| 【発明の名称】 |
製氷システム |
| 【発明者】 |
【氏名】楠本 望
【氏名】井上 良則
【氏名】吉竹 裕二
【氏名】杉浦 修史
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| 【要約】 |
【課題】熱エネルギーおよび電力エネルギーのいずれでも製氷できるものを安価にして提供する。
【解決手段】アンモニア水溶液を蒸発して氷を生成する蒸発器１と、アンモニア蒸気を高圧化する電動型圧縮機２と、アンモニア蒸気を冷却して凝縮液化する凝縮器３と、膨張弁４とをその順に直列接続して第１の製氷回路を形成する。蒸発器１に氷蓄熱槽８を接続し、生成した氷を氷蓄熱槽８内に蓄える。電力によらない加熱によってアンモニア蒸気を発生する再生器１３と、アンモニア蒸気を吸収してアンモニア水溶液を溶液ポンプ１４により再生器１３に戻す吸収器１５とを接続して冷媒回路を形成し、冷媒回路を、第１の製氷回路に対して電動型圧縮機２と並列に接続し、電力および非電力のいずれでも製氷できるようにする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷媒を蒸発して氷を生成する蒸発器と、冷媒を高圧化する電動型圧縮機と、冷媒を冷却して凝縮液化する凝縮器と、膨張弁とをその順に直列接続して第１の製氷回路を形成し、一方、電力によらない加熱によって冷媒蒸気を発生する再生器と、冷媒蒸気を吸収して冷媒液を前記再生器に戻す吸収器とを接続して冷媒回路を形成し、前記第１の製氷回路に、前記電動型圧縮機と並列に前記冷媒回路を接続し、冷媒を前記吸収器、再生器、凝縮器、膨張弁、蒸発器とその順に流す第２の製氷回路を形成可能に構成し、冷媒を前記第１の製氷回路に流す電力製氷運転状態と、前記第２の製氷回路に流す非電力製氷運転状態とに切り換える運転切換手段を備え、かつ、前記蒸発器に、生成された氷を蓄える氷蓄熱槽を接続してあることを特徴とする製氷システム。
【請求項２】 燃料を燃焼して回転動力を出力するタービンと、前記タービンに連動連結されて発電する発電機とを備え、前記発電機の電力によって電動型圧縮機を駆動するとともに、前記タービンから排出される排ガスの熱によって再生器を加熱するものである請求項１に記載の製氷システム。
【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の製氷システムにおいて、運転切換手段が、冷媒を第１および第２の製氷回路の両方に流す合同製氷運転状態に切り換え可能である製氷システム。
【請求項４】 燃料を燃焼して再生器を加熱する燃焼装置を備えている請求項２に記載の製氷システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷房用熱源などに利用するために氷蓄熱槽に蓄える氷を生成する製氷システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の製氷システムとしては、次のようなものが知られている。
Ａ．第１従来例冷媒を蒸発して氷を生成する蒸発器と、冷媒を高圧化する電動型圧縮機と、冷媒を冷却して凝縮液化する凝縮器と、膨張弁とをその順に直列接続して製氷回路を形成し、電動型圧縮機を電力により駆動して氷を生成し、その氷を氷蓄熱槽に蓄えるように構成している。
【０００３】Ｂ．第２従来例加熱によって冷媒を蒸発する再生器と、冷媒蒸気を冷却して凝縮液化する凝縮器と、冷媒液を低温で蒸発させて製氷する蒸発器と、蒸発器からの冷媒蒸気を冷媒液で吸収して再生器に戻す吸収器とを接続して、いわゆる吸収式冷凍機による製氷回路を形成し、電力によらずに蒸発器で氷を生成し、その氷を氷蓄熱槽に蓄えるように構成している。
【０００４】そして、近年では、電力需要の増加に伴い、例えば、夏期の昼間などに電力が集中することを回避することが要求され、従来一般に、上述の電力による製氷回路と電力によらない製氷回路とを備えて氷蓄熱槽に接続し、氷蓄熱槽からの氷を冷房用熱源などに利用し、夜間において電力で製氷し、一方、昼間の高負荷時には、電力によらずに加熱によって製氷するように構成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例の場合、氷蓄熱槽を兼用構成してはいるものの、個別の製氷回路を形成しなければならず、設備が大掛かりになってイニシャルコストが増大する欠点があった。
【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明の製氷システムは、熱エネルギーおよび電力エネルギーのいずれでも製氷できるものを安価にして提供できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明の製氷システムは、コージェネレーションシステムを構築するときに、総合効率を向上できるようにすることを目的とする。そして、請求項３に係る発明の製氷システムは、熱エネルギーおよび電力エネルギーの両方で合同して製氷できるようにして汎用性を向上できるようにすることを目的とし、請求項４に係る発明の製氷システムは、コージェネレーションシステムを構築するときに、安定した製氷を行えるようにして信頼性を向上できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の製氷システムは、上述のような目的を達成するために、冷媒を蒸発して氷を生成する蒸発器と、冷媒を高圧化する電動型圧縮機と、冷媒を冷却して凝縮液化する凝縮器と、膨張弁とをその順に直列接続して第１の製氷回路を形成し、一方、電力によらない加熱によって冷媒蒸気を発生する再生器と、冷媒蒸気を吸収して冷媒液を再生器に戻す吸収器とを接続して冷媒回路を形成し、第１の製氷回路に、電動型圧縮機と並列に冷媒回路を接続し、冷媒を吸収器、再生器、凝縮器、膨張弁、蒸発器とその順に流す第２の製氷回路を形成可能に構成し、冷媒を第１の製氷回路に流す電力製氷運転状態と、第２の製氷回路に流す非電力製氷運転状態とに切り換える運転切換手段を備え、かつ、蒸発器に、生成された氷を蓄える氷蓄熱槽を接続して構成する。
【０００８】また、請求項２に係る発明の製氷システムは、請求項１に係る発明の製氷システムにおいて、燃料を燃焼して回転動力を出力するタービンと、そのタービンに連動連結されて発電する発電機とを備え、発電機の電力によって電動型圧縮機を駆動するとともに、タービンから排出される排ガスの熱によって再生器を加熱するように構成する。
【０００９】また、請求項３に係る発明の製氷システムは、請求項１または請求項２に係る発明の製氷システムにおいて、冷媒を第１および第２の製氷回路の両方に流す合同製氷運転状態に切り換え可能に運転切換手段を構成する。
【００１０】また、請求項４に係る発明の製氷システムは、請求項２に係る発明の製氷システムにおいて、燃料を燃焼して再生器を加熱する燃焼装置を備えて構成する。
【００１１】
【作用】請求項１に係る発明の製氷システムの構成によれば、電力によって電動型圧縮機を駆動し、冷媒を電動型圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器と順に流すことにより、電力によって製氷し、得られた氷を氷蓄熱槽に蓄えることができる。一方、電力によらずに再生器を加熱することによって冷媒蒸気を発生させ、冷媒を吸収器、再生器、凝縮器、膨張弁、蒸発器と順に流すことにより、電力によらずに製氷し、得られた氷を氷蓄熱槽に蓄えることができる。
【００１２】また、請求項２に係る発明の製氷システムの構成によれば、燃料を燃焼することによって得られる発電電力と、それに伴って発生する排熱のいずれによっても製氷することができる。
【００１３】また、請求項３に係る発明の製氷システムの構成によれば、電力によって電動型圧縮機を駆動するとともに、電力によらずに再生器を加熱し、第１および第２の製氷回路のいずれにも冷媒を流して製氷し、得られた氷を氷蓄熱槽に蓄えることができる。
【００１４】また、請求項４に係る発明の製氷システムの構成によれば、燃焼装置において燃料を燃焼することによって、例えば、電力需要が少ない時間帯で、排熱発生量が少ないような場合でも、所望の製氷を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】図１は、本発明に係る製氷システムの第１実施例を示すブロック図であり、冷媒としてのアンモニア水溶液を蒸発して氷を生成する蒸発器１と、アンモニア蒸気を高圧化する電動型圧縮機２と、アンモニア蒸気を冷却して凝縮液化する凝縮器３と、膨張弁４とがその順に直列接続されて第１の製氷回路が形成されている。
【００１７】蒸発器１には、第１のポンプ５を備えた第１のポンプ配管６と氷搬送管７とを介して氷蓄熱槽８が接続され、生成した氷を氷蓄熱槽８内に蓄えるように構成されている。
【００１８】氷蓄熱槽８内の底部には、第２のポンプ９を備えた第２のポンプ配管１０が接続され、一方、氷蓄熱槽８内の上部には、シャワーノズル１１が設けられるとともにそのシャワーノズル１１に戻り配管１２が接続され、氷蓄熱槽８内からシャーベット状の氷を取り出して冷房用熱源としての凝縮器（図示せず）などに供給し、冷房などを行えるように構成されている。
【００１９】一方、ガスや石油などの燃料を燃焼するバーナーなど、電力によらない加熱によってアンモニア蒸気を発生する再生器１３と、アンモニア蒸気を吸収してアンモニア水溶液を溶液ポンプ１４により再生器１３に戻す吸収器１５とを接続して冷媒回路が形成されている。
【００２０】電動型圧縮機２の吐出側と再生器１３とが第１の配管１６を介して接続されるとともに、電動型圧縮機２の吸い込み側と吸収器１５とが第２の配管１７を介して接続されている。すなわち、冷媒回路が、前記第１の製氷回路に対して電動型圧縮機２と並列に接続され、アンモニア冷媒を吸収器１５、再生器１３、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器１とその順に流す第２の製氷回路を形成可能に構成されている。
【００２１】第１および第２の配管１６，１７それぞれと第１の製氷回路との接続箇所と電動型圧縮機２との間において、第１の製氷回路に第１および第２の開閉弁１８，１９が介装されている。また、第１および第２の配管１６，１７それぞれに第３および第４の開閉弁２０，２１が介装されている。
【００２２】前記第１ないし第４の開閉弁１８，１９，２０，２１によって、冷媒を第１の製氷回路に流す電力製氷運転状態と、第２の製氷回路に流す非電力製氷運転状態とに切り換える運転切換手段が構成されている。
【００２３】すなわち、図１に示すように、第１および第２の開閉弁１８，１９を開くとともに第３および第４の開閉弁２０，２１を閉じることにより電力製氷運転状態とし、その状態で電動型圧縮機２を通電駆動することにより、アンモニア冷媒を電動型圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器１と順に流し、電力によって製氷し、得られた氷を氷蓄熱槽８に蓄えることができる。
【００２４】一方、図２に示すように、第１および第２の開閉弁１８，１９を閉じるとともに第３および第４の開閉弁２０，２１を開くことにより非電力製氷運転状態とし、その状態で再生器１３を加熱することにより、アンモニア冷媒を吸収器１５、再生器１３、第１の配管１６、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器１、第２の配管１７、吸収器１５とその順に流し、電力によらずに製氷し、得られた氷を氷蓄熱槽８に蓄えることができる。
【００２５】以上の構成により、夜間等において電力製氷運転状態に切り換え、安価な夜間電力を利用して製氷し、得られた氷を氷蓄熱槽８に蓄えておき、電力需要が高い昼間などに氷蓄熱槽８からの氷を冷房用熱源などに使用し、更に、氷が不足するようなときには、非電力製氷運転状態に切り換え、電力によらずに再生器１３を加熱して製氷し、電力の平準化を図ることができながら、安定した製氷により冷熱エネルギーを確保できる。
【００２６】図３は、本発明に係る製氷システムの第２実施例を示すブロック図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。すなわち、液化天然ガス、天然ガス、油、石炭などの燃料を燃焼して回転動力を出力するタービン３１に発電機３２が連動連結され、発電電力を得るように構成されている。得られた電力は、照明器具、換気用ファン、給水用ポンプ、ヒートポンプなどの各種の電気機器の駆動に供される。
【００２７】タービン３１に圧縮機３３が連動連結され、その圧縮機３３に吸気管３４が接続されるとともに、圧縮機３３とタービン３１とが、燃焼器３５を介装した通気管３６を介して接続され、圧縮機３３で圧縮した空気を加熱し、この高温高圧ガスをタービン３１に供給するようになっている。
【００２８】タービン３１からの排気管３７が、再生器１３に付設された排熱回収部（図示せず）に接続され、再生器１３内のアンモニア水溶液をタービン３１からの排熱により加熱し、アンモニア蒸気を出すようになっている。
【００２９】この第２実施例においては、前述した運転切り換え手段により、電力製氷運転状態および非電力製氷運転状態に加えて、冷媒を第１および第２の製氷回路の両方に流す合同製氷運転状態にも切り換え可能に構成されている。
【００３０】すなわち、図３において、第１、第２、第３および第４の開閉弁１８，１９，２０，２１のいずれをも開いて合同製氷運転状態とし、その状態で電動型圧縮機２を通電駆動するとともに再生器１３内のアンモニア水溶液をタービン３１からの排熱により加熱することにより、アンモニア冷媒を電動型圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器１と順に流すとともに、吸収器１５、再生器１３、第１の配管１６、凝縮器３、膨張弁４、蒸発器１、第２の配管１７、吸収器１５とその順に流し、電力によって、ならびに、電力によらずに製氷し、得られた氷を氷蓄熱槽８に蓄えることができるようになっている。他の構成は第１実施例と同じであり、同一図番を付すことによりその説明は省略する。
【００３１】この第２実施例によれば、例えば、夜間等において発電電力で製氷し、一方、電力需要のある昼間には、発電電力を機械や機器の駆動等に使用しながら、そのタービン３１からの排熱を利用し、電力によらずに製氷し、得られた氷を氷蓄熱槽８に蓄えるとともに冷房用熱源などに使用し、コージェネレーションシステムにおける総合効率を向上できる。
【００３２】そのうえ、合同製氷運転状態にも切り換えることができるため、発電電力で製氷しているときに、その発電に伴って発生するタービン３１からの排熱をも製氷に利用することができ、一層総合効率を向上できる。
【００３３】上述の運転切換手段により、合同製氷運転状態にも切り換えることができるようにする構成は、第１実施例にも適用できる。
【００３４】上記第２実施例において、再生器１３に、タービン３１に対するのと同様に、液化天然ガス、天然ガス、油、石炭などの燃料を燃焼する燃焼装置を付設しても良い（請求項４）。
【００３５】上記変形例の構成によれば、例えば、排熱量が不足するような場合などでも、燃焼装置を用いて加熱することにより、所望量の製氷を行えて、必要量の冷熱エネルギーを確実に確保でき、電力および冷熱を得る上での信頼性を向上できる。そのため、例えば、離島における重要施設の冷却であるとか、電算ビルや中央指令室の冷却であるとか、防衛施設などに有効利用でき、汎用性に優れたコージェネレーションシステムを構築できる。
【００３６】また、上記第２実施例において、電動型圧縮機２の駆動軸とタービン３１の駆動軸とをクラッチを介して連結分離操作可能に連動連結し、電力によらずに電動型圧縮機２を駆動できるように構成しても良い。このように構成すれば、発電電力の需要量と、例えば、給湯量が多いなど排熱の需要量とがバランスしているような場合でも、安定した製氷を行える。
【００３７】また、上記第２実施例において、圧縮機３３への吸気管３４に熱交換器を設け、その熱交換器に氷蓄熱槽８からの氷またはその氷を利用した冷水などを供給するように構成し、タービン３１に供給する圧縮前の空気を冷却し、タービン３１の出力を向上できるようにしても良い。
【００３８】前述した冷媒としては、アンモニア水溶液に限らず、例えば、二成分系フロンガス、アルコール類など各種のものが使用可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発明の製氷システムによれば、電力によって製氷する場合、ならびに、電力によらずに製氷する場合のいずれにおいても、氷蓄熱槽のみならず、凝縮器、膨張弁および蒸発器、ならびに、それらを接続する配管を兼用するから、設備を簡略化でき、熱エネルギーおよび電力エネルギーのいずれでも製氷できるものを安価にして提供できる。
【００４０】また、請求項２に係る発明の製氷システムによれば、燃料を燃焼することによって電力を得るとともに、それに伴って発生する熱を回収する、いわゆるコージェネレーションシステムと容易に接続し、夜間に電力で製氷して氷を氷蓄熱槽に蓄え、そのときに発生する熱は貯湯槽に蓄え、一方、機械等の駆動に発電電力を用いているときには、発生する排熱を利用して製氷して氷を氷蓄熱槽に蓄え、適宜、冷房熱源などに氷蓄熱槽に蓄えた氷を用いるなど、発電した電力および排熱のいずれをもバランス良く利用でき、エネルギー利用面での総合効率を大幅に向上できる。
【００４１】また、請求項３に係る発明の製氷システムによれば、電力によっても、かつ、電力によらなくても、いずれでも製氷し、得られた氷を氷蓄熱槽に蓄えることができるから、例えば、コージェネレーションシステムにおいて、発電電力で製氷しているときに、その発電に伴って発生するタービンからの排熱をも製氷に利用して一層総合効率を向上できるなど、汎用性を向上できる。
【００４２】また、請求項４に係る発明の製氷システムによれば、例えば、電力需要が少ない時間帯で、排熱発生量が少ないような場合などでも、所望の製氷を行うことができるから、冷房熱源などに氷蓄熱槽に蓄えた氷を安定的に用いることができ、コージェネレーションシステムを構築する上での信頼性を向上できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３６２１
【氏名又は名称】株式会社竹中工務店
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月２５日（１９９８．１２．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９３０５６
【弁理士】
【氏名又は名称】杉谷 勉
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１９３３４１（Ｐ２０００−１９３３４１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月１４日（２０００．７．１４） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３７００８５ |
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