(57)【要約】【課題】液体ゲスト物質を用いて水和物を製造する際に低動力で水和物を製造できる低動力な水和物製造方法を提供する。【解決手段】液体ゲスト物質１１とホスト物質である水１２を蓄熱槽１０に充填して水和物を製造するに際して、蓄熱槽１０内の水１２を抜き出して外部熱交換器１５で冷却し、この冷却した水を液体ゲスト物質１１と水１２の界面１７に向けて戻して水和物１９を製造するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ゲスト物質とホスト物質である水を蓄熱槽に充填して水和物を製造するに際して、蓄熱槽内の水を抜き出して冷却し、この冷却した水を液体ゲスト物質と水の界面に向けて戻して水和物を製造することを特徴とする低動力な水和物製造方法。
【請求項２】
蓄熱槽内で二層分離した液体ゲスト物質と水から、水を抜き出して冷却し、この冷却した水を、水と液体ゲスト物質の界面に直接戻すかスプレー噴射して戻すようにした請求項１記載の低動力な水和物製造方法。
【請求項３】
蓄熱槽内で二層分離した液体ゲスト物質と水から、水を抜き出して冷却し、この冷却した水を、液面から二層の上層を通して水と液体ゲスト物質の界面に戻すかスプレー噴射して戻すようにした請求項１記載の低動力な水和物製造方法。
【請求項４】
水と液体ゲスト物質の界面に電場を付与して界面不安定を誘起し、界面表面積を増やすと共に界面での微細な混合を発生させ、水和物の生成を促進させる請求項１〜３のいずれかに記載の低動力な水和物製造方法。
【請求項５】
液体ゲスト物質とホスト物質である水を蓄熱槽に充填して水和物を製造するに際して、蓄熱槽に冷却手段を設け、液体ゲスト物質と水の界面近傍に撹拌機を設け、その界面近傍を撹拌機で撹拌しつつ冷却手段で冷却して水和物を製造することを特徴とする低動力な水和物製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホスト物質である水とゲスト物質からなる水和物を低動力で製造し、これを蓄熱材として使用するための低動力な水和物製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蓄熱システムとして、（１）水蓄熱、（２）氷蓄熱、（３）テトラｎ−ブチルアンモニウム塩（ＴＢＡＢ）の水和物スラリー、（４）パラフィンエマルジョンなどのシステムが開発されている。
【０００３】
（１）水蓄熱は、顕熱を利用するだけであり、蓄熱槽が大きくなる。（２）〜（４）は、潜熱を利用しているので、蓄熱槽は小型化されるが、（２）氷蓄熱は冷房に必要な温度より低温で蓄熱するため、蓄熱に必要な冷凍機の効率が悪くなる。（３）テトラｎ−ブチルアンモニウム塩水和物スラリー、（４）パラフィンエマルジョンは蓄熱槽小型化に貢献すること、冷凍機効率を落とさないことで、有効であるが、蓄熱密度が小さいので、小型化の貢献度が悪い。
【０００４】
そこで、水和物を用いた蓄熱材が期待されている。
【０００５】
これまでに検討されているゲスト物質がガスである水和物の生成法は、特許文献１，２にみられるように、ゲストガスを充填したゲストガス容器内で水をスプレー噴霧して水和物を生成するスプレー噴霧法や、水を充填した容器内にゲストガスを噴射して水和物を生成するマイクロバブル法などがある。
【０００６】
この水和物は、生成時に熱を発生し、分解時には熱を吸収するため、例えば深夜電力で水和物を生成して蓄熱材とし、これをヒートポンプの冷熱源として使用することが可能である。
【０００７】
しかし、分解時には、ゲストガスと水とに分離するため、再度水和物とするには、ガスと水とを別個にハンドリングする必要があり、ヒートポンプに組み込む場合には、装置が複雑になる問題がある。
【０００８】
そこで、ゲスト物質を液体とする水和物が生成できれば、ゲストもホストも共に液相で生成・分解が行えるので、ヒートポンプの蓄熱材などに利用するには極めて優位なものとすることができる。
【０００９】
液体ゲスト物質を用いて水和物を生成する際には、蓄熱槽に水和物原料液を充填し全体を撹拌すると共に内部に冷却面を設置してその表面で水和物を製造する。或いは、蓄熱槽に水和物原料液を充填して全体を撹拌すると共に一様に撹拌した原料液をポンプで外部熱交換器に搬送して冷却して水和物を生成して蓄熱槽に戻すなどが考えられる。
【００１０】
【特許文献１】山本ほか、「マイクロバブル発生装置を用いたガスハイドレートの効率的生成方法の研究」、日本エネルギー学会大会講演要旨集、ｖｏｌ．１０、ｐｐ２５３−２５６、２００１年
【特許文献２】特開２００３−３１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
液体ゲスト物質と水から水和物を生成するためには、両者の接触界面を増やすために、撹拌羽根や循環ポンプによる流動が必要である。しかし、一般に液体ゲスト物質と水は比重が異なるため混合せずに二層分離するので、蓄熱槽が大型になれば流動に必要な機器の動力は莫大なものとなってしまう。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、液体ゲスト物質を用いて水和物を製造する際に低動力で水和物を製造できる低動力な水和物製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、液体ゲスト物質とホスト物質である水を蓄熱槽に充填して水和物を製造するに際して、蓄熱槽内の水を抜き出して冷却し、この冷却した水を液体ゲスト物質と水の界面に向けて戻して水和物を製造することを特徴とする低動力な水和物製造方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、蓄熱槽内で二層分離した液体ゲスト物質と水から、水を抜き出して冷却し、この冷却した水を、水と液体ゲスト物質の界面に直接戻すかスプレー噴射して戻すようにした請求項１記載の低動力な水和物製造方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、蓄熱槽内で二層分離した液体ゲスト物質と水から、水を抜き出して冷却し、この冷却した水を、液面から二層の上層を通して水と液体ゲスト物質の界面に戻すかスプレー噴射して戻すようにした請求項１記載の低動力な水和物製造方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、水と液体ゲスト物質の界面に電場を付与して界面不安定を誘起し、界面表面積を増やすと共に界面での微細な混合を発生させ、水和物の生成を促進させる請求項１〜３のいずれかに記載の低動力な水和物製造方法である。
【００１７】
請求項５の発明は、液体ゲスト物質とホスト物質である水を蓄熱槽に充填して水和物を製造するに際して、蓄熱槽に冷却手段を設け、液体ゲスト物質と水の界面近傍に撹拌機を設け、その界面近傍を撹拌機で撹拌しつつ冷却手段で冷却して水和物を製造することを特徴とする低動力な水和物製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水和物を生成する際に、蓄熱槽全体を流動させるのではなく、水を抜き出して冷却し、これを蓄熱槽に戻して水和物を生成する、或いは界面を撹拌して冷却することで、低動力で水和物を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施の形態を示したものである。
【００２１】
蓄熱槽１０内に、水和物を形成する液体ゲスト物質１１とホスト物質である水１２を充填する。この場合、水１２の比重が、液体ゲスト物質１１の比重より大きいため、下層が水１２、上層が液体ゲスト物質１１となるが、液体ゲスト物質１１の比重が水より大きければこの逆となっても良い。
【００２２】
この蓄熱槽１０の水１２をその下部から循環ポンプ１３より抜き出しライン１４を通して抜き出し、これを外部熱交換器１５を通し、戻しライン１６を通して冷却した水を液体ゲスト物質１１と水１２の界面１７に向けて戻すようにする。
【００２３】
外部熱交換器１５には、水１２を水和物生成温度以下に冷却するための冷凍機１８が接続されており、これにより水１２は水和物生成温度以下に冷却されて蓄熱槽１０の界面１７に戻される。
【００２４】
これにより、液体ゲスト物質１１と水１２の水和物１９が生成される。
【００２５】
この水和物１９の生成は、水１２のみを、或いは水リッチ状態で、冷却するため効率的な冷却が行えると共に循環ポンプ１３の負荷も少なくてすむため低動力で水和物１９を生成できる。
【００２６】
また、抜き出しライン１４と蓄熱槽１０の接続部にフィルタ（図示せず）を接続しておき、生成した水和物１９を抜き出しライン１４に流れないようにすることで、更に低動力とすることができる。
【００２７】
さらに、蓄熱槽１０で生成された水和物１９を蓄熱槽１０から抜き出す、或いは界面１７から隔離するようにして、界面１７に水和物生成温度以下に冷却した水１２を戻すことで、蓄熱槽１０内の液体ゲスト物質１１と水１２を全て水和物１９とすることができる。
【００２８】
図２は、戻しライン１６からの冷却した水を蓄熱槽１０に戻す例を示したものである。
【００２９】
図２（ａ）は、液体ゲスト物質１１と水１２との界面１７に沿って戻しノズル１６ａを接続した例を示すものである。
【００３０】
図２（ｂ）は、蓄熱槽１０の上部に斜め下方に戻しノズル１６ａを設け、界面１７に向けて冷却した水を戻すようにしたものである。
【００３１】
図２（ａ）においては、界面１７に冷却した水を直接戻すため、その界面１７を冷却して水和物１９の生成が行えるが、水和物１９の生成と共に界面１７が変動する場合には、図２（ｂ）に示すように、蓄熱槽１０の上部から液体ゲスト物質１１を通して界面１７に向けて戻すようにすることで、界面１７が変動しても水和物１９を効率良く製造できる。
【００３２】
図２（ｃ）は、スプレー噴射ノズル１６ｂを用いて、冷却した水を界面１７の上下にひろがるようにスプレーする例を示し、これにより水和物１９の生成で界面１７が変動しても液体ゲスト物質１１との接触を良好に保って水和物１９を生成できる。
【００３３】
図２（ｄ）は、スプレー噴射ノズル１６ｂを、蓄熱槽１０の上部に斜め下方に噴射するように設けた例を示し、これにより蓄熱槽１０の上部からスプレー噴射することで、液体ゲスト物質１１を通して界面１７に向けて戻すことができ、より効率的に水和物１９を生成できる。
【００３４】
図３は、図２に示した構成に加えて、界面１７に直交する電場を付与して界面にテーラー不安定を誘起し（Ｇ．Ｉ．Ｔａｙｌｏｒ  ａｎｄ  Ａ．Ｄ．ＭｃＥｗａｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．２２，ｐ．１（１９６５））、界面１７の近傍における二液の混合を促進させるようにしたものである。
【００３５】
すなわち、蓄熱槽１０内に、水１２内に位置して水中電極２０を設置し、液体ゲスト物質１１内に位置して液中平板あるいは網状電極２１を設置し、その電極２０、２１間に直流高電圧２２或いは交流高電圧２３を印加して電場を付与する。
【００３６】
一般に、液体ゲスト物質１１よりも水１２の方が誘電率が大きいので、水側電極２０の形状によらず水中の電位は、ほぼ等電位となり、液体ゲスト物質側電極２１と界面１７との間には平等電場が作用し、これによりマクスウェル応力、表面張力および静圧のバランスによるＴａｙｌｏｒ（テーラー）不安定が誘起される。
【００３７】
このように界面１７に不安定を誘起することにより、液体ゲスト物質１１と水１２の界面１７の表面積が増加し、その界面１７に冷却した水を戻すことにより水和物の生成がさらに促進される。
【００３８】
図４は、本発明のさらに他の実施の形態を示したものである。
【００３９】
図１〜図３では、蓄熱槽１０の界面１７にホストである水１２（或いは液体ゲスト物質１１）を冷却して戻す形態を説明したが、水和物の生成は界面１７で発生するため、本実施の形態では、界面１７近傍を撹拌機２６で撹拌して水和物を生成する例を示したものである。
【００４０】
図４に示すように、界面１７近傍に位置して撹拌機２６を設け、また冷凍機１８に接続された冷却手段としての冷却管２４を、界面１７近傍に設けることで、冷却管２４で界面１７近傍の水１２と液体ゲスト物質１１を冷却し、撹拌機２６で、水１２と液体ゲスト物質１１の全体を撹拌するのではなく、界面１７近傍の水１２と液体ゲスト物質１１を撹拌することで、界面１７に水和物を低動力で生成することが可能となる。また、この形態では、内部に冷却管２４を設ける例で説明したが、蓄熱槽１０の外周から冷却するジャケットタイプの冷却手段を設けるようにしても良い。
【００４１】
なお、蓄熱槽１０内の水和物を蓄熱材として利用する際には、図には示していないが、蓄熱槽１０内に吸熱管を設け、その吸熱管内にブラインなどの冷媒液を流して冷媒液を蓄熱材で冷却し、これを熱負荷側に搬送して冷房等を行うことで、蓄熱材の冷熱を利用する。
【００４２】
本発明において、液体ゲスト物質１１としてシクロペンタンを用いた場合、シクロペンタンと水とをモル比で１：１７（体積比で１：３．３、重量比で１：４．４）とすることで、ハイドレートを生成できるが、水の量を、水和物を生成する量より多めにすることで、水和物中に未反応の水が残り、この未反応の水により、流動性および伝熱特性を高めることができる。
【００４３】
シクロペンタン水和物の生成／分解熱は、約２６０ｋＪ／ｋｇ（氷の８０％）であり、氷蓄熱（３３０ｋＪ／ｋｇ）と遜色ないため、蓄熱槽１０の小型化が図れる。
【００４４】
なお、液体ゲスト物質１１や水１２に、防腐、防錆などを目的として添加剤を加えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】図１の第１の実施の形態において、冷却した水を蓄熱槽に戻す例を示す図である。
【図３】図１の第１の実施の形態において、蓄熱槽内の界面に不安定を誘起させる例を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す図である
【符号の説明】
【００４６】
１０  蓄熱槽
１１  液体ゲスト物質
１２  水（ホスト物質）
１５  外部熱交換器
１７  界面
１９  水和物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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