(57)【要約】【課題】潜熱蓄熱材を過冷却状態に維持するための技術を提供する。【解決手段】蓄熱装置は、１対の電極と、１対の電極に交流電圧を印加する交流電源と、１対の電極の間に配置され、交流電圧によって過冷却状態が維持される潜熱蓄熱材とを備える。【選択図】図２
2016027292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極と、
前記１対の電極に交流電圧を印加する交流電源と、
前記１対の電極の間に配置され、前記交流電圧によって過冷却状態が維持される潜熱蓄熱材と、
を備えた、蓄熱装置。
【請求項２】
前記１対の電極は、それぞれ、導電性の電極本体と、前記電極本体の表面を被覆する絶縁被膜とを有する、
請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記交流電圧の電圧が、２Ｖ以上３５Ｖ以下の範囲にある、
請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記交流電圧の周波数が、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の範囲にある、
請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記交流電源は、前記１対の電極に前記交流電圧を印加して前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態に維持した後に、前記１対の電極に前記交流電圧を印加することを停止して前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態から解除させる、
請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記潜熱蓄熱材の温度を直接又は間接的に検出する温度センサをさらに備え、
前記交流電源は、可変周波数電源であり、
前記温度センサの検出結果に応じて、前記交流電圧の周波数が変更される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記潜熱蓄熱材の温度を直接又は間接的に検出する温度センサをさらに備え、
前記交流電源は、可変電圧電源であり、
前記温度センサの検出結果に応じて、前記交流電圧の電圧が変更される、
請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記潜熱蓄熱材の温度を直接又は間接的に検出する温度センサをさらに備え、
前記交流電源は、前記温度センサの検出結果に応じて、前記１対の電極に前記交流電圧を印加するか否かを選択する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記交流電源は、前記潜熱蓄熱材の温度が前記潜熱蓄熱材の凝固点よりも高いとき、前記１対の電極に前記交流電圧を印加せず、前記潜熱蓄熱材の温度が前記潜熱蓄熱材の凝固点以下のとき、前記１対の電極に前記交流電圧を印加する、
請求項８に記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記蓄熱装置の外部から前記潜熱蓄熱材に熱が加えられた後に、前記交流電源は前記１対の電極に前記交流電圧を印加して前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態に維持する、
請求項１から９のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１１】
前記潜熱蓄熱材が水和塩または糖アルコールを含む、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１２】
前記潜熱蓄熱材が酢酸ナトリウム三水和物である、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１３】
１対の電極の間に配置された潜熱蓄熱材に熱を加えて前記潜熱蓄熱材を溶融させる工程と、
前記潜熱蓄熱材が溶融状態から過冷却状態に変化した後、前記１対の電極に交流電圧を印加することによって、前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態に維持して、前記潜熱蓄熱材に前記熱を保持させる工程と、
前記交流電圧の印加を停止することによって、前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態から解除させて、前記潜熱蓄熱材から前記熱を放出させる工程と、
を含む、潜熱蓄熱材の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、蓄熱装置及び潜熱蓄熱材の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蓄熱媒体として、固相と液相との間の相変化時に吸収又は放出される潜熱を利用する潜熱蓄熱材が検討されている。潜熱蓄熱材の一例として、酢酸ナトリウム三水和物が挙げられる。潜熱蓄熱材は、凝固点を下回っても相変化を起こさず液相を維持して過冷却状態になる特性を有している。
【０００３】
特許文献１には、先端に複数のＶ字溝のある銅電極に直流の負電圧を印加することで過冷却を維持し、銅電極に交流電圧を印加することで過冷却を解除する過冷却制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３２１３０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】温熱用新蓄熱物質の開発、電力中央研究所報告Ｍ０５０１０、リーフレットｐ．２、表１、２００６年
【発明の概要】
【０００６】
潜熱蓄熱材が過冷却状態に維持されることによって、長期にわたって熱が蓄えられる。しかし、過冷却状態は典型的に不安定である。そこで、本開示は、潜熱蓄熱材を過冷却状態に安定的に維持する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る蓄熱装置は、１対の電極と、前記１対の電極に交流電圧を印加する交流電源と、前記１対の電極の間に配置され、前記交流電圧によって過冷却状態が維持される潜熱蓄熱材とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の技術によれば、潜熱蓄熱材が過冷却状態に安定的に維持されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態１における蓄熱装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、実施形態１における蓄熱ユニットの構成の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、実施形態１における空気加熱装置の構成の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、過冷却状態の維持に関わる固相粒子の半径と自由エネルギー差との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、誘電体に交流電圧を印加したときの誘電率の変化と緩和周波数との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、交流電圧の周波数を決定する方法の一例を示す模式図である。
【図７】図７は、試験ユニットの構成を示す模式図である。
【図８】図８は、外部電界による結晶化抑止力の原理を示す模式図である。
【図９】図９は、実施形態２における蓄熱ユニットの構成の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、実施形態３における蓄熱ユニットの構成の一例を示す模式図である。
【図１１】図１１は、実施形態４における蓄熱ユニットの構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の一態様に係る蓄熱装置は、１対の電極と、前記１対の電極に交流電圧を印加する交流電源と、前記１対の電極の間に配置され、前記交流電圧によって過冷却状態が維持される潜熱蓄熱材と、を備える。
【００１１】
これにより、潜熱蓄熱材が過冷却状態に安定的に維持されうる。
【００１２】
本開示の一態様に係る蓄熱装置において、例えば、前記１対の電極は、それぞれ、導電性の電極本体と、前記電極本体の表面を被覆する絶縁被膜とを有してもよい。これにより、電圧印加時に電極が潜熱蓄熱材により腐蝕することを防ぐことができる。
【００１３】
本開示の一態様に係る蓄熱装置において、例えば、前記交流電圧の電圧が２Ｖ以上３５Ｖ以下の範囲にあってもよい。これにより、潜熱蓄熱材を過冷却状態に維持できるだけでなく、潜熱蓄熱材が電気分解することも防止できる。
【００１４】
本開示の一態様に係る蓄熱装置において、例えば、前記交流電圧の周波数が１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の範囲にあってもよい。これにより、潜熱蓄熱材が過冷却状態に安定的に維持されうる。
【００１５】
本開示の一態様に係る蓄熱装置において、例えば、前記交流電源は、前記１対の電極に前記交流電圧を印加して前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態に維持した後に、前記１対の電極に前記交流電圧を印加することを停止して前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態から解除させてもよい。これにより、潜熱蓄熱材の過冷却状態が解除され、潜熱蓄熱材から潜熱が放出される。
【００１６】
本開示の一態様に係る蓄熱装置は、例えば、前記潜熱蓄熱材の温度を直接又は間接的に検出する温度センサをさらに備え、前記交流電源は、可変周波数電源であり、前記温度センサの検出結果に応じて、前記交流電圧の周波数を変更してもよい。これにより、潜熱蓄熱材の温度に応じて最適な周波数の交流電圧を電極に印加することができる。その結果、潜熱蓄熱材をより安定的に過冷却状態に維持することができる。
【００１７】
本開示の一態様に係る蓄熱装置は、例えば、前記潜熱蓄熱材の温度を直接又は間接的に検出する温度センサをさらに備え、前記交流電源は、可変電圧電源であり、前記温度センサの検出結果に応じて、前記交流電圧の電圧を変更してもよい。これにより、潜熱蓄熱材の温度に応じて最適な電圧ピーク値の交流電圧を電極に印加することができる。その結果、潜熱蓄熱材をより安定的に過冷却状態に維持することができる。
【００１８】
本開示の一態様に係る蓄熱装置は、例えば、前記潜熱蓄熱材の温度を直接又は間接的に検出する温度センサをさらに備え、前記交流電源は、前記温度センサの検出結果に応じて、前記１対の電極に前記交流電圧を印加するか否かを選択してもよい。これにより、潜熱蓄熱材の温度に応じて、最適なタイミングで交流電圧を印加することができる。その結果、潜熱蓄熱材をより安定的に過冷却状態に維持することができる。
【００１９】
本開示の一態様に係る蓄熱装置において、例えば、前記交流電源は、前記潜熱蓄熱材の温度が前記潜熱蓄熱材の凝固点よりも高いとき、前記１対の電極に前記交流電圧を印加せず、前記潜熱蓄熱材の温度が前記潜熱蓄熱材の凝固点以下のとき、前記１対の電極に前記交流電圧を印加してもよい。これにより、消費電力が節約されうる。
【００２０】
本開示の一態様に係る蓄熱装置において、例えば、前記蓄熱装置の外部から前記潜熱蓄熱材に熱が加えられた後に、前記交流電源は前記１対の電極に前記交流電圧を印加して前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態に維持してもよい。
【００２１】
本開示の一態様に係る蓄熱装置において、例えば、前記潜熱蓄熱材が水和塩または糖アルコールを含んでもよい。
【００２２】
本開示の一態様に係る蓄熱装置において、例えば、前記潜熱蓄熱材が酢酸ナトリウム三水和物であってもよい。酢酸ナトリウム三水和物は、凝固点（５８℃）及び潜熱量（２５０Ｊ／ｇ）を有するので、蓄熱装置に適している。
【００２３】
本開示の一態様に係る潜熱蓄熱材の使用方法は、１対の電極の間に配置された潜熱蓄熱材に熱を加えて前記潜熱蓄熱材を溶融させる工程と、前記潜熱蓄熱材が溶融状態から過冷却状態に変化した後、前記１対の電極に交流電圧を印加することによって、前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態に維持して、前記潜熱蓄熱材に前記熱を保持させる工程と、前記交流電圧の印加を停止することによって、前記潜熱蓄熱材を前記過冷却状態から解除させて、前記潜熱蓄熱材から前記熱を放出させる工程とを含む。これにより、潜熱蓄熱材が過冷却状態に安定的に維持されうる。
【００２４】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明される実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、数式、理論モデル、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２５】
なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には、同一の符号が付され、重複する説明は省略される場合がある。
【００２６】
（実施形態１）
［構成］
図１に示すように、実施形態１の蓄熱装置１２は、複数の蓄熱ユニット１１と、蓄熱ユニット１１を収納する蓄熱筐体１２１と、を備える。複数の蓄熱ユニット１１は、例えば、蓄熱筐体１２１内において、一定の間隔で積層されている。蓄熱筐体１２１は、熱媒体が流入する熱媒体入口１２２及び熱媒体を流出させる熱媒体出口１２３を備える。熱媒体と複数の蓄熱ユニット１１との間で熱交換が行われる。蓄熱装置１２は、この熱交換が容易に行われるように構成されている。熱媒体としては、水、ブライン、オイルなどが挙げられる。
【００２７】
図２に示すように、蓄熱ユニット１１は、容器１１２と、容器１１２に充填された潜熱蓄熱材１１１とを備える。容器１１２は、高い熱伝導特性を有する高熱伝導容器であってもよい。これにより、蓄熱ユニット１１の熱伝達性が改善されうる。容器１１２は、例えば、アルミニウム、銅、グラファイト、高熱伝導樹脂など、高い熱伝導特性を有する素材で構成されてもよいし、これ以外の素材で構成されてもよい。容器１１２は、例えば、厚さ１０ｍｍ程度の中空構造を有する。中空構造の中に潜熱蓄熱材１１１が充填される。さらに、容器１１２は、その対向する二面に１対の対向電極１１３を備える。１対の対向電極１１３は、容器１１２内に充填された潜熱蓄熱材１１１に接している。詳細には、１対の対向電極１１３の間に潜熱蓄熱材１１１が配置されている。対向電極１１３は、交流電源１１４に電気的に接続されている。交流電源１１４は、例えば、制御器１１５によって決定された周波数を有する交流電圧を、１対の対向電極１１３の間に印加する。対向電極１１３間に交流電圧が印加されることにより、潜熱蓄熱材１１１が過冷却状態に維持されうる。
【００２８】
潜熱蓄熱材１１１は、所定の交流電圧の印加により過冷却状態に維持される材料で構成される。潜熱蓄熱材１１１は、例えば、極性分子を含む誘電体である。潜熱蓄熱材１１１は、例えば、水道水及び精製水以外の物質を含む。潜熱蓄熱材１１１の主成分の例として、酢酸ナトリウム三水和物、硫酸ナトリウム十水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物、炭酸ナトリウム十水和物、及びチオ硫酸ナトリウム五水和物などの水和塩、並びに、マンニトール、エリスリトール、及びＤ−スレイトールなどの糖アルコールが挙げられる。本開示において、主成分とは、例えば６０重量％以上含まれる成分を意味する。潜熱蓄熱材１１１は、例えば、酢酸ナトリウム三水和物である。酢酸ナトリウム三水和物は、利用しやすい凝固点（５８℃）及び大きい潜熱量（２５０Ｊ／ｇ）を有しているので、蓄熱装置１２に適している。
【００２９】
対向電極１１３は、例えば、導電性の電極本体と、電極本体の表面を被覆する絶縁被膜とで構成されている。対向電極１１３は、潜熱蓄熱材１１１と絶縁されていてもよい。これにより、電圧印加時に対向電極１１３が潜熱蓄熱材１１１により腐蝕することが、防止されうる。絶縁被膜は、電極本体の表面に樹脂フィルムを貼り合わせる、又は電極本体の表面に絶縁体を含む溶液を塗布することによって形成されうる。
【００３０】
蓄熱装置１２又は蓄熱ユニット１１は、過冷却状態の解除のための部材を別途備えていなくてもよい。この場合、例えば、過冷却状態を維持するための対向電極１１３への交流電圧の印加を停止することにより、過冷却状態が解除される。もしくは、対向電極１１３に過冷却状態を維持するための交流電圧とは異なる電圧を印加することにより、過冷却状態を解除することもできる。過冷却状態を解除するための電圧は、過冷却状態を維持するための交流電圧と周波数及び／又は電圧ピーク値が異なる交流電圧でありうる。さらに、過冷却状態を解除するための電圧は、直流電圧であってもよい。
【００３１】
潜熱蓄熱材１１１が過冷却状態になりやすい特性を有する場合、蓄熱装置１２又は蓄熱ユニット１１は、過冷却解除手段（図示せず）を有してもよい。過冷却解除手段は、例えば、容器１１２内に配置され、その一部が潜熱蓄熱材１１１に浸されている超音波振動子であってもよい。超音波振動子は、所定の周波数の超音波振動を潜熱蓄熱材１１１に加えることで、潜熱蓄熱材１１１が過冷却状態から解除されうる。過冷却解除手段は、例えば、潜熱蓄熱材１１１に接するように設けられたペルチェ素子であってもよい。ペルチェ素子に電圧が印加されると、ペルチェ素子の潜熱蓄熱材１１１に接する面が冷却され、これにより潜熱蓄熱材１１１が過冷却状態から解除されうる。過冷却解除手段は、例えば、容器１１２内部の潜熱蓄熱材１１１に突出するように設けられた針状の金属体であってもよい。針状の金属体が潜熱蓄熱材１１１内に侵入することにより、潜熱蓄熱材１１１が過冷却状態から解除されうる。
【００３２】
図３は、蓄熱装置１２を含む空気加熱装置１３の構成の一例を示す。図３に示すように、空気加熱装置１３は、蓄熱装置１２と、蓄熱装置１２に熱を供給する熱源１３２と、蓄熱装置１２及び熱源１３２からの熱を放出する熱交換器１３１と、を備える。空気加熱装置１３は、さらに、ポンプ１３３、バイパス配管１３６、分流器１３４及び混合弁１３５を備えていてもよい。熱交換器１３１は、高温の熱媒体から空気に熱を伝達する。ポンプ１３３は熱媒体を循環させる。熱源１３２は熱媒体を加熱する。蓄熱装置１２は、蓄熱装置１２に流入する熱媒体よりも蓄熱装置１２が低温のときに吸熱又は蓄熱し、蓄熱装置１２に流入する熱媒体よりも蓄熱装置１２が高温のときに放熱する。分流器１３４及び混合弁１３５は、蓄熱装置１２への熱媒体の流入量とバイパス配管１３６への熱媒体の流入量を制御する。熱源１３２には、例えば、電気ヒータ、ヒートポンプ、内燃機関などを用いることができる。
【００３３】
［交流電圧の周波数］
以下、所定の周波数を有する交流電圧が、潜熱蓄熱材の過冷却状態を維持させることができることを説明する。
【００３４】
潜熱蓄熱材の過冷却状態は、自由エネルギーの準安定状態に対応する。図４は、固相粒子の半径と自由エネルギー差との関係の一例を図示する。図４の縦軸は、固相の自由エネルギーから液相の自由エネルギーを引いた自由エネルギー差ΔＧ（ｒ）を示している。図４の横軸は、液相中に存在する固相粒子の半径ｒを示している。固相粒子とは、潜熱蓄熱材の液相中において、分子、イオン、又はそれらが結合して形成された核を意味する。図４に示されるように、自由エネルギー差ΔＧは、固相粒子の半径ｒが臨界核半径ｒ＊を有するとき、極大値ΔＧ（ｒ＊）を有する。固相粒子の半径ｒが臨界核半径ｒ＊よりも小さいとき、潜熱蓄熱材は準安定状態である過冷却状態に維持される。固相粒子の自由エネルギーがゆらぎによってエネルギー障壁ΔＧ（ｒ＊）を超えると、固相粒子の半径ｒは臨界核半径ｒ＊を超える。その結果、固相粒子が成長し、潜熱蓄熱材の全体が液相から固相に相転移する。自由エネルギー差の極大値ΔＧ（ｒ＊）及び臨界核半径ｒ＊は、例えば、下記式（１）で与えられる。
【００３５】
【数１】
2016027292.tif 000003
【００３６】
式（１）において、σは固液界面張力、Ｔｅは固液平衡温度、ΔＨは単位質量あたりの潜熱量、ρは密度である。これらの値は、潜熱蓄熱材の物性によって決まる。本開示において、固液平衡温度は、簡単のため凝固点と記載される場合がある。ΔＴは、凝固点から潜熱蓄熱材の温度を引いた過冷却度である。図４及び式（１）から分かるように、過冷却度ΔＴが大きくなるほど、ΔＧ（ｒ＊）及びｒ＊が小さくなる。すなわち、温度が低くなるほど、過冷却状態を維持することが困難になる。
【００３７】
潜熱蓄熱材は誘電体であるため、誘電分散を有する。図５は、潜熱蓄熱材の誘電率と、交流電圧の周波数との関係の一例を示す。図５において、誘電率ε’は、周波数ｆが低いときに誘電率εｈに漸近し、周波数ｆが高いときに誘電率εｌに漸近する、いわゆる緩和型の誘電分散を示す。図５に示されるとおり、周波数が高くなると、誘電率ε’が低下する。これは、潜熱蓄熱材の液相中の分子、イオン、又は固相粒子の配向が、交流電場の変動に追従できなくなるためである。図５において、過冷却状態の潜熱蓄熱材に緩和周波数ｆｍの交流電圧を印加したとき、潜熱蓄熱材の液相中の分子、イオン、又は固相粒子の配向は激しく乱された状態となる。この配向の乱れの度合いは、図５の誘電損失ε’’の大きさと相関する。交流電場が、液相中の分子、イオン、又は固相粒子の配向を乱すと、これらの粒子の結合が妨げられ、それにより、固相粒子が臨界核に成長することが妨げられる。言い換えると、所定の交流電圧が潜熱蓄熱材に印加されることにより、潜熱蓄熱材の過冷却状態が維持されうる。
【００３８】
固相粒子の配向を乱す効果が最大となる緩和周波数は、例えば、下記式（２）によって計算できる。
【００３９】
【数２】
2016027292.tif 000004
【００４０】
式（２）において、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ηは潜熱蓄熱材の融液の粘度、rは対象となる粒子の半径である。式（２）に示されるように、対象となる固相粒子の半径ｒが小さくなるほど、その粒子の配向を乱す緩和周波数が大きくなる。したがって、交流電圧の緩和周波数ｆｍは、過冷却状態の潜熱蓄熱材に含有される固相粒子の最大半径rに対応する周波数であってもよい。あるいは、交流電圧の緩和周波数ｆｍは、臨界核半径ｒ＊に対応する周波数であってもよい。これにより、潜熱蓄熱材を過冷却状態に維持する効果が最大化されうる。
【００４１】
臨界核半径ｒ＊は、潜熱蓄熱材の特性、及び、潜熱蓄熱材の温度によって変わる。
【００４２】
以下、式（１）及び式（２）を用いて交流電圧の周波数を決定する方法の一例について説明する。
【００４３】
第１に、式（１）に基づき、臨界核半径ｒ＊（ΔＴ）が求められる。式（１）の各パラメータは次のとおり決定される。潜熱蓄熱材１１１が酢酸ナトリウム三水和物である場合、単位質量あたりの潜熱量ΔＨ、凝固点Ｔｅ、液相密度ρは、例えば、非特許文献１が参照される。固液界面張力σは、実験により測定した核生成速度Ｊ[１／ｓ]、ならびに、式（１）及び式（３）から求められる。過冷却度ΔＴは、例えば、潜熱蓄熱材１１１の凝固点から最低外気温を引いた差である。
【００４４】
【数３】
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【００４５】
式（３）において、θは容器１１２と潜熱蓄熱材１１１との濡れ角、Ｖは潜熱蓄熱材１１１の体積、Ｍは潜熱蓄熱材１１１の質量数、Ｎはアボガドロ数、ｋはボルツマン定数である。
【００４６】
第２に、臨界核半径ｒ＊（ΔＴ）及び式（２）に基づき、臨界核の緩和周波数ｆｍ（ｒ＊（ΔＴ））が求められる。潜熱蓄熱材１１１の粘性係数ηは、例えば、測定により決定される。
【００４７】
以上の計算方法によれば、外気温−２０℃で酢酸ナトリウム三水和物を過冷却状態に維持する場合、緩和周波数ｆｍ（ｒ＊（ΔＴ））は、例えば、３８［ｋＨｚ］である。ただし、この計算において、固液界面張力σは、８．８５×１０＾（−２）［Ｎ／ｍ］とし、粘性係数ηは０．５［Ｐａ・ｓ］とし、その他の物性値は非特許文献１を参照した。
【００４８】
最低外気温で蓄熱装置１２が過冷却状態に維持されているとき、潜熱蓄熱材１１１は、臨界核半径ｒ＊以上の半径を有する固相粒子を含有していないはずである。そのため、緩和周波数は、過冷却状態の潜熱蓄熱材に実際に含有されている固相粒子の最大半径ｒｍａｘ（ΔＴ）に対応する周波数ｆｍ（ｒｍａｘ（ΔＴ））であってもよい。あるいは、図６に示されるように、交流電圧の周波数は、ｆｍ（ｒ＊（ΔＴ））以上、ｆｍ（ｒｍａｘ（ΔＴ））以下の値であってもよい。交流電圧の周波数は、例えば、ｆｍ（ｒ＊（ΔＴ））とｆｍ（ｒｍａｘ（ΔＴ））との中間値又は平均値であってもよい。ｆｍ（ｒｍａｘ（ΔＴ））は、例えば、誘電緩和の測定により得られる誘電損ε’’のピークの低周波側端点である。
【００４９】
なお、交流電圧の周波数は、上記に限定されない。周波数は、例えば、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である。交流電圧の電圧ピーク値は、例えば４０ｍＶ以上１．２Ｖ以下であってもよい。交流電圧の周波数の決定方法は、上記の方法に限定されない。本開示における交流電圧の周波数は、潜熱蓄熱材を過冷却状態に維持しうるものであればよく、その決定方法は問われない。周波数は、その他の理論式により決定されてもよいし、実験式により決定されてもよい。周波数は、式を用いずに決定されてもよく、例えば、所定のパラメータと周波数とを対応付けたテーブルにより決定されてもよい。周波数は、経験的手法、半経験的手法によって決定されうる。
【００５０】
［駆動方法］
実施形態１における蓄熱装置１２を備える空気加熱装置１３の駆動方法の一例を説明する。空気加熱装置１３及び／又は蓄熱装置１２は、蓄熱モード、保熱モード及び放熱モードを含む複数のモードのいずれかで運転される。以下、蓄熱モード、保熱モード及び放熱モードのそれぞれの具体例を説明する。
【００５１】
空気加熱装置１３の蓄熱モードについて説明する。蓄熱モードにおいて、熱源１３２及びポンプ１３３が稼働し、熱媒体の全部が蓄熱装置１２内を流れるように混合弁１３５が設定される。熱媒体は、熱源１３２により潜熱蓄熱材１１１の凝固点よりも高い温度に昇温され、潜熱蓄熱材１１１は、熱媒体からの熱を潜熱として蓄熱する。潜熱蓄熱材１１１が全て融解した後、混合弁１３５は、熱媒体が全てバイパス配管１３６を流れ、かつ、熱媒体が蓄熱装置１２を流れないように混合弁１３５が制御されうる。これにより、蓄熱モードが完了する。潜熱蓄熱材１１１が全て融解したかどうかは、例えば、蓄熱装置１２の熱媒体出口１２３から流れ出る熱媒体の温度によって判断できる。例えば、熱媒体出口１２３における熱媒体の温度が潜熱蓄熱材１１１の凝固点を超えてから所定の時間が経過することによって、潜熱蓄熱材１１１が全て融解したと判断することができる。図３に示す熱源１３２は、例えば、自動車のエンジンであってもよい。この場合、例えば、エンジンが動いている期間、熱媒体である冷却水がエンジンと蓄熱装置１２との間で循環する。これにより、蓄熱装置１２にエンジンの排熱が蓄えられる。
【００５２】
空気加熱装置１３の保熱モードについて説明する。保熱モードは、蓄熱モードの完了後に実行される。保熱モードにおいて、交流電源１１４は、制御器１１５に予め設定されている周波数を有する交流電圧を、各蓄熱ユニット１１の１対の対向電極１１３間に印加し始める。これにより、潜熱蓄熱材１１１の温度が外気温まで下がっても、潜熱蓄熱材１１１は過冷却状態に維持される。
【００５３】
対向電極１１３に交流電圧を印加し始めるタイミングは特に限定されない。例えば、蓄熱モードが完了した直後に、交流電源１１４は、対向電極１１３に交流電圧を印加する。この方法によれば、センサなどを用いて潜熱蓄熱材１１１の状態が逐次確認されなくてもよい。このことは、蓄熱装置１２の制御を容易にする。例えば、熱源１３２の稼働が停止したことを以って、蓄熱モードが完了したと判断されうる。例えば、図３に示す熱源１３２が自動車のエンジンである場合、エンジンをオフにする指令が自動車のＥＣＵ（electric control unit）に入力されることにより、蓄熱モードが終了したと判断されうる。
【００５４】
潜熱蓄熱材１１１の状態に応じて、対向電極１１３に交流電圧を印加するかどうかが判断されてもよい。例えば、潜熱蓄熱材１１１が過冷却状態になければ対向電極１１３間に交流電圧を印加せず、潜熱蓄熱材１１１が過冷却状態にあれば対向電極１１３間に交流電圧を印加する。言い換えれば、交流電源１１４は、潜熱蓄熱材１１１の温度が潜熱蓄熱材１１１の凝固点よりも高いとき、対向電極１１３間に交流電圧を印加せず、潜熱蓄熱材１１１の温度が潜熱蓄熱材１１１の凝固点以下のとき、対向電極間に交流電圧を印加する。この方法によれば、消費電力が節約されうる。
【００５５】
空気加熱装置１３の放熱モードについて説明する。放熱モードにおいて、熱源１３２及びポンプ１３３が始動し、混合弁１３５は、熱媒体の一部又は全部が蓄熱装置１２内を流れるように設定される。熱媒体は、熱源１３２によって、例えば外気温度と潜熱蓄熱材１１１の凝固点との中間温度まで加熱され、蓄熱装置１２に流入する。これにより、潜熱蓄熱材１１１の温度が上昇する。この時点では、対向電極１１３に交流電圧が印加されている。そのため、潜熱蓄熱材１１１は、熱媒体によって加熱されても、過冷却状態に安定に維持され続ける。空気加熱装置１３の加熱運転の開始後、所定の時間が経過すると、交流電源１１４は、１対の対向電極１１３間に交流電圧を印加することを停止する。これにより、潜熱蓄熱材１１１の過冷却状態が解除され、潜熱蓄熱材１１１から潜熱が放出される。熱媒体は、潜熱蓄熱材１１１から放出された熱によって加熱される。昇温した熱媒体は、熱交換器１３１で空気を加熱する。熱交換器１３１で加熱された空気の温度が必要な温度を超える場合、蓄熱装置１２内を流れる熱媒体の量が減少し、かつ、バイパス配管１３６を流れる熱媒体の量が増加するように混合弁１３５が制御されてもよい。これにより、熱媒体の昇温が抑えられ、空気の温度も下がる。逆に、空気の温度が必要な温度に満たない場合、蓄熱装置１２内を流れる熱媒体の量が増加するように混合弁１３５が制御されてもよい。空気加熱装置１３の始動時において、熱源１３２は瞬時に十分な加熱能力を発揮できないことがある。実施形態１の蓄熱装置１２は、始動時における熱源１３２の能力の不足分を補うことができる。図３に示す熱源１３２は、例えば、自動車のエンジンであってもよい。この場合、例えば、エンジンが再始動するとき、蓄熱装置１２における交流電圧の印加が停止される。これにより、潜熱蓄熱材１１１から熱が放出され、この熱によりエンジンが暖機する。
【００５６】
潜熱蓄熱材１１１の過冷却状態は、対向電極１１３間の交流電圧の印加を停止するだけで解除されうる。ただし、潜熱蓄熱材１１１の過冷却度が小さく、潜熱蓄熱材１１１が過冷却状態にとどまりやすい場合には、蓄熱装置１２又は蓄熱ユニット１１に設けられた過冷却解除手段が併用されてもよい。
【００５７】
［実験１］
実施形態１の蓄熱ユニット１１と同様の構成を有する試験ユニットを用いた実験１を説明する。
【００５８】
図７は、実験１に用いられた試験ユニット７１の構成を示している。容器７１２は、内容積４ｍＬのアクリル製の容器であった。潜熱蓄熱材７１１は、濃度５５重量％の酢酸ナトリウム水溶液であった。１対の対向電極７１３は、ステンレス製であり、間隔２ｍｍで配置された。潜熱蓄熱材７１１は、容器７１２を満たしており、１対の対向電極７１３と接していた。さらに、潜熱蓄熱材７１１の温度を検出するための熱電対７１６が、容器７１２の側面から挿入されて潜熱蓄熱材７１１に接触していた。この構成を有する２０個の試験ユニット７１が用意され、そのうち１０個の試験ユニット７１の対向電極７１３に交流電源が接続された。残りの１０個の試験ユニット７１の対向電極７１３には交流電源が接続されなかった。
【００５９】
２０個の試験ユニット７１は、一旦８０℃のお湯に浸された。潜熱蓄熱材７１１が完全に溶解したことが確認された後、これらの試験ユニット７１は、−２０℃に保った恒温槽の中に入れられ、冷却された。このとき、交流電源が接続された１０個の試験ユニット７１の対向電極７１３には、電圧ピーク値が４０ｍＶである交流電圧が印加され続けた。交流電圧の印加は、試験ユニット７１の冷却を始めるタイミングで開始された。
【００６０】
対向電極７１３に印加された交流電圧の周波数は、５０ｋＨｚとした。これは、−２０℃における臨界核の緩和周波数ｆｍ（ｒ＊（ΔＴ））である３８［ｋＨｚ］よりも大きい。したがって、交流電圧の周波数は、潜熱蓄熱材７１１に含有される固相粒子であって、かつ、臨界核半径よりも小さい固相粒子の成長を抑制する周波数に相当する。なお、−２０℃〜０℃で酢酸ナトリウム水溶液の誘電緩和を測定した結果、配向緩和に対応する緩和周波数の最小値は、７０〜１００ｋＨｚであった。
【００６１】
２０個の試験ユニット７１において、潜熱蓄熱材７１１の温度が−２０℃に到達した時点から、自然発核により過冷却状態が解除されるまでの経過時間が測定された。この経過時間が、過冷却が維持される時間に相当する。
【００６２】
測定の結果、交流電圧が印加されなかった１０個の試験ユニット７１は、自然発核によって、１８時間以内に過冷却状態から脱した。交流電圧が印加された１０個の試験ユニット７１は、７日以上にわたり過冷却状態が維持された。この実験結果は、実施形態１の蓄熱装置１２が、潜熱蓄熱材１１１を過冷却状態に維持できることを示している。なお、２ｍｍ離間した１対の対向電極７１３間に電圧４０ｍＶが印加されるとき、１対の対向電極７１３間の電界強度は２０Ｖ／ｍに相当する。誘電損失を見越して、対向電極７１３間に、より大きい電界強度が与えられてもよい。１対の対向電極７１３間の間隔、及び、対向電極７１３間に印加される電圧は、適宜設定されうる。ただし、潜熱蓄熱材が酢酸ナトリウム水和物を含み、かつ、対向電極７１３が潜熱蓄熱材７１１に直接触れている場合、例えば、印加電圧は１．２Ｖ以下に設定される。これにより、潜熱蓄熱材７１１の電気分解が防止されうる。
【００６３】
（実施形態２）
実施形態２では、対向電極１１３に印加する交流電圧の大きさを決定する方法の一例を説明する。蓄熱ユニット１１、蓄熱装置１２及び空気加熱装置１３の構成は、実施形態１で説明した通りである。蓄熱装置１２及び空気加熱装置１３の駆動方法は、交流電圧の大きさ（ピーク値）を除き、実施形態１で説明した通りである。
【００６４】
［交流電圧の大きさ］
潜熱蓄熱材１１１に外部電場Ｅが印加されているとき、自由エネルギーの差ΔＧ（ｒ）は、下記式（４）で表される。
【００６５】
【数４】
2016027292.tif 000006
【００６６】
式（４）において、ΔＳは固相粒子の表面積、ΔＶは固相粒子の体積、ΔＴは過冷却度、Ｅは外部電場、Ｇσは表面エネルギー係数、ＧＬは単位過冷却度あたりの体積エネルギー係数、ＧＥは外部電界によるエネルギー係数、εＬは潜熱蓄熱材の液相の誘電率、εＳは潜熱蓄熱材の固相の誘電率を示す。式（４）の上式において、右辺の第１項は、固相粒子の表面積の増大に伴って、界面を形成するために要するエネルギーが増大することを示している。右辺の第２項は、固相粒子の体積の増大に伴って、凝集により自由エネルギーが安定化することを示している。右辺の第３項は、固相粒子の体積の増大に伴って、外部電場内の応力に対抗するために要するエネルギーが増大することを示している。外部電場内の応力とは次のとおりである。
【００６７】
図８は、液相５１中に固相粒子５２が配置され、外部電場Ｅが印加されたときの、電気力線を示している。図８に示されるように、固相粒子５２の誘電率εＳは、液相５１の誘電率εＬよりも小さいため、電気力線がゆがめられる。その結果、固相粒子５２と液相５１との界面において、固相粒子５２の内側に向かう応力が生じうる。この応力は、固相粒子５２の体積が増大することを妨げ、すなわち固相粒子５２が成長することを妨げる。
【００６８】
式（４）において、右辺の第２項は、固相粒子の半径が臨界核を超えるために必要なエネルギー障壁を、低くすることに寄与し、右辺の第３項は、そのエネルギー障壁を高くすることに寄与する。そのため、例えば、後者が前者を上回ることにより、過冷却状態が、より安定的に維持される。したがって、固相粒子の自律的な成長を回避するために、交流電圧の大きさ（振幅）は、例えば、下記式（５）に記載の電界強度Ｅｓを超えるように設定されうる。
【００６９】
【数５】
2016027292.tif 000007
【００７０】
図９は蓄熱ユニットの構成例を示している。図９において、対向電極１１３は、金属板３１と、金属板３１の第１主面を被覆する絶縁被膜３２と、金属板３１の第２主面を被覆する絶縁被膜３２とで構成されている。対向電極１１３が、少なくとも潜熱蓄熱材１１１に接する面に絶縁被膜３２を有するとき、潜熱蓄熱材１１１に電流がほとんど流れない。これにより、潜熱蓄熱材１１１の変性を防止でき、電力が節約されうる。図９に示される蓄熱ユニットにおいて、例えば、下記式（６）を満たす振幅Ｖを有する交流電圧が、対向電極１１３間に印加されてもよい。
【００７１】
【数６】
2016027292.tif 000008
【００７２】
式（６）において、ｄ１は潜熱蓄熱材１１１の厚さ、ｄ２は絶縁被膜３２の厚さ、εｉは絶縁被膜３２の誘電率、ｄｅｄｌは潜熱蓄熱材１１１と絶縁被膜３２との界面に形成される電気二重層の厚さを示す。なお、潜熱蓄熱材１１１に電気二重層が形成されず、かつ、潜熱蓄熱材１１１の厚み方向にわたって一様な電界が発生する場合、２ｄｅｄｌをｄ１としてもよい。
【００７３】
式（４）〜（６）によれば、外気温が−２３℃で酢酸ナトリウム三水和物を過冷却状態に維持する場合、交流電圧の電圧ピーク値Ｖは、例えば２．５８［Ｖ］である。ただし、式（４）および式（５）の計算において、液相の誘電率εＬは２．７４×１０＾（−９）［Ｆ／ｍ］とし、固相の誘電率εＳは５．４９×１０＾（−１０）［Ｆ／ｍ］（５０ｋＨｚ）とし、その他の物性値は非特許文献１を参照した。式（６）の計算において、絶縁被膜はポリエチレンテレフタレートとし、その誘電率εｉは２．６６×１０＾（−１１）［Ｆ／ｍ］とし、その膜厚ｄ２は１．２×１０＾（−５）［ｍ］とした。潜熱蓄熱材の厚さｄ１は４．０×１０＾（−３）［ｍ］とし、電気二重層の厚さｄｅｄｌは１．０×１０＾（−９）［ｍ］とした。
【００７４】
なお、交流電圧の電圧ピーク値は、上記に限定されない。交流電圧の電圧ピーク値の決定方法は、上記の方法に限定されない。本開示における交流電圧の電圧ピーク値は、潜熱蓄熱材を過冷却状態に維持しうるものであればよく、その決定方法は問われない。電圧ピーク値は、その他の理論式により決定されてもよいし、実験式により決定されてもよい。電圧ピーク値は、式を用いずに決定されてもよく、例えば、所定のパラメータと電圧ピーク値とを対応付けたテーブルにより決定されてもよい。電圧ピーク値は、経験的手法、半経験的手法によって決定されうる。
【００７５】
上記の交流電圧は、例えば、絶縁被膜を有さない電極を備える蓄熱ユニットにも適用されうる。一方、電極が絶縁被膜を有する場合、潜熱蓄熱材に電気化学反応が発生することを防止しつつ、誘電分極を発生させることができる。これにより、潜熱蓄熱材の過冷却状態が効率的に維持されうる。
【００７６】
［実験２］
実施形態２の蓄熱ユニット１１と同様の構成を有する試験ユニットを用いた実験を説明する。
【００７７】
実験２に用いられた試験ユニットは図７に示されるような全体構成を備え、その対向電極は図９に示されるような絶縁電極であった。容器７１２は、内容積４ｍＬのアクリル製の容器であった。潜熱蓄熱材７１１は、濃度５５重量％の酢酸ナトリウム水溶液であった。ステンレス板をポリエチレンテレフタレート被膜（厚さ１２μｍ）で被覆し、絶縁電極が得られた。１対の絶縁電極は間隔４ｍｍで配置され、潜熱蓄熱材に触れていた。さらに、潜熱蓄熱材の温度を検出するための熱電対が、容器の側面から挿入されて潜熱蓄熱材に接触していた。この構成を有する１６個の試験ユニットが用意された。これらの試験ユニットに対して、絶縁電極に交流電圧を印加する条件Ａと、絶縁電極に交流電圧を印加しない条件Ｂとで以下の評価が行われた。
【００７８】
１６個の試験ユニットは、一旦８０℃のお湯に浸された。潜熱蓄熱材が完全に溶解したことが確認された後、これらの試験ユニットは、−２３℃に保った恒温槽の中に入れられて冷却された。条件Ａにおいて、試験ユニットの絶縁電極に所定の交流電圧が印加され続けた。このとき、交流電圧の電圧ピーク値Ｖは、２．５８［Ｖ］であった。条件Ｂにおいて、試験ユニットの絶縁電極に交流電圧が印加されなかった。
【００７９】
潜熱蓄熱材の温度が−２３℃に到達した時点から、自然発核により過冷却状態が解除されるまでの経過時間が測定された。この経過時間が、過冷却が維持される時間に相当する。
【００８０】
条件Ｂでの測定において、過冷却が１２時間維持された試験ユニットは、全体の約１割であった。これに対し、条件Ａでの測定において、過冷却が１２時間維持された試験ユニットは、全体の約６割であった。条件Ｂでの測定において、過冷却が４時間維持されなかった試験ユニットは、全体の約７割であった。条件Ａでの測定において、過冷却が４時間維持されなかった試験ユニットは、全体の約３割であった。この結果は、適切な交流電圧を印加することによって、潜熱蓄熱材を過冷却状態に安定的に維持できることを示している。
【００８１】
［実験３］
電極の絶縁被膜の効果を確かめるために、以下の実験が行われた。
【００８２】
実験３に用いられた２つの試験ユニットは、いずれも図７に示されるような全体構成を備える。そのうち一方の試験ユニットは、図９に示されるような絶縁電極を備え、他方の試験ユニットは、絶縁被膜を有さない電極（ステンレス板）を備えていた。絶縁被膜の膜厚は１２μｍであった。それぞれの試験ユニットにおいて、１対の電極の間隔は４ｍｍであった。それ以外は、実験２と同様の構成であった。それぞれの試験ユニットにおいて、電極間のインピーダンスが測定された。
【００８３】
その結果、絶縁被膜を有さない電極を備える試験ユニットのインピーダンスは、１．５ｋΩであった。絶縁電極を備える試験ユニットのインピーダンスは、７００ＭΩであった。したがって、印加電圧が２．５８Ｖのとき、前者の試験ユニットの電力消費量は４．４ｍＷであり、後者の試験ユニットの電力消費量は９．５ｎＷである。つまり、蓄熱ユニットの電極に絶縁被膜が設けられると、消費電力が大幅に削減されうる。
【００８４】
絶縁被膜の膜厚、及び１対の絶縁電極間の間隔（４ｍｍ）は、上記の値に限定されない。蓄熱ユニットの伝熱性能及び印加電圧の大きさを考慮して、絶縁被膜の膜厚は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。絶縁電極の間隔は、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。絶縁電極に印加する交流電圧の電圧Ｖは、例えば、先に説明した計算方法に基づいて決めることができる。例えば、絶縁被膜の膜厚が１０μｍ、絶縁電極の間隔が１０ｍｍのとき、印加電圧を２Ｖに設定できる。例えば、絶縁被膜の膜厚が１００μｍ、絶縁電極の間隔１ｍｍのとき、印加電圧を３５Ｖに設定できる。交流電圧のピーク値は、例えば、２Ｖ以上３５Ｖ以下であってもよい。適切な大きさの交流電圧が電極に印加することによって、潜熱蓄熱材が過冷却状態に維持され、さらに、潜熱蓄熱材が電気分解されることも防止されうる。
【００８５】
（実施形態３）
図１０は、実施形態３における蓄熱ユニット１１’の構成の一例を示す。実施形態３の各要素のうち、実施形態１又は実施形態２と共通する要素には同じ参照符号が付され、それらの説明が省略される場合がある。各実施形態の説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。
【００８６】
蓄熱ユニット１１’には、潜熱蓄熱材１１１の温度を直接又は間接的に検出する温度センサ１１６が設けられている。制御器１１５は、温度センサ１１６によって検出された温度に基づき、交流電源１１４が対向電極１１３に印加する交流電圧の周波数及び電圧ピーク値の少なくとも一方を決定する。制御器１１５は、例えば、温度センサ１１６の検出結果に基づいて、臨界核に対応する緩和周波数、及び／又は、潜熱蓄熱材に含有される臨界核よりも小さい固相粒子に対応する緩和周波数を計算してもよい。制御器１１５は、例えば、温度センサ１１６の検出結果に基づいて、固相粒子の成長を抑制する電圧ピーク値を計算してもよい。実施形態３において、交流電源１１４は、可変周波数電源、または可変電圧電源である。交流電圧の周波数及び電圧ピーク値の少なくとも一方は、温度センサ１１６の検出結果に応じて変更される。この方法によれば、潜熱蓄熱材１１１の温度に応じて、最適な交流電圧を対向電極１１３に印加することができる。その結果、潜熱蓄熱材１１１が、より安定的に過冷却状態に維持されうる。
【００８７】
蓄熱装置１２が複数の蓄熱ユニット１１’で構成されている場合、各蓄熱ユニット１１’で潜熱蓄熱材１１１の温度が異なる可能性がある。この場合、それぞれの蓄熱ユニット１１’の対向電極１１３に、異なる周波数、及び／又は異なる電圧ピーク値の交流電圧が印加されてもよい。あるいは、複数の蓄熱ユニット１１’が示す複数の温度のうちの最低の温度に基づいて、交流電圧の周波数及び電圧ピーク値の少なくとも一方が決定されてもよい。
【００８８】
温度センサ１１６は、蓄熱装置１２の中の少なくとも１つの蓄熱ユニット１１’に設けられていればよい。例えば、最も低い温度を示す蓄熱ユニット１１’が予め特定されている場合は、その蓄熱ユニット１１’にのみ温度センサ１１６が設けられてもよい。蓄熱ユニット１１’における温度センサ１１６の取付位置は、図１０のように潜熱蓄熱材１１１に直接接触する位置に限定されない。例えば、容器１１２の内部又は外側表面に温度センサ１１６が設けられていてもよい。この場合、温度センサ１１６によって検出された温度から、潜熱蓄熱材１１１の温度を推定することができる。例えば、温度センサ１１６の検出値と潜熱蓄熱材１１１の実際の温度との関係が予め調べられていてもよい。制御器１１５は、温度センサ１１６の検出値と潜熱蓄熱材１１１の実際の温度との関係が記述されたテーブルを有していてもよい。
【００８９】
［駆動方法］
実施形態３における蓄熱装置１２を備える空気加熱装置の駆動方法の一例を説明する。空気加熱装置１３及び／又は蓄熱装置１２は、蓄熱モード、保熱モード及び放熱モードを含む複数のモードのいずれかで運転される。実施形態３の駆動方法のうち、実施形態１の駆動方法と共通の部分の説明は省略される。
【００９０】
空気加熱装置１３の蓄熱モードは、実施形態１と同様である。潜熱蓄熱材１１１が全て溶解したかどうかは、温度センサ１１６の検出値に基づいて決定されてもよい。
【００９１】
空気加熱装置１３の保熱モードは、実施形態１と同様である。１対の対向電極１１３に交流電圧を印加するタイミングは、温度センサ１１６の検出値に基づいて決定されてもよい。例えば、潜熱蓄熱材１１１の温度が潜熱蓄熱材１１１の凝固点を下回ったと判断されたとき、対向電極間に交流電圧が印加されてもよい。
【００９２】
保熱モードにおいて、制御器１１５は、例えば、温度センサ１１６の検出値、並びに、上記の式（１）及び式（２）に基づいて交流電圧の周波数を決定してもよい。保熱モードにおいて、制御器１１５は、例えば、温度センサ１１６の検出値、並びに、上記の式（４）及び式（５）に基づいて交流電圧の電圧ピーク値を決定してもよい。なお、過冷却度ΔＴは、潜熱蓄熱材１１１の凝固点Ｔｅから、温度センサ１１６により検出された潜熱蓄熱材の温度Ｔを引いた値が用いられてもよい。
【００９３】
あるいは、保熱モードにおいて、制御器１１５は、温度センサの検出値と緩和周波数との関係が記述されたテーブルに基づいて交流電圧の周波数を決定してもよい。保熱モードにおいて、制御器１１５は、温度センサの検出値と電圧ピーク値との関係が記述されたテーブルに基づいて交流電圧の電圧ピーク値を決定してもよい。これらのテーブルは、例えば、経験的手法、半経験的手法により予め作成されている。テーブルを作成にするにあたって、実施形態１及び実施形態２の種々の計算が用いられてもよい。
【００９４】
実施形態３によれば、潜熱蓄熱材１１１の保存温度に基づいて、過冷却状態を維持するための交流電圧が決定される。したがって、実施形態３の蓄熱装置１２は、温度の変動によらず、潜熱蓄熱材１１１を過冷却状態に安定して維持できる。
【００９５】
（実施形態４）
図１１は、実施形態４に係る蓄熱ユニット９１の構成例を示す。蓄熱ユニット９１は、容器９１２と、容器９１２に収容された潜熱蓄熱材１１１とで構成されている。容器９１２は、複数のラミネートフィルム９１３（例えば、１対のラミネートフィルム９１３）で作られている。ラミネートフィルム９１３は、可とう性を有する金属箔９３１と、金属箔９３１の表面を被覆する絶縁被膜９３２とを有する。この場合、金属箔９３１が導電性の電極本体として機能する。金属箔９３１は、例えば絶縁被膜９３２に挟まれている。潜熱蓄熱材１１１は金属箔９３１に接していない。
【００９６】
実施形態４では、容器９１２を構成するラミネートフィルム９１３が絶縁電極として使用される。金属箔９３１は交流電源１１４に電気的に接続される。これにより、潜熱蓄熱材１１１に交流電界が印加されうる。潜熱蓄熱材１１１とラミネートフィルム９１３との界面が、潜熱蓄熱材１１１を画定する。そのため、液相の潜熱蓄熱材１１１が電解質水溶液である場合、電圧印加によって潜熱蓄熱材１１１と容器９１２の接触面の全体に電気二重層が形成される。これにより、十分な強度の電界が潜熱蓄熱材１１１に印加されうる。
【００９７】
潜熱蓄熱材１１１は、例えば、容器９１２の中央部で最大厚さｄｍａｘを有し、容器９１２の外周部（ラミネートフィルム９１３の接合部）の近傍で最小厚さｄｍｉｎを有する。上記式（６）を用いて交流電圧の電圧ピーク値Ｖを計算する場合、潜熱蓄熱材の厚さｄ１は、潜熱蓄熱材１１１の最小厚さｄｍｉｎであってもよい。
【００９８】
上記の各実施形態において、液相の潜熱蓄熱材が凝固点を下回る温度に冷却されたときに、液相のまま維持される方法を説明した。しかし、上記の各実施形態は、他の相転移現象にも適用されうる。例えば、気液相転移において、一方の相が平衡温度を超えて維持される方法としても適用可能である。すなわち、本開示における「過冷却」は、気液相転移の準安定状態をも含む。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本開示に記載された蓄熱装置は、例えば、自動車の内燃機関、変速機、又は蓄電池等の暖機のための熱源に応用されうる。
【符号の説明】
【０１００】
１１，１１’    蓄熱ユニット
１２    蓄熱装置
１３    空気加熱装置
３１    金属板
３２    絶縁被膜
１１１    潜熱蓄熱材
１１２    容器
１１３    対向電極
１１４    交流電源
１１５    制御器
１１６    温度センサ
１２１    蓄熱筐体
１２２    熱媒体入口
１２３    熱媒体出口
１３１    熱交換器
１３２    熱源
１３３    ポンプ
１３４    分流器
１３５    混合弁
１３６    バイパス配管
５１    液相
５２    固相粒子
７１    試験ユニット
７１１    潜熱蓄熱材
７１２    容器
７１３    対向電極
７１６    温度センサ
９１２    容器
９１３    ラミネートフィルム
９３１    金属箔
９３２    絶縁被膜
【図１】
2016027292.tif 000009
【図２】
2016027292.tif 000010
【図３】
2016027292.tif 000011
【図４】
2016027292.tif 000012
【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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