(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環する閉空間からなる冷却室に、内部に水が通水される伝熱管を貫通させ、伝熱管内を流れる水を冷却室に流れる冷媒によって冷却して過冷却水とする過冷却水製造器において、
前記伝熱管の過冷却水出口端近傍に設けられ各伝熱管が貫通し、低露点の乾燥空気が供給されるエアチャンバと、
低露点の乾燥空気を前記エアチャンバに供給する乾燥空気供給手段と、
前記エアチャンバを区画する壁部に設けられた貫通孔とこの貫通孔を所定寸法突出して貫通する前記伝熱管との間の隙間から伝熱管の過冷却水出口端周りに向けてエアチャンバ内の乾燥空気を吹き出す吹出口であって、伝熱管の過冷却水出口よりも後方に設けられる吹出口と、
を備えたことを特徴とする過冷却水製造器。
【請求項２】
前記乾燥空気供給手段から前記エアチャンバに供給される乾燥空気の露点が、前記冷却室を流れる冷媒よりも低い温度であることを特徴とする請求項１に記載の過冷却水製造器。
【請求項３】
前記伝熱管の過冷却水出口端の前方に閉空間の過冷却水吐出チャンバを設け、前記乾燥空気供給手段は、前記過冷却水吐出チャンバの空気を除湿機で除湿して前記エアチャンバに供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の過冷却水製造器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば冷房用の冷熱源を氷の潜熱の形態で蓄えるようにした空調用氷蓄熱装置などに好適に適用される過冷却水製造器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空調用蓄熱水槽に氷を蓄えることによって冷熱を潜熱の形態で蓄熱するいわゆる氷蓄熱方式には、製氷法の相違により蓄える氷の形態がソリッド状（氷塊状）のものとリキッド状（微細な氷が水に懸濁した状態）のものがある。両者の方式にはそれぞれ得失があるが、後者のいわゆるシャーベット状の氷−水スラリーを蓄熱水槽に蓄える方式として、出願人は既に、特願昭62−47770号、特願昭62−62681号、特願昭62−102994号、特願昭62−228800号、特願昭62−245930号、特願昭62−30383号、特願昭62−181176〜8号、特願昭62−192012号等において、０゜Ｃ以下に冷却された過冷却水を連続流れとして製造し、この連続流れの過冷却水の過冷却状態を瞬時に解除することによって、微細な氷が分散した蓄熱に適したリキッドアイスを製造する発明を提案した。
【０００３】
過冷却器で過冷却水を連続して作り、この過冷却水の連続流れから微細な氷を析出させて蓄熱水槽で蓄える場合に、過冷却器の伝熱管から過冷却水を大気中に吐出させ、その落液過程または蓄熱水槽内で過冷却状態を解除することが必要となるが、ここで過冷却器の凍結という問題が生じる。
【０００４】
過冷却器の凍結は、過冷却水出口端で伝熱管外面の氷が伝熱管内面に侵入して過冷却水の過冷却状態を解除し、伝熱管内面で氷の成長を促し、伝熱管を閉塞させることによって起こる。
【０００５】
前記伝熱管外面の氷は、過冷却器のシェル外面及び過冷却器の伝熱管外面が氷点以下の温度となることに起因しており、過冷却器の過冷却水出口近傍の空気中の湿分がシェル外面あるいは伝熱管外面で結露し凍結したり、過冷却状態を解除されて生成された氷粒が伝熱管の端面に跳ね返り付着することにより生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この過冷却器の凍結防止策は従来から種々講じられている。例えば、実公平6−5535号公報、実公平6−5537号公報、実公平6−41062号公報等には、過冷却器の伝熱管から大気に放出された過冷却水や過冷却状態解除により生成された氷粒が、過冷却器のシェル又は伝熱管に跳ね返ってこないように邪魔板を設けたものが開示されている。しかしながら、この凍結防止構造では、空気中の湿分が伝熱管の出口端部等に結露し凍結するのを防止することはできず、したがって、過冷却器の凍結を完全に防止することは不可能であった。
【０００７】
また、実公平6−15244号公報には、伝熱管の過冷却水出口端部の外面に樹脂製の防露層を設けたものが開示されている。しかしながら、この凍結防止構造では、空気中の湿分が伝熱管外面等で結露し凍結するのを防止することはできても、氷粒等が跳ね返って伝熱管外面等に付着するのを防止することはできず、したがって、過冷却器の凍結を完全に防止することは不可能であった。
【０００８】
さらに、実公平7−52506号公報には、伝熱管の過冷却水出口端部の外周面に面状電気ヒータを貼り付け、このヒータで加熱することによって過冷却水出口端部を周囲空気の露点よりも高くできるようにしたものが開示されている。しかしながら、この凍結防止構造では、面状電気ヒータの貼り付け不良により過冷却水出口端部の加熱が十分に行えなかったり、貼り付け不良や寸法精度に起因して生じる僅かな隙間に結露が生じ凍結することがあり、過冷却器の凍結を完全に防止することは不可能であった。
【０００９】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、伝熱管内部の凍結防止を確実に行い得る過冷却水製造器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本発明は、冷媒が循環する閉空間からなる冷却室に、内部に水が通水される伝熱管を貫通させ、伝熱管内を流れる水を冷却室に流れる冷媒によって冷却して過冷却水とする過冷却水製造器において、前記伝熱管の過冷却水出口端近傍に設けられ各伝熱管が貫通するエアチャンバと、低露点の乾燥空気を前記エアチャンバに供給する乾燥空気供給手段と、前記エアチャンバを区画する壁部に設けられた貫通孔とこの貫通孔を貫通する前記伝熱管との間の隙間から伝熱管の過冷却水出口端周りに向けてエアチャンバ内の乾燥空気を吹き出す吹出口と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
吹出口から吹き出された乾燥空気は環状の流れとなって、伝熱管の過冷却水出口端部を包囲する。したがって、伝熱管の過冷却水出口端部の外周面では結露が生じなくなり、また、過冷却水が過冷却状態を解除されて生成された氷粒が、飛び跳ねて伝熱管の外周面に付着しようとしても、伝熱管を包囲する乾燥空気の流れがこれを阻止する。その結果、伝熱管の過冷却水出口端部外周面に氷が付着したり、この外周面で氷が成長することがないので、伝熱管内部が凍結することもない。
【００１２】
冷媒には、フロン系冷媒のように液相から気相への相変化により冷却するものや、エチレングリコールのような不凍液を採用することが可能である。
【００１３】
また、本発明に係る過冷却水製造器においては、前記乾燥空気供給手段から前記エアチャンバに供給される乾燥空気の露点を、前記冷却室を流れる冷媒よりも低い温度とするのが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明に係る過冷却水製造器においては、前記伝熱管の過冷却水出口端の前方に閉空間の過冷却水吐出チャンバを設け、前記乾燥空気供給手段は、前記過冷却水吐出チャンバの空気を除湿機で除湿して前記エアチャンバに供給するようにすることができる。このようにすると、過冷却水のエネルギーが空気の冷却除湿にも利用されることになるので、省エネルギーであり、除湿機の除湿能力を小さくできて、コストダウンにもなる。除湿機としては湿式と乾式のいずれも採用可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る過冷却水製造器の一実施の形態を図１から図３の図面に基いて説明する。尚、この実施の形態は、本発明に係る過冷却水製造器を空調用氷蓄熱システムに適用した態様である。
【００１６】
図１は、過冷却水製造器の概略構成を示す図である。過冷却水製造器は、過冷却器１と、過冷却水吐出チャンバ２と、過冷却解除管３と、乾燥空気供給装置（乾燥空気供給手段）４を主要構成とする。
【００１７】
過冷却器１は水平に設置された細長い筒状のシェル５を備えている。シェル５の内部は、シェル５内に固定された２つの仕切板６，７によって３つの部屋に離隔されており、シェル５の後端板８と仕切板６との間は給水室９とされ、仕切板６と仕切板７の間は冷却室１０とされ、仕切板７とシェル５の前端板１１との間はエアチャンバ１２とされている。
【００１８】
冷却室１０には複数本の伝熱管１３が貫通配置されており、各伝熱管１３は仕切板６，７に貫通固定されている。各伝熱管１３の先端側はエアチャンバ１２をも貫通し、シェル５の前端板１１から前方に所定寸法突出している。図２及び図３に示すように、シェル５の前端板１１には、各伝熱管１３を貫通させる貫通孔１４が設けられており、この貫通孔１４に伝熱管１３が遊挿されている。即ち、伝熱管１３はその全周に隙間１７を有して貫通孔１４に挿通されているのである。
【００１９】
過冷却器１の前方には閉空間の過冷却水吐出チャンバ２が設けられており、過冷却器１の前端部分が過冷却水吐出チャンバ２内に突き出ている。過冷却水吐出チャンバ２の下部には過冷却解除管３が連結されており、過冷却解除管３はさらに図示しない氷蓄熱槽に接続されている。
【００２０】
過冷却器１の給水室９には、前記氷蓄熱槽内の水が循環ポンプによって連続供給される。給水室９に供給された水は伝熱管１３を通り、伝熱管１３の先端から過冷却水吐出チャンバ２内に放出される。伝熱管１３を流通する水を過冷却水とするために、過冷却器１の冷却室１０には冷媒として不凍液のエチレングリコールが供給される。この冷媒は、図示しない冷凍機及びポンプにより所定温度で冷媒入口ノズル１５から供給され、冷媒出口ノズル１６から排出される。この冷媒によって、伝熱管１３の内壁温度はどの地点でも−5.8゜Ｃ以下とならない温度（但し、０゜Ｃ以下）に制御されている。このように伝熱管１３の内壁温度を制御することにより、伝熱管１３を流れる水のレイノルズ数や、冷却前の水温、冷却後の水温等に関わらず、伝熱管１３を流れる水を０゜Ｃ以下の過冷却水にすることができ、連続的に過冷却水を製造することができる。
【００２１】
伝熱管１３から過冷却水吐出チャンバ２に放出された過冷却水は過冷却解除管３に落下し、その際に過冷却水は過冷却状態を解除されて微細な氷粒を生成し、この氷粒は過冷却解除管３から前記氷蓄熱槽に送られ、シャーベット状の氷として蓄えられる。
【００２２】
ところで、この過冷却水製造器では、過冷却器１の凍結防止のために、シェル５の前端板１１の貫通孔１４と伝熱管１３との間の隙間１７から低露点の乾燥空気を吹き出している。この乾燥空気は過冷却水吐出チャンバ２内の空気を循環使用しており、過冷却水吐出チャンバ２と過冷却器１のエアチャンバ１２との間に乾燥空気供給装置４が設けられている。乾燥空気供給装置４は、乾式除湿機１８と、送風機１９と、これらと過冷却水吐出チャンバ２及びエアチャンバ１２とを接続する配管２０からなる。
【００２３】
過冷却水吐出チャンバ２内の空気は、過冷却器１の伝熱管１３から過冷却水吐出チャンバ２内に放出される過冷却水によって冷却除湿され、この冷却除湿された空気が乾式除湿機１８に送られ、ここでさらに除湿されて乾燥空気にされる。尚、乾式除湿機１８には、除湿処理後の乾燥空気の露点を冷媒入口ノズル１５に供給される冷媒温度以下にすることができる除湿能力を有するものを使用する。
【００２４】
このようにして除湿された乾燥空気は、送風機１９によってエアチャンバ１２に供給され、伝熱管１３と貫通孔１４との間の隙間１７から伝熱管１３の先端に向かって吹き出される。つまり、隙間１７は乾燥空気の吹出口となる。各隙間１７から吹き出された乾燥空気の流れは、各伝熱管１３の先端部分を包囲するような環状の流れとなる。つまり、シェル５から露出した伝熱管１３の先部外周面は乾燥空気で包囲されるようになるので、伝熱管１３の先部外周面では結露が生じなくなる。また、過冷却水が過冷却状態を解除されて生成された氷粒が、過冷却吐出チャンバ２内で飛び跳ねて伝熱管１３に付着しようとしても、伝熱管１３の先部外周面を包囲する乾燥空気の流れが氷粒の付着を阻止するので、飛び跳ねた氷粒が伝熱管１３に付着することはない。
【００２５】
したがって、シェル５から露出する伝熱管１３の先部外周面に氷が付着したり氷が成長することがないので、伝熱管１３の内面で氷が成長することもなく、過冷却器１の凍結を防止することができる。
【００２６】
尚、この実施の形態では、シェル５の前端板１１に設けた貫通孔１４の内径は、伝熱管１３の外径よりも１〜２ｍｍ大きい寸法とし、したがって、隙間１７の寸法Ｄを０．５〜１ｍｍとした。また、前端板１１からの伝熱管１３の突出寸法Ｌは、隙間１７から吹き出される流出空気のコアンダ効果を考慮して、隙間１７の寸法Ｄの３倍程度とした。さらに、隙間１７から吹き出される乾燥空気の流速は１．５ｍ／ｓ程度とした。
【００２７】
以上のように、この過冷却水製造器によれば、過冷却器１の凍結、及びその凍結に起因する閉塞を確実に防止することができる。特に、この実施の形態では、隙間１７から吹き出される乾燥空気を循環使用するようにしており、隙間１７から吹き出された空気はまず過冷却水吐出チャンバ２内で過冷却水によって冷却除湿され、その後で乾式除湿機１８により除湿されるので、乾式除湿機１８の除湿能力が小さくて済み、省エネルギーを図ることができる。
【００２８】
また、従来は過冷却器に対する凍結対策が万全でないため、過冷却器が凍結した場合のことを考えて、１台の過冷却器に対して凍結解除作業を行っているときにも過冷却水を製造することができるように、予備の過冷却器を用意しておかなければならなかったが、この実施の形態の過冷却水製造器では、過冷却器１を確実に凍結防止することができ、万全であるので、予備の過冷却器を用意する必要がなく、コスト、スペースの点でも有利である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷媒が循環する閉空間からなる冷却室に、内部に水が通水される伝熱管を貫通させ、伝熱管内を流れる水を冷却室に流れる冷媒によって冷却して過冷却水とする過冷却水製造器において、前記伝熱管の過冷却水出口端近傍に設けられ各伝熱管が貫通するエアチャンバと、低露点の乾燥空気を前記エアチャンバに供給する乾燥空気供給手段と、前記エアチャンバを区画する壁部に設けられた貫通孔とこの貫通孔を貫通する前記伝熱管との間の隙間から伝熱管の過冷却水出口端周りに向けてエアチャンバ内の乾燥空気を吹き出す吹出口と、を備えたことにより、伝熱管の過冷却水出口端外周面に氷が付着したり成長することがなくなり、伝熱管の内部での凍結を確実に防止することができるという優れた効果が奏される。また、伝熱管に対する凍結解除作業を皆無にすることができるので、従来のように凍結解除作業時にも過冷却水を製造することができるようにするために予備の過冷却水製造器を用意する必要がなく、コストダウン、省スペースを図ることができる。
【００３０】
また、前記伝熱管の過冷却水出口端の前方に閉空間の過冷却水吐出チャンバを設け、前記乾燥空気供給手段は、前記過冷却水吐出チャンバの空気を除湿機で除湿して前記エアチャンバに供給するようにした場合には、さらにコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る過冷却水製造器の一実施の形態における全体構成図である。
【図２】  前記実施の形態における過冷却水製造器の過冷却水出口周りの拡大断面図である。
【図３】  伝熱管と乾燥空気吹出口の位置関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１  過冷却器
２  過冷却水吐出チャンバ
３  過冷却解除管
４  乾燥空気供給装置（乾燥空気供給手段）
５  シェル
１０  冷却室
１２  エアチャンバ
１３  伝熱管
１４  貫通孔
１７  隙間（吹出口）
１８  乾式除湿機
【図１】
0004256494.tif 000002
【図２】
0004256494.tif 000003
【図３】
0004256494.tif 000004