JP2000233101A - 水和物スラリーの製造方法および装置 - Google Patents
水和物スラリーの製造方法および装置Info
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Abstract
スラリーを製造する場合に生じる過冷却を防止する。 【解決手段】水溶液を冷却して水和物スラリーを生成す
る生成熱交換器1内で水溶液を流動状態で伝熱面に接触
させて冷却するととも、この流動状態の水溶液に核とな
る核粒子を接触させ、伝熱面で過冷却状態となって水溶
液の微小部分に直ちに核粒子を接触させて過冷却を解消
して水和物粒子を生成する。
Description
んだ水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する方法お
よび装置に関する。さらに特定すれば、本発明は上記の
水溶液を冷却して水和物を生成する際の過冷却を防止
し、水和物スラリーを確実かつ効率的に製造する方法お
よび装置に関する。
ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却すると、水和物が生
成されることが知られている。この水和物は、0°C以
上の温度で生成でき、また微細な粒子となって水溶液中
に浮遊して流動性の高い水和物スラリーを形成するの
で、空調設備等の貯冷材、または冷熱の搬送媒体として
好ましい特性を有している。
ゆくと、水和物が生成されるべき温度になっても水和物
が生成されず、この温度より低温まで冷却された後に水
和物が生成されるいわゆる過冷却が生じることが知られ
ている。
に、不所望に低い温度まで冷却する必要を生じ、これを
冷却する冷凍装置の効率を低下させるばかりでなく、こ
の過冷却された水溶液が装置の各部で不所望に水和物を
生成し、装置の配管や弁等を閉塞するという不具合を生
じる。
る各種の技術が開発されている。
の水溶液中に各種の過冷却防止用の薬剤を添加するもの
である。しかし、このような薬剤を添加しても、なおか
つ過冷却を効果的に防止することはできず、また添加す
る薬剤の種類によっては水溶液の腐食性が高くなる等の
不具合を生じるものがある。
の表面や金網等に衝突させる等、水溶液に機械的な刺激
を与えることにより軽減されることも知られている。し
かし、このような方法は、その過冷却防止の効果が薄
く、また上記の部材の表面や金網上に水和物が生成され
てしまう。このため、この金網や管路が閉塞されてしま
うという不具合を招き、また微細な水和物粒子の生成が
困難となり、水和物スラリーの製造には適さないという
問題があった。
に基づいてなされたもので、過冷却を効果的に防止する
とともに、微細な水和物粒子の生成を容易とし、流動性
に優れた水和物スラリーを効率的に製造することができ
る水和物スラリーの製造方法および装置を提供するもの
である。
発明の方法は、ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して
水和物粒子を生成させて水和物スラリーを製造する方法
であって、上記の水溶液を流動させつつ伝熱面を介して
冷却する工程と、上記の水和物粒子の核となる核粒子を
上記の流動状態の水溶液と接触させることにより水和物
粒子を生成する工程とを備えたものである。
して冷却され、かつこの流動状態の水溶液に核粒子が接
触した場合には、極めて効果的に過冷却が防止され、ま
た水溶液中の微細な水和物粒子が生成されやすくなり、
流動性の高い水和物スラリーが製造される。
は、その微小部分が次々に伝熱面と接触し、この微小部
分が順次過冷却状態に冷却されてゆく。もちろん、ある
程度の時間が経過すると、この水溶液の微小部分は混合
されて均一な温度となるものであるが、この流動状態の
水溶液中に核粒子が接触、たとえば浮遊していると、こ
の核粒子が過冷却状態にある水溶液の微小部分にただち
に接触し、その過冷却を解消して水和物の粒子を生成す
る。
状態に至る前に、過冷却状態が解消されるので、過冷却
を効果的に防止でき、また水和物粒子が生成されてゆく
ので流動性の高い水和物スラリーを効率的に製造するこ
とができる。
粒子は水和物粒子であることを特徴とするものである。
この水和物粒子は、同種の水和物であるので、これを核
として容易に水和物が形成され、過冷却防止の効果が極
めて高い。
粒子は、微粒子であることを特徴とするものである。こ
ような微粒子は、その表面積が大きいので、過冷却防止
の効果が高く、また水和物粒子のように融解することが
ないので消費されることが無く、後の補給等も不要とな
り、取扱いや保守が容易である。
粒子はその比重が前記の水溶液の比重より大きい沈降性
の微粒子であり、前記の核粒子を水溶液と接触させる工
程は、この微粒子を前記の流動状態の水溶液中に供給し
てこの水溶液中に浮遊させることを特徴とするものであ
る。
は、流動する水溶液中に浮遊した場合には、この水溶液
の各微小部分とは異なる挙動を示し、過冷却状態の各水
溶液微小部分と次々に接触してゆくので、過冷却解消の
効果が高い。また、この微粒子は、この水溶液の流通経
路の底部に沈殿するので、その回収および再使用が容易
である。
粒子は、前記の流動する水溶液の流通経路の底部に沈殿
した微粒子を供給するものである。よって、この微粒子
の補給の必要がない。
粒子は、前記の流動状態の水溶液が接触する部材の表面
に付着されているものである。したがって、この水溶液
の過冷却された微小部分が次々とこの付着された微粒子
に接触し、過冷却が解消されるとともに、この微粒子は
水溶液中に浮遊しないので、これらが装置の弁等の機器
に付着して故障の原因となる可能性がない。
粒子はその比重が前記の水溶液の比重と略等しく、この
水溶液中に浮遊するものである。したがつて、この微粒
子は水溶液とともに流通し、その沈殿に起因する故障等
の可能性が低く、またこの微粒子の回収等の必要もな
い。
ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物粒子を生
成させて水和物スラリーを製造する装置であって、上記
の水溶液を冷却する伝熱面を有するとともに、上記の水
溶液を流動状態でこの伝熱面に接触させて冷却する生成
熱交換器と、上記の生成熱交換器内を流通する流動状態
の水溶液に上記の水和物粒子の核となる核粒子を供給す
る核粒子供給機構とを備えたものである。したがって、
構造が簡単であるとともに、既存の設備に小改修を加え
るだけで実施が可能であり、装置のコストも低減する。
粒子供給機構は、水和物粒子を供給するものである。し
たがって、過冷却防止の効果が極めて高い。
核粒子供給機構は、前記の生成熱交換器とは独立して運
転可能な水和物粒子生成機構であることを特徴とするも
のである。このような水和物製造装置が停止している状
態から起動する場合には、特に過冷却が生じやすいもの
であるが、この水和物粒子生成機構を先に運転しておく
ことにより、起動時に効果の高い水和物粒子を供給する
ことができる。
核粒子供給機構は、前記の生成熱交換器で製造された水
和物スラリーの一部を貯蔵しておく貯蔵容器を備えてい
ることを特徴とするものである。したがって、上記のよ
うな水和物粒子生成機構を必要とせずに、水和物粒子を
供給することができる。
核粒子供給機構は、前記の水溶液が流通経路の底部に沈
殿した微粒子を回収して前記の生成熱交換器内に供給す
る微粒子回収管路を備えているものである。よって、こ
の微粒子を補給する必要はなく、装置の保守管理が容易
である。
は、ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して水和物粒子
を生成させて水和物スラリーを製造する装置であって、
上記の水溶液を冷却する伝熱面を有するとともに、上記
の水溶液を流動状態でこの伝熱面に接触させて冷却する
生成熱交換器と、この生成熱交換器の内部の水溶液の接
触する部材の表面の少なくとも一部に被着され上記の水
和物粒子の核となる微粒子層とを備えたものである。
防止できるとともに、この微粒子が水溶液中に浮遊しな
いので、この微粒子に起因する故障等の可能性がなく、
また微粒子の回収や補給の必要がない。
生成熱交換器は、円筒状の伝熱面と、この伝熱面と摺接
しつつ回転しこの伝熱面上に生成された水和物を剥離す
る剥離羽根部材とを備えており、前記の微粒子層はこの
剥離羽根部材の表面に被着されていることを特徴とする
ものである。したがって、この微粒子層は、この剥離羽
根部材とともに回転しながら水溶液に接触してゆくの
で、過冷却防止の効果が高い。
およびこれを実施する装置の一実施形態について説明す
る。この実施形態のものは、ゲスト化合物として臭化テ
トラn−ブチルアンモニウム(TBAB)を含んだ水溶
液を冷却して水和物スラリーを製造するものである。な
お、この実施形態では、説明および理解を容易にするた
めに、本発明の特徴を備えた複数の態様の機構を併用
し、かつ本発明の方法の複数の態様を実施するように構
成されているが、実際の装置および方法では、これら全
てを併用する必要は必ずしもない。
て水和物スラリーを生成する生成熱交換器を示す。この
実施形態の場合、図2に示すように、この生成熱交換器
1は円筒状をなし、その内周面が伝熱面1aとして形成
され、この伝熱面1aの周囲は冷却媒体が流通される冷
却ジャケット8で囲まれている。そして、この冷却ジャ
ケット8には、冷凍装置2からポンプ3により冷却媒体
が循環され、上記の伝熱面1aを介して内部の水溶液を
冷却し、水和物を生成するように構成されている。
は、回転軸5が配置されており、この回転軸5は駆動機
構4により所定の速度で回転駆動される。また、この回
転軸5には、螺旋形をなす剥離羽根部材9が取付けられ
ており、この剥離羽根部材9は上記の伝熱面1aに摺接
しながら上記の回転軸5とともに回転し、この伝熱面1
aに付着した水和物を剥離してこの伝熱面1aの熱交換
効率の低下を防止するとともに、剥離した水和物を水溶
液中に分散させ、より均一な水和物スラリーを生成す
る。
うな作用とともに、この生成熱交換器1内の水溶液を攪
拌して流動状態とする。なお、この水溶液を流動状態と
する手段は、このようなものには限らず、この水溶液が
層流状態で伝熱面1aに接触しながら流れてこの伝熱面
1aに接触する微小部分が入れ替わらないような状態が
発生するのを防止するように、この水溶液を流動状態に
維持する手段であれば、どのようなものでも良い。
は、図3に示すように、微粒子層10が被着されてい
る。この微粒子層10は、微粒子、たとえば溶鉱炉のス
ラグに水を噴射して微細に破砕した水砕スラグを適切な
バインダと混和して塗布したものである。なお、この微
粒子層10は、上記のような剥離羽根部材の表面に被着
するものには限定されず、流動状態の水溶液が接触する
部材の表面であれば、どこでも良い。
給して循環する機構を説明する。図中の11は、この水
溶液を貯蔵する水溶液タンクであって、この水溶液タン
ク11内の水溶液は、ポンプ13により供給配管15、
混合器16を介して上記の生成熱交換器1の供給口6に
供給される。
て生成された水和物スラリーは、排出口7から排出さ
れ、分配器21を介して水和物スラリータンク22に送
られ、貯蔵される。なお、この水和物スラリータンク2
2および前記の水溶液タンク11には、攪拌装置12が
設けられている。
スラリーは、このタンクの底部から取り出され、水和物
濃度調節器23に送られる。この水和物濃度調節器23
には、前記の水溶液タンク11からポンプ28により配
管29を介して水溶液が送られ、この水和物スラリーと
適宜混合されてこの水和物スラリーの固相分率等濃度が
調節され、ポンプ24により送り配管25を介して空調
機器等の負荷側機器26に供給される。そして、この負
荷側機器26で利用された後の水溶液は、戻り配管27
を介して前記の水溶液タンク11に戻される。
却を防止する核粒子供給機構を説明する。まず、この系
統を流通する水溶液には、あらかじめ所定量の微粒子が
混入されている。この微粒子は、各種のものが使用でき
るが、前述して水砕スラグが好ましく、この水砕スラグ
は、安価であるとともに、特性が安定し、また過冷却を
防止する効果が高い。なお、この水砕スラグはその比重
が水溶液より大きく、沈降性を有している。
1の排出口7から排出された水和物スラリーの一部は、
前記の分配器21から配管31を介してポンプ32によ
り前記の混合器16に供給され、水溶液とともに上記の
生成熱交換器1の供給口6に送られるように構成されて
いる。
底部から取り出された水和物スラリーの一部は、配管3
3を介して過冷却防止用の水和物粒子タンク34に送ら
れ、貯蔵される。この水和物粒子タンク34は、たとえ
ば断熱タンクであり、送られて来た水和物スラリーを、
その水和物粒子を融解させずに所定期間貯蔵する能力を
有している。
和物スラリーは、ポンプ35により配管36を介して前
記の混合器16に送られ、水溶液とともに上記の生成熱
交換器1の供給口6に送られるように構成されている。
14が設けられている。この水和物粒子生成機構は、上
記の生成熱交換器を含むこの水和物製造装置とは独立し
て運転が可能なもので、少量の水和物粒子を含む水和物
スラリーを製造する能力を有している。
造された水和物スラリーは、上記の混合器16に送ら
れ、水溶液とともに上記の生成熱交換器1の供給口6に
送られるように構成されている。
発明の過冷却防止の方法を説明する。まず、この装置が
運転されると、前述のように生成熱交換器1内で水溶液
が流動状態で伝熱面1aに接触し、冷却される。この場
合に、この水溶液の微小部分は伝熱面1aに接触して過
冷却の状態となっても、この微小部分は直ちに流動し、
前述した剥離羽根部材9の微粒子層10に接触する。そ
して、この微粒子層10の微粒子すなわち水砕スラグと
の接触により、この微小部分の過冷却が解消され、水和
物の粒子が生成される。これにより、この生成熱交換器
1内の水溶液全体が過冷却になることはなく、過冷却が
効果的に防止される。
水砕スラグ等の微粒子が混入されており、その一部がこ
の水溶液とともに生成熱交換器1内に流入する。したが
って、この微粒子がこの水溶液の過冷却状態の微小部分
と接触することにより、上記のように過冷却を解消して
水和物の粒子を生成する。
和物粒子が生成されると、この生成された粒子から排除
される。したがって、この水溶液中の微粒子は、生成さ
れた水和物スラリーとともに水和物スラリータンク22
に送られ、このタンク内で分離してその底部に沈殿して
ゆく。よって、この装置の運転を続けると、この微粒子
は次第にこの水和物スラリータンク22の底部に沈殿堆
積してゆき、水溶液中に浮遊する微粒子の量が減少して
ゆく。
に、前記の配管31を介して、排出される水和物スラリ
ーの一部がポンプ32により混合器16を介して生成熱
交換器1内に供給される。この水和物スラリー中の水和
物粒子は、前記の微粒子と同様に、過冷却を解消し、水
和物粒子を生成する。この水和物粒子は、生成すべき水
和物と同種の水和物であるので、この水和物生成の核と
しては最も効果的で、過冷却防止の効果が極めて高い。
動するような場合には、上記のような生成熱交換器1か
ら排出される水和物スラリーが得られない。このような
場合には、前記の水和物粒子貯蔵タンク34内に貯蔵さ
れている水和物スラリーを配管36を介して生成熱交換
器1の供給口6に供給する。
水和物粒子がすべて融解してしまった場合でも、このタ
ンク内の水溶液を生成熱交換器1に供給することによ
り、過冷却防止の効果が得られる。すなわち、上記のよ
うに、微粒子は上記の水和物スラリータンク22の底部
に堆積しているので、この微粒子は上記の水和物粒子貯
蔵タンク34内に回収されている。したがって、この微
粒子を水溶液とともに生成熱交換器1に供給することと
にとより、過冷却を防止することができる。したがっ
て、この水和物粒子貯蔵タンク34およびこれに関連し
た管路は、微粒子の回収、再供給機構を兼用している。
物粒子貯蔵タンク34からの水和物スラリーの供給がで
きない場合には、前記の水和物粒子生成機構14を独立
して先に運転し、生成された水和物スラリーを上記の生
成熱交換器1に供給することにより、過冷却を防止する
ことができる。
と、微粒子が水和物スラリータンク22の底部に堆積し
て水溶液中に浮遊する微粒子がほとんど無くなってしま
うことがある。このような状態でこの装置を再起動する
場合には、極めて大きな過冷却が生じてしまうことがあ
るが、上記のように、水和物粒子生成機構からあらかじ
め水和物粒子を生成熱交換器1に供給しておくことによ
り、過冷却を効果的に防止することができる。
多くなるのを避けるために、前述のようにこの実施形態
には本発明の装置の各機構の態様、方法の態様を複数兼
備して説明してあるが、上記の機構や方法の態様をすべ
て兼備する必要はなく、実際の装置では、いずれかひと
つまたは複数のものを採用すれば良い。
果を確認するためにおこなった実験の結果を図4ないし
図7を参照して説明する。この実験は、TBABの水溶
液を冷却しながら攪拌し、上記の各手段、すなわち水砕
スラグを混入した結果、容器内に水砕スラグを被着した
部材を浸漬した場合、水和物粒子を混入した場合等の効
果を確認したものである。
冷却した場合についての過冷却の状態を測定するため、
TBABの濃度25wt%の水溶液を攪拌せずに冷却
し、示差熱量計を用いて測定をした。この結果、水溶液
は−16°Cまで冷却されてから過冷却が解除された。
合のものである。この図から明らかなように、水溶液濃
度が40%、19.8%のいずれの場合も、約−2°C
まで過冷却が生じた。
場合のものである。この図から明らかなように、過冷却
は約5°Cまでで、過冷却防止の効果が高いことが示さ
れている。
ラス棒を水溶液中に浸漬した場合のもので、濃度が1
9.8%の場合は約1°Cまで過冷却が生じたが、濃度
40%の場合には約6°C程度の過冷却であり、濃度に
よつては過冷却防止の効果が高いことが示されている。
入した場合のものである。なお、この場合は、参考のた
めに水溶液の調製に蒸留水と上水を使用した場合の両方
の結果を示してある。この図から明らかなように、いず
れの場合も、濃度19.8%の場合は、約7°C、濃度
40%の場合は10°Cまでしか過冷却が生じておら
ず、極めて高い効果が得られている。
れない。たとえば、上記の実施形態では、剥離羽根部材
を備えた冷却胴形の生成熱交換器を使用した場合につい
て説明したが、本発明はこれに限らず、たとえばシェル
アンドチューブ型の生成熱交換器を使用した場合にも適
用できる。
大きいものには限らず、たとえば水溶液の比重と略等し
い比重の微粒子を使用しても良い。このような微粒子
は、水溶液とともに流通し、沈降することがないので、
この微粒子の沈殿に起因する各種の不具合を防止するこ
とができる。
によれば、水溶液を冷却して水和物スラリーを製造する
場合の過冷却を極めて効果的に防止することができ、ま
た本発明の方法および装置は簡単かつ容易に実施するこ
とができる等、その効果は大である。
果を示す線図。
果を示す線図。
果を示す線図。
果を示す線図。
Claims (14)
- 【請求項1】 ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して
水和物粒子を生成させて水和物スラリーを製造する方法
であって、 上記の水溶液を流動させつつ伝熱面を介して冷却する工
程と、 上記の水和物粒子の核となる核粒子を上記の流動状態の
水溶液と接触させることにより水和物粒子を生成する工
程とを備えたことを特徴とする水和物スラリーの製造方
法。 - 【請求項2】 前記の核粒子は水和物粒子であることを
特徴とする請求項1の水和物スラリーの製造方法。 - 【請求項3】 前記の核粒子は、微粒子であることを特
徴とする請求項1の水和物スラリーの製造方法。 - 【請求項4】 前記の微粒子はその比重が前記の水溶液
の比重より大きい沈降性の微粒子であり、前記の核粒子
を水溶液と接触させる工程は、この微粒子を前記の流動
状態の水溶液中に供給してこの水溶液中に浮遊させるこ
とを特徴とする請求項3の水和物スラリーの製造方法。 - 【請求項5】 前記の微粒子は、前記の流動する水溶液
の流通経路の底部に沈殿した微粒子を供給するものであ
ることを特徴とする請求項4の水和物スラリーの製造方
法。 - 【請求項6】 前記の微粒子は、前記の流動状態の水溶
液が接触する部材の表面に付着されているものであるこ
とを特徴とする請求項4の水和物スラリーの製造方法。 - 【請求項7】 前記の微粒子はその比重が前記の水溶液
の比重と略等しく、この水溶液中に浮遊するものである
ことを特徴とする請求項1の水和物スラリーの製造方
法。 - 【請求項8】 ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却して
水和物粒子を生成させて水和物スラリーを製造する装置
であって、 上記の水溶液を冷却する伝熱面を有するとともに、上記
の水溶液を流動状態でこの伝熱面に接触させて冷却する
生成熱交換器と、 上記の生成熱交換器内を流通する流動状態の水溶液に上
記の水和物粒子の核となる核粒子を供給する核粒子供給
機構とを備えたことを特徴とする水和物スラリーの製造
装置。 - 【請求項9】 前記の核粒子供給機構は、水和物粒子を
供給するものであることを特徴とする請求項8の水和物
スラリーの製造装置。 - 【請求項10】 前記の核粒子供給機構は、前記の生成
熱交換器とは独立して運転可能な水和物粒子生成機構で
あることを特徴とする請求項9の水和物スラリーの製造
装置。 - 【請求項11】 前記の核粒子供給機構は、前記の生成
熱交換器で製造された水和物スラリーの一部を貯蔵して
おく貯蔵容器を備えていることを特徴とする請求項9の
水和物スラリーの製造装置。 - 【請求項12】 前記の核粒子供給機構は、前記の水溶
液が流通経路の底部に沈殿した微粒子を回収して前記の
生成熱交換器内に供給する微粒子回収管路を備えている
ことを特徴とする請求項8の水和物スラリーの製造方
法。 - 【請求項13】 ゲスト化合物を含んだ水溶液を冷却し
て水和物粒子を生成させて水和物スラリーを製造する装
置であって、 上記の水溶液を冷却する伝熱面を有するとともに、上記
の水溶液を流動状態でこの伝熱面に接触させて冷却する
生成熱交換器と、 この生成熱交換器の内部の水溶液の接触する部材の表面
の少なくとも一部に被着され上記の水和物粒子の核とな
る微粒子層とを備えたことを特徴とする水和物スラリー
の製造装置。 - 【請求項14】 前記の生成熱交換器は、円筒状の伝熱
面と、この伝熱面と摺接しつつ回転しこの伝熱面上に生
成された水和物を剥離する剥離羽根部材とを備えてお
り、前記の微粒子層はこの剥離羽根部材の表面に被着さ
れていることを特徴とする請求項13の水和物スラリー
の製造装置。
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