(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機。
【請求項２】
氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器に連結された雪製造機と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気圧縮冷凍機に備えている蒸発器から低温の氷スラリーを取出すと共に当該水蒸気圧縮機に別置された氷濃縮器又は雪製造機から低温氷や人工雪を取出すことができる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の水蒸気圧縮冷凍機による製氷技術は、例えば、図５に示すような基本構成であった。これについて説明すれば、水蒸気圧縮冷凍機１で補給水２ａを導く循環水２から水を含んだ氷スラリー５を製氷し、この氷スラリー５から氷濃縮器３により生成された濃縮氷４を取り出す構成であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は叙上のような構成であるので次の課題が存在した。
前記水蒸気圧縮冷凍機１の蒸発部から前記氷濃縮器３に流入する氷スラリー５は、例えば氷が体積比率において、約１５％を含有している。
ところで、当該氷スラリー５の凝固点つまり、凍結温度は0℃程度であり、前記蒸発部や前記氷濃縮器3から低温度の氷スラリーや低温氷を取出すことができなかった。
前記従来の技術に於いては、前記水蒸気圧縮冷凍機1や氷濃縮器3に雪製造機を備えたものがあるが、当該雪製造機によって低温の人工雪を生成かつ取出すことができなかった。
また、雪の温度を降下させるために塩化カルシウムなどの寒剤を散布する方法もあるが、環境の点から望ましくなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記氷蓄熱槽から蒸発器に流過する循環水に所定濃度を有するエチレングリコール等の不凍液を添加し、該循環水の凝固点を降下させて前記蒸発器や前記氷濃縮器で製造された氷スラリー又は氷の温度低下を図り、これらを取出すと共に雪製造機でもって、低温の人工雪を取出す技術であって、叙上した課題を解決すべくしたことを目的とするものであり、次の構成、手段から成立するものである。
【０００５】
請求項１記載の発明によれば、氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機である。
【０００６】
請求項２記載の発明によれば、氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器に連結された雪製造機と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明に係る不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の各実施の形態について、詳細に説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態１】
図１は本発明に係る実施の形態１を示すのもであって、不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の構成配置図である。
【０００９】
６は水蒸気圧縮冷凍機であって、蒸発器６ａ、圧縮機６ｂ及び凝縮器６ｃを備えている。該蒸発器６ａは氷蓄熱槽８から循環水７を導くと共に前記圧縮機６ｂの運転によって、低圧に保持しつつ当該循環水７の一部を蒸発させる。該圧縮機６ｂは当該蒸発器６ａから導入された水蒸気を所定の条件で加圧する。前記凝縮器６ｃは、前記圧縮機６ｂで加圧されかつ高温になった水蒸気を導入し、これを外部に設置した冷却水用熱交換器１５等から導いた冷却水１０で冷却し、凝縮する。
【００１０】
ここに於いて、前記氷蓄熱槽８、前記水蒸気圧縮冷凍機６の蒸発器６ａ、氷スラリーポンプ１１、解氷水ポンプ１２及び冷熱用熱交換器１３、及びこれらを結ぶ連絡管には補給水１９として水道水が満されている。
前記循環水７へは、所定濃度を有する不凍液１４を添加する。当該不凍液１４は塩化ナトリウム又はグリコール類溶液であって、エチレングリコール等でなる。
前記不凍液１４としては、エチレングリコールの他にプロピレングリコール、二価アルコール、プロパンジオール等を適用してもよい。
【００１１】
８は氷蓄熱槽であり、前記蒸発器６ａから氷スラリーポンプ１１を介して取出された低温氷スラリー６ｄを貯留する。該氷蓄熱槽８では冷熱用熱交換器１３から氷融解水８ａを導き、低温の氷スラリーの氷融解作用が行なわれ、氷と融解水すなわち冷水が混在することになる。当該冷水は解氷水ポンプ１２で冷熱用熱交換器１３に圧送される。該冷熱用熱交換器１３はいわゆる熱取出しサイクルとして冷房負荷（開示せず）等に冷水ポンプ１８で冷水を循環流送する。
【００１２】
次に、本発明に係る実施の形態１の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の動作について説明する。
図２に示すように一般的に水溶液中の不凍液、例えば、エチレングリコールの例の場合、濃度(ｇ／Ｌ)を高めれば当該水溶液の凍結温度、つまり凝固点（℃）が降下することが判明している。
先ず、前記蒸発器６ａから低温の氷スラリー６dを取出す前に於いて、前記循環水７にエチレングリコール等の不凍液１４を添加し、当該不凍液の濃度を約５０（ｇ／Ｌ）に保有する。ここに於いて、前記水蒸気圧縮冷凍機６の蒸発器６ａに於ける製氷温度は上記エチレングリコールが水溶液や前記循環水７中に溶解しているので、約−１．０（℃）となり、前記蒸発器６ａ内の攪拌機６ｅの攪拌作用によって、氷同士の結氷を防止し結氷のない氷スラリー６dとして前記蒸発器６ａから取出すことができる。
一方、前記蒸発器６ａで蒸発した水蒸気は冷却水１０の冷却作用によって凝縮器６ｃで凝縮し、その量に相当する水が補給水すなわち凝縮水９として戻される。
そこで、戻される凝縮氷９の水質はほぼ蒸溜水に近く、そして、不純物である前記エチレングリコール等の不凍液１４は前記循環水７に滞留したままであることから前記循環水７の水量や不凍液の濃度（ｇ／Ｌ）には変化がない。
そして、以上説明したように、本実施の形態１によれば、前記循環水７に於ける不凍液の濃度を５０（ｇ／Ｌ）とすることにより、蒸発器６ａから−１．０（℃）の低温度の氷スラリー６ｄを取出しできることが判明した。
尚、図1に於いて、１５は冷却水用熱交換器又は密閉冷却塔であって、前記凝縮機６ｃで得られた冷却水(凝縮水)１０を密閉回路として冷却水ポンプ１６で循環させる。また、１７は下水、海水、河川水、工業用水又は上水等であり、前記冷却水用熱交換器又は密閉冷却塔１５に供給している。
【００１３】
また、前記蒸発器６ａから更に低い温度の氷スラリー６ｄを取出すためには当該不凍液濃度（ｇ／Ｌ）を高め、製氷温度つまり凝固点を降下させればよい。
【００１４】
【発明の実施の形態２】
図３は本発明に係る実施の形態２を示すものであって、不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の構成配置図である。
【００１５】
本実施の形態２は前記実施の形態１の構成に氷濃縮器を組込み、前記蒸発器から低温の氷スラリー及び前記氷濃縮器から低温氷を取出すことを特徴としたものである。
２１は氷濃縮器であり、前記水蒸気圧縮冷凍機６内の蒸発器６ａで生成された例えば、体積比率で約１５％の氷を含有する氷スラリー６ｄを氷スラリーポンプ１１で導入している。該氷濃縮器２１は前記氷スラリー6ｄを水の浮力により氷と水に分離、すなわち固液分離し、例えば、重量比率で約８０％の氷を含有する濃縮氷２２を生成する。また、当該濃縮氷２２を取出して、前記氷蓄熱槽８に供給し、氷解された水は補給水ポンプ２３によって循環水７に導かれ、前記蒸発器６aに流送される。
また、前記氷濃縮器２１、前記水蒸気圧縮冷凍機６の蒸発器６a、氷スラリーポンプ１１、解氷水ポンプ１２、冷熱用熱交換器１３、前記氷蓄熱槽８及びこれらを結ぶ連結管には前記循環水７及び補給水１９として水道水が満たされている。前記循環水７へは所定濃度を有するエチレングリコール等の不凍液１４を添加し、前記循環水７に必要な不凍液濃度を確保する。そして、前記循環水７へは前記氷蓄熱槽８から補給水ポンプ２３で氷解された水を補給水として流送している。
【００１６】
上述した本発明の実施の形態２の他の構成は、上記実施の形態１と略同一でありその説明を省略する。
【００１７】
次に、本発明に係る発明の実施の形態２の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の動作について説明する。
前記水蒸気圧縮冷凍機６の蒸発器６aから低温の氷スラリー６ｄを取出す動作については、前記実施の形態１の動作と略同一であるのでその説明を省略する。
そこで、前記循環水７にエチレングリコール等の不凍液１４を添加する。本実施の形態２によれば、不凍液の濃度を５０（ｇ／Ｌ）とすることにより、蒸発器６ａから−１．０（℃）の低温の氷スラリーを取出し、前記蒸発器６ａで生成された低温の氷スラリー６ｄは一旦前記氷濃縮器２１に流送され、該濃縮器２１で氷と水の固液分離が行なわれる。
而して、前記氷濃縮器２１に低温度の約−１．０（℃）の濃縮氷２２を貯留する。そして、当該氷濃縮器２１から従来にない低温氷を取出すことができる。そして、前記氷濃縮器２１から、さらに低い温度の濃縮氷２２を取出すためには、当該不凍液濃度（ｇ／Ｌ）を高め、製氷温度つまり、循環水７の凝固点を降下させればよい。
【００１８】
【発明の実施の形態３】
図４は本発明に係る実施の形態３を示すものであって、不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の構成配置図である。
【００１９】
本実施の形態３は前記実施の形態２の構成に雪製造機を組み込み、前記蒸発器から低温の氷スラリー及び前記氷濃縮器から低温氷並びに前記雪製造機で人工雪を生成しかつ取出すことを特徴としたものである。
２５は雪製造機であり、例えば、ロータリーフィーダー等で構成されている。
前記氷濃縮器２１で生成された低温の濃縮氷２２を取り出し該氷濃縮器２１に連結された雪製造機２５によって、当該濃縮氷２２をもとに噴霧状の人工雪２５ａを生成する。
【００２０】
上述した本発明の実施の形態３の他の構成は上記実施の形態２と略同一であり、その説明は省略する。
【００２１】
次に、本発明に係る実施の形態３の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の動作について説明する。前記水蒸気圧縮冷凍機６の蒸発器６ａから低温の氷スラリー６ｄを取出すことや、前記氷濃縮器２１から低温氷を取出すことの動作は前記本発明の実施の形態１及び２の動作と略同一であるのでその説明を省略する。
【００２２】
そこで、前記循環水7にエチレングリコール等の不凍液１４を添加して、その不凍液濃度（ｇ／Ｌ）を相当に高くし、例えば、約１５０（ｇ／Ｌ）とすれば、前記氷濃縮器２１に極めて低温の約−５（℃）の濃縮氷２２を得ることができる。当該−５（℃）の低温度の濃縮氷（低温氷）２２を該氷濃縮器２１の上部から取出し、前記雪製造機２５に運送し、該雪製造機２５を駆動動作させてこれを噴霧状であって−5（℃）の低温の人工雪２５ａを生成し取出しを行なう。当該人工雪２５ａは取出されてスキー場等に搬送され、当該スキー場に利用される。また、前記氷濃縮器２１から、更に低い温度の濃縮氷２２を取出しかつ低い温度の人工雪２５ａを生成するためには、当該不凍液濃度（ｇ／Ｌ）を高め、製氷温度つまり循環水７の凝固点を降下させればよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機は叙上の構成、動作を有するので次の効果がある。
【００２４】
請求項１記載の発明によれば、氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機を提供する。
このような構成としたので、前記循環水の凝固点を降下させ、蒸発器から低温の氷スラリー及び前記氷濃縮器から所望の例えば、−０.１（℃）〜−１０（℃）の低温氷を生成することができると共に、循環水に不純物として添加する汎用のエチレングリコール等の不凍液であって、実施化が極めて容易となる水蒸気圧縮冷凍機を提供できると共に該氷濃縮器は前記氷スラリーを水の浮力により氷と水に分離、すなわち固液分離し、例えば、重量比率で約８０％の氷を含有する濃縮氷を生成しかつ当該濃縮氷を取出して、前記氷蓄熱槽に供給し、氷解された水は補給水ポンプによって循環水に導かれ、前記蒸発器に流送することができる。また前記循環水へは所定濃度を有するエチレングリコール等の不凍液を添加し、前記循環水に必要な不凍液濃度を確保することができる。さらに前記蒸発器内の攪拌機の攪拌作用によって、氷同士の結氷を防止し結氷のない氷スラリーを生成することができるという種々の効果がある。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、氷蓄熱槽と、該氷蓄熱槽に氷を導く氷濃縮器と、該氷濃縮器に連結された雪製造機と、該氷濃縮器から循環水を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を介して冷却水閉回路を形成した凝縮器及び該凝縮器で生成した凝縮水を戻す回路で構成された水蒸気圧縮冷凍機に於いて、前記氷濃縮器から前記蒸発器への前記循環水に所定濃度を有する不凍液を添加すると共に攪拌機を内部に備えた蒸発器で生成された氷スラリーを氷スラリーポンプで導入しかつ固液分離し濃縮氷を生成する前記氷濃縮器でなり、前記蒸発器は前記氷蓄熱槽で氷解された水を補給水ポンプで前記循環水から導入することを特徴とする不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機を提供する。
このような構成としたので、請求項１記載の発明の効果に加えてロータリーフィーダー等の雪製造機で容易に人工雪を生成することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の配置構成図である。
【図２】本発明に係る不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機に於いて、水溶液中の不凍液（ｇ／Ｌ）に対する凝固点降下（℃）を示す特性チャートである。
【図３】本発明に係る実施の形態２の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の配置構成図である。
【図４】本発明に係る実施の形態３の不凍液を利用した水蒸気圧縮冷凍機の配置構成図である。
【図５】従来の技術に於ける水蒸気圧縮冷凍機による製氷技術の例を示す基本構成図である。
【符号の説明】
１、６         水蒸気圧縮冷凍機
２        循環水
２ａ      補給水
３        氷濃縮器
４        濃縮氷
５        氷スラリー
６ａ      蒸発器
６ｂ      圧縮機
６ｃ      凝縮器
６ｄ      低温の氷スラリー
６ｅ      攪拌機
７        循環水
８        氷蓄熱槽
８ａ      氷融解水
９        凝縮水
１０      冷却水
１１      氷スラリーポンプ
１２      解氷水ポンプ
１３      冷却用熱交換器
１４      不凍液
１５      冷却水用熱交換器又は密閉冷却塔
１６      冷却水ポンプ
１７      下水、海水、河川水、工業用水又は上水
１８      冷水ポンプ
１９      補給水
２１      氷濃縮器
２２      低温氷(濃縮氷)
２３      補給水ポンプ
２５      雪製造機
２５ａ    人工雪
【図１】
0004545332.tif 000002
【図２】
0004545332.tif 000003
【図３】
0004545332.tif 000004
【図４】
0004545332.tif 000005
【図５】
0004545332.tif 000006