JP6230445B2 - 発核装置および蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、過冷却状態の潜熱蓄熱材を効率よく結晶化させることが可能な発核装置およびこれを用いた蓄熱装置に関するものである。

自動車の暖房において、エンジン始動直後のエンジン排熱により十分に空気を加熱できない時に、暖かな空気を室内に送るために、電気エネルギーを利用せずに熱が取り出せる蓄熱装置が用いられる例がある。蓄熱装置は、蓄熱材の相変化に伴う潜熱により、電気エネルギーを消費せずに、空気を加熱して、暖房に利用できる。

相変化に伴う潜熱を利用する潜熱蓄熱材には、温度変化に応じて融解・凝固を繰り返す、例えば氷やパラフィン系の蓄熱材と、凝固点以下でも液体状態（過冷却状態）を維持し、外部からの刺激により凝固が起きる過冷却型蓄熱材がある。過冷却液体は、外部からの刺激などにより結晶の核ができれば、結晶の核を中心として結晶の成長が起きて全体が凝固するので、結晶の核を作るために発核装置が過冷却型蓄熱材を利用する場合に用いられる。発核装置により、任意のタイミングで、蓄熱材を結晶化でき、熱を利用できる利点がある。

このような、発核装置としては、蓄熱材の収容部材に固定された部材の移動や金属板の変形等を用いた方法がある（例えば特許文献１、２）。

特開２０１１−７５０５０号公報 特開２００７−２３２３３２号公報

特許文献１、２のように、従来の発核装置は、発核を行うために、蓄熱材に対して衝撃等を加える方法や、種結晶を用いる方法がある。種結晶を用いる方法では、蓄熱材の一部を結晶のまま蓄熱材の外部に保持しておき、必要に応じて種結晶として蓄熱材に接触させて結晶化させる。

しかし、種結晶を外部で結晶のまま保持しておき、蓄熱材まで移動させるには、構造が複雑となり、装置も大型化する。また、蓄熱材が液体の状態でも種結晶を保持するには、種結晶を熱的に隔離し、また種結晶が蓄熱材と接触しても種結晶が溶けずにまた蓄熱材に固着せずに保持しなければならず、装置の信頼性が劣る。

これらに対し、本発明者らは、種結晶を確実に保持し、熱を取り出したいタイミングで、過冷却液体の蓄熱材に種結晶を接触させ、かつ蓄熱材に衝撃を加えて、確実に結晶化させる方法を発案した。

蓄熱材の種結晶を板状部材の溝内で保持し、過冷却状態の蓄熱材中に種結晶を接触させるために板状部材を変形動作させて、結晶化させる方法である。

種結晶には蓄熱材を構成する水和物の無水物を使用する。無水物の融点は、水和物の融点よりも高く、また使用温度の上限よりも十分に高いため、無水物自体は融解しない。しかし、無水物は水や水和物の液体に溶けやすいため、液体状態の蓄熱材中で保持しておくと、周囲の液体に溶け出し消失する恐れがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、種結晶の蓄熱材中への溶け出しを抑制し、繰り返し利用可能な信頼性の高い発核装置等の提供を目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、蓄熱材の発核装置であり、溝を有し、湾曲または屈曲した板状部材と、前記溝の内部に収容される前記蓄熱材の種結晶と、少なくとも一方の面の前記溝を塞ぐ蓋部と、を具備し、前記板状部材は、外力が付与されていない定常状態において、前記蓋部と前記板状部材とが接触することを特徴とする発核装置である。
前記種結晶は、前記蓄熱材の過冷却状態を結晶化させる機能を有する材料であり、前記蓄熱材を構成する水和物や他の水和物でも良いが、前記蓄熱材を構成する水和物の無水物が望ましい。

前記板状部材は、外力の付与により前記定常状態から飛び移り座屈が可能であり、前記外力を取り除くと、前記定常状態に戻ることが望ましい。

前記溝は、板状部材の繰り返し変形に応じて開閉し、内部に存在する種結晶の過冷却液体への接触並びに過冷却液体への衝撃付与として働くように設計され、前記溝の両端部は、前記板状部材の縁部に露出しないことが望ましい。
前記溝は、前記板状部材の湾曲方向または屈曲方向と直交する方向に形成すると、板状部材の繰り返し変形に応じて効果的に開閉するので望ましい。

前記板状部材には、種結晶を収容する前記溝の他に、孔、スリットまたは切り込みが設けられてもよい。

前記蓋部は、板状の蓋部材であり、前記板状の蓋部材は、外力により前記定常状態から飛び移り座屈が可能であり、前記外力を取り除くと、前記定常状態に戻り、前記定常状態において、前記板状の蓋部材は前記板状部材と接触して、前記溝を塞ぐとともに、前記外力を加えると、前記板状部材と前記板状の蓋部材とが離れてもよい。

前記板状部材を構成する板素材は、一方の端部から所定長さのスリットが形成され、前記スリットで分離された舌状部同士を重ねあわせることで前記板状部材が形成され、前記舌状部同士の重なり部の少なくとも一方の前記舌状部に前記溝が形成され、前記溝に重なり合う他方の前記舌状部が前記蓋部となってもよい。

第１の発明によれば、板状部材に設けられた溝に種結晶が保持されており、板状部材を曲げると、内部の種結晶が過冷却状態の蓄熱材に対して露出し接触するので過冷却状態の蓄熱材が結晶化して、発核装置として機能する。

溝が蓋部により覆われているため、液体の蓄熱材と溝との接触が抑制され、溝内部の種結晶の液体の蓄熱材への溶け出しが抑制できる。

板状部材が外力により不連続に形状が変わる飛び移り座屈を起こすと、変形前後の形状が大きく異なり、外力により板状部材の変形を安定に制御できる。また、外力を取り除くと、すぐに元の状態に戻るようにできる設計すると繰り返しのための動作機構が簡素化できる。飛び移り座屈の利用により、定常時には、溝が閉塞した状態を維持し、外力が加わった時にのみ、溝が広がる方向に板状部材を変形させる動作を繰り返す発核装置を、単純で信頼性の高い構造で実現できる。繰り返し変形のために、板部材の飛び移り座屈の利用以外に、バネ機構を用いても良い。

溝の端部を板状部材の縁部に露出しないようにして、液体の蓄熱材の溝の端部からの浸入を抑制し、溝内の種結晶の液体の蓄熱材への溶け出しを防ぐ構造とする。

蓋部にも板状部材を用いると、定常状態では、板状部材同士を接触させて、溝の蓄熱材への露出を防止し、板状部材の変形により、板状部材同士が離れて、効率よく溝内の種結晶が蓄熱材に接触できる。以上により、高温の液体の蓄熱材への種結晶の溶け込みを防止し、かつ過冷却状態の蓄熱材との接触による不測な結晶化を防止し、発核動作では種結晶と変形による衝撃の両方の効果を発核に利用できる装置が実現できる。

本発明の板状部材は一枚の板素材から製造でき、部品点数を減らし、簡易な構造で、信頼性の高い低コストな発核装置を実現できる。
また、種結晶を収容する溝の他に、孔、スリット、または切り込みを設けて、板状部材を変形しやすく、また液体の蓄熱材を撹拌しやすい構造にできる。

第２の発明は、蓄熱装置であり、ケースと、前記ケースに収容される蓄熱材と、前記蓄熱材の発核装置と、を具備し、前記発核装置は、溝を有する板状部材と、前記溝の内部に収容される前記蓄熱材の種結晶と、を具備し、前記板状部材は、外力が付与されていない定常状態に対して、外力により変形し、前記溝が開口方向または閉塞方向に変形可能であり、前記定常状態において、少なくとも一方の面の前記溝が、前記蓄熱材との接触を防止する蓄熱材接触防止構造を有することを特徴とする蓄熱装置である。

前記蓄熱材接触防止構造は、前記発核装置の前記定常状態において、前記溝の少なくとも一部が前記液体状態の蓄熱材に埋没しないように、前記蓄熱材の液面よりも上方で保持する保持構造であってもよい。

前記発核装置は、少なくとも一方の面の前記溝を塞ぐ蓋部をさらに具備し、前記蓄熱材接触防止構造は、前記定常状態において、前記蓋部が前記板状部材と接触して、前記溝を塞ぐとともに、前記外力を加えると、前記板状部材と前記蓋部とが離れる構造であってもよい。

前記板状部材は、外力の付与による定常状態から飛び移り座屈が可能であってもよい。

第２の発明によれば、第１の発明と同様の効果が得られる。すなわち、信頼性の高い蓄熱装置が得られる。

このような効果は、第１の発明と同様に蓋部を用いても得られるが、定常状態において、蓄熱材の液面より上に板状部材を配置することでも、同様の効果が得られる。

本発明によれば、種結晶の蓄熱材中への溶け出しを抑制し、信頼性の高い発核装置等を提供できる。

板状部材１を示す図。 蓄熱装置２０を示す図で、（ａ）は発核装置１０の定常状態を示す図、（ｂ）は発核装置１０の変形状態を示す図。 発核装置１０の溝近傍の断面図であって、（ａ）は定常状態を示す図、（ｂ）は変形状態を示す図。 溝近傍の断面図であって、（ａ）は突起が形成された状態を示す図、（ｂ）は突起をつぶした状態を示す図。 蓄熱装置２０ａを示す図で、（ａ）は発核装置１０ａの定常状態を示す図、（ｂ）は発核装置１０ａの変形状態を示す図。 発核装置１０ａの溝近傍の断面図であって、（ａ）は定常状態を示す図、（ｂ）は変形状態を示す図。 板状部材１ｃを示斜視図。 板状部材１ｃを示す平面図。 板状部材１ｄを示す平面図。 （ａ）は板素材１３を示す図、（ｂ）は板状部材１ｂを示す図。 （ａ）は定常状態の板状部材１ｂを示す図、（ｂ）は変形状態の板状部材１ｂを示す図。 （ａ）、（ｂ）は、板状部材１ｂの他の構成を示す図。 蓄熱装置２０ｂを示す図で、（ａ）は発核装置１０の定常状態を示す図、（ｂ）は発核装置１０の変形状態を示す図。 蓄熱装置２０ｃを示す図で、（ａ）は発核装置１０ｂの定常状態を示す図、（ｂ）は発核装置１０ｂの変形状態を示す図。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明にかかる発核装置に用いられる板状部材１を示す斜視図である。板状部材１は、例えば、金属製や樹脂製の部材である。板状部材１の両端部は、後述する保持部で保持される部位である。板状部材１の中央部は、一方に突出するように湾曲する。湾曲凸側を外面３、凹側を内面５とする。なお、本発明では、曲線状に湾曲した場合に限らず、直線状に屈曲した場合や、これらの組み合わせも適用可能である。以下の説明では、特に記載がない限り、湾曲形状の例について説明する。

板状部材１の湾曲部には、複数の溝７が形成される。溝７は、板状部材１の長手方向（湾曲方向）とは略垂直に形成される。溝７の長さは、板状部材１の幅よりも短い。このため、溝７の両端部は、板状部材１の縁部には達せず、溝７の両端部が、板状部材１の両縁部に露出しない。なお、溝７の形態については、詳細を後述する。

図２（ａ）は、蓄熱装置２０を示す図である。蓄熱装置２０は、図示を省略したケース内に封入された蓄熱材２１と発核装置１０等から構成される。なお、図２（ａ）の状態を、以下、定常状態とする。

蓄熱材２１は、過冷却型潜熱蓄熱材であり、例えば、酢酸ナトリウム３水和物や硫酸ナトリウム１０水和物、チオ硫酸ナトリウム五水和物である。蓄熱材２１は、物質の相変化に伴う潜熱を利用する過冷却型蓄熱材であり、凝固点温度以下になっても液体から固体への相変化（結晶化）が起きずに液体状態（過冷却液体）を保つが、衝撃、振動、摩擦といった外部からのエネルギーにより、過冷却液体中に結晶の核ができ、結晶の核を起点として連続的に結晶が成長し、放熱しながら結晶化が完了する材料である。

発核装置１０は、蓄熱材２１内に配置される。発核装置１０は、前述した板状部材１と、蓋部９と、保持部１１等から構成される。保持部１１は、板状部材１および蓋部９の両端部を保持して固定する。保持部１１は、蓄熱装置２０のケース等に固定される。なお、板状部材１と蓋部９の保持部１１側は、略直線部であり、それぞれの湾曲部との境界を、屈曲点とする。すなわち、板状部材１、蓋部９それぞれについて、屈曲点で挟まれた部位が、湾曲部（または屈曲部）となる。

板状部材１の外面と重なるように、蓋部９が設けられる。蓋部材である蓋部９は、板状部材１とほぼ同様に、金属製または樹脂製であり、保持部１１で保持される部位以外の部位に、湾曲部が形成される。蓋部９の湾曲形状と、板状部材１の湾曲形状は、一部が一致する。したがって、板状部材１の所定範囲が、蓋部９と接触する。

ここで、屈曲点同士をつないだ線から、湾曲部の頂部までの高さを湾曲高さとする。この場合、板状部材１の湾曲高さは、蓋部９の湾曲高さよりも高い。

図３（ａ）は、定常状態（図２（ａ）の状態）における、溝７近傍の部分拡大断面図である。前述したように、板状部材１には、溝７が形成される。溝７は、板状部材１の両面を貫通する。なお、本発明において、溝７は、単なる切れ込みを含み、必ずしも幅を有さなくてもよく、切れ込みの両側が接触した状態も、溝とする。

また、溝７には、蓄熱材２１の種結晶として無水物をあらかじめ収容させる。例えば、蓄熱材２１を、板状部材１の溝にこすり付けて、溝７内に蓄熱材を押し込んだ状態で、板状部材１を加熱すると、溝７内に無水物を形成できる。この際、溝７が貫通しているため、溝７への無水物の収容が容易である。

板状部材１が湾曲している状態では、湾曲形状の外面３側では、溝７が広がる方向（開口方向）に変形し、湾曲形状の内面５側では、溝７が閉じる方向（閉塞方向）に変形している。

したがって、定常状態では、板状部材１の外面側の溝７が開き、内面側の溝７が閉じており、板状部材１の外面側には、前述したように、蓋部９が接触する。すなわち、蓋部９により、溝７に収容された種結晶と周囲の蓄熱材２１との接触が抑制される。

溝７に収容された種結晶としての無水物の融点は、蓄熱装置２０の使用環境よりも十分に高いので、無水物の融解による消失はないが、無水物は、水や液体の蓄熱材に溶けるため、無水物が徐々に溶け出し消失する恐れがある。特に、溝７が閉じている場合には、無水物と蓄熱材２１の接触はかなり抑制されるが、開いた状態では、溶け出しやすい。

本発明では、定常状態で溝７が開く側には蓋部９が接触するので、蓋部９により、液体の蓄熱材と溝７との接触が抑制され、液体の蓄熱材への無水物の溶け出しを抑制できる。なお、蓋部９と溝７との間に微量の蓄熱材が存在しても、無水物の拡散自体が抑制されるため、溶け出しによる無水物の消失も抑制できる。

次に、過冷却状態の蓄熱材２１を結晶化させる発核方法について説明する。発核装置１０の上方（湾曲凸方向）から外力を加えると（図中矢印Ａ方向）、板状部材１と蓋部９が変形するが、板状部材１および蓋部９は、飛び移り座屈（スナップスルー座屈）を起こすことが望ましい。飛び移り座屈とは、外力を単純に増加させた場合に、外力に応じて線形に変形していた部材が、ある形状から他の形状に不連続に一気に変形する現象である。すなわち、変形途中の形状よりも、変形前後の形状がより安定なために、起きる現象である。

図２（ｂ）に示すように、ある変位以上の外力が与えられると、板状部材１および蓋部９は、湾曲方向が反転して飛び移り座屈を起こす。前述したように、蓋部９の湾曲高さが、板状部材１の湾曲高さよりも低いため、蓋部９と板状部材１とは離れる。

図３（ｂ）に示すように、板状部材１の変形により、板状部材１の内面５側の溝７が開く。溝７内部の種結晶が過冷却状態の蓄熱材２１に露出し接触し、板状部材１の変形による衝撃効果とあわせて、過冷却状態の蓄熱材は一気に結晶化する。

なお、発明者らは、種結晶が収容されていない溝を有する板状部材１を変形させる衝撃効果のみの発核動作と本発明の発核動作を比較した結果、種結晶を入れた本発明の方が、確実に発核することを見出した。また検討の結果、無水物を種結晶と利用する本発明が、繰り返し発核動作に対して高い信頼性を有することを見出した。

板状部材の変形状態では、板状部材１の外面３側の溝７は、閉じているが、蓋部９による被覆がなくなるため、板状部材１の外面３側の溝７内の種結晶も、変形により蓄熱材２１と接触し発核源として機能できる。

なお、本発明では、図２（ｂ）の状態から、図２（ａ）の状態に戻すために、板状部材１に反対方向の外力を付与してもよいが、定常状態で付与した外力を取り除いた際に、板状部材１および蓋部９が、自身の復元力により、定常状態に戻ることが望ましい。復元力を利用すると、図２（ｂ）の状態を長時間保持せずに、定常状態に戻せる。

蓋部９と板状部材１との接触面に図示を省略した凹凸形状を形成してもよく、蓋部９と板状部材１との接触状態において、互いの凹凸形状を嵌合できる。凹凸形状を嵌合により、蓋部９と板状部材１との位置決めが容易になる。

ここで、本発明の板状部材１の湾曲部形状として望ましい形状について説明する。板状部材１としては、例えば、５ｍｍ幅、長さ２０．０ｍｍ、厚みを０．２ｍｍのステンレス製板を孤長２０．１８ｍｍまで変形させて湾曲部とする。

溝７の開口全幅長（一本当たりの溝幅×本数）は、湾曲による閉塞を考慮し４０μｍ以下が望まく、例えば８μｍ幅×４本とできる。

また、板状部材に溝７を作製する際に一方向からの加工では、図４（ａ）に示すように、他方の面側に突起が形成される場合がある。この形状のまま使用してもよいが、図４（ｂ）に示すように、突起部分をつぶして使用してもよい。この場合、突起高さは、０．０７ｍｍ程度にできる。

以上、本実施の形態によれば、外力の付与によって容易に種結晶と蓄熱材２１を接触させて、蓄熱材を発核させ熱を取り出せる。この際、定常状態では、溝７が開く側の溝７が、蓋部９によって覆われるため、溝７内の種結晶と液体状態の蓄熱材２１との接触を抑制でき、種結晶の蓄熱材２１への溶け出し、消失を抑制できる。

また、外力により、板状部材１および蓋部９が変形すると、溝７が開くため、種結晶が蓄熱材２１に接触して発核できる。また、変形状態では、蓋部９と板状部材１とが離れるため、板状部材１の両面の溝７を蓄熱材２１と接触できる。

また、溝７は、板状部材１の両縁部に露出しないため、溝７の端部から液体の蓄熱材２１の溝７内への浸入を防止できる。

また、板状部材１および蓋部９は飛び移り座屈するため、定常状態及び変形状態を常に一定の形状とでき、過剰な変形や、変形不足などの恐れがなく、外力付与の制御が簡素化できる。

次に、第２の実施の形態について説明する。図５（ａ）は、蓄熱装置２０ａを示す図であり、図６（ａ）は、この状態における、溝７近傍の拡大断面図である。なお、以下の説明において、蓄熱装置２０（発核装置１０）等と同一の機能を奏する構成については、図１〜図３と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

蓄熱装置２０ａは、蓄熱装置２０とほぼ同様であるが、発核装置１０ａが用いられる点で異なる。発核装置１０ａは、発核装置１０に対して、板状部材１、１ａが用いられる。すなわち、発核装置１０ａは、板状部材１、１ａ、および蓋部９等で構成される。

板状部材１ａは、前述した発核装置１０の蓋部９とほぼ同一の形状である。したがって、定常状態（図５（ａ）の状態）では、板状部材１、１ａの湾曲部の一部が所定長だけ互いに重なり合う。板状部材１ａの外面には、さらに、蓋部９ａが接合される。

図６（ａ）に示すように、板状部材１ａには、板状部材１の溝７と同様に溝７ａが設けられる。溝７ａは板状部材１ａを貫通する。また、溝７ａの外面側は、蓋部９によって塞がれる。溝７ａには、溝７と同様に、種結晶である無水物が収容されている。溝７ａと、溝７の位置は重ならずに、離れた位置でも良い。

図５（ｂ）は、発核装置１０ａを変形させた状態を示す図であり、図６（ｂ）は、この状態における、溝７等近傍の拡大断面図である。板状部材１ａは、前述した発核装置１０における蓋部９と同様に、変形状態では、板状部材１とは離れる。また、板状部材１、１ａともに、飛び移り座屈変形を起こし、外力を取り除くと、定常状態に復元する。なお、蓋部９ａは、板状部材１ａと一体化しているため、板状部材１ａの変形に追従して変形する。

図６（ｂ）に示すように、板状部材１、１ａが変形すると、板状部材１ａの内面側の溝７ａと、板状部材１の両面の溝７が蓄熱材２１と接触する。すなわち、常に、蓋部９によって覆われる溝７ａの外面側以外が、蓄熱材２１と接触する。特に、板状部材１、１ａの内面側の溝７、７ａは、開くように変形する。このため、溝７、７ａ内部の種結晶と蓄熱材２１との接触が助長され、過冷却状態の蓄熱材２１発核源として機能する。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得られる。また、複数の板状部材１、１ａを用いるため、より多くの溝（無水物）が蓄熱材２１に接触できるので、より確実な発核を実現できる。

次に、第３の実施の形態について説明する。図７は、板状部材１ｃを示す斜視図、図８は、平面図である。板状部材１ｃは、板状部材１のような帯状ではなく、円盤状の形状である。

板状部材１ｃの外周部には、平坦部が形成される。平坦部は、図示を省略する保持部によって保持される。板状部材１ｃの中央部は、一方に凸形状に湾曲する。ここで、凸形状側を外面３とし、凹形状側を内面５とする。

凸形状部には、例えば放射状に複数の溝７が形成される。溝７の端部は、板状部材１ｃの外部に露出しない。凸形状部に外力を加えると、板状部材１ｃは、飛び移り座屈し、凹凸形状が反転する。この際、溝７の内面側が開口し、外面側が閉塞する。円盤状の板状部材１ｃでは、どの方向に設けた溝でも変形により開閉し、また飛び移り座屈の繰り返し動作も安定するので、信頼性の高い蓄熱装置が実現できる。

また、図９に示す板状部材１ｄのように、板状部材１ｃに対してさらに孔８を形成してもよい。孔８は、板状部材１ｃの円周方向に沿って４箇所形成される。このような孔８を形成すると、板状部材１ｃの変形が容易となり、飛び移り座屈変形するのに必要な外力を小さくできる。また、板状部材１ｄの変形の際、蓄熱材の液体が孔８を通過して、蓄熱材を効果的に撹拌するので、結晶化を促進できる。なお、孔８に代えて、スリットや切れ込みであっても同様の効果が得られる。

このように、種結晶を収容する溝７の他に、孔８または、スリットや切り込みを形成すると、板状部材１ｄを変形しやすく、また、変形時の液体の撹拌を促進できる。

板状部材１ｃ、１ｄの外面側に、同様の形状の蓋部を用い、溝７を覆うようにして接触させて発核装置を構成し、蓄熱材２１内で板状部材１ｃ、１ｄを変形させると、前述した蓄熱装置２０、２０ａと同様の機能が得られる。

以上、第３の実施の形態によれば、第１、第２の実施の形態と同様の効果が得られる。このように、本発明では、外力により変形可能な板状部材であれば、いずれの態様でも適用可能である。

次に、第４の実施の形態について説明する。図１０（ａ）は、板素材１３を示す図である。板素材１３は、例えば金属製である。板素材１３の一方に、スリット１５を形成する。スリット１５によって、互いに分離した一対の舌状部１７が形成される。

次に、図１０（ｂ）に示すように、スリット１５を挟んで対向する舌状部１７同士の一部を重ね合わせて固定する。このようにすることで、舌状部１７とそれ以外の部位との境界近傍に屈曲部が形成される。この屈曲部の位置に合わせて、あらかじめ溝７を形成しておく。以上により、板状部材１ｂが形成される。

図１１（ａ）は、この状態における。板状部材１ｂの断面図であり、図１０（ｂ）のＥ−Ｅ線断面図である。図示した例では、外面３側に凸形状となる。この状態では、凸形状となる外面３の溝７が、開く方向に変形しており、内面５側の溝７が閉じる方向に変形している。

この状態の板状部材１ｂに外力を加えると、飛び移り座屈変形を起こし、内面５側の溝７が開き、外面３側の溝７が閉じる。

板状部材１ｂを用いて発核装置を構成するためには、まず、板状部材１ｂの両端を保持部で保持し、少なくとも定常状態（例えば図１１（ａ）の状態）において溝７が開いている外面３に蓋部を接触させておく。このため、溝内の種結晶と蓄熱材２１との接触が抑制される。一方、内面５側は、定常状態では、閉じているため、種結晶と蓄熱材２１との接触が抑制される。板状部材１ｂが変形すると、内面５側の溝７が開き、種結晶と周囲の蓄熱材とが接触する。この際、蓋部は、外面３と離れてもよく、接触したままでもよい。

また、図１２に示すように、溝７を、舌状部１７同士の重なり部に形成してもよい。溝７は、図１２（ａ）のように、舌状部１７の長手方向に形成してもよいし、図１２（ｂ）のように、舌状部１７の短手方向に形成してもよい。この場合、溝７は舌状部１７の片面（舌状部１７同士の対向面側）のみに形成してもよく、両面に貫通するように形成してもよい。このような位置に溝７を形成すると、定常状態では、舌状部１７同士が重なり合って、溝７が被覆され、形状が反転する移行時に、舌状部１７同士が離れて、溝７を周囲の蓄熱材に接触できる。すなわち、一方の舌状部１７が板状部材として機能し、他方の舌状部１７が蓋部として機能する。なお、溝７が貫通している場合でも、変形時に溝７と蓄熱材との接触部位を増やせるので、多数点で発核でき、結晶化を促進できる。

以上、第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。このように、本発明では、外力により変形可能な板状部材であれば、いずれの態様でも適用可能である。

次に、第５の実施の形態について説明する。図１３（ａ）は、蓄熱装置２０ｂを示す図である。蓄熱装置２０ｂは、蓄熱装置２０と略同様である。なお、以下の説明において、蓄熱装置２０ｂに発核装置１０を適用した例を示すが、前述した他の発核装置（板状部材）を適用できる。

蓄熱装置２０ｂでは、定常状態において、発核装置１０の一部が蓄熱材２１の液面２３（以下、液体である場合について説明するが、固体の状態もある。以下同様。）の上方に位置する。すなわち、発核装置１０の溝７が形成されている範囲が、蓄熱材２１と接触しない。

この状態から、外力を付与すると、図１３（ｂ）に示すように、板状部材１および蓋部９が変形し、板状部材１等の一部が蓄熱材２１に浸漬し、板状部材１の溝７が蓄熱材２１と接触する。蓄熱材２１の液面２３近傍に、過冷却状態の安定化を意図した分離層が存在する場合がある（境界部は図中Ｆ）。
分離層は、過冷却蓄熱材ではなく結晶化しないので、外力の付与により、板状部材１の変形は分離層の下方の蓄熱材２１まで達しなければ蓄熱材２１は発核しない。なお、蓋部９は、必ずしも、蓄熱材２１と接触する必要はないが、蓄熱材２１との接触により、蓄熱材２１が撹拌されて、相変化が起きやすくなる。

以上、第５の実施の形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、定常状態においては、種結晶が蓄熱材２１と接触しないので、蓄熱材２１に溶け出して消失しない。

また、板状部材１の上方が蓋部９によって覆われている。このため、ケース内に蒸発した水分が、水滴となって板状部材１に付着することを防止できる。例えば、ケースの上面に生じた水滴が板状部材１に落下し、溝７内に浸入して種結晶を溶かして消失することを防止できる。

次に、第６の実施の形態について説明する。図１４（ａ）は、蓄熱装置２０ｃを示す図である。蓄熱装置２０ｃは、発核装置１０ｂが用いられる。発核装置１０では、一対の板状の部材が隙間をあけてほぼ平行に配置され、両端が保持部１１で保持される。下方の板状の部材が板状部材１として機能し、上方の板状部材が蓋部９として機能する。なお、板状部材１にのみ溝が形成される。

板状部材１は、液面２３上に保持され、定常状態において、板状部材１は蓄熱材２１と接触しない。

発核装置１０ｂに外力を加えると、図１４（ｂ）に示すように、蓋部９および板状部材１とが変形し、蓄熱材２１と接触する。したがって、板状部材１の溝内の無水物が蓄熱材２１と接触し、蓄熱材２１の発核源として機能する。

第６の実施形態によれば、第４の実施形態と同様の効果が得られる。この場合でも、上方の蓋部９によって、水滴等の板状部材１との接触を防止できる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ………板状部材
３………外面
５………内面
７、７ａ………溝
８………孔
９、９ａ………蓋部
１０、１０ａ、１０ｂ……発核装置
１１………保持部
１３………板素材
１５………スリット
１７………舌状部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ………蓄熱装置
２１………蓄熱材
２３………液面

Claims (11)

1. 蓄熱材の発核装置であって、
   溝を有し、湾曲または屈曲した板状部材と、
   前記溝の内部に収容される前記蓄熱材の種結晶と、
   少なくとも一方の面の前記溝を塞ぐ蓋部と、
   を具備し、
   前記板状部材は、外力が付与されていない定常状態において、前記蓋部と前記板状部材とが接触することを特徴とする発核装置。
2. 前記種結晶は、前記蓄熱材を構成する水和物の無水和物であることを特徴とする請求項１記載の発核装置。
3. 前記板状部材は、外力の付与により前記定常状態から飛び移り座屈が可能であり、外力を取り除くと、前記定常状態に戻ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発核装置。
4. 前記溝は、前記板状部材の湾曲または屈曲により、前記溝が開口方向または閉塞方向に変形するように形成されるとともに、前記溝の両端部が、前記板状部材の縁部に露出しないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の発核装置。
5. 前記板状部材には、種結晶を収容する前記溝の他に、孔、スリットまたは切り込みが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の発核装置。
6. 前記蓋部は、板状の蓋部材であり、
   前記板状の蓋部材は、外力の付与により前記定常状態から飛び移り座屈が可能であり、外力を取り除くと、前記定常状態に戻り、
   前記定常状態において、前記板状の蓋部材は前記板状部材と接触して、前記溝を塞ぐとともに、外力を加えると、前記板状部材と前記板状の蓋部材とが離れることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の発核装置。
7. 前記板状部材を構成する板素材は、一方の端部から所定長さのスリットが形成され、前記スリットで分離された舌状部同士を重ねあわせることで前記板状部材が形成され、
   前記舌状部同士の重なり部の少なくとも一方の前記舌状部に前記溝が形成され、前記溝に重なり合う他方の前記舌状部が前記蓋部となることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の発核装置。
8. 蓄熱装置であって、
   ケースと、
   前記ケースに収容される蓄熱材と、
   前記蓄熱材の発核装置と、
   を具備し、
   前記発核装置は、
   溝を有する板状部材と、
   前記溝の内部に収容される前記蓄熱材の種結晶と、
   を具備し、
   前記板状部材は、外力が付与されていない定常状態に対して、外力により変形し、前記溝が開口方向または閉塞方向に変形可能であり、
   前記定常状態において、少なくとも一方の面の前記溝が、前記蓄熱材と接触することを防止する蓄熱材接触防止構造を有することを特徴とする蓄熱装置。
9. 前記蓄熱材接触防止構造は、
   前記発核装置の前記定常状態においては、前記溝の少なくとも一部が前記蓄熱材に埋没しないように、前記蓄熱材の液面よりも上方で保持する保持構造であることを特徴とする請求項８記載の蓄熱装置。
10. 前記発核装置は、少なくとも一方の面の前記溝を塞ぐ蓋部をさらに具備し、
    前記蓄熱材接触防止構造は、
    前記定常状態において、前記蓋部が前記板状部材と接触して、前記溝を塞ぐとともに、前記外力を加えると、前記板状部材と前記蓋部とが離れる構造であることを特徴とする請求項８または請求項９記載の蓄熱装置。
11. 前記板状部材は、外力の付与による定常状態から飛び移り座屈が可能であることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の蓄熱装置。

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