(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷熱媒体貯槽に貯えられている準包接水和化合物又は包接水和化合物のスラリを冷熱媒体として使用する冷熱蓄熱システムであって、その冷熱蓄熱システム内で使用された準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を抜き出して不純物を除去する水溶液再生装置を備え、
該水溶液再生装置は、抜き出された前記水溶液から不純物を分離する処理を行う処理槽と、該処理槽に設けられ、内部に加熱用熱媒体と冷却用熱媒体を切り替えて流通させて前記処理槽内の流体を冷却又は加熱する熱交換器と、該熱交換器に前記冷却用熱媒体を流通させて前記準包接水和化合物又は包接水和化合物の結晶を生成させた後の不純物を含む水溶液を前記処理槽から抜き出して受ける受け槽と、前記熱交換器に前記加熱用熱媒体を流通させて前記結晶を融解して得られる不純物が除去された水溶液を前記処理槽から抜き出して受ける受け槽と、該受け槽に抜き出された不純物が除去された水溶液を前記冷熱媒体貯槽に返送する配管と、を備えてなることを特徴とする冷熱蓄熱システム。
【請求項２】
準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を冷却して生成するスラリを使用する冷熱蓄熱システム内で使用された冷熱媒体から不純物を除去する冷熱媒体の再生方法であって、冷熱媒体として使用され不純物を含む準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を冷熱蓄熱システムの冷熱媒体貯槽から抜き出し前記水溶液から不純物を分離する処理を行う処理槽へ送る第１の工程と、前記処理槽内で前記水溶液を冷却し、前記準包接水和化合物又は包接水和化合物の結晶を生成させるとともに前記不純物を水溶液に残す第２の工程と、該第２の工程の後に前記不純物を含む水溶液を前記処理槽から除く第３の工程と、該第３の工程の後に、前記結晶を加熱して融解し、不純物が除去された準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を得て、前記処理槽から前記冷熱媒体貯槽へ送る第４の工程とを有することを特徴とする冷熱媒体の再生方法。
【請求項３】
前記第３の工程により前記処理槽から除かれた不純物を含む水溶液をろ過して固形分を取り除いた水溶液について、前記第２の工程から第４の工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の冷熱媒体の再生方法。
【請求項４】
冷熱媒体として使用された準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を冷却し、前記準包接水和化合物又は包接水和化合物の結晶を生成させる結晶生成工程と、該結晶生成工程の後に残った水溶液を除く水溶液除去工程と、該水溶液除去工程の後、前記結晶を加熱して融解し、不純物が除去された準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を得る薬剤水溶液取得工程と、該薬剤水溶液取得工程により得られた水溶液を加熱し、濃縮して準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤を析出させ、この析出物を分離することにより、準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤を得る薬剤取得工程を有することを特徴とする冷熱媒体の再生方法。
【請求項５】
前記薬剤取得工程において、前記薬剤水溶液取得工程により得られた水溶液を加熱する際の熱源として、冷熱発生装置から排出される温度の高い流体を使用することを特徴とする請求項４に記載の冷熱媒体の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、準包接水和化合物又は包接水和化合物（以下、準包接水和化合物又は包接水和化合物の記載を単に包接水和物と記す）のスラリを冷熱媒体として蓄熱し、その冷熱を利用する冷熱蓄熱システム及びその冷熱蓄熱システムで使用された冷熱媒体の再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ビルの空調や地域冷暖房においては、夜間電力により冷熱媒体を冷却して蓄熱しておき、この冷熱媒体を翌日の昼間に取り出して利用する冷熱蓄熱システムが開発されている。そして、近年、冷熱媒体として、空調温度域である５℃〜１２℃で融解潜熱を有し、蓄熱量が大きい包接水和物のスラリを使用する冷熱蓄熱システムの研究が種々なされている。
【０００３】
上記の包接水和物とは、第四級アンモニウム塩などの化合物の水和物であって、下記のような化合物の分子が多数の水分子に包み込まれて結晶化したものである。包接水和物を生成する薬剤としては、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などがある。
【０００４】
図５は従来の包接水和物を生成する薬剤の水溶液を冷熱媒体として使用する冷熱蓄熱システムの一例を示す図である。この図において、１０は包接水和物をスラリの状態で貯える冷熱媒体貯槽、１２は包接水和物を生成する薬剤の水溶液を冷却して包接水和物のスラリを製造するスラリ製造部である。１１は水溶液の循環ポンプである。スラリ製造部１２には、冷熱発生源である冷凍機１３とこの冷凍機から排出される冷熱媒体を流通させる冷却器１４が設けられている。１７は冷熱を利用する空調設備である。１５は包接水和物スラリを払い出すポンプ、１６は包接水和物スラリを冷熱利用部へ送るための払い出し配管、１８は冷熱が利用された後の水溶液の戻り配管である。
【０００５】
上記の冷熱蓄熱システムにおいては、冷熱媒体貯槽１０に包接水和物を生成する薬剤の水溶液を貯留しておき、この水溶液を冷却器１４へ送って冷却し、包接水和物の結晶を生成させる。そして、冷熱媒体貯槽１０内の水溶液を循環して冷却することによって、順次包接水和物が冷熱媒体貯槽１０内に蓄積される。生成した包接水和物は微細な結晶であり、スラリの状態になって冷熱媒体貯槽１０内に貯えられる。
【０００６】
冷熱媒体貯槽１０に貯えられた包接水和物スラリは払い出しポンプ１５によって抜き出され、空調機１７へ送られる。空調機１７へ送られた包接水和物スラリは熱交換されて水溶液になり、戻り配管１８を経由して冷熱媒体貯槽１０へ戻される。
【０００７】
このように、包接水和物スラリは蓄熱媒体として使用されると共に冷熱の輸送媒体としても使用され、循環使用される。
【０００８】
しかし、包接水和物を生成する薬剤の水溶液は、循環使用されている間に、配管中の錆やごみ等の異物が混入し、汚染するので、長期間運転後には、更新する必要がある。このため、新たに包接水和物を生成する薬剤により水溶液を調製しなければならない。
【０００９】
本発明は、汚染された包接水和物を生成する薬剤の水溶液を抜き出して不純物を除去し、この不純物が除去された水溶液を冷熱媒体として再使用することができる冷熱蓄熱システムを提供すること、及び汚染された包接水和物を生成する薬剤の水溶液を冷熱媒体として再使用可能なものに再生する方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る冷熱蓄熱システムは、冷熱媒体貯槽に貯えられている準包接水和化合物又は包接水和化合物のスラリを冷熱媒体として使用する冷熱蓄熱システムであって、その冷熱蓄熱システム内で使用された準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を抜き出して不純物を除去する水溶液再生装置を備え、
該水溶液再生装置は、抜き出された前記水溶液から不純物を分離する処理を行う処理槽と、該処理槽に設けられ、内部に加熱用熱媒体と冷却用熱媒体を切り替えて流通させて前記処理槽内の流体を冷却又は加熱する熱交換器と、該熱交換器に前記冷却用熱媒体を流通させて前記準包接水和化合物又は包接水和化合物の結晶を生成させた後の不純物を含む水溶液を前記処理槽から抜き出して受ける受け槽と、前記熱交換器に前記加熱用熱媒体を流通させて前記結晶を融解して得られる不純物が除去された水溶液を前記処理槽から抜き出して受ける受け槽と、該受け槽に抜き出された不純物が除去された水溶液を前記冷熱媒体貯槽に返送する配管と、を備えてなることを特徴とするものである。
【００１１】
（２）また、本発明に係る冷熱媒体の再生方法は、準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を冷却して生成するスラリを使用する冷熱蓄熱システム内で使用された冷熱媒体から不純物を除去する冷熱媒体の再生方法であって、冷熱媒体として使用され不純物を含む準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を冷熱蓄熱システムの冷熱媒体貯槽から抜き出し前記水溶液から不純物を分離する処理を行う処理槽へ送る第１の工程と、前記処理槽内で前記水溶液を冷却し、前記準包接水和化合物又は包接水和化合物の結晶を生成させるとともに前記不純物を水溶液に残す第２の工程と、該第２の工程の後に前記不純物を含む水溶液を前記処理槽から除く第３の工程と、該第３の工程の後に、前記結晶を加熱して融解し、不純物が除去された準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を得て、前記処理槽から前記冷熱媒体貯槽へ送る第４の工程とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記第３の工程により前記処理槽から除かれた不純物を含む水溶液をろ過して固形分を取り除いた水溶液について、前記第２の工程から第４の工程を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
（４）また、冷熱媒体として使用された準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を冷却し、前記準包接水和化合物又は包接水和化合物の結晶を生成させる結晶生成工程と、該結晶生成工程の後に残った水溶液を除く水溶液除去工程と、該水溶液除去工程の後、前記結晶を加熱して融解し、不純物が除去された準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤の水溶液を得る薬剤水溶液取得工程と、該薬剤水溶液取得工程により得られた水溶液を加熱し、濃縮して準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤を析出させ、この析出物を分離することにより、準包接水和化合物又は包接水和化合物を生成する薬剤を得る薬剤取得工程を有することを特徴とするものである。
【００１４】
（５）また、上記（４）に記載のものにおける前記薬剤取得工程において、前記薬剤水溶液取得工程により得られた水溶液を加熱する際の熱源として、冷熱発生装置から排出される温度の高い流体を使用することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の冷熱蓄熱システムの実施の形態に係る構成の一例を示す図である。図１において、図５と同じ構成の部分については、同一の符号を付し説明を省略する。この実施の形態においては、冷熱蓄熱システム内で循環使用されて冷熱媒体貯槽１０に貯えられている冷熱媒体である包接水和物を生成する薬剤の水溶液を抜き出して不純物を除去するための水溶液再生装置３０を備えている。水溶液再生装置３０は包接水和物を生成する薬剤の水溶液の汚染度合いに応じて、適宜運転する装置であるが、冷熱蓄熱システムを稼働するシーズンを迎える時期、或いは、所定期間毎に運転し、包接水和物を生成する薬剤の水溶液を清浄化するための装置である。
【００１６】
水溶液再生装置３０は払い出し配管１６から分岐された水溶液受け入れ配管５０と浄化された薬剤の水溶液を冷熱媒体貯槽１０へ返送するための水溶液返送配管５１によって冷熱蓄熱システムの本体に接続されている。
【００１７】
図２は図１における水溶液再生装置の構成を示す図である。図２において、３１は冷熱蓄熱システム内で循環使用されて汚染された包接水和物を生成する薬剤の水溶液を受け入れて不純物を除去する処理槽であり、処理槽３１内には伝熱管３２が設けられている。３３は処理槽で不純物が除去された水溶液の受け槽、３４は不純物を含む水溶液の受け槽である。３５は冷却用熱媒体として用いる冷水を発生させる冷凍機、３６は冷水の供給ポンプ、３７は冷凍機を冷却する冷却水の冷水塔、３８は冷却水ポンプである。
【００１８】
処理槽３１に内蔵された伝熱管３２には冷却用熱媒体と加熱用熱媒体を切り替えて供給できるようになっている。冷却用熱媒体としては冷凍機で発生させた冷水を供給し、加熱用熱媒体としては常温の水を供給する。この常温の水は冷却水ポンプ３８から送られてくる冷却水を用いる。このため、冷却用熱媒体の配管３９には冷凍機の冷却水配管４１から分岐された配管４３が接続され、冷却用媒体の配管４０と冷凍機の冷却水配管４２が配管４４によって接続されている。４５，４６は切替弁である。
【００１９】
なお、ここでは熱交換器として伝熱管３２を用いているが、熱交換器はその内部に熱媒体を流通させて槽内の流体を冷却又は加熱するものであって、その形状が管状のものに限定されるものではなく、プレート式などのものも使用することができる。
【００２０】
上記のように構成された水溶液再生装置の運転方法を図２と図３により説明する。冷熱蓄熱システムの停止中に、冷熱媒体貯槽から汚染された包接水和物を生成する薬剤の水溶液を処理槽３１へ受け入れ、冷凍機３５を起動して伝熱管３２へ冷水を流通させる。この冷却によって、図３（ａ）に示すように、伝熱管３２の外表面に包接水和物１０１の結晶が生成し、この包接水和物１０１の層が次第に成長する。
【００２１】
包接水和物１０１の層が充分に生成して、処理槽３１内の水溶液に含まれる包接水和物を生成する薬剤の濃度が所定値まで低下した段階で、冷凍機３５を停止し、図３（ｂ）に示すように、包接水和物１０１の結晶が生成した後に残った不純物を含む水溶液１０３を処理槽の底部から受け槽３４へ抜き出す。この際、包接水和物１０１の結晶以外の不純物は水溶液１０３に含まれて排出され、包接水和物１０１の結晶だけが処理槽３１内に残る。
【００２２】
次いで、伝熱管３２へ流通させる熱媒体を加熱用熱媒体に切り替える。加熱用熱媒体への切り替えは冷却水の切替弁４５，４６の切り替えにより冷却水の流路を切り替え、配管４３，４４を経由させて常温の水を伝熱管３２へ流通させる。常温の水への切り替えによって、図３（ｃ）に示すように、伝熱管３２に付着していた包接水和物は加熱されて融解し、不純物が除去された包接水和物を生成する薬剤の水溶液１０２になる。この水溶液を処理槽３１の底部から受け槽３３へ抜き出す。この不純物が除去された包接水和物を生成する薬剤の水溶液１０２は蓄熱システム本体の冷熱媒体貯槽へ送られ、再使用される。
【００２３】
受け槽３３へ抜き出された水溶液１０２は不純物を含まない包接水和物の結晶が融解したものであるので、包接水和物を生成する薬剤の水溶液としての純度が高められており、又、濃度が融点が極大値を示す濃度（約４０ｍａｓｓ％）まで高められている。このため、この薬剤の水溶液は濃度調整用として使用される。
【００２４】
一方、受け槽３４へ抜き出された水溶液１０３には不純物が含まれているが、包接水和物を生成する薬剤も残っているので、この水溶液を濾過して錆やごみ等の固形分を取り除いた後、濃縮し、この濃縮液を処理槽３１へ送って再処理することにより、水溶液１０３に残っている上記薬剤を回収する。
【００２５】
図４は本発明の冷熱媒体の再生方法に係る実施の形態の一例を示す図である。この実施の形態によれば、冷熱蓄熱システム内で循環使用された包接水和物を生成する薬剤の水溶液から、不純物が除去された上記薬剤の水溶液、又は不純物が除去された上記薬剤が得られる。
【００２６】
図４において、３０は図２と同じ構成による水溶液再生装置である。この水溶液再生装置３０については図２と同じ符号を付し説明を省略する。６０は汚染された包接水和物を生成する薬剤の水溶液を受け入れて貯留する処理前水溶液の貯槽である。７０は水溶液再生装置３０で処理されて不純物が除去された包接水和物を生成する薬剤の水溶液を受け入れて貯留する処理後水溶液の貯槽である。又、８０は水溶液再生装置３０で処理されて不純物が除去された包接水和物を生成する薬剤の水溶液から上記薬剤の結晶を得るための晶析装置である。
【００２７】
上記の構成による装置による運転は次のように行われる。処理前水溶液の貯槽６０に、冷熱蓄熱システムで使用されて汚染された包接水和物を生成する薬剤の水溶液１００を受け入れ、この薬剤の水溶液を水溶液再生装置３０へ送って不純物を除去する。不純物が除去された包接水和物を生成する薬剤の水溶液１０２は受け槽３３へ抜き出す。
【００２８】
受け槽３３へ抜き出された上記薬剤の水溶液１０２は需給状況などによって２つの用途に振り分けられる。第一の用途に供されるものは、処理後水溶液の貯槽７０へ送って貯留し、純度及び濃度が高められた包接水和物を生成する薬剤の水溶液として冷熱蓄熱システムへ供給する。
【００２９】
又、第二の用途に供されるものは、晶析装置の蒸発缶８１へ送って濃縮し、包接水和物を生成する薬剤を析出させる。８２は蒸発缶に内蔵された加熱器である。この加熱器８２に供給する熱源としては、冷熱発生装置から排出される温度の高い流体などを用いるのがよい。例えば、水溶液再生装置の冷凍機３５として吸収冷凍機を備えた場合、その蒸発器から排出されるスチームの凝縮液を用いることができる。
【００３０】
蒸発缶８２内で析出した包接水和物を生成する薬剤を母液と共に抜き出し、これを分離器８３へ送って母液を分離することにより、上記薬剤１０４の結晶が得られる。ここで得られた包接水和物を生成する薬剤１０４は２回の結晶化処理、換言すれば２回の不純物除去処理により得られたものであり、純度が非常に高められている。すなわち、この実施の形態においては、水溶液再生装置の処理槽３１で結晶化処理による１回目の不純物除去処理が行われ、晶析装置の蒸発缶８１で晶析処理による２回目の不純物除去処理が行われる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の冷熱蓄熱システムにおいては、冷熱媒体として使用された包接水和物を生成する薬剤の水溶液を抜き出して不純物を除去するための水溶液再生装置を備えているので、汚染された上記薬剤の水溶液から不純物を除去し、この不純物が除去された水溶液を冷熱媒体として再使用することができる。
【００３２】
本発明の冷熱媒体の再生方法においては、冷熱蓄熱システムの冷熱媒体として使用された包接水和物を生成する薬剤の水溶液を、冷却用熱媒体と加熱用熱媒体が切り替えられて供給される伝熱管を備えた処理槽へ装入し、冷却して伝熱管の周囲に包接水和物の結晶を生成させ、残った水溶液を排出した後、加熱して伝熱管の周囲に生成した包接水和物の結晶を融解することにより、純度が高く且つ濃度が高い包接水和物を生成する薬剤の水溶液を得ることができるので、汚染された上記薬剤の水溶液を冷熱媒体として再使用可能なものに再生することができる。
【００３３】
又、本発明の冷熱媒体の再生方法においては、上記の方法によって得られた、不純物が除去された包接水和物を生成する薬剤の水溶液を加熱・濃縮して上記薬剤を析出させ、これを分離することにより、純度の高い包接水和物を生成する薬剤を得ることできる。このため、包接水和物を生成する薬剤の水溶液を粉体の状態にして貯蔵することができ、冷熱媒体源として用いる薬剤の貯蔵や輸送が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷熱蓄熱システムの実施の形態に係る構成の一例を示す図である。
【図２】図１における水溶液再生装置の構成を示す図である。
【図３】水溶液再生装置の処理操作に係る説明図である。
【図４】本発明の冷熱媒体の再生方法に係る実施の形態の一例を示す図である。
【図５】従来の包接水和物を生成する薬剤の水溶液を冷熱媒体として使用する冷熱蓄熱システムの一例を示す図である。
【符号の説明】
１０  冷熱媒体貯槽
１２  スラリ製造部
１３  冷凍機
１４  冷却器
１５  スラリ払い出しポンプ
１６  スラリ払い出し配管
１７  空調設備
１８  戻り配管
３０  水溶液再生装置
３１  処理槽
３２  伝熱管
３３  不純物を除去された水溶液の受け槽、
３４  不純物を含む水溶液の受け槽
３５  冷凍機
３６  冷水の供給ポンプ
３７  冷水塔
３８  冷却水ポンプ
３９，４０  冷水の配管
４１，４２  冷却水配管
４３，４４  冷却水配管
５０  水溶液受け入れ配管
５１  水溶液返送配管
８０  晶析装置
８１  蒸発缶
８２  加熱器
８３  分離器
１００  汚染された包接水和物を生成する薬剤の水溶液
１０１  包接水和物
１０２  不純物が除去された包接水和物を生成する薬剤の水溶液
１０３  包接水和物結晶の生成後に残った不純物を含む水溶液
１０４  包接水和物を生成する薬剤
【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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