(57)【要約】【課題】保有水量の変化に対応して水の補給を速やかかつ正確に行なうことができ、しかも水槽内の水位の変化による影響を受けずに安定した製氷運転が行なわれるようにする。【解決手段】製氷機２によって生成した氷が製氷用の水とともに貯留される氷蓄熱槽１内に、同槽内の水位を検知する水位センサ１２と、同槽内に貯留されている氷の貯留高さが予め設定された満氷状態の高さに達しているか否かを検知する満氷センサ１５を備え、上記水位センサからの信号に基づいて槽内の水位が所定の範囲内に維持されるよう水の補給を制御し、かつ製氷運転が行なわれている際に満氷センサから氷が満氷状態の高さに達したことを示す信号を受けることにより製氷運転を停止せしめる制御回路４を備え、槽内の水位と貯氷量が個別に制御されるようにした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と氷を貯留する氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽から送られる水を凍結せしめて氷を生成し、この氷を氷蓄熱槽に供給する製氷機と、氷蓄熱槽内にて同槽内に貯留されている氷により冷却された水を負荷側に送り、負荷側にて熱交換した水を再び氷蓄熱槽に戻す冷水供給経路を備え、また前記氷蓄熱槽内に、同槽内の水位を検知する水位センサと、同槽内に貯留されている氷の貯留高さが予め設定された満氷状態の高さに達しているか否かを検知する満氷センサを備え、上記水位センサからの信号に基づいて氷蓄熱槽内の水位が所定の範囲内に維持されるよう同槽内への水の補給を制御し、かつ前記製氷機の製氷運転が行なわれている際に満氷センサから氷が満氷状態の高さに達したことを示す信号を受けることにより製氷機の運転を停止せしめる制御回路を備え、氷蓄熱槽内の水位と貯氷量が個別に制御されるように構成してなる氷蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は氷蓄熱装置に関し、より詳しくは蓄熱槽内の保有水量を適正に保つことができるようにした氷蓄熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
氷蓄熱槽には、蓄熱槽内に配設した冷却管まわりに槽内の水を凍結させるスタティック式のものと、槽内の水を槽外の製氷機に導出して製氷を行ない、生成した小片状あるいは小塊状の氷を槽内に蓄積するダイナミック式のものがあり、このダイナミック式のものは槽内にスタティック式の場合のような冷却管が不要で槽の容積の殆どを氷の貯留に利用でき、したがって蓄熱容量が同じであればスタティック式のものよりも小型のものとすることができ、また、氷が小片状や小粒状なので、水との接触面積が大であり、冷却管まわりに氷塊が形成されるスタティック式のものに比して伝熱効率が良好であり、さらには製氷機に過冷却式や氷掻き取り式等各種の方法によるものを使用でき、蓄熱装置の規模に応じて自由に選択することができるというようなスタティック式のものにはない種々のメリットがある。
【０００３】
ところでダイナミック式のものでは、槽内に供給される氷が単に水面に浮かんで貯留されるだけではなく、氷が槽内壁に付着したり、氷の下部が槽の内底に達したりして、水から氷への相変化にともなう体積膨張量以上の氷が水面よりも高い位置に貯留され、氷の充填率が大になると水位は低下する。
【０００４】
したがって、ダイナミック式のものでは槽内の水位を直接検知するか、あるいは槽内の水を製氷機に供給するための製氷用ポンプの吸入側圧力の変化から水位の変化を間接的に検知して氷の充填率を求めることができる。
【０００５】
また、製氷機の製氷能力とその駆動時間から氷の充填率を求めたり、あるいは製氷機の製氷用水入口側および氷出口側の温度を測定し、これらの温度変化から氷の充填率を求めたりする方法もある。
【０００６】
しかし、上述のような方法によって得た氷の充填率に基づいて製氷機の運転制御を行なう場合、装置全体の保有水量に変化がないことが前提条件となり、保有水量が変化すると製氷機の運転制御に誤作動を起こすおそれがあるので、この誤作動を防止することを目的として定期的に氷蓄熱槽内の水位を測定し、必要に応じて水を補給しなければならない。
【０００７】
したがって従来の装置においては、氷の充填率が最も小となる解氷運転の終期、例えば夜間電力による製氷運転によって蓄熱を行なうものでは夜間の製氷運転直前に水位を測定し、所定水位まで水を補給している。
【０００８】
ところが、保有水量の変化が例えば水の蒸発による減少程度の微量であれば上述のような定期的な水の補給で事が足りるのであるが、負荷側熱交換器への冷水の供給経路から水が排出される場合、例えば食品工場等の厳密な衛生管理が要求されるような施設において負荷側熱交換器の分解清掃が頻繁に行なわれ、この分解清掃の度に氷蓄熱装置からの水が排出されて保有水量が大きく変化するような場合には、上述のような定期的な水の補給では氷蓄熱槽の水位が安定せず、製氷運転の制御に支障が生じる。排出された水と同量の水を氷蓄熱槽内に補給すれば所定の水量を確保することはできるのであるが、正確な排水量を管理して同量の水を補給することは煩雑かつ困難であり、仮に排水量の管理を十分に行なったとしても排水と補給の回数が多くなればその誤差も大となり、保有水量を一定の範囲に保つことは困難である。
【０００９】
【目的】
本発明の目的とするところは、装置の保有水量の変化に対応して水の補給を速やかかつ正確に行なうことができ、しかも製氷運転の制御が水位の変化による影響で誤作動を起こすようなことがなく安定して行なわれる氷蓄熱装置を提供することにある。
【００１０】
【発明の構成】
上記目的を達成するために、本発明に係る氷蓄熱装置は、水と氷を貯留する氷蓄熱槽と、この氷蓄熱槽から送られる水を凍結せしめて氷を生成し、この氷を氷蓄熱槽に供給する製氷機と、氷蓄熱槽内にて同槽内に貯留されている氷により冷却された水を負荷側に送り、負荷側にて熱交換した水を再び氷蓄熱槽に戻す冷水供給経路を備え、また前記氷蓄熱槽内に、同槽内の水位を検知する水位センサと、同槽内に貯留されている氷の貯留高さが予め設定された満氷状態の高さに達しているか否かを検知する満氷センサを備え、上記水位センサからの信号に基づいて氷蓄熱槽内の水位が所定の範囲内に維持されるよう同槽内への水の補給を制御し、かつ前記製氷機の製氷運転が行なわれている際に満氷センサから氷が満氷状態の高さに達したことを示す信号を受けることにより製氷機の運転を停止せしめる制御回路を備え、氷蓄熱槽内の水位と貯氷量が個別に制御されるように構成したものとしてある。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明に係る氷蓄熱装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて説明する。
図において、符号１は氷蓄熱槽、２は製氷機、３は負荷側熱交換器、４は制御回路を示し、氷蓄熱槽１の下部に一端が接続された製氷用水管５の他端が製氷ポンプＰ１を介して製氷機２の水入口に接続され、この製氷機の氷出口に一端が接続された氷供給管６の他端供給口６ａが氷蓄熱槽内に臨んでいる。
【００１２】
上記製氷機２は例えば氷蓄熱槽からの水を−２℃程度に過冷却し、過冷却水が通過する管に外部から適宜の振動を与えることにより過冷却状態を解除して、小片状や小粒状の氷と水とが混在するいわゆるシャーベット状の氷を生成するものとしてある。
【００１３】
また、前記氷蓄熱槽１の下部に一端が接続された冷水往管７の他端が冷水ポンプＰ２を介して負荷側熱交換器３の冷水入口３ａに接続され、同出口３ｂに一端が接続された冷水復管８の他端が、氷蓄熱槽１内の上部に配設された散水管９に接続されており、氷蓄熱槽から負荷側に冷水を送り、負荷側において熱交換した水を氷蓄熱槽に戻す冷水循環経路が構成されている。
【００１４】
さらに、氷蓄熱槽１の上部側面には外部から槽内へ水を供給する補給水管１０を設けてあり、この補給水管は途中に開閉弁１１を備え、同開閉弁は後述する前記制御回路４からの開閉制御信号により開閉される。
【００１５】
前記氷蓄熱槽１内には、同槽の天板１ａに取り付けられた基部から長さの異なる４本の支持杆が下方に延び、各支持杆の先端に、水との接触によって閉ざされる例えば電磁式の接液スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を備える水位センサ１２を設けてあり、最も下位に設けられている第１の接液スイッチＳ１は槽内水位の異常低下を検知し、次に下位の第２の接液スイッチＳ２は装置の通常運転時における下限水位を検知し、その上方の第３の接液スイッチＳ３は装置の通常運転時における上限水位を検知し、最も上位に設けられている第４の接液スイッチＳ４は槽内水位の異常上昇を検知する構成となっている。
【００１６】
なお、接液スイッチは氷との接触によって閉とならないように全体あるいは各スイッチのまわりを下部が開口する円筒状のカバーで覆い、カバー内には水だけが入り、氷が入らないようにするのが望ましい。
【００１７】
上記水位センサ１２は水位信号線１３によって前記制御回路４に接続されていて、また同制御回路は開閉信号線１４によって前記補給水管１０の開閉弁１１に接続されており、制御回路は水位センサからの水位信号に基づいて開閉弁１１を開閉制御し、この開閉制御によって槽内の水量が適正に維持されるようになっており、その具体例については後述する。
【００１８】
また氷蓄熱槽１内には、前記水位センサ１２とは別に、槽内に貯留されている氷が予め設定された満氷状態の高さに達したか否かを検知する満氷センサ１５を設けてあり、この満氷センサは氷蓄熱槽の天板１ａに基部が取り付けられ、下方に延びる棒状の温度センサの感温部１５ａまわりに、この感温部を例えば１０℃程度に保温するテープ状の電気ヒータ１５ｂを取り付けたものとしてある。
【００１９】
上記満氷センサは、感温部１５ａに氷２２が接触しているか否かによる温度の違いに基づいて氷が感温部の高さすなわち所定の高さに達したか否かを検知し、具体的には感温部が氷に接触していない状態では槽内の空気温度が氷の温度とほぼ同じであっても電気ヒータからの熱によって１０℃程度の温度を検知しているが、貯氷量が増加して氷が感温部に接触すると、電気ヒータからの熱が氷に奪われて感温部は氷の温度すなわち０℃以下となる。
【００２０】
なお、満氷センサはその感温部１５ａが氷の最も高い位置を検知できるよう、前記氷水供給管６の他端供給口６ａ近傍で、かつ同供給口よりも低い位置に設ける。
【００２１】
上述した満氷センサ１５からの温度信号は温度信号線１６により前記制御回路４に送られるようになっており、また制御回路と製氷機２との間に製氷制御信号線１７が、制御回路と製氷ポンプＰ１との間に駆動制御信号線２３がそれぞれ設けられていて、制御回路は満氷センサの検知温度に基づいて製氷機２と製氷ポンプＰ１の運転、停止を制御する。なお、具体的な制御については後述する。
【００２２】
また、負荷側熱交換器３に冷水を送る冷水往管７と冷水復管８の途中にはそれぞれ通常は開かれている開閉弁１８、１９を設けてあり、これらの開閉弁と熱交換器３との間にはそれぞれ通常は閉ざされている排水バルブ２０ａを備える排水用枝管２０と、同じく通常は閉ざされているエア抜きバルブ２１ａを備えるエア抜き用枝管２１を設けてあって、負荷側熱交換器３の洗浄や点検の際には上記開閉弁１８、１９を手動で閉じて排水バルブ２０ａとエア抜きバルブ２１ａを開き、排水用枝管２０から負荷側熱交換器内の水を排出して同熱交換器の取り外しを行なうことができるようにしてある。
【００２３】
次ぎに、上述のように構成した本発明の氷蓄熱装置の作用について説明する。氷蓄熱槽１内の水は製氷ポンプＰ１の駆動により製氷機２に送られ、同製氷機内で−２℃程度に過冷却された後、過冷却状態が解除されて氷と水が混在するいわゆるシャーベット状の氷となって氷供給管６により氷蓄熱槽１内に送られ、同蓄熱槽内に貯留される。
【００２４】
氷蓄熱槽１内の氷によって冷却された水は冷水ポンプＰ２の駆動により冷水往管７を経て負荷側熱交換器３に送られ、同熱交換器で適宜の負荷と熱交換した後、冷水復管８によって氷蓄熱槽１内の散水管９に送られ、同散水管にあけられた多数の散水口から氷２２に散布されて槽内に戻される。
【００２５】
しかして、氷蓄熱槽１内の水位は前記水位センサ１２によって所定の範囲内に維持されるようになっており、基準となる水位は第２の接液スイッチＳ２と第３の接液スイッチＳ３との間に設定され、この状態では第１および第２の接液スイッチが閉、第３および第４の接液スイッチが開となっている。
【００２６】
上記水位センサ１２における各接液スイッチの開閉状態は前記水位信号線１３によって制御回路４に送られ、まず第１の接液スイッチＳ１が閉であり、かつ第４の接液スイッチＳ４が開である通常運転状態であることをチェックし、第１の接液スイッチＳ１が開である場合には水位の異常低下と判断し、また、第４の接液スイッチＳ４が閉である場合には水位の異常上昇と判断して、それぞれ適宜の警報を発し、必要に応じて装置を緊急停止させる。
【００２７】
しかして、第１の接液スイッチＳ１が閉であり、かつ第４の接液スイッチＳ４が開である通常運転状態の場合、制御回路４は第２と第３の接液スイッチの開閉状態に応じて水の補給制御を行なう。
【００２８】
具体的には、水面が通常の状態である第２の接液スイッチよりも下がって同スイッチが開になると、制御回路４は前記開閉制御信号線１４を介して前記補給水管１０の開閉弁１１を開き、氷蓄熱槽１内に水を補給して水位を上昇せしめ、この水位上昇により第２の接液スイッチＳ２が閉ざされ、さらに第３の接液スイッチＳ３が閉ざされると上記開閉弁１１を閉ざして水の補給を停止する。
【００２９】
また、前記製氷機２の運転制御は前記満氷センサ１５からの温度信号に基づく制御回路４からの運転制御信号により行なわれ、通常は予め設定された時刻あるいは冷水往管７内の冷水温度の上昇を検知して製氷機の製氷運転が開始され、制御回路４が満氷センサからの信号に基づいて氷の高さが予め設定された満氷状態の高さに達したことを検知すると、制御回路からの信号により製氷機２における製氷運転が停止されるようになっている。
【００３０】
なお、製氷ポンプＰ１の駆動も製氷機２の運転制御に応じて制御される。
具体的には、満氷センサ１５から制御回路４に送られる検知温度が、０℃より高い予め設定された温度例えば２℃以上であれば、氷２２が満氷センサ１５に接触していない状態すなわち氷の充填量がまだ所定の値に達していない状態であると制御回路４が判断し、製氷機２の製氷運転を継続させる。
【００３１】
製氷運転の進行に伴って氷の充填量が増加し、氷２２の上面が満氷センサ１５の感温部１５ａに接触すると、感温部を１０℃程度に保温している電気ヒータ１５ｂからの熱が氷に奪われて感温部１５ａが氷の温度すなわち０℃以下の温度となり、この０℃以下の検知温度が温度信号線１６によって制御回路４に送られ、氷２２が満氷センサ１５に接触した状態すなわち氷の充填量が所定の値に達した満氷の状態であると制御回路４が判断し、運転制御信号線１７を介して製氷機２に運転停止の信号を送り、また駆動制御信号線２３を介して製氷ポンプＰ１に駆動停止の信号を送って製氷運転を停止させる。
【００３２】
製氷運転が停止されると、タイマ制御によって所定時間例えば１時間経過後に製氷運転が再開され、再び氷が満氷センサに接触するまで製氷運転が行なわれるのが繰り返される。
【００３３】
なお、上述した製氷運転の再開までの時間は、満氷時に氷蓄熱槽に貯留されている氷の熱量と負荷側にて要求される消費熱量との関係から氷の解氷に掛かる時間を予め求めておき、この解氷に掛かる時間の経過後にタイマ制御によって製氷運転を再開する場合もある。
【００３４】
また、夜間電力を利用して製氷運転を行なう場合のように製氷を行なう時刻に制限がある場合には貯留されている氷の熱量と時刻との関係を考慮して予め運転再開の時刻を決定し、その時刻に製氷運転を再開する場合もある。
【００３５】
さらには、満氷センサと同様の構成よりなり、予め設定された氷の貯留高さの下限を検知する下限センサを氷蓄熱槽内に設け、この下限センサによって氷の貯留高さがその下限位置よりも低下すると製氷運転を再開するように構成する場合もある。
【００３６】
上述したように、本発明の装置においては氷蓄熱槽１内の水位と氷の充填量の制御すなわち補給水の供給制御と製氷運転の制御とは独立して行なわれ、したがって氷の充填量の増減による水位の変動や水位の変動に伴う氷の貯留高さの変動は考慮されない。
【００３７】
したがって、負荷側において冷水供給経路から水が外部に排出されて装置全体の保有水量が減少しても製氷機の運転制御には全く影響を与えず、安定した製氷運転が行なわれる。
【００３８】
上述した実施例においては、製氷機２において過冷却した水の過冷却状態を解除することにより氷片と水の混在する氷水を生成し、氷供給管６によってこの氷水を氷蓄熱槽１に供給する構成としてあるが、過冷却水をそのまま氷蓄熱槽に送り、同槽内に設けた分散板に過冷却水を衝突させ、分散板にぶつかる際の衝撃により過冷却水の過冷却状態が解除されて氷水が生成されるように構成する場合もある。
【００３９】
また、キューブ状の氷や小片状の氷を生成する製氷機を氷蓄熱槽１の上部に設け、製氷機で生成した氷を直接槽内に落下せしめて供給する構成とする場合もある。
【００４０】
さらに、上述した実施例においては氷蓄熱槽１内の氷が所定の高さまで貯留されたことを検知する満氷センサ１５に温度センサを用い、同センサの感温部に氷が接触することによる温度変化に基づいて氷が所定の高さに達したことを検知する構成としてあるが、この満氷センサを、通常は開いているが氷との接触により閉ざされるタッチセンサを使用する場合もあるし、また氷２２の表面に向って上方から光線を発射し、氷表面からの反射光の強弱によって氷の高さを検知し、反射光が所定の強度を超えると満氷であることが検知される光反射式センサや、氷蓄熱槽内の所定の高さすなわち予め設定した満氷の高さに発光素子とこの発光素子からの光を受ける受光素子を設け、氷の充填量が満氷の状態に達していない状態では発光素子からの光が受光素子に届くが、氷が所定の満氷高さに達すると発光素子からの光が氷２２に遮られて受光素子に届かなくなり、これにより満氷であることが検知される遮光センサ等の近接センサを使用する場合もある。
【００４１】
【発明の作用、効果】
本発明に係る氷蓄熱装置によれば、氷蓄熱槽内に貯留されている水の量と氷の量をそれぞれ水位センサと満氷センサとによって個別に監視し、水位センサからの信号に基づいて制御回路により補給水の供給制御が行なわれ、また、満氷センサからの信号に基づいて制御回路により製氷機における製氷運転の制御が行なわれる。
【００４２】
したがって、負荷側の冷水循環経路において冷水が排出された場合のように装置の保有水量が減少する場合であっても、氷蓄熱槽内の水位は常に一定の範囲に保たれ、また製氷運転は水位の変動の影響を受けずに安定した運転が行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置の実施例を示す構成図。
【図２】満氷センサの具体例を示す拡大正面図。
【符号の説明】
１　氷蓄熱槽　　　　　　　２　製氷機
３　負荷側熱交換器　　　　４　制御回路
５　製氷用水管　　　　　　６　氷水供給管
７　冷水往管　　　　　　　８　冷水復管
９　散水管　　　　　　　１０　補給水管
１１　開閉弁　　　　　　　１２　水位センサ
１３　水位信号線　　　　　１４　開閉制御信号線
１５　満氷センサ　　　　　１６　温度信号線
１７　運転制御信号線　　　１８、１９　開閉弁
２０　排水用枝管　　　　　２１　エア抜き用枝管
２２　氷　　　　　　　　　２３　駆動制御信号線
Ｐ１　製氷ポンプ　　　　　Ｐ２　冷水ポンプ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４　接液センサ
【図１】
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【図２】
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