JP4214837B2 - Ice heat storage device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過冷却解除装置が簡単な構成及び低い運転コストで過冷却状態を確実に解除することができ、しかも過冷却解除装置内に氷が付着・成長する問題を防止するようにした氷蓄熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の氷蓄熱装置としては、図4に示す構成のものが知られている。この氷蓄熱装置は、圧縮機51と凝縮器52等からなる冷凍機53と、蒸発器として作用する過冷却器54とを備えている。過冷却器54は、例えば外管と内管から構成されており、水導入管55からの水56を内管に供給し、前記冷凍機53からの冷媒57を外管の内部に給排することにより、水56を例えば−2℃前後の過冷却温度に冷却するようにしている。上記冷凍機53及び過冷却器54としては上記以外にも種々の形式のものが提案されている。
【0003】
過冷却器54で過冷却状態に冷却された過冷却水58は、過冷却水配管59により過冷却解除装置60に送られて過冷却状態が解除され、過冷却状態の維持に必要な冷熱量が製氷潜熱に転換されて氷61が生成される。この氷61は粒状を有して過冷却水とともに流動可能なシャーベット状を呈しておりダイナミック氷と称されている。過冷却水58は、一般的に過冷却度が大きいほど過冷却状態が解除され易いが、一定過冷却度の範囲内で、且つ静止状態の下では、安定的に過冷却状態が維持される。しかし、衝撃、振動、流水の乱れ等の変化が作用すると容易に過冷却状態は解除される。
【0004】
従って、前記過冷却解除装置60としては、このような特性を利用して、例えば、過冷却水の流れの中に衝突板を設けて衝撃により過冷却状態を解除する衝突板方式、過冷却水の中に高速回転するプロペラを設けてキャビテーションにより過冷却状態を解除するプロペラ方式、過冷却水を箱で受けて電子冷却することにより過冷却状態を解除する局所冷却方式、超音波発信機によるキャビテーションを過冷却水に与えて過冷却状態を解除する超音波方式等が提案されている。
【0005】
過冷却解除装置60にて生成された氷61は、蓄熱タンク62に供給されて貯蔵される。そして、前記蓄熱タンク62内の水はフィルター63等を介してポンプ64により外部に取出され、更にこの水56は温度調節器65によって例えば0.5℃程度に温度が調節された後、水導入管55により再び過冷却器54に送られる。
【0006】
前記した過冷却解除装置60は、過冷却水58の過冷却状態を解除して氷を生成させるものであるため、生成した氷が過冷却解除装置60の内面や可動部等に付着・成長する問題が常にあり、このために過冷却解除装置60の運転が不能になる場合がある。
【0007】
従って、過冷却解除装置60の内面等に氷が付着・成長する問題を低減する方法として、前記したように過冷却水58に機械的或いは超音波等による衝撃を与えて過冷却状態を解除するのではなく、過冷却水58に種氷或いは気泡等の過冷却状態の解除を誘発するトリガー物質(引き金)を混合させて、過冷却水58中でこのトリガー物質を起点として過冷却状態を解除させる方法が提案されている。
【0008】
このような過冷却解除装置としては、截頭円錐形状を有する本体の大径側端部の軸中心から過冷却水を導入し、同時に大径側端部に接線方向から種氷又は気体を副流水とともに導入して副流水の旋回流によって過冷却解除を行うことにより氷を生成させ、その後は種氷又は気体の供給を停止し、生成した氷によって過冷却の自己解除を行わせるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0009】
又、円筒状の本体の上端に接線方向の過冷却水導入口を設け、下端には氷出口を設け、過冷却水導入口から過冷却水を導入して本体内に過冷却水による旋回流を形成させ、更に、本体の上端の軸心位置には、内部に冷媒を給排して冷却することにより過冷却状態の解除を開始させるようにした解除開始部を、下端が本体内に突出するように設け、且つ前記過冷却水導入口に連通する過冷却水配管の途中に、空気等を吹き込むための気体供給装置を接続したものがある(例えば、特許文献2参照)。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−13846号公報
【特許文献2】
特開平06−74498号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1では、図5に示す如き構成の過冷却解除装置60Aを示している。図5の過冷却解除装置60Aは、上端から下端に向けて縮径した截頭円錐形状を有する本体66の上端の軸中心に、図4の過冷却水配管59に接続された過冷却水導入口67を設け、下端には氷排出口68を設け、又、上端の外周には接線方向に接続した副流水導入口69を設けている。この副流水導入口69には、図4の蓄熱タンク62の氷を含む水を副流水ポンプ70により取出して副流水71として導くようにした副流水配管72を接続している。更に、前記副流水導入口69に接続される副流水配管72には、例えば空気を吹き込むための気体供給装置73が接続されている。
【0012】
図5の過冷却解除装置60Aを備えた氷蓄熱装置では、図4の副流水ポンプ70を駆動して蓄熱タンク62の氷を含む水を副流水配管72により副流水71として副流水導入口69から本体66内に接線方向から供給し、本体66内に旋回流を形成させる。この状態で、ポンプ64により蓄熱タンク62の水56をフィルター63を介して外部に取出し、温度調節器65により例えば0.5℃の温度に調節した後過冷却器54に導入して過冷却温度(例えば−2℃前後)に冷却し、冷却した過冷却水58を過冷却水配管59により過冷却解除装置60Aの過冷却水導入口67から本体66の軸中心に供給する。図5の本体66の軸中心に供給された過冷却水58は、旋回している副流水と衝突混合し、副流水内の種氷と接触することによりこれを起点として過冷却状態が解除されて氷を生成し、生成した氷は水と共に氷排出口68から蓄熱タンク62に供給される。
【0013】
上記したようなサイクロン式の過冷却解除装置60Aにおいて氷を安定して製造するためには、本体66内部で確実に過冷却状態を解除させること、及び本体66の内部で生成される氷を本体66の内面に付着・成長させないことが重要である。
【0014】
しかし、上記したように副流水71内の種氷を起点として過冷却状態を確実に解除させるために副流水71による旋回速度を高めても、副流水導入口69から本体66内の上端に供給された副流水71は旋回して下方に流動することになるために、本体66内の上端中心部には旋回流が弱まる部分が生じる。このとき、副流水導入口69にて本体66内に供給される副流水71中の氷或いは気体は、副流水導入口69から出た直後の過冷却水58と接触して氷を生成させるために、前記旋回流が弱まっている部分で生成した氷が過冷却水導入口67の出口近傍に付着・成長する問題がある。
【0015】
又、図5の装置においては、旋回速度が低いと本体66の内面に氷が付着・成長する問題がある。この問題を防止するためには、副流水導入口69から本体66内に吹き込む副流水71の流量を増加して旋回流速を高めることによって本体66内面の氷を剥ぎ取る効果を期待することも考えられる。しかし、このように副流水71の流量を増加した場合には、本体66に供給できる過冷却水58の流量が減少し、このために氷の製造能力が低下してしまう問題がある。
【0016】
更に、図5の装置では、副流水71を過冷却解除装置60Aに供給するための副流水ポンプ70及び蓄熱タンク62の氷水を導くための長い副流水配管72が必要となるために構成が複雑且つ大掛かりになる問題があり、更に副流水ポンプ70の運転コストも増加する問題がある。
【0017】
又、過冷却状態の解除を確実に行わせるために、副流水71に気体供給装置73を介して例えば空気によるトリガー物質を混入することが考えられているが、図5では下側に向かう旋回流を形成させるために、本体66の内部に上側に向かう引戻し流Xが発生し、この引戻し流Xが気泡に働く浮力の方向と同じであるために、供給された空気が本体66の軸中心上に集められて気柱74を形成してしまう。過冷却水中に気泡が混在している場合にはこの気泡が過冷却状態の解除に寄与することになるが、前記したような気柱74が形成されてしまうと有効な過冷却状態の解除効果が期待できない。従って、気体供給装置73によって空気を混入しても、本体66内において気泡による過冷却状態の解除を完了させることができない。
【0018】
一方、前記特許文献2では、上記図5とは異なる図6に示す如き構成の過冷却解除装置60Bを示している。図6のサイクロン式の過冷却解除装置60Bは、円筒状の本体75の上端の外周には接線方向の過冷却水導入口76を配置して前記過冷却水配管59(図4参照)に接続しており、又、下端には氷出口77を設けており、過冷却水導入口76から過冷却水58を導入することによって本体75内に過冷却水58による旋回流を形成させるようにしている。
【0019】
更に、本体75の上端の軸心位置には、内部に冷媒を給排して冷却することにより過冷却状態の解除を開始させるようにした解除開始部78を、下端が本体75内に突出するように設けている。又、前記過冷却水配管59の途中には、過冷却水58に例えば空気を吹き込むための気体供給装置73を接続している。
【0020】
上記過冷却解除装置60Bを備えた氷蓄熱装置では、図4のポンプ64により蓄熱タンク62から取出して温度調節器65により例えば0.5℃の温度に調節した水56を、過冷却器54に導入して過冷却温度(例えば−2℃前後)に冷却した後、過冷却水58を過冷却水配管59により過冷却解除装置60Bの過冷却水導入口76から本体75の上端に接線方向から供給し、これによって本体75の内部に下方に向かう旋回流を形成している。本体75内に供給された過冷却水58は、本体75の上端に設けた解除開始部78による冷却によって過冷却状態の解除が開始され、且つ過冷却水58の旋回によって過冷却状態の解除が完了されるようにしている。更に、副流水71に気体供給装置73を介し例えば空気によるトリガー物質を混入することによっても、過冷却状態の解除を完了させるようにしている。
【0021】
しかし、上記図6に示したサイクロン式の過冷却解除装置60Bにおいても、氷を安定して製造するために、本体75の内部で確実に過冷却状態を解除させること、及び本体75の内部で生成する氷が本体75の内面に付着・成長しないようにすることは重要であるが、解除開始部78において冷媒で冷却することによって過冷却状態の解除を開始させるようにしているために、この解除開始部78の運転が非常に難しく、冷却し過ぎると直ちに解除開始部78を起点として氷が付着・成長するという問題がある。
【0022】
更に、前記解除開始部78は冷凍機の冷媒を供給して冷却するために非常に複雑な構造を有しており、しかも冷凍機を運転するために運転コストも増加するという問題がある。
【0023】
又、過冷却水配管59の途中に気体供給装置73を設けて空気を混入しているが、過冷却水配管59の途中で空気を混入すると混入部で直ちに部分的な過冷却状態の解除が開始されてしまい、これによって生成した氷が、過冷却水配管59や過冷却水導入口76及び本体75の内面に接触して付着・成長する問題がある。
【0024】
更に、サイクロン式の過冷却解除装置60Bの場合においても、下側に向かう旋回流が形成される構造であるために本体66の内部に上側に向かう引戻し流Xが発生し、この引戻し流Xが気泡に働く浮力の方向と同じであるために、供給された空気が本体66の軸中心に集められて気柱74を形成してしまい、このために、気体供給装置73にて空気を混入しても、本体66内において気泡による過冷却状態の解除を完了させることができない。
【0025】
本発明は、上記したような従来の技術に存在する問題点に着目してなしたものであり、過冷却解除装置が簡単な構成及び低い運転コストで過冷却状態を確実に解除でき、しかも過冷却解除装置内に氷が付着・成長する問題を防止できる氷蓄熱装置を提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、過冷却解除装置に過冷却水を供給して氷を製造する氷蓄熱装置であって、前記過冷却解除装置が、略筒形の本体と、該本体の一端側において徐々に縮径して閉塞された截頭円錐形部と、本体の他端側に形成した氷排出口と、本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍において接線方向に接続し、接線方向から過冷却水を導入して本体内の氷排出口に向かう旋回流と截頭円錐形部内に向かう前記旋回流より強い旋回流とを形成するようにした過冷却水導入口と、該過冷却水導入口の近傍位置にトリガー物質を供給するようにしたトリガー物質混入口と、を備えたことを特徴とする氷蓄熱装置、に係るものである。
【0027】
請求項2に記載の発明は、前記本体の截頭円錐形部が下側に、氷排出口が上側になるように配置されていることを特徴とする請求項1記載の氷蓄熱装置、に係るものである。
【0028】
請求項3に記載の発明は、前記トリガー物質混入口が、本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍の周壁に備えられ、本体内の旋回流により壁圧が負圧になることによってトリガー物質混入口からトリガー物質を吸引するようにしてあり、前記トリガー物質混入口にトリガー物質流量調節弁を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の氷蓄熱装置、に係るものである。
【0029】
請求項4に記載の発明は、前記トリガー物質混入口が、截頭円錐形部の端部に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の氷蓄熱装置、に係るものである。
【0030】
請求項5に記載の発明は、前記トリガー物質混入口に、トリガー物質供給装置を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の氷蓄熱装置、に係るものである。
【0031】
請求項6に記載の発明は、前記トリガー物質が気体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の氷蓄熱装置、に係るものである。
【0032】
請求項7に記載の発明は、前記トリガー物質が氷を含む液体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の氷蓄熱装置、に係るものである。
【0033】
上記手段によれば、次の如く作用する。
【0034】
請求項1に記載の発明では、本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍に接線方向から接続した過冷却水導入口によって過冷却水を供給するようにしたので、本体内に氷排出口に向かう旋回流と閉塞された截頭円錐形部内に向かう強い旋回流とが形成されるようになり、よって本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍にトリガー物質混入口にて供給される空気等の気体、或いは氷を含む液体からなるトリガー物質は、截頭円錐形部内の強い旋回流によって過冷却水と効果的に混合されるようになり、截頭円錐形部の内部において氷の生成が最大限に行われる。このとき截頭円錐形部の内部には強い旋回流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の内面に氷が付着・成長する問題は防止される。
【0035】
更に、截頭円錐形部内で強い旋回流を形成した過冷却水は本体内を氷排出口に向かって徐々に旋回力を弱めながら流動することになるが、この間にもトリガー物質と過冷却水とが混合して良好な氷の生成を維持する。更に、トリガー物質混入口によって前記本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍の周壁部から供給されるトリガー物質は、過冷却水に対して外周側から混合されるので、過冷却水との混合が非常に良好に行われるようになり、更に過冷却水が引戻し流を生じさせることなく氷排出口に向かって流動するので、トリガー物質が気体の場合においても、気柱の形成が防止される。又、気泡及び比重の小さい氷は本体内を氷排出口に向かって移動する間に徐々に軸中心側に集められることになるために、本体の軸中心部では過冷却状態の解除が促進されて解除が完了し、逆に本体の壁面近傍では下流に向かって旋回流が徐々に弱まることになるが氷の生成も弱まるので、本体の内面に氷が付着・成長する問題は防止される。
【0036】
請求項2に記載の発明では、本体の截頭円錐形部が下側に、氷排出口が上側になるように配置しているので、トリガー物質が気体の場合には、気泡が浮力の作用を受けて上側の氷排出口に向けて安定して上昇するようになり、よって気柱を形成する問題が更に防止され、氷の生成効果が更に高められる。
【0037】
請求項3に記載の発明では、前記トリガー物質混入口を本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍の周壁に取付け、本体内の旋回流によって壁圧が負圧になることによりトリガー物質をトリガー物質混入口から吸引させるようにしているので、トリガー物質を供給するための装置と動力を必要とせず、よって構成の簡略化と運転コストの低減が図れる。
【0038】
請求項4に記載の発明では、トリガー物質混入口を截頭円錐形部の端部に設けているので、截頭円錐形部の端部からトリガー物質を供給することができる。
【0039】
請求項5に記載の発明では、前記トリガー物質混入口にトリガー物質供給装置を備えたので、本体及び截頭円錐形部の内部の旋回流による圧力の低下が少ない場合にもトリガー物質供給装置によってトリガー物質を確実に供給することができ、又、このときのトリガー物質供給装置の動力は小さくできる。
【0040】
請求項6に記載の発明では、前記トリガー物質に空気等の気体を用いているので、取扱いが容易である。
【0041】
請求項7に記載の発明では、トリガー物質に氷を含む液体を用いているので、氷蓄熱装置で製造した氷を含む氷水をトリガー物質として用いることができる。
【0042】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0043】
図4に示した如く、過冷却器54に水56を導入して過冷却状態に冷却した過冷却水58を過冷却解除装置60に供給して過冷却状態を解除することにより氷61を製造するようにしている氷蓄熱装置において、前記過冷却解除装置60として図1、図2に示す構成の過冷却解除装置1を備える。図1は過冷却解除装置の形態の一例を示す縦断面図、図2は図1のII−II方向矢視図である。
【0044】
図1、図2に示す過冷却解除装置1は、筒形の本体2を鉛直に有しており、該本体2の下端(一端側)には下側に向かって縮径した截頭円錐形部3を形成し、又、本体2の上端(他端側)には氷排出口4を備えている。図1では本体2の上端にも截頭円錐形部3’を形成してその端部軸中心に氷排出口4を形成するようした好適な例の場合を示しているが、截頭円錐形部3’を備えることなしに氷排出口4を設けたり、或いは本体2の上端に接線方向に氷排出口4を接続するようにしてもよい。又、前記本体2は完全な筒形ではなく全体がコーン状を有していてもよい。
【0045】
前記本体2の下端と截頭円錐形部3との繋ぎ部5の近傍には、接線方向に接続した過冷却水導入口6を設けており、該過冷却水導入口6は図4の過冷却水配管59に接続している。尚、図1の過冷却水導入口6は本体2の下端位置に設けているが、繋ぎ部5或いは截頭円錐形部3に設けてもよい。前記過冷却水導入口6は、その先端6aが本体2の内部に突出しており、且つその先端6aはノズル状に尖った形状となっている。
【0046】
一方、前記本体2の下端と截頭円錐形部3との繋ぎ部5の近傍、図1では本体2の下端の周壁に、トリガー物質混入口7を設けており、該トリガー物質混入口7にはトリガー物質流量調節弁8を設けている。前記したように、本体2内に形成される旋回流S1によって本体2の壁圧が負圧になるために、周壁に設けられたトリガー物質混入口7によってトリガー物質9が吸引されて自然に本体2内に供給されるようになる。従って、トリガー物質流量調節弁8は吸引されるトリガー物質9の供給量を調節するように作用する。トリガー物質混入口7は本体2に対して半径方向に取付けた場合を示しているが、本体2に対して接線方向に取付けてもよい。
【0047】
又、図1では、トリガー物質混入口7を本体2の下端周壁に設けた場合について図示したが、トリガー物質混入口7を截頭円錐形部3の周壁に設けるようしてもよい。
【0048】
更に、前記トリガー物質混入口7には、二点鎖線で示す如く空気等の気体、或いは氷を含む液体からなるトリガー物質9を供給するようにしたトリガー物質供給装置10を接続して設置してもよい。
【0049】
前記本体2の長さは、過冷却解除装置1内で過冷却状態が解除して完全に略0℃の氷水になるまでの時間が取れる長さに設定するのが好ましい。
【0050】
前記本体2及び截頭円錐形部3は非金属材料にて構成することが好ましい。又、本体2及び截頭円錐形部3を金属材料で構成する場合にはその内面に過冷却状態解除兼着氷防止層を形成しておくことが好ましい。過冷却状態解除兼着氷防止層としては、テフロン(登録商標)、ビニール、フェノール樹脂等の撥水性を有する高分子系材料、或いは撥水性を有するチタン酸化被膜等を用いることができる。一例としては金属筒体の内面にポリエチレンライニングしたものを用いることができる。
【0051】
次に上記形態例の作用を説明する。
【0052】
図1、図2の過冷却解除装置1において氷を製造する際には、図4のポンプ64からの水56を温度調節器65により例えば0.5℃の温度に調節し、この水56を過冷却器54に導入して過冷却温度(例えば−2℃前後)に冷却する。そして、過冷却器54によって冷却された過冷却水58は、過冷却水配管59により過冷却解除装置1の過冷却水導入口6に導かれ、本体2の下端と截頭円錐形部3との繋ぎ部5の近傍に接線方向から供給される。
【0053】
過冷却水58は、本体2と截頭円錐形部3との繋ぎ部5近傍に接続された過冷却水導入口6により接線方向から供給するので、本体2内の氷排出口4に向かう旋回流S1と截頭円錐形部3内に向かう強い旋回流S2とが形成される。このとき、截頭円錐形部3の下端は閉塞されていて下方に流動することができないために、截頭円錐形部3内で強い旋回流S2を形成した過冷却水は、本体2内側に向かって流動するようになり、よって図5、図6に示したような接線方向の導入部に向かう引戻し流Xは消失し、安定した上昇流Yが形成されるようになる。
【0054】
従って、本体2と截頭円錐形部3との繋ぎ部5近傍にトリガー物質混入口7によって供給される空気等の気体、或いは氷を含む液体からなるトリガー物質9は、截頭円錐形部3内の強い旋回流S2によって過冷却水58と効果的に混合され、截頭円錐形部3の内部において氷の生成が最大限に行われるようになる。このとき、截頭円錐形部3の内部には強い旋回流S2が形成されるので、氷を剥ぎ取る効果が強く、よって截頭円錐形部3の内面に氷が付着・成長する問題は防止される。このとき、前記過冷却水導入口6の先端6aが本体2の内部に突出し、且つその先端6aがノズル状に尖らせた形状を有しているので、過冷却水導入口6への氷の付着・成長も防ぐことができる。
【0055】
前記トリガー物質9としては、空気等の気体或いは氷を含む液体等を用いることができ、空気等の気体を用いた場合には取扱いが容易であり、又、氷を含む液体を用いた場合には、氷蓄熱装置で製造した氷を含む氷水を利用することができる。
【0056】
前記截頭円錐形部3内に形成された強い旋回流S2は、本体2内を氷排出口4に向かって徐々に旋回力を弱められて流動するが、この間にもトリガー物質9と過冷却水58とは混合を行って良好な氷の生成を維持する。一方、トリガー物質混入口7から前記本体2と截頭円錐形部3との繋ぎ部5近傍の周壁部に供給されるトリガー物質9は、過冷却水58に対して外周側から混合されることになるので、過冷却水58に対して非常に良好に混合されるようになり、このことからもトリガー物質9が気体の場合に気柱が形成される問題を防止できる。又、気泡及び比重の小さい氷は本体2内を氷排出口4に向かって移動する間に徐々に軸中心側に集まることになるために本体2の軸中心部では過冷却状態の解除が促進されて解除が完了し、逆に本体2の壁面近傍では下流に向かって旋回流が徐々に弱まることになるが氷の生成も弱まるので、本体2の内面に氷が付着・成長する問題は防止される。このとき、本体2の上端部にも截頭円錐形部3’を形成すると、該截頭円錐形部3’の内部に強い旋回流を形成させて、截頭円錐形部3’の内面に氷が付着・成長する問題も防止できる。
【0057】
前記本体2及び截頭円錐形部3は非金属材料で構成すると氷が付着し難くなるので好ましい。又、本体2及び截頭円錐形部3を金属材料で構成する場合には、その内面に、テフロン(登録商標)、ビニール、フェノール樹脂等の撥水性を有する高分子系材料、或いは撥水性を有するチタン酸化被膜等の過冷却状態解除兼着氷防止層を形成しておくと、氷が付着し難くなるので好適である。
【0058】
又、図1に示す如く、本体2の截頭円錐形部3が下側に、氷排出口4が上側になるように配置したことによって、トリガー物質9が気体の場合には、気泡が浮力の作用を受けて上側の氷排出口4に向けて安定して上昇するようになるので、気柱が形成される問題が更に確実に防止され、氷の生成効果が更に高められる。
【0059】
一方、図1に示す如く、本体2と截頭円錐形部3との繋ぎ部5近傍の周壁にトリガー物質混入口7を設けたので、本体2内の旋回流S1により壁圧が負圧になることによってトリガー物質混入口7の開口7’から大気をトリガー物質9として吸引することができる。従って、トリガー物質混入口7のトリガー物質流量調節弁8の開度を調節するのみで、トリガー物質9の供給量を調節することができ、トリガー物質9を供給するための装置と動力を省略することができ、よって構成の簡略化と運転コストの低減を図ることができる。
【0060】
又、上記したようにトリガー物質9と過冷却水58とが接触して過冷却状態が解除され、截頭円錐形部3及び本体2内で一旦氷が生成すると、以後は生成した氷核を起点として連続的に過冷却状態が解除されるようになるので、トリガー物質9の供給は初期のみに行い、以後はトリガー物質9の供給を停止するようにしてもよい。
【0061】
一方、二点鎖線で示すように、トリガー物質混入口7にトリガー物質供給装置10を接続して備えた場合には、本体2及び截頭円錐形部3の内部の旋回流S1,S2による圧力の低下が少ない場合にも、トリガー物質供給装置10によってトリガー物質9を確実に供給することができる。このときのトリガー物質供給装置10の動力は小さくてよい。
【0062】
図3は、本発明における過冷却解除装置の形態の他の例を示す縦断面図である。
【0063】
図3は、トリガー物質混入口7を截頭円錐形部3の下端の端部に設けた場合を示したものであり、図3の場合ではトリガー物質混入口7を截頭円錐形部3の端部の軸中心位置に設けているが、トリガー物質混入口7を偏心した位置に設けるようにしてもよい。又、図3のその他の構成については前記図1、図2に示した構成と同一であり、図3の構成が奏する作用効果も前記図1、図2の場合と略同等であるので詳細な説明は省略する。
【0064】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、トリガー物質としては空気以外のガス等の過冷却状態を解除できるものであれば種々のものを用い得ること、トリガー物質混入口の形状は種々選定し得ること、その他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。
【0065】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているため、次のような優れた効果を奏し得る。
【0066】
請求項1に記載の発明によれば、本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍に接線方向から接続した過冷却水導入口によって過冷却水を供給するようにしたので、本体内に氷排出口に向かう旋回流と閉塞された截頭円錐形部内に向かう強い旋回流とが形成されるようになり、よって本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍にトリガー物質混入口にて供給される空気等の気体、或いは氷を含む液体からなるトリガー物質は、截頭円錐形部内の強い旋回流によって過冷却水と効果的に混合されるようになり、截頭円錐形部の内部において氷の生成が最大限に行われる。このとき截頭円錐形部の内部には強い旋回流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の内面に氷が付着・成長する問題は防止される。
【0067】
更に、截頭円錐形部内で強い旋回流を形成した過冷却水は本体内を氷排出口に向かって徐々に旋回力を弱めながら流動することになるが、この間にもトリガー物質と過冷却水とが混合して良好な氷の生成を維持する。更に、トリガー物質混入口によって前記本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍の周壁部から供給されるトリガー物質は、過冷却水に対して外周側から混合されるので、過冷却水との混合が非常に良好に行われるようになり、更に過冷却水が引戻し流を生じることなく氷排出口に向かって流動するので、トリガー物質が気体の場合においても、気柱の形成が防止される。又、気泡及び比重の小さい氷は本体内を氷排出口に向かって移動する間に徐々に軸中心側に集められることになるために、本体の軸中心部では過冷却状態の解除が促進されて解除が完了し、逆に本体の壁面近傍では下流に向かって旋回流が徐々に弱まることになるが氷の生成も弱まるので、本体の内面に氷が付着・成長する問題は防止される。
【0068】
請求項2に記載の発明では、本体の截頭円錐形部が下側に、氷排出口が上側になるように配置しているので、トリガー物質が気体の場合には、気泡が浮力の作用を受けて上側の氷排出口に向けて安定して上昇するようになり、よって気柱を形成する問題が更に防止され、氷の生成効果が更に高められる。
【0069】
請求項3に記載の発明では、前記トリガー物質混入口を本体と截頭円錐形部との繋ぎ部近傍の周壁に取付け、本体内の旋回流によって壁圧が負圧になることによりトリガー物質をトリガー物質混入口から吸引させるようにしているので、トリガー物質を供給するための装置と動力を必要とせず、よって構成の簡略化と運転コストの低減が図れる。
【0070】
請求項4に記載の発明では、トリガー物質混入口を截頭円錐形部の端部に設けているので、截頭円錐形部の端部からトリガー物質を供給することができる。
【0071】
請求項5に記載の発明では、前記トリガー物質混入口にトリガー物質供給装置を備えたので、本体及び截頭円錐形部の内部の旋回流による圧力の低下が少ない場合にもトリガー物質供給装置によってトリガー物質を確実に供給することができ、又、このときのトリガー物質供給装置の動力は小さくできる。
【0072】
請求項6に記載の発明によれば、前記トリガー物質に空気等の気体を用いているので、取扱いが容易である。
【0073】
請求項7に記載の発明によれば、トリガー物質に氷を含む液体を用いているので、氷蓄熱装置で製造した氷を含む氷水をトリガー物質として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の氷蓄熱装置に備える過冷却解除装置の形態の一例を示す縦断面図である。
【図2】図1のII−II方向矢視図である。
【図3】本発明における過冷却解除装置の形態の他の例を示す縦断面図である。
【図4】一般的な氷蓄熱装置の概略構成を示すブロック図である。
【図5】従来の過冷却解除装置の一例を示す縦断面図である。
【図6】従来の過冷却解除装置の他の例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 過冷却解除装置
2 本体
3 截頭円錐形部
4 氷排出口
5 繋ぎ部
6 過冷却水導入口
7 トリガー物質混入口
8 トリガー物質流量調節弁
9 トリガー物質
10 トリガー物質供給装置
58 過冷却水
S1 旋回流
S2 旋回流 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an ice that can reliably release the supercooling state with a simple configuration and low operating cost, and prevents the problem of ice adhering and growing in the supercooling release device. The present invention relates to a heat storage device.
[0002]
[Prior art]
As a conventional ice heat storage device, the one shown in FIG. 4 is known. The ice heat storage device includes a
[0003]
The
[0004]
Therefore, the
[0005]
The
[0006]
The above-described
[0007]
Accordingly, as described above, as a method of reducing the problem of ice adhering and growing on the inner surface of the
[0008]
As such a supercooling release device, supercooling water is introduced from the axial center of the large-diameter end of the main body having a frustoconical shape, and at the same time, seed ice or gas is added to the large-diameter end from the tangential direction. Introduced with running water to release supercooling by swirling flow of sidestream water, ice was generated, then the supply of seed ice or gas was stopped, and self-release of supercooling was made to occur by the generated ice There are some (see, for example, Patent Document 1).
[0009]
In addition, a tangential supercooling water inlet is provided at the upper end of the cylindrical main body, an ice outlet is provided at the lower end, and supercooling water is introduced from the supercooling water inlet and swirled by the supercooling water into the main body. Furthermore, at the axial center position of the upper end of the main body, a lower end projects into the main body, and a lower end protrudes into the main body so as to start the release of the supercooled state by supplying and cooling the refrigerant inside and cooling it. There is one in which a gas supply device for blowing air or the like is connected in the middle of the supercooling water pipe communicating with the supercooling water inlet (see, for example, Patent Document 2).
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2002-13846 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 06-74498
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
[0012]
In the ice heat storage device provided with the
[0013]
In order to stably produce ice in the cyclone type
[0014]
However, as described above, even if the swirl speed by the
[0015]
5 has a problem that ice adheres to the inner surface of the
[0016]
Further, the apparatus shown in FIG. 5 has a complicated structure because it requires a
[0017]
Further, in order to reliably release the supercooled state, it is considered that a trigger substance such as air is mixed into the
[0018]
On the other hand,
[0019]
Furthermore, at the axial center position of the upper end of the
[0020]
In the ice heat storage device provided with the supercooling
[0021]
However, in the cyclone type supercooling
[0022]
Further, the
[0023]
Further, the
[0024]
Further, even in the case of the cyclone type supercooling
[0025]
The present invention has been made by paying attention to the problems existing in the prior art as described above, and the supercooling release device can reliably release the supercooling state with a simple configuration and low operating cost. An object of the present invention is to provide an ice heat storage device capable of preventing the problem of ice adhering and growing in the cooling release device.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0027]
The invention according to
[0028]
According to a third aspect of the present invention, the trigger substance mixing port is provided in a peripheral wall in the vicinity of a connecting portion between the main body and the truncated cone portion, and the trigger is caused by the wall pressure becoming negative due to the swirling flow in the main body. The ice storage device according to
[0029]
The invention according to
[0030]
The invention according to
[0031]
The invention according to
[0032]
The invention according to
[0033]
According to the above means, it operates as follows.
[0034]
In the first aspect of the invention, since the supercooling water is supplied by the supercooling water introduction port connected from the tangential direction in the vicinity of the connecting portion between the main body and the frustoconical portion, the ice discharge port is provided in the main body. And a strong swirl flow toward the closed truncated cone-shaped portion are formed, and therefore, the trigger substance mixing port is supplied in the vicinity of the joint between the main body and the truncated cone-shaped portion. A trigger substance consisting of a gas such as air or a liquid containing ice is effectively mixed with the supercooled water by the strong swirling flow in the truncated cone part, and the ice substance in the truncated cone part Generation is maximized. At this time, since a strong swirling flow is formed inside the truncated cone-shaped portion, the effect of peeling off the ice is strong, so that the problem of ice adhering and growing on the inner surface of the truncated cone-shaped portion is prevented.
[0035]
Furthermore, the supercooling water that forms a strong swirling flow in the frustoconical portion will flow while gradually reducing the swirling force toward the ice outlet in the main body. To maintain good ice formation. Furthermore, since the trigger substance supplied from the peripheral wall portion in the vicinity of the connecting portion between the main body and the truncated cone portion by the trigger substance mixing port is mixed with the supercooling water from the outer peripheral side, Mixing is performed very well, and further, the supercooled water flows toward the ice outlet without causing a pullback flow, preventing the formation of air columns even when the trigger material is gas. The Also, since bubbles and small ice of specific gravity are gradually gathered toward the shaft center while moving toward the ice discharge port in the main body, the release of the supercooled state is promoted at the shaft central portion of the main body. On the contrary, in the vicinity of the wall surface of the main body, the swirl flow gradually weakens toward the downstream side, but the formation of ice also weakens, so that the problem of ice adhering and growing on the inner surface of the main body is prevented.
[0036]
In the invention according to
[0037]
According to a third aspect of the present invention, the trigger substance mixing port is attached to the peripheral wall in the vicinity of the connecting portion between the main body and the truncated cone-shaped part, and the trigger substance is removed by the wall pressure becoming negative due to the swirling flow in the main body. Since it is made to attract from a trigger substance mixing port, the apparatus and power for supplying a trigger substance are not required, Therefore The structure can be simplified and the operating cost can be reduced.
[0038]
According to the fourth aspect of the present invention, the trigger substance mixing port is provided at the end of the frustoconical part, so that the trigger substance can be supplied from the end of the frustoconical part.
[0039]
In the invention according to
[0040]
In invention of
[0041]
In the invention according to
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0043]
As shown in FIG. 4,
[0044]
The supercooling
[0045]
A supercooling
[0046]
On the other hand, a trigger
[0047]
1 shows the case where the trigger
[0048]
Furthermore, a trigger
[0049]
The length of the
[0050]
The
[0051]
Next, the operation of the above embodiment will be described.
[0052]
When producing ice in the
[0053]
Since the supercooling
[0054]
Therefore, the trigger substance 9 made of a gas such as air or a liquid containing ice supplied near the connecting
[0055]
As the trigger substance 9, a gas such as air or a liquid containing ice can be used. When the gas such as air is used, the handling is easy, and when the liquid containing ice is used. Can use ice water containing ice produced by an ice heat storage device.
[0056]
The strong swirl flow S2 formed in the frustoconical portion 3 flows in the
[0057]
The
[0058]
Further, as shown in FIG. 1, the frustoconical portion 3 of the
[0059]
On the other hand, as shown in FIG. 1, since the trigger
[0060]
In addition, as described above, the trigger substance 9 and the supercooled
[0061]
On the other hand, as shown by a two-dot chain line, when the trigger
[0062]
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another example of the form of the supercooling release device according to the present invention.
[0063]
FIG. 3 shows a case where the trigger
[0064]
The present invention is not limited only to the above-described embodiments, and various trigger substances can be used as long as they can cancel the supercooled state of gases other than air. Of course, various shapes can be selected, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
[0065]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there can exist the following outstanding effects.
[0066]
According to the first aspect of the present invention, since the supercooling water is supplied by the supercooling water introduction port connected from the tangential direction in the vicinity of the connecting portion between the main body and the frustoconical portion, A swirl flow toward the discharge port and a strong swirl flow toward the closed frustoconical portion are formed, so that the trigger material mixing port is supplied near the junction between the main body and the frustoconical portion. The trigger substance consisting of a gas such as air or a liquid containing ice is effectively mixed with the supercooled water by the strong swirling flow in the truncated cone part, and inside the truncated cone part Ice generation is maximized. At this time, since a strong swirling flow is formed inside the truncated cone-shaped portion, the effect of peeling off the ice is strong, so that the problem of ice adhering and growing on the inner surface of the truncated cone-shaped portion is prevented.
[0067]
Furthermore, the supercooling water that forms a strong swirling flow in the frustoconical portion will flow while gradually reducing the swirling force toward the ice outlet in the main body. To maintain good ice formation. Furthermore, since the trigger substance supplied from the peripheral wall portion in the vicinity of the connecting portion between the main body and the truncated cone portion by the trigger substance mixing port is mixed with the supercooling water from the outer peripheral side, Mixing is performed very well, and further, the supercooled water flows toward the ice outlet without causing a pull-back flow, thus preventing the formation of air columns even when the trigger material is a gas. . Also, since bubbles and small ice of specific gravity are gradually gathered toward the shaft center while moving toward the ice discharge port in the main body, the release of the supercooled state is promoted at the shaft central portion of the main body. On the contrary, in the vicinity of the wall surface of the main body, the swirl flow gradually weakens toward the downstream side, but the formation of ice also weakens, so that the problem of ice adhering and growing on the inner surface of the main body is prevented.
[0068]
In the invention according to
[0069]
According to a third aspect of the present invention, the trigger substance mixing port is attached to the peripheral wall in the vicinity of the connecting portion between the main body and the truncated cone-shaped part, and the trigger substance is removed by the wall pressure becoming negative due to the swirling flow in the main body. Since it is made to attract from a trigger substance mixing port, the apparatus and power for supplying a trigger substance are not required, Therefore The structure can be simplified and the operating cost can be reduced.
[0070]
According to the fourth aspect of the present invention, the trigger substance mixing port is provided at the end of the frustoconical part, so that the trigger substance can be supplied from the end of the frustoconical part.
[0071]
In the invention according to
[0072]
According to invention of
[0073]
According to the seventh aspect of the present invention, since the liquid containing ice is used as the trigger substance, ice water containing ice produced by an ice heat storage device can be used as the trigger substance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a form of a supercooling release device provided in an ice heat storage device of the present invention.
FIG. 2 is a view taken in the direction of arrows II-II in FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another example of the form of the supercooling release device according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a general ice heat storage device.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional supercooling release device.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another example of a conventional supercooling release device.
[Explanation of symbols]
1 Supercooling release device
2 body
3 truncated cone part
4 Ice outlet
5 joints
6 Supercooling water inlet
7 Trigger substance mixing port
8 Trigger substance flow control valve
9 Trigger substances
10 Trigger substance supply device
58 Supercooled water
S1 Swirl flow
S2 Swirl flow
Claims (7)
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