JPH04170A

JPH04170A - 過冷却器

Info

Publication number: JPH04170A
Application number: JP9930790A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Yamashita; 勝也山下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1992-01-06
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JP2755775B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、蓄熱用製氷装置等に用いられる過冷却器に係
り、特に過冷却水を生成する流路をコンパクトに納めて
小型化を可能にする過冷却器に関する。

（従来の技術）氷蓄熱空調システムは、氷の製造に係る冷凍機について
安価な深夜電力を利用でき、かつこれによって冷熱を消
費する昼間の電力ピークを抑え、電力負荷の平準化を可
能にするものとして期待される。そして、この氷蓄熱空
調システムにおいて、冷熱の蓄熱体（蓄熱水槽）に供給
する氷を製造する方法としては、従来から間接熱交換方
式と直接熱交換方式が知られている。　間接熱交換方式
とは、銅やポリエチレンでできた製氷用伝熱管の管外ま
たは管内に、冷凍機を用いて低温の冷媒（フロン等）ま
たは不凍液（ブライン）を流通させ、伝熱管の管壁を冷
却することによって伝熱管内（または伝熱管外）を流通
する被冷却液としての水から氷を生成する方法であり、
他方直接熱交換方式とは冷媒ガスを直接水中に吹込んで
製氷する方法である。

ところが間接熱交換方式においては、生成した氷は管壁
に付着して成長するが、氷の熱伝導率は低い。したがっ
て、氷が成長して厚みを増すにつれて、被冷却液から冷
媒への熱流束が小さくなって氷の成長速度が遅くなり、
製氷能力が劣化する。

氷の成長を促進するには、管壁に付着した氷が厚くなっ
たときに冷媒の温度を下げればよいが、そうすると冷凍
機の成績係数（ＣＯＰ；冷凍量とそのために要する仕事
量の熱当量の比）が下がる。

また蓄熱水槽内に伝熱管（通常複数本）を導入して製氷
する場合は、隣合う伝熱管のピッチが狭いほど、塊状の
氷はできにくくなり、蓄熱水槽内において氷を隙間なく
充填して蓄熱効率を高めることができる。しかし、一方
で多数の伝熱管が蓄熱水槽内に浸漬することになって生
成した氷を納める容積が奪われるという欠点がある。こ
れに対して、隣合う伝熱管のピッチを広げると、伝熱管
表面に付着する氷の厚みが増す。そうすると上述のよう
に冷凍機の成績係数が下がるばかりでなく、塊状の氷の
ため、解氷分布が不均一になって冷熱の取出しにムラが
生じる。さらに塊状の氷は蓄熱水槽内において空間の無
駄なく充填することはできず、氷の充填率は２０〜３０
％程度である。したがって蓄熱効率は、冷水を用いる蓄
熱水槽と比べてあまりよくはならない。

このため、間接熱交換方式においても伝熱管の管壁に着
氷しないように、被冷却液としての水にエチレングリコ
ールなどの不凍液を混合する方法が最近注目されている
。この方法によれば、被冷却液中の水分から氷が生成し
ても不凍液によって搬送され、伝熱管壁に着氷すること
はない。かつ生成する氷はシャーベット状である。この
ため、塊状の氷と違って氷の充填率も５０〜６０％に高
めることができる。

しかし、不凍液を混在させるだけでも被冷却液を冷却す
る冷媒温度を下げなければならないが、氷の生成が進む
と被冷却液中の不凍液の濃度が高くなるため、さらに冷
媒温度を−１０〜−２０゜Ｃ程度に下げなければならな
い。このため、やはり冷凍機の成績係数は低いものにな
る。さらに、伝熱管表面は、着氷を防ぐため例えば鏡面
仕上げを施すなどした滑らかなものを使用しなければな
らず、熱交換に係る設備が高価なものになる。

一方、直接熱交換方式の場合は、冷媒の温度は０°Ｃ程
度（０℃以下）でも十分なため、冷凍機の成績係数は上
がる。また伝熱管は使用しないため、蓄熱水槽において
伝熱管に氷の収納スペースを奪われることはなく、かつ
伝熱管への着氷による氷塊も発生しない。したがって蓄
熱水槽内の氷の充填率は５０〜６０％程度になる。

しかし、冷媒ガスとして最もよく用いられるフロンは、
水と混合すると反応し、腐食性の塩素ガスを発生すると
いう問題がある。また冷媒中に混入する冷凍機（圧縮機
）用の潤滑油を分離する必要がある上、冷媒の回収時に
混入する水分が圧縮機を腐食させるおそれもある。

この他、間接熱交換方式において、氷の充填率の低下と
冷凍機の成績係数の低下に鑑み、製氷部と蓄熱水槽を分
離したハーベストタイプと呼ばれる氷蓄熱システムも提
案されている。このシステムは蓄熱水槽上部の製氷部に
ある伝熱管表面に一定（比較的薄い）の厚さの氷を生成
させた後、伝熱管の表面を暖め、生成した氷を下方の蓄
熱水槽に落下・蓄積させる方式である。

しかし、この方式は製氷部において、冷却（製氷）と加
熱（溶水）という二段階の過程が必要でそのコントロー
ルが複雑である上に、製氷部は冷却と加熱のための装置
を備えることから蓄熱水槽とほぼ同じ大きさになってし
まう。このため、システムは全体として大きなものにな
ってしまい、コストが嵩むという難点がある。

そこで、間接熱交換方式と直接熱交換方式のそれぞれに
固有な欠点を回避するため、特開昭６３−２１７１７１
号公報には、次のような製氷装置と製氷方式が提案され
ている。すなわち、蓄熱水槽の上方に水の過冷却器を設
置し、この過冷却器内部に断熱して納めた給水管（伝熱
管）内で冷凍機を用いて水を０℃以下（−４℃程度）に
過冷却する。そしてこの水を蓄熱水槽内に送込む際、例
えばメツシュ状の衝突板に衝突させ、衝撃によって過冷
却水を結氷させ、蓄熱水槽に蓄えるというものである。

この方式は、伝熱管の表面で製氷することはなく、また
簡単な装置ですむ製氷方式でありながら、水充填率のよ
いシャーベット状の水を生成することができる。そして
水の過冷却時にもそれほど低温を必要としないため、冷
凍機の成績係数も良好である。

（発明が解決しようとする課題）ところがこの方式は、過冷却水が給水管内で結氷して給
水管を閉塞することがないように、給水管は真っ直ぐに
して過冷却水が澱みなく流れるようにしなければならな
い。これについて第３図を参照して説明する。

第３図は、湾曲し過冷却水１が流れる給水管２の断面図
である。このような給水管２においては、湾曲したＵ字
部３の曲り始めの部分３ａにおいて過冷却水１に遠心力
が働き、壁面に対する圧力は、内壁４側では低く、外壁
５側では高くなる。そうするとこの圧力差によって内壁
側４では流れの遅い澱み（渦）が生じ、過冷却水は凍結
して、凍結層６ａが内壁４に付着する。

一方、過冷却水１に対する遠心力は、Ｕ字部３の曲り終
りの部分３ｂにおいても働く。ただしここでは壁面に対
する圧力は、内壁４側で高く、外壁５側で低くなる。し
たがって過冷却水が凍結しててきる凍結層６ｂは、外壁
５に付着する。

そして、これら凍結層６ａ、６ｂは過冷却水の流れが続
くにつれて成長するため、やがて給水管２を閉塞してし
まう。

このような理由で給水管は直管とせさるを得ないが、水
を十分に過冷却するには、かなりの長さの給水管を必要
とする。したかって、給水管たけでなく、これを納める
過冷却器もそれにつれて長くなり、設置スペースの確保
が困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、上述の製氷
装置等で過冷却水の生成に用いられる過冷却器において
、過冷却水を生成する流路をコンパクトに納めて小型化
を可能にする過冷却器を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は上記課題を解決するために、水を流路に通しな
がら冷媒またはブラインとの間で熱交換し、０℃以下の
過冷却水を連続的に生成する過冷却器において、前記流
路は湾曲部を有し、さらにこの湾曲部を加熱する加熱装
置を備えたことを特徴とする。

（作用）本発明の過冷却器は、内部に納める過冷却水の流路を湾
曲させるが、この際湾曲部は加熱装置によって過冷却水
が凍結しない程度に加熱されるため、湾曲部において結
氷による閉塞が生じることはない。そして過冷却水の流
路を湾曲させることから、水を十分に過冷却するため直
線状にしたとき長くなる流路を設置する場合でも、過冷
却器自身は小型化することができる。

（実施例）以下第１図と第２図を参照して本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係る過冷却器１０の断面図
、また第２図は第１図の■−■線断面図である。過冷却
器１０の断熱されたシェル１１内には幾本かの伝熱管１
２がそれぞれシェル１１の外で１８０°折り返されなが
ら納められる。伝熱管１２の一端は給水口１３、また他
端は排水口１４となる。伝熱管１２の折り返し箇所はＵ
字状の湾曲部１５となるか、一方この湾曲部１５を囲ん
で凍結防止容器１６が設置され、湾曲部１５は凍結防止
容器１６に納められた０℃以上の不凍液１７に浸漬され
る。不凍液１７とは０℃以下でも凍結しない液体のこと
であり、例えばエチレングリコールなどがこれである。

またシェル１１には冷却液人口１８と冷却液出口１９が
設けられ、シェル１１−の内部にはこの冷却液入口１８
から冷却液出口１９にかけて伝熱管１２に触れさせなか
ら０℃以下の冷媒２０を流す。

なお冷媒の代りにブラインを流してもよい。

さて各伝熱管１２の給水口１３には水２１が送り込まれ
るが、この水２１は伝熱管１２内を流通する際、伝熱管
１２を介して冷媒２０との間で熱交換し、冷却される。

そして、０℃以下の過冷却水２２となって排水口１４が
ら排出される。過冷却水２２は排出された後、例えば図
示しない衝突板に衝突し衝撃によって結氷して、図示し
ない蓄熱水槽に蓄積する。したがって各伝熱管１２は、
水２１を過冷却水２２に冷却しながら運ぶ流路となる。

ところで、過冷却水２２が伝熱管１２内を流通する際、
湾曲部１５においては上述のように流れに澱みが生じる
。しかし本実施例においては、湾曲部１５は０℃以上の
不凍液１７に浸漬されているため、いくら過冷却水２２
の流れに澱みが生じても凍結に至ることはない。すなわ
ち０℃以上の不凍液１７とこれを納める凍結防止容器１
６は、過冷却水２２の加熱装置の役目を果たす。

しかし、伝熱管１２の湾曲部１５は、シェル１１内部に
納められて冷媒２０に晒される直管部と比べ相対的に短
い。したがって水２１または過冷却水２２は、湾曲部１
５で加熱されることがあって直管部で十分に冷却され、
徐々に温度を下げながら最終的には０℃以下に過冷却さ
れて排水口１４から排出される。ここで、排水段階に近
い湾曲部１５で十分に冷却された過冷却水２２と熱交換
する不凍液１７は０℃以下になることもあるが、凍結の
おそれはない。よって凝固によって伝熱管１２を破損す
ることはない。

なお加熱装置は本実施例のものに限られることはなく、
ヒータ等を用いてもよいが、凍結防止容器に納めた不凍
液を用いる本実施例の構成は、簡単でコストも安価です
む。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の過冷却器によれば、直線
状にしたとき長くなる流路を納める場合でも過冷却型自
身は小型化することができ、狭いスペースにおいても設
置が可能になる。しかも、湾曲部において結氷による閉
塞が生じることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る過冷却器の断面図、第
２図は第１図の■−■線断面図、第３図は過冷却水流路
の湾曲部の断面図である。１２・・・伝熱管、１６・・・不凍液、１７・・・凍結
防止容器、２０・・・冷却液、２１・・・水、２２由過
冷却水。

Claims

【特許請求の範囲】

水を流路に通しながら冷媒またはブラインとの間で熱交
換し、０℃以下の過冷却水を生成する過冷却器において
、前記流路は湾曲部を有し、さらにこの湾曲部を加熱す
る加熱装置を備えたことを特徴とする過冷却器。