JP2000087020A - 蓄熱材組成物及びそれを用いた蓄熱式給湯器 - Google Patents

蓄熱材組成物及びそれを用いた蓄熱式給湯器

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JP2000087020A
JP2000087020A JP10256428A JP25642898A JP2000087020A JP 2000087020 A JP2000087020 A JP 2000087020A JP 10256428 A JP10256428 A JP 10256428A JP 25642898 A JP25642898 A JP 25642898A JP 2000087020 A JP2000087020 A JP 2000087020A
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threitol
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sugar alcohol
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English (en)
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Masanori Yamazaki
正典 山崎
Hiroyuki Kakiuchi
博行 垣内
Masayoshi Yabe
昌義 矢部
Shoichi Chihara
彰一 千原
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 家庭用としても制約がなく、危険性、毒性、
環境汚染等がなく、給湯装置等の温水製造用に使用でき
るところの、多価糖アルコール系蓄熱材組成物及びそれ
を用いた給湯器の提供。 【解決手段】 1.D−スレイトール及び/又はL−ス
レイトールを含むことを特徴とする蓄熱材組成物。 2.シェル側に充填された1項に記載の蓄熱材組成物、
熱交換用水管、上部バッファー槽及び下部バッファー槽
を備えたシェルアンドチューブ型の蓄熱槽、両バッファ
ー槽の間の熱媒体循環ライン、ポンプ及び循環ラインに
設けられた熱媒体加熱装置から構成されることを特徴と
する蓄熱式給湯器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱材組成物及び
それを用いた蓄熱式給湯器に関する。詳しくは、D−ス
レイトール及び/又はL−スレイトールを含む蓄熱材組
成物及びそれを用いた蓄熱式給湯器に関する。
【0002】
【従来の技術】潜熱蓄熱材は、顕熱蓄熱材に比べて蓄熱
密度が高く、相変化温度が一定であるという利点を生か
して実用化されている。溶融と凝固の繰返しに伴う潜熱
の出し入れを利用するため、その温度帯によって様々な
用途に使用される。潜熱蓄熱材としては氷、硫酸ナトリ
ウム・十水塩、塩化カルシウム・六水塩及び酢酸ナトリ
ウム・三水塩等が知られている。これらは比較的低温で
の潜熱を利用するために冷房設備や床暖房等に利用され
る。一方で、セラミックヒーターや給湯、ボイラーの廃
熱利用及び太陽エネルギーと組合わせた蓄熱設備を考慮
した場合、これまで以上の高温域において相変化を有す
るものが切望されている。高温域に相変化を有する蓄熱
材組成物の中、無機水和塩としては、水酸化バリウム・
八水塩、みょうばん類等が知られている。しかしなが
ら、前者は劇物であり、また、無機水和塩は、塩である
ため装置の腐食性が大きく実際の装置で用いる場合には
多くの問題点があるため実用化されていない。
【0003】一方、有機系の潜熱蓄熱材として、エリス
リトール、マンニトール、ガラクチトール等の糖アルコ
ールの使用がこれ迄にいろいろと提案されている(特開
平5−32963号公報、特表昭63−500946号
公報)。糖アルコールに蓄熱量が高く、毒性、環境汚染
性がなく、又、容器等への腐食性もなく、入手の容易さ
やコスト面からも高温型蓄熱材として好適である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の糖アルコールの中、meso−エリスリトール、マン
ニトール、ガラクチトール等は融点が120℃以上で、
家庭用も含め、温水を製造する蓄熱装置にそのまま用い
た場合、装置にかなりの耐圧性が要求され、装置として
のコスト上昇等を勘案すると実用性に問題がある。
【0005】一方、比較的融点の低いキシリトール(m
p 93.6℃)、ソルビトール(mp 106℃)等
については、一旦融点以上で融解すると再度冷却しても
0℃付近迄結晶化しない、いわゆる過冷却現象が著し
く、単独で蓄熱材として使用することは困難である。本
発明の目的は、家庭用でも制約が無く、危険性、毒性、
環境汚染等が無く、給湯装置等の温水製造に使用可能な
多価糖アルコール系の蓄熱材組成物及びそれを用いた蓄
熱式給湯器を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記事情
に鑑み鋭意検討した結果、meso−エリスリトールの
光学異性体であるD−スレイトール及びL−スレイトー
ルは、融点がそれぞれ約90℃であり、しかも、融解潜
熱量が270J/gであり、蓄熱密度も大きく、温水製
造用の蓄熱装置に用いる蓄熱材として好適であり、その
上、meso−エリスリトールを含め他の多価糖アルコ
ールとも任意の割合で相溶し、混合比率を変化させるこ
とにより、糖アルコールの融点を調整することができる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】即ち、本発明の要旨は、 1.D−スレイトール及び/又はL−スレイトールを含
むことを特徴とする蓄熱材組成物 2.シェル側に充填された1項に記載の蓄熱材組成物、
熱交換用水管、上部バッファー槽及び下部バッファー槽
を備えたシェルアンドチューブ型の蓄熱槽、両バッファ
ー槽の間の熱媒体循環ライン、ポンプ及び循環ラインに
設けられた熱媒体加熱装置から構成されることを特徴と
する蓄熱式給湯器、にある。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 (蓄熱材組成物)本発明の蓄熱材組成物は、蓄熱材とし
てD−スレイトール及び/又はL−スレイトールを含む
ものである。D−スレイトール及び/又はL−スレイト
ールの合計含有量は、蓄熱材組成物中の、通常10〜1
00重量%、好ましくは30〜100重量%、より好ま
しくは50〜100重量%である。
【0009】D−スレイトール又はL−スレイトールを
主成分とする蓄熱材の最大の利点は、蓄熱材の融点が9
0℃付近にあり、温水供給用の蓄熱装置に安全に且つ特
別な耐圧容器を必要とせずに用いることがきる点であ
る。その意味においてD−スレイトール又はL−スレイ
トールは単独で使用することができるが、更にD−スレ
イトール又はL−スレイトールを主成分とすることによ
りこれらの本来の性能を生かした蓄熱材とすることもで
きる。一方、他の化合物とブレンドすることにより、融
点を調整する働きを持たせることもできる。ブレンドす
る成分としては、蓄熱材の融点、蓄熱量、相溶性等の観
点から多価糖アルコールが最適である。中でもブレンド
成分の蓄熱量、入手の容易さ、熱に対する安定性等を考
慮に入れればmeso−エリスリトール、マンニトー
ル、ガラクチトール、ペンタエリスリトール、トリメチ
ロールエタン、トリメチロールプロパン等が好適で、更
に好ましくは、分子構造が全く同一で水酸基の立体配置
だけが異なるmeso−エリスリトールとの混合物が好
ましい。これによりmeso−エリスリトールから見れ
ば融点を下げることができ、例えば融点90〜100℃
として温水製造用の蓄熱装置に供することができる。こ
れらD−スレイトール又はL−スレイトールと多価糖ア
ルコールとの混合物において多価糖アルコールは単一種
を用いても複数種を組み合わせて使用しても良い。尚、
D−スレイトール又はL−スレイトールに関して、L−
スレイトールの製造を一例に挙げれば、L−トレオース
を還元することにより光学活性なL−スレイトールへ変
換することにより得られる。
【0010】本発明の蓄熱材組成物については、必須成
分であるD−スレイトール又はL−スレイトール及び必
要に応じて加えられる多価糖アルコール以外に、パラフ
ィン、グリセリン等の低分子化合物、ポリエチレングリ
コール、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、架橋ポ
リエチレン、フッ素樹脂等のポリマー等の公知の蓄熱
材、水不溶性吸水性樹脂、カルボキシメチルセルロー
ス、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、微粉
シリカ、合成マイカ等の増粘剤、フェノール系、アミン
系、ヒドロキシルアミン系、硫黄系、リン系等の酸化防
止剤、クロム酸塩、ポリリン酸塩、亜硝酸ナトリウム等
の金属腐食防止剤、炭酸カルシウム、リン酸カルシウ
ム、硫酸カルシウム、ピロリン酸カルシウム、リン酸ア
ルミニウム、リン酸銀、硫酸銀、塩化銀又はヨウ化銀等
の無機塩やステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグ
ネシウム、ステアリン酸バリウム又はパルミチン酸カル
シウム等の長鎖脂肪酸の有機塩やステアリン酸アミド等
の有機化合物等の過冷却防止剤を適宜添加することがで
きる。
【0011】本発明の蓄熱材組成物調合の方法は、特に
限定されないが、D−スレイトール、L−スレイトール
及び多価糖アルコールや公知の蓄熱材を混合して均一に
分散させればよい。より均一に分散させるためには、D
−スレイトール又はL−スレイトールをその融点以上の
温度まで加熱し、撹拌しながら多価糖アルコールを添加
する方法や逆に多価糖アルコールをその融点以上の温度
まで加熱し、撹拌しながらD−スレイトール又はL−ス
レイトールを添加する方法等が挙げられる。本発明の蓄
熱材組成物の使用方法としては、例えば、蓄熱容器に蓄
熱材組成物を充填するカプセル型、蓄熱容器を使用しな
いマイクロカプセル型等が挙げられる。カプセル型は、
蓄熱材組成物をカプセル等の蓄熱容器に注入し、蓄熱容
器を密封することにより得られる。カプセルの材質は使
用温度範囲で変形、溶融しない材質であれば特に制限は
なく、例えば、ステンレス、アルミニウム等の金属、ガ
ラス、ポリカーボネート等のエンジニアリングプラスチ
ック等が挙げられる。
【0012】カプセルの形状は、特に限定されず、例え
ば球状、板状、パイプ状、くびれ筒状、双子球状、波板
状等が挙げられ、用途に応じて適宜選択される。マイク
ロカプセル型は、微細な蓄熱材の粒子又はその集合体を
使用温度範囲で溶融、劣化しない樹脂等の被膜で覆った
もので、カプセル型に比べ表面積が極めて大きくなるの
で熱伝達効率が高いという利点がある。蓄熱システムに
おいては、カプセルやマイクロカプセルの周りを熱媒体
が流れ、カプセルやマイクロカプセルを被膜する樹脂が
熱交換器の役目を果たし、蓄熱、放熱が行われる。熱媒
体としては、水、水蒸気、エチレングリコール、シリコ
ンオイル、空気等が挙げられる。更にシェルアンドチュ
ーブ型の蓄熱装置等に直接、蓄熱材組成物を投入し、蓄
熱材と熱媒体との間でチューブを介して熱交換して用い
ることもできる。
【0013】(蓄熱式給湯器)本発明の蓄熱材組成物を
用いる蓄熱式給湯器の型式については特に限定されるも
のではないが、シェルアンドチューブ型のものは好まし
い具体例である。
【0014】図1は、本発明の蓄熱式給湯器1の一態様
を示す縦断面図である。蓄熱槽2は、シェルアンドチュ
ーブ型で、シェル側に蓄熱材3が充填され、熱交換用水
管4が設けられ、上部と下部には温水を貯える上部バッ
ファー槽5及び下部バッファー槽6が設けられている。
5と6との間には温水循環用パイプ7が設けられてお
り、必要に応じてポンプ8により温水が循環される。そ
して、熱媒体である温水は、循環ラインに設けられたヒ
ーター9により必要に応じて加熱される。また、熱媒体
加熱装置としては、図1では電気ヒーターを用いた場合
を例示したが、ガス、ゴミ焼却場の排熱等も使用可能で
ある。なお、シェルにおける熱交換用水管の容積割合
は、通常5〜60%、好ましくは10〜50%である。
【0015】深夜電力等を利用して蓄熱材へ熱を蓄える
場合は、蓄熱槽2の下部に設置された三方コック11に
より吸水口10からの水の供給は停止され、循環用パイ
プ7から蓄熱槽2へ水が流れるように制御する。ヒータ
ー9で加熱された水はポンプ8により上部バッファー槽
5に導入される。導入された水は実線矢印14の方向に
流れ、熱交換用水管4内を下降し、蓄熱材3へ熱を供給
する。その後、下部バッファー槽6から三方コック11
を経て、再びヒーター9により加熱される。次に蓄熱槽
から熱を取り出す場合は、吸水口10から水が三方コッ
ク11を経て蓄熱槽へ導入され、破線矢印15の方向に
流れ、蓄熱槽2で加熱され、温水となって給湯口13よ
り取り出される。蓄熱槽2に充填される蓄熱材の融点が
100℃を越える場合など、上部バッファー槽で温水は
100℃を越える加圧水となり、直接給湯口13から解
放すると蒸気となり危険である。そこで、三方コック1
1において、吸水口10から吸水される水の一部を循環
パイプ7へバイパスして、三方コック12において60
〜85℃の適温へと調整することが好ましい。
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施
例に限定されるものではない。エリスリトールは三菱化
学フーズ株式会社製、D−スレイトール及びL−スレイ
トールは(アルドリッチ社製試薬)を用いた。本発明の
融点測定は、蓄熱材組成物を直径φ5mmのアルミナ製
サンプルパン(Seiko Instruments社
製)に約5mg詰め、示差走査熱量計(Seiko I
nstruments社製DSC220)にて0〜16
0℃まで昇温し、次に160〜0℃まで5℃/分で降温
したときの融解温度、融解潜熱を測定した。
【0017】実施例1 D−スレイトールを5mgを秤量し、アルミニウムの簡
易密閉セルに封入し、示差走査熱量計(セイコー電子工
業社製、DSC220)で160℃まで昇温し、その後
5℃/分で冷却した際の融点、融解潜熱を測定した。結
果を表−1に示す。 実施例2 実施例1におけるD−スレイトールをL−スレイトール
にした以外は同様に行った。結果を表−1に示す。 実施例3〜7 D−スレイトール及びmeso−エリスリトールをそれ
ぞれ表−2に示す割合(重量比)で配合し、乳鉢で均一
に磨潰した後に5mg秤量し、実施例1と同様に測定を
行った。結果を表−2に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、D−スレイトール、L
−スレイトールはそれ自体、蓄熱密度が大きく温水製造
に最適な融点を持つ蓄熱材として使用し得ることが分か
る。また、多価糖アルコールと任意の割合で混合可能
で、それによって多価糖アルコールの融点を調整し得る
ことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の蓄熱式給湯器の縦断面図。
【符号の説明】
1 蓄熱式給湯器 2 蓄熱槽 3 蓄熱材 4 水管 5 上部バッファー槽 6 下部バッファー槽 7 循環用パイプ 8 ポンプ 9 ヒーター 10 吸水口 11、12 三方コック 13 給湯口 14 実線矢印 15 破線矢印
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢部 昌義 茨城県稲敷郡阿見町中央八丁目3番1号 三菱化学株式会社筑波研究所内 (72)発明者 千原 彰一 茨城県稲敷郡阿見町中央八丁目3番1号 三菱化学株式会社筑波研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 D−スレイトール及び/又はL−スレイ
    トールを含むことを特徴とする蓄熱材組成物。
  2. 【請求項2】 更に炭素数が4以上の多価糖アルコール
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の蓄熱材組成
    物。
  3. 【請求項3】 前記多価糖アルコールがmeso−エリ
    スリトール、マンニトール又はガラクチトールであるこ
    とを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄熱材組成物。
  4. 【請求項4】 シェル側に充填された請求項1ないし3
    のいずれかに記載の蓄熱材組成物、熱交換用水管、上部
    バッファー槽及び下部バッファー槽を備えたシェルアン
    ドチューブ型の蓄熱槽、両バッファー槽の間の熱媒体循
    環ライン、ポンプ及び循環ラインに設けられた熱媒体加
    熱装置から構成されることを特徴とする蓄熱式給湯器。
  5. 【請求項5】 シェルにおけるチューブの容積割合が5
    〜60%であることを特徴とする請求項4に記載の蓄熱
    式給湯器。
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