特開 2025-20626 潜熱蓄熱体及び潜熱蓄熱体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025020626

(43)【公開日】2025-02-13

(54)【発明の名称】潜熱蓄熱体及び潜熱蓄熱体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C09K 5/14 20060101AFI20250205BHJP

【ＦＩ】

C09K5/14 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023124118

(22)【出願日】2023-07-31

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】堀内 道夫

(57)【要約】

【課題】より大きな潜熱を蓄熱することができる潜熱蓄熱体及び潜熱蓄熱体の製造方法を提供する。
【解決手段】潜熱蓄熱体は、閉空間が形成された多結晶体からなるセラミック部と、前記閉空間内に設けられ、５０質量％以上のケイ素を含有する金属部と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

閉空間が形成された多結晶体からなるセラミック部と、
前記閉空間内に設けられ、５０質量％以上のケイ素を含有する金属部と、
を有する潜熱蓄熱体。

【請求項2】

閉空間が形成された多結晶体からなるセラミック部と、
前記閉空間内に設けられ、ケイ素を含有する金属部と、
を有し、
前記金属部の融点は、１１００℃以上である潜熱蓄熱体。

【請求項3】

前記金属部は、５０質量％以上の割合でケイ素を含有する請求項２に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項4】

前記金属部は、９９質量％以上の割合でケイ素を含有する請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項5】

前記セラミック部は、ムライト、酸化アルミニウム、コーディエライト、アノーサイト、シリマナイト、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料、炭化ケイ素、炭化タングステン、炭化ホウ素、二ケイ化モリブデン若しくは二ケイ化タングステン又はこれらの任意の組み合わせを含有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項6】

前記セラミック部は、通電されて発熱する材料を含有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項7】

前記金属部を加熱することができるヒータを有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項8】

前記ヒータは、前記セラミック部内に設けられている請求項７に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項9】

前記ヒータは、タングステン若しくはモリブデン又はこれらの両方を含有する請求項７に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項10】

５０質量％以上のケイ素を含有する金属部と、前記金属部を収容した未焼成のセラミック部と、を有する複合体を準備する工程と、
前記金属部及び前記セラミック部を同時に焼成する工程と、
を有する潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項11】

ケイ素を含有する金属部と、前記金属部を収容した未焼成のセラミック部と、を有する複合体を準備する工程と、
前記金属部及び前記セラミック部を同時に焼成する工程と、
を有し、
前記金属部の融点は、１１００℃以上である潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項12】

前記金属部は、５０質量％以上の割合でケイ素を含有する請求項１１に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項13】

前記金属部は、９９質量％以上の割合でケイ素を含有する請求項１０又は１１に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、潜熱蓄熱体及び潜熱蓄熱体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、相変化物質（phase change material：ＰＣＭ）としてＡｌ－Ｓｉ合金等が用いられ、ＰＣＭが保護層で包囲された潜熱蓄熱体が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－０３１５０７号公報

【特許文献2】特開２０１５－０４８３９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、より大きな潜熱の蓄熱が望まれるようになってきている。

【0005】

本開示は、より大きな潜熱を蓄熱することができる潜熱蓄熱体及び潜熱蓄熱体の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一形態によれば、閉空間が形成された多結晶体からなるセラミック部と、前記閉空間内に設けられ、５０質量％以上のケイ素を含有する金属部と、を有する潜熱蓄熱体が提供される。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、より大きな潜熱を蓄熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。

【図2】第１実施形態に係る潜熱蓄熱体の製造方法を例示する図である。

【図3】第２実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。

【図4】第３実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。

【図5】第３実施形態に係る潜熱蓄熱体の製造方法を例示する図である。

【図6】第２実施形態に係る潜熱蓄熱体の製造方法を示す図である。

【図7】第４実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視図である。

【図8】実験における潜熱蓄熱体の製造方法を例示する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

【0010】

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。第１実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図１は、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は断面図である。

【0011】

第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、多結晶体からなるセラミック部１１０と、金属部１２０とを有する。

【0012】

セラミック部１１０には、閉空間１１１が形成されている。セラミック部１１０及び閉空間１１１の形状は直方体状である。セラミック部１１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部１１０には、閉空間１１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部１１０は、例えば、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）、アノーサイト（ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）、シリマナイト（Ａｌ_２ＳｉＯ_５）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料（複合セラミック）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）若しくは二ケイ化タングステン（ＷＳｉ_２）又はこれらの任意の組み合わせを含有する。セラミック部１１０が、ムライト、酸化アルミニウム、コーディエライト、アノーサイト、シリマナイト、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料、炭化ケイ素、炭化タングステン、炭化ホウ素、二ケイ化モリブデン若しくは二ケイ化タングステン又はこれらの任意の組み合わせから構成されてもよい。

【0013】

金属部１２０は閉空間１１１内に設けられている。言い換えれば、金属部１２０はセラミック部１１０に封止されている。金属部１２０が、連続体であるセラミック部１１０により気密に覆われているということもできる。金属部１２０はケイ素（Ｓｉ）を含有する。例えば、金属部１２０の主成分はケイ素である。金属部１２０は、例えば５０質量％以上の割合でケイ素を含有する。金属部１２０は、純度が５０質量％以上のケイ素から構成されていてもよい。好ましくは、金属部１２０は、９９質量％以上のケイ素を含有し、９９質量％以上のケイ素から構成される。金属部１２０が、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、ガリウム（Ｇａ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、イットリウム（Ｙ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）若しくは錫（Ｓｎ）又はこれらの任意の組み合わせを合計で５０質量％未満の割合で含んでいてもよい。

【0014】

例えば、金属部１２０が９２質量％Ｓｉ－８質量％Ｂから構成される場合、金属部１２０の相変化温度は１３８５℃である。金属部１２０が８５質量％Ｓｉ－１５質量％Ｔｉから構成される場合、金属部１２０の相変化温度は１３３０℃である。金属部１２０が８８質量％Ｓｉ－１２質量％Ｙから構成される場合、金属部１２０の相変化温度は１２００℃である。金属部１２０が９９質量％Ｓｉ－１質量％Ｆｅから構成される場合、金属部１２０の相変化温度は１２００℃程度である。金属部１２０が８０質量％Ｓｉ－２０質量％Ａｌ又は８０質量％Ｓｉ－２０質量％Ｃｕから構成される場合、金属部１２０の相変化温度は１３００℃程度である。

【0015】

閉空間１１１の容積が金属部１２０の体積と等しくてもよく、金属部１２０の体積より大きくてもよい。

【0016】

ケイ素の融点は１４１４℃である。金属部１２０の主成分がケイ素である場合、１４１４℃程度で固体と液体との間の相変化が生じる。この程度の温度であれば、多結晶体からなるセラミック部１１０は化学的に安定である。従って、金属部１２０が固体であっても液体であっても、セラミック部１１０は金属部１２０を閉空間１１１内に金属部１２０を閉じ込めておくことができる。また、高温で使用されても、セラミック部１１０に酸化等の化学変化が生じにくい。金属部１２０の融点は、例えば１１００℃以上である。金属部１２０の融点は、好ましくは１２００℃以上であり、より好ましくは１３００℃以上であり、更に好ましくは１３５０℃以上である。金属部１２０がケイ素の他にホウ素等を含有している場合、金属部１２０の融点が１４１４℃より低くてもよい。金属部１２０の融点は、例えば示差熱分析（differential thermal analysis ：ＤＴＡ）又は示差走査熱量測定（differential scanning calorimetry：ＤＳＣ）により測定することができる。

【0017】

潜熱蓄熱体１では、金属部１２０が相変化物質（ＰＣＭ）として機能し、金属部１２０が５０質量％以上のケイ素を含有するため、金属部１２０の固液の相変化温度が高く、より大きな潜熱を蓄熱することができる。潜熱蓄熱体１に蓄熱した潜熱は、例えば、熱光起電力（thermophotovoltaic：ＴＰＶ）による直接的な発電に用いることができる。

【0018】

また、潜熱蓄熱体１が高温で使用されても、セラミック部１１０に酸化等の変質が生じにくい。従って、安定性を向上することができる。このため、熱媒体として、空気等の酸化性を備えるものも用いることができ、熱媒体の選択範囲を広げることができる。

【0019】

更に、潜熱蓄熱体１の表面のクリーニングを容易に行うことができる。例えば、熱媒体が未燃成分を含む燃焼炉の排ガスである場合等には、煤等の潜熱蓄熱体１に付着しやすい物質が熱媒体に含まれることがある。このような物質の付着は熱伝導性の低下及び流動抵抗の上昇につながるおそれがある。これに対し、潜熱蓄熱体１では、大気中での高温処理等により、付着した物質を容易に除去することができる。付着した物質が非有機性である場合には、酸洗浄等により除去することも可能である。

【0020】

なお、室温付近での固体のケイ素の密度は２．３２９０ｇ／ｃｍ^３であり、融点付近での液体のケイ素の密度は２．５７ｇ／ｃｍ^３である。従って、ケイ素の相変化に伴う体積変化は小さい。

【0021】

次に、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１の製造方法について説明する。図２は、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１の製造方法を例示する図である。図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）は断面図である。

【0022】

まず、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、未焼成のセラミック部１３０と、金属部１４０とを有する複合体１Ａを準備する。金属部１４０はセラミック部１３０に覆われている。後に、セラミック部１３０はセラミック部１１０となり、金属部１４０は金属部１２０となる。

【0023】

セラミック部１３０は、例えば、セラミック部１１０の材料を含む、グリーンシート積層体、スリップキャスティング体、ゲルキャスト体、又は造粒粉を予備成形した後の冷間等方加圧（cold isostatic pressing：ＣＩＰ）成形体である。セラミック部１３０は、例えば、ムライト、酸化アルミニウム、コーディエライト、アノーサイト、シリマナイト、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料、炭化ケイ素、炭化タングステン、炭化ホウ素、二ケイ化モリブデン若しくは二ケイ化タングステン又はこれらの任意の組み合わせを含有する。セラミック部１３０が、更に焼結助剤等を含んでもよい。セラミック部１３０は、好ましくは９９質量％以上の割合でムライト、酸化アルミニウム、コーディエライト、アノーサイト、シリマナイト、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料、炭化ケイ素、炭化タングステン、炭化ホウ素、二ケイ化モリブデン若しくは二ケイ化タングステン又はこれらの任意の組み合わせを含有する。セラミック部１３０に含まれるセラミック粒の粒径は、好ましくは３μｍ以下であり、より好ましくは１μｍ以下である。

【0024】

金属部１４０は、例えば、ケイ素を含む、線材、柱材、ペースト、スリップキャスティング体、ゲルキャスト体、又は造粒粉を予備成形した後のＣＩＰ成形体である。金属部１４０は、例えば９９質量％以上の割合でケイ素を含有する。

【0025】

セラミック部１３０には、閉空間１３１が形成されており、金属部１４０は閉空間１３１内に設けられている。金属部１４０は塊り状又は粉末状のいずれであってもよい。金属部１４０の嵩は、焼成時のセラミック部１３０の収縮を考慮し、潜熱蓄熱体１において金属部１２０の体積とセラミック部１１０の閉空間１１１の容積が略同一になるように調整することが好ましい。

【0026】

次に、セラミック部１３０及び金属部１４０を同時に焼成する。この結果、セラミック部１３０からセラミック部１１０が形成され、金属部１４０から金属部１２０が形成される（図１（ａ）及び図１（ｂ）参照）。この時、多孔質体であったセラミック部１３０が緻密化し、多結晶体からなるセラミック部１１０の相対密度は９５％～９９％程度となる。一方、金属部１４０は、線材、柱材である場合にはほとんど緻密化せず、金属部１２０の相対密度はほぼ１００％となる。従って、セラミック部１３０及び金属部１４０の相対密度は、焼成による相対密度の変化の差を考慮して決定することが好ましい。なお、本開示では、セラミック部の焼成の際に、金属部に相変化以外の成分又は性質等の変化が生じない場合であっても金属部の焼成が行われるとし、これらを同時に焼成するということがある。また、相対密度とは、中実なバルクの状態における密度に対する密度をいう。言い換えると、相対密度とは、空隙や欠陥が全く存在しない状態の密度に対する、比較対象物の密度の割合をいう。

【0027】

同時焼成の温度は、得られるセラミック部１１０が連続気孔（内部から表面につながる空隙部）を含まない程度の相対密度、具体的には約９０パーセント以上に達する条件として決定され、セラミックの種類や組成によって左右されるが、例えば金属部１４０の融点よりも５０℃以上高く３００℃以下高い温度とするのが望ましい。同時焼成時の昇温速度は、セラミックの種類や組成および設計上決まる焼成対象物のサイズ（厚さなど）によって緻密化可能速度に合わせて調整されるが、可能な範囲ではなるべく高いことが望ましい。同時焼成の雰囲気は、例えば、セラミック部１３０の材料の性質に応じて、水素等の還元性ガスを含む還元性雰囲気、窒素等の非酸化性ガスを含む非酸化性雰囲気、空気等の酸化性ガスを含む酸化性雰囲気のいずれかとする。なお、酸化性雰囲気中で同時焼成を行う場合、金属部１４０を構成する金属材料の表面に存在していた酸化膜がそのまま金属部１２０内に残ることがある。この場合でも、相変化に伴う熱容量を十分に得られるため、金属部１２０内に酸化膜が残っていてもよい。

【0028】

このようにして、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１を製造することができる。

【0029】

この製造方法によれば、金属部１２０がセラミック部１１０により封止される。金属部１２０が、連続体であるセラミック部１１０により気密に覆われるということもできる。

【0030】

ここで、セラミック部１１０の材料について詳細に説明する。

【0031】

セラミック部１１０の材料の一例であるムライトは、１６００℃前後で焼結が可能であり、大気中、中性雰囲気中、還元雰囲気中においてケイ素と反応しない。セラミック部１１０の材料が純ムライトであってもよいが、焼結助剤の添加により緻密化温度を低減できる。焼結助剤としては２族元素及び３族元素の酸化物が有効であり、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）及び酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）の効果が確認されている。効果及び原料の扱いやすさの点で、酸化イットリウムが特に好ましい。

【0032】

セラミック部１１０の材料の一例である酸化アルミニウムは、相対的に安価な材料である。ただし、酸素を含有する雰囲気下では、ケイ素を含む複合酸化物が生成されやすく、金属部１２０に含まれるケイ素が消耗されるおそれがある。このため、同時焼成時の雰囲気を非酸化性雰囲気とすることが好ましい。また、潜熱蓄熱体１の使用時においても、雰囲気を非酸化性雰囲気とすることが好ましい。

【0033】

セラミック部１１０の材料の一例として窒化物が挙げられる。窒化物は、窒化ケイ素、窒化ホウ素及び窒化アルミニウム、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料を含む。六方晶の窒化ホウ素、及び窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料（複合セラミック）は、焼結後に機械加工しやすい。窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料は六方晶の窒化ホウ素よりも高い機械的強度を得ることができる。窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料における窒化アルミニウムと窒化ホウ素との比率は限定されないが、好ましくはいずれの割合も５０質量％である。セラミック部１１０の主成分が窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合材料である場合の焼結助剤としては酸化イットリウム及び炭酸カルシウムが好ましい。

【0034】

セラミック部１１０の材料の一例として炭化物が挙げられる。炭化物は、炭化ケイ素、炭化タングステン及び炭化ホウ素を含む。炭化ケイ素、炭化タングステン及び炭化ホウ素は、炭素の含有率にもよるが、導電性を有する。炭化ケイ素、炭化タングステン及び炭化ホウ素は通電されて発熱する材料であり、炭化ケイ素、炭化タングステン及び炭化ホウ素はヒータとして用いることができる。セラミック部１１０が炭化ケイ素、炭化タングステン又は炭化ホウ素を含む場合、セラミック部１１０は金属部１２０の保護機能及び加熱機能を有し、より高い蓄熱密度を実現しやすい。また、炭化ケイ素、炭化タングステン又は炭化ホウ素を含むセラミック部１１０は、余剰電力を直接利用して蓄熱する方式（ＥＴＥＳ）において、設備を小型化することができる。炭化ケイ素は常圧焼結することも可能であるが、より緻密で熱伝導率の高いセラミック部１１０を得るためには、ホットプレス法による焼結が好ましい。ホットプレス法により焼結する場合、金属部１２０とセラミック部１１０との間に隙間を形成しにくいが、金属部１２０はケイ素を主成分とし、液化に伴う体積の増加が生じないため、隙間が形成されなくてよい。

【0035】

セラミック部１１０の材料の一例としてケイ化物が挙げられる。ケイ化物は、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）及び二ケイ化タングステン（ＷＳｉ_２）を含む。二ケイ化モリブデン及び二ケイ化タングステンは通電されて発熱する材料であり、二ケイ化モリブデン及び二ケイ化タングステンは、ケイ素の相変化温度（１４１４℃）を含む温度域において大気中でヒータとして安定的に使用できる。セラミック部１１０が二ケイ化モリブデン又は二ケイ化タングステンを含む場合、セラミック部１１０は金属部１２０の保護機能及び加熱機能を有し、より高い蓄熱密度を実現しやすい。また、大気中では、二ケイ化モリブデン及び二ケイ化タングステンの表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の緻密な酸化膜が形成され、二ケイ化モリブデン及び二ケイ化タングステンの内部の酸化が抑制される。従って、二ケイ化モリブデン又は二ケイ化タングステンを含むセラミック部１１０は、大気中においても化学的に安定している。

【0036】

二ケイ化モリブデンの焼結体を得るためには、例えば、二ケイ化モリブデンの粉末に２０質量％程度までのカオリナイト（Ａｌ_４Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_８）系添加物又はモンモリロナイト（（Ｎａ，Ｃａ）_０．３３（Ａｌ，Ｍｇ）_２Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２）系添加物等の添加物を加え、水系又は（極性）溶媒系のスラリーを用いる。このスラリーを経てグリーン体を形成し、窒素雰囲気又は水素含有窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中において１５５０℃程度で焼成を行う。

【0037】

なお、原材料コスト、製造設備、製造難易度及びコストの観点からは、セラミック部１１０の材料としてはムライトが最も好ましい。

【0038】

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図３は、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は断面図である。

【0039】

第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、多結晶体からなるセラミック部２１０と、金属部２２０とを有する。

【0040】

セラミック部２１０には、閉空間２１１が形成されている。セラミック部２１０及び閉空間２１１の形状は円柱状である。セラミック部２１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部２１０には、閉空間２１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部２１０はセラミック部１１０と同様の材料から構成されている。

【0041】

金属部２２０は閉空間２１１内に設けられている。言い換えれば、金属部２２０はセラミック部２１０に封止されている。金属部２２０が、連続体であるセラミック部２１０により気密に覆われているということもできる。金属部２２０は金属部１２０と同様の材料から構成されている。

【0042】

閉空間２１１の容積が金属部２２０の体積と等しくてもよく、金属部２２０の体積より大きくてもよい。

【0043】

他の構成は第１実施形態と同様である。また、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２は、形状の点を除いて第１実施形態と同様の方法で製造することができる。

【0044】

第２実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、セラミック部２１０への外部からの応力が分散されやすいため、より高い耐久性を得ることができる。

【0045】

なお、潜熱蓄熱体の形状が球体状又は角柱状等であってもよい。

【0046】

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図４は、第３実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する図である。図４（ａ）は斜視図であり、図４（ｂ）は断面図である。

【0047】

第３実施形態に係る潜熱蓄熱体３は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、多結晶体からなるセラミック部３１０と、複数の金属部３２０とを有する。

【0048】

セラミック部３１０には、複数の閉空間３１１が形成されている。セラミック部３１０及び閉空間３１１の形状は直方体状である。セラミック部３１０は、例えば一体的に構成されている。例えば、セラミック部３１０には、閉空間３１１に繋がる接合部が存在しない。セラミック部３１０はセラミック部１１０と同様の材料から構成されている。閉空間３１１は、セラミック部３１０の互いに平行な１組の平面に平行な面内で、互いに直交する２方向に等間隔で配置されている。

【0049】

金属部３２０は閉空間３１１内に１個ずつ設けられている。言い換えれば、金属部３２０はセラミック部３１０に封止されている。金属部３２０が、連続体であるセラミック部３１０により気密に覆われているということもできる。金属部３２０は金属部１２０と同様の材料から構成されている。

【0050】

閉空間３１１の容積が金属部３２０の体積と等しくてもよく、金属部３２０の体積より大きくてもよい。

【0051】

他の構成は第１実施形態と同様である。

【0052】

次に、第３実施形態に係る潜熱蓄熱体３の製造方法について説明する。図５は、第３実施形態に係る潜熱蓄熱体３の製造方法を例示する図である。

【0053】

まず、図５（ａ）に示すように、閉空間３１１となる複数のキャビティ３５１が形成された未焼成のセラミック部３５０Ａを準備する。セラミック部３５０Ａは、例えばグリーンシートの積層体である。射出成形等によりセラミック部３５０Ａを形成してもよい。後に、セラミック部３５０Ａはセラミック部３１０の一部となる。

【0054】

未焼成のセラミック部３５０Ａの準備は、例えば以下の処理を含む。まず、ボールミル法等によりセラミックスラリーを調合し、ドクターブレード法等により複数のグリーンシートを成形する。次いで、グリーンシートにパンチング法等により閉空間３３１に対応する貫通孔を形成する。また、貫通孔が形成されていないグリーンシートも準備する。そして、貫通孔が形成されたグリーンシートを貫通孔が形成されていないグリーンシートの上に積層する。

【0055】

次に、図５（ｂ）に示すように、各キャビティ３５１内に金属部３６０を設ける。後に、金属部３６０は金属部３２０となる。金属部３６０は、例えば、ペースト、ビーズ、巻き線又はシートである。

【0056】

次に、図５（ｃ）に示すように、キャビティ３５１の開口端を塞ぐようにして、セラミック部３５０Ａの上にシート状のセラミック部３５０Ｂを設ける。後に、セラミック部３５０Ｂはセラミック部３１０の一部となる。シート状のセラミック部３５０Ｂとしては、貫通孔が形成されていないグリーンシートを用いることができる。

【0057】

このようにして、未焼成のセラミック部３５０Ａ及び３５０Ｂと、金属部３６０とを有する複合体３Ａが得られる。

【0058】

次に、セラミック部３５０Ａ及び３５０Ｂ並びに金属部３６０を同時に焼成する。この結果、セラミック部３５０Ａ及び３５０Ｂからセラミック部３１０が形成され、金属部３６０から金属部３２０が形成される（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。

【0059】

このようにして、第３実施形態に係る潜熱蓄熱体３を製造することができる。

【0060】

第３実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0061】

なお、複合体３Ａの焼成前に複合体３Ａを金属部３６０毎に分割してもよい。この場合、第１実施形態に係る潜熱蓄熱体１を得ることができる。

【0062】

同様の方法により、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２を得ることもできる。図６は、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２の製造方法を示す図である。

【0063】

まず、図６（ａ）に示すように、閉空間２１１となる複数のキャビティ２５１が形成された未焼成のセラミック部２５０Ａを準備する。

【0064】

次に、図６（ｂ）に示すように、各キャビティ２５１内に金属部２６０を設ける。

【0065】

次に、図６（ｃ）に示すように、キャビティ２５１の開口端を塞ぐようにして、セラミック部２５０Ａの上にシート状のセラミック部２５０Ｂを設けることで複合体２Ａを得る。

【0066】

次に、複合体２Ａを金属部２６０毎に分割する。そして、セラミック部２５０Ａ及び２５０Ｂ並びに金属部２６０を同時に焼成する。

【0067】

このような方法により、第２実施形態に係る潜熱蓄熱体２を製造することもできる。

【0068】

なお、潜熱蓄熱体を製造するための複合体は、セラミックスラリーのディップコーティング法等により製造してもよい。

【0069】

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態は潜熱蓄熱体に関する。図７は、第４実施形態に係る潜熱蓄熱体を例示する斜視図である。

【0070】

第４実施形態に係る潜熱蓄熱体４は、図７に示すように、多結晶体からなるセラミック部２１０と、金属部２２０と、金属部２２０を加熱することができる電熱体４３０とを有する。電熱体４３０はセラミック部２１０内に設けられている。電熱体４３０は、セラミック部２１０の表面と金属部２２０の表面との間に設けられている。電熱体４３０は全体として略円筒形状を有する。電熱体４３０は、柱状の金属部２２０の長軸に平行な方向から見たときに、例えば、時計回りと反時計回りとを交互に繰り返しながら螺旋を構成している。電熱体４３０は、例えば、タングステン若しくはモリブデン又はこれらの両方を含有する。電熱体４３０が、タングステンと酸化アルミニウムとの混合物、又はモリブデンと酸化アルミニウムとの混合物を含有してもよい。この場合、電熱体４３０が、更に、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム等を１種又は２種以上含有してもよい。電熱体４３０はヒータの一例である。

【0071】

第４実施形態の他の構成は第２実施形態と同様である。

【0072】

第４実施形態に係る潜熱蓄熱体４の製造に際しては、例えば、タングステン又はモリブデンの粉末に酸化アルミニウムの粉末を混合し、溶剤やバインダー等の有機成分を加えて抵抗体ペーストを調合する。そして、電熱体４３０の金属部２２０の長軸に垂直な部分（円周部分）は、例えば、セラミックグリーンシートの表面に印刷した抵抗体ペーストにより形成することができる。電熱体４３０の金属部２２０の長軸に平行に延びる部分は、例えば、セラミックグリーンシートに形成した貫通孔に充填した抵抗体ペーストにより形成することができる。酸化アルミニウムの割合に応じて電熱体４３０の抵抗率を調整することができる。抵抗体ペーストに、更に、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム等を１種又は２種以上添加してもよい。これらの無機成分は、焼成中に液相又は複合酸化物相を形成し、電熱体４３０のセラミック部２３０との密着強度を向上したり、抵抗率の安定性を向上したりできる。

【0073】

第４実施形態によっても第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電熱体４３０が金属部２２０を加熱することができるため、外部から付与した電気エネルギを熱に変換して潜熱蓄熱体４に蓄積することができる。例えば、余剰電力により電熱体４３０から熱を発生することで、余剰電力を熱として蓄積することができる。そして、潜熱蓄熱体４に蓄積したエネルギは、熱、蒸気（圧力）又は電力（蒸気圧力によるタービン発電等）のエネルギとして、工場、オフィス又は商業ビル等に供給することができる。

【0074】

また、潜熱蓄熱体４が電熱体４３０を含んでいるため、エネルギの損失を低減できる。例えば、電熱体と潜熱蓄熱体とが分離されている場合には、電熱体から発生した熱を熱風等として潜熱蓄熱体まで伝達させることになり、エネルギが損失しやすいが、本実施形態では、このようなエネルギの損失を抑制することができる。

【0075】

（実験例）
次に、本願発明者が行った実験について説明する。図８は、実験における潜熱蓄熱体の製造方法を例示する断面図である。

【0076】

第１実験では、ムライト粉末にポリビニルブチラールバインダー、フタル酸系可塑剤及びアルコール系溶剤を加え、ボールミル法により粉砕混合してスラリーを調製した。次いで、スラリーの真空脱泡及び粘度調整を行い、ドクターブレード法により厚さが約０．５ｍｍのグリーンシートを４枚作製した。

【0077】

次いで、図８（ａ）に示すように、２枚のグリーンシート５３２に、焼成による収縮の後の体積から求めた開口形状の貫通孔５３２Ａを形成し、貫通孔が形成されていないグリーンシート５３１の上に２枚のグリーンシート５３２を積層した。

【0078】

次いで、図８（ｂ）に示すように、シリコン基板から切り出したケイ素切片５４０を貫通孔５３２Ａ内に収納し、グリーンシート５３２の積層体の上に、貫通孔が形成されていないグリーンシート５３３を積層した。ケイ素切片５４０におけるケイ素の割合は９９質量％以上である。

【0079】

次いで、図８（ｂ）に示す構造体を大気雰囲気中において１６００℃で２時間焼成した。この結果、図８（ｃ）に示すように、閉空間５１１が形成された多結晶体からなるセラミック部５１０と、閉空間５１１内に設けられた金属部５２０とを有する潜熱蓄熱体５が得られた。

【0080】

そして、金属部５２０が切断されるように潜熱蓄熱体５を切断し、切断面の研磨を行い、切断面の観察を行った。この結果、金属部５２０は金属光沢を示し、セラミック部５１０と金属部５２０との境界は明瞭であった。

【0081】

また、二端子テスターを用いて金属部５２０の抵抗値を測定したところ、金属部５２０の抵抗値は約４０ｋΩであった。また、別途、セラミック部５１０と同一の条件で焼成したセラミック材の相対密度は約９０％であった。

【0082】

第２実験では、酸化イットリウム粉末を５質量％含むムライト粉末と酸化イットリウム粉末との混合物に、ポリビニルブチラールバインダー、フタル酸系可塑剤及びアルコール系溶剤を加え、ボールミル法により粉砕混合してスラリーを調製した。次いで、スラリーの真空脱泡及び粘度調整を行い、ドクターブレード法により厚さが約０．５ｍｍのグリーンシートを４枚作製した。そして、第１実験と同様にして、潜熱蓄熱体５を得た。酸化イットリウム粉末は焼結助剤として機能する。

【0083】

そして、金属部５２０が切断されるように潜熱蓄熱体５を切断し、切断面の研磨を行い、切断面の観察を行った。この結果、第１実験と同様に、金属部５２０は金属光沢を示し、セラミック部５１０と金属部５２０との境界は明瞭であった。

【0084】

また、走査型電子顕微鏡（scanning electron microscope：ＳＥＭ）を用いて潜熱蓄熱体５の微構造及び成分の分布を確認した。この結果、金属部５２０とセラミック部５１０とが互いに密に接合されていた。また、酸素、アルミニウム及びイットリウムは金属部５２０に検出されず、金属部５２０は実質的にケイ素のみから構成されていた。更に、ケイ素切片５４０由来とみられるケイ素はセラミック部５１０に検出されず、セラミック部５１０には、アルミニウム、酸素と、相対強度が低いケイ素が検出され、イットリウムはほとんど検出されなかった。また、セラミック部５１０と同一の条件（酸化イットリウム粉末を含む）で焼成したセラミック材の相対密度は約９８％であった。

【0085】

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、本開示は上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0086】

１、２、３、４、５ 潜熱蓄熱体
１１０、１３０、２１０、２３０、２５０Ａ、２５０Ｂ、３１０、３５０Ａ、３５０Ｂ、５１０ セラミック部
１１１、１３１、２１１、３１１、３３１、５１１ 閉空間
１２０、１４０、２２０、２６０、３２０、３６０、５２０ 金属部
５３１、５３２、５３３ グリーンシート
５４０ ケイ素切片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】