(57)【要約】【課題】過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えるために有利な蓄熱装置を提供する。【解決手段】本開示の蓄熱装置（１０）は、容器（１２）と、蓄熱材（１４）とを備えている。蓄熱材（１４）は、容器（１２）の内部において容器（１２）に接触している。蓄熱材（１４）は、過冷却状態で蓄熱が可能である。容器（１２）は、第一被膜（１３）を有する。第一被膜（１３）は、蓄熱材（１４）が接触する面をなし、かつ、蓄熱材（１４）に親和性を示す。【選択図】図２Ａ
2020041779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器の内部において前記容器に接触し、過冷却状態で蓄熱が可能な蓄熱材と、を備え、
前記容器は、前記蓄熱材が接触する面をなし、かつ、前記蓄熱材に親和性を示す第一被膜を有する、
蓄熱装置。
【請求項２】
前記蓄熱材と前記第一被膜との接触角が１０°以下である、請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記第一被膜は、酸化物によって構成されている、請求項１又は２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記第一被膜は、５０％以上のイオン結合性を有する成分を含有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記成分は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、及びＳｎＯからなる群より選択される少なくとも１つである、請求項４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記第一被膜は、前記成分を主成分として含有している微粒子によって主に構成されている、請求項４又は５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記第一被膜は、３０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下の厚みを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記蓄熱材は、含水塩又は糖アルコールを主成分として含有している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物を主成分として含有している、請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記蓄熱材は、含水塩を主成分として含有しており、かつ、アルコールをさらに含有している、請求項８に記載の蓄熱装置。
【請求項１１】
前記含水塩は、酢酸ナトリウム三水和物である、請求項１０に記載の蓄熱装置。
【請求項１２】
前記容器の内部に配置され、前記蓄熱材と熱媒体との間で熱交換を生じさせる熱交換器をさらに備えた、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１３】
前記熱交換器は、前記蓄熱材と接触する面をなし、かつ、前記蓄熱材に親和性を示す第二被膜を有する、請求項１２に記載の蓄熱装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備えた、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、蓄熱装置及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酢酸ナトリウム及び水を含有している蓄熱材を用いて過冷却状態で熱エネルギーを蓄える蓄熱装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、酢酸ナトリウムと、水と、疎水基及び親水基を含む有機化合物とを含有している蓄熱材組成物が記載されている。この蓄熱材組成物において、酢酸ナトリウムの重量、水の重量、及び有機化合物の重量が所定の関係を満たしている。
【０００４】
加えて、特許文献２には、酢酸ナトリウム、水、及び過冷却安定剤を含有している潜熱蓄熱材が記載されている。過冷却安定化剤は、第１１族元素の化合物を含み、かつ、潜熱蓄熱材に含有される第１１族元素の濃度は、２．０×１０5ｐｐｍ以下である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−０２０４７０号公報
【特許文献２】特開２０１７−３６４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２に記載の技術では、蓄熱材の過冷却状態が意図せず解除される可能性があり、特許文献１及び２に記載の技術は、過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えるために改良の余地を有する。そこで、本開示は、過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えるために有利な蓄熱装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、
容器と、
前記容器の内部において前記容器に接触し、過冷却状態で蓄熱が可能な蓄熱材と、を備え、
前記容器は、前記蓄熱材が接触する面をなし、かつ、前記蓄熱材に親和性を示す第一被膜を有する、
蓄熱装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の蓄熱装置は、過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄える観点から有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の実施形態に係る蓄熱装置の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示す蓄熱装置のＸ面に沿った断面を含む斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示す蓄熱装置のＹ面に沿った断面を含む斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、比較例に係る蓄熱装置の断面を含む斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、比較例に係る蓄熱装置の断面を含む斜視図である。
【図４】図４は、固体表面と液体との接触角を模式的に説明する図である。
【図５】図５は、図１に示す蓄熱装置の容器の一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示の基礎となった知見）
過冷却状態で蓄熱が可能な蓄熱材を備えた蓄熱装置において、蓄熱材は容器の内部に配置される。特許文献１及び２によれば、ガラス製のサンプル瓶の内部に蓄熱材が配置された状態で蓄熱材の特性が評価されている。一方、実用性の観点から金属材料及び樹脂材料等の材料でできた容器の内部に蓄熱材を配置することも考えられる。本発明者らは、蓄熱材の過冷却状態の安定性と容器との関係を検討した。その結果、蓄熱材と接触する容器の面の状態によって蓄熱材の過冷却状態が不安定になる場合があることが新たに見出された。本発明者らは、蓄熱材と容器との間に気泡が生じることにより、蓄熱材の過冷却状態が不安定になるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、蓄熱材と容器との間に気泡が生じにくくする技術について日夜検討を重ね、本開示の蓄熱装置を案出した。
【００１１】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係る蓄熱装置は、
容器と、
前記容器の内部において前記容器に接触し、過冷却状態で蓄熱が可能な蓄熱材と、を備え、
前記容器は、前記蓄熱材が接触する面をなし、かつ、前記蓄熱材に親和性を示す第一被膜を有する。
【００１２】
第１態様によれば、第一被膜が蓄熱材に対し高い親和性を示すので、第一被膜における蓄熱材の濡れ性が高く、蓄熱材と第一被膜との間で気泡が発生しにくい。その結果、第１態様に係る蓄熱装置は過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えやすい。
【００１３】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る蓄熱装置では、前記蓄熱材の液滴と前記第一被膜との接触角が１０°以下であってもよい。第２態様によれば、より確実に、蓄熱材と第一被膜との間で気泡が発生しにくく、蓄熱装置が過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えやすい。
【００１４】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様に係る蓄熱装置では、前記第一被膜は、酸化物によって構成されていてもよい。第３態様によれば、第一被膜が所定の蓄熱材に対して高い親和性を示しやすい。このため、所定の蓄熱材を備えた蓄熱装置が過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えやすい。
【００１５】
本開示の第４態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つに係る蓄熱装置では、前記第一被膜は、５０％以上のイオン結合性を有する成分を含有している。第４態様によれば、第一被膜が比較的高い極性を有する成分を含有している蓄熱材に対し、高い親和性を示しやすい。このため、比較的高い極性を有する成分を含有している蓄熱材を備えた蓄熱装置が過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えやすい。
【００１６】
本開示の第５態様において、例えば、第４態様に係る蓄熱装置では、前記成分は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、及びＳｎＯからなる群より選択される少なくとも１つであってもよい。第５態様によれば、第一被膜が比較的高い極性を有する成分を含有している蓄熱材に対し、高い親和性を示しやすい。このため、比較的高い極性を有する成分を含有している蓄熱材を備えた蓄熱装置が過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えやすい。
【００１７】
本開示の第６態様において、例えば、第４態様又は第５態様に係る蓄熱装置では、前記第一被膜は、前記成分を主成分として含有している微粒子によって主に構成されていてもよい。第６態様によれば、第一被膜の表面に凹凸が形成されやすく、第一被膜の蓄熱材に対する親和性が高くなりやすい。その結果、より確実に、蓄熱装置が過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えやすい。
【００１８】
本開示の第７態様において、例えば、第１態様〜第６態様のいずれか１つに係る蓄熱装置では、前記第一被膜は、３０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下の厚みを有していてもよい。第７態様によれば、第一被膜の表面に凹凸が形成されやすく、第一被膜にクラックが生じにくい。
【００１９】
本開示の第８態様において、例えば、第１〜第７態様のいずれか１つに係る蓄熱装置では、前記蓄熱材は、含水塩又は糖アルコールを主成分として含有していてもよい。この場合、所望の温度範囲で蓄熱材に熱エネルギーを蓄えやすく、かつ、蓄熱材が高い安全性を有しやすい。
【００２０】
本開示の第９態様において、例えば、第１〜第８態様のいずれか１つに係る蓄熱装置では、前記蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物を主成分として含有していてもよい。酢酸ナトリウム三水和物は、蓄熱装置に有利な凝固点及び潜熱量を有している。
【００２１】
本開示の第１０態様において、例えば、第８態様に係る蓄熱装置では、前記蓄熱材は、含水塩を主成分として含有しており、かつ、アルコールをさらに含有していてもよい。第１０態様によれば、アルコールによって蓄熱材の過冷却状態を安定化させることができる。
【００２２】
本開示の第１１態様において、例えば、第１０態様に係る蓄熱装置では、前記含水塩は、酢酸ナトリウム三水和物であってもよい。
【００２３】
本開示の第１２態様において、例えば、第１態様から第１１態様のいずれか１つに係る蓄熱装置は、前記容器の内部に配置され、前記蓄熱材と熱媒体との間で熱交換を生じさせる熱交換器をさらに備えていてもよい。
【００２４】
本開示の第１３態様において、例えば、第１２態様に係る蓄熱装置では、前記熱交換器は、前記蓄熱材と接触する面をなし、かつ、前記蓄熱材に親和性を示す第二被膜を有していてもよい。第１３態様によれば、第二被膜が蓄熱材に対し高い親和性を示すので、第二被膜における蓄熱材の濡れ性が高く、蓄熱材と第二被膜との間で気泡が発生しにくい。その結果、第１３態様に係る蓄熱装置は過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えやすい。
【００２５】
本開示の第１４態様に係る車両は、第１態様から第１３態様のいずれか１つに係る蓄熱装置を備えている。第１４態様によれば、車両が低温環境に曝されても、蓄熱装置が過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えやすい。
【００２６】
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。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２７】
（実施形態）
図１は、本開示の一実施形態に係る蓄熱装置を示している。図２Ａは、図１に示す蓄熱装置のＸ面に沿った断面を含んでいる。図２Ｂは、図１に示す蓄熱装置のＹ面に沿った断面図を含んでいる。
【００２８】
本実施形態の蓄熱装置１０は、容器１２と、蓄熱材１４とを備えている。蓄熱材１４は、容器１２の内部において容器１２に接触している。蓄熱材１４は、過冷却状態で蓄熱が可能である。容器１２は、第一被膜１３を有する。第一被膜１３は、蓄熱材１４が接触する面をなし、かつ、蓄熱材１４に親和性を示す。本明細書において、「蓄熱材１４に親和性を示す」とは、典型的には、蓄熱材１４と第一被膜１３との接触角が２０°以下であることを意味する。一般的に、固体表面Ｓと液体Ｄとの接触角θは、以下の（式１）のヤングの式によって決定できる。ここで、図４に示す通り、γSは固相と気相との界面に働く表面張力を示し、γLは液相と気相との界面に働く表面張力を示し、γSLは固相と液相との界面に働く表面張力を示す。接触角は、固体表面Ｓに向かってゆっくりと液滴を滴下して固体表面Ｓに液滴を付着させ、固体表面Ｓ上で液滴Ｄがほぼ静止した状態、換言すると、静的な状態において決定される。本明細書において、蓄熱材１４と第一被膜１３との接触角は、例えば、接触角測定法の一つである液滴法に従って決定される。
γS＝γL・cosθ+γSL      （式１）
【００２９】
図３Ａ及び図３Ｂは、比較例に係る蓄熱装置２１０を示す。蓄熱装置２１０は、特に説明する場合を除き、蓄熱装置１０と同様に構成されている。図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、図２Ａ及び図２Ｂに対応している。蓄熱装置１０の構成要素と同一又は対応する蓄熱装置２１０の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３０】
蓄熱装置２１０において、容器１２は、第一被膜１３を備えていない。蓄熱装置２１０において容器１２の蓄熱材１４が接触する面の蓄熱材１４に対する親和性は、第一被膜１３の蓄熱材１４に対する親和性よりも低い。このため、蓄熱装置２１０における容器１２の内面における蓄熱材１４の濡れ性が低く、図３Ａ及び図３Ｂに示す通り、空気が残留して気泡２２が発生しやすい。特に、容器１２の内面の表面に微細な凹凸があって、容器１２の内面における蓄熱材１４の濡れ性が低いと、凹凸の凹部の奥を蓄熱材１４によって濡らすことが難しくなる。その結果、気泡２２がより発生しやすい。固体表面と接触してない蓄熱材の界面付近において蓄熱材の過冷却状態は不安定になりやすい。気泡２２は、容器１２の構造によっては、同じ場所で長時間留まる可能性がある。このことは、蓄熱装置２１０が低温環境に曝されるときに蓄熱材の過冷却状態が不安定になる要因となりうる。一方、蓄熱装置１０によれば、第一被膜１３における蓄熱材１４の濡れ性が高く、蓄熱材１４と第一被膜１３との間で気泡が発生しにくい。このため、蓄熱装置１０では、蓄熱材１４の過冷却状態が不安定になりにくい。
【００３１】
蓄熱材１４と第一被膜１３との接触角は、例えば、１０°以下でありうる。この場合、第一被膜１３が蓄熱材１４に対し高い親和性を示し、より確実に、蓄熱材１４と第一被膜１３との間で気泡が発生しにくい。その結果、蓄熱装置１０が過冷却状態で安定的に熱エネルギーを蓄えやすい。
【００３２】
第一被膜１３は、酸化物によって構成されていてもよい。これにより、蓄熱材１４が所定の種類の蓄熱材である場合に、第一被膜１３が蓄熱材１４に対し高い親和性を示しやすい。なお、第一被膜１３が酸化物によって構成されている場合、第一被膜１３は、酸化物以外の成分を含んでいてもよく、典型的には、第一被膜１３において酸化物の質量基準の含有量が最も多い。
【００３３】
第一被膜１３は、５０％以上のイオン結合性を有する成分を含有している。この場合、第一被膜１３が高い極性を有する成分を含有している蓄熱材１４に対し、高い親和性を示しやすい。なぜなら、高いイオン結合性（例えば、５０％以上のイオン結合性）を有する成分は、高い極性を有するからである。L. Pauling: Nature of Chemical Bond, 3rd ed., Cornell Univ. Press, Ithaca, N.Y., (1960) によれば、化合物を構成する元素の電気陰性度から化合物のイオン結合性を決定できる。
【００３４】
第一被膜１３において、５０％以上のイオン結合性を有する成分は、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、及びＳｎＯからなる群より選択される少なくとも１つである。ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、及びＳｎＯのイオン結合性は、それぞれ、５３％、６４％、６３％、６４％、及び５０％である。
【００３５】
図５に示す通り、第一被膜１３は、例えば、微粒子１３ａによって主に構成されている。この場合、第一被膜１３の表面に凹凸が形成されやすく、第一被膜１３の蓄熱材に対する親和性が高くなりやすい。典型的には、第一被膜１３において質量基準で微粒子１３ａの含有量が最も多い。微粒子１３ａは、典型的には、５０％以上のイオン結合性を有する成分を主成分として含有している。本明細書において「主成分」とは、質量基準で最も多く含まれる成分を意味する。
【００３６】
微粒子１３ａの形状は、特に限定されない。微粒子１３ａは、球状であってもよく、偏平であってもよい。第一被膜１３は、球状の微粒子１３ａと偏平な微粒子１３ａとが堆積することによって構成されていてもよい。
【００３７】
第一被膜１３の厚みは、第一被膜１３が蓄熱材１４に対し親和性を示す限り、特に限定されない。第一被膜１３は、例えば、３０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下の厚みを有する。第一被膜１３が３０ｎｍ以上の厚みを有すると、第一被膜１３の表面に凹凸が形成されやすく、蓄熱材１４に対する親和性が高くなりやすい。一方、第一被膜１３が１０００ｎｍ以下の厚みを有すると、第一被膜１３にクラックが生じにくい。加えて、第一被膜１３の一部が剥離する可能性を低減できる。
【００３８】
容器１２は、例えば、金属材料又は樹脂材料で構成されている。容器１２は、典型的には、十分な耐圧性を有する。蓄熱装置１０は、断熱材をさらに備えていてもよい。断熱材は、例えば、容器１２の外面を覆っている。断熱材の材料は、特に限定されず、例えば、樹脂、金属、ガラス、セラミックである。断熱材は、例えば、発泡体、繊維集合体によって構成されていてもよく、断熱材は、空気層をなす中空の部材によって構成されていてもよい。
【００３９】
容器１２は、腐食を防止するための腐食防止膜を有していてもよい。腐食防止膜は、例えば、第一被膜１３の厚み方向において、第一被膜１３よりも容器１２の外面に近い位置に形成されうる。
【００４０】
容器１２に第一被膜１３を形成する方法は、特に限定されない。例えば、第一被膜１３を形成する方法として、ポストコーティング又はプレコーティングを適用できる。ポストコーティングにおいて、第一被膜１３を形成するためのコーティング液を用いた浸漬又は塗布によって容器１２の成形後に第一被膜１３が形成される。プレコーティングにおいて、第一被膜１３を形成するためのコーティング液を用いた浸漬又は塗布によって容器１２の成形前に第一被膜１３が形成され、第一被膜１３が形成された材料を用いて容器１２の成形が行われる。
【００４１】
蓄熱材１４は、過冷却状態で蓄熱が可能な限り、特に限定されないが、例えば、含水塩又は糖アルコールを主成分として含有している。この場合、所望の温度範囲（例えば、１２０℃以下）で蓄熱材１４に熱エネルギーを蓄えやすく、かつ、蓄熱材１４が高い安全性を有しやすい。
【００４２】
含水塩は、例えば、酢酸ナトリウム三水和物、硫酸ナトリウム十水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物、炭酸ナトリウム十水和物、チオ硫酸ナトリウム五水和物、塩化ストロンチウム六水和物、硫酸アンモニウムアルミニウム十二水和物、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物、及び塩化鉄（II）四水和物からなる群より選ばれる少なくとも１つである。
【００４３】
糖アルコールは、例えば、エリスリトール、キシリトール、及びＤ‐スレイトールからなる群より選ばれる少なくとも１つである。
【００４４】
蓄熱材１４は、例えば、酢酸ナトリウム三水和物を主成分として含有している。酢酸ナトリウム三水和物は、利用しやすい凝固点（約５８℃）及び大きな潜熱量（約２５０Ｊ／ｇ）を有しており、蓄熱装置１０に適している。例えば、酢酸ナトリウム三水和物が蓄熱材１４の主成分である場合、１モルの酢酸ナトリウムに対して、例えば、３〜１０モルの水が蓄熱材１４に含まれている。蓄熱材１４は、酢酸ナトリウム三水和物の化学量論的組成から算出される量を超える量の水を含んでいてもよい。
【００４５】
蓄熱材１４は、含水塩を主成分として含有しており、かつ、アルコールをさらに含有していてもよい。この場合、アルコールによって蓄熱材１４の過冷却状態が安定化しやすい。この場合、含水塩は、特定の含水塩に限定されない。含水塩は、上記に例示した含水塩であってもよく、酢酸ナトリウム三水和物でありうる。
【００４６】
アルコールによって蓄熱材１４の過冷却状態が安定化しやすい理由は必ずしも明らかではない。例えば、蓄熱材１４の主成分とアルコールとの間の相互作用によって蓄熱材１４の結晶化（凝固）が抑制され、蓄熱材１４の過冷却状態が安定化すると考えられる。例えば、蓄熱材１４が酢酸ナトリウム三水和物及びアルコールを含むとき、下記の（ｉ）及び（ii）の相互作用により、アルコール分子が酢酸ナトリウム分子と水分子とによる結晶の形成に対する立体障害になると考えられる。その結果、酢酸ナトリウム三水和物の結晶化（凝固）が抑制されうる。
（ｉ）酢酸ナトリウムのカルボニル基とアルコールの炭化水素基（疎水基）との間の相互作用
（ii）酢酸ナトリウム三水和物の水分子とアルコールの水酸基（親水基）との相互作用
【００４７】
アルコールは、１価のアルコールであってもよく、多価アルコールであってもよく、それらの混合物であってもよい。１価アルコールとしては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ｎ−ブチルアルコール、及びｔｅｒｔ−ブチルアルコールからなる群より選ばれる少なくとも１つが使用されうる。多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、及びグリセリンからなる群より選ばれる少なくとも１つが使用されうる。これらのアルコールのいずれも、蓄熱材１４の過冷却状態を安定化させることができる。
【００４８】
アルコールは、直鎖アルコールであってもよく、分岐鎖アルコールであってもよい。アルコールが直鎖アルコールであるとき、蓄熱材１４に含まれる成分とアルコールとの間の相互作用が強まる可能性がある。蓄熱材１４に含まれる成分とアルコールとの間の相互作用が強いことは、蓄熱材１４の過冷却状態を安定化させるうえで有利であると考えられる。直鎖アルコールとして、ｎ−ブチルアルコールが挙げられる。炭素数が１〜４のメタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコールは、水に容易に溶解するので、蓄熱材１４の過冷却状態をより安定化させやすい。
【００４９】
蓄熱材１４に十分な量の水が含まれているとき、アルコールは、蓄熱材１４において容易に溶解しうる。言い換えれば、アルコールは、蓄熱材１４の他の成分に対して相溶性を示す。蓄熱材１４におけるアルコールの濃度は、例えば、１〜９質量％である。
【００５０】
蓄熱材１４は、主成分の種類に応じて、アルコール以外の過冷却安定化剤を含有していてもよい。加えて、蓄熱材１４は、他の添加剤を含有していてもよい。
【００５１】
図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、蓄熱装置１０は、例えば、熱交換器１６をさらに備えている。熱交換器１６は、容器１２の内部に配置され、蓄熱材１４と熱媒体との間で熱交換を生じさせる。熱交換器１６は、例えば、金属材料で構成されている。金属材料としては、アルミニウム、銅などの熱伝導性に優れた金属材料であってもよく、ステンレスなどの耐食性に優れた金属材料であってもよい。熱媒体を熱交換器１６に流すことによって、蓄熱材１４に熱を蓄えたり、蓄熱材１４から熱を取り出したりすることが可能である。熱媒体としては、水、不凍液、冷媒液などの液体が挙げられる。
【００５２】
本実施形態において、熱交換器１６は、容器１２の内部において蓄熱材１４に接している。そのため、蓄熱材１４に速やかに熱を蓄えること、及び、蓄熱材１４から速やかに熱を取り出すことができる。熱交換器１６は、例えば、プレート式熱交換器の構造を有する。容器１２の内部において、熱交換器１６が複数の部分に分岐し、分岐した部分のそれぞれが水平に延びている。熱交換器１６は、入口管１６ｐ及び出口管１６ｑを有している。入口管１６ｐを通じて、分岐した部分のそれぞれに熱媒体を導く事ができる。出口管１６ｑを通じて、分岐した部分のそれぞれから熱媒体を回収することができる。入口管１６ｐ及び出口管１６ｑは、内燃機関などの外部熱源に接続されうる。熱交換器１６は、フィンチューブ熱交換器の構造を有していていてもよいし、蛇行管によって構成されていてもよい。
【００５３】
熱交換器１６は、例えば、第二被膜１７を有する。第二被膜１７は、蓄熱材１４と接触する面をなしており、かつ、蓄熱材１４に親和性を示す。このため、第二被膜１７における蓄熱材１４の濡れ性が高く、蓄熱材１４と第二被膜１７との間で気泡が発生しにくい。第二被膜１７は、蓄熱材１４に対して第一被膜１３と同様の作用を示すものであり、第一被膜１３に関する上記の説明は、第二被膜１７についてもあてはまる。なお、蓄熱材１４と熱媒体との間の熱交換の効率を高める観点から、第二被膜１７の厚みが小さいことが有利である。例えば、第二被膜１７の厚みが１０００ｎｍ以下であると、蓄熱材１４と熱媒体との間の熱交換の効率が高くなりやすい。
【００５４】
熱交換器１６は、腐食を防止するための腐食防止膜を有していてもよい。腐食防止膜は、例えば、第二被膜１７の厚み方向において、第二被膜１７より熱交換器１６における熱媒体の流路に近い位置に形成されうる。
【００５５】
熱交換器１６に第二被膜１７を形成する方法は、特に限定されない。例えば、第二被膜１７を形成する方法として、ポストコーティング又はプレコーティングを適用できる。ポストコーティングにおいて、第二被膜１７を形成するためのコーティング液を用いた浸漬又は塗布によって熱交換器１６の成形組立後に第二被膜１７が形成される。プレコーティングにおいて、第二被膜１７を形成するためのコーティング液を用いた浸漬又は塗布によって熱交換器１６の成形組立前に第二被膜１７が形成され、第二被膜１７が形成された材料を用いて熱交換器１６の成形組立が行われる。
【００５６】
蓄熱装置１０にとって、熱交換器１６は必須ではない。例えば、容器１２の外面を伝熱面として使用し、熱媒体と蓄熱材１４との間で熱交換を生じさせることも可能である。一方、熱交換器１６のような蓄熱材１４と接する構造物が容器１２の内部に存在する場合、その構造物が第一被膜１３と同様の作用を示す被膜を有することが推奨される。
【００５７】
蓄熱装置１０は、特に限定されないが、車載用の蓄熱装置でありうる。このため、蓄熱装置１０を備えた車両を提供できる。
【実施例】
【００５８】
図１、図２Ａ、及び図２Ｂを参照して説明した構造を有する蓄熱装置を用い、以下の実験を行った。実験に用いた蓄熱装置の容器の容積は０．１２リットルであった。蓄熱材として、酢酸ナトリウム水溶液を用いた。酢酸ナトリウム水溶液において、酢酸ナトリウムに対する水の質量比は８１．８％であった。また、蓄熱材は、過冷却安定化剤として、６質量％のｎ−プロピルアルコールを含有していた。
【００５９】
（実施例）
粒径１０〜１００ｎｍの粒径を有する、球状及び薄片状のＳｉＯ2粒子が溶剤中に分散している親水性コーティング剤を容器に注入し、蓄熱材が封入されるべき空間を、親水性コーティング剤で満たした。この状態を３０分間保った後、容器から親水性コーティング剤を排出し、容器の環境を８０℃で１時間保ち、容器の内面に付着した親水性コーティング剤を乾燥させ、被膜を形成した。この被膜の厚みは、３０〜９０ｎｍであった。
【００６０】
次に、容器に１２０．７ｇの蓄熱材を入れて容器を密閉した。容器の側面の上部及び下部のそれぞれに熱電対を取り付けた。容器を、恒温器（エスペック社製、製品名：ミニサブゼロ、型式：ＭＣ−８１２）に設置して、恒温器の内部の温度を７５℃に４時間保ち、蓄熱材が液相状態であり蓄熱していることを確認した。その後、恒温器の内部の温度を−２０℃まで低下させ、恒温器の内部の温度を−２０℃に１２時間保った。−２０℃で蓄熱材の過冷却状態が安定していた場合には、恒温器の内部の温度を−３０℃まで低下させ、恒温器の内部の温度を−３０℃に１時間保った。この操作を８回繰り返して、蓄熱材の過冷却状態の−２０℃における安定性を確認した。蓄熱材が過冷却状態を保っているか否かの判断については、容器の側面に取り付けた熱電対によって測定された温度を監視することによって行った。蓄熱材の過冷却状態が破れると、蓄熱材の結晶化に伴う急激な発熱により、熱電対によって測定された温度が急激に上昇した。蓄熱材の過冷却状態が破れて蓄熱材の結晶化が開始した温度と、熱電対によって測定された温度が−２０℃で安定していた時間について記録した。また、急激な温度上昇を示した熱電対の取り付けた位置から、蓄熱材の結晶化が開始した位置が容器の上部と下部のいずれからなのかを判断し、記録した。熱電対によって測定された温度が急激に上昇しなかった場合は、蓄熱材の過冷却状態が保たれていると判断した。結果を表１に示す。
【００６１】
表１に示す通り、１cycle目は、恒温器の内部の温度を−２０℃に低下させてから３時間経過した時点で蓄熱材の過冷却状態が破れた。１cycle目の蓄熱材の結晶化の開始場所は容器の上部であった。このため、１cycle目の過冷却状態の破れは、容器内部の蓄熱材で満たされていない空気相の近くに残存していた蓄熱材から結晶化が開始したことが原因と考えられる。１cycle目の結果を除けば、−２０℃での蓄熱材の過冷却状態は概ね安定していた。
【００６２】
（比較例）
容器の内面に親水性コーティング剤を用いて被膜を形成しなかったこと以外は、実施例と同様の方法で、容器に封入した蓄熱材の過冷却状態の安定性を評価した。ただし、温度サイクルの繰り返し回数は５回に変更した。結果を表２に示す。
【００６３】
表２に示す通り、比較例において、容器の温度が−２０℃に到達する前に、蓄熱材の過冷却状態が破れた。
【００６４】
【表１】
2020041779.tif 000003
【００６５】
【表２】
2020041779.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本開示の蓄熱装置は、内燃機関の廃熱、燃焼式ボイラーの廃熱などを蓄えることに適している。蓄えられた熱は、内燃機関などの機械の暖機を行うために有意に使用されうる。本開示の蓄熱装置は、空調機、給湯器、又は建築材料にも応用されうる。
【符号の説明】
【００６７】
１０    蓄熱装置
１２    容器
１３    第一被膜
１３ａ  微粒子
１４    蓄熱材
１６    熱交換器
１６ｐ  入口管
１６ｑ  出口管
１７    第二被膜
２２    気泡
【図１】
2020041779.tif 000005
【図２Ａ】
2020041779.tif 000006
【図２Ｂ】
2020041779.tif 000007
【図３Ａ】
2020041779.tif 000008
【図３Ｂ】
2020041779.tif 000009
【図４】
2020041779.tif 000010
【図５】
2020041779.tif 000011