JPH0752506Y2 - 過冷却水製造器 - Google Patents

過冷却水製造器

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JPH0752506Y2
JPH0752506Y2 JP1990051213U JP5121390U JPH0752506Y2 JP H0752506 Y2 JPH0752506 Y2 JP H0752506Y2 JP 1990051213 U JP1990051213 U JP 1990051213U JP 5121390 U JP5121390 U JP 5121390U JP H0752506 Y2 JPH0752506 Y2 JP H0752506Y2
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heat insulating
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孝夫 岡田
利雄 林
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Takasago Thermal Engineering Co Ltd
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

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  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は,過冷却水から微細な氷を製造して空調用蓄熱
に利用するような氷蓄熱空調システムにおいて,その過
冷却水の製造をトラブルなく行なえるようにした過冷却
水製造器に関する。
〔従来の技術〕
建物内に配設したフアンコイルユニットや水熱源ヒート
ポンプユニットの水側熱交換器に冷温水を循環させて冷
暖房を行なうさいに,冷房時の冷熱を蓄熱槽内において
氷の形態で蓄えるいわゆる氷蓄熱方式が注目されてお
り,一部稼働されるようになった。これは,例えば夜間
電力で冷凍機を駆動して製氷し,氷の状態で多量の冷熱
を蓄熱槽で蓄えたうえ,冷房運転時にその氷の冷熱を冷
水として取出して二次側熱交換器(負荷側熱交換器と呼
ぶ)に循環するものであり,水の潜熱を利用するので小
規模装置でも多量の冷熱を蓄えることができる。
この氷蓄熱方式には,製氷法の相違によって蓄える氷の
形態が氷塊状(ソリッド状)のものとシャーベット状
(微細氷と水とが混在したリキッド状またはスリラー
状)のものとに分けられる。両者にはそれぞれ得失があ
るが,氷塊方式では氷塊を蓄熱水槽で生成される(熱交
換器の表面で生成させる)場合に氷層が厚くなるとそれ
に伴って熱の伝導が低下するので大きな厚みにすること
には限界があり,したがって,氷の充填率(I.P.F.)は
10%前後にしかならず,蓄熱効率が悪くなることは避け
られない。一方シャーベット状の氷を製造する場合には
I.P.F.は非常に大きくすることができるが,大容量の水
をシャーベット状にするには一般には非常に大規模な設
備を必要とする。このため,零度℃以下に過冷却された
過冷却水の流れから微細な氷を析出させる方式か開発さ
れた。例えば,同一出願人に係る特開昭63−217171号公
報および特開昭63−231157号公報に,過冷却水から微細
な氷を製氷する方法および装置を提案し,また,この過
冷却水を伝熱管で連続製造することを要件として,特開
昭63−271074号公報,特開昭64−75869号公報,特開昭6
4−90973号公報,特開平1−114682号公報,実開昭63−
139459号公報,実開平1−88235号公報,実開平1−882
36号公報,実開平1−88237号公報,実開平1−97135号
公報,実開平1−112345号公報,実開平1−120022号公
報,実開平1−125940号公報,実開平1−136832号公
報,実開平1−148538号公報,実開平1−178528号公
報,実開平2−527号公報等に様々な提案を行った。い
ずれにしても,これらに提案した過冷却水からシャーベ
ット状の氷を製造する製氷システムの過冷却器は,水が
その中を通水する伝熱管を冷却容器内に配置し,この冷
却容器内に冷却媒体として冷凍機のブラインを通液する
か,或いは冷却容器をヒートポンプ装置の蒸発器として
機能するように構成し,これによって伝熱管の内壁温度
を零度℃以下ではあるが−5.8℃以上に維持すれば水の
入口温度や流量等の変動に拘わらず管内で凍結を起こす
ことなく過冷却水の連続流れとして取り出すことができ
る。
〔考案が解決しようとする課題〕
前述のような過冷却器は,チユーブ側に水をそしてシエ
ル側に冷媒を供給するシエルアンドチユーブ型熱交換器
によって構成するのが好適であるが,シエル壁からチユ
ーブ出口端を出来るだけ突出させないようにすることが
肝要となる。シエル側からチユーブが外部に突出する
と,その突出部分に結露が生じたり氷の飛沫が付着して
過冷却水の解除を引き起こすようなトラブルが発生した
り凍結の問題を引き起こすからである。
しかし,突出させないでシエル壁にチユーブ端を開口さ
せると,シエル壁も零度℃以下に冷却された場合に,シ
エル壁の外側に空気中の湿分が結露し,この結露の成長
によって,やはりチユーブ開口端を凍結させるといった
トラブルの原因となる。
本考案は,過冷却水製造の場合の前記のようなやっかい
なトラブルの原因を排除することを目的としたものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本考案は,チユーブ側に水をそしてシエル側に冷媒を供
給するようにしたシエルアンドチユーブ型熱交換器から
なり、チユーブの実質的長さ部分の内壁温度を零度℃以
下であって−5.8℃以上に維持しつつチユーブ内に通水
することにより,チユーブ出口から零度℃以下の過冷却
水を連続的に吐出させるようにした過冷却水製造器にお
いて,シエル壁にチユーブの一端を開口させ,この開口
端から過冷却水を気中に吐出させる構成とし,この過冷
却水が吐出するチユーブの開口端の外縁部を断熱性材料
層からなるシエル壁で支持すると共に,この断熱性材料
層に電熱線を取付けたことを特徴とするものである。
ここで,断熱性材料層は、断熱性ゴムシートからなる最
外層,樹脂層からなる中間層およびガラスビーズ充填層
からなる内側層によって構成するか,または断熱製ゴム
シートからなる最外層と樹脂層からなる内側層とによっ
て構成し,前者の場合には中間層に,また後者の場合に
は内側層に電熱線を埋設する。
〔作用〕
断熱性材料層がチユーブの開口端の外縁部に存在するこ
とにより,チユーブの開口端まわりに空気中の湿分が結
露することが防止されるとともに過冷却水の飛沫や微細
氷がその近辺に飛来してもこれが付着成長することが防
止される。この断熱材料による断熱作用のほか,電熱線
による強制加熱によって結露や氷の成長が完全に防止さ
れる。
〔実施例〕
第1図は,本考案に従う過冷却水製造器を用いた空調用
氷蓄熱システム例を示したものである。
1は蓄熱槽,2は過冷却水製造器(以下,過冷却器と呼
ぶ),3は循環ポンプであり,蓄熱槽1内の水はポンプ3
の駆動により熱源側循環水路4を経て過冷却器2に連続
供給され,この過冷却器2によって零度℃以下の過冷却
水5となって大気中に吐出し,この過冷却水5の吐出流
は,場合によっては過冷却状態解除装置6に衝突したう
え,蓄熱槽1内に戻される。過冷却状態が解除するさい
に微細な氷となり,蓄熱槽1内にはシヤーベット状の氷
8が溜まる。
他方,蓄熱槽1内の冷水が空調用の負荷側熱交換器12に
通じたあと再び蓄熱槽に戻る負荷側循環水路13が形成さ
れる。すなわち,蓄熱槽1内の冷水はフイルタ14,負荷
側ポンプ15,負荷側熱交換器12,散水装置16を経て槽内に
戻る。負荷側熱交換器12としては通常は液・液熱交換器
を使用し,建物内のフアンコイルユニットやヒートポン
プユニットの水側熱交換器を循環する二次側冷温水と熱
交換する。場合によってはこの負荷側熱交換器12自身を
空調器の熱交換器として使用することもできる。14およ
び9は氷捕集用のフイルターを示す。
前者の製氷運転は通常は夜間に実施し,建物の稼働時間
帯であるその他の時間帯において蓄熱槽内の水を負荷側
熱交換器12に循環する空調熱源運転を実施する。その日
の総熱源量をまかなうには夜間に製造した氷が足りない
ときには空調熱源運転を実施しながら製氷運転を実施す
ることもできる(追い掛け運転)。
以上のような氷蓄熱空調システムにおいて,過冷却器2
は重要な要素であるが,これは,その中に水が通水する
多数本の伝熱管(チユーブ)17を,冷媒が供給されるシ
エル18内に配置したシエルアンドチユーブ型熱交換器か
らなっている。各チユーブ17は,シエル18内を貫通して
配置され,一方の端28は水入口ヘッダー部20に開口し,
他方の端29は大気に開放していることから,水入口ヘッ
ダー部20に導入された水は各チユーブ17内を流れて他方
の開口端29より大気中に吐出する。他方,シエル18は,
ヒートポンプ装置の蒸発器として機能するように構成さ
れている。すなわち,24は圧縮機,25は凝縮器,27は膨脹
弁を示しており,これらの間に冷媒配管することによっ
てヒートポンプ装置を構成している。このヒートポンプ
装置を稼働し、蒸発器であるシエル18内の冷媒の蒸発温
度を制御してチユーブ17の内壁温度を零度℃以下で且つ
−5.8℃以上となるように冷却することにより,チユー
ブ17の開口端29から過冷却水の連続流れ5が吐出し,こ
れが傾斜衝突板,分配板,回転板等からなる吐出流に衝
撃を付与する過冷却状態解除装置6に触れることにより
微細な氷を析出しつつ蓄熱槽1内に溜まる。なお,シエ
ル18は満液型の蒸発器として構成することもできる。す
なわち,シエル18内に液冷媒を満たしておき,この液冷
媒をシエル18内で沸騰蒸発させる沸騰満液型蒸発器とし
て使用してもよい。また,ヒートポンプの蒸発器として
構成しなくても,シエル18内に所定温度に冷却された冷
凍機ブラインを通液するようにしてもよい。
いずれにしても,チユーブ17の開口端29はシエル壁より
出来るだけ突出しないよう設けられる。突出させるとそ
れだけ大気に触れる管壁面積が多くなり,ここに結露が
生じたり飛沫が付着して凍結トラブルが生じたりするか
らである。しかし,突出させないでシエル壁にチユーブ
開口端29を揃わせた場合にも,シエル壁が零度℃以下に
冷却された場合に,シエル壁の外側に空気中の湿分が結
露したり氷が成長したりして,やはりチユーブ開口端29
を凍結させるといったトラブルの原因となる。本考案で
はこの問題に対処するために,チユーブ開口端29を取付
けるシエル壁を断熱性材料層によって構成すると共に,
この部分に電熱線を配して外部加熱ができるようにした
ものである。
第2図は,このチユーブ開口端29の部分を拡大して示し
たものであり,図示の例では,シエル壁の最外層に断熱
性ゴムシート30,中間層に樹脂層31,内側層にガラスビー
ズ充填層32を積層することによって断熱性材料層33を形
成してあり,この断熱性材料層33を各チユーブ17が貫通
している。そして,各チユーブ17の開口端29を断熱性ゴ
ムシート30の外表面と一致させてあり,これによって各
チユーブ17の開口端29の外周縁部は断熱性材料層33で囲
われ,且つチユーブ17がこの断熱性材料層33でその一端
が支持される。なお,ガラスビーズ充填層32は,樹脂層
31より内側に平行な仕切板34を配したうえ,その間隙空
間にガラスビーズを充填することによって構成されてい
る。樹脂層31は例えばシリコンシール材料によって或る
厚みをもって形成され,その形成のさいに電熱線35をそ
の厚み内に埋設する。この電熱線35は樹脂層31内を全体
に巡るように配線され,これによって樹脂層31の全体が
発熱するようにしてある。電熱線35は電源端子に導通接
続されることによってジュール熱を発生させる。
なお,第2図のガラスビーズ充填層32を省略し,断熱性
ゴムシート30からなる最外層と,樹脂層31からなる内側
層とによって断熱性材料層を形成してもよい。この場合
にも樹脂層31内に電熱線35を埋設するが,この樹脂層31
は前記のシリコンシール材料のほか,フエノール樹脂,
エポキシ樹脂,アセタール樹脂等を充填して硬化させる
こともできる。
以上のように構成した断熱性材料層は,シエル18内の低
温冷媒と外気との熱伝導を遮るほか,シエル18の胴部材
料を通じての伝熱も遮り,またチユーブ17に対しても断
熱効果を有する。したがって,周囲空気が露点の低い空
気であれば,これだけでも最外層のゴムシート30の表面
に過冷却器稼働中に結露することが防止される。周囲空
気が比較的高い露点温度をもつ空気の場合には,伝熱線
35に通電することによって,最外層のゴムシート30表面
は露点温度より高温となり,結露が防止されるほか,微
細な氷が飛来してもこれが付着成長することが防止され
る。伝熱線35は万一凍結トラブルが発生した場合の融氷
手段としても役立つ。なお,この電熱線35に通電して
も,過冷却器が稼働している間であれば,チユーブ内に
は零度℃以下の過冷却水が連続的に流れているので,断
熱性材料層付近のチユーブ内壁温度を必要以上に高める
ことはない。
したがって,本考案の過冷却水製造器によれば過冷却水
吐出口付近での結露や微細氷の飛来による氷の成長が防
止され,この種の製氷技術におけるやっかいな凍結トラ
ブルが未然に防止され,氷蓄熱空調システムの安定運転
に大きく貢献する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案に従う過冷却水製造器を用いた空調用氷
蓄熱システム例を示した機器配置図,第2図は本考案の
過冷却水製造装置の要部を示した略断面図である。 1……蓄熱槽,2……過冷却水製造器,3……ポンプ,4……
熱源側循環水路,5……過冷却水,6……過冷却解除装置,1
2……負荷側熱交換器,17……チユーブ,18……シエル,29
……チユーブ開口端,30……断熱性ゴムシートからなる
最外層,31……樹脂層からなる中間層,32……ガラスビー
ズ充填層からなる内側層,33……断熱性材料層,35……電
熱線,

Claims (3)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】チユーブ側に水をそしてシエル側に冷媒を
    供給するようにしたシエルアンドチユーブ型熱交換器か
    らなり,チユーブの実質的長さ部分の内壁温度を零度℃
    以下であって−5.8℃以上に維持しつつチユーブ内に通
    水することにより,チユーブ出口から零度℃以下の過冷
    却水を連続的に吐出させるようにした過冷却水製造器に
    おいて,シエル壁にチユーブの一端を開口させ,この開
    口端から過冷却水を気中に吐出する構成とし,この過冷
    却水が吐出するチユーブの開口端の外縁部を断熱性材料
    層からなるシエル壁で支持すると共に,この断熱性材料
    層に電熱線を取付けたことを特徴とする過冷却水製造
    器。
  2. 【請求項2】断熱性材料層は,断熱性ゴムシートからな
    る最外層,樹脂層からなる中間層およびガラスビーズ充
    填層からなる内側層によって構成され,中間層に電熱線
    が埋設される請求項1に記載の過冷却水製造器。
  3. 【請求項3】断熱性材料層は,断熱性ゴムシートからな
    る最外層と樹脂層からなる内側層とによって構成され,
    内側層に電熱線が埋設される請求項1に記載の過冷却水
    製造器。
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