JP2011158243A - 過冷却解除方法及び過冷却解除装置、貯留槽を備える装置並びに、包接水和物の存在比率を増加させる方法及びそのための装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る過冷却解除方法は、包接水和物のゲスト化合物の水溶液の過冷却を解除する方法であって、過冷却状態にある前記水溶液を流動床の少なくとも一部に流通させる工程を有することを特徴とするものである。
【選択図】 図1
Description
(1)「液相流動床」とは、容器内の特定の領域に粒子を充填して、その領域に液体を流通させることによって粒子を流動化させる又は制限された範囲内で流動可能にする装置をいう。充填する粒子の大きさとしては、例えば直径1〜数mm程度の場合もあれば、数mm〜数十mm程度の場合もあり、用途、目的、奏効性等の観点から適宜選択される。本発明においては、「液相流動床」を「液相流動層」又は、文脈上若しくは便宜上単に「流動床」若しくは「流動層」という場合がある。
(2)ホストまたはホスト物質と呼ばれる分子または化合物(即ち、ホスト分子)が構成するトンネル形、層状、網状、籠状などの構造(包接格子)内に、ゲスト物質と呼ばれる他の分子または化合物(即ち、ゲスト分子)が入り込む又は取り込まれることで形成され、生成する物質を包接化合物という。ゲスト分子の例としてはアルキルアンモニウム塩に代表される第四級アンモニウム塩、アルキルホスホニウム塩、アルキルスルホニウム塩などがある。ホスト分子の例としては水やシクロデキストリン、特許文献9に開示された物質などの非水がある。ホスト分子が水である包接化合物が「包接水和物」である。本発明における「包接水和物」には準包接水和物が含まれる。なお、「包接水和物」を、文脈上又は便宜上単に「水和物」という場合がある。
(3)「包接水和物スラリー」とは、包接水和物がそのゲスト化合物又はゲスト分子の水溶液又は水溶媒の中に分散又は懸濁してスラリー状を呈するに至ったものをいう。包接水和物が少量であっても(換言すれば包接水和物の存在比率が低くても)当該水溶液又は水溶媒に分散又は懸濁しているのであれば、それは「包接水和物スラリー」に該当する。なお、「包接水和物スラリー」を、文脈上又は便宜上単に「水和物スラリー」若しくは「スラリー」という場合がある。
(4)「原料溶液」とは、包接水和物のゲスト化合物の水溶液であって包接水和物スラリーの原料となるものをいう。
(5)「原料スラリー」とは、包接水和物の存在比率がより高い包接水和物スラリーの原料となる、当初の包接水和物スラリーをいう。
包接水和物を生成させるためには、そのゲスト化合物の水溶液を、例えば冷媒との熱交換を通じてその包接水和物の生成温度未満に冷却してやればよい。この冷却により生成した包接水和物が当該水溶液又は水溶媒の中に分散又は懸濁すれば包接水和物スラリーになる。当該水溶液を包接水和物の生成温度未満に冷却しても、包接水和物が生成されず液状のままであるという過冷却現象により、直ちに包接水和物が生成してこない場合もあるが、その過冷却が解除され、包接水和物が生成し、生成した包接水和物が当該水溶液又は水溶媒の中に分散又は懸濁すれば包接水和物スラリーになる。なお、いずれの場合であれ、包接水和物のゲスト化合物の水溶液であって、包接水和物スラリーの原料となるものが原料溶液に相当する。
また、原料溶液又は原料スラリーと冷媒との熱交換により包接水和物スラリーを製造するために熱交換器や過冷却解除手段とを設ける必要がある場合や、そのような水和物スラリーの製造装置に付随して、大量に製造された包接水和物スラリーを一時的に収容する蓄熱装置を設ける必要がある場合には、例えば設計や保守管理の要請上又は経済性の観点から、より構成が簡素又は小型であることが基本的に要請されているところ、熱交換器と過冷却解除手段とを別々に設ける(しかも、それらに加えて蓄熱装置を別途設ける)という従来の考え方では、そのような要請に応えることは容易ではない。
分散機構は、流動床を構成する粒子よりも粒径が大きな粒子により構成した固定床を備えるものであってよく、ヘッダーに多数の孔を設けて構成されるものであってもよい。
本発明の第1の形態によれば、まず、液相流動床型熱交換器を応用した包接水和物スラリーの製造方法を実現することができる。また、流動床を構成する粒子の流動の作用により、熱交換器の伝熱面に原料溶液や原料スラリーに比べて熱伝導性が低い包接水和物が付着することがなく、汚れも付着しにくくなり、当該伝熱面の伝熱効率を高いまま維持することができるとともに、保守管理も容易になる。
また、原料溶液の過冷却が解除され易くなり、包接水和物スラリーにおける包接水和物の存在比率も増加し易くなる。その理由については、原料溶液を流動床に流通させる場合には、理由1により説明することができ、原料スラリーを流動床に流通させる場合には、理由2により説明することができる。原料スラリーが均質とはいえず、その中に過冷却が起こり得る部分が存在し、かかる原料スラリーが流動床を流通する場合には、理由1により説明することができる。過冷却が解除された結果包接水和物が既に生成している原料溶液(原料スラリーといえる状態にあるもの)を流動床に流通させる場合には、理由2により説明することができる。
それ故、この第1の形態によれば、長時間に亘り安定的に包接水和物スラリーを製造することができる方法を実現することができる。
この製造装置においては、流動床を構成する粒子の流動の作用により、熱交換器の伝熱面に原料溶液や原料スラリーに比べて熱伝導性が低い包接水和物が付着することがなく、汚れも付着しにくくなり、当該伝熱面の伝熱効率を高いまま維持することができるとともに、保守管理も容易になる。
また、原料溶液の過冷却が解除され易くなり、包接水和物スラリーにおける包接水和物の存在比率も増加し易くなる。その理由については、原料溶液が流動床を流通する場合には、理由1により説明することができ、原料スラリーが流動床を流通する場合には、理由2により説明することができる。原料スラリーが均質とはいえず、その中に過冷却が起こり得る部分が存在し、かかる原料スラリーが流動床を流通する場合には、理由1により説明することができる。過冷却が解除された結果包接水和物が既に生成している原料溶液(原料スラリーといえる状態にあるもの)が流動床を流通する場合には、理由2により説明することができる。
それ故、この第2の形態によれば、長時間に亘り安定的に包接水和物スラリーを製造することができる装置を実現することができる。
それ故、この第3の形態によれば、長時間に亘り安定的に包接水和物スラリーを製造することができる装置を実現することができる。
なお、一般的なプレート式熱交換器のプレート間隔はかなり狭いものであるが、原料溶液又は原料スラリーが流通する第2の隔室の幅は流動床が形成される程度の広さを有するものである。他方、冷媒が通流する第1の隔室の幅は一般的なプレート式熱交換器と同様に狭くてもよい。
なお、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
<包接水和物スラリーの製造装置>
図1は、本発明に係る包接水和物スラリーの製造装置の一実施形態の説明図である。
この実施形態において、包接水和物スラリーの製造装置1は、原料溶液を冷却して包接水和物スラリー3を生成する縦型円筒状の生成槽5を備えている。生成槽5の上端部には生成された包接水和物スラリー3を排出する排出管7が接続され、生成槽5の下面には原料溶液を供給する供給管9が接続されている。排出管7の下流側端部には生成された包接水和物スラリーを貯蔵するスラリー貯蔵槽11が設けられている。供給管9の上流側端部には原料溶液貯蔵槽13が設けられている。供給管9には、原料溶液を生成槽5に送るためのポンプ15、流量を調整するバルブ17、原料溶液の流量を計測する流量計測装置19がそれぞれ設けられている。
生成槽5は、少なくとも一部が透明の材質で形成することが好ましい。生成槽5の少なくとも一部を透明体で形成することにより、生成槽5内の液体が白濁化しているかどうかを確認することができ、これにより包接水和物がゲスト化合物の水溶液中に分散又は懸濁していること(本発明における包接水和物スラリーになっていること)を確認することができる。
生成槽5の最も下部(水箱部分)には、生成槽5に供給される原料溶液を均一に分散して(生成槽5の断面内分布を均一にさせて)、後述の流動床25に供給する機能を有する分散機構21が設けられる。分散機構21は、例えば直径約20mmのアルミナボールで構成される。
係留手段23の上方には、流動粒子を積層した流動床25が形成される。流動床25を形成する典型的な流動粒子(流動媒体)は、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミックス粒子やステンレス鋼、チタン等の金属粒子である。原料溶液の種類と設定される原料溶液の流量、生成する包接水和物スラリーの滞留時間等に応じて最適な材質、粒子径等が選択される。
流動床25には熱交換器27が設置されている。熱交換器27は、伝熱管をコイル状にしたものであり、内部に冷媒を流通させることで、伝熱管の外表面を伝熱面(熱交換面)として機能させる。熱交換器27には、冷媒の流量などを調整して、原料溶液の冷却温度を設定する冷却温度設定装置(図示せず)が付随する。
冷媒温度は、例えば0℃に設定される。
伝熱管の材質はステンレス鋼、チタン等が典型例であるが、少なくとも熱伝導率と耐磨耗性に優れた材質の中から選択するのが好ましい。
生成槽5の上端面は、開放しても、蓋を被せてもよい。
包接水和物の分散・懸濁領域Aは、生成槽5内で流動床領域Bの下流側に配設され、包接水和物の分散又は懸濁を行うための領域である。
流動床領域Bは、生成槽5内で流動床25が配設され、固定床領域Cの下流側に配設される領域である。
固定床領域Cは、生成槽5内で分散機構21が配設されている領域である。係留手段23を含めて固定床領域Cと定義してもよい。
なお、製造装置1には、供給管9を通じて原料溶液を所定の温度(例えば8℃)で供給できるように温度調整手段(図示せず)が設けられている。
次に、上記の包接水和物スラリー製造装置の運転方法について説明する。
(1) 原料溶液貯蔵槽13に予め所定濃度の原料溶液を貯蔵しておく。
(2) ポンプ15を起動するとともに、流量計測装置19によって流量を測定し、この測定値に基づいて原料溶液の流量が所定の流量、例えば13.5L/min(生成槽5の高さ方向において毎秒4.5cmの流速に相当)となるようにバルブ17を制御して、原料溶液を生成槽5に供給する。
(3) 外部から目視にてアルミナ粒子が流動していること、即ち、流動層が形成されていることを確認した後、熱交換器27に冷媒を流し始め、冷却温度設定装置にて冷媒温度を0℃に設定し、0℃の冷媒を熱交換器27に循環させる。
(4) 流動床領域Bにおいて熱交換器27により原料溶液を冷却し、包接水和物を生成して包接水和物スラリーを製造し、その後、生成された包接水和物スラリー3をスラリー貯蔵槽11に回収する。
なお、原料溶液の代わりに原料スラリーを原料溶液貯蔵槽13に貯蔵しておき、これを生成槽5に供給することにより包接水和物スラリーを製造するようにしてもよい。
次に、上記の運転方法の実施により生じる効果について比較例と対比しつつ説明する。
(i) 比較例1
製造装置1から直径約1mmのアルミナ粒子、および直径約20mmのアルミナ粒子をそれぞれ流動床領域B及び固定床領域Cから除いた状態にして上記運転方法を実施した。
8℃(温度計測装置31cの測定値)の11wt%の臭化テトラn−ブチルアンモニウム(TBAB)水溶液を、流量13.5L/minで生成槽5の底部から流しながら、熱交換器27に0℃に設定された冷媒を流すことで当該水溶液を冷却した。熱交換器27が設けられた領域の温度計測装置31bの測定値が3℃まで下がった時点では排出管7を流れる液体は白濁しておらず、包接水和物スラリーの生成は確認されなかった。また、温度計測装置31aの測定値も3.5℃程度であった。
製造装置1の固定床領域Cに直径約20mmのアルミナ粒子を充填した状態で、且つ、その他の条件を上記比較例1と同じにして上記運転方法を実施した。しかし、排出管7を流れる液体は白濁化しておらず、包接水和物スラリーの生成は確認されなかった。また、温度計測装置31aの測定値も3.5℃程度であった。
いづれにしても、比較例1及び比較例2では、生成槽5から排出される時点で、包接水和物スラリーの生成は確認されなかった。
一方、製造装置1の流動床領域B及び固定床領域Cにそれぞれ直径約1mmのアルミナ粒子及び直径約20mmのアルミナ粒子を充填した状態で、且つ、その他の条件を上記比較例1(上記(i))と同じにして上記運転方法を実施した。
まず、8℃(温度計測装置31cの測定値)の11wt%のTBAB溶液を底部より流量13.5L/minで流したところ、流動床領域Bにおけるアルミナ粒子充填層の層高が約1.5倍程度に膨張し、アルミナ粒子の流動層が形成されることが目視にて確認された。
引き続き、熱交換器27に0℃に設定された冷媒を流して、TBAB水溶液を冷却したところ、流動床領域Bに設けられた温度計測装置31bの測定値が4℃にまで低下した後、5℃まで上昇し、排出管7を流れる液体が白濁し、包接水和物スラリーの生成が確認された。この現象は、流動床領域Bにおいて原料溶液が液相流動床を流通することにより、当該原料溶液の過冷却が解除されたこと、更にはその過冷却解除により生成した包接水和物が少なくとも分散・懸濁領域Aにおいて原料溶液に分散又は懸濁し、包接水和物スラリーになったことを意味している。
以上のとおり、製造装置1を用いて流動床領域で原料溶液を熱交換して冷却することにより、包接水和物スラリーの製造ができること、原料溶液又は原料スラリーの過冷却解除を促進することができること並びに、包接水和物スラリー中の包接水和物の存在比率が増加することが判明した。
<包接水和物スラリーの製造装置(プレート式熱交換器)>
図2は、本発明に係る包接水和物スラリーの製造装置の他の実施形態の説明図である。
この実施形態において、包接水和物スラリーの製造装置101は、いわゆるプレート式熱交換器と類似の構造を採用する熱交換器を備えている。
なお、冷媒隔室103及び原料隔室105は、それぞれ、本発明の第3の形態に係る製造装置における第1の隔室及び第2の隔室に対応する。
各原料隔室105の上部には、冷媒隔室103を貫いて隣接する原料隔室105間を連通する連通管109が設けられている。この連通管109を設けることにより、図中右側に配置された原料隔室105の包接水和物スラリー102が連通管109を通じて順次図中左側の原料隔室105に移動して、最後に左端に配置された原料隔室105に連結された包接水和物スラリー排出管110から排出される。
<伝熱面>
伝熱面107の材質は、ステンレス鋼等が典型例であるが、熱伝導率と耐磨耗性に優れた材質の中から選択すればよい。
原料隔室105は、包接水和物の分散・懸濁領域A、流動床領域B、固定床領域Cという3つの領域から構成されている。
これらの3つの領域から構成される原料隔室105においては、まず固定床領域Cで原料溶液又は原料スラリーの流れを分散し、流動床領域Bにおいて伝熱面107により、原料溶液の場合にはこれを過冷却し、粒子の流動によりその過冷却を解除することにより(上記理由1参照)、原料スラリーの場合には、これを冷却し、既に存在する包接水和物を生成核として或いは粒子の流動により(上記理由2参照)、それぞれ包接水和物を生成させる。かくして包接水和物を、分散・懸濁領域Aにおいて原料溶液又は原料スラリーに分散又は懸濁させ、更に伝熱面107により冷却する。これによって、包接水和物の生成量を高めることができ、包接水和物スラリーの固相率を高める(蓄熱量又は蓄熱密度を高める)ことが可能になる。
(固定床領域)
固定床領域Cは、原料隔室105の最も下部に位置して、原料隔室105に供給される原料溶液又は原料スラリーを均一に分散して(原料隔室105の断面内分布を均一にさせて)、後述の流動床125に供給する機能を有する領域である。固定床領域は、例えば直径20mm程度のアルミナボールを積層して形成された分散機構121と、分散機構121の上方に設けられて後述の流動床125を構成するアルミナ粒子の沈降を防止する係留手段123(分散板)と、から構成されている。
固定床領域Cは、原料隔室105の最も下部に特に設けた水箱内にアルミナボールを堆積することで形成されるものであってもよい。係留手段123は、金網又は多孔板が典型例であり、アルミナ粒子が沈降しない程度の目開きであればよい。
流動床領域Bは、係留手段123の上方に位置して、流動粒子を充填した流動床125によって形成される領域である。伝熱面107により原料溶液を過冷却状態にした後粒子の流動により過冷却を解除することにより(上記理由1参照)又は、原料スラリーを冷却した後既に存在している包接水和物を生成核として若しくは粒子の流動により(上記理由2参照)、包接水和物を生成させる。
流動床125を形成する典型的な流動媒体として、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミックス粒子やステンレス鋼、チタン等の金属粒子を用いることができる。そして、原料溶液又は原料スラリーの種類と設定される原料溶液又は原料スララリーの流量、生成する包接水和物スラリーの滞留時間等に応じて最適な材質、粒子径を選択する。この実施形態では、直径約1mmのアルミナ粒子を充填し、流動床125とすればよい。
分散・懸濁領域Aは、流動床125の上方に位置して、包接水和物の分散又は懸濁を行いながら、更に伝熱面107により冷却するための空間である。これによって、包接水和物の生成量を高めることができ、包接水和物スラリーの固相率を高める(蓄熱量又は蓄熱密度を高める)ことが可能になる。
なお、分散・懸濁領域Aにおける冷却効果をさらに高める場合には、分散・懸濁領域Aにおける伝熱面107に突起やフィンを設けて伝熱面積を増加したり、熱交換器を追加したりすればよい。或いは包接水和物スラリー排出管110の下流側に更に熱交換器を追加設置して原料隔室105から排出される包接水和物スラリー102をさらに冷却するようにしてもよい。
各冷媒隔室103の下部には、各冷媒室に冷媒を供給する冷媒供給管111が接続されている。冷媒供給管111の上流側には、冷媒の流量などを調整して、原料溶液の冷却温度を設定する冷却温度設定装置(図示せず)が設けられている。各冷媒隔室103の上部には、冷媒排出管112が接続されて、熱交換した冷媒を排出するようになっている。
なお、一般的なプレート式熱交換器のプレート即ち伝熱面107の間隔はかなり狭いが、原料隔室105の幅は流動床125が形成される程度の広さを有している。冷媒隔室103の幅は一般的なプレート式熱交換器のプレート間の間隔と同様に狭くてもよい。
次に上記のように構成された包接水和物スラリーの製造装置の運転方法について説明する。
(1) 原料溶液貯蔵槽に予め所定濃度の原料溶液を貯蔵しておく。
(2) ポンプを起動させ、流量計測装置によって流量を測定し、この測定値に基づいて原料溶液の流量が所定の流量(原料隔室105に充填された流動粒子が流動するような流速となるような流量)となるようにバルブを制御して、原料溶液を原料隔室105に供給する。
(3) 流動粒子が流動していること、即ち、流動床125が形成されていることを確認した後、冷媒隔室103に冷媒を流し始め、冷却温度設定装置にて冷媒温度を所定温度に設定し、冷媒を冷媒隔室103に流通させる。
(4) 流動床領域Bにおいて伝熱面107を介して原料溶液を過冷却した後、流動粒子の流動により過冷却解除し、包接水和物を生成して包接水和物スラリーを製造し、その後、生成された包接水和物スラリーを、包接水和物スラリー排出管110を通じてスラリー貯蔵槽に回収する。
なお、原料溶液の代わりに原料スラリーを原料溶液貯蔵槽に貯蔵しておき、これを原料隔室105に供給することにより包接水和物スラリーを製造するようにしてもよい。
<過冷却解除装置>
図3は、本発明の一実施形態に係る過冷却解除装置201の説明図である。過冷却解除装置201は、既に過冷却状態にある原料溶液又は原料スラリーを流通させることによって、原料溶液又は原料スラリーの過冷却を解除し、包接水和物スラリー203にするものである。
過冷却解除槽205は、図1に示した生成槽5において、熱交換器27を取り除いたものに相当し、他の構造は図1に示した生成槽と同様である。以下において、その構造を説明する。
過冷却解除槽205の最も下部(水箱部分)には、過冷却解除槽205に供給される原料溶液を均一に分散して(過冷却解除槽205の断面内分布を均一にさせて)、後述の流動床215に供給する機能を有する分散機構211が設けられている。
係留手段213の上方には、流動粒子を積層した流動床215が形成されている。流動床215を形成する典型的な流動粒子(流動媒体)は、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミックス粒子やステンレス鋼、チタン等の金属粒子である。原料溶液の種類と設定される原料溶液の流量、生成する包接水和物スラリーの滞留時間等に応じて最適な材質、粒子径を選択する。
過冷却解除槽205の上端面は、開放しても、蓋を被せてもよい。
包接水和物の分散・懸濁領域Aは、過冷却解除槽205内で流動床領域Bの下流側に配設される領域である。
流動床領域Bは、過冷却解除槽205内で流動床215が配設され、固定床領域Cの下流側に配設される領域である。
固定床領域Cは、過冷却解除槽205内で分散機構211が配設されている領域である。係留手段213を含めて固定床領域Cと定義してもよい。
(1) ポンプ(図示せず)を駆動させ、供給管209を通じて、過冷却状態にある原料溶液を過冷却解除装置201に供給する。
(2) 過冷却状態にある原料溶液は、固定床領域で均一分散されて、分散板の上方に配置している流動床215に至る。当該原料溶液は、流動床215を通過する際に、流動床215を構成する複数の粒子(流動媒体)を流動させる。
(3) 流動床を構成する複数の粒子同士が接触、擦過、衝突等を起こす。このような接触、擦過、衝突等が契機となって包接水和物が生成し易くなり、原料溶液の過冷却解除に資する。
(4) しかして、原料溶液の過冷却状態は、流動床領域Bを通過することにより解除される。そして分散・懸濁領域Aにおいて、新たに生成した包接水和物が流動床領域Bを通過した原料溶液に分散又は懸濁することにより、包接水和物のスラリーとなる。
(5)かくして、原料溶液の過冷却解除が可能になる。
なお、流動床215を構成する流動粒子の一部に、包接水和物が表面に付着し易い又は付着し易くなるように加工を施してある粒子を混在させておくことが好ましい。これにより、粒子の表面に少なくとも一時的に付着した包接水和物を別の包接水和物の生成核として機能させることができ、故に包接水和物スラリーをより効率良く製造することができる。
図4は、本発明の一実施の形態に係る貯留槽を備える装置の要部を示した図であり、本実施の形態に係る貯留槽を備える装置は、包接水和物スラリーを製造する包接水和物スラリー製造装置301(以下製造装置301という)が貯留槽300内に収容されてなるものである。以下、装置の詳細を説明し、その後装置の運転方法を説明する。
<貯留槽>
貯留槽300は製造された包接水和物スラリー302を貯留するためのものであるが、包接水和物スラリー製造装置301で包接水和物スラリーが製造される前は、原料溶液や原料スラリーを収容して、原料溶液等の貯留槽として利用する。もっとも、原料溶液や原料スラリーを収容しておく槽が別にあるのであれば、貯留槽300は当初は空であってもかまわない。
貯留槽300には、製造装置301の外周に一定の区画を形成する区画部材340が製造装置301を囲むように無底状態で設置されている。区画部材340を設けることにより、製造装置301で製造された包接水和物スラリーを後述する包接水和物スラリー排出管310から円滑に排出することができる。
また、貯留槽300には貯留されている包接水和物スラリー302を槽外に排出するための包接水和物スラリー排出管310が設けられている。包接水和物スラリー排出管310の一端側は区画部材340と製造装置301の間に配置されている。
なお、貯留槽内に収容される包接水和物スラリー302が蓄熱材(冷熱輸送媒体を含む)として使用される場合であれば、当該貯留槽300は蓄熱槽と見ることができる。
製造装置301は実施形態1の包接水和物スラリー製造装置1とほぼ同じ構成である。すなわち、製造装置301は、円筒状の生成槽305と、生成槽305の内部に分散機構321、係留手段323、流動床325、熱交換器327を備えてなる構成である。
生成槽305は貯留槽300の天井部分から吊り下げることにより貯留槽300内に設置されている。生成槽305は、熱交換器327が配置される流動床325の部分が貯留槽300内に収容される原料溶液や原料スラリー302の液面より下になるように、すなわち流動床325部分が水没するように配置されている。このような配置にすることにより、熱交換器327を流通する冷媒による冷却効果が原料溶液や原料スラリー302にまで及び、その冷却効果を利用して生成槽305外の貯留槽300内における新たな包接水和物の生成又は生成した包接水和物スラリーの状態維持を効率的に行うことができる。
なお、生成槽305における外殻の水没している部分を熱伝導性の高い材料で構成すれば、上記の冷却効果が及び易くなるのでより好適である。
オーバーフロー排出口317から排出された包接水和物スラリー302は一旦貯留槽300内に収容され、貯留槽300に設けられた包接水和物スラリー排出管310を通じて排出される。
しかし、オーバーフロー排出口317の設置位置はこれに限定されるものではなく、その設置位置、寸法、形状等は、流動床325を通過してできた包接水和物スラリーが製造装置外に排出され易くなるように適宜工夫される。
なお、熱交換器327には、熱交換器327に製造装置301外から冷媒を供給する冷媒供給管311と、熱交換した後の冷媒を製造装置301外に排出する冷媒排出管312が接続されている。
貯留槽300には、当初は、原料溶液や原料スラリー302を収容しておく。原料溶液や原料スラリーを収容しておく槽が別にあるのであれば、槽300は当初は空であってもいてもよい。
図示していないポンプにより貯留槽300内に貯留されている原料溶液又は原料スラリー302を包接水和物スラリー排出管310から貯留槽300外に排出し、排出された原料溶液又は原料スラリーを原料溶液供給管308を通じて製造装置301に供給する。
なお、原料溶液や原料スラリーを収容しておく槽を別に設けた場合には、その別の槽から原料溶液又は原料スラリーを原料溶液供給管308を通じて製造装置301に供給する。
また、原料溶液の過冷却が解除され易くなり、包接水和物スラリーにおける包接水和物の存在比率も増加し易くなる。
さらに、原料溶液又は原料スラリーの冷却の際、流動床を構成する流動粒子表面に包接水和物が付着していれば、それが生成核となって、新たな包接水和物の生成が促進される。
従って、原料溶液であれ、原料スラリーであれ、流動床を通過することにより、通過前に比べて包接水和物の存在比率が高まった包接水和物スラリーとなる。この包接水和物スラリーは、オーバーフロー排出口17を通じて生成槽305外の貯留槽300内に移動して、貯留槽300に収容されることになる。このとき、貯留槽300内に移動した包接水和物スラリー302は、区画部材340によって一定の区画内に集められるので、包接水和物スラリー排出管310による排出が円滑に行なわれる。
例えば、貯留槽300が包接水和物スラリーを収容する蓄熱槽であり、貯留槽300を備える装置が蓄熱装置である場合には、包接水和物スラリーを製造するための包接水和物スラリーの製造装置301が蓄熱槽内に配置され、包接水和物スラリーを製造する機能を有する蓄熱装置が構成されることになる。これにより、包接水和物スラリーの製造と蓄積に要する設備を全体として従前より小型にすることができる。
本実施の形態では、製造装置301を貯留槽300内の原料溶液や原料スラリー又は包接水和物スラリーに水没させている。この構成も、包接水和物スラリーの製造と蓄積に要する設備を全体として従前より小型にするという効果の発現に通じている。
しかし、区画部材340は必ずしも製造装置301を包囲するようにこれを設ける必要はなく、オーバーフロー排出口317から出てきた包接水和物スラリーが包接水和物スラリー排出管310に集まり易くなるようにその設置位置、寸法、形状等を決めればよい。これにより、包接水和物スラリーの散逸を適度に抑制することができ、包接水和物スラリー排出管310による槽外への取り出しを容易にすることができる。
でき、故に包接水和物スラリーをより効率良く製造することができる。
図5は、本発明の一実施の形態に係る貯留槽を備える装置の要部を示した図であり、本実施の形態に係る貯留槽を備える装置は、過冷却状態にある原料溶液又は原料スラリーの過冷却を解除する過冷却解除装置401が貯留槽400内に収容されてなるものである。過冷却解除装置401により過冷却状態にある原料溶液又は原料スラリーの過冷却が解除され、包接水和物スラリーが生成される。以下、装置の詳細を説明し、その後装置の運転方法を説明する。
<貯留槽>
貯留槽400は製造された包接水和物スラリー402を貯留するためのものであるが、過冷却解除装置401で原料溶液又は原料スラリーの過冷却が解除され包接水和物スラリーが生成される前は、原料溶液や原料スラリーを収容して、原料溶液等の貯留槽として利用する。もっとも、原料溶液や原料スラリーを収容しておく槽が別にあるのであれば、貯留槽400は当初は空であってもかまわない。
貯留槽400には、過冷却解除装置401の外周に一定の区画を形成する区画部材440が過冷却解除装置401を囲むように無底状態で設置されている。区画部材440を設けることにより、過冷却解除装置401で過冷却が解除されて生成された包接水和物スラリーを後述する包接水和物スラリー排出管410から円滑に排出することができる。
また、貯留槽400には貯留されている包接水和物スラリー402を槽外に排出するための包接水和物スラリー排出管410が設けられている。包接水和物スラリー排出管410の一端側は区画部材440と過冷却解除装置401の間に配置されている。
なお、貯留槽400内に収容される包接水和物スラリー402が蓄熱材(冷熱輸送媒体を含む)として使用される場合であれば、当該貯留槽400は蓄熱槽と見ることができる。
過冷却解除装置401は実施形態3の過冷却解除装置201とほぼ同じ構成である。すなわち、過冷却解除装置401は、円筒状の過冷却解除槽405と、過冷却解除槽405の内部に分散機構421、係留手段423、流動床425を備えてなる構成である。
過冷却解除槽405は貯留槽400の天井部分から吊り下げることにより貯留槽400内に設置されている。
オーバーフロー排出口417から排出された包接水和物スラリーは一旦貯留槽400内に収容され、貯留槽400に設けられた包接水和物スラリー排出管410を通じて排出される。
しかし、オーバーフロー排出口417の設置位置はこれに限定されるものではなく、その設置位置、寸法、形状等は、流動床425を通過してできた包接水和物スラリーが製造装置外に排出され易くなるように適宜工夫される。
貯留槽400には、当初は、原料溶液や原料スラリー402を収容しておく。原料溶液や原料スラリーを収容しておく槽が別にあるのであれば、槽400は当初は空であってもいてもよい。
図示していないポンプにより貯留槽400内に貯留されている原料溶液又は原料スラリーを包接水和物スラリー排出管410から貯留槽400外に排出し、排出された原料溶液又は原料スラリーを図示しない熱交換器を介して冷媒と熱交換させることにより冷却し、過冷却状態にする。その後、過冷却状態の原料溶液又は原料スラリーを、原料溶液供給管408を通じて過冷却解除装置401に供給する。なお、原料溶液や原料スラリーを収容しておく槽を別に設けた場合には、その別の槽から原料溶液又は原料スラリーを過冷却状態にした後、原料溶液供給管408を通じて過冷却解除装置401に供給する。
例えば、貯留槽400が包接水和物スラリーを収容する蓄熱槽であり、貯留槽400を備える装置が蓄熱装置である場合には、原料溶液又は原料スラリーの過冷却を解除し包接水和物スラリーを生成するための過冷却解除装置401が蓄熱槽内に配置され、過冷却を解除する機能を有する蓄熱装置が構成されることになる。これにより、過冷却解除と包接水和物スラリーの蓄積に要する設備を全体として従前より小型にすることができる。
本実施の形態では、過冷却解除装置401を貯留槽400内の原料溶液や原料スラリー又は包接水和物スラリー402に水没させている。この構成も、過冷却解除と包接水和物スラリーの蓄積に要する設備を全体として従前より小型にするという効果の発現に通じている。
しかし、区画部材440は必ずしも過冷却解除装置401を包囲するようにこれを設ける必要はなく、オーバーフロー排出口417から出てきた包接水和物スラリー402が包接水和物スラリー排出管410に集まり易くなるようにその設置位置、寸法、形状等を決めればよい。これにより、包接水和物スラリーの散逸を適度に抑制することができ、包接水和物スラリー排出管410による槽外への取り出しを容易にすることができる。
3、102 包接水和物スラリー
5 生成槽
7、207 排出管
9、209 供給管
11 スラリー貯蔵槽
13 原料溶液貯蔵槽
15 ポンプ
17 バルブ
19 流量計測装置
21、121、211 分散機構
23、123、213 係留手段
25、125、215 流動床
27 熱交換器
29、217 オーバーフロー排出口
31 温度計測装置
101 製造装置
103 冷媒隔室(第1の隔室)
105 原料隔室(第2の隔室)
107 伝熱面
108 原料溶液供給管
109 連通管
110 包接水和物スラリー排出管
111 冷媒供給管
112 冷媒排出管
201 過冷却解除装置
203 過冷却解除後の原料溶液(包接水和物スラリー)
205 過冷却解除槽
300 貯留槽(蓄熱槽)
301 製造装置
302 包接水和物スラリー(又は原料溶液若しくは原料スラリー)
305 生成槽
307 天井部
308 原料溶液供給管
310 包接水和物スラリー排出管
311 冷媒供給管
312 冷媒排出管
317 オーバーフロー排出口
321 分散機構
323 係留手段
325 流動床
327 熱交換器
340 区画部材
400 貯留槽(蓄熱槽)
401 過冷却解除装置
402 包接水和物スラリー(又は原料溶液若しくは原料スラリー)
405 過冷却解除槽
407 天井部
408 原料溶液供給管
410 包接水和物スラリー排出管
417 オーバーフロー排出口
421 分散機構
423 係留手段
425 流動床
440 区画部材
Claims (5)
- 包接水和物のゲスト化合物の水溶液の過冷却を解除する方法であって、
過冷却状態にある前記水溶液を流動床の少なくとも一部に流通させる工程を有することを特徴とする過冷却解除方法。 - 包接水和物のゲスト化合物の水溶液の過冷却を解除する装置であって、流動床を備え、過冷却状態にある前記水溶液が前記流動床の少なくとも一部を流通するように構成されていることを特徴とする過冷却解除装置。
- 包接水和物がそのゲスト化合物の水溶液の中に分散又は懸濁してなるスラリーにおける前記包接水和物の存在比率を増加させる方法であって、
前記スラリーを、その冷却後又はその冷却の過程で、流動床の少なくとも一部に流通させる工程を有することを特徴とする方法。 - 包接水和物がそのゲスト化合物の水溶液の中に分散又は懸濁してなるスラリーにおける前記包接水和物の存在比率を増加させる装置であって、流動床を備え、前記水溶液が冷却された後又は冷却される過程で前記流動床の少なくとも一部を流通するように構成されていることを特徴とする装置。
- 包接水和物のゲスト化合物の水溶液又は包接水和物スラリーを収容する貯留槽を備える装置であって、請求項2に記載の過冷却解除装置及び請求項4に記載の包接水和物の存在比率を増加させる装置のうちいずれかを備えることを特徴とする装置。
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