JPS58108391A - 蓄熱構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蓄熱装置内に配設して熱交換媒体との閣で効
率のよい熱交換を行なうことができる蓄熱構造体に関す
るものである。

従来から、熱エネルギを貯蔵するために潜熱を利用する
蓄熱物資が利用されている。かような潜熱利用型蓄熱材
（以下単に蓄熱材と略称する）は、物質の凝固−溶解の
相変化に際して潜熱を発生するもので、水や岩石などの
顕熱を利用する蓄熱手段に比較して、体積当りの蓄熱量
が大きいこと、設置スペースを小さくできること、一定
の温度で熱供給ができること等の利点を有する。

蓄熱材を実際に蓄熱槽などの蓄熱装置に用いる場合には
、蓄熱材を筒状容器内に充填密封して蓄熱材ユニットと
し、このユニットの複数個を気体または液体の熱交換媒
体の流れの中に配置する方法が一般に行なわれている。

蓄熱材を充填するための筒状容器としては、鉄などの金
属製の缶詰状のもの（例えばダウ・ケミカル社のヒート
・セル）や、靭性のプラスチック製管状容器の両端をピ
ンチシールしたもの（特開昭５６−５３３９３）などが
提案されている。

これらはいずれも、蓄熱材の固液相変化しに伴う体積変
化を吸収するために、容器内に空間を残すように蓄熱材
を充填密封しており、さらには強力な内圧や外圧に耐え
るように容器壁を比較的厚くして強度をもたせている。

また、蓄熱材体積膨張による内圧変化に伴って形状変形
しうるたわみ性のプラスチックフィルム容器を用いて円
柱状、角柱状、板状、球状などの形状とした蓄熱材ユニ
ットも提案されている（特関昭５６−１０３２７４）。

しかしながら、上述のような従来の蓄熱材ユニットの複
数個を熱交換媒体（以下熱媒と略称する）中に配列して
熱交換させる場合には、ユニット個々の形状や配列様式
が熱交換性能に大きく影響する。例えば、円柱状の多数
の蓄熱材ユニットを熱媒が流れる蓄熱槽内に配列する場
合を考えると、槽内での蓄熱材の充填密度をできるだけ
高めるためには、第１図に示したように蓄熱槽１内に円
柱状ユニット２を規則正しく密に配列させる必要がある
。かような配列においては熱媒は隣接ユニット簡の空隙
３を流れることになり、従りて熱媒の流通空間が非常に
少なくなって熱媒の圧力損失が大きくなる。また、隣接
ユニットはそのほぼ全長にわたって面接触または線接触
するために伝熱面積も減少し、そのため個々のユニット
内では蓄熱材が有効に機能しない、いわゆるデッドスペ
ースが多くなる。

さらには、ユニットの容器をフレキシブルな材料で作製
しても、第１図のように密に配列すれば蓄熱材の相変化
に伴う体積変化を吸収できなくなる。

そこで本発明者等は、蓄熱材ユニットの個々の形状とそ
れらの蓄熱装習内での配列様式、さらには配列構造内で
の熱媒の流れと熱交換性能の関係について鋭意研究した
結果、本発明を完成させたものである。

すなわち本発明の目的は、熱媒中に蓄熱材ユニットを多
数配列して蓄熱構造体とする場合に、熱媒の流れに対し
て圧力損失が少なく、広い伝熱面積をもたらすことがで
き、個々のユニット内での蓄熱材のデッドスペースを最
少とすることができ、さらにはユニットを密に配列した
状態でも各ユニット内の蓄熱材の体積膨張を十分に吸収
できるような蓄熱構造体を提供することである。

本発明による蓄熱構造体は、上下両端部が扁平に封止さ
れたフレキシブルなシート材料からなるチューブ状容器
内に咳容器の長手方向中央部付近が最も膨れた形状とな
るように潜熱利用型蓄熱材が充填されている蓄熱材ユニ
ットの複数個を、各ユニットの長手方向を揃えて配列し
たことを特徴とするものである。

以下に図面を参照して本発明をさらに詳述する。

第２図および第３図は本発明の蓄熱構造体に用いる蓄熱
材ユニット１０の実施例を示しており、フレキシブルな
シート材料からなるチューブ状容器１１内に潜熱利用型
蓄熱材１２が密封充填されている。チューブ状容器１１
の上端１１ａおよび下端１１ｂはそれぞれ容ＷＷシート
の周縁部を密着させて扁平になるように封止されている
。第２図Ｂ、Ｃ，Ｄ、ＥおよびＦは、それぞれ第２図へ
の横断線Ｉ−１，Ｉｆ−Ｉｆ、　ｌｌ−１［１゜ＩＶ−
４Ｖおよびｖ−■に沿う断面図を示しており、長手方向
中央部付近において最も膨れ（第２図Ｄ）、上下両端へ
向うにつれて１１８および１１ｂ端の扁平密着部（第２
図ＢおよびＦ）に規制されて扁平に近い断面（第２図Ｃ
およびＥ）となっている。かくして蓄熱材ユニット１０
を正面方向く第２図へ）からみれば長手方向中央部では
チューブ状容器の巾が最も狭くなり、側面方向（第３図
）からみれば長手方向中央部においてチューブ状容器の
巾が最も広くなる外観形状が形成されることになる。

蓄熱材ユニットを構成する潜熱利用型蓄熱材としては、
既に多数の物質が知られており、例えば硝酸！Ｉ鉛、硝
酸マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、
チオ硫酸ソーダなどの水和物、パラフィン、低分子量ポ
リエチレン、低分子■ポリプロピレンなどのオレフィン
化合物などが用いられるが、融点、潜熱量、☆定性、可
逆性などの使用条件を考慮して適宜選択すればよい。

蓄熱材を封包するフレキシブルなシート材料としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル（ポリエ
チレンテレフタレート）、ナイロンなどの各種プラスチ
ックフィルムや、ポリアミド／ポリオレフィン、ポリエ
ステル／ポリアミド／ポリオレフィン、ポリエステル／
アルミ箔／ポリオレフィン、ポリエステル／アルミ箔／
ポリエステル／ポリオレフィンなどの各種ラミネートフ
ィルムが使用できる。特にアルミ箔を含むラミネートフ
ィルムは、耐水、耐湿性が優れているため好ましいもの
である。シート材料を選定する際には、耐薬品性（特に
蓄熱材に対する耐性）、耐熱性（使用瀧度晩囲）、耐ガ
スおよび耐湿性、水透過性などに留意する必要がある。

この一点によれば、シート材料たる前記各種フィルムに
は更に内外表面処理（外表面処理は後記する蓄熱材ユニ
ット作製後の方が好ましいこともある）を施すこともで
き、例えば、アルミ箔の粉体を含有するペイントやクリ
ヤーコート材、あるいは、ゴム系などの有機クリヤーコ
ート材などによって被覆形成したりすることもできる。

かようなシート材料の厚さは一般的には２５〜３００μ
程度が望ましく、特にアルミ箔のラミネートフィルムの
場合にはアルミ箔自体の厚さを１０μ以下とすることが
好ましい。

蓄熱材およびシート状封包材料を用いて第２図および第
３図に示したごとき蓄熱材ユニットを作製するに際して
は、フレキシブルなシート材料からなる所定寸法のチュ
ーブ状容器１１（予めチューブ状に形成されたもの、あ
るいは、薄板物を丸めて重なり部をヒートシールや接着
剤によってチューブ状に形成したものなど）の下端１１
ｂにおいて容器壁シールの周縁部を膿ねて扁平に密着さ
せてヒートシールするか接着剤によって封止し、上端１
１ａ開口部から溶融あるいは軟化状態の蓄熱材１２の所
定量を注入したのち、この蓄熱材が凝固しないうちに内
部空間の形成を−けながら上端１１ａ開口部を下端１１
ｂと同様に扁平に密着させて封止する。あるいは、薄板
物上に軟化もしくは凝固状態の蓄熱材１２の所定量を載
置したのち、これを覆うように丸めて重なり部をヒート
シールや接着し、次いで、適宜熱処理によって蓄熱材１
２を溶融もしくは軟化状態としながら、上端１１ａ、下
端１１’ｂを封止することなどもできる。

チューブ状容器１１の寸法は、蓄熱装置の種類や大きさ
、使用条件等によって適宜の寸法とすればよいが、一般
的には長さ５０〜３００ｍ５、好ましくは５０〜１５０
ｍ５　、上下端の扁平封止部の巾１０〜５０−１好まし
くは１５〜３５−とすることが望ましい。

また、蓄熱材１２を充填することによりチューブ状容器
はその長手方向の中央部付近で最も膨れた形状となるが
、膨れた部分の断面形状（第２ＷＡＤ）は長４！７〜３
０−１好ましくは１０〜２５−１短径３〜２０−１好ま
しくは７〜１５−の略楕円形とすることが望ましい。中
央部付近の断面形状を上記のような略楕円形にするには
、蓄熱材の充填量を調節すればよく、チューブ状容器の
許容最大充填量の７０〜９５％程度とすることが望まし
い。これより多最に充填すると、チューブ状容器の断面
形状が円形に近くなり、蓄熱材の相変化に伴う体積変化
を効果的に吸収できなくなる。

上記したように、蓄熱材が利用される濃度範囲内にて最
も体積膨張している溶融もしくは軟化状態でチューブ状
容器内に充填し、凝固しないうちに容器を密封すること
、密封時に容器内に空間を形成させないこと、さらには
、チューブ状容器の許容最大充填量より少ないＩの蓄熱
材を充填することによって、蓄熱材の相変化に伴う体積
変化を蓄熱材ユニット個々の内部で十分に吸収させるこ
とができる。

上記したような蓄熱材ユニットの製造方法によれば、ユ
ニットがその長手方向に複数連続した第４図のような蓄
熱材ユニット連続体を容易に製造することができる。か
ようなユニット連続体とすることによって、蓄熱槽内へ
の配列を簡便に行なうことができる。

本発明の蓄熱構造体は蓄熱材ユニットを多数配列して構
成されるが、この配列様式の一例を第５図および第６図
に示す。この図は、第４図に示したような蓄熱材ユニッ
ト連続体をその長手方向を揃えて配列したものであるが
、図から明らかなように各ユニット１０は隣り合うユニ
ットと面接触あるいは線接触することなく、実質的に点
接触して配列されることになる。そのため熱媒の流れる
空−１３は第１図の場合に比して多くなり、従って広い
蓄熱槽内で広い伝熱面積をもたらすことができ、熱媒の
圧力損失も小さくできる。また、かような配列で蓄熱槽
内に密に充填した場合でも、蓄熱材の体積膨張を蓄熱材
ユニット個々の変形とユニット間の空隙によって効果的
に吸収することができる。

蓄熱槽内での蓄熱材の充填密度を＾めるためには、第７
図およびｗ４８図に示したように、蓄熱材１０を個々に
切離して矢印で示す熱媒の流れ方向と一致するようにそ
の長手方向を揃えてランダムに蓄熱槽２０内に配列せし
めればよい。

かような配列により、第５図および第６図の配列に比べ
て槽の単位面積当りの蓄熱材量を多くでき、従って蓄熱
容量も増大させることができる。この場合でも、各ユニ
ット１０は実質的に点接触状態となっているためユニッ
ト間の空−１３も十分に確保され、従って比較的大きい
伝熱面積がもたらされ、熱媒の圧損も少なく、蓄熱材の
体積膨張も十分に吸収することができる。

またかような配列においては蓄熱槽内へのユニットの最
密な充填がなされるから、ランダム配列状態での点接触
部分を接着してユニットを互いに固定しあるいは緊縛し
て槽内へ充填することによって、槽内での多数のユニッ
トの固定を容易に行なうことができる。そのための一手
段としては、前記したラミネートフィルムの外層材質を
内層材質より低融点のものとしたり、外表面コート材と
して粘着材（好ましくは融点が８０〜１００℃のもの）
を使用して加熱接着させることもできる。

本発明において使用する蓄熱材ユニットは、第２図〜第
３図に示した形状に限定されるものではなく、上下両端
部が扁平に封止され、かつ長手方向中央部付近が最も膨
れたチューブ状の形状であればよい１例えば第９図に示
すように、下端に直線状の扁平°底部１１′ｂをもち、
上端が解放されたチューブ状容器１１′を予めブロー成
形などにより作−し、溶融した蓄熱材を充填後凝固しな
いうちに上端部１１′ａを扁平に密着、封止したもので
もよい。

以上の説明かられかるように、本発明の蓄熱構造体は、
上下両端部が扁平になるように封止されたフレキシブル
なシート材料からなるチューブ状容器内に該容器の長手
方向中央部付近が最も膨れた形状となるように蓄熱材が
充填されている蓄熱材ユニットを使用し、このユニット
の複数個を各ユニットの長手方向を揃えて配列したもの
であるから、角ユニットは隣り合うユニットと実質的な
点接触状態で蓄熱槽内に充填することができる。

従って、 ■　蓄熱槽内に充填した蓄熱材ユニット間に比較的大き
い空隙が確保できる。

■　蓄熱槽内での有効伝熱面積が大となるから、熱媒と
の間で効率のよい熱交換ができる。

■　各蓄熱材ユニット内での蓄熱材のデッドスペースを
低減できる。

■　熱媒の圧力損失を少なくできる。

■　蓄熱槽内にユニットを密に充填配列した場合でも空
隙が比較・的大きくとれるから、蓄熱材の相変化に伴う
体積変化を十分に吸収できる。従って、冷熱サイクルに
対する耐久性をもたせることができる。

■　蓄熱材ユニットの蓄熱槽内への配列は、ユニット長
手方向を熱媒の流れと一致するように揃えるだけでラン
ダムに配列できるから、配列、固定が容易にできる。

といった多くの利点をもたらすことができる。

以下に本発明の効果を実施例および比較例を挙げてさら
に説明する。

蓄熱材：　ＭＯ（Ｎ　０３）２　・６　Ｈ２ＯとＺ　ｎ
　（Ｎ　０３）２・６Ｈ２０を１：４の割合で混合した
もの（融点４１℃） 封包容器材質：ポリエステル（１２μ）／アルミ錨（７
μ）／ポリエステル（１２μ）／ポリエチレン（４０μ
）からなる４層ラミネートフィルム 上記蓄熱材を上記容器材質で封包し、下記実施例および
比較例のような形状の蓄熱材ユニットを作製し、このユ
ニットを全容積２７．２Ｒの蓄熱槽内に各々充填したの
ら流１）　２，８Ｒ／ｓｌｎで水柱）＊１：槽および蓄
熱材を１６℃に保ったのち、５２℃の温水を入れはじめ
てか ら全体が５２℃となるまでに要した 時間。

＊２：槽および蓄熱材を温水にて５２℃に保ったのち、
１６℃の冷水を櫓下部 から入れはじめてから全熱量を放出 して全体が１６℃となるまでに要し た時間。

＄３　：　７０℃、１時間および１６℃、１時間のサイ
クル回数

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蓄熱材ユニットの蓄熱槽内配列を示す説
明図；第２図Ａは本発明に用いる蓄熱材ユニットの正面
ｌｌ：第２図Ｂから第２図Ｆは、それぞれ第２１１Ａの
Ｉ−Ｉ纏、ト１線、１−１１１線、ＩＶ−ＩＶ輪および
ｖ−ｖ線に於ける断面図：第３図は第２図への蓄熱材ユ
ニットの側両図；第４図は本発明に用いる蓄熱材ユニッ
ト連続体の説明図；第５図、第６図は第４図の蓄熱ユニ
ット連続体の蓄熱槽内配列様式の一例を示す説明図；第
７図、第８図は本発明における蓄熱材ユニットの蓄熱槽
内でのランダム配列様式を示す説明図；第９図は本発明
に用いる蓄熱材ユニットの他の実施例を示す正面図であ
る。 １０・・・蓄熱材ユーット、１１・・・チューブ状容器
、１１ａ　、　１１ｂ・・・扁平封止部、１２・・・潜
熱利用型蓄熱材。 特許出願人　　　べんてる株式会社 代　　理　　人　　　　　尾　　股　　行　　雄同　　
　　　　　　茂　　見　　　　　１同　　　　　荒　木
　友之助 笥１図　　　１１２図Ａ　　　　ｌｆＢ図１図１１２１
１８１固２ １１４図 ＩＩ＠　　　　　　　　１１０ ｖＲ５図　　　哨６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、上下両端部が態率に封止されたフレキシブルなシー
   ト材料からなるチューブ状容器内に該容器の長手方向中
   央部付近が最も膨れた形状となるように潜熱利用型蓄熱
   材が充填されている蓄熱材ユニットの複数個を、各ユニ
   ットの長手方向を揃えて配列したことを特徴とする蓄熱
   構造体。