(57)【要約】本発明に係る相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システムは、直列接続されており、中心軸が同じである複数のエネルギー貯蔵ユニットを含み、エネルギー貯蔵ユニットは内側から外側へ円心が同じになるように設けられている充熱流路と、放熱ループと、およびエネルギー貯蔵ループとを含み、エネルギー貯蔵ユニットには発散型自励振動ヒートパイプが設けられており、発散型自励振動ヒートパイプは周方向に沿って均一に分布されている複数の自励振動ヒートパイプブランチを含み、自励振動ヒートパイプブランチは充熱流路内に位置されている蒸発部、放熱ループ内に位置されている輸送部およびエネルギー貯蔵ループ内に位置されている凝縮部を含み、隣接する自励振動ヒートパイプブランチ同士間は、蒸発部の末端部開口を介して順次に連通されており、それにより、発散型自励振動ヒートパイプ全体を一つの閉ループに構成しており、エネルギー貯蔵ループ内は凝縮部と密接に接触されている相変化材料により充填されている。本発明の構造は、簡単でコンパクトであり、使用およびメンテナンスしやすく、コストが比較的に低く、相変化材料の高潜熱性および自励振動ヒートパイプの高熱伝導性を利用して異なる形式の産業余熱の回収および利用に適用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続されており、中心軸が同じである複数のエネルギー貯蔵ユニット（１）を含み、  前記エネルギー貯蔵ユニット（１）は内側から外側へ円心が同じになるように設けられている充熱流路（２）と、放熱ループ（３）と、エネルギー貯蔵ループ（４）とを含み、  隣接するエネルギー貯蔵ユニット（１）同士間の充熱流路（２）と、放熱ループ（３）と、エネルギー貯蔵ループ（４）とは、いずれも係合溝（５）を介して取り合わされて結合されており、かつそれぞれ連通しており、
前記エネルギー貯蔵ユニット（１）には発散型自励振動ヒートパイプが設けられており、発散型自励振動ヒートパイプはエネルギー貯蔵ユニット（１）の周方向に沿って均一に分布されている複数の自励振動ヒートパイプブランチ（６）を含み、
前記自励振動ヒートパイプブランチ（６）は充熱流路（２）内に位置されている蒸発部（７）、放熱ループ（３）内に位置されている輸送部（８）およびエネルギー貯蔵ループ（４）内に位置されている凝縮部（９）を含み、
隣接する自励振動ヒートパイプブランチ（６）同士間は、蒸発部（７）の末端部開口（１４）を介して順次に連通されており、
前記エネルギー貯蔵ループ（４）内は相変化材料（１０）により充填されており、
首尾両端のエネルギー貯蔵ユニット（１）には、放熱ループキャップ（１１）およびエネルギー貯蔵ループキャップ（１２）が設けられている、
ことを特徴とする、相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システム。
【請求項２】
前記係合溝（５）には、耐高温かつ耐腐食の密封シールが設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システム。
【請求項３】
前記自励振動ヒートパイプブランチ（６）の蒸発部（７）、輸送部（８）および凝結部（９）は、直線形、円弧形または螺旋線形の構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システム。
【請求項４】
前記自励振動ヒートパイプブランチ（６）にはフィン（１３）が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システム。
【請求項５】
前記発散型自励振動ヒートパイプ内の作業物質は、セルフリウェッティング流体、マイクロ／ナノカプセルの相変化材料エマルジョンまたはナノ流体である、ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システム。
【請求項６】
前記相変化材料（１０）は、中高温相変化材料または中低温相変化材料である、ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システム。
【請求項７】
前記発散型自励振動ヒートパイプの作動開始温度は、前記相変化材料（１０）の相転移温度より低い、ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システム。
【請求項８】
前記エネルギー貯蔵ループ（４）の外壁（１５）は、サンドイッチ構造であり、上下両側に挟まれた中間層は、真空引きされているか、保温材料または相変化材料（１０）により充填されている、ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システム。
【請求項９】
前記エネルギー貯蔵ユニット（１）同士は回転調整可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システムに関し、産業余熱の貯蔵および利用分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
経済社会の進歩に伴い、巨大なエネルギー消費および深刻な環境汚染は２つの大きな難題となり、省エネルギーおよび排出削減に対する需要性はますます高まっている。我が国における産業部門のエネルギー消費は、全国の総エネルギー消費の約７０％を占めており、エネルギー消費が比較的に多いが、これは産業余熱の利用率が低く、エネルギーが十分に利用されていないことが重要な原因である。我が国におけるエネルギー利用率はわずか約３３％であり、少なくとも約５０％のエネルギー消費は様々な形式の余熱として排出されている。このため、我が国における余熱資源は非常に豊富で、余熱を回収利用すればエネルギーの利用効率をさらに向上でき、化石燃料の使用量を削減し、汚染物質の排出を低減できる。
【０００３】
現在、産業余熱の回収利用問題は、すでに政府、科学研究所および企業などの関心を得ている。従来の技術分類によれば、産業余熱を利用する技術は、主に熱を動力に変換する技術、熱交換技術および加熱冷却技術に分けられる。蓄熱式熱交換器は、熱交換技術の１種であり、主な原理は熱い流体と冷たい流体とが交互に蓄熱部品を流れて熱交換を行うことである。相変化材料は熱エネルギーの貯蔵および利用において大きな潜在能力を有し、自励振動ヒートパイプ（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ  Ｈｅａｔ  Ｐｉｐｅ）は比較的に高い熱伝達性能を有するため、熱源と、蓄熱源と、使用者とを連通する良好な熱伝達媒体として使用できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システムを提供することを目的とする。該システムは、構造が簡単であり、組立てが便利であり、コストが低いなどの特徴を有し、相変化材料の高潜熱性および自励振動ヒートパイプの高熱伝導性を利用して効果的に産業余熱の回収利用率を向上させ、かつフレキシブルに使用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明に係る相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システムは、直列接続されており、中心軸が同じである複数のエネルギー貯蔵ユニットを含み、前記エネルギー貯蔵ユニットは内側から外側へ円心が同じになるように設けられている充熱流路と、放熱ループと、エネルギー貯蔵ループとを含み、隣接するエネルギー貯蔵ユニット同士間の充熱流路と、放熱ループと、エネルギー貯蔵ループとは、いずれも係合溝を介して取り合わされて結合されており、かつそれぞれ連通している。
【０００６】
ここで、前記エネルギー貯蔵ユニットには発散型自励振動ヒートパイプが設けられており，発散型自励振動ヒートパイプはエネルギー貯蔵ユニットの周方向に沿って均一に分布されている複数の自励振動ヒートパイプブランチを含み、前記自励振動ヒートパイプブランチは充熱流路内に位置されている蒸発部、放熱ループ内に位置されている輸送部およびエネルギー貯蔵ループ内に位置されている凝縮部を含み、隣接する自励振動ヒートパイプブランチ同士間は、蒸発部の末端部開口を介して順次に連通されることにより、発散型自励振動ヒートパイプ全体を一つの閉ループに構成しており、前記エネルギー貯蔵ループ内は凝縮部と密接に接触されている相変化材料により充填されており、首尾両端のエネルギー貯蔵ユニットには、放熱ループキャップおよびエネルギー貯蔵ループキャップが設けられている。
【０００７】
このため、中心流路は熱源に直接結合でき、放熱ループは冷源に直接結合でき、自励振動ヒートパイプは余熱源と、蓄熱媒体と、使用者とを連通させるリンクとして、効率的に熱輸送の役割を果たす。エネルギー貯蔵ユニットの構造はコンパクトで簡単であり、単一のエネルギー貯蔵ユニットのメンテナンスおよび交換が便利である。このようなエネルギー貯蔵ユニットは、充熱流路と放熱ループとをともに有し、エネルギーの貯蔵プロセスおよび放出プロセスを同時に達成できるだけでなく、エネルギーの貯蔵プロセスと放出プロセスとを別々に行うこともできる。システムの外形は、実際の構造に応じてフレキシブルに変更でき、複数のエネルギー貯蔵ユニットが結合されて大きなエネルギー貯蔵および放出システムを構成できる。
【０００８】
好ましくは、前記係合溝には、耐高温かつ耐腐食の密封シールが設けられている。このため、結合箇所における流体または相変化材料の漏れを効果的に防止できる。したがって、充熱流路と、放熱ループと、エネルギー貯蔵ループとの間の密閉性を確保できる。
【０００９】
好ましくは、前記自励振動ヒートパイプブランチの蒸発部、輸送部および凝縮部は、直線形、円弧形または螺旋線形の構造を有する。発散型自励振動ヒートパイプブランチにおける３つの部分は、幾何形状の構造が様々であり、実際の熱輸送の需要に応じて自励振動ヒートパイプの形状構造をデザインすることにより、熱交換効率を確保する。
【００１０】
好ましくは、前記自励振動ヒートパイプブランチにはフィンが設けられている。実際の状況に応じて、自励振動ヒートパイプにおける異なる箇所にフィンを設けるか否かを決定することにより、熱交換効率を向上させる。
【００１１】
好ましくは、前記発散型自励振動ヒートパイプ内の作業物質は、セルフリウェッティング（Ｓｅｌｆ−ｒｅｗｅｔｔｉｎｇ）流体、マイクロ／ナノカプセルの相変化材料エマルジョンまたはナノ流体である。たとえば、水／ヘプタノール溶液，金属ナノ粒子水溶液などである。
【００１２】
好ましくは、前記相変化材料は、中高温相変化材料または中低温相変化材料である。具体的には、複合相変化材料、カプセル相変化材料または金属基相変化材料などであってよく、たとえば、溶融塩、水和塩またはＺｎ−Ｍｇ合金相変化材料である。
【００１３】
好ましくは、前記発散型自励振動ヒートパイプの作動開始温度は、前記相変化材料の相転移温度より低い。相変化材料の相転移温度とは、相変化プロセスが起こる際の温度を指し、潜熱吸収および潜熱放出のプロセスを含む。自励振動ヒートパイプの作動開始温度とは、自励振動ヒートパイプの内部における液体と気泡プラグの持続的振動を維持するための最低温度であり、この際、自励振動ヒートパイプは極めて高い熱輸送能力を有する。自励振動ヒートパイプの作業開始温度が相変化材料の相転移温度より低い場合のみ、相変化材料の放熱プロセスにおいて、自励振動ヒートパイプ内部の作業物質は、振動状態を維持できる。
【００１４】
好ましくは、前記エネルギー貯蔵ループの外壁は、サンドイッチ構造である。上下両側に挟まれた中間層は、真空引きされたり、保温材料または相変化材料により充填されたりすることができ、特殊な保温デザインにより、エネルギー貯蔵ループの熱損失が大幅に低減される。
【００１５】
好ましくは、実際の条件に基づいて、前記エネルギー貯蔵ユニット同士は回転調整可能である。これにより、異なるエネルギー貯蔵ユニット同士間の発散型自励振動ヒートパイプの相対位置を調節し、流路内の流れ抵抗を調節できるため、流体と自励振動ヒートパイプとの間の熱交換効率を調節でき、さらに該システムの蓄熱および放熱効率を向上させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る相変化材料と発散ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システムによれば、従来技術に比べて、以下のような有益な効果を奏する。
【００１７】
１、構造が簡単でコンパクトであり、組み合わせが便利であり、コストが低く、メンテナンスおよび交換が便利であり、相変化材料の高潜熱性および自励振動ヒートパイプの高熱伝導性を利用して産業余熱の回収利用率を大幅に向上させる。
２、固定式であっても移動式であってもよく、エネルギーの貯蔵および放出プロセスを同時に行っても別々に行ってもよい。これにより、エネルギーの貯蔵および放出プロセスが時間および空間において適合しない問題を解決する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システムの構造を示す図である。
【図２】本発明における単一のエネルギー貯蔵ユニットの構造を示す図である。
【図３】本発明における単一のエネルギー貯蔵ユニットの等軸測投影を示す図である。
【図４】実施例１における発散型自励振動ヒートパイプを示す図である。
【図５】実施例２における発散型自励振動ヒートパイプを示す図である。
【図６】実施例３における発散型自励振動ヒートパイプを示す図である。
【図７】実施例４における発散型自励振動ヒートパイプを示す図である。
【図８】実施例５における発散型自励振動ヒートパイプを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら具体的な実施形態により、本発明についてさらに詳しく説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１に示すように、相変化材料と発散型ヒートパイプとの結合によるエネルギー貯蔵システムは、直列接続されており、中心軸が同じである複数のエネルギー貯蔵ユニット１を含む。上記エネルギー貯蔵ユニット１は、内側から外側へ円心が同じになるように設けられている充熱流路２と、放熱ループ３と、エネルギー貯蔵ループ４とを含む。隣接するエネルギー貯蔵ユニット１同士間の充熱流路２と、放熱ループ３と、エネルギー貯蔵ループ４とは、いずれも係合溝５を介して取り合わされて結合されており、それぞれ連通している。
【００２１】
ここで、上記エネルギー貯蔵ユニット１には発散型自励振動ヒートパイプが設けられており，発散型自励振動ヒートパイプはエネルギー貯蔵ユニット１の周方向に沿って均一に分布されている複数の自励振動ヒートパイプブランチ６を含む。上記自励振動ヒートパイプブランチ６は充熱流路２内に位置されている蒸発部７、放熱ループ３内に位置されている輸送部８およびエネルギー貯蔵ループ４内に位置されている凝縮部９を含む。隣接する自励振動ヒートパイプブランチ６同士間は、蒸発部７の末端部開口１４を介して順次に連通されることにより、発散型自励振動ヒートパイプ全体を一つの閉ループに構成している。上記エネルギー貯蔵ループ４内は凝縮部９と密接に接触されている相変化材料１０により充填されており、首尾両端のエネルギー貯蔵ユニット１には、放熱ループキャップ１１およびエネルギー貯蔵ループキャップ１２が設けられている。
【００２２】
上記係合溝５内には耐高温かつ耐腐食の密封シールが設けられているため、結合箇所における流体または相変化材料１０の漏れを効果的に防止できる。図３に示すように、上記エネルギー貯蔵ループ４の外壁１５は、サンドイッチ構造であり、上下両側により挟まれた中間層は、真空引きされたり、保温材料または相変化材料１０により充填されたりすることによって熱損失を低減する。
【００２３】
発散型自励振動ヒートパイプブランチ６における３つの部分は、幾何形状の構造が様々である。図２、４に示すように、本実施例において、上記自励振動ヒートパイプブランチ６の蒸発部７および輸送部８は、直線形になっており、その上にはフィン１３が設けられており、凝縮部９は耳の形になっている。
【００２４】
上記発散型自励振動ヒートパイプの材料は、耐熱性、耐圧性および耐腐食性を有する高熱伝導性材料であり、赤銅、ステンレスおよびその他の金属、合金などであってもよい。上記発散型自励振動ヒートパイプ内の作業物質は、セルフリウェッティング流体、マイクロ／ナノカプセルの相変化材料エマルジョンまたはナノ流体などを用いてもよく、たとえば水／ヘプタノール溶液，金属ナノ水溶液である。
【００２５】
上記相変化材料１０は、中高温相変化材料または中低温相変化材料である。具体的には、複合相変化材料、カプセル相変化材料または金属基相変化材料などであってよく、たとえば、溶融塩、水和塩またはＺｎ−Ｍｇ合金相変化材料などである。
【００２６】
上記発散型自励振動ヒートパイプの作動開始温度は、上記相変化材料１０の相転移温度より低い。
【００２７】
実際の条件に基づいて、上記エネルギー貯蔵ユニット１同士を回転調整することにより、異なるエネルギー貯蔵ユニット１同士間の発散型自励振動ヒートパイプの相対位置を調節し、それにより、流路内の流れ抵抗を調節し、流路内の流体と自励振動ヒートパイプとの熱交換能力を向上させる。
【００２８】
該エネルギー貯蔵システムは熱輸送媒体として発散型自励振動ヒートパイプを用いており、他の強制流動の熱伝達媒体を必要としないため、エネルギー消費を節約できる。エネルギーの貯蔵および放出装置は固定式であっても、移動式であってもよい。ここで、移動式とは、本発明に係るエネルギー貯蔵システムと熱源とは一緒に固定される必要がなく、その蓄熱プロセスおよび放熱プロセスは異なる場所において行われてもよいことを指す。たとえば、工場で蓄熱し、蓄熱システムの構造が比較的にフレキシブルであるため、トラックにより必要な場所に運んでから放熱してもよい。
【００２９】
本発明では、相変化材料の高潜熱の利点と、自励振動ヒートパイプの高導熱性、フレキシブルな構造および低コストなどの利点とを合理的に組み合わせている。余熱流体は、中央の充熱流路を経過し、発散型自励振動ヒートパイプの末端部における蒸発部と熱交換し、熱は自励振動ヒートパイプから端部のエネルギー貯蔵ループ領域に輸送され、自励振動ヒートパイプにおけるフィンは熱交換の効率を向上できる。相変化材料は顕熱形式または潜熱形式によって熱を貯蔵する。貯蔵された熱は自励振動ヒートパイプを通って中央部に輸送され、熱交換媒体に急速に放出する。したがって、エネルギー貯蔵システムの蓄熱プロセスおよび放熱プロセスを同時に行っても別々に実施されてもよい。これにより、蓄熱および放熱が時間および空間において適合しない問題を解決する。
【００３０】
本発明における上記エネルギー貯蔵ユニットの構造が簡単でコンパクトであり、システムの外形は実際の構造に応じて柔軟に変更でき、複数のユニットが接続されて大きなエネルギー貯蔵システムを構成できる。本発明における複数のエネルギー貯蔵ユニットは適切な組み合わせ、およびデザインされた後には、様々な産業余熱の回収および利用に適用され、潜在的な経済価値および環境保護価値を有する。
【００３１】
上記エネルギー貯蔵ユニットは、自体が優れた蓄熱能力および放熱能力を有するため、異なる蓄熱温度範囲に対し、相変化材料の種類、自励振動ヒートパイプの作業物質、自励振動ヒートパイプの管壁材料の種類を変更すれば、要求を満たせる
【００３２】
（実施例２）
図５に示すように、本実施例において、上記自励振動ヒートパイプブランチ６の凝縮部９は円形構造を有し、その他の実施形態は、実施例１と同様である。
【００３３】
（実施例３）
図６に示すように、本実施例において、上記自励振動ヒートパイプブランチ６の凝縮部９は波状構造を有し、その他の実施形態は、実施例１と同様である。
【００３４】
（実施例４）
図７に示すように、本実施例において、上記自励振動ヒートパイプブランチ６の凝縮部９は三次元螺旋構造を有し、その他の実施形態は、実施例１と同様である。
【００３５】
（実施例５）
図８に示すように、本実施例において、上記自励振動ヒートパイプブランチ６の凝縮部９は半円形構造を有し、その他の実施形態は、実施例１と同様である。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想から逸脱しない前提で、いくつかの改良および修飾を行えるが、これらの改良および修飾も本発明の保護範囲内に含まれるとみなすべきである
【符号の説明】
【００３７】
１  エネルギー貯蔵ユニット、２  充熱流路、３  放熱ループ、４  エネルギー貯蔵ループ、５  係合溝、６  自励振動ヒートパイプブランチ、７  蒸発部、８  輸送部、９  凝縮部、１０  相変化材料、１１  放熱ループキャップ、１２  エネルギー貯蔵ループキャップ、１３  フィン、１４  末端部開口、１５  外壁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019516940.tif 000009
【図８】
2019516940.tif 000010
【国際調査報告】
2019516940.tif 000011
2019516940.tif 000012
2019516940.tif 000013
2019516940.tif 000014