(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器により過冷却水を生成し、過冷却水から相変化によってシャーベット状の氷を製造しこれを氷蓄熱槽に貯蔵する空調用氷蓄熱装置において、過冷却水の配管外周に配設されるペルチエ素子と、該ペルチエ素子の冷却側に設けられ、前記配管内に突出される突起部と、該突起部の上流側に配設されるヒータとを備え、前記突起部の下流側の配管に絞り部を設け、前記ペルチエ素子に通電して突起部を冷却することにより、過冷却を解除して氷核を発生させ連続的に氷を製造することを特徴とする空調用氷蓄熱装置。
【請求項２】
前記配管内に氷が無い状態でペルチエ素子に所定時間通電することを特徴とする請求項１記載の空調用氷蓄熱装置。
【請求項３】
前記下流側の配管の絞り部に直管を連結したことを特徴とする請求項１記載の空調用氷蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水の過冷却現象を利用して氷を製造する空調用氷蓄熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水を０℃未満にまで冷却して得られる過冷却水から相変化によってシャーベット状の氷を製造しこれを氷蓄熱槽に貯蔵する空調用氷蓄熱装置が知られている。
【０００３】
例えば、特開平３−２４１２５１号においては、過冷却水を大気に開放、落下させ、下方に設置した衝撃板に衝突させて過冷却を解除し氷を製造するようにしているが、この方式は、衝撃板との間の垂直距離が必要になり装置設置上の高さに制約が生じたり、溶存酸素の増大により配管内に錆が発生したり、氷蓄熱槽内での氷の偏りにより氷充填率が上がりにくいという問題や、過冷却水の吐出口部やエルボなど衝撃が発生する部分で氷の堆積が生じ配管が閉塞する等の問題を有している。
【０００４】
この問題を解決するために、特許第２８１１２７１号においては、大口径管内に小口径管をノズル状に付き出して配置すると共に、大口径管に過冷却水から氷への相変化を誘発させる相変化誘発装置を設ける提案を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許第２８１１２７１号の方式においては、相変化誘発装置としてプロペラや超音波振動子を用いてキャビテーションを発生させる方式であるため、過冷却水を十分に冷却しないと相変化が起こらず、安定した氷の製造ができないという問題を有している。さらに、上記方式においては、小口径管のノズル部外周などに氷が堆積しやすく、これを防止するために大口径管内にバイパス管を設ける必要があり、構造が複雑になるという問題を有している。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、過冷却水の温度を低くしなくても、構造が簡単で且つ安定した氷の製造を行うことができる空調用氷蓄熱装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の空調用氷蓄熱装置は、熱交換器により過冷却水を生成し、過冷却水から相変化によってシャーベット状の氷を製造しこれを氷蓄熱槽に貯蔵する空調用氷蓄熱装置において、過冷却水の配管外周に配設されるペルチエ素子と、該ペルチエ素子の冷却側に設けられ、前記配管内に突出される突起部と、該突起部の上流側に配設されるヒータとを備え、前記突起部の下流側の配管に絞り部を設け、前記ペルチエ素子に通電して突起部を冷却することにより、過冷却を解除して氷核を発生させ連続的に氷を製造することを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１において、前記配管内に氷が無い状態でペルチエ素子に所定時間通電することを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項１において、前記下流側の配管の絞り部に直管を連結したことを特徴とする。
以上
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の空調用氷蓄熱装置の１実施形態を示し、図１（Ａ）は全体構成図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の過冷却解除装置の断面図、図１（Ｃ）は絞り部の変形例を示す図である。
【０００９】
図１（Ａ）において、冷凍機１により冷却されたブラインは、ブライン循環ポンプ２により熱交換器３に供給、循環される。熱交換器３には、氷蓄熱槽４内の水が配管を介して水循環ポンプ５により濾過装置６を経て供給され、熱交換器３にて水が氷点下（過冷却）まで冷却された後、過冷却水解除装置７にてシャーベット状の氷が製造され氷蓄熱槽４内に供給される。氷蓄熱槽４の下部の水は、ポンプ８により空調装置９を循環し氷蓄熱槽４に戻される。前記濾過装置６においては、水中の氷核物質を除去し、水の純度を高めることにより過冷却水の製造を可能にしている。
【００１０】
上記過冷却水解除装置７は、図１（Ｂ）に示すように、熱交換器３の出口配管１０の外壁に設置されるペルチエ素子１１を備え、このペルチエ素子１１の冷却面に針状の突起部１２を設けた銅板を貼り、全体をシリコンコーティングし、突起部１２を出口配管１０内に２ｍｍ程度突出させるように配置している。
【００１１】
突起部１２の上流側には、配管の内径より小さい開口（絞り部）１３ａを有する２枚の絞り板１３、１３を装着し、両絞り板１３、１３の間に面状のヒータ１４を配設している。なお、ヒータ１４が出口配管１０と接する温度は６５〜１００℃程度が好ましい。
【００１２】
また、ペルチエ素子１１の放熱側には熱交換器１５を設け、この熱交換器１５を過冷却水配管よりはるかに小径のバイパス管１６により、熱交換器３と濾過装置６の間の配管と突起部１２の下流側に接続している。
【００１３】
なお、図１（Ｂ）においては、絞り板１３により出口配管１０を絞るようにしているが、図１（Ｃ）に示すように、出口配管１０に一体に絞り部１０ａを形成し、その外周に線状または面状のヒータ１４を配設してもよい。また、ヒータ１４を絞り部１０ａとは別の位置に設けるようにしてもよい。
【００１４】
また、上記実施形態においては、熱交換器１５の冷水を突起部１２の下流側に接続しているが、直接、氷蓄熱槽４へバイパスさせてもよく、また上流側も熱交換器３と氷蓄熱槽４に至る配管のどこからでも接続してよい。さらに、ペルチエ素子１１を空冷で冷却するようにしてもよい。
【００１５】
上記構成からなる本実施形態の作用について説明する。冷凍機１を運転し出口配管１０内の過冷却水の温度が−０．２℃〜−０．８℃程度になった場合に、ペルチエ素子１１の通電を開始し、突起部１２の温度を−２０〜−３０℃に冷却し、２〜１０分間程度通電する。ただし、−０．６℃程度で稼働が始まり−０．７℃程度で停止させるのが好ましい。−０．３℃程度でも氷の生成が始まるが氷生成効率が低い。また、ペルチエ素子１１の通電時間を長くすると、突起部１２先端部にまとわりついた氷塊が大きく成長し閉塞を起こす場合がある。
【００１６】
過冷却水は絞り部１３ａ、１０ａを通過する際に乱流が発生し、その乱流が突起部１２に至ると、冷却された突起部１２において過冷却水が刺激され過冷却が解除されて氷核が発生する。この氷核が乱流により突起部１２付近を漂い連続的にシャーペット状の氷が生成されることになる。過冷却が解除され氷が生成されると配管内の温度は−０．１〜０．０℃の安定した状態になる。一旦、氷核が生成されればその氷核に接し連続的に過冷却解除が生じる。すなわち、後はペルチエ素子１１の通電を止めても氷の生成が持続される。
【００１７】
突起部１２付近に氷が生成されると、氷は配管の内面を伝わって上流側に遡上する性質があり、やがては熱交換器３の熱交換管を閉塞してしまう。そこで、本発明においては、突起部１２の上流側をヒータ１４により加熱することにより、氷の遡上を防止するようにしている。
【００１８】
図２は、本発明の空調用氷蓄熱装置の他の実施形態を示す側面図である。本実施形態は、出口配管１０の口径が大きい場合にも適用される。また、前記実施形態のように出口配管１０を絞らずに、ペルチエ素子１１の上流側において出口配管１０の外周に線状または面状のヒータ１４を装着してもよい。これにより、熱交換器３側への氷の遡上を阻止することができ、長時間安定した氷の生成が可能となる。
【００１９】
図３は、本発明の空調用氷蓄熱装置の他の実施形態を示す側面図である。本実施形態においては、温度センサ１７が配設された温度計測部Ｒ１、ヒータ１４が配設された氷遡上防止部Ｒ２、ペルチエ素子１１が配設された過冷却解除部Ｒ３、縮拡管（絞り部）１８を連結した過冷却解除促進部Ｒ４、直管１９からなる過冷却解除完了部Ｒ５から構成されている。
【００２０】
初期運転時等においては、出口配管１０内の温度が−１．５〜−２．０℃になる場合があり、この過冷却水がこのまま過冷却解除部Ｒ３に至ると、ここで過冷却解除が完全に行われず−０．８℃程度の過冷却水が配管を流れ、エルボ等で氷が固まり配管の閉塞が生じてしまう。
【００２１】
そこで、本実施形態においては、過冷却解除部Ｒ３の下流側に縮拡管（絞り部）１８を連結した過冷却解除促進部Ｒ４、直管１９からなる過冷却解除完了部Ｒ５を連結させている。過冷却度が残った過冷却水は、過冷却解除促進部Ｒ４の縮拡管１８において乱流が形成され、過冷却解除完了部Ｒ５の直管１９において前記乱流域を確保するようにし、過冷却を完全に解除した状態で配管を流れるようにする。なお、過冷却解除部Ｒ３および過冷却解除促進部Ｒ４の配管内面は氷の付着を防止するためにテフロンコーティングなど氷着防止の工夫をすることが望ましい。また、縮拡管１８は複数設置してもよく、その場合にはさらに過冷却を完全に解除することができる。
【００２２】
実験の結果、過冷却を完全に解除するための、氷遡上防止部Ｒ２の配管長は、管径×１〜管径×３（好ましくは管径×２）、過冷却解除部Ｒ３の配管長は、管径×４〜管径×６（好ましくは管径×５い）、過冷却解除促進部Ｒ４の配管長は、管径×１〜３（好ましくは管径×２）、過冷却解除完了部Ｒ５の配管長は、管径×３〜管径×５（好ましくは管径×４）であること確認された。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、配管内での過冷却解除により製氷を行うので、氷蓄熱槽まで氷を直接搬送することができ、また、配管内での凍結による閉塞を阻止することができ、また、氷蓄熱槽の有効容量の限度まで氷充填率を増加させることができる。さらに、過冷却水の温度を低くしなくても、構造が簡単で且つ安定した氷の製造を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空調用氷蓄熱装置の１実施形態を示し、図１（Ａ）は全体構成図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の過冷却解除装置の断面図、図１（Ｃ）は絞り部の変形例を示す図である。
【図２】本発明の空調用氷蓄熱装置の他の実施形態を示す側面図である。
【図３】本発明の空調用氷蓄熱装置の他の実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
３…熱交換器
４…氷蓄熱槽
１０…出口配管
１０ａ、１３ａ、１９…絞り部
１１…ペルチエ素子
１２…突起部
１４…ヒータ
【図１】
0003811845.tif 000002
【図２】
0003811845.tif 000003
【図３】
0003811845.tif 000004