專利名稱：籠形水合物漿的制造方法、制造裝置及該制造裝置的運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用傳熱管作為熱交換器的籠形水合物漿的制造技 術(shù)，具體地說，涉及一種籠形水合物漿的制造方法、實現(xiàn)該制造方法 的裝置以及該裝置的運行方法，該籠形水合物漿的制造方法具有下述 工序，目卩，使籠形水合物的客體化合物的水溶液或由籠形水合物分散 或懸浮在水溶液或水中而生成的液槳流入傳熱管的內(nèi)部，通過與位于 該傳熱管外圍的制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述液漿中生成 籠形水合物。
在本發(fā)明中，以下示出的術(shù)語的定義或解釋如下所述。
(1) "籠形水合物"中包含準(zhǔn)籠形水合物。以下有時簡稱為"水
合物"。
(2) 所謂"籠形水合物漿"或"水合物槳"，是指籠形水合物可以 分散或懸浮在其客體化合物的水溶液或水溶劑中的液漿狀的物質(zhì)，即 使在該水溶液或水溶劑中存在其它的組成物(包括添加物)，只要分 散或懸浮有籠形水合物，也相當(dāng)于"籠形水合物漿"或"水合物漿"。
(3) 所謂"籠形水合物的客體化合物的水溶液"，是指以籠形水 合物的客體化合物作為溶質(zhì)的水溶液，即使在該水溶液中存在籠形水
合物或其它成分(包含添加物)，只要是以籠形水合物的客體化合物 作為溶質(zhì)的水溶液，也相當(dāng)于"籠形水合物的客體化合物的水溶液"。
(4) 所謂"原料溶液"，是指具有下述性質(zhì)的籠形水合物的客體 化合物的水溶液，該性質(zhì)為如果冷卻則生成籠形水合物。
(5) 所謂"原料液漿"，是指具有下述性質(zhì)的籠形水合物漿或水 合物漿，該性質(zhì)為如果冷卻則生成籠形水合物。
(6) 所謂"制冷劑"及"熱介質(zhì)"，雖然存在術(shù)語文字表現(xiàn)上的差 異或水合物生成用、凝結(jié)用等的用途差異，但均表示可以蓄積、輸送 熱能的物質(zhì)。
背景技術(shù)：
在例如熱利用的領(lǐng)域中，作為儲熱介質(zhì)、潛熱輸送介質(zhì)等熱介 質(zhì)而使用的籠形水合物的液漿，可以通過將原料溶液或原料液漿與制 冷劑進行熱交換使其冷卻而制造(專利文獻(xiàn)1)。作為可以進行該熱 交換的熱交換器的一個例子，是使用傳熱管，其可以進一步細(xì)分為單 管式或多管式(包括管殼式)。另外，還可以這樣劃分分別將制冷 劑配置在傳熱管的外圍，將原料溶液或原料液漿配置在其內(nèi)部而進行 熱交換；以及反之，分別將制冷劑配置在傳熱管的內(nèi)部，將原料溶液 或原料液漿配置在其外圍而進行熱交換(參照專利文獻(xiàn)2及3)。
已知附著在熱交換器的熱交換面上的籠形水合物具有下述效 果，S卩，其成為生成核而促進新的籠形水合物的生成(專利文獻(xiàn)4 及5)。
另一方面，如果在熱交換器的熱交換面上附著籠形水合物，則 熱交換面不露出而對熱交換帶來障礙。特別地，在使用分別將制冷劑 配置在傳熱管的外圍，將原料溶液或原料液漿配置在其內(nèi)部而進行熱 交換的結(jié)構(gòu)的熱交換器的情況下，附著堆積在傳熱管內(nèi)壁面上的籠形 水合物會妨礙原料溶液或原料液漿的流通。甚至，導(dǎo)致無法長時間而 穩(wěn)定地制造籠形水合物漿。因此，通過增大原料溶液或原料液漿的流 速，強制地使附著的籠形水合物從該熱交換面剝離，通過檢測適當(dāng)?shù)?參數(shù)判定該剝離是否完全進行(專利文獻(xiàn)6)。
專利文獻(xiàn)l:特開2004 — 93052號公報
專利文獻(xiàn)2:特開2002_263470號公報
專利文獻(xiàn)3:特開2004 — 85008號公報
專利文獻(xiàn)4:特開2000 — 234769號公報
專利文獻(xiàn)5:特開2002 — 283223號公報
專利文獻(xiàn)6:特開2001_343139號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，如果使附著在熱交換器的熱交換面上的籠形水合物完全剝離，雖然具有可以穩(wěn)定地制造籠形水合物漿的優(yōu)點，但不可否認(rèn)的 是，過于重視穩(wěn)定的制造，會損失下述優(yōu)點，即，由附著在前述熱交 換面上的籠形水合物成為生成核而引起的新的籠形水合物的生成促 進效果。
本發(fā)明鑒于以上情況提出，其目的在于提供一種技術(shù)，其可以 維持由附著在熱交換器的熱交換面上的籠形水合物得到的新的籠形 水合物的生成促進效果這一優(yōu)點，同時可以長時間穩(wěn)定地制造籠形水 合物漿。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第1方式涉及的籠形水合物漿的制 造方法，其具有下述工序，即，使籠形水合物的客體化合物的水溶液
或由前述籠形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而形成的液漿， 在傳熱管的內(nèi)部流動，通過與位于前述傳熱管外圍的制冷劑進行熱交 換，在前述水溶液或前述液漿中生成前述籠形水合物，其特征在于， 利用在前述傳熱管內(nèi)部流動的前述水溶液或前述液漿流動的力，抑制 在與前述制冷劑進行熱交換的過程中附著在前述傳熱管的內(nèi)壁面上 的前述籠形水合物的量的增加。
本發(fā)明的第2方式涉及的籠形水合物漿的制造方法，其具有下 述工序，g卩，使籠形水合物的客體化合物的水溶液或由前述籠形水合 物分散或懸浮在前述水溶液或水中而形成的液漿，在傳熱管的內(nèi)部流 動，通過與位于前述傳熱管外圍的制冷劑進行熱交換，在前述水溶液 或前述液漿中生成前述籠形水合物，其特征在于，利用前述水溶液或 前述液漿流動的力，去除在與前述制冷劑進行熱交換的過程中附著在 前述傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一部分，同時殘留其剩余部分 而使該剩余部分包覆前述傳熱管的內(nèi)壁面。
本發(fā)明的第3方式涉及的籠形水合物漿的制造方法的特征在于， 在第1或第2方式涉及的制造方法中，使通過前述傳熱管的前述水溶 液或前述液漿的一部分或全部，回流到該傳熱管中。
本發(fā)明的第4方式涉及的籠形水合物槳的制造方法的特征在于， 在第1或第2方式涉及的制造方法中，具有調(diào)整前述制冷劑的溫度的 工序。本發(fā)明的第5方式涉及的籠形水合物漿的制造方法的特征在于， 在第4方式涉及的籠形水合物漿的制造方法中，將前述制冷劑的溫度 調(diào)整至低于前述籠形水合物的凝固點的低溫，且接近凝固點的溫度或 與流入傳熱管內(nèi)部的前述水溶液或前述液漿的溫度接近的溫度。
本發(fā)明的第6方式涉及的籠形水合物漿的制造裝置，其具有 多個傳熱管；制冷劑供給裝置，其向各傳熱管的外圍供給制冷劑；原
液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi)部供給籠形水合物的客體化合物的水 溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而成的液
漿；以及流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速，該籠 形水合物漿的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，在前述水溶 液或前述液漿中生成前述籠形水合物，其特征在于，利用流速設(shè)定裝 置設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速，以利用在各傳熱管內(nèi)部流動的 前述水溶液或前述液漿流動的力，抑制附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的 前述籠形水合物的量的增加。
本發(fā)明的第7方式涉及的籠形水合物漿的制造裝置，其具有 多個傳熱管；制冷劑供給裝置，其向各傳熱管的外圍供給制冷劑；原 液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi)部供給籠形水合物的客體化合物的水 溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而成的液 漿；以及流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速，該籠 形水合物漿的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，在前述水溶 液或前述液漿中生成前述籠形水合物，其特征在于，利用流速設(shè)定裝 置設(shè) 定前述水溶液或前述液漿的流速，以利用前述水溶液或前述液漿 流動的力，去除附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一部分， 并殘留其剩余部分而使該剩余部分包覆各傳熱管的內(nèi)壁面。
本發(fā)明的第8方式涉及的籠形水合物漿的制造裝置的特征在于， 在第6或第7方式涉及的制造裝置中，具有紊流形成單元，其在向各
傳熱管的內(nèi)部供給的前述水溶液或前述液漿的流動中形成紊流。
本發(fā)明的第9方式涉及的籠形水合物漿的制造裝置的特征在于， 在第6或第7方式涉及的制造裝置中，在各傳熱管的內(nèi)壁面及外壁面 中的至少一個表面上，沿前述水溶液或前述液漿流動的方向形成凹凸。
本發(fā)明的第10方式涉及的籠形水合物漿的制造裝置的特征在 于，在第6或第7方式涉及的制造裝置中，具有循環(huán)裝置，其使通過 前述傳熱管的前述水溶液或前述液漿的一部分或全部回流到該傳熱 管中。
本發(fā)明的第11方式涉及的籠形水合物漿的制造裝置的特征在
于，在第6或第7方式涉及的制造裝置中，具有制冷劑溫度調(diào)整裝置，
其調(diào)整前述制冷劑的溫度。
本發(fā)明的第12方式涉及的籠形水合物漿的制造裝置的運行方 法，該籠形水合物漿的制造裝置具有多個傳熱管；制冷劑供給裝置， 其向各傳熱管的外圍供給制冷劑；原液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi) 部供給籠形水合物的客體化合物的水溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散 或懸浮在前述水溶液或水中而成的液漿；流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述 水溶液或前述液漿的流速；以及循環(huán)裝置，其使通過各傳熱管的前述 水溶液或前述液漿的一部分或全部，總是或根據(jù)需要回流至該傳熱管 中，該籠形水合物漿的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，在 前述水溶液或前述液漿中生成前述籠形水合物，該籠形水合物漿的制 造裝置的運行方法的特征在于，在前述制造裝置的初始運行時、停止 后的重新運行時或性能確認(rèn)運行時，利用前述水溶液或前述液漿流動 的力，去除附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一部分，同時 殘留其剩余部分而使該剩余部分包覆各傳熱管的內(nèi)壁面。
本發(fā)明的第13方式涉及的籠形水合物漿的制造裝置的運行方 法，該籠形水合物漿的制造裝置具有多個傳熱管；制冷劑供給裝置， 其向各傳熱管的外圍供給制冷劑；制冷劑溫度調(diào)整裝置，其調(diào)整前述 制冷劑的溫度；原液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi)部供給籠形水合物 的客體化合物的水溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散或懸浮在前述水溶 液或水中而成的液漿；流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述水溶液或前述液漿 的流速；以及循環(huán)裝置，其使通過各傳熱管的前述水溶液或前述液漿 的一部分或全部，總是或根據(jù)需要回流至該傳熱管中，該籠形水合物 漿的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，前述水溶液或前述液漿中生成前述籠形水合物，該籠形水合物漿的制造裝置的運行方法的 特征在于，在前述制造裝置的初始運行時、停止后的重新運行時或性 能確認(rèn)運行時，由前述制冷劑溫度調(diào)整裝置將前述制冷劑的溫度設(shè)定 為高于前述籠形水合物的凝固點的溫度，利用前述水溶液或前述液漿 流動的力，去除附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一部分， 同時殘留其剩余部分而使該剩余部分包覆各傳熱管的內(nèi)壁面。
本發(fā)明的第14方式涉及的籠形水合物漿的制造裝置的運行方 法，該籠形水合物漿的制造裝置具有多個傳熱管；制冷劑供給裝置， 其向各傳熱管的外圍供給制冷劑；制冷劑溫度調(diào)整裝置，其調(diào)整前述 制冷劑的溫度；原液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi)部供給籠形水合物 的客體化合物的水溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散或懸浮在前述水溶 液或水中而成的液漿；流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述水溶液或前述液漿 的流速；以及循環(huán)裝置，其使通過各傳熱管的前述水溶液或前述液漿 的一部分或全部，總是或根據(jù)需要回流至該傳熱管中，該籠形水合物 漿的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述 液漿中生成前述籠形水合物，該籠形水合物漿的制造裝置的運行方法 的特征在于，在前述制造裝置的通常運行時，由前述制冷劑溫度調(diào)整 裝置抑制前述制冷劑的溫度變化，利用前述水溶液或前述液漿流動的 力，去除附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一部分，同時殘 留其剩余部分而使該剩余部分包覆各傳熱管的內(nèi)壁面。


圖1是用于說明本發(fā)明的原理的表示籠形水合物生成狀況的概 念說明圖。
圖2是圖1的管正交方向的剖面圖。
圖3是由圖1的圓包圍的A部分的放大圖。
圖4是用于驗證本發(fā)明原理的實驗裝置的說明圖。
圖5是表示圖4所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖6是表示圖4所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖7是用于驗證本發(fā)明原理的實驗裝置的說明圖。圖8是表示圖7所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖9是表示圖7所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖IO是表示圖7所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖11是表示圖7所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖12是表示圖7所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖13是表示圖7所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖14是表示圖7所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖15是表示圖7所示的實驗裝置的實驗結(jié)果的曲線。
圖16是本發(fā)明的實施方式1的儀器結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖17是表示TBAB水溶液的水合物漿的溫度與固相率的關(guān)系的曲線。
圖18是實施例1的儀器結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖19是實施例2的儀器結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖20是實施例3的儀器結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖21是實施例3的儀器結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖22是實施例4的紊流形成單元的說明圖。
圖23是實施例4的另一紊流形成單元的說明圖。
圖24是作為實施例5涉及的在傳熱管內(nèi)壁面及外壁面上設(shè)置凹 凸的管的例子的波紋管的說明圖。
圖25是作為實施例5涉及的在傳熱管內(nèi)壁面上設(shè)置凹凸的管的 例子的帶槽管的說明圖。
圖26是表示傳熱管內(nèi)表面形狀與熱透過率的關(guān)系的曲線。
圖27是表示傳熱管內(nèi)表面形狀與壓力損失的關(guān)系的曲線。
圖28是實施例5涉及的在外壁面上設(shè)置凹凸的傳熱管的另一例 子的說明圖。
圖29是本發(fā)明的實施例6的基本原理的說明圖。
圖30是本發(fā)明的實施例6的基本原理的說明圖。
圖31是本發(fā)明的實施例7的說明圖。
圖32是本發(fā)明的實施例8的說明圖。
圖33是本發(fā)明的實施例8的動作說明圖。
具體實施例方式
對于本發(fā)明的原理進行說明。
圖1 圖3是籠形水合物的生成狀況的概念說明圖，更詳細(xì)地 說，示意地表示下述狀況，即，使籠形水合物的客體化合物的水溶液
(原料溶液)或由前述籠形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而 生成的漿液(原料液漿)流入傳熱管內(nèi)部，通過與位于前述傳熱管外 圍的制冷劑進行熱交換，在原料溶液或原料液漿中生成前述籠形水合 物，從而成為籠形水合物槳。
使上述原料溶液或原料液槳流入傳熱管內(nèi)部，將制冷劑溫度設(shè) 定為，使傳熱管內(nèi)壁面的溫度小于或等于籠形水合物的凝固點(或生 成開始溫度)。由此，在內(nèi)壁面與原料溶液或原料液漿的分界面或內(nèi) 壁面附近的原料溶液中生成水合物，并不斷附著或堆積到內(nèi)壁面上
(參照圖l)。由制冷劑經(jīng)由傳熱管冷卻的效果，因為經(jīng)由附著或堆 積在傳熱管內(nèi)壁面上的水合物而到達(dá)原料溶液，所以在該水合物表面 上生成柱狀、針狀的水合物結(jié)晶，籠形水合物的附著厚度或堆積厚度
(是指從傳熱管的內(nèi)表面向管中心方向的厚度。以下相同)會不斷增 加(參照圖2)。
附著在傳熱管內(nèi)壁面上的水合物中的向原料溶液或原料液漿露 出的部分，因為成為水合物的生成核，所以會加速籠形水合物的附著 厚度或堆積厚度的增加。其結(jié)果，附著在內(nèi)壁面上的水合物層的厚度 將逐漸增加。
另一方面，如果隨著籠形水合物的附著厚度或堆積厚度增加， 傳熱管內(nèi)的流路剖面積減少(參照圖2)，則在傳熱管內(nèi)流動的原料 溶液或原料液漿的流速逐漸增加，原料溶液或原料液漿流動的力(例 如剪切力)也逐漸增加。在這里，附著堆積在傳熱管內(nèi)壁面上的籠形 水合物中的、位于原料溶液或原料液漿側(cè)或相對于傳熱管內(nèi)表面位于 管中心方向側(cè)的部分(即處于原料溶液或原料液漿中的部分)很軟， 比較容易剝離。其軟化程度或剝離容易性因各種條件(例如原料溶液 或原料液漿與制冷劑的溫度差)而變化，但明顯軟于冰。因此，由于原料溶液或原料液漿流動的力，水合物結(jié)晶會從附著在傳熱管內(nèi)壁面 的水合物層中較軟的部分、即向原料溶液或原料液漿側(cè)露出的部分剝 離，但附著在內(nèi)壁面的水合物層的厚度會逐漸增加(參照圖3)。
并且最終，不斷附著或堆積在傳熱管內(nèi)壁面上的水合物粒子的 量、與從附著或堆積在該處的水合物層不斷剝離的水合物粒子的量達(dá) 到均衡，傳熱管內(nèi)壁面處的附著厚度或堆積厚度不變或變化非常小。
此時，從附著或堆積在傳熱管內(nèi)壁面上的水合物層剝離的水合 物結(jié)晶，通常是50 100微米程度的微小粒子，作為新的水合物的生 成核起作用，因此會解除原料溶液或原料液漿的過冷卻狀態(tài)。而且， 該水合物結(jié)晶分散或懸浮而進入原料溶液或原料液漿中，作為整體而 成為籠形水合物漿。
另外，如果傳熱管內(nèi)壁面上的水合物的附著厚度或堆積厚度增 加并大于或等于一定量，則由制冷劑經(jīng)由傳熱管而發(fā)揮的冷卻效果不 會到達(dá)原料溶液或原料液漿，該增加會達(dá)到某個極限。但是，因為利 用由原料溶液或原料液漿流動的力引起的上述水合物的剝離效果，該 附著厚度或堆積厚度被抑制在由制冷劑進行冷卻的效果能夠到達(dá)原 料溶液或原料液漿的范圍內(nèi)，所以會繼續(xù)發(fā)生新的水合物結(jié)晶的生成 與剝離。并且，該新的水合物結(jié)晶分散或懸浮而進入原料溶液或原料 液漿中，作為整體而成為籠形水合物漿。
在本發(fā)明中，根據(jù)上述的本發(fā)明的原理，在使籠形水合物的原
料溶液或原料液衆(zhòng)流入傳熱管內(nèi)部，通過與位于傳熱管外圍的制冷劑
進行熱交換而在原料溶液或原料液漿中生成籠形水合物時，利用在傳
熱管內(nèi)部流動的原料溶液或原料液漿流動的力，抑制附著在傳熱管內(nèi)
壁面的籠形水合物的量的增加。更具體地說，利用原料溶液或原料液
漿流動的剪切力及其它力，使附著在傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的
一部分(位于原料溶液或原料液漿側(cè)或傳熱管的管中心方向側(cè)的較軟
而容易剝離的部分)剝離或削落，并隨其流動而將其去除，留下剩余 部分而使其包覆前述傳熱管的內(nèi)壁面。
根據(jù)本發(fā)明，起到以下的作用效果。
(a)因為殘留在傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的附著厚度或堆積厚度，不會高于由與原料溶液或原料液漿的流動強度之間的平衡 所確定的基準(zhǔn)(達(dá)到極限)，所以由熱交換器得到的冷卻效果，可以 維持為足以由原料溶液或原料液漿生成籠形水合物的程度。
(b)由原料溶液或原料液漿的流動的力而去除的籠形水合物， 分散或懸浮在原料溶液或原料液漿中。因此，可以制造籠形水合物的 存在率或固相率高于初始的原料溶液或原料液漿的籠形水合物漿。
(C)因為附著在傳熱管的內(nèi)壁面上而殘留的籠形水合物作為生 成核起作用，所以可以容易地生成新的籠形水合物。
(d) 在使原料液漿流入傳熱管內(nèi)部的情況下，因為初始原料液 漿中存在的籠形水合物作為生成核起作用，所以可以容易地生成新的 籠形水合物。
(e) 從傳熱管去除的籠形水合物，因為分散或懸浮于在經(jīng)過傳 熱管的過程中被過冷卻的原料溶液或原料液漿中，成為新的籠形水合 物的生成核，作為過冷卻解除劑起作用，所以即使在經(jīng)過該傳熱管之 后，也可以促進籠形水合物漿中的籠形水合物的存在率或固相率的增 加。
總之，可以長時間或連續(xù)且穩(wěn)定地制造籠形水合物漿。 此外，如上述說明所示，在調(diào)整或控制籠形水合物槳的制造裝 置的性能、能力或籠形水合物漿的制造能力時，重點在于調(diào)整或控制 殘留在傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的附著厚度或堆積厚度。
關(guān)于該附著厚度或堆積厚度，可以根據(jù)原料溶液或原料液漿流 動的力、或與該力具有相關(guān)關(guān)系的參數(shù)，對其進行調(diào)整或控制。作為 該參數(shù)的典型例子，可以列舉流速(即，每單位時間的原料溶液或原 料液漿的流量除以傳熱管的內(nèi)剖面面積而得到的值)、傳熱管的材質(zhì) 或尺寸、熱交換器中的交換熱量、原料溶液的濃度、凝固點(生成開 始溫度)、原料溶液或原料液漿的粘性或溫度、原料溶液或原料液漿 通過傳熱管前后的壓力損失、位于傳熱管外圍的制冷劑溫度或流動方 式等。
特別地，在上述參數(shù)中，包括在開始制造籠形水合物漿時已經(jīng) 確定的參數(shù)(例如傳熱管的尺寸或材質(zhì)等)和未確定的參數(shù)。在要長時間穩(wěn)定地進行籠形水合物漿制造的情況下，優(yōu)選利用在籠形水合物 漿的制造裝置的工作過程中容易調(diào)整或控制的參數(shù)進行調(diào)整或控制。 作為這種參數(shù)，流速最合適。這是因為，在籠形水合物漿的制造過程 中，即使除了流速之外的參數(shù)變化，如果與該變化相對應(yīng)地調(diào)整或控 制流速，則多數(shù)情況下，可以調(diào)整或控制殘留在傳熱管的內(nèi)壁面上的 籠形水合物的附著厚度或堆積厚度，進而調(diào)整或控制籠形水合物漿的 制造裝置的性能或能力或籠形水合物漿的制造能力。
此外，為了調(diào)整或控制籠形水合物的生成量或向傳熱管內(nèi)壁面 的附著量，選擇制冷劑溫度及原料溶液或原料液漿的溫度中的至少一 個溫度作為參數(shù)，對其進行調(diào)整或控制也是有效的。在這種情況下， 調(diào)整或控制制冷劑溫度，與調(diào)整或控制原料溶液或原料液漿的溫度相 比，籠形水合物的生成量或向傳熱管內(nèi)壁面的附著量的響應(yīng)性或即時 性高，并可以避免實際裝置的復(fù)雜化，因此優(yōu)選。
在傳熱管的管軸方向上籠形水合物包覆其內(nèi)壁面的范圍，可以 是整個范圍也可以是部分范圍，但從籠形水合物漿制造的穩(wěn)定性的角 度出發(fā)，優(yōu)選使附著殘留在該內(nèi)壁面上的籠形水合物均勻。
作為實際問題，在傳熱管的內(nèi)壁面較寬的范圍內(nèi)較厚地堆積籠 形水合物的情況下，在其中流動的原料溶液或原料液漿的壓力損失增 高，用于使其繼續(xù)流動的泵的動力也變大，最終，可能導(dǎo)致儀器-設(shè) 備類的高成本化。如果改變上述參數(shù)以顧及相關(guān)的經(jīng)濟問題，并使其 適合于籠形水合物漿的長時間穩(wěn)定制造，則可以通過驗證或合理的推 測，評價上述參數(shù)的變化容許范圍。作為該確定作業(yè)的過程或結(jié)果， 傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的附著厚度或堆積厚度及其包覆的程 度的適當(dāng)范圍，也通過驗證或根據(jù)合理的推測而確定。
下面，對于本發(fā)明的各實施方式所起的作用效果進行說明。
根據(jù)本發(fā)明的第1方式，因為由在傳熱管內(nèi)部流動的原料溶液 或原料液漿流動的力，抑制在與制冷劑進行熱交換的過程中附著在傳
熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的量的增加，所以起到上述(a)至(e)
的作用效果，進而可以長時間或連續(xù)且穩(wěn)定地制造籠形水合物漿。
根據(jù)本發(fā)明的第2方式，因為利用原料溶液或原料液漿流動的力，去除在與制冷劑進行熱交換的過程中附著在傳熱管內(nèi)壁面上的籠 形水合物的一部分，同時留下其剩余部分以使其包覆前述傳熱管的內(nèi)
壁面，所以起到上述(a)至(e)的作用效果，并且可以長時間或連
續(xù)且穩(wěn)定地制造籠形水合物漿。
此外，在本發(fā)明的第2方式中，因為籠形水合物的生成核廣泛
分布在傳熱管的內(nèi)壁面上，可以使該傳熱管的內(nèi)部成為容易生成籠形
水合物的環(huán)境，所以顯著表現(xiàn)出上述(c)的作用效果。
根據(jù)本發(fā)明的第3方式，起到上述(a)至(e)的作用效果， 并且在可以長時間或連續(xù)并穩(wěn)定地制造籠形水合物槳的作用效果的 基礎(chǔ)上，起到下述(f)及(g)的作用效果。
(f) 因為通過傳熱管的水溶液或液漿的一部分或全部作為原料 溶液或原料液漿而重新流入該傳熱管，所以可以在每次回流時提高籠 形水合物漿中的籠形水合物的存在率或固相率。
(g) 可以在最初籠形水合物完全不附著或少量、僅不均勻附著 的傳熱管的內(nèi)壁面上，在每次前述回流時使該籠形水合物附著，從而 使其在傳熱管的內(nèi)壁面的較寬范圍內(nèi)更加均勻地堆積。另外，即使最 初附著或堆積在傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物由于某種原因從傳 熱管的內(nèi)壁面剝離，也可以在每次回流時，使籠形水合物重新附著、 堆積在剝離位置，最終將該剝離位置修復(fù)至籠形水合物均勻附著的狀 態(tài)。因此，可以長時間或連續(xù)且穩(wěn)定地制造籠形水合物漿。
上述(f)及(g)的作用效果，可以在籠形水合物漿的制造裝 置的初始運行時、停止后的重新運行時或性能確認(rèn)運行時，為了使該 制造裝置更快地成為穩(wěn)定工作狀態(tài)而應(yīng)用，從而是有利的(參照本發(fā) 明的第12至14方式)。
另外，由原料溶液流動引起的力，僅由原料溶液的作用而產(chǎn)生， 而由原料液槳流動引起的力，是由原料液漿中的水溶液和水合物微粒 二者的作用而產(chǎn)生。因此，起到下述(h)的作用效果。
(h) 通過使將水合物分散或懸浮在原料溶液中而得到的籠形水 合物漿或原料液漿的一部分或全部回流至其傳熱管作為原料液漿，可 以提高剝離效果。在原料液漿中的水合物微粒子的濃度越高因而原料液漿的粘性 越高時，這種剝離效果越好，但該剝離效果的作用是使傳熱管內(nèi)的流 路剖面積進一步增加，從而抑制在通過傳熱管時的壓力損失的增加。 因此，根據(jù)本發(fā)明的第3方式，因為可以抑制通過傳熱管時產(chǎn)生的壓 力損失的增加，所以可以避免籠形水合物漿制造裝置的工作狀態(tài)急劇 惡化，可以有助于籠形水合物槳的穩(wěn)定制造。
在制造籠形水合物漿時，位于傳熱管外圍的制冷劑的溫度，因 對該制冷劑進行冷卻的冷凍機的冷凍能力的變化、或冷凍機的冷凍能 力與熱利用側(cè)的負(fù)載之間的平衡而變化。這種制冷劑溫度的變化，影 響到由經(jīng)由傳熱管的熱交換而生成的籠形水合物的量或向該傳熱管 內(nèi)壁面的附著量，進而，很難長時間或連續(xù)并穩(wěn)定地制造籠形水合物 槳。
針對這一點，根據(jù)本發(fā)明的第4方式，通過制冷劑溫度的調(diào)整， 更具體地說，通過抑制制冷劑溫度的變化或主動地控制該變化，可以 調(diào)節(jié)在傳熱管內(nèi)部生成的籠形水合物的量或向該傳熱管內(nèi)壁面的附 著量，所以不會出現(xiàn)上述問題，可以長時間或連續(xù)并穩(wěn)定地制造籠形 水合物漿。
此外，"主動地控制制冷劑溫度的變化，調(diào)節(jié)在傳熱管內(nèi)部生成 的籠形水合物的量或向該傳熱管內(nèi)壁面的附著量"，還包括"使制冷劑 溫度成為高于籠形水合物凝固點的高溫，使附著在傳熱管內(nèi)壁面上的 籠形水合物的堆積物的至少一部分在短時間內(nèi)溶解，利用原料溶液或 原料液漿的力進行剝離去除，使附著量為零或很少"。這種操作是在 傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的附著或堆積狀態(tài)由于某種原因而并 非處于希望狀態(tài)的情況下，使該內(nèi)壁面恢復(fù)為初始狀態(tài)(即，完全或 幾乎不附著籠形水合物的狀態(tài))時所需要的，用于籠形水合物漿的制 造裝置的初始化或重置。
根據(jù)本發(fā)明的第5方式，因為將制冷劑溫度調(diào)整為低于籠形水 合物凝固點的低溫，且接近于凝固點的溫度或接近于在傳熱管內(nèi)部流 動的前述水溶液或前述液漿的溫度，即，低于籠形水合物凝固點且盡 可能高的溫度，所以可以更加有效地利用在傳熱管內(nèi)部流動的原料溶液或原料液漿流動的力，抑制附著在傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的 量的增加。對于這種情況詳細(xì)說明。
在僅利用在傳熱管內(nèi)部流動的原料溶液或原料液漿流動的力， 抑制附著在傳熱管上的籠形水合物的量的增加的情況下，必須使用輸 出較大的送液泵。但是，通過調(diào)整制冷劑的溫度也可以抑制該增加。 即，如果使制冷劑溫度成為低于籠形水合物的凝固點的低溫，且接近 于凝固點的溫度或接近于流入傳熱管內(nèi)部的前述水溶液或前述液漿 的溫度，即，低于籠形水合物的凝固點且盡可能高的溫度，則與傳熱 管的熱交換面接觸的原料溶液或原料液漿的冷卻程度(具體地說，是 過冷卻度)減小。這樣，在傳熱管的熱交換面被冷卻而生成的水合物 堆積層內(nèi)的孔隙的比例(水溶液的含有率)增加，水合物的堆積層變 軟，容易利用原料溶液或原料液漿流動的力使其剝離。
另一方面，可以預(yù)料到，如果使制冷劑溫度為低于籠形水合物 的凝固點且盡可能高的溫度，則熱交換量減少，從而制造水合物漿的 能力降低，但因為因水合物的附著厚度減小而使熱交換時的熱阻減 小，所以對原料溶液或原料液漿進行冷卻的能力并未降低，而制造水 合物漿的能力也沒有降低。
以上的結(jié)果是，附著在傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的厚度總 地來說會減小。因此，根據(jù)本發(fā)明的第5方式，起到下述作用效果， 即，可以降低原料溶液或原料液槳的流速，進一步減小送液泵的輸出 或可以使用小型泵，進而減少能源消耗。
此外，通過使制冷劑溫度成為低于籠形水合物的低溫，且接近 于凝固點的溫度或接近于流入傳熱管內(nèi)部的前述水溶液或前述液漿 的溫度，因為可以減少供給制冷劑的冷凍機的消耗電能，所以可以提 高水合物漿制造系統(tǒng)的COP。
通過將制冷劑溫度調(diào)整為低于籠形水合物的凝固點的低溫，且 接近于流入傳熱管內(nèi)部的前述水溶液或前述液漿的溫度，可以更加有 效地利用原料溶液或原料液漿流動的力，抑制以上述方式附著在傳熱 管內(nèi)壁面上的籠形水合物的增加。此外，如果使制冷劑與原料溶液或 原料液漿的溫度差過小，則會降低傳熱效率，因此，優(yōu)選使制冷劑溫度為比原料溶液或原料液漿溫度低1 4。C的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的第6方式，可以實現(xiàn)基于本發(fā)明的第1方式涉及 的制造方法的籠形水合物漿的制造裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第7方式，可以實現(xiàn)基于本發(fā)明的第2方式涉及 的制造方法的籠形水合物漿的制造裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第8方式，可以利用紊流形成單元，在供給至傳 熱管內(nèi)部的原料溶液或原料液漿的流動中形成紊流，更加可靠地利用 該流動力抑制附著在傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的量的增加，從 而長時間或連續(xù)且穩(wěn)定地制造籠形水合物漿。
另外，與未設(shè)置紊流形成單元的情況相比，即使使在傳熱管內(nèi) 部流動的原料溶液或原料液漿的流速降低，也可以利用該流動力抑制 附著在傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的量的增加，維持傳熱管的熱交 換效率。由此，可以相對地降低用于使原料溶液或原料液漿流動的泵 裝置的負(fù)載。
另外，因為可以減少附著在傳熱管內(nèi)壁面的籠形水合物的附著 量，所以由附著的籠形水合物引起的熱阻減小，從制冷劑到原料溶液 或原料液漿的傳熱效率提高，傳熱量增大。這可以使得傳熱面積(傳 熱管根數(shù))減少。
另外，因為在傳熱管內(nèi)部的原料溶液或原料液漿的流動中產(chǎn)生 紊流，所以從制冷劑向原料溶液或原料液漿的傳熱效率提高，從而可 以提高籠形水合物漿的制造能力。
根據(jù)本發(fā)明的第9方式，因為傳熱管的傳熱面積增加，所以從 制冷劑向原料溶液或原料液漿的傳熱效率提高，從而可以提高籠形水 合物漿的制造能力。
另外，與未在傳熱管上形成凹凸的情況相比，即使提高在傳熱 管內(nèi)部流動的原料溶液或原料液漿的流速，也可以維持傳熱管的熱交 換效率。由此，可以更加可靠地利用其流動力抑制附著在傳熱管內(nèi)壁 面上的籠形水合物的量的增加，從而長時間或連續(xù)且穩(wěn)定地制造籠形 水合物漿。
另外，因為在傳熱管內(nèi)壁面上沿原料溶液或原料液漿流動的方向設(shè)置的凹部上，容易附著并殘留所生成的籠形水合物，而殘留的籠 形水合物作為生成核起作用，所以可以更容易地生成新的籠形水合 物。因此，與未在傳熱管上形成凹凸的情況相比，即使將制冷劑溫度 設(shè)定得較高，因為作為生成核起作用的籠形水合物也會附著并殘留在 凹部，所以可以可靠地制造籠形水合物漿。因此，即使將制冷劑溫度 設(shè)定得較高，也可以制造籠形水合物漿，因此可以相對地減小制冷劑 的冷凍系統(tǒng)的負(fù)載，或提高冷凍機的效率系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第IO方式，可以實現(xiàn)基于本發(fā)明的第3方式涉及 的制造方法的籠形水合物漿的制造裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第11方式，可以實現(xiàn)基于本發(fā)明的第4方式涉及 的制造方法的籠形水合物漿的制造裝置。
通過同時使用第IO方式中的循環(huán)裝置和第11方式中的制冷劑 溫度調(diào)整裝置，還具有該制造裝置的運行控制方面的優(yōu)點，目卩，可以 進行傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的附著量或堆積厚度的微調(diào)。
此外，利用制冷劑溫度調(diào)整裝置，可以使制冷劑溫度成為高于 籠形水合物的凝固點的高溫，將附著在傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物 的堆積物的至少一部分在短時間內(nèi)溶解，由原料溶液或原料液漿的力 進行剝離去除，使附著量為零或很少。這種操作是在傳熱管內(nèi)壁面上 的籠形水合物的附著或堆積狀態(tài)由于某種原因而并非處于希望的狀 態(tài)的情況下，使該內(nèi)壁面恢復(fù)為初始狀態(tài)(即，完全或幾乎不附著籠 形水合物的狀態(tài))時所需要的，用于籠形水合物漿的制造裝置的初始 化或重置。
籠形水合物漿的制造裝置的傳熱管的內(nèi)壁面的狀態(tài)，因為在籠 形水合物槳的制造裝置初始運行時，完全未附著籠形水合物，在停止 后重新運行時，暫時附著的籠形水合物會溶解而部分或全部剝離，僅 不均勻地附著或堆積，在性能確認(rèn)運行時使運行條件變化，所以無法 準(zhǔn)確地進行是否附著籠形水合物、是否均勻附著等的判斷。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第12方式，在籠形水合物漿制造裝置的初 始運行時、停止后的重新運行時或性能確認(rèn)運行時，通過運行使得利 用前述水溶液或前述液漿流動的力，去除附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一部分，同時保留其剩余部分以使其包覆各傳熱管的 內(nèi)壁面，并且使通過傳熱管后的原料溶液或原料液漿的一部分或全部 總是或根據(jù)需要回流到該傳熱管中，從而根據(jù)前述(f)及(g)的作 用效果，可以使該制造裝置更快地成為穩(wěn)定工作狀態(tài)。另外，還起到 前述(h)的作用效果。
此外，在多個傳熱管中，各傳熱管內(nèi)壁面的狀態(tài)不同，甚至每 個傳熱管都不同。在這種狀態(tài)下，必須通過使更多的傳熱管的內(nèi)壁面 均勻地附著堆積籠形水合物，使籠形水合物漿的制造穩(wěn)定化。但是， 本發(fā)明的第3、第10及第12方式，因為可以通過上述方式使原料溶 液或原料液漿循環(huán)，從而使籠形水合物均勻地附著而堆積在傳熱管的 內(nèi)壁面上，所以特別有利于籠形水合物漿制造裝置具有多個傳熱管的
情況o
根據(jù)本案發(fā)明的第13方式，起到與第12方式相同的作用效果。 而且，根據(jù)第13方式，可以利用籠形水合物漿制造裝置所具有的制 冷劑溫度調(diào)整裝置調(diào)節(jié)制冷劑溫度，通過制冷劑溫度的調(diào)整，更具體 地說，抑制制冷劑溫度變化或主動地控制其變化，可以調(diào)節(jié)在傳熱管 內(nèi)部生成的籠形水合物的量或向該傳熱管內(nèi)壁面的附著量，所以可以 比第12方式更快或高效地發(fā)現(xiàn)可以進行通常運行的條件，結(jié)束前述 裝置的初始運行、停止后的重新運行或性能確認(rèn)運行。
此外，在本發(fā)明中，所謂"通常運行"，是指在籠形水合物漿制 造裝置的重新運行后繼續(xù)使其運行的情況下，該制造裝置的性能、能 力或籠形水合物漿的制造能力基本上與運行持續(xù)時間無關(guān)，而是恒定 值或處于一定范圍內(nèi)時的運行。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第13方式，通過循環(huán)裝置與制冷劑溫度調(diào) 整裝置的同時使用，可以微調(diào)傳熱管內(nèi)壁面上的籠形水合物的附著厚 度或堆積厚度，得到籠形水合物漿制造裝置的運行控制方面的優(yōu)點。
此外，利用制冷劑溫度調(diào)整裝置，可以使制冷劑溫度為高于籠 形水合物的凝固點的高溫，使附著在傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物 的堆積物的至少一部分在短時間內(nèi)溶解，由原料溶液或原料液漿剝離 去除，使附著量為零或很少。這種操作，如上所述，用于籠形水合物漿制造裝置的初始化或重置，特別地，在必須通過反復(fù)試驗，使該制 造裝置的初始運行、停止后重新運行或性能確認(rèn)運行以及通常運行所 需的條件盡快收斂而確定的情況下，為了重設(shè)暫時的設(shè)定條件，其作 為使傳熱管內(nèi)壁面恢復(fù)為初始狀態(tài)的操作而很重要。
根據(jù)本發(fā)明的第14方式，因為在結(jié)束籠形水合物漿的制造裝置 的初始運行、停止后的重新運行或性能確認(rèn)運行后的通常運行時，也 可以利用制冷劑溫度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)制冷劑溫度，所以與第4、第5及 第ll方式同樣地，通過制冷劑溫度的調(diào)整，可以長時間或連續(xù)并穩(wěn) 定地制造籠形水合物漿。
為了驗證本發(fā)明的原理，進行下述實驗。 (雙層管單管實驗)
使用與管殼型熱交換器相當(dāng)?shù)碾p層管式熱交換器，利用原料溶 液或原料液漿流動的力，控制附著在傳熱管內(nèi)壁面上的水合物的量， 對于上述情況，進行下述實驗，即，作為與流動的力有關(guān)的參數(shù)，著 眼于原料溶液或原料液漿的流速，改變該流速，根據(jù)在傳熱管內(nèi)流動 的液漿流速，研究水合物的附著厚度如何變化。
<實驗裝置>
圖4是該實驗裝置的說明圖。
使用下述的熱交換器，即，將內(nèi)徑4)15mm、外徑$18mm、長 2.5m的SUS304的直管(是一般市售的SUS管，未進行管表面加工)， 插入內(nèi)徑4)28mm、長2m的SUS管內(nèi)，做成雙層管。
實驗裝置的結(jié)構(gòu)為，如圖4所示，將4組雙層管熱交換器51 54串聯(lián)排列，在其一端側(cè)(后流側(cè))，連接長度1.5m的SUS直管 (內(nèi)徑4)15mm、外徑4)18mm)，作為非冷卻區(qū)間55。
分別在4組雙層管熱交換器51 54的連結(jié)部及兩端部設(shè)置測量 內(nèi)管內(nèi)的溫度的溫度計。另外，在非冷卻區(qū)間55的端部也設(shè)置溫度 計。
在雙層管熱交換器51 54的內(nèi)管設(shè)置用于使原料溶液或原料液 漿流通的循環(huán)流路56。并且，在循環(huán)流路56上分別設(shè)置緩沖罐57， 其JC存原料溶液或原料液漿；帶變換器的循環(huán)泵58，其使原料溶液或原料液漿循環(huán)；以及流量計59，其檢測在循環(huán)流路56中流動的原
料溶液或原料液漿的流量。
另外，可以向雙層管熱交換器51 54的內(nèi)管和外管之間的環(huán)狀 部供給冷水作為制冷劑。
作為原料溶液(籠形水合物的水溶液)，使用濃度23wt。/。的四 正丁基溴化銨(TBAB)水溶液。該TBAB水溶液的水合物生成開始 溫度為大約1(TC。另外，作為制冷劑的冷水的溫度為6 7°C。
<實驗方法>
在按照上述方式構(gòu)成的實驗裝置中，從緩沖罐57，將原料溶液 利用循環(huán)泵58以設(shè)定流量供給至雙層管熱交換器51 54的內(nèi)管，另 一方面，使冷水(6 7°C)沿與水溶液相對的方向流動，將內(nèi)管內(nèi)的 原料溶液冷卻。
通過使原料溶液冷卻而生成水合物，在出口處得到大約8.6。C的 水合物漿。伴隨水合物的生成，各測量區(qū)間(Pdl Pd3)的壓差上 升。
原料溶液或原料液漿的流量，通過改變泵轉(zhuǎn)速而使其變化，測 量此時的最大壓差。
內(nèi)管內(nèi)的流速，由流量除以管內(nèi)剖面積而求得。
附著在管內(nèi)壁上的水合物的厚度(可見附著厚度)為，從測量 得到的測量區(qū)間的壓差減去非冷卻部的壓差PdS(相當(dāng)于水合物漿的 壓力損失)，根據(jù)由水合物的附著引起的內(nèi)徑變化得到的壓差上升而 計算出。具體地說，按照下述方式求出。
已知在流體通過管內(nèi)的情況下，管內(nèi)的壓力損失與流速的平方 成正比，與管內(nèi)徑成反比。因此，使可見附著厚度為5，用下式計算 出S。
Pd3, ，/Pd30= {v2/(D-25"/(V()2/D) 其中，
下標(biāo)0:送液開始時(水溶液)下標(biāo)l:水合物生成后
V:流速
D:內(nèi)管內(nèi)徑S:可見附著厚度
Pd3:雙層熱交換器54的入口與出口的壓差
Pd3r:去除雙層熱交換器54中的液漿壓力損失后的管內(nèi)壓力損
失
此外，Pd3,根據(jù)下式求得。
<formula>formula see original document page 26</formula>
<實驗結(jié)果>
(1) 籠形水合物的可見附著厚度與流速的關(guān)系 改變流速而測量壓力損失，根據(jù)上式計算水合物的可見附著厚
度。圖5是以曲線表示計算結(jié)果的圖。在圖5的曲線中，縱軸為可見 附著厚度S，橫軸表示原料溶液(水溶液時的)流速。如圖5的曲線 所示，流速越快附著厚度越小。并且，可知如果流速超過1.8m/s，則 附著厚度急劇減小，然后，沒有急劇的變化，維持大致不變的厚度。 由此，通過使熱交換器冷卻面上的原料溶液或原料液漿的流速 大于或等于1.8m/s，可以抑制水合物向冷卻面的附著量的增加。
(2) 籠形水合物的可見附著厚度及熱通過率的時間變化 求得由使原料溶液的流速為1.8m/s時的水合物附著導(dǎo)致的內(nèi)徑
變化而引起的壓差(從測量的壓差減去液漿壓力損失而得到的壓差) 的時間變化，和由冷水得到的輸入熱量傳遞至原料溶液的熱通過率的 時間變化。
實驗條件如下所述。
原料溶液流速1.8m/s
冷水入口 6.4°C
冷水出口 6.7°C
原料溶液入口溫度8.9°C
水合物漿出口溫度8.6°C
熱密度16.6Mcal/m3
根據(jù)下式計算出由水合物附著導(dǎo)致的內(nèi)徑變化而引起的壓差 (減去液漿壓力損失后的每1米的壓差)P及熱通過率Kl。
<formula>formula see original document page 26</formula>Kl = Q/A@ = Cp-p.u (To —TO /兀DL0
其中
Pdn、 PdS的下標(biāo)0:送液開始時(水溶液)無下標(biāo)水合物生
成后
Q:輸入熱量
A:傳熱面積
Cp:水比熱
P:水密度
U:冷水流量
TO:冷水出口溫度
Ti:冷水入口溫度
D:內(nèi)管內(nèi)徑
L:傳熱長度
:水溶液溫度差
圖6是表示計算結(jié)果的曲線。圖中左側(cè)的縱軸表示由水合物附著 導(dǎo)致的內(nèi)徑變化而引起的壓差(減去液漿壓力損失后的壓差)，圖中 右側(cè)的縱軸表示熱通過率，橫軸表示實驗時間。
由圖6的曲線可知，熱交換器管內(nèi)的壓力損失的時間變化大致恒
定，可以抑制壓力損失的增加。另外，熱通過率也大致恒定，可以抑 制水合物向傳熱面的附著量的增加，從而抑制熱阻的增加。
如上所述，驗證了通過使流過熱交換器的原料溶液或原料液漿的
流速大于或等于1.8m/s，抑制水合物向傳熱面的附著。 (由管殼熱交換器進行的實驗〕
因為使用管殼式熱交換器，進行由氟利昂制冷劑冷卻原料溶液或 原料液漿而制造水合物槳的制造實驗，所以下面對此進行說明。
<實驗裝置的說明>
圖7是該實驗裝置的說明圖。
管殼式熱交換器是1流路結(jié)構(gòu)的熱交換器，其在將SUS304制的 標(biāo)稱直徑150A的鋼管進行加工而得到的殼體內(nèi)，配置27根外徑 17.3mm、內(nèi)徑14mm的SUS304制的管。原料溶液或原料液漿流入管內(nèi)，制冷劑在殼體側(cè)流動。
向管殼式熱交換器61的管側(cè)循環(huán)供給原料溶液或原料液漿的循
環(huán)流路62具有貯存原料溶液或原料液漿的貯存箱63 (在實驗開始時 貯存原料溶液)；循環(huán)泵64，其設(shè)置在貯存箱63的下游測；以及模擬 負(fù)載用的電熱器65，其設(shè)置在循環(huán)泵64的出口側(cè)。
在貯存箱63中設(shè)置冷卻線圈(未圖示)，或投入成核用的水合物 漿，進行從熱交換器輸送的過冷卻狀態(tài)的原料溶液的過冷卻解除。
利用模擬負(fù)載用的電熱器65進行加熱，使從貯存箱63輸送的水 合物漿的冷熱相抵消，調(diào)整使得向熱交換器入口供給的原料溶液或原 料液漿的溫度恒定而進行實驗。
另外，設(shè)有再循環(huán)流路66，其連接貯存箱63和循環(huán)流路62上的 電熱器65的下游測，在該再循環(huán)流路66中設(shè)置再循環(huán)泵67。
輸送至管殼式熱交換器61的原料溶液或原料液漿的流量，利用安 裝在再循環(huán)泵67或循環(huán)泵64上的變換器，調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速從而將其調(diào) 整為規(guī)定量。
在管殼式熱交換器61的殼體側(cè)，通過制冷劑回路68供給氟利昂 制冷劑R134a。在制冷劑回路68上設(shè)置制冷劑熱交換器69、氣液分離 器70和制冷劑泵71。由具有壓縮機72、凝結(jié)機73、膨脹閥74的冷凍 機單元75冷卻后的氟利昂制冷劑R404a被輸送至制冷劑熱交換器69， 與制冷劑R134a進行熱交換。
通過由制冷劑泵71從氣液分離器70將大約2"C的制冷劑液體供 給至殼體內(nèi)，在殼體內(nèi)使制冷劑液體的一部分蒸發(fā)，可以冷卻管內(nèi)的 原料溶液或原料液漿。蒸發(fā)出的制冷劑氣體和制冷劑液體返回至氣液 分離器70。由氣液分離器70分離而得到的RB4a制冷劑被輸送至制冷 劑熱交換器69，冷卻凝結(jié)，成為液態(tài)制冷劑，返回氣液分離器70。
<實驗方法>
在本實驗中，使用濃度14.4wt。/。的TBAB水溶液作為原料溶液。 該TBAB水溶液的水合物生成開始溫度為大約8'C。
為了成為規(guī)定流量，調(diào)整再循環(huán)泵67及循環(huán)泵64的變換器，使 原料溶液或原料液漿在循環(huán)流路62和再循環(huán)流路66中循環(huán)，然后啟動冷凍機單元75及制冷劑泵71，將制冷劑送入管殼式熱交換器61內(nèi)，
將管內(nèi)的原料溶液或原料液漿冷卻。
調(diào)節(jié)冷凍機單元75內(nèi)的壓縮機72，將殼體內(nèi)的制冷劑溫度保持 恒定。如果管殼式熱交換器61出口的原料溶液的溫度小于或等于7°C ， 成為過冷卻狀態(tài)，則將另外生成的水合物漿投入貯存箱63內(nèi)，解除過 冷卻。
然后，在使制冷劑溫度、原料溶液或原料液漿流量恒定的條件下， 測量管殼式熱交換器61出口的水合物漿溫度、熱交換器管壓力損失(熱 交換器出口與入口的壓差)。
因為以使得流入管殼式熱交換器61的原料溶液或原料液漿的溫 度恒定的方式調(diào)整的模擬負(fù)載用電熱器65的輸入電能、與各泵上的發(fā) 熱量的和，與所生成的水合物漿具有的冷量相當(dāng)，所以測量這些值， 求出作為水合物漿的制造能力。
由管殼式熱交換器61出口的水合物漿溫度，求出水合物漿的固相 率SPF (水合物漿中的水合物比例)。
<實驗結(jié)果1>
使原料溶液或原料液漿流入管殼式熱交換器61中，研究各數(shù)據(jù)的 隨時間變化。圖8是表示使在管殼式熱交換器61中流動的原料溶液或 原料液漿流量為450L/min (管內(nèi)流速為1.8m/s)的情況下的實驗結(jié)果 的曲線。
在圖8中，橫軸表示時間，左側(cè)縱軸表示管殼式熱交換器61的管 壓力損失、水合物漿的固相率SPF，右側(cè)縱軸表示管殼式熱交換器61 出口的水合物漿溫度、熱交換器入口的制冷劑溫度、模擬負(fù)載用電熱 器的負(fù)載。
過冷卻解除后，管殼式熱交換器61入口的制冷劑溫度維持為大約 2°C，管殼式熱交換器61出口的水合物漿溫度為大約7°C，可以確認(rèn)是 在恒定的實驗條件下進行實驗。
在過冷卻解除后，顯示管殼式熱交換器61的管壓力損失逐漸增 加，管內(nèi)壁面的水合物附著厚度增加，在運行開始4小時后為大致恒 定的26kPa，可以確認(rèn)水合物附著厚度的增加被抑制。在過冷卻解除后，顯示模擬負(fù)載用電熱器的負(fù)載逐漸降低，運行 幵始后4小時候為大致恒定的3.6kW，可以穩(wěn)定地制造具有規(guī)定冷量 的水合物漿。
水合物漿的固相率SPF，在運行開始4小時后也成為大致恒定的 14%，說明可以穩(wěn)定地制造水合物漿。
如上所述可以確認(rèn)，在使在管殼式熱交換器61中流動的原料溶液 或原料液漿的管內(nèi)流速為1.8m/s的情況下，可以抑制管內(nèi)壁面的水合 物附著厚度的增大，可以穩(wěn)定地制造水合物漿。
<實驗結(jié)果2〉
然后，調(diào)整再循環(huán)泵67及循環(huán)泵64，在1.5 2.4m/s的范圍內(nèi)， 改變在管殼式熱交換器61的管內(nèi)流動的原料溶液或原料液槳的流速， 進行實驗，研究管壓力損失與管內(nèi)水溶液流速之間的關(guān)系。
圖9是表示該實驗結(jié)果的曲線，橫軸表示管內(nèi)原料溶液或原料液 漿流速，縱軸表示管壓力損失穩(wěn)定時的管壓力損失。
如圖9所示，可知在制冷劑溫度為2"C的情況下，如果管內(nèi)原料 溶液或原料液漿流速大于或等于大約1.8m/s，則管壓力損失為較低的 值。反之，如果管內(nèi)原料溶液或原料液漿流速小于1.8m/s，則管壓力 損失成為較高的值。
根據(jù)該結(jié)果可以確認(rèn)，在制冷劑溫度為2t:的情況下，如果使原 料溶液或原料液漿在管殼式熱交換器61的管內(nèi)流通，以使管殼式熱交 換器61的管內(nèi)的原料溶液或原料液漿流速大于或等于1.8m/s，則可以 利用原料溶液或原料液漿流動的力，抑制附著到管內(nèi)壁面上的水合物 的量的增加。由此，可以由管殼式熱交換器61的管長時間順利地進行 熱交換，從而穩(wěn)定地制造水合物漿。
另外，如果使原料溶液或原料液漿流動，以使管殼式熱交換器61 管內(nèi)的原料溶液或原料液漿流速大于或等于1.8m/s，則可以抑制附著 在管內(nèi)壁面上的水合物的量的增加，同時使一部分水合物附著殘留在 管內(nèi)壁面上，因此，因為殘留的水合物作為水合物結(jié)晶生成核起作用， 所以可以容易地重新生成水合物，使水合物漿的固相率在適當(dāng)?shù)姆秶?內(nèi)，順利地儲存或輸送冷量。<實驗結(jié)果3>
改變制冷劑溫度而研究制冷劑溫度的影響。將制冷劑溫度改變?yōu)?br> 低于14.4wt。/。TBAB溶液的水合物生成開始溫度(水合物的凝固點)即 8°C，改變至0 4.7°C，實施由管殼式熱交換器61進行的制造實驗， 研究制冷劑溫度對管殼式熱交換器61的管部壓力損失的影響。此外， 熱交換器管內(nèi)的原料溶液或原料液漿的流速為2m/s。
圖IO表示實驗結(jié)果的曲線。橫軸表示制冷劑溫度，縱軸表示管殼 式熱交換器61的管部壓力損失和管殼式熱交換器61的冷卻能力。
如圖10所示，作為管殼式熱交換器61的管部壓力損失，制冷劑 溫度在實驗溫度范圍內(nèi)越高則其越少?？紤]其原因如下。
如果使制冷劑溫度為在低于籠形水合物凝固點的范圍內(nèi)盡可能高 的溫度(換言之，如果更接近籠形水合物的凝固點)，則與傳熱管的 熱交換面接觸原料溶液或原料液漿的冷卻程度(具體地說是過冷卻度) 減小。由此，在傳熱管的熱交換面被冷卻而生成的水合物的堆積層內(nèi) 的孔隙比例(水溶液含有率)增多，水合物的堆積層變軟，容易利用 水溶液或水合物漿的流動的力進行剝離。制冷劑溫度越高，附著在傳 熱管內(nèi)表面的水合物的堆積層越軟，從而易于剝離，可以抑制水合物 的量。其結(jié)果，制冷劑溫度越高，熱交換器管部壓力損失越小。
另外，管殼式熱交換器61的冷卻能力按照下述方式求得，在制冷 劑溫度為0 4'C的范圍內(nèi)，管每單位長度的冷卻能力為0.095 0.097[kW/m/根]，其與制冷劑溫度無關(guān)，大致恒定。如果制冷劑溫度較 高，則為了得到相同的冷卻能力，可以使供給制冷劑的冷凍機在較高 的制冷劑溫度條件下運行，因此可以削減冷凍機的消耗電能。
熱交換器的冷卻能力的計算
冷卻能力Q = A'K'ATm
其中
A:傳熱面積[m2]二7i.Do'L'n
K:熱通過率[W/m2k]
△Tm:對數(shù)平均溫度差(—Ti一To)
To:制冷劑溫度Th管內(nèi)原料溶液或原料液漿溫度 DO:管外徑
D:管內(nèi)水溶液流路直徑 t:管厚
。水合物層厚
h0:管外傳熱率
hi:管內(nèi)傳熱率
XSUS: SUS管傳熱率
、HS:水合物傳熱率
此外，熱通過率根據(jù)下式求得
l/K = Do/Dhi+ (Do瓜chs) In (Do —2t) /D+ (Do/2Xsus) InDo/ (Do — 2t) +l/ho
其中，D = Do — 2t—2ci
<實驗結(jié)果4>
此外，對于改變原料液漿的種類、流速的情況，也研究制冷劑溫 度對管殼式熱交換器61的管部壓力損失的影響。
作為原料溶液使用14.4wt%TBAB水溶液(水合物生成開始溫度 (水合物的凝固點)為8°C)，預(yù)先冷卻而生成水合物，制造固相率 SPF15y。和20。/。的水合物漿，作為原料液漿提供。
此外，由14.4wt%TBAB水溶液制造的SPF15"/。的水合物漿的溫度 為7。C， SPF20。/。的水合物漿的溫度為6°C。
另外，使用11wt。/。TBAB水溶液(水合物生成開始溫度(水合物 凝固點)為7°C)，預(yù)先冷卻而生成水合物，制造固相率SPF15M和20% 的水合物漿，作為原料液漿提供。此外，由llwt%TBAB水溶液制造 的SPF15。/。的水合物漿的溫度為5°C， SPF20n/。的水合物漿的溫度為4 。C。
艮P，作為原料液漿的種類，有以下4種。
(1) 將14.4wt%TBAB水溶液冷卻而得到的固相率SPF15y。的水 合物漿
(2) 將14.4wt%TBAB水溶液冷卻而得到的固相率SPF20Y。的7jC合物漿
(3) 將llwt%TBAB水溶液冷卻而得到的固相率SPF15。/。的水合
物漿
(4) 將llwt%TBAB水溶液冷卻而得到的固相率SPF20y。的水合
物漿
對于上述4種原料液漿，將制冷劑溫度改變?yōu)榈陀诟髯缘乃衔?生成開始溫度(水合物凝固點)，改變至0 4.7°C，另外，調(diào)整再循 環(huán)泵67及循環(huán)泵64，在1.6 2.4m/s的范圍內(nèi)改變在管殼式熱交換器 61的管內(nèi)流動的原料液漿的流速，進行實驗，研究制冷劑溫度對管部 壓力損失的影響。并且，與雙層管單管實驗同樣地，根據(jù)管部壓力損 失測量值計算出附著在管內(nèi)表面上的水合物的厚度。
圖11、圖12表示實驗結(jié)果曲線。在圖11及圖12中，橫軸表示 制冷劑溫度，縱軸表示根據(jù)管殼式熱交換器61的管部壓力損失值計算 出的水合物的相當(dāng)附著厚度。
圖ll表示對于由14.4wtMTBAB水溶液制得的原料液漿的實驗結(jié) 果，圖12表示對于由11wt。/。TBAB水溶液制得的原料液漿的實驗結(jié)果。
如圖11、圖12所示，對于任意一種原料液漿，以及對于任意的 流速，水合物的相當(dāng)附著厚度均隨著制冷劑溫度升高而減少。即使改 變原料液漿的種類或流速也可以確認(rèn)，制冷劑溫度越高，附著在傳熱 管內(nèi)表面的水合物的堆積層越軟，從而越容易利用水溶液或水合物漿 流動的力進行剝離，抑制附著的水合物的量。
下面，根據(jù)圖11、圖12所示的實驗結(jié)果，研究制冷劑和原料液 漿的溫度差、與水合物相當(dāng)附著厚度之間的關(guān)系。圖13、圖14表示該 結(jié)果的曲線。橫軸表示制冷劑溫度與原料液漿的溫度差，縱軸表示根 據(jù)管殼式熱交換器61管部的壓力損失值計算出的水合物的相當(dāng)附著厚 度。
圖13和圖14分別表示對于由14.4wt%TBAB水溶液制得的原料 液漿、由11wt。/。TBAB水溶液制得的原料液漿的結(jié)果。
如圖13、圖14所示，對于任意一種原料液漿，以及對于任意流 速，水合物的相當(dāng)附著厚度均隨著制冷劑與壓力液漿的溫度差的減小而減少。即使改變原料液漿的種類或流速也可以確認(rèn)，制冷劑與原料 液漿的溫度差越小，S卩，制冷劑溫度越高，附著在傳熱管內(nèi)表面的水 合物的堆積層越軟，從而越容易利用水溶液或水合物槳流動的力進行 剝離，抑制附著的水合物的量。
下面，研究附著在管殼式熱交換器61的管內(nèi)表面的水合物的附著 厚度與管部壓力損失的關(guān)系。圖15是表示其結(jié)果的曲線，橫軸表示附 著厚度，縱軸表示以未附著水合物時為100%的壓力損失增加率。因為 管部的壓力損失與流速的平方成正比、與管的有效內(nèi)徑成反比，所以 隨著附著厚度增加，有效內(nèi)徑減小，壓力損失增大。
從輸送原料溶液或原料液漿的泵動力的變化容許范圍的角度，優(yōu) 選使管殼式熱交換器的管部的壓力損失增加率小于或等于150%，因
此，水合物的附著厚度，根據(jù)圖15的曲線，必須小于或等于約0.5mm。 為了使水合物的附著厚度小于或等于約0.5mm,根據(jù)圖13、圖14，優(yōu)
選使制冷劑與原料液漿的溫度差小于或等于4°C 。
另外，如果制冷劑與原料液漿的溫度差過小，則傳熱效率降低，
因此必須使溫度差大于或等于rc。由此，通過使制冷劑與原料液漿的 溫度差大于或等于rc且小于或等于4t:，可以以適當(dāng)?shù)膫鳠嵝蔬M行
熱交換，抑制管內(nèi)表面的水合物的附著厚度的增加。 [實施方式1]
圖16是說明本發(fā)明的一個實施方式涉及的籠形水合物漿制造裝
置的結(jié)構(gòu)的說明圖。
本實施方式涉及的籠形水合物槳制造裝置具有熱交換器1，其
在原料溶液(生成水合物的客體化合物的水溶液)或原料液漿與制冷
劑之間進行熱交換；制冷劑供給裝置21，其向熱交換器1供給制冷劑； 儲熱槽5，其貯存原料溶液或原料液漿及所生成的水合物漿；輸入側(cè)流 路8，其一端與儲熱槽5連通，另一端與熱交換器1的輸入側(cè)連通；輸 出側(cè)流路9，其一端與熱交換器1的輸出側(cè)連通，另一端與儲熱槽5連 通；以及再循環(huán)流路12，其連結(jié)輸出側(cè)流路8和輸入側(cè)流路9。
熱交換器1為管殼式熱交換器，其構(gòu)成為，使R134a等氟利昂制冷劑流入殼體側(cè)、使原料溶液或原料液漿流入管側(cè)。
制冷劑供給裝置21具有壓縮機2，其壓縮氣態(tài)制冷劑；凝結(jié)器 3，其將壓縮后的氣態(tài)制冷劑凝結(jié)，生成液態(tài)制冷劑；制冷劑配管4; 以及作為制冷劑溫度調(diào)整裝置的制冷劑流量控制裝置(渦輪壓縮機的 情況下為入口引導(dǎo)葉片)19，其控制制冷劑流量而調(diào)整供給至熱交換 器的制冷劑溫度。
在輸入側(cè)流路8的與再循環(huán)流路12的連結(jié)部IO相比的上游側(cè)(在
輸入側(cè)流路8中，上游側(cè)是指靠近儲熱槽5—側(cè))設(shè)置制造泵6，其 用于送出儲熱槽5的水溶液；流量計14B，其測量水溶液的流量；以 及第1溫度計17，其測量水溶液的溫度。
另外，在再循環(huán)流路12中設(shè)置貯存槽13;再循環(huán)泵7，其送出 水合物漿；以及第2溫度計16，其測量水合物漿的溫度。
設(shè)置過冷卻解除裝置(未圖示)，其解除向儲存槽13供給的過冷 卻狀態(tài)的水溶液的過冷卻。
作為過冷卻解除裝置，已知下述結(jié)構(gòu)，其由例如與小型冷凍機連 接的冷卻部構(gòu)成，冷卻部插入過冷卻狀態(tài)水溶液所經(jīng)過的配管中。冷 卻部由小型冷凍機冷卻至小于或等于水合物生成溫度，水合物附著在 其表面上。如果過冷卻的水溶液與冷卻部接觸，則附著在冷卻部表面 的水合物作為生成核起作用，過冷卻被解除，容易地生成水合物。
另外，作為過冷卻解除裝置，可以是將由過冷卻帕爾帖元件等構(gòu) 成的低溫凸起插入過冷卻狀態(tài)的水溶液所經(jīng)過的配管中的結(jié)構(gòu)。這種 低溫凸起與前述小型冷凍機的冷卻部同樣地，也被冷卻至小于或等于 水合物生成溫度，在其表面附著水合物。如果過冷卻的水溶液與低溫 凸起接觸，則附著在低溫凸起表面的水合物作為生成核起作用，過冷 卻被解除，容易地生成水合物。
另外，作為過冷卻解除裝置，也可以是添加另外制造的水合物漿。
在輸入側(cè)流路8的與再循環(huán)流路12的連結(jié)部10相比的下游側(cè)設(shè) 置流量計14A，其測量原料溶液或原料液衆(zhòng)與從再循環(huán)流路12供給 的水合物漿的混合物的流量；以及第3溫度計15，其測量前述混合物 的溫度。另外，在輸出側(cè)流路9的與再循環(huán)流路12的連結(jié)部ll相比的上
游惻(在輸出側(cè)流路9中，上游側(cè)是指接近熱交換器1 一側(cè))，設(shè)置 第4溫度計18，其測量從熱交換器1流出的原料溶液或原料液漿或水 合物漿的溫度。另外，在輸出側(cè)流路9的與再循環(huán)流路12的連結(jié)部11 相比的下游側(cè)設(shè)置開閉閥41。
另外，水合物漿制造裝置具有控制單元30，其輸入流量計14、第 l溫度計17、第2溫度計16、第3溫度計15各自的測量值，控制制造 泵6和/或再循環(huán)泵7的流量。
在儲熱槽5上，利用水合物漿配管連接空調(diào)負(fù)載20，該空調(diào)負(fù)載 20接受蓄積在儲熱槽5中的水合物漿的供給而進行空氣調(diào)節(jié)。
說明這樣構(gòu)成的本實施方式的動作。
<水合物制造的概略說明〉
R134a等氟利昂制冷劑流入熱交換器1的殼體側(cè)，原料溶液或原 料液漿流入管側(cè)。
由制造泵6從儲熱槽5取出12 15X:的水溶液，經(jīng)過輸入側(cè)配管 8而供給至熱交換器1。
供給至熱交換器1的原料溶液或原料液漿，借助由壓縮機2壓縮 并由凝結(jié)器3液化后的氟利昂液態(tài)制冷劑在殼體內(nèi)蒸發(fā)的熱量進行冷 卻，制造出水合物漿。水合物漿從熱交換器1經(jīng)過輸出側(cè)配管9送入 儲熱槽5而貯存。
在原料液漿從儲熱槽5供給至熱交換器1的情況下，還生成水合 物，制造水合物漿中的水合物比例即固相率(SPF)高的水合物漿。
貯藏在儲熱槽5中的水合物槳，被送入空調(diào)負(fù)載20而供給冷量， 水溶液或固相率降低了的水合物漿返回儲熱槽5。
<制造裝置運行方法的說明>
說明制造裝置的運行方法，作為例子，該制造裝置使用四正丁基 溴化銨(TBAB)作為生成水合物的客體混合物，制造水合物漿。分為 初始運行或停止后重新運行即準(zhǔn)備運行、和穩(wěn)定制造水合物漿的通常 運行而進行說明。
在水溶液濃度為14.4wt。/。時，水合物生成開始溫度為8°C。 7°。時的水合物漿的固相率(SPF)為14%，熱密度為14Mcal/m3 (以14。C為
基準(zhǔn))。
<準(zhǔn)備運行〉在水合物漿制造開始時，在輸入側(cè)流路8、輸出側(cè)流路9及熱 交換器l內(nèi)的管內(nèi)，存在大于或等于12C的原料溶液，在儲熱槽5及 貯存槽13內(nèi)貯存大于或等于12t:的原料溶液。
在水合物漿制造開始時，將開閉閥41關(guān)閉。啟動再循環(huán)泵7，由 流量計14A進行檢測，調(diào)節(jié)再循環(huán)泵7的變換器而控制流量，以使得 熱交換器1內(nèi)的管內(nèi)的原料溶液流速為規(guī)定流量且恒定。此時的原料 溶液的流路是13—7—12—14A—8—1—9—13。然后，啟動冷凍機的壓縮機2，向熱交換器l供給制冷劑，冷 卻在管內(nèi)流動的原料溶液。作為冷卻時的冷凍機的控制，例如通過調(diào) 整壓縮機的容量控制裝置(變換器)或制冷劑流量控制裝置19 (在渦 輪壓縮機的情況下為入口引導(dǎo)葉片)，以使得殼體內(nèi)的制冷劑蒸發(fā)溫 度(壓力)成為規(guī)定值。在熱交換器1的管內(nèi)，將原料溶液冷卻至過 冷卻狀態(tài)。如果一邊將原料溶液在13—7—12—14A—8—1—9—13的流路
中冷卻一邊使其循環(huán)，使貯存槽13內(nèi)的原料溶液的溫度接近水合物生 成溫度，則將作為過冷卻解除裝置而內(nèi)置的冷卻管冷卻，使冷卻管表 面附著水合物。如果由熱交換器1冷卻至過冷卻狀態(tài)的原料溶液與附 著在該冷卻管表面的水合物接觸，則附著水合物成為水合物生成核， 過冷卻被解除，生成水合物，生成水合物漿并將其貯存。如果過冷卻 被解除，則貯存槽13內(nèi)的溫度上升，達(dá)到作為目標(biāo)的水合物漿溫度。 如果在貯存槽13內(nèi)貯存了一定量的水合物槳，則結(jié)束準(zhǔn)備運行，轉(zhuǎn)為 通常運行。
如果流入ie存槽13的水合物漿的固相率大于零，則也可以停止冷 卻管的冷卻。對于固相率的計算方法如后所述。 <通常運行>將開閉閥41打開，啟動制造泵6，使儲熱槽5內(nèi)的原料溶液流 入輸入側(cè)流路8，同時，繼續(xù)進行再循環(huán)泵7的運行，將貯存槽13的水合物漿經(jīng)由再循環(huán)流路12供給至輸入側(cè)流路8。由此，來自貯存槽 13的水合物漿向原料溶液供給，成為固相率低的水合物漿，供給至熱 交換器l。固相率低的水合物漿被熱交換器1冷卻，進而生成水合物， 生成規(guī)定固相率的水合物漿。
由熱交換器1制造的水合物漿被送出至輸出側(cè)流路9，其一部分 向再循環(huán)流路12側(cè)供給，其余的供給至儲熱槽5而貯存。向再循環(huán)流 路12供給的水合物漿貯存在貯存槽13內(nèi)，再由再循環(huán)泵7供給至輸 入側(cè)流路8。另一方面，供給至儲熱槽5的水合物漿貯存在儲熱槽5內(nèi)， 直至向空調(diào)負(fù)載20供給。另外，由第4溫度計18測量從熱交換器1 送出的水合物漿的溫度，求出固相率，繼續(xù)水合物漿制造裝置的運行 以達(dá)到期望的固相率。
貯存在儲熱槽5中的水合物漿被供給至空調(diào)負(fù)載20，用于室內(nèi)的 制冷等。
此時，由流量計14A測量向熱交換器1供給的固相率低的水合物 漿的流量，調(diào)節(jié)制造泵6和再循環(huán)泵7的變換器而控制流量，設(shè)定流 速，以使得熱交換器1的管內(nèi)的固相率低的水合物漿的流速，成為由 流動力去除附著在管內(nèi)壁面上的水合物的一部分而使剩余部分殘留在 管內(nèi)壁面的流速，例如大于或等于1.8m/s。在這里，流量計14A、制 造泵6及再循環(huán)泵7的變換器作為流速設(shè)定裝置起作用。另外，調(diào)整來自儲熱槽5的原料溶液及來自貯存槽13的水合 物漿的流量，以使得在來自儲熱槽5的原料溶液和來自貯存槽13的水 合物漿混合而成的物質(zhì)中殘留水合物粒子，即，使混合后的固相率低 的水合物漿的固相率不為零。由此，因為以存在水合物微粒子的狀態(tài) 流入熱交換器l，所以水合物的微粒子作為生成核起作用，生成水合物 而使熱交換器1內(nèi)不會成為過冷卻狀態(tài)，因此，不會出現(xiàn)在管內(nèi)發(fā)生 急劇的過冷卻解除而使壓力損失過大，或發(fā)生堵塞等故障，從而可以 進行穩(wěn)定的水合物漿制造。
在這里，說明來自儲熱槽5的原料溶液和來自貯存槽13的水合物 漿的流量調(diào)整方法。
如果將生成水合物的客體混合物的水溶液冷卻，小于或等于水合物生成溫度后則生成水合物粒子，水合物粒子分散或懸浮在水溶液中 而生成水合物漿。如果繼續(xù)冷卻，則水合物粒子增加，固相率(指水 合物粒子相對于水合物漿的重量比例)增加。雖然其由生成水合物的 客體混合物水溶液的初始濃度確定，但水合物漿的溫度與固相率之間 存在恒定的關(guān)系。
例如，圖17的曲線表示初始濃度為14wt。/。的四正丁基溴化銨 (TABA)水溶液的水合物漿的溫度與固相率的關(guān)系。在該例子中，如 圖17所示，如果水合物漿的溫度低，則固相率高，如果水合物漿溫度 大于或等于8.4X:，則固相率為零。
在本實施方式中，調(diào)整被送入的原料溶液及水合物漿的流量，以 使得在來自儲熱槽5的原料溶液和來自貯存槽13的水合物漿的混合物 中殘留水合物粒子，即，使混合后的水合物漿的固相率不為零。例如， 在來自儲熱槽5的原料溶液的溫度大于或等于12°C，來自貯存槽13的 水合物漿的溫度為7"C的情況下，如果原料溶液的流量與來自貯存槽 13的水合物漿的流量相比過剩，則混合后的水合物漿的溫度髙于固相 率為零的溫度，不存在水合物粒子。
調(diào)整原料溶液及來自貯存槽13的水合物漿的流量，以使得混合后 的水合物漿的固相率不為零，換言之，使向原料溶液供給來自貯存槽 13的水合物漿后的混合物的溫度低于固相率為零的溫度。具體地說， 按照下述方式進行。
如圖16所示，從儲熱槽5輸送的原料溶液的流量、溫度由流量計 14B、第1溫度計17測量，測量值被輸入控制單元30。另外，從貯存 槽13輸送的水合物漿的溫度由第2流量計16測量，測量值被輸入控 制單元30。另外，輸送至熱交換器1的原料溶液和從貯存槽13輸送的 水合物漿的混合物的流量、溫度由流量計14A、第3溫度計15測量， 測量值被輸入控制單元30。從貯存槽13輸送的水合物漿流量，與流量 計14A和流量計14B的測量值的差相當(dāng)。
控制單元30根據(jù)所輸入的各測量值，控制使得向原料溶液供給從 貯存槽13輸送的水合物漿而得到的混合物的固相率大于零，并將其輸 送至熱交換器1。也就是說，控制制造泵6和/或再循環(huán)泵7的流量，以使得向原料溶液供給從貯存槽13輸送的水合物漿而得到的混合物的 溫度，成為低于其固相率為零的溫度的規(guī)定溫度。
在調(diào)整了泵流量之后，由流量計14A、第3溫度計15測量前述混 合物的流量、溫度，將測量值輸入控制單元30，確認(rèn)流量、溫度是否 達(dá)到目標(biāo)值，在未達(dá)到目標(biāo)值的情況下，控制制造泵6和/或再循環(huán)泵 7的流量，以使其達(dá)到目標(biāo)流量、溫度。
通過按照上述方式進行流量調(diào)整，以在向原料溶液供給從貯存槽 13輸送的水合物漿后的混合物中殘留水合物粒子的狀態(tài)，使其流入熱 交換器1。如果使包含水合物粒子的原料溶液由熱交換器1冷卻，則以 水合物粒子為核而生成水合物，因此熱交換器1內(nèi)不會成為過冷卻狀 態(tài)，不會出現(xiàn)在管內(nèi)發(fā)生急劇的過冷卻解除而使壓力損失過大，或發(fā) 生阻塞等故障，從而可以進行穩(wěn)定的水合物漿制造。
如上所述，在本實施方式中，調(diào)整向熱交換器1供給的固相率較 低的水合物漿或原料溶液的流量，設(shè)定熱交換器1的管內(nèi)的流速，以 成為利用流動力去除附著在管內(nèi)壁面的水合物的一部分而其余部分殘 留在管內(nèi)壁面上的流速，例如大于或等于1.8m/s，同時，使向熱交換 器1供給的原料溶液中包含水合物粒子，因此，不會在熱交換器1內(nèi) 發(fā)生過冷卻解除，可以穩(wěn)定地制造水合物漿。
另外，因為設(shè)置再循環(huán)流路12，在再循環(huán)流路12上設(shè)置設(shè)有過 冷卻解除裝置的儲存槽13，所以在準(zhǔn)備運行時也不會在熱交換器1內(nèi) 發(fā)生過冷卻解除，可以制造水合物漿。
此外，在上述實施方式中，利用制造泵6和/或再循環(huán)泵7的流量 控制，由控制單元30進行流量調(diào)整，但也可以在輸入側(cè)流路8及再循 環(huán)流路12上設(shè)置流量控制閥，控制該流量控制閥。
此外，調(diào)整制造泵6的運行的變換器或設(shè)置在輸入側(cè)流路8上的 流量控制閥、和/或調(diào)整再循環(huán)泵7的運行的變換器或設(shè)置在再循環(huán)流 路12上的流量控制閥及流量計15，相當(dāng)于本發(fā)明的設(shè)定原料溶液或原 料液漿流速的流速設(shè)定裝置。
另外，在上述實施方式中，作為調(diào)整向熱交換器供給的制冷劑溫 度的制冷劑溫度調(diào)整裝置，列舉具有控制向熱交換器供給的制冷劑流量的制冷劑流量控制裝置(在渦輪壓縮機的情況下為入口引導(dǎo)葉片) 19或壓縮機的容量控制裝置(變換器)的情況作為例子，但也可以通 過其它方式調(diào)整制冷劑溫度。
另外，在上述實施方式中，列舉熱交換器為壓縮式冷凍機的蒸發(fā) 器的情況為例子，熱交換器可以是與由冷凍機冷卻的冷水進行熱交換 的形式，但也可以使用其它冷凍機。
另外，在上述實施方式中，使用設(shè)置再循環(huán)流路12的制造裝置的 結(jié)構(gòu)。但是，也可以不設(shè)置這種再循環(huán)流路12，而是取出儲熱槽5內(nèi) 的水合物漿將其向輸入側(cè)流路8供給，以如上所述，使得混合物的固 相率大于零。
另外，在上述例子中說明固相率大于零，但具體地說，對于固相 率為幾％是最合適的，優(yōu)選根據(jù)水合物的種類等適當(dāng)設(shè)定。
此外，作為形成水合物而具有高潛熱量的水合物形成物質(zhì)，是四 正丁基銨鹽、四異戊基銨鹽、四異丁基磷酸鹽、三異戊基磺酸鹽等的
各種鹽類，作為四正丁基銨鹽的例子，有四正丁基溴化銨((n — C4H9) 4NBr、 TBAB)、四正丁基氟化銨((n—C4H9) 4NF)、四正丁基氯化 銨((n—C4H9) 4NC1)等。
另外，也可以取代這些Br、 F、 Cl，而是醋酸(CH3C02)、鉻酸 (Cr04)、鉤酸(W04)、草酸(C204)、磷酸(HP04)。另外對于 上述鹽也相同。
下面，在下述實施例中，表示使用本發(fā)明的水合物漿制造裝置的 儲熱空調(diào)系統(tǒng)的例子。
此外，在下述實施例的說明中，水合物漿制造裝置的流量、溫度 控制所需的測量'控制儀器及過冷卻解除用貯存槽省略說明。
實施例1
在實施例1涉及的儲熱空調(diào)系統(tǒng)1中，在夜間使液漿制造用冷凍 機運行而進行儲熱，在白天釋放儲熱而進行制冷運行，在白天制冷負(fù) 載高時， 一邊使液漿制造用冷凍機運行而進行儲熱， 一邊進行散熱制冷運行。其具有在白天制冷負(fù)載高時也可以用1臺液漿制造用冷凍機 進行應(yīng)對的特征。
圖18是實施例1的設(shè)備結(jié)構(gòu)的說明圖，表示應(yīng)用于最大制冷負(fù)載
相當(dāng)于400RT的大樓的情況下的設(shè)備結(jié)構(gòu)。
實施例1涉及的儲熱空調(diào)系統(tǒng)1具有液漿制造用冷凍機81，其 制造水合物漿；儲熱泵82，其設(shè)置在水合物漿制造線上，使原料溶液 或原料液漿循環(huán)；再循環(huán)泵84，其設(shè)置在再循環(huán)流路83上；儲熱槽 85，其貯存原料溶液或原料液漿或水合物漿；冷水/液漿熱交換器86， 其通過水合物漿與水的熱交換而生成冷水；散熱泵87,其用于向冷水/ 液漿熱交換器86輸送儲熱槽85的水合物漿；冷水1次泵88，其用于 使冷水循環(huán)；冷水2次泵89，其將冷水輸送至負(fù)載側(cè)；以及空調(diào)負(fù)載 90。
在實施例1中使用的原料溶液是四正丁基溴化銨(TABA)水溶 液，其濃度是12.4wty。，水合物生成開始溫度是7.5'C。水合物漿從5.5 °。變?yōu)?2.5'C時的供給熱量是大約14Mcal/m3，水合物漿在5.5'C時的 固相率(SPF)為17%。
液漿制造用冷凍機81是渦輪冷凍機，其由壓縮機、蒸發(fā)器、凝結(jié) 器構(gòu)成。原料溶液或原料液漿流入作為蒸發(fā)器的管殼式熱交換器的管 內(nèi)。另外，R134a等氟利昂制冷劑流入殼體側(cè)，利用氟利昂制冷劑蒸發(fā) 的潛熱，冷卻在管內(nèi)流動的原料溶液或原料液漿。
再循環(huán)泵84具有如下作用，即，為了抑制管內(nèi)的水合物的附著量 的增大，使在管內(nèi)流動的原料溶液或原料液漿的流速大于或等于規(guī)定 流速。
儲熱泵82是與前述制造泵具有相同功能的泵。
儲熱槽85是多槽連結(jié)槽，可以儲藏大約2000RTh的儲熱量。
從儲熱槽85取出水合物漿，將其由散熱泵87輸送至冷水/液漿熱
交換器86，由冷水/液漿熱交換器86向冷水供給冷量。
由冷水/液漿熱交換器86冷卻的冷水由冷水1次泵88、冷水2次
泵89輸送至空調(diào)負(fù)載90，供給冷量而用于制冷。 <儲熱運行>在夜間，使液衆(zhòng)制造用冷凍機81、再循環(huán)泵84、儲熱泵82運行， 將規(guī)定的水合物漿(5.5°C、 SPF17%)儲藏在儲熱槽85中而進行儲熱。
在儲熱開始前的儲熱槽85中貯存大概12.5"C的原料溶液，在儲熱 完成時，由大概5.5'C、 SPF17。/。的水合物漿充滿。
<儲熱利用制冷運行>
當(dāng)白天在大樓內(nèi)產(chǎn)生制冷負(fù)載時，啟動冷水1次泵88及散熱泵 87，利用冷水/液漿熱交換器86，通過由散熱泵87從儲熱槽85取出的 5.5。C的水合物漿與冷水進行熱交換，進行制造7'C冷水的散熱運行。 另外，啟動冷水2次泵89，將冷水供給至由室內(nèi)空調(diào)機構(gòu)成的空調(diào)負(fù) 載90，用于制冷。
<追加儲熱4(」冷運行>
在假定一天的制冷負(fù)載大于或等于2000RTh儲熱量的情況下，使 液漿制造用冷凍機8K再循環(huán)泵84、儲熱泵82運行，與進行追加儲 熱的同時，進行散熱運行。
實施例2
實施例2涉及的儲熱空調(diào)系統(tǒng)2為，以在夜間使液漿制造用冷凍 機運行而進行儲熱，在白天進行釋放儲熱的制冷運行為基本，在白天 制冷負(fù)載高的情況下，可以由其它冷凍機制造冷水而進行補充。
圖19是本實施例2的設(shè)備結(jié)構(gòu)的說明圖，對與圖18相同的部分 標(biāo)注相同的標(biāo)號。如圖19所示，在本實施例2中，在圖18所示的結(jié) 構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加制造7'C冷水的冷水用冷凍機91、和從冷水用冷凍 機91輸送冷水的冷水1次泵92。
夜間的儲熱運行和白天的儲熱利用制冷運行與實施例1同樣地進 行。在一天的制冷負(fù)載為大于或等于2000RTh儲熱量的情況下，使冷 水用冷凍機91 (200RT)運行而供給冷水，與由儲熱槽85的水合物漿 的散熱而被冷卻的冷水一起，供給至空調(diào)負(fù)載90。
實施例3
本實施例的特征在于，冷凍機為雙蒸發(fā)器型設(shè)備，其將制冷劑切換輸送至液漿制造用蒸發(fā)器和冷水制造用蒸發(fā)器。其以在夜間進行液 漿制造運行來儲熱、在白天釋放儲熱而進行制冷運行為基本，在白天 制冷負(fù)載高的情況下，進行冷水制造運行而補充。
圖20是本實施例3的設(shè)備結(jié)構(gòu)的說明圖，對與圖19相同的部分
標(biāo)注相同的標(biāo)號。
本實施例3的液漿/冷水制造用冷凍機93，是具有冷水制造用蒸發(fā) 器94和水合物漿制造用蒸發(fā)器95的冷凍機，通過切換氟利昂制冷劑 的流動，可以進行冷水的制造或水合物漿的制造。
在夜間儲熱時，使用水合物漿制造用蒸發(fā)器95，制造水合物漿并 進行儲熱。
白天，釋放儲熱槽85的水合物漿的儲熱而進行制冷運行，在制冷 負(fù)載高的情況下，使液漿/冷水制造用冷凍機93運行，使用冷水制造用 蒸發(fā)器94制造冷水，與通過儲熱槽85的水合物漿的散熱而被冷卻的 冷水相配合，供給至空調(diào)負(fù)載卯。
圖21是采用與實施例3的儲熱空調(diào)系統(tǒng)3相同的雙蒸發(fā)器型冷凍 機的儲熱空調(diào)系統(tǒng)的說明圖。
下面，根據(jù)圖21對采用雙蒸發(fā)器型冷凍機的儲熱空調(diào)系統(tǒng)詳細(xì)地 進行說明。首先，對于雙蒸發(fā)器型的冷凍機(圖中由括號括起的標(biāo)號 IOO所表示的部分)的結(jié)構(gòu)進行說明，然后說明整體結(jié)構(gòu)。
<冷凍機的基本結(jié)構(gòu)〉
在圖中，IOI是離心式壓縮機、102是驅(qū)動離心式壓縮機101的電 動機，103是凝結(jié)器、104是冷水制造用滿液式蒸發(fā)器、105是水合物 漿制造用蒸發(fā)器、106是冷水制造用冷凍環(huán)路中的膨脹閥或銳孔，107 是水合物漿制造用冷凍環(huán)路中的膨脹閥或銳孔，108是制冷劑液體阻斷 閥，109是制冷劑氣體阻斷閥。108a及108b是分別構(gòu)成冷水制造用冷 凍環(huán)路及水合物漿制造用冷凍環(huán)路的制冷劑液體阻斷閥108， 109a及 109b是分別構(gòu)成冷水制造用冷凍環(huán)路及水合物漿制造用冷凍環(huán)路的制 冷劑氣體阻斷閥109。
圖中的實線箭頭表示使用冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104而制造冷 水時的制冷劑的流動方向，虛線箭頭表示使用水合物漿制造用蒸發(fā)器105而制造水合物漿時的制冷劑的流動方向。作為制冷劑，R134a或 R123合適。
冷水制造用冷凍環(huán)路使用離心式壓縮機101、電動機102、凝結(jié)器 103、制冷劑液體阻斷閥108a、膨脹閥或銳孔106、冷水制造用滿液式 蒸發(fā)器104、制冷劑氣體阻斷閥109a及將它們連接的制冷劑用配管， 通過使制冷劑以離心式壓縮機101、凝結(jié)器103、制冷劑液體阻斷閥 108a、膨脹閥或銳孔106、冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104、制冷劑氣體 阻斷閥109a、離心式壓縮機101…的順序循環(huán)而實現(xiàn)。在冷水制造用 滿液式蒸發(fā)器104上，通過使送入的水與制冷劑進行熱交換使其冷卻， 成為冷水而送出。
水合物漿制造用冷凍環(huán)路使用離心式壓縮機101、電動機102、凝 結(jié)器103、制冷劑液體阻斷閥108b、膨脹閥或銳孔107、水合物漿制造 用蒸發(fā)器105、制冷劑氣體阻斷閥109b及將它們連接的制冷劑用配管， 通過使制冷劑以離心式壓縮機101、凝結(jié)器103、制冷劑液體阻斷閥 108b、膨脹閥或銳孔107、水合物漿制造用蒸發(fā)器104、制冷劑氣體阻 斷閥109b、離心式壓縮機101…的順序循環(huán)而實現(xiàn)。在水合物漿制造 用滿液式蒸發(fā)器105上，通過使送入的原料水溶液與制冷劑進行熱交 換而使其冷卻，成為水合物漿而送出。
水合物漿制造用蒸發(fā)器105的型式并不特別規(guī)定，但優(yōu)選滿液式。 水合物生成溫度根據(jù)原料水溶液的濃度而變化，因為該濃度隨著由原 料水溶液生成籠形水合物而變化，所以希望水合物槳制造用蒸發(fā)器容 易進行制冷劑溫度(特別是蒸發(fā)溫度)的控制，且其控制精度高。由 此，傳熱效率高、制冷劑溫度(特別是制冷劑的蒸發(fā)溫度)的控制精 度高的滿液式蒸發(fā)器，適于作為水合物漿制造用蒸發(fā)器。
兩個冷凍環(huán)路的切換單元，由膨脹閥或銳孔106、 107、制冷劑液 體阻斷閥108 ( 108a、 108b)及制冷劑氣體阻斷閥109 ( 109a、 109b) 及對它們進行驅(qū)動的驅(qū)動裝置(K1 K4)及控制該驅(qū)動裝置的控制裝 置CTL (未圖示)構(gòu)成。利用該切換單元，可以使水合物槳制造用蒸 發(fā)器和冷水制造用滿液式蒸發(fā)器擇一地與冷凍環(huán)路連接，切換水合物 漿制造用冷凍環(huán)路和冷水制造用冷凍環(huán)路，作為整體構(gòu)成單一的冷凍環(huán)路。并且，構(gòu)成該單一冷凍環(huán)路的至少離心式壓縮機101及凝結(jié)器
103，更具體地說是離心式壓縮機101、電動機102、凝結(jié)器103及將 它們連接的制冷劑用配管，兼用于在水合物漿制造用冷凍環(huán)路和冷水 制造用冷凍環(huán)路。
<冷凍機的動作及運行方法>
下面，對于冷凍機的動作及運行方法進行說明。制冷劑液體阻斷 閥(108a、雨b)及制冷劑氣體阻斷閥(109a、 10%)，在僅以制冷劑 阻斷為目的的情況下使用其中一個即可，在下面的說明中，有兩個阻 斷閥。
(1) 使用水合物漿制造用蒸發(fā)器105制造水合物漿的情況 首先，利用切換單元，將制冷劑液體阻斷闊108a及制冷劑氣體阻
斷閥109a中的至少一個關(guān)閉，使膨脹閥或銳孔106成為關(guān)閉(無法動 作)的狀態(tài)，同時，將制冷劑液體阻斷閥108b及制冷劑氣體阻斷閥109b 打開，使膨脹閥或銳孔107成為打開(可動作)狀態(tài)。由此，構(gòu)成水 合物漿制造用冷凍環(huán)路中的制冷劑的流通路徑(沿圖中的虛線箭頭的 路徑)。
然后，由電動機102驅(qū)動離心式壓縮機101，壓縮制冷劑氣體。 由離心式壓縮機101壓縮的制冷劑氣體被送入凝結(jié)器103，在這里由冷 卻水將其冷卻。通過該冷卻，制冷劑成為大致飽和液。然后，制冷劑 液體被送入膨脹閥或銳孔107而被減壓。減壓后的制冷劑液體被送入 水合物漿制造用滿液式蒸發(fā)器5，將在該水合物漿制造用蒸發(fā)器105內(nèi) 的傳熱管內(nèi)流動的原料水溶液冷卻，生成籠形水合物，籠形水合物分 散或懸浮在原料水溶液中，成為水合物漿，制冷劑自身蒸發(fā)而氣化。 氣化后的制冷劑再次被送入離心式壓縮機101，之后，反復(fù)進行以上的 循環(huán)。因此，制冷劑僅在水合物漿制造用蒸發(fā)器105中流動。
其結(jié)果，在水合物漿制造用蒸發(fā)器105中，原料水溶液被冷卻而 制造水合物漿。
(2) 使用冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104制造冷水的情況
首先，利用切換單元，將制冷劑液體阻斷閥108b及制冷劑氣體阻 斷閥109b中的至少一個關(guān)閉，使膨脹閥或銳孔107成為關(guān)閉(無法動作)狀態(tài)，同時，將制冷劑液體阻斷閥108a及制冷劑氣體阻斷闊109a 全部打開，使膨脹閥或銳孔106成為打開(可動作)狀態(tài)。由此，構(gòu) 成冷水制造用冷凍環(huán)路中的制冷劑的流通路徑(沿圖中的實線箭頭的 路徑)。
然后，由電動機102驅(qū)動離心式壓縮機101，壓縮制冷劑氣體。 由離心式壓縮機101壓縮后的制冷劑氣體被送入凝結(jié)器103，在這里由 冷卻水將其冷卻。通過該冷卻，制冷劑成為大致飽和液。然后，制冷 劑液體被送入膨脹閥或銳孔106而被減壓。減壓后的制冷劑液體被送 入冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104，將在該冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104 內(nèi)的傳熱管內(nèi)流動的水冷卻成為冷水，制冷劑自身蒸發(fā)而氣化。氣化 后的制冷劑再次被送入離心式壓縮機101，然后，重復(fù)以上的循環(huán)。因 此，制冷劑僅在冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104中流動。
其結(jié)果，在冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104中，供給的水被冷卻而 制造冷水。
(3)冷水及水合物漿制造時的溫度條件
(3—1)在冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104及水合物漿制造用蒸發(fā) 器105中分別制得的冷水及水合物漿的各溫度(均為各蒸發(fā)器104、 105 的出口溫度)被設(shè)定為4 8'C左右。在冷水空調(diào)設(shè)備的情況下，因為 必須避免上述凍結(jié)問題，所以4'C為下限，另一方面，因為制冷負(fù)載側(cè) 設(shè)備(空調(diào)機、AHU、 FCU等)中所要求的溫度通常為7 8°C，所以 上限為8。C左右。水合物漿空調(diào)設(shè)備的情況也相同。
(3 — 2)如果設(shè)計使得冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104和水合物漿 制造用蒸發(fā)器105的各自的制冷劑蒸發(fā)溫度相同，則可以使離心式壓 縮機101的運行條件，在其構(gòu)成水合物槳制造用冷凍環(huán)路的情況下和 構(gòu)成冷水制造用冷凍環(huán)路的情況下相同。
例如，如果設(shè)計使得冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104的制冷劑蒸發(fā) 溫度及冷水出口溫度分別為2X:及5°C，使水合物漿制造用蒸發(fā)器105 的制冷劑蒸發(fā)溫度及水合物漿的出口溫度分別為2。C及5°C，則因為兩 個蒸發(fā)器104、 105的制冷劑蒸發(fā)溫度均為2°C，所以離心式壓縮機101 的運行條件，在其構(gòu)成水合物漿制造用冷凍環(huán)路的情況和構(gòu)成冷水制造用冷凍環(huán)路的情況下相同。
因此，如果進行上述設(shè)計，則不僅使壓縮機101兼用于水合物漿 制造用冷凍環(huán)路和冷水制造用冷凍環(huán)路，而且切換為任一冷凍環(huán)路， 均不需要與其相對應(yīng)而變更壓縮機101的運行條件。
<小結(jié)>
因此，在本實施例中使用的冷凍機中，水合物漿制造用蒸發(fā)器和 冷水制造用滿液式蒸發(fā)器可以擇一地利用切換單元與單一的冷凍環(huán)路 連接，擇一地切換為冷水制造用冷凍環(huán)路和水合物漿制造用冷凍環(huán)路。 因此，成為可用于水合物漿空調(diào)設(shè)備和冷水空調(diào)設(shè)備中的任意一個， 此外，可用于進行制造水合物漿的夜間運行和制造冷水的白天運行(特 別是追隨式運行)的空調(diào)設(shè)備中的單一的冷凍機。并且，至少離心式
壓縮機101和凝結(jié)器103，更具體地是離心式壓縮機101、電動機102、 凝結(jié)器103及將它們連接的制冷劑用配管兼用于兩個冷凍環(huán)路。因此， 可以實現(xiàn)相對較低的設(shè)備費用或較高的效費比。
此外，圖中的離心式壓縮機101記載為單段式，但也可以是多段 式。并且，因為多段式價格高于單段式，所以與單段式相比，多段式 壓縮機通過壓縮機的兼用所起到的設(shè)備費用相對降低或效費比相對增 加的本發(fā)明的效果更顯著。
在圖21所示的冷凍機10 0中，可以由配置在P點的 一 個三相閥替 換兩個制冷劑用阻斷閥(108a、 108b)的功能。另外，可以由配置在Q 點的三相閥替換兩個制冷劑氣體用阻斷閥(109a、 109b)的功能。
此外，膨脹閥或銳孔106及107也可以分別具有驅(qū)動裝置(未圖 示)，由控制裝置CRL (未圖示)控制開度。由此，在各冷凍環(huán)路中， 可以對應(yīng)于各冷凍環(huán)路而調(diào)整膨脹閥或銳孔106或107的開度，以分 別達(dá)到適當(dāng)?shù)倪\行條件。例如，檢測蒸發(fā)器出口的制冷劑氣體的過熱 度，調(diào)整膨脹閥或銳孔106或107的開度，以使得過熱度為恒定值。 另外，在蒸發(fā)器上設(shè)置液面計，檢測液面位置，調(diào)整膨脹閥或銳孔106 或107的開度，以使得液面位置恒定。
<空調(diào)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)>
下面，對于圖21所示的其它結(jié)構(gòu)設(shè)備進行說明。圖21中，lll是冷卻塔，112是三相閥、113是緩沖箱，114是水 合物漿儲熱槽，115是冷水/水合物漿熱交換器，116是熱利用側(cè)負(fù)載(例 如空調(diào)機)，117 121是泵，特別地，117是水合物漿再循環(huán)用泵， 118是原料水溶液輸送用泵，119是水合物漿取出用泵，120是冷水輸 送用泵，121是冷卻水輸送用泵。122是流量計，123 127及130 132 是溫度傳感器，128、 129是開閉閥。
在水合物漿儲熱槽114中設(shè)置水平計(未圖示)，其檢測水合物 漿的收容量。
圖21所示的空調(diào)設(shè)備具有冷凍機100、冷卻塔111與凝結(jié)器103 之間的冷卻水/水的循環(huán)路徑A、冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104與熱利 用側(cè)負(fù)載116間的冷水/水的循環(huán)路徑B、水合物漿制造用熱交換器5 與水合物漿儲熱槽U4間的水合物漿/原料水溶液的循環(huán)路徑C、水合 物漿制造用蒸發(fā)器105與緩沖箱113間的水合物漿的再循環(huán)路徑D、 水合物漿儲熱槽114與冷水/水合物漿熱交換器U5間的水合物漿/原料 水溶液的循環(huán)路徑E、冷水/水合物漿熱交換器115與熱利用側(cè)負(fù)載116 間的冷水/水循環(huán)路徑F。
路徑A是沿著lll、 112、 121、 123、 103、 M點、111…的配管的 路徑，路徑B是沿著104、 124、 S點、116、 120、 R點、129、 104… 的配管的路徑。路徑C是沿著105、 113、 126、 114、 118、 N點、122、 105、 130、 113…的配管的路徑，路徑D是沿著105、 113、 117、 N點、 122、 105…的配管的路徑。路徑E是沿著114、 119、 115、 114、…的 配管的路徑，路徑F是沿著115、 127、 S點、116、 120、 R點、115、… 的配管的路徑。
由路徑A、冷凍機及路徑B進行冷水制造和該冷水所具有的熱能 的熱利用側(cè)負(fù)載的熱利用，由路徑A、冷凍機、路徑C及路徑D進行 水合物漿的制造和蓄積，由路徑E和路徑F進行所蓄積的水合物漿所 具有的熱能的熱利用側(cè)負(fù)載的熱利用。 (1)關(guān)于路徑A
在路徑A中，從冷卻塔111送出的冷卻水由泵121輸送，通過三 相閥112、泵121、溫度傳感器123向凝結(jié)器103供給，進行用于在凝結(jié)器103上使制冷劑氣體凝結(jié)的熱交換，然后成為水溫升高的水，返 回至冷卻塔lll。以后重復(fù)該循環(huán)。
冷卻水的溫度控制，根據(jù)對向凝結(jié)器103供給的冷卻水的溫度進 行測量的溫度傳感器123的輸出，由三相閥112的動作進行。即，在 冷卻水的溫度低于目標(biāo)值的情況下，在TIC中運算與該偏差相應(yīng)的三 相閥112的驅(qū)動量，與該運算值對應(yīng)地驅(qū)動三相閥112，從M點取得 溫度相對較高的水而混入冷卻水中，使冷卻水的溫度上升。在冷卻水 的溫度高于目標(biāo)值的情況下，使三相閥112動作，不從M點取得溫度 相對較高的水，而使冷卻水溫度降低。
(2) 關(guān)于路徑B
路徑B是冷凍機100構(gòu)成冷水制造用冷凍環(huán)路的情況下的路徑。 在路徑B上，從冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104送出的冷水由泵120輸 送，在熱利用側(cè)負(fù)載116用于熱利用，然后作為水溫上升的水，經(jīng)過 泵120、 R點、開閉閥129，返回至冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104。以 后重復(fù)該循環(huán)。
冷水的溫度控制，通過根據(jù)對從冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104送 出的冷水的溫度進行測量的溫度傳感器124的輸出而進行電動機102 的變換控制，使壓縮機101的轉(zhuǎn)速改變所需量而進行。g卩，在冷水溫 度低于目標(biāo)值，溫度傳感器124的輸出未達(dá)到設(shè)定值的情況下，在TIC 中運算與該偏差相應(yīng)的電動機102的輸出變更量，將電動機102即壓 縮機101的轉(zhuǎn)速降低與該運算值相應(yīng)的量，提高冷水制造用滿液式蒸 發(fā)器104的制冷劑蒸發(fā)溫度，使冷水出口溫度上升。另一方面，在冷 水溫度高于目標(biāo)值，溫度傳感器124的輸出超過設(shè)定值的情況下，在 TIC中運算與該偏差相應(yīng)的電動機102的輸出變更量，將電動機102 即壓縮機101的轉(zhuǎn)速提高與該運算值相應(yīng)的量，使冷水制造用滿液式 蒸發(fā)器104的制冷劑蒸發(fā)溫度降低，從而降低冷水的出口溫度。進行 上述控制，以使得溫度傳感器124的輸出與設(shè)定值的偏差為零。
(3) 關(guān)于路徑C及路徑D
路徑C及路徑D均為冷凍機100構(gòu)成水合物漿制造用冷凍環(huán)路的 情況下的路徑。路徑D是從緩沖箱113使水合物漿與路徑C合流的路徑，以控制輸送至水合物漿制造用蒸發(fā)器105的原料水溶液的流量。 (3—1)
在路徑C中，預(yù)先蓄積在水合物漿儲熱槽114中的原料水溶液由 泵118輸送，在N點，與由泵117從緩沖箱113輸送的水合物槳合流， 然后，到達(dá)水合物漿制造用蒸發(fā)器105，在水合物漿制造用蒸發(fā)器105 中，進行與制冷劑液體的熱交換。在這里，原料水溶液被冷卻，制造 水合物漿。S卩，從被冷卻的原料水溶液生成籠形水合物，通過使生成 的水合物分散或懸浮在原料水溶液中而得到水合物漿。該水合物漿從 水合物漿制造用蒸發(fā)器105送出，其一部分蓄積在緩沖箱113中，其 余被送出至水合物漿儲熱槽114，在這里被蓄積。通過重復(fù)這種水合物 漿制造用蒸發(fā)器105和水合物漿儲熱槽114間的原料水溶液/水合物漿 的循環(huán)，蓄積在緩沖箱113及水合物漿儲熱槽114中的水合物槳的固 相率增加，相應(yīng)地儲熱量逐漸增加。
水合物漿的溫度控制，使用下面的(i)及(ii)方法中的至少一 個而進行。
(i) 根據(jù)測量送出至水合物漿儲熱槽114中的水合物漿溫度的溫 度傳感器126的輸出，進行電動機102的變換控制，使壓縮機101的 轉(zhuǎn)速變化所需量。S卩，在水合物漿的溫度低于目標(biāo)值，因而溫度傳感 器126的輸出低于設(shè)定值的情況下，在TIC中運算與該偏差相應(yīng)的電 動機102的輸出變更量，使電動機102即壓縮機101的轉(zhuǎn)速下降與該 運算值相應(yīng)的量，提高水合物漿制造用蒸發(fā)器105的制冷劑蒸發(fā)溫度， 使水合物漿的出口溫度上升，進而使從緩沖箱113流向水合物漿儲熱 槽114的水合物漿的溫度上升。在水合物槳溫度高于目標(biāo)值，溫度傳 感器126的輸出超過設(shè)定值的情況下，在TIC中運算與該偏差相應(yīng)的 電動機102的輸出變更量，使電動機102即壓縮機101的轉(zhuǎn)速上升與 該運算值相應(yīng)的量，降低水合物漿制造用蒸發(fā)器105的制冷劑蒸發(fā)溫 度，從而使水合物漿的出口溫度降低，進而使從緩沖箱113流向水合 物漿儲熱槽114的水合物漿的溫度降低。進行以上控制，以使得溫度 傳感器126的輸出與設(shè)定值的偏差為零。
(ii) 通過根據(jù)溫度傳感器126的輸出而進行泵118的變換控制，使向水合物槳制造用蒸發(fā)器105的原料水溶液(包含作為原料水溶液 的水合物漿)的供給量變化所需量。g卩，在水合物漿溫度低于目標(biāo)值，
溫度傳感器126的輸出低于設(shè)定值的情況下，在TIC中運算與該偏差 相對應(yīng)的泵118的輸出變更量，使泵118的輸出上升與該運算值相應(yīng) 的量，提髙向水合物漿制造用蒸發(fā)器105的原料水溶液的供給量，從 而提高水合物漿的出口溫度。在水合物漿溫度高于目標(biāo)值，溫度傳感 器126的輸出高于設(shè)定值的情況下，在TIC中運算與該偏差相對應(yīng)的 泵118的輸出變更量，使泵118的輸出下降與該運算值相應(yīng)的量，降 低向水合物漿制造用蒸發(fā)器105的原料水溶液的供給量，從而降低水 合物漿的出口溫度。進行以上控制，以使得溫度傳感器126的輸出與 設(shè)定值的偏差為零。 (3_2)
在路徑D中，從水合物漿制造用蒸發(fā)器105送出的水合物漿中的 蓄積在緩沖箱113中的部分，由泵117輸送，在N點與由泵118輸送 的原料水溶液(包含作為原料水溶液的水合物漿)合流，然后到達(dá)水 合物漿制造用蒸發(fā)器105，用于在水合物漿制造用蒸發(fā)器105上與制冷 劑液體進行熱交換。
在這里，原料水溶液被冷卻，制成水合物漿。即，由冷卻后的原 料水溶液生成籠形水合物，通過使所生成的水合物分散或懸浮在原料 水溶液中而得到水合物漿。該水合物漿從水合物漿制造用蒸發(fā)器105 送出，其一部分蓄積在緩沖箱113中，其余部分被送出至水合物漿儲 熱槽114。通過重復(fù)該水合物漿制造用蒸發(fā)器105與緩沖箱113間的水 合物漿的循環(huán)，蓄積在緩沖箱113及水合物漿儲熱槽114中的水合物 漿的固相率逐漸增加，相應(yīng)地儲熱量逐漸增加。
在水合物漿制造用蒸發(fā)器105是滿液式蒸發(fā)器的情況下，希望利 用原料水溶液(或作為原料水溶液的水合物槳)流動的力去除附著在 傳熱管內(nèi)壁面上的水合物的一部分，留下其剩余部分而使其包覆該傳 熱管的內(nèi)壁面，從而制造水合物漿。
此時，為了將在傳熱管內(nèi)部流動的原料水溶液的流速控制為大于 或等于規(guī)定值的恒定速度，對流量進行控制。向水合物漿制造用蒸發(fā)器105供給的原料水溶液(包含作為原料水溶液的水合物漿)的流量控制，通過根據(jù)對供給至水合物漿制造用蒸發(fā)器105的原料水溶液的
流量進行測量的流量計122的輸出，進行泵117的變換控制，使從緩沖箱113到N點的水合物漿的送出量變化所需量而進行。即，在原料水溶液的流量低于目標(biāo)值，流量計122的輸出低于設(shè)定值的情況下，在FIC中運算與該偏差相應(yīng)的泵117的輸出變更量，使泵117的輸出上升與該運算值相應(yīng)的量，使從緩沖箱113到N點的水合物漿的輸出量增加，增加從N點到水合物漿制造用蒸發(fā)器105的原料水溶液的流量。另一方面，在原料水溶液的流量高于目標(biāo)值，流量計122的輸出超過設(shè)定值的情況下，在FIC中運算與該偏差相應(yīng)的泵117的輸出變更量，使泵117的輸出降低與該運算值相應(yīng)的量，減少從緩沖箱113到N點的水合物漿的送出量，減少從N點到水合物漿制造用蒸發(fā)器105的原料水溶液的流量。進行以上控制，以使得流量計122的輸出與設(shè)定值之間的偏差為零。(3 — 3)
進行水合物漿制造用蒸發(fā)器105的制冷劑蒸發(fā)溫度的控制，以使其變化量減小。
具體地說，根據(jù)測量水合物漿制造用蒸發(fā)器105內(nèi)的制冷劑溫度的溫度傳感器125的輸出，進行電動機102的變換控制，使壓縮機101的轉(zhuǎn)速變化所需量。即，在制冷劑蒸發(fā)溫度低于目標(biāo)值，因而溫度傳感器125的輸出低于設(shè)定值的情況下，在TIC中運算與該偏差相應(yīng)的電動機102的輸出變更量，使電動機102即壓縮機101的轉(zhuǎn)速下降與該運算值相應(yīng)的值，提高水合物漿制造用蒸發(fā)器105的制冷劑蒸發(fā)溫度。
在制冷劑蒸發(fā)溫度高于目標(biāo)值，溫度傳感器125的輸出超過設(shè)定值的情況下，在TIC中運算與該偏差相應(yīng)的電動機102的輸出變更量，使電動機102即壓縮機101的轉(zhuǎn)速上升與該運算值相應(yīng)的值，降低水合物漿制造用蒸發(fā)器105的制冷劑蒸發(fā)溫度。
進行以上控制，以使得溫度傳感器125的輸出與設(shè)定值之間的偏差為零。此外，125也可以不是溫度傳感器，而是測量制冷劑氣體壓力的壓力傳感器。目標(biāo)值及設(shè)定值也可以是多個(例如上限值和下限值)。(3_4)
在進行水合物漿制造的情況下，首先在路徑D中開始制造。在開始水合物漿制造時，原料水溶液貯存在緩沖箱113內(nèi)，啟動泵117，將
原料水溶液向水合物漿制造用蒸發(fā)器105輸出，與制冷劑液體進行熱交換而使其冷卻。通過在緩沖箱113內(nèi)添加另外制造的水合物漿、或設(shè)置冷卻單元等解除原料水溶液的過冷卻的裝置，進行過冷卻解除，生成水合物，從而制造水合物漿。另外，分別利用溫度傳感器130及131，測量、監(jiān)視水合物漿制造用蒸發(fā)器105的水合物漿的出口溫度及緩沖箱113內(nèi)的水合物漿溫度。如果溫度傳感器130或131的輸出達(dá)到規(guī)定值，則通過作業(yè)員的手動操作或根據(jù)來自控制裝置CTL的控制信號(g7)啟動泵118，將路徑C疊合上去。
預(yù)先蓄積在水合物漿儲熱槽114中的原料水溶液由泵118輸送，在N點與從緩沖箱113輸送的水合物漿合流，然后，到達(dá)水合物漿制造用蒸發(fā)器105，用于在水合物漿制造用蒸發(fā)器105中與制冷劑液體進行熱交換，將原料水溶液冷卻，制造水合物漿。該水合物漿從水合物漿制造用蒸發(fā)器105送出，其一部分蓄積在緩沖箱113中，其余被送出至水合物槳儲熱槽114而貯存在這里。為了將在水合物漿制造用蒸發(fā)器105的傳熱管內(nèi)部流動的原料水溶液的流速控制為大于或等于規(guī)定值的恒定速度，根據(jù)流量計122的輸出進行泵117的變換控制，控制從緩沖箱113到水合物漿制造用蒸發(fā)器105的水合物漿的輸送流量。在進行水合物漿的制造時，路徑D成為用于對向水合物漿制造用蒸發(fā)器105輸送的原料水溶液的流量進行控制的水合物漿的再循環(huán)路徑。另外，控制泵118，以使得對送出至水合物衆(zhòng)儲熱槽114的水合物漿的溫度進行測量的溫度傳感器126的輸出成為設(shè)定值(參照上述(3—1)(ii))。
(4)關(guān)于路徑E及路徑F
路徑E及路徑F是用于將蓄積在水合物漿儲熱槽114中的水合物槳所具有的熱能(冷量)用于熱利用的路徑。
在路徑E中，蓄積在水合物漿儲熱槽114中的水合物漿由泵119輸送，供給至冷水/水合物漿熱交換器115，進行用于在冷水/水合物漿熱交換器115上將水制成冷水的熱交換，然后，以水溶液的狀態(tài)返回
至水合物漿儲熱槽114。以后重復(fù)該循環(huán)。在路徑F中，通過與冷水/水合物漿熱交換器115上的水合物漿進行熱交換而制得的冷水由泵120輸送，在熱利用側(cè)負(fù)載116供于熱利用，然后，作為水溫升高的水而通過泵120、 R點、開閉閥128，返回至冷水/水合物漿熱交換器115。以后重復(fù)該循環(huán)。因此，路徑E及路徑F經(jīng)由冷水/水合物漿熱交換器115而以熱傳遞的方式彼此相連，由此，與水合物漿所具有的潛熱相當(dāng)?shù)臒崮?，變換為與冷水所具有的顯熱相當(dāng)?shù)臒崮埽┙o至熱利用側(cè)負(fù)載116。
冷水/水合物漿熱交換器115中的冷水的出口溫度的控制通過以下方式進行，目卩，根據(jù)測量從冷水/水合物漿熱交換器115送出的冷水的溫度的溫度傳感器127的輸出，進行泵119的變換控制，使向冷水/水合物漿熱交換器115的水合物漿的供給量變化所需量。g卩，在冷水溫度低于目標(biāo)值，溫度傳感器127的輸出低于設(shè)定值的情況下，在TIC中運算與該偏差相應(yīng)的泵119的輸出變更量，使泵119的輸出降低與該運算值相應(yīng)的值，降低向冷水/水合物漿熱交換器115的水合物漿的供給量，使冷水出口溫度上升。另一方面，在冷水溫度高于目標(biāo)值，溫度傳感器127的輸出超過設(shè)定值的情況下，在TIC中運算與該偏差相應(yīng)的泵119的輸出變更量，使泵119的輸出上升與該運算值相應(yīng)的量，提高向冷水/水合物漿熱交換器U5的水合物漿的供給量，從而降低冷水的出口溫度。進行以上控制，以使得溫度傳感器127的輸出與設(shè)定值的偏差為零。
<空調(diào)設(shè)備的動作及運行模式>
圖21所示的空調(diào)設(shè)備的整體動作，包含冷凍機的動作在內(nèi)，由控制裝置CTL控制。在該空調(diào)設(shè)備的運行方式中，存在至少下面的(Ml) (M4)所示的運行模式。
(Ml)向熱利用側(cè)負(fù)載116供給在冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104中制造的冷水的運行模式(即，使用冷凍機及路徑B的運行模式)
在該運行模式中，控制裝置CTL發(fā)送控制信號gl g4，使制冷劑用阻斷閥108a、 108b及制冷劑氣體用阻斷閥109a、 109b的各驅(qū)動裝置(K1 K4)動作，打開阻斷閥108a、 109a，關(guān)閉阻斷閥108b、 109b，由此在冷凍機中構(gòu)成冷水制造用冷凍環(huán)路。同時，控制裝置CTL發(fā)送控制信號g5、 g6，使開閉閥128、 129的各驅(qū)動裝置(K5、 K6)動作，關(guān)閉閥門128，打開閥門129，由此，使熱利用側(cè)負(fù)載116與路徑B連接，而不與路徑F連接。由此，冷凍機和路徑B經(jīng)由冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104連接，僅將在冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104中制造的冷水供給至熱利用側(cè)負(fù)載116。
(M2)向水合物漿儲熱槽114供給在水合物漿制造用蒸發(fā)器105中制造的水合物漿的運行模式(即，使用冷凍機、路徑C及路徑D的運行模式)
在這種運行模式中，控制裝置CTL發(fā)送控制信號gl g4，使各驅(qū)動裝置(K1 K4)動作，關(guān)閉阻斷閥108a、 109a，打開阻斷閥108b、109b，在冷凍機中構(gòu)成水合物漿制造用冷凍環(huán)路。由此，冷凍機和路徑C及路徑D經(jīng)由水合物漿制造用蒸發(fā)器105連接，將在冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104中制造的水合物漿供給至水合物漿儲熱槽114。
(M3)向熱利用側(cè)負(fù)載116供給蓄積在水合物漿儲熱槽114中的水合物漿所具有的熱能的運行模式(即，使用路徑E及路徑F的運行模式)
在該運行模式中，控制裝置CTL發(fā)送控制信號g5、 g6，使開閉閥128、 129的各驅(qū)動裝置(K5、 K6)動作，打開閥門128，關(guān)閉閥門129，由此使熱利用側(cè)負(fù)載116不與路徑B連接而與路徑F連接。由此，熱利用側(cè)負(fù)載116和水合物漿儲熱槽114，經(jīng)由路徑E、冷水/水合物漿熱交換器115及路徑F連接，將與蓄積在水合物漿儲熱槽114中的水合物漿所具有的潛熱相當(dāng)?shù)臒崮埽鳛榕c通過冷水/水合物漿熱交換器
115的水合物漿與水的熱交換而冷卻的水所具有的顯熱相當(dāng)?shù)臒崮?，供給至熱利用側(cè)負(fù)載116。
(M4)其它運行模式在水合物漿儲熱槽114中充分蓄積在水合物漿制造用蒸發(fā)器105中制造的水合物漿之前，將該水合物漿所具有的熱能供給至熱利用側(cè)負(fù)載116的運行模式(即，使用冷凍機、路徑C及路徑D，同時使用路徑E及路徑F的運行模式)
在該運行模式中，控制裝置CTL發(fā)送控制信號gl g4，使各驅(qū)動裝置(K1 K4)動作，關(guān)閉阻斷閥108a、 109a，打開阻斷閥108b、 10%，在冷凍機中構(gòu)成水合物漿制造用冷凍環(huán)路。同時，控制裝置CTL發(fā)送控制信號g5、 g6，使開閉閥128、 129的各驅(qū)動裝置(K5、 K6)動作，打開閥門128，關(guān)閉閥門129，由此，使熱利用側(cè)負(fù)載116不與路徑B連接，而與路徑F連接。
綜上所述，冷凍機和路徑C及路徑D經(jīng)由水合物漿制造用蒸發(fā)器105連接，在冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104中制造的水合物漿供給至水合物漿儲熱槽114，同時，熱利用側(cè)負(fù)載116和水合物漿儲熱槽114經(jīng)由路徑E、冷水/水合物漿熱交換器115及路徑F連接，將與蓄積在水合物漿儲熱槽114中的水合物漿所具有的潛熱相當(dāng)?shù)臒崮埽鳛榕c通過冷水/水合物漿熱交換器115的水合物漿與水的熱交換而被冷卻的水所具有的顯熱相當(dāng)?shù)臒崮?，供給至熱利用側(cè)負(fù)載116。
<空調(diào)設(shè)備的運行方法的具體例子>(1)夜間儲熱運行
在夜間進行制造水合物漿并將其蓄積在儲熱槽中的運行，即儲熱運行。在圖21所示的空調(diào)設(shè)備進行儲熱運行的情況下，首先在冷凍機100中，將水合物漿制造用蒸發(fā)器105而非冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104與冷凍系統(tǒng)連接，構(gòu)成水合物制造用冷凍系統(tǒng)，以上述(M2)運行模式使該空調(diào)設(shè)備運行。在這種情況下，控制使得水合物漿制造用蒸發(fā)器105中的制冷劑蒸發(fā)溫度的變化量減小。具體地說，以使得測量水合物衆(zhòng)制造用蒸發(fā)器105內(nèi)的制冷劑液體溫度的溫度傳感器125的輸出與設(shè)定值的偏差為零的方式進行電動機102的變換控制，使壓縮機101的轉(zhuǎn)速變化所需量。
在水合物漿制造用蒸發(fā)器105為滿液式蒸發(fā)器的情況下，利用原料水溶液(或作為原料水溶液的水合物漿)流動的力，去除附著在傳熱管的內(nèi)壁面上的水合物的一部分，使剩余部分殘留而包覆該傳熱管的內(nèi)壁面，制造水合物漿。此時，重點在于將在傳熱管內(nèi)部流動的原料水溶液的流速控制為恒定，同時，使?jié)M液式蒸發(fā)器中的制冷劑蒸發(fā)溫度不會過量地降低。因此，以使從N點到水合物漿制造用蒸發(fā)器105
的原料水溶液的流量達(dá)到目標(biāo)值，或使流量計122的輸出與設(shè)定值的偏差為零的方式進行用于使水合物漿再循環(huán)的泵117的變換控制，使從緩沖箱113到N點的水合物漿的輸出量變化必需量(參照〈空調(diào)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)> (3 — 2) (3 — 4))。同時，以使得測量水合物漿制造用蒸發(fā)器105內(nèi)的制冷劑液體溫度的溫度傳感器125的輸出與設(shè)定值的偏差為零的方式進行電動機102的變換控制，使壓縮機101的轉(zhuǎn)速變化所需量(參照<空調(diào)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)> (3 — 3))。
此外，按照上述設(shè)定值的設(shè)定方法，也可以以使得溫度傳感器125的輸出不會小于或等于規(guī)定值的方式控制電動機102,使壓縮機101的轉(zhuǎn)速變化所需量，可以在圖21所示的空調(diào)設(shè)備(無論水合物漿制造用蒸發(fā)器105是否為滿液式蒸發(fā)器)的儲熱運行中使用。
在進行水合物漿制造的情況下，首先在路徑D中開始制造，在水合物漿制造用蒸發(fā)器105的水合物漿的出口溫度或緩沖箱113內(nèi)的水合物漿的溫度達(dá)到規(guī)定值時，啟動泵118，使路徑C疊合上去，控制泵118以使得水合物漿儲熱槽114的水合物漿的入口溫度達(dá)到規(guī)定值(參照<空調(diào)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)> (3 — 4))。
在水合物漿儲熱槽114被水合物漿充滿時或儲熱時間結(jié)束時，使離心式壓縮機10K電動機02停止，按照泵118、泵117的順序，通過作業(yè)員的手動操作或根據(jù)來自控制裝置CTL的控制信號使其停止。
在儲熱運行過程中附著在水合物槳制造用蒸發(fā)器105的傳熱管的內(nèi)壁面上的水合物量增多而堆積，傳熱管內(nèi)的壓力損失增加，水合物槳制造過程中發(fā)生故障的情況下，必須進行將附著的水合物溶解去除的溶解運行。
為了進行溶解運行，可以設(shè)置旁通路徑和旁通閥，該旁通路徑用于繞過冷凍機的壓縮機101而使水合物漿制造用蒸發(fā)器105和凝結(jié)器103連通，該旁通閥用于使旁通路徑開閉。通過設(shè)置該旁通閥，在溶解運行時，使壓縮機101、電動機102停止，打開旁通閥，繞過壓縮機101而使水合物漿制造用蒸發(fā)器105與凝結(jié)器103連通。由此，可以使凝結(jié)器103內(nèi)的高溫高壓制冷劑經(jīng)由旁通路徑流通至水合物漿制造用蒸發(fā)器105內(nèi)，利用凝結(jié)器103內(nèi)的高溫高壓制冷劑所具有的熱量， 溶解去除附著在傳熱管內(nèi)的水合物。 (2)白天的運行
(2—1)儲熱利用運行 在白天，利用在水合物漿儲熱槽114內(nèi)儲熱的水合物漿所具有的 熱能(冷量)，執(zhí)行使熱利用側(cè)負(fù)載116側(cè)進行制冷的運行、即空調(diào) 運行。在圖21所示的空調(diào)設(shè)備進行儲熱利用運行的情況下，以上述 (M3)運行模式使該空調(diào)設(shè)備運行。在這種情況下，控制泵119，以 使得冷水/水合物漿熱交換器115上的冷水出口溫度達(dá)到目標(biāo)值(參照< 空調(diào)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)〉(4))。 (2 — 2)冷凍機追隨式運行 冷凍機追隨式運行是用于在為了供給使熱利用側(cè)負(fù)載116側(cè)進行 制冷所需的冷量，而僅依靠水合物漿儲熱槽114內(nèi)儲熱的水合物漿的 冷量并不充分的情況下，由另外制造的冷水的冷量彌補該不足量的空 調(diào)運行。
例如，在本發(fā)明涉及的冷凍機中，將冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104 而非水合物漿制造用蒸發(fā)器105與冷凍系統(tǒng)連接，構(gòu)成冷水制造用冷 凍系統(tǒng)，以上述(Ml)的運行模式使該空調(diào)設(shè)備運行。根據(jù)此時設(shè)置 在冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104出口側(cè)的溫度傳感器124，測量冷水出 口溫度，控制離心式壓縮機101的轉(zhuǎn)速，以使其出口溫度恒定。并且， 打開開閉閥128，將來自冷水/水合物漿熱交換器115的冷水和來自冷 水制造用滿液式蒸發(fā)器104的冷水輸送至熱利用側(cè)負(fù)載116。由此，將 兩種冷水所具有的冷能供給至熱利用側(cè)負(fù)載116。
作為另一個例子，首先將蓄積在水合物漿儲熱槽114中的水合物 槳所具有的冷能，利用冷水/水合物漿熱交換器115與冷水進行熱交換， 將該冷水所具有的冷能供給至熱利用側(cè)負(fù)載116，盡可能將其用盡(并 不一定必須用盡)。然后，以上述(Ml)的運行模式使該空調(diào)設(shè)備運 行，將在冷水制造用滿液式蒸發(fā)器104中制造的冷水所具有的冷能供 給至熱利用側(cè)負(fù)載116。
根據(jù)上述2個例子中的任意一個均可以實現(xiàn)追隨式運行。下面，在下面的實施例中，表示紊流形成單元的例子，該紊流形 成單元在本發(fā)明的水合物漿制造裝置所具有的傳熱管的內(nèi)部的原料溶 液或原料液漿的流動中形成紊流。
實施例4
圖22是作為紊流形成單元的例子，表示扭轉(zhuǎn)帶的圖。通過將扭轉(zhuǎn) 帶插入傳熱管內(nèi)，利用該扭轉(zhuǎn)帶使原料溶液或原料液漿的流動旋轉(zhuǎn)， 形成紊流而攪拌傳熱管內(nèi)壁面附近的分界層，從而可以促進對流熱傳 遞，提高從制冷劑向原料溶液或原料液漿的傳熱效率。
可以將扭轉(zhuǎn)帶插入傳熱管入口部等一部分中，也可以插入整個傳 熱管內(nèi)部。
圖23是表示作為紊流形成單元的其它例子，在傳熱管內(nèi)表面配置 凸起物(湍流促進器)的圖?？梢岳猛蛊鹞镌趥鳠峁軆?nèi)部的原料溶 液或原料液漿流動中形成紊流，對傳熱管內(nèi)壁面附近的分界層造成擾 動，促進對流熱傳遞，提高從制冷劑向原料溶液或原料液漿的傳熱效 率。
凸起物的形狀(圓筒、矩形、圓錐、平板)、尺寸(高度、寬度)、 安裝方式(直立、傾斜)、排列間隔及排列形狀(棋盤格、鋸齒狀等) 不限，選擇最適當(dāng)?shù)募纯?。另外，可以插入傳熱管入口部等一部分中?也可以插入整個傳熱管內(nèi)部。
下面，在以下的實施例中說明下述例子，g卩，在本發(fā)明的水合物 漿制造裝置上，在傳熱管內(nèi)壁面及外壁面中的至少一個面上，沿水溶 液或前述液漿流動的方向形成凹凸。
實施例5
圖24是作為在傳熱管內(nèi)壁面及外壁面上設(shè)置凹凸的管的例子，表 示波紋管的圖。在傳熱管內(nèi)壁面上以螺旋狀成型加工寬度較窄的凸部， 沿原料溶液或原料液漿流動的方向，形成被凸部夾持的凹部。
圖25是作為在傳熱管內(nèi)壁面上設(shè)置凹凸的管的例子，表示內(nèi)表面 帶槽管(溝紋管)的圖。在傳熱管內(nèi)壁上，以50度扭轉(zhuǎn)角的螺旋狀設(shè) 置深度為0.4mm的槽。
使用雙層管單管實驗裝置測量隨著傳熱管內(nèi)壁面的形狀，傳熱性能及壓力損失如何變化。圖26是表示管內(nèi)流速與熱通過率的關(guān)系的圖。
圖27是表示管內(nèi)流速與作為壓力損失測量的液漿壓差的關(guān)系的圖。
實驗中所用的傳熱管，使用內(nèi)表面光滑管(內(nèi)徑16.2mm)、內(nèi)表 面帶槽管(槽深0.4mm、槽數(shù)34/inch、日立電線制型號TE —正)、波 紋管(內(nèi)表面凸部高度0.6mm、凸部間距14mm、日立電線制型號 JISH3300)。
如圖26所示，與內(nèi)表面光滑管相比，熱通過率在內(nèi)表面帶槽管和 波紋管上增大14 32%。因為在內(nèi)表面帶槽管和波紋管上，在傳熱管 內(nèi)表面上以螺旋狀形成凸部，所以通過使原料溶液或原料液漿的流動 旋轉(zhuǎn)，使其產(chǎn)生紊流，攪拌傳熱管內(nèi)壁面附近的分界層，從而可以促 進對流熱傳遞，提高從制冷劑向原料溶液或原料液漿的傳熱效率。另 外，因為會使原料溶液或原料液漿流動旋轉(zhuǎn)，所以使與傳熱管內(nèi)壁面 的接觸面積即傳熱面積增大，進而可以提高傳熱效率。
另外，因為在傳熱管的內(nèi)壁面的凹部附著殘留生成的籠形水合物， 殘留的籠形水合物作為生成核起作用，所以可以更加容易地生成新的 籠形水合物。
另一方面，如圖27所示，與內(nèi)表面光滑管相比，壓力損失(液漿 壓差)在內(nèi)表面帶槽管和波紋管上增大30 88%。
傳熱管的壓力損失的增加，導(dǎo)致輸送原料溶液或原料液漿的泵的 動力增加。因此，在傳熱管內(nèi)壁面形狀的選定過程中，必須從作為熱 交換器的傳熱性能及泵動力這兩個方面選定適當(dāng)?shù)男螤睢?br> 圖28是表示在外壁面上設(shè)置凹凸的傳熱管的其它例子的圖。包括 在傳熱管的外壁面上帶有間隔短且較小的葉片的窄翅片管，和通過機 械加工'成型加工在外壁面上設(shè)置微小空腔、槽、流路構(gòu)造或微小凸起 的傳熱管等。
作為空腔加工管的例子，包括日立電線制"廿一乇二 ，七A，，(型 號TE — E)。其在外表面上形成微小開口部和在該外表面下將它們連 結(jié)的螺旋狀的流路，因為會連續(xù)且高效地產(chǎn)生由液態(tài)制冷劑進行熱交 換而產(chǎn)生的氣泡，所以可以得到非常高的蒸發(fā)傳熱性能?？涨患庸す?與窄翅片管相比，熱通過率高出10倍左右，大大提高蒸發(fā)傳熱性能。因為通過使用這種在外壁面上設(shè)置凹凸的傳熱管，傳熱管的傳熱 面積增加，所以可以提高從制冷劑向原料溶液或原料液槳的傳熱效率。 另外，即使將制冷劑溫度設(shè)定得較高，由于傳熱效率較高，所以也可 以制造籠形水合物漿，因此可以相對地減輕制冷劑的冷凍系統(tǒng)的負(fù)載， 或提高冷凍機的效率系數(shù)。
下面，對于在本發(fā)明的籠形水合物漿制造裝置中，溶解去除附著 在使原料溶液或原料液漿與制冷劑間進行熱交換的熱交換器的傳熱面 上的籠形水合物的運行(稱為溶解運行)進行說明。在下面的實施例 中說明下述例子，S卩，在圖16所示的本發(fā)明的一個實施方式涉及的籠 形水合物漿制造裝置上，熱交換器是壓縮式冷凍機的蒸發(fā)器，在壓縮 機、凝結(jié)器、減壓裝置、蒸發(fā)器依次利用配管連接而構(gòu)成冷凍環(huán)路的 情況下，進行籠形水合物漿制造裝置的溶解運行。
實施例6
實施例6說明籠形水合物制造裝置的溶解運行方法，即，在運行 利用由在熱交換器內(nèi)流動的制冷劑的冷卻而生成籠形水合物的冷凍環(huán) 路時，溶解并去除附著在該熱交換器的傳熱面上的籠形水合物。該籠 形水合物包括在構(gòu)成該冷凍環(huán)路的蒸發(fā)器內(nèi)生成的情況，還包括在與 該蒸發(fā)器分開設(shè)置的熱交換器上生成的情況。
該溶解運行方法利用在熱交換器內(nèi)流動的制冷劑冷卻籠形水合物 的客體混合物的水溶液，有利于從該水溶液穩(wěn)定地生成籠形水合物， 或保護該熱交換器，特別有利于大量、穩(wěn)定或連續(xù)地制造可以使籠形 水合物分散或懸浮在該水溶液中的籠形水合物的液漿。
在下面的說明中，以下提出的術(shù)語的定義或解釋如下。
(1) 所謂"制冷齊lj"及"熱介質(zhì)"，雖然有在術(shù)語文字表示上的差異 或水合物生成用、凝結(jié)用等的用途差異，但均表示可以蓄積熱能并進 行輸送的物質(zhì)。
(2) 在冷凍環(huán)路是使壓縮機、凝結(jié)器、減壓裝置、蒸發(fā)器依次由
配管連接，依次進行在該配管內(nèi)流通的制冷劑的壓縮、凝結(jié)、減壓及 蒸發(fā)的情況下，有時將該冷凍環(huán)路中的"壓縮機、凝結(jié)器及將它們連接的配管，以及凝結(jié)器、減壓裝置及將它們連接的配管的任何一個位置 或相應(yīng)位置之中"，簡稱為"特定區(qū)域"。
(3)所謂使制冷劑"正流"，是指在冷凍環(huán)路內(nèi)，使制冷劑沿壓縮
機、凝結(jié)器、減壓裝置及蒸發(fā)器這一順序的方向(圖29至31的所有
情況下均是逆時針方向)，通過連接這些設(shè)備或裝置的配管中的至少 一部分流動，所謂使制冷劑"逆流"，是指在冷凍環(huán)路內(nèi)，使制冷劑沿蒸
發(fā)器、減壓裝置、凝結(jié)器及壓縮機這一順序的方向(圖29至31的所 有情況下均是順時針方向)，通過連接這些設(shè)備或裝置的配管中的至 少一部分流動。
在通過與制冷劑進行熱交換，將籠形水合物的客體混合物的水溶 液冷卻，從該水溶液生成籠形水合物的情況下，有時在進行該熱交換 的熱交換器的傳熱面上會附著籠形水合物，使傳熱效率減低，或該附 著的籠形水合物成為物理障礙，引起配管堵塞或流通障礙。用于解決 這種問題的典型方法是，通過使與熱交換器接觸的原料溶液或原料液 漿的溫度上升，或使在熱交換器中流動的制冷劑的溫度上升，預(yù)先防 止籠形水合物的附著或使附著物溶解。
例如，已知下述方法，即，在利用原料溶液或原料液漿與制冷劑 經(jīng)由熱交換器的冷卻而生成該籠形水合物時，通過提高制冷劑溫度， 使附著在熱交換器傳熱面上的籠形水合物溶解，將其去除(參照特開 2004 — 93052號公報)。在特開2004 — 93052號公報中提出下述技術(shù)， 在利用由冷凍機降低溫度后的制冷劑，經(jīng)由籠形水合物生成用熱交換 器(蒸發(fā)器)冷卻原料溶液而制造籠形水合物漿的時候，在原料溶液 的循環(huán)系統(tǒng)被籠形水合物堵塞時，作為解除該堵塞的方法，通過停止 原料溶液的冷卻，向籠形水合物生成用熱交換器(蒸發(fā)器)供給冷凍 機中的高溫制冷劑，從而溶解去除籠形水合物。
在這里，作為快速地使籠形水合物生成用熱交換器內(nèi)的制冷劑溫 度上升的方法，或去除附著在該熱交換器的傳熱面上的籠形水合物的 方法，希望簡單且價廉，同時能量消耗也較低。
另一方面，已知在生成用于制造籠形水合物的熱能的冷凍環(huán)路， 是使壓縮機、凝結(jié)器、減壓裝置、蒸發(fā)器依次由配管連接，在該配管中流通的制冷劑依次進行壓縮、凝結(jié)、減壓及蒸發(fā)的結(jié)構(gòu)，在蒸發(fā)器 為籠形水合物生成用熱交換器的情況下，存在于前述壓縮機、前述凝 結(jié)器及將它們連接的配管，以及前述凝結(jié)器、前述減壓裝置及將它們 連接的配管中任意一處的制冷劑，與蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑相比為髙溫-高 壓狀態(tài)，在使壓縮機停止或減低其輸出時，與蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑相比， 該制冷劑(特別是凝結(jié)器內(nèi)的制冷劑及從壓縮機的排出口至凝結(jié)器的 配管內(nèi)的制冷劑)為高溫'高壓狀態(tài)。并且，將該制冷劑所具有的熱能
用于籠形水合物的溶解或去除，是在特開2004 — 93052號公報中公示 的技術(shù)。
但是，特開2004 — 93052號公報公示的技術(shù)，以下述方法為基礎(chǔ)， 即， 一邊繼續(xù)壓縮機的通常運行而不停止壓縮機或降低其輸出， 一邊 將該制冷劑所具有的熱能通過與構(gòu)成冷凍環(huán)路的配管分開設(shè)置的旁通 配管，向需要進行籠形水合物溶解或去除的蒸發(fā)器輸送，用于籠形水 合物的溶解或去除。具體地說，利用從壓縮機出口配管分支的高溫制 冷劑氣體供給旁通配管，供給高溫制冷劑氣體，或利用從凝結(jié)器出口 配管分支的高溫制冷劑液體供給旁通配管，向需要進行籠形水合物的 溶解或去除的蒸發(fā)器供給高溫制冷劑液體。因此，使用特開2004 — 93052號公報中公示的技術(shù)的籠形水合物的制造裝置，因為需要高溫制 冷劑氣體供給旁通配管或高溫制冷劑液體供給旁通配管，另外，使壓 縮機始終以額定輸出以上的狀態(tài)運行，以進行籠形水合物的溶解或去 除，所以存在裝置復(fù)雜化或成為高價裝置，消耗過量動力的問題。
在實施例6中說明的籠形水合物漿制造裝置的溶解運行方法，是 鑒于特開2004 — 93052號公報中公示的技術(shù)的問題而提出的，其著眼 于冷凍環(huán)路內(nèi)存在的比較高溫'高壓的制冷劑所具有的熱能，是簡單且 價廉，能量消耗也較低的溶解運行方法，使附著在籠形水合物生成用 熱交換器的傳熱面的籠形水合物溶解。
<實施例6的基本原理>
<蒸發(fā)器具有籠形水合物生成用熱交換器的情況> 圖29是表示實施例6的基本原理的圖。在圖29中，表示用于構(gòu) 成冷凍環(huán)路的設(shè)備即壓縮機、凝結(jié)器、減壓裝置、蒸發(fā)器由配管連結(jié)的狀態(tài)。
在冷凍環(huán)路中，在壓縮機運行過程中或剛停止之后，存在于壓縮 機、凝結(jié)器及將它們連結(jié)的配管，以及凝結(jié)器、減壓裝置及將它們連 結(jié)的配管中任意一處的制冷劑，與蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑相比，具有高壓-高 溫的熱能。由此，將在壓縮機運行過程中或剛停止之后，存在與蒸發(fā) 器內(nèi)的制冷劑相比具有高壓'高溫?zé)崮艿闹评鋭┑膮^(qū)域稱為特定區(qū)域， 在圖29中用帶陰影部分表示。
在壓縮機剛停止后或壓縮機輸出減少時，如果從蒸發(fā)器至壓縮機、 凝結(jié)器的配管中的閥門沒有閉鎖，則存在于壓縮機、凝結(jié)器及將它們 連接的配管中的制冷劑相對于蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑為高壓，所以其向壓 力較低的蒸發(fā)器反向流入而移動。由此，可以將具有高壓，高溫?zé)崮艿?制冷劑供給至蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度上升。
另外，在壓縮機剛停止后或壓縮機輸出減少時，如果從凝結(jié)器至 減壓裝置、蒸發(fā)器的配管中的閥門未閉鎖，則存在于凝結(jié)器、減壓裝 置及將它們連接的配管中的制冷劑，因為相比于蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑為 高壓，所以其向壓力低的蒸發(fā)器正向流動而移動。由此，可以將具有
高壓.高溫?zé)崮艿闹评鋭┕┙o至蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度上升。 另外，在壓縮機剛停止后或壓縮機輸出減少時，如果從蒸發(fā)器至 壓縮機、凝結(jié)器的配管上的闊門，及從凝結(jié)器至減壓裝置、蒸發(fā)器的 配管上的閥門未閉鎖，則存在于壓縮機、凝結(jié)器及將它們連接的配管， 以及凝結(jié)器、減壓裝置及將它們連接的配管中任意一個位置(特定區(qū) 域)處的制冷劑，因為與蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑相比為高壓，所以一部分 制冷劑向壓力低的蒸發(fā)器反向流動，其剩余的至少一部分正向流動而 移動。由此，可以將具有高壓'高溫?zé)崮艿闹评鋭┕┙o至蒸發(fā)器，使蒸 發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度上升。
在蒸發(fā)器具有籠形水合物生成用熱交換器的情況下，通過與制冷 劑進行熱交換，冷卻籠形水合物的客體混合物的水溶液，生成籠形水 合物。
在這種情況下，為了使附著在籠形水合物生成用熱交換器的傳熱 面上的籠形水合物溶解，可以按照上述方式將制冷劑所具有的熱能供給至蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度上升。
<蒸發(fā)器具有制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器的情況>
圖30是在圖29所示的實施例6的基本原理中，再追加下述內(nèi)容
的基本原理的說明圖，即，蒸發(fā)器具有制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器，該制 冷劑/熱介質(zhì)熱交換器是進行向籠形水合物生成用熱交換器傳遞熱能的 熱介質(zhì)和制冷劑的熱交換的熱交換器。
在設(shè)置于蒸發(fā)器的制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器上，利用制冷劑使熱介 質(zhì)進行熱交換而被冷卻，并在籠形水合物生成用熱交換器上，利用與 熱介質(zhì)的熱交換冷卻籠形水合物的客體化合物的水溶液，生成籠形水 合物作為籠形水合物。
為了使附著在籠形水合物生成用熱交換器的傳熱面上的籠形水合 物溶解，如上所述，可以將制冷劑所具有的熱能供給至蒸發(fā)器，使蒸 發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度上升，并通過與制冷劑的熱交換使熱介質(zhì)的溫度 上升，從而使籠形水合物生成用熱交換器內(nèi)的熱介質(zhì)溫度上升。
這種籠形水合物的溶解作用，是使用原本就存在于冷凍環(huán)路內(nèi)的 熱能、和構(gòu)成該冷凍環(huán)路的配管的結(jié)果，因為不需要特別的設(shè)備、裝 置、配管等，所以其簡單且價廉，有能量消耗也很低的效果。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以通過將特定區(qū)域中存在的制冷劑所具有 的熱能供給至蒸發(fā)器，實現(xiàn)簡單且價廉、能量消耗也較低的籠形水合 物漿制造裝置的溶解運行方法，使附著在籠形水合物生成用熱交換器 的傳熱面上的籠形水合物溶解。
此外，在蒸發(fā)器或該蒸發(fā)器所具有的熱交換器作為制冷劑/熱介質(zhì) 熱交換器起作用的情況下，將熱介質(zhì)所具有的熱能間接供給至設(shè)于冷 凍環(huán)路外的籠形水合物生成用熱交換器的方法，只要起到本發(fā)明的作
用效果，并不特別限定。該方法的具體例子是(i)通過另外設(shè)置的
配管，將該熱介質(zhì)供給至該籠形水合物生成用熱交換器，使其在該籠
形水合物生成用熱交換器內(nèi)流通；(ii)通過與該熱介質(zhì)進行至少1次 熱交換，將該熱能傳遞至其它熱介質(zhì)，將該其它熱介質(zhì)供給至該籠形 水合物生成用熱交換器，使其在該籠形水合物生成用熱交換器內(nèi)流通； 以及(iii)經(jīng)由與該熱介質(zhì)傳熱連接的傳熱部件，將該熱介質(zhì)所具有的能量傳遞至該籠形水合物生成用熱交換器。
另外，在本發(fā)明中，在將冷凍環(huán)路的特定區(qū)域中存在的制冷劑所 具有的熱能供給至蒸發(fā)器時，如果是經(jīng)過構(gòu)成該冷凍環(huán)路的配管，艮口， 直接利用該冷凍環(huán)路的結(jié)構(gòu)而使該制冷劑移動，則因為更簡單且價廉， 所以優(yōu)選。通過構(gòu)成該冷凍環(huán)路的配管而使該制冷劑移動的方向，因 例如冷凍系統(tǒng)的構(gòu)造(例如減壓裝置的種類或構(gòu)造)或操作方法等而 不同，可以是正流方向、逆流方向及兩個方向中的任意一個。這在下 述情況下也相同。
如果對于上述冷凍環(huán)路，在運行中使壓縮機停止或減少其輸出， 則在特定區(qū)域中，處于相對高溫'高壓狀態(tài)的制冷劑蒸汽向相對低溫-低 壓狀態(tài)側(cè)移動。其移動方向有正流方向的情況，有反流方向的情況， 也有雙向的情況，是其中的哪一個，則根據(jù)冷凍環(huán)路的構(gòu)造(例如減 壓裝置的種類或構(gòu)造)或操作方法等不同。但是，因為在作為其移動 目標(biāo)的處于低溫，低壓狀態(tài)一側(cè)存在蒸發(fā)器，所以其結(jié)果，處于相對高 溫-高壓的狀態(tài)的制冷劑的蒸汽向蒸發(fā)器移動。由此，蒸發(fā)器或該蒸發(fā) 器所具有的熱交換器在作為籠形水合物生成用熱交換器起作用的情況
下，或在作為制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器起作用的情況下，處于相對高 溫-高壓狀態(tài)的制冷劑所具有的熱能傳遞至籠形水合物生成用熱交換器 的傳熱面，使附著在該傳熱面上的籠形水合物溶解。
更詳細(xì)地說，在蒸發(fā)器或該蒸發(fā)器所具有的熱交換器作為籠形水 合物生成用熱交換器起作用的情況下，將該較高溫'高壓制冷劑所具有 的熱能供給至蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度上升至籠形水合物熔 點或該熔點以上，使籠形水合物生成用熱交換器的傳熱面的溫度上升， 使附著在該傳熱面上的該籠形水合物溶解。
另外，在蒸發(fā)器或該蒸發(fā)器所具有的熱交換器作為制冷劑/熱介質(zhì) 熱交換器起作用的情況下，利用該熱能使蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑溫度上升， 使與該制冷劑進行熱交換的熱介質(zhì)溫度上升，使制冷劑/熱介質(zhì)熱交換 器的溫度、進而是熱介質(zhì)的溫度上升。并且，通過將該熱介質(zhì)所具有 的熱能直接或間接供給至設(shè)置在冷凍環(huán)路之外的籠形水合物生成用熱 交換器，使籠形水合物生成用熱交換器的傳熱面的溫度上升，使附著在該傳熱面上的該籠形水合物溶解。
這種籠形水合物的溶解，是使用原本就存在于冷凍環(huán)路內(nèi)的熱能 的結(jié)果，因為不需要特別的設(shè)備、裝置、配管等，所以其簡單且價廉， 能量消耗也較低。而且，因為可以在壓縮機的停止或輸出減少這種冷 凍環(huán)路中，通過通常進行的運行操作而實現(xiàn)，另外，可以直接利用特 定區(qū)域及將蒸發(fā)器與特定區(qū)域連接的配管這種冷凍環(huán)路的結(jié)構(gòu)而實 現(xiàn)，所以更加簡單且價廉。
另外，也不需要特開2004 — 93052號公報中公示的這種籠形水合 物的溶解操作中，使壓縮機以額定輸出以上的狀態(tài)運行，不會消耗過 量的動力。
因此，根據(jù)實施例6，因為通過使壓縮機停止或使其輸出降低， 而將存在于特定區(qū)域中的制冷劑所具有的熱能供給至蒸發(fā)器，所以可 以實現(xiàn)更加簡單且價廉，能量消耗也較低的籠形水合物漿制造裝置的 溶解運行方法，使附著在籠形水合物生成用熱交換器的傳熱面上的籠 形水合物溶解。
此外，實施例6的特征在于，將存在于冷凍環(huán)路的特定區(qū)域中的 制冷劑具有的熱能供給至蒸發(fā)器，但如果著眼于該制冷劑的聚集容易
程度(也就是熱能較多)，則在該特定區(qū)域中，將存在于壓縮機和凝 結(jié)器及將它們連接的配管中任意一處的制冷劑所具有的熱能供給至蒸 發(fā)器是有效的，特別是將在凝結(jié)器內(nèi)存在的制冷劑所具有的熱能供給 至蒸發(fā)器更高效。
根據(jù)以下的實施例7及實施例8，具體地說明實施例6。
實施例7
本實施例7是蒸發(fā)器209或該蒸發(fā)器所具有的熱交換器是籠形水 合物生成用熱交換器的情況。 <裝置的說明>
圖31是本發(fā)明的實施例7的說明圖。由電動機201驅(qū)動的壓縮機 203、凝結(jié)器205、減壓裝置207 (銳孔或流量調(diào)整閥)、及蒸發(fā)器209 以及將它們連接的配管211構(gòu)成冷凍機單元，通過啟動冷凍機單元而 構(gòu)成冷凍環(huán)路。在壓縮機203的進氣側(cè)設(shè)置入口引導(dǎo)葉片213。壓縮機203優(yōu)選離心式壓縮機，但不限于此。在壓縮機203為離 心式的情況下，減壓裝置207多為銳孔。
另外，用于使冷卻水循環(huán)的冷卻水配管215與凝結(jié)器205連接， 在冷卻水配管215上設(shè)置冷卻水泵217、冷卻塔219。并且，由凝結(jié)器 205、冷卻塔219及冷卻水泵217以及將它們連接的冷卻水配管215構(gòu) 成凝結(jié)用熱介質(zhì)(水)的循環(huán)環(huán)路。
與構(gòu)成冷凍環(huán)路的蒸發(fā)器209相當(dāng)?shù)幕\形水合物生成用熱交換器 209是管殼式熱交換器，其構(gòu)成籠形水合物漿制造裝置的主要部分。向 該管殼式熱交換器的管側(cè)供給原料溶液或原料液漿，利用殼體側(cè)的氟 利昂制冷劑(這里是R134a)蒸發(fā)時的冷量，經(jīng)由管的傳熱面，將原料 溶液或原料液漿冷卻。由該冷卻而生成籠形水合物。通過使所生成的 籠形水合物分散或懸浮在原料溶液或原料液漿中，制造籠形水合物漿。
向籠形水合物生成用熱交換器209的管側(cè)供給原料溶液或原料液 漿的原料流路221,具有貯存原料溶液或原料液漿的貯存箱223 (在制 造開始時貯存有原料溶液)，和設(shè)置在貯存箱223下游測的供給泵225。 在使用籠形水合物漿作為儲熱式空調(diào)系統(tǒng)的儲熱劑或冷量輸送介質(zhì)的 情況下，貯存箱223作為儲熱槽而貯存籠形水合物漿，在空調(diào)運行時 向熱利用設(shè)備供給籠形水合物漿。
雖未圖示，但在凝結(jié)器205、蒸發(fā)器209上設(shè)置壓力計、溫度計， 在蒸發(fā)器209的籠形水合物漿側(cè)的出入口也設(shè)置溫度計、壓差計、流
在按照上述方式構(gòu)成的冷凍環(huán)路中，由壓縮機203升壓后的高溫 制冷劑氣體被送入凝結(jié)器205。向凝結(jié)器205的管側(cè)，從冷卻塔219經(jīng) 由冷卻水泵217供給冷卻水，由該冷卻水冷卻上述制冷劑氣體而使其 凝結(jié)，成為高壓制冷劑液體。高壓制冷劑液體利用減壓裝置207 (銳孔 或流量調(diào)整閥)減壓，送入蒸發(fā)器209。在蒸發(fā)器209蒸發(fā)的制冷劑氣 體經(jīng)過入口引導(dǎo)葉片213，供給至壓縮機203。
另一方面，向籠形水合物生成用熱交換器209的管側(cè)供給原料溶 液或原料液漿，利用殼體側(cè)制冷劑蒸發(fā)的冷量，經(jīng)由管的傳熱面將原 料溶液或原料液漿冷卻，如上所述，制造籠形水合物漿。<運行方法>
在本實施例中，使用濃度14.4wtn/。的四正丁基溴化銨水溶液(以 下稱為"TBAB水溶液")作為原料溶液。該濃度的TBAB水溶液的水 合物生成開始溫度約為8°C。
籠形水合物漿制造裝置的運行按照下述方式進行。
為了達(dá)到規(guī)定流量，調(diào)整供給泵225的變換器，將原料溶液或原 料液漿供給至籠形水合物生成用熱交換器209內(nèi)，然后，啟動冷凍環(huán) 路和凝結(jié)用熱介質(zhì)的循環(huán)環(huán)路，在籠形水合物生成用熱交換器209中 使制冷劑蒸發(fā)，將原料溶液或原料液槳冷卻，生成籠形水合物，制造 籠形水合物漿。
調(diào)節(jié)冷凍機單元的壓縮機203，將籠形水合物生成用熱交換器209 的制冷劑溫度保持為恒定，連續(xù)進行籠形水合物漿的制造。
如果使用R134a作為氟利昂制冷劑，則在蒸發(fā)器9內(nèi)蒸發(fā)時的制 冷劑溫度約為2 4t:(飽和壓力0.31 0.34MPa)。另外，如果在凝結(jié) 器5中，冷卻水溫度為32'C,則凝結(jié)器5內(nèi)的制冷劑溫度為32 38'C (飽和壓力0.82 0.96MPa)。
如果測量籠形水合物生成用熱交換器209的籠形水合物漿出口與 入口的壓差，則觀測到壓差逐漸增加，這說明，在管內(nèi)壁面上附著籠 形水合物而附著厚度增加，壓力損失增加。在籠形水合物的附著厚度 增加，壓力損失增加而籠形水合物漿出口和入口的壓差高于預(yù)先給定 的規(guī)定值時，進行以下的溶解運行。
在籠形水合物生成用熱交換器209內(nèi)的管內(nèi)，如果連續(xù)進行籠形 水合物槳制造，則在管內(nèi)壁面上會附著籠形水合物，壓力損失增加， 而且，壓力損失過大，原料溶液、原料液漿及籠形水合物漿的流通出 現(xiàn)障礙，進而產(chǎn)生堵塞，無法進行穩(wěn)定的籠形水合物漿制造。因此， 為了穩(wěn)定制造籠形水合物漿，進行溶解'去除附著在籠形水合物生成用 熱交換器209內(nèi)的管內(nèi)壁面上的水合物的溶解運行。
該溶解運行按照下述方式進行。使壓縮機203的運行停止。根據(jù)需要，使冷卻水泵217停止，使 凝結(jié)用熱介質(zhì)的循環(huán)環(huán)路也停止。將入口引導(dǎo)葉片213完全打開，另 外，將作為減壓裝置的流量調(diào)節(jié)閥207打開。由此，形成制冷劑在冷 凍環(huán)路內(nèi)沿與冷凍環(huán)路工作時(壓縮機運行時)相反的方向(反向流 動的方向)循環(huán)的路徑。
在剛要停止壓縮機203的運行之前，凝結(jié)器205內(nèi)的制冷劑是高 壓高溫，另一方面，蒸發(fā)器209內(nèi)的制冷劑是低壓低溫。
在這種狀態(tài)下，如果形成制冷劑沿反方向循環(huán)的路徑，則凝結(jié)器 205內(nèi)的高壓'高溫制冷劑氣體在壓縮機203中反向流動，進入蒸發(fā)器 209，在蒸發(fā)器209內(nèi)因為低溫而凝結(jié)。凝結(jié)器205內(nèi)的制冷劑的壓力-溫 度降低，而蒸發(fā)器209內(nèi)的制冷劑的壓力.溫度上升，在壓縮機運行時 的凝結(jié)器205和蒸發(fā)器209的制冷劑的壓力。溫度的中間值達(dá)到平衡。 雖然與各自的制冷劑量有關(guān)，但其值大概是10 20°C (壓力為0.4 0.6MPa)。通過使蒸發(fā)器209內(nèi)的制冷劑溫度上升，使蒸發(fā)器內(nèi)存在 的籠形水合物溶解。更具體地說，供給至蒸發(fā)器209即籠形水合物生 成用熱交換器209的制冷劑溫度上升，由此溶解并去除附著在管內(nèi)壁 面上的水合物。
在測量籠形水合物生成用熱交換器209的籠形水合物漿出口與入 口的壓差，認(rèn)為降低至未附著籠形水合物的制造開始時的壓差的情況 下，或可以利用其它方法確認(rèn)完全溶解去除了附著的籠形水合物的情 況下，使壓縮機3 (在使凝結(jié)用熱介質(zhì)的循環(huán)環(huán)路停止的情況下也使該 循環(huán)環(huán)路)啟動，重新開始籠形水合物漿制造運行。 (調(diào)整凝結(jié)用熱介質(zhì)(冷卻水)的溫度的操作)
在通過停止上述壓縮機203的運行而使高溫高壓制冷劑從凝結(jié)器 5反向流動至蒸發(fā)器209，使蒸發(fā)器209內(nèi)的制冷劑溫度上升的操作， 無法將附著在管內(nèi)壁面上的水合物完全溶解的情況下，或蒸發(fā)器209 內(nèi)的制冷劑溫度低于籠形水合物熔點的情況下，也可以取代該操作， 或在該操作的基礎(chǔ)上，進行調(diào)整供給至凝結(jié)器205的凝結(jié)用熱介質(zhì)溫 度的操作。
要調(diào)整供給至凝結(jié)器205的凝結(jié)用熱介質(zhì)的溫度，則停止冷凍機單元的壓縮機3，使供給至凝結(jié)器205的凝結(jié)用熱介質(zhì)的循環(huán)環(huán)路的冷
卻塔風(fēng)扇和冷卻水泵217工作，調(diào)整凝結(jié)用熱介質(zhì)的溫度。如果在外
部氣體溫度大于或等于籠形水合物熔點時，使冷卻塔風(fēng)扇及冷卻水泵
217工作，則凝結(jié)用熱介質(zhì)(冷卻水)因為會上升至大概外部氣體溫度 (準(zhǔn)確地說是外部氣體濕球溫度)，所以可以使凝結(jié)器205內(nèi)的制冷 劑溫度上升至大概外部氣體溫度，其結(jié)果，籠形水合物生成用熱交換 器209內(nèi)的制冷劑溫度也上升至大概外部氣體溫度。由此，因為會達(dá) 到大于或等于籠形水合物熔點的溫度，所以可以使附著在籠形水合物 生成用熱交換器209的傳熱面上的籠形水合物溶解。
此外，在外部氣體溫度小于或等于籠形水合物熔點時，無法使凝 結(jié)器205及蒸發(fā)器209內(nèi)的溫度上升至大于或等于籠形水合物熔點。 但是，在具有上述籠形水合物生成用熱交換器的籠形水合物漿制造裝 置的實際使用中，只要是將該籠形水合物漿作為制冷用儲熱材料使用 就沒有問題。這是因為，如果外部氣體溫度低于籠形水合物的熔點， 則通常不需要使用籠形水合物漿作為儲熱材料。
將開始溶解運行的時刻設(shè)定為下述時刻是有效的，即，測量與籠 形水合物漿制造裝置的工作狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)，根據(jù)參數(shù)測量結(jié)果，檢 測到籠形水合物向籠形水合物生成用熱交換器209的傳熱面的附著， 或表示該傾向的籠形水合物漿制造裝置的工作狀態(tài)的變化時。
在本實施例中，以籠形水合物生成用熱交換器209的籠形水合物 漿出口與入口的壓差或壓力損失作為該參數(shù)，但不限于此。例如，可 以使用在籠形水合物生成用熱交換器中流通的籠形水合物漿的流量及 流速，籠形水合物生成用熱交換器的入口和出口處的原料溶液、原料 液漿或籠形水合物漿的溫度，籠形水合物生成用熱交換器中的原料溶 液，原料液漿或籠形水合物漿的交換熱量，從籠形水合物生成用熱交 換器取出的籠形水合物漿的固相率(籠形水合物在籠形水合物漿中占 有的重量比例)，籠形水合物生成用熱交換器入口和出口處的制冷劑 溫度，籠形水合物生成用熱交換器中的制冷劑交換熱量等作為該參數(shù)， 可以檢測、監(jiān)視上述值，在其超過規(guī)定的值時，轉(zhuǎn)入溶解運行。(補充事項)
1) 在上述說明中，說明將凝結(jié)器205內(nèi)的制冷劑所具有的熱能供 給至蒸發(fā)器209的情況，但嚴(yán)格地說，應(yīng)這樣說明將包含凝結(jié)器5 在內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)存在的制冷劑所具有的熱能供給至蒸發(fā)器209。特別 地，如果考慮可以將熱能供給至蒸發(fā)器209的制冷劑在特定區(qū)域中的 量的分布，則因為凝結(jié)器9內(nèi)存在的制冷劑更多，所以即使以凝結(jié)器 209內(nèi)的制冷劑所具有的熱能被供給至蒸發(fā)器209進行說明，雖然準(zhǔn)確 性較差，但并非錯誤。
2) 在上述說明中，對于通過將入口引導(dǎo)葉片213完全打開，將流 量調(diào)節(jié)閥207打開，從而使特定區(qū)域中存在的制冷劑反向流動的情況 進行了說明，但該制冷劑中的至少一部分可以朝向蒸發(fā)器209而沿正 向流動方向移動。使用銳孔作為減壓裝置207的情況也相同，至少一 部分制冷劑可以朝向蒸發(fā)器209而沿正向流動方向移動。特別是，多 少程度的量的制冷劑向正向流動方向、反向流動方向或各方向移動， 根據(jù)冷凍環(huán)路的裝置結(jié)構(gòu)或構(gòu)造、入口引導(dǎo)葉片213或減壓裝置207 的種類，構(gòu)造的選擇、打開程度等而不同。
3) 在上述說明中，對于使壓縮機203的運行停止的情況進行說明， 但因為在使壓縮機203的輸出降低的情況下，在特定區(qū)域中存在的制 冷劑也是相對的高溫.高壓，所以如果將該制冷劑所具有的熱能供給至 蒸發(fā)器，也可以溶解去除其中存在的籠形水合物。在這種情況下，雖 然輸出降低，但因為壓縮機203動作而使制冷劑向正向流動方向移動， 所以特定區(qū)域中存在的制冷劑很難反向流動。因此，如果該制冷劑到 達(dá)蒸發(fā)器209，可以預(yù)料到，其中不少的部分是向正向流動方向移動， 被供給至蒸發(fā)器209的。
實施例8
本實施例8是蒸發(fā)器或該蒸發(fā)器所具有的熱交換器是制冷劑/熱介 質(zhì)熱交換器241的情況，其使在籠形水合物生成用熱交換器231上與 原料溶液進行熱交換的熱介質(zhì)和冷凍環(huán)路的制冷劑進行熱交換。<裝置的說明> 圖32是實施例8的說明圖。
籠形水合物生成用熱交換器231是1流路結(jié)構(gòu)的管殼式熱交換器，
其在加工SUS304制的標(biāo)稱直徑150A的鋼管而得到的殼體內(nèi)，配置27 根外徑17.3mm、內(nèi)徑14mm的SUS304制管。原料溶液或原料液漿在 管內(nèi)流動，熱介質(zhì)在殼體側(cè)流動。
向籠形水合物生成用熱交換器231的管側(cè)供給原料溶液或原料液 漿的原料流路233具有貯存箱235，其貯存原料溶液或原料液漿(在 制造開始時貯存有原料溶液)；以及供給泵237，其設(shè)置在貯存箱235 的下游測。
送入籠形水合物生成用熱交換器231的原料溶液或原料液漿的流 量，由安裝在供給泵237上的變換器，調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速而將其調(diào)整為規(guī)
向籠形水合物生成用熱交換器231的殼體側(cè)，通過熱介質(zhì)回路 239，供給氟利昂制冷劑R134a作為熱介質(zhì)。在熱介質(zhì)回路239中，設(shè) 置制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器241、氣液分離器243、熱介質(zhì)泵245。向制 冷劑/熱介質(zhì)熱交換器241，輸送由具有壓縮機247、凝結(jié)器249、減壓 裝置251(膨脹閥251)的冷凍機單元253冷卻后的氟利昂制冷劑R404a， 與熱介質(zhì)R134a進行熱交換。
由壓縮機247、凝結(jié)器249、減壓裝置251 (膨脹闊251)、蒸發(fā) 器以及將它們連接的配管構(gòu)成冷凍機單元253，蒸發(fā)器相當(dāng)于制冷劑/ 熱介質(zhì)熱交換器41。
另外，凝結(jié)器249與用于使冷卻水循環(huán)的冷卻水配管255連接， 在冷卻水配管255上設(shè)置冷卻水泵257、冷卻塔259。并且，由凝結(jié)器 249、冷卻塔259、冷卻水泵257以及將它們連接的冷卻水配管255構(gòu) 成凝結(jié)用熱介質(zhì)(水)的循環(huán)環(huán)路。
由壓縮機247升壓后的高溫制冷劑氣體(氟利昂制冷劑R404a) 被送入凝結(jié)器249。向凝結(jié)器249的管側(cè)，從冷卻塔259經(jīng)由冷卻水泵 257供給冷卻水，由該冷卻水將制冷劑氣體冷卻而使其凝結(jié)，得到高壓 制冷劑液體。高壓制冷劑液體被減壓裝置251 (膨脹閥251)減壓，送入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器蒸發(fā)出的氣體被壓縮機247吸入。
作為蒸發(fā)器的制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器41是管殼式熱交換器，其 使熱介質(zhì)(R134a)向管側(cè)流入，在殼體側(cè)的制冷劑(R404a)蒸發(fā)時， 將熱介質(zhì)冷卻。
由制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器241冷卻而得到的約2t;的熱介質(zhì)，由 熱介質(zhì)泵245，經(jīng)由氣液分離器243，供給至籠形水合物生成用熱交換 器231的殼體內(nèi)，通過在殼體內(nèi)將熱介質(zhì)液體的一部分蒸發(fā)，將管內(nèi) 的原料溶液或原料液漿冷卻，生成籠形水合物，制造籠形水合物漿。 蒸發(fā)后的熱介質(zhì)氣體和熱介質(zhì)液體返回氣液分離器243。
由氣液分離器243分離的熱介質(zhì)氣體，被送入制冷劑/熱介質(zhì)熱交 換器241而被冷卻凝結(jié)，成為液態(tài)熱介質(zhì)后，返回氣液分離器243。
此外，雖未圖示，但設(shè)有壓差計，其測量送入籠形水合物生成 用熱交換器231的原料溶液或原料液漿的籠形水合物生成用熱交換器 231的出口與入口的壓差；溫度計，其測量從籠形水合物生成用熱交換 器231取出的籠形水合物漿的溫度；以及溫度計，其測量熱介質(zhì)的溫 度。
<運行方法>
作為原料溶液使用濃度14.4wty。的TBAB水溶液。該TBAB水溶 液的水合物生成開始溫度約為8°C。 [籠形水合物制造運行]
為了成為規(guī)定流量，調(diào)整循環(huán)泵的變換器而使原料溶液或原料液 漿在循環(huán)流路中循環(huán)，然后，啟動冷凍機單元253、凝結(jié)用熱介質(zhì)的循 環(huán)環(huán)路及熱介質(zhì)泵245，在制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器241中使制冷劑蒸 發(fā)而將熱介質(zhì)冷卻，將冷卻后的熱介質(zhì)送入籠形水合物生成用熱交換 器231內(nèi)，將管內(nèi)的原料溶液或原料液漿冷卻，制造籠形水合物漿。
調(diào)節(jié)冷凍機單元253的壓縮機247而將制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器 241的制冷劑溫度保持為恒定，將籠形水合物生成用熱交換器231的熱 介質(zhì)溫度保持為恒定，連續(xù)地進行籠形水合物漿的制造。
測量籠形水合物生成用熱交換器 的籠形水合物槳出口與入口 的壓差后發(fā)現(xiàn)其逐漸增加，這表示在管內(nèi)壁面上附著籠形水合物，附著厚度增加，壓力損失增加。 [溶解運行〗
圖33是表示籠形水合物生成用熱交換器231的出口與入口的壓 差、從籠形水合物生成用熱交換器231取出的籠形水合物漿的溫度與 熱介質(zhì)溫度的隨時間變化的曲線。
在圖33中，橫軸表示從籠形水合物漿制造開始經(jīng)過幾十分鐘后的 時間，左側(cè)縱軸表示籠形水合物漿的溫度和熱介質(zhì)的溫度，右側(cè)縱軸 表示壓差。
可知如果從籠形水合物漿的制造開始經(jīng)過幾十分鐘，則籠形水合 物生成用熱交換器231出口與入口的壓差上升至27.5kPa,在管內(nèi)壁面 附著籠形水合物，壓力損失增大。
因此，在23分時，如果使冷凍機停止，使凝結(jié)器249的高溫高壓 的制冷劑反向流動至蒸發(fā)器即制冷劑/熱介質(zhì)熱交換器241，則熱介質(zhì) 被加熱，籠形水合物生成用熱交換器31內(nèi)的熱介質(zhì)如圖33所示，其 溫度升高。
通過使籠形水合物生成用熱交換器231的殼體內(nèi)的熱介質(zhì)溫度上 升，溶解去除附著在管內(nèi)壁面上的籠形水合物，壓差降低。在使冷凍 機停止24分鐘后，降低至籠形水合物漿制造開始時未附著籠形水合物 時的壓差18kPa。
因為降低至未附著籠形水合物的水合物漿制造開始時的壓差，所 以可以確認(rèn)，已經(jīng)完全溶解去除了附著的籠形水合物。
然后，啟動冷凍機，重新開始籠形水合物漿制造運行。 (調(diào)整凝結(jié)用熱介質(zhì)溫度的操作)
作為使附著在管內(nèi)壁面上的籠形水合物溶解的運行，也可以取代 使冷凍機停止、使凝結(jié)器249的高溫高壓制冷劑反向流動至蒸發(fā)器而 使熱介質(zhì)溫度上升的操作，或在該操作基礎(chǔ)上，進行調(diào)整供給至凝結(jié) 器249的凝結(jié)用熱介質(zhì)的溫度的操作。
要調(diào)整供給至凝結(jié)器249的凝結(jié)用熱介質(zhì)溫度，則使冷凍機的壓 縮機247停止，使供給至凝結(jié)器249的凝結(jié)用熱介質(zhì)的循環(huán)環(huán)路的冷 卻塔風(fēng)扇和冷卻泵257工作，調(diào)整凝結(jié)用熱介質(zhì)的溫度。如果在外部氣體溫度大于或等于籠形水合物熔點時使冷卻塔風(fēng)扇及冷卻水泵257 工作，則因為冷卻水會上升至大概外部氣體溫度(準(zhǔn)確地說是外部氣
體濕球溫度)，所以可以使凝結(jié)器249內(nèi)的制冷劑溫度上升至大致外 部氣體溫度，其結(jié)果，籠形水合物生成用熱交換器231內(nèi)的熱介質(zhì)溫 度也上升至大概外部氣體溫度。由此，可以使熱介質(zhì)溫度成為至少大 于或等于籠形水合物熔點的溫度，使附著在籠形水合物生成用熱交換 器231的傳熱面上的籠形水合物溶解。
特別地，在僅通過使冷凍機停止，使凝結(jié)器249的高溫高壓制冷 劑反向流動至蒸發(fā)器而使熱介質(zhì)溫度上升的操作，無法使附著在籠形 水合物生成用熱交換器231的傳熱面上的籠形水合物溶解的情況下， 或籠形水合物生成用熱交換器231內(nèi)的熱介質(zhì)溫度僅上升至小于或等 于籠形水合物熔點的溫度的情況下，進行調(diào)整供給至凝結(jié)器249的凝 結(jié)用熱介質(zhì)的溫度的操作有效。
權(quán)利要求
1.一種籠形水合物漿的制造方法，其具有下述工序，即，使籠形水合物的客體化合物的水溶液或由前述籠形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而形成的液漿，在傳熱管的內(nèi)部流動，通過與位于前述傳熱管外圍的制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述液漿中生成前述籠形水合物，其特征在于，利用在前述傳熱管內(nèi)部流動的前述水溶液或前述液漿流動的力，抑制在與前述制冷劑進行熱交換的過程中附著在前述傳熱管的內(nèi)壁面上的前述籠形水合物的量的增加。
2. —種籠形水合物漿的制造方法，其具有下述工序，即，使籠形水合物的客體化合物的水溶液或由前述籠形水合物分散或懸浮在 前述水溶液或水中而形成的液漿，在傳熱管的內(nèi)部流動，通過與位于 前述傳熱管外圍的制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述液漿中生 成前述籠形水合物， 其特征在于，利用前述水溶液或前述液漿流動的力，去除在與前述制冷劑迸 行熱交換的過程中附著在前述傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一 部分，同時殘留其剩余部分而使該剩余部分包覆前述傳熱管的內(nèi)壁 面。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的籠形水合物漿的制造方法，其特征 在于，使通過前述傳熱管的前述水溶液或前述液漿的一部分或全部， 回流到該傳熱管中。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的籠形水合物漿的制造方法，其特征 在于，具有調(diào)整前述制冷劑的溫度的工序。
5. 如權(quán)利要求4所述的籠形水合物漿的制造方法，其特征在于， 將前述制冷劑的溫度調(diào)整至低于前述籠形水合物的凝固點的低溫，且接近凝固點的溫度或與流入傳熱管內(nèi)部的前述水溶液或前述液 漿的溫度接近的溫度。
6. —種籠形水合物漿的制造裝置，其具有 多個傳熱管；制冷劑供給裝置，其向各傳熱管的外圍供給制冷劑； 原液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi)部供給籠形水合物的客體化合物的水溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而成的液漿；以及流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速， 該籠形水合物漿的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述液漿中生成前述籠形水合物， 其特征在于，利用流速設(shè)定裝置設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速，以利用 在各傳熱管內(nèi)部流動的前述水溶液或前述液漿流動的力，抑制附著在 各傳熱管的內(nèi)壁面上的前述籠形水合物的量的增加。
7. —種籠形水合物漿的制造裝置，其具有 多個傳熱管；制冷劑供給裝置，其向各傳熱管的外圍供給制冷劑； 原液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi)部供給籠形水合物的客體化合物的水溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而成的液漿；以及流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速， 該籠形水合物漿的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述液漿中生成前述籠形水合物，其特征在于，利用流速設(shè)定裝置設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速，以利用 前述水溶液或前述液漿流動的力，去除附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的 籠形水合物的一部分，并殘留其剩余部分而使該剩余部分包覆各傳熱 管的內(nèi)壁面。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的籠形水合物漿的制造裝置，其特征在于，具有紊流形成單元，其在向各傳熱管的內(nèi)部供給的前述水溶液 或前述液槳的流動中形成紊流。
9. 如權(quán)利要求6或7所述的籠形水合物漿的制造裝置，其特征在于，在各傳熱管的內(nèi)壁面及外壁面中的至少一個表面上，沿前述水 溶液或前述液漿流動的方向形成凹凸。
10. 如權(quán)利要求6或7所述的籠形水合物漿的制造裝置，其特征在于，具有循環(huán)裝置，其使通過前述傳熱管的前述水溶液或前述液漿 的一部分或全部回流到該傳熱管中。
11. 如權(quán)利要求6或7所述的籠形水合物漿的制造裝置，其特征在于，具有制冷劑溫度調(diào)整裝置，其調(diào)整前述制冷劑的溫度。
12. —種籠形水合物漿的制造裝置的運行方法，該籠形水合物漿 的制造裝置具有多個傳熱管；制冷劑供給裝置，其向各傳熱管的外圍供給制冷劑； 原液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi)部供給籠形水合物的客體化合物的水溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中 而成的液漿；流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速；以及 循環(huán)裝置，其使通過各傳熱管的前述水溶液或前述液漿的一部分或全部，總是或根據(jù)需要回流至該傳熱管中，該籠形水合物槳的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述液槳中生成前述籠形水合物，該籠形水合物漿的制造裝置的運行方法的特征在于， 在前述制造裝置的初始運行時、停止后的重新運行時或性能確認(rèn)運行時，利用前述水溶液或前述液漿流動的力，去除附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一部分，同時殘留其剩余部分而使該剩余部分包覆各傳熱管的內(nèi)壁面。
13. —種籠形水合物漿的制造裝置的運行方法，該籠形水合物漿 的制造裝置具有多個傳熱管；制冷劑供給裝置，其向各傳熱管的外圍供給制冷劑； 制冷劑溫度調(diào)整裝置，其調(diào)整前述制冷劑的溫度； 原液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi)部供給籠形水合物的客體化合物的水溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而成的液漿；流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速；以及 循環(huán)裝置，其使通過各傳熱管的前述水溶液或前述液漿的一部分或全部，總是或根據(jù)需要回流至該傳熱管中，該籠形水合物漿的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述液漿中生成前述籠形水合物，該籠形水合物漿的制造裝置的運行方法的特征在于， 在前述制造裝置的初始運行時、停止后的重新運行時或性能確認(rèn)運行時，由前述制冷劑溫度調(diào)整裝置將前述制冷劑的溫度設(shè)定為高于前述籠形水合物的凝固點的溫度，利用前述水溶液或前述液漿流動的力，去除附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一部分，同時 殘留其剩余部分而使該剩余部分包覆各傳熱管的內(nèi)壁面。
14. —種籠形水合物漿的制造裝置的運行方法，該籠形水合物漿 的制造裝置具有-多個傳熱管；制冷劑供給裝置，其向各傳熱管的外圍供給制冷劑； 制冷劑溫度調(diào)整裝置，其調(diào)整前述制冷劑的溫度； 原液供給裝置，其向各傳熱管的內(nèi)部供給籠形水合物的客體化合物的水溶液或?qū)⑶笆龌\形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而成的液漿；流速設(shè)定裝置，其設(shè)定前述水溶液或前述液漿的流速；以及 循環(huán)裝置，其使通過各傳熱管的前述水溶液或前述液漿的一部分或全部，總是或根據(jù)需要回流至該傳熱管中，該籠形水合物漿的制造裝置，通過與前述制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述液漿中生成前述籠形水合物，該籠形水合物漿的制造裝置的運行方法的特征在于， 在前述制造裝置的通常運行時，由前述制冷劑溫度調(diào)整裝置抑制前述制冷劑的溫度變化，利用前述水溶液或前述液漿流動的力，去除附著在各傳熱管的內(nèi)壁面上的籠形水合物的一部分，同時殘留其剩余部分而使該剩余部分包覆各傳熱管的內(nèi)壁面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種技術(shù)，其可以維持由附著在熱交換器的熱交換面上的籠形水合物得到的新的籠形水合物的生成促進效果這一優(yōu)點，并長時間穩(wěn)定地制造籠形水合物漿。其為一種籠形水合物漿的制造方法，具有下述工序，即，使籠形水合物的客體化合物的水溶液或由前述籠形水合物分散或懸浮在前述水溶液或水中而形成的液漿，流入傳熱管的內(nèi)部，通過與位于前述傳熱管的外圍的制冷劑進行熱交換，在前述水溶液或前述液漿中生成前述籠形水合物，該制造方法的特征在于，利用在前述傳熱管內(nèi)部流動的前述水溶液或前述液漿流動的力，抑制在與前述制冷劑進行熱交換的過程中附著在前述傳熱管內(nèi)壁面上的前述籠形水合物的量的增加。
文檔編號F24F5/00GK101568768SQ20078004820
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月25日
發(fā)明者井田博之, 古本直行, 生越英雅 申請人:杰富意工程株式會社