JP2009096826A

JP2009096826A - 蓄熱材組成物

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Publication number: JP2009096826A
Application number: JP2007266909A
Authority: JP
Inventors: Ayako Omori; 彩子大森; Yoshiyuki Morita; 善幸森田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-05-07

Abstract

【課題】単位量当たりの大きな蓄熱量を損なうことなく、蓄熱材の結晶化温度をさらに高めることが可能な蓄熱材組成物を提供する。
【解決手段】糖アルコールを主成分とする蓄熱材と、この蓄熱材の過冷却を防止する過冷却防止剤と、を含有する蓄熱材組成物であって、前記過冷却防止剤が、２つ以上のカルボキシル基を有する脂肪族カルボン酸類、２つ以上のカルボキシル基を有する芳香族カルボン酸類、２つ以上のアミド基を有する脂肪族アミド類、及び２つ以上のアミド基を有する芳香族アミド類よりなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする蓄熱材組成物を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、蓄熱材組成物に関し、特に、糖アルコールを主成分とする蓄熱材の過冷却を防止できる蓄熱材組成物に関する。

糖アルコールは、融解潜熱量が大きいことから、少ない容量で効率的に熱を蓄えることができる物質として知られている。また、糖アルコールは、毒性が無いうえ、耐腐食性も良好であることから、蓄熱材としての利用が期待されている。

ところが、糖アルコールは、蓄熱時（融解時）には物質固有の温度で融解するものの、放熱時（凝固時）には融解温度を下回っても固体化しない、いわゆる過冷却現象が起こるという課題を抱えている。このため、このような課題を解決すべく、種々の検討がなされている。

例えば、糖アルコールの過冷却を防止することを目的として、糖アルコール中に過冷却防止剤を添加してなる蓄熱材組成物の検討がなされている。具体的には、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、ヨウ化銀等の無機塩（特許文献１参照）、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミド等の炭素数１２以上の長鎖脂肪酸のアミド化合物（特許文献２参照）、層状ケイ酸塩（特許文献３参照）等の過冷却防止剤を含有する蓄熱材組成物が開示されている。このような過冷却防止剤を、糖アルコール中に０．０１重量％〜３０重量％添加することにより、糖アルコールの凝固（結晶化）を促進できるとされている。

また、糖アルコールに外部から刺激を与えることにより、結晶化を促進させて過冷却を防止する方法が検討されている。例えば、糖アルコールを含む潜熱蓄熱材を加熱して融解させる蓄熱工程、及びこれを冷却して凝固させる放熱工程を含み、放熱工程において潜熱蓄熱材に熱衝撃を与えることを特徴とする蓄熱方法が開示されている（特許文献４参照）。また、糖アルコールを含む潜熱蓄熱材組成物と熱媒体との間で熱交換を行う工程を含み、潜熱蓄熱材組成物から熱媒体への放熱工程において過冷却状態にある潜熱蓄熱材組成物に超音波を照射することを特徴とする蓄熱方法が開示されている（特許文献５参照）。これらの蓄熱方法によれば、潜熱蓄熱材の結晶化を促進することができ、過冷却を防止できるとされている。
特開平９−２４９８７５号公報特開平１０−８８１１７号公報特開平１０−１３０６３７号公報特開２０００−６３８１５号公報特開２０００−３８５７７号公報

しかしながら、上記特許文献１〜５に開示されている蓄熱材組成物や蓄熱方法では、ある程度、蓄熱材の過冷却を防止できるものの、その効果は未だ十分なものとは言えないのが現状である。例えば、より大きな過冷却防止効果を得るために、上記の過冷却防止剤の添加量を増やした場合にあっては、単位量当たりの蓄熱量が減少してしまい、逆に蓄熱性能が低下してしまう。従って、単位量当たりの大きな蓄熱量を損なうことなく、蓄熱材の結晶化温度をさらに高めることが可能な蓄熱組成物の開発が求められている。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、単位量当たりの大きな蓄熱量を損なうことなく、蓄熱材の結晶化温度をさらに高めることが可能な蓄熱材組成物を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、特定の構造を有する化合物からなる過冷却防止剤を、糖アルコールを主成分とする蓄熱材中に添加することにより、単位量当たりの大きな蓄熱量を損なうことなく、蓄熱材の結晶化温度を高めることが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１）糖アルコールを主成分とする蓄熱材と、この蓄熱材の過冷却を防止する過冷却防止剤と、を含有する蓄熱材組成物であって、前記過冷却防止剤が、２つ以上のカルボキシル基を有する脂肪族カルボン酸類、２つ以上のカルボキシル基を有する芳香族カルボン酸類、２つ以上のアミド基を有する脂肪族アミド類、及び２つ以上のアミド基を有する芳香族アミド類よりなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする蓄熱材組成物。

（２）前記糖アルコールが、ｍｅｓｏ−エリスリトール、Ｌ−エリスリトール、Ｄ−エリスリトール、ＤＬ−エリスリトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、キシリトール、Ｄ−アラビトール、Ｌ−アラビトール、ＤＬ−アラビトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−ソルビトール、ＤＬソルビトール、Ｄ−マンニトール、Ｌ−マンニトール、ＤＬ−マンニトール、Ｄ−スレイトール、Ｌ−スレイトール、及びＤＬ−スレイトールよりなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする（１）記載の蓄熱材組成物。

（３）前記過冷却防止剤が、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジアミド、及び芳香族ジアミドよりなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする（１）又は（２）記載の蓄熱材組成物。

（４）前記蓄熱材組成物中における前記過冷却防止剤の含有量が、０．１質量％〜３０質量％であることを特徴とする蓄熱材組成物。

本発明によれば、単位量当たりの大きな蓄熱量を損なうことなく、蓄熱材の結晶化温度をさらに高めることが可能な蓄熱材組成物を提供できる。

以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。

本発明に係る蓄熱材組成物は、糖アルコールを主成分とする蓄熱材と、この蓄熱材の過冷却を防止する過冷却防止剤と、を含有する。より詳しくは、糖アルコールが本来有する単位量当たりの大きな蓄熱量を損なうことなく、結晶化温度を高めることができる蓄熱材組成物である。

［蓄熱材］
本発明で用いられる蓄熱材は、糖アルコールを主成分とすることを特徴とする。糖アルコールは、相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱又は放熱を行う潜熱蓄熱物質であり、パラフィン等の他の潜熱蓄熱物質に比して大きな融解潜熱量を有する。このため、糖アルコールを主成分とする本発明の蓄熱材は、大きな蓄熱量を備える。本発明で用いられる蓄熱材は、糖アルコールを主成分とするものであればよく、糖アルコール以外にも糖類や無機塩類、無機塩水和物類等を含んでいてもよい。なお、糖アルコールとしては特に限定されず、従来公知の糖アルコールを用いることができる。

本発明では、従来公知の糖アルコールのうち、ｍｅｓｏ−エリスリトール、Ｌ−エリスリトール、Ｄ−エリスリトール、ＤＬ−エリスリトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、キシリトール、Ｄ−アラビトール、Ｌ−アラビトール、ＤＬ−アラビトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−ソルビトール、ＤＬ−ソルビトール、Ｄ−マンニトール、Ｌ−マンニトール、ＤＬ−マンニトール、Ｄ−スレイトール、Ｌ−スレイトール、及びＤＬ−スレイトールよりなる群から選ばれる一種又は二種以上の糖アルコールが好ましく用いられる。これらの糖アルコールを主成分として用いることにより、より大きな蓄熱量を有する蓄熱材が得られる。

なお、蓄熱材を、内燃機関等を熱源とした蓄熱に利用する場合には、蓄熱材の融点は高い方が好ましく、具体的には、融点が３０℃〜２００℃であることが好ましい。上記で例示した糖アルコールであれば、この範囲内の融点を有するため好ましい。

［過冷却防止剤］
本発明で用いられる過冷却防止剤は、２つ以上のカルボキシル基を有する脂肪族カルボン酸類、２つ以上のカルボキシル基を有する芳香族カルボン酸類、２つ以上のアミド基を有する脂肪族アミド類、及び２つ以上のアミド基を有する芳香族アミド類よりなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする。上記過冷却防止剤のうち、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジアミド、及び芳香族ジアミドよりなる群から選ばれる一種又は二種以上がより好ましく用いられる。

脂肪族ジカルボン酸の具体例としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、１，１０−デカンジカルボン酸、１，１２−ドデカンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等が挙げられる。芳香族ジカルボン酸の具体例としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等が挙げられる。

脂肪族ジアミドの具体例としては、オキサミド、マロンジアミド、コハク酸ジアミド、フマルアミド、アジボアミド等が挙げられる。芳香族ジアミドの具体例としては、フタルジアミド等が挙げられる。上記の脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジアミド、芳香族ジアミドは、いずれか一種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。

上記過冷却防止剤の含有量は、特に限定されないが、少量であることが好ましい。具体的には、蓄熱材組成物中における上記過冷却防止剤の含有量は、０．１質量％〜３０質量％であることが好ましい。上記過冷却防止剤の含有量が０．１質量％以上であれば、単位量当たりの蓄熱量を大きく損なうことなく、糖アルコールを主成分とする蓄熱材の結晶化を促進でき、結晶化温度を高めることができる。また、上記過冷却防止剤の含有量が３０質量％以下であれば、蓄熱材の含有量の減少に伴う単位量当たりの蓄熱量の減少を抑制できる。より好ましい過冷却防止剤の含有量は、１．０質量％〜１０質量％である。

本発明に係る蓄熱材組成物は、糖アルコールを主成分とする蓄熱材に対して、上記の過冷却防止剤を所定量添加して混合することにより得られる。添加、混合の方法は特に限定されず、蓄熱材と過冷却防止剤とを均一に混合できればよい。例えば、蓄熱材及び過冷却防止剤をそれぞれ所定量、秤量した後、メノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合することにより、所望の蓄熱材組成物が得られる。

以上の通り、本発明に係る蓄熱材組成物は、大きな融解潜熱量を有する糖アルコールを蓄熱材の主成分として用いるため、単位量当たりの大きな蓄熱量を有する。また、糖アルコールの過冷却を有効に防止できる過冷却防止剤を含有するため、単位量当たりの大きな蓄熱量を損なうことなく、蓄熱材の結晶化を促進でき、結晶化温度をさらに高めることができる。従って、蓄熱材組成物の使用に際して、過剰な冷却を伴うことなく蓄熱、放熱を繰り返すことができる結果、蓄熱材組成物の繰り返しの利用が可能である。

本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、％は質量％を表す。

［実施例１］
ｍｅｓｏ−エリスリトール（ＡＣＲＯＳＯＲＧＡＮＩＣＳ社製、以下同様）４９９５ｍｇと、コハク酸ジアミド（関東化学社製、以下同様）５ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、コハク酸ジアミド０．１％添加の蓄熱材組成物を得た。

［実施例２］
ｍｅｓｏ−エリスリトール４９５ｍｇと、コハク酸ジアミド５ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、コハク酸ジアミド１％添加の蓄熱材組成物を得た。

［実施例３］
ｍｅｓｏ−エリスリトール４７５ｍｇと、コハク酸ジアミド２５ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、コハク酸ジアミド５％添加の蓄熱材組成物を得た。

［実施例４］
ｍｅｓｏ−エリスリトール４５０ｍｇと、コハク酸ジアミド５０ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、コハク酸ジアミド１０％添加の蓄熱材組成物を得た。

［実施例５］
ｍｅｓｏ−エリスリトール３５０ｍｇと、コハク酸ジアミド１５０ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、コハク酸ジアミド３０％添加の蓄熱材組成物を得た。

［実施例６］
ｍｅｓｏ−エリスリトール３２５ｍｇと、コハク酸ジアミド１７５ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、コハク酸ジアミド３５％添加の蓄熱材組成物を得た。

［実施例７］
ｍｅｓｏ−エリスリトール４９５ｍｇと、セバシン酸（関東化学社製、以下同様）５ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、セバシン酸１％添加の蓄熱材組成物を得た。

［実施例８］
ｍｅｓｏ−エリスリトール４７５ｍｇと、セバシン酸２５ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、セバシン酸５％添加の蓄熱材組成物を得た。

［実施例９］
ｍｅｓｏ−エリスリトール４５０ｍｇと、セバシン酸５０ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、セバシン酸１０％添加の蓄熱材組成物を得た。

［比較例１］
ｍｅｓｏ−エリスリトール５００ｍｇを秤量し、これをメノウ乳鉢で充分に粉砕して過冷却防止剤無添加の蓄熱材組成物を得た。

［比較例２］
ｍｅｓｏ−エリスリトール４９５ｍｇと、ステアリン酸アミド（関東化学製、以下同様）５ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、ステアリン酸アミド１％添加の蓄熱材組成物を得た。

［比較例３］
ｍｅｓｏ−エリスリトール４７５ｍｇと、ステアリン酸アミド２５ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、ステアリン酸アミド５％添加の蓄熱材組成物を得た。

［比較例４］
ｍｅｓｏ−エリスリトール４５０ｍｇと、ステアリン酸アミド５０ｍｇを秤量した。次いで、これらをメノウ乳鉢で均一になるまで粉砕混合し、ステアリン酸アミド１０％添加の蓄熱材組成物を得た。

［評価］
実施例１〜９で調製した蓄熱材組成物それぞれを、アルミニウム製の簡易密封容器に５ｍｇ採取し、示差走査熱量計（ＤＳＣ：ＳｅｉｋｏＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＤＳＣ／２２０Ｃ）を用いて、室温〜１５０℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温した後、１０℃／ｍｉｎで冷却を行った際の融点、融解潜熱、結晶化温度の測定結果を表１に示した。また、過冷却防止剤の添加量と、蓄熱材の蓄熱量との関係を図１に示した。

一方、比較例１〜４でそれぞれ調製した蓄熱材組成物についても、実施例１〜９と同様にして、融点、融解潜熱、結晶化温度の測定を行った。測定結果を表２に示した。

表１及び表２に示されるように、実施例１〜９の蓄熱材組成物はいずれも、比較例１〜４の蓄熱材組成物と同等の大きな単位量当たりの蓄熱量を有するにも関わらず、比較例よりも高い結晶化温度を有することが確認された。また、図１に示されるように、過冷却防止剤の添加量の増加に伴い、単位量当たりの蓄熱量は減少するものの、過冷却防止剤の添加量が０．１質量％〜３０質量％の範囲内であれば、２００ｍＪ／ｍｇ以上の蓄熱量であり、パラフィンワックス等からなる蓄熱材と同等若しくはそれ以上の蓄熱量を有していると言えるため、過冷却防止剤の添加量は０．１質量％〜３０質量％の範囲内とするのが好ましいことが分かった。

本実施例の過冷却防止剤の添加量と蓄熱材の蓄熱量との関係を示す図である。

Claims

糖アルコールを主成分とする蓄熱材と、この蓄熱材の過冷却を防止する過冷却防止剤と、を含有する蓄熱材組成物であって、
前記過冷却防止剤が、２つ以上のカルボキシル基を有する脂肪族カルボン酸類、２つ以上のカルボキシル基を有する芳香族カルボン酸類、２つ以上のアミド基を有する脂肪族アミド類、及び２つ以上のアミド基を有する芳香族アミド類よりなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする蓄熱材組成物。
前記糖アルコールが、ｍｅｓｏ−エリスリトール、Ｌ−エリスリトール、Ｄ−エリスリトール、ＤＬ−エリスリトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、キシリトール、Ｄ−アラビトール、Ｌ−アラビトール、ＤＬ−アラビトール、Ｄ−ソルビトール、Ｌ−ソルビトール、ＤＬソルビトール、Ｄ−マンニトール、Ｌ−マンニトール、ＤＬ−マンニトール、Ｄ−スレイトール、Ｌ−スレイトール、及びＤＬ−スレイトールよりなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱材組成物。
前記過冷却防止剤が、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジアミド、及び芳香族ジアミドよりなる群から選ばれる一種又は二種以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄熱材組成物。
前記蓄熱材組成物中における前記過冷却防止剤の含有量が、０．１質量％〜３０質量％であることを特徴とする請求項１から３いずれか記載の蓄熱材組成物。