(57)【要約】【課題】各種温度領域に対応が可能であり、かつ蓄冷および放冷の際の熱交換効率が高い蓄冷装置および熱交換器を提供する。【解決手段】温度に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質であって、その相変化温度が−１６０℃〜０℃である相変化物質を内包するマイクロカプセルからなる蓄冷材を有する蓄冷装置；ならびに該蓄冷装置を有する熱交換器。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質であって、その相変化温度が−１６０℃〜０℃である相変化物質を内包するマイクロカプセルからなる蓄冷材を有する蓄冷装置。
【請求項２】
相変化物質の相変化温度が−１６０℃以上−６０℃未満である請求項１に記載の蓄冷装置。
【請求項３】
冷熱源からの冷熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて蓄冷する請求項１または２に記載の蓄冷装置。
【請求項４】
冷熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、冷熱源からの冷熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して蓄冷材に蓄冷される請求項１または２に記載の蓄冷装置。
【請求項５】
前記マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体を有する請求項１または２に記載の蓄冷装置。
【請求項６】
冷熱媒体が流れる伝熱管が蓄冷装置内の上部に設けられ、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して蓄冷材に蓄冷させる請求項５に記載の蓄冷装置。
【請求項７】
請求項３に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。
【請求項８】
請求項３に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。
【請求項９】
請求項４に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。
【請求項１０】
請求項５に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。
【請求項１１】
請求項６に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して下部に設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、０℃以下の冷熱を潜熱型マイクロカプセルを用いて蓄冷する蓄冷装置および熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷熱を有効に利用するための蓄冷技術としては、０℃付近では氷蓄熱技術、それ以下の温度領域では例えばボイルオフガスの再液化等の、相変化物質を用いた潜熱型蓄冷技術がある（例えば、特許文献１〜３参照）。しかしながら、氷蓄熱の場合には温度的な問題があり、相変化物質を使用する場合には直接熱交換できないことによる効率的な問題等があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２６３９９７号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平５−２６３９９８号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開平８−２７０８９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、各種温度領域に対応が可能であり、かつ蓄冷および放冷の際の熱交換効率が高い蓄冷装置および熱交換器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討を行った結果、相変化温度が０℃以下の相変化物質を内包したマイクロカプセル型潜熱蓄冷材を用いて蓄冷および熱交換することにより、上記目的が達成されることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明は、下記に示すとおりの蓄冷装置および熱交換器を提供するものである。
項１．  温度に応じて潜熱の吸収および放出を生じる相変化物質であって、その相変化温度が−１６０℃〜０℃である相変化物質を内包するマイクロカプセルからなる蓄冷材を有する蓄冷装置。
項２．  相変化物質の相変化温度が−１６０℃以上−６０℃未満である項１に記載の蓄冷装置。
項３．  冷熱源からの冷熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて蓄冷する項１または２に記載の蓄冷装置。（図１，３）
項４．  冷熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、冷熱源からの冷熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して蓄冷材に蓄冷される項１または２に記載の蓄冷装置。（図２）
項５．  前記マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体を有する項１または２に記載の蓄冷装置。（図４，５）
項６．  冷熱媒体が流れる伝熱管が蓄冷装置内の上部に設けられ、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して蓄冷材に蓄冷させる項５に記載の蓄冷装置。（図５）
項７．  項３に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。（図１）
項８．  項３に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記蓄冷材に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。（図３）
項９．  項４に記載の蓄冷装置を有し、温熱源からの温熱媒体を前記蓄冷材に接触通過させて、前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。（図２）
項１０．  項５に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。（図４，５）
項１１．  項６に記載の蓄冷装置を有し、温熱媒体が流れる伝熱管が前記伝熱冷媒体に接触して下部に設けられ、温熱源からの温熱媒体が該伝熱管の内部を流れることにより、該伝熱管と前記伝熱冷媒体を介して前記蓄冷材に蓄冷された冷熱と前記温熱媒体の温熱とを熱交換する熱交換器。（図５）
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるマイクロカプセルは、相変化物質を皮膜形成材により内包したものである。
【００１０】
マイクロカプセルの製造方法としては、複合エマルジョン法によるカプセル化法（特開昭６２−１４５２号公報）、蓄熱材粒子の表面に熱可塑性樹脂を噴霧する方法（特開昭６２−４５６８０号公報）、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂を形成する方法（特開昭６２−１４９３３４号公報）、蓄熱材粒子の表面でモノマーを重合させ被覆する方法（特開昭６２−２２５２４１号公報）、界面重縮合反応によるポリアミド皮膜マイクロカプセルの製法（特開平２−２５８０５２号公報）等の一般的な方法を用いることができる。
【００１１】
マイクロカプセルの皮膜形成材としては、界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹脂、またゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられるが、本発明の如き相変化物質を内包するマイクロカプセルの場合には、インサイチュー法によるメラミンホルマリン樹脂および尿素ホルマリン樹脂が好ましい。
【００１２】
本発明で用いられるマイクロカプセルの平均粒子径は０．５〜１０００μｍ、好ましくは１〜５００μｍに設定することにより物理的圧力にも破壊することのないマイクロカプセルが得られる。この粒子径の範囲より小さいと耐熱性が低下し、またこの範囲より大きいと物理的強度が低下するため好ましくない。
【００１３】
本発明で用いられる相変化物質は、相変化温度（例えば、融点）が−１６０℃〜０℃の範囲の物質であり、具体的には脂肪族炭化水素化合物（パラフィン類化合物）や、プロピオン酸、カプロン酸、リノール酸等の脂肪酸類、ベンジルアルコール等のアルコール類、ジヘプチルフタレート、ジブチルアジペートメチルアセチルリシノレート等のエステル化合物、および無機塩類などが使用可能であるが、炭素数が５〜１３の直鎖の脂肪族炭化水素化合物は蓄熱容量も多いために好ましい相変化物質として挙げられる。さらに本発明において好ましいマイクロカプセル化法であるインサイチュー法のメラミンホルマリン樹脂、尿素ホルマリン樹脂と組み合わせることにより、緻密性の高い高強度のマイクロカプセルが得られるために好ましい相変化物質として挙げられる。これらの相変化物質中には、必要に応じて過冷却防止材、比重調節材、劣化防止剤等を添加することができる。
【００１４】
相変化温度が−１６０℃以上−６０℃未満の範囲の相変化物質としては、炭素数が５〜７の直鎖の脂肪族炭化水素化合物が挙げられ、低温用として好ましい。
【００１５】
図１〜５は、本発明の蓄冷装置および熱交換器の実施の形態の概略的な構成を示す。
【００１６】
図１においては、蓄冷装置５に蓄冷材６が充填されている。蓄冷装置５には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置５に入るための配管１、および蓄冷装置５から出た冷熱媒体が通る配管２が設けられている。また、蓄冷装置５には、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置５に入るための配管３、および蓄冷装置５から出た温熱媒体が通る配管４が設けられている。配管１を通って蓄冷装置５に入った冷熱媒体は、蓄冷装置５に充填されている蓄冷材６に接触しながら通過し、下方の配管２を通って出ていく。冷熱媒体が蓄冷材６に接触することにより、冷熱媒体が有していた冷熱が蓄冷材６に直接的に蓄冷される。冷熱媒体としては、液化天然ガス、低温天然ガス等を使用することができる。次いで、配管３を通って温熱媒体が蓄冷装置５に入り、蓄冷装置５に充填されている蓄冷材６に接触しながら通過し、上方の配管４を通って出ていく。温熱媒体が蓄冷材６に接触することにより、蓄冷材６が有していた冷熱が直接的に放冷される。すなわち、蓄冷材６に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。温熱媒体としては、ブタン、二酸化炭素、水等を使用することができる。このように、媒体と蓄冷材が接触して直接的に熱交換が可能であるため、極めて高い効率で熱交換することができる。
【００１７】
図２においても、蓄冷装置５に蓄冷材６が充填されている。蓄冷装置５には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置５に入るための配管１、および蓄冷装置５から出た冷熱媒体が通る配管２が設けられており、配管１と配管２はＵ字形の伝熱管（金属管）８で連結されている。この伝熱管８は、蓄冷装置５の内部において蓄冷材６に接触している。また、蓄冷装置５には、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置５に入るための配管３、および蓄冷装置５から出た温熱媒体が通る配管４が設けられている。配管１を通って蓄冷装置５に入った冷熱媒体は、伝熱管８を通り、配管２を通って出ていく。冷熱媒体が伝熱管８の内部を流れることにより、冷熱媒体が有していた冷熱が伝熱管８を介して蓄冷材６に蓄冷される。一方、配管３を通って温熱媒体が蓄冷装置５に入り、蓄冷装置５に充填されている蓄冷材６に接触しながら通過し、上方の配管４を通って出ていく。温熱媒体が蓄冷材６に接触することにより、蓄冷材６が有していた冷熱が直接的に放冷される。すなわち、蓄冷材６に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、冷熱媒体と温熱媒体の混合を防止しながら、高い効率で熱交換することができる。伝熱管８にはフィンが設けられていてもよい。
【００１８】
図３においては、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置５に入るための配管３と、蓄冷装置５から出た温熱媒体が通る配管４とが、Ｕ字形の伝熱管（金属管）９で連結されている。この伝熱管９は、蓄冷装置５の内部において蓄冷材６に接触している。配管１を通って蓄冷装置５に入った冷熱媒体は、蓄冷装置５に充填されている蓄冷材６に接触しながら通過し、下方の配管２を通って出ていく。冷熱媒体が蓄冷材６に接触することにより、冷熱媒体が有していた冷熱が蓄冷材６に直接的に蓄冷される。一方、配管３を通って蓄冷装置５に入った温熱媒体は、伝熱管９を通り、配管４を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管９の内部を流れることにより、蓄冷材６が有していた冷熱が伝熱管９を介して放冷される。すなわち、蓄冷材６に蓄冷されていた冷熱と温熱媒体の温熱とが熱交換される。このように、冷熱媒体と温熱媒体の混合を防止しながら、高い効率で熱交換することができる。伝熱管９にはフィンが設けられていてもよい。
【００１９】
図４においては、蓄冷装置５の上半分に蓄冷材６が充填されている。蓄冷装置５には、冷熱源から出た冷熱媒体が通って蓄冷装置５に入るための配管１、および蓄冷装置５から出た冷熱媒体が通る配管２が設けられており、配管１と配管２はＵ字形の伝熱管（金属管）８で連結されている。この伝熱管８は、蓄冷装置５の内部において蓄冷材６に接触している。蓄冷装置５の下方部においては、温熱源から出た温熱媒体が通って蓄冷装置５に入るための配管３と、蓄冷装置５から出た温熱媒体が通る配管４とが、Ｕ字形の伝熱管（金属管）９で連結されている。また、蓄冷装置５の下方部には、マイクロカプセルに対して非相溶性であり、冷熱吸収時に気体から液体に変化し、冷熱放出時に液体から気体に変化する伝熱冷媒体７が充填されており、伝熱管９は、伝熱冷媒体７に接触している。伝熱冷媒体７としては、プロパン、代替フロン等を使用することができる。配管１を通って蓄冷装置５に入った冷熱媒体は、伝熱管８を通り、配管２を通って出ていく。冷熱媒体が伝熱管８の内部を流れることにより、冷熱媒体が有していた冷熱が伝熱管８を介して蓄冷材６に蓄冷される。一方、配管３を通って蓄冷装置５に入った温熱媒体は、伝熱管９を通り、配管４を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管９の内部を流れることにより、伝熱冷媒体７が加熱されて気化する。この気体が上方の蓄冷材６と接触して直接的に熱交換し、冷却されて液体に変化して下方部に戻る。このような蓄冷と放冷の繰返しにより、冷熱と温熱とが熱交換される。伝熱冷媒体７が介在することにより、温熱媒体の過度の冷却が防止される。伝熱管８，９にはフィンが設けられていてもよい。
【００２０】
図５においては、蓄冷材６が蓄冷装置５のほぼ中央部に充填されている点で図４の場合と異なる。すなわち、伝熱管８が、蓄冷材６に接触していない。配管１を通って蓄冷装置５に入った冷熱媒体は、伝熱管８を通り、配管２を通って出ていく。一方、配管３を通って蓄冷装置５に入った温熱媒体は、伝熱管９を通り、配管４を通って出ていく。温熱媒体が伝熱管９の内部を流れることにより、伝熱冷媒体７が加熱されて気化する。この気体がほぼ中央部にある蓄冷材６を通過し、さらに上にある伝熱管８と接触して熱交換し、冷却されて液体に変化して下方部に戻る。その際に、蓄冷材６に接触しながら通過し、伝熱冷媒体７が有していた冷熱が蓄冷材６に蓄冷される。なお、蓄冷材６の温度が高い場合には、蓄冷材６と接触した伝熱冷媒体７が加熱されて気化し、上方の伝熱管８と接触して冷却されて液体に変化して下方部に戻る。このような蓄冷と放冷の繰返しにより、冷熱と温熱とが熱交換される。伝熱冷媒体７が介在することにより、温熱媒体の過度の冷却が防止される。また、このような熱交換器は、蓄冷材６が過度に冷却されるのを防止する必要がある場合に有効である。伝熱管８，９にはフィンが設けられていてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の蓄冷装置および熱交換器は、各種温度領域に対応が可能であり、かつ蓄冷および放冷の際の熱交換効率が高い。
【００２２】
本発明で用いられる蓄冷材は、その蓄冷に物質の相変化に際して生じる潜熱を利用するものであることから、蓄冷量がきわめて大きい。しかも、従来の、単に相変化物質をそのまま用いるものと異なり、相変化物質がマイクロカプセルに封入されているため、相変化物質をそのまま蓄冷媒体として用いる場合の欠点である間接熱交による効率の低下および冷却部での固形化による熱交換効率の低下の改善が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の熱交換器の他の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  配管
２  配管
３  配管
４  配管
５  蓄冷装置
６  蓄冷材
７  伝熱冷媒体
８  伝熱管
９  伝熱管
【図１】
2004347166.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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