(57)【要約】【課題】高い放熱速度が求められる所定の温度領域において過冷却解除を行い、該所定の温度領域よりも低い低温領域において有効潜熱量の減少を抑え、該所定の温度領域において高い放熱速度を実現することと、−２０℃程度の極低温を含むより低温下では過冷却状態を安定に維持することを両立する過冷却制御蓄熱媒体を実現すること。【解決手段】過冷却制御蓄熱媒体は、凝固点以上の温度の熱媒体から潜熱を吸熱し、凝固点または凝固点よりも低い温度で熱媒体に潜熱を放出する潜熱蓄熱材と、潜熱蓄熱材に添加され、潜熱蓄熱材の凝固点よりも低い温度で熱可逆的に相転移し、相転移点よりも低温側で粘弾性が非線形的に増加する増粘剤とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱材と前記潜熱蓄熱材に添加された増粘剤とを含む増粘剤添加潜熱蓄熱材を備えた過冷却制御蓄熱媒体であって、
前記増粘剤添加潜熱蓄熱材は、当該増粘剤添加潜熱蓄熱材の凝固点以上の温度の熱媒体から潜熱を吸熱し、当該増粘剤添加潜熱蓄熱材の凝固点よりも低い温度で過冷却状態を解除して熱媒体に潜熱を放出し、当該過冷却状態解除温度以下で熱可逆的に相転移し、当該相転移点よりも低温側で粘弾性が非線形的に増加する、過冷却制御蓄熱媒体。
【請求項２】
前記増粘剤は熱可逆性ゲル化剤であり、かつ前記相転移点はゾル-ゲル転移温度である、請求項１に記載の過冷却制御蓄熱媒体。
【請求項３】
前記潜熱蓄熱材は酢酸ナトリウム三水和物であり、前記相転移点が５０℃以下のいずれかの温度である、
請求項１または２に記載の過冷却制御蓄熱媒体。
【請求項４】
前記増粘剤はカラギーナン、ゼラチンおよびアガロースのいずれかを含有する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の過冷却制御蓄熱媒体。
【請求項５】
前記過冷却状態を解除する過冷却解除手段をさらに具備する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の過冷却制御蓄熱媒体。
【請求項６】
前記過冷却解除手段は、前記潜熱蓄熱材に接触するよう設けた電極である、
請求項５に記載の過冷却制御蓄熱媒体。
【請求項７】
前記過冷却解除手段は、前記潜熱蓄熱材に接触するよう設けた超音波振動子である、
請求項５に記載の過冷却制御蓄熱媒体。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の過冷却制御蓄熱媒体と、
前記過冷却制御蓄熱媒体に熱を供給する熱源と、
前記過冷却制御蓄熱媒体および前記熱源からの熱を放出する熱交換器と、を備えた空気加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、潜熱蓄熱材の溶融潜熱を吸熱しておき、その後、潜熱蓄熱材をその凝固点以下の過冷却状態から相転移させることにより、吸熱した潜熱を放出させて利用する、過冷却制御蓄熱媒体およびその過冷却制御蓄熱媒体を備えた空気加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から蓄熱媒体としては、固相と液相の間の相変化時に吸熱・放熱される潜熱を利用する潜熱蓄熱材について、その蓄熱密度の高さから、多く利用が検討されてきた（例えば、特許文献１〜３）。潜熱蓄熱材のうち、酢酸ナトリウム三水和物は、凝固点５８℃、潜熱量２５０Ｊ／ｇの物性から、１００℃未満の低温排熱の高密度蓄熱媒体として有用性が高く、自動車の暖機、暖房の補助熱源向けをはじめ多くの応用が検討されている。しかし、酢酸ナトリウム三水和物を含む潜熱蓄熱材は、凝固点を超えて冷却しても相変化を起こさず液相を維持する過冷却の状態になる特性を有しており、凝固点よりも低温になるほど過冷却状態が不安定になること、及び低温下で過冷却を解除した場合には自身の顕熱により有効潜熱量が減少し、凝固点に近い高温にまで昇温が困難となることが課題であった。
【０００３】
これに対して、特許文献４では、キサンタンガムを含む懸濁担持体を酢酸ナトリウム三水和物に混合して粘性を増すことにより過冷却状態を安定維持する方法が示されている。温度によらず安定した粘性を示す懸濁担持体により、１０℃までの低温下でも過冷却状態を安定に維持できることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−８１８７８号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２４０９号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５３２０６号公報
【特許文献４】特開昭６０−１４４３８０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】林良純著「カラギナンの特性と利用方法」、繊維と工業Vol.65、No.11、2009年（P412−P421）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、−２０℃に至る極低温までの過冷却状態の維持が考慮されていなかった。また、従来の技術において、仮に、−２０℃程度の極低温までの過冷却状態の維持を実現するために、より高い粘性を示す懸濁担持体を使用した場合、懸濁担持体による増粘効果が、潜熱利用時における過冷却解除を困難にし、高い放熱速度が求められる所定の温度領域において、結晶成長速度すなわち放熱速度を抑制してしまうという課題を有していた。
【０００７】
本開示は、上記従来の課題を解決するもので、高い放熱速度が求められる所定の温度領域において過冷却の解除を行うことにより、該所定の温度領域よりも低い低温領域において過冷却の解除を行った場合に比べて有効潜熱量の減少を抑え、該所定の温度領域における高い放熱速度を実現することと、例えば、−２０℃程度またはそれ以下の極低温下で過冷却状態を安定に維持することを両立する過冷却制御蓄熱媒体を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本開示の過冷却制御蓄熱媒体は、潜熱蓄熱材と潜熱蓄熱材に添加された増粘剤とを含む増粘剤添加潜熱蓄熱材を備えた過冷却制御蓄熱媒体であって、増粘剤添加潜熱蓄熱材は、当該増粘剤添加潜熱蓄熱材の凝固点以上の温度の熱媒体から潜熱を吸熱し、当該増粘剤添加潜熱蓄熱材の凝固点よりも低い温度で過冷却状態を解除して熱媒体に潜熱を放出し、当該過冷却状態解除温度以下で熱可逆的に相転移し、当該相転移点よりも低温側で粘弾性が非線形的に増加する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の過冷却制御蓄熱媒体によれば、従来技術よりも粘弾性を高めることによって、より低温で過冷却状態を安定維持するとともに、潜熱利用を行う所定の温度以上で粘弾性が低下することによって、潜熱蓄熱材自身の顕熱による有効潜熱量減少を抑えた高い放熱速度で過冷却解除を行えるようにすることで、潜熱蓄熱材に貯えた潜熱をより低温下でも安定して保持でき、より有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施の形態に係る蓄熱ユニットの構成の一例を示す図
【図２】本開示の実施の形態に係る過冷却制御蓄熱媒体の構成の一例を示す図
【図３】本開示の実施の形態に係る空気加熱装置の構成の一例を示す図
【図４】比較例に係る空気加熱装置の構成を示す図
【図５】本開示の実施の形態に係る過冷却制御蓄熱媒体の放熱タイミングを示す図
【図６】本開示の実施の形態に係る増粘剤添加潜熱蓄熱材の温度による粘弾性と結晶核生成速度の変化を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の第１の側面に係る過冷却制御蓄熱媒体は、潜熱蓄熱材と潜熱蓄熱材に添加された増粘剤とを含む増粘剤添加潜熱蓄熱材を備えた過冷却制御蓄熱媒体であって、増粘剤添加潜熱蓄熱材は、当該増粘剤添加潜熱蓄熱材の凝固点以上の温度の熱媒体から潜熱を吸熱し、当該増粘剤添加潜熱蓄熱材の凝固点よりも低い温度で過冷却状態を解除して熱媒体に潜熱を放出し、当該過冷却状態解除温度以下で熱可逆的に相転移し、当該相転移点よりも低温側で粘弾性が非線形的に増加する。すなわち、相転移点よりも低温側で粘弾性が急激に上昇する。換言すれば、温度の下降に対する粘弾性の上昇の傾きが、相転移点よりも高温側に比して低温側が大きくなっている。この構成により、相転移点以下の低温側と高温側で結晶成長速度の抑制・非抑制を変化させることができる。よって、低温での過冷却状態を安定維持するとともに、高温領域での結晶成長速度、すなわち放熱速度を棄損せず効果的に潜熱を放熱することができる。
【００１２】
本開示の第２の側面に係る過冷却制御蓄熱媒体は、第１の側面に係る過冷却制御蓄熱媒体において、増粘剤は熱可逆性ゲル化剤であり、かつ相転移点はゾル-ゲル転移温度である。
【００１３】
本開示の第３の側面に係る過冷却制御蓄熱媒体は、第１または第２の側面に係る過冷却制御蓄熱媒体において、潜熱蓄熱材は酢酸ナトリウム三水和物であり、相転移点が５０℃以下のいずれかの温度である。
【００１４】
本開示の第４の側面に係る過冷却制御蓄熱媒体は、第１乃至第３のいずれかの側面に係る過冷却制御蓄熱媒体において、増粘剤はカラギーナン、ゼラチンおよびアガロースのいずれかを含有する。
【００１５】
本開示の第５の側面に係る過冷却制御蓄熱媒体は、第１乃至第４のいずれかの側面に過冷却制御蓄熱媒体において、過冷却状態を解除する過冷却解除手段をさらに具備する。
【００１６】
本開示の第６の側面に係る過冷却制御蓄熱媒体は、第５の過冷却制御蓄熱媒体において、過冷却解除手段は、潜熱蓄熱材に接触するよう設けた電極である。
【００１７】
本開示の第７の側面に係る過冷却制御蓄熱媒体は、第５の過冷却制御蓄熱媒体において、過冷却解除手段は、潜熱蓄熱材に接触するよう設けた超音波振動子である。
【００１８】
本開示の第８の側面に係る空気加熱装置は、第１乃至第７のいずれかの側面に係る過冷却制御蓄熱媒体と、過冷却制御蓄熱媒体に熱を供給する熱源と、過冷却制御蓄熱媒体および熱源からの熱を放出する熱交換器とを備える。
【００１９】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態）
図１は、本開示の実施の形態に係る蓄熱ユニット１１の構成の一例を示す図である。蓄熱ユニット１１は、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１を備える。増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１は、潜熱蓄熱材と潜熱蓄熱材に添加された増粘剤とを備える。増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１は、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の凝固点以上の温度の熱媒体から潜熱を吸熱し、凝固点よりも低い温度で過冷却状態を解除して熱媒体に潜熱を放出する。増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１は、過冷却状態解除温度以下で熱可逆的に相転移し、相転移点よりも低温側で粘弾性が非線形的に増加する。ここで、相転移及び相転移点とは、粘弾性が大きく変わること及び粘弾性が大きく変わる温度を言う。増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の凝固点を温度Ｃ２２、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１のゾル−ゲル転移温度を温度Ｃ２１とすると、温度Ｃ２１は温度Ｃ２２よりも低い。ゾル−ゲル転移温度Ｃ２１は、例えば、４０℃程度、３５℃程度または４５℃程度である。増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１は、潜熱蓄熱材に増粘剤を添加してよく分散・溶解させたものである。この増粘剤の添加により、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の粘弾性は、図６の曲線３１に示すように、温度Ｃ２１を境に低温側で非線形的に増加する特性を有する。また、この増粘剤の添加により、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１は、例えば、−２０℃、−２５℃、または−３０℃極低温下で過冷却状態を安定に維持することができる。
【００２１】
例えば、潜熱蓄熱材には、凝固点の温度が５８℃である酢酸ナトリウム三水和物を、増粘剤には、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１のゾル−ゲル転移点の温度が３０℃以上かつ４０℃以下となるように調整したカラギーナンを主成分とするゲル化剤を、それぞれ用いることができる。増粘剤にカラギーナンを主成分とするゲル化剤を用いる場合、非特許文献１によれば、カラギーナンは熱水に対して７〜８重量％まで溶解させることができるが、より低い濃度で混合することにより、潜熱量と放熱速度の低下を抑えることができる。
【００２２】
蓄熱ユニット１１は、さらに、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１を充填した容器１１２を備えてもよい。容器１１２として、高い熱伝導特性を有する高熱伝導容器を用いることにより、蓄熱ユニット１１の熱伝達性を改善することができる。容器１１２は、例えば、厚さ１０ｍｍ程度の中空構造を有する。この中空構造の内部に増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１が充填される。
【００２３】
図２は、本開示の実施の形態に係る過冷却制御蓄熱媒体１２の構成の一例を示す図である。過冷却制御蓄熱媒体１２は、複数の蓄熱ユニット１１と、蓄熱ユニット１１を収納する蓄熱媒体筐体１２１とを備える。複数の蓄熱ユニット１１は、例えば、蓄熱媒体筐体１２１内に一定の間隔で積層される。蓄熱媒体筐体１２１は、熱媒体が流入する熱媒体入口１２２および熱媒体が流出する熱媒体出口１２３を備える。この熱媒体と複数の蓄熱ユニット１１との間で熱交換がされる。過冷却制御蓄熱媒体１２は、この熱交換が容易となるように構成される。容器１１２の材質には、アルミニウム、銅、またはグラファイトなどを用いることができる。
【００２４】
過冷却制御蓄熱媒体１２または蓄熱ユニット１１は、過冷却状態の解除のために特別に設けられた過冷却解除部を備えていなくてもよい。この場合、例えば、後述する熱源１３２の始動後、熱媒体の温度が相転移温度を超えることにより増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の粘弾性が低下して過冷却状態が解除される。また、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１は、過冷却状態になりやすい特性をもつため、過冷却制御蓄熱媒体１２または蓄熱ユニット１１に過冷却解除部１１３を設けてもよい。
【００２５】
過冷却解除部１１３としては、容器１１２の一部に、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１に接するように設けた電極とし、所定の周波数の交流電位を印加することで過冷却状態を解除するように構成できる。また、過冷却解除部１１３は、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１に浸すように設けた超音波振動子とし、所定の周波数の超音波振動を増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１に加えることで過冷却状態を解除するようにも構成してもよい。さらに、過冷却解除部１１３は、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１に接するように設けたペルチェ素子とし、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１に接する面が冷却されるようにペルチェ素子に電位を印加することで過冷却状態を解除するように構成してもよい。過冷却解除部１１３は、例えば、熱媒体の温度が４０℃程度、３５℃程度または４５℃程度となった場合に増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の相変化を発生させて、潜熱を放出させる。
【００２６】
図３に、本開示の実施の形態に係る空気加熱装置１３の構成の一例を示す。空気加熱装置１３は、過冷却制御熱媒体１２と、過冷却制御蓄熱媒体１２に熱を供給する熱源１３２と、過冷却制御蓄熱媒体１２および熱源１３２からの熱を放出する熱交換器１３１とを備える。空気加熱装置１３は、さらに、ポンプ１３３、バイパス配管１３６、分流器１３４及び混合弁１３５を備えてもよい。熱交換器１３１は、高温の熱媒体から空気に熱伝達を行う。ポンプ１３３は熱媒体を循環させ、熱源１３２は熱媒体を加熱する。過冷却制御蓄熱媒体１２は、流入する熱媒体よりも過冷却制御蓄熱媒体１２が低温の時に吸熱または蓄熱し、高温の時に放熱する。分流器１３４及び混合弁１３５は、過冷却制御蓄熱媒体１２とバイパス配管１３６への熱媒体の流入量を制御する。
【００２７】
ここで、熱源１３２には、例えば、電気ヒータ、ヒートポンプまたは内燃機関などを用いることができる。熱源１３２は、例えば、蓄熱媒体を用いない場合、図５（ａ）の曲線２１に示すように、熱交換器１３１入口の熱媒体温度が始動温度Ｃ２０のときに始動した後、時間ΔT１＝（Ｔ２１−Ｔ２０）で熱媒体を中間温度Ｃ２１に到達させることができるが、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の凝固点Ｃ２２に到達させるには、ΔT１の２倍以上の時間ΔT２＝（T２２−T２０）を要する。このような加熱能力を示す熱源１３２の一例として、低燃費乗用車の内燃機関として採用されているディーゼルエンジンがある。始動温度Ｃ２０が−２０℃のとき、ディーゼルエンジン始動後のエンジン冷却水の温度変化の測定結果の一例を示すと、温度Ｃ２１＝４０℃に到達するのにΔＴ１＝２８０秒を要するのに対し、温度Ｃ２２＝５８℃に到達するのにΔＴ２＝１，３００秒とΔＴ１の４倍以上の時間を要する場合がある。
【００２８】
以下、本実施の形態の空気加熱装置１３の動作を比較例に係る空気加熱装置１３’（図４参照）の動作と比較して説明する。比較例に係る空気加熱装置１３’は、本実施の形態の空気加熱装置１３において、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の代わりに、本実施の形態の潜熱蓄熱材と同一の潜熱蓄熱材のみを各蓄熱ユニットに充填した潜熱蓄熱媒体１２’を過冷却制御蓄熱媒体１２の代わりに備えたものである。以下、説明の簡単のために、本実施の形態の増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の凝固点、および比較例の潜熱蓄熱材のみの凝固点は、何れも温度Ｃ２２であるとして説明する。
【００２９】
本実施の形態の空気加熱装置１３の初期状態として、過冷却制御蓄熱媒体１２は、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の凝固点Ｃ２２以上の温度で潜熱を蓄熱後、過冷却状態を保って始動温度Ｃ２０まで冷却され、空気加熱装置１３を構成する他の部分及び熱媒体も始動温度Ｃ２０となっているものとする。また、比較例の空気加熱装置１３’の初期状態として、潜熱蓄熱媒体１２’は、潜熱蓄熱材の凝固点以上の温度で潜熱を蓄熱後、過冷却状態を保って始動温度Ｃ２０まで冷却され、空気加熱装置１３’を構成する他の部分及び熱媒体も始動温度Ｃ２０となっているものとする。空気加熱装置１３および１３’の何れにおいても、熱源１３２及びポンプ１３３が停止し、混合弁１３５は熱媒体がすべてバイパス配管１３６を流れるように設定されているものとする。
【００３０】
まず、比較例の空気加熱装置１３’の加熱動作を図５（ｂ）を参照して説明する。熱源１３２及びポンプ１３３を始動するとともに、混合弁１３５を熱媒体がすべて潜熱蓄熱媒体１２’を通過するように設定し、熱媒体が空気加熱装置１３’内を循環し始めると、熱源１３２から与えられた熱により熱媒体は昇温を始める。昇温した熱媒体が流入することにより潜熱蓄熱媒体１２’も昇温するが、その温度変化により直ちに過冷却状態が解除される場合がある。ひとたび過冷却解除され潜熱の放熱が始まると、熱交換器１３１入口での熱媒体の温度は熱源１３２のみを使用した場合（図５（ｂ）の曲線２１）に比べて素早く温度Ｃ２３まで昇温する（図５（ｂ）の曲線２２）。曲線２２は、潜熱蓄熱媒体１２’の放熱開始時の温度Ｃ２０と潜熱蓄熱材の凝固点Ｃ２２との温度差が大きいため、潜熱蓄熱媒体１２’の温度が凝固点Ｃ２２に到達する前に蓄えた潜熱を放熱し切る。よって、熱媒体の温度の最初のピークＣ２３は凝固点Ｃ２２よりも低くなる。ピーク温度Ｃ２３に到達した時刻Ｔ２３以降は、熱交換器１３１で熱媒体が空気と熱交換を行って温度が下がった後の再加熱を熱源１３２のみで行うこととなり、一時的に熱媒体の温度が低下する。潜熱蓄熱媒体１２’による時刻Ｔ２３までの加熱により、熱交換器１３１入口での熱媒体の温度が温度Ｃ２２に到達する時間は熱源１３２のみを使用した場合のΔＴ２に比べて僅かに短時間ΔＴ３（＝Ｔ２４−Ｔ２０）にすることができる。
【００３１】
次に、本開示の過冷却制御蓄熱媒体１２を用いた空気加熱装置１３の加熱動作を図５（ｃ）を参照して説明する。比較例の蓄熱媒体を用いた加熱動作と同様に、最初に熱源１３２、ポンプ１３３を始動とともに混合弁１３５の設定を行う。過冷却制御蓄熱媒体１２は、熱源１３２のみによって時間ΔＴ１で到達させることができる中間温度Ｃ２１までは熱源１３２によって加熱された熱媒体が流入することで熱媒体と同様に温度上昇する。増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の粘弾性は図６の曲線３１に示すように温度Ｃ２１よりも低いときに大きく増加するように構成している。粘弾性増加により潜熱蓄熱材の分子の凝集が抑制されることとなり、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の結晶核生成速度または結晶成長速度は、図６の曲線３２に示すように、本来低温になるほど増加するところを、曲線３３に示すように増加抑制されるか、または減少する。これによって、温度Ｃ２１に至るまでは、過冷却制御蓄熱媒体１２は過冷却状態を安定に維持し続ける。
【００３２】
温度がＣ２１に到達したところで、過冷却制御蓄熱媒体１２の各蓄熱ユニット１１に備えられた過冷却解除部１１３を作動させて潜熱の放熱を開始する（時刻Ｔ２１）。過冷却解除部１１３は、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の温度が、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の凝固点よりも低く、かつ相転移点Ｃ２１よりも高い場合に作動し、潜熱の放熱を行うようにしてもよい。過冷却制御蓄熱媒体１２は、図６の曲線３１に示すように増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の粘弾性が、温度Ｃ２１よりも低温において、温度の上昇とともに非線形的に減少し、温度Ｃ２１よりも高温において、増粘剤を添加しない潜熱蓄熱材の本来の粘弾性と近くなる。粘弾性が潜熱蓄熱材の本来の粘弾性と同等に減少することにより、潜熱蓄熱材の分子の凝集は抑制されなくなり、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の結晶核生成速度または結晶成長速度は、図６の曲線３３に示すように、潜熱蓄熱材の本来の結晶核生成速度または結晶成長速度である図６の曲線３２と同等となり、潜熱が本来の潜熱蓄熱材と同等に素早く放熱される。これにより、図５（ｃ）の曲線２３示す通り、過冷却制御蓄熱媒体１２の温度は温度Ｃ２１から増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の凝固点Ｃ２２まで素早く上昇し、熱源１３２から流入する熱媒体を温度Ｃ２２まで再加熱して熱交換器１３１入口に送る。空気加熱装置１３’の加熱動作に比べ、過冷却制御蓄熱媒体１２が潜熱を放熱し始めた温度が高く、凝固点Ｃ２２までの温度差が小さいので、過冷却制御蓄熱媒体１２が凝固点Ｃ２２まで昇温した時点で、その後もさらに温度を維持するための潜熱が残存するように構成できる。これにより、熱交換器１３１入口での熱媒体の温度を温度Ｃ２２に到達させる時間は比較例の場合と比べて遥かに短時間ΔＴ４（＝Ｔ２５−Ｔ２０）にできる。
【００３３】
以上述べたように、本開示の過冷却制御蓄熱媒体によれば、所定の温度Ｃ２１まで過冷却制御蓄熱媒体１２の過冷却状態を維持したまま昇温した後に、過冷却解除を行い素早く潜熱を放熱するようにでき、熱源１３２のみの場合と比べて熱交換器１３１入口の熱媒体温度を短時間で増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の凝固点Ｃ２２まで昇温することができ、結果、熱交換器１３１から供給する空気を素早く昇温することができる。
【００３４】
本開示は、過冷却制御蓄熱媒体１２において、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１の凝固点が温度Ｃ２２、粘弾性が非線形に変化する相転移点（ゲル−ゾル転移点）が温度Ｃ２１となるように構成するもので、それにより、極低温から温度Ｃ２１までの範囲で従来技術より粘弾性を増加させることにより、潜熱を保持し続けられる過冷却状態を安定化することと、温度Ｃ２１以上で粘弾性を、増粘剤を添加しない本来の潜熱蓄熱材と同程度に減少させることにより、過冷却解除時に素早く熱媒体を凝固点Ｃ２２まで昇温させる本来の潜熱蓄熱材と同等の放熱速度を、同時に実現可能とするものである。
【００３５】
なお、本実施の形態において、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１を構成する潜熱蓄熱材として、酢酸ナトリウム三水和物を挙げたが、過冷却状態を保持しやすい他の物質、例えば、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若しくはチオ硫酸ナトリウム五水和物などの水和塩、またはマンニトール、エリスリトール若しくはD-スレイトールなどの糖アルコールを用いてもよい。また、増粘剤添加潜熱蓄熱材１１１を構成する増粘剤として、カラギーナンを挙げたが、潜熱蓄熱材の凝固点よりも低い温度で粘弾性が非線形的・熱可逆的に変化する相転移点をもつ他の物質、例えば、アガロース、ジェランガム、ザンタンガム若しくはペクチンなどの増粘多糖類、またはゼラチンなどのその他の高分子ゲル化剤を用いてもよい。さらに、これらの増粘剤の相転移点を変える、または粘弾性を強化することを目的として、複数の増粘剤若しくは他の添加剤を混合してもよい。例えば、カラギーナンに対しては、ローカストビーンガムを加えることで、ゲル化時の粘弾性を高められる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本開示に係る過冷却制御蓄熱媒体は、凝固点よりも低い所定の温度を境に、低温側では過冷却状態を安定に維持し、高温側で過冷却解除したときに高い放熱速度を実現できる特徴を有し、ヒータ、ヒートポンプなどの熱源の始動時に必要な能力・エネルギーを抑えつつ、熱源によって中温度まで昇温した熱媒体をさらに高温に昇温させ、高温の温風を素早く出力できるようにする暖房機器等の補助熱源として有用である。また、自動車等の内燃機関、変速機または蓄電池等の暖機等の用途にも応用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１１    蓄熱ユニット
１２    過冷却制御蓄熱媒体
１２’  潜熱蓄熱媒体
１３、１３’  空気加熱装置
１１１  増粘剤添加潜熱蓄熱材
１１２  容器
１１３  過冷却解除部
１２１  蓄熱媒体筐体
１２２  熱媒体入口
１２３  熱媒体出口
１３１  熱交換器
１３２  熱源
１３３  ポンプ
１３４  分流器
１３５  混合弁
１３６  バイパス配管
【図１】
2015074749.tif 000003
【図２】
2015074749.tif 000004
【図３】
2015074749.tif 000005
【図４】
2015074749.tif 000006
【図５】
2015074749.tif 000007
【図６】
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