JPS5855435B2

JPS5855435B2 - 蓄熱体

Info

Publication number: JPS5855435B2
Application number: JP54142435A
Authority: JP
Inventors: 岑雄小坂; 浄早川; 正朝比奈; 博史垰田
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1979-11-02
Filing date: 1979-11-02
Publication date: 1983-12-09
Also published as: JPS5666693A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、結晶性ポリエチレンを用いた溶融潜熱利用型
の蓄熱体に関する。

「蓄熱」は太陽熱や工場廃熱など、その発生量と発生時
間が不安定な熱エネルギーを、一時的に貯蔵することに
よって、任意の時間に任意の量を消費できるようにする
ための技術であり、近年のエネルギー事情を背景として
ますます重要視されている。

現在までに知られている蓄熱の原理は次のように大別さ
れる。

（１）物質の顕熱を理用する方法（２）物質の相変化潜熱を利用する方法（３）物質の化学反応熱を利用する方法このように蓄熱の目的に利用できる物質が、所謂蓄熱材
料であり、例えば（１）では水や岩石のように単位体積
当りの熱容量が大きな物質が、また（３）では水酸化カ
ルシウムのように容易に温度により下記のような可逆反
応を起しかつ反応熱の犬なる物質がそれぞれ蓄熱材料と
して検討されてきた。

Ｃａ（ＯＨ）２−□ ＣａＯ＋Ｈ２０一方（２）
の相変化潜熱を利用するタイプの蓄熱体としては、芒硝
（Ｎａ２ＳＯ，・１０Ｈ２０）ハイポ（Ｎａ２Ｓ２０
３−５Ｈ２０）のように溶融／凝固の際の溶融潜熱を利
用した所謂溶融潜熱利用型の蓄熱体が検討されてきた。

しかし、芒硝やハイポなどの無機水利化合物はその大部
分が過冷却や相分離現象を起すため、蓄熱体として長期
間安定な動作を行わせることが困難である。

また金属材料を腐食するという欠点がある。

そこで、本発明者等はこれ等の欠点のない溶融潜熱利用
型の蓄熱材料について種々検討の結果、結晶性のポリエ
チレンが過冷却や相分離が全くなく、安定な蓄熱動作を
保証しうる、基本的には無害で、金属材料に対る腐食性
を有しない、工業有機材料のうち比較的安価である等の
理由により最適の蓄熱材料となり得るとの結論に至った
。

しかし、ポリエチレンを蓄熱体としてそのまま使用する
と、（イ）加熱・溶融時において粘い融液となり、これ
が互いに融着して団塊化するので、熱媒体の流路を塞い
だり、熱媒体との熱交換を悪化させる。

（ロ）また、溶融時の体積膨張が犬であるため、蓄熱器
に大きな応力を発生させる。

；などの不都合がある。

これ等の不都合を回避するために、以上の蓄熱材料を適
当な強度と所定の形状を有する小容器に充填、密封する
ことにより熱交換及び取扱いに便利な蓄熱体を構成する
とともに、以上のように構成された蓄熱体を多数個集積
して蓄熱器を形成して熱媒体（空気、水、オイルなどの
流体）との間で熱交換を行なわせて蓄熱の目的を達する
ようにしていた。

芒硝、イボ等の蓄熱材料は熱媒体としての水に可溶であ
り、この点からも小容器の使用が不可避であった。

しかし、この場合−基の蓄熱器には非常に多数の、時と
して数万個の、蓄熱体が使用されるため、以上のように
蓄熱材料を小容器に充填、密封する方法では小容器の製
作と蓄熱材料の充填、密封の工程に要する経費が莫大と
なり、時として蓄熱材料そのものの経費よりも小容器の
製作、加工費の方が高額となることもあった。

これが溶融潜熱利用型蓄熱器のコストを増大させ、その
広範ｉ実用化を阻害する大きな要因となっていた。

本発明は、上記実情に鑑み前述のように溶融潜熱型蓄熱
体として優れた性質を有する結晶性ポリエチレンを、高
価な小容器の製作と該小容器への充填、密封の工程を省
略することで更に経済性の高い蓄熱体を提供することを
目的とするもので、本願第１発明は所定形状の結晶性ポ
リエチレンに電離性放射線を照射して上記ポリエチレン
の分子間を架橋するものであり、本願第２発明は以上の
ように電離性放射線を照射したポリエチレンに、更にそ
の表面を金属被覆するようにしたものである。

即ち、以上のように構成することにより、結晶性ポリエ
チレンは加熱により溶融してもゲル状となって流動せず
、また適度の強度を有するようになり、蓄熱体とするの
に高価な小容器を要しない物性となり、所期の目的を達
成することができたのである。

本発明では蓄熱材料として結晶性、特に高結晶性ポリエ
チレンを球体、棒状体、板状体など所定の形状に成形し
たものわ使用する。

例えば、市販の高結晶性ポリエチレンは下記第１表の第
１行に示すように、融点１３５℃、溶融潜熱４８ｃａｌ
／ｇであり、潜熱利用型蓄熱材として利用できる。

しかし、市販品そのままでは、溶融に際して粘い融液と
なり、自己の形状を保持できないため、例えばアルミニ
ウム製の小容器に封入する以外に蓄熱体としては利用で
きないのであるが、本発明のようにコバルト６０等のガ
ンマ線、電子線、Ｘ線等の電離性放射線を照射すると、
ポリエチレンの分子間に架橋を生じ、加熱に際して溶融
はしても流動性を示さず、適度に強度を有するゲル状と
なる。

このため、小容器に充填、密封することなく、そのまま
蓄熱体として使用することができる。

なお前掲の第１表は、上記市販のポリエチレンを射出成
形機により、直径１ｃｒＩＬ１長さ３ｃｒｆＬの円柱状
に多数個成形したのち、これを窒素雰囲気下に種々の線
量のコバルト６０のガンマ線を照射したときのポリエチ
レン融点付近における性質を比較した数値を示すもので
、これによれば、照射すべきガンマ線量は５Ｘ１０６〜
５×１０７ラドが適当である。

これ以下の線量では架橋が少なく改質が不十分であり、
これ以上では架橋が過剰となり、溶融潜熱が大幅に低下
するなどの不都合を生ずる。

このようにポリエチレンの分子鎖間に架橋を生じさせる
作用は、コバルト６ｏのガンマ線のみに限定されず、電
子線や短波長Ｘ線など、いわゆる、電離性放射線は全て
使用できる。

そして、以上のようにして得られた蓄熱体は高温高圧水
と直接・接触させて使用することが可能であり、他のい
わゆる潜熱利用型蓄熱材料のごとく、強固な容器に充填
・密封することを要せず、容易に適用できる。

またエチレングリコール、プロピレングリコールなどの
ポリエチレンを溶解しない性質の熱媒体とも直接に接触
させて用いることも可能であり、非常に経済的である。

しかし、空気を熱媒体として使用する場合、特に蓄熱体
を流動床として用いるような場合には、高温で溶融した
状態の蓄熱体表面がいくらか粘着性を示すため（このこ
とは液体の熱媒体中では問題とならないが）、或はポリ
エチレンが高温下で空気酸化を受けるため、ポリエチレ
ンを放射処理により改質するのみでは多少の不都合が残
る。

ところが、本願第２発明のように電離性放射線処理した
ポリエチレンの表面を金属被覆すれば、これ等の不都合
を取り除くことができるのである。

ここで、ポリエチレンの表面を金属被覆するには、無電
解メッキ法や真空蒸着法を採用することができるが、特
に前者による金属被覆がこの場合に好適である。

金属皮膜の厚みは、３０〜６０μｍもあれば、固着、団
塊化を防止する目的には十分である。

この場合も、ガンマ線を照射しないポリエチレンは、溶
融時の体積膨張が過大のため、昇温時に金属被膜が破損
されたが、本願第２発明では金属被膜を施す前に、ポリ
エチレンを電離性放射線で処理しているため、以上のよ
うな破損は防止される。

以下、この発明の実施例を示す。

実施例１直径１０ｒｎｒｎの球状に成形後、２×１０７ラドのコ
バルト６０のガンマ線で照射処理した第１表のポリエチ
レン蓄熱体を１０ｋｇ用意した。

第１図に示すようにこの蓄熱体５を同重量の水と共に内
容積１００７の鋼製耐圧容器１に装入した。

２は断熱材層を示す。

次にバルブ４を介し、図示した導管から過熱水蒸気を過
大して耐圧容器内部を加熱し、全体を１’５０’Ｃ（４
，９気圧）となるようにした。

このとき１の内部には高温高圧水６と共に、熱エネルギ
ーを吸収し溶融・ゲル化した蓄熱体５が保持されている
。

この状態で６時間放置後、次にバルブ３を徐々に開放す
ると３を経て図示した導管から水蒸気が放出される。

水蒸気放出にしたが健、１内部の圧力と温度が低下する
が、最終的に全体が１１０’Ｃ（１，５気圧）となるま
で水蒸気放出を続け、その間に発生した水蒸気量を別に
設けた流量計で計測した。

この操作結果を蓄熱体５を装入せず高温高圧水のみが装
入された場合と比較すると本発明蓄熱体を用いた場合に
は、無使用の場合の１．５〜１．８倍の水蒸気発生量が
得られた。

このことは蓄熱体の溶融潜熱が水蒸気発生に有効に作用
したことを意味する。

ガンマ線未照射の市販ポリエチレン球をこの実験に使用
すると、一回の昇温で団塊化して使用不能となり円滑な
水蒸気発生を行うことが困難となった。

本発明蓄熱体は数十回の実験後も初期の形状を維持して
団塊化せず、溶融潜熱量も低下しなかった。

実施例２直径１ｃｒｒＬ１長さ２ＣｒｒＬの円柱状に成形後、３
×１０７ラドのコバルト６０のガンマ線を照射したポリ
エチレンを８ｋｇ用意した。

このポリエチレンの表面を熱王水で処理したのち、無電
解メッキ法でニッケルを被覆処理した。

メッキ厚は約４０μｍであった。

この蓄熱体を第２図に示すような鋼製容器に集積装入し
て蓄熱器を構成させた。

第２図中の７は鋼製容器、８は多孔板、９は上記のごと
く表面にニッケルを被覆した蓄熱体、１０は加熱（また
は冷却）用空気の入口、１１はその出口を示す。

２は断熱材層である。第３図にはこの蓄熱器に入口１０
から温度１６５℃の熱風を吹き込んだときの出口１１に
おける温度変化および３時間放置後、引続いて入口１０
から温度７０’Ｃの温風を吹き込んだときの出口１１に
おける温度変化が示しである。

図中Ａで示すのは、蓄熱体の溶融潜熱に相当するプラト
ーであり、潜熱利用形番熱の効果がわかる。

このような操作を数１０回繰返した後で観察したところ
、本発明蓄熱体は完全にばらばらに分離しており、その
内部は酸化による変色は何ら見出されなかった。

ガンマ線未照射の市販ポリエチレンは一回の昇温で液体
となり、第２図のように操作することは不可能である。

またガンマ線照射は行ったがニッケル被覆のない蓄熱体
を上記のように試験したところ、軽度ながらも蓄熱体相
互の固着が生じ、ばらばらにほぐすことが困難となった
。

さらに空気酸化によると考えられる着色が蓄熱体表面で
進行していた。

次に上記と同一の容器中に、直径５關の球状に成形後、
同一のガンマ線照射を行い、無電解メッキ法で銅を被覆
した本発明蓄熱体を５−装入し、入口１０からの空気流
速を調節して、流動床による蓄熱実験を行ったところ、
第３図と同様の結果となり、流動床が円滑に作動するこ
とかたしかめられた。

以上、二つの実施例につき説明してきたように、本発明
は、石油化学製品の中でも比較的に安価であり、衛生的
に問題がなく、大きな溶融潜熱を有するポリエチレンを
放射線照射によって改質することで、高温高圧水などの
液体と直接・接触して使用できる蓄熱体を提案している
。

また、空気が熱媒体として使用される場合は、蓄熱体表
面を無電解メッキすることにより、蓄熱体相互の粘（固
）着を防止すると同時に、酸化の進行をも防止した蓄熱
体を提供しようとするもので、溶融潜熱利用形番熱の共
通の問題であった、容器への充填と密封の工程を省略す
ることを可能としており、その経済効果が非常に大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願第１発明の一実施例である潜熱利用蓄熱器
の断面図、第２図は本願第２発明の一実施例である、金
属被覆を施した蓄熱体を用いた、空気熱媒体による蓄熱
器の断面図、第３図は、第２図の装置の動特性を示した
図である。図中、１は鋼製の耐圧容器、２は断熱材層、３．４は弁
、５は本発明による蓄熱体、６は水、７は金属製容器、
８は多孔板、９は本発明による金属被覆を施した蓄熱体
、１０は入口、１１は出口である。

Claims

【特許請求の範囲】１所定形状の結晶性ポリエチレンに電離性放射線を照
射して上記ポリエチレンの分子間を架橋するようにした
ことを特徴とする蓄熱体。２所定形状の結晶性ポリエチレンに電離性放射線を照
射して上記ポリエチレンの分子間を架橋するとともに、
該ポリエチレンの表面を金属被覆するようにしたことを
特徴とする蓄熱体。