JP6176780B2 - 熱エネルギー貯蔵材料および熱エネルギー貯蔵材料の製造方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る熱エネルギー貯蔵材料は、パラフィンと水とを含有し、さらに油ゲル化剤を含有してパラフィン滴がゲル化され、パラフィン滴が水中に分散されたエマルションである。油ゲル化剤を加えることで、冷却されてパラフィン滴が凝固するときの結晶核が提供されるのでパラフィン滴が凝固されやすくなり、過冷却が抑制される。これにより、熱エネルギー貯蔵材料の凝固温度(液‐固相転移温度)はパラフィンの凝固点とほとんど変わらない温度となる。さらにこのエマルション中のパラフィン滴同士の合一が抑制されるため、冷却加熱を繰り返して使用してもエマルション中のパラフィン滴は高分散状態を保つ。さらにパラフィンと水に相分離せず、熱的安定性が向上し、繰り返しの使用に耐えられる。
本実施形態で用いるパラフィンは油ゲル化剤によってゲル化される。パラフィンは水中でゲル化され、ゲル化されたパラフィン滴は水中に分散している。ここで、ゲルは完全な固体状態ではなく、固体と液体の性質を維持した半固体状態である。油ゲル化剤中の親油基とパラフィンとの親和力によってパラフィン中に油ゲル化剤が取り込こまれ、パラフィン内部で三次元のネットワークを形成する。この状態が進行すると流動性が失われていき、流動性が極めて低い状態(半固体状態)となる。これにより、ゲル化されて半固体状態のパラフィン滴が水中に分散したエマルションとなる。さらに、パラフィン滴全体がゲル化され、半固体状態であるので、パラフィン滴同士が衝突・接触しても合一が抑制されて、熱的安定性が良くなる。また、パラフィン滴の水中での分散安定性を向上させる効果もある。
また、本実施形態の熱エネルギー貯蔵材料は、パラフィンと、油ゲル化剤と、油ゲル化防止剤とを含有する混合液体を予め製造し、この混合液体を水に添加して製造してもよい。この混合液体中の油ゲル化防止剤は、混合液体中のパラフィンと油ゲル化剤とが反応して、パラフィンがゲル化されるのを防ぐための物質である。混合液体は水を含まず、流動性を有する液体状態であり、パラフィンはゲル化されていない。この混合液体を水に添加すると、混合液体中の油ゲル化防止剤が水に溶解し、混合液体中のパラフィンのゲル化が始まる。油ゲル化防止剤は水に溶解しやすく、親水性の物質である。このため、混合液体を水に添加すると混合液体中の油ゲル化防止剤は水相に移り、混合液体はパラフィンと、油ゲル化剤とを含有する液体となる。油ゲル化防止剤が抜け、これらすべての液体を混合することでパラフィンと油ゲル化剤との反応が始まり、パラフィン滴が水中に分散されたエマルションが製造される。また、油ゲル化防止剤を用いることにより、低温で、短時間でパラフィン/油ゲル化剤/水エマルションが調製できる利点がある。さらに、油ゲル防止剤の水への溶解性により、パラフィン滴中の油ゲル防止剤の量をコントロールすることができるため、ゲル化したパラフィン滴の粘弾性を制御することができる。
本実施形態で用いる油ゲル化剤は、低温(例えば、LGBAの場合は100℃以下)ではパラフィンに溶解しにくいため、油ゲル化防止剤を用いることにより、油ゲル化剤をパラフィンに溶解させやすくして、低温でも均一に溶解した混合液体が調製できる。
ヘキサデカンに、ヘキサデカンに対して3wt%のN‐ラウロイル‐L‐グルタミン酸‐α,γ‐ジ‐n‐ブチルアミド(LGBA)を添加し、120℃で加熱してLGBAを溶解させ、冷却してヘキサデカンゲルを調製した。製造されるエマルションの体積に対してヘキサデカンが30vol%となるようにヘキサデカンゲルと水を容器に入れた。容器内の液体を歯車回転式ホモジナイザーで20分間撹拌し、混合し、ヘキサデカン/LGBA/水エマルションを製造した。
ヘキサデカンと、ヘキサデカンに対して3wt%のLGBAと、ヘキサデカンに対して15wt%のエタノールとを混合して混合液体を製造した。製造されるエマルションの体積に対してヘキサデカンが30vol%となるように、混合液体と水を容器に入れた。容器内の液体を歯車回転式ホモジナイザーで20分間撹拌し、混合し、ヘキサデカン/LGBA/水エマルションを製造した。
LGBAの添加量を1wt%とし、実施例2と同様にしてヘキサデカン/LGBA/水エマルションを製造した。
LGBAの添加量を5wt%とし、実施例2と同様にしてヘキサデカン/LGBA/水エマルションを製造した。
水の重量に対して2wt%のポリビニルピロリドン(親水性高分子:PVP)を水に添加した。実施例2と同様の混合液体を製造し、製造されるエマルションの体積に対してヘキサデカンが30vol%となるように混合液体とPVPを含む水を容器に入れた。実施例2と同様にして、ヘキサデカン/LGBA/PVP/水エマルションを製造した。
水の重量に対して2wt%のドデシル硫酸ナトリウム(界面活性剤:SDS)を水に添加した。実施例2と同様の混合液体を製造し、製造されるエマルションの体積に対してヘキサデカンが30vol%となるように混合液体とSDSを含む水を容器に入れた。実施例2と同様にして、ヘキサデカン/LGBA/SDS/水エマルションを製造した。
Claims (10)
- パラフィンと、水と、油ゲル化剤と、親水性高分子であるポリビニルピロリドンとを含有し、界面活性剤を含有せず、前記パラフィンが前記油ゲル化剤によってゲル化され、該ゲル化されたパラフィン滴が水中に分散されたエマルションであることを特徴とする熱エネルギー貯蔵材料。
- さらに、油ゲル化防止剤を含有することを特徴とする請求項1に記載の熱エネルギー貯蔵材料。
- 前記油ゲル化防止剤が、極性有機溶媒であることを特徴とする請求項2に記載の熱エネルギー貯蔵材料。
- 前記パラフィンの含有量が、前記エマルションの体積に対して、1.0〜50vol%であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の熱エネルギー貯蔵材料。
- 前記油ゲル化剤の含有量が、前記パラフィンの重量に対して、0.1〜10wt%であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の熱エネルギー貯蔵材料。
- 前記パラフィン滴の平均液滴径が、0.1〜10μmであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の熱エネルギー貯蔵材料。
- 前記パラフィンが、ヘキサデカンであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の熱エネルギー貯蔵材料。
- 前記油ゲル化剤が、N‐ラウロイル‐L‐グルタミン酸‐α,γ‐ジ‐n‐ブチルアミドであることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の熱エネルギー貯蔵材料。
- パラフィンと、油ゲル化剤と、油ゲル化防止剤とを含有し、界面活性剤を含有しない混合液体を製造する工程と、
前記混合液体と、水とを混合して、前記混合液体中の前記油ゲル化防止剤を前記水に溶解させ、前記混合液体中の前記パラフィンをゲル化させて、パラフィン滴を水中に分散させたエマルションとする工程とを含むことを特徴とする熱エネルギー貯蔵材料の製造方法。 - 前記混合液体と混合する前記水に、あらかじめ、親水性高分子であるポリビニルピロリドンを溶解させた水を用いることを特徴とする請求項9に記載の熱エネルギー貯蔵材料の製造方法。
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