JPS591995A

JPS591995A - 蓄熱器

Info

Publication number: JPS591995A
Application number: JP57109046A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Abe; 宜之阿部; Yoshio Takahashi; 義夫高橋; Ryuji Sakamoto; 龍二坂本; Katsuhiko Kanari; 金成　克彦; Takeo Ozawa; 小沢　丈夫; Masayuki Kamimoto; 神本　正行
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1982-06-24
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1984-01-07
Also published as: JPH037875B2

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】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５観点から熱エネルギーの貯蔵は、重
要な課題となっている。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（Ｓ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か、何ら
かの流体を熱媒体として用い【蓄熱材料と熱交換する必
要があるため、熱交換の良否か蓄熱器の性能に大きな影
響を及ぼす（「日本の科学と技術Ｊｌ−２，１９８２参
照）。

高密度ポリエチレンは、大きな融解潜熱、ＪＬ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、異物質のコーティング、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
ず相互融着な生じない形状安定化したものに改質し得る
（特願昭５５−１５８４５号参照）。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
で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って熱交換が飛躍的
に改善され、蓄熱器の性能を著しく向上させるととがで
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５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、
熱交換性能が悪く、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子チレンを、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）、ペレット状のポリエチレ
ンを用いた蓄熱器の実験も試みられているが（０ＲＮＬ
／５ｕｂ−７６４１／］　）、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、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
填するかという点か、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っ
て熱交換を行わせるよ５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ンからなる
棒体１を、保持材２で構成された＃桁状の各仕切部３内
に部分的、もしくは全体にわたって挿入保持させ蓄熱体
１０としたものである。

第２図（ａ）、　　（ｂ）は第１図（ａ）、　　（ｂ）
の実施例の変形例で、保持材２をノ１ニカム状に構成し
、各仕切部３内に棒体１を挿入保持させたものである。

第１図、第２図の保持材２の高さは例えば５〜２０００
ｍ程度が用いられる。そして、棒体１が束状の形態に保
つことができれば、保持材２の形状は任意でよい。

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３図（ａ）、　　（ｂ）のように直径１〜２
０關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め補強材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５ことができた。

さらに、同様の目的のために、第４図に示すように、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
有効であった。第４図では、長手方向に金属線の芯材５
が入った補強形状安定性高密度ポリエチレンの棒体１′
を複数本用いて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５図に示
すよ５に、保持材２として細い材料からなる糸６によっ
てすだれのように締結保持し、これを巻き込んで蓄熱集
合体を作り蓄熱体１０とする。この場合、第５図のよう
に一層で締結しても、複数層に重ねて締結してもよい。

締結箇所は、長手方向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５図のように数ケ所に
おいて締結することにより、一層有効な保持が可能とな
った。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の移動な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６図に示すよプに容器内の固定材１１
に固定する。この場合、固定箇所で流体の流路が塞がら
ないように留意する必要がある＠第６図では両端を固定
しているか、蓄熱体１０を複数個積層し、上下の両端を
固定するよ５にしてもよい。

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か容易
であったが、上記の目的に使用できれば、金属以外の材
料であってもよい。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
してもよい。

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の端部に穴をあげ、こ
れに細い糸状の材料を通して固定するよ５Ｋしてもよい
。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７図は端部に両型の支持棒Ｔ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１１′に固定した
ものである。

以上のような固定手段によって、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１〜３０手段によっ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
内での自然対流を防ぐため、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８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２．６　ｙｔｒｘ　ｅ長
さ４０信の形状安定性高密度ポリエチレンの棒体１を、
直径１６ｆｉの円筒内に体褌分率６０％で束ね、上部お
よび下部を各々５ｃＩｎ幅に亘って、セルサイＸ　３／
４インチ（ｘ９．ｏ５朋）の７７レミニクムハニカムコ
７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１
１に支持させた構成をとっている。なお、１３．１４は
熱媒体の流出入口である。

第９図は熱媒体として、初期に高温のエチレングリコー
ルによって容器１２内を１４０℃に保った後、１０３℃
のエチレングリコールを下部から０．５　　ｌ／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。この図で曲線目ま熱媒体の入口温度、曲
線…は同じく出口温度であり、横軸に時間、縦軸に温度
をとっである。

このように、ポリエチレンの凝固温度（約１２７℃）で
、はっ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な実証するものである。

〔実施例５〕第１０図（８）、　　（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１８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８図の固定材１１０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８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つの仕切り
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（用いる形状安定性高密度ポリ
エチレンの棒１の寸法情、直径１〜２０１１１、長さ１
０〜２０００ｕの丸棒か好ましく、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つかえない
。

また、ポリエチレンの体積充填率は、最密充填である約
７５％が上限であるが、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−程度の充填率となるよ５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１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５に、この発明は形状安定性高密
度ポリエチレンからなる神体を保持材を用いて複数本を
束ねて蓄熱体とし、これを容器内に収容固定して蓄熱体
を構成したので、従来の潜熱蓄熱器にくらべ、その工学
的信頼性を格段と高めることかでき、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、神体
は細い金属線または糸により束ねられているので、構成
がきわめて簡易であり、さらに、蓄熱体の両端を網状の
固定材で固着したので、熱媒体の流動はほとんど妨げら
れ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）は同じく他の実施例を示す要部の斜視図
とその平面図、第３図（＆）、　　（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４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５図はこの発明の蓄熱体
の他の実施例を示す斜視図、第６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７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８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９図
は第８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１θ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’は神体、２は保持材、３は仕切部、４は
補強材、５は芯材、６は糸、Ｔは支持棒、１０は蓄熱体
、ＩＬ１１’は固定材、１２は容器、１３゜１４は流出
入口、１５．１６は仕切板である。第７図　　　第８図第９図ｊｌ、＋　　　（イ）　　町時間（分）、ｌ、ニー（・・１・１・曹第１０図（ａ）

Claims

【特許請求の範囲】（］）形状安定性高密度ポリエチレンからなる棒体を保
持材により複数本束ねて蓄熱体を構成し、この蓄熱体を
容器内に収容固定するとともに、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、熱の交換を行プことを特徴
とする蓄熱器。（２）神体は細い金属線からなる保持材により束ねられ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
の蓄熱体。（３）棒体はハニカムコアからなる保持材により束ねら
れていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の蓄熱体。（４）棒体は細い糸状の保持材によりすだれ状に保持さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第（］）項記
載の蓄熱体。（５）神体は帯状の保持材によりすだれ状に保持されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第（］）項記載の
蓄熱体。（６）蓄熱体を形成する棒体の少なくとも一部について
、神体が金属性芯材によって補強されて（・ることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の蓄熱体。（７）蓄熱体は容器内において、両端を網状の固定材に
より固定されていることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の蓄熱体。