JP2004347166A - Cold storage device using microcapsule, and heat exchanger - Google Patents
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- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、0℃以下の冷熱を潜熱型マイクロカプセルを用いて蓄冷する蓄冷装置および熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
冷熱を有効に利用するための蓄冷技術としては、0℃付近では氷蓄熱技術、それ以下の温度領域では例えばボイルオフガスの再液化等の、相変化物質を用いた潜熱型蓄冷技術がある(例えば、特許文献1〜3参照)。しかしながら、氷蓄熱の場合には温度的な問題があり、相変化物質を使用する場合には直接熱交換できないことによる効率的な問題等があった。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−263997号公報
【0004】
【特許文献2】
特開平5−263998号公報
【0005】
【特許文献3】
特開平8−270897号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、各種温度領域に対応が可能であり、かつ蓄冷および放冷の際の熱交換効率が高い蓄冷装置および熱交換器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討を行った結果、相変化温度が0℃以下の相変化物質を内包したマイクロカプセル型潜熱蓄冷材を用いて蓄冷および熱交換することにより、上記目的が達成されることを見出した。
【0008】
すなわち、本発明は、下記に示すとおりの蓄冷装置および熱交換器を提供するものである。
項1. 温度に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質であって、その相変化温度が−160℃〜0℃である相変化物質を内包するマイクロカプセルからなる蓄冷材を有する蓄冷装置。
項2. 相変化物質の相変化温度が−160℃以上−60℃未満である項1に記載の蓄冷装置。
項3. 冷熱源からの冷熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて蓄冷する項1または2に記載の蓄冷装置。(図1,3)
項4. 冷熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、冷熱源からの冷熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して蓄冷材に蓄冷される項1または2に記載の蓄冷装置。(図2)
項5. 前記マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体を有する項1または2に記載の蓄冷装置。(図4,5)
項6. 冷熱媒体が流れる伝熱管が蓄冷装置内の上部に設けられ、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して蓄冷材に蓄冷させる項5に記載の蓄冷装置。(図5)
項7. 項3に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。(図1)
項8. 項3に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。(図3)
項9. 項4に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。(図2)
項10. 項5に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。(図4,5)
項11. 項6に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して下部に設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。(図5)
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるマイクロカプセルは、相変化物質を皮膜形成材により内包したものである。
【0010】
マイクロカプセルの製造方法としては、複合エマルジョン法によるカプセル化法(特開昭62−1452号公報)、蓄熱材粒子の表面に熱可塑性樹脂を噴霧する方法(特開昭62−45680号公報)、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂を形成する方法(特開昭62−149334号公報)、蓄熱材粒子の表面でモノマーを重合させ被覆する方法(特開昭62−225241号公報)、界面重縮合反応によるポリアミド皮膜マイクロカプセルの製法(特開平2−258052号公報)等の一般的な方法を用いることができる。
【0011】
マイクロカプセルの皮膜形成材としては、界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹脂、またゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられるが、本発明の如き相変化物質を内包するマイクロカプセルの場合には、インサイチュー法によるメラミンホルマリン樹脂および尿素ホルマリン樹脂が好ましい。
【0012】
本発明で用いられるマイクロカプセルの平均粒子径は0.5〜1000μm、好ましくは1〜500μmに設定することにより物理的圧力にも破壊することのないマイクロカプセルが得られる。この粒子径の範囲より小さいと耐熱性が低下し、またこの範囲より大きいと物理的強度が低下するため好ましくない。
【0013】
本発明で用いられる相変化物質は、相変化温度(例えば、融点)が−160℃〜0℃の範囲の物質であり、具体的には脂肪族炭化水素化合物(パラフィン類化合物)や、プロピオン酸、カプロン酸、リノール酸等の脂肪酸類、ベンジルアルコール等のアルコール類、ジヘプチルフタレート、ジブチルアジペートメチルアセチルリシノレート等のエステル化合物、および無機塩類などが使用可能であるが、炭素数が5〜13の直鎖の脂肪族炭化水素化合物は蓄熱容量も多いために好ましい相変化物質として挙げられる。さらに本発明において好ましいマイクロカプセル化法であるインサイチュー法のメラミンホルマリン樹脂、尿素ホルマリン樹脂と組み合わせることにより、緻密性の高い高強度のマイクロカプセルが得られるために好ましい相変化物質として挙げられる。これらの相変化物質中には、必要に応じて過冷却防止材、比重調節材、劣化防止剤等を添加することができる。
【0014】
相変化温度が−160℃以上−60℃未満の範囲の相変化物質としては、炭素数が5〜7の直鎖の脂肪族炭化水素化合物が挙げられ、低温用として好ましい。
【0015】
図1〜5は、本発明の蓄冷装置および熱交換器の実施の形態の概略的な構成を示す。
【0016】
図1においては、蓄冷装置5に蓄冷材6が充填されている。蓄冷装置5には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置5に入るための配管1、および蓄冷装置5から出た冷熱媒体が通る配管2が設けられている。また、蓄冷装置5には、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置5に入るための配管3、および蓄冷装置5から出た温熱媒体が通る配管4が設けられている。配管1を通って蓄冷装置5に入った冷熱媒体は、蓄冷装置5に充填されている蓄冷材6に接触しながら通過し、下方の配管2を通って出ていく。冷熱媒体が蓄冷材6に接触することにより、冷熱媒体が有していた冷熱が蓄冷材6に直接的に蓄冷される。冷熱媒体としては、液化天然ガス、低温天然ガス等を使用することができる。次いで、配管3を通って温熱媒体が蓄冷装置5に入り、蓄冷装置5に充填されている蓄冷材6に接触しながら通過し、上方の配管4を通って出ていく。温熱媒体が蓄冷材6に接触することにより、蓄冷材6が有していた冷熱が直接的に放冷される。すなわち、蓄冷材6に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。温熱媒体としては、ブタン、二酸化炭素、水等を使用することができる。このように、媒体と蓄冷材が接触して直接的に熱交換が可能であるため、極めて高い効率で熱交換することができる。
【0017】
図2においても、蓄冷装置5に蓄冷材6が充填されている。蓄冷装置5には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置5に入るための配管1、および蓄冷装置5から出た冷熱媒体が通る配管2が設けられており、配管1と配管2はU字形の伝熱管(金属管)8で連結されている。この伝熱管8は、蓄冷装置5の内部において蓄冷材6に接触している。また、蓄冷装置5には、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置5に入るための配管3、および蓄冷装置5から出た温熱媒体が通る配管4が設けられている。配管1を通って蓄冷装置5に入った冷熱媒体は、伝熱管8を通り、配管2を通って出ていく。冷熱媒体が伝熱管8の内部を流れることにより、冷熱媒体が有していた冷熱が伝熱管8を介して蓄冷材6に蓄冷される。一方、配管3を通って温熱媒体が蓄冷装置5に入り、蓄冷装置5に充填されている蓄冷材6に接触しながら通過し、上方の配管4を通って出ていく。温熱媒体が蓄冷材6に接触することにより、蓄冷材6が有していた冷熱が直接的に放冷される。すなわち、蓄冷材6に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、冷熱媒体と温熱媒体の混合を防止しながら、高い効率で熱交換することができる。伝熱管8にはフィンが設けられていてもよい。
【0018】
図3においては、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置5に入るための配管3と、蓄冷装置5から出た温熱媒体が通る配管4とが、U字形の伝熱管(金属管)9で連結されている。この伝熱管9は、蓄冷装置5の内部において蓄冷材6に接触している。配管1を通って蓄冷装置5に入った冷熱媒体は、蓄冷装置5に充填されている蓄冷材6に接触しながら通過し、下方の配管2を通って出ていく。冷熱媒体が蓄冷材6に接触することにより、冷熱媒体が有していた冷熱が蓄冷材6に直接的に蓄冷される。一方、配管3を通って蓄冷装置5に入った温熱媒体は、伝熱管9を通り、配管4を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管9の内部を流れることにより、蓄冷材6が有していた冷熱が伝熱管9を介して放冷される。すなわち、蓄冷材6に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、冷熱媒体と温熱媒体の混合を防止しながら、高い効率で熱交換することができる。伝熱管9にはフィンが設けられていてもよい。
【0019】
図4においては、蓄冷装置5の上半分に蓄冷材6が充填されている。蓄冷装置5には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置5に入るための配管1、および蓄冷装置5から出た冷熱媒体が通る配管2が設けられており、配管1と配管2はU字形の伝熱管(金属管)8で連結されている。この伝熱管8は、蓄冷装置5の内部において蓄冷材6に接触している。蓄冷装置5の下方部においては、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置5に入るための配管3と、蓄冷装置5から出た温熱媒体が通る配管4とが、U字形の伝熱管(金属管)9で連結されている。また、蓄冷装置5の下方部には、マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体7が充填されており、伝熱管9は、伝熱冷媒体7に接触している。伝熱冷媒体7としては、プロパン、代替フロン等を使用することができる。配管1を通って蓄冷装置5に入った冷熱媒体は、伝熱管8を通り、配管2を通って出ていく。冷熱媒体が伝熱管8の内部を流れることにより、冷熱媒体が有していた冷熱が伝熱管8を介して蓄冷材6に蓄冷される。一方、配管3を通って蓄冷装置5に入った温熱媒体は、伝熱管9を通り、配管4を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管9の内部を流れることにより、伝熱冷媒体7が加熱されて気化する。この気体が上方の蓄冷材6と接触して直接的に熱交換し、冷却されて液体に変化して下方部に戻る。このような蓄冷と放冷の繰返しにより、冷熱と温熱とが熱交換される。伝熱冷媒体7が介在することにより、温熱媒体の過度の冷却が防止される。伝熱管8,9にはフィンが設けられていてもよい。
【0020】
図5においては、蓄冷材6が蓄冷装置5のほぼ中央部に充填されている点で図4の場合と異なる。すなわち、伝熱管8が、蓄冷材6に接触していない。配管1を通って蓄冷装置5に入った冷熱媒体は、伝熱管8を通り、配管2を通って出ていく。一方、配管3を通って蓄冷装置5に入った温熱媒体は、伝熱管9を通り、配管4を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管9の内部を流れることにより、伝熱冷媒体7が加熱されて気化する。この気体がほぼ中央部にある蓄冷材6を通過し、さらに上にある伝熱管8と接触して熱交換し、冷却されて液体に変化して下方部に戻る。その際に、蓄冷材6に接触しながら通過し、伝熱冷媒体7が有していた冷熱が蓄冷材6に蓄冷される。なお、蓄冷材6の温度が高い場合には、蓄冷材6と接触した伝熱冷媒体7が加熱されて気化し、上方の伝熱管8と接触して冷却されて液体に変化して下方部に戻る。このような蓄冷と放冷の繰返しにより、冷熱と温熱とが熱交換される。伝熱冷媒体7が介在することにより、温熱媒体の過度の冷却が防止される。また、このような熱交換器は、蓄冷材6が過度に冷却されるのを防止する必要がある場合に有効である。伝熱管8,9にはフィンが設けられていてもよい。
【0021】
【発明の効果】
本発明の蓄冷装置および熱交換器は、各種温度領域に対応が可能であり、かつ蓄冷および放冷の際の熱交換効率が高い。
【0022】
本発明で用いられる蓄冷材は、その蓄冷に物質の相変化に際して生じる潜熱を利用するものであることから、蓄冷量がきわめて大きい。しかも、従来の、単に相変化物質をそのまま用いるものと異なり、相変化物質がマイクロカプセルに封入されているため、相変化物質をそのまま蓄冷媒体として用いる場合の欠点である間接熱交による効率の低下および冷却部での固形化による熱交換効率の低下の改善が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱交換器の一例を示す概略図である。
【図2】本発明の熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図3】本発明の熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図4】本発明の熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図5】本発明の熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 配管
2 配管
3 配管
4 配管
5 蓄冷装置
6 蓄冷材
7 伝熱冷媒体
8 伝熱管
9 伝熱管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cool storage device and a heat exchanger for storing cold heat of 0 ° C. or less using latent heat type microcapsules.
[0002]
[Prior art]
As a cold storage technique for effectively utilizing cold heat, there is a latent heat type cold storage technique using a phase change material such as an ice heat storage technique near 0 ° C. and a reliquefaction of a boil-off gas in a temperature range lower than 0 ° C. (for example, ,
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-263997 [0004]
[Patent Document 2]
JP-A-5-263998
[Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-27097
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a regenerator and a heat exchanger that can cope with various temperature ranges and have high heat exchange efficiency during cold storage and cooling.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies and as a result, have found that the above object can be achieved by performing cold storage and heat exchange using a microcapsule-type latent heat storage material containing a phase change substance having a phase change temperature of 0 ° C. or less. Was found.
[0008]
That is, the present invention provides a cold storage device and a heat exchanger as described below.
Item 9.
Item 10.
Item 11. Item having a regenerator, wherein a heat transfer tube through which a heating medium flows is provided at a lower portion in contact with the heat transfer medium, and a heating medium from a heat source flows through the inside of the heat transfer tube. A heat exchanger for exchanging heat between cold stored in the cold storage material via the heat transfer tube and the heat transfer refrigerant and heat of the heating medium. (FIG. 5)
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The microcapsule used in the present invention is one in which a phase change substance is encapsulated by a film forming material.
[0010]
Examples of the method for producing microcapsules include encapsulation by a composite emulsion method (JP-A-62-1452), a method of spraying a thermoplastic resin on the surface of heat storage material particles (JP-A-62-45680), A method of forming a thermoplastic resin in the liquid on the surface of heat storage material particles (JP-A-62-149334), and a method of polymerizing and coating a monomer on the surface of the heat storage material particles (JP-A-62-225241). A general method such as a method for producing a polyamide-coated microcapsule by an interfacial polycondensation reaction (JP-A-2-258052) can be used.
[0011]
As the film forming material of the microcapsules, interfacial polymerization, obtained by a method such as in situ method, polystyrene, polyacrylonitrile, polyamide, polyacrylamide, ethylcellulose, polyurethane, aminoplast resin, gelatin and carboxymethylcellulose or gum arabic Synthetic or natural resins utilizing the coacervation method described above are used. In the case of a microcapsule containing a phase change substance as in the present invention, a melamine formalin resin and a urea formalin resin by an in situ method are preferable.
[0012]
By setting the average particle size of the microcapsules used in the present invention to 0.5 to 1000 μm, preferably 1 to 500 μm, microcapsules that do not break even under physical pressure can be obtained. If the particle size is smaller than this range, the heat resistance decreases, and if it is larger than this range, the physical strength decreases, which is not preferable.
[0013]
The phase change substance used in the present invention is a substance having a phase change temperature (for example, melting point) in the range of -160 ° C to 0 ° C, and specifically, an aliphatic hydrocarbon compound (paraffin compound), propionic acid, or the like. , Caproic acid, fatty acids such as linoleic acid, alcohols such as benzyl alcohol, ester compounds such as diheptyl phthalate, dibutyl adipate methyl acetyl ricinoleate, and inorganic salts. Is a preferable phase change substance because of its high heat storage capacity. Further, the combination with a melamine formalin resin or an urea formalin resin of an in situ method, which is a preferred microencapsulation method in the present invention, can be mentioned as a preferable phase change substance since a high-density microcapsule with high density can be obtained. If necessary, a supercooling preventing material, a specific gravity adjusting material, a deterioration preventing agent and the like can be added to these phase change materials.
[0014]
Examples of the phase change substance having a phase change temperature of −160 ° C. or more and less than −60 ° C. include a linear aliphatic hydrocarbon compound having 5 to 7 carbon atoms, which is preferable for a low temperature use.
[0015]
1 to 5 show a schematic configuration of an embodiment of a regenerator and a heat exchanger according to the present invention.
[0016]
In FIG. 1, a
[0017]
In FIG. 2 as well, the
[0018]
In FIG. 3, a
[0019]
In FIG. 4, the
[0020]
FIG. 5 differs from the case of FIG. 4 in that the
[0021]
【The invention's effect】
INDUSTRIAL APPLICABILITY The regenerator and the heat exchanger of the present invention can cope with various temperature ranges, and have high heat exchange efficiency during regenerative storage and cooling.
[0022]
The cold storage material used in the present invention utilizes the latent heat generated during the phase change of the substance for the cold storage, and therefore has a very large amount of cold storage. In addition, unlike the conventional case where the phase change material is simply used as it is, the phase change material is encapsulated in microcapsules, so the efficiency is reduced due to indirect heat exchange, which is a drawback when the phase change material is used as it is as a refrigerant storage medium. In addition, it is possible to improve a decrease in heat exchange efficiency due to solidification in the cooling unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the heat exchanger of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the heat exchanger of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing another example of the heat exchanger of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of the heat exchanger of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing another example of the heat exchanger of the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (11)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2003142016A JP2004347166A (en) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | Cold storage device using microcapsule, and heat exchanger |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109780911A (en) * | 2019-01-09 | 2019-05-21 | 青岛海尔空调器有限总公司 | A kind of energy source station |
-
2003
- 2003-05-20 JP JP2003142016A patent/JP2004347166A/en active Pending
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CN109780911A (en) * | 2019-01-09 | 2019-05-21 | 青岛海尔空调器有限总公司 | A kind of energy source station |
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