(57)【要約】【課題】解氷運転において熱交換器内の水温を短時間で上昇させることのできる解氷効率の高い蓄氷型冷水装置を得ること。【解決手段】冷凍機、熱交換器、及び蓄氷タンクとを備えた蓄氷型冷水装置において、この蓄氷型冷水装置の製氷運転中に上記熱交換器の内部に蓄熱媒体の凍結が発生したことを検出する凍結検出手段を備え、この凍結検出手段により凍結を検出したとき、蓄熱媒体を前記熱交換器へ通常速度で供給しつつ、上記冷凍機から高温冷媒を熱交換器へ供給し、次いで、上記凍結検出手段により凍結が所定の状態まで解除されたことを検出したとき、流量調節手段により蓄熱媒体を熱交換器へ通常速度より低速度で供給し、更に、所定時間経過後に高温冷媒の供給を停止する制御手段を備える。【選択図】      図２
2004233008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機と、この冷凍機から吐出される冷媒と熱交換することにより蓄熱媒体を過冷却状態とする熱交換器と、蓄熱媒体が収容されるとともに、蓄熱媒体の過冷却の解除により生成される氷を蓄える蓄氷タンクとを備えた蓄氷型冷水装置において、
この蓄氷型冷水装置の製氷運転中に前記熱交換器の内部に蓄熱媒体の凍結が発生したことを検出する凍結検出手段を備え、
この凍結検出手段により凍結を検出したとき、蓄熱媒体を前記熱交換器へ通常速度で供給しつつ、前記冷凍機から低温冷媒に代えて高温冷媒を前記熱交換器へ供給し、
次いで、前記凍結検出手段により凍結が所定の状態まで解除されたことを検出したとき、蓄熱媒体の流量を調節する流量調節手段を用いて、畜熱媒体を前記熱交換器へ前記通常速度より低速度で供給し、
更に、所定時間経過後に高温冷媒の供給を停止する制御手段を備えたことを特徴とする蓄氷型冷水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調設備や食品冷却装置等に冷水を供給する蓄氷型冷水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蓄氷型冷水装置は、図４に示すように、蓄氷タンク３１、循環ポンプ３６、熱交換器２１が水配管３８で接続された蓄熱循環路と、冷凍機１１と上記熱交換器２１が冷媒配管１２で接続された冷媒循環路とから概略構成される。この蓄氷型冷水装置は、電力料金の安い深夜電力を利用して蓄氷タンク３１内に氷３２を蓄えておき、負荷の要求に応じて蓄氷タンク３１の上方から配管３４を通じて水を供給して、タンク下部から配管３５を通じて冷水３３を取り出すようにして使用される。
【０００３】
この冷水装置の製氷運転は、概略次のように行なわれる。すなわち、まず蓄氷タンク３１に水を満たした後、冷凍機１１を起動して冷媒を熱交換器２１内に供給し循環させるとともに、循環ポンプ３６を駆動させて蓄氷タンク３１内の蓄熱媒体である水を上記熱交換器２１に送り込んで熱交換することにより過冷却状態まで冷却する。そして、この過冷却された水が水配管３８の出口側端部から吐出されると過冷却状態が解除されてスラリー状の氷３２が生成し、これを蓄氷タンク３１に貯溜する。
【０００４】
また、蓄氷タンク３１内で製氷が始まると、水配管３８を循環する冷水３３の温度が低下して熱交換器２１内で凍結が起きやすくなる。かかる場合、製氷効率が悪化するので、これを回避するために製氷運転を停止し、氷を除去するための解氷運転を行なう。
【０００５】
この解氷運転としては、冷凍機１１から凝縮器及び膨張弁を通過させた低温低圧の液冷媒，すなわち低温冷媒に代えて圧縮機通過後の高温高圧のガス冷媒，すなわち高温冷媒（ホットガス）を熱交換器２１に供給して冷媒配管１２を循環させる方式がある（例えば、特許文献１参照）。具体的には、循環ポンプ３６を駆動させて冷水３３を通常速度で循環させつつ、冷凍機１１から供給される高温冷媒の温熱によって熱交換器２１内の氷を融解させることにより解氷運転が行なわれる。
【０００６】
しかしながら、上述のような冷水３３を通常速度で循環させる解氷運転では、常に蓄氷タンク３１から取り出された冷水３３が熱交換器２１に導入されることになるため、熱交換器２１内の水温を氷が融解する温度まですばやく上昇させることができない。したがって、上記の解氷運転は、解氷工程に長時間（例えば２０分）を要し、これにより解氷工程に要する高温冷媒の入熱ロスが増加するという問題点があった。
【０００７】
【特許文献１】
特公平７−１１７３２９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、解氷運転において熱交換器内の水温を短時間で上昇させることのできる解氷効率の高い蓄氷型冷水装置を得ることを主たる目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、冷凍機と、この冷凍機から吐出される冷媒と熱交換することにより蓄熱媒体を過冷却状態とする熱交換器と、蓄熱媒体が収容されるとともに、蓄熱媒体の過冷却の解除により生成される氷を蓄える蓄氷タンクとを備えた蓄氷型冷水装置において、この蓄氷型冷水装置の製氷運転中に上記熱交換器の内部に蓄熱媒体の凍結が発生したことを検出する凍結検出手段を備え、この凍結検出手段により凍結を検出したとき、蓄熱媒体を上記熱交換器へ通常速度で供給しつつ、上記冷凍機から低温冷媒に代えて高温冷媒を上記熱交換器へ供給し、次いで、上記凍結検出手段により凍結が所定の状態まで解除されたことを検出したとき、畜熱媒体の流量を調節する流量調節手段を用いて、蓄熱媒体を上記熱交換器へ上記通常速度より低速度で供給し、更に、所定時間経過後に高温冷媒の供給を停止する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の蓄氷型冷水装置の一実施例を示す概略構成図である。図１において、蓄氷型冷水装置は、冷凍機１１と熱交換器２１と蓄氷タンク３１とから概略構成されており、冷凍機１１と熱交換器２１は冷媒配管１２で接続されており、全体として冷媒循環路を構成している。また、蓄熱タンク３１と熱交換器２１の間には、循環ポンプ３６、流量調節弁３９（例えば、電動弁）と循環圧力検出素子３７が水配管３８で接続されており、全体として蓄熱媒体としての水が循環する蓄熱循環路を構成している。
【００１１】
熱交換器２１は、図３に示すように、外管２１ａを螺旋状に形成し、その内部に内管２１ｂを挿入した二重管構造であって、外管２１ａと内管２１ｂとの間に蓄氷タンク３１から供給される水が流通し、内管２１ｂには冷凍機１１から供給される冷媒が流通する。したがって、水は内側にある冷媒によって過冷却状態まで冷却される。また、本発明において熱交換器２１の構造は冷水装置の構造に応じて適宜変更可能であり、上記二重管構造の他直線状の構造を採用することもできる。
【００１２】
また、蓄氷タンク３１と熱交換器２１の間には、水配管３８内で水を循環させる循環ポンプ３６と水の流量を調節するための流量調節弁３９が配設されるとともに、熱交換器２１の入口付近には、循環水の圧力を計測するための循環圧力検出素子３７が配設されている。ここで、循環圧力検出素子３７は、蓄氷型冷水装置の製氷運転中に熱交換器２１の内部に蓄熱媒体（水）の凍結が発生したことを検出するための凍結検出手段としての役割を有するものである。ここで、図１において循環圧力検出素子３７は熱交換器２１の入口付近に配設されているが、これは熱交換器２１の出口付近に配設した場合と比較して、熱交換器２１内の凍結の発生、解除をより鋭敏に検出するためである。また、流量調節弁３９は、循環圧力検出素子３７が熱交換器２１内部の畜熱媒体（水）の凍結発生を検出したとき、循環ポンプ３６の稼動条件を変更することなく畜熱媒体の流量を調節する流量調節手段としての役割を有するものである。そして、冷凍機１１、循環圧力ポンプ３６、循環圧力検出素子３７及び流量調節弁３９は、それぞれ制御器４１に接続され、これにより熱交換器２１内の製氷及び解氷を行なう制御手段が構成される。
【００１３】
次に蓄氷型冷水装置の製氷動作について説明する。まず蓄氷タンク３１に所定量の水を入れた後、冷凍機１１を起動して凝縮器及び膨張弁を通過させた低温低圧の液冷媒，すなわち低温冷媒を熱交換器２１内に供給し循環させるとともに、循環ポンプ３６を駆動させて蓄氷タンク３１内の蓄熱媒体である水を上記熱交換器２１に送り込んで熱交換することにより過冷却状態まで冷却する。このとき、流量調節弁３９は直接制御には関わっておらず全開とされている。そして、この過冷却された冷水３３が水配管３８の出口側端部から吐出されると過冷却状態が解除されてスラリー状の氷３２が生成し、これを蓄熱タンク３１に貯溜する。ここで、水配管３８を循環する冷水３３の循環速度は、冷凍機１１の冷却能力に対応して最適な過冷却状態が生じるようにあらかじめ定められるものであり、本発明では製氷運転時の冷水３３の循環速度を通常速度という。
【００１４】
そして、蓄氷タンク３１内に溜まった冷水３３が水配管３８を循環する過程で、何らかの原因で熱交換器２１内に冷水３３の凍結が発生した場合には次のような制御手段で解氷動作が行なわれる。図２は、本発明の解氷動作を示すフローチャートであり、まず熱交換器２１の内部に冷水３３の凍結が発生して、循環圧力検出素子３７により検出される循環圧力が設定圧力以上になると（ステップ２０１）、冷水３３を熱交換器２１に通常速度で供給しつつ、冷凍機１１から低温冷媒に代えて圧縮機通過後の高温高圧のガス冷媒，すなわち高温冷媒（ホットガス）を熱交換器２１に供給する（ステップ２０２）。
【００１５】
この高温冷媒についてさらに詳細に説明すると、この高温冷媒は、冷媒配管１２を循環して冷凍機１１に戻ってきた冷媒につき、圧縮機通過後、凝縮器を通過させずに再度熱交換器２１に循環供給する高温高圧のガス冷媒のことであり、高温冷媒を熱交換器２１に所定時間供給することにより、熱交換器２１内に生成した氷が融解し始める。また、設定圧力は、熱交換器２１内で凍結が発生すると、循環圧力が製氷運転時の循環圧力よりも上昇する点に鑑みて、それを検知するための圧力としてあらかじめ定められる。
【００１６】
続いて、循環圧力が設定圧力以下まで低下して、凍結がある程度解除されたことが検出されると（ステップ２０３）、循環ポンプ３６の稼動条件は変更せず、流量調節弁３９を全開から半開にし、冷水３３を熱交換器２１へ通常速度より低速度で供給する（ステップ２０４）。すなわち、循環圧力が設定圧力以下まで低下しただけでは、熱交換器２１内に発生した氷が一部溶けている，すなわち凍結がある程度解除されたにすぎない。そこで解氷を完全に行なうため、ステップ２０４の如く熱交換器２１に冷水３３を引き続き循環させる。
【００１７】
また、その際、熱交換器内２１の温度を短時間で１℃以上上昇させるために、ステップ２０４の如く流量調節弁３９を全開から半開にして、冷水３３を熱交換器２１へ通常速度より低速度で供給する。このように冷水の循環速度を通常速度から低速度へ変更することにより、所定時間経過後に解氷が完全に終了する。本発明において解氷は３〜１０分という非常に短時間で終了することができ、この時間は制御器４１に内蔵されるタイマによって計測される。
【００１８】
本発明では、熱交換器２１内に冷水を絶えず循環させることで、解氷により生成した氷片を熱交換器２１外に流し出すという効果もある。また、流量調節弁３９を設けることにより、循環ポンプ３６の稼動条件は変更されないので、循環ポンプ３６の駆動により発生する熱エネルギーも解氷に有効に利用される。
【００１９】
そして、上記の時間経過後に高温冷媒の供給を停止することにより（ステップ２０５）、解氷動作を終了して製氷運転を再開する。したがって、本発明によれば、上述したステップ２０４の工程が３〜１０分という短時間で終了するので、解氷工程に要する高温冷媒の入熱ロスを削減することができる。
【００２０】
また、本発明において凍結検出手段は、凍結を検出可能な素子であれば循環圧力検出素子３７に限定されるものではなく、例えば循環温度が検出可能な温度センサーや循環流量が検出可能な流量センサーや熱交換器２１通過後の冷媒の圧力が検出可能な圧力センサーなどを用いてもよい。また、上記実施例では、凍結がある程度解除されたとき、流量調節弁３９を全開から半開にして畜熱媒体の流量を調節しているが、弁の開度は半開状態に限定されるものではなく、目的とする速度に応じて適宜流量調節弁の開閉状態を設定すればよい。
【００２１】
上記のようにして夜間の深夜電力を利用して蓄氷型冷水装置の製氷運転と必要に応じた解氷運転を繰り返し行ない、所定量の氷を蓄氷タンクに蓄えた場合には製氷運転を終了する。また、昼間の冷房時にはこの冷熱を利用して、配管３５を通じて冷水３３を図示しない熱交換器へ送り、配管３４を通じて昇温した水を蓄熱タンク３１に戻し、氷３２を融解することでその潜熱を利用する。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の蓄氷型冷水装置によれば、解氷運転において熱交換器内の水温を短時間で上昇させることができるため、短時間で解氷工程を終了させて通常の製氷運転を再開させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄氷型冷水装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図１の蓄氷型冷水装置における解氷動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の熱交換器の一部拡大説明図である。
【図４】従来の蓄氷型冷水装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１  冷凍機
１２  冷媒配管
２１  熱交換器
３１  蓄氷タンク
３２  氷
３３  冷水
３４  配管
３５  配管
３６  循環ポンプ
３７  循環圧力検出素子
３８  水配管
３９  流量調節弁
４１  制御器
【図１】
2004233008.tif 000003
【図２】
2004233008.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004233008.tif 000006