JPH0933183A

JPH0933183A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH0933183A
Application number: JP7179841A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Yabunouchi; 伸晃薮ノ内; Mikio Sei; 三喜男清; Hitoshi Kudo; 均工藤; Akira Sugawara; 亮菅原; Kenji Tsubaki; 健治椿; Soichiro Kawada; 宗一郎川田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ハウジング内に空気が滞留することなく、且
つ、熱交換速度の早い熱交換器を提供する。【解決手段】結晶化度４０％未満の低結晶性ポリオレ
フィンからなる基質と、この基質に担持された、固相−
液相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１、及び、この蓄熱体１に直接接触する熱媒
の流路２を備える熱交換素子３をハウジング４に収容し
たものであり、上記ハウジング４の上内面４ａに、熱媒
の流れ方向に沿った通気溝７を備える。上記通気溝７を
備えると、ハウジング４内に滞留した空気が通気溝７に
集結し、熱交換素子３の熱媒の流路２を滞留した空気で
阻害することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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ものである。

【０００２】

【従来の技術】一定の温度で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が各種提案されてい
る。例えば、カプセル型の熱交換器を図４（ａ）に示す
と、ハウジング１４の前後の端面に熱媒の入口１５と出
口１６を備え、このハウジング１４内に，図４（ｂ）に
示す潜熱蓄熱材１０を容器１３に封入した蓄熱体１１を
充填し、この蓄熱体１１を充填したハウジング１４内に
熱媒を流して熱交換を行う。しかし、上記熱交換器のよ
うに熱媒の流れが水平方向に流れるものにあっては、ハ
ウジング１４内に空気が滞留する恐れがある。この滞留
した空気は熱媒の流路を塞ぐため、熱交換の速度を遅く
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】さらに、上記熱交換器
にあっては、潜熱蓄熱材１０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１３に収められているた
め、熱交換の速度を遅く、また、潜熱蓄熱材１０を容器
１３に封入するため、この容器１３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。

【０００４】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、ハウジング内に空気が滞
留することなく、且つ、熱交換速度の早い熱交換器を提
供することにある。

【０００５】

【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％未満の低結晶性ポリオレフ
ィンからなる基質と、この基質に担持された、固相−液
相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１、及び、この蓄熱体１に直接接触する熱媒の
流路２を備える熱交換素子３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の上内面４ａに、
熱媒の流れ方向に沿った通気溝７を備えることを特徴と
する。

【０００６】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、上記ハウジング４の上内
面４ａは複数の傾斜した面４ｂを波状に備えてなること
を特徴とする。

【０００７】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、上記ハウジ
ング４の前後の端面に熱媒の入口５と出口６を備え、ハ
ウジング４内を熱媒が水平方向に流れることを特徴とす
る。

【０００８】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、上
記蓄熱体１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２であることを特徴と
する。

【０００９】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、上
記蓄熱体１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。

【００１０】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、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。

【００１１】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。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１３】図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態に
係る熱交換器の断面斜視図であり、（ｂ）はその縦断面
図である。

【００１４】本発明の熱交換器は、図１（ａ）及び
（ｂ）に示す如く、ハウジング４に熱交換素子３を収
め、上記ハウジング４の前の端面下部に熱媒の入口５
を、後の端面上部の中央部に熱媒の出口６を備えてい
る。上記熱交換素子３は蓄熱体１とこの蓄熱体１に直接
接触する流路２を備える。この熱交換素子３を構成する
蓄熱体１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２はこの粒子間の空隙である。
上記ハウジング４内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８が設け
られている。上記熱媒はハウジング４内を略水平方向に
流れている。

【００１５】上記熱交換素子を構成する蓄熱体１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。

【００１６】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１からの有機系蓄熱材の溶
出が防止され、その結果、熱媒を樹脂に直接接触させて
熱交換をすることができる。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。

【００１７】上記蓄熱体１は、蓄熱体１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１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。

【００１８】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。

【００１９】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１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２
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。

【００２０】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２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。

【００２１】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１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１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。

【００２２】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。

【００２３】上記熱交換器においては、図１（ａ）及び
（ｂ）に示す如く、上記ハウジング４の上内面４ａは、
左右から傾斜した面４ｂで構成され、中央に熱媒の流れ
方向に沿って通気溝７が形成されている。上記ハウジン
グ４の上内面４ａに通気溝７を備えると、ハウジング４
内に滞留した空気が上記通気溝７に集結し、熱交換素子
３の熱媒の流路２を滞留した空気で阻害することがな
い。上記通気溝７に集結した空気は熱媒と共に出口２か
ら排出される。空気で熱媒の流路２が阻害されないの
で、熱交換速度の早い状態で維持される。

【００２４】上記ハウジング４の上内面４ａは集結した
空気が排出されやすいよう、表面に空気の付着を防止す
るコーティングが施されていることが好ましい。上記コ
ーティングとしては、例えば、フッ素樹脂のコーティン
グが挙げられる。さらに、通気溝７の横断面の形状は、
集結した空気と接触する面積が小さいほうが、空気が排
出され易いので好ましい。具体的には、上内面４ａを構
成する左右から傾斜した面４ｂの交差角度が鋭角な程好
ましい。

【００２５】本発明の実施の形態は上記実施の形態に限
定されない。本発明の第２の実施の形態を図２に基づい
て説明する。図２（ａ）は本発明の第２の実施の形態に
係る熱交換器の一部を破断した斜視図であり、（ｂ）は
その横断面図である。

【００２６】上述の実施の形態との違いのみを説明す
る。図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、ハウジング４の
上内面４ａは、複数の傾斜した面４ｂを波状に備え、熱
媒の流れ方向に沿って複数の通気溝７が形成されてい
る。出口６側の整流板８の間は上記上内面４ａは中央に
のみ通気溝を備え、複数の通気溝７で排出された空気を
この一か所に集結し、後端面の中央上部に設けられた出
口２から排出される。上記上内面４ａが波状に形成され
た複数の傾斜した面４ｂなので、ハウジング４内のあら
ゆる個所に滞留した空気がより集結し易いと共に、上内
面４ａを構成する傾斜した面４ｂの高さを小さくでき、
ハウジング４の上内面４ａを水平に近づけることができ
る。従って、平板な個所に熱交換器を収納する際に有効
である。

【００２７】次に、図３に本発明の第３の実施の形態に
係る熱交換器の横断面図を示す。上記ハウジング４の上
内面４ａに形成される通気溝７が１か所の場合でも、第
１の実施の形態に係る熱交換器に示す如く上内面４ａの
中央に限定されず、図３に示す如く、ハウジング４の片
側の端縁に沿って形成されていてもよい。

【００２８】なお、熱交換素子３を構成する蓄熱体１の
形状も、上記粒子の集合体に限らず、例えば、ボード
状、棒状、練炭状等でもよい。

【００２９】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。

【００３０】

【発明の効果】本発明の請求項１乃至請求項７に係る熱
交換器は、ハウジング４の上内面４ａに、熱媒の流れ方
向に沿った通気溝７を備えるので、ハウジング４内に滞
留した空気が上記通気溝７に集結し、熱交換素子３の熱
媒の流路２を滞留した空気で阻害することがなく、且
つ、蓄熱体１に直接接触する熱媒の流路２を備える熱交
換素子３を備えるので、熱交換速度の早い状態で維持さ
れる。

【００３１】さらに、本発明の請求項２に係る熱交換器
は、特に、ハウジング４の上内面４ａは複数の傾斜した
面４ｂを波状に備えてなるので、ハウジング４内のあら
ゆる個所に滞留した空気がより集結し易いと共に、上内
面４ａを構成する傾斜した面４ｂの高さを小さくでき、
ハウジング４の上内面４ａを水平に近づけることができ
る。従って、平板な個所に熱交換器を収納する際に有効
である。

【００３２】さらに、本発明の請求項４に係る熱交換器
は、特に、蓄熱体１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２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。

【００３３】さらに、本発明の請求項５に係る熱交換器
は、特に、結晶化度４０％以上の結晶性ポリオレフィン
を構成材料とするので、蓄熱体１の強度を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る熱交
換器の断面斜視図であり、（ｂ）はその縦断面図であ
る。

【図２】（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る熱交
換器の一部を破断した斜視図であり、（ｂ）はその横断
面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器の横
断面図である。

【図４】（ａ）は従来の熱交換器の縦断面図であり、
（ｂ）はその蓄熱体の断面図である。

【符号の説明】

１蓄熱体２流路３熱交換素子４ハウジング４ａ上内面４ｂ傾斜した面５入口６出口７通気溝

フロントページの続き (72)発明者菅原亮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)発明者川田宗一郎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％未満の低結晶性ポリオレ
フィンからなる基質と、この基質に担持された、固相−
液相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（１）、及び、この蓄熱体（１）に直接接触
する熱媒の流路（２）を備える熱交換素子（３）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）の上内面（４ａ）に、熱媒の流れ方向に沿っ
た通気溝（７）を備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】上記ハウジング（４）の上内面（４ａ）
は複数の傾斜した面（４ｂ）を波状に備えてなることを
特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】上記ハウジング（４）の前後の端面に熱
媒の入口（５）と出口（６）を備え、ハウジング（４）
内を熱媒が水平方向に流れ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】上記蓄熱体（１）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
（２）であ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（１）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乃至請求項５いずれか記載の熱交換器。
【請求項７】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乃至請求項６いずれか
記載の熱交換器。