(57)【要約】【課題】高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる、信頼性の高い蓄熱装置を提供する。【解決手段】本開示の一態様における蓄熱装置１０は、潜熱蓄熱材１と、表面２ａに溝部３を有し、かつ弾性を有する板材２と、を備える。溝部３の深さの最大値は、６０μｍより大きい。溝部３の幅の最大値は、例えば、４４０μｍより小さい。潜熱蓄熱材１は、例えば、酢酸ナトリウム三水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物及びテトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱材と、
表面に溝部を有し、かつ弾性を有する板材と、
を備え、
前記溝部の深さの最大値が６０μｍより大きい、蓄熱装置。
【請求項２】
前記溝部の幅の最大値が４４０μｍより小さい、請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記潜熱蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物及びテトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記潜熱蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物を含み、かつ９０℃以上に加熱される、請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記潜熱蓄熱材は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を含み、かつ６０℃以上に加熱される、請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記潜熱蓄熱材は、テトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートを含み、かつ３０℃以上に加熱される、請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
潜熱蓄熱材を前記潜熱蓄熱材の融点以上の温度に加熱することと、
前記潜熱蓄熱材を前記融点未満の温度に冷却し、前記潜熱蓄熱材を過冷却させることと、
表面に溝部を有し、かつ弾性を有する板材を変形させて、前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除することと、
を含み、
前記溝部の深さの最大値が６０μｍより大きい、蓄熱方法。
【請求項８】
前記溝部の幅が拡大するように前記板材を曲げて、前記潜熱蓄熱材の前記過冷却状態を解除する、請求項７に記載の蓄熱方法。
【請求項９】
前記溝部の幅の最大値が４４０μｍより小さい、請求項７又は８に記載の蓄熱方法。
【請求項１０】
前記潜熱蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物を含み、
前記融点以上の前記温度が９０℃以上である、請求項７から９のいずれか１項に記載の蓄熱方法。
【請求項１１】
前記潜熱蓄熱材は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を含み、
前記融点以上の前記温度が６０℃以上である、請求項７から９のいずれか１項に記載の蓄熱方法。
【請求項１２】
前記潜熱蓄熱材は、テトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートを含み、
前記融点以上の前記温度が３０℃以上である、請求項７から９のいずれか１項に記載の蓄熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、蓄熱装置及び蓄熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを産業用途又は家庭用途に利用する場合、全ての熱エネルギーを有効に利用することは難しい。利用されない熱エネルギーは、廃熱として外気に放出される。熱エネルギーを有効に利用するために、熱エネルギーを一時的に貯蔵する媒体を用いることが提案されている。熱エネルギーを一時的に貯蔵する媒体は、蓄熱材と呼ばれている。
【０００３】
蓄熱材は、顕熱蓄熱材と潜熱蓄熱材とに分類される。潜熱蓄熱材は、物質の融解などの相変化を利用する。潜熱蓄熱材は、顕熱蓄熱材に比べて、高いエネルギー密度を有する。さらに、潜熱蓄熱材は、相変化時の温度が一定であるため、熱エネルギーを安定した温度で取り出すことができる。そのため、潜熱蓄熱材の実用化が進められている。潜熱蓄熱材を用いて、次の方法で蓄熱を行うことができる。まず、蓄熱時において、潜熱蓄熱材を加熱することによって液体状態の潜熱蓄熱材を得る。その後、潜熱蓄熱材は、液体状態に維持される。潜熱蓄熱材に蓄えられた熱は、必要なときに、潜熱蓄熱材を結晶化させることによって取り出すことができる。
【０００４】
潜熱蓄熱材としては、例えば、酢酸ナトリウム三水和物が挙げられる。酢酸ナトリウム三水和物は、比較的大きい融解潜熱を有するため、少ない容量で効率的に熱を蓄えることができる。酢酸ナトリウム三水和物は、毒性の低い、比較的安全な物質である。酢酸ナトリウム三水和物は、融点で融解する一方、一旦融解すると融点を下回っても凝固せず、過冷却状態を維持する。すなわち、酢酸ナトリウム三水和物を含む潜熱蓄熱材を加熱して液体状態に変化させた後、潜熱蓄熱材を過冷却状態に維持することによって蓄熱を行うことができる。この場合、酢酸ナトリウム三水和物を含む潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除することによって、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を取り出すことができる。
【０００５】
従来の過冷却状態の解除手段としては、特許文献１に記載されているように、潜熱蓄熱材に電気的な刺激を与えることによって、潜熱蓄熱材を結晶化させる蓄熱装置が知られている。特許文献１の蓄熱装置では、銀を含む金属の表面に臭化銀を付着させた電極が用いられている。
【０００６】
別の過冷却状態の解除手段としては、特許文献２に記載されているように、可撓性を有する板部材の変形動作を利用して、潜熱蓄熱材を結晶化させる発核装置が知られている。特許文献２の発核装置では、板部材に溝が設けられている。溝の内部には、潜熱蓄熱材の主成分である水和塩の無水物が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１８−１４６１７３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１０２２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の蓄熱装置では、潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できないことがある。
【０００９】
本開示は、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる、信頼性の高い蓄熱装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様にかかる蓄熱装置は、
潜熱蓄熱材と、
表面に溝部を有し、かつ弾性を有する板材と、
を備え、
前記溝部の深さの最大値が６０μｍより大きい。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる、信頼性の高い蓄熱装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示の一実施形態にかかる蓄熱装置の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示した蓄熱装置が備える板材の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示した板材の平面図である。
【図３】図３は、実施例１から４及び比較例１から３で用いられた板材における溝部の深さの最大値及び溝部の幅の最大値の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本開示の基礎となった知見）
本開示者らは、特許文献１の蓄熱装置では、潜熱蓄熱材の融点を大きく上回る温度に潜熱蓄熱材を加熱した後に潜熱蓄熱材を冷却した場合、潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できないことがあることを新たに見出した。潜熱蓄熱材の融点を大きく上回る温度は、例えば、９０℃以上である。
【００１４】
同様に、本開示者らは、特許文献２の発核装置では、潜熱蓄熱材の融点を大きく上回る温度に潜熱蓄熱材を加熱した後に潜熱蓄熱材を冷却した場合、潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できないことがあることを新たに見出した。特許文献２の発核装置では、潜熱蓄熱材が高い温度に加熱されたときに、溝の内部に配置された無水物が液体状態の潜熱蓄熱材に溶解するため、潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除する機能が低下すると考えられる。
【００１５】
本開示者らは、潜熱蓄熱材の組成又は蓄熱時の潜熱蓄熱材の温度ではなく、蓄熱装置の構造に着目して、鋭意検討を行った。その結果、蓄熱装置が過冷却解除機構として板材を備える場合、板材の溝部の形状が潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除する機能に影響することを見出した。本開示者らは、この知見に基づいてさらに検討を重ねることによって、本開示の蓄熱装置を想到するに至った。
【００１６】
本開示の第１態様にかかる蓄熱装置は、
潜熱蓄熱材と、
表面に溝部を有し、かつ弾性を有する板材と、
を備え、
前記溝部の深さの最大値が６０μｍより大きい。
【００１７】
第１態様によれば、板材が液体状態の潜熱蓄熱材に接しているときに、潜熱蓄熱材が板材の溝部に侵入する。潜熱蓄熱材が固化することによって、溝部に潜熱蓄熱材の結晶が形成される。溝部の深さの最大値が６０μｍより大きいため、潜熱蓄熱材を加熱しても、溝部の奥に存在する潜熱蓄熱材は、結晶として溝部に残る。潜熱蓄熱材が過冷却された状態で、例えば、溝部の幅が拡大するように板材を曲げると、過冷却状態の潜熱蓄熱材が溝部に侵入する。溝部に侵入した潜熱蓄熱材は、溝部の奥に残った潜熱蓄熱材の結晶と接触する。これにより、潜熱蓄熱材の過冷却状態が解除され、潜熱蓄熱材が固化する。蓄熱装置によれば、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる。
【００１８】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる蓄熱装置では、前記溝部の幅の最大値が４４０μｍより小さくてもよい。第２態様によれば、潜熱蓄熱材を加熱しても、溝部の奥に存在する潜熱蓄熱材は、結晶として溝部に残りやすい。そのため、蓄熱装置は、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる。
【００１９】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる蓄熱装置では、前記潜熱蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物及びテトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートからなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでいてもよい。第３態様によれば、蓄熱装置は、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる。
【００２０】
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つにかかる蓄熱装置では、前記潜熱蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物を含んでいてもよく、かつ９０℃以上に加熱されてもよい。第４態様によれば、潜熱蓄熱材が融点を大きく上回る温度を経由して冷却された場合であっても、蓄熱装置は、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる。
【００２１】
本開示の第５態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つにかかる蓄熱装置では、前記潜熱蓄熱材は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を含んでいてもよく、かつ６０℃以上に加熱されてもよい。第５態様によれば、潜熱蓄熱材が融点を大きく上回る温度を経由して冷却された場合であっても、蓄熱装置は、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる。
【００２２】
本開示の第６態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つにかかる蓄熱装置では、前記潜熱蓄熱材は、テトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートを含んでいてもよく、かつ３０℃以上に加熱されてもよい。第６態様によれば、潜熱蓄熱材が融点を大きく上回る温度を経由して冷却された場合であっても、蓄熱装置は、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる。
【００２３】
本開示の第７態様にかかる蓄熱方法は、
潜熱蓄熱材を前記潜熱蓄熱材の融点以上の温度に加熱することと、
前記潜熱蓄熱材を前記融点未満の温度に冷却し、前記潜熱蓄熱材を過冷却させることと、
表面に溝部を有し、かつ弾性を有する板材を変形させて、前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除することと、
を含み、
前記溝部の深さの最大値が６０μｍより大きい。
【００２４】
第７態様によれば、所望のタイミングで、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を取り出すことができる。さらに、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除できる。
【００２５】
本開示の第８態様において、例えば、第７態様にかかる蓄熱方法では、前記溝部の幅が拡大するように前記板材を曲げて、前記潜熱蓄熱材の前記過冷却状態を解除してもよい。第８態様によれば、潜熱蓄熱材の過冷却状態をより確実に解除することができる。
【００２６】
本開示の第９態様において、例えば、第７又は第８態様にかかる蓄熱方法では、前記溝部の幅の最大値が４４０μｍより小さくてもよい。第９態様によれば、潜熱蓄熱材を加熱しても、溝部の奥に存在する潜熱蓄熱材は、結晶として溝部に残りやすい。そのため、潜熱蓄熱材の過冷却状態をより確実に解除することができる。
【００２７】
本開示の第１０態様において、例えば、第７から第９態様のいずれか１つにかかる蓄熱方法では、前記潜熱蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物を含んでいてもよく、前記融点以上の前記温度が９０℃以上であってもよい。第１０態様によれば、潜熱蓄熱材が融点を大きく上回る温度を経由して冷却された場合であっても、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除することができる。
【００２８】
本開示の第１１態様において、例えば、第７から第９態様のいずれか１つにかかる蓄熱方法では、前記潜熱蓄熱材は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を含んでいてもよく、前記融点以上の前記温度が６０℃以上であってもよい。第１１態様によれば、潜熱蓄熱材が融点を大きく上回る温度を経由して冷却された場合であっても、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除することができる。
【００２９】
本開示の第１２態様において、例えば、第７から第９態様のいずれか１つにかかる蓄熱方法では、前記潜熱蓄熱材は、テトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートを含んでいてもよく、前記融点以上の前記温度が３０℃以上であってもよい。第１２態様によれば、潜熱蓄熱材が融点を大きく上回る温度を経由して冷却された場合であっても、高い確率で潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除することができる。
【００３０】
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。以下の実施形態は例示に過ぎず、本開示は、以下の実施形態に限定されない。なお、本明細書において、「蓄熱」の用語は、熱を蓄えること及び冷熱を蓄えることの両方の意味で使用される。
【００３１】
図１は、本実施形態の蓄熱装置１０の断面図である。図１に示すように、蓄熱装置１０は、潜熱蓄熱材１及び板材２を備えている。潜熱蓄熱材１は、板材２と直接接触している。潜熱蓄熱材１は、板材２を囲んでいる。言い換えると、板材２は、潜熱蓄熱材１に埋め込まれている。蓄熱装置１０は、容器６をさらに備えている。容器６は、潜熱蓄熱材１及び板材２を収容している。蓄熱装置１０では、板材２が潜熱蓄熱材１の過冷却状態を解除する過冷却解除機構として機能する。
【００３２】
図２Ａは、板材２の断面図である。図２Ｂは、板材２の平面図である。板材２は、例えば、平面視で矩形の形状を有する。このとき、板材２は、互いに向かい合う１対の端面を２組有する。板材２は、平面視で円の形状又は楕円の形状を有していてもよい。
【００３３】
板材２は、その表面２ａに溝部３を有する。溝部３が板材２の表面２ａに形成されている。表面２ａは、板材２の主面であり、板材２の最も広い面積を有する面である。表面２ａは、例えば、１組の長辺と１組の短辺とを有する。溝部３は、板材２の厚さ方向に直交する方向に延びている。詳細には、溝部３は、板材２の１対の端面の一方から他方に向かう方向に延びている。溝部３が延びている方向は、例えば、表面２ａの１組の短辺に平行である。溝部３は、表面２ａの重心付近に位置していてもよい。溝部３は、例えば、平面視で矩形の形状を有する。溝部３は、平面視で楕円の形状を有していてもよい。
【００３４】
図２Ａには、溝部３が延びている方向に直交する溝部３の断面が示されている。図２Ａに示された溝部３の断面は、Ｖ字の形状を有している。ただし、溝部３の断面の形状は、特に限定されず、矩形であってもよく、Ｕ字状であってもよい。
【００３５】
次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、溝部３の深さの最大値Ｌ１、溝部３の幅の最大値Ｌ２及び溝部３の長さの最大値Ｌ３について説明する。本明細書において、最大値Ｌ１，Ｌ２及びＬ３は、板材２の外部から板材２に応力が印加されていない状態での値を意味する。さらに、「溝部３の幅」は、溝部３が延びている方向に直交する溝部３の断面の幅を意味する。
【００３６】
溝部３の深さの最大値Ｌ１は、６０μｍより大きい。最大値Ｌ１は、７０μｍ以上であってもよい。最大値Ｌ１の上限値は、特に限定されないが、板材２の耐久性の観点から、例えば、９０μｍである。板材の厚さに対する最大値Ｌ１の比率は、特に限定されず、例えば、０．１５以上０．５０以下である。
【００３７】
溝部３の幅の最大値Ｌ２は、特に限定されず、４４０μｍより小さくてもよく、１５０μｍ以下であってもよく、９０μｍ以下であってもよい。最大値Ｌ２の下限値は、特に限定されないが、潜熱蓄熱材１の過冷却状態を確実に解除する観点から、例えば、３０μｍである。
【００３８】
溝部３の長さの最大値Ｌ３は、特に限定されないが、潜熱蓄熱材１の過冷却状態を確実に解除する観点から、３ｍｍより大きくてもよく、５ｍｍ以上であってもよい。最大値Ｌ３の上限値は、特に限定されず、例えば、７ｍｍである。
【００３９】
板材２の厚さは、溝部３の深さの最大値Ｌ１よりも大きければ特に限定されず、例えば、１２０μｍ以上４００μｍ以下である。
【００４０】
板材２は、例えば、金属材料及び樹脂材料からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。板材２は、金属材料又は樹脂材料を主成分として含んでいてもよい。「主成分」とは、板材２に重量比で最も多く含まれた成分を意味する。板材２は、金属材料でできていてもよい。金属材料としては、アルミニウム合金、鋼、ステンレス鋼などの合金が挙げられる。アルミニウム合金の具体例は、Ａ５０５２である。ステンレス鋼の具体例は、ＳＵＳ３０４である。樹脂材料としては、例えば、カーボン樹脂（ＣＦＲＰ）及びポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）が挙げられる。板材２は、例えば、セラミックス及びガラスを含まない。
【００４１】
本実施形態において、板材２は、弾性を有する。そのため、板材２は、弾性変形することができる。さらに、板材２は、耐久性の観点から、大きい曲げ強さを有していてもよい。板材２の曲げ強さは、特に限定されず、１５０ＭＰａ以上であってもよく、２００ＭＰａ以上であってもよく、３００ＭＰａ以上であってもよい。板材２の曲げ強さの上限値は、例えば、１０００ＭＰａである。板材２の曲げ強さは、例えば、日本工業規格ＪＩＳ  Ｋ７１７１：２０１６の規定に準拠して測定することができる。
【００４２】
容器６は、第１部材４及び第２部材５を有する。第１部材４及び第２部材５のそれぞれは、フィルムの形状を有する。第１部材４及び第２部材５のそれぞれは、例えば、平面視で矩形の形状又は円の形状を有する。第１部材４の外縁部４ａは、第２部材５の外縁部５ａに貼り付けられている。これにより、容器６の内部が封止されている。潜熱蓄熱材１及び板材２は、第１部材４及び第２部材５の間に配置されている。
【００４３】
容器６の第１部材４及び第２部材５は、例えば、水蒸気バリア性を有する。第１部材４及び第２部材５のそれぞれは、例えば、ヒートシール層と水蒸気バリア性を有するバリア層とを含むラミネートフィルムである。第１部材４及び第２部材５のそれぞれでは、２つのヒートシール層の間にバリア層が配置されていてもよい。バリア層は、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂を含む。第１部材４及び第２部材５のバリア層によれば、潜熱蓄熱材１における水の含有量の変動を抑制することができる。ヒートシール層は、例えば、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂を含む。例えば、第１部材４及び第２部材５のそれぞれのヒートシール層を互いに接触させ、加熱することによって、第１部材４の外縁部４ａを第２部材５の外縁部５ａに貼り付けることができる。
【００４４】
第１部材４及び第２部材５のそれぞれは、例えば、可撓性を有する。このとき、容器６に応力を加えることによって、容器６を容易に変形させることができる。容器６を変形させることによって、板材２に応力を加え、板材２を変形させることができる。第１部材４及び第２部材５のそれぞれは、透明性を有していてもよい。
【００４５】
潜熱蓄熱材１は、物質の相変化を利用して熱を蓄えることができる。潜熱蓄熱材１は、例えば、液相と固相との間で相転移することによって、蓄熱及び放熱することができる。潜熱蓄熱材１は、例えば、水和塩、糖アルコール及び包接水和物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００４６】
水和塩としては、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、硫酸水素ナトリウム一水和物、塩素酸リチウム三水和物、過塩素酸リチウム三水和物、フッ化カリウム二水和物、フッ化カリウム四水和物、塩化カルシウム二水和物、塩化カルシウム四水和物、塩化カルシウム六水和物、硝酸リチウム三水和物、硫酸ナトリウム十水和物、炭酸ナトリウム七水和物、炭酸ナトリウム十水和物、臭化カルシウム二水和物、リン酸水素二ナトリウム二水和物、リン酸水素二ナトリウム七水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物、塩化鉄四水和物、塩化鉄六水和物、チオ硫酸ナトリウム五水和物、硫酸マグネシウム七水和物、酢酸リチウム二水和物、水酸化ナトリウム一水和物、水酸化バリウム一水和物、水酸化バリウム八水和物、硫酸アンモニウムアルミニウム六水和物、ピロリン酸ナトリウム十水和物、リン酸三ナトリウム六水和物、リン酸三ナトリウム八水和物及びリン酸三ナトリウム十二水和物が挙げられる。
【００４７】
糖アルコールとしては、例えば、グリセリン、キシリトール、ソルビトール及びエリトリトールが挙げられる。包接水和物としては、例えば、テトラヒドロフランクラスレートハイドレート、トリメチルアミンセミクラスレートハイドレート、二酸化硫黄クラスレートハイドレート、テトラブチルアンモニウムホルメートハイドレート、酢酸テトラブチルアンモニウムハイドレート、テトラブチルアンモニウムブロミド（ＴＢＡＢ）ハイドレート、テトラブチルアンモニウムクロリド（ＴＢＡＣｌ）ハイドレート及びテトラブチルアンモニウムフルオリド（ＴＢＡＦ）ハイドレートが挙げられる。
【００４８】
潜熱蓄熱材１は、例えば、酢酸ナトリウム三水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物及びテトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。潜熱蓄熱材１は、酢酸ナトリウム三水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物又はテトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートを主成分として含んでいてもよい。
【００４９】
潜熱蓄熱材１は、水和塩、糖アルコール及び包接水和物以外に、安定剤、相分離抑制剤などの添加剤、水などをさらに含んでいてもよい。安定剤は、例えば、潜熱蓄熱材１の過冷却状態を安定化する。相分離抑制剤は、例えば、潜熱蓄熱材１に含まれる成分の相分離を抑制する。
【００５０】
次に、蓄熱装置１０の作製方法について説明する。
【００５１】
まず、第１部材４の外縁部４ａの一部を第２部材５の外縁部５ａの一部に貼り付けることによって、開口を有する容器状部材を作製する。第１部材４及び第２部材５に囲まれた空間に、板材２及び液体状態の潜熱蓄熱材１を配置する。これにより、板材２が液体状態の潜熱蓄熱材１に浸漬する。板材２が液体状態の潜熱蓄熱材１に接していると、潜熱蓄熱材１が板材２の溝部３に侵入する。
【００５２】
次に、液体状態の潜熱蓄熱材１を結晶化させる。液体状態の潜熱蓄熱材１を結晶化させる方法は、特に限定されない。例えば、潜熱蓄熱材１を十分に低い温度まで冷却する、又は、過冷却状態の潜熱蓄熱材１に潜熱蓄熱材１の結晶を添加することによって、潜熱蓄熱材１を結晶化させることができる。液体状態の潜熱蓄熱材１が結晶化し、固化すると、溝部３の内部に潜熱蓄熱材１の結晶が形成される。次に、容器６が形成されるように、第１部材４の残りの外縁部４ａを第２部材５の外縁部５ａに貼り付けることによって蓄熱装置１０を得ることができる。
【００５３】
蓄熱装置１０の製造方法は、上述の方法に限定されない。例えば、容器６が形成されるように、第１部材４の残りの外縁部４ａを第２部材５の外縁部５ａに貼り付けた後に、液体状態の潜熱蓄熱材１を結晶化させることによって蓄熱装置１０を作製してもよい。さらに、以下の方法によって蓄熱装置１０を作製してもよい。まず、容器状部材における第１部材４及び第２部材５に囲まれた空間に、固体状態の潜熱蓄熱材１を配置する。容器６が形成されるように、第１部材４の残りの外縁部４ａを第２部材５の外縁部５ａに貼り付ける。潜熱蓄熱材１を潜熱蓄熱材１の融点以上の温度に加熱することによって、潜熱蓄熱材１を融解させる。次に、潜熱蓄熱材１を十分に冷却し、潜熱蓄熱材１を結晶化させることによって、蓄熱装置１０を得ることができる。
【００５４】
次に、蓄熱装置１０を用いた蓄熱方法を説明する。
【００５５】
本実施形態の蓄熱方法は、潜熱蓄熱材１を潜熱蓄熱材１の融点以上の温度に加熱することと、潜熱蓄熱材１を融点未満の温度に冷却し、潜熱蓄熱材１を過冷却させることと、板材２を変形させて、潜熱蓄熱材１の過冷却状態を解除することと、を含む。
【００５６】
潜熱蓄熱材１を潜熱蓄熱材１の融点以上の温度に加熱すると、潜熱蓄熱材１が融解する。本実施形態の蓄熱方法では、潜熱蓄熱材１の融点を大きく上回る温度に潜熱蓄熱材１を加熱してもよい。加熱された潜熱蓄熱材１の温度は、例えば、潜熱蓄熱材１の融点よりも１０℃以上高くてもよく、２０℃以上高くてもよく、３０℃以上高くてもよく、４０℃以上高くてもよい。本実施形態の蓄熱方法では、板材２の溝部３の深さの最大値が大きいため、潜熱蓄熱材１を高い温度に加熱しても、溝部３の奥に存在する潜熱蓄熱材１は、結晶として溝部３に残る。一例として、潜熱蓄熱材１が酢酸ナトリウム三水和物を含むとき、潜熱蓄熱材１を９０℃以上に加熱してもよく、９０℃より高い温度に加熱してもよく、１００℃以上に加熱してもよい。潜熱蓄熱材１がリン酸水素二ナトリウム十二水和物を含むとき、潜熱蓄熱材１を６０℃以上に加熱してもよい。潜熱蓄熱材１がテトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートを含むとき、潜熱蓄熱材１を３０℃以上に加熱してもよい。なお、酢酸ナトリウム三水和物の融点は、５８℃である。リン酸水素二ナトリウム十二水和物の融点は、３５℃である。テトラブチルアンモニウムブロミドハイドレートの融点は、例えば、５℃以上１２℃以下である。
【００５７】
潜熱蓄熱材１を融点未満の温度に冷却すると、潜熱蓄熱材１が過冷却される。次に、潜熱蓄熱材１が過冷却された状態で、板材２を変形させる。詳細には、溝部３の幅が拡大するように板材２を曲げる。板材２の変形は、飛び移り座屈（snap-through）を利用してもよい。板材２の変形は、例えば、容器６の外部から容器６に応力を加えることによって行うことができる。板材２を変形させると、過冷却状態の潜熱蓄熱材１が溝部３に侵入する。溝部３に侵入した潜熱蓄熱材１は、溝部３の奥に残った潜熱蓄熱材１の結晶と接触する。これにより、潜熱蓄熱材１の過冷却状態が解除され、潜熱蓄熱材１が固化する。本実施形態の蓄熱装置１０によれば、潜熱蓄熱材１が高い温度を経由して冷却された場合であっても、溝部３に潜熱蓄熱材１の結晶が残るため、潜熱蓄熱材１の過冷却状態を高い確率で解除できる。このように、本実施形態の蓄熱装置１０は、高い信頼性で潜熱蓄熱材１の過冷却状態を解除できる。
【実施例】
【００５８】
本開示を実施例に基づき、具体的に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【００５９】
（実施例１）
まず、２枚のラミネートフィルムを準備した。ラミネートフィルムは、バリア層及びヒートシール層を備えていた。ラミネートフィルムは、平面視で矩形の形状を有していた。次に、２枚のラミネートフィルムの外縁部の一部を互いに貼り合わせ、開口を有する容器状部材を作製した。
【００６０】
次に、２枚のラミネートフィルムの間に、板材を配置した。板材は、ＳＵＳ３０４でできており、弾性を有していた。板材は、平面視で矩形の形状を有していた。板材の厚さは、０．２ｍｍであった。板材の長さは、１５ｍｍであった。板材の幅は、８ｍｍであった。板材の表面には、溝部が形成されていた。溝部は、板材の表面の１組の短辺に平行して延びていた。溝部が延びている方向に直交する溝部の断面は、Ｖ字の形状を有していた。溝部の深さの最大値は、７０μｍであった。溝部の幅の最大値は、３０μｍであった。溝部の長さの最大値は、５ｍｍであった。
【００６１】
次に、酢酸ナトリウム及び水を混合した。得られた混合物を７０℃の恒温槽で加熱することによって、酢酸ナトリウムを水に溶解させた。これにより、酢酸ナトリウム三水和物を含む潜熱蓄熱材を得た。潜熱蓄熱材における酢酸ナトリウムの濃度は、５５ｗｔ％であった。潜熱蓄熱材の融点は、５８℃であった。得られた潜熱蓄熱材５ｇを２枚のラミネートフィルムの間に配置した。潜熱蓄熱材を放置し、潜熱蓄熱材の温度を室温まで低下させた。本明細書において、室温は、２０±１５℃である。次に、潜熱蓄熱材に酢酸ナトリウム三水和物の結晶を添加した。これにより、潜熱蓄熱材が結晶化した。２枚のラミネートフィルムの残りの外縁部を互いに貼り合わせることによって、実施例１の蓄熱装置を得た。
【００６２】
（実施例２から４及び比較例１から３）
板材の溝部の深さの最大値及び溝部の幅の最大値を表１に記載された値に変更したことを除き、実施例１と同じ方法によって、実施例２から４及び比較例１から３の蓄熱装置を得た。
【００６３】
［過冷却解除試験］
次に、実施例１から４及び比較例１から３の蓄熱装置のそれぞれについて、以下の方法で過冷却解除試験を行った。まず、蓄熱装置を１００℃の恒温槽内に配置した。潜熱蓄熱材が融解したことを確認した後に、蓄熱装置を恒温槽から取り出した。次に、蓄熱装置を２５℃の恒温槽内に配置することによって、潜熱蓄熱材を冷却した。蓄熱装置の温度が約２５℃であることを確認し、蓄熱装置を恒温槽から取り出した。このとき、潜熱蓄熱材は、過冷却状態であった。次に、蓄熱装置に応力を加えて、溝部の幅が拡大するように板材を曲げた。このとき、潜熱蓄熱材の結晶化の有無を観察した。過冷却解除試験は、１つの蓄熱装置に対して３回行った。過冷却解除試験の結果を表１に示す。表１の丸印（〇）は、潜熱蓄熱材が結晶化したことを意味する。表１のバツ印（×）は、潜熱蓄熱材が結晶化しなかったことを意味する。さらに、実施例１から４及び比較例１から３で用いられた板材が有する溝部の深さの最大値及び溝部の幅の最大値の関係を図３に示す。実施例１から４で用いられた板材は、図３の丸印（〇）に対応している。比較例１から３で用いられた板材は、図３のバツ印（×）に対応している。
【００６４】
【表１】
2020153625.tif 000003
【００６５】
（実施例５）
まず、実施例１で用いた２枚のラミネートフィルム及び板材を準備した。２枚のラミネートフィルムの外縁部の一部を互いに貼り合わせ、開口を有する容器状部材を作製した。次に、２枚のラミネートフィルムの間に、板材を配置した。
【００６６】
次に、潜熱蓄熱材として、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を準備した。潜熱蓄熱材の融点は、３５℃であった。潜熱蓄熱材５ｇを２枚のラミネートフィルムの間に配置した。次に、２枚のラミネートフィルムの残りの外縁部を互いに貼り合わせ、容器を作製した。この容器を６０℃の恒温槽内に配置することによって、容器内の潜熱蓄熱材を融解させた。融解した潜熱蓄熱材は、透明な液体であった。次に、容器を０℃の恒温槽内に配置した。これにより、容器内の潜熱蓄熱材が結晶化し、実施例５の蓄熱装置を得た。
【００６７】
（実施例６）
板材の溝部の深さの最大値及び溝部の幅の最大値を表２に記載された値に変更したことを除き、実施例５と同じ方法によって、実施例６の蓄熱装置を得た。
【００６８】
［過冷却解除試験］
次に、実施例５及び６の蓄熱装置のそれぞれについて、以下の方法で過冷却解除試験を行った。まず、蓄熱装置を６０℃の恒温槽内に配置した。潜熱蓄熱材が融解したことを確認した後に、蓄熱装置を恒温槽から取り出した。次に、蓄熱装置を３０℃の恒温槽内に配置することによって、潜熱蓄熱材を冷却した。蓄熱装置の温度が３０℃であることを確認し、蓄熱装置を恒温槽から取り出した。このとき、潜熱蓄熱材は、過冷却状態であった。次に、蓄熱装置に応力を加えて、溝部の幅が拡大するように板材を曲げた。このとき、潜熱蓄熱材の結晶化の有無を観察した。過冷却解除試験は、１つの蓄熱装置に対して３回行った。過冷却解除試験の結果を表２に示す。表２の丸印（〇）は、潜熱蓄熱材が結晶化したことを意味する。
【００６９】
【表２】
2020153625.tif 000004
【００７０】
（実施例７）
まず、実施例１で用いた２枚のラミネートフィルム及び板材を準備した。２枚のラミネートフィルムの外縁部の一部を互いに貼り合わせ、開口を有する容器状部材を作製した。次に、２枚のラミネートフィルムの間に、板材を配置した。
【００７１】
次に、潜熱蓄熱材として、テトラブチルアンモニウムブロミド（ＴＢＡＢ）ハイドレートを準備した。潜熱蓄熱材の融点は、１２℃であった。潜熱蓄熱材は、室温で透明な液体であった。潜熱蓄熱材５ｇを２枚のラミネートフィルムの間に配置した。次に、２枚のラミネートフィルムの残りの外縁部を互いに貼り合わせ、容器を作製した。この容器を−１０℃の恒温槽内に配置した。これにより、容器内の潜熱蓄熱材が結晶化し、実施例７の蓄熱装置を得た。
【００７２】
（実施例８）
板材の溝部の深さの最大値及び溝部の幅の最大値を表３に記載された値に変更したことを除き、実施例７と同じ方法によって、実施例８の蓄熱装置を得た。
【００７３】
［過冷却解除試験］
次に、実施例７及び８の蓄熱装置のそれぞれについて、以下の方法で過冷却解除試験を行った。まず、蓄熱装置を３０℃の恒温槽内に配置した。潜熱蓄熱材が融解したことを確認した後に、蓄熱装置を恒温槽から取り出した。次に、蓄熱装置を０℃の恒温槽内に配置することによって、潜熱蓄熱材を冷却した。蓄熱装置の温度が０℃であることを確認し、蓄熱装置を恒温槽から取り出した。このとき、潜熱蓄熱材は、過冷却状態であった。次に、蓄熱装置に応力を加えて、溝部の幅が拡大するように板材を曲げた。次に、蓄熱装置を０℃の恒温槽内に再び配置し、２０分静置した。このとき、潜熱蓄熱材の結晶化の有無を観察した。過冷却解除試験は、１つの蓄熱装置に対して３回行った。過冷却解除試験の結果を表３に示す。表３の丸印（〇）は、潜熱蓄熱材が結晶化したことを意味する。
【００７４】
【表３】
2020153625.tif 000005
【００７５】
表１及び図３からわかるとおり、板材の溝部の深さの最大値が６０μｍ以下である比較例１から３の蓄熱装置は、潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除することができなかった。これに対して、表１から３及び図３からわかるとおり、板材の溝部の深さの最大値が６０μｍより大きい実施例１から８の蓄熱装置は、潜熱蓄熱材の融点を大きく上回る温度を経由した場合であっても、潜熱蓄熱材の過冷却状態を確実に解除することができた。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
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熱源として機器の暖機を行うことに適している。本明細書に開示された技術は、空調機、給湯器、電気自動車（ＥＶ）用の電池冷却システム、住宅の床暖房システムにも適用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１  潜熱蓄熱材
２  板材
３  溝部
６  容器
１０  蓄熱装置
【図１】
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【図２Ａ】
2020153625.tif 000007
【図２Ｂ】
2020153625.tif 000008
【図３】
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