JPH0989481A - 蓄熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単，安価に形成することができ、しかも、
熱交換効率の高い実用的な潜熱蓄熱タイプの蓄熱体を提
供する。 【解決手段】 固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用
して蓄熱するシート状の蓄熱材２と、該蓄熱材２より幅
広の金属シート４とを、金属シート４の端部が蓄熱材２
より外方に突出するように交互に重ね合わせて形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリエチレン等の
蓄熱材の固相−液相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱する
潜熱蓄熱タイプの蓄熱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種潜熱蓄熱タイプの蓄熱体
は、ポリエチレン等の高分子樹脂の蓄熱材の固相−液相
間の相変化に伴う潜熱を利用するため、体積当りの蓄熱
量が大きく、しかも、小さな温度差で熱の出し入れ，す
なわち蓄熱，放熱が行える等の利点がある。

【０００３】その反面、蓄熱材の熱伝導率が低く、しか
も、表面積を広くするようにペレット状に細分化されて
いても、蓄熱時、溶融して液化すると、融合して熱媒体
等との接触面積が減少し、効率のよい熱交換が行えな
い。

【０００４】そのため、特公平６−８９９９３号公報
（Ｆ２８Ｄ ２０／００），特公昭６０−２２２７９号
公報（Ｆ２８Ｆ ２３／０２），特開平４−２７０７７
８号公報（Ｃ０９Ｋ ５／０６）等に記載されているよ
うに、この種潜熱蓄熱タイプの蓄熱体は、蓄熱材を例え
ばペレット状に細分化し、非溶融性（耐熱性）のカプセ
ル（マイクロカプセル）に封入したり、表面を電子線照
射，架橋剤を用いた重合により非溶融加工したりして溶
融による一体化（融合）を防ぎ、液化に伴う表面積の減
少を防止して蓄熱時及び放熱時の熱交換の効率低下を防
いでいる。

【０００５】なお、表面に非溶融加工を施した従来の蓄
熱体は、例えば図７の（ａ），（ｂ）に示すように形成
される。

【０００６】同図の（ａ），（ｂ）において、１は丸棒
状の蓄熱体、１ａは蓄熱体１の両端面部分を含む非溶融
加工された表皮部、１ｂは表皮部１ａに包まれたその内
部の蓄熱部である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のこの種潜熱
蓄熱タイプの蓄熱体は、熱媒体との接触面積を広くして
熱交換効率を向上するため、細分化して特殊なマイクロ
カプセルに封入したり、表面に化学的な非溶融加工を施
したりする必要があり、それらの処理（加工）にコスト
がかかり、安価に形成することができず、とくに大規模
な蓄熱には向かず、実用的でない問題点がある。

【０００８】本発明は、簡単，安価に形成することがで
き、しかも、熱交換効率が高い実用的な潜熱蓄熱タイプ
の蓄熱体を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この出願の請求項１に係る蓄熱体は、固相−液相
間の相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱するシート状の蓄
熱材と、該蓄熱材より幅広の金属シートとを、金属シー
トの端部が蓄熱材より外方に突出するように交互に重ね
合わせて形成する。

【００１０】したがって、蓄熱材の非溶融加工等の複
雑，高価な加工を施すことなく、シート状の蓄熱材と金
属シートとを交互に重ね合わせて簡単，安価に蓄熱体が
形成される。

【００１１】このとき、金属シート間にシート状の蓄熱
材が挟まれ、蓄熱材が固相−液相間の相変化により液化
しても、蓄熱材が一塊になることなく広く金属シートの
表面に接触する。

【００１２】そして、金属シートは熱伝導がよく、しか
も、各金属シートの外方に突出した端部が熱媒体の溶液
等に直接接触するため、熱媒体に金属シートを介して厚
みの薄い蓄熱材が広い面積で均一に接触し、効率よく熱
交換が行われる。

【００１３】そのため、蓄熱材の非溶融加工等の複雑な
加工が不要で簡単，安価に形成することができ、大規模
な蓄熱に好適な熱交換効率が高い実用的な潜熱蓄熱タイ
プの蓄熱体が形成される。

【００１４】また、この出願の請求項２に係る蓄熱体に
おいては、固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用して
蓄熱する蓄熱材を含浸したガラスウール等のスペーサシ
ートと、該スペーサシートより幅広の金属シートとを、
金属シートの端部がスペーサシートより外方に突出する
ように交互に重ね合わせて形成する。

【００１５】したがって、この場合は金属シート間に、
請求項１のシート状の蓄熱材の代わりに、蓄熱材を含浸
したマット状のスペーサシートを挟んで蓄熱体が形成さ
れる。

【００１６】そして、蓄熱材の非溶融加工等の複雑，高
価な加工が不要であり、簡単，安価に形成することがで
き、しかも、熱媒体等に金属シートを介してスペーサシ
ートに含浸された蓄熱材が広い面積で接触し、効率よく
熱交換が行われる。

【００１７】その上、スペーサシートに蓄熱材を含浸す
るため、蓄熱材が液化してもその溶液の表面張力により
漏れ出したりせず、蓄熱材の漏れ止め対策が不要で一層
簡素，安価に形成することができるとともに、広範囲の
用途に使用できる。

【００１８】つぎに、この出願の請求項３に係る蓄熱体
においては、固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用し
て蓄熱するシート状の蓄熱材或いは蓄熱材を含浸したス
ペーサシートと、幅広の金属シートとを、金属シートの
端部が蓄熱材又はスペーサシートより外方に突出するよ
うに重ね合わせ、巻回して形成する。

【００１９】したがって、請求項１又は請求項２に係る
蓄熱体と同様の蓄熱体が、蓄熱材或いはスペーサシート
と，金属シートを重ね合わせて巻回した極めて部材数が
少なく安価な手段で形成され、一層簡単，安価に熱交換
効率の高い実用的な潜熱蓄熱タイプの蓄熱体が形成され
る。

【００２０】つぎに、この出願の請求項４に係る蓄熱体
においては、固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用し
て蓄熱する蓄熱材を封入したシート状の袋体と、該袋体
より幅広の金属シートとを、金属シートの端部が袋体よ
り外方に突出するように交互に重ね合わせて形成され
る。

【００２１】したがって、請求項１の蓄熱体，請求項２
のスペーサシートの代わりに蓄熱材を封入したシート状
の袋体を金属シート間に挟んで蓄熱体が形成され、この
場合、金属シートと袋体との重ね合わせが極めて容易で
あり、一層容易に熱交換効率の高い実用的な潜熱蓄熱タ
イプの蓄熱体が形成される。

【００２２】つぎに、この出願の請求項５に係る蓄熱体
においては、矩形断面の金属容器の内側の対向する２側
面間に前記金属容器に接した伝熱板を多数配列し、前記
金属容器内に固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用し
て蓄熱する蓄熱材を充填する。

【００２３】したがって、熱伝導率の悪い蓄熱材への熱
の受け渡しが伝熱板を通じて行われ、この伝熱板を通っ
た蓄熱材の熱は金属容器壁に伝わり、この容器壁を介し
て効率よく容器外の熱媒体等に伝わる。

【００２４】

【発明の実施の形態】発明の実施の第１ないし第５の形
態につき、図１ないし図６を参照して説明する。 （第１の形態）まず、第１の形態について、図１ないし
図３を参照して説明する。この第１の形態の蓄熱体２は
図２に示す巻回工程及び図３に示すプレス工程を経て形
成される。

【００２５】そして、図２の巻回工程においては、常温
で固相のポリエチレン等の例えば厚さ５〜１０mmの数１
０cm角のシート状の高分子樹脂の蓄熱材３と、この蓄熱
材３より幅が広い例えば厚さ０．１〜０．２mmのアルミ
ニウムシート等の熱伝導の良い金属シート４とを、金属
シート４の４辺の端部が蓄熱材３より例えば３cm程度外
方に均一に突出するように蓄熱材３を下にして重ね合わ
せ、この重ね合わせにより形成した２層シートを半径数
１０cm以上の大径の巻き心（図示せず）に巻回し、巻回
後に巻き心から取外して空心の２層ロール体５を形成す
る。なお、蓄熱材３は従来の蓄熱材のような非溶融加工
は全く施されていない。

【００２６】つぎに、図３のプレス工程では２層ロール
体５を一様にプレス加工し、例えば３０cm角の反物状の
積層構造に加工する。

【００２７】そして、この積層構造の２層ロール体５の
一方の短辺の金属シート端部をさらにプレス加工して密
着し、蓄熱材と金属シートとを交互に重ね合わせた図１
の形状の蓄熱体２を形成する。

【００２８】このとき、蓄熱体２の下端の金属シート端
部は集合され、蓄熱材３が液化したときの漏れ止め等を
図るように、前記金属シート端部を含む金属シート４の
所要個所が溶接等されて封止される。

【００２９】つぎに、この蓄熱体２を使用する際は、蓄
熱材３が漏れないように図１の縦状態に保って１又は複
数個の蓄熱体２が例えばエチレングリコール溶液を熱媒
体とする蓄熱槽に設けられる。

【００３０】このとき、熱伝導のよい金属シート４の上
端部が蓄熱，放熱の大面積のフィンを形成して熱媒体に
直接接触し、蓄熱時は熱媒体の熱が金属シート３全体に
大きな温度勾配（温度むら）を生じることなく均一かつ
迅速に伝導する。

【００３１】また、蓄熱材３は例えば厚さ（貫通厚さ）
約５mmの薄いシート状に形成されて金属シート４に重ね
合わされ、金属シート４に広い面積で接触する。

【００３２】そのため、熱媒体と蓄熱材３との間の熱移
動（熱交換）が金属シート４を介して極めて迅速にかつ
均一に行われ、蓄熱材３の材料としての熱伝導特性が悪
いにもかかわらず、蓄熱体２は蓄熱材３の潜熱を利用し
て効率のよい蓄熱を行う。

【００３３】そして、蓄熱により蓄熱材３が固相から液
相に変換し、蓄熱材３が液化しても蓄熱材３と金属シー
ト４との接触面積は固相のときとほとんど変わらない。

【００３４】そのため、放熱時（熱回収時）にも金属シ
ート４を介して蓄熱材３から熱媒体に効率よく熱が移動
する。

【００３５】そして、従来の蓄熱体のように蓄熱材３を
細分化して非溶融加工を施す必要がなく、シート状の蓄
熱材３と金属シート４とを重ね合わせて巻回する極めて
簡単，安価な手法で蓄熱体２が形成され、しかも、この
蓄熱体２の熱交換効率が高く、大規模な蓄熱に適した実
用的な潜熱蓄熱タイプの蓄熱体を提供することができ
る。

【００３６】なお、１枚の蓄熱材３と１枚の金属シート
４とを重ね合わせ、それを巻回して図１のような多層の
形状に形成するため、極めて少ない部品数で極めて容易
に製造等することができる利点もある。

【００３７】（第２の形態）つぎに、第２の形態につい
て、図４を参照して説明する。図４の（ａ），（ｂ）は
蓄熱体６の正面図，平面図であり、この蓄熱体６は、ポ
リエチレン等の高分子樹脂の蓄熱材を溶融して含浸させ
たガラス繊維マット等の気孔率が大きいスペーサシート
７と、このシート７より幅の広いアルミニウムシート等
の金属シート８とを、金属シート８間にスペーサシート
７が位置し、かつ、金属シート８の４辺の端部がスペー
サシート７より外方に均一に突出するように、交互に重
ね合わせて形成される。

【００３８】なお、スペーサシート７，金属シート８
は、例えば、金属シート８が厚さ０．１mm〜０．５mmの
３０cm角，スペーサシート７が厚さ１〜５mmの２４cm角
に形成され、金属シート８の４辺の端部が蓄熱，放熱の
幅約３cmのフィンを形成する。

【００３９】そして、蓄熱体６は、蓄熱材がスペーサシ
ート７のガラス繊維等で細分化され、図１の蓄熱体５よ
り蓄熱材の表面が一層広くなり、しかも、金属シート８
が形成する蓄熱，放熱のフィンの総面積も図１の蓄熱体
２の場合より広くなるため、蓄熱体２より一層効率のよ
い熱交換が行える。

【００４０】また、蓄熱材はその表面張力により、液化
したときにもスペーサシート７から流出せず、図１の蓄
熱体２のような蓄熱材の漏れ止め対策を必要としないた
め、一層簡単に形成することができ、その上、図４の
（ａ），（ｂ）の横状態又はこの横状態から９０°回転
した縦状態等の任意の状態で使用することができ、使用
上の制約がなく、種々の用途に用いることができる。

【００４１】（第３の形態）つぎに、第３の形態につい
て説明する。この第３の形態においては、図１の第１の
形態の蓄熱体のシート状の蓄熱材３の代わりに、図４の
蓄熱材を溶融含浸したガラス繊維マット等のスペーサシ
ート７を使用し、第１の形態の場合と同様に巻回して蓄
熱体を形成する。

【００４２】この場合、液化した蓄熱体は表面張力によ
ってガラス繊維マット等の内部に留まり、流れ出ること
がなく、第１の形態の場合の漏れ止めのための金属シー
ト端部の溶接が不要になる利点がある。

【００４３】（第４の形態）つぎに、第４の形態につい
て、図５を参照して説明する。図５の蓄熱体９は、ポリ
エチレン等の蓄熱材を封入した袋体１０と，この袋体１
０より左右方向の幅が広いアルミニウムシート等の金属
シート１１とを、金属シート１１の左右方向の端部が袋
体１０より外方に均一に突出するように交互に重ね合わ
せ、ほぼ、図４の（ａ），（ｂ）の各スペーサシート７
を袋体１０に置き換えた形状に形成されている。

【００４４】なお、袋体１０は例えばポリエチレンを架
橋して蓄熱材より溶融温度を高くした高分子樹脂等の厚
みの薄い耐熱性素材により形成され、蓄熱材を封入した
状態での高さ（厚さ）は例えば数mm〜１cmである。ま
た、金属シート１１の左右端部は蓄熱，放熱のフィンを
形成する。

【００４５】そして、この蓄熱体９は蓄熱材を袋体１０
に封入して形成するため、その取扱いが容易であり、製
造等が極めて容易に行える利点がある。

【００４６】（第５の形態）つぎに、第５の形態につい
て、図６を参照して説明する。図６の（ａ）は蓄熱体１
２の蓄熱材１３が液状（液相）のときの斜視図を示し、
蓄熱体１２は、上面が開放した矩形断面の金属容器１４
の内側の対向する２側面間に、同図の（ｂ）に示す例え
ば金属製の伝熱板１５を、例えば数ミリメートルないし
十数１０ミリメートルの間隔で多数配列し、各伝熱板１
５の両側の折曲片を金属容器１４の容器壁に接合し、こ
の状態で金属容器１４内にポリエチレン等の蓄熱材１３
を充填して形成される。

【００４７】なお、蓄熱材１３は液状に加熱して金属容
器１４内に充填され、各伝熱板１５間に図６の（ａ）の
鎖線の高さまで満たされ、このとき、各伝熱板１５の上
端部がフィンを形成する。

【００４８】そして、金属容器１４内に充填された蓄熱
材１３が各伝熱板１５で細分されて各伝熱板１５に広い
面積で接触し、さらに、各伝熱板１５が金属容器１４の
容器壁に接触するため、蓄熱材１３の熱が効率よく容器
壁に伝えられる。

【００４９】ところで、この蓄熱体１２を、エチレング
リコール溶液等の液体を熱媒体（外部熱媒体）とする蓄
熱槽に設けて使用する場合、金属容器１４の容器内蓄熱
量と，金属容器１４の放熱面積との関係に基づき、金属
容器１４の容積をＶcm³ ，表面積をＳcm² とすると、Ｓ
／Ｖ＝０．２程度であれば、蓄熱体１２の総蓄熱量を２
〜３時間で取り出すことができるため、金属容器１４は
２０l 程度の容量にすることが好ましい。

【００５０】また、外部熱媒体が気体のときは、蓄熱体
１２の表面熱放射係数が液体のときより１桁以上低下す
るため、より大きな放熱面積を要し、Ｓ／Ｖ＝５程度に
なるように、金属容器１４を１l 程度の小さなものとす
ることが望ましい。

【００５１】そして、金属容器１４の大きさ等によら
ず、その容器壁に接する各伝熱板１５の効果により蓄熱
材１３の熱が効率よく容器壁に伝達され、効率のよい熱
交換が行える。

【００５２】ところで、図１の蓄熱体２は、図４の蓄熱
体６と同様、蓄熱材のシートと金属シートとを交互に重
ね合わせて形成してもよい。

【００５３】また、図４の蓄熱体６は、図１の蓄熱体２
と同様、スペーサシートと金属シートとを重ね合わせ、
その２層シートを巻回した後プレス加工して形成しても
よい。

【００５４】そして、各蓄熱体２，６，９，１２の寸法
等は用途等に応じて適当に設定すればよいのは勿論であ
る。

【００５５】また、蓄熱材，金属シート等の材料は各形
態のものと異なるものであってもよい。

【００５６】

【発明の効果】本発明は、以下の効果を奏する。まず、
請求項１に係る蓄熱体の場合、蓄熱材の非溶融加工等の
複雑，高価な加工を施すことなく、シート状の蓄熱材と
金属シートとを交互に重ね合わせて簡単，安価に形成す
ることができる。

【００５７】そして、金属シート間にシート状の厚みの
薄い蓄熱材が挟まれ、蓄熱材が固相−液相間の相変化を
しても、金属シートの表面に蓄熱材が厚みの変化なく一
様に接触し、このとき、金属シートは熱伝導がよく、し
かも、各金属シートの外方に突出した端部が熱媒体の溶
液等に直接接触するため、熱媒体等に金属シートを介し
て蓄熱材が広い面積で接触し、効率よく熱交換を行うこ
とができる。

【００５８】したがって、蓄熱材の非溶融加工が不要で
簡単，安価に形成することができ、しかも、熱交換効率
が高い実用的な潜熱蓄熱タイプの蓄熱体を提供すること
ができる。

【００５９】つぎに、請求項２に係る蓄熱体の場合、金
属シート間に、請求項１のシート状の蓄熱材の代わり
に、蓄熱材を含浸したスペーサシートを挟んで蓄熱体を
形成することができる。

【００６０】そして、蓄熱材の非溶融加工等の複雑，高
価な加工が不要であり、簡単，安価に形成することがで
き、しかも、熱媒体等に金属シートを介してスペーサシ
ートに含浸された蓄熱材が広い面積で接触し、効率よく
熱交換を行うことができ、請求項１に係る蓄熱体と同様
の効果が得られる。

【００６１】その上、スペーサシートに蓄熱材を含浸す
るため、蓄熱材が液化してもその溶液が表面張力により
漏れ出したりせず、蓄熱材の漏れ止め対策が不要で一層
簡素，安価に形成することができるとともに、広範囲の
用途に使用できる利点がある。

【００６２】つぎに、請求項３に係る蓄熱体の場合、請
求項１又は請求項２に係る蓄熱体と同様の蓄熱体が、蓄
熱材或いはスペーサシートと金属体シートとを重ね合わ
せて巻回することにより極めて部材数を少なくして安価
に形成することができ、一層簡単，安価に熱交換効率の
高い実用的な潜熱蓄熱タイプの蓄熱体を提供することが
できる。

【００６３】つぎに、請求項４に係る蓄熱体の場合、請
求項１の蓄熱体，請求項２のスペーサシートの代わりに
蓄熱体を封入したシート状の袋体を金属シート間に挟ん
で蓄熱体が形成され、この場合、一層容易に熱交換効率
の高い実用的な潜熱蓄熱タイプの蓄熱体を提供すること
ができる。

【００６４】つぎに、請求項５に係る蓄熱体の場合、多
数の伝熱板で仕切られた金属容器に蓄熱材を充填し、熱
交換効率の高い実用的な潜熱蓄熱タイプの蓄熱体を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の第１の形態の切断正面図である。

【図２】図１の蓄熱体の第１の形成過程説明用の斜視図
である。

【図３】図１の蓄熱体の第２の形成過程説明用の斜視図
である。

【図４】（ａ），（ｂ）は発明の実施の第２の形態の正
面図，平面図である。

【図５】発明の実施の第４の形態の斜視図である。

【図６】（ａ）は発明の実施の第５の形態の斜視図，
（ｂ）は伝熱板の斜視図である。

【図７】（ａ），（ｂ）は従来例の切断正面図，斜視図
である。

【符号の説明】

２，６，９，１２ 蓄熱体 ３，１３ 蓄熱材 ４，８，１１ 金属シート ７ スペーサシート １０ 袋体 １４ 金属容器 １５ 伝熱板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用
   して蓄熱するシート状の蓄熱材と、該蓄熱材より幅広の
   金属シートとを、金属シートの端部が蓄熱材より外方に
   突出するように交互に重ね合わせて形成したことを特徴
   とする蓄熱体。
2. 【請求項２】 固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用
   して蓄熱する蓄熱材を含浸したガラスウール等のスペー
   サシートと、該スペーサシートより幅広の金属シートと
   を、金属シートの端部がスペーサシートより外方に突出
   するように交互に重ね合わせて形成したことを特徴とす
   る蓄熱体。
3. 【請求項３】 固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用
   して蓄熱するシート状の蓄熱材或いは蓄熱材を含浸した
   スペーサシートと、幅広の金属シートとを、金属シート
   の端部が蓄熱材又はスペーサシートより外方に突出する
   ように重ね合わせ、巻回して形成したことを特徴とする
   蓄熱体。
4. 【請求項４】 固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用
   して蓄熱する蓄熱材を封入したシート状の袋体と、該袋
   体より幅広の金属シートとを、金属シートの端部が袋体
   より外方に突出するように交互に重ね合わせて形成した
   ことを特徴とする蓄熱体。
5. 【請求項５】 矩形断面の金属容器の内側の対向する２
   側面間に前記金属容器に接した伝熱板を多数配列し、前
   記金属容器内に固相−液相間の相変化に伴う潜熱を利用
   して蓄熱する蓄熱材を充填したことを特徴とする蓄熱
   体。