(57)【要約】【課題】  従来の氷が混ざった低温の液体の製造は、氷を刃物のような物で削るか、角氷や板氷などを潰して低温の液体に混ぜていた。  また、蒸発器内部の液体側接液面にできた氷が冷却効率を低下させ、また、熱交換器が加圧できる構造の場合は、氷の体積膨張で熱交換器が破裂する。  熱交換器内部にできた氷を解氷する方法として、冷媒回路の温度の高い冷媒ガスやヒーターなどで加熱し解氷していたため低温の液体温度は上昇する。【解決手段】  液体をポンプなどで加圧送水させ、タンクやパイプなどの様な液体を包み加圧できる構造の蒸発器を使い、液体は圧力が上がると凍結点が下がるという復氷現象を利用し、液体を加圧送水するだけで氷を作る。  蒸発器の液体側の接液面にできた氷の解氷は装置内の低温の液体を利用することにより熱ロスが少なく解氷する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力変化による液体の凍結点の変化を利用した製氷装置を有することを特徴とする氷が混ざった低温液製造装置
【請求項２】
熱ロスを少なくした解氷システムを施したことを特徴とする請求項１記載の氷が混ざった低温液製造装置
【請求項３】
冷水槽と氷が混ざった液体槽の２つの槽を有することを特徴とする請求項１記載の氷が混ざった低温液製造装置
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、液体を加圧すると凍結点が下がることを利用した製氷装置を有する氷が混ざった低温の液体を製造できる装置と低温の液体を使って熱ロスを少なく、また、熱交換器である蒸発器の熱交換率を悪くする接液面にできた氷を解氷する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の氷が混ざった低温の液体の製造は、フロンガスなどの冷媒を用い熱交換器である蒸発器にて、冷媒で水を冷却し、水を凍結させて氷を作り、できた氷を刃物のような物で削り低温の液体に混ぜる。【０００３】  もしくは、同じように蒸発器で作られた氷を蒸発器からはく離した角氷や板氷などを潰して低温の液体に混ぜる方法が用いられる。【０００４】  また、フロンガスなどの冷媒を利用して低温の液体を作る過程にて熱交換器である蒸発器にて液体が凍結点近辺の温度になると冷媒の温度が凍結点以下の蒸発温度になるため、蒸発器液体側の接液面の温度が凍結点以下になり流れている液体でも接液面の表面に氷ができ、蒸発器における冷媒による液体への冷却効率が氷で妨げられ熱交換率の低下を招く。【０００５】  熱交換器の構造がタンクやパイプのような液体を包み加圧できる構造の場合は、蒸発器液体側の接液面の表面にできた氷が成長すると氷の体積膨張により熱交換器が破裂する。【０００６】  熱交換率を元に戻すため、また、凍結による熱交換器破裂を防ぐため、この接液面の表面に付いた氷を解氷する方法として、冷凍機で圧縮した冷媒の高温高圧ガスや高温高圧液またはヒーターなどで加熱し解氷を行っていたため冷却された低温の液体の温度が上昇し、解氷により温度が上昇した低温の液体を再度冷却することになる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、以上の従来技術によれば、氷が混ざった低温の液体の製造は、製氷装置と冷水製造装置さらに氷を削る装置や潰す装置が必要となりイニシャルコストが高く、装置全体が大きくなり、システムや構造が複雑になる。
【０００８】  また、熱交換器である蒸発器の液体側の接液面に付いた氷を解氷するために、冷凍機で圧縮した冷媒の高温高圧ガスや高温高圧液を利用した場合は、熱交換器である蒸発器の冷媒側に高温高圧ガスや高温高圧液を流し、蒸発器の液体側についた氷を加熱して氷を溶かす。
【０００９】  この場合、蒸発器全体と熱交換器の液体側に付いた氷と低温の液体の温度が上昇し、氷の混ざった低温の液体は著しく温度が上昇し、温度が上昇した低温の液体を再び冷却するというエネルギーのロスが生じる。
【００１０】  そこで、この発明は、液体をポンプなどで加圧送水し、タンクやパイプなどのような液体を包み加圧できる構造の熱交換器を使い、熱交換器である蒸発器内部の液体側の圧力を上げて液体の凍結点を下げ、その液体が蒸発器からタンクなどに流れ、タンク内で大気圧になった時に凍結点が上昇して氷ができる。
【００１１】  よって、蒸発器にできた氷を削ったり、氷を潰す装置が不要となり、液体を加圧送水させるだけで氷が混ざった低温の液体の製造ができる装置と冷水を使い蒸発器の液体側の接液面にできた氷の解氷を行うことで熱ロスが少なくなる解氷方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  以上の課題を解決するために、請求項１の発明は、圧力変化による液体の凍結点の変化を利用した製氷装置を有することを特徴とする氷が混ざった低温液製造装置である。
【００１３】  また、請求項２の発明は、熱ロスを少なくした解氷システムを施したことを特徴とする氷が混ざった低温液製造装置である。
【００１４】  また、請求項３の発明は、冷水槽と氷が混ざった液体槽の２つの槽を有することを特徴とする請求項１記載の氷が混ざった低温液製造装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  この発明の一実施形態を、図１に示す。【００１６】  本装置は、冷却媒体であるフロンガスなどの冷媒回路と貯氷槽・冷水槽の２つのタンクと液体配管の冷却液回路からなり、液体配管は、主冷却回路とデフロスト循環回路・冷水槽循環回路の３回路からなる。【００１７】  液体を冷却する冷媒回路は、フロンガスなどの冷媒を圧縮する冷凍機の圧縮機（ＲＡ）・冷媒を液化する冷凍機の凝縮器（ＲＧ）と複数台の冷媒回路を遮断する冷媒液管用電磁弁（ＲＤＡ）（ＲＤＢ）・液化した冷媒を減圧し冷媒が気化しやすい状態にする膨張弁（ＲＢＡ）（ＲＢＢ）と冷媒と液体を熱交換し液体を冷却する蒸発器（ＲＪＡ）（ＲＪＢ）の基本サイクルと冷水槽の液温を加温するための熱交換器（ＮＫ）と熱交換器（ＮＫ）に流れる冷媒を制御する冷媒熱源用電磁弁（ＲＣ）とからなる。【００１８】  冷却液回路は、氷と低温の液体の混合液を溜める貯氷槽（ＲＴ１）と低温の液体のみを溜める冷水槽（ＲＴ２）の２つタンクがあり、この２つのタンクは、連通管（ＴＰ）でつながっている。【００１９】  連通管（ＴＰ）は貯氷槽（ＲＴ１）の下部から配管され、冷水槽（ＲＴ２）の上部につながっており、貯氷槽（ＲＴ１）の液量が連通管出口の高さになり初めて、冷水槽（ＲＴ２）に液体が流れ込む構造になっている。【００２０】  貯氷槽（ＲＴ１）には、氷と低温の液体の混合液（ＲＷ１）の取出口と貯氷槽用出水バルブ（ＳＢ１）がある。【００２１】  冷水槽（ＲＴ２）には、原水（ＧＷ）の取入口と原水（ＧＷ）の供給を制御する原水用電磁弁（ＧＷＢ）があり、さらに低温の液体（ＲＷ２）の取出口と冷水槽用出水バルブ（ＳＢ２）がある。【００２２】  冷却液回路の主冷却回路は、貯氷槽（ＲＴ１）と冷水槽（ＲＴ２）からそれぞれの流れを制御する冷水槽開閉用電磁弁（ＤＢ１）と貯氷槽開閉用電磁弁（ＤＢ２）を経て、１本になり、主循環ポンプ（Ｐ１）の吸入側に入り、主循環ポンプ（Ｐ１）から吐出され２回路に分かれる。【００２３】  １回路は圧力均圧調整用電磁弁（ＭＯ）を通り、圧力調整弁（ＰＢ）と貯氷槽入口側電磁弁（ＤＢ４）の間につながり貯氷槽（ＲＴ１）に入いる。
この回路は、デフロスト循環回路が作動した時に蒸発器及び主冷却回路の圧力を一定にするためのバイパス回路である。【００２４】  他の１回路は、更に２回路別れ、それぞれの流れを制御する循環水蒸発器入口側電磁弁（ＭＡ１）（ＭＢ１）を通り、蒸発器（ＲＪＡ）（ＲＪＢ）に入り、蒸発器で冷媒と液体が熱交換し液体は冷却される。【００２５】  蒸発器（ＲＪＡ）（ＲＪＢ）から出て、それぞれの流れを制御する循環水蒸発器出口側電磁弁（ＭＡＯ）（ＭＢＯ）を通り、１本になり、貯氷槽（ＲＴ１）と冷水槽（ＲＴ２）へ配管される。【００２６】  冷水槽（ＲＴ２）側の配管は、途中に冷水槽入口側電磁弁（ＤＢ３）が有り、冷水槽（ＲＴ２）に入る流れを制御する。【００２７】  貯氷槽（ＲＴ１）側の配管は、途中に貯氷槽入口側電磁弁（ＤＢ４）と圧力調整弁（ＰＢ）があり、電磁弁（ＤＢ４）は貯氷槽（ＲＴ１）に入る流れを制御し、圧力調整弁（ＰＢ）は主循環ポンプ（Ｐ１）から圧力調整弁（ＰＢ）までの圧力を制御する。【００２８】  冷却液回路のデフロスト水循環回路は、冷水槽（ＲＴ２）からデフロスト水循環ポンプ（Ｐ２）に入り、吐出側で２回路に分かれ、それぞれの流れを制御するデフロスト水蒸発器入口側電磁弁（ＭＨＡ１）（ＭＨＢ１）を経て、それぞれ蒸発器（ＲＪＡ）（ＲＪＢ）に入り、デフロスト水蒸発器出口側電磁弁（ＭＨＡ２）（ＭＨＢ２）を通り、１本になり冷却槽（ＲＴ２）に返る。【００２９】  冷却液回路の冷水槽循環回路は、冷水槽（ＲＴ２）から冷水槽循環ポンプ（Ｐ３）へ、冷水槽循環ポンプ（Ｐ３）から熱交換器（ＮＫ）を通り冷水槽（ＲＴ２）に返る。【００３０】  「実施形態の効果」
この実施形態によれば、常温の液体は冷水槽（ＲＴ２）に入り、冷水槽（ＲＴ２）から主循環ポンプ（Ｐ１）各蒸発器（ＲＪＡ）（ＲＪＢ）、貯氷槽（ＲＴ１）に入り、貯氷槽（ＲＴ１）の液量が連通管出口の位置になれば、連通管（ＴＰ）を通り、冷水槽（ＲＴ２）に流れ込み、任意の満水の位置で原水供給用電磁弁（ＧＷＢ）は閉となり給水を停止する。【００３１】  常温の原水は、主循環ポンプ（Ｐ１）で加圧送水されて蒸発器（ＲＪＡ）と蒸発器（ＲＪＢ）で、冷凍機の圧縮機（ＲＡ）で圧縮され、冷凍機の凝縮器（ＲＧ）で液化した冷媒を膨張弁（ＲＢＡ）（ＲＢＢ）で減圧され気化しやすくなった冷媒で冷却されて液体は冷水槽（ＲＴ１）に返り、冷媒は冷凍機の圧縮機（ＲＡ）で再圧縮される。【００３２】  この時の、冷却液回路側の各電磁弁は、（ＤＢ２）（ＤＢ３）（ＭＯ）（ＧＷＢ）が閉となり、（ＤＢ１）（ＭＡ１）（ＭＢ１）（ＭＡＯ）（ＭＢＯ）（ＤＢ４）は開となり、デフロスト水循環回路の各電磁弁（ＭＨＡ１）（ＭＨＢ１）（ＭＨＡ２）（ＭＨＢ２）は閉である。【００３３】  冷媒側の冷媒液管用電磁弁（ＲＤＡ）（ＲＤＢ）は、開の状態で冷媒を流す。【００３４】  液体は主循環ポンプ（Ｐ１）で加圧送水され、循環を繰り返し、冷却され、冷水槽（ＲＴ２）と貯氷槽（ＲＴ１）内の液体は同時に同じ温度に冷却される。【００３５】  冷水槽（ＲＴ２）の液温は凍結点より高い任意の温度に調整するようにし、液体がその温度に達すると、冷水槽開閉用電磁弁（ＤＢ１）が閉となり、同時に貯氷槽開閉用電磁弁（ＤＢ２）が開となり、主循環ポンプ（Ｐ１）は冷水槽（ＲＴ２）の給水から貯氷槽（ＲＴ１）の給水へと変わり、貯氷槽（ＲＴ１）だけがさらに冷却される。【００３６】  この時、サイクル内の液量の変化がない為、貯氷槽（ＲＴ１）内部の液体だけが循環するため、冷水槽（ＲＴ２）の液体は循環しないため冷却は終わる。【００３７】  貯氷槽（ＲＴ１）の温度は、冷水槽（ＲＴ２）より低く、凍結点前後の任意の温度に調整するようにする。【００３８】  このため、冷凍機の圧縮機（ＲＡ）及び主循環ポンプ（Ｐ１）は、液体が冷水槽（ＲＴ２）より少し低い任意の設定値に達するまで作動しており、液体は循環し続け、蒸発器（ＲＪＡ）（ＲＪＢ）で冷却を続けます。【００３９】  圧力調整弁（ＰＢ）で主循環ポンプ（Ｐ１）と圧力調整弁（ＰＢ）の間の圧力が大気圧と比べると圧力が高い状態になるように調整する。【００４０】  液体の圧力を上げると液体の凍結点が下がるため、大気圧下では凍結する液体が凍結せずに貯氷槽（ＲＴ１）に流れ込みます。【００４１】  貯氷槽（ＲＴ１）は、圧力調整弁（ＰＢ）通過後にあり、冷却された液体の圧力が大気圧となり、凍結点は蒸発器内部で加圧された状態の凍結点より高くなり氷になる。【００４２】  また、熱交換器である蒸発器の液体側の液体が凍結点近辺になると蒸発器冷媒側のフロンガスなど冷媒の温度が、液体と熱交換するため凍結以下の温度となり蒸発器の液体側接液部の表面に氷ができ、冷媒で液体を冷却することができなくなり熱交換率が悪くなります。【００４３】  また、蒸発器の液体側接液部の表面にできた氷が成長すると蒸発器の液体回路が液体を包み加圧できる構造のため、液体は���で流路が塞がれ、流れなくなくなり、氷の体積膨張で蒸発器が破裂することになる。【００４４】  そのため、熱交換率の回復と氷の体積膨張による熱交換器破裂を防ぐため、この蒸発器の液体側接液部の表面にできた氷を取る解氷を行います。【００４５】  蒸発器（ＲＪＡ）の解氷は、冷媒回路の冷媒液管用電磁弁（ＲＤＡ）を閉じ冷媒を止め、冷媒による冷却を停止すると同時に、主循環回路の循環水蒸発器入口側電磁弁（ＭＡ１）と循環水蒸発器出口側電磁弁（ＭＡＯ）を閉じ、デフロスト水循環回路のデフロスト水蒸発器入口側電磁弁（ＭＨＡ１）とデフロスト水蒸発器出口側電磁弁（ＭＨＡ２）を開き、デフロスト水循環ポンプ（Ｐ２）を作動させ、冷水槽（ＲＴ２）の凍結点より温度の高い液体を蒸発器（ＲＪＡ）に流します。【００４６】  この時、蒸発器（ＲＪＢ）は液体の冷却を続けているため、主循環回路の内圧が変化しないように、同時に主循環回路の圧力均圧調整用電磁弁（ＭＯ）を開きます。【００４７】  各電磁弁の操作で蒸発器（ＲＪＡ）の内部には、凍結点より温度の高い低温の液体だけが流れ込み、凍結点温度より温度の高い液体で蒸発器の液体側接液部の表面にできた氷は溶け始めます。【００４８】  解氷が終了すると、再び主循環回路の、循環水蒸発器入口側電磁弁（ＭＡ１）と循環水蒸発器出口側電磁弁（ＭＡＯ）を開き、同時にデフロスト水循環回路のデフロスト水蒸発器入口側電磁弁（ＭＨＡ１）とデフロスト水蒸発器出口側電磁弁（ＭＨＡ２）を閉じ、デフロスト水循環ポンプ（Ｐ２）を停止し、また、圧力均圧調整用電磁弁（ＭＯ）を閉じて圧力を一定にし、冷媒回路の冷媒液管用電磁弁（ＲＤＡ）を開き冷却を開始します。【００４９】  上記の方法で、各蒸発器を交互に解氷を行い蒸発器表面についた氷を取ります。【００５０】  解氷の開始と停止は、蒸発器内部に氷が付いたことを冷媒の温度や圧力の変化または液体の温度や流れや圧力の変化より検出して開始または停止させます。【００５１】  解氷を開始すると蒸発器表面の氷が溶けるため、冷水槽（ＲＴ２）の温度が下がります。
温度が下がると解氷でできなくなったり、解氷時間がかかります。【００５２】  また、解氷をしていない時、温度の高い外気からの侵入熱やその他の熱負荷により冷水槽（ＲＴ２）の液体は温度が上昇します。【００５３】  そこで、冷水槽（ＲＴ２）内の低温の液体温度を一定温度に保つため、液温が下がった場合は、冷水槽循環ポンプ（Ｐ３）を作動させ、冷媒回路の冷媒熱源用電磁弁（ＲＣ）を開き、温度の高い冷媒と熱交換をさせて液温を上昇させます。【００５４】  また、液温が上昇した時は、貯氷槽開閉用電磁弁（ＤＢ２）と貯氷槽入口側電磁弁（ＤＢ４）を閉じ、冷水槽開閉用電磁弁（ＤＢ１）と冷水槽入口側電磁弁（ＤＢ３）を開き、冷水槽（ＲＴ２）のみを循環して冷却するので、冷水槽（ＲＴ２）の温度を一定に保ちます。【００５５】  「他の実施形態」
図１の実施形態では、蒸発器はＲＪＡとＲＪＢの２回路ですが、図２のように３回路またはそれ以上の複数台であっても良い。【００５６】  また、冷水槽（ＲＴ２）の温度を上げるための熱交換器（ＮＫ）への熱源は凝縮器（ＲＧ）と電磁弁（ＲＤＡ）（ＲＤＢ）の間の高圧液を熱源としていますが、冷凍機（ＲＡ）と凝縮器（ＲＧ）間の高圧ガスを熱源とする方法もある。【００５７】  蒸発器内の圧力を上げるため圧力調整弁（ＰＢ）を使用しているが、貯氷槽（ＲＴ１）の流れ込む所にノズルような閉所などを施したものでも良い。【００５８】  主循環回路とデフロスト水回路の切替を２方向の電磁弁で行っているが電磁３方弁で行っても良い。【００５９】  圧力調整弁（ＰＢ）を手動バルブでなく、自動圧力調整弁などを使用する場合は圧力均圧調整用電磁弁（ＭＯ）がある圧力バイパス回路はいらなくなる。【００６０】  連通管は落差を利用しているが、電磁弁やポンプなどを使い機械的な制御もできる。【００６１】  冷水槽と貯氷槽が別々のタンクでなく、１つのタンクを２槽に分けた構造でも良い。
【発明の効果】
【００６２】  以上説明したように、この発明によれば、液体は圧力を上げると凍結点が下がるという復氷現象を利用して、蒸発器内部の液体側の内圧を上げることにより液体の凍結点は下がり、貯氷槽にその液体が流れ込んだ時に大気圧となり液体の凍結点が上がり凍結する。
【００６３】  その氷は、氷の塊でなく、氷の粒の状態であるため、氷と液体の混合液を作ることができる。
【００６４】  したがって、氷を削ったり、砕いたりすることなく液体を流す力だけで氷と液体の混合液を作ることができる。
【００６５】  また、貯氷槽以外に冷水槽を設けることにより、蒸発器の解氷をこの冷水槽の低温の液体を使用することで、貯氷槽の温度は変化することがなく解氷が可能となる。
【００６６】  また、解氷の熱源が温度の高いものを使用していないため、再冷却や再加熱の温度幅が少ないためエネルギーロスが少なくなる。
【００６７】  冷水槽の低温の液体を消費することができ、１つのシステムで低温の液体と氷と低温の液体の混ざった液体の２種類を消費することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態を示す図である。
【図２】  この発明のその他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
ＲＡ      冷凍機の圧縮機                  ＲＧ      冷凍機の凝縮器
ＲＤＡ    冷媒液管用電磁弁                ＲＢＡ    膨張弁
ＲＪＡ    蒸発器                          ＲＤＢ    冷媒液管用電磁弁
ＲＢＢ    膨張弁                          ＲＪＢ    蒸発器
ＲＣ      冷媒熱源用電磁弁                ＮＫ      熱交換器
ＲＴ１    貯氷槽                          ＲＴ２    冷水槽
ＴＰ      連通管                          ＳＢ１    貯氷槽用出水バルブ
ＲＷ１    氷と低温の液体が混ざった液      ＳＢ２    冷水槽用出水バルブ
ＲＷ２    低温の液体                      ＧＷＢ    原水供給用電磁弁
ＧＷ      原水                            ＤＢ１    冷水槽開閉用電磁弁
ＤＢ２    貯氷槽開閉用電磁弁              Ｍ０      圧力均圧調整用電磁弁
Ｐ１      主循環ポンプ                    Ｐ２      デフロスト水循環ポンプ
Ｐ３      冷水槽循環ポンプ                ＭＡ１    循環水蒸発器入口側電磁弁
ＭＢ１    循環水蒸発器入口側電磁弁        ＭＡ０    循環水蒸発器出口側電磁弁
ＭＢ０    循環水蒸発器出口側電磁弁        ＤＢ３    冷水槽入口側電磁弁
ＤＢ４    貯氷槽入口側電磁弁              ＰＢ      圧力調整弁
ＭＨＡ１  デフロスト水蒸発器入口側電磁弁
ＭＨＢ１  デフロスト水蒸発器入口側電磁弁
ＭＨＡ２  デフロスト水蒸発器出口側電磁弁
ＭＨＢ２  デフロスト水蒸発器出口側電磁弁
１        冷媒回路                        ２        主冷却回路
３        デフロスト循環回路              ４        冷水槽循環回路
【図１】
2005134095.tif 000003
【図２】
2005134095.tif 000004