JP2004093052A - Hydrate slurry manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水和物スラリ製造装置に関する。
【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】
これは、冷凍機の蒸発器での熱交換によってゲスト化合物の水溶液を冷却して所定の熱密度を持つ水和物スラリを直接製造することが困難であったためである。すなわち、蒸発器での熱交換により水和物スラリを製造しようとすると、水和物スラリの粘性が水よりも高くかつ冷却面に水和物が付着するなどの理由から熱抵抗が大きくなる。一方、蒸発器の伝熱面積は小さいため、熱抵抗が大きいと所定の熱密度を持つ水和物スラリを直接製造することは極めて困難になる。
【0006】
しかし、上述した従来の水和物スラリ製造装置では、プレート式や多管式などの熱交換器に加えて、冷水用のポンプと水和物スラリ用の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。
【0007】
【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製造装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水和物スラリ製造装置は、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装置であって、切り換え可能に設置された複数の蒸発器を有する冷凍機と、前記各蒸発器でゲスト化合物水溶液を冷却するように構成されたゲスト化合物水溶液の循環系と、1つの蒸発器内においてゲスト化合物水溶液の循環系が水和物による閉塞過程に入ったときにその蒸発器内でのゲスト化合物水溶液の冷却を停止し、他の蒸発器内でのゲスト化合物水溶液の冷却を開始する制御手段と、ゲスト化合物水溶液の冷却を停止した蒸発器に対して冷凍機中の高温の冷媒を供給する手段とを有する。
【0009】
本発明の水和物スラリ製造装置は、前記蒸発器内に配置された循環系が水和物による閉塞過程に入ったことを検知する手段を有することが好ましい。
【0010】
この検知手段としては、たとえば前記循環系の蒸発器からの出口側配管に設けられた流量計および温度計、ならびに前記循環系の蒸発器への入口側配管と蒸発器からの出口側配管との間に設けられた差圧計のうち少なくとも1つが用いられる。
【0011】
本発明の水和物スラリ製造装置としては、たとえば前記冷凍機が吸収冷凍機であり、ゲスト化合物水溶液の冷却を停止した蒸発器に対して、発生器で発生した冷媒ガスを供給する手段を有するものが挙げられる。
【0012】
また、本発明の水和物スラリ製造装置は、前記冷凍機が圧縮冷凍機であり、ゲスト化合物水溶液の冷却を停止した蒸発器に対して、圧縮機で発生した冷媒ガスを供給する手段を有するものでもよい。
【0013】
また、本発明の水和物スラリ製造装置は、前記冷凍機が圧縮冷凍機であり、ゲスト化合物水溶液の冷却を停止した蒸発器に対して、凝縮器で発生した冷媒液を供給する手段を有するものでもよい。
【0014】
本発明の水和物スラリ製造装置は、前記蒸発器内に配置された循環系においてゲスト化合物水溶液を過冷却し、前記蒸発器からのゲスト化合物水溶液の循環系の出口側配管に、過冷却された水溶液の過冷却状態を解除して水和物スラリを生成させる手段を設けることが好ましい。
【0015】
この過冷却解除手段としては、小型冷凍機の冷却部、低温突起、超音波発振器の発振部、低周波振動子、水和物スラリの注入手段、スタティックミキサー、攪拌羽根、またはポンプなどが挙げられる。
【0016】
本発明の水和物スラリ製造装置において用いられ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種が用いられる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に係る水和物スラリ製造装置では、冷凍機の蒸発器内にゲスト化合物水溶液の循環系を配置してゲスト化合物水溶液を冷却するようにしているので、従来の装置に必要であった水和物スラリ製造熱交換器を省略でき、装置構成を簡素化することができる。また、複数の蒸発器を切り換え可能に設置し、1つの蒸発器内においてゲスト化合物水溶液の循環系が水和物による閉塞過程に入ったときにその蒸発器内でのゲスト化合物水溶液の冷却を停止し、他の蒸発器内でのゲスト化合物水溶液の冷却を開始するようにして、閉塞過程に入ったゲスト化合物水溶液の循環系を使用しないので、ゲスト化合物水溶液を輸送するポンプ動力の増大を防止できる。また、ゲスト化合物水溶液の冷却を停止した蒸発器に対して冷凍機中の高温の冷媒を供給し、冷凍機内部の熱を利用して閉塞過程に入った循環系での水和物の融解運転を行うようにしているので、省エネルギーを図ることができる。
【0018】
また、本発明の水和物スラリ製造装置では、蒸発器内に配置された循環系が水和物による閉塞過程に入ったことを検知する手段を設けることにより、1つの蒸発器での水和物スラリ製造運転の停止と、他の蒸発器での水和物スラリ製造運転の開始を自動的かつ迅速に切り換えることができる。
【0019】
さらに、本発明の水和物スラリ製造装置では、蒸発器内に配置された循環系においてゲスト化合物水溶液を過冷却し、蒸発器からのゲスト化合物水溶液の循環系の出口側配管に、過冷却された水溶液の過冷却状態を解除して水和物スラリを生成させる手段を設けることにより、蒸発器内に配置された循環系での水和物スラリの生成を極力避けることができ、循環系の閉塞防止とポンプ動力の増大防止に寄与できる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
図1を参照して本発明に係る水和物スラリ製造装置の一例について説明する。この水和物スラリ製造装置は、冷媒として水、吸収剤として臭化リチウム(LiBr)を用いた二重効用吸収冷凍機10を用いたものである。この吸収冷凍機10の主要な構成要素は、水和物スラリ製造熱交換器を兼ねる2つの蒸発器20aおよび20b、吸収器30、第一発生器40、第二発生器50、凝縮器60である。また、凝縮器60などで用いられる冷却水を供給する冷却塔70が設けられている。
【0021】
蓄熱槽1内のゲスト化合物水溶液は水溶液ポンプ2により蒸発器内に配置された伝熱管に輸送されて過冷却される。すなわち、水和物生成温度よりも温度が低いが溶液のままである。後述するように、蒸発器で過冷却された水溶液は過冷却解除手段(図1には図示せず)で過冷却が解除されて水和物スラリとなり蓄熱槽1へ戻る。このとき、ゲスト化合物水溶液の濃度によっては、水和数の異なる第一水和物および第二水和物(第二水和物の生成温度は第一水和物の生成温度よりも高い)が存在しうるが、このような濃度領域では過冷却を解除することにより第二水和物を生成させる。後述するように、蓄熱槽1から蒸発器内に配置された伝熱管を流通して蓄熱槽1へ戻るゲスト化合物水溶液の循環系には、伝熱管内部が水和物スラリの付着による閉塞過程に入ったことを検知する手段(図1には図示せず)が設けられている。蓄熱槽1内の水和物スラリはスラリポンプ4により負荷5へ輸送され、負荷5においてその冷熱が利用されて水溶液となり蓄熱槽1へ戻る。
【0022】
いま、蒸発器20aを用いて水和物スラリ製造運転を行う場合について説明する。
蒸発器20a内に配置された伝熱管3a内に水溶液ポンプ2により蓄熱槽1内のゲスト化合物水溶液を流通させる。蒸発器20a内には凝縮器60で凝縮された水がポンプ61aにより配管62を通して輸送され、蒸発器20a内で散布されて伝熱管3aの表面で蒸発する。この結果、伝熱管3a内を流通するゲスト化合物水溶液が冷却される。蒸発器20aで蒸発した水蒸気は配管21aを通して吸収器30へ送られる。
【0023】
吸収器30では、第二発生器50から供給されるLiBr濃縮溶液がノズル31から散布される。吸収器30内には冷却塔70から凝縮器60を経由して冷却水配管72が配置されている。冷却水配管72内には、冷却塔70の冷却水が冷却水ポンプ71により輸送される。吸収器30内で散布されたLiBr濃縮溶液は、冷却水配管72内を流通する冷却水によって冷却され、水蒸気の吸収能が高められる。蒸発器20aからの水蒸気はLiBr濃縮溶液に吸収され、吸収器30底部にLiBr希釈溶液が溜まる。吸収器30底部のLiBr希釈溶液は吸収溶液ポンプ32により配管33を通して第一発生器40へ輸送される。
【0024】
第一発生器40内には伝熱管41が設けられ、この伝熱管41には工場の排熱などの比較的低温の熱源によって発生させた低温蒸気が供給される。伝熱管41に供給される低温蒸気によって、吸収器30からのLiBr希釈溶液を加熱して水を蒸発させて、LiBr希釈溶液を濃縮する。LiBr濃縮溶液は配管42を通して第二発生器50に送られる。また、第一発生器40で発生した水蒸気は、配管43を通して第二発生器50内のLiBr濃縮溶液中を経由し、さらに配管44を通して凝縮器60へ送られる。
【0025】
第二発生器50内のLiBr濃縮溶液中には、第一発生器40で発生した水蒸気を流通させる配管43が配置されている。配管43を流通する水蒸気によってLiBr濃縮溶液を加熱して水を蒸発させて、LiBr濃縮溶液をさらに濃縮する。このようにして二段階で濃縮されて水蒸気の吸収能力が回復したLiBr濃縮溶液は、配管51を通して吸収器30内のノズル31に供給され、蒸発器20aからの水蒸気を吸収するために用いられる。また、第二発生器50で発生した水蒸気は、配管52を通して、凝縮器60へ送られる。
【0026】
凝縮器60内には冷却水配管72が配置されており、冷却塔70からの冷却水が流通される。冷却水配管72を流通する冷却水によって、第一発生器40および第二発生器50で発生した水蒸気が凝縮される。凝縮器60で凝縮された水は蒸発器20aへ送られる。
【0027】
このような冷凍サイクルにより、蓄熱槽1から供給される約12℃のゲスト化合物水溶液が蒸発器20aで過冷却され、蒸発器20a外部で過冷却が解除されて水和物スラリが生成し、こうして生成した約5℃の水和物スラリが蓄熱槽1へ戻る。過冷却解除手段については後述する。
【0028】
しかし、上述したような水和物スラリ製造運転時に蒸発器20a内に配置された伝熱管3a内部で水和物が付着し、伝熱管3aが閉塞過程に入ることがある。蒸発器20a内に配置された伝熱管3aにおいて閉塞の兆候が検知されたときには、蒸発器20aでの水和物スラリ製造運転を停止し、蒸発器20bに切り換えて水和物スラリ製造運転を継続する。
【0029】
具体的には、電磁弁63a、22aを閉じて凝縮器60から蒸発器20aへの凝縮水の輸送および蒸発器20aからの吸収器30への水蒸気の輸送を停止し、電磁弁63b、22bを開いて凝縮器60から蒸発器20bへの凝縮水の輸送および蒸発器20bからの吸収器30への水蒸気の輸送を開始するように制御する。こうして、蒸発器20bによる水和物スラリ製造運転を継続できる。
【0030】
一方、水和物スラリ製造運転を停止した蒸発器20aは融解運転に入る。融解運転は、第二発生器50で発生した蒸気を融解熱源として使用するか、または第二発生器50出口の凝縮水を融解熱源として使用する。
【0031】
第二発生器50で発生した蒸気を融解熱源として使用し、融解運転を行う場合を説明する。この場合、第二発生器50−凝縮器60間の水蒸気の配管52に、電磁弁を備えたバイパス配管53を設け、第二発生器50で発生した水蒸気の一部を蒸発器20aへ輸送し、伝熱管3a内に付着した水和物を融解させる。すなわち、伝熱管3aにおいて閉塞の兆候が検知されたときには、上述したように電磁弁63a、22aを閉じる。この状態で、バイパス配管53の電磁弁54aを開いて第二発生器50で発生した水蒸気の一部を蒸発器20aへ輸送する。
【0032】
第二発生器50出口の凝縮水を融解熱源として使用し、融解運転を行う場合を説明する。この場合、第二発生器50−凝縮器60間の凝縮水の配管44に、電磁弁を備えたバイパス配管45を設け、第二発生器50出口の凝縮水の一部を蒸発器20aへ輸送し、伝熱管3a内に付着した水和物を融解させる。すなわち、伝熱管3aにおいて閉塞の兆候が検知されたときには、上述したように電磁弁63a、22aを閉じる。この状態で、バイパス配管45の電磁弁46aを開いて第二発生器50出口の凝縮水の一部を蒸発器20aへ輸送する。
【0033】
上記のような融解運転を行うことにより、蒸発器20aを再び水和物スラリ製造運転に使用できるように準備しておく。
【0034】
蒸発器20b内に配置された伝熱管3bにおいて閉塞の兆候が検知されたときにも、上記と同様な操作により、蒸発器20bでの水和物スラリ製造運転を停止し、蒸発器20aに切り換えて水和物スラリ製造運転を継続することができる。
【0035】
次に、図2を参照して、蒸発器内に配置された伝熱管における閉塞過程の検知手段および閉塞防止手段について説明する。図2では蒸発器20aについて説明するが、蒸発器20bについても同様の構成となっている。
【0036】
図2に示すように、伝熱管3aからの出口側配管7には流量計81および温度計82が取り付けられている。また、伝熱管3aへの入口側配管6と伝熱管3aからの出口側配管7との間には差圧計83が接続されている。これらの機器により、水溶液の温度もしくは流量、または水溶液の入口側−出口側間の差圧が設定値から変動したことを検知することにより、伝熱管3aが水和物による閉塞過程に入ったことを検知できるようになっている。また、これらの下流の出口側配管7には過冷却解除手段100が設けられている。
【0037】
流量計81、温度計82または差圧計83によって伝熱管3aが閉塞過程に入ったことが検知されると、その信号が上述したように電磁弁に入力され、蒸発器20aは融解運転に入る。
【0038】
流量計81、温度計82または差圧計83の信号は、ゲスト化合物水溶液を過冷却するように冷凍機の冷凍能力を制御するために用いることもできる。
【0039】
次に、図3〜図9を参照して過冷却解除手段100の例を説明する。図3〜図9は単独で用いてもよいし、種類の異なる複数の過冷却解除手段を併用してもよい。
【0040】
図3の過冷却解除手段は、小型冷凍機101に接続された冷却部102からなっており、冷却部102は外部から出口側配管7中に挿入されている。冷却部102の表面には水和物が付着している。過冷却された水溶液が冷却部102に接触すると、冷却部102の表面に存在する付着水和物が生成核として作用し過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。なお、小型冷凍機101に接続された冷却部102の代わりに、ペルチェ素子などからなる低温突起を用いてもよい。
【0041】
図4の過冷却解除手段は、超音波発振器103に接続された発振部104からなっており、発振部104は外部から出口側配管7中に挿入されている。過冷却された水溶液が発振部104に接触すると、振動によって過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。超音波発振器103の代わりに、数〜数百Hzの低周波振動子を用いてもよい。
【0042】
図5の過冷却解除手段は、水和物スラリ容器105からポンプ106により水和物を出口側配管7に注入するようにした注入口107からなっている。過冷却された水溶液が、注入口107から注入された水和物と接触すると、注入された水和物が生成核となって容易に水和物が生成する。
【0043】
図6の過冷却解除手段は、出口側配管7内に設けられた流体を反転・混合させるためのねじり板のような機構を有するスタティックミキサー108からなっている。過冷却された水溶液はスタティックミキサー108によって攪拌されて過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。
【0044】
図7の過冷却解除手段は、出口側配管7の途中に挿入された容器内に収容された、モータ109によって回転する攪拌羽根110からなっている。過冷却された水溶液は攪拌羽根110によって攪拌されて過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。
【0045】
図8の過冷却解除手段は、出口側配管7の途中に設けられたポンプケーシング内をインペラが回転しているポンプ111である。過冷却された水溶液はポンプ120によって攪拌されて過冷却が解除され、容易に水和物が生成する。
【0046】
図9に示すように、出口側配管7にバイパス管路120を設けるとともに出口側配管7およびバイパス管路130にそれぞれ流路切換弁121,122を設け、バイパス管路130に小型冷凍機の冷却部102などの過冷却解除手段を設けてもよい。
【0047】
次に、図10および図11を参照して本発明の他の実施形態に係る水和物スラリ製造装置について説明する。これらの水和物スラリ製造装置は切り換え可能に設置された2つ蒸発器を有する圧縮冷凍機を用いたものである。まず図10および図11に共通する構成について説明し、図10と図11とで異なる構成について個別に説明する。
【0048】
図10および図11において、圧縮冷凍機の主要な構成要素は、水和物スラリ製造熱交換器を兼ねる2つの蒸発器201aおよび201b、圧縮機202、凝縮器203、それぞれの蒸発器に対応する膨張弁204a、204bである。図10および図11の蒸発器201aおよび201bは、シェルアンドチューブ式熱交換器、またはプレート式熱交換器となっており、伝熱面を介して熱交換される。シェルアンドチューブ式の場合、チューブ(伝熱管)側にゲスト化合物水溶液を流通させ、シェル側に冷媒を流通させる。ゲスト化合物水溶液は、図示しない蓄熱槽から水溶液ポンプ205により蒸発器内に配置された伝熱管に輸送されて過冷却され、過冷却が解除されて水和物スラリとなって蓄熱槽へ戻る循環系を循環している。これらの図には図示していないが、図1と同様に検知手段、過冷却解除手段などの機器も設けられている。
【0049】
図10の水和物スラリ製造装置で、蒸発器201aを用いて水和物スラリ製造運転を行っている、すなわち蒸発器201a内に配置された伝熱管を流通するゲスト化合物水溶液を冷却しているものとする。このとき、電磁弁213、および蒸発器201aの上流・下流の電磁弁211a、212aを開にし、蒸発器201bの上流・下流の電磁弁211b、212bを閉にしている。
【0050】
蒸発器201a内の伝熱管が閉塞過程に入った場合に、蒸発器201aの上流・下流の電磁弁211a、212aを閉にし、蒸発器201bの上流・下流の電磁弁211b、212bを開にして蒸発器201bで水和物スラリ製造運転を継続する。一方、電磁弁214a、215aを開にして、凝縮器203出口の高温・高圧の冷媒液をバイパスさせて蒸発器201aに流し、融解運転を行う(凝縮冷媒液バイパス)。蒸発器201aでの融解運転により温度の下がった冷媒液は他方の蒸発器201bへ送られる。逆に、蒸発器201b内の伝熱管が閉塞過程に入った場合にも、上記と同様な操作を行う。
【0051】
図11の水和物スラリ製造装置で、蒸発器201aを用いて水和物スラリ製造運転を行っている、すなわち蒸発器201a内に配置された伝熱管を流通するゲスト化合物水溶液を冷却しているものとする。蒸発器201a内の伝熱管が閉塞過程に入った場合に、電磁弁211aを閉にし、電磁弁216aを開にする。こうして、圧縮機202出口の高温・高圧の冷媒ガスをバイパスさせて蒸発器201aに流し、融解運転を行う(圧縮冷媒ガスバイパス)。
【0052】
図11には図示していないが、蒸発器201bに対しても、蒸発器201aに対するバイパス配管および電磁弁216aに相当するバイパス配管および電磁弁が設けられており、蒸発器201b内の伝熱管が閉塞過程に入った場合には上記と同様な操作を行う。
【0053】
図10および図11の水和物スラリ製造装置でも、図1の装置と同様な効果が得られる。
【0054】
【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製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水和物スラリ製造装置の一例を示す構成図。
【図2】本発明に係る水和物スラリ製造装置において用いられる閉塞過程の検知手段および閉塞防止手段を示す構成図。
【図3】過冷却解除手段の一例を示す構成図。
【図4】過冷却解除手段の他の例を示す構成図。
【図5】過冷却解除手段の他の例を示す構成図。
【図6】過冷却解除手段の他の例を示す構成図。
【図7】過冷却解除手段の他の例を示す構成図。
【図8】過冷却解除手段の他の例を示す構成図。
【図9】過冷却解除手段の他の例を示す構成図。
【図10】本発明に係る水和物スラリ製造装置の他の例を示す構成図。
【図11】本発明に係る水和物スラリ製造装置のさらに他の例を示す構成図。
【符号の説明】
1…蓄熱槽
2…水溶液ポンプ
3a,3b…伝熱管
4…スラリポンプ
5…負荷
6…入口側配管
7…出口側配管
10…吸収冷凍機
20a,20b…蒸発器
30…吸収器
40…第一発生器
50…第二発生器
60…凝縮器
70…冷却塔
81…流量計
82…温度計
83…差圧計
100…過冷却解除手段
101…小型冷凍機
102…冷却部
103…超音波発振器
104…発振部
105…水和物スラリ容器
106…ポンプ
107…注入口
108…スタティックミキサー
109…モータ
110…攪拌羽根
111…ポンプ
120…バイパス管路
121,122…流路切換弁
201a,201b…蒸発器
202…圧縮機
203…凝縮器
204a,204b…膨張弁
205…水溶液ポンプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrate slurry manufacturing device.
[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]
This is because it was difficult to directly produce a hydrate slurry having a predetermined heat density by cooling an aqueous solution of a guest compound by heat exchange in an evaporator of a refrigerator. That is, when an attempt is made to produce a hydrate slurry by heat exchange in an evaporator, the hydrate slurry has a higher thermal resistance because the viscosity of the hydrate slurry is higher than that of water and the hydrate adheres to the cooling surface. On the other hand, since the heat transfer area of the evaporator is small, it is extremely difficult to directly produce a hydrate slurry having a predetermined heat density if the heat resistance is large.
[0006]
However, the conventional hydrate slurry production equipment described above requires a pump for cold water and a pump for hydrate slurry in addition to a plate-type or multi-tube heat exchanger, so equipment costs are reduced. There was a problem of high energy consumption.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a hydrate slurry manufacturing apparatus that can achieve cost reduction and energy saving by omitting a plate type or multi-tube type heat exchanger and pump.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The hydrate slurry producing apparatus according to the present invention is an apparatus 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. A refrigerator having a plurality of evaporators installed in a switchable manner, a circulating system of the guest compound aqueous solution configured to cool the guest compound aqueous solution in each of the evaporators, and a guest in one evaporator. Control means for stopping the cooling of the aqueous solution of the guest compound in the evaporator when the circulation system of the aqueous compound solution enters a closing process by the hydrate and starting to cool the aqueous solution of the guest compound in the other evaporator; Means for supplying a high-temperature refrigerant in the refrigerator to the evaporator in which cooling of the aqueous guest compound solution is stopped.
[0009]
It is preferable that the hydrate slurry production apparatus of the present invention has a means for detecting that a circulation system disposed in the evaporator has entered a hydrate blocking process.
[0010]
As the detection means, for example, a flow meter and a thermometer provided at an outlet pipe from the evaporator of the circulation system, and a flowmeter and a thermometer provided at an inlet pipe to the evaporator of the circulation system and an outlet pipe from the evaporator are provided. At least one of the differential pressure gauges provided therebetween is used.
[0011]
In the hydrate slurry production apparatus of the present invention, for example, the refrigerator is an absorption refrigerator, and has means for supplying a refrigerant gas generated by the generator to an evaporator in which cooling of the aqueous solution of the guest compound is stopped. Things.
[0012]
Further, the hydrate slurry producing apparatus of the present invention is configured such that the refrigerator is a compression refrigerator, and has means for supplying a refrigerant gas generated by the compressor to an evaporator in which cooling of the aqueous solution of the guest compound is stopped. It may be something.
[0013]
Further, the hydrate slurry producing apparatus of the present invention is such that the refrigerator is a compression refrigerator, and has means for supplying a refrigerant liquid generated in the condenser to an evaporator in which cooling of the aqueous guest compound solution is stopped. It may be something.
[0014]
The hydrate slurry production apparatus of the present invention supercools the guest compound aqueous solution in a circulation system arranged in the evaporator, and supercools the outlet-side pipe of the circulation system of the guest compound aqueous solution from the evaporator. It is preferable to provide a means for generating a hydrate slurry by releasing the supercooled state of the aqueous solution.
[0015]
Examples of the supercooling release unit include a cooling unit of a small refrigerator, a low-temperature projection, an oscillating unit of an ultrasonic oscillator, a low-frequency oscillator, a hydrate slurry injection unit, a static mixer, a stirring blade, and a pump. .
[0016]
The guest compound used in the hydrate slurry production apparatus of the present invention is selected from the group consisting of tetra n-butylammonium salt, tetraiso-amylammonium salt, tetraiso-butylphosphonium salt and triiso-amylsulfonium salt. At least one of them is used.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the hydrate slurry production apparatus according to the present invention, since the guest compound aqueous solution is cooled by arranging the circulation system of the guest compound aqueous solution in the evaporator of the refrigerator, water required for the conventional apparatus is required. The heat exchanger for producing a Japanese slurry can be omitted, and the configuration of the apparatus can be simplified. In addition, a plurality of evaporators are installed so as to be switchable, and cooling of the guest compound aqueous solution in the evaporator is stopped when the circulation system of the guest compound aqueous solution enters a closing process by hydrate in one evaporator. However, since the cooling of the guest compound aqueous solution in the other evaporator is started and the circulation system of the guest compound aqueous solution that has entered the closing process is not used, an increase in pump power for transporting the guest compound aqueous solution can be prevented. . In addition, the high-temperature refrigerant in the refrigerator is supplied to the evaporator in which the cooling of the aqueous solution of the guest compound has been stopped, and the hydrate melting operation in the circulation system that has entered the closing process using the heat inside the refrigerator. , Energy saving can be achieved.
[0018]
Further, in the hydrate slurry manufacturing apparatus of the present invention, a means for detecting that the circulating system arranged in the evaporator has entered the hydration clogging process is provided, so that the hydration slurry in one evaporator is provided. It is possible to automatically and quickly switch between stopping the product slurry production operation and starting the hydrate slurry production operation in another evaporator.
[0019]
Further, in the hydrate slurry production apparatus of the present invention, the guest compound aqueous solution is supercooled in the circulation system arranged in the evaporator, and the guest compound aqueous solution from the evaporator is supercooled to the outlet pipe of the circulation system. By providing a means for releasing the supercooled state of the aqueous solution to generate a hydrate slurry, it is possible to minimize the generation of a hydrate slurry in a circulation system arranged in the evaporator, and This can contribute to preventing blockage and preventing an increase in pump power.
[0020]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
An example of a hydrate slurry production apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. This hydrate slurry production apparatus uses a double
[0021]
The aqueous solution of the guest compound in the heat storage tank 1 is transported by the aqueous solution pump 2 to a heat transfer tube arranged in the evaporator and is supercooled. That is, although the temperature is lower than the hydrate formation temperature, the solution remains. As described later, the aqueous solution supercooled by the evaporator is released from the supercooling by the supercooling releasing means (not shown in FIG. 1) and returns to the heat storage tank 1 as a hydrate slurry. At this time, depending on the concentration of the aqueous guest compound solution, the first hydrate and the second hydrate having different hydration numbers (the formation temperature of the second hydrate is higher than the formation temperature of the first hydrate) Although it may be present, in such a concentration range, the second hydrate is formed by releasing the supercooling. As described later, in the circulation system of the aqueous solution of the guest compound which returns from the heat storage tank 1 to the heat storage tank 1 through the heat transfer tube disposed in the evaporator, the inside of the heat transfer tube may be clogged with the hydrate slurry. Means for detecting the entry (not shown in FIG. 1) is provided. The hydrate slurry in the heat storage tank 1 is transported to the
[0022]
Now, a case in which a hydrate slurry production operation is performed using the
The aqueous solution pump 2 allows the aqueous solution of the guest compound in the heat storage tank 1 to flow through the
[0023]
In the
[0024]
A
[0025]
In the LiBr concentrated solution in the
[0026]
A cooling
[0027]
With such a refrigeration cycle, the aqueous solution of the guest compound at about 12 ° C. supplied from the heat storage tank 1 is supercooled in the
[0028]
However, during the hydrate slurry production operation as described above, hydrate may adhere inside the
[0029]
Specifically, the
[0030]
On the other hand, the
[0031]
A case in which the steam generated by the
[0032]
A case in which the condensed water at the outlet of the
[0033]
By performing the melting operation as described above, the
[0034]
When a sign of blockage is detected in the
[0035]
Next, with reference to FIG. 2, a description will be given of a means for detecting a blockage process and a blockage prevention unit in the heat transfer tube arranged in the evaporator. FIG. 2 illustrates the
[0036]
As shown in FIG. 2, a
[0037]
When the
[0038]
The signal of the
[0039]
Next, an example of the supercooling canceling means 100 will be described with reference to FIGS. 3 to 9 may be used alone or a plurality of different types of supercooling canceling means may be used in combination.
[0040]
3 comprises a cooling unit 102 connected to a small refrigerator 101. The cooling unit 102 is inserted into the
[0041]
4 includes an oscillating unit 104 connected to the ultrasonic oscillator 103. The oscillating unit 104 is inserted into the
[0042]
5 comprises an inlet 107 for injecting hydrate into the
[0043]
6 includes a static mixer 108 provided in the
[0044]
The supercooling canceling means in FIG. 7 includes a stirring blade 110 rotated by a motor 109 and housed in a container inserted in the middle of the
[0045]
8 is a pump 111 in which an impeller rotates in a pump casing provided in the middle of the
[0046]
As shown in FIG. 9, a bypass pipe 120 is provided in the
[0047]
Next, a hydrate slurry producing apparatus according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. These hydrate slurry production apparatuses use a compression refrigerator having two evaporators installed in a switchable manner. First, a configuration common to FIGS. 10 and 11 will be described, and configurations different between FIGS. 10 and 11 will be individually described.
[0048]
10 and 11, the main components of the compression refrigerator correspond to two evaporators 201a and 201b also serving as a hydrate slurry production heat exchanger, a
[0049]
In the hydrate slurry production apparatus of FIG. 10, the hydrate slurry production operation is performed using the evaporator 201a, that is, the guest compound aqueous solution flowing through the heat transfer tube arranged in the evaporator 201a is cooled. Shall be. At this time, the
[0050]
When the heat transfer tube in the evaporator 201a enters a closing process, the
[0051]
In the hydrate slurry production apparatus of FIG. 11, the hydrate slurry production operation is performed using the evaporator 201a, that is, the guest compound aqueous solution flowing through the heat transfer tube arranged in the evaporator 201a is cooled. Shall be. When the heat transfer tube in the evaporator 201a enters a closing process, the
[0052]
Although not shown in FIG. 11, the evaporator 201b is also provided with a bypass pipe and an electromagnetic valve corresponding to the electromagnetic valve 216a for the evaporator 201a, and a heat transfer tube in the evaporator 201b is provided. When the closing process is started, the same operation as described above is performed.
[0053]
The same effects as those of the apparatus of FIG. 1 can be obtained with the hydrate slurry manufacturing apparatus of FIGS.
[0054]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a hydrate slurry manufacturing apparatus capable of achieving cost reduction and energy saving by omitting a plate-type or multi-tube heat exchanger and a pump.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a hydrate slurry production apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a blockage detection unit and a blockage prevention unit used in the hydrate slurry manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a supercool release unit.
FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of the supercooling release unit.
FIG. 5 is a configuration diagram showing another example of the supercool release unit.
FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the supercooling release unit.
FIG. 7 is a configuration diagram showing another example of the supercooling release unit.
FIG. 8 is a configuration diagram showing another example of the supercooling release unit.
FIG. 9 is a configuration diagram showing another example of the supercooling release unit.
FIG. 10 is a configuration diagram showing another example of the hydrate slurry production apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram showing still another example of the hydrate slurry production apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermal storage tank 2 ...
Claims (9)
切り換え可能に設置された複数の蒸発器を有する冷凍機と、
前記各蒸発器でゲスト化合物水溶液を冷却するように構成されたゲスト化合物水溶液の循環系と、
1つの蒸発器内においてゲスト化合物水溶液の循環系が水和物による閉塞過程に入ったときにその蒸発器内でのゲスト化合物水溶液の冷却を停止し、他の蒸発器内でのゲスト化合物水溶液の冷却を開始する制御手段と、
ゲスト化合物水溶液の冷却を停止した蒸発器に対して冷凍機中の高温の冷媒を供給する手段と
を有することを特徴とする水和物スラリ製造装置。An apparatus 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.
A refrigerator having a plurality of evaporators installed switchably;
A circulatory system for the guest compound aqueous solution configured to cool the guest compound aqueous solution in each of the evaporators,
When the circulating system of the aqueous solution of the guest compound in one evaporator enters a closing process with a hydrate, the cooling of the aqueous solution of the guest compound in the evaporator is stopped, and the aqueous solution of the guest compound in the other evaporator is stopped. Control means for starting cooling;
Means for supplying a high-temperature refrigerant in the refrigerator to the evaporator in which cooling of the aqueous solution of the guest compound is stopped.
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