【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着冷凍機を用いた水和物スラリの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゲスト化合物（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ｉｓｏ−ブチルホスホニウム塩、トリｉｓｏ−アミルスルホニウム塩などの各種塩類）を含む水溶液を冷却すると、ホスト分子である水分子によって構成された籠状の包接格子内にゲスト化合物が包み込まれて結晶化し、水和物（液系包接水和物）が生成する。この水和物は、大気圧下において０℃以上の温度で生成でき、しかも５〜１２℃程度の冷熱利用温度域で潜熱が大きく、冷水に比較して数倍の熱量の冷熱を貯蔵することができる。また、この水和物は微細な結晶粒子であり水溶液中に浮遊するため、比較的流動性の高い水和物スラリ（固液二相流体）の形態で存在する。
【０００３】
この水和物スラリは、従来の冷熱輸送媒体である冷水と比較して、所定の輸送熱密度に対して輸送動力（ポンプ動力）を低減でき省エネルギーを達成できるので、空調システムや産業用冷熱利用システムなどで利用される冷熱輸送媒体として好ましい特性を有している。
【０００４】
従来、所定の熱密度を持つ水和物スラリを製造するには、プレート式や多管式などの伝熱面積の大きい熱交換器に、冷凍機によって冷却した冷水とゲスト化合物の水溶液とを流通させて両者を熱交換させていた。
【０００５】
しかし、上述した従来の水和物スラリの製造方法では、プレート式や多管式などの熱交換器に加えて、熱交換器にそれぞれ冷水およびゲスト化合物水溶液を輸送する冷水ポンプと水溶液ポンプが必要になるため、設備コストが高く、消費エネルギーも多いという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、プレート式や多管式などの熱交換器およびポンプを省略して、コスト低減および省エネルギーを達成できる水和物スラリの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水和物スラリの製造方法は、０℃より高い温度で水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を冷却することによりゲスト化合物の水和物を含む水和物スラリを製造する方法であって、吸着剤による冷媒の吸着過程および吸着剤から冷媒を脱着させる再生過程を含む冷凍サイクルで運転される複数台の吸着冷凍機を用い、各吸着冷凍機の蒸発器内にゲスト化合物水溶液を流通させる伝熱管を設けてゲスト化合物水溶液を冷却するように構成し、前記複数台の吸着冷凍機の間で冷凍サイクルをずらせることを特徴とする。
【０００８】
本発明の方法においては、前記複数台の吸着冷凍機のうち再生過程にある吸着冷凍機において、蒸発器内に配置された伝熱管内部に付着した水和物を融解させるようにしてもよい。
【０００９】
本発明の方法において、前記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ｉｓｏ−ブチルホスホニウム塩およびトリｉｓｏ−アミルスルホニウム塩からなる群より選択される少なくとも１種が挙げられる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法を図面に基づいてより詳細に説明する。
【００１１】
まず、本発明の原理を図１および図２を参照して説明する。図１および図２は２台の吸着冷凍機１０ａ、１０ｂを用い、それぞれの吸着冷凍機１０ａ、１０ｂの冷凍サイクルをずらせて運転する最も単純な例を示している。２台の吸着冷凍機１０ａ、１０ｂは同一の機器で構成されており、それぞれ吸着剤熱交換器１１ａ、１１ｂ、凝縮器１２ａ、１２ｂ、蒸発器１３ａ、１３ｂを有する。各吸着冷凍機は、吸着剤による冷媒の吸着過程および吸着剤から冷媒を脱着させる再生過程を交互に繰り返す冷凍サイクルで運転される。吸着剤としては、たとえばシリカゲル、ゼオライト、生石灰などが用いられる。冷媒としては、たとえば水が用いられる。
【００１２】
図１は、一方の吸着冷凍機１０ａを吸着過程とし、他方の吸着冷凍機１０ｂを再生過程として、冷凍サイクルをずらした状態を示している。
【００１３】
吸着過程にある吸着冷凍機１０ａでは、吸着剤熱交換器１１ａと凝縮器１２ａとの間を閉とし、吸着剤熱交換器１１ａと蒸発器１３ａとの間を開としている。吸着冷凍機１０ａの吸着剤熱交換器１１ａに充填された吸着剤中に配置された伝熱管には冷却水が流通しており、吸着剤は冷却される。蒸発器１３ａ内にはゲスト化合物水溶液が流通する伝熱管１６ａが配置されている。蒸発器１３ａ内の冷媒液は冷媒ポンプ１４ａにより蒸発器１３ａ上部のノズル１５ａから散布され、伝熱管１６ａ表面で蒸発する。この結果、伝熱管１６ａ内を流通するゲスト化合物水溶液は冷却されて水和物スラリとなって蒸発器１３ａから出る。蒸発器１３ａで蒸発した冷媒蒸気は吸着剤熱交換器１１ａへ送られ、冷却された吸着剤によって吸着される。
【００１４】
再生過程にある吸着冷凍機１０ｂでは、吸着剤熱交換器１１ｂと凝縮器１２ｂとの間を開とし、吸着剤熱交換器１１ｂと蒸発器１３ｂとの間を閉としている。吸着冷凍機１０ｂの吸着剤熱交換器１１ｂに充填された吸着剤中に配置された伝熱管には熱源水が流通しており、吸着剤は加熱される。この結果、吸着剤に吸着されている冷媒は蒸発する。凝縮器１２ｂ内に配置された伝熱管には冷却水が流通している。吸着剤熱交換器１１ｂで吸着剤から蒸発した冷媒蒸気は凝縮器１２ｂへ送られ、その内部に配置された伝熱管を流通する冷却水によって冷却されて凝縮する。凝縮した冷媒液は、配管１７ｂを通って蒸発器１３ｂへ送られる。
【００１５】
図２は、図１とは逆に、吸着冷凍機１０ａを再生過程とし、吸着冷凍機１０ｂを吸着過程として、冷凍サイクルをずらした状態を示している。
【００１６】
再生過程にある吸着冷凍機１０ａでは、吸着剤熱交換器１１ａと凝縮器１２ａとの間を開とし、吸着剤熱交換器１１ａと蒸発器１３ａとの間を閉としている。吸着冷凍機１０ａの吸着剤熱交換器１１ａに充填された吸着剤中に配置された伝熱管には熱源水が流通しており、吸着剤は加熱されて吸着剤に吸着されている冷媒は蒸発する。吸着剤熱交換器１１ａで吸着剤から蒸発した冷媒蒸気は凝縮器１２ａへ送られ、その内部に配置された伝熱管を流通する冷却水によって冷却されて凝縮する。凝縮した冷媒液は、配管１７ａを通って蒸発器１３ａへ送られる。
【００１７】
吸着過程にある吸着冷凍機１０ｂでは、吸着剤熱交換器１１ｂと凝縮器１２ｂとの間を閉とし、吸着剤熱交換器１１ｂと蒸発器１３ｂとの間を開としている。蒸発器１３ｂ内の冷媒液は冷媒ポンプ１４ｂにより蒸発器１３ｂ上部のノズル１５ｂから散布され、伝熱管１６ｂ表面で蒸発する。この結果、伝熱管１６ｂ内を流通するゲスト化合物水溶液は冷却されて水和物スラリとなって蒸発器１３ｂから出る。蒸発器１３ｂで蒸発した冷媒蒸気は吸着剤熱交換器１１ｂへ送られ、冷却された吸着剤によって吸着される。
【００１８】
図１および図２を参照して説明したように、２台の吸着冷凍機１０ａ、１０ｂの冷凍サイクルをずらして運転することにより、水和物スラリを連続的に製造することができる。
【００１９】
上述したように、吸着過程にある吸着冷凍機の蒸発器では、その内部に配置された伝熱管を流通するゲスト化合物水溶液が冷却されて水和物スラリが生成するが、その伝熱管内部に水和物が付着して閉塞し始めることがある。この問題に対して、本発明の方法では、伝熱管が完全に閉塞してしまう前に適切な時間間隔で図１の状態と図２の状態との間で運転を切り換え、再生過程に入った吸着冷凍機において蒸発器内に配置された伝熱管を加熱することにより、その内部に付着した水和物を融解させるようにする（融解運転）。このように融解運転を行うようにすれば、さらに安定して水和物スラリの製造を継続させることができる。
【００２０】
この融解運転時に、蒸発器内に配置された伝熱管を加熱する熱源は特に限定されない。ただし、吸着冷凍機中の高温の冷媒、たとえば再生中の吸着剤熱交換器から発生する冷媒蒸気の一部を蒸発器へバイパスさせるようにすれば、省エネルギーを達成できる。
【００２１】
なお、吸着冷凍機の構成は図１および図２に示したものに限らず、種々の変形が可能である。たとえば、吸着冷凍機の構成は再生過程で熱源水と減圧を併用するようにしたものであってもよい。
【００２２】
以上においては、２台の吸着冷凍機１０ａ、１０ｂの冷凍サイクルを半サイクルずらせて運転する場合について説明したが、３台以上の吸着冷凍機を用いてそれぞれの吸着冷凍機の冷凍サイクルを少しずつずらせるようにしてもよい。また、吸着冷凍機の蒸発器を用いて製造された水和物スラリはたとえば空調負荷に輸送されて空調に利用される。このような空調システムを図３および図４を参照して説明する。
【００２３】
図３の空調システムにおいて、吸着冷凍機１０は３台以上の個別の吸着冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…の全体を示している。これらの吸着冷凍機の冷凍サイクルを少しずつずれている。各吸着冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…の凝縮器（図３には図示せず）には、冷却塔２０から冷却水ポンプ２１により冷却水が送られる。また、各吸着冷凍機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…の蒸発器（図３には図示せず）には、循環ポンプ３１によりゲスト化合物水溶液が送られ、吸着過程にある吸着冷凍機の蒸発器で水和物スラリが製造される。製造された水和物スラリは負荷４０へ輸送され、その冷熱が利用される。一方、再生過程にある吸着冷凍機の蒸発器では水和物の融解運転が行われる。
【００２４】
図４の空調システムは、吸着過程にある吸着冷凍機の蒸発器で製造された水和物スラリをいったん蓄熱槽３０に貯留し（たとえば夜間）、負荷４０において必要になったとき（たとえば昼間）に蓄熱槽３０内の水和物スラリを負荷ポンプ３２により負荷４０へ輸送するようにしたものである。それ以外の構成は、図３の空調システムと同様である。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、プレート式や多管式などの熱交換器およびポンプを省略して、コスト低減および省エネルギーを達成できる水和物スラリの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示す説明図。
【図２】本発明の原理を示す説明図。
【図３】本発明の方法を用いて運転される空調システムを示す構成図。
【図４】本発明の方法を用いて運転される他の空調システムを示す構成図。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…吸着冷凍機
１１ａ、１１ｂ…吸着剤熱交換器
１２ａ、１２ｂ…凝縮器
１３ａ、１３ｂ…蒸発器
１４ａ、１４ｂ…冷媒ポンプ
１５ａ、１５ｂ…ノズル
１６ａ、１６ｂ…伝熱管
１７ａ、１７ｂ…配管
２０…冷却塔
２１…冷却水ポンプ
３０…蓄熱槽
３１…循環ポンプ
３２…負荷ポンプ
４０…負荷[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a hydrate slurry using an adsorption refrigerator.
[0002]
[Prior art]
When an aqueous solution containing a guest compound (various salts such as tetra-n-butylammonium salt, tetraiso-amylammonium salt, tetraiso-butylphosphonium salt, triiso-amylsulfonium salt) is cooled, it is composed of water molecules as host molecules. The guest compound is wrapped and crystallized in the cage-shaped clathrate lattice formed, and a hydrate (a liquid clathrate hydrate) is generated. This hydrate can be generated at a temperature of 0 ° C. or higher under atmospheric pressure, and has a large latent heat in a cold heat utilization temperature range of about 5 to 12 ° C., and stores cold heat several times as much as cold water. Can be. In addition, since this hydrate is fine crystal particles and floats in an aqueous solution, it exists in the form of a hydrate slurry (solid-liquid two-phase fluid) having relatively high fluidity.
[0003]
This hydrate slurry can reduce the transportation power (pump power) for a predetermined transportation heat density and achieve energy saving compared to the chilled water that is a conventional cryogenic transportation medium. It has favorable characteristics as a cold transport medium used in systems and the like.
[0004]
Conventionally, to produce a hydrate slurry having a predetermined heat density, cold water cooled by a refrigerator and an aqueous solution of a guest compound are passed through a heat exchanger having a large heat transfer area such as a plate type or a multi-tube type. The heat exchange was performed between them.
[0005]
However, the above-described conventional hydrate slurry production method requires a chilled water pump and an aqueous solution pump for transporting the chilled water and the aqueous solution of the guest compound to the heat exchanger, respectively, in addition to a plate-type or multi-tube heat exchanger. Therefore, there has been a problem that equipment costs are high and energy consumption is large.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for producing a hydrate slurry that can achieve cost reduction and energy saving by omitting a plate type or multi-tube type heat exchanger and pump.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a hydrate slurry according to the present invention is a method for producing a hydrate slurry containing a hydrate of a guest compound by cooling an aqueous solution of a guest compound that produces a hydrate at a temperature higher than 0 ° C. And using a plurality of adsorption refrigerators operated in a refrigeration cycle including a refrigerant adsorption process by the adsorbent and a regeneration process of desorbing the refrigerant from the adsorbent, and a guest compound aqueous solution in the evaporator of each adsorption refrigerator. A heat transfer tube for circulating water is provided to cool the guest compound aqueous solution, and a refrigeration cycle is shifted among the plurality of adsorption refrigerators.
[0008]
In the method of the present invention, in the adsorption refrigerator in the regeneration process among the plurality of adsorption refrigerators, the hydrate attached to the inside of the heat transfer tube disposed in the evaporator may be melted.
[0009]
In the method of the present invention, the guest compound is at least one selected from the group consisting of tetra n-butylammonium salt, tetraiso-amylammonium salt, tetraiso-butylphosphonium salt and triiso-amylsulfonium salt. No.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the method of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0011]
First, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 show the simplest example in which two adsorption chillers 10a and 10b are used and the refrigeration cycle of each of the adsorption chillers 10a and 10b is shifted. The two adsorption refrigerators 10a and 10b are constituted by the same device, and have adsorbent heat exchangers 11a and 11b, condensers 12a and 12b, and evaporators 13a and 13b, respectively. Each adsorption refrigerator is operated in a refrigerating cycle in which a process of adsorbing the refrigerant by the adsorbent and a regeneration process of desorbing the refrigerant from the adsorbent are alternately repeated. As the adsorbent, for example, silica gel, zeolite, quick lime and the like are used. As the refrigerant, for example, water is used.
[0012]
FIG. 1 shows a state in which the refrigeration cycle is shifted, with one adsorption chiller 10a as an adsorption process and the other adsorption chiller 10b as a regeneration process.
[0013]
In the adsorption refrigerator 10a in the adsorption process, the space between the adsorbent heat exchanger 11a and the condenser 12a is closed, and the space between the adsorbent heat exchanger 11a and the evaporator 13a is open. Cooling water flows through the heat transfer tubes arranged in the adsorbent filled in the adsorbent heat exchanger 11a of the adsorption refrigerator 10a, and the adsorbent is cooled. A heat transfer tube 16a through which the aqueous solution of the guest compound flows is arranged in the evaporator 13a. The refrigerant liquid in the evaporator 13a is sprayed from the nozzle 15a above the evaporator 13a by the refrigerant pump 14a, and evaporates on the surface of the heat transfer tube 16a. As a result, the guest compound aqueous solution flowing in the heat transfer tube 16a is cooled and becomes a hydrate slurry and exits from the evaporator 13a. The refrigerant vapor evaporated in the evaporator 13a is sent to the adsorbent heat exchanger 11a and is adsorbed by the cooled adsorbent.
[0014]
In the adsorption refrigerator 10b in the regeneration process, the space between the adsorbent heat exchanger 11b and the condenser 12b is open, and the space between the adsorbent heat exchanger 11b and the evaporator 13b is closed. The heat source water flows through the heat transfer tubes arranged in the adsorbent filled in the adsorbent heat exchanger 11b of the adsorption refrigerator 10b, and the adsorbent is heated. As a result, the refrigerant adsorbed by the adsorbent evaporates. Cooling water flows through the heat transfer tubes arranged in the condenser 12b. Refrigerant vapor evaporated from the adsorbent in the adsorbent heat exchanger 11b is sent to the condenser 12b, where it is cooled and condensed by the cooling water flowing through the heat transfer tubes arranged inside the condenser 12b. The condensed refrigerant liquid is sent to the evaporator 13b through the pipe 17b.
[0015]
FIG. 2 shows a state in which the refrigeration cycle is shifted with the adsorption chiller 10a as the regeneration process and the adsorption chiller 10b as the adsorption process, contrary to FIG.
[0016]
In the adsorption refrigerator 10a in the regeneration process, the space between the adsorbent heat exchanger 11a and the condenser 12a is open, and the space between the adsorbent heat exchanger 11a and the evaporator 13a is closed. Heat source water flows through the heat transfer tubes arranged in the adsorbent filled in the adsorbent heat exchanger 11a of the adsorption refrigerator 10a, and the adsorbent is heated and the refrigerant adsorbed by the adsorbent evaporates. I do. Refrigerant vapor evaporated from the adsorbent in the adsorbent heat exchanger 11a is sent to the condenser 12a, where it is cooled and condensed by the cooling water flowing through the heat transfer tubes arranged therein. The condensed refrigerant liquid is sent to the evaporator 13a through the pipe 17a.
[0017]
In the adsorption refrigerator 10b in the adsorption process, the space between the adsorbent heat exchanger 11b and the condenser 12b is closed, and the space between the adsorbent heat exchanger 11b and the evaporator 13b is open. The refrigerant liquid in the evaporator 13b is sprayed from the nozzle 15b above the evaporator 13b by the refrigerant pump 14b, and evaporates on the surface of the heat transfer tube 16b. As a result, the guest compound aqueous solution flowing through the heat transfer tube 16b is cooled to form a hydrate slurry and exits from the evaporator 13b. The refrigerant vapor evaporated in the evaporator 13b is sent to the adsorbent heat exchanger 11b, and is adsorbed by the cooled adsorbent.
[0018]
As described with reference to FIGS. 1 and 2, the hydrate slurry can be continuously produced by operating the two adsorption chillers 10a and 10b with the refrigeration cycles shifted.
[0019]
As described above, in the evaporator of the adsorption refrigerator in the adsorption process, the guest compound aqueous solution flowing through the heat transfer tube disposed therein is cooled to generate a hydrate slurry, but water is formed inside the heat transfer tube. Occasionally the adhering stuff may begin to block. To solve this problem, in the method of the present invention, the operation is switched between the state of FIG. 1 and the state of FIG. 2 at appropriate time intervals before the heat transfer tube is completely closed, and the regeneration process is started. By heating the heat transfer tube arranged in the evaporator in the adsorption refrigerator, the hydrate adhering to the inside is melted (melting operation). By performing the melting operation in this manner, the production of the hydrate slurry can be continued more stably.
[0020]
During this melting operation, the heat source for heating the heat transfer tubes arranged in the evaporator is not particularly limited. However, energy can be saved by bypassing a part of the high-temperature refrigerant in the adsorption refrigerator, for example, refrigerant vapor generated from the adsorbent heat exchanger during regeneration to the evaporator.
[0021]
The configuration of the adsorption refrigerator is not limited to those shown in FIGS. 1 and 2, and various modifications are possible. For example, the configuration of the adsorption refrigerator may be such that both heat source water and reduced pressure are used in the regeneration process.
[0022]
In the above, the case where the refrigeration cycles of the two adsorption chillers 10a and 10b are shifted by half a cycle has been described. However, the refrigeration cycle of each adsorption chiller is slightly increased by using three or more adsorption chillers. It may be shifted. The hydrate slurry produced using the evaporator of the adsorption refrigerator is transported to, for example, an air conditioning load and used for air conditioning. Such an air conditioning system will be described with reference to FIGS.
[0023]
In the air conditioning system of FIG. 3, the adsorption chiller 10 shows three or more individual adsorption chillers 10a, 10b, 10c,... The refrigeration cycles of these adsorption refrigerators are slightly shifted. Cooling water is sent from a cooling tower 20 to a condenser (not shown in FIG. 3) of each of the adsorption refrigerators 10a, 10b, 10c,. Also, an aqueous solution of the guest compound is sent to the evaporator (not shown in FIG. 3) of each of the adsorption refrigerators 10a, 10b, 10c,. A Japanese slurry is produced. The produced hydrate slurry is transported to the load 40, and its cold energy is used. On the other hand, the hydrate melting operation is performed in the evaporator of the adsorption refrigerator in the regeneration process.
[0024]
The air conditioning system of FIG. 4 temporarily stores the hydrate slurry produced in the evaporator of the adsorption refrigerator in the adsorption process in the heat storage tank 30 (for example, at night), and when it becomes necessary at the load 40 (for example, during the day). The hydrate slurry in the heat storage tank 30 is transported to the load 40 by the load pump 32. Other configurations are the same as those of the air conditioning system of FIG.
[0025]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing a hydrate slurry capable of achieving cost reduction and energy saving by omitting a plate type or multi-tube type heat exchanger and pump. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the principle of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing an air conditioning system operated using the method of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating another air conditioning system operated using the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 10a, 10b, 10c Adsorption refrigerators 11a, 11b Adsorbent heat exchangers 12a, 12b Condensers 13a, 13b Evaporators 14a, 14b Refrigerant pumps 15a, 15b Nozzles 16a, 16b Heat transfer tubes 17a , 17b ... pipe 20 ... cooling tower 21 ... cooling water pump 30 ... heat storage tank 31 ... circulation pump 32 ... load pump 40 ... load
