WO2015190063A1 - 熱輸送システム - Google Patents

熱輸送システム Download PDF

Info

Publication number
WO2015190063A1
WO2015190063A1 PCT/JP2015/002781 JP2015002781W WO2015190063A1 WO 2015190063 A1 WO2015190063 A1 WO 2015190063A1 JP 2015002781 W JP2015002781 W JP 2015002781W WO 2015190063 A1 WO2015190063 A1 WO 2015190063A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
dispersed phase
transport system
phase
cooling water
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/002781
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
卓哉 布施
卓 金子
暢 川口
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Publication of WO2015190063A1 publication Critical patent/WO2015190063A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10—Liquid materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid

Definitions

  • the present disclosure relates to a heat transport system that performs heat transport using a liquid heat medium.
  • heat is generated during energy conversion.
  • a system is configured to transport heat generated during energy conversion and dissipate the heat from the heat radiating unit to the outside of the system.
  • a liquid is often used as a heat medium for transporting heat, but this liquid needs to have antifreezing properties.
  • Patent Document 1 Conventionally, there has been disclosed a technique for ensuring antifreeze by using a liquid obtained by adding about 50% of ethylene glycol as a freezing point depressant to water as a heat medium (see, for example, Patent Document 1). In addition, a technique for ensuring antifreezing properties by mixing a trace amount of a surfactant with the heat medium to maintain the supercooled state of the heat medium is disclosed (for example, see Patent Document 2).
  • this supercooled state is a metastable state, so that there is a high possibility that ice nuclei are generated due to thermal fluctuation in the system.
  • This thermal fluctuation is considered to occur based on mechanical or thermal disturbances in the system, for example.
  • the present disclosure provides a heat transport system that transports heat using a liquid heat medium that can ensure antifreeze performance of the heat medium while suppressing deterioration in the thermal properties and increase in viscosity of the heat medium.
  • the purpose is to provide.
  • the heat transport system of the present disclosure includes a heat source that generates heat, a heat radiating unit that radiates heat, and a flow control unit that controls the flow of the heat medium in the heat medium flow path through which the liquid heat medium flows.
  • the heat from the heat source is transported to the heat radiating part via the heat medium.
  • the heat medium is constituted by a solution having a continuous phase and a dispersed phase. By configuring the continuous phase from nonpolar molecules and the dispersed phase from polar molecules, the continuous phase and the dispersed phase are not compatible with each other. By arranging a plurality of molecules having nonpolar sites and polar sites at the interface between the continuous phase and the dispersed phase, the dispersed phase is maintained as droplets having a micron order diameter in the continuous phase.
  • freezing of the heat medium can be suppressed by using a heat medium in which the dispersed phase is maintained as a fine droplet having a micron order diameter in the continuous phase. For this reason, even if it does not contain a freezing point depressant such as ethylene glycol in the heat medium, the progress of freezing of the heat medium can be delayed, that is, the freezing point of the heat medium can be lowered. Further, since it is not necessary to maintain the supercooled state in order to lower the freezing point of the heat medium, the supercooled state of the heat medium is released by disturbance and freezing does not proceed. Therefore, it is possible to sufficiently ensure the antifreeze performance of the heat medium while suppressing deterioration of the heat physical properties and viscosity increase of the heat medium.
  • a freezing point depressant such as ethylene glycol
  • the engine cooling system of the present embodiment is a system that cools cooling water of the engine 101 with a radiator 102. That is, the engine cooling system of the present embodiment is a system that transports heat from the engine 101 to the radiator 102 via cooling water that is a liquid heat medium.
  • the engine 101 generates heat by energy conversion, and corresponds to a heat source of the present disclosure.
  • the radiator 102 is a heat exchanger that performs heat exchange with the outside air to cool the cooling water that has become high temperature by exchanging heat with the exhaust heat of the engine 101, and corresponds to a heat radiating unit of the present disclosure.
  • the engine 101 and the radiator 102 are connected by a cooling water flow path 100 that forms a closed circuit between the engine 101 and the radiator 102.
  • the cooling water channel 100 is provided with a pump 103 that is mechanically driven by the power of the engine 101 and circulates the cooling water through the cooling water channel 100.
  • the cooling water in the cooling water flow path 100 is circulated from the cooling water outlet of the engine 101 to the cooling water inlet of the engine 101 via the radiator 102.
  • the cooling water channel 100 constitutes a channel through which cooling water that is a liquid heat medium flows, and corresponds to the heat medium channel of the present disclosure.
  • the pump 103 controls the flow of the cooling water in the cooling water flow path 100, and corresponds to the flow control unit of the present disclosure.
  • the cooling water used in the engine cooling system according to this embodiment will be described.
  • the cooling water is constituted by a solution, that is, an emulsion, in which the dispersed phase 3 is made into fine droplets and suspended in the continuous phase 2.
  • the continuous phase 2 is composed of nonpolar molecules.
  • the dispersed phase 3 is composed of polar molecules. For this reason, the continuous phase 2 and the dispersed phase 3 are configured so as not to be compatible with each other. Then, by arranging a plurality of first surfactants 4 made of molecules having nonpolar sites and polar sites at the interface between the continuous phase 2 and the dispersed phase 3, the dispersed phase 3 is in the order of microns in the continuous phase 2. It is maintained as a fine droplet having a diameter. Further, the melting point of the continuous phase 2 is lower than the melting point of the dispersed phase 3.
  • water is adopted as the dispersed phase 3 and hydrocarbon is adopted as the continuous phase 2.
  • hydrocarbon is adopted as the continuous phase 2.
  • n-nonane and n-decane can be employed as the continuous phase 2.
  • 1st surfactant 4 sorbitan fatty acid ester as shown in following Table 1 is employable.
  • the diameter of the water droplet in hydrocarbon is 50 micrometers or less.
  • an emulsion in which water droplets having a micron-order diameter are retained in a hydrocarbon is prepared by stirring a solution in which hydrocarbon, water and sorbitan fatty acid ester are mixed with a homogenizer.
  • a homogenizer as a device for stirring the solution in which the hydrocarbon, water and sorbitan fatty acid ester are mixed.
  • FIG. 3 shows the relationship between the ratio of water in the cooling water (emulsion) (hereinafter also referred to as water ratio) and the freezing point.
  • the freezing point increases as the number of carbon atoms in the hydrocarbon increases. For this reason, as a hydrocarbon used as the continuous phase 2, a C10 or less thing is desirable.
  • the freezing temperature is ⁇ 34 ° C. or lower.
  • the ethylene glycol concentration with respect to water is 50%, that is, the water ratio in the cooling water is 50%.
  • the freezing point is lowered as compared with LLC (water ratio: 50%) that is currently generally used as cooling water. be able to.
  • the freezing point rapidly rises when the water ratio in the cooling water exceeds 72%. Therefore, it is desirable that the water ratio in the cooling water is 72% or less.
  • FIG. 4 the relationship between the water ratio and the viscosity in the cooling water is shown in FIG.
  • n-nonane or n-decane when used as the continuous phase 2, the viscosity of the cooling water hardly changes even if the water ratio in the cooling water decreases.
  • n-nonane and n-decane are 1.1 times or less than the viscosity of water which is continuous phase 2. For this reason, the viscosity of cooling water can be reduced to about 1/3 of LLC (water ratio: 50%) currently generally used as cooling water.
  • the heat transfer ratio shown on the vertical axis in FIG. 5 is a value of the heat transfer coefficient with the heat transfer coefficient of water represented as 1.
  • the heat transfer rate decreases as the water ratio in the cooling water decreases.
  • the water ratio in the cooling water is set to 20% or more, so that it is equal to or higher than the LLC (water ratio: 50%) that is currently used in general.
  • the heat transfer coefficient can be ensured.
  • the water ratio in the cooling water is set to about 72%, it is possible to secure a heat transfer coefficient that is about 1.6 times that of LLC (water ratio: 50%) that is generally used at present.
  • the dispersed phase 3 may contain a metal salt (for example, calcium chloride) that dissolves in water. Thereby, an emulsion state can be stabilized.
  • a metal salt for example, calcium chloride
  • cooling water water in which the dispersed phase 3 is held as fine droplets in the hydrocarbon that is the continuous phase 2 is used. Thereby, freezing of cooling water can be suppressed.
  • the cooling water does not contain a freezing point depressant (ethylene glycol)
  • ethylene glycol ethylene glycol
  • the progress of freezing of the cooling water can be delayed, that is, the freezing point of the cooling water can be lowered. For this reason, it is possible to suppress deterioration in the thermal properties of the cooling water and increase in viscosity.
  • the melting point of the hydrocarbon that is the continuous phase 2 is lower than the melting point of the water that is the dispersed phase 3. For this reason, even when the temperature of the cooling water is lowered and the dispersed phase 3 is frozen, the continuous phase 2 is not frozen, so that the fluidity of the cooling water can be ensured. Thereby, even if the temperature of the cooling water is lowered, the engine cooling water stem can be functioned.
  • the second embodiment will be described with reference to FIGS. The second embodiment is different from the first embodiment in that the cooling water has a second surfactant.
  • the dispersed phase 3 of the cooling water of the present embodiment includes a second surfactant 5 different from the first surfactant 4 as shown in FIG.
  • the 2nd surfactant 5 is comprised by the molecule
  • the head is a portion that is selectively close to the solid-liquid interface of water that is the dispersed phase 3 when the temperature of the cooling water is equal to or lower than a predetermined reference temperature.
  • the tail is a part that is connected to the head and has a sparse relationship (hydrophobicity) with respect to the water that is the dispersed phase 3.
  • any one of a quaternary ammonium group, a sulfo group, an ester group, a carboxyl group and a hydroxyl group is employed.
  • a tail having a plurality of carbons as a main chain and 4 or less hydrophilic groups bonded to each carbon is employed.
  • C 16 TAB hexadecyltrimethylammonium bromide
  • the freezing point can be lowered to ⁇ 37 ° C. by adding 0.1% of C 16 TAB to the dispersed phase 3 of the cooling water.
  • polyoxyethylene (10) octylphenyl ether (Triton (registered trademark) X-100), polyoxyethylene (25) octyldodecyl ether (Emulgen (registered) (Trademark) 2025G), polyoxyethylene sorbitan oleate (Tween (registered trademark) 80), stearic acid PEG-150, myristyl sulfobetaine, sodium cholate may be employed.
  • the head of the second surfactant 5 becomes a solid-liquid interface of water. Adsorb selectively in close proximity. And since the growth of the ice nuclei (solidification nuclei) of the solvent is inhibited by the head adsorbed on the solid-liquid interface of water, the progress of freezing can be suppressed. Furthermore, since the tail having hydrophobicity prevents water from approaching the solid-liquid interface, the progress of freezing can be further suppressed.
  • a third embodiment will be described with reference to FIG.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in that the heat transport system has two heat transport circuits independent of each other.
  • the heat transport system of the present embodiment includes an intake air cooling system that cools intake air of the engine in addition to the engine cooling system according to the first embodiment.
  • the heat transport system of the present embodiment includes a first heat transport circuit 10 that constitutes an engine cooling system, and a second heat transport circuit 20 that constitutes an intake air cooling system.
  • the first heat transport circuit 10 includes an engine (first heat source unit) 101, a radiator (first heat radiating unit) 102, and a first pump (first flow control unit) 103. Is provided.
  • the first heat transport circuit 10 is configured to transport heat from the engine 101 to the radiator 102 via the first cooling water flowing through the first cooling water channel 100.
  • the second heat transport circuit 20 is provided with an intercooler (second heat source unit) 201, a chiller (second heat radiation unit) 202, and a second pump (second flow control unit) 203.
  • the intercooler 201 is a heat exchanger that cools the intake air by exchanging heat between the intake air of the engine and the second cooling water flowing through the second cooling water flow path 200.
  • the chiller 202 is a heat exchanger that cools the second cooling water by exchanging heat between the second cooling water and the outside air.
  • the second pump 203 controls the flow of the second cooling water in the second cooling water channel 200.
  • the second heat transport circuit 20 is configured to transport the heat from the intercooler 201 to the chiller 202 via the second cooling water flowing through the second cooling water channel 200.
  • the “cooling water” described in the first embodiment is employed as the first cooling water and the second cooling water. For this reason, also in the present embodiment, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment.
  • the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present disclosure. Further, the means disclosed in each of the above embodiments may be appropriately combined within a practicable range.
  • the heat source is not limited to this.
  • a fuel cell, a battery, an inverter, or the like may be employed as the heat source.
  • radiator 102 is employed as the heat radiating unit.
  • a heater core that heats the conditioned air by exchanging heat between the cooling water and the conditioned air may be employed as the heat radiating unit.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

　熱輸送システムは、熱源（１０１）と、放熱部（１０２）と、液体状の冷却水が流れる冷却水流路（１００）における冷却水の流動を制御する流動制御部（１０３）とを備える。熱源からの熱は、冷却水を介して放熱部へ輸送される。熱媒体は、連続相（２）および分散相（３）を有する溶液により構成されている。連続相を非極性分子から構成するとともに、分散相を極性分子から構成することにより、連続相および分散相が互いに相溶しないように構成されている。連続相と分散相との界面に、非極性部位および極性部位を有する分子（４）を複数配列することにより、分散相が連続相内にミクロンオーダーの径を有する液滴として維持されている。

Description

熱輸送システム 関連出願の相互参照
　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１４年６月１１日に出願された日本特許出願２０１４－１２０３４６号を基にしている。
　本開示は、液体の熱媒体を用いて熱輸送を行う熱輸送システムに関するものである。
　車両等のエネルギ変換システムにおいては、エネルギ変換の際に熱が発生する。一般的に、このようなシステムでは、エネルギ変換の際に発生した熱を輸送して、その熱を放熱部から系外へ放熱するように構成されている。このとき、熱を輸送する熱媒体としては、液体が用いられることが多いが、この液体は不凍性を有している必要がある。
　従来、凝固点降下剤であるエチレングリコールを水に対して５割程度加えた液体を熱媒体として用いることにより、不凍性を確保する手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、熱媒体に微量の界面活性剤を混合して熱媒体の過冷却状態を維持することにより、不凍性を確保する手法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１４－０２０２８０号公報 特開２０１３－０３２４５６号公報
　本開示の発明者らによる検討によれば、上記特許文献１に記載の手法のように、凝固点降下現象を用いて熱媒体の不凍性能を確保する場合、目的とする凝固点が低くなる程、エチレングリコール濃度を大きくする必要がある。しかしながら、エチレングリコール濃度を大きくすると、比熱や熱伝導率等の熱物性が悪化するとともに、粘度が増大してしまう。その結果、放熱部や熱媒体配管等の体格が大きくなったり、熱媒体を流動させるための動力が大きくなったりする恐れがある。
　ところで、液体が冷却される過程で過冷却状態が生じている場合、この過冷却状態は準安定状態であるため、系内の熱的揺らぎに起因して氷核生成が生じる可能性が高い。この熱的揺らぎは、例えばシステムにおける機械的または熱的な外乱に基づき発生すると考えられる。
　このため、上記特許文献２に記載されているように、過冷却を促進して熱媒体の不凍性能を確保する場合、外乱により過冷却状態が解除されて凍結が進行する可能性が高い。その結果、不凍性能を充分に確保できない恐れがある。
　本開示は上記点に鑑みて、熱媒体の熱物性悪化および粘度増大を抑制しつつ、熱媒体の不凍性能を確保することができる、液体の熱媒体を用いて熱輸送を行う熱輸送システムを提供することを目的とする。
　本開示の熱輸送システムは、熱を発生する熱源と、熱を放熱する放熱部と、液体状の熱媒体が流れる熱媒体流路における熱媒体の流動を制御する流動制御部とを備える。熱源からの熱は、熱媒体を介して放熱部へ輸送される。熱媒体は、連続相および分散相を有する溶液により構成されている。連続相を非極性分子から構成するとともに、分散相を極性分子から構成することにより、連続相および分散相が互いに相溶しないようになっている。連続相と分散相との界面に、非極性部位および極性部位を有する分子を複数配列することにより、分散相が連続相内にミクロンオーダーの径を有する液滴として維持されている。
　これによれば、熱媒体として、分散相を連続相内にミクロンオーダーの径を有する微小液滴として維持させたものを用いることで、熱媒体の凍結を抑制することができる。このため、熱媒体にエチレングリコール等の凝固点降下剤を含有させなくても、熱媒体の凍結の進行を遅らせる、すなわち熱媒体の凝固点を低下させることができる。また、熱媒体の凝固点を低下させるために過冷却状態を維持する必要はないので、外乱により熱媒体の過冷却状態が解除されて凍結が進行することはない。したがって、熱媒体の熱物性悪化および粘度増大を抑制しつつ、熱媒体の不凍性能を充分に確保することが可能となる。
第１実施形態に係るエンジン冷却システムを示す全体構成図である。 第１実施形態における冷却水の顕微鏡写真である。 図２Ａの顕微鏡写真を線図で表した図である。 冷却水における水の割合と凝固点との関係を示す特性図である。 冷却水における水の割合と粘度との関係を示す特性図である。 冷却水における水の割合と熱伝達率比との関係を示す特性図である。 第２実施形態における冷却水の構成を説明するための説明図である。 分散相の構成と凝固点との関係を示す特性図である。 第３実施形態に係るエンジン冷却システムを示す全体構成図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
（第１実施形態）
　第１実施形態について図１～図５に基づいて説明する。本実施形態は、本開示に係る熱輸送システムを、ハイブリッド自動車の走行用駆動源の１つとして用いられるエンジン（内燃機関）の冷却システムに適用している。
　図１に示すように、本実施形態のエンジン冷却システムは、エンジン１０１の冷却水をラジエータ１０２にて冷却するシステムとなっている。すなわち、本実施形態のエンジン冷却システムは、エンジン１０１からの熱を、液体状の熱媒体である冷却水を介して、ラジエータ１０２へ輸送するシステムとなっている。
　エンジン１０１は、エネルギ変換により熱を発生するものであり、本開示の熱源に相当している。また、ラジエータ１０２は、エンジン１０１の排熱と熱交換して高温となった冷却水を外気と熱交換させて冷却する熱交換器であり、本開示の放熱部に相当している。
　エンジン１０１とラジエータ１０２は、エンジン１０１とラジエータ１０２との間で閉回路を形成する冷却水流路１００によって接続されている。冷却水流路１００には、エンジン１０１の動力により機械的に駆動されて冷却水流路１００に冷却水を循環させるポンプ１０３が設けられている。そして、冷却水流路１００内の冷却水は、エンジン１０１の冷却水出口からラジエータ１０２を経由してエンジン１０１の冷却水入口に循環するようになっている。
　冷却水流路１００は、液体状の熱媒体である冷却水が流れる流路を構成するものであり、本開示の熱媒体流路に相当している。また、ポンプ１０３は、冷却水流路１００における冷却水の流動を制御するものであり、本開示の流動制御部に相当している。
　次に、本実施形態に係るエンジン冷却システムで用いられる冷却水について説明する。冷却水は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、分散相３を微小液滴化して連続相２中に浮遊させた溶液、すなわちエマルジョンにより構成されている。
　連続相２は、非極性分子から構成されている。分散相３は極性分子から構成されている。このため、連続相２および分散相３は、互いに相溶しないように構成されている。そして、連続相２と分散相３との界面に、非極性部位および極性部位を有する分子からなる第１界面活性剤４を複数配列することにより、分散相３が連続相２内にミクロンオーダーの径を有する微小液滴として維持されている。また、連続相２の融点は、分散相３の融点より低い。
　本実施形態では、分散相３として水が採用されており、連続相２として炭化水素が採用されている。具体的には、連続相２として、ｎ－ノナン、ｎ－デカンを採用することができる。また、第１界面活性剤４としては、下記の表１に示すようなソルビタン脂肪酸エステルを採用することができる。また、炭化水素中の水滴の径は、５０μｍ以下となっている。
　なお、第１界面活性剤４としては、表１に示すソルビタン脂肪酸エステルのうちＨＬＢ値が３～８のもの、すなわちＳｐａｎ（登録商標）４０、Ｓｐａｎ（登録商標）６０、Ｓｐａｎ（登録商標）８０を用いることが望ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　本実施形態では、炭化水素、水およびソルビタン脂肪酸エステルを混合した溶液をホモジナイザーにて撹拌することにより、炭化水素内にミクロンオーダーの径を有する水滴が保持されたエマルジョンを作成している。このように、炭化水素、水およびソルビタン脂肪酸エステルを混合した溶液を撹拌する装置としてホモジナイザーを採用することで、確実にエマルジョンを分散させることができる。
　ここで、冷却水（エマルジョン）における水の割合（以下、水割合ともいう）と凝固点との関係を図３に示す。図３に示すように、炭化水素の炭素数が増える程、凝固点が高くなる。このため、連続相２として用いられる炭化水素としては、炭素数が１０以下のものが望ましい。
　ところで、ＪＩＳ　Ｋ　２２３４にて規定された不凍液の性能を確保するためには、凍結温度が－３４℃以下であることが必要である。このため、現在一般的に使用されているＬＬＣでは、水に対するエチレングリコール濃度を５０％、すなわち冷却水中の水割合を５０％としている。
　本実施形態においては、連続相２として用いられる炭化水素の炭素数を９以下とすることで、冷却水として現在一般的に使用されているＬＬＣ（水割合：５０％）よりも凝固点を低下させることができる。
　また、連続相２としてｎ－ノナンやｎ－デカンを用いた場合、冷却水中の水割合が７２％より大きくなると、急激に凝固点が上昇する。したがって、冷却水中の水割合を７２％以下とすることが望ましい。
　ここで、冷却水における水割合と粘度との関係を図４に示す。図４に示すように、連続相２としてｎ－ノナンやｎ－デカンを用いると、冷却水中の水割合が減少しても、冷却水の粘度はほとんど変化しない。具体的には、ｎ－ノナンやｎ－デカンは、連続相２である水の粘度に対して１．１倍以下となっている。このため、冷却水の粘度を、冷却水として現在一般的に使用されているＬＬＣ（水割合：５０％）の１／３程度まで低下させることができる。
　ここで、冷却水における水割合と熱伝達率比との関係を図５に示す。なお、図５の縦軸に示す熱伝達比とは、水の熱伝達率を１として表した熱伝達率の値のことである。
　図５に示すように、冷却水中の水割合が低下する程、熱伝達率が低下する。連続相２としてｎ－ノナンやｎ－デカンを用いた場合、冷却水中の水割合を２０％以上とすることで、現在一般的に使用されているＬＬＣ（水割合：５０％）と同程度以上の熱伝達率を確保することができる。さらに、冷却水中の水割合を約７２％とすることで、現在一般的に使用されているＬＬＣ（水割合：５０％）の１．６倍程度の熱伝達率を確保することができる。
　また、分散相３には、水に対して溶解する金属塩（例えば、塩化カルシウム）を含有させてもよい。これにより、エマルジョン状態を安定化させることができる。
　以上説明したように、本実施形態では、冷却水として、分散相３である水を連続相２である炭化水素内に微小液滴として保持させたものを用いている。これにより、冷却水の凍結を抑制することができる。
　このため、冷却水に凝固点降下剤（エチレングリコール）を含有させなくても、冷却水の凍結の進行を遅らせる、すなわち冷却水の凝固点を低下させることができる。このため、冷却水の熱物性悪化および粘度増加を抑制できる。
　また、本実施形態では、冷却水の凝固点を低下させるために、過冷却状態を維持する必要はない。このため、外乱により冷却水の過冷却状態が解除されて凍結が進行することはない。
　以上のように、本実施形態によれば、冷却水の熱物性悪化および粘度増大を抑制しつつ、冷却水の不凍性能を充分に確保することが可能となる。
　また、本実施形態の冷却水は、連続相２である炭化水素の融点が、分散相３である水の融点より低くなっている。このため、冷却水の温度が低下して分散相３が凍結した場合でも、連続相２は凍結しないので、冷却水の流動性を確保することができる。これにより、冷却水の温度が低下した場合であっても、エンジン冷却水ステムを機能させることが可能となる。
（第２実施形態）
　第２実施形態について図６および図７に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、冷却水が、第２界面活性剤を有して構成されている点が異なる。
　一般的に、エンジン冷却システムを使用していると、冷却水中にゴミ等の異物が混入する可能性がある。この場合、冷却水温度が低下したときに、異物を氷核（凝固核）として凍結が発生するおそれがある。
　これに対し、本実施形態の冷却水の分散相３には、図６に示すように、第１界面活性剤４とは異なる第２界面活性剤５が含まれている。第２界面活性剤５は、ヘッド（第１部位）とテール（第２部位）とを備える分子により構成されている。ヘッドは、冷却水の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に、分散相３である水の固液界面に選択的に近接する部位である。テールは、ヘッドに接続されるとともに、分散相３である水に対して疎となる関係（疎水性）を有する部位である。
　第２界面活性剤５のヘッドとしては、第４級アンモニウム基、スルホ基、エステル基、カルボキシル基およびヒドロキシル基のうちのいずれかが採用されている。また、第２界面活性剤５のテールとしては、複数の炭素を主鎖とするとともに、各炭素と結合される親水基が４個以下であるものが採用されている。
　具体的には、第２界面活性剤５としては、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム（以下、Ｃ16ＴＡＢともいう）が採用されている。このとき、図７に示すように、冷却水の分散相３にＣ16ＴＡＢを０．１％加えることにより、凝固点を－３７℃まで低下させることができる。
　なお、第２界面活性剤５として、Ｃ16ＴＡＢの他に、ポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテル（Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ－１００）、ポリオキシエチレン（２５）オクチルドデシルエーテル（エマルゲン（登録商標）２０２５Ｇ）、オレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン（Ｔｗｅｅｎ（登録商標）８０）、ステアリン酸ＰＥＧ－１５０、ミリスチルスルホベタイン、コール酸ナトリウムを採用することができる。
　第２界面活性剤５として上記に挙げた化合物を採用することで、冷却水の温度が低下して基準温度以下になった場合に、第２界面活性剤５のヘッドが水の固液界面に選択的に近接して吸着する。そして、水の固液界面に吸着したヘッドにより、溶媒の氷核（凝固核）の成長が阻害されるため、凍結の進行を抑制できる。さらに、疎水性を有するテールにより、水が固液界面に近づくことが抑制されるので、凍結の進行をより抑制できる。
　したがって、本実施形態のような第２界面活性剤５を冷却水の分散相３に加えることで、冷却水中に異物が混入した場合であっても、冷却水の凍結の進行を遅らせる、すなわち冷却水の凝固点を低下させることが可能となる。
（第３実施形態）
　第３実施形態について図８に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第１実施形態と比較して、熱輸送システムが、互いに独立した２つの熱輸送回路を有している点が異なる。
　図８に示すように、本実施形態の熱輸送システムは、上記第１実施形態に係るエンジン冷却システムに加えて、エンジンの吸気を冷却する吸気冷却システムを備えている。具体的には、本実施形態の熱輸送システムは、エンジン冷却システムを構成する第１熱輸送回路１０と、吸気冷却システムを構成する第２熱輸送回路２０とを備えている。
　上記第１実施形態において説明したように、第１熱輸送回路１０には、エンジン（第１熱源部）１０１、ラジエータ（第１放熱部）１０２および第１ポンプ（第１流動制御部）１０３が設けられている。第１熱輸送回路１０は、エンジン１０１からの熱を、第１冷却水流路１００を流通する第１冷却水を介して、ラジエータ１０２へ輸送するように構成されている。
　第２熱輸送回路２０は、インタークーラ（第２熱源部）２０１、チラー（第２放熱部）２０２および第２ポンプ（第２流動制御部）２０３が設けられている。インタークーラ２０１は、エンジンの吸気と第２冷却水流路２００を流れる第２冷却水とを熱交換させて吸気を冷却する熱交換器である。チラー２０２は、第２冷却水と外気とを熱交換させて第２冷却水を冷却する熱交換器である。第２ポンプ２０３は、第２冷却水流路２００における第２冷却水の流動を制御する。そして、第２熱輸送回路２０は、インタークーラ２０１からの熱を、第２冷却水流路２００を流通する第２冷却水を介して、チラー２０２へ輸送するように構成されている。
　本実施形態では、第１冷却水および第２冷却水として、上記第１実施形態において説明した「冷却水」を採用している。このため、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
　（１）上記実施形態では、熱源としてエンジン１０１を採用した例について説明したが、熱源はこれに限定されない。例えば、熱源として、燃料電池、バッテリ、インバータ等を採用してもよい。
　（２）上記実施形態では、放熱部としてラジエータ１０２を採用した例について説明したが、これに限定されない。例えば、放熱部として、冷却水と空調空気との間で熱交換を行うことにより空調空気を加熱するヒータコアを採用してもよい。

 

Claims (11)

  1. 　熱を発生する熱源（１０１）と、
    　熱を放熱する放熱部（１０２）と、
    　液体状の熱媒体が流れる熱媒体流路（１００）における前記熱媒体の流動を制御する流動制御部（１０３）とを備え、
    　前記熱源（１０１）からの熱は、前記熱媒体を介して前記放熱部（１０２）へ輸送され、
    　前記熱媒体は、連続相（２）および分散相（３）を有する溶液により構成されており、
    　前記連続相（２）を非極性分子から構成するとともに、前記分散相（３）を極性分子から構成することにより、前記連続相（２）および前記分散相（３）が互いに相溶しないように構成されており、
    　前記連続相（２）と前記分散相（３）との界面に、非極性部位および極性部位を有する分子（４）を複数配列することにより、前記分散相（３）が前記連続相（２）内にミクロンオーダーの径を有する液滴として維持されている熱輸送システム。
  2. 　前記連続相（２）の融点は、前記分散相（３）の融点より低い請求項１に記載の熱輸送システム。
  3. 　前記熱源は、少なくとも第１熱源部（１０１）および第２熱源部（２０１）を含み、
    　前記放熱部は、少なくとも第１放熱部（１０２）および第２放熱部（２０２）を含み、
    　前記流動制御部は、少なくとも第１流動制御部（１０３）および第２流動制御部（２０３）を含み、
    　前記第１熱源部（１０１）、前記第１放熱部（１０２）および前記第１流動制御部（１０３）を有する第１熱輸送回路（１０）と、前記第２熱源部（２０１）、前記第２放熱部（２０２）および前記第２流動制御部（２０３）を有する第２熱輸送回路（２０）とが、互いに独立して設けられている請求項１または２に記載の熱輸送システム。
  4. 　前記分散相（３）は、水である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱輸送システム。
  5. 　前記連続相（２）は、炭化水素である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱輸送システム。
  6. 　前記炭化水素の粘度は、前記分散相（３）の粘度に対して１．１倍以下である請求項５に記載の熱輸送システム。
  7. 　前記炭化水素は、炭素数が１０以下である請求項６に記載の熱輸送システム。
  8. 　前記分散相（３）は、水であり、
    　前記分散相（３）は、水に対して溶解する金属塩を有している請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱輸送システム。
  9. 　前記熱媒体における前記分散相（３）の含有割合は、２０％以上である請求項１ないし８のいずれか１つに記載の熱輸送システム。
  10. 　前記分散相（３）は、前記液滴の径が５０μｍ以下となっている請求項１ないし９のいずれか１つに記載の熱輸送システム。
  11. 　前記熱媒体は、前記熱媒体の温度が予め定めた基準温度以下になった場合に前記分散相（３）の固液界面に選択的に近接する第１部位と、前記第１部位に接続されるとともに前記分散相（３）に対して疎となる関係を有する第２部位とを有する分子（５）を有する請求項１ないし１０に記載の熱輸送システム。

     
PCT/JP2015/002781 2014-06-11 2015-06-02 熱輸送システム WO2015190063A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014120346A JP6287607B2 (ja) 2014-06-11 2014-06-11 熱輸送システム
JP2014-120346 2014-06-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015190063A1 true WO2015190063A1 (ja) 2015-12-17

Family

ID=54833180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/002781 WO2015190063A1 (ja) 2014-06-11 2015-06-02 熱輸送システム

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6287607B2 (ja)
WO (1) WO2015190063A1 (ja)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5740582A (en) * 1980-08-21 1982-03-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Regenerating material
JPH06271841A (ja) * 1993-01-22 1994-09-27 Shin Nippon Kucho Kk 氷蓄熱装置用冷熱媒
JP2000336350A (ja) * 1999-06-01 2000-12-05 Mitsubishi Cable Ind Ltd 蓄熱材
JP2005206805A (ja) * 2003-12-16 2005-08-04 General Motors Corp <Gm> 燃料電池誘電性冷却剤及びこれを使用した蒸発冷却プロセス
JP2006500739A (ja) * 2002-09-23 2006-01-05 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 燃料電池スタックのための低コストの誘電性冷却剤
JP2006241285A (ja) * 2005-03-02 2006-09-14 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 潜熱蓄熱剤組成物
JP2007146043A (ja) * 2005-11-29 2007-06-14 Univ Nihon 冷却媒体、冷却ユニット、及び冷却装置
JP2013032456A (ja) * 2011-08-03 2013-02-14 Hokkaido Univ 過冷却促進剤

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5740582A (en) * 1980-08-21 1982-03-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Regenerating material
JPH06271841A (ja) * 1993-01-22 1994-09-27 Shin Nippon Kucho Kk 氷蓄熱装置用冷熱媒
JP2000336350A (ja) * 1999-06-01 2000-12-05 Mitsubishi Cable Ind Ltd 蓄熱材
JP2006500739A (ja) * 2002-09-23 2006-01-05 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 燃料電池スタックのための低コストの誘電性冷却剤
JP2005206805A (ja) * 2003-12-16 2005-08-04 General Motors Corp <Gm> 燃料電池誘電性冷却剤及びこれを使用した蒸発冷却プロセス
JP2006241285A (ja) * 2005-03-02 2006-09-14 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 潜熱蓄熱剤組成物
JP2007146043A (ja) * 2005-11-29 2007-06-14 Univ Nihon 冷却媒体、冷却ユニット、及び冷却装置
JP2013032456A (ja) * 2011-08-03 2013-02-14 Hokkaido Univ 過冷却促進剤

Also Published As

Publication number Publication date
JP6287607B2 (ja) 2018-03-07
JP2016001066A (ja) 2016-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Role of nano-additives in the thermal management of lithium-ion batteries: A review
KR101921807B1 (ko) 거리-연장형 전기버스의 순환 시스템
JP7018147B2 (ja) 相変化冷却モジュール及びこれを用いるバッテリーパック
CN107403776A (zh) 用于冷却电子元件的两面的双面冷却器
JP2006016573A (ja) マイクロカプセル及び熱輸送流体
Lv et al. Thermal management technologies used for high heat flux automobiles and aircraft: A review
WO2015177964A1 (ja) 熱輸送システム
KR101742386B1 (ko) 그래핀을 함유한 전도성 열교환기
WO2015190063A1 (ja) 熱輸送システム
WO2019039187A1 (ja) 電池温調装置
US10111366B2 (en) Cooling system and server
JP4464914B2 (ja) 沸騰冷却方法、沸騰冷却装置および流路構造体並びにその応用製品
CN108776532A (zh) 一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质
JP2007239697A (ja) 潜熱輸送無機水和物スラリーを用いた高温域冷却装置
CN111918535A (zh) 星载及地面单相流体回路散热系统
WO2016051658A1 (ja) 熱輸送システム
JP2008028124A (ja) 沸騰冷却方法、沸騰冷却装置およびその応用製品
US20090101311A1 (en) System and Method for Cooling Using Two Separate Coolants
JP5125792B2 (ja) 熱輸送装置
CN106647983B (zh) 冷却系统
JP2018095845A (ja) 熱輸送流体及びそれを用いた熱輸送装置
JP2012214104A (ja) ハイブリッド車両用冷却装置
Sahoo A Review on Thermal Management in Electric Vehicle Battery System by Liquid Cooling
JP2020016208A (ja) 車両用熱授受装置
CN109971436A (zh) 一种电子元件用散热介质的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15806051

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15806051

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1