(57)【要約】【課題】蓄熱ユニットの伝熱特性を改善すること、蓄熱ユニットの蓄熱効率を向上させることすること、蓄熱ユニットの構造強度を向上させること、及び蓄熱ユニットの形状の自由度を高め蓄熱ユニットを多種多様な熱制御対象に直接取り付け可能にすること。【解決手段】フィルムを備える密閉容器と、前記密閉容器に封入された相変化蓄熱材と、前記相変化蓄熱材と接触する熱伝導性部材と、を含む蓄熱ユニットであって、前記密閉容器は、その一部が熱伝導材料層をも備え、前記熱伝導性部材の一部は前記フィルムに熱伝導可能に接合され、前記熱伝導性部材は、前記密閉容器の密閉空間の内方に突出するように設けられている、蓄熱ユニット。【選択図】図１
2017075773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムを備える密閉容器と、
前記密閉容器に封入された相変化蓄熱材と、
前記相変化蓄熱材と接触する熱伝導性部材と、
を含む蓄熱ユニットであって、
前記密閉容器は、その一部が熱伝導材料層をも備え、
前記熱伝導性部材の一部は前記フィルムに熱伝導可能に接合され、
前記熱伝導性部材は、前記密閉容器の密閉空間の内方に突出するように設けられている、
蓄熱ユニット。
【請求項２】
前記熱伝導性部材は、第１の熱伝導性部材と第２の熱伝導性部材とを含み、
前記第２の熱伝導性部材は、前記密閉空間で、前記第１の熱伝導性部材に対向して配置されている、
請求項１に記載の蓄熱ユニット。
【請求項３】
前記第１の熱伝導性部材及び前記第２の熱伝導性部材は、波状部材であり、
前記第１の熱伝導性部材の谷部は前記フィルムに熱伝導可能に接合され、
前記第１の熱伝導性部材と前記第２の熱伝導性部材は互いに噛み合うように配置され、  前記第１の熱伝導性部材及び前記第２の熱伝導性部材の谷部は、前記フィルムに熱伝導可能に接合されている請求項２に記載の蓄熱ユニット。
【請求項４】
それらの間に密閉空間が形成されるように配置された第１のシート部材と第２のシート部材を備え、前記密閉空間の周囲において、前記第１のシート部材と前記第２のシート部材が互いにシールされた密閉容器と、
前記密閉容器に封入された相変化蓄熱材と、
前記相変化蓄熱材と接触する熱伝導性部材と、
を含む蓄熱ユニットであって、
前記第１のシート部材及び前記第２のシート部材は、熱伝導材料層を含むフィルムであり、
前記熱伝導性部材の一部は前記第１のシート部材に熱伝導可能に接合され、
前記熱伝導性部材は、前記密閉容器の密閉空間の内方に突出するように設けられている、
蓄熱ユニット。
【請求項５】
それらの間に密閉空間が形成されるように配置された第１のシート部材と第２のシート部材を備え、前記密閉空間の周囲において、前記第１のシート部材と前記第２のシート部材が互いにシールされた密閉容器と、
前記密閉容器に封入された相変化蓄熱材と、
前記相変化蓄熱材と接触する熱伝導性部材と、
を含む蓄熱ユニットであって、
前記第１のシート部材は、熱伝導材料層を含むフィルムであり、
前記第２のシート部材は、前記第１のシート部材よりも剛性が高く、熱伝導材料部を含み、
前記熱伝導性部材の一部は前記第１のシート部材の熱伝導材料層及び／又は前記第２のシート部材の熱伝導材料部に熱伝導可能に接合され、
前記熱伝導性部材は、前記密閉容器の密閉空間の内方に突出するように設けられている、
蓄熱ユニット。
【請求項６】
前記熱伝導性部材は、第１の熱伝導性部材と第２の熱伝導性部材とを含み、
前記第１の熱伝導性部材及び前記第２の熱伝導性部材は、波状部材であり、
前記第１の熱伝導性部材の一部は前記第１のシート部材に熱伝導可能に接合され、
前記第２の熱伝導性部材の一部は前記第２のシート部材に熱伝導可能に接合されている請求項５に記載の蓄熱ユニット。
【請求項７】
前記第１の熱伝導性部材の谷部は前記第１のシート部材に熱伝導可能に接合され、
前記第２の熱伝導性部材の谷部は前記第２のシート部材に熱伝導可能に接合され、
前記第１の熱伝導性部材と前記第２の熱伝導性部材は互いに噛み合うように配置されている請求項６に記載の蓄熱ユニット。
【請求項８】
前記第１の熱伝導性部材及び前記第２の熱伝導性部材の少なくとも一方の、山部と谷部を結ぶ斜面に開口部が設けられている請求項３、６、７のいずれか１項に記載の蓄熱ユニット。
【請求項９】
前記蓄熱ユニットが真空環境下にある場合、前記熱伝導性部材は、前記相変化蓄熱材と接触する請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱ユニット。
【請求項１０】
前記相変化蓄熱材は、真空状態で前記密閉容器に封入されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の蓄熱ユニット。
【請求項１１】
前記第１のシート部材は、波状部材である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蓄熱ユニット。
【請求項１２】
密閉容器と、
前記密閉容器に封入される相変化蓄熱材と、
前記相変化蓄熱材に接触する複数の第１の熱伝導部と、
を含み、
前記密閉容器の内壁部は、熱伝導性を有し、
前記複数の第１の熱伝導部の一端が、前記密閉容器の熱源に接する第１の内壁部分に連結され、前記複数の第１の熱伝導部のうちの少なくとも一部の他端が、前記第１の内壁部分に対して前記相変化蓄熱材を挟んだ位置にある第２の内壁部分に連結されている、
蓄熱ユニット。
【請求項１３】
前記複数の第１の熱伝導部のほぼ全ての他端が、前記密閉容器の内壁部に連結されている請求項１２に記載の蓄熱ユニット。
【請求項１４】
少なくとも１つの第２の熱伝導部を更に含み、
前記少なくとも１つの第２の熱伝導部の各々は、前記複数の第１の熱伝導部のうちの少なくとも一部と交点を有し、該交点で連結されている請求項１２又は１３に記載の蓄熱ユニット。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの第２の熱伝導部のうちの少なくとも一部の一端及び／又は他端が、前記密閉容器の内壁部に連結されている請求項１４に記載の蓄熱ユニット。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの第２の熱伝導部のほぼ全ての一端及び／又は他端が、前記密閉容器の内壁部に連結されている請求項１４に記載の蓄熱ユニット。
【請求項１７】
前記密閉容器、前記複数の第１の熱伝導部、及び前記少なくとも１つの第２の熱伝導部のうちの少なくとも２つは、一体的に形成されている請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の蓄熱ユニット。
【請求項１８】
前記複数の第１の熱伝導部及び前記少なくとも１つの第２の熱伝導部のうちの少なくとも一部は、柱状又は線状の熱伝導部である請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の蓄熱ユニット。
【請求項１９】
前記複数の第１の熱伝導部及び前記少なくとも１つの第２の熱伝導部は、柱状又は線状の熱伝導部であり、３次元網目構造体を形成している請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の蓄熱ユニット。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの第２の熱伝導部の数密度が、前記複数の第１の熱伝導部の数密度よりも小さい請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の蓄熱ユニット。
【請求項２１】
密閉容器と、
前記密閉容器に封入される相変化蓄熱材と、
３次元網目構造体と、
を含み、
前記密閉容器の内壁部は、熱伝導性を有し、
前記３次元網目構造体は、複数の線状又は柱状の熱伝導部が互いに連結されることにより形成され、
前記線状の熱伝導部の一部が、前記相変化蓄熱材に接触し、前記密閉容器の内壁部に連結される連結部を備えている、
蓄熱ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄熱ユニットに関するものであり、より詳細には、相変化蓄熱材（Phase change material, PCM）を用いた蓄熱ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化蓄熱材を用いた蓄熱ユニットが従来知られている。図１５は、従来の相変化蓄熱材を用いた蓄熱ユニットの例（下記非特許文献１、２参照）の断面図である。蓄熱ユニット５において、底板５１１と蓋部５１３で構成される剛な密閉容器５１に相変化蓄熱材５３が封入されており、底板には相変化蓄熱材５３と接する伝熱フィン５５が取り付けられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Thomas O. Leimkuehler and Ryan A. Stephan, “Experimental Investigation of Ice Phase Change Material Heat Exchangers”, 42nd International Conference on Environmental Systems  (ICES2012), AIAA-2012-3520, 2012.
【非特許文献２】Michael K. Choi,“Using Paraffin with -10℃ to 10℃ Melting Point for Payload Thermal Energy Storage in SpaceX Dragon Trunk”, 11th International Energy Conversion Engineering Conference, AIAA 2013-4099, 2013.
【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、真空環境下においては、密閉容器５１は、容器内部から生じる圧力に耐える必要がある。また、密閉容器５１の容積は、相変化蓄熱材５３の相変化に伴う膨張／収縮に対処するために、相変化蓄熱材５３の容積よりも大きくすることが必要である。そのため、密閉容器５１の内部において、相変化蓄熱材５３で満たされていない空間が生じる。その相変化蓄熱材５３で満たされていない空間の圧力は、相変化蓄熱材５３の蒸気圧と残留空気圧力の和となるので、大気圧下においては、真空環境下での使用を想定して真空排気後に相変化蓄熱材を充填している場合、相変化蓄熱材５３で満たされていない空間と密閉容器５１の外部の大気とで挟まれた密閉容器５１の部分は外部から加わる大気圧と内部圧力の差圧に耐える必要があり、密閉容器５１の重量が大きくなってしまう。一般に相変化蓄熱材は熱伝導率が非常に小さく、相変化蓄熱材が完全に融解する前に、発熱機器が上限温度を超過してしまう。そこで、伝熱フィン５５が設けられるが、その重量が加わり更に蓄熱ユニット５の重量が大きくなってしまう。すなわち、従来の蓄熱ユニットは、密閉容器と伝熱フィンの重量が、蓄熱ユニットの総重量の半分以上を占め、蓄熱効率（単位質量辺りの蓄熱量）が非常に悪い。
【０００５】
また、伝熱フィン５５は、密閉容器５１の１つの面としか連結されておらず、荷重に耐えることを想定した形状になっていない。そのため、例えば、重量の大きい機器を蓄熱ユニット上に直接搭載することは困難である。
【０００６】
また、従来の蓄熱ユニットの形状に比して、蓄熱ユニットの熱制御の対象の形状は多種多様である。そのため、熱制御の対象からの熱を蓄熱ユニットに伝達するために、取付継手や流体ポンプ等による熱輸送が必要となり、更なる蓄熱効率の低下、そして各部品間の接触熱抵抗に起因する大幅な伝熱特性低下が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、蓄熱ユニットの伝熱特性を改善することを目的の１つとする。
【０００８】
また、本発明は、蓄熱ユニットの蓄熱効率を向上させることを目的の１つとする。
【０００９】
また、本発明は、蓄熱ユニットの構造強度を向上させることを目的の１つとする。
【００１０】
また、本発明は、蓄熱ユニットの形状の自由度を高め、蓄熱ユニットを多種多様な熱制御対象に直接取り付け可能にすることを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの態様は、フィルムを備える密閉容器と、前記密閉容器に封入された相変化蓄熱材と、前記相変化蓄熱材と接触する熱伝導性部材と、を含む蓄熱ユニットであって、前記密閉容器は、その一部が熱伝導材料層をも備え、前記熱伝導性部材の一部は前記フィルムに熱伝導可能に接合され、前記熱伝導性部材は、前記密閉容器の密閉空間の内方に突出するように設けられている、蓄熱ユニットを提供するものである。
【００１２】
前記熱伝導性部材は、第１の熱伝導性部材と第２の熱伝導性部材とを含み、前記第２の熱伝導性部材は、前記密閉空間で、前記第１の熱伝導性部材に対向して配置されることができる。
【００１３】
前記第１の熱伝導性部材及び前記第２の熱伝導性部材は、波状部材であり、前記第１の熱伝導性部材の谷部は前記フィルムに熱伝導可能に接合され、前記第１の熱伝導性部材と前記第２の熱伝導性部材は互いに噛み合うように配置され、前記第１の熱伝導性部材及び前記第２の熱伝導性部材の谷部は、前記フィルムに熱伝導可能に接合されることができる。
【００１４】
本発明の１つの態様は、それらの間に密閉空間が形成されるように配置された第１のシート部材と第２のシート部材を備え、前記密閉空間の周囲において、前記第１のシート部材と前記第２のシート部材が互いにシールされた密閉容器と、前記密閉容器に封入された相変化蓄熱材と、前記相変化蓄熱材と接触する熱伝導性部材と、を含む蓄熱ユニットであって、前記第１のシート部材及び前記第２のシート部材は、熱伝導材料層を含むフィルムであり、前記熱伝導性部材の一部は前記第１のシート部材に熱伝導可能に接合され、前記熱伝導性部材は、前記密閉容器の密閉空間の内方に突出するように設けられている、蓄熱ユニットを提供するものである。
【００１５】
本発明の１つの態様は、それらの間に密閉空間が形成されるように配置された第１のシート部材と第２のシート部材を備え、前記密閉空間の周囲において、前記第１のシート部材と前記第２のシート部材が互いにシールされた密閉容器と、前記密閉容器に封入された相変化蓄熱材と、前記相変化蓄熱材と接触する熱伝導性部材と、を含む蓄熱ユニットであって、前記第１のシート部材は、熱伝導材料層を含むフィルムであり、前記第２のシート部材は、前記第１のシート部材よりも剛性が高く、熱伝導材料部を含み、前記熱伝導性部材の一部は前記第１のシート部材の熱伝導材料層及び／又は前記第２のシート部材の熱伝導材料部に熱伝導可能に接合され、前記熱伝導性部材は、前記密閉容器の密閉空間の内方に突出するように設けられている、蓄熱ユニットを提供するものである。
【００１６】
前記熱伝導性部材は、第１の熱伝導性部材と第２の熱伝導性部材とを含み、前記第１の熱伝導性部材及び前記第２の熱伝導性部材は、波状部材であり、前記第１の熱伝導性部材の一部は前記第１のシート部材に熱伝導可能に接合され、前記第２の熱伝導性部材の一部は前記第２のシート部材に熱伝導可能に接合されることができる。
【００１７】
前記第１の熱伝導性部材の谷部は前記第１のシート部材に熱伝導可能に接合され、前記第２の熱伝導性部材の谷部は前記第２のシート部材に熱伝導可能に接合され、前記第１の熱伝導性部材と前記第２の熱伝導性部材は互いに噛み合うように配置されてことができる。
【００１８】
前記第１の熱伝導性部材及び前記第２の熱伝導性部材の少なくとも一方の、山部と谷部を結ぶ斜面に開口部が設けられることができる。
【００１９】
前記蓄熱ユニットが真空環境下にある場合、前記熱伝導性部材は、前記相変化蓄熱材と接触することができる。
【００２０】
前記相変化蓄熱材は、真空状態で前記密閉容器に封入されているものとすることができる。
【００２１】
前記第１のシート部材は、波状部材とすることができる。
【００２２】
本発明の１つの態様は、密閉容器と、前記密閉容器に封入される相変化蓄熱材と、前記相変化蓄熱材に接触する複数の第１の熱伝導部とを含み、前記密閉容器の内壁部は、熱伝導性を有し、前記複数の第１の熱伝導部の一端が、前記密閉容器の熱源に接する第１の内壁部分に連結され、前記複数の第１の熱伝導部のうちの少なくとも一部の他端が、前記第１の内壁部分に対して前記相変化蓄熱材を挟んだ位置にある第２の内壁部分に連結されている蓄熱ユニットを提供するものである。
【００２３】
前記複数の第１の熱伝導部のほぼ全ての他端が、前記密閉容器の内壁部に連結されているものとすることができる。
【００２４】
少なくとも１つの第２の熱伝導部を更に含み、前記少なくとも１つの第２の熱伝導部の各々は、前記複数の第１の熱伝導部のうちの少なくとも一部と交点を有し、該交点で連結されているものとすることができる。
【００２５】
前記少なくとも１つの第２の熱伝導部のうちの少なくとも一部の一端及び／又は他端が、前記密閉容器の内壁部に連結されているものとすることができる。
【００２６】
前記少なくとも１つの第２の熱伝導部のほぼ全ての一端及び／又は他端が、前記密閉容器の内壁部に連結されているものとすることができる。
【００２７】
前記密閉容器、前記複数の第１の熱伝導部、及び前記少なくとも１つの第２の熱伝導部のうちの少なくとも２つは、一体的に形成されているものとすることができる。
【００２８】
前記複数の第１の熱伝導部及び前記少なくとも１つの第２の熱伝導部のうちの少なくとも一部は、柱状又は線状の熱伝導部であるものとすることができる。
【００２９】
前記複数の第１の熱伝導部及び前記少なくとも１つの第２の熱伝導部は、柱状又は線状の熱伝導部であり、３次元網目構造体を形成しているものとすることができる。
【００３０】
前記少なくとも１つの第２の熱伝導部の数密度が、前記前記複数の第１の熱伝導部の数密度よりも小さいものとすることができる。
【００３１】
本発明の１つの態様は、密閉容器と、前記密閉容器に封入される相変化蓄熱材と、３次元網目構造体とを含み、前記密閉容器の内壁部は、熱伝導性を有し、前記３次元網目構造体は、複数の線状又は柱状の熱伝導部が互いに連結されることにより形成され、前記線状の熱伝導部の一部が、前記相変化蓄熱材に接触し、前記密閉容器の内壁部に連結される連結部を備えている蓄熱ユニットを提供するものである。
【発明の効果】
【００３２】
上記構成を有する本発明によれば、蓄熱ユニットの伝熱特性を改善することができる。
【００３３】
また、上記構成を有する本発明によれば、蓄熱ユニットの蓄熱効率を向上させることができる。
【００３４】
また、上記構成を有する本発明によれば、蓄熱ユニットの構造強度を向上させることができる。
【００３５】
また、上記構成を有する本発明によれば、蓄熱ユニットの形状の自由度を高め、蓄熱ユニットを多種多様な熱制御対象に直接取り付け可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蓄熱ユニットの長手方向断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る蓄熱ユニットの大気圧環境下と真空環境下の状態を示す図である。
【図３】第１の熱伝導性部材及び第２の熱伝導性部材がない場合において、アルミ薄板を加熱面とし、アルミ薄板を水平に、フィルムを鉛直方向上側、鉛直方向下側にそれぞれ配置した場合の蓄熱ユニットの状態を示す図である。
【図４ａ】図３（ａ）の構成の蓄熱ユニットの所定の熱入力に対する時間−温度特性についての実験結果を示す図である。
【図４ｂ】図３（ｂ）の構成の蓄熱ユニットの所定の熱入力に対する時間−温度特性についての実験結果を示す図である。
【図４ｃ】本発明の第１の実施形態に係る蓄熱ユニットの所定の熱入力に対する時間−温度特性についての実験結果を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例に係る蓄熱ユニットの長手方向断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例に係る蓄熱ユニットの長手方向断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る蓄熱ユニットの斜視図である。
【図８】図７のVIII−VIII断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る蓄熱ユニットの効果の１つを説明する図である。
【図１０】蓄熱ユニットの熱源に対する配置及び初期状態における相変化蓄熱材３の配置の典型例を示す図である。
【図１１ａ】本発明の第２の実施形態に係る図８の配置における蓄熱ユニットの所定の熱入力に対する時間−温度特性についての実験結果を示す図である。
【図１１ｂ】本発明の第１の実施形態に係る図１０（ｃ）の配置における蓄熱ユニットの所定の熱入力に対する時間−温度特性についての実験結果を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る蓄熱ユニットの断面模式図である。
【図１３】枝分かれ構造を有する第１の熱伝導部の例を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る蓄熱ユニットの断面模式図である。
【図１５】従来の相変化蓄熱材を用いた蓄熱ユニットの例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る蓄熱ユニットの長手方向断面図である。図１に示されるように、本実施形態に係る蓄熱ユニット１は、密閉容器１１、相変化蓄熱材１３、第１の熱伝導性部材１５、第２の熱伝導性部材１７を備える。
【００３８】
密閉容器１１は、第１のシート部材であるフィルム１１１と、第２のシート部材であるアルミ薄板１１３を備える。
【００３９】
フィルム１１１は、多層フィルムであり、熱融着層であるポリプロピレン層と熱伝導材料層であるアルミ層を含む。フィルム１１１は、これに限定されるものではなく、単層フィルム／多層フィルムを問わず、他の適切な任意の熱伝導材料層を含むフィルム（例えば熱伝導材料層としてステンレス層を含むフィルムや高熱伝導グラファイト層を含むフィルム）を用いることができるし、熱伝導性材料層を含まないフィルムを用いることもできる。
【００４０】
フィルム１１１とアルミ薄板１１３は、フィルム１１１とアルミ薄板１１３との間に密閉空間１１５が形成されるように配置され、密閉空間１１５の周囲において、互いにシールされ、密閉容器１１を構成する。フィルム１１１とアルミ薄板１１３は、両面熱融着フィルムにより融着され、互いにシールされている。したがって、フィルム１１１とアルミ薄板１１３は、熱伝導可能に接合されている。互いにシールされるシート部材の一方を、アルミ薄板といったフィルムよりも剛性の高いシート部材とすることによって、相変化蓄熱材の膨張／収縮に伴う変形を一方の面に集中させ、他方の面の変形を抑えることによって、熱源との接触面積を大きくとることができる。第２のシート部材としては、アルミ薄板に限定されるものではなく、例えば金属層の厚さが大きい多層フィルムといった、第１のシート部材よりも剛性の高い他の適切な任意のシート部材を用いることができる。また、第２のシート部材として、第１のシート部材と同様の熱伝導材料層を含むフィルム又は熱伝導性材料層を含まないフィルムを用いてもよいし、密閉容器１１を互いにシールされる２つのシート部材でなく１つのシート部材により構成してもよいことは、当業者に明らかであろう。
【００４１】
密閉容器１１には、相変化蓄熱材１３が真空状態で封入されている。蓄熱ユニットを真空環境下で使用しないような場合には、相変化蓄熱材１３が真空状態で封入される必要はない。また、相変化蓄熱材１３としては、例えば、ｎ−エイコサン、ｎ−ウンデカン、ｎ−ドデカン、ｎ−トリデカン、ｎ−テトラデカン、ｎ−ペンタデカン、ｎ−ヘキサデカン、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−オクタデカン、ｎ−ノナデカン、ｎ−ドコサン、ｎ−オクタコサン等のパラフィン、混合ワックス、水、水に添加剤を加えて諸物性を調整した水溶液を用いることができるが、これに限定されるものではなく、他の適切な任意の材料を用いることができる。
【００４２】
このように密閉容器を可撓性を有する材料で構成し、従来の剛な容器に対して柔軟な容器とすることで、蓄熱ユニットの蓄熱効率を向上させることができる。
【００４３】
すなわち、図２に示すように、大気圧環境下においては、密閉容器１１が変形可能であるので、密閉容器１１に封入されている相変化蓄熱材１３が自己支持することができる。一方、上述のように、相変化蓄熱材１３は、密閉容器１１に真空状態で封入されているが、蓄熱ユニット１が真空環境下にある場合、残留空気や相変化蓄熱材１３の蒸気により、密閉容器１１が膨張し、残留空気や相変化蓄熱材１３の蒸気から形成されるガス層による圧力が密閉容器１１内部から生じる。しかしながら、従来の剛な容器では密閉容器に曲げの力が加わるのに対して、本実施形態の柔軟な容器では、可撓性部材に対する引っ張りの力が加わるが、可撓性部材は引っ張りの力に対して強いので、支持が可能となる。ここで、ガス層による圧力自体も、相変化蓄熱材１３の封入時の残留空気の圧力が、真空引きに油回転ポンプを使用した場合で数Ｐａ程度、相変化蓄熱材１３の蒸気圧も、例えばオクタデカンで常温では数Ｐａ程度と非常に小さく、これは、従来の剛な容器が耐えるべき大気圧に比べて１／１００００である。したがって、密閉容器１１を可撓性部材で構成できるので、従来の蓄熱ユニットの密閉容器と比べて、重量を格段に小さくすることができる。
【００４４】
第１の熱伝導性部材１５及び第２の熱伝導性部材１７は、樹脂強化グラファイトシートであり、波状の形状を有している。樹脂強化グラファイトシートとしては、ポリエチレンテレフタレート層の支持層として、その上にグラファイト層が形成された積層体を用いることができる。第１の熱伝導性部材１５の谷部１５１は、両面熱融着フィルムにより、フィルム１１１に融着され、熱伝導可能に接合されている。また、第２の熱伝導性部材１７の谷部１７１は、両面熱融着フィルムにより、アルミ薄板１１３に融着され、熱伝導可能に接合されている。第１の熱伝導性部材１５及び第２の熱伝導性部材１７は、樹脂強化グラファイトシートに限定されるものでなく、他の適切な任意の材料のものとすることができる。例えば、ポリプロピレン層と熱伝導層を含む多層フィルムとすることができ、この場合、フィルム１１１及びアルミ薄板１１３への融着は、両面熱融着フィルムを使うこと無く、自身が有するポリプロピレン層のみで熱融着することが可能である。第１の熱伝導性部材１５と第２の熱伝導性部材１７は、互いに噛み合うように配置されている。第１の熱伝導性部材１５及び第２の熱伝導性部材１７の、山部と谷部を結ぶ斜面には、融解した相変化蓄熱材１３の流動を容易とするために、任意の数、形状の開口部をそれぞれ設けてもよい。
【００４５】
本実施形態においては、第１の熱伝導性部材１５及び第２の熱伝導性部材１７の形状は、断面が「く」の字形であるが、断面が台形状、矩形状等他の適切な波状の形状とすることができる。また、熱伝導性部材の数は少なくとも１つであればよく、その形状も波状に限定されるものではなく、他の適切な任意の形状とすることができる。更に、蓄熱ユニットを真空環境下で使用しないような場合には、容器が大きく膨張してフィルム１１１とアルミ薄板１１３との間の距離が大きくなる事象が発生しにくいため、熱伝導性部材は、密閉容器の密閉空間の内方に突出するように設けられていれば、相変化蓄熱材と接触が保たれるので、そのように構成してもよい。
【００４６】
第１の熱伝導性部材１５及び前記第２の熱伝導性部材１７は、蓄熱ユニット１が真空環境下にある場合であっても、相変化蓄熱材１３と接触するようにされている。これは、以下の理由による。
【００４７】
上述のように、蓄熱ユニット１が真空環境下にある場合、残留ガスや相変化蓄熱材１３の蒸気により、密閉容器１１が膨張し、残留ガスや相変化蓄熱材１３の蒸気から形成されるガス層が生じることとなるが、このガス層により熱伝導が妨げられるので、蓄熱ユニット１の伝熱特性が悪化する。
【００４８】
すなわち、第１の熱伝導性部材１５及び第２の熱伝導性部材１７がない場合、例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、アルミ薄板１１３を加熱面とし、アルミ薄板１１３を水平に、フィルム１１１を鉛直方向上側、鉛直方向下側にそれぞれ配置した場合を考える。フィルム１１１を鉛直方向上側に配置した図３（ａ）においては、アルミ薄板１１３の全面に相変化蓄熱材１３が接触するため、相変化蓄熱材１３に熱が効率よく伝えられ、また自然対流により伝熱が促進される。これに対して、フィルム１１１を鉛直方向下側に配置した図３（ｂ）においては、アルミ薄板１１３に接触する相変化蓄熱材１３の面積が減少し、ガス層に接触する面積が大きいため、相変化蓄熱材１３に熱が伝わりにくくなっている。更に、相変化蓄熱材１３の固相部分が重力によって沈降するので、対流による伝熱も行われなくなってしまう。
【００４９】
そのため、本実施形態において、第１の熱伝導性部材１５及び前記第２の熱伝導性部材１７は、蓄熱ユニット１が真空環境下にある場合であっても、相変化蓄熱材１３と接触するようにすることによって、蓄熱ユニット１の配置の向きにかかわらず、相変化蓄熱材１３に熱を伝えやすくすることができる。
【００５０】
図４（ａ）〜（ｃ）は、所定の熱入力に対する時間−温度特性についての、図３（ａ）、（ｂ）の構成の蓄熱ユニットと本実施形態による蓄熱ユニットの比較実験結果を示す図である。
【００５１】
各実験において、熱源２として、ヒータを取り付けたアルミ板を用いた。そして、アルミ板のヒータが取り付けられた面とは反対側の面に蓄熱ユニット１を取り付け、相変化蓄熱材１３のアルミ薄板１１３と接している部分の温度とほぼ等しいと考えられるアルミ板の温度と、相変化蓄熱材１３の最も温度が低いと考えられる部分の温度とほぼ等しいと考えられるフィルム１１１の中央部の温度を測定した。相変化蓄熱材１３はオクタデカンを用い、入力した熱量は各図に示されるように、約１０Ｗであった。
【００５２】
上述のようにフィルム中央部の温度が相変化蓄熱材１３の最も低い温度と考えられるので、フィルム中央部の温度の各グラフにおける変曲点が、相変化蓄熱材１３が完全に融解したことを示す点と考えられる。図３（ｂ）の構成に対応する図４（ｂ）から、図３（ｂ）の構成においては、相変化蓄熱材１３が完全に融解する前に、アルミ板の温度が上昇してしまっていることが分かる。
【００５３】
これに対して、第１の熱伝導性部材１５と第２の熱伝導性部材１７を有する本実施形態によれば、アルミ板の温度が、図３（ａ）の構成に対応する図４（ａ）と同様の変化を示し、熱伝導が効率よく行われていることが分かる。また、相変化蓄熱材１３の完全融解に対応する変曲点におけるアルミ板とオクタデカンの融点の温度差ΔＴが、図３（ｂ）の構成に対応する図４（ｂ）に比べて、約４０℃から約１３℃まで抑制された。
【００５４】
次に、本実施形態に係る蓄熱ユニットの製造方法について説明する。
【００５５】
まず、２枚の樹脂強化グラファイトシートを波状に折り曲げる。
【００５６】
続いて、波状に折り曲げた矩形の樹脂強化グラファイトシートと、予め凸型にプレス成型された、ポリプロピレン層とアルミ層を含む矩形の多層フィルムとの間に両面熱融着フィルムを挟み、局所熱融着装置で加熱／押し付けを行い融着する。もう１枚の波状に折り曲げた樹脂強化グラファイトシートとアルミ薄板についても、同様にして融着する。樹脂強化グラファイトシートと多層フィルムとの接合方法は、融着に限定されるものでなく、非常に厚みの小さい接着剤層による等、熱伝導可能な接合であれば、他の適切な任意の方法を使用することができる。また、樹脂強化グラファイトシートに換えてポリプロピレン層と熱伝導層を含む多層フィルムを使う場合は、両面熱融着フィルムを使うこと無く、自身が有するポリプロピレン層のみで熱融着することが可能である。
【００５７】
多層フィルムには、内部の真空排気を行うために真空排気チューブを取り付けて、リークしないように接着をしておくこともできる。
【００５８】
次に、多層フィルムとアルミ薄板を重ねて位置合わせを行い、相変化蓄熱材１３の充填用に１辺を残して、インパルス熱融着装置で３辺を熱融着し、袋体を作成する。
【００５９】
事前に融解させた相変化蓄熱材１３を未融着の１辺から袋体に流し込み、冷蔵装置で冷却して相変化蓄熱材１３を凝固させ、袋体を冷蔵装置から取り出す。
【００６０】
その後、真空環境下で熱融着を行う真空熱融着装置内に、袋体をセットし、未融着の１辺を熱融着する。
【００６１】
真空熱融着装置を用いることに換えて、以下のようにしてもよい。すなわち、袋体内部の相変化蓄熱材１３が融解する前に、真空排気チューブを用いて袋体内部の真空引きを行い、必要な真空度（相変化蓄熱材の蒸気圧以下が望ましい）に到達したら、真空引きを継続したまま、相変化蓄熱材充填部と真空排気チューブ取り付け部の間を、インパルス熱融着装置で熱融着することによって密閉容器１１を形成し、真空引きを停止する。その後、温度・圧力・時間を制御可能な熱板式熱融着装置で密閉容器１１の全辺を、再シールする。このような方法によれば、より高い真空度で相変化蓄熱材１３を密閉容器１１に封入することができる。
【００６２】
上記実施形態においては、相変化蓄熱材１３の融解／凝固による体積変化による力が、第１の熱伝導性部材１５及び第２の熱伝導性部材１７に加わる。そのため、相変化蓄熱材１３の融解／凝固による体積変化による力によって第１の熱伝導性部材１５及び第２の熱伝導性部材１７の破壊を防止するために、第３の熱伝導性部材をフィルム１１１と第１の熱伝導性部材１５との間に配置してもよい。
【００６３】
例えば、図５に示されるように、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向に長く、その長手方向両端部がコの字状に折り曲げられているアルミ薄板１１７を、両面熱融着フィルムにより、フィルム１１１に接合し、第１の熱伝導性部材１５の谷部を、両面熱融着フィルムにより、アルミ薄板１１７に接合してもよい。このような構成により、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向に対する柔軟性を保ちつつ、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向と直交する方向に対しては曲がりにくくすることができる。第３の熱伝導性部材の長手方向両端部の折り曲げ形状は、コの字状に限定されるものではなく、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向に対する柔軟性を保ちつつ、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向と直交する方向に対しては曲がりにくくするものであれば、他の適切な任意の形状とすることができる。
【００６４】
また、図６に示されるように、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向に長く、山部と谷部の間の深さが、第１の熱伝導性部材１５の山部と谷部の間の深さよりも浅い波状のアルミ薄板１１９を、両面熱融着フィルムにより、フィルム１１１に接合し、第１の熱伝導性部材１５の谷部を、両面熱融着フィルムにより、アルミ薄板１１９に接合してもよい。このような構成により、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向に対する柔軟性を保ちつつ、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向と直交する方向に対しては曲がりにくくすることができる。このような構成に換えて、フィルム１１１自体を第１の熱伝導性部材１５の山部と谷部の間の深さよりも浅い波状の形状とし、フィルム１１１の谷部に第１の熱伝導性部材１５の谷部を接合してもよい。
【００６５】
また、第３の熱伝導性部材をフィルム１１１と第１の熱伝導性部材１５との間に配置する構成に換えて、第１の熱伝導性部材１５を用いずに、フィルム１１１自体を波状の形状としてもよい。このような構成により、密閉容器１１に収容可能な相変化蓄熱材１３の量は少なくなるものの、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向に対する柔軟性を保ちつつ、第１の熱伝導性部材の凹凸の間隔が最も短くなる方向と直交する方向に対しては曲がりにくくすることができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る蓄熱ユニットの斜視図である。また、図８は、図７のVIII−VIII断面図である。ここでこの斜視図において、蓄熱ユニットの内部を見やすくするために、蓄積ユニットの側壁と相変化蓄熱材は除いている。この図７、図８を参照して、本発明の第２の実施形態の構成及び動作原理を説明する。第１の実施形態と重複する説明は省略する。
【００６７】
本実施形態に係る蓄熱ユニット３は、密閉容器３１、相変化蓄熱材３３、３次元網目構造体３５を含む。
【００６８】
密閉容器３１は、直方体の形状を有し、熱伝導性を有する材料で構成されている。密閉容器３１の形状は直方体に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。また、この密閉容器３１を構成する熱伝導性を有する材料としては、例えば、アルミ、銅、アルミや銅の合金を用いることができるが、これに限定されるものではなく、他の適切な任意の材料を用いることができる。密閉容器３１には、相変化蓄熱材３３を真空状態で封入されている。相変化蓄熱材３３は、大気圧状態で封入されてもよい。相変化蓄熱材３３としては、例えば、ｎ−エイコサン、ｎ−ウンデカン、ｎ−ドデカン、ｎ−トリデカン、ｎ−テトラデカン、ｎ−ペンタデカン、ｎ−ヘキサデカン、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−オクタデカン、ｎ−ノナデカン、ｎ−ドコサン、ｎ−オクタコサン等のパラフィン、混合ワックス、エリスリトール、ペンタエリスリトール、高密度ポリエチレン、硝酸リチウム水、水に添加剤を加えて諸物性を調整した水溶液を用いることができるが、これに限定されるものではなく、他の適切な任意の材料を用いることができる。
【００６９】
密閉容器３１の１つの面上には、真空排気や相変化蓄熱材３３を密閉容器３１に充填するための中空の円筒状のポート３５７が設けられ、真空排気や相変化蓄熱材３３の充填後、封止されている。
【００７０】
３次元網目構造体３５は、断面が円形の複数の線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部３５１ｂが互いに連結されることにより形成されている。具体的には、互いに垂直な３つの方向に所定の間隔で配置された線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部が互いにその交点３５３で連結されており、３次元網目構造体３５が形成されている。各線状の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部の方向は、互いに垂直な３つの方向に限定されるものではなく、３次元網目構造体を形成するものであれば、他の適切な任意の方向とすることができ、また線状の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部間の間隔は、一定の間隔に限定されるものではなく、変動するものであってもよい。また、線状の熱伝導部３５１の断面形状は、円形に限定されるものではなく、矩形、多角形、星形等の他の適切な任意の形状とすることができる。また、線状の熱伝導部３５１ａ、３５１ｂの太さ（断面の寸法）は、一定の太さに限定されるものではなく、変動するものであってもよい。複数の第１の熱伝導部３５１ａ'−１、３５１ａ'−２は、線状、柱状、板状等の適切な任意の形状とすることができる。また、複数の第１の熱伝導部３５１ａ'−１、３５１ａ'−２は、異なる形状の熱伝導部の組合せ（例えば、異なる太さの線状の熱伝導部と異なる厚さの板状の熱伝導部の組合せ）で構成してもよい。
【００７１】
線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部３５１ｂのうちの一部は、相変化蓄熱材３３に接触している。線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部３５１ｂは、ポート３５７の開口部に相当する部分を除いて、密閉容器３１の内壁部３１１に連結される連結部３５５を備えている。具体的には、線状の第１の熱伝導部３５１ａは、ポート３５７の開口部に相当する部分を除いて、その一端が、密閉容器３１の熱源４に接する部分である第１の壁に対応する内壁部３１１である第１の内壁部分３１１ａに連結され、その他端が、第１の内壁部分３１１ａに対して相変化蓄熱材３３を挟んで対向する第２の壁に対応する内壁部３１１である第２の内壁部分３１１ｂに連結されている。また、線状の第２の熱伝導部３５１ｂは、その両端が、密閉容器３１の側壁３１ｃ、３１ｄに対応する第３の内壁部分３１１ｃ及び第４の内壁部分３１１ｄに連結されている。ここで、複数の線状の第１の熱伝導部３５１ａのうちの一部を、その一端が第１の内壁部分３１１ａに連結され、その他端は第２の内壁部分３１１ｂに連結されていないものとしてもよい。この場合、他端が第２の内壁部分３１１ｂに連結しているものと、連結していないものの数やその比は、任意に決定することができる。また、線状の第２の熱伝導部３５１ｂの一端及び／又は両端は、第３の内壁部分３１１ｃ及び／又は第４の内壁部分３１１ｄに連結されていなくてもよい。この線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部３５１ｂを構成する熱伝導性を有する材料としては、例えば、アルミ、銅、アルミや銅の合金を用いることができるが、これに限定されるものではなく、他の適切な任意の材料を用いることができる。
【００７２】
密閉容器３１、３次元網目構造体３５、ポート３５７は一体的に形成されており、この一体的な構成は、３Ｄプリンタを用いて製造することができる。本実施形態による蓄熱ユニットは、３Ｄプリンタを用いて製造することができるので、蓄熱ユニットを配置可能なスペースに応じた密閉容器の形状の蓄熱ユニットを個別に製造することができる。このように、密閉容器を３次元網目構造体と一体化して形成しているので、従来のように密閉容器に対して別部品の熱伝導部を取り付けた場合に比べて、密閉容器と熱伝導部の間の接触熱抵抗に起因する伝熱特性低下を回避することができ、蓄熱ユニットへの効率の高い伝熱が可能となる。
【００７３】
本実施形態においては、線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部３５１ｂが、熱伝導性を有する密閉容器３１の内壁３１１に連結され、互いに垂直な３つの方向に所定の間隔で配置された線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部３５１ｂが互いに連結されているので、密閉容器３１の熱源４に接している第１の壁の壁面からだけでなく、密閉容器の側壁３１ｃ、３１ｄや側壁３１ｃ、３１ｄ及び第１の壁に対向する第２の壁を介して上方と側面方向からも熱が流入し、相変化蓄熱材３３全体に熱を伝えることが可能となる。また、図９、図１５に示されるように、従来の蓄熱ユニットにおいては、容器と伝熱フィンが構造的に結合されていないため、蓄熱ユニットが真空環境下にある場合、ガス層の圧力に対して、容器の稜部のみで支持する必要があり、また、蓄熱ユニットが大気圧下にある場合や蓄熱ユニットにその他の荷重がかかっている場合、大気圧や荷重に対して、容器の稜部のみで支持する必要があったが、本実施形態によれば、線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部３５１ｂが密閉容器３１と連結する連結部３５５を有し、該連結部３５５が支持点となり、支持点が増加する。また、座屈の観点からは、線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部３５１ｂの柱の長さが、線状の第１の熱伝導部３５１ａ及び第２の熱伝導部３５１ｂの各交点３５５間の間隔まで減少するので、座屈が生じにくくなる。よって、耐圧性や耐荷重性が向上し、容器の軽量化を図ることができる。また、従来の蓄熱ユニットの伝熱フィンは、板状の形状であったため、密閉容器の内容積に対して伝熱フィンの占める体積が大きく、相変化蓄熱材の充填率が小さかったが、本実施形態による蓄熱ユニットは、線状の熱伝導部が互いに連結されることにより形成される３次元網目構造体を伝熱部材としているので、相変化蓄熱材の充填率を大きくすることが可能となった。このように、本実施形態による蓄熱ユニットは、蓄熱ユニットの伝熱特性、蓄熱効率、耐圧性、耐荷重性を大きく改善するものである。
【００７４】
本実施形態において、熱流の支配的な流れは、密閉容器３１の熱源４に接している第１の壁から、側壁３１ｃ、３１ｄや側壁３１ｃ、３１ｄ及び第１の壁に対向する第２の壁を介さずに、直接線状の第１の熱伝導部３５１ａを介して相変化蓄熱材３３に流れる流れである。一方、密閉容器３１の第１の壁に連結している線状の熱伝導部３５１ａの方向とは異なる方向の線状の熱伝導部である、密閉容器３１の側壁３１ｃ、３１ｄに連結している線状の第２の熱伝導部３５１ｂは、密閉容器３１の強度を大きくする役割も担っている。したがって、必要な強度が担保される範囲において、相変化蓄熱材の充填率を大きくするために、密閉容器３１の第１の壁に連結している線状の第１の熱伝導部３５１ａの方向とは異なる方向の線状の第２の熱伝導部３５１ｂの数密度を、密閉容器３１の第１の壁に連結している線状の第１の熱伝導部３５１ａの数密度よりも小さくしてもよい。本実施形態においては、密閉容器３１の第１の壁に連結している線状の第１の熱伝導部３５１ａの方向に直交する方向の線状の第２の熱伝導部３５１ｂのピッチを、密閉容器３１の第１の壁に連結している線状の第１の熱伝導部３５１ａのピッチよりも大きくしている。
【００７５】
このように、熱の流れや、所望の耐圧性や耐荷重性等に応じて、密閉容器の内壁部の各部分毎に、連結される熱伝導部の数密度を変動させることができる。また、熱の流れや、所望の耐圧性や耐荷重性等に応じて、連結される熱伝導部の断面積を変動させたり、相変化蓄熱材との接触面積を増加させるために連結される熱伝導部の断面形状を変えたりしてもよい。また、相変化蓄熱材が溶けにくいと想定される部分に対して同様の構成を適用してもよい。
【００７６】
蓄熱ユニット３の熱源４に対する配置及び初期状態における相変化蓄熱材３３の配置は、図８に示されるように、蓄熱ユニット３が熱源４に対して鉛直方向上側に配置され、初期状態において相変化蓄熱材３３が第１の壁に接して配置される場合の他に、図１０（ａ）〜（ｃ）に示されるように、蓄熱ユニット３が熱源４に対して鉛直方向上側に配置され、初期状態において相変化蓄熱材３３が第２の壁に接して配置される場合、蓄熱ユニット３が熱源４に対して鉛直方向下側に配置され、初期状態において相変化蓄熱材３３が第１の壁に接して配置される場合、蓄熱ユニット３が熱源４に対して鉛直方向下側に配置され、初期状態において相変化蓄熱材３３が第２の壁に接して配置される場合が、典型的な場合として考えられる。
【００７７】
このうち、第１の実施形態において述べたと同様に、図１０（ａ）及び（ｃ）の配置においては、熱源４側にガス層が存在するため、相変化蓄熱材３３に熱が伝わりにくくなっている。また、図１０（ｂ）、（ｃ）の配置においては、相変化蓄熱材１３の固相部分が重力によって沈降するので、対流による伝熱が行われない。よって、図１０（ｃ）の配置の場合が最も伝熱特性や蓄熱効率が悪いと考えられる。
【００７８】
図１１ａ、１１ｂは、所定の熱入力に対する時間−温度特性についての、図８の配置と、最も伝熱特性や蓄熱効率が悪いと考えられる図１０（ｃ）の配置の蓄熱ユニット実験結果を示す図である。
【００７９】
各実験において、熱源４として、ヒータを取り付けたアルミ板を用いた。そして、アルミ板のヒータが取り付けられた面とは反対側の面に蓄熱ユニット３を取り付け、相変化蓄熱材３３の第１の壁と対向している部分の温度とほぼ等しいと考えられるアルミ板の温度と、相変化蓄熱材３３の最も温度が低いと考えられる部分の温度とほぼ等しいと考えられる第２の壁の中央部の温度を測定した。相変化蓄熱材３３はオクタデカンを用い、入力した熱量は、０．３Ｗ／ｃｍ2であった。
【００８０】
第２の壁の中央部の温度が相変化蓄熱材３３の最も低い温度と考えられるので、第１の実施形態において述べたと同様に、第２の壁の中央部の温度の各グラフにおける変曲点が、相変化蓄熱材３３が完全に融解したことを示す点と考えられる。本実施形態の図８の配置及び図１０（ｃ）の配置のいずれにおいても、アルミ板の温度が、第１の実施形態の図４（ａ）と同様の変化を示し、熱伝導が効率よく行われていることが分かる。また、相変化蓄熱材３３の完全融解に対応する変曲点におけるアルミ板とオクタデカンの融点の温度差ΔＴは、図８の配置では１１．５°、図１０（ｃ）の配置では１１．３°と、第１の実施形態と同様に小さい値に抑制された。
【００８１】
図１０（ａ）及び（ｂ）の配置についても、図８及び図１０（ｃ）と同様の実験結果が得られ、蓄熱ユニット３や相変化蓄熱材３３の配置にかかわらず、三次元網目構造体３５によって、伝熱特性や蓄熱効率が大きく改善されていることが分かる。
【００８２】
次に、本実施形態の蓄熱ユニットの設計手法について述べる。
【００８３】
（１）まず、（i）密閉容器の使用可能なフットプリント面積及び形状、並びに許容最大高さ、（ii）熱源から蓄熱ユニットに入力される熱量又は熱流束（入力熱量又は入力熱流速）、（iii）熱源の発熱の継続時間（発熱継続時間）、（iv）その他の各種制約（重量など）を規定する。
【００８４】
（２）続いて、密閉容器の高さを算出する。まず、密閉容器に充填すべき相変化蓄熱材の質量を、相変化蓄熱材の質量［ｋｇ］＝入力熱量［Ｗ］×発熱継続時間［ｓｅｃ］／相変化蓄熱材の融解潜熱［Ｊ／ｋｇ］から算出する。次いで、最低限必要な密閉容器の内容積を、最低限必要な密閉容器の内容積［ｍ3］＝充填すべき相変化蓄熱材の質量［ｋｇ］／相変化蓄熱材の密度［ｋｇ／ｍ3］から算出する。ここで、相変化蓄熱材の密度は、固体状態・液状態を含めた密度の最小値を用いる。そして、密閉容器の高さを、密閉容器の高さ［ｍ］＝最低限必要な密閉容器の内容積［ｍ3］／フットプリント面積［ｍ2］から算出する。
【００８５】
（３）線状の熱伝導部の径及びピッチの設定
本実施形態においては、密閉容器の熱源に接している第１の壁からだけでなく、密閉容器の側壁や側壁及び第２の壁を介して第２の壁の壁面と側面方向からも熱が流入するが、その寄与度は、フットプリントの大きさが大きくなるほど小さくなる。そのため、フットプリントの大きさが大きい場合、密閉容器の壁面から遠い位置である、密閉容器の中央部では、密閉容器の第２の壁の壁面や側面方向からの熱の流入が非常に小さくなる。
【００８６】
そこで、熱の流入が最も少ない場合として、密閉容器の第２の壁の壁面と側面方向からの熱の流入がない場合を考えて、密閉容器の第１の壁及び第２の壁とそれらを連結する１つの線状の熱伝導部フィン、並びに１つの線状の熱伝導部と周囲の相変化蓄熱材（１つの線状の熱伝導部が受け持つ領域）のみをモデル化した簡易的な熱解析を行い、相変化蓄熱材が最も高温になる部分（加熱される下壁に接する部分）と、最も低温になる部分（線状の熱伝導部から最も遠い部分）の最大温度差ΔＴを評価する。ここで、ΔＴは、加熱時間に対する温度変化特性において、相変化蓄熱材の最も低温になる部分の温度が融点付近から急上昇する瞬間（変曲点の位置）における相変化蓄熱材の最も高温になる部分と最も低温になる部分の温度差とする。ΔＴは、対象の熱制御要求により決まるため、許容される値以下になるまで、線状の熱伝導部の径やピッチを調整する。
【００８７】
線状の熱伝導部の径とピッチが決まると、相変化蓄熱材の充填率（体積比率又は重量比率）が決まる。
【００８８】
（１）のステップでは線状の熱伝導部を無視して密閉容器の外形寸法を決定しており、線状の熱伝導部が増加した分だけ、密閉容器に充填できる相変化蓄熱材の量が減少するため、必要に応じて（１）、（２）のステップを反復して線状の熱伝導部の径及びやピッチを決定する。
【００８９】
このような手順で設計を行えば、側壁や側壁及び第２の壁経由での伝熱を無視しているため、実際に製作された密閉容器は、側壁や側壁及び第２の壁を介した伝熱の効果の分だけ予測よりも優れた伝熱性能を発揮する（ΔＴが小さくなる）ことが期待される。
【００９０】
本実施形態においては、線状の熱伝導部は、ポートの断面に相当する部分を除いて、密閉容器の内壁部に連結される連結部を備えているが、線状の熱伝導部の一部が、密閉容器の内壁部に連結される連結部を備えていれば、熱源からの熱が伝達され、また支持点も増加するので、そのように構成することもできる。
【００９１】
（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る蓄熱ユニットの断面模式図である。この図１２を参照して、本発明の第３の実施形態の構成及び動作原理を説明する。第１及び第２の実施形態と重複する説明は省略する。
【００９２】
本実施形態に係る蓄熱ユニット３は、円筒状の熱源に適応したものである。
【００９３】
本実施形態に係る蓄熱ユニット３'は、２つの密閉容器３１'−１、３１'−２、相変化蓄熱材３３'−１、３３'−２、複数の第１の熱伝導部３５１ａ'−１、３５１ａ'−２を含む。
【００９４】
２つの密閉容器３１'−１、３１'−２は、それぞれ、円筒状の熱源４'に接する半円筒状の第１の壁３１ａ'−１、３１ａ'−２、第１の壁３１ａ'−２、３１ａ'−２に対して相変化蓄熱材３３'−１、３３'−２を挟んで対向する半円筒状の第２の壁３１ｂ'−１、３１ｂ'−２、第１の壁３１ａ'−１、３１ａ'−２と第２の壁３１ｂ'−１、３１ｂ'−２の間に密閉空間が形成されるように第１の壁３１ａ'−１、３１ａ'−２と第２の壁３１ｂ'−１、３１ｂ'−２の外縁部に接続される矩形状の板状の第３の壁３１ｃ'−１、３１ｃ'−２を備える。そして、２つの密閉容器３１'−１、３１'−２は、それぞれの第３の壁３１ｃ'−１、３１ｃ'−２が互いに接するようにボルトで連結されている。
【００９５】
２つの密閉容器３１'−１、３１'−２の内部には、相変化蓄熱材３３'−１、３３'−２が充填されている。
【００９６】
複数の第１の熱伝導部３５１ａ'−１、３５１ａ'−２は、径方向に放射状に設けられ、その一端が第１の壁３１ａ'−１、３１ａ'−２の内壁部に連結され、その他端が第２の壁の内壁部３１ｂ'−１、３１ｂ'−２に連結され、相変化蓄熱材３３'−１、３３'−２と接触している。
【００９７】
密閉容器３１'−１、３１'−２、複数の第１の熱伝導部３５１ａ'−１、３５１ａ'−２は一体的に形成されており、この一体的な構成は、３Ｄプリンタを用いて製造することができる。
【００９８】
上記構成に加えて、図１２に破線で示されるように、複数の第１の熱伝導部３５１ａ'−１、３５１ａ'−２と連結する複数の第２の熱伝導部３５１ｂ'−１、３５１ｂ'−２を複数の第一の熱伝導部熱伝導部３５１ａ'−１、３５１ａ'−２の間を橋渡しする形に設けてもよい。第２の熱伝導部３５１ｂ'−１、３５１ｂ'−２は単数としてもよい。
【００９９】
上記実施形態においては、複数の第１の熱伝導部３５１ａ'−１、３５１ａ'−２同士の間隔は、第２の壁３１ｂ'−１、３１ｂ'−２に近づくほど大きくなり、相変化蓄熱材に熱を伝えにくくなる。そこで、図１３に示されるように、複数の第１の熱伝導部３５１ａ'−１の構造を枝分かれ構造とすれば、第２の壁３１ｂ'−１、３１ｂ'−２側でも熱伝導部の各枝部同士の間隔が小さくなり、相変化蓄熱材３３'−１、３３'−２に熱を伝えやすくなる。このとき、熱伝導部の各枝部の太さを、第１の壁３１ａ'−１、３１ａ'−２に近いほど太く、第２の壁３１ｂ'−１、３１ｂ'−２に近いほど細くすると、効率よく相変化蓄熱材に熱を伝えることができる。
【０１００】
このような構成により、蓄熱ユニットを熱源の形状に合わせて直接取り付けることができ、熱源からの熱を蓄熱ユニットに効率よく伝えることができる。
【０１０１】
（第４の実施形態）
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る蓄熱ユニットの断面模式図である。この図１４を参照して、本発明の第４の実施形態の構成及び動作原理を説明する。第１〜第３の実施形態と重複する説明は省略する。
【０１０２】
本実施形態に係る蓄熱ユニットは、熱流体が流れる配管に適応したものである。
【０１０３】
本実施形態に係る蓄熱ユニット３''は、配管３１''ａ、配管３１''ａとの間に密閉空間が形成されるように両端部が配管３１''ａに接続された円筒状の外殻３１''ｂ、相変化蓄熱材３３''、複数の第１の熱伝導部３５１ａ''を含む。
【０１０４】
本実施形態においては、配管３１''ａ、外殻３１''ｂ、複数の第１の熱伝導部３５１ａ''が一体的に形成されており、配管３１''ａと外殻３１''ｂにより密閉容器が構成される。
【０１０５】
配管３１''ａと外殻３１''ｂにより構成される密閉容器の内部には、相変化蓄熱材３３''が充填されている。
【０１０６】
複数の第１の熱伝導部３５１ａ''は、径方向に放射状に設けられ、その一端が第１の壁の内壁部に連結され、その他端が第２の壁の内壁部に連結され、相変化蓄熱材３３''と接触している。
【０１０７】
本実施形態によれば、配管を蓄熱ユニットと一体化して形成しているので、配管に対して蓄熱ユニットを取り付けた場合に比べて、配管と蓄熱ユニットの間の接触熱抵抗に起因する伝熱特性低下を回避することができ、蓄熱ユニットへの効率の高い伝熱が可能となる。
【０１０８】
上述のように、本実施形態による蓄熱ユニットは、３Ｄプリンタを用いて製造することができるので、配置可能なスペースに応じた密閉容器の形状の蓄熱ユニットを個別に製造することができる。また、上述のように、本実施形態による蓄熱ユニットは、耐荷重性を有するので、蓄熱ユニット上に直接機器を搭載することも可能である。したがって、蓄積ユニットを配置可能なスペースに蓄積ユニットを配置する場合に、蓄積ユニットの上に機器を搭載する必要があっても、機器を載置する台を別に設けることなく、直接蓄熱ユニット上に機器を搭載することができる。
【０１０９】
上記実施形態の構成に加えて、グラファイトシートを密閉容器の外表面に貼り付けてもよい。このような構成によれば、グラファイトシートを介して、熱源からの熱を、側壁や熱源から遠い第２の壁に伝えることができるので、密閉容器の全方向から相変化蓄熱材に熱を伝えることができる。よって、熱源から第２の壁の距離が大きい場合、特に有利である。そして、グラファイトシートは、例えばアルミに比べて１０倍近くの単位質量当たりの熱伝導率を有するので、蓄熱ユニットを軽量化することができる。
【０１１０】
以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。
【符号の説明】
【０１１１】
１  蓄熱ユニット
１１  密閉容器
１１１  フィルム
１１３  アルミ薄板
１１５  密閉空間
１１７  アルミ薄板
１１９  アルミ薄板
１３  相変化蓄熱材
１５  第１の熱伝導性部材
１５１  谷部
１５３  山部
１７  第２の熱伝導性部材
１７１  谷部
１７３  山部
２  熱源
３  蓄熱ユニット
３１、３１'−１、３１'−２  密閉容器
３１ａ、３１ａ'−１、３１ａ'−２  第１の壁
３１ｂ、３１ｂ'−１、３１ｂ'−２  第２の壁
３１ｃ、３１ｄ  側壁
３１ｃ'−１、３１ｃ'−２  第３の壁３１''ａ  配管
３１''ｂ  外殻
３１１  内壁部
３１１ａ  第１の内壁部分
３１１ｂ  第２の内壁部分
３１１ｃ  第３の内壁部分
３１１ｄ  第４の内壁部分
３３、３３'−１、３３'−２、３３''  相変化蓄熱材
３５  ３次元網目構造体
３５１ａ、３５１ａ'−１、３５１ａ'−２、３５１ａ''  第１のの熱伝導部
３５１ｂ、３５１ｂ'−１、３５１ｂ'−２、３５１ｂ''  第２のの熱伝導部
３５３  交点
３５５  連結部
３５７  ポート
４、４'  熱源
５  蓄熱ユニット
５１  密閉容器
５１１  底板
５１３  蓋部
５３  相変化蓄熱材
５５  伝熱フィン
６  熱源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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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１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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