(57)【要約】      （修正有）【課題】所望の蓄熱性能と強度とを備える複合蓄熱材を提供すること。【解決手段】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材２と、蓄熱材２とは異なる無機材料３とが混合されている複合蓄熱材１。無機材料３を主材１１とし、蓄熱材２を分散材１２として、無機材料３に蓄熱材２が分散混合されている複合蓄熱材１。【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材（２）と、
該蓄熱材（２）とは異なる無機材料（３）とが混合されていることを特徴とする複合蓄熱材（１）。
【請求項２】
上記無機材料（３）を主材（１１）とし、上記蓄熱材（２）を分散材（１２）として、上記無機材料（３）に上記蓄熱材（２）が分散混合されていることを特徴とする請求項１に記載の複合蓄熱材（１）。
【請求項３】
上記蓄熱材（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又は２に記載の複合蓄熱材（１）。
【請求項４】
上記無機材料（３）が、固体−固体相転移により蓄放熱する上記強相関電子材料であ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複合蓄熱材（１）。
【請求項５】
上記蓄熱材（２）及び上記無機材料（３）の少なくとも一方には、内部に空隙（４）が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複合蓄熱材（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主材と主材の内部に分散配置された分散材とを有する複合蓄熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の用途において、加熱又は冷却するため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、例えば、特許文献１に示されたものがある。特許文献１には、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材が示されている。この蓄熱材は、固体-固体相転移時の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を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６３５１０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に記載の蓄熱材には以下の問題点がある。
蓄熱材によって蓄熱構造体を形成した場合、十分な強度を確保することが困難な場合が多い。特に、所望の温度において蓄放熱する蓄熱構造体を得ようとした場合、所望の温度と対応した相転移温度を有する強相関電子材料に限定されてしまう。そのため、強相関電子材料における特性が特定され、所望の強度が得られなくなる場合がある。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、所望の蓄熱性能と強度とを備える複合蓄熱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材と、
該蓄熱材とは異なる無機材料とが混合されていることを特徴とする複合蓄熱材にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記複合蓄熱材は、上記無機材料と上記蓄熱材とを分散混合してなるため、上記無機材料が上記蓄熱材における補強材の役割を果たし、上記複合蓄熱材の強度を向上することができる。これにより、所望の温度で蓄放熱可能であり、かつ所望の強度を備えた上記複合蓄熱材を得ることができる。
すなわち、上記蓄熱材の種類や混合割合を調整することにより、所望の蓄放熱温度と、所望の蓄熱量とを得る一方で、上記無機材料の種類や混合割合を調整して、所望の強度を確保することが可能となる。
【０００８】
以上のごとく、本発明によれば、所望の蓄熱性能と強度とを備える複合蓄熱材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１における、複合蓄熱材の説明図。
【図２】実施例１における、ハニカム構造体の説明図。
【図３】二酸化バナジウムにおける蓄熱量と温度の関係を示すグラフ。
【図４】実施例２における、複合蓄熱材の説明図。
【図５】実施例３における、複合蓄熱材の説明図。
【図６】実施例３における、蓄熱システムを示す説明図。
【図７】実施例４における、複合蓄熱材の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上記複合蓄熱材において、上記無機材料を主材とし、上記蓄熱材を分散材として、上記無機材料に上記蓄熱材が分散混合されていることが好ましい。この場合には、上記主材である上記無機材料を、所望の蓄熱性能に拘束されることなく、選択することができるため、上記複合蓄熱材が所望の強度を得やすくなる。そのため、種々の構造体を形成するのに十分な強度を上記複合蓄熱材に付与することができる。
【００１１】
また、上記蓄熱材は、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、通常の固体−固体相転移する材料に比べて、相転移エンタルピーが大きい。そのため、上記蓄熱材における蓄熱量を増大することができる。
【００１２】
また、上記無機材料が、固体−固体相転移により蓄放熱する上記強相関電子材料であることが好ましい。この場合には、上記無機材料自体を蓄熱材とすることにより、上記複合蓄熱材における蓄熱量を増大させることができる。
【実施例】
【００１３】
（実施例１）
上記複合蓄熱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に示すごとく、複合蓄熱材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材２と、蓄熱材２とは異なる無機材料３とを混合してなる。
【００１４】
以下、さらに詳細に説明する。
図２に示すごとく、本例の複合蓄熱材１は、自動車のエンジンにおいて発生した排ガスを浄化するためのハニカム構造体５の材料として用いられる。ハニカム構造体５は、排ガスを流通する排気管５５の内側に配置されている。また、ハニカム構造体５は、略円柱状の外形形状を有しており、内部には複数のセル壁５１と、セル壁５１によって軸方向に貫通形成された複数のセル孔５２とを有している。
【００１５】
複合蓄熱材１は、無機材料３としてのセラミックスを主材１１とし、蓄熱材２を分散材１２として、無機材料３に蓄熱材２を分散混合したものである。主材１１の無機材料としては、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ3Ｎ4（窒化ケイ素）等のセラミックスが用いられる。
【００１６】
分散材１２としての蓄熱材２は、無機材料３の全体に略均一に分散混合されている。蓄熱材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、直径約１０ｍｍの略球体の粒子状に形成されている。尚、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６８℃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。
【００１７】
固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料は、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。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。
尚、固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料としては、ＶＯ2、Ｖ2Ｏ3等の各種酸化バナジウムや、ＮａＮｉＯ2、ＰｒＢａＣｏ2Ｏ5.5、ＤｙＢａＣｏ2Ｏ5.5、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＨｏＢａＦｅ2Ｏ5、ＤｙＢａＦｅ2Ｏ5、ＧｄＢａＦｅ2Ｏ5、ＥｕＢａＦｅ2Ｏ5、ＳｍＢａＦｅ2Ｏ5、ＴｂＢａＦｅ2Ｏ5、ＬｉＲｈ2Ｏ4等を用いることができる。尚、酸化バナジウムとしては、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏなどの金属ドープした酸化バナジウムであってもよい。
【００１８】
次に、本例の作用効果について説明する。
複合蓄熱材１は、無機材料３と蓄熱材２とを分散混合してなるため、無機材料３が蓄熱材２における補強材の役割を果たし、複合蓄熱材１の強度を向上することができる。これにより、所望の温度で蓄放熱可能であり、かつ所望の強度を備えた複合蓄熱材１を得ることができる。
すなわち、蓄熱材２の種類や混合割合を調整することにより、所望の蓄放熱温度と、所望の蓄熱量とを得る一方で、無機材料３の種類や混合割合を調整して、所望の強度を確保することが可能となる。
【００１９】
また、無機材料３を主材１１とし、蓄熱材２を分散材１２として、無機材料３に蓄熱材２が分散混合されている。この場合には、主材１１である無機材料３を、所望の蓄熱性能に拘束されることなく、選択することができるため、複合蓄熱材１が所望の強度を得やすくなる。そのため、種々の構造体を形成するのに十分な強度を複合蓄熱材１に付与することができる。
【００２０】
また、蓄熱材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、通常の固体−固体相転移する材料に比べて、相転移エンタルピーが大きい。そのため、蓄熱材２における蓄熱量を増大することができる。
【００２１】
以上のごとく、本例によれば、所望の蓄熱性能と強度とを備える複合蓄熱材１を提供することができる。
【００２２】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、実施例１の複合蓄熱材１における構成を一部変更したものである。
本例の複合蓄熱材１において、蓄熱材２は、ハニカム構造体５における表面近傍において、無機材料３としてのセラミックスに分散混合されている。
また、無機材料３及び蓄熱材２の一部の内部には、空隙４が形成されている。
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。
【００２３】
本例の複合蓄熱材１においては、蓄熱材２をハニカム構造体５の表面近傍に分散配置することにより、蓄熱材２の蓄放熱を速やかに行うことができる。これにより、蓄熱材２に効率よく蓄熱すると共に、蓄熱材２からの時間当たりの放熱量を増大することができる。
【００２４】
また、無機材料３及び蓄熱材２の内部に形成された空隙４に、排ガス中の水分が入り込むことにより、この水分における蓄放熱も利用することができる。これにより、複合蓄熱材１における総蓄熱量を増大させることができる。
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。
【００２５】
実施例１及び実施例２においては、自動車に用いられるハニカム構造体５の材料として複合蓄熱材１を用いたが、その他にも種々の用途に用いることができる。例えば、具体的には、建築物の壁等に用いられる珪藻土を無機材料３とし、蓄熱材２を分散混合することで、建築物用の複合蓄熱材１が得られる。この場合、建築物の冷暖房にかかるエネルギー量を削減することができる。また、道路に用いられるアスファルトを無機材料３とし、無機材料３に蓄熱材２を分散混合することで、道路用の複合蓄熱材１が得られる。この場合には、低温時に蓄熱材２から放熱することにより、道路の凍結を防止することができる。
尚、無機材料３としては、金属、セラミックス、炭素材料などの種々の無機物が含まれる。炭素材料としては、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェン、グラファイト等がある。
【００２６】
（実施例３）
本例は、図５及び図６に示すごとく、実施例１の複合蓄熱材１における構成を変更したものである。
図６に示すごとく、本例の複合蓄熱材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６１の排熱を利用して蓄熱する蓄熱システム６に用いられる。
蓄熱システム６は、内燃機関６１の熱を、冷却水を介して複合蓄熱材１へ伝達し、その熱を複合蓄熱材１にて蓄えるよう構成されている。内燃機関６１は、燃料６２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６３と共に排気管へと排出される。
【００２７】
内燃機関６１と複合蓄熱材１とは、内燃機関６１と複合蓄熱材１との間で閉回路を形成する冷却水流路６４によって接続されている。冷却水流路６４には、冷却水流路６４内に冷却水を循環させるポンプ６４１が設けられている。冷却水流路６４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６４は、排気管を流通する排ガス６３と冷却水との間、及び複合蓄熱材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６１及び排ガス６３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複合蓄熱材１との間で熱交換を行うことにより、複合蓄熱材１に蓄熱することができる。尚、複合蓄熱材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。
【００２８】
図５に示すごとく、本例の複合蓄熱材１は、固体−固体相転移により蓄放熱する強相関電子材料の蓄熱材２からなる主材１１と、無機材料３からなる分散材１２とを有している。蓄熱材２はＶＯ2からなる。
【００２９】
また、分散材１２としての無機材料３は、Ａｌ又はＣｕなどの高熱伝導率金属からなる。高熱伝導率金属を分散させることで複合蓄熱材１の熱伝導率を上げることができ、複合蓄熱材１における蓄放熱性能を向上することができる。
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。
【００３０】
主材１１を蓄熱材２とし、分散材１２を無機材料３とすることにより、蓄熱材２に無機材料３の特性を付与することができる。例えば、熱伝導性の高い無機材料３を蓄熱材２に分散混合した際には、蓄放熱性能に優れる複合蓄熱材１を得ることができる。また、強度に優れた無機材料３を蓄熱材２に分散混合した際には、強度に優れる複合蓄熱材１を得ることができる。
【００３１】
（実施例４）
本例は、図７に示すごとく、実施例３における複合蓄熱材１の構成を一部変更したものである。
本例の複合蓄熱材１において、主材１１を形成する蓄熱材２は、ＶＯ2からなる。また、分散材１２を形成する無機材料３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。分散材１２は、Ｖ2Ｏ3（三酸化バナジウム）からなる。Ｖ2Ｏ3は、遷移金属としてのＶを有する遷移金属酸化物である。Ｖ2Ｏ3は、相転移温度が−１１９℃であり、相転移温度以上において金属相となり蓄熱し、相転移温度以下において絶縁層となり放熱する金属−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。
【００３２】
本例においては、無機材料３及び蓄熱材２の両方を強相関電子材料とすることにより、複合蓄熱材１における蓄熱量を増大させることができる。また、無機材料３及び蓄熱材２を相転移温度の異なる強相関電子材料によって形成している。そのため、無機材料３及び蓄熱材２において、蓄放熱する温度領域が異なる。これにより、より広い温度領域において複合蓄熱材１における蓄放熱を行うことができる
また、本例においても実施例１の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  複合蓄熱材
１１  主材
１２  分散材
２  蓄熱材
３  無機材料
４  空隙
５  ハニカム構造体
５１  セル壁
５２  セル孔
【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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