JPH074801A - 氷製造装置 - Google Patents
氷製造装置Info
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- JPH074801A JPH074801A JP5170971A JP17097193A JPH074801A JP H074801 A JPH074801 A JP H074801A JP 5170971 A JP5170971 A JP 5170971A JP 17097193 A JP17097193 A JP 17097193A JP H074801 A JPH074801 A JP H074801A
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Abstract
な過冷却方式の氷製造装置を提供する。酸素の溶解によ
る配管の劣化を防止し、製造した氷を任意の場所へと移
送可能とする。 【構成】過冷却水を作る冷却器と、生成された過冷却水
の過冷却状態を解消させる過冷却解除装置とが、それら
の内部を流れる水及び氷が大気と接触しないように連結
され、水が密閉した系内で水と氷の混合物に連続的に変
換される。 【効果】垂直方向の高さが不充分な既存の建物にも氷製
造装置の設置が可能となる。酸素の溶解による配管の劣
化が防止できる。製造した氷は配管内を圧送することに
より、任意の場所へと移送することができる。
Description
蓄熱用氷、屋内・屋外スキー場用の散布用氷および一般
冷却・保冷用氷等を蓄えるための氷製造システムに関
し、特に過冷却水を用いて密閉した系内で連続的に安定
して氷を製造する装置に関するものである。
る過冷却水から相変化によって綿状(シャーベット状・
リキッド状)の氷を製造する装置として、例えば、特開
平3−241251号「空調用氷蓄熱装置」等が知られ
ている。この装置では、冷却器の冷却管から出た直後の
過冷却水を大気に開放・落下させ、下方に設置した衝撃
板またはこれに類するものに衝突させて過冷却水から氷
への相変化を生起させ、氷を製造している。
る一定の垂直距離が必要になり、装置設置上の高さに制
限が生じる (2)製造した氷を蓄える槽と冷却器との間に空間的な
配置制限が生じる (3)一度大気に開放するために大気との熱交換が生
じ、製造した氷の一部が融けてしまう (4)大気に開放するために循環水に酸素が溶解し、配
管・装置の腐食を引き起こす (5)自由落下によって下方に氷が生成するので、でき
た氷を遠方へ搬送するのが難しいなどの問題点がある。
は、垂直方向の高さが充分に取れないような場所でも設
置することが可能な過冷却方式の氷製造装置を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、大気から遮蔽した環
境内で過冷却水を氷に相変化させ、酸素の溶解による配
管の劣化を防止することにある。本発明のさらに他の目
的は、大気から遮蔽した環境内で製造した氷を氷製造装
置に接続した配管を通して圧送することにより、任意の
場所へと移送できるような自由度を有する氷製造装置を
提供することにある。
は、第1の態様において、水を冷却して過冷却水を作る
冷却器と、生成された過冷却水の過冷却状態を解消させ
て水と氷の混合物に連続的に変換させる過冷却解除装置
とが、それらの内部を流れる水及び氷が大気と接触しな
いように連結されており、水が密閉した系内で水と氷の
混合物に連続的に変換させられるようになっている氷製
造装置によって達成される。
と過冷却解除装置は、内部の水が大気と接触しないよう
に密閉され、密閉した系内で氷が製造されるので、大気
中を落下する場合のように垂直方向の距離を必要としな
いから、冷却器と貯氷槽との垂直方向距離が充分に取れ
ないかあるいは貯氷槽が冷却器よりも上方にあるような
既存の建物についても氷製造装置の設置が可能になる。
また、密閉した系内で氷が製造されるので、酸素の溶解
が阻止できて配管の劣化を防止することができる。
却解除装置で水と氷の混合物になり配管内を輸送される
ので、冷却器に送り込まれた水の圧力は水と氷の混合物
になっても作用しており、ここで生じた水と氷の混合物
は水に対する氷の割合が少ないので、輸送管内を閉塞す
るおそれがない。従って、密閉した系内で出来た氷は、
そのまま配管を通じて任意の場所へと移送することがで
きるから、貯氷槽を設置する場所を自由に選ぶことがで
きるという利点が得られる。
様において、過冷却解除装置が大口径管と小口径管とを
包含し、過冷却水の入口側は管内流速が大きくなるよう
な小口径管で作られ、この小口径管が大口径管内にノズ
ル状に突き出して配置され、前記ノズル状の部分よりも
下流側における前記大口径管に過冷却水から氷への相変
化を誘発させる相変化誘発装置が設けられている。
る過冷却水から水と氷の混合物への相変化は次のように
行われる。冷却器で作られた過冷却水を小口径管に通す
ことによって流速を相変化伝搬速度よりも大きくし、ま
た該小口径管の末端を大口径管内にノズル状に突き出し
て流路の断面積を急激に大きくすることによって、大口
径管内に氷が存在しても水から氷への相変化が上流に伝
搬することがない。相変化誘発装置によって流速の遅い
過冷却状態の水中に一度氷核を生成させると、過冷却度
に応じた分の水が氷に変化し、過冷却水は水と氷の混合
物になる。それ以後はこの氷が氷核となって連続的に相
変化が起きる。相変化を誘発するために、水中でのキヤ
ビテーシヨンや水中での固体同士の衝突や摩擦、あるい
は水に強い乱れを生じさせる等の方法を利用して過冷却
水の分子配列を変えさせ、一部が安定した氷構造になる
のに必要なエネルギを供給する。以上の作用によって、
連続的に過冷却水を水と氷の混合物に変えることができ
る。
様において、過冷却解除装置の大口径管の下流側端部付
近から小口径管のノズル状に突き出した部分の周囲へと
水及び氷を循環させて流すためのバイパス管が接続され
ている。これにより、大口径管内の水及び氷の流れは、
下流側に接続される配管へのメインの流れとバイパス管
によるバイパス流とが混合して内部を流動する。これに
より、ノズル状部分の先端付近に氷が付着するのを防止
することができ、安定した氷の製造が可能となる。ま
た、大口径管内に生成した氷が堆積しても、バイパス流
によって堆積氷部分が持ち去られ、水と混合されて堆積
氷が除去されることになる。
かの態様で実施することができる。以下、添付図面の実
施例を参照しながら、本発明についてさらに詳述する。
却水を用いた氷製造装置24を包含する氷製造システム
(一次側)の全体を示したものである。冷却器1には貯
氷槽8からの水が水循環ポンプ9によって導入され、冷
却器1の内部を通過する水が氷点下(過冷却)まで冷却
される。水の冷却には冷凍機2が用いられ、冷凍機2に
はブライン循環ポンプ3によってブライン(不冷凍液)
が供給される。過冷却に達した水10は過冷却解除装置
23内へと送り込まれる。
径管4とを包含しており、冷却器1内で過冷却に達した
水は最初に小口径管4内へと送り出され、その中で流速
が2.7m/s以上に増速された後、大口径管5内まで
延長された小口径管4のノズル状先端部4A(図2)か
ら吹き出される。大口径管5内に流入した過冷却水10
は、過冷却水を氷に相変化させる相変化誘発装置7によ
り水から氷11に相変化させられて大口径管5内を下流
へと流れ、綿状(シャーベット状・リキッド状)になっ
た氷11と水とを蓄える貯氷槽8内へと搬送される。
小口径管4のノズル状先端部4Aよりも下流側における
大口径管5の周囲に設置されているが、後述するように
相変化誘発装置7の位置は変化させることが可能であ
る。
近から小口径管4のノズル状先端部4Aの周囲へとバイ
パス管6が接続されており、このバイパス管6により、
水と一部氷が混じったバイパス流が形成される。過冷却
水の氷への相変化割合は過冷却水温度で決まり、過冷却
水温度をTw(℃)、氷の融解潜熱をQ ice(=79.
6 kcal/kg )とすると、(−Tw/Q ice )×10
0(%)となる。即ち、過冷却水温度が −2℃の時、
過冷却水の(2/79.6)×100= 2.5% が
氷に相変化する。相変化した氷は小さな氷結晶で、水中
に浮遊し、綿状(シャーベット状・リキッド状)にな
る。
は、図2に示すように氷による閉塞を防止することであ
る。バイパス管がない場合(図2A)には、小口径管4
のノズル状先端部4Aからの出口付近に渦が形成され、
生成した小さな氷が徐々に堆積し、ついには堆積氷13
が大口径管5の断面を覆いつくし、やがては閉塞を引き
起こす。バイパス管6を設ける(図2B)と、ノズル状
先端部4A周囲の負圧と大口径管5下流側のバイパス管
取り出し部圧力との圧力差により大口径管5の下流側か
らノズル状先端部4Aの方向に水および一部の氷が流れ
る。このバイパス流によりノズル状先端部4Aの周囲に
生成した氷が堆積するのが防止され、管内の堆積氷によ
る閉塞がなくなる。
A・Bに示すように大口径管5の円周方向に沿うように
一カ所または二カ所以上接続して、小口径管4からの過
冷却水10の水流に対しらせん形の形でバイパス流が大
口径管5内に形成されるように接続する。このらせん形
水流により、過冷却水10の水流が直接大口径管5の表
面に接触しなくなるために、大口径管5の内面での氷の
堆積を防ぐことができる。
誘発装置7は、図4に示すように、大口径管5の内壁に
設置する方法(図4A)の他、大口径管5の上流側と下
流側との間に過冷却解除用の戻し管14を設けてポンプ
Pによって強制的にバイパス流を生じさせて相変化を誘
発させる方法(図4B)や、バイパス管6の途中に設け
る方法(図4C)、バイパス管6の途中にポンプPを設
けて相変化を誘発するとともに強制的にバイパス流を戻
す方法(図4D)などがある。
には、相変化開始温度まで配管自体が冷却されるため
に、相変化が開始した後、配管表面に氷が付着し、この
付着氷に過冷却水から相変化した氷が付着堆積して管内
を閉塞する。このため、密閉した系内で過冷却水の相変
化を発生させるには、管内閉塞を防止するために過冷却
水温度が0℃から−0.5℃のなるべく高い過冷却水温
度で相変化を起こさなければならない。この条件を満足
する方法として、回転体(プロペラ、ポンプインペラな
ど)で生じるキヤビテーシヨン、超音波振動子で生じる
キヤビテーシヨン、固体間の衝突または摩擦、などによ
り生じる分子配列の変化を利用することができる。
の例が示されている。図5Aは、モーター15により回
転軸17を駆動してプロペラ18を高速回転させ、キャ
ビテーションを発生させて相変化を行う方法である。図
5Bは、シリンダ19内で回転羽根20の先端をシリン
ダ19の内面に強制的に接触させて、固体接触により相
変化を発生させる方法である。シリンダ19と回転羽根
20との関係は図5Dの断面図に示されている。シリン
ダ19の壁面に開口部25を設けることにより、固体接
触に伴う衝突が発生してさらに効果が高められる。図5
Cは、超音波振動子21により水中にキヤビテーシヨン
を発生させて相変化を行わせる方法である。
冷却水の相変化が発生すると、大口径管5内に発生した
氷が存在し、またバイパス管6によって大口径管5の下
流から小口径管4のノズル状先端部4Aへと発生した氷
が常に供給され、この氷が次の相変化の引き金になるた
めに、過冷却水10の氷への相変化は相変化誘発装置7
の運転を停止しても連続して行われる。即ち、相変化誘
発装置7は最初の過冷却水の相変化の時に機能すれば、
その後の相変化では発生した氷自身が氷核になって相変
化が連続して行なわれることに注目されたい。
ば過冷却水を自由落下させる必要がないので、垂直方向
の高さが充分に取れないような場所でも氷製造装置を設
置することが可能になる。また、大気から遮蔽した環境
内で過冷却水を氷に相変化させるので、酸素の溶解によ
る配管の劣化を防止することができる。さらに製造した
氷を配管内を圧送することにより、任意の場所へと移送
することができる等、その技術的効果には極めて顕著な
ものがある。
全体を表わす概略図である。
を表わす部分断面図である。
分断面図である。
を表わす概略図である。
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 水を冷却して過冷却水を作る冷却器と、
生成された過冷却水の過冷却状態を解消させて水と氷の
混合物に連続的に変換させる過冷却解除装置とが、それ
らの内部を流れる水及び氷が大気と接触しないように連
結されており、水が密閉した系内で水と氷の混合物に連
続的に変換させられることを特徴とする氷製造装置。 - 【請求項2】 前記過冷却解除装置は大口径管と小口径
管とを包含し、過冷却水の入口側は管内流速が大きくな
るように小口径管で作られ、該小口径管は大口径管内に
ノズル状に突き出して配置されており、前記ノズル状の
部分よりも下流側における前記大口径管に過冷却水から
氷への相変化を誘発させる相変化誘発装置が設けられて
いる請求項1記載の氷製造装置。 - 【請求項3】 前記大口径管の下流側端部付近から前記
小口径管のノズル状に突き出した部分の周囲へと水及び
氷を循環させて流すためのバイパス管が接続されている
請求項2記載の氷製造装置。 - 【請求項4】 前記バイパス管は前記大口径管内にその
壁面に沿ったらせん形の流れを生じさせるように大口径
管の円周方向に沿って接続されている請求項3記載の氷
製造装置。 - 【請求項5】 前記過冷却解除装置は、過冷却水の入口
側が管内流速が大きくなるように小口径管で作られ、該
小口径管は大口径管内にノズル状に突き出して配置され
ており、前記大口径管の下流側端部付近から前記小口径
管のノズル状に突き出した部分の周囲へと水及び氷を循
環させて流すためのバイパス管が接続され、このバイパ
ス管に過冷却水から氷への相変化を誘発する相変化誘発
装置が設けられている請求項1記載の氷製造装置。 - 【請求項6】 前記相変化誘発装置は前記過冷却水にキ
ヤビーテンシヨンを発生させることにより相変化を誘発
するようになっている請求項2または5記載の氷製造装
置。 - 【請求項7】 前記相変化誘発装置は固体間の衝突また
は摩擦により相変化を誘発するようになっている請求項
2または5記載の氷製造装置。 - 【請求項8】 前記過冷却解除装置の下流側から上流側
へと水及び氷を循環させるための戻し管が設けられ、該
戻し管の途中に設けられたポンプによって相変化を誘発
するようになっている請求項1記載の氷製造装置。 - 【請求項9】 前記バイパス管の途中に設けられたポン
プによって相変化を誘発するようになっている請求項5
記載の氷製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5170971A JP2811271B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 氷製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5170971A JP2811271B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 氷製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH074801A true JPH074801A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2811271B2 JP2811271B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=15914763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5170971A Expired - Lifetime JP2811271B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 氷製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811271B2 (ja) |
Cited By (6)
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-
1993
- 1993-06-18 JP JP5170971A patent/JP2811271B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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