JP2013257080A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱時に種結晶の融解を防止し、放熱時に潜熱蓄熱材の結晶化を確実に誘発させることができる蓄熱装置を提供すること。
【解決手段】過冷却状態を利用する潜熱蓄熱材１０を蓄熱容器１１内に収容し、蓄熱容器１１内には潜熱蓄熱材１０を固相状態で保持し、当該蓄熱容器１１への開口部３１Ａを有する穴状保持部３１と、穴状保持部３１の開口を閉塞する開閉可能な蓋部材３３と、熱源３と熱的に接続された蓄熱室３９とを備え、穴状保持部３１と蓄熱室３９を熱的に隔離する予備室３７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱を内部に蓄えて必要に応じて蓄えた熱を外部に取り出す事のできる蓄熱装置、より詳しくは潜熱を利用して熱を蓄える蓄熱材の過冷却液体の発核機構を備えた蓄熱装置に関する。

従来、工場排熱や自動車等のエンジンやモーターの排熱、或いは、太陽熱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。この種の蓄熱装置では、蓄熱材として、固相から液相への相変化（融解）による潜熱を利用して蓄熱を行う潜熱蓄熱材が用いられている。潜熱蓄熱材の中でも過冷却状態を利用する蓄熱材は、融点以下でも液相の過冷却状態を保持し、外部刺激により液相から固相へ相変化（結晶化）して熱を放出する材料である。
このため、蓄熱装置には、任意のタイミングで潜熱蓄熱材に刺激を与えて結晶化を誘発する過冷却解除機構（トリガー機構）が設けられている。

トリガー機構としては、例えば、過冷却状態の潜熱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、確実に潜熱蓄熱材の結晶化を誘発できない問題があった。このため、従来、固相の蓄熱材を過冷却状態の蓄熱材に接触させ、結晶化の核として作用させ結晶化させる機構を利用した蓄熱装置が提案されている。
蓄熱装置の具体的構成として、潜熱蓄熱材を収容した容器と、固相の潜熱蓄熱材（いわゆる種結晶）を収容した活性材収容部と、これら容器及び活性材収容部を連通する連通部に配設されて当該連通部を開閉する連通部開閉手段を備えた蓄熱装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の蓄熱装置では、連通部開閉手段を任意のタイミングで開放し、種結晶を過冷却状態の潜熱蓄熱材に接触させることで潜熱蓄熱材の結晶化を誘発できる。

特開昭６３−１０５２１９号公報

ところで、潜熱蓄熱材は、潜熱を放出して結晶化するため、潜熱蓄熱材を再利用するためには、この潜熱蓄熱材を加熱して融解させる必要がある。
しかし、従来の構成では、潜熱蓄熱材と種結晶とが連通部開閉手段を介して隔離されているだけであるため、容器内の潜熱蓄熱材を加熱した熱が、連通部開閉手段を通じて、活性材収容部内の種結晶に伝達され、種結晶を融かす事態が想定される。このため、種結晶がすべて融解すると、次の放熱時に連通部開閉手段を開放した場合であっても、潜熱蓄熱材の結晶化を誘発できず、必要な時に潜熱蓄熱材に蓄熱した熱を利用できなくなる問題があった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、蓄熱時に種結晶の融解を防止し、放熱時に潜熱蓄熱材の結晶化を確実に誘発できる蓄熱装置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、過冷却状態を利用する潜熱蓄熱材を蓄熱容器内に収容し、前記蓄熱容器内には前記潜熱蓄熱材を固相状態で保持し、当該蓄熱容器への開口部を有する保持室と、前記保持室の開口部を閉塞する開閉可能な蓋部材と、熱源と熱的に接続された蓄熱室とを備え、前記保持室と前記蓄熱室を熱的に隔離する予備室を設けたことを特徴とする。

この構成によれば、保持室と蓄熱室とを熱的に隔離する予備室を設けたため、蓄熱時に保持室内の固相の潜熱蓄熱材（種結晶）の融解が防止され、放熱時に潜熱蓄熱材の結晶化を確実に誘発できる。

この構成において、前記蓄熱容器は、当該蓄熱容器内を前記蓄熱室と前記予備室とに区画する仕切り板を備え、前記仕切り板は、放熱時には前記蓄熱室と前記予備室とを連通し、蓄熱時には前記蓄熱室と前記予備室との連通を遮断しても良い。

また、前記仕切り板は、前記蓋部材の開閉に連動する構成としても良い。また、前記保持室は、前記蓄熱容器の壁内に設けられた穴（穴状保持部）を備え、前記固相の潜熱蓄熱材は、前記穴内に保持されても良い。

また、前記蓄熱容器に熱輸送部材を設け、前記熱輸送部材に前記蓋部材を取り付けても良い。また、前記蓄熱容器には、前記熱輸送部材に熱的に接続された熱伝導板が設置されても良い。
また、前記蓋部材を開閉する開閉機構を備え、この開閉機構は、前記開口部に対して前記蓋部材を接離可能に移動させることにより、前記開口部と前記蓋部材との間に隙間を設け、前記保持室内の固相状態の潜熱蓄熱材を、液相状態の潜熱蓄熱材と接触させても良い。また、前記蓋部材を開閉する開閉機構を備え、この開閉機構は、前記開口部に対して前記蓋部材を、回転軸を中心に回転させることにより、前記開口部を開放し、前記保持室内の固相状態の潜熱蓄熱材を、液相状態の潜熱蓄熱材と接触させても良い。

本発明によれば、保持室と蓄熱室とを熱的に隔離する予備室を設けて、保持室と蓄熱室との熱的な分離により、蓄熱時に保持室内の種結晶の融解を防止でき、潜熱蓄熱材の結晶化を確実に誘発できる。

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。 潜熱蓄熱材の状態変化を示す蓄熱装置の部分断面図であり、図２（Ａ）は潜熱蓄熱材が過冷却状態を示す図であり、図２（Ｂ）はトリガー部により種結晶を潜熱蓄熱材に接触させ、潜熱蓄熱材の結晶化を誘発した状態を示す図である。 潜熱蓄熱材の状態変化を示す蓄熱装置の部分断面図であり、図３（Ａ）は潜熱蓄熱材が結晶化した状態を示す図であり、図３（Ｂ）は潜熱蓄熱材に熱を供給して当該潜熱蓄熱材が融解した状態を示す図である。 第２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。 穴状保持部と蓋部材の動作を説明する図であり、図５（Ａ）は穴状保持部が蓋部材によって閉塞された状態を示す図であり、図５（Ｂ）は穴状保持部が開放された状態を示す図である。 潜熱蓄熱材の状態変化を示す蓄熱装置の部分断面図であり、図６（Ａ）は潜熱蓄熱材が過冷却状態を示す図であり、図６（Ｂ）はトリガー部により種結晶を潜熱蓄熱材に接触させ、潜熱蓄熱材の結晶化を誘発した状態を示す図である。 潜熱蓄熱材の状態変化を示す蓄熱装置の部分断面図であり、図７（Ａ）は潜熱蓄熱材が結晶化した状態を示す図であり、図７（Ｂ）は潜熱蓄熱材に熱を供給して当該潜熱蓄熱材が融解した状態を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を、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、環境温度で過冷却状態となる潜熱蓄熱材１０を収容する蓄熱容器１１と、当該潜熱蓄熱材１０に熱的に接続され、熱源３からの熱を潜熱蓄熱材１０に伝達する熱源側ヒートパイプ（熱源側熱輸送手段）１５と、潜熱蓄熱材１０に蓄熱した熱を、熱利用機器５に伝達する利用側ヒートパイプ（利用側熱輸送手段）１７とを備える。この構成により、蓄熱装置１００は、熱源側ヒートパイプ１５を介して熱源３から伝達される熱を潜熱蓄熱材１０に蓄熱すると共に、利用側ヒートパイプ１７を介して潜熱蓄熱材１０に蓄熱した熱を熱利用機器５に供給する。熱源３と熱利用機器５の組み合わせとしては、例えば、ヒートポンプ式給湯器における深夜電力を利用した発熱と給湯、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を利用した発熱と暖房等がある。

蓄熱容器１１は、例えば、耐食性が高いステンレス金属により形成されており、熱源側ヒートパイプ１５及び利用側ヒートパイプ１７は、蓄熱容器１１の対向する２つの側面部をそれぞれ貫通して配置されている。また、蓄熱容器１１は、アルミ等の軽量金属やポリプロプレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の合成樹脂から構成されても良い。
なお、図１では、熱源側ヒートパイプ１５が蓄熱容器１１の上面部を、利用側ヒートパイプ１７が蓄熱容器１１の下面部を、それぞれ貫通して配置された構成としているが、各ヒートパイプが互いに干渉しない位置であれば、各ヒートパイプの配置位置は上記に限定されない。また、熱源側ヒートパイプと利用側ヒートパイプを一本のヒートパイプで構成することも可能である。また、熱源または利用機器が複数ある場合、それに合わせて複数のヒートパイプの配置も可能である。

本実施形態では、熱源側ヒートパイプ１５及び利用側ヒートパイプ１７は、各ヒートパイプの一部がそれぞれ蓄熱容器１１の内側に配置されるため、この蓄熱容器１１の内側に配置される部位には、材料により表面に樹脂等のコーティングを施すことが望ましい。この構成によれば、各ヒートパイプが潜熱蓄熱材１０と直接接触することが防止されるため、当該潜熱蓄熱材１０による当該ヒートパイプの表面の腐食を防止できる。
また、熱源側ヒートパイプ１５及び利用側ヒートパイプ１７には、それぞれ複数のフィン（熱伝導板）２１，２３が固定され、潜熱蓄熱材１０との熱交換面積を増やす構成である。

潜熱蓄熱材１０は、過冷却状態を利用する潜熱蓄熱材であり、融点以下でも液体のままで結晶化しない性質を有している。潜熱蓄熱材は、加熱による固相から液相への相変化（融解）により蓄熱し、その後の冷却過程では、融点以下でも液相の過冷却状態を保持する。そして過冷却状態の蓄熱材に外部刺激を与えて液相から固相へ相変化（結晶化）させ、熱を放出させる。
具体的には、過冷却状態の潜熱蓄熱材１０に種結晶３０を接触させ過冷却状態を解除させ、液相から固相へ相変化（結晶化）させ、熱を放出させる。このような潜熱蓄熱材として、例えば、酢酸ナトリウム・３水和物からなる潜熱蓄熱材が挙げられる。他に塩化マグネシウム・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できる。

蓄熱装置１００は、種結晶を潜熱蓄熱材１０に接触させ過冷却状態を解除させる過冷却解除手段としてのトリガー部１３を備える。
トリガー部１３は、利用側ヒートパイプ１７が貫通する蓄熱容器１１の内壁に形成され、当該蓄熱容器１１内に開口する開口部３１Ａを有し、種結晶３０を保持する穴状保持部（保持室）３１と、この穴状保持部３１の開口部３１Ａを閉塞する蓋部材３３とを備える。
本実施形態では、穴状保持部３１は、利用側ヒートパイプ１７の中心軸から略等距離に複数形成された円形の有底穴部であり、この穴状保持部３１内にそれぞれ種結晶が充填されている。蓋部材３３は、例えば、円錐形状に形成され、この円錐の頂点を穴状保持部３１内に挿入し、この穴状保持部３１の開口縁部に円錐の側面を当接させることにより、穴状保持部３１の開口部３１Ａを閉塞する。なお、蓋部材３３は、穴状保持部３１の開口部３１Ａを閉塞できれば、他の形状とすることも構わないのは勿論である。

蓋部材３３は、穴状保持部３１に対向する位置に配置され、最下段（穴状保持部３１と最も近い）フィン（熱伝導板）２３に固定されている。このフィン２３は、上述したように、利用側ヒートパイプ１７に固定されており、本実施形態では、蓄熱装置１００は、利用側ヒートパイプ１７を軸方向に移動させる移動機構３４を備え、この移動機構３４が開口部３１Ａに対して蓋部材３３を開閉する開閉機構として機能する。この移動機構３４としては、例えば、モーターとカムとの組み合わせや、エアーシリンダを用いることができる。なお、蓄熱容器１１は、下面部に利用側ヒートパイプ１７を摺動自在に支持する軸受部３５を備え、この軸受部３５は、蓄熱容器１１内に収容された潜熱蓄熱材１０が融解した場合、当該融解した潜熱蓄熱材１０が蓄熱容器１１の外部に漏れ出ない程度のシール性（水密性）を備えている。
本実施形態では、利用側ヒートパイプ１７を軸方向に移動させることにより、任意のタイミングで蓋部材３３を穴状保持部３１から離間させることができるため、穴状保持部３１内の種結晶３０を過冷却状態の潜熱蓄熱材１０に直接接触させることができ、潜熱蓄熱材１０の結晶化を確実に誘発できる。
さらに、蓄熱時には、蓋部材３３を穴状保持部３１に接近させて穴状保持部３１を閉塞することにより、融解した潜熱蓄熱材１０が種結晶３０に接触することが阻止され、当該潜熱蓄熱材１０の再結晶化を防止できる。

ところで、上述したように、蓄熱時には、熱源３から熱源側ヒートパイプ１５を通じて伝達された熱により、結晶化した潜熱蓄熱材１０が融解する。この場合、熱が穴状保持部３１内の種結晶３０に伝達されると、この種結晶３０が融解し、次の放熱時に蓋部材３３を開放した場合であっても、潜熱蓄熱材１０の結晶化を誘発できず、潜熱蓄熱材１０に蓄熱した熱を利用できなくなる問題が想定される。
このため、本実施形態では、蓄熱装置１００は、蓄熱容器１１内に穴状保持部３１に隣接して、当該穴状保持部３１と蓄熱室３９を熱的に隔離した予備室３７を備える。具体的には、蓄熱装置１００は、蓄熱容器１１の内壁に設けられた環状の隔離壁３８を備え、利用側ヒートパイプ１７を軸方向に移動させた際に、当該利用側ヒートパイプ１７に固定された一のフィン２３Ａ（最下段のフィン２３よりも１つ上段のフィン２３、以下、仕切りフィンという）と隔離壁３８とが当接することにより、予備室３７が形成される。本構成では、環状の隔離壁３８に当接する仕切りフィン２３Ａが、予備室３７と、蓄熱室３９とを区分けする仕切り板として機能する。

予備室３７内には、蓄熱室３９と同様に潜熱蓄熱材１０が収容されている。一般に、潜熱蓄熱材１０は、金属に比べて熱伝導率が低いため、穴状保持部３１内の種結晶３０は、予備室３７内の潜熱蓄熱材１０によって熱的に隔離される。このため、蓄熱時に、熱源３からの熱が、熱源側ヒートパイプ１５を通じて潜熱蓄熱材１０に供給された場合であっても、この供給された熱の穴状保持部３１内の種結晶３０への伝達が抑制され、当該種結晶３０の融解が防止される。従って、次の放熱時に潜熱蓄熱材１０の結晶化を確実に誘発できる。

本実施形態では、上記した仕切りフィン２３Ａは、利用側ヒートパイプ１７に固定されているため、当該利用側ヒートパイプ１７の移動によって、放熱時には蓄熱室３９と予備室３７とを連通し、蓄熱時には蓄熱室３９と予備室３７との連通を遮断する。この構成によれば、蓄熱時、すなわち、潜熱蓄熱材１０への熱の供給を開始した時点から、当該潜熱蓄熱材１０が過冷却状態に至るまでの期間に亘って、蓄熱室３９と予備室３７との連通が遮断される。このため、熱源３から供給された熱で融解しきらなかった予備室３７内の固相状態の潜熱蓄熱材１０が蓄熱室３９内に進入することが防止され、当該蓄熱室３９内の潜熱蓄熱材１０を過冷却状態に保持できる。
また、仕切りフィン２３Ａは、放熱時には、蓋部材３３と連動して、蓄熱室３９と予備室３７とを連通するため、種結晶３０を核として結晶化した潜熱蓄熱材１０が予備室３７を通じて蓄熱室３９に進入することにより、蓄熱容器１１内の潜熱蓄熱材１０全体を結晶化できる。
さらに、本実施形態では、仕切りフィン２３Ａ及び蓋部材３３は、直接またはフィン２３を介して、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられ、この利用側ヒートパイプ１７を移動機構３４によって軸方向に移動させる構成としているため、当該利用側ヒートパイプ１７は、熱輸送を行う機能と、仕切りフィン２３Ａ及び蓋部材３３を移動させる機能とを合わせ持つことにより、部品点数の削減を可能とし、装置構成の簡素化を図ることができる。

上述のように、熱源側ヒートパイプ１５及び利用側ヒートパイプ１７には、それぞれ熱伝導板としてのフィン２１，２３が固定される。これら各フィン２１，２３は、潜熱蓄熱材１０の温度が部分的に偏ることを防止し、当該潜熱蓄熱材１０への蓄熱時または放熱時における熱の均質化を実現する。このため、熱の均質化の観点からは、フィン２１，２３の面積は広い（大きい）方が望ましい。

次に、蓄熱装置１００の動作について説明する。
図２及び図３は、潜熱蓄熱材１０の状態変化を示す蓄熱装置１００の部分断面図であり、図２（Ａ）は潜熱蓄熱材１０が過冷却状態を示す図であり、図２（Ｂ）はトリガー部１３により種結晶３０を潜熱蓄熱材１０に接触させ、潜熱蓄熱材１０の結晶化を誘発した状態を示す図であり、図３（Ａ）は潜熱蓄熱材１０が結晶化した状態を示す図であり、図３（Ｂ）は潜熱蓄熱材１０に熱を供給して当該潜熱蓄熱材が融解した状態を示す図である。蓄熱装置１００は、潜熱蓄熱材１０を蓄熱後、過冷却状態、つまり液体のままで蓄熱容器１１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、環境温度下で潜熱蓄熱材１０内に蓄熱できる。なお、以下の説明において、符号１０Ａは、過冷却状態（液体）の潜熱蓄熱材を示し、符号１０Ｂは、結晶化状態（固体）の潜熱蓄熱材を示す。

図２（Ａ）に示す過冷却状態の潜熱蓄熱材１０Ａから蓄熱した熱を取り出す時には、図２（Ｂ）に示すように、任意のタイミングで、移動機構３４を作動させ、利用側ヒートパイプ１７を軸方向に沿って上昇させることにより、蓋部材３３を上方に移動させて穴状保持部３１の開口部３１Ａを開放し、当該穴状保持部３１内に保持された種結晶３０を潜熱蓄熱材１０Ａと接触させる。種結晶３０は、潜熱蓄熱材１０Ａに接触すると、当該種結晶３０が潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化の核となり潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化が開始される。本構成では、蓋部材３３と共に仕切りフィン２３Ａも上方に移動し、当該仕切りフィン２３Ａと環状の隔離壁３８との間に隙間３８Ａが形成され、この隙間３８Ａを通じた潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化の進行により、当該潜熱蓄熱材１０Ａに保持された潜熱が放出される。

この場合、潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化が完了するまでの所定時間の間で、利用側ヒートパイプ１７を軸方向に上下動させることが望ましい。この構成によれば、利用側ヒートパイプ１７に固定された複数のフィン２３が上下動することにより、当該フィン２３によって、蓄熱容器１１内の潜熱蓄熱材１０Ａが攪拌され、当該潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化時間を短縮できる。

潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化により放出された熱は、利用側ヒートパイプ１７を通じて熱利用機器５（図１）に伝達され、この熱利用機器５で利用される。なお、利用側ヒートパイプ１７は、潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化がある程度進行した時点で、蓋部材３３を閉塞し、仕切りフィン２３Ａを隔離壁３８と接触させた位置で保持される。
図３（Ａ）に示すように、蓄熱容器１１内の潜熱蓄熱材１０Ａがすべて結晶化すると、潜熱の放出が完了し、時間経過とともに環境温度まで冷却される。

蓄熱装置１００を再利用する場合には、図３（Ｂ）に示すように、熱源３（図１）からの熱を、熱源側ヒートパイプ１５を通じて、潜熱蓄熱材１０Ｂに供給し、この潜熱蓄熱材１０Ｂを再び融解させて蓄熱させる。この場合、蓄熱室３９と穴状保持部３１との間には、予備室３７が設けられることにより、穴状保持部３１内の種結晶３０は、予備室３７内の潜熱蓄熱材１０によって熱的に隔離される。このため、蓄熱時に、熱源３からの熱が、熱源側ヒートパイプ１５を通じて潜熱蓄熱材１０に供給された場合であっても、この供給された熱の穴状保持部３１内の種結晶３０への伝達が抑制され、当該種結晶３０の融解を防止できる。
更に、蓄熱のための加熱過程で、予備室３７内の潜熱蓄熱材１０が完全に融解する前に熱源３からの熱の供給が終了した場合でも、図３（Ｂ）に示すように、仕切りフィン２３Ａは、隔離壁３８と接触させた位置で保持され、予備室３７と蓄熱室３９との連通が遮断されるため、蓄熱室３９内の融解した潜熱蓄熱材１０Ａと、予備室３７内の固相の潜熱蓄熱材１０Ｂとの接触が防止され、冷却過程において、潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化を防止できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、過冷却状態を利用する潜熱蓄熱材１０を蓄熱容器１１内に収容し、蓄熱容器１１内には潜熱蓄熱材１０の種結晶３０を保持し、当該蓄熱容器１１への開口部３１Ａを有する穴状保持部３１と、穴状保持部３１の開口部３１Ａを閉塞する開閉可能な蓋部材３３と、熱源３と熱的に接続された蓄熱室３９とを備え、穴状保持部３１と蓄熱室３９との間に、当該穴状保持部３１と蓄熱室３９を熱的に隔離する予備室３７を設けたため、蓄熱時に穴状保持部３１内の種結晶３０の融解が防止され、潜熱蓄熱材１０の結晶化を確実に誘発させることができる。

また、本実施形態によれば、蓄熱容器１１は、当該蓄熱容器１１内を蓄熱室３９と予備室３７とに区画する仕切り板としての仕切りフィン２３Ａを備え、この仕切りフィン２３Ａは、放熱時には蓄熱室３９と予備室３７とを連通するため、種結晶３０を核として結晶化した潜熱蓄熱材１０が予備室３７を通じて蓄熱室３９に進入することにより、蓄熱容器１１内の潜熱蓄熱材１０全体を結晶化（固化）できる。
また、仕切りフィン２３Ａは、蓄熱時には蓄熱室３９と予備室３７との連通を遮断するため、熱源３から供給された熱で融けきらなかった予備室３７内の固相状態の潜熱蓄熱材１０が蓄熱室３９内に進入することが阻止され、当該蓄熱室３９内の潜熱蓄熱材１０を過冷却状態に保持できる。

また、本実施形態によれば、仕切りフィン２３Ａは、蓋部材３３の開閉に連動するため、これらの開閉動作を行う機構を簡素化できる。

また、本実施形態によれば、蓄熱容器１１に利用側ヒートパイプ１７を設け、利用側ヒートパイプ１７にフィン２３を介して蓋部材３３を取り付けたため、当該利用側ヒートパイプ１７は、熱輸送を行う機能と、仕切りフィン２３Ａ及び蓋部材３３を移動させる機能とを合わせ持つことにより、部品点数の削減を可能とし、装置構成の簡素化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、蓄熱容器１１には、熱源側ヒートパイプ１５及び利用側ヒートパイプ１７にそれぞれ熱的に接続されたフィン２１，２３が設置されているため、潜熱蓄熱材１０の温度が部分的に偏ることを防止し、当該潜熱蓄熱材１０への蓄熱時または放熱時における熱の均質化を実現できる。

＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、利用側ヒートパイプ１７を軸方向に移動させることにより、蓋部材３３の開閉及び予備室３７と蓄熱室３９との連断を行っていたが、この第２実施形態では、利用側ヒートパイプ１７を回転させることにより行う点で構成を異にする。
図４は、第２実施形態にかかる蓄熱装置１１０の概略構成を示す部分断面図である。
この第２実施形態では、上記した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

蓄熱装置１１０は、任意のタイミングで潜熱蓄熱材１０に種結晶３０を接触させて結晶化を誘発する過冷却解除手段としてのトリガー部５３を備える。図４に示すように、トリガー部５３は、利用側ヒートパイプ１７が貫通する蓄熱容器１１の内壁に形成され、当該蓄熱容器１１内への開口部３１Ａを有し、種結晶３０を保持する穴状保持部（保持室）３１と、この穴状保持部３１の開口部３１Ａを閉塞する蓋部材としての最下段のフィン２３Ｂとを備える。
穴状保持部３１は、図５（Ａ）に示すように、利用側ヒートパイプ１７の中心軸から略等距離及び等角度間隔に形成された円形の有底穴部であり、この穴状保持部３１内に種結晶３０が充填されている。本実施形態では、最下段のフィン２３Ｂは、上記した穴状保持部３１に対向する位置に、当該穴状保持部３１の開口部３１Ａと略同径の連通孔２４が形成され、図５（Ａ）に示すように、穴状保持部３１と連通孔２４とがずれた位置でフィン２３Ｂを保持すると、当該穴状保持部３１の開口部３１Ａが閉塞され、図５（Ｂ）に示すように、フィン２３Ｂを利用側ヒートパイプ１７を中心に回転させ、穴状保持部３１と連通孔２４とが重なる位置でフィン２３を保持すると、当該穴状保持部３１の開口部３１Ａが開放される。

蓄熱装置１１０は、利用側ヒートパイプ１７を回転させる回転機構５１を備え、本実施形態では、この回転機構５１が開閉機構として機能する。この回転機構５１としては、例えば、モーター、減速機および伝達ベルトとの組み合わせを用いることができる。
蓄熱容器１１は、下面部に利用側ヒートパイプ１７を回転自在に支持する軸受部３５を備え、この軸受部３５は、蓄熱容器１１内に収容された潜熱蓄熱材１０が融解した場合、当該融解した潜熱蓄熱材１０が蓄熱容器１１の外部に漏れ出ない程度のシール性（水密性）を備えている。

蓄熱装置１１０は、蓄熱容器１１内に固定されて当該蓄熱容器１１内を蓄熱室３９と予備室３７とに区分けする板状部材５４を備える。この板状部材５４は、上記した最下段のフィン２３Ｂと同様に、利用側ヒートパイプ１７の中心軸から略等距離及び等角度間隔に形成された連通孔５５を備える。また、板状部材５４の上面部には、この板状部材５４に隣接して仕切りフィン２３Ｃが配置されている。この仕切りフィン２３Ｃは、板状部材５４の連通孔５５に対向する位置に連通孔２５を備え、トリガー部５３と同様に、利用側ヒートパイプ１７の回転によって、蓄熱室３９と予備室３７とを連通もしくは遮断させる。この実施形態では、板状部材５４と仕切りフィン２３Ｃとを備えて仕切り板５６を構成する。

次に、蓄熱装置１１０の動作について説明する。
図６及び図７は、潜熱蓄熱材１０の状態変化を示す蓄熱装置１１０の部分断面図であり、図６（Ａ）は潜熱蓄熱材１０が過冷却状態を示す図であり、図６（Ｂ）はトリガー部５３により種結晶３０を潜熱蓄熱材１０に接触させ、潜熱蓄熱材１０の結晶化を誘発した状態を示す図であり、図７（Ａ）は潜熱蓄熱材１０が結晶化した状態を示す図であり、図７（Ｂ）は潜熱蓄熱材１０に熱を供給して当該潜熱蓄熱材が融解した状態を示す図である。

図６（Ａ）に示す過冷却状態の潜熱蓄熱材１０Ａから蓄熱した熱を取り出す時には、図６（Ｂ）に示すように、任意のタイミングで、回転機構５１を作動させ、利用側ヒートパイプ１７を回転させることにより、最下段のフィン２３Ｂの連通孔２４を穴状保持部３１の開口部３１Ａと重なる位置に回転させ、穴状保持部３１内に保持された種結晶３０を潜熱蓄熱材１０Ａと接触させる。種結晶３０は、潜熱蓄熱材１０Ａに接触すると、当該種結晶３０が潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化の核となり潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化が開始される。
この場合、潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化が完了するまでの所定時間の間で、利用側ヒートパイプ１７の回転を継続させることが望ましい。この構成によれば、利用側ヒートパイプ１７に固定された複数のフィン２３が回転することにより、当該フィン２３によって、蓄熱容器１１内の潜熱蓄熱材１０Ａが攪拌され、当該潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化する時間を短縮できる。

潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化により放出された熱は、利用側ヒートパイプ１７を通じて熱利用機器５（図４）に伝達され、この熱利用機器５で利用される。なお、利用側ヒートパイプ１７は、潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化がある程度進行した時点で回転し、最下段のフィン２３Ｂの連通孔２４と穴状保持部３１とをずれて重ならない位置に保持し、穴状保持部３１の開口部３１Ａを閉塞する。この位置では、仕切りフィン２３Ｃの連通孔２５は、板状部材５４の連通孔５５とずれて重ならないため、予備室３７は蓄熱室３９との連通が遮断される。
図７（Ａ）に示すように、蓄熱容器１１内の潜熱蓄熱材１０Ａがすべて結晶化すると潜熱の放出が完了し、時間経過とともに環境温度まで冷却される。

蓄熱装置１１０を再利用する場合には、図７（Ｂ）に示すように、熱源３（図４）からの熱を、熱源側ヒートパイプ１５を通じて、潜熱蓄熱材１０Ｂに供給し、この潜熱蓄熱材１０Ｂを再び融解させて蓄熱させる。この場合、蓄熱室３９と穴状保持部３１との間には、予備室３７が設けられることにより、穴状保持部３１内の種結晶３０は、予備室３７内の潜熱蓄熱材１０によって熱的に隔離される。このため、蓄熱時に、熱源３からの熱が、熱源側ヒートパイプ１５を通じて潜熱蓄熱材１０に供給された場合であっても、この供給された熱の穴状保持部３１内の種結晶３０への伝達が抑制され、当該種結晶３０の融解を防止できる。
更に、蓄熱のための加熱過程で、予備室３７内の潜熱蓄熱材１０が完全に融解する前に、熱源３からの熱の供給が終了した場合でも、図７（Ｂ）に示すように、仕切りフィン２３Ｃは、この仕切りフィン２３Ｃの連通孔２５が板状部材５４の連通孔５５とずれた重ならない位置で保持され、予備室３７と蓄熱室３９との連通が遮断される。このため、蓄熱室３９内の融解した潜熱蓄熱材１０Ａと、予備室３７内の固相の潜熱蓄熱材１０Ｂとの接触が防止され、冷却過程において、潜熱蓄熱材１０Ａの結晶化を防止できる。

１０ 潜熱蓄熱材
１０Ａ 過冷却状態の潜熱蓄熱材
１０Ｂ 結晶化した潜熱蓄熱材
１１ 蓄熱容器
１３、５３ トリガー部（過冷却解除部）
１７ 利用側ヒートパイプ（熱輸送部材）
２３ フィン（熱伝導板）
２３Ａ 仕切りフィン（仕切り板）
２３Ｂ フィン（蓋部材）
２３Ｃ 仕切りフィン
３０ 種結晶（固相状態の潜熱蓄熱材）
３１ 穴状保持部（保持室）
３１Ａ 開口部
３３ 蓋部材
３４ 移動機構（開閉機構）
３７ 予備室
３９ 蓄熱室
５１ 回転機構（開閉機構）
１００、１１０ 蓄熱装置

Claims (8)

1. 過冷却状態を利用する潜熱蓄熱材を蓄熱容器内に収容し、前記蓄熱容器内には前記潜熱蓄熱材を固相状態で保持し、当該蓄熱容器への開口部を有する保持室と、前記保持室の開口部を閉塞する開閉可能な蓋部材と、熱源と熱的に接続された蓄熱室とを備え、前記保持室と前記蓄熱室を熱的に隔離する予備室を設けたことを特徴とする蓄熱装置。
2. 前記蓄熱容器は、当該蓄熱容器内を前記蓄熱室と前記予備室とに区画する仕切り板を備え、前記仕切り板は、放熱時には前記蓄熱室と前記予備室とを連通し、蓄熱時には前記蓄熱室と前記予備室との連通を遮断することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 前記仕切り板は、前記蓋部材の開閉に連動することを特徴とする請求項２に記載の蓄熱装置。
4. 前記保持室は、前記蓄熱容器の壁内に設けられた穴を備え、前記固相の潜熱蓄熱材は、前記穴内に保持されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蓄熱装置。
5. 前記蓄熱容器に熱輸送部材を設け、前記熱輸送部材に前記蓋部材を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の蓄熱装置。
6. 前記蓄熱容器には、前記熱輸送部材に熱的に接続された熱伝導板が設置されたことを特徴とする請求項５に記載の蓄熱装置。
7. 前記蓋部材を開閉する開閉機構を備え、この開閉機構は、前記開口部に対して前記蓋部材を接離可能に移動させることにより、前記開口部と前記蓋部材との間に隙間を設け、前記保持室内の固相状態の潜熱蓄熱材を、液相状態の潜熱蓄熱材と接触させたことを特徴とする１乃至６のいずれかに記載の蓄熱装置。
8. 前記蓋部材を開閉する開閉機構を備え、この開閉機構は、前記開口部に対して前記蓋部材を、回転軸を中心に回転させることにより、前記開口部を開放し、前記保持室内の固相状態の潜熱蓄熱材を、液相状態の潜熱蓄熱材と接触させたことを特徴とする１乃至６のいずれかに記載の蓄熱装置。

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