JP5772482B2

JP5772482B2 - 蓄熱システム

Info

Publication number: JP5772482B2
Application number: JP2011226922A
Authority: JP
Inventors: 徹岡村; 卓哉布施; 西沢　一敏; 一敏西沢; 耕二麓
Original assignee: Denso Corp; Hirosaki University NUC
Current assignee: Denso Corp; Hirosaki University NUC
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: JP2013087989A

Description

本発明は、相変化に伴って発生する潜熱を利用した潜熱蓄熱材（以下、ＰＣＭともいう）を用いて蓄熱を行う蓄熱システムに関するものである。

従来、エマルジョンタイプのＰＣＭを用いた蓄熱システムとしては、ＰＣＭとしてパラフィン、油脂またはオレフィン等の有機物を含有するものが採用されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来技術では、収容部（蓄熱槽）に高濃度のエマルジョンを貯留しておき、放熱用熱交換器に輸送する直前でアスピレータによりエマルジョンを低濃度にして流動性を確保している。さらに、放熱用熱交換器において放熱したエマルジョンを、収容部の手前で連続相分離装置により濃縮し、高濃度にして収容部に戻している。

これによれば、放熱時にはエマルジョンの流動性を確保できるので、エマルジョンを搬送するための特殊なポンプが不要となる。さらに、収容部では高濃度のエマルジョンを貯留することができるので、収容部を小型化することができる。

なお、高濃度のエマルジョンとは、エマルジョン中に含まれるＰＣＭとしての有機物（以下、ＰＣＭ有機物ともいう）の量が多いことをいい、低濃度のエマルジョンとは、エマルジョン中に含まれるＰＣＭ有機物の量が少ないことをいう。

特開平５−３２２４６５号公報

しかしながら、上記従来技術によると、エマルジョン中のＰＣＭ有機物の粒子径や濃度等の特性値について全く言及されていない。

このため、一般に、ＰＣＭ有機物の粒子径はマイクロメートルオーダーであり、エマルジョンの濃度を増大させると、粘度が著しく増大してしまう。このため、エマルジョンを輸送するための輸送動力も大きくなってしまう。

また、ＰＣＭ有機物の粒子径がマイクロメートルオーダーの蓄熱システムでは、エマルジョンの濃度を増大させると粘度が著しく増大するので、配管等に詰まりが発生するおそれがある。このため、結局はエマルジョンを低濃度に維持せざるを得ず、収容部を確実に小型化することは困難である。

また、ＰＣＭ有機物の粒子径がマイクロメートルオーダーのエマルジョンでは、相分離が発生し易いので、上記従来技術のように、蓄熱槽内に攪拌装置を別途設ける必要がある。このため、システムが複雑化してしまう。

本発明は上記点に鑑みて、エマルジョンの輸送動力の増大を抑制しつつ、システムの確実な小型化および簡略化を図ることができる蓄熱システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水と、固液相変化に伴って発生する潜熱を利用して蓄熱可能であるともに水と非相溶性である有機物と、水および有機物を混濁可能とする界面活性剤とを含有するエマルジョン（２）と、エマルジョン（２）を収容する収容部（３）と、エマルジョン（２）が流入可能になっており、かつ、熱源とエマルジョン（２）との間で熱交換を行うことで熱源の有する熱によりエマルジョン（２）を加熱する加熱手段（４）と、エマルジョン（２）が流入可能になっており、かつ、加熱対象物とエマルジョン（２）との間で熱交換を行うことでエマルジョン（２）の有する熱を加熱対象物へ放熱する放熱手段（７）と、収容部（３）から加熱手段（４）へエマルジョン（２）を導く加熱側流路（５０）と、収容部（３）から放熱手段（７）へエマルジョン（２）を導く放熱側流路（８０）と、加熱側流路（５０）に設けられるとともに、収容部（３）から加熱手段（４）へエマルジョン（２）を圧送する加熱側ポンプ（５１）と、放熱側流路（８０）に設けられるとともに、収容部（３）から放熱手段（７）へエマルジョンを圧送する放熱側ポンプ（８１）とを備え、エマルジョン（２）は、水および有機物の混濁時に、有機物の粒子の単位体積あたりの表面積が０．０５ｎｍ^−１以上に調整されていることを特徴とする。

本発明は、エマルジョンに含まれる有機物粒子のサイズを、有機物粒子の単位体積あたりの表面積が０．０５ｎｍ^−１以上となるように微小化することで、エマルジョンの粘性が低下するという本発明者の実験検討の結果、得られた知見に基づいて創出されたものである。つまり、有機物の粒子の単位体積あたりの表面積を０．０５ｎｍ^−１以上とすることで、エマルジョン（２）の粘性を飛躍的に低下させることができる。

このようなエマルジョン（２）を蓄熱システムの潜熱蓄熱材として用いることで、エマルジョン（２）を循環させる加熱側ポンプ（５１）および放熱側ポンプ（８１）の輸送動力を小さくすることができる。すなわち、出力の小さいポンプを用いて、蓄熱システムを駆動することができる。

また、エマルジョン（２）の濃度を増大させても粘度が著しく増大することはないので、配管等に詰まりが発生することを抑制できる。さらに、エマルジョン（２）の濃度を増大させることができるので、収容部（３）を確実に小型化することができる。

さらに、エマルジョン（２）に含まれる有機物粒子のサイズを微小化することで、同体積で有機物粒子の界面面積、すなわち界面活性剤が付着する面積が増大する。このため、エマルジョン（２）が相分離することを抑制できるので、収容部（３）内を撹拌するための撹拌装置を設ける必要がなくなり、蓄熱システムを簡略化できる。

したがって、エマルジョン（２）の輸送動力の増大を抑制しつつ、システムの確実な小型化および簡略化を図ることが可能となる。
さらに、請求項１に記載の発明では、上記に加えて、加熱手段（４）および放熱手段（７）の少なくとも一方に流入するエマルジョン（２）に水を供給する水供給手段（９１、９２）と、水供給手段（９１、９２）によって水が供給されるとともに加熱手段（４）および放熱手段（７）の少なくとも一方から流出したエマルジョン（２）から水を分離させる水分離手段（９３、９４）と、水供給手段（９１、９２）と水分離手段（９３、９４）とを接続する接続流路（９５、９６）とを備え、
水供給手段（９１、９２）は、水分離手段（９３、９４）によってエマルジョン（２）から分離させた水を、接続流路（９５、９６）を介して、加熱手段（４）および放熱手段（７）の少なくとも一方に流入するエマルジョン（２）に供給することを特徴としている。
これによれば、水供給手段（９１、９２）により、加熱手段（４）および放熱手段（７）の少なくとも一方に流入するエマルジョン（２）に水を供給することで、加熱側流路（５０）および放熱側流路（８０）におけるエマルジョン（２）の流動性を確保することが可能となる。また、水分離手段（９３、９４）により、加熱手段（４）および放熱手段（７）の少なくとも一方から流出したエマルジョン（２）より水を分離させることで、収容部（３）内のエマルジョン（２）における有機物の重量パーセント濃度を高くすることができる。これにより、蓄熱密度を高くできるので、収容部（３）を確実に小型化することが可能となる。
すなわち、これによれば、収容部（３）内のエマルジョン（２）における有機物の重量パーセント濃度が、加熱手段（４）内のエマルジョン（２）における有機物の重量パーセント濃度および放熱手段（７）内のエマルジョン（２）における有機物の重量パーセント濃度の双方よりも高い構成を容易かつ確実に実現できる。
しかも、水供給手段（９１、９２）は、水分離手段（９３、９４）によってエマルジョン（２）から分離させた水を、加熱手段（４）および放熱手段（７）の少なくとも一方に流入するエマルジョン（２）に供給するから、水分離手段（９３、９４）にてエマルジョン（２）から分離させた水を貯留するための容器（装置）を設ける必要がなくなるので、システムのさらなる小型化を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の蓄熱システムにおいて、エマルジョン（２）は、水および有機物の混濁時に、有機物の粒子の単位体積あたりの表面積が０．０５ｎｍ^−１以上０．３ｎｍ^−１以下に調整されていてもよい。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の蓄熱システムにおいて、エマルジョン（２）は、有機物の濃度が５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下に調整されていてもよい。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蓄熱システムにおいて、熱源は、エネルギ変換システムにおけるエネルギ変換装置（ＥＧ）の排熱であり、加熱対象物は、エネルギ変換システムにおける暖機対象機器または暖房用熱源であってもよい。

また、請求項５に記載の発明のように、エネルギ変換システムを備える車両に搭載される請求項４に記載の蓄熱システムにおいて、エネルギ変換装置は、車両の走行用駆動源である内燃機関（ＥＧ）であり、加熱対象物は、車両の車室内に供給される空調用空気であり、加熱手段（４）は、エマルジョン（２）と内燃機関（ＥＧ）の冷却水との間で熱交換を行うことによりエマルジョン（２）を加熱し、放熱手段（７）は、エマルジョン（２）と空調用空気との間で熱交換を行うことにより空調用空気を加熱し、内燃機関（ＥＧ）が定常運転状態である際に、加熱手段（４）において冷却水の有する熱によりエマルジョン（２）を加熱する蓄熱モードと、内燃機関（ＥＧ）が停止またはアイドル状態である際に、放熱手段（７）においてエマルジョン（２）の有する熱を空調用空気に放熱する放熱モードとを実行可能に構成されていてもよい。

また、請求項６に記載の発明のように、エネルギ変換システムを備える車両に搭載される請求項４に記載の蓄熱システムにおいて、エネルギ変換装置は、車両に搭載されるバッテリであり、加熱対象物は、車両の車室内に供給される空調用空気であり、加熱手段（４）は、バッテリの有する熱によりエマルジョン（２）を加熱し、放熱手段（７）は、エマルジョン（２）と空調用空気との間で熱交換を行うことにより空調用空気を加熱し、加熱手段（４）においてバッテリの有する熱によりエマルジョン（２）を加熱する蓄熱モードと、放熱手段（７）においてエマルジョン（２）の有する熱を空調用空気に放熱する放熱モードとを実行可能に構成されていてもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態の蓄熱システム１の全体構成図である。第２実施形態の蓄熱システム１の全体構成図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、図面を用いて本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本第１実施形態の蓄熱システム１の全体構成図である。この蓄熱システム１は、車両に適用されており、車両走行用の駆動力を出力するエネルギ出力手段としてのエンジン（内燃機関）ＥＧの排熱を蓄熱して、この熱を所望時に取り出して車室内へ送風する送風空気の加熱（暖房）に有効利用するものである。

本実施形態の蓄熱システムは、エンジンＥＧの排熱、すなわちエンジンＥＧの冷却水が有する熱を蓄熱する蓄熱モードと、蓄熱モードで蓄熱された熱を加熱対象物である送風空気（空調用空気）に放熱して送風空気を加熱する放熱モードとを切り替え可能に構成されている。

まず、蓄熱システム１は、潜熱蓄熱材（ＰＣＭ）として、水からなる連続相に、当該連続相（水）と非相溶性である有機物（蓄熱材）からなる分散層を分散させてなるエマルジョン２を備えている。エマルジョン２は、水および当該有機物を混濁可能とする界面活性剤を含有している。

本実施形態では、有機物として、７０〜９０℃で相変化する材料を採用している。具体的には、有機物としてパラフィンワックス系の材料（１６０５−０３５０）を用いることができる。また、界面活性剤としては、グリコール系化合物を用いることができる。なお、このエマルジョン２の詳細は後述する。

蓄熱システム１は、エマルジョン２を収容する収容部としての蓄熱槽３を備えている。また、蓄熱システム１は、エマルジョン２を加熱する加熱手段としての加熱用熱交換器４と、加熱用熱交換器４と蓄熱槽３との間でエマルジョン２を循環させる加熱側流路としての加熱用循環流路５０とを備えている。

ここで、加熱用循環流路５０について説明する。加熱用循環流路５０は、エマルジョン２を循環させる回路で、蓄熱槽３、加熱側ポンプ５１、加熱用熱交換器４を環状に接続したものである。

蓄熱槽３の鉛直方向下方側には、加熱用循環流路５０に接続されるとともに、エマルジョン２を蓄熱槽３から流出させる加熱用流出口３１が設けられている。加熱用流出口３１には、加熱側ポンプ５１の吸入側が接続されている。

加熱側ポンプ５１は、加熱用熱交換器４へエマルジョン２を圧送する電動式のポンプであり、図示しないシステム制御装置から出力される制御信号によって回転数（流量）が制御される。

加熱側ポンプ５１の吐出側には、加熱用熱交換器４の入口側が接続されている。加熱用熱交換器４は、加熱用循環流路５０内を流通するエマルジョン２と、後述する冷却水循環流路６０内を流通するエンジンＥＧの冷却水と熱交換させることで、エンジン冷却水の有する熱によりエマルジョン２を加熱する熱交換器である。

加熱用熱交換器４の出口側には、蓄熱槽３の加熱用流入口３２が接続されている。加熱用流入口３２は、加熱用循環流路５０から蓄熱槽３にエマルジョン２を流入させるものであり、蓄熱槽３の鉛直方向上方側に設けられている。

システム制御装置が加熱側ポンプ５１を作動させると、エマルジョン２は、蓄熱槽３の加熱用流出口３１→加熱側ポンプ５１→加熱用熱交換器４→蓄熱槽３の加熱用流入口３２の順に循環する。このため、蓄熱槽３の加熱用流出口３１から流出したエマルジョン２が加熱用熱交換器４を通過することで、エマルジョン２が加熱される。そして、加熱されたエマルジョン２が加熱用流入口２から蓄熱槽３に流入し、蓄熱槽３内に貯留されることで、エンジンＥＧの排熱を蓄熱することができる。

続いて、冷却水循環流路６０について説明する。冷却水循環流路６０は、エンジンＥＧを冷却する冷却水（例えば、エチレングリコール水溶液）を循環させる回路で、前述した加熱用熱交換器４、冷却水ポンプ６１、エンジンＥＧ内に形成されたエンジンＥＧの冷却用通路６２を環状に接続したものである。

冷却水ポンプ６１は、加熱用熱交換器４へ冷却水を圧送する電動式のポンプであり、システム制御装置から出力される制御信号によって回転数（流量）が制御される。そして、システム制御装置が、冷却水ポンプ６１を作動させると、冷却水は、冷却水ポンプ６１→加熱用熱交換器４→エンジンＥＧ内の冷却用通路６２→冷却水ポンプ６１の順に循環する。

このため、エンジンＥＧ内の冷却用通路６２で加熱された冷却水が加熱用熱交換器４を通過することで、エマルジョン２が加熱されるとともに、冷却水が冷却される。そして、冷却された冷却水がエンジンＥＧ内の冷却用通路６２を通過することで、エンジンＥＧが冷却される。

また、蓄熱システム１は、エマルジョン２の有する熱を送風空気へ放熱する放熱手段としての放熱用熱交換器７と、放熱用熱交換器７と蓄熱槽３との間でエマルジョン２を循環させる放熱側流路としての放熱用循環流路８０とを備えている。放熱用循環流路８０は、エマルジョン２を循環させる回路で、蓄熱槽３、放熱側ポンプ８１、放熱用熱交換器７を環状に接続したものである。

蓄熱槽３の鉛直方向上方側には、放熱用循環流路８０に接続されるとともに、エマルジョン２を蓄熱槽３から流出させる放熱用流出口３３が設けられている。放熱用流出口３３には、放熱側ポンプ８１の吸入側が接続されている。

放熱側ポンプ８１は、放熱用熱交換器７へエマルジョン２を圧送する電動式のポンプであり、システム制御装置から出力される制御信号によって回転数（流量）が制御される。

放熱側ポンプ８１の吐出側には、放熱用熱交換器７の入口側が接続されている。放熱用熱交換器７は、放熱用循環流路８０内を流通するエマルジョン２と、送風機７１により車室内へ向けて送風される送風空気とを熱交換させることで、エマルジョン２の有する熱を送風空気に放熱して、送風空気を加熱する熱交換器である。この送風機７１は、システム制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風量）が制御される電動式送風機である。

放熱用熱交換器７の出口側には、蓄熱槽３の放熱用流入口３４が接続されている。放熱用流入口３４は、放熱用循環流路８０から蓄熱槽３にエマルジョン２を流入させるものであり、蓄熱槽３の鉛直方向下方側に設けられている。

システム制御装置が放熱側ポンプ８１を作動させると、エマルジョンは、蓄熱槽３の放熱用流出口３３→放熱側ポンプ８１→放熱用熱交換器７→蓄熱槽３の放熱用流入口３４の順に循環する。このため、蓄熱槽３の放熱用流出口３３から流出したエマルジョン２が放熱用熱交換器７を通過することで、エマルジョン２を放熱させるとともに、送風空気を加熱することができる。

以下、実施例に基づいて本発明のエマルジョン２について詳細に説明する。

（実施例１）
水に対して、有機物（蓄熱材）および界面活性剤を混合して、エマルジョン２を作成した。

有機物としては、オクタデカンおよびテトラデカンを用いた。また、界面活性剤としては、ソルビタンモノオレアート（商品名；Ｓｐａｎ８０、東京化成工業株式会社製）とポリオキシエチレンソルビタンモノオレアート（商品名；Ｔｗｅｅｎ８０、東京化成工業株式会社製）とを３：７の割合で配合したものを用いた。なお、界面活性剤の量は、有機物の量に応じて変化させた。本実施例では、界面活性剤の濃度が有機物の濃度の０．９倍となるように、界面活性剤の量を調整した。

続いて、作成したエマルジョン２に含まれる有機物粒子の粒径を測定した。具体的には、有機物濃度が５ｗｔ％および４０ｗｔ％のエマルジョン２について、ファイバー光学動的光散乱光度計ＦＤＬＳ−３０００（大塚電子株式会社製）にて粒度分布を測定し、その平均値を粒径とした。

その結果、本実施例１のエマルジョン２は、有機物粒子の粒径が１０ｎｍ、有機物粒子の単位体積あたりの表面積（以下、比表面積ともいう）が０．３ｎｍ^２／ｎｍ^３であった。

（実施例２）
上記実施例１に対して、有機物粒子の粒径が４３ｎｍ、有機物粒子の比表面積が０．０７ｎｍ^２／ｎｍ^３のエマルジョン２を作成した。

（実施例３）
上記実施例１に対して、有機物粒子の粒径が６０ｎｍ、有機物粒子の比表面積が０．０５ｎｍ^２／ｎｍ^３のエマルジョン２を作成した。

（比較例１）
上記実施例１に対して、有機物粒子の粒径が１２８ｎｍ、有機物粒子の比表面積が０．０２３ｎｍ^２／ｎｍ^３のエマルジョン２を作成した。

（比較例２）
上記実施例１に対して、有機物粒子の粒径が２３２ｎｍ、有機物粒子の比表面積が０．０１３ｎｍ^２／ｎｍ^３のエマルジョン２を作成した。

ここで、実施例１〜３および比較例１、２における有機物粒子の粒径および比表面積を表１に示す。

（粘度の評価）
粘度の評価は、上記実施例１〜３および比較例１、２のエマルジョン２の粘度をそれぞれ測定し、その測定結果より、加熱用循環流路５０および放熱用循環流路８０を容易に循環可能な流動性を有するか否かを判定した。

具体的には、上記実施例１〜３および比較例１、２のエマルジョン２の粘度を、音叉型振動式粘度計ＳＶ−１０（株式会社エー・アンド・ディ社製）にて測定し、５ｍＰａ・ｓ未満であれば、容易に循環可能な流動性を有するとして○とし、そうでない場合を×とした。当該評価結果を表２に示す。

（寿命の評価）
寿命の評価は、上記実施例１〜３および比較例１、２のエマルジョン２を、生成後１週間経過時点で目視にて確認し、相分離しているか否かを判定した。エマルジョン２が相分離していない場合を○とし、相分離している場合を×とした。当該評価結果を表２に示す。

表２に示すように、比較例１、２のエマルジョン２、すなわちエマルジョン２に含まれる有機物粒子の粒径が大きい場合の評価結果では、エマルジョン２の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上であった。これにより、比較例１、２のエマルジョン２は、流動性が低く、加熱用循環流路５０および放熱用循環流路８０を容易に循環させることができないことがわかった。換言すると、比較例１、２のエマルジョン２を蓄熱システム１に用いた場合、加熱用循環流路５０および放熱用循環流路８０を循環させるために出力の大きいポンプが必要となることがわかった。

これに対し、実施例１〜３のエマルジョン２、すなわちエマルジョン２に含まれる有機物粒子の粒径が小さい（具体的には、有機物粒子の粒径が６０ｎｍ以下、有機物粒子の比表面積が０．０５ｎｍ²／ｎｍ³以上）場合の評価結果では、エマルジョン２の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満であった。より詳細には、実施例１〜３のエマルジョン２の評価結果では、エマルジョン２の粘度が水とほぼ同等（２ｍＰａ・ｓ）となった。

これにより、実施例１〜３のエマルジョン２は、流動性が高く、加熱用循環流路５０および放熱用循環流路８０を容易に循環可能であることがわかった。換言すると、実施例１〜３のエマルジョン２を蓄熱システム１に用いた場合は、加熱用循環流路５０および放熱用循環流路８０を循環させるために出力の大きいポンプを設ける必要がないことがわかった。

また、比較例１、２のエマルジョン２、すなわちエマルジョン２に含まれる有機物粒子の粒径が大きい場合の評価結果では、生成後１週間でエマルジョン２が相分離していた。これにより、比較例１、２のエマルジョン２は、相分離し易く、蓄熱システム１に用いた場合に、蓄熱槽３内を撹拌する装置が別途必要となることがわかった。

これに対し、実施例１〜３のエマルジョン２、すなわちエマルジョン２に含まれる有機物粒子の粒径が小さい（具体的には、有機物粒子の粒径が６０ｎｍ以下、有機物粒子の比表面積が０．０５ｎｍ²／ｎｍ³以上）場合の評価結果では、生成後１週間でエマルジョン２が相分離していなかった。これにより、実施例１〜３のエマルジョン２は、相分離し難く、蓄熱システム１に用いた場合に、蓄熱槽３内を撹拌する装置を設ける必要がないことがわかった。

以上説明したように、エマルジョン２を、水および有機物の混濁時に、有機物粒子の比表面積が０．０５ｎｍ^２／ｎｍ^３、すなわち０．０５ｎｍ^−１以上となるように調整することで、エマルジョン２の粘性を飛躍的に低下させることができる。

そして、このようなエマルジョン２を蓄熱システムの潜熱蓄熱材として用いることで、エマルジョン２を循環させる加熱側ポンプ５１および放熱側ポンプ８１の輸送動力を小さくすることができる。すなわち、出力の小さいポンプを用いて、蓄熱システム１を駆動することができる。

また、エマルジョン２の粘性が低下すると、エマルジョン２の流動性が高くなるので、加熱用熱交換器４および放熱用熱交換器７における熱交換性能を向上させることができる。

また、本実施形態のエマルジョン２では、エマルジョン２の濃度を増大させても粘度が著しく増大することはないので、加熱用循環流路５０および放熱用循環流路８０を構成する配管等に詰まりが発生することを抑制できる。さらに、エマルジョン２の濃度を増大させることができるので、蓄熱槽３を確実に小型化することができる。

さらに、エマルジョン２に含まれる有機物粒子のサイズを微小化することで、同体積で有機物粒子の界面面積、すなわち界面活性剤が付着する面積が増大する。このため、エマルジョン２が相分離することを抑制できるので、蓄熱槽３内を撹拌するための撹拌装置を設ける必要がなくなり、蓄熱システム１を簡略化できる。

また、本実施形態のように、エマルジョン２に含まれる有機物（蓄熱材）として、７０〜９０℃で相変化するパラフィンワックス系の材料を用いることで、エンジンＥＧの排熱を有効に蓄熱および利用することができる。すなわち、車両の走行後のエンジンＥＧ停止後に、蓄熱槽３に蓄えた熱量を利用して一定期間車室内を暖房することが可能となる。例えば、容積が１２ｌの蓄熱槽３を採用した場合、暖房能力１ｋＷの暖房を３０分間行うことができる。

また、本実施形態では、蓄熱槽３の鉛直方向下方側にある加熱用流出口３１に加熱用循環流路５０を接続し、蓄熱モードにおいて、蓄熱槽３内のうちエマルジョン２の温度が低い部分からエマルジョン２を取り出している。また、蓄熱槽３の鉛直方向上方側にある加熱用流入口３２に加熱用循環流路５０を接続し、蓄熱モードにおいて、蓄熱槽３の鉛直方向上方側から加熱用熱交換器４にて加熱された高温のエマルジョン２を蓄熱槽３内に流入させている。これにより、蓄熱槽３内における下方側はエマルジョン２の温度が低く、上方側はエマルジョン２の温度が高くなる。

さらに、本実施形態では、蓄熱槽３の鉛直方向上方側にある放熱用流出口３３に放熱用循環流路８０を接続し、放熱モードにおいて、蓄熱槽３内のうちエマルジョン２の温度が高い部分からエマルジョン２を取り出している。また、蓄熱槽３の鉛直方向下側にある放熱用流入口３４に放熱用循環流路８０を接続し、放熱モードにおいて、蓄熱槽３の鉛直方向下方側から放熱用熱交換器７にて放熱した後の低温のエマルジョン２を蓄熱槽３内に流入させている。

このように加熱用循環流路５０および放熱用循環流路８０を蓄熱槽３に接続することで、蓄熱槽３内に温度勾配を生じさせ、エマルジョン２の有する熱エネルギを有効に利用することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２に基づいて説明する。本第２実施形態では、上記第１実施形態と比較して、エマルジョンに水を混合する水混合装置、およびエマルジョンから水を分離させる水分離装置を設けた点が異なるものである。

図２は、本第２実施形態の蓄熱システム１の全体構成図である。図２に示すように、加熱用循環流路５０における蓄熱槽３の加熱用流出口３１と加熱側ポンプ５１との間には、加熱用熱交換器４に流入する前のエマルジョン２に水を供給して混合させる水供給手段としての加熱側水混合装置９１が設けられている。また、放熱用循環流路８０における蓄熱槽３の放熱用流出口３３と放熱側ポンプ８１との間には、放熱用熱交換器７に流入する前のエマルジョン２に水を供給して混合させる水供給手段としての放熱側水混合装置９２が設けられている。

加熱側水混合装置９１および放熱側水混合装置９２としては、例えばホモジナイザーを採用することができる。加熱側水混合装置９１および放熱側水混合装置９２としてホモジナイザーを採用することで、確実にエマルジョン２を分散させることができる。

加熱用循環流路５０における加熱用熱交換器４と蓄熱槽３の加熱用流入口３２との間には、蓄熱槽３に流入する直前のエマルジョン２から水を分離させる水分離手段としての加熱側水分離装置９３が設けられている。また、放熱用循環流路８０における放熱用熱交換器７と蓄熱槽３の放熱用流入口３４との間には、蓄熱槽３に流入する直前のエマルジョン２から水を分離させる水分離手段としての放熱側水分離装置９４が設けられている。

加熱側水分離装置９３および放熱側水分離装置９４としては、エマルジョン２から水のみを透過流出させる逆浸透膜を備える装置、電気泳動装置、遠心分離器を採用することができる。

加熱側水混合装置９１と加熱側水分離装置９３とは、水が流通する加熱側水配管９５にて接続されている。このため、蓄熱槽３に流入する直前のエマルジョン２から加熱側水分離装置９３にて分離した水は、加熱側水配管９５を介して加熱側水混合装置９１に供給され、加熱用熱交換器４に流入する前のエマルジョン２に混合される。

放熱側水混合装置９２と放熱側水分離装置９４とは、水が流通する放熱側水配管９６にて接続されている。このため、蓄熱槽３に流入する直前のエマルジョン２から放熱側水分離装置９４にて分離した水は、放熱側水配管９６を介して放熱側水混合装置９２に供給され、放熱用熱交換器７に流入する前のエマルジョン２に混合される。

すなわち、本実施形態では、蓄熱槽３内のエマルジョン２における有機物の重量パーセント濃度が、加熱用熱交換器４内のエマルジョン２における有機物の重量パーセント濃度および放熱用熱交換器７内のエマルジョン２における有機物の重量パーセント濃度の双方よりも高くなっている。

これによれば、蓄熱槽３内のエマルジョン２における有機物の重量パーセント濃度を高くすることで、蓄熱密度を高くできるので、蓄熱槽３を確実に小型化することが可能となる。一方、加熱用熱交換器４内のエマルジョン２における有機物の重量パーセント濃度および放熱用熱交換器７内のエマルジョン２における有機物の重量パーセント濃度を低くすることで、加熱用循環流路５０および放熱用循環流路８０におけるエマルジョン２の流動性を確保することができる。このため、加熱用熱交換器４および放熱用熱交換器７における熱交換性能を確保することができる。

具体的には、本実施形態のように、水混合装置９１、９２により、加熱用熱交換器４または放熱用熱交換器７に流入するエマルジョン２に水を供給することで、加熱用循環流路５０および放熱用循環流路８０におけるエマルジョン２の流動性を確保することが可能となる。また、水分離装置９３、９４により、加熱用熱交換器４または放熱用熱交換器７から流出したエマルジョン２より水を分離させることで、蓄熱槽３内のエマルジョン２における有機物の重量パーセント濃度を高くし、蓄熱密度を高くすることができる。例えば、水分離装置９３、９４においてエマルジョン２を２倍に濃縮すれば、蓄熱槽３の容積を１／２にすることができる。

また、本実施形態では、水混合装置９１、９２は、水分離装置９３、９４によってエマルジョン２から分離させた水を、加熱用熱交換器４または放熱用熱交換器７に流入するエマルジョン２に供給するように構成されている。

これによれば、水分離装置９３、９４にてエマルジョン２から分離させた水を貯留するための容器（装置）を設ける必要がなくなるので、システムのさらなる小型化を図ることができる。さらに、水分離装置９３、９４においてエマルジョン２から完全に水を分離できない場合、すなわちエマルジョン２から分離させた水に有機物等が含まれている場合であっても、水分離装置９３、９４にて分離させた水を加熱用熱交換器４または放熱用熱交換器７に流入するエマルジョン２に供給することができる。つまり、水分離装置９３、９４においてエマルジョン２から完全に水を分離できない場合でも、当該水をシステムにおいて再利用することができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、本発明の蓄熱システムを、エンジンから走行用の駆動力を得る車両に適用した例について説明したが、これに限らず、走行用電動モータから走行用の駆動力を得る電気自動車に適用してもよい。電気自動車では、車両停止時に外部電源（商用電源）から供給される電力をバッテリに充電しておき、車両走行時には、バッテリに充電された電力を走行用電動モータに供給することによって走行する。

この場合、蓄熱システムを、バッテリの有する熱によりエマルジョンを加熱する加熱装置と、エマルジョンと空調用空気との間で熱交換を行うことにより空調用空気を加熱する放熱装置とを備え、加熱装置においてバッテリの有する熱によりエマルジョンを加熱する蓄熱モードと、放熱装置においてエマルジョンの有する熱を空調用空気に放熱する放熱モードとを実行可能に構成することができる。

同様に、本発明の蓄熱システムを、エンジンおよび走行用電動モータから走行用の駆動力を得るハイブリッド車両や、ハイブリッド車両において車両停止時に外部電源から供給される電力をバッテリに充電可能に構成された、いわゆるプラグインハイブリッド車両に適用してもよい。

（２）上記実施形態では、本発明の加熱対象物として暖房用熱源である空調用空気を採用した例について説明したが、これに限らず、加熱対象物としてエンジンＥＧ等の暖機対象機器を採用してもよい。

２エマルジョン
３蓄熱槽（収容部）
４加熱用熱交換器（加熱手段）
７放熱用熱交換器（放熱手段）
５０加熱用循環流路（加熱側流路）
５１加熱側ポンプ
８０放熱用循環流路（放熱側流路）
８１放熱側ポンプ

Claims

水と、固液相変化に伴って発生する潜熱を利用して蓄熱可能であるともに前記水と非相溶性である有機物と、前記水および前記有機物を混濁可能とする界面活性剤とを含有するエマルジョン（２）と、
前記エマルジョン（２）を収容する収容部（３）と、
前記エマルジョン（２）が流入可能になっており、かつ、熱源と前記エマルジョン（２）との間で熱交換を行うことで前記熱源の有する熱により前記エマルジョン（２）を加熱する加熱手段（４）と、
前記エマルジョン（２）が流入可能になっており、かつ、加熱対象物と前記エマルジョン（２）との間で熱交換を行うことで前記エマルジョン（２）の有する熱を前記加熱対象物へ放熱する放熱手段（７）と、
前記収容部（３）から前記加熱手段（４）へ前記エマルジョン（２）を導く加熱側流路（５０）と、
前記収容部（３）から前記放熱手段（７）へ前記エマルジョン（２）を導く放熱側流路（８０）と、
前記加熱側流路（５０）に設けられるとともに、前記収容部（３）から前記加熱手段（４）へ前記エマルジョン（２）を圧送する加熱側ポンプ（５１）と、
前記放熱側流路（８０）に設けられるとともに、前記収容部（３）から前記放熱手段（７）へ前記エマルジョンを圧送する放熱側ポンプ（８１）とを備え、
前記エマルジョン（２）は、前記水および前記有機物の混濁時に、前記有機物の粒子の単位体積あたりの表面積が０．０５ｎｍ^-1以上に調整されており、
前記加熱側流路（５０）は、前記加熱手段（４）と前記収容部（３）との間で前記エマルジョン（２）を循環させるように構成されており、
前記放熱側流路（８０）は、前記放熱手段（７）と前記収容部（３）との間で前記エマルジョン（２）を循環させるように構成されており、
さらに、前記加熱手段（４）および前記放熱手段（７）の少なくとも一方に流入する前記エマルジョン（２）に前記水を供給する水供給手段（９１、９２）と、
前記水供給手段（９１、９２）によって前記水が供給されるとともに前記加熱手段（４）および前記放熱手段（７）の少なくとも一方から流出した前記エマルジョン（２）から水を分離させる水分離手段（９３、９４）と、
前記水供給手段（９１、９２）と前記水分離手段（９３、９４）とを接続する接続流路（９５、９６）とを備え、
前記水供給手段（９１、９２）は、前記水分離手段（９３、９４）によって前記エマルジョン（２）から分離させた前記水を、前記接続流路（９５、９６）を介して、前記加熱手段（４）および前記放熱手段（７）の少なくとも一方に流入する前記エマルジョン（２）に供給することを特徴とする蓄熱システム。
前記エマルジョン（２）は、前記水および前記有機物の混濁時に、前記有機物の粒子の単位体積あたりの表面積が０．０５ｎｍ^-1以上０．３ｎｍ^-1以下に調整されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
前記エマルジョン（２）は、前記有機物の濃度が５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下に調整されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱システム。
前記熱源は、エネルギ変換システムにおけるエネルギ変換装置（ＥＧ）の排熱であり、
前記加熱対象物は、前記エネルギ変換システムにおける暖機対象機器または暖房用熱源であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蓄熱システム。
前記エネルギ変換システムを備える車両に搭載される請求項４に記載の蓄熱システムであって、
前記エネルギ変換装置は、前記車両の走行用駆動源である内燃機関（ＥＧ）であり、
前記加熱対象物は、前記車両の車室内に供給される空調用空気であり、
前記加熱手段（４）は、前記エマルジョン（２）と前記内燃機関（ＥＧ）の冷却水との間で熱交換を行うことにより前記エマルジョン（２）を加熱し、
前記放熱手段（７）は、前記エマルジョン（２）と前記空調用空気との間で熱交換を行うことにより前記空調用空気を加熱し、
前記内燃機関（ＥＧ）が定常運転状態である際に、前記加熱手段（４）において前記冷却水の有する熱により前記エマルジョン（２）を加熱する蓄熱モードと、前記内燃機関（ＥＧ）が停止またはアイドル状態である際に、前記放熱手段（７）において前記エマルジョン（２）の有する熱を前記空調用空気に放熱する放熱モードとを実行可能に構成されていることを特徴とする蓄熱システム。
前記エネルギ変換システムを備える車両に搭載される請求項４に記載の蓄熱システムであって、
前記エネルギ変換装置は、前記車両に搭載されるバッテリであり、
前記加熱対象物は、前記車両の車室内に供給される空調用空気であり、
前記加熱手段（４）は、前記バッテリの有する熱により前記エマルジョン（２）を加熱し、
前記放熱手段（７）は、前記エマルジョン（２）と前記空調用空気との間で熱交換を行うことにより前記空調用空気を加熱し、
前記加熱手段（４）において前記バッテリの有する熱により前記エマルジョン（２）を加熱する蓄熱モードと、前記放熱手段（７）において前記エマルジョン（２）の有する熱を前記空調用空気に放熱する放熱モードとを実行可能に構成されていることを特徴とする蓄熱システム。