(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、該容器に収容された潜熱蓄熱材と、前記容器に収容され、該潜熱蓄熱材と気相との間に配置された、該潜熱蓄熱材と相溶しない成分と、を有し、
前記容器の上蓋部に該上蓋部を貫通して通気管が取り付けられ、
前記潜熱蓄熱材が充填されている前記通気管の一方の端部は、前記潜熱蓄熱材内に埋め込まれ、
前記潜熱蓄熱材が充填されていない前記通気管の他方の端部は、開放されており、該他方の端部の内部空間は、空気層である前記気相からなる空間部であり、
前記潜熱蓄熱材が前記容器の本体部に充填されていることで、該本体部に空間部が形成されておらず、
前記潜熱蓄熱材と相溶しない成分が、油分である蓄熱装置。
【請求項２】
容器と、該容器に収容された潜熱蓄熱材と、前記容器に収容され、該潜熱蓄熱材と気相との間に配置された、該潜熱蓄熱材と相溶しない成分と、を有し、
前記容器の上蓋部に該上蓋部を貫通して通気管が取り付けられ、
前記潜熱蓄熱材が充填されている前記通気管の一方の端部は、前記潜熱蓄熱材内に埋め込まれ、
前記潜熱蓄熱材が充填されていない前記通気管の他方の端部は、開放されており、該他方の端部の内部空間は、空気層である前記気相からなる空間部であり、
前記潜熱蓄熱材が前記容器の本体部に充填されていることで、該本体部に空間部が形成されておらず、
前記潜熱蓄熱材と相溶しない成分が、パラフィンを含む蓄熱装置。
【請求項３】
容器と、該容器に収容された潜熱蓄熱材と、前記容器に収容され、該潜熱蓄熱材と気相との間に配置された、該潜熱蓄熱材と相溶しない成分と、を有し、
前記容器の上蓋部に該上蓋部を貫通して通気管が取り付けられ、
前記潜熱蓄熱材が充填されている前記通気管の一方の端部は、前記潜熱蓄熱材内に埋め込まれ、
前記潜熱蓄熱材が充填されていない前記通気管の他方の端部は、開放されており、該他方の端部の内部空間は、空気層である前記気相からなる空間部であり、
前記潜熱蓄熱材が前記容器の本体部に充填されていることで、該本体部に空間部が形成されておらず、
前記潜熱蓄熱材の融点が、前記潜熱蓄熱材と相溶しない成分の融点よりも高い蓄熱装置。
【請求項４】
前記潜熱蓄熱材が、糖アルコールを含む請求項１または２に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記潜熱蓄熱材が、水和物系蓄熱材を含む請求項１または２に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記潜熱蓄熱材が、ポリアルキレングリコールを含む請求項１または２に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記通気管に、液相を通さずに気相を通すフィルタが設けられている請求項１乃至６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、潜熱蓄熱材の固体と液体との間の相変化を利用して蓄熱する蓄熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄熱装置では、潜熱蓄熱材が揮発してその組成が変化することによって蓄熱密度が低下することを防止するために、潜熱蓄熱材は密閉容器に収容されていた。しかし、潜熱蓄熱材は相変化に伴って体積の膨張と収縮を繰り返すため、密閉容器の容量に対して潜熱蓄熱材を十分に充填することはできず、潜熱蓄熱材の体積膨張と密閉容器内部に存在する気相の体積膨張とを考慮した空間部を密閉容器に設ける必要があった。従って、所望量の潜熱蓄熱材を収容するには、密閉容器のサイズが大型化してしまうという問題があった。
【０００３】
また、潜熱蓄熱材は体積の膨張と収縮を繰り返すことから、密閉容器には耐圧性も要求されていた。耐圧性の密閉容器の材料として、ステンレス等の金属が使用されるので、密閉容器が重量化してしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、蓄熱材が、糖アルコールを主成分とする蓄熱材であり、容器の内容積に対して１００％充填された蓄熱装置であって、容器の側壁が、上下に伸縮可能な蛇腹構造を備えている蓄熱装置が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
しかし、特許文献１の蓄熱装置では、容器の内圧を常用圧力に保持するための安全弁から外部環境へ、揮発した潜熱蓄熱材が放出されて、潜熱蓄熱材の組成が変化してしまうという問題があった。また、特許文献１の蓄熱装置では、容器に潜熱蓄熱材が充填されていることから、蛇腹構造の部位に潜熱蓄熱材が触れているので、潜熱蓄熱材によって蛇腹構造の伸縮が阻害され、潜熱蓄熱材の体積変化を吸収できないことがあった。従って、特許文献１の蓄熱装置でも、依然として、容器には耐圧性が要求され、容器の材料として金属を使用する必要があるので、容器の質量が増大してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−４４４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、潜熱蓄熱材の揮発を防止しつつ、潜熱蓄熱材が収容された容器のサイズを小型化でき、また、容器を軽量化できる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】
本発明の態様は、通気口の設けられた容器と、該容器に収容された潜熱蓄熱材と、前記容器に収容され、該潜熱蓄熱材と気相との間に配置された、該潜熱蓄熱材と相溶しない成分と、を有する蓄熱装置である。
【０００９】
本明細書中、「潜熱蓄熱材と相溶しない成分」とは、潜熱蓄熱材の相と完全には相溶せずに分離された相を形成できる成分、すなわち、潜熱蓄熱材の相と相分離可能な成分を意味する。従って、上記態様では、潜熱蓄熱材の相と、該潜熱蓄熱材の相とは分離した、潜熱蓄熱材と相溶しない成分の相とが存在する。
【００１０】
本発明の態様は、前記潜熱蓄熱材と相溶しない成分が、油分である蓄熱装置である。
【００１１】
上記態様では、潜熱蓄熱材と気相との間に油相が配置される。
【００１２】
本発明の態様は、前記潜熱蓄熱材と相溶しない成分が、蓄熱機能を有する蓄熱装置である。
【００１３】
本発明の態様は、前記潜熱蓄熱材と相溶しない成分が、パラフィンを含む蓄熱装置である。
【００１４】
本発明の態様は、前記潜熱蓄熱材が、糖アルコールを含む蓄熱装置である。
【００１５】
本発明の態様は、前記潜熱蓄熱材が、水和物系蓄熱材を含む蓄熱装置である。
【００１６】
本発明の態様は、前記潜熱蓄熱材が、ポリアルキレングリコールを含む蓄熱装置である。
【００１７】
本発明の態様は、前記潜熱蓄熱材の融点が、前記潜熱蓄熱材と相溶しない成分の融点よりも高い蓄熱装置である。
【００１８】
本発明の態様は、前記通気口に、液相を通さずに気相を通すフィルタが設けられている蓄熱装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の態様によれば、潜熱蓄熱材と気相との間に、潜熱蓄熱材と相溶しない成分が配置されているので、通気口の設けられた容器に潜熱蓄熱材が収容されても、潜熱蓄熱材の揮発を防止でき、ひいては、潜熱蓄熱材の組成が変化することによる蓄熱密度の低下を防止できる。また、潜熱蓄熱材が収容された容器に通気口を設けることができる、すなわち、潜熱蓄熱材が収容された容器は密閉容器ではないので、潜熱蓄熱材の体積膨張のみを考慮した空間部を設ければよく、容器のサイズを小型化できる。さらに、潜熱蓄熱材が収容された容器には、耐圧性が要求されないので、容器の材料として樹脂を用いることができ、また、容器の肉厚も薄くできるので、結果、容器を軽量化できる。
【００２０】
本発明の態様によれば、潜熱蓄熱材と相溶しない成分として、蓄熱機能を有する成分を用いることにより、蓄熱装置の蓄熱密度がさらに向上する。
【００２１】
本発明の態様によれば、通気口に、液相を通さずに気相を通すフィルタが設けられていることにより、蓄熱装置を屋外設置しても雨水等の侵入を防止でき、また、蓄熱装置の移動時等に、通気口から潜熱蓄熱材が漏出することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る蓄熱装置の側面断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態例に係る蓄熱装置の側面断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態例に係る蓄熱装置の側面断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態例に係る蓄熱装置の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の第１実施形態例に係る蓄熱装置について、図面を用いながら説明する。
【００２４】
図１に示すように、第１実施形態例に係る蓄熱装置１は、通気口１２の設けられた容器１１と、容器１１に収容された潜熱蓄熱材１３と、を備えている。また、容器１１には、潜熱蓄熱材と相溶しない成分１４が収容されている。潜熱蓄熱材と相溶しない成分１４（以下、「非相溶性成分１４」ということがある。）は、潜熱蓄熱材１３と容器１１内部に形成された空間部１５との間に配置されている。空間部１５は空気層である気相からなっている。
【００２５】
容器１１は、潜熱蓄熱材１３と非相溶性成分１４が収容された本体部１６と板状の上蓋部１７とを有し、上蓋部１７に通気口１２が設けられている。蓄熱装置１では、通気口１２は、上蓋部１７を貫通する貫通孔の態様となっている。従って、通気口１２を介して、容器１１の内部空間（空間部１５）と蓄熱装置１の外部が連通した態様となっている。つまり、容器１１の内部空間は、密閉されておらず、開放系となっている。
【００２６】
開放系となっている容器１１では、耐圧性が要求されず、潜熱蓄熱材１３と非相溶性成分１４の重さに耐えうる機械的特性を有すればよいので、容器１１の材料としては、例えば、ステンレス等の金属に代えて、樹脂を用いることができ、蓄熱装置１を軽量化できる。また、容器１１の材料として樹脂を用いることにより、金属と比較して容器１１の断熱性が向上する。また、容器１１には、耐圧性が要求されないので、肉厚を従来よりも薄くできる点でも、蓄熱装置１を軽量化できる。
【００２７】
蓄熱装置１では、容器１１に所定量の潜熱蓄熱材１３が収容されている。蓄熱装置１では、容器１１は開放系となっており、容器１１内部の気相（空気層）の体積膨張を考慮する必要がない。また、空間部１５の空気層のうち、潜熱蓄熱材１３の膨張した体積分は、通気口１２から容器１１の外部へ排出される。従って、容器１１の内部には、潜熱蓄熱材１３の体積膨張のみを考慮した空間部１５が設けられている。上記から、蓄熱装置１では、容器１１のサイズを小型化できる。なお、蓄熱装置１では、容器１１の本体部１６を潜熱蓄熱材１３と非相溶性成分１４とで完全に充填しないことで、容器１１に空間部１５が設けられている。
【００２８】
潜熱蓄熱材１３は、固体と液体との間の相変化を利用して蓄熱するものである。潜熱蓄熱材１３としては、特に限定されないが、例えば、水和物系蓄熱材、アルコール含有蓄熱材、ポリアルキレングリコール含有蓄熱材等を挙げることができる。水和物系蓄熱材には、例えば、塩化カルシウム水和物含有蓄熱材、酢酸ナトリウム水和物含有蓄熱材、硫酸ナトリウム水和物含有蓄熱材、炭酸ナトリウム水和物含有蓄熱材等が挙げられる。アルコールには、例えば、炭素数８〜５０の脂肪族アルコール（例えば、ドデカノール、テトラデカノール、オクタデカノール等）、マンニトール、エリスリトール、スレイトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、キシリトール、アラビトール、ソルビトール等の糖アルコールが挙げられる。また、ポリアルキレングリコールには、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。
【００２９】
蓄熱装置１では、潜熱蓄熱材１３上に、非相溶性成分１４が配置されている。図１では、潜熱蓄熱材１３表面全体が、膜状となっている非相溶性成分１４に被覆されている。つまり、潜熱蓄熱材１３と非相溶性成分１４が積層されており、潜熱蓄熱材１３の相に完全には相溶しない非相溶性成分１４の相と、潜熱蓄熱材１３の相とが、二相分離された態様となっている。従って、潜熱蓄熱材１３は、膜状の非相溶性成分１４によって、気相からなる空間部１５から遮断されている。
【００３０】
潜熱蓄熱材１３は、非相溶性成分１４によって空間部１５から遮断されているので、容器１１は開放系となっていても、潜熱蓄熱材１３の揮発を防止でき、結果、潜熱蓄熱材１３の組成が変化することによる蓄熱密度の低下を防止できる。
【００３１】
非相溶性成分１４としては、潜熱蓄熱材１３の相と分離された相を形成できる成分であれば、特に限定されず、例えば、油分を挙げることができる。また、油分としては、例えば、パラフィン等の脂肪族飽和炭化水素化合物、ワックス、鉱物油、シリコンオイル、大豆油等の植物性油等を挙げることができる。
【００３２】
上記のうち、潜熱蓄熱材１３の相と分離された相を確実に形成しつつ、良好な蓄熱機能を有する、すなわち、蓄熱装置１の蓄熱密度がさらに向上する点からパラフィンが好ましい。
【００３３】
また、潜熱蓄熱材１３の融点及び非相溶性成分１４の融点は、蓄熱装置１の使用状況に応じて適宜選択可能であるが、例えば、非相溶性成分１４が固体で潜熱蓄熱材１３が液体の状態の場合、振動等で非相溶性成分１４にヒビなどが生じると、該ヒビなどから潜熱蓄熱材１３の成分（例えば、水分等）が揮発する恐れがあるため、非相溶性成分１４の融点は、潜熱蓄熱材１３の融点よりも低いことが好ましい。
【００３４】
非相溶性成分１４として上記油分を用いることで、潜熱蓄熱材１３上に非相溶性成分１４の膜である油膜が形成され、油膜によって、潜熱蓄熱材１３が空間部１５へ揮発することが防止される。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態例に係る蓄熱装置について、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係る蓄熱装置と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
【００３６】
図２に示すように、第２実施形態例に係る蓄熱装置２では、上蓋部１７を貫通する貫通孔である通気口１２に代えて、容器１１の上蓋部１７に通気管２０が設けられ、通気管２０が通気口２２として機能する。つまり、蓄熱装置２では、通気管２０を備えた容器１１が用いられている。蓄熱装置２では、容器１１の通気管２０は上蓋部１７を貫通して取り付けられている。通気管２０の一方の端部は、潜熱蓄熱材１３内に埋め込まれている。また、通気管２０の一方の端部には、潜熱蓄熱材１３が充填されている。一方で、潜熱蓄熱材１３が充填されていない通気管２０の他方の端部は、開放されており、通気管２０の他方の端部の内部空間は、空気層である気相からなる空間部２５となっている。蓄熱装置２では、通気管２０に空間部２５を設けることで、容器１１に空間部２５を形成している。なお、蓄熱装置２では、通気管２０の長手方向の形状は直線状となっている。
【００３７】
蓄熱装置２では、通気管２０の内部空間に非相溶性成分１４が配置されている。つまり、通気管２０の内部空間に、非相溶性成分１４の相と潜熱蓄熱材１３の相とが、二相分離された態様が形成されている。従って、非相溶性成分１４は、通気管２０の一方の端部に充填された潜熱蓄熱材１３と通気管２０の他方の端部の空間部２５との間に配置されていることで、容器１１に収容されている。また、蓄熱装置２では、潜熱蓄熱材１３は容器１１の本体部１６に充填されているので、本体部１６に空間部は形成されていない。
【００３８】
上記態様であっても、空間部２５の空気層のうち、潜熱蓄熱材１３の膨張する体積分は、通気管２０から容器１１の外部へ排出されるので、潜熱蓄熱材１３の体積膨張のみを考慮して空間部２５を設ければよい。また、上記態様であっても、潜熱蓄熱材１３は、非相溶性成分１４によって空気層である気相からなる空間部２５から遮断されているので、潜熱蓄熱材１３の揮発を防止でき、結果、潜熱蓄熱材１３の組成が変化することによる蓄熱密度の低下を防止できる。また、蓄熱装置２では、上蓋部１７を貫通する通気管２０の内部空間に非相溶性成分１４が配置されているので、蓄熱装置１よりも、非相溶性成分１４の使用量を低減できる。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態例に係る蓄熱装置について、図面を用いながら説明する。なお、第１、第２実施形態例に係る蓄熱装置と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
【００４０】
図３に示すように、第３実施形態例に係る蓄熱装置３では、通気管２０の他方の端部にフィルタ１９が設けられている。つまり、空気層である気相からなる空間部２５にフィルタ１９が配置されている。フィルタ１９は、液相を通さずに気相を通すものであれば、その材料は特に限定されず、例えば、メッシュを挙げることができる。
【００４１】
空間部２５にフィルタ１９が配置されることにより、蓄熱装置３を屋外設置しても、通気口２２（通気管２０）から容器１１内へ雨水等が侵入するのを防止でき、また、蓄熱装置３の移動時等に、通気口２２（通気管２０）から潜熱蓄熱材１３が漏出することを防止できる。
【００４２】
次に、本発明の第４実施形態例に係る蓄熱装置について、図面を用いながら説明する。なお、第１〜第３実施形態例に係る蓄熱装置と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
【００４３】
図４に示すように、第４実施形態例に係る蓄熱装置４では、第１実施形態例に係る蓄熱装置１の通気口１２に、曲げ部を有する管材１８が設けられている態様となっている。蓄熱装置４では、管材１８は上蓋部１７に載置、取り付けられている。つまり、蓄熱装置４では、管材１８を備えた容器１１が用いられている。また、管材１８の一方の端部が上蓋部１７の通気口１２と接続されることで、管材１８の内部空間が通気口１２と連通している。一方で、管材１８の他方の端部は、開放されており、その端面は上蓋部１７と対向している。従って、通気口１２を介して、容器１１の空間部１５と管材１８の内部空間が連通し、管材１８の内部空間を介して、容器１１の空間部１５と蓄熱装置４の外部が連通している。蓄熱装置４では、容器１１の管材１８は、側面視略Ｕ字状となっている。
【００４４】
空間部１５の空気層のうち、潜熱蓄熱材１３の膨張した体積分は、通気口１２と接続された管材１８の内部を流れて、容器１１の外部へ排出される。
【００４５】
通気口１２に、開放された端面が上蓋部１７と対向している管材１８が設けられることにより、蓄熱装置４を屋外設置しても、通気口１２から容器１１内へ雨水等が侵入するのを防止でき、また、蓄熱装置４の移動時等に、通気口１２から潜熱蓄熱材１３が漏出することを防止できる。
【００４６】
次に、本発明の他の実施形態例について説明する。本発明の第１実施形態例に係る蓄熱装置では、容器の上蓋部に通気口が設けられていたが、さらに、上蓋部表面に管体（例えば、長手方向の形状が直線状の管体）を載置、取り付けて、管体の内部空間を通気口と連通させる態様としてもよい。また、第１実施形態例に係る蓄熱装置では、容器の本体部を潜熱蓄熱材と非相溶性成分とで完全に充填しないことで容器に空間部が設けられていたが、上記態様の場合、これに代えて、本体部を潜熱蓄熱材で充填して本体部には空間部を設けず、管体の内部空間に非相溶性成分と空間部を配置することで、容器に非相溶性成分と空間部を設けてもよい。
【００４７】
また、本発明の第１実施形態例に係る蓄熱装置では、容器の上蓋部に通気口が設けられていたが、さらに、通気口に、メッシュ等からなるフィルタを配置してもよい。
【００４８】
次に、本発明の蓄熱装置の使用方法例について説明する。本発明の蓄熱装置の使用方法としては、例えば、本発明の蓄熱装置を熱交換手段と熱的に接続することが挙げられる。本発明の蓄熱装置の潜熱蓄熱材を熱交換手段から受熱させることで、潜熱蓄熱材が熱交換手段由来の熱を蓄熱し、熱交換手段由来の熱を回収する。また、潜熱蓄熱材を熱交換手段にて冷却させることで、潜熱蓄熱材が蓄熱していた熱を放出し、潜熱蓄熱材が蓄熱していた熱を熱交換手段へ伝達する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の蓄熱装置は、潜熱蓄熱材の揮発を防止することで潜熱蓄熱材の組成変化による蓄熱密度の低下を防止でき、さらに、サイズの小型化と軽量化ができるので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、自動車に搭載して廃熱を回収する分野、ヒートポンプ暖房の分野等で利用価値が高い。
【符号の説明】
【００５０】
１、２、３、４                    蓄熱装置
１１                              容器
１２、２２                        通気口
１３                              潜熱蓄熱材
１４                              潜熱蓄熱材と相溶しない成分
１５、２５                        空間部
１９                              フィルタ
【図１】
0006738624.tif 000002
【図２】
0006738624.tif 000003
【図３】
0006738624.tif 000004
【図４】
0006738624.tif 000005