(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子と、水、有機溶媒及びこれらの混合物からなる群から選択される溶媒とを含む感温性高分子ゲルを有する蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、
前記蓄熱材を加熱する蓄熱用熱源装置と、
水を貯める水用タンクと、
前記蓄熱タンクと前記水用タンクとを接続する流路配管と
を備えるヒートポンプ装置であって、
前記蓄熱材は、下限臨界溶液温度を境にして前記親水性と前記疎水性とが可逆的に変化し、且つ、前記変化の過程において、前記感温性高分子ゲルに含まれる前記溶媒が液体状態を維持し、前記疎水性に前記変化した感温性高分子と水とが分離されるヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記感温性高分子は、架橋構造を有すると共に、ヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を分子末端に有し、前記感温性高分子を構成する繰り返し単位と、前記官能基と、前記架橋構造単位とのモル比が、９９：０．５：０．５〜７０：２０：１０の範囲にある請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子と、水、有機溶媒及びこれらの混合物からなる群から選択される溶媒とを含む感温性高分子ゲルを有する蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、
前記蓄熱材を加熱する蓄熱用熱源装置と、
水を貯める水用タンクと、
前記蓄熱タンクと前記水用タンクとを接続する流路配管と
を備えるヒートポンプ装置であって、
前記蓄熱材は、下限臨界溶液温度を境にして前記親水性と前記疎水性とが可逆的に変化し、且つ、前記変化の過程において、前記感温性高分子ゲルに含まれる前記溶媒が液体状態を維持し、
前記感温性高分子は、架橋構造を有すると共に、ヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を分子末端に有し、前記感温性高分子を構成する繰り返し単位と、前記官能基と、前記架橋構造単位とのモル比が、９９：０．５：０．５〜７０：２０：１０の範囲にあるヒートポンプ装置。
【請求項４】
蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、
前記蓄熱材を加熱する蓄熱用熱源装置と、
水を貯める水用タンクと、
前記蓄熱タンクと前記水用タンクとを接続する流路配管と
を備えるヒートポンプ装置であって、
前記蓄熱材は、下記一般式（１）
【化１】
0006704549.tif 000016
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表す）で表される構成単位と、下記一般式（２）
【化２】
0006704549.tif 000017
（式中、＊は、共有結合手を表し、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位とを含み、
前記一般式（１）で表される構成単位の共有結合手と前記一般式（２）で表される構成単位の共有結合手とが結合した架橋構造を有し、
前記一般式（１）で表される構成単位と、前記官能基であるＸと、前記一般式（２）で表される構成単位とのモル比が、９９：０．５：０．５〜７０：２３：７である感温性高分子ゲルを有し、
前記感温性高分子ゲルは、下限臨界溶液温度を境にして親水性と疎水性とが可逆的に変化するヒートポンプ装置。
【請求項５】
蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、
前記蓄熱材を加熱する蓄熱用熱源装置と、
水を貯める水用タンクと、
前記蓄熱タンクと前記水用タンクとを接続する流路配管と
を備えるヒートポンプ装置であって、
前記蓄熱材は、下記一般式（１）
【化３】
0006704549.tif 000018
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表す）で表される構成単位と、下記一般式（２）
【化４】
0006704549.tif 000019
（式中、＊は、共有結合手を表し、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位と、下記一般式（３）
【化５】
0006704549.tif 000020
若しくは下記一般式（４）
【化６】
0006704549.tif 000021
（式中、Ｒ４は、ヒドロキシ基、カルボキシル基、スルホン酸基又はリン酸基を表し、Ｒ５は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表し、ｐは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位とを含み、
前記一般式（１）で表される構成単位の共有結合手と前記一般式（２）で表される構成単位の共有結合手と前記一般式（３）若しくは前記一般式（４）で表される構成単位の共有結合手とが結合した架橋構造を有し、
前記一般式（１）で表される構成単位と前記一般式（３）若しくは前記一般式（４）で表される構成単位とのモル比が、９５：５〜２０：８０であり、
前記一般式（１）で表される構成単位及び前記一般式（３）若しくは前記一般式（４）で表される構成単位の合計と、前記官能基であるＸと、前記一般式（２）で表される構成単位とのモル比が、９９：０．５：０．５〜７０：２３：７である感温性高分子ゲルを有し、
前記感温性高分子ゲルは、下限臨界溶液温度を境にして親水性と疎水性とが可逆的に変化するヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記蓄熱タンクは、着脱可能である請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記流路配管は、
前記蓄熱材の脱水反応により生じた水蒸気が通過するガス流路配管と、
前記蓄熱材に吸水反応させる水が通過する水流路配管と
を有する請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置を備える電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置及び電気機器に関するものである。特に、蓄熱量に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学反応を利用して、熱の吸収及び放出を行うことのできる物質である蓄熱材は、従来より広く知られている。本蓄熱材は、例えば、ビル用空調機、家庭用太陽熱利用（寒冷地で太陽電池パネルの融雪）、自動車排熱利用（蓄電池の温度管理等）、燃料電池排熱、分散発電機からの排熱回収熱貯蔵、季節間蓄熱等、種々の分野で利用が検討されている。【０００３】
家庭、オフィス、工場又は廃棄物処理施設等の熱源を持つ施設からは、１２０℃程度以下の低温排熱の多くが、未利用で排出されている。この未利用の排熱を有効利用するため、低温排熱を高密度に蓄熱できる材料が求められている。このような蓄熱材を使用する場合、熱媒体として常圧下の水を使うのが便利であり、且つ好ましい。そのため、蓄熱材の融点は、１００℃以下であることが好ましい。無機系蓄熱材としては、水酸化バリウム八水塩（融点７８℃）又は硝酸マグネシウム六水塩（融点８９℃）等の無機水和塩が挙げられる。しかし、水酸化バリウム八水塩は、劇物に指定されている物質であり、硝酸マグネシウム六水塩は金属を腐食させる物質であるため、問題があり、いずれも実用化されていない。【０００４】
化学反応を利用した蓄熱材の一例である水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）は、下記のように脱水を伴なって吸熱して蓄熱し、水酸化カルシウムへ復原する水和時には、発熱して放熱する機能を持つ。
Ｃａ（ＯＨ）２＋Ｑ（熱量）⇔ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ【０００５】
このような蓄熱材に関連する技術として、マグネシウム又はカルシウムの酸化物に、これらの結晶構造を変化させない混合操作（非複合化）によって吸湿性金属塩を添加した組成物による水和発熱反応と、酸化物に対応する水酸化物の脱水吸熱反応とを組み合わせたヒートポンプ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。【０００６】
また、近年、ハイドロゲルを利用した蓄熱材が知られている。この蓄熱材は、相転移温度以上の温度域においても非流動性を保持し、相転移温度を挟んで、冷却及び加熱操作を繰り返しても、安定的に非流動性を保持することができる。このような蓄熱材として、例えば、ポリアクリルアミド誘導体、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム又はポリメタクリル酸ナトリウムから選択される少なくとも１種類を架橋して生成させた第一のゲル化材料と、多糖類、寒天又はゼラチンである第二のゲル化材料と、第一のゲル化材料と第二のゲル化材料とに保持された無機又は水系蓄熱材料とを有する蓄熱材が記載されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−０２６２２５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／０９１９３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のヒートポンプ装置は、水酸化マグネシウムの脱水吸熱反応に必要な実用温度が約３５０℃となる。さらに、水酸化マグネシウムが脱水吸熱反応を起こしたとしても、水酸化マグネシウムから酸化マグネシウムへの脱水が１００％進行することはなく、未反応の水酸化物が約１０％〜約３０％残ってしまう。このため、蓄熱材の量に対し、蓄放熱される熱量が少なくなる。【０００９】
また、特許文献２に記載の蓄熱材をヒートポンプ装置に用いた場合は、比較的低い蓄熱動作温度を有する。しかしながら、蓄熱材における蓄熱密度が小さく、また蓄熱材と水は混在した状態であるため、蓄熱材等を収容するタンクの容量が大きくなり、ヒートポンプ装置のサイズが大きくなるという問題があった。【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するため、低温動作が可能で、容量に対して蓄熱量を増やすことができるため、結果的に装置の小型化を実現できるヒートポンプ装置及び電気機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るヒートポンプ装置は、温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子と、水、有機溶媒及びこれらの混合物からなる群から選択される溶媒とを含む感温性高分子ゲルを有する蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、蓄熱材を加熱する蓄熱用熱源装置と、水を貯める水用タンクと、蓄熱タンクと水用タンクとを接続する流路配管とを備えるヒートポンプ装置であって、蓄熱材は、下限臨界溶液温度を境にして親水性と疎水性とが可逆的に変化し、且つ、変化の過程において、感温性高分子ゲルに含まれる有機溶媒が液体状態を維持し、疎水性に変化した感温性高分子と水とが分離されるものである。【００１２】
また、本発明に係る電気機器は、上記のヒートポンプ装置を備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のヒートポンプ装置によれば、温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子と、水、有機溶媒及びこれらの混合物からなる群から選択される溶媒とを含む感温性高分子ゲルを有する蓄熱材を収容する蓄熱タンクを備える。そして、蓄熱材は、下限臨界溶液温度を境にして親水性と疎水性とが可逆的に変化し、且つ、変化の過程において、感温性高分子ゲルに含まれる溶媒が液体状態を維持し、疎水性に変化した感温性高分子と水とが分離される。このため、比較的低い蓄熱動作温度を有し、且つ蓄熱密度が大きい蓄熱材を用い、容量に対して蓄熱量が大きなヒートポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係るヒートポンプ装置を中心とするシステムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置を中心とするシステムの構成を示す図である。図１のヒートポンプ装置１００は、蓄熱タンク１０、水用タンク２０、ガス流路配管３０及びガス配管バルブ３１並びに水流路配管４０及び水配管バルブ４１を備える。
【００１６】
蓄熱タンク１０は、感温性高分子を利用した蓄熱材１１（以下、蓄熱材１１という）を収容する容器である。蓄熱タンク１０は、蓄熱材１１及び蓄熱側熱交換器１２を有する。蓄熱材１１は、疎水性に変化して脱水反応により蓄熱し、親水性に変化して吸水反応により発熱する物質を、蓄熱材料として含む。蓄熱材１１については後述する。また、蓄熱側熱交換器１２は、後述する蓄熱用熱源装置２００からの熱を蓄熱材１１に伝え、加熱する。また、蓄熱側熱交換器１２は、蓄熱材１１が吸水反応により発した熱を蓄熱側外部負荷３００に伝える。ここで、本実施の形態の蓄熱タンク１０は、ガス流路配管３０、水流路配管４０、蓄熱側熱交換器１２、蓄熱側外部負荷３００及び蓄熱用熱源装置２００の一部又は全部と着脱可能に切り離すことができる。このため、例えば、蓄熱状態の蓄熱材１１を収容した蓄熱タンク１０単体で搬送等を行うことができる。
【００１７】
水用タンク２０は、蓄熱タンク１０に供給又は蓄熱タンク１０から流れてきた水２１を貯める容器である。ここで、水２１については、水蒸気の状態の水分も含むものとする。また、水用タンク２０は、水側熱交換器２２を有する。水側熱交換器２２は、例えば、蓄熱材１１に蓄熱させる際に生じた水蒸気による熱を水側外部負荷４００に伝える。本実施の形態のヒートポンプ装置１００における熱利用は、蓄熱材１１の吸水反応による発熱によるものが主となる。ただ、後述するように、蓄熱材１１の蓄熱動作温度は比較的低く、加熱量はそれほど多くないが、蓄熱材１１に蓄熱させる際にも水蒸気による熱が発生する。水側熱交換器２２は、蓄熱材１１への蓄熱において発生する水蒸気の熱を利用する。
【００１８】
ガス流路配管３０は、蓄熱タンク１０と水用タンク２０とを接続する配管である。ガス流路配管３０を通じて、蓄熱タンク１０と水用タンク２０との間で、脱水反応によって生じたガスである水蒸気が移動する。ガス配管バルブ３１は、ガス流路配管３０に水蒸気を通過させるか否かを制御する開閉弁である。蓄熱材１１に蓄熱させるための加熱を行うと、蓄熱タンク１０内に水蒸気が発生する等して、蓄熱タンク１０内の圧力が上昇する。蓄熱タンク１０内の圧力が上昇すると、蓄熱材１１の感温性高分子は、親水性と疎水性との変化が難しくなる。そこで、蓄熱材１１に蓄熱させるときに、ガス配管バルブ３１を開放し、ガス流路配管３０に水蒸気を通過させて蓄熱タンク１０から逃がす。蓄熱タンク１０内の圧力上昇を抑えることで、感温性高分子の変化を妨げないようにする。ここでは、ガス配管バルブ３１は、電磁開閉弁であるものとする。
【００１９】
また、水流路配管４０は、蓄熱タンク１０と水用タンク２０とを接続する配管である。水流路配管４０を介して、蓄熱材１１に吸水反応させる水２１を、水用タンク２０から蓄熱タンク１０に供給する。水配管バルブ４１は、水流路配管４０に水２１を通過させるか否かを制御する開閉弁である。水配管バルブ４１も、ガス配管バルブ３１と同様に、電磁開閉弁であるものとする。ここで、図１のヒートポンプ装置１００は、ガス流路配管３０と水流路配管４０とを備えているが、これに限定するものではなく、同じ流路配管であってもよい。
【００２０】
蓄熱用熱源装置２００は、蓄熱側熱交換器１２に熱を伝えて蓄熱材１１を加熱する。また、水側外部負荷４００は、水側熱交換器２２から水２１による熱が伝えられ、加熱される負荷である。そして、蓄熱側外部負荷３００は、蓄熱側熱交換器１２から蓄熱材１１が発した熱が伝えられ、加熱される負荷である。ここで、水側外部負荷４００と蓄熱側外部負荷３００とが同じ負荷であってもよい。
【００２１】
次に、本実施の形態に係る蓄熱材１１について説明する。本実施の形態に係る蓄熱材１１は、水もしくは有機溶媒又は水と有機溶媒との混合溶媒と感温性高分子とを有する感温性高分子ゲルである。感温性高分子は、水に対する下限臨界溶液温度（Ｌｏｗｅｒ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＬＣＳＴ）を有する。感温性高分子は、ＬＣＳＴより低温側では親水性を示し、ＬＣＳＴより高温側では疎水性を示す。したがって、感温性高分子は、下限臨界溶液温度を境にして、親水性と疎水性とが可逆的に変化する高分子である。
【００２２】
ここで、感温性高分子は、下限臨界溶液温度を境にして親水性と疎水性とが可逆的に変化するものであれば特に限定されるものでない。例えば、ポリビニルアルコール部分酢化物、ポリビニルメチルエーテル、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリビニルメチルオキサゾリディノン、ポリＮ−エチルアクリルアミド、ポリＮ−エチルメタクリルアミド、ポリＮ−ｎ−プロピルアクリルアミド、ポリＮ−ｎ−プロピルメタクリルアミド、ポリＮ−イソプロピルアクリルアミド、ポリＮ−イソプロピルメタクリルアミド、ポリＮ−シクロプロピルアクリルアミド、ポリＮ−シクロプロピルメタクリルアミド、ポリＮ−メチル−Ｎ−エチルアクリルアミド、ポリＮ、Ｎ−ジエチルアクリルアミド、ポリＮ−メチル−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、ポリＮ−メチル−Ｎ−ｎ−プロピルアクリルアミド、ポリＮ−アクリロイルピロリジン、ポリＮ−アクリロイルピペリジン、ポリＮ−２−エトキシエチルアクリルアミド、ポリＮ−２−エトキシエチルメタクリルアミド、ポリＮ−３−メトキシプロピルアクリルアミド、ポリＮ−３−メトキシプロピルメタクリルアミド、ポリＮ−３−エトキシプロピルアクリルアミド、ポリＮ−３−エトキシプロピルメタクリルアミド、ポリＮ−３−イソプロキシプロピルアクリルアミド、ポリＮ−３−イソプロキシプロピルメタクリルアミド、ポリＮ−３−（２−メトキシエトキシ）プロピルアクリルアミド、ポリＮ−３−（２−メトキシエトキシ）プロピルメタクリルアミド、ポリＮ−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド、ポリＮ−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミド、ポリＮ−１−メチル−２−メトキシエチルアクリルアミド、ポリＮ−１−メチル−２−メトキシエチルメタクリルアミド、ポリＮ−１−メトキシメチルプロピルアクリルアミド、ポリＮ−１−メトキシメチルプロピルメタクリルアミド、ポリＮ−（２、２−ジメトキシエチル）−Ｎ−メチルアクリルアミド、ポリＮ−（１、３−ジオキソラン−２−イルメチル）−Ｎ−メチルアクリルアミド、ポリＮ−８−アクリロイル−１、４−ジオキサ−８−アザ−スピロ［４，５］デカン、ポリＮ−２−メトキシエチル−Ｎ−エチルアクリルアミド、ポリＮ−２−メトキシエチル−Ｎ−ｎ−プロピルアクリルアミド、ポリＮ−２−メトキシエチル−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、ポリＮ又はＮ−ジ（２−メトキシエチル）アクリルアミドを用いることができる。
【００２３】
一方、有機溶媒は、極性有機溶媒から選択される。極性有機溶媒からの選択としては、好ましくは、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、イソペンタノール及び２−メトキシエタノール等のアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルｎ−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン及びメチルイソアミルケトン等のケトン、エチレングリコールモノブチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ｎ−ブチル、クロロホルム、アセトニトリル、グリセロール、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ピリジン、１，４−ジオキサン、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、炭酸プロピレン及びその混合物からなる群から選択される。また、有機溶媒は、非極性有機溶媒から選択することができる。非極性有機溶媒からの選択としては、好ましくは、ベンゼン、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、トルエン、ｏ−キシレン、ジクロロメタン、１，１，２−トリクロロトリフルオロエタン、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、ジエチルエーテル、石油エーテル、ピリジン、四塩化炭素、脂肪酸、脂肪酸エステル及びその混合物からなる群から選択される。さらに、有機溶媒は、油から選択することができる。油からの選択としては、好ましくは、植物油、精油、石油化学油、合成油及びその混合物からなる群から選択される。ここで、油が用いられる場合、有機溶媒は、親油性溶媒と称されることもある。そして、有機溶媒は、上記において定義した少なくとも１種類の極性有機溶媒又は非極性有機溶媒及び上記で定義した少なくとも１種類の油の混合物とすることができる。有機溶媒は、感温性高分子ゲルが下限臨界溶液温度を境にして、親水性と疎水性とが可逆的に変化する過程において、液体状態を維持することができる。
【００２４】
次に、ヒートポンプ装置１００の動作について説明する。まず、蓄熱材１１に蓄熱をするときには、蓄熱用熱源装置２００から熱を加える。蓄熱用熱源装置２００からの熱が、蓄熱側熱交換器１２に伝わり、蓄熱側熱交換器１２は、蓄熱材１１を加熱する。加熱され、前述したＬＣＳＴより高温となった蓄熱材１１は、脱水反応を起こし、疎水性の高分子を含む感温性高分子ゲルと水とが分離する。これにより、感温性高分子ゲルは液体状態のまま蓄熱される。ここで、ヒートポンプ装置１００では、ガス配管バルブ３１を開放し、脱水反応により生じた水の一部である水蒸気を、蓄熱タンク１０内から逃がす。このとき、ガス流路配管３０を通過して水用タンク２０に流入した水蒸気による熱が、水側外部負荷４００に供給される。
【００２５】
次に、蓄熱材１１から放熱させるときには、水配管バルブ４１を開放し、水用タンク２０に蓄えられた水２１を、水流路配管４０を通過させて、蓄熱タンク１０に供給する等して、蓄熱タンク１０内の温度を下げる。ＬＣＳＴより低温となった蓄熱材１１と蓄熱タンク１０内の水２１とにおいて、吸水反応が起こる。吸水反応により発生した熱は、蓄熱側外部負荷３００に供給され、蓄熱側外部負荷３００を加熱する。
【００２６】
以上のように、実施の形態１のヒートポンプ装置１００では、温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子と溶媒とを含む感温性高分子ゲルを有する上記の蓄熱材１１を蓄熱タンク１０に収容する。このため、比較的低い蓄熱動作温度を有し、且つ蓄熱密度が大きい蓄熱材１１を用い、容量に対して蓄熱量が大きなヒートポンプ装置１００を提供することができる。特に、蓄熱の際、蓄熱材１１の脱水反応により、感温性高分子ゲルを含む蓄熱材１１から水が分離され、除かれることで、蓄熱状態における蓄熱材１１は量が少なくなることで、蓄熱に係るタンクの容量を少なくし、小型化をはかることができる。そして、ヒートポンプ装置１００全体の小型化をはかることができる。
【００２７】
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００について説明する。本実施の形態に係るヒートポンプ装置１００の機器構成については、実施の形態１で説明した構成と同じである。実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００では、次に示す蓄熱材１１を用いる。
【００２８】
実施の形態２のヒートポンプ装置１００に用いる蓄熱材１１は、感温性高分子が架橋構造と、高分子末端にヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基とを有し、感温性架橋高分子を構成する繰り返し単位と、官能基と、架橋構造単位とのモル比が、９９：０．５：０．５〜７０：２３：７の範囲であり、好ましくは９８：１：１〜７７：１８：５の範囲である感温性高分子ゲルを有する。
【００２９】
ここで、繰り返し単位の割合が多過ぎる場合、蓄熱密度が小さくなる。また、繰り返し単位の割合が少な過ぎる場合、ＬＣＳＴを示さなくなる。繰り返し単位の割合が多過ぎる場合とは、繰り返し単位と、官能基と、架橋構造単位との合計を１００モル％としたときに、繰り返し単位割合が９９モル％を超える場合である。また、繰り返し単位の割合が少な過ぎる場合とは、繰り返し単位と、官能基と、架橋構造単位との合計を１００モル％としたときに、繰り返し単位割合が７０モル％未満である場合である。
【００３０】
架橋構造単位は、感温性高分子の製造に使用する架橋剤により導入される構造単位である。この架橋剤としては、例えば、Ｎ、Ｎ’-メチレンビスアクリルアミド、Ｎ、Ｎ’-ジアリルアクリルアミド、Ｎ、Ｎ’-ジアクリロイルイミド、Ｎ、Ｎ’-ジメタクリロイルイミド、トリアリルホルマール、ジアリルナフタレート、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、各種ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、各種ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、１、３-ブチレングリコールジアクリレート、１、３-ブチレングリコールジメタクリレート、１、４-ブチレングリコールジメタクリレート、各種ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセロールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン等のジビニル誘導体等の架橋性単量体等が挙げられるが、特にこれらの架橋剤に限定されるものではない。
【００３１】
以上のように、実施の形態２のヒートポンプ装置１００では、温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子と溶媒とを含む感温性高分子ゲルを有する上記の蓄熱材１１を蓄熱タンク１０に収容する。このため、比較的低い蓄熱動作温度を有し、且つ蓄熱密度が大きい蓄熱材１１を用い、容量に対して蓄熱量が大きなヒートポンプ装置１００を提供することができる。特に、蓄熱の際、蓄熱材１１の脱水反応により、感温性高分子ゲルを含む蓄熱材１１から水が分離され、除かれることで、蓄熱状態における蓄熱材１１は量が少なくなることで、蓄熱に係るタンクの容量を少なくし、小型化をはかることができる。そして、ヒートポンプ装置１００全体の小型化をはかることができる。
【００３２】
実施の形態３．
次に、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１００について説明する。実施の形態３に係るヒートポンプ装置１００の機器構成については、実施の形態１で説明した構成と同じである。実施の形態３に係るヒートポンプ装置１００では、次に示す蓄熱材１１を用いる。
【００３３】
実施の形態３のヒートポンプ装置１００に用いる蓄熱材１１は、下記一般式（１）
【００３４】
【化７】
0006704549.tif 000002
【００３５】
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表す）で表される構成単位と、下記一般式（２）
【００３６】
【化８】
0006704549.tif 000003
【００３７】
（式中、＊は、共有結合手を表し、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位とを含み、且つ上記一般式（１）で表される構成単位の共有結合手と上記一般式（２）で表される構成単位の共有結合手とが結合した架橋構造を有する感温性高分子ゲルからなるものである。
【００３８】
本実施の形態の蓄熱材１１において、上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とのモル比は、９９：０．５：０．５〜７０：２３：７の範囲であり、好ましくは９８：１：１〜７７：１８：５の範囲である。上記一般式（１）で表される構成単位の割合が多過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が９９モル％を超える場合）、蓄熱密度が小さくなる。一方、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が少な過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が７０モル％未満である場合）、ＬＣＳＴを示さなくなる。なお、本明細書において、上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とのモル比は、原料の仕込み量から計算した理論値である。
【００３９】
本実施の形態の蓄熱材１１は、上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とを、上記モル比の範囲で含んでいればよく、上記一般式（１）で表される構成単位の繰り返し数並びにそれぞれの構成単位が結合する順番は特に限定されない。上記一般式（１）で表される構成単位の繰り返し数は、通常、５〜５００の範囲の整数である。
【００４０】
本実施の形態の蓄熱材１１において、ＬＣＳＴは、主に、上記一般式（１）中のＲ１及びＲ２の種類に応じて、５〜８０℃の広い範囲に設定することができる。上記一般式（１）中のＲ１は、温度応答性をより高めるという観点から、水素原子又はメチル基であることが好ましい。上記一般式（１）中のＲ２は、温度応答性をより高めるという観点から、エチル基、メチル基又はイソプロピル基であることが好ましい。また、上記一般式（１）中のＲ３は、感温性高分子の製造が容易になるという観点から、水素原子であることが好ましい。上記一般式（１）中のＸは、上記したモル比の範囲を満たすように、ヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される官能基であることができる。これらの官能基の中でも、ラジカル重合性をより高めるという観点から、オキシスルホン酸基であることが好ましい。上記一般式（２）中のｑは、蓄熱密度をより高めるという観点から、１であることが好ましい。上記一般式（１）及（２）における共有結合手は、同じ構成単位同士を結合させたり、異種の構成単位を結合させるだけでなく、一部が分岐構造を形成していてもよい。分岐構造としては、特に限定されることはない。
【００４１】
次に、実施の形態３の蓄熱材１１が有する感温性高分子ゲルの製造について説明する。実施の形態３に係る感温性高分子ゲルは、下記一般式（５）
【００４２】
【化９】
0006704549.tif 000004
【００４３】
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表す）で表される重合性モノマーを、下記一般式（６）
【００４４】
【化１０】
0006704549.tif 000005
【００４５】
（式中、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される架橋剤と、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過リン酸カリウム及び過酸化水素からなる群から選択される一種以上の重合開始剤との存在下でラジカル重合することにより製造することができる。
【００４６】
上記一般式（５）で表される重合性モノマー（上記一般式（１）で表される構成単位を与える重合性モノマー）の具体例としては、例えば、Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−シクロプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル−Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピル−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エトキシエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メトキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エトキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロポキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メトキシエトキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−１−メチル−２−メトキシエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−１−メトキシメチルプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−（２，２−ジメトキシエチル）−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメトキシエチル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。これらの中でも、Ｎ−アルキル（炭素原子数１〜３）（メタ）アクリルアミドが好ましく、Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミドが更に好ましい。なお、本明細書において、「（メタ）アクリル」は、メタクリル又はアクリルを意味する。
【００４７】
上記一般式（６）で表される架橋剤（上記一般式（２）で表される構成単位を与える架橋剤）の具体例としては、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスアクリルアミド及びＮ，Ｎ’−（トリメチレン）ビスアクリルアミドが挙げられる。
【００４８】
ラジカル重合法としては、特に限定されるものではなく、バルク重合法、溶液重合法、乳化重合法等の公知の方法を用いることができる。上記した重合開始剤の中でも、反応性が良好であるという観点から、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウムが好ましい。また、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルパラトルイジン等の重合促進剤を、上記した重合開始剤と組み合わせて用いることにより、低温での迅速なラジカル重合が可能となる。
【００４９】
ラジカル重合に用いられる溶媒としては、特に限定されるものではなく、水、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、１−ブタノール、イソブタノール、ヘキサノール、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等が挙げられる。これらの溶媒の中でも、蓄熱密度をより高めるという観点から、水が好ましい。ラジカル重合反応は、通常、０℃〜１００℃の温度で３０分〜２４時間行われる。
【００５０】
また、溶媒として水を用いてラジカル重合を行う場合、上記一般式（５）で表される重合性モノマーと上記一般式（６）で表される架橋剤と上記重合開始剤との合計濃度は、２モル／Ｌ〜３モル／Ｌとすることが蓄熱密度をより高めるという観点から特に好ましい。合計濃度が２モル／Ｌ未満であると、得られる蓄熱材１１の蓄熱密度が小さくなる場合がある。一方、合計濃度が３モル／Ｌを超えると、得られる蓄熱材１１がＬＣＳＴを示さなくなる場合がある。
【００５１】
実施の形態３の蓄熱材１１が、比較的低い蓄熱動作温度（１００℃以下）と大きい蓄熱密度とを達成できる理由は定かでないが、次のように考えられる。ＬＣＳＴを有する感温性高分子は、ＬＣＳＴより低温側では親水性を示し、ＬＣＳＴより高温側では疎水性を示す。実施の形態３の蓄熱材１１を構成する感温性高分子は、架橋密度が高く、且つ高分子の末端が分岐した高度の密集構造を有するため、感温性高分子への吸着水は、従来の感温性高分子と同様に高配列しているが、ＬＣＳＴより高温時に低配列化する。実施の形態３の蓄熱材１１を構成する感温性高分子では、この配列性の変化が大きいため、従来の感温性高分子と同様に低い蓄熱動作温度を示すだけでなく、大きい蓄熱密度を達成できると考えられる。
【００５２】
以上のように、実施の形態３のヒートポンプ装置１００においては、上記の感温性高分子ゲルを有する蓄熱材１１とすることで、比較的低い蓄熱動作温度を有し、且つ蓄熱密度が大きい蓄熱材１１及びその製造方法を提供することができる。実施の形態３による蓄熱材１１は、比較的低い蓄熱動作温度を有し且つ蓄熱密度が大きく、タンクの容量に対して蓄熱量を増やすことができる。このため、蓄熱材１１が充填された蓄熱タンク１０を小型化することで、ヒートポンプ装置１００を小型化することができる。
【００５３】
実施の形態４．
次に、実施の形態４に係るヒートポンプ装置１００について説明する。実施の形態４に係るヒートポンプ装置１００の機器構成については、実施の形態１で説明した構成と同じである。実施の形態４に係るヒートポンプ装置１００では、次に示す蓄熱材１１を用いる。
【００５４】
実施の形態４のヒートポンプ装置１００に用いる蓄熱材１１は、下記一般式（１）
【００５５】
【化１１】
0006704549.tif 000006
【００５６】
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表す）で表される構成単位と、下記一般式（２）
【００５７】
【化１２】
0006704549.tif 000007
【００５８】
（式中、＊は、共有結合手を表し、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位と、下記一般式（３）
【００５９】
【化１３】
0006704549.tif 000008
【００６０】
若しくは下記一般式（４）
【００６１】
【化１４】
0006704549.tif 000009
【００６２】
（式中、Ｒ４は、ヒドロキシ基、カルボキシル基、スルホン酸基又はリン酸基を表し、Ｒ５は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表し、ｐは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位とを含み、且つ上記一般式（１）で表される構成単位の共有結合手と上記一般式（２）で表される構成単位の共有結合手と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の共有結合手とが結合した架橋構造を有する感温性高分子ゲルからなるものである。
【００６３】
実施の形態４の蓄熱材１１において、上記一般式（１）で表される構成単位と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位とのモル比の範囲は、９５：５〜２０：８０であり、好ましくは８５：１５〜２５：７５の範囲である。上記一般式（１）で表される構成単位の割合が多過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が９５モル％を超える場合）、蓄熱密度が小さくなる。一方、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が少な過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が２０モル％未満である場合）、ＬＣＳＴを示さなくなる。
【００６４】
実施の形態４の蓄熱材１１において、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とのモル比の範囲は、９９：０．５：０．５〜７０：２３：７であり、好ましくは９８：１：１〜７７：１８：５の範囲である。上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の割合が多過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計割合が９９モル％を超える場合）、蓄熱密度が小さくなる。一方、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の割合が少な過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計割合が７０モル％未満である場合）、ＬＣＳＴを示さなくなる。なお、本明細書において、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とのモル比は、原料の仕込み量から計算した理論値である。
【００６５】
実施の形態４の蓄熱材１１は、上記一般式（１）で表される構成単位と、上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とを、上記モル比の範囲で含んでいればよく、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の繰り返し数並びにそれぞれの構成単位が結合する順番は特に限定されない。上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の繰り返し数は、通常、５〜５００の範囲の整数である。
【００６６】
実施の形態４の蓄熱材１１において、ＬＣＳＴは、主に、上記一般式（１）で表される構成単位と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位とのモル比並びに上記一般式（１）中のＲ１及びＲ２の種類上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）中のＲ４及びＲ５の種類に応じて、５〜８０℃の広い範囲に設定することができる。上記一般式（１）中のＲ１は、温度応答性をより高めるという観点から、水素原子又はメチル基であることが好ましい。上記一般式（１）中のＲ２は、温度応答性をより高めるという観点から、エチル基、メチル基又はイソプロピル基であることが好ましい。また、上記一般式（１）中のＲ３及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）中のＲ５は、感温性高分子の製造が容易になるという観点から、水素原子であることが好ましい。上記一般式（１）、（３）及び（４）中のＸは、上記したモル比の範囲を満たすように、ヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される官能基であることができる。これらの官能基の中でも、ラジカル重合性をより高めるという観点から、オキシスルホン酸基であることが好ましい。上記一般式（３）及び（４）中のＲ４は、蓄熱密度をより高めるという観点から、ヒドロキシ基又はスルホン酸基であることが好ましい。上記一般式（３）及び（４）中のｐは、蓄熱密度をより高めるという観点から、１又は２であることが好ましい。上記一般式（２）中のｑは、蓄熱密度をより高めるという観点から、１であることが好ましい。
上記一般式（１）〜（４）における共有結合手は、同じ構成単位同士を結合させたり、異種の構成単位を結合させるだけでなく、一部が分岐構造を形成していてもよい。分岐構造としては、特に限定されることはない。
【００６７】
次に、実施の形態４の蓄熱材１１が有する感温性高分子ゲルの製造について説明する。実施の形態４に係る蓄熱材１１は、下記一般式（５）
【００６８】
【化１５】
0006704549.tif 000010
【００６９】
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表す）で表される重合性モノマーと、下記一般式（７）
【００７０】
【化１６】
0006704549.tif 000011
【００７１】
若しくは下記一般式（８）
【００７２】
【化１７】
0006704549.tif 000012
【００７３】
（式中、Ｒ４は、ヒドロキシ基、カルボキシル基、スルホン酸基又はリン酸基を表し、Ｒ５は、水素原子又はメチル基を表し、ｐは、１〜３の整数を表す）で表される重合性モノマーとを、下記一般式（６）
【００７４】
【化１８】
0006704549.tif 000013
【００７５】
（式中、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される架橋剤と、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過リン酸カリウム及び過酸化水素からなる群から選択される一種以上の重合開始剤との存在下でラジカル重合することにより製造することができる。
【００７６】
上記一般式（５）で表される重合性モノマー、上記一般式（６）で表される架橋剤及び上記重合開始剤は、実施の形態１で説明したのと同様であるので説明を省略する。更に、ラジカル重合方法、ラジカル重合条件等は、実施の形態１で説明したのと同様であるので説明を省略する。
【００７７】
上記一般式（７）で表される重合性モノマー（上記一般式（３）で表される構成単位を与える重合性モノマー）の具体例としては、例えば、アクリル酸２−ヒドロキシメチル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸２−カルボキシメチル、アクリル酸２−カルボキシエチル、アクリル酸２−カルボキシプロピル、アクリル酸２−スルホメチル、アクリル酸２−スルホエチル、アクリル酸２−スルホプロピル、アクリル酸２−ホスホメチル、アクリル酸２−ホスホエチル、アクリル酸２−ホスホプロピル等が挙げられる。これらの中でも、アクリル酸２−ヒドロキシメチル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル及びアクリル酸２−ヒドロキシプロピルが好ましい。
【００７８】
上記一般式（８）で表される重合性モノマー（上記一般式（４）で表される構成単位を与える重合性モノマー）の具体例としては、例えば、Ｎ−（１，１−ジメチル−２−ヒドロキシエチル）アクリルアミド、Ｎ−（１，１−ジメチル−２−ヒドロキシプロピル）アクリルアミド、Ｎ−（１，１−ジメチル−２−ヒドロキシブチル）アクリルアミド、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンカルボン酸、２−アクリルアミド−２−メチルブタンカルボン酸、２−アクリルアミド−２−メチルペンタンカルボン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルブタンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルペンタンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンリン酸、２−アクリルアミド−２−メチルブタンリン酸、２−アクリルアミド−２−メチルペンタンリン酸等が挙げられる。これらの中でも、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸及び２−アクリルアミド−２−メチルペンタンスルホン酸が好ましい。
【００７９】
実施の形態３と同様に、溶媒として水を用いてラジカル重合を行う場合、上記一般式（５）で表される重合性モノマーと上記一般式（７）若しくは上記一般式（８）で表される重合性モノマーと上記一般式（６）で表される架橋剤と上記重合開始剤との合計濃度は、２モル／Ｌ〜３モル／Ｌとすることが好ましい。合計濃度が２モル／Ｌ未満であると、得られる蓄熱材１１の蓄熱密度が小さくなる場合がある。一方、合計濃度が３モル／Ｌを超えると、得られる蓄熱材１１がＬＣＳＴを示さなくなる場合がある。
【００８０】
以上のように、実施の形態４のヒートポンプ装置１００においては、上記の感温性高分子ゲルを有する蓄熱材１１とすることで、比較的低い蓄熱動作温度を有し、且つ蓄熱密度が大きい蓄熱材１１及びその製造方法を提供することができる。実施の形態３による蓄熱材１１は、比較的低い蓄熱動作温度を有し且つ蓄熱密度が大きく、タンクの容量に対して蓄熱量を増やすことができる。このため、蓄熱材１１が充填された蓄熱タンク１０を小型化することで、ヒートポンプ装置１００を小型化することができる。
【００８１】
実施の形態５．
実施の形態１〜実施の形態４では、蓄熱材１１の含水率について、特に説明しなかった。蓄熱材１１の含水率は、特に限定しないが、７０質量％〜９９質量％であることが好ましい。含水率は、水２１を含む蓄熱材１１の重量を室温で測定した後、恒温槽内に入れて６０〜１２０℃の乾燥温度で水２１を蒸発させ、水２１が無くなった（重量が減少しなくなった）ところで、蓄熱材１１の重量を測定し、重量の減少分を水２１と仮定して求めることができる（乾燥減量法）。また、実施の形態１〜実施の形態４に係る蓄熱材１１を多孔化してもよい。蓄熱材１１を多孔化することにより、温度応答性をより高めるという利点がある。蓄熱材１１を多孔化する方法としては、上記した重合性モノマー、架橋剤、重合開始剤及びポロゲン（細孔形成剤）を含む混合溶液を調製し、ラジカル重合反応によって架橋構造を形成し、次いで洗浄によりポロゲンを除去する方法が挙げられる。溶媒として水を用いてラジカル重合反応を行う場合、好ましいポロゲンは、水溶性の炭水化物、例えば、スクロース、マルトース、セルビオース、ラクトース、ソルビトール、キシリトール、グルコース、フルクトース等である。これらの水溶性の炭水化物と、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール又はこれらの混合物とを含むポロゲン組成物としてもよい。また、蓄熱材１１を多孔化する別の方法としては、水２１を含む感温性高分子から凍結乾燥により水２１を除去する方法が挙げられる。
【００８２】
また、実施の形態１〜実施の形態４に係る蓄熱材１１が有する感温性高分子は、上記した重合性モノマー、架橋剤及び重合開始剤を少なくとも含む混合溶液を、ヒートポンプ内の容器表面に塗布し、ラジカル重合することにより製造することもできる。混合溶液は、金属表面の活性化剤、カップリング剤等を含んでもよい。また、実施の形態１〜実施の形態４に係る蓄熱材１１が有する感温性高分子は、上記した混合溶液の塗膜へ放射線を照射することにより製造することもできる。
【００８３】
また、実施の形態１等のヒートポンプ装置１００では、蓄熱状態の感温性高分子に脱水反応による水を残さないようにするため、水蒸気にして、蓄熱タンク１０からガス流路配管３０を通過させて水用タンク２０に送るようにした。感温性高分子と水との分離及び除去方法としては、他にも感温性高分子と水との密度差、重力、水の対流等を用いた方法がある。また、ポンプ等の外的動力を用いて、感温性高分子から水を除去することができる。
【実施例】
【００８４】
次に、実施の形態１〜実施の形態５において説明した蓄熱材１１について、実施例１〜実施例５を示して具体的に説明する。ただし、蓄熱材１１は、本実施例に限定されるものではない。【００８５】
〔実施例１〜５及び比較例１〜５〕
表１に示す配合の原料水溶液を、窒素雰囲気下、室温から５０℃まで１時間かけて昇温させ、感温性高分子を得た。また、得られた感温性高分子を乾燥した後、蒸留水で平衡膨潤させて、感温性高分子ゲルを得た。その後、感温性高分子ゲルをアルミニウム製の密閉容器に封入し、示差走査熱量計で吸熱ピーク温度と蓄熱密度とを測定した。測定結果を表２に示す。【００８６】
ここで、表１における略号は以下の通りである。
ＮＩＰＡＭ：Ｎ−イソプロピルアクリルアミド
ＨＭＡ：アクリル酸２−ヒドロキシエチル
ＭＢＡ：Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド
ＫＰＳ：過硫酸カリウウム
ＴＥＭＥＤ：Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン【００８７】
【表１】
0006704549.tif 000014
【００８８】
【表２】
0006704549.tif 000015
【００８９】
表２の結果から分かるように、実施例１〜実施例５で得られた感温性高分子ゲルは、吸熱ピーク温度が３６℃〜７７℃と低い上に、蓄熱密度が５１２Ｊ／ｇ〜８４４Ｊ／ｇと大きかった。すなわち、実施例１〜実施例５で得られた感温性高分子ゲルは、３６℃〜７７℃の低い蓄熱動作温度で、５１２Ｊ／ｇ〜８４４Ｊ／ｇの高い蓄熱密度を発現することができる。【００９０】
また、蓄熱動作温度の発現する感温性高分子ゲルの親水性と疎水性の可逆的変化において、水温が３６℃〜７７℃であり、液体状態であった。これに対し、比較例１〜実施例５で得られた感温性高分子ゲルは、パラフィン、脂肪酸、糖アルコール等の従来の蓄熱材と同様に、吸熱ピーク温度が３２℃〜６８℃と低いものの、蓄熱密度が３１Ｊ／ｇ〜４２Ｊ／ｇと著しく小さかった。【００９１】
実施例１〜実施例５で得られた感温性高分子ゲルを用いた上記構成のヒートポンプ装置１００の蓄熱タンク１０は、その蓄熱密度に応じて、約１０％〜９０％程度の小型化が可能となった。【００９２】
また、上述した実施の形態及び実施例のように、脱水反応により水が分離されて除去された感温性高分子は、水が供給されて吸水反応が生じなければ、蓄熱状態を維持することができる。このため、長期間の蓄熱ができる。このため、季節を跨いだ蓄熱も容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
実施の形態１〜実施の形態４で説明したヒートポンプ装置１００（特に、蓄熱状態の蓄熱材１１）は、従来の蓄熱材とは異なり、低い動作温度で高い蓄熱密度を得ることができた。そして、実施の形態１〜実施の形態４で得られた感温性高分子ゲルを用いたヒートポンプ装置１００は、蓄熱密度に応じて、それぞれ約１０〜９０％程度の小型化が可能であった。また、実施の形態１〜実施の形態４で得られた感温性高分子ゲルを用いたヒートポンプ装置１００を、冷蔵庫、冷凍庫、エアコンに使用したところ、総じて、従来のヒートポンプ装置を用いた製品よりも小型化が可能であった。また、ヒートポンプ装置１００は、蓄熱タンク１０の蓄熱材１１を搬送等することができる。このため、蓄熱材１１は、電力供給源がないまたは乏しい場所において、電力を不要とした冷暖房機器として利用することができる。例えば、蓄熱材１１は、潜水艦内や宇宙船、惑星探査機の電気機器類及び搭乗者等の加熱または冷却を行うことができる。
【符号の説明】
【００９４】
１０  蓄熱タンク、１１  蓄熱材、１２  蓄熱側熱交換器、２０  水用タンク、２１  水、２２  水側熱交換器、３０  ガス流路配管、３１  ガス配管バルブ、４０  水流路配管、４１  水配管バルブ、１００  ヒートポンプ装置、２００  蓄熱用熱源装置、３００  蓄熱側外部負荷、４００  水側外部負荷。
【要約】
発明に係るヒートポンプ装置は、温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子と、水、有機溶媒又はこれらの混合物からなる群から選択される溶媒とを含む感温性高分子ゲルを有する蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、蓄熱材を加熱する蓄熱用熱源装置と、水を貯める水用タンクと、蓄熱タンクと水用タンクとを接続する流路配管とを備えるヒートポンプ装置であって、蓄熱材は、下限臨界溶液温度を境にして親水性と疎水性とが可逆的に変化し、且つ、変化の過程において、感温性高分子ゲルに含まれる有機溶媒が液体状態を維持し、疎水性に変化した感温性高分子と水とが分離されるものである。【図１】
0006704549.tif 000022