JP2006098000A - Method of eliminating ice nucleus for ice making device by supercooling of brine, and ice making device using the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラインを過冷却することによってブラインと氷の細片が混合したシャーベット状の氷スラリを生成する製氷装置において、この氷スラリの製氷用ブライン中から過冷却の障害となる氷核を除去する方法および同方法による製氷装置に関する。 The present invention provides an ice making device for producing a sherbet-like ice slurry in which brine and ice fragments are mixed by supercooling the brine, and the ice nuclei that obstruct supercooling from the ice making brine of the ice slurry. The present invention relates to a removing method and an ice making device using the same method.
真水を過冷却して過冷却水とし、その後過冷却水に振動等の衝撃を与えて過冷却状態を解除することにより、水に氷の細片が混合したシャーベット状の氷スラリを生成する装置や方法は従来から実用に供されており(例えば、特許文献1、2参照)、このような装置、方法によって生成された氷スラリは流動性があって搬送が容易であり、かつ氷の潜熱を利用できるので、エネルギー効率が良好であるという利点があり、物品の冷却や氷蓄熱装置用の冷熱源として広く利用されている。
A device that generates sherbet-like ice slurry in which ice strips are mixed with water by supercooling fresh water into supercooled water and then releasing the supercooled state by applying shocks such as vibration to the supercooled water And methods have been provided for practical use (see, for example,
上述のような過冷却による氷スラリの製造においては、製氷用水中に微細な氷粒である氷核が存在すると、この氷核を中心として氷の結晶が生成しやすく、製氷用水をその凍結温度以下に過冷却すると、過冷却状態ではなく凍結してしまい、氷スラリの生成が適正に行なわれないだけでなく、過冷却用の熱交換器内の製氷用水流路が結氷により塞がれてしまい、氷スラリの生成自体ができなくなるおそれもある。 In the production of ice slurry by supercooling as described above, if ice nuclei, which are fine ice particles, are present in the ice making water, ice crystals are likely to be formed around the ice nuclei, and the ice making water is used at its freezing temperature. If it is supercooled below, it will freeze rather than in a supercooled state, and not only ice slurry will not be generated properly, but also the ice-making water flow path in the supercooling heat exchanger will be blocked by ice formation. Therefore, there is a possibility that the generation of the ice slurry itself cannot be performed.
そこで従来は、過冷却前の製氷用の真水を、例えば0.5℃程度の0℃より高温すなわちプラス温度(摂氏)に加熱して、製氷用水中の氷核を融解、除去するようにした手段がある。 Therefore, conventionally, fresh water for ice making before supercooling is heated to a temperature higher than 0 ° C., for example, about 0.5 ° C., that is, plus temperature (Celsius) to melt and remove ice nuclei in the ice making water. There is a means.
なお、従来の真水を冷熱の媒体とした装置や方法における氷核除去手段では、過冷却前の真水を0℃より高い温度まで加熱するが、真水は−2℃程度で過冷却状態になるので、加熱用に要するエネルギーもその後過冷却に要するエネルギーもさほど大なるものとはならない。 In the ice nucleation removing means in the conventional apparatus or method using fresh water as a cold medium, the fresh water before supercooling is heated to a temperature higher than 0 ° C., but the fresh water becomes supercooled at about −2 ° C. The energy required for heating and the energy required for subsequent supercooling do not become so large.
ところで、製氷用水を真水ではなく、ブラインとすると真水を使用した場合に比して顕熱、潜熱が大であるので、ブラインを冷熱の媒体とすれば氷点下温度のブラインを負荷側へ送ることができ、例えば低温の空調設備への冷熱源として有効に利用できる。 By the way, if ice making water is not fresh water but brine, sensible heat and latent heat are larger than when fresh water is used, so if brine is used as a cold medium, brine at a temperature below freezing point can be sent to the load side. For example, it can be effectively used as a cooling heat source for low-temperature air conditioning equipment.
しかしながら、従来の真水を利用した装置、方法における氷核除去手段をブライン用にそのまま適用しようとすると、ブラインが過冷却状態となる温度(ブラインの種類と濃度によるが、例えば−7℃程度)を0℃よりも高い温度に加熱することになり、加熱に要するエネルギーも過冷却に要するエネルギーもともに真水を利用する場合に比して格段に大となり、エネルギー効率が良好とはいえないという問題がある。
本発明の目的とするところは、ブラインの過冷却前に製氷用のブライン中の氷核を可及的小なるエネルギーで確実に融解、除去することができ、したがって過冷却用のエネルギーも小なるもので済み、ランニングコストの小なる製氷装置を提供できるようにすることにある。 The object of the present invention is to reliably melt and remove the ice nuclei in the ice-making brine before the brine is overcooled with as little energy as possible, and hence the energy for the supercooling is also reduced. The object is to provide an ice making device that can be used at a low running cost.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る方法は、ブラインを過冷却して、その後ブラインの過冷却状態を解除することによりブラインと氷の細片が混合した氷スラリを生成する製氷方法において、製氷用のブラインを過冷却する前に、この製氷用ブラインを同ブラインの凍結温度よりも0.3〜1.5℃高く、かつ、氷点下の温度となるように加熱手段にて加熱し、その後、製氷用ブラインを過冷却するまでの間に氷核融解時間保持手段を通過せしめ、この氷核融解時間保持手段内に、製氷用ブラインまたは同ブライン中の氷核を、この氷核量と前記加熱手段での加熱量に基づいて決定される氷核融解時間留めることにより、製氷用ブライン中の氷核を融解して除去するようにした構成としてある。
In order to achieve the above object, the method according to
本発明の請求項2に係る方法は、前記氷核融解時間保持手段を、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタで構成してある。
In the method according to
本発明の請求項3に係る方法は、前記氷核融解時間保持手段を、入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当する流路長および断面積に設定された氷核融解用コイルで構成してある。 The method according to claim 3 of the present invention is characterized in that the ice nucleation time holding means is configured such that the time required for flow from the inlet to the outlet is set to a flow path length and a cross-sectional area corresponding to the ice nucleation time. It consists of a coil for nuclear fusion.
本発明の請求項4に係る方法は、前記氷核融解用コイルに製氷用ブラインを流渦させる前に、予め製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを流渦させることを特徴としている。
In the method according to
本発明の請求項5に係る方法は、前記氷核融解時間保持手段を、有蓋有底の筒状にして入口から流入する製氷用ブラインが中心軸から偏芯した位置に吐出されて製氷用ブラインが内部で渦流を形成するようにした渦流タンクで構成し、かつ同タンクの入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当するように構成してある。
In the method according to
本発明の請求項6に係る方法は、前記渦流タンクに製氷用ブラインを流過させる前に、予め製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを流渦させることを特徴としている。
The method according to
本発明の請求項7に係る方法は、前記製氷用ブラインの過冷却用の冷熱源を、冷凍機を備える冷媒回路から供給される液冷媒の気化潜熱とし、かつ、前記加熱用熱源に、冷凍機からの液冷媒の顕熱を利用することを特徴とする請求項1に記載のブラインの過冷却による製氷装置の氷核除去方法。
In the method according to
本発明の請求項8に係る装置は、製氷用のブラインを過冷却する過冷却用熱交換器と、同熱交換器にて過冷却されたブラインの過冷却状態を解除してブラインと氷の細片が混合した氷スラリを生成する氷スラリ発生器とをこの順に備え、負荷側からの製氷用ブラインを上記過冷却用熱交換器に送るブライン送管と、上記氷スラリ発生器から負荷側へ氷スラリを送る氷スラリ送管とを備え、上記ブライン送管の途中に、製氷用ブラインを同ブラインの凍結温度よりも0.3〜1.5℃高く、かつ、氷点下の温度となるように加熱する加熱器と、製氷用ブラインまたは同ブライン中の氷核を、この氷核量と前記加熱手段での加熱量に基づいて決定される氷核融解時間留めて融解させる氷核融解時間保持手段とをこの順に設けることにより、製氷用ブライン中の氷核を融解して除去するように構成したものとしてある。
The apparatus according to
本発明の請求項9に係る装置は、前記氷核融解時間保持手段を、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタで構成したものとしてある。
In the apparatus according to
本発明の請求項10に係る装置は、前記氷核融解時間保持手段を、入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当する流路長および断面積に設定された氷核融解用コイルで構成したものとしてある。
The apparatus according to
本発明の請求項11に係る装置は、前記氷核融解用コイルの上流側に、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを設けた構成のものとしてある。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an apparatus having a filter provided with a filter medium that prevents the passage of ice nuclei in ice making brine on the upstream side of the ice nucleus melting coil.
本発明の請求項12に係る装置は、前記氷核融解時間保持手段を、有蓋有底の筒状にして入口から流入する製氷用ブラインが中心軸から偏芯した位置に吐出されて製氷用ブラインが内部で渦流を形成するようにした渦流タンクで構成し、かつ同タンクの入口から出口までの流過に要する時間が前記氷核融解時間に相当するように構成したものとしてある。 According to a twelfth aspect of the present invention, the ice nucleation melting time holding means is formed in a cylindrical shape with a lid and a bottom, and the ice making brine flowing from the inlet is discharged to a position eccentric from the central axis. Is constituted by a vortex tank that forms a vortex inside, and the time required for flow from the inlet to the outlet of the tank corresponds to the ice nucleation time.
本発明の請求項13に係る装置は、前記渦流タンクの上流側に、製氷用ブライン中の氷核の通過を妨げる濾材を備えるフィルタを設けた構成のものとしてある。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an apparatus provided with a filter provided with a filter medium that prevents passage of ice nuclei in ice making brine on the upstream side of the vortex tank.
本発明に係る方法、装置によれば、過冷却用熱交換器に供給されるブラインを予め加熱器により昇温せしめ、その後氷核融解時間保持手段を流渦せしめることによって、ブライン中の氷核が融解、除去され、過冷却用熱交換器内でブラインが氷結するような不具合が生じることがなく、安定した氷スラリの供給が行なわれる。 According to the method and apparatus of the present invention, the brine supplied to the supercooling heat exchanger is preliminarily heated by the heater, and then the ice nuclei melting time holding means is swirled, thereby causing ice nuclei in the brine to flow. Is melted and removed, and there is no inconvenience that the brine freezes in the supercooling heat exchanger, and a stable ice slurry is supplied.
また、前記加熱器により製氷用ブラインの温度をその凍結温度よりも0.3〜1.5℃高く加熱し、かつ加熱後の温度が0℃より大とならないように構成してあるので、加熱用のエネルギーは小なるもので済み、しかも製氷用ブラインの温度上昇が小であるので、過冷却用のエネルギーも小なるもので済み、もって省エネルギー化を図ることができ、したがって装置のランニングコストの低減を実現することができる。 Further, the temperature of the brine for ice making is heated by 0.3 to 1.5 ° C. higher than the freezing temperature by the heater, and the temperature after heating is not higher than 0 ° C. The energy required for the operation is small, and since the temperature rise of the ice making brine is small, the energy for supercooling is also small, so that energy saving can be achieved, and therefore the running cost of the apparatus can be reduced. Reduction can be realized.
さらに、氷核融解時間保持手段を氷核除去フィルタと氷核融解用コイルあるいは渦流タンクとの複数段で構成した本発明の装置、方法では、加熱器による加熱後の製氷用ブライン中に氷核が残存していても、氷核が確実に捕捉あるいは融解され、したがって加熱器において上昇させるブラインの温度は必要最小限で事が足り、より一層の省エネルギー化を期すことができる。 Furthermore, in the apparatus and method of the present invention in which the ice nucleation time holding means is composed of multiple stages of an ice nucleation filter and an ice nucleation coil or vortex tank, the ice nuclei are contained in the ice making brine after being heated by the heater. Even if the ice remains, the ice nuclei are reliably captured or melted, so that the temperature of the brine raised in the heater is required to be minimal, and further energy saving can be achieved.
以下、本発明に係る方法および装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明に係る装置の第1実施例の構成を示している。
同図1において、符号1は加熱器、2は過冷却用熱交換器、3は氷スラリ発生器をそれぞれ示し、例えば図示を省略した氷蓄熱槽等の負荷側に一端が接続されたブライン送管4が上記加熱器1のブライン流路1aおよび氷核融解時間保持手段たる氷核除去フィルタ11を介して過冷却用熱交換器2のブライン入口2aに接続され、同出口2bに一端が接続された氷スラリ送管5の他端が上記氷スラリ発生器3を介して氷蓄熱槽等の負荷側に接続されている。
Embodiments of the method and apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to specific examples shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 shows the configuration of a first embodiment of the apparatus according to the present invention.
In FIG. 1,
前記氷核除去フィルタ11は、ブラインは流過できるが、ブライン中の氷核は通過できないあるいは通過しにくいサイズの目を有する濾材を内部に備える構成のものとしてあり、加熱器1を通過した後においてもブライン中に残存する氷核を、単に濾材で堰き止めるのではなく、その氷核が融解するまでの時間フィルタ内に留めることによって融解、除去できるようにした構成のものとしてある。
The ice
なお、上述した氷核が融解するまでの時間は、加熱器1での加熱量とブライン中に含まれる氷核の量に応じて設定されるようにする。
The time until the ice nuclei are melted is set according to the amount of heat in the
そして、圧縮機6の吐出口6aに一端が接続された冷媒往管7の他端が、コンデンサ8、前記加熱器1の冷媒流路1bおよび膨張弁9を介して過冷却用熱交換器2の冷媒入口2cに接続され、同出口2dに一端が接続された冷媒復管10の他端が圧縮機の吸入口6bに接続されていて、冷媒回路を構成している。
The other end of the refrigerant
しかして、負荷側からブライン送管4によって加熱器1のブライン流路1aに流入したブラインは、冷媒回路における前記コンデンサ8で液化し、加熱器の冷媒流路1bを流過する液冷媒と熱交換して加熱され、ブライン中の氷核が加熱によって融解、除去され、さらにブライン中に残留する氷核はフィルタ11内に留められて融解除去される。
Thus, the brine that has flowed into the
液冷媒との熱交換によるブラインの加熱は、ブラインの温度上昇が例えば0.5℃程度であり、かつ、ブライン温度が0℃より大とならないようにする。
なお、負荷側から戻されるブラインは氷核を含むものであるからその温度はブラインの凍結温度であり、上記加熱によってブライン温度をその凍結温度よりも0.3〜1.5℃高い温度まで上昇させるが、この温度上昇が0.3℃未満であると氷核の融解が十分に行われず、温度上昇が1.5℃を超えると加熱のためのエネルギーおよび過冷却のための冷却エネルギーが大となってランニングコストが嵩む。
The heating of the brine by heat exchange with the liquid refrigerant is such that the temperature rise of the brine is, for example, about 0.5 ° C. and the brine temperature does not become higher than 0 ° C.
Since the brine returned from the load side contains ice nuclei, the temperature is the freezing temperature of the brine, and the heating raises the brine temperature to a temperature higher by 0.3 to 1.5 ° C. than the freezing temperature. If the temperature rise is less than 0.3 ° C, the ice nuclei are not sufficiently melted. If the temperature rise exceeds 1.5 ° C, the energy for heating and the cooling energy for supercooling increase. Running costs.
氷核が除去された製氷用ブラインは過冷却熱交換器2によってブラインの凍結温度よりも2℃程度低温の過冷却状態に冷却され、氷スラリ発生器3に送られる。
The ice-making brine from which the ice nuclei have been removed is cooled by the
上記氷スラリ発生器3において、過冷却状態のブラインは振動、衝撃等の物理的作用を与えられてその過冷却状態が解除され、ブライン(液相)と氷の細片(固体相)とが混合したシャーベット状の氷スラリとなり、氷スラリ送管5によって負荷側へ送られる。
In the ice slurry generator 3, the supercooled brine is subjected to physical action such as vibration and impact to release the supercooled state, and the brine (liquid phase) and ice flakes (solid phase) are separated. A mixed sherbet-like ice slurry is formed and fed to the load side by the ice
図2は本発明に係る装置の第2実施例の構成を示している。
この第2実施例の装置においては、前記氷核融解時間保持手段を、上述した第1実施例の氷核除去フィルタ11に代えて、氷核融解用コイル12としたものであり、この氷核融解用コイル12は入口12aから出口12bまでの流路管12cが長く、ブラインが同コイル12を通過するのに要する時間が加熱器における加熱量およびブライン中の残留氷核量に見合う氷核融解時間に相当するようにした構成のものとしてある。
FIG. 2 shows the configuration of a second embodiment of the apparatus according to the present invention.
In the apparatus of the second embodiment, the ice nucleus melting time holding means is replaced by the ice
したがってこの第2実施例のものでは、加熱器1通過の際に充分な融解熱が伝わらずにブライン中に残った氷核すなわち固体相が、ブラインが氷核融解用コイル12を通過するのに要する時間内にブラインの液相から熱を奪って充分に融解するので、加熱器1におけるブラインへの加熱を必要最小限に留めることができ、製氷装置のエネルギー効率をより一層向上せしめることができる。
なお、この第2実施例のものは氷核融解用コイル12を備える点以外の構成は第1実施例のものと同様である。
Therefore, in the second embodiment, the ice nuclei, that is, the solid phase remaining in the brine without passing a sufficient heat of fusion when passing through the
The configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the ice
図3は本発明に係る装置の第3実施例の構成を示している。
この第3実施例の装置においては、前記氷核融解時間保持手段を、上述した第1実施例の氷核除去フィルタ11や第2実施例の表核融解用コイル12に代えて、渦流タンク13としたものであり、この渦流タンク13は図4に示されるように有蓋有底の円筒状のものとしてあって、タンク本体14の中心軸線に対して入口管15の吐出方向が偏芯するように取り付けられ、この入口管からのブラインの吐出圧力によってタンク内にブラインの渦流が発生するようにしてあり、前記氷核融解時間に相当する時間ブラインが滞留して出口管16から送出されるように構成してある。
FIG. 3 shows the configuration of a third embodiment of the apparatus according to the present invention.
In the apparatus of the third embodiment, the ice nucleus melting time holding means is replaced with the ice
したがってこの第3実施例のものにおいても、加熱器1通過の際に充分な融解熱が伝わらずにブライン中に残った氷核すなわち固体相が、ブラインが渦流タンク13内で滞留している時間内にブラインの液相から熱を奪って充分に融解するので、加熱器1におけるブラインへの加熱を必要最小限に留めることができ、製氷装置のエネルギー効率をより一層向上せしめることができる。
なお、この第3実施例のものも渦流タンク13を備える点以外の構成は第1実施例や第2実施例のものと同様である。
Therefore, also in the third embodiment, the ice nuclei, that is, the solid phase remaining in the brine without passing the heat of melting when passing through the
The configuration of the third embodiment is the same as that of the first and second embodiments except that the
図5、6はそれぞれ本発明に係る装置の第4実施例および第5実施例の構成を示しており、いずれの実施例のものも氷核融解時間保持手段を2段構成にしたものである。
具体的には、図5の第4実施例のものは第1実施例のものにおける氷核除去フィルタ11の下流側に渦流タンク13を設けたものとしてあり、また図6の第5実施例のものは第1実施例のものにおける氷核除去フィルタ11の下流側に氷核融解用コイル12を設けたものとしてある。
FIGS. 5 and 6 show the configurations of the fourth and fifth embodiments of the apparatus according to the present invention, respectively, and both embodiments have two stages of ice nucleus melting time holding means. .
Specifically, the fourth embodiment of FIG. 5 is provided with a
上述した第4、第5実施例のいずれのものも氷核融解時間保持手段を2段とすることによって氷核の融解除去をより確実に行うことができ、また氷核除去用の加熱エネルギーおよび過冷却用の冷却エネルギーのより一層の低減を期すことができるというメリットがある。 In any of the fourth and fifth embodiments described above, the ice nucleation time holding means is provided in two stages, so that the ice nuclei can be melted and removed more reliably. There is an advantage that the cooling energy for supercooling can be further reduced.
1 加熱器
2 過冷却用熱交換器
3 氷スラリ発生器
4 ブライン送管
5 氷スラリ送管
6 圧縮機
7 冷媒往管
8 コンデンサ
9 膨張弁
10 冷媒復管
11 氷核除去フィルタ
12 氷核融解用コイル
13 渦流タンク
14 タンク本体
15 入口管
16 出口管
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