JP2023172735A - 潜熱蓄熱体及び潜熱蓄熱体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安定性を向上することができる潜熱蓄熱体及び潜熱蓄熱体の製造方法を提供する。【解決手段】潜熱蓄熱体は、閉空間が形成された多結晶体からなるセラミック部と、前記閉空間内に設けられ、アルミニウムを含有する金属部と、を有する。【選択図】図１
Description
本開示は、潜熱蓄熱体及び潜熱蓄熱体の製造方法に関する。
従来、相変化物質（phase change material：ＰＣＭ）としてアルミニウムが用いられ、ＰＣＭがカーボン及び炭化珪素の積層体、又はアルミナ及び銅の保護層で包囲された潜熱蓄熱体が提案されている。
Qinglin Liら, "Preparation of a new capsule phase change material for high temperature thermal energy storage", Journal of Alloys and Compounds, Volume 868, 2021, 159179.
J.W. McMurrayら, "Ceramic encapsulated metal phase change material for high temperature thermal energy storage", Applied Thermal Engineering, Volume 170, 2020, 115003
潜熱蓄熱体は高温で使用される。従来のＰＣＭがカーボン及び炭化珪素の積層体、又はアルミナ及び銅の保護層で包囲された潜熱蓄熱体においては、使用中に保護層が変質する。例えば、空気等の酸化性ガスが熱媒体として使用された場合、保護層が酸化する。特に、無機塩類等の不純物が使用環境下に存在する場合、酸化が進行しやすい。保護層の変質は潜熱蓄熱体の寿命を短縮するおそれがある。
本開示は、安定性を向上することができる潜熱蓄熱体及び潜熱蓄熱体の製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一形態によれば、閉空間が形成された多結晶体からなるセラミック部と、前記閉空間内に設けられ、アルミニウムを含有する金属部と、を有する潜熱蓄熱体が提供される。
開示の技術によれば、安定性を向上することができる。
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。第１実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１は、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は断面図である。
第１実施形態について説明する。第１実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１は、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は断面図である。
第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、多結晶体からなるセラミック部１１０と、金属部１２０とを有する。
セラミック部１１０には、閉空間１１１が形成されている。セラミック部１１０及び閉空間１１１の形状は直方体状である。セラミック部１１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部１１０には、閉空間１１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部１１０は、例えば、９６質量％以上の割合で酸化アルミニウムを含有する。つまり、セラミック部１１０は、純度が９６質量％以上の酸化アルミニウムから構成されていてもよい。
金属部１２０は閉空間１１１内に設けられている。言い換えれば、金属部１２０はセラミック部１１０に封止されている。金属部１２０が、連続体であるセラミック部１１０により気密に覆われているということもできる。金属部１２０はアルミニウムを含有する。例えば、金属部１２０の主成分はアルミニウムである。金属部１２０は、例えば９９質量％以上の割合でアルミニウムを含有する。つまり、金属部１２０は、純度が９９質量％以上のアルミニウムから構成されていてもよい。
閉空間１１１の容積は、金属部１２０の体積よりも大きいことが好ましい。これは、後述のように、潜熱蓄熱体１の使用時に金属部１２０が固体から液体へと相変化し、この相変化の際に金属部１２０が膨張するからである。また、金属部１２０の主成分がアルミニウムである場合、金属部１２０は相変化の際に約１４体積％膨張する。従って、２５℃において、閉空間１１１の容積は金属部１２０の体積の１１４％以上であることがより好ましい。なお、閉空間１１１の容積が金属部１２０の体積に対して過剰に大きい場合、セラミック部１１０が無駄に大きくなるだけでなく、セラミック部１１０と金属部１２０との間での熱抵抗が大きくなる。従って、２５℃において、閉空間１１１の容積は金属部１２０の体積の１２０％以下であることがより好ましい。金属部１２０の主成分がアルミニウムである場合、金属部１２０は、その温度が２５℃から融点に到達するまでの間に約２３ｐｐｍ／℃の割合で熱膨張するが、この程度の熱膨張であれば、セラミック部１１０は熱応力に耐えることができる。
閉空間１１１の容積が金属部１２０の体積よりも大きい場合、金属部１２０の表面と閉空間１１１の内面との間に隙間が存在する。金属部１２０の表面と閉空間１１１の内面との間の隙間は１箇所のみに存在していてもよく、複数箇所に存在していてもよい。
アルミニウムの融点は６６０℃である。金属部１２０の主成分がアルミニウムである場合、６６０℃程度で固体と液体との間の相変化が生じる。この程度の温度であれば、多結晶体からなるセラミック部１１０は化学的に安定である。従って、金属部１２０が固体であっても液体であっても、セラミック部１１０は金属部１２０を閉空間１１１内に金属部１２０を閉じ込めておくことができる。また、高温で使用されても、セラミック部１１０に酸化等の化学変化が生じにくい。
潜熱蓄熱体１によれば、金属部１２０が相変化物質（ＰＣＭ）として機能するため、高い熱伝導率を得ることができる。また、高温で使用されても、セラミック部１１０に酸化等の変質が生じにくい。従って、安定性を向上することができる。このため、熱媒体として、空気等の酸化性を備えるものも用いることができ、熱媒体の選択範囲を広げることができる。
更に、潜熱蓄熱体１の表面のクリーニングを容易に行うことができる。例えば、熱媒体が未燃成分を含む燃焼炉の排ガスである場合等には、煤等の潜熱蓄熱体１に付着しやすい物質が熱媒体に含まれることがある。このような物質の付着は熱伝導性の低下及び流動抵抗の上昇につながるおそれがある。これに対し、潜熱蓄熱体１では、大気中での高温処理等により、付着した物質を容易に除去することができる。付着した物質が非有機性である場合には、酸洗浄等により除去することも可能である。
次に、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１の製造方法について説明する。図２は、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１の製造方法を例示する図である。図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）は断面図である。
まず、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、未焼成のセラミック部１３０と、金属部１４０とを有する複合体１Ａを準備する。金属部１４０はセラミック部１３０に覆われている。後に、セラミック部１３０はセラミック部１１０となり、金属部１４０は金属部１２０となる。
セラミック部１３０は、例えば、セラミック部１１０の材料を含む、グリーンシート積層体、スリップキャスティング体、ゲルキャスト体、又は造粒粉を予備成形した後の冷間等方加圧（cold isostatic pressing：ＣＩＰ）成形体である。セラミック部１３０は、例えば、９６質量％以上の割合で酸化アルミニウムを含有する。セラミック部１３０が、更に焼結助剤等を含んでもよい。焼結助剤としては、ケイ素、マグネシウム及びカルシウム等が挙げられる。セラミック部１３０は、より好ましくは９９質量％以上の割合で酸化アルミニウムを含有する。セラミック部１３０に含まれるセラミック粒の粒径は、好ましくは１μｍ以下であり、より好ましくは０．３μｍ以下である。
金属部１４０は、例えば、アルミニウムを含む、線材、柱材、ペースト、スリップキャスティング体、ゲルキャスト体、又は造粒粉を予備成形した後のＣＩＰ成形体である。金属部１４０は、例えば９９質量％以上の割合でアルミニウムを含有する。
セラミック部１３０には、閉空間１３１が形成されており、金属部２６０は閉空間１３１内に設けられている。閉空間１３１の容積は、金属部１４０の体積よりも大きく、金属部１４０の表面と閉空間１３１の内面との間に隙間が存在する。
次に、セラミック部１３０及び金属部１４０を同時に焼成する。この結果、セラミック部１３０からセラミック部１１０が形成され、金属部１４０から金属部１２０が形成される（図１（ａ）及び図１（ｂ）参照）。この時、多孔質体であったセラミック部１３０が緻密化し、多結晶体からなるセラミック部１１０の相対密度は９５％～９９％程度となる。一方、金属部１４０はほとんど緻密化せず、金属部１２０の相対密度はほぼ１００％となる。従って、セラミック部１３０及び金属部１４０の相対密度は、焼成による相対密度の変化の差を考慮して決定することが好ましい。なお、本開示では、セラミック部の焼成の際に、金属部に相変化以外の成分又は性質等の変化が生じない場合であっても金属部の焼成が行われるとし、これらを同時に焼成するということがある。また、相対密度とは、中実なバルクの状態における密度に対する密度をいう。言い換えると、相対密度とは、空隙や欠陥が全く存在しない状態の密度に対する、比較対象物の密度の割合をいう。
同時焼成の温度は、例えば金属部１４０の融点よりも４００℃以上９００℃以下高い温度とする。同時焼成時の昇温速度は、例えば５℃／分以上１５℃／分以下とする。同時焼成の雰囲気は、例えば、水素等の還元性ガスを含む還元性雰囲気、窒素等の非酸化性ガスを含む非酸化性雰囲気、空気等の酸化性ガスを含む酸化性雰囲気のいずれであってもよい。なお、酸化性雰囲気中で同時焼成を行う場合、金属部１４０を構成する金属材料の表面に存在していた酸化膜がそのまま金属部１２０内に残ることがある。この場合でも、相変化に伴う熱容量を十分に得られるため、金属部１２０内に酸化膜が残っていてもよい。
このようにして、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１を製造することができる。
セラミック部１３０が、９６質量％以上の割合で酸化アルミニウムを含有する場合（以下、「所定の組成を有する場合」ということがある）、セラミック部１３０及び金属部１４０の同時焼成の際のセラミック部１３０の材料と金属部１４０の材料との反応を特に抑制しやすい。
また、セラミック部１３０が所定の組成を有する場合、溶融した金属部１４０のセラミック部１３０への浸透を特に抑制しやすい。例えば、金属部１４０の融点は、セラミック部１３０の緻密化が生じる温度よりも低く、セラミック部１３０の緻密化が生じる前に金属部１４０が溶融する。溶融した金属部１４０が緻密化前のセラミック部１３０に浸透すると、セラミック部１３０の緻密化が阻害されて閉空間１１１が形成されなくなったり、金属部１４０がセラミック部１３０の外部に流れ出したりするおそれがある。セラミック部１３０が所定の組成を有する場合、このような現象を未然に特に抑制しやすい。
また、セラミック部１３０が所定の組成を有する場合、溶融した金属部１４０の一部が蒸発しても、蒸発した成分のセラミック部１３０への浸透を特に抑制しやすい。金属部１４０が溶融すると、閉空間１３１内でその一部が蒸発する。蒸発した成分が緻密化前のセラミック部１３０に浸透すると、セラミック部１３０の緻密化が阻害されて閉空間１１１が形成されなくなったり、蒸発した成分がセラミック部１３０の外部に拡散したりするおそれがある。セラミック部１３０が所定の組成を有する場合、このような現象を未然に特に抑制しやすい。
なお、閉空間１１１の容積を金属部１２０の体積よりも大きくするためには、例えば、金属部１４０がペースト、スリップキャスティング体、ゲルキャスト体又はＣＩＰ成形体である場合、焼成前の金属部１４０の相対密度を低く調整しておくことが好ましい。また、閉空間１１１の容積を金属部１２０の体積よりも大きくするためには、例えば、金属部１４０が線材又は柱材である場合、線材又は柱材の表面に、焼成中に消失する有機成分を設けておくことが好ましい。このような有機成分としては、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリメタクリレート等が好適に用いられる。セラミック部１３０の緻密化が生じる温度は、有機成分が消失する温度及び金属部１４０の融点よりも高いため、セラミック部１３０の緻密化は阻害されない。
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図３は、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は断面図である。
第２実施形態について説明する。第２実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図３は、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は断面図である。
第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、多結晶体からなるセラミック部２１０と、金属部２２０とを有する。
セラミック部２１０には、閉空間２１１が形成されている。セラミック部２１０及び閉空間２１１の形状は円柱状である。セラミック部２１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部２１０には、閉空間２１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部２１０はセラミック部１１０と同様の材料から構成されている。
金属部２２０は閉空間２１１内に設けられている。言い換えれば、金属部２２０はセラミック部２１０に封止されている。金属部２２０が、連続体であるセラミック部２１０により気密に覆われているということもできる。金属部２２０は金属部１２０と同様の材料から構成されている。
閉空間２１１の容積は、金属部２２０の体積よりも大きいことが好ましい。閉空間２１１の容積が金属部２２０の体積よりも大きい場合、図３（ａ）では省略するが、金属部２２０の表面と閉空間２１１の内面との間に隙間が存在する。金属部２２０の表面と閉空間２１１の内面との間の隙間は１箇所のみに存在していてもよく、複数箇所に存在していてもよい。
他の構成は第１実施形態と同様である。また、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２は、形状の点を除いて第１実施形態と同様の方法で製造することができる。
第２実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、セラミック部２１０への外部からの応力が分散されやすいため、より高い耐久性を得ることができる。
なお、潜熱蓄熱体の形状が球体状又は角柱状等であってもよい。
（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図４は、第３実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は断面図である。
第３実施形態について説明する。第３実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図４は、第３実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は断面図である。
第３実施形態に係る潜熱蓄熱体３は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、多結晶体からなるセラミック部３１０と、複数の金属部３２０とを有する。
セラミック部３１０には、複数の閉空間３１１が形成されている。セラミック部３１０及び閉空間３１１の形状は直方体状である。セラミック部３１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部３１０には、閉空間３１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部３１０はセラミック部１１０と同様の材料から構成されている。閉空間３１１は、セラミック部３１０の互いに平行な１組の平面に平行な面内で、互いに直交する２方向に等間隔で配置されている。
金属部３２０は閉空間３１１内に１個ずつ設けられている。言い換えれば、金属部３２０はセラミック部３１０に封止されている。金属部３２０が、連続体であるセラミック部３１０により気密に覆われているということもできる。金属部３２０は金属部１２０と同様の材料から構成されている。
閉空間３１１の容積は、金属部３２０の体積よりも大きいことが好ましい。閉空間３１１の容積が金属部３２０の体積よりも大きい場合、図４（ａ）では省略するが、金属部３２０の表面と閉空間３１１の内面との間に隙間が存在する。金属部３２０の表面と閉空間３１１の内面との間の隙間は１箇所のみに存在していてもよく、複数箇所に存在していてもよい。
他の構成は第１実施形態と同様である。
次に、第３実施形態に係る潜熱蓄熱体３の製造方法について説明する。図５は、第３実施形態に係る潜熱蓄熱体３の製造方法を例示する図である。
まず、図５（ａ）に示すように、閉空間３１１となる複数のキャビティ３５１が形成された未焼成のセラミック部３５０Ａを準備する。セラミック部３５０Ａは、例えばグリーンシートの積層体である。射出成形等によりセラミック部３５０Ａを形成してもよい。後に、セラミック部３５０Ａはセラミック部３１０の一部となる。
次に、図５（ｂ）に示すように、各キャビティ３５１内に金属部３６０を設ける。後に、金属部３６０は金属部３２０となる。金属部３６０は、例えば、ペースト、ビーズ、巻き線又はシートである。
次に、図５（ｂ）に示すように、キャビティ３５１の開口端を塞ぐようにして、セラミック部３５０Ａの上にシート状のセラミック部３５０Ｂを設ける。後に、セラミック部３５０Ｂはセラミック部３１０の一部となる。
このようにして、図５（ｃ）に示すように、未焼成のセラミック部３５０Ａ及び３５０Ｂと、金属部３６０とを有する複合体３Ａが得られる。
次に、セラミック部３５０Ａ及び３５０Ｂ並びに金属部３６０を同時に焼成する。この結果、セラミック部３５０Ａ及び３５０Ｂからセラミック部３１０が形成され、金属部３６０から金属部３２０が形成される（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。
このようにして、第３実施形態に係る潜熱蓄熱体３を製造することができる。
第３実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、複合体３Ａの焼成前に複合体３Ａを金属部３６０毎に分割してもよい。この場合、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１を得ることができる。
同様の方法により、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２を得ることもできる。図６は、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２の製造方法を示す図である。
まず、図６（ａ）に示すように、閉空間２１１となる複数のキャビティ２５１が形成された未焼成のセラミック部２５０Ａを準備する。
次に、図６（ｂ）に示すように、各キャビティ２５１内に金属部２６０を設ける。
次に、図６（ｃ）に示すように、キャビティ２５１の開口端を塞ぐようにして、セラミック部２５０Ａの上にシート状のセラミック部２５０Ｂを設けることで複合体２Ａを得る。
次に、複合体２Ａを金属部２６０毎に分割する。そして、セラミック部２５０Ａ及び２５０Ｂ並びに金属部２６０を同時に焼成する。
このような方法により、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２を製造することもできる。
なお、潜熱蓄熱体を製造するための複合体は、セラミックスラリーのディップコーティング法等により製造してもよい。
（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図７は、第４実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視図である。
第４実施形態について説明する。第４実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図７は、第４実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視図である。
第４実施形態に係る潜熱蓄熱体４は、図７に示すように、多結晶体からなるセラミック部４１０と、金属部４２０とを有する。
セラミック部４１０の形状は、貫通孔４１４を備えた円筒状である。セラミック部４１０の形状が、貫通孔４１４を備えた角筒状であってもよい。セラミック部４１０は、内壁面４１２と外壁面４１３とを備えた筒形状を有する。セラミック部４１０には、閉空間４１１が形成されている。閉空間４１１は、内壁面４１２及び外壁面４１３に沿った螺旋形状を有する。セラミック部４１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部４１０には、閉空間４１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部４１０はセラミック部１１０と同様の材料から構成されている。
金属部４２０は閉空間４１１内に設けられている。言い換えれば、金属部４２０はセラミック部４１０に封止されている。金属部４２０が、連続体であるセラミック部４１０により気密に覆われているということもできる。金属部４２０は、内壁面４１２及び外壁面４１３に沿った螺旋形状を有する。金属部４２０は金属部１２０と同様の材料から構成されている。
閉空間４１１の容積は、金属部４２０の体積よりも大きいことが好ましい。閉空間４１１の容積が金属部４２０の体積よりも大きい場合、図７では省略するが、金属部４２０の表面と閉空間４１１の内面との間に隙間が存在する。金属部４２０の表面と閉空間４１１の内面との間の隙間は１箇所のみに存在していてもよく、複数箇所に存在していてもよい。
他の構成は第１実施形態と同様である。また、第４実施形態に係る潜熱蓄熱体４は、形状の点を除いて第１実施形態と同様の方法で製造することができる。
第４実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、貫通孔４１４を熱媒体の流路として用いることができる。この場合、熱媒体の流量及び流速を安定させやすい。
（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。第５実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図８は、第５実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視図である。
第５実施形態について説明する。第５実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図８は、第５実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視図である。
第５実施形態に係る潜熱蓄熱体５は、図８に示すように、多結晶体からなるセラミック部５１０と、金属部５２０とを有する。
セラミック部５１０には、複数の閉空間５１１が形成されている。セラミック部５１０の形状は略直方体状である。セラミック部５１０に、第１方向に延びる複数の貫通孔５１４が形成されている。第１方向はセラミック部５１０の互いに平行な１組の平面に垂直である。閉空間５１１の形状は円筒状である。複数の閉空間５１１は第１方向に延びる。閉空間５１１は貫通孔５１４の近傍に設けられている。セラミック部５１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部５１０には、閉空間５１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部５１０はセラミック部１１０と同様の材料から構成されている。
金属部５２０は閉空間５１１内に１個ずつ設けられている。言い換えれば、金属部５２０はセラミック部５１０に封止されている。金属部５２０が、連続体であるセラミック部５１０により気密に覆われているということもできる。金属部５２０は、第１方向に平行な柱形状を有する。金属部５２０は金属部１２０と同様の材料から構成されている。
閉空間５１１の容積は、金属部５２０の体積よりも大きいことが好ましい。閉空間５１１の容積が金属部５２０の体積よりも大きい場合、図８では省略するが、金属部５２０の表面と閉空間５１１の内面との間に隙間が存在する。金属部５２０の表面と閉空間５１１の内面との間の隙間は１箇所のみに存在していてもよく、複数箇所に存在していてもよい。
他の構成は第１実施形態と同様である。また、第５実施形態に係る潜熱蓄熱体５は、形状の点を除いて第１実施形態と同様の方法で製造することができる。
第５実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、複数の貫通孔５１４を熱媒体の流路として用いることができる。この場合、熱媒体の流量及び流速を安定させやすい。
ここで、貫通孔５１４及び金属部５２０の配置の例について説明する。図９は、第５実施形態における貫通孔５１４及び金属部５２０の配置の例を示す断面図である。
図９（ａ）に示す例では、第１方向に垂直な第２方向に沿って貫通孔５１４と金属部５２０とが交互に配置されている。また、第１方向から見たときに貫通孔５１４及び金属部５２０が三角格子を構成している。
図９（ｂ）に示す例では、第１方向に垂直な第２方向に沿って貫通孔５１４と２個で１組の金属部５２０とが交互に配置されている。また、第１方向から見たときに貫通孔５１４及び金属部５２０が三角格子を構成している。そして、各貫通孔５１４が６個の金属部５２０により囲まれている。
（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。第６実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１０は、第６実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図１０（ａ）は斜視図であり、図１０（ｂ）は断面図である。図１１は、第６実施形態に係る潜熱蓄熱体に含まれる金属部を示す斜視図である。
第６実施形態について説明する。第６実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１０は、第６実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図１０（ａ）は斜視図であり、図１０（ｂ）は断面図である。図１１は、第６実施形態に係る潜熱蓄熱体に含まれる金属部を示す斜視図である。
第６実施形態に係る潜熱蓄熱体６は、図１０及び図１１に示すように、多結晶体からなるセラミック部６１０と、金属部６２０とを有する。
セラミック部６１０には、閉空間６１１が形成されている。セラミック部６１０の形状は略直方体状である。セラミック部６１０に、第１方向に延びる複数の貫通孔６１４が形成されている。第１方向はセラミック部６１０の互いに平行な１組の平面に垂直である。貫通孔６１４は、第１方向に垂直な２方向（一方は第２方向、他方は第３方向）に等間隔で配置されている。閉空間６１１は、第２方向に延びる蛇腹形状を有する。閉空間６１１は、規則的に配置された貫通孔６１４の間を縫うように形成されている。閉空間６１１は、第２方向に延びる部分と、第３方向に延びる部分とを有し、第２方向に延びる部分と第３方向に延びる部分とが交互につながっている。閉空間６１１は、第１方向に複数並んで形成されている。第１方向で隣り合う閉空間６１１が互いにつながっていてもよい。セラミック部６１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部６１０には、閉空間６１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部６１０はセラミック部１１０と同様の材料から構成されている。
金属部６２０は閉空間６１１内に設けられている。言い換えれば、金属部６２０はセラミック部６１０に封止されている。金属部６２０が、連続体であるセラミック部６１０により気密に覆われているということもできる。金属部６２０は、第２方向に延びる蛇腹形状を有する。金属部６２０は、規則的に配置された貫通孔６１４の間を縫うように設けられている。金属部６２０は、第２方向に延びる部分と、第３方向に延びる部分とを有し、第２方向に延びる部分と第３方向に延びる部分とが交互につながっている。金属部６２０は、第１方向に複数並んで設けられている。第１方向で隣り合う金属部６２０が互いにつながっていてもよい。
閉空間６１１の容積は、金属部６２０の体積よりも大きいことが好ましい。閉空間６１１の容積が金属部６２０の体積よりも大きい場合、図１０では省略するが、金属部６２０の表面と閉空間６１１の内面との間に隙間が存在する。金属部６２０の表面と閉空間６１１の内面との間の隙間は１箇所のみに存在していてもよく、複数箇所に存在していてもよい。
他の構成は第１実施形態と同様である。また、第６実施形態に係る潜熱蓄熱体６は、形状の点を除いて第１実施形態と同様の方法で製造することができる。
第６実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、複数の貫通孔６１４を熱媒体の流路として用いることができる。この場合、熱媒体の流量及び流速を安定させやすい。
（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。第７実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１２は、第７実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図１２（ａ）は斜視図であり、図１２（ｂ）は断面図である。図１３は、第７実施形態に係る潜熱蓄熱体に含まれる金属部を示す斜視図である。
第７実施形態について説明する。第７実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１２は、第７実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図１２（ａ）は斜視図であり、図１２（ｂ）は断面図である。図１３は、第７実施形態に係る潜熱蓄熱体に含まれる金属部を示す斜視図である。
第７実施形態に係る潜熱蓄熱体７は、図１２及び図１３に示すように、多結晶体からなるセラミック部７１０と、金属部７２０とを有する。
セラミック部７１０には、閉空間７１１が形成されている。セラミック部７１０の形状は略直方体状である。セラミック部７１０に、第１方向に延びる複数の貫通孔７１４が形成されている。第１方向はセラミック部７１０の互いに平行な１組の平面に垂直である。貫通孔７１４は、第１方向に垂直な２方向（一方は第２方向、他方は第３方向）に等間隔で配置されている。閉空間７１１は、第１方向に延びる蛇腹形状を有する。閉空間７１１は、第３方向で隣り合う複数の貫通孔７１４が並ぶ複数の仮想平面７１５を仮定したときに、第２方向で隣り合う仮想平面７１５の間に形成されている。閉空間７１１は、第１方向に延びる部分と、第３方向に延びる部分とを有し、第１方向に延びる部分と第３方向に延びる部分とが交互につながっている。閉空間７１１は、第２方向に複数並んで形成されている。第２方向で隣り合う閉空間７１１が互いにつながっていてもよい。セラミック部７１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部７１０には、閉空間７１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部７１０はセラミック部１１０と同様の材料から構成されている。
金属部７２０は閉空間７１１内に設けられている。言い換えれば、金属部７２０はセラミック部７１０に封止されている。金属部７２０が、連続体であるセラミック部７１０により気密に覆われているということもできる。金属部７２０は、第１方向に延びる蛇腹形状を有する。金属部７２０は、第２方向で隣り合う仮想平面７１５の間に設けられている。金属部７２０は、第１方向に延びる部分と、第３方向に延びる部分とを有し、第１方向に延びる部分と第３方向に延びる部分とが交互につながっている。金属部７２０は、第２方向に複数並んで設けられている。第２方向で隣り合う金属部７２０が互いにつながっていてもよい。
閉空間７１１の容積は、金属部７２０の体積よりも大きいことが好ましい。閉空間７１１の容積が金属部７２０の体積よりも大きい場合、図１２では省略するが、金属部７２０の表面と閉空間７１１の内面との間に隙間が存在する。金属部７２０の表面と閉空間７１１の内面との間の隙間は１箇所のみに存在していてもよく、複数箇所に存在していてもよい。
他の構成は第１実施形態と同様である。また、第７実施形態に係る潜熱蓄熱体７は、形状の点を除いて第１実施形態と同様の方法で製造することができる。
第７実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、複数の貫通孔７１４を熱媒体の流路として用いることができる。この場合、熱媒体の流量及び流速を安定させやすい。
（第８実施形態）
第８実施形態について説明する。第８実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１４は、第８実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第８実施形態について説明する。第８実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１４は、第８実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第８実施形態に係る潜熱蓄熱体８は、図１４に示すように、多結晶体からなるセラミック部１１０と、金属部１２０と、金属部１２０を加熱することができる電熱体８３０とを有する。
電熱体８３０はセラミック部１１０内に設けられている。電熱体８３０は、例えば金属部１２０の最も大きな１組の面の一方の近傍に設けられている。電熱体８３０は、例えば、タングステンと酸化アルミニウムとの混合物、又はモリブデンと酸化アルミニウムとの混合物を含有する。この場合、電熱体８３０が、更に、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム等を１種又は２種以上含有してもよい。電熱体８３０はヒータの一例である。
他の構成は第１実施形態と同様である。
第８実施形態に係る潜熱蓄熱体８の製造に際しては、例えば、タングステン又はモリブデンの粉末に酸化アルミニウムの粉末を混合し、溶剤やバインダー等の有機成分を加えてペーストを調合し、スクリーン印刷法等により電熱体８３０の形状を備えた電熱体用ペースト部を形成する。そして、セラミック部１３０及び金属部１４０と同時に電熱体用ペースト部を、中性雰囲気又は還元性雰囲気中で焼成する。酸化アルミニウムの量に応じて電熱体８３０の抵抗率を調整することができる。ペーストに、更に、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム等を１種又は２種以上添加してもよい。これらの無機成分は、焼成中に液相又は複合酸化物相を形成し、電熱体８３０のセラミック部１３０との密着強度を向上したり、抵抗率の安定性を向上したりできる。
第８実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電熱体８３０が金属部１２０を加熱することができるため、外部から付与した電気エネルギを熱に変換して潜熱蓄熱体８に蓄積することができる。例えば、余剰電力により電熱体８３０から熱を発生することで、余剰電力を熱として蓄積することができる。そして、潜熱蓄熱体８に蓄積したエネルギは、熱、蒸気（圧力）又は電力（蒸気圧力によるタービン発電等）のエネルギとして、工場、オフィス又は商業ビル等に供給することができる。
また、潜熱蓄熱体８が電熱体８３０を含んでいるため、エネルギの損失を低減できる。例えば、電熱体と潜熱蓄熱体とが分離されている場合には、電熱体から発生した熱を熱風等として潜熱蓄熱体まで伝達させることになり、エネルギが損失しやすいが、本実施形態では、このようなエネルギの損失を抑制することができる。
なお、電熱体８３０の抵抗率は、酸化アルミニウムの含有量の調整だけでなく、電熱体８３０の断面積及び長さ等によっても調整することができる。
（第８実施形態の第１変形例）
第８実施形態の第１変形例について説明する。図１５は、第８実施形態の第１変形例に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第８実施形態の第１変形例について説明する。図１５は、第８実施形態の第１変形例に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第８実施形態の第１変形例に係る潜熱蓄熱体８Ａは、図１５に示すように、多結晶体からなるセラミック部１１０と、金属部１２０と、金属部１２０を加熱することができる２個の電熱体８３０とを有する。一方の電熱体８３０は、金属部１２０の最も大きな１組の面の一方の近傍に設けられ、他方の電熱体８３０は、金属部１２０の最も大きな１組の面の他方の近傍に設けられている。
他の構成は第８実施形態と同様である。
第８実施形態の第１変形例によっても第８実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第８実施形態の第１変形例によれば、金属部１２０をより加熱しやすい。
（第８実施形態の第２変形例）
第８実施形態の第２変形例について説明する。図１６は、第８実施形態の第２変形例に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第８実施形態の第２変形例について説明する。図１６は、第８実施形態の第２変形例に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第８実施形態の第２変形例に係る潜熱蓄熱体８Ｂでは、図１６に示すように、電熱体８３０がセラミック部１１０の表面上に設けられている。電熱体８３０は、例えば金属部１２０の最も大きな１組の面の一方の近傍に設けられている。電熱体８３０は、例えば、二ケイ化モリブデン、酸化ルテニウム、ニッケル－クロム合金又は銀－パラジウム合金を含有する。この場合、電熱体８３０が、更に、ガラスを含有してもよい。
他の構成は第１実施形態と同様である。
第８実施形態の第２変形例に係る潜熱蓄熱体８Ｂの製造に際しては、例えば、セラミック部１３０及び金属部１４０の同時焼成を行った後に、二ケイ化モリブデン、酸化ルテニウム、ニッケル－クロム合金又は銀－パラジウム合金に溶剤やバインダー等の有機成分を加えてペーストを調合し、スクリーン印刷法等により電熱体８３０の形状を備えた電熱体用ペースト部を形成する。そして、電熱体用ペースト部を焼成する。この焼成は大気雰囲気等の酸化性雰囲気中で行ってもよい。電熱体用ペースト部にガラスを添加してもよい。電熱体８３０の材料として白金を用いてもよく、第８実施形態と同様の材料を用いてもよい。
なお、２個の電熱体８３０がセラミック部１１０の２つの表面上に設けられていてもよい。例えば、一方の電熱体８３０が金属部１２０の最も大きな１組の面の一方の近傍に設けられ、他方の電熱体８３０が金属部１２０の最も大きな１組の面の他方の近傍に設けられていてもよい。
（第９実施形態）
第９実施形態について説明する。第９実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１７は、第９実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図１７（ａ）は斜視図であり、図１７（ｂ）は断面図である。
第９実施形態について説明する。第９実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１７は、第９実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図１７（ａ）は斜視図であり、図１７（ｂ）は断面図である。
第９実施形態に係る潜熱蓄熱体９は、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、多結晶体からなるセラミック部１１０と、金属部１２０と、金属部１２０を加熱することができる電熱体９３０とを有する。
電熱体９３０はセラミック部１１０内に設けられている。電熱体９３０は、例えば金属部１２０の最も大きな１組の面の一方の近傍に設けられている。電熱体９３０は蛇腹状に配置されている。電熱体９３０は電熱体８３０と同様の材料から構成されている。電熱体９３０はヒータの一例である。
他の構成は第８実施形態と同様である。また、第９実施形態に係る潜熱蓄熱体９は、形状の点を除いて第８実施形態と同様の方法で製造することができる。
第９実施形態によっても第８実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電熱体９３０が蛇腹状に配置されているため、より大きな発熱量を得ることができる。
ここで、第９実施形態に係る潜熱蓄熱体９の使用方法の一例について説明する。図１８は、第９実施形態に係る潜熱蓄熱体９の使用方法を例示する図である。図１８（ａ）は斜視図であり、図１８（ｂ）は上面図である。
この例では、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、同じ形状を備えた複数の潜熱蓄熱体９を用いる。複数の潜熱蓄熱体９は一列に並んでおり、隣り合う潜熱蓄熱体９の間では、最も大きい面同士が対向している。
蓄熱時には、電熱体９３０から熱を発生し、金属部１２０を溶融させる。そして、潜熱蓄熱体９に蓄積された熱を利用する際には、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、潜熱蓄熱体９に向けて、金属部１２０の融点よりも低温の熱媒体９６０を供給する。熱媒体９６０は潜熱蓄熱体９により加熱され、供給時よりも大きな熱エネルギを備えた状態となって潜熱蓄熱体９から遠ざかる。このようにして、熱媒体９６０に熱エネルギを伝達することができる。
（第１０実施形態）
第１０実施形態について説明する。第１０実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１９は、第１０実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視図である。
第１０実施形態について説明する。第１０実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１９は、第１０実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視図である。
第１０実施形態に係る潜熱蓄熱体１０は、図１９に示すように、多結晶体からなるセラミック部２１０と、金属部２２０と、金属部２２０を加熱することができる電熱体１０３０とを有する。電熱体１０３０は、セラミック部２１０の表面と金属部２２０の表面との間に設けられている。電熱体１０３０は略円筒形状を有する。電熱体１０３０は、柱状の金属部２２０の長軸に平行な方向から見たときに、例えば、時計回りと反時計回りとを交互に繰り返しながら螺旋を構成している。電熱体１０３０は電熱体８３０と同様の材料から構成されている。電熱体１０３０はヒータの一例である。
他の構成は第８実施形態と同様である。また、第１０実施形態に係る潜熱蓄熱体１０は、形状の点を除いて第８実施形態と概ね同様の方法で製造することができる。電熱体１０３０の金属部２２０の長軸に垂直な部分（円周部分）は、例えば、セラミックグリーンシートの表面に印刷した抵抗体ペーストにより形成することができる。電熱体１０３０の金属部２２０の長軸に平行に延びる部分は、例えば、セラミックグリーンシートに形成した貫通孔に充填した抵抗体ペーストにより形成することができる。
第９実施形態によっても第８実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電熱体１０３０が螺旋状に形成されているため、より大きな発熱量を得ることができる。
なお、セラミック部２１０及び金属部２２０の形状が角柱状で、電熱体１０３０が略角筒形状を有していてもよい。
ここで、第１０実施形態に係る潜熱蓄熱体１０の使用方法の一例について説明する。図２０は、第１０実施形態に係る潜熱蓄熱体の使用方法を例示する図である。
この例では、図２０に示すように、同じ形状を備えた複数の潜熱蓄熱体１０を用いる。複数の潜熱蓄熱体１０は、セラミック部２１０の底面に平行な面内に並んでいる。
蓄熱時には、電熱体１０３０から熱を発生し、金属部１２０を溶融させる。そして、潜熱蓄熱体１０に蓄積された熱を利用する際には、図２０に示すように、潜熱蓄熱体１０に向けて、金属部１２０の融点よりも低温の熱媒体１０６０を供給する。熱媒体１０６０は、例えばセラミック部２１０の底面に平行に供給する。熱媒体１０６０は潜熱蓄熱体１０により加熱され、供給時よりも大きな熱エネルギを備えた状態となって潜熱蓄熱体１０から遠ざかる。このようにして、熱媒体１０６０に熱エネルギを伝達することができる。
なお、熱媒体１０６０をセラミック部２１０の底面に垂直に供給してもよい。
（第１１実施形態）
第１１実施形態について説明する。第１１実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図２１は、第１１実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視断面図である。
第１１実施形態について説明する。第１１実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図２１は、第１１実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視断面図である。
第１１実施形態に係る潜熱蓄熱体１０は、図２１に示すように、多結晶体からなるセラミック部１１１０と、複数の金属部１１２０と、金属部１１２０を加熱することができる複数の電熱体１１３０とを有する。
セラミック部１１１０には、複数の閉空間１１１１が形成されている。閉空間１１１１の形状は円筒状である。複数の閉空間１１１１は互いに同一の方向に延びる。セラミック部１１１０に、閉空間１１１１と平行に延びる貫通孔１１１４が形成されている。閉空間１１１１は貫通孔１１１４の近傍に設けられている。セラミック部１１１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部１１１０には、閉空間１１１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部１１１０はセラミック部１１０と同様の材料から構成されている。
金属部１１２０は閉空間１１１１内に１個ずつ設けられている。言い換えれば、金属部１１２０はセラミック部１１１０に封止されている。金属部１１２０が、連続体であるセラミック部１１１０により気密に覆われているということもできる。金属部１２０は柱形状を有する。金属部１１２０は金属部１２０と同様の材料から構成されている。
閉空間１１１１の容積は、金属部１１２０の体積よりも大きいことが好ましい。閉空間１１１１の容積が金属部１１２０の体積よりも大きい場合、図２１では省略するが、金属部１１２０の表面と閉空間１１１１の内面との間に隙間が存在する。金属部１１２０の表面と閉空間１１１１の内面との間の隙間は１箇所のみに存在していてもよく、複数箇所に存在していてもよい。
電熱体１１３０はセラミック部１１１０内に設けられている。電熱体１１３０は、例えば電熱体１０３０と同様に、略円筒形状を有し、柱状の金属部１１２０の長軸に平行な方向から見たときに、例えば、時計回りと反時計回りとを交互に繰り返しながら螺旋を構成している。電熱体１１３０は電熱体８３０と同様の材料から構成されている。電熱体１１３０はヒータの一例である。
第１１実施形態に係る潜熱蓄熱体１１は、形状の点を除いて第１１実施形態と同様の方法で製造することができる。
蓄熱時には、電熱体１１３０から熱を発生し、金属部１１２０を溶融させる。そして、潜熱蓄熱体１１に蓄積された熱を利用する際には、貫通孔１１１４内に、金属部１１２０の融点よりも低温の熱媒体を供給する。熱媒体は潜熱蓄熱体１１により加熱され、供給時よりも大きな熱エネルギを備えた状態となって潜熱蓄熱体１１から遠ざかる。このようにして、熱媒体に熱エネルギを伝達することができる。
第１１実施形態によっても第１０実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第１２実施形態）
第１２実施形態について説明する。第１２実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図２２は、第１２実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第１２実施形態について説明する。第１２実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図２２は、第１２実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第１２実施形態に係る潜熱蓄熱体１２は、図２２に示すように、多結晶体からなるセラミック部１１０と、金属部１２０と、金属部１２０の温度変化により電力を生じる熱電対１２４０とを有する。
熱電対１２４０は、第１導体１２４１と、第２導体１２４２とを有する。第１導体１２４１の一端と第２導体１２４２の一端とが接続されている。第１導体１２４１と第２導体１２４２との間で熱電能が相違している。例えば、第１導体１２４１及び第２導体１２４２はタングステン－レニウム合金を含有し、第１導体１２４１は５質量％のレニウム及び９５質量％のタングステンから構成され、第２導体１２４２は２６質量％のレニウム及び７４質量％のタングステンから構成されている。
他の構成は第１実施形態と同様である。
第１２実施形態に係る潜熱蓄熱体１２の製造に際しては、例えば、第１導体１２４１用のペースト及び第２導体１２４２用のペーストを調合し、スクリーン印刷法等により熱電対１２４０の形状を備えた熱電対用ペースト部を形成する。そして、セラミック部１３０及び金属部１４０と同時に熱電対用ペースト部を焼成する。
第１２実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、熱電対１２４０が設けられているため、金属部１２０の状態を容易に把握することができる。例えば、蓄熱過程においては、金属部１２０が固体である間は、時間の経過と共に、熱電対１２４０が示す温度が上昇する一方で、金属部１２０が固体から液体へと相変化している間は、熱電対１２４０が示す温度が安定する。その後、相変化が完了すると、時間の経過と共に、熱電対１２４０が示す温度が再度上昇する。従って、相変化が開始されているか、相変化が継続しているか、相変化が完了したかを容易に把握することができる。
潜熱蓄熱体においては、相変化が完了して液体となった金属部を更に加熱しても潜熱を蓄積することができず、投入したエネルギが無駄となる恐れがある。これに対し、本実施形態では、熱電対１２４０を用いて相変化の完了を検出することができるため、相変化が完了した後には、別の潜熱蓄熱体１２に蓄熱するようにすれば、エネルギの無駄を抑制することができる。
（第１２実施形態の第１変形例）
第１２実施形態の第１変形例について説明する。図２３は、第１２実施形態の第１変形例に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第１２実施形態の第１変形例について説明する。図２３は、第１２実施形態の第１変形例に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第１２実施形態の第１変形例に係る潜熱蓄熱体１２Ａは、図２３に示すように、多結晶体からなるセラミック部１１０と、金属部１２０と、金属部１２０の温度変化により電力を生じる熱電対１２４０と、金属部１２０を加熱することができる電熱体８３０とを有する。電熱体８３０は、例えば金属部１２０の最も大きな１組の面の一方の近傍に設けられている。
他の構成は第１２実施形態と同様である。
第１２実施形態の第１変形例によっても第１２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１２実施形態の第１変形例によれば、第８実施形態と同様に、潜熱蓄熱体１２Ａが電熱体８３０を含んでいるため、エネルギの損失を低減できる。
（第１２実施形態の第２変形例）
第１２実施形態の第２変形例について説明する。図２４は、第１２実施形態の第２変形例に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第１２実施形態の第２変形例について説明する。図２４は、第１２実施形態の第２変形例に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第１２実施形態の第２変形例に係る潜熱蓄熱体１２Ｂでは、図２４に示すように、セラミック部１１０に、熱媒体が流れる流路１２１４が形成されている。
第１２実施形態の第２変形例によっても第１２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、流路１２１４が形成されているため、流路１２１４を流れる熱媒体と金属部１２０との間での熱交換効率を向上することができる。
（第１３実施形態）
第１３実施形態について説明する。第１３実施形態は潜熱蓄熱体に関し、第１２実施形態の応用例に相当する。図２５は、第１３実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第１３実施形態について説明する。第１３実施形態は潜熱蓄熱体に関し、第１２実施形態の応用例に相当する。図２５は、第１３実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する断面図である。
第１３実施形態に係る潜熱蓄熱体１３は、図２５に示すように、多結晶体からなるセラミック部１１０と、金属部１２０と、金属部１２０の温度変化により電力を生じる熱電対１２４０と、断熱容器１５０とを有する。セラミック部１１０が断熱容器１５０に収容されている。断熱容器１５０には、熱の流入口１５１及び流出口１５２が設けられている。
ここで、第１３実施形態に係る潜熱蓄熱体１３の使用方法の一例について説明する。図２６は、第１３実施形態に係る潜熱蓄熱体１３の使用方法を例示する図である。図２６において、金属部１２０には梨地を付しており、梨地が密であるほど温度が高いことを示している。
この例では、図２６（ａ）に示すように、複数の潜熱蓄熱体１３を用いる。複数の潜熱蓄熱体１３の間では、流入口１５１と流出口１５２とが交互に直接に接続され、熱伝達系統（直列体）が構成されている。熱の移動の最も上流側に接続された潜熱蓄熱体１３から下流に向かって金属部１２０の温度が低くなっている。各潜熱蓄熱体１３では、熱電対１２４０を用いて金属部１２０の相変化の状態を検出できる。
最も上流側の潜熱蓄熱体１３において相変化の完了が検出されると、図２６（ｂ）に示すように、当該潜熱蓄熱体１３を熱伝達系統から切り離し、そのまま熱を保持しておくか、又は熱の利用が要求される用途に用いる。そのまま熱を保持しておく場合には、流入口１５１及び流出口１５２を塞ぐことが好ましい。その一方で、上流側から２番目に接続されていた潜熱蓄熱体１３に直接熱を流入するようにし、この潜熱蓄熱体１３を最も上流側の潜熱蓄熱体１３とする。以降、図示は省略するが、相変化の完了が検出された潜熱蓄熱体１３を順次熱伝達系統から切り離す。
第１３実施形態によれば、このようにして、熱エネルギの無駄を抑制しながら、複数の潜熱蓄熱体１３に熱を蓄積することができる。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
１、２、３、４、５、６、７、８、８Ａ、８Ｂ、９、１０、１１、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１３ 潜熱蓄熱体
１１０、１３０、２１０、２５０Ａ、２５０Ｂ、３１０、３５０Ａ、３５０Ｂ、４１０、５１０、６１０、７１０、１１１０ セラミック部
１２０、１４０、２２０、２６０、３２０、３６０、４２０、５２０、６２０、７２０、１１２０ 金属部
１１１、１３１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１、１１１１ 閉空間
１５０ 断熱容器
４１４、５１４、６１４、７１４、１１１４ 貫通孔
１１３０ 電熱体
１２４０ 熱電対
１１０、１３０、２１０、２５０Ａ、２５０Ｂ、３１０、３５０Ａ、３５０Ｂ、４１０、５１０、６１０、７１０、１１１０ セラミック部
１２０、１４０、２２０、２６０、３２０、３６０、４２０、５２０、６２０、７２０、１１２０ 金属部
１１１、１３１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１、１１１１ 閉空間
１５０ 断熱容器
４１４、５１４、６１４、７１４、１１１４ 貫通孔
１１３０ 電熱体
１２４０ 熱電対
Claims (24)
- 閉空間が形成された多結晶体からなるセラミック部と、
前記閉空間内に設けられ、アルミニウムを含有する金属部と、
を有する潜熱蓄熱体。 - 前記閉空間の容積は、前記金属部の体積よりも大きい請求項１に記載の潜熱蓄熱体。
- ２５℃において、前記閉空間の容積は、前記金属部の体積の１１４％以上１２０％以下である請求項２に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記金属部は、９９質量％以上の割合でアルミニウムを含有する請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記セラミック部は、９６質量％以上の割合で酸化アルミニウムを含有する請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記セラミック部は、内壁面と外壁面とを備えた筒形状を有し、
前記閉空間及び前記金属部は、前記内壁面及び前記外壁面に沿った螺旋形状を有する請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱体。 - 前記セラミック部に、第１方向に延びる複数の貫通孔が形成されており、
前記閉空間及び前記金属部は、前記第１方向に平行な柱形状を有し、
前記閉空間及び前記金属部の組を複数有する請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱体。 - 前記セラミック部に、第１方向に延びる複数の貫通孔が形成されており、
前記閉空間及び前記金属部は、前記第１方向に垂直な第２方向に延びる蛇腹形状を有する請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱体。 - 前記セラミック部に、第１方向に延びる複数の貫通孔が形成されており、
前記閉空間及び前記金属部は、前記第１方向に延びる蛇腹形状を有する請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱体。 - 前記金属部を加熱することができるヒータを有する請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記ヒータは、前記セラミック部内に設けられている請求項１０に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記ヒータは、前記セラミック部の表面上に設けられている請求項１０に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記ヒータは、タングステンと酸化アルミニウムとの混合物、又はモリブデンと酸化アルミニウムとの混合物を含有する請求項１０に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記ヒータは、二ケイ化モリブデン、酸化ルテニウム、ニッケル－クロム合金又は銀－パラジウム合金を含有する請求項１０に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記ヒータは、更にガラスを含有する請求項１４に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記金属部の温度変化により電力を生じる熱電対を有する請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記熱電対は、前記セラミック部内に設けられている請求項１６に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記熱電対は、前記セラミック部の表面上に設けられている請求項１６に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記熱電対は、タングステン－レニウム合金を含有する請求項１６に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記金属部を加熱することができるヒータを有する請求項１６に記載の潜熱蓄熱体。
- 前記セラミック部は、熱媒体が流れる流路を有する請求項１６に記載の潜熱蓄熱体。
- アルミニウムを含有する金属部と、前記金属部を収容した未焼成のセラミック部と、を有する複合体を準備する工程と、
前記金属部及び前記セラミック部を同時に焼成する工程と、
を有する潜熱蓄熱体の製造方法。 - 前記金属部は、９９質量％以上の割合でアルミニウムを含有する請求項２２に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。
- 前記セラミック部は、９６質量％以上の割合で酸化アルミニウムを含有する請求項２２又は２３に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。
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