JPH03105184A

JPH03105184A - 製氷装置

Info

Publication number: JPH03105184A
Application number: JP24026489A
Authority: JP
Inventors: Masato Fujioka; 藤岡　政人; Hachiro Harajiri; 原尻　八郎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1991-05-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は建物の空調冷房、食品貯蔵等に使用する氷蓄熱
用の製氷装置に関するものである。

（従来の技術）氷蓄熱装置は夜間の安価な深夜電力で冷凍機を稼動して
製氷を行い、昼間の高電力コスト時に解氷して冷熱利用
を行うもので、水の凝固潜熱を利用した蓄熱方法のため
、従来の水の顕熱を利用した水蓄熱装置に対して、蓄熱
槽の大幅な小型化が可能なため、最近、急速に普及が行
われている。

従来、この種の氷蓄熱用の製氷装置としては、製氷用伝
熱管（熱交換器）の一方側に低温の冷媒もしくは不凍液
を流し、他方側に水を流して製氷を行う間接熱交換方式
が設備費が安価なため広く採用されているが、この方式
は直接熱交換器の表面に着氷して製氷を行うため、氷層
の戊長に伴って伝熱面の熱抵抗が増加し、製氷能力が低
下するため蓄熱槽の氷充填率（Ｉ．　　Ｐ，　　Ｆ）は
一般に３０％程度が上限とされており、蓄熱槽の小型化
には限界があり、加えて、氷を熱交換器に固着させるた
め、解氷時の熱応答性が悪く、急激な角荷変動への対応
ができないという問題点があった。

これに対して、最近、水をＯ℃以下になるまで冷却して
過冷却状態の水を作り、この過冷却水に機械的または電
気的な衝撃を与えてスラリー状の製氷を行い、氷充填率
と熱応答性の改善を行う方法が提案されており、例えば
、第５図に示す通り特開昭０２　−　１４７２７１号公
報には、二重管式容器（熱交換器）の外管側を冷媒とし
、内管側の水を撹拌羽根で旋回して冷却用伝熱面での水
の流速を０．１ｒｎ　／　ｓｅｅ以上の流動状態に保っ
て、水の冷却を行う過冷却水の製造装置が開示され、公
知である。

この装置は過冷却水を利用した製氷のため、熱交換器に
直接着氷して製氷を行う従来の方式に比べて氷充填率が
高く、装置がコンパクトで設備費および運転費が安いと
いう長所を有している。

（発明が解決すべき課題）しかしながら、水の流動状態を保つ手段として容器（熱
交換器）内に水の撹拌羽根が設けてあるため、運転時の
操業変動等により、水量が変化したり、撹拌羽根の回転
が変化するとこの撹拌羽根で水の過冷却状態が破壊され
、結氷が発生して熱交換器が閉塞し、過冷却水の製造が
阻害されるという問題点があった。

本発明の目的は、上述の製氷装置の過冷却水製造時の問
題点である、熱交換器内の水の撹拌羽根設置に伴う結氷
の発生防止と、この結氷の熱交換器面への着氷の防止を
図った簡易構造で信頼性の高い製氷装置を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記目的を達或するために次の構或を要旨と
する。すなわち、（１）二重管式熱交換器の外管側を冷却流体とし、一方
内管側を被冷却水として、該被冷却水を、内管内で旋回
流動させて、過冷却水を作り該過冷却水からスラリー状
の氷を製造する製氷装置において、熱交換器内管の給水
口に水の旋回装置を設け、一方排水口には衝突板を設け
ると共に、該熱交換器内管に所定の大きさの芯管を設け
たこと。

（２）被冷却水と接触する熱交換器内管の表面及び芯管
の表面に、フッ素樹脂の薄膜を設けたことを特徴とする
。

（作　　用）本発明は上述のように構成してあるため、熱交換器人口
の旋回装置で水に旋回力を付与し、この水の旋回力を芯
管により、熱交換器の出口まで継続させることができる
。何故なら、芯管が熱交換器内管に設けられているため
一定の流量の水に対してより大きな流速を得ることがで
きるからである。このようにして熱交換器内で過冷却水
の製造を行い、熱交換器出口の衝突板でこの過冷却水に
機械的な衝撃を与えてスラリー状の製氷を行う。

また、熱交換器内での着氷トラブル発生時には芯管を加
温して除氷を行うものである。

（実　施　例）以下、実施例の図面に従って本発明の特徴を具体的に説
明する。

第１図は本発明の実施例を示す製氷装置の断面図であり
、第２図および第３図はそれぞれ第１図のＡ−Ａ面およ
びＢ−Ｂ而の断面図である。

二重管式の熱交換器内管１は高熱伝導性、気密性、耐蝕
性等の機能が要求されるため、通常、ステンレス鋼、ア
ルミあるいは銅等の金属材料を使用する。

また、熱交換器内管１の外周部をカバーするように設け
た二重管式の熱交換器外管２も、断熱性、気密性、耐蝕
性等の機能が要求されるため、通常、熱交換器内管１と
同系の金属材料の外表面に保温材を施工して使用する。

熱交換器内管１内に、該内管１と同心円状に熱交換器を
貫通して配置した芯管３は着氷時に加温機能が必要なた
め、図示していないが電気ヒーターを芯管３内に設ける
か、温水の供給管を芯管３に接続して、芯管３の加温が
随時行えるように構成してある。

熱交換器内管１と熱交換器外管２の間に充満された冷却
流体４、すなわち、０℃以下に冷却された冷媒もしくは
不凍液は、供給口５から入って、排出口６から出て、図
示していない冷凍回路に接続されて冷却流体の冷却循環
供給を行う。

熱交換器内管１と芯管３の間に充満された被冷却水７は
、熱交換器内管１の一端側に設けた披冷却水７の給水口
８から入って排水口１０から排出される。この給水口に
設けた旋回装置９で被冷却水７が熱交換器内管１内を旋
回して流れるよう旋回力を与える。この旋回装置９は熱
交換器内管１の管径が大きい場合は、通常、第３図に示
すノズル接線吹込方式のものを使用し、熱交換器内管１
の管径が小さい場合は第４図の固定旋回羽根式のものを
使用することができる。

熱交換器内管１の給水口８の反対側に設けた排水口１０
の先端は大気開放状態となっている。

熱交換器内管１の排水口ｌＯの先端に所定の間隔を設け
て配置された衝突板ｌ１に衝突した被冷却水７はスラリ
ー状の氷ｌ２となる。

また、被冷却水７と接触する金属製の熱交換器内管１の
管内表面と芯管３の管外表面に薄膜状に塗膜したフッ素
樹脂膜ｌ３は、被冷却水７の旋回力維持と管壁への着氷
を防止するため、通常、低摩擦性と非粘着性に優れた低
表面張力のフッ素樹脂、例えば、四フッ化系のポリテト
ラフルオルエチレン等を２０〜５０μ程度の薄膜状にコ
ーティングして使用する。

これはフッ素樹脂、すなわち、フッ素原子の原子半径が
水素に次いで小さいという特性を利用したものである。

なお、フッ素樹脂は金属に比べて熱伝導率が極端に低い
ため、薄膜状にコーティングして熱抵抗の増加を防止す
る。

次に本発明の製氷装置の作動機能について説明する。

まず、０℃以下に冷却した冷却流体４を冷却流体の供給
口５から熱交換器内管１と熱交換器外管２の間に流して
被冷却水７の冷却を行う。

披冷却水７は熱交換器内管１の一端側の給水口８にある
旋回装置９により運動エネルギーを付与されて旋回流と
なって熱交換器内管１内に供給され、冷却流体４で間接
冷却されて０℃以下の過冷却水となって排水口１０より
流出される。

この時、熱交換器内管１内に芯管３が設けてあるため、
この芯管３の流路断面積の調整効果（一定流量に対して
、流速を大きくとれる）と旋回流の回転軸効果により、
排水口１０の出口まで強い水の旋回力が維持され、この
結果、管内で高い水の対流熱伝達係数が確保されるため
、効率良く被冷却水７が冷却されて過冷却水が製造され
る。

また、排水口１０から流出した過冷却水は、排水口１０
の先端の衝突板１１に旋回状態で衝突して、この衝撃で
過冷却状態が破壊され、過冷却水のＯ℃以下の顕然と旋
回衝突力を利用してスラリー状の氷ｌ２を製造する。

なお、スラリー状の氷ｌ２の氷径は衝突板１ｌの形状お
よび被冷却水７の衝突速度、旋回力等により調整を行う
。

また、過冷却状態は、一般に非常に不安定な状態とされ
ているため、熱交換器内管１内でなんらかのショックで
被冷却水７の過冷却状態が破壊され熱交換器内で結氷が
発生した場合、被冷却水７の旋回による遠心力と水と氷
の比重差を利用して、低比重の氷を熱交換器内管１の中
央部の芯管３へ着氷させ、この芯管３を加温して着氷の
除氷を行う。

さらに、被冷却水７と接触する熱交換器内管１の内表面
と芯管３の外表面にフッ素樹脂ｌ３を塗膜することによ
り、熱交換器内管１内での被冷却水７の旋回力維持と過
冷却破壊時の熱交換器伝熱面への着氷の防止を図ること
も可能である。

なお、本実施例では製氷装置の二重管式熱交換器が横置
のケースであるが、熱交換器を竪型とすること、および
、熱交換器内管１を多管構造とすることも勿論可能であ
る。

（発明の効果）以上、説明したように本発明の製氷装置は熱交換器の内
管内に加温可能な芯管を設けると共に、内管の人口側に
水の旋回装置を設けて、熱交換器内で被冷却水を旋回し
て過冷却水を製遺し、出口側の衝突板で水の過冷却状態
を解除してスラリー状の氷を製造する構成のため、ａ）熱交換器内に水旋回用の駆動体が無いため、水の過
冷却破壊による熱交換器への着氷トラブルの発生が起り
に＜＜、従って、製氷装置の信頼性が高い。

ｂ）芯管による内管断面積の調整効果により、小水量で
高速の旋回流が発生できると共に、旋回時の回転軸効果
により、熱交換器の出口側まで安定して旋回流が継続で
きるため伝熱面の熱貫流率が大きく、従って、熱交換器
がコンパクトである。

Ｃ）操業変動等のトラブルで熱交換器内で着氷が発生し
た場合、芯管を加温することにより、簡単に短時間で除
氷ができるため休止時間が短い。

ｄ）さらに、水と接触する金属製の内管と芯管の表面に
フッ素樹脂が塗膜してあるため、熱交換器内での水の旋
回力の低下が小さく、水の対流熱伝達係数が大きいため
熱交換器がコンパクトである。

Ｃ〉また、熱交換器内で結氷が発生した場合でも、フッ
素樹脂の非粘着効果と旋回水流の遠心力効果により、熱
交換器内管面への着氷が防止できるため、閉塞トラブル
の発生が無い。

等の利点を有した簡易構造で低設備費、低運転費の製氷
装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す製氷装置の断面図であり
、第２図は第１図のＡ−Ａ面の過冷却水製造用熱交換器
の断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ面のノズル接線吹込
式の水旋回装置の断面図であり、第４図は旋回羽根式の
水旋回装置の断面図である。第５図は従来技術の製氷装
置の断面図である。１・・・熱交換器内管　　　　２・・・熱交換器外管３
・・・芯　管　　　　　　　４・・・冷却流体５・・・
供給口　　　　　　　６・・・排出口７・・・被冷却水
　　　　　　８・・・給水口９・・・水旋回装置　　　
　　１０・・・排水口１ｌ・・・衝突板　　　　　　　
ｌ２・・・スラリー氷ｌ３・・・フッ素樹脂膜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）二重管式熱交換器の外管側を冷却流体とし、一方
内管側を被冷却水として、該被冷却水を、内管内で旋回
流動させて、過冷却水を作り該過冷却水からスラリー状
の氷を製造する製氷装置において、熱交換器内管の給水
口に水の旋回装置を設け、一方排水口には衝突板を設け
ると共に、該熱交換器内管に所定の大きさの芯管を設け
たことを特徴とする製氷装置。
（２）被冷却水と接触する熱交換器内管の表面及び芯管
の表面に、フッ素樹脂の薄膜を設けたことを特徴とする
請求項１記載の製氷装置。