WO2014167798A1

WO2014167798A1 - 蓄熱装置

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Publication number: WO2014167798A1
Application number: PCT/JP2014/001794
Authority: WO
Inventors: 鈴木　基啓; 冨田　浩稔; 黒澤　美暁; 篤徳橋本
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-10-16
Also published as: EP2985557A4; EP2985557A1; JP6471870B2; US10337805B2; JPWO2014167798A1; EP2985557B1; US20150192370A1

Abstract

　本開示の蓄熱装置（１）は、熱媒体の流入口（２）及び流出口（３）を有する蓄熱容器（１０）と、蓄熱材（４ａ）と、蓄熱材（４ａ）を包んでいる包装容器（４ｂ）とを有し、蓄熱容器（１０）の中に配置された板状の蓄熱体（４）と、蓄熱容器（１０）の中で蓄熱体（４）に積層されたスペーサ（６）であって、蓄熱体（４）と接触している複数の接触部（６ａ）と、蓄熱体（４）から離れている複数の非接触部（６ｂ）とを有し、接触部（６ａ）と非接触部（６ｂ）とがそれぞれ特定方向に交互に形成されている板状のスペーサ（６）と、蓄熱体（４）の表面及び複数の非接触部（６ｂ）によって形成され、特定方向と交差する方向に延びている、流入口（２）から流出口（３）への複数の熱媒体の流路（５）と、を備える。これにより、蓄熱材と熱媒体との間の伝熱特性が良好である。

Description

蓄熱装置

　本発明は、蓄熱装置に関する。

　蓄熱材は、熱容量が大きい物質を含む材料で構成されている。その物質に熱を蓄えることによって、蓄えられた熱をその蓄熱材から随時取り出すことができる。従来、蓄熱材としては水が一般的に用いられている。しかし、蓄熱材として水を用いた場合、蓄熱の形態は、水の温度変化による顕熱であることが多い。このため、より高い蓄熱量を実現するために、蓄熱の形態として蓄熱材の相変化に伴う潜熱を利用可能な蓄熱材が注目されている。

　潜熱を利用可能な蓄熱材としては、水和物、水（氷）、パラフィン等が知られている。これらの蓄熱材は相変化に伴い流動化するので、流動化した蓄熱材が熱媒体によって流されて蓄熱材が漏れないように、蓄熱材を容器に収容した状態で使用されることが多い。

　図１１に示すように、特許文献１には、蓄熱材として水和物を用いた蓄熱装置１００が開示されている。蓄熱装置１００は、蓄熱手段１０４と、伝熱壁１０５と、流体通路１０６とを備えている。蓄熱手段１０４は、平板状に成形された潜熱蓄熱剤１０３と、潜熱蓄熱剤１０３を真空包装しているアルミラミネートフィルム製の袋１０２とを有している。伝熱壁１０５は、蓄熱手段１０４を両側から挟み込むように蓄熱手段１０４を保持している。また、伝熱壁１０５は一定間隔で凹凸を設けた２枚の銅板を接合させて形成されている。２枚の銅板の間には流体通路１０６が形成されている。流体通路１０６に熱媒体（例えば、水）を流すことによって蓄熱手段１０４の加熱又は冷却が行われる。潜熱蓄熱剤１０３としては、酢酸ナトリウム三水和物が使用されている。

　特許文献２には、パラフィン化合物を含む蓄熱材が開示されている。この蓄熱材は、パラフィン化合物と、パラフィン化合物を固定化する機能を有する水添ジエン系共重合体とを含んでいる。これにより、この蓄熱材は、含有成分であるパラフィン化合物の最高結晶転移温度Ｔｍａｘ以上においても相分離又は液相のブリードがなく、形状安定性及び成形加工の際の流動性が優れるという特性を有している。

特許第４８１６５３７号公報国際公開第２０１１／０７８３４０号

　特許文献１に記載の蓄熱装置は、蓄熱材と熱媒体との間の伝熱特性に関し、さらなる性能向上の余地を有する。そこで、本発明は、蓄熱材と熱媒体との間の伝熱特性が良好な蓄熱装置を提供することを目的とする。

　本開示は、
　熱媒体の流入口及び流出口を有する蓄熱容器と、
　蓄熱材と、前記蓄熱材を包んでいる包装容器とを有し、前記蓄熱容器の中に配置された板状の蓄熱体と、
　前記蓄熱容器の中で前記蓄熱体に積層されたスペーサであって、前記蓄熱体と接触している複数の接触部と、前記蓄熱体から離れている複数の非接触部とを有し、前記接触部と前記非接触部とがそれぞれ特定方向に交互に形成されている板状のスペーサと、
　前記蓄熱体の表面及び前記複数の非接触部によって形成され、前記特定方向と交差する方向に延びている、前記流入口から前記流出口への複数の熱媒体の流路と、
　を備える蓄熱装置を提供する。

　上記の蓄熱装置において、蓄熱体（蓄熱材）と熱媒体との間の伝熱特性が良好である。

本開示の第１実施形態に係る蓄熱装置の平面図図１に示す蓄熱装置のＡ－Ａ線に沿った断面図蓄熱材が固体状態であるときの図１に示す蓄熱装置のＢ－Ｂ線に沿った断面図図３の部分拡大図蓄熱材がゲル状態であるときの図１に示す蓄熱装置のＢ－Ｂ線に沿った断面図図５の部分拡大図蓄熱材が固体状態であるときの蓄熱体の断面図図２に示す蓄熱装置のＣ－Ｃ線に沿った断面図図２に示す蓄熱装置のＤ－Ｄ線に沿った断面図変形例に係るスペーサの断面図別の変形例に係るスペーサの断面図さらに別の変形例に係るスペーサの断面図従来の蓄熱装置の断面図

　特許文献１の蓄熱装置１００によれば、伝熱壁１０５の内部の流体通路１０６を流れる熱媒体の熱は、伝熱壁１０５と蓄熱手段１０４とが接触することによって蓄熱手段１０４へ伝わる。伝熱壁１０５とアルミラミネートフィルム製の袋１０２とを完全に密着させることは難しく、伝熱壁１０５と蓄熱手段１０４との間で接触熱抵抗が発生する。このため、熱媒体と蓄熱手段１０４との間の伝熱において総括伝熱係数が小さくなるので、熱媒体と蓄熱手段１０４との間の伝熱特性はあまり良くない。

　また、潜熱蓄熱剤１０３は酢酸ナトリウム三水和物であるので、温度上昇に伴い潜熱蓄熱剤１０３は固体から液体へ相変化して流動性を示す。このため、潜熱蓄熱剤１０３の凝固／融解サイクルにおいて、潜熱蓄熱剤１０３の形状が安定しないので、蓄熱装置１００の信頼性が低下する。

　特許文献２に記載の蓄熱材は、含有されているパラフィン化合物のＴｍａｘ以上において、流動性を示さないものの、ゲル状態を呈する。蓄熱容器の内部にこの蓄熱材を配置した場合、蓄熱材の形状が安定しない可能性がある。

　本開示の第１態様は、
　熱媒体の流入口及び流出口を有する蓄熱容器と、
　蓄熱材と、前記蓄熱材を包んでいる包装容器とを有し、前記蓄熱容器の中に配置された板状の蓄熱体と、
　前記蓄熱容器の中で前記蓄熱体に積層されたスペーサであって、前記蓄熱体と接触している複数の接触部と、前記蓄熱体から離れている複数の非接触部とを有し、前記接触部と前記非接触部とがそれぞれ特定方向に交互に形成されている板状のスペーサと、
　前記蓄熱体の表面及び前記複数の非接触部によって形成され、前記特定方向と交差する方向に延びている、前記流入口から前記流出口への複数の熱媒体の流路と、
　を備える蓄熱装置を提供する。

　第１態様によれば、蓄熱体の表面及び複数の非接触部によって複数の熱媒体の流路が形成されているので、熱媒体と蓄熱体とが直接接触する。このため、接触熱抵抗が発生しないので、蓄熱体と熱媒体との間の伝熱特性が良好である。

　本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記接触部は湾曲している形状を有する、蓄熱装置を提供する。第２態様によれば、接触部と接触している包装容器の表面において生じる応力集中を低減できる。また、スペーサから蓄熱体に加わる荷重が分散されうる。蓄熱体が接触部の形状に沿って変形するので、蓄熱と放熱のサイクルを繰り返しても蓄熱体の形状が維持され、流路が閉塞することを防止できる。

　本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記スペーサは、コルゲート構造を有する部材である、蓄熱装置を提供する。第３態様によれば、コルゲート構造によって、スペーサの両面に接触部及び非接触部を容易に形成することができる。

　本開示の第４態様は、第１態様～第３態様のいずれか１つの態様に加えて、前記スペーサの厚み方向において、前記非接触部の前記蓄熱体から最も離れた位置と前記接触部との距離をＬと定義し、前記蓄熱体の厚みをＴと定義したとき、Ｌ／Ｔが０．２以上である、蓄熱装置を提供する。第４態様によれば、蓄熱材の相変化に伴って発生する蓄熱体の体積の増加を非接触部と蓄熱体の表面との間の空間で留めることができる。これにより、蓄熱材の相変化によって、熱媒体の流路が閉塞することを防止できる。

　本開示の第５態様は、第１態様～第４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記蓄熱体は、前記包装容器のシール部が前記熱媒体の流れ方向の上流側を向くように前記蓄熱容器の中に配置され、前記蓄熱装置は、前記シール部よりも前記熱媒体の流れの上流側で前記シール部を覆っているカバーをさらに備える、蓄熱装置を提供する。第５態様によれば、蓄熱体の一方の面側を流れる熱媒体の流量と蓄熱体の他方の面側を流れる熱媒体の流量とがシール部のたわみによってアンバランスになることを防止できる。

　本開示の第６態様は、第１態様～第５態様のいずれか１つの態様に加えて、複数の前記蓄熱体及び複数の前記スペーサが前記蓄熱容器の中で鉛直方向に交互に積層され、前記蓄熱体の比重が前記熱媒体の比重よりも小さい、蓄熱装置を提供する。第６態様によれば、蓄熱容器の内部が熱媒体で満たされているときに、蓄熱体が受ける浮力が蓄熱体に作用する重力よりも大きい。このため、蓄熱容器の底面の近くに位置する蓄熱体に大きな荷重がかかることを抑制できる。

　本開示の第７態様は、第１態様～第６態様のいずれか１つの態様に加えて、複数の前記蓄熱体及び複数の前記スペーサが前記蓄熱容器の中で水平方向に交互に積層されている、蓄熱装置を提供する。第７態様によれば、特定の蓄熱体に大きな荷重がかかることを防止できる。

　本開示の第８態様は、第１態様～第７態様のいずれか１つの態様に加えて、前記蓄熱材は、固体状態からゲル状態への相変化によって蓄熱する、蓄熱装置を提供する。第８態様によれば、蓄熱材が相変化しても、蓄熱体の形状が比較的安定である。このため、蓄熱材の相変化に伴って発生する蓄熱体の変形によって熱媒体の流路が閉塞しにくい。

　本開示の第９態様は、第８態様に加えて、前記蓄熱材がゲル状態であるときに前記非接触部に向かって突出する凸部が前記蓄熱体に形成されており、前記凸部と前記非接触部との間に前記流路としての隙間が形成されている、蓄熱装置を提供する。第９態様によれば、蓄熱材がゲル状態であるときに、熱媒体の流路が蓄熱体によって閉塞することを防止できる。

　本開示の第１０態様は、第８態様又は第９態様に加えて、前記蓄熱材は、パラフィン化合物と、前記パラフィン化合物の融点以上で前記蓄熱材がゲル状態を示すように前記パラフィン化合物を固定している水添ジエン系共重合体とを含む材料によって構成されている、蓄熱装置を提供する。第１０態様によれば、蓄熱材に含まれるパラフィン化合物の種類を選択することによって、蓄熱装置の使用環境に応じた適切な温度で蓄熱材が固体状態からゲル状態に変化する蓄熱装置を提供することができる。

　本開示の第１１態様は、第１態様～第１０態様のいずれか１つの態様に加えて、前記熱媒体は、エチレングリコール水溶液又はプロピレングリコール水溶液である、蓄熱装置を提供する。第１１態様によれば、熱媒体が凍結することを抑制することができる。

　＜第１実施形態＞
　以下、本開示の実施の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。

　図１及び図２に示すように、蓄熱装置１は、蓄熱容器１０、蓄熱体４、スペーサ６、上流側カバー７、下流側カバー８、上流側整流部材１１、及び下流側整流部材１２、を備えている。蓄熱容器１０は、直方体状の容器である。蓄熱体４、スペーサ６、上流側カバー７、下流側カバー８、上流側整流部材１１、及び下流側整流部材１２は、それぞれ、蓄熱容器１０の内部に配置されている。図２に示すように、スペーサ６は、蓄熱容器１０の中で蓄熱体４に積層されている。スペーサ６と蓄熱体４との積層方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸に直交する平面をＸＹ平面とする。図２に示すように、スペーサ６は、蓄熱体４との間に流路５を形成している。流路５が延びている方向をＸ軸方向とする。Ｙ軸はＸ軸と直交している。

　図１に示すように、蓄熱容器１０は、熱媒体の流入口２及び熱媒体の流出口３を有している。流入口２は、蓄熱容器１０の特定の面において、蓄熱容器１０の長手方向（Ｘ軸方向）の一端側に設けられている。流出口３は、蓄熱容器１０のその面において、蓄熱容器１０の長手方向（Ｘ軸方向）の他端側に設けられている。流入口２は、さらに、蓄熱容器１０のその面において、蓄熱容器１０の幅方向（Ｙ軸方向）の一端側に片寄るように設けられている。また、流出口３は、蓄熱容器１０のその面において、幅方向の他端側に片寄るように設けられている。流入口２及び流出口３は、蓄熱容器１０の特定の面において、一組の対角の近傍にそれぞれ設けられている。

　熱媒体は、流入口２を通って蓄熱容器１０の内部に流入する。蓄熱容器１０の内部に流入した熱媒体は、流出口３に向かって蓄熱容器１０の内部空間を蓄熱容器１０の長手方向（Ｘ軸正方向）に流れる。図２に示すように、上流側整流部材１１は、流入口２よりも下流側（Ｘ軸正方向側）で、蓄熱容器１０の内部の空間を仕切っている板状の部材である。これによって、上流側整流空間２１が、上流側整流部材１１よりも上流側に形成されている。図９に示すように、多数の貫通孔１１ａが上流側整流部材１１に形成されている。流入口２から流入した熱媒体は、上流側整流空間２１で一時貯留された後に、貫通孔１１ａを通って上流側整流部材１１の下流側に流れる。上流側整流部材１１は、熱媒体が蓄熱容器１０の長手方向（Ｘ軸正方向）にほぼ均一な流量で流れるように、熱媒体の流れを整える。

　下流側整流部材１２は、流出口３よりも上流側（Ｘ軸負方向側）で、蓄熱容器１０の内部空間を仕切っている板状の部材である。これによって、下流側整流空間２２が、下流側整流部材１２よりも下流側に形成されている。下流側整流部材１２は、上流側整流部材１１と同様に構成されており、多数の貫通孔を有している。下流側整流空間２２の熱媒体は、流出口３を通って蓄熱容器１０の外部へ排出される。

　図２に示すように、蓄熱容器１０の中に蓄熱体４及びスペーサ６が配置されている。具体的に、蓄熱体４及びスペーサ６は、上流側整流部材１１と下流側整流部材１２との間の蓄熱容器１０の内部空間に配置されている。蓄熱体４は、蓄熱材４ａと、蓄熱材４ａを包んでいる包装容器４ｂ（包装袋）を有している。図２に示すように、蓄熱体４は板状である。蓄熱材４ａは、相変化によって蓄熱する性質を有する。蓄熱材４ａは、例えば、固体状態からゲル状態への相変化によって蓄熱する性質を有する。蓄熱材４ａは、蓄熱成分と、蓄熱成分の融点以上で蓄熱材４ａがゲル状態を示すように蓄熱成分を固定している構造成分とを含む材料である。構造成分は、典型的にはポリマーである。構造成分は、構造成分の滴点（dropping point）以下の温度において、蓄熱成分を固定することが可能である。このため、蓄熱材４ａは、蓄熱成分の融点以上、かつ、構造成分の滴点（dropping point）以下の温度で、ゲル状態を示す。ここで、構造成分の滴点とはＪＩＳ（日本工業規格）Ｋ２２２０：２００３に準じて測定される値である。

　蓄熱材４ａを構成する材料は、例えば、パラフィン化合物（蓄熱成分）と、そのパラフィン化合物の融点以上で蓄熱材４ａがゲル状態を示すようにパラフィン化合物を固定している水添ジエン系共重合体（構造成分）とを含む材料である。このような材料としては、例えばＪＳＲ社製のＣＡＬＧＲＩＰ（登録商標）を挙げることができる。また、このような材料としては、国際公開第２０１１／０７８３４０号に記載されている材料を挙げることができる。この場合、蓄熱材４ａに含まれるパラフィン化合物として、蓄熱装置１の使用環境に応じて適切な融点を示すパラフィン化合物を選択することができる。

　蓄熱材４ａは、ノルマルパラフィンからなる潜熱蓄熱剤（蓄熱成分）と、２－エチルヘキサン酸アルミニウム等の脂肪酸金属塩からなる固定化剤（構造成分）と、高級脂肪酸（例えば、オレイン酸）等の固定化促進剤とを含有する材料であってもよい。また、蓄熱材４ａは、パラフィン類（蓄熱成分）及び１分子中に熱可塑性成分とゴム成分とを有する熱可塑性エラストマー（構造成分）を主成分とする材料であってもよい。本明細書において、「主成分」とは質量比で最も多く含まれる成分を意味する。熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、エステル系エラストマー等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。さらに、蓄熱材４ａは、１１５°Ｆパラフィンワックス１００重量部あたりエイコサンを２０～１５０重量部含有している蓄熱成分と、オレフィン系ポリマー、熱可塑性エラストマー又は炭化水素系ゴム等の炭化水素系有機高分子（構造成分）との固体状混合物からなる材料であってもよい。蓄熱材４ａには、各種パラフィン、ロウ、ワックス、ステアリン酸等の脂肪酸、及びポリエチレングリコール等のアルコールからなる群より選ばれる少なくとも１つを含むパラフィン類（蓄熱成分）に、熱可塑性エラストマー（構造成分）を配合した組成物を使用してもよい。この組成物に使用される熱可塑性エラストマーは、パラフィン類の最高結晶転移温度Ｔｍａｘ以下でゴム弾性を有する。

　蓄熱材４ａは、例えば、固体状態から液体状態に相変化することによって蓄熱する材料であってもよい。このような材料は、例えば、パラフィン、水（氷）、及び酢酸ナトリウム三水和物等の水和物である。

　包装容器４ｂは、例えば、アルミラミネートフィルムで構成されている。アルミラミネートフィルムは、アルミニウム箔と、アルミニウム箔の両面に積層された樹脂フィルムとで構成されたフィルムである。アルミラミネートフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、アルミニウム箔、及びポリプロピレンによる積層構造を有する。アルミラミネートフィルムの最内層（ポリプロピレン）同士は熱融着性（ヒートシール性）を有している。包装容器４ｂを構成するフィルムとしては、アルミラミネートフィルムに限らず、ポリオレフィン製フィルム、ポリエステル製フィルム、ナイロン製フィルム、エチレン－ビニルアルコール共重合体製フィルム等の公知の包装用途のフィルムを用いてもよい。

　蓄熱体４は、例えば、板状に成形された蓄熱材４ａを包装容器４ｂによって真空包装することによって製造することができる。具体的に、蓄熱体４は以下のようにして製造できる。上記のフィルムで構成され、一端にシール部４ｃが形成され、他端が開口している袋状の包装容器４ｂの中に蓄熱材４ａを入れる。次に、真空吸引のための開口を残すように、包装容器４ｂの開口を形成しているフィルム同士を熱融着させる。次に、真空吸引を実施して包装容器４ｂの内部を減圧して包装容器４ｂの内部のガス、水分等を吸引する。次に、真空吸引のための開口を塞ぐように包装容器４ｂのフィルム同士を熱融着させ、包装容器４ｂの他端側にシール部４ｃを形成する。このようにして、蓄熱体４を製造することができる。板状の包装容器４ｂの端面は、一対のシール部４ｃ、及びシール部４ｃと隣り合い上記のフィルムが単に折り曲げられている一対の折り曲げ部４ｄによって形成されている。

　図２及び図３に示すように、スペーサ６は、板状の部材である。スペーサ６は、例えば、熱媒体に対して耐食性を有する金属又は樹脂で構成されている。スペーサ６は、蓄熱容器１０の中で蓄熱体４に積層されている。具体的に、スペーサ６は、特定の蓄熱体４の一方の面（第１主面）側及び他方の面（第２主面）側のそれぞれに１つずつ配置されている。図４に示すように、スペーサ６は、蓄熱体４と接触している複数の接触部６ａと、蓄熱体４から離れている複数の非接触部６ｂとを有している。接触部６ａと非接触部６ｂとがそれぞれ特定方向（Ｙ軸方向）に交互に形成されている。接触部６ａは特定方向と交差する方向（Ｘ軸方向）にストレートに延びている。非接触部６ｂも特定方向と交差する方向（Ｘ軸方向）にストレートに延びている。

　互いに隣り合う一対の蓄熱体４の間に配置されているスペーサ６に着目する。この場合、一方の蓄熱体４にとっての接触部６ａは、他方の蓄熱体４にとっての非接触部６ｂの一部であり、一方の蓄熱体４にとっての非接触部６ｂの一部が、他方の蓄熱体４にとっての接触部６ａとなる。スペーサ６は、蓄熱体４の長さとほぼ同一の長さ及び蓄熱体４の幅とほぼ同一の幅を有している。また、スペーサ６は、スペーサ６の一方の面（第１主面）又は他方の面（第２主面）の全体に接触部６ａ及び非接触部６ｂを有している。特定方向と交差する方向（Ｘ軸方向）にストレートに延びている複数の接触部６ａによって、蓄熱体４の形状が安定する。

　さらに、接触部６ａは湾曲している形状を有している。このため、接触部６ａと接触している包装容器４ｂの表面において生じる応力集中を低減できる。また、スペーサ６から蓄熱体４に加わる荷重が分散されうる。蓄熱体４が接触部６ａの形状に沿って変形するので、蓄熱と放熱のサイクルを繰り返しても蓄熱体４の形状が維持される。

　図３に示すように、スペーサ６は、複数の非接触部６ｂによって、蓄熱体４の表面とスペーサ６との間で特定方向と交差する方向（Ｘ軸方向）に延びている複数の熱媒体の流路５を形成している。すなわち、蓄熱装置１は、流入口２から流出口３への複数の熱媒体の流路５を備えている。流路５は、蓄熱体４の表面及び複数の非接触部６ｂによって形成され、特定方向と交差する方向（Ｘ軸方向）に延びている。流路５において、熱媒体と蓄熱体４とが直接接触する。すなわち、熱媒体は、蓄熱体４の包装容器４ｂのみを介して蓄熱材４ａと熱交換する。このため、接触熱抵抗が発生しないので、蓄熱体４と熱媒体との間の伝熱特性が良好である。

　図３に示すように、スペーサ６は、コルゲート構造を有する部材である。具体的に、スペーサ６は、スペーサ６の一方の面で突出した部分によってスペーサ６の他方の面が凹んでいるコルゲート構造を有している。このような構成によれば、スペーサ６の両面に接触部６ａ及び非接触部６ｂを容易に形成できる。また、スペーサ６の両面に蓄熱体４を配置する場合に、スペーサ６の一方の面側の接触部６ａが、スペーサ６の他方の面側の非接触部６ｂに対応している。すなわち、スペーサ６の一方の面側の接触部６ａと、スペーサ６の他方の面側の接触部６ａとが、スペーサ６の厚み方向において重なり合わない。そのため、スペーサ６の厚みを小さくすることができる。本実施形態では、図３に示すように、流路５での熱媒体の流れ方向（Ｘ軸方向）に直交する蓄熱装置１の断面において、蓄熱体４の両側に複数の流路５が千鳥状（ジグザグ）に形成されるように、蓄熱体４の両面にスペーサ６が配置されている。言い換えれば、互いに隣り合う一対のスペーサ６同士の間の距離が一定である。このような構成によれば、蓄熱体４が両面から均一に加熱又は冷却される。

　本実施形態において、Ｚ軸方向は鉛直方向に一致する。図３に示すように、蓄熱容器１０の中には、複数の蓄熱体４及び複数のスペーサ６が鉛直方向に交互に積層されている。この場合に、蓄熱体４の比重は、熱媒体の比重よりも小さいことが望ましい。このような構成によれば、蓄熱容器１０の内部が熱媒体で満たされているときに、蓄熱体４が受ける浮力が蓄熱体４に作用する重力よりも大きい。このため、蓄熱容器１０の底面の近くに位置する蓄熱体４に大きな荷重がかかることを抑制できる。その結果、例えば蓄熱材４ａがゲル状態又は液体状態であるときに、蓄熱容器１０の底面の近くに位置する蓄熱体４が大きく変形することを抑制できる。熱媒体の比重は、例えば、０．９９～１．０７であり、蓄熱体４の比重は例えば、０．９５～０．９７である。なお、スペーサ６は、蓄熱容器１０の内部が熱媒体で満たされているときに、接触部６ａが蓄熱体４と接触している必要がある。このため、スペーサ６の比重は熱媒体の比重よりも大きい。

　図２に示すように、蓄熱体４は、包装容器４ｂのシール部４ｃが熱媒体の流れ方向の上流側（Ｘ軸負方向側）を向くように蓄熱容器１０の中に配置されている。図２に示すように、上流側カバー７は、このシール部４ｃよりも熱媒体の流れの上流側（Ｘ軸負方向側）でシール部４ｃを覆っている。このような構成によれば、熱媒体の流れがシール部４ｃのたわみによって影響を受けることを防止できる。すなわち、蓄熱体４の一方の面（第１主面）側を流れる熱媒体の流量と蓄熱体４の他方の面（第２主面）側を流れる熱媒体の流量とがシール部４ｃのたわみによってアンバランスになることを防止できる。

　図８に示すように、上流側カバー７は、溝７ａを有している。シール部４ｃの先端部分が溝７ａによって保持されている。溝７ａは、蓄熱装置１の幅方向（Ｙ軸方向）にストレートに延びている。このため、溝７ａは、溝７ａに挿入されたシール部４ｃのたわみを均すことができる。複数の上流側カバー７が、複数の蓄熱体４のそれぞれのシール部４ｃに対応するように、蓄熱体４とスペーサ６との積層方向（Ｚ軸方向）に並んでいる。この複数の上流側カバー７のそれぞれの幅方向（Ｙ軸方向）における両端部は、一対の連結部材７ｂによって連結されている。隣り合う上流側カバー７同士の間には隙間が形成されている。熱媒体は、この隙間を通って、蓄熱体４が配置された空間へ流入する。

　図２に示すように、本実施形態では、包装容器４ｂの他のシール部４ｃが熱媒体の流れの下流側（Ｘ軸正方向側）を向いている。下流側カバー８は、このシール部４ｃよりも熱媒体の流れの下流側（Ｘ軸負方向側）でシール部４ｃを覆っている。下流側カバー８は、上流側カバー７の反対側を向いている点を除き、上流側カバー７と同様の構成を有している。

　図９に示すように、上流側整流部材１１には多数の貫通孔１１ａが形成されている。貫通孔１１ａの断面積の総和は、例えば、上流側整流空間２１の流路断面（ＹＺ断面）の断面積の１／２以下である。このような構成によれば、熱媒体の流れに所定の圧力損失を発生させることができる。また、図２に示すように、上流側整流部材１１は、上流側カバー７に対向する位置に設けられている。図９に示すように、一群の貫通孔１１ａが、蓄熱体４とスペーサ６との積層方向（Ｚ軸方向）に直交する平面に平行な直線に沿って並んでいる。この一群の貫通孔１１ａは、上流側カバー７の積層方向（Ｚ軸方向）の中心線に沿って並んでいる。また、上流側カバー７は、上流側カバー７の積層方向（Ｚ軸方向）の中心線に対して対称な形状を有している。このため、一群の貫通孔１１ａから流入した熱媒体の流れは、上流側カバー７に衝突した後、上流側カバー７の上方と上流側カバー７の下方とにほぼ均等に分流される。このため、蓄熱体４の一方の面側を流れる熱媒体の流量と蓄熱体４の他方の面側を流れる熱媒体の流量とがアンバランスになることが防止される。

　下流側整流部材１２は、上流側整流部材１１と同様に構成される。下流側整流部材１２の貫通孔（図示省略）の断面積の総和は、例えば、下流側整流空間２２の流路断面（ＹＺ断面）の断面積の１／２以下である。このような構成によれば、熱媒体の流れに所定の圧力損失を発生させることができる。

　＜蓄熱装置の動作＞
　次に、蓄熱材４ａが固体状態からゲル状態への相変化によって蓄熱する性質を有する場合を例に、蓄熱装置１の動作について説明する。まず、蓄熱過程における蓄熱装置１の動作について説明する。熱源（図示省略）によって、蓄熱材４ａの蓄熱成分の融点Ｔｍ以上の温度に昇温された熱媒体が流入口２から上流側整流空間２１に流入する。上流側整流空間２１に流入した熱媒体は、上流側整流部材１１の貫通孔１１ａ及び隣り合う上流側カバー７同士の間の隙間を通過して、流路５に流入する。熱媒体は、熱媒体が流路５を流れる間に、流路５の上流側から順次蓄熱体４と熱交換する。流路５から流出した熱媒体は、隣り合う下流側カバー８同士の間の隙間、下流側整流部材の貫通孔（図示省略）、下流側整流空間２２、及び流出口３を通過して、蓄熱容器１０の外部へ排出される。

　蓄熱過程の初期において、蓄熱材４ａは固体状態である。蓄熱材４ａと熱媒体との熱交換によって、固体状態の蓄熱材４ａの温度が上昇する。これにより、熱媒体が有する熱は、固体状態の蓄熱材４ａに顕熱の形態で蓄えられる。さらに、蓄熱材４ａと熱媒体との熱交換によって、蓄熱材４ａの温度が蓄熱材４ａの蓄熱成分の融点Ｔｍまで上昇すると、蓄熱材４ａは、固体状態からゲル状態へ相変化する。蓄熱材４ａの全体が固体状態からゲル状態に変化するまで、蓄熱材４ａの温度はＴｍで一定となる。これにより、熱媒体が有する熱を蓄熱材４ａに潜熱の形態で蓄えることができる。この状態変化に伴って、蓄熱材４ａの体積は、例えば１０～２０％増加する。この場合、蓄熱体４は、図５又は図６に示すように変形する。すなわち、蓄熱材４ａの膨張によって、蓄熱体４は、蓄熱体４の外表面が非接触部６ｂに向かって隆起するように変形する。このようにして、蓄熱材４ａがゲル状態であるときに非接触部６ｂに向かって突出する凸部４ｐが蓄熱体４に形成されている。なお、蓄熱材４ａがゲル状態であるときにおいても、凸部４ｐと非接触部６ｂとの間には流路５としての隙間が形成されている。このため、蓄熱材４ａの膨張によって流路５が閉塞することを防止できる。また、蓄熱材４ａが固体状態からゲル状態への相変化によって蓄熱する性質を有するので、蓄熱材４ａが相変化しても蓄熱体の形状が比較的安定である。このため、蓄熱材４ａの相変化に伴って発生する蓄熱体４の変形によって流路５が閉塞しにくい。

　上記のように、蓄熱材４ａの膨張によって流路５が閉塞することを防止するためには、スペーサ６の寸法と蓄熱体４の寸法との間に所定の関係が成立していることが望ましい。図４に示すように、スペーサ６の厚み方向において、非接触部６ｂの蓄熱体４から最も離れた位置と接触部との距離をＬと定義し、蓄熱体４の厚みをＴと定義したとき、Ｌ／Ｔが０．２以上であるとよい。この構成によれば、蓄熱材４ａの膨張によって生じる蓄熱体４の体積の増加をスペーサ６と蓄熱体の外表面との間の空間（流路５）の中で留めることができる。また、蓄熱材４ａの膨張によって流路５が閉塞することを防止できる。蓄熱容器１０の中に蓄熱体４を効率的に配置する観点から、Ｌ／Ｔは、０．４以下であってもよい。

　蓄熱材４ａの全体がゲル状態に変化すると、蓄熱材４ａの温度は再び上昇する。これにより、熱媒体が有する熱はゲル状態の蓄熱材４ａに顕熱の形態で蓄えられる。

　次に、放熱工程における蓄熱装置１の動作を説明する。放熱部（図示省略）にて、例えば、空気等との熱交換によって蓄熱材４ａの蓄熱成分の凝固点Ｔｆよりも低い温度に降温された低温の熱媒体が、流入口２から上流側整流空間２１に流入する。低温の熱媒体は、蓄熱過程と同様に蓄熱容器１０の内部を流れて流出口３から蓄熱容器１０の外部に排出される。この際に、熱媒体が流路５の上流側から順次蓄熱体４と熱交換することによって、蓄熱材４ａが冷却される。

　蓄熱材４ａと熱媒体との熱交換によって、ゲル状態の蓄熱材４ａの温度が低下する。このゲル状態の蓄熱材４ａの温度低下に伴う顕熱によって熱媒体が温められる。さらに、蓄熱材４ａと熱媒体との熱交換によって、蓄熱材４ａの温度がＴｆまで下がると、蓄熱材４ａはゲル状態から固体状態に変化し始める。蓄熱材４ａの全体がゲル状態から固体状態に変化するまで、蓄熱材４ａの温度はＴｆで一定となる。この状態変化に伴う潜熱によって熱媒体が温められる。蓄熱材４ａの全体がゲル状態に変化すると、蓄熱材４ａの温度は再び低下する。この固体状態の蓄熱材４ａの温度低下に伴う顕熱によっても熱媒体が温められる。この温められた熱媒体は、流出口３から排出された後、放熱部（図示省略）に供給される。熱媒体は、放熱部で例えば空気等と熱交換を行う。このようにして、蓄熱部材４ａに潜熱及び顕熱の形態で蓄えられた熱が蓄熱装置１の外部へ供給される。

　蓄熱材４ａがゲル状態から固体状態へ変化すると、蓄熱材４ａの体積は、１０～２０％程度減少する。このため、蓄熱過程で図６に示す状態であった蓄熱体４は、図７に示すような形状に変化する。すなわち、蓄熱材４ａの収縮によって蓄熱体４の凸部４ｐの高さが減少する。このため、図７に示すように、固体状態の蓄熱体４の表面は、ゲル状態の蓄熱体４の表面よりも緩やかにうねるような形状を有する。

　上記の蓄熱過程及び放熱過程が繰り返される場合、蓄熱体４の形状は、それぞれ図６に示す形状と図７に示す形状とを繰り返す。スペーサ６によって蓄熱体４の形状の変化を適切に制御できるので、蓄熱体４の形状が安定する。このため、蓄熱装置１は、蓄熱／放熱のサイクルにおける良好な信頼性を有する。スペーサ６を用いない場合、蓄熱材４ａがゲル状態から固体状態へ変化するときに、上記の様に蓄熱材４ａの収縮する位置を制御できないので、蓄熱体４の形状が不安定になってしまう。このため、蓄熱装置の信頼性が乏しくなってしまう。

　熱媒体は、流動性を有する限り特に限定されない。熱媒体は、例えばエチレングリコール水溶液又はプロピレングリコール水溶液である。熱媒体がエチレングリコール水溶液又はプロピレングリコール水溶液であると、氷点下おいて熱媒体が凍結しにくい。蓄熱材４ａは熱媒体と直接接触しないので、蓄熱材４ａは熱媒体に対して不溶又は難溶である必要はない。しかし、包装容器４ｂが万一破損した場合に、蓄熱材４ａが流路５に溶出することを防止するために、蓄熱材４ａは、熱媒体に対して不溶又は難溶であることが望ましい。蓄熱材４ａが、例えばエチレングリコール水溶液に対して難溶であるか否かについては、例えば以下の溶解性評価によって判断することができる。

　＜蓄熱材の溶解性評価＞
　５．０ｇの蓄熱材４ａを蓄熱材４ａの蓄熱成分の融点以上に昇温されたエチレングリコール７０ｍＬに加え、エチレングリコールを３時間還流させて抽出操作を行う。その後、エチレングリコールに溶解した蓄熱材４ａを溶媒抽出によってトルエンに抽出させ、トルエンを蒸発させて蓄熱材４ａの抽出量を定量化するとともに、ＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）を用いて抽出物の組成分析を行う。組成分析の結果、求めた蓄熱成分の溶出率が０．０２ｇ／ｍ^２・ｈ以下である場合、蓄熱材４ａは、エチレングリコール水溶液に難溶であると判断される。ここで、溶出率とは、蓄熱材４ａの単位表面積から１時間当たりに溶出した蓄熱成分の量と定義できる。

　蓄熱材４ａの一例として、パラフィン化合物と、パラフィン化合物の融点以上で蓄熱材４ａがゲル状態を示すようにパラフィン化合物を固定している水添ジエン系共重合体とを含む材料によって構成されている蓄熱材について上記の溶解性評価を実施した。基準添加量の水添ジエン系共重合体を添加した蓄熱材の場合、パラフィンの溶出率は０．３ｇ／ｍ^２・ｈであった。一方、基準添加量の２倍の水添ジエン系共重合体を添加した蓄熱材の場合、溶出率は０．０２ｇ／ｍ^２・ｈであった。従って、後者の場合に該当する蓄熱材は、エチレングリコール水溶液に難溶である。

　蓄熱材４ａが、プロピレングリコール水溶液に難溶であるか否かについても、上記の溶解性評価において、エチレングリコールに替えてプロピレングリコールを用いることによって、同様に評価できる。

　＜変形例＞
　上記の実施形態は様々な観点から変形が可能である。上流側カバー７、下流側カバー８、上流側整流部材１１、又は下流側整流部材１２は、必要に応じて省略可能である。蓄熱容器１０の内部に配置される蓄熱体４の数は、特に限定されず、単数であってもよい。

　蓄熱体４とスペーサ６との積層方向は任意の方向に定められてよい。例えば、複数の蓄熱体４及び複数のスペーサ６が蓄熱容器１０の中で水平方向に交互に積層されていてもよい。すなわち、添付の図面において、ＸＺ平面が水平面であるように蓄熱装置１が構成されていてもよい。このような構成によれば、複数の蓄熱体４のうち特定の蓄熱体に大きな荷重がかかることを防止できる。

　蓄熱体４は、包装容器４ｂのシール部４ｃが熱媒体の流れ方向に沿って延びるように蓄熱容器１０の中に配置されていてもよい。この場合、蓄熱体４は、包装容器４ｂの折り曲げ部４ｄが熱媒体の流れの上流側を向くように蓄熱容器１０の中に配置されている。これにより、蓄熱体４の一方の面側を流れる熱媒体の流量と、蓄熱体４の他方の面側を流れる熱媒体の流量とが、シール部４ｃのたわみによってアンバランスになることを防止できる。また、場合によっては、上流側カバー７又は下流側カバー８を省略することができる。

　スペーサ６は、例えば、図１０Ａに示す変形例に係るスペーサ１６、図１０Ｂに示す別の変形例に係るスペーサ２６、又は図１０Ｃに示す別の変形例に係るスペーサ３６のような形状を有していてもよい。スペーサ１６は、反対側に向かって交互に突出しているアーチ状の突出部１６ａ（１６ｂ）と、隣り合う突出部１６ａ（１６ｂ）同士の間をストレートに接続しているストレート部１６ｃとを有する断面構造を有している。この場合、突出部１６ａ（１６ｂ）は、スペーサ１６の一方の面で接触部として作用し、スペーサ１６の他方の面で非接触部として作用する。このようなスペーサは、平板状の部材をプレス加工することによって製造することができる。

　図１０Ｂに示すように、スペーサ２６は、両面側に向かって突出している突出部２６ａと、隣り合う突出部２６ａ同士の間をストレートに接続しているストレート部２６ｂとを有する断面構造を有している。この場合、突出部２６ａが接触部として作用し、ストレート部２６ｂが非接触部として作用する。

　図１０Ｃに示すように、スペーサ３６は、コルゲート構造を有する部材である。スペーサ３６は、谷部３６ａ及び山部３６ｂが交互に並んだ断面構造を有する。谷部３６ａは、スペーサ３６の一方の面で接触部として作用し、スペーサ３６の他方の面で非接触部として作用する。また、山部３６ｂは、スペーサ３６の一方の面で非接触部として作用し、スペーサ３６の他方の面で接触部として作用する。

　本開示に係る蓄熱装置の蓄熱材と熱媒体との間の伝熱特性は良好である。また、蓄熱装置の蓄熱／放熱サイクルにおける信頼性が良好である。このため、本開示の蓄熱装置は、家庭、業務、及び車載用途等に利用できる。

Claims

　熱媒体の流入口及び流出口を有する蓄熱容器と、
　蓄熱材と、前記蓄熱材を包んでいる包装容器とを有し、前記蓄熱容器の中に配置された板状の蓄熱体と、
　前記蓄熱容器の中で前記蓄熱体に積層されたスペーサであって、前記蓄熱体と接触している複数の接触部と、前記蓄熱体から離れている複数の非接触部とを有し、前記接触部と前記非接触部とがそれぞれ特定方向に交互に形成されている板状のスペーサと、
　前記蓄熱体の表面及び前記複数の非接触部によって形成され、前記特定方向と交差する方向に延びている、前記流入口から前記流出口への複数の熱媒体の流路と、
　を備える蓄熱装置。
　前記接触部は湾曲している形状を有する、請求項１に記載の蓄熱装置。
　前記スペーサは、コルゲート構造を有する部材である、請求項１に記載の蓄熱装置。
　前記スペーサの厚み方向において、前記非接触部の前記蓄熱体から最も離れた位置と前記接触部との距離をＬと定義し、前記蓄熱体の厚みをＴと定義したとき、Ｌ／Ｔが０．２以上である、請求項１に記載の蓄熱装置。
　前記蓄熱体は、前記包装容器のシール部が前記熱媒体の流れ方向の上流側を向くように前記蓄熱容器の中に配置され、
　前記蓄熱装置は、前記シール部よりも前記熱媒体の流れの上流側で前記シール部を覆っているカバーをさらに備える、請求項１に記載の蓄熱装置。
　複数の前記蓄熱体及び複数の前記スペーサが前記蓄熱容器の中で鉛直方向に交互に積層され、
　前記蓄熱体の比重が前記熱媒体の比重よりも小さい、請求項１に記載の蓄熱装置。
　複数の前記蓄熱体及び複数の前記スペーサが前記蓄熱容器の中で水平方向に交互に積層されている、請求項１に記載の蓄熱装置。
　前記蓄熱材は、固体状態からゲル状態への相変化によって蓄熱する、請求項１に記載の蓄熱装置。
　前記蓄熱材がゲル状態であるときに前記非接触部に向かって突出する凸部が前記蓄熱体に形成されており、前記凸部と前記非接触部との間に前記流路としての隙間が形成されている、請求項８に記載の蓄熱装置。
　前記蓄熱材は、パラフィン化合物と、前記パラフィン化合物の融点以上で前記蓄熱材がゲル状態を示すように前記パラフィン化合物を固定している水添ジエン系共重合体とを含む材料によって構成されている、請求項８に記載の蓄熱装置。
　前記熱媒体は、エチレングリコール水溶液又はプロピレングリコール水溶液である、請求項１に記載の蓄熱装置。