JPH0715344B2 - 低温度冷水製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低温度冷水製造装置に係り、特に、空調用の
冷房、工業用プロセスの冷却用としての０℃近くの冷水
を供給できる冷水製造装置に関する。

〔従来の技術〕

冷凍機又はヒートポンプで冷水を製造する場合、従来は
水の凍結による伝熱チューブの破損事故を懸念して、冷
水温度は５℃が下限であった。

空調の分野では、５〜７℃の冷水を空調機に送り、冷風
と熱交換して、冷水は約10〜12℃に上昇して戻る循環が
一般的である。また、蓄熱槽を介する場合でも、蓄熱の
有効温度差は10℃−５℃又は12℃−５℃の５℃〜７℃の
範囲であった。

一方、工業分野では、プロセスによって冷却する液体の
温度は異なるが、マイルド・ブラインと称される使用温
度範囲が最も多い。マイルド・ブラインとは、エチレン
グリコール水溶液、プロピレングリコール水溶液、塩化
カルシウム水溶液等である。これらの不凍液は約５℃〜
−30℃の範囲で使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

まず、空調分野における課題は、空調に利用される循環
水の温度差を大きくして、循環水量を減少、輸送管径の
縮少により、省エネルギーと設備費減少が望まれる。更
に、都市のビル地下室に設けられる蓄熱槽も、その大き
さに制限があるので、大きさを同じにして蓄熱容量を増
大することができれば、深夜電力が利用でき、安価な電
力料金を利用する蓄熱式の普及が望まれる。また、昨今
の電力事情から昼間の電力ピークカットにも蓄熱容量の
増大は有効である。

次に、工業用途においても、伝熱が悪く、液の粘性も高
く、かつ腐食性のある不凍液はできる限り水に代えるこ
とによって、省エネルギーとなり保守管理もしやすくな
ることは明らかである。

本発明は、上記のような課題を解決し、冷凍気の循環冷
水の温度及び蓄熱槽の冷水温度を凍結点近傍で運転可能
とした冷水製造装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、冷凍機又はヒ
ートポンプと、ブラインと冷水との熱交換器と、両者を
連結するブライン配管、ブライン循環ポンプ、ブライン
タンクを有する設備と、熱交換器に連結する冷水配管、
冷水供給ポンプ、冷水槽を有する設備とから成る冷水製
造装置において、熱交換器は、熱交換器出口における冷
水温度を凍結点近傍即ち０℃近くに維持し、熱交換器の
冷水チューブの最終出口通路の冷水の流速を、他の通路
の流速より上昇させる手段を有することを特徴とする冷
水製造装置としたものである。

すなわち、本発明は、冷凍機又はヒートポンプによっ
て、０℃以下のブラインを製造して、このブラインを熱
交換器のチューブ外に通し、チューブ内には冷水を通水
して、冷水を冷却するようにした装置において、冷水出
口温度を凍結させずに０℃近傍の温度とした冷水を製造
するものであり、そして、チューブ内の凍結を防止する
ため、チューブ内を通過する冷水の流速を上昇させる
と、チューブ内壁の温度は上昇する伝熱理論から、熱交
換器の構造で最も凍結の発生しやすい最終出口通路のチ
ューブ内流速を、他の通路の流速の1.5〜５倍程度に早
める手段を設けて凍結を防止させるものである。

上記の冷水チューブの最終出口通路の流速を早める手段
としては、冷水チューブの管径を最終出口で変化させる
とか、冷水チューブの管数を最終出口で変化させる等の
手段が適宜採用できる。

また、熱交換器の冷水出口部の板厚の厚いチューブプレ
ートは、低温度の熱容量を持ち、このチューブプレート
部で凍結が発生する可能性がある。この部分の凍結を防
止するために、チューブプレート近傍をバッフルで仕切
り、その部分には、加温された出口ブラインを流す構造
とするか、又は、チューブプレートの内側に断熱材を貼
り付けてチューブプレートの温度が低下しない構造とす
る等のブラインの通る冷却部とは断熱構造とするのがよ
い。

一方、凍結を初期に検出し、この凍結を除去（解氷）す
るための手段として、上記の最終出口通路内で凍結が発
生することから、最終出口通路の出入口の冷水の差圧を
検出して、差圧が高くなったときに、凍結を検出するも
のである。もし、熱交換器全体の入口と出口の差圧を検
出する方式としたならば、最終出口通路以外の通路の圧
力損失も加わり、最終出口通路内の凍結による通路の縮
少を鋭敏に感知できない。

〔作用〕

本発明の構成によれば、０℃に近い冷水を製造できるた
め、利用できる温度差が大きくなる。

即ち、空調分野においては、従来５℃の冷水を送り、空
調機から10℃で戻し、冷凍機で再び５℃迄冷却する冷水
循環系であり、この系では10−５＝５℃の温度差を利用
していたが、０℃の水が得られるならば、この温度差
は、10−０＝10℃となり、10℃の温度差が利用できるこ
とになる。

このことは、次式から循環水量が半分で済み、ポンプ動
力（搬送動力）、配管径の縮少が可能である。

Ｑ＝Ｇ×ΔＴ×γ×ｈ・・・（１） 一方、蓄熱容量も（１）式のＧを蓄熱槽内保有水量に置
き換えることによって得られ、有効利用できる温度差Δ
Ｔが倍増することによって、蓄熱容量も倍増できるわけ
である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はこれに限定されない。

実施例１ 第１図は、本発明の１例である熱交換器の断面図であ
る。図において、１は熱交換器、２はチューブプレー
ト、３はチューブで〜の８通路であり、４は貯留
室、５は隔壁である。

この熱交換器では、冷水は入口６から入り、通路から
順次通路のチューブ内を通り、ブライン入口８から導
入されるブラインにより冷却されて０℃近い冷水となっ
て冷水出口７から排出される。そして、ブラインはブラ
イン入口８から導入されて、チューブ３内の冷水を順次
冷却しながら流下してブライン出口９から排出される。
そして、前記の冷水通路〜においては、通路〜
はチューブが同数の各400本設けられており、一方通路
はチューブ数200本で半減されている。このようにチ
ューブ数を最終通路だけ半減することにより、流速は
通路〜が約2m/sの場合、通路は約4m/sと倍に上昇
する。これにより、最も冷却される通路内を凍結する
ことから防止することができる。

また、通路の入口部と出口部に圧力計10と11を設置
し、その圧力差を圧力検知器12により、検知することに
より、凍結しても凍結を初期に検出でき、解氷が容易に
できるものである。

この熱交換器において、図示していないが、ブライン入
口８とブライン出口９の間には、冷凍機又はヒートポン
プが設置され、配管、ポンプ、タンクを介して連結され
ており、また、冷水入口６と冷水出口７の間は配管、ポ
ンプ、冷水槽が設けられている。

実施例２ 第２図、第３図は、本発明に用いる熱交換器の他の例を
示す断面図であり、第２図、第３図は共に冷水出口側の
チューブプレートの凍結を防止するためのものである。

第２図においては、チューブプレート２のブライン側の
近傍をバッフル13で仕切り、その仕切られた部分にブラ
イン出口からの温められたブラインを管14から通し、チ
ューブプレート２を冷ブラインから断熱したものであ
る。

第３図においては、チューブプレート２のブライン側に
断熱材16を貼付して、チューブプレートの温度が低下し
ないように断熱構造としたものである。

〔発明の効果〕

本発明においては、一番冷却される冷水チューブの出口
通路の冷水の流速を上昇させたことにより、冷水の凍結
が防止でき、冷水温度が凍結点近傍、即ち０℃近くの冷
水を製造することができる。また、凍結が発生しても早
期に発見でき解凍が容易にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いる熱交換器の一例を示す断面
図、第２図及び第３図は、本発明に用いる熱交換器の他
の例を示す概略断面図である。 １…熱交換器、２…チューブプレート、３…チューブ、
４…貯留室、５…隔壁、６…冷水入口、７…冷水出口、
８…ブライン入口、９…ブライン出口、10,11…圧力
計、12…圧力検知器、13…バッフル、14,15…ブライン
管、16…断熱材、〜…冷水通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷凍機又はヒートポンプと、ブラインと冷
   水との熱交換器（以下熱交換器と記す）と、両者を連結
   するブライン配管、ブライン循環ポンプ、ブラインタン
   クを有する設備と、熱交換器に連結する冷水配管、冷水
   供給ポンプ、冷水槽を有する設備とから成る冷水製造装
   置において、熱交換器は熱交換器出口における冷水温度
   を凍結点近傍、即ち０℃近くに維持し、熱交換器の冷水
   チューブの最終出口通路の冷水の流速を、他の通路の流
   速より上昇させる手段を有することを特徴とする冷水製
   造装置。
2. 【請求項２】前記熱交換器は、冷水出口側チューブプレ
   ートを断熱構造としたことを特徴とする請求項１記載の
   冷水製造装置。
3. 【請求項３】前記熱交換器は、冷水チューブの最終出口
   通路の冷水出入口圧力差を検出する手段を有することを
   特徴とする請求項１又は２記載の冷水製造装置。