(57)【要約】【課題】  潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを容易に判定することが可能な蓄熱装置、空調装置及び蓄熱方法を提供する。【解決手段】  実施形態の蓄熱装置は、媒体を一方向に循環するための閉じた第１回路と、前記第１回路の一部に設けられ、発熱体が放出する熱を媒体との間で熱交換する熱交換器と、第１回路の下流に設けられ、発熱体が放出する熱を得た媒体との間で熱交換する潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽と、熱交換器と蓄熱槽との間を通過する媒体の温度を測定する第１測定部と、第１測定部が測定した媒体の温度が所定の目標温度より高い場合に媒体を冷却して、熱交換器と蓄熱槽との間を通過する媒体の温度を目標温度にほぼ等しくする冷却部と、潜熱蓄熱材が媒体との間で熱交換して固相から液相へ相変化を開始してからの経過時間を計測する計測部と、経過時間に基づいて、潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを判定する判定部とを備える。【選択図】図１
2014043203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が放出する熱を媒体を介して蓄熱する蓄熱装置において、
前記媒体を一方向に循環するための閉じた第１回路と、
前記第１回路の一部に設けられ、前記発熱体が放出する熱を前記媒体との間で熱交換する熱交換器と、
前記第１回路の前記熱交換器よりも前記媒体が循環する方向の下流に設けられ、前記発熱体が放出する熱を得た前記媒体との間で熱交換する潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽と、
前記熱交換器と前記蓄熱槽との間を通過する前記媒体の温度を測定する第１測定部と、
前記第１測定部が測定した前記媒体の温度が所定の目標温度より高い場合に前記媒体を冷却して、前記熱交換器と前記蓄熱槽との間を通過する前記媒体の温度を前記目標温度にほぼ等しくする冷却部と、
前記潜熱蓄熱材が前記媒体との間で熱交換して固相から液相へ相変化を開始してからの経過時間を計測する計測部と、
前記経過時間に基づいて、前記潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを判定する判定部と、
を備える蓄熱装置。
【請求項２】
前記目標温度の媒体との間で熱交換した場合に前記潜熱蓄熱材が前記相変化を開始してから終了するまでの第１時間を記憶する記憶部を備え、
前記判定部は、前記第１時間と前記経過時間を比較して、前記潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを判定する請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記目標温度の媒体との間で熱交換した場合に前記潜熱蓄熱材が前記相変化を開始してから終了するまでに蓄えることができる第１蓄熱量を記憶する記憶部と、
前記第１測定部が測定した前記媒体の温度及び前記経過時間を用いて、前記潜熱蓄熱材が前記相変化を開始してから蓄えた蓄熱量の推定値を推定する推定部とを備え、
前記判定部は、前記第１蓄熱量と前記蓄熱量の推定値を比較して、前記潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを判定する請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記蓄熱槽を通過した後の前記媒体の第２温度を測定する第２測定部を備え、
前記計測部は、前記第２温度が一定となった時点からの経過時間を計測する請求項１乃至３いずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記潜熱蓄熱材に対して熱を与える加熱部をさらに備え、
前記加熱部は、前記判定部が、前記潜熱蓄熱材が過冷却不可能と判定した場合に、前記潜熱蓄熱材または前記媒体を加熱する請求項１乃至４いずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記冷却部は、前記第１回路に接続するラジエータと、前記ラジエータに対向するファンとを含み、
前記ファンの回転数を制御する第１制御部を備える請求項１乃至５いずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記冷却部は、第１分岐点において前記第１回路と接続し、前記ラジエータをバイパスする第１バイパス回路と、前記第１分岐点において前記媒体の流路を前記第１回路または前記第１バイパス回路のいずれかに切り替え可能な第１制御弁とを含み、
前記第１制御弁の切り替えを制御する第１制御部を備える請求項１乃至６いずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記発熱体は、モータ、インバータ、バッテリの少なくともいずれか１つである請求項１乃至７いずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれか１項に記載の蓄熱装置を備える空調装置であって、
前記潜熱蓄熱材を発核させる発核装置と、
第２分岐点において前記第１回路と接続し、前記蓄熱槽をバイパスする第２バイパス回路と、
前記第２分岐点において前記媒体の流路を前記第１回路または前記第２バイパス回路のいずれかに切り替え可能な第２制御弁と、
前記判定部が、前記潜熱蓄熱材が過冷却可能と判定した場合に、前記第２制御弁の切り替えを制御して、前記媒体の流路を前記第２バイパス回路に切り替える第２制御部と、
を備える空調装置。
【請求項１０】
媒体と、
前記媒体を一方向に循環するための閉じた第１回路と、
前記第１回路の一部に設けられ、発熱体が放出する熱を前記媒体との間で熱交換する熱交換器と、
前記第１回路の前記熱交換器よりも前記媒体が循環する方向の下流に設けられ、前記発熱体が放出する熱を得た媒体との間で熱交換する潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽と、
を備える蓄熱装置または空調装置における蓄熱方法であって、
前記媒体を循環する第１ステップと、
前記熱交換器と前記蓄熱槽との間を通過する前記媒体の温度を測定する第２ステップと、
前記第２ステップで測定した前記媒体の温度が所定の目標温度より高い場合に前記媒体を冷却して、前記熱交換器と前記蓄熱槽との間を通過する前記媒体の温度を前記目標温度にほぼ等しくする第３ステップと、
前記潜熱蓄熱材が前記媒体との間で熱交換して固相から液相へ相変化を開始してからの経過時間を計測する第４ステップと、
判定部が、前記経過時間に基づいて、前記潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを判定する第５ステップと、
を有する蓄熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、潜熱蓄熱材を用いた蓄熱装置、空調装置及び蓄熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関やトランスミッション（発熱体）の暖機のために、媒体を介して発熱体からの廃熱を潜熱蓄熱材に蓄熱する技術が知られている。潜熱蓄熱材は熱を加えられると、固相から液相に相変化することで蓄熱する。液相の潜熱蓄熱材は、その温度が低下した場合であっても液相のままの状態を保つ過冷却状態となる。過冷却状態となった潜熱蓄熱材は、機械的な刺激もしくは電圧などを加えることにより発核して液相から固相に相変化する。この際に、固相から液相への相変化の過程で蓄えた熱を放出する。潜熱蓄熱材は、固相から液相に相変化した際に一部でも固相の部分が残っていると、潜熱蓄熱材の温度が低下した場合に全体が固相に戻ってしまい、過冷却状態になることができない。そのため、暖機のために潜熱蓄熱材を用いる場合には、潜熱蓄熱材は過冷却状態となっている必要がある。したがって、蓄熱の段階で、潜熱蓄熱材全体が固相から液相への相変化が終了したかどうか、すなわち、潜熱蓄熱材の温度が低下した場合に潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを判定しておく必要がある。
【０００３】
これに対して、媒体の温度に基づいて潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを判定する技術が知られている。しかしながら、発熱体の稼働状況によっては、媒体の温度は逐次変化するため、このような媒体の温度に基づく場合には、潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを容易に判定することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３６４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを容易に判定することが可能な蓄熱装置、空調装置及び蓄熱方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の蓄熱装置は、発熱体が放出する熱を媒体を介して蓄熱する蓄熱装置において、前記媒体を一方向に循環するための閉じた第１回路と、前記第１回路の一部に設けられ、前記発熱体が放出する熱を前記媒体との間で熱交換する熱交換器と、前記第１回路の前記熱交換器よりも前記媒体が循環する方向の下流に設けられ、前記発熱体が放出する熱を得た前記媒体との間で熱交換する潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽と、前記熱交換器と前記蓄熱槽との間を通過する前記媒体の温度を測定する第１測定部と、前記第１測定部が測定した前記媒体の温度が所定の目標温度より高い場合に前記媒体を冷却して、前記熱交換器と前記蓄熱槽との間を通過する前記媒体の温度を前記目標温度にほぼ等しくする冷却部と、前記潜熱蓄熱材が前記媒体との間で熱交換して固相から液相へ相変化を開始してからの経過時間を計測する計測部と、前記経過時間に基づいて、前記潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを判定する判定部とを備える。
【０００７】
実施形態の空調装置は、上記の蓄熱装置を備える空調装置であって、前記潜熱蓄熱材を発核させる発核装置と、第２分岐点において前記第１回路と接続し、前記蓄熱槽をバイパスする第２バイパス回路と、前記第２分岐点において前記媒体の流路を前記第１回路または前記第２バイパス回路のいずれかに切り替え可能な第２制御弁と、前記判定部が、前記潜熱蓄熱材が過冷却可能と判定した場合に、前記第２制御弁の切り替えを制御して、前記媒体の流路を前記第２バイパス回路に切り替える第２制御部とを備える。
【０００８】
実施形態の蓄熱方法は、媒体と、前記媒体を一方向に循環するための閉じた第１回路と、前記第１回路の一部に設けられ、発熱体が放出する熱を前記媒体との間で熱交換する熱交換器と、前記第１回路の前記熱交換器よりも前記媒体が循環する方向の下流に設けられ、前記発熱体が放出する熱を得た媒体との間で熱交換する潜熱蓄熱材を含む蓄熱槽とを備える蓄熱装置または空調装置における蓄熱方法であって、前記媒体を循環する第１ステップと、前記熱交換器と前記蓄熱槽との間を通過する前記媒体の温度を測定する第２ステップと、前記第２ステップで測定した前記媒体の温度が所定の目標温度より高い場合に前記媒体を冷却して、前記熱交換器と前記蓄熱槽との間を通過する前記媒体の温度を前記目標温度にほぼ等しくする第３ステップと、前記潜熱蓄熱材が前記媒体との間で熱交換して固相から液相へ相変化を開始してからの経過時間を計測する第４ステップと、判定部が、前記経過時間に基づいて、前記潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを判定する第５ステップとを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一の実施形態に係る蓄熱装置を示すブロック図。
【図２】第一の実施形態に係る制御装置を示すブロック図。
【図３】第一の実施形態に係る蓄熱装置の動作を示すフローチャート。
【図４】第一変形例に係る制御装置を示すブロック図。
【図５】第一変形例に係るシミュレーション結果の一例。
【図６】第二変形例に係る蓄熱装置を示すブロック図。
【図７】第二変形例に係る制御装置を示すブロック図。
【図８】第二の実施形態に係る蓄熱装置を示すブロック図。
【図９】第二の実施形態に係るシミュレーション結果の一例。
【図１０】第三の実施形態に係る空調装置を示すブロック図。
【図１１】第三の実施形態に係る制御装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【００１１】
（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態に係る蓄熱装置を示すブロック図である。本実施形態では、蓄熱装置は、例えば蓄電池、モータやインバータ、またそれらを制御する電子制御ユニット（Electronic Control Unit ;ECU）等を有する電気自動車（Electric Vehicle ;EV）（以下、車両と呼ぶ）における車内の空調装置に用いることができる。たとえば、空調装置を有する電気自動車のモータやインバータの付近に、蓄熱装置を設ける。モータやインバータ等から放出される熱（廃熱）を蓄熱装置に予め蓄熱しておくことで、空調装置の暖機運転が必要な際には、この蓄熱装置が蓄熱した熱を利用することができる。
【００１２】
図１の蓄熱装置１０００は、第１回路１０１を備える。この第１回路１０１には熱交換のための媒体が循環している。媒体は、熱交換により得た熱を輸送することができる液体または気体であり、本実施形態では例えば水を用いる。また、稼動（発熱）および非稼動（非発熱）が可能な発熱体１０が放出する熱を媒体との間で熱交換し、媒体に熱を与える熱交換器１５、発熱体１０と熱交換した後の媒体との間で熱交換し、媒体から熱を受け取る潜熱蓄熱材２５を含む蓄熱槽２０を備える。ここで、発熱体１０は、蓄電池、モータやインバータ等の車両内で熱を発生する機器である。また、媒体の温度がほぼ目標温度となるように調整する冷却部３０、蓄熱槽２０を通過する前の媒体の温度を測定する第１測定部１３０を備える。
【００１３】
第１回路１０１は、熱交換器１５、蓄熱槽２０、冷却部３０を環状に接続するパイプであって、このパイプ中を媒体が循環する。すなわち、図１では熱交換器１５と蓄熱槽２０との間、蓄熱槽２０と冷却部３０との間、冷却部３０と熱交換器１５との間を接続する。なお、第１回路１０１は媒体と発熱体１０間、及び媒体と潜熱蓄熱材２５間での熱交換を可能とするために、熱交換をする部分において熱伝導性に優れる金属材料（例えば銅）であることが好ましい。また、それ以外の部分については、パイプ表面からの放熱を抑制するために、耐熱性に優れ、かつ断熱性に優れる樹脂部材等を用いることができる。
【００１４】
媒体は、熱交換器１５、蓄熱槽２０、冷却部３０を順次通過することで、発熱体１０、蓄熱槽２０との熱交換を繰り返しながら第１回路１０１を循環する。すなわち、冷却部３０を通過した媒体は、第１回路１０１を循環することで熱交換器１５を通過する。媒体は、図示しないポンプ等により駆動される。
【００１５】
潜熱蓄熱材２５は、熱交換により固相及び液相の間で相変化することが可能であり、液相において過冷却状態を取り得る材料である。また、過冷却状態のときに衝撃や電圧印加等の入力を与えることで、発核し固相に相変化する材料である。本実施形態では例えば酢酸ナトリウム水和物を用いる。
【００１６】
発熱体１０は、熱交換器１５の近傍に、例えば熱交換器１５に接して設けられる。発熱体１０は、車両の運転の際に稼働することで外部に放出する熱を、熱交換器１５を介して第１回路１０１を循環する媒体に対して与える。
【００１７】
蓄熱槽２０は、第１回路１０１の熱交換器１５の下流に設けられ、潜熱蓄熱材２５を収容する容器である。ここで、下流とは、第１回路１０１内の媒体が流れる方向を基準に定義される。蓄熱槽２０は、容器の内部を貫通する管（図示せず）を第１回路１０１に接続する。蓄熱槽２０は、発熱体１０と熱交換した後の媒体が管内を通過する際に、潜熱蓄熱材２５が熱交換により媒体の熱を受け取る。なお、ここでは、容器の内部を貫通する管を第１回路１０１の一部とする。すなわち、第１回路１０１は蓄熱槽２０の内部を通過する。
【００１８】
冷却部３０は、ラジエータ３１と、このラジエータ３１に対向するファン３２を備える。ラジエータ３１は、第１回路１０１と接続する。ラジエータ３１は、ラジエータ３１の内部を通過する媒体から熱を受け取り、この熱を外部へ放出することで媒体を冷却する。ファン３２は、回転することで、ラジエータ３１に向けて空気流を発生させ、ラジエータ３１を冷却する。後述の第１制御部４１がファン３２の回転数を制御することで、ファン３２が発生させて、ラジエータ３１に当たる空気流の風量を調整する。したがって、ラジエータ３１に当たる空気流の風量を調整することで、ラジエータ３１の表面温度を冷却し、ラジエータ３１の内部を通過する媒体の温度を冷却する。
【００１９】
また、冷却部３０は、第１バイパス回路１０２と、第１制御弁１０３を備える。第１バイパス回路１０２は、分岐点Aにおいて第１制御弁１０３を介して第１回路１０１と接続し、分岐点Bにおいて第１回路１０１と接続することで、ラジエータ３１をバイパスする。第１制御弁１０３は、第１回路１０１を通過し第１制御弁１０３に達した媒体の流路を第１回路１０１と第１バイパス回路１０２のいずれかに切り替える。ここでは、媒体の流路を第１回路１０１に切り替える（または維持する）状態を「第１制御弁：OFF」、媒体の流路を第１バイパス回路１０２に切り替える（または維持する）状態を「第１制御弁：ON」と定義する。
【００２０】
第１測定部１３０は、熱交換器１５と蓄熱槽２０の間に設けられる温度センサである。第１測定部１３０は、熱交換器１５と蓄熱槽２０の間を通過する媒体の温度（以下、第１温度）を測定する。すなわち、発熱体１０との熱交換により熱を受け取った後であり、潜熱蓄熱材２５との熱交換により潜熱蓄熱材２５に対して熱を与える前の媒体の第１温度を測定する。
【００２１】
また、図１の蓄熱装置１０００は、制御装置２００、記憶装置３００を備える。なお、制御装置２００としては、CPUやMPU等の演算処理装置を用いる。また、記憶装置３００としては、メモリやHDD等の記録媒体を用いる。
【００２２】
図２は、図１の制御装置２００を示すブロック図である。
【００２３】
図２の制御装置２００は、発熱体１０の稼動を制御する指令部４０、第１温度が目標温度より高い場合に媒体を冷却するように冷却部３０を制御する第１制御部４１、潜熱蓄熱材２５が固相から液相へ相変化を開始してからの経過時間を計測する計測部４２、計測部４２が計測する経過時間に基づいて潜熱蓄熱材２５が液相への相変化を終了したかどうかを判定する判定部４３を論理モジュールとして有する。
【００２４】
指令部４０は、車両を運転するドライバーからの指示に基づいて発熱体１０の稼働を制御する。すなわち、発熱体１０の稼働のON、OFFを制御する。蓄熱装置１０００は、指令部４０が、発熱体１０の稼働をONに制御してからOFFに制御するまでの間に発熱体１０が発する熱を蓄熱する。
【００２５】
第１制御部４１は、第１測定部１３０が測定した媒体の第１温度と目標温度を比較して、ファン３２の回転数を制御して、間接的にはラジエータ３１に当たる空気流の風量を制御する。また、第１制御部４１は、第１制御弁１０３のON、OFFの切り替えを制御する。ここで、目標温度は予め定めることで記憶装置３００に格納することができる。なお、目標温度としては、潜熱蓄熱材２５の融点以上であり、かつ車両を構成する機器（例えばインバータの半導体素子）の耐熱温度以下の範囲で定めることができる一定の値である。
【００２６】
例えば、第１制御部４１は、媒体の第１温度が目標温度より低い場合には、第１制御弁１０３をONに切り替える。このとき、媒体は第１バイパス回路１０２を通過することで、ラジエータ３１をバイパスする。第１回路１０１を通過する媒体は、冷却されることなく発熱体１０から熱を得ることで温度が上昇していく。一方、媒体の第１温度が目標温度を基準として所定の範囲内に納まった場合には、媒体の第１温度と目標値の差に応じて、ファン３２の回転数をP制御、PI制御、PID制御等のアルゴリズムを用いて制御する。媒体の第１温度と目標値の差と、ファン３２の回転数とを対応付けたテーブルを予め記憶装置３００に格納しておくことで、第１制御部４１はこのテーブルを参照してファン３２の回転数を制御することもできる。
【００２７】
計測部４２は、指令部４０が発熱体１０の稼働をOFFに制御するまで、第１温度の媒体と熱交換をして潜熱蓄熱材２５が固相から液相へ相変化を開始してからの経過時間を計測する。このとき、例えば実験やシミュレーション等により、蓄熱槽２０が含む潜熱蓄熱材２５と同種類、かつ同体積の潜熱蓄熱材２５が固相から液相へ相変化を開始するまでに必要な熱量（以下、第１熱量）を調べておき、記憶装置３００に格納する。そして、第１測定部１３０が測定する媒体の第１温度の時間履歴に基づいて潜熱蓄熱材２５に対して与えた熱量（以下、第２熱量）を推定し、推定された第２熱量が、記憶装置３００が格納する第１熱量に達した時点を、固相から液相へ相変化の開始時点とする。計測部４２は、この開始時点からの経過時間を計測する。
【００２８】
判定部４３は、計測部４２が計測した経過時間と、固相から液相への相変化の間、潜熱蓄熱材２５が常時目標温度の媒体と熱交換をする場合に、固相から液相へ相変化を開始してから終了するまでの時間（第１時間）とを比較する。判定部４３は、経過時間が第１時間以上の場合には、潜熱蓄熱材２５は液相への相変化を終了したもの判定する。すなわち、過冷却可能と判定する。一方、経過時間が第１時間より短い場合には、潜熱蓄熱材２５は液相への相変化を終了していないものと判定する。すなわち、過冷却不可能と判定する。なお、判定部４３は、例えば指令部４０が発熱体１０の稼働をOFFに制御したタイミングで判定する。判定部４３は、判定結果を記憶装置３００に格納する。
【００２９】
なお、上記の第１時間としては、例えば実験やシミュレーション等により、蓄熱槽２０が含む潜熱蓄熱材２５と同種類、かつ同体積の潜熱蓄熱材２５が固相から液相への相変化の間、常時目標温度の媒体と熱交換をする場合に、固相から液相へ相変化を開始してから終了するまでの第１時間を調べておき、事前に記憶装置３００に格納することができる。すなわち、この第１時間を基準として、潜熱蓄熱材２５が第１温度の媒体と第１時間以上にわたり熱交換した場合には、潜熱蓄熱材２５は液相へ完全に相変化するのに必要となる充分な熱量を蓄熱したものと推定できる。
【００３０】
表示装置４００は、指令部４０がドライバーからの指示に基づいて発熱体１０の稼働をONに制御した際に、記憶装置３００が記憶する判定結果を参照して、この判定結果を表示する。すなわち、これにより、判定結果、すなわち潜熱蓄熱材２５の蓄熱状態をドライバーが認識することができる。
【００３１】
図３は、蓄熱装置１０００の動作を示すフローチャートである。なお、ここでは潜熱蓄熱材２５が固相である状態からの動作を示す。
【００３２】
ステップ１００１では、指示部４０が、ドライバーの指示に従って発熱体１０の稼働をONに制御する。
【００３３】
ステップ１００２では、第１測定部１３０が媒体の第１温度を測定する。
【００３４】
ステップ１００３では、第１制御部４１が冷却部３０を制御して、第１温度が目標温度よりも高い場合には、媒体の温度を冷却する。また、第１温度が目標温度よりも低い場合には、冷却せずに発熱体１０の熱により媒体の温度を上昇させる。これにより、媒体の温度がほぼ目標温度となるように調整する。なお、このとき媒体の温度は、目標温度に厳密に一致しなくとも、例えば事前に許容できる範囲を定めておくことで、この範囲内に納まるように調整すればよい。許容できる範囲としては、例えば目標温度±２℃の範囲とすることが好ましい。または、絶対温度を基準として、目標温度に対する割合で表すと±１％の範囲であることが好ましい。
【００３５】
このステップ１００２及びステップ１００３の動作は、例えば後述のステップ１００６において指令部４０が発熱体１０の稼働をOFFに制御するまで続ける。
【００３６】
ステップ１００４において潜熱蓄熱材２５が相変化を開始した場合に、ステップ１００５では、計測部４２がこの時点からの経過時間の測定を開始する。
【００３７】
ステップ１００６では、ドライバーが車両の運転を終了した際に、指示部４０が、ドライバーからの指示（例えばイグニッションキーをオフにする動作）に従って発熱体１０の稼働をOFFに制御する。
【００３８】
ステップ１００７では、計測部４２が経過時間の測定を終了する。測定を終了するタイミングとしては、ステップ１００６と同時のタイミングであってもよいし、発熱体１０の余熱を加味する場合にはステップ１００６の後のタイミングであってもよい。
【００３９】
ステップ１００８では、固相から液相への相変化の間、潜熱蓄熱材２５が常時目標温度の媒体と熱交換をする場合に、固相から液相へ相変化を開始してから終了するまでの第１時間（閾値）を記憶装置３００から得て、この閾値と経過時間とを比較する。
【００４０】
ステップ１００９では、判定部４３が、経過時間が閾値以上の場合に、潜熱蓄熱材２５は過冷却可能と判定し、例えば判定と同時にこの判定結果を記憶装置３００に記録する。
【００４１】
ステップ１０１０では、判定部４３が、経過時間が閾値より小さい場合に、潜熱蓄熱材２５は過冷却不可能と判定し、例えば判定と同時にこの判定結果を記憶装置３００に記録する。
【００４２】
ステップ１０１１では、ドライバーが車両の運転を開始した際に、指示部４０が、ドライバーからの指示（例えばイグニッションキーをオンにする動作）に従って発熱体１０の稼働をONに制御する。
【００４３】
ステップ１０１２では、表示装置４００が記憶装置３００に格納されている判定結果を表示する。
【００４４】
本実施形態の蓄熱装置１０００によれば、潜熱蓄熱材との間で熱交換する媒体の温度が一定であることによって、媒体の温度と潜熱蓄熱材の融点との温度差、並びに媒体と潜熱蓄熱材の間の熱伝達率が一定となるため、媒体の温度を判定の際のパラメータから除外することができ、経過時間という単純な指標のみに基づいて潜熱蓄熱材２５が過冷却可能かどうかを簡単に判定することが可能となる。
【００４５】
また、蓄熱槽２０を通過する前の媒体の温度を一定の温度とすることで、潜熱蓄熱材２５は相変化の間一定の熱移動量（蓄熱能力）で蓄熱することができるために、事前に同一条件下での実験やシミュレーション等を行うことで、第１温度（閾値）を簡単に設定することができる。
【００４６】
なお、発熱体１０がモータであって、例えばモータの内部を貫通するウォータジャケットを有する場合には、このウォータジャケットを第１回路１０１に接続することができる。このとき、発熱体１０は、媒体がウォータジャケット内を通過する際に、外部に放出する熱を熱交換により媒体に対して与える。この場合には、ウォータジャケットを熱交換器１５とする。
【００４７】
（第一変形例）
図４は、第一変形例に係る制御装置２００を示すブロック図である。本変形例では、制御装置２００が、推定部４４を論理モジュールとして有する点で図２の制御装置２００とは異なる。
【００４８】
推定部４４は、計測部４２が計測した経過時間に基づいて、潜熱蓄熱材２５が目標温度の媒体と熱交換して固相から液相へ相変化を開始してから蓄えた蓄熱量の推定値を推定する。推定部４４は、例えば、第１測定部１３０が測定した第１温度と潜熱蓄熱材の融点との差を積算することで蓄熱量を推定する。
【００４９】
判定部４３は、推定部４４が推定した蓄熱量の推定値と、固相から液相への相変化の間、潜熱蓄熱材２５が常時目標温度の媒体と熱交換をする場合に、固相から液相へ相変化を開始してから終了するまでに蓄えることが可能な蓄熱量の最大値とを比較する。判定部４３は、蓄熱量の推定値が蓄熱量の最大値以上の場合には、潜熱蓄熱材２５は液相への相変化を終了したもの判定する。すなわち、過冷却可能と判定する。一方、蓄熱量の推定値が蓄熱量の最大値より小さい場合には、潜熱蓄熱材２５は液相への相変化を終了していないものと判定する。すなわち、過冷却不可能と判定する。判定部４３は、判定結果を記憶装置３００に格納する。
【００５０】
なお、上記の蓄熱量の最大値としては、例えば実験やシミュレーション等により、蓄熱槽２０が含む潜熱蓄熱材２５と同種類、かつ同体積の潜熱蓄熱材２５が固相から液相への相変化の間、常時目標温度の媒体と熱交換をする場合に、固相から液相へ相変化を開始してから終了するまで蓄えることが可能な蓄熱量の最大値を調べておき、記憶装置３００に格納することができる。
【００５１】
図５は、蓄熱装置１０００の作用を説明するためのシミュレーション結果の一例である。図５（a）に示すように、時刻T1から時刻T2の媒体の第１温度が一定の場合を考える。また、図５（b）に示すように、潜熱蓄熱材２５は、時刻T1に固相から液相へ相変化を開始し、時刻T2に相変化を終了するものとする。
【００５２】
このとき、図５（c）は、時刻T1から時刻T2までに、媒体から潜熱蓄熱材２５に移動する熱移動量の時間履歴を示している。
【００５３】
本変形例によれば、蓄熱槽２０を通過する前の媒体の温度を一定とすることで、潜熱蓄熱材２５は相変化の間一定の熱移動量で蓄熱することができるために、事前に同一条件下での実験やシミュレーション等を行うことで、蓄熱量の最大値を簡単に設定することができる。また、経過時間という単純な指標に加え、冷却部３０が調整した後の媒体の温度、すなわち一定の媒体の温度に基づいて潜熱蓄熱材２５が過冷却可能かどうかを簡単に判定することが可能となる。
【００５４】
（第二変形例）
図６は、第二変形例に係る蓄熱装置１０００を示すブロック図である。また、図７は、第二の変形例に係る制御装置２００を示すブロック図である。本変形例では、蓄熱装置１０００が加熱部１５０を備える点で図１の蓄熱装置１０００とは異なる。また、制御装置２００が推定部４４を備える点で図２の制御装置２００とは異なる。
【００５５】
推定部４４は、計測部４２が計測した経過時間に基づいて、潜熱蓄熱材２５が目標温度の媒体と熱交換して固相から液相へ相変化を開始してから蓄えた蓄熱量の推定値を推定する。また、判定部４３が、潜熱蓄熱材２５が過冷却不可能と判定した場合には、推定部４４は、潜熱蓄熱材２５が固相から液相への相変化の間、常時目標温度の媒体と熱交換をする場合に、固相から液相へ相変化を開始してから終了するまで蓄えることが可能な蓄熱量の最大値と、判定部４３が判定した時点での蓄熱量の推定値との差分を算出する。
【００５６】
加熱部１５０は、蓄熱槽２０の近傍に設けられるヒータである。加熱部１５０は、推定部４４が算出する差分に相当する熱量を潜熱蓄熱材２５に対して与える。
【００５７】
判定部４３は、加熱部１５０が差分に相当する熱量を潜熱蓄熱材２５に対して与えた時点で、潜熱蓄熱材２５が過冷却可能と判定する。判定部４３は、判定結果を記憶装置３００に格納する。
【００５８】
本変形例によれば、発熱体１０の稼働が停止した時点で、潜熱蓄熱材２５が過冷却可能な状態にない場合であっても、充分な熱量を与えることで完全に液相に相変化させることができる。すなわち、過冷却可能な状態にすることができる。
【００５９】
なお、ここでは加熱部１５０を蓄熱材２０の近傍に設ける例を説明したが、例えば第１回路１０１の一部に設けることで、媒体を加熱して間接的に潜熱蓄熱材２５に対して熱量を与える構成としてもよい。
【００６０】
（第二の実施形態）
図８は、第二の実施形態に係る蓄熱装置１５００を示すブロック図である。本実施形態では蓄熱装置１５００が第２測定部１４０を備える点で図１の蓄熱装置１０００とは異なる。
【００６１】
第２測定部１４０は、蓄熱槽２０と冷却部３０の間に設けられる温度センサである。第２測定部１４０は、第１回路１０１を通過する媒体の中で、蓄熱槽２０を通過した後であり、冷却部３０を通過する前の媒体の温度（以下、第２温度）を測定する。すなわち、熱交換により潜熱蓄熱材２５に対して熱を与えた後であり、冷却部３０により温度を冷却される前の媒体の第２温度を測定する。
【００６２】
計測部４２は、第２測定部１４０が測定した第２温度が一定となった時点からの経過時間を測定する。すなわち、蓄熱槽２０を通過した後の媒体の第２温度は、近似的に潜熱蓄熱材２５の温度と見なすことができる。したがって、第２温度が一定となる時点を潜熱蓄熱材２５が固相から液相へ相変化を開始する時点と見なすことができる。
【００６３】
なお、ここでの一定とは、第２温度の変化率（K/s）の絶対値が事前に定める閾値以下に納まることをいう。すなわち、計測部４２は、第２温度の変化率（K/s）の絶対値が事前に定める閾値に初めて達した時点からの経過時間を測定することができる。
【００６４】
図９は、蓄熱装置１５００の作用を説明するためのシミュレーション結果の一例である。図９（a）に示すように、時刻T1から時刻T2の媒体の第１温度が一定の場合を考える。また、図９（b）に示すように、潜熱蓄熱材２５は、時刻T1に固相から液相へ相変化を開始し、時刻T2に相変化を終了するものとする。
【００６５】
このとき、図９（c）は、第２温度の変化率の絶対値を示す。これにより、潜熱蓄熱材２５が相変化を開始する時刻T1から相変化を終了する時刻T2までの間、第２温度の変化率の絶対値が閾値（例えば0.001）以下に納まっていることがわかる。
【００６６】
本実施形態の蓄熱装置１５００によれば、潜熱蓄熱材２５の温度を直接測定することなく、潜熱蓄熱材２５の温度に近い媒体の第２温度を測定することで、この第２温度に基づいて潜熱蓄熱材２５が固相から液相へ相変化を開始するタイミングを高精度に把握することができる。これにより、より正確な経過時間に基づいて潜熱蓄熱材２５が過冷却可能かどうかを高精度に判定することが可能となる。
【００６７】
（第三の実施形態）
図１０は、第三の実施形態に係る空調装置２０００を示すブロック図である。また、図１１は、図１０の制御装置２００を示すブロック図である。図１０の空調装置２０００は、図１の蓄熱装置１０００を備えている。図１の蓄熱装置１０００及び図２の制御装置２００と同一の構成については同一の符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
図１０の空調装置２０００は、発核装置１６０、第２バイパス回路１１２、第２制御弁１１３を備える。また、空調部１７０、蓄熱槽２０と、空調部１７０とを環状に接続し、媒体が通過するための第２回路１１１を備える。図１１の制御装置２００は、第２制御部４５を論理モジュールとして有する。
【００６９】
発核装置１６０は、潜熱蓄熱材２５に対して衝撃や電圧印加等のトリガーを与えることで、潜熱蓄熱材２５を発核させるための装置である。発核装置１６０の動作は、記憶装置３００が過冷却可能と記憶している場合において、車両を運転するドライバーからの指示に基づいて指令部４０が制御する。
【００７０】
第２バイパス回路１１２は、分岐点Cにおいて第２制御弁１１３を介して第１回路１０１と接続し、分岐点Dにおいて第１回路１０１と接続することで、蓄熱槽２０をバイパスする。
【００７１】
第２制御弁１１３は、第１回路１０１を通過し第２制御弁１１３に達した媒体の流路を第１回路１０１と第２バイパス回路１１２のいずれかに切り替える。ここでは、媒体の流路を第１回路１０１に切り替える（または維持する）状態を「第２制御弁：OFF」、媒体の流路を第２バイパス回路１１２に切り替える（または維持する）状態を「第２制御弁：ON」と定義する。
【００７２】
空調部１７０は、車内の空気温度または湿度を調整する。ここでは、空調部１７０としては、コンプレッサ、凝縮器、蒸発器等を備える一般的なヒートポンプ方式を用いることとし、この詳細な説明は省略する。
【００７３】
第２制御部４５は、指令部４０が発核装置１６０を制御したタイミングで、第２制御弁１１３の切り替えをONに制御する。これにより、発核することで熱を放出する潜熱蓄熱材２５の熱は第１回路１０１の媒体には伝わることがないので、第２回路１１１の媒体に対して効率的に熱を伝えることができる。
【００７４】
なお、空調部１７０としては、第２回路１１１が内部を貫通するシートやハンドル等であってもよい。この場合には、第２回路を通過する高温の媒体が直接シートやハンドル等を暖めることができる。
【００７５】
以上説明した少なくとも１つの実施形態に係る蓄熱装置、空調装置、蓄熱方法によれば、潜熱蓄熱材が過冷却可能かどうかを高精度に判定することが可能となる。
【００７６】
これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７７】
１０・・・発熱体
２０・・・蓄熱槽
３０・・・冷却部
３１・・・ラジエータ
３２・・・ファン
４０・・・指令部
４１・・・第１制御部
４２・・・計測部
４３・・・判定部
４４・・・推定部
４５・・・第２制御部
１０１・・・第１回路
１０２・・・第１バイパス回路
１０３・・・第１制御弁
１１１・・・第２回路
１１２・・・第２バイパス回路
１１３・・・第２制御弁
１３０・・・第１測定部
１４０・・・第２測定部
１５０・・・加熱部
１６０・・・発核装置
１７０・・・空調部
２００・・・制御装置
３００・・・記憶装置
４００・・・表示装置
１０００、１５００・・・蓄熱装置
２０００・・・空調装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図９】
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