JP3463104B2 - 氷蓄熱材 - Google Patents

氷蓄熱材

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JP3463104B2 JP2000371174A JP2000371174A JP3463104B2 JP 3463104 B2 JP3463104 B2 JP 3463104B2 JP 2000371174 A JP2000371174 A JP 2000371174A JP 2000371174 A JP2000371174 A JP 2000371174A JP 3463104 B2 JP3463104 B2 JP 3463104B2
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    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/066Cooling mixtures; De-icing compositions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、水と水溶性の添加
剤とからなる氷蓄熱材に関する。 【0002】 【従来の技術】氷蓄熱材とは、水を含有する材料であっ
て、生成させる氷によって氷の凝固点付近で熱交換を行
わせるものをいう。かかる氷蓄熱材は、空調、冷凍・冷
蔵、冷蔵貯蔵、急速冷凍、氷蓄熱等に用いられている。 【0003】かかる氷蓄熱材としては、エチレングリコ
ールを加えた水溶液が用いられている。かかる氷蓄熱材
は、クリスタルアイスやリキッドアイスと呼ばれるダイ
ナミックタイプの製氷に用いられる。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】本発明者は、かかるエ
チレングリコールを用いる氷蓄熱材が、粒状氷を連続製
氷できる長所を持つ反面、氷充填率(初期の水溶液の量
に対する生成された氷の量の比=IPF)の増加に伴
い、凝固点が下がり、高い氷充填率を得るためには、冷
凍機の蒸発温度を下げて、成績係数(COP)の低い領
域で運転しなければならないことを知見した。 【0005】本発明は、高い氷充填率を、高い凝固温度
で実現できる、氷蓄熱材を得ることを課題とする。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明は、水と水溶性の
添加剤とからなる氷蓄熱材であって、前記添加剤が前記
水に溶解してシラノール基を生成しており、前記添加剤
が、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノエチル
−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、アミノエチ
ル−アミノプロピルトリメトキシシラン及びアミノエチ
ル−アミノプロピルトリエトキシシランからなる群より
選ばれる少なくとも1種のシランカップリング剤であ
り、前記添加剤が前記水に対して1〜8重量%含有され
ており、前記添加剤が氷の生成に起因する水の凝固点降
下を抑制する、氷蓄熱材に係るものである。 【0007】本発明者は、実用的な氷蓄熱システムを得
るため、種々の氷蓄熱材を試作し、検討した。 【0008】その結果、本発明者は、水にポリエチレン
グリコールを入れた従来の氷蓄熱材が、氷の生成量の増
加に伴い、溶液濃度を上昇させ、凝固点を著しく下げて
しまうことを知見した。 【0009】かかる従来の氷蓄熱材では、氷の高い生成
量を得るには、冷凍機の蒸発温度を下げて、成績係数の
低い条件で製氷しなければならない。 【0010】現在の氷蓄熱では、電力負荷平準化のた
め、ピークカット・ピークシフトだけではなく、使用電
力の削減、すなわち省エネルギー及び二酸化炭素の削減
が求められる。 【0011】このため、冷凍機の蒸発温度を高めること
は、成績係数の向上、すなわち省エネルギー効果があ
る。また、氷蓄熱における高い氷充填率は、蓄熱槽の小
型化のために重要である。 【0012】かかる知見の下、本発明者は、高い氷充填
率を、高い凝固温度で実現する氷蓄熱材について、更に
詳細に検討した。 【0013】その結果、本発明者は、水にシランカップ
リング剤を添加した氷蓄熱材が、冷凍機の高い成績係数
を得る運転条件で、氷の高い生成量又は氷充填率を得ら
れることを突き止め、本発明に到達した。 【0014】本発明の氷蓄熱材では、水に溶解してシラ
ノール基を作る添加剤を加えているので、かかるシラノ
ール基が、生成された微細な氷と水素結合する。 【0015】また、本発明の氷蓄熱材では、かかるシラ
ノール基によって、氷の生成に応じて水溶液中に排出さ
れた添加剤が氷に結合し、水溶液中の添加剤の濃度が高
くなるのが抑制され、凝固点降下が小さくなる。 【0016】本発明の氷蓄熱材によれば、凝固点降下が
抑制され、高い氷充填率を、高い凝固温度で実現でき
る。かかる氷蓄熱材は、成績係数の高い条件で冷凍機を
運転することで、氷蓄熱システムのより一層の省エネル
ギー化を達成できると共に、高い氷充填率によって、蓄
熱槽のより一層の小型化が図れる。 【0017】また、本発明の氷蓄熱材によれば、生成さ
れた氷粒子の表面に、シラノール基によって添加剤が結
合して、氷同士の結合が妨げられ、氷を粒状に保たせる
ことができる。 【0018】 【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して説明する。図1は、本発明にかかる氷とシラノー
ル基との結合を示すモデル図である。図2は、本発明で
用いられる一例の容器内攪拌製氷装置の概略図である。
図3は、本発明で用いられる一例の管内冷却による製氷
装置の概略図である。 【0019】本発明の氷蓄熱材は、水と水溶性の添加剤
とからなる。本発明の氷蓄熱材は、クリスタルアイスや
リキッドアイスと呼ばれるダイナミックタイプの製氷等
で用いられ、各種の氷蓄熱システムに用いることができ
る。 【0020】本発明で用いる添加剤は、水に溶解してシ
ラノール基を生成する。かかる添加剤としては、好まし
くは、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミ
ノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチ
ル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等のア
ミノエチル−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、
N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキ
シシラン等のアミノエチル−アミノプロピルトリメトキ
シシラン及びN−β(アミノエチル)γ−アミノプロピ
ルトリエトキシシラン等のアミノエチル−アミノプロピ
ルトリエトキシシランからなる群より選ばれる少なくと
も1種のシランカップリング剤を用いることができる。 【0021】かかるシランカップリング剤は、いずれ
も、水に対する溶解度が高く、保存安定性がよい。 【0022】本発明では、かかる添加剤のうち、特に、
γ−アミノプロピルトリメトキシシランのシランカップ
リング剤を用いるのが好ましい。 【0023】本発明にかかる添加剤は、水に対して、1
〜8重量%含有される。添加量が1重量%未満では、添
加剤の効果が小さいために、壁面氷結し易くなる。さら
に、生成される氷も分散状態が維持できず塊になり易
く、融解時の融解速度の低下が予想される上に、更に、
搬送時の流動抵抗となり搬送動力の増大も考えられる。
添加量が8重量%を超えると、生成する氷との水素結合
に使われるシラノール基が過剰となり、添加量に見合う
効果が得られず、経済的ではない。さらに、生成された
氷の粒径も小さくなり過ぎて、融解時の融解速度の低下
が予想される。 【0024】本発明では、好ましくは、添加剤を水に対
して2〜4重量%含有させることができる。この範囲内
では、3〜7℃程度と極めて小さい凝固降下で含有水分
をほぼすべて凝固させることができ、COPの著しい向
上が可能となる等、添加した添加剤量に見合った効果が
得られ、経済的である。さらに、生成された氷の粒径も
適度の大きさで、長期にわたって分散状態を維持してお
り、融解時の融解速度の向上が期待される。 【0025】本発明にかかるアミノプロピルトリメトキ
シシラン等のシランカップリング剤は水溶性であり、水
と加水分解して、シラノール基(−SiOH)を作る。
シラノール基は生成した氷と水素結合する。 【0026】かかる水素結合のモデルを図1に示す。図
1に示すように、本発明にかかる添加剤の役割は、生成
した氷の表面に、シラノール基が結合して、有機官能基
を持つカップリング剤が互いに重合し、カップリング剤
等で氷が覆われる形として想定される。シランカップリ
ング剤分子は、他方に、アミノ基等の有機官能基−Yを
持つ。なお、Rは、適切なアルキル基等である。 【0027】エチレングリコール水溶液等の通常の氷蓄
熱材を用いる製氷過程では、水の生成量に応じて溶液の
濃度が上昇し、溶液の凝固点が下がり、冷凍機の蒸発温
度を下げなければ、氷充填率を高くできない。 【0028】本発明の氷蓄熱材では、氷の生成過程で、
シラノール基が氷と結合することにより、添加剤による
凝固点降下が抑制されて、温度と凝固点の関係から算出
された製氷量よりも、実際の製氷量が多くなる。 【0029】本発明の氷蓄熱材は、種々の条件の製氷方
法を採用できる。例えば、図2及び3に示すような攪拌
製氷装置や管内冷却製氷装置が用いられる。 【0030】図2に示すような攪拌製氷装置1は、冷却
円筒2と、その外周の冷却管3と、攪拌機4とを備え、
冷却円筒2内の氷蓄熱材5を、攪拌機4の攪拌翼4aに
よって攪拌しながら製氷するものである。 【0031】図3に示すような管内冷却製氷装置11
は、製氷部12と、貯氷部13と、製氷部12及び貯氷
部13を連通する管14a,14bと、ポンプ15を有
し、低温ブラインや低温冷媒16を用いる熱交換器17
で、管18内の氷蓄熱材19を冷却し製氷するか、熱交
換器15で氷蓄熱材19を過冷却状態にまで冷却して管
外で製氷するものである。 【0032】 【実施例】本発明を、図面を参照して、実施例及び比較
例に基づいて説明する。図4は、本発明の一参考例にお
ける製氷量のグラフである。図5は、本発明の一参考
における添加剤の氷への結合量のグラフである。図6
は、本発明の一参考例の製氷量とエチレングリコール水
溶液を冷却製氷した場合の製氷量とを比較した図であ
る。 【0033】参考例1 4重量%のγ−アミノプロピルトリエトキシシラン水溶
液を、氷蓄熱材として用いて、容器内攪拌製氷した。 【0034】このとき、図4に示すように、製氷が進
み、凝固点が下がるに従い、実測される製氷量(×)
が、相図より凝固点から算出した製氷量(○)よりも2
0〜40%多くなった。 【0035】また、このときの氷に結合する添加剤の量
は、温度との関係で、図5に示すようになった。図5で
は、−4℃において、50%の添加剤が氷に結合してお
り、製氷による溶液中の添加剤の濃度上昇が抑えられて
いる。−4℃におけるIPF〔=(氷の質量)/(水の
質量+添加剤の質量)〕は、80%以上である。 【0036】実施例 参考 例1のγ−アミノプロピルトリエトキシシランに代
えて、γ−アミノプロピルトリメトキシシランを添加剤
として用い、参考例1と同様にして、容器内攪拌製氷し
た。 【0037】このとき、参考例1と同様の結果が得られ
た。 【0038】比較例参考 例1と等しい濃度(4重量%)ではあるが、エチレ
ングリコールを添加剤とした水溶液を冷却製氷した。 【0039】このときの製氷量の計算結果と参考例1の
製氷量とを比較したものが、図6である。図6に示すよ
うに、−4℃において、参考例1の氷蓄熱材の製氷量
(○)が、エチレングリコール水溶液の場合(×)より
20%以上多くなっている。この結果から、参考例1及
実施例1の氷蓄熱材によって、高いIPFが得られる
ことが分かる。 【0040】 【発明の効果】本発明の氷蓄熱材によれば、氷の生成に
起因する凝固点降下が抑制され、高いIPFを得ること
ができ、従って、COPの高い条件で冷凍機を運転でき
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明にかかる氷とシラノール基との結合を
示すモデル図である。 【図2】 本発明で用いられる一例の容器内攪拌製氷装
置の概略図である。 【図3】 本発明で用いられる一例の管内冷却による製
氷装置の概略図である。 【図4】 本発明の一参考例における製氷量のグラフで
ある。 【図5】 本発明の一参考例における添加剤の氷への結
合量のグラフである。 【図6】 本発明の一参考例の製氷量とエチレングリコ
ール水溶液を冷却製氷した場合の製氷量とを比較した図
である。 【符号の説明】 1 攪拌製氷装置 2 冷却円筒 3 冷却管 4 攪拌機 4a 攪拌翼 5,19 氷蓄熱材 11 管内冷却製氷装置 12 製氷部 13 貯氷部 14a,14b,18 管 15 ポンプ 16 低温冷媒 17 熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 5/06 F25D 3/00 - 3/14

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 水と水溶性の添加剤とからなる氷蓄熱材
    であって、 前記添加剤が前記水に溶解してシラノール基を生成して
    おり、前記添加剤が、アミノプロピルトリメトキシシラ
    ン、アミノエチル−アミノプロピルメチルジメトキシシ
    ラン、アミノエチル−アミノプロピルトリメトキシシラ
    ン及びアミノエチル−アミノプロピルトリエトキシシラ
    ンからなる群より選ばれる少なくとも1種のシランカッ
    プリング剤であり、前記添加剤が前記水に対して1〜8
    重量%含有されており、前記添加剤が氷の生成に起因す
    る水の凝固点降下を抑制することを特徴とする、氷蓄熱
    材。
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CA2981589C (en) * 2014-04-04 2022-08-23 Sunwell Engineering Company Limited A storage unit for maintaining a generally constant temperature

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JPH10185379A (ja) 1996-10-31 1998-07-14 Tetsuo Kawagoe 製氷システム又は氷蓄熱システム
JP3520315B2 (ja) 1998-09-18 2004-04-19 独立行政法人産業技術総合研究所 シランカップリング剤を利用した冷熱輸送方法、冷熱保存方法、氷スラリー生成方法及び装置
JP2000314576A (ja) 1999-05-06 2000-11-14 Tetsuo Kawagoe W/o型エマルション及びサスペンションの製造方法

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