JP2705770B2 - 冷媒上昇流路付き直接接触式冷却槽 - Google Patents
冷媒上昇流路付き直接接触式冷却槽Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冷媒上昇流路付き直接接
触式冷却槽に関し、特に水より比重が大きい冷媒との直
接接触により水を冷却させる直接接触式冷却槽に関す
る。
触式冷却槽に関し、特に水より比重が大きい冷媒との直
接接触により水を冷却させる直接接触式冷却槽に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】液相の難水溶性冷媒（非水溶性冷媒を含
む、以下単に冷媒ということがある）と水とを直接的に
接触させ、冷媒を蒸発させて水を冷却し、更に氷に変え
る直接接触式冷凍サイクルの研究開発が進められてい
る。この直接接触式冷凍サイクルを蓄熱式冷房に用いれ
ば、従来の冷水機（チラー）に比し冷媒蒸発器が省略で
きるのでコストが削減でき、また従来の製氷機に比し製
氷用熱交換器が省略できるので更に大幅なコスト低減が
期待できる。
む、以下単に冷媒ということがある）と水とを直接的に
接触させ、冷媒を蒸発させて水を冷却し、更に氷に変え
る直接接触式冷凍サイクルの研究開発が進められてい
る。この直接接触式冷凍サイクルを蓄熱式冷房に用いれ
ば、従来の冷水機（チラー）に比し冷媒蒸発器が省略で
きるのでコストが削減でき、また従来の製氷機に比し製
氷用熱交換器が省略できるので更に大幅なコスト低減が
期待できる。
【０００３】本発明者は直接接触式冷凍サイクルを用い
た冷媒噴出式氷利用蓄熱方法及び装置の発明を完成し、
特開平4-313657号公報及び特開平5-280842号公報に開示
した。以下、図７を参照して本発明の理解に必要な程度
において特開平4-313657号公報の内容を説明する。但
し、本発明の冷却槽はこれらの公報に記載された方法に
使用されるものに限定されない。断熱構造水タンク1a内
の水面上方空間３の圧力Ptを水の凝固点（0゜C）におけ
る難水溶性冷媒2cの飽和圧力P0以下とし（Pt≦P0）、冷
媒液管10からの液相の難水溶性冷媒2cと冷水戻り管18か
らの戻り水2bとを前記飽和圧力P0より高い圧力P1（P1＞
P0）の混合器４で混合し、冷媒2cと水2bとの混合液をノ
ズル５を介して水タンク1aの水面上方空間３へ噴出す
る。飽和圧力P0より高い圧力P1下で冷媒2cと水2bとを混
合させるので、混合器４内では水2bは凍結せず、混合液
を液相のまま噴出させ、水面上方空間３内で冷媒2cを蒸
発させて氷2aを生成することができる。混合液を液相の
まま散布するので氷2aを広範囲に分散させ、熱交換の効
率がよい。水面上方空間３で気化した冷媒2cは、水タン
ク1aの水面上方空間部位に穿たれた気相冷媒抽出口に連
通する冷媒ガス出口管６から圧縮器７により吸出され、
液化されて再び混合器４へ戻される。冷却された水2b
は、水タンク1aの水面上方空間より下方部位に穿たれた
冷却水出口に連通する冷水出口管14から循環ポンプ15に
より熱交換器16へ送られ、空調機20へ冷熱を与えた後混
合器４へ戻される。図中10aは、圧縮器７の停止時に水2
bの冷媒液管10中への逆流を防止する逆止弁を示す。図
７は製氷機を示すが、同様の構造の冷水機（チラー）と
することも可能である。
た冷媒噴出式氷利用蓄熱方法及び装置の発明を完成し、
特開平4-313657号公報及び特開平5-280842号公報に開示
した。以下、図７を参照して本発明の理解に必要な程度
において特開平4-313657号公報の内容を説明する。但
し、本発明の冷却槽はこれらの公報に記載された方法に
使用されるものに限定されない。断熱構造水タンク1a内
の水面上方空間３の圧力Ptを水の凝固点（0゜C）におけ
る難水溶性冷媒2cの飽和圧力P0以下とし（Pt≦P0）、冷
媒液管10からの液相の難水溶性冷媒2cと冷水戻り管18か
らの戻り水2bとを前記飽和圧力P0より高い圧力P1（P1＞
P0）の混合器４で混合し、冷媒2cと水2bとの混合液をノ
ズル５を介して水タンク1aの水面上方空間３へ噴出す
る。飽和圧力P0より高い圧力P1下で冷媒2cと水2bとを混
合させるので、混合器４内では水2bは凍結せず、混合液
を液相のまま噴出させ、水面上方空間３内で冷媒2cを蒸
発させて氷2aを生成することができる。混合液を液相の
まま散布するので氷2aを広範囲に分散させ、熱交換の効
率がよい。水面上方空間３で気化した冷媒2cは、水タン
ク1aの水面上方空間部位に穿たれた気相冷媒抽出口に連
通する冷媒ガス出口管６から圧縮器７により吸出され、
液化されて再び混合器４へ戻される。冷却された水2b
は、水タンク1aの水面上方空間より下方部位に穿たれた
冷却水出口に連通する冷水出口管14から循環ポンプ15に
より熱交換器16へ送られ、空調機20へ冷熱を与えた後混
合器４へ戻される。図中10aは、圧縮器７の停止時に水2
bの冷媒液管10中への逆流を防止する逆止弁を示す。図
７は製氷機を示すが、同様の構造の冷水機（チラー）と
することも可能である。
【０００４】また本発明者は直接接触式の製氷用冷媒と
して弗化ペンタン類を用いることに成功し、特開平6-03
3046号公報に開示した。従来直接接触式の冷媒としては
フロン類や炭化水素が用いられてきたが、フロン類は成
層圏のオゾン層を破壊する問題があり、またペンタン等
の炭化水素は引火性が強く安全対策を講じる必要があっ
た。パーフロロペンタンやフロロハイドロペンタン等の
弗化ペンタンには上記欠点がなく、耐圧性の蓄熱タンク
を不要とし無害不燃で水と反応しない等の長所を有し、
直接接触式製氷方法の冷媒として求められる条件を全て
満たしている。
して弗化ペンタン類を用いることに成功し、特開平6-03
3046号公報に開示した。従来直接接触式の冷媒としては
フロン類や炭化水素が用いられてきたが、フロン類は成
層圏のオゾン層を破壊する問題があり、またペンタン等
の炭化水素は引火性が強く安全対策を講じる必要があっ
た。パーフロロペンタンやフロロハイドロペンタン等の
弗化ペンタンには上記欠点がなく、耐圧性の蓄熱タンク
を不要とし無害不燃で水と反応しない等の長所を有し、
直接接触式製氷方法の冷媒として求められる条件を全て
満たしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記弗化ペンタ
ン類のうち水よりも比重が大きいものは、図７に示す蓄
熱装置の冷媒として用いた場合、水面上方空間３で蒸発
しなかった液相の冷媒2cが水タンク1aの底部に沈降する
問題がある。未蒸発の液相冷媒2cが水タンク1aの氷2aの
層表面に止ればその後の蒸発が期待できるが、直接接触
方式で生成される氷2aはシャーベット状で多孔質なた
め、冷媒2cが氷2aの間を通過して水タンク1aの底部まで
沈降することがある。冷媒2cの一部が蒸発せずに沈降し
た場合は、冷凍サイクルを循環する冷媒2cの量が徐々に
減少し、蒸発圧力の低下を招き、冷却能力が減少し成績
係数が低下する。
ン類のうち水よりも比重が大きいものは、図７に示す蓄
熱装置の冷媒として用いた場合、水面上方空間３で蒸発
しなかった液相の冷媒2cが水タンク1aの底部に沈降する
問題がある。未蒸発の液相冷媒2cが水タンク1aの氷2aの
層表面に止ればその後の蒸発が期待できるが、直接接触
方式で生成される氷2aはシャーベット状で多孔質なた
め、冷媒2cが氷2aの間を通過して水タンク1aの底部まで
沈降することがある。冷媒2cの一部が蒸発せずに沈降し
た場合は、冷凍サイクルを循環する冷媒2cの量が徐々に
減少し、蒸発圧力の低下を招き、冷却能力が減少し成績
係数が低下する。
【０００６】また、図７に示す蓄熱装置の場合、沈降し
た液相の冷媒2cは水2bと一緒に冷水循環ポンプ15に吸込
まれる。冷媒2cがノズル５まで戻される場合は、再び水
面上方空間３に散布されて循環サイクルへの復帰が期待
できる。しかし液相の冷媒2cは極めて沸騰しやすいた
め、冷水循環ポンプ15内部の低圧部で容易にガス化し、
所謂キャビテーション現象を引き起こす問題がある。キ
ャビテーションが生じると冷水循環ポンプ15の送水能力
が低下し、騒音振動が発生し、極端な場合は冷水循環ポ
ンプ15が破損することがある。水タンク1aの背が高く水
深が深い場合は水の静圧によりキャビテーションの発生
は少ないが、水タンク1aの水深が2m程度の場合は通常の
うず巻きポンプは容易にキャビテーションを起こし送水
不能となることが実際に確認されている。
た液相の冷媒2cは水2bと一緒に冷水循環ポンプ15に吸込
まれる。冷媒2cがノズル５まで戻される場合は、再び水
面上方空間３に散布されて循環サイクルへの復帰が期待
できる。しかし液相の冷媒2cは極めて沸騰しやすいた
め、冷水循環ポンプ15内部の低圧部で容易にガス化し、
所謂キャビテーション現象を引き起こす問題がある。キ
ャビテーションが生じると冷水循環ポンプ15の送水能力
が低下し、騒音振動が発生し、極端な場合は冷水循環ポ
ンプ15が破損することがある。水タンク1aの背が高く水
深が深い場合は水の静圧によりキャビテーションの発生
は少ないが、水タンク1aの水深が2m程度の場合は通常の
うず巻きポンプは容易にキャビテーションを起こし送水
不能となることが実際に確認されている。
【０００７】そこで本発明の目的は、冷却槽の底に沈降
した冷媒を回収して冷凍サイクルに戻す冷媒上昇流路付
き直接接触式冷却槽を提供するにある。
した冷媒を回収して冷凍サイクルに戻す冷媒上昇流路付
き直接接触式冷却槽を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】図１を参照するに、本発
明の冷媒上昇流路付き直接接触式冷却槽は、水より比重
が大きい難水溶性冷媒2cとの直接接触により水2bを冷却
し且つ冷却した水を貯える冷却槽１において、水の凝固
点における冷媒2cの飽和圧力P0以下の圧力Pt（Pt≦P0）
に保たれた水面上方空間３、前記水面上方空間３に液相
冷媒2cと水2bとを噴出する噴出口５、冷却槽１の前記水
面上方空間部位に穿たれ該上方空間３で蒸発した気相冷
媒2cを槽外へ抽出する抽出口6a、冷却槽１の前記水面上
方空間３より下方部位に穿たれ冷媒2cの蒸発により冷却
された水2bを槽外へ送出する出口14a、及び冷却槽１の
底部から水面に至る冷媒上昇流路30を備え、冷却槽１の
底部に沈降した冷媒2cを上昇流路30により水面上方空間
３へ導いてなるものである。
明の冷媒上昇流路付き直接接触式冷却槽は、水より比重
が大きい難水溶性冷媒2cとの直接接触により水2bを冷却
し且つ冷却した水を貯える冷却槽１において、水の凝固
点における冷媒2cの飽和圧力P0以下の圧力Pt（Pt≦P0）
に保たれた水面上方空間３、前記水面上方空間３に液相
冷媒2cと水2bとを噴出する噴出口５、冷却槽１の前記水
面上方空間部位に穿たれ該上方空間３で蒸発した気相冷
媒2cを槽外へ抽出する抽出口6a、冷却槽１の前記水面上
方空間３より下方部位に穿たれ冷媒2cの蒸発により冷却
された水2bを槽外へ送出する出口14a、及び冷却槽１の
底部から水面に至る冷媒上昇流路30を備え、冷却槽１の
底部に沈降した冷媒2cを上昇流路30により水面上方空間
３へ導いてなるものである。
【０００９】好ましくは、冷媒上昇流路30を冷却槽底部
の下端開口と水面近傍の上端開口とを有する上昇管31と
する。更に好ましくは、図２に示すように、上昇管31の
下端開口を冷却槽１の底方向に順次広がる拡径部32とす
る。
の下端開口と水面近傍の上端開口とを有する上昇管31と
する。更に好ましくは、図２に示すように、上昇管31の
下端開口を冷却槽１の底方向に順次広がる拡径部32とす
る。
【００１０】
【作用】両端に開口を有する上昇管31を冷却槽１内に配
置した図１の実施例を参照して本発明の作用を説明す
る。図１の実施例では上昇管31の内側が上昇流路30とな
る。但し本発明の上昇流路30は図示例に限定されず、例
えば冷却槽１の内壁に沿って上昇流路30を形成してもよ
い。また図示例では上昇管31の上端開口を水面上に設け
ているが、本発明において上端開口が水面上にあるか水
面下にあるかは問題ではなく、水の静圧がないか又は充
分小さい水面近傍に上端開口を設けることができる。以
下、冷媒2cとしてノルマルパーフロロペンタン（nC
5F12）を用いた場合について説明するが、本発明を適用
できる冷媒2cはこれに限定されず、水より比重が大きい
他の難水溶性冷媒、例えばフロン類（CFC、HCFC、HFC）、
弗化炭素（FC、F4C10やF6C14等）又は他のパーフロロペ
ンタン及び／又はフロロハイドロペンタンとすることが
できる。
置した図１の実施例を参照して本発明の作用を説明す
る。図１の実施例では上昇管31の内側が上昇流路30とな
る。但し本発明の上昇流路30は図示例に限定されず、例
えば冷却槽１の内壁に沿って上昇流路30を形成してもよ
い。また図示例では上昇管31の上端開口を水面上に設け
ているが、本発明において上端開口が水面上にあるか水
面下にあるかは問題ではなく、水の静圧がないか又は充
分小さい水面近傍に上端開口を設けることができる。以
下、冷媒2cとしてノルマルパーフロロペンタン（nC
5F12）を用いた場合について説明するが、本発明を適用
できる冷媒2cはこれに限定されず、水より比重が大きい
他の難水溶性冷媒、例えばフロン類（CFC、HCFC、HFC）、
弗化炭素（FC、F4C10やF6C14等）又は他のパーフロロペ
ンタン及び／又はフロロハイドロペンタンとすることが
できる。
【００１１】図１の実施例では、図７の場合と同様に、
液相の冷媒2cと水2bとを飽和圧力P 0 より高い圧力P 1 （P 1
＞P 0 ）の混合器４で混合し、冷媒2cと水2bとの混合液を
噴出口５を介して冷却槽１の水面上方空間３へ噴出して
いる。飽和圧力P 0 より高い圧力P 1 下で冷媒2cと水2bとを
混合させることにより、混合器４内では水2bは凍結せ
ず、混合液を液相のまま水面上方空間３へ噴出すること
ができる。冷却槽１の水面上方空間３の圧力P t は水の凝
固点（0 ゜ C）における冷媒2cの飽和圧力P 0 以下（P t ≦
P 0 ）に保たれるので、噴出した液相の冷媒2cの大部分は
水面上方空間３で蒸発し、その蒸発熱により水2bを冷却
して氷2aを生成する。但し水面上方空間３で蒸発できな
かった液相の冷媒2cは冷却槽１内の水面に落下し、冷却
槽１の底部に沈降する。冷却槽１の底部には静水圧がか
かるため、冷却槽１の底部に沈降した液相冷媒2cは沸騰
し難い。例えば冷却槽１の水深が1.5mの場合、沈降した
冷媒2cには約15kPaの静水圧がかかっている。図１の実
施例では、水の凝固点における冷媒2cの飽和圧力P 0 以下
に保たれた水面上方空間３の圧力P t （P t ≦P 0 ）を更に静
水圧に打ち勝つ分だけ下げることにより、沈降冷媒2cの
沸騰を開始させる。例えば水深1.5mの冷却槽１の底部の
温度が１゜Cの場合、ノルマルパーフロロペンタン（nC5F
12）の飽和圧力は29kPaなので、冷却槽１の水面上方空
間３の圧力が14（＝29−15）kPa以下に低下すると沈降
した冷媒2cの沸騰を開始させることができる。
液相の冷媒2cと水2bとを飽和圧力P 0 より高い圧力P 1 （P 1
＞P 0 ）の混合器４で混合し、冷媒2cと水2bとの混合液を
噴出口５を介して冷却槽１の水面上方空間３へ噴出して
いる。飽和圧力P 0 より高い圧力P 1 下で冷媒2cと水2bとを
混合させることにより、混合器４内では水2bは凍結せ
ず、混合液を液相のまま水面上方空間３へ噴出すること
ができる。冷却槽１の水面上方空間３の圧力P t は水の凝
固点（0 ゜ C）における冷媒2cの飽和圧力P 0 以下（P t ≦
P 0 ）に保たれるので、噴出した液相の冷媒2cの大部分は
水面上方空間３で蒸発し、その蒸発熱により水2bを冷却
して氷2aを生成する。但し水面上方空間３で蒸発できな
かった液相の冷媒2cは冷却槽１内の水面に落下し、冷却
槽１の底部に沈降する。冷却槽１の底部には静水圧がか
かるため、冷却槽１の底部に沈降した液相冷媒2cは沸騰
し難い。例えば冷却槽１の水深が1.5mの場合、沈降した
冷媒2cには約15kPaの静水圧がかかっている。図１の実
施例では、水の凝固点における冷媒2cの飽和圧力P 0 以下
に保たれた水面上方空間３の圧力P t （P t ≦P 0 ）を更に静
水圧に打ち勝つ分だけ下げることにより、沈降冷媒2cの
沸騰を開始させる。例えば水深1.5mの冷却槽１の底部の
温度が１゜Cの場合、ノルマルパーフロロペンタン（nC5F
12）の飽和圧力は29kPaなので、冷却槽１の水面上方空
間３の圧力が14（＝29−15）kPa以下に低下すると沈降
した冷媒2cの沸騰を開始させることができる。
【００１２】発生した冷媒ガスを上昇流路30により水面
上方空間３まで上昇させる。一旦冷媒2Cの沸騰が開始さ
れ、冷媒ガスの浮力により上昇流路30内に上昇流が形成
されると、上昇流路30内の水の見掛け上の比重は小さく
なり上昇流路30内の静水圧が低下する。例えばボイド率
が50％の場合、静水圧は7.5kPaに下がる。この上昇流の
作用により冷却槽１の底部に上昇流路30の下端開口へ向
う流れが形成され、沸騰していない冷媒2cを上昇流路30
に引き込み、上昇流路30内で沸騰させることができる。
すなわち一旦上昇流路30内に上昇流が発生すれば、上記
引き込み作用により沈降した冷媒2cの上昇を促進させ、
沸騰状態を促進することができる。水面上方空間３まで
上昇した冷媒ガスは、気相冷媒抽出口6aを介し冷凍サイ
クルに復帰する。
上方空間３まで上昇させる。一旦冷媒2Cの沸騰が開始さ
れ、冷媒ガスの浮力により上昇流路30内に上昇流が形成
されると、上昇流路30内の水の見掛け上の比重は小さく
なり上昇流路30内の静水圧が低下する。例えばボイド率
が50％の場合、静水圧は7.5kPaに下がる。この上昇流の
作用により冷却槽１の底部に上昇流路30の下端開口へ向
う流れが形成され、沸騰していない冷媒2cを上昇流路30
に引き込み、上昇流路30内で沸騰させることができる。
すなわち一旦上昇流路30内に上昇流が発生すれば、上記
引き込み作用により沈降した冷媒2cの上昇を促進させ、
沸騰状態を促進することができる。水面上方空間３まで
上昇した冷媒ガスは、気相冷媒抽出口6aを介し冷凍サイ
クルに復帰する。
【００１３】よって本発明の目的である「冷却槽の底に
沈降した冷媒を回収して冷凍サイクルに戻す冷媒上昇流
路付き直接接触式冷却槽」の提供が達成できる。
沈降した冷媒を回収して冷凍サイクルに戻す冷媒上昇流
路付き直接接触式冷却槽」の提供が達成できる。
【００１４】沈降冷媒2cの沸騰により発生した冷媒ガス
が上昇流路30内を通らず、その外側を上昇する場合は、
上昇流による冷媒2cの引き込み作用を期待できない。図
２に示すように上昇管30の下端開口を冷却槽１の底方向
に順次広がる拡径部32とすれば、冷却槽底部で発生した
冷媒ガスを拡径部32により捕捉して上昇流路30へ確実に
導くことができる。また拡径部32の使用により冷水循環
ポンプ15への冷媒ガスの吸込みが防止でき、キャビテー
ション及びガスロックの発生が確実に避けられる。更に
拡径部32を上昇管31の自立のために利用することもでき
る。
が上昇流路30内を通らず、その外側を上昇する場合は、
上昇流による冷媒2cの引き込み作用を期待できない。図
２に示すように上昇管30の下端開口を冷却槽１の底方向
に順次広がる拡径部32とすれば、冷却槽底部で発生した
冷媒ガスを拡径部32により捕捉して上昇流路30へ確実に
導くことができる。また拡径部32の使用により冷水循環
ポンプ15への冷媒ガスの吸込みが防止でき、キャビテー
ション及びガスロックの発生が確実に避けられる。更に
拡径部32を上昇管31の自立のために利用することもでき
る。
【００１５】図１は製氷機に本発明を適用した実施例を
示すが、本発明を冷水機（チラー）に適用することもで
きる。通常の冷水機の冷媒蒸発器に代えて本発明の上昇
流路30を有する直接接触式冷却槽１を用いれば、冷媒蒸
発器が不要となるのでコストが低減でき、また直接熱交
換による性能向上も期待できる。
示すが、本発明を冷水機（チラー）に適用することもで
きる。通常の冷水機の冷媒蒸発器に代えて本発明の上昇
流路30を有する直接接触式冷却槽１を用いれば、冷媒蒸
発器が不要となるのでコストが低減でき、また直接熱交
換による性能向上も期待できる。
【００１６】なお従来から、上昇管を有する冷却槽を用
い、上昇管の内部で水と冷媒とを接触させて製氷を行な
わせる技術が知られている（例えば特開平5-075948号公
報）。しかしこの従来技術は上昇管を主たる熱交換の場
所としており、冷媒の比重を問題とせず、循環サイクル
から外れた冷媒の回収と循環サイクルへの復帰を目的と
しない。これに対し本発明の主たる熱交換の場所は上昇
流路30ではなく、例えば水面上方空間３等の上昇流路30
外にあり、上昇流路30はあくまで冷凍循環サイクルから
逸脱した冷媒の回収と循環サイクルへの復帰を目的とす
るものである。本発明の上昇流路30内において熱交換が
行なわれることもあるが、それは副次的なものに過ぎな
い。
い、上昇管の内部で水と冷媒とを接触させて製氷を行な
わせる技術が知られている（例えば特開平5-075948号公
報）。しかしこの従来技術は上昇管を主たる熱交換の場
所としており、冷媒の比重を問題とせず、循環サイクル
から外れた冷媒の回収と循環サイクルへの復帰を目的と
しない。これに対し本発明の主たる熱交換の場所は上昇
流路30ではなく、例えば水面上方空間３等の上昇流路30
外にあり、上昇流路30はあくまで冷凍循環サイクルから
逸脱した冷媒の回収と循環サイクルへの復帰を目的とす
るものである。本発明の上昇流路30内において熱交換が
行なわれることもあるが、それは副次的なものに過ぎな
い。
【００１７】
【実施例】図３は、冷水出口14aを外部の循環ポンプ15
に接続し、循環ポンプ15の吐出口を冷却槽底部の上昇管
31の下端開口の直下に連通する輸水管35を設けた実施例
を示す。図１及び図２の実施例では、沈降冷媒2cの沸騰
を開始させるために水面上方空間３の圧力を一時的に下
げる必要があった。図３の実施例では、循環ポンプ15か
らの水流を上昇管31の下端開口へ導き、ポンプ15の水流
より上昇管31内に上昇流を誘発する。沈降した冷媒2cは
誘発した上昇流により上昇管31内へ吸上げられ、上昇に
伴う静水圧の減少により沸騰し易くなる。要するに、循
環ポンプ15の水流を利用することによって沈降冷媒2cの
沸騰を容易に開始させ得る。一旦沸騰が開始すれば、図
１の場合と同様に、冷媒ガスの上昇流による吸込み促進
効果が得られる。
に接続し、循環ポンプ15の吐出口を冷却槽底部の上昇管
31の下端開口の直下に連通する輸水管35を設けた実施例
を示す。図１及び図２の実施例では、沈降冷媒2cの沸騰
を開始させるために水面上方空間３の圧力を一時的に下
げる必要があった。図３の実施例では、循環ポンプ15か
らの水流を上昇管31の下端開口へ導き、ポンプ15の水流
より上昇管31内に上昇流を誘発する。沈降した冷媒2cは
誘発した上昇流により上昇管31内へ吸上げられ、上昇に
伴う静水圧の減少により沸騰し易くなる。要するに、循
環ポンプ15の水流を利用することによって沈降冷媒2cの
沸騰を容易に開始させ得る。一旦沸騰が開始すれば、図
１の場合と同様に、冷媒ガスの上昇流による吸込み促進
効果が得られる。
【００１８】図４は、冷媒2cの減圧時に発生するフラッ
シュガスを利用して上昇流路30内に上昇流を形成する実
施例を示す。気相冷媒抽出口6aから圧縮機７に吸引され
た冷媒2cは、凝縮器８へ送られて液化され、冷媒液管10
を介して混合器４へ送られる。凝縮器８から混合器４へ
戻る間にガストラップ９等により冷媒2cの減圧が行なわ
れ、その際一部の冷媒2aが気化してフラッシュガスが発
生する。図示例ではフラッシュガスを分離する分離器12
を設け、フラッシュガス輸送管36により分離器12と冷却
槽底部の上昇管31の下端開口直下とを連通させている。
冷却槽１に送られたフラッシュガスは上昇流路30内に上
昇流を形成し、上昇流路30内に吸上げられた沈降冷媒2c
を容易に沸騰させ得る。沸騰開始後は図３の場合と同様
な吸込み促進効果が得られる。なお図示例では凝縮器８
として冷却水を用いる水冷式凝縮器を示すが、図７に示
す強制通気ファンで放熱する空冷式凝縮器とすることも
できる。
シュガスを利用して上昇流路30内に上昇流を形成する実
施例を示す。気相冷媒抽出口6aから圧縮機７に吸引され
た冷媒2cは、凝縮器８へ送られて液化され、冷媒液管10
を介して混合器４へ送られる。凝縮器８から混合器４へ
戻る間にガストラップ９等により冷媒2cの減圧が行なわ
れ、その際一部の冷媒2aが気化してフラッシュガスが発
生する。図示例ではフラッシュガスを分離する分離器12
を設け、フラッシュガス輸送管36により分離器12と冷却
槽底部の上昇管31の下端開口直下とを連通させている。
冷却槽１に送られたフラッシュガスは上昇流路30内に上
昇流を形成し、上昇流路30内に吸上げられた沈降冷媒2c
を容易に沸騰させ得る。沸騰開始後は図３の場合と同様
な吸込み促進効果が得られる。なお図示例では凝縮器８
として冷却水を用いる水冷式凝縮器を示すが、図７に示
す強制通気ファンで放熱する空冷式凝縮器とすることも
できる。
【００１９】図５は、凝縮器８での冷媒液化時に分離さ
れる空気等の不凝縮性ガスを利用して上昇流路30内に上
昇流を形成する実施例を示す。弗化ペンタンの様な高沸
点冷媒を使う冷凍サイクルでは、冷却槽１内が大気圧以
下になるため空気の漏れ込みを想定しなければならな
い。空気は不凝縮性のため凝縮器８内部での冷媒2cの液
化を阻害する。通常凝縮器８で発生する空気は抽気器11
又は不凝縮性ガス分離装置を使って外部に排出するが、
抽気器11等を常時運転しておくことは不経済である。図
示例では凝縮器８を冷却槽底部の上昇管31の下端開口直
下に連通する不凝縮性ガス輸送管37を設け、凝縮器８内
部に溜まる不凝縮性ガスを弁37aにより適宜取り出して
冷却槽底部へ送り、上昇流の形成に利用する。この場
合、凝縮器８内部に不凝縮性ガスが蓄積するのを防ぎ、
凝縮器８の凝縮熱伝達率を低下させない効果がある。
れる空気等の不凝縮性ガスを利用して上昇流路30内に上
昇流を形成する実施例を示す。弗化ペンタンの様な高沸
点冷媒を使う冷凍サイクルでは、冷却槽１内が大気圧以
下になるため空気の漏れ込みを想定しなければならな
い。空気は不凝縮性のため凝縮器８内部での冷媒2cの液
化を阻害する。通常凝縮器８で発生する空気は抽気器11
又は不凝縮性ガス分離装置を使って外部に排出するが、
抽気器11等を常時運転しておくことは不経済である。図
示例では凝縮器８を冷却槽底部の上昇管31の下端開口直
下に連通する不凝縮性ガス輸送管37を設け、凝縮器８内
部に溜まる不凝縮性ガスを弁37aにより適宜取り出して
冷却槽底部へ送り、上昇流の形成に利用する。この場
合、凝縮器８内部に不凝縮性ガスが蓄積するのを防ぎ、
凝縮器８の凝縮熱伝達率を低下させない効果がある。
【００２０】図６の実施例は、図４に示すフラッシュガ
スと図５に示す不凝縮性ガスとを組合せて上昇流形成に
利用する実施例を示す。更に図３に示す冷水循環ポンプ
15からの水流の利用を組合せることもできる。
スと図５に示す不凝縮性ガスとを組合せて上昇流形成に
利用する実施例を示す。更に図３に示す冷水循環ポンプ
15からの水流の利用を組合せることもできる。
【００２１】以上の説明において、混合器４を用いる場
合の実施例を参照したが、冷媒2cと水2bとを冷却槽１内
で直接接触させるものであれば混合器４を用いない場合
にも本発明の上昇流路30を沈降冷媒2cの回収に利用する
ことができる。
合の実施例を参照したが、冷媒2cと水2bとを冷却槽１内
で直接接触させるものであれば混合器４を用いない場合
にも本発明の上昇流路30を沈降冷媒2cの回収に利用する
ことができる。
【００２２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の冷
媒上昇流路付き直接接触式冷却槽は、水より比重が大き
い難水溶性冷媒との直接接触により水を冷却する冷却槽
において、水の凝固点における冷媒の飽和圧力P0以下の
圧力Pt（Pt≦P0）に保たれた水面上方空間、気相冷媒の
抽出口、冷却された水の出口、及び冷却槽の底部から水
面に至る冷媒上昇流路を備え、冷却槽底部に沈降した冷
媒を上昇流路により水面上方空間へ導くので、以下の顕
著な効果を奏する。
媒上昇流路付き直接接触式冷却槽は、水より比重が大き
い難水溶性冷媒との直接接触により水を冷却する冷却槽
において、水の凝固点における冷媒の飽和圧力P0以下の
圧力Pt（Pt≦P0）に保たれた水面上方空間、気相冷媒の
抽出口、冷却された水の出口、及び冷却槽の底部から水
面に至る冷媒上昇流路を備え、冷却槽底部に沈降した冷
媒を上昇流路により水面上方空間へ導くので、以下の顕
著な効果を奏する。
【００２３】(１)冷媒の冷却槽底部への寝込みを防ぎ、
沈降冷媒を冷凍循環サイクルへ戻すので、冷凍循環サイ
クルの性能が低下しない。 (２)沈降冷媒をなくすので、冷水循環ポンプが沈降冷媒
を吸込んでキャビテーションが発生するのを防止でき
る。 (３)冷媒凝縮器内部への不凝縮性ガスの蓄積の防止と、
凝縮熱伝達率の低下の防止に利用することができる。
沈降冷媒を冷凍循環サイクルへ戻すので、冷凍循環サイ
クルの性能が低下しない。 (２)沈降冷媒をなくすので、冷水循環ポンプが沈降冷媒
を吸込んでキャビテーションが発生するのを防止でき
る。 (３)冷媒凝縮器内部への不凝縮性ガスの蓄積の防止と、
凝縮熱伝達率の低下の防止に利用することができる。
【図１】は、本発明の一実施例の説明図である。
【図２】は、拡径部を設けた実施例の説明図である。
【図３】は、ポンプ水流で上昇流を誘発する実施例の説
明図である。
明図である。
【図４】は、フラッシュガスを利用した実施例の説明図
である。
である。
【図５】は、不凝縮性ガスを利用した実施例の説明図で
ある。
ある。
【図６】は、図４と図５を組合せた実施例の説明図であ
る。
る。
【図７】は、従来の直接接触式製氷装置の説明図であ
る。
る。
１ 冷却槽 1a 水タンク 2a シャーベット状氷 2b 水 2c 冷媒 ３ 水面上方空間 ４ 混合機 ５ ノズル ６ 冷媒ガス出口管 6a 気相冷媒抽出口 ７ 冷媒圧縮機 ８ 冷媒凝縮器 8a 空冷式凝縮器 ９ ガストラップ 10 冷媒液管 11 抽気器 12 フラッシュガス分離器 14 冷水出口管 14a 冷水出口 15 冷水循環ポンプ 16 冷水熱交換器 17 負荷配管 18 冷水戻り管 20 空調機 21 空調機冷水ポンプ 22 空調コイル 23 送風器 30 上昇流路 31 上昇管 32 拡径部 35 輸水管 36 フラッシュガス輸送管 37 不凝縮性ガス輸送管 35a、36a、37a 弁。
Claims (7)
- 【請求項１】水より比重が大きい難水溶性冷媒との直接
接触により水を冷却し且つ冷却した水を貯える冷却槽に
おいて、水の凝固点における前記冷媒の飽和圧力P0以下
の圧力Pt（Pt≦P0）に保たれた水面上方空間、前記水面
上方空間に液相冷媒と水とを噴出する噴出口、前記冷却
槽の前記水面上方空間部位に穿たれ該上方空間で蒸発し
た気相冷媒を槽外へ抽出する抽出口、前記冷却槽の前記
水面上方空間より下方部位に穿たれ前記冷媒の蒸発によ
り冷却された水を槽外へ送出する出口、及び前記冷却槽
の底部から水面に至る冷媒上昇流路を備え、前記冷却槽
底部に沈降した冷媒を前記上昇流路により前記水面上方
空間へ導いてなる冷媒上昇流路付き直接接触式冷却槽。 - 【請求項２】請求項１の冷却槽において、前記冷媒上昇
流路を前記冷却槽底部の下端開口と水面近傍の上端開口
とを有する上昇管としてなる冷媒上昇流路付き直接接触
式冷却槽。 - 【請求項３】請求項２の冷却槽において、前記上昇管の
下端開口を前記冷却槽の底方向に順次広がる拡径部とし
てなる冷媒上昇流路付き直接接触式冷却槽。 - 【請求項４】請求項２又は３の冷却槽において、前記冷
却された水の出口を外部の循環ポンプに接続し、前記循
環ポンプの吐出口を前記冷却槽底部の上昇管の下端開口
の直下に連通する輸水管を設けてなる冷媒上昇流路付き
直接接触式冷却槽。 - 【請求項５】請求項２又は３の冷却槽において、前記抽
出口から回収した気相冷媒を圧縮・液化したのち前記冷
却槽へ戻す減圧時に発生するフラッシュガスの出口を前
記冷却槽底部の上昇管の下端開口直下に連通するフラッ
シュガス輸送管を備えてなる冷媒上昇流路付き直接接触
式冷却槽。 - 【請求項６】請求項５の冷却槽において、前記気相冷媒
の圧縮・液化時に発生する不凝縮性ガスの出口を前記冷
却槽底部の上昇管の下端開口直下に連通する不凝縮性ガ
ス輸送管を備えてなる冷媒上昇流路付き直接接触式冷却
槽。 - 【請求項７】請求項１、２、３、４、５又は６の冷却槽
において、前記冷媒をパーフロロペンタン及び／又はフ
ロロハイドロペンタンとしてなる冷媒上昇流路付き直接
接触式冷却槽。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6079040A JP2705770B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | 冷媒上昇流路付き直接接触式冷却槽 |
| US08/407,649 US5564289A (en) | 1994-04-18 | 1995-03-21 | Direct-contact type cooling tank with upward refrigerant passage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6079040A JP2705770B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | 冷媒上昇流路付き直接接触式冷却槽 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07286766A JPH07286766A (ja) | 1995-10-31 |
| JP2705770B2 true JP2705770B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=13678810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6079040A Expired - Fee Related JP2705770B2 (ja) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | 冷媒上昇流路付き直接接触式冷却槽 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5564289A (ja) |
| JP (1) | JP2705770B2 (ja) |
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| US7870891B2 (en) | 2004-05-29 | 2011-01-18 | Kilr-Chilr, Llc | Systems, devices and methods for regulating temperatures of tanks, containers and contents therein |
| US7685715B2 (en) * | 2006-05-11 | 2010-03-30 | Kilr-Chilr, Llc | Methods for processing the contents of containers and tanks and methods for modifying the processing capabilities of tanks and containers |
| US20080175951A1 (en) * | 2007-01-23 | 2008-07-24 | Rule David D | Methods, apparatuses and systems of fermentation |
| CN101668574B (zh) * | 2007-06-20 | 2013-05-08 | 纳格祖那能量私人有限公司 | 浓缩稀溶液的方法和设备 |
| US8495893B2 (en) * | 2009-01-08 | 2013-07-30 | Ali Alajimi | Hybrid apparatus for cooling water and air and heating water |
| GB0921315D0 (en) | 2009-12-05 | 2010-01-20 | Lemay Patrick | An improved opened geothermal energy system |
| WO2016126249A1 (en) | 2015-02-04 | 2016-08-11 | Rule David D | Energy transfer systems and energy transfer methods |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4509344A (en) * | 1983-12-08 | 1985-04-09 | Chicago Bridge & Iron Company | Apparatus and method of cooling using stored ice slurry |
| JPS60126530A (ja) * | 1983-12-08 | 1985-07-06 | Hitachi Zosen C B I Kk | 冷却方法及び装置 |
| US5218828A (en) * | 1990-12-28 | 1993-06-15 | Kajima Corporation | Method and apparatus for storing heat in ice by using refrigerant jet |
| JPH0575948A (ja) * | 1991-06-13 | 1993-03-26 | Sharp Corp | 映像表示装置 |
-
1994
- 1994-04-18 JP JP6079040A patent/JP2705770B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-03-21 US US08/407,649 patent/US5564289A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07286766A (ja) | 1995-10-31 |
| US5564289A (en) | 1996-10-15 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |