JPH0615244Y2 - 過冷却水の連続製造器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は，過冷却水の連続製造器に係り，特に冷房用の
冷熱源を氷の潜熱の形態で蓄えるようにした空調用氷蓄
熱装置に好適に適用される製氷用過冷却水製造器に関す
る。

〔考案の背景〕

空調用蓄熱水槽に氷を蓄えることによって冷熱を潜熱の
形態で蓄熱するいわゆる氷蓄熱方式には製氷法の相違に
より蓄える氷の形態がソリッド状（氷塊状）のものとリ
キッド状（微細な氷が水に懸濁した状態）のものがあ
る。両者の方式にはそれぞれ得失があるが，後者のいわ
ゆるシャーベット状の氷−水スラリーを蓄熱水槽に蓄え
る方式として，出願人は既に特願昭62-47770号，特願昭
62-62681号，特願昭62-102994号，特願昭62-228800号，
特願昭62-245930号，実願昭62-30383号，実願昭62-1811
76〜8号，実願昭62-192012等において，零度℃以下に冷
却された過冷却水を連続流れとして製造し，この連続流
れの過冷却水の過冷却状態を瞬時に解除することによっ
て微細な氷が分散した蓄熱に適したリキッドアイスを製
造する発明を提案した。

また本考案者らは，特願昭62-271922号において，水と
接触する管壁温度が−5.８℃以下とはならない温度（た
だし零度℃以下）に伝熱管を冷却すれば，水流のレイノ
ルズ数（つまり流速や管径），冷却される前の水温，冷
却後の水温等とは無関係に過冷却水が連続的に製造でき
ることを明らかにした。

水冷却器で過冷却水を連続して作り，この過冷却水の連
続流れから微細な氷を析出させて蓄熱水槽で蓄える場合
に，水冷却器の伝熱管から過冷却水を大気中に吐出さ
せ，その落液過程または蓄熱水槽内て過冷却状態を解除
することが必要となるが，水冷却器の伝熱管の過冷却水
出口近傍では伝熱管の外壁温度が空気の露点以下の温度
になることが多い。したがって，この結露が０℃以下に
なり，解除装置から飛びはねた氷によって又は何らかの
エネルギーによって結露内に結氷が生じ，これが過冷却
水の流れと触れて過冷却水の過冷却状態解除の引き金と
なり，やがては伝熱管の凍結の原因となることがわかっ
た。

また，水冷却器の伝熱管への水の入口側でも伝熱管の外
壁の温度が零℃以下となると，その外壁に結氷が生じ，
伝熱管の凍結を起こす原因となることがわかった。

〔考案の目的〕

本考案の目的は，このような過冷却水製造用伝熱管の出
口および入口部での結氷による伝熱管凍結の問題を解決
することにある。

〔考案の要旨〕

前記の目的を達成せんとする本考案の要旨とするところ
は，冷媒がその中に循環される閉鎖空間からなる冷却室
に，水がその中を通水する伝熱管を貫通させ，該冷媒に
よって伝熱管の内壁温度を０℃以下で且つ−5.８℃以上
の温度に維持して管内を通過する水を零度℃以下に冷却
するようにした過冷却水の連続製造器において，該伝熱
管の過冷却水出口端を冷却室壁より外方に突出させて管
端を大気に開口させると共にこの突出する部分の伝熱管
の外面に防露層を設けたことを特徴とする過冷却水の連
続製造器に存する。また，この構成に加えて，該伝熱管
の水入口端を冷却室壁より外方に突出させて水供給ヘッ
ダー室に開口させると共に，この水供給ヘッダー室に突
出する部分の伝熱管の外面に保温層を設けたことを特徴
とする過冷却水の連続製造器に存する。

〔考案の詳述〕

第１図は，本考案者らの開発に係る空調用氷蓄熱装置の
代表例を示したものであり，特に冷房シーズンにおいて
蓄熱水槽１内にシャーベット状の氷を蓄えることによっ
て大量の冷熱を蓄えるようにしたものである。製氷は例
えば夜間電力を利用して行ない，蓄えられた冷熱（つま
り零℃近辺の水）が建物内の空気調和器群Ｅ等に循環供
給される。本考案はこのようなシャーベット状の氷を過
冷却水の連続流れから製造するさいの伝熱管の凍結の問
題を解決しようとするものである。

なお，第１図の装置について説明すると，１は蓄熱水
槽，２は水冷却器であり，蓄熱水槽１内の水は循環ポン
プ３によって水冷却器２に供給される。すなわち，循環
ポンプ３によって蓄熱水槽１内の水の一部が水供給管路
４を経て水冷却器２に連続供給され，ここで零度℃以下
に冷却された過冷却水の連続流れが製造される。この過
冷却水の連続流れは，蓄熱水槽の水面より上方に位置す
る伝熱管出口５から大気中に吐出され，蓄熱水槽１に向
けて落下させる。この落下の過程で過冷却を解除する装
置を設置しておくのが実際には便宜である。図示の例で
はこの過冷却解除装置は一次樋６と二次樋７からなる二
段傾斜樋が使用されている。なお，かような過冷却状態
解除装置を特に設けず，過冷却水を直接蓄熱水槽１に供
給し，蓄熱水槽１内で過冷却状態を解除してもよい。

水冷却器２としては，例えば多数本の伝熱管８の内側に
水を通水するようにしたシエルアンドチューブ型熱交換
器を使用することができる。すなわち，シエル９内を仕
切り壁10,11で仕切って冷却室12を構成し，この冷却室1
2内に多数本の伝熱管８を貫通させ，この伝熱管８内に
通水すると共に管外の冷却室12に冷媒を供給して管内を
連続通水する水を零度℃以下に冷却する。そのさい，冷
却室12をヒートポンプの蒸発器として機能させるように
冷凍サイクルを構成する。すなわち，圧縮機13，循環器
14，膨張弁15および該冷却室12の蒸発器との間を冷媒配
管し，冷却室12で蒸発する冷媒の圧を一定に維持するこ
とによって，各伝熱管８を零度℃以下の一定の温度に冷
却することができる。なお，このような冷凍サイクルに
代えて冷却室12内に冷凍機から所定温度のブラインを供
給する構成としてもよい。既述のように本考案者らは特
願昭62-271922号において，水と接触する管壁温度が−
5.８℃以下とはならない温度（ただし零度℃以下）に伝
熱管８を冷却すれば，水流のレイノルズ数（つまり流速
や管径），冷却される前の水温，冷却後の水温等とは無
関係に過冷却水が連続的に製造できることを明らかにし
た。したがって，冷却器２における伝熱管８の内壁温度
がどの地点でも−5.８℃以下とはならない温度（ただし
零度℃以下）に制御する。このようにして，水冷却器２
内の伝熱管８では凍結を起こすことなく各伝熱管の吐出
口５から過冷却水を連続流れとして取り出すことができ
る。

ところが，本考案者らはかような装置の稼働の過程で伝
熱管に不意に凍結が生じることを経験した。その原因解
明について種々の試験研究を続けたが，その一つは大気
中の湿分が伝熱管出口部５に結露することに起因するこ
とがわかった。

第２図にこれを図解的に示した。第２図は第１図の水冷
却器２における伝熱管８の出口端部を示したものであ
り，冷媒がその中に循環される閉鎖空間からなる冷却室
12に，水がその中を通水する伝熱管８を貫通させ，該冷
媒によって伝熱管の内壁温度を０℃以下で且つ−5.８℃
以上の温度に維持して管内を通過する水を零度℃以下に
冷却して伝熱管の出口端５から過冷却水を大気中に吐出
するようにしたものであるが，過冷却水を大気中に吐出
させる関係上，冷却室12の一方の壁11よりも外方に過冷
却水出口端５を突出させることが必要となる。冷却室12
内に出口端５が存在することはあり得ないし，冷却室壁
11の外面と出口端５が整合（一つの垂直面に存在するよ
うに整合）していると，壁11を過冷却水がつたわり落ち
てここで凍結を促進してしまうからである。この壁11と
出口端５までの突出距離Ｌはあまり長くする必要はない
が，この突出部分では過冷却水が通過することによっ
て，その管の外壁17の温度が，その時の空気の露点以下
になることがあり，この外壁17に結露18が生ずる。そし
て，外壁17の温度が零度℃以下となると（その場合が多
い），この結露内で氷が生成することがある。この氷が
過冷却水と接触すると過冷却水から氷を析出させる引き
金となり，出口端５の凍結を引き起こすのである。これ
は伝熱管８の凍結を意味し過冷却水の連続製造装置のブ
レークアウトとなる。

本考案は，伝熱管の過冷却水出口端５を冷却室壁12より
外方に突出させて大気に開口させると共にこの突出する
部分の伝熱管の外面17に防露層を設けることによって，
この問題を解決したものである。防露層としては，伝熱
管の外面17が大気と直接的に接触を断つような保温層，
空気断熱層，樹脂層などを使用する。

〔実施例〕

第３図は，既述のような過冷却水の連続製造器におい
て，伝熱管８の過冷却水出口端５を冷却室壁11より外方
に突出させて管端を大気に開口させると共にこの突出す
る部分の伝熱管の外面17に断熱材料からなる保温層20と
樹脂層21の防露層を設けた本考案の実施例を示す。ま
た，この例では冷却室12を構成するシエル９の外周にも
第１の保温層22が設けてある。すなわち，シエル９の一
部を構成する冷却室壁11の外面に第１の保温層22を設
け，この冷却室壁11と第１の保温層22を貫通して伝熱管
８が大気に突出し，この大気に突出した部分の伝熱管８
の周囲に保温層20が該第１の保温層22と接して設けら
れ，さらに伝熱管８の出口端５の外縁部を取り巻くよう
に樹脂層21が保温層20と接して取付けてある。これによ
って，冷却室壁11から突出する部分の伝熱管は，冷却室
壁11の側から第１の保温層22，保温層20および樹脂層21
の順に，出口端５まで完全に周囲空気とは遮断されてい
る。第１の保温層22および管壁の保温層20はアスベスト
またはグラスウール等の断熱材をシート材でくるんだ通
常の保温材を使用することができる。樹脂層21としては
シリコン樹脂などのパッキン材料が好ましい。

第４図は，伝熱管８の過冷却水出口端５を冷却室壁11よ
り外方に突出させて管端を大気に開口させると共にこの
突出する部分の伝熱管を断熱室24からなる防露層内に収
めた本考案の例を示す。すなわち，閉鎖空間からなる冷
却室12を構成する壁のうち，過冷却水出口側の伝熱管８
の端部が貫通する壁11の外方に，さらに閉鎖空間からな
る断熱室24を設け，この断熱室24を伝熱管８の出口側の
端部が貫通する構成とし，出口端５を断熱室24の外側壁
25よりも僅かに突出させる。そして，この断熱室24の外
側壁に保温層26を設ける。この保温層26は冷却室12を構
成するシエル９の外周にまで延長して設けることができ
る。断熱室24は冷却室12とは完全に独立した空間であ
り，また大気とも完全に遮断された気密空間である。し
たがって，この断熱室24を貫通している部分の伝熱管８
の外面は外気から完全に遮断された防露層となる。そし
て，この断熱室24の外側壁25より僅かに外方に突出する
部分の外面も保温層26で覆われることによって，冷却室
壁11から突出する部分の伝熱管の外表面は断熱室24と保
温層26によって出口端５まで完全に周囲空気とは遮断さ
れる。

以上の実施例で示したように，冷却室壁11から突出する
部分の伝熱管の外表面に防露層を設けることによって，
伝熱管の外面が過冷却水の通水によって空気の露点以下
に温度が降下しても，ここに大気中の湿分が結露するこ
とが防止でき，ひいては，伝熱管８の過冷却水出口部分
での凍結が防止できる。

一方，伝熱管８の入口側端部においても凍結の問題が発
生することがある。第１図の例に示したように，シエル
アンドチューブ型熱交換器に類似の過冷却水製造器を使
用する場合には，各伝熱管８への水の取入れは給水ヘッ
ダー28を仕切り壁10を介してシエル９内に設け，この給
水ヘッダー28内に伝熱管８の入口端29を開口させるのが
都合がよい。この場合，給水ヘッダー28内における入口
端29近傍において水の流れによどみが生ずる部分が発生
すると，このよどんだ部分が仕切り壁10および伝熱管８
の端部を通じて零度℃以下に冷却される結果，これらの
壁面に着氷が発生する。すなわち，連続的に水が流れる
場合には着氷は発生しないが，水の流れに停滞する部分
があると零度℃以下に冷却された壁面に着氷し過冷却水
とはならない。

本考案においては，この伝熱管８への水取入れ側での結
氷の問題は，伝熱管８の水入口端29を冷却室壁10より外
方に突出させて水供給ヘッダー室28に開口させると共に
この突出する部分の伝熱管の外面に保温層を設けること
によって解決したものである。

第５図および第６図にその具体例を示した。

第５図の例は，第４図の出口側と同様な断熱室30を保温
層として入口側に設けた例である。すなわち，伝熱管８
の水入口端29を冷却室壁10より外方に突出させて水供給
ヘッダー室28に開口させるのであるが，冷却室壁10と水
入口端29との間に気密空間である断熱室30を作り，この
断熱室30の存在によって，冷却室壁30と伝熱管８の突出
部分の外面が給水ヘッダー28内の水に直接的には触れな
いようにしたものである。

第６図の例は，冷却室壁30から給水ヘッダー28内に伝熱
管８を突出させると共にこの突出部分における管と管の
間を保温材31で充填することよって，冷却室壁30と伝熱
管８の突出部分の外面が給水ヘッダー28内の水に直接的
には触れないようにしたものである。

このような断熱室30または保温材31からなる保温層を伝
熱管８の水入口側に設けることによってたとえ伝熱管８
への水取入れ口近傍において水の流れによどみが生じて
も，結氷に至るような事態は防止することができる。

以上のようにして，本考案によると，過冷却水の連続製
造において伝熱管の凍結の原因となった大気中の湿分の
結露およびその氷結，さらには，伝熱管への水取入れの
さいの水流のよどみに起因した着氷の問題が解決され，
過冷却水の連続製造を安定して行なうことができるもの
であり，過冷却水からシャーベット状の氷を作ってこれ
を蓄熱用に利用するといった製氷蓄熱技術に大きく貢献
することができる。

なお，実施例では伝熱管を水平方向に配置した例で説明
したが，伝熱管が水平方向よりも傾斜していても，また
場合によっては垂直であっても実施例と同様の効果を奏
することは明らかであり，また，本考案の過冷却水連続
製造器は製氷蓄熱以外の目的で製氷を行なう場合にも適
用ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を適用する空調用製氷設備の例を示した
機器配置系統図，第２図は水冷却器の伝熱管表面での結
露の様子を示す部分略断面図，第３図は本考案に従う伝
熱管表面での結露防止構造の例を示す部分略断面図，第
４図は本考案に従う伝熱管表面での結露防止構造の他の
例を示す部分略断面図，第５図は本考案に従う伝熱管入
口部での着氷防止構造の例を示す略断面図，第６図は本
考案に従う伝熱管入口部での着氷防止構造の他の例を示
す略断面図である。 ２……水冷却器，５……伝熱管の過冷却水出口端，８…
…伝熱管，９……シエル，10……シエルの水入口側の仕
切り壁，11……過冷却水出口側の仕切り壁，12……冷却
室，20……保温層，21……樹脂層，22……第１の保温
層，24……断熱室，28……給水ヘッダー，30……断熱
室，31……保温材。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒がその中に循環される閉鎖空間からな
   る冷却室に，水がその中を通水する伝熱管を貫通させ，
   該冷媒によって伝熱管の内壁温度を０℃以下で且つ−5.
   ８℃以上の温度に維持して管内を通過する水を零度℃以
   下に冷却するようにした過冷却水の連続製造器におい
   て， 該伝熱管の過冷却水出口端を冷却室壁より外方に突出さ
   せて管端を大気に開口させると共にこの突出する部分の
   伝熱管の外面に防露層を設けたことを特徴とする過冷却
   水の連続製造器。
2. 【請求項２】冷媒がその中に循環される閉鎖空間からな
   る冷却室に，水がその中を通水する伝熱管を貫通させ，
   該冷媒によって伝熱管の内壁温度を０℃以下で且つ−5.
   ８℃以上の温度に維持して管内を通過する水を零度℃以
   下に冷却するようにした過冷却水の連続製造器におい
   て， 該伝熱管の過冷却水出口端を冷却室壁より外方に突出さ
   せて管端を大気に開口させると共にこの突出する部分の
   伝熱管の外面に防露層を設け， 該伝熱管の水入口端を冷却室壁より外方に突出させて水
   供給ヘッダー室に開口させると共にこの突出する部分の
   伝熱管の外面に保温層を設けたことを特徴とする過冷却
   水の連続製造器。