JPH037875B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、形状を安定化させた棒状の高密度
ポリエチレンを用いた蓄熱器に関するものであ
る。

省エネルギーという観点から、熱エネルギーの
貯蔵は重要な課題となつている。ところで、種々
の蓄熱方法の中で、潜熱蓄熱によるものは高い蓄
熱密度を有し、一定温度の熱エネルギーが取り出
せる特徴を有するが、何らかの流体を熱媒体とし
て用いて、蓄熱材料と熱交換する必要があるた
め、熱交換の良否が蓄熱器の性能に大きな影響を
及ぼす（「日本の科学と技術」１−2.1982財団法
人 日本科学技術振興財団・科学技術館発行
Vol.23、No.213第61頁〜第67頁参照）。

高密度ポリエチレンは、大きな融解潜熱、良好
な熱安定性を有し、潜熱蓄熱材料として優れた材
料であるが、プラズマ処理、放射線照射、異物質
のコーテイング、過酸化物による処理等の方法に
より融解しても流動化せず、相互融着を生じない
形状安定化したものに改質し得る（特開昭57−
76078号公報参照）。また、このように形状安定化
した高密度ポリエチレンを、通常の高密度ポリエ
チレン表面に被覆することも可能である。形状安
定性高密度ポリエチレンもしくは表面のみ形状安
定化してある高密度ポリエチレンを使用すること
により、熱媒体と蓄熱材料を直接に接触させるこ
とが可能となり、伝熱抵抗の減少、伝熱面積の増
大によつて熱交換が飛躍的に改善され、蓄熱器の
性能を著しく向上させることができる。後述する
ように、この発明は、高密度ポリエチレンを前述
したように形状安定性高密度ポリエチレンとして
蓄熱体に用いるものである。

一方、従来の潜熱蓄熱器では、容器内に蓄熱材
料を充填し、容器壁面を介して熱媒体と熱交換さ
せていたため、熱交換性が悪く、熱交換の改善に
は著しいコストの上昇が必要とされる。

上述した形状安定性高密度ポリエチレンを、
種々の形状で用いる蓄熱器の提案は既になされて
おり（特開昭53−149877号公報参照）、ペレツト
状のポリエチレンを用いた蓄熱器の実験も試みら
れているが（ORNL／Sub−7641／１：
Oakridge National Laboratory（オークリツジ
国立研究所）May1980発行 米国政府レポート
参照）、特に棒状のものを使用することにより蓄
熱器の解析がし易く、体積充填率（すなわち蓄熱
密度）も容易に変えることができ、しかも熱媒体
を長手方向に流すことにより圧力損失も少なくで
き、かつ流体の均一な流れが得られる等の利点が
考えられる。しかし、形状安定化を施しても融解
時の流動化、相互融着はないが材料が軟化し、融
解時の体積変化も大きいため、棒状の材料をどの
ように使用し、蓄熱器内に充填するかという点が
蓄熱器の実用化における最大の問題点と考えられ
る。

この発明は、上述の問題点を解決するためにな
されたもので、棒状の形状安定性高密度ポリエチ
レンを用いて集合体を形成し、その長手方向に熱
媒体を流すことによつて熱交換を行わせるように
した蓄熱器を提供するものである。以下、この発
明の実施例を図面について説明する。

実施例 １ 第１図ａ，ｂはこの発明の蓄熱器に用いる蓄熱
体の一実施例を示す要部の斜視図とその平面図で
ある。この実施例では、形状安定性高密度ポリエ
チレンからなる棒体１を、保持材２で構成された
断面がハニカムコア状の各仕切部３内に部分的、
もしくは全体にわたつて挿入保持させ蓄熱体１０
としたものである。第１図の保持材２の高さは、
例えば５〜2000mm程度が用いられる。また、溶融
状態の形状安定性高密度ポリエチレンは軟化して
いるため、補強用に保持材２の各仕切部３内の棒
体１中に、第２図ａ，ｂのように直径１〜20mm程
度の金属性中空棒、または金属性中実棒、もしく
は同程度の断面積を有する任意形状の剛性の補強
材４を長手方向に１本ないし複数本挿入すること
により蓄熱体１０の保持を一層有効に行うことが
できる。

さらに、同様の目的のために、第３図ａ，ｂに
示すように、金属線もしくはこれと同等の剛性を
有する線材を芯材５に用いた形状安定性高密度ポ
リエチレンを使用することも有効である。第３図
では、長手方向に金属線の芯材５が入つた補強形
状安定性高密度ポリエチレンの棒体１′を複数本
用いた束状に保持した例であるが、すべて補強形
状安定性高密度ポリエチレンの棒体１′を用いれ
ば保持材２は不必要である。

実施例 ２ 形状安定性高密度ポリエチレンの棒体１を第４
図に示すように、保持材２として細い材料からな
る金属線や糸６によつてすだれのように締結保持
し、これを巻き込んで蓄熱集合体をつくり蓄熱体
１０とする。この場合、第４図のように一層で締
結しても、複数層に重ね締結してもよい。締結箇
所は長手方法の片端だけでも実用上差し支えない
場合もあるが、両端もしくは第４図のように数カ
所において締結することにより、一層有効な保持
が可能となる。そして、棒体１の一部または全部
を前記実施例１で述べた補強形状安定性高密度ポ
リエチレンの棒体１′にすれば、保持効果は更に
向上する。

実施例 ３ 前述した実施例１または２で示した蓄熱体１０
を容器内に充填する際、容器内に仕切板を設ける
だけで容器内の蓄熱体１０の移動を全く防ぐこと
ができる場合もあるが、以下に示す固定手段を採
用することにより、一層着実な充填が可能とな
る。

蓄熱体１０の一部、あるいは全部について、そ
の片端もしくは両端を第５図に示すように容器内
の固定材１１に固定する。この場合、固定箇所で
流体の流路がふさがらないように留意する必要が
ある。第５図では両端を固定しているが、蓄熱体
１０を複数個積層し、上下の両端を固定するよう
にしても良い。

固定手段としては、棒体１の表面に金属を付着
させて、これを接着剤を用いて固定材１１に接着
させるか、磁性を有する固定材１１に付着させ
る。固定材１１は網状、多孔質等、蓄熱体１０を
固定しても流路が確保されるものであれば形状は
任意でよい。

上記の固定手段の場合、特に金属付着を用いる
のが容易であるが、上記の目的に使用できれば金
属以外の材料であつても良い。また、表面付着に
限らず他の材料でも上記の目的に使用できるもの
を棒体１の端部に接続しても良い。

他の固定手段としては、棒体１が抜けないよう
な穴を固定材１１に設け、この穴に棒体１の端部
を差し込むことも有効である。あるいは、棒体１
の端部に穴をあけ、これに細い糸状の材料を通し
て固定するようにしても良い。さらに、上記実施
例１、２で述べた補強形状安定性高密度ポリエチ
レンの棒体１′を用いれば、その補強材４を用い
ることにより固定はきわめて容易となる。

第６図は端部に鈎型の支持棒７を有する棒体１
の集合体からなる蓄熱体１０を、網状の固定材１
１′に固定したものである。

以上のような固定手段によつて蓄熱体１０を容
器内の固定材１１′に固定すれば、熱媒体流動下
でも棒体１は変形せず、確実に容器内に支持する
ことができる。

実施例 ４ 上述した実施例１〜３の手段によつて固定され
た蓄熱体１０を、棒体１が縦向きとなるように容
器内に充填し、縦方向、すなわち棒体１の長手方
向に熱媒体を流して熱交換させる。蓄熱体１０は
棒体１を一列乃至複数列横に並べたり、縦方向に
１段乃至複数段積層して容器内に充填することが
できる。熱媒体の流動方向は容器内での自然体流
を防ぐため、蓄熱時には熱媒体を上方より流入さ
せ、下方より流出させる。逆に放熱時には熱媒体
を下方より流入させ、上方より流出させる。

第７図はこの発明による蓄熱器の実施例を示す
縦断面図である。この実施例では、直径2.6mm、
長さ40cmに形状安定性高密度ポリエチレンの棒体
１を直径16cmの円筒内に体積充填率60％で束ね、
上部および下部を各々５cm幅に亘つてセルサイズ
３／４インチ（19.05mm）のアルミニウムハニカムコ
アからなる保持材２で保持した蓄熱体１０を２段
に積層し、積層した両端部を容器１２内の網状の
固定材１１に支持させた構成をとつている。な
お、１３，１４は熱媒体の流出入口である。

第８図は熱媒体として、初期に高温のエチレン
グリコールによつて容器１２内を140℃に保つた
後、103℃のエチレングリコールを下部から0.5
／minの流量で流入させた時の容器１２の出入
口の熱媒体温度を示している。この図で、曲線
は熱媒体の入口温度、曲線は同じく出口温度で
あり、横軸に時間、縦軸に温度をとつてある。

このように、ポリエチレンの凝固温度（約127
℃）ではつきりとした一定温度出力が得られてい
るのは、十分に熱交換が行われていることを実証
するものである。

実施例 ５ 第９図ａ，ｂはこの発明による蓄熱器の他の実
施例を示す側断面図およびＡ−Ａ線による断面図
である。

この実施例においては、容器１２内を水平の仕
切板１５を交互に配置して蛇行通路を形成し、両
端部に縦の仕切板１６を設置し、各仕切板１５，
１６で仕切られる空間内に先に述べた蓄熱体１０
を収容したものである。仕切板１６は第７図の固
定材１１の作用も兼ねるもので、網状のものを用
いる。そして、熱媒体は流出入口１３から流出入
口１４に向けて（あるいはその逆）矢印のように
蛇行させながら流す。すなわち、第７図の実施例
と同様に、蓄熱時には上方の流出入口１４から熱
媒体を流入させ、放熱時には逆に下方の流出入口
１３から流入させる。また、蓄熱体１０の全体の
配置は、１つの仕切内に横方向または上下方向に
積層してもよい。また、実施例４と異なり、仕切
板１５，１６の存在により棒体１，１′の保持固
定の必要がない場合もありうる。

なお、この発明の蓄熱器に用いる形状安定性高
密度ポリエチレンの棒体１の寸法は、直径１〜20
mm、長さ10〜2000mmの丸棒が好ましく、同程度の
断面積を有する任意の中実あるいは中空の形状で
も差し支えない。

また、ポリエチレンの体積充填率は40〜75％が
実用的な範囲であるが、ポリエチレンの熱膨張が
大きく、熱媒体の流動抵抗が高くなるため、好ま
しくは、常温にて60％程度の体積充填率となるよ
うに充填する。

さらに、熱媒体はポリエチレンと共存性の良い
流体ならば使用制限はないが、好ましくは粘度が
低く、比熱の大きい流体、例えば前述したエチレ
ングリコールが良い。

以上詳細に説明したように、この発明は形状安
定性高密度ポリエチレンからなる直径１〜20mmの
棒体を、断面がハニカムコア状の保持材を用いて
複数本束ねて蓄熱体とし、これを容器内に蓄熱体
を構成する棒体の長手方向を熱媒体の流動方向と
し、熱媒体と蓄熱体とを直接接触させて熱の交換
を行う配置として体積充填率が40〜75％の範囲で
収容固定したので、多量の形状安定性高密度ポリ
エチレンの蓄熱体を用いても多数回の溶融、凝固
によつて局所的に閉塞箇所が生ずることがなく、
従来の潜熱蓄熱器に比べ、その工学的信頼性を格
段と高めることができ、熱エネルギーの有効利用
を一層強力に推進することができる。

また、棒体は細い糸状または帯状の長尺の保持
材によりすだれ状に束ねられているので、構成が
極めて簡易であり、熱媒体の流動はほとんど妨げ
ずに固着できる等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはこの発明に用いる蓄熱体の一実
施例を示す要部の斜視図とその平面図、第２図
ａ，ｂはこの発明の蓄熱体における棒体の構成例
を示す正面図とその平面図、第３図ａ，ｂは同じ
く棒体の他の構成例を示す正面図とその平面図、
第４図はこの発明の蓄熱体の他の実施例を示す斜
視図、第５図はこの発明の蓄熱体の固定手段の一
実施例を示す側面図、第６図は同じく蓄熱体の固
定手段の他の実施例を示す斜視図、第７図はこの
発明による蓄熱器の一実施例を示す縦断面図、第
８図は、第７図の実施例における熱媒体の入口温
度と出口温度の時間に対する変化を示す図、第９
図ａ，ｂは同じく他の実施例を示す側断面図およ
びＡ−Ａ線による断面図である。 図中、１，１′は棒体、２は保持材、３は仕切
部、４は補強材、５は芯材、６は糸、７は支持
棒、１０は蓄熱体、１１，１１′は固定材、１２
は容器、１３，１４は流出入口、１５，１６は仕
切板である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 形状安定性高密度ポリエチレンからなる直径
   １〜20mmの棒体を、断面がハニカムコア状の保持
   材により複数本束ねて蓄熱体を構成し、この蓄熱
   体を容器内に、前記蓄熱体を構成する棒体の長手
   方向を熱媒体の流動方向とし、前記熱媒体と蓄熱
   体とを直接接触させて熱の交換を行う配置として
   体積充填率が40〜75％の範囲で収容固定したこと
   を特徴とする蓄熱器。 ２ 形状安定性高密度ポリエチレンからなる直径
   １〜20mmの棒体を、長尺の保持材によりすだれ状
   に複数本束ねて蓄熱体を構成し、この蓄熱体を容
   器内に、前記蓄熱体を構成する棒体の長手方向を
   熱媒体の流動方向とし、前記熱媒体と蓄熱体とを
   直接接触させて熱の交換を行う配置として体積充
   填率が40〜75％の範囲で収容固定したことを特徴
   とする蓄熱器。