(57)【要約】【課題】水和物が生成される冷却面に水和物が残存することなく、効率よく水和物スラリを製造できる装置を提供することを目的とする。【解決手段】  水和物を生成するゲスト化合物を含有する水溶液を冷却して水和物スラリを製造する装置において、回転駆動を受ける内筒２を外筒１内に配設して二重筒を形成し、外筒１は水溶液受入部３と水和物スラリ排出部４が設けられていて外部のポンプ６Ａを経て水和物スラリ回路６が上記水溶液受入部３と水和物スラリ排出部４に接続され、内筒２は冷媒の流入部１７と流出部１５が設けられていて冷媒循環路１８が上記流入部１７と流出部１５に接続されており、内筒２内の冷媒が外筒１内の水溶液を冷却するようになっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水和物を生成するゲスト化合物を含有する水溶液を冷却して水和物スラリを製造する装置において、水溶液を受入れ水和物スラリを製造する製造槽と、上記製造槽内に配設され回転する内筒とを備え、内筒には冷媒循環路が接続されており、内筒内の冷媒との熱交換により製造槽内の水溶液を冷却するようになっていることを特徴とする水和物スラリ製造装置。
【請求項２】
冷媒循環路は内筒の流出部から順に圧縮機、凝縮器、受液器そして膨張弁を有し該内筒を含めて冷凍装置を形成し、該内筒は冷凍装置の蒸発器を形成していることとする請求項１に記載の水和物スラリ製造装置。
【請求項３】
水和物を生成するゲスト化合物を含有する水溶液の中で、冷媒を内包する熱交換体を回転させ、前記水溶液を冷媒との熱交換により冷却して熱交換体表面又はその近傍に水和物を生成させるとともに、生成した水和物を熱交換体表面又はその近傍から離隔させることを特徴とする水和物又は水和物スラリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、空調設備等の蓄熱や冷熱輸送に使用される包接水和物スラリの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば空調設備に使用される各種の蓄熱装置が開発されている。このような蓄熱装置を使用することにより、例えば深夜電力、また、工場の廃熱等、供給が不連続なエネルギを利用して冷熱として蓄熱しておき、蓄熱した冷熱を空調設備に利用することにより、エネルギをより有効に利用することができる。
【０００３】
このような蓄熱装置の例としては、氷を使用した蓄熱装置がある。この装置では、深夜電力等により、夜間に氷を製造しておき、昼間にこの氷に蓄熱された冷熱を空調設備に利用するようになっている。この装置は、水の顕熱を利用する場合と比較すると、氷の潜熱により大量の冷熱を蓄熱できるが、その反面で固体の氷を生成する必要があるので、その取扱いや熱交換等が困難となり、装置が複雑かつ大形化するという不具合がある。
【０００４】
また、別の蓄熱装置の例として、水和物を利用したものがある。籠状構造の水の分子すなわちホスト構造の中にゲスト分子が入り込んで包接水和物を形成することが知られている。この包接水和物は、氷と類似した外観や物理的性質を有しており、かつこの水和物が生成される温度は、ゲスト分子の種類や濃度、その他の条件により変化し、水の凝固温度以上の温度で生成される水和物もある。
【０００５】
従って、このゲスト分子の種類やその他の条件を選択することにより、水の凝固温度以上の温度で水和物を形成することができ、水中に水和物の粒子が分散した水和物スラリを形成することができる。この水和物スラリは、水和物の潜熱により大きな蓄熱能力を有し、かつスラリが流動的であるためにポンプ等により配管を経て移送でき、取扱いが容易であり、また熱交換等も容易であり、蓄熱材または冷熱輸送媒体として有用である。また、このような水和物スラリは、冷水を使用する既存の空調設備にそのまま、または小改修を施して利用することも可能である。
【０００６】
このような水和物スラリを製造する方法として、特許文献１に開示されている方法がある。この特許文献１では、冷却により包接水和物を生成する水溶液を蓄熱槽内に貯溜し、蓄熱槽内に冷凍装置を構成する蒸発器を設置し、冷媒を蒸発器で蒸発することにより水溶液を冷却し、包接水和物を生成すると共に蒸発器の表面に付着させ、付着水和物除去手段によって付着水和物を剥離して、水溶液中に水和物が分散された水和物スラリを製造する。付着した水和物の除去手段としては物理的ないし熱的な手段があり、物理的な手段としては、蓄熱槽内の蒸発器配管に定期的な振動を加える方法があり、熱的な手段としては、定期的に冷却配管経路を切替えて蒸発器の中に高温の冷媒を流し、蒸発器表面部分の付着物を溶かして水和物を剥離する。
【０００７】
また、他の水和物スラリ製造装置として、特許文献２、特許文献３、特許文献４で知られているものがある。これらの装置は、円筒形熱交換器の冷却面に生成付着した水和物を回転する掻取り羽根などにより掻落す方式をとっている。
【０００８】
また、水和物スラリの製造に適用可能な装置として、特許文献５に開示されている製氷機がある。この装置は、二重円筒の環状空間に冷却用液体を供給し、内筒内の水を冷却して内筒内周面に氷を生成付着させ、内筒軸芯周りで回転する掻き取り部材により氷を掻き取るものである。
【０００９】
また、水和物スラリの製造に適用可能な別の装置として、特許文献６に開示されている製氷装置がある。円筒状の製氷ドラムの中空部に直接冷媒液を流して製氷ドラムを冷却し、この製氷ドラムを製氷タンクに貯めた水に浸漬して回転させドラム表面に層状に製氷し、この氷を製氷タンクに固定されているカッタにより剥離して鱗状の氷を製造するものである。
【特許文献１】特開２０００−１１１２８３
【特許文献２】特開２０００−１４６３７９
【特許文献３】特開２０００−１４６４７５
【特許文献４】特開２０００−２３４７６９
【特許文献５】特開２００２−０２２３２４
【特許文献６】特開平１０−２６７４７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
＜特許文献１＞
しかしながら、特許文献１の方法は、蒸発器表面に付着した水和物を剥離することが必要な方法であるので、除去操作に起因する問題がある。すなわち、蒸発器表面に付着した水和物を除去するために振動を加えても、付着水和物が剥離せずに残存する場合があり、残存した水和物が次第に堆積して伝熱抵抗となり蒸発器の冷却能力を低下させ、水和物の製造効率を低下させる。定期的に冷却配管経路を切替えて蒸発器の中に高温の冷媒を流し、蒸発器表面部分の付着物を溶かして水和物を剥離する方式では、付着水和物を除去している間は、水和物の製造を停止するので、連続して製造できず水和物の製造効率を低下させる。
【００１１】
＜特許文献２〜６＞
また、特許文献２〜６にあっては、円筒形熱交換器の冷却面に生成付着した水和物を回転する掻取り羽根などにより掻落す場合や、内筒内周面に生成付着した氷を掻き取り部材により掻き取る場合や、製氷ドラムに生成付着した氷をカッタにより剥離する場合には、付着した水和物や氷が剥離せずに残存することがあり、残存した水和物や氷が次第に堆積して伝熱抵抗となり冷却能力を低下させ、水和物の製造効率を低下させる。
【００１２】
本発明の目的は、水和物が生成される冷却面に水和物が残存することなく、効率よく水和物スラリを製造できる水和物スラリの製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る水和物スラリ製造装置は、水和物を生成するゲスト化合物を含有する水溶液を冷却して水和物スラリを製造する。
【００１４】
かかる水和物スラリ製造装置において、本発明では、水和物を生成するゲスト化合物を含有する水溶液を冷却して水和物スラリを製造する装置において、水溶液を受入れ水和物スラリを製造する製造槽と、上記製造槽内に配設され回転する内筒とを備え、内筒には冷媒循環路が接続されており、内筒内の冷媒との熱交換により製造槽内の水溶液を冷却するようになっていることを特徴としている。
【００１５】
このような構成の本発明によると、内筒には冷媒循環路から冷媒が流入し、内筒の壁を経て製造槽内の水溶液を冷却する。冷却された水溶液は内筒の外周面に水和物を生成する。内筒は回転しているため、内筒外周面上の水和物は水溶液とのせん断力により剥離し、遠心力により内筒外周面から遠ざけられ、水溶液中に分散され水和物スラリが生成される。この水和物スラリは、水和物の潜熱により大きな蓄熱能力を有し、かつスラリが流動的であるので、蓄熱材または冷熱輸送媒体として有用である。水和物スラリは製造槽から取り出され、適宜冷熱利用対象たる空調設備等の熱負荷の冷却に供された後、水溶液となって再び製造槽内に戻る。
【００１６】
本発明において、内筒に接続されている冷媒循環路は内筒の流出部から順に圧縮機、凝縮器、受液器そして膨張弁を有し該内筒を含めて冷凍装置を形成し、該内筒は冷凍装置の蒸発器を形成しているようにすることができる。
【００１７】
本発明に係る水和物スラリ製造方法は、水和物を生成するゲスト化合物を含有する水溶液の中で、冷媒を内包する熱交換体を回転させ、前記水溶液を冷媒との熱交換により冷却して熱交換体表面又はその近傍に水和物を生成させるとともに、生成した水和物を熱交換体表面又はその近傍から離隔させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、水和物生成のための冷却面を形成する内筒を、水溶液を収容する製造槽内で回転させることとしたので、内筒外周面で生成された水和物は上記内筒外周面から分離され水溶液と共に水和物スラリとして外部へ取り出すことができ、冷却面に水和物が残存したりすることなく、また、冷却面の水和物を剥離する機構を備える必要もなく、簡単な構成できわめて効率の良い水和物スラリ製造装置を得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面の図１に基づき説明する。図１は、例えば、熱負荷としての空調設備等を冷却するための冷熱源として用いる水和物スラリの製造装置を示す。
【００２０】
本実施形態の水和物スラリ製造装置は、回転駆動を受ける内筒２を非回転の外筒１内に同心位置に配した二重筒構造を有している。
【００２１】
外筒１には、内筒２との間の環状空間に、水和物を生成するゲスト化合物を含む水溶液が収容されている。この水溶液を収容せる外筒１には、水溶液受入部３と水和物スラリ排出部４とが設けられ、この水溶液受入部３と水和物スラリ排出部４とは、冷却対象たる熱負荷、例えば空調設備５を経てポンプ６Ａと蓄熱槽たる水和物スラリ貯蔵槽６Ｂを有する水和物スラリ回路６が接続されている。
【００２２】
内筒２は、回転シール７を介して上記外筒１により回転自在に支持されており、一端側（図では上端側）でモータ８の駆動軸８Ａによって回転駆動を受けるようになっている。
【００２３】
上記内筒２の上端部そして下端部のそれぞれに近接して、非回転の出口側チャンバ９そして入口側チャンバ１０が、内筒２の相対回転を許容する回転シール１１，１２を介して設けられている。上方に位置する出口側チャンバ９は、上記モータ８の駆動軸８Ａが貫通しており、上側では回転シール１３によりシールされ、下側は上記駆動軸８Ａの周囲に形成された開口１４と内筒２の上端に形成された流出部としての開口１５とにより、上記出口側チャンバ９が内筒２と連通している。この連通部分の空間は上記回転シール１１により、内筒２の出口側チャンバ９に対する回転を許容しつつ、シールされている。
【００２４】
入口側チャンバ１０は、内筒２側の壁に開口１６が形成されていて、内筒２の下端に形成された流入部としての開口１７を経て、該内筒２と連通されている。この連通部分の空間も、回転シール１２により、入口側チャンバ１０に対する内筒２の回転を許容しつつ、シールされている。かくして、内筒２、出口側チャンバ９そして入口側チャンバ１０の内部には冷媒が充填されている。
【００２５】
出口側チャンバ９そして入口側チャンバ１０は、それぞれ接続口９Ａ，１０Ａが設けられていて、ここには、冷媒循環路１８が接続されている。この冷媒循環路１８には、上記接続口９Ａ側から順に、圧縮機１９、凝縮器２０、受液器２１そして膨張弁２２が設けられていて、冷凍装置を構成している。上記内筒２は、この冷凍装置において蒸発器として機能する。
【００２６】
本実施形態では、部材間の相対回転を許容しつつシールする回転シールが複数用いられているが、この回転シールは公知のもので十分であり、特に限定はなく、例えば、特開２００２−３１０５４５に開示されている回転シールを用いることができる。
【００２７】
次に、このように構成された本実施形態装置により、どのように水和物スラリを製造するか、その要領について説明する。
【００２８】
外筒１に水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を収容し、冷凍装置を作動すると、圧縮機１９によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は凝縮器２０によって凝縮されて液冷媒となる。この液冷媒は受液器２１を介して膨張弁２２に導かれ、ここで減圧された後、蒸発器である内筒２に導かれる。液冷媒は内筒２の周囲の熱を奪って蒸発しガス冷媒となり圧縮機１９に導入される。内筒２の外周面近傍の外筒１内の水溶液は冷却されて水和物が生成される。内筒２が高速回転しているので、図２に見られるように、生成した水和物Ｍは水溶液とのせん断力により剥離し、遠心力により半径外方に移動し、水和物粒子が外筒１内で水溶液中に分散して水和物スラリが生成される。また、水和物スラリは水和物スラリ排出部４から水和物スラリ回路６を経て水和物スラリ貯蔵槽６Ｂに送られ貯蔵され、空調設備等の運転時に取出されて熱負荷５に送られ、冷熱源として使用されて水溶液になり、水溶液受入部３を経て再び外筒１内へ戻される。
【００２９】
なお、水和物スラリを生成する冷却温度は水和物の融点に適応して設定する。０℃以上で水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を用いることにより、氷スラリを製造して空調冷源として供給することに比べて、冷媒の蒸発温度を高くできるので、冷凍装置の成績係数を上げることができ、省エネルギーが実現できる。
【００３０】
内筒２を冷却するためには、前述した圧縮式冷凍サイクルに限定されず、吸収式冷凍装置を用いてもよいし、また内筒２に冷媒として冷水を循環してもよい。上記の実施の形態では、蒸発器たる内筒に下方から液冷媒を導入し、上方からガス冷媒を導出していて、内筒は軸が鉛直方向となっているが、これに限定されず、軸を水平方向として構成してもよい。また、上記の実施の形態では、水和物スラリの密度が水溶液より小さいため、水和物スラリ排出部を製造槽上部に、水溶液受入部を製造槽下部に設けているが、水和物スラリの密度により、水和物スラリ排出部の位置を適宜設定すればよい。
【００３１】
水和物を生成するゲスト化合物としては、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等大きな凝固潜熱を有し、冷熱媒体や蓄熱材として使用する温度条件に適した融点のものを選択すればよい。
【００３２】
本発明は図示された形態に限定されず、種々変更が可能である。例えば、製造槽は筒状に限定されず他の形状でもよいし、内筒内面に冷媒との熱交換を促進するためにフィンを設けてもよいし、内筒外面にフィンを設けて、水溶液との熱交換を促進、水溶液の攪拌、水溶液に旋回流を発生させ攪拌などを行うようにしてもよい。また、外筒内周から内筒外面に向けて突き出すように掻き取り羽根部材を設けて、水和物の掻き取りを行うようにしてもよい。
【００３３】
また、内筒２を二重筒構造として外周側の環状部に冷媒を流通させるようにして、使用する冷媒量を低減するようにしてもよい。また、内筒２の外周面に水和物の付着力を低減させるコーティングを施して、水和物の剥離を促進するようにしてもよい。
【実施例】
【００３４】
図１に示す製造装置にて内筒を周速が1.4ｍ/ｓ以上となるように高速回転させ、臭化テトラｎ−ブチルアンモニウム水溶液を冷却して水和物スラリを製造した。内筒に付着残存している水和物層の厚さは０．１ｍｍ以下であり、内筒の高速回転により水和物がよく剥離され水溶液中に分散されていることを確認した。
【００３５】
臭化テトラｎ−ブチルアンモニウム水溶液の場合、水和物と水溶液の密度差は０．１程度である。このような小さい密度差でも内筒の高速回転により水和物がよく剥離され水和物の冷却面への付着が防止されていることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態としての水和物スラリ製造装置の概要構成図である。
【図２】図１装置の外筒そして内筒についての横断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  外筒
２  内筒
３  水溶液受入部
４  水和物スラリ排出部
６  水和物スラリ回路
６Ａ  ポンプ
１５  流出部
１７  流入部
１８  冷媒循環路
【図１】
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【図２】
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