JPH09137976A - 蓄氷型冷水装置の凍結防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄氷型冷水装置の凍結防止装置を提供する。 【解決手段】 過冷却水用熱交換器２を設けた冷媒回路
４と蓄氷タンク３とにより構成された蓄氷型冷水装置に
おいて、前記蓄氷タンク３と前記過冷却水用熱交換器２
とを温度センサ１２を設けた冷水供給路１０で接続する
とともに、この冷水供給路１０と前記蓄氷タンク３とを
補給水路１６で接続し、この補給水路１６に加熱手段を
設け、さらに前記補給水路１６に前記温度センサ１２の
検出値に基づいて開閉する流量調節弁１７を設けたこと
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、過冷却水製造に
属するもので、詳しくは過冷却水用熱交換器の凍結防止
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、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がある。この蓄氷型冷水装置
は、図９に示すように、蓄氷タンク３１と過冷却水用熱
交換器３２（以下、「熱交換器３２」と云う）との間を
循環路３３で連通するとともに、前記熱交換器３２と凝
縮ユニット３４との間を冷媒循環路３５で連通した構成
となっている。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、負荷の要求に応じ蓄氷タンク３１の上方より解氷水
を供給してタンク下部より冷水を取り出すようにしてい
る。

【０００３】ところで、この蓄氷型冷水装置の運転は、
蓄氷タンク３１の所定水位まで水を満たした後凝縮ユニ
ット３４を起動し、凝縮ユニット３４から冷媒を熱交換
器３２内へ供給して循環させるとともに、蓄氷タンク３
１内の被冷却水を熱交換器３２へ送り込んで熱交換し、
過冷却された水を蓄氷タンク３１内へ還流する。蓄氷タ
ンク３１内で製氷が始まると、循環して熱交換器３２に
流入する被冷却水の温度が低下し、熱交換器３２内で凍
結が起き易くなり、特に水温が１℃以下になると短時間
の運転で凍結することが多い。そこで、従来は、その対
策として図９に示すように、蓄氷タンク３１から熱交換
器３２までの間の循環路３３に電熱ヒータ等の補助熱交
換器３６を設けて積極的に加熱する方法で熱交換器３２
入口の水温を高めて対処しているが、完全に凍結を防止
するには至っていない。また、前記補助熱交換器３６に
よる対処方法とは別に、前記循環路３３に温水を供給す
る方法もあるが、この温水供給の場合、蓄氷開始時には
蓄氷タンク３１内の水位を低くしておき、温水供給によ
って満水になったときで蓄氷が終了となる。したがっ
て、蓄氷タンク３１内の冷水を循環して使用する冷水循
環方式では使用できず、冷水を蓄氷タンク３１内へ循環
させず、負荷側で消費する冷水消費方式に適用してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記補助熱交換器によ
ると、循環水の全量を温度制御する必要から高精度の制
御は困難である。そこで、この発明は、前記過冷却水用
熱交換器の入口温度を高精度に制御できる蓄氷型冷水装
置の凍結防止装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するためになされたものであって、請求項１の発明
は、過冷却水用熱交換器を設けた冷媒回路と蓄氷タンク
とにより構成された蓄氷型冷水装置において、前記蓄氷
タンクと前記過冷却水用熱交換器とを温度センサを設け
た冷水供給路で接続するとともに、この冷水供給路と前
記蓄氷タンクとを補給水路で接続し、この補給水路に加
熱手段を設け、さらに前記補給水路に前記温度センサの
検出値に基づいて開閉する流量調節弁を設けたことを特
徴としており、また請求項２の発明は、過冷却水用熱交
換器を設けた冷媒回路と蓄氷タンクとにより構成された
蓄氷型冷水装置において、前記蓄氷タンクと前記過冷却
水用熱交換器とを温度センサを設けた冷水供給路で接続
するとともに、この冷水供給路と前記蓄氷タンクとを流
量調節弁を設けた補給水路で接続し、この補給水路に加
熱手段を設け、さらに前記温度センサの検出値に基づい
て前記流量調節弁の流量を調節する制御器を設けたこと
を特徴としており、また請求項３の発明は、前記加熱手
段が、前記冷媒回路の高温冷媒による熱交換を行う第２
放熱器，または前記補給水路に設けた電熱ヒータ，また
は前記補給水路に設けた常温水供給路のうちのいずれか
１つであることを特徴としており、さらに請求項４の発
明は、前記加熱手段が、前記第２放熱器，前記電熱ヒー
タ，前記常温水供給路のうちの少なくとも２つの組合せ
であることを特徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて説明すると、この発明は、蓄氷型冷水装置に適用
される過冷却水用熱交換器（以下「熱交換器」と云う）
の凍結防止装置に係るもので、特に外管と内管とにより
構成された二重管構造の熱交換器について効果的なもの
である。この発明は、前記熱交換器に流入する被冷却水
の温度を高精度に制御することにより実現されている。
前記熱交換器に流入する被冷却水の温度が１℃以下にな
ると、短時間の運転で凍結することが多い。この凍結要
因は、前記熱交換器入口近傍における被冷却水の温度に
バラツキがあり、部分的に０℃に近い被冷却水が流入す
ることにより発生するが、この発明にあっては、この被
冷却水の温度バラツキを所定温度に制御する凍結防止装
置により実現している。

【０００７】前記凍結防止装置は、具体的には、前記熱
交換器と蓄氷タンクとを温度センサを設けた冷水供給路
で接続するとともに、この冷水供給路と前記蓄氷タンク
とを補給水路で接続し、この補給水路に加熱手段を設
け、さらに前記補給水路に前記温度センサの検出値に基
づいて開閉する流量調節弁を設けた構成としている。こ
の凍結防止装置によれば、前記冷水供給路に挿設した温
度センサが熱交換器入口の被冷却水の温度を検出し、こ
の検出温度が所定温度よりも低ければ前記流量調節弁を
開き、補給水路に設けられた加熱手段により加温された
温水を供給し、また検出温度が所定温度よりも高いとき
は、流量調節弁を操作して温水の供給を調節して所定温
度の被冷却水を熱交換器へ供給する。したがって、前記
熱交換器へ流入する被冷却水の温度を所定温度（たとえ
ば０．８℃±０．２℃）に調節して流入させるので、熱
交換器内で凍結することはない。また、この補給水は、
補給水路を介して蓄氷タンク内から供給しているので、
冷水を循環して使用する冷水循環方式に適用することが
できる。

【０００８】また、この発明の凍結防止装置は、前記熱
交換器と蓄氷タンクとを温度センサを設けた冷水供給路
で接続するとともに、この冷水供給路と前記蓄氷タンク
とを流量調節弁を設けた補給水路で接続し、この補給水
路に加熱手段を設け、さらに前記温度センサの検出値に
基づいて前記流量調節弁の流量を調節する制御器を設け
た構成として実現している。この構成にあっては、前記
流量調節弁を前記温度センサの検出値に基づいて電気的
に制御し、よって前記熱交換器へ流入する被冷却水の温
度を所定温度に調節している。

【０００９】そして、前記加熱手段は、冷媒回路の高温
冷媒による熱交換を行う第２放熱器，または前記補給水
路に設けた電熱ヒータ，または前記補給水路に設けた常
温水供給路のうちのいずれか１つをもって構成すること
で実現され、さらにこの加熱手段は、前記第２放熱器，
前記電熱ヒータ，前記常温水供給路のうちの少なくとも
２つの組合せをもって構成することで実現されている。

【００１０】さらに、この発明にあっては、前記加熱手
段として、前記常温水供給路と前記第２放熱器または前
記電熱ヒータを組み合わせることにより、前記冷水循環
方式と冷水を負荷側で消費する冷水消費方式のいずれに
も適用することができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、この発明を実施した加熱
手段として、冷媒回路の高温冷媒を用いた蓄氷型冷水装
置の第１実施例の構成を示す説明図であり、図２は冷媒
回路の構成を示す説明図であり、図３は過冷却水用熱交
換器の構成を示す説明図である。

【００１２】図１において、蓄氷型冷水装置は、凝縮ユ
ニット１，過冷却水用熱交換器２（以下、「熱交換器
２」と云う）および蓄氷タンク３により構成されてい
る。凝縮ユニット１は、冷媒回路４により接続された圧
縮機５，第１放熱器６およびこの第１放熱器６に外気を
送るファン９により構成されており、前記熱交換器２と
は冷媒回路４を介して接続されている。そして、前記凝
縮ユニット１を構成する第１放熱器６の出口側と前記熱
交換器２の入口側とを接続する冷媒回路４中には、第１
放熱器６側から順番に第２放熱器７と膨張弁８が設けら
れている。すなわち、冷媒回路４は、図２に示すよう
に、圧縮機５，第１放熱器６，第２放熱器７，膨張弁８
および前記熱交換器２がこの順序に接続されたものとし
て構成されている。

【００１３】前記熱交換器２は、図３に示すように、外
管２ａを螺旋状に形成し、その内部に内管２ｂを挿入し
た二重管構造であって、外管２ａと内管２ｂとの間に前
記蓄氷タンク３から供給される被冷却水が流通し、内管
２ｂ内には前記凝縮ユニット１から供給される冷媒が流
通する。したがって、被冷却水を内管２ｂの外周から冷
却して過冷却水とし、この過冷却水を前記蓄氷タンク３
に流入させている。

【００１４】前記凝縮ユニット１と前記内管２ｂとは、
前記第２放熱器７および前記膨張弁８を介して冷媒回路
４で接続されている。一方、前記蓄氷タンク３の下部と
前記外管２ａの入口とは、冷水供給路１０によって接続
されており、また前記外管２ａの出口と前記蓄氷タンク
３との間は、過冷却水還流路１１で接続されている。そ
して、冷水供給路１０には、前記熱交換器２の入口側に
おける被冷却水の温度を検出する温度センサ１２と循環
ポンプ１３がそれぞれ挿設してある。さらに、前記蓄氷
タンク３の上部には給水路１４を接続し、下部には冷水
取水路１５を接続している。

【００１５】この発明の凍結防止装置は、前記蓄氷タン
ク３の下部と前記冷水供給路１０に挿設した温度センサ
１２の上流側とを補給水路１６で接続し、この補給水路
１６の下流側から，すなわち前記冷水供給路１０側から
順番に流量調節弁１７，給水ポンプ１８および加熱手段
としての前記第２放熱器７を挿入し、流量調節弁１７と
前記温度センサ１２を細管１９で接続するとともに、流
量調節弁１７と給水ポンプ１８を信号線２３で接続して
いる。この流量調節弁１７は、前記温度センサ１２の検
出値に基づいて開閉し、この作動信号により給水ポンプ
１８が駆動する構成となっている。

【００１６】この発明の凍結防止装置によれば、蓄氷タ
ンク３の所定水位まで水を満たした後、凝縮ユニット１
を駆動して冷媒を熱交換器２内に供給して循環させると
ともに、循環ポンプ１３を駆動し、前記蓄氷タンク３内
の被冷却水を冷水供給路１０を介して前記熱交換器２に
供給し、熱交換した過冷却水は過冷却水還流路１１から
前記蓄氷タンク３内に還流する。そして、前記蓄氷タン
ク３内に製氷が始まると、循環して前記熱交換器２に還
流する被冷却水の温度が低下し、予め設定した温度に達
すると温度センサ１２が検知し、細管１９を介して流量
調節弁１７を作動させる。そして、前記流量調節弁１７
の作動信号に基づき補給水路１６の給水ポンプ１８が駆
動し、加熱手段で加熱した温水を前記流量調節弁１７を
介して前記冷水供給路１０へ供給する。前記温度センサ
１２は、被冷却水が前記熱交換器２内で凍結しない温度
になるように、前記流量調節弁１７を調節して被冷却水
を熱交換器２内へ供給する。

【００１７】つぎに、冷媒回路４の作用について説明す
る。図２に示すように、圧縮機５から吐出された高温高
圧の冷媒ガスは第１放熱器６に入り、ここでファン９か
ら送られる外気に放熱することによって冷却された後、
さらに第２放熱器７（この発明における加熱手段）に入
り、前記蓄氷タンク３から供給される補給水と熱交換す
ることにより凝縮液化されて液冷媒となる。この液冷媒
は膨張弁８に入り、ここで断熱膨張されて気液二相とな
った後、前記熱交換器２に入り、被冷却水と熱交換して
蒸発気化され低温低圧の冷媒ガスとなって前記圧縮機５
に入り、再び圧縮される。したがって、この発明におい
ては、前記補給水路１６に前記第２放熱器７を挿入して
いるので加熱コストが低減する。

【００１８】つぎに、この発明の第２実施例を図４に基
づいて説明する。尚、第１実施例と共通の部材には同一
符号を付し、重複する説明は省略する。図４に示す第２
実施例は、前記熱交換器２に流入する被冷却水の温度を
電気的に制御するため、制御器２４を設けたものであ
る。すなわち、この制御器２４に前記温度センサ１２，
前記流量調節弁１７および前記給水ポンプ１８を信号線
２３を介してそれぞれ接続している。この制御器２４
は、前記温度センサ１２からの信号に基づき前記給水ポ
ンプ１８を駆動するとともに、前記流量調節弁１７を調
節して所定温度（たとえば０．８℃±０．２℃）の被冷
却水を前記熱交換器２内へ供給する。したがって、前記
熱交換器２内で被冷却水が凍結することはない。

【００１９】つぎに、この発明の第３実施例を図５に基
づいて説明する。図５に示す第３実施例は、前記補給水
路１６に挿設する加熱手段として、電熱ヒータ２０を用
いたものであって、凍結防止作用は第２実施例と同様で
あるので詳細な説明は省略する。

【００２０】つぎに、この発明の第４実施例を図６に基
づいて説明する。図６に示す実施例は、前記補給水路１
６に挿設する加熱手段として、常温水（たとえば水道配
管）を用いたもので、この実施例は前記蓄氷タンク３内
の冷水を消費する冷水消費方式に適用することができ
る。具体的には、電磁弁２２を備えた常温水供給路２１
を前記補給水路１６に接続した構成となっている。

【００２１】また、前記第１実施例，第２実施例および
第３実施例の各補給水路１６に、第４実施例に適用した
加熱手段としての常温水供給路２１を接続した構成（図
７は第５実施例であり、図８は第６実施例）とすれば、
前記蓄氷タンク３内の冷水を循環させて使用する冷水循
環方式と、冷水を消費する冷水消費方式の切り替えは、
前記常温水供給路２１の電磁弁２２を開閉することによ
り行なえるので実施に応じて好適である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、過冷却水用熱交換器を設けた冷媒回路と蓄氷タンク
とにより構成される蓄氷型冷水装置において、前記蓄氷
タンクと前記過冷却水用熱交換器とを温度センサを設け
た冷水供給路で接続するとともに、この冷水供給路と前
記蓄氷タンクとを補給水路で接続し、この補給水路に加
熱手段を設け、さらに前記補給水路に前記温度センサの
検出値に基づいて開閉する流量調節弁を設けたので、前
記過冷却水用熱交換器へ供給する被冷却水の温度を所定
温度に調節することができる。したがって、過冷却水用
熱交換器内での凍結を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施した蓄氷型冷水装置の第１実施
例の構成を示す説明図である。

【図２】冷媒回路の構成を示す説明図である。

【図３】過冷却水用熱交換器の構成を示す説明図であ
る。

【図４】この発明を実施した蓄氷型冷水装置の第２実施
例の構成を示す説明図である。

【図５】この発明を実施した蓄氷型冷水装置の第３実施
例の構成を示す説明図である。

【図６】この発明を実施した蓄氷型冷水装置の第４実施
例の構成を示す説明図である。

【図７】この発明を実施した蓄氷型冷水装置の第５実施
例の構成を示す説明図である。

【図８】この発明を実施した蓄氷型冷水装置の第６実施
例の構成を示す説明図である。

【図９】従来の蓄氷型冷水装置の構成を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

２ 過冷却水用熱交換器 ３ 蓄氷タンク ４ 冷媒回路 ７ 第２放熱器 １０ 冷水供給路 １２ 温度センサ １６ 補給水路 １７ 流量調節弁 ２０ 電熱ヒータ ２１ 常温水供給路 ２４ 制御器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過冷却水用熱交換器２を設けた冷媒回路
   ４と蓄氷タンク３とにより構成された蓄氷型冷水装置に
   おいて、前記蓄氷タンク３と前記過冷却水用熱交換器２
   とを温度センサ１２を設けた冷水供給路１０で接続する
   とともに、この冷水供給路１０と前記蓄氷タンク３とを
   補給水路１６で接続し、この補給水路１６に加熱手段を
   設け、さらに前記補給水路１６に前記温度センサ１２の
   検出値に基づいて開閉する流量調節弁１７を設けたこと
   を特徴とする蓄氷型冷水装置の凍結防止装置。
2. 【請求項２】 過冷却水用熱交換器２を設けた冷媒回路
   ４と蓄氷タンク３とにより構成された蓄氷型冷水装置に
   おいて、前記蓄氷タンク３と前記過冷却水用熱交換器２
   とを温度センサ１２を設けた冷水供給路１０で接続する
   とともに、この冷水供給路１０と前記蓄氷タンク３とを
   流量調節弁１７を設けた補給水路１６で接続し、この補
   給水路１６に加熱手段を設け、さらに前記温度センサ１
   ２の検出値に基づいて前記流量調節弁１７の流量を調節
   する制御器２４を設けたことを特徴とする蓄氷型冷水装
   置の凍結防止装置。
3. 【請求項３】 前記加熱手段が、前記冷媒回路４の高温
   冷媒による熱交換を行う第２放熱器７，または前記補給
   水路１６に設けた電熱ヒータ２０，または前記補給水路
   １６に設けた常温水供給路２１のうちのいずれか１つで
   あることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   蓄氷型冷水装置の凍結防止装置。
4. 【請求項４】 前記加熱手段が、前記第２放熱器７，前
   記電熱ヒータ２０，前記常温水供給路２１のうちの少な
   くとも２つの組合せであることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の蓄氷型冷水装置の凍結防止装置。