JP3811845B2 - Ice heat storage device for air conditioning - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水の過冷却現象を利用して氷を製造する空調用氷蓄熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、水を0℃未満にまで冷却して得られる過冷却水から相変化によってシャーベット状の氷を製造しこれを氷蓄熱槽に貯蔵する空調用氷蓄熱装置が知られている。
【0003】
例えば、特開平3−241251号においては、過冷却水を大気に開放、落下させ、下方に設置した衝撃板に衝突させて過冷却を解除し氷を製造するようにしているが、この方式は、衝撃板との間の垂直距離が必要になり装置設置上の高さに制約が生じたり、溶存酸素の増大により配管内に錆が発生したり、氷蓄熱槽内での氷の偏りにより氷充填率が上がりにくいという問題や、過冷却水の吐出口部やエルボなど衝撃が発生する部分で氷の堆積が生じ配管が閉塞する等の問題を有している。
【0004】
この問題を解決するために、特許第2811271号においては、大口径管内に小口径管をノズル状に付き出して配置すると共に、大口径管に過冷却水から氷への相変化を誘発させる相変化誘発装置を設ける提案を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許第2811271号の方式においては、相変化誘発装置としてプロペラや超音波振動子を用いてキャビテーションを発生させる方式であるため、過冷却水を十分に冷却しないと相変化が起こらず、安定した氷の製造ができないという問題を有している。さらに、上記方式においては、小口径管のノズル部外周などに氷が堆積しやすく、これを防止するために大口径管内にバイパス管を設ける必要があり、構造が複雑になるという問題を有している。
【0006】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、過冷却水の温度を低くしなくても、構造が簡単で且つ安定した氷の製造を行うことができる空調用氷蓄熱装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1記載の空調用氷蓄熱装置は、熱交換器により過冷却水を生成し、過冷却水から相変化によってシャーベット状の氷を製造しこれを氷蓄熱槽に貯蔵する空調用氷蓄熱装置において、過冷却水の配管外周に配設されるペルチエ素子と、該ペルチエ素子の冷却側に設けられ、前記配管内に突出される突起部と、該突起部の上流側に配設されるヒータとを備え、前記突起部の下流側の配管に絞り部を設け、前記ペルチエ素子に通電して突起部を冷却することにより、過冷却を解除して氷核を発生させ連続的に氷を製造することを特徴とし、請求項2記載の発明は、請求項1において、前記配管内に氷が無い状態でペルチエ素子に所定時間通電することを特徴とし、請求項3記載の発明は、請求項1において、前記下流側の配管の絞り部に直管を連結したことを特徴とする。
以上
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の空調用氷蓄熱装置の1実施形態を示し、図1(A)は全体構成図、図1(B)は図1(A)の過冷却解除装置の断面図、図1(C)は絞り部の変形例を示す図である。
【0009】
図1(A)において、冷凍機1により冷却されたブラインは、ブライン循環ポンプ2により熱交換器3に供給、循環される。熱交換器3には、氷蓄熱槽4内の水が配管を介して水循環ポンプ5により濾過装置6を経て供給され、熱交換器3にて水が氷点下(過冷却)まで冷却された後、過冷却水解除装置7にてシャーベット状の氷が製造され氷蓄熱槽4内に供給される。氷蓄熱槽4の下部の水は、ポンプ8により空調装置9を循環し氷蓄熱槽4に戻される。前記濾過装置6においては、水中の氷核物質を除去し、水の純度を高めることにより過冷却水の製造を可能にしている。
【0010】
上記過冷却水解除装置7は、図1(B)に示すように、熱交換器3の出口配管10の外壁に設置されるペルチエ素子11を備え、このペルチエ素子11の冷却面に針状の突起部12を設けた銅板を貼り、全体をシリコンコーティングし、突起部12を出口配管10内に2mm程度突出させるように配置している。
【0011】
突起部12の上流側には、配管の内径より小さい開口(絞り部)13aを有する2枚の絞り板13、13を装着し、両絞り板13、13の間に面状のヒータ14を配設している。なお、ヒータ14が出口配管10と接する温度は65〜100℃程度が好ましい。
【0012】
また、ペルチエ素子11の放熱側には熱交換器15を設け、この熱交換器15を過冷却水配管よりはるかに小径のバイパス管16により、熱交換器3と濾過装置6の間の配管と突起部12の下流側に接続している。
【0013】
なお、図1(B)においては、絞り板13により出口配管10を絞るようにしているが、図1(C)に示すように、出口配管10に一体に絞り部10aを形成し、その外周に線状または面状のヒータ14を配設してもよい。また、ヒータ14を絞り部10aとは別の位置に設けるようにしてもよい。
【0014】
また、上記実施形態においては、熱交換器15の冷水を突起部12の下流側に接続しているが、直接、氷蓄熱槽4へバイパスさせてもよく、また上流側も熱交換器3と氷蓄熱槽4に至る配管のどこからでも接続してよい。さらに、ペルチエ素子11を空冷で冷却するようにしてもよい。
【0015】
上記構成からなる本実施形態の作用について説明する。冷凍機1を運転し出口配管10内の過冷却水の温度が−0.2℃〜−0.8℃程度になった場合に、ペルチエ素子11の通電を開始し、突起部12の温度を−20〜−30℃に冷却し、2〜10分間程度通電する。ただし、−0.6℃程度で稼働が始まり−0.7℃程度で停止させるのが好ましい。−0.3℃程度でも氷の生成が始まるが氷生成効率が低い。また、ペルチエ素子11の通電時間を長くすると、突起部12先端部にまとわりついた氷塊が大きく成長し閉塞を起こす場合がある。
【0016】
過冷却水は絞り部13a、10aを通過する際に乱流が発生し、その乱流が突起部12に至ると、冷却された突起部12において過冷却水が刺激され過冷却が解除されて氷核が発生する。この氷核が乱流により突起部12付近を漂い連続的にシャーペット状の氷が生成されることになる。過冷却が解除され氷が生成されると配管内の温度は−0.1〜0.0℃の安定した状態になる。一旦、氷核が生成されればその氷核に接し連続的に過冷却解除が生じる。すなわち、後はペルチエ素子11の通電を止めても氷の生成が持続される。
【0017】
突起部12付近に氷が生成されると、氷は配管の内面を伝わって上流側に遡上する性質があり、やがては熱交換器3の熱交換管を閉塞してしまう。そこで、本発明においては、突起部12の上流側をヒータ14により加熱することにより、氷の遡上を防止するようにしている。
【0018】
図2は、本発明の空調用氷蓄熱装置の他の実施形態を示す側面図である。本実施形態は、出口配管10の口径が大きい場合にも適用される。また、前記実施形態のように出口配管10を絞らずに、ペルチエ素子11の上流側において出口配管10の外周に線状または面状のヒータ14を装着してもよい。これにより、熱交換器3側への氷の遡上を阻止することができ、長時間安定した氷の生成が可能となる。
【0019】
図3は、本発明の空調用氷蓄熱装置の他の実施形態を示す側面図である。本実施形態においては、温度センサ17が配設された温度計測部R1、ヒータ14が配設された氷遡上防止部R2、ペルチエ素子11が配設された過冷却解除部R3、縮拡管(絞り部)18を連結した過冷却解除促進部R4、直管19からなる過冷却解除完了部R5から構成されている。
【0020】
初期運転時等においては、出口配管10内の温度が−1.5〜−2.0℃になる場合があり、この過冷却水がこのまま過冷却解除部R3に至ると、ここで過冷却解除が完全に行われず−0.8℃程度の過冷却水が配管を流れ、エルボ等で氷が固まり配管の閉塞が生じてしまう。
【0021】
そこで、本実施形態においては、過冷却解除部R3の下流側に縮拡管(絞り部)18を連結した過冷却解除促進部R4、直管19からなる過冷却解除完了部R5を連結させている。過冷却度が残った過冷却水は、過冷却解除促進部R4の縮拡管18において乱流が形成され、過冷却解除完了部R5の直管19において前記乱流域を確保するようにし、過冷却を完全に解除した状態で配管を流れるようにする。なお、過冷却解除部R3および過冷却解除促進部R4の配管内面は氷の付着を防止するためにテフロンコーティングなど氷着防止の工夫をすることが望ましい。また、縮拡管18は複数設置してもよく、その場合にはさらに過冷却を完全に解除することができる。
【0022】
実験の結果、過冷却を完全に解除するための、氷遡上防止部R2の配管長は、管径×1〜管径×3(好ましくは管径×2)、過冷却解除部R3の配管長は、管径×4〜管径×6(好ましくは管径×5い)、過冷却解除促進部R4の配管長は、管径×1〜3(好ましくは管径×2)、過冷却解除完了部R5の配管長は、管径×3〜管径×5(好ましくは管径×4)であること確認された。
【0023】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、配管内での過冷却解除により製氷を行うので、氷蓄熱槽まで氷を直接搬送することができ、また、配管内での凍結による閉塞を阻止することができ、また、氷蓄熱槽の有効容量の限度まで氷充填率を増加させることができる。さらに、過冷却水の温度を低くしなくても、構造が簡単で且つ安定した氷の製造を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の空調用氷蓄熱装置の1実施形態を示し、図1(A)は全体構成図、図1(B)は図1(A)の過冷却解除装置の断面図、図1(C)は絞り部の変形例を示す図である。
【図2】本発明の空調用氷蓄熱装置の他の実施形態を示す側面図である。
【図3】本発明の空調用氷蓄熱装置の他の実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
3…熱交換器
4…氷蓄熱槽
10…出口配管
10a、13a、19…絞り部
11…ペルチエ素子
12…突起部
14…ヒータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ice heat storage device for air conditioning that produces ice by utilizing a supercooling phenomenon of water.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ice heat storage device for air conditioning is known in which sherbet-like ice is produced by phase change from supercooled water obtained by cooling water to below 0 ° C. and stored in an ice heat storage tank.
[0003]
For example, in JP-A-3-241251, supercooled water is released to the atmosphere, dropped, and collided with an impact plate installed below to release supercooling to produce ice. This requires a vertical distance from the impact plate, which restricts the installation height, causes rust to occur in the piping due to an increase in dissolved oxygen, and causes ice in the ice storage tank. There is a problem that the filling rate is difficult to increase, and a problem that the piping is blocked due to the accumulation of ice at a portion where impact occurs, such as a discharge port of an overcooling water or an elbow.
[0004]
In order to solve this problem, in Japanese Patent No. 2811271, a small-diameter pipe is provided in a nozzle-like manner in a large-diameter pipe, and a phase that induces a phase change from supercooled water to ice in the large-diameter pipe. Proposal to install a change induction device.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of the above-mentioned Patent No. 2811271, since it is a method of generating cavitation using a propeller or an ultrasonic vibrator as a phase change induction device, phase change does not occur unless the supercooling water is sufficiently cooled, There is a problem that stable ice cannot be produced. Furthermore, in the above system, ice tends to accumulate on the outer periphery of the nozzle portion of the small diameter pipe, and in order to prevent this, it is necessary to provide a bypass pipe in the large diameter pipe, which has a problem that the structure becomes complicated. ing.
[0006]
The present invention solves the above-described conventional problems, and provides an ice heat storage device for air conditioning that has a simple structure and can stably produce ice without lowering the temperature of supercooled water. The purpose is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an ice storage device for air conditioning according to
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of an ice heat storage device for air conditioning according to the present invention, FIG. 1 (A) is an overall configuration diagram, FIG. 1 (B) is a cross-sectional view of the supercooling release device of FIG. 1 (C) is a diagram showing a modification of the aperture section.
[0009]
In FIG. 1A, the brine cooled by the
[0010]
As shown in FIG. 1 (B), the supercooling
[0011]
Two
[0012]
Further, a
[0013]
In FIG. 1 (B), the
[0014]
Moreover, in the said embodiment, although the cold water of the
[0015]
The effect | action of this embodiment which consists of the said structure is demonstrated. When the
[0016]
When the supercooled water passes through the
[0017]
When ice is generated in the vicinity of the
[0018]
FIG. 2 is a side view showing another embodiment of the ice heat storage device for air conditioning according to the present invention. This embodiment is also applied when the diameter of the
[0019]
FIG. 3 is a side view showing another embodiment of the ice heat storage device for air conditioning according to the present invention. In the present embodiment, a temperature measuring unit R1 provided with a
[0020]
During initial operation, the temperature in the
[0021]
Therefore, in the present embodiment, the supercooling release promoting part R4, which is connected to the expansion / contraction pipe (throttle part) 18, and the supercooling release completion part R5 including the
[0022]
As a result of the experiment, the pipe length of the ice run-up prevention part R2 for completely canceling the supercooling is pipe diameter × 1 to pipe diameter × 3 (preferably pipe diameter × 2), and the pipe length of the supercooling release part R3 The length is pipe diameter x 4 to pipe diameter x 6 (preferably pipe diameter x 5), and the pipe length of the supercooling release promoting portion R4 is pipe diameter x 1 to 3 (preferably pipe diameter x 2). It has been confirmed that the pipe length of the release completion portion R5 is pipe diameter × 3 to pipe diameter × 5 (preferably pipe diameter × 4).
[0023]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, since ice making is performed by releasing the supercooling in the pipe, the ice can be directly transported to the ice heat storage tank, and the blockage by freezing in the pipe is possible. The ice filling rate can be increased to the limit of the effective capacity of the ice storage tank. Furthermore, it is possible to produce ice with a simple structure and stable without reducing the temperature of the supercooling water.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of an ice heat storage device for air conditioning according to the present invention, FIG. 1 (A) is an overall configuration diagram, FIG. 1 (B) is a cross-sectional view of the supercooling release device of FIG. 1 (C) is a diagram showing a modification of the aperture section.
FIG. 2 is a side view showing another embodiment of the ice heat storage device for air conditioning according to the present invention.
FIG. 3 is a side view showing another embodiment of the ice heat storage device for air conditioning according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Heat exchanger 4 ... Ice
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