JPH0567867B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空調用氷蓄熱を行う場合の製氷方法
および装置に関する。

〔従来の技術並びに問題点〕

氷蓄熱空調システムにおける氷製造法は、大別
すれば、間接熱交換方式と直接熱交換方式が従来
より知られている。間接熱交換方式は、製氷用伝
熱管（熱交換器）を用いる方法であり、伝熱管内
（外）に低温の冷媒（ブライン、フレオン等）を
流し、管外（内）に氷を生成する方法である。他
方の直接熱交換方式は、冷媒ガスを水中に直接吹
き込む方式である。

伝熱管による間接方式では、被冷却液が水の場
合、生成した氷は管壁に着氷して生長する。この
場合、氷の熱伝導率は悪いので着氷の厚みが増す
ほど氷の生長速度が遅くなるという欠点がある。
氷の生長を促進するためには冷媒温度も着氷の厚
みが増すほど下げる必要があり、このために冷凍
機の成績係数（COP）が下がる欠点をもつ。ま
た、水槽内での氷の充填率（IPF）はあまり大き
くできなく、せいぜい20〜30％程度である。した
がつて蓄熱効率は普通の蓄熱水槽（冷水蓄熱）に
比べてあまり良くはならない。

このため、伝熱管方式ではあるが、管壁に着氷
させない方式として、被冷却液にエチレングリコ
ール等の不凍液を混ぜる方式が最近着目されてい
る。この方式では伝熱面に着氷することなくシヤ
ーベツト状の氷が被冷却液の液中に生成する。こ
のため、氷の充填率（IPF）を50〜60％にまで高
めることができる。しかし、氷の生成に伴つて被
冷却液中のエチレングリコール濃度が高くなるの
で冷媒温度はこれに伴つて−10〜−20℃程度へと
徐々に下げなければならない。このため、冷凍機
の成績係数（COP）が低下するという問題があ
る。さらに、伝熱管表面は例えば鏡面仕上げを施
したような滑らかなものを使用しなければ管壁に
着氷するので、熱交換器は自ずと高価なものにな
る。

一方、直接熱交換方式では、冷媒温度は０℃近
い温度で使用できるので、冷凍機の成績係数は上
がる。また、金属の伝熱面を持たないので着氷に
よる氷塊の発生はなく、従つて氷充填率は50〜60
％程度となる。しかし、冷媒ガス中に水が入り、
フロンと水とが反応して腐食性の塩素ガスを発生
するという問題が生ずる。

本発明は、かような問題点をもつ従来の製氷法
に代わる新規な蓄熱用製氷法および装置の開発を
目的としてなされたものである。

〔発明の構成〕

前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とす
るところは、蓄熱水槽の水の一部を槽外に取り出
し、この水を水膜にして移動させつつ、露点温度
が−５℃以下、湿球温度が−１℃以下の低温低湿
空気の流れと大気圧下もしくは大気圧以下で直接
的に接触させ、この気液直接接触によつて該水膜
流の表面に氷層を生成させ、次いでこの水と氷の
複合相の流体を該蓄熱水槽に戻すことからなる蓄
熱用製氷法である。すなわち本発明は、従来のよ
うな冷媒と被冷却水とを熱交換して氷を製造する
のとは異なり、低温低湿空気と水膜流とを直接的
に大気圧下または大気圧以下のもとで気液接触さ
せることによつて、水膜流を低温空気で冷却する
と共に水膜流から水を低湿空気に蒸発させて蒸発
潜熱を奪熱するという二重の冷却効果によつて水
膜流の表面部の薄氷層を形成させるのである。

そして、この方法の実施に使用するのに好適な
装置として、蓄熱水槽と、この蓄熱水槽の水層の
外に設置した気液接触装置と、該気液接触装置に
供給する低温低湿空気を製造するための空気処理
設備と、蓄熱水槽の水の一部を気液接触装置を経
て再び蓄熱水槽に戻す流体経路とからなる蓄熱用
製氷装置であつて：気液接触装置が、縦管の上端
開口から管内にオーバフロー水を落下させて管の
内壁に沿う落下水膜流を形成させると共に該縦管
の下端開口から管内に低温低湿空気を供給するよ
うにした管内壁を濡れ壁とする向流式気液接触装
置からなり、空気処理設備が、コンプレツサー、
ドレン抜きを備えた空気タンクおよび空気冷却器
を空気の流れの順に設置してなる、蓄熱用製氷装
置を提供するものである。

低温低湿空気を製造する設備としては、前記の
ほか、除湿剤を使用した公知の除湿装置および／
または冷却除湿器を単独または複合してなる設備
を使用することもできる。

以下に本発明の内容を図面の実施例に従つて具
体的に説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明法に従う蓄熱用製氷装置の全体
を示しており、空調用蓄熱水槽１を構成している
小水槽２の上に、気液接触装置３を設置する。

気液接触装置３は円筒状のシエル４内に上下端
開口の管５を多数本縦にして配置してなる。より
具体的には、シエル４内を水平方向の二つの仕切
り板６と７とによつて仕切ることによつて、上か
ら水溜め用チヤンバー８、断熱用チヤンバー９お
よび複合相用チヤンバー１０を構成し、各管５の
上端は仕切り板６の上の水溜め用チヤンバー８の
中腹に位置させると共に、各管５の下端は仕切り
板７の下の複合相用チヤンバー１０の上部に位置
させる。断熱用チヤンバー９内には断熱材１１
（後述の第２図）が充填されている。

水溜め用チヤンバー８には蓄熱水槽内の水の一
部をポンプ１２によつて供給する。この水の供給
経路に冷却器１３を設置しておき、汲み上げ水の
温度が高い状態にあるときはこの冷却器１３で１
〜２℃程度に予冷してから水溜め用チヤンバー８
に送り込む。ここに送り込まれた水の水面が管５
の上端のレベルに達すると、管内にその水がオー
バフロー水となつて流れ込む。この状態を第２図
に示した。水溜め用チヤンバー８に給水すると、
各管５の上端開口から管内に水が流れ落ちること
になるが、そのさいの水量を適切に調整すれば、
第２図に示すように、管５の内壁に沿つて流れ落
ちる落下水膜流が形成される。

一方、複合相用チヤンバー１０に下端が開口し
た各管５には、その下端開口から露点温度が−５
℃以下、湿球温度が−１℃以下の低温低湿空気を
供給する。これは、複合相用チヤンバー１０に後
述の空気処理設備によつて製造した空気を噴出す
ることによつて行う。水溜め用チヤンバー８は大
気に解放した排気口１４を有し、したがつて、こ
の水溜め用チヤンバー８内に上端が開口した各管
５内は大気圧下にある。なお、この排気口１４を
後述の空気処理設備にコンプレツサーに循環させ
る場合には、各管５内は大気圧より低い圧となる
こともある。これにより、管５の内壁を伝つて流
れ落ちる水膜流の表面は低温空気によつて冷却さ
れると共に低湿空気中に蒸発してその蒸発潜熱に
より一層冷やされる。その結果、薄い氷相をその
水膜流の露出表面に形成しながら複合相用チヤン
バー１０内に落下する。そのさい、水膜流が連続
して流れ落ちる状態が維持されていれば各管５の
表面温度は水温より低い温度となることはなく、
またその外壁は断熱材１１によつて断熱されてい
るので、各管５の内壁に着氷することが防止され
る。

このようにして、各管５の下端開口からは水と
微細氷との複合相からなる流体が落下することに
なるが、この複合相はシエル内の複合相用チヤン
バー１０内で集液されたあと、そのスラリー状の
複合相は流出口１５を経て蓄熱水槽に戻される。
これによつて蓄熱水槽内には微細な氷が順次浮遊
増量することになり、蓄熱用の製氷が行われる。

本発明に従う管の内壁を濡れ壁（落下水膜流）
とする向流式気液接触装置には、露点温度が−５
℃以下、湿球温度が−１℃以下の低温低湿空気を
連続して供給することが必要である。

この低温低湿空気を製造するには、第１図に示
すように、コンプレツサー２０ａ，ｂ（ｂは予備
用）、空気タンク２１、空冷ラジエーター２２、
冷凍機ユニツトの空気冷却器２３を空気の流れの
順に配置した空気処理設備によつて有利に製造す
ることができる。

コンプレツサー２０には周囲空気を取入れる
か、或いは前記の気液接触装置３から排出する排
気を取り入れる。そしてこれを圧縮して空気タン
ク２１にいつたん蓄える。この空気タンク２１内
の圧力は圧力調整弁２４によつて所定の圧力例え
ば６気圧に維持する。空気タンク２１にはドレン
抜きトラツプ２５を取付け、圧縮によつて生成し
たドレンをタンク内から排出する。この圧縮空気
を次に冷凍機ユニツトの空気冷却器２３によつて
冷却し更に除湿するのであるが、その前に空冷ラ
ジエーター２２によつて周囲温度近くまで予め冷
却することにより、冷凍機ユニツトの負荷を低減
することができる。冷凍機ユニツトは、蒸発器と
しての空気冷却器２３と凝縮器２６との間に冷媒
を循環させて冷凍サイクルを形成する通常のユニ
ツトであり、圧縮機２７によつて圧縮した冷媒を
凝縮器２６で凝縮して冷却水または空気に放熱
し、膨脹弁２８でその液冷媒を絞つたうえ蒸発器
である空気冷却器２３で膨脹蒸発させて被処理空
気から抜熱する。この抜熱によつて空気冷却器２
３を通過する圧縮空気は強制冷却される。そし
て、この冷却に伴つて空気中の湿分が凝縮する。
凝縮した湿分はドレントラツプ２９によつてドレ
ンとして分離され、さらにミストセパレータ３０
において同伴するミストが分離され、低温低湿の
高圧空気が製造される。この低温低湿高圧空気は
前記の気液接触装置３の複合相用チヤンバー１０
に噴射されるのであるが、この複合相用チヤンバ
ー１０は前述のように大気圧または大気圧以下の
圧力であるから、ここに噴射されたさいに膨脹し
て一層低温となり、前述の露点温度：−５℃以下
で湿球温度：−１℃以下という要件を満足した低
温低湿空気となつて各管５内に供給されることに
なる。

なお、前記の空気処理設備において、空気タン
ク２１の圧縮空気（ドレンを排出したあとの６気
圧の低湿空気）を１気圧に戻して空気冷却器２３
に送り、この空気冷却器２３で乾球温度２℃程度
まで冷却した場合にも−５℃以下で湿球温度：−
１℃以下の１気圧の空気を作ることができる。こ
の空気をそのまま複合相用チヤンバー１０に供給
しても前記と同様の製氷ができる。いずれにして
も、冷凍機ユニツトにおける空気冷却器２３では
冷媒温度は０℃以下にまで下げる必要はない。

〔作用効果〕

本発明は、連続した水膜流れに対して低温低湿
空気を大気圧下または大気圧以下のもとで直接的
に接触させて水膜表面に薄氷層を生成させるもの
であり、低温低湿空気との接触による水膜流の冷
却に加え水膜表面からの水の蒸発による潜熱の抜
熱による一層の冷却効果を氷の生成に利用するも
のである。したがつて、水膜流の表面が熱交換面
であるから伝熱面に着氷するといつた問題は全く
生じない。また、被冷却液には真水がそのまま使
用できる。そして、生成した氷は微細な形態とな
り、被冷却液の強制循環によつて蓄熱水槽内には
シヤーベツト状の状態で氷蓄熱ができ、氷充填率
は60％以上に高めることができる。そして、コン
プレツサーと空気タンクによる空気の圧縮とドレ
ン抜きを採用することによつて、冷凍機の空気冷
却器では冷媒温度は０℃以上でよく、冷凍機の成
績係数は従来方式に比べて著しく高くなる。さら
に本発明による落下水膜を作る管は伝熱管の作用
はしないので、高価な鏡面仕上管を使用するよう
なことは全く必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施する装置を示す機器配
置系統図、第２図は第１図の気液接触装置の一部
を拡大して示した略断面図である。 １……蓄熱水槽、３……気液接触装置、４……
シエル、５……上下端開口の管、６，７……仕切
り板、８……水溜め用チヤンバー、９……断熱用
チヤンバー、１０……複合相用チヤンバー、１１
……断熱材、１２……汲み上げポンプ、１３……
冷却器、１４……排気口、１５……複合相の流出
口、２０……コンプレツサー、２１……空気タン
ク、２２……空冷ラジエーター、２３……空気冷
却器、２９……ドレントラツプ、３０……ミスト
セパレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蓄熱水槽の水の一部を槽外に取り出し、この
   水を水膜にして移動させつつ、露点温度が−５℃
   以下、湿球温度が−１℃以下の低温低湿空気の流
   れと大気圧下もしくは大気圧以下で直接的に接触
   させ、この気液直接接触によつて該水膜流の表面
   に氷層を生成させ、次いでこの水と氷の複合相の
   流体を該蓄熱水槽に戻すことからなる蓄熱用製氷
   法。 ２ 蓄熱水槽と、この蓄熱水槽の水層の外に設置
   した気液接触装置と、該気液接触装置に供給する
   低温低湿空気を製造するための空気処理設備と、
   蓄熱水槽の水の一部を気液接触装置を経て再び蓄
   熱水槽に戻す流体経路と、からなる蓄熱用製氷装
   置であつて、 該気液接触装置は、縦管の上端開口から管内に
   オーバフロー水を落下させて管の内壁に沿う落下
   水膜流を形成させると共に該縦管の下端開口から
   管内に低温低湿空気を供給するようにした管内壁
   を濡れ壁とする向流式気液接触装置からなり、 該空気処理設備が、コンプレツサー、ドレン抜
   きを備えた空気タンクおよび空気冷却器を空気の
   流れの順に設置してなる、 ことを特徴とする蓄熱用製氷装置。