(57)【要約】【課題】水循環路の凍結の発端となる氷核の捕捉効果に優れる蓄氷タンクを備えた蓄氷型冷水装置を提供すること。【解決手段】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、上記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したスラリー状の氷を蓄える蓄氷タンクとを備えた蓄氷型冷水装置であって、一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体が、接触し、通過する網組織を少なくとも一部に備え、上記網組織に付着した氷層により上記蓄熱媒体の過冷却を解除する氷層形成部材を上記蓄氷タンク内に備えている。【選択図】      図１
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【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、前記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したスラリー状の氷を蓄える蓄氷タンクとを備えた蓄氷型冷水装置であって、
一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体が、接触し、通過する網組織を少なくとも一部に備え、前記網組織に付着した氷層により前記蓄熱媒体の過冷却を解除する氷層形成部材を前記蓄氷タンク内に備えたことを特徴とする蓄氷型冷水装置。
【請求項２】
前記氷層形成部材は、前記蓄氷タンクの横断面と略同形状とされ、前記蓄氷タンクに収容される蓄熱媒体の媒体表面よりも低い位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄氷型冷水装置。
【請求項３】
前記氷層形成部材は、前記網組織と、この網組織の周囲に設けられた板材とから構成されていることを特徴とする請求項２に記載の蓄氷型冷水装置。
【請求項４】
前記氷層形成部材は、それを構成する網組織が、打ち抜きにより金属製の板材に多数の開孔が形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の蓄氷型冷水装置。
【請求項５】
前記氷層形成部材が箱型に形成されたものであり、前記蓄氷タンクに向けて吐出された蓄熱媒体の過冷却状態を解除させるための解除部材と、この解除部材の下方にある、前記蓄氷タンクに収容される蓄熱媒体の媒体表面との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄氷型冷水装置。
【請求項６】
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、前記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したスラリー状の氷を蓄える蓄氷タンクとを備えた蓄氷型冷水装置の運転方法であって、
前記蓄氷タンク内で、一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体を、前記蓄熱媒体が接触し、通過する網組織を少なくとも一部に備えた氷層形成部材に接触させる工程と、前記網組織に氷層を付着させる工程と、前記氷層により前記蓄熱媒体の過冷却を解除する工程とを含むことを特徴とする蓄氷型冷水装置の運転方法。
【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５に示すように、蓄氷タンク３１、循環ポンプ３４及び熱交換器２１が水供給路３２で順次接続されるとともに、上記熱交換器２１と上記蓄氷タンク３１が水還流路３３で接続されてなる水循環路と、冷凍機１１と上記熱交換器２１がそれぞれ冷媒供給路１２と冷媒還流路１３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３５を通じて解氷水を供給して、タンク下部から配管３６を通じて冷水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。まず、蓄氷タンク３１に所定水位まで蓄熱媒体としての水を満たした後、冷凍機１１を起動して、冷媒を熱交換器２１内に供給して循環させるとともに、循環ポンプ３４を駆動させて蓄氷タンク３１内にある水を上記熱交換器２１へ送り込んで熱交換し、この熱交換器２１により過冷却状態とされた過冷却水を、水還流路３３を通じて蓄氷タンク３１内へ還流する。この際、水還流路３３の出口側端部から吐出された過冷却水は、上記出口側端部と蓄氷タンク３１との間に設けた過冷却解除部材４１に衝突させたり、あるいは直接蓄氷タンク３１の水面に衝突させる等、所定の過冷却解除工程を経てスラリー状の氷を生成し、これにより製氷が始まる。
【０００４】
ところで、上記過冷却水の過冷却解除工程を経たが、過冷却状態が解除されなかった冷水は再度水循環路を流通して蓄氷タンク３１に還流されることになるが、この冷水は水循環路を流れる途中で、何らかの原因で過冷却が解除され、これにより水循環路が凍結に至ることがしばしばある。
【０００５】
そこで、かかる水循環路の凍結を回避するための技術的手段として、蓄氷タンク３１下部にある水供給路３２の入口手前側に、１ｍｍ以上の微細氷を捕集するための一次フィルターを設けるとともに、水供給路３２に介設された循環ポンプ３４の上流側と下流側に、上記一次フィルターを通過した冷水の復氷を防止するための捕集フィルターを設ける技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、かかる技術では、凍結の発端となる、冷水中に含まれる氷核は蓄氷タンク３１内で除去されることなく、水供給路３２にそのまま導入されるとともに、水供給路３２に捕集フィルターを二つ設けるので水供給路３２全体の設計も複雑化するという問題点があった。また、そもそも冷水中に含まれる氷核は、蓄熱タンク３１の下流側に位置する水循環路で捕捉するよりも、蓄熱タンク３１内で捕捉する方が、蓄氷タンクの安定的な運転のためには合理的である。
【０００７】
【特許文献１】
実公平７−３４２６７号公報（第５頁、第１図）
【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、水循環路の凍結の発端となる氷核の捕捉効果に優れる蓄氷タンクを備えた蓄氷型冷水装置を提供す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、上記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したスラリー状の氷を蓄える蓄氷タンクとを備えた蓄氷型冷水装置であって、一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体が、接触し、通過する網組織を少なくとも一部に備え、上記網組織に付着した氷層により上記蓄熱媒体の過冷却を解除する氷層形成部材を上記蓄氷タンク内に備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、上記氷層形成部材は、上記蓄氷タンクの横断面と略同形状とされ、上記蓄氷タンクに収容される蓄熱媒体の媒体表面よりも低い位置に取り付けられていることが好ましい。この場合、上記氷層形成部材は、上記網組織と、この網組織の周囲に設けられた板材とから構成されていることが更に好ましい。また、上記氷層形成部材としては、それを構成する網組織が打ち抜きにより金属製の板材に多数の開孔が形成されたものが好適に使用される。
【００１１】
また、本発明では、上記氷層形成部材が箱型に形成されたものであり、上記蓄氷タンクに向けて吐出された蓄熱媒体の過冷却状態を解除させるための解除部材と、この解除部材の下方にある、上記蓄氷タンクに収容される蓄熱媒体の媒体表面との間に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、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、上記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したスラリー状の氷を蓄える蓄氷タンクとを備えた蓄氷型冷水装置の運転方法であって、上記蓄氷タンク内で、一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体を、上記蓄熱媒体が接触し、通過する網組織を少なくとも一部に備えた氷層形成部材に接触させる工程と、上記網組織に氷層を付着させる工程と、上記氷層により上記蓄熱媒体の過冷却を解除する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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、上記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したスラリー状の氷を蓄える蓄氷タンクとを備えた蓄氷型冷水装置に好適に用いられるものであり、蓄氷運転時に、上記蓄氷タンク内で、一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体を、上記蓄熱媒体が接触し、通過する網組織を備えた氷層形成部材に接触させることをその要旨とするものである。
【００１４】
本発明において用いられる上記氷層形成部材は、蓄熱媒体としての水や冷水が接触し、通過する網組織を備えたものをいう。より具体的には、過冷却の解除により生成した氷が捕捉される一方で、蓄熱媒体としての水や過冷却の解除工程を経たが、過冷却が解除されなかった冷水が通過することができる所定厚みを有する網組織を備えたものをいう。ここで、網組織とは、金属製または合成樹脂製の線状部材が二次元的若しくは三次元的に配置されることにより、過冷却の解除により生成した氷が付着する骨部と、この骨部の周囲に上記水や冷水が通過する多数の開孔が形成されているものをいう。
【００１５】
上記氷層形成部材として好適なものを例示すれば、（１）板材を打ち抜くことにより多数の開孔が形成された網状組織を備えたもの、（２）線材または細管を所定間隔で縦横に配置して網状組織としたもの、（３）線材または細管を三次元的に配置して網状組織としたものが挙げられる。本発明では、上記三種類の氷層形成部材のうち、機械的強度の観点から、特に前二者が好適に用いられる。
【００１６】
また、網組織の材質は、後述する氷層との接着性に優れている点から、合成樹脂製よりも金属製が好ましい。本発明において好適に用いられる金属製の氷層形成部材としては、例えば、上記（１）としてパンチングメタル（金属金網）、（２）として金網、（３）として金属タワシが挙げられる。
【００１７】
上記網組織に形成された開孔の孔径は、過冷却の解除工程を経て生成した氷が捕捉される程度（通常はミリオーダー以上）であれば特に限定されるものではない。具体的には、網組織中に、１〜１０ｍｍ、更に好適には２〜８ｍｍの孔径を有する開孔が多数含まれていればよい。
【００１８】
本発明において氷層形成部材は、上記蓄氷型冷水装置を構成する蓄氷タンク内で、かつ一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体と接触する位置に設けることが好ましい。より具体的には、氷層形成部材は、上記蓄氷型冷水装置を構成する熱交換器の出口側端部から吐出された蓄熱媒体の過冷却状態を解除させるために設けられた解除部材と、この解除部材の下方にある、蓄氷タンクに収容される蓄熱媒体の媒体表面との間に設けるか、または蓄氷タンクに収容される蓄熱媒体の媒体表面よりも低い位置、すなわち媒体内部に設けることが好ましい。
【００１９】
本発明では、蓄氷時において、一旦過冷却の解除工程を経て生成した氷が上記氷層形成部材と接触すると、氷が氷層形成部材に付着し、これにより氷層形成部材の全体にわたってシャーベットが固まった状態の氷層が形成され、蓄氷が進むにしたがってこの氷層の厚みは増していく。これにより、蓄氷中における水循環路の凍結回数が著しく減少する。
【００２０】
上記の効果は、概ね次のような過程を経て発揮されるものと考えられる。まず、過冷却状態の解除により生成した氷が上記氷層形成部材と接触すると、氷は氷層形成部材の開孔に繰り返し捕らえられ、氷層形成部材の骨部に付着することが繰り返し行なわれる。これにより氷が氷層形成部材の全体に渡り、氷層形成部材を母体としたシャーベット氷の密度の高い部分が形成される。この状態で、過冷却解除工程を経てもなお過冷却状態を維持している水（氷核の一種）は、上記氷の層に含まれているシャーベット氷との接触が頻繁に繰り返されることにより過冷却状態が解除され、これにより氷層の厚みも増していく。その結果、水循環路には蓄氷タンク内に存在した氷核が導入されることがほとんどなくなるため、水循環路の凍結頻度が減少することになる。
【００２１】
続いて、上記氷層形成部材を蓄氷タンクに収容される媒体表面より下に設けた場合において、本発明の効果を効果的に発揮させるための実施の形態についてさらに詳しく説明する。この場合、氷層形成部材としては、蓄氷タンクの横断面と略同形状とされたものを蓄氷タンクに取り付けることが好ましい。かかる氷層形成部材は蓄氷タンクの横断面と略同形なので、一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体のほぼ全量が氷層形成部材の骨部と衝突したり、その開孔を通過する。このため、蓄氷運転時において、氷層形成部材の上側面全体にシャーベット状の氷層が形成され、これにより水循環路には蓄氷タンク内に存在する氷核が導入されることがほとんどなくなるため、水循環路の凍結頻度が極端に少なくなる。
【００２２】
また、上記シャーベット状の氷層は、氷層形成部材の単位面積に対する氷の接触量が多いほど速やかに形成される。そこで、氷層形成部材の全体ではなく、その一部分に網組織を設けるようにしてもよい。
【００２３】
続いて、上記蓄氷型冷水装置を構成する熱交換器の出口側端部から吐出された蓄熱媒体の過冷却状態を解除させるために設けられた過冷却解除部材と、この解除部材の下方にある、蓄氷タンクに収容される蓄熱媒体の媒体表面との間に氷層形成部材を設けた場合において、本発明の効果を効果的に発揮させるための実施の形態についてさらに詳細に説明する。この場合、氷層形成部材としては、その上方にある過冷却解除部材に衝突して自然落下してくる蓄熱媒体を全量受けることができる程度の大きさを備えたものが好適である。
【００２４】
具体的には、氷層形成部材としては、その上方にある過冷却解除部材に衝突して自然落下してくる蓄熱媒体を全量受けることができる程度の収容部を備えた箱型とすることが好ましい。このような氷層形成部材を用いれば、過冷却解除部材に衝突して一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体の全量が、その下方にある氷層形成部材と衝突する。ここにおける衝突は、蓄熱媒体の接触と通過を含む。これにより過冷却の解除により生成した氷が蓄氷タンクの横断面積よりも狭い氷層形成部材に優先的に付着するので、シャーベット状の氷層が速やかに生成される。その結果として、蓄氷タンク内に氷核が混入することがほとんどなくなるため、蓄氷運転中に水循環路の凍結がほとんど生じることなく、安定して蓄氷型冷水装置を運転することができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、パンチングメタルからなる氷層形成部材を用いて本発明の蓄氷型冷水装置の一実施例を構成した状態を示す概略構成図である。
【００２６】
この蓄氷型冷水装置は、蓄氷タンク３１、循環ポンプ３４及び熱交換器２１が水供給路３２で順次接続されるとともに、上記熱交換器２１と上記蓄氷タンク３１が水還流路３３で接続されてなる水循環路と、冷凍機１１と上記熱交換器２１がそれぞれ冷媒供給路１２と冷媒還流路１３で接続された冷媒循環路とから概略構成される。上記蓄氷タンク３１には、蓄熱媒体の上方に板状の過冷却解除部材４１が設けられるとともに、蓄熱媒体内部において、蓄氷タンク３１の横断面と略同一形状の第１氷層形成部材５１が蓄氷タンク３１の側壁に直交するように略水平に取り付けられている。
【００２７】
図１に示す冷水装置の製氷運転は、概略次のように行なわれる。まず、蓄氷タンク３１に所定水位まで蓄熱媒体としての水を満たした後、冷凍機１１を起動して、冷媒を熱交換器２１内に供給して蒸発させ、循環させるとともに、循環ポンプ３４を駆動させて蓄氷タンク３１内にある水を上記熱交換器２１へ送り込んで熱交換し、この熱交換器２１により過冷却状態とされた過冷却水を、水還流路３３を通じて蓄氷タンク３１内へ還流する。この際、水還流路３３の出口側端部から吐出された過冷却水は、上記出口側端部と蓄氷タンク３１との間に設けた過冷却解除部材４１に衝突させることにより、スラリー状の氷を生成し、これにより製氷が始まる。上記冷凍機１１は、圧縮機と、この圧縮機から吐出される冷媒を凝縮液化する凝縮器と、液化冷媒を減圧する減圧器（いずれも図示しない）を含んでいる。
【００２８】
ここで、上記第１氷層形成部材５１は、ステンレス鋼からなる板材を、通常は１〜１０ｍｍ、更に好適には２〜８ｍｍの開孔径を有する多数の開孔５３，５３・・が並列に配列するように打ち抜き、この打ち抜き部分以外を骨部５２として構成されている（図２参照）。このような構成からなる第１氷層形成部材５１は蓄氷タンク３１の横断面と略同形なので、一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体のほぼ全量が氷層形成部材５１の骨部５２と接触したり、その開孔５３を通過する。このため、蓄氷運転時において、氷層形成部材５１の上面全体に渡ってシャーベット状の氷層が形成され、これにより水循環路には蓄氷タンク３１内に存在する氷核が導入されることがほとんどなくなるため、水循環路の凍結頻度が極端に少なくなる。
【００２９】
ここで、上記のシャーベット状の氷層は、氷層形成部材の単位面積に対する氷の接触量が多いほど速やかに形成される。そこで、氷層形成部材の一部分に網組織を設けるようにしてもよい。かかる氷層形成部材としては、ステンレス鋼からなる板材５４の中央部分に骨部５２と開孔５３からなる網組織を形成した第２氷層形成部材５１ａが好適に用いられる（図３参照）。かかる第２氷層形成部材５１ａを用いれば、蓄氷運転の開始後、その中央部分に速やかにシャーベット状の氷層が形成されるので、蓄氷運転の開始初期において稀に起こる水循環路の凍結防止効果に優れたものとなる。
【００３０】
なお、上記第１氷層形成部材５１と第２氷層形成部材５１ａに設けられた開孔５３の形状は、上記氷層形成部材としての効果を有する限り特に限定されるものではなく、丸型、長丸型、角型その他の形状でも当然適用できる。また、上記開孔５３の打ち抜きパターンについても特に限定されず、図２および図３に示した並列型以外にも千鳥型やパンチングメタルに通常形成される打ち抜きパターンであれば本発明に適用できる。
【００３１】
続いて、上記蓄氷型冷水装置を構成する熱交換器の出口側端部から吐出された蓄熱媒体の過冷却状態を解除させるために設けられた過冷却解除部材と、この解除部材の下方にある、蓄氷タンクに収容される蓄熱媒体の媒体表面との間に氷層形成部材を設けた場合において、本発明の効果を効果的に発揮させるための実施例について説明する。図４は、パンチングメタルからなる第３氷層形成部材５１ｂを用いて本発明の蓄氷型冷水装置の一実施例を構成した状態を示す概略構成図である。
【００３２】
第３氷層形成部材５１ｂは、ステンレス鋼からなり、その上方にある過冷却解除部材４１に衝突して自然落下してくる蓄熱媒体を全量受けることができる程度の収容部を備えた箱型とされている。図４に示す蓄氷型冷水装置によれば、過冷却解除部材４１に衝突して一旦過冷却の解除工程を経た蓄熱媒体の全量が、その下方にある第３氷層形成部材５１ｂと衝突する。これにより過冷却の解除により生成した氷は、蓄氷タンク３１の側壁の断面積よりも狭い氷層形成部材５１ｂに優先的に付着するので、シャーベット状の氷層が速やかに生成される。その結果として、蓄氷タンク３１内に氷核が混入することがほとんどなくなるため、蓄氷運転中に水循環路の凍結がほとんど生じることなく、安定して蓄氷型冷水装置を運転することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる蓄氷型冷水装置によれば、水循環路の凍結がほとんど生じることなく、安定して蓄氷型冷水装置を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パンチングメタルからなる氷層形成部材を用いて本発明の蓄氷型冷水装置を構成した状態を示す概略構成図である。
【図２】図１の第１氷層形成部材の装着状態を示す外観透視図である。
【図３】パンチングメタルからなる第２氷層形成部材を蓄氷タンクに設けた状態を示す外観透視図である。
【図４】パンチングメタルからなる第３氷層形成部材を用いて本発明の蓄氷型冷水装置を構成した状態を示す概略構成図である。
【図５】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  冷媒供給路
１３  冷媒還流路
２１  熱交換器
３１  蓄氷タンク
３２  水供給路
３３  水還流路
３４  循環ポンプ
３５  配管
３６  配管
４１  過冷却解除部材
５１  第１氷層形成部材
５１ａ  第２氷層形成部材
５１ｂ  第３氷層形成部材
５２  骨部
５３  開孔
５４  板材
【図１】
2004245496.tif 000003
【図２】
2004245496.tif 000004
【図３】
2004245496.tif 000005
【図４】
2004245496.tif 000006
【図５】
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