JP6734085B2 - 蓄熱装置及び蓄熱材の結晶化を完了させる方法 - Google Patents

Description

本開示は、蓄熱装置及び蓄熱材の結晶化を完了させる方法に関する。

蓄熱材は熱又は冷熱を蓄えることができる材料であり、蓄熱材に蓄えられた熱又は冷熱は需要に応じて放出される。物質の相変化に伴う発熱反応及び吸熱反応を主に利用して熱又は冷熱を蓄えることができる蓄熱材は潜熱蓄熱材と呼ばれている。本明細書では、冷熱を蓄え需要に応じて冷熱を放出できる潜熱蓄熱材を潜熱蓄冷材、又は、単に蓄冷材と呼ぶこともある。

潜熱蓄冷材の中には、テトラブチルアンモニウムブロミド（ＴＢＡＢ）水溶液及びテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）水溶液等の、冷却によりクラスレートハイドレートと呼ばれる水和物を形成可能な大きな蓄熱密度を有している潜熱蓄冷材がある。しかし、このような潜熱蓄冷材は、水和物生成温度以下に冷却しても過冷却状態となりやすく、蓄冷材として安定的に使用することが難しい。そこで、このような潜熱蓄冷材の過冷却を解除する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、テトラブチルアンモニウムブロミド（ＴＢＡＢ）水溶液を蓄冷材として用いた過冷却防止装置が記載されている。この過冷却防止装置は、第１蓄冷材貯蔵部と、電圧印加手段と、第２蓄冷材貯蔵部と、冷却手段とを備えている。第１蓄冷材貯蔵部は蓄冷材を貯蔵する。第２蓄冷材貯蔵部は、第１蓄冷材貯蔵部に連通し、蓄冷材を貯蔵する。冷却手段は、第２蓄冷材貯蔵部の蓄冷材を水和物生成温度以下に冷却する。電圧印加手段は、第１蓄冷材貯蔵部の蓄冷材の温度が水和物生成温度より低い温度となっている状態で蓄冷材に電圧を印加する。

また、特許文献２には、蓄熱材の過冷却状態を解放する過冷却解放方法が記載されている。この方法では、第１の部材の少なくとも一部と第１の部材と熱膨張係数が異なる第２の部材の少なくとも一部とが常時互いに接合することなく接触している接触部分を蓄熱材中に設けている。この方法では、第１の部材と第２の部材との間の熱膨張係数の違いに起因する、接触部分における第１の部材と第２の部材との間の相対的な摺動を蓄熱材の過冷却状態の解放の契機としている。例えば、この方法によれば、ＴＢＡＢ水溶液を蓄熱材として用いた場合に過冷却解除が１時間以内に確認されている。

特開２０１５−１８７５３５号公報 特開２０１０−１３３６８８号公報

特許文献１及び２に記載の技術では、蓄熱材の全体を結晶化させるのに長い期間を要する。そこで、本開示は、蓄熱材の結晶化を短期間で完了させることが可能な装置及び方法を提供する。

本開示は、
内部空間が複数の空間に仕切られている容器、
前記複数の空間のそれぞれの内部に位置する前記蓄熱材、及び
前記複数の空間のそれぞれにおいて前記蓄熱材に接触して配置され、前記容器との相対的位置を時間的に変化させることができる少なくとも１つの可動部材、
を備えた蓄熱装置を提供する。

上記の装置によれば、蓄熱材の結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の蓄熱装置の一例を示す正面図 図１Ａに示す蓄熱装置の側面図 本開示の蓄熱装置の別の例を示す正面図 図２Ａに示す蓄熱装置の側面図 本開示の蓄熱装置のさらに別の例を示す正面図 図３Ａに示す蓄熱装置の側面図 図３Ａに示す可動部材の平面図 図３Ａに示す可動部材の正面図 図３Ａに示す可動部材の側面図 本開示の蓄熱装置のさらに別の例を示す正面図 図４Ａに示す蓄熱装置の側面図 比較例に係る蓄熱装置を示す正面図 図５Ａに示す蓄熱装置の平面図

＜本発明者らの検討に基づく知見＞
より短い期間（例えば１分以内）で蓄熱材の結晶化を完了させることができれば、蓄熱材の用途はさらに広がる。例えば、アイドリングストップを自動的に行う機能を有する自動車において、アイドリングストップ時の車室の冷房のために蓄熱材を利用することが考えられる。この場合、アイドリングストップ時には、エンジンによってコンプレッサーを駆動することにより得られる冷熱の代わりに、蓄熱材に蓄えられた冷熱が利用される。つまり、自動車の走行中にコンプレッサーを利用して蓄熱材を結晶化させて冷熱を蓄えつつ、アイドリングストップ時に蓄冷材を融解させて冷熱を放出するというサイクルを繰り返す方法が考えられる。都市部における自動車の交通事情を考慮すると、交通信号機同士の間隔が短く自動車が走行する期間が短くなる場合がある。このため、蓄熱材の結晶化をより短期間に完了でき、蓄熱材の全体で短期間に冷熱を潜熱として蓄えることができることが望ましい。しかし、特許文献１及び２に記載の技術では、蓄熱材全体が結晶化するまでには長い期間を要し、例えば、交通信号機同士の間を自動車が走行する期間が短い場合に、蓄熱材の全体の結晶化を完了することが難しい。本発明者らは、このような観点から、より短い期間で蓄熱材の結晶化を完了させる方法について検討を重ねた結果、蓄熱材が含まれる容器の内部空間を複数の空間に仕切り、複数の空間のそれぞれの内部において同時多発的に結晶核を発生させることができれば、蓄熱材全体としての結晶化を短期間に完了できるのではないかと考えた。本発明はかかる知見に基づき案出されたものである。
なお、上記の知見は本発明者らの検討に基づくものであり、上記の知見は先行技術ではない。

本開示の第１態様は、
内部空間が複数の空間に仕切られている容器、
前記複数の空間のそれぞれの内部に位置する前記蓄熱材、及び
前記複数の空間のそれぞれにおいて前記蓄熱材に接触して配置され、前記容器との相対的位置を時間的に変化させることができる少なくとも１つの可動部材、
を備える、蓄熱装置を提供する。

第１態様によれば、容器の内部空間は複数の空間に仕切られており、複数の空間のそれぞれに対応して蓄熱材及び可動部材が存在する。そして、可動部材は、容器との相対的位置を時間的に変化させることができるため、可動部材は蓄熱材の過冷却状態の解放の契機としての役割を果たす。そのため、第１態様によれば、複数の空間のそれぞれの内部において同時多発的に結晶核を発生させ、蓄熱材の過冷却を解除することができる。また、可動部材は、容器との相対的位置を時間的に変化させることができるため、複数の空間のそれぞれに対応して可動部材の動作を継続させることができる。そのため、複数の空間のそれぞれの内部において、蓄熱材が対流し、生成された結晶核が蓄熱材の中を移動する。その結果、複数の空間のそれぞれの内部に含まれる蓄熱材の全体に行渡るように、結晶核を短期間で拡散させることができる。このように、第１態様によれば、複数の空間のそれぞれの内部において、同時多発的に結晶核を発生させ、さらに拡散させることができるため、蓄熱装置の容器に含まれる蓄熱材全ての結晶化を短期間で完了させることができる。

第１態様は、特許文献１及び２に記載の技術に比して、以下の点で優れている。特許文献１に記載の技術では、第１蓄冷材貯蔵部の蓄冷材の温度が水和物生成温度より低い温度となっている状態で電圧印加手段によって蓄冷材に電圧を印加され、第１蓄冷材貯蔵部で結晶核が発生する。結晶核は、第１蓄冷材貯蔵部に連通している第２蓄冷材貯蔵部に供給される。このため、特許文献１に記載の過冷却防止装置は、大掛かりで複雑な構成を有するうえに、蓄冷材の全体が結晶化するまでには長い期間を要する。また、特許文献１に記載の技術では、蓄冷材の過冷却度が高いほど結晶核が生じやすいことに着目して、第１蓄冷材貯蔵部の蓄冷材の温度が水和物生成温度より低い温度となっている状態で電圧を印加している。しかし、蓄冷材の過冷却度を大きくしすぎるとより多くのエネルギーが消費されてしまう。ここで、蓄冷材の過冷却度とは、蓄冷材の融点から過冷却状態の蓄冷材の温度を差し引いた差を意味すると考えられる。

特許文献２に記載の技術では、ＴＢＡＢ水溶液を蓄熱材として用いた場合に過冷却解除が１時間以内に確認されているものの、蓄熱材の全体が結晶化するまでにはさらに長い期間を要する。

このように、特許文献１及び２に記載の技術では、蓄熱材全体が結晶化するまでには長い期間を要し、例えば、交通信号機同士の間を自動車が走行する期間が短い場合に、蓄熱材の全体の結晶化を完了することが難しい。これに対して、第１態様によれば、複数の空間のそれぞれの内部において、結晶核の生成と拡散を行うため、蓄熱装置の容器に含まれる蓄熱材全ての結晶化を短期間で完了させることができる。そのため、第１態様によれば、交通信号機同士の間を自動車が走行する期間が短い場合であっても、蓄熱材の全体の結晶化を完了させることができる。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記容器は、特定方向に並んだ互いに反対方向を向く一対の内周面を有し、前記一対の内周面同士の距離をＤと定義し、かつ、前記特定方向における前記可動部材の寸法をＬと定義したとき、Ｄ／Ｌが１．０２〜２．７０である、蓄熱装置を提供する。第２態様によれば、上記の動作が生じる位置から容器の内周面までの特定方向における距離が短く、上記の動作によって発生する蓄熱材の過冷却の解除により生じる熱が速やかに容器の外部に放出される。これにより、より確実に、蓄熱材の結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、液相の前記蓄熱材が通過可能な構造を有し、前記容器の前記内部空間を前記複数の空間に仕切る仕切り部材を前記構造物としてさらに備えた、蓄熱装置を提供する。第３態様によれば、仕切り部材を液相の蓄熱材が通過可能であるので、蓄熱材が仕切り部材を通過して対流しやすい。このため、生成された結晶核が蓄熱材の中を移動しやすいので、より確実に、蓄熱材の結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の第４態様は、第３態様に加えて、前記仕切り部材は、前記可動部材を兼ねる、蓄熱装置を提供する。第４態様によれば、容器の内部空間を複数の空間に仕切ることができるうえに容器に収容できる蓄熱材の容積が大きい。

本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記複数の空間のそれぞれは、１００ｃｍ³以下の容積を有する、蓄熱装置を提供する。第５態様によれば、複数の空間のそれぞれは、１００ｃｍ³以下の容積を有するので、上記の動作により複数の空間のそれぞれの全体において蓄熱材が対流しやすい。その結果、より確実に、複数の空間のそれぞれの内部に含まれる蓄熱材の全体に行渡るように、結晶核を短期間で拡散させることができる。

本開示の第６態様は、
蓄熱装置が備える蓄熱材の結晶化を完了させる方法であって、
前記蓄熱装置は、
内部空間が複数の空間に仕切られている容器、
前記複数の空間のそれぞれの内部に位置する前記蓄熱材、及び
前記複数の空間のそれぞれにおいて前記蓄熱材に接触して配置され、前記容器との相対的位置を時間的に変化させることができる少なくとも１つの可動部材、
を備え、
（ｉ）前記可動部材同士の、接触及び離間の繰り返し又は摺動、
（ii）前記容器の内周面と前記可動部材との、接触及び離間の繰り返し又は摺動、及び
（iii）前記容器の内部に配置されている構造物の表面と前記可動部材との、接触及び離間の繰り返し又は摺動、
のうちの少なくとも１つの動作を継続させることによって、前記蓄熱材の過冷却を解除して所定の期間内に前記蓄熱材の結晶化を完了させる、
方法を提供する。

第６態様によれば、容器の内部空間は複数の空間に仕切られており、複数の空間のそれぞれに対応して蓄熱材及び可動部材が存在する。そして、可動部材は、容器との相対的位置を時間的に変化させることができるため、可動部材は蓄熱材の過冷却状態の解放の契機としての役割を果たす。そのため、第６態様によれば、複数の空間のそれぞれの内部において同時多発的に結晶核を発生させ、蓄熱材の過冷却を解除することができる。また、第６態様によれば、複数の空間のそれぞれに対応して可動部材の前記動作が継続する。そのため、複数の空間のそれぞれの内部において、蓄熱材が対流し、生成された結晶核が蓄熱材の中を移動する。その結果、複数の空間のそれぞれの内部に含まれる蓄熱材の全体に行渡るように、結晶核を短期間で拡散させることができる。このように、第６態様によれば、複数の空間のそれぞれの内部において、同時多発的に結晶核を発生させ、さらに拡散させることができるため、蓄熱装置の容器に含まれる蓄熱材全ての結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の第７態様は、第６態様に加えて、前記容器は、特定方向に並んだ互いに反対方向を向く一対の内周面を有し、前記一対の内周面同士の距離をＤと定義し、かつ、前記特定方向における前記可動部材の寸法をＬと定義したとき、Ｄ／Ｌが１．０２〜２．７０である、方法を提供する。第７態様によれば、上記の動作が生じる位置から容器の内周面までの特定方向における距離が短い。このため、上記の動作によって発生する蓄熱材の過冷却の解除により生じる熱が速やかに容器の外部に放出される。これにより、より確実に、蓄熱材の結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の第８態様は、第６態様又は第７態様に加えて、前記容器又は前記可動部材に対して振動エネルギーを付与することによって前記容器と前記可動部材との相対的位置を時間的に変化させて前記少なくとも１つの動作を生じさせる、方法を提供する。第８態様によれば、容器又は可動部材に振動エネルギーを付与することにより、蓄熱材の結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の第９態様は、第６態様又は第７態様に加えて、前記可動部材は磁性体を含み、前記可動部材の周囲に磁場を形成することによって前記容器と前記可動部材との相対的位置を時間的に変化させて前記少なくとも１つの動作を生じさせる、方法を提供する。第９態様によれば、磁性体を含む可動部材の周囲に磁場を形成することにより上記の動作が生じる。これにより、蓄熱材の結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の第１０態様は、第６態様又は第７態様に加えて、前記容器に対して外力を加えて容器を変形させることによって前記容器と前記可動部材との相対的位置を時間的に変化させて前記少なくとも１つの動作を生じさせる、方法を提供する。第１０態様によれば、容器に対して外力を加えて容器を変形させることによって上記の動作が生じ、蓄熱材の結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の第１１態様は、第６態様又は第７態様に加えて、前記容器に対して外力を加えて前記可動部材を直接的又は間接的に変位させることによって前記容器と前記可動部材との相対的位置を時間的に変化させて前記少なくとも１つの動作を生じさせる、方法を提供する。第１１態様によれば、前記容器に対して外力を加えて前記可動部材を直接的又は間接的に変位させることによって上記の動作が生じる。これにより、蓄熱材の結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の第１２態様は、第６態様〜第１１態様のいずれか１つの態様に加えて、前記複数の空間のそれぞれは、１００ｃｍ³以下の容積を有する、蓄熱方法を提供する。第１２態様によれば、複数の空間のそれぞれは、１００ｃｍ³以下の容積を有するので、上記の動作により複数の空間のそれぞれの全体において蓄熱材が対流しやすい。その結果、より確実に、複数の空間のそれぞれの内部に含まれる蓄熱材の全体に行渡るように、結晶核を短期間で拡散させることができる。

本開示の別の第１態様は、
内部空間が複数の空間に仕切られている容器、
前記複数の空間のそれぞれの内部に位置する前記蓄熱材、及び
前記複数の空間のそれぞれおいて前記蓄熱材に接触して配置され、前記容器との相対的位置を時間的に変化させることができる可動部材と、
を備える蓄熱装置を提供する。

本開示の別の第１態様によれば、容器の内部空間は複数の空間に仕切られており、複数の空間のそれぞれに対応して蓄熱材及び可動部材が存在する。そして、可動部材は、容器との相対的位置を時間的に変化させることができるため、可動部材は蓄熱材の過冷却状態の解放の契機としての役割を果たす。そのため、別の第１態様によれば、複数の空間のそれぞれの内部において同時多発的に結晶核を発生させ、蓄熱材の過冷却を解除することができる。また、可動部材は、容器との相対的位置を時間的に変化させることができるため、複数の空間のそれぞれに対応して可動部材の前記動作を継続させることができる。そのため、複数の空間のそれぞれの内部において、蓄熱材が対流し、生成された結晶核が蓄熱材の中を移動する。その結果、複数の空間のそれぞれの内部に含まれる蓄熱材の全体に行渡るように、結晶核を短期間で拡散させることができる。このように、別の第１態様によれば、複数の空間のそれぞれの内部において、同時多発的に結晶核を発生させ、さらに拡散させることができるため、蓄熱装置の容器に含まれる蓄熱材全ての結晶化を短期間で完了させることができる。

本開示の別の第２態様は、別の第１態様に加えて、前記容器の内部空間は、液相の前記蓄熱材が通過可能な構造を有する仕切り部材により仕切られている。

本開示の別の第３態様は、別の第１態様又は別の第２態様に加えて、前記複数の空間は、５０以上の空間であってもよい。

本開示の別の第４態様は、別の第１態様〜別の第３態様のいずれかに加えて、前記複数の空間のそれぞれは、１ｃｍ³以下の容積を有する。

本開示の別の第５態様は、
自動車と、
別の第１態様〜第４態様に記載の蓄熱装置と
を備える装置である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明は本開示の方法及び蓄熱装置を例示的に示すものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、添付の図面において、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向はそれぞれ同一の方向を示す。

本開示の蓄熱材の結晶化を完了させる方法は、例えば、蓄熱装置１０ａ、蓄熱装置１０ｂ、蓄熱装置１０ｃ、又は蓄熱装置１０ｄによって実現される。添付の図面において、蓄熱装置１０ａ、蓄熱装置１０ｂ、蓄熱装置１０ｃ、及び蓄熱装置１０ｄにおける同一又は対応する構成には同一の符号を付している。

図１Ａ、図２Ａ、図３Ａ、及び図４Ａに示す通り、蓄熱装置１０ａ、蓄熱装置１０ｂ、蓄熱装置１０ｃ、及び蓄熱装置１０ｄのそれぞれは、容器１１と、可動部材１３とを備えている。容器１１は蓄熱材１６を収容している。可動部材１３は、容器１１の内部に収められている。可動部材１３は、容器１１と可動部材１３との相対的位置を時間的に変化させたときに、例えば、容器１１に収容された蓄熱材１６によって占められた１００ｃｍ³の空間のいずれにおいても、以下の動作が可能な位置に配置されている。その動作とは、（ｉ）可動部材１３同士の、接触及び離間の繰り返し又は摺動、（ii）容器１１の内周面と可動部材１３との、接触及び離間の繰り返し又は摺動、及び（iii）容器１１の内部に配置されている構造物１２の表面と可動部材１３との、接触及び離間の繰り返し又は摺動の少なくとも１つである。蓄熱装置１０ａ〜１０ｄは、上記の動作によって発生する蓄熱材１６の過冷却の解除により所定の期間内に蓄熱材１６の結晶化を完了させる。所定の期間は、特に制限されないが、例えば１分間である。都市部における交通信号機による自動車の停止は自動車が動き出してから１分程度で起こり得る。このため、蓄熱装置１０ａ〜１０ｄを自動車に搭載してアイドリングストップ時の車室の冷房に利用する場合、蓄熱装置１０ａ〜１０ｄにおいて蓄熱材１６の結晶化を完了させることができる所定の期間は望ましくは１分間である。

容器１１と可動部材１３との相対的位置を時間的に変化させることによって、容器１１に収容された蓄熱材１６によって占められた１００ｃｍ³の空間のいずれにおいても、上記の動作を継続させる。上記の動作によって発生する蓄熱材１６の過冷却の解除により所定の期間内に蓄熱材１６の結晶化を完了させる。すなわち、上記の動作は、容器１１に収容されている蓄熱材１６が過冷却状態の時に開始される。これにより、容器１１に収容された蓄熱材１６の結晶化を短期間で完了させることができる。

上記の動作は、例えば、蓄熱材１６の結晶化を完了させることができる所定の期間の２０％以上の期間継続される。

容器１１に蓄熱材１６を収容する態様は、特に制限されないが、典型的には良好な耐食性を有する金属又は樹脂材料でできた容器１１に蓄熱材１６を封入させることによって容器１１に蓄熱材１６が収容されている。容器１１の形状は、特に制限されないが、例えば直方体又は柱体である。容器１１の形状は望ましくは板状である。場合によっては、容器１１は可撓性の材料でできていてもよい。この場合、容器１１の形状は時間的に変化し得る。なお、容器１１の内容積に対する容器の表面積の比が大きいと、熱が容器１１を出入りしやすく、蓄冷又は放冷に要する期間が短くなる。容器１１は、複数の空間１５に区分けされている。容器１１は、例えば、２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、７以上、８以上、９以上、１０以上、２０以上、又は５０以上の空間１５に区分けされていてもよい。容器１１は、１００００００以下の空間１５に区分けされていてもよい。複数の空間１５は、それぞれ同一の形状としてもよいし、それぞれ異なる形状としてもよい。容器１１は、複数の空間１５のそれぞれが同一の形状になるように配置されている領域と、複数の空間１５のそれぞれが異なる形状になるように配置されている領域の双方を含んでいてもよい。複数の空間１５のそれぞれは、例えば１００ｃｍ³以下の容積を有する。複数の空間１５のそれぞれは、例えば、１００ｃｍ³以下、９０ｃｍ³以下、８０ｃｍ³以下、７０ｃｍ³以下、６０ｃｍ³以下、５０ｃｍ³以下、４０ｃｍ³以下、３０ｃｍ³以下、２０ｃｍ³以下、１０ｃｍ³以下、５ｃｍ³以下、４ｃｍ³以下、３ｃｍ³以下、２ｃｍ³以下、又は１ｃｍ³以下の容積を有していてもよい。複数の空間１５の容積が小さいほど、容器１１に含まれる複数の空間１５の数が増大する。そして、それぞれの複数の空間１５の内部に位置する可動部材によって、それぞれの複数の空間１５の内部において結晶核が生成される。よって、複数の空間１５の容積が小さいほど、複数の空間１５のそれぞれの内部において同時多発的に結晶核を発生させやすくなり、蓄熱装置の容器に含まれる蓄熱材全ての結晶化を短期間に完了させることが容易となる。

容器１１の材料は、望ましくは、アルミニウム、銅、及びステンレスなどの良好な熱伝導性を有する金属である。容器１１の材料は、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、及びポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等の良好な耐腐食性を有する樹脂であってもよい。また、容器１１は、アルミニウム箔と樹脂フィルムとが積層された積層フィルム等の可撓性の材料によって形成されていてもよい。

例えば、自動車のアイドリングストップ時の車室の冷房のために蓄熱材１６を利用する場合、蓄熱材１６への蓄熱及び蓄熱材１６からの放熱からなるサイクルが短期間で繰り返される必要がある。しかし、多くの場合、蓄熱材１６の熱伝導率は低い。このため、蓄熱材１６から放出される熱が速やかに容器１１の外部に放出されるように容器１１の形状及び寸法が定められていることが望ましい。例えば、蓄熱材１６が固体状態であるときに、蓄熱材１６の厚みは、望ましくは５ｍｍ以下、より望ましくは３ｍｍ以下、さらに望ましくは２ｍｍ以下である。例えば、蓄熱材１６の厚みの望ましい値に見合うように、容器１１の特定方向（例えばＹ軸方向）の寸法が定められている。容器１１の内部おいて伝熱促進のためのフィンを配置することによって望ましい厚みを有する複数の薄い蓄熱材１６に区分けされてもよい。

図１Ｂ、図２Ｂ、図３Ｂ、及び図４Ｂに示す通り、容器１１は、特定方向（例えばＹ軸方向）に並んだ互いに反対方向を向く一対の内周面を有する。一対の内周面同士の距離をＤと定義し、かつ、特定方向における可動部材１３の寸法をＬと定義したとき、例えば、Ｄ／Ｌが１．０２〜２．７０である。この場合、上記の動作が生じる位置と容器１１の内周面との距離が短いので、蓄熱材１６の過冷却の解除により発生する熱が速やかに容器１１の外部に放出される。

例えば、容器１１又は可動部材１３に対して振動エネルギーを付与することによって容器１１と可動部材１３との相対的位置を時間的に変化させて上記の動作を生じさせることができる。容器１１又は可動部材１３を専ら振動させるために配置された振動発生器によって振動エネルギーを発生させてもよいし、蓄熱装置１０ａ〜１０ｄが組み込まれた装置又はシステムが有する振動発生源からの振動エネルギーを利用してもよい。例えば、蓄熱装置１０ａ〜１０ｄが自動車に搭載されている場合、自動車の内燃機関から発生する振動エネルギーを容器１１又は可動部材１３に対して付与される振動エネルギーとして利用できる。

例えば、５０Ｈｚの周波数及び所定の振幅を有する振動エネルギーを容器１１に対して容器１１の特定方向（例えばＹ軸方向）に加えた場合には、可動部材１３の重量と振動加速度との積に相当する慣性力が可動部材１３に作用し、可動部材１３が容器１１の内部を移動し、容器１１と可動部材１３との相対的位置が時間的に変化する。これにより、蓄熱材１６が対流しつつ、上記の動作が発生する。例えば、容器１１の内周面に接している蓄熱材１６によって占められている特定の空間において１つの可動部材１３が配置されていると、可動部材１３は容器１１の内周面に１秒間に少なくとも５０回衝突する。振動の振幅が大きい場合には、可動部材１３が容器１１の内周面に１秒間に１００回程度衝突することもあり得る。これにより、容器１１の内周面と可動部材１３との接触及び離間の繰り返しが発生する。容器１１の内周面に接している蓄熱材１６によって占められている特定の空間において複数の可動部材１３が配置されている場合には、可動部材１３と容器１１の内周面との衝突に加えて可動部材１３同士の衝突も発生するので、可動部材１３同士の接触及び離間の繰り返しも発生する。

振動エネルギーの周波数は、特に制限されないが、例えば１Ｈｚ〜２００Ｈｚである。これにより、蓄熱材１６の過冷却が解除されやすい。

上記の動作を生じさせるために、振動エネルギーを利用する方法以外の方法も考えられる。例えば、可動部材１３は磁性体を含み、可動部材１３の周囲に磁場を形成することによって容器１１と可動部材１３との相対的位置を時間的に変化させて上記の動作を生じさせてもよい。この場合、例えば、公知のマグネチックスターラーを利用でき、可動部材１３と容器１１の内周面との摺動により上記の動作を生じさせることができる。

容器１１に対して外力を加えて容器１１を変形させることによって容器１１と可動部材１３との相対的位置を時間的に変化させて上記の動作を生じさせてもよい。例えば、容器１１の外周面にローラーを押し当て、ローラーに所定の力を付与しながら容器１１の外周面に沿ってローラーを転がすことによって上記の動作を生じさせることができる。この場合、例えば、ローラーを容器１１の外周面において往復運動させる。例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示す蓄熱装置１０ｄを用いてこのような方法を実現できる。例えば、図４Ａ及び図４ＢにおけるＹ軸に垂直な容器１１の外周面に対してローラーを押し当て、容器１１の内周面が可動部材１３と接触する程度の力をローラーに付与しながらローラーをＺ軸又はＸ軸方向に往復運動させる。すなわち、Ｙ軸方向の外力によって容器１１が変形し、容器１１と可動部材１３との相対的位置が時間的に変化する。

容器１１に対して外力を加えて可動部材１３を直接的又は間接的に変位させることによって容器１１と可動部材１３との相対的位置を時間的に変化させて上記の動作を生じさせてもよい。

可動部材１３の形状は、特に制限されないが、球状、針状、鱗片状、楔状、及び直方体等の、蓄熱材１６の中で動くときに可動部材１３が受ける粘性抵抗が小さい形状であることが望ましい。可動部材１３の形状は、長方形状の薄板、長方形状の薄板を曲げて得られる形状、複数の長方形状の薄板が連結された形状であってもよい。上記の動作を生じさせるために可動部材１３が別の可動部材１３又は他の部材と接触する箇所は、例えば、点状、線状、又は面状に形成されている。

可動部材１３の材料は、特に制限されず、容器１１の材料として例示した材料であってもよい。可動部材１３の材料は良好な熱伝導性を有することが望ましい。しかし、可動部材１３の材料は、ガラス、セラミックス、樹脂、又はゴムであってもよい。可動部材１３の材料が容器１１の材料と異なる場合、可動部材１３の材料と容器１１の材料との組み合わせは、腐食が起こりにくい組み合わせであることが望ましい。短期間で蓄熱材１６が冷熱を蓄えるためには、蓄熱材１６が結晶化するときに発生する熱を速やかに容器１１の外部に放出する必要がある。このため、熱伝導性を考慮して可動部材１３の形状及び材料が定められることが望ましい。

多くの場合、蓄熱材が結晶化する過程で結晶化熱が放出される。局所的に生成された微小な結晶が徐々に成長していく反応は、固液界面で発生する結晶化熱を放出させながら進行する逐次反応である。このため、蓄熱材に局所的に発生した結晶を徐々に成長させる方法では、蓄熱材の全体の結晶化熱が放出されて蓄熱材の結晶化が完了するまでには長い期間を要する。一方、蓄熱材の全体において短期間に多数の結晶核を発生させることができれば、蓄熱材の結晶化による発熱反応が蓄熱材の全体でほぼ同時に発生する。この場合、蓄熱材の全体で蓄熱材の結晶化により発生する熱を短期間で放熱できれば、短期間で蓄熱材の結晶化を完了できる。

可動部材同士又は可動部材と他の部材との接触及び離間又は摺動により結晶核が生成されて蓄熱材の過冷却が解除される。また、可動部材同士又は可動部材と他の部材との接触及び離間又は摺動が継続することによって、蓄熱材が対流する。その結果、生成された結晶核が蓄熱材の中を移動する。一方、蓄熱材の結晶化が始まると、蓄熱材の粘度が上昇して、可動部材の動きが止まり、結晶核が対流しなくなる。蓄熱材の全体に亘って結晶核が拡散しなかった場合には、蓄熱材の結晶化が逐次反応で進行するので、蓄熱材の結晶化が完了するのに長期間を要する。蓄熱材の過冷却を解除して速やかに蓄冷材の結晶化を完了させるためには、可動部材同士又は可動部材と他の部材との接触及び離間又は摺動により発生した結晶核を対流させて蓄熱材の全体に亘って結晶核を短期間に拡散させる必要がある。

可動部材１３が、特に、球状、針状、鱗片状、楔状、及び直方体等の、蓄熱材１６の中で動くときに可動部材１３が受ける粘性抵抗が小さい形状である場合、蓄熱材１６の粘度が上昇する前に結晶核が対流により拡散できる範囲は限られる。このため、可動部材１３は、容器１１に収容された蓄熱材１６によって占められた１００ｃｍ³の空間のいずれにおいても、上記の動作が可能な位置に配置されている。可動部材１３は、望ましくは、容器１１に収容された蓄熱材１６によって占められた１０ｃｍ³の空間のいずれにおいても、上記の動作が可能な位置に配置されている。可動部材１３は、望ましくは、容器１１に収容された蓄熱材１６によって占められた１ｃｍ³の空間のいずれにおいても、上記の動作が可能な位置に配置されている。蓄熱装置１０ａ〜１０ｄの製造コストを抑制する観点から、容器１１に収容された蓄熱材１６によって占められた所定の容積の空間のいずれにおいても上記の動作が可能な位置に配置されている場合のその空間の容積は、例えば０．００８ｃｍ³以上である。

図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、容器１１に収容された蓄熱材１６によって占められた特定の空間１５において複数の可動部材１３が配置されていてもよい。この場合、可動部材１３同士の衝突又は摺動が発生し得る。これにより、生成される結晶核の数を増加させることができ、蓄熱材１６の結晶化をより短期間で完了させることができる。

図３Ｃ、図３Ｄ、及び図３Ｅに示す通り、可動部材１３は、波板によって形成されていてもよい。

図４Ａ及び図４Ｂに示す通り、可動部材１３は、複数の長方形状の薄板が連結された形状であってもよい。可動部材１３は、例えば、長方形状の薄板の主面同士が向かい合い、かつ、複数の長方形状の薄板が特定の方向（Ｘ軸方向）に並んだ形状を有している。この場合、容器１１の内周面と接触する箇所の数及び面積が大きいので、結晶核の生成効率が高い。可動部材１３は、例えば、長方形状の薄板の主面同士が向かい合い、かつ、複数の長方形状の薄板が特定の方向に並んだ形状を有している。この場合、隣接する２つの長方形状の薄板によって区画された空間の体積は、望ましくは１０ｃｍ³以下であり、より望ましくは５ｃｍ³以下であり、さらに望ましくは１ｃｍ³以下である。

可動部材１３は、複数の長方形状の薄板が格子状に組み付けられた形状を有していてもよい。この場合、可動部材１３の格子の１つのマス目の体積は、望ましくは１０ｃｍ³以下であり、より望ましくは５ｃｍ³以下であり、さらに望ましくは１ｃｍ³以下である。

上記の動作において可動部材１３同士又は可動部材１３と他の部材とが接触するときの圧力又は摩擦力を調整するために、可動部材１３の表面又は容器１１の内周面の表面粗さを調整してもよい。また、可動部材１３の表面又は容器１１の内周面に凹凸を形成してもよい。可動部材１３が大型化して可動部材１３同士又は可動部材１３と他の部材とが接触するときの接触面積が増えると、可動部材１３の表面又は容器１１の内周面の表面粗さが大きいことが蓄熱材１６の過冷却の解除に有利に働く。可動部材１３の表面又は容器１１の内周面の表面粗さを大きくする方法としては、サンドブラスト法又はウェットエッチング法を用いることができる。サンドブラスト法では、セラミックス微粒子を処理対象の部材の表面に吹き付けることによって処理対象の部材の表面を物理的に粗くする。ウェットエッチング法では、処理対象の部材を所定の薬液に浸して化学的に処理対象の部材の表面を浸食することによって処理対象の部材の表面を粗くする。

可動部材１３と容器１１の内周面との間の距離は、特に制限されない。容器１１又は可動部材１３に対して振動エネルギーを付与することによって上記の動作を生じさせる場合、振動エネルギーを発生させるのに消費されるエネルギーを抑制する観点から、振動の振幅は例えば１〜２ｍｍである。このため、可動部材１３が小さい場合、すなわち、蓄熱材１６の中で動くときに可動部材１３が受ける粘性抵抗が小さい場合、可動部材１３と容器１１の内周面との間の振動方向の距離の最大値は望ましくは１〜２ｍｍである。一方、可動部材１３が大きい場合、すなわち、蓄熱材１６の中で動くときに可動部材１３が受ける粘性抵抗が大きい場合、可動部材１３と容器１１の内周面との間の振動方向の距離の最大値は望ましくは１ｍｍ以下である。可動部材１３が大型であり、蓄熱材１６の中で動くときに可動部材１３が受ける粘性抵抗が大きいほど、可動部材１３の容器１１の内周面との衝突による接触及び離間によって蓄熱材１６の過冷却を解除することが難しくなる場合がある。この場合、可動部材１３の容器１１の内周面との摺動を利用することによって蓄熱材１６の過冷却が有利に解除される。この場合には、可動部材１３が容器１１の内周面と摺動する面と垂直な方向における可動部材１３と容器１１の内周面との間の距離の最大値は、例えば０.１〜０．５ｍｍである。

蓄熱装置１０ａ〜１０ｃは、例えば、図１Ａ、図２Ａ、及び図３Ａに示す通り、仕切り部材１２を構造物として備えている。仕切り部材１２は、液相の蓄熱材１６が通過可能な構造を有し、容器１１の内部空間を複数の空間１５に仕切っている。仕切り部材１２は、例えば、図１Ｂ、図２Ｂ、及び図３Ｂに示す通り、仕切り部材１２と容器１１の内周面との間に所定の隙間１４を形成している。これにより、蓄熱材１６が隙間１４を通って蓄熱材１６の対流が生じやすい。また、仕切り部材１２は、例えば複数の貫通孔を有し、これにより液相の蓄熱材１６が仕切り部材１２を通過可能であってもよい。また、仕切り部材１２は網によって形成されていてもよい。この場合でも、液相の蓄熱材１６が仕切り部材１２を通過可能である。

図１Ａ、図２Ａ、及び図３Ａに示す通り、例えば、仕切り部材１２によって形成された複数の空間１５のすべてにおいて少なくとも１つの可動部材１３が配置されている。これにより、より確実に、蓄熱材１６の結晶化を短期間で完了させることができる。

図４Ａに示す通り、仕切り部材１２は、可動部材１３を兼ねていてもよい。すなわち、容器１１の内部空間が可動部材１３によって複数の空間１５に仕切られている。これにより、容器１１の内部空間を複数の空間１５に仕切ることができるとともに、容器１１の内部に収容できる蓄熱材１６の容積を大きくできる。

蓄熱材１６が過冷却状態である場合、蓄熱材１６の融点から過冷却状態の蓄熱材１６の温度を差し引いた差（過冷却度）が大きいほど、蓄熱材１６の過冷却が解除されやすく、蓄熱材１６の結晶化の速度も高い。しかし、冷房用途で蓄熱材１６を利用する場合に、蓄熱材の過冷却度を大きくするためには、冷凍サイクルのコンプレッサーなどの蓄熱材１６に冷熱を付与するために必要な機器が消費するエネルギーが大きくなってしまう。このため、蓄熱装置１０ａ〜１０ｄにおける蓄熱材１６の過冷却度は、例えば１０Ｋ以下であり、望ましくは８Ｋ以下であり、より望ましくは７Ｋ以下である。これにより、蓄熱材１６に冷熱を蓄えるときに消費されるエネルギーを低減できる。

蓄熱材１６は、特に制限されないが、例えば、ＴＢＡＢと水との混合物、ＴＨＦと水との混合物、クラスレートハイドレートを形成可能な水を含む別の混合物、クラスレートハイドレート以外の水和物を形成可能な水和塩である。なお、クラスレートハイドレート（包接水和物）とは、水分子が作る分子規模のかご構造の中に疎水性相互作用により様々なゲスト分子が入り込んだ包接化合物の総称である。ゲスト分子とは、水分子が作る「かご構造」の中に収まって安定化する分子を意味する。蓄熱材１６は、例えば、冷房に適した温度範囲、暖房に適した温度範囲、又は冷凍に適した温度範囲に属する融点を有する。蓄熱材１６は、安価で入手可能な材料であることが望ましい。蓄熱材１６は、単一の種類の蓄熱材料であってもよく、２種類以上の蓄熱材料を含んでいてもよい。また、蓄熱材１６は、各種の添加剤を含んでいてもよい。蓄熱材１６に含まれる添加剤の例としては、防錆剤、粘度調整剤、整泡剤、酸化防止剤、脱泡剤、砥粒、充填剤、顔料、染料、着色剤、増粘剤、界面活性剤、難燃剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、耐熱安定剤、粘着付与剤、硬化触媒、安定剤、シランカップリング剤、及びワックスが挙げられる。蓄熱材１６には、これらの添加剤が単独で含まれていてもよいし、２種類以上の添加剤の組み合わせが含まれていてもよい。本開示の蓄熱材の結晶化を完了させる方法は、蓄熱材１６に含まれる添加剤の種類及び含有量は特に制限されない。

蓄熱材１６がクラスレートハイドレートを形成可能な材料である場合、蓄熱材１６は例えば以下のように調製できる。まず、容器に入れた純水又はイオン交換水にクラスレートハイドレートを形成するためのゲスト物質を純水又はイオン交換水を撹拌しながら所定量まで徐々に加え、純水又はイオン交換水とゲスト物質とを十分に混合する。必要に応じて、上記の添加剤を、ゲスト物質と同時に、ゲスト物質に先立って、又はゲスト物質に続いて、純水又はイオン交換水に加えて、混合及び／又は撹拌してもよい。このようにして、蓄熱材１６を調製できる。また、ゲスト物質と上記の添加剤とを予め混合した容器に純水又はイオン交換を供給する方法によっても蓄熱材１６を調製できる。ゲスト物質及び添加剤を加える順序は特に制限されない。また、ゲスト物質又は添加剤の溶解又は分散を促進するために所定の温度に加熱して蓄熱材１６を調製してもよい。この場合、ゲスト物質又は添加剤が化学的に分解することがないように加熱処理が行われる。

以下に、実施例により本開示の蓄熱材の結晶化を完了させる方法及び蓄熱装置をより詳細に説明する。ただし、本開示の蓄熱材の結晶化を完了させる方法及び蓄熱装置は、以下の実施例に限定されない。

＜実施例１＞
図１Ａに示すような実施例１に係る蓄熱装置を準備した。実施例１に係る蓄熱装置の容器１１の形状は直方体であり、容器１１は、直方体である容器１１の一面が透明なガラス板によって形成されている以外は、ステンレスによって形成されていた。容器１１の内部空間は、ステンレス製の仕切り部材１２によって、Ｚ軸方向の寸法が２．７ｍｍであり、かつ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の寸法がそれぞれ３．０ｍｍである複数の空間１５に区画されていた。すなわち、空間１５の容積は、２４．３ｍｍ³（０．０２４３ｃｍ³）であった。容器１１の内部空間は、０．９１７１９ｃｍ³の容積を有していた。なお、容器１１の内部空間の容積（０．９１７１９ｃｍ³）から仕切り部材１２が占める容積を差し引いた差は、０．８１０１７１ｃｍ³であった。実施例１に係る蓄熱装置の各空間１５には１つの可動部材１３が配置されていた。実施例１に係る蓄熱装置の可動部材１３は、１．５ｍｍの直径を有するステンレス製の球であった。複数の空間１５の天井面と可動部材１３との距離は１．２ｍｍであった。容器１１の内部空間は蓄熱材１６である４０重量％濃度のＴＢＡＢ水容液によって満たされており、複数の空間１５のそれぞれは可動部材１３が別の空間１５に移動しない程度の隙間１４によって互いに連通していた。なお、４０重量％濃度のＴＢＡＢ水容液の融点は１２℃である。

容器１１の周囲を所定の温度で水冷できる治具によって振動試験機に実施例１に係る蓄熱装置を固定した。その治具を用いて、蓄熱材１６の温度が５℃になるように容器１１の周囲を水冷した。このとき、蓄熱材１６は、液相の状態を保っており、過冷却度が７Ｋの過冷却状態であった。次に、振動試験機を作動させ、周波数５０Ｈｚ、振幅１．８ｍｍ、及び加速度８０ｍ／ｓ²という条件で、容器１１にＺ軸方向の振動を５５秒間加えた。振動試験機による振動を開始してから６０秒目に蓄熱材１６の結晶化の進行状況を目視で確認した。その結果、蓄熱材１６の結晶化が６０秒目には完了していることが確認された。すなわち、容器１１の内部空間の全体で蓄熱材１６が結晶化していた。

＜実施例２＞
図２Ａに示すような実施例２に係る蓄熱装置を準備した。実施例２に係る蓄熱装置の容器１１の形状は直方体であり、容器１１は、直方体である容器１１の一面が透明なガラス板によって形成されている以外は、ステンレスによって形成されていた。容器１１の内部空間は、ステンレス製の仕切り部材１２によって、Ｚ軸方向の寸法が２．７ｍｍであり、Ｙ軸方向の寸法が３．０ｍｍであり、Ｘ軸方向の寸法が１０．０ｍｍである複数の空間１５に区画されていた。すなわち、空間１５の容積は、８１．０ｍｍ³（０．０８１ｃｍ³）であった。容器１１の内部空間は、１．４４３ｃｍ³の容積を有していた。なお、容器１１の内部空間の容積（１．４４３ｃｍ³）から仕切り部材１２が占める容積を差し引いた差は、１．３３０ｃｍ³であった。実施例２に係る蓄熱装置の各空間１５には５つの可動部材１３が配置されていた。実施例２に係る蓄熱装置の可動部材１３は、１．５ｍｍの直径を有するステンレス製の球であった。複数の空間１５の天井面と可動部材１３との距離は１．２ｍｍであった。容器１１の内部空間は蓄熱材１６である４０重量％濃度のＴＢＡＢ水容液によって満たされており、複数の空間１５のそれぞれは可動部材１３が別の空間１５に移動しない程度の隙間１４によって互いに連通していた。

容器１１の周囲を所定の温度で水冷できる治具によって振動試験機に実施例２に係る蓄熱装置を固定した。その治具を用いて、蓄熱材１６の温度が５℃になるように容器１１の周囲を水冷した。このとき、蓄熱材１６は、液相の状態を保っており、過冷却度が７Ｋである過冷却状態であった。次に、振動試験機を作動させ、周波数５０Ｈｚ、振幅１．８ｍｍ、及び加速度８０ｍ／ｓ²という条件で、容器１１にＺ軸方向の振動を５５秒間加えた。振動試験機による振動を開始してから６０秒目に蓄熱材１６の結晶化の進行状況を目視で確認した。その結果、蓄熱材１６の結晶化が６０秒目には完了していることが確認された。

＜実施例３＞
図３Ａに示すような実施例３に係る蓄熱装置を準備した。実施例３に係る蓄熱装置の容器１１の形状は直方体であり、容器１１は、直方体である容器１１の一面が透明なガラス板によって形成されている以外は、ステンレスによって形成されていた。容器１１の内部空間は、ステンレス製の仕切り部材１２によって、Ｚ軸方向の寸法が２．２ｍｍであり、Ｙ軸方向の寸法が２．２ｍｍであり、Ｘ軸方向の寸法が２１．０ｍｍである複数の空間１５に区画されていた。すなわち、空間１５の容積は、１０１．６ｍｍ³（０．１０１６ｃｍ³）であった。容器１１の内部空間は、０．９１０１ｃｍ³の容積を有していた。なお、容器１１の内部空間の容積（０．９１０１ｃｍ³）から仕切り部材１２が占める容積を差し引いた差は、０．８４６１ｃｍ³であった。容器１１の、ステンレスによって形成された内周面には、金属光沢がない梨地になるようにサンドブラストによって粗面化処理を施した。実施例３に係る蓄熱装置の各空間１５には、図３Ｃ〜図３Ｅに示す、波板で形成されたステンレス製の１つの可動部材１３が配置されていた。可動部材１３は、Ｚ軸方向の寸法が２．０ｍｍであり、Ｙ軸方向の寸法が２．０ｍｍであり、Ｘ軸方向の寸法が２０．０ｍｍであった。可動部材１３を形成する波板の厚みは０．３ｍｍであった。また、可動部材１３は、平面視で４ｍｍの波長を有する波形が５回繰り返して出現する形状を有していた。容器１１の内部空間は蓄熱材１６である４０重量％濃度のＴＢＡＢ水容液によって満たされており、複数の空間１５のそれぞれは可動部材１３が別の空間１５に移動しない程度の隙間１４によって互いに連通していた。

容器１１の周囲を所定の温度で水冷できる治具によって振動試験機に実施例３に係る蓄熱装置を固定した。その治具を用いて、蓄熱材１６の温度が５℃になるように容器１１の周囲を水冷した。このとき、蓄熱材１６は、液相の状態を保っており、過冷却度が７Ｋである過冷却状態であった。次に、振動試験機を動作させ、周波数５０Ｈｚ、振幅１．８ｍｍ、及び加速度８０ｍ／ｓ²という条件で、容器１１にＺ軸方向の振動を５５秒間加えた。振動試験機による振動を開始してから６０秒目に蓄熱材１６の結晶化の進行状況を目視で確認した。その結果、蓄熱材１６の結晶化が６０秒目には完了していることが確認された。

＜実施例４＞
図４Ａ及び図４Ｂに示すような実施例４に係る蓄熱装置を準備した。実施例４に係る蓄熱装置の容器１１の形状は直方体であり、容器１１は、直方体である容器１１のＹ軸方向に並んだ一対の面の一方が透明なフィルムで形成されており、直方体である容器１１のその他の面はアルミニウム箔と樹脂フィルムとが積層された積層フィルムによって形成されていた。容器１１は、Ｚ軸方向の寸法が３１．０ｍｍであり、Ｙ軸方向の寸法が２．２ｍｍであり、Ｘ軸方向の寸法が２２．０ｍｍである内部空間を有していた。すなわち、容器１１の内部空間の容積は、１５００.４ｍｍ³（１．５００４ｃｍ³）であった。容器１１の、ステンレスによって形成された内周面には、金属光沢がない梨地になるようにサンドブラストによって粗面化処理を施した。実施例４に係る蓄熱装置の内部空間には、可動部材１３が配置されていた。可動部材１３は、Ｚ軸方向の寸法が３０．０ｍｍであり、Ｙ軸方向の寸法が２．０ｍｍであり、Ｘ軸方向の寸法が０．３ｍｍである１０枚のステンレス製の薄板を含んでいた。可動部材１３において、１０枚のステンレス製の薄板はＸ軸方向に２ｍｍ間隔で並んでおり、１０枚のステンレス製の薄板のＺ軸方向の両端が連結されていた。可動部材１３の隣り合う２枚のステンレス製の薄板によって空間１５が形成されていた。各空間１５の容積は１２０ｍｍ³（０．１２ｃｍ³）であった。容器１１の内部空間の容積（１．５００４ｃｍ³）から可動部材１３が占める容積（３０.０ｍｍ×２．０ｍｍ×０．３ｍｍ×１０枚＋両端の連結部分の容積）を差し引いた差は、１．２９８８ｃｍ³であった。容器１１の内部空間は蓄熱材である４０重量％濃度のＴＢＡＢ水容液によって満たされていた。

容器１１の周囲を所定の温度で水冷できる治具によって振動試験機に実施例４に係る蓄熱装置を固定した。その治具を用いて、蓄熱材１６の温度が５℃になるように容器１１の周囲を水冷した。このとき、蓄熱材１６は、液相の状態を保っており、過冷却度が７Ｋである過冷却の状態であった。次に、振動試験機を作動させ、周波数５０Ｈｚ、振幅１．８ｍｍ、及び加速度８０ｍ／ｓ²という条件で、容器１１にＹ軸方向の振動を５５秒間加えた。振動試験機による振動を開始してから６０秒目に蓄熱材１６の結晶化の進行状況を目視で確認した。その結果、蓄熱材１６の結晶化が６０秒目には完了していることが確認された。

＜実施例５＞
図４Ａ及び図４Ｂに示すような実施例５に係る蓄熱装置を準備した。実施例５に係る蓄熱装置の容器１１の形状は直方体であった。直方体である容器１１のＹ軸方向に並んだ一対の面の一方が透明なフィルムで形成されており、直方体である容器１１のその他の面はアルミニウム箔と樹脂フィルムとが積層された積層フィルムによって形成されていた。容器１１は、Ｚ軸方向の寸法が３１．０ｍｍであり、Ｙ軸方向の寸法が２．２ｍｍであり、Ｘ軸方向の寸法が６８．０ｍｍである内部空間を有していた。すなわち、容器１１の内部空間の容積は、４，６３７．６ｍｍ³（４．６３７６ｃｍ³）であった。容器１１の、ステンレスによって形成された内周面には、金属光沢がない梨地になるようにサンドブラストによって粗面化処理を施した。実施例５に係る蓄熱装置の内部空間には、可動部材１３が配置されていた。可動部材１３は、Ｚ軸方向の寸法が３０．０ｍｍであり、Ｙ軸方向の寸法が２．０ｍｍであり、Ｘ軸方向の寸法が０．３ｍｍである３０枚のステンレス製の薄板を含んでいた。可動部材１３において、３０枚のステンレス製の薄板はＸ軸方向に２ｍｍ間隔で並んでおり、３０枚のステンレス製の薄板のＺ軸方向の両端が連結されていた。可動部材１３の隣り合う２枚のステンレス製の薄板によって空間１５が形成されていた。各空間１５の容積は１２０ｍｍ³（０．１２ｃｍ³）であった。容器１１の内部空間の容積（４．６３７６ｃｍ³）から可動部材１３が占める容積（３０．０ｍｍ×２．０ｍｍ×０．３ｍｍ×３０枚＋両端の連結部分の容積）を差し引いた差は、４．０２８ｃｍ³であった。容器１１の内部空間は蓄熱材１６である４０重量％濃度のＴＢＡＢ水容液によって満たされていた。

実施例５に係る蓄熱装置を水が貯まった水槽に沈め、水槽の水温を調整することによって蓄熱材１６の温度が５℃になるように容器１１の周囲を冷却した。このとき、蓄熱材１６は、液相の状態を保っており、過冷却度が７Ｋである過冷却の状態であった。次に、Ｙ軸方向において透明なフィルムと反対側に位置する容器１１の外周面を、長さ１００ｍｍのラミネート用のローラーで押圧しながらローラーをＺ軸方向に速度３０ｍｍ／ｓでその外周面全体を往復移動させた。容器１１の外周面をローラーで押す圧力は１〜１０Ｎ／ｍｍ²に調整した。容器１１はローラーによる容器１１の外周面の押圧により弾性変形し、ローラーの往復移動により、可動部材１３と容器１１の内周面とが接触及び離間を繰り返した。ローラーによる容器１１の外周面の押圧を開始してから５５秒目にローラーを容器１１の外周面から離し、ローラーによる容器１１の外周面の押圧を開始してから６０秒目に蓄熱材１６の結晶化の進行状況を目視で確認した。その結果、蓄熱材１６の結晶化が６０秒目には完了していることが確認された。

＜実施例６＞
容器１１及び可動部材１３が以下の点で異なる以外は実施例５と同様にして実施例６に係る蓄熱装置を準備した。実施例６に係る蓄熱装置の容器１１は、Ｚ軸方向の寸法が１５１．０ｍｍであり、Ｙ軸方向の寸法が２．２ｍｍであり、Ｘ軸方向の寸法が３１１．５ｍｍである内部空間を有していた。すなわち、容器１１の内部空間の容積は、１０３４８０．３ｍｍ³（１０３.４８０３ｃｍ³）であった。また、可動部材１３は、Ｚ軸方向の寸法が１５０．０ｍｍであり、Ｙ軸方向の寸法が２．０ｍｍであり、Ｘ軸方向の寸法が０．５ｍｍである１２５枚のステンレス製の薄板を含んでいた。可動部材１３において、１２５枚のステンレス製の薄板がＸ軸方向に２ｍｍ間隔で並んでおり、１２５枚のステンレス製の薄板のＺ軸方向の両端が連結されていた。可動部材１３の隣り合う２枚のステンレス製の薄板によって空間１５が形成されていた。各空間１５の容積は６００ｍｍ³（０．６ｃｍ³）であった。容器１１の内部空間の容積（１０３.４８０３ｃｍ³）から可動部材１３が占める容積（１５０．０ｍｍ×２．０ｍｍ×０．５ｍｍ×１２５枚＋両端の連結部分の容積）を差し引いた差は、８４．２３４３ｃｍ³であった。実施例６に係る蓄熱装置について、実施例５と同様にして蓄熱材１６の結晶化の進行状況を確認した。その結果、ローラーによる容器１１の外周面の押圧を開始してから６０秒目には蓄熱材１６の結晶化が完了していることが確認された。

＜比較例＞
図５Ａ及び図５Ｂに示すような比較例に係る蓄熱装置２０を準備した。比較例に係る蓄熱装置２０の容器２１の形状は直方体であり、容器２１は、容器２１の一面が透明なガラス板によって形成されている以外は、ステンレスによって形成されていた。容器２１の内部空間２５は、Ｚ軸方向の寸法が２．７ｍｍであり、かつ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の寸法がそれぞれ１９．５ｍｍである単一の空間として形成されていた。容器２１の内部空間２５の内容積は、約１０２７ｍｍ³（約１．０２７ｃｍ³）であった。比較例１に係る蓄熱装置の内部空間２５には１つの可動部材１３が配置されていた。可動部材１３は、１．５ｍｍの直径を有するステンレス製の球であった。内部空間２５の天井面と可動部材１３との距離は１．２ｍｍであった。容器２１の内部空間は蓄熱材１６である４０重量％濃度のＴＢＡＢ水容液によって満たされていた。なお、４０重量％濃度のＴＢＡＢ水容液の融点は１２℃である。

容器２１の周囲を所定の温度で水冷できる治具によって振動試験機に比較例に係る蓄熱装置２０を固定した。その治具を用いて、蓄熱材１６の温度が５℃になるように容器２１の周囲を水冷した。このとき、蓄熱材１６は、液相の状態を保っており、過冷却度が７Ｋの過冷却状態であった。次に、振動試験機を作動させ、周波数５０Ｈｚ、振幅１．８ｍｍ、及び加速度８０ｍ／ｓ²という条件で、容器２１にＺ軸方向の振動を５５秒間加えた。振動試験機による振動を開始してから６０秒目に蓄熱材１６の結晶化の進行状況を目視で確認した。その結果、蓄熱材１６の結晶化が６０秒目には完了していないことが確認された。引き続き、結晶化が完了するまでの時間を計測した所、６００秒を要することが確認された。

実施例１〜６から示されるように、複数の空間１５の容積が小さいほど、蓄熱材全体としての結晶化を短期間に完了させることが容易となる。これは、複数の空間１５の容積が小さいほど、複数の空間１５のそれぞれの内部において、同時多発的に結晶核を発生させ、さらに拡散させることが容易となることによると考えられる。特に、実施例１〜６に係る蓄熱装置は、１分以内で過冷却状態の蓄熱材１６の結晶化を完了できる。このため、実施例１〜６に係る蓄熱装置は、自動車のアイドリングストップ時に車室に冷房を提供するのに特に望ましい性能を有している。

本開示の蓄熱装置及び方法は、冷房に必要な冷熱を潜熱として速やかに蓄え、かつ、蓄熱材の融点近傍の所定の温度で冷熱を取り出すことができるシステムに広く利用可能である。本開示の蓄熱装置及び方法は、低温で使用される潜熱蓄熱材、冷凍又は冷蔵用途の潜熱蓄熱材、及び高温で使用される潜熱蓄熱材に対して広く応用できる。

１０ａ〜１０ｄ 蓄熱装置
１１ 容器
１２ 仕切り部材
１３ 可動部材
１５ 空間
１６ 蓄熱材

Claims (12)

1. 内部空間が複数の空間に仕切られている容器、
   前記複数の空間のそれぞれの内部に位置し、前記容器の内部に封入された蓄熱材、及び
   前記容器の外部から内部に延びている部材に接続されることなく、前記複数の空間のそれぞれにおいて前記蓄熱材に接触して配置され、前記容器との相対的位置を時間的に変化させることができる少なくとも１つの可動部材、を備え、
   前記容器は、金属を含み、
   前記複数の空間同士が連通しており、
   前記可動部材は、前記容器の内周面又は前記容器の内部空間を複数の空間に仕切るための部材から離間可能である、
   蓄冷装置。
2. 前記容器は、特定方向に並んだ互いに反対方向を向く一対の内周面を有し、
   前記一対の内周面同士の距離をＤと定義し、かつ、前記特定方向における前記可動部材の寸法をＬと定義したとき、Ｄ／Ｌが１．０２〜２．７０である、請求項１に記載の蓄冷装置。
3. 液相の前記蓄熱材が通過可能な構造を有し、前記容器の前記内部空間を前記複数の空間に仕切る仕切り部材を前記構造としてさらに備えた、請求項１又は２に記載の蓄冷装置。
4. 前記仕切り部材は、前記可動部材を兼ねる、請求項３に記載の蓄冷装置。
5. 前記複数の空間のそれぞれは、１００ｃｍ³以下の容積を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄冷装置。
6. 蓄冷装置が備える蓄熱材の結晶化を完了させる方法であって、
   前記蓄冷装置は、
   内部空間が複数の空間に仕切られている容器、
   前記複数の空間のそれぞれの内部に位置し、前記容器の内部に封入された前記蓄熱材、及び
   前記容器の外部から内部に延びている部材に接続されることなく、前記複数の空間のそれぞれにおいて前記蓄熱材に接触して配置され、前記容器との相対的位置を時間的に変化させることができる少なくとも１つの可動部材、を備え、
   前記容器は、金属を含み、
   前記複数の空間同士が連通しており、
   前記可動部材は、前記容器の内周面又は前記容器の内部空間を複数の空間に仕切るための部材から離間可能であり、
   （ｉ）前記可動部材同士の、接触及び離間の繰り返し又は摺動、
   （ii）前記容器の内周面と前記可動部材との、接触及び離間の繰り返し又は摺動、及び
   （iii）前記容器の内部に配置されている構造物の表面と前記可動部材との、接触及び離間の繰り返し又は摺動、
   のうちの少なくとも１つの動作を継続させることによって、前記蓄熱材の過冷却を解除して所定の期間内に前記蓄熱材の結晶化を完了させる、
   方法。
7. 前記容器は、特定方向に並んだ互いに反対方向を向く一対の内周面を有し、
   前記一対の内周面同士の距離をＤと定義し、かつ、前記特定方向における前記可動部材の寸法をＬと定義したとき、Ｄ／Ｌが１．０２〜２．７０である、請求項６に記載の方法。
8. 前記容器又は前記可動部材に対して振動エネルギーを付与することによって前記容器と前記可動部材との相対的位置を時間的に変化させて前記少なくとも１つの動作を生じさせる、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記可動部材は磁性体を含み、
   前記可動部材の周囲に磁場を形成することによって前記容器と前記可動部材との相対的位置を時間的に変化させて前記少なくとも１つの動作を生じさせる、請求項６又は７に記載の方法。
10. 前記容器に対して外力を加えて容器を変形させることによって前記容器と前記可動部材との相対的位置を時間的に変化させて前記少なくとも１つの動作を生じさせる、請求項６又は７に記載の方法。
11. 前記容器に対して外力を加えて前記可動部材を直接的又は間接的に変位させることによって前記容器と前記可動部材との相対的位置を時間的に変化させて前記少なくとも１つの動作を生じさせる、請求項６又は７に記載の方法。
12. 前記複数の空間のそれぞれは、１００ｃｍ³以下の容積を有する、請求項６〜１１のいずれか１項に記載の蓄熱方法。

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