(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブライン冷却用槽に、ブライン冷却用の冷却管を収納したブライン冷却装置と、ブライン冷却用槽からポンプアツプしたブラインを循環させる水過冷却用槽に、通水用の伝熱管を収納した過冷却装置とを備えた過冷却水生成用熱交換装置において、前記ブライン冷却用槽と水過冷却用槽を一体化すると共に、水過冷却用槽から直接ブライン冷却用槽へブラインをオーバーフローさせるように両槽を配設し、前記ブライン冷却用槽の外側上方寄りに、前記水過冷却用槽を環状に設け、ブライン冷却用槽の開口した環状の上端縁を介してブラインをオーバーフローさせるようにしたことを特徴とする過冷却水生成用熱交換装置。
【請求項２】
前記環状の水過冷却用槽は、ポンプアツプしたブラインを環状方向へ吐出するように、吐出口を備えている請求項１記載の過冷却水生成用熱交換装置。
【請求項３】
前記水過冷却用槽に、前記伝熱管より下方位置にブライン放出口を設け、該ブライン放出口から前記ブライン冷却用槽に、前記オーバーフローさせる流量より少量のブラインを放出するようにした請求項１又は２記載の過冷却水生成用熱交換装置。
【請求項４】
前記水過冷却用槽より下方位置にブライン予備槽を備え、前記水過冷却用槽に、前記伝熱管より下方位置にブライン放出口を設け、ブライン放出口とブライン予備槽とを、通電時は閉弁し且つ非通電時は開弁する電磁弁を介してブライン回収路で接合した請求項１又は２記載の過冷却水生成用熱交換装置。
【請求項５】
前記ブライン冷却用槽の外側で、前記水過冷却用槽の下方に前記ブライン予備槽を配設した請求項４記載の過冷却水生成用熱交換装置。
【請求項６】
ブライン冷却用槽に、ブライン冷却用の冷却管を収納したブライン冷却装置と、ブライン冷却用槽からポンプアツプしたブラインを循環させる水過冷却用槽に、通水用の伝熱管を収納した過冷却装置とを備えた過冷却水生成用熱交換装置において、前記ブライン冷却用槽と水過冷却用槽を一体化すると共に、水過冷却用槽から直接ブライン冷却用槽へブラインをオーバーフローさせるように両槽を配設し、前記水過冷却用槽に、前記伝熱管より下方位置にブライン放出口を設け、該ブライン放出口から前記ブライン冷却用槽に、前記オーバーフローさせる流量より少量のブラインを放出するようにしたことを特徴とする過冷却水生成用熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水を０℃以下に過冷却して過冷却水を生成する過冷却水生成用熱交換装置に関するものである。この熱交換装置の用途としては、生成された冷却水の過冷却状態を解除して氷を連続的に得る過冷却連続製氷装置等が挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、過冷却水生成用熱交換装置には、特開平５−３２２２３３号公報に記載のものがある。この熱交換装置は、シエル内でシエル長手方向に配設した伝熱管の両端を、シエル両端の管板に貫通させた過冷却装置と、ブライン冷却装置とを備え、ブライン冷却装置からポンプアツプしたブラインを、過冷却装置のシエルの局所に設けたブライン入口からブライン出口に流すことにより、伝熱管の管内を流れる水を過冷却するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の過冷却水生成用熱交換装置には、次の如き問題があつた。
（ａ）過冷却装置とブライン冷却装置とが独立した別体であるため、装置が大型化すると共に製造コストが高くなる。
（ｂ）過冷却装置のシエル内を流れるブラインが、局所に設けたブライン入口からブライン出口に向かつて流れることにより、シエル内でブラインの淀みが発生し、通水用の伝熱管のまわりに万遍なくブラインを接触させることができない場合がある。そのため、熱交換能力の低下と、伝熱管を閉塞させる過冷却水の氷結が生じる。
（ｃ）停電等で運転が停止したとき、シエル内に残留しているブラインにより、伝熱熱管に残留している水を氷結させることがある。そのため、伝熱管か破損したり、再運転がスムーズに立ち上がらないことがある。
そこで、本発明は、従来の前記問題を解決することができる過冷却水生成用熱交換装置の提供を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
製造コストの低減と装置の小型化を図り、また熱交換能力の向上を図ると共に過冷却水の氷結を阻止するために請求項１記載の本発明が採用した手段は、ブライン冷却用槽に、ブライン冷却用の冷却管を収納したブライン冷却装置と、ブライン冷却用槽からポンプアツプしたブラインを循環させる水過冷却用槽に、通水用の伝熱管を収納した過冷却装置とを備えた過冷却水生成用熱交換装置において、前記ブライン冷却用槽と水過冷却用槽を一体化すると共に、水過冷却用槽から直接ブライン冷却用槽へブラインをオーバーフローさせるように両槽を配設し、前記ブライン冷却用槽の外側上方寄りに、前記水過冷却用槽を環状に設け、ブライン冷却用槽の開口した環状の上端縁を介してブラインをオーバーフローさせるようにしたことである。
本発明にあつては、ブライン冷却用槽と水過冷却用槽を一体化してあるので装置をコンパクトにできると共に、水過冷却用槽から直接ブライン冷却用槽にブラインをオーバーフローさせるので、水過冷却用槽から出たブラインをブライン冷却用槽へ導くための配管が不要となる。
【０００５】
また請求項１記載の本発明にあつては、ブライン冷却用槽内で通水用の伝熱管のまわりにブラインが万遍なく接触するように、ブライン冷却用槽の環状の上端縁の全周域又は適所からブラインをオーバーフローさせることができる。
【０００６】
熱交換能力の向上を図ると共に過冷却水の氷結を阻止するために請求項２記載の本発明が採用した手段は、請求項１記載の過冷却水生成用熱交換装置において、前記環状の水過冷却用槽は、ポンプアツプしたブラインを環状方向へ吐出するように、吐出口を備えたことである。
本発明にあつては、水過冷却用槽の槽内を環状方向へ淀むことなく流れるので、通水用の伝熱管のまわりにブラインがより万遍なく接触しながら流れる。
【０００７】
運転停止時の過冷却水の氷結を阻止すると共に再運転をスムーズに立ち上げるために請求項３記載の本発明が採用した手段は、請求項１又は２記載の過冷却水生成用熱交換装置において、前記水過冷却用槽に、前記伝熱管より下方位置にブライン放出口を設け、該ブライン放出口から前記ブライン冷却用槽に、前記オーバーフローさせる流量より少量のブラインを放出するようにしたことである。
運転停止時の過冷却水の氷結を阻止すると共に再運転をスムーズに立ち上げるために請求項６記載の本発明が採用した手段は、ブライン冷却用槽に、ブライン冷却用の冷却管を収納したブライン冷却装置と、ブライン冷却用槽からポンプアツプしたブラインを循環させる水過冷却用槽に、通水用の伝熱管を収納した過冷却装置とを備えた過冷却水生成用熱交換装置において、前記ブライン冷却用槽と水過冷却用槽を一体化すると共に、水過冷却用槽から直接ブライン冷却用槽へブラインをオーバーフローさせるように両槽を配設し、前記水過冷却用槽に、前記伝熱管より下方位置にブライン放出口を設け、該ブライン放出口から前記ブライン冷却用槽に、前記オーバーフローさせる流量より少量のブラインを放出するようにしたことである。
請求項３及び６記載の本発明にあつては、伝熱管への通水及びブラインのポンプアツプが停電等で停止したとき、水過冷却用槽に残留しているブラインがブライン放出口からブライン冷却用槽に自然放出されるので、伝熱管に残留している水が氷結することはない。
【０００８】
運転停止時の過冷却水の氷結を阻止すると共に再運転をスムーズに立ち上げるために請求項４記載の本発明が採用した手段は、請求項１又は２記載の過冷却水生成用熱交換装置において、前記水過冷却用槽より下方位置にブライン予備槽を備え、前記水過冷却用槽に、前記伝熱管より下方位置にブライン放出口を設け、ブライン放出口とブライン予備槽とを、通電時は閉弁し且つ非通電時は開弁する電磁弁を介してブライン回収路で接合したことである。
本発明にあつては、伝熱管への通水及びポンプアツプが停電等で停止したとき、水過冷却用槽に残留しているブラインがブライン放出口から開弁状態のブライン回収路に導かれてブライン予備槽に放出されるので、伝熱管に残留している水が氷結することはない。
【０００９】
装置の小型化を図るために請求項５記載の本発明が採用した手段は、請求項４記載の過冷却水生成用熱交換装置において、前記ブライン冷却用槽の外側で、前記水過冷却用槽の下方に前記ブライン予備槽を配設したことである。
本発明にあつては、ブライン冷却用槽の外側で、水過冷却用槽及びブライン予備槽が上下２段となり、装置をコンパクトにできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る過冷却水生成用熱交換装置（以下、「本発明熱交換装置」という）を図面に示す実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態に係る本発明熱交換装置を備えた過冷却連続製氷装置全体の概要を示す断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線で断面した本発明熱交換装置の平面図である。
過冷却連続製氷装置１は、図１に示す如く、冷却水を得るための予冷装置２と、予冷装置２から供給される冷却水Ｗ２を過冷却する過冷却装置３と、過冷却装置３で得た過冷却水Ｗ３を氷Ｉにする氷生成装置４とを備え、予冷装置２から過冷却装置３へ冷却水Ｗ２を連続的に供給することにより、氷生成装置４で氷Ｉを連続的に得るようにしてある。
【００１１】
上記予冷装置２は、冷却水Ｗ２を貯えるためのタンク５と、タンク５内に内蔵した螺旋状の伝熱管等からなる熱交換器９とを備えている。熱交換器９は、冷媒用圧縮機を備えた冷媒供給装置１１との間で冷媒を循環させ、タンク５内の水を略々０℃まで冷却するようにしてある。タンク５は、貯えている冷却水Ｗ２が減少すると、水道管等の給水管１２から常温の水Ｗ１が自動的に注水され、所定高さの貯水面Ｌを確保するようにしてある。この自動給水は、自動開閉弁１３で行うようにしてある。タンク５は、氷生成装置４の排水口４ａとタンク内５ａとを回収配管１３で接続し、氷生成装置４で氷とならなかつた冷水Ｗ４を回収するようにしてある。
【００１２】
製氷装置１は、過冷却装置３を作動させない状態下であつても、予冷装置２を作動させてタンク５に冷却水Ｗ２を貯えておくことができるので、過冷却装置３の起動と同時に最適温度の冷却水Ｗ２を過冷却装置３に供給し、得られた過冷却水Ｗ３を氷生成装置４に導いて氷Ｉを直ちに得ることができる。
前記過冷却装置３は、併設したブライン冷却装置１４とにより本発明熱交換装置１５を構成し、ブライン冷却装置１４との間でエチレングリコール等の過冷却用ブラインＢを循環するようにしてある。循環するブラインＢは、ブライン冷却装置１４で冷却して温度を下げ、過冷却装置３で吸熱して温度を上げる。
【００１３】
上記ブライン冷却装置１４は、冷却するためのブラインＢを貯えるブライン冷却用槽１８と、ブライン冷却用槽１８に内蔵した螺旋状の伝熱管等からなる熱交換器１９を備えている。熱交換器１９は、ブライン冷却用槽１８内に貯えられているブラインをマイナス１２℃乃至マイナス１４℃程度まで冷却するように、冷媒供給装置１１との間で冷媒を循環させるようにしてある。
前記過冷却装置３及びブライン冷却装置１４からなる本発明熱交換装置１５は、上端開口した筒状のブライン冷却用槽１８の外側上方寄りに、環状の水過冷却用槽１６を一体に形成してある。ブラインＢは、ブライン冷却用槽１８の排出口１８ａから循環管２０へ導かれ、循環ポンプ２１でポンプアツプされて、水過冷却用槽１６の供給口１６ａへ供給される。
【００１４】
上記水過冷却用槽１６に供給されたブラインＢは、水過冷却用槽１６の槽内を通過する間に、伝熱管６の管内を通過する冷却水Ｗ１との間で熱交換して、冷却水Ｗ１を更に冷却してマイナス３℃程度の過冷却水Ｗ３にする。水過冷却用槽１６を通過したブラインＢは、ブライン冷却用槽１８と水過冷却用槽１６とを区画する環状の境界壁２２の開口上端縁２２ａからオーバーフローして、ブライン冷却用槽１８に戻る。過冷却装置３は、ブライン冷却用槽１８の環状の上端縁２２ａの全周域又は適所からブラインＢをオーバーフローさせることができるので、後述の伝熱管６のまわりにブラインを万遍なく接触させることが可能となる。なお、ブライン冷却用槽１８は、環状の上端縁２２ａの全周域又は適所から均等にブラインＢをオーバーフローさせるために、図示は省略しが、上端縁２２ａにＶノツチ等の切欠き部を適宜周ピツチ毎に設けることもある。
【００１５】
前記過冷却装置３は、図１及び図２に示す如く、環状の水過冷却用槽１６に伝熱管６を収納してある。伝熱管６は、耐冷却性及び耐水性のあるゴムチユーブ（例えば、シリコンゴムチユーブ等）を一重又は多重（図面は３重）の緩やかな螺旋状に巻いて形成したものであり、管保持具２３に保持させて螺旋形状を維持してある。緩やかな螺旋状とは、伝熱管６の管内を淀むことなく常に安定した状態で冷却水や過冷却水を流すことができる螺旋半径で形成したことを言う。伝熱管６にゴムチユーブを用いるのは、管内表面を滑らかに成形できると共に管内表面に皺を生じさせることなく螺旋状に巻くことができるので、氷核を形成させる原因となる凹凸を管内表面に形成しないからである。更に、ゴムチユーブは、耐冷却性の材質であるため、氷核を形成するような熱的シヨツクを冷却水に与える心配も少ないからである。
【００１６】
前記予冷装置２と過冷却装置３とは、予冷装置２のタンク５の排水口５ａと過冷却装置３の伝熱管６の給水口６ａとを冷却水用供給管７で接続してある。冷却水用供給管７は、その途中に、給水用ポンプ２４及び検知器８を設けてある。検知器８は、管内流量の変化を検知するためのものであり、オリフイス等の流量検出素子で圧力差を測定して流量を求める形式等が選択される。
前記過冷却装置３は、もし伝熱管６の管内で氷の生成が始まると、管内表面に氷が微量づつ付着して管内通水抵抗を徐々に増大させるので、冷却水用供給管７を流れる冷却水Ｗ２の流量も徐々に低下する。検知器８は、この流量の低下を検知することにより、過冷却装置３における氷の生成開始を検知できる。
上記検知器８は、設定した流量値より小さい値を検知したときには自動的に信号ａを出力し、冷却水用ポンプ２４の給水量を増大させて冷却負荷を増加させるか、ブライン用循環ポンプ２４の循環水量を低下もしくは停止させて冷却能力を低下させる等して、伝熱管６における氷生成の増加を阻止する。
【００１７】
前記過冷却装置３は、伝熱管６の排水口６ｂから耐冷却性及び耐水性のあるゴムチユーブ（例えば、シリコンゴムチユーブ等）からなる案内管２５を延設してある。案内管２５は、吐水口２５ａを氷生成装置４に臨ませてある。
上記氷生成装置４は、案内管２５の吐水口２５ａから放出される過冷却水Ｗ３の過冷却を解除して氷とするものである。氷生成装置４は、生成した氷Ｉを受ける受皿２９を備え、過冷却水Ｗ３と接触する箇所に、氷核を形成させるための強制冷却した接触面２６を露出してある。接触面２６は、管内をブラインＢが流れる冷却管２７の表面、又は冷却管２７に伝熱接触する伝熱板（図示は省略）で形成してある。
【００１８】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明熱交換装置の第２の実施の形態を示すものであり、（Ａ）は左半分を断面した正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線で断面し一部切除した平面図である。
本実施の形態に係る本発明熱交換装置１５は、水過冷却用槽１６にポンプアツプするブラインＢを槽内１６ｂの環状方向（矢符Ｃ方向）へ吐出するように、吐出口３１の１個又は複数個を備えている。この吐出口３１を備えた以外の構造は、前記第１の実施の形態と実質的に同一である。
吐出口３１から吐出したブラインＢは、水過冷却用槽１６の槽内１６ｂを環状方向へ淀むことなく流れるので、通水用の伝熱管６のまわりに万遍なく接触しながら流れる。その結果、本発明熱交換装置１５は、熱交換能力の向上が図れると共に、伝熱管６を閉塞させる過冷却水の氷結を生じさせない。
【００１９】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明熱交換装置の第４の実施の形態を示すものであり、断面した正面図である。
本実施の形態に係る本発明熱交換装置１５は、水過冷却用槽１６に、伝熱管６より下方位置にブライン放出口３３を設けてある。ブライン放出口３３は、境界壁２２の開口上端縁２２ａからオーバーフローする流量より少量のブラインをブライン冷却用槽１８に放出する。このブライン放出口３３を備えた以外の構造は、前記第１の実施の形態（図１参照）と実質的に同一である。第１の実施の形態と同一の符号は同一構成部材を示す。
ブライン用循環ポンプ２１及び給水用ポンプ２４（図１参照）が停電等で停止した場合には、水過冷却用槽１６の槽内１６ｂに残留しているブラインＢがブライン放出口３３からブライン冷却用槽１８に自然放出されるので、伝熱管６に残留している水を氷結させることはない。その結果、本発明熱交換装置１５は、伝熱管６に残留している水の氷結がないため、再運転をスムーズに立ち上げることができると共に伝熱管６を破損させることがない。
【００２０】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明熱交換装置の第４の実施の形態を示すものであり、断面した正面図である。
本実施の形態に係る本発明熱交換装置３５は、前記第１の実施の形態（図１参照）と同様に、過冷却装置３とブライン冷却装置１４とを備えている。本発明熱交換装置３５の特徴は、水過冷却用槽１６の伝熱管６より下方位置に設けたブライン放出口３３とブライン予備槽３８とをブライン回収路３６で接合すると共に、ブライン回収路３６の途中に、通電時は閉弁し且つ非通電時は開弁する電磁弁３７を設けたことである。ブライン予備槽３８とブライン冷却用槽１８とは、ブライン汲上路３９とポンプ４０とで接合され、運転を再開するときに、ブライン予備槽３８内のブラインＢをブライン冷却用槽１８へ汲み上げるようにしてある。ブライン冷却用槽１８は、撹拌機４１を備え、熱交換器１９によるブラインＢの冷却を促進するにしてある。ブライン用循環ポンプ２１及び給水用ポンプ２４（図１参照）が停電等で停止した場合には、水過冷却用槽１６の槽内１６ｂに残留しているブラインＢがブライン放出口３３から開弁状態の電磁弁３７を通過してブライン予備槽３８に自然放出されるので、伝熱管６に残留している水を氷結させることはない。
【００２１】
（第５の実施の形態）
図６は、本発明熱交換装置の第５の実施の形態を示すものであり、断面した正面図である。
本実施の形態に係る本発明熱交換装置４５は、前記第４の実施の形態（図５参照）と同様に、過冷却装置３、ブライン冷却装置１４、ブライン汲上路３９及びポンプ４０を備えている。
本発明熱交換装置４５の第１の特徴は、ブライン冷却用槽１８の外側で、水過冷却用槽１６の下方にブライン予備槽４８を配設して上下２段構造とし、装置をコンパクトにした点である。
【００２２】
本発明熱交換装置４５の第２の特徴は、水過冷却用槽１６の伝熱管６より下方位置に設けたブライン放出口４７から水過冷却用槽１６の槽内上方の適所までブライン循環路４９を延設し、またブライン循環路４９の途中に設けた循環ポンプ５０より上流側の適所からブライン予備槽４８までブライン回収路４６を延設し、更にブライン回収路４６の途中に前記第４の実施の形態と同様の電磁弁３７を設けた点である。本発明熱交換装置４５は、水過冷却用槽１６の槽内のブラインＢを循環ポンプ５０で強制循環させることにより、通水用の伝熱管６のまわりにブラインＢがより万遍なく接触しながら流れ、熱交換能力の向上を図ると共に過冷却水の氷結を阻止することができる。
【００２３】
（その他の実施の形態）
前記過冷却装置３は、水過冷却用槽１６の槽内の底面側で且つ断熱管６の下方に、断熱管６に向かつてブラインを吐出する多数の吐出孔を開口した環状のブライン吐出管（図示は省略）を配設し、このブライン吐出管にブライン用循環管２０を接合して構成することもある。この場合、過冷却装置３は、ブライン吐出管の吐出孔から吐出したブラインＢを、通水用の伝熱管６のまわりに万遍なく接触させながら槽内を上昇させ、オーバーフローさせることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述の如く、本発明熱交換装置は、以下の如き優れた効果を有する。
請求項１及び６記載の本発明は、ブライン冷却用槽と水過冷却用槽との一体化及び水過冷却用槽からでたブラインをブライン冷却用槽へ導くための配管の不要により、製造コストの低減と省スペース化が図れる。
請求項１及び２記載の本発明は、水過冷却用槽の槽内で淀むことなく流れるブラインが通水用の伝熱管のまわりに万遍なく接触するので、熱交換能力の向上が図れると共に、伝熱管を閉塞させる過冷却水の氷結を生じさせることがなく円滑な運転を確保できる。
【００２５】
請求項３、４及び６記載の本発明は、運転停止したときでも、伝熱管に残留している水を氷結させることがないため、再運転をスムーズに立ち上げることができると共に伝熱管を破損させることがない。
請求項５記載の本発明は、水過冷却用槽及びブライン予備槽の上下２段構造により、装置をコンパクトにして、省スペース化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る本発明熱交換装置を備えた過冷却連続製氷装置全体の概要を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線で断面した本発明熱交換装置の平面図である。
【図３】本発明熱交換装置の第２の実施の形態を示すものであり、（Ａ）は左半分を断面した正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線で断面し一部切除した平面図である。
【図４】本発明熱交換装置の第３の実施の形態を示すものであり、断面した正面図である
【図５】本発明熱交換装置の第４の実施の形態を示すものであり、断面した正面図である。
【図６】本発明熱交換装置の第５の実施の形態を示すものであり、断面した正面図である。
【符号の説明】
６…伝熱管、１８…ブライン冷却用槽、１６…水過冷却用槽、２２ａ…上端縁、３１…吐出口、３３…ブライン放出口、３８（４８）…ブライン予備槽
【図１】
0003936426.tif 000002
【図２】
0003936426.tif 000003
【図３】
0003936426.tif 000004
【図４】
0003936426.tif 000005
【図５】
0003936426.tif 000006
【図６】
0003936426.tif 000007