(57)【要約】【課題】電力消費の大幅な削減と、それに伴う稼働コストの大幅な削減とを図ることができるようにする。【解決手段】ガスハイドレートスラリが充填されたスラリ管（１）と、スラリ管に接続されてガスハイドレートスラリと大気との間の熱交換を行なう熱交換器（２）と、ガスハイドレートスラリをスラリ管と熱交換器と間に循環させる循環ポンプ（３）と、スラリ管に充填されたガスハイドレートスラリのガス圧を作動圧として建造物の通気部かつ又は採光部を開閉させる開閉機構（１１）とを備える。また、スラリ管内のガス圧を、開閉機構を作動させるための作動媒体の作動圧に変換する圧力変換部（４）を備える。さらに、ガスハイドレートスラリを生成貯蔵しスラリ管内へ充填するスラリ生成貯蔵部（２０）を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスハイドレートスラリが充填されたスラリ管（１）と、前記スラリ管に接続されて前記ガスハイドレートスラリと大気との間の熱交換を行なう熱交換器（２）と、前記ガスハイドレートスラリを前記スラリ管と前記熱交換器と間に循環させる循環ポンプ（３）と、前記スラリ管に充填された前記ガスハイドレートスラリのガス圧を作動圧として建造物の通気部かつ又は採光部を開閉させる開閉機構（１１）とを備えたことを特徴とするガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置。
【請求項２】
前記スラリ管（１）内の前記ガス圧を、前記開閉機構（１１）を作動させるための作動媒体の作動圧に変換する圧力変換部（４）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置。
【請求項３】
前記作動圧を調整する圧力調整部（９）を備えたことを特徴とする請求項２に記載のガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置。
【請求項４】
前記ガスハイドレートスラリを生成貯蔵し前記スラリ管内へ充填するスラリ生成貯蔵部（２０）を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置。
【請求項５】
前記ガスハイドレートは、メタンハイドレート、エタンハイドレート、メタン及びエタンの混合ガスハイドレートのいずれか一つからな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ガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばドーム構造物、大規模温室等の比較的規模の大きい建造物の通風や採光に使用されて好適な、ガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドーム構造物、大規模温室等に使用される自動通風及び採光装置は、温度センサにより室温や外気温等を検知し、その温度等に基づいて移動式の天窓や屋根を、電動モータ、油圧アクチュウエータ等により開閉して、通風や採光を行っている（例えば、特許文献参照）。したがって、いずれの場合にも電気的なセンサにより温度変化等を検知し、電動モータ、油圧ポンプ等により、天窓や屋根の開閉を行っている。このため、電力をその主要な動力源としている。
【０００３】
この一方、近年注目されている技術として、メタンハイドレート等をはじめとするガスハイドレートがある。ガスハイドレートは、水分子とガス分子とが格子状に接合した包接水和物であり、水分子が作る球形あるいはそれに近い形状の格子の中に、ガス分子が取リ込まれた構造を有する。外観は氷の結晶や雪に類似しており、その中にはメタンハイドレートの場合、体積比で約２００倍のガスが包み込まれている。
【０００４】
ガスハイドレートの特性を挙げると、次のようになる。ガス密度がメタンハイドレートの場合で約２００ｃｍ３  ／ｃｍ３  と、高いガス包蔵性を有する。質量あたり水の約１．３倍の潜熱を有し、大きな生成及び解離熱を生ずる。２７３Ｋ付近で約３５０ＫＰａ／Ｋと、高い生成及び解離差圧を生ずる。ガスによって相平衝が大きく変化し、高い反応選択性を有する。
【０００５】
これらの諸特性は、ガス輸送及びその貯蔵技術、潜熱畜冷熱媒体、低温度差発電技術、吸気冷却発電技術、各種分離プロセス等への応用が考えられる。このように、ガスハイドレートは極めて優れた性質を有するものであり、将来のエネルギ問題を解決するものの一つとして、その工学的利用技術の開発が強く望まれている。
【０００６】
【特許文献】
特開平６−１９５１３８号公報（第２−４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自動通風及び採光装置は、上述のように、電気的な温度センサを用いて外気温や室内温を検知し、その温度等に基づいて電動モータ、油圧ポンプ等により移動式の天窓や屋根を開閉して、建造物の通風や採光を行っている。したがって、いずれの場合にも電力を主要な動力源としている。これに対し、将来のエネルギ問題を解決するものの一つとして、ガスハイドレートは極めて有用な性質を有するものであり、それを工学的に利用する技術の開発が急務となっている。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、例えばドーム構造物、国際展示場、動植物園、大規模温室等の比較的規模の大きい建造物の通風や採光に使用されて好適であり、主要な動力源としてガスハイドレートを用いることにより、電力消費の大幅な削減と、それに伴う稼働コストの大幅な削減とを図ることができる、ガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、ガスハイドレートスラリが充填されたスラリ管と、スラリ管に接続されてガスハイドレートスラリと大気との間の熱交換を行なう熱交換器と、ガスハイドレートスラリをスラリ管と熱交換器との間に循環させる循環ポンプと、スラリ管に充填されたガスハイドレートスラリのガス圧を作動圧として建造物の通気部かつ又は採光部を開閉させる開閉機構とを備えたことにある。
【００１０】
ガスハイドレートは、高いガス包蔵性を有し、常温近傍でも高い生成及び解離差圧を生じる。このガスハイドレートは、それをスラリ状にすることにより、スラリ管と熱交換器との間で循環可能な性状を有するようになる。スラリ管内に充填されたガスハイドレートスラリは、熱交換器を通ることにより大気との間で熱交換を行い、温度変化に伴って生成解離を繰り返し、ガス圧を大きく変化させる。このガスハイドレートスラリのガス圧を、建造物の通気部や採光部を開閉させる開閉機構のための直接又は間接の作動圧とすることにより、建造物の通気や採光を電力エネルギを用いることなく行なうことができるようになる。
【００１１】
スラリ管内のガス圧を、開閉機構を作動させるための作動媒体の作動圧に変換する圧力変換部を備えることもできる。この圧力変換部を備え、建造物の通気部や採光部を開閉させる開閉機構の作動を、ガスハイドレートスラリとは異なる他の作動媒体の作動圧で行なうことにより、開閉機構を公知技術等を利用した簡便なものとすることができる。
【００１２】
かつ、作動圧を調整する圧力調整部を備えることもできる。上述の圧力変換部によりガスハイドレートスラリのガス圧を作動媒体の作動圧に変換するだけでは、開閉機構に用いる作動圧としては適当ではない場合も発生するので、圧力調整部を配設してその作動圧を最適に調整できるようにする。
【００１３】
ガスハイドレートスラリを生成貯蔵しスラリ管内へ充填するスラリ生成貯蔵部を備えることもできる。スラリ管等内のガスハイドレートスラリは、腐食物の混入等に伴う経年劣化等により、一定期間毎に補充又は入れ換えを行うことが望ましい。スラリ生成貯蔵部を備えたことにより、ガスハイドレートスラリの供給をも含めた建造物の自動通風及び採光が可能になる。
【００１４】
例えば、ガスハイドレートは、メタンハイドレート、エタンハイドレート、メタン及びエタンの混合ガスハイドレートのいずれか一つからなる。これらのガスハイドレートは、いずれも常温近傍にて液化することなく、温度変化に対してガス圧の大きな変動を生じさせるものであり、本装置に用いるガスハイドレートとしては最適な平衡曲線を有する。
【００１５】
なお、上述の圧力変換部、圧力調整部、スラリ生成貯蔵部を必ずしも常に備える必要はない。また、本装置に用いるガスハイドレートも、必ずしも上述のメタンハイドレート、エタンハイドレート、メタン及びエタンの混合ガスハイドレートのいずれかに限定されるものではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置の発明の実施の形態を、図１ないし図３を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に示すように、循環路を形成するスラリ管１を配設する。熱交換器２をスラリ管１に並列に接続する。この熱交換器２は、建造物の通風や採光を外気温度に基づいて行なう場合には室外に、また室内温度に基づいて行なう場合には室内に、それぞれ配設される。循環ポンプ３をスラリ管１に配設する。例えば２つの圧力ピストン５，６がロッド７を介して連結されてなる圧力変換シリンダ（圧力変換部）４を、スラリ管１に接続する。
【００１８】
作動媒体が充填された作動管８の一端を、圧力変換シリンダ４の圧力ピストン６側に接続する。作動媒体としては、例えば作動油や不凍液を用いることができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。作動管８の他端を、例えば制御バルブ等からなる圧力調整部９の入口に接続する。圧力調整部９の出口を、作動管１０を介して建造物の通気部や採光部の開閉機構１１に接続する。開閉機構１１は、図示しないアクチュエータ、移動扉１２等からなり、作動管１０内の作動媒体の作動圧により、アクチュエータが移動扉１２を開閉して建造物の通気や採光を行なう。
【００１９】
スラリ生成貯蔵部２０をスラリ管１に接続する。スラリ生成貯蔵部２０は、高圧タンク２１と、このタンク２１を冷却するための冷凍機２２と、ガスハイドレートとして使用するガスが充填された高圧ガスボンベ２３とを有する。タンク２１とスラリ管１との間にスラリポンブ２４と開閉バルブ２５とをこの順に介装し、タンク２１とガスボンベ２３との間に開閉バルブ２６を介装する。生成水の供給管２７をタンク２１に接続し、水ポンプ２８を供給管２７に接続する。
【００２０】
上述のガスハイドレートとしては、メタンハイドレート、エタンハイドレート、メタン及びエタンの混合ガスハイドレートのいずれか一つを用いる。これらのガスハイドレートは、いずれも常温近傍にて液化することなく、温度変化に対してガス圧を大きく変動させるものであり、本装置に用いるガスハイドレートとしては最適な平衡曲線を有する。なお、他のガスハイドレートを用いることができることは勿論である。
【００２１】
次に、本ガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置の作動について説明する。図１に示すスラリ生成貯蔵部２０において、水ポンプ２８を作動させて、水を供給管２７からタンク２１内へ導入する。開閉バルブ２６を操作して、ガスハイドレートを生成するためのガスを、ガスボンベ２３からタンク２１内へ供給する。タンク２１の内部を冷凍機２２によりガスハイドレートの生成温度まで冷却し、水とガスとを連続的に接触させる。これにより、タンク２１内でガスハイドレートスラリが生成され貯蔵される。
【００２２】
開閉バルブ２５を開き、スラリ生成貯蔵部２０のタンク２１内のガスハイドレートスラリを、スラリ管１内へ供給し充填する。開閉バルブ２５を閉じ、スラリ管１を密封する。循環ポンプ３を作動させて、ガスハイドレートスラリをスラリ管１と熱交換器２との間に循環させる。この循環は、ガスハイドレートスラリがもともと流動性を有するものであるから、ガスハイドレートスラリがスラリ管１内に沈殿しない程度の速さで行えばよい。熱交換器２は、ガスハイドレートスラリと大気、例えば外気や室内気との間で熱交換を行う。
【００２３】
図２に示すように、スラリ管１内のガスハイドレートスラリは、熱交換器２における熱交換により、例えばその温度が２７３Ｋ（０°Ｃ）から２９３Ｋ（２０°Ｃ）へ上昇した場合、水とガスとが分解して解離圧力を発生させる。メタンハイドレートの場合には、２７３Ｋにおいて２．５ＭＰａ前後であったガス圧は、２９３Ｋにおいて１７ＭＰａ前後まで上昇する。
【００２４】
また、エタンハイドレートの場合には、２７３Ｋにおいて０．５ＭＰａ前後であったガス圧は、２９３Ｋにおいて４ＭＰａ前後まで上昇する。この一方、温度が下降した場合には、水とガスからガスハイドレートが生成され、ガス圧は下降する。このように、スラリ管１内を循環するガスハイドレートスラリの温度上昇又は下降に伴って、常温領域において水とガスの分解及び生成が繰り返され，ガス圧が上昇及び下降する。
【００２５】
図３に示すように、スラリ管１内のガス圧は、圧力変換シリンダ４のピストン５からピストン６へロッド７を介して伝えられ、作動管８を通して作動媒体により圧力調整部９へ伝えられる。この場合、作動媒体の圧力Ｐ２  は、ピストン５，６の面積比（Ｓ２  ／Ｓ１  ）に逆比例して、スラリ管１内のガス圧Ｐ１  が減圧又は昇圧されたものとなる。圧力調整部９は、作動媒体の圧力を建造物の通気部や採光部の開閉機構１１の作動に適したものに微調整する。なお、上述の圧力変換シリンダ４のピストン５，６の面積比（Ｓ２  ／Ｓ１  ）は、使用するガスハイドレートの種類に応じて最適なものが選択される。
【００２６】
圧力調整部９で微調整された作動媒体の作動圧は、作動管１０を通して建造物の通気部や採光部の開閉機構１１の図示しないアクチュエータに伝えられ、このアクチュエータが開閉機構１１の移動扉１２を開閉させる。例えば、室内気の温度が上昇した場合には、通気部の移動扉１２が開かれて建造物の通気が行われる一方、採光部の移動扉１２が閉じられて建造物の遮光が行なわれる。また、室内気の温度が下降した場合には、通気部の移動扉１２が閉じられて建造物の通気が停止され、採光部の移動扉１２が開かれて建造物の採光が行なわれる。
【００２７】
スラリ管１等内のガスハイドレートスラリは、腐食物の混入等による経年劣化等を考慮して、一定期間毎に補充又は入れ換えが必要である。上述の生成貯蔵部２０により、例えば１年に１回程度は、スラリ管１内のガスハイドレートスラリの補充又は入れ換えを行なう。
【００２８】
このように、本ガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置は、大気の温度変化に伴って変化するスラリ管１内のガスハイドレートスラリのガス圧を作動圧として、開閉機構１１の移動扉１２を開閉させ、建造物の通気や採光を行なうから、主要な動力源として電力等のエネルギを用いることなく、建造物の通気や採光を自動的に、かつ最適に行なうことができる。したがって、電力消費の大幅な削減と、それに伴う稼働コストの大幅な削減とを図ることができる。本自動通風及び採光装置は、特に大気の温度変化を大きく捕らえて通風や採光を行なう、例えばドーム構造物、国際展示場、動植物園、大規模温室等の比較的規模の大きい建造物に使用されて好適である。
【００２９】
また、圧力変換シリンダ４により、ガスハイドレートスラリのガス圧を開閉機構１１を作動させる作動媒体の作動圧に変換するようにしたから、開閉機構１１を公知技術等を利用した簡便なもので構成することができる。さらに、圧力調整部９により作動媒体の作動圧を微調整するようにしたから、作動媒体の圧力が開閉機構１１の作動圧としては適切ではない場合にも、それを最適なものとすることができる。また、スラリ生成貯蔵部２０を備えたから、ガスハイドレートスラリの供給をも含めた自動通風及び採光が可能になる。
【００３０】
なお、圧力変換部を、必ずしも上述の圧力変換シリンダ４により構成する必要はない。また、作動管８，１０内の作動媒体を補助的に加圧等するための、例えば電動ポンプ等からなる補助加圧装置を、必要により備えることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置は、ガスハイドレートスラリが充填されたスラリ管と、スラリ管に接続されてガスハイドレートスラリと大気との間の熱交換を行なう熱交換器と、ガスハイドレートスラリをスラリ管と熱交換器との間に循環させる循環ポンプと、スラリ管に充填されたガスハイドレートスラリのガス圧を作動圧として建造物の通気部かつ又は採光部を開閉させる開閉機構とを備えるから、電力消費の大幅な削減と、それに伴う稼働コストの大幅な削減とを図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスハイドレートを利用した自動通風及び採光装置を示すシステム図である。
【図２】ガスハイドレート平衡曲線を示すグラフである。
【図３】図１の圧力変換シリンダを示す簡略図である。
【符号の説明】
１  スラリ管
２  熱交換器
３  循環ポンプ
４  圧力変換シリンダ
５，６  圧力ピストン
７  ロッド
８  作動管
９  圧力調整部
１０  作動管
１１  開閉機構
１２  移動扉
２０  スラリ生成貯蔵部
２１  タンク
２２  冷凍機
２３  ガスボンベ
２４  スラリポンブ
２５，２６  開閉バルブ
２７  供給管
２８  水ポンプ
Ｐ１  ，Ｐ２    圧力
Ｓ１  ，Ｓ２    面積
【図１】
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【図２】
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【図３】
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