JP2008075900A - Propagation preventing method against ice attached to wall surface - Google Patents
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Description
本発明は、壁面付着氷の伝播防止方法に関するものである。 The present invention relates to a method for preventing propagation of wall-attached ice.
図4は本発明者等によって既に開発されている氷蓄熱システムの一例を示すものであって、図中、1は冷凍サイクルにより低温の冷媒を得る冷凍ユニットであり、蓄熱材に水もしくはアルコール系水溶液を用い、前記冷凍ユニット1の冷媒が流通される過冷却器2で過冷却状態に冷却された蓄熱材を過冷却解除装置3で過冷却解除することにより凝固点以下の氷水を製造し、氷水蓄熱槽4へ供給すると共に、該氷水蓄熱槽4の底部の蓄熱材を前記過冷却器2へ戻して循環させ、前記氷水蓄熱槽4に貯留された氷水を氷水取出口(図示せず)から取り出して冷熱源として利用するよう構成したものである。
FIG. 4 shows an example of an ice heat storage system that has already been developed by the present inventors. In the figure, 1 is a refrigeration unit that obtains a low-temperature refrigerant by a refrigeration cycle. Using the aqueous solution, the heat storage material cooled to the supercooled state by the
又、前記過冷却解除装置3は、図5及び図6に示される如く、筒形の本体8を有し、該本体8の下端には端部に向かって縮径させた截頭円錐形部9を形成すると共に、本体8の上端にも截頭円錐形部9’を形成してその端部中心に氷水排出口10を形成し、前記本体8の下端と截頭円錐形部9との繋ぎ部11の近傍に、その接線方向に接続するようにした過冷却蓄熱材導入ノズル12を設け、該過冷却蓄熱材導入ノズル12に前記過冷却器2(図4参照)で過冷却された蓄熱材を導くようにし、前記截頭円錐形部9の端部(底面)には、該截頭円錐形部9の内部に過冷却状態解除用のトリガーを供給するトリガー供給口13を設け、該トリガー供給口13には、前記トリガーとして例えば空気14を供給可能な気体供給装置15を接続してある。
The
尚、前記過冷却蓄熱材導入ノズル12は、その先端12a外周面がテーパ状に尖った形状に形成されて前記本体8の内部に突設されている。
The supercooling heat storage
即ち、前述の如き氷蓄熱システムにおいては、蓄熱材は、冷凍ユニット1の冷媒が流通される過冷却器2で過冷却状態に冷却された後、過冷却解除装置3で過冷却解除されることにより凝固点以下のシャーベット状の氷水が製造され、氷水蓄熱槽4へ供給されて貯留されるわけであるが、ここで、前記過冷却解除装置3として、図5及び図6に示されるような旋回流式のものを採用した場合には、前記過冷却器2にて過冷却された過冷却蓄熱材は、過冷却蓄熱材導入ノズル12により過冷却解除装置3の本体8の下端と截頭円錐形部9との繋ぎ部11の近傍に接線方向から供給され、氷水排出口10に向かう上向きの旋回流S1を形成すると同時に、截頭円錐形部9内に向かう強い旋回流S2を形成し、このとき、截頭円錐形部9の下端は閉塞されていて下方に流動できないために、強い旋回流S2によって上向きの力が高められ、よって接線方向の導入部に向かう引戻し流が消失して、安定した上昇流Yが形成されるようになり、気体供給装置15によりトリガー供給口13から供給された空気14は、截頭円錐形部9内の強い旋回流S2によって微細化されて過冷却蓄熱材と混合することによりその過冷却状態を解除し、更に微細化した気泡は気柱を形成することなく、過冷却解除された蓄熱材の氷水と共に旋回しながら本体8内部を上昇流Yに沿って上昇し、過冷却解除された蓄熱材の氷水が氷水排出口10から排出され、前記氷水蓄熱槽4へ供給される形となる。
That is, in the ice heat storage system as described above, the heat storage material is cooled to the supercooling state by the
尚、図5及び図6に示されるような旋回流式の過冷却解除装置3では、截頭円錐形部9の内部において氷の生成が最大に行われるようになるが、截頭円錐形部9の内部には強い旋回流S2が形成されているので、氷を剥ぎ取る効果が強く、よって截頭円錐形部9の内面に氷が付着して成長・進展する問題を防止することができ、且つ本体8の上端部にも截頭円錐形部9’を形成してあり、該截頭円錐形部9’の内部にも強い旋回流が形成されるので、截頭円錐形部9’の内面に氷が付着して成長・進展する問題を防止できる。又、本体8内部では、旋回流S1によって比重の小さい気泡と氷が本体8の軸中心側に徐々に集まるように作用するので、本体8の軸中心部では氷の生成が促進されて過冷却状態の解除が完了されるようになり、逆に本体8内面近傍では氷の生成が弱められるので、本体8の内面に氷が付着・成長する問題が低減されるようになる。
Incidentally, in the swirling flow type
しかしながら、前記過冷却解除装置3に接続される過冷却蓄熱材導入ノズル12の部分は、過冷却水と氷水の境界となるため、該過冷却解除装置3の本体8内面に付着した氷が過冷却蓄熱材導入ノズル12から上流の過冷却器2側の配管に成長・進展し、更に前記過冷却器2の伝熱管に到達すると、閉塞を引き起こし、連続運転を阻害する虞があった。
However, since the portion of the supercooling heat storage
このため、従来においては、過冷却解除装置の上流側における配管外部を加熱し氷を融解させることにより、その成長・進展を防止するもの(例えば、特許文献1参照)や、過冷却解除装置の入口側に設けられた小口径管から0[℃]の氷水を管内流速が所定値以上となるように噴射させることにより、氷を流体力で剥離させ、過冷却水から氷への相変化が上流側へと伝播するのを防止するもの(例えば、特許文献2参照)等が提案されていた。
しかしながら、特許文献1に開示されているように、過冷却解除装置の上流側における配管外部を加熱し氷を融解させることにより、その成長・進展を防止するのでは、エネルギー的にロスがあり、あまり好ましいとは言えず、又、特許文献2に開示されているように、過冷却解除装置の入口側に設けられた小口径管から0[℃]の氷水を管内流速が所定値以上となるように噴射させることにより、氷を流体力で剥離させ、過冷却水から氷への相変化が上流側へと伝播するのを防止するのでは、構造が煩雑化するという不具合を有していた。
However, as disclosed in
本発明は、斯かる実情に鑑み、効率を低下させたり構造を煩雑化させたりすることなく、過冷却解除装置の上流側配管に氷を付着させにくくすることができ、又、付着したとしてもその氷を剥離しやすくすることができ、過冷却解除装置の上流側配管への氷の成長・進展を防止し得、システムの連続運転の安定化を図り得る壁面付着氷の伝播防止方法を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention can make it difficult to attach ice to the upstream piping of the supercooling release device without reducing efficiency or complicating the structure. Providing a method for preventing the propagation of ice adhering to the wall, which can make it easier to peel off, prevent the growth and progress of ice in the upstream piping of the supercooling release device, and stabilize the continuous operation of the system It is something to try.
本発明は、過冷却器で過冷却状態に冷却された蓄熱材を過冷却解除装置で過冷却解除することにより凝固点以下の氷水を製造して氷水蓄熱槽に貯留し、該氷水蓄熱槽に貯留された氷水を取り出して冷熱源として利用するようにした壁面付着氷の伝播防止方法であって、
前記過冷却解除装置へ過冷却蓄熱材を導入する配管の少なくとも内面に、氷の付着を抑制してその成長・進展を防止する進展防止皮膜を形成し、該配管内を流れる過冷却蓄熱材の流速が予め設定した下限値未満とならないよう運転を行うことを特徴とする壁面付着氷の伝播防止方法にかかるものである。
The present invention manufactures ice water below the freezing point by releasing the supercooling of the heat storage material cooled to the supercooled state by the supercooler and storing it in the ice water heat storage tank, and storing it in the ice water heat storage tank. A method of preventing the propagation of ice adhering to the wall surface by taking out the frozen ice water and using it as a cold heat source,
A progress preventing film for preventing the growth and progress of the supercooling heat storage material flowing through the pipe is formed on at least the inner surface of the pipe for introducing the supercooling heat storage material into the supercooling release device. The present invention relates to a method for preventing propagation of wall-attached ice, wherein the operation is performed so that the flow velocity does not become less than a preset lower limit value.
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。 According to the above means, the following operation can be obtained.
前述の如く、過冷却解除装置へ過冷却蓄熱材を導入する配管の少なくとも内面に、氷の付着を抑制してその成長・進展を防止する進展防止皮膜を形成し、該配管内を流れる過冷却蓄熱材の流速が予め設定した下限値未満とならないよう運転を行うと、過冷却解除装置の上流側配管に氷が付着しにくくなると共に、仮に付着したとしてもその氷は剥離しやすくなり、過冷却解除装置の上流側配管への氷の成長・進展が確実に防止され、過冷却器が閉塞したりする心配がなく、システムの連続運転が阻害されなくなる。 As described above, a progress preventing film is formed on at least the inner surface of the pipe for introducing the supercooling heat storage material to the supercooling release device, thereby preventing the growth and progress of ice by preventing the adhesion of ice, and the supercooling flowing in the pipe If the operation is performed so that the flow rate of the heat storage material does not become less than the preset lower limit value, it is difficult for ice to adhere to the upstream piping of the supercooling release device. The growth and progress of ice to the upstream piping of the cooling release device is surely prevented, and there is no concern that the supercooler is blocked, and the continuous operation of the system is not hindered.
そして、特許文献1に開示されているように、過冷却解除装置の上流側における配管外部を加熱し氷を融解させることにより、その成長・進展を防止するのではないため、エネルギー的にロスがなく、又、特許文献2に開示されているように、過冷却解除装置の入口側に設けられた小口径管から0[℃]の氷水を管内流速が所定値以上となるように噴射させることにより、氷を流体力で剥離させ、過冷却水から氷への相変化が上流側へと伝播するのを防止するのに比べ、構造が煩雑化する心配もない。
And, as disclosed in
前記壁面付着氷の伝播防止方法においては、前記進展防止皮膜を、シリコーン変性フッ素系樹脂の塗布により形成することができる。 In the method of preventing propagation of wall-attached ice, the progress preventing film can be formed by applying a silicone-modified fluororesin.
又、前記壁面付着氷の伝播防止方法においては、前記進展防止皮膜を、フッ素樹脂の表面に無数の微細な突起が形成され且つ撥水性を有するメッキ皮膜の加工により形成しても良い。 In the method for preventing propagation of ice on the wall surface, the progress preventing film may be formed by processing a plating film having innumerable fine protrusions formed on the surface of the fluororesin and having water repellency.
更に又、前記壁面付着氷の伝播防止方法においては、前記配管内を流れる過冷却蓄熱材の流速の下限値を4[m/sec]とすることができる。 Furthermore, in the method for preventing propagation of wall-attached ice, the lower limit value of the flow rate of the supercooled heat storage material flowing in the pipe can be set to 4 [m / sec].
本発明の壁面付着氷の伝播防止方法によれば、効率を低下させたり構造を煩雑化させたりすることなく、過冷却解除装置の上流側配管に氷を付着させにくくすることができ、又、付着したとしてもその氷を剥離しやすくすることができ、過冷却解除装置の上流側配管への氷の成長・進展を防止し得、システムの連続運転の安定化を図り得るという優れた効果を奏し得る。 According to the method for preventing propagation of wall-attached ice of the present invention, it is possible to make it difficult for ice to adhere to the upstream piping of the supercooling release device without reducing efficiency or complicating the structure, Even if it adheres, the ice can be easily peeled off, and it is possible to prevent the ice from growing and progressing to the upstream piping of the supercooling release device, and to stabilize the continuous operation of the system. Can play.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図4〜図6と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、過冷却解除装置3へ過冷却蓄熱材を導入する配管としての過冷却蓄熱材導入ノズル12の少なくとも内面に、氷の付着を抑制してその成長・進展を防止する進展防止皮膜16を形成し、該配管としての過冷却蓄熱材導入ノズル12内を流れる過冷却蓄熱材の流速Vが予め設定した下限値未満とならないよう運転を行うものである。
FIG. 1 is an example of an embodiment for carrying out the present invention. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 4 to 6 represent the same thing, and a supercooling heat storage material is applied to the
ここで、本発明を実施する形態の一例における氷の成長・進展防止効果を実証するために条件を変えて行った試験結果を図2に示す。 Here, FIG. 2 shows the results of tests performed under different conditions in order to demonstrate the effect of preventing the growth and progress of ice in an example of the embodiment of the present invention.
No.1として内径D:50A、長さL:100mmの三フッ化塩化エチレン樹脂製の過冷却蓄熱材導入ノズル12を用い、過冷却蓄熱材の流速Vを5.6[m/s]とし、過冷却度を−1.0[℃](1.0deg)とした場合、過冷却蓄熱材導入ノズル12に付着した氷がノズル全長に亘って成長・進展することが確認された。
No. 1, a supercooled heat storage
No.2として内径D:40A、長さL:100mmの三フッ化塩化エチレン樹脂製の過冷却蓄熱材導入ノズル12を用い、過冷却蓄熱材の流速Vを7.5[m/s]とし、過冷却度を−0.5[℃](0.5deg)とした場合にも、過冷却蓄熱材導入ノズル12に付着した氷がノズル全長に亘って成長・進展することが確認された。
No. 2 using a supercooled heat storage
No.3として内径D:50A、長さL:200mmの透明塩化ビニル製基材に、シリコーン変性フッ素系樹脂を塗布して進展防止皮膜16を形成した過冷却蓄熱材導入ノズル12を用い、過冷却蓄熱材の流速Vを5.6[m/s]とし、過冷却度を−1.9[℃](1.9deg)とした場合、過冷却蓄熱材導入ノズル12に氷は付着せずノズル全長に亘って成長・進展しないことが確認された。前記透明塩化ビニル製基材に、シリコーン変性フッ素系樹脂を塗布して進展防止皮膜16を形成する際には、欠損領域がなく且つ気泡やゴミがまきこまれないようにシリコーン変性フッ素系樹脂を塗布し、進展防止皮膜16に凹凸ができないように注意した。又、同じ条件で、過冷却度を−2.0[℃](2.0deg)とした場合、過冷却蓄熱材導入ノズル12に氷は付着するもののノズル先端から120mm上流で氷の成長・進展は停止し、この状態を3時間維持できることが確認された。更に、前記過冷却蓄熱材の流速Vは4.0[m/s]に下げても略同じ結果が得られることが確認された。
No. 3 using a supercooling heat storage
No.4として内径D:50A、長さL:200mmの透明塩化ビニル製基材に、特殊変性シリコーンを塗布して進展防止皮膜16を形成した過冷却蓄熱材導入ノズル12を用い、過冷却蓄熱材の流速Vを5.6[m/s]とし、過冷却度を−1.3[℃](1.3deg)とした場合、過冷却蓄熱材導入ノズル12に付着した氷がノズル全長に亘って成長・進展することが確認された。前記透明塩化ビニル製基材に、特殊変性シリコーンを塗布して進展防止皮膜16を形成する際には、欠損領域がなく且つ気泡やゴミがまきこまれないように特殊変性シリコーンを塗布し、進展防止皮膜16に凹凸ができないように注意した。
No. 4, a supercooled heat storage
No.5として内径D:50A、長さL:200mmのパイレックス(登録商標)ガラス製の過冷却蓄熱材導入ノズル12を用い、過冷却蓄熱材の流速Vを5.6[m/s]とし、過冷却度を−0.5[℃](0.5deg)とした場合、過冷却蓄熱材導入ノズル12に付着した氷がノズル全長に亘って成長・進展することが確認された。
No. 5, a Pyrex (registered trademark) glass-made supercooled heat storage
No.6として内径D:50A、長さL:200mmの透明塩化ビニル製基材に、フッ素樹脂の表面に無数の微細な突起が形成され且つ撥水性を有するメッキ皮膜(超撥水性電気メッキ皮膜)の加工により進展防止皮膜16を形成した過冷却蓄熱材導入ノズル12を用い、過冷却蓄熱材の流速Vを5.6[m/s]とし、過冷却度を−2.0[℃](2.0deg)とした場合、過冷却蓄熱材導入ノズル12に氷は付着せず、2時間40分この状態を維持できることが確認された。更に、前記過冷却蓄熱材の流速Vは4.0[m/s]に下げても略同じ結果が得られることが確認された。
No. No. 6 is a transparent vinyl chloride base material having an inner diameter D of 50A and a length L of 200 mm, and a plating film (super water-repellent electroplating film) having numerous fine protrusions formed on the surface of the fluororesin and having water repellency. Using the supercooled heat storage
尚、前記過冷却蓄熱材導入ノズル12の先端12a外周面は、勾配αが15°となるテーパ状に尖った形状に形成してある。
The outer peripheral surface of the
因みに、前記進展防止皮膜16としての超撥水性電気メッキ皮膜とは、図3に示す如く、四フッ化エチレン(PTFE:ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂の表面に無数の微細な突起(PTFE粒子)を形成させた、いわゆるフラクタル構造で、撥水性をもたせたメッキ皮膜であり、その表面上に触れてできた水滴の接触部分がつくる角度である接触角θがおよそ170°となり、非常に高い撥水性が得られるものである。
Incidentally, the super-water-repellent electroplating film as the
今、氷の付着力に影響を及ぼす因子について考察した場合、該因子としては、配管内面における撥水性と表面粗さが挙げられるが、上記試験の結果より、撥水性を有するシリコーン(No.4参照)やフッ素樹脂(No.1及びNo.2参照)単独では氷の成長・進展防止効果がなく、又、表面粗さが低い親水性のパイレックス(登録商標)ガラス(No.5参照)では、氷の成長・進展を防止できないことがわかった。 Now, when considering the factors affecting the adhesion of ice, the factors include water repellency and surface roughness on the inner surface of the pipe. From the results of the above test, silicone having water repellency (No. 4 ) And fluororesin (see No. 1 and No. 2) alone have no effect of preventing ice growth and progress, and hydrophilic Pyrex (registered trademark) glass (see No. 5) with low surface roughness. It was found that ice growth and progress could not be prevented.
このことより、氷蓄熱システムにおいて、過冷却解除装置3と過冷却器2との間での氷の成長・進展防止に関しては、進展防止皮膜16の表面粗さより撥水性が重要であるものの、撥水性素材だけでは氷の成長・進展を防止できないことが判明し、シリコーン変性フッ素系樹脂を塗布して進展防止皮膜16を形成(No.3参照)したり、或いは、フッ素樹脂の表面に無数の微細な突起が形成され且つ撥水性を有するメッキ皮膜(超撥水性電気メッキ皮膜)の加工により進展防止皮膜16を形成(No.6参照)することが有効となり、こうした点が上記試験結果より明らかとなった。
Thus, in the ice heat storage system, water repellency is more important than the surface roughness of the
即ち、前述の如く、過冷却解除装置3へ過冷却蓄熱材を導入する配管としての過冷却蓄熱材導入ノズル12の少なくとも内面に、氷の付着を抑制してその成長・進展を防止する進展防止皮膜16を形成し、該配管としての過冷却蓄熱材導入ノズル12内を流れる過冷却蓄熱材の流速Vが予め設定した下限値未満とならないよう運転を行うと、過冷却解除装置3の上流側配管に氷が付着しにくくなると共に、仮に付着したとしてもその氷は剥離しやすくなり、過冷却解除装置3の上流側配管への氷の成長・進展が確実に防止され、過冷却器が閉塞したりする心配がなく、システムの連続運転が阻害されなくなる。
That is, as described above, the progress prevention that prevents the growth and progress of ice by suppressing the adhesion of ice to at least the inner surface of the supercooling heat storage
そして、特許文献1に開示されているように、過冷却解除装置の上流側における配管外部を加熱し氷を融解させることにより、その成長・進展を防止するのではないため、エネルギー的にロスがなく、又、特許文献2に開示されているように、過冷却解除装置の入口側に設けられた小口径管から0[℃]の氷水を管内流速が所定値以上となるように噴射させることにより、氷を流体力で剥離させ、過冷却水から氷への相変化が上流側へと伝播するのを防止するのに比べ、構造が煩雑化する心配もない。
And, as disclosed in
こうして、効率を低下させたり構造を煩雑化させたりすることなく、過冷却解除装置3の上流側配管に氷を付着させにくくすることができ、又、付着したとしてもその氷を剥離しやすくすることができ、過冷却解除装置3の上流側配管への氷の成長・進展を防止し得、システムの連続運転の安定化を図り得る。
Thus, it is possible to make it difficult to attach ice to the upstream piping of the supercooling
尚、本発明の壁面付着氷の伝播防止方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the method for preventing the propagation of wall-attached ice according to the present invention is not limited to the above-described illustrated examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 冷凍ユニット
2 過冷却器
3 過冷却解除装置
4 氷水蓄熱槽
12 過冷却蓄熱材導入ノズル
12a 先端
16 進展防止皮膜
D 内径
L 長さ
α 勾配
V 流速
θ 接触角
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記過冷却解除装置へ過冷却蓄熱材を導入する配管の少なくとも内面に、氷の付着を抑制してその成長・進展を防止する進展防止皮膜を形成し、該配管内を流れる過冷却蓄熱材の流速が予め設定した下限値未満とならないよう運転を行うことを特徴とする壁面付着氷の伝播防止方法。 The heat storage material cooled to the supercooled state by the supercooler is released from the supercooling release device to produce the ice water below the freezing point and stored in the ice water heat storage tank, and the ice water stored in the ice water heat storage tank is stored in the ice water heat storage tank. It is a method for preventing the propagation of ice on the wall surface, which is taken out and used as a cold heat source,
A progress preventing film for preventing the growth and progress of the supercooling heat storage material flowing through the pipe is formed on at least the inner surface of the pipe for introducing the supercooling heat storage material into the supercooling release device. A method for preventing propagation of wall-attached ice, wherein the operation is performed so that the flow velocity does not fall below a preset lower limit value.
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