JP2014134329A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱材と熱媒体との間の伝熱特性が良好な蓄熱装置を提供する。
【解決手段】蓄熱装置１は、開口１２Ａを有する内側容器１２と、内側容器１２に収容され、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱する蓄熱材１１と、内側容器１２の周囲に液状の熱媒体の流路２１が形成され、流路２１と内側容器１２の内部が開口１２Ａを介して連通するように、内側容器１２が内部に配置されている外側容器２と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱装置に関する。

蓄熱材は、熱容量が大きい物質を含む材料で構成されている。その物質に熱を蓄えておくことによって、蓄えられた熱をその蓄熱材から随時取り出すことができる。従来、蓄熱材としては水が一般的に用いられていた。しかし、蓄熱材として水を用いた場合、蓄熱の形態は、水の温度変化による顕熱であることが多い。このため、より高い蓄熱量を実現するために、蓄熱の形態として蓄熱材の相変化に伴う潜熱を利用可能な蓄熱材が注目されている。

潜熱を利用可能な蓄熱材としては、水和物、水（氷）、パラフィン等が知られている。これらの蓄熱材は相変化に伴い流動化するので、流動化した蓄熱材が熱媒体によって流されて蓄熱材が外部に漏れないように、蓄熱材は容器に閉じ込められた状態で使用されることが多い。

図１０に示すように、特許文献１には、水和物を主成分とする潜熱蓄熱材１０２を容器１０１に閉じ込めた蓄熱体が蓄熱槽１０３に内包された蓄熱装置１００が開示されている。蓄熱槽１０３には熱源に接続された経路１０４を通じて熱媒体が流入する。また、熱利用設備に接続された経路１０５を通じて熱媒体が蓄熱槽１０３から流出することによって蓄熱体の潜熱が外部に供給される。容器１０１は、潜熱蓄熱材１０２を閉じ込めるために密閉構造を有している。

図１１に示すように、特許文献２には、蓄熱ユニット３１０が蓄熱槽３１３の内部に配置された蓄熱装置３００が開示されている。蓄熱ユニット３０１は、一端が開口し（開放端３０４）、他端が閉塞された容器３０１を有する。容器３０１に固液相変化可能な潜熱蓄熱材３０５が充填されている。流入口３１４から熱媒体が供給されることによって、蓄熱槽３１３の内部に熱媒体が保持されている。ここで、熱媒体の液面が蓄熱ユニット３１０の内部の潜熱蓄熱材３０５の液面より低くなるように、熱媒体が蓄熱槽３１３の内部に保持されている。

また、特許文献３には、水添ジエン系共重合体を用いてパラフィン化合物を固定化することによって、パラフィン化合物の最高結晶転移温度以上の温度であっても、相分離及び液相のブリードが生じない蓄熱材が開示されている。

特許第４２９６２７３号公報 特許第３５７９４３５号公報 国際公開第２０１１／０７８３４０号

特許文献１又は特許文献２に記載の蓄熱装置は、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱特性に関し、さらなる性能向上の余地を有する。そこで、本発明は、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱特性が良好な蓄熱装置を提供することを目的とする。

本開示は、
開口を有する内側容器と、
前記内側容器に収容され、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱する蓄熱材と、
前記内側容器の周囲に液状の熱媒体の流路が形成され、前記流路と前記内側容器の内部が前記開口を介して連通するように前記内側容器が内部に配置されている外側容器と、
を備えた、蓄熱装置を提供する。

上記の蓄熱装置によれば、流路と内側容器の内部が開口を介して連通しているので、内側容器の内部に熱媒体が浸入する。この熱媒体から蓄熱材に熱が直接伝わる。あるいは、内側容器の内部に浸入した熱媒体が内側容器の外の熱媒体から蓄熱材への伝熱経路の熱抵抗を下げる役割を果たす。その結果、熱媒体から蓄熱材への伝熱特性が良好なものとなる。

本開示の第１実施形態に係る蓄熱装置の断面図 図１に示す蓄熱装置における蓄熱ユニットの斜視図 図１に示す蓄熱装置における規制部材の正面図 図１に示す蓄熱装置における整流部材の正面図 蓄熱材が固体状態であるときの図１のＡ−Ａ線に沿った断面図 蓄熱材がゲル状態であるときの図１のＡ−Ａ線に沿った断面図 変形例に係る蓄熱装置の断面図 別の変形例に係る蓄熱装置の断面図 さらに別の変形例に係る蓄熱装置の断面図 さらに別の変形例に係る蓄熱ユニットの斜視図 従来の蓄熱装置の一例を示す断面図 従来の蓄熱装置の別の一例を示す断面図

図１０に示した蓄熱装置１００及び図１１に示した蓄熱装置３００は、潜熱を利用可能な潜熱蓄熱材が容器に充填されることによって、熱媒体に直接接触しないように構成されている。一般に、潜熱蓄熱材が凝固するとき、潜熱蓄熱材の体積収縮が生じる。そのため、潜熱蓄熱材と容器の内面との間に隙間が生じる可能性がある。この隙間は熱媒体から潜熱蓄熱材への伝熱経路の熱抵抗を増加させるので、熱媒体から潜熱蓄熱材への良好な伝熱特性が損なわれる可能性がある。

また、図１０に示した蓄熱装置１００において、潜熱蓄熱材１０２の凝固及び融解のサイクルに伴い、潜熱蓄熱材１０２の体積変化が繰り返されることによって、容器１０１が繰り返し荷重を受ける可能性がある。この繰り返し荷重によって容器１０１にクラックが発生する等、容器１０１の信頼性が損なわれる可能性がある。

本開示の第１態様は、
開口を有する内側容器と、
前記内側容器に収容され、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱する蓄熱材と、
前記内側容器の周囲に液状の熱媒体の流路が形成され、前記流路と前記内側容器の内部が前記開口を介して連通するように、前記内側容器が内部に配置されている外側容器と、
を備えた、蓄熱装置を提供する。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記内側容器が複数の開口を有し、前記複数の開口を通じて前記内側容器の内部と前記流路とが連通している、蓄熱装置を提供する。第２態様によれば、一の開口から熱媒体が流入し、別の開口から熱媒体が流出する。このため、内側容器の内部に熱媒体が浸入しやすい。また、内側容器の内部に存在する空気を効率的に内側容器の外部へ追い出すことができる。

本開示の第３態様は、第１態様に加えて、前記複数の開口のうちの少なくとも１つの開口の開口面と重なるように設けられ、前記内側容器からの前記蓄熱材の脱落を阻止する規制部材をさらに備える、蓄熱装置を提供する。第２態様によれば、内側容器の内部に浸入した熱媒体の流れによって蓄熱材が内側容器から脱落することを阻止できる。

本開示の第４態様は、第１態様に加えて、前記内側容器は、前記熱媒体の流れ方向における一端部と他端部とのそれぞれに開口を有し、前記開口を通じて前記内側容器の内部と前記流路とが連通している、蓄熱装置を提供する。第４態様によれば、熱媒体が一端部の開口から内側容器の内部に流入して他端部の開口から内側容器の外部へ流出する。このため、内側容器の内部に熱媒体が浸入しやすい。また、内側容器の内部に存在する空気を効率的に内側容器の外部へ追い出すことができる。

本開示の第５態様は、第４態様に加えて、前記一端部又は前記他端部に隣接する位置に設けられ、前記内側容器からの前記蓄熱材の脱落を阻止する規制部材をさらに備える、蓄熱装置を提供する。第５態様によれば、内側容器の内部に浸入した熱媒体の流れによって蓄熱材が内側容器から脱落することを阻止できる。

本開示の第６態様は、第５態様に加えて、前記規制部材は、前記一端部に隣接する位置及び前記他端部に隣接する位置のそれぞれに設けられている、蓄熱装置を提供する。第６態様によれば、内側容器の一端部と他端部との間で熱媒体が流れる方向が反対方向に変化する場合においても、蓄熱材が内側容器から脱落することを阻止できる。

本開示の第７態様は、第５態様又は第６態様に加えて、前記規制部材は、前記一端部及び／又は前記他端部の開口の開口面積よりも小さい面積を持った平面部を含む、蓄熱装置を提供する。第７態様によれば、蓄熱材が平面部で受け止められるので、蓄熱材が規制部材と接触することによって、蓄熱部材が変形することを抑制できる。

本開示の第８態様は、第７態様に加えて、前記規制部材は、結節位置が前記一端部及び／又は前記他端部の開口の中心に対応する位置に配置されている網をさらに含み、前記網の前記結節位置に前記平面部が設けられている、蓄熱装置を提供する。第８態様によれば、平面部を網によって支持することができる。

本開示の第９態様は、第１〜第８態様のいずれか１つの態様に加えて、前記外側容器の内部に複数の前記内側容器が配置されており、隣り合う前記内側容器の間に前記流路が形成されている、蓄熱装置を提供する。第９態様によれば、蓄熱材が収容された複数の内側容器が配置されているので、より多くの熱を蓄熱材に蓄えることができる。

本開示の第１０態様は、第９態様に加えて、前記内側容器が長尺かつ棒状の容器であり、前記内側容器の長手方向が互いに平行となるように複数の前記内側容器が束ねられることによって前記流路が複数の位置に形成されている、蓄熱装置を提供する。第１０態様によれば、内側容器の内部に浸入する熱媒体が内側容器をストレートに流れやすいので、内側容器の内部に熱媒体が浸入しやすい。また、内側容器同士の間の熱媒体の流路において、熱媒体が流れやすい。

本開示の第１１態様は、第１〜１０態様のいずれか１つの態様に加えて、前記蓄熱材は、パラフィン化合物を含み、かつ、前記パラフィン化合物の融点以上の温度でゲル状態を示すように前記パラフィン化合物が水添ジエン系重合体によって固定化されている材料で構成されている、蓄熱装置を提供する。第１１態様によれば、蓄熱材に含まれるパラフィン化合物の種類を選択することによって、蓄熱材が固体状態からゲル状態に変化する温度が使用環境に相応しい温度である蓄熱装置を提供することができる。

本開示の第１２態様は、第１〜１１態様のいずれか１つの態様に加えて、前記熱媒体がエチレングリコール水溶液である、蓄熱装置を提供する。第１２態様によれば、熱媒体が凍結することを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。

図１に示すように、蓄熱装置１は、内側容器１２、蓄熱材１１、外側容器２、一対のガイド部材３、規制部材４及び一対の整流部材５を備えている。図２に示すように、内側容器１２は、開口１２Ａを有する。蓄熱材１１は、内側容器１２に収容されている。蓄熱材１１は、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱する。図５Ａに示すように、内側容器１２の周囲に液状の熱媒体の流路２１が形成され、流路２１と内側容器の１２の内部が開口１２Ａを介して連通するように、内側容器１２が外側容器２の内部に配置されている。本実施形態では、図５Ａに示すように、外側容器２の内部に複数の内側容器１２が配置されている。このため、内側容器１２と外側容器２との間だけでなく、隣り合う内側容器１２の間にも隙間が形成されている。これらの隙間のそれぞれが流路２１として機能する。なお、外側容器２の内部に一つだけの内側容器１２が配置されており、内側容器１２と外側容器２との間に隙間が形成されていることによって、流路２１が形成されていてもよい。

図２に示すように、内側容器１２及び内側容器１２に収容された蓄熱材１１によって蓄熱ユニット１０が構成されている。蓄熱材１１は、蓄熱工程が実行されるときに固体状態からゲル状態に変化して内側容器１２の内部にとどまることができる。蓄熱材１１がゲル状態から固体状態に変化する際に、この状態変化に伴う発熱が生じる。この熱により熱媒体を加熱して、潜熱の形態で蓄熱材１１に蓄えられていた熱を外部に供給することができる。

蓄熱材１１がゲル状態から固体状態へ変化するとき、蓄熱材１１の体積減少が生じる。このため、図５Ａに示すように、蓄熱材１１が固体状態であるときに、蓄熱材１１と内側容器１２の内面との間には隙間が生じている。ここで、熱源（図示省略）から蓄熱装置１２の内部に熱媒体が流入している蓄熱工程において、熱媒体が内側容器１２の内部に浸入して蓄熱材１１と接触できるように、内側容器１２の内部と流路２１とが連通している。具体的には、図２に示すように、内側容器１２が複数の開口１２Ａを有しており、複数の開口１２Ａを通じて内側容器１２の内部と流路２１とが連通している。なお、蓄熱工程が実行されるときに内側容器１２の内部に熱媒体が浸入して蓄熱材１１と接触できるのであれば、内側容器１２は開口１２Ａを一つのみ有していてもよい。

蓄熱材１１を構成する材料は、蓄熱工程が実行されるときに固体状態からゲル状態に変化する限り特に限定されない。蓄熱材１１を構成する材料は、例えば、パラフィン化合物を含み、かつ、そのパラフィン化合物の融点以上で蓄熱材１１がゲル状態を示すようにパラフィン化合物が水添ジエン系共重合体によって固定されている材料である。このような蓄熱材としては、例えばＪＳＲ社製のＣＡＬＧＲＩＰ（登録商標）を挙げることができる。この場合、蓄熱材１１に含まれるパラフィン化合物として、熱源の温度等の蓄熱装置１の使用環境に応じて適切な融点を示すパラフィン化合物を選択するがことが望ましい。そのようにすれば、蓄熱装置１の蓄熱量を最適化することができる。

蓄熱材１１は、ノルマルパラフィンからなる潜熱蓄熱剤と、２−エチルヘキサン酸アルミニウム等の脂肪酸金属塩からなる固定化剤と、高級脂肪酸（例えば、オレイン酸）等の固定化促進剤とを含有する材料であってもよい。また、蓄熱材１１は、パラフィン類及び１分子中に熱可塑性成分とゴム成分とを有する熱可塑性エラストマーを主成分とする材料であってもよい。本明細書において、「主成分」とは質量比で最も多く含まれる成分を意味する。熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、エステル系エラストマー等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。さらに、蓄熱材１１は、１１５°Ｆパラフィンワックス１００重量部あたりエイコサンを２０〜１５０重量部含有している蓄熱成分と、オレフィン系ポリマー、熱可塑性エラストマー又は炭化水素系ゴム等の炭化水素系有機高分子との固体状混合物からなる材料であってもよい。蓄熱材１１は、各種パラフィン、ロウ、ワックス、ステアリン酸等の脂肪酸、ポリエチレングリコール等のアルコールから選ばれる少なくとも１つを含むパラフィン類に、熱可塑性エラストマーを配合した組成物を使用してもよい。この組成物に使用される熱可塑性エラストマーは、パラフィン類の最高結晶転移温度Ｔｍａｘ以下でゴム弾性を有する。

図２に示すように、内側容器１２は、長尺かつ棒状の円筒状容器である。内側容器１２を構成する材料は特に限定されないが、成形のしやすさ等を考慮して、例えばポリプロピレン等の樹脂を採用することができる。熱媒体は、蓄熱工程が実行されるときに、内側容器１２の長手方向に沿って流れる。内側容器１２は、この熱媒体の流れ方向における一端部と他端部とのそれぞれに開口１２Ａを有している。そして、蓄熱工程が実行されるときに、この開口１２Ａを通じて内側容器１２の内部と流路２１とが連通している。また、図１に示すように、内側容器１２の長手方向が互いに平行となるように複数の内側容器１２が束ねられることによって、流路２１が複数の位置で形成されている。

図５Ａに示すように、外側容器２は、円筒の形状を有する。詳細には、内側容器１０の長手方向に垂直な外側容器２の断面において、外側容器２の外周面は円形の輪郭を示す。その断面において、外側容器２の内周面は、正六角形の輪郭を示す。外側容器２の内部には、蓄熱ユニット１０が最密に充填されている。これにより、外側容器２の内部において蓄熱材１１がより多くの容積を占めるように、蓄熱ユニット１０が外側容器２の内部に配置されている。外側容器２を構成する材料は、ナイロン、ポリプロピレン、及びポリフェニレンサルファイド等の断熱性に優れた材料である。また、外側容器２の外面又は内面には、ガラスウール又はウレタンフォーム等の断熱材が設けられていてもよい。さらに、外側容器２は、外壁と内壁との二重壁構造を有し、外壁と内壁との間を真空状態にした断熱構造を有していてもよい。

図１に示すように、一対のガイド部材３は、外側容器２の両端部に配置されており、それぞれ外側容器２の一端部又は他端部に接合されている。ガイド部材３の一端部には、熱媒体の流入口又は流出口として機能する開口３１が設けられている。本実施形態では、図１の左側のガイド部材３の開口３１が熱媒体の流入口として機能し、図１の右側のガイド部材３の開口３１が熱媒体の流出口として機能する。ガイド部材３は、ガイド部材３の内部に熱媒体の流路を形成している。ガイド部材３は、具体的には、開口３１からストレートに延びるストレート流路及びこのストレート流路に続き流路断面積が拡大する拡大流路を形成するように漏斗状に形成されている。一対のガイド部材３は、それぞれの開口３１が反対側を向くように蓄熱装置１の両端に配置されている。

図１に示すように、少なくとも一方のガイド部材３の他端には、規制部材４が配置されている。規制部材４は、内側容器１２の一端部又は他端部と隣接する位置に設けられており、内側容器１２からの蓄熱材１１の脱落を阻止する。規制部材４は、内側容器１２の一端部又は他端部と対向するように設けられている。本実施形態では、左側のガイド部材３の開口３１が熱媒体の流入口として機能する。このため、蓄熱装置１の内部へ流入した熱媒体によって、蓄熱材１１が図１の右側に押される。しかしながら、蓄熱材１１の移動は規制部材４によって規制されるので、内側容器１２からの蓄熱材１１の脱落が阻止される。

図３に示すように、規制部材４は、内側容器１２の一端部及び／又は内側容器１２の他端部の開口１２Ａの開口面積よりも小さい面積を持った平面部４３を有している。内側容器１２から押し出されようとしている蓄熱材１１の一端部を平面部４３で受けることができるので、蓄熱材１１の一端部に応力集中が発生しにくく、蓄熱材１１が変形（塑性変形）することを抑制できる。開口１２Ａの開口面積Ｓ１に対する平面部４３の面積Ｓ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）は、例えば、０．６〜０．９の範囲にある。

また、本実施形態では、規制部材４は、図３に示すように、結節位置が内側容器１２の一端部及び／又は他端部の開口１２Ａの中心に対応する位置に配置されている網４１を含んでいる。そして、網４１の結節位置に平面部４３が設けられている。蓄熱ユニット１０の端部と網４１との間に平面部４３が位置している。平面部４３が網４１によって強固に保持されるので、蓄熱材１１が内側容器１２から脱落することを確実に阻止できる。

図１に示すように、ガイド部材３の内部には、ガイド部材３の内部を仕切る整流部材５が配置されている。図４に示すように、整流部材５には複数の貫通孔５１が形成されている。本実施形態では、貫通孔５１は、一の貫通孔５１の中心軸が内側容器１２の一端部又は他端部の一の開口１２Ａの開口面と交わるように設けられている。すなわち、貫通孔５１の数は内側容器１２の一端部又は他端部の開口１２Ａの数と等しい。また、貫通孔５１は、隣り合う開口１２Ａの中心のピッチと隣り合う貫通孔５１のピッチとが等しくなるように設けられている。これにより、整流部材５によって流路２１のそれぞれを流れる熱媒体の流量を均一化できる。

貫通孔５１は、一の貫通孔５１の中心軸が一の流路２１の断面と交わるように形成されていてもよい。すなわち、貫通孔５１の数が流路２１の数と等しくてもよい。また、貫通孔５１は、内側容器１２の一端部又は他端部の複数の開口１２Ａの開口面のそれぞれに対して１以上の等しい数の貫通孔５１の中心軸が交わるように設けられていてもよい。また、貫通孔５１は、複数の流路２１のそれぞれの断面に対して１以上の等しい数の貫通孔５１の中心軸が交わるように設けられていてもよい。このような貫通孔５１の配置によっても、流路２１のそれぞれを流れる熱媒体の流量を均一化できる。

整流部材５の貫通孔５１の断面積の総和は、例えば、ガイド部材３の内部に形成されている流路の断面積の最大値の１／４以上、１／２以下である。これにより、流路２１のそれぞれにおいて熱媒体を適切な範囲の流速で流すことができる。なお、規制部材４が整流部材５として機能しうる場合は、整流部材５は省略可能である。

蓄熱装置１の動作について説明する。まず、蓄熱工程における蓄熱装置１の動作を説明する。蓄熱工程の開始前において、蓄熱材１１は、図５Ａに示すような、固体状態である。蓄熱工程において、蓄熱材１１が固体状態からゲル状態に変化する温度Ｔｍよりも高い温度の熱媒体が、熱源（図示省略）から図１の左側のガイド部材３の開口３１を通じて、図１の左側のガイド部材３の内部に流入する。ガイド部材３の内部に流入した熱媒体は、図１の左側の整流部材５の貫通孔５１、流路２１及び図１の右側の整流部材５の貫通孔５１を順次流れる。この際に、蓄熱ユニット１０の上流側から順次、蓄熱材１１と熱媒体との間の熱交換が行われ、蓄熱材１１が加熱される。

蓄熱材１１が固体状態である場合、図５Ａに示すように、内側容器１２の内面と蓄熱材１１との間には隙間が生じている。このため、熱媒体が開口１２Ａを通じてこの隙間に浸入することができるので、内側容器１２の内部に浸入した熱媒体から蓄熱材１１に熱が直接伝わる。あるいは、内側容器１２の内部に浸入した熱媒体が内側容器１２の外の熱媒体から蓄熱材１１への伝熱経路の熱抵抗を下げる役割を果たす。その結果、熱媒体から蓄熱材１１への伝熱特性が良好なものとなる。本実施形態の内側容器１２は、熱媒体の流れ方向における一端部と他端部とのそれぞれに開口１２Ａを有している。このため、内側容器１２の内部に存在する空気を熱媒体の流れ方向の下流側に位置する開口１２Ａを通じて効率的に内側容器１２の外部へ追い出すことができる。熱媒体は、さらに、図１の右側のガイド部材３の開口３１を通じて、蓄熱装置１の外部へ流出する。

蓄熱材１１と熱媒体との熱交換によって、固体状態の蓄熱材１１の温度が上昇する。これにより、熱媒体が有する熱は、固体状態の蓄熱材１１に顕熱の形態で蓄えられる。さらに、蓄熱材１１と熱媒体との熱交換によって、蓄熱材１１の温度がＴｍまで上がると、蓄熱材１１は固体状態からゲル状態に変化し始める。蓄熱材１１の全体が固体状態からゲル状態に変化するまで、蓄熱材１１の温度はＴｍで一定となる。これにより、熱媒体が有する熱を、蓄熱材１１に潜熱の形態で蓄えることができる。この状態変化に伴って、蓄熱材１１の体積は、例えば１０〜２０％程度増加する。従って、蓄熱材１１は、図５Ｂに示すように、内側容器１２の内部で膨張した状態に変化する。蓄熱材１１の全体がゲル状態に変化すると、蓄熱材１１の温度は再び上昇する。これにより、熱媒体が有する熱は、ゲル状態の蓄熱材１１に顕熱の形態で蓄えられる。

次に、放熱工程における蓄熱装置１の動作を説明する。Ｔｍよりも低い温度の熱媒体が、図１の左側のガイド部材３の開口３１からガイド部材３の内部へ流入する。Ｔｍよりも低い温度の熱媒体は、放熱部（図示省略）にて例えば空気等と熱交換されることによって冷却された熱媒体である。ガイド部材３の内部に流入した熱媒体は、図１の左側の整流部材５の貫通孔５１、流路２１及び図１の右側の整流部材５の貫通孔を順次流れる。この際に、蓄熱ユニット１０の上流側から順次、蓄熱材１１と熱媒体との間の熱交換が行われ、蓄熱材１１が冷却される。

蓄熱材１１と熱媒体との熱交換によって、ゲル状態の蓄熱材１１の温度が低下する。このゲル状態の蓄熱材１１の温度低下に伴う顕熱によって熱媒体が温められる。さらに、蓄熱材１１と熱媒体との熱交換によって、蓄熱材１１の温度がＴｍまで下がると、蓄熱材１１はゲル状態から固体状態に変化し始める。蓄熱材１１の全体がゲル状態から固体状態に変化するまで、蓄熱材１１の温度はＴｍで一定となる。この状態変化に伴う潜熱によって熱媒体が温められる。蓄熱材１１の全体がゲル状態に変化すると、蓄熱材１１の温度は再び低下する。この固体状態の蓄熱材１１の温度低下に伴う顕熱によっても熱媒体が温められる。この温められた熱媒体は、図１の右側のガイド部材３の開口３１を通じて、蓄熱装置１の外部に流出し、放熱部（図示省略）に供給される。熱媒体は、放熱部で例えば空気等と熱交換を行う。このようにして、蓄熱部材１１に潜熱及び顕熱の形態で蓄えられた熱が蓄熱装置１の外部へ供給される。

蓄熱材１１がゲル状態から固体状態へ変化すると、蓄熱材１１の体積は、１０〜２０％程度減少する。従って、図５Ａに示すように、内側容器１２の内面と蓄熱材１１との間には隙間が発生する。

熱媒体は、流動性を有する限り特に限定されない。熱媒体は、例えばエチレングリコール水溶液である。熱媒体がエチレングリコール水溶液であると、氷点下おいて熱媒体が凍結しにくい。上述の通り、熱媒体は蓄熱材１１と直接接触するので、蓄熱材１１は熱媒体に対して不溶又は難溶であることが望ましい。蓄熱材１１がエチレングリコール水溶液に対して難溶であるか否かについては、例えば以下の溶解性評価によって判断することができる。

（蓄熱材の溶解性評価）
５．０ｇの蓄熱材１１をＴｍ以上に昇温されたエチレングリコール７０ｍＬに加え、エチレングリコールを３時間還流させて抽出操作を行う。その後、エチレングリコールに溶解した蓄熱材１１を溶媒抽出によってトルエンに抽出させ、トルエンを蒸発させて蓄熱材１１の抽出量を定量化するとともに、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）を用いて抽出物の組成分析を行う。組成分析の結果求めた溶出率が０．０２ｇ／ｍ²・ｈ以下である場合、蓄熱材１１は、エチレングリコール水溶液に難溶であると判断される。ここで、溶出率とは、蓄熱材の単位表面積から１時間当たりに溶出したパラフィン量と定義できる。

蓄熱材１１の一例として、パラフィン化合物を含み、かつ、前記パラフィン化合物の融点以上でゲル状態を示すように前記パラフィン化合物が前記水添ジエン系共重合体によって固定化されている材料について、前記水添ジエン系共重合体の添加量を変えて、上記の溶解性評価を実施した。基準添加量の前記水添ジエン系共重合体を添加した場合、溶出率は０．３ｇ／ｍ²・ｈであった。一方、基準添加量の２倍の前記水添ジエン系共重合体を添加した場合、溶出率は０．０２ｇ／ｍ²・ｈであった。従って、後者の場合に該当する材料は、エチレングリコール水溶液に難溶である。

＜変形例＞
以下に、本実施形態の変形例について説明する。なお、特に説明する場合を除き、変形例に係る蓄熱装置は、本実施形態の蓄熱装置１と同様に構成される。本実施形態と同一又は対応する変形例の構成要素には、本実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略することがある。

図６に示すように、規制部材４は、内側容器２の一端部に隣接する位置及び他端部に隣接する位置のそれぞれ設けられていてもよい。規制部材４は、内側容器２の一端部及び他端部と対向するように一対設けられている。この構成によれば、蓄熱工程の熱媒体の流入方向と放熱工程の熱媒体の流入方向とが異なる場合、例えば、蓄熱工程では左側のガイド部材３の内部に熱媒体が流入し、放熱工程では右側のガイド部材３の内部に熱媒体が流入する場合でも、蓄熱材１１が内側容器２から脱落することを阻止できる。

蓄熱材１１は、図７に示すように、固体状態において中空丸棒の形状に形成されていてもよい。この構成によっても、蓄熱工程が実行されているときに熱媒体が内側容器１２の内部である蓄熱材１１の中空部分に浸入して蓄熱材１１と接触できる。これにより、蓄熱材１１の中空部分に浸入した熱媒体から蓄熱材１１に熱が直接伝わる。その結果、熱媒体から蓄熱材への伝熱特性が良好なものとなる。

蓄熱ユニット１０（蓄熱材１１）の形状は、丸棒状に限定されない。例えば、図８又は図９に示すように、蓄熱ユニット１０（蓄熱材１１）の形状は、シート状であってもよい。この場合、外側容器２は、図８に示すように、断面が方形状である方形管であってもよい。さらに、内側容器１２の周囲に熱媒体の流路２１が形成されるように、内側容器１２同士の間又は内側容器１２と外側容器２の内面との間に隙間を形成するスペーサー７が外側容器２の内部に設けられていることが望ましい。スペーサー７の形状は、流路２１が形成されうる限り、特に限定されない。スペーサー７は、例えば、図８に示すようなコルゲート構造を有していてもよい。

図９に示すように、シート状の蓄熱ユニット１０は、シート状の蓄熱材１１及び少なくとも１つの開口１２Ａを有する封筒状の内側容器１２を備えている。蓄熱材１１は、封筒状の内側容器１２に収容されている。内側容器１２から効率的に空気を追い出すために、内側容器１２は、複数の開口１２Ａを有していることが望ましい。この場合に、図９に示すように、封筒状の内側容器１２の一辺に開口１２Ａと接続部１２Ｂとが交互に並ぶように、複数の開口１２Ａが設けられているとよい。接続部１２Ｂは、内側容器１２の対向する一対の面（表面と裏面）を接続している部分である。この構成によれば、上述の規制部材４を省略しても、内側容器１２から蓄熱材１１が脱落することを阻止できる。なお、内側容器１２は、熱媒体の流れ方向における一端部と他端部とのそれぞれに開口１２Ａを有していることが望ましい。

蓄熱ユニット１０は、その断面の輪郭が三角形状、四角形状等の任意の形状であるように形成されていてもよい。蓄熱ユニット１０は、その断面の輪郭が少なくとも一部に曲線を含む形状であるように形成されていてもよい。この構成によれば、スペーサーを設けることなく、蓄熱ユニット１０の周囲に熱媒体の流路２１を形成することができる。

規制部材４は、内側容器１２の複数の開口の１２Ａうち少なくとも１つの開口の開口面と重なるように設けられ、内側容器１２からの蓄熱材１１の脱落を阻止するように構成されていれば、上記の形態に限られない。規制部材４は、例えば、図２の内側容器１２の少なくとも１つの開口１２Ａの開口面と重なるように設けられた網であってもよい。また、規制部材４は、開口１２Ａの開口面積よりも小さい平板と、その平板の外周からスポーク状に延びて開口１２Ａの開口端と接合されている接続部とによって構成されていてもよい。

本開示に係る蓄熱装置は、蓄熱材と熱媒体との間の伝熱特性が良好であり、家庭用、業務用、車載用等の蓄熱装置として利用できる。

１ 蓄熱装置
２ 外側容器
４ 規制部材
１０ 蓄熱ユニット
１１ 蓄熱材（潜熱蓄熱材）
１２ 内側容器
１２Ａ 開口
２１ 流路
４１ 網
４３ 平面部

Claims (12)

1. 開口を有する内側容器と、
   前記内側容器に収容され、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱する蓄熱材と、
   前記内側容器の周囲に液状の熱媒体の流路が形成され、前記流路と前記内側容器の内部が前記開口を介して連通するように、前記内側容器が内部に配置されている外側容器と、
   を備えた、蓄熱装置。
2. 前記内側容器が複数の開口を有し、
   前記複数の開口を通じて前記内側容器の内部と前記流路とが連通している、請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 前記複数の開口のうちの少なくとも１つの開口の開口面と重なるように設けられ、前記内側容器からの前記蓄熱材の脱落を阻止する規制部材をさらに備える、請求項２に記載の蓄熱装置。
4. 前記内側容器は、前記熱媒体の流れ方向における一端部と他端部とのそれぞれに開口を有し、
   前記開口を通じて前記内側容器の内部と前記流路とが連通している、請求項１に記載の蓄熱装置。
5. 前記一端部又は前記他端部に隣接する位置に設けられ、前記内側容器からの前記蓄熱材の脱落を阻止する規制部材をさらに備える、請求項４に記載の蓄熱装置。
6. 前記規制部材は、前記一端部に隣接する位置及び前記他端部に隣接する位置のそれぞれに設けられている、請求項５に記載の蓄熱装置。
7. 前記規制部材は、前記一端部及び／又は前記他端部の開口の開口面積よりも小さい面積を持った平面部を含む、請求項５又は６に記載の蓄熱装置。
8. 前記規制部材は、前記規制部材は、結節位置が前記一端部及び／又は前記他端部の開口の中心に対応する位置に配置されている網をさらに含み、
   前記網の前記結節位置に前記平面部が設けられている、請求項７に記載の蓄熱装置。
9. 前記外側容器の内部に複数の前記内側容器が配置されており、
   隣り合う前記内側容器の間に前記流路が形成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
10. 前記内側容器が長尺かつ棒状の容器であり、
    前記内側容器の長手方向が互いに平行となるように複数の前記内側容器が束ねられることによって前記流路が複数の位置に形成されている、請求項９に記載の蓄熱装置。
11. 前記蓄熱材は、パラフィン化合物を含み、かつ、前記パラフィン化合物の融点以上でゲル状態を示すように前記パラフィン化合物が水添ジエン系共重体によって固定化されている材料で構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
12. 前記熱媒体がエチレングリコール水溶液である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の蓄熱装置。

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