JPH06241628A

JPH06241628A - 真空製氷装置

Info

Publication number: JPH06241628A
Application number: JP3079193A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Aizawa; 和夫相沢; Hidemasa Ogose; 英雅生越; Kennen Hayashi; 謙年林
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-02-19
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】地域冷暖房システム等で冷熱を高密度に貯蔵・
輸送する媒体として有望な氷・水スラリを、高い効率
で、しかも大規模に製造すること。【構成】水の三重点圧力以下の減圧下における、水の蒸
発に伴う自己冷却を利用した真空製氷装置において、真
空製氷容器１の内部に、水の蒸発面積を拡大するための
着氷板４を設け、これに散水装置（１２，１３，１４，
３）により散水して氷２２を生成するとともに、着氷板
を機械的に変形するか、あるいは着氷板を加熱すること
により、氷を離脱させ、スラリ排出ポンプ１０を用いて
氷・水スラリとして真空製氷容器外に取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、氷・水スラリを製造す
るための、製氷装置に関するものである。

【０００２】氷・水スラリは冷熱を高密度に貯蔵・輸送
する冷媒として、熱容量・流動性・安全性等に優れてい
るため、本発明は、特に、ビル空調及び地域冷暖房シス
テムのセンタープラントにおいて用いられる大容量の製
氷装置に適している。

【０００３】

【従来の技術】従来より一般的に使用されている製氷装
置としてスタティックタイプ製氷装置及びダイナミック
タイプ製氷装置がある。

【０００４】図４にスタティックタイプ製氷装置を示
す。この方式は伝熱管１９の内部に０℃以下の温度の一
次冷媒２０を流し、伝熱管の外側の水２１を冷却して、
伝熱管の外表面から同心円状に氷２２を成長させるもの
である。

【０００５】図５にダイナミックタイプ製氷装置の一例
を示す。この例はハーベスト方式（ＨＡＲＶＥＳＴＴ
ＹＰＥ）と呼ばれるもので、伝熱管１９に熱伝導性の良
い板（製氷用熱交換器）２３が取り付けられている。伝
熱管の内部に一次冷媒２０を流すことにより製氷用熱交
換器を冷却しながら、その表面に水２１を散布して、板
の表面より氷２２を層状に成長させる。周期的に伝熱管
の内部の一次冷媒を熱媒に切り替えることにより、製氷
用熱交換器を加熱して氷を表面から離脱させる。この方
式により可搬性のある氷塊を製造することができる。

【０００６】また、真空中での水の蒸発に伴う自己冷却
現象を利用した製氷蓄冷方法も知られている、一例とし
て、特開昭６３−２４３６６５：「氷を利用する蓄冷熱
方法」の一部を図６に示す。ここでは、真空容器内に設
けられた「懸吊枠芯」２４の上に水を散布して凍結さ
せ、その氷を蓄冷に利用している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】スタティックタイプ製
氷装置（図４）では、伝熱管１９の内部の一次冷媒２０
と外部の水２１と間の熱交換が、伝熱管及びその外周に
形成された氷２２を介して行われているために、（イ）氷の層が成長し厚くなるに従って、熱抵抗が増大
し製氷効率が低下する（ロ）氷の離脱が容易ではなく、可搬性のある氷塊の製
造には適していないなどの限界があり、大量の氷を製造・貯蔵・輸送する地
域冷暖房の様な用途には向いていない。

【０００８】一方、ダイナミックタイプ製氷装置（図
５）は、氷の離脱手段を備えることにより、上記のスタ
ティックタイプ製氷装置の問題点（イ）及び（ロ）を改
善したものではあるが、（イ）の問題点は完全には解決
されておらず、依然として製氷効率に関して以下の様な
問題点が残っている。即ち、氷の層が成長し厚くなるに
従って、氷自身の熱抵抗が増大するので、製氷用熱交換
器２３を−５〜−１０℃程度まで冷却しなければなら
ず、一次冷媒２０の供給装置として大きな動力のコンプ
レッサが必要となるとともに、頻繁に（一例では２０分
に１回程度）氷を離脱させる必要もある。

【０００９】また、図６に示した製氷蓄冷方法では、生
成した氷を専ら真空容器１の中に蓄えているので、真空
容器として大きな容量が必要となり、大規模な空調シス
テムに対する適用には限界がある。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、可搬性のある氷を、高い
製氷効率で、かつ大規模に生成することが可能な真空製
氷装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の真空製氷装置の
構成は、（イ）真空製氷容器

【００１２】（ロ）真空製氷容器の上部に開口した配管
に接続され、真空製氷容器内部を水の三重点圧力（４．
６Ｔｏｒｒ）以下に減圧可能な排気能力を持つ真空排気
装置（ハ）真空製氷容器の底部に水を補給する給水装置（ニ）真空製氷容器の内部に設置された変形可能な構造
物（以下、着氷板と呼ぶ）（ホ）着氷板の表面に水を散布する散水装置（ヘ）着氷板を機械的に変形する機構（ト）真空製氷容器の底部に設置された攪拌機（チ）真空製氷容器の内部より氷・水スラリを抜き取る
スラリ排出装置より構成される。

【００１３】また、以上の構成では、氷を離脱させる手
段として着氷板を機械的変形させる機構を用いている
が、熱的な方法により氷を離脱させることも可能で、こ
の場合には前記の（ニ）及び（ヘ）に代わって、（リ）
真空製氷容器の内部に設置された、加熱装置が組み込ま
れた着氷板を用いる。なお、この場合には、着氷板は変
形可能である必要はない。さらに、氷の離脱にこれら機
械的方法及び熱的方法を併用することも可能である。

【００１４】

【作用】以下に本発明の作用を説明する。

【００１５】真空製氷容器の内部を真空排気装置により
水の三重点（０℃．４．６Ｔｏｒｒ）以下の圧力に減圧
する。真空製氷容器の内部に設置された着氷板の上に散
水装置により水を散布する。

【００１６】容器内は水の三重点圧力以下に減圧・排気
されているので、散布された水は沸騰状態で蒸発する。
この際に蒸発潜熱を奪い去るため、残りの水が冷却され
て（自己冷却現象）、着氷板の上で凍結する。即ち、容
器内を水の三重点圧力以下に減圧・排気し続けることに
より、水の双方向の相変化の形で熱交換が行われて、蒸
発と凍結が同時に進行する。０℃の水１ｋｇが蒸発する
のに伴い、約７．５ｋｇの氷が生成する。水は常に、既
に形成された氷の上に散布されるので、氷の層が水の蒸
発を妨げることはなく、さらに熱抵抗となることもな
く、凍結が進行する。氷が成長して着氷板の間の隙間を
埋め尽くす前に、着氷板を機械的に変形させて氷を離脱
させる。

【００１７】また、氷の離脱手段として、機械的方法に
代わって、加熱装置を用いて着氷板を加熱し、着氷板と
の界面部の氷を融解させ氷を離脱させる方法も可能であ
る。離脱した氷を、容器底部に蓄えられた水とともに攪
拌機を用いて破砕・攪拌して氷・水スラリの状態とし、
スラリ排出装置により真空製氷容器から抜き取り、系外
へ冷熱源として供給する。なお、抜き取った氷・水スラ
リを補うために、給水装置を通じて、系外より真空製氷
容器内部に水を供給する。

【００１８】容器内に設置された着氷板は、その表面に
水を付着させることによって、水の全表面積を増大さ
せ、ひいては、水の蒸発面積の増大を可能にしている。
その結果、小容積の真空容器によって、多量の氷の生成
を可能ならしめている。

【００１９】

【実施例】

（第１実施例）図１は本発明の実施例を示す全体構成図
である。１は真空製氷容器、２は真空排気ポンプであ
る。真空製氷容器１の内部には、銅の薄板を縦方向の姿
勢で多数並べた構造の着氷板４が設置されている。

【００２０】着氷板は上部支点７で固定・支持され、下
部支点８では水平方向の動きが拘束され、垂直方向の動
きは拘束されていない。着氷板の中央部にはロッド６が
接続されていて、カム５を回転することによりロッド６
が水平方向の往復運動をする機構となっている。互いに
隣接する着氷板の中央部の上方には、スプレーノズル３
が配置されていて、散水配管１４、制御弁１３を介して
循環ポンプ１２に連結されている。

【００２１】真空製氷容器１の底には水が蓄えられ、攪
拌機９が設置されている。１０はスラリ排出ポンプ、１
７は真空製氷機の底部へ水を補給する給水配管であり、
制御弁１６を通じてを介して給水ポンプ１５と連結され
ている。真空製氷容器１を真空排気ポンプ２により４．
６Ｔｏｒｒ以下に減圧する。

【００２２】水をスプレーノズル３より着氷板４の上に
散布する。散布された水が真空中で蒸発するのに伴い蒸
発潜熱を奪い去るため、残りの水が着氷板４の表面で凍
結して氷が成長する。周期的に、ロッド６を水平方向に
動かすことにより着氷板４を弓状に弾性変形させて、氷
を破砕して、着氷板４より氷を剥離・離脱させる（図
２）。真空製氷容器１の底に落下した氷塊を、蓄えられ
ている水とともに攪拌機９により破砕・攪拌して、氷・
水スラリを作る。氷・水スラリはスラリ排出ポンプ１０
により真空製氷容器１の底から、系外に抜き取り、空調
用の冷熱源として使用する。抜き取った氷・水スラリを
補うために、真空製氷容器１の底部に接続された給水配
管１７より、水を供給する。

【００２３】なお、前記の実施例では着氷板として薄い
銅版を用い、これを弾性変形させているが、これに変わ
って、リンク構造の着氷板を変形させて氷を破砕・剥離
させることもできる。（第２実施例）図３は本発明の他の実施例を示す全体構
成図である。

【００２４】構成は、第１実施例の着氷板の機械的変形
機構（５，６，８）に代って、着氷板に加熱用配管１８
を組み込んだもので、その他の構成は第１実施例と同じ
である。着氷板上に氷の層が成長した段階で、加熱用
配管１８の中に熱媒を流し、着氷板４との界面部の氷を
融解させて氷を離脱させる。なお、加熱の方法として
は、他に、抵抗発熱体を配管中に組み込んで電気的に加
熱する方法もある。

【００２５】

【発明の効果】本発明はダイナミックタイプ製氷装置に
おいて、フレオン等の一次冷媒を用いた冷却方式に代わ
って、真空中での水自身の蒸発潜熱を利用した真空製氷
方式を適用したものである。冷却用の伝熱管を介した熱
伝導を用いることなく、生成した氷の表面における、水
の相変化に伴う熱交換を利用しているので、氷の形成過
程に、生成した氷内部の熱伝導が関与していない。この
ため、氷の層の成長に伴い厚みが増大しても、製氷の速
度は影響を受けず、高い製氷効率を実現できる。また、
生成した氷を強制的に離脱させ、氷・水スラリとして真
空製氷容器の外部へ取り出しているので、冷熱（氷・水
スラリ）の貯蔵は外部の大気圧の容器で行う事が可能
で、真空製氷容器の容量を大きくすることなく、製氷装
置の容量を増やすことが可能である。以上の利点によ
り、本発明は特に大規模な製氷装置としての利用に適し
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の全体構成を示す説明図。

【図２】第１実施例において氷の離脱方法を示す説明
図。

【図３】第２実施例の全体構成を示す説明図。

【図４】従来のスタティックタイプ製氷装置の説明図。

【図５】従来のダイナミックタイプ製氷装置の説明図。

【図６】真空を用いた製氷蓄冷方法の例を示す図（従来
技術）。

【符号の説明】

１・・・真空製氷容器、２・・・真空排気ポンプ、３・
・・スプレーノズル、４・・・着氷板、５・・・氷離脱
機構（カム）、６・・・氷離脱機構（ロッド）、７・・
・上部支点、８・・・下部支点、９・・・攪拌機、１０
・・・（スラリ）排出ポンプ、１１・・・スラリ排出
管、１２・・・循環ポンプ、１３・・・制御弁、１４・
・・散水配管、１５・・・給水ポンプ、１６・・・制御
弁、１７・・・給水配管、１８・・・加熱用配管、１９
・・・伝熱管、２０・・・一次冷媒、２１・・・水、２
２・・・氷、２３・・・製氷用熱交換器、２４・・・懸
吊枠芯。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）真空製氷容器と、（ロ）この真空製氷容器の内部を、水の三重点以下の圧
力に減圧可能な真空排気装置と、（ハ）真空製氷容器の底部に水を補給する給水装置と、（ニ）真空製氷容器の内部に設置された変形可能な着氷
板と、（ホ）この着氷板の表面に水を散布し、氷の層を形成さ
せる散水装置と、（ヘ）着氷板を機械的に変形し、氷の層を離脱させる機
構と、（ト）離脱した氷を破砕及び攪拌して氷と水のスラリと
する攪拌機と、（チ）真空製氷容器の内部より氷と水のスラリを抜き取
るスラリ排出装置と、を設けた真空製氷装置。
【請求項２】（イ）真空製氷容器と、（ロ）この真空製氷容器の内部を、水の三重点以下の圧
力に減圧可能な真空排気装置と、（ハ）真空製氷容器の底部に水を補給する給水装置と、（ニ）真空製氷容器の内部に設置された着氷板と、（ホ）この着氷板の表面に水を散布し、氷の層を形成さ
せる散水装置と、（ヘ）着氷板を加熱して、氷の層を離脱させる加熱装置
と、（ト）離脱した氷を破砕及び攪拌して氷と水のスラリと
する攪拌機と、（チ）真空製氷容器の内部より氷と水のスラリを抜き取
るスラリ排出装置と、を設けた真空製氷装置。