JPH08254396A

JPH08254396A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH08254396A
Application number: JP7056382A
Authority: JP
Inventors: Mikio Sei; 三喜男清; Hitoshi Kudo; 均工藤; Akira Sugawara; 亮菅原; Kenji Tsubaki; 健治椿; Nobuaki Yabunouchi; 伸晃薮ノ内
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】有機系蓄熱材のしみ出し防止し、連結した配
管等に詰まりを発生させることのない熱交換器を提供す
る。【構成】熱交換器は、結晶化度４０％未満の低結晶性
のポリオレフィンと、この低結晶性のポリオレフィンに
担持された、固−液間を可逆的に相転移する有機系蓄熱
材を構成材料とする蓄熱体５、この蓄熱体５に直接接触
する、上記有機系蓄熱材より比重の重い熱媒の流路３を
備える熱交換素子６をハウジング４に収容するものであ
って、上記ハウジング４の上部に熱媒の出口２を設け、
この出口２から流出する熱媒の液上面とハウジング４の
上内面の間に間隙７を有する。その結果、しみ出した有
機系蓄熱材は熱媒より比重が軽いため、上記間隙７に滞
留し、排出されないので、上記熱交換器に連結する配管
等に詰まりを発生させることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は相転移に伴う潜熱を利用
した蓄熱体を備える熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】大量の熱を蓄えることのできる潜熱蓄熱
材を利用した熱交換器としては、シェルチューブ型とカ
プセル型が知られている。上記シェルチューブ型の熱交
換器を図４に示すと、ハウジング２３の上端に熱媒の入
口１と出口２を備え、この入口１と出口２に連結した配
管２８を潜熱蓄熱材２７が充填されたハウジング２３内
に備えている。しかし、熱交換される面積が配管２８の
表面積によって限定されるため、極めて熱交換の速度が
遅い欠点がある。上記カプセル型の熱交換器を図５に示
すと、ハウジング２３の相対する端面に熱媒の入口１と
出口２を備え、このハウジング２３内に潜熱蓄熱材２７
を容器２６に封入した蓄熱体２５を充填し、この蓄熱体
２５を充填したハウジング２３内に熱媒を流して熱交換
を行う。この熱交換器は潜熱蓄熱材２７が相転移により
液体となった際の液の流出を防ぐため容器２６に収めら
れている。しかし、容器２６を介しての熱交換となるた
め熱交換の速度が遅く、また、潜熱蓄熱材２５を容器２
６に封入するため、この容器２６を小さくして表面積を
増やすことが困難である。この解決策として、樹脂に有
機系蓄熱材を担持した蓄熱体に溶媒を直接接触させた熱
交換器が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記蓄熱体に溶媒を直
接接触させた熱交換器にあっては、有機系蓄熱材が担持
されている樹脂からのしみ出しを防ぐ配慮がなされては
いるが、長期間使用した場合、徐々にしみ出した有機系
蓄熱材が、熱交換器から流出し、熱交換器に連結する配
管、ポンプ、及び、弁に詰まりを発生させる恐れがあ
る。

【０００４】本発明は上記の欠点を解消するためになさ
れたもので、その目的とするところは、有機系蓄熱材の
しみ出しを防止し、連結する配管等に詰まりを発生させ
ることのない熱交換器を提供することにある。

【０００５】さらに、他の目的とするところは、熱交換
速度の速い熱交換器を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
熱交換器は、結晶化度４０％未満の低結晶性のポリオレ
フィンと、この低結晶性のポリオレフィンに担持され
た、固−液間を可逆的に相転移する有機系蓄熱材を構成
材料とする蓄熱体５、この蓄熱体５に直接接触する、上
記有機系蓄熱材より比重の重い熱媒の流路３を備える熱
交換素子６をハウジング４に収容した熱交換器であっ
て、上記ハウジング４の上部に熱媒の出口２設け、この
出口２から流出する熱媒の液上面とハウジング４の上内
面の間に間隙７を有することを特徴とする。

【０００７】本発明の請求項２に係る熱交換器は、請求
項１記載の熱交換器において、有機系蓄熱材が結晶性ア
ルキルハイドロカーボン、結晶性脂肪酸、及び結晶性脂
肪酸エステルから選ばれる少なくとも１つであることを
特徴とする。

【０００８】本発明の請求項３に係る熱交換器は、請求
項１又は請求項２記載の熱交換器において、熱媒がエチ
レングリコール、プロピレングリコール、及び、水から
選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項４に係る熱交換器は、請求
項１乃至請求項３いずれか記載の熱交換器において、間
隙７に油性物質吸着材８が充填されていることを特徴と
する。

【００１０】本発明の請求項５に係る熱交換器は、請求
項１乃至請求項４いずれか記載の熱交換器において、蓄
熱体５が、さらに結晶化度４０％以上の結晶性ポリオレ
フィンを構成材料とすることを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項６に係る熱交換器は、請求
項１乃至請求項５いずれか記載の熱交換器において、間
隙７の容積が、上記熱媒、及び、蓄熱体５の膨張容積以
上であることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項７に係る熱交換器は、請求
項１乃至請求項６いずれか記載の熱交換器において、上
記出口２と熱交換素子６との間に位置するハウジング４
の内壁から略水平に突出した仕切り板９を備え、上記仕
切り板９の出口２と逆側に、上記熱媒の流路３となる貫
通孔９ａが形成されていることを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項８に係る熱交換器は、請求
項１乃至請求項７いずれか記載の熱交換器において、蓄
熱体５がペレット状の蓄熱性を有する粒子の集合体であ
り、上記粒子間の空隙が流路３であることを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】本発明の請求項１乃至請求項８に係る熱交換器
は、ハウジング４の上部に熱媒の出口２設け、この出口
２から流出する熱媒の液上面とハウジング４の上内面の
間に間隙７を有するので、しみ出した有機系蓄熱材は熱
媒より比重が軽いため、上記間隙７に滞留する。

【００１５】本発明の請求項４に係る熱交換器は、特
に、間隙７に油性物質吸着材８が充填されているので、
しみ出した有機系蓄熱材がより多量に吸着される。

【００１６】本発明の請求項７に係る熱交換器は、特
に、出口２と熱交換素子６との間に位置するハウジング
４の内壁から略水平に突出した仕切り板９を備え、上記
仕切り板９の出口２と逆側に、上記熱媒の流路３となる
貫通孔９ａが形成されているので、上記熱媒は仕切り板
９の上面と間隙７の間に形成された流出路３ａを通って
排出されるため、この間にしみ出した有機系蓄熱材は熱
媒液面の上方に浮き上がり、間隙７に滞留する。

【００１７】本発明の請求項８に係る熱交換器は、特
に、蓄熱体５がペレット状の蓄熱性を有する粒子の集合
体であり、上記粒子間の空隙が流路３であるので、蓄熱
体５と熱媒の接触面積が大きくなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。

【００１９】図１は本発明の第１の実施例に係る熱交換
器の断面図である。図１に示す如く、本発明の熱交換器
は、円筒や矩形のハウジング４に熱交換素子６を収め、
上記ハウジング４の側面の下部に熱媒の入口１を、側面
の上部に出口２を備えている。上記熱交換素子６は蓄熱
体５とこの蓄熱体５に直接接触する流路３を備える。こ
の熱交換素子６を構成する蓄熱体５は、形状がペレット
状の蓄熱性を有する粒子の集合体であり、上記流路３は
この粒子間の空隙である。上記ハウジング４内の熱交換
素子６の入口側と出口側に、このハウジング４を横断
し、熱媒の流れを一定にする整流板１０が設けられてい
る。

【００２０】本発明に用いられる蓄熱体５は、結晶化度
４０％未満の低結晶性のポリオレフィンと、この低結晶
性のポリオレフィンに担持された、固−液間を可逆的に
相転移する有機系蓄熱材を構成材料とする。

【００２１】上記低結晶性のポリオレフィンとしては、
例えば、エチレンとα−オレフィンとの共重合体やアタ
クチックポリプロピレンが挙げられ、このα−オレフィ
ンとして、プロピレン、ブテン−１、ペンテン、ヘキセ
ン−１、４−メチルペンテン−１、オクテン−１等が挙
げられ、これに限定するものではないが、なかでもプロ
ピレン、及び、ブテン−１好ましく、特にプロピレンが
適している。上記低結晶性のポリオレフィンはＸ線回折
法による結晶化度が４０％未満である。結晶化度が４０
％未満の低結晶性のポリオレフィンを有機系蓄熱材の担
持体として用いると、蓄熱体５からの有機系蓄熱材の溶
出が防止される。この低結晶性のポリオレフィンの結晶
化度は溶出の点で３０％以下がより好ましく、特に２０
％以下が最適である。

【００２２】上記蓄熱体５は、蓄熱体５の強度を向上さ
せるために、樹脂として、上記低結晶性のポリオレフィ
ンと共に、結晶化度４０％以上の結晶性ポリオレフィン
を用いると、蓄熱体５の形状保持力を高めることができ
る。特に、低結晶性のポリオレフィンの結晶化度が３０
％以下の場合は、特に効果的である。上記結晶性ポリオ
レフィンとしては、エチレン−α−オレフィン共重合
体、中密度ポリエチレン、及び高密度ポリエチレンが挙
げられる。なお、上記中密度ポリエチレン、及び高密度
ポリエチレンは、ＪＩＳ−Ｋ−６７６０で規定されてい
るものである。

【００２３】上記有機系蓄熱材は固−液間を可逆的に相
転移する性質を有する物質であって、上記結晶化度４０
％未満の低結晶性のポリオレフィンと相溶性を有するも
のが望ましく、上記結晶化度４０％以上の結晶性ポリオ
レフィンを用いる場合は結晶性ポリオレフィンとも相溶
性を有するものが望ましい。この有機系蓄熱材として
は、熱媒より比重の軽いものであり、例えば、パラフィ
ン、パラフィンワックス、イソパラフィン、ポリエチレ
ンワックス等のハイドロカーボン、脂肪酸、及び脂肪酸
エステル類（以下脂肪酸類と記す）等が挙げられる。こ
れらは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用して
もよい。なお、熱交換する媒体である熱媒が水分を含む
場合は、脂肪酸類を劣化させるので、ハイドロカーボン
の方が好ましい。上記有機系蓄熱材は、蓄熱量を確保す
る点より、２０ｃａｌ／ｇ以上の融解熱量を有する結晶
性物質であることが望ましい。

【００２４】本発明に用いられる上記低結晶性のポリオ
レフィンと有機系蓄熱材の配合比率は、蓄熱体５の用途
により適宜決められるが、例えば、低結晶性のポリオレ
フィンは１０〜７０重量％、有機系蓄熱材は３０〜９０
重量％が適当である。上記低結晶性のポリオレフィンの
比率が上記範囲を下回ると有機系蓄熱材が熱媒の流路３
へ溶出する恐れがあり、有機系蓄熱材の比率が上記範囲
を下回ると蓄熱量が低下しすぎる恐れがある。

【００２５】さらに、樹脂として、低結晶性のポリオレ
フィンと結晶性ポリオレフィンを用いる場合の配合比率
は、例えば、上記低結晶性のポリオレフィンは５〜６０
重量％、上記結晶性ポリオレフィンは０〜６５重量％、
有機系蓄熱材は３０〜９０重量％、但し樹脂の合計は１
０〜７０重量％が適当である。上記低結晶性のポリオレ
フィンの比率が上記範囲を下回ると有機系蓄熱材が熱媒
の流路３へ溶出する恐れがあり、上記低結晶性のポリオ
レフィン、及び、結晶性ポリオレフィンの比率が上記範
囲を越えると蓄熱量が低下する傾向を示す。

【００２６】上記樹脂に有機系蓄熱材を担持させるに
は、例えば、樹脂の融点以上の温度で混練機等で混練
し、この溶融混合物を成形することによって実現でき
る。上記蓄熱体５は、例えば、押出成形、射出成形等通
常のプラスチックの成形方法で製造することができる。
上記蓄熱体５には、樹脂、及び有機系蓄熱材の他に必要
に応じて、各種無機のフィラー、難燃剤、酸化防止剤、
金属繊維、ガラス繊維、ウィスカー等を添加し、分散さ
せてもよい。

【００２７】上記熱媒としては、上記有機系蓄熱材より
比重の重いものであり、例えば、水、エチレングリコー
ル、プロピレングリコール、及びこれらの水溶液等の各
種液体が挙げられる。

【００２８】本発明においては、上記ハウジング４の上
部に設けた熱媒の出口２から流出する熱媒の液上面とハ
ウジング４の上内面の間に間隙７を有し、この間隙７に
油性物質吸着材８が充填されている。上記間隙７を備え
ていると、熱媒中にしみ出した有機系蓄熱材は熱媒より
比重の軽いので、熱媒が流出するまでの間に上記間隙７
に滞留する。その結果、熱交換器から排出されることが
なく、上記熱交換器に連結する配管、ポンプ、及び、弁
に詰まりを発生させることがない。上記間隙７に油性物
質吸着材８を備えていると、熱媒にしみ出した有機系蓄
熱材を多量に吸着することができる。また、熱媒の液面
が出口２より低下したとしても、しみ出した有機系蓄熱
材を油性物質吸着材８に吸着できるため、熱交換器から
有機系蓄熱材が排出することを防止できる。上記油性物
質吸着材８としては、例えば、ポリプロピレンの不織布
等が挙げられる。

【００２９】上述の如く、本発明の熱交換器は、上記構
成からなるので、熱媒中にしみ出した有機系蓄熱材を上
記間隙７に滞留する。その結果、熱交換器から排出され
ることがなく、上記熱交換器に連結する配管、ポンプ、
及び、弁に詰まりを発生させることがない。

【００３０】なお、間隙７の容積が、上記熱媒、及び、
蓄熱体５の膨張容積以上であることが好ましい。間隙７
の容積が膨張容積以上であると、熱媒、及び、蓄熱体５
の膨張を吸収するタンクとして利用できる。さらに、こ
の間隙７の上端面に空気の流通孔を設けると、熱交換器
が加圧状態にならずに蓄熱体５の膨張吸収することがで
き、好ましい。

【００３１】次に、本発明の第２の実施例を図面に基づ
いて説明する。図２は本発明の第２の実施例に係る熱交
換器の断面図である。

【００３２】図２に示す如く、本発明の第２の実施例に
係る熱交換器は、出口２と熱交換素子６との間に位置す
るハウジング４の内壁から略水平に突出した仕切り板９
を備える。この仕切り板９は出口２と逆側に貫通孔９ａ
が形成され、この貫通孔９ａが上記熱媒の流路３となっ
ている。上記略水平な仕切り板９が設けられているの
で、熱交換素子６内を通過した熱媒が直ちに出口２から
排出されることがない。従って、貫通孔９ａを通過した
熱媒は、仕切り板９の上面と間隙７の間に形成された流
出路３ａを通って排出されるので、この間にしみ出した
有機系蓄熱材は熱媒液面の上方に浮き上がり、上記間隙
７に滞留するため、しみ出した有機系蓄熱材の排出阻止
の効果がより高まる。その結果、上記熱交換器に連結す
る配管、ポンプ、及び、弁に詰まりを発生させることが
ない。

【００３３】なお、図２に示す如く、熱媒の入口１は、
出口２と同じ側に設けている方が、熱媒の流量分布を平
準化できるので、好ましい。

【００３４】次に、本発明の第３の実施例を図面に基づ
いて説明する。図３は本発明の第３の実施例に係る熱交
換器の断面図である。

【００３５】図３に示す如く、本発明の第３の実施例に
係る熱交換器は、ハウジング４の同一側面の上部に熱媒
の出口２を、下部に入口１を備えている。ペレット状の
蓄熱性を有する粒子の集合体である蓄熱体５は、水平板
１１により複数の室１２に収容されている。さらに、最
上段の室１２と出口２の間には、上記第２の実施例と同
様のハウジング４の内壁から略水平に突出した仕切り板
９を備え、この仕切り板９は出口２と逆側に貫通孔９ａ
が形成され、この貫通孔９ａが上記熱媒の流路３となっ
ている。上記水平板１１を備えることにより、熱媒の流
れ方向、熱交換器の形状等を任意に設定することができ
る。

【００３６】また、本発明の熱交換器は上記実施例に限
定されない。蓄熱体５の形状は上述のペレット状に限ら
ず、ボード状、棒状、繊維状等適宜選択される。例え
ば、蓄熱体のブロックに貫通孔を有する練炭状の蓄熱体
でもよい。

【００３７】本発明の熱交換器は、供給された熱を熱媒
から放出する放熱器、上記熱媒を循環するポンプ、及
び、熱媒を加温する熱源等を配管で連結し、熱媒を循環
することにより、蓄熱及び放熱を行う熱交換装置に利用
される。本発明の熱交換器を用いると、上記熱交換装置
の配管等に詰まりを発生させることがない。

【００３８】

【発明の効果】本発明の請求項１乃至請求項８に係る熱
交換器は、熱媒中にしみ出した有機系蓄熱材を間隙７に
滞留するので、有機系蓄熱材を排出しないため、上記熱
交換器に連結する配管等に詰まりを発生させることがな
い。

【００３９】さらに、本発明の請求項４に係る熱交換器
は、特に、間隙７に油性物質吸着材８が充填されている
ので、しみ出した有機系蓄熱材がより多量に吸着される
ことができるため、配管等の詰まり防止効果が高い。ま
た、熱媒の液面が出口２より低下したとしても、熱交換
器から有機系蓄熱材が排出防止に効果がある。

【００４０】さらに、本発明の請求項７に係る熱交換器
は、特に、熱媒が仕切り板９の上面と間隙７の間に形成
された流出路３ａを通って排出されるので、この間にし
み出した有機系蓄熱材は熱媒液面の上方に浮き上がり、
上記間隙７に滞留するため、しみ出した有機系蓄熱材の
排出阻止の効果がより高い。

【００４１】さらに、本発明の請求項８に係る熱交換器
は、上記効果に加え、蓄熱体５がペレット状の蓄熱性を
有する粒子の集合体であり、上記粒子間の空隙が流路３
であるので、蓄熱体５と熱媒の接触面積が大きくなるた
め、熱交換速度が速い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る熱交換器の断面図
である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る熱交換器の断面図
である。

【図３】本発明の第３の実施例に係る熱交換器の断面図
である。

【図４】従来の熱交換器の断面図である。

【図５】（ａ）は従来の熱交換器の断面図であり、
（ｂ）は蓄熱体の断面図である。

【符号の説明】

１入口２出口３流路３ａ流出路４ハウジング５蓄熱体６熱交換素子７間隙８油性物質吸着材９仕切り板９ａ貫通孔１０整流板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者椿健治大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者薮ノ内伸晃大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶化度４０％未満の低結晶性のポリオ
レフィンと、この低結晶性のポリオレフィンに担持され
た、固−液間を可逆的に相転移する有機系蓄熱材を構成
材料とする蓄熱体（５）、この蓄熱体（５）に直接接触
する、上記有機系蓄熱材より比重の重い熱媒の流路
（３）を備える熱交換素子（６）をハウジング（４）に
収容した熱交換器であって、上記ハウジング（４）の上
部に熱媒の出口（２）設け、この出口（２）から流出す
る熱媒の液上面とハウジング（４）の上内面の間に間隙
（７）を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】上記有機系蓄熱材が結晶性アルキルハイ
ドロカーボン、結晶性脂肪酸、及び結晶性脂肪酸エステ
ルから選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする
請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】上記熱媒がエチレングリコール、プロピ
レングリコール、及び、水から選ばれる少なくとも１つ
であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱
交換器。
【請求項４】上記間隙（７）に油性物質吸着材（８）
が充填されていることを特徴とする請求項１乃至請求項
３いずれか記載の熱交換器。
【請求項５】上記蓄熱体（５）が、さらに結晶化度４
０％以上の結晶性ポリオレフィンを構成材料とすること
を特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか記載の熱交
換器。
【請求項６】上記間隙（７）の容積が、上記熱媒、及
び、蓄熱体（５）の膨張容積以上であることを特徴とす
る請求項１乃至請求項５いずれか記載の熱交換器。
【請求項７】上記出口（２）と熱交換素子（６）との
間に位置するハウジング（４）の内壁から略水平に突出
した仕切り板（９）を備え、上記仕切り板（９）の出口
（２）と逆側に、上記熱媒の流路（３）となる貫通孔
（９ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１乃
至請求項６いずれか記載の熱交換器。
【請求項８】上記蓄熱体（５）がペレット状の蓄熱性
を有する粒子の集合体であり、上記粒子間の空隙が流路
（３）であることを特徴とする請求項１乃至請求項７い
ずれか記載の熱交換器。