(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノオーダの大きさのナノ細孔を有する多孔体の前記ナノ細孔内に蓄熱材料を吸着させると共に前記ナノ細孔外に前記蓄熱材料の蒸気を存在させて蓄熱材を構成し、前記蒸気の圧力を調整することにより前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を調整して前記蓄熱材の蓄熱温度を変化させることを特徴とする蓄熱方法。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄熱方法において、前記蒸気の圧力の調整は、前記多孔体の周囲に前記蓄熱材料を所定の値に調整した飽和蒸気圧で存在させることにより行うことを特徴とする蓄熱方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蓄熱方法において、前記多孔体として、ナノ細孔の分布の中心の大きさが１〜５０ｎｍの範囲にあるものを用いることを特徴とする蓄熱方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の蓄熱方法において、冷熱蓄熱の場合には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を、冷却対象物の温度よりも低い温度に調整し、また、温熱蓄熱の場合には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を、加熱対象物の温度よりも高い温度に調整することを特徴とする蓄熱方法。
【請求項５】
請求項４に記載の蓄熱方法において、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を、当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高く設定することを特徴とする蓄熱方法。
【請求項６】
対象物を冷却若しくは加熱するための蓄熱ケースと、この蓄熱ケースの内部に保持されたナノオーダの大きさのナノ細孔を有する多孔体と、この多孔体の前記ナノ細孔内及び当該多孔体の周囲に保持される蓄熱材料と、前記蓄熱ケース内に前記蓄熱材料を所定量だけ供給する蓄熱材料供給手段と、前記蓄熱ケース内の圧力を所定値に調整する圧力調整手段とを具備することを特徴とする蓄熱装置。
【請求項７】
請求項６に記載の蓄熱装置において、前記多孔体として、ナノ細孔の分布の中心の大きさが１〜５０ｎｍの範囲にあるものを用いることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の蓄熱装置において、前記蓄熱材料供給手段及び前記圧力調整手段により、前記蓄熱ケース内の前記多孔体の周囲には前記蓄熱材料の蒸気が存在するように、当該蓄熱材料の供給量及び前記蓄熱ケース内の圧力を調整することを特徴とする蓄熱装置。
【請求項９】
請求項６〜８の何れかに記載の蓄熱装置において、前記蓄熱材料供給手段は、所定の圧力に調整された飽和蒸気圧の蓄熱材料を前記蓄熱ケース内に供給するようになっており、前記圧力調整手段を兼ねていることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項１０】
請求項６〜９の何れかに記載の蓄熱装置において、冷熱蓄熱の場合には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点が、冷却対象物の温度よりも低い温度となるように前記蓄熱ケース内の圧力及び前記蓄熱材料の供給量を調整し、一方、温熱蓄熱の場合には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点が、加熱対象物の温度よりも高い温度となるように前記蓄熱ケース内の圧力及び前記蓄熱材料の供給量を調整することを特徴とする蓄熱装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の蓄熱装置において、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点が、当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高くなるように前記蓄熱ケース内の圧力及び前記蓄熱材料の供給量を調整することを特徴とする蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融解潜熱の大きな蓄熱材料の融点を適宜変更して冷熱蓄熱及び温熱蓄熱の何れにも適用可能であると共に過冷却現象を解消することができる蓄熱方法及び蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力需要の昼夜変動は、年々増大しており、その負荷変動に対応するのは主に火力発電である。火力発電の負荷変動は発電効率や設備稼働率を低下させるという問題をもたらす。このような負荷平準化を図るために蓄熱技術が重要な役割を果たす。
【０００３】
蓄熱技術には冷熱蓄熱と温熱蓄熱とがあり、何れにおいても、要求される温度と融点が一致し、融解潜熱が大きい物質が求められる。しかしながら、融点と融解潜熱は、物質に固有の物性であるので、要求される温度において、融解潜熱が大きな物質が既知でない場合には、新たな蓄熱物質を探索する必要が生じる。また、このような場合、目的の物質の分子構造を推定したとしても、その物質は融点と融解潜熱が今まで不明であった、工学的に未利用な物質であり、ハンドリングが困難であったり、コストが著しく高かったり、工学的な課題を伴う可能性が大きい。
【０００４】
また、蓄熱技術においては、過冷却現象を最小限にとどめることが重要である。既存の技術としては、氷蓄熱において微生物を水に添加して、微生物を核として水から氷への相転移を促す方法が有効であるが、氷以外の蓄熱材に対する有用性は不明である。
【０００５】
ここで、過冷却が少なく、かつ出力温度の制御が容易な蓄熱材として、多孔体の細孔内に蓄熱物質を配置した蓄熱材が提案されている（特許文献１参照）。この技術は、中心細孔径が１〜１０ｎｍの細孔を有する多孔体の細孔内に蓄熱物質を配置し、既存の蓄熱材の融点を変化させるものである。しかしながら、この技術では、蓄熱材の融点の変化は中心細孔径の大きさによって決まるので、同一の蓄熱材を用いて異なる融点の蓄熱材とするためには、中心細孔径の異なる多孔体を別途用意しなければならないので、所望の融点の蓄熱材料を提供するという技術としては不完全な技術である。
【０００６】
したがって、融点を適宜変更できる蓄熱技術の出現が求められている。また、勿論、従来においては、冷熱蓄熱と温熱蓄熱との両方を行うには、冷熱用と温熱用の２つの蓄熱材料を用いる必要があり、これらを１つの蓄熱材料で賄うことは不可能であった。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１４３４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した従来技術に鑑み、融解潜熱の大きな蓄熱材料の融点を適宜変更して冷熱蓄熱及び温熱蓄熱の何れにも適用可能であると共に過冷却現象を解消することができる蓄熱方法及び蓄熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、ナノオーダの大きさのナノ細孔を有する多孔体の前記ナノ細孔内に蓄熱材料を吸着させると共に前記ナノ細孔外に前記蓄熱材料の蒸気を存在させて蓄熱材を構成し、前記蒸気の圧力を調整することにより前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を調整して前記蓄熱材の蓄熱温度を変化させることを特徴とする蓄熱方法にある。
【００１０】
かかる第１の態様では、ナノ細孔内に蓄熱材料を吸着させると共にその外側の蓄熱材料の蒸気の圧力を調整することにより、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を変化させ、これにより蓄熱温度を調整することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の蓄熱方法において、前記蒸気の圧力の調整は、前記多孔体の周囲に前記蓄熱材料を所定の値に調整した飽和蒸気圧で存在させることにより行うことを特徴とする蓄熱方法にある。
【００１２】
かかる第２の態様では、多孔体の周囲に、飽和蒸気圧を所定の値に調整した蓄熱材料を存在させることにより、多孔体の周囲の蒸気の圧力を調整でき、これにより、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を変化させることができる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載の蓄熱方法において、前記多孔体として、ナノ細孔の分布の中心の大きさが１〜５０ｎｍの範囲にあるものを用いることを特徴とする蓄熱方法にある。
【００１４】
かかる第３の態様では、ナノ細孔の分布の中心の大きさが１〜５０ｎｍの多孔体を用いることにより、ナノ細孔内に吸着された蓄熱材料の融点を容易に変化させることができ、また、その蓄熱材料が相転移できる環境とすることができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様に記載の蓄熱方法において、冷熱蓄熱の場合には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を、冷却対象物の温度よりも低い温度に調整し、また、温熱蓄熱の場合には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を、加熱対象物の温度よりも高い温度に調整することを特徴とする蓄熱方法にある。
【００１６】
かかる第４の態様では、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を冷却対象物の温度よりも低い温度に調整することにより、蓄熱材料の固体から液体への相転移による潜熱吸収により対象物を冷却することができ、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を加熱対象物の温度よりも高い温度に調整することにより、蓄熱材料の液体から固体への相転移による潜熱の放出により、対象物を加熱することができる。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の蓄熱方法において、前記温熱蓄熱および前記冷熱蓄熱の際には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を、当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高く設定することを特徴とする蓄熱方法にある。
【００１８】
かかる第５の態様では、温熱蓄熱の際に、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高く設定することにより、蓄熱材料の過冷却状態が生じても、当該蓄熱材料の液体から固体への相転移が所望の蓄熱温度近傍で生じるので、対象物を所望の温度に加熱することができる。また、冷熱蓄熱の際には、ナノ細孔内の蓄熱材料を冷却して冷熱蓄熱する際に、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高く設定することにより、蓄熱材料の過冷却状態が生じても、当該蓄熱材料の液体から固体への相転移が所望の蓄熱温度近傍で生じるので、蓄熱材料に所望の温度で冷熱蓄熱することができる。
【００１９】
本発明の第６の態様は、対象物を冷却若しくは加熱するための蓄熱ケースと、この蓄熱ケースの内部に保持されたナノオーダの大きさのナノ細孔を有する多孔体と、この多孔体の前記ナノ細孔内及び当該多孔体の周囲に保持される蓄熱材料と、前記蓄熱ケース内に前記蓄熱材料を所定量だけ供給する蓄熱材料供給手段と、前記蓄熱ケース内の圧力を所定値に調整する圧力調整手段とを具備することを特徴とする蓄熱装置にある。
【００２０】
かかる第６の態様では、蓄熱ケース内に保持された多孔体のナノ細孔内に蓄熱材料を吸着させると共にその外側の蓄熱材料の蒸気の圧力を調整することにより、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を変化させることができ、これにより蓄熱温度を調整することができるので、対象物を所望の温度に冷却若しくは加熱することができる。
【００２１】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の蓄熱装置において、前記多孔体として、ナノ細孔の分布の中心の大きさが１〜５０ｎｍの範囲にあるものを用いることを特徴とする蓄熱装置にある。
【００２２】
かかる第７の態様では、ナノ細孔の分布の中心の大きさが１〜５０ｎｍの多孔体を用いることより、ナノ細孔内に吸着された蓄熱材料の融点を容易に変化させることができ、また、その蓄熱材料が相転移できる環境とすることができる。
【００２３】
本発明の第８の態様は、第６又は７の態様に記載の蓄熱装置において、前記蓄熱材料供給手段及び前記圧力調整手段により、前記蓄熱ケース内の前記多孔体の周囲には前記蓄熱材料の蒸気が存在するように、当該蓄熱材料の供給量及び前記蓄熱ケース内の圧力を調整することを特徴とする蓄熱装置にある。
【００２４】
かかる第８の態様では、蓄熱ケース内の多孔体の周囲に蒸気を存在させると共にその蒸気の圧力を調整することにより、蓄熱温度を所望の温度に調整することができる。
【００２５】
本発明の第９の態様は、第６〜８の何れかの態様に記載の蓄熱装置において、前記蓄熱材料供給手段は、所定の圧力に調整された飽和蒸気圧の蓄熱材料を前記蓄熱ケース内に供給するようになっており、前記圧力調整手段を兼ねていることを特徴とする蓄熱装置にある。
【００２６】
かかる第９の態様では、多孔体の周囲に、飽和蒸気圧を所定の値に調整した蓄熱材料を存在させることにより、多孔体の周囲の蒸気の圧力を調整でき、これにより、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を変化させることができるとともに、蓄熱温度を所望の温度に調整することができる。
【００２７】
本発明の第１０の態様は、第６〜９の何れかの態様に記載の蓄熱装置において、冷熱蓄熱の場合には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点が、冷却対象物の温度よりも低い温度となるように前記蓄熱ケース内の圧力及び前記蓄熱材料の供給量を調整し、一方、温熱蓄熱の場合には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点が、加熱対象物の温度よりも高い温度となるように前記蓄熱ケース内の圧力及び前記蓄熱材料の供給量を調整することを特徴とする蓄熱装置にある。
【００２８】
かかる第１０の態様では、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を冷却対象物の温度よりも低い温度に調整することにより、蓄熱材料の固体から液体への相転移による潜熱吸収により対象物を冷却することができ、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を加熱対象物の温度よりも高い温度に調整することにより、蓄熱材料の液体から固体への相転移による潜熱の放出により、対象物を加熱することができる。
【００２９】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載の蓄熱装置において、前記温熱蓄熱および前記冷熱蓄熱の際には、前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点が、当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高くなるように前記蓄熱ケース内の圧力及び前記蓄熱材料の供給量を調整することを特徴とする蓄熱装置にある。
【００３０】
かかる第１１の態様では、温熱蓄熱の際に、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高く設定することにより、蓄熱材料の過冷却状態が生じても、当該蓄熱材料の液体から固体への相転移が所望の蓄熱温度近傍で生じるので、対象物を所望の温度に加熱することができる。また、冷熱蓄熱の際には、ナノ細孔内の蓄熱材料を冷却して冷熱蓄熱する際に、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高く設定することにより、蓄熱材料の過冷却状態が生じても、当該蓄熱材料の液体から固体への相転移が所望の蓄熱温度近傍で生じるので、蓄熱材料に所望の温度で冷熱蓄熱することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、蓄熱材料を多孔体のナノ細孔に吸着させると共にその周囲に蓄熱材料の蒸気を存在させ、当該蒸気の圧力を調整することにより、融解潜熱の大きな蓄熱材料の融点を適宜変更して冷熱蓄熱及び温熱蓄熱の何れにも適用可能とすることができ、また、過冷却現象を解消することができる蓄熱方法及び蓄熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
本発明は、ナノオーダの大きさを有するナノ細孔を有する多孔体のナノ細孔内に蓄熱材料を吸着させると共にその周囲に蓄熱材料の蒸気を存在させ、当該蒸気の圧力を調整すると、ナノ細孔内に吸着された蓄熱材料の融点を所定の範囲内で変化させることができ、これを用いると所望の蓄熱温度で有用な蓄熱装置とすることができるという新たな知見に基づいて完成されたものである。
【００３４】
かかる知見に基づく本発明に係る蓄熱方法は、ナノオーダの大きさのナノ細孔を有する多孔体の前記ナノ細孔内に蓄熱材料を吸着させると共に前記ナノ細孔外に前記蓄熱材料の蒸気を存在させて蓄熱材を構成し、前記蒸気の圧力を調整することにより前記ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を調整して前記蓄熱材の蓄熱温度を変化させることを特徴とするものである。
【００３５】
ここで、本発明に用いることができる多孔体は、ナノオーダの大きさのナノ細孔を有するものであれば特に限定されず、公知の多孔体、若しくはこのような目的で製造される多孔体を用いることができる。
【００３６】
多孔体のナノ細孔の形状及び大きさは、ナノオーダの大きさを有するものであり、ナノ細孔内に吸着された蓄熱材料の融点がそのナノ細孔の外側の蒸気の圧力によって変化し且つ蓄熱材料の相転移を阻害しないものであれば、特に限定されるものではない。
【００３７】
このようなナノ細孔の形状は、円筒状、スリット状、不定形状の凹部など、特に限定されず、形状によって大きさをどの寸法とするかも問題となるが、例えば、円筒状であれば、開口部の直径、スリット状であれば、スリットの幅、不定形状の凹部であれば、開口部の大きさ、例えば、直径などとなる。このような形状の差異により、蓄熱材料の相転移が阻害される可能性があるが、何れにしても、蓄熱材料の融点が変化でき且つ蓄熱材料の相転移が阻害されないものであればよい。
【００３８】
また、本発明に用いることができる多孔体のナノ細孔の大きさは、その形状によっても異なるが、例えば、ナノ細孔の大きさの分布の中心が１〜５０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍの範囲にあればよい。ナノ細孔の大きさが小さすぎると、蓄熱材料の相転移が阻害される可能性があり、また、ナノ細孔が大きすぎると、その外側の蒸気の圧力を変化させても融点の変化が生じなくなるので、共に好ましくない。
【００３９】
本発明で用いることができる多孔体としては、シリカゲル、活性炭、ゼオライト、合成ゼオライト、カーボンナノチューブ、金属ナノチューブ、ＦＳＭ−１６、ＭＣＭ−４１、ＭＣＭ−５０、グラファイト層間架橋多孔体などを挙げることができる。
【００４０】
なお、本発明において、融点を変化させて所望の蓄熱温度を設定する目的から、多孔体のナノ細孔の形状及び大きさは、できるだけ均一であるのが好ましい。ナノ細孔の形状や大きさにばらつきが大きいと、各ナノ細孔毎に蓄熱材料の融点に差ができ、全体としての融点がブロードとなり、蓄熱温度を精度よく制御できなくなるからである。このような理由から、均一のナノ細孔を有するように製造された合成ゼオライト、カーボンナノチューブ、グラファイト層間架橋多孔体の他、ＦＳＭ−１６、ＭＣＭ−４１、ＭＣＭ−５０などに代表される、シリカ、アルミナ、チタニア、タングステン酸化物などの金属酸化物、或いは、シリカアルミナ、シリカチタニア、シリカマグネシア、シリカジルコニア、シリカランタニア、シリカブリウム酸化物、シリカストロンチウム酸化物などの複合酸化物からなるメソ多孔体などの合成された多孔体を用いるのが好ましい。
【００４１】
一方、本発明で用いることができる蓄熱材料は、固・液・気相に変化し得る物質であれば特に限定されないが、蓄熱の目的からは潜熱が大きい方が好ましい。潜熱が大きく使用が容易な物質としては、水、パラフィン、有機物などを挙げることができる。上記パラフィンとしては、パラフィン５９１３、パラフィン６１０６、パラフィン５８３８、パラフィン６０３５、パラフィン６４０３、パラフィン６４９９、オクタデカン等、上記有機物としては、エリスリトール、カプリル酸、ポリグリコールＥ６００、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ポリグリコールＥ６０００、ロキシオールＧ３２、パルミチン酸、ステアリン酸、ビフェニル、プロピオンアミド、ナフタレン、アセトアミド、酢酸ナトリウム等を挙げることができる。
【００４２】
本発明では、多孔体のナノ細孔の外側にナノ細孔に吸着された蓄熱材料の蒸気を存在させることが重要である。すなわち、ナノ細孔の外側に蒸気を存在させるということは、多孔体の周囲の圧力が所定の範囲に制御されていることを意味し、この圧力を制御することにより、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を変化させることができる。また、このように多孔体の周囲に蓄熱材料の蒸気を存在させると共にその圧力を変化させるということは、ナノ細孔の内外において蓄熱材料の出入りが生じるので、ナノ細孔の周囲の蓄熱材料の圧力を上昇させる場合には、圧力の上昇に伴ってナノ細孔内に吸着される蓄熱材料の供給を伴わなければならない。
【００４３】
なお、本発明者らは、分子シミュレーションを用いて、ナノ細孔内の物質の融点と、ナノ細孔外の物質の蒸気圧との関係を明らかにしている（M. Miyahara, H. Kanda, M. Shibao and K. Higashitani, J. Chem. Phys., Vol.112. No.22, p9909-9916, (2000)）。この文献における検討にはＮＶＴアンサンブルの分子動力学法が用いられている。十分な長さのナノ細孔（長さが細孔径の７倍）を有する多孔体内に適切な数の分子を入れると、時間の経過とともに毛管凝縮相が自然に形成されて気液平衡となる。その際に、系の温度は一定とした。分子の個数Ｎは、ナノ細孔から凝縮相が少し溢れるように試行法により決定されている。そして、Ｎを様々に変えたシミュレーションを行い、その際にナノ細孔内で液相か固相のいずれが形成されているかが検討され、ナノ細孔内で固相が形成された温度と圧力が、系の融点を意味することが示されている。
【００４４】
また、このシミュレーションを用いた検証と、熱力学によって、スリット状のナノ細孔を有する多孔体について、相図が示されている(H.Kanda,M.Miyahara and K.Higashitani, Adsorption, Vol.11,295(2005))。
【００４５】
しかしながら、これらの研究結果は、ナノ細孔外の蒸気圧を変化させた場合の物質の融点の変動に関する物理現象の発見と、原理を熱力学によって検討したのみであり、この現象の利用先や具体的な方法については不明であった。研究を重ねた結果、ナノ細孔外の蒸気圧を変動させることにより、蓄熱材として非常に有用な範囲で融点を変動させることができることを知見し、本発明を完成させたものである。
【００４６】
以下、本発明の原理を蓄熱材料の相図を参照しながら詳細に説明する。
【００４７】
ナノ細孔内の蓄熱材料の相図の概略の一例を図１に示す。図中の実線がナノ細孔内での蓄熱材料の共存曲線であり、ナノ細孔外の相図を破線で示してある。図中の記号のうち、poreはナノ細孔内、bulkはナノ細孔外を表し、Ｇ−Ｌは気相と液相（凝縮）、Ｓ−Ｌは固相と液相（凝固）、Ｇ−Ｓは気相と固相（昇華）の相平衡を表す。
【００４８】
図示するように、ナノ細孔内では、気液平衡の圧力（poreＧ−Ｌ）と気固平衡の圧力（poreＧ−Ｓ）は、ナノ細孔外の平衡圧力（bulkＧ−Ｌ及びbulkＧ−Ｓ）より著しく低くなっている。これは、ナノ細孔の吸着力によるものであり、ナノ細孔の外では気体状態になる蓄熱材料がナノ細孔内に捉えられると、液体や固体状態となるためである。
【００４９】
また、ナノ細孔外では融点は圧力の影響を殆ど受けず、一定である（bulkＳ−Ｌ）のに対し、ナノ細孔内では、固体と液体との平衡線（poreＳ−Ｌ）は、図１のＡ点より低い圧力で斜めに下方に折れ曲がっている。これは、Ａ点未満での圧力領域では、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点がナノ細孔外の圧力の影響で、大きく変化することを意味しており、本発明はこの原理を利用しているのである。なお、Ａ点はナノ細孔外で凝縮（結露）が起こる点である。
【００５０】
また、図１で示すＢ点は、ナノ細孔内での三重点であり、これより低い温度では、ナノ細孔内で昇華が起こるため、蓄熱材としては使用できない。
【００５１】
したがって、本発明は、Ａ点の圧力ｐs（Ｔa）とＢ点の圧力ｐ（Ｔtpore）との間でナノ細孔外の蒸気圧ｐ（Ｔ）を変化させることにより、ナノ細孔内に吸着された蓄熱材料の凝固点（融点）Ｔを、ナノ細孔内の凝固点Ｔaとナノ細孔内の三重点Ｔtporeとの間で変化させて、蓄熱温度を変化させるというものである。
【００５２】
なお、図１は、Ａ点及びＢ点の温度が通常の融点より高く、ナノ細孔内の物質の凝固点（融点）Ｔが通常の融点Ｔtより上昇する場合、すなわち、Ｔt＜Ｔの場合であるが、Ａ点及びＢ点の温度が通常の融点Ｔtより低く、ナノ細孔内の凝固点Ｔが通常の融点Ｔtより降下する場合、すなわち、Ｔ＜Ｔtの場合を図２に示す。また、Ａ点及びＢ点の温度の間に通常の融点Ｔtがあって、ナノ細孔外の蒸気圧の大きさによって凝固点上昇と凝固点降下とに分かれる場合、すなわち、Ｔt＜Ｔの状態とＴ＜Ｔtの状態とがある場合を図３に示す。
【００５３】
ここで、図１〜図３のＡ点より圧力が高い条件下では、ナノ細孔内での融点はＴaとなり、三重点（標準融点とほぼ等しい）Ｔtとは異なる。これは、ナノ細孔の形状の歪みが原因である。すなわち、ナノ細孔の中の物質が凝固する際に、固体結晶構造に歪みが生じ、これが融点降下の原因として働き、同時に、ナノ細孔壁からの引力が融点上昇の要因として働く。この二つの要因の大小によって、ナノ細孔内での融点は、標準融点より上昇したり降下したりするのである。
【００５４】
このようなＡ点における融点変動（ＴaとＴtとの違い）を利用した蓄熱材が上述した特許文献１の蓄熱材であり、本発明とは根本的に異なるものである。なお、Ａ点における融点変動（ＴaとＴtとの違い）を利用したものと、本発明との違いは、前者は、Ａ点における現象を利用するものであることから明らかなように、ナノ細孔の外側にも液体が存在する状態、すなわち、液体の飽和蒸気圧において多孔体のナノ細孔内に液体をしみこませたものであるのに対し、後者は、ナノ細孔外には液体が存在せずに蒸気だけが存在する点である。
【００５５】
このように本発明では、ナノ細孔の外側には、ナノ細孔内に凝縮した蓄熱材料の蒸気が存在することが必要である。このような本発明の蓄熱装置の模式図を図４に示す。図４（ａ）は多孔体１のナノ細孔２に吸着された蓄熱材料３の凝縮液３ａがナノ細孔２から溢れそうな状態でその周囲に蓄熱材料３の蒸気３ｂが存在する場合であり、図４（ｂ）は、ナノ細孔２内の入口近傍まで蒸気３ｂが存在する場合であり、何れも本発明の蓄熱材料を模式化したものである。なお、図４（ｃ）はナノ細孔２内に蓄熱材料３が完全に吸着されておらず、壁面近傍のみに凝縮液３ａが存在し、殆どが蒸気３ｂとして存在する場合であり、蒸気圧が低すぎる状態を模式化している。
【００５６】
図５にはこのような蓄熱材料３のナノ細孔２に吸着された凝縮液３ａの量、すなわち、吸着量と、ナノ細孔２の外側の蒸気３ｂの蒸気圧ｐ／飽和蒸気圧ｐsat（ｐ／ｐsat）との関係を示す。図５において、領域Ｓ１は図４（ａ）の状態に対応し、領域Ｓ２は図４（ｂ）の状態に対応し、領域Ｓ３は図４（ｃ）に対応する。なお、本発明の蓄熱装置に用いる蓄熱材は、領域Ｓ１と、領域Ｓ２の一部を含む領域Ｓ４で使用すると、ナノ細孔の内外における蓄熱材料の出入りの量を抑制できるので望ましい。
【００５７】
本発明に係る蓄熱方法は、このような原理を利用して蓄熱温度を所定の値に制御しつつ加熱対象物を加熱若しくは冷却するものである。すなわち、本発明の蓄熱方法においては、冷熱蓄熱の場合には、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を、冷却対象物の温度よりも低い温度に調整し、また、温熱蓄熱の場合には、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を、加熱対象物の温度よりも高い温度に調整する。また、温熱蓄熱の際には、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を、当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高く設定する。これにより、蓄熱材料の過冷却状態が生じても、当該蓄熱材料の液体から固体への相転移が所望の蓄熱温度近傍で生じるので、対象物を所望の温度に加熱することができるという効果を奏する。冷熱蓄熱の際には、ナノ細孔内の蓄熱材料を冷却して冷熱蓄熱する際に、ナノ細孔内の蓄熱材料の融点を当該蓄熱材料の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高く設定することにより、蓄熱材料の過冷却状態が生じても、当該蓄熱材料の液体から固体への相転移が所望の蓄熱温度近傍で生じるので、蓄熱材料に所望の温度で冷熱蓄熱することができるという効果を奏する。
【００５８】
一方、本発明の蓄熱装置は、対象物を冷却若しくは加熱するための蓄熱ケースと、この蓄熱ケースの内部に保持されたナノオーダの大きさのナノ細孔を有する多孔体と、この多孔体の前記ナノ細孔内及び当該多孔体の周囲に保持される蓄熱材料と、前記蓄熱ケース内に前記蓄熱材料を所定量だけ供給する蓄熱材料供給手段と、前記蓄熱ケース内の圧力を所定値に調整する圧力調整手段とを具備することを特徴とするものである。
【００５９】
かかる蓄熱装置は、上述した原理を使用した装置であり、使用する多孔体や蓄熱材料は上述したとおりである。
【００６０】
以下、蓄熱装置の一実施例を示しながら、本発明をさらに詳細に説明する。
【００６１】
図６に、本発明の蓄熱装置の一実施例を模式的に示す。図６に示すように、蓄熱ケース１１内には、多孔体１が充填されている。この多孔体１の状態はＸ部を拡大して示してあるが、多孔体１のナノ細孔２の内部には蓄熱材料３の凝縮液３ａが吸着されており、その外側には蓄熱材料３の蒸気３ｂが存在している。
【００６２】
蓄熱ケース１１には、蓄熱ケース１１内に蒸気３ｂを供給すると共にその圧力を調節するための圧力調整手段２０が連結されている。すなわち、本実施例の圧力調整手段２０は、蓄熱ケース１１に連結した圧力調整管２１の分岐した一方に第１のバルブ２２を介して設けられた 蓄熱材料タンク２３と、この蓄熱材料タンク２３に充填された蓄熱材料３と、蓄熱材料タンク２３に付設されて蓄熱材料３の温度を調節する温度制御手段２４と、圧力調整管２１の分岐した他方に第２のバルブ２５を介して設けられた真空ポンプ２６とを具備する。
【００６３】
また、蓄熱ケース１１には、加熱又は冷却の対象物を蓄熱ケース１１内の多孔体１に接触させるための対象物流路３０が貫通状態で設けられている。すなわち、対象物流路３０内に、例えば、図中上から下方向に加熱若しくは冷却の対象物３１を流通させることにより、対象物３１を所定の蓄熱温度に制御された多孔体１及び蓄熱材料３により、加熱若しくは冷却することができる。
【００６４】
なお、蓄熱ケース１１には圧力センサ２８および温度センサ２９が設けられており、この圧力センサ２８および温度センサ２９の情報は制御手段２７に送られるようになっている。
【００６５】
このような蓄熱装置においては、蓄熱ケース１１内に蓄熱材料３を供給すると共に蓄熱ケース１１内の圧力を制御することにより、蓄熱ケース１１内の蓄熱材料３が凝固若しくは融解する温度を所定の値に保持した状態で、対象物流路３０に対象物３１を流入させる。これにより、蓄熱ケース１１内の多孔体１及び蓄熱材料３と対象物３１との間で熱交換が起こり、対象物３１は所定の温度に加熱又は冷却される。
【００６６】
このような加熱若しくは冷却において、蓄熱ケース１１内の多孔体１及び蓄熱材料３は逆に冷却若しくは加熱され、蓄熱材料３が凝固若しくは融解することで所定の温度に保持される間、蓄熱材として機能する。
【００６７】
蓄熱材料３が凝固若しくは融解する温度の制御は、制御手段２７により行われるが、制御手段２７は、圧力センサ２８により蓄熱ケース１１の内部の圧力を検出しながら、蓄熱ケース１１内の圧力を所定の値に制御するために圧力調整手段２０を制御する。なお、蓄熱材料３が凝固若しくは融解する温度は圧力により精度よく制御できるが、この際、温度センサ２９の情報を参照してもよい。なお、温度センサ２９は必ずしも設ける必要はない。また、圧力センサ２８を設ける位置も特に限定されるものではなく、例えば、蓄熱材料タンク２３に設けてもよい。
【００６８】
逆に、蓄熱材料３に蓄熱する際には蓄熱ケース１１内の圧力を制御することにより、蓄熱ケース１１内の蓄熱材料３が凝固若しくは融解する温度を所定の値に保持した状態で、対象物流路３０に対象物３１を流入させる。冷熱蓄熱の場合、対象物３１は蓄熱材料３が凝固する所定の温度以下に冷却されており、蓄熱ケース１１内の多孔体１及び蓄熱材料３と対象物３１との間で熱交換が起こり、蓄熱材料３は所定の温度で凝固して冷熱蓄熱する。温熱蓄熱の場合、対象物３１は蓄熱材料３が融解する所定の温度以上に加熱されており、蓄熱ケース１１内の多孔体１及び蓄熱材料３と対象物３１との間で熱交換が起こり、蓄熱材料３は所定の温度で融解して温熱蓄熱する。
【００６９】
圧力調整手段２０による圧力調整は、具体的には、第１のバルブ２２を開にした状態で、温度制御手段２４により蓄熱材料タンク２３内の蓄熱材料３の温度を制御してその飽和蒸気圧を調整することにより行われる。これにより、蓄熱材料タンク２３内の蒸気３ｂの圧力と、蓄熱ケース１１内の蒸気３ｂの圧力とを同一にすることができると共に、蓄熱ケース１１内の圧力を調整することができ、この結果、蓄熱ケース１１内の圧力を上昇方向及び降下方向に制御することができる。
【００７０】
また、蓄熱ケース１１内の圧力を降下させる場合には、温度制御手段２４により、蓄熱材料タンク２３内の蓄熱材料３の温度を降下させればよいが、必要に応じて蓄熱ケース１１内の蒸気３ｂを排気する必要があり、その場合には、第２のバルブ２５を開として真空ポンプ２６を動作させるようにすればよい。
【００７１】
以上説明した蓄熱装置では、冷熱蓄熱又は温熱蓄熱を行うことができる。すなわち、冷熱蓄熱の場合には、多孔体１のナノ細孔２内の蓄熱材料３（３ａ）の融点が、対象物３１の温度よりも低い温度となるように蓄熱ケース１１内の圧力及び蓄熱材料３の供給量を調整し、一方、温熱蓄熱の場合には、多孔体１のナノ細孔２内の蓄熱材料３（３ａ）の融点が、対象物３１の温度よりも高い温度となるように蓄熱ケース１１内の圧力及び蓄熱材料３の供給量を調整する。
【００７２】
このような冷熱蓄熱の熱交換を模式的に示したのが、図７である。この場合、Ｔ0が蓄熱材、すなわち、蓄熱ケース１１内の多孔体１及び蓄熱材料３の温度であり、Ｔinが対象物３１の入口温度、Ｔoutが対象物３１の出口側の温度であり、ナノ細孔２内の蓄熱材料３が融解して潜熱を吸収し、この結果、対象物３１の温度が低下する様子を表している。
【００７３】
一方、温熱蓄熱の熱交換を模式的に示したのが、図８である。この場合、Ｔ0が蓄熱材、すなわち、蓄熱ケース１１内の多孔体１及び蓄熱材料３の温度であり、Ｔinが対象物３１の入口温度、Ｔoutが対象物３１の出口側の温度であり、ナノ細孔２内の蓄熱材料３が凝固して潜熱を放出し、この結果、対象物３１の温度が上昇する様子を表している。
【００７４】
なお、このような温熱蓄熱の際には、多孔体１のナノ細孔２内の蓄熱材料３の融点が、当該蓄熱材料３の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高くなるように蓄熱ケース１１内の圧力及び蓄熱材料３の供給量を調整するのが好ましい。このように温熱蓄熱の際に、ナノ細孔２内の蓄熱材料３の融点を当該蓄熱材料３の過冷却状態が生じる温度範囲分だけ所望の蓄熱温度よりも高く設定することにより、蓄熱材料３の過冷却状態が生じても、当該蓄熱材料３の液体から固体への相転移が所望の蓄熱温度近傍で生じるので、対象物３１を所望の温度に加熱することができるという利点がある。
【００７５】
（実施例１）
文献（M. Miyahara, H. Kanda, M. Shibao and K. Higashitani, J. Chem. Phys., Vol.112. No.22, p9909-9916, (2000)）には、多孔体内での融点の変動についての具体例が示されている。この文献での検討にはＮＶＴアンサンブルの分子動力学法が用いられている。
【００７６】
図９に示されているようなナノ細孔の内部と外部を同時に模擬できるユニットセル１００を用いて、分子動力学シミュレーションを実施した。このユニットセル１００を用いることによって、系の平衡蒸気圧を容易に求めることができる。具体的には、ユニットセル１００のナノ細孔１０１の細孔壁１０１ａの中心部（図中ＦＰＦで示す）の外側に、ナノ細孔１０１の内部に相当するポテンシャル場１０２を設けた。ユニットセル１００のナノ細孔１０１の上下方向両端には、ナノ細孔１０１外の気相に相当する部分１０３（以下、気相面１０３と呼ぶ）を設けた。前述のポテンシャル場１０２と気相面１０３とは十分に離れており、互いに影響を及ぼしあうことはない。気相面１０３では外部ポテンシャルは０であるので、前述のポテンシャル場１０２と気相面１０３の間を、ポテンシャルが連続的に減衰するような外力場１０４（以下、緩衝場１０４と呼ぶ。図中ＰＢＦの範囲である）で接続した。
【００７７】
緩衝場１０４内でかかる仕事を振り切って細孔内から飛び出すのに十分な運動エネルギーを有する粒子が気相面１０３に到達する。気相面１０３への粒子の到達頻度を元に、細孔内の液相もしくは固相と平衡な蒸気圧を把握することができる。
【００７８】
シミュレーションで用いた粒子は、メタンのLennard-Jones(12-6)粒子である。粒子のポテンシャルパラメータはεff／ｋ＝１４８．１Ｋ, σff＝０．３８１ｎｍである。切断距離の影響が無視できるように切断距離を十分に長い５σffとした。細孔壁にはグラファイトのLennard-Jones (10-4-3)ポテンシャル（文献 W. A. Steele, Surf. Sci. Vol.36, 317 (1973).、W. A. Steele, The Interaction of Gases with Solid Surface; Pergamon: Oxford, (1974).を参照）を用いた。Lorentz-Berthelot 則を用いて、メタンとグラファイトの相互作用を計算した。細孔径Ｈは５．５σffから１０．０σffの間で変えた。
【００７９】
最初のシミュレーションは、分子の個数Ｎを少なめに設定し粒子を液体状態に配列した状態から、十分に低い圧力で開始した。各シミュレーションは、５００個以上の粒子が気相面に到達するまで行った。細孔内の液相の凝固は、密度と粒子配列の変化から判断した。
【００８０】
細孔径Ｈ＝７．５σff、温度Ｔ＝１１４Ｋにおける様々なＮでの、細孔内でのメタン粒子を横から見た際の配列の例を図１０に示す。図１０（ａ）に示すように、Ｎが少ない場合にはメタン粒子の多くは細孔内に収まっており、圧力は低く（ｐ／ｐs＝０．２６）細孔の内部で液相状態である。ｐ／ｐs＝０．４６（図１０（ｂ））の状態では、メタン粒子は細孔の入り口付近まで入っており層状構造が発達してきており、凝固直前の状態であるが、層と層の間に粒子が存在しており、まだ液体状態である。これより僅かに圧力が高いｐ／ｐs＝０．４９（図１０（ｃ））では、図１０（ｃ）に示すように固相へと転移した。圧力が高いｐ／ｐs＝０．８９（図１０（ｄ））では、メタン粒子がナノ細孔からあふれ出しており、ナノ細孔内では固体状態を保持している。
【００８１】
図１１（ａ）及び（ｂ）には、一連の得られたデータを、細孔外における相図に重ねて併記した。図中の実線は細孔外における相図である。図より、ナノ細孔内での固液共存温度は、圧力が数気圧変化すると、１０〜２０℃変化することがわかる。なお、この例はメタンとグラファイトの組み合わせであったが、他の組み合わせを制限するものではない。他の組み合わせの場合には、温度と圧力の変化値も当然異なる。
【００８２】
また、細孔内での固液共存線を推算する熱力学方程式も示されている。文献（M. Miyahara, H. Kanda, M. Shibao and K. Higashitani, J. Chem. Phys., Vol.112. No.22, p9909-9916, (2000)）において、固液共存線は、次式で表されることが知られている。
【００８３】
【数１】
0004671286.tif 000002
【００８４】
ここで、ｐは圧力、Ｔがナノ細孔内での融点である。また、ｋはボルツマン定数、ｐsは温度Ｔにおける飽和蒸気圧、ｖLは液体の分子容、Δｈは凝固時の融解熱、Δｖは凝固時の分子容の変化、Ｔtは通常の三重点であり、これらは既知の物性値である。
【００８５】
また、Ｔaは、ナノ細孔の中に物質が全て入りきらずに、一部が溢れている状態（圧力ｐ＝ｐs）において、ナノ細孔の内に入り込んだ物質が示す融点である。この値は文献（M. Miyahara and K. E. Gubbins, J. Chem. Phys. 106, 2865 (1997).、M. W. Maddox and K. E. Gubbins, J. Chem. Phys. 107, 9659 (1997).、H. Kanda, M. Miyahara and K. Higashitani, Langmuir, 16, 6064-6066 (2000).）に示されているとおり、多孔体の組成や、ナノ細孔の大きさによって異なり、また、特許文献１に示されているとおり実験的に容易に測定可能である。
【００８６】
これらの物性値を、前述の式に代入し、シミュレーション結果と比較した。図１１（ａ）及び（ｂ）の破線が前述の式の予測である。いずれの細孔径Ｈにおいてもシミュレーション結果と式の予測はほぼ一致し、前述の式によってナノ細孔内での融点変動を予測できることが示された。
【００８７】
（実施例２）
文献（H. Kanda, M. Miyahara and K. Higashitani, J. Chem. Phys., Vol.120. No.13, p6173-6179 (2004)）には、多孔体内での三重点の変動についての具体例が示されている。この文献での検討にはＮＶＴアンサンブルの分子動力学法が用いられている。
【００８８】
文献（M. Miyahara, H. Kanda, M. Shibao and K. Higashitani, J. Chem. Phys., Vol.112. No.22, p9909-9916, (2000)）に示されている方法に沿って、十分な長さのナノ細孔（長さが細孔径の７倍）を有する多孔体内に適切な数の分子を入れると、時間の経過とともに毛管凝縮相が自然に形成されて気液平衡となる。その際に、分子の個数Ｎは、ナノ細孔の内部で１０ｎｍ程度の厚みの凝縮相を形成するように試行法により決定した。なお、１０ｎｍ程度の液膜の厚みであれば、ナノ細孔の長さよりも十分に短く、液膜はほぼ完全にナノ細孔の内部に収まる。系の温度は、前のシミュレーションにおける温度よりも低く、シミュレーションを重ねるごとにステップ状に温度が低下していく。各温度において、ナノ細孔内で液相か固相のいずれが形成されているかを検討する。ナノ細孔内で固相が形成された温度が、系の三重点を意味する。なぜなら、気液平衡を満たす毛管凝縮相の凝固点であるため、気液固の平衡を満たすからである。
【００８９】
本実施例では上述した実施例１と同様に、図９に示されているようなナノ細孔の内部と外部を同時に模擬できるユニットセルを用いて、分子動力学シミュレーションを実施した。本ユニットセルを用いることによって、系の平衡蒸気圧を容易に求めることができる。
【００９０】
なお、シミュレーションで用いた粒子は、実施例１と同様である。
【００９１】
最初のシミュレーションは、前述の方法で決定したＮ個の粒子を液体状態に配列した状態から、十分に高い温度で開始した。各シミュレーションは、５００個以上の粒子が気相面に到達するまで、つまり１０〜１５０ｎｓほど行った。高い温度で実施したシミュレーションにおける粒子の最終配列を、次に実施する低い温度におけるシミュレーションの初期配列とした。細孔内の液相の凝固は、密度と粒子配列の変化から判断した。
【００９２】
Ｈ＝９．５σにおける様々な温度での、細孔内でのメタン粒子を横から見た際の配列の例を図１２に示す。メタン粒子は細孔内に留まっており、細孔内部で気相と共存している。温度が高い図１２（ａ）においては、メタン粒子は細孔の内部で見られる典型的な液体状態となっている。１０５．８Ｋでは、層状構造が発達してきており、凝固直前の状態であるが、層と層の間に粒子が存在しており、まだ液体状態である（図１２（ｂ））。しかし、わずかに０．８Ｋの温度を下げて１０５．０Ｋになったとたんに、図１２（ｃ）に示すように固相へと転移した。
【００９３】
一連の得られたデータを、細孔外における相図に重ねて併記した。例として図１３に細孔径Ｈが９．５σの場合の結果を示す。図中の白丸印は細孔内で液体状態、図中の黒丸印は細孔内で固体状態であることを示す。このように、三重点は、Ｔ＝１０５．０Ｋ，ｐ／ｐs＝０．３２６（ｐ＝０．１８６ａｔｍ）と判明した。この値は、通常の三重点（Ｔ＝１０１Ｋ，ｐ＝０．４１ａｔｍ）（文献 D. A. Kofke, J. Chem. Phys. 98, 4149 (1993).、R. Agrawal and D. A. Kofke, Mol. Phys. 85, 43 (1995).を参照）とは著しく異なる。
【００９４】
なお、この例はメタンとグラファイトの組み合わせであったが、他の組み合わせを制限するものではない。他の組み合わせの場合には、温度と圧力の値も当然異なる。
【００９５】
また、細孔内での三重点を推算する熱力学方程式も示されている。三重点は、気液共存線と固液共存線の交点で表せる。
【００９６】
まず、気液共存線は、次式で表されることが知られている。（文献 M. Miyahara, H. Kanda, T. Yoshioka and M. Okazaki, Langmuir, 16, 4293-4299 (2000).、 H. Kanda, M. Miyahara, T. Yoshioka and M. Okazaki, Langmuir, 16, 6622-6627 (2000) .）
【００９７】
【数２】
0004671286.tif 000003
【００９８】
ここで、ｐがナノ細孔内での気液共存圧力、Ｔがナノ細孔内での気液共存温度である。ｋはボルツマン定数、ｐsは温度Ｔにおけるナノ細孔外における飽和蒸気圧、ｖLは液体の分子容、ΔΨは多孔体の吸着ポテンシャル、γglは液体の表面張力、ρはナノ細孔内での気液界面の曲率半径である。また、γglとρはGibbs-Tolman-Koenig-Buff式と呼ばれる関係式で相互依存している（文献 R. C. Tolman, J. Chem. Phys. Vol.16, 758 (1948); Vol.17, 118, 333 (1949).、J. G. Kirkwood and F. P. Buff, J. Chem. Phys. Vol.17, 338 (1949); Vol.18, 991 (1950).、K.O. Koenig, J. Chem. Phys. Vol.17, 338 (1949); Vol.18, 991 (1950).、J. C. Melrose, Ind. and Eng. Chem. Vol.60, 53 (1968).）ΔΨは文献 M. Miyahara, H. Kanda, T. Yoshioka and M. Okazaki, Langmuir, Vol.16, 4293-4299 (2000).、H. Kanda, M. Miyahara, T. Yoshioka and M. Okazaki, Langmuir, Vol.16, 6622-6627 (2000). に導出方法が示されている）。
【００９９】
一方、固液共存線は、実施例１のとおり、次式で表される。
【０１００】
【数３】
0004671286.tif 000004
【０１０１】
ここで、ｐは圧力、Ｔがナノ細孔内での融点である。また、ｋはボルツマン定数、ｐsは温度Ｔにおける飽和蒸気圧、ｖLは液体の分子容、Δｈは凝固時の融解熱、Δｖは凝固時の分子容の変化、Ｔtは通常の三重点であり、これらは既知の物性値である。
【０１０２】
また、Ｔaは、ナノ細孔の中に物質が全て入りきらずに、一部が溢れている状態（圧力ｐ＝ｐs）において、ナノ細孔の内に入り込んだ物質が示す融点である。この値は文献（M. Miyahara and K. E. Gubbins, J. Chem. Phys. 106, 2865 (1997).、M. W. Maddox and K. E. Gubbins, J. Chem. Phys. 107, 9659 (1997).、H. Kanda, M. Miyahara and K. Higashitani, Langmuir, 16, 6064-6066 (2000).）に示されているとおり、多孔体の組成や、ナノ細孔の大きさによって異なり、また、特許文献１に示されているとおり実験的に容易に測定可能である。
【０１０３】
これらの物性値を、前述の式に代入し、シミュレーション結果と比較した。図１３の実線が前述の式の予測である。細孔径Ｈが９．５σにおいて、前述の２つの式の交点、すなわちＴ＝１０４．１Ｋ，ｐ／ｐs＝０．３１９（ｐ＝０．１６８ａｔｍ）が予測の結果であり、前述のシミュレーション結果とほぼ一致した。
【０１０４】
同じ方法で、他の細孔径でも比較検討した。結果を図１４（ａ）〜（ｃ）に示す。いずれも１〜２Ｋの誤差範囲内で三重点温度を予測することに成功した。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、融解潜熱の大きな蓄熱材料の融点を適宜変更して冷熱蓄熱及び温熱蓄熱の何れにも適用可能であると共に過冷却現象を解消することができる蓄熱方法及び蓄熱装置であり、様々な分野での温熱蓄熱又は冷熱蓄熱に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の原理を示す蓄熱材料の相図である。
【図２】本発明の原理を示す蓄熱材料の相図である。
【図３】本発明の原理を示す蓄熱材料の相図である。
【図４】本発明の蓄熱装置の模式図である。
【図５】本発明における蓄熱材料のナノ細孔への吸着量と、ナノ細孔の外側の蒸気の蒸気圧ｐ／飽和蒸気圧ｐsat（ｐ／ｐsat）との関係を示す図である。
【図６】本発明の蓄熱装置の一実施例を模式的に示す図である。
【図７】本発明の一実施例の蓄熱装置における冷熱蓄熱の熱交換を模式的に示す図である。
【図８】本発明の一実施例の蓄熱装置における温熱蓄熱の熱交換を模式的に示す図である。
【図９】本発明の実施例でのシミュレーションで用いたユニットセルを模式的に示す図である。
【図１０】本発明の実施例１でのシミュレーションにおける細孔内でのメタン粒子を横から見た際の配列の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例１のシミュレーションの結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施例２でのシミュレーションにおける細孔内でのメタン粒子を横から見た際の配列の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例２のシミュレーションの結果を示す図である。
【図１４】本発明の実施例２のシミュレーションの他の結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  多孔体
２  ナノ細孔
３  蓄熱材料
１１  蓄熱ケース
２０  圧力調整手段
３０  対象物流路
【図１】
0004671286.tif 000005
【図２】
0004671286.tif 000006
【図３】
0004671286.tif 000007
【図４】
0004671286.tif 000008
【図５】
0004671286.tif 000009
【図６】
0004671286.tif 000010
【図７】
0004671286.tif 000011
【図８】
0004671286.tif 000012
【図９】
0004671286.tif 000013
【図１０】
0004671286.tif 000014
【図１１】
0004671286.tif 000015
【図１２】
0004671286.tif 000016
【図１３】
0004671286.tif 000017
【図１４】
0004671286.tif 000018