(57)【要約】【課題】潜熱蓄熱材において、より確実に結晶核を形成する方法を提供する。【解決手段】  結晶核形成方法は、主成分として水を含む溶媒１１ｂと溶質１１ａとを含み、過冷却状態で潜熱を保持する潜熱蓄熱材１１における結晶核形成方法であって、過冷却状態の潜熱蓄熱材１１の一部を加熱または冷却して溶質１１ａの無水物を析出させるステップ（ａ）と、無水物又は無水物が析出した潜熱蓄熱材１１の表面に水を含む液滴を供給し、潜熱蓄熱材１１の過冷却状態を解除して放熱させるステップ（ｂ）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分として水を含む溶媒と溶質とを含み、過冷却状態で潜熱を保持する潜熱蓄熱材における結晶核形成方法であって、
過冷却状態の前記潜熱蓄熱材の一部を加熱または冷却して前記溶質の無水物を析出させるステップ（ａ）と、
前記無水物又は前記無水物が析出した前記潜熱蓄熱材の表面に水を含む液滴を供給し、前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除して放熱させるステップ（ｂ）と、を備えた、
結晶核形成方法。
【請求項２】
前記潜熱蓄熱材は、前記潜熱蓄熱材の表面に接する空間が容器の内部に形成されるように前記容器に収容されており、
前記ステップ（ａ）は、前記空間又は前記表面を加熱して前記過冷却状態の潜熱蓄熱材の一部を加熱し、前記溶媒の一部を前記表面から蒸発させて前記溶質の前記無水物を前記表面に析出させるステップであり、
前記ステップ（ｂ）は、前記空間に含まれる水分を凝縮させて前記液滴を形成するステップ（ｂ１）をさらに含む、請求項１に記載の結晶核形成方法。
【請求項３】
前記溶質が塩であり、前記ステップ（ｂ）において前記溶質の水和物の結晶核が形成される、請求項１又は２に記載の結晶核形成方法。
【請求項４】
主成分として水を含む溶媒と溶質とを含み、過冷却状態で潜熱を保持する潜熱蓄熱材と、
前記潜熱蓄熱材を収容する容器と、
過冷却状態の前記潜熱蓄熱材の一部を加熱して前記溶質の無水物を析出させる加熱器、または過冷却状態の前記潜熱蓄熱材の一部を冷却して前記溶質の無水物を析出させる冷却器と、
前記無水物又は前記無水物が析出した前記潜熱蓄熱材の表面に水を含む液滴を供給し、前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除して放熱させる液滴供給器と、を備えた、
蓄熱装置。
【請求項５】
前記加熱器を有し、
前記潜熱蓄熱材は、前記潜熱蓄熱材の表面に接する空間が前記容器の内部に形成されるように前記容器に収容されており、
前記加熱器は、前記空間又は前記表面を加熱して過冷却状態の前記潜熱蓄熱材の一部を加熱し、前記溶媒の一部を前記表面から蒸発させて前記溶質の無水物を析出させる、請求項４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記液滴供給器は、前記空間に含まれる水分を凝縮させて前記液滴を形成するように前記空間を冷却する空間冷却器を含む、請求項４または５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記溶質が塩である、請求項４〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、潜熱蓄熱材における結晶核形成方法及び蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固相から液相に変化するときに蓄積され、液相から固相に変化するときに放出される潜熱を利用する潜熱蓄熱材に関する検討が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図１３に示すように、過冷却可能な蓄熱材７０１を用いた蓄熱式加熱体７００が記載されている。蓄熱式加熱体７００は、蓄熱材７０１、容器７０２、熱交換器７０４、外枠７０５、及び熱電素子７０６を備えている。容器７０２は、蓄熱材７０１を充填するための容器である。熱交換器７０４は、蓄熱式加熱体７００へ熱を供給するための熱交換器である。蓄熱式加熱体７００からの熱は外枠７０５を放熱面として放出される。
【０００４】
熱電素子７０６は蓄熱材７０１の過冷却を解消するための手段であり、熱電素子７０６に電圧を印加すると、熱電素子７０６の蓄熱材７０１側の一部分が冷却される。蓄熱材７０１の一部の温度が過冷却状態で結晶核が生成される温度に達すると、結晶核が生成される。その結晶核の生成をきっかけとして蓄熱材７０１は凝固を開始し、蓄熱材７０１の融点の温度の熱が放出される。
【０００５】
特許文献１には、熱電素子７０６に代えて、圧電素子若しくは電動バイブレーター等の擾乱器、低温流体が通過する管又は電極を、蓄熱材７０１の過冷却を解消するための手段として用いることが記載されている。蓄熱材７０１の過冷却を解消するための手段として低温流体が通過する管が用いられる場合、蓄熱材７０１が過冷却状態において結晶核を生成する温度よりも低い温度の低温流体によって結晶核の形成が引き起こされる。蓄熱材７０１の過冷却を解消するための手段として擾乱器が用いられる場合、擾乱器によって蓄熱材７０１の分子の一部の位置を外部から強制的に変更させ、蓄熱材７０１の結晶化を誘発させる。蓄熱材７０１の過冷却を解消するための手段として電極が用いられる場合、外部から電圧を印加することによって蓄熱材７０１の一部に電気力を与えて臨界核半径以上の分子クラスタを形成させる。特許文献１には、火花放電により蓄熱材７０１の分子の位置を外部から強制的に変更させることより、蓄熱材７０１の結晶化を誘発させる技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３５８８６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の蓄熱式加熱体は、過冷却状態の蓄熱材７０１において結晶核を即時かつ確実に形成する観点から改良の余地を有する。そこで、本発明は、潜熱蓄熱材において結晶核を形成する別の方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本開示は、主成分として水を含む溶媒と溶質とを含み、過冷却状態で潜熱を保持する潜熱蓄熱材における結晶核形成方法であって、過冷却状態の前記潜熱蓄熱材の一部を加熱または冷却して前記溶質の無水物を析出させるステップ（ａ）と、前記無水物又は前記無水物が析出した前記潜熱蓄熱材の表面に水を含む液滴を供給し、前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除して放熱させるステップ（ｂ）と、を備えた、結晶核形成方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
上記の結晶核形成方法によれば、潜熱蓄熱材において、より確実に結晶核を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態に係る結晶核形成方法を概念的に説明する模式図
【図２】酢酸ナトリウム三水和物の飽和水溶液における温度及び酢酸ナトリウム無水物の飽和水溶液における温度とそれらの飽和水溶液の濃度との関係を示すグラフ
【図３】第１実施形態に係る蓄熱装置を概念的に説明する模式図
【図４】第１実施形態に係る蓄熱装置の具体的な構造を説明する断面図
【図５】第１変形例に係る蓄熱装置の断面図
【図６】第２変形例に係る蓄熱装置の断面図
【図７】第３変形例に係る蓄熱装置の断面図
【図８】第４変形例に係る蓄熱装置の断面図
【図９】第２実施形態に係る蓄熱装置の平面図
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿った第２実施形態に係る蓄熱装置の断面図
【図１１】熱利用システムの構成図
【図１２】本開示の一実施形態に係る結晶核形成方法を示すフローチャート
【図１３】従来の蓄熱式加熱体の構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
潜熱蓄熱材の一例として、酢酸ナトリウム三水和物を含む潜熱蓄熱材を挙げることができる。酢酸ナトリウム三水和物は、凝固点５８℃及び潜熱量（凝固熱）２５０Ｊ／ｇという特性を有する。このため、酢酸ナトリウム三水和物を含む潜熱蓄熱材は、１００℃未満の比較的低温の排熱を高密度で蓄熱するのに適しており、例えば、自動車における暖機運転又は暖房の補助熱源として使用することが考えられる。また、酢酸ナトリウム三水和物は、凝固点以上の温度で完全に溶解した後に、凝固点を下回る温度まで冷却されても相変化を起こさずに液相の状態を維持する過冷却状態になる特性を有する。過冷却状態が維持されている限り、潜熱が保持される。すなわち、この様な潜熱蓄熱材は、排熱が与えられることにより、温度が上昇して固相から液相に相変化し、潜熱および顕熱を蓄積する。排熱の供給がストップした後、時間の経過とともに、潜熱蓄熱材から冷たい外気に顕熱が放出される。しかし、潜熱蓄熱材の温度が凝固点よりも低くなっても、過冷却状態が維持されることにより、潜熱が保持される。酢酸ナトリウム三水和物を含む潜熱蓄熱材において、結晶核を形成して結晶を成長させることにより、この過冷却状態を解除できる。潜熱蓄熱材における過冷却状態の解除を適切に制御できれば、断熱材等を使用せずとも熱を長期間蓄えることができ、かつ、潜熱蓄熱材に蓄えられた潜熱を需要に応じた適切な時期に放出できる。このことは、酢酸ナトリウム三水和物を含む潜熱蓄熱材以外の多くの潜熱蓄熱材にもあてはまる。
【００１２】
上記の通り、特許文献１には、過冷却可能な蓄熱材７０１の過冷却を解消する手段がいくつか提案されている。ところが、蓄熱材７０１の過冷却を解消する手段として熱電素子７０６又は低温流体が通過する管を用いて蓄熱材７０１を結晶核が形成される温度まで局所的に冷却したとしても、即時に結晶核が形成されない可能性がある。実際に、本発明者らの実験によれば、過冷却状態の酢酸ナトリウム三水和物を−２０℃まで冷却しても、結晶核が形成されるまでに数時間要することがあった。この場合、需要に応じた適切な時期に蓄熱材７０１に蓄えられた潜熱を放出することが難しい。また、蓄熱材７０１の過冷却を解消する手段として擾乱器又は電極を用いた場合、結晶核を確実に形成できない可能性がある。実際に、本発明者らは、過冷却状態の酢酸ナトリウム三水和物に対し、超音波振動による振動を加えたり、電極によって数ボルトの交流電圧及び直流電圧を加えたり、又は１０００ボルト以上の電圧を印加して火花放電を発生させたりした。しかし、いずれの場合にも、結晶核を確実に形成することはできなかった。すなわち、特許文献１に記載の蓄熱式加熱体は、過冷却状態の蓄熱材７０１において結晶核を即時かつ確実に形成する観点から改良の余地を有する。
【００１３】
以上の事情に鑑みれば、潜熱蓄熱材において確実かつ即時に結晶核を形成できる別の方法を検討する必要がある。
【００１４】
本開示の第１態様は、
主成分として水を含む溶媒と溶質とを含み、過冷却状態で潜熱を保持する潜熱蓄熱材における結晶核形成方法であって、
過冷却状態の前記潜熱蓄熱材の一部を加熱または冷却して前記溶質の無水物を析出させるステップ（ａ）と、
前記無水物又は前記無水物が析出した前記潜熱蓄熱材の表面に水を含む液滴を供給し、前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除して放熱させるステップ（ｂ）と、を備えた、
結晶核形成方法を提供する。
【００１５】
第１態様によれば、ステップ（ｂ）において、ステップ（ａ）で析出した無水物又は無水物が析出した前記潜熱蓄熱材の表面に水を含む液滴が供給されることによって、無水物が溶解して濃度勾配が発生し、例えば、溶質の水和物の結晶核が形成される。これにより、潜熱蓄熱材において、結晶核が形成されて潜熱蓄熱材における結晶成長が生じ、潜熱蓄熱材に蓄えられた潜熱が放出される。
【００１６】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、
前記潜熱蓄熱材は、前記潜熱蓄熱材の表面に接する空間が容器の内部に形成されるように前記容器に収容されており、
前記ステップ（ａ）は、前記空間又は前記表面を加熱して前記過冷却状態の潜熱蓄熱材の一部を加熱し、前記溶媒の一部を前記表面から蒸発させて前記溶質の前記無水物を前記表面に析出させるステップであり、
前記ステップ（ｂ）は、前記空間に含まれる水分を凝縮させて前記液滴を形成するステップ（ｂ１）をさらに含む、結晶核形成方法を提供する。
【００１７】
第２態様によれば、ステップ（ａ）において、溶媒の一部を蒸発させることによって無水物を析出させることができるとともに、ステップ（ｂ）において供給されるべき液滴を容器の内部に形成された潜熱蓄熱材の表面に接する空間に含まれる水分によって形成できる。
【００１８】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記溶質が塩であり、前記ステップ（ｂ）において前記溶質の水和物の結晶核が形成される、結晶核形成方法を提供する。
【００１９】
本開示の第４態様は、
主成分として水を含む溶媒と溶質とを含み、過冷却状態で潜熱を保持する潜熱蓄熱材と、
前記潜熱蓄熱材を収容する容器と、
過冷却状態の前記潜熱蓄熱材の一部を加熱して前記溶質の無水物を析出させる加熱器、または過冷却状態の前記潜熱蓄熱材の一部を冷却して前記溶質の無水物を析出させる冷却器と、
前記無水物又は前記無水物が析出した前記潜熱蓄熱材の表面に水を含む液滴を供給し、前記潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除して放熱させる液滴供給器と、を備えた、
蓄熱装置を提供する。
【００２０】
第４態様によれば、第１態様〜第３態様のいずれか１つの態様に係る結晶核形成方法の使用に用いられる蓄熱装置を提供できる。
【００２１】
本開示の第５態様は、第４態様に加えて、前記加熱器を有し、
前記潜熱蓄熱材は、前記潜熱蓄熱材の表面に接する空間が前記容器の内部に形成されるように前記容器に収容されており、
前記加熱器は、前記空間又は前記表面を加熱して過冷却状態の前記潜熱蓄熱材の一部を加熱し、前記溶媒の一部を前記表面から蒸発させて前記溶質の無水物を析出させる、蓄熱装置を提供する。第５態様によれば、溶媒の一部を蒸発させて無水物を析出させるために潜熱蓄熱材の表面に接する空間又は潜熱蓄熱材の表面を加熱できる。
【００２２】
本開示の第６態様は、第４態様または第５態様に加えて、前記液滴供給器は、前記空間に含まれる水分を凝縮させて前記液滴を形成するように前記空間を冷却する空間冷却器を含む、蓄熱装置を提供する。第６態様によれば、空間に含まれる水分を凝縮させて、無水物又は無水物の近傍に供給されるべき液滴を形成するために、潜熱蓄熱材の表面に接する空間を冷却できる。
【００２３】
本開示の第７態様は、第４態様〜第６態様のいずれか１つの態様に加えて、前記溶質が塩である、蓄熱装置を提供する。
【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、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００２５】
《潜熱蓄熱材における結晶核形成方法》
まず、潜熱蓄熱材における結晶核形成方法について説明する。図１２は、本開示の一実施形態に係る結晶核形成方法を示すフローチャートである。本実施形態の方法に使用される潜熱蓄熱材１１は、溶質１１ａ及び溶媒１１ｂを含み、溶媒１１ｂの主成分として水を含む。本明細書で「主成分」とは、質量基準で最も多く含まれている成分を意味する。溶媒１１ｂは、水以外に、例えば、アルコール、エーテル、又はケトン等の有機溶媒を含んでいてもよい。本実施形態の方法は、ステップＳ１と、ステップＳ２とを備える。ステップＳ１は、潜熱蓄熱材１１において、溶質１１ａの無水物１２を析出させるステップである。ステップＳ２は、無水物１２又は無水物１２の近傍に水を含む液滴を供給するステップである。ステップＳ２において供給された液滴によって無水物１２が溶解して濃度勾配が発生する。このとき、例えば、溶質１１ａの水和物の結晶が生成されることによって潜熱蓄熱材１１において結晶核が形成される。
【００２６】
図１を参照して、潜熱蓄熱材における結晶核形成方法の一例を説明する。まず、図１の（ａ）に示すように、容器１０の内部に潜熱蓄熱材１１を収容する。ここで、潜熱蓄熱材１１は、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに接する空間１５が容器１０の内部に形成されるように容器１０に収容されている。容器１０は、例えば、密閉容器である。空間１５は、例えば、空気、窒素、又は希ガス等の潜熱蓄熱材１１と化学反応しない気体で満たされている。また、容器１０は、空間１５が容器１０の外部と連通するように構成されていてもよい。
【００２７】
潜熱蓄熱材１１は、過冷却可能な材料である。潜熱蓄熱材１１の溶質１１ａは、特に制限されないが、例えば塩である。塩である溶質１１ａとしては、酢酸ナトリウムを挙げることができる。特に説明する場合を除き、溶質１１ａが酢酸ナトリウムであり、潜熱蓄熱材１１が４５質量％の酢酸ナトリウム水溶液である場合を例に以下の説明を行う。この場合、潜熱蓄熱材１１において、酢酸ナトリウムに対する水分子の割合（水の物質量／酢酸ナトリウムの物質量）は、５〜６である。図１において、溶質１１ａは、実際には、酢酸イオンとナトリウムイオンとに電離して溶媒１１ｂに分散している。
【００２８】
図１の（ｂ）に示すように、ステップＳ１において、無水物析出手段２０を用いて、溶質１１ａの無水物１２を析出させる。無水物１２は、例えば、水分子を含まない、溶質１１ａによるイオン結晶である。無水物析出手段２０として、例えば、空間１５又は潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを加熱する加熱器２０ａを用いることができる。この場合、ステップＳ１は、溶媒１１ｂの一部を潜熱蓄熱材１１の表面Ｓから蒸発させて溶質１１ａの無水物１２を潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに析出させるステップである。具体的に、例えば、加熱器２０ａによって空間１５を加熱することによって、空間１５の温度が上昇する。これにより、空間１５における飽和水蒸気量が増加し、溶媒１１ｂの一部が潜熱蓄熱材１１の表面Ｓから蒸発し、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓにおいて溶質１１ａの濃度が局所的に高まる。また、例えば、加熱器２０ａは、加熱器２０ａから放出された電磁波によって潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを加熱する。この場合にも、溶媒１１ｂの一部が潜熱蓄熱材１１の表面Ｓから蒸発し、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓにおいて溶質１１ａの濃度が局所的に高まる。
【００２９】
加熱器２０ａは、空間１５を加熱する電気ヒーターであってもよい。また、加熱器２０ａは、空間１５と接触するコンプレッサ出口配管を有するヒートポンプ装置であってもよい。この場合、コンプレッサ出口配管が高温となり、コンプレッサ出口配管を流れる熱媒体と空間１５内の気体とが熱交換を行い、空間１５が加熱される。また、加熱器２０ａは、容器１０の内壁に空間１５と接するように貼り付けられた熱電素子（ペルチェ素子）を備えるものであってもよい。この場合、熱電素子に電流が流れ、熱電素子の空間１５側の部分と容器１０の内壁側の部分に温度差が発生し、空間１５が加熱され、内壁側が冷却される。また、無水物析出手段２０は、自動車の排熱などの外部熱源を利用するものであってもよい。無水物析出手段２０は、例えば、空間１５内に配置され、一時的にエンジン冷却水の一部が流れる配管であってもよい。
【００３０】
ステップＳ１が開始される前の潜熱蓄熱材１１の温度が２０℃であると仮定する。この場合、図２に示すように、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓは点Ａで示す状態にある。図２において、実線は、酢酸ナトリウム無水物の飽和水溶液の温度と濃度との関係を示し、破線は、酢酸ナトリウム三水和物の飽和水溶液の温度と濃度との関係を示している。ステップＳ１において、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓにおいて溶質１１ａの濃度が局所的に高まると、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓにおいて、酢酸ナトリウムの濃度が点Ｂにおける濃度よりも高くなる。点Ｂにおける濃度は、２０℃における酢酸ナトリウム無水物の飽和水溶液の濃度（５１．４質量％）である。これにより、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに酢酸ナトリウムの無水物１２が析出する。無水物１２が析出した後、加熱器２０ａによる加熱を停止する。
【００３１】
次に、図１の（ｃ）に示すように、ステップＳ２において、無水物１２又は無水物１２の近傍に水を含む液滴を供給する。例えば、液滴は潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに供給される。液滴は、例えば、液滴供給手段３０によって供給される。液滴供給手段３０の構成は特に制限されないが、液滴供給手段３０は、例えば、弁を開閉することによって容器に収容された液体から所定量の液滴を滴下できるように構成されている。液滴供給手段３０は、例えば、ピペットであってもよい。無水物１２又は無水物１２の近傍に供給される液滴は、水を主成分としていることが望ましく、水のみを含んでいてもよい。液滴供給手段３０は、外部タンクの水を微少量滴下するポンプであってもよい。
【００３２】
ステップＳ２において供給された液滴によって、図１の（ｃ）に示すように、無水物１２を形成する酢酸ナトリウムが溶解して濃度勾配が発生する。これにより、図１の（ｄ）に示すように、酢酸ナトリウム三水和物の結晶核１３が生成される。このように、ステップＳ２において、溶質１１ａの水和物の結晶核１３が形成される。過冷却状態の潜熱蓄熱材１１において、結晶核１３が形成されると、液相から固相への相変化が始まり、この過程で潜熱蓄熱材１１が有する潜熱が放出される。すなわち、潜熱蓄熱材１１の過冷却状態が解除される。このとき、溶質１１ａである酢酸ナトリウムが、溶媒１１ｂの主成分である水と水和した状態で液相から固相へ相変化する。潜熱蓄熱材１１が「液相」の状態であるとき、酢酸ナトリウムが酢酸イオンとナトリウムイオンに電離して溶媒１１ｂ中に溶解している。潜熱蓄熱材１１が「固相」の状態であるとき、潜熱蓄熱材１１において酢酸ナトリウム三水和物の結晶が形成されている。
【００３３】
（変形例）
上記の方法は、様々な観点から変更可能である。例えば、ステップＳ２は、空間１５に含まれる水分を凝縮させて液滴を形成するステップ（ｂ１）をさらに含んでいてもよい。これにより、空間１５に含まれる水分を凝縮させてステップＳ２で供給されるべき液滴を形成できる。この場合、空間１５を冷却して空間１５に含まれる水分を容器１０の内面に凝縮させて液滴を形成する。例えば、空間１５に接する容器１０の内面を冷却する。液滴は、容器１０の内面を伝って、無水物１２又は無水物１２の近傍に供給される。この場合、容器１０の内面の一部が液滴供給手段３０の一部を構成する。また、冷却された部材を空間１５に配置して空間１５を冷却し、その部材に空間１５に含まれる水分を凝縮させて液滴を生成してもよい。この場合、その部材は、液滴がその部材を伝って無水物１２又は無水物１２の近傍に供給されるように、空間１５に配置されていることが望ましい。ステップＳ１で用いられる無水物析出手段２０が潜熱蓄熱材１１の一部を加熱する場合、液滴供給手段３０は、加熱により潜熱蓄熱材１１から蒸発した水を容器１０内部で循環させるものであってもよい。すなわち、液滴供給手段３０は、加熱により潜熱蓄熱材１１から空間１５に放出された水を凝縮して液滴として使用してもよい。
【００３４】
ステップＳ１は、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを局所的に冷却することによって溶質１１ａの無水物１２を析出させるステップであってもよい。この場合、例えば、熱電素子等の冷却器によって潜熱蓄熱材１１の表面Ｓが局所的に冷却される。潜熱蓄熱材１１が４５質量％の酢酸ナトリウム水溶液である場合、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを−１０℃以下に冷却すると、潜熱蓄熱材１１の状態は図２の点Ａから点Ｃの状態に変化する。図２において、実線は、酢酸ナトリウム無水物の飽和水溶液の温度と濃度との関係を示し、破線は、酢酸ナトリウム三水和物の飽和水溶液の温度と濃度との関係を示している。この場合、酢酸ナトリウム無水物の飽和水溶液の濃度が４５質量％を下回り、酢酸ナトリウムの無水物１２が析出する。換言すると、ステップＳ１において、溶質１１ａの飽和水溶液の濃度がステップＳ１以前の潜熱蓄熱材１１における溶質１１ａの濃度を下回るように、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓが局所的に冷却される。
【００３５】
ステップＳ１の無水物析出手段２０である冷却器は、容器１０を介して潜熱蓄熱材１１の一部を冷却できるように容器１０の外壁に貼り付けられた熱電素子であってもよい。また、無水物析出手段２０である冷却器は、容器１０と接触する膨張弁出口配管を有するヒートポンプ装置であってもよい。この場合、膨張弁出口配管が低温となり、容器１０を介して熱交換が行われ、潜熱蓄熱材１１の一部が冷却される。また、無水物析出手段２０は、外部冷熱源を利用するものであってもよい。無水物析出手段２０は、例えば、冷たい外気を取り込んで容器１０に吹き付けるダクトであってもよい。
【００３６】
潜熱蓄熱材１１の溶質１１ａとして、酢酸ナトリウム以外の塩が用いられてもよい。溶質１１ａとして、例えば、硫酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、塩化カルシウム、炭酸ナトリウム、又はチオ硫酸ナトリウムが用いられてもよい。これらの水溶液は、いずれも過冷却可能であり、水和物の結晶を構成できる。硫酸ナトリウムは、水和により、硫酸ナトリウム十水和物の結晶を形成できる。リン酸水素二ナトリウムは、水和により、リン酸水素二ナトリウム十二水和物の結晶を形成できる。塩化カルシウムは、水和により、塩化カルシウム六水和物の結晶を形成できる。炭酸ナトリウムは、水和により、炭酸ナトリウム十水和物の結晶を形成できる。チオ硫酸ナトリウムは、水和により、チオ硫酸ナトリウム五水和物の結晶を形成できる。潜熱蓄熱材１１には、相分離防止剤として、増粘剤又は多糖類が添加されていてもよい。
【００３７】
《蓄熱装置》
次に、上記の潜熱蓄熱材１１における結晶核形成方法の使用に用いられる蓄熱装置について説明する。潜熱蓄熱材１１に関する上記の説明は技術的に矛盾しない限り、以下の説明についてもあてはまる。
【００３８】
＜第１実施形態＞
図３に示すように、第１実施形態に係る蓄熱装置１００ａは、潜熱蓄熱材１１と、容器５０と、無水物析出手段４０と、液滴供給手段６０とを備えている。潜熱蓄熱材１１は、上記の通り、溶質１１ａ及び溶媒１１ｂを含み、溶媒１１ｂの主成分として水を含む。溶質１１ａは、例えば、塩である。特に説明する場合を除き、潜熱蓄熱材１１が４５質量％の酢酸ナトリウム水溶液である場合を例に、以下の説明を行う。
【００３９】
図４に示すように、容器５０は、潜熱蓄熱材１１を収容している。潜熱蓄熱材１１は、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに接する空間３５が容器５０の内部に形成されるように容器５０に収容されている。容器５０は、本体部５０ａ及び延伸部５０ｂを備えている。本体部５０ａは、潜熱蓄熱材１１の大部分を収容するための空間を形成している。延伸部５０ｂは、本体部５０ａから上方に突出するように形成されている。図４に示すように、延伸部５０ｂは、漏斗状の形状を有している。すなわち、延伸部５０ｂは、上方に向かって円柱状の空間から逆円錐台状の空間が広がる内部空間を有する。延伸部５０ｂの円柱状の内部空間に、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓが形成されている。延伸部５０ｂにおける、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓよりも上方の内部空間によって空間３５が形成されている。空間３５は、空気、窒素、及び希ガス等の潜熱蓄熱材１１と化学反応しない気体で満たされている。延伸部５０ｂの寸法は特に制限されないが、延伸部５０ｂの円柱状の空間を形成する部分の内径は、例えば１０ｍｍである。延伸部５０ｂの逆円錐台状の空間を形成する部分は、例えば、高さ５ｍｍ及び上部直径４００ｍｍを有する逆円錐台状の空間を形成するように構成されている。これにより、空間３５は、約６４４，０００ｍｍ3の容積を有している。
【００４０】
本体部５０ａは、アルミ箔に樹脂をラミネートしたフィルム又はアルミニウムを蒸着した樹脂フィルム等の熱伝導性が良好で可撓性を有する材料でできている。これにより、本体部５０ａは、温度変化に伴う潜熱蓄熱材１１の体積変化に追従できる。
【００４１】
無水物析出手段４０は、潜熱蓄熱材１１において溶質１１ａの無水物を析出させるための機能を有する。本実施形態では、無水物析出手段４０は、潜熱蓄熱材１１を局所的に加熱又は冷却するための温度調節器である。具体的に、無水物析出手段４０は、空間３５又は潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを加熱する加熱器４１である。加熱器４１は、溶媒１０ｂの一部を潜熱蓄熱材１１の表面Ｓから蒸発させるように空間３５又は表面Ｓを加熱する。加熱器４１は、例えば、板状の電気ヒーターであり、空間３５の温度を９０℃程度まで上昇させることができる。加熱器４１は、空間３５を覆うように延伸部５０ｂの上方に配置されている。これにより、空間３５は密閉空間として形成されている。空間３５は、逆円錐台状の空間を含んでいるので、加熱器４１が潜熱蓄熱材１１の表面Ｓよりも十分に大きい伝熱面積を有する。これにより、加熱器４１から多くの熱を空間３５に放出でき、空間３５を迅速に加熱できる。なお、加熱器４１は、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを加熱するための電磁波を表面Ｓに向かって放射できるように構成されていてもよい。
【００４２】
液滴供給手段６０は、無水物析出手段４０の働きによって析出した溶質１１ａの無水物又はその無水物の近傍に、水を含む液滴を供給するための機能を有する。本実施形態では、液滴供給手段６０は、延伸部５０ｂにおける空間３５を形成する内面６０ｂを含む。さらに、液滴供給手段６０は、空間３５を冷却する空間冷却器６０ａを含む。空間冷却器６０ａは、空間３５に含まれる水分を凝縮させて液滴を形成するように空間３５を冷却する。空間冷却器６０ａは、例えば、５０Ｗの出力を有する熱電素子によって構成されており、空間３５の温度を約９０℃から２０℃程度まで低下させることができる。空間冷却器６０ａの構成及び出力は、空間３５における水分を凝縮させて液滴を形成できる限り、特に制限されない。図４に示すように、空間冷却器６０ａは、延伸部５０ｂの、内面６０ｂと反対側の外面に接触するように配置されている。空間冷却器６０ａの働きによって内面６０ｂが冷却され、空間３５における水分が凝縮して内面６０ｂにおいて液滴が形成される。
【００４３】
この液滴は、内面６０ｂを伝って潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに供給される。内面６０ｂは、液滴が潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに流れやすいように、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに対して傾斜を有する傾斜部分を有している。また、内面６０ｂの傾きが変化する部分には、液滴に作用する表面張力が小さくなるように、望ましくは、丸みがつけられている。また、液滴が潜熱蓄熱材１１の表面Ｓへ流れやすいように、エッチング処理、サンドブラスト加工、又は撥水剤によるコーティング等の表面加工によって内面６０ｂに撥水処理が施されていてもよい。内面６０ｂの形状は、内面６０ｂに付着した液滴を潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに向かって流すことができる限り、特に制限されない。
【００４４】
空間３５の容積は、加熱器４１による加熱によって１ｍｍ3以上の溶媒１１ｂが、空間３５に接する潜熱蓄熱材１１の表面Ｓから蒸発できるように定められていることが望ましい。このような条件を満たす空間３５の容積は、加熱器４１によって空間３５又は潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを加熱するときの空間３５の温度における飽和水蒸気量と、潜熱蓄熱材１１において結晶核が形成されるときの空間３５の温度における飽和水蒸気量との差に基づいて定めることができる。
【００４５】
容器５０における潜熱蓄熱材１１の充填効率を高めるためには、空間３５の容積はできるだけ小さいことが望ましい。空間３５の容積は、空間３５に接する潜熱蓄熱材１１の表面Ｓの面積と比例関係にあるので、容器５０における潜熱蓄熱材１１の充填効率を高めるために、空間３５に接する潜熱蓄熱材１１の表面Ｓができるだけ小さいことが望ましい。
【００４６】
蓄熱装置１００ａは、断熱材５５をさらに備えている。断熱材５５は、延伸部５０ｂの外面のうち、加熱器４１及び空間冷却器６０ａと接していない部分を覆っている。これにより、熱損失を低減できる。
【００４７】
次に、加熱器４１によって空間３５が加熱される場合を例に、蓄熱装置１００ａの動作の一部を説明する。まず、加熱器４１によって空間３５を加熱する。酢酸ナトリウム水溶液の沸点は約１２０℃であるので、加熱器４１の目標温度は、潜熱蓄熱材１１が沸騰しないように、１１５℃以下に定められていることが望ましい。例えば、加熱器４１による加熱によって、空間３５の温度が約２０℃から約９０℃に上昇する。これにより、溶媒１１ｂの一部が潜熱蓄熱材１１の表面Ｓから蒸発する。例えば、加熱器４１による加熱開始から１５秒から３０秒程度で溶媒１１ｂの蒸発に必要な熱量が加熱器４１から供給される。このとき、約０．２６ｇ（＝約２６０ｍｍ3）の溶媒が蒸発する。これにより、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓから深さ１０ｍｍの範囲において、酢酸ナトリウム水溶液は、過飽和の状態となる。この範囲における酢酸ナトリウムの実質的な濃度は、６５質量％以上に上昇する。このため、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに酢酸ナトリウムの無水物が析出する。
【００４８】
加熱器４１の消費電力に基づいて加熱器４１から空間３５に供給された熱量を積算し、この積算した熱量が所定の閾値を超えたか否かを判断する。これにより、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに酢酸ナトリウムの無水物が析出したか否かを判断できる。所定の閾値は、例えば、空間３５の加熱及び溶媒１１ｂの蒸発に必要なエネルギー及び外部への熱損失を考慮して定められる。所定の閾値は、例えば、１．５ｋＪである。この場合、加熱器４１による加熱開始から２０秒から３０秒程度で酢酸ナトリウムの無水物が析出したと判断される。酢酸ナトリウムの無水物が析出したと判断された場合、加熱器４１の加熱が停止される。潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを観察することによって酢酸ナトリウムの無水物が析出したか否かを判断してもよい。
【００４９】
次に、空間冷却器６０ａを作動させて、空間３５を冷却する。これにより、空間３５に含まれる水分が凝縮して、内面６０ｂに水を含む液滴が付着する。空間冷却器６０ａとして５０Ｗの出力を有する熱電素子を用いる場合、空間冷却器６０ａの作動開始から１５秒から３０秒程度で、内面６０ｂに水を含む液滴が付着する。この液滴は、重力の作用により、内面６０ｂを伝って潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに供給される。潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに析出している無水物が液滴と接触することで溶解し、酢酸ナトリウム三水和物の結晶核が形成される。このとき、潜熱蓄熱材１１の温度が過冷却状態の解除に伴って急激に上昇する。この急激な温度上昇を、容器５０に接触するように設けた温度センサ（図示省略）によって検出することによって、潜熱蓄熱材１１における結晶核の形成の有無を判断できる。潜熱蓄熱材１１において結晶核が形成されたと判断された場合には、空間冷却器６０ａによる冷却が停止される。
【００５０】
内面６０ｂに付着した少なくとも１つの液滴が潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに供給されれば、酢酸ナトリウム三水和物の結晶核を形成できる。このため、空間３５は、空間冷却器６０ａによって、加熱器４１による加熱を行う以前の空間３５の温度まで冷却されなくてもよい。また、空間冷却器６０ａが熱電素子によって構成されている場合、この熱電素子は、酢酸ナトリウムの無水物を析出させるときに空間３５を加熱するために用いられてもよい。
【００５１】
（変形例）
蓄熱装置１００ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、蓄熱装置１００ａは、図５に示す、第１変形例に係る蓄熱装置１００ｂのように変更されてもよい。蓄熱装置１００ｂは、特に説明する場合を除き、蓄熱装置１００ａと同様に構成されている。蓄熱装置１００ａの構成要素と同一又は対応する蓄熱装置１００ｂの構成要素には、蓄熱装置１００ａの構成要素と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、第１変形例にも適用される。このことは、第２変形例〜第４変形例についてもあてはまる。
【００５２】
蓄熱装置１００ｂにおいて、加熱器４１は、ベース部４１ａ及び突出部４１ｂを含む。ベース部４１ａは、空間３５を覆うように延伸部５０ｂの上方に配置されている。突出部４１ｂは、ベース部４１ａから下方に向かって突出している。また、蓄熱装置１００ｂは、仕切部材７０を備えている。仕切部材７０は、空間３５に配置されている。仕切部材７０は、円筒状の筒部７０ａ及び脚部７０ｂを含む。仕切部材７０は、筒部７０ａが突出部４１ｂを囲み、かつ、脚部７０ｂが内面６０ｂの傾斜部分に接して仕切部材７０を支持するように、空間３５に配置されている。加熱器４１が空間３５を加熱するとき、筒部７０ａの内側では、突出部４１ｂによる加熱によって温度が上昇しやすい。このため、筒部７０ａの内側では上昇気流が生じやすい。一方、筒部７０ａの外側では、容器５０の外部への放熱が起こるので温度が低下しやすく、下降気流が発生しやすい。このように、筒部７０ａの内側と外側とにおいて、空間３５の空気が循環するように流れるので、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓからの溶媒１１ｂの蒸発を促進できる。
【００５３】
蓄熱装置１００ａは、図６に示す、第２変形例に係る蓄熱装置１００ｃのように変更されてもよい。蓄熱装置１００ｃの加熱器４１は、蓄熱装置１００ｂの加熱器４１と同様にベース部４１ａ及び突出部４１ｂを備えている。蓄熱装置１００ｃの加熱器４１は、さらに、先端部４１ｃを備えている。先端部４１ｃは、突出部４１ｂのベース部４１ａと反対側の端部に接続されている。先端部４１ｃは、潜熱蓄熱材１１と接触している。蓄熱装置１００ｃの加熱器４１は、ベース部４１ａ及び突出部４１ｂの設定温度と、先端部４１ｃの設定温度とが個別に変更可能であるように構成されている。蓄熱装置１００ｃの加熱器４１は、先端部４１ｃが溶媒１１ｂを気化させるのに必要なエネルギーを供給できる。また、蓄熱装置１００ｃの加熱器４１は、ベース部４１ａ及び突出部４１ｂが、蒸発した溶媒１１ｂが空間３５で気相の状態を維持するのに必要な熱エネルギーを供給できる。その結果、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓからの溶媒１１ｂの蒸発を促進できる。
【００５４】
蓄熱装置１００ａは、図７に示す、第３変形例に係る蓄熱装置１００ｄのように変更されてもよい。蓄熱装置１００ｄは、蓄熱装置１００ａにおける空間冷却器６０ａが省略されている。蓄熱装置１００ｄは、液滴供給手段６０として、滴下装置６２を備えている。滴下装置６２は、所定量の液体を滴下するための装置である。滴下装置６２は、収容部６２ａ、ノズル６２ｂ、及び弁６２ｃを備えている。溶質１１ａの無水物又は無水物の近傍に供給すべき液滴を形成するための液体が収容部６２ａに収容されている。収容部６２ａに収容されている液体は、溶質１１ａの無水物の飽和水溶液の濃度よりも低い濃度を有する溶質１１ａの水溶液又は水である。ノズル６２ｂは、収容部６２ａから潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに向かって下方に延びている。収容部６２ａに収容されている液体が、ノズル６２ｂを流れて、ノズル６２ｂの先端から潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに滴下される。弁６２ｃは、ノズル６２ｂの内部に形成された流路を開閉するための弁である。弁６２ｃの開閉が制御されることによって、滴下される液体の量が調整される。滴下装置６２によって、溶質１１ａの無水物又はこの無水物の近傍に、水を含む液滴を供給できるので、蓄熱装置１００ａと同様に、潜熱蓄熱材１１において、溶質１１ａの水和により溶質１１ａの水和物の結晶核が形成される。
【００５５】
蓄熱装置１００ｄにおいて、空間３５は密閉空間である。しかし、空間３５が容器５０の外部に連通していてもよい。このとき、加熱器４１による加熱によって潜熱蓄熱材１１から蒸発した溶媒１１ｂは、容器５０の外部に放出される。この場合、滴下装置６２によって滴下されるべき液体の量は、重量測定装置（図示省略）によって計測された容器５０の外部に放出された溶媒１１ｂの量に等しい量に定められていてもよい。これにより、潜熱蓄熱材１１における溶質１１ａの濃度の時間的な変化を抑制できる。
【００５６】
また、蓄熱装置１００ｄにおいて、液滴供給手段６０として、滴下装置６２に代えてピペットが用いられてもよい。
【００５７】
蓄熱装置１００ａは、図８に示す、第４変形例に係る蓄熱装置１００ｅのように変更されてもよい。蓄熱装置１００ｅは、無水物析出手段４０として、潜熱蓄熱材１１を局所的に冷却するための温度調節器４３（冷却器）を備えている。冷却器４３は、例えば、熱電素子によって構成されている。冷却器４３は、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに接している。蓄熱装置１００ｅは、液滴供給手段６０として、滴下装置６２を備えている。蓄熱装置１００ｅにおいて、延伸部５０ｂによって円柱状の内部空間が形成され、その内部空間において冷却器４３と潜熱蓄熱材１１の表面Ｓとが接触している。冷却器４３は、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓ付近における溶質１１ａの実質的な濃度が、溶質１１ａの無水物の飽和水溶液の濃度よりも高くなるように、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを冷却できる。例えば、冷却器４３は、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓを−１０℃以下に冷却できる。これにより、溶質１１ａの無水物を析出させることができる。また、滴下装置６２を用いることによって、溶質１１ａの無水物又はその無水物の近傍に水を含む液滴が供給されるので、溶質１１ａの水和により溶質１１ａの水和物の結晶核が形成される。
【００５８】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る蓄熱装置３００ａについて説明する。第１実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、第２実施形態にも適用される。図９及び図１０に示すように、蓄熱装置３００ａは、潜熱蓄熱材１１、蓄熱容器３５０、熱交換容器３７０、加熱器３４０、空間冷却器３６０、外枠３８０、供給管３２０ａ、排出管３２０ｂ、及び温度センサ３９０を備えている。蓄熱容器３５０は、本体部３５０ａ及び延伸部３５０ｂを有する。蓄熱容器３５０の内部には潜熱蓄熱材１１が収容されている。蓄熱容器３５０は、金属等の良好な熱伝導性を有する材料でできている。
【００５９】
熱交換容器３７０は、本体部３５０ａとの間に所定の空間を形成するように、本体部３５０ａを取り囲んでいる。本体部３５０ａの外周面と熱交換容器３７０の内周面との間の空間は、潜熱蓄熱材１１と熱のやり取りをするための熱媒体の貯留空間として機能する。熱交換容器３７０は、金属又は樹脂で構成されている。熱交換容器３７０は、例えば、断熱性を有する材料でできている。熱交換容器３７０には、供給管３２０ａ及び排出管３２０ｂが接続されている。供給管３２０ａによって形成される流路及び排出管３２０ｂによって形成される流路がそれぞれ熱交換容器３７０の内部の空間につながっている。熱媒体が供給管３２０ａを通って熱交換容器３７０の内部に供給される。また、熱媒体は、排出管３２０ｂを通って熱交換容器３７０の内部から排出される。熱媒体は、例えば、水又はエチレングリコール等の液体、又は、空気等の気体である。
【００６０】
延伸部３５０ｂは、熱交換容器３７０の壁を貫通するように本体部３５０ａから側方に延び、熱交換容器３７０の外側で上方に延びている。潜熱蓄熱材１１の表面Ｓは、延伸部３５０ｂが形成する上方に延びる内部空間に形成されている。また、延伸部３５０ｂは、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに接する空間３３５を、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓの上方に形成している。空間３３５は、空気等の気体で満たされている。延伸部３５０ｂは、延伸部３５０ｂ及び熱交換容器３７０を平面視したときに、空間３３５の大部分が熱交換容器３７０と重なるように形成されている。
【００６１】
加熱器３４０は、例えば、加熱媒体を流すためのチューブ及び放熱部材によって構成された板状の加熱器である。加熱器３４０は、板状の電気ヒーターであってもよい。加熱器３４０は、加熱器３４０による加熱温度が変更可能であるように構成されている。加熱器３４０は、空間３３５を覆うように延伸部３５０ｂの上方に配置されている。空間冷却器３６０は、例えば、板状の熱電素子である。空間冷却器３６０は、空間３３５を形成している延伸部３５０ｂの底壁に接触するように配置されている。また、空間冷却器３６０は、空間冷却器３６０の、空間３３５と反対側の面が熱交換容器３７０の上面と接触するように配置されている。これにより、空間３３５の熱が空間冷却器３６０を介して熱交換容器３７０に伝わる。
【００６２】
温度センサ３９０は、蓄熱容器３５０の内面に取り付けられており、潜熱蓄熱材１１の温度を検出するためのセンサである。
【００６３】
蓄熱装置３００ａの動作について説明する。まず、蓄熱装置３００ａに熱を蓄える蓄熱動作について説明する。蓄熱動作が開始されるとき、潜熱蓄熱材１１は固相状態である。潜熱蓄熱材１１に熱を蓄えるために、潜熱蓄熱材１１の融点以上の温度を有する熱媒体が供給管３２０ａを通って、熱交換容器３７０の内部に供給される。熱交換容器３７０の内部に供給された熱媒体と潜熱蓄熱材１１との間で発生する熱交換により、固相状態の潜熱蓄熱材１１の温度が上昇する。これにより、潜熱蓄熱材１１に顕熱の形態で熱が蓄えられる。さらに、潜熱蓄熱材１１の温度が潜熱蓄熱材１１の融点に到達すると、潜熱蓄熱材１１の状態は、固相状態から液相状態に変化する。これにより、潜熱蓄熱材１１に潜熱の形態で熱が蓄えられる。潜熱蓄熱材１１のすべてが液相状態に変化すると、潜熱蓄熱材１１の温度がさらに上昇する。熱媒体は、潜熱蓄熱材１１の温度が潜熱蓄熱材１１の融点に到達してから、潜熱蓄熱材１１の全体を液相状態にするために十分な期間供給され続けることが望ましい。潜熱蓄熱材１１に熱を蓄えるための熱媒体の供給量又は供給時間は、潜熱蓄熱材１１の種類、潜熱蓄熱材１１の容積、及び熱媒体の種類等によって適宜決定される。熱交換容器３７０への熱媒体の供給が停止されることにより、蓄熱動作が停止される。このようにして、蓄熱装置３００ａに熱が蓄えられる。潜熱蓄熱材１１の種類及び周囲の温度にもよるが、蓄熱装置３００ａに長期間熱を保持できる。
【００６４】
潜熱蓄熱材１１に熱を蓄えるときに、潜熱蓄熱材１１の空間３３５の近傍に結晶の種が残ると潜熱蓄熱材１１を過冷却状態にすることができない。このため、潜熱蓄熱材１１に熱を蓄えるときに、加熱器３４０を作動させて空間３３５を加熱することが望ましい。これにより、潜熱蓄熱材１１の空間３３５の近傍に結晶の種が残ることを防止できる。熱の供給がストップした後、時間の経過とともに、冷たい外気に顕熱が放出されて潜熱蓄熱材１１の温度が凝固点をよりも低くなる。しかし、潜熱蓄熱材１１は、過冷却可能であるので、温度が凝固点をよりも低くなっても相変化を起こさない。潜熱蓄熱材１１が過冷却状態を維持することにより、潜熱が保持される。
【００６５】
次に、潜熱蓄熱材１１が過冷却状態にあるときに、潜熱蓄熱材１１に蓄えられた熱を取り出す動作を説明する。まず、加熱器３４０によって空間３３５を加熱し、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓから溶媒を蒸発させ、潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに溶質の無水物を析出させる。潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに溶質の無水物が析出したと判断された後、加熱器３４０の作動を停止し、空間冷却器３６０によって空間３３５を冷却する。これにより、空間３３５に含まれる水分を凝縮させて液滴を形成させる。この液滴が潜熱蓄熱材１１の表面Ｓに供給される。これにより、溶質の無水物が溶解し、溶質の水和物の結晶核が形成される。この結晶核を起点に、潜熱蓄熱材１１の全体で結晶が成長し、潜熱蓄熱材１１に潜熱の形態で蓄えられた熱が放出される。
【００６６】
潜熱蓄熱材１１で結晶成長が起こると、潜熱蓄熱材１１の温度が急激に上昇する。潜熱蓄熱材１１の急激な温度変化を温度センサ３９０で検出することによって、潜熱蓄熱材１１における結晶核の形成の有無が判断される。温度センサ３９０による検出によって、結晶核が形成されたと判断された場合、空間冷却器３６０の作動が停止される。また、潜熱蓄熱材１１の融点未満の温度を有する熱媒体が供給管３２０ａを通って熱交換容器３７０の内部に供給され始める。熱交換容器３７０の内部に供給された熱媒体は、潜熱蓄熱材１１から放出される熱を受け取って昇温し、排出管３２０ｂを通って蓄熱装置３００ａから排出される。排出された熱媒体の有する熱が様々な機器で利用される。
【００６７】
《熱利用システム》
次に、上記の蓄熱装置を用いた熱利用システムの一例について説明する。図１１に示すように、熱利用システム６００は、蓄熱装置３００ｂ、熱源装置４００、及び熱利用装置５００を備えている。蓄熱装置３００ｂは、供給管３２０ａ及び排出管３２０ｂに代えて、第一供給管３２１ａ、第二供給管３２２ａ、第一排出管３２１ｂ、及び第二排出管３２２ｂを備えている点以外は、上記で説明した蓄熱装置３００ａと同様に構成されている。第一供給管３２１ａ、第二供給管３２２ａ、第一排出管３２１ｂ、及び第二排出管３２２ｂによって形成される流路は、それぞれ、熱交換容器３７０の内部空間につながっている。
【００６８】
熱源装置４００は、蓄熱装置３００ｂに熱を蓄えるときに熱源となる熱媒体を提供するための装置である。熱源装置４００は、排出管４１０ａ及び戻り管４１０ｂを備える。排出管４１０ａと、第一供給管３２１ａとが配管４２０ａによって接続され、第一排出管３２１ｂと、戻り管４１０ｂとが配管４２０ｂによって接続されている。熱源装置４００の内部の熱媒体が、排出管４１０ａ、配管４２０ａ、及び第一供給管３２１ａを通って蓄熱装置３００ｂに供給される。熱源装置４００から蓄熱装置３００ｂに供給された熱媒体は、その熱媒体が有する熱を蓄熱装置３００ｂの潜熱蓄熱材１１に与えた後、第一排出管３２１ｂ、配管４２０ｂ、及び戻り管４１０ｂを通って熱源装置４００に戻される。
【００６９】
熱利用装置５００は、蓄熱装置３００ｂに蓄えられた熱が利用される装置である。熱利用装置５００は、排出管５１０ａ及び戻り管５１０ｂを備える。排出管５１０ａと、第二供給管３２２ａとが配管５２０ａによって接続され、第二排出管３２２ｂと、戻り管５１０ｂとが配管５２０ｂによって接続されている。熱利用装置５００の内部の熱媒体が、排出管５１０ａ、配管５２０ａ、及び第二供給管３２２ａを通って蓄熱装置３００ｂに供給される。熱利用装置５００から蓄熱装置３００ｂに供給された熱媒体は、潜熱蓄熱材１１から放出された熱を受け取った後、第二排出管３２２ｂ、配管５２０ｂ、及び戻り管５１０ｂを通って熱利用装置５００に戻される。
【００７０】
熱利用システム６００では、例えば、熱源装置４００から供給される熱媒体として、風呂の残り湯を利用し、熱利用装置５００から供給される熱媒体として、洗濯機又は乾燥機能付き洗濯機に給水されるべき水を利用することが考えられる。この場合、風呂の残り湯が有する熱を蓄熱装置３００ｂに蓄えつつ、潜熱蓄熱材１１における結晶核の形成に伴って放出される潜熱蓄熱材１１に蓄えられた熱によって洗濯機又は乾燥機能付き洗濯機に給水されるべき水を温めることができる。また、熱利用システム６００において、熱利用装置５００から供給される熱媒体として、乾燥機能付き洗濯機において衣類を乾燥させるための温風になるべき空気が利用されてもよい。
【００７１】
熱源装置４００から供給される熱媒体として、乾燥機能付き食器洗い機又は食器乾燥機からの排水を利用し、熱利用装置５００から供給される熱媒体として、乾燥機能付き食器洗い機又は食器乾燥機に供給されるべき水又は空気を利用してもよい。これにより、乾燥機能付き食器洗い機又は食器乾燥機からの排水が有する熱を蓄熱装置３００ｂで蓄え、乾燥機能付き食器洗い機又は食器乾燥機における洗浄用の水又は乾燥用の空気を温めるために利用できる。
【００７２】
熱源装置４００から供給される熱媒体として、冷蔵庫のコンプレッサからの排熱を受け取った流体を利用し、熱利用装置５００から供給される熱媒体として、冷蔵庫の霜取りを行うための流体を利用してもよい。これにより、冷蔵庫のコンプレッサからの排熱を蓄熱装置３００ｂで蓄えて、冷蔵庫の霜取りに利用できる。
【００７３】
熱源装置４００から供給される熱媒体として、乗物用エンジンの排熱を受け取った流体を利用し、熱利用装置５００から供給される熱媒体として、乗物用の暖房を行うための空気を利用してもよい。これにより、乗物用エンジンの排熱を蓄熱装置３００ｂで蓄えて、乗物用の暖房に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本開示の蓄熱装置によれば、過冷却状態にある潜熱蓄熱材から、需要に応じた適切な時期に熱を取り出すことができる。このため、本開示の蓄熱装置を、例えば、洗濯機、乾燥機能付き洗濯機、暖房機器、乾燥機能付き食器洗い機、食器乾燥機、冷蔵庫、乗物用暖房装置等に搭載するによって、潜熱蓄熱材に蓄えた熱を水又は空気を温めるために有効に利用できる。また、これらの機器の本来の機能及び性能を損なうことなく、エネルギー消費量を低減できる。さらに、本開示の蓄熱装置は、熱の有効利用が望まれるその他の様々な機器において利用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１０                容器
１１                潜熱蓄熱材
１１ａ              溶質
１１ｂ              溶媒
１２                無水物
１３                溶質の水和物の結晶核
１５                空間
３５                空間
４０                無水物析出手段
４１                加熱器
５０                容器
６０                液滴供給手段
６０ａ              空間冷却器
１００ａ〜１００ｅ  蓄熱装置
Ｓ                  潜熱蓄熱材の表面
【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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