JP2014009818A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、潜熱蓄熱材からの放熱を迅速に外部に取り出すことができる蓄熱装置を提供すること。
【解決手段】過冷却状態で蓄熱可能な潜熱蓄熱材１０を収容する蓄熱容器１１と、潜熱蓄熱材１０の過冷却状態を解除するトリガー部１３と、蓄熱容器１１内に配置された利用側ヒートパイプ１７とを備え、この利用側ヒートパイプ１７にはフィン２３が接続され、トリガー部１３をフィン２３に設けた。
【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出来る蓄熱装置、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手段（トリガー機構）が設けられている。

トリガー機構として、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知られ、振動、攪拌、変位、変形、熱、電気の何れか１以上のエネルギーを潜熱蓄熱材に与える機構が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−７５０５０号公報

ところで、蓄熱装置に蓄えた潜熱で対象物を加熱する時に、効率よく迅速に熱輸送を行いたいとの要望が増している。
しかし、従来の構成では、トリガー機構と熱輸送機構を別に設計しており、潜熱蓄熱材料からの放熱で迅速に対象物を加熱できなかった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、簡単な構成で、潜熱蓄熱材から放熱された熱を迅速に外部に取り出すことができる蓄熱装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、過冷却状態で蓄熱可能な潜熱蓄熱材を収容する蓄熱容器と、前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除する過冷却解除手段と、熱輸送部材とを備え、前記熱輸送部材には熱伝導体が接続され、前記過冷却解除手段は、前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体の近傍、または、前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体に配置されていることを特徴とする。

ここで、熱輸送部材または前記熱伝導体の近傍とは、過冷却状態を解除する潜熱蓄熱材の発核後、所定時間内（例えば１秒以内）に潜熱蓄熱材の温度上昇が検出される距離内、もしくは、発核後、所定時間内（例えば１秒以内）に潜熱蓄熱材の結晶の成長が認められる距離内であり、概ね５ｍｍ以内が想定される。
また、過冷却解除手段が前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体に配置されているとは、前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体自体が過冷却解除手段として機能することをいう。
この構成によれば、前記熱輸送部材には熱伝導体が接続され、前記過冷却解除手段は、前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体の近傍、または、前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体に配置されているため、過冷却状態が解除された際に生じた潜熱蓄熱材からの放熱を、熱輸送部材を通じて迅速に外部に取り出せ、当該熱の有効な利用を図ることができる。

この構成において、前記過冷却解除手段は、前記熱伝導体の変形により前記過冷却状態を解除しても良い。また、前記熱伝導体には、表面に開口した開口部が前記変形により拡大可能な溝部が形成されても良い。また、前記溝部は、断面形状が厚み方向に非貫通の略くさび形に形成されても良い。また、前記過冷却解除手段は、前記熱伝導体の一部と、前記蓄熱容器内に設けた固定部材の一部を接触させて少なくとも一方を変形させる動作機構を備え、前記動作機構による前記熱伝導体および前記固定部材の少なくとも一方の変形により過冷却状態を解除しても良い。

また、前記固定部材および前記熱伝導体の少なくとも一方には、表面に開口した開口部が前記変形により拡大可能な溝部が形成されても良い。また、前記溝部は、断面形状が厚み方向に非貫通の略くさび形に形成されても良い。

また、前記熱輸送部材は長尺に形成されて前記蓄熱容器内に配置され、前記動作機構は、前記熱輸送部材を前記蓄熱容器内で軸方向に移動させる機構からなる構成としても良い。また、前記熱輸送部材は長尺に形成されて前記蓄熱容器内に配置され、前記動作機構は、前記熱輸送部材を前記蓄熱容器内で軸として回転させる機構からなる構成としても良い。

また、前記過冷却解除手段は、前記蓄熱容器の内部の軸方向および／または周方向に複数設けられも良い。また、前記熱伝導体は、周縁に弾性変形する変形部を有する金属板であっても良い。また、前記熱伝導体は、前記熱輸送部材の外周面から前記蓄熱容器の内壁に向かって設けられ、弾性変形する金属製の線材であっても良い。

本発明によれば、前記熱輸送部材には熱伝導体が接続され、前記過冷却解除手段は、前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体の近傍、または、前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体に配置されているため、過冷却が解除された際に生じた潜熱蓄熱材からの放熱を、熱輸送部材を通じて迅速に外部に取り出せ、当該熱の有効な利用を図ることができる。

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。 図１のＡ−Ａ断面図である。 トリガー部の動作を示す部分拡大断面図であり、図３（Ａ）はフィンの変形部が変形する前の状態を示す図であり、図３（Ｂ）はフィンの変形部が凸部に接触して変形している状態を示す図であり、図３（Ｃ）はフィンの変形部が変形した後の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。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 図５の部分拡大図である。 第３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。 図７のＣ−Ｃ断面図である。 第４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。 図９のＤ−Ｄ断面図である。 第５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。 第６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。 第７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。

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り、図２は、図１のＡ−Ａ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などがある。

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、長尺に形成されて蓄熱容器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には、この熱源側ヒートパイプ１５を略中心として複数のフィン２１が固体され、利用側ヒートパイプ１７には、この利用側ヒートパイプ１７を略中心として複数のフィン２３が固定されており、潜熱蓄熱材１０との熱交換面積を増やす構成である。また、本構成では、熱源側ヒートパイプ１５及び利用側ヒートパイプ１７にそれぞれ固定されるフィン２１，２３は、熱伝導性の高い金属板で形成され、各ヒートパイプ１５，１７と潜熱蓄熱材１０との熱伝達特性を高めている。

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。
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、任意のタイミングで潜熱蓄熱材１０に刺激を与え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１３を備える。
本構成におけるトリガー部１３は、潜熱蓄熱材１０に変形により当該潜熱蓄熱材１０の結晶化を誘発するものである。トリガー部１３は、図１に示すように、蓄熱容器１１の内周面（内壁）１１Ａから突出した凸部（固定部材）３１と、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられて凸部３１と接触可能なフィン２３（熱伝導板）とを備え、これら凸部３１とフィン２３との接触によりフィン２３の一部を変形させて過冷却状態を解除する。
トリガー部１３は、熱伝導板としてのフィン２３を備えて構成されることにより、凸部３１もしくはフィン２３の一部の変形による過冷却状態の解除時に、潜熱蓄熱材からの放熱を、フィン２３および利用側ヒートパイプ１７を通じて迅速に外部に取り出せ、当該熱の有効な利用を図ることができる。
なお、本実施形態では、トリガー部１３は、凸部３１とフィン２３のうち、このフィン２３（の一部）を変形させる構成としたが、これに限るものではなく、凸部３１を変形させても良いし、凸部３１とフィン２３の両方を変形させても良い。

また、蓄熱装置１００は、複数のフィン２３が固定されている利用側ヒートパイプ１７を軸方向に移動させる移動機構（動作機構）３４を備える。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。

蓄熱容器１１内には、図２に示すように、該蓄熱容器１１の周方向に凸部３１及びフィン２３の突出片２５が対となって複数設けられている。具体的には、フィン２３は、熱伝導性の高い金属で形成された円板状のフィン本体２４と、このフィン本体２４の周縁部２４Ａから放射状に突出して設けられる複数（図２では８つ）の突出片（変形部）２５とを備える。また、蓄熱容器１１の内周面１１Ａには、突出片２５のそれぞれに対応して複数（図２では８つ）の凸部３１が配置されている。

凸部３１は、例えば、蓄熱容器１１と同様に耐食性が高く、突出片２５よりも剛性の高いステンレス金属により形成され、蓄熱容器１１の内周面１１Ａに固定されている。この凸部３１を蓄熱容器１１と一体に形成しても良いことは勿論である。また、図１では、凸部３１は、内周面１１Ａから離れた先端側が基端側に比べて先細りの形状としているが、これに限るものではない。
突出片２５は、それぞれ凸部３１と平面視でオーバーラップする長さに形成され、当該凸部３１と接触した際に弾性変形する薄板状の部材である。この突出片２５は、フィン本体２４よりも薄板状に形成することが望ましく、当該フィン本体２４に一体に形成されている。なお、突出片２５をフィン本体２４の周縁部２４Ａに固定しても良いことは勿論である。
この構成では、１枚のフィン２３は複数の突出片２５を備え、各突出片２５にそれぞれ対応する凸部３１を蓄熱容器１１の内周面１１Ａに設けているため、このフィン２３の周囲で複数の突出片２５がそれぞれ離れた位置で変形することを可能とすることにより、潜熱蓄熱材１０の結晶化終了までの時間を短縮できる。また、１枚のフィン２３に対して複数の突出片２５及び凸部３１を設けることにより、各突出片２５を変形させた際に潜熱蓄熱材１０の結晶化が誘発されないという事態を容易に回避できる。

また、本実施形態では、図１に示すように、蓄熱装置１００は、蓄熱容器１１の長手方向に凸部３１及びフィン２３の突出片２５が対となって複数段（図１では５段）設けられている。このため、潜熱蓄熱材１０を結晶化時に、蓄熱容器１１の長手方向に離れた位置でそれぞれフィン２３の突出片２５を変形させ、複数の場所で潜熱蓄熱材１０を結晶化させることができ、潜熱蓄熱材１０の結晶化終了までの時間を短縮できる。

また、突出片２５は、図２に示すように、この突出片２５が移動する方向（すなわち軸方向）に対向する面（変形する面）である突出片２５の上面に、この上面から下面に向かって、断面形状が略くさび形に形成された溝部２６を備える。この溝部２６は、突出片２５を変形させた際に、当該上面に開口した開口部が変形に伴い拡大するように形成されている。溝部２６は、潜熱蓄熱材１０の結晶化を効果的に誘発することが実験で判明しており、突出片２５の下面にも同様な溝部が形成されている。
発明者の実験によると、この溝部２６は、突出片２５の厚み方向に貫通しない有底であることが必要であり、先端部が幅狭に形成されていることが望ましい。図２の記載では、突出片２５の上面に１つの溝部２６をそれぞれ記載しているが、各突出片２５にそれぞれ複数の溝部２６を設けても良い。

次に、トリガー部１３の動作について説明する。
図３は、トリガー部１３の動作を説明する部分拡大図であり、図３（Ａ）はフィン２３の突出片２５が変形する前の状態を示す図であり、図３（Ｂ）は突出片２５が凸部３１に接触して変形している状態を示す図であり、図３（Ｃ）は突出片２５が変形した後に元の形状に戻った状態を示す図である。

過冷却状態の潜熱蓄熱材１０から蓄熱した熱を取り出す時には、任意のタイミングで、移動機構３４を作動させて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、図３（Ａ）に示すように、フィン２３を上方に移動させ、このフィン２３に設けられた突出片２５を蓄熱容器１１の内周面１１Ａに設けられた凸部３１に接触させる。
突出片２５は、弾性変形する薄板状の部材で形成されているため、凸部３１と接触した際に、図３（Ｂ）に示すように、突出片２５の先端２５Ａが下方に湾曲するように変形する。この場合、突出片２５の上面２５Ｂに形成されている溝部２６の開口部２６Ｂは、突出片２５の変形に伴い広がる。
そして、フィン２３が凸部３１の上方に移動すると、突出片２５は、図３（Ｃ）に示すように、元の形状に戻るため、溝部２６も元の幅に戻る。
溝部２６の開閉により、溝部２６内の先端部２６Ａ近傍の閉じ込められた潜熱蓄熱材が、効果的に機械的エネルギーを受けるために結晶化する。もし有底でない場合は、溝部２６が閉じる時に潜熱蓄熱材１０は反対側に押し出され、圧縮力が潜熱蓄熱材１０に加わらないので、結晶化が起きない。
溝部２６近傍の潜熱蓄熱材１０の結晶化が起きれば、潜熱蓄熱材１０全体の結晶化が進行し当該潜熱蓄熱材１０に保持された潜熱が放出される。

本実施形態では、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、突出片２５の下面２５Ｃにも、上記した溝部２６を設けているため、潜熱蓄熱材１０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、フィン２３が下方に移動する場合にも、突出片２５と凸部３１とが接触により変形するため、上面２５Ｂだけでなく下面２５Ｃでも結晶化を誘発でき、より確実に潜熱蓄熱材１０を結晶化できる。
さらに、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１０が攪拌され、当該潜熱蓄熱材１０の結晶化終了までの時間を短縮できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、過冷却状態で蓄熱可能な潜熱蓄熱材１０を収容する蓄熱容器１１と、蓄熱容器１１に設けられる利用側ヒートパイプ１７と、潜熱蓄熱材１０の過冷却状態を解除するトリガー部１３とを備え、このトリガー部１３は、蓄熱容器１１の内周面１１Ａから突出した凸部３１と、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられて凸部３１と接触可能なフィン２３とを備え、凸部３１とフィン２３との接触によりフィン２３の突出片２５の変形により簡単に過冷却状態を解除できる。また、フィン２３は、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられているため、潜熱蓄熱材１０からの放熱を、利用側ヒートパイプ１７を通じて迅速に外部の熱利用機器５に取り出せ、当該熱の有効な利用を図ることができる。さらに、利用側ヒートパイプ１７が熱の輸送と、フィン２３の突出片２５を凸部３１に対して接触可能に動作させる機能とを合わせ持つので、部品点数の削減を可能とした装置構成の簡素化が可能である。

また、本実施形態によれば、蓄熱容器１１の長手方向に凸部３１およびフィン２３の突出片２５が対となって複数段設けられているため、潜熱蓄熱材１０を結晶化させる際に、蓄熱容器１１の長手方向に離れた位置でそれぞれフィン２３の突出片２５を変形させることができ、潜熱蓄熱材１０の結晶化終了までの時間を短縮できる。

また、本実施形態によれば、フィン２３の突出片２５は、この突出片２５の移動する方向に対向する上面２５Ｂ及び下面２５Ｃに、くさび状の溝部２６が形成されているため、これら突出片２５が凸部３１と接触して変形した際に、潜熱蓄熱材１０の結晶化を効果的に誘発できる。

また、本実施形態によれば、フィン２３は、フィン本体２４の周縁部２４Ａに弾性変形する突出片２５を有する金属板で形成されているため、突出片２５の変形による潜熱蓄熱材１０の結晶化を容易に誘発できるともに、突出片２５の変形によって生じた潜熱蓄熱材１０からの放熱を、熱伝導率の高い金属板を通じて迅速に利用側ヒートパイプ１７に伝達し、当該熱を素早く外部の熱利用機器５に取り出すことができる。

＜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の軸方向の移動により、このフィン２３に設けられた突出片２５を変形させて潜熱蓄熱材１０の結晶化を誘発させていたが、この第２実施形態では、利用側ヒートパイプ１７の回転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り、図５は、図４のＢ−Ｂ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、蓄熱容器１１内で利用側ヒートパイプ１７を回転させる回転機構（動作機構）５１を備える。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。

また、蓄熱装置１１０は、任意のタイミングで潜熱蓄熱材１０に刺激を与えて結晶化を誘発するトリガー部５３を備える。トリガー部５３は、図４に示すように、蓄熱容器１１の内周面（内壁）１１Ａから突出した凸部６１と、利用側ヒートパイプ１７に放射状に取り付けられて凸部６１と接触可能な棒状部材（熱伝導体）６３とを備え、凸部６１と棒状部材６３との接触により凸部６１の一部を変形させて過冷却状態を解除する。

利用側ヒートパイプ１７には、図５に示すように、熱伝導性の高い金属で形成された円板板状の基部６４が取り付けられ、この基部６４の外周面６４Ａに複数の金属製の棒状部材６３が所定角度間隔に取り付けられている。凸部６１は、図５に示すように、平面視で蓄熱容器１１の内周面（内壁）１１Ａから内側に向けて突出して設けられ、先端６１Ａが先細りとなるよう、略二等辺三角形状に形成されている。凸部６１は、それぞれ棒状部材６３とそれぞれ平面視でオーバーラップする長さに形成され、当該棒状部材６３と接触した際に弾性変形する。
なお、本実施形態では、トリガー部５３は、凸部６１と棒状部材６３のうち、凸部６１（の一部）を変形させる構成としたが、これに限るものではなく、棒状部材６３を変形させても良いし、凸部６１と棒状部材６３の両方を変形させても良い。

本実施形態では、図４に示すように、蓄熱装置１１０は、蓄熱容器１１の長手方向に凸部６１及び棒状部材６３が対となって複数段（図４では５段）設けられている。このため、潜熱蓄熱材１０を結晶化させる際に、蓄熱容器１１の長手方向に離れた位置でそれぞれ凸部６１を変形させることができ、潜熱蓄熱材１０の結晶化終了までの時間を短縮できる。
さらに、各段においては、蓄熱容器１１の内周面１１Ａに所定間隔ごとに複数の凸部６１を配置し、これら凸部６１に対応する複数の棒状部材６３を利用側ヒートパイプ１７に取り付けているため、各段における複数の凸部６１がそれぞれ離れた位置で変形し、複数の場所で潜熱蓄熱材１０の結晶化を可能とすることにより、潜熱蓄熱材１０の結晶化終了までの時間を短縮できる。なお、本実施形態では、各段における凸部６１と棒状部材６３とを同一数としているが、棒状部材６３は、利用側ヒートパイプ１７を中心に回転自在となっているため、凸部６１よりも少ない数（例えば１つ）の棒状部材６３を、利用側ヒートパイプ１７を中心に回転させることで、複数の凸部６１を順次変形させても良い。

図６に示すように、利用側ヒートパイプ１７を回転させた際に各棒状部材６３が移動する方向（すなわち周方向）に対向する面（変形する面）である凸部６１の側面６１Ｂ，６１Ｃには、くさび状形成された溝部２６を備える。この溝部２６は、凸部６１を変形させた際に、潜熱蓄熱材１０の結晶化を効果的に誘発することが実験で判明している。この溝部２６の形状については、上記実施形態に記載のものと同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。

次に、トリガー部５３の動作について説明する。
過冷却状態の潜熱蓄熱材１０に蓄熱された熱を利用する時には、任意のタイミングで、回転機構５１を作動させて利用側ヒートパイプ１７を回転させることにより、図６に示すように、利用側ヒートパイプ１７に基部６４を介して取り付けられた棒状部材６３を、蓄熱容器１１の内周面１１Ａに設けられた凸部６１に接触させる。
この接触により、凸部６１は先端６１Ａが側方に湾曲するように変形し、接触した側面６１Ｂに形成された溝部２６が凸部６１の変形に伴い広がる。そして、棒状部材６３が凸部６１の側方に移動すると、凸部６１は、弾性変形によって元の形状に戻る。
潜熱蓄熱材１０の結晶化により、当該潜熱蓄熱材１０に保持された潜熱分の熱エネルギーが放出される。

本実施形態では、図６に示すように、凸部６１の両側面６１Ｂ，６１Ｃにそれぞれ溝部２６を設けているため、潜熱蓄熱材１０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を正転及び逆転を繰り返し動作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が反対側に回転する場合にも、凸部６１と棒状部材６３とが接触により変形するため、より確実に潜熱蓄熱材１０の結晶化を誘発できる。
さらに、利用側ヒートパイプ１７に固定された複数の棒状部材６３が正逆に回転することにより、当該棒状部材６３によって、蓄熱容器１１内の潜熱蓄熱材１０が攪拌され、当該潜熱蓄熱材１０の結晶化終了までの時間を短縮できる。

本実施形態によれば、利用側ヒートパイプ１７は、長尺の軸状に形成されて蓄熱容器１１内に配置され、利用側ヒートパイプ１７を蓄熱容器１１内で軸として回転させ、当該利用側ヒートパイプ１７に固定された棒状部材６３と凸部６１との接触により、簡単に過冷却状態を解除できる。さらに、棒状部材６３は、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられているため、凸部６１の変形によって生じた潜熱蓄熱材１０からの放熱を、利用側ヒートパイプ１７を通じて迅速に外部の熱利用機器５に取り出せ、当該熱の有効な利用を図れる。

＜第３実施形態＞
図７は、第３実施形態にかかる蓄熱装置１２０の概略構成を示す部分断面図であり、図８は、図７のＣ−Ｃ断面図である。
この蓄熱装置１２０は、利用側ヒートパイプ１７の回転により潜熱蓄熱材１０の結晶化を誘発させるトリガー部７３を備える点で、第２実施形態の構成と共通だが、このトリガー部７３の具体的構成が異なる。上記した第２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。
トリガー部７３は、図７に示すように、蓄熱容器１１の内周面（内壁）１１Ａから突出した凸部８１と、利用側ヒートパイプ１７の外周面１７Ａに放射状に取り付けられて凸部８１と接触可能な金属線としてのワイヤー（熱伝導体）８３とを備え、凸部８１とワイヤー８３との接触によりワイヤー８３の一部を変形させて潜熱蓄熱材１０の過冷却状態を解除する。

凸部８１は、例えば、蓄熱容器１１と同様に耐食性が高く、ワイヤー８３よりも剛性の高いステンレス金属により形成され、蓄熱容器１１の内周面１１Ａに固定されている。この凸部３１を蓄熱容器１１と一体に形成しても良いことは勿論である。
ワイヤー８３は、それぞれ凸部８１と平面視でオーバーラップする長さに形成され、当該凸部８１と接触した際に弾性変形する線状の部材である。このため、これらワイヤー８３が取り付けられた利用側ヒートパイプ１７は、当該ヒートパイプ１７を軸とした、いわゆる金属ブラシの形状を呈している。各ワイヤー８３には、くさび状に形成された上述の溝部（図示略）をそれぞれ備えている。
なお、本実施形態では、トリガー部７３は、凸部８１とワイヤー８３のうち、ワイヤー８３（の一部）を変形させる構成としたが、これに限るものではなく、凸部８１を変形させても良いし、凸部８１とワイヤー８３の両方を変形させても良い。

本実施形態によれば、利用側ヒートパイプ１７の外周面１７Ａから蓄熱容器１１の内周面１１Ａに向かって、弾性変形する金属製のワイヤー８３が設けられているため、利用側ヒートパイプ１７の回転により、これらワイヤー８３を弾性変形させて簡単に過冷却状態を解除できる。

＜第４実施形態＞
図９は、第４実施形態にかかる蓄熱装置１３０の概略構成を示す部分断面図であり、図１０は、図９のＤ−Ｄ断面図である。
この蓄熱装置１３０は、利用側ヒートパイプ１７を回転させることにより潜熱蓄熱材１０の結晶化を誘発させるトリガー部９３を備える点で、第２実施形態と構成を共通とするが、このトリガー部９３の具体的構成が異なる。上記した第２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。
トリガー部９３は、図９に示すように、蓄熱容器１１の内周面（内壁）１１Ａから突出した凸部６１と、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられて凸部６１と接触可能なフィン９１とを備え、これら凸部６１とフィン９１との接触により凸部６１の一部を変形させて過冷却状態を解除する。

フィン９１は、外周部に突出部９１Ａと窪部９１Ｂとが交互に連続して形成された、いわゆる歯車形状の板部材であり、熱伝導性の高い金属で形成されている。
なお、本実施形態では、トリガー部９３は、凸部６１とフィン９１のうち、凸部６１（の一部）を変形させる構成としたが、これに限るものではなく、フィン９１を変形させても良いし、凸部６１とフィン９１の両方を変形させても良い。

本実施形態によれば、トリガー部９３は、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられ、外周部に突出部９１Ａと窪部９１Ｂとが交互に形成されたフィン９１と、蓄熱容器１１の内周面（内壁）１１Ａから内側に向かって突出する凸部６１とを備え、利用側ヒートパイプ１７を回転させることで、当該フィン９１の回転させることで、突出部９１Ａと接触した凸部６１の弾性変形により簡単に過冷却状態を解除できる。

＜第５実施形態＞
図１１は、第５実施形態にかかる蓄熱装置１４０の概略構成を示す部分断面図である。
上記した蓄熱装置１００では、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられたフィン２３をトリガー部１３の構成部材としたが、蓄熱装置１４０では、フィン２３の近傍にトリガー部１４１が別個に配置されている点で構成を異にする。上記蓄熱装置１００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１４０は、図１１に示すように、潜熱蓄熱材１０の結晶化を誘発するトリガー部１４１を備える。このトリガー部１４１は、蓄熱容器１１の内周面１１Ａから突出した凸部３１と、蓄熱容器１１内に設けられる軸部材１４２とを備え、これら軸部材１４２と凸部３１との接触により凸部３１の一部を変形させて潜熱蓄熱材１０の過冷却状態を解除する。

軸部材１４２は、長尺に形成された金属製の棒状部材であり、蓄熱容器１１におけるフィン２１，２３と干渉しない位置に配置されている。軸部材１４２は、軸部材１４２の下端（一部）に、凸部３１側に突出して当該凸部３１と接触する接触部１４５が設けられている。この接触部１４５は、軸部材１４２を屈曲させて一体に形成しても良いし、軸部材１４２に取り付けても良い。また、接触部１４５は、凸部３１と接触する位置であれば、軸部材１４２のどの部分に設けても良いことは勿論である。
本実施形態では、軸部材１４２は、蓄熱容器１１の上面から内部に差し込まれ、蓄熱容器１１の上面に設けられた軸受部１４３によって軸方向に摺動自在に支持されている。軸部材１４２の上端には、この軸部材１４２を軸方向に移動させる軸移動機構（動作機構）１４４を備える。この軸移動機構１４４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。

また、凸部３１は、フィン２３と略同じ高さ位置に設けられ、軸部材１４２との接触によって軸部材１４２の軸方向に弾性変形する。また、凸部３１は、その上面および下面（弾性変形する面）にそれぞれ上記した溝部（不図示）が形成されている。
このように、トリガー部１４１は、凸部３１と軸部材１４２とを備え、フィン２３の近傍に配置されている。ここで、「近傍」とは、凸部３１の変形に伴う潜熱蓄熱材１０の発核（結晶化の開始）後、所定時間内（例えば１秒以内）に潜熱蓄熱材１０の温度上昇が検出される距離内、もしくは、潜熱蓄熱材１０の発核後、所定時間内（例えば１秒以内）に潜熱蓄熱材１０の結晶化が認められる距離内であり、概ね５ｍｍ以内が想定される。
本実施形態によれば、凸部３１の一部の変形によって過冷却状態が解除された場合、潜熱蓄熱材１０からの放熱を、フィン２３および利用側ヒートパイプ１７を通じて迅速に外部に取り出せ、当該熱の有効な利用を図ることができる。
なお、本実施形態では、フィン２３に対して、凸部３１と軸部材１４２の接触部１４５を一対設けた構成としたが、これに限るものではなく、複数のフィン２３に対して、それぞれ凸部３１と軸部材１４２の接触部１４５との対を設けても良い。

＜第６実施形態＞
図１２は、第６実施形態にかかる蓄熱装置１５０の概略構成を示す部分断面図である。この第６実施形態では、蓄熱装置１５０に設けられたトリガー部１５１が、軸部材１４２がフィン２３と直接接触して、当該フィン２３の突出片２５（一部）を変形させる点で構成を異にする。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。
トリガー部１５１は、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられたフィン２３と、蓄熱容器１１内に設けられる軸部材１４２とを備え、この軸部材１４２の下端に、フィン２３側に突出して当該フィン２３の突出片２５と接触する接触部１４６が設けられている。
この構成によれば、軸移動機構１４４を介して、軸部材１４２を軸方向に移動させると、軸部材１４２に設けられた接触部１４６とフィン２３の突出片２５とが接触し、当該突出片２５が変形し、潜熱蓄熱材１０の過冷却状態を解除できる。そして潜熱蓄熱材１０からの放熱を、フィン２３および利用側ヒートパイプ１７を通じて迅速に外部に取り出せ、当該熱の有効な利用を図ることができる。

＜第７実施形態＞
図１３は、第７実施形態にかかる蓄熱装置１６０の概略構成を示す部分断面図である。この第７実施形態では、蓄熱装置１６０に設けられたトリガー部１６１は、上記したトリガー部１４１、１５１の機能を併せ持った構成となっている。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。
トリガー部１６１は、蓄熱容器１１の内周面１１Ａから突出した凸部３１と、利用側ヒートパイプ１７に取り付けられたフィン２３と、蓄熱容器１１内に設けられる軸部材１４２とを備え、この軸部材１４２の下端に、凸部３１側およびフィン２３側にそれぞれ突出して当該凸部３１およびフィン２３の突出片２５と接触する接触部１４７が設けられている。
この構成によれば、軸移動機構１４４を介して、軸部材１４２を軸方向に移動させると、軸部材１４２に設けられた接触部１４７と、凸部３１およびフィン２３の突出片２５とが接触し、凸部３１および突出片２５がそれぞれ変形し、潜熱蓄熱材１０の過冷却状態を解除できる。そして潜熱蓄熱材１０からの放熱を、フィン２３および利用側ヒートパイプ１７を通じて迅速に外部に取り出せ、当該熱の有効な利用を図ることができる。さらに、軸部材１４２の軸方向への移動に伴い、凸部３１および突出片２５が同時に変形し複数の場所で潜熱蓄熱材１０の過冷却解除を試みるので、この変形によって結晶化が始まらないという不具合の発生を格段に抑制できる。

１０ 潜熱蓄熱材
１１ 蓄熱容器
１１Ａ 内周面（内壁）
１３、５３、７３、９３、１４１、１５１、１６１ トリガー部（過冷却解除手段）
１７ 利用側ヒートパイプ（熱輸送部材）
１７Ａ 外周面
２３、９１ フィン（熱伝導体）
２５ 突出片
２６ 溝部
２６Ｂ 開口部
３１、６１、８１ 凸部
３４ 移動機構（動作機構）
５１ 回転機構（動作機構）
６３ 棒状部材（熱伝導体）
８３ ワイヤー（線材、熱伝導体）
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０ 蓄熱装置
１４４ 軸移動機構（動作機構）

Claims (12)

1. 過冷却状態で蓄熱可能な潜熱蓄熱材を収容する蓄熱容器と、前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除する過冷却解除手段と、熱輸送部材とを備え、
   前記熱輸送部材には熱伝導体が接続され、
   前記過冷却解除手段は、前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体の近傍、または、前記熱輸送部材もしくは前記熱伝導体に配置されていることを特徴とする蓄熱装置。
2. 前記過冷却解除手段は、前記熱伝導体の変形により前記過冷却状態を解除することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 前記熱伝導体には、表面に開口した開口部が前記変形により拡大可能な溝部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱装置。
4. 前記溝部は、断面形状が厚み方向に非貫通の略くさび形に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の蓄熱装置。
5. 前記過冷却解除手段は、前記熱伝導体の一部と、前記蓄熱容器内に設けた固定部材の一部を接触させて少なくとも一方を変形させる動作機構を備え、前記動作機構による前記熱伝導体および前記固定部材の少なくとも一方の変形により過冷却状態を解除す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。
6. 前記固定部材および前記熱伝導体の少なくとも一方には、表面に開口した開口部が前記変形により拡大可能な溝部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の蓄熱装置。
7. 前記溝部は、断面形状が厚み方向に非貫通の略くさび形に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の蓄熱装置。
8. 前記熱輸送部材は長尺に形成されて前記蓄熱容器内に配置され、前記動作機構は、前記熱輸送部材を前記蓄熱容器内で軸方向に移動させる機構からなることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の蓄熱装置。
9. 前記熱輸送部材は長尺に形成されて前記蓄熱容器内に配置され、前記動作機構は、前記熱輸送部材を前記蓄熱容器内で軸として回転させる機構からなることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の蓄熱装置。
10. 前記過冷却解除手段は、前記蓄熱容器の内部の軸方向および／または周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の蓄熱装置。
11. 前記熱伝導体は、周縁に弾性変形する変形部を有する金属板であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の蓄熱装置。
12. 前記熱伝導体は、前記熱輸送部材の外周面から前記蓄熱容器の内壁に向かって設けられ、弾性変形する金属製の線材であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の蓄熱装置。

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