(57)【要約】【課題】水和物スラリの層内での液みちの形成を抑制して、水和物スラリを効率よく抜き出すことができる冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法を提供する。【解決手段】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と、前記水溶液を冷却することにより製造される水和物スラリとを貯留する冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法であって、前記蓄熱槽は、蓄熱槽を区分する複数の区画と、各区画に接続された水溶液配管と、各区画の水溶液配管に設けられた水溶液配管開閉弁と、各区画に接続されたスラリ配管と、各区画のスラリ配管に設けられたスラリ配管開閉弁とを有し、冷熱利用運転時に１つの区画から水和物スラリを抜き出して他の区画に水溶液を貯留するように前記水溶液配管開閉弁およびスラリ配管開閉弁が操作される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、水溶液を冷却することにより製造される水和物スラリとを貯留する冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法であって、前記蓄熱槽は、蓄熱槽を区分する複数の区画と、各区画に接続された水溶液配管と、各区画の水溶液配管に設けられた水溶液配管開閉弁と、各区画に接続されたスラリ配管と、各区画のスラリ配管に設けられたスラリ配管開閉弁とを有し、冷熱利用運転時に１つの区画から水和物スラリを抜き出して他の区画に水溶液を貯留するように前記水溶液配管開閉弁およびスラリ配管開閉弁が操作されることを特徴とする冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法。
【請求項２】
前記蓄熱槽は３つ以上の区画を有し、２つ以上の区画に水和物スラリが貯留された状態から冷熱利用運転を開始して、１つの区画から水和物スラリを抜き出して隣接する区画に水溶液を貯留する操作を、操作対象とする区画を順次移動しながら行うことを特徴とする請求項１記載の冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビル空調や地域冷暖房における冷熱輸送媒体として、冷水や氷スラリの代わりに、水和物スラリを用いることが着目されている。すなわち、ゲスト化合物（たとえばテトラ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、ホスト分子である水分子によって構成された籠状の包接格子内にゲスト化合物が包み込まれて結晶化し、水和物（液系包接水和物）が生成する。この水和物は、大気圧下において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留することができる。また、微細な結晶粒子である水和物が水溶液中に浮遊している水和物スラリは、比較的流動性が高い点で氷スラリよりも優れている。このため、こうした水和物スラリは、冷熱輸送媒体として好ましい特性を有している。
【０００３】
冷熱輸送媒体として水和物スラリを用いるシステムでは、夜間電力の有効利用及び電力負荷平準化を図るために、夜間に水和物スラリを製造して蓄熱槽に貯留しておき、昼間に水和物スラリを蓄熱槽から抜き出して冷熱源として利用するという方法が一般に用いられる。
【０００４】
図６に、冷熱輸送媒体として水和物スラリを用いた冷熱利用システムを示す。
このような冷熱利用システムの典型的な運転方法は以下の通りである。夜間（蓄熱運転時）には、蓄熱槽１０１内の水溶液を１次ポンプ１０２によりスラリ製造装置１０３に送って冷却することにより水和物スラリを製造し、製造された水和物スラリを蓄熱槽１０１に戻して貯留する。昼間（冷熱利用運転時）には、蓄熱槽１０１に貯留されている水和物スラリを２次ポンプ１０４により負荷側空調機１０５に送って、その冷熱を利用する。水和物スラリは室内の空気との熱交換により水溶液となるので、この水溶液を蓄熱槽１０１に戻す。
【０００５】
しかし、図６に示したような蓄熱槽では、水和物スラリを抜き出そうとする際に、水溶液のみが抜き出され、水和物スラリを効率的に抜き出せないという問題を生じることがあった。これは、水和物スラリの粘性と水溶液の粘性とが大きく異なり、水和物スラリの層内にいわゆる液みち（水溶液の通路）が形成されるために生じる現象である。
【０００６】
従来、水溶液と水和物スラリが貯留された蓄熱槽から水和物スラリを抜き出す方法を工夫して、この問題を解決することが提案されている（たとえば特許文献１参照）。具体的には、（１）水和物スラリの取出流量を脈動させる、（２）水和物スラリを抜き出す配管の近傍に設けた攪拌翼を回転させる、（３）蓄熱槽内に設置した攪拌翼を回転させる、（４）水和物スラリを抜き出す配管の近傍に配設したノズルから水和物スラリを噴出させる、などの方法が開示されている。しかし、これらの方法は、主に液みちが形成されたことを検出してから対策を講じるものであり、しかも液みちの形成を抑制する効果が不十分なため、水和物スラリを抜き出す効率には改善の余地がある。また、蓄熱槽内の液表面を移動自在な浮体から釣り下げられた複数の抵抗体により、液みちの形成を抑制または形成された液みちを消滅させる方法も開示されているが、やはり液みちの形成を抑制する効果は不十分なうえに、抵抗体が水和物スラリ配管の入口をふさぐおそれがあった。特に、これらの方法では、大容量の蓄熱槽が必要となる場合に、液みちの形成を抑制することが困難であった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３３３１６６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、水和物スラリの層内に水溶液の液みちが形成されるのを抑制して、大容量の蓄熱が要求される場合でも水和物スラリを効率よく抜き出すことができる冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法は、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と、水溶液を冷却することにより製造される水和物スラリとを貯留する冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法であって、前記蓄熱槽は、蓄熱槽を区分する複数の区画と、各区画に接続された水溶液配管と、各区画の水溶液配管に設けられた水溶液配管開閉弁と、各区画に接続されたスラリ配管と、各区画のスラリ配管に設けられたスラリ配管開閉弁とを有し、冷熱利用運転時に１つの区画から水和物スラリを抜き出して他の区画に水溶液を貯留するように前記水溶液配管開閉弁およびスラリ配管開閉弁が操作されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の冷熱輸送媒体用蓄熱槽の運転方法においては、前記蓄熱槽は３つ以上の区画を有し、２つ以上の区画に水和物スラリが貯留された状態から冷熱利用運転を開始して、１つの区画から水和物スラリを抜き出して隣接する区画に水溶液を貯留する操作を、操作対象とする区画を順次移動しながら行うことが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の冷熱輸送媒体用蓄熱槽では、蓄熱槽を複数の区画に区分し、冷熱利用運転時に１つの区画から水和物スラリを抜き出して他の区画に水溶液を貯留するように水溶液配管開閉弁およびスラリ配管開閉弁を操作する。
【００１２】
このように、水和物スラリが抜き出される区画と冷熱利用後の水溶液が戻ってくる区画とが異なっており、水和物スラリが抜き出される区画に水溶液を混入させないようにしているので、液みちの形成を抑制して水和物スラリを効率的に抜き出すことができる。
【００１３】
特に、蓄熱槽を３つ以上の多くの区画に区分し、２つ以上の区画に水和物スラリが貯留された状態から冷熱利用運転を開始して、１つの区画から水和物スラリを抜き出して隣接する区画に水溶液を貯留する操作を、操作対象とする区画を順次移動しながら行うようにすると、多くの区画にわたって水和物スラリの効率的な抜き出しを実現できるので、蓄熱槽の容量を増大させる場合に有効である。
【００１４】
なお、本発明の目的は、冷熱利用運転時に水和物スラリを抜き出す際に、水和物スラリの層中に液みちが形成させるのを抑制することにあるため、冷熱利用運転時にのみ上述した水溶液配管開閉弁およびスラリ配管開閉弁の操作を行えばよい。ただし、蓄熱運転時にも、１つの区画から水溶液を抜き出して他の区画に水和物スラリを貯留するように水溶液配管開閉弁およびスラリ配管開閉弁を操作してもよい。また、蓄熱槽を３つ以上の多くの区画に区分し、２つ以上の区画に水溶液が貯留された状態から蓄熱運転を開始して、１つの区画から水溶液を抜き出して隣接する区画に水和物スラリを貯留する操作を、操作対象とする区画を順次移動しながら行うようにしてもよい。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明に係る冷熱輸送媒体用蓄熱槽を備えた冷熱利用システムを示す系統図である。図２は、図１の蓄熱槽の平面図である。図１および図２において、蓄熱槽１は、たとえば４つの区画１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに区分されている。
４つの区画１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには水溶液配管２が接続され、それぞれの区画に対応して水溶液配管２を開閉する水溶液配管開閉弁３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが設けられている。同様に、４つの区画１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄにはスラリ配管４が接続され、それぞれの区画に対応してスラリ配管４を開閉するスラリ配管開閉弁５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが設けられている。水溶液配管開閉弁およびスラリ配管開閉弁の開閉は制御器６によって制御される。
【００１６】
図３に区画１ｂ（蓄熱槽１）の断面図の一例を示す。図３においては、区画１ｂ（蓄熱槽１）の底部の両端部にそれぞれ水溶液配管２とスラリ配管４が設けられている。水溶液配管２から内側へ向かってノズルが設けられており、このノズルに水溶液配管開閉弁３ｂが取り付けられている。同様に、スラリ配管４から内側へ向かってノズルが設けられており、このノズルにスラリ配管開閉弁５ｂが取り付けられている。
【００１７】
図４に区画１ｂ（蓄熱槽１）の断面図の他の例を示す。図４においては、区画１ｂ（蓄熱槽１）の上部の両端部にそれぞれ水溶液配管２とスラリ配管４が設けられている。水溶液配管２から下側へ向かって区画１ｂの底部近傍に達するノズルが設けられており、このノズルに水溶液配管開閉弁３ｂが取り付けられている。同様に、スラリ配管４から下側へ向かって区画１ｂの底部近傍に達するノズルが設けられており、このノズルにスラリ配管開閉弁５ｂが取り付けられている。
【００１８】
図３および図４に示すように、水溶液配管２およびスラリ配管４に設けられるノズルの向きは限定されないが、ノズルは各々の区画の底部近傍に配置することが好ましい。
【００１９】
図１に示す冷熱利用システムのおおまかな動作は以下の通りである。蓄熱運転時には、蓄熱槽１内の水溶液を１次ポンプ７によりスラリ製造装置８に送って冷却することにより水和物スラリを製造し、製造された水和物スラリを蓄熱槽１に戻して貯留する。スラリ製造装置８は、たとえば冷凍機に接続された熱交換器からなる。冷熱利用運転時には、蓄熱槽１に貯留されている水和物スラリを２次ポンプ９により負荷側空調機１０に送って、その冷熱を利用する。水和物スラリは室内の空気との熱交換により水溶液となるので、この水溶液を蓄熱槽１に戻す。
【００２０】
本発明に係る冷熱輸送媒体用蓄熱槽では、冷熱利用運転時に蓄熱槽１を構成する複数の区画１ａ〜１ｄのうち１つの区画から水和物スラリを抜き出して他の区画に水溶液を貯留するように水溶液配管開閉弁およびスラリ配管開閉弁が操作される。
【００２１】
図５（ａ）〜（ｄ）と図１とを参照して、本発明に係る冷熱輸送媒体用蓄熱槽の操作についてより詳細に説明する。なお、本発明では冷熱利用運転時にのみ上記の操作を行えば十分であるが、図５（ａ）〜（ｄ）では蓄熱運転時にも冷熱利用運転時とほぼ逆の操作を行う場合について説明する。
【００２２】
図５（ａ）〜（ｄ）は蓄熱槽１の各区画１ａ〜１ｄに貯留される水溶液１１または水和物スラリ１２の変化を時間の経過とともに示している。図５では水溶液配管開閉弁３ａ〜３ｄおよびスラリ配管開閉弁５ａ〜５ｄの操作により（１）から（８）の順に変化する。
【００２３】
（１）蓄熱運転開始前には、４つの区画１ａ〜１ｄのうち、一端の区画１ａから３つの区画１ａ〜１ｃにはほぼいっぱいに水溶液１１が貯留され、他端の区画１ｄにはわずかな水和物スラリ１２が貯留されているものとする（図５ａ）。
【００２４】
（２）区画１ｃの水溶液配管開閉弁３ｃと区画１ｄのスラリ配管開閉弁５ｄを開にして蓄熱運転を開始し、区画１ｃの水溶液を抜き出して水和物スラリ製造装置８での冷却により製造された水和物スラリを区画１ｄに貯留する。この結果、区画１ｃの水溶液が減少し、区画１ｄの水和物スラリが増加する（図５ｂ）。
【００２５】
（３）区画１ｃの水溶液がカラに近くなり、区画１ｄの水和物スラリがいっぱいになったら、開閉弁を切り替え、区画１ｂの水溶液配管開閉弁３ｂと区画１ｃのスラリ配管開閉弁５ｃを開にして蓄熱運転を継続し、区画１ｂの水溶液を抜き出して区画１ｃに水和物スラリを貯留する。この結果、区画１ｂの水溶液が減少し、区画１ｃの水和物スラリが増加する（図５ｃ）。
【００２６】
（４）区画１ｂの水溶液がカラに近くなり、区画１ｃの水和物スラリがいっぱいになったら、開閉弁を切り替え、区画１ａの水溶液配管開閉弁３ａと区画１ｂのスラリ配管開閉弁５ｂを開にして蓄熱運転を継続し、区画１ａの水溶液を抜き出して区画１ｂに水和物スラリを貯留する。この結果、区画１ａの水溶液が減少し、区画１ｂの水和物スラリが増加する（図５ｄ）。この時点で蓄熱運転を終了する。
【００２７】
（５）図５（ｄ）の蓄熱運転終了時の状態は、冷熱利用運転開始前の状態でもある。冷熱利用運転開始前には、４つの区画１ａ〜１ｄのうち、一端の区画１ａにわずかな水溶液１１が貯留され、残りの３つの区画１ｂ〜１ｄにはほぼいっぱいに水和物スラリ１２が貯留されている（図５ｄ）。区画１ｂのスラリ配管開閉弁５ｂと区画１ａの水溶液配管開閉弁３ａを開にして冷熱利用運転を開始し、区画１ｂの水和物スラリを抜き出して負荷側空調機１０での冷熱利用により生じた水溶液を区画１ａに貯留する。この結果、区画１ｂの水和物スラリが減少し、区画１ａの水溶液が増加する。
【００２８】
（６）区画１ｂの水和物スラリがカラに近くなり、区画１ａの水溶液がいっぱいになったら、開閉弁を切り替え、区画１ｃのスラリ配管開閉弁５ｃと区画１ｂの水溶液配管開閉弁３ｂとを開にして冷熱利用運転を継続し、区画１ｃの水和物スラリを抜き出して区画１ｂに水溶液を貯留する。この結果、区画１ｃの水和物スラリが減少し、区画１ｂの水溶液が増加する（図５ｃ）。
【００２９】
（７）区画１ｃの水和物スラリがカラに近くなり、区画１ｂの水溶液がいっぱいになったら、開閉弁を切り替え、区画１ｄのスラリ配管開閉弁５ｄと区画１ｃの水溶液配管開閉弁３ｃとを開にして冷熱利用運転を継続し、区画１ｄの水和物スラリを抜き出して区画１ｃに水溶液を貯留する。この結果、区画１ｄの水和物スラリが減少し、区画１ｃの水溶液が増加する（図５ｂ）。
【００３０】
（８）さらに、冷熱利用運転を継続すると、区画１ａ〜１ｃにはほぼいっぱいに水溶液１１が貯留され、他端の区画１ｄにはわずかな水和物スラリ１２が貯留された状態となる（図５ａ）。
【００３１】
上記の（５）〜（８）の操作で説明したように、蓄熱槽１の区画１ａ〜１ｄのうち、水和物スラリが抜き出される区画と冷熱利用後の水溶液が戻ってくる区画とが異なっており、水和物スラリが抜き出される区画に水溶液を混入させないようにしているので、液みちの形成を抑制して水和物スラリを効率的に抜き出すことができる。したがって、大容量の蓄熱槽が要求される場合に有利である。
【００３２】
なお、本発明では、蓄熱槽を最低で２つの区画に区分すればよいが、蓄熱槽を３つ以上（たとえば上記実施形態のように４つ）の区画に区分し、２つ以上の区画に水和物スラリが貯留された状態から冷熱利用運転を開始して、１つの区画から水和物スラリを抜き出して隣接する区画に水溶液を貯留する操作を、操作対象とする区画を順次移動しながら行うようにすることがより効率的である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、水和物スラリの層内に水溶液の液みちが形成されるのを抑制して、水和物スラリを効率よく抜き出すことができる冷熱輸送媒体用蓄熱槽を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷熱輸送媒体（水和物スラリ）用蓄熱槽を備えた冷熱利用システムを示す系統図。
【図２】本発明に係る冷熱輸送媒体用蓄熱槽の平面図。
【図３】本発明に係る冷熱輸送媒体用蓄熱槽の一例を示す断面図。
【図４】本発明に係る冷熱輸送媒体用蓄熱槽の他の例を示す断面図。
【図５】本発明に係る冷熱輸送媒体用蓄熱槽の操作を説明する図。
【図６】従来の水和物スラリを用いた冷熱利用システムを示す系統図。
【符号の説明】
１…蓄熱槽、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…区画、２…水溶液配管、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…水溶液配管開閉弁、４…スラリ配管、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ…スラリ配管開閉弁、６…制御器、７…１次ポンプ、８…スラリ製造装置、９…２次ポンプ、１０…負荷側空調機。
【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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