JP2013194971A - 蓄熱装置、及び、トリガーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で種結晶の落下を防止することができる蓄熱装置、及び、トリガーユニットを提供する。
【解決手段】蓄熱時の環境温度で過冷却状態となる潜熱蓄熱材２を容器１内に備える蓄熱ユニット５０と、潜熱蓄熱材２の結晶化を誘発する種結晶３０を保持するトリガーユニット１０と、を備え、トリガーユニット１０は、種結晶３０を保持する保持部材１１と、保持部材１１を、容器１に潜熱蓄熱材２に接触可能とすべく移動可能に取り付けるシール部２０と、を備え、保持部材１１は、種結晶３０が載置される凹部１８を有する種結晶保持部１５を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱時の環境温度で過冷却状態となり潜熱分のエネルギーを保持する蓄熱材を用いた蓄熱装置、及び、過冷却状態の蓄熱材の結晶化を誘発するトリガーユニットに関する。

従来、深夜電力やモーター排熱、或いは、太陽熱等を蓄熱して必要な時に熱源として利用する蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の蓄熱装置では、蓄熱材として蓄熱密度の大きい潜熱蓄熱材を用いることで装置の小型化を図っている。
ところで、蓄熱装置に蓄熱材として用いられる潜熱蓄熱材は、蓄熱後に融けた物質が凝固点以下の温度に冷却されても結晶化せず液体のまま存在する過冷却状態となり潜熱分のエネルギーを保持する性質を有する。この種の蓄熱材は、刺激を与えることで結晶化を開始し、結晶化することにより潜熱を放出する。そのため、蓄熱装置には、任意のタイミングで蓄熱材に刺激を与えるトリガーユニットが備えられる。トリガーユニットの機構としては、例えば、過冷却状態の蓄熱材に機械的に刺激を与える、或いは、電圧を印可する等の各種方法があるが、確実に蓄熱材の結晶化を誘発することができないという問題があった。そのため、蓄熱材と同じ材料を結晶化させた種結晶を接触させることで確実に蓄熱材の結晶化を誘発させる技術が知られている。例えば、特許文献１に記載の蓄熱装置では、蓄熱材と同じ材料を結晶化させた種結晶をパイプ内に充填し、当該パイプを移動させることで任意のタイミングで当該種結晶を過冷却状態の蓄熱材に接触させて蓄熱材の結晶化を誘発している。

特開昭６１−２２１９４号公報

しかしながら、従来の構成では、内面が平滑なパイプ内に種結晶を充填した構成であるため、種結晶をパイプ内に保持する保持力が十分ではなく、意図せぬタイミングで種結晶がトリガー機構から蓄熱材に落下してしまう可能性があった。種結晶が過冷却状態の蓄熱材に落下して蓄熱材に触れた場合には、意図せぬタイミングで蓄熱材の結晶化を招くこととなり、必要な時に蓄熱材に蓄熱した熱を利用することができなくなるという問題があった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、簡単な構造で種結晶の落下を防止することができる蓄熱装置、及び、トリガーユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、蓄熱時の環境温度で過冷却状態となる蓄熱材を容器内に備える蓄熱ユニットと、前記蓄熱材の結晶化を誘発する種結晶を保持するトリガーユニットと、を備え、前記トリガーユニットは、前記種結晶を保持する保持部材と、前記保持部材を、前記容器に前記保持部材を前記蓄熱材に接触可能とすべく移動可能に取り付けるシール部と、を備え、前記保持部材は、前記種結晶が載置される凹部を有する種結晶保持部を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記蓄熱装置において、前記種結晶保持部は、前記種結晶が載置される底部と、前記底部の周囲を囲む周壁部と、を備えることを特徴とする。

また本発明は、上記蓄熱装置において、前記種結晶保持部は、中くぼみの皿形状に形成されていることを特徴とする。

また本発明は、上記蓄熱装置において、前記保持部材は、筒状部材を有し、前記種結晶保持部は、前記筒状部材の先端の開口を塞ぐ板状に形成されて前記筒状部材の内壁との間の空間に前記凹部を備え、前記凹部を前記容器内部の空間に連通させる貫通孔を、前記保持部材に設けたことを特徴とする。

また本発明は、上記蓄熱装置において、前記種結晶保持部の略中央に前記筒状部材の内部に突出する突出部を設け、前記貫通孔を、前記突出部に設けたことを特徴とする。

また本発明は、上記蓄熱装置において、前記保持部材は、板状部材であり、前記板状部材の先端を折り曲げて前記種結晶保持部を形成し、前記種結晶保持部の一部をくぼませて、前記凹部を設けたことを特徴とする。

また本発明は、上記蓄熱装置において、前記保持部材は、筒状部材を有し、前記筒状部材の先端に長手方向に延びるスリットを設け、当該先端を外側に折り曲げて前記種結晶保持部を形成し、前記種結晶保持部の一部をくぼませて、前記凹部を設けたことを特徴とする。

また本発明は、上記蓄熱装置において、前記保持部材は、前記種結晶保持部が設けられ、前記シール部に対して前記容器の密閉性を保ち摺動する軸部を備えたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明は、蓄熱時の環境温度で過冷却状態となる蓄熱材の結晶化を誘発するトリガーユニットであって、前記蓄熱材の結晶化を誘発する種結晶を保持する保持部材を備え、前記保持部材は、前記種結晶が載置される凹部を有する種結晶保持部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、保持部材は、種結晶が載置される凹部を有する種結晶保持部を備えたため、凹部に種結晶を載置して種結晶を落下することなく保持することができる。

本発明の第１実施形態に係る蓄熱装置の概略構成を示す部分断面図である。 蓄熱材の状態変化を示す蓄熱装置の部分断面図であり、（Ａ）は蓄熱材が過冷却状態である状態を示す図であり、（Ｂ）はトリガーユニットにより種結晶を蓄熱材に接触させ、蓄熱材の結晶化を誘発した状態を示す図であり、（Ｃ）は蓄熱材が結晶化した状態を示す図である。 保持部材の斜視図である。 第２実施形態の保持部材の斜視図である。 第３実施形態の保持部材を示す図であり、（Ａ）は分解斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 第３実施形態の変形例の保持部材を示す図である。 保持部材の下端の構成の変形例を示す図であり、（Ａ）は下端が先細り形状の保持部材を示す図であり、（Ｂ）は下端の外周に雄ねじを備えた保持部材を示す図である。 第４実施形態の保持部材を示す斜視図である。 第４実施形態の保持部材の変形例を示す斜視図である。 第５実施形態の保持部材を示す図であり、（Ａ）は種結晶保持部を形成する前の保持部材を示す斜視図であり、（Ｂ）は種結晶保持部を形成した保持部材を示す斜視図である。 第６実施形態の保持部材を示す断面図である。 第６実施形態の軸部の構成を示す図であり、（Ａ）は中空部に形成された溝の一形態を示す断面図、（Ｂ）中空部に形成された溝の別の形態を示す断面図である。 第７実施形態のトリガーユニットの概略構成を示す部分断面図であり、（Ａ）は蓄熱材が過冷却状態である状態を示す図であり、（Ｂ）はトリガーユニットにより種結晶を蓄熱材に接触させ、蓄熱材の結晶化を誘発した状態を示す図である。 容器の概略構成を示す部分断面図である。 第８実施形態の容器の構成を示す断面図であり、（Ａ）は蓄熱材が過冷却状態である状態を示す図であり、（Ｂ）はトリガーユニットにより種結晶を蓄熱材に接触させ、蓄熱材の結晶化を誘発した状態を示す図である。 第９実施形態の蓄熱装置の概略構成を示す部分断面図であり、（Ａ）は蓄熱材が過冷却状態である状態を示す図であり、（Ｂ）はトリガーユニットにより種結晶を蓄熱材に接触させ、蓄熱材の結晶化を誘発した状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る蓄熱装置１００の概略構成を示す断面図である。蓄熱装置１００は、図１に示すように、蓄熱時の環境温度で過冷却状態となる潜熱蓄熱材（蓄熱材）２を容器１内に備えた蓄熱ユニット５０と、潜熱蓄熱材２の放熱を誘発するトリガーユニット１０と、を備える。また、蓄熱装置１００は、潜熱蓄熱材２に熱的に接続され、熱源３からの熱を潜熱蓄熱材２に伝達する第１熱輸送手段４と、潜熱蓄熱材２に蓄熱した熱を、熱利用機器６に伝達する第２熱輸送手段５と、を備える。この構成により、潜熱蓄熱材２は、第１熱輸送手段４を介して熱源３から伝達される熱を蓄熱すると共に、第２熱輸送手段５を介して蓄熱した熱を熱利用機器６に供給する。

容器１は、例えば、耐食性が高いステンレスから形成することができる。また、容器１は、内面に樹脂コートを施したアルミ等の軽量で低コストの金属から形成されている構成であっても良い。更に、容器１は、ポリプロプレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の合成樹脂とアルミ箔とを層状に貼り合せて形成する構成であっても良い。
第１熱輸送手段４、及び、第２熱輸送手段５は、例えば、ヒートポンプや水循環装置等の熱媒体配管、或いは、ヒートパイプ等で構成される。第１熱輸送手段４、及び、第２熱輸送手段５は、容器１の外側に配置されて潜熱蓄熱材２に間接的に接触している構成であっても良いし、或いは、容器１の内側に配置されて潜熱蓄熱材２に直接接触している構成であっても良い。第１熱輸送手段４、第２熱輸送手段５は、容器１の内側に配置され潜熱蓄熱材２に直接接触する場合には、潜熱蓄熱材２による腐食を防ぐために、表面に樹脂等のコーティングが施されている構成であっても良い。また、図示は省略したが、第１熱輸送手段４、及び、第２熱輸送手段５には、フィンチューブやヒートパイプヒートシンク等のフィン材を設けて伝熱面積を向上させる構成であっても良い。

蓄熱装置１００は、熱源３と熱利用機器６の組み合わせとして、例えば、ヒートポンプ式給湯器における深夜電力と給湯、電気自動車におけるモーター排熱と暖房、太陽熱給湯器における太陽熱と給湯、床暖房器における深夜電力と暖房等、様々な製品へ応用し利用することができる。また、蓄熱装置１００は、第１熱輸送手段４、及び、第２熱輸送手段５が着脱自在な構成でも良く、単体で熱源３と離れた場所で利用できる熱電池、或いは、非常用熱源として利用することも可能である。

潜熱蓄熱材２は、酢酸ナトリウム・３水和塩、塩化マグネシウム・６水和塩、水酸化バリウム・８水和塩、チオ硫酸ナトリウム・５水和物、硝酸マグネシウム・６水和物、塩化カルシウム・６水和物、硫酸ナトリウム・１０水和物、キシリトール、或いは／及びこれらの混合物や水溶液等を使用することができ、融解または凝固時の潜熱を利用して蓄熱または放熱する性質を有する潜熱蓄熱材である。蓄熱装置１００は、潜熱蓄熱材２を蓄熱材として利用することで、水などの顕熱を利用する手法よりも蓄熱密度を大きくすることができるため、蓄熱ユニット５０の小型化を図ることができる。また、潜熱蓄熱材２の濃度調節により、蓄熱装置１００の発熱温度を調整することが可能である。

潜熱蓄熱材２は、蓄熱後に融けた液体の状態で凝固点以下の温度（蓄熱時の環境温度）に冷却されても結晶化することなく、液体のままで潜熱分の熱エネルギーを保持する過冷却状態となる性質を有する。蓄熱装置１００は、潜熱蓄熱材２のこの性質を利用しているため、断熱材を用いることなく環境温度下で熱エネルギーを保持することができる。
過冷却状態の潜熱蓄熱材２は、結晶化により潜熱を放出するため、トリガーユニット１０は、任意のタイミングで潜熱蓄熱材２に刺激を与えて結晶化を誘発することができるように構成されている。過冷却状態の潜熱蓄熱材２の結晶化を誘発することができる刺激としては、潜熱蓄熱材２に機械的に刺激を与えることや電圧を印可すること等が考えられる。本実施形態では、特に、トリガーユニット１０は、結晶化の核となる種結晶３０を直接過冷却状態の潜熱蓄熱材２に接触させることで、他の方法よりも確実に結晶化を誘発することができるように構成されている。

次に、トリガーユニット１０の構成について説明する。トリガーユニット１０は、後述する種結晶３０を下端（先端）１２Ａに保持する保持部材１１と、当該保持部材１１を、容器１に気密に取り付けるためのシール部２０とを備える。保持部材１１は、軸部１１Ａと、種結晶保持部１５とを備える。シール部２０は、軸部１１Ａが貫通する孔２２を有し、当該孔２２に保持部材１１を貫通させることで、容器１内の気密性（密閉性）を保つことができるように構成されている。また、シール部２０は、軸部１１Ａの外周に環装されて軸部１１Ａと容器１との気密性を保持するＯリング２１を備える。軸部１１Ａは、シール部２０内に固定されたＯリング２１に対して上下に摺動可能に設けられる。種結晶保持部１５は、詳細については後述するが、種結晶３０を保持し、軸部１１Ａが下方に摺動されて軸部１１Ａの下端である先端１２Ａが容器１内の潜熱蓄熱材２に挿入された時に、種結晶保持部１５が保持する種結晶３０が潜熱蓄熱材２と接触するように構成されている。なお、シール部２０は、水和物である蓄熱材２の水分変化を防止するために設けられ、容器１の気密性を保った状態で保持部材１１を容器１に対して支持するように構成されている。

保持部材１１は、図２に示すように、先端１２Ａが容器１内で上下に移動可能に設けられる。保持部材１１の移動は、図示は省略するが、例えばモーターとカム等を用いた機械的操作で行われる構成であっても良いし、或いは、手動操作で行われる構成であってもよい。保持部材１１は、軸部１１Ａの外表面（外周）１１Ｂに滑らかな表面を有し、Ｏリング２１との間の気密性を保った状態でスライド移動可能に設けられる。
図２（Ａ）に示すように、蓄熱装置１００は、潜熱蓄熱材２を蓄熱後、過冷却状態、つまり液体の状態のまま、で容器１内に保持する。この構成によれば、断熱材を用いることなく、環境温度下で熱を潜熱蓄熱材２内に蓄熱しておくことができる。なお、以下の説明において、潜熱蓄熱材２Ａは、過冷却状態（液体）の潜熱蓄熱材２を示し、潜熱蓄熱材２Ｂは、結晶化した個体の状態の潜熱蓄熱材２を示す。

蓄熱装置１００の潜熱蓄熱材２Ａに蓄熱された熱を利用したい時には、任意のタイミングで図２（Ｂ）に示すように、保持部材１１を保持部（種結晶保持部）１５に保持された種結晶３０が潜熱蓄熱材２Ａに接触するように、軸部１１Ａを押し下げて、種結晶保持部１５を下方に移動させる。種結晶３０が、潜熱蓄熱材２Ａに接触すると、種結晶３０が潜熱蓄熱材２Ａの結晶化の核となり潜熱蓄熱材２Ａの結晶化が開始され、結晶化により潜熱蓄熱材２Ａに保持された潜熱分の熱エネルギーが放出される。
保持部材１１は、潜熱蓄熱材２Ａの結晶化が開始された後に所定の位置まで持ち上げられる。このとき、種結晶保持部１５には種結晶３０が保持されている。図２（Ｃ）は、潜熱蓄熱材２が全て結晶化し、潜熱蓄熱材２に蓄熱した熱の放熱が終了した状態を示す。蓄熱装置１００は、潜熱蓄熱材２Ｂに再び蓄熱して融解させ、過冷却状態となった潜熱蓄熱材２Ａを任意のタイミングで結晶化させることで、繰り返し熱源として利用可能に構成されている。

図３は、保持部材１１の構成を示す図である。保持部材１１は、図３に示すように、円柱形状の軸部１１Ａと、軸部１１Ａの先端１２Ａに、接続固定された種結晶保持部１５とを備える。種結晶保持部１５は、例えば、溶接、半田づけ、ろう付け、接着、カシメ固定等により軸部１１Ａの先端１２Ａに固定される。種結晶保持部１５は、底部１６と、底部１６の外縁から立設し、底部１６の周囲を囲む周壁部１７とを備える椀状に形成される。軸部１１Ａは、底部１６の略中央に固定され、これにより、種結晶保持部１５には、軸部１１Ａの周囲に環状の凹部１８が形成される。凹部１８には、種結晶３０が設置され、軸部１１Ａを容器１の気密性を保った状態で上下に移動させることで、種結晶３０を容器１内の潜熱蓄熱材２に接触させることができる。

次に、保持部材１１の凹部１８に種結晶３０を設置する方法について説明する。凹部１８に種結晶３０を設置するには、例えば２通りの方法がある。第１の方法は、容器１の外部で凹部１８に潜熱蓄熱材２を入れて予め固化させた後に、保持部材１１を容器１に取り付ける方法である。潜熱蓄熱材２は、例えば、粉末の状態で凹部１８に載置されて溶融され、冷却後に結晶化される構成であっても良いし、或いは、過冷却状態の潜熱蓄熱材２Ａを凹部１８に入れて結晶化させる構成であっても良い。過冷却状態の潜熱蓄熱材２Ａを凹部１８に流し入れる場合、容器１の外部で過冷却状態にした潜熱蓄熱材２Ａを凹部１８に流し込む構成であっても良い。過冷却状態で凹部１８に流し込まれた潜熱蓄熱材２Ａは、凹部１８内で固化し、種結晶３０が種結晶保持部１５の底部１６に載置される。このように、種結晶３０は、保持部材１１の先端１２Ａに設けられた凹部１８に、底部１６に載置されて設けられるため、意図せぬタイミングで種結晶３０が保持部材１１から落下することがない。

種結晶３０を凹部１８に設置する第２の方法は、容器１にトリガーユニット１０を気密に固定して、容器１内の潜熱蓄熱材２を過冷却状態にした後に、保持部材１１を押し下げて、先端１２Ａを潜熱蓄熱材２Ａに挿入し、凹部１８に潜熱蓄熱材２Ａをすくい入れて凹部１８内で固化させる方法である。この構成によれば、椀状の種結晶保持部１５を潜熱蓄熱材２Ａ内に挿入して、簡単に凹部１８に種結晶３０を設置することができる。そして、種結晶３０は、凹部１８に載置されて保持部材１１に保持されるため、意図せぬタイミングで種結晶３０が保持部材１１から落下することがない。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、蓄熱時の環境温度で過冷却状態となる潜熱蓄熱材２を容器１内に備える蓄熱ユニット５０と、潜熱蓄熱材２の結晶化を誘発する種結晶３０を保持するトリガーユニット１０と、を備え、トリガーユニット１０は、種結晶３０を保持する保持部材１１と、保持部材１１を、容器１に保持部材１１の先端１２Ａを潜熱蓄熱材２に接触可能とすべく移動可能に取り付けるシール部２０と、を備え、保持部材１１は、種結晶３０が載置される凹部１８を有する種結晶保持部１５を備えた。これにより、保持部材１１は、種結晶保持部１５の凹部１８に種結晶３０を載置して保持し、種結晶３０が不意に落ちることなく移動させて種結晶３０と潜熱蓄熱材２とを接触させることができ、必要に応じて任意のタイミングで潜熱蓄熱材２の結晶化を確実に誘発することができる。

また、本発明を適用した実施形態によれば、保持部材１１は、種結晶保持部１５が先端１２Ａに設けられ、シール部２０に対して容器１の気密性を保ち摺動する軸部１１Ａを備えたため、容器１の気密性を保った状態で種結晶保持部１５に保持された種結晶３０を潜熱蓄熱材２に接触させるべく保持部材１１を移動させることができ、水和物である潜熱蓄熱材２の水分変化を防止することができる。

＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、軸部１１Ａは、椀状の種結晶保持部１５の中央に固定され、凹部１８は、軸部１１Ａの周囲に環状に設けられる構成であった。しかしながら、保持部材１１は、種結晶３０が載置される凹部１８と、凹部１８を有する種結晶保持部１５を潜熱蓄熱材２Ａに挿入可能とすべく支持する軸部１１Ａと、を備えていれば、軸部１１Ａは種結晶保持部１５の何処に固定されている構成であっても良い。この第２実施形態では、保持部材１１は、図４に示すように、軸部１１Ａの先端１２Ａが、凹部１８を中央に備える略椀状の種結晶保持部１５の外縁部１９に固定され、略おたま杓子状に形成されている。なお、第２実施形態の蓄熱装置１００の概略構成は、上述した第１実施形態と同一であり、その説明を省略する。

この構成によれば、種結晶保持部１５の凹部１８に種結晶３０を載置して保持し、種結晶３０が不意に落ちることなく保持部材１１を移動させて種結晶３０と潜熱蓄熱材２とを接触させることができ、必要に応じて任意のタイミングで潜熱蓄熱材２の結晶化を確実に誘発することができる。

＜第３実施形態＞
上述の第１実施形態、及び、第２実施形態では、保持部材１１は、円柱状の軸部１１Ａと、軸部１１Ａの先端１２Ａに固定された略椀状の種結晶保持部１５と、を備える構成であった。これに対し、この第３実施形態では、筒状の軸部１１１Ａの内周部に種結晶保持部１１５を備えた保持部材１１１について説明する。なお、第３実施形態の蓄熱装置１００の概略構成は、上述した第１実施形態と同一であり、その説明を省略する。
保持部材１１１は、図５（Ａ）に示すように、筒状の軸部（筒状部材）１１１Ａと、軸部１１１Ａの下端である先端１１２Ａに固定される種結晶保持部１１５とを備える。種結晶保持部１１５は、軸部１１１Ａと略同じ径寸法の円盤状に形成され、略中央に上方に突出する突出部１１６を備えるとともに、突出部１１６の略中央に上下に貫通する貫通孔１１７を備えている。

種結晶保持部１１５は、図５（Ｂ）に示すように、軸部１１１Ａの先端１１２Ａの開口を塞ぐように保持部材１１１に固定される。突出部１１６は、種結晶保持部１１５が先端１１２Ａに固定された際に、保持部材１１の内部に突出する。保持部材１１１は、種結晶保持部１１５の突出部１１６の外周１１６Ａと、軸部１１１Ａの先端１１２Ａの内周（内壁）１１２Ｃとの間に環状の凹部１１８が形成される径寸法に形成されている。種結晶保持部１１５は、この凹部１１８に種結晶３０を保持する。なお、図示は省略するが、保持部材１１１の上端１１２Ｂは、容器１の気密性を保つために溶接や圧接、接着、或いは、バルブ等で封止されている。

保持部材１１１の凹部１１８に種結晶３０を設置する方法には、例えば２通りの方法があり、第１の方法は、上端１１２Ｂを封止する前に、凹部１１８に粉末の状態で潜熱蓄熱材２を載置して溶融し、冷却後に結晶化される、或いは、容器１内の過冷却状態の潜熱蓄熱材２Ａを外部の吸引手段を用いて吸込み凹部１８に流し入れて結晶化させる方法である。また、第２の方法は、上端１１２Ｂを封止した後に、容器１にトリガーユニット１０を気密に固定して、容器１内の潜熱蓄熱材２を過冷却状態にした後に、保持部材１１１を押し下げて、先端１１２Ａを潜熱蓄熱材２Ａに挿入し、貫通孔１１７を介して凹部１１８内に容器１内の潜熱蓄熱材２Ａを吸込んで凹部１１８内で固化させる方法である。

この構成によれば、円筒状の軸部１１１Ａの内周１１２Ｃに沿って設けられた凹部１１８に種結晶３０を載置して保持することができるため、簡単な構造で、種結晶３０が意図せぬタイミングで保持部材１１１から落下するのを防止することができる。また、種結晶保持部１１５を、軸部１１１Ａの外周から径方向に突出させることなく設けることができるため、結晶化を開始した後の潜熱蓄熱材２Ａからでも保持部材１１１を容易に引き抜くことができ、凹部１１８に保持した種結晶３０を繰り返し使用することができる。

この構成によれば、保持部材１１１は、筒状の部材を有し、種結晶保持部１１５は、軸部１１１Ａの先端１１２Ａの開口を塞ぐ板状に形成され、種結晶保持部１１５の略中央に軸部１１１Ａの内部に突出する突出部１１６を設け、突出部１１６と軸部１１１Ａの内周１１２Ｃとの間の空間に凹部１１８を設け、突出部１１６に、凹部１１８と容器１内部の空間とを連通させる貫通孔１１７を設けたため、保持部材１１１の先端１１２Ａを潜熱蓄熱材２Ａに挿入することで、貫通孔１１７を介して凹部１１８に容易に潜熱蓄熱材２Ａを導いて固化させることができるとともに、凹部１１８に載置して保持した種結晶３０を貫通孔１１７を介して任意のタイミングで潜熱蓄熱材２Ａに接触させて、繰り返し使用することができる。

図６は、第３実施形態の変形例を示す図であり、保持部材１１１は、図６に示すように、中空円筒状の軸部１１１Ａの先端１１２Ａに円板状の種結晶保持部１１５を備える構成であっても良い。そして、軸部１１１Ａの先端１１２Ａには、軸部１１１Ａの外周面から内周面に貫通する貫通孔１１７Ａが設けられている。種結晶保持部１１５は、種結晶保持部１１５と、先端１１２Ａの内周１１２Ｃによって形成される凹部１１８に種結晶３０を保持する。このように、保持部材１１１は、凹部１１８に保持した種結晶３０と容器１内の潜熱蓄熱材２Ａとを貫通孔１１７Ａを介して接触可能とした構成であっても良い。

結晶化を開始した後の潜熱蓄熱材２Ａから保持部材１１１を容易に引き抜くために、保持部材１１１の先端１１２Ａは、図７（Ａ）に示されるように先細り形状に形成されている構成であっても良いし、又は、図７（Ｂ）に示されるように先端１１２Ａの外周面に雄ねじ１１３を形成する構成であっても良い。なお、本実施形態では、軸部１１１Ａを中空円筒状に、種結晶保持部１１５を円盤状に形成する構成としたが、これに限らず、軸部１１１Ａを角筒で構成し、軸部１１１Ａの先端１１２Ａに矩形板状の種結晶保持部１１５を固定する構成であっても良い。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、保持部材１１１は、筒状部材である軸部１１１Ａを有し、種結晶保持部１１５は、軸部１１１Ａの先端１１２Ａの開口を塞ぐ板状に形成されて軸部１１１Ａの内周１１２Ｃとの間の空間に凹部１１８を備え、凹部１１８を容器１内部の空間に連通させる貫通孔１１７，１１７Ａを筒状部材である軸部１１１Ａ、或いは、種結晶保持部１１５に設けたため、種結晶保持部１１５を、軸部１１１Ａの外周から径方向に突出させることなく設けることができる。これにより、結晶化を開始した後の潜熱蓄熱材２Ａからでも保持部材１１１の先端１１２Ａを容易に引き抜くことがでる。
また、凹部１１８を容器１内部の空間に連通させる貫通孔１１７を保持部材１１１に設けたため、貫通孔１１７を介して凹部１１８に容易に潜熱蓄熱材２Ａを導いて固化させることができるとともに、凹部１１８に載置して保持した種結晶３０を貫通孔１１７を介して任意のタイミングで潜熱蓄熱材２Ａに接触させて、繰り返し使用することができる。

なお、本実施形態において、保持部材１１１は、筒状の軸部１１１Ａを備え、当該軸部１１１Ａの先端１１２Ａに種結晶保持部１１５を備える構成としたが、これに限らず、図示は省略するが、軸部１１１Ａは全域が筒状である必要はなく、例えば、柱状の部材の先端部に当該柱状の部材とは別部材から構成される筒状の部材（筒状部材）を連結した構成としても良い。この場合、筒状の部材の内周と種結晶保持部とで種結晶を保持する凹部が形成され、貫通孔は、筒状の部材、或いは、種結晶保持部に形成される。

＜第４実施形態＞
上述の第１実施形態、及び、第２実施形態では、円柱状の軸部１１Ａの外周にＯリング２１を環装させて、軸部１１Ａを容器１に密封性を保った状態で上下に摺動可能に設ける構成であった。しかしながら、軸部１１Ａを容器１に気密性を保った状態で上下に摺動可能に設けることができれば、軸部１１Ａは円柱状である構成に限らず、保持部材２１１は、例えば、図８に示すよう、矩形の板状部材で構成されている構成であっても良い。なお、第４実施形態の蓄熱装置１００の概略構成は、上述した第１実施形態と同一であり、その説明を省略する。

保持部材２１１は、矩形の板状部材から形成され、軸部２１１Ａと、板状部材の下端である先端２１２Ａを軸部２１１Ａに対して略直角に折り曲げて形成した種結晶保持部２１５と、を備える。種結晶保持部２１５には、平面視略中央に、例えば絞り加工によって凹部２１８が設けられる。図示は省略するが、保持部材２１１は、この凹部２１８内に種結晶３０が載置されて、容器１に気密性を保った状態で上下に移動可能に備えられる。
また、保持部材２１１は、図９に示すように、軸部２１１Ａを背中合わせで２枚重ねて構成して、軸部２１１Ａの前面側、及び、背面側に種結晶保持部２１５を備える構成としても良い。
これらの構成によれば、種結晶３０は、凹部２１８に載置されて保持部材２１１に保持される。これにより、種結晶３０が意図せぬタイミングで保持部材２１１から落下するのを防止することができる。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、保持部材２１１は、板状の部材であり、板状部材の先端２１２Ａを折り曲げて種結晶保持部２１５を形成し、種結晶保持部２１５の一部をくぼませて、凹部２１８を設けたため、保持部材２１１は、容易に製造することができるとともに、種結晶３０を意図せぬタイミングで落下しないように保持することができる。

＜第５実施形態＞
上述の第４実施形態では、矩形板状の保持部材２１１の先端２１２Ａを軸部２１１Ａに対して略直角に折り曲げて種結晶保持部２１５を形成する構成であった。この第５実施形態では、保持部材３１１は、筒状の部材から形成され、この筒状の部材の下端である先端３１２Ａを外側に折り曲げて種結晶保持部３１５を形成した構成であり、種結晶保持部３１５は、軸部３１１Ａの周りに放射状に複数設けられる。なお、第５実施形態の蓄熱装置１００の概略構成は、上述した第１実施形態と同一であり、その説明を省略する。

保持部材２１１は、図１０（Ａ）に示すように、円筒状の部材から形成され、先端３１２Ａに開口３１４を有する。また、図示は省略するが、保持部材２１１の上端３１２Ｂは、例えば溶接や圧接、接着、或いは、バルブ等によって封止されている。保持部材２１１の先端３１２Ａには、開口３１４から保持部材２１１の長手方向に延びる所定の長さのスリット３１６が、所定間隔で複数設けられている。スリット３１６は、先端３１２Ａを周方向に、例えば、六等分に分割する。これにより、先端３１２Ａには、スリット３１６によって、短冊状の端部３１７がスリット３１６の数と同じ数だけ形成される。各端部３１７は、図１０（Ｂ）に示すように、軸部３１１Ａに対してそれぞれ略直角に外側に折り曲げられ、種結晶保持部３１５が軸部３１１Ａから放射状に形成される。各種結晶保持部３１５の平面視略中央には、例えば絞り加工によって凹部３１８が設けられる。図示は省略するが、保持部材３１１は、この凹部３１８内に種結晶３０が載置されて、容器１に気密性を保った状態で上下に移動可能に備えられる。
この構成によれば、種結晶３０は、凹部３１８に載置されて保持部材３１１に保持される。これにより、種結晶３０が意図せぬタイミングで保持部材３１１から落下するのを防止することができる。なお、本実施形態の保持部材２１１は、円筒である構成としたが、これに限らず、角筒である構成でも良い。

なお、本実施形態において、保持部材２１１は、筒状部材から構成され、当該筒状部材の先端３１２Ａに種結晶保持部３１５を備える構成としたが、これに限らず、図示は省略するが、保持部材２１１は全域が筒状である必要はなく、例えば、柱状の軸部の先端部に当該軸部とは別部材から構成される筒状部材を連結した構成としても良い。

＜第６実施形態＞
上述の第５実施形態では、保持部材３１１は、軸部３１１Ａの周りに放射状に設けられた種結晶保持部３１５を備え、種結晶保持部３１５の凹部３１８に種結晶３０が載置されて、種結晶３０を落下しないように保持する構成であった。この第６実施形態では、軸部４１１Ａの外周に設けられた種結晶保持部４１５、及び、筒状の軸部４１１Ａの中空部４１３内に種結晶３０を保持する保持部材４１１について説明する。なお、第６実施形態の蓄熱装置１００の概略構成は、上述した第１実施形態と同一であり、その説明を省略する。

図１１は、保持部材４１１の断面図である。保持部材４１１には、図１１に示すように、軸部４１１Ａの外周に設けられた種結晶保持部４１５の凹部４１８と、軸部４１１Ａの内部の中空部４１３と、に種結晶３０が配置される。種結晶保持部４１５は、例えば、図１０（Ｂ）に示した第４実施形態の保持部材３１１の種結晶保持部３１５と同じ構成を有する。
軸部４１１Ａの中空部４１３には、図１２に示すように、少なくとも先端４１２Ａの内表面４１３Ａに溝４６０が形成される。溝４６０は、図１２（Ａ）に示すように、中空部４１３の長手方向に直線状に延びる構成であっても良いし、或いは、図４（Ｂ）に示すように、中空部４１３の長手方向にらせん状に延びる構成であっても良い。なお、保持部材４１１の上端４１２Ｂは、容器１の気密性を保つために溶接や圧接、接着、或いは、バルブ等で封止されている。

次に、保持部材４１１の種結晶保持部４１５、及び、中空部４１３に種結晶３０を設置する方法の１例について説明する。
容器１にトリガーユニット１０を気密に固定して、容器１内の潜熱蓄熱材２を過冷却状態にした後に、保持部材４１１を押し下げて、先端４１２Ａを潜熱蓄熱材２Ａに挿入する。このとき、先端４１２Ａに設けられた種結晶保持部４１５の凹部１８には、潜熱蓄熱材２Ａがすくい入れられる。また、溝４６０は、溝幅Ｗが略０．１ｍｍの細い溝であり、毛細管作用を有する。そのため、先端４１２Ａを潜熱蓄熱材２Ａに挿入すると、中空部４１３には、溝４６０内に毛細管作用により潜熱蓄熱材２Ａが吸い込まれる。潜熱蓄熱材２Ａは、凹部１８、及び、溝４６０内で固化し、保持される。

この構成によれば、保持部材４１１は、種結晶３０が凹部１８に載置されると共に、溝４６０内に密着接触した状態で保持するため、種結晶３０を落下しないように保持することができる。特に、溝４６０がらせん状に形成されたらせん溝である場合には、種結晶３０と、溝４６０の表面と間に働く摩擦力が大きくなり、種結晶３０は、内表面４１３Ａに密着保持されるため、種結晶３０が意図せぬタイミングで保持部材４１１の中空部４１３から落下するのをより効果的に防止することができる。なお、本実施形態では、保持部材４１１の中空部４１３の内表面４１３Ａに溝４６０を設けて、中空部４１３に種結晶３０を保持する構成としたが、これに限らず、中空部４１３に毛細管作用を有する多孔質部材を取り付けて、当該多孔質部材に潜熱蓄熱材２Ａを吸収させて固化させる構成であっても良い。

なお、本実施形態において、保持部材４１１は、筒状の軸部４１１Ａを備え、当該軸部４１１Ａの先端４１２Ａ設けた種結晶保持部４１５と、軸部４１１Ａの中空部４１３内と、に種結晶３０を保持する備える構成としたが、これに限らず、図示は省略するが、軸部４１１Ａは全域が筒状である必要はなく、例えば、柱状部材の先端部に当該柱状部材とは別部材から構成される筒状部材を連結した構成としても良い。

＜第７実施形態＞
上述した第１実施形態では、種結晶保持部１５が軸部１１Ａの外周方向に突出しているため、保持部材１１を上下に移動させて、潜熱蓄熱材２Ａの結晶化を誘発した際に、保持部材１１の先端１２Ａが潜熱蓄熱材２Ｂと固着して、保持部材１１を潜熱蓄熱材２Ｂから抜き取る事ができなくなってしまう場合がある。この第７実施形態では、保持部材１１の先端１２Ａを結晶化した潜熱蓄熱材２Ｂから抜け易くすることができる蓄熱装置５００について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１３（Ａ）に示すように、蓄熱装置５００は、蓄熱ユニット５０の容器１に気密に取り付けられたトリガーユニット５１０を備える。トリガーユニット５１０は、軸部１１Ａ、シール部２０、上止め具５１１、下止め具５１３、及び、ばね５１２を備える。上止め具５１１は、保持部材１１の上端１２Ｂに設けられ、縦横の寸法が、軸部１１Ａの直径よりも大きく形成されている。トリガーユニット５１０は、上止め具５１１に、容器１に対して押し込む方向の荷重をかけることで、保持部材１１を移動させ先端１２Ａを潜熱蓄熱材２Ａに接触させることができる。
上止め具５１１の下面５１１Ａと、シール部２０の上面２０Ａとの間には、ばね５１２が設けられる。ばね５１２は、コイル状の圧縮ばねであり、上止め具５１１をシール部２０に対して押し付けるように、保持部材１１を移動させることで、図１３（Ｂ）に示すように、圧縮される。上止め具５１１へかけている荷重を除くと、ばね５１２の元に戻ろうとする力によって、上止め具５１１が押し上げられ、これにより、結晶化が始まった潜熱蓄熱材２Ｂから抜けにくくなっている保持部材１１の先端１２Ａを潜熱蓄熱材２Ｂから容易に引き抜くことができる。

保持部材１１の先端１２Ａには、下止め具５１３が設けられる。下止め具５１３は保持部材１１に環装されて設けられる。下止め具５１３は、上止め具５１１がばね５１２の元に戻ろうとする力によって押し上げられる際に、シール部２０の下面２０Ｂと干渉し、保持部材１１の先端１２Ａが容器１の外部に抜け出るのを防止する、或いは、種結晶保持部１５がシール部２０の下面２０Ｂと干渉するのを防止する。
このように、保持部材１１の先端１２Ａに下止め具５１３を、上端１２Ｂに上止め具５１１を設け、上止め具５１１と、シール部２０との間に圧縮ばね５１２を設けたため、保持部材１１が容器１の外部へ抜け出す、或いは、容器１内に落下するのを防止することができるとともに、圧縮されたばね５１２の元に戻ろうとする力により保持部材１１の先端１２Ａを結晶化した潜熱蓄熱材２Ｂから抜け易くすることができる。

ところで、容器１内の潜熱蓄熱材２の量が少なく、結晶化した潜熱蓄熱材２Ｂから先端１２Ａを引き抜くために保持部材１１を上に持ち上げる力が、蓄熱ユニット５０の自重よりも大きい場合には、潜熱蓄熱材２の結晶化後に保持部材１１と一緒に容器１ごと蓄熱ユニット５０が持ち上がってしまう可能性がある。その対策として、図１４に示すように、容器１は、容器１を任意の設置面５２０に固定するための固定部５３０を備える構成でもよい。固定部５３０は、ボルト５３１が貫通する貫通孔５３２を備え、容器１は、ボルト５３１で設置面５２０に固定される。

＜第８実施形態＞
上述した第１実施形態では、シール部２０はＯリング２１を有し、Ｏリング２１で保持部材１１を軸シールすることで、保持部材１１を容器１に対して気密に動かすことができる構成とした。この第８実施形態では、容器６０１の一部、例えば上面（シール部）６０２、を弾性的に動く部材で形成することで、上面６０２をシール部として用いて、保持部材１１を容器６０１に対して気密に動かすことができるようにした蓄熱装置６００について説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

容器６０１は、図１５（Ａ）に示すように、ステンレスや内面に樹脂コートを施したアルミ、或いは、合成樹脂とアルミ箔とを層状に貼り合せた材料によって形成された４側面及び底面と、例えばゴム等の弾性材によって形成されたダイヤフラム状の上面（シール部）６０２とを有する。上面６０２は、容器６０１を形成する４側面の上端縁に、例えば接着等によって取り付けられ、容器６０１の気密性を保つ。そして、上面６０２は、保持部材１１を容器６０１の気密を保った状態で移動可能に支持するシール部としての機能を有する。例えば、上面６０２に保持部材１１よりも小径の孔を設けて、当該孔に保持部材１１を挿入し当該孔を弾性変形させることで、保持部材１１を上面６０２に気密に支持する構成であっても良い。

上面６０２は、弾性材によってダイヤフラム状に形成されているため、保持部材１１を、先端１２Ａが容器６０１内の潜熱蓄熱材２Ａに接触するべく押し下げると、図１５（Ｂ）に示すように、上面６０２が伸びて、先端１２Ａが潜熱蓄熱材２Ａ内に挿入される。これにより、保持部材１１の先端１２Ａに保持された種結晶３０が潜熱蓄熱材２Ａと接触し、潜熱蓄熱材２Ａの結晶化が開始される。結晶化した潜熱蓄熱材２Ｂから保持部材１１を引き抜く際には、上面６０２の元に戻ろうとする力によって、保持部材１１を持ち上げることができ、容易に保持部材１１を潜熱蓄熱材２Ｂから引き抜くことができる。この構成によれば、弾性材によって形成された上面６０２に保持部材１１を取り付けることで、簡単な構成で保持部材１１を容器１に気密に取り付けることができるとともに、結晶化した潜熱蓄熱材２Ｂから、保持部材１１を容易に引き抜くことができる。

＜第９実施例＞
上述した第１実施形態では、保持部材１１の先端１２Ａに種結晶保持部１５を設け、当該種結晶保持部１５の凹部に種結晶３０を載置して保持することで、種結晶３０の落下を防ぐ構成とした。この第９実施形態では、保持部材７１１から落下した種結晶３０が意図せぬタイミングで潜熱蓄熱材２Ａに接触するのを防止する蓋部材７２２をシール部７２０に設けた構成について説明する。なお、上述した第１実施形態と同様の構成については、図中に同じ符号を付し、その説明を省略する。
蓄熱装置７００は、蓄熱ユニット５０と、トリガーユニット７１０とを備える。トリガーユニット７１０は、種結晶３０を保持する保持部材７１１と、保持部材７１１を、容器１の気密性を保った状態で上下に移動可能に備えるシール部７２０とを備える。保持部材７１１は、上述した第１−第７実施形態のいずれの構成で種結晶３０を保持している構成であっても良いし、或いは、内面が平滑なパイプ内に種結晶３０を備えた構成であっても良い。

シール部７２０は、図１６（Ａ）に示すように、Ｏリング２１の下方に容器１から退避された保持部材７１１の下端である先端７１２Ａが収容される収容空間７２１を備える。収容空間７２１と容器１の間には開閉自在に蓋部材７２２が設けられる。収容空間７２１は、容器１の気密性を保った状態で、蓋部材７２２を開けることで容器１に連通するように構成されている。
蓋部材７２２は、図１６（Ｂ）に示すように、保持部材７１１を下げた時に、保持部材７１１によって押し開けられるように構成されている。つまり、蓋部材７２２は、下方向に所定以上の荷重をかけた時に容器１の内側に開くように設けられる。また、蓋部材７２２は、例えばバネ等で自動的に閉じるように構成される。つまり、保持部材７１１を持ち上げ、先端７１２Ａを収容空間７２１に退避させた際には、蓋部材７２２は、自動で収容空間７２１を容器１内部とは隔てるように閉じられる。

この構成によれば、保持部材７１１から種結晶３０が意図せぬタイミングで落下した場合でも、種結晶３０を蓋部材７２２の上に、蓋部材７２２を保持部材７１１で押し開けるまで、容器１内に落下することなく保持することができる。これにより、種結晶３０の意図せぬタイミングでの落下によって、潜熱蓄熱材２Ａが偶発的に結晶化を開始するのを防止することができる。

１、６０１ 容器
２ 潜熱蓄熱材（蓄熱材）
２Ａ 潜熱蓄熱材（過冷却状態の潜熱蓄熱材）
２Ｂ 潜熱蓄熱材（結晶化した潜熱蓄熱材）
１０、５１０、７１０ トリガーユニット
１１、１１１、２１１、３１１、４１１、７１１ 保持部材
１１Ａ、１１１Ａ、２１１Ａ、３１１Ａ、４１１Ａ 軸部
１５、１１５、２１５、３１５、４１５ 種結晶保持部
１６ 底部
１７ 周壁部
１８、１１８、２１８、３１８、４１８ 凹部
２０、６０２、７２０ シール部
２１ Ｏリング
３０ 種結晶
５０ 蓄熱ユニット
１００、５００、６００、７００ 蓄熱装置
３１６ スリット

Claims (9)

1. 蓄熱時の環境温度で過冷却状態となる蓄熱材を容器内に備える蓄熱ユニットと、前記蓄熱材の結晶化を誘発する種結晶を保持するトリガーユニットと、を備え、
   前記トリガーユニットは、前記種結晶を保持する保持部材と、前記保持部材を、前記容器に前記保持部材を前記蓄熱材に接触可能とすべく移動可能に取り付けるシール部と、を備え、
   前記保持部材は、前記種結晶が載置される凹部を有する種結晶保持部を備えた
   ことを特徴とする蓄熱装置。
2. 前記種結晶保持部は、前記種結晶が載置される底部と、前記底部の周囲を囲む周壁部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 前記種結晶保持部は、中くぼみの皿形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱装置。
4. 前記保持部材は、筒状部材を有し、
   前記種結晶保持部は、前記筒状部材の先端の開口を塞ぐ板状に形成されて前記筒状部材の内壁との間の空間に前記凹部を備え、
   前記凹部を前記容器内部の空間に連通させる貫通孔を、前記保持部材に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱装置。
5. 前記種結晶保持部の略中央に前記筒状部材の内部に突出する突出部を設け、前記貫通孔を、前記突出部に設けたことを特徴とする請求項４に記載の蓄熱装置。
6. 前記保持部材は、板状部材であり、前記板状部材の先端を折り曲げて前記種結晶保持部を形成し、前記種結晶保持部の一部をくぼませて、前記凹部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱装置。
7. 前記保持部材は、筒状部材を有し、前記筒状部材の先端に長手方向に延びるスリットを設け、当該先端を外側に折り曲げて前記種結晶保持部を形成し、前記種結晶保持部の一部をくぼませて、前記凹部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱装置。
8. 前記保持部材は、前記種結晶保持部が設けられ、前記シール部に対して前記容器の密閉性を保ち摺動する軸部を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の蓄熱装置。
9. 蓄熱時の環境温度で過冷却状態となる蓄熱材の結晶化を誘発するトリガーユニットであって、
   前記蓄熱材の結晶化を誘発する種結晶を保持する保持部材を備え、前記保持部材は、前記種結晶が載置される凹部を有する種結晶保持部を備えたことを特徴とするトリガーユニット。

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