(57)【要約】【課題】潜熱蓄熱材の融解を検出できる蓄熱材温度検出装置を提供することである。【解決手段】実施形態の蓄熱材温度検出装置は、容器に収納された潜熱蓄熱材の融解状態を検出する蓄熱材温度検出装置であって、温度センサーと判定手段とを備える。温度センサーは潜熱蓄熱材を収容する容器の低部に配置され前記潜熱蓄熱材の温度を測定する。判定手段は前記潜熱蓄熱材の温度センサーで測定した温度に基づいて前記潜熱蓄熱材の融解状態を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に収納された潜熱蓄熱材の融解状態を検出する蓄熱材温度検出装置であって、
前記容器の低部に配置され前記潜熱蓄熱材の温度を測定する温度センサーと、
前記温度センサーで測定した温度に基づいて前記潜熱蓄熱材の融解状態を判定する判定手段と、
を備える蓄熱材温度検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記温度センサーで温度の経時的変化を測定した際の温度変化の傾きが、略ゼロから正の傾きへと変化したときに前記潜熱蓄熱材が融解したものと判定する請求項１記載の蓄熱材温度検出装置。
【請求項３】
前記容器の高部及び中部の少なくとも一方に他の温度センサーが配置された請求項１又は２記載の蓄熱材温度検出装置。
【請求項４】
前記潜熱蓄熱材の状態を表示する表示部とを備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載の蓄熱材温度検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の蓄熱材温度検出装置と、
前記潜熱蓄熱材を収容する容器及び前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除する発核手段とを備える蓄熱部と、
を備える蓄熱装置。
【請求項６】
前記発核手段を制御する制御部とを備える請求項５記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蓄熱材温度検出装置及び蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化が可能な潜熱蓄熱材の過冷却を利用する蓄熱装置が知られている。この蓄熱装置は、この潜熱蓄熱材に過冷却状態で、輻射熱をあて、その熱を貯蔵し、放熱要求がされた時に、過冷却状態を解除して潜熱蓄熱材を液体から固体に相変化させ、それに伴って放出される潜熱を利用する。
【０００３】
過冷却されて液相状態にある潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除して、潜熱蓄熱材を液体から固体に相変化させることは、「発核」と称されている。潜熱蓄熱材が液相状態にあるときに発核動作を行うと、過冷却されて液相状態にある潜熱蓄熱材に結晶核が形成され、それを起点に結晶化を開始する。
【０００４】
近年、エネルギーの効率的利用の観点から、蓄熱装置に対する需要があり、信頼性の高い蓄熱装置が要望されている。蓄熱装置の用途としては、日中の太陽熱を夜間に暖房として利用する用途、及び暖房補助の用途、及び非定常な熱利用用途等が挙げられる。
【０００５】
蓄熱装置で利用される過冷却潜熱蓄熱材は、潜熱蓄熱材が融解しないと過冷却液体にならず、残留結晶核から、結晶化発熱し、取り出したいときに熱が取り出せない課題がある。
【０００６】
これらの課題を解決するためには、潜熱蓄熱材を融解し、かつ融解状態であることを安定して確認する手段が必要である。そのため、潜熱蓄熱材の融解を、レーザ散乱、分光学的検知により検出するのが一般的に行われている。しかし、これらの方法は装置容積の増大、実装面積の増大、コスト高など、様々な問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２８５５４９号公報
【特許文献２】特開２００７−３３３２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、潜熱蓄熱材の融解を安定して検出できる蓄熱材温度検出装置及び蓄熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の蓄熱材温度検出装置は、容器に収納された潜熱蓄熱材の融解状態を検出する蓄熱材温度検出装置であって、温度センサーと判定手段とを備える。温度センサーは潜熱蓄熱材を収容する容器の低部に配置され前記潜熱蓄熱材の温度を測定する。判定手段は前記潜熱蓄熱材の温度センサーで測定した温度に基づいて前記潜熱蓄熱材の融解状態を判定する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置を備える蓄熱装置の概略図。
【図２】第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置を備える蓄熱装置を傾斜させた概略図。
【図３】第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置の温度センサーを容器の低部に１つ配置した図。
【図４】第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置の温度センサーを容器の低部に複数配置した図。
【図５】第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置が温度センサーを内蔵し、容器の低部に配置した図。
【図６】第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置の備える判定手段の潜熱蓄熱材の融解を判定するステップ図。
【図７】第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置の備える判定手段の潜熱蓄熱材の融解点を判定するフローチャート。
【図８】第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置の備える判定手段の潜熱蓄熱材の融解点を示す図。
【図９】第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置を容器に配置した概略図。
【図１０】第２の実施形態において高部、中部、低部を示す概念図。
【図１１】第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置において潜熱蓄熱材の高部、中部、低部における融解点を示す図。
【図１２】第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置の温度センサーを容器の高部、中部、低部に複数配置した図。
【図１３】第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置の温度センサーを容器の高部、低部に１つずつ、又は中部、低部に１つずつ配置した図。
【図１４】第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置の備える判定手段の潜熱蓄熱材の融解点を判定するフローチャート。
【図１５】実施例１における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフ。
【図１６】実施例２における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフ。
【図１７】実施例３における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフ。
【図１８】実施例４における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフ。
【図１９】実施例５における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフ。
【図２０】比較例１における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフ。
【図２１】比較例２における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフ。
【図２２】比較例３における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を備える蓄熱装置２０の概略図である。蓄熱装置２０は、蓄熱材温度検出装置１０と、蓄熱部２１と、制御部２２と、を備える。蓄熱部２１は潜熱蓄熱材（図示せず）を収容する容器２１１と集熱板２１２と断熱材２１３が一体で構成され、内部に発核手段２１４を備えている。本実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０は、潜熱蓄熱材を収容する容器２１１の低部に配置され潜熱蓄熱材の温度を測定する温度センサー１１と、温度センサー１１で測定した温度に基づいて潜熱蓄熱材の融解状態を判定する判定手段１２とを備える。容器２１１には集熱板２１２と断熱材２１３が備られる蓄熱面と、それ以外の面であって断熱材２１３が備えられる面が存在する。温度センサー１１は容器２１１の外側であり、かつ容器２１１の低部で、蓄熱面以外の面と断熱材２１３の間に配置される。潜熱蓄熱材の温度は、容器２１１を通して温度センサー１１に伝わる。
【００１３】
制御部２２は電源ユニットと、制御回路を備えている（図示せず）。制御部２２は、例えばユニットをなしていて、例えば蓄熱部２１の外部（外面）に設けられている。なお、制御部２２は、蓄熱部２１から分離して設けられてもよい。また、後述する応用例で示すような太陽光発電機や空気調和器などを制御するシステムに接続ないし組み込まれてもよい。電源ユニットは発核手段２１４と接続されている。なお、制御部２２と発核手段２１４については図が煩雑になるため、図１以外は示していない。
【００１４】
蓄熱材温度検出装置１０は屋内外問わず設置することができる。
【００１５】
なお、本実施形態において、低部とは、蓄熱装置が配置された状態において、容器２１１の重力方向で低い部分（低部）を示すものである。そのため、容器211の配置を変更した場合には、その配置の変更に伴い重力方向が変化することで低部が変更される場合がある。
【００１６】
ここで、容器２１１の低部について詳しく説明する。容器２１１は熱源の位置により、さまざまに配置することができる。また、容器２１１は用途に合わせ、さまざまな形状をとることもできる。ここでは、容器２１１が略直方体である場合を例にして低部について説明する。
【００１７】
この容器２１１を、集熱板２１２を熱源に向けながら地面に設置したとき、地面に近い面を底面、底面と対向する面を上面とし、それ以外の面を側面とする。
【００１８】
図１は第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を備える蓄熱装置２０の概略図であるとともに、蓄熱部２１の底面が地面と平行になるよう、つまり平置きにした状態の図でもある。このように、図１では、容器２１１の上面と熱源が対向するように配置される。そのため、容器２１１を平置き、つまり地面に対して平行においたときの低部とは底面部のことである。そのため、本実施形態において温度センサー１１は底面に配置される。
【００１９】
次に図２は第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を備える蓄熱装置２０を傾斜させた概略図である。傾斜とは、蓄熱部２１と地面の成す角（傾斜角）が０度より大きく９０度以下のことである。傾斜角が90度になるように傾斜させるとは、例えば窓に貼りつけるように配置した場合のことである。図２のように容器２１１を傾斜させて配置したときの低部とは、図２における点線で囲われた部分のように、底面において地面に近い部分を指す。そして、この部分に温度センサー１１を配置する。
【００２０】
また、容器２１１が円形や球形、楕円形などの場合の低部とは、熱源に対して近接する側の反対側であり、かつその反対側において地面に近い方を指す。
【００２１】
容器２１１の低部とは面を指すこともあるし、部分を指すこともあるが、先述した底面や底面において地面に近い部分を示している。図３、図４、図５、図９、図１０C、図１２、図１３については、容器２１１を底面から見たときの図となり、図の下側が低部である。また、図３以降では、図が煩雑になるため、集熱板２１２や断熱材２１３は示していない。なお、低部の定義は、容器の厚み、面積、体積に関係はない。
【００２２】
容器２１１を介して、潜熱蓄熱材の温度が温度センサー１１に検出され、検出された温度は、潜熱蓄熱材の融解を判定する判定手段１２へ伝達される。温度センサー１１と判定手段１２は有線と無線の少なくとも一方にて接続、通信されている。
【００２３】
潜熱蓄熱材は、対流、重力の観点から、容器２１１の高部は温度集熱すると高くなりやすく、かつ融解しやすい。対して、容器２１１の低部の潜熱蓄熱材温度は低く保たれたままであり、重力により結晶化物が半融解結晶化物として低部にたまることで、より融解がしにくくなる。そのため、容器２１１の低部は潜熱蓄熱材が最も融解温度に達しにくい範囲となる。
【００２４】
さらに潜熱蓄熱材は、融点付近での温度変化がほぼない潜熱挙動（結晶化物が融解している）から、温度が急に上昇する顕熱挙動（結晶化物から融解）に大きく変化するときがある。そのときを融解点とすると、この融解点をとらえることで、容器２１１を介して、潜熱蓄熱材の融解と判定することができる。潜熱蓄熱材において、この温度挙動が最も遅く生じるのは容器２１１の低部であるため、容器２１１の低部に温度センサー１１を設置し、その融解したときを判定する判定手段１２を備えることで、容器２１１の内部全体の潜熱蓄熱材の融解を判定することができる。
【００２５】
そのため、容器２１１の低部に配置された温度センサー１１が潜熱蓄熱材の温度を断続的に測定し、その温度情報に基づいて、判定手段１２が潜熱蓄熱材の融解を潜熱蓄熱材の時間に対する温度変化（つまり、その傾き）を算出することにより、融解点を高い精度で判定することができる。融解点の判定について詳しくは後述する。
【００２６】
図３は第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０の温度センサー１１を容器２１１の低部に１つ配置した図である。図４は第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０の温度センサー１１を容器２１１の低部に複数配置した図である。この図３、図４のように、容器２１１の低部に温度センサー１１を配置する場合、温度センサー１１は１つでもいいし、複数配置してもよい。複数配置することで、低部の温度変化をより正確に検出することができるため、より好ましい。
【００２７】
ここで、蓄熱材温度検出装置１０について詳しく説明する。蓄熱材温度検出装置１０は、先述した通り温度センサー１１と潜熱蓄熱材の融解を判定する判定手段１２を備える。そのため、蓄熱材温度検出装置１０は独立した装置であってもよいし、使用者のパソコンやスマートフォン、携帯端末などの使用者の機器に温度センサー１１と判定手段１２を備えさせたものを潜熱蓄熱材温度検出装置１０としてもよい。
【００２８】
蓄熱材温度検出装置１０が独立で存在している場合、蓄熱材温度検出装置１０は電源を備えることもできる。この電源は、使用者が直接動作させてもいいし、リモコンなどで遠隔操作することもできる。また、集熱開始と連動させて動作を開始させるようにしてもよい。
【００２９】
蓄熱材温度検出装置１０と温度センサー１１は図３や図４Ａで示すように1対1で備えられてもよいし、図４Ｂで示すように1つの蓄熱材温度検出装置１０に対して複数の温度センサー１１を備えることもできる。蓄熱材温度検出装置１０と温度センサー１１が1対1の場合は、温度センサー１１を複数容器２１１に付けた場合、故障時のリスク低減を図ることができる。また、1つの蓄熱材温度検出装置１０に対して複数の温度センサー１１を付ける場合は、複数の温度センサー１１の情報を1つの蓄熱材温度検出装置１０で管理することもできる。
【００３０】
蓄熱材温度検出装置１０に備えられる判定手段１２については後述する。
【００３１】
ここで、蓄熱材温度検出装置１０の各部材について詳しく説明する。
【００３２】
（温度センサー）
温度センサー１１には熱電対などを用いることができるが、形状、長さ、厚さ等は、各容器形状等にあわせるため、特に限りはない。例えば、熱電対やスマートフォン、携帯電話に内蔵されている温度センサーや、電池パックに内蔵されている温度センサーなどと同等の温度センサーを用いることができる。
【００３３】
また、図５は第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０が温度センサー１１を内蔵し、容器２１１の低部に配置した図である。このように、蓄熱材温度検出装置１０は温度センサー１１を内蔵してもよい。この場合においても、蓄熱材温度検出装置１０は温度センサー１１を複数備えることができる。
【００３４】
次に判定手段１２について説明する。
【００３５】
（判定手段）
判定手段１２はプログラム化され機器に内蔵される。この判定手段１２が内蔵される機器は、はじめから判定手段１２を内蔵させてもよいし、インターネットなどを通してダウンロードさせてもよい。また、コンピューターやスマートフォン、携帯端末などの使用者の機器に判定手段１２を備えさせてもよい。この場合も、プログラム化された判定手段１２はインターネットなどを通してダウンロードして用いることもできる。判定手段１２と温度センサー１１は無線や有線で接続されている。
【００３６】
図６は第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０の備える判定手段１２の潜熱蓄熱材の融解を判定するステップ図である。このように判定手段１２は、容器２１１の低部に配置された温度センサー１１から得た温度情報に基づいて図６で示すようなステップにより潜熱蓄熱材の融解を判定することができる。
【００３７】
温度センサー１１が一定時間ごとに測定した潜熱蓄熱材の温度情報を入手し（ステップ１）、次にステップ１で得た温度を用いて温度変化の傾きを算出し（ステップ２）、次にステップ２で得た温度変化による傾きが２回目に変化した点でもって、潜熱蓄熱材の融解を判定する（ステップ３）。
【００３８】
図７は第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０の備える判定手段１２の潜熱蓄熱材の融解点３０を判定するフローチャートであり、図８は第１の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０の備える判定手段１２の潜熱蓄熱材の融解点を示す図である。図７、図８を用いてステップを詳しく説明すると、潜熱蓄熱材は熱にさらされると潜熱蓄熱材自身が一定の温度に温まるまで温度が上昇する（第１の傾き）。次に潜熱蓄熱材は一定の温度に達すると、温度変化をほとんどしない潜熱挙動をとるため、潜熱蓄熱材の温度変化の傾きは第１の傾きよりも緩やかな傾きとなる（第２の傾き）。最後に潜熱蓄熱材が潜熱挙動から顕熱挙動に変化すると、潜熱蓄熱材の温度上昇が進むため、第２の傾きより大きい傾きとなる（第３の傾き）。ステップ３での潜熱蓄熱材の融解を示す点（融解点３０）は図８に示している。
【００３９】
つまり、ステップ３での温度変化による傾きの変化とは、第１の傾きから第２の傾きへ変化する１回目の変化（第１の変化）と、第２の傾きから第３の傾きへ変化する２回目の変化（第２の変化）のことである。この第２の変化を判定手段１２が判定することで、潜熱蓄熱材の融解を判定する。潜熱蓄熱材の温度の経時的変化の測定とは、連続的に測定、あるいは一定時間経過毎に測定することである。この一定時間経過毎に測定する場合の測定の間隔は、潜熱蓄熱材や熱源などにより、例えば1分毎に測定するなど適宜設定される。なお、第１と第３の傾きの大きさの大小は問わない。
【００４０】
また、判定手段１２を発核手段２１４と接続させることで、融解判定後は自動的に発核、状態維持などのプログラムを判定手段１２に備えることもできる。
【００４１】
蓄熱材温度検出装置１０は、さらにパソコン、スマートフォン、携帯端末などの機器と無線や有線で直接接続されてもよい。そのように接続することで、蓄熱材温度検出装置１０の得たデータ（例えば、潜熱蓄熱材の温度変化や、融解点）は、接続先の使用者のコンピューター、スマートフォン、携帯端末などで保存、分析、フィードバック、学習機能を付与し、さらに融解の判定制度をあげるなど、活用することもできる。
【００４２】
（蓄熱部）
蓄熱部２１は潜熱蓄熱材を入れる容器２１１と集熱板２１２と断熱材２１３を備えている。容器２１１は直方形（横長、縦長）、立方形（サイコロ型、薄型、厚型）、円形、楕円形、球形、ハート型など、様々な形状をとることが具体的には、ポリ容器、チャック袋、ラミネートパック、金属容器、湯たんぽがあげられる。
【００４３】
潜熱蓄熱材の重量が多いと、発熱量は大きくなるが、融解熱量が大きくなるため、融解時間は長くなる傾向にある。一般に、熱源を容器２１１の一面に置くか、多面的に配置するかによるが、容器２１１の壁部の厚さが薄く、面積が小さいほうが潜熱蓄熱材は融解しやすくなる。
【００４４】
一方、容器２１１の壁部の厚みが厚いと融解しにくい。これは、潜熱蓄熱材自体の熱伝導率が低いため、容器２１１の壁部の厚みが厚くなるほど容器２１１を熱が伝導する効率が落ち、潜熱蓄熱材は融解しにくくなる。また、面積が大きくなればなるほど、容器２１１の中心に熱が伝わりにくいため、潜熱蓄熱材は融解しにくくなる。
【００４５】
容器２１１は潜熱蓄熱材と発核手段２１４とを内部に含む。容器２１１は樹脂性容器、金属容器、金属・樹脂複合容器、さらにこれら材料のフィルム（例えばアルミラミネート材）で構成された袋を用いることができる。容器２１１は潜熱蓄熱材の凝固・融解に伴う体積変化に追従可能な部材を用いることが好ましい。
【００４６】
発核手段２１４は、潜熱蓄熱材とその一部が接触し、過冷却状態にある潜熱蓄熱材を固化（結晶化）させる機能を果たす。発核手段２１４を備えることで、例えば日没後に任意にスイッチを入れて発核を促し、この装置からの放射熱で暖を取ることができる。具体的な発核方法は、２本の電極を挿入し、電極間に電圧を印加する方法、超音波を印加する方法、濡れ性（接触角）変化による方法、凹凸を有する板バネとアクチュエータで構成され、アクチュエータで板バネを動かす方法、熱電素子に電圧を印加して極所急冷する方法、結晶核を結晶核収納容器２１１より投入して核生成させる方法などを用いることができる。
【００４７】
効率よく集熱するため、集熱板２１２が配置される面を最も熱吸収がよくなるように蓄熱部２１を配置することが好ましい。蓄熱部２１は支持脚を備えるなどして、適宜配置を変更できるようにしてもよい。例えば、太陽光を熱源として用いる場合は、太陽光集熱効率の点から、蓄熱部２１は、太陽高度に対しては、立て置き（直角置き）、傾斜置き（太陽高度の最大時に対して直角）が好ましい。つまり、傾斜角は０度より大きく９０度以下にすることが好ましい。集熱板２１２には、例えばアルミ、銅などの金属を用いることができる。
【００４８】
断熱材２１３には、熱伝導率が低く、耐熱性が高いものを用いることができる。例えばグラスウール、ビーズ法ポリスチレン・押し出し法ポリスチレンフォーム（発泡スチロール）があげられる。
【００４９】
集熱に用いる熱源は、輻射熱を発するものなら限定されない。例えば、先述した太陽光やセラミックヒータなどが挙げられる。太陽光を用いると、熱を生むために必要なコストがかからないため、好ましい。
【００５０】
潜熱蓄熱材は、常温（２０℃）以上１００℃以下の範囲で融点を持ち、かつ過冷却を有する潜熱蓄熱材を用いることが好ましい。過冷却を有する潜熱蓄熱材とは、融点以下の温度でも固化せずに液体で準安定に存在する物質で、例えば酢酸ナトリウム三水和物等の酢酸ソーダや、硫酸ナトリウム水和物等の硫酸ソーダを用いることができる。蓄熱温度が高い場合には、潜熱蓄熱材として、酢酸ナトリウム三水和物を用いることが望ましい。酢酸ナトリウム三水和物の一般的な物性は、融点が５８℃、潜熱が２６４ｋＪ／ｋｇである。
【００５１】
図３で示すように、蓄熱材温度検出装置１０には、潜熱蓄熱材の温度状況や、潜熱蓄熱材の融解を使用者に知らせるような表示を行うことができる表示部２３を設けることもできる。
【００５２】
（表示部）
表示部２３は、蓄熱材温度検出装置１０と電気的に接続されている。そのため、蓄熱材温度検出装置１０と無線や有線で接続、通信させ独立させることもできるし、蓄熱材温度検出装置１０に直接備えさせてもよい。表示部２３にはディスプレイ、ＬＥＤランプ等などを用いることができるが、表示手法は特に限定されない。温度表示（色、数値表示）ができれば、より好ましい。表示部２３が独立して存在するとは、先述したディスプレイやＬＥＤランプを用いてもよいし、潜熱蓄熱材の温度変化などのシグナルを蓄熱材温度検出装置１０が送信し、他の装置、例えば使用者のパソコン、スマートフォンや携帯端末に受信させることで、表示部２３としてもよい。表示部２３を設けることで、連続又は、不連続での温度計測過冷却状態の維持の確認。つまり、潜熱蓄熱材を発核させることができるかどうかの確認ができる。さらに発核が可能である表示、信号を出すことができればより好ましい。
【００５３】
ここで、本実施形態に係る潜熱材温度検出装置の動作について説明する。
【００５４】
１．潜熱蓄熱材入り容器２１１の低部に温度センサー１１を配置する。このとき、集熱板２１２が熱源に対して効率よく熱吸収できるように配置する。
【００５５】
２．蓄熱材温度検出処理装置に電源を入れる。
【００５６】
３．容器２１１内の潜熱蓄熱材は、使用に先立ち、予め融点以上の温度に加熱される（熱（温度）入力）。これによって、潜熱蓄熱材は溶解して液相状態となる。また、潜熱蓄熱材は、過冷却可能な潜熱蓄熱材であるため、潜熱蓄熱材が熱入力の完了後に融点以下になっても、凝固せずに液相状態を維持する（過冷却状態になる）。この状態で、潜熱蓄熱材は、潜熱を蓄え続ける。
【００５７】
４．温度センサー１１は、集熱時、つまり輻射熱を潜熱蓄熱材容器２１１に当てたときから作動させ、容器２１１の低部の温度経時変化（対時間）をレコードする。
【００５８】
５．この温度経時変化を判定手段１２が受け取り、潜熱蓄熱材の融点付近での潜熱挙動（結晶化物が融解している：温度変化がほとんどなし）から、顕熱挙動（結晶化物から融解：温度が急に上昇する）に変化するとき（第２の変化）をとらえることで潜熱蓄熱材の融解を判定する。
【００５９】
６．判定手段１２が融解を判定すると、表示部２３が使用者に対して潜熱蓄熱材の融解を知らせる。さらに、融解を維持し続けるプログラムを判定手段１２に備えさせ、融解を維持させてもよい。
【００６０】
なお、２．の蓄熱材温度検出処理装置に電源を入れる、は、使用者の機器に温度センサー１１と判定手段１２とを備えさせた場合など、電源を入れる必要がない場合などは適宜省略される。
【００６１】
本実施形態にかかる潜熱材温度検出装置は、潜熱蓄熱材入り容器２１１の低部に温度センサー１１を配置することで、潜熱蓄熱材の経時温度変化を測定することができる。さらに、その温度センサー１１が測定した潜熱蓄熱材の温度に基づいて潜熱蓄熱材の融解を判定する判定手段１２を備えることにより、容器２１１の外部から容器２１１の内部の潜熱蓄熱材の潜熱蓄熱材の融解を判定することができる。このため、潜熱蓄熱材が不完全融解であるが故に存在する残留結晶核から、結晶化発熱を防ぐことができるので、必要時に熱を潜熱蓄熱材から取り出すことができる。
【００６２】
（第２の実施形態）
第１の実施形態と共通する説明は省略する。
【００６３】
図９は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を容器２１１に配置した概略図である。第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０は、温度センサー１１を容器２１１の外側の高部、中部、低部に配置することができる。低部は第1の実施形態で説明した通りである。図１０は第２の実施形態において高部、中部、低部を示す概念図である。ここでは、図１０A、図１０B、図１０Cを用いて高部、中部について説明する。
【００６４】
図１０Aのように、容器２１１を平置きにした際の高部とは、上面や、側面における上面側のこと、つまり地面から遠い部分のことである。この場合の中部とは、高部と低部の間のことである。
【００６５】
次に図１０Bで示すように容器２１１を傾斜させて配置したときの高部とは、底面において地面に遠い方である。つまり、高部とは底面において低部の逆側である。この場合も中部とは高部と低部の間である。このように傾斜させた場合において、図１０Cのように容器２１１を底面から見た場合も高部、中部は同様である。
【００６６】
また、容器２１１が円形や球形、楕円形などの場合の高部とは、熱源に対して近接する側の反対側であり、かつその反対側において地面に遠い方を指す。また、容器２１１の形がどのようなものでも、中部とは高部と低部の間のことである。
【００６７】
潜熱蓄熱材の融解の判定をするためには、潜熱蓄熱材入り容器２１１の低部に加え、高部、中部、温度センサー１１を配置することにより、融解状態を段階的に確認することができる。潜熱蓄熱材は前述した通り、対流や重力により、容器２１１低部に行くにつれ、温度が下がっていく。そのため、図９のように温度センサー１１を容器２１１の高部、中部、低部に配置した場合の潜熱蓄熱材の温度変化を示すと、温度センサー１１が検出する、ある時間での容器２１１の各部の温度は、高部＞中部＞低部となる。そのため、図１１で第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０において潜熱蓄熱材の高部、中部、低部における融解点３０を示したように、温度変化の挙動も、結晶化物から融解、つまり潜熱から顕熱挙動の変化も高部、中部、低部という順で生じる。
【００６８】
このように配置することで、潜熱蓄熱材の融解の判定の精度、融解状態の段階的確認の精度を向上させることができる。
【００６９】
図１２は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０の温度センサー１１を容器の高部、中部、低部に複数配置した図である。このように温度センサー１１は複数配置してもよいし、図９のように高部、中部、低部それぞれに１つずつ配置しても良い。図１２のように複数の温度センサー１１を配置したほうが精度を上げることができ、また温度センサー１１の故障リスクを低減できるため、好ましい。図１２では図が煩雑になるため、判定手段１２と温度センサー１１を繋ぐ線は部分的に省略している。
【００７０】
また、図１３は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０の温度センサー１１を容器の高部、低部に１つずつ、又は中部、低部に１つずつ配置した図である。図１３Ａや図１３Ｂのように温度センサー１１を高部と低部のみや、中部と低部のみに配置してもよい。これらの場合も潜熱蓄熱材の温度変化の挙動は先述した通りのため、潜熱材温度検出装置や容器２１１の設置場所に合わせて、低部に加え、どこに配置するかは適宜変更することができる。
【００７１】
判定手段１２は第1の実施形態で説明したのと同様に、高部、中部、低部の潜熱蓄熱材の融解を判定する。図１４に第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０の備える判定手段１２の潜熱蓄熱材の融解点３０を判定するフローチャートを示す。
【００７２】
ここで、本実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０の動作について説明する。
【００７３】
１〜３までの動作は第1の実施形態と同様であるため、４から説明する。
【００７４】
４．蓄熱材温度検出装置１０は、集熱時つまり輻射熱を容器２１１に当てたときから作動させ、容器２１１の高部、中部、低部の温度経時変化（対時間）をレコードする。
【００７５】
５．高部、中部、低部の温度経時変化を判定手段１２が受け取り、それぞれの部分で潜熱蓄熱材の融点付近での潜熱挙動から、顕熱挙動に変化するとき（第2の変化）をとらえることでその部分での潜熱蓄熱材の融解を判定する。
【００７６】
６．判定手段１２が低部の融解を判定すると、表示部２３が使用者に対して潜熱蓄熱材の融解を知らせる。さらに、融解を維持し続けるプログラムを判定手段１２に備えさせ、融解を維持させてもよい。
【００７７】
ここでは高部、中部、低部すべてに温度検出器が配置されている場合を示したが、他の高部と低部のみ、中部と低部のみなどの場合も同様に動作する。
【００７８】
本実施形態にかかる蓄熱材温度検出装置１０は、温度センサー１１を容器２１１の低部に加え、高部と中部の少なくとも一方に温度センサー１１を配置することで、潜熱蓄熱材の経時温度変化を測定することができる。さらに、その温度変化から潜熱蓄熱材の融解を判定することができる判定手段１２を備えることにより、容器２１１の外部から容器２１１内部の潜熱蓄熱材の融解を判定することができる。このため、不完全融解であるが故に存在する残留結晶核から、結晶化発熱を防ぐことができるので、必要時に熱を潜熱蓄熱材から取り出すことができ、さらに融解の判定の精度、融解状態の段階的確認の精度を向上させることができる。
【００７９】
（応用例）
応用例では、第１又は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を備える装置について説明する。
【００８０】
＜太陽電池セル＞
日中の太陽電池セル温度を低下させるため、太陽電池セルの裏面側に熱的に接触するように配置された蓄熱材の容器を備える蓄熱装置を有する太陽電池セルが提案されている。この蓄熱装置を備える太陽電池セルでは、日中に蓄熱材が完全に融解して融点以上の温度になってしまうことがある。そのため、容器の低部に第１又は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０が備える温度センサー１１を備えることで、蓄熱材の融解の判定を行うことができ、長期蓄熱、過冷却液体保持時間の維持が十分可能となる。これより、日中の太陽電池セル温度を低下させることができるので、太陽電池セルの温度が高温に保持され、発電量が低下することを防ぐことができる。
【００８１】
＜空気調和器＞
蓄熱装置を備える空気調和器は熱交換対象物と組み合わせて使用される。この蓄熱装置は熱交換対象物が発生した熱を吸収して蓄え、そして熱交換対象物の温度が下がった時に熱交換対象物へと熱を放出するため、安定して熱の吸放出ができなかった。そこで、蓄熱装置を備えた空気調和機において、蓄熱装置の備える蓄熱材の容器の低部に、第１又は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を備えることで、必要時に熱を潜熱蓄熱材から取り出すことができる。そのため、常に安定して、熱交換対象物が発生した熱を吸収して蓄え、そして熱交換対象物の温度が下がった時に熱交換対象物へと熱を放出することができるため、空気調和器の効率を向上させることができる。
【００８２】
＜画像形成装置＞
従来の画像形成装置は、定着動作で印刷対象物を素早く加熱する必要はあるが、そのために加熱ローラに温度ムラが生じることがある。また、印刷対象物の温度を均熱化させるために印刷対象物の熱を、蓄熱材を充填したローラで吸収させているが、定着部出口の紙から熱を吸収する構造のため、出口を出た紙が両面印刷で再び定着部に入らない限り定着部を冷却することができない。このような構造をした画像形成装置が第１又は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を備えることで、必要時に熱を潜熱材から取り出すことができるため、温度ムラを防ぎ、また、適時冷却することができるため、省電力化した画像形成装置とすることができる。
【００８３】
＜テレビ放送用の送信システムの冷却システム＞
従来のテレビ放送用の送信システムの冷却システムは、循環する冷却水を用いて冷却するが、環境要因により冷却水の水温の低下が生じ、テレビ放送用の送信システムに影響を与える可能性があった。この水温低下を防ぐための温度調節弁を設けるなどの処置がとられているが、この処置により機器の大型化や、コストが増大していた。このため、冷却水の水温低下を防ぐため、蓄熱装置を備えることが提案され、さらに蓄熱装置の備える潜熱蓄熱材から必要時に熱を取り出せることが求められる。そのため、蓄熱装置を備えるテレビ放送用の送信システムに対して、第１又は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を備えることで、潜熱蓄熱材から必要時に熱を潜熱材から取り出すことができる。そのため、省スペースかつ安価で、送信機起動時の水温低下を防ぐことができる送信システムとすることができる。
【００８４】
＜電池モジュール＞
潜熱蓄熱材を収容した容器を備える蓄熱装置を有する二次電池は冬季や寒冷地において二次電池を保温することができる。しかし、冬季や寒冷地への対策として潜熱蓄熱材を周囲環境から断熱するような手段を講ずると、夏季などの高温環境において電池温度が過度に上がる可能性が高められる。そのため、潜熱蓄熱材を収容した容器を備える蓄熱装置を有する二次電池に第１又は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を備えることで、必要時に熱を潜熱材から取り出すことができ、低温環境での始動性を向上可能であるとともに、高温環境での電池温度の上がり過ぎによる信頼性低下を抑制可能な電池モジュールとすることができる。
【００８５】
以上説明した装置について、従来の潜熱蓄熱材を備えさせただけでは不十分だった点が、第１又は第２の実施形態に係る蓄熱材温度検出装置１０を備えることにより、より効率よく動作させることがわかる。
【００８６】
以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８７】
（実施例）
（実施例１）
蓄熱装置を傾斜角９０度立て置きに配置した。蓄熱部の容器低部に温度センサーを１つ配置し、蓄熱材温度検出処理装置の電源を入れた。容器内の潜熱蓄熱材は、予め融点以上の温度に加熱した。温度センサーは集熱時から作動させ、容器の低部の温度経時変化（対時間）をレコードした。この潜熱蓄熱材の温度経時変化を判定手段が受け取り、潜熱蓄熱材の融解を判定した。判定手段が融解を判定すると、表示部が使用者に対して潜熱蓄熱材の融解を知らせた。
【００８８】
潜熱蓄熱材の温度は1秒ごとに測定した。潜熱蓄熱材の融解の判定は、潜熱蓄熱材が潜熱挙動から顕熱挙動へと変化する、第2の変化を判定手段が判定することにより行った。図１５は実施例１における蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフである。また、実施例１〜５、比較例１〜３の測定条件と結果を表１にまとめた。
【００８９】
潜熱蓄熱材が自然結晶化していないかの判定は次のように行った。
【００９０】
＜自然結晶化判定＞
判定手段が融解を判定してから、室温（１５、２０、２５℃）放置（１日）で過冷却状態（液相状態）が維持されている、つまり自然結晶化していないかどうかを確認した（ｎ＝２：  同条件で融解判定した２個の蓄熱材入り容器）。
【００９１】
放置して潜熱蓄熱材入りの容器の液体が自然発核結晶化していない、臨界径以上のサイズの残留結晶核が全くない場合、融解と判定できる。過冷却状態（液相状態）を維持している場合を○、維持していない場合を×とした。
【００９２】
後述する実施例２〜６、比較例１〜3も同様に自然結晶化していないかを判定した。
【００９３】
（実施例２）
蓄熱装置を太陽高度の最高時（方位角約１８０度）に対して、集熱板が９０度になるように傾斜置きしたこと以外実施例１と同様に測定した。図１６は実施例２における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフである。
【００９４】
（実施例３）
温度センサーの配置を低部に3か所配置した以外は実施例１と同様の条件で測定した。図１７は実施例３における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフである。
【００９５】
（実施例４）
温度センサーの配置を容器の中部、低部に1つずつ配置した以外は実施例１と同様に測定した。図１８は実施例４における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフである。
【００９６】
（実施例５）
温度センサーを高部、中部、低部に配置した以外は実施例１と同様に測定した。を図１９は実施例５における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフである。
【００９７】
（比較例１）
潜熱蓄熱材入り容器の高部に温度センサーを配置した以外は実施例１と同様に測定した。図２０は比較例１における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフである。
【００９８】
（比較例２）
潜熱蓄熱材入り容器の中部に温度センサーを配置した以外は実施例１と同様に測定した。図２１は比較例２における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフである。
【００９９】
（比較例３）
潜熱蓄熱材入り容器の高部と中部に温度センサーを配置した以外は実施例１と同様に測定した。図２２は比較例３における潜熱蓄熱材温度変化及び融解点を判定した点を示したグラフである。
【表１】
2019168137.tif 000003
【０１００】
表１より、実施例１〜６では融解を確認することができた。対して比較例１では残留結晶が存在し、半固相（半液相）状態であった。つまり、潜熱蓄熱材は過冷却状態（液相状態）ではなかったので、潜熱蓄熱材は融解していなかった。比較例２、３では、１日室温放置で過冷却状態（液相状態）が維持されず、結晶化発熱した。これは、潜熱蓄熱材に結晶核残留があったためであるので、潜熱蓄熱材は融解していなかったことがわかる。
【０１０１】
以上のことより、潜熱蓄熱材を収容する容器の低部に配置され潜熱蓄熱材の温度を測定する温度センサーと、温度を用いて潜熱蓄熱材の融解状態を判定する判定手段と、を備える第１又は第２の実施形態にかかる温度検出装置は優れた潜熱蓄熱材の融解を判定する装置であることが示された。
【０１０２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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、種々の省略、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ともに、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。
【符号の説明】
【０１０３】
１０・・・蓄熱材温度検出装置、１１・・・温度センサー、１２・・・判定手段、２０・・・蓄熱装置、２１・・・蓄熱部、２２・・・制御部、２１１・・・容器、２１２・・・集熱板、２１３・・・断熱材、２１４・・・発核手段、２３・・・表示部、３０・・・融解点。
【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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【図７】
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【図８】
2019168137.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2019168137.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019168137.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2019168137.tif 000018
【図１６】
2019168137.tif 000019
【図１７】
2019168137.tif 000020
【図１８】
2019168137.tif 000021
【図１９】
2019168137.tif 000022
【図２０】
2019168137.tif 000023
【図２１】
2019168137.tif 000024
【図２２】
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