(57)【要約】【課題】蓄熱量を維持しつつ優れた耐久性を有する蓄熱体を提供する。【解決手段】本発明の蓄熱体１０は、蓄熱性を有する蓄熱材料１１と、蓄熱材料１１を内部に収容する蓄熱容器１２と、蓄熱材料１１と蓄熱容器１２との間に設けられ、蓄熱材料１１が蓄熱容器１２に加える応力を緩和する緩衝部材１３と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱性を有する蓄熱材料と、
前記蓄熱材料を内部に収容する蓄熱容器と、
前記蓄熱材料と前記蓄熱容器との間に設けられ、前記蓄熱材料が前記蓄熱容器に加える応力を緩和する緩衝部材と、
を備えていることを特徴とする蓄熱体。
【請求項２】
前記緩衝部材が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、及びＺｒからなる群より選ばれる金属の酸化物、Ｗ、Ｍｏ、または窒化ホウ素を少なくとも含んでなる、請求項１に記載の蓄熱体。
【請求項３】
前記緩衝部材が、窒化ホウ素を１０質量％以上含む、請求項２に記載の蓄熱体。
【請求項４】
前記蓄熱材料が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、及びＳｎ、並びにこれら金属の何れか１つを含有する合金からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄熱体。
【請求項５】
前記蓄熱材料が、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ、及びＭｇからなる群より選ばれるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸化合物、水酸化物、又は塩化物を少なくとも含んでなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄熱体。
【請求項６】
前記蓄熱容器は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、チタン酸アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、及び炭化ホウ素からなる群より選ばれるセラミックスを含んでなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄熱体。
【請求項７】
前記蓄熱容器が円筒形状であり、円筒の断面形状における直径が５０ｍｍ以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄熱体。
【請求項８】
前記蓄熱容器が球状であり、前記蓄熱容器の直径が５０ｍｍ以上である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱体に関し、特に、蓄熱量を維持しつつ優れた耐久性を有する蓄熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽エネルギーや工場廃熱を利用したクリーンかつエコロジカルなエネルギー源として、熱を貯蔵・放出できる蓄熱材料が注目されている。蓄熱材料として、相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱できる潜熱蓄熱材料（以下、ＰＣＭともいう。）が知られており、この潜熱蓄熱材料を蓄熱容器内に収容したものを蓄熱体として利用すること行われている。蓄熱体を太陽エネルギーや工場廃熱からの温熱ないし冷熱により蓄熱し、それを槽体等に収容して槽体内で熱を放出することにより、冷熱ないし温熱を有効利用することができる。
【０００３】
このような潜熱を利用して蓄熱する蓄熱体として、例えば、その内部に潜熱蓄熱物質を有するカプセル状の蓄熱体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１には、蓄熱性を有する物質からなる内部蓄熱体と、セラミックスからなる外殻とを備えた蓄熱体が提案されている。この蓄熱体は、溶融する前の内部蓄熱体の顕熱、内部蓄熱体の潜熱、溶融状態の内部蓄熱体の顕熱、及び外殻の顕熱を利用して、優れた蓄熱性（高い蓄熱量）を実現するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２３８９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような蓄熱体は、蓄熱して高温となった内部蓄熱体を急冷して内部蓄熱体からの放熱を効率良くできるように、外殻の大きさは、直径が例えば５〜５０ｍｍ程度の小型の球体としているため、蓄熱体の蓄熱量は小さく、冷え易いため、熱の保持量が低い。
【０００７】
ところで、内部蓄熱体であるＰＣＭは、融解・凝固の相変化を利用して蓄熱を行うものであるため、相変化の過程でＰＣＭが体積変化して外殻と接すると、ＰＣＭと外殻とが反応して界面において侵食を起こし、外殻に侵食層が形成される。この侵食層がＰＣＭと外殻とを接合するため、外殻とＰＣＭとの熱膨張差により侵食層中のＰＣＭが相変化の過程で体積変化して膨張すると、外殻に亀裂等を発生させ、外殻を破損する可能性がある。特に、蓄熱体の蓄熱量を大きくするために蓄熱体を大型化した場合であっても、外殻の厚さは外殻の大きさに関わらずほぼ一定の厚さであるため、外殻の厚さは相対的に小さくなり、外殻の内壁に形成される浸食層中のＰＣＭが体積変化して膨張することにより、外殻に亀裂等を発生させ易くなり、外殻を破損する可能性が高くなる。
【０００８】
今後、蓄熱体の更なる有効利用を図る上で、蓄熱体を大型化しても外殻を破損することなく安定して使用することができる蓄熱体が希求されている。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、蓄熱量を維持しつつ優れた耐久性を有する蓄熱体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するため、本発明は、蓄熱性を有する蓄熱材料と、前記蓄熱材料を内部に収容する蓄熱容器と、前記蓄熱材料と前記蓄熱容器との間に設けられ、前記蓄熱材料が前記蓄熱容器に加える応力を緩和する緩衝部材と、を備えていることを特徴とする蓄熱である。
【００１１】
本発明においては、前記緩衝部材が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、及びＺｒからなる群より選ばれる金属の酸化物、Ｗ、Ｍｏ、または窒化ホウ素を少なくとも含んでなることが好ましい。
【００１２】
本発明においては、前記緩衝部材が、窒化ホウ素を１０質量％以上含むことが好ましい。
【００１３】
本発明においては、前記蓄熱材料が、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、及びＳｎ、並びにこれら金属の何れか１つを含有する合金からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでなることが好ましい。
【００１４】
本発明においては、前記蓄熱材料が、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ、及びＭｇからなる群より選ばれるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸化合物、水酸化物、又は塩化物を少なくとも含んでなることが好ましい。
【００１５】
本発明においては、前記蓄熱容器は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、チタン酸アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、及び炭化ホウ素からなる群より選ばれるセラミックスを含んでなることが好ましい。
【００１６】
本発明においては、前記蓄熱容器が円筒形状であり、円筒の断面形状における直径が５０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明においては、前記蓄熱容器が球状であり、前記蓄熱容器の直径が５０ｍｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の蓄熱体は、蓄熱材料と蓄熱容器との間に緩衝部材を備えているため、蓄熱材料が蓄熱容器に加える応力を緩衝部材により緩和して、蓄熱容器に破損が生じることを抑制することができるので、蓄熱量を維持しつつ優れた耐久性を有することができる。これにより、本発明の蓄熱体は、蓄熱容器が大型化して、例えば直径が５０ｍｍ以上となり、蓄熱容器内の蓄熱材料の充填量が増大した場合でも、高い耐久性を維持しつつ蓄熱量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る蓄熱体の斜視図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、蓄熱体の構成の他の一例を簡略に示す断面図である。
【図４】図４は、蓄熱体の構成の他の一例を簡略に示す断面図である。
【図５】図５は、蓄熱体の構成の他の一例を簡略に示す斜視図である。
【図６】図６は、蓄熱体の構成の他の一例を簡略に示す断面図である。
【図７】図７は、蓄熱体の構成の他の一例を簡略に示す断面図である。
【図８】図８は、蓄熱体の製造方法の一工程の説明図である。
【図９】図９は、蓄熱体の製造方法の他の工程の説明図である。
【図１０】図１０は、蓄熱体の製造方法の他の工程の説明図である。
【図１１】図１１は、蓄熱体の製造方法の他の工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、蓄熱体の内部構造等の説明の便宜上、下記に示す例においては蓄熱体が設置される面を下に配置した図と共に説明がなされるが、本発明は、必ずしもこの配置で使用等がなされるわけではない。
【００２１】
［実施形態］
＜蓄熱体＞
本実施形態に係る蓄熱体の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る蓄熱体の斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１、２に示すように、蓄熱体１０Ａは、蓄熱材料１１と、蓄熱容器（外殻）１２と、緩衝部材１３とを備えている。また、本実施形態においては、図３に示すように、蓄熱体１０Ｂは、緩衝部材１３が複数の層（図２では、緩衝部材１３Ａ、１３Ｂの二層）からなるものであってもよい。
【００２２】
［蓄熱材料］
蓄熱材料１１は、蓄熱性を有している。蓄熱材料１１は、蓄熱容器１２の内部に収容され、緩衝部材１３によって覆われている。
【００２３】
蓄熱材料１１は、蓄熱性を有する物質からなるものであれば特に制限されるものではないが、相変化により溶融して蓄熱若しくは放熱する金属、合金、及び塩からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでなることが好ましい。なお、蓄熱は、蓄熱材料１１が固相から液相に相変化する際に生じる顕熱、蓄熱材料１１の潜熱、及び溶融状態の蓄熱材料１１の顕熱を利用して行われる。放熱は、蓄熱材料１１が液相から固相に相変化する際に生じる顕熱、蓄熱材料１１の潜熱、及び溶融状態の蓄熱材料１１の顕熱を利用して行われる。
【００２４】
溶融して蓄熱若しくは放熱する金属としては、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、及びＳｎからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属を挙げることができる。溶融して蓄熱若しくは放熱する合金としては、前記金属の何れか１つを含有する合金を挙げることができる。蓄熱材料１１として合金を用いる場合、ＡｌとＳｉとの合金（Ａｌ−Ｓｉ合金）を用いることが好ましい。Ａｌ−Ｓｉ合金は、融点及び蓄熱量が蓄熱材料として十分であると共に、融解時の体積膨張が他の合金等よりも低いため、蓄熱材料１１と緩衝部材１３との間に生じる隙間を小さくすること、またはこの隙間を無くすることができる。Ａｌ−Ｓｉ合金中のＡｌとＳｉとの比は、５：９５〜３０：７０であることが好ましく、より好ましくは１０：９０〜２０：８０であり、最も好ましくは１２：８８である。
【００２５】
溶融して蓄熱若しくは放熱する塩としては、例えば、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ、及びＭｇからなる群より選ばれるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸化合物、水酸化物、又は塩化物を挙げることができる。前記アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸化合物、水酸化物、又は塩化物は、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。前記アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸化合物、水酸化物、又は塩化物として、好ましくは、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）−炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）−水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）−塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、水素化リチウム（ＬｉＨ）−塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）−フッ化リチウム（ＬｉＦ−ＮａＦ）等を挙げることができる。
【００２６】
蓄熱材料１１としては、このような金属、合金、又は塩の中から一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。蓄熱材料１１は、蓄熱体１０Ａの使用条件と、蓄熱材料１１の融点や沸点等とを考慮して適宜選択することが好ましい。
【００２７】
蓄熱材料１１は、上記のような金属、合金、又は塩を用いて構成されることにより、溶融前の蓄熱材料１１の顕熱、蓄熱材料１１の潜熱、及び溶融状態の蓄熱材料１１の顕熱を利用して蓄熱を行うことができる。
【００２８】
蓄熱材料１１の融点は、４００〜９００℃であることが好ましい。蓄熱材料１１が上記温度範囲内で相変化することにより、蓄熱体１０Ａを蓄熱する温度範囲において、溶融前の蓄熱材料１１の顕熱、蓄熱材料１１の潜熱、及び溶融状態の蓄熱材料１１の顕熱を利用することで蓄熱体１０Ａに蓄熱される。
【００２９】
蓄熱材料１１の形状については特に制限されるものではなく、蓄熱容器１２の内部に収納される大きさのものであればよい。蓄熱材料１１は、相変化により溶融して蓄熱若しくは放熱する金属、合金、又は塩を用いて形成されているため、蓄熱と放熱との繰り返しにより、蓄熱材料１１は固相から液相、または液相から固相に相変化する。そのため、蓄熱材料１１は、蓄熱容器１２の内部の空間の形状に応じて適宜形状が変化することとなる。
【００３０】
［蓄熱容器］
蓄熱容器１２は、蓄熱材料１１を内部に収容している。蓄熱容器１２は、セラミックスで構成されている。蓄熱容器１２を構成するセラミックスの種類は特に制限されるものではないが、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、及び炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）からなる群より選ばれる少なくとも一種、又は前記群より選ばれる少なくとも一種を含む複合物を用いることができる。複合物として、Ａｌ２Ｏ３とＳｉ３Ｎ４とＳｉＯ２とからなるサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２からなるムライト（Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２）、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２からなるコージエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）等を用いることができる。本実施形態においては、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２ＴｉＯ５、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、ＳｉＡｌＯＮを好適に用いることができる。特に、熱伝導性が低く、赤外線の吸収力も高く、蓄熱材料１１との反応性が低くという観点から、ＡｌＮをより好適に用いることができる。蓄熱容器１２を上記のような材料で形成することにより、耐熱性に優れると共に強度が高く、安定した蓄熱体１０Ａとすることができる。また、蓄熱容器１２の顕熱も蓄熱に有効に利用することができる。
【００３１】
本実施形態では、蓄熱容器１２は内部に空間を有する円筒形状としているが、蓄熱容器１２の形状は特に限定されるものではなく、その内部に蓄熱材料１１を収納可能な形状であれば種々の形状とすることができる。蓄熱容器１２の形状は、円筒形状以外に、例えば、図４に示すように、蓄熱体１０Ｃの蓄熱容器１２の形状が球状であってもよいし、図５に示すように、蓄熱体１０Ｄの蓄熱容器１２の断面形状が四角形等多角形であってもよい。なお、蓄熱効率が高く、取り扱いが容易である等の観点から、蓄熱容器１２の形状は、図４に示すような球体形状であることが好ましい。
【００３２】
また、蓄熱容器１２は、図６に示すように、２つに分割された一対の第１蓄熱容器１２ａ、第２蓄熱容器１２ｂで形成されていてもよい。第１蓄熱容器１２ａ、第２蓄熱容器１２ｂは、それぞれの接合面１５ａ、１５ｂで接合させる。なお、接合面１５ａ、１５ｂの位置は、これに限定されるではなく他の位置でもよい。
【００３３】
接合面１５ａ、１５ｂの接合方法としては、蓄熱容器１２を第１蓄熱容器１２ａ、第２蓄熱容器１２ｂが共晶反応する温度まで加熱して、第１蓄熱容器１２ａ、第２蓄熱容器１２ｂの接合面１５ａ、１５ｂ付近を凝固して接合面１５ａ、１５ｂを接合することが好ましい。第１蓄熱容器１２ａ、第２蓄熱容器１２ｂを共晶反応する温度まで加熱すると、結晶が緻密となるため、接合面１５ａ、１５ｂを強固に接合することができる。
【００３４】
また、接合面１５ａ、１５ｂは、耐熱性を有する接着剤を用いて封止してもよい。接着剤として、例えば、Ｂａ、Ｓｉ、Ｍｇを含む接着剤を用いることができる。これにより、他の蓄熱体１０Ａとの接触等によって外部から蓄熱体１０Ａに衝撃が加わっても、接合面１５ａ、１５ｂが外れることを抑制し、溶融した蓄熱材料１１が蓄熱容器１２の外側に漏れることを抑制することができる。
【００３５】
蓄熱容器１２の厚さは、蓄熱容器１２の強度、熱伝導率に応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、蓄熱容器１２の強度確保の観点から、蓄熱容器１２の厚さは、０．５〜１０ｍｍであることが好ましく、２〜４ｍｍであることが更に好ましい。蓄熱容器１２の厚さが０．５ｍｍ未満の場合には、蓄熱容器１２の強度が低下して溶融した蓄熱材料１１が蓄熱容器１２をから外部に漏えいする可能性がある。蓄熱容器の殻の厚さが１０ｍｍを超えると、蓄熱容器１２の容積が増大するため、同等の大きさの蓄熱体１０Ａで比較した場合、相対的に蓄熱容器１２内部の蓄熱材料１１の含有量が減少するため、蓄熱体１０Ａの蓄熱性能が低下してしまう。
【００３６】
蓄熱容器１２の大きさは、特に限定されるものではなく、図１、２等に示すように蓄熱容器１２が円筒形状の場合、蓄熱容器１２の断面形状における直径Ｔ１は、従来より用いられている蓄熱容器と同様、５ｍｍ以上でもよいが、５０ｍｍ以上の場合でも好適に用いることができる。蓄熱容器１２の断面形状の直径Ｔ１は、より好ましくは５０〜２００ｍｍであり、更に好ましくは１００〜１５０ｍｍである。蓄熱体１０Ａは、蓄熱容器１２の大きさを上記範囲内として、内包される蓄熱材料１１の容積を増大させ、蓄熱量を増大させても、蓄熱容器１２の耐久性を維持することができる。
【００３７】
また、蓄熱容器１２が図４に示すような球状である場合、蓄熱容器１２の中心を通る断面における直径Ｔ２は、蓄熱容器１２が円筒形状の場合と同様、５ｍｍ以上でもよいし、５０ｍｍ以上でも好適に用いることができ、より好ましくは５０〜２００ｍｍであり、更に好ましくは１００〜１５０ｍｍである。
【００３８】
なお、第１蓄熱容器１２ａ、第２蓄熱容器１２ｂの接合面１５ａ、１５ｂは、フラットな平面としているが、これに限定されるものではなく、蓄熱容器１２は、図７に示すように、第１蓄熱容器１２ａ、第２蓄熱容器１２ｂの分割面に互いに嵌合する嵌合部１６ａ、１６ｂを設け、一対の第１蓄熱容器１２ａ、第２蓄熱容器１２ｂの内部に蓄熱材料１１を充填後、嵌合部１６ａ、１６ｂを互いに嵌合させるようにしてもよい。蓄熱容器１２をこのような構成とすることにより、蓄熱材料１１が内包された蓄熱体１０を容易に製造することができる。
【００３９】
［緩衝部材］
緩衝部材１３は、蓄熱材料１１と蓄熱容器１２との間に設けられている。緩衝部材１３は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、及びＺｒからなる群より選ばれる金属の酸化物、Ｗ、Ｍｏ、または窒化ホウ素（ＢＮ）を少なくとも含んでなることが好ましい。緩衝部材１３としては、より好ましくは、Ａｌ２Ｏ３、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ＳｉＯ２、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、及び酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）の複合物、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、及びジルコニア（ＺｒＯ２）の複合物、またはＢＮを用いることが好ましい。緩衝部材１３がＢＮを含んで形成される場合、ＢＮを含む原料中のＢＮの濃度は１０質量％以上であることが好ましい。
【００４０】
緩衝部材１３は、蓄熱材料１１と蓄熱容器１２との間に設けられ、蓄熱材料１１が蓄熱容器１２に加える応力を緩和している。そのため、蓄熱材料１１と蓄熱容器１２との熱膨張率の差によって蓄熱材料１１と蓄熱容器１２との界面に働く応力を抑制することができる。これにより、蓄熱容器１２に破損が生じるのを抑制することができる。また、蓄熱容器１２が大型化して、蓄熱容器１２内の蓄熱材料１１の充填量が増大すると、蓄熱量を増大させることができるが、蓄熱材料１１と蓄熱容器１２との熱膨張率の差が大きくなるため、蓄熱材料１１と蓄熱容器１２との界面に働く応力も大きくなり、蓄熱容器１２に亀裂等が発生して蓄熱容器１２を破損する可能性が高くなる。緩衝部材１３が蓄熱材料１１と蓄熱容器１２との間に設けられ、蓄熱材料１１が蓄熱容器１２に加える応力を緩和することで、蓄熱容器１２内の蓄熱材料１１の充填量が増大した場合でも、蓄熱体１０Ａは高い耐久性を維持しつつ蓄熱量を増大させることができる。
【００４１】
緩衝部材１３の厚さは、特に限定されるものではないが、蓄熱容器１２内の蓄熱材料１１の含有量を確保する観点から、緩衝部材１３の厚さは、０．５〜４ｍｍであることが好ましく、２ｍｍ程度であることが特に好ましい。緩衝部材１３の厚さが０．５ｍｍ未満の場合には、緩衝部材１３は蓄熱材料１１が蓄熱容器１２に加える応力を十分緩和できない可能性がある。緩衝部材１３の厚さが４ｍを超えると、蓄熱容器１２内の蓄熱材料１１の含有量が減少するため、蓄熱体１０Ａの蓄熱性能が低下してしまう。
【００４２】
＜蓄熱体の蓄熱方法＞
次に、蓄熱体１０Ａの蓄熱方法を説明する。蓄熱体１０Ａを加熱すると、溶融前の蓄熱材料１１の顕熱及び潜熱、溶融状態の蓄熱材料１１の顕熱、及び蓄熱容器１２の顕熱が、蓄熱材料１１に蓄熱される。
【００４３】
＜蓄熱体の製造方法＞
次に、蓄熱体１０Ａの製造方法の一例を説明する。まず、蓄熱容器１２を形成するための成形原料（セラミックス原料）を調製する。例えば、セラミックス粉末に、バインダー等を加えて混練し、蓄熱容器形成用の成形原料を調製する。バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂やワックスを用いることができる。次に、この成形原料を用いて、図８に示すように、蓄熱容器１２の形状に応じた円筒型の成形体１６を作製する。成形方法については特に制限はないが、例えば、射出成形、押出成形、押出ブロー成形、射出ブロー成形、延伸ブロー成形、あるいはガスアシストインジェクション成形等、公知の成形方法を用いて形成することができる。次に、成形体１６を、図９に示すように、２つに一対の第１成形体１６ａ、第２成形体１６ｂに分割する。そして、得られた第１成形体１６ａ、第２成形体１６ｂを成形原料の焼結温度以上において焼成して、セラミックスからなる蓄熱容器１２（図１等参照）を形成する。なお、本実施形態では、蓄熱容器１２をセラミックス原料を用いて任意の形状に成形して製造しているが、これに限定されるものではなく、例えば、蓄熱容器１２は既製品を用いてもよい。
【００４４】
次に、図１０に示すように、蓄熱容器１２の内壁に緩衝部材１３の原料を塗布して乾燥し、第１蓄熱容器１２ａ及び第２蓄熱容器１２ｂの内側に緩衝部材１３を形成する。なお、本実施形態では、緩衝部材１３の原料を蓄熱容器１２の内壁に塗布して形成するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、既に蓄熱容器１２の内側の形状に合わせて成型された緩衝部材１３を用いてもよい。
【００４５】
次に、図１１に示すように、蓄熱材料を構成する粉体状の原料１７を第１蓄熱容器１２ａ及び第２蓄熱容器１２ｂの内部に充填した後、第１蓄熱容器１２ａの接合面１５ａと第２蓄熱容器１２ｂの接合面１５ａとを接合して蓄熱体１０Ａを製造する（図１等参照）。第１蓄熱容器１２ａの接合面１５ａと第２蓄熱容器１２ｂの接合面１５ｂとの接合は、例えば接合面１５ａ、１５ｂ付近を溶融して共晶反応を起こして凝固させ、接合面１５ａ、１５ｂを接合する。これにより、蓄熱容器１２の内部形状に対応した蓄熱材料１１が作製される。なお、本実施形態では、粉体状の原料１７を用いて第１蓄熱容器１２ａ及び第２蓄熱容器１２ｂの内部に充填しているが、これに限定されるものではなく、例えば、溶融した蓄熱材料を第１蓄熱容器１２ａ及び第２蓄熱容器１２ｂの内部に流し込んでもよいし、蓄熱材料のインゴットを第１蓄熱容器１２ａ及び第２蓄熱容器１２ｂの内部に投入するようにしてもよい。
【００４６】
また、蓄熱材料１１が複数の成分によって構成される場合には、蓄熱材料１１を構成する複数の成分の粉体状の原料を第１蓄熱容器１２ａ、第２蓄熱容器１２ｂの内部に充填することによって作製する。
【００４７】
また、接合面１５ａ、１５ｂの接合は、接合面１５ａ、１５ｂ付近を溶融して凝固させる他に、耐熱性を有する接着剤を用いて封止し、接合面１５ａ、１５ｂを接合するようにしてもよい。
【００４８】
なお、蓄熱材料１１の製造方法は上記方法に限定されることはなく、例えば、蓄熱容器１２の内部空間の形状に成形した蓄熱材料１１を予め形成して、蓄熱材料１１の周囲に緩衝部材１３を塗布して形成する。その後、蓄熱材料１１及び緩衝部材１３を覆うように、予め形成した蓄熱容器１２で覆うことによって、蓄熱体１０Ａを製造することができる。また、予め形成した蓄熱材料１１の周囲に緩衝部材１３の原料を塗布して緩衝部材１３を形成した後、更にセラミックス原料を塗り、加熱して固化させることによって蓄熱容器１２を形成するようにしてもよい。
【００４９】
このように、蓄熱体１０Ａは、相変化により溶融して蓄熱若しくは放熱する金属、合金、又は塩の何れか一つを含む蓄熱材料１１とセラミックスで構成されている蓄熱容器１２との間に緩衝部材１３を備えている。このため、蓄熱体１０Ａは、蓄熱材料１１が相変化の過程で蓄熱材料１１が体積変化しても蓄熱材料１１が蓄熱容器１２に直接接することを防止することができるため、蓄熱材料１１が蓄熱容器１２と反応して蓄熱容器１２の界面を侵食し、侵食層が形成されることを防止することができる。このため、蓄熱材料１１が相変化の過程で体積変化して膨張しても、蓄熱容器１２は蓄熱材料１１から加わる応力を緩衝部材１３で緩和することができると共に、蓄熱容器１２に亀裂等が生じることを抑制し、蓄熱容器１２に破損が生じることを抑制することができる。この結果、蓄熱量を維持しつつ優れた耐久性を有することができる。よって、蓄熱容器１２が大型化して、例えば蓄熱容器１２の直径Ｔ１、Ｔ２を５０ｍｍ以上として、蓄熱容器１２内の蓄熱材料１１の充填量が増大した場合でも、高い耐久性を維持しつつ、蓄熱量を増大させることができる。したがって、蓄熱体１０Ａが大型化して蓄熱量が増大しても、蓄熱容器１２を破損することなく、安定して使用することができる。
【００５０】
また、従来から用いられている公知の蓄熱体のように、直径が例えば５〜５０ｍｍ程度の小型のカプセルのセラミックスを用いる場合、成形が困難であるため製造コストが高くなる。蓄熱容器１２は、直径Ｔ１、Ｔ２を５０ｍｍ以上と大型にしても用いることができるため、蓄熱容器１２の製造を容易に行うことができ、例えば、従来から用いられている公知の蓄熱体の外殻の１／２０程度にまで蓄熱容器１２の製造コストを低減することができる。
【００５１】
以上、蓄熱体１０Ａは、例えば、太陽光発電システムの高温蓄熱器、転炉や次世代火力発電システムにおける廃熱利用、冷熱や温熱を蓄熱させて冷熱や温熱を供給する冷暖房システムの熱源、熱電変換システム、冷蔵・冷凍庫、電気製品、ＯＡ機器、浴槽・浴室、クーラーボックス、クッション、カーテン、じゅうたん、寝具、カーペット等の熱源、防寒着、帽子、手袋等の衣類や履物の熱源、保温器具の熱源、食材の加熱または保温を行う食器、建材の熱源、ガスタービンの熱交換器、ボイラや加熱炉の空気予熱器、自動車等の排ガス浄化装置、機械・機器等の工業製品等に好適に用いることができる。
【実施例】
【００５２】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明は、これらの例によって、何ら限定されるものではない。
【００５３】
＜実施例１＞
（蓄熱体の製造）
蓄熱容器を形成するためのセラミックス原料の調製を行った。具体的には、アルミナ粉末（商品名「ＡＬ−１６０ＳＧ４」、昭和電工製）に対して、アクリル樹脂及びワックスを用いたバインダーを、体積比で５５：４５（アルミナ粉末：バインダー）となるように合計で約３０００ｇ秤量した。これをバインダーの融点以上で加熱しながら加圧ニーダで十分混練処理を行った。十分混練した後、得られたセラミックス原料を冷却固化させた。次に、冷却固化させたセラミックス原料を、ペレット状に破砕した。このペレット状に破砕したセラミックス原料を、射出成形機に投入し、内部に円筒状の空間を有する円筒形状の成形体を作製した。この円筒形状の成形体の断面形状の直径は、５０ｍｍであった。次に、円筒形状の成形体を、アルゴンガス中で、温度６００℃で加熱して脱脂処理を行った。次に、大気中で、１６００℃まで加熱して焼結し、セラミックスからなる蓄熱容器を作製した。得られた蓄熱容器は、高さが５０ｍｍで、断面の直径が５０ｍｍで、肉厚が３ｍｍ、内部の空洞部分の直径は約４３ｍｍであった。得られた蓄熱容器を、２つに分割し、第１蓄熱容器と第２蓄熱容器とした。なお、第１蓄熱容器と第２蓄熱容器との接合面は平面とした。
【００５４】
次に、得られた第１蓄熱容器及び第２蓄熱容器の内壁に緩衝部材１（商品名「ＩＳＯＰＬＡＳＴ ＰＨ６１」、キンセイマテック（株）社製）の原料を塗布して乾燥し、第１蓄熱容器及び第２蓄熱容器の内壁に緩衝部材を形成した。
【００５５】
次に、内壁に緩衝部材を形成した第１蓄熱容器及び第２蓄熱容器の内部に、第１蓄熱容器及び第２蓄熱容器の内部空間に収まるように、蓄熱材料を構成する粉体状の原料としてＡｌ粉末を充填した。次に、第１蓄熱容器と第２蓄熱容器とをそれぞれの接合面付近を溶融して共晶反応を起こして凝固させ、接合した。これにより、図１に示すような、蓄熱材料及び緩衝部材を内包した蓄熱容器を備えた蓄熱体を製造した。蓄熱材料、蓄熱容器及び緩衝部材のそれぞれの原料を表１に示す。
【００５６】
（評価）
こうして得られた蓄熱体を、６００℃で、２時間加熱した後、冷却し、蓄熱容器に亀裂が発生しているか否かを観察した。蓄熱容器の亀裂の有無の観察結果を表１に示す。
【００５７】
＜実施例２〜２０、比較例１〜１０＞
実施例１において、蓄熱材料をＡｌ−Ｓｉ合金（Ａｌ：Ｓｉ＝８８：１２、金星社製）、蓄熱容器をチタン酸アルミナ（商品名「２−７９０５−０３」、アズワン社製）、Ｓｉ３Ｎ４（金星社製）、ＳｉＣ（商品名「５−５６−３−１１」、アズワン社製）またはサイアロン（金星社製）、緩衝部材１を緩衝部材２（商品名「ＺＹＰ  ＢＮコーティング」、（株）パイロテック・ジャパン製）に変更したこと以外は実施例１と同様にして蓄熱体を製造した。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
表１に示すように、緩衝部材１または緩衝部材２を用いた蓄熱体の蓄熱容器には亀裂等の破損を生じることはなかった（実施例１〜２０参照）。一方、緩衝部材１及び緩衝部材２を設けていない蓄熱体の蓄熱容器には亀裂等の破損が生じた（比較例１〜１０参照）。よって、蓄熱容器と蓄熱材料との間に緩衝部材を設けることで、蓄熱容器に亀裂等が生じることを抑制できることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０Ａ〜１０Ｄ  蓄熱体
１１  蓄熱材料
１２、１２ａ、１２ｂ  蓄熱容器（外殻）
１３、１３Ａ、１３Ｂ  緩衝部材
１５ａ、１５ｂ  接合面
１６ａ、１６ｂ  嵌合部
１７  原料
【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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