JP6279778B1 - Latent heat storage material composition - Google Patents
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Abstract
【課題】潜熱蓄熱材に添加剤を加えることにより、潜熱蓄熱材の融点を大幅に調整できると共に、この添加剤が配合されても、より大きな蓄熱量を得ることができる潜熱蓄熱材組成物を提供する。【解決手段】蓄熱または放熱を行う潜熱蓄熱材10に、該潜熱蓄熱材10の物性を調整する添加剤11を配合してなる潜熱蓄熱材組成物1において、潜熱蓄熱材10は、無機塩水和物からなること、添加剤は、潜熱蓄熱材10の融点を調整する融点調整剤11であり、潜熱蓄熱材10に含まれる水分への溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質である。【選択図】図1A latent heat storage material composition capable of drastically adjusting the melting point of a latent heat storage material by adding an additive to the latent heat storage material and obtaining a larger amount of stored heat even when the additive is blended. provide. In a latent heat storage material composition 1 in which an additive 11 that adjusts physical properties of the latent heat storage material 10 is blended with a latent heat storage material 10 that stores or radiates heat, the latent heat storage material 10 includes inorganic salt hydration. It consists of a substance, and the additive is a melting point adjusting agent 11 that adjusts the melting point of the latent heat storage material 10, and is a substance having physical properties that generate a negative heat of dissolution when dissolved in moisture contained in the latent heat storage material 10. is there. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して、蓄熱または放熱を行う潜熱蓄熱材に、この潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合した潜熱蓄熱材組成物に関する。 The present invention relates to a latent heat storage material composition in which an additive that adjusts the physical properties of the latent heat storage material is blended with a latent heat storage material that stores or releases heat using the input and output of latent heat associated with phase change.
潜熱蓄熱材(PCM:Phase Change Material)は、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱することができる物性を有しており、本来廃棄される排熱をこの潜熱蓄熱材に蓄熱し、蓄えた熱を必要に応じて取り出すことで、エネルギが無駄なく有効に活用できる。このような潜熱蓄熱材の一種に、例えば、アンモニウムミョウバン12水和物(AlNH4(SO4)2・12H2O)(以下、「アンモニウムミョウバン」と称す。)が、広く知られている。アンモニウムミョウバンの物性は、融点93.5℃で、常温では固体である。そのため、潜熱蓄熱材がアンモニウムミョウバン単体の場合、排熱温度が、融点93.5℃より低い温度であると、アンモニウムミョウバンが、排熱で加熱されたとしても、アンモニウムミョウバンは融解せず、排熱を回収して蓄熱することはできない。そこで一般的には、特許文献1のように、融点調整剤が、潜熱蓄熱材の融点を、排熱に対応する温度に調整する目的で、潜熱蓄熱材に添加される。
Latent heat storage material (PCM: Phase Change Material) has physical properties that can store heat using the input and output of latent heat that accompanies phase change, and stores the waste heat that was originally discarded in this latent heat storage material. By taking out the stored heat as needed, energy can be used effectively without waste. As one type of such latent heat storage material, for example, ammonium alum 12 hydrate (AlNH 4 (SO 4 ) 2 · 12H 2 O) (hereinafter referred to as “ammonium alum”) is widely known. The physical properties of ammonium alum have a melting point of 93.5 ° C. and are solid at room temperature. Therefore, when the latent heat storage material is ammonium alum alone, if the exhaust heat temperature is lower than the melting point of 93.5 ° C, even if the ammonium alum is heated by exhaust heat, the ammonium alum does not melt and is exhausted. Heat cannot be recovered and stored. Therefore, generally, as in
特許文献1は、アンモニウムミョウバン(AlNH4(SO4)2・12H2O)と塩化アンモニウム(NH4Cl)とを含有した共晶塩からなる潜熱蓄熱材である。特許文献1によれば、塩化アンモニウムが、5〜15重量%の添加量でアンモニウムミョウバンに配合されると、アンモニウムミョウバンの融点が、約90〜75℃に調整できるとされている。また、特許文献1の潜熱蓄熱材の物性では、共晶点が、75〜78℃の温度であり、例えば、共晶点からの利用温度差が、ΔT=30℃(45〜75℃)である場合、この潜熱蓄熱材の蓄熱量は、約320〜350kJ/Lであるとされている。
しかしながら、特許文献1の潜熱蓄熱材は、アンモニウムミョウバンと塩化アンモニウムとの共晶塩であるため、特許文献1の図1に示されているように、塩化アンモニウムが、添加量15重量%を超えてアンモニウムミョウバンに配合されても、特許文献1の潜熱蓄熱材の融点は、共晶点(75〜78℃)より下がらない。そのため、排熱温度が、共晶点より低い温度である場合、潜熱蓄熱材は融解せず、特許文献1の潜熱蓄熱材は、排熱を回収して蓄熱することはできない。
However, since the latent heat storage material of
特に産業界では近年、例えば、燃料電池システム、自動車のエンジン等による熱供給源において、その作動時に生じる排熱を回収し、蓄熱材に蓄熱した熱エネルギを積極的に活用する技術開発に、多くの関心が寄せられている。熱供給源で生む排熱の対象は、概ね60℃前後〜80℃前後の範囲内を対象とした温度帯域の熱であり、例えば、コジェネレーションに用いたガスエンジンシステムのエンジンのほか、ボイラー等の高温域熱源の排熱より低い、いわゆる低温域熱源から生じる熱である。このような低温域熱源の排熱を蓄熱材に蓄熱しようする場合、特許文献1では、潜熱蓄熱材の融点が、低温域熱源の排熱の温度帯域より高く、潜熱蓄熱材は融解しないため、排熱に基づく蓄熱を行うことができない。
In recent years, especially in the industrial world, for example, in the heat supply sources such as fuel cell systems and automobile engines, the exhaust heat generated at the time of operation is collected, and many technologies have been developed to actively utilize the heat energy stored in the heat storage material. Has received interest. The target of the exhaust heat generated by the heat supply source is heat in a temperature range that is generally in the range of about 60 ° C to about 80 ° C. For example, in addition to the engine of the gas engine system used for cogeneration, boilers, etc. The heat generated from the so-called low temperature heat source, which is lower than the exhaust heat of the high temperature region heat source. When storing the exhaust heat of such a low temperature region heat source in the heat storage material, in
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、潜熱蓄熱材に添加剤を加えることにより、潜熱蓄熱材の融点を大幅に調整できると共に、この添加剤が配合されても、より大きな蓄熱量を得ることができる潜熱蓄熱材組成物を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the above problems, and by adding an additive to the latent heat storage material, the melting point of the latent heat storage material can be greatly adjusted, and even if this additive is blended, It aims at providing the latent heat storage material composition which can obtain a bigger heat storage amount.
上記目的を達成するために、本発明に係る潜熱蓄熱材組成物は、以下の構成を有する。
(1)蓄熱または放熱を行う潜熱蓄熱材に、該潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物において、前記潜熱蓄熱材は、無機塩水和物からなること、前記添加剤は、前記潜熱蓄熱材の融点を調整する融点調整剤であり、前記潜熱蓄熱材との溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質であること、を特徴とする。
In order to achieve the above object, the latent heat storage material composition according to the present invention has the following configuration.
(1) In a latent heat storage material composition obtained by blending an additive that adjusts the physical properties of the latent heat storage material with a latent heat storage material that performs heat storage or heat dissipation, the latent heat storage material is made of an inorganic salt hydrate, The additive is a melting point adjusting agent that adjusts the melting point of the latent heat storage material, and is a substance having a physical property that generates a negative heat of dissolution when dissolved with the latent heat storage material.
なお、本発明に係る潜熱蓄熱材組成物において、「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」とは、例えば、エリスリトール(C4H10O4)、キシリトール(C5H12O5)、マンニトール(C6H14O6)、ソルビトール(C6H14O6)、ラクチトール(C12H24O11)等の「糖アルコール類に属する物質」に該当する。また、塩化カルシウム六水和物(CaCl2・6H2O)、塩化マグネシウム六水和物(MgCl2・6H2O)、塩化カリウム(KCl)、塩化ナトリウム(NaCl)等の「塩化物に属する物質」が該当する。また、上述の「糖アルコール類に属する物質」に該当する物質のうち、少なくとも一種以上を含む場合や、上述の「塩化物に属する物質」に該当する物質のうち、少なくとも一種以上含む場合も該当する。さらに、上述の「糖アルコール類に属する物質」に該当する物質のいずれかと、上述の「塩化物に属する物質」に該当する物質のいずれかとの混合物も該当する。すなわち、本発明に係る潜熱蓄熱材組成物に構成された潜熱蓄熱材は、無機塩水和物からなり、「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」が無機塩水和物に溶解するとき、この「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」において、外部から熱を吸収して吸熱反応(例えば、無機塩水和物の水和水との溶解のほか、無機塩水和物が水和水以外に溶媒となり得る分子をその構造の中に有する場合で、水和水以外の構成物質との溶解等も含む)が生じるものを、本発明に係る潜熱蓄熱材組成物では、「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」と定義している。 In the latent heat storage material composition according to the present invention, examples of the “substance having physical properties that generate negative heat of dissolution” include erythritol (C 4 H 10 O 4 ) and xylitol (C 5 H 12 O 5 ). , Mannitol (C 6 H 14 O 6 ), sorbitol (C 6 H 14 O 6 ), lactitol (C 12 H 24 O 11 ) and other “substances belonging to sugar alcohols”. In addition, calcium chloride hexahydrate (CaCl 2 · 6H 2 O), magnesium chloride hexahydrate (MgCl 2 · 6H 2 O), potassium chloride (KCl), sodium chloride (NaCl), etc. “Substance”. Also applicable to cases where at least one of the substances corresponding to the above-mentioned “substances belonging to sugar alcohols” is included, and cases where at least one of the substances corresponding to the “substances belonging to chloride” is included. To do. Furthermore, a mixture of any of the substances corresponding to the above-mentioned “substances belonging to sugar alcohols” and any of the substances corresponding to the above-mentioned “substances belonging to chloride” also corresponds. That is, the latent heat storage material configured in the latent heat storage material composition according to the present invention is composed of an inorganic salt hydrate, and when the “substance having a physical property of generating a negative heat of dissolution” is dissolved in the inorganic salt hydrate, In this “substance with the property of generating negative heat of dissolution”, heat is absorbed from the outside and endothermic reaction (for example, in addition to dissolution of inorganic salt hydrate with hydration water, inorganic salt hydrate is hydrated water). In the latent heat storage material composition according to the present invention, in the case of having a molecule that can serve as a solvent in the structure, including dissolution with a constituent material other than hydrated water) It is defined as “a substance having physical properties that generate heat”.
また、本発明に係る潜熱蓄熱材組成物において、「無機塩水和物からなる潜熱蓄熱材」とは、例えば、アンモニウムミョウバン12水和物(別名:硫酸アルミニウムアンモニウム12水和物)(AlNH4(SO4)2・12H2O)、カリウムミョウバン12水和物(別名:硫酸カリウムアルミニウム12水和物)(AlK(SO4)2・12H2O)、クロムミョウバン(別名:ビス硫酸クロムカリウム12水和物)(CrK(SO4)2・12H2O)、鉄ミョウバン(別名:硫酸第二鉄アンモニウム12水和物)(FeNH4(SO4)2・12H2O)等、1価の陽イオンの硫酸塩MI 2(SO4)と、3価の陽イオンの硫酸塩MIII 2(SO4)3との複硫酸塩である「ミョウバン」が該当する。また、このような「ミョウバン」に属する物質を、少なくとも二種以上含む混合物、または混晶を主成分とした蓄熱材を対象としている。「ミョウバン」に含まれる金属イオンは、アルミニウムイオン、クロムイオン、鉄イオン以外に、例えば、コバルトイオン、マンガンイオン等、3価の金属イオンでも良い。 In the latent heat storage material composition according to the present invention, the “latent heat storage material composed of inorganic salt hydrate” refers to, for example, ammonium alum 12 hydrate (also known as: aluminum ammonium sulfate 12 hydrate) (AlNH 4 ( SO 4 ) 2 · 12H 2 O), potassium alum 12 hydrate (also known as potassium aluminum sulfate 12 hydrate) (AlK (SO 4 ) 2 · 12H 2 O), chrome alum (also known as potassium potassium bissulfate 12) Hydrate) (CrK (SO 4 ) 2 · 12H 2 O), iron alum (also known as ferric ammonium sulfate 12 hydrate) (FeNH 4 (SO 4 ) 2 · 12H 2 O), etc. “Alum” which is a bisulfate of the cation sulfate M I 2 (SO 4 ) and the trivalent cation sulfate M III 2 (SO 4 ) 3 is applicable. Further, the present invention is intended for a mixture containing at least two kinds of substances belonging to “Alum” or a heat storage material mainly composed of a mixed crystal. The metal ions contained in “alum” may be trivalent metal ions such as cobalt ions and manganese ions, in addition to aluminum ions, chromium ions and iron ions.
(2)(1)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、前記融点調整剤は、糖アルコールに属する物質を少なくとも含んでいること、を特徴とする。
(3)(1)または(2)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、前記融点調整剤は、エリスリトール(C4H10O4)であること、を特徴とする。
(4)(3)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、当該潜熱蓄熱材組成物全体の重量に占める前記エリスリトール(C4H10O4)の配合比率は、30〜60wt%の範囲内であること、を特徴とする。
(5)(1)または(2)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、前記融点調整剤は、キシリトール(C5H12O5)であること、を特徴とする。
(6)(1)乃至(5)のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材組成物において、前記無機塩水和物は、ミョウバン水和物であること、を特徴とする。
(7)(6)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、前記ミョウバン水和物は、アンモニウムミョウバン12水和物(AlNH4(SO4)2・12H2O)、または、カリウムミョウバン12水和物(AlK(SO4)2・12H2O)であること、を特徴とする。
(2) In the latent heat storage material composition described in (1), the melting point adjusting agent contains at least a substance belonging to sugar alcohol.
(3) In the latent heat storage material composition described in (1) or (2), the melting point adjuster is erythritol (C 4 H 10 O 4 ).
(4) In the latent heat storage material composition described in (3), the blending ratio of the erythritol (C 4 H 10 O 4 ) in the total weight of the latent heat storage material composition is within a range of 30 to 60 wt%. It is characterized by being.
(5) In the latent heat storage material composition described in (1) or (2), the melting point adjusting agent is xylitol (C 5 H 12 O 5 ).
(6) In the latent heat storage material composition described in any one of (1) to (5), the inorganic salt hydrate is alum hydrate.
(7) In the latent heat storage material composition described in (6), the alum hydrate is ammonium alum 12 hydrate (AlNH 4 (SO 4 ) 2 · 12H 2 O) or potassium alum 12 hydrate. it is an object (AlK (SO 4) 2 · 12H 2 O), and wherein.
上記構成を有する本発明の潜熱蓄熱材組成物の作用・効果について説明する。
(1)蓄熱または放熱を行う潜熱蓄熱材に、該潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物において、潜熱蓄熱材は、無機塩水和物からなること、添加剤は、潜熱蓄熱材の融点を調整する融点調整剤であり、潜熱蓄熱材との溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質であること、を特徴とする。この特徴により、融点調整剤を添加した本発明の潜熱蓄熱材組成物でも、本発明の潜熱蓄熱材組成物の蓄熱量は、本発明の融点調整剤の添加に起因して低下しない。しかも、本発明の潜熱蓄熱材が、例えば、ミョウバン水和物で構成されていると、本発明の潜熱蓄熱材は高い蓄熱量を保持できるため、このような潜熱蓄熱材を含む本発明の潜熱蓄熱材組成物も、より高い蓄熱量を保持できる物性となる。また、本発明の潜熱蓄熱材組成物の融点も、例えば、アンモニウムミョウバン12水和物(AlNH4(SO4)2・12H2O)単体状態の融点(93.5℃)より、30℃以上等も低くすることができるため、本発明の潜熱蓄熱材組成物は、概ね60℃前後〜80℃前後の範囲内を対象とした温度帯域の排熱に基づいて、蓄熱できるようになる。
The operation and effect of the latent heat storage material composition of the present invention having the above configuration will be described.
(1) In a latent heat storage material composition obtained by blending an additive that adjusts the physical properties of the latent heat storage material with a latent heat storage material that stores or radiates heat, the latent heat storage material is made of an inorganic salt hydrate, added The agent is a melting point adjusting agent that adjusts the melting point of the latent heat storage material, and is characterized in that it is a substance having a property of generating a negative heat of dissolution upon dissolution with the latent heat storage material. Due to this feature, even in the latent heat storage material composition of the present invention to which a melting point adjusting agent is added, the heat storage amount of the latent heat storage material composition of the present invention does not decrease due to the addition of the melting point adjusting agent of the present invention. Moreover, if the latent heat storage material of the present invention is composed of, for example, alum hydrate, the latent heat storage material of the present invention can retain a high amount of heat storage, so that the latent heat of the present invention including such a latent heat storage material can be maintained. The heat storage material composition also has physical properties that can maintain a higher amount of heat storage. Also, the melting point of the latent heat storage material composition of the present invention is 30 ° C. or higher, for example, from the melting point (93.5 ° C.) of ammonium alum 12 hydrate (AlNH 4 (SO 4 ) 2 · 12H 2 O) alone. Therefore, the latent heat storage material composition of the present invention can store heat on the basis of exhaust heat in a temperature range of about 60 ° C to about 80 ° C.
従って、本発明に係る潜熱蓄熱材組成物によれば、潜熱蓄熱材に添加剤を加えることにより、潜熱蓄熱材の融点を大幅に調整できると共に、この添加剤が配合されても、より大きな蓄熱量を得ることができる、という優れた効果を奏する。 Therefore, according to the latent heat storage material composition of the present invention, by adding an additive to the latent heat storage material, the melting point of the latent heat storage material can be greatly adjusted, and even if this additive is blended, a larger heat storage There is an excellent effect that the amount can be obtained.
(2)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、融点調整剤は、糖アルコールに属する物質を少なくとも含んでいること、を特徴とする。この特徴により、例えば、ミョウバン水和物である潜熱蓄熱材と糖アルコール類の融点調整剤との組み合わせでは、ミョウバン水和物に含まれる水に糖アルコール類が溶解することにより、粘度が増大し、潜熱蓄熱材と融点調整剤との密度差に起因した潜熱蓄熱材と融点調整剤との分離を防止することができる。これにより、潜熱蓄熱材と融点調整剤との不均一化が発生しないため、本発明の潜熱蓄熱材組成物は、化学的に安定した蓄熱材となり得る。 In the latent heat storage material composition described in (2), the melting point adjusting agent contains at least a substance belonging to sugar alcohol. With this feature, for example, in a combination of a latent heat storage material that is alum hydrate and a melting point modifier of sugar alcohols, the viscosity increases due to dissolution of sugar alcohols in the water contained in alum hydrate. The separation of the latent heat storage material and the melting point adjusting agent due to the difference in density between the latent heat storage material and the melting point adjusting agent can be prevented. Thereby, since the heterogeneity of the latent heat storage material and the melting point regulator does not occur, the latent heat storage material composition of the present invention can be a chemically stable heat storage material.
(3)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、融点調整剤は、エリスリトール(C4H10O4)であること、を特徴とする。この特徴により、本発明の潜熱蓄熱材組成物の融点が、例えば、75℃程度等の温度に調整できる。しかも、本発明の潜熱蓄熱材組成物は、約300(kJ/kg)超等という大容量の熱を蓄熱し、それを放熱する蓄放熱性能を具備することができるため、蓄熱材の物性として優れている。 In the latent heat storage material composition described in (3), the melting point adjusting agent is erythritol (C 4 H 10 O 4 ). With this feature, the melting point of the latent heat storage material composition of the present invention can be adjusted to a temperature of about 75 ° C., for example. Moreover, the latent heat storage material composition of the present invention can store heat of a large capacity of over about 300 (kJ / kg), etc., and can have a heat storage / heat dissipation performance to dissipate it, so that the physical properties of the heat storage material Are better.
(4)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、当該潜熱蓄熱材組成物全体の重量に占めるエリスリトール(C4H10O4)の配合比率は、30〜60wt%の範囲内であること、を特徴とする。この特徴により、使用中に万一、本発明の潜熱蓄熱材組成物に含有するエリスリトールの配合比率に変動が生じても、その配合比率が30〜60wt%の範囲内であれば、本発明の潜熱蓄熱材組成物の融点を、先に例示した75℃程度等の温度に保つことができる。 In the latent heat storage material composition described in (4), the blending ratio of erythritol (C 4 H 10 O 4 ) in the total weight of the latent heat storage material composition is in the range of 30 to 60 wt%. Features. Due to this feature, even if the blending ratio of erythritol contained in the latent heat storage material composition of the present invention varies during use, if the blending ratio is in the range of 30 to 60 wt%, The melting point of the latent heat storage material composition can be maintained at a temperature such as about 75 ° C. as exemplified above.
(5)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、融点調整剤は、キシリトール(C5H12O5)であること、を特徴とする。この特徴により、本発明の潜熱蓄熱材組成物の融点が、例えば、60℃程度等の温度に調整できる。加えて、本発明の潜熱蓄熱材組成物は、300(kJ/kg)程度の熱を蓄熱し、それを放熱する蓄放熱性能を具備することができるため、蓄熱材の物性として優れている。 In the latent heat storage material composition described in (5), the melting point adjusting agent is xylitol (C 5 H 12 O 5 ). With this feature, the melting point of the latent heat storage material composition of the present invention can be adjusted to a temperature of about 60 ° C., for example. In addition, the latent heat storage material composition of the present invention is excellent in physical properties of the heat storage material because it can store heat of about 300 (kJ / kg) and can store and release heat.
(6)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、無機塩水和物は、ミョウバン水和物であること、を特徴とする。この特徴により、ミョウバン水和物で構成した潜熱蓄熱材では、相変化に伴う潜熱が比較的大きく、かつ「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」を溶解させる水分が、ミョウバン水和物をなす構造の中に含まれているため、このような潜熱蓄熱材を主成分とする本発明の潜熱蓄熱材組成物では、比較的大きな融解潜熱と負の溶解熱との足し合わせにより、潜熱蓄熱材に蓄熱できる蓄熱量も大きくできる。よって、ミョウバン水和物を主成分とする潜熱蓄熱材を含む本発明の潜熱蓄熱材組成物は、大容量の熱を蓄熱し、それを放熱する蓄放熱性能を具備できている点で、優れている。 In the latent heat storage material composition described in (6), the inorganic salt hydrate is alum hydrate. Due to this feature, in the latent heat storage material composed of alum hydrate, the latent heat associated with the phase change is relatively large, and the water that dissolves the "substance with physical properties that generate negative heat of dissolution" is alum hydrate. Therefore, in the latent heat storage material composition of the present invention mainly composed of such a latent heat storage material, the latent heat is obtained by adding a relatively large latent heat of fusion and negative heat of fusion. The amount of heat stored in the heat storage material can also be increased. Therefore, the latent heat storage material composition of the present invention including the latent heat storage material mainly composed of alum hydrate is excellent in that it has a heat storage and heat dissipation performance for storing a large amount of heat and radiating it. ing.
(7)に記載する潜熱蓄熱材組成物において、ミョウバン水和物は、アンモニウムミョウバン12水和物(AlNH4(SO4)2・12H2O)、または、カリウムミョウバン12水和物(AlK(SO4)2・12H2O)であること、を特徴とする。この特徴により、アンモニウムミョウバン12水和物やカリウムミョウバン12水和物は、市場で幅広く流通して入手し易く、安価である。 In the latent heat storage material composition described in (7), alum hydrate is ammonium alum 12 hydrate (AlNH 4 (SO 4 ) 2 · 12H 2 O) or potassium alum 12 hydrate (AlK ( SO 4 ) 2 · 12H 2 O). Due to this feature, ammonium alum 12 hydrate and potassium alum 12 hydrate are easily distributed in the market and are inexpensive.
以下、本発明に係る潜熱蓄熱材組成物について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態に係る潜熱蓄熱材組成物は、例えば、太陽光発電システムや燃料電池システムのほか、自動車のエンジン等による熱供給源において、その作動時に生じる排熱を回収し、潜熱蓄熱材に蓄熱した熱エネルギを積極的に活用する目的で用いられる。 Hereinafter, embodiments of the latent heat storage material composition according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The latent heat storage material composition according to the present embodiment collects exhaust heat generated during operation in a heat supply source such as a solar power generation system and a fuel cell system, as well as an automobile engine, and stores the heat in the latent heat storage material. It is used for the purpose of actively using the heat energy.
このような対象の熱供給源で生じる排熱は、概ね60℃前後〜80℃前後の範囲内にある帯域の熱であり、コジェネレーションのガスエンジンシステム、ボイラーシステム等の高温域熱源の排熱温度より低い、いわゆる低温域熱源から生じる熱である。蓄熱と放熱は、本発明に係る潜熱蓄熱材組成物によって行われ、この潜熱蓄熱材組成物は、本実施形態では、蓄熱材充填容器に充填され、この蓄熱材充填容器は、熱エネルギの活用を図る所定の収容手段の空間内に収容される。 Exhaust heat generated in such a target heat supply source is heat in a band generally in the range of about 60 ° C. to about 80 ° C., and is exhausted from high-temperature heat sources such as cogeneration gas engine systems and boiler systems. It is heat generated from a so-called low-temperature heat source that is lower than the temperature. Heat storage and heat dissipation are performed by the latent heat storage material composition according to the present invention, and in this embodiment, this latent heat storage material composition is filled in a heat storage material filling container, and this heat storage material filling container uses thermal energy. It is accommodated in the space of a predetermined accommodating means for achieving the above.
はじめに、潜熱蓄熱材組成物について、説明する。図1は、実施形態に係る潜熱蓄熱材組成物の構成成分を模式的に示す図である。図1に示すように、潜熱蓄熱材組成物1は、相変化に伴う潜熱の出入りにより、蓄熱または放熱を可能とする潜熱蓄熱材10に、添加剤である融点調整剤11を配合してなる。潜熱蓄熱材10は、本実施形態では、主成分をミョウバンとする無機塩水和物からなる。
First, the latent heat storage material composition will be described. FIG. 1 is a diagram schematically showing constituent components of the latent heat storage material composition according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the latent heat
具体的には、潜熱蓄熱材10は、アンモニウムミョウバン(硫酸アンモニウムアルミニウム・12水和物)(AlNH4(SO4)2・12H2O)である。アンモニウムミョウバンの物性は、融点93.5℃、常温では固体の物質であり、アンモニウムミョウバンが、単体で融点未満の90℃程度に加熱されたとしても、アンモニウムミョウバンは、ほとんど溶融することなく、潜熱を蓄熱することもできない。
Specifically, the latent
なお、無機塩水和物からなる潜熱蓄熱材10は、アンモニウムミョウバン以外にも、例えば、カリウムミョウバン12水和物(AlK(SO4)2・12H2O)、クロムミョウバン(CrK(SO4)2・12H2O)、鉄ミョウバン(FeNH4(SO4)2・12H2O)等、1価の陽イオンの硫酸塩MI 2(SO4)と、3価の陽イオンの硫酸塩MIII 2(SO4)3との複硫酸塩である「ミョウバン」であっても良い。また、この「ミョウバン」に含まれる3価の金属イオンは、アルミニウムイオン、クロムイオン、鉄イオン以外に、例えば、コバルトイオン、マンガンイオン等の金属イオンでも良い。さらに、潜熱蓄熱材10は、このような「ミョウバン」に属する物質を、少なくとも二種以上含む混合物、または混晶を主成分とした蓄熱材であっても良い。
In addition to the ammonium alum, the latent
融点調整剤11は、潜熱蓄熱材10の融点(93.5℃)を、必要に応じて任意の温度に調整する添加剤であり、本実施形態では、調整後の融点を、概ね60℃前後〜80℃前後の範囲に収める特性を有する。融点調整剤11は、潜熱蓄熱材10との溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質である。具体的には、融点調整剤11は、例えば、エリスリトール(C4H10O4)(本実施形態の実施例1)、キシリトール(C5H12O5)(本実施形態の実施例2)等、主として食品添加物に用いられている糖アルコールに属した物質からなる。糖アルコールは、アルドースやケトースのカルボニル基を還元して生成する糖の一種であり、水と溶解する。なお、融点調整剤11が、エリスリトールである場合には、潜熱蓄熱材組成物1全体の重量に占めるエリスリトールの配合比率は、30〜60wt%の範囲内である。その理由については、後述する。
The melting
ここで、上述した「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」の定義について、説明する。前述したように、潜熱蓄熱材組成物1は、アンモニウムミョウバン(硫酸アンモニウムアルミニウム・12水和物)からなる潜熱蓄熱材10を主成分に、融点調整剤11を配合してなる。融点調整剤11が潜熱蓄熱材10に溶解するとき、この融点調整剤11において、外部から熱を吸収して吸熱反応が生じるものを、本実施形態に係る潜熱蓄熱材組成物1では、「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」と定義している。
Here, the definition of the above-mentioned “substance having physical properties that generate negative heat of dissolution” will be described. As described above, the latent heat
なお、「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」には、先に例示したエリスリトールやキシリトールのほかに、例えば、マンニトール(C6H14O6)、ソルビトール(C6H14O6)、ラクチトール(C12H24O11)等の「糖アルコール類に属する物質」がある。また、塩化カルシウム六水和物(CaCl2・6H2O)、塩化マグネシウム六水和物(MgCl2・6H2O)、塩化カリウム(KCl)、塩化ナトリウム(NaCl)等の「塩化物に属する物質」がある。また、上述の「糖アルコール類に属する物質」に該当する物質のうち、少なくとも一種以上を含む場合や、上述の「塩化物に属する物質」に該当する物質のうち、少なくとも一種以上含む場合も該当する。さらに、上述の「糖アルコール類に属する物質」に該当する物質のいずれかと、上述の「塩化物に属する物質」に該当する物質のいずれかとの混合物もある。 In addition to the erythritol and xylitol exemplified above, for example, mannitol (C 6 H 14 O 6 ), sorbitol (C 6 H 14 O 6 ) And “substances belonging to sugar alcohols” such as lactitol (C 12 H 24 O 11 ). In addition, calcium chloride hexahydrate (CaCl 2 · 6H 2 O), magnesium chloride hexahydrate (MgCl 2 · 6H 2 O), potassium chloride (KCl), sodium chloride (NaCl), etc. There is a substance. Also applicable to cases where at least one of the substances corresponding to the above-mentioned “substances belonging to sugar alcohols” is included, and cases where at least one of the substances corresponding to the “substances belonging to chloride” is included. To do. Further, there is a mixture of any of the substances corresponding to the above-mentioned “substances belonging to sugar alcohols” and any of the substances corresponding to the above-mentioned “substances belonging to chloride”.
その他、取扱いに注意が必要となり、本実施形態において、潜熱蓄熱材組成物としての使用は好ましくないが、例えば、硝酸アンモニウムや塩素酸カリウム等についても、水に溶解した際に吸熱反応を呈するため、「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」には該当する。 In addition, care is required for handling, and in this embodiment, the use as a latent heat storage material composition is not preferable.For example, ammonium nitrate and potassium chlorate also exhibit an endothermic reaction when dissolved in water. It falls under “substances with physical properties that generate negative heat of dissolution”.
図2は、実施形態に係る潜熱蓄熱材組成物で、相変化により固相状態にあるときの様子と液相状態にあるときの様子とを、それぞれ模式的に示す図である。潜熱蓄熱材組成物1の温度が、融点調整剤11により調整された潜熱蓄熱材10の融点より低いと、図2(a)に示すように、潜熱蓄熱材組成物1は固相状態にあり、ミョウバン10Aと水10Bとからなる潜熱蓄熱材10は、融点調整剤11と溶解しない。なお、本実施形態では、潜熱蓄熱材10がアンモニウムミョウバン(硫酸アンモニウムアルミニウム・12水和物)であるため、ミョウバン10Aは、硫酸アンモニウムアルミニウムに対応し、水10Bは、水和水に対応する。このような関係の下で、ミョウバン10Aと水10Bはそれぞれ、アンモニウムミョウバンを含むミョウバン水和物全体に対応した総称となっている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a state when the material is in a solid phase state due to phase change and a state when it is in a liquid phase state in the latent heat storage material composition according to the embodiment. When the temperature of the latent heat
潜熱蓄熱材組成物1の温度が、融点調整剤11による調整後の潜熱蓄熱材10の融点より高くなると、図2(b)に示すように、潜熱蓄熱材10中のミョウバン10Aが融解して水10Bと分離すると共に、この水10Bと融点調整剤11とが溶解し、潜熱蓄熱材組成物1全体は液相状態になる。ミョウバン10Aの融解時には、固相状態から液相状態への相変化に伴う融解潜熱が、ミョウバン10Aに蓄えられる。同時に、水10Bと融点調整剤11との溶解により、融点調整剤11に負の溶解熱が発生する。そのため、潜熱蓄熱材組成物1が、それ自体の融点を超えた高い温度で加熱されると、潜熱蓄熱材組成物1は、固相状態から液相状態に相変化することにより、潜熱蓄熱材組成物1は、上述した融解熱(吸熱)の熱量と負の溶解熱(吸熱)の熱量との和となる総熱量の熱を、蓄熱量として蓄えることができる。
When the temperature of the latent heat
その反対に、潜熱蓄熱材組成物1が、それ自体の凝固点を下回る低い温度まで冷却されると、図2(a)に示すように、液相状態の潜熱蓄熱材組成物1中の融点調整剤11と溶解していた水10Bが、融点調整剤11から分離する。分離した水10Bとミョウバン10Aとは反応し、潜熱蓄熱材10が生成されると共に、ミョウバン10Aは、液相状態から固相状態への相変化に伴う凝固潜熱を放出する。同時に、水10Bと融点調整剤11では、溶解前後で異なる熱エネルギ差分に相当する熱が放出される。これにより、潜熱蓄熱材組成物1が、それ自体の凝固点を下回る低い温度に冷却されると、潜熱蓄熱材組成物1は、液相状態から固相状態に相変化することにより、上述した融解熱(放熱)の熱量と、上述したエネルギ差相当分の熱による熱量との和となる総熱量の熱を、放熱量として放出することができる。
On the contrary, when the latent heat
潜熱蓄熱材組成物1の使用時に、ミョウバン10Aから分離した水10Bが、後述する漏洩防止用内袋40から外部に放散しないよう、潜熱蓄熱材組成物1が、液密な状態で漏洩防止用内袋40に充填されていることが重要である。その理由として、潜熱蓄熱材組成物1は、その使用にあたり、熱供給側からの排熱に基づいて蓄熱を行い、この蓄熱に基づく放熱を熱提供側に行うまでの1サイクルを、複数回にわたって繰り返す特性を要する。このような特性を呈するには、潜熱蓄熱材組成物1では、図2に示すように、固相と液相との間における相変化が、当該潜熱蓄熱材組成物1の潜熱蓄熱材10の融点を境に、可逆的に行われなければならない。分離した水10Bが、外部に放散してしまうと、液相から固相に相変化するにあたり、潜熱蓄熱材10(アンモニウムミョウバン)を生成するのに必要な水和水を、ミョウバン10Aに伴うことができず、固相状態の潜熱蓄熱材組成物1が生成できなくなるからである。但し、水10Bが万一、漏洩防止用内袋40から放散しても、水蒸気が漏洩防止用内袋40の内部に流入できる状態にあり、この水蒸気が、放散した分の水10Bに代えて補完できる場合には、固相状態の潜熱蓄熱材組成物1の生成が可能になることもある。
When the latent heat
次に、潜熱蓄熱材組成物において、融点調整剤11を構成する物質により、蓄熱の性能に与える影響を確認する目的で、実験1〜実験4の調査実験を行った。実施例1に係る実験1は、融点調整剤11をエリスリトール(C4H10O4)とする潜熱蓄熱材組成物1A(1)を、試料とした実験である。実施例2に係る実験2は、融点調整剤11をキシリトール(C5H12O5)とした潜熱蓄熱材組成物1B(1)を、試料とした実験である。実験3は、実施例1,2の比較例1として行った実験で、融点調整剤11を無水硫酸ナトリウム(Na2SO4)とする潜熱蓄熱材組成物1Cを、試料とした実験である。実験4は、実施例1,2の比較例2として行った実験で、融点調整剤11を添加していない潜熱蓄熱材10だけを試料とした実験である。
Next, in the latent heat storage material composition,
本出願人は、実験1〜実験4を通じて、本実施形態の実施例1,2に係る潜熱蓄熱材組成物1(1A,1B)を、比較例1に係る潜熱蓄熱材組成物1Cと、比較例2に係る潜熱蓄熱材10とを対比して、潜熱蓄熱材組成物1の有意性を確認した。図3は、比較例1に係る潜熱蓄熱材組成物の構成成分を模式的に示す図である。
Through the
<実験方法>
調査実験では、周知の示差走査熱量測定装置(DSC:Differential scanning calorimetry)を用いて、その試料台に載せた試料10mgに、空気30ml/min.の雰囲気ガスを晒して密閉した状態の下で、試料の蓄熱量を測定。蓄熱量は、常温から90℃になるまで、試料を2℃/min.の加熱速度で加熱し、90℃の温度で20分間保持した後に測定。
<Experiment method>
In the investigation experiment, using a well-known differential scanning calorimetry (DSC), 10 mg of the sample placed on the sample table was air 30 ml / min. The amount of heat stored in the sample was measured in a sealed state exposed to the atmospheric gas. The amount of heat stored was 2 ° C./min. Measured after heating at 90 ° C. and holding at 90 ° C. for 20 minutes.
<実験1〜実験4の共通条件>
・潜熱蓄熱材10;アンモニウムミョウバン(硫酸アンモニウムアルミニウム・12水:AlNH4(SO4)2・12H2O)
<Common conditions for
・ Latent
<実験1の条件>
・潜熱蓄熱材組成物1Aの構成成分;潜熱蓄熱材10と融点調整剤11(図1参照)
・融点調整剤11;エリスリトール(C4H10O4)(=融点調整剤11A)
・潜熱蓄熱材組成物1全体の重量に対するエリスリトールの配合比率;50wt%
(潜熱蓄熱材10:融点調整剤11A=1:1)
<Conditions for
-Constituent components of latent heat
-Blend ratio of erythritol with respect to the total weight of the latent heat
(Latent heat storage material 10: melting
<実験2の条件>
・潜熱蓄熱材組成物1Bの構成成分;潜熱蓄熱材10と融点調整剤11(図1参照)
・融点調整剤11;キシリトール(C5H12O5)(=融点調整剤11B)
・潜熱蓄熱材組成物1全体の重量に対するキシリトールの配合比率;50wt%
(潜熱蓄熱材10:融点調整剤11B=1:1)
<Conditions for
-Constituent components of latent heat
Melting point modifier 11: xylitol (C 5 H 12 O 5 ) (=
-Mixing ratio of xylitol with respect to the total weight of the latent heat
(Latent heat storage material 10: melting
<実験3の条件>
・潜熱蓄熱材組成物1Cの構成成分;潜熱蓄熱材10と融点調整剤11C(図3参照)
・融点調整剤11C;無水硫酸ナトリウム(Na2SO4)
・潜熱蓄熱材組成物1全体の重量に対する無水硫酸ナトリウムの配合比率;50wt%
(潜熱蓄熱材10:融点調整剤11C=1:1)
<Conditions for
-Constituent components of latent heat storage material composition 1C; latent
-Blending ratio of anhydrous sodium sulfate with respect to the total weight of the latent heat
(Latent heat storage material 10: melting
<実験4の条件>
・融点調整剤11;無添加
・潜熱蓄熱材10の配合比率;100wt%
(潜熱蓄熱材10:融点調整剤11=100:0)
<Conditions for Experiment 4>
Melting point modifier 11: No addition. Blending ratio of latent heat storage material 10: 100 wt%
(Latent heat storage material 10: melting
図4は、実施例1に係る潜熱蓄熱材組成物の温度と蓄熱量の時間変化を示すグラフであり、融点調整剤をエリスリトールとした場合の実験結果を示すグラフである。図5は、実施例2に係る潜熱蓄熱材組成物の温度と蓄熱量の時間変化を示すグラフであり、融点調整剤をキシリトールとした場合の実験結果を示すグラフである。図6は、比較例1に係る潜熱蓄熱材組成物の温度と蓄熱量の時間変化を示すグラフであり、融点調整剤を無水硫酸ナトリウムとした場合の実験結果を示すグラフである。図7は、比較例2に係る潜熱蓄熱材単体の温度と蓄熱量の時間変化を、実験測定値で示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing temporal changes in temperature and heat storage amount of the latent heat storage material composition according to Example 1, and is a graph showing experimental results when the melting point regulator is erythritol. FIG. 5 is a graph showing temporal changes in temperature and heat storage amount of the latent heat storage material composition according to Example 2, and is a graph showing experimental results when the melting point modifier is xylitol. FIG. 6 is a graph showing temporal changes in temperature and heat storage amount of the latent heat storage material composition according to Comparative Example 1, and is a graph showing experimental results when the melting point adjusting agent is anhydrous sodium sulfate. FIG. 7 is a graph showing the temperature change of the latent heat storage material alone according to Comparative Example 2 and the temporal change in the amount of heat storage using experimental measurement values.
図4〜図7に示すグラフでは、縦軸左側の目盛りが試料で蓄熱または放熱した熱量を示しており、この目盛りの「負」の領域は、試料に吸熱される熱量を示し、「正」の領域は、試料から放熱される熱量を示す。また、試料は、時間経過と共に推移する熱量の線図の中で、熱量の絶対値が一時的に大きくなり、最大値(ピークトップ)に達した時間tに対応する試料の温度T(融点と定義)となったとき、最大の畜熱量を呈する条件となる。試料の融解潜熱は、熱量の線図の中で、蓄熱量のピークの開始時間と終了時間との間で、熱量を積算して得られるピーク面積S(図4〜図7中、斜線の部分)の大きさで示されている。また、試料の熱量の単位は〔μW〕で、試料の質量の単位は〔mg〕であるが、単位換算を行った上で、畜熱量の単位は、〔kJ/kg〕としている。 In the graphs shown in FIGS. 4 to 7, the scale on the left side of the vertical axis indicates the amount of heat stored or dissipated in the sample, and the “negative” region of the scale indicates the amount of heat absorbed by the sample, and “positive”. This region indicates the amount of heat released from the sample. In addition, the absolute value of the amount of heat temporarily increases in the diagram of the amount of heat that changes with time, and the sample temperature T (melting point and melting point) corresponds to the time t when the sample reaches the maximum value (peak top). Definition), the maximum amount of livestock heat is exhibited. The latent heat of fusion of the sample is the peak area S obtained by integrating the amount of heat between the peak start time and end time of the heat storage amount in the heat amount diagram (the hatched portion in FIGS. 4 to 7). ). Further, the unit of heat quantity of the sample is [μW] and the unit of mass of the sample is [mg], but the unit of livestock heat quantity is [kJ / kg] after unit conversion.
<実験結果>
実施例1に係る潜熱蓄熱材組成物1Aでは、図4に示すように、蓄熱ピーク時t1に対応する温度Taは76℃で、蓄熱量Saは334kJ/kgであった(実験1)。実施例2に係る潜熱蓄熱材組成物1Bでは、図5に示すように、蓄熱ピーク時t2に対応する温度Tbは62℃で、蓄熱量Sbは288kJ/kgであった(実験2)。比較例1に係る潜熱蓄熱材組成物1Cでは、図6に示すように、蓄熱ピーク時t3に対応する温度Tcは87℃で、蓄熱量Scは171kJ/kgであった(実験3)。比較例1では、理由は解明できていないが、潜熱蓄熱材組成物1Cのうち、無水硫酸ナトリウムが、50wt%までアンモニウムミョウバンに添加されても、潜熱蓄熱材組成物1C中の潜熱蓄熱材10の融点は、87℃までにしか低下しなかった。比較例2に係る潜熱蓄熱材10単体では、図7に示すように、蓄熱ピーク時t4に対応する温度Tdは93.5℃で、蓄熱量Sdは270kJ/kgであった(実験4)。
<Experimental result>
In the latent heat
<考察>
図8は、実施形態に係る潜熱蓄熱材組成物の有意性をグラフで示した説明図である。潜熱蓄熱材10以外に何ら添加剤を配合していないアンモニウムミョウバン単体(図8では、「PCM」と表示)に蓄熱できる熱量は、比較例2より270kJ/kg(図8中、「蓄熱量P」に相当)であることが判る。比較例2に係る実験4の結果は、一般的に知られているアンモニウムミョウバンの蓄熱量の値と概ね一致し、融点93.5℃についても一致している。
<Discussion>
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the significance of the latent heat storage material composition according to the embodiment in a graph. The amount of heat that can be stored in the ammonium alum alone (indicated as “PCM” in FIG. 8) that does not contain any additive other than the latent
比較例1では、アンモニウムミョウバン(潜熱蓄熱材10)に無水硫酸ナトリウム(融点調整剤11C)を加えた潜熱蓄熱材組成物1Cにおいて、蓄熱特性を持たない無水硫酸ナトリウムが配合されているために、潜熱蓄熱材組成物1Cの単位質量当たりに蓄熱できる潜熱蓄熱材10の蓄熱量P0(P0<P)は、PよりP1(P1<P)だけ低減した熱量になるものと考えられる。実際に比較例1,2を基にして、低減してしまう熱量P1を算出してみると、
P1=(P−P0)
P1=270(kJ/kg)−171(kJ/kg)≒100(kJ/kg)
低減分の熱量P1は、約100(kJ/kg)にも及び、アンモニウムミョウバン単体の蓄熱量270(kJ/kg)に対し、約37%に相当する分の損失となる。
In Comparative Example 1, in the latent heat storage material composition 1C obtained by adding anhydrous sodium sulfate (melting
P1 = (P-P0)
P1 = 270 (kJ / kg) -171 (kJ / kg) ≈100 (kJ / kg)
The amount of heat P1 for the reduction is about 100 (kJ / kg), which is a loss corresponding to about 37% of the heat storage amount 270 (kJ / kg) of ammonium alum alone.
これに対し、実施例1では、潜熱蓄熱材組成物1Aにおいて、アンモニウムミョウバン(潜熱蓄熱材10)の水和水への溶解時に、エリスリトール(融点調整剤11A)が負の溶解熱を生じる一方で、アンモニウムミョウバンが、固相状態から液相状態への相変化に伴った融解潜熱を蓄える。潜熱蓄熱材組成物1Aは、このような物性となっているために、潜熱蓄熱材組成物1Aの単位質量当たりに蓄熱できる蓄熱総量は、PCM蓄熱分として、潜熱蓄熱材10の蓄熱量P0(アンモニウムミョウバン単体の蓄熱量270(kJ/kg)の50%と考えられるため、P0=0.5×P)と、溶解熱相当分として、エリスリトールで生じる熱量P2との和に相当する熱量になると考えられる。実際に実施例1と比較例2を基にして、増大する熱量P2を算出してみると、
P0=135(kJ/kg)と仮定
P2=(蓄熱量Sa−P0)
P2=334(kJ/kg)−135(kJ/kg)≒200(kJ/kg)
エリスリトールによる溶解熱相当分の熱量P2は、約200(kJ/kg)にも及び、PCM蓄熱分の135(kJ/kg)に対し、約1.5倍に相当する分の上乗せとなる。
On the other hand, in Example 1, in the latent heat
It is assumed that P0 = 135 (kJ / kg) P2 = (heat storage amount Sa−P0)
P2 = 334 (kJ / kg) −135 (kJ / kg) ≈200 (kJ / kg)
The amount of heat P2 corresponding to the heat of dissolution by erythritol is about 200 (kJ / kg), which is an additional amount equivalent to about 1.5 times the 135 (kJ / kg) of PCM heat storage.
なお、エリスリトール(融点調整剤11A)を配合した潜熱蓄熱材組成物1Aでは、融点が76℃であり、比較例1に係る潜熱蓄熱材組成物1Cの融点87℃より、11℃も低くなっているが、その理由については、現段階で解明できていない。
In addition, in the latent heat
ここで、潜熱蓄熱材組成物1Aにおいて、添加するエリスリトールの配合比率を、30〜60wt%の範囲内とする理由について、説明する。実施例1は、エリスリトールの配合比率を50wt%とした実験1であったが、本出願人は、実験1に関連して、エリスリトールの配合比率を様々に変化させた複数の実験を行った。その結果の掲載は省略するが、エリスリトールの添加量が、潜熱蓄熱材組成物1Aに対し30〜60wt%の範囲内にあれば、図4に示したように、潜熱蓄熱材組成物1Aのピーク時の蓄熱量を示したグラフの挙動、蓄熱ピークトップ、及び蓄熱量に関する実験結果と、実験1の結果とを対比しても、大きな差異がないことが、複数の実験を通じて確認できた。
Here, the reason why the blending ratio of erythritol to be added in the latent heat
すなわち、エリスリトールの添加量が30〜60wt%の範囲内にあるときには、エリスリトールの添加量が単に増大しても、潜熱蓄熱材組成物1Aの融点は、75〜76℃で変化せず、潜熱蓄熱材組成物1Aの蓄熱量も約330(kJ/kg)である。しかしながら、エリスリトールの添加量が、30〜60wt%の範囲から外れると、蓄熱ピークトップが2つに分かれてしまう等、新たな現象が生じてしまい、潜熱蓄熱材組成物として好ましくないことも確認できた。
That is, when the amount of erythritol added is in the range of 30 to 60 wt%, even if the amount of erythritol added is simply increased, the melting point of the latent heat
再び考察に戻り、実施例2について考察を行う。実施例1と同様、実施例2でも、潜熱蓄熱材組成物1Bにおいて、アンモニウムミョウバン(潜熱蓄熱材10)の水和水への溶解時に、キシリトール(融点調整剤11B)が負の溶解熱を生じる一方で、アンモニウムミョウバンが、固相状態から液相状態への相変化に伴った融解潜熱を蓄える。潜熱蓄熱材組成物1Bは、このような物性となっているために、潜熱蓄熱材組成物1Bの単位質量当たりに蓄熱できる蓄熱総量は、PCM蓄熱分として、潜熱蓄熱材10の蓄熱量P0(アンモニウムミョウバン単体の蓄熱量270(kJ/kg)の50%と考えられるため、P0=0.5×P)と、溶解熱相当分として、キシリトールで生じる熱量P3との和に相当する熱量になると考えられる。実際に実施例2と比較例2を基にして、増大する熱量P3を算出してみると、
P0=135(kJ/kg)と仮定
P2=(蓄熱量Sb−P0)
P2=288(kJ/kg)−135(kJ/kg)≒150(kJ/kg)
キシリトールによる溶解熱相当分の熱量P3は、約150(kJ/kg)にも及び、PCM蓄熱分の135(kJ/kg)に対し、約1.1倍に相当する分の上乗せとなる。
Returning to the discussion again, Example 2 will be discussed. Like Example 1, also in Example 2, in the latent heat
It is assumed that P0 = 135 (kJ / kg) P2 = (heat storage amount Sb−P0)
P2 = 288 (kJ / kg) −135 (kJ / kg) ≈150 (kJ / kg)
The amount of heat P3 corresponding to the heat of dissolution by xylitol reaches about 150 (kJ / kg), which is an additional amount equivalent to about 1.1 times the 135 (kJ / kg) of PCM heat storage.
なお、キシリトール(融点調整剤11B)を配合した潜熱蓄熱材組成物1Bでは、融点が62℃であり、エリスリトール(融点調整剤11A)を配合した潜熱蓄熱材組成物1Aの融点76℃より、14℃も低くなっている。また、潜熱蓄熱材組成物1Bの融点62℃は、比較例1に係る潜熱蓄熱材組成物1Cの融点87℃より、25℃も低くなっているが、その理由については、現段階で解明できていない。
The latent heat
次に、本実施形態に係る潜熱蓄熱材組成物1を充填容器に収容する手段の一例について、図9を用いて説明する。図9は、実施形態に係る潜熱蓄熱材組成物を封入袋に収容するまでの一連の流れを示す工程図である。
Next, an example of a means for accommodating the latent heat
潜熱蓄熱材組成物1は、充填容器として、例えば、図9に示すように、漏洩防止用内袋40と、封入袋50との2種の袋等を用いて収容される。漏洩防止用内袋40は、例えば、厚さ0.02mm程度の薄いポリエチレン(PE:polyethylene)製の包装用袋等である。封入袋50は、例えば、ポリエチレン(PE:polyethylene)、ポリプロピレン (PP:polypropylene)、ポリエチレンテレフタラート(PET:polyethylene terephthalate)製で、厚さ0.05〜0.15mm程度のフィルム状の樹脂の外側に、アルミ箔を蒸着した二層以上の構造を持つラミネート袋であり、柔軟性を有した包装用袋等である。封入袋50は、大きさの異なる袋を2枚1組として、入れ子のように、2枚(第1封入袋50A、第2封入袋50B)重ね合わせて包み込んだ二重袋の状態で用いられる。
The latent heat
具体的に説明する。潜熱蓄熱材組成物1は、漏洩防止用内袋40内に充填された後、この漏洩防止用内袋40の折返し部42で封止して封入される(図9中、(a)参照)。この潜熱蓄熱材組成物1を封入した蓄熱材封入物2は、内側の第1封入袋50A内に、開口51を通じて収容される(図9中、(b))。その後、図9中、(c)に示すように、周知の真空脱気シーラにより、第1封入袋50A内を吸引しながら脱気すると同時に、第1封入袋50Aの開口51を融着した封止部52で、第1封入袋50Aを完全に封止する(図9中、(d))。このとき、蓄熱材封入物2を充填した漏洩防止用内袋40が、収縮した第1封入袋50Aに密着した状態になるまで、吸引を行って第1封入袋50Aの開口51を封止する。これにより、蓄熱材封入物2を第1封入袋50Aに内包した蓄熱材封入プレパック3Aが作製される。
This will be specifically described. The latent heat
次に、作製した蓄熱材封入プレパック3Aは、開口51を通じて、外側の第2封入袋50B(封入袋50)内に収容される。この後、図9中、(e)に示すように、再び真空脱気シーラにより、第2封入袋50B内を吸引しながら脱気すると同時に、第2封入袋50Bの開口51(図9中、(b)参照)を融着した封止部52で、第2封入袋50Bを完全に封止する(図9中、(f))。このとき、蓄熱材封入プレパック3Aが、収縮した第2封入袋50Bに密着した状態になるまで、吸引を行って第2封入袋50Bの開口51を封止する。かくして、熱エネルギの活用を図る所定の収容手段の空間内に、潜熱蓄熱材組成物1を収容する態様として、蓄熱材封入物2を内包した漏洩防止用内袋40を、二重袋構造の封入袋50(第1封入袋50A、第2封入袋50B)で覆った蓄熱材封入パック3が、作製される。
Next, the produced heat storage material-enclosed
潜熱蓄熱材組成物1が、このような態様で充填容器に収容されていると、潜熱蓄熱材組成物1を封入袋50内に封入するときに、潜熱蓄熱材組成物1の漏洩・飛散に起因した異物が、封入袋50の封止部52等に付着するのを、効果的に抑止できる。そのため、二重袋構造の封入袋50は、このような異物による弊害を受けずに、しっかりと封止できており、漏洩防止用内袋40内に充填された潜熱蓄熱材組成物1は、封入袋50の外部から漏れ出ることなく、より確実に封入袋50内に収容できている。
When the latent heat
次に、潜熱蓄熱材組成物1を蓄熱槽で使用する場合について、図10を用いて簡単に説明する。図10は、本実施形態に係る潜熱蓄熱材組成物を蓄熱槽に設けた様子を例示した説明図である。潜熱蓄熱材組成物1は、図9に例示したような充填容器に収容され、潜熱蓄熱材組成物1を収容した充填容器は、熱エネルギの活用を図る所定の収容手段の空間内に収容されるが、その収容手段の一つに、図10に例示するような蓄熱槽60がある。蓄熱槽60は、例えば、工場や事業所、家庭等で使用される種々の設備から生じる排熱を回収し、この排熱により、潜熱蓄熱材組成物1に蓄熱した熱エネルギを積極的に活用する目的で設置される。
Next, the case where the latent heat
蓄熱槽60では、槽内に貯めた水等の熱媒体61が、排熱により加熱され、熱媒体61を介して、潜熱蓄熱材組成物1が、約60前後〜80℃前後の温度帯域で蓄熱する。潜熱蓄熱材組成物1に蓄熱した熱は、このような温度帯域で放熱され、供給先の設備の熱エネルギとして活用される。前述したように、潜熱蓄熱材組成物1は、蓄熱材封入パック3として、漏洩防止用内袋40と二重構造の封入袋50とに封入されており、図10に示すように、蓄熱槽60には、複数の蓄熱材封入パック3が収容される。
In the
次に、本実施形態の潜熱蓄熱材組成物1の作用・効果について説明する。本実施形態の潜熱蓄熱材組成物1は、蓄熱または放熱を行う潜熱蓄熱材10に、該潜熱蓄熱材10の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物1(1A,1B)において、潜熱蓄熱材10は、無機塩水和物からなること、添加剤は、潜熱蓄熱材10の融点を調整する融点調整剤11(11A,11B)であり、潜熱蓄熱材10に含まれる水分への溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質であること、を特徴とする。この特徴により、融点調整剤11が添加された潜熱蓄熱材組成物1でも、潜熱蓄熱材組成物1の蓄熱量は、融点調整剤11の添加に起因して低下しない。しかも、本実施形態のように、潜熱蓄熱材10が、ミョウバン水和物で構成されていると、潜熱蓄熱材10は高い蓄熱量を保持できるため、このような潜熱蓄熱材10を含む潜熱蓄熱材組成物1も、より高い蓄熱量を保持できる物性となる。また、潜熱蓄熱材組成物1の融点も、潜熱蓄熱材10単体状態の融点(93.5℃)より、30℃以上も低くすることができるため、潜熱蓄熱材組成物1は、概ね60℃前後〜80℃前後の範囲内を対象とした温度帯域の排熱に基づいて、蓄熱できるようになる。
Next, the action and effect of the latent heat
従って、本実施形態に係る潜熱蓄熱材組成物1によれば、潜熱蓄熱材10に添加剤11A,11Bを加えることにより、潜熱蓄熱材10の融点を大幅に調整できると共に、この添加剤11A,11Bが配合されても、より大きな蓄熱量を得ることができる、という優れた効果を奏する。
Therefore, according to the latent heat
また、本実施形態の潜熱蓄熱材組成物1は、融点調整剤11A,11B(11)は、糖アルコールに属する物質を少なくとも含んでいること、を特徴とする。この特徴により、ミョウバン水和物である潜熱蓄熱材10に含まれる水に、糖アルコール類の融点調整剤11が溶解することで、粘度が増大し、潜熱蓄熱材10と融点調整剤11との密度差に起因して潜熱蓄熱材10と融点調整剤11とが分離するのを、防止することができる。よって、潜熱蓄熱材10と融点調整剤11との不均一化が発生しないため、潜熱蓄熱材組成物1は、化学的に安定した蓄熱材となり得る。しかも、ミョウバン水和物や、糖アルコール類等の食品添加剤は、無毒で非危険物であるため、取扱いが容易である上に、安価でもある。
In addition, the latent heat
また、本実施形態の潜熱蓄熱材組成物1は、融点調整剤11(11A)は、エリスリトール(C4H10O4)であること、を特徴とする。この特徴により、潜熱蓄熱材組成物1Aの融点が、75〜76℃に調整できる。また、潜熱蓄熱材組成物1Aは、約330(kJ/kg)という大容量の熱を蓄熱し、それを放熱する蓄放熱性能を具備できるため、蓄熱材の物性として優れている。
Moreover, the latent heat
また、本実施形態の潜熱蓄熱材組成物1は、当該潜熱蓄熱材組成物1A全体の重量に占めるエリスリトール(C4H10O4)(融点調整剤11A)の配合比率は、30〜60wt%の範囲内であること、を特徴とする。この特徴により、使用中に万一、潜熱蓄熱材組成物1Aに含有するエリスリトールの配合比率に変動が生じても、その配合比率が30〜60wt%の範囲内であれば、潜熱蓄熱材組成物1Aの融点を、75〜76℃に保つことができる。
Further, in the latent heat
また、本実施形態の潜熱蓄熱材組成物1Bは、融点調整剤11(11B)は、キシリトール(C5H12O5)であること、を特徴とする。この特徴により、潜熱蓄熱材組成物1Bの融点が、62℃に調整できる。また、潜熱蓄熱材組成物1Bは、約280(kJ/kg)という大容量の熱を蓄熱し、それを放熱する蓄放熱性能を具備できるため、蓄熱材の物性として優れている。
Moreover, the latent heat
また、本実施形態の潜熱蓄熱材組成物1では、無機塩水和物は、ミョウバン水和物であること、を特徴とする。この特徴により、ミョウバン水和物で構成した潜熱蓄熱材10では、相変化に伴う潜熱が比較的大きく、かつ「負の溶解熱を発生する物性を有する物質」である融点調整剤11を溶解させる水分(参照する図2中、水10B)が、ミョウバン水和物をなす構造の中に含まれているため、このような潜熱蓄熱材10を主成分とする潜熱蓄熱材組成物1では、比較的大きな融解潜熱と負の溶解熱との足し合わせにより、潜熱蓄熱材10に蓄熱できる蓄熱量も大きくできる。よって、ミョウバン水和物を主成分とする潜熱蓄熱材10を含む潜熱蓄熱材組成物1は、大容量の熱を蓄熱し、それを放熱する蓄放熱性能を具備できている点で、優れている。
In addition, the latent heat
また、本実施形態の潜熱蓄熱材組成物1では、ミョウバン水和物は、アンモニウムミョウバン12水和物(AlNH4(SO4)2・12H2O)、または、カリウムミョウバン12水和物(AlK(SO4)2・12H2O)であること、を特徴とする。この特徴により、アンモニウムミョウバン12水和物やカリウムミョウバン12水和物は、市場で幅広く流通して入手し易く、安価である。
Moreover, in the latent heat
以上において、本発明を実施形態の実施例1,2に即して説明したが、本発明は上記実施形態の実施例1,2に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。 In the above, the present invention has been described with reference to Examples 1 and 2 of the embodiment, but the present invention is not limited to Examples 1 and 2 of the above-described embodiment, and in a range not departing from the gist thereof, Appropriate changes can be applied.
(1)例えば、実施形態の実施例1,2に係る実験1,2では、潜熱蓄熱材組成物1(1A,1B)に融点調整剤11(11A,11B)を50wt%の配合比率で添加したが、融点調整剤11の配合比率はあくまでも例示に過ぎず、潜熱蓄熱材組成物の使用上、支障が生じなければ、潜熱蓄熱材組成物に対する融点調整剤の配合比率は、適宜変更可能である。
(2)また、実施形態では、融点調整剤11の配合により、潜熱蓄熱材組成物1の融点を60℃前後〜80℃前後に調整したが、融点調整剤により調整される潜熱蓄熱材組成物の融点温度は、これらの温度帯域に限定されるものではなく、潜熱蓄熱材組成物から放熱される熱を利用する熱供給先で、必要する熱源の温度に対応した温度に調整されたものであれば良い。
(1) For example, in
(2) Moreover, in embodiment, although melting | fusing point of the latent heat
(3)また、実施形態では、潜熱蓄熱材組成物1を、充填容器として、例えば、図9に示すように、漏洩防止用内袋40と、封入袋50との2種の袋等を用いて収容したが、潜熱蓄熱材組成物は、その他にも、例えば、カプセル等の充填容器に収容されていても良く、外部に漏洩しないで、外部との間で熱の移動を可能にして充填容器内に収容されていれば良い。
(3) Moreover, in embodiment, the latent heat
1,1A,1B 潜熱蓄熱材組成物
10 潜熱蓄熱材
11,11A,11B 融点調整剤(添加剤)
1, 1A, 1B Latent heat
Claims (5)
前記潜熱蓄熱材は、水和水が12以上含まれた無機塩水和物からなること、
前記添加剤は、前記潜熱蓄熱材の融点を調整する融点調整剤であり、前記潜熱蓄熱材との溶解で、負の溶解熱を発生する物性を有する物質であること、
前記融点調整剤は、糖アルコール類に属する物質を少なくとも含んでいること、
当該潜熱蓄熱材組成物の融液は、前記潜熱蓄熱材に含む水和水と、前記融点調整剤に含む糖アルコールとの溶解により、前記潜熱蓄熱材と前記融点調整剤とを混合してなること、
当該潜熱蓄熱材組成物全体に占める前記糖アルコールに属する物質の配合比率は、前記潜熱蓄熱材1molあたり、1.59〜5.57molの範囲内であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材組成物。 In the latent heat storage material composition formed by blending an additive that adjusts the physical properties of the latent heat storage material with the latent heat storage material that performs heat storage or heat dissipation,
The latent heat storage material is made of an inorganic salt hydrate containing 12 or more hydration waters ,
The additive is a melting point adjusting agent for adjusting the melting point of the latent heat storage material, and is a substance having a physical property of generating a negative heat of dissolution when dissolved with the latent heat storage material,
The melting point adjusting agent contains at least a substance belonging to sugar alcohols,
The melt of the latent heat storage material composition is formed by mixing the latent heat storage material and the melting point adjusting agent by dissolving hydration water included in the latent heat storage material and sugar alcohol included in the melting point adjustment agent. about,
The compounding ratio of the substance belonging to the sugar alcohol in the entire latent heat storage material composition is within a range of 1.59 to 5.57 mol per 1 mol of the latent heat storage material,
A latent heat storage material composition.
前記糖アルコールに属する物質は、エリスリトール(C4H10O4)であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材組成物。 In the latent heat storage material composition according to claim 1,
The substance belonging to the sugar alcohol is erythritol (C 4 H 10 O 4 );
A latent heat storage material composition.
前記糖アルコールに属する物質は、キシリトール(C5H12O5)であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材組成物。 In the latent heat storage material composition according to claim 1,
The substance belonging to the sugar alcohol is xylitol (C 5 H 12 O 5 );
A latent heat storage material composition.
前記無機塩水和物は、ミョウバン水和物であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材組成物。 In the latent heat storage material composition according to any one of claims 1 to 3 ,
The inorganic salt hydrate is alum hydrate;
A latent heat storage material composition.
前記ミョウバン水和物は、アンモニウムミョウバン12水和物(AlNH4(SO4)2・12H2O)、または、カリウムミョウバン12水和物(AlK(SO4)2・12H2O)であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材組成物。 In the latent heat storage material composition according to claim 4 ,
The alum hydrate is ammonium alum 12 hydrate (AlNH 4 (SO 4 ) 2 · 12H 2 O) or potassium alum 12 hydrate (AlK (SO 4 ) 2 · 12H 2 O). ,
A latent heat storage material composition.
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