JPH04106380A

JPH04106380A - 製氷装置

Info

Publication number: JPH04106380A
Application number: JP22593990A
Authority: JP
Inventors: Masato Fujioka; 藤岡　政人
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1992-04-08

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）本発明はビルの空調冷房、食品貯蔵等に使用する氷蓄熱
装置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働して
製氷蓄熱を行い、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氷蓄熱装置に対して、
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−刃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直接伝熱管の表面に着氷を
行う固着製氷方式が設備費が安価なため広く採用されて
いるが、この方式は氷層の成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装置が大型となるこ
と、および、固着氷のため解氷時の熱応答性が悪く、急
激な熱負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、流動状の氷を製造する方法が提案
されており、例えば第５図に示す通り、日経メカニカル
１９８６年１１月１７日号の７７ページには、竪型のシ
ェル番アンドーチューブ式熱交換器の伝熱管の外側をフ
ロン液の冷媒とし、伝熱管の内側の垂直面に水を溢流落
下して、ごく薄いシャーベット状（流動状）の製氷を行
う落下水膜方式が提示されて公知となっており、従来の
固着製氷方式に対して、流動状の製氷を行うため製氷能
力の経時低下が無いこと、および、この流動状の氷を蓄
熱するため蓄熱槽の水充填率が高く、解氷時の熱応答性
が良好で、製氷コストが安いと言う長所を有している。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、この製氷装置においては、熱交換器か多
数の小径の伝熱管で構成されたシェル・アンド・チュー
ブ方式のため、各伝熱管の上端部を同一レベルとするこ
とが難しく、水の溢流落下が不均一となり、この結果、
冷却（伝熱）にムラか生じて伝熱管に着氷が発生するた
め、流動状の製氷か停止しやすく連続運転が困難という
問題点かあった。

本発明の目的は、上述の問題点である伝熱管への着氷防
止を図ることによって、コンパクトで安価な製氷装置を
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成するために次の構成を要旨とす
る。すなわち、（１）竪型熱交換器の伝熱管の管外側に冷却液を流し、
管内側に製氷水の落下水膜を形成させて流動状の氷を製
造する製氷装置において、伝熱管内に製氷水の噴霧ノズ
ルを設けたこと。

また必要に応じて（２）伝熱管内に製氷水の噴射ノズルを設けたことを特
徴とする。

（作　　用）本発明は上述のように構成しであるため、噴霧ノズルの
均等分散作用で伝熱管内に均一な水膜を形成すると共に
、噴霧水の気泡随伴作用で氷結晶間に空気隔膜を形成す
ることにより、伝熱管への着氷を押さえて連続して流動
状の製氷を行うものである。

さらに、噴射ノズルからの高速製氷水で間欠的に伝熱管
の洗浄を行うため、管内壁面への氷やゴミの付着が無い
。

（実　施　例）以下、本発明を図に示す実施例に従って具体的に説明す
る。

第１図は本発明の実施例を示す製氷装置の構成図であり
、第２図および第３図は第１図のＡ−Ａ面およびＢ−８
面での断面図である。

竪型の二重管式熱交換器の伝熱管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・アルミ等の金属管を使用する。

一方、伝熱管１の外周部をカバーするように設けた熱交
換器の外殻管２は断熱性・気密性・耐蝕性等の機能が要
求されるため、通常、伝熱管１と同一の材料を用い、そ
の外表面に保温材を施工したものを使用する。

伝熱管１の上端側は密閉構造とし、この伝熱管１内の上
方に製氷水３の噴霧ノズル４を設け、さらに、必要によ
り伝熱管１内に製氷水３の噴射ノズル５を多段で設ける
ことにより着氷防止効果をより一層あげることができる
。

噴霧ノズル４は、通常、水滴径が１００〇−以下の低圧
噴霧ノズルを使用し、伝熱管への着氷防止のだめの空気
泡の随伴とポンプ昇圧によるエネルギーロスの軽減を図
る。

噴射ノズル５は管１壁面の洗浄および付着水の剥離が必
要なため、管１壁面で一定の衝突エネルギーが確保でき
る高圧噴射ノズルを使用し、熱交換器の伝熱量が低下し
た時点て製氷水３の間欠噴射を行うか、管壁着氷の防止
をより確実に行うためには一定時間毎に定期的に間欠噴
射を行う方が良い。

なお、伝熱管１の管径が大きい場合は、伝熱管１の円周
方向の管壁面に近接して複数の噴射ノズル５を設ける。

伝熱管１の下端側は開放構造とし、この下部に蓄熱槽６
を設ける。この蓄熱槽６は非漏水性・断熱性・耐蝕性等
の機能が要求されるため、通常、ＦＲＰ等の外表面に保
温材を施工したものを使用する。

熱交換器の伝熱管１と外殻管２の間に完成した冷却液７
は、通常不凍液を使用し、図に未表示の冷凍回路の冷媒
と間接式熱交換器で熱交換を行い０℃以下に冷却して循
環使用するが、直接、冷凍回路の冷媒を使用することも
勿論可能である。

また、本実施例は製氷水３と冷却液７の熱交換が向流の
ケースであるが、冷却液７を熱交換器の上部側から供給
して熱交換を並流とすることも勿論可能である。

蓄熱槽６の下部と噴霧ノズル４を水配管８ａで連続し、
この配管８ａにポンプ９ａを設けて、噴霧ノズル４に製
氷水３の連続供給を行う。

噴霧ノズル４より供給された製氷水３は伝熱管１の上方
で均一な水膜１０となり、冷却液７で冷却されて流動状
の氷１１が製造される。

また、蓄熱槽６の下部と噴射ノズル５を水配管８ｂで接
続し、この配管８ｂにポンプ９ｂを設けて、間欠的に高
速の製氷水３を伝熱管１に噴射して管内壁面の洗浄と着
氷の防止を行う。

図中の矢線は製氷水３および冷却液７の流動方向を示す
。

次に本発明の作動機能について説明する。

ます、０℃以下の冷却液７を二重管式熱交換器の伝熱管
１と外殻管２の間に流し、この冷却液７の対流伝熱で製
水水３の冷却を行う。

一方、蓄熱槽６の下部よりポンプ９ａで送水した製氷水
３は、噴霧ノズル４て伝熱管１の管内壁面に均等散布さ
れ、伝熱管ｌ内に均一な水膜１０を形成する。

この落下水膜１０は伝熱管１を流下中に冷却液７て間接
冷却されて過冷却状態の水となり、落下水膜１０の乱流
作用でこの過冷却状態が破壊され、過冷却水の顕熱に相
当した流動状の氷１１が製造される。

この流動状の水１１は、噴霧水の気泡随伴作用で氷結品
間に空気隔膜が形成されるため、通常、水径か２００如
以下の微細な流動状の氷ができる。

伝熱管］の下端側まで流下した流動状の氷１１を同伴し
た製氷水３は、蓄熱槽６に自然落下して、製氷水３と流
動状の氷１１の比重差を利用して蓄熱槽６の上部に氷蓄
熱を行う。

なお、必要に応して ■製氷水３にエチレングリコール（ＥＣと略記）等の製
氷潤滑剤を添加して水質、および、氷結（凝固）温度の
調節を行うこと。

■熱交換器の伝熱管１の内壁面への着氷防止を図るため
、非粘着性と撥水性を有した弗素樹脂等を伝熱管１の内
面に薄膜状にコーティングすること。

等も勿論可能である。

なお、噴霧ノズル４からの製氷水３量が少ない場合は、
噴霧水の衝突部の冷却が強すぎて、衝突部近辺の管壁面
に着氷が発生するため、この場合は、第１図の伝熱管１
の上方側を非冷却構造とした第４図の製氷装置とする。

また、本実施例は製氷装置の熱交換器構造が最も簡単な
二重管式のケースであったが、伝熱管が多管構造のシェ
ル・アンド・チューブ式とすることも勿論可能である。

本発明の製氷装置の効果を確認するため、第１表の設備
条件と製氷条件で本発明と従来技術の製氷比較テストを
実施した。

この結果、第１表のテスト結果から判るように、本発明
の噴霧氷膜方式は従来技術の溢流水膜方式に対して、連
続製氷時間（実験上３時間まで確認）が約７倍以上、製
氷量が約８倍以上となり流動状の氷の製造性が優れてい
ることが確認できた。

また、水質についても、従来技術の溢流水膜方式の薄い
鱗片状に対して、水径が２００庫以下の球状の微細な流
動水のため、解氷（冷熱利用）時の熱応答性が優れてい
る。

さらに、急激な製氷条件の変動による管壁面への付着水
に対しても、水質が球状の集合体で軟質なため、管壁面
に製氷水を高速噴射することで付着水が簡単に剥離でき
た。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の製氷装置は竪型熱交換器
の伝熱管内に製氷水の噴霧ノズルを設けたため、さらに
、製氷水の噴射ノズルを設けた構成のため、以下の顕著
な効果かある。

■噴霧ノズルを設けることにより、噴霧ノズルの均等分
散作用で伝熱管内に均一な水膜か形成されるため、また
、噴霧ノズルの気泡随伴作用により氷結晶間に空気隔膜
が形成されるため氷の流動性が良好で、管壁面への着氷
が無く装置がコンパクトにできる。

■さらに、噴射ノズルで伝熱管を洗浄にするため、トラ
ブル時の管壁面への着氷防止とゴミ等の付着による冷却
性能の低下防止ができるため、安定して流動状の氷が製
造できる。

【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構成図であり
、第２図および第３図は第１図のＡ−Ａ面およびＢ−Ｂ
面における断面図である。また、第４図は本発明の別の実施例を示す構成図であり
、第５図は従来技術を示す概念図である。１・・・伝熱管　　　　　　　２・・・外殻管３・・・
製氷水　　　　　　　４・・・噴霧ノズル５・・・噴射
ノズル　　　　　６・・・蓄熱槽７・・・冷却液　　　
　　　　８・・・水配管９・・・ポンプ　　　　　　１
０・・・水　膜１１・・・流動状の氷第図Ｒム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）竪型熱交換器の伝熱管の管外側に冷却液を流し、
管内側に製氷水の落下水膜を形成させて流動状の氷を製
造する製氷装置において、伝熱管内に製氷水の噴霧ノズルを設けたことを特徴とす
る製氷装置。
（２）伝熱管内に製氷水の噴射ノズルを設けたことを特
徴とする請求項１記載の製氷装置。