(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒が流通する熱交換部と、
前記熱交換部の外表面から第１距離離間した位置に配置される第１温度検出部と、
前記熱交換部の外表面から第１距離よりも小さい第２距離離間した位置に配置される第２温度検出部と、
前記熱交換部を収容すると共に水を収容し、該熱交換部における熱交換により該熱交換部の外表面に製氷して蓄熱する蓄熱槽と、
前記熱交換部との間で冷媒を循環させる冷凍機と、
前記冷凍機の動作を制御する制御部と、を備える蓄氷装置であって、
前記制御部は、
前記第１温度検出部により検出された温度が、氷点下でありかつ過冷却水が存在し得る温度に設定される第１設定温度以下の状態が第１設定時間継続した場合であって、かつ、前記第１温度検出部により検出された温度と前記第２温度検出部により検出された温度との差が、過冷却状態の水では生じ得ない温度差に設定される第２設定温度以上の状態が第２設定時間継続した場合に、前記冷凍機を停止させる蓄氷装置であって、
前記制御部は、前記第１温度検出部により検出された温度が前記第１設定温度よりも低い第３設定温度以下の状態が第３設定時間継続した場合、前記冷凍機を停止させる蓄氷装置。
【請求項２】
前記第３設定温度は、過冷却水が存在できない温度に設定される請求項１に記載の蓄氷装置。
【請求項３】
前記第２距離は、前記第１距離の４０％〜９０％の長さに設定される請求項１又は請求項２に記載の蓄氷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄氷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水が収容される蓄熱槽と、この蓄熱槽に収容され内部を冷媒が流通する熱交換部と、この熱交換部との間で冷媒を循環させる冷凍機と、を備え、蓄熱槽に収容した水を熱交換部により熱交換することで凍結させて熱交換部の表面に製氷して蓄熱する蓄氷装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５５９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような蓄氷装置では、熱交換部の表面に均一の厚さに製氷することで、蓄熱槽に収容された水を好適に冷却できる。そのため、蓄氷装置には、熱交換部の表面の氷厚を測定する氷厚センサが配置される。氷厚センサとしては、複数の電極からなりこれらの電気伝導度の変化により熱交換部の表面への着氷を検出する氷厚センサ、又は温度センサにより熱交換部の表面の近傍の水の温度を測定することで着氷を検出する氷厚センサが用いられる。
【０００５】
ここで、温度センサにより氷厚センサを構成した場合、蓄熱槽に収容された水が過冷却状態になると、着氷を誤検知してしまう場合があった。また、過冷却による着氷の誤検知を防ぐために着氷の判定温度を低く設定した場合には、氷厚が厚くなってしまい、所望の氷厚を得られない。
【０００６】
従って、本発明は、温度センサにより氷厚センサを構成した場合に、正確に着氷を判定できる蓄氷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内部に冷媒が流通する熱交換部と、前記熱交換部の外表面から第１距離離間した位置に配置される第１温度検出部と、前記熱交換部の外表面から第１距離よりも小さい第２距離離間した位置に配置される第２温度検出部と、前記熱交換部を収容すると共に水を収容し、該熱交換部における熱交換により該熱交換部の外表面に製氷して蓄熱する蓄熱槽と、前記熱交換部との間で冷媒を循環させる冷凍機と、前記冷凍機の動作を制御する制御部と、を備える蓄氷装置であって、前記制御部は、前記第１温度検出部により検出された温度が第１設定温度以下の状態が第１設定時間継続した場合であって、かつ、前記第１温度検出部により検出された温度と前記第２温度検出部により検出された温度との差が第２設定温度以上の状態が第２設定時間継続した場合に前記冷凍機を停止させる蓄氷装置に関する。
【０００８】
また、前記制御部は、前記第１温度検出部により検出された温度が前記第１設定温度よりも低い第３設定温度以下の状態が第３設定時間継続した場合、前記冷凍機を停止させることが好ましい。
【０００９】
また、前記第３設定温度は、過冷却水が存在できない温度に設定されることが好ましい。
【００１０】
また、前記第１設定温度は、氷点下でありかつ過冷却水が存在し得る温度に設定されることが好ましい。
【００１１】
また、前記第２距離は、前記第１距離の４０％〜９０％の長さに設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の蓄氷装置によれば、温度センサにより氷厚センサを構成した場合に、正確に着氷を判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る蓄氷装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る蓄氷装置の蓄熱槽部分を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ部分を拡大して示す斜視図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の蓄氷装置の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の蓄氷装置１は、外融式の蓄氷装置であり、図１に示すように、蓄熱槽１０と、この蓄熱槽１０の内部に配置される熱交換部としてのコイル式熱交換器２０、第１温度検出部としての第１温度センサ３０、第２温度検出部としての第２温度センサ４０、及び空気供給配管５０と、空気供給配管５０に配置されるエアポンプ６０と、冷凍機７０と、制御部８０と、を備える。
【００１５】
蓄熱槽１０は、直方体形状の断熱性を有する容器により構成される。蓄熱槽１０の内部には、水が貯留される。
【００１６】
コイル式熱交換器２０は、蓄熱槽１０の内部に配置される。コイル式熱交換器２０は、銅管が所定の間隔毎に折り返されて構成され、所定間隔をあけて並行して配置される複数の直線部分２１と、隣り合う２つの直線部分２１をつなぐ複数の折り返し部分２２と、を備える。コイル式熱交換器２０は、直線部分２１が水平方向に沿うように蓄熱槽１０の内部に配置される。より詳細には、コイル式熱交換器２０は、直線部分２１を水平方向に配置した状態で、水平に折り返される折り返し部分２２ａと、斜め下方又は斜め上方に折り返される折り返し部分２２ｂとが交互に配置されて構成される。
コイル式熱交換器２０の一端部２０ａ及び他端部２０ｂは、蓄熱槽１０の上面に配置される。
コイル式熱交換器２０の内部には、一端部２０ａ側から他端部２０ｂ側に向かって冷媒が流通する。
【００１７】
第１温度センサ３０は、コイル式熱交換器２０の表面から第１距離Ｄ１離間した位置に配置され、当該位置の温度を検出する。第１距離Ｄ１は、コイル式熱交換器２０の表面に形成したい氷の厚さＤに応じて適宜設定される。より具体的には、第１距離Ｄ１は、コイル式熱交換器２０の表面に形成したい氷の厚さＤよりも若干短い距離に設定される。
【００１８】
第２温度センサ４０は、コイル式熱交換器２０の表面から第１距離Ｄ１よりも小さい第２距離Ｄ２離間した位置に配置され、当該位置の温度を検出する。第２距離Ｄ２は、後述するように、コイル式熱交換器２０の表面への着氷を正確に判定する観点から、第１距離Ｄ１の４０％〜９０％の長さに設定されることが好ましい。本実施形態では、第２距離Ｄ２は、第１距離Ｄ１の４０％の長さに設定されている。
【００１９】
第１温度センサ３０及び第２温度センサ４０は、図３に示すように、蓄熱槽１０の内面に固定されたステイ３１，４１を介して所定の位置に配置される。本実施形態では、第１温度センサ３０及び第２温度センサ４０は、コイル式熱交換器２０の一端部２０ａ側における水平方向に折り返される折り返し部分２２ａのうち最も上部に配置される折り返し部分２２ａの外表面から第１距離Ｄ１又は第２距離Ｄ２離間した位置に配置される。
【００２０】
空気供給配管５０は、蓄熱槽１０の内部に空気を供給する。本実施形態では、空気供給配管５０は、蓄熱槽１０の内部において上下方向に延びる鉛直部分５１と、この鉛直部分５１の下端部から水平方向に延びる水平部分５２と、を備える。水平部分５２には、例えば、長手方向に所定間隔をあけて配置された貫通孔が形成されており、空気供給配管５０を流通する空気は貫通孔から蓄熱槽１０の内部に放出される。
エアポンプ６０は、蓄熱槽１０の上部に配置され、空気供給配管５０の鉛直部分の上端部に接続される。エアポンプ６０は、空気供給配管５０に空気を送り込む。
【００２１】
冷凍機７０は、コイル式熱交換器２０の一端部２０ａ及び他端部２０ｂに接続され、コイル式熱交換器２０との間で冷媒を循環させると共に、コイル式熱交換器２０を流通した冷媒を冷却する。
制御部８０は、冷凍機７０及びエアポンプ６０等の動作を制御することにより、蓄氷装置１の動作を制御する。制御部８０の詳細については後述する。
【００２２】
以上の蓄氷装置１によれば、まず、給水ライン（図示せず）から蓄熱槽１０に水が供給され、所定の水位（コイル式熱交換器２０が浸かる水位）まで水が貯留される。次いで、冷凍機７０が駆動されることで冷媒が冷却されると共にこの冷却された冷媒がコイル式熱交換器２０と冷凍機７０との間を循環する。これにより、コイル式熱交換器２０を流通する冷媒と蓄熱槽１０に貯留された水との間で熱交換が行われ、コイル式熱交換器２０の表面付近の水が冷却されて凍結し、コイル式熱交換器２０の外表面に所定の厚さの氷が形成される。また、冷凍機７０の駆動に併せて所定のタイミングでエアポンプ６０が駆動され、空気供給配管５０に空気が供給される。これにより、蓄熱槽１０に貯留された水がバブリングされる。コイル式熱交換器２０の外表面に形成される氷の厚さは、時間の経過と共に厚くなる。この氷の厚さは、第１温度センサ３０及び第２温度センサ４０により測定される水又は氷の温度により検出される。
【００２３】
コイル式熱交換器２０の外表面に所定の厚さの氷が形成されると、冷凍機７０及びエアポンプ６０の駆動は停止される。これにより、水が貯留された蓄熱槽１０の内部においてコイル式熱交換器２０の外表面に製氷されることで、冷水が製造されると共に蓄熱が行われる。蓄熱槽１０において製造され貯留された冷水は、冷水使用機器（図示せず）に供給される。
【００２４】
ここで、温度センサにより氷の厚さを検出する場合、原則、温度センサにより検出される温度が氷点下となったことにより氷が形成されたと判定できる。しかしながら、蓄熱槽１０に貯留された水が過冷却状態になった場合には、温度センサにより検出される温度が氷点下であっても、この温度センサが配置された位置において氷は形成されていない。一方、過冷却による着氷の誤検知を防ぐために着氷の判定温度を低く設定した場合には、氷厚が厚くなってしまい、所望の氷厚を得られない。コイル式熱交換器２０の表面の氷厚が厚くなりすぎた場合には、蓄熱槽１０の内部における水の流動性を阻害してしまい、蓄熱槽１０からの冷水の供給を好適に行えなくなってしまう。また、エネルギを過剰に使用することとなる。
【００２５】
水の過冷却状態とは、水温が氷点下となった状態にも凍結が開始されない状態をいい、この過冷却状態において、過冷却となっている領域の水の温度は、コイル式熱交換器２０に近い位置と、コイル式熱交換器２０から離れた位置との間であまり違いは生じない（例えば、１℃未満）。一方、過冷却状態の水が凍結した後（製氷された後）は、コイル式熱交換器２０に近い位置と、コイル式熱交換器２０から離れた位置との間の氷の温度の違いは、過冷却状態の水に比して大きくなる。これは、水と氷との熱伝導率の差に起因する。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、過冷却による着氷の誤検知を防ぎ、より正確に着氷を判定するために、蓄氷装置１を、第１温度センサ３０及び第２温度センサ４０を含んで構成し、制御部８０に、第１温度センサ３０により測定される温度と第２温度センサ４０により測定される温度との関係が特定の状態になった場合に着氷を判定させている。
【００２７】
具体的には、制御部８０は、第１温度センサ３０により検出された温度が第１設定温度以下の状態が第１設定時間継続した場合であって、かつ、第１温度センサ３０により検出された温度と第２温度センサ４０により検出された温度との差が第２設定温度以上の状態が第２設定時間継続した場合に冷凍機を停止させる。
【００２８】
即ち、以上の制御により、コイル式熱交換器２０の外表面からある程度離れた位置（第１距離Ｄ１離間した位置）において、氷点下の所定の温度（例えば、−０．６℃）まで温度が低下し、かつ、コイル式熱交換器２０に近い第２距離Ｄ２の位置と、第２距離Ｄ２の位置よりもコイル式熱交換器２０から離間した第１距離Ｄ１の位置との間で所定の温度差（過冷却状態の水では生じ得ない温度差、例えば、１℃）が生じていることを検出できる。例えば、第１距離Ｄ１のセンサ温度として−０．６℃、第２距離Ｄ２（第１距離Ｄ１の４０％位置）のセンサ温度として−３．２℃が検出された場合、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２の位置において氷点下まで温度が低下していることにより、第１距離Ｄ１の状態を「着氷」或いは「過冷却状態」のいずれかであると判定できる。さらに、第１距離Ｄ１の位置と第２距離Ｄ２の位置との間で所定の温度差（過冷却状態の水では生じ得ない温度差）が生じていることにより、第１距離Ｄ１は「着氷」状態と判定できる。よって、温度センサにより氷厚センサを構成した場合に、第１距離Ｄ１の位置まで着氷したことを正確に判定できる。
【００２９】
尚、第１距離Ｄ１の位置と第２距離Ｄ２の位置との間で所定の温度差が生じていることのみでは、第２距離Ｄ２の位置まで着氷しているが第１距離Ｄ１の位置はまだ凍結していない場合に誤判定してしまう。また、第１距離Ｄ１の位置において氷点下まで温度が低下していることのみでは、過冷却状態において誤判定してしまう。
【００３０】
第１設定温度は、氷点下でありかつ過冷却水が存在し得る温度（例えば、−０．６℃）に設定されることが好ましい。また、第２設定温度は、過冷却状態においては生じ得ない温度差に設定され、具体的には、１℃以上に設定されることが好ましい。
第１設定時間は、水温が氷点下となった状態が安定したことを好適に判定する観点から、好ましくは１分〜２０分、より好ましくは３分〜１７分、更に好ましくは７分〜１３分である。本実施形態では、第１設定時間は１０分に設定される。
第２設定時間は、１秒以上に設定されることが好ましい。本実施形態では、第２設定時間は２秒に設定される。
【００３１】
また、制御部８０は、第１温度センサ３０により測定された温度が第１設定温度よりも低い第３設定温度以下の状態が第３時間以上継続した場合、冷凍機７０の駆動を停止させる。これにより、第３設定温度として、過冷却水が存在できない程度の温度を設定することで、例えば、第２温度センサ４０により適切に温度が検出できなかった場合であっても第１距離Ｄ１の位置まで着氷したことを判定できる。
【００３２】
第３設定温度は、過冷却状態の水が存在し得ない温度に設定される。具体的には、第３設定温度は、好ましくは−２℃以下、より好ましくは−３℃以下に設定される。本実施形態では、第３設定温度は、−３℃に設定される。
第３設定時間は、好ましくは１分〜２０分、より好ましくは３分〜１７分、更に好ましくは７分〜１３分である。本実施形態では、第３設定時間は１０分に設定される。
【００３３】
以上、本発明の蓄氷装置の好ましい一実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、熱交換部をコイル式熱交換器により構成したが、これに限らない。即ち、熱交換部をプレート式熱交換器により構成してもよい。
【００３４】
また、第１温度センサ３０及び第２温度センサ４０を配置する位置は、本実施形態の位置に限らない。即ち、第１温度センサ及び第２温度センサは、コイル式熱交換器の直線部分から第１距離又は第２距離離間した位置に配置してもよい。
【００３５】
また、本実施形態では、コイル式熱交換器２０を銅管により構成したが、これに限らない。即ち、コイル式熱交換器を、炭素鋼鋼管等の他の金属管により構成してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  蓄氷装置
１０  蓄熱槽
２０  コイル式熱交換器（熱交換部）
３０  第１温度センサ（第１温度検出部）
４０  第２温度センサ（第２温度検出部）
７０  冷凍機
８０  制御部
Ｄ１  第１距離
Ｄ２  第２距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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