JP2021021348A - Heat transport system and control method of heat transport system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱輸送システムに関する。 The present invention relates to a heat transport system.
従来、自動車の冷却系等で採用されている、液体の熱輸送流体を用いた熱輸送システムでは、冬季の気温低下による熱輸送流体の凍結を抑制する技術が検討されている。例えば、特許文献1には、熱輸送流体の状態(連続相と分散相)を調整することにより、熱輸送流体の凍結を抑制する技術が開示されている。
Conventionally, in a heat transport system using a liquid heat transport fluid, which has been adopted in a cooling system of an automobile or the like, a technique for suppressing freezing of the heat transport fluid due to a decrease in temperature in winter has been studied. For example,
また、不凍液を添加することにより、熱輸送流体の凍結を抑制する技術も採用されている。熱輸送システムの使用温度域が、夏季と冬季とで大きく異なるため、冬季の熱輸送流体の凍結抑制のために不凍液を添加した熱輸送流体を用いると、夏季にドライアウトが生じる可能性がある。 Further, a technique of suppressing freezing of the heat transport fluid by adding an antifreeze solution is also adopted. Since the operating temperature range of the heat transport system differs greatly between summer and winter, dryout may occur in summer if a heat transport fluid containing antifreeze is used to suppress freezing of the heat transport fluid in winter. ..
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体を用いた熱輸送システムにおいて、ドライアウトを抑制する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a technique for suppressing dryout in a heat transport system using a heat transport fluid composed of an aqueous solution containing an antifreeze solution.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体を用いる熱輸送システムが提供される。この熱輸送システムは、前記熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第1熱交換器と、前記第1熱交換器の下流に配置され、前記第1熱交換器を通過した前記熱輸送流体を放熱させる第2熱交換器と、前記熱輸送流体を送液するポンプと、前記第1熱交換器と前記第2熱交換器と前記ポンプとを接続し、前記熱輸送流体を循環させる配管と、前記熱輸送流体の温度を計測する流体温度計測部と、前記配管上に配置され、前記熱輸送流体中の前記不凍液の濃度を調整する濃度調整部と、前記流体温度計測部により計測された前記熱輸送流体の温度に応じて、前記濃度調整部を制御する制御部と、を備える。 (1) According to one embodiment of the present invention, there is provided a heat transport system using a heat transport fluid composed of an aqueous solution containing an antifreeze solution. In this heat transport system, a first heat exchanger that dissipates heat from a heat source using the heat transport fluid and the heat transport fluid that is arranged downstream of the first heat exchanger and has passed through the first heat exchanger are transferred. A second heat exchanger that dissipates heat, a pump that sends the heat transport fluid, and a pipe that connects the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the pump to circulate the heat transport fluid. , A fluid temperature measuring unit that measures the temperature of the heat transport fluid, a concentration adjusting unit that is arranged on the pipe and adjusts the concentration of the antifreeze liquid in the heat transport fluid, and a fluid temperature measuring unit. A control unit that controls the concentration adjusting unit according to the temperature of the heat transport fluid is provided.
この構成によれば、熱輸送流体中の前記不凍液の濃度を調整する濃度調整部と、流体温度計測部により計測された熱輸送流体の温度に応じて、濃度調整部を制御する制御部を備えるため、熱輸送流体の温度に応じて熱輸送流体の不凍液濃度を適切に調整することができる。そのため、蒸気圧が同一温度における水の蒸気圧より大きい不凍液を用いる場合、熱輸送流体の温度が高いときに、熱輸送流体の不凍液濃度を低下させることができる。したがって、熱輸送流体の蒸気圧を低下させ、沸点を上げることにより熱輸送流体の局所沸騰等によるドライアウトを抑制することができる。一方、蒸気圧が同一温度における水の蒸気圧以下の不凍液を用いる場合にも、熱輸送流体の温度が高いときに、熱輸送流体の不凍液の濃度を、増加させることができる。その結果、熱輸送流体の蒸気圧を低下させ、沸点を上げることにより、熱輸送流体の局所沸騰等によるドライアウトを抑制することができる。 According to this configuration, a concentration adjusting unit for adjusting the concentration of the antifreeze liquid in the heat transport fluid and a control unit for controlling the concentration adjusting unit according to the temperature of the heat transport fluid measured by the fluid temperature measuring unit are provided. Therefore, the antifreeze concentration of the heat transport fluid can be appropriately adjusted according to the temperature of the heat transport fluid. Therefore, when an antifreeze solution having a vapor pressure higher than the vapor pressure of water at the same temperature is used, the concentration of the antifreeze solution in the heat transport fluid can be reduced when the temperature of the heat transport fluid is high. Therefore, by lowering the vapor pressure of the heat transport fluid and raising the boiling point, it is possible to suppress dryout due to local boiling of the heat transport fluid or the like. On the other hand, even when an antifreeze liquid having a vapor pressure equal to or lower than the vapor pressure of water at the same temperature is used, the concentration of the antifreeze liquid in the heat transport fluid can be increased when the temperature of the heat transport fluid is high. As a result, by lowering the vapor pressure of the heat transport fluid and raising the boiling point, it is possible to suppress dryout due to local boiling of the heat transport fluid or the like.
(2)本発明の一形態によれば、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体を用いる熱輸送システムが提供される。この熱輸送システムは、前記熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第1熱交換器と、前記第1熱交換器の下流に配置され、前記第1熱交換器を通過した前記熱輸送流体を放熱させる第2熱交換器と、前記熱輸送流体を送液するポンプと、前記第1熱交換器と前記第2熱交換器と前記ポンプとを接続し、前記熱輸送流体を循環させる配管と、前記熱輸送流体における前記不凍液の濃度を計測する不凍液濃度計測部と、前記配管上に配置され、前記熱輸送流体中の前記不凍液の濃度を調整する濃度調整部と、前記不凍液濃度計測部により計測された前記不凍液の濃度に応じて、前記濃度調整部を制御する制御部と、を備える。 (2) According to one embodiment of the present invention, there is provided a heat transport system using a heat transport fluid composed of an aqueous solution containing an antifreeze solution. In this heat transport system, a first heat exchanger that dissipates heat from a heat source using the heat transport fluid and the heat transport fluid that is arranged downstream of the first heat exchanger and has passed through the first heat exchanger are transferred. A second heat exchanger that dissipates heat, a pump that sends the heat transport fluid, and a pipe that connects the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the pump to circulate the heat transport fluid. The antifreeze liquid concentration measuring unit for measuring the concentration of the antifreeze liquid in the heat transport fluid, the concentration adjusting unit for adjusting the concentration of the antifreeze liquid in the heat transport fluid, and the antifreeze liquid concentration measuring unit arranged on the pipe. A control unit that controls the concentration adjusting unit according to the measured concentration of the antifreeze fluid is provided.
この構成によれば、熱輸送流体中の前記不凍液の濃度を調整する濃度調整部と、熱輸送流体における不凍液の濃度を計測する不凍液濃度計測部により計測された不凍液濃度に応じて、濃度調整部を制御する制御部を備えるため、熱輸送流体の不凍液濃度に応じて、例えば、熱輸送流体の不凍液濃度を目標濃度になるように調整することができる。この構成では、熱輸送流体の温度や外気温によらず、熱輸送流体の不凍液濃度を計測し、計測値に基づいて濃度調整部を調整するため、より適切に不凍液濃度を調整することができる。例えば、蒸気圧が同一温度における水の蒸気圧より大きい不凍液を用いる場合、外気温と目標濃度のマップを用いて、外気温が高い場合に、熱輸送流体の不凍液濃度を適切な濃度に低下させることができる。これにより、熱輸送流体の蒸気圧を低下させ、沸点を上げることにより熱輸送流体の局所沸騰等によるドライアウトを抑制することができる。 According to this configuration, the concentration adjusting unit that adjusts the concentration of the antifreeze liquid in the heat transport fluid and the concentration adjusting unit according to the antifreeze liquid concentration measured by the antifreeze liquid concentration measuring unit that measures the concentration of the antifreeze liquid in the heat transport fluid. Therefore, for example, the antifreeze concentration of the heat transport fluid can be adjusted to a target concentration according to the antifreeze concentration of the heat transport fluid. In this configuration, the antifreeze concentration of the heat transport fluid is measured regardless of the temperature of the heat transport fluid or the outside air temperature, and the concentration adjusting unit is adjusted based on the measured value, so that the antifreeze concentration can be adjusted more appropriately. .. For example, when using an antifreeze solution whose vapor pressure is greater than the vapor pressure of water at the same temperature, use a map of the outside air temperature and the target concentration to reduce the antifreeze concentration of the heat transport fluid to an appropriate concentration when the outside air temperature is high. be able to. As a result, the vapor pressure of the heat transport fluid is lowered and the boiling point is raised, so that dryout due to local boiling of the heat transport fluid can be suppressed.
(3)上記形態の熱輸送システムであって、前記濃度調整部は、前記不凍液を選択的に分離可能な分離膜モジュールと、前記分離膜モジュールから蒸気を吸引する蒸気吸引部と、を備えてもよい。このようにすると、容易に、熱輸送流体中の不凍液濃度を調整することができる。 (3) In the heat transport system of the above-described embodiment, the concentration adjusting unit includes a separation membrane module capable of selectively separating the antifreeze liquid and a vapor suction unit that sucks vapor from the separation membrane module. May be good. In this way, the concentration of the antifreeze liquid in the heat transport fluid can be easily adjusted.
(4)上記形態の熱輸送システムであって、さらに、前記熱輸送システムの外気温を計測する外気温計測部を備え、前記制御部は、前記外気温計測部による外気温計測値に応じて、前記濃度調整部を制御してもよい。このようにすると、外気温に応じて、熱輸送流体の不凍液の濃度を変更することができる。例えば、蒸気圧が同一温度における水の蒸気圧より大きい不凍液を用いる場合に、夏季等の気温が高い時に、熱輸送システム内を循環する熱輸送流体に含まれる不凍液の濃度を低下させて、熱輸送流体の蒸発抑制性能を向上させ、冬季等の気温が低い時期に、熱輸送流体の不凍液濃度を増加させて、熱輸送流体の不凍性能を確保することができる。一方、蒸気圧が同一温度における水の蒸気圧以下の不凍液を用いる場合には、夏季等の気温が高い時に、熱輸送システム内を循環する熱輸送流体に含まれる不凍液の濃度を増加させて、熱輸送流体の蒸発抑制性能を向上させることができる。このように、外気温に応じて、熱輸送流体の不凍性能と蒸発抑制性能を選択的に向上させることができる。 (4) The heat transport system of the above-described form, further including an outside air temperature measuring unit for measuring the outside air temperature of the heat transport system, and the control unit responds to an outside air temperature measured value by the outside air temperature measuring unit. , The concentration adjusting unit may be controlled. In this way, the concentration of the antifreeze liquid in the heat transport fluid can be changed according to the outside air temperature. For example, when an antifreeze liquid having a vapor pressure higher than the vapor pressure of water at the same temperature is used, the concentration of the antifreeze liquid contained in the heat transport fluid circulating in the heat transport system is reduced when the temperature is high such as in summer, and heat is generated. The antifreeze performance of the heat transport fluid can be ensured by improving the evaporation suppression performance of the transport fluid and increasing the antifreeze liquid concentration of the heat transport fluid during a low temperature such as winter. On the other hand, when an antifreeze solution having a vapor pressure equal to or lower than the vapor pressure of water at the same temperature is used, the concentration of the antifreeze solution contained in the heat transport fluid circulating in the heat transport system is increased when the temperature is high such as in summer. It is possible to improve the evaporation suppressing performance of the heat transport fluid. In this way, the antifreeze performance and the evaporation suppression performance of the heat transport fluid can be selectively improved according to the outside air temperature.
(5)上記形態の熱輸送システムであって、前記濃度調整部は、さらに、前記分離膜モジュールによって分離された前記不凍液を貯留可能な貯留部を備えてもよい。このようにすると、貯留部に貯留された不凍液を、再利用することができる。 (5) In the heat transport system of the above-described embodiment, the concentration adjusting unit may further include a storage unit capable of storing the antifreeze liquid separated by the separation membrane module. In this way, the antifreeze liquid stored in the storage unit can be reused.
(6)上記形態の熱輸送システムであって、前記濃度調整部において、前記貯留部は、冷却可能に構成されてもよい。このようにすると、分離膜モジュールによって分離された前記不凍液を液体の状態で貯留することができる。 (6) In the heat transport system of the above-described embodiment, in the concentration adjusting unit, the storage unit may be configured to be coolable. In this way, the antifreeze liquid separated by the separation membrane module can be stored in a liquid state.
(7)上記形態の熱輸送システムであって、前記制御部は、前記外気温計測部による外気温計測値が第1温度閾値以下の場合は、前記貯留部に貯留された前記不凍液を、前記熱輸送流体に添加させてもよい。このようにすると、例えば、熱輸送流体から不凍液成分を除いた流体の凍結温度に所定の値(例えば、5℃)を加えた値に、閾値を設定すれば、熱輸送流体が凍結しやすい外気温になったときに、熱輸送流体に、貯留部に貯留された不凍液を、循環している熱輸送流体に添加させることができる。そのため、貯留部に貯留された不凍液を再利用して、熱輸送流体の濃度を増加させ、熱輸送流体の凍結を抑制することができる。 (7) In the heat transport system of the above-described embodiment, when the outside air temperature measurement value by the outside air temperature measurement unit is equal to or less than the first temperature threshold value, the control unit uses the antifreeze fluid stored in the storage unit. It may be added to the heat transport fluid. In this way, for example, if a threshold is set to the freezing temperature of the fluid obtained by removing the antifreeze component from the heat transport fluid plus a predetermined value (for example, 5 ° C.), the heat transport fluid is likely to freeze. When the temperature is reached, the heat transport fluid can add the antifreeze liquid stored in the storage unit to the circulating heat transport fluid. Therefore, the antifreeze liquid stored in the storage unit can be reused to increase the concentration of the heat transport fluid and suppress the freezing of the heat transport fluid.
(8)上記形態の熱輸送システムであって、前記濃度調整部は、さらに、前記貯留部の液位を計測する液位計を備え、前記制御部は、前記外気温計測部による外気温計測値が第1温度閾値以下の場合であって、前記液位計による液位計測値が液位閾値以下の場合は、前記貯留部に貯留された前記不凍液を、前記熱輸送流体に添加させてもよい。このようにすると、例えば、液位閾値を0に近い値(例えば、0以上10ml以下等)に設定することにより、貯留部に不凍液がある場合に、循環している熱輸送流体に貯留部から不凍液を添加させることができる。そのため、貯留部に不凍液が貯留されていない状態で、熱輸送流体に貯留部から不凍液を添加させようとすることによる熱輸送流体への気泡の混入等を抑制することができる。 (8) In the heat transport system of the above-described embodiment, the concentration adjusting unit further includes a liquid level meter for measuring the liquid level of the storage unit, and the control unit measures the outside air temperature by the outside air temperature measuring unit. When the value is equal to or less than the first temperature threshold value and the liquid level measurement value by the liquid level gauge is equal to or less than the liquid level threshold value, the antifreeze liquid stored in the storage portion is added to the heat transport fluid. May be good. By doing so, for example, by setting the liquid level threshold value to a value close to 0 (for example, 0 or more and 10 ml or less), when there is antifreeze in the storage part, the circulating heat transport fluid is sent from the storage part. Antifreeze can be added. Therefore, when the antifreeze liquid is not stored in the storage unit, it is possible to suppress the mixing of air bubbles in the heat transport fluid due to the attempt to add the antifreeze liquid from the storage unit to the heat transport fluid.
(9)上記形態の熱輸送システムであって、前記熱輸送流体に含まれる前記不凍液の蒸気圧は、同一温度における水蒸気圧より大きくてもよい。不凍液の蒸気圧が同一温度における水蒸気圧より大きい場合、不凍液の濃度が大きくなるにつれ、沸点が低くなるため、熱輸送流体の温度が高い場合に、ドライアウトが生じやすくなる。そのような場合にも、熱輸送流体の蒸発抑制性能を向上させることができる。 (9) In the heat transport system of the above embodiment, the vapor pressure of the antifreeze liquid contained in the heat transport fluid may be larger than the vapor pressure at the same temperature. When the vapor pressure of the antifreeze is larger than the vapor pressure at the same temperature, the boiling point becomes lower as the concentration of the antifreeze increases, so that dryout is likely to occur when the temperature of the heat transport fluid is high. Even in such a case, the evaporation suppressing performance of the heat transport fluid can be improved.
(10)上記形態の熱輸送システムであって、前記不凍液は、アルコールでもよい。このようにしても、熱輸送流体の不凍性能と蒸発抑制性能を選択的に向上させることができる。 (10) In the heat transport system of the above form, the antifreeze liquid may be alcohol. Even in this way, the antifreeze performance and the evaporation suppression performance of the heat transport fluid can be selectively improved.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、熱輸送システムを備えるシステム、熱輸送システムの制御方法、この制御方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムなどの形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various aspects, for example, in the form of a system including a heat transport system, a control method of the heat transport system, a computer program for causing a computer to execute the control method, and the like. be able to.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態における熱輸送システム100の概略構成を示す説明図である。熱輸送システム100は、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体(以下、単に「熱輸送流体」とも呼ぶ)を用いて、熱源を放熱させるシステムである。本実施形態では、不凍液としてエタノールを用い、エタノールの液相組成(モル分率)が0.4の熱輸送流体を用いている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a
熱輸送システム100は、第1熱交換器10と、第2熱交換器20と、第1タンク30と、濃度調整部40と、熱輸送流体を送液するポンプ50と、制御部80と、熱輸送流体の温度を計測する流体温度計測部91と、熱輸送システム100の外気温を計測する外気温計測部92と、液位計93と、を備える。第1熱交換器10と、第2熱交換器20と、第1タンク30と、濃度調整部40と、ポンプ50とは、配管61、62、63、65、66を介して環状に接続されている。熱輸送流体は、ポンプ50によって、配管61、62、63、65、66を介して、第1熱交換器10、第2熱交換器20、第1タンク30、濃度調整部40の順に循環している。
The
第1熱交換器10は、熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる。本実施形態では、熱源として、自動車のエンジンを例示する。熱輸送流体は、エンジン内部に設けられたウォータージャケットを流通する。すなわち、ウォータージャケットが、第1熱交換器10に相当する。
The
第2熱交換器20は、第1熱交換器10の下流に配置されており、第1熱交換器10を通過した熱輸送流体を放熱させる。本実施形態では、第2熱交換器20としてラジエータを用いている。第1熱交換器10と第2熱交換器20とを接続する配管61上に、流体温度計測部91が配置されており、流体温度計測部91による計測値が制御部80に出力される。
The
第1タンク30は、内部に熱輸送流体を有する。本実施形態では、上述の通り、不凍液としてエタノールを用いており、初期状態において、エタノールの液相組成(モル分率)は0.4である。
The
濃度調整部40は、熱輸送流体中の不凍液濃度を調整して、配管65に流す。濃度調整部40は、分離膜モジュール41と、第2タンク42と、アスピレータ43と、それらを接続する配管と、配管上に設けられた弁を備える。分離膜モジュール41は、熱輸送流体から不凍液を不凍液蒸気として分離する。分離膜モジュール41は、熱輸送流体の流れの上流側で、配管67を介してアスピレータ43と接続されるとともに、配管67から分岐された配管68u、配管67を介して第2タンク42と接続されている。また、分離膜モジュール41は、熱輸送流体の流れの下流側で、配管64を介してアスピレータ43と接続されるとともに、配管64から分岐された配管69、配管65を介して配管66と接続されている。第2タンク42は、熱輸送流体の流れの下流側で、配管68d、配管64を介してアスピレータ43と接続されるとともに、配管68d、配管64、および配管69を介して配管65と接続されている。
The
配管64上には第1電磁弁44と第4電磁弁47が設けられ、配管68d上には第2電磁弁46が設けられ、配管67上には第3電磁弁45が設けられ、配管69上には比例弁48が設けられている。これらの弁が制御部80によって制御されることにより、熱輸送流体中の不凍液濃度が調整される。以下の説明において、第1電磁弁44、第2電磁弁46、第3電磁弁45、第4電磁弁47、比例弁48を、まとめて「弁44〜48」とも呼ぶ。
A
第2タンク42は、空のタンクであり、分離膜モジュール41にて熱輸送流体から分離された不凍液蒸気を貯留可能である。本実施形態では、第2タンク42として冷却タンクを用いている。そのため、分離膜モジュール41にて分離された不凍液蒸気は液体の不凍液として第2タンク42に貯留可能である。また、制御部80が第2電磁弁46を制御することにより、第2タンク42に貯留された不凍液が、配管64に流入する(後述する)。分離膜モジュール41にて熱輸送流体から分離された不凍液蒸気が第2タンク42に貯留されることにより、熱輸送システム100を循環する熱輸送流体の不凍液濃度を低下させることができる。また、第2タンク42に貯留された不凍液を、不凍液濃度が低下された熱輸送流体に流入させることにより、熱輸送システム100を循環する熱輸送流体の不凍液濃度を、初期状態に戻す(近づける)ことができる。第2タンク42には、液位計93が設けられており、第2タンク42に貯留された液体の液位の計測値が制御部80に出力される。本実施形態の第2タンク42を、「貯留部」とも呼ぶ。
The
アスピレータ43は、例えば、15〜16L/minの水量で、排気速度が10L/minの金属アスピレータを用いることができる。上述の第3電磁弁45、第4電磁弁47、比例弁48を制御して、アスピレータ43に導入される熱輸送流体の流量を調整することにより、アスピレータ43の排気速度を、分離膜モジュール41における不凍液蒸気の膜透過速度より大きくすることができる。本実施形態におけるアスピレータ43を、「蒸気吸引部」とも呼ぶ。
As the
制御部80は、ROM、RAM、およびCPUを含んで構成されるコンピュータであり、熱輸送システム100の全体の制御をおこなう。制御部80は、配管上に設けられた弁44〜48、ポンプ50、流体温度計測部91、外気温計測部92、および液位計93と、電気的に接続される。制御部80は、流体温度計測部91、外気温計測部92、および液位計93から出力された計測値に基づいて、弁44〜48の制御を行う(後述する)。制御部80は、熱輸送流体の不凍液濃度が初期状態と略同一の濃度で、熱輸送流体を循環させる「定常モード」と、熱輸送流体の不凍液濃度を初期状態より低下させる「濃度低下モード」と、熱輸送流体の不凍液濃度を初期状態より低下された状態から初期状態と略同一の濃度まで上昇せる「濃度増加モード」の3つのモードで、熱輸送システム100を運転可能に構成されている。3つのモードについては、後に詳述する。
The
図2は、分離膜モジュール41による不凍液蒸気の分離を概念的に示す説明図である。分離膜モジュール41は、略有底円筒状の筐体411の中に、複数の分離膜412が配置された構成をなす。筐体411は、熱輸送流体が導入される入り口413と、分離膜412により分離された不凍液蒸気が流出する第1出口414と、分離膜412により不凍液蒸気が分離され不凍液濃度が低くなった熱輸送流体が流出する第2出口415を有する。
FIG. 2 is an explanatory diagram conceptually showing the separation of antifreeze vapor by the
分離膜412は、不凍液としてのエタノールを選択的に分離する分離膜である。分離膜412としては、孔のない均質膜であるパーベーパレーション(Pervaporation:以下、「PV」とも呼ぶ)膜や、多孔質膜を用いることができる。本実施形態では、分離膜412として、PV膜のハイシリカゼオライト膜を用いているが、分離膜412は、これに限定されず、シリコーンゴム、トリメチルシリルプロピン、ポリビニルアルコール等から成るPV膜を用いてもよい。また、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製の多孔質膜等を用いてもよい。
The
分離膜モジュール41の入り口413(図2)は配管63(図1)に接続され、熱輸送流体が、配管63を介して分離膜モジュール41(図2)に流入する。分離膜モジュール41の第1出口414は、配管67(図1)と接続されており、分離膜412を透過した不凍液蒸気(エタノール蒸気)は、配管67に流入する。図5に示す拡大図において、不凍液蒸気AFを黒丸で図示し、液体の不凍液AFLを白丸で図示している。分離膜モジュール41の第2出口415は、配管64(図1)と接続されており、分離膜412によって不凍液の一部が分離され、不凍液濃度が低くなった熱輸送流体(以下「低濃度熱輸送流体」とも呼ぶ)が、配管64に流入する。
The inlet 413 (FIG. 2) of the
図3は、PV膜の特性を説明するための説明図である。PV法は、孔のない均質膜を介して供給液を蒸発させ、透過蒸気として濃縮液を得る方法である。この方法は浸透圧や気液平衡にかかわらず、膜自身の性能により目的成分を分離することができる。図3では、ハイシリカゼオライト膜、ハイシリカゼオライト混入シリコーンゴム膜、およびシリコーンゴム膜のPV性能を示す。ハイシリカゼオライト膜1のデータとして喜多1998、ハイシリカゼオライト膜2のデータとしてnomura2002のデータを記載している。図3では、PV特性として、供給液のエタノールモル分率に対する透過蒸気のエタノールモル分率と、透過流速を図示している。図3に示すように、これらのPV膜を用いて、低濃度水溶液から70−90mol%のエタノール濃縮液が得られる。なお、図3は、下記ホームページに記載された図を引用している。http://chemeng.in.coocan.jp/memb/et.html
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the characteristics of the PV film. The PV method is a method in which a feed solution is evaporated through a homogeneous membrane having no pores to obtain a concentrated solution as permeated vapor. In this method, the target component can be separated by the performance of the membrane itself regardless of the osmotic pressure or vapor-liquid equilibrium. FIG. 3 shows the PV performance of the high silica zeolite membrane, the silicone rubber membrane mixed with high silica zeolite, and the silicone rubber membrane. The data of Kita 1998 is described as the data of the high
図4は、PV膜による分離概念を説明するための説明図である。パーベーパレーション法(PV)は膜を通して液体を蒸発させる膜分離法であり、膜を介して蒸発という相変化をともなう。膜面に混合溶液を流し、透過側を真空に保つことで供給液体中の分離目的成分を蒸気として透過させる。例えばエタノール水系の分離の場合,膜に水が溶解しやすい親水性素材(例えばポリビニルアルコールやゼオライト)を用いると水蒸気のみが透過し、供給液中にエタノールが濃縮される。逆に疎水性の材料を用いればエタノールを選択的に回収することが可能となる。パーベーパレーション(PV)操作の物質移動のモデルとして「蒸気相推進力モデル」を用いると、成分の膜透過は膜を介した溶液面上の平衡蒸気圧と透過側分圧の差を推進力として生じる。その際各成分の膜透過係数はガス・蒸気での透過係数が使えるので、以下の式(1)、式(2)でモデル化することができる。なお、図4および数式は、下記ホームページに記載された図を引用している。
http://chemeng.in.coocan.jp/memb/m#ana1.html
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the concept of separation by the PV film. The pervaporation method (PV) is a membrane separation method in which a liquid is evaporated through a membrane, and is accompanied by a phase change of evaporation through the membrane. By flowing the mixed solution on the membrane surface and keeping the permeation side in a vacuum, the separation target component in the supplied liquid is permeated as vapor. For example, in the case of separation of an aqueous ethanol system, if a hydrophilic material (for example, polyvinyl alcohol or zeolite) in which water is easily dissolved is used in the membrane, only water vapor permeates and ethanol is concentrated in the feed solution. On the contrary, if a hydrophobic material is used, ethanol can be selectively recovered. When the "vapor phase propulsion model" is used as a model of mass transfer in pervaporation (PV) operation, the membrane permeation of components is the propulsion force between the equilibrium vapor pressure on the solution surface and the partial pressure on the permeation side through the membrane. Occurs as. At that time, since the permeability coefficient of gas / vapor can be used as the membrane permeability coefficient of each component, it can be modeled by the following equations (1) and (2). In addition, FIG. 4 and the mathematical formula are quoted from the figure described on the following homepage.
http://chemeng.in.coocan.jp/memb/m#ana1.html
成分1:低沸点成分(不凍液)、成分2:高沸点成分(水)
図5〜図8を用いて、本実施形態における制御部80の不凍液濃度調整処理について説明する。図5は、不凍液濃度調整処理の流れを示すフローチャートである。図6は、後述する定常モードを概念的に示す説明図である。図7は、後述する濃度低下モードを概念的に示す説明図である。図8は、後述する濃度増加モードを概念的に示す説明図である。
The antifreeze concentration adjusting process of the
図5に示すように、制御部80は、熱輸送システム100の始動時、ポンプ50を始動させる際、まず、第1電磁弁44を開状態、第2電磁弁46、第3電磁弁45、および第4電磁弁47を閉状態、比例弁48を全開状態にする(ステップS102)。このように制御されると、熱輸送流体の流路に、第2タンク42およびアスピレータ43が接続されない。そのため、この制御によって、熱輸送流体は、図6に矢印で示すように、配管61〜配管66、および配管69を介して、第1タンク30、分離膜モジュール41、第1熱交換器10、第2熱交換器20の順に循環する(図6において斜線ハッチングを付して、流路を示す)。分離膜モジュール41の第1出口414(図2)にアスピレータ43が接続されないため、分離膜モジュール41に流入した熱輸送流体中の不凍液が分離されない。そのため、不凍液濃度が初期状態の濃度の熱輸送流体が循環される。本実施形態において、弁44〜48をステップS102の状態にして熱輸送システム100を運転するモードを、「定常モード」とも呼ぶ。熱輸送システム100は、例えば、エンジン始動と同時に始動される。
As shown in FIG. 5, when the
制御部80は、外気温の外気温計測部92における外気温の計測値が第1温度閾値Th1より高い場合には(ステップ104においてNO)、ステップS106へ進む。本実施形態において、第1温度閾値Th1=0℃に設定されている。ステップS106において、流体温度計測部91による流体温度の計測値が、第2温度閾値Th2より高い場合、制御部80は、第3電磁弁45、第4電磁弁47、および比例弁48を開状態にする(ステップS108)。本実施形態において、弁44〜48をステップS108の状態にして熱輸送システム100を運転するモードを、「濃度低下モード」とも呼ぶ。本実施形態において、第2温度閾値Th2=80℃に設定されている。
When the measured value of the outside air temperature by the outside air
「濃度低下モード」において、比例弁48は、流体温度の計測値に応じて、徐々に閉められる。すなわち、制御部80による熱輸送処理の開始時、第4電磁弁47が閉状態であり、かつ比例弁48が全開であるため、配管64を流通する熱輸送流体は、全て、配管69へ流れ込む(図6)。一方、「濃度低下モード」では、第4電磁弁47が開状態であり、比例弁48が熱輸送流体の温度に応じて、徐々に閉じられるため、配管64を流通する熱輸送流体は、一部がアスピレータ43に流入し、残りが配管69へ流入する。ステップS108において、例えば、比例弁48の開度を5度ずつ閉じるように制御すると、ステップS104、S106、S108を繰り返すうちに、徐々に比例弁48が閉じられる。熱輸送流体の温度が高くなるほど、比例弁48の開度が小さくなるため、配管69に流入する熱輸送流体の量が少なくなり、アスピレータ43に流入する熱輸送流体の量が多くなる。
In the "concentration reduction mode", the
アスピレータ43に熱輸送流体が流入すると、配管67と接続されている吸い込み口が減圧されるため、分離膜モジュール41において不凍液蒸気が分離され、配管67に流入する。第2タンク42が冷却されているため、配管67に流入した不凍液蒸気の多くは、配管68uを介して第2タンク42に流入し、液体の不凍液として、第2タンク42に貯留される。図7において、分離膜モジュール41にから第2タンク42またはアスピレータ43への流体の流れを白抜きの矢印で示すとともに、流路にドットハッチングを付して示している。熱輸送流体の温度が高いほど、比例弁48の開度が小さくなるため、アスピレータ43に流入する熱輸送流体の量が増加し、その結果、吸い込み口の圧力が下がり、分離膜モジュール41における不凍液蒸気の分離量を増加させることができる。この処理により、熱輸送流体中の不凍液濃度が低下され、不凍液濃度の低い熱輸送流体(低濃度熱輸送流体)が、図7に黒塗り矢印で示すように循環される。図7において、低濃度熱輸送流体が流通する流路に斜線ハッチングを付して図示している。
When the heat transport fluid flows into the
図5に示すように、制御部80は、流体温度計測部91による計測値(熱輸送流体の温度)が第2温度閾値Th2以下になるまで、ステップS104、S106、S108を繰り返し、ステップS106において、流体温度計測部91による計測値が第2温度閾値Th2以下になると、弁44〜48の状態を変更せず、低濃度熱輸送流体を循環させる。
As shown in FIG. 5, the
ステップS104において、外気温計測部92による計測値が第1温度閾値Th1以下である場合(ステップ104においてYES)、制御部80は、第2電磁弁46を開状態、第4電磁弁47を閉状態、比例弁48を全開状態にする(図8)。第4電磁弁47が閉状態にされると、アスピレータ43に熱輸送流体が流入せず、配管67に接続されたアスピレータ43の吸い込み口が減圧されないため、分離膜モジュール41による不凍液の分離が行われない。第2電磁弁46が開状態にされるため、第2タンク42に貯留されている不凍液が配管68dを介して配管64に流入する。図8において、第2タンク42に貯留された不凍液が流通する流路に右肩下がりの斜線ハッチングを付すとともに、白抜き矢印でその流れを図示する。この制御により、循環している熱輸送流体に、第2タンク42に貯留されている不凍液が添加され、熱輸送流体中の不凍液濃度を増加させることができる。図8において、循環する熱輸送流体の流路を、右肩上がりの斜線ハッチングを付すとともに、黒塗り矢印で図示している。
In step S104, when the value measured by the outside air
図5に示すように、制御部80は、液位計93の計測値が液位閾値Th3より大きい場合(ステップS112において、NO)には、ステップS110に戻る。本実施形態では、液位閾値Th3=0に設定されている。すなわち、第2タンク42内に不凍液がなくなるまで、循環する熱輸送流体に第2タンク42内に貯留された不凍液が混入される。この処理により、熱輸送流体中の不凍液濃度が、初期状態と略同一に戻される。本実施形態において、弁44〜48をステップS110の状態にして熱輸送システム100を運転するモードを、「濃度増加モード」とも呼ぶ。
As shown in FIG. 5, when the measured value of the
制御部80は、液位計93の計測値が液位閾値Th3になると(ステップS112において、YES)、弁44〜48を定常モード(第1電磁弁44を開状態、第2電磁弁46を閉状態、第3電磁弁45を閉状態、第4電磁弁47を閉状態、比例弁48を全開状態)に戻して、不凍液濃度調整処理を終了する。不凍液濃度調整処理が終了されると、熱輸送システム100の運転が停止されるまで、定常モード(図6)で、熱輸送流体が循環される。制御部80は、例えば、エンジン停止後、所定時間経過後に熱輸送システム100の運転を停止させる。
When the measured value of the
このように、制御部80は、外気温計測部92における外気温の計測値が第1温度閾値Th1(0℃)より高い場合であって、熱輸送流体温度が第2温度閾値Th2(80℃)より高い場合には、熱輸送システム100を濃度低下モード(図7)で運転させている。すなわち、制御部80は、流体温度計測部91により計測された熱輸送流体の温度に応じて、濃度調整部を制御して、熱輸送流体中の不凍液濃度を調整している。
As described above, in the
また、外気温計測部92における外気温の計測値が第1温度閾値Th1(0℃)以下であって、第2タンク42内に不凍液が貯留されている場合には、制御部80は、熱輸送システム100を濃度増加モード(図8)で運転させる。それ以外の場合は、制御部80は、定常モード(図6)で熱輸送システム100を運転させる。
Further, when the measured value of the outside air temperature in the outside air
以上説明したように、本実施形態の熱輸送システム100によれば、外気温が低い(0℃以下)ときには、熱輸送流体の不凍液濃度が初期状態と略同一になるように、濃度調整部40によって調整される。そのため、初期状態において、第1タンク30内に充填されている熱輸送流体の不凍液濃度を、熱輸送流体が凍結しない為に十分な濃度に調整することによって、熱輸送流体の不凍性能を確保することができる。
As described above, according to the
ところで、本実施形態における不凍液としてのエタノールは、水に対して蒸気圧が大きい。そのため、不凍液を含む水溶液からなる熱輸送流体において、十分な不凍性能を確保するために、不凍液濃度を高くすると、熱輸送流体の蒸気圧が大きくなり、沸点が下がるため、夏季等の外気温が高いときに、局所沸騰等によるドライアウトが生じる虞がある。これに対し、本実施形態の熱輸送システム100によれば、外気温が低くなく(0℃より高い)、かつ熱輸送流体の温度が高い(80℃より高い)ときには、熱輸送流体の不凍液濃度を、初期状態より低くする(濃度低下モード)。濃度低下モードでは、熱輸送流体の不凍液濃度を低下させて、蒸気圧を低下させることができるため、熱輸送流体の沸点を上昇させることができる。その結果、熱輸送流体の蒸発抑制性能を向上させることができ、熱輸送流体のドライアウトを抑制することができる。
By the way, ethanol as an antifreeze solution in the present embodiment has a large vapor pressure with respect to water. Therefore, in a heat transport fluid composed of an aqueous solution containing an antifreeze, if the concentration of the antifreeze is increased in order to ensure sufficient antifreeze performance, the vapor pressure of the heat transport fluid increases and the boiling point decreases, so that the outside temperature such as in summer When is high, there is a risk of dryout due to local boiling or the like. On the other hand, according to the
また、夏季等の外気温が高いときは、熱輸送流体が第2熱交換器20によって十分に放熱されず、熱輸送流体の温度が高く、熱源から熱輸送流体への熱伝達が十分に行われない可能性がある。不凍液としてのエタノールは、水に対して伝熱性能低いため、熱輸送流体中の不凍液濃度を低下させる濃度低下モードで熱輸送システム100を運転させることにより、熱輸送流体中の不凍液濃度を低下させ、伝熱性能を上げることができる。
Further, when the outside temperature is high such as in summer, the heat transport fluid is not sufficiently dissipated by the
すなわち、本実施形態の熱輸送システム100によれば、外気温に応じて熱輸送流体の不凍液濃度を変更することにより、冬季は熱輸送流体の不凍性能を確保する一方、夏季は熱輸送流体の蒸発抑制性能を確保することができる。
That is, according to the
また、本実施形態の熱輸送システム100では、不凍液として、エタノールを用いている。エタノールは、エチレングリコール、グリセリン等の不凍液と比較して、粘性が小さいため、熱輸送流体の流動性の低下を抑制することができる。このように、粘性が小さい不凍液を用いると、流動性の低下を抑制することができる点で好ましい一方、不凍液としてエチレングリコール等の粘性が大きい不凍液を用いる場合と比較して、蒸気圧が大きくなるため、ドライアウトの可能性が高くなる可能性がある。これに対し、上述の通り、本実施形態の熱輸送システム100によれば、熱輸送流体のドライアウトを抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態の100によれば、冷却機能を有する第2タンク42を備えるため、分離膜モジュール41により分離された不凍液蒸気を液体にして貯留することができる。そのため、第2タンク42に貯留された不凍液を再利用して、容易に適切に、熱輸送流体の濃度を増加させることができる。
Further, according to 100 of the present embodiment, since the
また、本実施形態の100によれば、第2タンク42の液位を計測する液位計93を備え、液位計93による計測値が0の場合に、制御部80が第2タンク42に貯留された不凍液を熱輸送流体に添加させる。すなわち、第2タンク42が空の場合には、第2電磁弁46が閉状態にされるため、熱輸送流体に対する気泡の混入を抑制することができる。
Further, according to 100 of the present embodiment, the
また、本実施形態の熱輸送システム100によれば、熱輸送流体中の不凍液濃度を調整する濃度調整部40において、PV膜を用いた分離膜モジュール41を用いているため、例えば、気液平衡を利用して、熱輸送流体中の不凍液濃度を低下させる場合と比較して、不凍液濃度をより低くすることができる。以下に、図9〜図13を用いて、PV膜を利用して熱輸送流体から不凍液を分離する実施例の効果について、気液平衡を利用する比較例と比較して説明する。
Further, according to the
図9は、PV膜分離の実施例を示す図である。図10は、エタノール水溶液希釈の実施例計算条件を示す図である。図11は、実施例のエタノール組成と透過速度を説明するための説明図である。実施例の分離膜モジュールは、二重円筒型膜モジュールであって、片封止処理された膜を円管に挿入・二重円筒管とし、他端が解放されている。膜が直列に並ぶようその二重円筒管を交互に連絡配管された二重円筒管群が、真空容器に収められた構造である。PV膜としてのハイシリカゼオライト膜は、例えば、特開2015−033688号公報に記載されたハイシリカゼオライト膜を用いる。図9は、25℃の水−エタノール系の流体を用いる一例を示している。図11は、図10に示す計算条件で計算した結果を示す。図10、11に示すように、熱輸送流体の容量が3.0L、初期組成(初期不凍液濃度)が0.40の場合、目標組成を0.20とすると、目標組成に到達するのに要する時間は、約19分である。すなわち、PV膜を利用した分離膜モジュール41を用いると、エタノール−水系の熱輸送流体のメタノール(不凍液)組成を、0.4以下にすることができる。
FIG. 9 is a diagram showing an example of PV membrane separation. FIG. 10 is a diagram showing example calculation conditions for diluting an aqueous ethanol solution. FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the ethanol composition and permeation rate of the examples. The separation membrane module of the embodiment is a double-cylindrical membrane module, in which a single-sealed membrane is inserted into a circular tube to form a double-cylindrical tube, and the other end is open. A group of double-cylindrical tubes in which the double-cylindrical tubes are alternately connected so that the membranes are lined up in series is housed in a vacuum vessel. As the high silica zeolite membrane as the PV membrane, for example, the high silica zeolite membrane described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-033688 is used. FIG. 9 shows an example using a water-ethanol system fluid at 25 ° C. FIG. 11 shows the result of calculation under the calculation conditions shown in FIG. As shown in FIGS. 10 and 11, when the volume of the heat transport fluid is 3.0 L and the initial composition (initial antifreeze concentration) is 0.40, if the target composition is 0.20, it is necessary to reach the target composition. The time is about 19 minutes. That is, when the
比較例として、気液平衡を利用して熱輸送流体の不凍液濃度を低下させる例について説明する。
図12は、エタノール水系のエタノールの液相組成に対する気液平衡時のエタノールの気相組成を示す図である。図13は、エタノール水系の気液平衡曲線を示す図である。図12、図13は、大江修造 編著「Excellによる気液平衡データ集 第2版」(2012)により計算したものである。図12、図13では、定圧(760mmHg)における気液平衡データを示す。図12は、エタノールの液相組成(モル分率)に対する気液平衡時のエタノールの気相組成(モル分率)である。本実施形態では、初期状態において、エタノールの液相組成(モル分率)が0.4の水溶液を、熱輸送流体として用いている。図12、図13に示すように、第1熱交換器10の温度が80℃の場合、熱輸送流体の不凍液濃度を、気液平衡を利用して低下させる場合、熱輸送システム100を循環する熱輸送流体のエタノール組成は、0.4以下には希釈されない。
As a comparative example, an example of reducing the antifreeze concentration of the heat transport fluid by utilizing vapor-liquid equilibrium will be described.
FIG. 12 is a diagram showing the gas phase composition of ethanol at the time of vapor-liquid equilibrium with respect to the liquid phase composition of ethanol in an aqueous ethanol system. FIG. 13 is a diagram showing a vapor-liquid equilibrium curve of an ethanol water system. FIGS. 12 and 13 are calculated according to "Vapor-liquid equilibrium data collection by Excell, 2nd edition" (2012) edited by Shuzo Oe. 12 and 13 show vapor-liquid equilibrium data at a constant pressure (760 mmHg). FIG. 12 shows the gas phase composition (mole fraction) of ethanol at the time of vapor-liquid equilibrium with respect to the liquid phase composition (mole fraction) of ethanol. In the present embodiment, in the initial state, an aqueous solution having a liquid phase composition (mole fraction) of ethanol of 0.4 is used as the heat transport fluid. As shown in FIGS. 12 and 13, when the temperature of the
このように、PV膜を用いた分離膜モジュールを用いることにより、気液平衡を利用して熱輸送流体中の不凍液濃度を低下させる場合と比較して、より不凍液濃度を低下させることができる。 As described above, by using the separation membrane module using the PV membrane, the antifreeze concentration can be further reduced as compared with the case where the antifreeze concentration in the heat transport fluid is lowered by utilizing vapor-liquid equilibrium.
<第2実施形態>
図14は、第2実施形態における熱輸送システム100Aの概略構成を示す説明図である。本実施形態の熱輸送システム100Aが第1実施形態の熱輸送システム100と異なる点は、流体温度計測部91と液位計93を備えない点と、配管66上に不凍液濃度計測部94が設けられている点と、制御部80による制御である。本実施形態の熱輸送システム100Aについて、第1実施形態と同一の構成は、第1実施形態と同一の符号を付し、先行する説明を参照する。
<Second Embodiment>
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the
不凍液濃度計測部94は、循環している熱輸送流体の不凍液濃度を検出する。不凍液濃度計測部94は、制御部80と電気的に接続されており、制御部80は、不凍液濃度計測部94から取得した不凍液濃度計測値を用いて、濃度調整部40を制御する。不凍液濃度計測部94は、例えば、超音波、屈折率を利用して不凍液濃度を推定する構成を用いることができる。また、濃度と物性(熱容量、熱伝導、粘度等)との関係を示すMAPと、物性を計測するセンサとを備え、センサによる計測値を用いて不凍液濃度を推定する構成を用いてもよい。
The antifreeze
図15〜図18を用いて、本実施形態における制御部80の不凍液濃度調整処理について説明する。図15は、第2実施形態における不凍液濃度調整処理の流れを示すフローチャートである。図16は、定常モードを概念的に示す説明図である。図17は、濃度低下モードを概念的に示す説明図である。図18は、濃度増加モードを概念的に示す説明図である。
The antifreeze concentration adjusting process of the
図15に示すように、制御部80は、熱輸送システム100Aの始動時、ポンプ50を始動させる際、まず、第1実施形態におけるステップS102と同様に定常モードにする(ステップS202)。この制御によって、熱輸送流体は、図16に矢印で示すように、配管61〜配管66、および配管69を介して、第1タンク30、分離膜モジュール41、第1熱交換器10、第2熱交換器20の順に循環する(図16において斜線ハッチングを付して、流路を示す)。分離膜モジュール41の第1出口414(図16)にアスピレータ43が接続されないため、分離膜モジュール41に流入した熱輸送流体中の不凍液が分離されない。そのため、不凍液濃度が初期状態の濃度の熱輸送流体が循環される。
As shown in FIG. 15, when the
制御部80は、現在の濃度値(不凍液濃度計測部94による計測値)が、熱輸送流体の不凍液目標濃度と一致する場合(ステップS204において、YES)、弁44〜48を定常モード(第1電磁弁44を開状態、第2電磁弁46を閉状態、第3電磁弁45を閉状態、第4電磁弁47を閉状態、比例弁48を全開状態)のまま、不凍液濃度調整処理を終了する。したがって、定常モード(図16)で熱輸送システム100が運転される。本実施形態において、外気温と不凍液目標濃度との関係を示すMAPを、制御部80が予め備え、制御部80が外気温計測部92による計測値を用いて、不凍液目標濃度を設定する。
When the current concentration value (measured by the antifreeze concentration measuring unit 94) matches the antifreeze target concentration of the heat transport fluid (YES in step S204), the
一方、現在の濃度値が、熱輸送流体の不凍液目標濃度と一致しない場合(ステップS204において、NO)、制御部80は、ステップS206に進む。現在の濃度値が不凍液目標濃度より大きい場合(ステップS206において、YES)、制御部80は、弁44〜48を、第1実施形態のステップS108と同様の濃度低下モードの状態に切替える(ステップS208)。「濃度低下モード」では、第4電磁弁47が開状態であり、比例弁48が熱輸送流体の不凍液濃度に応じて、徐々に閉じられるため、配管64を流通する熱輸送流体は、一部がアスピレータ43に流入し、残りが配管69へ流入する。ステップS208において、例えば、比例弁48の開度を5度ずつ閉じるように制御すると、ステップS204、S206、S208を繰り返すうちに、徐々に比例弁48が閉じられる。熱輸送流体の現在の不凍液濃度と不凍液目標濃度との差が大きくなるほど、比例弁48の開度が小さくなるため、配管69に流入する熱輸送流体の量が少なくなり、アスピレータ43に流入する熱輸送流体の量が多くなる。本実施形態では、熱輸送流体の現在の不凍液濃度が不凍液目標濃度になるまで、濃度低下モードの処理が繰り返される。この処理により、熱輸送流体中の不凍液濃度が低下され、不凍液濃度の低い熱輸送流体(低濃度熱輸送流体)が、図17に黒塗り矢印で示すように循環される。図17において、低濃度熱輸送流体が流通する流路に斜線ハッチングを付して図示している。
On the other hand, when the current concentration value does not match the antifreeze target concentration of the heat transport fluid (NO in step S204), the
ステップS206(図15)において、現在の濃度値が不凍液目標濃度より小さい場合は(ステップS206においてNO)、制御部80は、ステップS210に進み、第1実施形態のステップS110と同様に、弁44〜48を、濃度増加モードの状態に切替える。濃度増加モードで熱輸送システム100Aを運転するときは、第1実施形態と同様に、分離膜モジュール41による不凍液の分離が行われず、第2タンク42に貯留されている不凍液が配管68dを介して配管64に流入する。図18において、第2タンク42に貯留された不凍液が流通する流路に右肩下がりの斜線ハッチングを付すとともに、白抜き矢印でその流れを図示する。この制御により、循環している熱輸送流体に、第2タンク42に貯留されている不凍液が添加され、熱輸送流体中の不凍液濃度を増加させることができる。図18において、循環する熱輸送流体の流路を、右肩上がりの斜線ハッチングを付すとともに、黒塗り矢印で図示している。
In step S206 (FIG. 15), if the current concentration value is smaller than the antifreeze target concentration (NO in step S206), the
本実施形態の熱輸送システム100Aによれば、熱輸送流体の不凍液濃度に応じて熱輸送流体の不凍液濃度を目標濃度になるように調整することができる。この構成では、熱輸送流体の温度や外気温によらず、熱輸送流体の不凍液濃度を計測し、計測値に基づいて濃度調整部を調整するため、より適切に不凍液濃度を調整することができる。例えば、外気温が低くても、外気温に対する不凍性能を発揮するのに十分な程度の不凍液濃度が確保されている場合には、不凍液濃度を増加させず、定常モードで熱輸送システム100Aを運転させることができる。そのため、過剰に不凍液濃度を高めることによる熱輸送流体の流動性の低下を抑制することができる。
According to the
<第3実施形態>
図19は、第3実施形態における熱輸送システム100Bの概略構成を示す説明図である。本実施形態の熱輸送システム100Bが第1実施形態の熱輸送システム100と異なる点は、主に、配管69から分岐する配管70と、配管70上に設けられた電磁弁72を備える点である。電磁弁72は、制御部80と電気的に接続され、制御部80によって制御される。比例弁48は、圧損が大きいため、比例弁48を通過しないバイパス流路として、配管70を備え、定常モード、および濃度増加モードの際に、配管69に替えて配管70を熱輸送流体が流通するように制御部80によって制御することにより、圧損が抑制され、エネルギー損失を抑制することができる。
<Third Embodiment>
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the
<第4実施形態>
図20は、第4実施形態における熱輸送システム100Cの概略構成を示す説明図である。本実施形態の熱輸送システム100Cが第1実施形態の熱輸送システム100と異なる点は、主に、アスピレータ43、配管69、および比例弁48を備えない点と、真空ポンプ52、および排気タンク53を備える点である。真空ポンプ52として、例えば、ダイアフラム式真空ポンプを用いることができる。本実施形態における真空ポンプ52を、「蒸気吸引部」とも呼ぶ。
<Fourth Embodiment>
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the
本実施形態の熱輸送システム100Cでは、第1実施形態のアスピレータ43に替えて、真空ポンプ52を用いている。このようにすると、例えば、吸引側圧力をより小さく(例えば、1/10)にすることができ、透過速度を大きく(例えば、10倍)にすることができる。その結果、分離膜モジュール41による分離蒸気の量を増加させることができる。但し、吸引側圧力が、水の蒸気圧より低下すると、エタノールに加え水も分離膜を透過し、分離膜モジュール41による選択性が低下する可能性があるため、選択性を適切に維持可能な吸引側圧力に調整するのが好ましい。
In the
<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modified example of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various aspects without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible.
・上記実施形態において、濃度調整部40は、分離膜モジュール41を備えず、異なる構成で熱輸送流体中の不凍液濃度を調整する構成にしてもよい。例えば、気液平衡を利用して、熱輸送流体中の不凍液濃度を調整する構成にしてもよい。このようにしても、熱輸送流体の温度に応じて不凍液濃度を調整することができる。
-In the above embodiment, the
・上記実施形態において、第2タンク42を備えない構成にしてもよい。すなわち、分離された不凍液が貯留されない構成にしてもよい。第2タンク42を備えない場合、例えば、例えば、予め不凍液が貯留されたタンクを備えることにより、熱輸送流体の不凍液濃度を増加させることができる。
-In the above embodiment, the configuration may not include the
・上記実施形態において、第2タンク42が冷却可能に構成されていなくてもよい。このようにしても、分離膜モジュール41によって分離された不凍液流体(蒸気、液体を含む)が貯留されるため、再利用することができる。
-In the above embodiment, the
・第1実施形態において、制御部80は、外気温によらず、濃度調整部40を制御してもよい。例えば、図5に示すステップS104において、4月〜11月は、ステップS106に進み、12月〜3月は、ステップS110に進んでもよい。また、外気温によらず、熱輸送流体の温度のみに応じて、濃度調整部40を制御してもよい。このようにしても、適切に熱輸送流体中の不凍液濃度を調整することができる。
-In the first embodiment, the
・第1実施形態において、制御部80は、濃度増加モードの処理を行わない構成にしてもよい。例えば、冬になったら、第2タンク42に貯留された不凍液を、ユーザが手動で第1タンク30に戻してもよい。
-In the first embodiment, the
・上記実施形態において、蒸気吸引部としてアスピレータ43およびダイアフラム式の真空ポンプ52を例示したが、これに限定されない。例えば、油や液体を利用したウェットポンプ等の他の真空ポンプを用いることができる。
-In the above embodiment, the
・不凍液は、上記実施形態に限定されない。例えば、メタノール、エチレングリコール、グリセリン等、他のアルコールでもよいし、フッ素系等でもよい。但し、メタノール、エタノール等の粘性が小さいアルコールを用いると、熱輸送流体の流動性を確保することができるため、好ましい。例えば、上記第1実施形態において、不凍液としてエチレングリコールを用いた場合、エチレングリコールの蒸気圧が同一温度における水蒸気圧より小さいため、不凍液濃度を大きくすると、熱輸送流体の沸点が上がり、熱輸送流体のドライアウトを抑制することができる。 -The antifreeze solution is not limited to the above embodiment. For example, other alcohols such as methanol, ethylene glycol and glycerin may be used, or fluorine-based alcohols may be used. However, it is preferable to use an alcohol having a low viscosity such as methanol and ethanol because the fluidity of the heat transport fluid can be ensured. For example, when ethylene glycol is used as the antifreeze in the first embodiment, the vapor pressure of ethylene glycol is smaller than the vapor pressure at the same temperature. Therefore, when the concentration of the antifreeze is increased, the boiling point of the heat transport fluid rises and the heat transport fluid Dryout can be suppressed.
・熱源、第1熱交換器、および第2熱交換器は、上記実施形態に限定されない。第1熱交換器が、熱輸送流体を用いて熱源の熱を放熱させ、第2熱交換器が、第1熱交換器にて吸熱した熱輸送流体を放熱させればよい。 The heat source, the first heat exchanger, and the second heat exchanger are not limited to the above embodiments. The first heat exchanger may dissipate the heat of the heat source using the heat transport fluid, and the second heat exchanger may dissipate the heat transport fluid absorbed by the first heat exchanger.
・第1温度閾値Th1、第2温度閾値Th2は、上記実施形態に限定されない。不凍液の種類、熱輸送流体の組成等に応じて適宜設定することができる。 The first temperature threshold Th1 and the second temperature threshold Th2 are not limited to the above embodiments. It can be appropriately set according to the type of antifreeze liquid, the composition of the heat transport fluid, and the like.
・第1実施形態において、第2タンク42の液位が液位閾値Th3になると、不凍液調整処理を終了する例を示したが(図5)、液位閾値Th3は上記実施形態に限定されない。例えば、液位閾値Th3を0に近い値、例えば、0より大きく10以下の任意の値に設定し、制御部80がステップS112において、第2タンク42の液位が液位閾値Th3以下か否かを判定してもよい。さらに、液位計93を備えず、第2タンク42内の不凍液の量によらず、ステップS110を実施する構成にしてもよい。
-In the first embodiment, an example is shown in which the antifreeze liquid adjusting process is terminated when the liquid level of the
・第1実施形態において、流体温度計測部91が配管61上に設けられる例を示したが、受熱部としての第1熱交換器10に設けられてもよい。すなわち、制御部80が、受熱部の温度に応じて、濃度調整部40を制御してもよい。
Although the example in which the fluid
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 Although the present embodiment has been described above based on the embodiments and modifications, the embodiments of the above-described embodiments are for facilitating the understanding of the present embodiment, and do not limit the present embodiment. This aspect may be modified or improved without departing from its spirit and claims, and this aspect includes its equivalents. In addition, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it may be deleted as appropriate.
10…第1熱交換器
20…第2熱交換器
30…第1タンク
40…濃度調整部
41…分離膜モジュール
42…第2タンク
43…アスピレータ
44〜47、72…電磁弁
48…比例弁
50…ポンプ
52…真空ポンプ
53…排気タンク
61〜70…配管
80…制御部
91…流体温度計測部
92…外気温計測部
93…液位計
94…濃度計測部
100、100A、100B、100C…熱輸送システム
411…筐体
412…分離膜
413…入り口
414…第1出口
415…第2出口
10 ...
Claims (12)
前記熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第1熱交換器と、
前記第1熱交換器の下流に配置され、前記第1熱交換器を通過した前記熱輸送流体を放熱させる第2熱交換器と、
前記熱輸送流体を送液するポンプと、
前記第1熱交換器と前記第2熱交換器と前記ポンプとを接続し、前記熱輸送流体を循環させる配管と、
前記熱輸送流体の温度を計測する流体温度計測部と、
前記配管上に配置され、前記熱輸送流体中の前記不凍液の濃度を調整する濃度調整部と、
前記流体温度計測部により計測された前記熱輸送流体の温度に応じて、前記濃度調整部を制御する制御部と、
を備える、
熱輸送システム。 A heat transport system that uses a heat transport fluid consisting of an aqueous solution containing antifreeze.
A first heat exchanger that dissipates heat from a heat source using the heat transport fluid,
A second heat exchanger, which is arranged downstream of the first heat exchanger and dissipates heat from the heat transport fluid that has passed through the first heat exchanger.
A pump that sends the heat transport fluid and
A pipe that connects the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the pump to circulate the heat transport fluid, and
A fluid temperature measuring unit that measures the temperature of the heat transport fluid,
A concentration adjusting unit arranged on the pipe and adjusting the concentration of the antifreeze in the heat transport fluid,
A control unit that controls the concentration adjusting unit according to the temperature of the heat transport fluid measured by the fluid temperature measuring unit.
To prepare
Heat transport system.
前記熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第1熱交換器と、
前記第1熱交換器の下流に配置され、前記第1熱交換器を通過した前記熱輸送流体を放熱させる第2熱交換器と、
前記熱輸送流体を送液するポンプと、
前記第1熱交換器と前記第2熱交換器と前記ポンプとを接続し、前記熱輸送流体を循環させる配管と、
前記熱輸送流体における前記不凍液の濃度を計測する不凍液濃度計測部と、
前記配管上に配置され、前記熱輸送流体中の前記不凍液の濃度を調整する濃度調整部と、
前記不凍液濃度計測部により計測された前記不凍液の濃度に応じて、前記濃度調整部を制御する制御部と、
を備える、
熱輸送システム。 A heat transport system that uses a heat transport fluid consisting of an aqueous solution containing antifreeze.
A first heat exchanger that dissipates heat from a heat source using the heat transport fluid,
A second heat exchanger, which is arranged downstream of the first heat exchanger and dissipates heat from the heat transport fluid that has passed through the first heat exchanger.
A pump that sends the heat transport fluid and
A pipe that connects the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the pump to circulate the heat transport fluid, and
An antifreeze concentration measuring unit that measures the concentration of the antifreeze in the heat transport fluid,
A concentration adjusting unit arranged on the pipe and adjusting the concentration of the antifreeze in the heat transport fluid,
A control unit that controls the concentration adjusting unit according to the concentration of the antifreeze measured by the antifreeze concentration measuring unit.
To prepare
Heat transport system.
前記濃度調整部は、
前記不凍液を選択的に分離可能な分離膜モジュールと、
前記分離膜モジュールから蒸気を吸引する蒸気吸引部と、
を備える、
熱輸送システム。 The heat transport system according to any one of claims 1 and 2.
The concentration adjusting unit
A separation membrane module capable of selectively separating the antifreeze solution and
A vapor suction unit that sucks vapor from the separation membrane module,
To prepare
Heat transport system.
さらに、
前記熱輸送システムの外気温を計測する外気温計測部を備え、
前記制御部は、
さらに、
前記外気温計測部による外気温計測値に応じて、前記濃度調整部を制御する、
熱輸送システム。 The heat transport system according to any one of claims 1 to 3.
further,
It is equipped with an outside air temperature measuring unit that measures the outside air temperature of the heat transport system.
The control unit
further,
The concentration adjusting unit is controlled according to the outside air temperature measured value by the outside air temperature measuring unit.
Heat transport system.
前記濃度調整部は、
さらに、
前記分離膜モジュールによって分離された前記不凍液を貯留可能な貯留部を備える、
熱輸送システム。 The heat transport system according to any one of claims 3 and 4.
The concentration adjusting unit
further,
A storage unit capable of storing the antifreeze liquid separated by the separation membrane module is provided.
Heat transport system.
前記濃度調整部において、前記貯留部は、冷却可能に構成されている、
熱輸送システム。 The heat transport system according to claim 5.
In the concentration adjusting unit, the storage unit is configured to be coolable.
Heat transport system.
前記制御部は、
前記外気温計測部による外気温計測値が第1温度閾値以下の場合は、前記貯留部に貯留された前記不凍液を、前記熱輸送流体に添加させる、
熱輸送システム。 The heat transport system according to claim 6.
The control unit
When the outside air temperature measurement value by the outside air temperature measuring unit is equal to or less than the first temperature threshold value, the antifreeze liquid stored in the storage unit is added to the heat transport fluid.
Heat transport system.
前記濃度調整部は、
さらに、
前記貯留部の液位を計測する液位計を備え、
前記制御部は、
前記外気温計測部による外気温計測値が第1温度閾値以下の場合であって、前記液位計による液位計測値が液位閾値以下の場合は、前記貯留部に貯留された前記不凍液を、前記熱輸送流体に添加させる、
熱輸送システム。 The heat transport system according to claim 7.
The concentration adjusting unit
further,
A liquid level meter for measuring the liquid level of the storage unit is provided.
The control unit
When the outside air temperature measurement value by the outside air temperature measurement unit is equal to or less than the first temperature threshold value and the liquid level measurement value by the liquid level gauge is equal to or less than the liquid level threshold value, the antifreeze liquid stored in the storage unit is used. , Add to the heat transport fluid,
Heat transport system.
前記熱輸送流体に含まれる前記不凍液の蒸気圧は、同一温度における水蒸気圧より大きい、
熱輸送システム。 In the heat transport system according to any one of claims 1 to 8.
The vapor pressure of the antifreeze liquid contained in the heat transport fluid is larger than the vapor pressure at the same temperature.
Heat transport system.
前記不凍液は、アルコールである、
熱輸送システム。 In the heat transport system according to any one of claims 1 to 9.
The antifreeze is alcohol.
Heat transport system.
前記熱輸送システムは、前記熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第1熱交換器と、
前記第1熱交換器の下流に配置され、前記第1熱交換器を通過した前記熱輸送流体を放熱させる第2熱交換器と、
前記熱輸送流体を送液するポンプと、
前記第1熱交換器と前記第2熱交換器と前記ポンプとを接続し、前記熱輸送流体を循環させる配管と、
前記熱輸送流体の温度を計測する流体温度計測部と、
前記配管上に配置され、前記熱輸送流体中の前記不凍液の濃度を調整する濃度調整部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記流体温度計測部により計測された前記熱輸送流体の温度に応じて、前記濃度調整部を制御する、
熱輸送システムの制御方法。 A control method for a heat transport system that uses a heat transport fluid consisting of an aqueous solution containing antifreeze.
The heat transport system includes a first heat exchanger that dissipates heat from a heat source using the heat transport fluid.
A second heat exchanger, which is arranged downstream of the first heat exchanger and dissipates heat from the heat transport fluid that has passed through the first heat exchanger.
A pump that sends the heat transport fluid and
A pipe that connects the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the pump to circulate the heat transport fluid, and
A fluid temperature measuring unit that measures the temperature of the heat transport fluid,
A concentration adjusting unit arranged on the pipe and adjusting the concentration of the antifreeze in the heat transport fluid,
Control unit and
With
The control unit
The concentration adjusting unit is controlled according to the temperature of the heat transport fluid measured by the fluid temperature measuring unit.
How to control the heat transport system.
前記熱輸送システムは、前記熱輸送流体を用いて熱源を放熱させる第1熱交換器と、
前記第1熱交換器の下流に配置され、前記第1熱交換器を通過した前記熱輸送流体を放熱させる第2熱交換器と、
前記熱輸送流体を送液するポンプと、
前記第1熱交換器と前記第2熱交換器と前記ポンプとを接続し、前記熱輸送流体を循環させる配管と、
前記熱輸送流体における前記不凍液の濃度を計測する不凍液濃度計測部と、
前記配管上に配置され、前記熱輸送流体中の前記不凍液の濃度を調整する濃度調整部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記不凍液濃度計測部により計測された前記不凍液の濃度に応じて、前記濃度調整部を制御する、
熱輸送システムの制御方法。 A control method for a heat transport system that uses a heat transport fluid consisting of an aqueous solution containing antifreeze.
The heat transport system includes a first heat exchanger that dissipates heat from a heat source using the heat transport fluid.
A second heat exchanger, which is arranged downstream of the first heat exchanger and dissipates heat from the heat transport fluid that has passed through the first heat exchanger.
A pump that sends the heat transport fluid and
A pipe that connects the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the pump to circulate the heat transport fluid, and
An antifreeze concentration measuring unit that measures the concentration of the antifreeze in the heat transport fluid,
A concentration adjusting unit arranged on the pipe and adjusting the concentration of the antifreeze in the heat transport fluid,
Control unit and
With
The control unit
The concentration adjusting unit is controlled according to the concentration of the antifreeze liquid measured by the antifreeze concentration measuring unit.
How to control the heat transport system.
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