JP7064156B2 - 熱搬送方法 - Google Patents
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Description
本開示の熱搬送方法に用いられる熱搬送サブシステム100を含む空気調和システム1について、図1を参照して説明する。図1は、空気調和システム1の概略構成図である。熱搬送サブシステム100は、特許請求の範囲における熱搬送システムの一例である。
冷凍サイクルサブシステム200と、熱搬送サブシステム100と、について詳細を説明する。
図1を参照しながら、冷凍サイクルサブシステム200について説明する。
圧縮機210は、吸入管251を介して冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入して、圧縮機構(図示せず)により冷媒を圧縮し、吐出管252を介して、圧縮後の冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を吐出する。
流路切換機構220は、空気調和システム1の運転モードに応じて、冷媒回路250における冷媒の流れ方向を切り換える機構である。空気調和システム1の運転モードには、冷房モードと、暖房モードと、を含む。
第1熱交換器230は、第1熱交換器230の周囲の熱源としての空気と、第1熱交換器230の内部を流れる冷媒と、の間で熱交換をさせる熱交換器である。第1熱交換器230は、タイプを限定するものではないが、例えばクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。第1熱交換器230は、空気調和システム1の運転モードが冷房モードにある時には、凝縮器(放熱器)として機能する。また、第1熱交換器230は、空気調和システム1の運転モードが暖房モードにある時には、蒸発器として機能する。
膨張機構240は、液冷媒管254を流れる冷媒を膨張させて、冷媒の圧力や流量の調節を行う機構である。本実施形態では、膨張機構240は、開度調整が可能な電子膨張弁である。なお、膨張機構240は、電子膨張弁に限定されるものではない。膨張機構240は、感温筒を有する温度自動膨張弁であってもよいし、キャピラリチューブであってもよい。
ファン260は、第1熱交換器230における冷媒と空気との熱交換を促進するため、第1熱交換器230を空気が通過するように気流を生成する機構である。ファン260は、タイプを限定するものではないが、例えばプロペラファンである。
制御装置270は、冷凍サイクルサブシステム200の各種構成の動作を制御する装置である。
熱搬送サブシステム100は、特許請求の範囲における熱搬送システムの一例である。
熱源ユニット10は、熱源となる冷凍サイクルサブシステム200から(冷凍サイクルサブシステム200の冷媒から)、熱の供給を受けるユニットである。
利用ユニット20は、タイプを限定するものではないが、熱源ユニット10で冷却/加熱された熱搬送媒体と温度調整対象である空調対象空間の空気とを熱交換させて空調を行う、エアハンドリングユニットやファンコイルユニットである。
第1流路32は、主に第1流路32を構成する第1配管32aを含む。第1流路32は、熱源ユニット10と利用ユニット20との間を接続する熱搬送媒体の流路である。第1流路32には、熱源ユニット10から利用ユニット20へと熱搬送媒体が流れる。
第2流路34は、主に第2流路34を構成する第2配管34aを含む。第2流路34は、熱源ユニット10と利用ユニット20との間を接続する熱搬送媒体の流路である。第2流路34には、利用ユニット20から熱源ユニット10へと熱搬送媒体が流れる。
ポンプ50は、媒体回路30内で熱搬送媒体を循環させるポンプである。言い換えれば、ポンプ50は、熱源ユニット10から利用ユニット20へと熱搬送媒体を送り、利用ユニット20から熱源ユニット10へと熱搬送媒体を戻すポンプである。
第1温度センサ62及び第2温度センサ64は、媒体回路30を流れる熱搬送媒体の温度を計測する温度センサである。
制御装置70は、熱搬送サブシステム100の各種構成の動作を制御する装置である。
冷凍サイクルサブシステム200の制御装置270と、熱搬送サブシステム100の制御装置70とは、協働して以下のように空気調和システム1の各部の動作を制御する。なお、ここでは、制御装置270と制御装置70とを別の装置としたが、これに限定されるものではなく、一台の制御装置で空気調和システム1の各部の動作を制御してもよい。以後、制御装置270及び制御装置70を集合的に、制御装置Cと呼ぶ場合がある。
熱搬送サブシステム100で用いられる熱搬送媒体について説明する。
本開示の熱搬送方法で、熱搬送媒体として無機水和物スラリーを使用する理由は、特に熱源ユニット10から利用ユニット20へと冷熱を搬送する際に、熱搬送量を、熱搬送に水を用いる場合に比べて増やすためである。
1)利用ユニット20に流入する熱搬送媒体の温度は、無機水和物の融点以下に制御される。言い換えれば、第1流路32を流れる熱搬送媒体の温度は、無機水和物の融点以下に制御される。また、好ましくは、第2流路34を流れる熱搬送媒体の温度も、無機水和物の融点以下に制御される。
2)利用ユニット20に流入する熱搬送媒体において、無機水和物の少なくとも一部は溶解していない。要するに、利用ユニット20に流入する熱搬送媒体は、無機水和物の飽和溶液であり、かつ、利用ユニット20に流入する熱搬送媒体には水に溶解していない固体の無機水和物が存在している。
3)利用ユニット20から流出する(比較的高温の)熱搬送媒体における単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量は、利用ユニット20に流入する(比較的低温の)熱搬送媒体における単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量とは変化している。具体的には、利用ユニット20から流出する熱搬送媒体における単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量は、利用ユニット20に流入する熱搬送媒体における単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量よりも多い。好ましくは、利用ユニット20から流出する熱搬送媒体では、無機水和物が水に全て溶解している。言い換えれば、利用ユニット20から流出する熱搬送媒体は、未飽和の無機水和物の水溶液である。
本実施形態では、熱搬送媒体として、水にリン酸系無機水和物が混ぜられているリン酸系無機水和物スラリーが用いられる。より具体的には、本実施形態で用いられる熱搬送媒体は、水にリン酸系無機水和物としてのリン酸水素二ナトリウム十二水和物が混ぜられているリン酸水素二ナトリウムのスラリーである。
a)利用ユニット20に流入する熱搬送媒体の温度(Tin):2℃~6℃
b)利用ユニット20から流出する熱搬送媒体の温度(Tout):15℃~19℃
c)熱搬送媒体中のリン酸水素二ナトリウムの重量濃度:2wt%~7wt%
熱搬送サブシステム100の配管径の選定について説明する。
(6-1)
本実施形態の熱搬送方法は、熱搬送方法の一例としての熱搬送サブシステム100を用いた熱搬送方法である。熱搬送サブシステム100は、熱源ユニット10と、利用ユニット20と、第1流路32と、第2流路34と、を備える。熱源ユニット10では、熱搬送媒体と熱源との間で熱交換が行われる。利用ユニット20では、熱搬送媒体と温度調整対象との間で熱交換が行われる。本実施形態では、温度調整対象は、空調対象空間の空気である。第1流路32は、熱源ユニット10と利用ユニット20との間を接続する。第1流路32には、熱源ユニット10から利用ユニット20へと熱搬送媒体が流れる。第2流路34は、熱源ユニット10と利用ユニット20との間を接続する。第2流路34には、利用ユニット20から熱源ユニット10へと熱搬送媒体が流れる。熱搬送方法には、熱搬送媒体として、水に、水への溶解時に吸熱する無機水和物が混ぜられている無機水和物スラリーが使用される。熱搬送方法では、熱搬送サブシステム100を、第1流路32を流れる熱搬送媒体の温度が無機水和物の融点以下の温度になるように制御する。また、熱搬送方法では、熱搬送サブシステム100を、第2流路34を流れる熱搬送媒体の温度が無機水和物の融点以下の温度になるように制御する。また、熱搬送方法では、第1流路32を流れる熱搬送媒体の単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量を、第2流路34を流れる熱搬送媒体の単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量とは変化させる。
本実施形態の熱搬送方法では、熱源ユニット10から利用ユニット20に冷熱を搬送する。本実施形態の熱搬送方法では、効率よく温度調整対象の冷却を行うことができる。
本実施形態の熱搬送方法では、熱搬送媒体として、水にリン酸系無機水和物が混ぜられているリン酸系無機水和物スラリーを使用する。
本実施形態の熱搬送方法は、第1流路32を構成する第1配管32aの径は、第2流路34を構成する第2配管34aの径より大きい。
本実施形態の熱搬送方法では、利用ユニットの定格の冷却能力と、第1流路32を構成する第1配管32aの外径及び第2流路34を構成する第2配管34aの外径とは、表1に示した関係を満たす。
本実施形態の熱搬送方法では、熱搬送媒体には、リン酸系無機水和物の結晶の分散性を向上させる添加剤が添加される。
本実施形態の熱搬送方法では、利用ユニット20は、熱搬送媒体と温度調整対象との間で熱交換が行われる利用熱交換器22を含む。第1流路32の第1配管32aの内面、第2流路34の第2配管34aの内面、及び、利用熱交換器22の熱搬送媒体が流れる流路の内面の少なくとも1つは、親水面F1と疎水面F2とが交互に配置されたエリアを含む。
以下に、上記実施形態の変形例を示す。なお、以下の変形例の内容は、互いに矛盾しない限り、他の変形例の内容の一部又は全部と組み合わされてもよい。
上記実施形態では、水への溶解時に吸熱する無機水和物の一例としてリン酸水素二ナトリウム十二水和物を使用する場合について説明したが、本開示の熱搬送方法に使用される無機水和物は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物に限定されるものではない。
・利用ユニット20に流入する(温度Tinの)熱搬送媒体は、無機水和物の飽和溶液であり、かつ、利用ユニット20に流入する熱搬送媒体には水に溶解していない固体の無機水和物が存在している。
・利用ユニット20から流出する(比較的高温である温度Toutの)熱搬送媒体における単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量は、利用ユニット20に流入する(比較的低温である温度Tinの)熱搬送媒体における単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量とは変化している。具体的には、利用ユニット20から流出する熱搬送媒体における単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量は、利用ユニット20に流入する熱搬送媒体における単位質量の水あたりの無機水和物の溶解量よりも多い。好ましくは、利用ユニット20から流出する熱搬送媒体では、無機水和物が水に全て溶解している。言い換えれば、利用ユニット20から流出する熱搬送媒体は、未飽和の無機水和物の水溶液である。
上記実施形態では、熱搬送サブシステム100が熱源ユニット10から利用ユニット20へと温熱を搬送する際(空気調和システム1の運転モードを暖房モード時)に、溶解潜熱を利用することは想定していない。ただし、これに限定されるものではない。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
20 利用ユニット
32 第1流路
32a 第1配管(第1流路を構成する配管)
34 第2流路
34a 第2配管(第2流路を構成する配管)
100 熱搬送サブシステム(熱搬送システム)
F1 親水面
F2 疎水面
Claims (10)
- 熱搬送媒体と熱源との間で熱交換が行われる熱源ユニット(10)と、
前記熱搬送媒体と温度調整対象との間で熱交換が行われる利用ユニット(20)と、
前記熱源ユニットと前記利用ユニットとの間を接続し、前記熱源ユニットから前記利用ユニットへと前記熱搬送媒体が流れる第1流路(32)と、
前記熱源ユニットと前記利用ユニットとの間を接続し、前記利用ユニットから前記熱源ユニットへと前記熱搬送媒体が流れる第2流路(34)と、
を備える熱搬送システム(100)を用いた熱搬送方法であって、
前記熱搬送媒体として、水に、水への溶解時に吸熱する無機水和物が混ぜられている無機水和物スラリーを使用し、
前記熱源ユニットから前記利用ユニットに冷熱を搬送し、
前記熱搬送システムを、前記第1流路及び前記第2流路を流れる前記熱搬送媒体の温度が前記無機水和物の融点以下の温度になるように制御するとともに、
前記第1流路を流れる前記熱搬送媒体の単位質量の水あたりの前記無機水和物の溶解量を、前記第2流路を流れる前記熱搬送媒体の単位質量の水あたりの前記無機水和物の溶解量とは変化させ、
前記熱搬送媒体として、水にリン酸系無機水和物が混ぜられているリン酸系無機水和物スラリーを使用し、
前記リン酸系無機水和物は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物であり、
前記リン酸系無機水和物スラリー中の、リン酸水素二ナトリウムの重量濃度は2~7%の範囲であり、
前記熱搬送システムを、前記第1流路から前記利用ユニットに流入する前記熱搬送媒体の温度が2℃~6℃の範囲となり、前記利用ユニットから前記第2流路に流出する前記熱搬送媒体の温度が15℃~19℃の範囲となるように、制御する、
熱搬送方法。 - 前記第1流路を構成する配管(32a)の径は、前記第2流路を構成する配管(34a)の径より大きい、
請求項1に記載の熱搬送方法。 - 前記利用ユニットの定格の冷却能力が2.2kWより大きく5.6kW以下である場合に、前記第1流路を構成する配管の外径は12.7mmで、前記第2流路を構成する配管の外径は6.4mmであり、
前記利用ユニットの定格の冷却能力が5.6kWより大きく14kW以下である場合に、前記第1流路を構成する配管の外径は15.9mmで、前記第2流路を構成する配管の外径は9.5mmであり、
前記利用ユニットの定格の冷却能力が14kWより大きく22.4kW以下である場合に、前記第1流路を構成する配管の外径は19.1mmで、前記第2流路を構成する配管の外径は9.5mmであり、
前記利用ユニットの定格の冷却能力が22.4kWより大きく28kW以下である場合に、前記第1流路を構成する配管の外径は22.2mmで、前記第2流路を構成する配管の外径は9.5mmであり、
前記利用ユニットの定格の冷却能力が28kWより大きく40kW以下である場合に、前記第1流路を構成する配管の外径は25.4mmで、前記第2流路を構成する配管の外径は12.7mmであり、
前記利用ユニットの定格の冷却能力が40kWより大きく45kW以下である場合に、前記第1流路を構成する配管の外径は28.6mmで、前記第2流路を構成する配管の外径は12.7mmであり、
前記利用ユニットの定格の冷却能力が45kWより大きく69kW以下である場合に、前記第1流路を構成する配管の外径は28.6mmで、前記第2流路を構成する配管の外径は15.9mmであり、
前記利用ユニットの定格の冷却能力が69kWより大きく100kW以下である場合に、前記第1流路を構成する配管の外径は31.8mmで、前記第2流路を構成する配管の外径は19.1mmであり、
前記利用ユニットの定格の冷却能力が100kWより大きく150kW以下である場合に、前記第1流路を構成する配管の外径は38.1mmで、前記第2流路を構成する配管の外径は19.1mmである、
請求項2に記載の熱搬送方法。 - 前記熱搬送媒体には、リン酸系無機水和物の結晶の分散性を向上させる添加剤が添加される、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱搬送方法。 - 前記添加剤は、界面活性剤のドデシル硫酸ナトリウムであり、前記熱搬送媒体に対する質量パーセント濃度は0.1wt%~1wt%の範囲である、
請求項4に記載の熱搬送方法。 - 前記添加剤は、オクチル硫酸ナトリウム、デシル硫酸ナトリウム、ヘキサデシル硫酸ナトリウム、ステアリル硫酸ナトリウム、又はオクタデシル硫酸ナトリウムである、
請求項4に記載の熱搬送方法。 - 前記添加剤は、不凍たんぱく質である、
請求項4に記載の熱搬送方法。 - 前記添加剤は、不凍たんぱく質の代替物質である、
請求項4に記載の熱搬送方法。 - 前記添加剤は、酸化チタンナノシートである、
請求項4に記載の熱搬送方法。 - 熱搬送媒体と熱源との間で熱交換が行われる熱源ユニット(10)と、
前記熱搬送媒体と温度調整対象との間で熱交換が行われる利用ユニット(20)と、
前記熱源ユニットと前記利用ユニットとの間を接続し、前記熱源ユニットから前記利用ユニットへと前記熱搬送媒体が流れる第1流路(32)と、
前記熱源ユニットと前記利用ユニットとの間を接続し、前記利用ユニットから前記熱源ユニットへと前記熱搬送媒体が流れる第2流路(34)と、
を備える熱搬送システム(100)を用いた熱搬送方法であって、
前記熱搬送媒体として、水に、水への溶解時に吸熱する無機水和物が混ぜられている無機水和物スラリーを使用し、
前記熱搬送システムを、前記第1流路及び前記第2流路を流れる前記熱搬送媒体の温度が前記無機水和物の融点以下の温度になるように制御するとともに、
前記第1流路を流れる前記熱搬送媒体の単位質量の水あたりの前記無機水和物の溶解量を、前記第2流路を流れる前記熱搬送媒体の単位質量の水あたりの前記無機水和物の溶解量とは変化させ、
前記利用ユニットは、前記熱搬送媒体と前記温度調整対象との間で熱交換が行われる利用熱交換器を含み、
前記第1流路の内面、前記第2流路の内面、及び、前記利用熱交換器の前記熱搬送媒体が流れる流路の内面の少なくとも1つは、親水面(F1)と疎水面(F2)とが交互に配置されたエリアを含む、
熱搬送方法。
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