特許 7659227 潜熱蓄熱装置およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-01

(45)【発行日】2025-04-09

(54)【発明の名称】潜熱蓄熱装置およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/02 20060101AFI20250402BHJP

   F28F 23/02 20060101ALI20250402BHJP

【ＦＩ】

F28D20/02 F

F28F23/02 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021039237

(22)【出願日】2021-03-11

(65)【公開番号】P2022139032

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2024-01-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【氏名又は名称】有原 幸一

(72)【発明者】

【氏名】田中 洋臣

(72)【発明者】

【氏名】後藤 祐介

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６４－０４６５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０２２１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１０５２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１６２８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０１４０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１８９７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９４９７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ２０／０２

Ｆ２８Ｆ ２３／０２

Ｂ６０Ｈ １／０８

Ｃ０９Ｋ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩を担持する過冷却防止媒体を収納した種結晶部と、
前記種結晶部と断続可能に連通する潜熱蓄熱材を収容した蓄熱部と、
前記種結晶部と前記蓄熱部を分割する狭窄部と、
前記潜熱蓄熱材への伝熱部と、
前記種結晶部と前記蓄熱部との間を開閉可能に移動するシール部を先端に有するバルブと
を備えた潜熱蓄熱装置であって、
前記バルブの基端が、前記潜熱蓄熱装置の前記種結晶部側に配置されており、前記過冷却防止媒体が、前記シール部よりも基端側のバルブの部位に配置され、
前記シール部を前記狭窄部に押し当ることで前記狭窄部を閉じることができ、
前記水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩の一部が前記過冷却防止媒体の表面から露出している潜熱蓄熱装置。

【請求項2】

前記シール部のシール材と、前記過冷却防止媒体の前記アルカリ土類金属の塩を担持する担体とが、同一の材質により一体形成されてなるものである請求項１に記載の潜熱蓄熱装置。

【請求項3】

前記材質が室温硬化性シリコーンゴムである請求項２に記載の潜熱蓄熱装置。

【請求項4】

潜熱蓄熱装置の種結晶部と蓄熱部との間を開閉可能に移動するバルブの先端部であって、前記種結晶部と前記蓄熱部との間を閉じるために前記潜熱蓄熱装置の一部と接触する領域である接触部位と、この接触部位よりも基端側の領域である基端部位とに、未硬化のシール材を付与する工程と、
前記基端部位に付与された前記未硬化のシール材の表面に、水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩を圧入して、その一部分を埋め込む工程と、
前記未硬化のシール材を硬化させ、前記接触部位にシール部を形成するとともに、前記基端部位に過冷却防止媒体を形成する工程と
を含む潜熱蓄熱装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、潜熱蓄熱装置およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、車両等の移動体のエンジンを始動する際に、暖機を促進して燃費向上や排ガスの浄化を行ったり、暖房性能を向上するために、移動体から排出される熱エネルギを蓄熱材に一時的に蓄えて使用する蓄熱装置が種々提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、加熱溶融後の放冷時に過冷却状態を生じさせる潜熱型蓄熱物質を納めた蓄熱容器と、蓄熱物質への伝熱手段と、過冷却状態を崩壊させる結晶核形成物質を納めた種結晶容器と、蓄熱容器と種結晶容器との各内部を連通させる連通手段と、この連通手段の連通断続手段とを備えた蓄熱装置が記載されている。この蓄熱装置は、種結晶容器内の、連通手段から最も隔たった個所に結晶核形成物質を充填すると共に、残余の空間に潜熱型蓄熱物質を満たしたことを特徴とするものである。

【0004】

特許文献１に記載されているような過冷却タイプの潜熱型蓄熱物質の蓄熱原理は、固相の状態でその融点以上に加熱されると、液相に変態する。この液相は融点以下に冷却しても再結晶化することなく、過冷却状態として液相を保ちつづけ、加熱時の吸収熱が潜熱として蓄えられる。この吸収熱を利用したい時に、過冷却状態を崩壊させる働きをもった結晶核形成物質を蓄熱物質に触れさせることによって、再結晶化することから、蓄積潜熱は液相から固相への状態変化に伴う放散熱として、極短時間で取り出すことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開昭６３－６８４１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

このように、過冷却状態にある液相の蓄熱物質を任意のタイミングで発核させて、固相に相変化させるためには、種結晶が必要である。その種結晶を安定して保持するために、融点以下では蓄熱物質を強制的に固体へと相変化させる過冷却防止剤を用いることが知られている。

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載されている蓄熱装置において、種結晶容器に過冷却防止剤を用いると、放熱時に蓄熱容器と種結晶容器を連通させ、蓄熱容器内の蓄熱物質が種結晶容器側に流れる際、蓄熱物質に過冷却防止剤が溶出すると、蓄熱容器内へ過冷却防止剤が混入し、蓄熱容器での蓄熱ができなくなるという問題がある。

【0008】

特に、蓄熱物質への伝熱時に蓄熱容器だけでなく種結晶容器までも温度が上昇してしまうと、過冷却防止剤の溶出が大きくなるため、過冷却防止剤を収容する種結晶容器を蓄熱容器から遠ざけて配置する必要があり、よって、蓄熱装置をコンパクトにできないという課題があった。

【0009】

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、過冷却防止剤が潜熱蓄熱材へ溶出することによる蓄熱の不具合を抑止できるとともに、過冷却防止剤を伝熱手段の近傍に配置することが可能で、潜熱蓄熱装置をコンパクトにできる潜熱蓄熱装置およびそ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】

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、潜熱蓄熱装置であって、水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩を担持する過冷却防止媒体を収納した種結晶部と、前記種結晶部と断続可能に連通する潜熱蓄熱材を収容した蓄熱部と、前記潜熱蓄熱材への伝熱部と、前記種結晶部と前記蓄熱部との間を開閉可能に移動するシール部を先端に有するバルブとを備え、前記バルブの基端は、前記潜熱蓄熱装置の前記種結晶部側に配置されており、前記過冷却防止媒体は、前記シール部よりも基端側のバルブの部位に配置されている。

【0011】

また、本発明は、別の態様として、潜熱蓄熱装置の製造方法であって、潜熱蓄熱装置の種結晶部と蓄熱部との間を開閉可能に移動するバルブの先端部であって、前記種結晶部と前記蓄熱部との間を閉じるために前記潜熱蓄熱装置の一部と接触する領域である接触部位と、この接触部位よりも基端側の領域である基端部位とに、未硬化のシール材を付与する工程と、前記基端部位に付与された前記未硬化のシール材の表面に、水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩を圧入して、その一部分を埋め込む工程と、前記未硬化のシール材を硬化させ、前記接触部位にシール部を形成するとともに、前記基端部位に過冷却防止媒体を形成する工程とを含む。

【発明の効果】

【0012】

このように本発明よれば、過冷却防止剤を担持する過冷却防止媒体を潜熱蓄熱装置の種結晶部に収納することで、過冷却防止剤が潜熱蓄熱材へ溶出することによる蓄熱の不具合を抑止できるとともに、この過冷却防止媒体は伝熱部の近傍に配置することが可能で、よって、潜熱蓄熱装置をコンパクトにできる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る潜熱蓄熱装置の一実施の形態を模式的に示す断面図である。

【図2】図１に示す潜熱蓄熱装置の放熱時の状態を模式的に示す断面図である。

【図3】本発明に係る潜熱蓄熱装置の別の実施の形態を模式的に示す断面図である。

【図4】図３に示す潜熱蓄熱装置の放熱時の状態を模式的に示す断面図である。

【図5】本発明に係る潜熱蓄熱装置の更に別の実施の形態を模式的に示す断面図である。

【図6】図５に示す潜熱蓄熱装置の放熱時の状態を模式的に示す断面図である。

【図7】本発明に係る潜熱蓄熱装置の製造方法の一実施の形態を模式的に説明するフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して、本発明に係る潜熱蓄熱装置およびその製造方法の一実施の形態について説明する。

【0015】

［第１の実施形態の潜熱蓄熱装置］
第１の実施形態の潜熱蓄熱装置１Ａは、図１に示すように、ニードルバルブ１０と、ニードルバルブ１０のシール部１１を収容する本体容器２０とを主に備える。本体容器２０は、水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩を担持する過冷却防止媒体１２を収納する円筒形の種結晶部２２と、種結晶部と断続可能に連通する潜熱蓄熱材２４を収容する円筒形の蓄熱部２１とを主に備える。また、種結晶部２２にも、潜熱蓄熱材２４が収容されている。

【0016】

潜熱蓄熱装置１Ａは、本体容器２０の中央位置に、蓄熱部２１および種結晶部２２よりも内径が狭い狭窄部２３を備えており、これによって本体容器２０内が蓄熱部２１と種結晶部２２に分割されている。また、種結晶部２２には、狭窄部２３を開閉可能に移動するシール部１１を先端に備えるバルブ１０の基端側が設けられている。

【0017】

バルブ１０は、その先端から順に、狭窄部２３の内径よりも大きい円錐形状のシール部１１と、過冷却防止媒体１２と、シール部１１を狭窄部２３に対して開閉可能に移動させるためのスピンドル１３とを備える。なお、シール部の円錐面の角度は、狭窄部２３と種結晶部２２とを結ぶ円錐面の角度に適合するものである。シール部１１の狭窄部２３に対する開閉の移動は、潜熱蓄熱装置１Ａの制御回路（図示省略）によって制御される。

【0018】

シール部１１の表面は弾性体で形成されており、本体容器２０の狭窄部２３に押し当ることで、狭窄部２３を閉じることができる。過冷却防止媒体１２は、シール部１１と同じ弾性体で表面が形成されており、この弾性体の表面には、過冷却防止剤である、水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩が担持されている。

【0019】

アルカリ土類金属としては、過冷却防止剤として優れた過冷却防止効果を奏するとともに、水に不溶性又は難溶性の塩を生成するという観点から、ストロンチウムやバリウムなどが好ましい。また、水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩としては、硫酸ストロンチウムや、炭酸ストロンチウム、硫酸バリウム、炭酸バリウムなどが好ましい。このように、水に不溶性又は難溶性の塩である過冷却防止剤が、過冷却防止媒体１２に担持されていることから、過冷却防止剤が過冷却防止媒体１２から流出し、狭窄部２３を通って、潜熱蓄熱材２４を収容する蓄熱部２１に移動することを防ぐことができる。

【0020】

なお、本明細書において、「水に不溶性」とは、常温（２５℃）で水１００ｇに対する溶解度が０．０１ｇ以下のものをいう。また、「水に難溶性」とは、常温（２５℃）で水１００ｇに対する溶解度が０．１ｇ以下で０．０１ｇ超のものをいう。硫酸ストロンチウムの溶解度は０．０１４ｇ／水１００ｍｌであり、水に難溶性である。炭酸ストロンチウムの溶解度は０．００１１ｇ／水１００ｍｌであり、水に不溶性である。硫酸バリウムの溶解度は、２．５×１０^－４ｇ／水１００ｍｌであり、水に不溶性である。

【0021】

シール部１１の弾性体としては、潜熱蓄熱材２４が蓄熱部２１と種結晶部２２との間を連通するのを遮断できるように狭窄部２３内面と密着可能な材料であれば、特に限定されないが、ゴムや、エラストマー、樹脂などを挙げることができる。特に、柔軟性や、加熱と冷却の繰り返しに対する耐久性の高さから、ゴムが好ましい。ゴムとしては、具体的には、シリコーンゴムや、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ブチルゴムなどを挙げることができる。柔軟性に優れた材質を使用することで、潜熱蓄熱材２４が相変化する際の体積変化や、結晶の成長過程での潜熱蓄熱材２４相変化時の応力の発生を緩和することができる。

【0022】

また、シール部１１のシール材（すなわち、弾性体）と、過冷却防止媒体１２の過冷却防止剤を担持する担体とを、同一の材質により一体形成されてなるものを用いることが好ましい。シール部１１と過冷却防止媒体１２とを一体形成することで、潜熱蓄熱装置１Ａの部品点数を削減して製造コストの低減化を図れるとともに、シール部１１のシール性を確保しつつ、過冷却防止媒体１２では、その表面上に過冷却防止剤の結晶を露出させることができる。

【0023】

潜熱蓄熱材２４としては、固相の状態でその融点以上に加熱されると、液相に状態変化し、その後、融点以下に冷却しても過冷却状態として液相を保ちつづけ、加熱時の吸収熱を潜熱として蓄えることができる物質であれば、特に限定されないが、例えば、塩化カルシウム水和物や、酢酸ナトリウム水和物、硫酸ナトリウム水和物などが好ましい。

【0024】

本体容器２０は、潜熱蓄熱材２４を固相および液相の間で状態変化させるための加熱および冷却に耐え得るものでよく、従来の潜熱蓄熱装置における潜熱蓄熱材を収容する容器の素材や構造を用いてもよい。例えば、素材としては、熱伝導性が良好なことから、ステンレス鋼や、アルミニウム合金、真鍮等が挙げられ、構造としては、直方体や、その他の任意の立体形状でよい。また、潜熱蓄熱装置１Ａの外周面には、潜熱蓄熱材２４への伝熱手段として、例えば、伝熱面積増大用フィンなどの伝熱部（図示省略）が取り付けてある。フィンとしては、ヒレ状フィンや、コルゲートフィンなどを採用してよい。

【0025】

このような構成を有する潜熱蓄熱装置１Ａの蓄熱および放熱について、図１及び図２を参照して説明する。先ず、蓄熱が完了しており、放熱を行う前の状態の潜熱蓄熱装置１Ａは、図１に示すように、ニードルバルブ１０が閉じられた状態であり、シール部１１が狭窄部２３に密着している。蓄熱部２１内には液相の潜熱蓄熱材２４Ｌが収容されている。種結晶部２２内には過冷却防止媒体１２が配置されていることから、種結晶部２２内は、固相の潜熱蓄熱材２４Ｓ、すなわち、種結晶となっている。

【0026】

次に、潜熱蓄熱装置１Ａの放熱を行う場合、潜熱蓄熱装置１Ａは、図２に示すように、ニードルバルブ１０を移動させて狭窄部２３を開くことで、蓄熱部２１内の液相の潜熱蓄熱材２４Ｌが、狭窄部２３の流路２５を通って種結晶部２２内に流れ、種結晶部２２内の種結晶となっている固相の潜熱蓄熱材２４Ｓと接触する。これによって、液相の潜熱蓄熱材２４Ｌが発核して固相となり、放熱が起こる。

【0027】

放熱が完了するまで、蓄熱部２１内は固相の潜熱蓄熱材２４Ｓである。この状態で、潜熱蓄熱装置１Ａの蓄熱を開始する。蓄熱部２１内も種結晶部２２内も全て固相の潜熱蓄熱材２４Ｓであるため、ニードルバルブ１０を閉じることはできない。

【0028】

蓄熱が完了すると、蓄熱部２１内および種結晶部２２内の潜熱蓄熱材２４は、融点以上に加熱されているため、いずれも液相となる。この状態になったら、ニードルバルブ１０を閉めることができる。

【0029】

その後、潜熱蓄熱装置１Ａが融点以下に冷却されると、種結晶部２２内の潜熱蓄熱材２４Ｌは、過冷却防止媒体１２が配置されているため、固相に状態変化する。よって、再び、図１に示すように、放熱を行う準備状態となる。このように第１の実施形態の潜熱蓄熱装置１Ａは放熱と蓄熱を繰り返し行うことができる。

【0030】

なお、過冷却防止剤が担持されておらず、過冷却防止剤が潜熱蓄熱材に混入してしまうと、蓄熱完了時、種結晶内２２内の液相の潜熱蓄熱材２４Ｌに、潜熱蓄熱材と過冷却防止剤からなる種結晶が残り、この種結晶が、狭窄部２３の流路２５を通って、蓄熱部２１内の液相の潜熱蓄熱材２４Ｌにまで流れてくるおそれがある。蓄熱部２１内に過冷却防止剤が混入してしまうと、蓄熱部２１内の液相の潜熱蓄熱材２４Ｌが過冷却状態にならず、蓄熱できなくなってしまうという問題が発生する。

【0031】

第１の実施形態の潜熱蓄熱装置１Ａでは、過冷却防止剤が担持された過冷却防止媒体１２として種結晶部２２内に収納されており、また、水に不溶性または難溶性の塩であることから、潜熱蓄熱材２４へ流出することがなく、よって、過冷却防止剤が蓄熱部２１内に混入することを防ぐことができる。

【0032】

なお、本発明の潜熱蓄熱装置は、上述した第１の実施形態に限定されず、多種多様な実施形態とすることができる。例えば、図３、図４に示す第２の実施形態の潜熱蓄熱装置１Ｂや、図５、図６に示す第３の実施形態の潜熱蓄熱装置１Ｃのように、先端部がニードル状ではないバルブとしてもよいし、先端部のシール部と過冷却防止媒体は、同一材質による一体形成されたものでなくてもよい。以下、より具体的に説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略している。

【0033】

［第２の実施形態］
第２の実施形態の潜熱蓄熱装置１Ｂは、図３に示すように、バルブ３０と、バルブ３０のシール部３１を収容する本体容器４０とを主に備える。バルブ３０と本体容器４０との間には、シール性を確保するために、Ｏリング３４が設けられている。

【0034】

バルブ３０は、その先端から順に、先端側が広い円錐形状のシール部３１と、過冷却防止媒体３２と、シール部３１を開閉可能に移動させるためのスピンドル３３とを備える。過冷却防止媒体３２は、スピンドル３３のシール部３１に隣接する部位に配置されている。

【0035】

本体容器４０は、過冷却防止媒体３２を収納する円筒形状の種結晶部４２と、種結晶部と断続可能に連通する潜熱蓄熱材４４を収容する円筒形状の蓄熱部４１とを主に備える。蓄熱部４１より種結晶部４２の方が内径が狭い。

【0036】

潜熱蓄熱装置１Ｂは、本体容器４０の中央位置に、円錐台形状の狭窄部４３を備えている。シール部３１の円錐面の角度は、狭窄部４３の円錐面の角度に適合するものである。

【0037】

このような構成を有する潜熱蓄熱装置１Ｂでは、放熱を行う前の状態は、図３に示すように、バルブ３０が閉じられた状態であり、シール部３１が狭窄部４３に密着している。蓄熱部４１内には液相の潜熱蓄熱材４４Ｌが収容されている。種結晶部４２内には過冷却防止媒体３２が配置されていることから、種結晶部４２内は、固相の潜熱蓄熱材４４Ｓ、すなわち、種結晶となっている。

【0038】

次に、潜熱蓄熱装置１Ｂの放熱を行う場合、潜熱蓄熱装置１Ｂは、図４に示すように、バルブ３０を移動させて狭窄部４３を開くことで、蓄熱部４１内の液相の潜熱蓄熱材４４Ｌが、狭窄部４３の流路４５を通って種結晶部４２内に流れ、種結晶部４２内の種結晶となっている固相の潜熱蓄熱材４４Ｓと接触し、液相の潜熱蓄熱材４４Ｌが発核して固相となり、放熱が起こる。

【0039】

放熱が完了し、更に蓄熱が完了すると、蓄熱部４１内および種結晶部４２内の潜熱蓄熱材４４は融点以上となっており、液相となっていることから、バルブ３０を閉める。その後、潜熱蓄熱装置１Ｂが融点以下に冷却されると、種結晶部４２内の潜熱蓄熱材４４Ｌは、過冷却防止媒体３２が配置されているため、固相に状態変化する。よって、再び、図３に示すように、放熱を行う準備状態となる。このように第２の実施形態の潜熱蓄熱装置１Ｂは放熱と蓄熱を繰り返し行うことができる。

【0040】

［第３の実施形態］
第３の実施形態の潜熱蓄熱装置１Ｃは、図５に示すように、バルブ５０と、バルブ５０のシール部５１を収容する本体容器６０とを主に備える。バルブ５０と本体容器６０との間には、シール性を確保するために、グロメット５４が設けられている。

【0041】

バルブ５０は、その先端から順に、板形状のシール部５１と、過冷却防止媒体５２と、シール部５１を開閉可能に移動させるためのスピンドル５３とを備える。過冷却防止媒体５２は、スピンドル５３のシール部５１に隣接する部位に配置されている。

【0042】

本体容器６０は、過冷却防止媒体５２を収納する種結晶部６２と、種結晶部と断続可能に連通する潜熱蓄熱材６４を収容する円筒形状の蓄熱部６１とを主に備える。種結晶部６２は、シール部５１の背面５１Ｂとグロメット５４の内面５５とに囲まれた部分である。

【0043】

このような構成を有する潜熱蓄熱装置１Ｃでは、放熱を行う前の状態は、図５に示すように、バルブ５０が閉じられた状態であり、シール部５１の背面５１Ｂがグロメット５４の内面５５に密着している。蓄熱部６１内には液相の潜熱蓄熱材６４Ｌが収容されている。種結晶部６２内には過冷却防止媒体５２が配置されていることから、種結晶部６２内は、固相の潜熱蓄熱材６４Ｓ、すなわち、種結晶となっている。

【0044】

次に、潜熱蓄熱装置１Ｃの放熱を行う場合、潜熱蓄熱装置１Ｃは、図６に示すように、バルブ５０を移動させてシール部５１とグロメット５２との間を開くことで、蓄熱部６１内の液相の潜熱蓄熱材６４Ｌが、その間の流路６５を通って種結晶部６２内に流れ、種結晶部６２内の種結晶となっている固相の潜熱蓄熱材６４Ｓと接触し、液相の潜熱蓄熱材６４Ｌが発核して固相となり、放熱が起こる。

【0045】

放熱が完了し、更に蓄熱が完了すると、蓄熱部６１内および種結晶部６２内の潜熱蓄熱材６４は融点以上となっており、液相となっていることから、バルブ５０を閉める。その後、潜熱蓄熱装置１Ｃが融点以下に冷却されると、種結晶部６２内の潜熱蓄熱材６４Ｌは、過冷却防止媒体５２が配置されているため、固相に状態変化する。よって、再び、図５に示すように、放熱を行う準備状態となる。このように第３の実施形態の潜熱蓄熱装置１Ｃは放熱と蓄熱を繰り返し行うことができる。

【0046】

次に、本発明に係る潜熱蓄熱装置の製造方法一実施の形態について説明する。

【0047】

本実施の形態の潜熱蓄熱装置の製造方法は、図７に示すように、アルカリ土類金属の陽イオンを含有する水溶液７１（単に「陽イオン含有水溶液」とも呼ぶ）と、アルカリ土類金属の陽イオンと反応して水に不溶性又は難溶性の塩を生成する陰イオンを含有する水溶液７２（単に「陰イオン含有水溶液」とも呼ぶ）とを混合する工程（図７（ａ））と、これら水溶液が反応し、水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩７３（過冷却防止剤）の沈殿物が生成する工程（図７（ｂ））と、ニードルバルブ８０の先端部８１全体に、未硬化のシール材７４を付与する工程（図７（ｃ））と、先端部８１の基端部位８３の未硬化のシール材７４の表面に、過冷却防止剤７３を圧入する工程（図７（ｄ））と、未硬化のシール材を硬化させる工程（図示省略）とを含む。各工程について更に詳細に説明する。

【0048】

混合工程では、図７（ａ）に示すように、スクリュー瓶等の容器７０に、アルカリ土類金属の陽イオンを含有する水溶液７１を入れる。アルカリ土類金属としては、上述したように、例えば、ストロンチウムやバリウムなどである。その水溶液としては、水に不溶性又は難溶性の塩を生成するという観点から、塩化アルカリ土類金属水溶液や、水酸化アルカリ土類金属水溶液、硝酸アルカリ土類金属水溶液などが好ましい。陽イオン含有水溶液７１の濃度は、特に限定されないが、例えば、０．１～１．５ｍｏｌ／Ｌが好ましく、１～１．２ｍｏｌ／Ｌがより好ましい。

【0049】

そして、アルカリ土類金属の陽イオンと反応して水に不溶性又は難溶性の塩を生成する陰イオンを含有する水溶液７２を容器１０に入れる。このような陰イオンとしては、陽イオン含有水溶液７１の種類によって異なるが、例えば、硫酸イオンや、炭酸イオン、酸化物イオンなどが好ましい。また、陰イオン含有水溶液７２の濃度は、陽イオン含有水溶液７１の濃度に合わせて、水に不溶性又は難溶性の塩が生成するのに必要な理論量でよい。

【0050】

沈殿物生成工程では、図７（ｂ）に示すように、陽イオン含有水溶液７１中のアルカリ土類金属の陽イオンと、陰イオン含有水溶液７２中の陰イオンとが反応し、水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩７３が沈殿する。この水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩７３が、過冷却防止剤として機能する。この反応の一例として、陽イオン含有水溶液７１が塩化ストロンチウム水溶液、陰イオン含有水溶液７２が希硫酸である場合の反応式を、以下に示す。この反応では、硫酸ストロンチウムが過冷却防止剤として生成する。
ＳｒＣｌ_２＋Ｈ_２ＳＯ_４→ＳｒＳＯ_４＋２ＨＣｌ

【0051】

水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩７３の沈殿物は、濾過した後、乾燥させることで、水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩７３の粒状物を得ることができる。粒状物の粒径は、特に限定されないが、例えば、１０～１０００μｍの範囲であればよい。

【0052】

シール材付与工程では、図７（ｃ）に示すように、ニードルバルブ８０の先端部８１の全体（潜熱蓄熱装置の種結晶部と蓄熱部との間を閉じるために、潜熱蓄熱装置の一部と接触する領域を含む接触部位８２と、この接触部位８２よりも基端側の領域である基端部位８３とを含む）に、未硬化のシール材７４を塗布する。シール材は、硬化して弾性体となるものである。弾性体としては、上述したように、例えば、ゴムや、エラストマー、樹脂などを挙げることができ、特に、ゴムが好ましく、具体的には、シリコーンゴムなどである。

【0053】

未硬化のシール材７４の付与は、例えば、スプレー噴霧や、塗布などによって、ニードルバルブ８０の先端部８１表面に、未硬化のシール材７４を均等な厚さで付与することができる。未硬化のシール材７４の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１～１０ｍｍの範囲であればよい。

【0054】

過冷却防止剤圧入工程では、図７（ｄ）に示すように、先端部８１の基端部位８３にだけ、未硬化のシール材７４の表面に、水に不溶性又は難溶性の塩７３の粒状物を圧入する。これにより、水に不溶性又は難溶性の塩７３の粒状物の一部分を、未硬化のシール材７４に埋め込むことができる。水に不溶性又は難溶性の塩７３は、基端部位８３において、単位面積当たり、例えば、０．１～１０ｇの範囲であれば、潜熱蓄熱装置の過冷却防止剤として十分に機能させることができる。

【0055】

シール材硬化工程では、未硬化のシール材７４を硬化させることで、潜熱蓄熱装置の種結晶部と蓄熱部との間を開閉可能に移動するバルブにおいて、その先端部８１の接触部位８２にシール部を形成することができ、基端部位８３に過冷却防止媒体を形成することができる。シール材の硬化は、例えば、２液混合による硬化や、加熱による硬化、空気中の湿気による硬化（室温硬化）などによって行うことができるが、このうち、室温硬化が特に好ましい。常温で湿気に触れると硬化して弾性体になるため、成形が容易であり、また、精度の高い成型ができ、これよりシール部において、優れた耐振動性、耐衝撃性、耐熱性を確保することができる。このような硬化の種類に合わせて、未硬化のシール材の材質を選択する。例えば、室温硬化性シリコーン材を用いることが好ましい。

【0056】

このようにして得られたバルブを、潜熱蓄熱装置の本体容器に組み込むことで、本発明の潜熱蓄熱装置を製造することができる。

【実施例】

【0057】

以下、本発明の実施例について説明する。

【0058】

［過冷却防止媒体の調製］
塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）水溶液に１０ｗｔ％希硫酸を加えることで、硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ_４）の沈殿を生じさせた。この硫酸ストロンチウムの沈殿を濾紙で濾過し、乾燥させて、粉末状の硫酸ストロンチウムを得た。次に、この粉末状の硫酸ストロンチウム０．００３ｇに対し、室温硬化性のシリコーンゴム（スリーボンド社製の商品名：シリコーン系液状ガスケット、品番：ＴＢ１２１５）を１．０ｇ加えて混ぜ合わせ、粒径が約５～１０ｍｍの粒状物に成形した。そして、十分に放置して硬化させ、硫酸ストロンチウムが担持したシリコーンゴム体（すなわち、過冷却防止媒体）を得た。

【0059】

［過冷却防止効果の評価試験］
このようにして得た硫酸ストロンチウムが担持したシリコーンゴム（約０．０３ｇ）と、潜熱蓄熱材として塩化カルシウム６水和物（ＣａＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ）（約２０ｇ）とをスクリュー瓶に入れ、塩化カルシウム６水和物の融点である３０℃以上に加熱した。その後、チラーを用いて２～５℃に設定された冷却プレート上にスクリュー瓶を設置し、発核するかを調査した。冷却プレートは、冷却プレートとスクリュー瓶との伝熱を促進するために、水に浸し、設置したスクリュー瓶の底付近は水に浸り、効率よく冷却させた。この加熱と冷却の操作を、１５回繰り返し（ｎ＝１５）、発核回数を調べた。

【0060】

また、加熱と冷却の操作の繰り返しによる過冷却防止媒体の形状の変化（割れや、破片の有無）を観察し、耐久性を調査した。その際、シリコーンゴムから硫酸ストロンチウムが流出していないか確認するため、試験後にスクリュー瓶から過冷却防止媒体を取り除き、この状態で潜熱蓄熱材が過冷却状態になるか否かも調べた。なお、比較のため、活性炭についても同様の加熱と冷却の操作を繰り返し、その形状の変化を観察した。

【0061】

その結果、硫酸ストロンチウムが担持したシリコーンゴムは、発核回数が１５回と全ての回で発核し、試験中、過冷却防止効果を維持していた。また、耐久性についても、試験を通じて割れが発生することはなかった。試験後に過冷却防止媒体を取り除いた潜熱蓄熱材が冷却プレート上で過冷却状態になることも観察され、硫酸ストロンチウムがシリコーンゴムから流出していないことも確認できた。一方、活性炭は、１０回の繰り返しで、割れが発生してしまった。

【0062】

試験の結果から、シリコーンゴムに粉末状の硫酸ストロンチウムを加えて固めるだけでも、硫酸ストロンチウムの結晶の一部がシリコーンゴムの表面から露出し、周囲の塩化カルシウム６水和物の過冷却を防止していると考えられる。また、ゴム素材は、加熱と冷却の繰り返しに対して、割れが生じ難いということも確認できた。更に、流出試験の結果から、硫酸ストロンチウムは水に難溶性であり、よって、水に不溶性または難溶性の塩であれば、加熱と冷却を繰り返しても、シリコーンゴムから潜熱蓄熱材へ流出しないと推測される。よって、水に不溶性である炭酸ストロンチウムも、本発明の過冷却防止媒体として硫酸ストロンチウムと同等の効果が得られると推測される。

【0063】

また、硫酸バリウムや炭酸バリウムは、硫酸ストロンチウムや炭酸ストロンチウムと結晶構造が斜方晶で共通し、単位格子も非常に近いことから、過冷却防止効果を有すると推測される。更に、硫酸バリウムや炭酸バリウムは、水に不溶性である。よって、硫酸バリウムと炭酸バリウムも、本発明の過冷却防止媒体として硫酸ストロンチウムや炭酸ストロンチウムと同等の効果が得られるものと推測される。

【符号の説明】

【0064】

１ 潜熱蓄熱装置
１０ ニードルバルブ
１１、３１、５１ シール部
１２ 過冷却防止媒体
１３ スピンドル
１４ 過冷却防止剤
１５ 担体（シール材）
２０、４０、６０ 本体容器
２１、４１、６１ 蓄熱部
２２、４２、６２ 種結晶部
２３ 狭窄部
２４ 潜熱蓄熱材
２５、４５、６５ 流路
３０、４０ バルブ
３４ Ｏリング
５４ グロメット
７０ スクリュー瓶
７１ アルカリ土類金属の陽イオンを含有する水溶液
７２ 水に不溶性又は難溶性の塩を生成する陰イオンを含有する水溶液
７３ 水に不溶性又は難溶性のアルカリ土類金属の塩
７４ 未硬化のシール材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】