(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵タンクに貯蔵された水和剤を溶解させた水溶液を熱交換器により冷却して、水和数の異なる２種類以上の水和物を生成する水和物スラリの製造方法において、前記熱交換器により冷却された前記水溶液が、水溶液のままの状態であるか、水和数の少ない水和物を含む水和物スラリに変化しているかまたは水和数の大きい水和物を含む水和物スラリに変化しているかを判断し、水溶液のままの状態であるか、または水和数の少ない水和物を含む水和物スラリであると判断したときには、前記貯蔵タンクにこれを戻さず、水和数の大きい水和物を含む水和物スラリに変化していると判断したときは、前記貯蔵タンクにこれを戻すことを特徴とする水和物スラリの製造方法。
【請求項２】
貯蔵タンクに貯蔵された水和剤を溶解させた水溶液を熱交換器により冷却して、水和数の異なる２種類以上の水和物を生成する水和物スラリの製造方法において、水和物スラリの製造開始に先立ち、前記貯蔵タンクに一定量以上の水和数のより大きい水和物を含む水和物スラリと前記水溶液とを混合し、前記熱交換器により冷却することにより、水和数のより大きい水和物を含む水和物スラリを製造することを特徴とする水和物スラリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蓄熱式冷房空調システムや産業用の冷熱利用システムにおいて、冷熱を搬送するために使用される水和物スラリの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からビルの空調や地域冷暖房においては、冷熱媒体として使用する氷スラリ、水和物スラリまたは冷水等を、夜間電力を利用して製造する。そして、これらの冷熱媒体を貯蔵タンクに貯蔵しておき、翌日の昼間に取り出して使用するようにしている。
【０００３】
図２は、上述した水和物スラリを冷熱媒体として使用した空調システムの一例を示す図であるが、夜間貯蔵タンク２１内に貯蔵されている水和剤を溶解させた水溶液２２をスラリ製造熱交換器２３に送り、冷凍機器２４から送られてくる４℃程度の冷水２５と熱交換させてスラリ２６を製造し、前記貯蔵タンク２１に貯蔵する。したがって、貯蔵タンク２１内には水溶液２２と水和物スラリ２６が同時に収容されている状態になっており、夜間は水和物スラリ２６の占める割合が大きくなる。
【０００４】
貯蔵タンク２１に貯蔵された水和物スラリ２６は、翌日の昼間にはバルブ２７が開かれ、貯蔵タンク２１と空調機２８や室内機２９間に配管された水和物スラリ供給配管３０を通って、空調機２８や室内機２９に送られ、室内の空気と熱交換され再び水溶液２２となる。そして、水溶液２２は水溶液戻し配管３１を通って貯蔵タンク２１に戻される。貯蔵タンク２１内に貯蔵された水溶液２２は、夜間再びスラリ製造熱交換器２３に送られ、水和物スラリ２６が生成される。
【０００５】
このように冷熱媒体として利用される水和物スラリは、例えばテトラ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ｎ−ブチルフォスフォニウム塩、トリｉｓｏ−アミルサルフォニウム塩等の水溶液を貯蔵タンクと熱交換器の間を循環させながら冷却して製造される。
【０００６】
上記したような水溶液から製造される水和物スラリ中には、水和数の異なる水和物が２種類生成されていることが分かっており、例えば２種類の水和物が生成される場合には、水和数が小さく生成温度の低い方の水和物を第一水和物、水和数が大きく生成温度の高い方の水和物を第二水和物と定義し、それぞれの水和物が含まれる水和物スラリを第一水和物スラリおよび第二水和物スラリと定義する。
【０００７】
図３は、水和剤としてテトラｎ−ブチルアンモニウム塩（ＴＢＡＢ）を使用した場合の、水溶液の濃度（ｗｔ％）と生成される水和物スラリの温度との関係を示すグラフである。以下、このグラフにおける水溶液の濃度と生成される水和物スラリの温度との関係を示す曲線を、水和物生成曲線と呼ぶことにする。
【０００８】
水和剤を溶解させた水溶液の濃度を、水和物の水和数と水溶液中の水和剤のモル比とが同じになるように調整すると、水溶液の冷却にともなって水和物スラリ中の水和物が増加しても、水溶液の濃度は一定となる。したがって、水和物スラリ中の水和物の割合が増加しても、水和物スラリの温度は一定に保たれる。
【０００９】
水和剤としてテトラｎ−ブチルアンモニウム塩（ＴＢＡＢ）を使用した場合、水溶液濃度がおよそ４１ｗｔ％において約１１．８℃でほぼ一定となることから、第一水和物の水和数はおよそ２６程度であると推定される。
【００１０】
水溶液濃度が４１ｗｔ％より低い場合、水溶液と水和物の混合物である水和物スラリ中の水和物の増加にともなって、スラリ中の水溶液濃度が低下するので、水和物スラリの温度は水和物生成曲線に沿って低下する。
【００１１】
水溶液濃度が１８％程度以下においては、第一水和物が第二水和物に転移するので、水和物スラリの温度は曲線Ａに沿って低下する。しかしながら、水溶液濃度が１８％程度以下になっても、第一水和物が第二水和物に転移しない場合もあり、そのときには水和物スラリの温度は、曲線Ａよりも温度が低くなる曲線Ｂに沿って低下する。
【００１２】
すなわち、第一水和物のみが生成される水溶液濃度から冷却を始めた場合、第二水和物が生成される水溶液濃度と温度の領域に入った後も、図４のグラフに示すように、第一水和物の生成曲線に沿って水和物スラリの温度が低下し、水和物の生成にともなって水溶液の濃度も低下する。さらに冷却を継続すると第二水和物が生成され始め、同時に水和物スラリの温度が上昇する特性があることが分かっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水和物スラリを冷熱媒体として、前述したようなビルの空調や地域冷暖房システムに使用する場合には、次のような問題点がある。
【００１４】
前述したように、水和物スラリを製造するときには、水和物スラリ貯蔵タンクに貯蔵された水溶液を、スラリ製造熱交換器に送って冷却して、水和物を含んだ水和物スラリを製造する。そして、製造された水和物スラリは、前記水和物スラリ貯蔵タンクに戻される。
【００１５】
水和物スラリ中の水溶液の濃度が１８ｗｔ％以下においても、第一水和物のスラリが存在し、第一水和物よりも高い温度で生成される第二水和物に転移せずに過冷却状態で存在すると、冷凍機から熱交換器に送られてくる４℃程度の冷水との温度差が小さくなるため、冷熱利用システムにおいて必要とする冷熱を蓄熱するためには、熱交換器の伝熱面積を大きくしなければならない。
【００１６】
さらに、過冷却状態の第一水和物スラリから第二水和物スラリに転移するときに、粘性が増大して流動性が低下する現象が見られ、熱交換器に水溶液を供給するポンプの動力が増大する。
【００１７】
したがって、第一水和物が過冷却状態で存在しないようにして、水和物スラリを製造する方法があれば、上記のような問題を解消できるのであるが、そのような水和物スラリの製造方法は確立されていない。
【００１８】
この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、水和物が過冷却状態で存在しないようにして水和物スラリを製造することのできる水和物スラリの製造方法を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る水和物スラリの製造方法は、貯蔵タンクに貯蔵された水和剤を溶解させた水溶液を熱交換器により冷却して、水和数の異なる２種類以上の水和物を生成する水和物スラリの製造方法において、前記熱交換器により冷却された前記水溶液が、水溶液のままの状態であるか、水和数の少ない水和物を含む水和物スラリに変化しているかまたは水和数の大きい水和物を含む水和物スラリに変化しているかを判断し、水溶液のままの状態であるか、または水和数の少ない水和物を含む水和物スラリであると判断したときには、前記貯蔵タンクにこれを戻さず、水和数の大きい水和物を含む水和物スラリに変化していると判断したときは、前記貯蔵タンクにこれを戻すことを特徴とするものである。
【００２０】
（２）また、本発明に係る水和物スラリの製造方法は、貯蔵タンクに貯蔵された水和剤を溶解させた水溶液を熱交換器により冷却して、水和数の異なる２種類以上の水和物を生成する水和物スラリの製造方法において、水和物スラリの製造開始に先立ち、前記貯蔵タンクに一定量以上の水和数のより大きい水和物を含む水和物スラリと前記水溶液とを混合し、前記熱交換器により冷却することにより、水和数のより大きい水和物を含む水和物スラリを製造することを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態  】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明の水和物スラリの製造方法の第一の実施の形態を適用する水和物スラリ製造装置の構成図である。
【００２２】
この水和物スラリ製造装置は、水和物スラリおよび水和物スラリを製造する水溶液を貯蔵する蓄熱槽１と、蓄熱槽１内の水溶液を冷却して水和物スラリを製造する水和物スラリ製造熱交換器２および３と、蓄熱槽１内の水溶液を水和物スラリ製造熱交換器２および３に水溶液供給配管４を通して供給する水溶液供給ポンプ５と、水和物スラリ製造熱交換器２および３において冷却する冷水を製造する冷凍機６と、冷凍機６で製造した冷水を水和物スラリ製造熱交換器２および３に供給する冷水供給ポンプ７と、水和物スラリ製造熱交換器２および３において製造された水和物スラリ（以下製造物というを蓄熱槽１に戻すための水和物スラリ戻し配管８の途中に設けた製造物状態検出部９とから構成されている。
【００２３】
この製造装置により本発明の水和物スラリ製造方法に基づいて水和物スラリを製造するときには、次のようにして行う。蓄熱槽１内の水溶液が水溶液供給配管４を通して水溶液供給ポンプ５により、水和物スラリ製造熱交換器２および３に供給される。水和物スラリ製造熱交換器２および３には、冷凍機６で造られた冷水が冷水供給ポンプ７で供給されており、水溶液は水和物スラリ製造熱交換器２および３において冷水により冷却され、水和物スラリが製造される。
【００２４】
なお、図１中符号１４は水和物スラリを空調機に供給するための水和物スラリ供給配管、符号１５は水和物スラリが空調機において空気と熱交換した後の水溶液を蓄熱槽１に戻すための水溶液戻し配管であるが、この系統の詳細説明は本発明と直接関係がないので省略する。
【００２５】
製造された水和物スラリ（条件によっては水和物スラリが生成されておらず、水溶液のままの状態もある。）は、水和物スラリ戻し配管８の途中に設けた製造物状態検出部９において、製造物の物性、例えば密度を検出する。そして、その測定値を判断手段１０に送り、測定された物性から製造物の状態が水溶液のままの状態であるか、水和数の少ない水和物を含む水和物スラリ（以下、第一水和物スラリという）に変化しているかまたは水和数の大きい水和物を含む水和物スラリ（以下、第二水和物スラリという）に変化しているかのいずれであるかの判断をする。
【００２６】
そして、製造物が水溶液のままの状態であるかまたは第一水和物スラリと判断された場合には、判断手段１０からの指令に基づき、戻し配管８の途中に設けた三方弁１１を作動させ、製造物が蓄熱槽１に戻らずに、戻し配管８と水溶液供給配管４を結ぶバイパス管１２を通って水溶液供給配管４に流れるようにする。
また、同時に、水溶液供給配管４に設けた開閉弁１３を閉じて、蓄熱槽１内の水溶液が水和物スラリ製造熱交換器２および３に供給されないようにする。
【００２７】
このようにすると、水和物スラリ製造熱交換器２および３を出た製造物は、戻し配管８→製造物状態検出部９→バイパス管１２→水溶液供給配管４→水溶液供給ポンプ５→水和物スラリ製造熱交換器２および３→戻し配管８という閉鎖回路を循環するようになる。このように循環する製造物の物性は、再び前記製造物状態検出部９において検出され、検出された物性値に基づいて製造物が前述したようにどのような状態であるかの判断が判断手段１０で判断される。
【００２８】
そして、製造物が第二水和物スラリに変化していると判断された場合には、判断手段１０からの指令に基づき、戻し配管８の途中に設けた三方弁１１を作動させ、製造物が蓄熱槽１に戻るようにする。また、同時に、水溶液供給配管４に設けた開閉弁１３を開いて、蓄熱槽１内の水溶液が水和物スラリ製造熱交換器２および３に供給されるようにする。
【００２９】
そして、再び水和物スラリ製造熱交換器２および３を出た製造物の状態を判断して、上述したような処理を繰り返す。
上記のような運転を１回または複数回繰り返すことで、蓄熱槽１には一定量以上の第二水和物を含む水和物スラリが貯蔵される。これらの水和物スラリは、第一水和物から第二水和物への転移を促進する核となり、第二水和物スラリを早期に効率良く製造することができる。
【００３０】
なお、図１においては、三方弁１１が戻し配管８の途中に、開閉弁１３が水溶液供給配管４の途中に設けられているが、三方弁１１を水溶液供給配管４の途中に、開閉弁１３を戻し配管８の途中に設けても良い。
【００３１】
製造物状態検出部９において使用する計器は、製造物の物性から製造物が水溶液のままか、第一水和物スラリか、または第二水和物スラリかが判断できる物性を検出できるものであればよい。第一水和物と第二水和物とは、生成温度、密度、同一温度における水和物スラリの固相分率・熱密度、水和物の粒度等が異なるので、密度計、質量密度計、電磁流量計、温度計、導電率計、静電容量計、差圧計、熱量計、固相分率計、粘度計、電力計、液位計、音波計、粒度分布計、屈折率計、圧力計等を単独または組み合わせて使用することにより、検出した製造物である水和物の種類を判断することができる。
【００３２】
この水和物スラリの製造方法に用いられる水和数の異なる水和物を生成させる水溶液は、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ｎ−ブチルフォスフォニウム塩、トリｉｓｏ−アミルサルフォニウム塩等の水溶液のいずれかの水溶液である。
【００３３】
次に、本発明の水和物スラリの製造方法の第二の実施の形態を説明する。第一の実施の形態に基づいて製造された蓄熱槽１内の第二水和物スラリは、翌日の昼間水和物スラリ供給配管１４を通って空調機に送られ、水溶液となって水溶液戻し配管に１５より蓄熱槽１に貯蔵され、夜間電力を利用して再び水和物スラリが製造される。
【００３４】
第二の実施の形態においては、蓄熱槽１に貯蔵した第二水和物スラリを、昼間全量使用しないで一定量残しておく。水和物スラリ製造開始前の蓄熱槽１には、空調機から戻ってきた水溶液と残留した第二水和物スラリとが層別された状態で貯蔵されている。そして、水和物スラリ製造開始に当たっては、層別された水溶液と第二水和物スラリとを混合して、水溶液中に第二水和物スラリが均等に分散されている状態、あるいは第二水和物スラリが混合の過程で融解した状態にする。
【００３５】
このように混合した水溶液あるいは第二水和物スラリを、水和物スラリ製造熱交換器２および３に送り冷却する。このようにすると、混合した水溶液あるいは第二水和物スラリが核となって、水溶液から新たな第二水和物スラリが生成され、第一水和物スラリの生成が阻止される。したがって、この実施の形態の場合には、第一の実施の形態のように、第二水和物スラリが生成される迄、製造物を水和物スラリ製造熱交換器２および３を含む閉鎖回路で循環させる必要はなく、製造された水和物スラリを、直ちに蓄熱槽１に戻してもよい。
【００３６】
なお、水溶液と混合する第二水和物スラリは、第二水和物スラリを専用に製造する設備を設け、そこで製造したものを蓄熱槽１で混合してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
この発明により、水和物スラリ中に過冷却された水和物が存在しないとともに、水和物スラリの流動性が低下することもないので、水和物スラリ製造熱交換器をコンパクトにできるとともに、水溶液を供給するための動力も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水和物スラリの製造方法の第一の実施の形態を適用する水和物スラリ製造装置の構成図である。
【図２】水和物スラリを冷熱媒体として使用した空調システムの一例を示す図である。
【図３】水溶液濃度と水和物スラリ生成温度との関係を示すグラフである。
【図４】水和物スラリの経時的な温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  蓄熱槽
２、３水和物スラリ製造熱交換器
４水溶液供給配管
５水溶液供給ポンプ
６冷凍機
７冷水供給ポンプ
８水和物スラリ戻し配管
９製造物状態検出部
１０  判断手段
１１  三方弁
１２  バイパス管
１３  開閉弁
１４  水和物スラリ供給配管
１５  水溶液戻し配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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