JPH109782A

JPH109782A - 蓄熱素子

Info

Publication number: JPH109782A
Application number: JP8163488A
Authority: JP
Inventors: Akira Sugawara; 亮菅原; Mikio Sei; 三喜男清; Nobuaki Yabunouchi; 伸晃薮ノ内
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1996-06-24
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換器用のハウジング等に充填した場合に
熱媒を効率よく流すことができ、しかも加熱と冷却を繰
り返しても流路閉塞を生じさせることのない新しい蓄熱
素子を提供する。【解決手段】結晶化度４０％未満の低結晶性ポリオレ
フィンに固−液間を可逆的に相転移する有機系蓄熱材が
担持されたボード状蓄熱素子であって、押出成形品であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蓄熱素子に関す
るものである。さらに詳しくは、この発明は、大量の熱
を蓄え、かつ放出することができ、熱交換器等の構成部
材として有用な蓄熱素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、たとえば蓄熱式温水床暖房シ
ステムの蓄熱パネル等の構成部材として、大量の熱を蓄
熱し、かつ放熱することのできる潜熱蓄熱素子を用いた
熱交換器が各種提案されている。従来の熱交換器は、主
にシェルチューブ型とカプセル型に分類されている。シ
ェルチューブ型熱交換器は、たとえば図１０に示したよ
うに、配管（ア）を備えたハウジング（イ）内に潜熱蓄
熱素子（ウ）が充填されており、配管（ア）中を流れた
熱媒の熱が潜熱蓄熱素子（ウ）に蓄えられるようになっ
ている。一方、カプセル型熱交換器は、図１１（ａ）
（ｂ）に例示したように、潜熱蓄熱素子（ウ）を封入し
たカプセル（エ）がハウジング（イ）に充填されてお
り、カプセル（エ）間の隙間が熱媒の流路となる。

【０００３】しかしながら、シェルチューブ型熱交換器
の場合には、熱交換される面積が配管（ア）の表面積に
よって限定されるため、熱交換の速度が遅いという欠点
がある。また、カプセル型熱交換器の場合には、カプセ
ル（エ）は潜熱蓄熱素子（ウ）が相転移によって液体と
なった際の液の流出を防ぐために用いられているが、こ
のカプセル（エ）を介しているために熱交換速度が遅く
なるという問題を有している。しかもカプセル（エ）自
体を小型化してその表面積を増大させることは困難であ
る。

【０００４】そこで、この発明の発明者等は、結晶化度
４０％未満の低結晶性ポリオレフィンに、固−液間を可
逆的に相転移する有機系蓄熱材を担持させた新しい蓄熱
素子を開発し、この蓄熱素子をハウジング内に装填した
熱交換器を提案している。この新し熱交換素子は、熱媒
との接触によっても蓄熱材が溶出しないため、これを装
填した熱交換器では、ハウジング内を通液させた熱媒を
蓄熱素子と直接接触させることができ、熱交換速度が大
幅に早まるという優れた特徴を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな優れた特徴を有する蓄熱素子の場合にも、その後の
検討によってさらに改良すべき点が見い出された。すな
わち、この発明者等によって既に提案されている熱交換
器は、たとえば図１２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に例示したよ
うに、ハウジング（オ）内にボード状蓄熱素子（カ）を
充填し、ハウジング（オ）の内壁面と蓄熱素子（カ）の
表面との隙間を熱媒流路（キ）としていた。ところが、
図１２（Ｃ）に矢印で示したように熱媒の流れが単調な
場合は熱交換効率が低下するため、ハウジング（オ）の
流路入り口に網、パンチング、スポンジ等による整流ま
たは乱流の手段を設ける必要があった。

【０００６】さらにまた、このボード状蓄熱素子（カ）
は注型成形によって製造されていたが、この注型成形品
の場合には、熱媒との接触による加熱時には図１３の矢
印で示した方向（縦、横、厚み）に均一に膨張するた
め、図１４に断面図を示したように熱媒流路（キ）を閉
塞し、また、図１５に示したように熱媒の流入口および
流出口を遮断してしまうという問題点を有していた。こ
のため、図１６に例示したようにボード状蓄熱素子
（カ）を小型に成形し、ハウジング（オ）と蓄熱素子
（カ）との間に膨張吸収空間（ク）を設けるようにして
いた。しかしながら、このような空間（ク）を設けた場
合には、運搬時等に蓄熱素子（カ）がハウジング（オ）
内を移動してそれ自体あるいはハウジング（オ）をも変
形、破損させるという問題が存在した。

【０００７】この発明は、以上のとおりの事情に鑑みて
なされたものであって、従来のボード状蓄熱素子の問題
点を解消し、熱交換器用のハウジング等に充填した場合
に熱媒を効率よく流すことができ、しかも加熱と冷却を
繰り返しても流路閉塞を生じさせることのない新しい蓄
熱素子を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、結晶化度４０％未満の低結晶性
ポリオレフィンに固−液間を可逆的に相転移する有機系
蓄熱材が担持されたボード状蓄熱素子であって、押出成
形品であることを特徴とする蓄熱素子を提供する。

【０００９】この発明の蓄熱素子は、ねじり形状を有す
ることを好ましい態様としている。さらに、この蓄熱素
子は、結晶化度４０％以上の結晶性ポリオレフィンをも
含有すること、および上記有機系蓄熱材が、結晶性アル
キルハイドロカーボン、結晶性脂肪酸および結晶性脂肪
酸エステルからなる群より選択される少なくとも一つで
あることをそれぞれ好ましい態様としてもいる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面に沿って実施
例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく
説明する。

【００１１】

【実施例】この発明の蓄熱素子は、結晶化度４０％未満
の低結晶性ポレオレフィンに、固−液間を可逆的に相転
移する有機系蓄熱材を担持させたものとして成形されて
いる。低結晶性ポレオレフィンとしては、たとえば、エ
チレンとα−オレフィンとの共重合体またはアタクチッ
クポリプロピレン等を例示することができる。上記のα
−オレフィンとしては、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等を例示することができるが、これらに限定され
るものではない。これらの低結晶性ポレオレフィンは、
Ｘ線解析による結晶化度が４０％未満であることが要求
される。結晶化度４０％以上の結晶性ポリオレフィンを
有機形蓄熱材の担体として用いた場合には、蓄熱素子か
ら有機形蓄熱材が溶出する場合があり、好ましくない。
さらに言えば、有機形蓄熱材の溶出防止の観点からは、
ポリオレフィンの結晶化度は３０％以下、より好ましく
は２０％以下とする。

【００１２】さらにこの発明の蓄熱素子は、上記の低結
晶性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含有させて成形することによって、
蓄熱素子の形状保持力を向上させることができる。特
に、結晶化度３０％以下の低結晶性ポリオレフィンを担
体として用いた場合には効果的である。このような結晶
化度４０％以上の結晶性ポリオレフィンとしては、エチ
レンとα−オレフィンの共重合体、中密度ポリエチレン
および高密度ポリエチレン等を例示することができる。
なお、上記の中密度および高密度ポリエチレンは、ＪＩ
Ｓ−Ｋ−６７６０として規定されているものである。

【００１３】一方、この発明の蓄熱素子に用いる有機系
蓄熱材は、固−液間を可逆的に相転移する物質であっ
て、結晶化度４０％未満の低結晶性ポリオレフィンと相
溶性を有するものが好ましく、また、結晶化度４０％以
上の結晶性ポリオレフィンを併用する場合には、この結
晶性ポリオレフィンとも相溶性を有するものが好まし
い。このような有機形蓄熱材としては、たとえば、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、脂肪酸および脂
肪酸エステル類等を例示することができる。これらの有
機系蓄熱材は２種以上を併用することもできる。なお、
熱交換のための熱媒が水分を含む場合には、脂肪酸およ
び脂肪酸エステル類は劣化する恐れがあるため、ハイド
ロカーボンを用いることが好ましい。また、これらの蓄
熱材は、蓄熱効率の観点から、２０ｃａｌ／ｇ以上の融
解熱量を有する結晶性物質であることが好ましい。

【００１４】以上のとおりの低結晶性ポリオレフィンと
有機系蓄熱材との配合比率は、蓄熱素子または熱交換器
の用途等に応じて適宜とすることができるが、たとえば
低結晶性ポリオレフィンは１０〜７０重量％程度が適当
である。低結晶性ポリオレフィンの配合比率がこの範囲
以下の場合には、有機系蓄熱材が溶出する恐れがあり、
好ましくない。また、有機系蓄熱材は３０〜９０％重量
程度が適当であり、この範囲以下の場合には、蓄熱量が
低下して熱交換効率が損なわれる。

【００１５】さらに、低結晶性ポリオレフィンと結晶性
ポリオレフィンを併用して用いる場合の配合比率は、た
とえば、低結晶性ポリオレフィンを５〜６０重量％、結
晶性ポリオレフィンを１〜６５重量％、有機系蓄熱材を
３０〜９０重量％程度とする。ただし、低結晶性ポリオ
レフィンと結晶性ポリオレフィンの合計は１０〜７０重
量％の範囲内とする。これ以上とした場合には、相対的
に蓄熱材の比率が減少して蓄熱効率が低下する。また、
上記の材料の他に、必要に応じて、各種無機系フィラ
ー、難燃材、酸化防止材、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。

【００１６】低結晶性ポリオレフィン、または低結晶性
ポリオレフィンと結晶性ポリオレフィンに有機系蓄熱材
を担持させるには、たとえば、ポリオレフィンの融点以
上の温度で上記の材料を混練りし、この溶融混合物を所
定の形状に成形すればよい。形状は、直方体に限定され
るものではなく、ハウジングの形状や熱交換器の用途等
に応じて適宜とすることができる。ただし、この発明の
蓄熱素子は、その成形の際に、押出成形法を用いること
を特徴とする。

【００１７】図１は、この発明の押出成形品からなる蓄
熱素子の高温時の変形方向を矢印で示した模式図であ
る。この図１に示したように、この発明の蓄熱素子
（１）は熱膨張性に異方性を示し、高温時には幅方向に
は膨張するものの、厚み方向および長さ方向には収縮す
る。しかもこのような膨張・収縮は、冷却時には逆方向
の変形を生じさせ、冷却と加熱のヒートサイクルを繰り
返しても、その変形パターンは一定に保たれる。図２〜
４は、この発明の蓄熱素子の一実施例［パラフィン(p.
m. 52℃) ：エチレンポリピレン共重合体：高密度ポリ
エチレン＝７０：２０：１０］について、その厚さ方向
の変形率（図２）、幅方向の変形率（図３）および長さ
方向の変形率（図４）を各々５回のヒートサイクルごと
に示したグラフ図である。なお、図中の■はこの発明の
蓄熱素子を示し、□は従来の蓄熱素子（注型成形品）を
示す。

【００１８】これらの結果からも明らかなように、この
発明の蓄熱素子は、従来例と比較して、加熱時（潜熱
時）においても長さ方向に膨張しない（図４）ため、図
５に示したように、例えば熱交換器として使用する場合
には、そのハウジング（２）に対して短く成形しなくと
も、蓄熱素子（１）が加熱時にハウジング（２）の熱媒
流入口（３）および流出口（４）を閉塞することはな
い。このため、ハウジング（２）と略同一長さの蓄熱素
子（１）の使用が可能であり、熱交換器として使用する
場合の熱交換効率は極めて良好となる。また、運搬時に
蓄熱素子（１）が移動することもないため、蓄熱素子
（１）およびハウジング（２）の変形、損傷等が防止さ
れる。

【００１９】さらに、図２および図３にそれぞれの変形
率を示したように、この発明の蓄熱素子（１）は、加熱
時には幅方向に膨張し、厚み方法には収縮する。このた
め、図６に各々の断面図を例示したように、冷却時およ
び加熱時では熱媒の流路（５）が変化するため、均一に
蓄熱と放熱が繰り返され、熱交換性能が低下することは
ない。また、厚み方向への収縮により熱媒流路（５）が
確実に確保される。

【００２０】図７は、この発明の蓄熱素子の別の実施例
を示した側面図である。例えばこの図７に示したよう
に、この発明の蓄熱素子は、その押出成形時に回転させ
ながら引き取ることによって、ねじり形状に成形するこ
とができる。このようなねじり形状を有する蓄熱素子
（６）は、例えばハウジング（２）に充填して熱媒を流
した場合に、図８に例示したように、熱媒を図中矢印方
向に回転させながら流すことができる。これは、図９
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）にそれぞれ異なった位置の断面図を
示したように、蓄熱素子（６）のねじれによって流路
（５）位置が変化するためである。このため、整流また
は乱流のための手段を用いなくとも蓄熱素子（６）の全
体に熱媒が接触し、ハウジング（２）内の温度分布が均
一化する。熱交換効率は向上し、安定した蓄熱・放熱が
可能となる。

【００２１】もちろんこの発明は、以上の例によって限
定されるのではなく、細部の形状、構成等については様
々な態様が可能でることは言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この発明に
よって、熱交換器用のハウジング等に充填した場合に熱
媒を効率よく流すことができ、しかも加熱と冷却を繰り
返しても流路閉塞を生じさせることのない新しい蓄熱素
子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の蓄熱素子の高温時の変形方向を矢印
で示した模式図である。

【図２】この発明の蓄熱素子の一実施例について、その
厚さ方向の変形率を各々５回のヒートサイクルごとに示
したグラフ図であり、■はこの発明の蓄熱素子、□は従
来の蓄熱素子（注型成形品）の変形率を示す。

【図３】図２と同一の蓄熱素子の幅方向の変形率を各々
５回のヒートサイクルごとに示したグラフ図である。

【図４】図２と同一の蓄熱素子の長さ方向の変形率を各
々５回のヒートサイクルごとに示したグラフ図である。

【図５】（Ａ）（Ｂ）は、各々、ハウジングに充填した
蓄熱素子の冷却時および加熱時の側面状態を示した模式
図である。

【図６】（Ａ）（Ｂ）は、各々、ハウジングに充填した
蓄熱素子の冷却時および加熱時の断面状態を示した模式
図である。

【図７】この発明の蓄熱素子の別の実施例を示した側面
図である。

【図８】図７に例示した蓄熱素子をハウジングに充填し
た場合の熱媒の流れを示した模式図である。

【図９】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、図８の異なった位置の
断面図である。

【図１０】従来のシェルチューブ型熱交換器を例示した
断面図である。

【図１１】従来のカプセル型熱交換器を例示した断面図
である。

【図１２】（Ａ）は、この発明の発明者等が既に提案し
た熱交換器の製造工程を例示した模式図であり、（Ｂ）
および（Ｃ）はその熱交換器の断面図および透視斜視図
である。

【図１３】この発明の発明者等が既に提案した蓄熱素子
の加熱時における変形方向を示した模式図である。

【図１４】（Ａ）（Ｂ）は、各々、図１３に示した蓄熱
素子による熱交換器の冷却時および加熱時の断面形状を
示した模式図である。

【図１５】（Ａ）（Ｂ）は、各々、図１３に示した蓄熱
素子による熱交換器の冷却時および加熱時の側面形状を
示した模式図である。

【図１６】（Ａ）（Ｂ）は、各々、図１３に示した蓄熱
素子を用いた熱交換器の製造時および運搬時の側面形状
を例示した模式図である。

【符号の説明】

１蓄熱素子２ハウジング３熱媒流入口４熱媒流出口５熱媒流路６蓄熱素子

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
フィンに固−液間を可逆的に相転移する有機系蓄熱材が
担持されたボード状蓄熱素子であって、押出成形品であ
ることを特徴とする蓄熱素子。
【請求項２】ねじり形状を有する請求項１の蓄熱素
子。
【請求項３】結晶化度４０％以上の結晶性ポリオレフ
ィンをも含有する請求項１または２の蓄熱素子。
【請求項４】有機系蓄熱材が、結晶性アルキルハイド
ロカーボン、結晶性脂肪酸および結晶性脂肪酸エステル
からなる群より選択される少なくとも一つである請求項
１、２または３の蓄熱素子。