JPS63217171A - 蓄熱用製氷装置 - Google Patents

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、空調用水蓄熱を行う場合の製氷装置に関する
。

〔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１
間接熱交換力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１　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）を大きくするには伝熱
管のピンチを細かくすることが必要となり、ひいては水
中に浸漬する伝熱管の相対容積が増大することになり、
氷蓄熱のための有効容積の減少を来たすことにもなる。

したがって蓄熱効率は普通の蓄熱水槽（冷水蓄熱）に比
べて格段に良くなるというわけでもない。

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注目されている。この方式では伝熱
面に着氷することなくシャーベッ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（［ＰＦ）を３
０〜６０％にまで高めることができる。しかし、氷の生
成に伴っ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って−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
器は自ずと真価なものになる。

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、従って水充填率は５０〜６０％程度となる。し６）
シ、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方式に代わ
る新規な蓄熱用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、蓄熱水槽内の水の一部を槽外に設置した流体通路内
を連続的に流したうえ再び蓄熱水槽内に戻す流体循環路
を形成し、この流体通路内においてそこを連続的に通過
する水を０℃以下で一４℃以上の温度にまで過冷却する
強制冷却帯域を設け、この強制冷却帯域を出て蓄熱水槽
に至るまでの流れ経路において過冷却水から氷粒が析出
するに必要な時間と衝撃を付与するための氷析出帯域を
設けてなる蓄熱用製氷装置である。

すなわち本発明は、水の連続流れの過程で水温を零度以
下にまで過冷却することにより過冷却水の連続流れを作
り、この過冷却水の連続流れを蓄熱水槽に戻す過程で衝
撃を付与して氷粒を析出させてまたは析出させつつ蓄熱
水槽に戻すという原理によってシャーベット状（スノー
ジャム状）アイスを蓄熱水槽内に生成させるものであり
、伝熱面で着氷させないで連続製氷させる点に特徴があ
る。過冷却水の連続流れを形成するには、その流体通路
として一端に水導入口を他端に流体流出口を存する樋状
の通路を使用し、その流体流出口よりも所定の距離をお
いた上流側の樋両壁に冷凍機ユニットの蒸発器を配置す
ることによって行うのが装置構成も簡単であり便宜であ
る。氷析出は強制冷却帯域を通過したあと１強制冷却を
行なわないで過冷却水を水路中に流したあと、衝撃を付
与することによって行う。この衝撃エネルギーとしては
水流のもつ運動エネルギーを利用するのが便宜である。

また、超音波を投射するのも有益である。

以下に図面の実施例に従って本発明の製氷装置を具体的
に説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明の蓄熱用製氷装置の全体構成を示したも
のであり、１は蓄熱水槽、２は槽外に設置した流体通路
、３は蓄熱水槽ｌ内の水を流体通路２に送り込むポンプ
を示している。本発明装置では、蓄熱水槽ｌ内の水の一
部をポンプ３によって゛槽外に設置した流体通路２内を
連続的に流したうえ再び蓄熱水槽ｌ内に落下させる流体
循環路を形成すると共に、この流体通路２内においてそ
こを連続的に通過する水・を０℃以下で一４℃以上の温
度にまで過冷却する強制冷却帯域４を設け、この強制冷
却帯域４を出て蓄熱水槽１に至るまでの流れ経路におい
て過冷却水を相変化させることなくそのまま流す過冷却
水流出帯域５を流体通路２内に設けると共にこの流体通
路２の流体流出口６に過冷却水衝突帯域７を設ける。こ
の過冷却水衝突帯域８を通過し蓄熱水槽１に落下する間
に過冷却水から氷が析出する。

図示の実施例において、流体通路２は一端に水導入口８
を他端に流体流出口６を有する槌形状を有し、これを水
導入口８から流体流出口６に向けてゆるやかな下り勾配
をもって設置することにより、その中を重力によって自
然に水が流れる通路に形成したものである。そして、水
導入口８と流体流出口６の間において、水の流れの順に
、整流帯域９２強制冷却帯域４．過冷却水流出帯域５お
よび過冷却水衝突帯域７を形成する。

整流帯域９は強制冷却帯域４に入る水流を一様流れに整
流する帯域である。強制冷却帯域４は通路の両側壁また
は両側壁と底面に冷凍機ユニットの蒸発器１１を配置し
て構成される。図において１２は圧縮機、　１３は凝縮
器、１４は膨張弁または絞り用の細径管を示しており、
蒸発器１１との間に冷媒が循環する冷凍サイクルを形成
している。すなわち圧縮［１２で圧縮した高圧冷媒は凝
縮器１３で凝縮して冷却水に放熱し、その液冷媒は膨張
弁または細径管１４で絞られたうえ蒸発器１１で膨張ガ
ス化して通路内の連続法、れの水から抜熱し、圧縮機１
２に戻る。この冷凍機ユニットを適正に稼動することに
より１強制冷却帯域４を流れる水を一４℃以上Ｏ℃以下
の温度に過冷却する。

この強制冷却帯域４によって過冷却された水は水−氷の
相変化を起こすことなくそのまま流出帯域５を静かにな
かれたうえ、過冷却水衝突帯域７で氷の析出核を発生し
成長しつつ蓄熱水槽１に落下する。また蓄熱水槽１にお
いても氷の析出と成長が起きることもある。

第２図は、流体通路２の全体を図示の都合上途中で分割
して示しているが、流体通路２は水導入口８から流体流
出口６に至るまで連続しており。

前記のようにゆるやかな下り勾配をもたせて設置される
樋状体である。

この樋の上流側では、水導入口６から所定の距離をもっ
た整流帯３Ｉｉ９を有する。水導入口６の近傍に堰１６
を設けたり、またその後に必要に応じて整流板（図示せ
ず］を設けたりして１次の強制冷却帯域４に入る前の水
流を一様流れに整流する。

強制冷却帯域４には１図示の例では樋の両側壁１７ａ、
　１７ｂに接してこの帯域の長さ分の蒸発器１１ａ。

１１ｂが配置されている。蒸発器１１ａ、　ｌｌｂは中
空の細長いボックスであり、その一端に接続された細径
管１４ａ、１４ｂを経て液冷媒（第１図の凝縮器１３で
凝縮した液冷媒）がこのボックス内に導入される。

またボックスの他端には前記の圧１！ｇ１１２に通ずる
ガス冷媒管路＋８ａ、　１８ｂが接続される。細径管１
４ａ。

１４ｂは直膨型熱交換器と同様の絞り弁の役割を果たし
、液冷媒はここで絞られてボックス内で気化し、ガス冷
媒管路１８ａ、１８ｂを経て圧縮機１２に吸引される。

このようにして構成される強制冷却帯域４の全長にわた
って、蒸発器１１ａ、　ｌｌｂと接する両側壁１７ａ、
１７ｂ以外は断熱材１９で囲われており、またこの断熱
材１９は後続の過冷却水の流出帯域５でも用いられてい
る。整流帯域９で整流された水がこの強制冷却帯域４を
連続的に通過する間に蒸発器１１ａ、　ｌｌｂによって
０℃以下に冷却されるのであるが、蒸発器１１ａ、ｌｌ
ｂの冷媒温度が〜７℃より低くならないように冷凍機ユ
ニットを稼動し且つ水の流量を適切に調節することによ
って、伝熱面である両側壁１７ａ、１７ｂには着氷させ
ることなく次の過冷却水流出帯域５に流出させることが
できる。

強制冷却帯域４に引き続く過冷却水流出帯域５は１強制
冷却帯域４を出た過冷却水の流れをそのまま樋内を所定
の時間のあいだ流す帯域であり。

第３図の断面図で示すように断熱材１９で囲われた単な
る流体通路である。過冷却水衝突帯域７は流れてくる過
冷却水に衝撃を与える帯域であり１この衝撃を付与する
のに図示の例では流れのもつ運動工５ネルギーを利用し
ている。すなわち、流体流出口６から落下する前に分流
と合流を行わせる衝突Ｉｍ横を設ける。第４図はこの分
流と合流を行わせる部分の断面を示したものであるが、
樋の底板に二つの落下口２１と２２を設け、この落下口
２１と２２に分流して落下する二つの流れをノズル状の
流体流出口６の前方で合流させる構成を示している。

すなわち、樋の最後部の壁２０・の直前において樋底部
に複数個の落下口２１．２２を設けると共に、各落下口
２１　、２２から落下する分流を互いに衝突させる合流
部２３を設け、この合流部２３で合流した流れを流体流
出口６から落下させるのである。この合流部２３を流出
ロアの近傍に設けることによって、流出ロアが生成した
氷で閉塞するような事態は回避される。以上の構成によ
り、流体流出口６から流出するさいには氷の結晶が発生
してスラリー状となって蓄熱水槽１に落下し、蓄熱水槽
１には流動性のよいシャーベット状の氷が累積または成
長することになり２本発明装置の稼動を続けるとこれが
蓄積して氷蓄熱が達成される。

なお、氷の析出を促進させるために、過冷却水衝突帯域
７を流れる過冷却水に対して、さらには蓄熱水槽に落下
する途中または蓄熱水槽に落下した後の過冷却水に対し
て超音波等の外的エネルギーを付与することもを益であ
る。

〔作用効果〕 本発明袋装置は、水の連続流れ過程において強制冷却帯
域を通過したあとの非冷却ゾーンで氷を生成させるもの
であるから伝熱面に着氷させずに製氷ができる。また、
不凍液などを使用せずとも真水から製氷ができる。そし
て生成する水は微細な結晶粒からなるものであり、蓄熱
水槽内にはシャーベット状の状態で氷蓄熱ができ、水充
填率は６０％以上に高めることができる。また９強制冷
却帯域では冷媒温度は一７℃以上でよく　（但し０℃以
下）冷凍機の成績係数は従来方式に比べて著しく高くな
る。加えて本発明装置は構成が単純であるから制御など
が目視観察しながら容易に行えると共に操作が簡単であ
り、且つ材料面でも極めて安価に製造できる。このよう
なことから５既存の蓄熱水槽を氷蓄熱槽に改変すること
も非常に容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の全体を示す機器配置系統図、第２
図は第１図の流体通路の全体を２分割して示した斜視図
、第３図は第２図のｍ−ｍ線矢視拡大断面図、第４図は
第２図のＩＶ−ｒＶ線矢視拡大断面図である。 ｌ・・蓄熱水槽、　　２・・流体通路、　　３・・ポン
プ、　　４・・強制冷却帯域、　　５・・過冷却水流出
帯域、　　６・・流体流出口、　　７・・過冷却水衝突
帯域、　　８・・水導入口、　　９・・整流帯域、１１
・・蒸発器、１２・・圧縮機、　　１３・・凝縮器、　
　１４・・膨張弁または細径管、　　１９・・断熱材、
　　２Ｌ２２・・分流落下口、２３・・合流部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）蓄熱水槽内の水の一部を槽外に設置した流体通路
   内を連続的に流したうえ再び蓄熱水槽内に戻す流体循環
   路を形成し、 該流体通路内において、そこを連続的に通過する水を０
   ℃以下で−４℃以上の温度にまで過冷却する強制冷却帯
   域を設け、 この強制冷却帯域を出て蓄熱水槽に至るまでの流れ経路
   において、該過冷却水から氷粒が析出するに必要な時間
   と衝撃を付与する氷析出帯域を設けてなる蓄熱用製氷装
   置。
2. （２）流体通路は一端に水導入口を他端に流体流出口を
   有する樋状の通路であり、該強制冷却帯域は流体流出口
   よりも所定の距離をおいた上流側に設けられ、該強制冷
   却帯域はこの樋の両壁に冷凍機ユニットの蒸発器を配置
   してなる特許請求の範囲第１項記載の蓄熱用製氷装置。