滑に流れることが好ましい。排出側管路２ｂの蓄熱槽側の端部２６は、蓄熱槽１の上部に臨まされた開放端部であり、過冷却状態にされた水溶液Ｗを蓄熱槽１に吐出することにより相変化させるようになっている。過冷却状態にされた水溶液Ｗは、蓄熱槽１内に戻るとき、液面と衝突することにより過冷却が解除され、一部が相変化し、シャーベット状の氷Ｋになる。
【００４２】
ブライン循環回路５は、ブラインタンク４に貯溜されたブラインＢを製氷熱交換器１０に導く流入側管路５ａと、製氷熱交換器１０から流出したブラインＢをブラインタンク４に戻す排出側管路５ｂとを有している。
【００４３】
流入側管路５ａには、ブラインタンク４からのブラインＢを製氷熱交換器１０に送るブライン用のポンプＰ２と、流通するブラインＢの量を制御する流量制御弁５２と、製氷熱交換器１０に流入するブラインＢの温度Ｔ２℃を検知する流入温度検知部材５４と、循環するブラインＢの流量を検知するブライン用の流量計５５と、流入温度検知部材５４および流量計５５からの測定データが入力され、この測定データによりポンプＰ２や弁５２あるいは冷凍機３を制御するブライン制御部Ｃｂと、が設けられている。
【００４４】
次に、本実施形態に係る蓄熱用製氷方法を説明する。
【００４５】
製氷用流体としての水溶液Ｗが常温の状態にあり、この状態で冷凍機３とポンプＰ１，Ｐ２を作動すると、冷凍機３で冷却されたブラインＢがブラインタンク４に貯留され、ブラインタンク４からポンプＰ２により取出されたブラインＢと、ポンプＰ１により取出された蓄熱槽１内の水溶液Ｗが、製氷熱交換器１０に流入し、相互に熱交換し、低温になった水溶液Ｗは、排出側管路２ｂを通って蓄熱槽１に戻され、ブラインＢもブラインタンク４に戻される。
【００４６】
運転開始後間もない時間帯は、蓄熱槽１内では、水溶液Ｗ中の水分が、次第に凝固されて小さな粒のシャーベット状の氷Ｋが増加するが、この氷Ｋの増加に伴って水溶液Ｗの濃度も次第に増大し、水溶液Ｗの凝固点温度Ｔｇ℃も低下することになる。
【００４７】
しかし、本実施形態では、氷液混在する蓄熱槽１から流出する水溶液Ｗの温度、氷液共存温度Ｔｋ℃が凝固点Ｔｇ℃と同じである点を利用し、この氷液共存温度Ｔｋ℃（＝Ｔｇ℃）を基準にして、製氷熱交換器１０に流入する水溶液Ｗの温度Ｔ１℃を制御し、水溶液Ｗであっても正常な過冷却状態で製氷熱交換器１０から流出させるようにしている。
【００４８】
また、水溶液Ｗの濃縮と温度低下に伴って水溶液Ｗの流体粘性が増加するが、この粘性の増加によるものと思われる、製氷熱交換器１０に流入する水溶液Ｗの流量低下が生じる。この流量低下にも対処しなければ、水溶液Ｗを正常な過冷却状態で流すことはできないので、水溶液Ｗの流量も制御している。
【００４９】
ブラインＢは、氷液共存温度Ｔｋ℃（＝Ｔｇ℃）より所定温度低い状態を維持しなければならず、しかも、ブラインＢに関しても水溶液Ｗと同様、ブラインＢの温度降下により粘性が増加し、これに伴ってブライン循環回路５を流通するブラインＢの流量低下が生じるので、ブラインＢの流量低下に対しても対処している。
【００５０】
したがって、本実施形態の蓄熱用製氷方法では、水溶液Ｗを過冷却状態のまま製氷熱交換器１０から流出させ、蓄熱槽１内で円滑に相変化させるために、水溶液ＷやブラインＢの温度制御と流量低下の防止を行なっている。水溶液の温度制御と流量制御、ブラインの温度制御と流量制御を項分けて説明する。
【００５１】
＜水溶液の温度制御＞
冷凍機３とポンプＰ１の運転を継続すると、蓄熱槽１内の水溶液Ｗは次第に冷却され、氷の量も増加する。これに伴って蓄熱槽１内の水溶液Ｗの濃度も増大し、水溶液Ｗの凝固点温度Ｔｇが低下することになり、蓄熱槽１内での水溶液Ｗの温度も低下する。
【００５２】
しかし、水溶液Ｗと氷Ｋが共存している状態の蓄熱槽１内から流出された水溶液Ｗの温度である氷液共存温度Ｔｋ℃（＝Ｔｇ℃）は、凝固点Ｔｇ℃と同じ温度であるため、本実施形態では、この氷液共存温度Ｔｋ℃を基準として水溶液制御部Ｃｗと水溶液制御部ＣｗがブラインＢの温度と水溶液Ｗの温度を制御している。
【００５３】
水溶液制御部Ｃｗは、水溶液Ｗの製氷熱交換器１０に流入する直前の温度Ｔ１を流入温度検知部材２４により検知し、槽内温度検知部材２１により検知した氷液共存温度Ｔｋ℃（＝Ｔｇ℃）と比較し、Ｔ１がＴｋより高温であればそのまま流し、低温であれば、予熱手段３３を作動して水溶液Ｗを加熱し、水溶液Ｗの温度Ｔ１をＴｋ＋αの一定温度にまで高めた後に、製氷熱交換器１０に流入させる。
【００５４】
Ｔ１＝Ｔｋ＋α……………（１）
の関係で温度制御を行なう。
【００５５】
ここにおいて、「α」は、０．５℃〜１．５℃の範囲であればよいことが実験により立証されている。この値は、製氷熱交換器１０に氷液共存温度Ｔｋ℃の水溶液Ｗが流入した場合において、水溶液Ｗが凍結せず、正常な過冷却状態となって安定的に製氷熱交換器１０から流出する場合を実験により求めたものである。
【００５６】
したがって、本実施形態では、氷液共存温度Ｔｋ℃（＝Ｔｇ℃）を基準として、製氷熱交換器１０に流入する直前の水溶液Ｗの温度を制御するので、水溶液Ｗは、製氷熱交換器１０でブラインＢにより冷却され、過冷却状態になり易く、液状態のまま製氷熱交換器１０から流出され、蓄熱槽１内で相変化し、貯留されることになる。
【００５７】
＜ブラインの温度制御＞
一方、水溶液Ｗの温度は、ブラインＢの温度によっても変化するので、ブラインＢの温度も制御する必要がある。ブラインＢの温度Ｔ２は、水溶液Ｗの氷液共存温度Ｔｋ＝Ｔｇ℃より所定温度βだけ低温である必要がある。
【００５８】
Ｔ２＝Ｔｋ−β……………（２）
の関係が必要である。
【００５９】
ここにおいて、「β」は、３．５℃〜４．５℃の範囲あればよいことが実験により立証されている。この値も、製氷熱交換器１０に氷液共存温度Ｔｋ℃の水溶液Ｗが流入した場合において、水溶液Ｗが凍結せず、正常な過冷却状態となって製氷熱交換器１０から流出する場合を実験により求めたものである。
【００６０】
ブライン制御部Ｃｂは、流入温度検知部材５４が検知したブラインＢの温度Ｔ２が、前記（２）式を充足するように、冷凍機３の作動状態を制御し、製氷熱交換器１０に流入するブラインＢの温度Ｔ２が水溶液Ｗの氷液共存温度Ｔｋ℃（＝Ｔｇ℃）より３．５℃〜４．５℃低い温度になるように制御する。
【００６１】
この結果、ブラインＢは、水溶液Ｗが製氷熱交換器１０内で凍結せず、過冷却状態を保持した状態で円滑に流出するように、水溶液Ｗを冷却することになる。
【００６２】
＜水溶液の流量制御＞
水溶液Ｗは、濃縮と凝固点温度Ｔｇの低下に伴って水溶液Ｗの流体粘性が増加し、製氷熱交換器１０に流入する水溶液Ｗの流量低下が生じる。水溶液Ｗが流量低下し、ブラインＢが正常に流れていると、水溶液Ｗの温度が低下し、製氷熱交換器１０内で過冷却状態を保持しつつ円滑に流れない虞がある。
【００６３】
このため、本実施形態では、水溶液Ｗが製氷熱交換器１０内で過冷却状態を保持しつつ円滑に流れている正常な状態の流量を予め水溶液制御部Ｃｗに入力しておき、水溶液循環回路２に設けられた流量計２５からの測定データと比較し、水溶液Ｗの流量が低下したと判断すれば、流量制御弁２２の開度を大きくし、水溶液Ｗの流量を増大している。なお、水溶液制御部Ｃｗからの信号によりポンプＰ１の回転数を高め、水溶液Ｗの流量を増大してもよい。
【００６４】
これにより製氷熱交換器１０に流入する水溶液Ｗは、所定流量が確保され、水溶液Ｗを正常な過冷却状態で流すことができる。
【００６５】
＜ブラインの流量制御＞
ブラインＢに関しても、その温度降下により粘性が増加する。特に、ブラインタンクに一旦貯留されるブラインＢは、外気温の影響を受け易く、外気温が低下すると、これに伴って粘性が増加する。
【００６６】
ブラインＢの粘性が増加すれば、ブライン循環回路５を流通するブラインＢの流量が低下することになり、水溶液Ｗの冷却能力が低下する虞がある。
【００６７】
このため、本実施形態では、水溶液Ｗが製氷熱交換器１０内で過冷却状態を保持しつつ円滑に流れている正常な状態の流量を予め水溶液制御部Ｃｗに入力しておき、ブライン循環回路５に設けられた流量計５５からの測定データと比較し、ブラインＢの流量が低下したと判断すれば、流量制御弁５２の開度を大きくし、ブラインＢの流量を増大している。なお、ブライン制御部Ｃｂからの信号によりポンプＰ２の回転数を高め、ブラインＢの流量を増大してもよい。
【００６８】
これにより製氷熱交換器１０に流入するブラインＢは、ブラインＢの粘性が増加しても、正常な熱交換が行われる所定流量が確保され、正常な過冷却状態の水溶液Ｗにすることができる。
【００６９】
＜実験例１＞
図３は０．８０容量％のアルコール水溶液の実験結果を示す測定データ表、図４は同測定データ表に基づいて作成したグラフである。
【００７０】
水溶液Ｗとして０．８０容量％のアルコールを、ブラインＢとしてエチレングリコール溶液を使用した。水溶液Ｗの循環流量を、１．００ｍ３／ｈ、ブラインＢの循環流量を、１．４０ｍ３／ｈで一定とした。水溶液Ｗの蓄熱槽１から流出する温度Ｔｋ℃（＝Ｔｇ℃）と、溶液の製氷熱交換器１０に流入する温度Ｔ１℃を測定し、水溶液Ｗの製氷熱交換器１０に流入する温度がＴ１＝Ｔｋ＋α℃になるように制御した。αは１．５℃とした。
【００７１】
一方、ブラインＢの製氷熱交換器１０に流入する温度Ｔ２を測定し、ブラインＢの製氷熱交換器１０に流入する温度がＴ２＝Ｔｋ−β℃になるように制御した。βは４．５℃とした。
【００７２】
この結果、図３に示すように、製氷熱交換器１０の出口における水溶液Ｗの温度は、略−１．３４℃〜−１．４９℃であり、安定した過冷却状態の水溶液Ｗが流れ、これが蓄熱槽１内に送られて相変化し、シャーベット状の氷になった。蓄熱槽１内の温度も、略−０．２２℃〜−０．２７℃という安定した温度状態となった。
【００７３】
＜実験例２＞
図５は１．２０容量％のアルコール水溶液の実験結果を示す測定データ表、図６は同測定データ表に基づいて作成したグラフである。
【００７４】
水溶液Ｗとして１．２０容量％のアルコールを使用し、ブラインＢとしては、前記同様のエチレングリコール溶液を使用した。水溶液Ｗの循環流量も、１．００ｍ３／ｈ、ブラインＢの循環流量も、１．４０ｍ３／ｈと、同様とした。水溶液Ｗの蓄熱槽１から流出する温度Ｔｋ℃（＝Ｔｇ℃）と、水溶液Ｗの製氷熱交換器１０に流入する温度Ｔ１を測定し、水溶液Ｗの製氷熱交換器１０に流入する温度がＴ１-＝Ｔｇ＋αになるように制御した。αは１．５℃とした。
【００７５】
一方、ブラインＢの製氷熱交換器１０に流入する温度Ｔ２を測定し、ブラインＢの製氷熱交換器１０に流入する温度がＴ２＝Ｔｋ−βになるように制御した。βは４．５℃とした。
【００７６】
この結果、図５に示すように、製氷熱交換器１０の出口温度は、略−１．３６℃〜−１．５９℃であり、安定した過冷却状態の水溶液Ｗが流れ、これが蓄熱槽１内に送られて相変化し、シャーベット状の氷になった。蓄熱槽１内の温度も、略−０．３２℃〜−０．４４℃という安定した温度状態となった。
【００７７】
＜実験例３＞
図７は３．３８重量％の塩化ナトリウム水溶液の実験結果を示す測定データ表、図８は同測定データ表に基づいて作成したグラフである。
【００７８】
水溶液Ｗとして３．３８重量％の塩化ナトリウム溶液を使用し、ブラインＢとして塩化ナトリウム溶液を使用した。水溶液Ｗの循環流量を、１．００ｍ３／ｈ、ブラインＢの循環流量を、１．１０ｍ３／ｈで一定とした。水溶液Ｗの蓄熱槽１から流出する温度がＴｋ℃（＝Ｔｇ℃）と、水溶液Ｗの製氷熱交換器１０に流入する温度Ｔ１を測定し、水溶液Ｗの製氷熱交換器１０に流入する温度がＴ１＝Ｔｋ＋αになるように制御した。αは１．５℃とした。
【００７９】
一方、ブラインＢの製氷熱交換器１０に流入する温度Ｔ２を測定し、ブラインＢの製氷熱交換器１０に流入する温度がＴ２＝Ｔｋ−βになるように制御した。βは４．５℃とした。
【００８０】
この結果、図７に示すように、製氷熱交換器１０の出口温度は、略−１．３６℃〜−１．５９℃であり、安定した過冷却状態の水溶液Ｗが流れ、これが蓄熱槽１内に送られて相変化し、シャーベット状の氷になった。蓄熱槽１内の温度も、略−２．０６℃〜−２．５２℃という安定した温度状態となった。
【００８１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。例えば、前記実施形態では、水溶液の温度制御と流量制御、ブラインの温度制御と流量制御を全て行なっているが、必ずしも全ての制御を行なうことはなく、水溶液ＷとブラインＢの温度制御、水溶液Ｗの流量制御あるいはブラインＢの流量制御をそれぞれ個別に行なってもよい。水溶液ＷとブラインＢの温度制御のみを行なうと、水溶液Ｗの凝固点温度Ｔｇ℃が低下しても、水溶液Ｗを正常な過冷却状態で流すことができる。また、水溶液Ｗの流量制御あるいはブラインＢの流量制御のみを行なうと、水溶液ＷやブラインＢの凝固点温度Ｔｇ℃の低下に伴う粘性の増大に対処でき、水溶液Ｗを使用して製氷する場合に有効性を発揮するものである。
【００８２】
また、本実施形態では、ブラインＢとして、例えば、エチレングリコール溶液などを使用しているが、これのみでなく、塩化カリウム、アンモニア、塩化マグネシウム、炭酸カリウム、塩化カルシウムなど種々の溶液を使用することができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明にかかる蓄熱用製氷方法と装置は、食品や飲料に関する分野での低温の冷熱源を得るものに適している。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄熱用製氷装置の概略図である。
【図２】プレート型熱交換器を示す概略斜視図である。
【図３】０．８０容量％のアルコール水溶液の実験結果を示すグラフである。
【図４】同アルコール水溶液の実験結果を示す測定データ表である。
【図５】１．２０容量％のアルコール水溶液の実験結果を示すグラフである。
【図６】同アルコール水溶液の実験結果を示す測定データ表である。
【図７】３．３８重量％の塩化ナトリウム水溶液の実験結果を示すグラフである。
【図８】同塩化ナトリウム水溶液の実験結果を示す測定データ表である。
【符号の説明】
【００８５】
１…蓄熱槽、
２…製氷用流体循環回路、
３…冷凍機、
５…冷媒循環回路、
１０…プレート型の製氷熱交換器（製氷熱交換器）、
１１…伝熱プレート、
１２…冷媒用流路、
１３…製氷用流体用流路、
２２…流量制御弁（流量制御手段）、
２３…予熱手段、
５２…流量制御弁（流量制御手段）、
Ｂ…ブライン（冷媒）、
Ｃｂ…冷媒温度制御部、
Ｃｗ…水溶液制御部、
Ｋ…氷、
Ｔ１…水溶液の温度、
Ｔ２…ブライン（冷媒）の温度、
Ｔｇ…水溶液の凝固点温度、
Ｔｋ…氷液共存温度、
Ｗ…水溶液。
【図１】
2006112652.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006112652.tif 000008
【図７】
2006112652.tif 000009
【図８】
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