JP2015183973A - Supercooling-type latent heat storage material composition and heat storage system - Google Patents

Supercooling-type latent heat storage material composition and heat storage system Download PDF

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秀和 都築
Hidekazu Tsuzuki
秀和 都築
田中 賢吾
Kengo Tanaka
賢吾 田中
勇輝 岩野
Yuki Iwano
勇輝 岩野
池田 匡視
Masashi Ikeda
匡視 池田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a supercooling-type latent heat storage material composition which can be kept stably in a supercooling state prior to nucleating motion, has the certainty of nucleation in which crystallization surely proceeds as stimulus is applied by the nucleating motion, certainly returns to a supercooling state via melting of crystal by heating after heat dissipation, and has high reliability for repeated use of this cycle, and to provide a heat storage system using the same.SOLUTION: The supercooling-type latent heat storage material composition contains sodium acetate, water, and alcohol. The alcohol is one or more alcohols selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, 1-propanol, 2-butanol, and 1,3-butanediol. Molecular molar concentrations of sodium acetate, water, and alcohol, in a three-component system composition diagram, are within a polygon area with the points A, B, C, and D as vertices (with an area on a border line included). There is also provided a heat storage system using the supercooling-type latent heat storage material composition.

Description

この発明は、過冷却型潜熱蓄熱材組成物およびそれを用いた蓄熱システムに関する。   The present invention relates to a supercooled latent heat storage material composition and a heat storage system using the same.

従来、蓄熱材として、固相から液相への相変化(融解)による潜熱を利用する潜熱蓄熱材料が用いられている。潜熱蓄熱材料の中でも過冷却状態を利用する蓄熱材料は、凝固点以下でも過冷却状態で液相を保持し、外部刺激手段(発核手段)により液相から固相へ相変化(結晶化)して熱を放出する材料である。この外部刺激を与えて結晶化させる発核手段の動作により、任意のタイミングで潜熱蓄熱材料から熱の取り出しが可能となる。   Conventionally, a latent heat storage material that uses latent heat due to phase change (melting) from a solid phase to a liquid phase has been used as a heat storage material. Among the latent heat storage materials, heat storage materials that use the supercooled state retain the liquid phase in the supercooled state even below the freezing point, and phase change (crystallize) from the liquid phase to the solid phase by external stimulation means (nucleation means). It is a material that releases heat. Heat can be extracted from the latent heat storage material at an arbitrary timing by the operation of the nucleation means that crystallizes by applying the external stimulus.

潜熱蓄熱材料の利用においては、発核動作前は過冷却状態が安定に維持され、発核動作により刺激が与えられると速やかに結晶化が進行し、放熱後は加熱による結晶の融解を経て、過冷却状態に戻るサイクルが繰り返し利用できることが望まれている。
潜熱蓄熱材料を利用できる発核動作前の最低温度は、過冷却状態を安定に維持できる温度であり、例えば、自動車用途では、−20℃以下が求められている。
In the use of latent heat storage materials, the supercooled state is stably maintained before the nucleation operation, crystallization proceeds promptly when stimulated by the nucleation operation, and after heat dissipation, the crystal melts by heating, It is desired that the cycle to return to the supercooled state can be used repeatedly.
The minimum temperature before the nucleation operation in which the latent heat storage material can be used is a temperature at which the supercooled state can be stably maintained. For example, −20 ° C. or less is required for automobile applications.

また、近年の環境意識の高まりから暖機運転の短縮や中止が推奨され、エンジン始動後の各機構の速やかな稼動が要求されている。したがって、自動車に用いられる潜熱蓄熱材料には、発核動作後の、より確実、迅速な放熱が求められている。   Also, due to the recent increase in environmental awareness, it is recommended to shorten or cancel the warm-up operation, and prompt operation of each mechanism after the engine is started is required. Accordingly, latent heat storage materials used in automobiles are required to release heat more reliably and quickly after a nucleation operation.

これまで開発された潜熱蓄熱材料として、酢酸ナトリウム3水和物(特許文献1および2参照。)、硫酸ナトリウム10水和物等が挙げられる。
しかし、従来の潜熱蓄熱材料は、過冷却状態の安定性、結晶化の確実性および繰り返し利用の観点からの信頼性(繰り返し使用しても取り出せる熱量が変動しないなど)の点で、必ずしも十分な特性を有していなかった。
Examples of the latent heat storage material developed so far include sodium acetate trihydrate (see Patent Documents 1 and 2), sodium sulfate decahydrate, and the like.
However, conventional latent heat storage materials are not always sufficient in terms of the stability in the supercooled state, the certainty of crystallization, and the reliability from the viewpoint of repeated use (such as the amount of heat that can be extracted even after repeated use does not vary). It had no characteristics.

特開昭53−14173号公報JP-A-53-14173 特開平4−324092号公報JP-A-4-324092

したがって、本発明は、発核動作前は過冷却状態が安定性よく維持され、発核動作により刺激が与えられると確実に結晶化が進行する発核の確実性を有し、放熱後は、加熱による結晶の溶融を経て、過冷却状態に確実に戻り、このサイクルの繰り返し利用に対する高い信頼性を有する過冷却型潜熱蓄熱材組成物の提供を課題とする。さらに本発明は、このような優れた特性を示し、繰り返し利用に対する高い信頼性を有する過冷却型潜熱蓄熱材組成物を利用したシステムの提供を課題とする。   Therefore, the present invention maintains the supercooled state with good stability before the nucleation operation, and has the certainty of nucleation that reliably proceeds with crystallization when stimulated by the nucleation operation. An object of the present invention is to provide a supercooled latent heat storage material composition that reliably returns to a supercooled state through melting of crystals by heating and has high reliability for repeated use of this cycle. Furthermore, this invention makes it a subject to provide the system using the supercooling type | mold latent heat storage material composition which shows such an outstanding characteristic and has high reliability with respect to repeated use.

本発明の課題は、以下の手段によって達成された。
(1)酢酸ナトリウム、水およびアルコールを含有する過冷却型潜熱蓄熱材組成物であって、
前記アルコールが、エチレングリコール、プロピレングリコール、1−プロパノール、2−ブタノールおよび1,3−ブタンジオールからなる群より選択される1種以上のアルコールであり、
前記酢酸ナトリウム、前記水および前記アルコールそれぞれの分子モル濃度が、図1に示す酢酸ナトリウム、水およびアルコールの三成分系組成図において、点A(酢酸ナトリウム22.6mol%、水60.8mol%、アルコール16.6mol%)、点B(酢酸ナトリウム26.2mol%、水70.9mol%、アルコール2.9mol%)、点C(酢酸ナトリウム17.8mol%、水81.1mol%、アルコール1.1mol%)および点D(酢酸ナトリウム14.4mol%、水79.1mol%、アルコール6.5mol%)を頂点とする多角形の領域内(ただし、境界線上を含む。)にある過冷却型潜熱蓄熱材組成物。
(2)前記酢酸ナトリウム、前記水および前記アルコールそれぞれの前記分子モル濃度が、前記三成分系組成図において、E点(酢酸ナトリウム21.4mol%、水64.3mol%、アルコール14.3mol%)、B点(酢酸ナトリウム26.2mol%、水70.9mol%、アルコール2.9mol%)、F点(酢酸ナトリウム21.5mol%、水76.4mol%、アルコール2.1mol%)、G点(酢酸ナトリウム18.2mol%、水77.7mol%、アルコール4.1mol%)およびH点(酢酸ナトリウム18.2mol%、水72.7mol%、アルコール9.1mol%)を頂点とする多角形の領域内(ただし、境界線上を含む。)にある(1)に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。
(3)前記酢酸ナトリウム、前記水および前記アルコールそれぞれの前記分子モル濃度が、前記三成分系組成図において、M点(酢酸ナトリウム22.3mol%、水67.0mol%、アルコール10.7mol%)、J点(酢酸ナトリウム24.3mol%、水73.0mol%、アルコール2.7mol%)、K点(酢酸ナトリウム23.0mol%、水74.5mol%、アルコール2.5mol%)、L点(酢酸ナトリウム21.4mol%、水73.8mol%、アルコール4.8mol%)およびI点(酢酸ナトリウム21.4mol%、水67.9mol%、アルコール10.7mol%)を頂点とする多角形の領域内(ただし、境界線上を含む。)にある(1)または(2)に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。
(4)酢酸ナトリウム3水和物を形成する、前記酢酸ナトリウムおよび前記水の合計質量が、前記酢酸ナトリウム、前記水および前記アルコールの合計質量中、70質量%以上95質量%以下である(1)〜(3)のいずれか1項に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。
(5)増粘剤を、前記水および前記アルコールの合計質量100質量部に対して0.001質量部以上5.0質量部以下含有する(1)〜(4)のいずれか1項に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。
(6)−20℃以下で過冷却状態を維持し、発核動作により結晶化して発熱する(1)〜(5)のいずれか1項に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。
(7)(1)〜(6)のいずれか1項に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物を、過冷却状態から、発核動作により結晶化して放熱し、放熱後は加熱による結晶の溶融を経て、過冷却状態に戻るサイクルを、繰り返し利用する、蓄熱システム。
The object of the present invention has been achieved by the following means.
(1) A supercooled latent heat storage material composition containing sodium acetate, water and alcohol,
The alcohol is one or more alcohols selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, 1-propanol, 2-butanol and 1,3-butanediol;
In the ternary composition diagram of sodium acetate, water and alcohol shown in FIG. 1, the molecular molar concentrations of sodium acetate, water and alcohol are point A (sodium acetate 22.6 mol%, water 60.8 mol%, Alcohol 16.6 mol%), point B (26.2 mol% sodium acetate, water 70.9 mol%, alcohol 2.9 mol%), point C (sodium acetate 17.8 mol%, water 81.1 mol%, alcohol 1.1 mol) %) And point D (sodium acetate 14.4 mol%, water 79.1 mol%, alcohol 6.5 mol%) in the polygonal region (including on the boundary line) as the vertex, but supercooled latent heat storage Material composition.
(2) The molecular molar concentration of each of the sodium acetate, the water and the alcohol is point E in the ternary composition diagram (sodium acetate 21.4 mol%, water 64.3 mol%, alcohol 14.3 mol%). , B point (sodium acetate 26.2 mol%, water 70.9 mol%, alcohol 2.9 mol%), F point (sodium acetate 21.5 mol%, water 76.4 mol%, alcohol 2.1 mol%), G point ( Polygonal region having apexes of sodium acetate 18.2 mol%, water 77.7 mol%, alcohol 4.1 mol%) and point H (sodium acetate 18.2 mol%, water 72.7 mol%, alcohol 9.1 mol%) The supercooled latent heat storage material composition according to (1), which is inside (including on the boundary line).
(3) The molecular molar concentration of each of the sodium acetate, the water and the alcohol is the M point in the ternary composition diagram (sodium acetate 22.3 mol%, water 67.0 mol%, alcohol 10.7 mol%). , J point (sodium acetate 24.3 mol%, water 73.0 mol%, alcohol 2.7 mol%), K point (sodium acetate 23.0 mol%, water 74.5 mol%, alcohol 2.5 mol%), L point ( Polygonal region with apexes of sodium acetate 21.4 mol%, water 73.8 mol%, alcohol 4.8 mol%) and point I (sodium acetate 21.4 mol%, water 67.9 mol%, alcohol 10.7 mol%) The supercooling latent heat storage material composition according to (1) or (2), which is inside (including on the boundary line).
(4) The total mass of the sodium acetate and the water forming sodium acetate trihydrate is 70% by mass or more and 95% by mass or less in the total mass of the sodium acetate, the water and the alcohol (1 The supercooled latent heat storage material composition according to any one of (1) to (3).
(5) The thickening agent according to any one of (1) to (4), which contains 0.001 part by mass or more and 5.0 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total mass of the water and the alcohol. Supercooled latent heat storage material composition.
(6) The supercooled latent heat storage material composition according to any one of (1) to (5), wherein the supercooled state is maintained at −20 ° C. or lower and crystallized by nucleation operation to generate heat.
(7) The supercooled latent heat storage material composition according to any one of (1) to (6) is crystallized from the supercooled state by nucleation operation to dissipate heat, and after heat radiation, A heat storage system that repeatedly uses the cycle of melting and returning to a supercooled state.

本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、発核動作前は過冷却状態が安定性よく維持され、発核動作により刺激が与えられると確実に結晶化が進行する確実性を有し、放熱後は、加熱による結晶の溶融を経て、過冷却状態に確実に戻り、このサイクルの繰り返し利用における信頼性が高い。さらに本発明の蓄熱システムは、信頼性の高いサイクルを構築できる優れた作用効果を奏する。
本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物を利用した本発明のシステムは、過冷却状態の安定性、結晶化の確実性およびより高い信頼性が要求される用途、例えば自動車用途に好適である。
The supercooling type latent heat storage material composition of the present invention has a certainty that the supercooled state is stably maintained before the nucleation operation, and the crystallization surely proceeds when stimulation is given by the nucleation operation, After the heat release, the crystal is surely returned to the supercooled state through melting of the crystal by heating, and the reliability in repeated use of this cycle is high. Furthermore, the heat storage system of the present invention has an excellent operational effect capable of constructing a highly reliable cycle.
The system of the present invention using the supercooled latent heat storage material composition of the present invention is suitable for applications requiring stability in a supercooled state, certainty of crystallization and higher reliability, for example, automotive applications. .

図1は、酢酸ナトリウム、水およびアルコールの三成分系組成図である。FIG. 1 is a ternary composition diagram of sodium acetate, water and alcohol. 図2は、図1の三成分系組成図において、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物を規定するモル濃度の領域を拡大して示す図である。FIG. 2 is an enlarged view of the molar concentration region that defines the supercooled latent heat storage material composition of the present invention in the ternary composition diagram of FIG. 1. 図3は、本発明の蓄熱システムの一例を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the heat storage system of the present invention.

以下に、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物について、詳しく説明する。   Hereinafter, the supercooled latent heat storage material composition of the present invention will be described in detail.

<過冷却型潜熱蓄熱材組成物>
本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、構成成分として、酢酸ナトリウムと、水と、1種以上のアルコールを含有する。
本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、凝固点以下でも相変化(結晶化)せずに液体状態を保つ過冷却型蓄熱材組成物である。固相の結晶は、ナトリウムイオンの周囲を酢酸イオンと水の3分子が取り囲んだ、酢酸ナトリウム3水和物の結晶を主成分とする。
したがって、本発明において、「酢酸ナトリウムと、水と、1種以上のアルコールを含有する」とは、必ずしも、これらの成分が単独で存在する形態で含有している場合に限られず、それぞれが、固相、液相の各組成物中において、酢酸ナトリウム3水和物の形態で存在している場合をも包含する。
<Supercooled latent heat storage material composition>
The supercooled latent heat storage material composition of the present invention contains sodium acetate, water, and one or more alcohols as constituent components.
The supercooling type latent heat storage material composition of the present invention is a supercooling type heat storage material composition that maintains a liquid state without phase change (crystallization) even below the freezing point. The solid-phase crystals are mainly composed of sodium acetate trihydrate crystals in which three molecules of acetate ions and water are surrounded by sodium ions.
Therefore, in the present invention, "contains sodium acetate, water, and one or more alcohols" is not necessarily limited to the case where these components are contained alone, The case where it exists in the form of sodium acetate trihydrate in each composition of a solid phase and a liquid phase is also included.

(過冷却型潜熱蓄熱材組成物の組成)
まず、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物の成分および組成について、説明する。
本発明に用いる酢酸ナトリウムは、後述するモル濃度を満たす限り、無水酢酸ナトリウムであっても酢酸ナトリウム3水和物を原料としてよい。
本発明に用いる水は、純水が好ましい。
(Composition of supercooled latent heat storage material composition)
First, the components and composition of the supercooled latent heat storage material composition of the present invention will be described.
As long as the sodium acetate used for this invention satisfy | fills the molar concentration mentioned later, even if it is anhydrous sodium acetate, it is good also considering sodium acetate trihydrate as a raw material.
The water used in the present invention is preferably pure water.

本発明に用いるアルコールは、エチレングリコール、プロピレングリコール、1−プロパノール、2−ブタノールおよび1,3−ブタンジオールからなる群より選択される1種以上のアルコールである。これらのアルコールは、過冷却型潜熱蓄熱材料の過冷却状態を安定化できる。
アルコールは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合の好ましい組み合わせは、特に限定されず、例えば実施例での組み合わせが挙げられる。
高い蓄熱密度を維持するために、添加するアルコールは、酢酸ナトリウム3水和物の質量濃度が全体の70質量%以上を満たすように、分子量の小さいアルコール、すなわち上記アルコールの中から選択するのが好適である。ただし、単一組成では一定量以上添加すると水和物からのアルコールの相分離が起こりやすくなるので、複数のアルコールの混合添加により水和物と水に対して必要な分子モル濃度を満たすのが好ましい。
また、これらのアルコールは、互いに分子量が比較的近く、モル濃度での規定による蓄熱密度に対する影響は小さいので、モル濃度で組成を定義する。
The alcohol used in the present invention is one or more alcohols selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, 1-propanol, 2-butanol and 1,3-butanediol. These alcohols can stabilize the supercooled state of the supercooled latent heat storage material.
Alcohol may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. The preferable combination in the case of using 2 or more types together is not specifically limited, For example, the combination in an Example is mentioned.
In order to maintain a high heat storage density, the alcohol to be added is selected from alcohols having a low molecular weight, that is, the above alcohols, so that the mass concentration of sodium acetate trihydrate satisfies 70% by mass or more of the total. Is preferred. However, if a certain amount or more is added in a single composition, alcohol phase separation from the hydrate tends to occur. Therefore, it is necessary to satisfy the required molecular molar concentration with respect to the hydrate and water by adding a plurality of alcohols. preferable.
In addition, these alcohols have relatively close molecular weights, and since the influence on the heat storage density by the regulation in the molar concentration is small, the composition is defined by the molar concentration.

本発明において、酢酸ナトリウム3水和物の液体と相溶する公知の潜熱蓄熱材料、例えば硫酸ナトリウム10水和物やチオ硫酸ナトリウム5水和物等を添加してもよい。
また、過冷却型潜熱蓄熱材組成物の目的の作用効果を損なわない範囲であれば、用途等に応じて、上記以外のアルコールや公知の添加剤を含有してもよい。例えば、増粘剤を用いて過冷却型潜熱蓄熱材組成物の粘性を調整してもよく、ゲル状になるまで粘性を高めてもよい。蓄熱材組成物液体の場所による温度ムラならびに濃度偏析を解消し、蓄熱材組成物が均質に混合するように、金属粉、液体混合効果のある粉末、フィラーを調製してもよい。
In the present invention, a known latent heat storage material compatible with a liquid of sodium acetate trihydrate, such as sodium sulfate decahydrate or sodium thiosulfate pentahydrate, may be added.
Moreover, if it is a range which does not impair the target effect of a supercooling type | mold latent heat storage material composition, according to a use etc., you may contain alcohol other than the above, and well-known additives. For example, the viscosity of the supercooled latent heat storage material composition may be adjusted using a thickener, or the viscosity may be increased until it becomes a gel. Metal powder, powder having a liquid mixing effect, and filler may be prepared so as to eliminate temperature unevenness and concentration segregation due to the location of the heat storage material composition liquid and to mix the heat storage material composition homogeneously.

増粘剤としては、特に限定されないが、例えば、キサンタンガム、カルボキシメチルセルロース、キシリトールが挙げられる。添加粉としては、カーボン系粉、鉄やアルミニウムや銅等の金属粉、ポリマー粉、アルミナやシリカなどの無機粉が挙げられる。増粘剤の含有量は水およびアルコールの合計質量に対して0.001〜5.0質量部であるのが好ましい。   Although it does not specifically limit as a thickener, For example, a xanthan gum, carboxymethylcellulose, and a xylitol are mentioned. Examples of the additive powder include carbon powder, metal powder such as iron, aluminum and copper, polymer powder, and inorganic powder such as alumina and silica. The content of the thickener is preferably 0.001 to 5.0 parts by mass with respect to the total mass of water and alcohol.

本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、酢酸ナトリウム、水およびアルコールそれぞれの分子モル濃度が下記条件を満たす。すなわち、酢酸ナトリウム、水およびアルコールそれぞれの分子モル濃度が、図1に示す酢酸ナトリウム、水およびアルコールの三成分系組成図(三元系状態図ともいう)において、点A(酢酸ナトリウム22.6mol%、水60.8mol%、アルコール16.6mol%)、点B(酢酸ナトリウム26.2mol%、水70.9mol%、アルコール2.9mol%)、点C(酢酸ナトリウム17.8mol%、水81.1mol%、アルコール1.1mol%)および点D(酢酸ナトリウム14.4mol%、水79.1mol%、アルコール6.5mol%)を頂点とする多角形ABCDの領域内(ただし、境界線上を含む。)にある。   In the supercooled latent heat storage material composition of the present invention, the molecular molar concentrations of sodium acetate, water and alcohol satisfy the following conditions. That is, the molecular molar concentrations of sodium acetate, water, and alcohol are point A (sodium acetate 22.6 mol) in the ternary composition diagram (also referred to as ternary phase diagram) of sodium acetate, water, and alcohol shown in FIG. %, Water 60.8 mol%, alcohol 16.6 mol%), point B (sodium acetate 26.2 mol%, water 70.9 mol%, alcohol 2.9 mol%), point C (sodium acetate 17.8 mol%, water 81) .1 mol%, alcohol 1.1 mol%) and point D (sodium acetate 14.4 mol%, water 79.1 mol%, alcohol 6.5 mol%) in the area of the polygon ABCD (including the boundary line) .)It is in.

本発明において、酢酸ナトリウム、水およびアルコールそれぞれの組成を、モル濃度で規定する理由は、後述する。
上記モル濃度は、過冷却型潜熱蓄熱材組成物を、酢酸ナトリウム、水およびアルコールそれぞれの組成に換算した濃度である。例えば、過冷却型潜熱蓄熱材組成物中に酢酸ナトリウム3水和物を1モル含有する場合は、酢酸ナトリウム1モルと、水3モルを含有すると換算してモル濃度を求める。
上記モル濃度が多角形ABCDの領域内にあると、過冷却型潜熱蓄熱材組成物が、相分離せずに、過冷却状態の安定性、確実な結晶化および繰り返し利用の作動信頼性に関して優れた特性を兼ね備える。
In the present invention, the reason why the respective compositions of sodium acetate, water, and alcohol are defined by molar concentration will be described later.
The said molar concentration is the density | concentration which converted the supercooling type | mold latent heat storage material composition into the composition of each of sodium acetate, water, and alcohol. For example, when 1 mol of sodium acetate trihydrate is contained in the supercooled latent heat storage material composition, the molar concentration is calculated by converting 1 mol of sodium acetate and 3 mol of water.
When the molar concentration is within the range of polygonal ABCD, the supercooled latent heat storage material composition is excellent in terms of stability in the supercooled state, reliable crystallization, and operational reliability of repeated use without phase separation. Combined with special characteristics.

本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、酢酸ナトリウム、水およびアルコールそれぞれの分子モル濃度が、三成分系組成図において、E点(酢酸ナトリウム21.4mol%、水64.3mol%、アルコール14.3mol%)、B点(酢酸ナトリウム26.2mol%、水70.9mol%、アルコール2.9mol%)、F点(酢酸ナトリウム21.5mol%、水76.4mol%、アルコール2.1mol%)、G点(酢酸ナトリウム18.2mol%、水77.7mol%、アルコール4.1mol%)およびH点(酢酸ナトリウム18.2mol%、水72.7mol%、アルコール9.1mol%)を頂点とする多角形EBFGHの領域内(ただし、境界線上を含む。)にあるのが好ましい。
モル濃度が多角形EBFGHの領域内にあると、過冷却状態の安定性、確実な結晶化、繰り返し利用の作動信頼性に関して、より優れた特性を兼ね備える。また、後述するように、熱応答性、相変化安定性および蓄熱密度にも優れる。
In the supercooled latent heat storage material composition of the present invention, the molecular molar concentrations of sodium acetate, water, and alcohol are E points (sodium acetate 21.4 mol%, water 64.3 mol%, alcohol, alcohol in the ternary composition diagram). 14.3 mol%), B point (26.2 mol% sodium acetate, 70.9 mol% water, 2.9 mol% alcohol), F point (21.5 mol% sodium acetate, 76.4 mol% water, 2.1 mol% alcohol) ), G point (sodium acetate 18.2 mol%, water 77.7 mol%, alcohol 4.1 mol%) and H point (sodium acetate 18.2 mol%, water 72.7 mol%, alcohol 9.1 mol%) It is preferable to be within the region of the polygon EBFGH (including the boundary line).
When the molar concentration is in the region of the polygonal EBFGH, it has more excellent characteristics with respect to stability in a supercooled state, reliable crystallization, and operational reliability of repeated use. Moreover, as will be described later, the thermal responsiveness, phase change stability and heat storage density are also excellent.

より好ましくは、酢酸ナトリウム、水およびアルコールそれぞれの分子モル濃度が、三成分系組成図において、M点(酢酸ナトリウム22.3mol%、水67.0mol%、アルコール10.7mol%)、J点(酢酸ナトリウム24.3mol%、水73.0mol%、アルコール2.7mol%)、K点(酢酸ナトリウム23.0mol%、水74.5mol%、アルコール2.5mol%)、L点(酢酸ナトリウム21.4mol%、水73.8mol%、アルコール4.8mol%)およびI点(酢酸ナトリウム21.4mol%、水67.9mol%、アルコール10.7mol%)を頂点とする多角形MJKLIの領域内(ただし、境界線上を含む。)にある。
モル濃度が多角形MJKLIの領域内にあると、過冷却状態の安定性、確実な結晶化および繰り返し利用の作動信頼性に関して、特に優れた特性を兼ね備える。さらに熱応答性、相変化安定性および蓄熱密度に特に優れる。
More preferably, the molecular molar concentration of each of sodium acetate, water and alcohol is M point (sodium acetate 22.3 mol%, water 67.0 mol%, alcohol 10.7 mol%), J point ( Sodium acetate 24.3 mol%, water 73.0 mol%, alcohol 2.7 mol%), K point (sodium acetate 23.0 mol%, water 74.5 mol%, alcohol 2.5 mol%), L point (sodium acetate 21. 4 mol%, water 73.8 mol%, alcohol 4.8 mol%) and within the region of the polygon MJKLI with the I point (sodium acetate 21.4 mol%, water 67.9 mol%, alcohol 10.7 mol%) as vertices (however, , Including on the boundary line).
When the molar concentration is in the region of the polygon MJKLI, it has particularly excellent characteristics with respect to stability in a supercooled state, reliable crystallization, and operation reliability in repeated use. Furthermore, it is particularly excellent in thermal responsiveness, phase change stability and heat storage density.

上記モル濃度が、上記いずれかの多角形の領域内にあると、上述の効果を奏する理由はまだ定かではないが、次のように推定される。   If the molar concentration is in any one of the polygonal regions, the reason for the above effect is not yet clear, but it is estimated as follows.

酢酸ナトリウムの含有割合が上記多角形の領域を超えて大きすぎると、水の含有割合が相対的に少なくなり、酢酸ナトリウムの無水物が蓄熱材組成物液体から析出しやすくなる。特に繰り返し使用すると、無水酢酸ナトリウムが徐々に析出し、無水酢酸ナトリウムの析出量が増えて蓄熱材組成物の容器底部にたまると、周囲の蓄熱材組成物の液体に完全に溶け込む温度条件でも、無水酢酸ナトリウムは溶け込まずに残存するようになる。無水酢酸ナトリウムは蓄熱材として相変化しないので、酢酸ナトリウム3水和物の量が減り利用できる熱量が低下する。その結果、取り出せる熱量が徐々に低下し、繰り返し使用での信頼性が損なわれる。
なお、潜熱蓄熱材組成物から析出した無水酢酸ナトリウムは、周囲の蓄熱材組成物の液体との界面エネルギーが小さくなるように析出するために、析出時に過冷却状態の蓄熱材組成物に対する発核元とはならない。したがって、過冷却状態の安定性は大きく損なわれないが、蓄熱材組成物内の組成偏析の原因となる。
If the content ratio of sodium acetate is too large beyond the polygonal area, the content ratio of water is relatively reduced, and the sodium acetate anhydride is likely to precipitate from the heat storage material composition liquid. Especially when repeatedly used, anhydrous sodium acetate gradually precipitates, and when the precipitation amount of anhydrous sodium acetate increases and accumulates at the bottom of the container of the heat storage material composition, even in a temperature condition that completely dissolves in the surrounding heat storage material composition liquid, Anhydrous sodium acetate remains without being dissolved. Since anhydrous sodium acetate does not change phase as a heat storage material, the amount of sodium acetate trihydrate is reduced and the amount of heat available is reduced. As a result, the amount of heat that can be extracted gradually decreases, and reliability in repeated use is impaired.
In addition, since anhydrous sodium acetate precipitated from the latent heat storage material composition is deposited so that the interfacial energy with the liquid of the surrounding heat storage material composition becomes small, nucleation of the supercooled heat storage material composition during precipitation It will not be the original. Therefore, the stability of the supercooled state is not greatly impaired, but it causes compositional segregation in the heat storage material composition.

一方、酢酸ナトリウムの含有割合が上記多角形の領域を超えて小さすぎると、水の含有割合が相対的に大きくなり、潜熱蓄熱材料として機能する酢酸ナトリウム量が少なくなる。また、水が蓄熱材組成物から相分離して揮発すると、過冷却状態の安定性を損なう外部要因となり、やはり信頼性が損なわれる場合がある。   On the other hand, when the content rate of sodium acetate is too small beyond the polygonal area, the content rate of water becomes relatively large, and the amount of sodium acetate that functions as a latent heat storage material decreases. In addition, when water is phase-separated from the heat storage material composition and volatilizes, it becomes an external factor that impairs the stability of the supercooled state, and reliability may also be impaired.

したがって、本発明では、酢酸ナトリウムの含有割合(モル濃度)は、水の含有割合に応じて変動し、上記多角形の領域内にあるのが好ましい。酢酸ナトリウムの含有割合が上記多角形の領域内にあると、水の相分離を防止でき、繰り返し使用での信頼性が優れる。   Therefore, in this invention, it is preferable that the content rate (molar concentration) of sodium acetate fluctuates according to the content rate of water, and exists in the said polygonal area | region. When the content ratio of sodium acetate is within the polygonal region, phase separation of water can be prevented, and reliability in repeated use is excellent.

水や酢酸ナトリウムに対するアルコールの含有割合(モル濃度)が上記多角形の領域を超えて大きすぎると、蓄熱材組成物の粘度が高くなり、発核動作後の結晶成長速度が遅くなる傾向にある。過剰なアルコールの含有は好ましくなく、蓄熱材組成物中の酢酸ナトリウム三水和物の中心を構成するナトリウムイオンに対する水分子の凝集を分断するほど高い含有割合では、発核動作後でも結晶化が見かけ上起こっていないように見えるほど結晶速度が遅くなる。
一方、アルコールの含有割合が上記多角形の領域を超えて小さすぎると、蓄熱材組成物の過冷却状態を安定化できない。
したがって、本発明では、アルコールの含有割合は、水および酢酸ナトリウムの含有割合に応じて異なるが、上記多角形の領域内にあるのが好ましく、アルコールの含有割合が上記多角形の領域内にあると、過冷却状態を安定化でき、速い結晶化を実現できる。また、発核の確実性も向上する。
If the content ratio (molar concentration) of alcohol with respect to water or sodium acetate is too large beyond the polygonal area, the viscosity of the heat storage material composition tends to be high, and the crystal growth rate after nucleation operation tends to be slow. . Excessive alcohol content is not preferable, and at a content ratio that is high enough to break up the aggregation of water molecules with respect to sodium ions that constitute the center of sodium acetate trihydrate in the heat storage material composition, crystallization occurs even after nucleation operation. The crystal speed slows down so that it does not seem to occur.
On the other hand, if the alcohol content is too small beyond the polygonal area, the supercooled state of the heat storage material composition cannot be stabilized.
Therefore, in the present invention, the alcohol content varies depending on the water and sodium acetate content, but is preferably within the polygonal region, and the alcohol content is within the polygonal region. And the supercooled state can be stabilized, and fast crystallization can be realized. Also, the certainty of nucleation is improved.

このように、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、上記3成分の組成が多角形ABCDの領域内(ただし、境界線上を含む。)にあり、過冷却状態の安定性、結晶化の確実性および繰り返し利用の観点からの信頼性を兼ね備えている。   Thus, in the supercooled latent heat storage material composition of the present invention, the composition of the above three components is within the region of the polygon ABCD (however, including on the boundary line), the stability of the supercooled state, crystallization And reliability from the viewpoint of repeated use and reliability.

蓄熱材組成物に含有する酢酸ナトリウムおよび水が、酢酸ナトリウム3水和物の組成(モル比で、酢酸ナトリウム:水=1:3)から離れるほど、酢酸ナトリウム3水和物の相対量が少なく利用できる熱量が減り、特に短時間で熱の取り出しが要求される用途には適さない。また、組成偏析により無水酢酸ナトリウムが析出し易くなる。
一方、図1に示す各多角形の領域内の、酢酸ナトリウムおよび水の組成は、いずれも、酢酸ナトリウム3水和物の組成(酢酸ナトリウム:水=1:3)に近い組成であり、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、繰り返し使用での信頼性が優れ、好ましくは高い蓄熱密度を維持できる。
The relative amount of sodium acetate trihydrate decreases as the sodium acetate and water contained in the heat storage material composition move away from the composition of sodium acetate trihydrate (molar ratio, sodium acetate: water = 1: 3). The amount of heat that can be used is reduced, and is not suitable for applications that require heat extraction in a short time. Moreover, anhydrous sodium acetate is likely to precipitate due to composition segregation.
On the other hand, the composition of sodium acetate and water in each polygonal region shown in FIG. 1 is close to the composition of sodium acetate trihydrate (sodium acetate: water = 1: 3). The supercooled latent heat storage material composition of the invention is excellent in reliability in repeated use, and preferably maintains a high heat storage density.

このように、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は好ましくは高い蓄熱密度を維持でき、潜熱蓄熱材料に求められる蓄熱密度の要求に応えられる。
本発明の蓄熱材組成物は、自動車用途に限られないが、自動車用途を例にして説明する。すなわち、自動車の燃費および電費の向上のために、自動車搭載部品の小型化・軽量化が要求され、必要な熱量を実現するための潜熱蓄熱材料の搭載量が問題となる。そのため、過冷却型潜熱蓄熱材組成物には、過冷却型潜熱蓄熱材組成物の質量に対する放熱量(もしくは吸熱量)が重要となり、搭載量の低減が求められる。
As described above, the supercooled latent heat storage material composition of the present invention can preferably maintain a high heat storage density and meet the demand for the heat storage density required for the latent heat storage material.
The heat storage material composition of the present invention is not limited to automobile use, but will be described taking automobile use as an example. In other words, in order to improve the fuel efficiency and power consumption of automobiles, it is necessary to reduce the size and weight of automobile-mounted components, and the amount of latent heat storage material to achieve the required amount of heat becomes a problem. Therefore, the amount of heat release (or the amount of heat absorption) with respect to the mass of the supercooling latent heat storage material composition is important for the supercooling latent heat storage material composition, and a reduction in the amount of mounting is required.

酢酸ナトリウム3水和物の形成量、すなわち酢酸ナトリウム3水和物を形成する酢酸ナトリウムおよび水の合計質量割合(理論量)は、特に限定されない。酢酸ナトリウム、水およびアルコールの合計質量中、70質量%以上95質量%以下が好ましい。   The amount of sodium acetate trihydrate formed, that is, the total mass ratio (theoretical amount) of sodium acetate and water forming sodium acetate trihydrate is not particularly limited. 70 mass% or more and 95 mass% or less are preferable in the total mass of sodium acetate, water, and alcohol.

(過冷却型潜熱蓄熱材組成物の相変化について)
蓄熱材料の液相は、凝固点以下まで冷却されると、平衡状態ではナトリウムイオンの周囲に酢酸イオンと水の3分子が取り囲む形で、酢酸ナトリウム3水和物として結晶化する。
しかし、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、凝固点以下まで冷却されても、酢酸ナトリウム3水和物の結晶化が抑止され、過冷却状態が安定維持できる。過冷却液体に発核手段により刺激を与えると、迅速に酢酸ナトリウム3水和物として結晶化する。
(Phase change of supercooled latent heat storage material composition)
When the liquid phase of the heat storage material is cooled to below the freezing point, it crystallizes as sodium acetate trihydrate in a state where three molecules of acetate ion and water surround the sodium ion in an equilibrium state.
However, even if the supercooled latent heat storage material composition of the present invention is cooled to below the freezing point, crystallization of sodium acetate trihydrate is suppressed and the supercooled state can be stably maintained. When the supercooled liquid is stimulated by nucleation means, it quickly crystallizes as sodium acetate trihydrate.

過冷却状態が安定となる理由も、必ずしも定かではないが、本発明では、アルコールの含有割合の調整によりナトリウムイオンへの酢酸イオンや水分子の凝集力の低下、および、核生成要因の抑制などが、考えられる。   The reason why the supercooled state becomes stable is not necessarily clear, but in the present invention, adjustment of the alcohol content ratio reduces the cohesive force of acetate ions and water molecules on sodium ions, and suppresses nucleation factors. Is possible.

酢酸イオンや水分子をナトリウムイオンに近づけないためには、アルコールを含有・共存させて水分子の極性を緩和し、ナトリウムイオン周囲への移動、偏析の抑制が効果的である。
その一方で、蓄熱材組成物の発核動作において、発核動作により結晶化した領域は、接している未結晶領域に対する結晶の核として働くので、連続的に結晶化が進行するためには、ナトリウムイオン同志が隣接している必要がある。しかし、アルコールの含有・共存によりナトリウムイオン同志が分断されると、結晶した領域の未結晶領域への接触が阻害され連続的な結晶成長が起きにくくなり、結晶化速度が低下する。
このように、過剰なアルコールの含有・共存により蓄熱材料が分断されると、結晶の成長が連続的に進行しない場合がある。
In order to prevent acetate ions and water molecules from approaching sodium ions, it is effective to reduce the polarity of water molecules by containing and coexisting alcohol, and to move around sodium ions and prevent segregation.
On the other hand, in the nucleation operation of the heat storage material composition, the region crystallized by the nucleation operation works as a crystal nucleus for the non-crystalline region that is in contact with it, so that crystallization proceeds continuously, Sodium ions must be adjacent. However, when sodium ions are separated due to the presence / coexistence of alcohol, the contact of the crystallized region with the non-crystallized region is hindered, making it difficult for continuous crystal growth to occur and the crystallization rate to decrease.
As described above, when the heat storage material is divided due to excessive alcohol content / coexistence, crystal growth may not continuously proceed.

一方、アルコールの含有・共存により、外部変動による優先的核生成が抑制できるのは、アルコールが蓄熱材料の連続相の周囲に存在し、その境界エネルギーが、容器や空気相と過冷却状態の過冷却型潜熱蓄熱材料との境界エネルギーよりも、小さいためと考えられる。
また、連続相は、分断相よりも境界の面積が小さく、境界エネルギーの総和も小さいので、核生成を抑制する効果もある。
On the other hand, preferential nucleation due to external fluctuations can be suppressed by the presence and coexistence of alcohol. Alcohol is present around the continuous phase of the heat storage material, and its boundary energy is supercooled between the container and the air phase. This is considered to be because it is smaller than the boundary energy with the cooling type latent heat storage material.
Further, the continuous phase has an effect of suppressing nucleation because the boundary area is smaller than the divided phase and the total sum of boundary energy is also small.

すなわち、アルコールの含有割合を調整する本発明では、過冷却状態の過冷却型潜熱蓄熱材料が連続相を形成し、核生成のための活性化エネルギーへの寄与が小さくなると、考えられる。
また、上記含有割合に調整すると、過冷却型潜熱蓄熱材組成物中に形成される酢酸ナトリウム3水和物の割合が多くなり、無水酢酸ナトリウムが形成されにくくなる。
That is, in the present invention in which the content ratio of alcohol is adjusted, it is considered that the supercooled latent heat storage material in a supercooled state forms a continuous phase and the contribution to activation energy for nucleation is reduced.
Moreover, when it adjusts to the said content rate, the ratio of the sodium acetate trihydrate formed in a supercooling type | mold latent heat storage material composition will increase, and it will become difficult to form anhydrous sodium acetate.

結晶成長の形態についても、一方向結晶ではなく、デンドライト状に結晶が細かく分散するので、全体としての組成の偏析を抑制できる。   Also in the form of crystal growth, segregation of the composition as a whole can be suppressed because the crystals are finely dispersed in a dendrite shape instead of a unidirectional crystal.

したがって、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、過冷却状態が安定となり、また繰り返し使用での信頼性にも優れる。
上記によれば、過冷却型潜熱蓄熱材組成物を相分離させないで連続相を形成する設計においては、酢酸ナトリウム、水およびアルコールの組成を、これらの合計モル数中のモル濃度(モル%)での規定が、従来の質量比での規定よりも、好ましいことが分かる。
Therefore, the supercooled latent heat storage material composition of the present invention has a stable supercooled state and is excellent in reliability in repeated use.
According to the above, in the design of forming a continuous phase without phase separation of the supercooled latent heat storage material composition, the composition of sodium acetate, water and alcohol is the molar concentration (mol%) in the total number of moles thereof. It can be seen that the definition in is more preferable than the conventional definition in mass ratio.

このような過冷却状態にある過冷却型潜熱蓄熱材組成物に、発核装置等により刺激を与えると、迅速に酢酸ナトリウム3水和物が結晶化して、放熱が起きる。結晶化の機構および迅速に結晶化する理由、さらに無水酢酸ナトリウムが析出しにくくなる理由は上記したとおりである。   When the supercooled latent heat storage material composition in such a supercooled state is stimulated by a nucleation device or the like, sodium acetate trihydrate quickly crystallizes and heat release occurs. The mechanism of crystallization, the reason for rapid crystallization, and the reason why anhydrous sodium acetate is difficult to precipitate are as described above.

蓄熱材組成物の発核による結晶化に伴う熱を外部に取り出して利用する場合に、熱は素早く熱伝導させて結晶化場所から取り除いて、速い結晶成長速度を維持する必要がある。蓄熱材組成物の連続相の形態は、熱の通り道が確保でき、より速い結晶成長速度の維持に効果的である。   When the heat associated with crystallization by nucleation of the heat storage material composition is taken out and used, it is necessary to quickly conduct the heat and remove it from the crystallization site to maintain a high crystal growth rate. The form of the continuous phase of the heat storage material composition can secure a path for heat and is effective in maintaining a faster crystal growth rate.

一方、上記結晶化に対して、加熱による蓄熱材組成物の結晶の溶融に伴う吸熱過程においても、迅速な完全溶融が要求され、本発明による蓄熱材組成物の形態は効果的に働く。   On the other hand, in the endothermic process accompanying the melting of the crystals of the heat storage material composition by heating, rapid complete melting is required for the crystallization, and the form of the heat storage material composition according to the present invention works effectively.

酢酸ナトリウム3水和物の結晶の微細化により、アルコールは結晶粒界に浸透する形で存在する。加熱による昇温過程では、結晶粒界近傍の低濃度の融点が低い場所から溶融が始まり、溶融により結晶は分断される。結晶内部に液体の核が生成して溶融するよりも、周囲液体へ結晶が溶け込む方が、速やかに結晶の溶融が進む。液体に囲まれていると液体の熱伝導率が低いために、結晶への熱伝導が遅く溶融温度に達しない懸念があるが、周囲液体の粘性が低ければ、結晶は液体に比べ密度が高いので沈澱し、容器底面からの熱伝導により、結晶の完全溶融が速やかに起きる。
アルコールが蓄熱材料全体に分散していれば、蓄熱材料結晶内部で多少濃度偏析があっても、結晶の沈降ならびに液体部分の対流により、拡散による濃度均質化の効果が起きる。
Due to the refinement of the crystals of sodium acetate trihydrate, the alcohol exists in a form that penetrates into the grain boundaries. In the temperature raising process by heating, melting starts from a low concentration melting point near the crystal grain boundary, and the crystal is divided by melting. The melting of the crystal proceeds more rapidly when the crystal is dissolved in the surrounding liquid than when the liquid nucleus is generated and melted in the crystal. If the liquid is surrounded, the heat conductivity of the liquid is low, so there is a concern that the heat conduction to the crystal is slow and the melting temperature is not reached, but if the viscosity of the surrounding liquid is low, the crystal is denser than the liquid Therefore, it precipitates and complete melting of the crystal occurs rapidly due to heat conduction from the bottom of the container.
If alcohol is dispersed throughout the heat storage material, even if there is some concentration segregation inside the crystal of the heat storage material, the effect of concentration homogenization by diffusion occurs due to sedimentation of the crystal and convection of the liquid portion.

昇温過程では、過冷却型潜熱蓄熱材組成物を完全に溶融させるのが好ましく、一部でも残っていればその後の降温過程で、過冷却状態を維持できず、予期しない結晶化が起きる場合がある。したがって、完全に溶融するのに必要な温度の低温化や短時間化は、過冷却状態の安定化において重要である。
本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、無水酢酸ナトリウムの析出も抑制し、微結晶化は、無水酢酸ナトリウムの粗大化を抑制し、無水酢酸ナトリウムの再溶融を容易にする。
また微細結晶は、溶融時の吸熱過程により一時的に温度が下がり、再結晶化と溶融という相境界のせめぎ合いが起きる溶融の停滞現象に対しても効果的である。微細結晶では、溶融した時に周囲のより濃度の低い液体と相互拡散し、濃度が下がれば再結晶しにくくなるので、溶融が速やかに進行する。このようにして溶融した過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、上記のように、相分離しにくく、また無水酢酸ナトリウムの析出も抑制される。
In the temperature rising process, it is preferable to completely melt the supercooled latent heat storage material composition. If any part remains, the supercooled state cannot be maintained in the subsequent temperature lowering process and unexpected crystallization occurs. There is. Therefore, lowering the temperature and shortening the time necessary for complete melting are important in stabilizing the supercooled state.
The supercooled latent heat storage material composition of the present invention also suppresses precipitation of anhydrous sodium acetate, and microcrystallization suppresses coarsening of anhydrous sodium acetate and facilitates remelting of anhydrous sodium acetate.
The fine crystals are also effective against the stagnation phenomenon of melting in which the temperature temporarily decreases due to the endothermic process at the time of melting and the phase boundary between recrystallization and melting occurs. In a fine crystal, when it melts, it interdiffuses with the surrounding lower-concentration liquid, and if the concentration decreases, it becomes difficult to recrystallize, so that the melting proceeds quickly. As described above, the supercooled latent heat storage material composition thus melted is not easily phase-separated and the precipitation of anhydrous sodium acetate is also suppressed.

本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、このように、隆温過程および昇温過程の繰り返しにより、蓄熱および放熱が可能となる。   As described above, the supercooled latent heat storage material composition of the present invention can store and release heat by repeating the temperature rising process and the temperature rising process.

(過冷却安定潜熱蓄熱材組成物の特性)
本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、過冷却状態が安定化されている。例えば、少なくとも−20℃の低温で一日以上にわたって過冷却状態を維持でき、好ましくは−25℃でも一日以上にわたって過冷却状態を維持できる。したがって、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、過冷却安定潜熱蓄熱材組成物ということができる。
また、上記したように、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、発核動作により結晶化が進行する発核の確実性を有し、放熱および吸熱の過程の繰り返し利用において、高い信頼性を有する。
このように本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、過冷却状態の安定性、結晶化の確実性および高い繰り返し信頼性を兼ね備え、特に自動車用途に好適である。
(Characteristics of supercooled stable latent heat storage material composition)
In the supercooled latent heat storage material composition of the present invention, the supercooled state is stabilized. For example, the supercooled state can be maintained for a day or more at a low temperature of at least −20 ° C., and preferably the supercooled state can be maintained for a day or more even at −25 ° C. Therefore, it can be said that the supercooling type latent heat storage material composition of the present invention is a supercooling stable latent heat storage material composition.
Further, as described above, the supercooled latent heat storage material composition of the present invention has certainty of nucleation in which crystallization proceeds by nucleation operation, and has high reliability in repeated use of heat dissipation and heat absorption processes. Have sex.
Thus, the supercooled latent heat storage material composition of the present invention has supercooled state stability, certainty of crystallization, and high repeatability, and is particularly suitable for automotive applications.

本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、好ましくは、下記の特性を有する。
本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、過冷却状態が安定であるが、発核動作により刺激が与えられると、速やかに結晶化して発熱する。
結晶化速度は、用途、使用条件などにより異なり一義的に定められないが、0.6mm/s以上が好ましく、1.0mm/s以上がより好ましく、2.0mm/s以上がさらに好ましい。
過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、上記範囲の速い結晶化速度を有するので、上述のように迅速な放熱が要求される自動車用途に好適である。
結晶化速度は次のようにして測定できる。すなわち、60mm×160mm×3mmの密閉容器に22mLの過冷却型潜熱蓄熱材組成物と金属板トリガー(亀裂を有するドーム形状のステンレス板)を封入し、−10℃で放置する。トリガーを起点とする複数点において過冷却型潜熱蓄熱材組成物の温度推移を熱電対で測定し、温度上昇し始めた時刻を各測定点における結晶化開始時刻と定め、100mmの距離の間における、結晶化開始時刻の時間差から結晶化進行時間を求め、結晶化の進行距離/結晶化進行時間を算出して、これを結晶化速度(mm/s)とする。
The supercooled latent heat storage material composition of the present invention preferably has the following characteristics.
The supercooled latent heat storage material composition of the present invention is stable in a supercooled state, but when stimulated by a nucleation operation, it quickly crystallizes and generates heat.
The crystallization speed varies depending on the application and use conditions and is not uniquely determined, but is preferably 0.6 mm / s or more, more preferably 1.0 mm / s or more, and further preferably 2.0 mm / s or more.
Since the supercooled latent heat storage material composition has a fast crystallization rate in the above range, it is suitable for automotive applications that require rapid heat dissipation as described above.
The crystallization rate can be measured as follows. That is, a supercooled latent heat storage material composition of 22 mL and a metal plate trigger (a dome-shaped stainless steel plate having cracks) are sealed in a sealed container of 60 mm × 160 mm × 3 mm and left at −10 ° C. The temperature transition of the supercooled latent heat storage material composition is measured with a thermocouple at a plurality of points starting from the trigger, and the time at which the temperature starts to rise is determined as the crystallization start time at each measurement point, and between the distances of 100 mm The crystallization progress time is obtained from the time difference of the crystallization start time, the crystallization progress distance / crystallization progress time is calculated, and this is used as the crystallization speed (mm / s).

また、蓄熱密度は、特に限定されないが、70kJ/kg以上が好ましく、75kJ/kg以上がより好ましい。
過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、上記範囲の高い蓄熱密度を有するので、必要な熱量を放熱するのに要する過冷却型潜熱蓄熱材組成物の使用量を低減できる。したがって、放熱量を維持しつつも搭載量の低減が求められる自動車用途に、好適である。
蓄熱密度は次のようにして測定できる。すなわち、結晶化速度の測定で使用する、60mm×160mm×3mmの密閉容器に22mLの過冷却型潜熱蓄熱材組成物と金属板トリガーを封入した試料を、周囲を断熱した水槽に25℃の水を加え、上記試料を水中に設置し、この水中内で発核動作を行い、水温の温度上昇を複数本の熱電対、例えば12本で測定する。各測定点での水温が均一になるよう水槽を揺らして水温が均一にし、さらに12点の平均値でもって温度上昇値を求める。水の密度1g/cm、比熱4.2J/g・℃とし、測定毎の、水の質量、温度上昇値から、水が受け取った熱量を算出し、過冷却型潜熱蓄熱材組成物の質量で割った値を、蓄熱密度(kJ/kg)として求める。
The heat storage density is not particularly limited, but is preferably 70 kJ / kg or more, and more preferably 75 kJ / kg or more.
Since the supercooling type latent heat storage material composition has a high heat storage density in the above range, the amount of the supercooling type latent heat storage material composition required to dissipate the necessary amount of heat can be reduced. Therefore, it is suitable for automotive applications that require a reduction in the amount of mounting while maintaining the heat dissipation amount.
The heat storage density can be measured as follows. That is, a sample in which 22 mL of a supercooled latent heat storage material composition and a metal plate trigger are sealed in a 60 mm × 160 mm × 3 mm sealed container used for crystallization rate measurement, and a 25 ° C. water in a water bath that is thermally insulated. The sample is placed in water, nucleating is performed in the water, and the temperature rise of the water temperature is measured by a plurality of thermocouples, for example, twelve. The water tank is shaken so that the water temperature at each measurement point is uniform, and the water temperature is made uniform, and further, the temperature rise value is obtained by the average value of 12 points. The density of water is 1 g / cm 3 , the specific heat is 4.2 J / g · ° C., and the amount of heat received by water is calculated from the mass of water and the temperature rise value for each measurement, and the mass of the supercooled latent heat storage material composition The value divided by is obtained as the heat storage density (kJ / kg).

(過冷却安定潜熱蓄熱材組成物の調製)
本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、無水酢酸ナトリウム、水およびアルコールを、上記モル濃度を満たす割合で混合して、調製する。
過冷却型潜熱蓄熱材組成物の調製に際して、無水酢酸ナトリウムの一部または全部に酢酸ナトリウム3水和物を用いても良い。酢酸ナトリウム3水和物を用いる場合には、酢酸ナトリウムおよび水に分けて、それぞれのモル濃度を設定する。
(Preparation of supercooled stable latent heat storage material composition)
The supercooled latent heat storage material composition of the present invention is prepared by mixing anhydrous sodium acetate, water and alcohol at a ratio satisfying the molar concentration.
In preparing the supercooled latent heat storage material composition, sodium acetate trihydrate may be used as part or all of anhydrous sodium acetate. When sodium acetate trihydrate is used, each molar concentration is set separately for sodium acetate and water.

(過冷却安定潜熱蓄熱材組成物の用途)
本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、蓄熱システムの熱源等として使用できる。特に、過冷却状態の安定性、結晶化の確実性および繰り返し利用における信頼性のいずれにおいても自動車用途に適した特性を有しており、自動車用途に適している。
自動車用途としては、エンジン、モータ、冷却水などからの排熱により蓄熱し、始動時の暖房や、バッテリー、潤滑油の加熱に利用する蓄熱システムが挙げられる。
(Use of supercooled stable latent heat storage material composition)
The supercooled latent heat storage material composition of the present invention can be used as a heat source for a heat storage system. In particular, it has characteristics suitable for automobile use in any of the stability in the supercooled state, the certainty of crystallization and the reliability in repeated use, and is suitable for the automobile application.
Examples of automotive applications include a heat storage system that stores heat by exhaust heat from an engine, a motor, cooling water, etc., and uses it for heating at the time of starting, heating a battery, and lubricating oil.

<蓄熱装置>
本発明の蓄熱システムを構成する装置の一例は、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物と、この過冷却型潜熱蓄熱材組成物を収納する容器と、外部刺激を与えて結晶化させる発核装置とを備えている。
なお、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は上記した通りである。
<Heat storage device>
An example of an apparatus constituting the heat storage system of the present invention includes a supercooling latent heat storage material composition of the present invention, a container for storing the supercooling latent heat storage material composition, and a generator that crystallizes by applying an external stimulus. And a nuclear device.
The supercooled latent heat storage material composition of the present invention is as described above.

(容器)
容器は、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物を収納できれば特に限定されない。例えば、可撓性のあるラミネートフィルムからなる外装材で囲まれたパック、ステンレス鋼等の金属製容器等が挙げられる。
本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、加熱および冷却により体積が膨張収縮するため、金属製容器を使用する場合は、その内部に空間を設け、膨張収縮に伴う容器の破損を防止するのが好ましい。
(container)
A container will not be specifically limited if the supercooling type | mold latent heat storage material composition of this invention can be accommodated. For example, a pack surrounded by an exterior material made of a flexible laminate film, a metal container such as stainless steel, and the like can be given.
Since the volume of the supercooled latent heat storage material composition of the present invention expands and contracts by heating and cooling, when using a metal container, a space is provided in the container to prevent damage to the container due to expansion and contraction. Is preferred.

(発核装置)
発核装置は、本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物に刺激により発核を生じさせれるならば特に限定されず、容器内に設けられても、容器外に設けられてもよい。
本発明に用いる発核装置は、少なくとも−20℃まで発核動作を可能とする装置が好ましい。
発核装置の発核手段としては、例えば、過冷却型潜熱蓄熱材組成物に、種結晶を接触させる方法、金属棒又は金属板を用いて衝撃等を与える方法、例えば、金属板を反転させて衝撃を与える方法、金属棒を押し当てる方法)、電圧を印加する方法、局所冷却する方法、振動を付与する方法が挙げられる。これらのうち、種結晶を接触させる方法や金属板を用いた方法を使用するのが好ましく、金属板を用いるのが特に好ましい。
(Nucleation device)
The nucleation device is not particularly limited as long as nucleation can be caused by stimulation in the supercooled latent heat storage material composition of the present invention, and may be provided inside the container or outside the container.
The nucleation apparatus used in the present invention is preferably an apparatus that enables nucleation operation up to at least −20 ° C.
Examples of the nucleation means of the nucleation apparatus include a method of bringing a seed crystal into contact with the supercooled latent heat storage material composition, a method of applying an impact using a metal rod or a metal plate, for example, inverting the metal plate. A method of applying an impact, a method of pressing a metal rod), a method of applying a voltage, a method of local cooling, and a method of applying vibration. Among these, it is preferable to use a method in which a seed crystal is brought into contact or a method using a metal plate, and it is particularly preferable to use a metal plate.

(その他の構成)
本発明の発核装置は、容器に収納された本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物に熱的に接続され、過冷却型潜熱蓄熱材組成物に外部から伝熱する熱供給手段を備えているのが好ましい。また、容器に収納された本発明の過冷却型潜熱蓄熱材組成物に熱的に接続され、過冷却型潜熱蓄熱材組成物が放出する熱を外部に伝熱する熱伝達手段を備えているのが好ましい。
熱供給手段および熱伝達手段としては、伝熱できる材料および構成を有していれば特に限定されず、例えば、ヒートパイプ、伝熱板等が挙げられる。
熱供給手段および熱伝達手段は、熱交換面積を増大させる1又は2以上のフィン(熱板)を有していてもよい。
(Other configurations)
The nucleation device of the present invention comprises heat supply means thermally connected to the supercooling latent heat storage material composition of the present invention housed in a container and transferring heat to the supercooling latent heat storage material composition from the outside. It is preferable. In addition, a heat transfer means is provided that is thermally connected to the supercooling latent heat storage material composition of the present invention housed in a container and transfers heat released from the supercooling latent heat storage material composition to the outside. Is preferred.
The heat supply means and the heat transfer means are not particularly limited as long as they have materials and structures capable of transferring heat, and examples thereof include a heat pipe and a heat transfer plate.
The heat supply means and the heat transfer means may have one or two or more fins (heat plates) that increase the heat exchange area.

このような蓄熱装置としては、例えば、特開2013−257080号公報に記載の「蓄熱装置」等が挙げられる。   Examples of such a heat storage device include “heat storage device” described in JP2013-257080A.

本発明の好ましい蓄熱システムを、図面を参照して、説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Although the preferable thermal storage system of this invention is demonstrated with reference to drawings, this invention is not limited to this.

図3に示されるように、本発明の蓄熱システムに用いられる好ましい蓄熱装置1は、可撓性のラミネートフィルムからなる外装材で形成されたパック2と、このパック2に収容された過冷却型潜熱蓄熱材組成物3と、パック2の外部にパック2に対して前後進可能な一対の金属棒4a及び4bよりパック2の内部に封入したドーム形状の金属板4cを反転させる発核装置4と、パック2を上下に挟むように配置された熱供給板5及び熱伝達板6とを備えている。   As shown in FIG. 3, a preferable heat storage device 1 used in the heat storage system of the present invention includes a pack 2 formed of an exterior material made of a flexible laminate film, and a supercooling type housed in the pack 2. Latent heat storage material composition 3 and nucleation device 4 for reversing dome-shaped metal plate 4c enclosed in pack 2 from a pair of metal rods 4a and 4b that can move forward and backward with respect to pack 2 outside pack 2 And a heat supply plate 5 and a heat transfer plate 6 that are arranged so as to sandwich the pack 2 vertically.

蓄熱装置1において、過冷却型潜熱蓄熱材組成物3は−20℃以下でも安定に過冷却状態にある。この蓄熱装置1から熱を取り出すときは、過冷却状態にある過冷却型潜熱蓄熱材組成物3をパック2の外部から一方の金属棒4aをパック2側に移動させて、押し当て内部に封入したドーム形状の金属板4cを反転させ、衝撃を加える。これにより、過冷却型潜熱蓄熱材組成物3が結晶化し、放出される熱を熱伝達板6から外部に取り出すことができる。このとき、過冷却型潜熱蓄熱材組成物3の結晶化は速やかに行われる。なお、発核動作後、一方の金属棒4aを後退させてパック2から離す。繰り返し動作のために他方の金属棒4bをパック2側に前進させて逆方向から金属板4cを押し、金属板4cを元の形状に戻す。
一方、熱供給板5から熱が供給されると、過冷却型潜熱蓄熱材組成物3が液相へ変化する。このとき、無水酢酸ナトリウムは析出しにくい。このまま冷却されると、過冷却状態になる。熱を取り出す場合は、上記にように発核装置4を作動させる。
In the heat storage device 1, the supercooling latent heat storage material composition 3 is stably in a supercooled state even at −20 ° C. or lower. When taking out heat from the heat storage device 1, the supercooled latent heat storage material composition 3 in a supercooled state is moved from the outside of the pack 2 to the pack 2 side and enclosed inside the pressing The dome-shaped metal plate 4c is reversed and an impact is applied. Thereby, the supercooled latent heat storage material composition 3 is crystallized, and the released heat can be taken out from the heat transfer plate 6 to the outside. At this time, the supercooled latent heat storage material composition 3 is quickly crystallized. After the nucleation operation, one metal bar 4a is moved backward and separated from the pack 2. For the repetitive operation, the other metal rod 4b is advanced to the pack 2 side and the metal plate 4c is pushed from the opposite direction to return the metal plate 4c to its original shape.
On the other hand, when heat is supplied from the heat supply plate 5, the supercooling latent heat storage material composition 3 changes to a liquid phase. At this time, anhydrous sodium acetate is difficult to precipitate. When cooled as it is, it enters a supercooled state. When extracting heat, the nucleation device 4 is operated as described above.

このようにして、蓄熱装置1は繰り返し使用できる。蓄熱装置1は、上記のように、無水酢酸ナトリウムが析出しにくく、高い繰り返し信頼性を有する装置である。   In this way, the heat storage device 1 can be used repeatedly. As described above, the heat storage device 1 is a device that is difficult to deposit anhydrous sodium acetate and has high repeatability.

蓄熱装置1は、過冷却型潜熱蓄熱材組成物3を収納したパック2を1つ備えているが、本発明において、パック2を複数備えてもよい。   Although the heat storage device 1 includes one pack 2 in which the supercooled latent heat storage material composition 3 is stored, in the present invention, a plurality of packs 2 may be provided.

以下に、本発明を実施例に基づきより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1
酢酸ナトリウム、水および下記表1および表2に示すアルコールを、下記表1および表2に示すモル濃度となるように混合して、各過冷却型潜熱蓄熱材組成物を調製した。
これらの各試料について以下の項目を測定し、得られた結果をまとめたのが表1および表2である。
また、各過冷却型潜熱蓄熱材組成物において、酢酸ナトリウム3水和物を形成する酢酸ナトリウムおよび水の合計質量(理論量)の全体に対する割合を、表1および表2に「3水和物の質量%」として示す。
Example 1
Sodium acetate, water, and alcohols shown in the following Tables 1 and 2 were mixed so as to have molar concentrations shown in Tables 1 and 2 below to prepare respective supercooled latent heat storage material compositions.
Tables 1 and 2 summarize the results obtained by measuring the following items for each of these samples.
Further, in each supercooled latent heat storage material composition, the ratio of the total mass (theoretical amount) of sodium acetate and water forming sodium acetate trihydrate to the total mass (theoretical amount) is shown in Tables 1 and 2. % By weight ”.

(過冷却状態の安定性)
過冷却型潜熱蓄熱材組成物を各3検体作製し、過冷却安定性を確認した。各検体とも90℃まで加熱して過冷却型潜熱蓄熱材組成物を溶融後に、−20℃まで冷却し、1日保持後に、過冷却状態の維持状態を評価した。各3検体に対して3回加熱冷却の評価を行った。すべてにおいて過冷却の安定を維持できた場合を「○」、1回でも結晶化した場合を「×」で評価し、結果を表1および表2に示した。
(Stability in supercooled state)
Three specimens of each of the supercooled latent heat storage material compositions were prepared, and the supercooling stability was confirmed. Each specimen was heated to 90 ° C., melted the supercooled latent heat storage material composition, cooled to −20 ° C., and maintained for 1 day, and then evaluated for the supercooled state. Each of the three specimens was evaluated for heating and cooling three times. In all cases, the case where the stability of supercooling could be maintained was evaluated as “◯”, and the case where it was crystallized even once was evaluated as “x”. The results are shown in Tables 1 and 2.

(発核動作の信頼性:結晶化の確実性)
過冷却状態の安定性を確認できた試料3検体に対して、0℃に冷却後に発核動作を1回(金属板の反転動作を1回)行い、過冷却型潜熱蓄熱材組成物の発熱の確認を行った。発核動作が確認できれば、90℃まで加熱して過冷却型潜熱蓄熱材組成物を溶融後に−20℃まで冷却して発核動作1回行い、過冷却型潜熱蓄熱材組成物の発熱の確認を行った。これを1サイクルとして、3サイクルの評価を行った。すべてにおいて発核による発熱を確認できた場合を「○」、1回でも発核しなかった場合を「×」で評価し、結果を表1および表2に示した。
(Reliability of nucleation operation: certainty of crystallization)
Three samples that have been confirmed to be stable in the supercooled state are nucleated once after being cooled to 0 ° C. (one reversing operation of the metal plate), and the heat generated by the supercooled latent heat storage material composition Was confirmed. If the nucleation operation can be confirmed, the subcooling latent heat storage material composition is heated to 90 ° C., cooled to -20 ° C. and then nucleated once, and the heat generation of the subcooling latent heat storage material composition is confirmed. Went. This was regarded as one cycle, and three cycles were evaluated. In all cases, the case where heat generation due to nucleation could be confirmed was evaluated as “◯”, and the case where no nucleation occurred even once was evaluated as “x”.

(繰り返し信頼性)
上記「発核動作の信頼性」において、0℃での発核、溶融、−20℃での発核および溶融のサイクルを3サイクル行った後、3検体の試料それぞれを、再度90℃まで加熱して溶融した状態の過冷却型潜熱蓄熱材組成物において、完全に溶融しているか、溶け残りがあるかを確認した。体積基準で5%以上の溶け残りが確認できた場合を「×」、溶け残りが確認できたが体積基準で5%未満であった場合を「○」で評価し、結果を表1および表2に示した。
(Repeated reliability)
In the above “reliability of nucleation operation”, after three cycles of nucleation and melting at 0 ° C., nucleation and melting at −20 ° C., each of the three specimens is again heated to 90 ° C. In the supercooled latent heat storage material composition in a melted state, it was confirmed whether it was completely melted or not melted. The case where 5% or more undissolved residue was confirmed on the volume basis was evaluated as “×”, and the case where the undissolved residue was confirmed but was less than 5% on the volume basis was evaluated as “◯”. It was shown in 2.

本発明において、過冷却型潜熱蓄熱材組成物は、上記評価項目のすべてを満たすことが重要である。したがって、不合格になった場合はその後の評価を行わず、評価未実施の欄には“−”を表1および表2に記載した。   In the present invention, it is important that the supercooled latent heat storage material composition satisfies all of the above evaluation items. Therefore, when it failed, subsequent evaluation was not performed and "-" was described in Table 1 and Table 2 in the column which has not been evaluated.

Figure 2015183973
Figure 2015183973

Figure 2015183973
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表1から明らかなように、試料1〜15は、いずれも、酢酸ナトリウム、水およびアルコールのモル濃度が図1に示す三成分系組成図の点A、点B、点Cおよび点Dを頂点とする多角形の領域内にあり、過冷却状態の安定性、結晶化の確実性および繰り返し利用の信頼性がいずれも優れていた。   As is clear from Table 1, samples 1 to 15 all have points at which the molar concentrations of sodium acetate, water and alcohol are point A, point B, point C and point D in the ternary composition diagram shown in FIG. The stability of the supercooled state, the certainty of crystallization, and the reliability of repeated use were all excellent.

これに対して、表2から明らかなように、酢酸ナトリウム、水およびアルコールのモル濃度が三成分系組成図の点A、点B、点Cおよび点Dを頂点とする多角形の領域内にない試料16〜23は、過冷却状態の安定性、発核の信頼性(結晶化の確実性)および繰り返し信頼性の少なくとも1つが劣っていた。   On the other hand, as apparent from Table 2, the molar concentrations of sodium acetate, water, and alcohol are within the polygonal region having points A, B, C, and D as vertices in the ternary composition diagram. None of Samples 16 to 23 were inferior in at least one of the stability of the supercooled state, the reliability of nucleation (certainty of crystallization), and the repetition reliability.

上記の過冷却型潜熱蓄熱材組成物の対比により、下記事項が分かった。
すなわち、過冷却型潜熱蓄熱材組成物の繰り返し使用での信頼性の点では、三成分系組成図において、直線ABの内側領域(直線上を含む。以下同じ。)の組成、直線EBの内側領域および直線MJの内側領域の順で、優れることが分かった。なお、直線EBの内側領域の組成は相変化の劣化防止(安定性)の点でも好ましい。
また、発核の確実性、信頼性の点では、三成分系組成図において、直線ADの内側領域の組成、直線EH(アルコール量)および直線HG(水量)の内側領域の組成、ならびに、直線ILの内側領域の組成の順で、優れることが分かった。
The following matters were found by comparison of the above-described supercooled latent heat storage material composition.
That is, in terms of reliability in the repeated use of the supercooled latent heat storage material composition, in the ternary composition diagram, the composition of the inner region of the straight line AB (including the straight line; the same applies hereinafter), the inner side of the straight line EB It turned out that it is excellent in order of the area | region and the inner area | region of the straight line MJ. Note that the composition of the inner region of the straight line EB is also preferable in terms of preventing deterioration (stability) of the phase change.
In terms of certainty and reliability of nucleation, in the ternary composition diagram, the composition of the inner region of the straight line AD, the composition of the inner region of the straight line EH (alcohol amount) and the straight line HG (water amount), and the straight line It turned out that it is excellent in the order of the composition of the inner region of IL.

直線BCの内側領域の組成であると、過冷却安定性が安定することが分かった。
さらに、直線CDの内側領域の組成であると、過冷却安定性が低下し、しかも相分離した水が凝固して過冷却安定性をさらに低下させることも分かった。
また、直線GFの内側領域の組成では、固相及び液相への相変化の繰り返しサイクルに対する信頼性が優れ、特に直線LKの内側領域の組成が優れることがわかった。
It was found that the supercooling stability was stabilized when the composition was in the inner region of the straight line BC.
Furthermore, it was also found that the supercooling stability is lowered when the composition is in the inner region of the linear CD, and the phase-separated water is solidified to further lower the supercooling stability.
Further, it was found that the composition of the inner region of the straight line GF is excellent in the reliability of the repeated cycle of the phase change to the solid phase and the liquid phase, and particularly the composition of the inner region of the straight line LK is excellent.

実施例2
実施例1で調製した過冷却型潜熱蓄熱材組成物(試料No.1〜15)につき、さらにデバイスとして利用する場合に好ましい特性として、放熱・発熱時の熱応答性、繰り返し結晶化した後の過冷却液体の相安定性および蓄熱密度を評価した。結果を表3に示す。
(熱応答性の評価)
過冷却型潜熱蓄熱材組成物それぞれを0℃で発核させた場合の相変化時間(発核時の相変化時間)と、80℃に保持した場合の溶融時間(溶融時の相変化時間)を測定した。0℃で発核させた場合の相変化時間は発核から結晶化が90%に達するまでに要した時間を測定し、80℃での溶融時間は80℃に達してから90%の結晶が溶融するまでに要した時間を測定した。発核時の相変化時間および溶融時の相変化時間は、3検体の試料それぞれで3回評価を行い、一番遅い相変化時間で評価した。
評価基準は以下の通りである。
一番遅い相変化時間が1分以内であった場合を「◎」、1分を超え5分以内であった場合を「○」、5分を超え10分以内であった場合を「△」、発核時の相変化時間と溶融時の相変化時間のどちらかが10分を超えた場合を「×」とした。
評価が「△」以上であれば、デバイスとして利用する場合に要求される熱応答性を満たす材料である。
Example 2
Regarding the supercooled latent heat storage material composition (sample Nos. 1 to 15) prepared in Example 1, as a preferable characteristic when used as a device, heat responsiveness during heat dissipation and heat generation, after repeated crystallization The phase stability and heat storage density of the supercooled liquid were evaluated. The results are shown in Table 3.
(Evaluation of thermal response)
Phase change time when each supercooled latent heat storage material composition is nucleated at 0 ° C (phase change time during nucleation) and melting time when kept at 80 ° C (phase change time during melting) Was measured. The phase change time when nucleating at 0 ° C. is the time required for crystallization to reach 90% from nucleation, and the melting time at 80 ° C. is 90% of crystals after reaching 80 ° C. The time required for melting was measured. The phase change time at the time of nucleation and the phase change time at the time of melting were evaluated three times for each of the three specimens, and were evaluated with the slowest phase change time.
The evaluation criteria are as follows.
“◎” when the latest phase change time is within 1 minute, “◯” when it is over 1 minute and within 5 minutes, “△” when it is over 5 minutes and within 10 minutes In the case where either the phase change time during nucleation or the phase change time during melting exceeds 10 minutes, “x” is given.
If the evaluation is “Δ” or more, the material satisfies the thermal responsiveness required when used as a device.

(相変化安定性の評価)
まず、過冷却型潜熱蓄熱材組成物それぞれを0℃で発核させた10分後に結晶化した部分の体積率の平均を初期結晶化率と定義し、測定した。
次いで、溶融および0℃での発核の相変化過程を1サイクルとして100サイクル行った後、3検体の試料を0℃で発核させて、過冷却液体から結晶化した部分の体積率の平均値を測定した。この測定値を初期結晶化率で除した値を、結晶化変化率と定義した。この結晶化変化率は、結晶化過冷却液体の相安定性を評価可能な指標であり、100%である場合は繰返しによる変化がない(相変化の安定性が高い)ことを意味する。
評価基準は以下のとおりである。
結晶化変化率が95%以上であった場合を「◎」、90%以上95%未満であった場合を「○」、80%以上90%未満であった場合を「△」、80%未満であった場合を「×」とした。
評価が「△」以上であれば、デバイスとして利用する場合に要求される相変化安定性を満たす材料である。
(Evaluation of phase change stability)
First, the average volume fraction of the portion crystallized 10 minutes after nucleating each of the supercooled latent heat storage material compositions at 0 ° C. was defined as the initial crystallization rate and measured.
Next, after 100 cycles of the phase change process of melting and nucleation at 0 ° C. as one cycle, three samples were nucleated at 0 ° C., and the average volume fraction of the portion crystallized from the supercooled liquid The value was measured. A value obtained by dividing the measured value by the initial crystallization rate was defined as a crystallization change rate. This crystallization change rate is an index that can evaluate the phase stability of the crystallized supercooled liquid, and when it is 100%, it means that there is no change due to repetition (phase change stability is high).
The evaluation criteria are as follows.
When the rate of crystallization change is 95% or more, “◎”, when it is 90% or more and less than 95%, “◯”, when it is 80% or more and less than 90%, “△”, less than 80% The case where it was was made into "x".
If the evaluation is “Δ” or more, the material satisfies the phase change stability required for use as a device.

(蓄熱密度)
過冷却型潜熱蓄熱材組成物それぞれの蓄熱密度を、上記方法により、測定した。
評価は、蓄熱密度が、75kJ/kg以上であった場合を「○」、70kJ/kg以上75kJ/kg未満であった場合を「△」、70kJ/kg未満であった場合を「×」とした。
評価が「△」以上であれば、デバイスとして利用する場合に要求される蓄熱密度を満たす材料である。
(Heat storage density)
The heat storage density of each supercooled latent heat storage material composition was measured by the above method.
Evaluation is “◯” when the heat storage density is 75 kJ / kg or more, “Δ” when 70 kJ / kg or more and less than 75 kJ / kg, and “X” when it is less than 70 kJ / kg. did.
If the evaluation is “Δ” or more, the material satisfies the heat storage density required for use as a device.

Figure 2015183973
Figure 2015183973

表3から明らかなように、三成分系組成図の多角形ABCDの領域内の組成よりも、多角形EBFGHの領域内の組成、さらには多角形MJKLIの領域内の組成であると、過冷却状態の安定性、結晶化の確実性および繰り返し利用の信頼性に加えて、優れた熱応答性、相変化安定性および蓄熱密度も兼ね備え、デバイスとして好適に利用できることが分かった。   As is clear from Table 3, the composition in the region of the polygon EBFGH and further the composition in the region of the polygon MJKLI than the composition in the region of the polygon ABCD in the ternary composition diagram are overcooled. In addition to the stability of the state, the certainty of crystallization, and the reliability of repeated use, it also has excellent thermal responsiveness, phase change stability, and heat storage density, and was found to be suitable for use as a device.

実施例3 実施例1で調製した過冷却型潜熱蓄熱材組成物(試料No.1〜15)を用いて、図3に示される蓄熱システムを構築し、その特性を確認した。その結果、各蓄熱システムは、いずれも、発核動作前は過冷却状態が安定性よく維持され、発核動作により刺激が与えられると確実に結晶化が進行し、放熱後は吸熱プロセスを経て過冷却状態に戻った。すなわち、これらの蓄熱システムは、いずれも、吸熱プロセス及び放熱プロセスからなる上記サイクルの繰り返し利用において高い信頼性を示した。 Example 3 Using the supercooled latent heat storage material composition (sample Nos. 1 to 15) prepared in Example 1, the heat storage system shown in FIG. 3 was constructed and the characteristics thereof were confirmed. As a result, in each heat storage system, the supercooled state is stably maintained before the nucleation operation, and crystallization progresses reliably when stimulated by the nucleation operation. It returned to the supercooled state. That is, all of these heat storage systems showed high reliability in the repeated use of the above cycle consisting of an endothermic process and a heat release process.

1 蓄熱装置
2 パック
3 過冷却型潜熱蓄熱材組成物
4 発核装置
4a、4b 金属棒
4c 金属板
5 熱供給板
6 熱伝達板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat storage device 2 Pack 3 Supercooling type latent heat storage material composition 4 Nucleation device 4a, 4b Metal rod 4c Metal plate 5 Heat supply plate 6 Heat transfer plate

Claims (7)

酢酸ナトリウム、水およびアルコールを含有する過冷却型潜熱蓄熱材組成物であって、
前記アルコールが、エチレングリコール、プロピレングリコール、1−プロパノール、2−ブタノールおよび1,3−ブタンジオールからなる群より選択される1種以上のアルコールであり、
前記酢酸ナトリウム、前記水および前記アルコールそれぞれの分子モル濃度が、図1に示す酢酸ナトリウム、水およびアルコールの三成分系組成図において、点A(酢酸ナトリウム22.6mol%、水60.8mol%、アルコール16.6mol%)、点B(酢酸ナトリウム26.2mol%、水70.9mol%、アルコール2.9mol%)、点C(酢酸ナトリウム17.8mol%、水81.1mol%、アルコール1.1mol%)および点D(酢酸ナトリウム14.4mol%、水79.1mol%、アルコール6.5mol%)を頂点とする多角形の領域内(ただし、境界線上を含む。)にある過冷却型潜熱蓄熱材組成物。
A supercooled latent heat storage material composition containing sodium acetate, water and alcohol,
The alcohol is one or more alcohols selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol, 1-propanol, 2-butanol and 1,3-butanediol;
In the ternary composition diagram of sodium acetate, water and alcohol shown in FIG. 1, the molecular molar concentrations of sodium acetate, water and alcohol are point A (sodium acetate 22.6 mol%, water 60.8 mol%, Alcohol 16.6 mol%), point B (26.2 mol% sodium acetate, water 70.9 mol%, alcohol 2.9 mol%), point C (sodium acetate 17.8 mol%, water 81.1 mol%, alcohol 1.1 mol) %) And point D (sodium acetate 14.4 mol%, water 79.1 mol%, alcohol 6.5 mol%) in the polygonal region (including on the boundary line) as the vertex, but supercooled latent heat storage Material composition.
前記酢酸ナトリウム、前記水および前記アルコールそれぞれの前記分子モル濃度が、前記三成分系組成図において、E点(酢酸ナトリウム21.4mol%、水64.3mol%、アルコール14.3mol%)、B点(酢酸ナトリウム26.2mol%、水70.9mol%、アルコール2.9mol%)、F点(酢酸ナトリウム21.5mol%、水76.4mol%、アルコール2.1mol%)、G点(酢酸ナトリウム18.2mol%、水77.7mol%、アルコール4.1mol%)およびH点(酢酸ナトリウム18.2mol%、水72.7mol%、アルコール9.1mol%)を頂点とする多角形の領域内(ただし、境界線上を含む。)にある請求項1に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。   In the ternary composition diagram, the molecular molar concentrations of the sodium acetate, the water, and the alcohol are point E (sodium acetate 21.4 mol%, water 64.3 mol%, alcohol 14.3 mol%), point B, respectively. (Sodium acetate 26.2 mol%, water 70.9 mol%, alcohol 2.9 mol%), F point (sodium acetate 21.5 mol%, water 76.4 mol%, alcohol 2.1 mol%), G point (sodium acetate 18 .2 mol%, water 77.7 mol%, alcohol 4.1 mol%) and within the polygonal region with the H point (sodium acetate 18.2 mol%, water 72.7 mol%, alcohol 9.1 mol%) as vertices (however, The overcooling type latent heat storage material composition according to claim 1, which is included on the boundary line. 前記酢酸ナトリウム、前記水および前記アルコールそれぞれの前記分子モル濃度が、前記三成分系組成図において、M点(酢酸ナトリウム22.3mol%、水67.0mol%、アルコール10.7mol%)、J点(酢酸ナトリウム24.3mol%、水73.0mol%、アルコール2.7mol%)、K点(酢酸ナトリウム23.0mol%、水74.5mol%、アルコール2.5mol%)、L点(酢酸ナトリウム21.4mol%、水73.8mol%、アルコール4.8mol%)およびI点(酢酸ナトリウム21.4mol%、水67.9mol%、アルコール10.7mol%)を頂点とする多角形の領域内(ただし、境界線上を含む。)にある請求項1または2に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。   In the ternary composition diagram, the molecular molar concentrations of the sodium acetate, the water and the alcohol are M points (sodium acetate 22.3 mol%, water 67.0 mol%, alcohol 10.7 mol%), J points, respectively. (Sodium acetate 24.3 mol%, water 73.0 mol%, alcohol 2.7 mol%), K point (sodium acetate 23.0 mol%, water 74.5 mol%, alcohol 2.5 mol%), L point (sodium acetate 21 .4 mol%, water 73.8 mol%, alcohol 4.8 mol%) and within a polygonal region with the I point (sodium acetate 21.4 mol%, water 67.9 mol%, alcohol 10.7 mol%) as vertices (however, The supercooled latent heat storage material composition according to claim 1, wherein the composition is on a boundary line. 酢酸ナトリウム3水和物を形成する、前記酢酸ナトリウムおよび前記水の合計質量が、前記酢酸ナトリウム、前記水および前記アルコールの合計質量中、70質量%以上95質量%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。   The total mass of the sodium acetate and the water that forms sodium acetate trihydrate is 70% by mass to 95% by mass in the total mass of the sodium acetate, the water, and the alcohol. The supercooled latent heat storage material composition according to any one of the above. 増粘剤を、前記水および前記アルコールの合計質量100質量部に対して0.001質量部以上5.0質量部以下含有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。   The subcooling latent heat according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickener is contained in an amount of 0.001 parts by mass to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total mass of the water and the alcohol. Thermal storage material composition. −20℃以下で過冷却状態を維持し、発核動作により結晶化して発熱する請求項1〜5のいずれか1項に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物。   The supercooled latent heat storage material composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the supercooled latent heat storage material composition is maintained at a temperature of -20 ° C or less and generates heat by crystallization by nucleation operation. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の過冷却型潜熱蓄熱材組成物を、過冷却状態から、発核動作により結晶化して放熱し、放熱後は加熱による結晶の溶融を経て、過冷却状態に戻るサイクルを、繰り返し利用する、蓄熱システム。   The supercooled latent heat storage material composition according to any one of claims 1 to 6 is crystallized from a supercooled state by nucleation operation to dissipate heat, and after heat dissipation, the crystal is melted by heating, A heat storage system that repeatedly uses the cycle to return to the cooling state.
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