JP2007163069A - 過冷却水を用いた製氷方法及び製氷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過冷却水がそのまま出口から流出して残留過冷度が高くなるのを防止し製氷部出口での製氷率を高める。過冷却の解除を確実に行なわせ、残留過冷却水により氷水配管内部に氷が付着・堆積して配管を詰まらせるのを防止する。
【解決手段】縦形の円筒形ハウジングの下方部分から水平方向かつ接線方向に過冷却水を導入し、旋回流によって過冷却を解除させながら生成された氷を円筒軸線の付近に集め、前記下方部分の上方の円筒軸線付近に設けたノズルから過冷却水と氷を噴流状にして前記円筒形ハウジングの中央部分へと圧送し、前記中央部分で前記噴流が上下に対流となるように流れることにより残りの過冷却水の過冷却を解除させる。旋回流と噴流とにより過冷却の大部分を解除させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空調用の冷熱源となる蓄熱用氷、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装置に関し、特に過冷却器で生成した過冷却水を大気に開放することなく過冷却解除を行わせる型式の製氷装置に関する。

過冷却水を大気に開放することなく過冷却解除を行わせる型式の製氷装置は、大気との熱交換を遮断して氷が融けるのを防止し、循環水中に酸素が溶解して配管や装置の腐食を引き起こすのを防止するために広く利用されている。この種の製氷装置で、過冷却を解除する装置として次のような技術が知られている。

特開平７−４８０１「氷製造装置」（特許第２８１１２７１号）では、小口径管の出口から大口径管の内部へと噴流を吹き出させ、相変化誘発装置によって過冷却を解除させるようになっている。この方法では、過冷却水の一部が製氷装置内を再循環することなくそのまま出口配管へと流出するため、滞留時間が短くなって装置出口での残留過冷度（凝固点０°Ｃと製氷装置出口で測定した温度との差）が大きくなるという問題がある。

特開２００４−８５１８１「氷蓄熱装置」、特開平６−７４４９８「製氷装置」、及び特開２００１−２４１７０５「過冷却解除方法及び氷製造装置」では、いずれも旋回流を用いて、滞留と攪拌、及びトリガー物質・サーモモジュール・機械的衝撃・超音波などによって過冷却を解除するようになっている。これらの装置では、旋回流により生成した氷が中心部へ集まるため、生成された氷を外周部の過冷却水の過冷却解除に利用することができない。

特開２００２−１３８４６「水中過冷却解除による製氷方法及び製氷装置」では、過冷却水の主ラインと別に副ラインを導入して旋回流を起こさせ、円錐状に内径を減少させることにより過冷却解除により生じた氷を種氷として過冷却の解除に供するように構成している。この装置では副ラインが必要となるため装置が複雑になり、流量増加により氷濃度の低下を招くという問題がある。

本発明の第１の目的は、過冷却水がそのまま出口から流出して残留過冷度が高くなるのを防止し、製氷部出口での製氷率を高めることにある。
本発明の第２の目的は、過冷却の解除を確実に行なわせ、残留過冷却水により氷水配管内部に氷が付着・堆積して配管を詰まらせるのを防止することにある。

前述した課題を解決するため、本発明はその第１の態様において、縦形の円筒形ハウジングの下方部分から水平方向かつ接線方向に過冷却水を導入し、旋回流によって過冷却を解除させながら生成された氷を円筒軸線の付近に集め、前記下方部分の上方の円筒軸線付近に設けたノズルから過冷却水と氷を噴流状にして前記円筒形ハウジングの中央部分へと圧送し、前記中央部分で前記噴流が上下に対流となるように流れることにより残りの過冷却水の過冷却を解除させ、旋回流と噴流とにより過冷却の大部分を解除させることを特徴とする過冷却水を用いた製氷方法を提供する。

すなわち、本発明の製氷方法では、旋回流と噴流とにより過冷却の大部分を解除させるので、従来のような旋回流だけによる過冷却解除方法よりも、確実に過冷却の解除を行わせることができる。従って、過冷却水がそのまま出口から流出して残留過冷度が高くなるのを防止し、製氷率を高めることができる。さらに、過冷却の解除が確実に行なわれるので、残留過冷却水により氷水配管内部に氷が付着・堆積して配管を詰まらせるのを防止することができる。

本発明はその第２の態様において、過冷却水を生成する過冷却器と、縦形の円筒形ハウジングを含む製氷部と、前記円筒形ハウジングの下方部分で水平方向かつ接線方向に過冷却水を導入する導入管と、前記円筒形ハウジングの下方部分に位置し旋回流により過冷却を解除させる旋回流部と、この旋回流部付近に設けられ過冷却解除のきっかけとなる氷核を発生させる氷核発生手段と、前記下方部分の上方の円筒軸線付近に設けられた噴流ノズルであって旋回流によって過冷却解除がある程度進行した中心部の氷−水混合液を選択的に円筒形ハウジングの中央部分へと供給する噴流ノズルと、前記円筒形ハウジングの中央部分で前記旋回流部から送られる残留過冷度を持つ氷水を噴流により過冷却を解除させる噴流部と、噴流により過冷却の大部分が解除された氷水を前記円筒形ハウジングの上方部分から送り出す氷水出口管とを備え、旋回流と噴流とにより過冷却の大部分を解除させることを特徴とする過冷却水を用いた製氷装置を提供する。

この製氷装置によれば、前述した製氷方法に基づく作用効果と同様の作用効果を生じさせることができる。

本発明はさらに好適な態様として、前記過冷却器と前記導入管との間に相変化が上流に伝搬するのを防ぐ相変化伝播防止手段を設けることができる。相変化伝播防止手段としては、熱伝達率の異なる配管（プラスチック管・ゴム管）や蛇腹管などを接続する手法が利用できる。

本発明の製氷装置では旋回流部付近に過冷却解除のきっかけとなる氷核を発生させる氷核発生手段を設ける。氷核発生手段としては、前述したようなトリガー物質・サーモモジュール・機械的衝撃・超音波などを付加する機構で構成し、これらを付勢することによって過冷却を解除させる。

図１及び図２は、本発明による製氷装置の好適な態様を表しており、過冷却器で生成された過冷却水を大気に開放することなく過冷却解除を行わせる型式の製氷装置である。この装置は、過冷却水を生成する過冷却器１と、縦形の円筒形ハウジング１２を含む製氷部２と、過冷却器１から過冷却水を円筒形ハウジング１２に向けて搬送する過冷却水搬送管３と、円筒形ハウジング１２の下方部分で水平方向かつ接線方向に過冷却水を導入する導入管４と、氷核発生手段６と、過冷却の大部分が解除された氷水を氷水管１１へと送り出す氷水出口管１０とを備えている。

過冷却器１は周知の熱交換器からなり、製氷用の水が入口管１３から入って過冷却水搬送管３から出る間に、冷却用液体が入口管１５から入って出口管１６から出る際の熱交換によって過冷却状態にまで冷却される。

円筒形ハウジング１２の内部は、ノズル板７によって、下方部分の旋回流部５と中央部分の噴流部８とに分割されている。ノズル板７の中央には円形のノズル７ａが設けられている。円筒形ハウジング１２の下方部分に位置する旋回流部５では導入管４から流入する過冷却水が旋回流を形成し、氷核発生手段により発生した氷核と過冷却水とが混合され過冷却状態が解除される。

なお、過冷却器１の過冷却水搬送管３と導入管４との間には、水から氷への相変化が伝搬して配管を詰まらせることがないように、例えば熱伝達率の異なる材料から形成した相変化伝播防止部１８を設けることが望ましい。

この装置では旋回流部に氷核発生手段６が設けられており、この氷核発生手段６は前述したようなトリガー物質・サーモモジュール・機械的衝撃・超音波などを付加する機構からなる。

旋回流（及び氷核発生手段）によって一部の過冷却が解除された残りの過冷却水と氷とは、ノズル板７の中央に設けられた噴流ノズル７ａを通過するようにして上方の噴流部８へと圧送される。この際、旋回流によって過冷却解除がある程度進行した中心部の氷−水混合液は、氷と水の比重の差によって氷が優先的に中心付近に集められるから、選択的に氷を中心とした過冷却水が集められることになる。

続いて、円筒形ハウジング１２の中央部分である噴流部８において、氷と過冷却水とを含む噴流は、図１に図示するように上下に対流となるように流れるようになり、残りの過冷却水の過冷却がほぼ完全に解除させられるようになる。かくして、旋回流と噴流とにより過冷却の大部分が解除させられ、製氷率の高い氷水が、円筒形ハウジング１２の上方部分に設けられた氷水出口管１０から氷水管１１へと送り出されることになる。

図３は、製氷装置に導入する過冷却水の温度を−０．５°、−１．２°、−２．０°の３段階に変化させたときの、本発明による残留過冷度（凝固点０°Ｃと製氷装置出口で測定した温度との差）Ａと、噴流の攪拌だけによる過冷却解除の場合の残留過冷度Ｂと、旋回流の滞留・攪拌だけによる過冷却解除の場合の残留過冷度Ｃとを、製氷装置出口で測定して比較したグラフである。特に、製氷装置に導入する過冷却水の温度が−０．５°の場合には製氷装置出口の残留過冷度が最も大きくなり、氷水配管内部に氷が付着・堆積して配管を詰まらせるが、本発明の装置は残留過冷度［ｋ］を最も小さくすることができ、氷水配管内部に氷を付着させない程度まで過冷却を解除することができるなど、本発明により残留過冷度が著しく低くなることが実証された。

以上、詳細に説明した如く、本発明の製氷方法及び製氷装置では、旋回流と噴流とにより過冷却の大部分を解除させるので、従来のような旋回流だけによる過冷却解除方法よりも、確実に過冷却の解除を行わせることができ、過冷却水がそのまま出口から流出して残留過冷度が高くなるのを防止し、製氷率を高めることができる。さらに、過冷却の解除が確実に行なわれるので、残留過冷却水により氷水配管内部に氷が付着・堆積して配管を詰まらせるのを防止することができるなど、その技術的価値には極めて顕著なものがある。

本発明による製氷装置を表す正面図。 本発明による製氷装置を表す平面図。 本発明による製氷装置の効果を従来技術と比較して表すグラフ。

符号の説明

１ 過冷却器
２ 製氷部
３ 過冷却水搬送管
４ 導入管
５ 旋回流部
６ 氷核発生手段
７ ノズル板
７ａ ノズル
８ 噴流部
１０ 氷水出口管
１２ 円筒形ハウジング
１８ 伝播防止部

Claims (3)

1. 過冷却器で生成された過冷却水を大気に開放することなく過冷却解除を行わせる製氷方法において、
   縦形の円筒形ハウジングの下方部分から水平方向かつ接線方向に過冷却水を導入し、
   旋回流によって過冷却を解除させながら生成された氷を円筒軸線の付近に集め、
   前記下方部分の上方の円筒軸線付近に設けたノズルから過冷却水と氷を噴流状にして前記円筒形ハウジングの中央部分へと圧送し、
   前記中央部分で前記噴流が上下に対流となるように流れることにより残りの過冷却水の過冷却を解除させ、
   旋回流と噴流とにより過冷却の大部分を解除させることを特徴とする過冷却水を用いた製氷方法。
2. 過冷却器で生成された過冷却水を大気に開放することなく過冷却解除を行わせる製氷装置において、
   過冷却水を生成する過冷却器と、
   縦形の円筒形ハウジングを含む製氷部と、
   前記円筒形ハウジングの下方部分で水平方向かつ接線方向に過冷却水を導入する導入管と、
   前記円筒形ハウジングの下方部分に位置し旋回流により過冷却を解除させる旋回流部と、
   この旋回流部付近に設けられ過冷却解除のきっかけとなる氷核を発生させる氷核発生手段と、
   前記下方部分の上方の円筒軸線付近に設けられた噴流ノズルであって旋回流によって過冷却解除がある程度進行した中心部の氷−水混合液を選択的に円筒形ハウジングの中央部分へと供給する噴流ノズルと、
   前記円筒形ハウジングの中央部分で前記旋回流部から送られる残留過冷度を持つ氷水を噴流により過冷却を解除させる噴流部と、
   噴流により過冷却の大部分が解除された氷水を前記円筒形ハウジングの上方部分から送り出す氷水出口管とを備え、
   旋回流と噴流とにより過冷却の大部分を解除させることを特徴とする過冷却水を用いた製氷装置。
3. 前記過冷却器と前記導入管との間に相変化が伝搬するのを防ぐ相変化伝播防止手段が設けられている請求項２記載の製氷装置。
   

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