JP4744359B2 - Gas hydrate cooling apparatus and method - Google Patents
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ガスハイドレートを除熱源に利用した冷却装置及び方法に関する。 The present invention relates to a cooling apparatus and method using gas hydrate as a heat removal source.
冷却装置には除熱源が必要であるが、近年、ガスハイドレートの有する冷熱を除熱源として利用する様々な技術が開発されている。例えば、特許文献1では、ガスハイドレートそのものを除熱源に利用する技術の他、ガスハイドレートの脱水時に生じる水を除熱源に利用する技術が開示されている。
しかし、特許文献1に開示された技術では、ガスハイドレートから生じる水の温度が0℃以上(大気圧下)となるので、0℃以下の温度に冷却する冷凍システムではこの水を除熱源として利用できないという課題があった。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the temperature of water generated from the gas hydrate is 0 ° C. or higher (under atmospheric pressure), so this water is used as a heat removal source in a refrigeration system that cools to a temperature of 0 ° C. or lower. There was a problem that it could not be used.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ガスハイドレートから分離して生じる水を利用して0℃以下に冷却できる冷却装置及び方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the cooling device and method which can be cooled to below 0 degreeC using the water which isolate | separates from a gas hydrate.
第1の発明は、ガスハイドレードを除熱源とする冷却装置であって、
前記ガスハイドレートを貯蔵するタンクと、
水に凝固点降下剤を溶かした水溶液であって前記ガスハイドレートに熱を供給してガスと水とに分解するための気化用水を前記タンクに供給する気化用水供給部と、
前記ガスハイドレートが分離して生成された分解水と前記気化用水とが前記タンクで混合して生成された回収水を前記タンクから回収する回収部と、
前記回収水の冷熱により冷媒を冷却する熱交換器と、
前記回収水の前記凝固点降下剤の濃度を高めて前記気化用水として再生させる気化用水再生部と、
を備えることを特徴とする冷却装置である。
1st invention is the cooling device which uses gas hydrate as a heat removal source,
A tank for storing the gas hydrate;
A vaporization water supply unit that is an aqueous solution in which a freezing point depressant is dissolved in water, and supplies vaporization water for supplying heat to the gas hydrate to decompose it into gas and water;
A recovery unit for recovering from the tank recovered water generated by mixing the cracked water generated by separating the gas hydrate and the water for vaporization in the tank;
A heat exchanger that cools the refrigerant with cold heat of the recovered water;
A vaporizing water regeneration unit for increasing the concentration of the freezing point depressant of the recovered water and regenerating it as the vaporizing water;
It is provided with this.
第2の発明は、第1の発明に記載の冷却装置であって、
前記気化用水再生部は、浸透膜で前記回収水から水を分離することを特徴とする冷却装置である。
2nd invention is the cooling device as described in 1st invention, Comprising:
The vaporization water regeneration unit is a cooling device that separates water from the recovered water with an osmosis membrane.
第3の発明は、第2の発明に記載の冷却装置であって、
前記気化用水再生部は、前記タンク内のガス圧力を利用して前記回収水に圧力を掛けることを特徴とする冷却装置である。
3rd invention is the cooling device as described in 2nd invention, Comprising:
The vaporization water regeneration unit is a cooling device that applies pressure to the recovered water using gas pressure in the tank.
第4の発明は、第3の発明に記載の冷却装置であって、
前記気化用水再生部の前記回収水に掛ける圧力を調節する圧力調節部を備えることを特徴とする冷却装置である。
4th invention is the cooling device as described in 3rd invention, Comprising:
A cooling device comprising: a pressure adjusting unit that adjusts a pressure applied to the recovered water of the vaporizing water regeneration unit.
第5の発明は、第1の発明に記載の冷却装置であって、
前記気化用水再生部は、前記回収水の水分を蒸発させることで前記回収水に含まれる凝固点降下剤の濃度を高めることを特徴とする冷却装置である。
5th invention is the cooling device as described in 1st invention, Comprising:
The vaporization water regeneration unit is a cooling device characterized in that the concentration of the freezing point depressant contained in the recovered water is increased by evaporating the water of the recovered water.
第6の発明は、第1〜第5の発明に記載の冷却装置であって、
前記気化用水供給部は、前記気化用水再生部で再生された前記気化用水の一部のみを前記タンクに供給することを特徴とする冷却装置である。
6th invention is the cooling device as described in 1st-5th invention, Comprising:
The vaporization water supply unit supplies only a part of the vaporization water regenerated by the vaporization water regeneration unit to the tank.
本発明によれば、ガスハイドレートから分離して生じる水を利用して0℃以下に冷却できる冷却装置及び方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling device and method which can be cooled to 0 degrees C or less using the water which isolate | separates from gas hydrate can be provided.
図1は、本発明の一実施形態である冷却装置1の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態の冷却装置1は、タンク10、気化用水供給部12、回収部14、熱交換器20、気化用水再生部30、気化用水調節バルブ46、ポンプ47、ガス圧調節バルブ63などを備えている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a cooling device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the cooling device 1 of the present embodiment includes a
タンク10は、耐圧性及び断熱性に優れた、ガスハイドレートを貯蔵することのできるタンクである。なお、本発明で用いるガスハイドレートのゲストガスには、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、水素等の可燃ガスを用いてもよく、この場合には発生したガスを燃料として用いることができる。また、ゲストガスとして窒素、酸素や二酸化炭素等のガスを用いてもよい。
The
気化用水供給部12は、ガスハイドレートに熱を供給してガスと水とに分解するための気化用水をタンク10に供給する。これにより、タンク10に貯蔵されたガスハイドレートが水とガスとに分解され、この分解して生成された分解水と気化用水供給部12により供給された気化用水とがタンク10で混合して回収水となる。
The vaporization
なお、本発明で用いる気化用水は、塩化カルシウムや塩化ナトリウム、塩化アンモニウムなどの凝固点降下剤を水に溶かした水溶液であって凝固点が0℃よりも低い液体である。 The water for vaporization used in the present invention is an aqueous solution in which a freezing point depressant such as calcium chloride, sodium chloride or ammonium chloride is dissolved in water, and is a liquid having a freezing point lower than 0 ° C.
一方で、ガスハイドレートから分離生成されるガスは、配管61を通じて送られて、適宜利用することができる。例えば、ガスハイドレートのゲストガスが可燃ガスであれば、燃料として用いることができる。 On the other hand, the gas separated and generated from the gas hydrate is sent through the pipe 61 and can be used as appropriate. For example, if the gas hydrate guest gas is a combustible gas, it can be used as a fuel.
回収部14は、タンク10で生成された回収水を回収する。ここで回収された回収水は、配管41を通じて熱交換器20に送られる。
The
熱交換器20は、回収水と冷媒との間で熱交換させることにより冷媒を冷却する。ここで冷却された冷媒は、配管51を通じて冷凍や冷蔵、冷房などの用途に利用される。また、冷媒から熱の供給を受けた回収水は、ポンプ47により配管42を通じて気化用水再生部30に送られる。
The
気化用水再生部30では、回収水を気化用水と水とに分離する。すなわち、タンク10においてはガスハイドレートから分離生成された分解水と気化用水とが混合されており、回収水における凝固点降下剤の濃度は当初の気化用水と比べて低下している。そこで、回収水の中の水を一部除去して濃度を高めて気化用水を再生する。ここでの分離は、回収水に浸透圧以上の圧力を加え、回収水中の水のみ浸透膜に透過させることで、濃度を高めてもよい。また、回収水の一部を蒸発させることで回収水に含まれる水を減少させ、濃度を高めてもよい。
The vaporizing
なお、気化用水再生部30において、浸透膜を用いる場合、ガス配管61及び62を通じてタンク10内のガスを供給することにより、回収水に圧力をかけて、分離を促進してもよい。その場合、ガス配管62にガス圧力調節バルブ63を設けて回収水に加える圧力を調節し、気化用水再生部30で生成する気化用水の量及び濃度を調節することとしてもよい。すなわち、ガス圧力調節バルブ63で圧力を高めれば、回収水にかかる圧力が上がり、回収水中の水が浸透膜を透過するのを促進するので、高濃度の気化用水を再生できる。一方、ガス圧力調節バルブ63で圧力を下げれば、回収水にかかる圧力が下がり、回収水中の水が浸透膜を透過するのを抑制するので、低濃度の気化用水を生成できる。このように、ガス圧力調節バルブ63を備えれば、気化用水の凝固点降下剤の濃度を調節することができる。
When the osmosis membrane is used in the vaporization
気化用水再生部30において、回収水から分離されて生じる水は、適宜利用することができる。
The water generated by separating from the recovered water in the vaporization
気化用水再生部30で再生された気化用水は、配管43を通じて気化用水供給部12に供給される。その際、気化用水再生部30で生成された気化用水を全て配管45を通じてタンク10に供給することとしてもよいが、気化用水再生部30で再生された気化用水の一部を配管44に分流させて回収部14に供給することとしてもよい。この配管44に分流させる気化用水の水量は、気化用水量調節バルブ46により調節できるようにしてもよい。
The vaporization water regenerated by the vaporization
以上の通り、本実施形態の冷却装置1によれば、ガスハイドレートが分解することにより生じる分解水を利用して0℃以下に冷却できる冷却装置及び方法を提供することができる。すなわち、大気圧下では水は0℃で凝固するが、本実施形態では、塩化カルシウム等の凝固点降下剤を溶かした気化用水を用いることにより、混合水の凝固点を0℃より低下させて、0℃以下の除熱源を得ることができる。よって、熱交換器20により冷媒を0℃以下に冷却して、冷凍など0℃以下であることが必要な用途へも利用可能とすることができる。
As described above, according to the cooling device 1 of the present embodiment, it is possible to provide a cooling device and a method capable of cooling to 0 ° C. or lower using the decomposition water generated by the decomposition of the gas hydrate. That is, although water solidifies at 0 ° C. under atmospheric pressure, in this embodiment, by using vaporizing water in which a freezing point depressant such as calcium chloride is dissolved, the freezing point of mixed water is lowered from 0 ° C. A heat removal source having a temperature of ℃ or less can be obtained. Therefore, the refrigerant can be cooled to 0 ° C. or lower by the
なお、本実施形態において、気化用水調節バルブ46で配管44へ分流させる気化用水の水量を増加させれば、タンク10のガスハイドレートへの熱の供給量が減少し、ガスハイドレートの分離を抑制することができるとともに、回収水の温度を上げることができるので、熱交換器20での冷媒の過冷却を防止することができる。一方で、気化用水調節バルブ46で配管44へ分流させる気化用水の水量を増加させれば、タンク10のガスハイドレートへの熱の供給が増加し、ガスハイドレートの分離を促進することができるとともに、回収水の温度を下げることができるので、熱交換器20において冷媒をより低い温度に冷却することができる。
In this embodiment, if the amount of water for vaporization diverted to the
なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。 In addition, the description of the above embodiment is for facilitating understanding of the present invention, and does not limit the present invention. It goes without saying that the present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and that the present invention includes equivalents thereof.
1 冷却装置
10 ハイドレート貯蔵タンク
12 気化用水供給部
14 回収部
20 熱交換器
30 気化用水再生部
41,42,43,44,45 配管
46 気化用水量調節バルブ
47 ポンプ
51 冷媒用配管
61,62 ガス配管
63 ガス圧調節バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記ガスハイドレートを貯蔵するタンクと、
水に凝固点降下剤を溶かした水溶液であって前記ガスハイドレートに熱を供給してガスと水とに分解するための気化用水を、前記タンクに供給する気化用水供給部と、
前記ガスハイドレートが分離して生成された分解水と前記気化用水とが前記タンクで混合して生成された回収水を前記タンクから回収する回収部と、
前記回収水の冷熱により冷媒を冷却する熱交換器と、
前記回収水の前記凝固点降下剤の濃度を高めて前記気化用水として再生させる気化用水再生部と、
を備えることを特徴とする冷却装置。 A cooling device using gas hydride as a heat removal source,
A tank for storing the gas hydrate;
A vaporization water supply unit that supplies an aqueous solution in which a freezing point depressant is dissolved in water to supply heat to the gas hydrate and decompose it into gas and water;
A recovery unit for recovering from the tank recovered water generated by mixing the cracked water generated by separating the gas hydrate and the water for vaporization in the tank;
A heat exchanger that cools the refrigerant with cold heat of the recovered water;
A vaporizing water regeneration unit for increasing the concentration of the freezing point depressant of the recovered water and regenerating it as the vaporizing water;
A cooling device comprising:
前記気化用水再生部は、浸透膜で前記回収水から水を分離することを特徴とする冷却装置。 The cooling device according to claim 1,
The vaporizing water regeneration unit separates water from the recovered water with an osmosis membrane.
前記気化用水再生部は、前記タンク内のガス圧力を利用して前記回収水に圧力を掛けることを特徴とする冷却装置。 The cooling device according to claim 2,
The cooling apparatus according to claim 1, wherein the vaporization water regeneration unit applies a pressure to the recovered water using a gas pressure in the tank.
前記気化用水再生部の前記回収水に掛ける圧力を調節する圧力調節部を備えることを特徴とする冷却装置。 The cooling device according to claim 3,
A cooling device comprising: a pressure adjusting unit that adjusts a pressure applied to the recovered water of the vaporizing water regeneration unit.
前記気化用水再生部は、前記回収水の水分を蒸発させることで前記回収水に含まれる凝固点降下剤の濃度を高めることを特徴とする冷却装置。 The cooling device according to claim 1,
The vaporizing water regeneration unit increases the concentration of a freezing point depressant contained in the recovered water by evaporating the water of the recovered water.
前記気化用水供給部は、前記気化用水再生部で再生された前記気化用水の一部のみを前記タンクに供給することを特徴とする冷却装置。 The cooling device according to claim 1,
The cooling device, wherein the vaporization water supply unit supplies only a part of the vaporization water regenerated by the vaporization water regeneration unit to the tank.
前記ガスハイドレートをタンクに貯蔵するステップと、
水に凝固点降下剤を溶かした水溶液であって前記ガスハイドレートに熱を供給してガスと水とに分解するための気化用水を前記タンクに供給するステップと、
前記ガスハイドレートが分離して生成された分解水と前記気化用水とが前記タンクで混合して生成された回収水を前記タンクから回収するステップと、
前記回収水の冷熱により冷媒を冷却するステップと、
前記回収水の前記凝固点降下剤の濃度を高めて前記気化用水として再生させるステップと、
を含むことを特徴とする冷却方法。
A cooling method using gas hydride as a heat removal source,
Storing the gas hydrate in a tank;
An aqueous solution in which a freezing point depressant is dissolved in water, supplying heat to the gas hydrate to supply vaporizing water for decomposition into gas and water to the tank;
Recovering recovered water generated by mixing the cracked water generated by separating the gas hydrate and the vaporizing water in the tank from the tank;
Cooling the refrigerant with cold heat of the recovered water;
Increasing the concentration of the freezing point depressant of the recovered water and regenerating as the water for vaporization;
The cooling method characterized by including.
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