(57)【要約】【課題】潜熱蓄熱材の過冷却状態を任意のタイミングで解除するための新規な技術を提供する。【解決手段】蓄熱装置（５０）は、蓄熱容器（１０）、潜熱蓄熱材（１１）、電界発生器（１６）及び捕捉部（１２）を備えている。潜熱蓄熱材（１１）は、蓄熱容器（１０）に収容されており、溶質及び溶媒を含む。潜熱蓄熱材（１１）が液相状態のときに、溶質が帯電粒子（１１ａ，１１ｂ）を含む。電界発生器（１６）は、一対の電極（１４ａ，１４ｂ）を含み、潜熱蓄熱材（１１）が液相状態にあるとき、一対の電極（１４ａ，１４ｂ）に電圧を加えることによって帯電粒子（１１ａ，１１ｂ）を電気泳動させる。捕捉部（１２）は、蓄熱容器（１０）の内部に設けられ、電気泳動する帯電粒子（１１ａ，１１ｂ）を捕捉して帯電粒子（１１ａ，１１ｂ）の濃度を局所的に高める。【選択図】図３
2015232423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱容器と、
蓄熱容器に収容された潜熱蓄熱材であって、溶質及び溶媒を含み、液相状態のときに前記溶質が帯電粒子を含む潜熱蓄熱材と、
一対の電極を含み、前記潜熱蓄熱材が前記液相状態にあるとき、前記一対の電極に電圧を加えることによって前記帯電粒子を電気泳動させる電界発生器と、
前記蓄熱容器の内部に設けられ、電気泳動する前記帯電粒子を捕捉して前記帯電粒子の濃度を局所的に高める捕捉部と、
を備えた、蓄熱装置。
【請求項２】
前記帯電粒子は、陰イオン及び陽イオンを含み、
前記捕捉部は、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜で構成され、
前記陰イオン交換膜及び前記陽イオン交換膜によって、前記陰イオン及び前記陽イオンの両方が捕捉される、請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記陰イオン交換膜及び前記陽イオン交換膜は、前記一対の電極から離れており、かつ前記一対の電極の間に配置されている、請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記一対の電極は、陰極及び陽極を含み、
前記陰極から相対的に近い位置に前記陰イオン交換膜が配置され、前記陽極から相対的に近い位置に前記陽イオン交換膜が配置されている、請求項３に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記陰イオン交換膜の主面が前記陽イオン交換膜の主面に平行であり、
前記電界の方向が前記陰イオン交換膜の前記主面及び前記陽イオン交換膜の前記主面に垂直である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記一対の電極は、前記潜熱蓄熱材に対する耐食性を有する金属材料で作られており、前記潜熱蓄熱材に接触するように前記蓄熱容器の内部に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記一対の電極は、前記蓄熱槽の外部に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記捕捉部を構成する空間の体積は、液相時又は固相時の前記潜熱蓄熱材の体積の１０％以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記蓄熱容器の内部の２箇所以上に前記捕捉部が設けられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記電界発生器は、前記一対の電極から選ばれる一方の前記電極の極性と他方の前記電極とを相互に切り換えるためのスイッチを含み、
前記一対の電極から選ばれる一方の前記電極は、前記スイッチを操作したときに電気的な反発力によって前記帯電粒子を閉じ込め可能な空間を形成しており、
前記捕捉部は、前記空間と、その空間を形成している前記電極とによって形成されている、請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項１１】
前記帯電粒子は、陰イオン及び陽イオンを含み、
前記一対の電極から選ばれる一方の電極を第１電極、他方の電極を第２電極と定義したとき、
前記電界発生器は、第３電極と、前記第１電極、前記第２電極及び前記第３電極に直流電圧を印加するための直流電源と、前記第１電極の極性と前記第２電極の極性とを相互に切り換えるためのスイッチと、をさらに有し、
前記第３電極は、前記蓄熱容器の内部において、前記第１電極及び前記第２電極から離れた位置に配置されており、
前記第１電極及び前記第３電極は、前記スイッチを操作したときに電気的な反発力によって前記帯電粒子を閉じ込め可能な空間を形成しており、
前記捕捉部は、前記空間、前記第１電極及び前記第３電極によって形成されている、請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項１２】
前記スイッチは、第１〜第３状態から選ばれる１つの状態に制御され、
前記第１状態は、前記直流電源が前記第１〜第３電極の全てから切り離された状態であり、
前記第２状態は、前記第１電極及び前記第２電極から選ばれる一方が陽極となり、他方が陰極となるように前記第１電極及び前記第２電極が前記直流電源に接続され、かつ、前記第３電極が前記直流電源から切り離された状態であり、
前記第３状態は、前記第１電極及び前記第２電極が前記第２状態での極性とは反対の極性を持つように前記第１電極及び前記第２電極が前記直流電源に接続され、かつ、前記第３電極が前記第１電極と同じ極性を持つように前記第３電極が前記直流電源に接続された状態である、請求項１１に記載の蓄熱装置。
【請求項１３】
電気泳動する前記帯電粒子の移動速度を遅くする速度調整部をさらに備え、
前記速度調整部を経由して前記帯電粒子が前記捕捉部から脱出するときに必要な時間ｔ１は、前記速度調整部を経由せずに前記捕捉部に前記帯電粒子が侵入するときに必要な時間ｔ２よりも長い、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１４】
前記速度調整部は、ゲル材料で作られたゲル部材を含む、請求項１３に記載の蓄熱装置。
【請求項１５】
前記速度調整部は、毛細管を含む、請求項１３に記載の蓄熱装置。
【請求項１６】
前記潜熱蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物を主成分として含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備え、前記蓄熱装置から取り出した熱によって温水を生成し、温水で対象物を洗浄するように構成された、洗浄機。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備え、前記蓄熱装置から取り出した熱によって温風を生成し、温風で対象物を乾燥させるように構成された、乾燥機。
【請求項１９】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備え、前記蓄熱装置から取り出した熱によって温風を生成し、暖房運転を行うように構成された、暖房機器。
【請求項２０】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の蓄熱装置と、
熱交換器を有する室外機と、
を備え、
前記蓄熱装置から取り出した熱によって前記室外機の前記熱交換器の霜取り運転を行うように構成された、暖房機器。
【請求項２１】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の蓄熱装置と、
冷却器と、
を備え、
前記蓄熱装置から取り出した熱によって前記冷却器の霜取り運転を行うように構成された、冷蔵庫。
【請求項２２】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備え、エンジンの排熱を前記蓄熱装置に蓄え、前記蓄熱装置から取り出した熱によって温風を生成して暖房運転を行うように構成された、車両用暖房機器。
【請求項２３】
過冷却状態にある潜熱蓄熱材に溶質として含まれた帯電粒子が電気泳動するように、前記潜熱蓄熱材に電界を印加する工程と、
電気泳動する前記帯電粒子を捕捉して局所的に前記帯電粒子の濃度を高める工程と、
を含む、過冷却解除方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱装置及び過冷却解除方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蓄熱装置に使用できる潜熱蓄熱材について、様々な検討がなされている。例えば、酢酸ナトリウム三水和物は、凝固点（融点）５８℃、潜熱量２５０Ｊ／ｇという物性を有している。そのため、酢酸ナトリウム三水和物は、１００℃未満の低温排熱の高密度蓄熱媒体として有用であり、自動車の暖機運転のための熱源、暖房の補助熱源などに使用することが検討されている。
【０００３】
酢酸ナトリウム三水和物などの潜熱蓄熱材は、凝固点よりも低い温度まで冷却しても相変化を起こさず、液相を維持して過冷却状態になることが知られている。この性質を利用すれば、潜熱を一定期間保持できる。しかし、過冷却状態を解除する方法が確立されていないため、必要なときに熱を取り出せないという課題がある。
【０００４】
特許文献１には、銀又は鉛で作られた電極を使用して、酢酸ナトリウム三水和物を用いた潜熱蓄熱材に電圧を印加して過冷却を解除できることが記載されている。特許文献１に記載された蓄熱装置を図１８に示す。特許文献１に記載された蓄熱装置は、蓄熱槽１０１、酢酸ナトリウム三水和物１０３、熱変換パイプ１０４、電極１０５ａ、電極１０５ｂ、直流電源１０６及びヒータ１０７を備えている。蓄熱槽１０１に貯留された酢酸ナトリウム三水和物１０３は、ヒータ１０７によって加熱されて融解する。ヒータ１０７をオフにした後、酢酸ナトリウム三水和物１０３は、融点以下の温度に低下して過冷却状態となる。これにより、熱が蓄えられる。直流電源１０６をオンにして電極１０５ａと電極１０５ｂとの間に直流電界を発生させると、電極１０５ａ又は１０５ｂと酢酸ナトリウム三水和物１０３との化学反応によって過冷却状態が解除され、熱が放出される。熱変換パイプ１０４を流れる水と酢酸ナトリウム三水和物１０３との間で熱交換が行われ、蓄熱槽１０１の外部に温水が供給される。
【０００５】
特許文献２には、酢酸ナトリウム三水和物の結晶を付着させた緊締部材を陽極に取り付けることによって、長期的にわたって安定した発核作用が得られることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２０４２９３号公報
【特許文献２】実開平５−０９６７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載された方法では、酢酸ナトリウム三水和物の結晶が種結晶として発核に直接寄与しているにすぎない。過冷却状態にある潜熱蓄熱材に種結晶を接触させると、潜熱蓄熱材は直ちに発核する。種結晶を用いた発核装置は、過冷却状態を長期間維持することが困難である。
【０００８】
上記の事情に鑑み、本発明は、潜熱蓄熱材の過冷却状態を任意のタイミングで解除するための新規な技術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】
【０００９】
すなわち、本開示は、
蓄熱容器と、
蓄熱容器に収容された潜熱蓄熱材であって、溶質及び溶媒を含み、液相状態のときに前記溶質が帯電粒子を含む潜熱蓄熱材と、
一対の電極を含み、前記潜熱蓄熱材が前記液相状態にあるとき、前記一対の電極に電圧を加えることによって前記帯電粒子を電気泳動させる電界発生器と、
前記蓄熱容器の内部に設けられ、電気泳動する前記帯電粒子を捕捉して前記帯電粒子の濃度を局所的に高める捕捉部と、
を備えた、蓄熱装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
上記の蓄熱装置によれば、捕捉部によって帯電粒子の濃度が局所的に高められ、潜熱蓄熱材の結晶化確率が高まる。これにより、潜熱蓄熱材の過冷却状態を任意のタイミングで解除できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る蓄熱装置の構成図
【図２】電極対と捕捉部との位置関係を示す図
【図３】図１に示す蓄熱装置における発核原理を示す図
【図４】変形例１に係る蓄熱装置の構成図
【図５】変形例２に係る蓄熱装置の構成図
【図６】変形例３に係る蓄熱装置の構成図
【図７】変形例４に係る蓄熱装置の構成図
【図８】本発明の第２実施形態に係る蓄熱装置の構成図
【図９】図８に示す蓄熱装置における発核原理を示す図
【図１０】変形例５に係る蓄熱装置の構成図
【図１１】変形例６に係る蓄熱装置の構成図
【図１２】変形例７に係る蓄熱装置の構成図
【図１３】蓄熱装置を用いた洗濯機の構成図
【図１４】蓄熱装置を用いた暖房機器の構成図
【図１５】蓄熱装置を用いた食器洗い乾燥機の構成図
【図１６】蓄熱装置を用いた冷蔵庫の構成図
【図１７】蓄熱装置を用いた車両用暖房機器の構成図
【図１８】従来の蓄熱装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の第１態様は、
蓄熱容器と、
蓄熱容器に収容された潜熱蓄熱材であって、溶質及び溶媒を含み、液相状態のときに前記溶質が帯電粒子を含む潜熱蓄熱材と、
一対の電極を含み、前記潜熱蓄熱材が前記液相状態にあるとき、前記一対の電極に電圧を加えることによって前記帯電粒子を電気泳動させる電界発生器と、
前記蓄熱容器の内部に設けられ、電気泳動する前記帯電粒子を捕捉して前記帯電粒子の濃度を局所的に高める捕捉部と、
を備えた、蓄熱装置を提供する。
【００１３】
第１態様の蓄熱装置によれば、潜熱蓄熱材を過冷却状態に維持して熱を保存し、潜熱蓄熱材の過冷却状態を任意のタイミングで解除して熱を取り出すことができる。第１態様の蓄熱装置を様々な機器に使用すれば、排熱を回収及び保存して任意のタイミングで再利用できる。つまり、熱の有効利用によって機器の省エネルギー化が可能となる。
【００１４】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記帯電粒子は、陰イオン及び陽イオンを含み、前記捕捉部は、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜で構成され、前記陰イオン交換膜及び前記陽イオン交換膜によって、前記陰イオン及び前記陽イオンの両方が捕捉される、蓄熱装置を提供する。第２態様によれば、陰イオンの濃度及び陽イオンの濃度が同時に高められる。これにより、潜熱蓄熱材の結晶化確率を高めることができ、過冷却状態の解除を促すことができる。
【００１５】
本開示の第３態様は、第２態様に加え、前記陰イオン交換膜及び前記陽イオン交換膜は、前記一対の電極から離れており、かつ前記一対の電極の間に配置されている、蓄熱装置を提供する。このような配置によれば、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜に陽イオン及び陰イオンが効率的に捕捉されうる。
【００１６】
本開示の第４態様は、第３態様に加え、前記一対の電極は、陰極及び陽極を含み、前記陰極から相対的に近い位置に前記陰イオン交換膜が配置され、前記陽極から相対的に近い位置に前記陽イオン交換膜が配置されている、蓄熱装置を提供する。このような配置によれば、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜に陽イオン及び陰イオンが効率的に捕捉されうる。
【００１７】
本開示の第５態様は、第２〜第４態様のいずれか１つに加え、前記陰イオン交換膜の主面が前記陽イオン交換膜の主面に平行であり、前記電界の方向が前記陰イオン交換膜の前記主面及び前記陽イオン交換膜の前記主面に垂直である、蓄熱装置を提供する。このような配置によれば、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜に陽イオン及び陰イオンが効率的に捕捉されうる。
【００１８】
本開示の第６態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記一対の電極は、前記潜熱蓄熱材に対する耐食性を有する金属材料で作られており、前記潜熱蓄熱材に接触するように前記蓄熱容器の内部に配置されている、蓄熱装置を提供する。電極が耐食性を有している場合、電極と潜熱蓄熱材との間の化学反応を防止できる。
【００１９】
本開示の第７態様は、第１〜第５態様のいずれか１つに加え、前記一対の電極は、前記蓄熱容器の外部に配置されている、蓄熱装置を提供する。第７態様によれば、潜熱蓄熱材に電流が直接流れないため、電気分解による潜熱蓄熱材の変質を防止できる。また、化学反応によって電極が劣化又は摩耗することも防止できる。
【００２０】
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、前記捕捉部を構成する空間の体積は、液相時又は固相時の前記潜熱蓄熱材の体積の１０％以下である、蓄熱装置を提供する。第８態様によれば、捕捉部での帯電粒子の濃縮にかかる時間を短縮できるので、発核を促進できる。
【００２１】
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、前記蓄熱容器の内部の２箇所以上に前記捕捉部が設けられている、蓄熱装置を提供する。複数の捕捉部のうち、いずれか１つの捕捉部で発核すれば、潜熱蓄熱材の全体に結晶化が拡がる。そのため、捕捉部が１つのみ設けられている場合と比較して、発核の確率が高まる。
【００２２】
本開示の第１０態様は、第１態様に加え、前記電界発生器は、前記一対の電極から選ばれる一方の前記電極の極性と他方の前記電極とを相互に切り換えるためのスイッチを含み、前記一対の電極から選ばれる一方の前記電極は、前記スイッチを操作したときに電気的な反発力によって前記帯電粒子を閉じ込め可能な空間を形成しており、前記捕捉部は、前記空間と、その空間を形成している前記電極とによって形成されている、蓄熱装置を提供する。第１０態様によれば、捕捉部において、陰イオンの濃度及び陽イオンの濃度の両方が局所的に高まる。その結果、潜熱蓄熱材の結晶化確率が向上し、過冷却の解除を促進することができる。
【００２３】
本開示の第１１態様は、第１態様に加え、前記帯電粒子は、陰イオン及び陽イオンを含み、前記一対の電極から選ばれる一方の電極を第１電極、他方の電極を第２電極と定義したとき、前記電界発生器は、第３電極と、前記第１電極、前記第２電極及び前記第３電極に直流電圧を印加するための直流電源と、前記第１電極の極性と前記第２電極の極性とを相互に切り換えるためのスイッチと、をさらに有し、前記第３電極は、前記蓄熱容器の内部において、前記第１電極及び前記第２電極から離れた位置に配置されており、前記第１電極及び前記第３電極は、前記スイッチを操作したときに電気的な反発力によって前記帯電粒子を閉じ込め可能な空間を形成しており、前記捕捉部は、前記空間、前記第１電極及び前記第３電極によって形成されている、蓄熱装置を提供する。第１１態様によれば、捕捉部において、陰イオンの濃度及び陽イオンの濃度の両方が局所的に高まる。その結果、潜熱蓄熱材の結晶化確率が向上し、過冷却の解除を促進することができる。
【００２４】
本開示の第１２態様は、第１１態様に加え、前記スイッチは、第１〜第３状態から選ばれる１つの状態に制御され、前記第１状態は、前記直流電源が前記第１〜第３電極の全てから切り離された状態であり、前記第２状態は、前記第１電極及び前記第２電極から選ばれる一方が陽極となり、他方が陰極となるように前記第１電極及び前記第２電極が前記直流電源に接続され、かつ、前記第３電極が前記直流電源から切り離された状態であり、前記第３状態は、前記第１電極及び前記第２電極が前記第２状態での極性とは反対の極性を持つように前記第１電極及び前記第２電極が前記直流電源に接続され、かつ、前記第３電極が前記第１電極と同じ極性を持つように前記第３電極が前記直流電源に接続された状態である、蓄熱装置を提供する。第１２態様によれば、捕捉部において、陰イオンの濃度及び陽イオンの濃度の両方を局所的に高めることができる。
【００２５】
本開示の第１３態様は、第１〜第１２態様のいずれか１つに加え、電気泳動する前記帯電粒子の移動速度を遅くする速度調整部をさらに備え、前記速度調整部を経由して前記帯電粒子が前記捕捉部から脱出するときに必要な時間ｔ１は、前記速度調整部を経由せずに前記捕捉部に前記帯電粒子が侵入するときに必要な時間ｔ２よりも長い、蓄熱装置を提供する。第１３態様によれば、捕捉部に帯電粒子がとどまる時間が長くなるので、捕捉部において帯電粒子が効率的に濃縮される。その結果、結晶化確率が向上して、過冷却状態の解除を促すことができる。
【００２６】
本開示の第１４態様は、第１３態様に加え、前記速度調整部は、ゲル材料で作られたゲル部材を含む、蓄熱装置を提供する。ゲル部材によれば、ゲル材料及び濃度を変更することによって、ゲル部材の内部における帯電粒子の速度を任意に調整できる。その結果、捕捉部における帯電粒子の濃度を効率的に高めることができる。
【００２７】
本開示の第１５態様は、第１３態様に加え、前記速度調整部は、毛細管を含む、蓄熱装置を提供する。毛細管もその内部を通過しようとする帯電粒子の移動速度を遅くする能力を持っている。従って、第１５態様においても、第１４態様と同じ効果が得られる。
【００２８】
本開示の第１６態様は、第１〜第１５態様のいずれか１つに加え、前記潜熱蓄熱材は、酢酸ナトリウム三水和物を主成分として含む、蓄熱装置を提供する。酢酸ナトリウム三水和物は、長期にわたって過冷却状態を比較的安定に維持する。酢酸ナトリウム三水和物を潜熱蓄熱材として使用すれば、長期にわたって熱を蓄えることできる。
【００２９】
本開示の第１７態様は、第１〜第１６態様のいずれか１つの蓄熱装置を備え、前記蓄熱装置から取り出した熱によって温水を生成し、温水で対象物を洗浄するように構成された、洗浄機を提供する。
【００３０】
本開示の第１８態様は、第１〜第１６態様のいずれか１つの蓄熱装置を備え、前記蓄熱装置から取り出した熱によって温風を生成し、温風で対象物を乾燥させるように構成された、乾燥機を提供する。
【００３１】
本開示の第１９態様は、第１〜第１６態様のいずれか１つの蓄熱装置を備え、前記蓄熱装置から取り出した熱によって温風を生成し、暖房運転を行うように構成された、暖房機器を提供する。
【００３２】
本開示の第２０態様は、第１〜第１６態様のいずれか１つの蓄熱装置と、
熱交換器を有する室外機と、
を備え、
前記蓄熱装置から取り出した熱によって前記室外機の前記熱交換器の霜取り運転を行うように構成された、暖房機器を提供する。
【００３３】
本開示の第２１態様は、第１〜第１６態様のいずれか１つの蓄熱装置と、
冷却器と、
を備え、
前記蓄熱装置から取り出した熱によって前記冷却器の霜取り運転を行うように構成された、冷蔵庫を提供する。
【００３４】
本開示の第２２態様は、第１〜第１６態様のいずれか１つの蓄熱装置を備え、エンジンの排熱を前記蓄熱装置に蓄え、前記蓄熱装置から取り出した熱によって温風を生成して暖房運転を行うように構成された、車両用暖房機器を提供する。
【００３５】
第１７〜第２２態様によれば、排熱を回収及び保存して任意のタイミングで再利用できる。つまり、熱の有効利用によって機器の省エネルギー化が可能となる。
【００３６】
本開示の第２３態様は、
過冷却状態にある潜熱蓄熱材に溶質として含まれた帯電粒子が電気泳動するように、前記潜熱蓄熱材に電界を印加する工程と、
電気泳動する前記帯電粒子を捕捉して局所的に前記帯電粒子の濃度を高める工程と、
を含む、過冷却解除方法を提供する。
【００３７】
第２３態様によれば、第１態様と同じ効果が得られる。
【００３８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００３９】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る蓄熱装置５０は、蓄熱容器１０、潜熱蓄熱材１１、捕捉部１２、直流電源１３、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ及び熱交換器１５を備えている。直流電源１３、第１電極１４ａ（陰極）及び第２電極１４ｂ（陽極）は、電界発生器１６を構成している。潜熱蓄熱材１１が過冷却状態にあるとき、第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂに電圧を加えることによって、潜熱蓄熱材１１に含まれた帯電粒子を電気泳動させる。電気泳動する帯電粒子が捕捉部１２で捕捉され、帯電粒子の濃度が捕捉部１２で局所的に高まる。これにより、潜熱蓄熱材１１の結晶化確率が高まり、過冷却状態を解除することができる。
【００４０】
蓄熱容器１０には、潜熱蓄熱材１１が収容されている。本実施形態では、蓄熱容器１０の上部が開いている。ただし、蓄熱容器１０は密閉されていてもよい。潜熱蓄熱材１１は、例えば、酢酸ナトリウム三水和物を主成分として含む。「主成分」の語句は、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。酢酸ナトリウム三水和物は、長期にわたって過冷却状態を比較的安定に維持する。酢酸ナトリウム三水和物を潜熱蓄熱材１１として使用すれば、長期にわたって熱を蓄えることできる。また、酢酸ナトリウム三水和物の融点は約５８℃と高い。そのため、酢酸ナトリウム三水和物を潜熱蓄熱材１１として使用した蓄熱装置５０は、暖房システム、給湯システムなどの熱供給システムの熱源として有効に使用されうる。ただし、潜熱蓄熱材１１は酢酸ナトリウム三水和物に限定されず、硫酸ナトリウム十水塩などの他の潜熱蓄熱材を利用温度帯に応じて使用できる。
【００４１】
別の側面において、潜熱蓄熱材１１は、液相状態で溶質及び溶媒を含む。溶質は、例えば、有機酸の塩又は無機酸の塩である。溶媒は、例えば、水である。潜熱蓄熱材１１が液相状態（つまり、溶液の状態）にあるとき、潜熱蓄熱材１１の溶質は帯電粒子を含む。帯電粒子は、典型的には、陰イオン及び陽イオンである。酢酸ナトリウム三水和物を例に挙げると、溶質が酢酸ナトリウムであり、溶媒が水である。１モルの酢酸ナトリウムに対して、例えば、３〜１０モルの水が使用される。酢酸ナトリウムは、ナトリウムイオンと酢酸イオンとに電離している。ただし、溶質に含まれた帯電粒子はイオンに限定されず、他の帯電粒子であってもよい。
【００４２】
電極１４ａ及び１４ｂは、蓄熱容器１０の内部に配置されており、潜熱蓄熱材１１に直接接触している。第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に潜熱蓄熱材１１が存在している。そのため、第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に加える直流電圧が低い場合でも、電気泳動に必要な強度を持った直流電界（静電界）を発生させることができる。つまり、直流電源１３の出力電圧を抑制することができる。このことは、蓄熱装置５０の安全性の向上及び省エネルギー化に寄与する。
【００４３】
第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂの形状は、例えば板状である。第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂは、互いに平行に並べられており、電極間の距離は一定である。第１電極１４ａのサイズ及び形状は、第２電極１４ｂのサイズ及び形状に一致している。電極１４ａ及び１４ｂは、潜熱蓄熱材１１に対する耐食性を有する金属材料で作られていることが望ましい。そのような金属材料として、不動態皮膜を有するステンレス、白金合金などが挙げられる。電極１４ａ及び１４ｂが耐食性を有している場合、第１電極１４ａ（及び／又は第２電極１４ｂ）と潜熱蓄熱材１１との間の化学反応を防止できる。蓄熱と放熱を繰り返しても第１電極１４ａ（及び／又は第２電極１４ｂ）が劣化せず、化学反応に由来する不純物も発生しない。このことは、蓄熱装置５０の長期信頼性を向上させる。
【００４４】
なお、特許文献１の方法では、電極上の反応を利用しているため、電極材料が限定されるだけでなく、蓄熱と放熱を繰り返すと電極材料が消費される。また、化学反応によって生じた不純物が増加して潜熱蓄熱材の特性が徐々に劣化する可能性がある。
【００４５】
電極１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、直流電源１３に接続されている。直流電源１３から電極１４ａ及び１４ｂに電圧を加えたとき、第１電極１４ａが陰極となり、第２電極１４ｂが陽極となる。直流電源１３は、出力電圧を調整できる直流電源であってもよい。直流電源１３は、電極１４ａ及び１４ｂに電圧を印加する状態と電圧を印加しない状態とを切り換えるためのスイッチを含んでいてもよい。さらに、直流電源１３は、第１電極１４ａの極性と第２電極１４ｂの極性とを相互に切り換えるためのスイッチを含んでいてもよい。
【００４６】
捕捉部１２は、蓄熱容器１０の内部に設けられている。本実施形態において、捕捉部１２は、陰イオン交換膜１２ａ及び陽イオン交換膜１２ｂを含む。陰イオン交換膜１２ａ及び陽イオン交換膜１２ｂは、互いに向かい合っている。陰イオン交換膜１２ａと陽イオン交換膜１２ｂとで囲まれた空間１２ｓ（以下、捕捉空間１２ｓと称する）は、陰イオン交換膜１２ａ及び陽イオン交換膜１２ｂとともに捕捉部１２としての役割を担う。電極１４ａ及び１４ｂに電圧を印加して電界を発生させたとき、陰イオン交換膜１２ａ及び陽イオン交換膜１２ｂによって、陰イオン及び陽イオンの両方が捕捉される。捕捉空間１２ｓにおいて、陰イオンの濃度及び陽イオンの濃度が同時に高められる。これにより、潜熱蓄熱材１１の結晶化確率を高めることができ、過冷却状態の解除を促すことができる。
【００４７】
本実施形態において、陰イオン交換膜１２ａ及び陽イオン交換膜１２ｂは、電極１４ａ及び１４ｂから離れており、第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に配置されている。また、第１電極１４ａ（陰極１４ａ）から相対的に近い位置に陰イオン交換膜１２ａが配置されている。第２電極１４ｂ（陽極１４ｂ）から相対的に近い位置に陽イオン交換膜１２ｂが配置されている。さらに、陰イオン交換膜１２ａの主面は、陽イオン交換膜１２ｂの主面に平行である。電界の方向は、陰イオン交換膜１２ａの主面及び陽イオン交換膜１２ｂの主面に垂直である。このような配置によれば、陰イオン交換膜１２ａ及び陽イオン交換膜１２ｂに陽イオン及び陰イオンが効率的に捕捉されうる。陰イオン交換膜１２ａ及び陽イオン交換膜１２ｂは、例えば、直方体の形状を有する枠の向かい合う面に取り付けられて蓄熱容器１０の内部に配置されている。なお、「主面」の語句は、最も広い面積を有する面を意味する。「平行」及び「垂直」の語句は、完全な平行及び完全な垂直を必ずしも意味しない。所望の効果に顕著な違いが現れない程度の角度の違い、例えば２〜３度の角度の違いが存在していたとしても、「平行」及び「垂直」の要件は満たされる。
【００４８】
図２に示すように、電界の方向に平行な平面に電極１４ａ及び１４ｂを投影したとき、投影面において、電極１４ａ及び１４ｂは、例えば矩形の形状を有する。捕捉部１２も矩形の形状を有する。投影面において、捕捉部１２の全部が電極１４ａ及び１４ｂの内側に収まっている。このような位置関係によれば、捕捉部１２の全体に帯電粒子（イオン）を効率的に捕捉させることができるので、帯電粒子の濃度を効率的に高めることができる。なお、電極１４ａ及び１４ｂの形状は特に限定されない。捕捉部１２の形状も特に限定されない。
【００４９】
本実施形態において、捕捉部１２の体積は、陰イオン交換膜１２ａと陽イオン交換膜１２ｂとで囲まれた空間１２ｓの体積で定義される。捕捉部１２の体積は、液相時又は固相時の潜熱蓄熱材１１の体積に対して相対的に小さいことが望ましい。この場合、狭い空間で帯電粒子を濃縮できるため、結晶化確率の更なる向上を期待できる。捕捉部１２の体積は、例えば、液相時又は固相時の潜熱蓄熱材１１の体積の５〜１０％の範囲にある。この場合、捕捉部１２での帯電粒子の濃縮にかかる時間を短縮できるので、発核を促進できる。
【００５０】
例えば、捕捉部１２の体積が潜熱蓄熱材１１の体積の１０％の場合と５０％の場合とを比較する。捕捉部１２の形状は立方体であると仮定する。１０％の場合において、捕捉部１２の１つの面を通過して捕捉部１２に入る帯電粒子の数が、単位時間あたり、ｎ個であると仮定する。５０％の場合において、捕捉部１２の１つの面を通過して捕捉部１２に入る帯電粒子の数は、単位時間あたり、（ｎ×５2/3）個である。つまり、５０％の場合、１０％の場合の約３倍の数の帯電粒子が捕捉部１２に入る。一方、捕捉部１２に存在する溶媒の量を比較すると、５０％の場合の溶媒の量は、１０％の場合の溶媒の量の５倍である。単位時間後の（粒子数）／（溶媒量）で示される濃度を比較すると、１０％の場合の値は、５０％の場合の値の約１．７倍である。すなわち、捕捉部１２の体積が潜熱蓄熱材１１の体積の１０％の場合、帯電粒子の濃縮にかかる時間は、捕捉部１２の体積が潜熱蓄熱材１１の体積の５０％の場合に濃縮にかかる時間の１／１．７である。発核までの時間も１／１．７の時間で足りると予測される。
【００５１】
熱交換器１５は、蓄熱容器１０の内部に配置されており、潜熱蓄熱材１１に直接接触している。熱交換器１５は、蓄熱容器１０の外部に延びており、外部熱源に接続されうる。熱交換器１５に熱媒体を流すことによって、潜熱蓄熱材１１に熱を供給できるとともに、潜熱蓄熱材１１から熱を奪うことができる。ただし、このような熱交換部１５は必須ではない。例えば、蓄熱容器１０の外表面を伝熱面として使用し、水などの熱媒体と潜熱蓄熱材１１との間で熱交換を生じさせることも可能である。
【００５２】
次に、蓄熱装置５０における潜熱蓄熱材１１の発核原理について説明する。過冷却状態にある潜熱蓄熱材１１が発核すると、液相から固相への相変化が始まり、相変化の過程で潜熱が放出される。放出された潜熱は、熱交換器１５を用いて、蓄熱装置５０の外部に取り出すことができる。
【００５３】
図３の左図に示すように、潜熱蓄熱材１１は、外部熱源から供給された熱で融解する。その後、融点以下に温度が下がっても、潜熱蓄熱材１１は、液相を維持して過冷却状態になる。過冷却状態において、潜熱蓄熱材１１は、溶質（例えば、酢酸ナトリウム）及び溶媒（例えば、水）から構成されている。溶質は、陰イオン１１ａと陽イオン１１ｂとに電離している。潜熱蓄熱材１１の種類にも依存するが、過冷却状態は比較的安定であり、外的要因を与えない限り、過冷却状態が維持されうる。
【００５４】
図３の右図に示すように、潜熱蓄熱材１１から潜熱を取り出すために、直流電源１３によって第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に直流電圧が印加されると、陰イオン１１ａ及び陽イオン１１ｂは電気泳動する。陽イオン１１ｂは、陰極である第１電極１４ａに引き寄せられる。陰イオン１１ａは、陽極である第２電極１４ｂに引き寄せられる。しかし、陽イオン１１ｂは、陰イオン交換膜１２ａを通過できず、又は、陰イオン交換膜１２ａによって通過速度を下げられて、捕捉部１２（詳細には、捕捉空間１２ｓ）にとどまる。陰イオン１１ａは、陽イオン交換膜１２ｂを通過できず、又は、通過速度を下げられて、捕捉部１２にとどまる。捕捉部１２では、陰イオン１１ａの濃度及び陽イオン１１ｂの濃度の両方が局所的に高まる。その結果、潜熱蓄熱材１１の結晶化確率が向上し、過冷却の解除を促進することができる。
【００５５】
第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に印加される直流電圧は、潜熱蓄熱材１１の組成、電極間の距離などに応じて決められる。印加される直流電圧は、潜熱蓄熱材１１の分解を招来しないように決定される。一例において、０．５〜２Ｖの直流電圧が第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に印加される。潜熱蓄熱材１１の濃度に応じて、電気分解しない範囲でなるべく高い電圧を第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に印加することが望ましい。
【００５６】
以下、いくつかの変形例を説明する。図１に示す蓄熱装置５０と各変形例とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。すなわち、蓄熱装置５０に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、以下の変形例にも適用されうる。
【００５７】
（変形例１）
図４に示すように、変形例１に係る蓄熱装置５１において、電極１４ａ及び１４ｂは、蓄熱容器１０の外部に配置されている。つまり、電極１４ａ及び１４ｂは、潜熱蓄熱材１１に接触していない。潜熱蓄熱材１１を直流電界の影響下におかれている限り、電気泳動するイオンを捕捉部１２で捕捉して結晶化確率を高め、過冷却状態の解除を促進させることができる。本変形例によれば、潜熱蓄熱材１１に電流が直接流れないため、電気分解による潜熱蓄熱材１１の変質を防止できる。また、化学反応によって電極１４ａ又は１４ｂが劣化又は摩耗することも防止できる。その結果、蓄熱装置５１の長期信頼性を高めることができる。電極１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、蓄熱容器１０に接していてもよいし接していなくてもよい。蓄熱容器１０が接地されて静電シールドになることを防ぐために、蓄熱容器１０は、樹脂などの絶縁材料で作られていることが望ましい。
【００５８】
（変形例２）
図５に示すように、変形例２に係る蓄熱装置５２において、蓄熱容器１０の内部の２箇所以上に捕捉部１２が設けられている。複数の捕捉部１２のうち、いずれか１つの捕捉部１２で発核すれば、潜熱蓄熱材１１の全体に結晶化が拡がる。そのため、捕捉部１２が１つのみ設けられている場合と比較して、発核の確率が高まる。さらに、複数の捕捉部１２から概ね同時に発核させることによって、潜熱蓄熱材１１の結晶化スピードを向上させることができる。そのため、より素早く熱を取り出せる。図５に示す例では、捕捉部１２が蓄熱容器１０の内部の５箇所に設けられている。ただし、捕捉部１２の数は限定されない。蓄熱装置５２のサイズなどに応じて、捕捉部１２の数を決定することができる。図５に示す例では、複数の捕捉部１２は、鉛直方向に沿って、千鳥状に配列されている。複数の捕捉部１２の配列も特に限定されない。
【００５９】
（変形例３）
図６に示すように、変形例３に係る蓄熱装置５３は、速度調整部１７及び少なくとも１つの隔壁１８をさらに備えている。速度調整部１７及び隔壁１８を除き、本変形例の蓄熱装置５３の構成は、図１を参照して説明した蓄熱装置５０の構成と同じである。
【００６０】
速度調整部１７は、電気泳動する帯電粒子（イオン）の移動速度を遅くする役割を担う。速度調整部１７を経由して帯電粒子が捕捉部１２から脱出するときに必要な時間をｔ１、速度調整部１７を経由せずに帯電粒子が捕捉部１２に侵入するときに必要な時間をｔ２と定義する。速度調整部１７は、時間ｔ１が時間ｔ２を下回るように、捕捉部１２に隣接して配置されている。潜熱蓄熱材１１を構成する帯電粒子は、電気泳動、対流、拡散などの作用によって捕捉部１２に出入りする。帯電粒子の移動は、速度調整部１７によって妨害される。捕捉部１２から捕捉部１２の外部に脱出するときの帯電粒子の移動速度は、速度調整部１７以外（本変形例では、イオン交換膜１２ａ及び１２ｂ）を経由して捕捉部１２の外部から捕捉部１２に侵入するときの帯電粒子の移動速度よりも遅い。捕捉部１２に帯電粒子がとどまる時間が長くなるので、捕捉部１２において帯電粒子が効率的に濃縮される。その結果、結晶化確率が向上して、過冷却状態の解除を促すことができる。
【００６１】
本変形例において、速度調整部１７は、捕捉部１２からの帯電粒子の脱出経路上に設けられたゲル部材１７である。詳細には、陰イオン交換膜１２ａと陽イオン交換膜１２ｂとで囲まれた捕捉空間１２ｓがゲル部材１７及び隔壁１８で閉じられている。隔壁１８は、粒子の通過を禁止する部材であり、例えば、金属板又は樹脂板である。隔壁１８は、捕捉空間１２ｓと捕捉部１２の外部の空間とを遮断している。つまり、捕捉空間１２ｓと捕捉部１２の外部の空間との間の経路は、陰イオン交換膜１２ａ、陽イオン交換膜１２ｂ及びゲル部材１７に制限されている。例えば、直方体の形状の枠体の１組の向かい合う面にイオン交換膜１２ａ及び１２ｂを配置し、他の１組の向かい合う面のそれぞれに隔壁１８を配置し、残りの１組の向かい合う面に隔壁１８及びゲル部材１７を配置することができる。ただし、捕捉部１２の外部の空間と捕捉空間１２ｓとを連通する狭い連通路が設けられていてもよい。捕捉空間１２ｓで始まった結晶化が連通路を通じて捕捉部１２の外部に存在する潜熱蓄熱材１１にも伝搬しうる。
【００６２】
ゲル部材１７は、ゲル材料で作られている。ゲル材料としては、アガロース、カラギーナン、ポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルロース、ガラクトマンナン、ペクチンなどが挙げられる。ゲル材料は、潜熱蓄熱材１１を構成する溶媒に対して不溶性を示すことが望ましい。ゲル部材１７は、例えば、一定の厚みを有する膜の形状を有する。ゲル部材１７は、帯電粒子を通過させるが、ゲル部材１７における帯電粒子の移動速度は、溶媒中における帯電粒子の移動速度よりも十分に遅い。ゲル部材１７によれば、ゲル材料及びゲルの濃度を変更することによって、ゲル部材１７の内部における帯電粒子の速度を任意に調整できる。その結果、捕捉部１２における帯電粒子の濃度を効率的に高めることができる。
【００６３】
直流電源１３によって第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に直流電圧が印加されると、陰イオン１１ａ及び陽イオン１１ｂが電気泳動する。陰イオン１１ａ及び陽イオン１１ｂの一部は、捕捉部１２に一時的にとどまる。ただし、捕捉部１２に一時的にとどまる陰イオン１１ａ及び陽イオン１１ｂも、電極１４ａ又は１４ｂから引力を受け続ける。そのため、陰イオン１１ａ及び陽イオン１１ｂは、イオン交換膜１２ａ又は１２ｂを迂回して捕捉部１２から脱出しようとする。捕捉部１２の下方は隔壁１８によって閉じられているので、陰イオン１１ａ及び陽イオン１１ｂは、捕捉部１２の上方に配置されたゲル部材１７を通過して捕捉部１２の外部へと脱出する。ゲル部材１７を通過するときの陰イオン１１ａ及び陽イオン１１ｂの移動速度は、溶質中（水中）におけるそれらの移動速度よりも十分に遅い。このようにすれば、捕捉部１２におけるイオン１１ａ及び１１ｂの滞在時間が延び、捕捉部１２においてイオン１１ａ及び１１ｂが効率的に濃縮される。これにより、潜熱蓄熱材１１の結晶化確率を高めることができ、過冷却状態の解除を促すことができる。
【００６４】
（変形例４）
図７に示すように、変形例４に係る蓄熱装置５４は、速度調整部１９及び隔壁１８をさらに備えている。速度調整部１９及び隔壁１８を除き、本変形例の蓄熱装置５４の構成は、図１を参照して説明した蓄熱装置５０の構成と同じである。
【００６５】
本変形例では、ゲル部材１７に代えて、毛細管１９が速度調整部として使用されている。毛細管１９もその内部を通過しようとする帯電粒子の移動速度を遅くする能力を持っている。従って、本変形例においても、ゲル部材１７を使用した変形例４と同じ効果が得られる。また、毛細管１９の材料、内径などを変更することによって、毛細管１９の内部における帯電粒子の移動速度を任意に調整できる。そのため、帯電粒子の濃度を効率的に高めることができる。また、毛細管１９は、ガラス、セラミック、金属などの無機物で作ることができる。そのため、潜熱蓄熱材１１に接触させても、毛細管１９の経年劣化は少ない。このことは、蓄熱装置５４の長期信頼性を向上させる。
【００６６】
以下、いくつかの第２実施形態に係る蓄熱装置を説明する。第１実施形態と第２実施形態とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。すなわち、第１実施形態の説明は、技術的に矛盾しない限り、第２実施形態にも適用されうる。
【００６７】
（第２実施形態）
図８に示すように、本実施形態に係る蓄熱装置６０は、捕捉部２６及び電界発生器１６１を備えている。電界発生器１６１は、直流電源１３、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ、第３電極１４ｃ、スイッチ２２ａ及びスイッチ２２ｂを含む。直流電源１３は、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ及び第３電極１４ｃに直流電圧を印加する役割を担う。スイッチ２２ａ及び２２ｂは、第１電極１４ａの極性と第２電極１４ｂの極性とを相互に切り換える役割を担う。第１電極１４ａ及び第３電極１４ｃは、スイッチ２２ａ及び２２ｂを制御（操作）したときに電気的な反発力によって帯電粒子を閉じ込め可能な空間２４（以下、捕捉空間２４と称する）を形成している。詳細には、捕捉空間２４は、第１電極１４ａ、第３電極１４ｃ及び蓄熱容器１０によって囲まれた空間である。捕捉部２６は、捕捉空間２４、第１電極１４ａ及び第３電極１４ｃによって形成されている。
【００６８】
第３電極１４ｃは、蓄熱容器１０の内部において、第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂから離れた位置に配置されている。第１電極１４ａと第３電極１４ｃとの間には、狭い隙間２１が形成されている。潜熱蓄熱材１１は、この隙間２１のみを通じて、捕捉空間２４と捕捉空間２４以外の空間との間を移動できる。
【００６９】
図９の左図に示すように、潜熱蓄熱材１１は、外部熱源から供給された熱で融解する。その後、融点以下に温度が下がっても、潜熱蓄熱材１１は、液相を維持して過冷却状態になる。過冷却状態において、潜熱蓄熱材１１は、溶質（例えば、酢酸ナトリウム）及び溶媒（例えば、水）から構成されている。溶質は、陰イオン１１ａと陽イオン１１ｂとに電離している。潜熱蓄熱材１１の種類にも依存するが、過冷却状態は比較的安定であり、外的要因を与えない限り、過冷却状態が維持されうる。このとき、スイッチ２２ａ及び２２ｂは、直流電源１３が第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ及び第３電極１４ｃの全てから切り離されるように制御される（第１状態）。
【００７０】
図９の中央図に示すように、潜熱蓄熱材１１から潜熱を取り出すために、直流電源１３から第１電極１４ａと第２電極１４ｂとの間に直流電圧が印加されるようにスイッチ２２ａ及び２２ｂが制御される。詳細には、第１電極１４ａが陰極となり、第２電極１４ｂが陽極となるようにスイッチ２２ａ及び２２ｂが制御される（第２状態）。陰イオン１１ａ及び陽イオン１１ｂは電気泳動する。陽イオン１１ｂは、陰極である第１電極１４ａに引き寄せられる。陰イオン１１ａは、陽極である第２電極１４ｂに引き寄せられる。このとき、第３電極１４ｃに電圧は印加されていない。
【００７１】
次に、図９の右図に示すように、第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂに加えて、第３電極１４ｃにも直流電圧が印加されるようにスイッチ２２ａ及び２２ｂが制御される。詳細には、第１電極１４ａ及び第３電極１４ｃが陽極となり、第２電極１４ｂが陰極となるようにスイッチ２２ａ及び２２ｂが制御される（第３状態）。すると、陽イオン１１ｂは、陰極である第２電極１４ｂに引き寄せられる。陰イオン１１ａは、陽極である第１電極１４ａ及び第３電極１４ｃに引き寄せられる。しかし、第１電極１４ａ及び第３電極１４ｃがともに陽極であるため、捕捉空間２４に存在する陽イオン１１ｂは第１電極１４ａ及び第３電極１４ｃと反発し、捕捉部２６にとどまる。一方、陰イオン１１ａは、第１電極１４ａ及び第３電極１４ｃに引き寄せられ、捕捉空間２４に容易に流入する。その結果、捕捉部２６（捕捉空間２４）では、陰イオン１１ａの濃度及び陽イオン１１ｂの濃度の両方が局所的に高まる。その結果、潜熱蓄熱材１１の結晶化確率が向上し、過冷却の解除を促進することができる。
【００７２】
図９に示すように、スイッチ２２ａ及び２２ｂは、第１〜第３状態から選ばれる１つの状態に制御される。第１状態は、直流電源１３が第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ及び第３電極１４ｃの全てから切り離された状態である。第２状態は、第１電極１４ａが陰極となり、第２電極１４ｂが陽極となるように第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂが直流電源に接続され、かつ、第３電極１４ｃが直流電源１３から切り離された状態である。第３状態は、第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂが第２状態での極性とは反対の極性を持つように第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂが直流電源１３に接続され、かつ、第３電極１４ｃが第１電極１４ａと同じ極性を持つように第３電極１４ｃが直流電源１３に接続された状態である。これにより、捕捉部２６において、陰イオン１１ａの濃度及び陽イオン１１ｂの濃度の両方を局所的に高めることができる。
【００７３】
なお、第２状態（図９の中央図）において、第１電極１４ａが陽極となり、第２電極１４ｂが陰極となるように第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂが直流電源に接続されてもよい。また、陰イオン１１ａ又は陽イオン１１ｂを一時的にとどまらせることができる空間を形成できる限り、電極１４ａ〜１４ｃの配置は、図８に示す配置に限定されない。
【００７４】
（変形例５）
図１０に示すように、変形例５に係る蓄熱装置６１は、速度調整部１７をさらに備えている。速度調整部１７を除き、本変形例の蓄熱装置６１の構成は、図９を参照して説明した蓄熱装置６０の構成と同じである。
【００７５】
速度調整部１７は、変形例３で説明したゲル部材１７であり、捕捉部２６（詳細には、捕捉空間２４）からの帯電粒子の脱出経路上に設けられている。詳細には、ゲル部材１７は、第１電極１４ａ及び第３電極１４ｃによって囲まれた捕捉空間２４に配置されている。図９を参照して説明したように、スイッチ２２ａ及び２２が第１状態、第２状態及び第３状態の順番で制御されると、捕捉部２６において、陰イオン１１ａの濃度及び陽イオン１１ｂの濃度の両方が局所的に高められる。スイッチ２２ａ及び２２ｂが第２状態（図９の中央図）から第３状態（図９の右図）に切り換えられたとき、陽イオン１１ｂは、第２電極１４ｂに引き寄せられる。このとき、ゲル部材１７によって陽イオン１１ｂの移動速度が下げられるので、陽イオン１１ｂは、より長い時間にわたって捕捉部２６にとどまる。その結果、捕捉部２６における陰イオン１１ａ及び陽イオン１１ｂの滞在時間をさらに延ばすことができ、捕捉部２６においてイオン１１ａ及び１１ｂが効率的に濃縮される。
【００７６】
（変形例６）
図１１に示すように、変形例６に係る蓄熱装置６２は、速度調整部１９をさらに備えている。速度調整部１９を除き、本変形例の蓄熱装置６２の構成は、図９を参照して説明した蓄熱装置６０の構成と同じである。
【００７７】
速度調整部１９は、変形例４で説明した毛細管１９である。毛細管１９もその内部を通過しようとする帯電粒子の移動速度を遅くする能力を持っている。従って、本変形例においても、ゲル部材１７を使用した変形例５と同じ効果が得られる。
【００７８】
（変形例７）
図１２に示すように、変形例７に係る蓄熱装置６３は、電界発生器１６２を備えている。電界発生器１６２を除き、本変形例の蓄熱装置６３の構成は、図９を参照して説明した蓄熱装置６０の構成と同じである。
【００７９】
電界発生器１６２は、直流電源１３、第１電極１４ａ、第２電極１４ｂ、スイッチ２２ａ及びスイッチ２２ｂを含む。スイッチ２２ａ及び２２ｂは、第１電極１４ａの極性と第２電極１４ｂの極性とを相互に切り換える役割を担う。第１電極１４ａは、スイッチ２２ａ及び２２ｂを操作したときに電気的な反発力によって帯電粒子を閉じ込め可能な捕捉空間２４を形成している。詳細には、第１電極１４ａは、Ｌ字状の断面を有している。捕捉空間２４は、第１電極１４ａ及び蓄熱容器１０によって囲まれた空間である。捕捉部２６は、捕捉空間２４及び第１電極１４ａによって形成されている。第１電極１４ａの先端と蓄熱容器１０の内面との間には、狭い隙間２１が形成されている。潜熱蓄熱材１１は、この隙間２１のみを通じて、捕捉空間２４と捕捉空間２４以外の空間との間を移動できる。
【００８０】
第１電極１４ａが陰極となり、第２電極１４ｂが陽極となるように、スイッチ２２ａ及び２２ｂが制御される（図９の中央図に示す状態）。陽イオン１１ｂは、陰極である第１電極１４ａに引き寄せられる。陰イオン１１ａは、陽極である第２電極１４ｂに引き寄せられる。次に、第１電極１４ａが陽極となり、第２電極１４ｂが陰極となるようにスイッチ２２ａ及び２２ｂが制御される（図９の右図に示す状態）。すると、陰イオン１１ａは、陽極である第１電極１４ａに引き寄せられる。しかし、第１電極１４ａが陽極であるため、捕捉空間２４に存在する陽イオン１１ｂは第１電極１４ａに反発し、捕捉部２６にとどまる。一方、陰イオン１１ａは、第１電極１４ａに引き寄せられ、捕捉部２６を構成する捕捉空間２４に容易に流入する。その結果、捕捉部２６（捕捉空間２４）では、陰イオン１１ａの濃度及び陽イオン１１ｂの濃度の両方が局所的に高まる。その結果、潜熱蓄熱材１１の結晶化確率が向上し、過冷却の解除を促進することができる。
【００８１】
以上の通り、本明細書で説明した技術によれば、過冷却状態にある潜熱蓄熱材の発核に種結晶を使用する必要が無いので、長期にわたって過冷却状態を安定的に維持できる。また、直流電源及びスイッチを制御するだけで過冷却状態にある潜熱蓄熱材を任意のタイミングで発核させ、液相から固相への相変化に伴って発生する潜熱を潜熱蓄熱材から取り出すことができる。そのため、熱の有効利用が可能になる。
【００８２】
以下、蓄熱装置のいくつかの応用例を説明する。
【００８３】
（応用例１）
図１３に示すように、応用例１に係る洗濯機２００（洗濯乾燥機又は衣類乾燥機）は、蓄熱装置５０を備えている。例えば、入浴後の湯の残存熱を用いて蓄熱装置５０の潜熱蓄熱材を融解させて蓄熱する。蓄熱直後でも一定時間経過後でも蓄熱装置５０から熱を取り出せるため、洗浄能力向上のための温水洗濯時の温水生成の熱源として蓄熱装置５０を使用したり、乾燥運転時の温風生成の熱源として蓄熱装置５０を使用できる。排熱を利用して蓄熱装置５０に熱が蓄えられるので、洗濯機２００のエネルギー消費を抑制できる。なお、排熱は入浴後の湯の残存熱に限定されない。台所排水などの他の熱媒体の排熱を利用しても同じ効果が得られる。
【００８４】
温水で対象物を洗浄するように構成された洗浄機は、洗濯機２００に限定されない。食器洗浄機、食品洗浄機などの洗浄機全般に蓄熱装置５０を使用できる。
【００８５】
（応用例２）
図１４に示すように、応用例２に係る暖房機器３００は、室外機３０１及び室内機３０２を備えている。室外機３０１は、蓄熱装置５０を有する。例えば、室外機３０１の圧縮機の排熱を用いて蓄熱装置５０の潜熱蓄熱材を融解させて蓄熱する。蓄熱直後でも一定時間経過後でも蓄熱装置５０から熱を取り出せるため、室外機３０１の熱交換器に霜が堆積することによる能力低下を防ぐための霜取り運転時に蓄熱装置５０を使用したり、暖房運転時の温風生成の熱源として蓄熱装置５０を使用できる。排熱を利用して蓄熱装置５０に熱が蓄えられるので、暖房機器３００のエネルギー消費を抑制できる。
【００８６】
（応用例３）
図１５に示すように、応用例３に係る食器洗い乾燥機４００（又は食器乾燥器）は、蓄熱装置５０を備えている。食器洗浄運転又は乾燥運転後の排水又は庫内の残存熱を用いて蓄熱装置５０の潜熱蓄熱材を融解させて蓄熱する。蓄熱直後でも一定時間経過後でも蓄熱装置５０から熱を取り出せるため、次回の食器洗浄用の温水生成の熱源として蓄熱装置５０を使用したり、食器乾燥時の温風生成の熱源として蓄熱装置５０を使用できる。排熱を利用して蓄熱装置５０に熱が蓄えられるので、食器洗い乾燥機４００のエネルギー消費を抑制できる。なお、排熱は運転後の残存熱に限定されない。台所排水、入浴後の湯などの他の熱媒体の排熱を利用しても同じ効果が得られる。
【００８７】
温風で対象物を乾燥させるように構成された乾燥機は、食器洗い乾燥機４００に限定されない。衣類乾燥機、浴室乾燥機などの乾燥機全般に蓄熱装置５０を使用できる。
【００８８】
（応用例４）
図１６に示すように、応用例４に係る冷蔵庫５００は、蓄熱装置５０を備えている。例えば、冷凍機の排熱を用いて蓄熱装置５０の潜熱蓄熱材を融解させて蓄熱する。蓄熱直後でも一定時間経過後でも蓄熱装置５０から熱を取り出せるため、冷凍機の冷却器に霜が堆積することによる能力低下を防ぐための霜取り運転時に蓄熱装置５０を使用できる。排熱を利用して蓄熱装置５０に熱が蓄えられるので、冷蔵庫５００のエネルギー消費を抑制できる。
【００８９】
（応用例５）
図１７に示すように、応用例５に係る車両６００は、蓄熱装置５０を備えている。例えば、エンジン排熱を用いて蓄熱装置５０の潜熱蓄熱材を融解させて蓄熱する。蓄熱直後でも一定時間経過後でも蓄熱装置５０から熱を取り出せるため、車内暖房運転時の温風生成の熱源として蓄熱装置５０を使用できる。排熱を利用して蓄熱装置５０に熱が蓄えられるので、車両６００のエネルギー消費を抑制できる。なお、排熱はエンジン排熱に限定されない。例えば、車体外面に日中に照射される太陽光の熱を使用しても同じ効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本明細書に開示された蓄熱装置によれば、過冷却状態にある潜熱蓄熱材から任意のタイミングで熱を取り出せる。本明細書に開示された蓄熱装置を備えた洗濯機、洗濯乾燥機、暖房機器、食器洗い乾燥機、食器乾燥器、冷蔵庫、及び車両用暖房機器は、それらの本来の機能を損なうことなく、エネルギー消費を抑えることができる。また、本明細書に開示された蓄熱装置は、熱の有効利用を図るべき様々な機器に幅広く応用されうる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  蓄熱容器
１１  潜熱蓄熱材
１２，２６  捕捉部
１１ａ  陰イオン
１１ｂ  陽イオン
１２ａ  陰イオン交換膜
１２ｂ  陽イオン交換膜
１２ｓ，２４  捕捉空間
１３  直流電源
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  電極
１５  熱交換器
１６，１６１，１６２  電界発生器
１７  ゲル部材
１８  隔壁
１９  毛細管
５０〜５４，６０〜６３  蓄熱装置
２００  洗濯機又は洗濯乾燥機
３００  暖房機器
４００  食器洗い乾燥機又は食器乾燥器
５００  冷蔵庫
６００  車両
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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