JPH10185379A

JPH10185379A - 製氷システム又は氷蓄熱システム

Info

Publication number: JPH10185379A
Application number: JP9293427A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kawagoe; 哲男川越
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｗ／Ｏ型エマルションの特徴を生かして氷結
防止を計ると共に高効率運転ができる氷蓄熱システムを
提供するものである。【解決手段】本発明は、油と水のエマルション(1) を
攪拌槽(2) 内で流動・攪拌(4) ・冷却(3) し、Ｗ／Ｏ型
サスペンションの氷を製氷し、保冷し、採熱する氷蓄熱
システムにおいて、製氷および保冷運転時に、熱交換器
(3) ・蓄熱貯槽(2,9) の内壁を、（＋）の電位に保つ、
或いは非接地にして製氷・保冷を行ない、また採熱運転
時に、熱交換器(3) の内壁を接地して解氷を行う氷蓄熱
システムである。また、攪拌機(4) の速度調整並びにを
切り替えスイッチ(6) で機器電位を選択して、製氷・保
冷・採熱の運転を負荷に合わせてコントロールする。さ
らに、アミノ基含有シランカップリング剤などの添加は
極めて有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流動性のある
氷、すなわちＷ／Ｏ型サスペンションを造る製氷システ
ム、あるいはＷ／Ｏ型サスペンションを深夜電力を用い
て造り、冷熱として蓄熱し、その冷熱を昼間の冷房負
荷、食品加工の処理、生鮮食料の保存などに使う氷蓄熱
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｗ／Ｏ型エマルションを流動・攪拌・冷
却してシャーベット状の氷を造り、その冷熱を冷負荷な
どに活用する方法については、すでに特許提案（特開平
6-271841号公報、特開平7-297902号公報，特開平8-2891
2 号公報）がなされている。しかし、これらの方法には
次の問題がある。

【０００３】エマルションを循環冷却して氷を造る
過程に於いて、熱交換器内で氷結が起こり、循環路を閉
塞に至らしめる可能性がある。

【０００４】Ｗ／Ｏ型氷蓄熱システムとして、Ｗ／
Ｏ型エマルションの特徴を生かして、システムを高効率
運転する装置が提案されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｗ／Ｏ型エ
マルションの特徴を生かして、氷結防止を計ると共に、
製氷・保冷・解氷の効率を優れたものにして、高効率運
転ができる製氷システム又は氷蓄熱システムを提供する
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性の高い
油に水を混合し、攪拌流動させる場合に起こる流動帯電
現象と、熱交換器の電位選択と、それに加えて氷の氷結
力を弱める方法を利用して、氷結の発生防止と熱伝達の
向上を計る製氷システムと氷蓄熱システムを完成させた
ものである。

【０００７】Ｗ／Ｏ型エマルションの含水率、例えばシ
リコーンオイルと水の混合液の含水率が50％程度以下の
状態では、混合液の導電率が１０^-8S/m 以下であり、混
合液が流動すると静電気が発生する。この静電気の反発
力を用いて熱交換器の氷結防止と熱伝達の向上を計った
ものである。また、高含水率領域については、熱交換器
を非接地などにして発生した静電気の喪失を防ぐと共
に、電気陰性度が3 以上の窒素原子、フッ素原子、塩素
原子、酸素原子のいずれかを含む化合物を上記Ｗ／Ｏ型
エマルションに溶解または分散介在させて製氷を行うも
のである。

【０００８】この静電気は、混合液が金属槽内を流動す
る際には、槽と分散した水粒子が（＋）に、油が（−）
に帯電する。この帯電により水粒子同志、並びに金属槽
と水粒子間に電気的な反発力が働く。この反発力は、静
電気の発生が流速の約２乗に比例して大きくなるので、
流速を早くして大きくできる。他方、氷の成長は、Ｈ…
Ｏ−Ｈの水素結合力である。従って流速を早くすると、
電気的反発力がＨ…Ｏ−Ｈの水素結合の化学的な結合力
に匹敵するように高めることができる。その結果、電気
的反発力が、氷が金属槽の表面に成長するのを防ぐこと
ができることになる。また、十分な流速が得られない場
合には、氷の氷結力を弱める方法を併用して、同様な効
果が得られる。すなわち、氷の氷結力は、Ｈ…Ｏ−Ｈの
水素結合力であり、他に酸素の電気陰性度に近い窒素、
フッ素、塩素、酸素原子のいずれかを含む化合物が存在
すれば、水素結合に匹敵する結合力が新に発生し、氷の
氷結力が弱められるのである。

【０００９】請求項１の発明は、上記の氷結防止策を確
実にするために、製氷時、熱交換器（金属槽）を（＋）
電位に印加する、或いは非接地（高抵抗接地）にするも
のである。これにより、電気的反発力の喪失を抑え、熱
交換器の氷結防止を確実にすることができる。また、こ
の電気的反発力は、水粒の流れを激しく攪乱するので、
熱伝達を高めることができる。

【００１０】請求項２の発明は、蓄熱した冷熱を保持中
の熱損失を最小にするものである。冷熱はサスペンショ
ン（油中に氷粒を分散させたもの）状態で保持されるの
で、氷粒を蓄熱貯槽（熱交換器などを含めることが好ま
しい）に接触させないようにする方法が有効である。氷
粒は製氷の過程で（＋）に帯電しているので、蓄熱貯槽
の電位を（＋）に保持すると、電気反発力が働き、氷粒
が蓄熱貯槽に接触するのを防ぐことができる。

【００１１】請求項３の発明は、静電気の吸引力を、採
熱・放熱時の熱伝達の向上を計るために活用するもので
ある。即ち採熱・放熱熱交換器（攪拌槽を含むことが好
ましい）内に流動性のある氷粒（サスペンション）を還
流させる際、氷粒を熱交換器に静電気的に吸着させ、熱
伝達を向上させるものである。そのために、熱交換器を
接地し、（−）電位に保持し、（＋）に帯電している氷
粒を静電気力で吸着させるものである。

【００１２】請求項４の発明は、機器内壁の電位を
（＋）、非接地或いは（−）に切り替えられるよにする
ことにより、熱交換器などの電位を、冷熱蓄熱運転時、
蓄熱保持運転時或いは採熱・放熱運転時に、システムが
最も効率的に運転ができるよう選択できるようにしたも
のである。

【００１３】請求項５の発明は、請求項１の要件に加え
て、電気陰性度が3 以上の窒素原子、フッ素原子、塩素
原子、酸素原子のいずれかを含む化合物を上記Ｗ／Ｏ型
エマルションに溶解または分散介在させて氷の氷結力を
弱めることにより、50％以上の高含水率のＷ／Ｏ型エマ
ルションにおいても装置への氷結を防止することができ
る。

【００１４】なお、請求項１の発明が熱交換器の効率向
上に大きく寄与するものであるので、氷蓄熱システム以
外の熱機器の冷却システムへの適用を計ることができ
る。例えば発電機、内燃機関などの冷却システム、或い
は空調設備の冷却塔などの熱交換器に適用することによ
り、冷却系の効率の向上を計ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１はこの発明のためのバッチ式
のシステムの例である。同図において、１は油と水の混
合液、２は金属製の蓄熱貯槽を兼ねる攪拌槽、３は熱交
換器（攪拌槽２と同電位にある）、４は攪拌機、５ａは
絶縁支持物、６は電位切替えスイッチである。図２は循
環還流式のシステムであり、１は油と水の混合液、２は
金属製の蓄熱貯槽を兼ねる攪拌槽、３は熱交換器、４は
攪拌機、５ａは絶縁支持物、５ｂは絶縁接続物、６は切
り替えスイッチ、７は金属製の接続パイプ、８は循環ポ
ンプである。図３は循環ポンプに攪拌機能を兼ねさせた
循環還流式のシステムであり、１は油と水の混合液、３
は熱交換器、５ａは絶縁支持物、５ｂは絶縁接続物、６
は切り替えスイッチ、７は金属製の接続パイプ、８は攪
拌兼用循環ポンプ、９は金属製の蓄熱貯槽である。

【００１６】（実施例１）図１に示す金属製の攪拌槽に
油と水の混合液を入れ攪拌すると、槽が接地時と非接地
時とでは、攪拌の状況が大いに違ってくる。即ち接地時
には、攪拌により混合液に物静かな旋回流が起きるが、
非接地時［（＋）電位に保持中を含む］には騒音を伴な
った激しい擾乱流が起こる。この擾乱流は流動帯電によ
り発生した静電気による油水の強烈な吸引・反発現象に
基づくものである。非接地時の攪拌は、攪拌機の攪拌力
の他に、静電気の攪拌力が加算されたものとなるので、
接地時より攪拌効果が大きい。

【００１７】（実施例２）図１に示す金属製の攪拌槽に
油水の混合液を入れ攪拌しながら周りから冷凍すると、
槽を接地した場合と、（＋）電位に保った場合とでは氷
の成長具合が違ってくる。接地の場合には、槽の内壁に
固い氷結ができるが、（＋）電位に保持した場合には、
槽の内壁に柔らかい氷がリング状に積もるが、氷結には
至らない。（実施例３）図１に示す金属製の攪拌槽に、油水の混合
液に除電剤（ベンゾトリアゾール）を加えたものを入れ
攪拌しながら周りから冷凍すると、流動帯電による静電
気の発生が抑えられ、静電気による攪拌効果が得られな
い。従って冷凍効率が低下し、氷ができにくくなる傾向
にある。また、氷ができ始めると、接地の場合も（＋）
電位に保持した場合も同様に、槽の内壁に大きな氷結が
成長する。

【００１８】（実施例４）図１に示す金属製の攪拌槽
に、油水の混合液にアニオン系の界面活性剤を加えたも
のを入れ、前記同様に攪拌冷凍すると、接地の場合に
は、氷結が槽内全体に成長・広がる。同様に、非接地の
場合にも、槽の内壁にリング状の氷結が成長する。しか
し、（＋）６ｖ印加の場合には、氷粒が槽の内壁に積も
るが氷結には成長しない。

【００１９】（実施例５）図１に示す金属製の攪拌槽
に、油水の混合液にオレイン酸を加えたものを入れ、前
記同様に攪拌冷凍すると、接地の場合には、冷却がなか
なかに進まず氷ができにくい傾向にある。しかし、
（＋）６ｖ印加の場合及び非接地の場合には、氷結が発
生せず良好なシャーベット状の氷が得られた（この差異
は、接地の場合には攪拌機による機械的な攪拌のみであ
り、十分な熱伝達が得られないことに基づくために生ず
るものと思われる）。

【００２０】（実施例６）実施例１〜５には油にシリコ
ーン油を用いた。水の混合割合は、30〜50％で、50％を
超えると、導電率が１０^-8S/m 以上になり、静電気が発
生しにくくなる。ここで、氷の氷結力を弱める方法、例
えばＨ₂Ｎ（ＣＨ₂）₃Ｓi （ＯＣ₂Ｈ₅）₃（この化
合物はシランカップリング剤として知られている）を5
％程度を混入する方法を併用すれば、水の混合割合を90
％強にしても、氷結のないシャーベット状の氷が得られ
た。

【００２１】（実施例７）冷熱をサスペンション（油中
に氷粒を分散させた状態）にして、図１の金属製の槽内
にに蓄熱保持する場合、槽を（＋）電位に保持すると、
氷粒が静電気的に槽（熱交換器）に直接触れることがな
く、熱損失が少なく、保冷に好都合である。この状態は
攪拌機を止めても変わらず、保冷中に氷結が生ずること
はなかった。

【００２２】（実施例８）図１の金属製の槽に蓄えた冷
熱を槽から採熱・放熱運転する場合、攪拌機を回すと熱
伝達効率が高まり、氷が解ける速度が早くなる。また、
槽（熱交換器を含む）を接地すると、氷粒を槽の内壁に
吸着させる静電気力が働くので、氷が解ける速度は更に
早くなる。従って、採熱・放熱の運転条件は、攪拌機の
回転速度、攪拌槽の接地の有無の組合を、熱負荷特性に
適合するよう選択して運転することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、下記の効果が得られ
る。

【００２４】攪拌による流動帯電現象を利用して、
静電気力で攪拌力を高められ、冷凍効率を向上できる。
また、静電気力で熱交換器の壁面に氷結が成長するのを
防ぐことができる。その結果、システムの運転に都合の
良いシャーベット状の氷を効率的に、しかも安定して造
ることができる。静電気力を利用して、効率の良い（熱損失の少な
い）蓄熱・保冷ができる、また、長時間攪拌することな
く放置しても氷結の発生を防ぐことができる。静電気力を利用して、採熱・放熱特性を優れたもの
にでき、また、熱負荷特性に合わせて採熱・放熱運転条
件を選択できる。油水の混合液を攪拌流動させて得られる静電気力を
利用して、製氷／蓄熱・保冷・採熱／放熱の各転段階
で、効率が良いもになるので、システムをコンパクト、
低コストにできる。また、運転調整の容易なものにでき
る。水の結合力を弱めることを併用することにより、混
合液の含水率が90％強のものであってもシャーベット状
の氷を造ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明のためのシステム構成（バッ
チ式）を示す模式図である。

【図２】図２は、この発明のためのシステム構成（循環
還流式）を示す模式図である。

【図３】図３は、この発明のための、循環ポンプに攪拌
機能を兼ねさせたシステム構成（循環還流式）を示す模
式図である。

【符号の説明】

１混合液２攪拌槽３熱交換器４攪拌機５ａ絶縁支持物５ｂ絶縁接続物６切り替えスイッチ７金属製の接続パイプ８循環ポンプ９蓄熱貯槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動・攪拌・熱交換・蓄熱機器の組合せ
により、Ｗ／Ｏ型エマルションを冷却して、Ｗ／Ｏ型サ
スペンションの氷を製氷する製氷システム、又は、Ｗ／
Ｏ型サスペンションの氷を製氷し、保冷し、採熱する氷
蓄熱システムにおいて、製氷運転時に、熱交換器の内壁
を、（＋）の電位に保つ、或いは高抵抗接地又は非接地
にして製氷を行うことを特徴とする製氷システム又は氷
蓄熱システム。
【請求項２】流動・攪拌・熱交換・蓄熱機器の組合せ
により、Ｗ／Ｏ型エマルションを冷却して、Ｗ／Ｏ型サ
スペンションの氷を製氷し、保冷し、採熱する氷蓄熱シ
ステムにおいて、保冷運転時に、蓄熱貯槽の内壁を、
（＋）の電位に保つ、或いは高抵抗接地又は非接地にし
て保冷を行うことを特徴とする氷蓄熱システム。
【請求項３】流動・攪拌・熱交換・蓄熱機器の組合せ
により、Ｗ／Ｏ型エマルションを冷却して、Ｗ／Ｏ型サ
スペンションの氷を製氷し、保冷し、採熱する氷蓄熱シ
ステムにおいて、採熱運転時に、熱交換器の内壁を接地
して解氷を行うことを特徴とする氷蓄熱システム。
【請求項４】請求項１、２又は３の氷蓄熱システムに
おいて、システムの運転状況により、機器内壁の電位
を、切り替えスイッチを用いて（＋）電位、非接地或い
は接地に切り替えられるようにした氷蓄熱システム。
【請求項５】流動・攪拌・熱交換・蓄熱機器の組合せ
により、Ｗ／Ｏ型エマルションを冷却して、Ｗ／Ｏ型サ
スペンションの氷を製氷する製氷システム、又は、Ｗ／
Ｏ型サスペンションの氷を製氷し、保冷し、採熱する又
は氷蓄熱システムにおいて、製氷運転時に、熱交換器の
内壁を、（＋）の電位に保つ、或いは高抵抗接地又は非
接地にするとともに、電気陰性度が3 以上の窒素原子、
フッ素原子、塩素原子、酸素原子のいずれかを含む化合
物を上記Ｗ／Ｏ型エマルションに溶解または分散介在さ
せて製氷を行うことを特徴とする製氷システム又は氷蓄
熱システム。