JP4385506B2

JP4385506B2 - 水和物蓄熱方法および装置

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Publication number: JP4385506B2
Application number: JP2000246334A
Authority: JP
Inventors: 信吾高雄
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2020-08-15
Also published as: JP2001355980A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水和物の潜熱を利用して冷熱の蓄熱をなす方法および装置に関する。さらに特定すれば、本発明は水和物スラリを生成して蓄熱をなす際に、水溶液の過冷却を防止し、かつそれに要するエネルギを減少させる方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種の水和物の潜熱を利用して冷熱を蓄熱し、廃熱の再利用、その他のエネルギ資源の有効利用を図る技術が開発されている。このような水和物を生成するゲスト化合物としては、たとえばテトラｎ−ブチルアンモニウム塩（以下ＴＢＡＢと称する）がある。このＴＢＡＢの水和物は、ＴＢＡＢ水溶液の濃度を調整することで、約１２〜０℃の温度範囲で生成することができ、吸収式または吸着式の各種の冷凍機等で生成することができ、これらの冷凍機を駆動することができる程度の低温の廃熱でも有効に再利用することができる等の利点がある。
【０００３】
また、このような水和物は、水和物粒子として生成することが容易であり、水溶液と混合した流動性のある水和物スラリを生成でき、その流動性を利用してこの水和物スラリを直接熱負荷側に供給したり、また熱交換を容易かつ効率的にすることができる。
【０００４】
このような水和物の潜熱を利用した蓄熱装置は、蓄熱装置である以上は生成した水和物スラリを貯留しておく貯留槽を必要とし、またこのような貯留槽内で水和物粒子を直接生成することもある。
【０００５】
ところで、このような水和物の生成の際には過冷却が発生する不具合を生じることがある。このような過冷却が発生すると、この過冷却状態が解除された場合に生成される水和物粒子が凝集し、生成された水和物スラリの流動性を損ねる等の不具合を生じる。さらに、上述した吸収式の冷凍機では、その冷却温度の限界が３ないし４℃であるため、上記のような過冷却が発生すると水和物の生成効率が低下したり、生成ができなくなる場合もある。
【０００６】
このような過冷却を防止する方法としては、従来から水溶液を噴流として壁面に衝突させてその衝撃で過冷却状態を解除したり、また貯留槽内の水和物スラリ全体を攪拌して水和物粒子を水溶液中に分散し、この分散した水和物粒子を核として新たな水和物粒子の生成を促進して過冷却を防止する等の方法がある。しかし、これらの方法は、水溶液の噴流を形成したり、水和物スラリ全体を攪拌したりするのに大きな動力を必要とし、このような蓄熱装置の本来の目的であるエネルギ節減の効果を減殺してしまう。
【０００７】
また、水溶液の過冷却を防止する手段として、水溶液中に微粒子を混入することが検討された。このように、水溶液中に微粒子が存在すると、その微粒子を核として水和物粒子の生成が促進され、過冷却を効果的に防止することができるとともに、過冷却防止のために特別の動力を必要としない等の利点がある。この微粒子としては、水溶液中での拡散および浮遊性維持の点からは、自ら水溶液中で浮遊状態を維持できるもの、すなわち比重が水溶液と等しいもの、または粒径の極めて小さいものを使用することが好ましい。
【０００８】
しかし、各種の試験の結果、上記のように水和物スラリを貯留する貯留槽を備えた蓄熱方法および装置では、単に水溶液中に微粒子を混入しただけでは、過冷却防止の効果は期待できないことが判明した。
【０００９】
すなわち、微粒子を核として水和物粒子が生成される場合には、その核となった粒子は水和物粒子中には内包されず、この水和物粒子の周囲に排除される。
【００１０】
また、微粒子の密度が水溶液より大きいときには、水和物の生成に伴ってその周囲に排除されて微粒子が濃縮し、貯留槽の底部に移動し、堆積する。したがって、このような水和物粒子の生成、沈降、融解の過程を繰り返すと、結局は貯留槽の底部に微粒子が堆積してしまう。
【００１１】
したがって、自ら水溶液中で浮遊状態を維持できる微粒子を水溶液中に混入したとしても、結局は上記のように貯留槽の底部に堆積し、水溶液中に浮遊している微粒子が次第に減少し、過冷却防止の効果を発揮できなくなる。
【００１２】
上記のように、水和物スラリを貯留する貯留槽を備えた蓄熱方法および装置では、水和物粒子の沈降堆積および融解に付随して、いずれにせよ微粒子が貯留槽の底部に堆積する傾向がある。このため、水溶液中に浮遊する微粒子の量が次第に減少してゆき、過冷却防止の効果が低下してゆくので、単に微粒子を水溶液中に混入しても、過冷却防止の効果は期待できないことが判明した。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に基づいてなされたもので、過冷却を防止して効率的に水和物を生成し、かつこの過冷却の防止に要するエネルギも少なくてすむ水和物蓄熱方法および装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態に係る方法は、水和物を生成するゲスト化合物の溶液中に微粒子を混入するとともにこの水溶液を貯留槽内に貯留する過程と、上記の水溶液を冷却して水和物粒子を生成させ水和物スラリを生成する過程と、上記の水溶液を冷却する過程において、少なくとも過冷却が生じた場合に上記の微粒子を上記の貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程とを備えたものである。
従って、本発明の方法は、このような微粒子自体の浮遊性維持を期待せず、この微粒子を貯留槽内の水溶液中に積極的に分散浮遊させるので、常に確実に過冷却防止の効果を維持することができ、またこの微粒子を水溶液中に分散浮遊させるに要するエネルギは少なくてすみ、エネルギ節減の効果を減殺することがない。
【００１５】
また、本発明の第２の形態に係る方法は、前記の水和物スラリの水溶液成分を、その最遅部の速度が前記の微粒子の沈降速度より速くなる速度で循環または攪拌することを特徴とする第１の形態に係る方法である。したがって、微粒子を水溶液中に分散させるのに、水溶液と一緒に循環させる必要があるが、この貯留槽内の水和物スラリ全体を攪拌する場合より、その必要動力が格段に少なくて済む。
また、この方法は、単に水溶液成分を循環させるだけであり、容易に実施が可能であるとともに、この水溶液の循環により貯留槽の内部の温度が均一化されるので、より効果的に過冷却を防止でき、またこの貯留槽の内部での熱交換等の効率を改善することができる。
【００１６】
また、本発明の第３の形態に係る方法は、前記の貯留槽の底部の水溶液をこの貯留槽内部の水溶液中に分散させ、この分散される水溶液とともに底部に堆積した微粒子を水溶液中に分散浮遊させる第１の形態に係る方法である。
前述のように、この微粒子は自ら浮遊性を有するか否かに関わらず、貯留槽の底部に堆積する傾向があるので、この微粒子濃度の高い底部の水溶液とともにこの微粒子を水溶液中に分散浮遊させることにより、より少ない動力でより大きな過冷却防止の効果を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の第４の形態に係る方法は、前記の冷却される水溶液の温度を測定して過冷却の発生を検出する過程を備え、過冷却が発生した場合にのみ前記の貯留槽の底部の水溶液を水溶液中に分散させる第３の形態に係る方法である。したがって、必要な時のみ微粒子を分散浮遊させればよく、必要なエネルギをより少なくできる。
また、本発明の第５の形態に係る方法は、前記の貯留槽内の底部から空気を注入してこの貯留槽内の水溶液を攪拌する第１の形態に係る方法である。したがって、この底部に堆積した微粒子をより効果的に分散浮遊させることができる。
また、本発明の第６の形態に係る方法は、前記の貯留槽内の水溶液に超音波を与えて前記の微粒子を水溶液中に分散浮遊させる第１の形態に係る方法である。よって、これら微粒子を水溶液中に分散浮遊させるに必要なエネルギは、本質的にこれら微粒子のみを移動させるに必要なエネルギであり、必要なエネルギをより少なくすることができるものである。
また、本発明の第７の形態に係る方法は、前記の貯留槽の壁部を振動させることにより前記の微粒子を水溶液中に分散浮遊させる第１の形態に係る方法である。よって、この微粒子を分散浮遊させるに必要なエネルギをより少なくすることができる。
【００１８】
また、本発明の第８の形態に係る方法は、前記の微粒子は、その粒径が１０μｍ以下の微粒子であることを特徴とする第１ないし第７のいずれかの形態に係る方法である。粒径が１０μｍ以下の微粒子は水溶液中に容易に分散浮遊させることができるので、微粒子を核として水和物粒子の生成が促進され、過冷却を防止する効果が高い。
また、本発明の第９の形態に係る方法は、前記の微粒子は、その粒径が１０μｍ以下の微粒子であり、水溶液中の微粒子の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする第１ないし第７のいずれかの形態に係る方法である。粒径が１０μｍ以下の微粒子を水溶液中の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上となるように混入することにより、微粒子は水溶液とよく接触するので、微粒子を核として水和物粒子の生成が促進され、過冷却を防止する効果が高い。
また、本発明の第１０の形態に係る方法は、前記の微粒子は、その粒径が１００μｍ以下の微粒子であることを特徴とする第１ないし第７のいずれかの形態に係る方法である。粒径が１００μｍ以下の微粒子は、微粒子を水溶液中に分散浮遊させる適切な分散機構により容易に分散浮遊させることができるので、微粒子を核として水和物粒子の生成が促進され、過冷却を防止する。
【００１９】
また、本発明の第１１の形態に係る装置は、水和物を生成するゲスト化合物を含みかつ微粒子を混入した水溶液を貯留する貯留槽と、この貯留槽内の水溶液を冷却して水和物粒子を生成する冷却機構と、上記の微粒子を上記の貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる分散機構とを具備したことを特徴とするものである。
また、本発明の第１２の形態に係る装置は、前記の分散機構として、上記の貯留槽内の最遅部の流速が上記の微粒子の沈降速度より速い速度となるようにこの貯留槽内の水溶液を循環または攪拌させる水溶液循環／攪拌機構とを具備した第１１の形態に係る装置である。
したがって、微粒子を分散浮遊状態に維持するに足る流量で水溶液を循環させばよく、最小の動力で微粒子を分散浮遊させ、確実な過冷却防止をなすことができるとともに、構造が簡単であり、作動の信頼性も高い。
【００２０】
また、本発明の第１３の形態に係る装置は、前記の貯留槽の底部から水溶液を取り出してこの貯留槽内を循環させる底部循環機構を具備した第１１の形態に係る装置である。前述したように、この底部には微粒子が堆積する傾向があるので、この微粒子を多く含む貯留槽の底部の水溶液を循環させることにより、より少ない動力で微粒子を分散浮遊させることができる。
また、本発明の第１４の形態に係る装置は、前記の貯留槽内の底部から加圧空気を注入してこの貯留槽内の水溶液を攪拌する空気注入機構を備えたことを特徴とする第１１の形態に係る装置である。従って、構造が簡単であるとともに、この微粒子を効率的に分散浮遊させることができる。また、空気注入機構を貯留槽内の側部の底部近傍に備えてもよい。
また、本発明の第１５の形態に係る装置は、前記の貯留槽内の水溶液に超音波を与えて前記の微粒子を水溶液中に分散浮遊させる超音波発振機構を備えたことを特徴とする第１１の形態に係る装置である。従って、構造が簡単であるとともに、この微粒子を効率的に分散浮遊させることができる。
また、本発明の第１６の形態に係る装置は、前記の貯留槽の壁部を振動させることにより前記の微粒子を水溶液中に分散浮遊させる加振機構を備えた第１１の形態に係る装置である。従って、構造が簡単であるとともに、この微粒子を効率的に分散浮遊させることができる。また、加振機構を底部に設けてもよい。
【００２１】
また、本発明の第１７の形態に係る装置は、前記の貯留槽内の水溶液の温度を測定して過冷却が発生したことを検出する過冷却検出機構と、この過冷却が発生した場合にのみ前記の分散機構を作動させる制御機構を具備したことを特徴とする第１１ないし第１６のいずれかの形態に係る装置である。よって、必要な時にのみ分散機構を作動させればよく、微粒子の分散浮遊に要する動力が少なくてすむ。
【００２２】
また、本発明の第１８の形態に係る装置は、前記の微粒子は、その粒径が１０μｍ以下の微粒子であることを特徴とする第１１ないし第１７のいずれかの形態に係る装置である。粒径が１０μｍ以下の微粒子は水溶液中に容易に分散浮遊させることができるので、微粒子を核として水和物粒子の生成が促進され、過冷却を防止する効果が高い。
【００２３】
また、本発明の第１９の形態に係る装置は、前記の微粒子は、その粒径が１０μｍ以下の微粒子であり、水溶液中の微粒子の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする第１１ないし第１７のいずれかの形態に係る装置である。粒径が１０μｍ以下の微粒子を水溶液中の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上となるように混入することにより、微粒子は水溶液とよく接触するので、微粒子を核として水和物粒子の生成が促進され、過冷却を防止する効果が高い。
【００２４】
また、本発明の第２０の形態に係る装置は、前記の微粒子は、その粒径が１００μｍ以下の微粒子であることを特徴とする第１１ないし第１７のいずれかの形態に係る装置である。粒径が１００μｍ以下の微粒子は、微粒子を水溶液中に分散浮遊させる適切な分散機構により容易に分散浮遊させることができるので、微粒子を核として水和物粒子の生成が促進され、過冷却を防止する。
【００２５】
本発明の第２１の形態に係る方法は、水和物を生成するゲスト化合物を含んだ水溶液中に微粒子を混入するとともにこの水溶液を貯留槽内に貯留する過程と、上記の水溶液を冷却して水和物粒子を生成させ水和物スラリを生成する過程と、上記の微粒子を上記の貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程とを備えたものである。
【００２６】
本発明の第２２の形態に係る方法は、前記の微粒子を貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程は、過冷却が発生した場合に微粒子を貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程であることを特徴とする第２１の形態に係る方法である。
【００２７】
本発明の第２３の形態に係る方法は、前記の微粒子を貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程において、前記の水和物スラリの水溶液成分を、微粒子の沈降を阻止するに足る速度で循環または攪拌させることを特徴とする第２１または第２２の形態に係る方法である。
【００２８】
本発明の第２４の形態に係る方法は、前記の微粒子を貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程において、前記の貯留槽の底部の水溶液をこの貯留槽内部の水溶液中に分散させることを特徴とする第２１または第２２の形態に係る方法である。
【００２９】
本発明の第２５の形態に係る方法は、前記の微粒子の粒径が１０μｍ以下の微粒子であることを特徴とする第２１ないし第２４のいずれかの形態に係る方法である。
【００３０】
本発明の第２６の形態に係る方法は、前記の微粒子の粒径が１０μｍ以下の微粒子であり、水溶液中の微粒子の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする第２１ないし第２４のいずれかの形態に係る方法である。
【００３１】
本発明の第２７の形態に係る方法は、前記の水溶液は、前記のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水からなる水溶液であることを特徴とする第２１ないし第２４のいずれかの形態に係る方法である。
【００３２】
本発明の第２８の形態に係る装置は、水和物を生成するゲスト化合物を含みかつ微粒子を混入した水溶液を貯留する貯留槽と、この貯留槽内の水溶液を冷却して水和物粒子を生成する冷却機構と、上記の微粒子を上記の貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる分散機構とを具備したことを特徴とする水和物蓄熱装置である。
【００３３】
本発明の第２９の形態に係る装置は、前記の貯留槽内の水溶液の温度を測定して過冷却が発生したことを検出する過冷却検出機構と、この過冷却が発生した場合に前記の分散機構を作動させる制御機構を具備したことを特徴とする第２８の形態に係る装置である。
【００３４】
本発明の第３０の形態に係る装置は、前記の分散機構は、前記の貯留槽内の水溶液を前記の微粒子の沈降を阻止するに足る速度で循環または攪拌させる水溶液循環／攪拌機構であることを特徴とする第２８または第２９の形態に係る装置である。
【００３５】
本発明の第３１の形態に係る装置は、前記の分散機構は、前記の貯留槽の底部から水溶液を取り出してこの貯留槽内を循環させる底部循環機構であることを特徴とする第２８または第２９の形態に係る装置である。
【００３６】
本発明の第３２の形態に係る装置は、前記の水溶液は、前記のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水からなる水溶液であることを特徴とする第２８ないし第３１のいずれかの形態に係る装置である。
【００３７】
本発明の第３３の形態に係る装置は、冷媒を生成する冷凍機と、ゲスト化合物を含む水溶液を貯留する貯留槽と、該貯留槽内に設けられた熱交換器とを備え、上記の熱交換器を介して上記の冷媒と上記の水溶液との熱交換により水溶液を冷却して水和物を製造し蓄熱する水和物蓄熱装置であって、上記の水溶液は、上記のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水からなり、その水道上水又は工業用水中に含まれる微粒子の沈降を阻止するに足る速度で上記の水溶液を循環または攪拌させる機構を備えることを特徴とするものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
水和物スラリーを製造する場合に、過冷却を防止するために水和物粒子の核となる核粒子を水溶液に分散浮遊させることが効果的である。核となる微粒子として、その粒径が１０μｍ以下の微粒子を用いることが特に効果的である。このような微粒子は水溶液中で容易に分散浮遊するので、水和物粒子の核となり過冷却を防止する効果が極めて高い。
【００３９】
粒径が１０μｍ以下の微粒子の水溶液中の濃度は、０．１ｍｇ／Ｌ以上であれば、微粒子が水溶液とよく接触し、過冷却防止に有効である。一般的な水道上水はカオリン１ｍｇ／Ｌを濁度１度と定義する濁度が１度、工業用水では２０度程度であるので、微粒子を０．１ｍｇ／Ｌ以上の濃度で含んでいる。ゲスト化合物を含む水溶液の水として水道上水あるいは工業用水を用いることにより、過冷却を防止することができる。粒径が１０μ以下の微粒子を核となる微粒子として用いる場合、水溶液中の濃度の上限は１００ｍｇ／Ｌ程度である。上限濃度以上に多量に微粒子が分散浮遊していると、熱交換器の伝熱性能が低下するので好ましくない。
【００４０】
また、核となる微粒子として、その粒径が１００μｍ以下の微粒子を用いる場合には、水溶液中を攪拌することなどにより、微粒子を水溶液中に分散浮遊させ、過冷却を防止する効果が高い。水溶液中の微粒子の濃度の適切な範囲は１ｍｇ／Ｌから５ｇ／Ｌの範囲である。上限値より濃度が高いと水和物スラリー生成装置内で吹きだまりやよどみを生じるので好ましくない。下限値より濃度が低いと過冷却を防止する効果が低くなる。
【００４１】
以下、図を参照して本発明の実施形態の装置およびその作用と併せて本発明の方法を説明する。図１には、本発明の水和物蓄熱装置の第１の実施形態の概略的な構成を示す。この実施形態のものは、ゲスト化合物としてたとえばＴＢＡＢを含む水溶液を冷却して水和物を生成し、蓄熱をなす装置である。
【００４２】
図中の１は蓄熱用の貯留槽であって、たとえば円筒状をなし、その底壁部２は中心部に向けて下方に傾斜した円錐形をなしている。そして、この貯留槽１内には、たとえば上述したようなＴＢＡＢの水溶液３が貯留されている。
【００４３】
また、４は冷凍機であって、たとえば電力、廃熱等を動力源として低温の冷媒を製造し、この低温の冷媒を供給配管５を介して空調設備等の冷熱負荷（図示せず）に供給し、また戻り配管６を介してこの冷媒を回収し、冷熱負荷との間で冷媒を循環するものである。
【００４４】
また、上記の貯留槽１の内部には、水溶液を冷却して水和物を生成するための製造熱交換器７が設けられ、上記の冷凍機４から低温の冷媒がこの製造熱交換器７に供給、循環され、水溶液３を冷却して水和物の粒子を生成し、この水和物粒子を含む水和物スラリをこの貯留室１内に貯蔵し、蓄熱をなすように構成されている。
【００４５】
なお、この実施形態では、上記の冷凍機４は深夜の余剰電力等により運転して低温の冷媒を生成し、製造熱交換器７を介して貯留槽１内の水溶液を冷却して水和物スラリを製造し、蓄熱をする。そして、昼間等の冷熱の使用量が多い場合には、上記の製造熱交換器７を介して蓄熱された冷熱を回収し、冷熱負荷側に供給する冷熱の一部または全部として利用し、これによりエネルギ資源の有効利用を達成するものである。
【００４６】
次に、上記の貯留槽１内の水溶液を冷却して水和物を生成する場合の過冷却防止の方法をこの装置の構成および作動とともに説明する。まず、この水溶液３中には、前述のように微粒子が予め混入されている。この微粒子は、水溶液３中全体に分散浮遊している状態を維持する点からは、水溶液の比重と等しい比重のものや、その粒径が１０μｍ以下の粒径の極めて小さいものが好ましいが、前述のように結局は底部に堆積し、水溶液中に分散浮遊している微粒子の量が減少してゆく傾向がある。
【００４７】
このため、この実施形態では、この微粒子として、水砕スラグ粒子を使用している。この水砕スラグ粒子は、安価であるとともに、過冷却防止の効果が大きい。この水砕スラグ粒子の比重はＴＢＡＢ水溶液の比重より大きく、沈殿する特性があるが、この実施形態では、過冷却防止の効果が損なわれない範囲で沈降速度の遅いもの、たとえば沈降速度が数ｍｍ／分程度のものを使用する。
【００４８】
そして、この貯留槽１には、水溶液循環機構１０が接続されている。この水溶液循環機構１０は、ポンプ１１、弁１２、貯留槽１の底部側面に設けられた噴出ノズル１３等から構成され、貯留槽１の上部から水溶液を吸引し、上記の噴出ノズル１３から噴出するように構成されている。
【００４９】
この噴出ノズル１３から噴出された水溶液の流れは、貯留槽１内を循環する。この場合の循環の流れは、予め分析され、流れの最遅部分、たとえば貯留槽１の隅部においても上記の微粒子の沈降速度より速く、この貯留槽１内の底部に運ばれた微粒子を再度水溶液中に分散させ、この貯留槽１の底部で微粒子の堆積が発生しないように構成されている。
【００５０】
したがって、このような貯留槽１内の水溶液の循環流により、微粒子はこの水溶液全体に分散浮遊した状態となり、この水溶液中に浮遊している微粒子の量が減少することがなく、効果的な過冷却防止をなすことができる。また、この装置および方法によれば、微粒子を分散浮遊状態に維持するには、水和物スラリの水溶液成分のみを比較的低速で循環させればよく、必要な動力すなわちエネルギが小さくてすみ、この蓄熱装置本来の目的であるエネルギ節減の効果を減殺することがない。
【００５１】
また、上記のように、貯留槽１内の循環流により微粒子を浮遊状態とするので、使用する微粒子はその沈降性の問題に関わらず、上記のような水砕スラグ粒子のような過冷却防止の効果の大きいものを使用することができ、この微粒子の材質、粒子径等に関する制約がない。
【００５２】
なお、上記の実施形態では、水溶液が貯留槽１内を循環する場合について説明したが、実際の貯留槽１内の流れの態様は複雑であり、不規則な流れ、すなわち攪拌と称される概念の流れとなる場合もある。
【００５３】
また、この実施形態では、上記の機構以外にも、微粒子の拡散浮遊をなす複数の機構が付設されている。この機構として、この貯留槽１には、底部循環機構２０が接続されている。
【００５４】
この底部循環機構２０は、ポンプ２１、弁２２、貯留槽１の上部側面に設けられた噴出ノズル２３等から構成され、貯留槽１の円錐形の底壁部２の中心部すなわち最低部分から水溶液を吸引し、この水溶液を上記の噴出ノズル２３から貯留槽１内の水溶液中に噴出し、分散させる。
【００５５】
前述のように、この貯留槽１の底部には微粒子が堆積する特性があるため、この底部の水溶液中には、多量の微粒子が含まれている。したがって、この底部の水溶液を吸引して水溶液中に分散させることにより、この微粒子を効果的に分散浮遊させることができる。
【００５６】
なお、上記の貯留槽１の下部には、内部の水溶液の温度を検出する温度検出機構３０が設けられている。この温度検出機構３０により水溶液の温度を検出することにより、この貯留槽１の内部の水溶液に過冷却が発生したことを検出することができ、この信号は図示しない制御装置により処理され、過冷却が発生した場合にのみ、上記の底部循環機構２０を作動させる。
【００５７】
上記のように、過冷却が発生するのは、水溶液中に浮遊している微粒子の量が減少した場合、すなわちこの貯留槽１の底部に多量の微粒子が堆積した場合である。よって、このような場合にのみ、この多量の微粒子を含んだ底部の水溶液を底部循環機構２０により水溶液中に分散させることにより、より効果的に微粒子を分散浮遊させることができる。従って、この底部循環機構２０を常時作動させる必要はなく、必要な動力をより低減することができる。
【００５８】
なお、上記の水溶液循環機構１０、底部循環機構２０の一部に、外部から新たに微粒子または微粒子を含んだ水溶液を追加する機構を設けても良い。なお、この新たな微粒子を追加する機構は、上記の水溶液循環機構１０、底部循環機構２０ではなく、別の部分に設けてもよい。
【００５９】
また、この貯留槽１には、微粒子を分散浮遊させる別の機構として、超音波発振機構４０が設けられている。この超音波発振機構４０は、貯留槽１内の水溶液中に超音波を印加し、水溶液中に微粒子を分散浮遊させるものである。
【００６０】
この機構は、前述の各機構のように、微粒子を水溶液とともに循環すなわち移動させる必要がなく、微粒子を分散浮遊状態に維持するに要するエネルギは、本質的にこの微粒子のみを移動させ、または沈降を阻止するに必要なエネルギのみであり、必要なエネルギが少なくて済む。もちろん、超音波発振機構４０の効率等も考慮する必要があるが、理論的には最も必要とするエネルギが少ない。
【００６１】
また、この貯留槽１には、微粒子を分散浮遊させる別の機構として、加振機構５０が設けられている。この加振機構５０は、この貯留槽１の底壁部２を振動させ、この振動により底部に堆積していた微粒子を水溶液中に分散浮遊させる。この機構も、上記の超音波発振機構と同様に、理論的には微粒子を分散浮遊させるに必要なエネルギが小さい。
【００６２】
また、この貯留槽１には、微粒子を分散浮遊させるための機構として、空気注入機構６０が設けられている。この空気注入機構６０は、高圧空気供給機構６１、弁６２、貯留槽１の底部に設けられた注入ノズル６３等から構成されている。
【００６３】
この空気注入機構６０は、この貯留槽１の底部から水溶液中に空気を供給し、この空気の気泡が水溶液中を上昇することにより、水溶液または水和物スラリを攪拌し、微粒子を分散浮遊するものである。この機構は、気泡の上昇に伴って製造熱交換器７の周囲の水溶液も流動するため、熱交換の効率も向上する。
【００６４】
なお、本発明の装置は上記の第１の実施形態には限定されない。図２には本発明の装置の第２の実施形態の概略を示す。この実施形態のものは、微粒子を含んだ水和物スラリの供給が可能な冷熱負荷がある場合に、この貯留槽１内の水和物スラリを供給配管７１および戻り配管７２を介して直接、供給、循環させるものである。
【００６５】
なお、この実施形態の装置は、上述の点以外は前記の第１の実施形態の装置と同様の構成であり、図２中で第１の実施形態と対応する部分には同じ符号を付してその説明は省略する。
【００６６】
また、図３には本発明の第３の実施形態の装置の概略を示す。このものは、貯留槽１の内部に前述の製造熱交換器７とは別に、供給熱交換器８０を設け、この貯留槽１内の水和物スラリと冷媒とを熱交換させ、この冷媒をポンプ８１により、供給配管８２、戻り配管８３を介して冷熱負荷に供給、循環させるものである。
【００６７】
なお、この実施形態の装置は、上述の点以外は前記の第１の実施形態の装置と同様の構成であり、図２中で第１の実施形態と対応する部分には同じ符号を付してその説明は省略する。
【００６８】
なお、本発明は上述の実施形態にも限定されない。たとえば、上記の実施形態では、微粒子を水溶液中に分散浮遊させる各種の機構を設けてあるが、これらは必ずしも全部を付設する必要はなく、任意の１個の機構のみ設けても良い。
【００６９】
また、上記の実施形態では、温度検出機構により過冷却を検出し、過冷却が発生した場合のみ底部循環機構を運転するように構成したが、この底部循環機構は常時運転するようにしてもよい。また、微粒子を分散浮遊させる他の機構についても、この温度検出機構により、過冷却を検出し、過冷却が生じた場合のみ他の機構を運転するようにしてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
上述のように、本発明の装置は、過冷却防止用に混入した微粒子自体の浮遊性維持を期待せず、この微粒子を水溶液中に積極的に分散浮遊させるので、常に確実に過冷却防止の効果を維持することができ、またこの微粒子を必要に応じて水溶液中に分散浮遊させるに要するエネルギは少なくてすみ、エネルギ節減の効果を減殺することがない等、その効果は大である。
【００７１】
また、本発明の装置は、微粒子を分散浮遊状態に維持するに足る流量で水溶液のみ循環させればよく、最小の動力で微粒子を分散浮遊させ、確実な過冷却防止をなすことができるとともに、構造が簡単であり、作動の信頼性も高い等、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水和物蓄熱装置の第１の実施形態の概略的な構成図。
【図２】本発明の水和物蓄熱装置の第２の実施形態の概略的な構成図。
【図３】本発明の水和物蓄熱装置の第３の実施形態の概略的な構成図。
【符号の説明】
１貯留槽
４冷凍機
７製造熱交換器
１０水溶液循環機構
２０底部循環機構
３０温度検出機構
４０超音波発振機構
５０加振機構
６０空気注入機構

Claims

水和物を生成するゲスト化合物を含んだ水溶液中に微粒子を混入するとともにこの水溶液を貯留槽内に貯留する過程と、上記の水溶液を冷却して水和物粒子を生成させ水和物スラリを生成する過程と、上記の微粒子を上記の貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程とを備えた水和物蓄熱方法。
前記の微粒子を貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程は、過冷却が発生した場合に微粒子を貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程であることを特徴とする請求項１の水和物蓄熱方法。
前記の微粒子を貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程において、前記の水和物スラリの水溶液成分を、微粒子の沈降を阻止するに足る速度で循環または攪拌させることを特徴とする請求項１または２の水和物蓄熱方法。
前記の微粒子を貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる過程において、前記の貯留槽の底部の水溶液をこの貯留槽内部の水溶液中に分散させることを特徴とする請求項１または２の水和物蓄熱方法。
前記の微粒子は、その粒径が１０μｍ以下の微粒子であることを特徴とする請求項１ないし４の何れかの水和物蓄熱方法。
前記の微粒子は、その粒径が１０μｍ以下の微粒子であり、水溶液中の微粒子の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの水和物蓄熱方法。
前記の水溶液は、前記のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水からなる水溶液であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの水和物蓄熱方法。
水和物を生成するゲスト化合物を含みかつ微粒子を混入した水溶液を貯留する貯留槽と、この貯留槽内の水溶液を冷却して水和物粒子を生成する冷却機構と、上記の微粒子を上記の貯留槽内の水溶液中に分散浮遊させる分散機構とを具備したことを特徴とする水和物蓄熱装置。
前記の貯留槽内の水溶液の温度を測定して過冷却が発生したことを検出する過冷却検出機構と、この過冷却が発生した場合に前記の分散機構を作動させる制御機構を具備したことを特徴とする請求項８の水和物蓄熱装置。
前記の分散機構は、前記の貯留槽内の水溶液を前記の微粒子の沈降を阻止するに足る速度で循環または攪拌させる水溶液循環／攪拌機構であることを特徴とする請求項８または９の水和物蓄熱装置。
前記の分散機構は、前記の貯留槽の底部から水溶液を取り出してこの貯留槽内を循環させる底部循環機構であることを特徴とする請求項８または９の水和物蓄熱装置。
前記の水溶液は、前記のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水からなる水溶液であることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかの水和物蓄熱装置。
冷媒を生成する冷凍機と、ゲスト化合物を含む水溶液を貯留する貯留槽と、該貯留槽内に設けられた熱交換器とを備え、上記の熱交換器を介して上記の冷媒と上記の水溶液との熱交換により水溶液を冷却して水和物を製造し蓄熱する水和物蓄熱装置であって、上記の水溶液は、上記のゲスト化合物を含んだ水道上水又は工業用水からなり、その水道上水又は工業用水中に含まれる微粒子の沈降を阻止するに足る速度で上記の水溶液を循環または攪拌させる機構を備えることを特徴とする水和物蓄熱装置。