(57)【要約】【課題】  各冷却コイルに均等に氷スラリが供給され、氷スラリ中の氷の融解潜熱を確実に冷却に利用することができ、熱交換効率が高くて安定した冷却を行うことができる熱交換器を提供する。【解決手段】  入口ヘッダ３と出口ヘッダ４間に多数の冷却コイル２、２が並列に設けられ、氷の細片を含む氷水である氷スラリが入口ヘッダ３から各冷却コイル２、２に分配されてコイル外部の流体に氷スラリの冷熱を供給し、出口ヘッダ４を経て外部に送出される熱交換器１において、前記入口ヘッダ３は筒状にして、氷スラリの入口３ａと長手方向に各冷却コイルとの接続口たる複数の出口３ｂ、３ｂを備え、前記氷スラリ入口からの距離が大となるにつれてヘッダの流路断面積が小となるように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ヘッダと出口ヘッダ間に多数の冷却コイルが並列に設けられ、氷の細片を含む氷水である氷スラリが入口ヘッダから各冷却コイルに分配されてコイル外部の流体に氷スラリの冷熱を供給し、出口ヘッダを経て外部に送出される熱交換器において、前記入口ヘッダは筒状にして、氷スラリの入口と長手方向に各冷却コイルとの接続口たる複数の出口を備え、前記氷スラリ入口からの距離が大となるにつれてヘッダの流路断面積が小となるように構成してなる熱交換器。
【請求項２】
前記入口ヘッダを、一方の端部側に氷スラリ入口を設け、他方の端部に向かって徐々に流路断面積が減少するように構成してなる請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記入口ヘッダを、一方の端部側に氷スラリ入口を設け、他方の端部に向かって段階的に流路断面積が減少するように構成してなる請求項１に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は氷水を冷熱源として空気や水等の流体を冷却するための熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
氷スラリを冷熱源として熱交換器に送り、空調等に利用する冷却システムは例えば氷蓄熱装置から負荷側へ冷熱を供給するのに従来から利用されている（例えば、特許文献１または２参照）。
上記氷スラリは水やブライン（不凍液）中に微細な氷の細片を含むいわゆるシャーベット状の氷水であり、掻き取り式の製氷機で生成した微細な氷を例えば水槽内で水と混合して所要の氷の存在割合（ＩＰＦ）に調節したり、あるいは一旦過冷却した水の過冷却状態を解除して水中に微細な氷の細片を発生させたりすることにより生成し、氷スラリを冷熱源とする冷却システムは水の顕熱に加えて潜熱も利用できるというメリットがある。
【０００３】
上述のように氷スラリを冷熱源とする冷却システムにおいては、氷スラリが融けて顕熱上昇すると空気等の被冷却流体との温度差が小となって熱交換効率が低下するので、氷スラリの潜熱が熱交換器内で十分に消費されなければならず、潜熱消費を十分に行うには熱交換器の多数の冷却コイルに均一に氷スラリを供給しなければならない。
【０００４】
ところで、液をコイル中に流して冷熱源とする熱交換器においては、ストレートな筒状の入口ヘッダと出口ヘッダとの間に、圧力損失のほぼ等しい多数の冷却コイルを並列に設けており、このようにすると各冷却コイルには均等に液が流れる。
【０００５】
しかし冷却コイルに氷スラリを流通させる場合には、各冷却コイルに流れる氷スラリの氷の存在率に偏りが生じ、したがって氷の存在率が高い冷却コイルではコイル出口において氷が残り、十分な潜熱消費が行われず、氷の存在率が低い冷却コイルでは顕熱上昇が生じて熱交換効率が低下するという問題がある。
【０００６】
また、入口ヘッダから冷却コイルへの氷スラリの流入がスムーズに行われないと入口ヘッダ内に氷が溜まって冷却コイル入口が閉塞されるおそれもある。
なお、氷による冷却コイル入口の閉塞を防止する技術としては、入口ヘッダ内に攪拌機構を設けるもの（例えば、特許文献２参照）や、入口ヘッダと出口ヘッダ間にバイパス管を設け、このバイパス管に流量調節弁を設けて冷却コイル内を流れる氷スラリの流速を制御するもの（例えば、特許文献３参照）が提案されているが、各冷却コイルへ氷スラリを均一に流通させるための技術については未だに汎用技術として確立されたものがない。
【特許文献１】特開平１０−３３２１７８号公報（第１〜３頁、図１〜３）
【特許文献２】特開平０９−８９３１５号公報（第１〜５頁、図１〜６）
【特許文献３】特開平１１−１０８３８３号公報（第１〜４頁、図１〜５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、各冷却コイルに均等に氷スラリが供給され、氷スラリ中の氷の融解潜熱を確実に冷却に利用することができ、熱交換効率が高くて安定した冷却を行うことができる熱交換器を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは氷スラリが冷却コイルに均等に分配されない、すなわち各冷却コイル内におけるＩＰＦが異なるという上述した問題について鋭意研究を重ねたところ、入口ヘッダ内を流れる氷スラリの流速が低下すると氷スラリ中の氷が冷却コイルに流入しにくくなり、したがって入口ヘッダの氷スラリ入口近傍に接続された冷却コイルに流入する氷スラリはＩＰＦが大であるが、入口ヘッダの氷スラリ入口から離れるにしたがって冷却コイルに流入する氷スラリは流速の低下に伴ってＩＰＦが小となり、さらに途中の冷却コイルに流入しきれなかった氷が氷スラリ入口から最も離れた冷却コイルに流入してこの冷却コイルのＩＰＦが大となったり、入口ヘッダに流入する氷スラリのＩＰＦがさらに大である場合には、氷が氷スラリ入口から最も離れた冷却コイル入口付近に溜まって同コイルへの氷スラリの流通を妨げたりすることもわかった。
【０００９】
そこで、入口ヘッダ内の各冷却コイルの入口部分における氷スラリの流速を一定以上にすることによって各冷却コイルのＩＰＦを均等にすることができるようにした。
【００１０】
しかして本発明に係る熱交換器は、入口ヘッダと出口ヘッダ間に多数の冷却コイルが並列に設けられ、氷の細片を含む氷水である氷スラリが入口ヘッダから各冷却コイルに分配されてコイル外部の流体に氷スラリの冷熱を供給し、出口ヘッダを経て外部に送出される熱交換器において、前記入口ヘッダは筒状にして、氷スラリの入口と長手方向に各冷却コイルとの接続口たる複数の出口を備え、前記氷スラリ入口からの距離が大となるにつれてヘッダの流路断面積が小となるように構成したものとしてある。
【００１１】
また前記入口ヘッダを、一方の端部側に氷スラリ入口を設け、他方の端部に向かって徐々にまたは段階的に流路断面積が減少するように構成したものとしてある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る熱交換器は、入口ヘッダ内における氷スラリが、氷スラリ入口近傍から離れるにしたがって冷却コイルに分岐流入するので流量が減少するが、流路断面積が小となるので、流速が維持される。
【００１３】
したがって、氷スラリ入口からの距離が異なっても、各冷却コイルの入口部分における氷スラリの流速はほぼ一定となり、したがって各冷却コイルに流入する氷スラリはＩＰＦが均等となり、各冷却コイルにおいては氷スラリ中の氷の融解潜熱を十分に利用することができ、熱交換効率を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の熱交換器は入口ヘッダの形状に特徴を有しているので、既存の一般的な熱交換器の入口ヘッダ部分以外の構成をそのまま利用することができ、低コストに製造することができるというメリットもある。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明に係る装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
熱交換器本体１は、多数の放熱用フィン１０、１０に多数のストレートなチューブ２ａを平行に貫通せしめたものとしてあって隣り合うチューブの端部どうしをＵ字状のベンド管２ｂで接続して冷却コイル２を構成してある。
【００１６】
上記冷却コイル２の各入口は入口ヘッダ３の多数の出口３ｂにそれぞれ接続してあり、また冷却コイルの各出口は出口ヘッダ４の多数の入口４ｂにそれぞれ接続してある。
【００１７】
前記入口ヘッダ３と出口ヘッダ４はそれぞれ下端部寄りに氷スラリの入口３ａと出口４ａを有しており、各ヘッダはいずれも上端および下端が塞がれた筒体で構成してある。
【００１８】
しかして、出口ヘッダ４はストレートな円筒形に構成してあるが、入口ヘッダ３は上半部の流路断面積が徐々に小となる形状に構成されていて、具体的には入口ヘッダの多数の出口が設けられている側とは反対側の上半部に、入口ヘッダの中心軸線と斜交する側面を設けてあり、氷スラリの出口３ｂ、３ｂは鉛直方向に一列に並ぶように配設されている。
【００１９】
したがって入口ヘッダ３内に流入する氷スラリは入口３ａ近傍の下部から上端部へ向かって冷却コイルへの分岐流入によって流量が減少するが、流路断面積が上方に向かって小となるので、流速が一定以上に維持され、したがって各冷却コイル２、２の入口部分における氷スラリの流速にあまりばらつきが生じず、したがって各冷却コイル２、２に流入する氷スラリのＩＰＦがほぼ均等となってどの冷却コイルにおいてもコイル内部の氷スラリの融解潜熱がコイル外部を流過する空気等の流体に十分かつ安定して伝えられ、熱交換効率を向上せしめることができる。
【００２０】
上述した実施例における入口ヘッダ３は氷スラリ入口から離れるにしたがって、すなわち上方に向かって徐々に流路断面積が小となるように構成してあるが、流路断面積は段階的に小となるように構成する場合もあり、例えば図３に示される入口ヘッダ５のように氷スラリ入口５ａを有する大径部６に続いて中径部７と小径部８を順に設け、これらの間をそれぞれ移行部９、９で接続する。
【００２１】
なお、この実施例のものの場合にも冷却コイルとの接続口たる出口５ｂ、５ｂを有する側は上下方向（鉛直方向）に一列に並ぶように配設されている。
上記実施例における入口ヘッダ５は流路断面積が３段階に変化するように構成してあるが、熱交換器の仕様に応じて２段階や４段階以上のものに構成する場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る熱交換器の実施例を示す正面図。
【図２】本発明に係る熱交換器の実施例を示す側面図。
【図３】入口ヘッダの他の例を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【符号の説明】
【００２３】
１  熱交換器本体
２  冷却コイル
３  入口ヘッダ
４  出口ヘッダ
５  入口ヘッダ
６  大径部
７  中径部
８  小径部
９  移行部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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