(57)【要約】【課題】水和物生成時の過冷却に起因するポンプ動力の増加および熱交換器の閉塞を防止できる水和物スラリ製造装置を提供する。【解決手段】冷却媒体を供給する冷凍機と、０℃より高い温度で水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を通過させ冷却媒体との熱交換により冷却して水和物を含む水和物スラリを製造する装置において、直列に接続された少なくとも二つの熱交換器と、上流側の熱交換器と下流側の熱交換器との間に配置された水溶液もしくは水和物スラリの流路に設けられた過冷却解除手段とを有する水和物スラリ製造装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体を供給する冷凍機と、水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を前記冷却媒体との熱交換により冷却して水和物を含む水和物スラリを製造する装置において、水和物の凝固点より低い温度まで水溶液を過冷却する第１の熱交換器と、第１の熱交換器と直列に接続された第２の熱交換器と、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間に配置された水溶液もしくは水和物スラリの流路と、該流路に設けられた過冷却解除手段とを具備し、該過冷却解除手段が、小型冷凍機に接続された冷却部、超音波発振器に接続された発振部、周波数が数〜数百Hｚの低周波振動子、水和物注入口、スタティックミキサー、攪拌羽根、ポンプまたはベルチェ素子からなる低温突起であることを特徴とする水和物スラリ製造装置。
【請求項２】
前記流路は、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間に設けられた管路を備えており、前記管路に前記過冷却解除手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の水和物スラリ製造装置。
【請求項３】
前記流路は、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間に設けられた管路を備えており、前記管路にバイパス管路および流路切換え弁を設け、前記バイパス管路に前記過冷却解除手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の水和物スラリ製造装置。
【請求項４】
前記流路は、第２の熱交換器の出口から該熱交換器の入口より上流側に水和物スラリの一部を返流する管路を備えており、前記管路は、遮断弁およびポンプを備えていることを特徴とする請求項１に記載の水和物スラリ製造装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の熱交換器が、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の水和物スラリ製造装置。
【請求項６】
前記ゲスト化合物は、テトラｎ−ブチルアンモニウム塩、テトラｉｓｏ−アミルアンモニウム塩、テトラｉｓｏ−ブチルホスホニウム塩およびトリｉｓｏ−アミルスルホニウム塩からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の水和物スラリ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水和物スラリ製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲスト化合物（テトラｎ−ブチルアンモニウム塩、テトラｉｓｏ−アミルアンモニウム塩、テトラｉｓｏ−ブチルホスホニウム塩、トリｉｓｏ−アミルスルホニウム塩などの各種塩類）を含む水溶液を冷却すると、水和物（液系包接水和物）が生成される。この水和物は０℃以上の温度で生成でき、しかも潜熱が大きく冷水に比較して数倍の熱量の冷熱を貯蔵することができる。また、この水和物は微細な粒子となって水溶液中に浮遊して比較的流動性の高い水和物スラリを形成する。このため、このような水和物スラリは、空調設備などの蓄冷材または冷熱の搬送媒体として好ましい特性を有している。
【０００３】
上述した水和物スラリを製造するために用いられている装置を図１に示す。蓄熱槽１には水溶液中に水和物が分散した水和物スラリが貯蔵される。蓄熱槽１内の水溶液は水溶液ポンプ２により水和物スラリ製造用熱交換器３へ送られる。この熱交換器３において、水溶液は冷凍機４で冷却されて冷却媒体ポンプ５で循環される冷却媒体と熱交換して冷却され、水和物を含む水和物スラリが生成される。この水和物スラリは蓄熱槽１へ送られる。また、蓄熱槽１内の水和物スラリはスラリポンプ６により負荷に送られてその冷熱が利用され、蓄熱槽１へ戻る。
【０００４】
ところで、たとえばテトラｎ−ブチルアンモニウムブロマイド（ＴＢＡＢ）の水溶液を用いた場合、水和数２６の第一水和物と水和数３６の第二水和物とが生成する。ＴＢＡＢの水溶液濃度が約２０ｗｔ％の場合、第一水和物の凝固点は約８．２℃であり、第一水和物から第二水和物への変化温度は約８．０℃である。図１の熱交換器３において水溶液を冷却媒体により冷却していくと、第一水和物の凝固点では第一水和物が生成されず、凝固点より数度低い温度まで過冷却された後に第一水和物が生成される。また、第一水和物の温度が８．０℃になっても第二水和物に変化せず、変化温度よりも数度低い温度まで過冷却された後に第二水和物に変化する。
【０００５】
このように水和物生成においては過冷却が生じるため、冷却媒体との温度差が小さくなって熱交換量が低下したり大きな過冷却が生じた後に過冷却が解除されると、急激に水和物が生成して粘性が増加し、流動抵抗が大きくなってポンプ動力が増加するうえ、最悪の場合には熱交換器が閉塞することもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、水和物生成時の過冷却に起因するポンプ動力の増加および熱交換器の閉塞を防止できる水和物スラリ製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る水和物スラリ製造装置は、冷却媒体を供給する冷凍機と、水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を前記冷却媒体との熱交換により冷却して水和物を含む水和物スラリを製造する装置において、水和物の凝固点より低い温度まで水溶液を過冷却する第１の熱交換器と、第１の熱交換器と直列に接続された第２の熱交換器と、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間に配置された水溶液もしくは水和物スラリの流路と、該流路に設けられた過冷却解除手段とを具備し、該過冷却解除手段が、小型冷凍機に接続された冷却部、超音波発振器に接続された発振部、周波数が数〜数百Hｚの低周波振動子、水和物注入口、スタティックミキサー、攪拌羽根、ポンプまたはベルチェ素子からなる低温突起であることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、前記流路は、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間に設けられた管路を備えており、前記管路に過冷却解除手段を設けてもよい。
【０００９】
本発明においては、前記流路は、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間に設けられた管路を備えており、前記管路にバイパス管路および流路切換え弁を設け、前記バイパス管路に前記過冷却解除手段を設けてもよい。
【００１０】
本発明においては、前記流路は、第２の熱交換器の出口から該熱交換器の入口より上流側に水和物スラリの一部を返流する管路を備えており、前記管路は、遮断弁およびポンプを備えていてもよい。
【００１１】
本発明において、前記第１及び第２の熱交換器として、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器を用いてもよい。
【００１２】
本発明において、ゲスト化合物としては、テトラｎ−ブチルアンモニウム塩、テトラｉｓｏ−アミルアンモニウム塩、テトラｉｓｏ−ブチルホスホニウム塩およびトリｉｓｏ−アミルスルホニウム塩からなる群より選択される少なくとも１種が用いられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水和物生成時の過冷却に起因するポンプ動力の増加および熱交換器の閉塞を防止できる水和物スラリ製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の水和物スラリ製造装置を示す構成図である。
【図２】本発明に係る水和物スラリ製造装置の熱交換器部分を示す構成図である。
【図３】本発明に係る他の水和物スラリ製造装置の熱交換器部分を示す構成図である。
【図４】本発明に係る過冷却解除手段の一例を示す構成図である。
【図５】本発明に係る過冷却解除手段の他の例を示す構成図である。
【図６】本発明に係る過冷却解除手段の他の例を示す構成図である。
【図７】本発明に係る過冷却解除手段の他の例を示す構成図である。
【図８】本発明に係る過冷却解除手段の他の例を示す構成図である。
【図９】本発明に係る過冷却解除手段の他の例を示す構成図である。
【図１０】本発明に係る過冷却解除手段の他の例を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る過冷却解除手段の他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明をより詳細に説明する。  
図２は本発明の一実施形態に係る熱交換器の部分を示す図であり、図１の熱交換器３として設置される。図２に示すように、第１のプレート式熱交換器１１と第２のプレート式熱交換器１２が直列に接続されている。蓄熱槽からのゲスト化合物の水溶液は管路１３から第１のプレート式熱交換器１１に入って冷却され、管路１４を通して第２のプレート式熱交換器１２に入ってさらに冷却される。この間に水溶液中で水和物が生成し、水和物スラリが製造される。製造された水和物スラリは管路１５を通して蓄熱槽へ戻る。一方、冷凍機からの冷却媒体は管路１６から第２のプレート式熱交換器１２に入って水和物スラリと熱交換し、管路１７を通して第１のプレート式熱交換器１１に入って水溶液と熱交換し、管路１８を通して冷凍機へ戻る。そして、第１のプレート式熱交換器１１と第２のプレート式熱交換器１２とを接続する管路１４には過冷却解除手段１９が設けられている。冷却媒体は、第１、第２の熱交換器に直列で流送しなくても、並列もしくは一部バイパスさせて流送させてもよい。
【００１６】
図４に、管路１４に設けられた過冷却解除手段の一例を示す。図４の過冷却解除手段は、小型冷凍機３１に接続された冷却部３２からなっており、冷却部３２は外部から管路１４中に挿入されている。
【００１７】
図２に示すように、ゲスト化合物の水溶液は第１のプレート式熱交換器１１に入り、冷凍機からの冷却媒体と熱交換して、およそ第一水和物の凝固点または第二水和物への変化温度まで冷却される。図４に示すように、管路１４に設けられた冷却部３２は小型冷凍機３１により予め第二水和物への変化温度以下に冷却されており、その表面に第二水和物が付着している。第一水和物の凝固点または第二水和物への変化温度より低い温度まで過冷却された水溶液が冷却部３２に接触すると、冷却部３２の表面に存在する付着水和物が生成核として作用し過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。このように、わずかな過冷却を経て水和物スラリが生成する。したがって、第２のプレート式熱交換器１２中で急激に水和物が生成して粘性が増加し、流動抵抗が大きくなってポンプ動力が増加したり、第２のプレート式熱交換器１２が閉塞することが避けられる。
【００１８】
図３は本発明の他の実施形態に係る熱交換器の部分を示す図である。図３は、図２における第１のプレート式熱交換器１１と第２のプレート式熱交換器１２の代わりに、第１のシェルアンドチューブ式熱交換器２１と第２のシェルアンドチューブ式熱交換器２２を用いた以外は、図２と同様の構成を有する。この場合も、上記と同様な効果が得られる。
【００１９】
本発明における過冷却解除手段は図４に示した小型冷凍機の冷却部に限らず、図５〜図８に示す他の過冷却解除手段を用いてもよい。
【００２０】
図５の過冷却解除手段は、超音波発振器３３に接続された発振部３４からなっており、発振部３４は外部から管路１４中に挿入されている。第一水和物の凝固点または第二水和物への変化温度より低い温度まで過冷却された水溶液が発振部３４に接触すると、振動によって過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。また超音波振動でなくても、数〜数百Ｈｚの低周波振動子でもよい。
【００２１】
図６の過冷却解除手段は、水和物スラリ容器３５からポンプ３６により水和物を管路１４に注入するようにした注入口３７からなっている。第一水和物の凝固点または第二水和物への変化温度より低い温度まで過冷却された水溶液が、注入口３７から注入された水和物と接触すると、注入された水和物が生成核となって容易に水和物が生成する。この場合、注入口３７から注入する水和物は第二水和物であることが好ましい。
【００２２】
図７の過冷却解除手段は、管路１４内に設けられた流体を反転・混合させるためのねじり板のような機構を有するスタティックミキサー３８からなっている。第一水和物の凝固点または第二水和物への変化温度より低い温度まで過冷却された水溶液はスタティックミキサー３８によって攪拌されて過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。
【００２３】
図８の過冷却解除手段は、管路１４の途中に挿入された容器内に収容された、モータ３９によって回転する攪拌羽根４０からなっている第一水和物の凝固点または第二水和物への変化温度より低い温度まで過冷却された水溶液は攪拌羽根４０によって攪拌されて過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。
【００２４】
過冷却解除手段として、ペルチェ素子などからなる低温突起を管路に挿入してもよい。このような低温突起も、図４に示した小型冷凍機の冷却部と同様に、予め第二水和物への変化温度以下に冷却されており、その表面に第二水和物が付着している。第一水和物の凝固点または第二水和物への変化温度より低い温度まで過冷却された水溶液が低温突起に接触すると、低温突起の表面に存在する付着水和物が生成核として作用し過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。
【００２５】
図９の過冷却解除手段は、管路１４の途中に設けられたポンプケーシング内をインペラが回転しているポンプである。第一水和物の凝固点または第二水和物への変化温度より低い温度まで過冷却された水溶液はポンプ５０によって攪拌されて過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。この場合、図１の水溶液ポンプ２を第１の熱交換器と第２の熱交換器との間に設置してもよい。
【００２６】
また図１０は、第２の熱交換器１２出口から第１と第２の熱交換器の間の管路１４に水和物スラリの一部を返流する返流管６０、バルブ６１およびポンプ６２を設け、第２の熱交換器１２出口の水和物スラリを一部取り出して、第１の熱交換器１１出口の過冷却された水溶液と混ぜることで、過冷却を解除する。
【００２７】
なお、本発明における過冷却解除手段の設置位置は、直列に接続された少なくとも２つの熱交換器を含む水溶液もしくは水和物スラリが生成し得る位置であれば、特に限定されない。たとえば、図２に示す第２のプレート式熱交換器１２の入口や、図３に示す第２のシェルアンドチューブ式熱交換器２２の入口に過冷却解除手段を設けてもよい。また、図３に示す第１のシェルアンドチューブ式熱交換器２１のＡで示す管室内に過冷却解除手段を設けてもよい。また、図１１に示すように、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間の管路１４にバイパス管路４１を設けるとともに管路１４およびバイパス管路４１にそれぞれ流路切換え弁４２，４３を設け、バイパス管路４１に小型冷凍機の冷却部３２などの過冷却解除手段を設けてもよい。さらに、過冷却解除手段は１個所に限らず、複数個所に設けてもよい。また、複数の種類の異なる過冷却解除手段を併用してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…蓄熱槽
２…水溶液ポンプ
３…水和物スラリ製造用熱交換器
４…冷凍機
５…冷却媒体ポンプ
６…スラリポンプ
７…負荷
１１…第１のプレート式熱交換器
１２…第２のプレート式熱交換器
１３、１４、１５、１６、１７、１８…管路
１９…過冷却解除手段
２１…第１のシェルアンドチューブ式熱交換器
２２…第２のシェルアンドチューブ式熱交換器
３１…小型冷凍機
３２…冷却部
３３…超音波発振器
３４…発振部
３５…水和物スラリ容器
３６…ポンプ
３７…注入口
３８…スタティックミキサー
３９…モータ
４０…攪拌羽根
４１…バイパス管路
４２、４３…流路切換え弁
５０…ポンプ
６０…返流管
６１…バルブ
６２…ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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