(57)【要約】【課題】高い蓄熱性能を有する蓄熱装置を提供する。【解決手段】蓄熱層１Ａは、液相の熱媒体を貯留するための貯液空間１２を有する蓄熱容器１３と、貯液空間１２を取り囲むように蓄熱容器１３の中に設けられ、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱し、ゲル状態から固体状態への相変化により放熱する蓄熱材によって形成された蓄熱層１４と、を備える。蓄熱材は、例えば、パラフィン化合物を含み、かつパラフィン化合物の融点以上でゲル状態を示すようにパラフィン化合物が固定化されている材料からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相の熱媒体を貯留するための貯液空間を有する蓄熱容器と、
前記貯液空間を取り囲むように前記蓄熱容器の中に設けられ、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱し、ゲル状態から固体状態への相変化により放熱する蓄熱材によって形成された蓄熱層と、
を備えた、蓄熱装置。
【請求項２】
前記蓄熱容器が断熱構造を有する、請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱層が前記断熱構造に直接接触しており、ゲル状態の前記蓄熱材の熱伝導率が固体状態の前記蓄熱材の熱伝導率より小さい、請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記蓄熱層の熱伝導率が前記熱媒体の熱伝導率よりも小さい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記蓄熱層は、前記熱媒体に対して非溶解性を示し、かつ前記貯液空間と直接接触している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記蓄熱層と前記貯液空間との間に設けられて前記蓄熱層を保護する保護層をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記蓄熱層を前記貯液空間の外側に向かって支持する支持部材をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記貯液空間から前記熱媒体を取り出すための取出管および前記貯液空間へ前記熱媒体を供給するための供給管を含む流路部材と、
前記流路部材に外嵌めされ、前記流路部材を前記蓄熱容器に対して固定する固定部材と、をさらに備え、
前記固定部材と前記流路部材との間に、ゲル状態と固体状態との間で相変化し、かつ前記熱媒体の熱伝導率より小さい熱伝導率を示す断熱材が設けられている、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、パラフィン化合物を含み、かつ前記パラフィン化合物の融点以上でゲル状態を示すように前記パラフィン化合物が固定化されている材料からなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、水冷式内燃機関（エンジン）の暖気を促進するために、エンジンの冷却水を保温および貯蔵する蓄熱装置が知られている。このような蓄熱装置として、真空断熱層を備えた蓄熱器が知られている。
【０００３】
図５に示すように、特許文献１には、金属製の内容器１１３Ａと金属製の外容器１１３Ｂとの二重構造を有し、内容器１１３Ａと外容器１１３Ｂとの間に真空断熱層１１３Ｃが形成された蓄熱装置１００が開示されている。
【０００４】
また、蓄熱装置の蓄熱性能を向上させるために、液相と固相との間で相変化することによって熱の吸収および放出を行う蓄熱材を充填した蓄熱層を有する蓄熱装置が提案されている。すなわち、蓄熱の形態として蓄熱材の相変化に伴う潜熱を利用した蓄熱装置が提案されている。
【０００５】
図６に示すように、特許文献２には、第１円筒側板３１３Ａと第２円筒側板３１３Ｂとの間に形成された真空断熱層３１３Ｃと、貯液部３１２と真空断熱層３１３Ｃとの間に設けられた蓄熱層３１４とを有する蓄熱装置３００が開示されている。貯液部３１２の一部を形成する蛇腹円筒板３１８と第１円筒側板３１３Ａとの間の空間に、液相と固相との間で相変化することによって熱の吸収および放出を行う蓄熱材が充填されることによって、蓄熱層３１４が構成されている。蓄熱材としては、球状被膜の内部にパラフィン系素材を封入したパラフィン封入カプセルが用いられている。このパラフィン封入カプセルの集合体が上記の空間に充填されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２００２７号公報
【特許文献２】特開２００８−５１４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
蓄熱材の潜熱を蓄熱に利用する場合、蓄熱材の相変化に起因して効率的な蓄熱が行えないことが懸念される。本発明は、蓄熱材の潜熱を蓄熱に利用しつつ、コンパクトで高い蓄熱性能を持った蓄熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、
液相の熱媒体を貯留するための貯液空間を有する蓄熱容器と、
前記貯液空間を取り囲むように前記蓄熱容器の中に設けられ、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱し、ゲル状態から固体状態への相変化により放熱する蓄熱材によって形成された蓄熱層と、
を備えた、蓄熱装置。
【発明の効果】
【０００９】
上記の開示によれば、高い蓄熱性能を持った蓄熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態に係る蓄熱装置の断面図
【図２】変形例に係る蓄熱装置の断面図
【図３】別の変形例に係る蓄熱装置の断面図
【図４】さらに別の変形例に係る蓄熱装置の断面図
【図５】従来の蓄熱装置の断面図
【図６】別の従来の蓄熱装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
特許文献１に記載の蓄熱装置１００は、蓄熱装置１００の内部にエンジンの冷却水を相変化させることなく保温および貯蔵することによって蓄熱する。このため、蓄熱装置１００の内部に蓄熱のために貯蔵された高温の冷却水を放熱のために消費してしまうと、その後外部に熱を供給することができない。従って、蓄熱装置１００の蓄熱性能は十分に高いとは言い難い。また、蓄熱性能を向上させるには蓄熱装置１００の容量を大きくしなければならず、蓄熱装置の大型化を招いてしまう。
【００１２】
特許文献２の蓄熱器３００は液相と固相との間の相変化に伴い熱を吸収および放出し、潜熱の形態で蓄熱が可能な蓄熱材を充填した蓄熱層３１４を有するので、蓄熱器３００の蓄熱性能は蓄熱の形態として顕熱のみを利用する蓄熱装置の蓄熱性能よりも高い。しかし、蓄熱材が液相であるときは、蓄熱材が重力および液相内部の対流の影響を受ける。このため、蓄熱層３１４において蓄熱材の組成が均一でなくなるので、蓄熱層において液相から固相への相変化のしやすさが均一ではない。その結果、蓄熱層に蓄えられた潜熱を十分に利用できない可能性がある。
【００１３】
本開示の第１態様は、
液相の熱媒体を貯留するための貯液空間を有する蓄熱容器と、
前記貯液空間を取り囲むように前記蓄熱容器の中に設けられ、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱し、ゲル状態から固体状態への相変化により放熱する蓄熱材によって形成された蓄熱層と、
を備えた、蓄熱装置を提供する。
【００１４】
第１態様によれば、蓄熱材が固体状態からゲル状態に相変化することにより蓄熱を行うので、蓄熱材は、蓄熱層において対流せず、重力の影響を受けにくい。その結果、蓄熱層において蓄熱材の組成が均一に保たれる。このため、蓄熱層において、液相から固相への相変化のしやすさが均一に保たれる。その結果、蓄熱層に蓄えられた潜熱を十分に利用することができるので、第１態様の蓄熱装置は高い蓄熱性能を有する。
【００１５】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記蓄熱容器が断熱構造を有する、蓄熱装置を提供する。第２態様によれば、蓄熱装置の保温性を高めることができる。
【００１６】
本開示の第３態様は、第２態様に加えて、前記蓄熱層が前記断熱構造に直接接触しており、ゲル状態の前記蓄熱材の熱伝導率が固体状態の前記蓄熱材の熱伝導率より小さい、蓄熱装置を提供する。蓄熱装置の外部が低温であるときに、蓄熱材は、蓄熱層の断熱構造に近い側から固体状態に変化する。このとき、第３態様によれば、蓄熱材は、蓄熱層の貯液空間に近い位置ほどゲル状態を保ちやすい。すなわち、蓄熱層の貯液空間に近い位置において蓄熱材の熱伝導率が相対的に小さい。このため、蓄熱装置の保温性を高めることができる。
【００１７】
本開示の第４態様は、第１〜第３態様にいずれか１つに加えて、前記蓄熱層の熱伝導率が前記熱媒体の熱伝導率よりも小さい、蓄熱装置を提供する。第４態様によれば、蓄熱装置の保温性を高めることができる。
【００１８】
本開示の第５態様は、第１〜第４態様のいずれか１つに加えて、前記蓄熱層は、前記熱媒体に対して非溶解性を示し、かつ前記貯液空間と直接接触している、蓄熱装置を提供する。第５態様によれば、蓄熱層が貯液空間と直接接しているので、蓄熱材と熱媒体との間の熱交換が効率的に行われる。また、蓄熱材を充填するための空間を蓄熱装置の内部に形成する必要がないので、蓄熱装置の構造を簡素化できる。
【００１９】
本開示の第６態様は、第１〜第４態様のいずれか１つに加えて、前記蓄熱層と前記貯液空間との間に設けられて前記蓄熱層を保護する保護層を備える、蓄熱装置を提供する。第６態様によれば、蓄熱層を熱媒体から保護することができる。
【００２０】
本開示の第７態様は、第１〜第６態様のいずれか１つに加えて、前記蓄熱層を前記貯液空間の外側に向かって支持する支持部材をさらに備える、蓄熱装置を提供する。第７態様によれば、支持部材によって蓄熱層を支持することができる。
【００２１】
本開示の第８態様は、第１〜第７態様のいずれか１つに加えて、前記貯液空間から前記熱媒体を取り出すための取出管および前記貯液空間へ前記熱媒体を供給するための供給管を含む流路部材と、前記流路部材に外嵌めされ、前記流路部材を前記蓄熱容器に対して固定する固定部材と、をさらに備え、前記固定部材と前記流路部材との間に、ゲル状態と固体状態との間で相変化し、かつ前記熱媒体の熱伝導率より小さい熱伝導率を示す断熱材が設けられている、蓄熱装置を提供する。第８態様によれば、流路部材を蓄熱容器に固定できるとともに、流路部材を流れている熱媒体の熱の損失を抑制できる。
【００２２】
本開示の第９態様は、第１〜第８態様のいずれか１つに加えて、前記蓄熱材は、パラフィン化合物を含み、かつ前記パラフィン化合物の融点以上でゲル状態を示すように前記パラフィン化合物が固定化されている材料からなる、蓄熱装置を提供する。第９態様によれば、蓄熱材に含まれるパラフィン化合物の種類を選択することによって、蓄熱材が固体状態からゲル状態に変化する温度が使用環境に相応しい温度である蓄熱装置を提供することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００２４】
図１に示すように、蓄熱装置１Ａは、蓄熱容器１３と、蓄熱容器１３の中に設けられた蓄熱層１４とを備えている。蓄熱容器１３は、液相の熱媒体を貯留するための貯液空間１２を有している。蓄熱装置１Ａは、さらに、流路部材２１および固定部材２０を備えている。流路部材２１は、貯液空間１２から熱媒体を取り出すための取出管２５および貯液空間１２へ熱媒体を供給するための供給管２３を含む。固定部材２０は、流路部材２１に外嵌めされており、流路部材２１を蓄熱容器１３に対して固定している。
【００２５】
蓄熱容器１３は、内容器１３Ａと外容器１３Ｂとの二重構造を有している。内容器１３Ａおよび外容器１３Ｂは金属、樹脂等で作られている。内容器１３Ａおよび外容器１３Ｂはそれぞれ開口部を有しており、外容器１３Ｂの開口部と、内容器１３Ａの開口部とが接合されていることによって、内容器１３Ａと外容器１３Ｂとの間に真空断熱層１３Ｃが形成されている。このように、蓄熱容器１３が断熱構造を有している。また、内容器１３Ａの開口部によって、貯液空間１２が蓄熱容器１３の外部と連通可能になっている。
【００２６】
蓄熱層１４は、貯液空間１２を取り囲むように蓄熱容器１３の中に設けられている。詳細には、蓄熱層１４は、蓄熱容器１３の内周面に沿って配置されており、貯液空間１２の全体を取り囲んでいる。蓄熱層１４は、固体状態からゲル状態への相変化により蓄熱し、ゲル状態から固体状態への相変化により放熱する蓄熱材によって形成されている。蓄熱材は、固体状態とゲル状態との間で相変化することによって、潜熱の形態で蓄熱が可能な蓄熱材である。このような蓄熱材としては、パラフィン化合物を含み、かつそのパラフィン化合物の融点以上でゲル状態を示すようにパラフィン化合物が固定化されている材料を挙げることができる。例えば、蓄熱材は、パラフィン化合物が水添ジエン系共重合体によって固定化されている材料である。このような蓄熱材としては、例えばＪＳＲ社製のＣＡＬＧＲＩＰ（登録商標）を挙げることができる。この場合、蓄熱材に含まれるパラフィン化合物として、熱源の温度等の蓄熱装置１Ａの使用環境に応じて適切な融点を示すパラフィン化合物を選択するがことが望ましい。そのようにすれば、蓄熱装置１Ａの蓄熱量を最適化することができる。
【００２７】
蓄熱材は、ノルマルパラフィンからなる潜熱蓄熱材と、２−エチルヘキサン酸アルミニウム等の脂肪酸金属塩からなる固定化剤と、高級脂肪酸（例えば、オレイン酸）等の固定化促進剤とを含有する材料であってもよい。また、蓄熱材は、パラフィン類および１分子中に熱可塑性成分とゴム成分とを有する熱可塑性エラストマーを主成分とする材料であってもよい。本明細書において、「主成分」とは質量比で最も多く含まれる成分を意味する。熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、エステル系エラストマー等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。さらに、蓄熱材は、１１５°Ｆパラフィンワックス１００重量部あたりエイコサンを２０〜１５０重量部含有している蓄熱成分と、オレフィン系ポリマー、熱可塑性エラストマーまたは炭化水素系ゴム等の炭化水素系有機高分子との固体状混合物からなる材料であってもよい。蓄熱材は、各種パラフィン、ロウ、ワックス、ステアリン酸等の脂肪酸、ポリエチレングリコール等のアルコールから選ばれる少なくとも１つを含むパラフィン類に、熱可塑性エラストマーを配合した組成物を使用してもよい。この組成物に使用される熱可塑性エラストマーは、パラフィン類の最高結晶転移温度Ｔｍａｘ以下でゴム弾性を有する。
【００２８】
蓄熱層１４は、蓄熱容器１３の内容器１３Ａの内周面に形成されている。すなわち、蓄熱層１４が蓄熱容器１３の断熱構造に直接接触している。上記の蓄熱材を所定の温度以上に加熱すると、蓄熱材はゲル状態から流動可能な状態に変化する。流動可能な状態の蓄熱材を内容器１３Ａの内周面にコーティングし、蓄熱材を冷やすことによって蓄熱材を固化させ、蓄熱層１４を内容器１３Ａの内周面に形成することができる。このようにして形成された蓄熱層１４は、蓄熱層１４の全体において蓄熱材の組成が均一であり、空隙をほとんど有しない。蓄熱層１４は、蓄熱材からなる層およびこれ以外の層によって構成された多層構造であってもよいし、蓄熱材からなる層によって構成された単層構造であってもよい。
【００２９】
貯液空間１２に貯留される熱媒体としては、水、エチレングリコール、エチレングリコール水溶液等を挙げることができる。エチレングリコールおよびエチレングリコール水溶液は、氷点下の環境でも凍結しにくいので、蓄熱装置１Ａが氷点下の環境で使用される場合に望ましい。図１に示すように、蓄熱層１４は、貯液空間１２と直接接触している。蓄熱材は、固体状態からゲル状態への相変化によって蓄熱するので、蓄熱容器１３の中で蓄熱材を貯液空間１２から隔離するための隔壁を設けなくてもよい。このため、蓄熱装置の構造を簡素化することができる。また、この構成によれば、蓄熱層１４の蓄熱材と貯液空間１２に貯留された熱媒体との間の熱交換が効率的に行われる。この場合、蓄熱材は、熱媒体に対して非溶解性を示す。蓄熱材が非溶解性を示すか否かは例えば以下の方法によって測定することができる。
【００３０】
（蓄熱材の溶解性評価）
蓄熱材が固体状態からゲル状態に相変化する温度よりも高い温度に昇温されたエチレングリコール７０ｍＬに５．０ｇの蓄熱材を加え、エチレングリコールを３時間還流させて抽出操作を行う。その後、エチレングリコールに溶解した蓄熱材を溶媒抽出によってトルエンに抽出させ、トルエンを蒸発させて蓄熱材の抽出量を定量化するとともに、ＦＴ‐ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）を用いて抽出物の組成分析を行う。組成分析の結果、求めた溶出率が０．０２ｇ／ｍ2・ｈ以下である場合、蓄熱材は、エチレングリコールに対して非溶解性を示すと判断される。ここで、溶出率とは、蓄熱材の単位表面積から１時間当たりに溶出したパラフィン量と定義できる。
【００３１】
蓄熱材の一例として、パラフィン化合物を含み、かつ、前記パラフィン化合物の融点以上でゲル状態を示すように前記パラフィン化合物が前記水添ジエン系共重合体によって固定化されている材料について、前記水添ジエン系共重合体添加量を変えて、上記の溶解性評価を実施した。基準添加量の前記水添ジエン系共重合体を添加した場合、溶出率は０．３ｇ／ｍ2・ｈであった。一方、基準添加量の２倍の前記水添ジエン系共重合体を添加した場合、溶出率は０．０２ｇ／ｍ2・ｈであった。従って、後者の場合に該当する材料は、エチレングリコールに対して非溶解性を示す。
【００３２】
蓄熱層１４の熱伝導率は、貯液空間１２に貯留される熱媒体の熱伝導率よりも小さい。このため、蓄熱装置１Ａは貯液空間１２に貯留された熱媒体を良好に保温できる。また、ゲル状態の蓄熱材の熱伝導率は固体状態の蓄熱材の熱伝導率よりも小さい。これによれば、蓄熱装置１Ａが低温の環境（例えば、０℃以下）に置かれているときに、蓄熱装置１Ａが貯液空間１２に貯留された熱媒体を良好に保温できる。例えば、ゲル状態の蓄熱材の熱伝導率は熱媒体の熱伝導率の２０〜３０％であり、固体状態の蓄熱材の熱伝導率は熱媒体の熱伝導率の５０〜６０％である。
【００３３】
図１に示すように、貯液空間１２に熱媒体を供給するため、または貯液空間１２から熱媒体を取出すために、流路部材２１が固定部材２０によって蓄熱容器１３に固定されている。流路部材２１は、Ｌ字状の供給管２３と出口管２４とを含むＴ字管と、取出管２５とを備えている。供給管２３は、一端に供給入口２３Ａを他端に供給出口２３Ｂを有し、供給出口２３Ｂの近傍に形成された横穴２３Ｃをさらに有している。出口管２４は、供給入口２３Ａと反対方向に開口している流出口２４Ａを有している。取出管２５は、貯液空間１２に向かって延びる直管である。取出管２５の一端が、供給出口２３Ｂから供給管２３の内部に挿入されて出口管２４と接合されている。取出管２５の内部の流路は出口管２４の内部の流路と連続している。この連続する流路は、取出管２５と出口管２４との接合部でほぼ垂直に曲がっている。また、取出管２５によって、供給管２３の内部と出口管２４の内部とが仕切られている。取出管２５は供給出口２３Ｂからさらに上方に延びている。供給出口２３Ｂから上方に少し離れた位置で堰き止め部材１６が取出管２５に外嵌めされている。
【００３４】
固定部材２０は、流路部材２１の供給管２３に外嵌めされている。流路部材２１の取出管２５の他端側が蓄熱容器１３の開口部を介して貯液空間１２に差し込まれている。また、蓄熱容器１３の開口部の近傍で外容器１３Ｂの外周面に形成されたねじ部と、固定部材２０の内周面に形成されたねじ部とが係合している。このようにして、流路部材２１が蓄熱容器１３に固定されている。この状態で、供給出口２３Ｂおよび横穴２３Ｃは、貯液空間１２の底部で開口している。また、取出管２５の他端は、貯液空間１２の上方の蓄熱容器１３の天井部付近で開口している。なお、流路部材２１の蓄熱容器１３への固定は、機械かしめによる固定、接着材による固定等によって実現されてもよい。
【００３５】
蓄熱容器１３の内部には整流部材１７が設けられている。整流部材１７は、円板状であり、全体に多数の貫通孔（図示省略）が形成されている。整流部材１７は、整流部材１７の外周端に沿って蓄熱層１４との間にわずかに隙間を形成するように蓄熱層１４と対向している。取出管２５は、整流部材１７の中央で整流部材１７を貫通するように延びている。整流部材１７は、堰き止め部材１６よりも上方に設けられている。なお、整流部材１７の外周端は、蓄熱層１４と接触していてもよい。
【００３６】
固定部材２０と流路部材２１との間には、ゲル状態と固体状態との間で相変化し、熱媒体の熱伝導率より小さい熱伝導率を示す断熱材２２が設けられている。これにより、流路部材２１を流れている熱媒体の熱の損失を抑制することができる。このような断熱材２２としては、上記で蓄熱材として例示した材料を挙げることができる。断熱材２２は、固定部材２０のねじ部と隣り合う固定部材２０の内周面に取り付けられている。断熱材２２は、蓄熱容器１３の開口端と接触している。
【００３７】
次に、蓄熱装置１Ａにおける蓄熱工程および放熱工程を説明する。まず、蓄熱工程について説明する。蓄熱工程において、高温の熱媒体が流路部材２１を流れて貯液空間１２に流入する。詳細には、熱源と熱交換して高温になった熱媒体が供給入口２３Ａから流入し、供給管２３の内部を流れて供給出口２３Ｂまたは横穴２３Ｃを通って貯液空間１２に流入する。横穴２３を通過した熱媒体は横方向に拡がるように流れる。また、供給出口２３Ｂを通過した直後の熱媒体は、堰き止め部材１６に衝突することによって、横方向に拡がるように流れる。貯液空間１２への高温の熱媒体の流入が続くと、貯液空間１２の底部に溜まった高温の熱媒体の液面が上昇し、貯液空間１２が高温の熱媒体で満たされる。その後、高温の熱媒体の貯液空間１２への流入が停止し、貯液空間１２に高温の熱媒体が閉じ込められる。
【００３８】
貯液空間１２に貯留された高温の熱媒体の温度の低下は、蓄熱容器１３の断熱構造によって抑制される。また、蓄熱層１４の熱伝導率は熱媒体の熱伝導率よりも小さいので、蓄熱層１４も貯液空間１２に貯留された高温の熱媒体の温度の低下を抑制し得る。貯液空間１２に貯留された高温の熱媒体は蓄熱層１４を加熱する。蓄熱層１４の蓄熱材は、当初固体状態を呈しているが、熱媒体による加熱によって蓄熱材の温度が所定の温度に達すると、ゲル状態に変化し始める。蓄熱層１４が固体状態からゲル状態に変化する過程において、蓄熱材の温度はその所定の温度に保たれる。蓄熱材が熱媒体によってさらに加熱されて蓄熱層１４の全体の蓄熱材がゲル状態に変化すると、ゲル状態である蓄熱材の温度は再び上昇し高温の熱媒体の温度と均衡する。このように、蓄熱装置１Ａは、高温の熱媒体の顕熱および蓄熱材の顕熱に加えて、蓄熱材の潜熱の形態での蓄熱を実現できる。
【００３９】
貯液空間１２に高温の熱媒体が貯留された蓄熱装置１Ａが低温（例えば、０℃以下）に長時間（例えば、２４時間）放置されても、蓄熱容器１３の断熱構造によって蓄熱容器１３に蓄えられた熱が外部に移動することが抑制される。また、低温の環境に曝されている蓄熱容器１３によって蓄熱層１４が冷却され、蓄熱容器１３の断熱構造に近い位置において蓄熱材は固体状態へ変化しうる。この場合、蓄熱材の組成は蓄熱層１４において均一なので、貯液空間１２に近い位置において蓄熱材はゲル状態を保つ。上記の通り、ゲル状態の蓄熱材の熱伝導率は固体状態の蓄熱材の熱伝導率より小さいので、貯液空間１２に近い位置において蓄熱材の熱伝導率が相対的に小さい。このため、貯液空間１２の熱媒体が有する熱が密閉容器１３の外側に移動しにくく、蓄熱装置１Ａの保温性が高い。
【００４０】
次に、蓄熱装置１Ａにおける放熱工程について説明する。放熱工程において、貯液空間１２に貯留された高温の熱媒体が取出管２５によって貯液空間１２の外部へ取出される。詳細には、貯液空間１２から取出管２５の内部に流入した高温の熱媒体は、取出管２５の内部の流路と出口管２４の内部の流路とを流れて流出口２４Ａから蓄熱装置１Ａの外部へ供給される。これにより、蓄熱装置１Ａに蓄えられた熱が蓄熱装置１Ａの外部に供給される。貯液空間１２からの高温の熱媒体の取出しに伴い、供給管２３の内部の流路を通って供給出口２３Ｂおよび横穴２３Ｃから貯液空間１２に低温の熱媒体が供給される。すなわち、貯液空間１２に貯留された高温の熱媒体は、貯液空間１２に供給される低温の熱媒体に押し出されるように蓄熱装置１Ａの外部へ取出される。
【００４１】
貯液空間１２に流入した低温の熱媒体は、堰き止め部材１６および横穴２３Ｃによって、供給出口２３Ｂおよび横穴２３Ｃから横方向に拡がるように流れて貯液空間１２の底部に溜まる。貯液空間１２への低温の熱媒体の流入が続くと、低温の熱媒体が上方に向かって流れる。この際に、低温の熱媒体の流れは整流部材１７によって整流される。このため、低温の熱媒体が上方に向かう流れの流速は横方向において均一になりやすい。従って、高温の熱媒体と低温の熱媒体が過度に混合されることが抑制される。また、整流部材１７によって、貯液空間１２に流入して間もない低温の熱媒体が取出管２５を流れて貯液空間１２から取出されることを抑制できる。つまり、貯液空間１２の高温の熱媒体の大部分が貯液空間１２から取出される前に低温の熱媒体が貯液空間１２から取出されることを抑制できる。
【００４２】
放熱工程において、蓄熱層１４に蓄えられた熱が貯液空間１２に貯留された熱媒体に放出される。このため、貯液空間１２に貯留された熱媒体の温度が、貯液空間１２に流入する低温の熱媒体によって低下することが抑制される。貯液空間１２に貯留された熱媒体の温度の低下は、まず、ゲル状態の蓄熱層１４の顕熱によって抑制される。蓄熱層１４の温度が低下して所定の温度に達すると、蓄熱層１４の蓄熱材は、ゲル状態から固体状態へ相変化し始める。すなわち、蓄熱層１４は、蓄熱材のゲル状態から固体状態の相変化に伴う潜熱によって貯液空間１２に貯留された熱媒体の温度の低下を抑制する。蓄熱層１４の全体の蓄熱材が固体状態に変化するまで蓄熱層１４は所定の温度を保つ。蓄熱層１４の全体の蓄熱材が固体状態に変化すると、固体状態の蓄熱層１４の温度は低下して貯液空間１２に貯留された熱媒体の温度と均衡する。
【００４３】
上記のように、貯液空間１２に貯留された熱媒体の温度の低下が、蓄熱層１４に蓄えられた熱によって抑制される。このため、貯液空間１２に貯留された高温の熱媒体が取出された後所定の期間において、蓄熱装置１Ａに蓄えられた熱を蓄熱装置１Ａの外部に供給することができる。また、蓄熱層１４の蓄熱材は、固体状態とゲル状態との間で相変化するので、蓄熱層１４の蓄熱材は対流せず、重力の影響を受けない。このため、蓄熱材の組成は蓄熱層１４の全体において均一であるので、蓄熱層１４において、液相から固相への相変化のしやすさが均一に保たれる。その結果、蓄熱材に蓄えられた潜熱を十分に利用することができるので、蓄熱装置１Ａは高い蓄熱性能を有する。
【００４４】
以下に、本実施形態の変形例について説明する。なお、特に説明する場合を除き、変形例に係る蓄熱装置は、上記の実施形態の蓄熱装置１Ａと同様に構成される。本実施形態と同一または対応する変形例の構成要素には、上記の実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略することがある。
【００４５】
（変形例１）
変形例１に係る蓄熱装置１Ｂは、蓄熱容器１３の断熱構造に関して、蓄熱装置１Ａと相違する。図２に示すように、蓄熱容器１３は、断熱材を含む断熱層１３Ｄを断熱構造として有している。断熱材は、断熱材の熱伝導率が、熱媒体の熱伝導率及び蓄熱材の熱伝導率よりも低い材料であれば特に限定されない。断熱材の一例としては、ウレタンフォーム等の発泡系断熱材を挙げることができる。このような構成によれば、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（変形例２）
図３に示すように、変形例２に係る蓄熱装置１Ｃは、蓄熱層１４を貯液空間１２の外側に向かって支持する支持部材５０をさらに備えている。支持部材５０は、金属、樹脂等の弾性を有する板状の網を筒状に曲げることによって形成されている。筒状に曲げられた支持部材５０が板状の網に復元しようとする力が蓄熱層１４に作用している。このため、支持部材５０は、蓄熱層１４を貯液空間１２の外側に向かって支持する。これにより、蓄熱層１４の剥離が防止される。支持部材５０は、蓄熱層１４を貯液空間１２の外側に向かって支持しうる限り、上記の形態に限定されない。例えば、支持部材５０は、金属、樹脂等の弾性を有する線材を曲げることによって形成されていてもよい。この場合、支持部材５０の形状が変形前の形状に復元しようとする力によって蓄熱層１４が貯液空間１２の外側に向かって支持される。
【００４７】
（変形例３）
図４に示すように、変形例３に係る蓄熱装置１Ｄは、蓄熱層１４と貯液空間１２との間に設けられて蓄熱層１４を保護する保護層１８を備える。保護層１８は、例えば、蓄熱層１４の上にプラスチック製のフィルムをラミネート加工することによって形成されている。この構成によれば、蓄熱層１４の蓄熱材が貯液空間１２に貯留される熱媒体に対して溶解する材料であっても、その蓄熱材が熱媒体に溶解することを防止して蓄熱材を保護することができる。
【００４８】
（その他の変形例）
取出管２５の少なくとも供給管２３に挿入された部分の外周面には、断熱材２２と同様の断熱材が設けられていてもよい。放熱工程において、高温の熱媒体が流れている取出管２５の外側を低温の熱媒体が流れている。従って、取出管２５の外周面に断熱材が設けられていれば、供給管２３において取出管２５の外側を流れている低温の熱媒体によって取出管２５を流れている高温の熱媒体の温度が低下することが抑制される。この断熱材は、蓄熱層１４の蓄熱材と同様に、固体状態とゲル状態との間で相変化し、ゲル状態の断熱材の熱伝導率が固体状態の断熱材の熱伝導率よりも小さい材料であるとよい。このような構成によれば、取出管２５に近い部分ほど断熱材の熱伝導率が小さい。このため、取出管２５を流れている高温の熱媒体の温度低下が抑制される。
【００４９】
複数の蓄熱装置１Ａ（１Ｂ、１Ｃまたは１Ｄ）を流路部材によって直列または並列に接続することによって蓄熱システムを構築してもよい。この場合、異なる構造の蓄熱装置を組み合わせてもよい。
【００５０】
上記の実施形態において、蓄熱容器１３の下端部の形状は、蓄熱容器１３のストレートな胴部から蓄熱容器１３の底部の中心に向かって湾曲する形状である。しかし、蓄熱容器１３の下端部は、蓄熱容器１３の胴部から連続して蓄熱容器１３の平らな底部へストレートに延びている形状であってもよい。また、蓄熱容器１３の下端部は、蓄熱容器１３の底部に近づくほど横方向に拡大する形状であってもよい。
【００５１】
上記の実施形態において、供給管２３は、密閉容器１３の底部付近で開口している。しかし、供給管２３は、密閉容器１３の天井部付近、密閉容器１３の側壁部付近で開口していてもよい。ただし、放熱工程において、密閉容器１３の下方に低温の熱媒体を留まらせ、かつ、密閉容器１３の上方に高温の熱媒体が存在させることによって高温の熱媒体の熱の損失を低減するためには、上記の実施形態が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本開示に係る蓄熱装置は、高い蓄熱性能を有し、家庭用、業務用、車載用等の蓄熱装置として利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１Ａ〜１Ｄ          蓄熱装置
１２                貯液空間
１３                蓄熱容器
１４                蓄熱層
１８                保護層
２０                固定部材
２１                流路部材
２２                断熱材
２３                供給管
２５                取出管
５０                支持部材
【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５】
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【図６】
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