JP2009068826A - Method and apparatus for producing clathrate hydrate slurry and method of operating the production apparatus - Google Patents

Method and apparatus for producing clathrate hydrate slurry and method of operating the production apparatus Download PDF

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英雅 生越
Naoyuki Furumoto
直行 古本
Hiroyuki Ida
博之 井田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique by which a clathrate hydrate slurry can be stably produced over a long period of time while maintaining a merit in which a clathrate hydrate adherent to a heat exchange surface of a heat exchanger has the effect of accelerating the fresh formation of a clathrate hydrate. <P>SOLUTION: A method for producing the clathrate hydrate slurry has a step in which either an aqueous solution of a guest compound for a clathrate hydrate or a slurry obtained by dispersing or suspending the clathrate hydrate in the aqueous solution or water is made to flow in a heat exchanger tube to yield the clathrate hydrate in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with a refrigerant surrounding the outer periphery of the heat exchanger tube. The amount of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat exchanger tube in the course of heat exchange with the refrigerant is inhibited from increasing by the force of flow of the aqueous solution or slurry running in the heat exchanger tube. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱交換器として伝熱管を使用する包接水和物スラリーの製造技術に関し、詳しくは、包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は包接水和物を水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを伝熱管の内部に流し、その伝熱管の外周囲にある冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に包接水和物を生成する工程を有する包接水和物スラリーの製造方法及びその製造方法を実現する装置並びに、その装置の運転方法に関する。   The present invention relates to a clathrate hydrate slurry production technique using a heat transfer tube as a heat exchanger, and more specifically, an aqueous solution of clathrate hydrate guest compound or clathrate hydrate is dispersed in an aqueous solution or water. Inclusion hydration comprising a step of flowing a slurry in suspension into a heat transfer tube and generating clathrate hydrate in the aqueous solution or slurry through heat exchange with a refrigerant around the heat transfer tube The present invention relates to a method for manufacturing a product slurry, an apparatus for realizing the manufacturing method, and a method for operating the apparatus.

本発明において、次に掲げる用語の定義又は解釈は以下のとおりとする。
(1) 「包接水和物」には準包接水和物が含まれる。以下においては、単に「水和物」と略称する場合がある。
(2) 「包接水和物スラリー」又は「水和物スラリー」とは、包接水和物がそのゲスト化合物の水溶液又は水溶媒に分散又は懸濁してできるスラリー状の物質をいい、当該水溶液又は水溶媒の中に別の組成物(添加物を含む)が存在していても、包接水和物が分散又は懸濁している限り、「包接水和物スラリー」又は「水和物スラリー」に該当する。
(3) 「包接水和物のゲスト化合物の水溶液」とは、包接水和物のゲスト化合物を溶質とする水溶液をいい、当該水溶液の中に包接水和物や別の組成物(添加物を含む)が存在していても、包接水和物のゲスト化合物を溶質とする水溶液である限り、「包接水和物のゲスト化合物の水溶液」に該当する。
(4) 「原料溶液」とは、冷却すると包接水和物を生成する性質を有する、包接水和物のゲスト化合物の水溶液をいう。
(5) 「原料スラリー」とは、冷却すると包接水和物を生成する性質を有する、包接水和物スラリー又は水和物スラリーをいう。
(6) 「冷媒」及び「熱媒体」とは、用語の文字表現上の違いや、水和物生成用、凝縮用等の用途の違いはあるものの、いずれも熱エネルギーを蓄積して搬送することができる物質を意味する。
In the present invention, the following terms are defined or interpreted as follows.
(1) “Clusion clathrate hydrate” includes quasi clathrate hydrate. Hereinafter, it may be simply abbreviated as “hydrate”.
(2) “Clusion clathrate hydrate slurry” or “hydrate slurry” refers to a slurry-like substance formed by dispersing or suspending clathrate hydrate in an aqueous solution or aqueous solvent of the guest compound. Even if another composition (including additives) is present in the aqueous solution or water solvent, as long as the clathrate hydrate is dispersed or suspended, the “clathrate hydrate slurry” or “hydration” Corresponding to “product slurry”.
(3) “Aqueous solution of clathrate hydrate guest compound” refers to an aqueous solution containing a guest compound of clathrate hydrate as a solute, and clathrate hydrate or another composition ( Even if an additive is present, the solution falls under the “aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound” as long as the clathrate hydrate guest compound is an aqueous solution.
(4) “Raw material solution” refers to an aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound that has the property of forming clathrate hydrate upon cooling.
(5) “Raw material slurry” refers to a clathrate hydrate slurry or a hydrate slurry having the property of generating clathrate hydrate when cooled.
(6) “Refrigerant” and “heat medium” are different in terms and terms, and have different uses such as hydrate generation and condensation, but both store and transport thermal energy. Means a substance that can.

例えば熱利用の分野において、蓄熱媒体、潜熱輸送媒体等の熱媒体として利用される包接水和物のスラリーは、原料溶液又は原料スラリーを冷媒との熱交換を通じて冷却することにより製造することができる(特許文献1)。その熱交換を可能にする熱交換器の一例は、伝熱管を用いるものであり、これは更に単管式及び多管式(シェルアンドチューブ式を含む)に細分化することができ、また伝熱管の外周囲に冷媒を、その内部に原料溶液又は原料スラリーをそれぞれ配置することで熱交換を行うものと、逆に伝熱管の内部に冷媒を、その外周囲に原料溶液又は原料スラリーをそれぞれ配置することで熱交換を行うものとに分けることができる(特許文献2及び3参照)。   For example, in the field of heat utilization, a clathrate hydrate slurry used as a heat medium such as a heat storage medium or a latent heat transport medium can be produced by cooling a raw material solution or a raw material slurry through heat exchange with a refrigerant. Yes (Patent Document 1). An example of a heat exchanger that enables the heat exchange is to use a heat transfer tube, which can be further subdivided into a single tube type and a multi-tube type (including a shell and tube type), and A heat exchange is performed by placing a refrigerant around the outer periphery of the heat tube and a raw material solution or slurry inside the heat pipe, and conversely, a refrigerant inside the heat transfer tube and a raw material solution or raw material slurry around the outer periphery, respectively. By arranging, it can be divided into those that perform heat exchange (see Patent Documents 2 and 3).

ところで、熱交換器の熱交換面に付着した包接水和物には、これが生成核となって新たな包接水和物の生成を促進する効果があることが知られている(特許文献4及び5)。
他方、熱交換器の熱交換面に包接水和物が付着していると熱交換面が露出せず熱交換に支障を来たす。特に伝熱管の外周囲に冷媒を、その内部に原料溶液又は原料スラリーをそれぞれ配置することで熱交換を行う構成の熱交換器を使用する場合には、伝熱管の内壁面に付着し堆積した包接水和物が原料溶液又は原料スラリーの流通を妨げてしまう。そして、延いては包接水和物スラリーを長時間に亘り安定的に製造することができなくなる。このため、原料溶液又は原料スラリーの流速を大きくすることによって、付着した包接水和物を当該熱交換面から強制的に剥離させ、その剥離が完全に行われたかどうかを適当なパラメータを検出することで判定している(特許文献6)。
特開2004−93052号公報 特開2002−263470号公報 特開2004−85008号公報 特開2000−234769号公報 特開2002−283223号公報 特許2001−343139号公報
By the way, it is known that the clathrate hydrate adhering to the heat exchange surface of the heat exchanger has the effect of promoting the production of new clathrate hydrate as a production nucleus (Patent Document) 4 and 5).
On the other hand, if the clathrate hydrate adheres to the heat exchange surface of the heat exchanger, the heat exchange surface is not exposed and hinders heat exchange. In particular, when using a heat exchanger configured to perform heat exchange by disposing a refrigerant around the outer periphery of the heat transfer tube and a raw material solution or raw material slurry inside the heat transfer tube, the heat transfer tube adheres to and accumulates on the inner wall surface of the heat transfer tube. The clathrate hydrate prevents the flow of the raw material solution or the raw material slurry. As a result, the clathrate hydrate slurry cannot be stably produced for a long time. For this reason, by increasing the flow rate of the raw material solution or raw material slurry, the attached clathrate hydrate is forcibly separated from the heat exchange surface, and appropriate parameters are detected to determine whether the separation has been performed completely. (Patent Document 6).
JP 2004-93052 A JP 2002-263470 A JP 2004-85008 A JP 2000-234769 A JP 2002-283223 A Japanese Patent No. 2001-343139

しかし、熱交換器の熱交換面に付着した包接水和物を完全に剥離させれば、包接水和物スラリーを安定的に製造することができるという長所を得られるとはいえ、安定的製造を重視する余り、前記熱交換面に付着した包接水和物が生成核となることによる新たな包接水和物の生成促進効果という長所を犠牲にしている事実は否めない。   However, if the clathrate hydrate adhering to the heat exchange surface of the heat exchanger is completely peeled off, the clathrate hydrate slurry can be stably produced. There is no denying the fact that the production of new clathrate hydrate is promoted because the clathrate hydrate adhering to the heat exchange surface serves as a nucleus of formation because the emphasis is placed on the production of the product.

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、熱交換器の熱交換面に付着した包接水和物による新たな包接水和物の生成促進効果という長所を維持しつつ、包接水和物スラリーを長時間に亘り安定的に製造することができる技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, while maintaining the advantage of the effect of promoting the generation of a new clathrate hydrate by the clathrate hydrate attached to the heat exchange surface of the heat exchanger, It aims at providing the technique which can manufacture a clathrate hydrate slurry stably over a long time.

上記目的を達成するための、本発明の第1の形態に係る包接水和物の製造方法は、包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを伝熱管の内部に流し、前記伝熱管の外周囲にある冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物を生成する工程とを有する包接水和物スラリーの製造方法であって、前記冷媒との熱交換の過程で前記伝熱管の内壁面に付着する前記包接水和物の量の増加を、前記伝熱管の内部を流れる前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により抑制することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a method for producing an clathrate hydrate according to the first aspect of the present invention comprises an aqueous solution of a guest compound of clathrate hydrate or the clathrate hydrate in the aqueous solution or water. Flowing the slurry dispersed or suspended inside the heat transfer tube, and generating the clathrate hydrate in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with the refrigerant around the heat transfer tube. A method for producing a clathrate hydrate slurry, wherein an increase in the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube in the process of heat exchange with the refrigerant flows through the heat transfer tube. It is suppressed by the flow force of the aqueous solution or the slurry.

本発明の第2の形態に係る包接水和物の製造方法は、包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを伝熱管の内部に流し、前記伝熱管の外周囲にある冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物を生成する工程とを有する包接水和物スラリーの製造方法であって、前記冷媒との熱交換の過程で前記伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の一部を前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を前記伝熱管の内壁面を覆うように残すことを特徴とするものである。   The method for producing clathrate hydrate according to the second aspect of the present invention includes an aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound or a slurry obtained by dispersing or suspending the clathrate hydrate in the aqueous solution or water. The clathrate hydrate slurry is produced by flowing the heat flux into the inside of the heat transfer tube and generating the clathrate hydrate in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with a refrigerant around the heat transfer tube. In this method, part of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube in the process of heat exchange with the refrigerant is removed by the flow force of the aqueous solution or slurry, and the rest is transferred to the heat transfer tube. The heat pipe is left so as to cover the inner wall surface.

本発明の第3の形態に係る包接水和物スラリーの製造方法は、第1又は第2の形態に係る製造方法であって、前記伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を、その伝熱管に還流させることを特徴とするものである。   The clathrate hydrate slurry production method according to the third aspect of the present invention is the production method according to the first or second aspect, wherein the aqueous solution or a part of the slurry that has passed through the heat transfer tube or The whole is refluxed to the heat transfer tube.

本発明の第4の形態に係る包接水和物スラリーの製造方法は、第1乃至第3のいずれかの形態に係る製造方法であって、前記冷媒の温度を調整する工程を有することを特徴とするものである。   The manufacturing method of the clathrate hydrate slurry which concerns on the 4th form of this invention is a manufacturing method which concerns on any 1st thru | or 3rd form, Comprising: It has the process of adjusting the temperature of the said refrigerant | coolant. It is a feature.

本発明の第5の形態に係る包接水和物スラリーの製造方法は、第4の形態に係る包接水和物スラリーの製造方法であって、前記冷媒の温度を前記包接水和物の凝固点より低温であって、凝固点に近い温度又は伝熱管の内部に流す前記水溶液又は前記スラリーの温度に近い温度に調整することを特徴とするものである。   The clathrate hydrate slurry manufacturing method according to the fifth aspect of the present invention is the clathrate hydrate slurry manufacturing method according to the fourth aspect, wherein the temperature of the refrigerant is the clathrate hydrate. The temperature is adjusted to a temperature close to the freezing point and close to the freezing point or the temperature of the aqueous solution or slurry flowing inside the heat transfer tube.

本発明の第6の形態に係る包接水和物の製造装置は、複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置とを備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置であって、流速設定装置により、各伝熱管の内壁面に付着する前記包接水和物の量の増加が、各伝熱管の内部を流れる前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により抑制されるように前記水溶液又は前記スラリーの流速が設定されることを特徴とするものである。   The clathrate hydrate manufacturing apparatus according to the sixth aspect of the present invention includes a plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device that supplies a refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, and a clathrate water inside each heat transfer tube. A stock solution supply device for supplying a slurry obtained by dispersing or suspending an aqueous solution of a guest compound of the Japanese or the clathrate hydrate in the aqueous solution or water, and a flow rate setting device for setting a flow rate of the aqueous solution or the slurry. A clathrate hydrate slurry producing apparatus in which the clathrate hydrate is generated in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with the refrigerant. The flow rate of the aqueous solution or the slurry is set so that an increase in the amount of the clathrate hydrate adhering to the wall surface is suppressed by the flow force of the aqueous solution or the slurry flowing inside each heat transfer tube. It is characterized by That.

本発明の第7の形態に係る包接水和物の製造装置は、複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置とを備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置であって、流速設定装置により、各伝熱管の内壁面に付着した包接水和物の一部が前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除かれ、その残部が各伝熱管の内壁面を覆うように残るように前記水溶液又は前記スラリーの流速が設定されることを特徴とするものである。   The clathrate hydrate manufacturing apparatus according to the seventh aspect of the present invention includes a plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device that supplies a refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, and a clathrate water inside each heat transfer tube. A stock solution supply device for supplying a slurry obtained by dispersing or suspending an aqueous solution of a guest compound of the Japanese or the clathrate hydrate in the aqueous solution or water, and a flow rate setting device for setting a flow rate of the aqueous solution or the slurry. A clathrate hydrate slurry producing apparatus in which the clathrate hydrate is generated in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with the refrigerant. The flow rate of the aqueous solution or slurry is such that a part of the clathrate hydrate adhering to the wall surface is removed by the flow force of the aqueous solution or slurry, and the remainder remains so as to cover the inner wall surface of each heat transfer tube. Features that are set It is intended to.

本発明の第8の形態に係る包接水和物スラリーの製造装置は、第6又は第7の形態に係る製造装置であって、各伝熱管の内部に供給される前記水溶液又は前記スラリーの流れに乱れを形成する乱れ形成手段を備えることを特徴とするものである。   The clathrate hydrate slurry production apparatus according to the eighth aspect of the present invention is the production apparatus according to the sixth or seventh aspect, wherein the aqueous solution or slurry supplied to the inside of each heat transfer tube It is characterized by comprising turbulence forming means for forming turbulence in the flow.

本発明の第9の形態に係る包接水和物スラリーの製造装置は、第6乃至8のいずれかの形態に係る製造装置であって、各伝熱管の内壁面及び外壁面のうち少なくとも一つに、前記水溶液又は前記スラリーが流れる方向に沿って凹凸が形成されていることを特徴とするものである。   The clathrate hydrate slurry production apparatus according to the ninth aspect of the present invention is the production apparatus according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein at least one of the inner wall surface and the outer wall surface of each heat transfer tube. In addition, unevenness is formed along the direction in which the aqueous solution or the slurry flows.

本発明の第10の形態に係る包接水和物スラリーの製造装置は、第6乃至9のいずれかの形態に係る製造装置であって、前記伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を、その伝熱管に還流する循環装置を備えることを特徴とするものである。   A clathrate hydrate slurry production apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the production apparatus according to any one of the sixth to ninth aspects, wherein the aqueous solution or one of the slurries that has passed through the heat transfer tube. A part or the whole is provided with a circulation device that circulates back to the heat transfer tube.

本発明の第11の形態に係る包接水和物スラリーの製造装置は、第6乃至第10のいずれかの形態に係る製造装置であって、前記冷媒の温度を調整する冷媒温度調整装置を備えることを特徴とするものである。   The clathrate hydrate slurry production apparatus according to the eleventh aspect of the present invention is the production apparatus according to any one of the sixth to tenth aspects, wherein the refrigerant temperature adjustment apparatus for adjusting the temperature of the refrigerant is provided. It is characterized by comprising.

本発明の第12の形態に係る包接水和物スラリーの製造装置の運転方法は、複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置と、各伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を常時又は必要に応じてその伝熱管に還流する循環装置を備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置の運転方法であって、前記製造装置の初回運転時、休止後の再開運転時又は性能確認運転時に、各伝熱管の内壁面に付着した包接水和物の一部を前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を各伝熱管の内壁面を覆うように残すことを特徴とするものである。   The operation method of the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus according to the twelfth aspect of the present invention includes a plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device that supplies refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, and the inside of each heat transfer tube An aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound or a stock solution supply device for supplying a slurry obtained by dispersing or suspending the clathrate hydrate in the aqueous solution or water, and setting the flow rate of the aqueous solution or the slurry. A flow rate setting device, and a circulation device that recirculates a part or all of the aqueous solution or the slurry that has passed through each heat transfer tube to the heat transfer tube at all times or as needed, through the heat exchange with the refrigerant, the aqueous solution or the The clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus operating method in which the clathrate hydrate is generated in the slurry, each time during the initial operation of the manufacturing apparatus, at the restart operation after the stop or at the performance confirmation operation, Inner wall of heat transfer tube As well as eliminating the force flow of the aqueous solution or the slurry a portion of the clathrate hydrate deposited on, is characterized in that leaves the remainder so as to cover the inner wall surface of each heat transfer tube.

本発明の第13の形態に係る包接水和物スラリーの製造装置の運転方法は、複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記冷媒の温度を調整する冷媒温度調整装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置と、各伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を常時又は必要に応じてその伝熱管に還流する循環装置を備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置の運転方法であって、前記製造装置の初回運転時、休止後の再開運転時又は性能確認運転時に、前記冷媒温度調整装置により前記冷媒の温度を前記包接水和物の凝固点よりも高い温度に設定し、各伝熱管の内壁面に付着した包接水和物の一部を前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を各伝熱管の内壁面を覆うように残すことを特徴とするものである。   The operating method of the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus according to the thirteenth aspect of the present invention includes a plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device that supplies a refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, and the temperature of the refrigerant. A refrigerant temperature adjusting device to be adjusted, and a raw solution supply for supplying an aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound or a slurry obtained by dispersing or suspending the clathrate hydrate in the aqueous solution or water inside each heat transfer tube A flow rate setting device for setting the flow rate of the aqueous solution or the slurry, and a circulation device for returning a part or all of the aqueous solution or the slurry that has passed through each heat transfer tube to the heat transfer tube at all times or as necessary. Comprising a clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus in which the clathrate hydrate is generated in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with the refrigerant, the initial time of the manufacturing apparatus, Re-after pause During operation or performance check operation, the temperature of the refrigerant is set to a temperature higher than the freezing point of the clathrate hydrate by the refrigerant temperature adjusting device, and the clathrate hydrate adhered to the inner wall surface of each heat transfer tube A part is removed by the flow force of the aqueous solution or the slurry, and the remaining part is left so as to cover the inner wall surface of each heat transfer tube.

本発明の第14の形態に係る包接水和物スラリーの製造装置の運転方法は、複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記冷媒の温度を調整する冷媒温度調整装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置と、各伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を常時又は必要に応じてその伝熱管に還流する循環装置を備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置の運転方法であって、
前記製造装置の通常運転時に、前記冷媒温度調整装置により前記冷媒の温度の変動を抑制し、各伝熱管の内壁面に付着した包接水和物の一部を前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を各伝熱管の内壁面を覆うように残すことを特徴とするものである。
The operation method of the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus according to the fourteenth aspect of the present invention includes a plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device that supplies a refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, and the temperature of the refrigerant. A refrigerant temperature adjusting device to be adjusted, and a raw solution supply for supplying an aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound or a slurry obtained by dispersing or suspending the clathrate hydrate in the aqueous solution or water inside each heat transfer tube A flow rate setting device for setting a flow rate of the aqueous solution or the slurry, and a circulation device for returning a part or all of the aqueous solution or the slurry that has passed through each heat transfer tube to the heat transfer tube at all times or as necessary. Comprising the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus in which the clathrate hydrate is produced in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with the refrigerant,
During normal operation of the manufacturing apparatus, the refrigerant temperature adjustment device suppresses fluctuations in the temperature of the refrigerant, and a part of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of each heat transfer tube is removed from the flow of the aqueous solution or slurry. While removing by force, the remainder is left so that the inner wall surface of each heat exchanger tube may be covered.

本発明の原理について説明する。
図1〜3は包接水和物の生成状況の概念説明図であり、より詳しくは、包接水和物のゲスト化合物の水溶液(原料溶液)又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリー(原料スラリー)を伝熱管の内部に流し、前記伝熱管の外周囲にある冷媒との熱交換を通じて原料溶液又は原料スラリー中に前記包接水和物を生成させ、包接水和物スラリーにする状況を概念的に示したものである。
The principle of the present invention will be described.
1 to 3 are conceptual explanatory diagrams of the state of formation of clathrate hydrate, and more specifically, an aqueous solution (raw material solution) of a guest compound of clathrate hydrate or the clathrate hydrate as the aqueous solution or water. The slurry (raw material slurry) dispersed or suspended in is flown into the heat transfer tube, and the clathrate hydrate is generated in the raw material solution or raw material slurry through heat exchange with the refrigerant around the heat transfer tube. This is a conceptual view of the situation of making a clathrate hydrate slurry.

上記の原料溶液又は原料スラリーを伝熱管内部に流し、冷媒温度を伝熱管の内壁面の温度が包接水和物の凝固点(又は生成開始温度)以下になるように設定する。すると、内壁面と原料溶液若しくは原料スラリーとの界面に又は内壁面近傍の原料溶液中に水和物が生成し、内壁面に付着又は堆積してゆく(図1参照)。伝熱管を介した冷媒による冷却の効果は、伝熱管内壁面に付着又は堆積した水和物を介して原料溶液にまで及ぶので、当該水和物表面において柱状、針状の水和物結晶が生成され、包接水和物の付着厚又は堆積厚(伝熱管の内面から管中心方向の厚みの意。以下、同様とする。)が増加してゆく(図2参照)。   The above raw material solution or raw material slurry is flowed into the heat transfer tube, and the refrigerant temperature is set so that the temperature of the inner wall surface of the heat transfer tube is equal to or lower than the freezing point (or generation start temperature) of the clathrate hydrate. Then, a hydrate is formed at the interface between the inner wall surface and the raw material solution or slurry, or in the raw material solution near the inner wall surface, and adheres or accumulates on the inner wall surface (see FIG. 1). The effect of cooling by the refrigerant through the heat transfer tube extends to the raw material solution through the hydrate attached or deposited on the inner wall surface of the heat transfer tube, so that columnar and needle-like hydrate crystals are formed on the hydrate surface. The thickness of the clathrate hydrate deposited or deposited (the thickness from the inner surface of the heat transfer tube toward the center of the tube; the same shall apply hereinafter) increases (see FIG. 2).

伝熱管内壁面に付着した水和物のうち、原料溶液又は原料スラリーに露出しているものは、水和物生成の核となるので、包接水和物の付着厚又は堆積厚の増加に拍車を掛ける。これらの結果、内壁面に付着した水和物の層の厚みは徐々に増加していく。   Among the hydrates adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube, those exposed to the raw material solution or raw material slurry become the core of hydrate formation, which increases the adhesion thickness or deposition thickness of clathrate hydrates. Spur. As a result, the thickness of the hydrate layer attached to the inner wall surface gradually increases.

他方、包接水和物の付着厚又は堆積厚が増加するにつれて、伝熱管内の流路断面積が減少すると(図2参照)、伝熱管内を流れる原料溶液又は原料スラリーの流速が徐々に増加し、原料溶液又は原料スラリーの流れの力(例えばせん断力)も徐々に増加してゆく。ここで、伝熱管内壁面に付着し堆積する包接水和物のうち、原料溶液又は原料スラリーの側又は伝熱管の内面から管中心方向の側にある部分(即ち、原料溶液又は原料スラリーに晒されている部分)は、かなり軟質であり、比較的剥離し易い。その軟質の程度や剥離容易性は種々の条件(例えば原料溶液又は原料スラリーと冷媒との温度差)により変動するが、氷に比して明らかに軟質である。それ故、原料溶液又は原料スラリーの流れの力により、伝熱管内壁面に付着した水和物の層のうちより軟質な部分、即ち原料溶液又は原料スラリーの側に露出している部分から水和物結晶が剥離していくが、内壁面に付着した水和物の層の厚みは徐々に増加していく(図3参照)。   On the other hand, as the thickness of the clathrate hydrate deposited or deposited increases, the flow rate of the raw material solution or raw material slurry flowing in the heat transfer tube gradually decreases as the flow path cross-sectional area in the heat transfer tube decreases (see FIG. 2). The flow force (for example, shearing force) of the raw material solution or the raw material slurry gradually increases. Here, of the clathrate hydrate adhering to and depositing on the inner wall surface of the heat transfer tube, the portion on the side of the raw material solution or raw material slurry or the inner surface of the heat transfer tube toward the center of the tube (ie, the raw material solution or raw material slurry The exposed part) is quite soft and relatively easy to peel off. The degree of softness and ease of peeling vary depending on various conditions (for example, the temperature difference between the raw material solution or raw material slurry and the refrigerant), but are clearly softer than ice. Therefore, hydration from the softer portion of the hydrate layer adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube due to the flow force of the raw material solution or raw material slurry, that is, the portion exposed to the raw material solution or raw material slurry side. Although the physical crystals are peeled off, the thickness of the hydrate layer attached to the inner wall surface gradually increases (see FIG. 3).

そして最終的には、伝熱管内壁面に付着又は堆積してゆく水和物粒子の量と、そこに付着又は堆積した水和物の層から剥離してゆく水和物粒子の量とが均衡し、伝熱管の内壁面における付着厚又は堆積厚の変動がなくなる又は変動が非常に小さくなる。   Finally, the amount of hydrate particles adhering or depositing on the inner wall surface of the heat transfer tube is balanced with the amount of hydrate particles adhering or accumulating on the inner wall of the heat transfer tube. However, the variation in the adhesion thickness or the deposition thickness on the inner wall surface of the heat transfer tube is eliminated or the variation becomes very small.

このとき、伝熱管の内壁面に付着又は堆積した水和物の層から剥離した水和物結晶は、通常50〜100ミクロン程度の微細粒子であり、新たな水和物の生成核として機能し、故に原料溶液又は原料スラリーの過冷却状態が解除されてゆく。しかも、この水和物結晶は原料溶液又は原料スラリーの中に分散又は懸濁して取り込まれ、全体として包接水和物スラリーとなる。
また、伝熱管内壁面における水和物の付着厚又は堆積厚が増加して一定以上になると、伝熱管を介した冷媒による冷却効果が原料溶液又は原料スラリーに及ばなくなり、その増加はいずれ頭打ちになる。しかし、原料溶液又は原料スラリーの流れの力による上記の水和物の剥離効果により、当該付着厚又は堆積厚が冷媒により冷却効果が原料溶液又は原料スラリーに及ぶ範囲に抑えられるので、新たな水和物結晶の生成と剥離が継続的に起こる。そして、この新たな水和物結晶は原料溶液又は原料スラリーの中に分散又は懸濁して取り込まれ、全体として包接水和物スラリーとなる。
At this time, the hydrate crystals separated from the hydrate layer attached or deposited on the inner wall surface of the heat transfer tube are usually fine particles of about 50 to 100 microns, and function as nuclei of new hydrates. Therefore, the supercooled state of the raw material solution or raw material slurry is released. In addition, the hydrate crystals are dispersed or suspended in the raw material solution or the raw material slurry, and become the clathrate hydrate slurry as a whole.
In addition, when the adhesion thickness or deposition thickness of the hydrate on the inner wall surface of the heat transfer tube increases to a certain level or more, the cooling effect by the refrigerant through the heat transfer tube does not reach the raw material solution or the raw material slurry, and the increase will eventually reach its peak. Become. However, due to the above-described peeling effect of the hydrate due to the flow force of the raw material solution or raw material slurry, the adhesion thickness or deposition thickness is suppressed to a range in which the cooling effect reaches the raw material solution or raw material slurry by the refrigerant. Formation and exfoliation of hydrate crystals occur continuously. Then, the new hydrate crystals are dispersed or suspended in the raw material solution or the raw slurry, and become the clathrate hydrate slurry as a whole.

本発明では、上記の本発明の原理に基づき、包接水和物の原料溶液又は原料スラリーを伝熱管の内部に流し、伝熱管の外周囲にある冷媒との熱交換を通じて原料溶液又は原料スラリー中に包接水和物を生成する際に、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の量の増加を、伝熱管の内部を流れる原料溶液又は原料スラリーの流れの力により抑制する。より具体的には、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の一部(原料溶液又は原料スラリーの側又は伝熱管の管中心方向の側にある、軟質で剥離し易い部分)を原料溶液又は原料スラリーの流れのせん断力その他の力により剥離させ又は削ぎ落として、その流れとともに除去し、残部を前記伝熱管の内壁面を覆うように敢えて残すようにする。   In the present invention, based on the principle of the present invention described above, the raw material solution or raw material slurry of clathrate hydrate is caused to flow inside the heat transfer tube, and the raw material solution or the raw material slurry is exchanged with the refrigerant around the heat transfer tube. When generating clathrate hydrate, the increase in the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube is suppressed by the flow force of the raw material solution or raw material slurry flowing inside the heat transfer tube. . More specifically, a part of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube (a soft and easily peelable portion on the side of the raw material solution or raw slurry or the side of the heat transfer tube in the tube center direction). The raw material solution or the raw material slurry is peeled or scraped off by the shearing force or other force of the raw material solution or the raw material slurry and removed together with the flow, and the remaining part is dared to cover the inner wall surface of the heat transfer tube.

しかして、本発明によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)伝熱管の内壁面に残存する包接水和物の付着厚又は堆積厚は、原料溶液又は原料スラリーの流れの強さとのバランスにより定まる水準を上回らなくなる(頭打ちになる)ので、熱交換器による冷却効果は、原料溶液又は原料スラリーから包接水和物を生成させるに足る程度に維持することができる。
(b)原料溶液又は原料スラリーの流れの力により取り除かれた包接水和物は、原料溶液又は原料スラリーに分散若しくは懸濁する。それ故、当初の原料溶液又は原料スラリーよりも包接水和物の存在比率又は固相分率が高い包接水和物スラリーを製造することができる。
(c)伝熱管の内壁面に付着したまま残る包接水和物が生成核として機能するので、新たな包接水和物を容易に生成させることができる。
Thus, according to the present invention, the following operational effects can be obtained.
(A) Since the adhesion thickness or deposition thickness of clathrate hydrate remaining on the inner wall surface of the heat transfer tube does not exceed the level determined by the balance with the strength of the flow of the raw material solution or raw material slurry (becomes peak), The cooling effect by the exchanger can be maintained to such an extent that clathrate hydrate is generated from the raw material solution or raw material slurry.
(B) The clathrate hydrate removed by the flow force of the raw material solution or raw material slurry is dispersed or suspended in the raw material solution or raw material slurry. Therefore, it is possible to produce an clathrate hydrate slurry having a higher clathrate hydrate content ratio or solid phase fraction than the original raw material solution or raw slurry.
(C) Since the clathrate hydrate remaining on the inner wall surface of the heat transfer tube functions as a production nucleus, a new clathrate hydrate can be easily generated.

(d)原料スラリーを伝熱管の内部に流す場合においては、当初の原料スラリー中に存在する包接水和物が生成核として機能するので、新たな包接水和物を容易に生成させることができる。
(e)伝熱管から取り除かれた包接水和物が、伝熱管を通過する過程で過冷却された原料溶液又は原料スラリー中に分散若しくは懸濁して、新たな包接水和物の生成核となり、過冷却解除剤として機能するので、当該伝熱管を通過した後においても包接水和物スラリーにおける包接水和物の存在比率又は固相分率の増加を促進させることができる。
かくして、包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができる。
(D) In the case where the raw slurry is caused to flow inside the heat transfer tube, the clathrate hydrate present in the original raw slurry functions as a production nucleus, so that a new clathrate hydrate can be easily generated. Can do.
(E) The clathrate hydrate removed from the heat transfer tube is dispersed or suspended in the subcooled raw material solution or raw slurry in the process of passing through the heat transfer tube, thereby forming a new nucleus of clathrate hydrate Thus, since it functions as a supercooling release agent, even after passing through the heat transfer tube, it is possible to promote the increase in the inclusion ratio or solid phase fraction of the clathrate hydrate in the clathrate hydrate slurry.
Thus, the clathrate hydrate slurry can be stably produced over a long period of time or continuously.

なお、上記の説明が示唆するとおり、包接水和物スラリーの製造装置の性能や能力又は包接水和物スラリーの製造能力を調整又は制御する際には、伝熱管の内壁面に残存する包接水和物の付着厚又は堆積厚を調整又は制御することが重要である。
当該付着厚又は堆積厚については、原料溶液又は原料スラリーの流れの力又はこの力と相関関係があるパラメータによりこれを調整又は制御することができる。当該パラメータの典型例としては、流速(即ち、単位時間当たりの原料溶液又は原料スラリーの流量を伝熱管の内断面積で割って得られる値)、伝熱管の材質や寸法、熱交換器における交換熱量、原料溶液の濃度、凝固点(生成開始温度)、原料溶液や原料スラリーの粘性や温度、原料溶液又は原料スラリーが伝熱管を通過する前後の圧力損失、伝熱管の外周囲にある冷媒の温度や流し方などが挙げられる。
In addition, as the above explanation suggests, when adjusting or controlling the performance or capacity of the clathrate hydrate slurry production apparatus or clathrate hydrate slurry production capacity, it remains on the inner wall surface of the heat transfer tube. It is important to adjust or control the clathrate hydrate deposition or deposition thickness.
The adhesion thickness or deposition thickness can be adjusted or controlled by the flow force of the raw material solution or raw material slurry or a parameter correlated with this force. Typical examples of such parameters are the flow rate (ie, the value obtained by dividing the flow rate of the raw material solution or raw material slurry per unit time by the inner cross-sectional area of the heat transfer tube), the material and dimensions of the heat transfer tube, and the exchange in the heat exchanger. Calorific value, concentration of raw material solution, freezing point (generation start temperature), viscosity and temperature of raw material solution and raw material slurry, pressure loss before and after raw material solution or raw material slurry passes through heat transfer tube, temperature of refrigerant around outer periphery of heat transfer tube And how to sink.

尤も、上記のパラメータの中には、包接水和物スラリーの製造を開始する時点で既に決まっているパラメータ(例えば伝熱管の寸法や材質など)とそうでないパラメータがある。包接水和物スラリーの製造を長時間に亘り安定的に行うことを目指す場合には、包接水和物スラリーの製造装置の稼動中に調整又は制御が容易なパラメータにより調整又は制御することが好ましい。そのようなパラメータとしては流速が最適である。包接水和物スラリーの製造中に流速以外のパラメータが変動したとしても、その変動に応じて流速を調整又は制御すれば、伝熱管の内壁面に残存する包接水和物の付着厚又は堆積厚、延いては包接水和物スラリーの製造装置の性能や能力又は包接水和物スラリーの製造能力を調整又は制御することができる場合が多いからである。   However, among the above parameters, there are parameters that are already determined at the time of starting the production of clathrate hydrate slurry (for example, dimensions and materials of heat transfer tubes) and parameters that are not. When aiming to produce clathrate hydrate slurry stably over a long period of time, adjust or control with parameters that are easy to adjust or control during operation of clathrate hydrate slurry production equipment Is preferred. The flow rate is optimal as such a parameter. Even if parameters other than the flow rate fluctuate during the production of the clathrate hydrate slurry, if the flow rate is adjusted or controlled in accordance with the fluctuation, the adhesion thickness of the clathrate hydrate remaining on the inner wall surface of the heat transfer tube or This is because it is often possible to adjust or control the deposition thickness, that is, the performance and capacity of the clathrate hydrate slurry production apparatus or the clathrate hydrate slurry production capacity.

なお、包接水和物の生成量や伝熱管内壁面への付着量を調整又は制御するためには、冷媒の温度及び原料溶液や原料スラリーの温度のうち少なくとも一方の温度をパラメータとして選択し、これを調整又は制御することも効果的である。この場合、冷媒の温度を調整又は制御する方が、原料溶液や原料スラリーの温度を調整又は制御するよりも、包接水和物の生成量や伝熱管内壁面への付着量への応答性や即効性が高く、また実機装置の複雑化を回避できるという点で、好ましい。   In order to adjust or control the amount of clathrate hydrate produced and the amount attached to the inner wall surface of the heat transfer tube, at least one of the temperature of the refrigerant and the temperature of the raw material solution or raw material slurry is selected as a parameter. It is also effective to adjust or control this. In this case, adjusting or controlling the temperature of the refrigerant is more responsive to the amount of clathrate hydrate produced or attached to the inner wall surface of the heat transfer tube than to adjust or control the temperature of the raw material solution or raw material slurry. It is preferable in that it has a high immediate effect and can avoid the complexity of the actual device.

伝熱管の管軸方向においてその内壁面を包接水和物が覆う範囲は、全範囲であっても一部の範囲であっても構わないが、包接水和物スラリー製造の安定性という観点からは、当該内壁面に付着して残る包接水和物は均一である方が好ましい。
現実問題として、伝熱管の内壁面の広い範囲に包接水和物が厚く堆積している場合には、その中を流れる原料溶液又は原料スラリーの圧力損失が高くなり、それを流し続けるためのポンプの動力も高くなり、最終的には機器・設備類の高コスト化を招来し兼ねない。かかる経済的な側面を念頭に入れつつ包接水和物スラリーの長時間安定製造に好適となるように上記のパラメータを変動させると上記パラメータの変動許容範囲を、実証的に又は合理的推測をもって評価することができる。その確定作業の過程で又は結果として、伝熱管の内壁面における包接水和物の付着厚又は堆積厚及びそれが覆う程度の好適な範囲も実証的に又は合理的推測をもって決まってくる。
The range in which the clathrate hydrate covers the inner wall surface in the tube axis direction of the heat transfer tube may be the whole range or a part of the range, but the stability of clathrate hydrate slurry production From the viewpoint, it is preferable that the clathrate hydrate adhered to the inner wall surface is uniform.
As a matter of fact, when the clathrate hydrate is thickly deposited on a wide area of the inner wall surface of the heat transfer tube, the pressure loss of the raw material solution or raw material slurry flowing therethrough becomes high, The power of the pump will also increase, and eventually the cost of equipment and facilities may increase. With these economic aspects in mind, if the above parameters are varied so as to be suitable for long-term stable production of clathrate hydrate slurries, the allowable variation range of the above parameters can be empirically or reasonably estimated. Can be evaluated. In the course of the determination operation or as a result, the thickness of the clathrate hydrate deposited or deposited on the inner wall surface of the heat transfer tube and the preferred range of the extent of the coverage are determined empirically or with reasonable assumptions.

以下、本発明の各形態が奏する作用効果について説明する。
本発明の第1の形態によれば、冷媒との熱交換の過程で伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の量の増加を、伝熱管の内部を流れる原料溶液又は原料スラリーの流れの力により抑制するので、上記(a)乃至(e)の作用効果、延いては包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができるという作用効果を奏する。
Hereinafter, the effect which each form of the present invention shows is explained.
According to the first aspect of the present invention, the increase in the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube in the process of heat exchange with the refrigerant is caused by the increase in the amount of the raw material solution or the raw material slurry flowing inside the heat transfer tube. Since it is suppressed by the force of the flow, the effects (a) to (e) above, and the effect that the clathrate hydrate slurry can be stably produced over a long period of time or continuously. Play.

本発明の第2の形態によれば、冷媒との熱交換の過程で伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の一部を原料溶液又は原料スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を前記伝熱管の内壁面を覆うように残すので、上記(a)乃至(e)の作用効果、延いては包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができるという作用効果を奏する。
なお、本発明の第2の形態では、包接水和物の生成核が伝熱管の内壁面に広く分布することになり、当該伝熱管の内部を包接水和物が生成し易い環境にすることができるので、上記(c)の作用効果が顕著に現れる。
According to the second aspect of the present invention, part of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube in the process of heat exchange with the refrigerant is removed by the flow force of the raw material solution or raw material slurry, Since the remaining part is left so as to cover the inner wall surface of the heat transfer tube, the effects (a) to (e) described above, and thus the clathrate hydrate slurry can be stably produced over a long period of time or continuously. There is an effect that it can be performed.
In the second embodiment of the present invention, clathrate hydrate formation nuclei are widely distributed on the inner wall surface of the heat transfer tube, and the inside of the heat transfer tube is easy to produce clathrate hydrate. Therefore, the effect (c) is remarkably exhibited.

本発明の第3の形態によれば、上記(a)乃至(e)の作用効果、延いては包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができるという作用効果を奏することに加えて、下記(f)及び(g)の作用効果を奏する。
(f)伝熱管を通過した水溶液又はスラリーの一部又は全部が原料溶液又は原料スラリーとしてその伝熱管に再度流れるので、包接水和物スラリーにおける包接水和物の存在比率又は固相分率を、その還流のたびに高めることができる。
(g)当初は包接水和物が全く又は少量若しくは不均一にしか付着していなかった伝熱管の内壁面に、その還流のたびに当該包接水和物を付着させ、伝熱管の内壁面の広い範囲でより均一に堆積させることができる。また、伝熱管の内壁面から、そこに当初付着又は堆積していた包接水和物が何らかの理由で剥離してしまっても、その還流のたびに、剥離箇所に再度包接水和物を付着させ、堆積させ、最終的にその剥離箇所を包接水和物が均一に付着した状態にまで修復させることができる。それ故、包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができる。
上記(f)及び(g)の作用効果は、包接水和物スラリーの製造装置の初回運転時、休止後の運転再開時又は性能確認運転時に、当該製造装置をより早期に安定稼動状態にさせるために活用でき、有益である(本発明の第12乃至14の形態参照)。
また、原料溶液の流れによる力は、原料溶液のみの作用により生じるが、原料スラリーの流れによる力は、原料スラリー中の水溶液と水和物微粒子の両方の作用により生じる。このため、下記(h)の作用効果を奏する。
(h)原料溶液中に水和物が分散又は懸濁するに至った包接水和物スラリー又は原料スラリーの一部または全部をその伝熱管に原料スラリーとして還流させることにより剥離効果を高めることができる。
この剥離効果は、原料スラリー中の水和物微粒子の濃度が高いとき、従って原料スラリーの粘性が高いときほど高くなるが、伝熱管内の流路断面積をより増加させるように、従って伝熱管を通過する時に生じる圧力損失の増加を抑制するように働く。従って、本発明の第3の形態によれば、伝熱管を通過する時に生じる圧力損失の増加を抑制することができるので、包接水和物スラリーの製造装置の稼動状態が急激に悪化するような事態を回避することができ、包接水和物スラリーの安定的製造に資することができる。
According to the third aspect of the present invention, the above effects (a) to (e), and further, the clathrate hydrate slurry can be stably produced over a long period of time or continuously. In addition to the effects described above, the following effects (f) and (g) are exhibited.
(F) Since part or all of the aqueous solution or slurry that has passed through the heat transfer tube flows again to the heat transfer tube as a raw material solution or raw material slurry, the inclusion ratio or solid phase content of the clathrate hydrate in the clathrate hydrate slurry The rate can be increased with each reflux.
(G) The clathrate hydrate is attached to the inner wall surface of the heat transfer tube, to which the clathrate hydrate has been attached at all or only in a small amount or non-uniformly at the beginning, and the inside of the heat transfer tube It is possible to deposit more uniformly over a wide range of wall surfaces. In addition, even if the clathrate hydrate originally attached or deposited on the inner wall surface of the heat transfer tube peels off for some reason, the clathrate hydrate is re-applied to the peeled portion every time it is refluxed. Adhering, depositing, and finally removing the peeled portion to a state where the clathrate hydrate is evenly adhered. Therefore, the clathrate hydrate slurry can be stably produced over a long period of time or continuously.
The effects of (f) and (g) described above are that the production apparatus is brought to a stable operation state earlier at the time of initial operation of the clathrate hydrate slurry production apparatus, at the time of restarting operation after a stop or at the time of performance confirmation operation. It can be used for the purpose (see the twelfth to fourteenth aspects of the present invention).
The force due to the flow of the raw material solution is generated by the action of only the raw material solution, but the force due to the flow of the raw material slurry is generated by the action of both the aqueous solution and the hydrate fine particles in the raw material slurry. For this reason, there exists an effect of the following (h).
(H) Increasing the peeling effect by recirculating part or all of the clathrate hydrate slurry or raw material slurry in which the hydrate is dispersed or suspended in the raw material solution to the heat transfer tube as the raw material slurry Can do.
This exfoliation effect becomes higher when the concentration of hydrate fine particles in the raw slurry is high, and hence the viscosity of the raw slurry is high, but so as to increase the cross-sectional area of the flow passage in the heat transfer tube, and thus the heat transfer tube. It works to suppress the increase in pressure loss that occurs when passing through. Therefore, according to the 3rd form of this invention, since the increase in the pressure loss produced when passing a heat exchanger tube can be suppressed, the operating state of the manufacturing apparatus of clathrate hydrate slurry seems to deteriorate rapidly. Can be avoided, and can contribute to the stable production of the clathrate hydrate slurry.

包接水和物スラリーを製造する際、伝熱管の外周囲にある冷媒の温度は、当該冷媒を冷却する冷凍機の冷凍能力の変化や、冷凍機の冷凍能力と熱利用側の負荷とのバランスにより変動する。このような冷媒温度の変動は、伝熱管を介した熱交換により生成する包接水和物の量や当該伝熱管の内壁面への付着量に影響し、延いては包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続的して、安定的に製造することが難しくなる。
これに対し、本発明の第4の形態によれば、冷媒温度の調整を通じて、より具体的には、冷媒温度の変動を抑制して又はその変動を積極的に制御して、伝熱管の内部で生成する包接水和物の量や当該伝熱管の内壁面への付着量を調節することができるので、上記のような問題は生じることなく、包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができる。
なお、「冷媒温度の変動を積極的に制御して、伝熱管の内部で生成する包接水和物の量や当該伝熱管の内壁面への付着量を調節する」ことには、「冷媒の温度を包接水和物の凝固点より高温にして伝熱管の内壁面に付着している包接水和物の堆積物の少なくとも一部を短時間で融解し、原料溶液又は原料スラリーの力で剥離除去し、付着量をゼロ又は僅少にする」ことも含まれる。このような操作は、伝熱管の内壁面における包接水和物の付着又は堆積の状態が何らかの事情で望ましいものではなくなった場合において、当該内壁面を初期状態(即ち、全く又は殆ど包接水和物が付着していない状態)に復帰させる際に必要であり、包接水和物スラリーの製造装置の初期化やリセットに役立つ。
When the clathrate hydrate slurry is produced, the temperature of the refrigerant around the heat transfer tube depends on the change in the refrigerating capacity of the refrigerator that cools the refrigerant, the refrigerating capacity of the refrigerating machine, and the load on the heat utilization side. It varies depending on the balance. Such a change in the refrigerant temperature affects the amount of clathrate hydrate generated by heat exchange through the heat transfer tube and the amount of adhesion to the inner wall surface of the heat transfer tube, and thus the clathrate hydrate slurry. For a long time or continuously, it becomes difficult to manufacture stably.
On the other hand, according to the fourth aspect of the present invention, through the adjustment of the refrigerant temperature, more specifically, the fluctuation of the refrigerant temperature is suppressed or the fluctuation is positively controlled, so that the inside of the heat transfer tube The amount of clathrate hydrate produced in step 1 and the amount of adhesion to the inner wall surface of the heat transfer tube can be adjusted, so that the above problems do not occur and the clathrate hydrate slurry is kept for a long time. Or it can manufacture continuously and stably.
In addition, “the refrigerant temperature is actively controlled to adjust the amount of clathrate hydrate generated inside the heat transfer tube and the amount of adhesion to the inner wall surface of the heat transfer tube” The temperature of the clathrate hydrate is higher than the freezing point of the clathrate hydrate, and at least a part of the clathrate hydrate deposits adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube is melted in a short time to It is also included that the amount of adhesion is reduced to zero or very small by removing with. Such an operation is performed when the state of adhesion or deposition of clathrate hydrate on the inner wall surface of the heat transfer tube is not desirable for some reason, and the inner wall surface is in the initial state (that is, completely or almost completely free of inclusion water). Necessary when returning to a state in which the Japanese product is not attached, and is useful for initialization and resetting of the clathrate hydrate slurry production apparatus.

本発明の第5形態によれば、冷媒の温度を包接水和物の凝固点より低温であって、凝固点に近い温度又は伝熱管の内部に流す前記水溶液又は前記スラリーの温度に近い温度、すなわち包接水和物の凝固点より低温でできるだけ高い温度に調整するので、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の量の増加を、伝熱管の内部を流れる原料溶液又は原料スラリーの流れの力により抑制することをより効果的に行なうことができる。このことについて、詳しく説明する。   According to the fifth aspect of the present invention, the temperature of the refrigerant is lower than the freezing point of the clathrate hydrate and is close to the freezing point or the temperature of the aqueous solution or the slurry flowing inside the heat transfer tube, that is, The temperature of the clathrate hydrate is adjusted to be as high as possible at a temperature lower than the freezing point of the clathrate hydrate, so that the increase in the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube It is possible to more effectively perform the suppression by the force of. This will be described in detail.

伝熱管に付着する包接水和物の量の増加を、伝熱管の内部を流れる原料溶液又は原料スラリーの流れの力のみにより抑制する場合には、出力が大きい送液ポンプを採用しなければならなくなる。しかし、冷媒の温度を調整することでもその増加を抑制することができる。即ち、冷媒の温度を包接水和物の凝固点より低温で、凝固点に近い温度又は伝熱管の内部に流す前記水溶液又は前記スラリーの温度に近い温度、すなわち包接水和物の凝固点より低温でできるだけ高い温度にすれば、伝熱管の熱交換面に接する原料溶液又は原料スラリーの冷却の程度(具体的には過冷却度)が小さくなる。そうすると、伝熱管の熱交換面で冷却されて生成する水和物の堆積層内の隙間の割合(水溶液の含有率)が多くなり、水和物の堆積層は柔らかく、原料溶液又は原料スラリーの流れの力により剥離され易くなる。   When suppressing the increase in the amount of clathrate hydrate adhering to the heat transfer tube only by the flow force of the raw material solution or raw material slurry flowing inside the heat transfer tube, a liquid feed pump with a large output must be adopted. No longer. However, the increase can also be suppressed by adjusting the temperature of the refrigerant. That is, the temperature of the refrigerant is lower than the freezing point of clathrate hydrate, close to the freezing point, or close to the temperature of the aqueous solution or slurry flowing inside the heat transfer tube, that is, lower than the freezing point of clathrate hydrate. If the temperature is set as high as possible, the degree of cooling of the raw material solution or raw material slurry in contact with the heat exchange surface of the heat transfer tube (specifically, the degree of supercooling) becomes small. As a result, the ratio of gaps (content of aqueous solution) in the hydrate deposit formed by cooling on the heat exchange surface of the heat transfer tube increases, the hydrate deposit is soft, and the raw solution or slurry It becomes easy to peel off by the force of the flow.

一方、冷媒の温度を包接水和物の凝固点より低温でできるだけ高い温度にすると、交換熱量が小さくなり水和物スラリーを製造する能力が小さくなることが予想されるが、水和物の付着厚さが小さくなるため熱交換における熱抵抗が小さくなるので、原料溶液又は原料スラリーを冷却する能力は低下せず水和物スラリーを製造する能力は低下しない。
以上の結果、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の厚さは、総じて小さくなる。従って、本発明の第5の形態によれば、原料溶液又は原料スラリーの流速を低減でき、送液ポンプの出力をより小さくできる若しくは小型のポンプを採用できる又は更にはエネルギー消費を低減できるという作用効果を奏する。
さらに、冷媒の温度を包接水和物の凝固点より低温であって、凝固点に近い温度又は伝熱管の内部に流す前記水溶液又は前記スラリーの温度に近い温度にすることにより、冷媒を供給する冷凍機の消費電力を低減できるため、水和物スラリー製造システムのCOPを向上できる。
冷媒の温度を包接水和物の凝固点より低温であって、伝熱管の内部に流す前記水溶液又は前記スラリーの温度に近い温度に調整することにより、上記のように伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の増加を原料溶液又は原料スラリーの流れの力により抑制することをより効果的に行なうことができる。なお、冷媒と原料溶液又は原料スラリーとの温度差を小さくし過ぎると伝熱効率が低くなるため、冷媒の温度を原料溶液又は原料スラリーの温度より1〜4℃低い温度とすることが好ましい。
On the other hand, if the temperature of the refrigerant is made as high as possible at a temperature lower than the freezing point of the clathrate hydrate, it is expected that the exchange heat will be reduced and the ability to produce a hydrate slurry will be reduced. Since the thickness is reduced, the heat resistance in heat exchange is reduced, so that the ability to cool the raw solution or raw slurry is not lowered and the ability to produce a hydrate slurry is not lowered.
As a result, the thickness of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube is generally reduced. Therefore, according to the fifth aspect of the present invention, the flow rate of the raw material solution or the raw slurry can be reduced, the output of the liquid feed pump can be made smaller, a small pump can be adopted, or the energy consumption can be reduced. There is an effect.
Furthermore, the refrigeration for supplying the refrigerant is performed by setting the temperature of the refrigerant at a temperature lower than the freezing point of the clathrate hydrate and close to the freezing point or the temperature of the aqueous solution or slurry flowing inside the heat transfer tube. Since the power consumption of the machine can be reduced, the COP of the hydrate slurry production system can be improved.
By adjusting the temperature of the refrigerant to a temperature lower than the freezing point of the clathrate hydrate and close to the temperature of the aqueous solution or slurry flowing inside the heat transfer tube, it adheres to the inner wall surface of the heat transfer tube as described above. It is possible to more effectively suppress the increase in clathrate hydrates by the flow force of the raw material solution or raw material slurry. In addition, since heat transfer efficiency will become low when the temperature difference of a refrigerant | coolant and a raw material solution or a raw material slurry is made too small, it is preferable to make the temperature of a refrigerant | coolant into 1-4 degreeC temperature lower than the temperature of a raw material solution or a raw material slurry.

本発明の第6の形態によれば、本発明の第1の形態に係る製造方法に基づく包接水和物スラリーの製造装置を実現することができる。   According to the 6th form of this invention, the manufacturing apparatus of the clathrate hydrate slurry based on the manufacturing method which concerns on the 1st form of this invention is realizable.

本発明の第7の形態によれば、本発明の第2の形態に係る製造方法に基づく包接水和物スラリーの製造装置を実現することができる。   According to the 7th form of this invention, the manufacturing apparatus of the clathrate hydrate slurry based on the manufacturing method which concerns on the 2nd form of this invention is realizable.

本発明の第8の形態によれば、乱れ形成手段を伝熱管の内部に設けることにより、伝熱管の内部に供給される原料溶液又は原料スラリーの流れに乱れを形成することができ、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の量の増加をその流れの力により抑制することがより確実にでき、包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができる。
また、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の付着量を減少できるので、付着した包接水和物に起因する熱抵抗が減少し、冷媒から原料溶液又は原料スラリーへの伝熱効率が向上し伝熱量が増大する。これは伝熱面積(伝熱管本数)を減少させることができることに繋がる。
また、伝熱管の内部の原料溶液又は原料スラリーの流れに乱れを生じさせるため、冷媒から原料溶液又は原料スラリーへの伝熱効率が向上するため、包接水和物スラリーの製造能力を向上させることができる。
また、伝熱管の内部を流れる原料溶液又は原料スラリーの流速を、乱れ形成手段を設けない場合よりも低下させても、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の量の増加をその流れの力により抑制することができ、伝熱管の熱交換効率を維持できる。これにより原料溶液又は原料スラリーを流すためのポンプ装置にかかる負荷を相対的に低減することができる。
According to the eighth aspect of the present invention, by providing the turbulence forming means inside the heat transfer tube, turbulence can be formed in the flow of the raw material solution or raw material slurry supplied to the heat transfer tube, and the heat transfer tube The increase in the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the steel can be more reliably suppressed by the flow force, and the clathrate hydrate slurry can be stably produced over a long period of time or continuously. can do.
In addition, since the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube can be reduced, the heat resistance due to the clathrate hydrate adhering to it decreases, and the heat transfer efficiency from the refrigerant to the raw material solution or slurry Improves and the amount of heat transfer increases. This leads to a reduction in the heat transfer area (the number of heat transfer tubes).
Also, because the flow of the raw material solution or raw material slurry inside the heat transfer tube is disturbed, the efficiency of heat transfer from the refrigerant to the raw material solution or raw material slurry is improved, so that the production capacity of clathrate hydrate slurry is improved. Can do.
Even if the flow rate of the raw material solution or raw material slurry flowing inside the heat transfer tube is reduced as compared with the case where no turbulence forming means is provided, the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube is increased. It can suppress by the force of a flow and can maintain the heat exchange efficiency of a heat exchanger tube. Thereby, the load concerning the pump apparatus for flowing a raw material solution or a raw material slurry can be reduced relatively.

本発明の第9の形態によれば、伝熱管の伝熱面積が増加するので、冷媒から原料溶液又は原料スラリーへの伝熱効率が向上するため、包接水和物スラリーの製造能力を向上させることができる。
また、伝熱管の内部を流れる原料溶液又は原料スラリーの流速を、伝熱管に凹凸を形成しない場合よりも高めても、伝熱管の熱交換効率を維持できる。これにより伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の量の増加をその流れの力により抑制することがより確実にでき、包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができる。
また、伝熱管の内壁面に原料溶液又は原料スラリーが流れる方向に沿って設けられた凹部には、生成した包接水和物が付着したまま残り易くなり、残る包接水和物が生成核として機能するので、新たな包接水和物をより容易に生成させることができる。そのため、冷媒の温度を伝熱管に凹凸を形成しない場合よりも高めに設定しても、生成核として機能する包接水和物が凹部に付着したまま残っているので、確実に包接水和物スラリーを製造することができる。それ故、冷媒の温度を高めに設定しても包接水和物スラリーを製造することができるので、冷媒の冷凍システムの負荷を相対的に軽減することができ、あるいは冷凍機の成績係数を向上させることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, since the heat transfer area of the heat transfer tube is increased, the heat transfer efficiency from the refrigerant to the raw material solution or the raw slurry is improved, so that the production capacity of the clathrate hydrate slurry is improved. be able to.
Further, even if the flow rate of the raw material solution or raw material slurry flowing inside the heat transfer tube is increased as compared with the case where the heat transfer tube is not formed with unevenness, the heat exchange efficiency of the heat transfer tube can be maintained. Thereby, it is possible to more reliably suppress the increase in the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube by the force of the flow, the clathrate hydrate slurry for a long time or continuously, It can be manufactured stably.
In addition, the clathrate hydrate produced tends to remain in the recesses provided on the inner wall surface of the heat transfer tube along the direction in which the raw material solution or the raw material slurry flows. Therefore, a new clathrate hydrate can be generated more easily. Therefore, even if the temperature of the refrigerant is set higher than when the irregularity is not formed in the heat transfer tube, the clathrate hydrate that functions as a generation nucleus remains attached to the concave portion, so that clathrate hydration is ensured. Product slurry can be produced. Therefore, since the clathrate hydrate slurry can be produced even if the temperature of the refrigerant is set high, the load of the refrigerant refrigeration system can be relatively reduced, or the coefficient of performance of the refrigerator can be increased. Can be improved.

本発明の第10の形態によれば、本発明の第3の形態に係る製造方法に基づく包接水和物スラリーの製造装置を実現することができる。   According to the 10th form of this invention, the manufacturing apparatus of the clathrate hydrate slurry based on the manufacturing method which concerns on the 3rd form of this invention is realizable.

本発明の第11の形態によれば、本発明の第4の形態に係る製造方法に基づく包接水和物スラリーの製造装置を実現することができる。
第10の形態における循環装置と第11の形態における冷媒温度調整装置との併用により、伝熱管の内壁面における包接水和物の付着量又は堆積厚の微調整が可能になる当該製造装置の運転制御上の長所もある。
なお、冷媒温度調整装置によれば、冷媒の温度を包接水和物の凝固点より高温にして伝熱管の内壁面に付着している包接水和物の堆積物の少なくとも一部を短時間で融解し、原料溶液又は原料スラリーの力で剥離除去し、付着量をゼロ又は僅少にすることもできる。このような操作は、伝熱管の内壁面における包接水和物の付着又は堆積の状態が何らかの事情で望ましいものではなくなった場合において、当該内壁面を初期状態(即ち、全く又は殆ど包接水和物が付着していない状態)に復帰させる際に必要であり、包接水和物スラリーの製造装置の初期化やリセットに役立つ。
According to the 11th form of this invention, the manufacturing apparatus of the clathrate hydrate slurry based on the manufacturing method which concerns on the 4th form of this invention is realizable.
With the combined use of the circulation device in the tenth embodiment and the refrigerant temperature adjustment device in the eleventh embodiment, the amount of clathrate hydrate deposited on the inner wall surface of the heat transfer tube or the deposition thickness of the production apparatus can be finely adjusted. There are also advantages in operation control.
According to the refrigerant temperature control device, the temperature of the refrigerant is set higher than the freezing point of the clathrate hydrate, and at least part of the clathrate hydrate deposits adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube is removed for a short time. And then peeled and removed by the force of the raw material solution or raw material slurry, and the amount of adhesion can be made zero or very small. Such an operation is performed when the state of adhesion or deposition of clathrate hydrate on the inner wall surface of the heat transfer tube is not desirable for some reason, and the inner wall surface is in the initial state (that is, completely or almost completely free of inclusion water). Necessary when returning to a state in which the Japanese product is not attached, and is useful for initialization and resetting of the clathrate hydrate slurry production apparatus.

包接水和物スラリーの製造装置における伝熱管の内壁面の状態は、包接水和物スラリーの製造装置の初回運転時においては、全く包接水和物が付着しておらず、休止後の運転再開時においては、一旦付着していた包接水和物が融解して一部又は全部が剥離して不均一にしか付着又は堆積しておらず、性能確認運転時においては運転条件を変動させているので、包接水和物が付着しているか否か、均一に付着しているか否か等の判断を適確に行うことができない。
それ故、本発明の第12の形態によれば、包接水和物スラリーの製造装置の初回運転時、休止後の運転再開時又は性能確認運転時に、各伝熱管の内壁面に付着した包接水和物の一部を前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を各伝熱管の内壁面を覆うように残すように、そして伝熱管を通過した原料溶液又は原料スラリーの一部又は全部を常時又は必要に応じてその伝熱管に還流させる運転することで、前記(f)及び(g)の作用効果により、当該製造装置をより早期に安定稼動状態にさせることができる。また、前記(h)の作用効果も奏する。
The state of the inner wall surface of the heat transfer tube in the clathrate hydrate slurry production apparatus shows no clathrate hydrate adhering at the first operation of the clathrate hydrate slurry production apparatus, and after At the time of restarting the operation, the clathrate hydrate once adhering melts and part or all of the clathrate detaches and adheres or deposits only unevenly. Since it is made to fluctuate, it cannot be judged correctly whether clathrate hydrate has adhered or whether it has adhered uniformly.
Therefore, according to the twelfth aspect of the present invention, at the initial operation of the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus, at the time of restarting operation after a pause or at the time of performance check operation, A part of the wet hydrate is removed by the flow force of the aqueous solution or the slurry, and the remainder is left so as to cover the inner wall surface of each heat transfer tube, and the raw material solution or the raw slurry that has passed through the heat transfer tube By operating to recirculate part or all to the heat transfer tube at all times or as necessary, the manufacturing apparatus can be brought into a stable operation state earlier by the effects (f) and (g). . Further, the effect (h) is also achieved.

なお、複数の伝熱管において各伝熱管の内壁面の状態は同一ではなく、むしろ伝熱管ごとに異なる。このような場合、より多くの伝熱管の内壁面に均一に包接水和物を付着させ堆積させることで、包接水和物スラリーの製造を安定化させる必要がある。しかして、本発明の第3、第10及び第12の形態は、これらにより原料溶液又は原料スラリーを循環させることで伝熱管の内壁面に均一に包接水和物を付着させ堆積させることができるので、包接水和物スラリーの製造装置が複数の伝熱管を備える場合に特に有益である。   In addition, in the plurality of heat transfer tubes, the state of the inner wall surface of each heat transfer tube is not the same, but rather differs for each heat transfer tube. In such a case, it is necessary to stabilize the clathrate hydrate slurry production by uniformly depositing and depositing clathrate hydrate on the inner wall surfaces of more heat transfer tubes. Thus, according to the third, tenth and twelfth aspects of the present invention, the clathrate hydrate is uniformly adhered and deposited on the inner wall surface of the heat transfer tube by circulating the raw material solution or the raw material slurry. This is particularly advantageous when the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus includes a plurality of heat transfer tubes.

本発明の第13の形態によれば、第12の形態と同様の作用効果を奏する。これに加えて、第13の形態によれば、包接水和物スラリーの製造装置が備える冷媒温度調整装置により冷媒の温度を調節することができ、冷媒温度の調整を通じて、より具体的には、冷媒温度の変動を抑制して又はその変動を積極的に制御して、伝熱管の内部で生成する包接水和物の量や当該伝熱管の内壁面への付着量を調節することができるので、第12の形態よりもより早期に又は効率的に通常運転できる条件を見出すことができ、前記装置の初回運転、休止後の再開運転又は性能確認運転を終えることができる。
なお、本発明において「通常運転」とは、包接水和物スラリーの製造装置の運転開始後継続してこれを運転している場合において、当該製造装置の性能、能力又は包接水和物スラリーの製造能力が運転継続時間にあまり依存することなく一定値又は一定範囲に収束しているときの当該運転をいう。
According to the 13th form of this invention, there exists an effect similar to a 12th form. In addition to this, according to the thirteenth embodiment, the temperature of the refrigerant can be adjusted by the refrigerant temperature adjusting device provided in the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus, and more specifically through the adjustment of the refrigerant temperature. The amount of clathrate hydrate generated inside the heat transfer tube and the amount of adhesion to the inner wall surface of the heat transfer tube can be adjusted by suppressing or actively controlling the variation of the refrigerant temperature. Therefore, it is possible to find conditions that allow normal operation to be performed earlier or more efficiently than in the twelfth embodiment, and to finish the initial operation, resumption operation after stoppage, or performance confirmation operation of the apparatus.
In the present invention, “normal operation” refers to the performance, capability or clathrate hydrate of the production apparatus when the clathrate hydrate slurry production apparatus is continuously operated after the start of operation. It refers to the operation when the production capacity of the slurry converges to a certain value or a certain range without much depending on the operation duration.

さらに、本発明の第13の形態によれば、循環装置と冷媒温度調整装置の併用により、伝熱管の内壁面における包接水和物の付着厚又は堆積厚を微調整することが可能になり、包接水和物スラリー製造装置の運転制御上の長所も得られる。
なお、冷媒温度調整装置によれば、冷媒の温度を包接水和物の凝固点より高温にして伝熱管の内壁面に付着している包接水和物の堆積物の少なくとも一部を短時間で融解し、原料溶液又は原料スラリーの力で剥離除去し、付着量をゼロ又は僅少にすることもできる。このような操作は、既述のとおり、包接水和物スラリーの製造装置の初期化やリセットに役立つが、特に当該製造装置の初回運転、休止後の再開運転又は性能確認運転その他通常運転に必要な条件を試行錯誤により早期に収束させ、確定する必要がある局面において、いったん設定した条件を見直すために、伝熱管の内壁面を初期状態に復帰させる操作として重要である。
Furthermore, according to the thirteenth aspect of the present invention, it becomes possible to finely adjust the adhesion thickness or deposition thickness of the clathrate hydrate on the inner wall surface of the heat transfer tube by using the circulation device and the refrigerant temperature adjustment device together. Further, the advantages of controlling the operation of the clathrate hydrate slurry production apparatus can be obtained.
According to the refrigerant temperature control device, the temperature of the refrigerant is set higher than the freezing point of the clathrate hydrate, and at least part of the clathrate hydrate deposits adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube is removed for a short time. And then peeled and removed by the force of the raw material solution or raw material slurry, and the amount of adhesion can be made zero or very small. As described above, this operation is useful for initializing or resetting the clathrate hydrate slurry production apparatus, but in particular for the initial operation of the production apparatus, the restart operation after a pause, the performance check operation, and other normal operations. It is important as an operation to return the inner wall surface of the heat transfer tube to the initial state in order to review the set condition once it is necessary to converge and confirm the necessary condition early by trial and error.

本発明の第14の形態によれば、包接水和物スラリーの製造装置の初回運転、休止後の再開運転又は性能確認運転を終えた後の通常運転時においても、冷媒温度調整装置により冷媒の温度を調節することができるので、第4、第5及び第11の形態と同様に、冷媒温度の調整を通じて、包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができる。   According to the fourteenth aspect of the present invention, the refrigerant temperature adjusting device can also be used for the refrigerant in the clathrate hydrate slurry production apparatus during the initial operation, the resumption operation after the suspension, or the normal operation after the performance confirmation operation. As in the fourth, fifth and eleventh embodiments, the clathrate hydrate slurry can be stably produced over a long period of time or continuously through the adjustment of the refrigerant temperature. can do.

本発明の原理を実証するために、以下に示す実験を行った。
〔二重管単管実験〕
シェルアンドチューブ型熱交換器に相当する二重管式熱交換器を用い、原料溶液又は原料スラリーの流れの力により、伝熱管の内壁面に付着する水和物の量を制御することについて、流れの力に関係するパラメータとして原料溶液又は原料スラリーの流速に着目し、この流速を変え、伝熱管内を流れるスラリー流速によって、水和物付着厚みがどのように変化するかを調べる実験を行なった。
In order to demonstrate the principle of the present invention, the following experiment was conducted.
[Double tube single tube experiment]
About controlling the amount of hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube by the flow force of the raw material solution or raw material slurry using a double tube heat exchanger corresponding to the shell and tube type heat exchanger, Focusing on the flow rate of the raw material solution or raw material slurry as a parameter related to the flow force, this flow rate was changed, and an experiment was conducted to examine how the hydrate adhesion thickness changes depending on the flow rate of the slurry flowing in the heat transfer tube. It was.

<実験装置>
図4はこの実験装置の説明図である。
内径φ15mm外径φ18mm、長さ2.5mのSUS304の直管(一般に市販されているSUS管で管表面の加工は施していない)を、内径φ28mm長さ2mのSUS管内に装入して二重管とした熱交換器を用いる。
実験装置は、図4に示すように、4組の二重管熱交換器51〜54を直列に接続し、その一端側(後流側)に、長さ1.5mのSUS直管(内径φ15mm外径φ18mm)を非冷却区間55として接続して構成した。
4組の二重管熱交換器51〜54の連結部及び両端部にそれぞれ内管内の温度を測定する温度計を設置した。また、非冷却区間55の端部にも温度計を設置した。
二重管熱交換器51〜54の内管に原料溶液又は原料スラリーを通流するための循環流路56を設けた。そして、循環流路56に、原料溶液又は原料スラリーを貯留するバッファタンク57、原料溶液又は原料スラリーを循環するインバータ付の循環ポンプ58、循環流路56を流れる原料溶液又は原料スラリーの流量を検知する流量計59、をそれぞれ設置した。
また、二重管熱交換器51〜54における内管と外管の間隙の環状部に、冷媒として冷水を供給できるようにした。
原料溶液(包接水和物の水溶液)として、濃度23wt%の臭化テトラnブチルアンモニウム(TBAB)水溶液を用いた。このTBAB水溶液の水和物生成開始温度は、約10℃である。また、冷媒としての冷水の温度は、6〜7℃とした。
<Experimental equipment>
FIG. 4 is an explanatory diagram of this experimental apparatus.
Insert a SUS304 straight pipe (inner diameter φ15 mm, outer diameter φ18 mm, length 2.5 m) into a SUS pipe with an inner diameter φ28 mm and a length of 2 m. Use a heat exchanger as a tube.
As shown in FIG. 4, the experimental apparatus has four sets of double pipe heat exchangers 51 to 54 connected in series, and a SUS straight pipe (inner diameter φ15 mm) with a length of 1.5 m at one end side (rear stream side). The outer diameter φ18 mm) is connected as the non-cooling section 55.
Thermometers for measuring the temperature in the inner pipe were installed at the connecting parts and both ends of the four sets of double pipe heat exchangers 51 to 54, respectively. A thermometer was also installed at the end of the non-cooling section 55.
A circulation channel 56 for passing the raw material solution or the raw material slurry was provided in the inner pipe of the double pipe heat exchangers 51 to 54. Then, a buffer tank 57 for storing the raw material solution or the raw slurry, a circulation pump 58 with an inverter for circulating the raw material solution or the raw slurry, and a flow rate of the raw material solution or the raw slurry flowing through the circulation passage 56 are detected in the circulation passage 56. A flow meter 59 was installed.
In addition, cold water can be supplied as a refrigerant to the annular portion of the gap between the inner tube and the outer tube in the double tube heat exchangers 51 to 54.
As a raw material solution (a clathrate hydrate aqueous solution), an aqueous solution of tetra n-butylammonium bromide (TBAB) having a concentration of 23 wt% was used. The hydrate formation start temperature of this aqueous TBAB solution is about 10 ° C. Moreover, the temperature of the cold water as a refrigerant | coolant was 6-7 degreeC.

<実験方法>
以上のように構成された実験装置において、バッファタンク57より、原料溶液を循環ポンプ58によって、二重管熱交換器51〜54の内管に設定流量で供給し、一方、冷水(6〜7℃)を水溶液と対向する方向に流し、内管内の原料溶液を冷却する。
原料溶液が冷却されることによって水和物が生成され、出口で約8.6℃の水和物スラリーとなる。水和物の生成に伴い、各測定区間(Pd1〜Pd3)の差圧は上昇する。
原料溶液若しくは原料スラリーの流量は、ポンプ回転数を変えることで変化させ、その時の最大差圧を計測する。
内管内の流速は、流量を管内断面積で割って求める。
<Experiment method>
In the experimental apparatus configured as described above, the raw material solution is supplied from the buffer tank 57 to the inner pipes of the double-pipe heat exchangers 51 to 54 by the circulation pump 58, while cold water (6 to 7 ° C) in a direction opposite to the aqueous solution to cool the raw material solution in the inner tube.
A hydrate is produced by cooling the raw material solution, and becomes a hydrate slurry of about 8.6 ° C. at the outlet. As the hydrate is generated, the differential pressure in each measurement section (Pd1 to Pd3) increases.
The flow rate of the raw material solution or raw material slurry is changed by changing the pump rotation speed, and the maximum differential pressure at that time is measured.
The flow velocity in the inner pipe is obtained by dividing the flow rate by the cross-sectional area in the pipe.

管内壁に付着した水和物の厚み(みかけ付着厚さ)は、計測された測定区間の差圧から非冷却部の差圧PdS(水和物スラリの圧損に相当する)を差し引き、水和物の付着による内径変化による差圧上昇から算出する。具体的には、以下のようにして求めた。
管内を流体が通過する場合において、管内の圧損は、流速の2乗に比例し、管内径に反比例することが知られている。そこで、見かけ付着厚さをδとして、下式を用いてδを算出した。
Pd31’/Pd30={v1 2/(D-2δ)}/(v0 2/D)
ただし、
添字0:送液開始時(水溶液) 1:水和物生成後
v:流速
D:内管内径
δ:みかけ付着厚さ
Pd3:二重熱交換器54の入口と出口の差圧
Pd31’:二重熱交換器54におけるスラリー圧損を除去した管内圧損
なお、Pd31’は、下式によって求める。
Pd31’=Pd31−(PdS1−PdS0)×2.5/1.5
The thickness of the hydrate adhering to the inner wall of the pipe (apparent adhesion thickness) is obtained by subtracting the differential pressure PdS (corresponding to the pressure loss of the hydrate slurry) of the uncooled part from the measured differential pressure in the measurement section. It is calculated from the differential pressure increase due to the inner diameter change due to the adhesion of the object. Specifically, it was determined as follows.
It is known that when a fluid passes through a pipe, the pressure loss in the pipe is proportional to the square of the flow velocity and inversely proportional to the pipe inner diameter. Therefore, δ was calculated using the following equation, where δ was the apparent adhesion thickness.
Pd3 1 '/ Pd3 0 = {v 1 2 / (D-2δ)} / (v 0 2 / D)
However,
Subscript 0: At the beginning of liquid delivery (aqueous solution) 1: After hydrate formation
v: Flow velocity
D: Inner tube inner diameter δ: Apparent adhesion thickness
Pd3: Differential pressure at the inlet and outlet of the double heat exchanger 54
Pd3 1 ': In-pipe pressure loss from which the slurry pressure loss in the double heat exchanger 54 is removed
Pd3 1 ′ is obtained by the following equation.
Pd3 1 '= Pd3 1 − (PdS 1 −PdS 0 ) × 2.5 / 1.5

<実験結果>
(1)包接水和物のみかけ付着厚さと流速の関係
流速を変えて圧損を測定し、上記の式に基づいて水和物のみかけ付着厚さを算定した。図5は算定結果をグラフで示した図である。図5のグラフにおいては、縦軸が見かけ付着厚さδで、横軸が原料溶液(水溶液時の)流速を示している。図5のグラフに示されるように、流速が速くなるほど付着厚さが低減している。そして、流速が1.8m/sを超えると付着厚さは急激に減少し、その後は急激な変化がなくほぼ同じ厚さを維持していることが分かる。
このことから、熱交換器の冷却面での原料溶液又は原料スラリーの流速を1.8m/s以上にすることにより、冷却面への水和物の付着量の増加を抑制することができる。
<Experimental result>
(1) Relationship between apparent thickness of clathrate hydrate and flow rate The pressure loss was measured by changing the flow rate, and the apparent thickness of the hydrate was calculated based on the above formula. FIG. 5 is a graph showing the calculation results. In the graph of FIG. 5, the vertical axis represents the apparent adhesion thickness δ, and the horizontal axis represents the flow rate of the raw material solution (in the case of an aqueous solution). As shown in the graph of FIG. 5, the adhesion thickness decreases as the flow rate increases. When the flow velocity exceeds 1.8 m / s, the adhesion thickness decreases rapidly, and thereafter it is understood that there is no rapid change and the same thickness is maintained.
From this, the increase in the adhesion amount of the hydrate to the cooling surface can be suppressed by setting the flow rate of the raw material solution or the raw material slurry on the cooling surface of the heat exchanger to 1.8 m / s or more.

(2)包接水和物のみかけ付着厚さ及び熱通過率の時間変化
原料溶液の流速を1.8m/sにしたときの水和物の付着による内径変化による差圧(計測した差圧からスラリー圧損を除去した差圧)の時間変化と、冷水による入熱が原料溶液に熱伝達された熱通過率の時間変化を求めた。
(2) Apparent thickness of clathrate hydrate and change in heat transfer rate over time Differential pressure due to change in inner diameter due to hydrate attachment when the flow rate of the raw material solution is 1.8 m / s (measured differential pressure) The time change of the differential pressure from which the slurry pressure loss was removed) and the time change of the heat transfer rate at which heat input by cold water was transferred to the raw material solution were obtained.

実験条件は以下の通りである。
原料溶液流速:1.8m/s
冷水入口:6.4℃
冷水出口:6.7℃
原料溶液入口温度:8.9℃
水和物スラリー出口温度:8.6℃
熱密度:16.6Mcal/m3
The experimental conditions are as follows.
Raw material solution flow rate: 1.8 m / s
Cold water inlet: 6.4 ° C
Cold water outlet: 6.7 ° C
Raw material solution inlet temperature: 8.9 ° C
Hydrate slurry outlet temperature: 8.6 ° C
Thermal density: 16.6 Mcal / m 3

水和物の付着による内径変化による差圧(スラリ圧損を除去した1mあたりの差圧)Pおよび熱通過率K1を下式によって算出した。
P=(Pd1+Pd2+Pd3)/(5+2.5+2.5)-(PdS-PdS0)/1.5
K1=Q/AΘ=Cp・ρ・u(To-Ti)/πDLΘ
但し、
Pdn、PdSの添字 0:送液開始時(水溶液) なし:水和物生成後
Q:入熱量
A:伝熱面積
Cp:水比熱
ρ:水密度
u:冷水流量
To:冷水出口温度
Ti:冷水入口温度
D:内管内径
L:伝熱長さ
Θ:水溶液温度差
The differential pressure (differential pressure per meter from which the slurry pressure loss was removed) P and the heat passage rate K1 due to the change in the inner diameter due to adhesion of the hydrate were calculated by the following equations.
P = (Pd1 + Pd2 + Pd3) / (5 + 2.5 + 2.5)-(PdS-PdS 0 ) /1.5
K1 = Q / AΘ = Cp ・ ρ ・ u (To-Ti) / πDLΘ
However,
Pdn, PdS subscript 0: At the beginning of liquid feeding (aqueous solution) None: After hydrate formation Q: Heat input A: Heat transfer area
Cp: Water specific heat ρ: Water density
u: Cold water flow rate
To: Cold water outlet temperature
Ti: Cold water inlet temperature D: Inner pipe inner diameter L: Heat transfer length Θ: Aqueous solution temperature difference

図6は算出結果を示すグラフである。図中左側の縦軸が水和物の付着による内径変化による差圧(スラリ圧損を除去した差圧)を示し、図中右側の縦軸が熱通過率を示し、横軸が試験時間を示している。
図6のグラフから分かるように、熱交換器管内の圧力損失の時間変化はほぼ一定となり、圧力損失の増加を抑制できている。また、熱通過率もほぼ一定であり、伝熱面への水和物の付着量の増加を抑制して熱抵抗の増加を抑制することができている。
以上のように、熱交換器を通過する原料溶液又は原料スラリーの流速を1.8m/s以上にすることによって、伝熱面への水和物の付着を抑制することが実証された。
FIG. 6 is a graph showing the calculation results. In the figure, the vertical axis on the left shows the differential pressure (differential pressure from which slurry pressure loss has been removed) due to changes in the inner diameter due to hydrate adhesion, the vertical axis on the right shows the heat transfer rate, and the horizontal axis shows the test time. ing.
As can be seen from the graph of FIG. 6, the time change of the pressure loss in the heat exchanger tube is substantially constant, and the increase in the pressure loss can be suppressed. Moreover, the heat passage rate is also substantially constant, and an increase in the amount of hydrate adhering to the heat transfer surface can be suppressed to suppress an increase in thermal resistance.
As described above, it has been demonstrated that the hydrate adherence to the heat transfer surface is suppressed by setting the flow rate of the raw material solution or raw material slurry passing through the heat exchanger to 1.8 m / s or more.

〔シェル&チューブ熱交換器による実験〕
次に、シェル&チューブ式熱交換器を用いて、フロン冷媒によって原料溶液又は原料スラリーを冷却して水和物スラリーを製造する製造実験を行なったので、これについて述べる。
[Experiment with shell and tube heat exchanger]
Next, a manufacturing experiment for producing a hydrate slurry by cooling a raw material solution or a raw material slurry with a chlorofluorocarbon refrigerant using a shell and tube heat exchanger will be described.

<実験装置の説明>
図7はこの実験装置の説明図である。
シェル&チューブ式熱交換器は、SUS304製呼び径150A鋼管を加工したシェル内に、外径17.3mm内径14mmのSUS304製のパイプが27本配置された1パス構成の熱交換器である。チューブ内に原料溶液又は原料スラリーが流れ、シェル側に冷媒が流れる。
<Explanation of experimental equipment>
FIG. 7 is an explanatory diagram of this experimental apparatus.
The shell-and-tube heat exchanger is a one-pass heat exchanger in which 27 SUS304 pipes with an outer diameter of 17.3 mm and an inner diameter of 14 mm are arranged in a shell processed from a SUS304 nominal diameter 150A steel pipe. The raw material solution or raw material slurry flows in the tube, and the refrigerant flows to the shell side.

シェル&チューブ式熱交換器61のチューブ側に原料溶液又は原料スラリーを循環供給する循環流路62は、原料溶液又は原料スラリーを貯留するタンク63(実験開始時には原料溶液が貯留されている)と、タンク63の下流側に設けられた循環ポンプ64と、循環ポンプ64の出口側に設けられた模擬負荷用の電気ヒータ65と、を備えている。
タンク63には、冷却コイル(図示せず)が設けられるか、発核用の水和物スラリー投入を行い、熱交換器から送られた過冷却状態の原料溶液の過冷却解除を行なう。
模擬負荷用の電気ヒータ65により、タンク63から送られた水和物スラリーの冷熱を相殺するように加熱して熱交換器入口に供給する原料溶液又は原料スラリーの温度を一定して実験を行なえるように調整する。
A circulation path 62 for circulating and supplying the raw material solution or raw material slurry to the tube side of the shell and tube heat exchanger 61 is a tank 63 for storing the raw material solution or raw material slurry (the raw material solution is stored at the start of the experiment). A circulation pump 64 provided on the downstream side of the tank 63, and a simulated load electric heater 65 provided on the outlet side of the circulation pump 64.
The tank 63 is provided with a cooling coil (not shown), or hydrate slurry for nucleation is charged, and the supercooled raw material solution sent from the heat exchanger is released.
Experiments can be performed with the temperature of the raw material solution or raw material slurry supplied to the heat exchanger inlet heated by the electric heater 65 for the simulated load so as to offset the cold heat of the hydrate slurry sent from the tank 63. Adjust so that.

また、タンク63と、循環流路62における電気ヒータ65の下流側とを連結する再循環流路66が設けられており、この再循環流路66には再循環ポンプ67が設けられている。
シェル&チューブ式熱交換器61に送られる原料溶液又は原料スラリーの流量は、再循環ポンプ67および循環ポンプ64に取り付けたインバータによって、ポンプの回転数が調整され所定量に調整される。
In addition, a recirculation flow path 66 that connects the tank 63 and the downstream side of the electric heater 65 in the circulation flow path 62 is provided, and a recirculation pump 67 is provided in the recirculation flow path 66.
The flow rate of the raw material solution or raw material slurry sent to the shell and tube heat exchanger 61 is adjusted to a predetermined amount by adjusting the rotational speed of the pump by an inverter attached to the recirculation pump 67 and the circulation pump 64.

シェル&チューブ式熱交換器61のシェル側には、冷媒回路68を通じてフロン冷媒のR134aが供給される。冷媒回路68には、冷媒熱交換器69と、気液分離器70と、冷媒ポンプ71が設けられている。冷媒熱交換器69には、圧縮機72、凝縮機73、膨張弁74を備えてなる冷凍機ユニット75によって冷却されたフロン冷媒R404aが送られ、冷媒R134aと熱交換を行なう。
冷媒ポンプ71によって、気液分離器70から約2℃の冷媒液がシェル内に供給され、シェル内で冷媒液の一部が蒸発することで、チューブ内の原料溶液又は原料スラリーが冷却される。蒸発した冷媒ガスと冷媒液は気液分離器70に戻される。気液分離器70で分離されたR134a冷媒ガスは冷媒熱交換器69に送られ冷却され凝縮して液冷媒になり気液分離器70に戻る。
The shell side of the shell-and-tube heat exchanger 61 is supplied with R134a of chlorofluorocarbon refrigerant through the refrigerant circuit 68. The refrigerant circuit 68 is provided with a refrigerant heat exchanger 69, a gas-liquid separator 70, and a refrigerant pump 71. The refrigerant heat exchanger 69 is supplied with the chlorofluorocarbon refrigerant R404a cooled by the refrigerator unit 75 including the compressor 72, the condenser 73, and the expansion valve 74, and performs heat exchange with the refrigerant R134a.
A refrigerant liquid of about 2 ° C. is supplied from the gas-liquid separator 70 into the shell by the refrigerant pump 71, and a part of the refrigerant liquid evaporates in the shell, thereby cooling the raw material solution or raw material slurry in the tube. . The evaporated refrigerant gas and refrigerant liquid are returned to the gas-liquid separator 70. The R134a refrigerant gas separated by the gas-liquid separator 70 is sent to the refrigerant heat exchanger 69, cooled and condensed to become a liquid refrigerant, and returns to the gas-liquid separator 70.

<実験方法>
本実験には、原料溶液として濃度14.4wt%のTBAB水溶液を用いた。このTBAB水溶液の水和物生成開始温度は、約8℃である。
所定の流量になるように、再循環ポンプ67および循環ポンプ64のインバータを調整して原料溶液又は原料スラリーを循環流路62と再循環流路66に循環させた後、冷凍機ユニット75および冷媒ポンプ71を起動し冷媒をシェル&チューブ式熱交換器61内に送り、チューブ内の原料溶液又は原料スラリーを冷却する。
<Experiment method>
In this experiment, a TBAB aqueous solution having a concentration of 14.4 wt% was used as a raw material solution. The hydrate formation start temperature of this aqueous TBAB solution is about 8 ° C.
After adjusting the inverters of the recirculation pump 67 and the circulation pump 64 so as to obtain a predetermined flow rate, the raw material solution or the raw material slurry is circulated through the circulation flow path 62 and the recirculation flow path 66, and then the refrigerator unit 75 and the refrigerant The pump 71 is started and the refrigerant is sent into the shell and tube heat exchanger 61 to cool the raw material solution or raw material slurry in the tube.

冷凍機ユニット75内の圧縮機72を調節してシェル内の冷媒温度を一定に保つ。シェル&チューブ式熱交換器61出口の原料溶液温度が7℃以下となり過冷却状態になったら、別途生成させた水和物スラリーをタンク63内に投入し、過冷却解除させる。
これ以降、冷媒温度、原料溶液又は原料スラリー流量を一定にした条件で、シェル&チューブ式熱交換器61出口の水和物スラリー温度、熱交換器チューブ圧力損失(熱交換器出口と入口の差圧)を計測する。
シェル&チューブ式熱交換器61に流入する原料溶液又は原料スラリーの温度を一定にするように調整される模擬負荷用の電気ヒータ65の入力電力と各ポンプでの発熱量の和が、生成された水和物スラリーの保有冷熱に相当するので、これらを計測して、水和物スラリーの製造能力として求める。
シェル&チューブ式熱交換器61出口の水和物スラリー温度から水和物スラリーの固相分率SPF(水和物スラリ中の水和物の割合)を求める。
The refrigerant temperature in the shell is kept constant by adjusting the compressor 72 in the refrigerator unit 75. When the temperature of the raw material solution at the outlet of the shell-and-tube heat exchanger 61 becomes 7 ° C. or lower and is in a supercooled state, a separately produced hydrate slurry is put into the tank 63 to release the supercooling.
Thereafter, the hydrate slurry temperature at the outlet of the shell & tube heat exchanger 61, the heat exchanger tube pressure loss (difference between the heat exchanger outlet and the inlet) under the condition that the refrigerant temperature, the raw material solution or the raw material slurry flow rate are constant. Pressure).
The sum of the input power of the electric heater 65 for the simulated load and the calorific value of each pump, which is adjusted so as to make the temperature of the raw material solution or raw material slurry flowing into the shell and tube heat exchanger 61 constant, is generated. It corresponds to the retained cold heat of the hydrate slurry, and these are measured and determined as the production capacity of the hydrate slurry.
From the hydrate slurry temperature at the outlet of the shell and tube heat exchanger 61, the solid fraction SPF (the ratio of hydrate in the hydrate slurry) of the hydrate slurry is determined.

<実験結果1>
シェル&チューブ式熱交換器61に原料溶液又は原料スラリーを流し、諸データの経時変化を調べた。図8は、シェル&チューブ式熱交換器61を流れる原料溶液又は原料スラリー流量を450L/min(チューブ内流速で1.8m/s)にした場合の実験結果を示すグラフである。
図8においては、横軸に時間を表し、左側縦軸にシェル&チューブ式熱交換器61のチューブ圧力損失、水和物スラリーの固相分率SPF、右側縦軸にシェル&チューブ式熱交換器61出口の水和物スラリー温度、熱交換器入口の冷媒温度、模擬負荷用ヒータの負荷を表している。
<Experimental result 1>
The raw material solution or raw material slurry was passed through the shell and tube heat exchanger 61, and changes with time of various data were examined. FIG. 8 is a graph showing the experimental results when the flow rate of the raw material solution or raw material slurry flowing through the shell and tube heat exchanger 61 is 450 L / min (1.8 m / s in the flow velocity in the tube).
In FIG. 8, the horizontal axis represents time, the left vertical axis represents the tube pressure loss of the shell & tube heat exchanger 61, the solid phase fraction SPF of the hydrate slurry, and the right vertical axis represents the shell & tube heat exchange. It represents the hydrate slurry temperature at the outlet of the vessel 61, the refrigerant temperature at the inlet of the heat exchanger, and the load of the simulated load heater.

過冷却解除後はシェル&チューブ式熱交換器61入口の冷媒温度は約2℃に、シェル&チューブ式熱交換器61出口の水和物スラリー温度は7℃に維持されており、一定の実験条件で実験が行なえていることを確認できた。
過冷却解除した後、シェル&チューブ式熱交換器61のチューブ圧力損失は徐々に増加し、チューブ内壁面の水和物付着厚さが増加していることを示しており、運転開始してから4時間後にほぼ一定の26kPaとなり、水和物付着厚さの増大が抑制されていることを確認できた。
過冷却解除した後、模擬負荷用ヒータの負荷は徐々に低下し、運転開始してから4時間後にほぼ一定の3.6kWとなり、安定して所定の冷熱を保有する水和物スラリーが製造されていることを示している。
水和物スラリーの固相分率SPFも運転開始してから4時間後にほぼ一定の14%となり、安定して水和物スラリーが製造されていることを示している。
After the supercooling is released, the refrigerant temperature at the inlet of the shell & tube heat exchanger 61 is maintained at about 2 ° C, and the hydrate slurry temperature at the outlet of the shell & tube heat exchanger 61 is maintained at 7 ° C. It was confirmed that the experiment was conducted under the conditions.
After the supercooling was released, the tube pressure loss of the shell & tube heat exchanger 61 gradually increased, indicating that the hydrate deposit thickness on the inner wall surface of the tube has increased. After 4 hours, it became almost constant 26 kPa, and it was confirmed that the increase in hydrate adhesion thickness was suppressed.
After the supercooling is released, the load of the simulated load heater gradually decreases, and after 4 hours from the start of operation, it becomes almost constant 3.6 kW, and a hydrate slurry that stably holds the predetermined cold heat is produced. It shows that.
The solid phase fraction SPF of the hydrate slurry also became a substantially constant 14% after 4 hours from the start of operation, indicating that the hydrate slurry was stably produced.

以上のように、シェル&チューブ式熱交換器61を流れる原料溶液又は原料スラリーのチューブ内流速を1.8m/sにした場合には、チューブ内壁面の水和物付着厚さの増大を抑制でき、安定して水和物スラリーを製造できることを確認できた。   As described above, when the flow rate in the tube of the raw material solution or raw material slurry flowing through the shell & tube heat exchanger 61 is set to 1.8 m / s, an increase in the hydrate adhesion thickness on the inner wall surface of the tube is suppressed. It was confirmed that the hydrate slurry could be produced stably.

<実験結果2>
次に、再循環ポンプ67および循環ポンプ64を調整してシェル&チューブ式熱交換器61のチューブ内を流れる原料溶液又は原料スラリーの流速を1.5〜2.4m/sの範囲で変えて実験を行い、チューブ圧力損失とチューブ内水溶液流速との関係を調べた。
<Experimental result 2>
Next, the recirculation pump 67 and the circulation pump 64 are adjusted to change the flow rate of the raw material solution or raw material slurry flowing in the tube of the shell-and-tube heat exchanger 61 in the range of 1.5 to 2.4 m / s. Experiments were conducted to investigate the relationship between tube pressure loss and aqueous solution flow rate in the tube.

図9は、この実験結果を示すグラフであり、横軸にチューブ内原料溶液又は原料スラリー流速を表し、縦軸にチューブ圧力損失が定常となったときのチューブ圧力損失を表したものである。
図9に示されるように、冷媒温度が2℃の場合、チューブ内原料溶液又は原料スラリー流速がおよそ1.8m/s以上であれば、チューブ圧力損失は低い値となることが分かった。逆に、チューブ内原料溶液又は原料スラリー流速が1.8m/sより小さいとチューブ圧力損失が高い値となることが分かった。
FIG. 9 is a graph showing the experimental results. The horizontal axis represents the raw material solution or raw material slurry flow rate in the tube, and the vertical axis represents the tube pressure loss when the tube pressure loss becomes steady.
As shown in FIG. 9, it was found that when the refrigerant temperature is 2 ° C., the tube pressure loss becomes a low value when the raw material solution in the tube or the raw material slurry flow rate is about 1.8 m / s or more. On the contrary, it was found that the tube pressure loss was high when the flow rate of the raw material solution in the tube or the raw material slurry was less than 1.8 m / s.

この結果から、冷媒温度が2℃の場合、シェル&チューブ式熱交換器61のチューブ内の原料溶液又は原料スラリー流速を1.8m/s以上となるようにシェル&チューブ式熱交換器61のチューブに原料溶液又は原料スラリーを流通させれば、原料溶液又は原料スラリーの流れの力によりチューブ内壁面に付着する水和物の量の増加を抑制することができることを確認した。これにより、シェル&チューブ式熱交換器61のチューブで熱交換が長時間円滑に行なわれ、水和物スラリーを安定して製造することができる。   From this result, when the refrigerant temperature is 2 ° C., the shell and tube heat exchanger 61 has a flow rate of 1.8 m / s or more in the raw solution or raw material slurry flow rate in the tube of the shell and tube heat exchanger 61. It was confirmed that if the raw material solution or raw material slurry was circulated through the tube, an increase in the amount of hydrate adhering to the inner wall surface of the tube could be suppressed by the flow force of the raw material solution or raw material slurry. Thereby, heat exchange is performed smoothly for a long time with the tube of the shell & tube type heat exchanger 61, and a hydrate slurry can be manufactured stably.

また、シェル&チューブ式熱交換器61のチューブ内の原料溶液又は原料スラリー流速を1.8m/s以上となるように原料溶液又は原料スラリーを流通させれば、チューブ内壁面に付着する水和物量の増加を抑制できるとともに、チューブ内壁面に水和物を一部付着させたまま残存させることができるので、残存する水和物が水和物結晶生成核として機能するため新たに水和物を容易に生成することができ、水和物スラリーの固相分率を適正な範囲にすることができ、円滑に冷熱を蓄熱または輸送することができる。   Moreover, if the raw material solution or the raw material slurry is circulated so that the flow rate of the raw material solution or the raw material slurry in the tube of the shell & tube heat exchanger 61 is 1.8 m / s or more, the hydration adhered to the inner wall surface of the tube It is possible to suppress the increase in the amount of material and to leave the hydrate partially attached to the inner wall surface of the tube, so that the remaining hydrate functions as a hydrate crystal formation nucleus, so a new hydrate Can be easily generated, the solid phase fraction of the hydrate slurry can be in an appropriate range, and the cold energy can be stored or transported smoothly.

<実験結果3>
冷媒温度を変えて冷媒温度の影響を調べた。冷媒温度を、14.4wt%TBAB水溶液の水和物生成開始温度(水和物の凝固点)である8℃より低い温度で、0〜4.7℃まで変えてシェル&チューブ式熱交換器61による製造試験を実施し、シェル&チューブ式熱交換器61のチューブ部の圧力損失に対する冷媒温度の影響を調べた。なお、熱交換器チューブ内の原料溶液又は原料スラリー流速は、2m/sとした。
図10に実験結果のグラフを示す。横軸は冷媒温度、縦軸はシェル&チューブ式熱交換器61のチューブ部の圧力損失と、シェル&チューブ式熱交換器61の冷却能力を表す。
<Experimental result 3>
The effect of the refrigerant temperature was examined by changing the refrigerant temperature. The shell and tube heat exchanger 61 is changed from 0 to 4.7 ° C. at a temperature lower than 8 ° C. which is the hydrate formation start temperature (hydrate freezing point) of the 14.4 wt% TBAB aqueous solution. A manufacturing test was conducted to examine the influence of the refrigerant temperature on the pressure loss of the tube portion of the shell-and-tube heat exchanger 61. The flow rate of the raw material solution or raw material slurry in the heat exchanger tube was 2 m / s.
FIG. 10 shows a graph of the experimental results. The horizontal axis represents the refrigerant temperature, and the vertical axis represents the pressure loss of the tube portion of the shell & tube heat exchanger 61 and the cooling capacity of the shell & tube heat exchanger 61.

図10に示されるように、シェル&チューブ式熱交換器61のチューブ部圧力損失は、冷媒温度が実験の温度範囲で高いほど減少している。この理由は以下のように考えられる。
冷媒の温度を包接水和物の凝固点より低い範囲でできるだけ高い温度にすれば(換言すれば包接水和物の凝固点により近くすれば)、伝熱管の熱交換面に接する原料溶液又は原料スラリーの冷却の程度(具体的には過冷却度)が小さくなる。そうすると、伝熱管の熱交換面で冷却されて生成する水和物の堆積層内の隙間の割合(水溶液の含有率)が多くなり、水和物の堆積層は柔らかく、水溶液又は水和物スラリーの流れの力により剥離され易くなる。冷媒温度が高いほど伝熱管内面に付着する水和物の堆積層は柔らかくなり、剥離され易く水和物の量が抑制される。その結果、冷媒温度が高いほど、熱交換器チューブ部圧力損失は小さくなっている。
As shown in FIG. 10, the tube portion pressure loss of the shell-and-tube heat exchanger 61 decreases as the refrigerant temperature increases in the experimental temperature range. The reason is considered as follows.
If the temperature of the refrigerant is as high as possible within the range lower than the freezing point of the clathrate hydrate (in other words, closer to the freezing point of the clathrate hydrate), the raw material solution or the raw material in contact with the heat exchange surface of the heat transfer tube The degree of cooling of the slurry (specifically, the degree of supercooling) becomes small. As a result, the ratio of gaps in the hydrate deposit layer (content of aqueous solution) generated by cooling on the heat exchange surface of the heat transfer tube increases, and the hydrate deposit layer is soft and the aqueous solution or hydrate slurry. It becomes easy to peel off by the force of the flow. The higher the refrigerant temperature is, the softer the hydrate deposit layer adhering to the inner surface of the heat transfer tube becomes, and it is easy to be peeled off, and the amount of hydrate is suppressed. As a result, the higher the refrigerant temperature, the smaller the heat exchanger tube pressure loss.

また、シェル&チューブ式熱交換器61の冷却能力は下記のように求めるが、冷媒温度が0〜4℃の範囲では、チューブ単位長さ当たりの冷却能力は0.095〜0.097[kW/m/本]で、冷媒温度によらずほぼ一定である。冷媒温度が高いと、同じ冷却能力を得るために冷媒を供給する冷凍機を高い冷媒温度条件で運転できるため、冷凍機の消費電力を削減することができる。   The cooling capacity of the shell & tube heat exchanger 61 is determined as follows. When the refrigerant temperature is in the range of 0 to 4 ° C, the cooling capacity per unit length of the tube is 0.095 to 0.097 [kW / m / tube]. ], It is almost constant regardless of the refrigerant temperature. When the refrigerant temperature is high, the refrigerator that supplies the refrigerant in order to obtain the same cooling capacity can be operated under a high refrigerant temperature condition, so that the power consumption of the refrigerator can be reduced.

熱交換器の冷却能力の算出
冷却能力Q=A・K・ΔTm
但し、A:伝熱面積[m2]=π・Do・L・n
K:熱通過率[W/m2k]
ΔTm:対数平均温度差(≒Ti―To)
To:冷媒温度
Ti:チューブ内原料溶液又は原料スラリー温度
Do:チューブ外径
D:チューブ内水溶液流路径
t:チューブ管厚
σ:水和物層厚
ho:チューブ外熱伝達率
hi:チューブ内熱伝達率
λSUS:SUSチューブ熱伝導率
λCHS:水和物熱伝導率
なお、熱通過率は、下式から求められる。
Calculation of cooling capacity of heat exchanger Cooling capacity Q = A ・ K ・ ΔTm
However, A: Heat transfer area [m 2 ] = π · Do · L · n
K: Heat transfer rate [W / m 2 k]
ΔTm: Logarithmic average temperature difference (≒ Ti-To)
To: Refrigerant temperature
Ti: Raw material solution or raw material slurry temperature in the tube
Do: Tube outer diameter
D: Diameter of aqueous solution channel in tube
t: Tube tube thickness
σ: Hydrate layer thickness
ho: Heat transfer coefficient outside the tube
h i: Heat transfer coefficient in the tube λ SUS : SUS tube heat conductivity λ CHS : Hydrate heat conductivity The heat transfer rate is obtained from the following equation.

Figure 2009068826
Figure 2009068826

<実験結果4>
さらに、原料スラリーの種類、流速を変えた場合についても、シェル&チューブ式熱交換器61のチューブ部の圧力損失に対する冷媒温度の影響を調べた。
原料溶液として14.4wt%TBAB水溶液(水和物生成開始温度(水和物の凝固点)8℃)を用いて、あらかじめ冷却して水和物を生成し、固相分率SPF15%と20%の水和物スラリーを製造して原料スラリーとして供した。
なお、14.4wt%TBAB水溶液から製造したSPF15%水和物スラリーの温度は7℃、SPF20%水和物スラリーの温度は6℃である。
また、11wt%TBAB水溶液(水和物生成開始温度(水和物の凝固点)7℃)を用いて、あらかじめ冷却して水和物を生成し、固相分率SPF15%と20%の水和物スラリーを製造して原料スラリーとして供した。なお、11wt%TBAB水溶液から製造したSPF15%水和物スラリーの温度は5℃、SPF20%水和物スラリーの温度は4℃である。
つまり、原料スラリーの種類としては、以下の4種類とした。
(1)14.4wt%TBAB水溶液を冷却してなる固相分率SPF15%の水和物スラリー
(2)14.4wt%TBAB水溶液を冷却してなる固相分率SPF20%の水和物スラリー
(3) 11wt%TBAB水溶液を冷却してなる固相分率SPF15%の水和物スラリー
(4) 11wt%TBAB水溶液を固相分率SPF20%の水和物スラリー
<Experimental result 4>
Furthermore, the effect of the refrigerant temperature on the pressure loss in the tube portion of the shell and tube heat exchanger 61 was also examined when the type of raw material slurry and the flow rate were changed.
Using a 14.4 wt% TBAB aqueous solution (hydrate formation start temperature (hydrate freezing point) 8 ° C.) as a raw material solution, the hydrate was formed by cooling in advance, and the solid phase fraction SPF was 15% and 20%. A hydrate slurry was prepared and used as a raw slurry.
The temperature of the SPF 15% hydrate slurry produced from the 14.4 wt% TBAB aqueous solution is 7 ° C., and the temperature of the SPF 20% hydrate slurry is 6 ° C.
In addition, an 11 wt% TBAB aqueous solution (hydrate formation start temperature (freezing point of hydrate) 7 ° C.) was cooled in advance to produce a hydrate, and hydrated with a solid fraction of SPF of 15% and 20%. A product slurry was produced and used as a raw material slurry. The temperature of the SPF 15% hydrate slurry prepared from the 11 wt% TBAB aqueous solution is 5 ° C., and the temperature of the SPF 20% hydrate slurry is 4 ° C.
That is, the following four types of raw material slurry were used.
(1) A hydrate slurry having a solid phase fraction SPF of 15% obtained by cooling a 14.4 wt% TBAB aqueous solution
(2) A hydrate slurry having a solid phase fraction SPF of 20% obtained by cooling a 14.4 wt% TBAB aqueous solution.
(3) A hydrate slurry with a solid phase fraction SPF of 15% obtained by cooling an 11 wt% TBAB aqueous solution.
(4) Hydrate slurry of 11wt% TBAB aqueous solution with solid phase fraction SPF 20%

上記の4種類の原料スラリーについて、冷媒温度を、それぞれの水和物生成開始温度(水和物の凝固点)より低い温度で、0〜4.7℃まで変えて、また、再循環ポンプ67および循環ポンプ64を調整してシェル&チューブ式熱交換器61のチューブ内を流れる原料スラリーの流速を1.6〜2.4m/sの範囲で変えて実験を行い、チューブ部の圧力損失に対する冷媒温度の影響を調べた。そして、チューブ部の圧力損失計測値からチューブ内面に付着した水和物の厚さを二重管単管実験と同様にして算出した。   For the above four types of raw material slurry, the refrigerant temperature was changed from 0 to 4.7 ° C. at a temperature lower than the respective hydrate production start temperature (the freezing point of the hydrate), and the recirculation pump 67 and Experiments were conducted by adjusting the circulation pump 64 and changing the flow rate of the raw slurry flowing in the tube of the shell & tube heat exchanger 61 in the range of 1.6 to 2.4 m / s, and the refrigerant against the pressure loss of the tube part The effect of temperature was investigated. And the thickness of the hydrate adhering to the inner surface of the tube was calculated from the pressure loss measurement value of the tube portion in the same manner as in the double tube single tube experiment.

図11、図12に実験結果のグラフを示す。図11及び図12において、横軸は冷媒温度、縦軸はシェル&チューブ式熱交換器61のチューブ部の圧力損失値から算出した水和物の相当付着厚さを表す。
図11は14.4wt%TBAB水溶液から製造した原料スラリーについて、図12は11wt%TBAB水溶液から製造した原料スラリーについてそれぞれの実験結果を示している。
FIG. 11 and FIG. 12 show graphs of experimental results. 11 and 12, the horizontal axis represents the refrigerant temperature, and the vertical axis represents the equivalent adhesion thickness of the hydrate calculated from the pressure loss value of the tube portion of the shell-and-tube heat exchanger 61.
FIG. 11 shows the experimental results for the raw slurry produced from the 14.4 wt% TBAB aqueous solution, and FIG. 12 shows the experimental results for the raw slurry produced from the 11 wt% TBAB aqueous solution.

図11、図12に示されるように、どの原料スラリーについても、またどの流速についても水和物の相当付着厚さは、冷媒温度が高いほど減少している。冷媒温度が高いほど伝熱管内面に付着する水和物の堆積層は柔らかくなり、水溶液又は水和物スラリーの流れの力により剥離され易く付着する水和物の量が抑制されることが、原料スラリーの種類や流速を変えても確認できる。   As shown in FIGS. 11 and 12, the hydrate equivalent deposition thickness decreases as the refrigerant temperature increases for any raw material slurry and for any flow rate. The higher the refrigerant temperature, the softer the hydrate deposit layer that adheres to the inner surface of the heat transfer tube, and the amount of hydrate that adheres more easily by the flow force of the aqueous solution or hydrate slurry is suppressed. This can be confirmed by changing the slurry type and flow rate.

次に、図11、図12に示した実験結果に基づいて、冷媒と原料スラリーとの温度差と水和物の相当付着厚さの関係を調べた。図13、図14にこの結果のグラフを示す。横軸は冷媒温度と原料スラリーとの温度差、縦軸はシェル&チューブ式熱交換器61のチューブ部の圧力損失値から算出した水和物の相当付着厚さを表す。
図13は14.4wt%TBAB水溶液から製造した原料スラリーについて、図14は11wt%TBAB水溶液から製造した原料スラリーについての結果をそれぞれ示している。
Next, based on the experimental results shown in FIGS. 11 and 12, the relationship between the temperature difference between the refrigerant and the raw slurry and the equivalent adhesion thickness of the hydrate was examined. The graph of this result is shown in FIGS. The horizontal axis represents the temperature difference between the refrigerant temperature and the raw slurry, and the vertical axis represents the equivalent adhesion thickness of the hydrate calculated from the pressure loss value of the tube portion of the shell and tube heat exchanger 61.
FIG. 13 shows the results for the raw slurry produced from the 14.4 wt% TBAB aqueous solution, and FIG. 14 shows the results for the raw slurry produced from the 11 wt% TBAB aqueous solution.

図13、図14に示されるように、どの原料スラリーについても、またどの流速についても水和物の相当付着厚さは、冷媒と原料スラリーとの温度差が小さいほど減少している。冷媒と原料スラリーとの温度差が小さいほど、すなわち冷媒温度が高いほど伝熱管内面に付着する水和物の堆積層は柔らかくなり、水溶液又は水和物スラリーの流れの力により剥離され易く付着する水和物の量が抑制されることが、原料スラリーの種類や流速を変えても確認できる。   As shown in FIGS. 13 and 14, the hydrate equivalent deposition thickness decreases as the temperature difference between the refrigerant and the raw slurry decreases for any raw slurry and for any flow rate. The smaller the temperature difference between the refrigerant and the raw material slurry, that is, the higher the refrigerant temperature, the softer the hydrate deposit layer adhering to the inner surface of the heat transfer tube, and the more easily peeled off due to the flow force of the aqueous solution or hydrate slurry. It can be confirmed that the amount of hydrate is suppressed even if the type and flow rate of the raw slurry are changed.

次に、シェル&チューブ式熱交換器61のチューブ内面に付着した水和物の付着厚さと、チューブ部の圧力損失との関係を調べた。図15はこの結果を示すグラフであり、横軸に付着厚さを示し、縦軸に水和物の付着がない時を100%とした圧力損失増加率を示している。チューブ部の圧力損失は流速の2乗に比例しチューブの有効内径に反比例するので、付着厚さが増加するにつれて有効内径が減少し、圧力損失が大きくなる。   Next, the relationship between the adhesion thickness of the hydrate adhering to the inner surface of the tube of the shell and tube heat exchanger 61 and the pressure loss of the tube portion was examined. FIG. 15 is a graph showing the results, where the horizontal axis indicates the adhesion thickness, and the vertical axis indicates the pressure loss increase rate when the hydrate does not adhere to 100%. Since the pressure loss in the tube portion is proportional to the square of the flow velocity and inversely proportional to the effective inner diameter of the tube, the effective inner diameter decreases and the pressure loss increases as the adhesion thickness increases.

原料溶液又は原料スラリーを流送するポンプ動力の変動許容範囲の点から、シェル&チューブ式熱交換器のチューブ部の圧損増加率を150%以下とすることが好ましいが、そのためには水和物の付着厚さは、図15のグラフによると約0.5mm以下とすることが必要となる。水和物の付着厚さを約0.5mm以下とするためには、図13、図14から冷媒と原料スラリーとの温度差を4℃以下にすることが好ましい。
また、冷媒と原料スラリーとの温度差が小さ過ぎると伝熱効率が低下するため、温度差が1℃以上あることが必要である。このように冷媒と原料スラリーとの温度差を1℃以上4℃以下にすることにより、適切な伝熱効率で熱交換でき、チューブ内面の水和物の付着厚さの増加を抑制することができる。
From the viewpoint of the allowable range of fluctuations in pump power for feeding the raw material solution or raw slurry, it is preferable to increase the pressure loss increase rate of the tube portion of the shell & tube type heat exchanger to 150% or less. According to the graph of FIG. 15, it is necessary to set the adhesion thickness of about 0.5 mm or less. In order to make the hydrate adhesion thickness about 0.5 mm or less, it is preferable to set the temperature difference between the refrigerant and the raw slurry to 4 ° C. or less from FIGS.
Further, if the temperature difference between the refrigerant and the raw material slurry is too small, the heat transfer efficiency is lowered, so that the temperature difference needs to be 1 ° C. or more. In this way, by setting the temperature difference between the refrigerant and the raw slurry to 1 ° C. or more and 4 ° C. or less, heat exchange can be performed with appropriate heat transfer efficiency, and an increase in the thickness of the hydrate attached to the inner surface of the tube can be suppressed. .

[実施の形態1]
図16は本発明の一実施の形態に係る包接水和物スラリー製造装置の構成を説明する説明図である。
本実施の形態に係る包接水和物スラリー製造装置は、原料溶液(水和物を生成するゲスト化合物の水溶液)又は原料スラリーと冷媒との間で熱交換を行う熱交換器1と、熱交換器1に冷媒を供給する冷媒供給装置21と、原料溶液又は原料スラリー及び生成された水和物スラリーを貯留する蓄熱槽5と、一端が蓄熱槽5に連通し、他端が熱交換器1の入側に連通する入側流路8と、一端が熱交換器1の出側に連通し、他端が蓄熱槽5に連通する出側流路9と、出側流路8と入側流路9を連結する再循環流路12と、を備えている。
熱交換器1は、シェルアンドチューブ型熱交換器でシェル側にはR134a等のフロン冷媒が、チューブ側には原料溶液又は原料スラリーが流れるように構成されている。
[Embodiment 1]
FIG. 16 is an explanatory view illustrating the configuration of the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.
The clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus according to the present embodiment includes a heat exchanger 1 that performs heat exchange between a raw material solution (an aqueous solution of a guest compound that generates a hydrate) or a raw material slurry and a refrigerant, A refrigerant supply device 21 for supplying refrigerant to the exchanger 1, a heat storage tank 5 for storing the raw material solution or raw material slurry and the generated hydrate slurry, one end communicating with the heat storage tank 5, and the other end being a heat exchanger 1 is connected to the inlet side of the heat exchanger 1, the outlet side channel 9 is connected to the outlet side of the heat exchanger 1, and the other side is connected to the heat storage tank 5. And a recirculation flow path 12 for connecting the side flow paths 9.
The heat exchanger 1 is a shell-and-tube heat exchanger, and is configured such that a fluorocarbon refrigerant such as R134a flows on the shell side and a raw material solution or raw material slurry flows on the tube side.

冷媒供給装置21は、ガス冷媒を圧縮する圧縮機2、圧縮されたガス冷媒を凝縮して液冷媒とする凝縮器3、冷媒配管4、冷媒流量を制御して熱交換器に供給する冷媒温度を調整する冷媒温度調整装置としての冷媒流量制御装置(ターボ圧縮機の場合インレットガイドベーン)19とを備えている。   The refrigerant supply device 21 includes a compressor 2 that compresses a gas refrigerant, a condenser 3 that condenses the compressed gas refrigerant into a liquid refrigerant, a refrigerant pipe 4, and a refrigerant temperature that is supplied to the heat exchanger by controlling the refrigerant flow rate. A refrigerant flow rate control device (an inlet guide vane in the case of a turbo compressor) 19 is provided as a refrigerant temperature adjusting device for adjusting the pressure.

入側流路8における再循環流路12との連結部10よりも上流側(入側流路8において上流側とは蓄熱槽5に近い側をいう)には、蓄熱槽5の水溶液を送り出すための製造ポンプ6と、水溶液の流量を計測する流量計14B、水溶液の温度を計測する第1温度計17が設置されている。   The aqueous solution in the heat storage tank 5 is sent to the upstream side of the connecting portion 10 with the recirculation flow path 12 in the inlet side flow path 8 (the upstream side in the input side flow path 8 means the side close to the heat storage tank 5). For this purpose, a manufacturing pump 6, a flow meter 14 </ b> B that measures the flow rate of the aqueous solution, and a first thermometer 17 that measures the temperature of the aqueous solution are installed.

また、再循環流路12には、貯留槽13と、水和物スラリーを送り出す再循環ポンプ7と、水和物スラリーの温度を計測する第2温度計16が、設置されている。
貯留槽13には供給される過冷却状態の水溶液の過冷却を解除する過冷却解除装置(図示なし)が設けられている。
The recirculation flow path 12 is provided with a storage tank 13, a recirculation pump 7 that sends out the hydrate slurry, and a second thermometer 16 that measures the temperature of the hydrate slurry.
The storage tank 13 is provided with a supercooling release device (not shown) that releases supercooling of the supercooled aqueous solution supplied.

過冷却解除装置としては、例えば小型冷凍機に接続された冷却部からなっており、冷却部が過冷却状態の水溶液が通る配管中に挿入されているようなものがある。冷却部は小型冷凍機により水和物生成温度以下に冷却されており、その表面に水和物が付着している。過冷却された水溶液が冷却部に接触すると、冷却部の表面に付着した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。   Examples of the supercooling release device include a cooling unit connected to a small refrigerator, and the cooling unit is inserted into a pipe through which a supercooled aqueous solution passes. The cooling part is cooled to a hydrate formation temperature or lower by a small refrigerator, and the hydrate adheres to the surface. When the supercooled aqueous solution comes into contact with the cooling part, the hydrate adhering to the surface of the cooling part acts as a generation nucleus, the supercooling is released, and a hydrate is easily generated.

また、過冷却解除装置として、過冷却ペルチェ素子などからなる低温突起を過冷却状態の水溶液が通る配管に挿入したものでもよい。このような低温突起も、前記した小型冷凍機の冷却部と同様に、水和物生成温度以下に冷却されており、その表面に水和物が付着している。過冷却された水溶液が低温突起に接触すると、低温突起の表面に付着した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   Further, as the overcool release device, a low temperature protrusion made of a supercooled Peltier element or the like may be inserted into a pipe through which a supercooled aqueous solution passes. Such low-temperature protrusions are also cooled to a hydrate formation temperature or lower like the cooling part of the small refrigerator described above, and hydrates adhere to the surface. When the supercooled aqueous solution comes into contact with the low-temperature protrusions, the hydrate attached to the surface of the low-temperature protrusions acts as a formation nucleus, and the supercooling is released, so that a hydrate is easily generated.

また、過冷却解除装置として、別に製造した水和物スラリーを添加するものでもよい。
入側流路8における再循環流路12との連結部10よりも下流側には、原料溶液又は原料スラリーと再循環流路12から供給される水和物スラリーとの混合物の流量を計測する流量計14Aと、前記混合物の温度を計測する第3温度計15が設置されている。
Further, as a supercooling release device, a hydrate slurry produced separately may be added.
The flow rate of the mixture of the raw material solution or the raw material slurry and the hydrate slurry supplied from the recirculation flow channel 12 is measured on the downstream side of the connecting portion 10 with the recirculation flow channel 12 in the inlet flow channel 8. A flow meter 14A and a third thermometer 15 for measuring the temperature of the mixture are installed.

また、出側流路9における再循環流路12との連結部11よりも上流側(出側流路9において上流側とは熱交換器1に近い側をいう)には、熱交換器1から流出する原料溶液又は原料スラリーもしくは水和物スラリーの温度を計測する第4温度計18が設置されている。また、出側流路9における再循環流路12との連結部11よりも下流側には、開閉弁41が設置されている。   In addition, on the upstream side of the connecting portion 11 with the recirculation channel 12 in the outlet side channel 9 (the upstream side in the outlet side channel 9 means a side close to the heat exchanger 1), the heat exchanger 1. A fourth thermometer 18 is installed to measure the temperature of the raw material solution or the raw material slurry or hydrate slurry flowing out from the water. Further, an opening / closing valve 41 is installed on the outlet side channel 9 on the downstream side of the connecting portion 11 with the recirculation channel 12.

また、水和物スラリー製造装置は、流量計14、第1温度計17、第2温度計16、第3温度計15のそれぞれの計測値を入力して、製造ポンプ6および/または再循環ポンプ7の流量を制御する制御手段30を備えている。
蓄熱槽5には蓄熱槽5に蓄えた水和物スラリーの供給を受けて空調を行う空調負荷20が水和物スラリー配管により接続されている。
Also, the hydrate slurry production apparatus inputs the measured values of the flow meter 14, the first thermometer 17, the second thermometer 16, and the third thermometer 15, and produces the production pump 6 and / or the recirculation pump. The control means 30 which controls the flow volume of 7 is provided.
An air conditioning load 20 is connected to the heat storage tank 5 by a hydrate slurry pipe for receiving the supply of hydrate slurry stored in the heat storage tank 5 and performing air conditioning.

以上のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
<水和物製造の概略説明>
熱交換器1のシェル側にはR134a等のフロン冷媒が、チューブ側には、原料溶液又は原料スラリーが流れる。
蓄熱槽5からは、12〜15℃の水溶液が、製造ポンプ6によって取り出され、入側配管8を通って、熱交換器1に供給される。
熱交換器1に供給される原料溶液又は原料スラリーは、圧縮機2で圧縮され、凝縮器3で液化されたフロン液冷媒がシェル内で蒸発する熱で冷却され、水和物スラリーが製造される。熱交換器1から水和物スラリーは出側配管9を通り、蓄熱槽5に送られ貯蔵される。
蓄熱槽5から原料スラリーが熱交換器1に供給される場合には、水和物がさらに生成され、水和物スラリー中の水和物の割合すなわち固相分率(SPF)の高い水和物スラリーが製造される。
蓄熱槽5に貯蔵された水和物スラリーは、空調負荷20に送られ冷熱を供給し、水溶液または固相分率が低くなった水和物スラリーが蓄熱槽5に戻る。
The operation of the present embodiment configured as described above will be described.
<Overview of hydrate production>
A fluorocarbon refrigerant such as R134a flows on the shell side of the heat exchanger 1, and a raw material solution or raw material slurry flows on the tube side.
From the heat storage tank 5, an aqueous solution of 12 to 15 ° C. is taken out by the production pump 6 and supplied to the heat exchanger 1 through the inlet side pipe 8.
The raw material solution or raw material slurry supplied to the heat exchanger 1 is compressed by the compressor 2 and cooled by the heat that the CFC liquid refrigerant liquefied by the condenser 3 evaporates in the shell, thereby producing a hydrate slurry. The The hydrate slurry from the heat exchanger 1 passes through the outlet pipe 9 and is sent to the heat storage tank 5 for storage.
When the raw material slurry is supplied from the heat storage tank 5 to the heat exchanger 1, a hydrate is further generated, and a hydrate ratio in the hydrate slurry, that is, a hydrate with a high solid phase fraction (SPF). A product slurry is produced.
The hydrate slurry stored in the heat storage tank 5 is sent to the air conditioning load 20 to supply cold heat, and the hydrate slurry having a low aqueous solution or solid phase fraction returns to the heat storage tank 5.

<製造装置の運転方法説明>
水和物を生成する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)を例として用いて水和物スラリーを製造する製造装置の運転方法を説明する。初回運転又は休止後の再開運転である準備運転と、定常的に水和物スラリーを製造する通常運転とに分けて説明する。
水溶液濃度14.4wt%のとき、水和物生成開始温度は8℃となる。7℃の水和物スラリーの固相分率(SPF)は14%となり、熱密度は14Mcal/m3(14℃基準)である。
<Description of operation method of manufacturing equipment>
An operation method of a production apparatus for producing a hydrate slurry using tetra nbutylammonium bromide (TBAB) as an example of a guest compound for producing a hydrate will be described. The description will be divided into a preparatory operation, which is the initial operation or a resumption operation after a pause, and a normal operation in which a hydrate slurry is regularly produced.
When the aqueous solution concentration is 14.4 wt%, the hydrate formation start temperature is 8 ° C. The solid phase fraction (SPF) of the hydrate slurry at 7 ° C. is 14%, and the heat density is 14 Mcal / m 3 (based on 14 ° C.).

<準備運転>
[1]水和物スラリー製造開始時においては、入側流路8、出側流路9及び熱交換器1内のチューブ内には、12℃以上の原料溶液が存在しており、蓄熱槽5及び貯留槽13には12℃以上の原料溶液が貯留されている。
水和物スラリー製造開始時には、開閉弁41を閉にする。再循環ポンプ7を起動し、熱交換器1内のチューブ内の原料溶液流速が所定流量で一定になるように、流量計14Aで検出して、再循環ポンプ7のインバータを調節して流量を制御する。このときの原料溶液の流路は13→7→12→14A→8→1→9→13である。
[2]次に冷凍機の圧縮機2を起動し、熱交換器1に冷媒を供給しチューブ内を流れる原料溶液を冷却する。冷却時の冷凍機の制御は、例えば、シェル内の冷媒蒸発温度(圧力)が所定値になるように、圧縮機の容量制御装置(インバータ)または冷媒流量制御装置19(ターボ圧縮機の場合インレットガイドベーン)を調整する。熱交換器1のチューブ内で原料溶液を過冷却状態まで冷却する。
<Preparation operation>
[1] At the start of hydrate slurry production, a raw material solution of 12 ° C. or higher exists in the inlet side channel 8, the outlet side channel 9 and the tubes in the heat exchanger 1, and the heat storage tank 5 and the storage tank 13 store a raw material solution of 12 ° C. or higher.
At the start of hydrate slurry production, the on-off valve 41 is closed. The recirculation pump 7 is started, the flow rate of the raw material solution in the tube in the heat exchanger 1 is detected by the flow meter 14A so that the flow rate is constant at a predetermined flow rate, and the flow rate is adjusted by adjusting the inverter of the recirculation pump 7. Control. The flow path of the raw material solution at this time is 13 → 7 → 12 → 14A → 8 → 1 → 9 → 13.
[2] Next, the compressor 2 of the refrigerator is started, the refrigerant is supplied to the heat exchanger 1, and the raw material solution flowing in the tube is cooled. The control of the refrigerator during cooling is performed by, for example, compressor capacity control device (inverter) or refrigerant flow rate control device 19 (inlet in the case of a turbo compressor) so that the refrigerant evaporation temperature (pressure) in the shell becomes a predetermined value. Adjust guide vanes. The raw material solution is cooled to a supercooled state in the tube of the heat exchanger 1.

[3]原料溶液を13→7→12→14A→8→1→9→13の流路を冷却しながら循環させ、貯留槽13内の原料溶液の温度が水和物生成温度近くになったら、過冷却解除装置として内蔵されている冷却管を冷却し、冷却管表面に水和物を付着させる。熱交換器1で過冷却状態まで冷却された原料溶液がこの冷却管表面に付着した水和物に触れると、付着水和物が水和物生成核となって過冷却が解除され、水和物が生成し水和物スラリーが生成され貯留される。過冷却が解除されると、貯留槽13内の温度が上昇し、目標とする水和物スラリー温度になる。貯留槽13内に一定量の水和物スラリーが貯留されると準備運転を終了し、通常運転に移行する。
貯留槽13に流入する水和物スラリーの固相分率が0より大きくなったなら冷却管の冷却を止めても良い。固相分率の算定方法については後述する。
[3] When the raw material solution is circulated while cooling the flow path of 13 → 7 → 12 → 14A → 8 → 1 → 9 → 13 and the temperature of the raw material solution in the storage tank 13 becomes close to the hydrate formation temperature. Then, the cooling pipe built in as the supercooling release device is cooled, and hydrate is attached to the surface of the cooling pipe. When the raw material solution cooled to the supercooled state in the heat exchanger 1 touches the hydrate adhering to the surface of the cooling pipe, the adhering hydrate becomes a hydrate formation nucleus and the supercooling is released. A product is produced and a hydrate slurry is produced and stored. When the supercooling is released, the temperature in the storage tank 13 rises to the target hydrate slurry temperature. When a certain amount of hydrate slurry is stored in the storage tank 13, the preparatory operation is terminated and the normal operation is started.
If the solid fraction of the hydrate slurry flowing into the storage tank 13 becomes larger than 0, the cooling of the cooling pipe may be stopped. The calculation method of the solid phase fraction will be described later.

<通常運転>
[4]開閉弁41を開にし、製造ポンプ6を起動して、蓄熱槽5内の原料溶液を入側流路8に流すと共に、再循環ポンプ7の運転を継続して貯留槽13の水和物スラリーを、再循環流路12を介して入側流路8に供給する。これによって、原料溶液に貯留槽13からの水和物スラリーが供給されて固相分率の低い水和物スラリーとなって熱交換器1に供給される。固相分率の低い水和物スラリーが熱交換器1で冷却されて水和物がさらに生成し所定の固相分率の水和物スラリーが生成される。
<Normal operation>
[4] The on-off valve 41 is opened, the production pump 6 is started, the raw material solution in the heat storage tank 5 is allowed to flow into the inlet-side flow path 8, and the operation of the recirculation pump 7 is continued to keep water in the storage tank 13. The Japanese slurry is supplied to the inlet channel 8 through the recirculation channel 12. Thereby, the hydrate slurry from the storage tank 13 is supplied to the raw material solution, and the hydrate slurry having a low solid phase fraction is supplied to the heat exchanger 1. The hydrate slurry having a low solid fraction is cooled in the heat exchanger 1 to further produce a hydrate, and a hydrate slurry having a predetermined solid fraction is produced.

熱交換器1で製造された水和物スラリーは出側流路9に送り出され、その一部が再循環流路12側に供給され、残りが蓄熱槽5に供給され貯留される。再循環流路12に供給された水和物スラリーは貯留槽13に貯留され、再び再循環ポンプ7によって入側流路8に供給される。一方、蓄熱槽5に供給された水和物スラリーは空調負荷20に供給されるまで蓄熱槽5内で貯留される。また、熱交換器1から送られる水和物スラリーの温度を第4の温度計18により計測し、固相分率を求め所望の固相分率となるように水和物スラリー製造装置の運転を継続する。
蓄熱槽5に貯留された水和物スラリーは、空調負荷20に供給されて室内の冷房などに供される。
The hydrate slurry produced by the heat exchanger 1 is sent to the outlet channel 9, part of which is supplied to the recirculation channel 12, and the rest is supplied to the heat storage tank 5 and stored. The hydrate slurry supplied to the recirculation flow path 12 is stored in the storage tank 13 and supplied again to the inlet flow path 8 by the recirculation pump 7. On the other hand, the hydrate slurry supplied to the heat storage tank 5 is stored in the heat storage tank 5 until it is supplied to the air conditioning load 20. In addition, the temperature of the hydrate slurry sent from the heat exchanger 1 is measured by the fourth thermometer 18 to obtain the solid phase fraction, and the operation of the hydrate slurry production apparatus so as to obtain the desired solid phase fraction. Continue.
The hydrate slurry stored in the heat storage tank 5 is supplied to the air conditioning load 20 and used for indoor cooling or the like.

このとき、熱交換器1に供給される固相分率の低い水和物スラリーの流量を流量計14Aにより計測し、熱交換器1のチューブ内の固相分率の低い水和物スラリーの流速を、流れの力によりチューブ内壁面に付着した水和物の一部が取り除かれ残部がチューブ内壁面に残るような流速、例えば1.8m/s以上となるように、製造ポンプ6と再循環ポンプ7のインバータを調節して流量を制御し流速を設定する。ここで、流量計14A、製造ポンプ6と再循環ポンプ7のインバータは流速設定装置として機能している。   At this time, the flow rate of the hydrate slurry having a low solid fraction to be supplied to the heat exchanger 1 is measured by the flow meter 14A, and the hydrate slurry having a low solid fraction in the tube of the heat exchanger 1 is measured. The flow rate is adjusted so that the production pump 6 and the production pump 6 have a flow rate of 1.8 m / s or more so that a part of the hydrate attached to the inner wall surface of the tube is removed by the flow force and the remaining portion remains on the inner wall surface of the tube. The flow rate is controlled by adjusting the inverter of the circulation pump 7 to set the flow velocity. Here, the flowmeter 14A, the inverter of the production pump 6 and the recirculation pump 7 function as a flow rate setting device.

[5]また、蓄熱槽5からの原料溶液と貯留槽13からの水和物スラリーとが混合したものにおいて水和物粒子が残存するように、すなわち混合後の固相分率の低い水和物スラリーの固相分率が0にならないように、蓄熱槽5からの原料溶液および貯留槽13からの水和物スラリーの流量を調整する。このようにすると、熱交換器1には水和物の微小粒子が存在する状態で流入するため、水和物の微小粒子が生成核として機能して水和物を生成し熱交換器1内は過冷却状態にはならないので、急激な過冷却解除がチューブ内で生じて圧力損失が過大となったり閉塞が生じるなどの支障が生じたりすることなく安定した水和物スラリー製造が可能となる。 [5] Further, hydrate particles remain in the mixture of the raw material solution from the heat storage tank 5 and the hydrate slurry from the storage tank 13, that is, hydration with a low solid fraction after mixing. The flow rates of the raw material solution from the heat storage tank 5 and the hydrate slurry from the storage tank 13 are adjusted so that the solid phase fraction of the product slurry does not become zero. In this manner, since the hydrate microparticles flow into the heat exchanger 1 in the presence of the hydrate microparticles, the hydrate microparticles function as a generation nucleus to generate a hydrate, and the heat exchanger 1 Does not enter a supercooled state, so it is possible to produce a stable hydrate slurry without causing problems such as a sudden release of supercooling in the tube, resulting in excessive pressure loss or blockage. .

ここで、蓄熱槽5からの原料溶液と貯留槽13からの水和物スラリーの流量調整方法を説明する。
水和物を生成するゲスト化合物の水溶液を冷却すると、水和物生成温度以下になると水和物粒子が生成し、水和物粒子は水溶液中に分散もしくは懸濁して水和物スラリーが生成される。冷却を続けると水和物粒子は増加し、固相分率(水和物粒子の水和物スラリーに対する重量比率をいう)が増加する。水和物を生成するゲスト化合物の水溶液の初期濃度によって定まるが、水和物スラリーの温度と固相分率との間に一定の関係がある。
Here, the flow rate adjustment method of the raw material solution from the heat storage tank 5 and the hydrate slurry from the storage tank 13 will be described.
When the aqueous solution of the guest compound that forms a hydrate is cooled, hydrate particles are formed when the temperature falls below the hydrate formation temperature, and the hydrate particles are dispersed or suspended in the aqueous solution to form a hydrate slurry. The As cooling continues, the hydrate particles increase and the solid fraction (referred to the weight ratio of hydrate particles to hydrate slurry) increases. There is a certain relationship between the temperature of the hydrate slurry and the solid fraction, depending on the initial concentration of the aqueous solution of the guest compound that produces the hydrate.

例えば、初期濃度が14wt%の臭化テトラnブチルアンモニウム(TBAB)水溶液の水和物スラリーの温度と固相分率の関係を図17のグラフに示す。この例では、図17に示すように、水和物スラリー温度が低いと固相分率は高く、水和物スラリー温度が8.4℃以上になると固相分率がゼロとなる。   For example, the graph of FIG. 17 shows the relationship between the temperature of the hydrate slurry of an aqueous solution of tetra n-butylammonium bromide (TBAB) having an initial concentration of 14 wt% and the solid fraction. In this example, as shown in FIG. 17, when the hydrate slurry temperature is low, the solid fraction is high, and when the hydrate slurry temperature is 8.4 ° C. or higher, the solid fraction becomes zero.

本実施の形態においては、蓄熱槽5からの原料溶液と貯留槽13からの水和物スラリーとが混合したものにおいて水和物粒子が残存するように、すなわち混合後の水和物スラリーの固相分率が0にならないように、送られる原料溶液および水和物スラリーの流量が調整される。例えば、蓄熱槽5からの原料溶液の温度が12℃以上で、貯留槽13からの水和物スラリーの温度が7℃とした場合に、原料溶液の流量が貯留槽13からの水和物スラリーの流量に比べて過剰であると、混合後の水和物スラリーの温度が、固相分率が0になる温度よりも高くなり、水和物粒子が存在しなくなる。   In the present embodiment, the hydrate particles remain in the mixture of the raw material solution from the heat storage tank 5 and the hydrate slurry from the storage tank 13, that is, the solidified hydrate slurry after mixing. The flow rates of the raw material solution and the hydrate slurry to be fed are adjusted so that the phase fraction does not become zero. For example, when the temperature of the raw material solution from the heat storage tank 5 is 12 ° C. or higher and the temperature of the hydrate slurry from the storage tank 13 is 7 ° C., the flow rate of the raw material solution is the hydrate slurry from the storage tank 13. If it is excessive as compared with the flow rate of, the temperature of the hydrate slurry after mixing becomes higher than the temperature at which the solid phase fraction becomes 0, and hydrate particles do not exist.

混合後の水和物スラリーの固相分率が0にならないように、換言すれば、原料溶液に貯留槽13からの水和物スラリーが供給された混合物の温度を固相分率が0になる温度よりも低くなるように原料溶液および貯留槽13からの水和物スラリーの流量が調整される。具体的には以下のように行う。   In other words, the temperature of the mixture in which the hydrate slurry from the storage tank 13 is supplied to the raw material solution is set to 0 so that the solid fraction of the hydrate slurry after mixing does not become zero. The flow rate of the raw material solution and the hydrate slurry from the storage tank 13 is adjusted so as to be lower than the above temperature. Specifically, it is performed as follows.

図16に示されるように、蓄熱槽5から送られる原料溶液の流量、温度が流量計14B、第1温度計17で計測され、計測値が制御手段30に入力される。また、貯留槽13から送られる水和物スラリーの温度が第2流量計16で計測され、計測値が制御手段30に入力される。また、熱交換器1に送られる原料溶液と貯留槽13から送られる水和物スラリーとの混合物の流量、温度が流量計14A、第3温度計15で計測され、計測値が制御手段30に入力される。貯留槽13から送られる水和物スラリーの流量は、流量計14Aと流量計14Bの計測値の差に相当する。   As shown in FIG. 16, the flow rate and temperature of the raw material solution sent from the heat storage tank 5 are measured by the flow meter 14 </ b> B and the first thermometer 17, and the measured values are input to the control means 30. Further, the temperature of the hydrate slurry sent from the storage tank 13 is measured by the second flow meter 16, and the measured value is input to the control means 30. Further, the flow rate and temperature of the mixture of the raw material solution sent to the heat exchanger 1 and the hydrate slurry sent from the storage tank 13 are measured by the flow meter 14 </ b> A and the third thermometer 15, and the measured values are sent to the control means 30. Entered. The flow rate of the hydrate slurry sent from the storage tank 13 corresponds to the difference between the measured values of the flow meter 14A and the flow meter 14B.

制御手段30は、入力された各計測値に基づいて、原料溶液に貯留槽13から送られる水和物スラリーが供給された混合物の固相分率が0よりも大きくなるように制御して、熱交換器1に送られるようにする。すなわち、原料溶液に貯留槽13から送られる水和物スラリーが供給された混合物の温度を、その固相分率が0になる温度よりも低い所定の温度になるように、製造ポンプ6および/または再循環ポンプ7の流量を制御する。
ポンプ流量を調整した後は、流量計14A、第3温度計15によって前記混合物の流量、温度を計測し、計測値を制御手段30に入力して、流量、温度が目標値になっているかを確認し、なっていない場合には目標流量、温度になるように製造ポンプ6および/または再循環ポンプ7の流量を制御する。
Based on each input measurement value, the control means 30 controls the solid phase fraction of the mixture supplied with the hydrate slurry sent from the storage tank 13 to the raw material solution to be greater than 0, It is sent to the heat exchanger 1. That is, the production pump 6 and / or the temperature of the mixture in which the hydrate slurry fed from the storage tank 13 to the raw material solution is set to a predetermined temperature lower than the temperature at which the solid phase fraction becomes zero. Alternatively, the flow rate of the recirculation pump 7 is controlled.
After adjusting the pump flow rate, the flow rate and temperature of the mixture are measured by the flow meter 14A and the third thermometer 15, and the measured values are input to the control means 30 to determine whether the flow rate and temperature are the target values. If not, the flow rate of the production pump 6 and / or the recirculation pump 7 is controlled so that the target flow rate and temperature are reached.

上記のように流量調整することによって、原料溶液に貯留槽13から送られる水和物スラリーが供給された混合物中には水和物粒子が残存した状態で熱交換器1に流入する。水和物粒子を含む原料溶液が熱交換器1で冷却されると、水和物粒子を核として水和物が生成されるので、熱交換器1内は過冷却状態にはならないので、急激な過冷却解除がチューブ内で生じて圧力損失が過大となったり閉塞が生じたりするなどの支障が生じることなく安定した水和物スラリー製造が可能となる。   By adjusting the flow rate as described above, the hydrate particles flow into the heat exchanger 1 with the hydrate particles remaining in the mixture in which the hydrate slurry sent from the storage tank 13 to the raw material solution is supplied. When the raw material solution containing the hydrate particles is cooled by the heat exchanger 1, hydrates are generated with the hydrate particles as nuclei, and therefore, the heat exchanger 1 does not become supercooled. Stable hydrate slurry can be produced without causing problems such as excessive supercooling release in the tube and excessive pressure loss or obstruction.

以上のように、本実施の形態においては、熱交換器1に供給される固相分率の低い水和物スラリーもしくは原料溶液の流量を調整して、熱交換器1のチューブ内の流速を、流れの力によりチューブ内壁面に付着した水和物の一部が取り除かれ残部がチューブ内壁面に残るような流速、例えば1.8m/s以上となるように設定するとともに、熱交換器1に供給される原料溶液中に水和物粒子を含むようにしたので、熱交換器1内での過冷却解除が生じることなく、水和物スラリーを安定して製造することができる。   As described above, in the present embodiment, the flow rate of the hydrate slurry or raw material solution having a low solid phase fraction supplied to the heat exchanger 1 is adjusted, and the flow rate in the tube of the heat exchanger 1 is adjusted. The flow rate is set so that a part of the hydrate adhering to the inner wall surface of the tube is removed by the force of the flow and the remaining portion remains on the inner wall surface of the tube, for example, 1.8 m / s or more. Since the hydrate particles are included in the raw material solution supplied to the heat exchanger 1, the hydrate slurry can be stably produced without causing the supercooling release in the heat exchanger 1.

また、再循環流路12を設け、再循環流路12に過冷却解除装置を設けた貯留槽13を設置したので、準備運転時においても熱交換器1内で過冷却解除が生ずることなく水和物スラリーを製造できる。   In addition, since the recirculation flow path 12 is provided and the storage tank 13 provided with the supercooling release device is installed in the recirculation flow path 12, water is not released in the heat exchanger 1 even during the preparatory operation. A Japanese slurry can be produced.

なお、上記の実施の形態においては、制御手段30による流量調整を製造ポンプ6および/または再循環ポンプ7の流量制御によって行うようにしたが、入側流路8及び再循環流路12に流量制御弁を設け、この流量制御弁を制御するようにしてもよい。
なお、製造ポンプ6の運転を調整するインバータまたは入側流路8に設けた流量制御弁、および/または再循環ポンプ7の運転を調整するインバータまたは再循環流路12に設けた流量制御弁および流量計15が、本発明の原料溶液又は原料スラリーの流速を設定する流速設定装置に相当する。
また、上記の実施の形態においては、熱交換器に供給する冷媒温度を調整する冷媒温度調整装置として、熱交換器に供給する冷媒流量を制御する冷媒流量制御装置(ターボ圧縮機の場合インレットガイドベーン)19または圧縮機の容量制御装置(インバータ)を備えている場合を例に挙げたが、他の方式により冷媒温度を調整するものでもよい。
また、上記の実施の形態においては、熱交換器が圧縮式冷凍機の蒸発器である場合を例に挙げたが、熱交換器が冷凍機で冷却された冷水と熱交換する形式のものでもよいし、他の冷凍機を用いるものでもよい。
In the above embodiment, the flow rate adjustment by the control means 30 is performed by the flow rate control of the production pump 6 and / or the recirculation pump 7. A control valve may be provided to control this flow control valve.
In addition, the flow control valve provided in the inverter or recirculation flow path 12 provided in the inverter or recirculation flow path 12 which adjusts the operation | movement of the recirculation pump 7 and / or the flow control valve provided in the inverter or the inlet flow path 8 which adjusts the driving | operation of the production pump 6 The flow meter 15 corresponds to a flow rate setting device that sets the flow rate of the raw material solution or raw material slurry of the present invention.
In the above embodiment, as a refrigerant temperature adjusting device for adjusting the temperature of the refrigerant supplied to the heat exchanger, a refrigerant flow rate control device that controls the flow rate of refrigerant supplied to the heat exchanger (inlet guide in the case of a turbo compressor). Although the case where the vane 19 or the compressor capacity control device (inverter) is provided has been described as an example, the refrigerant temperature may be adjusted by other methods.
In the above embodiment, the case where the heat exchanger is an evaporator of a compression refrigerator is taken as an example, but the heat exchanger may be of a type that exchanges heat with cold water cooled by the refrigerator. Alternatively, another refrigerator may be used.

また、上記の実施の形態においては、再循環流路12を設けた製造装置の構成にした。しかし、このような再循環流路12を設けることなく、蓄熱槽5内の水和物スラリーを払い出して入側流路8に、上述したように混合物の固相分率が0よりも大きくなるように供給するようにしてもよい。
また、上記の例では固相分率が0よりも大きくなると述べているが、具体的に固相分率が何%になるのが最適であるかについては、水和物の種類等によって適宜設定するのが好ましい。
Moreover, in said embodiment, it was set as the structure of the manufacturing apparatus which provided the recirculation flow path 12. FIG. However, without providing such a recirculation flow path 12, the hydrate slurry in the heat storage tank 5 is discharged and the solid phase fraction of the mixture becomes larger than 0 in the input flow path 8 as described above. You may make it supply as follows.
Further, in the above example, it is stated that the solid phase fraction is larger than 0. However, the optimum solid phase fraction is appropriately determined depending on the type of hydrate and the like. It is preferable to set.

なお、水和物を形成して高い潜熱量を有する水和物形成物質としては、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、トリisoアミルスルホニウム塩などの各種塩類などであり、テトラnブチルアンモニウム塩の例として、臭化テトラnブチルアンモニウム((n−C494NBr、TBAB)、フッ化テトラnブチルアンモニウム((n−C494NF)、塩化テトラnブチルアンモニウム((n−C494NCl)、などがある。
また、これらBr、F、Clの代わりに酢酸(CH3CO2)、クロム酸(CrO4)、タングステン酸(WO4)、シュウ酸(C24)、リン酸(HPO4)でもよい。その他の上記塩についても同様である。
Examples of hydrate-forming substances that form hydrates and have a high latent heat amount include various salts such as tetra-n-butylammonium salt, tetraisoamylammonium salt, tetraisobutylphosphonium salt, and triisoamylsulfonium salt. Examples of tetra n butyl ammonium salts include tetra n butyl ammonium bromide ((n-C 4 H 9 ) 4 NBr, TBAB), tetra n-butyl ammonium fluoride ((n-C 4 H 9 ) 4 NF ), tetra-n-butylammonium chloride ((n-C 4 H 9 ) 4 NCl), and the like.
Instead of Br, F, and Cl, acetic acid (CH 3 CO 2 ), chromic acid (CrO 4 ), tungstic acid (WO 4 ), oxalic acid (C 2 O 4 ), and phosphoric acid (HPO 4 ) may be used. . The same applies to the other salts.

次に、本発明の水和物スラリー製造装置を用いた蓄熱空調システムの例を、以下の実施例において示す。
なお、以下の実施例の説明においては、水和物スラリー製造装置の流量、温度制御に必要な計測・制御機器および過冷却解除用貯留槽は、記載を省略している。
Next, an example of a heat storage air conditioning system using the hydrate slurry production apparatus of the present invention is shown in the following examples.
In the description of the following examples, the flow rate of the hydrate slurry production apparatus, the measurement / control equipment necessary for temperature control, and the supercooling release storage tank are omitted.

[蓄熱空調システム1]
実施例1に係る蓄熱空調システム1においては、夜間にスラリー製造用冷凍機を運転して蓄熱し、昼間に蓄熱を放熱する冷房運転を行い、昼間の冷房負荷が高い時にはスラリー製造用冷凍機を運転して蓄熱しながら放熱冷房運転を行なう。昼間の冷房負荷が高い時にも、スラリー製造用冷凍機1台で対応できるという特徴がある。
[Heat storage air conditioning system 1]
In the heat storage air-conditioning system 1 according to the first embodiment, the slurry production refrigerator is operated to store heat at night, performs cooling operation to dissipate the heat during the daytime, and the slurry production refrigerator is operated when the daytime cooling load is high. Perform heat-dissipating cooling operation while operating and storing heat. One of the features is that one slurry production refrigerator can handle even during daytime cooling loads.

図18は実施例1の機器構成の説明図であり、最大冷房負荷400RT相当のビルに適用した場合の機器構成を示している。
実施例1に係る蓄熱空調システム1は、水和物スラリーを製造するスラリー製造用冷凍機81、水和物スラリー製造ラインに設けられて原料溶液又は原料スラリーを循環させる蓄熱ポンプ82、再循環流路83に設けられた再循環ポンプ84、原料溶液又は原料スラリー若しくは水和物スラリーを貯留する蓄熱槽85、水和物スラリーと水との熱交換により冷水を生成する冷水/スラリー熱交換器86、蓄熱槽85の水和物スラリーを冷水/スラリー熱交換器86に送るための放熱ポンプ87、冷水を循環するための冷水1次ポンプ88、冷水を負荷側に送る冷水2次ポンプ89、空調負荷90と、を備えている。
FIG. 18 is an explanatory diagram of a device configuration of the first embodiment, and shows a device configuration when applied to a building corresponding to the maximum cooling load 400RT.
The heat storage air conditioning system 1 according to the first embodiment includes a slurry production refrigerator 81 that produces a hydrate slurry, a heat storage pump 82 that is provided in a hydrate slurry production line and circulates a raw material solution or raw material slurry, and a recirculation flow A recirculation pump 84 provided in the passage 83, a heat storage tank 85 for storing the raw material solution or raw material slurry or hydrate slurry, and a cold water / slurry heat exchanger 86 for generating cold water by heat exchange between the hydrate slurry and water. , A heat radiation pump 87 for sending the hydrate slurry of the heat storage tank 85 to the cold water / slurry heat exchanger 86, a cold water primary pump 88 for circulating the cold water, a cold water secondary pump 89 for sending the cold water to the load side, and air conditioning And a load 90.

実施例1で用いた原料溶液は、臭化テトラnブチルアンモニウム(TBAB)水溶液であり、その濃度は、12.4wt%で水和物生成開始温度は7.5℃である。水和物スラリーが5.5℃から12.5℃に変化する際の供給熱量は約14Mcal/m3であり、水和物スラリーが5.5℃のときの固相分率(SPF)は17%である。
スラリー製造用冷凍機81は、ターボ冷凍機であり、圧縮機、蒸発器、凝縮器で構成される。蒸発器であるシェル&チューブ式熱交換器のチューブに原料溶液又は原料スラリーが流れる。また、シェル側には、R134aなどのフロン冷媒が流れ、フロン冷媒が蒸発する潜熱でチューブ内を流れる原料溶液又は原料スラリーを冷却する。
再循環ポンプ84は、チューブ内の水和物の付着量の増大を抑制するため、チューブ内を流れる原料溶液又は原料スラリーの流速を所定の流速以上にする作用を有する。
蓄熱ポンプ82は、前述した製造ポンプと同じ役割のポンプである。
蓄熱槽85は、多槽連結槽で、約2000RThの蓄熱量を貯蔵できる。
蓄熱槽85から水和物スラリーを抜き出し放熱ポンプ87により冷水/スラリー熱交換器86に送り、冷水/スラリー熱交換器86で冷水に冷熱を供給する。
冷水/スラリー熱交換器86で冷却された冷水が冷水1次ポンプ88、冷水2次ポンプ89により空調負荷90に送られ冷熱を供給し冷房に供される。
The raw material solution used in Example 1 is an aqueous solution of tetra n-butylammonium bromide (TBAB), the concentration is 12.4 wt%, and the hydrate formation start temperature is 7.5 ° C. The amount of heat supplied when the hydrate slurry changes from 5.5 ° C. to 12.5 ° C. is about 14 Mcal / m 3 , and the solid phase fraction (SPF) when the hydrate slurry is 5.5 ° C. is 17%.
The slurry manufacturing refrigerator 81 is a turbo refrigerator and includes a compressor, an evaporator, and a condenser. The raw material solution or the raw material slurry flows through the tube of the shell and tube heat exchanger, which is an evaporator. Further, a fluorocarbon refrigerant such as R134a flows on the shell side, and the raw material solution or the raw material slurry flowing in the tube is cooled by latent heat that the fluorocarbon refrigerant evaporates.
The recirculation pump 84 has an effect of setting the flow rate of the raw material solution or the raw material slurry flowing in the tube to a predetermined flow rate or higher in order to suppress an increase in the amount of hydrate adhered in the tube.
The heat storage pump 82 is a pump having the same role as the manufacturing pump described above.
The heat storage tank 85 is a multi-tank connection tank and can store a heat storage amount of about 2000 RTh.
The hydrate slurry is extracted from the heat storage tank 85 and sent to the cold water / slurry heat exchanger 86 by the heat radiating pump 87, and the cold water is supplied to the cold water by the cold water / slurry heat exchanger 86.
The chilled water cooled by the chilled water / slurry heat exchanger 86 is sent to the air conditioning load 90 by the chilled water primary pump 88 and the chilled water secondary pump 89 to supply the chilled heat and supplied to the cooling.

<蓄熱運転>
夜間に、スラリー製造用冷凍機81、再循環ポンプ84、蓄熱ポンプ82を運転し、蓄熱槽85に所定の水和物スラリ(5.5℃、SPF17%)を貯蔵し蓄熱する。
蓄熱開始前の蓄熱槽85には、概ね12.5℃の原料溶液が貯留されており、蓄熱完了時には、概ね5.5℃、SPF17%の水和物スラリーで満たされている。
<Heat storage operation>
At night, the slurry production refrigerator 81, the recirculation pump 84, and the heat storage pump 82 are operated, and a predetermined hydrate slurry (5.5 ° C., SPF 17%) is stored in the heat storage tank 85 to store heat.
In the heat storage tank 85 before the start of heat storage, a raw material solution of approximately 12.5 ° C. is stored, and when heat storage is completed, it is approximately filled with a hydrate slurry of 5.5 ° C. and 17% SPF.

<蓄熱利用冷房運転>
昼間、ビル内で冷房負荷が発生したとき、冷水1次ポンプ88及び放熱ポンプ87を起動し、冷水/スラリー熱交換器86にて、蓄熱槽85から放熱ポンプ87により抜出した5.5℃の水和物スラリーと冷水の熱交換によって、7℃の冷水を製造する放熱運転を行なう。また、冷水2次ポンプ89を起動し、室内の空調機からなる空調負荷90に冷水が供給され冷房に供される。
<Cooling operation using heat storage>
When a cooling load occurs in the building during the daytime, the chilled water primary pump 88 and the heat dissipation pump 87 are started, and the chilled water / slurry heat exchanger 86 extracts the 5.5 ° C from the heat storage tank 85 by the heat dissipation pump 87. A heat dissipation operation for producing 7 ° C. cold water is performed by heat exchange between the hydrate slurry and the cold water. Moreover, the cold water secondary pump 89 is started, cold water is supplied to the air-conditioning load 90 which consists of an indoor air conditioner, and it uses for air_conditioning | cooling.

<追加蓄熱・冷房運転>
一日の冷房負荷が蓄熱量の2000RTh以上と予想される場合は、スラリー製造用冷凍機81、再循環ポンプ84、蓄熱ポンプ82を運転し、追加蓄熱を行なうと同時に放熱運転を行なう。
<Additional heat storage / cooling operation>
When the cooling load of one day is expected to be 2000 RTh or more of the heat storage amount, the slurry production refrigerator 81, the recirculation pump 84, and the heat storage pump 82 are operated to perform additional heat storage and simultaneously perform a heat radiation operation.

[蓄熱空調システム2]
実施例2に係る蓄熱空調システム2は、夜間にスラリー製造用冷凍機を運転し蓄熱し、昼間に蓄熱を放熱する冷房運転を行なうことを基本とし、昼間に冷房負荷が高い場合に別の冷凍機により冷水を製造して補完できるようにしたものである。
[Heat storage air conditioning system 2]
The heat storage air-conditioning system 2 according to the second embodiment is based on the fact that the refrigerator for slurry production is operated and stored at night and the cooling operation is performed to dissipate the heat during the day. Cold water is produced by a machine so that it can be complemented.

図19は本実施例2の機器構成の説明図であり、図18と同一部分には同一の符号を付してある。図19に示されるように、本実施例2においては、図18に示した構成に、7℃の冷水を製造する冷水用冷凍機91と、冷水用冷凍機91から冷水を送る冷水1次ポンプ92を加えたものである。   FIG. 19 is an explanatory diagram of the device configuration of the second embodiment, and the same components as those in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 19, in the second embodiment, in the configuration shown in FIG. 18, a cold water refrigerator 91 for producing cold water at 7 ° C., and a cold water primary pump for sending cold water from the cold water refrigerator 91 92 is added.

夜間の蓄熱運転と昼間の蓄熱利用冷房運転は実施例1と同様に行なう。一日の冷房負荷が蓄熱量である2000RTh以上の場合、冷水用冷凍機91(200RT)が運転され冷水を供給して、蓄熱槽85の水和物スラリーの放熱により冷却される冷水と合わせて空調負荷90に供給される。   Nighttime heat storage operation and daytime heat storage cooling operation are performed in the same manner as in the first embodiment. When the cooling load of the day is 2000 RTh or more, which is a heat storage amount, the cold water refrigerator 91 (200 RT) is operated to supply cold water, and combined with the cold water cooled by the heat radiation of the hydrate slurry in the heat storage tank 85. The air conditioning load 90 is supplied.

[蓄熱空調システム3]
本実施例は、冷凍機が冷媒をスラリー製造用蒸発器と冷水製造用蒸発器とに切替えて送るダブル蒸発器型である点に特徴がある。夜間にスラリー製造運転して蓄熱し、昼間に蓄熱を放熱して冷房運転を行うことを基本とし、昼間に冷房負荷が高い場合に冷水製造運転を行い補完する。
[Heat storage air conditioning system 3]
This embodiment is characterized in that the refrigerator is a double evaporator type in which the refrigerant is switched between a slurry producing evaporator and a cold water producing evaporator. Basically, the slurry is manufactured and stored at night to store heat, and the stored heat is dissipated during the day to perform cooling operation.

図20は本実施例3の機器構成の説明図であり、図19と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施例3のスラリー/冷水製造用冷凍機93は、冷水製造用蒸発器94と水和物スラリー製造用蒸発器95を備えている冷凍機であり、フロン冷媒の流れを切り替えることにより、冷水の製造または水和物スラリーの製造が可能としたものである。
夜間蓄熱時は、水和物スラリー製造用蒸発器95を使用して、水和物スラリーを製造・蓄熱する。
昼間は、蓄熱槽85の水和物スラリーの蓄熱を放熱して冷房運転を行い、冷房負荷が高い場合にはスラリー/冷水製造用冷凍機93を運転し冷水製造用蒸発器94を使用して、冷水を製造し、蓄熱槽85の水和物スラリーの放熱により冷却される冷水と合わせて空調負荷90に供給する。
FIG. 20 is an explanatory diagram of a device configuration of the third embodiment, and the same reference numerals are given to the same portions as those in FIG.
The slurry / chilled water manufacturing refrigerator 93 of the third embodiment is a refrigerator that includes a cold water manufacturing evaporator 94 and a hydrate slurry manufacturing evaporator 95. By switching the flow of CFC refrigerant, Or a hydrate slurry can be produced.
During the nighttime heat storage, the hydrate slurry is produced and stored using the evaporator 95 for producing the hydrate slurry.
In the daytime, the heat storage of the hydrate slurry in the heat storage tank 85 is dissipated to perform cooling operation, and when the cooling load is high, the slurry / cold water production refrigerator 93 is operated and the cold water production evaporator 94 is used. Cold water is manufactured and supplied to the air conditioning load 90 together with the cold water that is cooled by the heat radiation of the hydrate slurry in the heat storage tank 85.

図21は、実施例3の蓄熱空調システム3と同様のダブル蒸発器型の冷凍機を採用した蓄熱空調システムの説明図である。
以下、図21に基づいてダブル蒸発器型冷凍機を採用した蓄熱空調システムについて詳細に説明する。まず、ダブル蒸発器型の冷凍機(図中、括弧で括った符号100で示す部分)の構成について説明し、その後全体の構成を説明する。
FIG. 21 is an explanatory diagram of a heat storage air conditioning system that employs a double evaporator type refrigerator similar to the heat storage air conditioning system 3 of the third embodiment.
Hereinafter, the heat storage air-conditioning system employing the double evaporator type refrigerator will be described in detail with reference to FIG. First, the configuration of a double evaporator type refrigerator (the portion indicated by reference numeral 100 in parentheses in the figure) will be described, and then the entire configuration will be described.

<冷凍機の基本構成>
図中、101は遠心式圧縮機、102は遠心式圧縮機101を駆動する電動機、103は凝縮器、104は冷水製造用満液式蒸発器、105は水和物スラリー製造用蒸発器、106は冷水製造用冷凍サイクルにおける膨張弁又はオリフィス、107は水和物スラリー製造用冷凍サイクルにおける膨張弁又はオリフィス、108は冷媒液遮断弁、109は冷媒ガス遮断弁である。108a及び108bはそれぞれ冷水製造用冷凍サイクル及び水和物スラリー製造用冷凍サイクルを構成する冷媒液遮断弁108、109a及び109bはそれぞれ冷水製造用冷凍サイクル及び水和物スラリー製造用冷凍サイクルを構成する冷媒ガス遮断弁109である。
<Basic structure of refrigerator>
In the figure, 101 is a centrifugal compressor, 102 is an electric motor for driving the centrifugal compressor 101, 103 is a condenser, 104 is a full liquid evaporator for producing cold water, 105 is an evaporator for producing hydrate slurry, 106 Is an expansion valve or orifice in the refrigeration cycle for producing cold water, 107 is an expansion valve or orifice in the refrigeration cycle for producing hydrate slurry, 108 is a refrigerant liquid cutoff valve, and 109 is a refrigerant gas cutoff valve. The refrigerant liquid shutoff valves 108, 109 a, and 109 b constitute the refrigeration cycle for producing cold water and the refrigeration cycle for producing hydrate slurry, respectively. This is a refrigerant gas cutoff valve 109.

図中の実線矢印は、冷水製造用液満式蒸発器104を使用して冷水を製造しているときの冷媒の流れ方向を示し、点線矢印は、水和物スラリー製造用蒸発器105を使用して水和物スラリーを製造しているときの冷媒の流れ方向を示す。冷媒としてはR134aやR123が好適である。
冷水製造用冷凍サイクルは、遠心式圧縮機101、電動機102、凝縮器103、冷媒液遮断弁108a、膨張弁又はオリフィス106、冷水製造用満液式蒸発器104、冷媒ガス遮断弁109a及びこれらを接続する冷媒用配管を用い、遠心式圧縮機101、凝縮器103、冷媒液遮断弁108a、膨張弁又はオリフィス106、冷水製造用満液式蒸発器104、冷媒ガス遮断弁109a、遠心式圧縮機101、・・・の順に冷媒が循環することによって実現される。冷水製造用満液式蒸発器104では、送り込まれてきた水が冷媒との熱交換により冷却され、冷水となって送出される。
The solid arrow in the figure indicates the flow direction of the refrigerant when cold water is produced using the cold water producing liquid-filled evaporator 104, and the dotted arrow indicates that the hydrate slurry producing evaporator 105 is used. Then, the flow direction of the refrigerant when producing the hydrate slurry is shown. R134a and R123 are suitable as the refrigerant.
The refrigeration cycle for producing cold water includes a centrifugal compressor 101, an electric motor 102, a condenser 103, a refrigerant liquid shutoff valve 108a, an expansion valve or orifice 106, a full liquid evaporator 104 for producing cold water, a refrigerant gas shutoff valve 109a and the like. Using the refrigerant pipe to be connected, the centrifugal compressor 101, the condenser 103, the refrigerant liquid cutoff valve 108a, the expansion valve or orifice 106, the full liquid evaporator 104 for producing cold water, the refrigerant gas cutoff valve 109a, the centrifugal compressor This is realized by circulating the refrigerant in the order of 101,. In the full liquid evaporator 104 for producing cold water, the fed water is cooled by heat exchange with the refrigerant and sent out as cold water.

水和物スラリー製造用冷凍サイクルは、遠心式圧縮機101、電動機102、凝縮器103、冷媒液遮断弁108b、膨張弁又はオリフィス107、水和物スラリー製造用蒸発器105、冷媒ガス遮断弁109b及びこれらを接続する冷媒用配管を用い、遠心式圧縮機101、凝縮器103、冷媒液遮断弁108b、膨張弁又はオリフィス107、水和物スラリー製造用蒸発器105、冷媒ガス遮断弁109b、遠心式圧縮機101、・・・の順に冷媒が循環することによって実現される。水和物スラリー製造用蒸発器105では、送り込まれてきた原料水溶液が冷媒との熱交換により冷却され、水和物スラリーとなって送出される。   The hydrate slurry production refrigeration cycle includes a centrifugal compressor 101, an electric motor 102, a condenser 103, a refrigerant liquid cutoff valve 108b, an expansion valve or orifice 107, an hydrate slurry production evaporator 105, and a refrigerant gas cutoff valve 109b. And a refrigerant pipe connecting them, the centrifugal compressor 101, the condenser 103, the refrigerant liquid cutoff valve 108b, the expansion valve or orifice 107, the hydrate slurry producing evaporator 105, the refrigerant gas cutoff valve 109b, the centrifugal This is realized by circulating the refrigerant in the order of the compressors 101,. In the hydrate slurry-producing evaporator 105, the fed raw material aqueous solution is cooled by heat exchange with the refrigerant and is sent out as a hydrate slurry.

水和物スラリー製造用蒸発器105の型式は特に問わないが、満液式であることが好ましい。水和物生成温度は、原料水溶液の濃度により変動し、その濃度は原料水溶液から包接水和物が生成するに従って変動するので、水和物スラリー製造用蒸発器は、冷媒の温度(特に蒸発温度)の制御が容易で、その制御の精度が高いものであることが望まれる。この意味から、伝熱効率が高く、冷媒の温度(特に冷媒の蒸発温度)の制御の精度が高い満液式蒸発器は水和物スラリー製造用蒸発器として好適といえる。   The type of the hydrate slurry-producing evaporator 105 is not particularly limited, but is preferably a full liquid type. The hydrate formation temperature varies depending on the concentration of the raw material aqueous solution, and the concentration varies as the clathrate hydrate is generated from the raw material aqueous solution. It is desired that the control of the temperature is easy and the accuracy of the control is high. In this sense, it can be said that a full liquid evaporator having high heat transfer efficiency and high control accuracy of refrigerant temperature (particularly refrigerant evaporation temperature) is suitable as an evaporator for producing hydrate slurry.

両冷凍サイクルの切替手段は、膨張弁又はオリフィス106、107、冷媒液遮断弁108(108a、108b)及び冷媒ガス遮断弁109(109a、109b)並びにこれらを駆動する駆動装置(K1〜K4)及び該駆動装置を制御する制御装置CTL(図示せず)から構成される。この切替手段により、水和物スラリー製造用蒸発器と冷水製造用満液式蒸発器とが冷凍サイクルに択一的に接続可能となり、水和物スラリー製造用冷凍サイクルと冷水製造用冷凍サイクルとの切り替えが可能になり、全体として単一の冷凍サイクルが構成されることになる。そして、当該単一の冷凍サイクルを構成する少なくとも遠心式圧縮機101及び凝縮器103、より詳しくは遠心式圧縮機101、電動機102、凝縮器103及びこれらを接続する冷媒用配管は、水和物スラリー製造用冷凍サイクルと冷水製造用冷凍サイクルとの間で兼用される。   The switching means for both refrigeration cycles include expansion valves or orifices 106 and 107, refrigerant liquid cutoff valves 108 (108a and 108b), refrigerant gas cutoff valves 109 (109a and 109b), and driving devices (K1 to K4) for driving them, and It comprises a control device CTL (not shown) that controls the drive device. By this switching means, the hydrate slurry producing evaporator and the cold water producing full-type evaporator can be selectively connected to the refrigeration cycle, and the hydrate slurry producing refrigeration cycle and the cold water producing refrigeration cycle Thus, a single refrigeration cycle is configured as a whole. And at least the centrifugal compressor 101 and the condenser 103 constituting the single refrigeration cycle, more specifically, the centrifugal compressor 101, the electric motor 102, the condenser 103, and the refrigerant pipe connecting them are hydrates. It is combined between the refrigeration cycle for producing slurry and the refrigeration cycle for producing cold water.

<冷凍機の動作及び運転方法>
次に、冷凍機の動作及び運転方法について説明する。冷媒液遮断弁(108a、108b)及び冷媒ガス遮断弁(109a、109b)は、冷媒の遮断のみを目的とする場合には、いずれか一方で足りるが、以下の説明においては、両遮断弁があるものとする。
(1)水和物スラリー製造用蒸発器105を使用して水和物スラリーを製造する場合
まず、切替手段により、冷媒液遮断弁108a及び冷媒ガス遮断弁109aの少なくとも一方を閉とし、膨張弁又はオリフィス106を閉(動作不能)の状態にするとともに、冷冷媒液遮断弁108b及び冷媒ガス遮断弁109bを開とし、膨張弁又はオリフィス107を開(動作可能)の状態にする。これにより水和物スラリー製造用冷凍サイクルにおける冷媒の流通経路(図中の点線矢印に沿った経路)が構成される。
<Operation and operating method of refrigerator>
Next, the operation and operation method of the refrigerator will be described. Either the refrigerant liquid shut-off valve (108a, 108b) or the refrigerant gas shut-off valve (109a, 109b) is sufficient for the purpose of shutting off the refrigerant alone. It shall be.
(1) When producing hydrate slurry using the hydrate slurry producing evaporator 105 First, at least one of the refrigerant liquid cutoff valve 108a and the refrigerant gas cutoff valve 109a is closed by the switching means, and the expansion valve Alternatively, the orifice 106 is closed (inoperable), the cold refrigerant liquid cutoff valve 108b and the refrigerant gas cutoff valve 109b are opened, and the expansion valve or orifice 107 is opened (operable). Thereby, the refrigerant | coolant distribution path | route (path | route along the dotted-line arrow in a figure) in the refrigerating cycle for hydrate slurry manufacture is comprised.

次に、遠心式圧縮機101を電動機102で駆動させ、冷媒ガスを圧縮する。遠心式圧縮機101で圧縮された冷媒ガスは、凝縮器103に送られて、そこで冷却水によって冷却される。この冷却により冷媒はほぼ飽和液になる。引き続き冷媒液は、膨張弁又はオリフィス107に送られ、減圧される。減圧された冷媒液は、水和物スラリー製造用満液式蒸発器5に送られ、当該水和物スラリー製造用蒸発器105内の伝熱管を流れる原料水溶液を冷却して包接水和物を生成させ、これが原料水溶液に分散又は顕濁してなる水和物スラリーにし、自らは蒸発しガス化する。ガス化した冷媒は、再び遠心式圧縮機101に送られ、以後、以上の循環が繰り返される。それ故、冷媒は水和物スラリー製造用蒸発器105のみを流れる。
この結果、水和物スラリー製造用蒸発器105において原料水溶液が冷却されて水和物スラリーが製造される。
Next, the centrifugal compressor 101 is driven by the electric motor 102 to compress the refrigerant gas. The refrigerant gas compressed by the centrifugal compressor 101 is sent to the condenser 103 where it is cooled by cooling water. This cooling makes the refrigerant almost saturated. Subsequently, the refrigerant liquid is sent to the expansion valve or orifice 107 and depressurized. The decompressed refrigerant liquid is sent to the full liquid evaporator 5 for producing the hydrate slurry, and the raw material aqueous solution flowing through the heat transfer tube in the evaporator 105 for producing the hydrate slurry is cooled to clathrate hydrate. This is made into a hydrate slurry which is dispersed or turbid in the raw material aqueous solution, and evaporates and gasifies itself. The gasified refrigerant is sent again to the centrifugal compressor 101, and the above circulation is repeated thereafter. Therefore, the refrigerant flows only through the hydrate slurry-producing evaporator 105.
As a result, the raw material aqueous solution is cooled in the hydrate slurry-producing evaporator 105 to produce a hydrate slurry.

(2)冷水製造用満液式蒸発器104を使用して冷水を製造する場合
まず、切替手段により、冷媒液遮断弁108b及び冷媒ガス遮断弁109bの少なくとも一つを閉とし、膨張弁又はオリフィス107を閉(動作不能)の状態とし、冷媒液遮断弁108a、冷媒ガス遮断弁109aをすべて開とし、膨張弁又はオリフィス106を開(動作可能)の状態にする。これにより冷水製造用冷凍サイクルにおける冷媒の流通経路(図中の実線矢印に沿った経路)が構成される。
次に、遠心式圧縮機101を電動機102で駆動させ、冷媒ガスを圧縮する。遠心式圧縮機101で圧縮された冷媒ガスは、凝縮器103に送られて、そこで冷却水によって冷却される。この冷却により冷媒はほぼ飽和液になる。引き続き冷媒液は、膨張弁又はオリフィス106に送られ、減圧される。減圧された冷媒液は、冷水製造用満液式蒸発器104に送られ、当該冷水製造用液満式蒸発器104内の伝熱管を流れる水を冷却して冷水にし、自らは蒸発しガス化する。ガス化した冷媒は、再び遠心式圧縮機101に送られ、以後、以上の循環が繰り返される。それ故、冷媒は冷水製造用満液式蒸発器104のみを流れる。
この結果、冷水製造用満液式蒸発器104において供給された水が冷却されて冷水が製造される。
(2) When producing cold water using the full liquid evaporator 104 for producing cold water First, at least one of the refrigerant liquid cutoff valve 108b and the refrigerant gas cutoff valve 109b is closed by the switching means, and an expansion valve or orifice 107 is closed (inoperable), the refrigerant liquid cutoff valve 108a and the refrigerant gas cutoff valve 109a are all opened, and the expansion valve or orifice 106 is opened (operable). Thus, a refrigerant flow path (path along the solid line arrow in the figure) in the refrigeration cycle for producing cold water is configured.
Next, the centrifugal compressor 101 is driven by the electric motor 102 to compress the refrigerant gas. The refrigerant gas compressed by the centrifugal compressor 101 is sent to the condenser 103 where it is cooled by cooling water. This cooling makes the refrigerant almost saturated. Subsequently, the refrigerant liquid is sent to the expansion valve or orifice 106 and depressurized. The decompressed refrigerant liquid is sent to the full liquid evaporator 104 for producing cold water, and the water flowing through the heat transfer pipe in the cold water producing liquid full evaporator 104 is cooled to cold water, and is evaporated and gasified by itself. To do. The gasified refrigerant is sent again to the centrifugal compressor 101, and the above circulation is repeated thereafter. Therefore, the refrigerant flows only through the full liquid evaporator 104 for producing cold water.
As a result, the water supplied in the full-water evaporator 104 for producing cold water is cooled to produce cold water.

(3)冷水及び水和物スラリーの製造時の温度条件
(3−1) 冷水製造用満液式蒸発器104及び水和物スラリー製造用蒸発器105においてそれぞれ製造される冷水及び水和物スラリーの各温度(いずれも各蒸発器104、105における出口温度)は、4〜8℃程度に設定される。冷水空調設備の場合には、既述の凍結問題を回避する必要上4℃が下限となり、一方、上限は、冷房負荷側設備(空調機、AHU、FCUなど)において要求される温度が一般的に7〜8℃であることから8℃程度となる。水和物スラリー空調設備の場合も、同様である。
(3) Temperature conditions during production of cold water and hydrate slurry (3-1) Cold water and hydrate slurry produced in the full liquid evaporator 104 for producing cold water and the evaporator 105 for producing hydrate slurry, respectively Each temperature (both outlet temperatures of the evaporators 104 and 105) is set to about 4 to 8 ° C. In the case of chilled water air conditioning equipment, 4 ° C is the lower limit in order to avoid the above-mentioned freezing problem, while the upper limit is generally the temperature required in the cooling load side equipment (air conditioners, AHU, FCU, etc.) Since it is 7-8 degreeC, it will be about 8 degreeC. The same applies to the hydrate slurry air conditioner.

(3−2) 冷水製造用満液式蒸発器104と水和物スラリー製造用蒸発器105の各冷媒蒸発温度が同じになるように設計すれば、遠心式圧縮機101の運転条件は、それが水和物スラリー製造用冷凍サイクルを構成している場合であれ、冷水製造用冷凍サイクルを構成している場合であれ、同じにすることができる。
例えば、冷水製造用満液式蒸発器104における冷媒蒸発温度及び冷水の出口温度をそれぞれ2℃及び5℃とし、水和物スラリー製造用蒸発器105における冷媒蒸発温度及び水和物スラリーの出口温度をそれぞれ2℃及び5℃となるように設計すれば、両蒸発器104、105における冷媒蒸発温度はいずれも2℃なので、遠心式圧縮機101の運転条件は、それが水和物スラリー製造用冷凍サイクルを構成している場合であれ、冷水製造用冷凍サイクルを構成している場合であれ、同じになる。
それ故、上記のような設計を行えば、水和物スラリー製造用冷凍サイクルと冷水製造用冷凍サイクルとの間で圧縮機101が兼用されるだけでなく、いずれの冷凍サイクルに切り替わったとしても、それに応じて圧縮機101の運転条件を変更する必要がなくなる。
(3-2) If the refrigerant evaporating temperatures of the full-water evaporator 104 for producing cold water and the evaporator 105 for producing hydrate slurry are designed to be the same, the operating conditions of the centrifugal compressor 101 are This can be the same whether or not the refrigeration cycle for producing a hydrate slurry or the refrigeration cycle for producing cold water is constituted.
For example, the refrigerant evaporation temperature and the cold water outlet temperature in the full liquid evaporator 104 for cold water production are 2 ° C. and 5 ° C., respectively, and the refrigerant evaporation temperature and the hydrate slurry outlet temperature in the hydrate slurry production evaporator 105 are set. Is designed to be 2 ° C. and 5 ° C., respectively, since the refrigerant evaporation temperature in both evaporators 104 and 105 is 2 ° C., the operating condition of the centrifugal compressor 101 is that for producing hydrate slurry. It is the same whether it constitutes a refrigeration cycle or a refrigeration cycle for producing cold water.
Therefore, if the design as described above is performed, the compressor 101 is not only used between the refrigeration cycle for producing the hydrate slurry and the refrigeration cycle for producing cold water, but the refrigeration cycle can be switched to any refrigeration cycle. Accordingly, it is not necessary to change the operating conditions of the compressor 101 accordingly.

<小 括>
従って、本実施例に用いる冷凍機においては、水和物スラリー製造用蒸発器と冷水製造用満液式蒸発器とは切替手段により単一の冷凍サイクルに択一的に接続可能となり、冷水製造用冷凍サイクルと水和物スラリー製造用冷凍サイクルとが択一的に切り替わる。それ故、水和物スラリー空調設備と冷水空調設備のいずれにも、また、水和物スラリーを製造する夜間運転と冷水を製造する昼間運転(特に追掛運転)を行う空調設備にも適用可能な単一の冷凍機となる。そして、両冷凍サイクルにおいては、少なくとも遠心式圧縮機101及び凝縮器103が、より詳しくは遠心式圧縮機101、電動機102、凝縮器103及びこれらを接続する冷媒用配管が兼用される。それ故、相対的に低い設備費用又は高い費用対効果を実現することができる。
<Summary>
Therefore, in the refrigerator used in this example, the hydrate slurry-producing evaporator and the cold water-producing full-liquid evaporator can be selectively connected to a single refrigeration cycle by a switching means. The refrigeration cycle for use and the refrigeration cycle for producing hydrate slurry are alternatively switched. Therefore, it can be applied to both hydrate slurry air-conditioning equipment and cold water air-conditioning equipment, and also to air-conditioning equipment that performs night operation to produce hydrate slurry and daytime operation to produce cold water (especially follow-up operation). Single refrigerator. In both refrigeration cycles, at least the centrifugal compressor 101 and the condenser 103 are used in common, and more specifically, the centrifugal compressor 101, the electric motor 102, the condenser 103, and a refrigerant pipe connecting them are also used. Therefore, a relatively low equipment cost or a high cost-effectiveness can be realized.

なお、図中の遠心式圧縮機101は単段式で描かれているが、多段式でもよい。そして単段式よりも多段式の方が高額になるので、圧縮機を兼用することにより奏する設備費用の相対的低減又は費用対効果の相対的増加という本発明の効果は単段式よりも多段式の圧縮機の方が顕著となる。
図21に示す冷凍機100においては、二つの冷媒用遮断弁(108a、108b)の機能をP点に配置した一つの三方弁により置き換えることができる。また、二つの冷媒ガス用遮断弁(109a、109b)の機能をQ点に配置した一つの三方弁により置き換えることができる。
なお、膨張弁又はオリフィス106及び107は、それぞれ、駆動装置(図示せず)を備え、制御装置CRL(図示せず)により開度を制御可能になるようにしてもよい。これにより、各冷凍サイクルにおいてそれぞれ好適な運転条件になるように膨張弁又はオリフィス106又は107の開度を各冷凍サイクルに応じて調整することが可能になる。例えば、蒸発器出口の冷媒ガスの過熱度を検出し、過熱度が一定値になるように膨張弁又はオリフィス106又は107の開度を調整する。また、蒸発器に液面計を設け液面位置を検出し、液面位置が一定になるように膨張弁又はオリフィス106又は107の開度を調整する。
In addition, although the centrifugal compressor 101 in the drawing is drawn in a single stage, it may be a multistage. And since the multi-stage system is more expensive than the single-stage system, the effect of the present invention, that is, the relative reduction in the equipment cost or the relative increase in cost-effectiveness achieved by the combined use of the compressor, is more than the single-stage system. The compressor of the type becomes more prominent.
In the refrigerator 100 shown in FIG. 21, the functions of the two refrigerant shutoff valves (108a, 108b) can be replaced by one three-way valve arranged at the point P. Further, the functions of the two refrigerant gas shut-off valves (109a, 109b) can be replaced by one three-way valve arranged at the Q point.
Note that each of the expansion valves or orifices 106 and 107 may be provided with a drive device (not shown) so that the opening degree can be controlled by a control device CRL (not shown). As a result, the opening degree of the expansion valve or orifice 106 or 107 can be adjusted according to each refrigeration cycle so that the respective operating conditions are suitable for each refrigeration cycle. For example, the degree of superheat of the refrigerant gas at the outlet of the evaporator is detected, and the opening degree of the expansion valve or orifice 106 or 107 is adjusted so that the degree of superheat becomes a constant value. Further, a liquid level gauge is provided in the evaporator, the liquid level position is detected, and the opening degree of the expansion valve or orifice 106 or 107 is adjusted so that the liquid level position becomes constant.

<空調設備の基本構成>
次に図21に示す他の構成機器について説明する。
図21中、111は冷却塔、112は三方弁、113はバッファタンク、114は水和物スラリー蓄熱槽、115は冷水/水和物スラリー熱交換器、116は熱利用側負荷(例えば空調機)、117〜121はポンプ、特に117は水和物スラリー再循環用ポンプ、118は原料水溶液搬送用ポンプ、119は水和物スラリー取り出し用ポンプ、120は冷水搬送用ポンプ、121は冷却水搬送用ポンプである。122は流量計、123〜127及び130〜132は温度センサ、128、129は開閉バルブである。
水和物スラリー蓄熱槽114には水和物スラリーの収容量を検知するレベル計(図示せず)が設置される。
<Basic configuration of air conditioning equipment>
Next, other components shown in FIG. 21 will be described.
In FIG. 21, 111 is a cooling tower, 112 is a three-way valve, 113 is a buffer tank, 114 is a hydrate slurry heat storage tank, 115 is a cold water / hydrate slurry heat exchanger, and 116 is a heat utilization side load (for example, an air conditioner). ) 117 to 121 are pumps, in particular 117 is a hydrate slurry recirculation pump, 118 is a raw material aqueous solution conveyance pump, 119 is a hydrate slurry removal pump, 120 is a cold water conveyance pump, and 121 is a cooling water conveyance. Pump. 122 is a flow meter, 123 to 127 and 130 to 132 are temperature sensors, and 128 and 129 are open / close valves.
The hydrate slurry heat storage tank 114 is provided with a level meter (not shown) for detecting the amount of hydrate slurry contained.

図21に示す空調設備は、冷凍機100、冷却塔111と凝縮器103との間の冷却水/水の循環経路A、冷水製造用液満式蒸発器104と熱利用側負荷116との間の冷水/水の循環経路B、水和物スラリー製造用熱交換器5と水和物スラリー蓄熱槽114との間の水和物スラリー/原料水溶液の循環経路C、水和物スラリー製造用蒸発器105とバッファタンク113との間の水和物スラリーの再循環経路D、水和物スラリー蓄熱槽114と冷水/水和物スラリー熱交換器115との間の水和物スラリー/原料水溶液の循環経路E、冷水/水和物スラリー熱交換器115と熱利用側負荷116との間の冷水/水の循環経路Fを備える。   The air conditioning equipment shown in FIG. 21 includes the refrigerator 100, the cooling water / water circulation path A between the cooling tower 111 and the condenser 103, the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water, and the heat utilization side load 116. Cold water / water circulation path B, hydrate slurry production heat exchanger 5 and hydrate slurry heat storage tank 114 hydrate slurry / raw material aqueous solution circulation path C, hydrate slurry production evaporation The hydrate slurry recirculation path D between the vessel 105 and the buffer tank 113, the hydrate slurry / raw aqueous solution between the hydrate slurry heat storage tank 114 and the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 A circulation path E, a cold water / water circulation path F between the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 and the heat utilization side load 116 is provided.

経路Aは111、112、121、123、103、M点、111、・・・を、経路Bは104、124、S点、116、120、R点、129、104、・・・をそれぞれ辿り巡る配管の経路である。経路Cは105、113、126、114、118、N点、122、105、130、113・・・を、経路Dは105、113、117、N点、122、105、・・・をそれぞれ辿り巡る配管の経路である。経路Eは114、119、115、114、・・・を、経路Fは115、127、S点、116、120、R点、115、・・・をそれぞれ辿り巡る配管の経路である。
経路A、冷凍機及び経路Bにより冷水の製造とその冷水が有する熱エネルギーの熱利用側負荷における熱利用が行われ、経路A、冷凍機、経路C及び経路Dにより水和物スラリーの製造と蓄積が行われ、経路E及び経路Fにより、蓄積された水和物スラリーが有する熱エネルギーの熱利用側負荷における熱利用が行われる。
Route A follows 111, 112, 121, 123, 103, M point, 111,..., And route B follows 104, 124, S point, 116, 120, R point, 129, 104,. It is the route of the piping that goes around. Route C follows 105, 113, 126, 114, 118, N points, 122, 105, 130, 113... Route D follows 105, 113, 117, N points, 122, 105,. It is the route of the piping that goes around. The route E is 114, 119, 115, 114,..., And the route F is a piping route that goes around 115, 127, S point, 116, 120, R point, 115,.
Production of chilled water by path A, refrigerator, and path B and heat utilization at the heat utilization side load of the thermal energy of the chilled water are performed. Production of hydrate slurry by path A, refrigerator, path C, and path D Accumulation is performed, and heat utilization at the heat utilization side load of the thermal energy of the accumulated hydrate slurry is performed by the path E and the path F.

(1) 経路Aについて
経路Aにおいて、冷却塔111から送出される冷却水は、ポンプ121により搬送され、三方弁112、ポンプ121、温度センサ123を通過して凝縮器103に供給され、凝縮器103において冷媒ガスを凝縮させるための熱交換に供され、その後水温が上がった水として冷却塔111に戻る。以後この循環が繰り返される。
冷却水の温度制御は、凝縮器103に供給される冷却水の温度を計測する温度センサ123の出力に基づき三方弁112の動作により行う。即ち、冷却水の温度が目標値より低い場合には、その偏差に相応分の三方弁112の駆動量をTICにおいて演算し、その演算値だけ三方弁112を駆動させて、M点から相対的に高温の水を取り込んで冷却水に混ぜ、冷却水の温度を上昇させる。冷却水の温度が目標値より高い場合には、三方弁112を動作させて、M点から相対的に高温の水を取り込まないようにして、冷却水の温度を低下させる。
(1) Route A In route A, the cooling water sent from the cooling tower 111 is conveyed by the pump 121, passes through the three-way valve 112, the pump 121, and the temperature sensor 123, and is supplied to the condenser 103. In 103, it is subjected to heat exchange for condensing the refrigerant gas, and then returns to the cooling tower 111 as water whose temperature has risen. Thereafter, this circulation is repeated.
The temperature control of the cooling water is performed by the operation of the three-way valve 112 based on the output of the temperature sensor 123 that measures the temperature of the cooling water supplied to the condenser 103. That is, when the temperature of the cooling water is lower than the target value, the driving amount of the three-way valve 112 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and the three-way valve 112 is driven by the calculated value, and relative to the M point. The hot water is taken in and mixed with the cooling water to raise the temperature of the cooling water. When the temperature of the cooling water is higher than the target value, the three-way valve 112 is operated so that relatively high temperature water is not taken in from the point M, and the temperature of the cooling water is lowered.

(2)経路Bについて
経路Bは、冷凍機100が冷水製造用冷凍サイクルを構成している場合の経路である。経路Bにおいて、冷水製造用液満式蒸発器104から送出される冷水は、ポンプ120により搬送され、熱利用側負荷116において熱利用に供され、その後水温が上がった水としてポンプ120、R点、開閉バルブ129を通じて冷水製造用液満式蒸発器104に戻る。以後この循環が繰り返される。
冷水の温度制御は、冷水製造用液満式蒸発器104から送出される冷水の温度を計測する温度センサ124の出力に基づき電動機102のインバータ制御を行い、圧縮機101の回転数を必要分だけ変化させることにより行う。即ち、冷水の温度が目標値よりも低く、温度センサ124の出力が設定値に満たない場合には、その偏差に相応分の電動機102の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけ電動機102、従って圧縮機101の回転数を下げ、冷水製造用液満式蒸発器104における冷媒蒸発温度を高め、冷水の出口温度が上昇するようにする。他方、冷水の温度が目標値よりも高く、温度センサ124の出力が設定値を越えている場合には、その偏差に相応分の電動機102の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけ電動機102、従って圧縮機101の回転数を上げ、冷水製造用液満式蒸発器104における冷媒蒸発温度を下げ、冷水の出口温度が低下するようにする。以上の制御を、温度センサ124の出力と設定値との偏差がゼロになるように行う。
(2) Route B Route B is a route when the refrigerator 100 constitutes a refrigeration cycle for producing cold water. In the path B, the cold water delivered from the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water is transported by the pump 120 and is used for heat in the heat utilization side load 116, and then the pump 120, R point as water whose water temperature has risen. Then, it returns to the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water through the open / close valve 129. Thereafter, this circulation is repeated.
The temperature control of the chilled water is based on the output of the temperature sensor 124 that measures the temperature of the chilled water sent from the liquid-filled evaporator 104 for producing chilled water. This is done by changing. That is, when the temperature of the cold water is lower than the target value and the output of the temperature sensor 124 is less than the set value, the output change amount of the electric motor 102 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and the electric motor is calculated by the calculated value. 102, and hence the rotation speed of the compressor 101 is decreased, the refrigerant evaporation temperature in the liquid-filled evaporator 104 for cold water production is increased, and the outlet temperature of the cold water is increased. On the other hand, when the temperature of the cold water is higher than the target value and the output of the temperature sensor 124 exceeds the set value, the output change amount of the motor 102 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and only the calculated value is calculated. The rotation speed of the electric motor 102, and hence the compressor 101, is increased, the refrigerant evaporation temperature in the liquid-filled evaporator 104 for cold water production is lowered, and the outlet temperature of the cold water is lowered. The above control is performed so that the deviation between the output of the temperature sensor 124 and the set value becomes zero.

(3)経路C及び経路Dについて
経路C及び経路Dはいずれも、冷凍機100が水和物スラリー製造用冷凍サイクルを構成している場合の経路である。経路Dは、水和物スラリー製造用蒸発器105に搬送する原料水溶液の流量を制御するために、バッファタンク113から水和物スラリーを経路Cに合流させる経路である。
(3−1)
経路Cにおいて、水和物スラリー蓄熱槽114に予め蓄えられていた原料水溶液は、ポンプ118により搬送され、N点においてポンプ117によりバッファタンク113から搬送される水和物スラリーと合流した後、水和物スラリー製造用蒸発器105に到達し、水和物スラリー製造用蒸発器105において冷媒液との熱交換に供される。ここで、原料水溶液が冷却され、水和物スラリーが製造される。即ち、冷却された原料水溶液から包接水和物が生成し、生成した水和物が原料水溶液に分散又は懸濁にすることにより水和物スラリーとなる。この水和物スラリーは水和物スラリー製造用蒸発器105から送出され、その一部はバッファタンク113に蓄えられ、残部は水和物スラリー蓄熱槽114に送出されて、そこで蓄えられる。このような水和物スラリー製造用蒸発器105と水和物スラリー蓄熱槽114との間の原料水溶液/水和物スラリーの循環が繰り返されることにより、バッファタンク113及び水和物スラリー蓄熱槽114に蓄えられている水和物スラリーの固相割合、従って蓄熱量は徐々に増加してゆく。
(3) About the path | route C and the path | route D Both the path | route C and the path | route D are paths when the refrigerator 100 comprises the refrigeration cycle for hydrate slurry manufacture. The path D is a path for joining the hydrate slurry from the buffer tank 113 to the path C in order to control the flow rate of the raw material aqueous solution conveyed to the hydrate slurry-producing evaporator 105.
(3-1)
In the path C, the raw material aqueous solution previously stored in the hydrate slurry heat storage tank 114 is transported by the pump 118 and merged with the hydrate slurry transported from the buffer tank 113 by the pump 117 at the point N. It reaches the Japanese slurry producing evaporator 105 and is used for heat exchange with the refrigerant liquid in the hydrate slurry producing evaporator 105. Here, the raw material aqueous solution is cooled to produce a hydrate slurry. That is, clathrate hydrate is generated from the cooled raw material aqueous solution, and the generated hydrate is dispersed or suspended in the raw aqueous solution to form a hydrate slurry. The hydrate slurry is sent from the hydrate slurry-producing evaporator 105, a part of which is stored in the buffer tank 113, and the remainder is sent to the hydrate slurry heat storage tank 114 where it is stored. By repeating the circulation of the raw material aqueous solution / hydrate slurry between the hydrate slurry-producing evaporator 105 and the hydrate slurry heat storage tank 114, the buffer tank 113 and the hydrate slurry heat storage tank 114 are repeated. The solid phase ratio of the hydrate slurry stored in the tank, and hence the heat storage amount, gradually increases.

水和物スラリーの温度制御は、次の(ア)及び(イ)の手法のうち少なくとも一つにより行う。
(ア) 水和物スラリー蓄熱槽114に送出される水和物スラリーの温度を計測する温度センサ126の出力に基づき電動機102のインバータ制御を行い、圧縮機101の回転数を必要分だけ変化させる。即ち、水和物スラリーの温度が目標値より低く、従って温度センサ126の出力が設定値に満たない場合には、その偏差に相応分の電動機102の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけ電動機102、従って圧縮機101の回転数を下げ、水和物スラリー製造用蒸発器105における冷媒蒸発温度を高め、水和物スラリーの出口温度、延いてはバッファタンク113から水和物スラリー蓄熱槽114に向かう水和物スラリーの温度が上昇するようにする。水和物スラリーの温度が目標値よりも高く、温度センサ126の出力が設定値を越えている場合には、その偏差に相応分の電動機102の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけ電動機102、従って圧縮機101の回転数を上げ、水和物スラリー製造用蒸発器105における冷媒蒸発温度を下げ、水和物スラリーの出口温度、延いてはバッファタンク113から水和物スラリー蓄熱槽114に向かう水和物スラリーの温度が低下するようにする。以上の制御を、温度センサ126の出力と設定値との偏差がゼロになるように行う。
The temperature control of the hydrate slurry is performed by at least one of the following methods (a) and (b).
(A) The inverter control of the electric motor 102 is performed based on the output of the temperature sensor 126 that measures the temperature of the hydrate slurry sent to the hydrate slurry heat storage tank 114, and the rotation speed of the compressor 101 is changed by a necessary amount. . That is, when the temperature of the hydrate slurry is lower than the target value, and therefore the output of the temperature sensor 126 is less than the set value, the output change amount of the motor 102 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and the calculation is performed. The number of rotations of the electric motor 102 and therefore the compressor 101 is decreased by the value, the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 105 for producing the hydrate slurry is increased, and the outlet temperature of the hydrate slurry, and further, the hydrate slurry from the buffer tank 113 is increased. The temperature of the hydrate slurry toward the heat storage tank 114 is increased. When the temperature of the hydrate slurry is higher than the target value and the output of the temperature sensor 126 exceeds the set value, the output change amount of the motor 102 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and the calculated value Only the motor 102 and therefore the compressor 101 is rotated at a higher speed, the refrigerant evaporation temperature in the hydrate slurry-producing evaporator 105 is lowered, and the hydrate slurry outlet temperature, and thus the hydrate slurry heat storage from the buffer tank 113. The temperature of the hydrate slurry toward tank 114 is reduced. The above control is performed so that the deviation between the output of the temperature sensor 126 and the set value becomes zero.

(イ) 温度センサ126の出力に基づきポンプ118のインバータ制御を行い、水和物スラリー製造用蒸発器105への原料水溶液(原料水溶液としての水和物スラリーを含む)の供給量を必要分だけ変化させることにより行う。即ち、水和物スラリーの温度が目標値よりも低く、温度センサ126の出力が設定値に満たない場合には、その偏差に相応分のポンプ118の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけポンプ118の出力を上昇させ、水和物スラリー製造用蒸発器105への原料水溶液の供給量を高め、水和物スラリーの出口温度が上昇するようにする。水和物スラリーの温度が目標値よりも高く、温度センサ126の出力が設定値を越えている場合には、その偏差に相応分のポンプ118の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけポンプ118の出力を低下させ、水和物スラリー製造用蒸発器105への原料水溶液の供給量を下げ、水和物スラリーの出口温度が低下するようにする。以上の制御を、温度センサ126の出力と設定値との偏差がゼロになるように行う。     (A) The inverter control of the pump 118 is performed based on the output of the temperature sensor 126, and the supply amount of the raw material aqueous solution (including the hydrate slurry as the raw material aqueous solution) to the hydrate slurry manufacturing evaporator 105 is as much as necessary. This is done by changing. That is, when the temperature of the hydrate slurry is lower than the target value and the output of the temperature sensor 126 is less than the set value, the output change amount of the pump 118 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and the calculation is performed. The output of the pump 118 is increased by the value to increase the supply amount of the raw material aqueous solution to the hydrate slurry-producing evaporator 105 so that the outlet temperature of the hydrate slurry increases. When the temperature of the hydrate slurry is higher than the target value and the output of the temperature sensor 126 exceeds the set value, the output change amount of the pump 118 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and the calculated value Only the output of the pump 118 is reduced, the supply amount of the raw material aqueous solution to the evaporator 105 for producing the hydrate slurry is lowered, and the outlet temperature of the hydrate slurry is lowered. The above control is performed so that the deviation between the output of the temperature sensor 126 and the set value becomes zero.

(3−2)
経路Dにおいて、水和物スラリー製造用蒸発器105から送出される水和物スラリーのうち、バッファタンク113に蓄えられるものは、ポンプ117により搬送され、N点においてポンプ118により搬送される原料水溶液(原料水溶液としての水和物スラリーを含む)と合流した後、水和物スラリー製造用蒸発器105に到達し、水和物スラリー製造用蒸発器105において冷媒液との熱交換に供される。
ここで、原料水溶液が冷却され、水和物スラリーが製造される。即ち、冷却された原料水溶液から包接水和物が生成し、生成した水和物が原料水溶液に分散又は懸濁することにより水和物スラリーとなる。この水和物スラリーは水和物スラリー製造用蒸発器105から送出され、その一部はバッファタンク113に蓄えられ、残部は水和物スラリー蓄熱槽114に送出される。このような水和物スラリー製造用蒸発器105とバッファタンク113との間の水和物スラリーの循環が繰り返されることにより、バッファタンク113及び水和物スラリー蓄熱槽114に蓄えられている水和物スラリーの固相分率、従って蓄熱量は徐々に増加してゆく。
(3-2)
Among the hydrate slurries sent from the hydrate slurry-producing evaporator 105 in the path D, the one stored in the buffer tank 113 is transported by the pump 117 and is transported by the pump 118 at the point N. After merging with (including the hydrate slurry as the raw material aqueous solution), it reaches the hydrate slurry producing evaporator 105 and is used for heat exchange with the refrigerant liquid in the hydrate slurry producing evaporator 105. .
Here, the raw material aqueous solution is cooled to produce a hydrate slurry. That is, clathrate hydrate is generated from the cooled raw material aqueous solution, and the generated hydrate is dispersed or suspended in the raw aqueous solution to form a hydrate slurry. The hydrate slurry is sent from the hydrate slurry-producing evaporator 105, a part of which is stored in the buffer tank 113, and the remainder is sent to the hydrate slurry heat storage tank 114. Hydration stored in the buffer tank 113 and the hydrate slurry heat storage tank 114 by repeating the circulation of the hydrate slurry between the evaporator 105 for producing the hydrate slurry and the buffer tank 113 is repeated. The solid phase fraction of the material slurry, and hence the heat storage amount, gradually increases.

水和物スラリー製造用蒸発器105が満液式蒸発器である場合には、伝熱管の内壁面に付着する水和物の一部を原料水溶液(又は原料水溶液としての水和物スラリー)の流れの力により取り除き、その残部を当該伝熱管の内壁面を覆うように残すようにして水和物スラリーを製造することが望ましい。
その際には、伝熱管の内部を流れる原料水溶液の流速を所定値以上の一定速度に制御するために、流量を制御する。水和物スラリー製造用蒸発器105に供給される原料水溶液(原料水溶液としての水和物スラリーを含む)の流量制御は、水和物スラリー製造用蒸発器105に供給される原料水溶液の流量を計測する流量計122の出力に基づきポンプ117のインバータ制御を行い、バッファタンク113からN点への水和物スラリーの送出量を必要分だけ変化させることにより行う。即ち、原料水溶液の流量が目標値よりも低く、流量計122の出力が設定値に満たない場合には、その偏差に相応分のポンプ117の出力変更量をFICにおいて演算し、その演算値だけポンプ117の出力を上昇させ、バッファタンク113からN点への水和物スラリーの送出量を増やし、N点から水和物スラリー製造用蒸発器105に向かう原料水溶液の流量が増加するようにする。他方、原料水溶液の流量が目標値よりも高く、流量計122の出力が設定値を超えている場合には、その偏差に相応分のポンプ117の出力変更量をFICにおいて演算し、その演算値だけポンプ117の出力を低下させ、バッファタンク113からN点への水和物スラリーの送出量を減らし、N点から水和物スラリー製造用蒸発器105に向かう原料水溶液の流量が減少するようにする。以上の制御を、流量計122の出力と設定値との偏差がゼロになるように行う。
When the hydrate slurry-producing evaporator 105 is a full liquid evaporator, a part of the hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube is removed from the raw material aqueous solution (or the hydrate slurry as the raw material aqueous solution). It is desirable to produce the hydrate slurry by removing it by the force of the flow and leaving the remainder so as to cover the inner wall surface of the heat transfer tube.
At that time, the flow rate is controlled in order to control the flow rate of the raw material aqueous solution flowing inside the heat transfer tube to a constant speed equal to or higher than a predetermined value. The flow rate control of the raw material aqueous solution (including the hydrate slurry as the raw material aqueous solution) supplied to the hydrate slurry manufacturing evaporator 105 is controlled by the flow rate of the raw material aqueous solution supplied to the hydrate slurry manufacturing evaporator 105. Based on the output of the flow meter 122 to be measured, inverter control of the pump 117 is performed, and the amount of hydrate slurry delivered from the buffer tank 113 to the point N is changed by a necessary amount. That is, when the flow rate of the raw material aqueous solution is lower than the target value and the output of the flow meter 122 is less than the set value, the output change amount of the pump 117 corresponding to the deviation is calculated in the FIC, and only the calculated value is calculated. The output of the pump 117 is increased, the amount of hydrate slurry delivered from the buffer tank 113 to the N point is increased, and the flow rate of the raw material aqueous solution from the N point toward the hydrate slurry-producing evaporator 105 is increased. . On the other hand, when the flow rate of the raw material aqueous solution is higher than the target value and the output of the flow meter 122 exceeds the set value, the output change amount of the pump 117 corresponding to the deviation is calculated in the FIC, and the calculated value Only the output of the pump 117 is reduced, the amount of hydrate slurry delivered from the buffer tank 113 to the N point is reduced, and the flow rate of the raw material aqueous solution from the N point toward the hydrate slurry producing evaporator 105 is reduced. To do. The above control is performed so that the deviation between the output of the flow meter 122 and the set value becomes zero.

(3−3)
水和物スラリー製造用蒸発器105における冷媒蒸発温度の制御は、その変動幅が小さくなるように行う。
具体的には、水和物スラリー製造用蒸発器105内の冷媒温度を計測する温度センサ125の出力に基づき電動機102のインバータ制御を行い、圧縮機101の回転数を必要分だけ変化させる。即ち、冷媒蒸発温度が目標値より低く、従って温度センサ125の出力が設定値に満たない場合には、その偏差に相応分の電動機102の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけ電動機102、従って圧縮機101の回転数を下げ、水和物スラリー製造用蒸発器105における冷媒蒸発温度を高める。
冷媒蒸発温度が目標値よりも高く、温度センサ125の出力が設定値を越えている場合には、その偏差に相応分の電動機102の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけ電動機102、従って圧縮機101の回転数を上げ、水和物スラリー製造用蒸発器105における冷媒蒸発温度を下げる。
以上の制御を、温度センサ125の出力と設定値との偏差がゼロになるように行う。なお、125は温度センサでなく、冷媒ガスの圧力を計測する圧力センサであってもよい。上記の目標値及び設定値は複数個(例えば、上限値と下限値)であってもよい。
(3-3)
Control of the refrigerant evaporation temperature in the hydrate slurry-producing evaporator 105 is performed so that the fluctuation range is small.
Specifically, inverter control of the electric motor 102 is performed based on the output of the temperature sensor 125 that measures the refrigerant temperature in the hydrate slurry-producing evaporator 105, and the rotational speed of the compressor 101 is changed by a necessary amount. That is, when the refrigerant evaporation temperature is lower than the target value, and therefore the output of the temperature sensor 125 is less than the set value, the output change amount of the electric motor 102 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and the electric motor is calculated by the calculated value. 102, and hence the rotational speed of the compressor 101 is decreased, and the refrigerant evaporation temperature in the hydrate slurry-producing evaporator 105 is increased.
When the refrigerant evaporation temperature is higher than the target value and the output of the temperature sensor 125 exceeds the set value, the output change amount of the electric motor 102 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and the electric motor 102 is calculated by the calculated value. Therefore, the rotational speed of the compressor 101 is increased, and the refrigerant evaporation temperature in the hydrate slurry-producing evaporator 105 is decreased.
The above control is performed so that the deviation between the output of the temperature sensor 125 and the set value becomes zero. 125 may be a pressure sensor that measures the pressure of the refrigerant gas instead of the temperature sensor. The target value and the set value may be plural (for example, an upper limit value and a lower limit value).

(3−4)
水和物スラリーの製造を行う場合には、まず、経路Dにおいてこれを開始する。水和物スラリーの製造を開始する時、バッファタンク113内には原料水溶液が貯留されており、ポンプ117を起動して原料水溶液を水和物スラリー製造用蒸発器105へ送出し冷媒液と熱交換して冷却する。バッファタンク113内に、別に製造した水和物スラリーを添加することや冷却手段など原料水溶液の過冷却を解除する手段を設けることにより、過冷却解除され水和物が生成して水和物スラリーが製造される。また、水和物スラリー製造用蒸発器105における水和物スラリーの出口温度及びバッファタンク113内の水和物スラリーの温度をそれぞれ温度センサ130及び131により計測し、監視する。温度センサ130又は131の出力が所定値に達したら、作業員による手動操作により又は制御装置CTLからの制御信号(g7)によりポンプ118を起動し、経路Cを重畳する。
(3-4)
In the case of producing a hydrate slurry, this is first started in the route D. When the production of the hydrate slurry is started, the raw material aqueous solution is stored in the buffer tank 113, and the pump 117 is activated to send the raw material aqueous solution to the hydrate slurry producing evaporator 105, and the refrigerant liquid and heat. Replace and cool. In the buffer tank 113, by adding a hydrate slurry produced separately or by providing a means for releasing the supercooling of the raw material aqueous solution such as a cooling means, the supercooling is released and a hydrate is generated to produce a hydrate slurry. Is manufactured. In addition, the outlet temperature of the hydrate slurry in the hydrate slurry-producing evaporator 105 and the temperature of the hydrate slurry in the buffer tank 113 are measured and monitored by temperature sensors 130 and 131, respectively. When the output of the temperature sensor 130 or 131 reaches a predetermined value, the pump 118 is started by manual operation by an operator or by a control signal (g7) from the control device CTL, and the path C is superimposed.

水和物スラリー蓄熱槽114に予め蓄えられていた原料水溶液は、ポンプ118により搬送され、N点においてバッファタンク113から搬送される水和物スラリーと合流した後、水和物スラリー製造用蒸発器105に到達し、水和物スラリー製造用蒸発器105において冷媒液との熱交換に供され、原料水溶液が冷却され水和物スラリーが製造される。この水和物スラリーは水和物スラリー製造用蒸発器105から送出され、その一部はバッファタンク113に蓄えられ、残部は水和物スラリー蓄熱槽114に送出されて、そこで蓄えられる。水和物スラリー製造用蒸発器105の伝熱管の内部を流れる原料水溶液の流速を所定値以上の一定速度に制御するために、流量計122の出力に基づきポンプ117のインバータ制御を行い、バッファタンク113から水和物スラリー製造用蒸発器105への水和物スラリーの送出流量を制御する。水和物スラリーの製造を行う際、経路Dは水和物スラリー製造用蒸発器105へ搬送される原料水溶液の流量を制御するための水和物スラリーの再循環経路となっている。また、水和物スラリー蓄熱槽114に送出される水和物スラリーの温度を計測する温度センサ126の出力が設定値になるようにポンプ118が制御される(上記(3−1)(イ)参照)。   The raw material aqueous solution previously stored in the hydrate slurry heat storage tank 114 is transported by the pump 118 and merged with the hydrate slurry transported from the buffer tank 113 at the point N, and then the evaporator for producing the hydrate slurry. At 105, the hydrate slurry producing evaporator 105 is used for heat exchange with the refrigerant liquid, and the raw material aqueous solution is cooled to produce a hydrate slurry. The hydrate slurry is sent from the hydrate slurry-producing evaporator 105, a part of which is stored in the buffer tank 113, and the remainder is sent to the hydrate slurry heat storage tank 114 where it is stored. In order to control the flow rate of the raw material aqueous solution flowing inside the heat transfer tube of the evaporator 105 for producing hydrate slurry to a constant speed equal to or higher than a predetermined value, inverter control of the pump 117 is performed based on the output of the flow meter 122, and the buffer tank The flow rate of the hydrate slurry from 113 to the hydrate slurry-producing evaporator 105 is controlled. When the hydrate slurry is produced, the route D is a hydrate slurry recirculation route for controlling the flow rate of the raw material aqueous solution conveyed to the hydrate slurry producing evaporator 105. Further, the pump 118 is controlled so that the output of the temperature sensor 126 for measuring the temperature of the hydrate slurry sent to the hydrate slurry heat storage tank 114 becomes a set value (the above (3-1) (i). reference).

(4)経路E及び経路Fについて
経路E及び経路Fは、水和物スラリー蓄熱槽114に蓄えられている水和物スラリーが有する熱エネルギー(冷熱)を熱利用に供するための経路である。
経路Eにおいて、水和物スラリー蓄熱槽114に蓄えられている水和物スラリーは、ポンプ119により搬送され、冷水/水和物スラリー熱交換器115に供給され、冷水/水和物スラリー熱交換器115において水を冷水にするための熱交換に供され、その後水溶液の状態で水和物スラリー蓄熱槽114に戻る。以後この循環が繰り返される。経路Fにおいて、冷水/水和物スラリー熱交換器115における水和物スラリーとの熱交換により製造された冷水は、ポンプ120により搬送され、熱利用側負荷116において熱利用に供され、その後水温が上がった水としてポンプ120、R点、開閉バルブ128を通じて冷水/水和物スラリー熱交換器115に戻る。以後この循環が繰り返される。それ故、経路E及び経路Fは冷水/水和物スラリー熱交換器115を介して互いに熱伝達的に繋がり、これにより水和物スラリーが有する潜熱相当の熱エネルギーが、冷水が有する顕熱相当の熱エネルギーに変換され、熱利用側負荷116に供給される。
(4) About the path | route E and the path | route F The path | route E and the path | route F are paths for using the thermal energy (cold heat) which the hydrate slurry stored in the hydrate slurry heat storage tank 114 has for heat utilization.
In the path E, the hydrate slurry stored in the hydrate slurry heat storage tank 114 is transported by the pump 119 and supplied to the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 to exchange cold water / hydrate slurry heat. It is subjected to heat exchange for converting the water into cold water in the vessel 115, and then returns to the hydrate slurry heat storage tank 114 in the state of an aqueous solution. Thereafter, this circulation is repeated. In the path F, the cold water produced by heat exchange with the hydrate slurry in the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 is transported by the pump 120 and used for heat in the heat utilization side load 116, and then the water temperature. Is returned to the chilled water / hydrate slurry heat exchanger 115 through the pump 120, the R point, and the open / close valve 128. Thereafter, this circulation is repeated. Therefore, the path E and the path F are connected to each other through the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 in a heat transfer manner, so that the thermal energy equivalent to the latent heat of the hydrate slurry is equivalent to the sensible heat of the cold water. And is supplied to the heat utilization side load 116.

冷水/水和物スラリー熱交換器115における冷水の出口温度の制御は、冷水/水和物スラリー熱交換器115から送出される冷水の温度を計測する温度センサ127の出力に基づきポンプ119のインバータ制御を行い、冷水/水和物スラリー熱交換器115への水和物スラリーの供給量を必要分だけ変化させることにより行う。即ち、冷水の温度が目標値よりも低く、温度センサ127の出力が設定値に満たない場合には、その偏差に相応分のポンプ119の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけポンプ119の出力を低下させ、冷水/水和物スラリー熱交換器115への水和物スラリーの供給量を下げ、冷水の出口温度が上昇するようにする。他方、冷水の温度が目標値よりも高く、温度センサ127の出力が設定値を越えている場合には、その偏差に相応分のポンプ119の出力変更量をTICにおいて演算し、その演算値だけポンプ119の出力を上昇させ、冷水/水和物スラリー熱交換器115への水和物スラリーの供給量を高め、冷水の出口温度が低下するようにする。以上の制御を、温度センサ127の出力と設定値との偏差がゼロになるように行う。   Control of the outlet temperature of the chilled water in the chilled water / hydrate slurry heat exchanger 115 is based on the output of the temperature sensor 127 that measures the temperature of the chilled water sent from the chilled water / hydrate slurry heat exchanger 115, and the inverter of the pump 119. Control is performed by changing the supply amount of the hydrate slurry to the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 by a necessary amount. That is, when the temperature of the cold water is lower than the target value and the output of the temperature sensor 127 is less than the set value, the output change amount of the pump 119 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and only the calculated value is the pump. The output of 119 is decreased, the supply amount of the hydrate slurry to the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 is decreased, and the outlet temperature of the cold water is increased. On the other hand, when the temperature of the cold water is higher than the target value and the output of the temperature sensor 127 exceeds the set value, the output change amount of the pump 119 corresponding to the deviation is calculated in the TIC, and only the calculated value is calculated. The output of the pump 119 is increased, the supply amount of the hydrate slurry to the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 is increased, and the outlet temperature of the cold water is decreased. The above control is performed so that the deviation between the output of the temperature sensor 127 and the set value becomes zero.

<空調設備の動作及び運転モード>
図21に示す空調設備の全体動作は、冷凍機の動作を含め、制御装置CTLにより制御される。当該空調設備の運転方式には、少なくとも次の(M1)〜(M4)に掲げる運転モードがある。
<Operation and operation mode of air conditioning equipment>
The entire operation of the air conditioning equipment shown in FIG. 21 is controlled by the control device CTL including the operation of the refrigerator. The operation mode of the air conditioning equipment includes at least the following operation modes (M1) to (M4).

(M1) 熱利用側負荷116に対し、冷水製造用液満式蒸発器104において製造された冷水を供給する運転モード(即ち、冷凍機及び経路Bを使用する運転モード)
この運転モードにおいては、制御装置CTLが制御信号g1〜g4を発信し、冷媒用遮断弁108a、108b及び冷媒ガス用遮断弁109a、109bの各駆動装置(K1〜K4)を作動させ、遮断弁108a、109aを開き、遮断弁108b、109bを閉じ、これにより冷凍機において冷水製造用冷凍サイクルを構成する。同時に、制御装置CTLが制御信号g5、g6を発信し、開閉バルブ128、129の各駆動装置(K5、K6)を作動させ、バルブ128を閉じ、バルブ129を開き、これにより熱利用側負荷116を経路Bに接続し、経路Fに非接続とする。以上により、冷凍機と経路Bとが冷水製造用液満式蒸発器104を介して接続し、冷水製造用液満式蒸発器104において製造された冷水のみが熱利用側負荷116に供給されるようになる。
(M1) An operation mode in which cold water produced in the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water is supplied to the heat utilization side load 116 (that is, an operation mode using the refrigerator and the path B).
In this operation mode, the control device CTL transmits the control signals g1 to g4 to operate the drive devices (K1 to K4) of the refrigerant shutoff valves 108a and 108b and the refrigerant gas shutoff valves 109a and 109b, and the shutoff valves. 108a and 109a are opened and shut-off valves 108b and 109b are closed, whereby a refrigeration cycle for producing cold water is configured in the refrigerator. At the same time, the control device CTL transmits control signals g5 and g6 to operate the driving devices (K5 and K6) of the on-off valves 128 and 129, close the valve 128, open the valve 129, and thereby the heat utilization side load 116. Is connected to the route B and is not connected to the route F. As described above, the refrigerator and the path B are connected via the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water, and only the cold water produced in the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water is supplied to the heat utilization side load 116. It becomes like this.

(M2) 水和物スラリー蓄熱槽114に対し、水和物スラリー製造用蒸発器105において製造された水和物スラリーを供給する運転モード(即ち、冷凍機、経路C及び経路Dを使用する運転モード)
この運転モードにおいては、制御装置CTLが制御信号g1〜g4を発信し、各駆動装置(K1〜K4)を作動させ、遮断弁108a、109aを閉じ、遮断弁108b、109bを開き、冷凍機において水和物スラリー製造用冷凍サイクルを構成する。これにより、冷凍機と経路C及び経路Dとが水和物スラリー製造用蒸発器105を介して接続し、冷水製造用液満式蒸発器104において製造された水和物スラリーが水和物スラリー蓄熱槽114に供給されるようになる。
(M2) An operation mode in which the hydrate slurry produced in the hydrate slurry production evaporator 105 is supplied to the hydrate slurry heat storage tank 114 (that is, operation using the refrigerator, the path C, and the path D). mode)
In this operation mode, the control device CTL transmits control signals g1 to g4, operates the driving devices (K1 to K4), closes the shut-off valves 108a and 109a, and opens the shut-off valves 108b and 109b. A refrigeration cycle for producing a hydrate slurry is configured. As a result, the refrigerator and the path C and the path D are connected via the hydrate slurry-producing evaporator 105, and the hydrate slurry produced in the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water is hydrate slurry. The heat storage tank 114 is supplied.

(M3) 熱利用側負荷116に対し、水和物スラリー蓄熱槽114に蓄えられている水和物スラリーが有する熱エネルギーを供給する運転モード(即ち、経路E及び経路Fを使用する運転モード)
この運転モードにおいては、制御装置CTLが制御信号g5、g6を発信し、開閉バルブ128、129の各駆動装置(K5、K6)を作動させ、バルブ128を開き、バルブ129を閉じ、これにより熱利用側負荷116を経路Bに非接続とし、経路Fに接続とする。これにより、熱利用側負荷116と水和物スラリー蓄熱槽114とが経路E、冷水/水和物スラリー熱交換器115及び経路Fを介して接続し、水和物スラリー蓄熱槽114に蓄えられた水和物スラリーが有する潜熱相当の熱エネルギーが冷水/水和物スラリー熱交換器115における水和物スラリーと水との熱交換を通じて冷却された水が有する顕熱相当の熱エネルギーとして熱利用側負荷116に供給されるようになる。
(M3) An operation mode in which heat energy of the hydrate slurry stored in the hydrate slurry heat storage tank 114 is supplied to the heat utilization side load 116 (that is, an operation mode using the path E and the path F).
In this operation mode, the control device CTL transmits control signals g5 and g6 to operate the driving devices (K5 and K6) of the on-off valves 128 and 129, open the valve 128, close the valve 129, and thereby heat The use side load 116 is disconnected from the path B and connected to the path F. Thereby, the heat utilization side load 116 and the hydrate slurry heat storage tank 114 are connected via the path E, the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 and the path F, and are stored in the hydrate slurry heat storage tank 114. Use of heat energy equivalent to latent heat of the hydrate slurry as heat energy equivalent to sensible heat of water cooled through heat exchange between the hydrate slurry and water in the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 It is supplied to the side load 116.

(M4) その他の運転モード:水和物スラリー製造用蒸発器105において製造された水和物スラリーを水和物スラリー蓄熱槽114に十分蓄える前に、当該水和物スラリーが有する熱エネルギーを熱利用側負荷116に供給する運転モード(即ち、冷凍機、経路C及び経路Dと同時に経路E及び経路Fを使用する運転モード)
この運転モードにおいては、制御装置CTLが制御信号g1〜g4を発信し、各駆動装置(K1〜K4)を作動させ、遮断弁108a、109aを閉じ、遮断弁108b、109bを開き、冷凍機において水和物スラリー製造用冷凍サイクルを構成する。同時に、制御装置CTLが制御信号g5、g6を発信し、開閉バルブ128、129の各駆動装置(K5、K6)を作動させ、バルブ128を開き、バルブ129を閉じ、これにより熱利用側負荷116を経路Bに非接続とし、経路Fに接続とする。
(M4) Other operation modes: Before the hydrate slurry produced in the hydrate slurry production evaporator 105 is sufficiently stored in the hydrate slurry heat storage tank 114, the thermal energy of the hydrate slurry is heated. Operation mode for supplying to the use side load 116 (that is, operation mode using the route E and the route F simultaneously with the refrigerator, the route C and the route D)
In this operation mode, the control device CTL transmits control signals g1 to g4, operates the driving devices (K1 to K4), closes the shut-off valves 108a and 109a, and opens the shut-off valves 108b and 109b. A refrigeration cycle for producing a hydrate slurry is configured. At the same time, the control device CTL transmits control signals g5 and g6 to operate the driving devices (K5 and K6) of the on-off valves 128 and 129, open the valve 128, close the valve 129, and thereby the heat utilization side load 116. Is not connected to the route B and connected to the route F.

以上により、冷凍機と経路C及び経路Dとが水和物スラリー製造用蒸発器105を介して接続し、冷水製造用液満式蒸発器104において製造された水和物スラリーが水和物スラリー蓄熱槽114に供給されるとともに、熱利用側負荷116と水和物スラリー蓄熱槽114とが経路E、冷水/水和物スラリー熱交換器115及び経路Fを介して接続し、水和物スラリー蓄熱槽114に蓄えられた水和物スラリーが有する潜熱相当の熱エネルギーが冷水/水和物スラリー熱交換器115における水和物スラリーと水との熱交換を通じて冷却された水が有する顕熱相当の熱エネルギーとして熱利用側負荷116に供給されるようになる。   As described above, the refrigerator and the path C and the path D are connected via the hydrate slurry-producing evaporator 105, and the hydrate slurry produced in the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water is the hydrate slurry. While being supplied to the heat storage tank 114, the heat utilization side load 116 and the hydrate slurry heat storage tank 114 are connected via the path E, the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 and the path F, and the hydrate slurry. Heat energy equivalent to latent heat of the hydrate slurry stored in the heat storage tank 114 is equivalent to sensible heat of water cooled through heat exchange between the hydrate slurry and water in the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115. It is supplied to the heat utilization side load 116 as the heat energy.

<空調設備の運転方法の具体例>
(1) 夜間の蓄熱運転
水和物スラリーを製造し、これを蓄熱槽に蓄えておく運転、即ち蓄熱運転を夜間に行う。図21に示す空調設備において蓄熱運転を行う場合には、まず、冷凍機100において冷水製造用液満式蒸発器104ではなく水和物スラリー製造用蒸発器105を冷凍システムに接続し、水和物製造用冷凍システムを構成し、上記(M2)の運転モードで当該空調設備を運転する。この場合、水和物スラリー製造用蒸発器105における冷媒蒸発温度の変動幅が小さくなるように制御する。具体的には、水和物スラリー製造用蒸発器105内の冷媒液温度を計測する温度センサ125の出力と設定値との偏差がゼロになるように電動機102のインバータ制御を行い、圧縮機101の回転数を必要分だけ変化させる。
<Specific examples of how to operate air conditioning equipment>
(1) Nighttime heat storage operation A hydrate slurry is produced and stored in a heat storage tank, that is, a heat storage operation is performed at night. When performing a heat storage operation in the air conditioning facility shown in FIG. 21, first, the hydrate slurry producing evaporator 105 is connected to the refrigeration system instead of the chilled water producing liquid-filled evaporator 104 in the refrigerator 100 to hydrate. The product manufacturing refrigeration system is configured, and the air conditioning equipment is operated in the operation mode (M2). In this case, control is performed so that the fluctuation range of the refrigerant evaporation temperature in the hydrate slurry-producing evaporator 105 is reduced. Specifically, inverter control of the electric motor 102 is performed so that the deviation between the output of the temperature sensor 125 that measures the temperature of the refrigerant liquid in the hydrate slurry-producing evaporator 105 and the set value becomes zero, and the compressor 101 Change the number of revolutions by the required amount.

水和物スラリー製造用蒸発器105が満液式蒸発器である場合には、伝熱管の内壁面に付着する水和物の一部を原料水溶液(又は原料水溶液としての水和物スラリー)の流れの力により取り除き、その残部を当該伝熱管の内壁面を覆うように残すようにして水和物スラリーを製造する。その際には、伝熱管の内部を流れる原料水溶液の流速を一定に制御するとともに、満液式蒸発器における冷媒蒸発温度を過度に低下させないことが重要である。そこで、N点から水和物スラリー製造用蒸発器105に向かう原料水溶液の流量が目標値になるように又は流量計122の出力と設定値との偏差がゼロになるように水和物スラリーを再循環させるポンプ117のインバータ制御を行い、バッファタンク113からN点への水和物スラリーの送出量を必要分だけ変化させる(<空調設備の基本構成>(3−2)(3−4)参照)。同時に、水和物スラリー製造用蒸発器105内の冷媒液温度を計測する温度センサ125の出力と設定値との偏差をゼロになるように電動機102のインバータ制御を行い、圧縮機101の回転数を必要分だけ変化させる(<空調設備の基本構成>(3−3)参照)。   When the hydrate slurry-producing evaporator 105 is a full liquid evaporator, a part of the hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube is removed from the raw material aqueous solution (or the hydrate slurry as the raw material aqueous solution). A hydrate slurry is produced by removing it by the force of the flow and leaving the remainder so as to cover the inner wall surface of the heat transfer tube. In that case, it is important that the flow rate of the raw material aqueous solution flowing inside the heat transfer tube is controlled to be constant and the refrigerant evaporation temperature in the full liquid evaporator is not excessively lowered. Therefore, the hydrate slurry is adjusted so that the flow rate of the raw material aqueous solution from the point N toward the hydrate slurry-producing evaporator 105 becomes a target value or the deviation between the output of the flow meter 122 and the set value becomes zero. Inverter control of the pump 117 to be recirculated is performed, and the amount of hydrate slurry delivered from the buffer tank 113 to the point N is changed by a necessary amount (<basic configuration of air conditioning equipment> (3-2) (3-4) reference). At the same time, inverter control of the motor 102 is performed so that the deviation between the output of the temperature sensor 125 for measuring the temperature of the refrigerant liquid in the hydrate slurry-producing evaporator 105 and the set value becomes zero, and the rotation speed of the compressor 101 Is changed by the necessary amount (see <Basic configuration of air conditioning equipment> (3-3)).

なお、上記の設定値の設定の仕方次第で、温度センサ125の出力が所定値以下にならないように電動機102を制御し、圧縮機101の回転数を必要分だけ変化させることも可能であり、図21に示す空調設備(水和物スラリー製造用蒸発器105が満液式蒸発器であると否とを問わない)の蓄熱運転において採用することができる。
水和物スラリーの製造を行う場合には、まず、経路Dにおいてこれを開始し、水和物スラリー製造用蒸発器105における水和物スラリーの出口温度又はバッファタンク113内の水和物スラリーの温度が所定値になったとき、ポンプ118を起動し、経路Cを重畳し、水和物スラリー蓄熱槽114における水和物スラリーの入口温度が設定値になるようにポンプ118が制御される(<空調設備の基本構成>(3−4)参照)。
水和物スラリー蓄熱槽114が水和物スラリーで満たされたとき又は蓄熱時間が終了したとき、遠心式圧縮機101、電動機102を停止し、ポンプ118、ポンプ117の順に作業員の手動操作により又は制御装置CTLからの制御信号により停止する。
Depending on how to set the set value, it is possible to control the electric motor 102 so that the output of the temperature sensor 125 does not become a predetermined value or less, and to change the rotation speed of the compressor 101 by a necessary amount. It can be employed in the heat storage operation of the air conditioning equipment shown in FIG. 21 (whether or not the hydrate slurry-producing evaporator 105 is a full-liquid evaporator).
When producing the hydrate slurry, first, this is started in the route D, and the outlet temperature of the hydrate slurry in the hydrate slurry producing evaporator 105 or the hydrate slurry in the buffer tank 113 is started. When the temperature reaches a predetermined value, the pump 118 is started, the path C is superimposed, and the pump 118 is controlled so that the inlet temperature of the hydrate slurry in the hydrate slurry heat storage tank 114 becomes a set value ( <Basic configuration of air conditioning equipment> (Refer to 3-4)).
When the hydrate slurry heat storage tank 114 is filled with the hydrate slurry or when the heat storage time is over, the centrifugal compressor 101 and the electric motor 102 are stopped, and the pump 118 and the pump 117 are manually operated in this order. Alternatively, it is stopped by a control signal from the control device CTL.

蓄熱運転中に水和物スラリー製造用蒸発器105の伝熱管の内壁面に付着する水和物量が増大し堆積して、伝熱管内の圧力損失が増加して水和物スラリーの製造に支障が生じることがある場合には、付着した水和物を融解して除去する融解運転が必要である。
融解運転のために冷凍機の圧縮機101をバイパスして水和物スラリー製造用蒸発器105と凝縮器103とを連通するバイパス経路とバイパス経路を開閉するバイパス弁を設けてもよい。このようなバイパス弁をもうけることにより、融解運転時には圧縮機101、電動機102を停止し、バイパス弁を開け、水和物スラリー製造用蒸発器105と凝縮器103とを圧縮機101をバイパスして連通する。これにより、凝縮器103内の高温高圧の冷媒がバイパス経路を介して水和物スラリー製造用蒸発器105内に流通し、凝縮器103内の高温高圧の冷媒が保有する温熱により伝熱管内に付着した水和物を融解して除去することができる。
During the heat storage operation, the amount of hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube of the evaporator 105 for producing the hydrate slurry increases and accumulates, increasing the pressure loss in the heat transfer tube and hindering the production of the hydrate slurry. If this occurs, a melting operation that melts and removes the attached hydrate is necessary.
For the melting operation, a bypass path for bypassing the compressor 101 of the refrigerator and communicating the hydrate slurry-producing evaporator 105 and the condenser 103 and a bypass valve for opening and closing the bypass path may be provided. By providing such a bypass valve, during the melting operation, the compressor 101 and the electric motor 102 are stopped, the bypass valve is opened, and the hydrate slurry producing evaporator 105 and the condenser 103 are bypassed by the compressor 101. Communicate. As a result, the high-temperature and high-pressure refrigerant in the condenser 103 circulates in the hydrate slurry-producing evaporator 105 via the bypass path, and the heat and heat held by the high-temperature and high-pressure refrigerant in the condenser 103 enter the heat transfer tube. The adhering hydrate can be melted away.

(2) 昼間の運転
(2−1)蓄熱利用運転
熱利用側負荷116側を冷房する運転、即ち空調運転を、水和物スラリー蓄熱槽114内に蓄熱されている水和物スラリーが有する熱エネルギー(冷熱)を利用して昼間に行う。図21に示す空調設備において蓄熱利用運転を行う場合には、上記(M3)の運転モードで当該空調設備を運転する。この場合、冷水/水和物スラリー熱交換器115における冷水の出口温度が目標値になるようにポンプ119を制御する(<空調設備の基本構成>(4)参照)。
(2) Daytime operation (2-1) Heat storage use operation Heat of the hydrate slurry stored in the hydrate slurry heat storage tank 114 for cooling the heat use side load 116 side, that is, air conditioning operation. We use energy (cold heat) in the daytime. When the heat storage operation is performed in the air conditioner shown in FIG. 21, the air conditioner is operated in the operation mode (M3). In this case, the pump 119 is controlled so that the outlet temperature of the chilled water in the chilled water / hydrate slurry heat exchanger 115 becomes a target value (<Basic configuration of air conditioning equipment> (4)).

(2−2)冷凍機追掛運転
熱利用側負荷116側を冷房するために必要な冷熱を賄うためには、水和物スラリー蓄熱槽114内に蓄熱されている水和物スラリーの冷熱だけでは不足分がある場合に、別途製造した冷水の冷熱により当該不足分を補填するための空調運転である。
例えば、本発明に係る冷凍機において水和物スラリー製造用蒸発器105ではなく冷水製造用液満式蒸発器104を冷凍システムに接続し、冷水製造用冷凍システムを構成し、上記(M1)の運転モードで当該空調設備を運転する。このとき冷水製造用液満式蒸発器104の出口側に設けられた温度センサ124によって、冷水の出口温度を計測し、その出口温度が一定になるように遠心式圧縮機101の回転数を制御するようにする。そして、開閉弁128を開とし、冷水/水和物スラリー熱交換器115からの冷水と冷水製造用液満式蒸発器104からの冷水とを熱利用側負荷116に搬送する。これにより両冷水が有する冷熱エネルギーを熱利用側負荷116に供給する。
別の例としては、まず、水和物スラリー蓄熱槽114に蓄えられた水和物スラリーが有する冷熱エネルギーを冷水/水和物スラリー熱交換器115により冷水に熱交換して当該冷水が有する冷熱エネルギーを熱利用側負荷116に供給し、できるだけ使い切るようにする(使い切る必要はない)。その後、上記(M1)の運転モードで当該空調設備を運転し、冷水製造用液満式蒸発器104において製造した冷水が有する冷熱エネルギーを熱利用側負荷116に供給する。
上記の2例のいずれによっても追掛運転を実現できる。
(2-2) Refrigerator follow-up operation In order to cover the cooling heat necessary for cooling the heat utilization side load 116 side, only the cooling heat of the hydrate slurry stored in the hydrate slurry heat storage tank 114 is used. Then, when there is a deficiency, the air-conditioning operation is to make up for the deficiency by cooling the cold water produced separately.
For example, in the refrigerator according to the present invention, not the hydrate slurry-producing evaporator 105 but the cold-water producing liquid-filled evaporator 104 is connected to the refrigeration system to constitute the chilled water producing refrigeration system, and the above (M1) The air conditioning equipment is operated in the operation mode. At this time, the temperature sensor 124 provided on the outlet side of the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water measures the outlet temperature of the cold water and controls the rotational speed of the centrifugal compressor 101 so that the outlet temperature becomes constant. To do. Then, the on-off valve 128 is opened, and the cold water from the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 and the cold water from the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water are conveyed to the heat utilization side load 116. Thereby, the cold energy which both cold water has is supplied to the heat utilization side load 116.
As another example, first, the cold energy of the hydrate slurry stored in the hydrate slurry heat storage tank 114 is exchanged into cold water by the cold water / hydrate slurry heat exchanger 115 to cool the cold water. Energy is supplied to the heat utilization side load 116 so that it is used up as much as possible (it is not necessary to use up). Thereafter, the air conditioning equipment is operated in the operation mode (M1), and the cold energy of the cold water produced in the liquid-filled evaporator 104 for producing cold water is supplied to the heat utilization side load 116.
The follow-up operation can be realized by any of the above two examples.

次に、本発明の水和物スラリー製造装置に備える伝熱管の内部の原料溶液又は原料スラリーの流れに乱れを形成する乱れ形成手段の例を、以下の実施例において示す。   Next, examples of turbulence forming means for forming turbulence in the flow of the raw material solution or raw material slurry in the heat transfer tube provided in the hydrate slurry manufacturing apparatus of the present invention will be shown in the following examples.

図22は乱れ形成手段の例として、ねじれテープを示す図である。伝熱管内にねじれテープを挿入し、このねじれテープによって、原料溶液又は原料スラリーの流れを旋回させ、乱れを形成して伝熱管内壁面近傍の境界層を攪拌することによって、対流熱伝達を促進し冷媒から原料溶液又は原料スラリーへの伝熱効率を向上させることができる。
ねじれテープを伝熱管入口部など一部に挿入しても良いし、伝熱管内部の全てに挿入しても良い。
FIG. 22 is a view showing a twisted tape as an example of the turbulence forming means. The twisted tape is inserted into the heat transfer tube, and the twisted tape is used to swirl the flow of the raw material solution or raw material slurry, thereby creating turbulence and stirring the boundary layer near the inner wall surface of the heat transfer tube to promote convective heat transfer The heat transfer efficiency from the refrigerant to the raw material solution or the raw material slurry can be improved.
The twisted tape may be inserted into a part of the heat transfer tube inlet or the like, or may be inserted into the entire heat transfer tube.

図23は乱れ形成手段の他の例として、伝熱管内面に突起物(タービュレンスプロモータ)を配置したものを示す図である。突起物により伝熱管の内部の原料溶液又は原料スラリーの流れに乱れを形成して伝熱管内壁面近傍の境界層に撹乱を与え、対流熱伝達を促進し冷媒から原料溶液又は原料スラリーへの伝熱効率を向上させることができる。
突起物の形状(円筒、矩形、円錐、平板)、寸法(高さ、幅)、取付け形態(直立、傾斜)、配列間隔及び配列形状(碁盤目上、千鳥状等)は問わず、最適なものを選択すればよい。また、伝熱管入口部など一部に挿入しても良いし、伝熱管内部の全てに挿入しても良い。
FIG. 23 is a view showing another example of the turbulence forming means in which protrusions (turbulence promoters) are arranged on the inner surface of the heat transfer tube. The protrusions cause a disturbance in the flow of the raw material solution or slurry inside the heat transfer tube and disturb the boundary layer near the inner wall surface of the heat transfer tube to promote convective heat transfer and transfer from the refrigerant to the raw material solution or slurry. Thermal efficiency can be improved.
Regardless of the shape of projections (cylindrical, rectangular, conical, flat plate), dimensions (height, width), mounting form (upright, inclined), arrangement interval and arrangement shape (on grid, staggered, etc.) Just choose one. Moreover, you may insert in one part, such as a heat exchanger tube inlet_port | entrance part, and may insert in all the inside of a heat exchanger tube.

乱れ形成手段を伝熱管の内部に設けることにより、伝熱管の内部に供給される原料溶液又は原料スラリーの流れに乱れを形成することができ、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の量の増加をその流れの力により抑制することがより確実にでき、包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造することができる。
また、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の付着量を減少できるので、付着した包接水和物に起因する熱抵抗が減少し、冷媒から原料溶液又は原料スラリーへの伝熱効率が向上し伝熱量が増大する。これは伝熱面積(伝熱管本数)を減少させることができることに繋がる。
また、伝熱管の内部の原料溶液又は原料スラリーの流れに乱れを生じさせるため、冷媒から原料溶液又は原料スラリーへの伝熱効率が向上するため、包接水和物スラリーの製造能力を向上させることができる。
また、伝熱管の内部を流れる原料溶液又は原料スラリーの流速を、乱れ形成手段を設けない場合よりも低下させても、伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の量の増加をその流れの力により抑制することができ、伝熱管の熱交換効率を維持できる。これにより原料溶液又は原料スラリーを流すためのポンプ装置にかかる負荷を相対的に低減することができる。
By providing the turbulence forming means inside the heat transfer tube, turbulence can be formed in the flow of the raw material solution or raw material slurry supplied to the inside of the heat transfer tube, and the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube Therefore, the clathrate hydrate slurry can be stably produced over a long period of time or continuously.
In addition, since the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube can be reduced, the heat resistance due to the clathrate hydrate adhering to it decreases, and the heat transfer efficiency from the refrigerant to the raw material solution or slurry Improves and the amount of heat transfer increases. This leads to a reduction in the heat transfer area (the number of heat transfer tubes).
Also, because the flow of the raw material solution or raw material slurry inside the heat transfer tube is disturbed, the efficiency of heat transfer from the refrigerant to the raw material solution or raw material slurry is improved, so that the production capacity of clathrate hydrate slurry is improved. Can do.
Even if the flow rate of the raw material solution or raw material slurry flowing inside the heat transfer tube is reduced as compared with the case where no turbulence forming means is provided, the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube is increased. It can suppress by the force of a flow and can maintain the heat exchange efficiency of a heat exchanger tube. Thereby, the load concerning the pump apparatus for flowing a raw material solution or a raw material slurry can be reduced relatively.

次に、本発明の水和物スラリー製造装置において、伝熱管の内壁面及び外壁面のうち少なくとも一つに、水溶液又は前記スラリーが流れる方向に沿って凹凸が形成される例を、以下の実施例において示す。   Next, in the hydrate slurry production apparatus of the present invention, an example in which irregularities are formed along the direction in which the aqueous solution or the slurry flows on at least one of the inner wall surface and the outer wall surface of the heat transfer tube is as follows. Shown in the example.

図24は伝熱管内壁面及び外壁面に凹凸を設けた管の例として、コルゲート管を示す図である。伝熱管内壁面に幅の狭い凸部が螺旋状に成形加工され、原料溶液又は原料スラリーが流れる方向に沿って凸部に挟まれた凹部が形成されている。
図25は伝熱管内壁面に凹凸を設けた管の例として、内面溝付管(フルーテッド管)を示す図である。伝熱管内壁に深さ0.4mmの溝がねじれ角50度で螺旋状に設けられている。
FIG. 24 is a view showing a corrugated pipe as an example of a pipe provided with irregularities on the inner wall surface and the outer wall surface thereof. A narrow convex portion is formed into a spiral shape on the inner wall surface of the heat transfer tube, and a concave portion is formed between the convex portions along the direction in which the raw material solution or the raw material slurry flows.
FIG. 25 is a view showing an internally grooved tube (fluted tube) as an example of a tube in which unevenness is provided on the inner wall surface of the heat transfer tube. A groove with a depth of 0.4 mm is spirally provided on the inner wall of the heat transfer tube with a twist angle of 50 degrees.

図4に示す二重管単管実験装置を用いて、伝熱管内壁面の形状によって、伝熱性能及び圧力損失がどのように変わるかを調べた。試験に使用した伝熱管は、内面に凹凸の無い内面平滑管(内径16.2mm)、内面溝付管(溝深さ0.4mm、溝数34/inch、日立電線製型番TE-iE)、コルゲート管(内面凸部高さ0.6mm、凸部ピッチ14mm、日立電線製型番JISH3300)である。その結果が図26及び図27であり、図26は、管内流速と熱通過率の関係を示し、図27は、管内流速と圧力損失として計測した伝熱管入口と出口のスラリ差圧の関係を示す。
図26に示すように、熱通過率は、○印で示す内面平滑管に比べて△印で示す内面溝付管と×印で示すコルゲート管では14〜32%大きくなっている。その理由は、内面溝付管とコルゲート管には伝熱管内壁面に凸部が螺旋状に形成されているため、原料溶液又は原料スラリーの流れに旋回を与えて乱れを生じさせ、伝熱管内壁面近傍の境界層を攪拌することによって、対流熱伝達を促進し冷媒から原料溶液又は原料スラリーへの伝熱効率を向上させることができるため、また、原料溶液又は原料スラリーの流れに旋回を与えるので、伝熱管内壁面との接触面積すなわち伝熱面積を増大させるため、さらに伝熱効率を向上させることができるため、と推定される。
また、伝熱管の内壁面の凹部があると、その凹部に生成した包接水和物が付着したまま残留し、残る包接水和物が生成核として機能し、新たな包接水和物をより容易に生成させることができる。
それ故、熱交換器の伝熱性能の向上という観点や包接水和物の生成の容易化という観点からは、内面平滑管よりも、内面溝付管やコルゲート管の方が好ましいといえる。
Using the double-tube single-tube experiment apparatus shown in FIG. 4, it was examined how the heat transfer performance and the pressure loss change depending on the shape of the inner wall surface of the heat transfer tube. The heat transfer tubes used for the test were an inner smooth tube (inner diameter 16.2mm) with no irregularities on the inner surface, an inner grooved tube (groove depth 0.4mm, number of grooves 34 / inch, Hitachi Cable Model No. TE-iE), corrugated tube (Inner surface convex part height 0.6mm, convex part pitch 14mm, Hitachi Cable make model number JISH3300). The results are shown in FIGS. 26 and 27. FIG. 26 shows the relationship between the in-tube flow velocity and the heat passing rate, and FIG. 27 shows the relationship between the in-tube flow velocity and the slurry differential pressure at the heat transfer tube inlet and outlet measured as pressure loss. Show.
As shown in FIG. 26, the heat passage rate is 14 to 32% larger in the inner grooved tube indicated by Δ and the corrugated tube indicated by × than the inner smooth tube indicated by ○. The reason is that the inner grooved tube and the corrugated tube have a spiral formed on the inner wall surface of the heat transfer tube, so that the flow of the raw material solution or raw material slurry is swirled to cause turbulence, and the heat transfer tube By stirring the boundary layer in the vicinity of the wall surface, convective heat transfer can be promoted and the heat transfer efficiency from the refrigerant to the raw material solution or raw material slurry can be improved, and the flow of the raw material solution or raw material slurry is swirled. In order to increase the contact area with the inner wall surface of the heat transfer tube, that is, the heat transfer area, it is estimated that the heat transfer efficiency can be further improved.
In addition, if there is a recess on the inner wall surface of the heat transfer tube, the clathrate hydrate generated in the recess will remain attached, and the remaining clathrate hydrate will function as a generation nucleus, and a new clathrate hydrate Can be generated more easily.
Therefore, from the viewpoint of improving the heat transfer performance of the heat exchanger and facilitating the generation of clathrate hydrate, it can be said that the inner surface grooved tube and the corrugated tube are preferable to the inner surface smooth tube.

一方、図27に示すように、圧力損失(スラリ差圧)は、○印で示す内面平滑管に比べて△印で示す内面溝付管と×印で示すコルゲート管では30〜88%大きくなっている。伝熱管の圧力損失の増加は原料溶液又は原料スラリーを流送するポンプの動力増加となり、エネルギー消費を増加させる。それ故、ポンプ動力の増加を抑制する又は省エネルギーという観点からは、内面溝付管やコルゲート管よりも、内面平滑管の方が好ましいといえる。   On the other hand, as shown in FIG. 27, the pressure loss (slurry differential pressure) is 30 to 88% larger in the inner grooved tube indicated by Δ and the corrugated tube indicated by × than the inner smooth tube indicated by ○. ing. The increase in pressure loss of the heat transfer tube increases the power of the pump that feeds the raw material solution or raw material slurry, and increases energy consumption. Therefore, it can be said that the inner surface smooth tube is preferable to the inner surface grooved tube and the corrugated tube from the viewpoint of suppressing an increase in pump power or saving energy.

従って、伝熱管内壁面の形状の選定にあたっては、熱交換器としての伝熱性能の向上効果とポンプ動力の増加の両方を考慮して、伝熱管内壁面の適切な形状を選定することが肝要であるといえる。   Therefore, when selecting the shape of the inner wall surface of the heat transfer tube, it is important to select an appropriate shape of the inner wall surface of the heat transfer tube in consideration of both the effect of improving the heat transfer performance as a heat exchanger and the increase in pump power. You can say that.

図28は外壁面に凹凸を設けた伝熱管の他の例を示す図である。伝熱管の外壁面に短い間隔で低いフィンを付けたローフィン管、外壁面に微小なキャビティ、溝、トンネル構造あるいは微小突起を機械加工・成形加工により設けた伝熱管などがある。このような外壁面に凹凸を設けた伝熱管を用いることにより、伝熱管の伝熱面積が増加し伝熱性能が向上するので、冷媒から原料溶液又は原料スラリーへの伝熱効率が向上するため、包接水和物スラリーの製造能力を向上させることができる。また、伝熱効率が高いということは、冷媒の温度を高めに設定しても包接水和物スラリーを製造することができることを意味しているので、外壁面に凹凸を設けた伝熱管を用いれば、冷媒の冷凍システムの負荷を相対的に軽減することができ、あるいは冷凍機の成績係数を向上させることができる。
なお、キャビティ加工管の例として、日立電線製「サーモエクセル」(型番TE-E)がある。これは外表面に微細な開口部と外表面下でこれらを連結する螺旋状のトンネルを形成させたものであり、液冷媒が熱交換されて発生する気泡が連続的に、かつ効率よく発生するため、極めて高い蒸発伝熱性能が得られる伝熱管である。外壁面に凹凸を設けた伝熱管の中でも特にキャビティ加工管は熱通過率がローフィン管に比べても10倍程度高く、外壁面に凹凸を設けない平滑管に比べて伝熱性能が極めて向上する。キャビティ加工管は、包接水和物スラリーの製造能力を向上させる、或いは冷媒の冷凍システムの負荷を相対的に軽減させる伝熱管として好適である。
FIG. 28 is a view showing another example of the heat transfer tube having the outer wall surface provided with irregularities. There are low fin tubes with low fins attached to the outer wall surface of the heat transfer tube at short intervals, heat transfer tubes in which minute cavities, grooves, tunnel structures, or minute protrusions are provided on the outer wall surface by machining or forming. By using a heat transfer tube with irregularities on such an outer wall surface, the heat transfer area of the heat transfer tube is increased and the heat transfer performance is improved, so the heat transfer efficiency from the refrigerant to the raw material solution or the raw slurry is improved. The production capacity of the clathrate hydrate slurry can be improved. In addition, high heat transfer efficiency means that the clathrate hydrate slurry can be produced even if the temperature of the refrigerant is set high, so a heat transfer tube with irregularities on the outer wall surface is used. For example, the load of the refrigerant refrigeration system can be relatively reduced, or the coefficient of performance of the refrigerator can be improved.
An example of the cavity processing tube is “Thermo Excel” (model number TE-E) manufactured by Hitachi Cable. This is a microscopic opening formed on the outer surface and a spiral tunnel connecting them under the outer surface, and bubbles generated by heat exchange of the liquid refrigerant are generated continuously and efficiently. Therefore, it is a heat transfer tube that can obtain extremely high evaporation heat transfer performance. Among heat transfer tubes with irregularities on the outer wall, the cavity processed tube has a heat transfer rate about 10 times higher than that of the low fin tube, and the heat transfer performance is significantly improved compared to smooth tubes without irregularities on the outer wall. . The cavity processed tube is suitable as a heat transfer tube that improves the production capacity of the clathrate hydrate slurry or relatively reduces the load of the refrigerant refrigeration system.

外壁面に凹凸を設けた伝熱管は、上記のとおり伝熱効率が高いので、その内部を流れる原料溶液又は原料スラリーの流速をより高めても、当該原料溶液又は原料スラリーとの熱交換効率を高いまま維持できる。このことは、伝熱管の外壁面に凹凸を設ければ、その伝熱管の内壁面に凹凸を設けなくても、伝熱管の熱交換効率を高いまま維持することが可能であることを意味している。それ故、内壁面が平滑で、外壁面に凹凸がある伝熱管を採用すれば、ポンプ動力の増加を抑制することができると同時に、熱交換効率を高く維持することができる。
内壁面が平滑で、外壁面に凹凸がある伝熱管は、基本的に内壁面に包接水和物が付着しにくく、付着したとしても原料溶液又は原料スラリーの流れの力により剥離し易いので、内壁面に付着する包接水和物の増加を抑制し、延いては、包接水和物スラリーを長時間に亘り又は連続して、安定的に製造するための、或いは冷媒の冷凍システムの負荷を相対的に軽減させる伝熱管として、より好適である。
As described above, the heat transfer tube having irregularities on the outer wall surface has high heat transfer efficiency, so even if the flow rate of the raw material solution or raw material slurry flowing through the inside is further increased, the heat exchange efficiency with the raw material solution or raw material slurry is high. Can be maintained. This means that if the outer wall surface of the heat transfer tube is provided with irregularities, the heat exchange efficiency of the heat transfer tube can be maintained high without providing irregularities on the inner wall surface of the heat transfer tube. ing. Therefore, if a heat transfer tube having a smooth inner wall surface and irregularities on the outer wall surface is employed, an increase in pump power can be suppressed, and at the same time, heat exchange efficiency can be maintained high.
Heat transfer tubes with a smooth inner wall surface and irregularities on the outer wall surface are basically hard to attach clathrate hydrates to the inner wall surface, and even if attached, they are easily peeled off due to the flow force of the raw material solution or raw material slurry. In order to suppress the increase of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface, and to stably produce clathrate hydrate slurry over a long period of time or continuously, or a refrigerant refrigeration system It is more suitable as a heat transfer tube that relatively reduces the load.

本発明の原理を説明するための、包接水和物生成状況を示した概念説明図である。It is a conceptual explanatory drawing which showed the clathrate hydrate production | generation condition for demonstrating the principle of this invention. 図1の管直交方向の断面図である。It is sectional drawing of the pipe orthogonal direction of FIG. 図1の丸で囲んだA部の拡大図である。It is an enlarged view of the A section enclosed with the circle of FIG. 本発明の原理を実証するための実験装置の説明図である。It is explanatory drawing of the experimental apparatus for demonstrating the principle of this invention. 図4に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 図4に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 本発明の原理を実証するための実験装置の説明図である。It is explanatory drawing of the experimental apparatus for demonstrating the principle of this invention. 図7に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 図7に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 図7に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 図7に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 図7に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 図7に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 図7に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 図7に示した実験装置による実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result by the experimental apparatus shown in FIG. 本発明の実施の形態1の機器構成の説明図である。It is explanatory drawing of the apparatus structure of Embodiment 1 of this invention. TBAB水溶液の水和物スラリーの温度と、固相分率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature of the hydrate slurry of TBAB aqueous solution, and a solid-phase fraction. 実施例1の機器構成の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a device configuration of Example 1. 実施例2の機器構成の説明図である。It is explanatory drawing of the apparatus structure of Example 2. FIG. 実施例3の機器構成の説明図である。It is explanatory drawing of the apparatus structure of Example 3. FIG. 実施例3の機器構成の説明図である。It is explanatory drawing of the apparatus structure of Example 3. FIG. 実施例4の乱れ形成手段の説明図である。It is explanatory drawing of the disturbance formation means of Example 4. 実施例4の他の乱れ形成手段の説明図である。It is explanatory drawing of the other disturbance formation means of Example 4. 実施例5に係る伝熱管内壁面及び外壁面に凹凸を設けた管の例としてのコルゲート管の説明図である。It is explanatory drawing of the corrugated pipe | tube as an example of the pipe | tube which provided the unevenness | corrugation in the heat transfer pipe inner wall surface and outer wall surface which concern on Example 5. FIG. 実施例5に係る伝熱管内壁面に凹凸を設けた管の例としての溝付管の説明図である。It is explanatory drawing of the grooved pipe | tube as an example of the pipe | tube which provided the unevenness | corrugation in the heat exchanger tube inner wall surface which concerns on Example 5. FIG. 伝熱管内面形状と熱透過率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a heat exchanger tube inner surface shape and heat transmittance. 伝熱管内面形状と圧力損失の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heat transfer tube inner surface shape and pressure loss. 実施例5に係る外壁面に凹凸を設けた伝熱管の他の例の説明図である。It is explanatory drawing of the other example of the heat exchanger tube which provided the unevenness | corrugation in the outer wall surface which concerns on Example 5. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 熱交換器
2 圧縮機
3 凝縮器
4 冷媒配管
5 蓄熱槽
6 製造ポンプ
7 再循環ポンプ
8 入側流路
9 出側流路
12 再循環流路
13 貯留槽
14A、14B 流量計
15、16、17、18 温度計
19 冷媒流量制御装置
20 空調負荷
21 冷媒供給装置
30 制御装置
41 開閉弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat exchanger 2 Compressor 3 Condenser 4 Refrigerant piping 5 Thermal storage tank 6 Manufacturing pump 7 Recirculation pump 8 Inlet side flow path 9 Outlet side flow path 12 Recirculation flow path 13 Reservoir tank 14A, 14B Flowmeters 15, 16, 17, 18 Thermometer 19 Refrigerant flow control device 20 Air conditioning load 21 Refrigerant supply device 30 Control device 41 On-off valve

Claims (14)

包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを伝熱管の内部に流し、前記伝熱管の外周囲にある冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物を生成する工程を有する包接水和物スラリーの製造方法であって、
前記冷媒との熱交換の過程で前記伝熱管の内壁面に付着する前記包接水和物の量の増加を、前記伝熱管の内部を流れる前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により抑制することを特徴とする包接水和物スラリーの製造方法。
An aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound or a slurry obtained by dispersing or suspending the clathrate hydrate in the aqueous solution or water is allowed to flow inside the heat transfer tube, and a refrigerant around the heat transfer tube A method for producing an clathrate hydrate slurry comprising a step of generating the clathrate hydrate in the aqueous solution or the slurry through heat exchange,
The increase in the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube in the process of heat exchange with the refrigerant is suppressed by the flow force of the aqueous solution or slurry flowing inside the heat transfer tube. A method for producing a clathrate hydrate slurry characterized by the above.
包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを伝熱管の内部に流し、前記伝熱管の外周囲にある冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物を生成する工程とを有する包接水和物スラリーの製造方法であって、
前記冷媒との熱交換の過程で前記伝熱管の内壁面に付着する包接水和物の一部を前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を前記伝熱管の内壁面を覆うように残すことを特徴とする包接水和物スラリーの製造方法。
An aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound or a slurry obtained by dispersing or suspending the clathrate hydrate in the aqueous solution or water is allowed to flow inside the heat transfer tube, and a refrigerant around the heat transfer tube Producing the clathrate hydrate in the aqueous solution or the slurry through heat exchange, comprising the steps of:
A part of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of the heat transfer tube in the process of heat exchange with the refrigerant is removed by the flow force of the aqueous solution or the slurry, and the remainder is removed from the inner wall surface of the heat transfer tube. A method for producing a clathrate hydrate slurry, wherein the clathrate hydrate slurry is left to cover.
前記伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を、その伝熱管に還流させることを特徴とする請求項1又は2に記載の包接水和物スラリーの製造方法。 The method for producing a clathrate hydrate slurry according to claim 1 or 2, wherein a part or all of the aqueous solution or the slurry that has passed through the heat transfer tube is refluxed to the heat transfer tube. 前記冷媒の温度を調整する工程を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の包接水和物スラリーの製造方法。 The method for producing a clathrate hydrate slurry according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of adjusting a temperature of the refrigerant. 前記冷媒の温度を前記包接水和物の凝固点より低温であって、凝固点に近い温度又は伝熱管の内部に流す前記水溶液又は前記スラリーの温度に近い温度に調整することを特徴とする請求項4に記載の包接水和物スラリーの製造方法。 The temperature of the refrigerant is adjusted to a temperature lower than the freezing point of the clathrate hydrate, close to the freezing point, or close to the temperature of the aqueous solution or the slurry flowing inside the heat transfer tube. 4. The method for producing an clathrate hydrate slurry according to 4. 複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置とを備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置であって、
流速設定装置により、各伝熱管の内壁面に付着する前記包接水和物の量の増加が、各伝熱管の内部を流れる前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により抑制されるように前記水溶液又は前記スラリーの流速が設定されることを特徴とする包接水和物スラリーの製造装置。
A plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device for supplying a refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, and an aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound or the clathrate hydrate in each heat transfer tube And a flow rate setting device for setting a flow rate of the aqueous solution or the slurry, and heat-exchanged with the refrigerant through the aqueous solution or the slurry. An apparatus for producing an clathrate hydrate slurry in which a clathrate is produced,
The aqueous solution so that an increase in the amount of clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of each heat transfer tube is suppressed by the flow rate setting device by the force of the aqueous solution or the slurry flowing inside each heat transfer tube. Alternatively, the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus is characterized in that the flow rate of the slurry is set.
複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置とを備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置であって、
流速設定装置により、各伝熱管の内壁面に付着した包接水和物の一部が前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除かれ、その残部が各伝熱管の内壁面を覆うように残るように前記水溶液又は前記スラリーの流速が設定されることを特徴とする包接水和物スラリー製造装置。
A plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device for supplying a refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, and an aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound or the clathrate hydrate in each heat transfer tube And a flow rate setting device for setting a flow rate of the aqueous solution or the slurry, and heat-exchanged with the refrigerant through the aqueous solution or the slurry. An apparatus for producing an clathrate hydrate slurry in which a clathrate is produced,
A part of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of each heat transfer tube is removed by the flow rate setting device by the flow force of the aqueous solution or the slurry, and the remaining part remains so as to cover the inner wall surface of each heat transfer tube. The clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus is characterized in that the flow rate of the aqueous solution or the slurry is set as described above.
各伝熱管の内部に供給される前記水溶液又は前記スラリーの流れに乱れを形成する乱れ形成手段を備えることを特徴とする請求項6又は7に記載の包接水和物スラリー製造装置。 The clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus according to claim 6 or 7, further comprising turbulence forming means for forming turbulence in the flow of the aqueous solution or slurry supplied to the inside of each heat transfer tube. 各伝熱管の内壁面及び外壁面のうち少なくとも一つに、前記水溶液又は前記スラリーが流れる方向に沿って凹凸が形成されていることを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の包接水和物スラリー製造装置。 The package according to any one of claims 6 to 8, wherein unevenness is formed on at least one of an inner wall surface and an outer wall surface of each heat transfer tube along a direction in which the aqueous solution or the slurry flows. A wet hydrate slurry production device. 前記伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を、その伝熱管に還流する循環装置を備えることを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の包接水和物スラリー製造装置。 The clathrate hydrate slurry according to any one of claims 6 to 9, further comprising a circulation device for returning a part or all of the aqueous solution or the slurry that has passed through the heat transfer tube to the heat transfer tube. Manufacturing equipment. 前記冷媒の温度を調整する冷媒温度調整装置を備えることを特徴とする請求項6乃至10のいずれかに記載の包接水和物スラリーの製造装置。 The clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus according to any one of claims 6 to 10, further comprising a refrigerant temperature adjusting device for adjusting a temperature of the refrigerant. 複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置と、各伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を常時又は必要に応じてその伝熱管に還流する循環装置を備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置の運転方法であって、
前記製造装置の初回運転時、休止後の再開運転時又は性能確認運転時に、各伝熱管の内壁面に付着した包接水和物の一部を前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を各伝熱管の内壁面を覆うように残すことを特徴とする包接水和物スラリーの製造装置の運転方法。
A plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device for supplying a refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, and an aqueous solution of a clathrate hydrate guest compound or the clathrate hydrate in each heat transfer tube A stock solution supply device for supplying a slurry dispersed or suspended in a solution, a flow rate setting device for setting a flow rate of the aqueous solution or the slurry, and a part or all of the aqueous solution or the slurry that has passed through each heat transfer tube Or a clathrate hydrate slurry production apparatus comprising a circulation device that circulates back to the heat transfer tube as necessary, wherein the clathrate hydrate is produced in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with the refrigerant. Driving method,
At the time of the initial operation of the manufacturing apparatus, at the time of restart operation after a pause or at the time of performance check operation, a part of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of each heat transfer tube is removed by the flow force of the aqueous solution or slurry. The operation method of the clathrate hydrate slurry manufacturing apparatus is characterized in that the remainder is left so as to cover the inner wall surface of each heat transfer tube.
複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記冷媒の温度を調整する冷媒温度調整装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置と、各伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を常時又は必要に応じてその伝熱管に還流する循環装置を備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置の運転方法であって、
前記製造装置の初回運転時、休止後の再開運転時又は性能確認運転時に、前記冷媒温度調整装置により前記冷媒の温度を前記包接水和物の凝固点よりも高い温度に設定し、各伝熱管の内壁面に付着した包接水和物の一部を前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を各伝熱管の内壁面を覆うように残すことを特徴とする包接水和物スラリーの製造装置の運転方法。
A plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device for supplying a refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, a refrigerant temperature adjusting device for adjusting the temperature of the refrigerant, and a guest compound of clathrate hydrate in each heat transfer tube A raw solution supply device that supplies an aqueous solution or a slurry obtained by dispersing or suspending the clathrate hydrate in the aqueous solution or water, a flow rate setting device that sets a flow rate of the aqueous solution or the slurry, and each heat transfer tube A circulating device that recirculates a part or all of the aqueous solution or the slurry to the heat transfer tube at all times or as needed, and the clathrate hydrate is contained in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with the refrigerant. A method for operating an apparatus for producing a clathrate hydrate slurry to be produced, comprising:
At the time of the initial operation of the manufacturing apparatus, at the time of resuming operation after a stop or at the time of performance confirmation operation, the temperature of the refrigerant is set to a temperature higher than the freezing point of the clathrate hydrate by the refrigerant temperature adjusting device, and each heat transfer tube A part of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface is removed by the flow force of the aqueous solution or slurry, and the remaining part is left so as to cover the inner wall surface of each heat transfer tube The operation method of the manufacturing apparatus of a sum slurry.
複数の伝熱管と、各伝熱管の外周囲に冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記冷媒の温度を調整する冷媒温度調整装置と、各伝熱管の内部に包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は前記包接水和物を前記水溶液若しくは水に分散若しくは懸濁させてなるスラリーを供給する原液供給装置と、前記水溶液又は前記スラリーの流速を設定する流速設定装置と、各伝熱管を通過した前記水溶液又は前記スラリーの一部又は全部を常時又は必要に応じてその伝熱管に還流する循環装置を備え、前記冷媒との熱交換を通じて前記水溶液又は前記スラリー中に前記包接水和物が生成される包接水和物スラリーの製造装置の運転方法であって、
前記製造装置の通常運転時に、前記冷媒温度調整装置により前記冷媒の温度の変動を抑制し、各伝熱管の内壁面に付着した包接水和物の一部を前記水溶液又は前記スラリーの流れの力により取り除くとともに、その残部を各伝熱管の内壁面を覆うように残すことを特徴とする包接水和物スラリーの製造装置の運転方法。
A plurality of heat transfer tubes, a refrigerant supply device for supplying a refrigerant to the outer periphery of each heat transfer tube, a refrigerant temperature adjusting device for adjusting the temperature of the refrigerant, and a guest compound of clathrate hydrate in each heat transfer tube A raw solution supply device that supplies an aqueous solution or a slurry obtained by dispersing or suspending the clathrate hydrate in the aqueous solution or water, a flow rate setting device that sets a flow rate of the aqueous solution or the slurry, and each heat transfer tube A circulating device that recirculates a part or all of the aqueous solution or the slurry to the heat transfer tube at all times or as needed, and the clathrate hydrate is contained in the aqueous solution or the slurry through heat exchange with the refrigerant. A method for operating an apparatus for producing a clathrate hydrate slurry to be produced, comprising:
During normal operation of the manufacturing apparatus, the refrigerant temperature adjusting device suppresses fluctuations in the temperature of the refrigerant, and a part of the clathrate hydrate adhering to the inner wall surface of each heat transfer tube is removed from the flow of the aqueous solution or slurry. A method for operating an apparatus for producing clathrate hydrate slurry, wherein the clathrate hydrate slurry is removed by force and the remainder is left to cover the inner wall surface of each heat transfer tube.
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