JPS61265492A - 冷却用潜熱蓄熱装置 - Google Patents

冷却用潜熱蓄熱装置

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JPS61265492A
JPS61265492A JP60107688A JP10768885A JPS61265492A JP S61265492 A JPS61265492 A JP S61265492A JP 60107688 A JP60107688 A JP 60107688A JP 10768885 A JP10768885 A JP 10768885A JP S61265492 A JPS61265492 A JP S61265492A
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JP
Japan
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heat
fluid
cells
heat storage
cooling
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Pending
Application number
JP60107688A
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English (en)
Inventor
Hirotaka Takagi
高木 洋隆
Yutaka Hasegawa
豊 長谷川
Masahiko Ito
雅彦 伊藤
Tsuneaki Motai
恒明 馬渡
Masataka Mochizuki
正孝 望月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Chubu Electric Power Co Inc
Original Assignee
Fujikura Ltd
Chubu Electric Power Co Inc
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Publication date
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Priority to DE8686106853T priority patent/DE3670362D1/de
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/026Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat with different heat storage materials not coming into direct contact
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、水や空気等の流体を冷却するための冷熱蓄
熱装置に関し、特に冷W熱を蓄熱材の相変化に伴う潜熱
として蓄える構成の冷却用潜熱蓄熱装置に関するもので
ある。
従来の技術 例えば発熱体の冷却のために、その発熱体との間に循環
させる冷却用媒体を冷却するための冷熱蓄熱設備として
は、水を低温度源としたものが、従来知られている。水
は安価であり、また取扱いが容易であるなどの利点を有
している半面、vttit程度の範囲で使用する場合に
は、顕然として熱を吸収するため、単位量当りの冷却能
力が小さく、その結果所要の冷却容量を得るには多量ノ
水ヲ必要とし、設備が全体として大型化し、ひいてよ設
置スペースに要するコストをも勘案すれば、設備費が高
騰する問題があった。
このような問題を解決するために、物買の凝縮・融解な
どの相変化に伴う潜熱が顕熱に比べて大きいことを利用
した冷熱蓄熱設備が考えられている。そしてこのような
潜熱タイプの設備を用いる場合には、運搬などの取扱い
の容易性やスペースに見合った配置を可能とするなどの
ために、相変化を生じさせる蓄熱材を所定の大きさごと
に細分化することが好ましい。
発明が解決しようとする問題点 冷が媒体を前述したように一定流速で循環させた場合、
発熱体から受ける熱量がほぼ一定であれば、冷却設備に
流入する冷却媒体の温度は常時は −ぼ一定となる。し
たがって発熱体に対し安定した冷却を行なうには、発熱
体に対して流入する冷却媒体のm!lすなわち冷却設備
の出口での冷却媒体温度をほぼ一定に保つ必要がある。
このような循環冷却系に、前述の潜熱蓄熱材をそれぞれ
収容した所謂セルを多数用いた細分化構造の冷熱蓄熱設
備を設け、冷却媒体の冷却を行なう場合、蓄熱材の相変
化温度が全て等しいと、冷却媒体の温度が入口側から出
口側に向けて次第に低くなるために、出口側のセルにお
いては、蓄熱材と冷却媒体との温度差が小さくなり、そ
の結果出口側でのセルにおける時間当りの冷却効率すな
わち熱応答特性が悪くなる。したがって各セルを同一構
成とした場合には、入口側のセルでの蓄熱材が相変化を
完了した後でも、出口側でのセルの蓄熱材が相変化を完
了していない事態が生じ、入口側のセルの蓄熱材から順
次相変化が完了して(るため冷却媒体の出口m度が逐時
上昇するうえ、潜熱として蓄えた冷却熱の利用効率が悪
くなる問題が生じる。またこのような不都合を解消する
には、各セルの構造を配列順に従って異ならせ、出口側
のセルでの冷却媒体との熱授受面積を増大さゼるか、ま
たは各セルの蓄熱材の量を配列順に変化させることが考
えられるが、このようにすると、装置が複雑になるとと
もに設計の自由度がなくなるのみならず、設備が全体と
して大型化し、かつ高価になるなどの問題が生じる。
この発明は上記のごとき事情に鑑゛み、各セルにおける
熱応答特性を等しくするとともに蓄えた冷却熱を有効に
取出すことができ、その結果小型化を図ることのできる
冷W用潜熱蓄熱装置を提供することを目的とするもので
ある。
問題点を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、相変化に伴
う潜熱として蓄熱する蓄熱材を収容しかつ冷却対象であ
る流体との闇で熱交換する複数のセルを、前記蓄熱材の
相変化a度が前記流体を冷却する際の流れ方向において
次第に低くなる順序に配列したことを特徴とするもので
ある。
作   用 蓄熱材と流体との間の単位時間当りの熱伝達量すなわち
熱応答特性は、両者の温度差に依存するが、この発明の
4i1では、対像とする流体の温度降下と合わせてセル
内の蓄熱材の相変化温度が下降するから、各セルでの熱
応答特性に差がなくなり、したがって所定の時間内に全
てのセルから潜熱として蓄えた冷W熱を取出すことがで
きる。
実施例 以下この発明の実施例を添付の図面を参照して説明する
M1図(A)はこの発明の一実施例を示す略解図であっ
て、対象とする流体1を流通させる水槽2に、同一構造
の複数個く図では5個)の冷W用のセル3a 、3b 
、3c 、3d 、3eが流体1の流れ方向に並べて据
付けられ、流体1とセル3a〜3eとの間で熱授受する
よう構成されている。
すなわちセル3a〜3eはここでは、−例として第2図
に示すように、容器4の内部に、ポリエチレングリコー
ル(PEG)等の潜熱蓄熱材5を収容し、かつヒートバ
イブロをその蓄熱材5に水平方向に貫通させた構成であ
り、各セル3a〜3eは、各々のヒートバイブロの端部
を前記水ll!2の内部に突き出した状態で据付けられ
ている。したがってヒートバイブロを介して流体1と蓄
熱材5との間で熱授受するよう構成されている。
前記各セル3a〜3eにおける蓄熱材5の相変化温度た
とえば融点は全て異なっており、流体1を冷却する際流
れ方向における最上流側のセル3aでの融点Maが最も
高く、以降融点が次第に低くなるように設定されている
。(なお、各セルでの融点をそれぞれMa 、 Mb 
、 Mc 、 Md 、 Meとする。)このような融
点の段階的な設定は、蓄熱材5としてPEGを用いた場
合には、その平均分子量を異ならせることにより達成で
き、また蓄熱材5と1てK C1やNa C1等の塩を
含んだ水を用いた場合には、その濃度を異ならせること
により達成でき、ざらにn−パラフィン(CnH2z+
1)類においては、C数の変化によって達成できる。す
なわちPEGの平均分子量とm点とは、第1表に示す関
係にあるから、各セル38〜3eの間に設定すべき融点
温度差ΔMに基づいて適当な平均分子量のPEGをそれ
ぞれ選択すればよい。
第1表 また水の融点(凝固点)は13図に示すように、塩9度
に従って降下し、ざらに[1−パラフィンについては、
第4図に示すようにC数が増加するにつれて増加するか
ら、各セル3a〜3eの間に設定すべき融点21fi差
ΔMに基づいてそれぞれ適当な塩濃度の水、あるいは適
当なC数のn−パラフィンを選択すればよい。
また前記ヒートバイブロは、蓄熱材5の温度が融点にあ
るときに、流体1の有する熱を蓄熱材5に運んで、流体
1の温度を下げるよう構成されている。
つぎに上記のように構成した装置の作用について説明す
る。第1図(B)は流体1を蓄熱115に蓄熱した冷熱
により冷却する際の前記水槽2を流れる流体1の温度変
化を示す線図である。すべてのセル3a〜3eにおける
蓄熱材5の温度がそれぞれのllJaMa〜Meにある
ときに、設計上演められた温度TOおよび流層の流体1
を水槽2内に流すと、第1のセル3aにおける蓄熱材5
の温度が融点Maになっているから1両者の温度差ΔT
1  (−To −Ma )に基づいて流体1が冷却さ
れ、第1のセル3aが据付けられている゛水槽2の区画
においてその温度がT1に下がる。T1に温度降下した
流体1は、第2番目のセル3bにおいて更に熱を奪われ
るが、第2番目のセル3bにおける蓄熱材5の融点Mb
は、第1番目のセル3aにおける蓄熱材5の融点Maよ
りも低く設定されているから、流体1が既に温度降下し
ていても流体1と第2番目のセル3bにおける蓄熱材5
の融点Mbとの温度差ΔT2が特には小さくなることが
なく、したがって流体1は第2番目のセル3bにより、
第1番目のセル3aによる冷却と同程度に冷却され、例
えばT2なる温度に温度降下する。すなわち第2番目の
セル3bの熱応答特性が第1番目のセル3aと同様に維
持されている。
流体1は第3番目以降のセル30〜3eを通過する際に
更に冷却されるが、第3番目以降の各セル30〜3eに
おける蓄熱材5の融点Mc −Meが、その配列順に従
って次第に低くなるよう設定されているから、流体1が
次男に冷」されても流体1と各セル30〜3eにおける
蓄熱材5との温度停Δ丁3〜ΔT5が特に小さくなるこ
とはなく、その結果流体1は従前とほぼ同様に逐次冷W
され、最終的にはT5なる温度まで温度降下する。そし
て上記の装置では、各セル38〜3eにおける蓄熱材5
が完全に溶解するまでは、その温度が融点Ma〜Meに
それぞれ維持されるから、各セル38〜3eごとの流体
1との温度差はそれぞれ6丁1〜ΔT5となり、したが
って流体1の流】を一定としておけば、各セル38〜3
eでの冷却効率が特に低下しないために、流体1を迅速
に冷Wし、水4N2の出口での温度をT5に維持するこ
とができるとともに、各セル38〜3Cにおいて蓄熱材
5の溶解がほぼ同時に進行するために、蓄熱した冷熱を
有効に取出すことができる。流体1の水槽2へ流入する
温度、FItlが変化しても、前述した蓄熱材5の溶解
の進行は、各セル38〜3eにおいてほぼ同じであるの
で、蓄熱量を有効に取出すことができるのはもちろんで
ある。
なお、各セルでの降下温度は蓄熱材やヒートパイプ等に
よる流体と蓄熱材との間の熱伝達量を適宜に選択するこ
とにより、任意に設定でき、その場合、各セルでの1度
の低下が小さくても、セルの数を多くすれば、最終的に
得ることのできる温度を低くできる。またこの発明の装
置では、蓄熱材が!!解を完了した後に逆方向から蓄熱
材の凝固点より低温の流体を流せば、上記で説明したの
と逆の過程により、蓄熱材を凝固させることができ、そ
の際においても、効率のよい蓄熱材の凝固を実現するこ
とができる。さらにこの発明の装置では、多数配列した
各セルの間に、流体の流入口または取出口を設けておき
、流体を任意の1gJまたは複数のセルだけを通過させ
るようにしてもよく、このようにすれば流入または得る
べき流体の温度範囲を広くすることができる。またさら
にこの発明の装置では、蓄熱材を収容したセルにヒート
バイアを鉛直方向に貫通させた所謂竪型のセルを用いた
構成としてもよい。
発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の装置によれば
、対象とする流体と冷却源である蓄熱材との温度差が、
流体の冷却が進行しても特には小さくならないから、時
間当りの冷却効率すなわち熱応答特性が良好となり、迅
速に流体を冷却することができる。また各セルでの蓄熱
材は流体から熱を受けて同時進行的に駐解するから、冷
却効率が時間の経過と共に特に低下することがなく、し
かも蓄えた蓄熱材をほぼ100%有効に利用でき、換言
すれば蓄熱材を余分に備えておく必要がないから、小型
化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)はこの発明の一実施例を示す略解図、第1
図(B)はその水槽内での流体温度の変化を示す線図、
第2図はセルの一つを示す断面図、第3図は塩′a度と
水の融点との関係を示す縮図、第4図はローパラフィン
におけるC数と融点との関係を示す線図である。 1−R体、 3a、3t+、3c、3d、aO−t’ル
、 5・・・W!!!l材。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱する冷熱蓄熱材を収容
    しかつ冷却対象である流体との間で熱交換する複数のセ
    ルが、前記流体の流れ方向において蓄熱材の相変化温度
    が次第に低くなる順序に配列されていることを特徴とす
    る冷却用潜熱蓄熱装置。
JP60107688A 1985-05-20 1985-05-20 冷却用潜熱蓄熱装置 Pending JPS61265492A (ja)

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CA000509430A CA1298157C (en) 1985-05-20 1986-05-16 Latent heat storage apparatus for cooling
EP86106853A EP0203501B1 (en) 1985-05-20 1986-05-20 Latent heat storage apparatus for cooling
DE8686106853T DE3670362D1 (de) 1985-05-20 1986-05-20 Latentwaermespeicher fuer kuehlung.

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