JP2001280875A - 包接水和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷方法および蓄冷システム - Google Patents

包接水和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷方法および蓄冷システム

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hydrate
slurry
clathrate hydrate
mixed slurry
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Shigenori Matsumoto
繁則 松本
Katsuki Sonoda
克樹 園田
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Abstract

(57)【要約】 【課題】 包接水和物を用いた蓄冷方法および蓄冷シ
ステムを改良し、さらに一層熱密度(潜熱量)が大きい
蓄冷方法および蓄冷システムを提供する。 【解決手段】 包接水和物生成物質を含む水溶液を用意
する工程と、この水溶液を冷却して包接水和物を生成す
る工程と、さらにこの水溶液を冷却して氷を生成する工
程とを具備し、包接水和物と氷の混合スラリを得ること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷房などの空調設
備、食品等の冷却装置、および産業用の冷熱利用設備に
などに用いられる冷熱体の蓄冷方法およいび蓄冷システ
ム、特に、包接水和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷方
法および蓄冷システムに関する。
【0002】
【従来の技術】この種の用途に使用される従来の蓄冷方
法として、冷水の温度差による蓄冷(従来技術1)、氷
などの凝固・融解潜熱を用いた蓄冷(従来技術2)、氷
以外の固液相変化物質を用いた蓄冷(従来技術3)が知
られていた。しかし、従来技術1は単位重量当りの蓄冷
量が少なく、従来技術2は、冷却するための冷凍機の動
力が大きくなり、また従来技術3は、冷却・加熱過程で
相分離をおこし、所定の蓄熱量が得られなくなる等、そ
れぞれ問題を抱えていた。
【0003】そして、特開平11−264681号公報
には、前記問題を解決するものとして、蓄熱密度(潜熱
量)が大きく、安定した熱特性を有し、更に経済性、安
全性に優れ、取り扱いが容易である蓄冷方法を提供する
ことを目的として、包接水和物生成物質を含み、その濃
度が調和融点を与える濃度に設定された水溶液を用意す
る工程と、この水溶液を冷却して包接水和物を生成する
工程とを具備したことを特徴とする包接水和物の蓄冷方
法が示されている(従来技術4)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来技
術4において、蓄熱密度(潜熱量)が大きく、安定した
熱特性を有し、経済性、安全性があり取り扱いが容易で
ある蓄冷方法および蓄冷システムが提供されたものの、
さらに一層蓄熱密度(潜熱量)が大きい蓄冷方法および
蓄冷システムの提供が要請されていた。
【0005】本発明は、前記の要請に応えるためになさ
れたもので、包接水和物を生成するに際し氷をも生成し
て包接水和物と氷のスラリを得、もって、蓄熱密度(潜
熱量)が大きい蓄冷方法および蓄冷システムを提供する
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明の包接水和物と氷の混合スラリ(以下、
水和物/氷スラリと称す)を用いた蓄冷方法および蓄冷
システムは、以下のとおりである。
【0007】[1] 包接水和物生成物質を含む水溶液
を用意する工程と、この水溶液を冷却して包接水和物ス
ラリを生成する工程と、さらにこの包接水和物スラリを
冷却して氷を生成する工程と、を具備し、包接水和物と
氷の混合スラリを得ることを特徴とする、包接水和物と
氷の混合スラリを用いた蓄冷方法である。
【0008】[2] 前記[1]において、包接水和物
生成物質は、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、及びトリiso−アミルサルフォニウ
ム塩の群から選択された一種又は二種以上であることを
特徴とする蓄冷方法である。
【0009】[3] 冷却媒体を冷却する冷凍機と、冷
却された冷却媒体が供給される熱交換器と、冷凍機と熱
交換器の間で冷却媒体を循環する冷却媒体配管と後記貯
蔵槽から熱交換器に後記水溶液を供給し、得られた包接
水和物スラリまたは包接水和物と氷の混合スラリを後記
貯蔵槽に輸送するスラリ配管と、後記水溶液および前記
スラリを貯蔵する貯蔵槽とを有し、水溶液が包接水和物
生成物質を含み、熱交換器における冷却により氷が生成
されて、包接水和物と氷の混合スラリが得られることを
特徴とする、包接水和物と氷の混合スラリを用いたもの
である。
【0010】[4] 貯蓄槽に貯蓄された包接水和物と
氷の混合スラリを、冷熱を利用する冷熱利用手段に供給
し、かつ、冷熱利用手段を通過した後、前記混合スラリ
が溶融した水溶液ありは混合スラリを蓄熱槽に輸送する
冷熱利用系配管とを有すことを特徴とする請求項3記載
の包接水和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷システムで
ある
【0011】[5] 前記[3]において、包接水和物
生成物質は、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、及びトリiso−アミルサルフォニウ
ム塩の群から選択された一種又は二種以上であることを
特徴とする蓄冷システムである。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態に係
る包接水和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷システムを
示す構成図である。図1において、蓄熱槽1内の水溶液
は、製造ポンプ2によってプレート式熱交換器3および
プレート式熱交換器4に流通される。一方、冷凍機5に
よって冷却されたブラインは、ブラインポンプ6によっ
てプレート式熱交換器3およびプレート式熱交換器4に
流通される。プレート式熱交換器4において、そのプレ
ート面を隔てて熱交換され、水溶液が冷却される。ここ
で水和物/氷スラリが製造される。水和物/氷スラリは蓄
熱槽1に輸送され、ここに冷熱が蓄熱される。空調負荷
8などの冷熱需要が生じたときに、蓄熱槽の水和物/氷
スラリを取出し、輸送ポンプ7にて冷熱需要先(空調設
備8)に水和物/氷スラリを輸送して、空調を行う。
【0013】このとき、水溶液は、包接水和物生成物質
として、テトラn-フ゛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-フ゛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を用い、氷
と水和物が同時に存在する水和物/氷スラリとした。水
和物/氷スラリは氷スラリ中に水和物を存在させること
により、凝集が防止され流動性、安定性が増している。
【0014】また、大気圧下でも容易に水和物を生成す
る包接水和物生成物質を使用することにより、蓄熱装置
のコスト安、システムのシンプル化を計り、かつ冷熱輸
送密度を大きくするためにシャーベット状の包接水和物
スラリを製造することができる。
【0015】2は、本発明の実施の形態に係る包接水和
物と氷の混合スラリを用いた蓄冷蓄冷方法における、臭
化テトラn-ブチルアンモニウム(TBAB)の水溶液の濃度
と水和物の生成温度の相関関係を示す説明図である。図
2において、縦軸は水和物生成温度、横軸はTBAB濃
度である。TBAB系水和物には水和数の違いによっ
て、2種類の水和物が存在する(第一水和物と第二水和
物)。図2において、水溶液を冷却すると、図中に三角
印で示す第一水和物の曲線に従って、TBAB濃度と液
温度が変化する。例えば初期のTBAB濃度が25wt%で
は、10℃程度で第一水和物が生成される。さらに冷却さ
れると、生成される第一水和物の量が増加するとともに
温度が低下していく(この時、水和物周辺の水溶液濃度
も低下)。
【0016】やがて、約8℃まで冷却されると、第一水
和物と第二水和物のいずれかの水和物が生成される。い
ずれの水和物が生成される場合においても、水和物周辺
の水溶液のTBAB濃度は減少してやがて0(真水)にな
る。したがって、TBAB濃度が0(真水)になった以降、
さらに冷却を続けても、水和物の生成はなく、氷が発生
する。
【0017】図3は、本発明の実施の形態に係る包接水
和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷方法における、水溶
液を冷却した際の経時温度変化を示す水和物/氷スラリ
生成チャートであって、初期濃度10wt%のTBAB水溶液を
冷却して、水和物/氷スラリを生成した時の経時温度変
化である。縦軸は水溶液温度、横軸は冷却開始からの経
過時間である。冷却開始50分後に、一端温度が上昇す
る現象が見られ、TBAB水溶液から第二水和物が発生
している。その後は190分過ぎまで第二水和物スラリ
の生成が続く。そして190分過ぎに、第二水和物スラ
リの中から氷が発生し始め、その後、水和物/氷スラリ
の生成が継続する。水和物/氷スラリは第二水和物スラ
リの中に氷が混在したものである。また、水和物/氷ス
ラリは、水に比べて粘度が高い。このため、水和物/氷
スラリ中に分散して存在する氷は、浮力によって上部に
浮きあがることがないから、初期の氷粒子が凝集して塊
化することがない。したがって、水と水和物のスラリと
同様に流動性が確保されている。また、未凍結の水に比
較して、氷(凍結水)は凝固潜熱に相当する分だけ熱密
度が高くなっている。
【0018】
【発明の効果】本発明に係る包接水和物と氷の混合スラ
リを用いた蓄冷方法および蓄冷システムは、水溶液を冷
却して包接水和物を生成する際に、氷をも生成して包接
水和物と氷のスラリ(水和物/氷スラリ)を得るから、
蓄熱密度(潜熱量)が大きい蓄冷方法を提供することが
できる。
【0019】また。水和物/氷スラリは流動性が確保さ
れているため、従来の水和物スラリと同様に蓄冷熱輸送
媒体とすることが可能であり、しかも、熱密度が大きい
から、輸送動力の低減がはかれ、また、貯蓄槽や輸送設
備の小型化および輸送配管の小口径化が可能な蓄冷シス
テムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る包接水和物と氷の混
合スラリを用いた蓄冷蓄冷システムを示す構成図であ
る。
【図2】本発明の実施の形態に係る包接水和物と氷の混
合スラリを用いた蓄冷蓄冷方法における、臭化テトラn-
ブチルアンモニウム(TBAB)の水溶液の濃度と水和物の
生成温度の相関関係を示す説明図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る包接水和物と氷の混
合スラリを用いた蓄冷蓄冷方法おける、水溶液を冷却し
た際の経時温度変化を示す水和物/氷スラリ生成チャー
トである。
【符号の説明】 1 蓄熱槽 2 製造ポンプ 3 プレート式熱交換器 4 プレート式熱交換器 5 冷凍機 6 ブラインポンプ 7 輸送ポンプ 8 空調負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F25C 1/00 F28D 20/00 D F25D 3/00 C09K 5/00 F

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 包接水和物生成物質を含む水溶液を用意
    する工程と、この水溶液を冷却して包接水和物スラリを
    生成する工程と、さらにこの包接水和物スラリを冷却し
    て氷を生成する工程と、を具備し、包接水和物と氷の混
    合スラリを得ることを特徴とする、包接水和物と氷の混
    合スラリを用いた蓄冷方法。
  2. 【請求項2】 包接水和物生成物質は、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、及びトリi
    so−アミルサルフォニウム塩の群から選択された一種
    又は二種以上であることを特徴とする請求項1記載の包
    接水和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷方法。
  3. 【請求項3】 冷却媒体を冷却する冷凍機と、冷却され
    た冷却媒体が供給される熱交換器と、冷凍機と熱交換器
    の間で冷却媒体を循環する冷却媒体配管と後記貯蔵槽か
    ら熱交換器に後記水溶液を供給し、得られた包接水和物
    スラリまたは包接水和物と氷の混合スラリを後記貯蔵槽
    に輸送するスラリ配管と、後記水溶液および前記スラリ
    を貯蔵する貯蔵槽とを有し、水溶液が包接水和物生成物
    質を含み、熱交換器における冷却により氷が生成され
    て、包接水和物と氷の混合スラリが得られることを特徴
    とする、包接水和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷シス
    テム
  4. 【請求項4】 貯蓄槽に貯蓄された包接水和物と氷の混
    合スラリを、冷熱を利用する冷熱利用手段に供給し、か
    つ、冷熱利用手段を通過した後、前記混合スラリが溶融
    した水溶液あるいは混合スラリを蓄熱槽に輸送する冷熱
    利用系配管とを有すことを特徴とする請求項3記載の包
    接水和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷システム
  5. 【請求項5】包接水和物生成物質は、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、及びトリi
    so−アミルサルフォニウム塩の群から選択された一種
    又は二種以上であることを特徴とする請求項3記載の包
    接水和物と氷の混合スラリを用いた蓄冷システム。
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