(57)【要約】【課題】  クラスレートの壁面への付着の抑制する手法であって、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じてクラスレートを生成させる場合に適した比較的簡便な方法および装置を提供すること。【解決手段】  クラスレートを生成する薬剤を含む第１の液体と第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体との混合物Ｍを収容する容器Ｃの内壁面１に、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成するクラスレート４が付着することを予防するために、移動部材２を容器Ｃの内壁面に沿って且つ接触することなく移動することにより第１の液体の乱流３を発生させることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラスレートを生成する薬剤を含む第１の液体と該第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体との混合物を収容する容器の内壁面に、前記第１の液体と前記第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成する前記クラスレートが付着することを予防する、クラスレートの付着予防方法であって、
移動部材を前記容器の内壁面に沿って且つ接触することなく移動することにより、前記第１の液体の乱流を発生させる工程を具備することを特徴とするクラスレートの付着予防方法。
【請求項２】
クラスレートを生成する薬剤を含む第１の液体と該第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体との混合物を収容する容器を具備し、前記第１の液体と前記第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成する前記クラスレートが前記容器の内壁面に付着することを予防するクラスレートの付着予防装置であって、
該容器の内壁面に沿って且つ接触することなく移動する移動部材を備え、前記移動部材の移動により発生した前記第１の液体の乱流により、前記クラスレートの前記容器の内壁面への付着を予防することを特徴とするクラスレートの付着予防装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラスレートの付着抑制技術に関し、詳しくは、液体中に存在するクラスレートの壁面への付着を抑制する方法及び装置に関する。なお、本明細書において、予防という語には、予め、少なくとも一時的に防止することの意味に加えて、予め、少なくとも一時的に抑制することの意味が含まれるものとする。また、クラスレートは、ホスト分子が水分子であるハイドレート（水和物）がその典型例であるが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
所定の目的を達成するための装置を駆動するか又は方法を実行する際に生成するクラスレートが周囲の壁面に付着すると、当該装置の駆動又は当該方法の実行が阻害され、当該目的を達成できない場合があるため、クラスレートの壁面への付着を防止する手法が種々検討されている。
【０００３】
例えば、壁面に被膜を形成してクラスレートの付着を防止する手法（第１の手法；特許文献１）、分散媒体を壁面に流下させることによりクラスレートの付着を防止する手法（第２の手法；特許文献２）、水和物が分散した液体を流送ポンプにより圧送し、付勢された液体の流れの力により付着した水和物の一部を除去する手法（第３の手法；特許文献３）、壁面に沿って且つ接触させつつ掻取部材を移動させて付着した水和物を除去する手法（第４の手法；特許文献４）、及び壁面に沿って且つ接触させることなく掻取部材を移動させて付着した水和物の一部を除去する手法（第５の手法；特許文献５）、などの手法が検討されている。これらはいずれも、多かれ少なかれ、クラスレートの壁面への付着を予防する手法として捉えることができる。
【０００４】
一方、クラスレートを生成する薬剤を含む第１の液体（例えば、水和物のゲスト物質を溶質とする水溶液）と、第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体（例えば、疎水性の液体）との直接接触による熱交換を通じて、第１の液体からクラスレートを生成させる技術が知られている（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１１２８９号公報
【特許文献２】特開２００４−１９６８８７号公報
【特許文献３】特開２００９−０６８８２６号公報
【特許文献４】特開２０００−１４６３７９号公報
【特許文献５】特開２０００−２３４７６９号公報
【特許文献６】特開２０１０−２３０２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、クラスレートの壁面への付着を予防する手法として捉える場合、第１の手法には、被膜の性能や効果が長持ちしないという課題がある。また、第２の手法には、分散液体を流下させるための機構が大掛かりになるという課題がある。
【０００７】
更に、クラスレートを生成する薬剤を含む液体を熱交換器の伝熱面との接触を通じて冷却し、その液体中に水和物を生成させる場合、そのようにして生成する水和物は、往々にして周囲の壁面に強く付着し、条件によっては氷並みに強固に壁面に付着する。そのため、第３の手法には、付着した水和物の成長を抑制するために比較的大型の流送ポンプが必要になるという課題がある。
【０００８】
更にまた、第４の手法及び第５の手法は、壁面に既に付着している水和物の少なくとも一部を機械的に掻き取ることを前提にしているので、掻取部材を打撃手段や切削手段のような特殊構造にする工夫が必要になったり、掻取部材を大きなトルクで移動させるための駆動装置が必要になるという課題がある。加えて、壁面に既に付着している水和物を掻取部材により除去する場合、その除去の際に与える圧力により、掻き取られずに残留する水和物が壁面にかえって強固に付着し、除去し難くなるという問題もある。
【０００９】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、クラスレートの壁面への付着を抑制する手法であって、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じてクラスレートを生成させる場合に適した比較的簡便なクラスレートの付着予防方法を提供すること及びクラスレートの付着予防装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の第１の形態は、クラスレートを生成する薬剤を含む第１の液体と該第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体との混合物を収容する容器の内壁面に、前記第１の液体と前記第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成する前記クラスレートが付着することを予防する、クラスレートの付着予防方法であって、移動部材を前記容器の内壁面に沿って且つ接触することなく移動することにより、前記第１の液体の乱流を発生させる工程を具備することを特徴とするクラスレートの付着予防方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２の形態は、クラスレートを生成する薬剤を含む第１の液体と該第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体との混合物を収容する容器を具備し、前記第１の液体と前記第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成する前記クラスレートが前記容器の内壁面に付着することを予防するクラスレートの付着予防装置であって、該容器の内壁面に沿って且つ接触することなく移動する移動部材を備え、前記移動部材の移動により発生した前記第１の液体の乱流により、前記クラスレートの前記容器の内壁面への付着を予防することを特徴とするクラスレートの付着予防装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
前述したように、クラスレートを生成する薬剤を含む液体を熱交換器の伝熱面との接触を通じて冷却し、その液体中に水和物を生成させる場合、生成する水和物は、往々にして周囲の壁面に強く付着し、条件によっては氷並みに強固に壁面に付着する。
【００１３】
一方、クラスレートを生成する薬剤を含む第１の液体と第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体との直接接触による熱交換を通じてクラスレートを生成させる場合、生成したクラスレートは壁面に付着し難いか又は付着しても除去し易いという特徴がある。これはおそらく、第２の液体が、壁面とクラスレートとの間に介在又は浸入するので、クラスレートの壁面への付着力が低下すること、第１の液体の乱流が壁面に付着したクラスレートの当該壁面からの剥離を促進すること、第１の液体の乱流がクラスレートの壁面への接近又は再接近を妨げることなどが原因であると考えられる。それ故、移動部材の移動により壁面との間又はその下流若しくは周囲において第１の液体の乱流を発生させ、その乱流により、クラスレートが当該壁面に近接すること又は付着することを防止又は抑制することができる。
【００１４】
本発明は、この点に着眼したものであり、前述の第１乃至第５の手法がそれぞれ抱える課題を伴うことなく当該クラスレートの壁面への付着予防を実現するものである。
【００１５】
即ち、本発明によれば、容器の内壁面に沿って且つ接触することなく移動する部材（移動部材）により内壁面との間又はその下流若しくは周囲において第１の液体の乱流を発生させ、その乱流により、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成するクラスレートが容器の内壁面に近接すること又は付着することを防止又は抑制することができ、従って当該クラスレートの内壁面への付着を予防することができる。
【００１６】
クラスレートの容器の内壁面への付着予防は、容器内で第１の液体と第２の液体とを直接接触させてクラスレートを製造する場合や、互いに直接接触した第１の液体と第２の液体とを容器内で分離する場合において、その製造や分離を効率的に行うために重要であり、クラスレートの容器の内壁面における成長の予防にも直結することから、その製造や分離を長時間にわたり又は連続的に行うときに、特に重要である。
【００１７】
本発明は、第１の液体と第２の液体との直接接触によるクラスレートの効率的な製造や互いに直接接触した第１の液体と第２の液体との効率的な分離に寄与するものであり、そのような製造や分離を長時間にわたり又は連続的に行うことを可能にするものである。
【００１８】
なお、本発明及び後述の実施の形態において、
（１）第１の液体と第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体との混合物は、クラスレートを含む混合物であってもよい。
【００１９】
（２）第１の液体の乱流は、レイノルズ数により規定される乱流（レイノルズ数の増加に伴い層流から転じる乱流）を含むが、これに限定されず、クラスレートが容器の内壁面に近接すること又は付着することを防止又は抑制する作用を伴う流れである限り、第１の液体の層流以外の流れを広く含むものとする。
【００２０】
（３）移動部材は、その移動により第１の液体の乱流を発生させ、当該乱流によりクラスレートの容器の内壁面への付着を予防する作用をもたらすものであるので、容器の胴回りの内壁面に沿って且つ接触することなく移動する部分を備えていれば足り、その他の部分の一部又は全部が内壁面に接触して移動する部材であってもよい。
【００２１】
（４）第１の液体の乱流は、第２の液体の乱流、第１の液体と第２の液体との混合物の乱流、第１の液体又は第２の液体とクラスレートとの混合物の乱流並びに第１の液体と第２の液体とクラスレートとの混合物の乱流のうち少なくとも一つを含むものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るクラスレートの付着予防方法の概念説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るクラスレートの付着予防装置の全体構成を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。その際、各図面において同じ部分又は相当する若しくは共通する部分には同じ符号を付し、その説明を省略する場合がある。なお、本発明は、図面に記載された実施の形態に限定されない。
【００２４】
［実施形態１］
本発明の第１の実施形態に係るクラスレートの付着予防方法につき、図１を参照して説明する。この方法は、クラスレートを生成する薬剤を含む第１の液体と第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体との混合物Ｍを収容する容器の内壁面１に、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成するクラスレート４が付着することを予防する方法である。
【００２５】
このクラスレートの付着予防方法では、移動部材２を、容器の内壁面１に沿って且つ接触させることなく、移動方向Ｄに移動することにより、内壁面１との間又はその下流若しくは周囲において、第１の液体の乱流３を生成させる。
【００２６】
第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じてクラスレート４を生成させる場合、生成したクラスレート４は内壁面１に付着し難いか又は付着しても除去し易い。これはおそらく、第２の液体が、内壁面１とクラスレート４との間に介在又は浸入するために、クラスレート４の内壁面１への付着力が低下すること、第１の液体の乱流３が内壁面１に付着したクラスレート４の当該壁面１からの剥離を促進すること、第１の液体の乱流３がクラスレート４の内壁面１への接近又は再接近を妨げることなどが原因であると考えられる。
【００２７】
それ故、上記方法によれば、移動部材２を、容器の内壁面１に沿って且つ接触することなく移動させることにより、内壁面１との間又はその下流若しくは周囲において第１の液体の乱流を発生させ、この乱流３により、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成するクラスレート４が容器の内壁面１に近接すること又は付着することを防止又は抑制することができる。その結果、上述した第１乃至第５の手法がそれぞれ抱える課題を伴うことなく、当該クラスレート４の内壁面１への付着を予防することができる。
【００２８】
このため、上記の方法によれば、第１の液体と第２の液体との直接接触によるクラスレートの効率的な製造や、互いに直接接触した第１の液体と第２の液体との分離を効率的に行うことができ、またそのような製造や分離を長時間にわたり又は連続的に行うことができる。
【００２９】
［実施形態２］
本発明の第２の実施形態に係るクラスレートの付着予防装置Ａについて、図２を参照して説明する。この付着予防装置Ａは、クラスレートを生成する薬剤を含む第１の液体と第１の液体に実質的に溶解しない第２の液体との混合物Ｍを収容する円筒形の容器Ｃを備え、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成するクラスレート４が容器Ｃの内壁面１に付着することを予防するクラスレート４の付着予防装置である。
【００３０】
この付着予防装置Ａは、付着予防手段Ｓを備えており、容器Ｃは、必要に応じて、第１の液体、第２の液体又は混合物Ｍの容器Ｃへの導入部や容器Ｃからの排出部（いずれも図示せず）を備えている。
【００３１】
付着予防手段Ｓは、容器Ｃの上部に取り付けられた駆動装置Ｒにより回転方向Ｄ＊の方向に回転する回転軸部材２１と、回転軸部材２１に支持部材２３，２４，２５を介して設置され、回転軸部材２１とともに回転する移動部材２０を備えている。また、付着予防手段Ｓは、更に必要に応じて、回転軸部材２１を容器Ｃの底面において回転可能に支承して、回転軸部材２１の回転位置を維持する回転支承部２２を備えている。図２に示す付着予防手段Ｓでは、支持部材２３，２４，２５が容器Ｃの上部、中間部、下部に位置するように設置される。
【００３２】
移動部材２０は、容器Ｃの胴回りの内壁面１に沿って且つ接触することなく移動する部分を備える部材であり、その移動により第１の液体の乱流３を発生させ、当該乱流３によりクラスレート４の容器Ｃの内壁面１への付着を予防する。この意味から、移動部材２０は、容器Ｃの胴回りの内壁面１に沿って且つ接触することなく移動する部分においてその移動により第１の液体の乱流３を発生させ、当該乱流３によりクラスレート４の容器Ｃの内壁面１への付着を予防する作用をもたらすものであれば、いかなる材質、形状、個数、配置などであってもよい。
【００３３】
移動部材２０の典型例は、金属、合成樹脂などからなる棒状、紐状又は線状の部材であり、少なくとも二個以上あること、そして当該二個以上の移動部材２が回転軸部材２１に対して回転対称の位置関係になるように配置していることが望ましい。その一方で、移動部材２０は、混合物Ｍの中を移動するものであり、故に混合物Ｍからの抵抗による駆動装置Ｒへの負荷が増えないようにする必要上、その個数は少ない方が望ましい。それ故、最も好ましい移動部材２０は、より軽量な素材により構成され、回転軸部材２１に対して回転対称の位置関係になるように配置している一対（従って二個）の部材である。
【００３４】
本実施形態における移動部材は、その移動により第１の液体の乱流３を発生させ、当該乱流によりクラスレート４の容器の内壁面への付着を予防する作用をもたらすものであるので、容器の胴回りの内壁面に沿って且つ接触することなく移動する部分を備えていれば足り、その他の部分の一部又は全部が内壁面に接触して移動する部材であってもよい。この意味から、移動部材２０は、回転軸部材２１に設置されていれば足り、支持部材２３、２４，２５のうち、一つ又は二つは必須とはいえない。例えば、以下の４つの例が挙げられる。
【００３５】
（ａ）一つの支持部材２３又は二つの支持部材２３，２４のみにより移動部材２０が回転軸部材２１に設置されている場合、移動部材２０の下端は自由端になる。すると、回転軸部材２１周りに回転する移動部材２０の下端側の部分が遠心力の作用や混合物Ｍから受ける反力により撓んだり変形したり、容器Ｃの内壁面１に常時又は時々接触することがある。
【００３６】
（ｂ）一つの支持部材２５又は二つの支持部材２４，２５のみにより移動部材２０が回転軸部材２１に設置されている場合も同様であり、移動部材２０の上端が自由端になるので、回転軸部材２１周りに回転する移動部材２０の上端側の部分が容器Ｃの内壁面１に常時又は時々接触することがある。
【００３７】
（ｃ）支持部材２４のみにより移動部材２が回転軸部材２１に設置されている場合も同様であり、移動部材２０の上端及び下端が自由端になるので、回転軸部材２１周りに回転する移動部材２０の上端側の部分及び下端側の部分が容器Ｃの内壁面１に常時又は時々接触することがある。
【００３８】
（ｄ）上段及び下段の支持部材２３，２５のみにより移動部材２０が回転軸部材２１に設置されている場合、つまり移動部材２０が上下両端支持状態にある場合には、中央部分が遠心力の作用や混合物Ｍから受ける反力により撓んだり変形したり、容器Ｃの内壁面１に常時又は時々接触することがある。
【００３９】
しかし、これら（ａ）乃至（ｄ）の例においても、移動部材２０のうち三つの支持部材２３，２４，２５のうちいずれか少なくとも一つ又は二つのみにより回転軸部材２１により支持されている部分及びその近傍は、容器Ｃの胴回りの内壁面１に沿って且つ接触することなく移動する。それ故、上記（ａ）乃至（ｄ）の例における移動部材２０は、本実施形態における移動部材に該当し得る。
【００４０】
円筒形の容器Ｃの典型例は、第１の液体と第２の液体とが導入されて混合される容器、及び第１の液体と第２の液体とが混合された後収容される容器であり、前者の容器の典型例は、第１の液体と第２の液体との直接接触によりクラスレート４を製造するための容器であり、後者の容器の典型例は、互いに直接接触して混合した第１の液体と第２の液体とを分離するための容器（分離槽）である。
【００４１】
容器Ｃの内壁面側の直径が１００ｍｍ以上の場合、上記のクラスレート４の付着予防装置Ａにおける好ましい態様は、移動部材２０が回転していないときの移動部材２０と内壁面１との離隔距離が５〜１０ｍｍ程度であり、移動部材２０は、回転軸部材２１に対して回転対称の位置関係になるように配置している一対（従って二個）の、ステンレス製ワイヤー、塩化ビニル製撚り紐、直径３〜５ｍｍ程度のゴム製コードなどであり、回転軸部材２１の回転速度は２０〜５０ｒｐｍ程度のものである。
【００４２】
上記のクラスレート４の付着予防装置Ａにおいて、駆動装置Ｒにより回転軸部材２１が回転すると、それに支持されている移動部材２０が容器Ｃの内壁面１に沿って且つ接触することなく移動し、内壁面１との間又はその下流若しくは周囲において第１の液体の乱流３が発生する。
【００４３】
既述のとおり、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じてクラスレート４を生成させる場合、生成したクラスレート４は内壁面１に付着し難いか又は付着しても除去し易い。それ故、当該第１の液体の乱流３により、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じて生成するクラスレート４が容器の内壁面１に近接すること又は付着することを防止又は抑制することができ、従って前出の第１乃至第５の手法がそれぞれ抱える課題を伴うことなく当該クラスレート４の内壁面１への付着を予防することができる。
【００４４】
このため、上記の付着予防装置Ａによれば、第１の液体と第２の液体との直接接触によるクラスレート４の効率的な製造や互いに直接接触した第１の液体と第２の液体との分離を効率的に行うことができ、またそのような製造や分離を長時間にわたり又は連続的に行うことができる。
【００４５】
また、第１の液体と第２の液体との直接接触による熱交換を通じてクラスレート４を生成させる場合、生成したクラスレート４は内壁面１に付着し難いか又は付着しても除去し易く、第１の液体の乱流３によりその付着を予防することができる。そして、上記のクラスレートの付着予防装置Ａにおいては、移動部材２０の移動により容易に第１の液体の乱流３を発生させることができ、しかも、移動部材２０の材質、形状、個数、配置などを容器Ｃ内において混合物Ｍからの抵抗による駆動装置Ｒへの負荷が増えないように選択することができる。それ故、本実施形態に係る付着予防装置Ａによれば、従来のように壁面に既に付着している水和物の少なくとも一部を機械的に掻き取るための掻取部材を打撃手段や切削手段のような特殊構造にする必要がなく、掻取部材を大きなトルクで移動させるための駆動装置も不要になるという利点が得られる。
【符号の説明】
【００４６】
１…内壁面、２，２０…移動部材、３…第１の液体の乱流、４…クラスレート、Ａ…付着予防装置、Ｃ…容器、Ｄ…移動方向、Ｄ＊…回転方向、Ｍ…混合物、Ｒ…駆動装置、Ｓ…付着予防手段。
【図１】
2013022485.tif 000003
【図２】
2013022485.tif 000004