JP3852630B2 - Ice storage type cold water production system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷蓄熱できる蓄氷式冷水製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
安価な深夜電力を用いて蓄熱槽内に製氷し、昼間の冷房ピーク時に氷が融解する際の潜熱を利用してエネルギーの有効利用を図る氷蓄熱システムが用いられている。氷蓄熱を行うことによって、従来の水蓄熱が顕熱蓄熱であるのに対し、固体と液体間の相変化に伴う潜熱蓄熱を利用することができ、水蓄熱と比較すると80倍の違いがある氷の蓄熱能力を利用することができる。また、氷は他の蓄熱物質に比較し、安価で化学的に安定であるところから優れた蓄熱材である。従って、氷蓄熱は、水顕熱を利用した一般的な水蓄熱に氷の融解潜熱を付加することにより、小さな蓄熱槽容量で大量の蓄熱が可能となる。また、蓄熱槽の容積が小さくなるので表面積も減少し、これによる熱損失も軽減される。さらに、蓄熱槽において4℃程度の比較的低温の冷水が得られるため、冷水の配管径が小さくなり、コンパクトで大量の冷水を供給可能な氷蓄熱システムを実現することができる。
【0003】
氷蓄熱システムにおいて氷を生成する際は、生成された氷が熱交換器の管壁などに着氷して成長し、氷の熱伝導率が低いために着氷の厚みが増すほど氷の成長速度が低下してしまう。そこで、定期的に加熱して壁面の氷を剥がして浮上させ、蓄熱槽の上部に剥がれた氷を蓄積するようにしている。しかしながら、蓄熱槽に製造された氷が一杯になると加熱しても氷は壁面から剥がれず付着したままとなる。このため、製氷効率が悪化し、氷蓄熱システムは無駄な稼働を続けることになる。このような事態を防止するために、氷蓄熱システムは、蓄熱槽内に蓄積された氷の量を検出する装置を設けて、貯えられた氷のために脱氷できない状態になると熱交換器の運転を停止するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
蓄氷量を検出するシステムとしては、従来、複数の電極を備えたセンサーを蓄熱槽内の底面の近傍に設置して、これらの電極間を流れる電流によって氷が底面近くまで貯えられたか否かを判断するシステムが採用されている。水と比較し氷の電気伝導率は非常に小さいので、電極間に氷が存在すると流れる電流が減少する。従って、このようなシステムを用いて電極間を流れる電流を検出することによって蓄熱槽の底面近傍まで氷が貯えられたか否かを判断することができる。
【0005】
しかしながら、水中に配置された電極にカルキなどの水中の異物が付着すると電極間を流れる電流量が変動するので必ずしも安定した感度を維持することができない。従って、センサーの点検やメンテナンスを頻繁に行ったり、あるいは、蓄熱槽に供給する水質を厳重に管理するなどの必要が生ずる。また、このようなセンサーが蓄熱槽内に配置されているので、蓄熱槽内の洗浄が難しく、特に、センサー近傍に汚れが溜まりやすい。その結果、氷蓄熱システムから供給される冷水の水質が悪化すると共に、センサーの電極が汚れて感度が不安定になる事態が発生し易くなる。さらに、蓄熱槽内に配置されたセンサーと蓄熱槽の外に配置された制御装置とを接続する必要があるので、ケーブルなどで蓄熱槽を貫通させる必要があり、構造が複雑になると共に組み立ての手間がかかり、さらに、貫通部分はリークなどの原因となりやすい。
【0006】
そこで、本発明においては、蓄熱槽内に検出装置がないために衛生的で洗浄のし易い蓄氷式冷水製造装置を提供することを目的としている。また、蓄熱槽の外で氷の蓄積状況を検出できるようにすることによって、安定した制御が行え、センサーのメンテナンスが不要で、さらに、簡易な構造の蓄熱槽を採用して信頼性の高い蓄氷式冷水製造装置を安価に提供可能にすることも目的としている。また、蓄氷量を確実に検出して蓄氷システムの無駄な動作を防止して最適な制御を行い、ランニングコストを低減できる蓄氷式冷水製造装置を提供することも本発明の目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者らが製氷装置の各部の温度の変化を詳細に検討したところ、氷が成長して冷却手段から離れた位置に達すると、その位置の冷却壁の温度が徐々に低下する現象が見られた。これは冷却壁のその部分が熱伝導率の低い氷によって覆われるために冷却手段によって徐々に冷却されるためと考えられる。従って、水溶液、およびこの水溶液を少なくとも凝固点まで冷却できる冷却手段の双方に接した熱伝導性の冷却壁を有する製氷装置においては、この冷却壁の冷却手段から離れた位置の温度を検出することによって、その位置近傍における氷の有無を判断できることが判明した。このため、冷却壁の冷却手段から離れた位置の温度が設定値より下がると冷却手段を停止する制御手段を設けることにより、冷却壁に着氷した氷が成長しすぎた状態を検出して冷却手段を制御することが可能になる。従って、次の工程を備えた制御方法によって製氷装置の制御を行うことができる。
【0008】
1.水溶液および前記冷却手段の双方に接した熱伝導性の冷却壁の前記冷却手段から離れた位置の温度を検出する第1の工程
2.検出された温度が設定値以下になると前記水溶液の冷却を停止する第2の工程
【0009】
このような制御手段および制御方法においては、冷却壁の温度を検出できれば良いので、冷却壁の水溶液に接する面と反対側の面の温度を検出するように設けることが可能である。従って、冷却壁の水溶液側にはセンサーを配置せずに氷の有無を判断することができる。また、冷却手段によって冷却壁の温度が低下することを考慮すると、冷却手段から少なくとも約10mm程度離れた位置の温度を検出することによってさらに感度の良い判断が可能となる。
【0010】
したがって、本発明の蓄氷式冷水製造装置は、水および氷を保持可能な蓄熱槽と、当該蓄熱槽の底壁に形成した熱伝導性の冷却壁と、当該冷却壁における水あるいは氷と接触する表面とは反対側の裏面の側から冷却する冷却手段と、前記冷却壁を加熱する加熱手段と、前記冷却壁の前記裏面における前記冷却手段から離れた非製氷領域内の位置の温度を検出する温度センサーと、前記温度センサーによって検出された温度変化に基づき、前記冷却手段および前記加熱手段を制御する制御手段とを有していることを特徴としている。
【0011】
本発明の蓄氷式冷水製造装置では、蓄熱槽内に冷却手段も検出手段も配置されていないので、衛生的であり洗浄も容易である。さらに、蓄熱槽の外部から製氷状態を検出できるので、検出手段のメンテナンスも不要であり、感度も非常に安定した制御が行える。
【0012】
本発明の蓄氷式冷水製造装置は、冷却手段と交互に冷却壁を加熱する加熱手段を備えており、冷却手段および加熱手段を温度センサーによって検出される温度変化によって切り替えて運用する制御を行うことができる。また、蓄熱槽に氷が蓄積されて冷却壁から脱氷ができなくなり、冷却壁の着氷が成長を続ける状態になると温度センサーによる検出温度が低下する。従って、温度変化によって冷却手段および加熱手段の運転をオン・オフ制御することによって無駄な冷却および加熱を防止してランニングコストを下げることができる。
【0013】
本発明の蓄氷式冷水製造装置においても、冷却手段や加熱手段の影響を防止していっそう高い感度を求めるには、検出手段を冷却手段から少なくとも約10mm程度離れた位置の温度を検出するように設置することが望ましい。また、冷却手段が冷却壁の複数の領域に面して配置されている場合は、温度センサーを複数の領域の間の冷却壁の温度を検出するように配置することによって複数の領域で生成された氷の成長状態を複合的に判断できる。さらに、冷却手段が冷却壁の環状の領域に面して配置されている場合は、温度センサーを環状の領域のほぼ中心の冷却壁の温度を検出するように配置することが望ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図1に、本発明の一例である蓄氷式冷水製造装置の概略構成を模式的に示してある。本例の蓄氷式冷水製造装置1は、水7および氷8を保持できる蓄熱槽10を備えており、この蓄熱槽10で製造された冷水7を外部のユーザ、例えば、空調システムや食品の冷却装置などに冷水供給ポンプ5によって供給されるようになっている。蓄熱槽10は、底壁11に製氷装置20が装着されており、この製氷装置20で生成された氷8および冷水7を保持できるように底壁11および側壁12の周囲が断熱材13で覆われている。本例の蓄熱槽10は、底壁11が熱伝導性の良い金属性の冷却壁となっており、製氷装置20は、この冷却壁11の裏面側、すなわち、冷却壁11の水7あるいは氷8と接触する表面11aと反対側の裏面11bに面して配置されている。
【0015】
本例の製氷装置20は、冷却壁11の裏面11bに接して冷却壁30を外側から冷却する蒸発器(エバポレータ)21およびエバポレータ21に冷媒を供給する冷却ユニット31を備えた冷却系統と、同じく冷却壁11の裏面11bの側から冷却壁を加熱するヒータ22およびヒータに電力を供給して制御する加熱ユニット32を備えた加熱系統と、これら冷却系統および加熱系統を制御する制御ユニット33を備えている。エバポレータ21およびヒータ22は、2つのセクション21a、21b、22aおよび22bに分割されており、底壁11に2か所の製氷領域25aおよび25bを構成できるようになっている。さらに、冷却壁11の裏面11bには、製氷領域25aおよび25bの双方から若干離れた、製氷領域25aおよび25bの間(非製氷領域)となる位置に温度センサー23が装着されており、この温度センサー23によって冷却壁11を介して蓄熱槽10の内部の水温を検出できるようになっている。従って、このセンサー23の出力を制御ユニット33が取り込んで冷却ユニット31あるいは加熱ユニット32に対し種々の制御を行うことができる。例えば、本例の蓄氷式冷水製造装置1においては、冷却系統と加熱系統がタイマーで切り換えて製氷が行われるようになっており、このプロセスで製造された氷が蓄熱槽10にほぼ満杯になるまで蓄積されて製氷が完了した状態を温度センサー23で検出して製氷プロセスを停止できるようになっている。
【0016】
図2に蓄熱槽10を上から見た様子を示してある。本図に示したように、蓄熱槽10の底面11aには裏面側に配置された2つのエバポレータ21aおよび21bと、2つのヒータ22aおよび22bによって2つの製氷領域25aおよび25bが構成されている。そして、これらの製氷領域25aおよび25bに挟まれたエバポレータ21もヒータ22も配置されていない非製氷領域26に温度センサー23が配置されている。これら2つの製氷領域25aおよび25bの間隔は本例の装置では約60〜100mm程度であり、そのほぼ中間の位置に温度センサー23が配置されている。従って、温度センサー23は一方の製氷領域から距離X(30〜50mm程度)離れた位置に設置されている。もちろん、製氷領域25aおよび25bの間隔は上記の値に限定されるものではない。また、温度センサー23の配置もこの位置に限定されるものではないが、後述するように、温度センサー23によって氷の有無を判断するには、製氷領域25からある程度、例えば10mm程度以上は離れた位置に配置することが望ましい。
【0017】
図3に、製氷部20によって蓄熱槽10の内部で氷を生成する様子を模式的に示してある。また、図4に、その製氷過程において温度センサー23によって検出される温度変化の様子を示してある。時刻t0に蓄熱槽10の水温が0℃近傍にあり製氷する条件が整っているとすると、冷却系統のエバポレータ21および加熱系統のヒータ32を交互に動かすことにより、2つの製氷領域25aおよび25bで氷8が製造される。そして、図3(a)に示すように、適当な大きさの氷8になると底面11aから剥離して蓄熱槽10の上方へ浮上し蓄氷される。この間にエバポレータ21(製氷領域25)から離れた位置にある温度センサー23で検出される温度変化は殆どなく、水温の0℃近傍をエバポレータ21およびヒータ22の影響で多少上下に動く程度である。
【0018】
この蓄氷プロセスを続けると、図3(b)に示すように、蓄熱槽10の底面11近傍まで氷8が蓄積される。この結果、ヒータ22を作動しても氷8が脱氷せずに、エバポレータ21によって冷却する次の工程が始まり、底壁11に着氷した状態で氷8が徐々に成長する。このため、氷8が製氷領域25aおよび25bから底面11aに沿った左右の非製氷領域26にも広がり、さらにそれぞれの領域5aおよび25bの氷8が接触して一体となった状態で成長を続ける。蓄氷式冷水製造装置1の製氷能力にももちろん依存するが、例えば、冷却系統を1時間運転した後に15分間加熱系統を運転するサイクルを繰り返して製氷を行う蓄氷式冷水製造装置1においては、氷が蓄熱槽10にほぼ満杯になった蓄氷の完了した後、すなわち、脱氷ができなくなってからほぼ3〜4時間程度で、両側から成長した氷8によって60〜100mm程度の非製氷領域26が覆われる。
【0019】
この間の製氷領域25から離れた位置にある温度センサー23によって検出される温度変化は図4に示した通りであり、時刻t1に脱氷ができなくなると徐々に温度が低下し、温度センサー23が位置する非製氷領域26がほぼ氷で覆われた状態になると時刻t0より低温の状態で安定する。このような変化は、次のように説明できる。まず、時刻t1以前の脱氷を繰り返している状態では、温度センサー23が位置する冷却壁11の表面(底面)11aは蓄熱槽10内の冷水7に接しているので温度センサー23では水温が検出されている。そして、時刻t1に脱氷ができなくなって温度センサー23の位置する冷却壁11の表面が氷に覆われ出すと、氷自体は熱伝導度が非常に低いために冷水7から徐々に断熱され、温度センサー23の位置する冷却壁11の領域もエバポレータ21によって冷却される。その結果、温度センサー23の温度が徐々に低下する。従って、水温より低い適当な温度、例えば、−3℃程度を設定温度とすることによって製氷領域から離れた位置の冷却壁(底壁)11の表面がある程度の氷で覆われたか否かを判断することができる。また、このような状態は、脱氷ができない蓄氷が完了した状態に相当するので、温度センサー23の温度が設定値(例えば、−3℃)に達すると冷却系統および加熱系統を停止するといった制御を行うことができる。さらに、温度センサー23を用いて冷却系統で生成される氷の大きさを判断することができるので、適当な大きさの氷が生成されたことを検出して加熱系統に切り換えて脱氷を行うといった制御も可能である。
【0020】
冷却系統および加熱系統を止めて蓄熱槽10に生成された冷水がユーザに供給され、蓄熱槽10に給水されると氷8が不足状態になるので着氷していたものが浮上する。この結果、時刻t3に温度センサー23を設置している冷却壁11の表面11aの氷が剥離して水温を検出できるようになるので温度センサー23の温度も上昇する。従って、例えば、温度センサー23の温度が0℃に達したときに再び冷却系統と加熱系統を稼働状態にして製氷プロセスを再開するといった制御も可能になる。
【0021】
図5に、本例の制御ユニットの処理の一例をフローチャートを用いて示してある。本例では、エバポレータ21および冷却ユニット31を備えた冷却系統を用いて氷を作るために冷却するプロセスと、ヒータ22および加熱ユニット32を備えた加熱系統を用いて氷を剥離するプロセスとを、それぞれ冷却タイマーCTおよび加熱タイマーHTを用いて切り換えて制御している。まず、ステップST1において冷却タイマーCTおよび加熱タイマーHTを0にリセットする。次に、ステップST2において、温度センサー23が検出した値を設定値と比較して、設定値(本例では−3℃)よりも高温ならば水温を検知している状態、すなわち、温度センサー23の取り付けられた冷却壁11の表面側11aが氷で覆われていない状態なので、ステップST3へ移行し、製氷プロセスを開始する。
【0022】
製氷プロセスにおいては、まず、ステップ3において、冷却タイマーCTおよび加熱タイマーHTの値を確認し、両方が0の場合は冷却プロセスが開始される条件となっているのでステップST4で冷却タイマーCTをスタートし、ステップST6で冷却を開始する。そして、ステップST2に戻ってセンサー温度を検出する。一方、冷却タイマーCTが作動している場合はステップST5で冷却期間T1内であるかを確認し、冷却期間T1内である場合はステップST6で冷却を続ける。
【0023】
ステップST5で冷却期間T1を過ぎている場合は、製氷領域に適当な厚みの氷8が形成されているので、ステップST7で加熱タイマーHTの値を確認し、加熱タイマーHTが0のときは加熱プロセスを開始する。このため、ステップST8で加熱タイマーHTをスタートしてステップST10で加熱を開始する。そして、ステップST2に戻ってセンサー温度を検出する。加熱タイマーHTが作動している場合は、ステップST9で加熱期間T2内であるか否かを確認し、加熱期間T2内であればステップST10で加熱を続ける。一方、加熱期間T2を過ぎている場合は、冷却プロセスおよび加熱プロセスがすみ、製氷領域で形成された氷8が剥離した状態であり、1サイクルの製氷プロセスが終了しているのでステップST1に戻って冷却タイマーCTおよび加熱タイマーHTをリセットする。
【0024】
一方、ステップST2において、温度センサー23の温度が設定値より低下しており、温度センサー23の設置された冷却壁11の表面側11aが氷で覆われた状態である。従って、蓄氷が進んで蓄熱槽10が氷8で満杯状態となり新たな氷が浮上するスペースが無い状態であることが想定できる。このため、ステップST11に移行し、冷却および加熱プロセスを停止する。そして、タイマーCTおよびHTをリセットした後、ステップST2に再び戻って温度センサー23の状況を確認する。
【0025】
このように、本例の蓄氷式冷水製造装置1は、蓄熱槽10の底壁11を冷却壁とした製氷装置20を備えており、蓄熱槽10の底壁11の裏面11bの側に設けた温度センサー23の温度変化によって蓄氷状態を判別することができ、温度センサー23によって冷却系統および加熱系統をオンオフすることができる。従って、蓄氷が完了した状態で冷却系統および加熱系統を停止することによって無駄な電力消費を削減することができる。さらに、本例においては、底壁11の裏面側11bに設けられた温度センサー23を用いてこのような制御ができるので、従来の電気伝導度で氷の量を検出していたような制御系統と異なり、センサーが蓄熱槽内の水に含まれるカルキやその他の不純物で汚染されて感度が低下する心配はなく、非常に信頼性の高い制御が可能である。また、温度センサー23も水中に浸されるのではなく、底壁11の裏面側11b、すなわち、外側に設置されているので、漏電や防水などの対策は不要であり安価なものを採用することができる。さらに、温度センサー23を底壁11の外側に設ければ良いので、温度センサー23に対する配線や取付も容易である。このため、底壁を配線が貫通したり、槽内に配線を設置するといった手間がかかり漏水の原因となりやすい配線形態を採用しなくて済む。また、蓄熱槽10に水があるか否かにかかわらず、温度センサーのメンテナンスや交換も容易にできる。このように、本例の蓄氷式冷水製造装置1は、温度センサーを冷却壁の外側に設置して氷の状態を把握することができるので、蓄熱槽10の構成が非常に簡易になり、信頼性が高く使い勝手の良い蓄氷式冷水製造装置を安価に提供することができる。
【0026】
さらに、本例の蓄氷式冷水製造装置1は、温度センサー23のみならず、エバポレータ21およびヒータ22も蓄熱槽10の底壁11の裏側11bに配置されている。従って、蓄熱槽10の内部には突起物はなにもなく、非常に洗浄し易く常に衛生的に管理することができる。このため、空調などの工業的な利用はもちろん、食品などを取り扱う業務において冷水を供給する場合に好適である。そして、温度センサー23を用いた制御によって無駄な電力消費を防止できるのでランニングコストも低く、本例の蓄氷式冷水製造装置1により安全で冷たい水を安価に供給することができる。
【0027】
本発明の温度センサーを用いた制御は、底壁といった冷却壁の表面側の氷の有無を、裏面側の温度変化で感知しているものであり、このような制御は、上記の蓄氷が完了したか否かを判断する制御だけではなく、その他の制御にももちろん使用することができる。例えば、図6に、冷却プロセスと加熱プロセスの切り換えに、上記のような温度センサーを用いた例を示してある。この例においては、それぞれの製氷サイクルにおいて、まず、ステップST21において、温度センサーの値を設定値(例えば上記と同様に−3℃)を比較して、温度センサーの値が設定値よりも高くなれば、温度センサーの反対側の面には未だ氷が形成されていないのでステップST22に移行し、冷却を続けて蓄熱槽内の水を氷結させる。一方、ステップST21において、温度センサーの値が設定値以下になれば、温度センサーの反対側の面まで氷が形成されているので、ステップST23に移行して加熱プロセスに切り換え、氷を剥離する。そして、剥離が終了すると再び温度センサーの反対側の面が水に触れるので温度センサーの値は上昇し、これによってステップST22の冷却プロセスを再開する。このようにして冷却および加熱を繰り返すことも可能であり、蓄熱槽10に氷8を効率良く溜めることができる。
【0028】
また、本例の蓄氷式冷水製造装置1は、2つに分割された製氷領域25aおよび25bの中間に温度センサー23を取り付けているが、温度センサー23の取付位置も本例に限定されるものではない。例えば、図2と異なった配置を図7に示してあるように、一方の製氷領域25aと蓄熱槽の側壁12との間に温度センサー23を設置しても良い。温度センサー23と製氷領域25a、すなわち、エバポレータ21との距離Yは、温度センサー23によって検出したい氷の大きさによって変えることができ、例えば、10〜40mm程度に設定できる。しかしながら、温度センサー23がエバポレータ21あるいはヒータ22に近いと、それらからの熱影響を受けて温度が変わりやすくなるのである程度の距離を確保することが望ましい。本願の発明者らの測定によると、ほぼ10mm程度の最小距離をエバポレータ21との間に確保しておくことで十分な感度を得ることができ、温度センサー23が検出した温度変化によって底壁11の表面側(底面)11aに氷があるかないかの判断をすることができる。一方、図2に示したような配置の場合は、両側の製氷領域25aおよび25bの熱影響を受けるので、製氷領域と温度センサーとの距離Xを多少長く確保することが望ましく、30〜50mm程度にすることが望ましい。また、図2に示したように、2つの製氷領域25aおよび25bの間に温度センサーを設置すると、両側から成長した氷の厚みが温度変化に反映されるので、温度変化率が大きくなり氷の状態が判断しやすい。また、両側の製氷領域の状態が1つの温度センサーで管理できるというメリットもある。
【0029】
図8に、さらに異なった製氷領域25の配置を示してある。この配置では、底面11aのほぼ全面に製氷領域25が配置されており、その中心にほぼ円形の非製氷領域26が形成されている。そして、その非製氷領域26の中心の裏面側に温度センサー23が設置されている。図2に示した例と同様に、温度センサー23の周囲に環状の製氷領域25が設けられているので、エバポレータなどからの影響を若干考慮して温度センサー23と製氷領域25との距離Yは、20〜60mm程度に設定することが望ましい。従って、例えば、半径20〜60mm程度の非製氷領域26を製氷領域25の中に設けて、そのほぼ中心の裏側に温度センサー23を設置すれば良い。
【0030】
図9に、さらに異なる製氷領域25の配置を示してある。この配置では、底面11aのほぼ全面に製氷領域25が配置され、その製氷領域25と側面12との間に温度センサー23が配置されている。温度センサー23と製氷領域25との間隔Yは、図7に示した例と同様に10〜40mmに設定することが望ましい。
【0031】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の蓄氷式冷水製造装置は、表面が冷水に接し、裏面がエバポレータなどの冷却手段に接した蓄熱槽の底壁などの冷却壁の冷却手段から若干離れた部分の温度を、冷水と反対側の裏面に設けられた温度センサーで検出することによって表面に氷が付着しているか否かを判断できるようにしている。このため、氷の有無によって冷却手段あるいはその他の制御を行う場合には、温度センサーの出力を使用することが可能であり、蓄氷が完了したか否かの判断を温度センサーで行うことができる。このように、本発明により、氷の状態を蓄熱槽の外側に設置した温度センサーで把握することができるので、蓄熱槽内には突起物などの洗浄の邪魔になったり汚染物が溜まる原因となるような部分を設けずにすみ、非常に衛生的な蓄氷式冷水製造装置を提供でき、この蓄氷式冷水製造装置から食品加工などにも安心して使用できる冷水を供給することができる。また、温度センサーによって蓄氷の状態を判断して冷却ユニットおよび加熱ユニットを停止できるので、無駄な電力の消費を防止することができる。そして、制御に用いる温度センサーを水に浸さなくて済むので、安価で耐久性の高いセンサーを用いて信頼性の高い制御を行うことができる。また、温度変化によって氷の有無を判断するようにしているので、安定した結果が得られ、誤動作もほとんど見られない。従って、本発明により、安価で信頼性が高く、さらに、省電力型の蓄氷式冷水製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る蓄氷式冷水製造装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図2】 図1に示す蓄氷式冷水製造装置の蓄熱槽の底面を上方から見た図であり、製氷領域および温度センサーの配置を示す図である。
【図3】 図1に示す蓄氷式冷水製造装置において、氷が生成する様子を示す図であり、図3(a)は製氷が継続して行われている状態を示し、図3(b)は蓄氷が完了して脱氷ができずに氷が成長している状態を示す。
【図4】 図3に示す製氷過程において、温度センサーが検出する温度変化を示すグラフである。
【図5】 図1に示す蓄氷式冷水製造装置の制御の一例を示すフローチャートである。
【図6】 図5に示した制御方法と異なった例を示すフローチャートである。
【図7】 図2と異なった温度センサーの取り付け例を示す図である。
【図8】 さらに異なった温度センサーの取り付け例を示す図である。
【図9】 さらに異なった温度センサーの取り付け例を示す図である。
【符号の説明】
1・・蓄氷式冷水製造装置
10・・蓄熱槽
11・・底壁(冷却壁)
11a・・底壁の表面(蓄熱槽の底面)
11b・・底壁の裏面
12・・蓄熱槽の側面
13・・断熱壁
20・・製氷装置
21・・エバポレータ
22・・ヒータ
23・・温度センサー
25・・製氷領域
26・・非製氷領域
31・・冷却ユニット
32・・加熱ユニット
33・・制御ユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ice storage type cold water manufacturing apparatus capable of storing ice.
[0002]
[Prior art]
An ice heat storage system that uses ice at low cost late-night power to make ice in a heat storage tank and uses the latent heat when ice melts at the peak of cooling during the daytime is used. By performing ice heat storage, the conventional water heat storage is sensible heat storage, whereas the latent heat storage accompanying the phase change between the solid and the liquid can be used, and there is an 80 times difference compared to the water heat storage. The heat storage capacity of ice can be used. In addition, ice is an excellent heat storage material because it is cheaper and chemically stable than other heat storage materials. Therefore, ice heat storage enables large-scale heat storage with a small heat storage tank capacity by adding ice melting latent heat to general water heat storage utilizing water sensible heat. Moreover, since the volume of the heat storage tank is reduced, the surface area is also reduced, thereby reducing heat loss. Furthermore, since a relatively low temperature cold water of about 4 ° C. can be obtained in the heat storage tank, the pipe diameter of the cold water is reduced, and an ice heat storage system capable of supplying a large amount of cold water can be realized.
[0003]
When generating ice in an ice heat storage system, the generated ice grows by icing on the tube wall of the heat exchanger, etc., and the ice growth increases as the thickness of the icing increases due to the low thermal conductivity of the ice. The speed will drop. Therefore, the ice on the wall surface is peeled off and floated by regular heating, and the peeled ice is accumulated in the upper part of the heat storage tank. However, when the ice produced in the heat storage tank is full, even if heated, the ice does not peel off from the wall surface and remains attached. For this reason, ice making efficiency deteriorates, and the ice heat storage system continues to be uselessly operated. In order to prevent such a situation, the ice heat storage system is provided with a device for detecting the amount of ice accumulated in the heat storage tank, and when the ice cannot be deiced due to the stored ice, the heat exchanger system The operation is stopped.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As a system for detecting the amount of ice stored, a sensor with multiple electrodes has been installed near the bottom of the heat storage tank, and whether or not ice has been stored near the bottom by the current flowing between these electrodes. A system for judging the above is adopted. Since the electrical conductivity of ice is very small compared to water, the current that flows is reduced if ice is present between the electrodes. Therefore, it is possible to determine whether or not ice has been stored up to the vicinity of the bottom surface of the heat storage tank by detecting the current flowing between the electrodes using such a system.
[0005]
However, when foreign matter such as chalk adheres to electrodes arranged in water, the amount of current flowing between the electrodes fluctuates, so that stable sensitivity cannot always be maintained. Therefore, it is necessary to frequently inspect and maintain the sensor or to strictly control the quality of water supplied to the heat storage tank. Moreover, since such a sensor is arrange | positioned in a thermal storage tank, washing | cleaning in a thermal storage tank is difficult, and especially dirt tends to accumulate in the sensor vicinity. As a result, the water quality of the cold water supplied from the ice heat storage system deteriorates, and the sensor electrode becomes dirty and the sensitivity becomes unstable. Furthermore, since it is necessary to connect the sensor arranged in the heat storage tank and the control device arranged outside the heat storage tank, it is necessary to penetrate the heat storage tank with a cable, etc. It takes time and the penetrating part is likely to cause leaks.
[0006]
Then, in this invention, since there is no detection apparatus in a thermal storage tank, it aims at providing the ice storage type cold water manufacturing apparatus which is hygienic and easy to wash | clean. In addition, by making it possible to detect the state of ice accumulation outside the heat storage tank, stable control can be performed, sensor maintenance is not required, and a heat storage tank with a simple structure is used to provide highly reliable storage. Another object of the present invention is to provide an ice-type cold water production apparatus at a low cost. It is another object of the present invention to provide an ice storage type cold water manufacturing apparatus that can detect the amount of ice storage reliably, prevent wasteful operation of the ice storage system, perform optimal control, and reduce running costs. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present application have examined in detail the changes in the temperature of each part of the ice making device, and when the ice grows and reaches a position away from the cooling means, the temperature of the cooling wall at that position gradually decreases. It was seen. This is presumably because that part of the cooling wall is gradually cooled by the cooling means because it is covered with ice having low thermal conductivity. Therefore, in an ice making device having a heat conductive cooling wall in contact with both the aqueous solution and the cooling means capable of cooling the aqueous solution to at least the freezing point, by detecting the temperature of the cooling wall at a position away from the cooling means. It was found that the presence or absence of ice in the vicinity of the position can be determined. For this reason, by providing a control means for stopping the cooling means when the temperature of the cooling wall away from the cooling means falls below the set value, it is possible to detect the state where ice that has iced on the cooling wall has grown too much and It becomes possible to control the means. Therefore, the ice making device can be controlled by a control method including the following steps.
[0008]
1. A first step of detecting the temperature of the thermally conductive cooling wall in contact with both the aqueous solution and the cooling means at a position away from the cooling means
2. A second step of stopping the cooling of the aqueous solution when the detected temperature falls below a set value;
[0009]
In such a control means and control method, it is only necessary to be able to detect the temperature of the cooling wall, and therefore it can be provided to detect the temperature of the surface of the cooling wall opposite to the surface in contact with the aqueous solution. Therefore, the presence or absence of ice can be determined without arranging a sensor on the aqueous solution side of the cooling wall. Further, considering that the temperature of the cooling wall is lowered by the cooling means, it is possible to make a more sensitive determination by detecting the temperature at a position at least about 10 mm away from the cooling means.
[0010]
Therefore, the ice storage type cold water production apparatus of the present invention comprises a heat storage tank capable of holding water and ice, a heat conductive cooling wall formed on the bottom wall of the heat storage tank, and water or ice in the cooling wall. A cooling means for cooling from the back side opposite to the surface to be heated, a heating means for heating the cooling wall, and a temperature at a position in the non-ice-making region away from the cooling means on the back surface of the cooling wall. And a control means for controlling the cooling means and the heating means based on a temperature change detected by the temperature sensor.
[0011]
In the ice storage type cold water production apparatus of the present invention, neither cooling means nor detection means is arranged in the heat storage tank, so it is hygienic and easy to clean. Furthermore, since the ice making state can be detected from the outside of the heat storage tank, maintenance of the detecting means is not required and control with very stable sensitivity can be performed.
[0012]
The ice storage type cold water manufacturing apparatus of the present invention includes a heating unit that heats the cooling wall alternately with the cooling unit, and performs control to switch and operate the cooling unit and the heating unit according to the temperature change detected by the temperature sensor. be able to. In addition, when the ice is accumulated in the heat storage tank and the ice cannot be deiced from the cooling wall, and the icing on the cooling wall continues to grow, the temperature detected by the temperature sensor decreases. Therefore, by controlling the operation of the cooling means and the heating means according to the temperature change, useless cooling and heating can be prevented and the running cost can be reduced.
[0013]
Also in the ice storage type cold water production apparatus of the present invention, in order to prevent the influence of the cooling means and the heating means and obtain higher sensitivity, the detection means detects the temperature at a position at least about 10 mm away from the cooling means. It is desirable to install in. Also, when the cooling means is arranged facing a plurality of regions of the cooling wall, the temperature sensor is generated in the plurality of regions by arranging the temperature sensor so as to detect the temperature of the cooling wall between the plurality of regions. It is possible to judge the growth state of ice. Further, when the cooling means is arranged facing the annular region of the cooling wall, it is desirable to arrange the temperature sensor so as to detect the temperature of the cooling wall substantially at the center of the annular region.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a schematic configuration of an ice storage type cold water production apparatus which is an example of the present invention. The ice storage type cold
[0015]
The
[0016]
FIG. 2 shows the
[0017]
FIG. 3 schematically shows how the
[0018]
When this ice storage process is continued, the
[0019]
The temperature change detected by the
[0020]
When the cooling system and the heating system are stopped, the cold water generated in the
[0021]
FIG. 5 shows an example of processing of the control unit of this example using a flowchart. In this example, a process of cooling to make ice using a cooling system including the
[0022]
In the ice making process, first, in
[0023]
If the cooling period T1 has passed in step ST5, the
[0024]
On the other hand, in step ST2, the temperature of the
[0025]
As described above, the ice storage type cold
[0026]
Further, in the ice storage type cold
[0027]
In the control using the temperature sensor of the present invention, the presence or absence of ice on the surface side of the cooling wall such as the bottom wall is detected by the temperature change on the back surface side. Of course, it can be used not only for determining whether or not it has been completed, but also for other controls. For example, FIG. 6 shows an example in which the above temperature sensor is used for switching between the cooling process and the heating process. In this example, in each ice making cycle, first, in step ST21, the value of the temperature sensor is compared with a set value (for example, −3 ° C. as described above), and the value of the temperature sensor becomes higher than the set value. For example, since ice has not yet been formed on the opposite surface of the temperature sensor, the process proceeds to step ST22, and cooling is continued to freeze the water in the heat storage tank. On the other hand, in step ST21, if the value of the temperature sensor becomes equal to or lower than the set value, ice is formed up to the opposite surface of the temperature sensor, so the process moves to step ST23 to switch to the heating process, and the ice is peeled off. When the peeling is completed, the opposite surface of the temperature sensor comes into contact with water again, so that the value of the temperature sensor rises, thereby restarting the cooling process in step ST22. In this manner, cooling and heating can be repeated, and the
[0028]
Moreover, although the ice storage type cold
[0029]
FIG. 8 shows a further arrangement of the
[0030]
FIG. 9 shows a further different arrangement of the
[0031]
【The invention's effect】
As described above, the ice storage type cold water production apparatus of the present invention is slightly separated from the cooling means of the cooling wall such as the bottom wall of the heat storage tank whose surface is in contact with the cold water and whose back surface is in contact with the cooling means such as an evaporator. By detecting the temperature of the portion with a temperature sensor provided on the back surface opposite to the cold water, it is possible to determine whether or not ice has adhered to the surface. For this reason, when the cooling means or other control is performed depending on the presence or absence of ice, the output of the temperature sensor can be used, and the temperature sensor can determine whether or not ice storage is complete. . Thus, according to the present invention, it is possible to grasp the state of ice with a temperature sensor installed outside the heat storage tank. Therefore, it is possible to provide a very hygienic ice storage type cold water production apparatus, and supply cold water that can be used safely for food processing and the like from the ice storage type cold water production apparatus. Moreover, since the cooling unit and the heating unit can be stopped by judging the ice storage state by the temperature sensor, it is possible to prevent wasteful power consumption. And since it is not necessary to immerse the temperature sensor used for control in water, reliable control can be performed using an inexpensive and highly durable sensor. In addition, since the presence or absence of ice is determined based on the temperature change, a stable result can be obtained and almost no malfunction is observed. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an ice storage type cold water manufacturing apparatus that is inexpensive and highly reliable, and further saves power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of an ice storage type cold water producing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view of the bottom surface of the heat storage tank of the ice storage type cold water production apparatus shown in FIG. 1 as viewed from above, and is a view showing the arrangement of ice making regions and temperature sensors.
3 is a diagram showing how ice is generated in the ice storage type cold water production apparatus shown in FIG. 1. FIG. 3 (a) shows a state where ice making is continuously performed, and FIG. ) Indicates that ice storage is completed and ice cannot grow and ice is growing.
4 is a graph showing temperature changes detected by a temperature sensor in the ice making process shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing an example of control of the ice storage type cold water producing apparatus shown in FIG. 1;
6 is a flowchart showing an example different from the control method shown in FIG.
7 is a view showing an example of attachment of a temperature sensor different from FIG. 2; FIG.
FIG. 8 is a view showing another example of attaching a temperature sensor.
FIG. 9 is a view showing another example of attaching a temperature sensor.
[Explanation of symbols]
1. Ice storage type cold water production equipment
10. Heat storage tank
11. Bottom wall (cooling wall)
11a ··· Surface of bottom wall (bottom surface of heat storage tank)
11b ... Back of the bottom wall
12. Side of heat storage tank
13. Heat insulation wall
20 .. Ice making equipment
21. ・ Evaporator
22. Heater
23. Temperature sensor
25 ... Ice making area
26..Non-ice-making area
31 ... Cooling unit
32 ... Heating unit
33 .. Control unit
Claims (3)
当該蓄熱槽の底壁に形成した熱伝導性の冷却壁と、
当該冷却壁における水あるいは氷と接触する表面とは反対側の裏面の側から冷却する冷却手段と、
前記冷却壁を加熱する加熱手段と、
前記冷却壁の前記裏面における前記冷却手段から離れた非製氷領域内の位置の温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーによって検出された温度変化に基づき、前記冷却手段および前記加熱手段を制御する制御手段と
を有していることを特徴とする蓄氷式冷水製造装置。A heat storage tank capable of holding water and ice;
A heat conductive cooling wall formed on the bottom wall of the heat storage tank;
Cooling means for cooling from the back side opposite to the surface in contact with water or ice in the cooling wall;
Heating means for heating the cooling wall;
A temperature sensor for detecting a temperature at a position in a non-ice-making region away from the cooling means on the back surface of the cooling wall;
An ice storage type cold water manufacturing apparatus, comprising: a control unit that controls the cooling unit and the heating unit based on a temperature change detected by the temperature sensor.
前記制御手段は、前記温度センサーによって検出された温度が予め定めた第1設定値まで低下した場合には、前記冷却手段および前記加熱手段の双方を停止することを特徴とする蓄氷式冷水製造装置。In claim 1,
The control means stops both the cooling means and the heating means when the temperature detected by the temperature sensor has dropped to a first preset value set in advance. apparatus.
前記制御手段は、前記冷却手段および前記加熱手段の双方を停止した後に、前記温度センサーによって検出された温度が前記第1設定値よりも高い第2設定値まで上昇した場合には、前記冷却手段を用いて前記冷却壁を冷却するプロセスと、前記加熱手段を用いて前記冷却壁の表面に形成された氷を剥離するプロセスとからなる製氷プロセスを再開することを特徴とする蓄氷式冷水製造装置。In claim 2,
When the temperature detected by the temperature sensor rises to a second set value higher than the first set value after stopping both the cooling means and the heating means, the control means Regenerating an ice making process comprising: a process of cooling the cooling wall using a heating means; and a process of peeling ice formed on the surface of the cooling wall using the heating means. apparatus.
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