| 【発明の名称】 |
氷蓄熱装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】前野 政司
【氏名】吉村 充司
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| 【要約】 |
【課題】潜熱での熱交換を行うことで熱交換率を向上させることができ、その結果、短時間で脱氷を行うことができる氷蓄熱装置を提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１と、製氷時に圧縮された冷媒を凝縮液化しかつ脱氷時に凝縮液化された冷媒を蒸発させる凝縮／蒸発用熱交換器３と、製氷板１３を有し凝縮液化した冷媒の吸熱により製氷を行いかつ冷媒が凝縮液化する際の放熱により脱氷を行う製氷／脱氷用熱交換器２２と、これらの熱交換器３、２２及び圧縮機１に接続されて冷媒の流路を切り換える切換弁２と、２つの熱交換器３、２２の間に設けられ凝縮液化した冷媒を減圧する絞り装置４とを備え、製氷／脱氷用熱交換器２２に、圧縮機１により圧縮された冷媒を導入して製氷された氷を加熱し脱氷する脱氷用熱交換器２３を設けたことを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷媒を圧縮する圧縮機と、製氷時に圧縮された冷媒を凝縮液化しかつ脱氷時に凝縮液化された冷媒を蒸発させる凝縮／蒸発用熱交換器と、製氷板を有し凝縮液化した冷媒の吸熱により製氷を行いかつ冷媒が凝縮液化する際の放熱により脱氷を行う製氷／脱氷用熱交換器と、これらの熱交換器及び前記圧縮機に接続されて冷媒の流路を切り換える切換弁と、前記２つの熱交換器の間に設けられ凝縮液化した冷媒を減圧する絞り装置とを備え、前記切換弁を切り換えることで製氷サイクルと脱氷サイクルを選択実施する氷蓄熱装置において、前記製氷／脱氷用熱交換器に、前記圧縮機により圧縮された冷媒を導入して製氷された氷を加熱し脱氷する脱氷用熱交換器を設けてなることを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項２】 冷媒を圧縮する圧縮機と、製氷時に圧縮された冷媒を凝縮液化しかつ脱氷時に凝縮液化された冷媒を蒸発させる凝縮／蒸発用熱交換器と、製氷板を有し凝縮液化した冷媒の吸熱により製氷を行いかつ冷媒が凝縮液化する際の放熱により脱氷を行う製氷／脱氷用熱交換器と、これらの熱交換器及び前記圧縮機に接続されて冷媒の流路を切り換える切換弁と、前記２つの熱交換器の間に設けられ凝縮液化した冷媒を減圧する絞り装置とを備え、前記切換弁を切り換えることで製氷サイクルと脱氷サイクルを選択実施する氷蓄熱装置において、前記製氷／脱氷用熱交換器に、製氷された氷を加熱し脱氷する加熱手段を設けてなることを特徴とする氷蓄熱装置。
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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、効率的に熱交換を行うことで短時間に脱氷を行うことが可能な氷蓄熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来のダイナミック型氷蓄熱装置の冷媒回路を示す回路図であり、図において、１は冷媒を圧縮する圧縮機、２は四方弁（切換弁）、３は室外側熱交換器（凝縮／蒸発用熱交換器）、４は凝縮液化した冷媒を減圧する絞り装置、５は製氷／脱氷用熱交換器、６〜８は冷媒配管、９は水を供給する水ポンプ、１０はポンプ９により供給された水を散布する散布パイプである。
【０００３】製氷／脱氷用熱交換器５は、図６及び図７に示すように、蛇行状態で配置され冷媒の通路となるチューブ１２と、チューブ１２の両側に対向配置され散布された水を製氷する製氷板１３とにより構成される。そして、これら圧縮機１〜製氷／脱氷用熱交換器５は冷媒配管６〜８により接続されて製氷用冷凍サイクルを構成している。
【０００４】このダイナミック型氷蓄熱装置の製氷動作について説明する。図５中の実線矢印で示すように、圧縮機１により圧縮された高温高圧の冷媒は、四方弁２及び冷媒配管６を経て室外側熱交換器３に流入し、そこで凝縮液化される。この凝縮液化された冷媒は、絞り装置４で減圧されて低圧二相（気相及び液相）の状態となり、製氷／脱氷用熱交換器５に流入する。
【０００５】製氷／脱氷用熱交換器５では、低圧二相の冷媒を蒸発させる蒸発用熱交換器として機能させることにより、チューブ１２内に流入した冷媒と、水ポンプ９を介して散布パイプ１０により製氷板１３の表面に散布された水との間で熱交換を行ない、この水を氷点以下に冷却して製氷板１３上に氷１４を製氷させる。一方、製氷／脱氷用熱交換器５のチューブ１２内において吸熱により蒸発（気化）した冷媒は四方弁２を経て圧縮機１へ戻る。
【０００６】次に、このダイナミック型氷蓄熱装置の脱氷動作は、上記製氷動作開始時より所定時間経過後、図５中の白抜き矢印で示すように、圧縮機１により圧縮された高温高圧の冷媒は、四方弁２及び冷媒配管８を経て製氷／脱氷用熱交換器５に流入し凝縮液化される。
【０００７】製氷／脱氷用熱交換器５では、冷媒を凝縮液化する凝縮液化用熱交換器として機能させることにより、チューブ１２内の冷媒と、製氷板１３の表面に氷結された氷１４との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮液化する際に発生する熱により氷１４を加熱し製氷板１３の表面から脱氷させて図示しない蓄熱槽に蓄える。一方、製氷／脱氷用熱交換器５のチューブ１２内において凝縮液化した冷媒は、絞り装置４において減圧されて低圧二相の状態となり、室外側熱交換器３に流入して蒸発し、四方弁２を経て圧縮機１へ戻る。
【０００８】このダイナミック型氷蓄熱装置においては、図６及び図７に示すように、製氷／脱氷用熱交換器５内の製氷板１３のうちチューブ１２に近い部分１３ａでは、冷媒と製氷板１３上の水との間で熱交換が行われるために、氷の層が時間と共に積み重ねられ厚みのある氷が形成される。一方、この製氷板１３のうちチューブ１２、１２の間に位置する部分１３ｂでは、冷媒と製氷板１３上の水との間での熱交換が行われ難いために、チューブ１２からの熱伝導によってこの部分１３ｂに薄い氷が形成される。
【０００９】このように、製氷板１３に製氷された氷１４は、チューブ１２に近い部分１３ａでは厚みのある氷が、チューブ１２、１２の間の部分１３ｂでは薄い氷が、それぞれ形成されることにより、チューブ１２の配列方向に沿って氷１４の厚みが周期的に変化することとなる。
【００１０】また、このダイナミック型氷蓄熱装置と異なる構成の蓄熱装置も提案されている（実開平１−１６０２３８号公報参照）。この蓄熱装置は、逆サイクル運転可能な冷却機と、蓄熱用の水槽と、前記冷却機から熱移送媒体を介して冷熱と温熱とを交互に受ける製氷用の熱交換器とを備えており、この製氷用熱交換器への温熱供給側の通路に並列に離氷用の放熱器を設けている。この蓄熱装置では、製氷時には製氷用熱交換器のみに冷熱を供給して製氷し、離氷時には離氷用放熱器を介して製氷用熱交換器に温熱を供給し、該製氷用熱交換器の上面の氷の付着面を融解し離氷させる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従来のダイナミック型氷蓄熱装置においては、製氷／脱氷用熱交換器５で製氷された氷１４が高温高圧の冷媒が凝縮液化する際に発生する熱で加熱されることにより製氷板１３の表面から脱氷される。この際、製氷板１３のうちチューブ１２に近い部分１３ａでは、熱交換量が大きく脱氷が速やかに行われるのに対し、チューブ１２、１２の間に位置する部分１３ｂでは、熱交換量が小さく脱氷の速さも非常に遅いため、製氷板１３に製氷した氷１４がなかなか脱氷できず、蓄熱槽に氷が落下し難く、脱氷効率が低下するという問題点があった。
【００１２】また、上述した蓄熱装置では、製氷用熱交換器とは別に離氷用放熱器を設け、離氷時に離氷用放熱器から製氷用熱交換器に向けてシリーズに冷媒を流動させるようにしているが、本来一番熱を必要とする製氷用熱交換器においては、冷媒が液化しているために顕熱での熱交換となり、熱交換率が非常に悪いという問題点があった。
【００１３】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、潜熱での熱交換を行うことで熱交換率を向上させることができ、その結果、短時間で脱氷を行うことができる氷蓄熱装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明は次の様な氷蓄熱装置を提供する。すなわち、請求項１記載の氷蓄熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、製氷時に圧縮された冷媒を凝縮液化しかつ脱氷時に凝縮液化された冷媒を蒸発させる凝縮／蒸発用熱交換器と、製氷板を有し凝縮液化した冷媒の吸熱により製氷を行いかつ冷媒が凝縮液化する際の放熱により脱氷を行う製氷／脱氷用熱交換器と、これらの熱交換器及び前記圧縮機に接続されて冷媒の流路を切り換える切換弁と、前記２つの熱交換器の間に設けられ凝縮液化した冷媒を減圧する絞り装置とを備え、前記切換弁を切り換えることで製氷サイクルと脱氷サイクルを選択実施する氷蓄熱装置において、前記製氷／脱氷用熱交換器に、前記圧縮機により圧縮された冷媒を導入して製氷された氷を加熱し脱氷する脱氷用熱交換器を設けてなることを特徴としている。
【００１５】また、請求項２記載の氷蓄熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、製氷時に圧縮された冷媒を凝縮液化しかつ脱氷時に凝縮液化された冷媒を蒸発させる凝縮／蒸発用熱交換器と、製氷板を有し凝縮液化した冷媒の吸熱により製氷を行いかつ冷媒が凝縮液化する際の放熱により脱氷を行う製氷／脱氷用熱交換器と、これらの熱交換器及び前記圧縮機に接続されて冷媒の流路を切り換える切換弁と、前記２つの熱交換器の間に設けられ凝縮液化した冷媒を減圧する絞り装置とを備え、前記切換弁を切り換えることで製氷サイクルと脱氷サイクルを選択実施する氷蓄熱装置において、前記製氷／脱氷用熱交換器に、製氷された氷を加熱し脱氷する加熱手段を設けてなることを特徴としている。
【００１６】本発明の請求項１記載の氷蓄熱装置では、前記製氷／脱氷用熱交換器に、前記圧縮機により圧縮された冷媒を導入して製氷された氷を加熱し脱氷する脱氷用熱交換器を設けたことにより、脱氷時に、前記製氷／脱氷用熱交換器を加熱する逆サイクル脱氷運転と、脱氷用熱交換器を加熱する正サイクル脱氷運転を順次行うことで、前記製氷／脱氷用熱交換器及び前記脱氷用熱交換器双方の凝縮潜熱により製氷板全体が加熱され、該製氷板上に製氷された氷全体が短時間に脱氷し、蓄熱用の氷を短時間で効率良く製氷することが可能になる。
【００１７】また、請求項２記載の氷蓄熱装置では、前記製氷／脱氷用熱交換器に、製氷された氷を加熱し脱氷する加熱手段を設けたことにより、脱氷時に、前記製氷／脱氷用熱交換器を加熱する逆サイクル脱氷運転と、前記加熱手段による加熱を行うことで、前記製氷／脱氷用熱交換器の凝縮潜熱と前記加熱手段の加熱により製氷板全体が加熱され、該製氷板上に製氷された氷全体が短時間に脱氷し、蓄熱用の氷を短時間で効率良く製氷することが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の氷蓄熱装置の各実施形態について、図面に基づき説明する。
［第１の実施形態］図１は本発明の第１の実施形態のダイナミック型氷蓄熱装置の冷媒回路を示す回路図、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図において、２１は熱交換器であり、製氷（正サイクル）及び脱氷（逆サイクル）を行なう製氷／脱氷用熱交換器２２と、脱氷（正サイクル）を行なう脱氷用熱交換器２３で構成される。また、２４は製氷／脱氷用熱交換器２２に設けられた逆止弁、２５は脱氷用熱交換器２３に設けられた逆止弁、２６は電磁二方弁、２７、２８は冷媒配管である。
【００１９】製氷／脱氷用熱交換器２２の冷媒の通路となるチューブ３１は、蛇行状態で配置され、このチューブ３１間に、脱氷用熱交換器２３の冷媒の通路となるチューブ３２が上下方向に蛇行状態でかつ前記チューブ３１に接近した状態で配置されている。
【００２０】そして、これらチューブ３１、３２は、製氷（正サイクル）及び脱氷（逆サイクル）時は、各々逆止弁２４、２５を介して冷媒配管６〜８で接続され、また、脱氷（正サイクル）時は、電磁二方弁２６、逆止弁２４を介して冷媒配管２７、２８、８で接続されることで、製氷用冷凍サイクルを構成すると共に、水ポンプ９を介して散布パイプ１０により製氷／脱氷用熱交換器２２内の製氷板１３に水を散布供給し、製氷する構成である。製氷された氷は、製氷／脱氷用熱交換器２２及び脱氷用熱交換器２３を凝縮器として機能させることにより加熱脱氷され、図示しない蓄熱槽に氷として蓄えられる。
【００２１】次に、このダイナミック型氷蓄熱装置の冷凍サイクルについて説明する。製氷運転時においては、図１中細い実線矢印で示すように、圧縮機１で圧縮された気体状の高温、高圧の冷媒は、四方弁２を経て、室外側熱交換器３で凝縮液化され、絞り装置５で減圧されて低圧二相の状態となり、製氷／脱氷用熱交換器２２に流入する。
【００２２】この製氷／脱氷用熱交換器２２のチューブ３１内に流入した低圧二相の冷媒は、ここで蒸発し、水ポイプ９を介して散水パイプ１０から製氷／脱氷用熱交換器２２の製氷板１３に散布された水と熱交換を行ない、製氷板１３上に製氷する。そして、製氷／脱氷用熱交換器２２のチューブ３１内で蒸発した冷媒は、四方弁２を経て、圧縮機１へ戻る。
【００２３】製氷後所定時間経過後、脱氷運転を行う。この脱氷運転時（逆サイクル）においては、図１中白抜き矢印に示すように、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒は、四方弁２を経て製氷／脱氷用熱交換器２２で凝縮液化する。その時、製氷／脱氷用熱交換器２２内のチューブ３１の周辺の製氷板１３の部分１３ａが主に加熱されて脱氷を行なう。その後、凝縮液化した冷媒は、絞り装置４で減圧されて低圧二相の状態となり、室外側熱交換器３で蒸発し、四方弁２を経て圧縮機１へ戻る。
【００２４】この脱氷運転終了後に続いて、図１中太い実線矢印で示すように、電磁二方弁２６を開き、脱氷熱交換器２３による脱氷運転（正サイクル）を行なう。圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒は、電磁二方弁２６を経て、脱氷用熱交換器２３へ流入する。その時、脱氷用熱交換器２３のチューブ３２は、製氷／脱氷用熱交換器２２のチューブ３１に接近して設けられているので、脱氷用熱交換器２３のチューブ３２内に流入した圧縮された高温高圧の冷媒は、製氷板１３のうちチューブ３２と近接する部分１３ｂが主に加熱され、脱氷を行なう。その後、凝縮液化した冷媒は四方弁２を経て圧縮機１へ戻る。
【００２５】このダイナミック型氷蓄熱装置の冷凍サイクルのポイントは、離氷時には逆サイクルに切換えて製氷／脱氷用熱交換器２２に吐出ガスである冷媒を流入させることによって潜熱で熱交換させ、所定時間後に逆サイクルの状態にしたまま電磁二方弁２６を介して脱氷用熱交換器２３に同様の吐出ガスである冷媒を流入させて潜熱で熱交換させている点である。いずれの熱交換も潜熱で行なうため、効率的で時間の短縮となる。
【００２６】以上説明したように、本実施形態によれば、熱交換器２１を、製氷（正サイクル）及び脱氷（逆サイクル）を行なう製氷／脱氷用熱交換器２２と、脱氷（正サイクル）を行なう脱氷用熱交換器２３で構成したので、脱氷時に、製氷／脱氷用熱交換器２２を加熱する逆サイクル脱氷運転と、脱氷用熱交換器２３を加熱する正サイクル脱氷運転を順次行うことにより、製氷／脱氷用熱交換器２２及び脱氷用熱交換器２３双方の凝縮潜熱により製氷板１３全体を加熱し、製氷板１３上に製氷された氷全体を短時間に脱氷することができる。したがって、蓄熱用の氷を短時間で効率良く製氷することができる。
【００２７】［第２の実施形態］図３は本発明の第２の実施形態のダイナミック型氷蓄熱装置の冷媒回路を示す回路図、図４は図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、このダイナミック型氷蓄熱装置が上述した第１の実施形態のダイナミック型氷蓄熱装置と異なる点は、第１の実施形態のダイナミック型氷蓄熱装置では、熱交換器２１を、製氷（正サイクル）及び脱氷（逆サイクル）を行なう製氷／脱氷用熱交換器２２と、脱氷（正サイクル）を行なう脱氷用熱交換器２３で構成したのに対し、本実施形態のダイナミック型氷蓄熱装置では、製氷／脱氷用熱交換器５の蛇行状に配置されたチューブ１２間に、電気ヒーター等の加熱装置（加熱手段）４１を設けた点である。
【００２８】このダイナミック型氷蓄熱装置では、脱氷サイクルは、従来と同様、製氷サイクルの逆サイクルのみであるが、脱氷用熱交換器２３の替わりに、製氷／脱氷用熱交換器５のチューブ１２間に加熱装置４１を配置したことで、製氷運転および逆サイクルによる脱氷運転の実施後、加熱装置２７により加熱することで、第１の実施形態のダイナミック型氷蓄熱装置と同様の効果を奏することができる。
【００２９】以上、本発明のダイナミック型氷蓄熱装置の各実施形態について図面に基づき説明してきたが、具体的な構成は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計の変更等が可能である。例えば、製氷／脱氷用熱交換器５のチューブ１２は、蛇行状の他、葛折り状に配置したものであってもよい。また、チューブ３１、３２、１２の配置や形状等は、必要に応じて変更することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の請求項１記載の氷蓄熱装置によれば、前記製氷／脱氷用熱交換器に、前記圧縮機により圧縮された冷媒を導入して製氷された氷を加熱し脱氷する脱氷用熱交換器を設けたので、脱氷時に、前記製氷／脱氷用熱交換器を加熱する逆サイクル脱氷運転と、脱氷用熱交換器を加熱する正サイクル脱氷運転を順次行うことで、前記製氷／脱氷用熱交換器及び前記脱氷用熱交換器双方の凝縮潜熱により製氷板全体を加熱することができ、該製氷板上に製氷された氷全体を短時間に脱氷することができる。したがって、蓄熱用の氷を短時間で効率良く製氷することができる。
【００３１】また、請求項２記載の氷蓄熱装置によれば、前記製氷／脱氷用熱交換器に、製氷された氷を加熱し脱氷する加熱手段を設けたので、脱氷時に、前記製氷／脱氷用熱交換器を加熱する逆サイクル脱氷運転と、前記加熱手段による加熱を行うことで、前記製氷／脱氷用熱交換器の凝縮潜熱と前記加熱手段の加熱により製氷板全体を加熱することができ、該製氷板上に製氷された氷全体を短時間に脱氷することができる。したがって、蓄熱用の氷を短時間で効率良く製氷することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年８月５日（１９９８．８．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１２７３７
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５５５１６（Ｐ２０００−５５５１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２２２０４６ |
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