JP2005326130A

JP2005326130A - 溶解熱を利用した冷熱及びまたは温熱の発生方法とその装置

Info

Publication number: JP2005326130A
Application number: JP2004166698A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Kanemitsu; 俊典金光
Original assignee: Hiroshima Gas Co Ltd
Current assignee: Hiroshima Gas Co Ltd
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】溶質の溶解時の吸熱現象を利用し冷凍を行う溶解式冷温水製造の方法において一般家庭用規模で安定的に冷凍を行うための溶質と溶媒の組み合わせを選定し、小形化を図るための各構成要素の形状と配置を定める。
【解決手段】溶解式冷温水製造方法において溶質をチオシアン酸カリウム、溶媒を水とし、晶析器と接触管路と溶解器を鉛直方向下方に向け順次連続的に配置させて構成し、溶解器内の低温希薄溶液の冷熱を取り出しあわせて、凝縮器と高温濃厚溶液の温熱を取り出し利用する。
【選択図】図1

Description

本発明は、一般家庭用規模における物質の溶解に伴う吸熱現象を利用した冷水及びまたは温水を製造する方法及びその装置に関するものである。

一般家庭用規模における冷凍機はフロン等の冷媒ガスを利用した機械圧縮式冷凍機またはアンモニアを利用した吸収式冷凍機等が実用化され利用されている。フロン等の冷媒ガスは、オゾン層破壊や地球温暖化等の原因物質としてその使用が問題とされている。またアンモニアは可燃性ガスであると共に人体にとって有害な物質でありその使用には多くの制約がある。

これらの問題点を取り除いた一般家庭用規模の冷温水製造方法及びその装置として、特定の溶質の特定の溶媒中への溶解に伴う吸熱現象を利用して冷水と温水を連続的に製造する溶解式冷温水製造方法が提案されている。

当該冷温水の製造を連続的に行うためには、当該溶液と溶媒の分離再生のための再生工程及び溶媒蒸気を凝縮させるための凝縮工程、溶質を再結晶させるための晶析工程、当該溶質の結晶を溶媒中に溶解させる溶解工程が必要であるが、当該各工程間の管路を結晶が閉塞するなどの問題があり今だ実用化されていない。

また、当該溶解式冷温水製造方法における溶質と溶媒の物質選定においても、溶解度、溶質単位質量あたりの溶解に伴う吸熱量、溶質の再結晶により生成される結晶群中の当該溶液の透過性、溶質及び溶媒物質の安定性人体や環境への無害性、等の具備条件を満足する実用化に適した物質選択と組み合わせの開発が求められている。
特公平１−２６４６２号公報

以上に述べた従来の溶解式冷温水製造方法の実用化を阻害している主な問題点は、当該溶解式冷温水製造方法における各工程間の溶質結晶及び溶質結晶と溶液からなる結晶スラリーの安定的な移動の確保と、上記実用化に適した溶質と溶媒物質の組み合わせの開発である。本発明は、上記の問題点を解決し一般家庭用規模における小形の溶解式冷温水製造方法及びその装置を実用化することを目的とする。

本発明は、溶解式冷温水製造方法において、溶質としてチオシアン酸カリウムをまた溶媒として水をそれぞれ選定し、組み合わせて利用するものである。

あわせて晶析工程と接触工程と溶解工程を順次鉛直方向下方に向かって連続的かつ一体的に配置することにより上記目的を達成するものである。

本発明は、以上のように溶質と溶媒物質が選定され当該各工程が構成配置されているので、以下に記載されるような効果を奏する。

チオシアン酸カリウムは化学的に比較的安定かつ人体及び環境に対し毒性や危険性が低い。また水に対し高い溶解度を有し、溶質の単位質量あたりの溶解に伴う吸熱量が大きく、溶解式冷温水器の所要容積を小形化できる。さらに通常使用状況下において析出する結晶から形成される結晶群は空間率が高く当該溶液の透過性が良好であり、結晶の流路閉塞による運転不能状態の発生を回避し易い。また結晶の密度が高く溶液中を沈降し易いため接触工程を小形化できる等の特徴を有し、溶解式冷温水器の構造の単純化並びに小形化に適した溶質と溶媒の組み合わせである。

また、晶析工程と接触工程と溶解工程を順次鉛直方向下方に向かって連続的かつ一体的に配置することにより、溶質結晶の溶液中の輸送を重力沈降によって行うことができ当該結晶の輸送のための装置を必要とせず、輸送経路における結晶群の沈積による閉塞などの問題を回避できるため溶解式冷温水器の構造の単純化並びに小形化が図れ実用化に適する。

溶解式冷凍方法及び溶解式冷温水製造方法において、溶質としてチオシアン酸カリウムをまた溶媒として水を用い、当該溶質の溶媒中に溶解する時の吸熱現象を利用し冷熱を発生させ、当該冷熱により生成する低温希薄溶液を冷熱媒体として取り出し、製氷、冷水製造、冷蔵用などの冷熱源として利用する。

また当該希薄溶液を加熱再生する再生工程において発生する高温水蒸気と高温濃厚溶液を温熱源として熱交換器を介して給湯または暖房用温水、温風等を取り出す。

当該溶解式冷温水製造方法を実施するための溶解式冷温水器において、溶質を再結晶させるための晶析器の鉛直方向下方に当該結晶を再溶解させるための溶解器を連続して配置し当該晶析器と当該溶解器の間に一体的に接続配置した管路部を設け当該溶質結晶を当該管路部内を重力沈降させ溶解器に移動させ、また溶解器内の低温希薄溶液を当該管路部内を上昇させて当該沈降結晶と接触させて再生器へ戻すよう構成配置する。

以下、本発明の実施の形態として一実施例を図1に基づいて説明する。なお溶質としてチオシアン酸カリウム、溶媒として水を用いるものとし、説明の便宜上簡単に溶質、溶媒と表現することもある。

図において、1は再生器である。再生器1内の溶液を加熱沸騰させるための加熱源として燃焼器2及び燃焼排気筒3を配置する。加熱源は、高温蒸気や高温排熱であってもよい。再生器1内の上部空間部には蒸発面の拡大を行うための多孔板等の障害物4a,4b,4cを多段に設ける。当該障害物4a,4b,4cは設けなくてもよい。8は溶液の液面である。再生器1の上部壁体には溶媒蒸気取り出し管5と希薄溶液戻り管6を開口配置する。再生器1内に戻ってくる希薄溶液が障害物全体に流下するように希薄溶液戻り管6の開口部の位置と形状を構成する。再生器1の下部壁体には、高温の濃厚溶液を取り出すための高温濃厚溶液取り出し管7を開口配置する。

加熱して再生器1内で発生させた溶媒蒸気は再生器1と管路部を介し連続して配置した凝縮器47、凝縮器48に順次移動させ、冷却水及びまたは上水と熱交換器を介して接触冷却せしめ凝縮させた後、管路を通して熱交換器42、43、44、40を順次経由しポンプ37により溶解器21の上部壁体に開口配置した低温凝縮水入口25から溶解器21内に注入する。高温の濃厚溶液は高温濃厚溶液取り出し管7から取り出し管路を通り熱交換器45、46を順次経由して主冷却器34にポンプ35により輸送する。主冷却器34において冷却水等により冷却した後に、晶析器11側壁に設けた低温濃厚溶液入口20を通して晶析器11内部に注入する。

凝縮器48上部には逆止弁61を介して大気開放管を開口配置する。これにより凝縮器48は大気圧以下の圧力に維持すると共に、系内の非凝縮性ガスを排除できる。

21は溶解器である。溶解器21内には、底部に溶質の結晶を貯留する空間部73と、その上部に溶質の結晶と溶媒を接触させて溶解させるための空間部を連続して配置し当該空間部には溶液を撹拌するため、溶液取り入れ口29a、29bを設けた下降流誘導筒24を配置し
下降流誘導筒24の中心部に配置した下降流発生翼23を電動機14接続した撹拌軸13により回転させ下降流を発生させる。これにより、溶媒と溶質結晶を効率よく接触させて溶解を促進させる。

溶解器21内で発生した低温の希薄溶液は低温熱媒体出口26から取り出し、冷房用の冷水製造や冷蔵用の低温熱源として利用した後、低温熱媒体入口27から再び溶解器21内に戻し循環利用する。
溶解器21内の低温希薄溶液は管路部16を経由し上昇して晶析器11の底部71を経由し晶析器11の上部に設けた希薄溶液出口19を経由して熱交換器42を経由し希薄溶液戻り管6を経由し再生器1内に流入する。

晶析器11はジャケット構造とし冷却水を冷却水入口17から注入し空間71内を経由して冷却水出口18から取り出す。これにより晶析器内の溶液を側壁12を介して冷却し、溶質の析出熱を除き結晶の成長を促進させる。また晶析器内の溶液の一部を取り出して冷却器31により冷却すると共にポンプ32により循環撹拌を行い種結晶を作り、バルブ32を介して低温濃厚溶液入口20から晶析器11内に種結晶を注入する。これにより晶析器11内の結晶の生成と成長を促進させる。
また、撹拌軸13に取り付けた撹拌翼15a、15b、15cにより晶析器11内を緩やかに撹拌させて結晶の成長を促進させる。

なお、状規各冷却水は循環使用する場合には、冷却水の保有熱は放熱器を介して大気中に放熱するか、冷却塔を介して大気中に放熱さてもよい。

冷却水入口51から上水を注入し、冷却水出口52から給湯用温水を取り出すことができる。また冷却水入口53から暖房用温水の戻り温水を注入し冷却水出口54から暖房用温水を昇温し取り出し暖房用温水として利用することができる。その他加熱用温水の温熱源として利用できる。取り出した温熱の温度が低い場合には、補助熱源を用いて昇温を行う。

本発明の溶解式冷温水製造方法を給湯専用器として運転する場合には排熱や大気熱などを溶解器から取り込み、晶析工程で発生する析出熱を回収利用することで、エネルギー効率の高い給湯器を構成することができる。

また、以下に本発明の実施の形態としての別の一実施例を図2に基づいて説明する。溶質としてチオシアン酸カリウム、溶媒として水を用いるものとし、説明の便宜上簡単に溶質、溶媒と表現することもある。

本発明を冷凍の用途に用いる場合であって、冷却を通常大気により行うこともできる。
この場合には、溶解器21から再生器1に還流する低温希薄溶液を高温濃厚溶液及び再生器1から発生した高温の蒸気と熱交換器83a,83b,83c及び低温再生器82を介してそれぞれ熱交換させた後に再生器1に戻す。

当該熱交換により低温にした濃厚溶液と当該蒸気をさらに通常大気と放熱用フィン81a,81b,81c,81dを介して冷却する。当該熱交換により発生する凝縮水はポンプ37を介して溶解器21に注入する。途中の管路に逆止弁84a,84b,84cを配置してもよい。

再生器1から発生した蒸気の熱で低温再生器82内の管路85内で蒸発が起きる場合があるが、当該発生蒸気は、熱交換器83aにおいて希薄溶液出口19から取り出した低温希薄溶液と熱交換させて一部または全部を凝縮させる。さらに大気と放熱フィン81eを介して冷却し凝縮水を回収利用する。

再生器1で発生した蒸気の一部または全部は低温再生器82内で凝縮しポンプ37により溶解器21に注入する。凝縮しなかった蒸気は熱交換器83bにおいてさらに冷却し凝縮水を回収利用する。さらに通常大気と放熱フィン81fを介して熱交換させて冷却し凝縮水を回収利用する。

本発明は規模を拡大することは容易であり、業務用等大規模の冷温水供給装置として利用できる。また大規模業務用空調用熱源機や産業用冷熱または温熱の供給装置として利用できる。

溶解式冷温水器の構成及び実施方法を示した説明図（実施例1）溶解式冷凍機の構成及び実施方法を示した説明図（実施例2）

符号の説明

1 再生器
2 燃焼器
3 燃焼排気筒
11 晶析器
13 撹拌軸
21 溶解器
25 低温凝縮水入口
28 撹拌軸受
47 凝縮器
48 凝縮器

Claims

溶質が溶媒中に溶解するときに発生する吸熱現象を利用し冷熱を発生させる溶解式冷凍方法において、当該溶質としてチオシアン酸カリウムを、溶媒として水をそれぞれ用いることを特徴とする溶解式冷凍方法。
請求項1に記載の溶解式冷凍方法であって、溶質の結晶を溶媒中に溶解させるための空間を提供する容器である溶解器を設け、当該溶解器の内部に当該溶質の結晶と溶媒を接触させるための撹拌装置を設け、当該溶解器の下部に当該溶質の結晶の一部または全部を貯留させるための空間と、当該溶解器の上部には、濃厚溶液から溶質の結晶を析出させるための空間を提供する容器である晶析器を配置し、当該晶析器と溶解器の間には溶質の結晶が沈降し併せて当該容器内の低温希薄溶液が上昇するための管路である接触管路部を設け、当該溶解器内で溶質の溶解を連続的に行ない当該溶解に伴い発生する吸熱現象を利用して低温希薄溶液を連続的に生成させ冷熱源として利用する溶解工程と、溶液を加熱沸騰させて溶媒蒸気と高温濃厚溶液に分離するための空間を提供する容器である再生器を設け当該再生器に当該再生器を加熱するための加熱装置を設け、当該再生器内の下部に容液を貯留させる空間を設け当該溶液の液面の上部空間内に多孔盤等の障害物を設け、当該再生器の上部より当該溶解工程において発生した低温希薄溶液を晶析器内部を経由して移送流入させ当該障害物表面を流下せしめる溶媒の蒸発を促進するための措置を施した当該低温希薄溶液を加熱沸騰させ高温溶媒蒸気と高温濃厚溶液に分離するための再生工程と、当該高温溶媒蒸気を取り出して冷却し凝縮させるための凝縮工程と、当該高温濃厚溶液を取り出して予冷却するための主冷却器を経由させて晶析器に移送し、晶析器内で発生する析出熱を奪って結晶を成長させるための冷却装置と種結晶を生成し当該晶析器に送り込むための種結晶生成器を併せ設けた晶析工程において当該溶質を再結晶させ、当該晶析工程において生成させた溶質の結晶及び当該結晶に付随する溶液を接触管路部において当該溶解工程からの戻り低温希薄溶液と直接接触させ、当該上昇する低温希薄溶液中を重力沈降させ溶解器へ沈降させるための接触工程と、凝縮工程及び晶析工程において系内の温熱を冷却水等の外部熱媒体に伝導させるための熱交換器群等から構成し、各構成機器及びまたは各工程間を管路等により接続し溶質及びまたは溶媒を連続的または断続的に移動せしめ、連続的に冷熱を発生させる溶解式冷凍方法。
請求項2の溶解式冷凍方法であって、当該溶質としてチオシアン酸カリウム
を用い当該溶媒として水を用いることを特徴とする溶解式冷凍方法。
請求項1,2,3の溶解式冷凍方法において溶解工程で発生した低温希薄溶液と当該希薄溶液の温度より高温の大気や河川水などの温熱源とを熱交換器を介して接触させ溶解器内に取り込んだ熱エネルギーと、再生工程の加熱装置から加えた熱エネルギーとを合わせて、温熱媒体を発生させることを特徴とする溶解式温水製造方法。
請求項1,2,3の溶解式冷凍方法において冷熱を発生させる、併せて凝縮工程と晶析工程から奪い去る温熱を熱源として温熱媒体を発生させることを特徴とする溶解式冷温水製造方法。
請求項1,2,3記載の溶解式冷凍方法と請求項4,5に記載の溶解式温熱製造方法を併せ実施することにより、温熱媒体及びまたは冷熱媒体を併せ発生させることを特徴とする溶解式冷温水製造方法。
請求項1,2,3記載の溶解式冷凍方法において凝縮工程及び晶析工程における冷却操作の一部または全部を通常大気を用いて行うことを特徴とする溶解式冷凍方法。