(57)【要約】【課題】過冷却器で過冷却した過冷却水を過冷却水配管により過冷却解除器に搬送する間に過冷却水の過冷却が解除される問題を防止し、過冷却水配管による過冷却水の搬送を可能にする。【解決手段】過冷却器により冷却した過冷却水５８を、過冷却水配管５９を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送方法であって、過冷却水配管５９の途中に環状のスリット２を形成してスリット２を介し過冷却水５８より高い温度の融解水を供給し、過冷却水配管５９の内面に融解水の水膜７を形成することにより過冷却水配管５９内面への氷の付着を防止する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送方法であって、過冷却水配管の途中に環状のスリットを形成して該スリットを介し過冷却水より高い温度の融解水を供給し、過冷却水配管の内面に融解水の水膜を形成することにより過冷却水配管内面への氷の付着を防することを特徴とする過冷却水搬送方法。
【請求項２】
前記融解水が、過冷却器入口の過冷却用水であることを特徴とする請求項１に記載の過冷却水搬送方法。
【請求項３】
過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送方法であって、過冷却器出口部において過冷却水中の気泡を集合し、集合した気体を外部に排気することにより過冷却水配管内を流動する過冷却水が気泡を核として過冷却状態が解除するのを防止することを特徴とする過冷却水搬送方法。
【請求項４】
過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送方法であって、過冷却水を供給する過冷却水配管の途中に該過冷却水配管を外部から加熱して過冷却水配管の内壁面温度を氷が付着しない融解温度に保持することを特徴とする過冷却水搬送方法。
【請求項５】
過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送装置であって、前記過冷却水配管の途中に環状のスリットを形成し、該スリットを介して過冷却水より高い温度の融解水を供給することにより過冷却水配管の内面に融解水の水膜を形成する水膜形成装置を備えたことを特徴とする過冷却水搬送装置。
【請求項６】
前記水膜形成装置のスリットと過冷却器に過冷却用水を導入する給水管との間を、融解水供給管により接続したことを特徴とする請求項５に記載の過冷却水搬送装置。
【請求項７】
前記水膜形成装置の環状のスリットが、過冷却水配管内を流動する過冷却水の流動方向下流側に向かい縮径するように形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の過冷却水搬送装置。
【請求項８】
前記水膜形成装置を、過冷却水配管における過冷却解除装置の入口近傍に配置したことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の過冷却水搬送装置。
【請求項９】
過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送装置であって、過冷却器の過冷却器出口を包囲して過冷却水配管に連通する導水ブロックと、該導水ブロック内上部に形成して過冷却水中の気泡を集合する気泡集合空間と、該気泡集合空間の気体を導水ブロックの外部に排出する排気管とを備えたことを特徴とする過冷却水搬送装置。
【請求項１０】
前記導水ブロックは、過冷却器の過冷却器出口から過冷却水配管に向けて暫時断面積が減少したテーパ流路部を形成していることを特徴とする請求項９に記載の過冷却水搬送装置。
【請求項１１】
前記導水ブロックの少なくとも内面が、着氷防止材料で構成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の過冷却水搬送装置。
【請求項１２】
前記着氷防止材料が、非金属材料であることを特徴とする請求項１１に記載の過冷却水搬送装置。
【請求項１３】
前記着氷防止材料が、撥水性を有する高分子系材料、撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラスであることを特徴とする請求項１１に記載の過冷却水搬送装置。
【請求項１４】
過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送装置であって、前記過冷却水配管の外部に、該過冷却水配管を外部から加熱して内壁面温度を氷が付着しない融解温度に保持する加熱装置を備えたことを特徴とする過冷却水搬送装置。
【請求項１５】
前記加熱装置が、過冷却水配管を外部から加熱する電気ヒータと、過冷却水配管の外壁面温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の検出温度に基づいて前記電気ヒータによる加熱を制御する制御器とを備えたことを特徴とする請求項１４に記載の過冷却水搬送装置。
【請求項１６】
前記加熱装置を、過冷却水配管における過冷却解除装置の入口近傍に配置したことを特徴とする請求項１４または１５に記載の過冷却水搬送装置。
【請求項１７】
前記過冷却水配管の少なくとも内面が、着氷防止材料で構成されていることを特徴とする請求項５〜１６のいずれか１つに記載の過冷却水搬送装置。
【請求項１８】
前記着氷防止材料が、非金属材料であることを特徴とする請求項１７に記載の過冷却水搬送装置。
【請求項１９】
前記着氷防止材料が、撥水性を有する高分子系材料、撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラスであることを特徴とする請求項１７に記載の過冷却水搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過冷却器で過冷却した過冷却水を過冷却水配管により過冷却解除器に搬送する間に過冷却水の過冷却が解除される問題を防止するための過冷却水搬送方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られている氷蓄熱装置は、冷凍機を備えた過冷却器により過冷却用水を例えば−２℃前後の過冷却温度に冷却し、冷却した過冷却水を過冷却水配管により過冷却解除装置に導いて過冷却を解除することによりダイナミック氷と称されるシャーベット状の氷を製造する。前記過冷却解除装置には、衝突板に過冷却水を衝突させて過冷却状態を解除する衝突板方式、過冷却水の中に高速回転するプロペラを設けてキャビテーションにより過冷却状態を解除するプロペラ方式、過冷却水を箱で受けて電子冷却することにより過冷却状態を解除する局所冷却方式、超音波発信機によるキャビテーションを過冷却水に与えて過冷却状態を解除する超音波方式、或いは過冷却水に種氷或いは空気等の気体を混合させることにより種氷或いは気泡を起点に過冷却状態を解除するトリガー混入方式等の種々の方式が提案されている。
【０００３】
前記過冷却水は、一般に過冷却度が大きいほど解除され易いが、一定過冷却度の範囲内で、且つ静止状態の下では、安定的に過冷却状態が維持される。
【０００４】
しかし、過冷却水は、衝撃、振動、過冷却水内部の気泡、流水の乱れ等によって容易に過冷却状態が解除され易く、このために、氷蓄熱装置の運転中に過冷却水配管内で過冷却状態が解除し氷が生成される事態が生じ易い。
【０００５】
過冷却水配管内で過冷却状態が解除されて氷が生成されると、過冷却水配管の内面は過冷却水によって０℃以下の低い温度に保持されているために、氷は過冷却水配管の内面に着氷し易く、一旦氷が付着すると成長して過冷却水配管を閉塞し、正常な製氷運転の続行が困難となる。特に、過冷却解除装置の影響を受け易い過冷却解除装置の入口近傍の過冷却水配管では過冷却解除による氷付着の問題が頻繁に発生していた。また、過冷却水に混入している気泡を核として過冷却水の過冷却状態が解除され、生成した氷が過冷却水配管内面に付着することによって過冷却水配管を閉塞する問題が生じていた。
【０００６】
従って、過冷却水配管内で過冷却状態の解除が起こらないように、過冷却水配管内面を平滑な鏡面に仕上げたり、過冷却水配管に過冷却状態が解除し難い材料を選定したり、過冷却水配管を曲り部の少ない直管形状とすること等が行われている。
【０００７】
過冷却水配管内面に氷が付着した場合には、氷蓄熱装置の運転を停止し、給水管により過冷却水配管に温水を導入して管内面に付着した氷を融解する方法、或いは過冷却水配管の外部に外管を設けた二重管構造として、外管の内部に温水を供給することにより過冷却水配管を加温し過冷却水配管内に付着した氷を融解させる方法等の氷付着解除運転を実施している。
【０００８】
しかし、このように過冷却水配管内に氷が付着するたびに、氷蓄熱装置の運転を停止して氷付着解除運転を行っていたのでは、非能率的で生産性が悪い。
【０００９】
このために、従来の氷蓄熱装置では、前記したように、過冷却水配管内に氷付着の問題が生じないように過冷却水配管を曲り部のない短い直管とし、且つ過冷却水配管の内面を平滑な鏡面に仕上げている。
【００１０】
しかし、過冷却水配管を短い直管とするためには、過冷却器及び冷凍機を蓄熱タンクの上部に設置される過冷却解除装置と略同じ高さに設ける必要があり、このために過冷却器及び冷凍機が高い位置に設置されることなり、よって、設備全体の機高が高くなって設備コストが増加する問題があり、更に装置の設置に際してレイアウト上の制約を受ける問題がある。
【００１１】
このような問題に対処するべく、近年では、過冷却器に設けた多数本の伝熱管の下流端に夫々搬送管を接続し、伝熱管への通水中に管外面側から冷却されて生成された過冷却水を搬送管を介して過冷却解除部に放出する。各搬送管を各伝熱管と略同内径とし、過冷却水が各伝熱管から各搬送管に流速変化することなくスムーズに流れるようにし、管内で過冷却水が氷結することを防止するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【００１２】
また、蓄熱槽から取水した水を０℃を超える温度まで加熱する手段と、加熱された水を冷却器に供給する管路とが設けられ、冷却器をプレート型熱交換器で構成し、プレート型熱交換器の出口と過冷却解除装置の入口とを連結する過冷却水搬送管に温度センサーを取り付け、過冷却水温度が−３℃〜０℃未満になるように制御する。過冷却水搬送管や氷水搬送管の内部に樹脂系塗料をライニングし、過冷却水の凍結や氷水による閉塞を防止するようにしたものがある（特許文献２参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平０７−００４６９６号公報
【特許文献２】
特開平１１−０８３２５２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１、２において、過冷却水搬送管内で過冷却水の過冷却状態が解除されて氷が生成される問題が防止できれば、過冷却器及び冷凍機を地上に設置し、過冷却器の過冷却水を過冷却水搬送管を介して蓄熱タンクの上部に設置された過冷却解除装置に導くことができるので、設備コストが低減できると共に、装置の設置に際して自由なレイアウトがとれるようになる。
【００１５】
しかし、上記特許文献１、２においても、特に過冷却解除装置の影響を受ける過冷却解除装置の入口近傍の過冷却水配管に過冷却解除によって氷が付着する問題が依然として発生している。また、過冷却水に混入している気泡によってこの気泡を核として過冷却水の過冷却状態が解除し生成した氷が過冷却水配管内面に付着することによる閉塞の問題が生じている。
【００１６】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなしたものであり、過冷却器で過冷却した過冷却水を過冷却水配管により過冷却解除器に搬送する間に過冷却水の過冷却が解除される問題を防止し、これによって、過冷却水配管による過冷却水の搬送を可能にして設備コストを低減できる過冷却水の搬送方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送方法であって、過冷却水配管の途中に環状のスリットを形成して該スリットを介し過冷却水より高い温度の融解水を供給し、過冷却水配管の内面に融解水の水膜を形成することにより過冷却水配管内面への氷の付着を防することを特徴とする過冷却水搬送方法、に係るものである。
【００１８】
上記手段において、前記融解水は、過冷却器入口の過冷却用水であってもよい。
【００１９】
本発明は、過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送方法であって、過冷却器出口部において過冷却水中の気泡を集合し、集合した気体を外部に排気することにより過冷却水配管内を流動する過冷却水が気泡を核として過冷却状態が解除するのを防止することを特徴とする過冷却水搬送方法、に係るものである。
【００２０】
本発明は、過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送方法であって、過冷却水を供給する過冷却水配管の途中に該過冷却水配管を外部から加熱して過冷却水配管の内壁面温度を氷が付着しない融解温度に保持することを特徴とする過冷却水搬送方法、に係るものである。
【００２１】
本発明は、過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送装置であって、前記過冷却水配管の途中に環状のスリットを形成し、該スリットを介して過冷却水より高い温度の融解水を供給することにより過冷却水配管の内面に融解水の水膜を形成する水膜形成装置を備えたことを特徴とする過冷却水搬送装置、に係るものである。
【００２２】
上記手段において、前記水膜形成装置のスリットと過冷却器に過冷却用水を導入する給水管との間を、融解水供給管により接続してもよい。
【００２３】
更に、前記水膜形成装置の環状のスリットは、過冷却水配管内を流動する過冷却水の流動方向下流側に向かい縮径するように形成されていてもよい。
【００２４】
更に、前記水膜形成装置を、過冷却水配管における過冷却解除装置の入口近傍に配置してもよい。
【００２５】
本発明は、過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送装置であって、過冷却器の過冷却器出口を包囲して過冷却水配管に連通する導水ブロックと、該導水ブロック内上部に形成して過冷却水中の気泡を集合する気泡集合空間と、該気泡集合空間の気体を導水ブロックの外部に排出する排気管とを備えたことを特徴とする過冷却水搬送装置、に係るものである。
【００２６】
上記手段において、前記導水ブロックは、過冷却器の過冷却器出口から過冷却水配管に向けて暫時断面積が減少したテーパ流路部を形成していてもよい。
【００２７】
更に、前記導水ブロックの少なくとも内面が、着氷防止材料で構成されていてもよい。
【００２８】
更に、前記着氷防止材料が、非金属材料であってもよい。
【００２９】
更に、前記着氷防止材料が、撥水性を有する高分子系材料、撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラスであってもよい。
【００３０】
本発明は、過冷却器により冷却した過冷却水を、過冷却水配管を介して過冷却解除を行う過冷却解除装置に供給するための過冷却水搬送装置であって、前記過冷却水配管の外部に、該過冷却水配管を外部から加熱して内壁面温度を氷が付着しない融解温度に保持する加熱装置を備えたことを特徴とする過冷却水搬送装置、に係るものである。
【００３１】
上記手段において、前記加熱装置が、過冷却水配管を外部から加熱する電気ヒータと、過冷却水配管の外壁面温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の検出温度に基づいて前記電気ヒータによる加熱を制御する制御器とを備えていてもよい。
【００３２】
更に、前記加熱装置を、過冷却水配管における過冷却解除装置の入口近傍に配置してもよい。
【００３３】
また、各手段において、前記過冷却水配管の少なくとも内面が、着氷防止材料で構成されていてもよい。
【００３４】
更に、前記着氷防止材料が、非金属材料であってもよい。
【００３５】
更に、前記着氷防止材料が、撥水性を有する高分子系材料、撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラスであってもよい。
【００３６】
上記手段によれば次のごとく作用する。
【００３７】
過冷却水配管の途中に環状のスリットを形成して該スリットを介し過冷却水より高い温度の融解水を供給し、過冷却水配管の内面に融解水の水膜を形成することにより過冷却水配管内面への氷の付着を防するようにしたので、過冷却水配管内面への氷の付着が確実に防止され、よって過冷却水配管を用いた過冷却水の搬送が可能となり、過冷却器及び冷凍機を地上に設置できることにより設備コストが低減できる。
【００３８】
過冷却器出口部において過冷却水中の気泡を集合し、集合した気体を外部に排気することにより過冷却水配管内を流動する過冷却水が気泡を核として過冷却状態が解除するのを防止するようにしたので、過冷却水に混入した気泡を核として過冷却水の過冷却状態が解除する問題を防止でき、よって過冷却水配管を用いた過冷却水の搬送が可能となり、過冷却器及び冷凍機を地上に設置できることにより設備コストが低減できる。
【００３９】
過冷却水を供給する過冷却水配管の途中に該過冷却水配管を外部から加熱して過冷却水配管の内壁面温度を氷が付着しない融解温度に保持するようにしたので、過冷却水配管内面への氷の付着が確実に防止され、よって過冷却水配管を用いた過冷却水の搬送が可能となり、過冷却器及び冷凍機を地上に設置できることにより設備コストが低減できる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４１】
図１は本発明の過冷却水搬送装置を適用する氷蓄熱装置の一例を示すブロック図、図２は図１のＡ部に備えた過冷却水搬送装置の一例である水膜形成装置の形態の詳細断面図である。図１の氷蓄熱装置は、地上に、圧縮機５１と凝縮器５２からなる冷凍機５３と、蒸発器として作用する過冷却器５４とを設置している。過冷却器５４は、例えば内管（伝熱管）と外管とから構成されており、給水管５５からの過冷却用水５６を伝熱管に供給し前記冷凍機５３の冷媒５７を外管の内部に給排することにより、過冷却用水５６を例えば−２℃前後の過冷却温度に冷却している。上記冷凍機５３及び過冷却器５４としては上記以外の種々の形式のものも採用できる。
【００４２】
過冷却器５４で過冷却状態に冷却された過冷却水５８は、過冷却水配管５９によって過冷却解除装置６０に送られ、過冷却状態が解除されることにより、過冷却状態の維持に必要な冷熱量が製氷潜熱に転換されて氷６１が生成される。この氷６１は粒状で過冷却水と共に流動可能なシャーベット状を呈しておりダイナミック氷と称されている。従って、上記したように地上に設置した過冷却器５４と蓄熱タンク６２上部に設置した過冷却解除装置６０との間は、長い長さの過冷却水配管５９によって接続される。
【００４３】
前記過冷却水配管５９の途中、特に過冷却解除装置６０の入口近傍に、過冷却水配管５９の内面に融解水の水膜を形成するようにした水膜形成装置１を備える。
【００４４】
水膜形成装置１は、図２に示すように、過冷却水配管５９の途中を切り離し、この切り離した配管５９ａ，５９ｂの端部間に環状のスリット２が形成され、且つ該スリット２の外周に空間３が形成されるようにした導入ブロック４を、配管５９ａ，５９ｂに固定して設けている。
【００４５】
前記配管５９ａ，５９ｂの端部間に形成されるスリット２は、過冷却水配管５９の外面開口２ａに対して内面開口２ｂが過冷却解除装置６０側（配管５９ａ側）になるよう傾斜した形状を有している。即ち、スリット２は、過冷却水配管５９内を流動する過冷却水５８の流動方向下流側に向かい縮径するように形成している。
【００４６】
更に、前記導入ブロック４には空間３に融解水を供給するための融解水導入口５を設けている。図１では、前記融解水導入口５に、一端が前記過冷却器５４入口の給水管５５に接続された融解水供給管６の他端が接続されている。従って、前記給水管５５の過冷却用水５６が融解水供給管６により融解水として導入ブロック４の空間３へ供給され、融解水は環状のスリット２から過冷却水配管５９の内部に導入されて過冷却水配管５９の内面に水膜７を形成するようになる。
【００４７】
前記融解水導入口５には、前記したように給水管５５の過冷却用水５６を導入する方法以外に、他の給水源からの融解水を導くようにしてもよい。この時、融解水導入口５に導く融解水には、過冷却水配管５９内を流動する過冷却水５８の温度より僅かに高い温度による水膜７を過冷却水配管５９の内面に形成でき、且つその温度が安定しているものを用いることが好ましい。又、図１では水膜形成装置１を過冷却解除装置６０の入口近傍に設けているが、この場所以外の、過冷却水配管５９の曲り部等の任意の場所に設けることができる。
【００４８】
前記した過冷却水配管５９は、それ自体を着氷防止材料８で構成するか、或いは図２に示すように過冷却水配管５９の内面に着氷防止材料８による層を形成している。着氷防止材料８としては、非金属材料、例えばテフロン（登録商標）、ビニール、塩ビ管、ポリカーボネート、アクリル等の撥水性を有する高分子系材料、或いは撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラス等とすることができる。例えばポリエチレンライニングを用いることができる。
【００４９】
以下に図１、図２に示す形態の作用を説明する。
【００５０】
図１の過冷却水の搬送方法及び装置では、フィルタ６３を介してポンプ６４により蓄熱タンク６２から取出された過冷却用水５６は、温度調節器６５により例えば０．５℃の温度に調節され、この過冷却用水５６が冷凍機５３に接続された過冷却器５４に導入されて過冷却温度（例えば−２℃前後）に冷却される。過冷却器５４にて冷却された過冷却水５８は、過冷却水配管５９により過冷却解除装置６０に送られて過冷却状態が解除されることにより氷６１を生成する。
【００５１】
上記製氷時に、水膜形成装置１に予め融解水を供給して過冷却水配管５９の内面に水膜７を形成する。即ち、給水管５５の過冷却用水５６を融解水として融解水供給管６により導入ブロック４の空間３に導入する。すると、空間３の融解水は環状のスリット２により周方向から過冷却水配管５９内に供給され、これにより過冷却水配管５９の内面に沿って水膜７が形成されるようになる。この時、前記スリット２が過冷却水配管５９の外面開口２ａに対して内面開口２ｂが過冷却解除装置６０側（配管５９ａ側）になるよう傾斜し、即ち過冷却水５８の流動方向下流側に向けて縮径しているので、スリット２から供給される融解水は、過冷却水配管５９内を流動する過冷却水５８の流れを乱すことなく良好に水膜７を形成するようになる。
【００５２】
上記において、給水管５５の過冷却用水５６は例えば０．５℃の温度に一定制御されているので、この過冷却用水５６をスリット２から融解水として過冷却水配管５９内に導くと、過冷却水配管５９の内面に過冷却水５８の温度（例えば−２℃）より高い温度（例えば０．５℃）の水膜７を形成することができ、この水膜７によって過冷却水配管５９の内面への氷の付着を確実に防止することができ、氷が付着し過冷却水配管５９が閉塞することによって氷蓄熱装置が停止する問題を防止できる。
【００５３】
更に、給水管５５の過冷却用水５６は温度が０．５℃と低くしかも安定しているので、過冷却器５４で過冷却度を高めた過冷却水５８を導いても過冷却水配管５９の内面に氷が付着する問題を防止でき、よって過冷却水配管５９を備えても、過冷却度を高めた過冷却水５８を安定して過冷却解除装置６０に供給して氷を生成させることが可能になる。従って、過冷却解除装置６０による氷生成率を高めて密度の高い氷を製造することができる。
【００５４】
上記したように、過冷却水配管５９の内面に融解水の水膜７を形成することにより過冷却水配管５９内面への氷の付着を確実に防止するようにしたので、過冷却水配管５９による長い距離での過冷却水５８の搬送が可能となり、過冷却器５４及び冷凍機５３を地上に設置することができて設備コストが低減できる。
【００５５】
また、過冷却水配管５９の少なくとも内面を、非金属材料、例えばテフロン（登録商標）、ビニール、塩ビ管、ポリカーボネート、アクリル等の撥水性を有する高分子系材料、或いは撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラス等としたので、過冷却水配管５９内面に対する氷の付着を更に良好に防止できる。
【００５６】
図３は図１のＢ部に備えた過冷却水搬送装置の他の例である導水ブロックの形態の詳細断面図、図４は図３をＩＶ−ＩＶ方向から見た正面図、図５は図４をＶ−Ｖ方向から見た平面図である。
【００５７】
図３に示す過冷却器５４は、複数の伝熱管９が管板１０に貫通固定されており、前記管板１０が冷却器本体５４ａの下流側に形成した開口部１１を内側から塞ぐように固定されており、冷却器本体５４ａの外側には前記伝熱管９の過冷却器出口９ａを包囲する導水ブロック１２がフランジ部１３を介して気密に固定されている。
【００５８】
上記導水ブロック１２の内部に形成される室１４の内側上面１４ａは、前記開口部１１の上縁１１ａより低くなっており、これにより開口部１１の上縁１１ａの下部には、過冷却水５８中の気泡を集合するようにした気泡集合空間１５が形成されている。また、図３では開口部１１の上縁下部に気泡集合空間１５が形成された場合を示したが、導水ブロック１２の室１４の内側上部の任意の位置に気泡集合空間を形成してもよい。前記気泡集合空間１５には、該気泡集合空間１５に集合した気体を導水ブロック１２の外部に排出するための排気管１６を設置している。図３〜図５では、導水ブロック１２の上側のフランジ部１３に気泡集合空間１５に連通した排気管１６を設けている。
【００５９】
更に、前記導水ブロック１２の室１４には、図５に示す如く、過冷却器５４の過冷却器出口９ａから過冷却水配管５９（図１参照）に連結される連結部１７に向けて暫時断面積を減少させるように導水ブロック１２の内部に設置したガイド板１８によってテーパ流路部１９を形成している。また、導水ブロック１２の室１４の上面板２０は着脱可能に取付けられており、上面板２０を取り外して図５のように導水ブロック１２の内部を点検できるようになっている。
【００６０】
前記導水ブロック１２は、着氷防止材料８で構成するか、或いは導水ブロックの内面に着氷防止材料８による層を設けておくことが好ましい。着氷防止材料８としては、非金属材料、例えばテフロン（登録商標）、ビニール、フェノール樹脂等の撥水性を有する高分子系材料、或いは撥水性を有するチタン酸化被膜等とすることができる。例えばポリエチレンライニングを用いることができる。
【００６１】
以下に図１及び図３〜図５に示す形態の作用を説明する。
【００６２】
過冷却器５４における伝熱管９の過冷却器出口９ａから流出する過冷却水５８は、導水ブロック１２の室１４内に流出して合流した後、過冷却水配管５９に送られる。このとき、冷却器本体５４ａに形成した開口部１１の上縁１１ａの下部に気泡集合空間１５が形成されているため、過冷却水５８中に混入した気泡は浮力により上部に分離されて前記気泡集合空間１５に集合する。そして、この気泡集合空間１５に集合した気体は、気泡集合空間１５に設けた排気管１６によって導水ブロック１２の外部に排出される。
【００６３】
このように、過冷却器５４の過冷却器出口９ａから流出した直後の過冷却水５８から気泡を除去するので、過冷却水配管５９を流動する過冷却水５８は、過冷却水５８に混入した気泡を核として過冷却状態を解除する問題が防止される。よって、過冷却水配管５９の内面に対して氷が付着する問題が防止され、よって過冷却水配管５９による過冷却水５８の搬送が可能となる。従って、過冷却器５４及び冷凍機５３を地上に設置して設備コストを低減できる。
【００６４】
更に、前記導水ブロック１２は、過冷却器５４の過冷却器出口９ａから過冷却水配管５９に向けて暫時断面積が減少するようにしたテーパ流路部１９を形成しているので、過冷却水５８はスムーズに過冷却水配管５９に導かれるようになり、過冷却解除の問題が防止される。更に、過冷却水５８がテーパ流路部１９により絞られて圧力が緩やかに上昇することによって、過冷却水５８中の気泡の分離が更に行われ易くなる。
【００６５】
また、前記導水ブロック１２の少なくとも内面を、非金属材料、例えば非金属材料、例えばテフロン（登録商標）、ビニール、塩ビ管、ポリカーボネート、アクリル等の撥水性を有する高分子系材料、或いは撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラス等の着氷防止材料８で構成したことにより、導水ブロック１２内面への氷の付着を良好に防止できる。
【００６６】
図６は本発明の過冷却水搬送装置の形態の他の例を示すブロック図であり、基本構造は図１と同一であり、同一の部材、部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６７】
図６に示すように、過冷却器５４から過冷却解除装置６０に過冷却水５８を供給する過冷却水配管５９の途中、特に過冷却解除装置６０の入口近傍に、過冷却水配管５９を外部から加熱して過冷却水配管５９の内壁面温度を氷が付着しない融解温度に保持するようにした加熱装置２１を設ける。
【００６８】
前記加熱装置２１は、過冷却水配管５９を外部から加熱する電気ヒータ２２と、過冷却水配管５９の表面温度を検出する温度検出器２３と、該温度検出器２３の検出温度に基づいて前記電気ヒータ２２による加熱を制御する制御器２４とを備えている。加熱装置２１は電気で加熱するものであればよく、過冷却水配管５９に対する熱の伝達には流体、個体による伝熱、輻射熱による伝熱等種々の方法を採用し得る。又、図６では加熱装置２１を過冷却解除装置６０の入口近傍に設けているが、これ以外にも、過冷却水配管５９の曲り部等の任意の場所に設けることができる。
【００６９】
本発明者らは、図６の形態例において、過冷却水配管５９を塩化ビニル製の管（塩ビ管）で構成し、該過冷却水配管５９を外部から加熱した際における過冷却水配管５９内面に対する氷付着の有無と、過冷却水配管５９の内壁面温度を調べる試験を実施した。
【００７０】
塩ビ管の外径ｄａ：０．０６０ｍ、内径ｄｉ：０．０５１ｍ、塩ビ管の熱伝導率λ：０．１５ｋｃａｌ／ｍｈ℃、管内流体（過冷却水）温度ｔｃ：−２．０℃、管内流速ω：４．０７９ｍ／ｓ、管内流体と管内壁面との熱伝達係数αｃ：８７７８．２ｋｃａｌ／ｍ２ｈ℃において、管外壁面温度θｈを段階的に加熱変化させ、その時の管内壁面に対する氷付着の有無を調べ、更にこの時の管内壁面温度θｃを計算により求めて［表１］に示した。
【００７１】
【表１】
2004085182.tif 000003
【００７２】
更に、上記管外壁面温度θｈと管内壁面温度θｃの関係を図７に示した。図７によれば、過冷却水の温度ｔｃが−２℃の条件において、管内面への氷の付着を防止できる管内壁面温度θｃ、即ち氷が付着しない融解温度は−１．７５℃以上であり、このときの管外壁面温度θｈは６０℃以上であった。尚、塩ビ管は加熱温度が８０℃前後で軟化するため、６０℃以上のできるだけ低い温度で加熱するのが好ましい。
【００７３】
上記管内壁面温度θｃは、下記一般式（１）を用いて管内流体と管内壁面との熱伝達係数αｃを求め、その熱伝達係数αｃを用いて式（２）、式（３）から求めることができる。
【００７４】
【数１】
2004085182.tif 000004
但し、
Ｑ：伝熱量［Ｗ］
Ａ：伝熱面積
αｃ：低温流体と管内壁面との熱伝達係数［ｋｃａｌ／ｍ２ｈ℃］
λ：熱伝導率［ｋｃａｌ／ｍｈ℃］
ｄａ：配管外径［ｍ］
ｄｉ：配管内径［ｍ］
ｔｃ：管内流体温度［℃］
θｃ：管内壁面温度［℃］
θｈ：管外壁面温度［℃］
ω：管内流速［ｍ／ｓ］
【００７５】
上記管外壁面温度θｈと管内壁面温度θｃの関係を予め求めておくことにより、管内壁面温度θｃを加熱装置２１で調節することによって管外壁面温度θｈを精度良く制御することが可能になる。
【００７６】
前記したように、塩ビ管を用いた過冷却水配管５９では、過冷却水５８の温度ｔｃが−２℃の条件のもとで、管内壁面温度θｃを−１．７５℃付近まで低下させても、過冷却水配管５９の内面に対する氷の付着を防止することができる。従って、過冷却度を高めた過冷却水５８を過冷却解除装置６０に供給することが可能になり、よって過冷却解除装置６０による氷生成率を高めることができる。
【００７７】
上記したように、過冷却水配管５９の管内壁面温度θｃが過冷却水５８の温度である−２℃に近い−１．７５℃という低い温度であっても過冷却水配管５９の内面に氷が付着しないのは、過冷却水配管５９を外部から加熱したことにより、過冷却水配管内面の格子運動が励起され、過冷却水配管内面が活性化されたことによって、氷の付着力が弱まり、氷が剥がれ易くなる効果によることが判明した。
【００７８】
従って、加熱装置２１によって氷の付着を防止できる過冷却水配管５９としては、上記塩ビ管の他に、テフロン（登録商標）、ビニール、ポリカーボネート、アクリル等の撥水性を有する高分子系材料、或いは撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラス等を用いることができ、前記したように管内面の格子運動が励起されて活性化する材質で、しかも加熱温度に耐え得るものであれば任意のものを用いることができる。塩ビ管以外の材料による過冷却水配管５９を用いた場合にも、前記塩ビ管を加熱した場合と同様に、管外壁面温度θｈと管内壁面温度θｃとの関係、及び管内壁面温度θｃと氷付着の関係を予め求めておき、管内壁面温度θｃが最適温度になるように管外壁面温度θｈを外部から加熱する。因みに、過冷却水配管５９を金属配管とした場合には、格子運動が励起されないために、低い温度での氷付着の防止効果は認められなかった。
【００７９】
図６の形態例では、過冷却水配管５９の表面温度を検出する温度検出器２３の検出温度に基づいて電気ヒータ２２によって過冷却水配管５９を加熱するようにしているので、電気ヒータ２２により過冷却水配管５９を加熱して過冷却水配管５９の内壁面温度を精度良く目的温度に制御することができる。
【００８０】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、過冷却水配管５９が短管の場合にも適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００８１】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏する。
【００８２】
請求項１及び５に記載の発明によれば、過冷却水配管の途中に環状のスリットを形成して該スリットを介し過冷却水より高い温度の融解水を供給し、過冷却水配管の内面に融解水の水膜を形成することにより過冷却水配管内面への氷の付着を防するようにしたので、過冷却水配管内面への氷の付着が確実に防止され、よって過冷却水配管による過冷却水の搬送が可能になり、過冷却器及び冷凍機を地上に設置できることにより設備コストが低減できる。
【００８３】
請求項２及び６に記載の発明によれば、水膜形成装置のスリットと過冷却器に水を導入する水導入管との間を融解水供給管により連通したので、温度が低く且つ安定した過冷却用水を融解水としてスリットに導いて水膜を形成することができ、よって過冷却器による過冷却度を高めて過冷却解除装置による氷生成率を高めても過冷却水配管内面への氷の付着を防止できる。
【００８４】
請求項７に記載の発明によれば、環状のスリットを、過冷却水配管内を流動する過冷却水の流動方向下流側に向けて縮径するように形成したので、スリットから供給される融解水は過冷却水配管内を流動する過冷却水の流れを乱すことがなく安定した水膜を形成する。
【００８５】
請求項８に記載の発明によれば、水膜形成装置を、過冷却水配管における過冷却解除装置の入口近傍に配置したので、最も氷付着の問題が発生し易い過冷却解除装置の入口近傍に対する氷付着の問題を効果的に防止できる。
【００８６】
請求項３及び９に記載の発明によれば、過冷却器出口部において過冷却水中の気泡を集合し、集合した気体を外部に排気することにより過冷却水配管内を流動する過冷却水が気泡を核として過冷却状態が解除するのを防止するようにしたので、過冷却水に混入した気泡を核として過冷却水が過冷却状態を解除する問題を防止でき、よって過冷却水配管による過冷却水の搬送が可能となり、過冷却器及び冷凍機を地上に設置できることにより設備コストが低減できる。
【００８７】
請求項１０に記載の発明によれば、導水ブロックが過冷却器の過冷却器出口から過冷却水配管に向けて暫時断面積が減少したテーパ流路部を形成しているので、過冷却水の流動が安定すると共に流路断面積が絞られて圧力が緩やかに上昇することによって過冷却水中の気泡が更に分離され易くなる。
【００８８】
請求項１１及び１２及び１３に記載の発明によれば、導水ブロックを、または導水ブロックの内面を、着氷防止材料である非金属材料、例えば撥水性を有する高分子系材料、撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラスで構成したので、導水ブロック内面に対する氷付着の問題を低減できる。
【００８９】
請求項４及び１４に記載の発明によれば、過冷却水を供給する過冷却水配管の途中に該過冷却水配管を外部から加熱して過冷却水配管の内壁面温度を氷が付着しない融解温度に保持するようにしたので、氷の付着力を弱めて過冷却水配管内面に対する氷付着の問題を低減できる。このとき、過冷却水配管の内面を、着氷防止材料である非金属材料、例えば撥水性を有する高分子系材料、撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラスで構成すれば、過冷却水配管を加熱して過冷却水配管の内面温度を僅かに上昇させるのみで、過冷却水配管内面の格子運動を励起させて配管内面を活性化し氷の付着力を弱めることにより、氷の付着を良好に防止できる。このように氷の付着が防止できることにより、過冷却水配管を用いた過冷却水の搬送が可能となり、過冷却器及び冷凍機を地上に設置できることによって設備コストが低減できる。
【００９０】
請求項１５に記載の発明によれば、加熱装置が、過冷却水配管の外壁面温度を検出する温度検出器の検出温度に基づいて電気ヒータによる加熱を制御する構成としたので、電気ヒータによって過冷却水配管の内壁面温度をできるだけ低くしかも氷付着が防止できる好適な温度になるように精度良く制御できる。
【００９１】
請求項１６に記載の発明によれば、加熱装置を、過冷却水配管における過冷却解除装置の入口近傍に配置したので、最も氷付着の問題が発生し易い過冷却解除装置の入口近傍に対する氷付着の問題を効果的に防止できる。
【００９２】
請求項１７及び１８及び１９に記載の発明によれば、過冷却水配管を、または過冷却水配管の内面を、着氷防止材料である非金属材料、例えば撥水性を有する高分子系材料、撥水性を有するチタン酸化被膜、ガラスで構成したので、導水ブロック内面に対する氷付着の問題を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の過冷却水搬送装置を適用する氷蓄熱装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図１のＡ部に備えた過冷却水搬送装置の一例である水膜形成装置の形態の詳細断面図である。
【図３】図１のＢ部に備えた過冷却水搬送装置の他の例である導水ブロックの形態の詳細断面図である。
【図４】図３をＩＶ−ＩＶ方向から見た正面図である。
【図５】図４をＶ−Ｖ方向から見た平面図である。
【図６】本発明の過冷却水搬送装置の他の例である加熱装置の形態を示すブロック図である。
【図７】管外壁面温度と管内壁面温度との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１　　水膜形成装置
２　　スリット
６　　融解水供給管
７　　水膜
８　　着氷防止材料
９ａ　　　　　　　　過冷却器出口
１２　　導水ブロック
１５　　気泡集合空間
１６　　排気管
１９　　テーパ流路部
２１　　加熱装置
２２　　電気ヒータ
２３　　温度検出器
２４　　制御器
５４　　過冷却器
５５　　給水管
５６　　過冷却用水
５８　　過冷却水
５９　　過冷却水配管
６０　　過冷却解除装置
【図１】
2004085182.tif 000005
【図２】
2004085182.tif 000006
【図３】
2004085182.tif 000007
【図４】
2004085182.tif 000008
【図５】
2004085182.tif 000009
【図６】
2004085182.tif 000010
【図７】
2004085182.tif 000011