JPH02146438A - 直接接触式冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、冷媒液に水その他のブライン液を直接接触さ
せながらスラリー状に氷化した負荷冷却源（以下スラリ
ー液という）を得る直接接触式冷却装置に係り、特にス
ラリー液を貯溜する蓄冷槽を有する直接接触式冷却装置
に関する。

「従来の技術」 従来より電力負荷の平滑化や負荷冷却源の温度変動を防
止する為に、冷凍サイクルと負荷エネルギサイクル間に
蓄冷槽を介在させ、例えば夜間電力を利用して冷凍サイ
クルを運転する事により前記蓄冷槽内に負荷冷却源を貯
溜した後、昼間の需要時期に前記負荷冷却源を利用して
負荷エネルギサイクルを循環させて冷房冷却水の製造等
を行うようにした蓄冷熱システムは公知であり、この種
の蓄冷熱システムには前記冷凍サイクル内を循環する冷
媒と、負荷エネルギサイクルを循環する水その他のブラ
インとが熱交換器を介して接触させて前記負荷冷却源を
製造する１例えばアイスバンク等の間接接触方式と、前
記冷媒とブラインが直接接触する直接接触方式とが存在
するが、後者は前者に比較して熱交換器が不要になる為
に小型化が達成される、熱交換器等に奪われる熱損失が
ない為に冷媒の蒸発温度をブラインの氷結温度と同一に
設定出来、その分圧’Ｉａ＠も小さくて済み且つ圧縮動
力も大幅に低減し得る、前記ブラインはシャーベット（
スラリー）状に氷化される為に溶融が速やかであり、負
荷冷却源としての取り出しが容易、等の長所を有する為
に近年急速に注目されつつある。

そしてかかる直接接触式の冷却装置は種々存在するが、
その多くは、ブラインを収容する蓄冷槽の液相中、具体
的には前記蓄冷槽の底側付近にノズルを配し、該ノズル
より冷媒液を噴射させる事により、該冷媒液の蒸発熱源
を利用して前記ブラインを奪熱し、スラリー状の水晶化
せしめて負荷冷却源として前記ブライン液相上に逐次浮
遊製造させていくものである。（特開昭１３１−２７２
５３９号他） 「発明解解決しようとする課題」 しかしながらかかる装置においては、液相上面に水晶化
したスラリー状の氷が常に浮遊堆積している為に、氷の
生成量が多くなると水面上で氷同志が集積固化して液相
を密封する事になる為に、前記液相中で奪熱された冷媒
が蒸発しに〈〈なり、結果として冷凍サイクル中に循環
する冷媒が不足して安定した運転が出来なくなり、冷凍
能力に支障を来すことになる。

又前記装置ではノズル開口が常に液相中に存在する事が
前提となるものである為に、氷の製造量に制約を受ける
のみならず、該ノズルが液相中に存在する為に、ノズル
開口が氷で封鎖されてしまう場合がある。

又前記装置では噴出冷媒との接触が頻繁に行われるノズ
ル周囲とその上方の氷層で過冷却が生じ氷の生成が均一
化されないのみならず蓄冷槽内で温度差が生じ易い。

かかる欠点を解消する為に、凝縮過程の加熱冷媒ガスを
、ノズル先端部を囲繞する如く噴出させてノズル開口の
封鎖を阻止せんとしたり、又蓄冷槽上下に開口する筒体
内に前記ノズルを配設させて該筒体内で上方に向けて冷
媒を噴出させる事により、積極的に対流現象を生ぜしめ
冷媒の蒸発の促進、蓄冷温度の均−化等を図ったりして
いる技術（特開昭８１−２９５４４２号、特開昭８２−
２８８９７３号）が開示されているが、いずれも液相内
で冷媒を噴出させて熱交換を行うという基本構成に変化
がない為に前記従来技術の欠点全てを解消する事は不可
能であり、又特に冷凍能力の低下と装置の複雑化等の副
次的な欠点が派生する。

本発明はかかる従来技術の欠点を完全に解消し、前記ブ
ラインと冷媒との円滑な接触を図りつつ熱交換効率の面
で又運転効率の面で極めて好ましい直接接触式冷却装置
を提供する事を目的とする。

「課題を解決する為の手段」 本発明は上記の課題を解決するために、冷却源生成槽兼
蓄冷槽として機能する閉鎖空間内に、ブラインと冷媒液
を個別に又は前もって混合化させた状態で噴射させる噴
射域と、前記冷媒とブラインとを直接接触にて熱交換さ
せる熱交換域と、該熱交換域で生成した冷却源をスラリ
ー状に貯溜させる蓄冷域とを夫々個別に設けるとともに
、これらが前記噴射域の下方に熱交換域、又その下方に
蓄冷域と、前記各域が上方より順次下方に向は形成され
ている事を特徴とする直接接触式冷却装置を提案する。

この場合前記噴射域は、例えばブラインを噴射するノズ
ル群の下方に冷奴液を噴射するノズル群を配置する事に
より、ブラインを噴射するノズル群の氷結による目詰ま
り防止する事が出来る。

又前記噴射域は、冷媒液とブラインとをエゼクタ−で混
合し、凝縮熱を保有する冷媒液をブラインで冷却しつつ
且つブラインの温度をエゼクタ−内で０°Ｃ以上に昇温
しつつ、霧化状態にある前記両液を円滑に噴射域まで導
く事が可能であり、この結果前記冷媒液のノズルの目詰
まり防止と熱効率の大幅向上が図れる。

又前記熱交換域は、例えば第３図に示すように表面に前
記冷媒とブラインとが接触可能な形状を有する多数の充
填材を集積させて形成されるものであり、この場合、該
充填材に氷結したブラインの剥離を促進させる為に、ブ
ライン中に界面活性作用を有する物質を混和させてもよ
く、又前記充填材表面に低摩擦抵抗膜を被覆してもよい
。

尚、前記ブラインは水のみに限定される事なく、食塩水
やエチレングリコール水溶液を用いる事も可である。

更に前記熱交換域は、冷却源生成槽兼蓄冷槽として機能
する閉鎖空間内に設ける事なく、例えば第５図に示すよ
うに冷媒液とブラインとを混合させる混合手段１７と、
該混合させた混合流体をミクシングにより熱接触を図る
ミキシング手段１８を蓄冷槽３内に配した噴射手段１７
に接続し、前記ミキシング手段１８で熱交換した混合流
体を、混合流体を噴射手段１７により、閉鎖空間３下方
に噴射させながら水晶化された冷却源を生成させた後、
該冷却源を閉鎖空間３下方の蓄冷域３Ｃに貯溜させるよ
うに構成してもよい。

「作用」 かかる請求項１）乃至８）に記載した技術手段によれば
、前記従来技術のように氷結したブライン貯溜域中にノ
ズルを配置するのではなく、ノズルが配置されている噴
射域と、蓄冷域とを上下に区別して配設した為に、冷媒
液と水を別々に設けたノズルから熱交換域上部の空間内
に噴射させるか又は冷媒液と水をエゼクタ−で混合した
後冷却器内に噴出させて、充填材を充填した熱交換部で
冷媒液と水を熱交換させて水を氷結させその下方の蓄冷
域内にスラリー状に貯溜させる事が出来る為に、ノズル
の閉塞を防ぐことが出来、安定した給液を行うことが出
来、而も冷媒蒸発温度と晶析温度の差を小さくすること
が出来る。

又熱交換域で生成した水晶化した氷は、常に下方の蓄冷
域に落下する為に、前記熱交換域中で奪熱された冷媒が
蒸発の何等障害になる事なく、結果として冷凍サイクル
中に′＠環する冷媒の不足が生じる事なく長期に亙って
安定した運転が可能となり、冷凍能力に支障を来すこと
もない。

又木技術手段は、熱交換域で水晶化したスラリーのみが
下方の蓄冷域に落下する為に、蓄冷域内で温度差が生じ
る恐れが少ない。

又請求項７）に記載した技術手段によれば１ｉｉｊもっ
て噴射手段１７に導入される前に、ミキシング手段１８
で熱交換し、はぼ氷晶点付近まで熱降下させた混合流体
を噴射手段１７により噴射させる為に、その下方に充填
材集結層からなる熱交換域を設けなくても、水晶化が容
易であり、且つ前記技術手段と同様の効果を達成し得る
。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載Ｓれている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限
定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図は本発明の実施例に係る蓄冷システムの概略構成
を示し、１は冷凍サイクル、２は負荷サイクルで、両サ
イクル間に蒸発器としても機能する冷却源生成槽兼蓄冷
槽（以下蓄冷槽３という）が介在している。

冷凍サイクルｌは、公知のようにオクタフルオタシクロ
ブタン（Ｃ３１８）からなる冷媒の循環経路中に、モー
タ１１に連結されたオイルフリータイプのスクリュー圧
縮機１２、凝縮器１３．受液器１４．膨張弁１５、茂発
器として機能する蓄冷槽３が配設され、圧Ｉｉｉ機１２
で圧縮された冷媒は、凝縮器１３及び受液器１４を介し
て凝縮液化された後、膨張弁！５を介して蓄冷４６３内
でブライン（水）との熱交換により奪熱蒸発された後、
再度前記圧縮機１２の吸入側に戻入され、かかるサイク
ルを縁り返し行うように構成されている。

次に前記蓄冷槽３の内部構成について詳細に説明する。

蓄冷槽３は縦形の大径円筒容器で形成され、その内部空
間上方位置に、ブライン循環管４１と連接されたブライ
ン噴出ノズル管３１とその下方に膨張弁１５吐出側と連
接された冷媒噴出ノズル管３２が配設され、そしていず
れも夫々噴射口を下方に向は水平方向に延在せしめて噴
射域３Ａを形成する。

そして前記噴射域３Ａの下方の蓄冷槽略中央部に充填材
３３を集積配置して形成される熱交換域３Ｂを、又その
下方に、前記熱交換域３Ｂで生成したシャーベ−／　ト
上のブライン氷晶を貯溜する蓄冷域３Ｃを夫々形成する
。

熱交換域３Ｂは、例えば第３図（ａ）に示すように長方
形波形の薄いアルミ板を巻き込んで円筒形にした充填材
３３ａ、又同図（ｂ）の如く紐状プラスチックを簾形に
編んだ状態に成形した充填材３３ｂ、更に必要に応じて
これら充填材３３ａ、３２ｂ表面にテフロン（商品名）
膜等を被覆して形成される充填材３３を多段状に集積配
置して前記熱交換域３Ｂを形成する。

蓄冷域３Ｃは、その底側鎖部にポンプ２０を介してスラ
リー液を負荷サイクル２の途中に設けた熱交換器２１に
導く為の導出管２２と、又前記蓄冷域３Ｃ底端には循環
ポンプ２３を介してブライン循環管４！と連接されたバ
イパス管２４を夫々接続する。

次にかかる構成に基づく蓄冷槽３を中心とした作用を説
明する。

先ずブライン噴出ノズル管３１より蓄冷槽３内に噴出さ
れたブライン液は、その下方で、冷媒ノズル、管３２よ
り噴射された霧状の冷媒液と接触しつつ、熱交換域３Ｂ
の充填材３３表面に達する。

そして前記両液は熱交換域３Ｂで充填材３３表面をった
って徐々に下方に落下しながら、前記冷媒液より法発潜
熱を奪熱してブラインの水晶化を促進させた後、該奪熱
された冷媒蒸気が槽上端開口より戻入管１６を通って再
び圧縮機１２に戻される。

一方、前記蒸発潜熱により冷却されて水晶化したブライ
ンは、前記充填材３３表面より脱落して蓄冷域３Ｃに落
下し、該蓄冷域３Ｃ内にスラリー液として貯溜蓄冷され
る。

そして蓄冷されたスラリー液はポンプ２０を介して負荷
サイクル側の熱交換器２１に導きクーラその他の負荷冷
却に供されて加温された後、循環管４１を介して再度ブ
ラインノズル管３１に導かれ前記と同様な作用を繰り返
す、この場合においてバイパス管３４を介して前記蓄冷
域３Ｃ内で液化したブラインを再度ブラインノズル管３
１に導き、前記加温されたブライ／と混合しながら前冷
却を行う。

かかる実施例によれば前記した本発明の作用を円滑に達
成する宴が出来る。

第２図は膨張弁１５の代りにエゼクタ−１７を用いた前
記実施例の変形例で、未だ凝縮熱を保有する冷媒液をエ
ゼクタ−１７内で蓄冷域内で液化しほぼ氷結温度と同等
の温度を有するブラインと冷媒液との混合を図りつつノ
ズル管３２より蓄冷槽３内に噴射可能に構成している。

かかる実施例によれば前もってエゼクタ−１？で混合さ
れている為に、蓄冷槽内の冷却効果が大幅に向上すると
ともに、霧化状態に混合された状態でノズル管３２より
噴出する為に、ノズル管３２間口での氷結も防止される
。

第４図は熱交換域３Ｂを省略した他の実施例で、受液器
１４とノズル管３２間にエゼクタ−１７とスタティック
ミキサー１日を直列に配設するとともに、バイパス管３
４を介して前記蓄冷域３Ｃ内で液化したブラインをエゼ
クタ−１７に導き、未だ凝縮熱を保有する冷媒液をエゼ
クタ−１７内でほぼ氷結温度と同等の温度を有するブラ
インとの混合を図りつつその吐出側に設けたスタティッ
クミキサー１８により予備熱交換をしなから両液の温度
を一定にしつつ、ノズル管３２より蓄冷槽３内に噴射可
能に構成している。

かかる実施例によれば前もってエゼクタ１７で混合され
た後のブライと冷媒液との混合液を、更にスタティック
ミキサー１８によりで熱交換しほぼ氷結温度付近まで冷
媒液を降温させる為に、該混合液をノズル管３２より噴
出させた場合、その上方より噴射させたブラインの奪熱
がより効果的に行われ、熱交換域３Ｂを設けなくても前
記実施例とほぼ同様な効果を得る事が出来る。

尚、本発明に用いられる冷媒Ｃ３１８は、Ｒ１１４の代
替品として用いられる冷媒で米国食品添加物として指定
されている為に環境公害が生じる恐れもなく、又Ｒ１２
やＲ２２のようにタラスレート（冷媒が氷で包接された
もの）が生成する事もなく好ましい。

又前記冷媒には、詣肋酸エステル系界面活性剤、プロピ
レングリコール、エチレングリコール等を混合するのが
よい。

「発明の効果」 以↓二記載した如く本発明によれば、前記ブラインと冷
媒との円滑な接触を図りつつ熱交換効率の面で又運転効
率の而で極めて好ましい直接接触式冷却装置を提供し得
るとともに、特にノズルが配置されている噴射域と、ブ
ラインと冷媒の熱交換を行う熱交換域、及び蓄冷域を、
蓄冷槽として機能する閉鎖空間内に上下に区別して配設
した為に、ノズルの閉塞防止とともに、長期に亙って安
定した運転が可能となり、冷凍能力に支障を来すことも
ない。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すフローシー
ト図、第４図は本発明の他の実施例を示すフローシート
図である。 第３図（ａ）　、　（ｂ）は前記＠ｌ実施例の蓄冷槽内
の熱交換域を形成する充填材形状を示す概略図である。 第２図 特許出願人二株式会社前川製作所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）水その他のブラインに冷媒液を直接接触させながら
   水晶化された冷却源を生成する直接接触式冷却装置にお
   いて、冷却源生成槽兼蓄冷槽として機能する閉鎖空間内
   に、前記ブラインと冷媒液を個別に又は前もって混合化
   させた状態で噴射させる噴射域と、前記冷媒とブライン
   とを直接接触にて熱交換させる熱交換域と、該熱交換域
   で生成した冷却源をスラリー状に貯溜させる蓄冷域とを
   、上方より順次形成した事を特徴とする直接接触式冷却
   装置 ２）前記噴射域が、ブラインを噴射するノズル群の下方
   に冷媒液を噴射するノズル群を配置して形成される噴射
   域である請求項１）記載の直接接触式冷却装置 ３）冷媒液とブラインとをエゼクターで混合した後、前
   記噴射域に導かれるようにした請求項１）記載の直接接
   触式冷却装置 ４）前記熱交換域が、表面に前記冷媒とブラインとが接
   触可能な形状を有する多数の充填材を集積させて形成さ
   れる請求項１）記載の直接接触式冷却装置 ５）前記ブライン中に界面活性作用を有する物質を混和
   させた請求項１）記載の直接接触式冷却装置 ６）前記充填材表面に低摩擦抵抗膜が形成されている請
   求項１）記載の直接接触式冷却装置 ７）水その他のブラインに冷媒液を直接接触させながら
   水晶化された冷却源を生成する直接接触式冷却装置にお
   いて、冷媒液とブラインとを混合させる混合手段と、該
   混合させた混合流体をミクシングにより熱接触を図るミ
   キシング手段を設け、該ミキシング手段で熱交換した混
   合流体を、冷却源生成槽兼蓄冷槽として機能する閉鎖空
   間内に噴射させながら水晶化された冷却源を生成させ、
   該冷却源を閉鎖空間下方の蓄冷域に貯溜させる事を特徴
   とする直接接触式冷却装置