JPH068468Y2 - 冷水供給装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この考案は、１℃以下の氷結温度に近い極低温の冷水を
供給する装置に関し、特に、極低温の冷水を凍結させず
に供給できる装置に関する。

【従来の技術並びにその課題】

０℃に近い極低温冷水は、食品の冷却用に多用されてい
る。極低温冷水は、食品を凍結させずに冷却できるの
で、味を低下させずに冷却できる。極低温冷水を最も簡
単に得る方法は、水に氷を混合し、氷の融解熱で水を０
℃近くに冷却する方法である。この方法は、確実に極低
温冷水が得られるが、氷を製造する為に多くの電気エネ
ルギーを必要とし、電力の利用効率が著しく低く、消費
電力量に対する水の冷却量が少ない欠点がある。即ち、
この方法は、水を凍結する時に、凍結面に付着した氷を
介して水を冷却して凍結するが、氷の熱伝導が悪い為
に、冷却熱が有効に水に伝達されず、熱効率が悪い欠点
がある。この為、多量の電気エネルギーを消費するにも
かかわらず、氷の凍結量が少なく、通常、冷凍機の冷却
熱量の約半分しか氷の凍結に使用できない。 冷却装置でもって、氷を使用することなく、直接に水を
極低温に冷却することが出来るなら、これによって、消
費電力当りの冷水供給量を、氷冷却に比べて倍増でき
る。ところが、この方式の冷却装置は、０℃に近い極低
温の冷水を安定して供給することが著しく困難である。
その理由は、供給する水の温度を、凍結温度の０℃に接
近させるほど、熱交換器の冷水通路に氷が氷結し易い状
態となり、この氷結した氷が熱交換器の熱伝達効率を悪
化させ、全体としての効率が低下し、更に、冷水通路が
完全に凍結すると詰まって冷水が全く供給出来なくな
り、しかも、この状態が起こると、水の凍結膨張によっ
て熱交換器を破損するという著しい弊害が発生する為で
ある。 この考案は、これ等従来の冷水供給装置が有する欠点を
解消することを目的に開発されたもので、この考案の重
要な目的は、冷却熱の利用効率が極めて高く、消費電力
量当りの冷水供給量が著しく増大できる冷水供給装置を
提供するにある。 また、この考案の他の重要な目的は、熱交換器の冷水通
路が氷結するのが極減でき、安定して極低温冷水が供給
できる冷水供給装置を提供するにある。

【従来の問題点を解決する為の手段】

この考案の冷水供給装置は、前述の目的を達成するため
に、下記の構成を備えている。とくに、この考案の冷水
供給装置は、（ｅ）〜（ｊ）の構成を有することを特徴
ととしている。 （ａ）冷水供給装置は、熱交換器３と、冷却手段４と、
冷水ポンプ５とを備えている。 （ｂ）熱交換器３は、冷媒通路１と冷水通路２とが互い
に熱交換状態に配設されている。 （ｃ）熱交換器３の冷媒通路１は、冷却手段４と並列に
連結されている。 （ｄ）冷水ポンプ５は、熱交換器３の冷水通路２に連結
されている。 （ｅ）冷水供給装置は、熱交換器３と、冷却手段４と、
冷水ポンプ５とに加えて、冷水タンク７と、補給水部材
１８とを備えている。 （ｆ）熱交換器３の冷水通路２の吸入側は、循環ライン
６を介して、冷水タンク７と補給水部材１８とに連結さ
れている。 （ｇ）補給水部材１８は、開度調整可能な補給水弁２０
を備えており、補給水弁２０が、熱交換器３の冷水通路
２の吸入側に連結されている。 （ｈ）熱交換器３の冷水通路２の排出側は、循環ライン
６を介して冷水タンク７と、排出管２４とに連結されて
いる。 （ｉ）排出管２４には、供給弁１５が連結されている。 （ｊ）冷水ポンプ５は、循環ライン６の途中に接続され
ている。

【作用効果】

この考案の冷水供給装置は、直接水を極低温に冷却せ
ず、例えば、1.5℃〜７℃に冷却して冷水タンクに蓄え
た後、この冷水を極低温に冷却して供給するように構成
している。 以下、この考案の好ましい実施例に係る冷水供給装置の
作用を図に基づいて説明する。図に示す冷水供給装置
は、下記の工程で極低温冷水を供給する。 ［冷水タンク内の水を冷却する工程］ 給水弁１７を開いて、冷水タンク７と循環ライン６と
に水を補給する。冷水タンク７に所定の水量の水が供給
された後、給水弁１７を閉弁する。 図の冷水の供給弁１５を閉じ、循環弁１４を開いた状
態で冷水ポンプ５を運転し、循環ライン６でもって、冷
水を、冷水通路２と冷水タンク７とに循環させる。 冷却手段４を運転して、冷媒通路１に循環される冷媒
を冷却する。冷媒は熱交換器３内の冷水通路２を通過す
る水を冷却する。 この状態で、冷水タンク７の水を、好ましくは、1.5℃
〜７℃まで予冷却し、予冷却した水を冷水タンク７に蓄
える。 冷水タンク７内の水が1.5℃〜７℃に冷却されると、
冷却手段４が運転を停止して、その後、循環弁１４を閉
弁する。 ［極低温冷水の供給工程］ 供給弁１５を開くと共に、補給水弁２０を開き、冷却
手段４を再び運転する。 この状態において、補給水タンク１９から常温の補給水
が熱交換器３の冷水通路２に供給される。したがって、
熱交換器３の冷水通路２には、冷水タンク７に蓄えられ
た冷水と、常温の水とが一緒に流入される。 熱交換器３に供給された冷水と常温水の混合水は、冷
水通路２を通過する途中で冷却されて、極低温冷水とな
って排出管２４と供給弁１５から送り出される。 この状態で冷水を送り出すこの考案の冷水供給装置は、
冷水を０℃付近まで冷却できるにもかかわらず、熱交換
器内の冷水通路における水の凍結詰まりを極減できる特
長がある。それは、熱交換器の冷水通路の循環水量を多
くして、冷水通路の吸入側と排出側との温度差を少なく
でき、さらに、熱交換器の吸入側に常温の水を混入する
ことが理由である。 即ち、常温の水を熱交換器で極低温冷水に冷却する従来
の冷水供給装置は、流入側と流出側の温度差が大きくな
る。このため、熱交換器の冷水通路を通過する水が、０
℃近くの極低温で凍結限界に近い状態まで冷却して排出
されている場合、冷水供給量が一時的に減少する等、冷
却条件が多少変動すると、冷水通路が凍結する危険性が
ある。この場合、困ったことに、冷水通路の一部で冷水
が凍結すると、冷水通路を冷水が流れ難くなって通過圧
力損失が大きくなり、益々冷水の通過量が減少して凍結
が加速度的に成長して凍結詰まりを発生する。 ところが、この考案の冷水供給装置は、冷水タンクで予
冷却されている冷水を常温の水に混合して熱交換器に供
給するので、熱交換器の冷水の冷却温度差を少なくで
き、言い替えれば、冷水の流量を多くして熱交換器の冷
却温度差を減少出来る。従って、冷水の流量が多少変動
しても、冷水が凍結することがない。 例えば、この考案の装置は、冷水タンクに２℃の冷水を
貯溜し、この冷水に常温（１４℃）の水を２０％混合し
て熱交換器に供給する場合、熱交換器は4.4℃の水を吸
入する。この冷水を熱交換器が0.5℃に冷却して供給す
る場合、熱交換器は冷水を約４℃冷却して排出すること
になる。この時、熱交換器から排出される冷水供給量が
何等かの原因で約１０％減少すると、冷水の排出温度は
0.4℃に低下するに過ぎず、凍結する心配はない。 これに対して、常温の水を直接に極低温に冷却する冷水
供給装置は、熱交換器が、14℃の冷水を0.5℃に冷却し
て供給する場合、冷水の供給量が１０％減少すると、冷
水は0.5℃が約1.4℃も低下し、簡単に０℃以下（融解熱
を考慮しないで冷水の温度を計算すると約−１℃）に冷
却されて冷水通路内で凍結する。 更に、この考案の冷水供給装置は、冷水タンクに冷却さ
れた冷水に加えて、常温の水を混合して熱交換器に供給
するので、熱交換器の排出温度が低下するときには、補
給水部材の補給水量を多少増加させることによって、簡
単に排出温度を高くでき、このことによっても熱交換器
内の凍結を効果的に防止できる特長が実現できる。 更にまた、この考案の冷水供給装置は、水を予冷却して
貯溜するが、この予冷却工程に於ては、例えば１４℃の
水を１０℃以上も冷却するが、この冷却工程に於ては、
水の循環量に制約を受けず、大流量に設定できるので、
熱交換器内での凍結が防止できる。 即ち、この考案の冷水供給装置は、熱交換器の冷水排出
温度を０℃近くの極低温に冷却できるにも拘らず、冷水
通路内の凍結を極減して極低温の冷水を安定に供給でき
る卓効を実現する。 更に、この考案の冷水供給装置は極低温冷水が安定供給
できるにも拘らず、従来のように、氷を使用して冷水を
極低温に冷却せず、冷媒でもって直接に冷水を冷却する
ので、消費電力量当りの冷水供給量を氷冷却に比べて倍
加出来、しかも、熱交換器の冷水通路に発生する氷によ
る熱伝導の低下を解消して、冷却熱が有効に冷水に伝達
され、このことによっても少ない電力消費で多量の極低
温冷水が供給できる。 更にまた、この考案の冷水供給装置は、一旦水を予冷却
して貯溜するので、この予冷却工程を深夜にすることに
よって安価な深夜料金が有効に利用でき、更に消費電力
代金を減少できる。 また、冷却手段は、冷水を供給する時と、冷水タンクの
冷水を冷却する時の両方で水を冷却するので、運転時間
が長く、小型の冷却手段が有効に利用できる特長も実現
できる。例えば、冷水の供給時間と冷水タンクの冷水の
冷却時間とが同一の場合、半分の冷却能力の冷却手段で
もって冷水を冷却できる。

【好ましい実施例】

以下、この考案の一実施例を図面に基づいて説明する。 但し、以下に示す実施例は、この考案の技術思想を具体
化する為の冷水供給装置を例示するものであって、この
考案の冷水供給装置は、構成部品の材質、形状、構造、
配置を下記の構造に特定するものでない。この考案の冷
水供給装置は、実用新案登録請求の範囲に記載の範囲に
於て、種々の変更が加えられる。 更に、この明細書は、実用新案登録請求の範囲が理解し
易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、
「実用新案登録請求の範囲の欄」、「従来の課題を解決
する為の手段の欄」および「作用効果の欄」に示される
部材に付記している。ただ、実用新案登録請求の範囲に
示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決し
てない。 図に示す冷水供給装置は、水を冷却するための冷水通路
２と冷媒通路１とを備える熱交換器３と、この熱交換器
３の冷媒を冷却する冷却手段４と、冷媒通路１を通過し
て氷結温度以上で１℃以下に冷却された極低温冷水を供
給する冷水ポンプ５と、この冷水ポンプ５の吸入側に常
温の水を供給する補給水部材１８とを備えており、熱交
換器３の冷水通路２は、循環ライン６と冷水ポンプ５と
を介して冷水タンク７に連結されている。 熱交換器３は、全体が筒状であるケーシング９内に、複
数の水管が平行に配管されている。水管内に冷水通路２
が、水管とケーシング９との間に冷媒通路１が設けられ
ている。 冷却手段４は、吸入側が冷媒通路１に連結されているコ
ンプレッサー１０と、このコンプレッサー１０の吐出側
に連結されている放熱器１１と、この放熱器１１と冷媒
通路１との間に連結されている膨張弁１２とからなる。 コンプレッサー１０は冷媒通路１から気体状の冷媒を吸
入して加圧し、加圧して温度が高くなった冷媒を放熱器
１１で冷却して液化させ、液化された冷媒を膨張弁１２
で膨張させ、冷媒通路１内で冷媒を気化させ、気化熱で
水管を冷却する。 コンプレッサー１０の運転は、冷水タンク７内の水を予
冷却する工程に於ては、冷水タンク７の温度センサー８
に制御され、極低温冷水の供給工程に於ては、冷水通路
２の排出側に設けられている温度センサー１３で制御さ
れる。即ち、冷水タンク７の水を冷却する工程に於て
は、冷水タンク７内の水の温度が、設定温度（1.5〜７
℃）以上の時にコンプレッサー１０が運転され、設定温
度以下に冷却されると運転が停止される。極低温冷水の
供給工程に於ては、排出される極低温冷水が、例えば、
設定温度である、0.5℃以上の時にコンプレッサー１０
が運転され、設定温度以下で停止される。 冷水タンク７は、予冷却した冷水が貯溜する時に温まら
ないように断熱処理され、あるいは、断熱処理されない
が厚いコンクリート壁でもって地中に埋設されている。 この考案の冷水供給装置は、冷水タンク７に予冷却した
冷水を、常温の水に混合して極低温に再冷却して供給す
るので、冷水タンク７の貯溜量は、極低温冷水の１日の
供給量を考慮して、通常１日の極低温冷水の使用量より
も多少少なく決定される。 即ち、極低温冷水を機外に供給しない夜間に冷水タンク
７の水を予冷却して蓄え、極低温冷水を使用する時に
は、補給水部材１８でもって冷水タンク７の冷水に常温
の水を加えるので、冷水タンク７の貯水量は、正確に
は、１日の極低温冷水の使用量から補給水部材の補給水
量を引いた量よりも多く調整される。 冷水ポンプ５は、配管を介して吸入側が冷水タンク７と
補給水部材１８に、吐出側が冷水通路２に連結されてい
る。すなわち、冷水通路２の吸入側は冷水ポンプ５の吸
入側で２分岐されており、一方の分岐路に冷水タンク７
を、他方の分岐路に補給水弁２０を介して補給水部材１
８を連結している。 冷水通路２の排出側も２分岐され、一方の分岐路は循環
ライン６と循環弁１４とを介して冷水タンク７に連結さ
れ、他方の分岐路は排出管２４を介して供給弁１５が連
結されている。 ところで、極低温冷水の供給工程に於て、供給弁１５の
開度を調整して供給される極低温冷水量が変動すること
がある。この場合、冷水通路２から排出された極低温冷
水の一部を冷水タンク７に還流することが可能である。
このことを実現するには、循環弁１４に開度が調整でき
る制御弁を使用し、この循環弁の開度を冷水通路２の排
出側に設けられている温度センサー１３で制御する。 即ち、供給する極低温冷水の流量が減少して温度が低下
すると、循環弁１４を開いて冷水通路２を通過する冷水
量を増加させ、反対に、供給する極低温冷水の流量が増
加して温度が高くなると、循環弁１４を閉じて冷水タン
ク７に冷水を還流するのを停止する。この場合、循環弁
１４の開度は、開閉動作させることも可能であるが、好
ましくは、極低温冷水の温度を検出して温度に反比例し
て開度を調整するのが良い。 補給水部材１８は、常時一定の量の水を貯溜する補給水
タンク１９を備えており、補給水タンク１９の排出側
は、補給水弁２０を介して冷水ポンプ５の吸入側に連結
されている。 補給水タンク１９は、貯溜水量を一定に保持するボール
弁等を介して給水管１６に連結されている。 補給水タンク１９と冷水ポンプ５との間には、補給水量
を測定する流量計２１と、流量調整弁２２とが接続さ
れ、流量調整弁２２の開度を変更して冷水ポンプ５に供
給する常温の補給水量を調整する。 冷水ポンプ５の吸入側と冷水タンク７との間にも流量調
整弁２３を接続し、両方の流量調整弁２２，２３でもっ
て、冷水ポンプ５が冷水タンク７から吸入する冷水量と
補給水量との比率を調整することも可能である。 冷水タンク７には、貯溜した冷水を排出した後、これに
水を供給する給水管１６が連結されている。給水管１６
には給水弁１７が連結され、この給水弁１７を開いて冷
水タンク７に給水する。 更に、冷水ポンプ５と冷水通路２との間にも給水弁１７
を介して給水管１６が連結されている。この給水弁１７
は、最初の起動時に開弁して冷水通路２と循環ライン６
に呼び水を補給し、また、冬期に冷水通路２が凍結する
ときにも開弁して冷水通路２が凍結するのを防止する。

【図面の簡単な説明】

図はこの考案の一実施例を示す冷水供給装置の概略断面
図である。 １……冷媒通路、２……冷水通路、 ３……熱交換器、４……冷却手段、 ５……冷水ポンプ、６……循環ライン、 ７……冷水タンク、８……温度センサー、 ９……ケーシング、 １０……コンプレッサー、 １１……放熱器、１２……膨張弁、 １３……温度センサー、 １４……循環弁、１５……供給弁、 １６……給水管、１７……給水弁、 １８……補給水部材、１９……補給水タンク、 ２０……補給水弁、２１……流量計、 ２２……流量調整弁、２３……流量調整弁、 ２４……排出管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】下記の（ａ）〜（ｄ）の構成を有する装置
   において、（ｅ）〜（ｊ）の構成を有することを特徴と
   する冷水供給装置。 （ａ）冷水供給装置は、熱交換器(3)と、冷却手段(4)
   と、冷水ポンプ(5)とを備えている。 （ｂ）熱交換器(3)は、冷媒通路(1)と冷水通路(2)とが
   互いに熱交換状態に配設されている。 （ｃ）熱交換器(3)の冷媒通路(1)は、冷却手段(4)と並
   列に連結されている。 （ｄ）冷水ポンプ(5)は、熱交換器(3)の冷水通路(2)に
   連結されている。 （ｅ）冷水供給装置は、熱交換器(3)と、冷却手段(4)
   と、冷水ポンプ(5)とに加えて、冷水タンク(7)と、補給
   水部材(18)とを備えている。 （ｆ）熱交換器(3)の冷水通路(2)の吸入側は、循環ライ
   ン(6)を介して、冷水タンク(7)と補給水部材(18)とに連
   結されている。 （ｇ）補給水部材(18)は、開度調整可能な補給水弁(20)
   を備えており、補給水弁(20)が、熱交換器(3)の冷水通
   路(2)の吸入側に連結されている。 （ｈ）熱交換器(3)の冷水通路(2)の排出側は、循環ライ
   ン(6)を介して冷水タンク(7)と、排出管(24)とに連結さ
   れている。 （ｉ）排出管(24)には、供給弁(15)が連結されている。 （ｊ）冷水ポンプ(5)は、循環ライン(6)の途中に接続さ
   れている。