JP2002333167A - 水和物スラリの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水和物が過冷却状態にならないようにして、
水和物スラリを製造する。 【解決手段】 水和数の異なる２種類以上の水和物が生
成される水和物スラリの製造方法において、冷却された
後の前記水溶液の状態を、水溶液のままの状態か、水和
数の少ない水和物を含む水和物スラリに変化している
か、水和数の大きい水和物を含む水和物スラリに変化し
ているかのいずれであるかを判断手段で判断し、冷却さ
れた後の水溶液の状態が水溶液のままの状態であるか、
または水和数の少ない水和物を含む水和物スラリである
と判断された場合には、水溶液または水和数の少ない水
和物を含む水和物スラリを直接前記貯蔵タンクに戻さ
ず、これらのものを前記熱交換器および前記判断手段を
含む循環回路を循環させ、判断手段で水和数の大きい水
和物を含む水和物スラリに変化していると判断したとき
に、水和数の大きい水和物を含む水和物スラリを貯蔵タ
ンクに戻す水和物スラリの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蓄熱式冷房空調
システムや産業用の冷熱利用システムにおいて、冷熱を
搬送するために使用される水和物スラリの製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来からビルの空調や地域冷暖房におい
ては、冷熱媒体として使用する氷スラリ、水和物スラリ
または冷水等を、夜間電力を利用して製造する。そし
て、これらの冷熱媒体を貯蔵タンクに貯蔵しておき、翌
日の昼間に取り出して使用するようにしている。

【０００３】図２は、上述した水和物スラリを冷熱媒体
として使用した空調システムの一例を示す図であるが、
夜間貯蔵タンク２１内に貯蔵されている水和剤を溶解さ
せた水溶液２２をスラリ製造熱交換器２３に送り、冷凍
機器２４から送られてくる４℃程度の冷水２５と熱交換
させてスラリ２６を製造し、前記貯蔵タンク２１に貯蔵
する。したがって、貯蔵タンク２１内には水溶液２２と
水和物スラリ２６が同時に収容されている状態になって
おり、夜間は水和物スラリ２６の占める割合が大きくな
る。

【０００４】貯蔵タンク２１に貯蔵された水和物スラリ
２６は、翌日の昼間にはバルブ２７が開かれ、貯蔵タン
ク２１と空調機２８や室内機２９間に配管された水和物
スラリ供給配管３０を通って、空調機２８や室内機２９
に送られ、室内の空気と熱交換され再び水溶液２２とな
る。そして、水溶液２２は水溶液戻し配管３１を通って
貯蔵タンク２１に戻される。貯蔵タンク２１内に貯蔵さ
れた水溶液２２は、夜間再びスラリ製造熱交換器２３に
送られ、水和物スラリ２６が生成される。

【０００５】このように冷熱媒体として利用される水和
物スラリは、例えばテトラ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
ウム塩等の水溶液を貯蔵タンクと熱交換器の間を循環さ
せながら冷却して製造される。

【０００６】上記したような水溶液から製造される水和
物スラリ中には、水和数の異なる水和物が２種類生成さ
れていることが分かっており、例えば２種類の水和物が
生成される場合には、水和数が小さく生成温度の低い方
の水和物を第一水和物、水和数が大きく生成温度の高い
方の水和物を第二水和物と定義し、それぞれの水和物が
含まれる水和物スラリを第一水和物スラリおよび第二水
和物スラリと定義する。

【０００７】図３は、水和剤としてテトラｎ−ブチルア
ンモニウム塩（ＴＢＡＢ）を使用した場合の、水溶液の
濃度（ｗｔ％）と生成される水和物スラリの温度との関
係を示すグラフである。以下、このグラフにおける水溶
液の濃度と生成される水和物スラリの温度との関係を示
す曲線を、水和物生成曲線と呼ぶことにする。

【０００８】水和剤を溶解させた水溶液の濃度を、水和
物の水和数と水溶液中の水和剤のモル比とが同じになる
ように調整すると、水溶液の冷却にともなって水和物ス
ラリ中の水和物が増加しても、水溶液の濃度は一定とな
る。したがって、水和物スラリ中の水和物の割合が増加
しても、水和物スラリの温度は一定に保たれる。

【０００９】水和剤としてテトラｎ−ブチルアンモニウ
ム塩（ＴＢＡＢ）を使用した場合、水溶液濃度がおよそ
４１ｗｔ％において約１１．８℃でほぼ一定となること
から、第一水和物の水和数はおよそ２６程度であると推
定される。

【００１０】水溶液濃度が４１ｗｔ％より低い場合、水
溶液と水和物の混合物である水和物スラリ中の水和物の
増加にともなって、スラリ中の水溶液濃度が低下するの
で、水和物スラリの温度は水和物生成曲線に沿って低下
する。

【００１１】水溶液濃度が１８％程度以下においては、
第一水和物が第二水和物に転移するので、水和物スラリ
の温度は曲線Ａに沿って低下する。しかしながら、水溶
液濃度が１８％程度以下になっても、第一水和物が第二
水和物に転移しない場合もあり、そのときには水和物ス
ラリの温度は、曲線Ａよりも温度が低くなる曲線Ｂに沿
って低下する。

【００１２】すなわち、第一水和物のみが生成される水
溶液濃度から冷却を始めた場合、第二水和物が生成され
る水溶液濃度と温度の領域に入った後も、図４のグラフ
に示すように、第一水和物の生成曲線に沿って水和物ス
ラリの温度が低下し、水和物の生成にともなって水溶液
の濃度も低下する。さらに冷却を継続すると第二水和物
が生成され始め、同時に水和物スラリの温度が上昇する
特性があることが分かっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水和物
スラリを冷熱媒体として、前述したようなビルの空調や
地域冷暖房システムに使用する場合には、次のような問
題点がある。

【００１４】前述したように、水和物スラリを製造する
ときには、水和物スラリ貯蔵タンクに貯蔵された水溶液
を、スラリ製造熱交換器に送って冷却して、水和物を含
んだ水和物スラリを製造する。そして、製造された水和
物スラリは、前記水和物スラリ貯蔵タンクに戻される。

【００１５】水和物スラリ中の水溶液の濃度が１８ｗｔ
％以下においても、第一水和物のスラリが存在し、第一
水和物よりも高い温度で生成される第二水和物に転移せ
ずに過冷却状態で存在すると、冷凍機から熱交換器に送
られてくる４℃程度の冷水との温度差が小さくなるた
め、冷熱利用システムにおいて必要とする冷熱を蓄熱す
るためには、熱交換器の伝熱面積を大きくしなければな
らない。

【００１６】さらに、過冷却状態の第一水和物スラリか
ら第二水和物スラリに転移するときに、粘性が増大して
流動性が低下する現象が見られ、熱交換器に水溶液を供
給するポンプの動力が増大する。

【００１７】したがって、第一水和物が過冷却状態で存
在しないようにして、水和物スラリを製造する方法があ
れば、上記のような問題を解消できるのであるが、その
ような水和物スラリの製造方法は確立されていない。

【００１８】この発明は、従来技術の上述のような問題
点を解消するためになされたものであり、水和物が過冷
却状態で存在しないようにして水和物スラリを製造する
ことのできる水和物スラリの製造方法を提供することを
目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る第一の水
和物スラリの製造は、水和剤を溶解させた水溶液を貯蔵
タンクと熱交換器の間を循環させながら冷却して、水和
数の異なる２種類以上の水和物が生成される水和物スラ
リの製造方法において、冷却された後の前記水溶液の状
態を、水溶液のままの状態であるか、水和数の少ない水
和物を含む水和物スラリに変化しているかまたは水和数
の大きい水和物を含む水和物スラリに変化しているかの
いずれであるのかが判断できる判断手段で判断し、冷却
された後の水溶液の状態が水溶液のままの状態である
か、または水和数の少ない水和物を含む水和物スラリで
あると判断された場合には、水溶液または水和数の少な
い水和物を含む水和物スラリを直接前記貯蔵タンクに戻
さず、これらのものを前記熱交換器および前記判断手段
を含む循環回路を循環させ、判断手段で水和数の大きい
水和物を含む水和物スラリに変化していると判断したと
きに、水和数の大きい水和物を含む水和物スラリを貯蔵
タンクに戻すものである。

【００２０】そして、上記のような運転を１回または複
数回繰り返すことで、貯蔵タンクには一定量以上の第二
水和物を含む水和物スラリが貯蔵される。これらの水和
物スラリは、第一水和物から第二水和物への転移を促進
する核となり、第二水和物スラリを早期に効率良く製造
することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態 】この発明の実施の形態を、図面
を参照して説明する。図１は本発明の水和物スラリの製
造方法の第一の実施の形態を適用する水和物スラリ製造
装置の構成図である。

【００２２】この水和物スラリ製造装置は、水和物スラ
リおよび水和物スラリを製造する水溶液を貯蔵する蓄熱
槽１と、蓄熱槽１内の水溶液を冷却して水和物スラリを
製造する水和物スラリ製造熱交換器２および３と、蓄熱
槽１内の水溶液を水和物スラリ製造熱交換器２および３
に水溶液供給配管４を通して供給する水溶液供給ポンプ
５と、水和物スラリ製造熱交換器２および３において冷
却する冷水を製造する冷凍機６と、冷凍機６で製造した
冷水を水和物スラリ製造熱交換器２および３に供給する
冷水供給ポンプ７と、水和物スラリ製造熱交換器２およ
び３において製造された水和物スラリ（以下製造物とい
うを蓄熱槽１に戻すための水和物スラリ戻し配管８の途
中に設けた製造物状態検出部９とから構成されている。

【００２３】この製造装置により本発明の水和物スラリ
製造方法に基づいて水和物スラリを製造するときには、
次のようにして行う。蓄熱槽１内の水溶液が水溶液供給
配管４を通して水溶液供給ポンプ５により、水和物スラ
リ製造熱交換器２および３に供給される。水和物スラリ
製造熱交換器２および３には、冷凍機６で造られた冷水
が冷水供給ポンプ７で供給されており、水溶液は水和物
スラリ製造熱交換器２および３において冷水により冷却
され、水和物スラリが製造される。

【００２４】なお、図１中符号１４は水和物スラリを空
調機に供給するための水和物スラリ供給配管、符号１５
は水和物スラリが空調機において空気と熱交換した後の
水溶液を蓄熱槽１に戻すための水溶液戻し配管である
が、この系統の詳細説明は本発明と直接関係がないので
省略する。

【００２５】製造された水和物スラリ（条件によっては
水和物スラリが生成されておらず、水溶液のままの状態
もある。）は、水和物スラリ戻し配管８の途中に設けた
製造物状態検出部９において、製造物の物性、例えば密
度を検出する。そして、その測定値を判断手段１０に送
り、測定された物性から製造物の状態が水溶液のままの
状態であるか、水和数の少ない水和物を含む水和物スラ
リ（以下、第一水和物スラリという）に変化しているか
または水和数の大きい水和物を含む水和物スラリ（以
下、第二水和物スラリという）に変化しているかのいず
れであるかの判断をする。

【００２６】そして、製造物が水溶液のままの状態であ
るかまたは第一水和物スラリと判断された場合には、判
断手段１０からの指令に基づき、戻し配管８の途中に設
けた三方弁１１を作動させ、製造物が蓄熱槽１に戻らず
に、戻し配管８と水溶液供給配管４を結ぶバイパス管１
２を通って水溶液供給配管４に流れるようにする。ま
た、同時に、水溶液供給配管４に設けた開閉弁１３を閉
じて、蓄熱槽１内の水溶液が水和物スラリ製造熱交換器
２および３に供給されないようにする。

【００２７】このようにすると、水和物スラリ製造熱交
換器２および３を出た製造物は、戻し配管８→製造物状
態検出部９→バイパス管１２→水溶液供給配管４→水溶
液供給ポンプ５→水和物スラリ製造熱交換器２および３
→戻し配管８という閉鎖回路を循環するようになる。こ
のように循環する製造物の物性は、再び前記製造物状態
検出部９において検出され、検出された物性値に基づい
て製造物が前述したようにどのような状態であるかの判
断が判断手段１０で判断される。

【００２８】そして、製造物が第二水和物スラリに変化
していると判断された場合には、判断手段１０からの指
令に基づき、戻し配管８の途中に設けた三方弁１１を作
動させ、製造物が蓄熱槽１に戻るようにする。また、同
時に、水溶液供給配管４に設けた開閉弁１３を開いて、
貯蔵タンク内の水溶液が水和物スラリ製造熱交換器２お
よび３に供給されるようにする。

【００２９】そして、再び水和物スラリ製造熱交換器２
および３を出た製造物の状態を判断して、上述したよう
な処理を繰り返す。

【００３０】なお、図１においては、三方弁１１が戻し
配管８の途中に、開閉弁１３が水溶液供給配管４の途中
に設けられているが、三方弁１１を水溶液供給配管４の
途中に、開閉弁１３を戻し配管８の途中に設けても良
い。

【００３１】製造物状態検出部９において使用する計器
は、製造物の物性から製造物が水溶液のままか、第一水
和物スラリか、または第二水和物スラリかが判断できる
物性を検出できるものであればよい。第一水和物と第二
水和物とは、生成温度、密度、同一温度における水和物
スラリの固相分率・熱密度、水和物の粒度等が異なるの
で、密度計、質量密度計、電磁流量計、温度計、導電率
計、静電容量計、差圧計、熱量計、固相分率計、粘度
計、電力計、液位計、音波計、粒度分布計、屈折率計、
圧力計等を単独または組み合わせて使用することによ
り、検出した製造物である水和物の種類を判断すること
ができる。

【００３２】この水和物スラリの製造方法に用いられる
水和数の異なる水和物を生成させる水溶液は、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の水溶液のいずれか
の水溶液である。

【００３３】次に、本発明の水和物スラリの製造方法の
第二の実施の形態を説明する。第一の実施の形態に基づ
いて製造された蓄熱槽１内の第二水和物スラリは、翌日
の昼間水和物スラリ供給配管１４を通って空調機に送ら
れ、水溶液となって水溶液戻し配管に１５より蓄熱槽１
に貯蔵され、夜間電力を利用して再び水和物スラリが製
造される。

【００３４】第二の実施の形態においては、蓄熱槽１に
貯蔵した第二水和物スラリを、昼間全量使用しないで一
定量残しておく。水和物スラリ製造開始前の蓄熱槽１に
は、空調機から戻ってきた水溶液と残留した第二水和物
スラリとが層別された状態で貯蔵されている。そして、
水和物スラリ製造開始に当たっては、層別された水溶液
と第二水和物スラリとを混合して、水溶液中に第二水和
物スラリが均等に分散されている状態、あるいは第二水
和物スラリが混合の過程で融解した状態にする。

【００３５】このように混合した水溶液あるいは第二水
和物スラリを、水和物スラリ製造熱交換器２および３に
送り冷却する。このようにすると、混合した水溶液ある
いは第二水和物スラリが核となって、水溶液から新たな
第二水和物スラリが生成され、第一水和物スラリの生成
が阻止される。したがって、この実施の形態の場合に
は、第一の実施の形態のように、第二水和物スラリが生
成される迄、製造物を水和物スラリ製造熱交換器２およ
び３を含む閉鎖回路で循環させる必要はなく、製造され
た水和物スラリを、直ちに蓄熱槽１に戻してもよい。

【００３６】なお、水溶液と混合する第二水和物スラリ
は、第二水和物スラリを専用に製造する設備を設け、そ
こで製造したものを蓄熱槽１で混合してもよい。

【００３７】

【発明の効果】この発明により、水和物スラリ中に過冷
却された水和物が存在しないとともに、水和物スラリの
流動性が低下することもないので、水和物スラリ製造熱
交換器をコンパクトにできるとともに、水溶液を供給す
るための動力も低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水和物スラリの製造方法の第一の実施
の形態を適用する水和物スラリ製造装置の構成図であ
る。

【図２】水和物スラリを冷熱媒体として使用した空調シ
ステムの一例を示す図である。

【図３】水溶液濃度と水和物スラリ生成温度との関係を
示すグラフである。

【図４】水和物スラリの経時的な温度変化を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 ２、３水和物スラリ製造熱交換器 ４水溶液供給配管 ５水溶液供給ポンプ ６冷凍機 ７冷水供給ポンプ ８水和物スラリ戻し配管 ９製造物状態検出部 １０ 判断手段 １１ 三方弁 １２ バイパス管 １３ 開閉弁 １４ 水和物スラリ供給配管 １５ 水溶液戻し配管

フロントページの続き (72)発明者 高雄 信吾 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水和剤を溶解させた水溶液を貯蔵タンク
   と熱交換器の間を循環させながら冷却して、水和数の異
   なる２種類以上の水和物が生成される水和物スラリの製
   造方法において、冷却された後の前記水溶液の状態を、
   水溶液のままの状態であるか、水和数の少ない水和物を
   含む水和物スラリに変化しているかまたは水和数の大き
   い水和物を含む水和物スラリに変化しているかのいずれ
   であるのかが判断できる判断手段で判断し、冷却された
   後の水溶液の状態が水溶液のままの状態であるか、また
   は水和数の少ない水和物を含む水和物スラリであると判
   断された場合には、水溶液または水和数の少ない水和物
   を含む水和物スラリを直接前記貯蔵タンクに戻さず、こ
   れらのものを前記熱交換器および前記判断手段を含む循
   環回路を循環させ、判断手段で水和数の大きい水和物を
   含む水和物スラリに変化していると判断したときに、水
   和数の大きい水和物を含む水和物スラリを貯蔵タンクに
   戻すことを特徴とする水和物スラリの製造方法。
2. 【請求項２】 水和剤を溶解させた水溶液を貯蔵タンク
   と熱交換器の間を循環させながら冷却して、水和数の異
   なる２種類以上の水和物が生成される水和物スラリの製
   造方法において、水和物スラリの製造開始に先立ち、前
   記貯蔵タンクに一定量以上の水和数の大きい方の水和物
   を含む水和物スラリを混入して水溶液と混合し、水和数
   の大きい方の水和物を含む水和物スラリと水溶液との混
   合体を前記熱交換器に供給して、水和数の大きい方の水
   和物を含む水和物スラリを効率よく製造することを特徴
   とする水和物スラリの製造方法。