(57)【要約】【課題】蓄放熱性能を向上することができる蓄熱部材を提供すること。【解決手段】蓄熱部材１は、固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料からなる蓄熱部２と、蓄熱部２との間で熱交換をする熱媒体と接触する熱交換部３とを一体化してなる。熱交換部３は、熱媒体との接触面積を増加させる異形部３２を有している。蓄熱部材１は、蓄熱部２に直接、熱交換部３を設けて一体化することにより、蓄熱部２の蓄放熱により生じる熱を、熱交換部３へと伝達することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料からなる蓄熱部（２）と、
該蓄熱部（２）との間で熱交換をする熱媒体と接触する熱交換部（３）とを一体化してなり、
該熱交換部（３）は、上記熱媒体との接触面積を増加させる異形部（３２）を有していることを特徴とする蓄熱部材（１）。
【請求項２】
上記異形部（３２）は、上記熱媒体が流通する熱媒体経路に向かって突出する突出部（３２０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱部材（１）。
【請求項３】
上記異形部（３２）は、上記熱媒体が流通する複数の流路（３２２）を隔てる複数の流路壁（３２１）を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱部材（１）。
【請求項４】
上記蓄熱部（２）は、金属−絶縁体相転移する材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄熱部材（１）。
【請求項５】
上記熱交換部（３）は、上記蓄熱部（２）と同一の材料からなり、該蓄熱部（２）と一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄熱部材（１）。
【請求項６】
少なくとも上記蓄熱部（２）における外周側面は、上記蓄熱部（２）の熱伝導率以上の熱伝導率を有する材料からなる高熱伝導層（４）によって覆われていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄熱部材（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱部と熱交換部とを備えた蓄熱部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の用途において、加熱又は冷却の手段の一つとして、蓄熱材が用いられている。このような蓄熱材としては、固体−液体相転移時に蓄放熱を行う潜熱蓄熱材が知られている。このような潜熱蓄熱材としては、例えば、特許文献１に示された蓄熱材が知られている。特許文献１の蓄熱材は、２種類の潜熱蓄熱材からなる分散相と、水等からなる分散媒とを有しており、分散相が分散媒中に分散して存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９１７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の蓄熱材には、以下の問題点がある。
特許文献１の蓄熱材は、固体−液体相転移による相転移エンタルピーを利用して蓄熱している。蓄熱材は、相転移により液状化するため、蓄熱材を容器内に封入する必要がある。このとき、蓄熱材は、固体−液体間で相転移する際に、膨張、収縮することから、容器の破損を防止するため、容器と蓄熱材との間に空隙を形成する必要がある。この空隙が熱抵抗となり、蓄熱材における蓄放熱性能が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、蓄放熱性能を向上することができる蓄熱部材を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料からなる蓄熱部と、
該蓄熱部との間で熱交換をする熱媒体と接触する熱交換部とを一体化してなり、
該熱交換部は、上記熱媒体との接触面積を増加させる異形部を有していることを特徴とする蓄熱部材にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記蓄熱部材において、上記蓄熱部は、上記強相関電子材料からなる。すなわち、上記強相関電子材料は、固体−固体相転移による結晶構造の変化により生じる相転移エンタルピーを利用して蓄放熱する。また、このとき、スピン・軌道秩序化も同時に起こり、これによるエンタルピー変化も利用して蓄放熱する。そのため、上記強相関電子材料においては、相転移が生じても固体状態が維持されるため、固体−液体相転移によって蓄放熱する蓄熱材のように容器に封入する必要がない。そのため、上記蓄熱部に直接、上記熱交換部を設けて一体化することができる。これにより、上記蓄熱部と上記熱交換部との間における熱抵抗を低減し、上記蓄熱部の蓄放熱により生じる熱を、上記熱交換部へと伝達することができる。
【０００８】
また、上記熱交換部は、上記異形部を備えている。そのため、上記熱媒体との接触面積を増大させ、上記熱交換部と上記熱媒体との間における熱交換を効率良く行うことができる。これにより、上記熱交換部を介して、上記熱媒体と上記蓄熱部との間で熱交換を効率良く行うことができる。
【０００９】
以上のごとく、本発明によれば、上記蓄熱部材の蓄放熱性能を向上することができる
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における、蓄熱部材を示す断面図。
【図２】実施例１における、蓄熱部材を示す説明図。
【図３】二酸化バナジウムの蓄熱量と温度との関係を示す説明図。
【図４】実施例１における、蓄熱システムを示す説明図。
【図５】実施例２における、蓄熱部材を示す説明図。
【図６】実施例３における、蓄熱部材を示す説明図。
【図７】実施例４における、蓄熱部材を示す説明図。
【図８】実施例５における、蓄熱部材を示す説明図。
【図９】実施例６における、蓄熱部材を示す説明図。
【図１０】実施例７における、蓄熱部材の一態様を示す説明図。
【図１１】実施例７における、蓄熱部材の他の態様を示す説明図。
【図１２】図１１における、蓄熱部材の変形例を示す説明図（図１１における、XI−XI矢視断面相当）。
【図１３】実施例７における、積層構造の熱交換部を備える蓄熱部材を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上記蓄熱部材において、上記異形部は、上記熱媒体が流通する熱媒体経路に向かって突出する突出部を備えていることが好ましい。この場合には、上記突出部を形成することにより、上記異形部における表面積を容易に増大させることができる。これにより上記異形部と上記熱媒体との間における接触面積をより増大し、上記熱交換部と上記熱媒体との間における熱交換をより効率良く行うことができる。
【００１２】
上記異形部は、上記複数の流路を隔てる流路壁を備えていることが好ましい。この場合には、上記流路壁を形成することにより、上記異形部における表面積を容易に増大させることができる。これにより上記異形部と上記熱媒体との間における接触面積をより増大し、上記熱交換部と上記熱媒体との間における熱交換をより効率良く行うことができる。
【００１３】
また、上記蓄熱部は、金属−絶縁体相転移する材料からなることが好ましい。金属−絶縁体相転移する材料においては、金属−絶縁体相転移しない材料に比べて、相転移エンタルピーが大きい。そのため、上記蓄熱部における蓄熱量を増大することができる。
【００１４】
また、上記熱交換部は、上記蓄熱部と同一の材料からなり、該蓄熱部と一体に形成されていることが好ましい。この場合には、上記熱交換部についても蓄熱材料によって形成される。そのため。上記蓄熱部材における蓄放熱量を増大させることができる。また、上記蓄熱部と上記熱交換部とを一体に形成することができる。
【００１５】
また、少なくとも上記蓄熱部における外周側面は、上記蓄熱部の熱伝導率以上の熱伝導率を有する材料からなる高熱伝導層によって覆われていることが好ましい。この場合には、上記高熱伝導層を介して、上記蓄熱部と上記熱媒体との熱交換をすることができる。これにより、上記蓄熱部と上記熱媒体との間の熱交換をより効率よく行うことができる。また、上記高熱伝導層が、上記蓄熱部における補強材の役割を果たし、上記蓄熱部材における強度を向上することができる。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
上記蓄熱部材にかかる実施例について、図１〜図３を参照して説明する。
図１及び図２に示すごとく、蓄熱部材１は、固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料からなる蓄熱部２と、蓄熱部２との間で熱交換をする熱媒体と接触する熱交換部３とを一体化してなる。熱交換部３は、熱媒体との接触面積を増加させる異形部３２を有している。
【００１７】
以下、さらに詳細に説明する。
図４に示すごとく、本例の蓄熱部材１は、ハイブリッド自動車の走行用駆動源の１つである内燃機関５１の排熱を利用して蓄熱する蓄熱システム５に用いられる。
蓄熱システム５は、内燃機関５１の熱を、冷却水を介して蓄熱部材１へ伝達し、その熱を蓄熱部材１にて蓄えるよう構成されている。内燃機関５１は、燃料５２を燃焼させることで生じる熱エネルギーを動力エネルギーに変換する。このとき、熱エネルギーの一部は、排熱として、内燃機関の排ガス５３と共に排気管へと排出される。
【００１８】
内燃機関５１と蓄熱部材１とは、内燃機関５１と蓄熱部材１との間で閉回路を形成する冷却水流路５４によって接続されている。冷却水流路５４には、冷却水流路５４内に冷却水を循環させるポンプ５４１が設けられている。冷却水流路５４内の冷却水は、内燃機関の冷却水出口から蓄熱部を経由して内燃機関の冷却水入口に循環する。また、冷却水流路５４は、排気管を流通する排ガス５３と冷却水との間、及び蓄熱部材１と冷却水との間において、熱交換を行うように配設されている。これにより、内燃機関５１及び排ガス５３と冷却水との間で熱交換を行うことで冷却水が高温に加熱され、高温に加熱された冷却水と蓄熱部材１との間で熱交換を行うことにより、蓄熱部材１に蓄熱することができる。尚、蓄熱部材１に蓄熱した熱は、空調空気の加熱等に用いることができる。
【００１９】
図１に示すごとく、蓄熱部材１における蓄熱部２は、固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料であるＶＯ２（二酸化バナジウム)からなり、略直方体に形成されている。図３は、縦軸を蓄熱量とし、横軸を温度としたグラフであり、ＶＯ２における蓄熱量と温度との関係を示したものである。図３に示すごとく、ＶＯ２は、遷移金属としてのＶ（バナジウム）を有する遷移金属酸化物であり、相転移温度は約６５℃である。また、ＶＯ２は、相転移温度以上において金属相となって蓄熱し、相転移温度以下において絶縁層となって放熱する金属−絶縁体相転移材料である。
【００２０】
固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料は、スピン、軌道、電荷の自由度を持つ電子を有しており、本例で用いているＶＯ２においては、相転移により、単斜晶系から正方晶系及び正方晶系から単斜晶系へと結晶構造を変化させる。この時、スピン、軌道、電荷の自由度における秩序化に伴い蓄放熱する。
【００２１】
蓄熱部２における上面に配設された熱交換部３は、アルミニウムからなり、蓄熱部２と接触する基部３１と、基部３１から上方に向かって立設した異形部３２とを有している。熱交換部３を形成するアルミニウムは、蓄熱部２を形成するＶＯ２に比べて熱伝導性が高い。なお、本例においては、熱交換部３の材料にアルミニウムを採用しているが、これ以外にも、例えば、銅等の熱伝導率に優れる材料を用いることができる。
基部３１は、上方から見たとき、蓄熱部２と同形状の外形を有する平板状をなしており、その下面を蓄熱部２の上面に当接させた状態で、熱交換部３と蓄熱部２とが一体に固定されている。
【００２２】
異形部３２は、基部３１の上面から上方に向かって立設した複数の平板状の流路壁３２１からなる。各流路壁３２１は、互いに平行に形成された平板状のフィンからなり、上方から見たとき、等間隔に形成されている。隣り合う流路壁３２１の間には、熱媒体を流通させる流路３２２が形成されている。尚、本例の流路壁３２１は、熱媒体が流通する熱媒体経路に向かって突出する突出部３２０でもある。
【００２３】
次に本例の作用効果について説明する。
蓄熱部材１において、蓄熱部２は、強相関電子材料からなる。すなわち、強相関電子材料は、固体−固体相転移による結晶構造の変化及びスピン・軌道秩序化により生じるエンタルピー変化を利用して蓄放熱する。そのため、強相関電子材料においては、相転移が生じても固体状態が維持されるため、固体−液体相転移によって蓄放熱する蓄熱材のように容器に封入する必要がない。そのため、蓄熱部２に直接、熱交換部３を設けて一体化することができる。これにより、蓄熱部２と熱交換部３との間における熱抵抗を低減し、蓄熱部２の蓄放熱を、熱交換部３へと伝達することができる。
【００２４】
また、熱交換部３は、異形部３２を備えている。そのため、熱媒体との接触面積を増大させ、熱交換部３と熱媒体との間における熱交換を効率良く行うことができる。これにより、熱交換部３を介して、熱媒体と蓄熱部２との間で効率良く熱交換を行うことができる。
【００２５】
また、異形部３２は、熱媒体を流通する複数の流路３２２を隔てる流路壁３２１を備えている。そのため、異形部３２における表面積をより増大させることができる。これにより異形部３２と熱媒体との間における接触面積を増大し、熱交換部３と熱媒体との間における熱交換をより効率良く行うことができる。
【００２６】
また、蓄熱部２は、金属−絶縁体相転移する材料からなる。金属−絶縁体相転移する材料においては、金属−絶縁体相転移しない材料に比べて、相転移エンタルピーが大きい。そのため、蓄熱部２における蓄熱量を増大することができる。
【００２７】
以上のごとく、本例よれば、蓄熱部材１における蓄放熱性能を向上することができる。
【００２８】
（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、実施例１の蓄熱部材１における構造を一部変更したものである。
本例の蓄熱部材１における熱交換部３は、基部３１から上方に向かって立設した異形部３２と、基部３１の下方に配設された蓄熱部２を内包する被覆部３３とを有している。
上方から見たとき、蓄熱部２の外形は、基部３１の外形よりも小さく形成されている。
被覆部３３は、基部３１及び異形部３２と一体に形成されており、蓄熱部２における側面の全面を覆う側壁部３３１と、蓄熱部２の下面を覆う底部３３２とを有している。
その他の構成は実施例１と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
【００２９】
本例の蓄熱部材１においては、蓄熱部２と熱交換部３との接触面積を増大させることができる。また、熱交換部３の被覆部３３に熱を伝達させることにより、熱媒体と蓄熱部２との間における熱交換をより効率よく行うことができる。
また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
（実施例３）
本例は、図６に示すごとく、実施例１の蓄熱部材１における構造を一部変更したものである。
本例の蓄熱部材１における異形部３２は、流路壁３２１の間に形成された流路３２２を、横流路壁３４によってさらに分割した流通孔３２３を備えたハニカム構造を有している。
その他の構成は実施例１と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
【００３１】
本例においては、流通孔３２３に熱媒体を流通させることにより、熱交換部３と熱媒体とを確実に接触させ、熱媒体の熱を熱交換部３へと効率良く伝達することができる。これにより、熱媒体と蓄熱部材１との間において、効率よく熱交換をすることができる。
また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３２】
（実施例４）
本例は、図７に示すごとく、実施例１の蓄熱部材１における構造を一部変更したものである。
本例の蓄熱部材１における熱交換部３は、蓄熱部２と同一の材料であるＶＯ２からなり、蓄熱部２と一体に形成されている。
その他の構成は実施例１と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
【００３３】
本例の蓄熱部材１においては、熱交換部３についても固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料によって形成されている。そのため、蓄熱部材１における、蓄放熱量を増大することができる。
また、本例においても実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
（実施例５）
本例は、図８に示すごとく、実施例４の蓄熱部材１における構造を一部変更したものである。
本例の蓄熱部材１における蓄熱部２は、ＶＯ２からなる主材２１に、固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料であるＶ２Ｏ３（三酸化バナジウム）からなる粒子状の分散材２２を混合してある。尚、分散材２２の材料としては、金属やＶ２Ｏ３以外の酸化物をもちいてもよい。Ｖ２Ｏ３は、遷移金属としてのＶ（バナジウム）を有する遷移金属酸化物であり、相転移温度は約−１１９℃である。また、Ｖ２Ｏ３は、相転移温度以上において金属相となって蓄熱し、相転移温度以下において絶縁層となって放熱する金属−絶縁体相転移材料である。
その他の構成は実施例４と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例４において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例４と同様の構成要素等を表す。
【００３５】
本例の蓄熱部材１における蓄熱部２は、主材２１と相転移温度が異なる強相関電子材料からなる分散材２２が混合されている。そのため、主材２１と分散材２２とにより、異なる温度領域において、それぞれ蓄放熱を行うことができる。これにより、本例の蓄熱部材１によれば、より広い温度領域において、加熱、冷却を行うことができる。
また、本例においても実施例４と同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
（実施例６）
本例は、図９に示すごとく、実施例４の蓄熱部材１における構造を一部変更したものである。
本例の蓄熱部材１は、蓄熱部２及び熱交換部３の外周面を覆う高熱伝導層４を有している。高熱伝導層４は、蓄熱部２及び熱交換部３の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する無機材料によって形成されている。本例の高熱伝導層４は、アルミニウムからなり、蓄熱部２及び熱交換部３の外周面の全面を覆うように形成されている。
その他の構成は実施例４と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例４において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例４と同様の構成要素等を表す。
【００３７】
本例の蓄熱部材１は、蓄熱部２及び熱交換部３の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する高熱伝導層４を有している。そのため、高熱伝導層４を介して、蓄熱部２及び熱交換部３と、熱媒体との間における熱交換を効率良く行うことができる。
また、蓄熱部２及び熱交換部３を高熱伝導層４によって覆うことにより、蓄熱部材１における強度を向上することができる。
また、本例においても実施例４と同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
（実施例７）
本例は、図１０〜図１３に示すごとく、蓄熱部材１における熱交換部３の形状例を示すものである。
図１０に示す蓄熱部材１の熱交換部３は、基部３１から上方に向かって突出した複数の棒状の突出部３２０を備えており、棒状の突出部３２０の間に流路３２４が形成されている。
【００３９】
図１１に示す蓄熱部材１における熱交換部３は、基部３１の上面に別部材によって形成された異形部３２が配設されている。異形部３２の断面形状は、基部３１と接触する底部３２５と底部３２５の両端から上方に向かって立設した壁部３２６と、壁部３２６の上端同士をつなぐ接続部３２７とを有する矩形波形状をなしている。底部３２５、壁部３２６及び接続部３２７は、流路壁３２１をなしており、これらによって形成された矩形波形状の山部及び谷部の内側に、流路３２２が形成されている。
【００４０】
図１２に示す蓄熱部材１における熱交換部３は、図１１の熱交換部３の変形例である。壁部３２６は、複数の小壁部３２８からなるルーバー状をなしている。その他の構成は図１１における熱交換部３と同様である。
【００４１】
図１３に示す蓄熱部材１における熱交換部３は、第１積層部材３５と第２積層部材３６とを積層して形成されている。第１積層部材３５は、上方から見たとき、蓄熱部２の長手方向に沿って形成された複数の直線状の第１流通溝３５１を有している。第２積層部材３６は、上方から見たとき、長手方向と直交する方向に沿う第１溝部３６２と、第１溝部３６２から長手方向に屈曲する第２溝部３６３と、第２溝部３６３から第１溝部３６２と反対側に向かって屈曲する第３溝部３６４とからなる複数の第２流通溝３６１とを有している。第１積層部材３５及び第２積層部材３６を積層した状態において、第１流通溝３５１及び第２流通溝３６１によって形成された空隙が流路を形成している。
【００４２】
本例において、上述した内容以外の構成は実施例１と同様である。尚、本例又は本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。
【００４３】
上記実施例１〜上記実施例７に示した熱交換部３は、一例を示すものであり、これ以外にも種々の構造を用いることができる。例えば、熱交換部３の一部に貫通孔を形成したり、湾曲又は屈曲させてもよい。また、上述の熱交換部３を複数積層してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  蓄熱部材
２  蓄熱部
３  熱交換部
３２  異形部
【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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