JP6590607B2 - 蓄熱材組成物、蓄熱装置及び蓄熱方法 - Google Patents
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Description
本開示は、蓄熱材組成物、この蓄熱材組成物を用いた蓄熱装置、及びこの蓄熱材組成物を用いた蓄熱方法に関する。
熱エネルギーを産業用又は家庭用に用いる場合、必要な熱エネルギー量に対して過剰なエネルギー量が発生することがある。また、熱エネルギーの発生時期と熱エネルギーが必要になる時期とが異なることもある。そこで、発生した熱エネルギーを有効に利用するために、蓄熱材を用いて熱エネルギーを一時的に蓄えることが知られている。
蓄熱材として、顕熱蓄熱材及び潜熱蓄熱材が知られている。潜熱蓄熱材は、物質の融解などの相変化を利用する蓄熱材である。潜熱蓄熱材は、顕熱蓄熱材の蓄熱密度よりも高い蓄熱密度を有する。また、潜熱蓄熱材は、相変化時の温度が一定であるので、潜熱蓄熱材から熱エネルギーを安定した温度で取り出せるという利点を有する。潜熱蓄熱材を用いて蓄熱を行う場合、潜熱蓄熱材が加熱されて潜熱蓄熱材が液体状態になる。その後、潜熱蓄熱材は、潜熱蓄熱材が液体状態に維持されるように、保温される。潜熱蓄熱材を結晶化（凝固）させることによって、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を必要な時期に取り出すことができる。
糖アルコールは、比較的大きい融解潜熱を有するので、比較的少ない容量で効率的に熱を蓄えることができる物質として知られている。また、糖アルコールは、毒性を示さず安全な物質である。糖アルコールは、物質固有の温度（融点）で融解するものの、一旦融解すると、融点を下回っても凝固せずに、流動可能な状態、いわゆる過冷却状態になることが知られている。そこで、糖アルコールを含有する潜熱蓄熱材を加熱して液体状態にした後に過冷却状態に保って蓄熱することが検討されている。この場合、糖アルコールを含有する潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除することによって、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を取り出すことができる。
特許文献１には、糖アルコール及びポリエーテル変性シリコーンを含有する蓄熱材組成物が記載されている。蓄熱材組成物にポリエーテル変性シリコーンが含有されていると、糖アルコールの分子同士が結合することが妨げられ、糖アルコールの結晶化（凝固）が抑制される。これにより、蓄熱材組成物の結晶化開始温度を低下させて、過冷却の促進を可能にしている。例えば、特許文献１において、実施例１に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度は、４８．０℃である。
特許文献１によれば、蓄熱材組成物に含有されている糖アルコールの過冷却状態を室温又は室温に近い温度で安定的に保つ新規な技術を検討する余地がある。そこで、本開示は、室温又は室温に近い温度で過冷却状態を安定的に保つことができる新規な蓄熱材組成物を提供する。
本開示にかかる、蓄熱材組成物は、
糖アルコールと、
過冷却安定化剤と、を含有し、
前記過冷却安定化剤は、
（ｉ）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである塩、
（ii）前記塩をモノマーとするポリマー、又は
（iii）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であるアルコールをモノマーとする、７０００以上４００万以下の分子量を有するポリマー、であるものである。
糖アルコールと、
過冷却安定化剤と、を含有し、
前記過冷却安定化剤は、
（ｉ）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである塩、
（ii）前記塩をモノマーとするポリマー、又は
（iii）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であるアルコールをモノマーとする、７０００以上４００万以下の分子量を有するポリマー、であるものである。
本開示は、室温又は室温に近い温度で過冷却状態を安定的に保つことができる蓄熱材組成物を提供する。
糖アルコールを含有する蓄熱材組成物を用いた蓄熱システムにおいて、熱が必要になる時期が訪れるまで蓄熱材組成物を過冷却状態に保つことが望ましい。しかし、例えば、自動車の内燃機関の廃熱又はボイラーの廃熱を熱源として蓄熱を行う場合、蓄熱材組成物が熱を蓄えている期間（蓄熱材組成物が過冷却状態である期間）に、蓄熱材組成物の温度が室温又は室温に近い温度まで低下する可能性がある。その結果、熱が必要になる時期が訪れる前に糖アルコールが結晶化（凝固）する可能性がある。そこで、室温又は室温近い温度でも過冷却状態を安定的に保つことができる蓄熱材組成物が求められている。
本発明者らは、特許文献１に記載された蓄熱材組成物とは異なる、糖アルコールを含有する新規な蓄熱材組成物について検討した。本発明者らは、所定の過冷却安定化剤を蓄熱材組成物に含有させると、糖アルコールと過冷却安定化剤との相互作用によって糖アルコールの結晶化（凝固）が抑制され、室温又は室温に近い温度（例えば、２５℃〜６０℃）で過冷却状態を保つことができることを見出した。本発明者らはこの知見に基づいて鋭意検討を重ね、本開示の蓄熱材組成物が得られた。
本開示の第１態様の蓄熱材組成物は、
糖アルコールと、
前記糖アルコールを液体状態かつ過冷却状態に維持する過冷却安定化剤と、を含有し、
前記糖アルコールを液体状態かつ過冷却状態に維持する前記過冷却安定化剤は、
（ｉ）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである塩、
（ii）前記塩をモノマーとするポリマー、又は
（iii）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であるアルコールをモノマーとする、７０００以上４００万以下の分子量を有するポリマー、であるものである。
糖アルコールと、
前記糖アルコールを液体状態かつ過冷却状態に維持する過冷却安定化剤と、を含有し、
前記糖アルコールを液体状態かつ過冷却状態に維持する前記過冷却安定化剤は、
（ｉ）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである塩、
（ii）前記塩をモノマーとするポリマー、又は
（iii）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であるアルコールをモノマーとする、７０００以上４００万以下の分子量を有するポリマー、であるものである。
第１態様によれば、糖アルコールと過冷却安定化剤との相互作用によって糖アルコールの結晶化（凝固）が抑制されるので、蓄熱材組成物が室温又は室温に近い温度で過冷却状態を安定的に保つことができる。
第２態様において、例えば、第１態様にかかる蓄熱材組成物の前記塩がカルボン酸塩である、又は、前記ポリマーがポリカルボン酸塩であってもよい。
第３態様において、例えば、第２態様にかかる蓄熱材組成物の前記塩が、酢酸ナトリウム、酢酸アンモニウム、酢酸カリウム、又はアクリル酸ナトリウムであってもよい。
第４態様において、例えば、第２態様にかかる蓄熱材組成物の前記ポリマーが、ポリアクリル酸ナトリウムであってもよい。
第５態様において、例えば、第１態様にかかる蓄熱材組成物の前記塩が、塩化物であってもよい。
第６態様において、例えば、第５態様にかかる蓄熱材組成物の前記塩化物が、塩化ナトリウム又は塩化カルシウムであってもよい。
第７態様において、例えば、第１態様にかかる蓄熱材組成物の前記塩が、水酸化物であってもよい。
第８態様において、例えば、第７態様にかかる蓄熱材組成物の前記水酸化物が、水酸化ナトリウムであってもよい。
第９態様において、例えば、第１態様にかかる蓄熱材組成物の前記塩が、硝酸塩であってもよい。
第１０態様において、例えば、第９態様にかかる蓄熱材組成物の前記硝酸塩が、硝酸ナトリウム又は硝酸銀であってもよい。
第１１態様において、例えば、第１態様にかかる蓄熱材組成物の前記塩が、炭酸水素塩であってもよい。
第１２態様において、例えば、第１１態様にかかる蓄熱材組成物の前記炭酸水素塩が、炭酸水素ナトリウムであってもよい。
第１３態様において、例えば、第１態様にかかる蓄熱材組成物の前記塩が、安息香酸塩であってもよい。
第１４態様において、例えば、第１３態様にかかる蓄熱材組成物の前記安息香酸塩が、安息香酸ナトリウム又は安息香酸カリウムであってもよい。
第１５態様において、例えば、第１態様にかかる蓄熱材組成物の前記ポリマーが、ポリエチレングリコールであってもよい。
第１６態様において、例えば、第１態様〜第１５態様にかかる蓄熱材組成物の前記糖アルコールが、エリスリトールであってもよい。
第１７態様にかかる蓄熱装置は、
第１態様〜第１６態様のいずれか一つに記載の蓄熱材組成物と、
前記蓄熱材組成物に接触するように配置されている一対の電極と、を備え、
前記一対の電極のうち少なくとも一方が銀若しくは銀化合物を含み、又は、前記蓄熱材
組成物は前記蓄熱材組成物が液体状態であるときに銀イオンを含み、
前記蓄熱材組成物が液体状態かつ過冷却状態であるときに、前記蓄熱材組成物の過冷却
状態が解除されるように前記一対の電極間に電圧が印加される、ものである。
第１態様〜第１６態様のいずれか一つに記載の蓄熱材組成物と、
前記蓄熱材組成物に接触するように配置されている一対の電極と、を備え、
前記一対の電極のうち少なくとも一方が銀若しくは銀化合物を含み、又は、前記蓄熱材
組成物は前記蓄熱材組成物が液体状態であるときに銀イオンを含み、
前記蓄熱材組成物が液体状態かつ過冷却状態であるときに、前記蓄熱材組成物の過冷却
状態が解除されるように前記一対の電極間に電圧が印加される、ものである。
一対の電極間に電圧を印加して蓄熱材組成物の過冷却を解除する技術は、特公昭６４−８２６０号公報に記載されているように、イオン結合を有する酢酸ナトリウム３水塩を含む蓄熱材組成物には有効である。しかし、この技術を糖アルコールのみを含む蓄熱材組成物に適用しても、蓄熱材組成物の過冷却状態を容易に解除することはできないと考えられる。なぜなら、糖アルコールは高い電気絶縁性を有し、その電気伝導性はかなり低いので、一対の電極間への電圧の印加によって糖アルコールの過冷却を解除するのに十分なエネルギーを付与することは容易ではないと考えられるからである。これに対し、第１７態様にかかる蓄熱装置によれば、前記一対の電極のうち少なくとも一方が銀若しくは銀化合物を含む、又は、前記蓄熱材組成物は前記蓄熱材組成物が液体状態であるときに銀イオンを含む。このため、一対の電極間に電圧を印加することよって糖アルコールを含む蓄熱材組成物の過冷却状態を容易に解除することができる。
第１８態様にかかる蓄熱方法は、
第１態様〜第１６態様のいずれか１つに記載の蓄熱材組成物の温度を、前記糖アルコールの融点以上の温度に上昇させて、固体状態の前記糖アルコールを融解させ、
前記蓄熱材組成物の温度を前記糖アルコールの融点未満の温度に低下させて前記蓄熱材組成物を液体状態かつ過冷却状態とし、
前記蓄熱材組成物の温度を前記糖アルコールの融点未満の温度に保ち、かつ、前記蓄熱材組成物を過冷却状態に保ち、
前記糖アルコールを凝固させ、
前記糖アルコールの凝固に伴って前記蓄熱材組成物から放出される熱の少なくとも一部を回収する、工程を備えた、ものである。
第１態様〜第１６態様のいずれか１つに記載の蓄熱材組成物の温度を、前記糖アルコールの融点以上の温度に上昇させて、固体状態の前記糖アルコールを融解させ、
前記蓄熱材組成物の温度を前記糖アルコールの融点未満の温度に低下させて前記蓄熱材組成物を液体状態かつ過冷却状態とし、
前記蓄熱材組成物の温度を前記糖アルコールの融点未満の温度に保ち、かつ、前記蓄熱材組成物を過冷却状態に保ち、
前記糖アルコールを凝固させ、
前記糖アルコールの凝固に伴って前記蓄熱材組成物から放出される熱の少なくとも一部を回収する、工程を備えた、ものである。
（実施の形態１）
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本開示の一例に関するものであり、本開示はこれらに限定されるものではない。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本開示の一例に関するものであり、本開示はこれらに限定されるものではない。
＜蓄熱材組成物＞
本開示の蓄熱材組成物は、糖アルコールと、過冷却安定化剤とを含有している。過冷却安定化剤は、例えば、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである塩又はその塩をモノマーとするポリマーである。過冷却安定化剤がこのような塩又はポリマーであると、糖アルコールと過冷却安定化剤との相互作用によって、糖アルコールの結晶化（凝固）が抑制される。その結果、蓄熱材組成物が室温又は室温に近い温度で過冷却状態を安定的に保つことができる。
本開示の蓄熱材組成物は、糖アルコールと、過冷却安定化剤とを含有している。過冷却安定化剤は、例えば、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである塩又はその塩をモノマーとするポリマーである。過冷却安定化剤がこのような塩又はポリマーであると、糖アルコールと過冷却安定化剤との相互作用によって、糖アルコールの結晶化（凝固）が抑制される。その結果、蓄熱材組成物が室温又は室温に近い温度で過冷却状態を安定的に保つことができる。
過冷却安定化剤が塩である場合、その塩は、その塩の２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである限り、特に制限されないが、例えば、カルボン酸塩、塩化物、水酸化物、硝酸塩、炭酸水素塩又は安息香酸塩である。過冷却安定化剤であるカルボン酸塩は、例えば、酢酸ナトリウム、酢酸アンモニウム、酢酸カリウム、又はアクリル酸ナトリウムである。酢酸ナトリウム、酢酸アンモニウム、酢酸カリウム、及びアクリル酸ナトリウムの、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度は、それぞれ、３２．０ｇ、３７．０ｇ、２５６ｇ、及び３０ｇ以上である。過冷却安定化剤である塩化物は、例えば、塩化ナトリウム又は塩化カルシウムである。塩化ナトリウム及び塩化カルシウムの、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度は、それぞれ、３６．０ｇ及び７４．７ｇである。過冷却安定化剤である水酸化物は、例えば、水酸化ナトリウムである。水酸化ナトリウムの、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度は、１０９．４ｇ過冷却安定化剤である硝酸塩は、例えば、硝酸ナトリウム又は硝酸銀である。硝酸ナトリウム及び硝酸銀の、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度は、それぞれ、９１．９ｇ及び２１７．２ｇである。過冷却安定化剤である炭酸水素塩は、例えば、炭酸水素ナトリウムである。炭酸水素ナトリウムの、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度は、９．６ｇである。過冷却安定化剤である安息香酸塩は、例えば、安息香酸ナトリウム又は安息香酸カリウムである。安息香酸ナトリウム及び安息香酸カリウムの、２０℃の水１００ｍｌに対する溶解度は、それぞれ、６２．７ｇ及び７０．７ｇである。過冷却安定化剤である炭酸水素塩は、例えば、炭酸水素ナトリウムである。炭酸水素ナトリウムの、２０℃の水１００ｍｌに対する溶解度は、９．６ｇである。
過冷却安定化剤がポリマーである場合、そのポリマーは、例えば、カルボン酸塩をモノマーとするポリカルボン酸塩である。過冷却安定化剤であるポリカルボン酸塩は、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムである。ポリアクリル酸ナトリウムの分子量は、特に制限されないが、例えば、２７００〜７００００である。本明細書において用いられる用語「分子量」は、「粘度平均分子量」を意味する。
また、過冷却安定化剤は、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であるアルコールをモノマーとする、７０００以上の分子量を有するポリマーであってもよい。この場合、過冷却安定化剤であるポリマーは、例えば、ポリエチレングリコールである。このポリマーの分子量は、例えば、７０００〜４００万である。なお、エチレングリコールは、２０℃の水１００ｍＬに対して任意に混和する。
蓄熱材組成物は、上述した過冷却安定化剤のうち１種類を単独で含有していてもよいし、上述した過冷却安定化剤のうち２種類以上を含有していてもよい。
本開示の蓄熱材組成物に含有される糖アルコールは、特に制限されないが、例えば、エリスリトール、キシリトール、アラビトール、ソルビトール、マンニトール、スレイトール、ガラクチトール、又はペンタエリスリトールである。これらを単独で用いてもよいし、これらの糖アルコールのうち２種類以上を組み合わせて用いてもよい。自動車の内燃機関の廃熱又はボイラーの廃熱を熱源として蓄熱を行う場合、蓄熱材組成物に含まれる糖アルコールの融点は、８０℃〜２００℃であることが望ましい。安定性、安全性、低吸湿量、及び高潜熱量などの特性を考慮すると、本開示の蓄熱材組成物に含有される糖アルコールは、望ましくは、エリスリトールである。
蓄熱材組成物がより多くの熱を蓄えることができるように、蓄熱材組成物ができるだけ多くの糖アルコールを含有していることが望ましい。換言すると、蓄熱材組成物に含有される過冷却安定化剤の質量は少ないことが望ましい。この観点から、蓄熱材組成物に含有される過冷却安定化剤の質量Ｗｓと蓄熱材組成物に含有される糖アルコールの質量Ｗａとの比（Ｗｓ／Ｗａ）は、例えば、０．３以下であり、望ましくは０．２以下であり、より望ましくは０．１以下であり、さらに望ましくは、０．０５以下である。Ｗｓ／Ｗａの値の下限は、蓄熱材組成物が室温又は室温に近い温度で過冷却状態を保つことができる限り、特に制限されない。
本開示の蓄熱材組成物は、糖アルコール及び過冷却安定化剤以外の成分を含んでいてもよい。本開示の蓄熱材組成物は、例えば、粘度調整剤を含有していてもよい。また、本開示の蓄熱材組成物は、糖アルコール及び過冷却安定化剤のみを含有していてもよい。
蓄熱材組成物は、糖アルコールの粉体と、過冷却安定化剤の粉体とを混合することによって調製できる。または、蓄熱材組成物は、糖アルコールの融点以上の温度に加熱されて液体状態となった糖アルコールに過冷却安定化剤を加えてスターラーなどで撹拌することによって調製されてもよい。
＜蓄熱方法＞
次に、上述の蓄熱材組成物を用いた蓄熱方法の一例を説明する。この蓄熱方法は、蓄熱工程と、過冷却保持工程と、過冷却解除工程と、熱回収工程とを備えている。これらの工程によって、蓄熱材組成物の状態は、図１に示すように変化する。この蓄熱方法は、例えば、図２に示す蓄熱システム１００を用いて行われる。
次に、上述の蓄熱材組成物を用いた蓄熱方法の一例を説明する。この蓄熱方法は、蓄熱工程と、過冷却保持工程と、過冷却解除工程と、熱回収工程とを備えている。これらの工程によって、蓄熱材組成物の状態は、図１に示すように変化する。この蓄熱方法は、例えば、図２に示す蓄熱システム１００を用いて行われる。
蓄熱システム１００は、蓄熱装置１０と、ポンプ１６と、三方弁１８と、熱源装置２０と、熱出力装置２２と、流路２５とを備えている。流路２５は、熱源装置２０から蓄熱装置１０に熱媒体が供給され、かつ、熱媒体が蓄熱装置１０から熱源装置２０に戻るように形成されている。また、流路２５は、熱出力装置２２から蓄熱装置１０に熱媒体が供給され、かつ、熱媒体が蓄熱装置１０から熱出力装置２２に戻るように形成されている。ポンプ１６及び三方弁１８は、流路２５に設けられている。ポンプ１６の働きにより、熱源装置２０と蓄熱装置１０との間で熱媒体が循環し、又は、熱出力装置２２と蓄熱装置１０との間で熱媒体が循環する。三方弁１８が制御されることによって、熱源装置２０と蓄熱装置１０との間で熱媒体が循環する状態と、熱出力装置２２と蓄熱装置１０との間で熱媒体が循環する状態とが切り替えられる。
蓄熱装置１０は、容器１２と、蓄熱材組成物１４と、内部流路１５と、過冷却解除手段２４と、を備えている。蓄熱材組成物１４は、上述した本開示の蓄熱材組成物である。蓄熱材組成物１４は、容器１２に収容されている。容器１２は、例えば、伝熱性を有する密閉容器である。また、内部流路１５は、熱源装置２０又は熱出力装置２２から蓄熱装置１０の内部に供給された熱媒体のための流路である。内部流路１５の少なくとも一部は、容器１２の外周面によって形成されている。すなわち、熱媒体は、容器１２の外周面に接触しながら内部流路１５を流れる。これにより、内部流路１５を流れている熱媒体と容器１２の内部の蓄熱材組成物１４との間で熱交換を生じさせることができる。過冷却解除手段２４は、蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの過冷却状態を解除できる限り特に制限されず、公知の過冷却解除手段を用いることができる。過冷却解除手段２４は、例えば、蓄熱材組成物１４を局所的に冷却する冷却器、放電装置、又は超音波発生装置である。
蓄熱工程は、容器１２に収容されている蓄熱材組成物１４の温度を、容器１２が熱媒体の流れから受熱することによって、蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの融点以上の温度（例えば、１３０℃）に上昇させて、蓄熱材組成物１４に含有されている固体状態の糖アルコールを融解させる工程である。図１に示すように、蓄熱工程が行われる前の蓄熱材組成物１４は、例えば、固体状態の糖アルコールと、過冷却安定化剤の溶液とが共存する固液共存状態である。蓄熱工程において、固体状態の糖アルコールが融解し、蓄熱材組成物１４が液体状態（液体状態の糖アルコールと過冷却安定化剤の溶液との混合物）になる。この場合、熱源装置２０から蓄熱装置１０に熱媒体が供給され、かつ、熱媒体が蓄熱装置１０から熱源装置２０に戻るように三方弁１８が制御される。ポンプ１６の作動により、図２において実線の矢印で示すように熱媒体が熱源装置２０と蓄熱装置１０との間を循環する。このとき、蓄熱装置１０の内部では、熱媒体が内部流路１５を流れ、容器１２が熱媒体の流れから受熱する。熱媒体は、蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの融点以上の温度を有する。熱媒体は、例えば、オイルである。熱媒体は、熱源装置２０において、例えば、自動車の内燃機関の廃熱又はボイラーの廃熱によって加熱されている。これにより、蓄熱材組成物１４の温度を蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの融点以上の温度に上昇させることができる。その結果、蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールが融解する。このようにして、蓄熱材組成物１４に潜熱の形態で熱を蓄えることができる。
図１に示すように、過冷却保持工程は、容器１２の内部で、蓄熱材組成物１４の温度を蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの融点未満の温度に保ち、かつ、蓄熱材組成物１４を過冷却状態に保つ工程である。過冷却保持工程は、蓄熱工程の終了後に行われる。蓄熱工程の実施中にポンプ１６が停止することによって蓄熱工程が終了する。ポンプ１６が停止すると、熱源装置２０から蓄熱装置１０への熱媒体の供給が停止され、蓄熱材組成物１４の温度が蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの融点未満に低下して、過冷却保持工程に移行する。蓄熱材組成物１４の温度は、例えば、室温又は室温に近い温度（例えば、２５℃〜６０℃）まで低下する。蓄熱材組成物１４の過冷却安定化剤によって蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの結晶化（凝固）が抑制されるので、蓄熱材組成物１４を液体状態（過冷却状態）に保つことができる。なお、過冷却保持工程において、外気温度の変化などによって蓄熱材組成物１４の温度が低下しすぎることを防止するために、所定の温度を有する熱媒体を蓄熱装置１０の内部に供給して蓄熱材組成物１４を所定の温度まで温めてもよい。
図１に示すように、過冷却解除工程は、蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールを凝固させる工程である。過冷却解除工程において、例えば、過冷却解除手段２４の働きにより蓄熱材組成物１４の過冷却状態が解除される。これにより、蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールが結晶化（凝固）する。また、過冷却解除手段２４を省略して、熱出力装置２２から低温の熱媒体を供給することによって、蓄熱材組成物１４の過冷却状態が解除されてもよい。
熱回収工程は、蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの凝固に伴って蓄熱材組成物１４から放出される熱の少なくとも一部を、熱媒体の流れが容器１２から受熱することによって回収する工程である。熱回収工程は、過冷却解除工程と並行して行われる。熱回収工程において、熱出力装置２２から蓄熱装置１０に熱媒体が供給され、かつ、熱媒体が蓄熱装置１０から熱出力装置２２に戻るように三方弁１８が制御される。ポンプ１６の作動により、図２において破線の矢印で示すように熱媒体が熱出力装置２０と蓄熱装置１０との間を循環する。熱媒体は、例えば、オイルである。熱媒体は、蓄熱材組成物１４の温度よりも低い温度を有する。蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの凝固に伴って蓄熱材組成物１４から放出される熱によって容器１２が加熱される。蓄熱装置１０の内部では、熱媒体が内部流路１５を流れ、熱媒体の流れが容器１２から受熱する。容器１２から受熱した熱媒体は、熱出力装置２２に供給される。これにより、蓄熱材組成物１４に含有されている糖アルコールの凝固に伴って蓄熱材組成物１４から放出される熱の少なくとも一部が回収される。回収された熱は、熱出力装置２２において、暖房又は給湯などの用途に利用される。
蓄熱材組成物１４を容器１２に収容せず流動させて蓄熱を行うことも考えられる。しかし、糖アルコールの含有量を踏まえると、蓄熱工程前の蓄熱材組成物１４の流動性はあまり高くないと考えられる。このため、蓄熱材組成物１４を容器１２に収容した状態で、上記のように、蓄熱工程、過冷却保持工程、過冷却解除工程、及び熱回収工程を行うことが望ましい。なお、本開示の蓄熱材組成物は、上記の蓄熱システム１００のみならず、他のシステムにおいても使用可能である。
実施例により本開示の蓄熱材組成物をより詳細に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されない。
＜過冷却安定性の評価方法＞
まず、実施例、比較例、又は参考例に係る蓄熱材組成物の過冷却安定性の評価方法について説明する。実施例、比較例、又は参考例に係る蓄熱材組成物では、糖アルコールとしてエリスリトール（日本ガーリック社製）を用いた。１３０℃に設定された乾燥炉に、実施例、比較例、又は参考例に係る蓄熱材組成物が調製されたガラス製のサンプル瓶を入れて、エリスリトールを融解させた。その後、乾燥炉の温度を０．８３℃／分の降温速度で最低で２５℃まで低下させた。このとき、実施例、比較例、又は参考例に係る蓄熱材組成物の温度を測定し、エリスリトールの固相が生成された時点の蓄熱材組成物の温度を結晶化開始温度と定めた。ここで、蓄熱材組成物の温度が上昇したことに基づいて、エリスリトールの固相が生成されたと判断した。蓄熱材組成物の結晶化開始温度が低いほど、蓄熱材組成物が過冷却状態をより安定的に保つことができると評価できる。
まず、実施例、比較例、又は参考例に係る蓄熱材組成物の過冷却安定性の評価方法について説明する。実施例、比較例、又は参考例に係る蓄熱材組成物では、糖アルコールとしてエリスリトール（日本ガーリック社製）を用いた。１３０℃に設定された乾燥炉に、実施例、比較例、又は参考例に係る蓄熱材組成物が調製されたガラス製のサンプル瓶を入れて、エリスリトールを融解させた。その後、乾燥炉の温度を０．８３℃／分の降温速度で最低で２５℃まで低下させた。このとき、実施例、比較例、又は参考例に係る蓄熱材組成物の温度を測定し、エリスリトールの固相が生成された時点の蓄熱材組成物の温度を結晶化開始温度と定めた。ここで、蓄熱材組成物の温度が上昇したことに基づいて、エリスリトールの固相が生成されたと判断した。蓄熱材組成物の結晶化開始温度が低いほど、蓄熱材組成物が過冷却状態をより安定的に保つことができると評価できる。
＜実施例Ａ１＞
ガラス製サンプル瓶に、エリスリトール３．０ｇ（日本ガーリック社製）と、酢酸ナトリウム０．０３ｇとを入れて混合することによって実施例Ａ１の蓄熱材組成物を調製した。表１に実施例Ａ１の蓄熱材組成物の結晶化開始温度を示す。
ガラス製サンプル瓶に、エリスリトール３．０ｇ（日本ガーリック社製）と、酢酸ナトリウム０．０３ｇとを入れて混合することによって実施例Ａ１の蓄熱材組成物を調製した。表１に実施例Ａ１の蓄熱材組成物の結晶化開始温度を示す。
＜実施例Ａ２〜Ａ１０＞
ガラス製のサンプル瓶に入れる酢酸ナトリウムの量を表１の通り変更した以外は、実施例Ａ１と同様にして、実施例Ａ２〜Ａ１０に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ａ２〜Ａ１０に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１に示す。なお、以下の表において、結晶化開始温度の欄の「２５（＜２４ｈ）」という表記は、蓄熱材組成物の温度を２５℃で２４時間保った場合に、エリスリトールの固相が２４時間以内に生成されたことを意味する。また、以下の表において、結晶化開始温度の欄の「２５（＞２４ｈ）」という表記は、蓄熱材組成物の温度を２５℃で２４時間以上保っても、エリスリトールの固相が生成されなかったことを意味する。
ガラス製のサンプル瓶に入れる酢酸ナトリウムの量を表１の通り変更した以外は、実施例Ａ１と同様にして、実施例Ａ２〜Ａ１０に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ａ２〜Ａ１０に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１に示す。なお、以下の表において、結晶化開始温度の欄の「２５（＜２４ｈ）」という表記は、蓄熱材組成物の温度を２５℃で２４時間保った場合に、エリスリトールの固相が２４時間以内に生成されたことを意味する。また、以下の表において、結晶化開始温度の欄の「２５（＞２４ｈ）」という表記は、蓄熱材組成物の温度を２５℃で２４時間以上保っても、エリスリトールの固相が生成されなかったことを意味する。
＜実施例Ｂ１〜Ｂ５＞
酢酸ナトリウムの代わりに、酢酸アンモニウムを表２に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｂ１〜Ｂ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｂ１〜Ｂ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表２に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、酢酸アンモニウムを表２に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｂ１〜Ｂ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｂ１〜Ｂ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表２に示す。
＜実施例Ｃ１〜Ｃ５＞
酢酸ナトリウムの代わりに、酢酸カリウムを表３に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｃ１〜Ｃ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｃ１〜Ｃ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表３に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、酢酸カリウムを表３に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｃ１〜Ｃ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｃ１〜Ｃ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表３に示す。
＜実施例Ｄ１〜Ｄ５＞
酢酸ナトリウムの代わりに、アクリル酸ナトリウムを表４に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｄ１〜Ｄ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｄ１〜Ｄ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表４に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、アクリル酸ナトリウムを表４に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｄ１〜Ｄ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｄ１〜Ｄ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表４に示す。
＜実施例Ｅ１〜Ｅ５＞
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリアクリル酸ナトリウム（分子量：２７００〜７５００）を表５に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｅ１〜Ｅ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｅ１〜Ｅ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表５に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリアクリル酸ナトリウム（分子量：２７００〜７５００）を表５に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｅ１〜Ｅ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｅ１〜Ｅ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表５に示す。
＜実施例Ｆ１〜Ｆ５＞
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリアクリル酸ナトリウム（分子量：２．２万〜７万）を表６に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｆ１〜Ｆ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｆ１〜Ｆ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表６に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリアクリル酸ナトリウム（分子量：２．２万〜７万）を表６に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｆ１〜Ｆ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｆ１〜Ｆ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表６に示す。
＜実施例Ｇ１〜Ｇ１０＞
酢酸ナトリウムの代わりに、塩化ナトリウムを表７に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｇ１〜Ｇ１０に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｇ１〜Ｇ１０に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表７に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、塩化ナトリウムを表７に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｇ１〜Ｇ１０に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｇ１〜Ｇ１０に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表７に示す。
＜実施例Ｈ１〜Ｈ３＞
酢酸ナトリウムの代わりに、硝酸ナトリウムを表８に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｈ１〜Ｈ３に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｈ１〜Ｈ３に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表８に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、硝酸ナトリウムを表８に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｈ１〜Ｈ３に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｈ１〜Ｈ３に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表８に示す。
＜実施例Ｉ１〜Ｉ７＞
酢酸ナトリウムの代わりに、炭酸水素ナトリウムを表９に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｉ１〜Ｉ７に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｉ１〜Ｉ７に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表９に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、炭酸水素ナトリウムを表９に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｉ１〜Ｉ７に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｉ１〜Ｉ７に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表９に示す。
＜実施例Ｊ１〜Ｊ５＞
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリエチレングリコール（分子量７３００〜９３００）を表１０に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｊ１〜Ｊ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｊ１〜Ｊ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１０に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリエチレングリコール（分子量７３００〜９３００）を表１０に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｊ１〜Ｊ５に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｊ１〜Ｊ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１０に示す。
＜実施例Ｋ１〜Ｋ７＞
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリエチレングリコール（分子量３０万〜５０万）を表１１に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｋ１〜Ｋ７に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｋ１〜Ｋ７に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１１に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリエチレングリコール（分子量３０万〜５０万）を表１１に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｋ１〜Ｋ７に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｋ１〜Ｋ７に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１１に示す。
＜実施例Ｌ１〜Ｌ６＞
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリエチレングリコール（分子量３５０万〜４００万）を表１２に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｌ１〜Ｌ６に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｌ１〜Ｌ６に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１２に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、ポリエチレングリコール（分子量３５０万〜４００万）を表１２に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして実施例Ｌ１〜Ｌ６に係る蓄熱材組成物を調製した。実施例Ｌ１〜Ｌ６に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１２に示す。
＜比較例Ａ１＞
ガラス製サンプル瓶に、エリスリトール３．０ｇ（日本ガーリック社製）のみを入れて比較例Ａ１の蓄熱材組成物を調製した。比較例Ａ１の蓄熱材組成物の結晶化開始温度は、６２．１℃であった。
ガラス製サンプル瓶に、エリスリトール３．０ｇ（日本ガーリック社製）のみを入れて比較例Ａ１の蓄熱材組成物を調製した。比較例Ａ１の蓄熱材組成物の結晶化開始温度は、６２．１℃であった。
＜比較例Ｂ１〜Ｂ５＞
酢酸ナトリウムの代わりに、硫酸ナトリウムを表１３に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして比較例Ｂ１〜Ｂ５に係る蓄熱材組成物を調製した。比較例Ｂ１〜Ｂ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１３に示す。なお、２０℃の水１００ｍＬに対する硫酸ナトリウムの溶解度は、１９．１ｇであるが、アニオンである硫酸イオンは２価である。
酢酸ナトリウムの代わりに、硫酸ナトリウムを表１３に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして比較例Ｂ１〜Ｂ５に係る蓄熱材組成物を調製した。比較例Ｂ１〜Ｂ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１３に示す。なお、２０℃の水１００ｍＬに対する硫酸ナトリウムの溶解度は、１９．１ｇであるが、アニオンである硫酸イオンは２価である。
＜比較例Ｃ１〜Ｃ５＞
酢酸ナトリウムの代わりに、リン酸水素ナトリウムを表１４に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして比較例Ｃ１〜Ｃ５に係る蓄熱材組成物を調製した。比較例Ｃ１〜Ｃ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１４に示す。なお、２０℃の水１００ｍＬに対するリン酸水素ナトリウムの溶解度は、７．７ｇであり、アニオンであるリン酸水素イオンは２価である。
酢酸ナトリウムの代わりに、リン酸水素ナトリウムを表１４に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして比較例Ｃ１〜Ｃ５に係る蓄熱材組成物を調製した。比較例Ｃ１〜Ｃ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１４に示す。なお、２０℃の水１００ｍＬに対するリン酸水素ナトリウムの溶解度は、７．７ｇであり、アニオンであるリン酸水素イオンは２価である。
＜参考例１〜３＞
酢酸ナトリウムの代わりに、側鎖型ポリエーテル変性シリコーン（信越化学社製、商品名：ＫＦ−３５４Ｌ）を表１５に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして参考例１〜３に係る蓄熱材組成物を調製した。参考例１〜３に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１５に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに、側鎖型ポリエーテル変性シリコーン（信越化学社製、商品名：ＫＦ−３５４Ｌ）を表１５に示す含有量でガラス製のサンプル瓶に入れた以外は、実施例Ａ１と同様にして参考例１〜３に係る蓄熱材組成物を調製した。参考例１〜３に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度を表１５に示す。
表１〜表１２に示すように、いずれの実施例に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度が、比較例Ａ１に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度よりもかなり低い。このため、いずれの実施例に係る蓄熱材組成物が、室温又は室温に近い温度（例えば、２５℃〜６０℃）で過冷却状態を安定的に保つことができることが示された。また、実施例Ａ１、Ｇ１、Ｋ１、及びＬ１に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度は、参考例１に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度よりも低く、実施例Ａ２、Ｇ２、Ｉ１、Ｋ２、及びＬ２に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度は、参考例２に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度よりも低い。さらに、実施例Ａ４、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ４、Ｈ１、Ｊ１、Ｋ４、及びＬ４に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度は、参考例３に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度よりも低い。このため、本開示の結晶化安定剤を含有する蓄熱材組成物は、側鎖型ポリエーテル変性シリコーンを過冷却安定化剤とする蓄熱材組成物と比べて、過冷却状態をより安定的に保つことができることが示唆された。
比較例Ｂ１〜Ｂ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度及び比較例Ｃ１〜Ｃ５に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度は、比較例Ａ１に係る蓄熱材組成物の結晶化開始温度よりも高い。このため、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ未満の塩を過冷却安定化剤として用いること、及び、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であるが、アニオンが２価である塩を過冷却安定化剤として用いることは難しいことが示唆された。
＜過冷却安定化メカニズムの検討＞
本開示の蓄熱材組成物が、過冷却安定化剤を含有することによって過冷却状態を安定的に保つメカニズムについて検討した。エリスリトール２０ｍｇを、３０重量％の重水と７０重量％の重ＤＭＳＯ（Dimethyl sulfoxide）とからなる重溶媒（７８０ｍｇ）に溶解させ、サンプル１を得た。酢酸ナトリウムとエリスリトールとを同じ重量で混合した混合試料（２０ｍｇ）を、３０重量％の重水と７０重量％の重ＤＭＳＯ（Dimethyl sulfoxide）とからなる重溶媒（７８０ｍｇ）に溶解させ、サンプル２を得た。また、酢酸ナトリウムに代えて、硝酸ナトリウムを用いた以外は、サンプル２と同様にして、サンプル３を得た。ＮＭＲ装置（Bruker社製、製品名：AVANCE 500）を用いて、サンプル１〜３のそれぞれについて、13Ｃ−ＮＭＲ分析を行った。その結果を、図３〜５に示す。図３（ａ）は、エリスリトールのみを含有するサンプルのＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）スペクトルを示す。図３（ｂ）は、エリスリトール及び酢酸ナトリウムを含有するサンプルのＮＭＲスペクトルを示す。図３（ｃ）は、エリスリトール及び硝酸ナトリウムを含有するサンプルのＮＭＲスペクトルを示す。図４（ａ）は、図３（ａ）のＮＭＲスペクトルのピークα付近の拡大図を示す。図４（ｂ）は、図３（ｂ）のＮＭＲスペクトルのピークα付近の拡大図を示す。図４（ｃ）は、図３（ｃ）のＮＭＲスペクトルのピークα付近の拡大図を示す。図５（ａ）は、図３（ａ）のＮＭＲスペクトルのピークβ付近の拡大図を示す。図５（ｂ）は、図３（ｂ）のＮＭＲスペクトルのピークβ付近の拡大図を示す。図５（ｃ）は、図３（ｃ）のＮＭＲスペクトルのピークβ付近の拡大図を示す。
本開示の蓄熱材組成物が、過冷却安定化剤を含有することによって過冷却状態を安定的に保つメカニズムについて検討した。エリスリトール２０ｍｇを、３０重量％の重水と７０重量％の重ＤＭＳＯ（Dimethyl sulfoxide）とからなる重溶媒（７８０ｍｇ）に溶解させ、サンプル１を得た。酢酸ナトリウムとエリスリトールとを同じ重量で混合した混合試料（２０ｍｇ）を、３０重量％の重水と７０重量％の重ＤＭＳＯ（Dimethyl sulfoxide）とからなる重溶媒（７８０ｍｇ）に溶解させ、サンプル２を得た。また、酢酸ナトリウムに代えて、硝酸ナトリウムを用いた以外は、サンプル２と同様にして、サンプル３を得た。ＮＭＲ装置（Bruker社製、製品名：AVANCE 500）を用いて、サンプル１〜３のそれぞれについて、13Ｃ−ＮＭＲ分析を行った。その結果を、図３〜５に示す。図３（ａ）は、エリスリトールのみを含有するサンプルのＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）スペクトルを示す。図３（ｂ）は、エリスリトール及び酢酸ナトリウムを含有するサンプルのＮＭＲスペクトルを示す。図３（ｃ）は、エリスリトール及び硝酸ナトリウムを含有するサンプルのＮＭＲスペクトルを示す。図４（ａ）は、図３（ａ）のＮＭＲスペクトルのピークα付近の拡大図を示す。図４（ｂ）は、図３（ｂ）のＮＭＲスペクトルのピークα付近の拡大図を示す。図４（ｃ）は、図３（ｃ）のＮＭＲスペクトルのピークα付近の拡大図を示す。図５（ａ）は、図３（ａ）のＮＭＲスペクトルのピークβ付近の拡大図を示す。図５（ｂ）は、図３（ｂ）のＮＭＲスペクトルのピークβ付近の拡大図を示す。図５（ｃ）は、図３（ｃ）のＮＭＲスペクトルのピークβ付近の拡大図を示す。
図４及び図５に示すように、サンプル２及びサンプル３のピークα及びピークβは、それぞれ、サンプル１のピークα及びピークβよりも図の右側（高磁場側）にシフトしている。サンプル２のピークα及びピークβは、それぞれ、サンプル３のピークα及びピークβよりも図の右側（高磁場側）にシフトしている。ピークα及びピークβの高磁場側へのシフトが大きいほど、エリスリトールと酢酸ナトリウム又は硝酸ナトリウムとの相互作用が大きいと考えられる。すなわち、酢酸ナトリウムは、硝酸ナトリウムに比べてエリスリトールとより大きな相互作用を示すと考えられる。図６に示すように、エリスリトールと酢酸ナトリウムとが共存する場合、酢酸イオンがエリスリトールのヒドロキシル基と相互作用する。また、エリスリトールと硝酸ナトリウムとが共存する場合、硝酸イオンがエリスリトールのヒドロキシル基と相互作用する。ここで、図６に示すように、酢酸イオンは、硝酸イオンに比べて、エリスリトールのヒドロキシル基の水素原子をプロトン化して引き寄せやすい。換言すると、酢酸イオンとエリスリトールとの相互作用に伴う共鳴は、硝酸イオンとエリスリトールとの相互作用に伴う共鳴に比べて、図６の右側の状態により偏った状態で平衡になりやすい。
表１、表８、図４、及び図５に示す結果から、高磁場側へのシフト量の大きさ（相互作用の大きさ）が、エリスリトールの結晶化を抑制する効果に関連していると考えられる。すなわち、エリスリトールと過冷却安定化剤との相互作用が大きいほど、エリスリトールの結晶化（凝固）が抑制され、過冷却が促進されると考えられる。
（実施形態２）
以下、実施形態２に係る蓄熱装置について、図面を参照しながら説明する。第１実施形態と第２実施形態とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。なお、以下の説明は本開示の一例に関するものであり、本開示はこれらに限定されるものではない。
以下、実施形態２に係る蓄熱装置について、図面を参照しながら説明する。第１実施形態と第２実施形態とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して説明を省略する。なお、以下の説明は本開示の一例に関するものであり、本開示はこれらに限定されるものではない。
図７に示すように、本開示の蓄熱装置２７は、蓄熱材組成物１４と、一対の電極２６とを備える。蓄熱材組成物１４は、糖アルコールと、過冷却安定化剤とを含む。過冷却安定化剤は、２０℃の水１００ｍｌに対する溶解度が９ｇ以上の塩である。一対の電極２６は、蓄熱材組成物１４に接触するように配置されている。一対の電極２６のうち少なくとも一方が銀若しくは銀化合物を含み、又は、蓄熱材組成物１４は蓄熱材組成物１４が液体状態であるときに銀イオンを含む。蓄熱装置２７において、蓄熱材組成物１４が液体状態かつ過冷却状態であるときに、蓄熱材組成物の過冷却状態が解除されるように一対の電極２６間に電圧が印加される。例えば、図７に示すように、一対の電極２６のそれぞれが、配線によって直流電源２１ａに電気的に接続されており、一対の電極２６の少なくとも一方と直流電源２１ａとの間にスイッチ２３が配置されている。スイッチ２３が閉じられることにより、一対の電極２６間に電圧が印加される。なお、図８に示すように、一対の電極２６のそれぞれが、配線によって交流電源２１ｂに電気的に接続されていてもよい。
図７に示すように、蓄熱装置２７は、例えば、容器１２、中央筐体３０、端部材３１ａ、端部材３１ｂ、整流部材４０ａ、及び整流部材４０ｂをさらに備える。容器１２は伝熱性を有する材料でできた容器であり、蓄熱材組成物１４が容器１２の内部に収容されている。中央筐体３０は断熱性を有する材料でできた筒状の筐体である。中央筐体３０の内部空間には、蓄熱材組成物１４が収容された複数の容器１２が配置されている。中央筐体３０の内部空間において、複数の容器１２の外周面及び中央筐体３０の内周面によって内部流路１５が形成されている。内部流路１５は、蓄熱材組成物１４に熱を付与するための熱媒体又は蓄熱材組成物１４から熱を回収するための熱媒体にとっての流路である。中央筐体３０の一方の端部に端部材３１ａが固定され、中央筐体３０の他方の端部に端部材３１ｂが固定されている。端部材３１ａ及び端部材３１ｂは、それぞれ、漏斗状の部材であり、中央筐体３０に向かって拡大する空間を形成している。端部材３１ａ及び端部材３１ｂによって、熱媒体の流入口又は流出口が形成されている。また、中央筐体３０の一方の端部で端部材３１ａの内側に整流部材４０ａが固定されており、中央筐体３０の他方の端部で端部材３１ｂの内側に整流部材４０ｂが固定されている。整流部材４０ａ及び整流部材４０ｂは、それぞれ、複数の貫通孔を有する板状の部材であり、熱媒体の流れを整える働きをする。
一対の電極２６は、中央筐体３０の外側に露出した外側部分と、中央筐体３０の内部空間で複数の容器１２を貫通しながら延びている内側部分とを有する。なお、蓄熱装置２７が複数の容器１２を備える場合、一対の電極２６が複数の容器１２のうちの一つに収容された蓄熱材組成物１４に接触するように、蓄熱装置２７が複数対の電極２２を備えていてもよい。この場合、複数対の電極２２は、例えば、直流電源２１ａに対して電気的に並列に接続される。一対の電極２６の、蓄熱材組成物１４に接触している部分同士の距離は、特に制限されないが、例えば、１ｍｍ〜１５ｍｍである。
一対の電極２６のうち少なくとも一方が銀又は銀化合物を含む場合、例えば、一対の電極２６の表面のうち少なくとも蓄熱材組成物１４と接触する部分に銀若しくは銀化合物が存在している。図７に示すように、一対の電極２６が直流電源２１ａに接続されている場合、一対の電極２６のうち直流電源２１ａの高電位側に接続されている電極（正極）が銀又は銀化合物を含んでいることが望ましい。これにより、正極が銀又は銀化合物を含まず、かつ、一対の電極２６のうち直流電源２１ａの低電位側に接続されている電極（負極）が銀又は銀化合物を含んでいる場合に比べて、蓄熱材組成物１４の過冷却状態をより小さいエネルギーで解除できる。また、図８に示すように、一対の電極２６が交流電源２１ｂに接続されている場合、一対の電極２６のいずれもが銀又は銀化合物を含んでいてもよい。なお、一対の電極２６のうち少なくとも一方に含まれる銀化合物は、例えば、塩化銀である。一対の電極２６の形状は特に制限されないが、例えば、板材状又は線材状である。
蓄熱材組成物１４が液体状態であるときに銀イオンを含む場合、蓄熱材組成物１４は、例えば、液体状態の糖アルコールに可溶な銀化合物を含む。このような銀化合物は、例えば、硝酸銀又は酢酸銀である。このような銀化合物は、過冷却安定化剤として蓄熱材組成物１４に含まれていてもよく、過冷却安定化剤以外の成分として蓄熱材組成物１４に含まれていてもよい。この場合、一対の電極２６は、銀及び銀化合物を含んでいなくてもよく、例えば、銅などの銀以外の金属又は炭素を含む電極であってもよい。
次に、蓄熱装置２７を用いた蓄熱方法の一例を説明する。図９に示すように、本開示の蓄熱方法は、工程Ｓ１、工程Ｓ２、工程Ｓ３、工程Ｓ４、及び工程Ｓ５を備える。工程Ｓ１は、蓄熱材組成物１４に含まれる糖アルコールが固体状態である蓄熱装置２７を準備する工程である。工程Ｓ２は、蓄熱材組成物１４の温度を、蓄熱材組成物１４に含まれる糖アルコールの融点以上の温度に上昇させて、固体状態の糖アルコールを融解させる蓄熱工程である。工程Ｓ２は、例えば、蓄熱材組成物１４に含まれる糖アルコールの融点より高い温度を有する熱媒体が端部材３１ａから端部材３１ｂへ向かって内部流路１５を通過するように熱媒体を蓄熱装置２７の内部に供給することによって行われる。
工程Ｓ３は、蓄熱材組成物１４の温度を糖アルコールの融点未満の温度に保ち、かつ、蓄熱材組成物１４を過冷却状態に保つ過冷却保持工程である。工程Ｓ３において、蓄熱材組成物１４が、蓄熱材組成物１４の結晶化開始温度を超え、かつ、糖アルコールの融点未満である温度を有するように、蓄熱材組成物１４の温度が保たれる。例えば、工程Ｓ３において、糖アルコールの融点から蓄熱材組成物１４の温度を差し引いた過冷却度が、１９℃〜９０℃の範囲に収まるように、蓄熱材組成物１４の温度が保たれることが望ましい。また、温度範囲で糖アルコールの過冷却状態が保たれるように、蓄熱材組成物１４に過冷却安定化剤が含まれることが望ましい。
工程Ｓ４は、蓄熱材組成物１４が液体状態かつ過冷却状態であるときに、蓄熱材組成物１４の過冷却状態が解除されるように一対の電極２６に電圧を印加する過冷却解除工程である。工程Ｓ４は、例えば工程Ｓ３に続いて行われる。工程Ｓ４において、例えば、スイッチ２３が閉じられ、直流電源２１ａによって直流電圧が一対の電極２６に印加され、又は、交流電源２１ｂによって交流電圧が一対の電極２６に印加される。これにより、蓄熱材組成物１４に電気的な刺激が加わり、準安定的な過冷却状態が解除され、エネルギー的に安定な結晶状態（固体状態）への相変化が開始される。その結果、蓄熱材組成物１４に蓄えられた熱が放出される。
一対の電極２６に印加される電圧の大きさは、例えば、１〜３Ｖである。なお、蓄熱材組成物１４に水が含まれる可能性がある。この場合、一対の電極２６に電圧が印加されることによって水の電気分解が生じることを避けることが望ましい。この観点から、一対の電極２６に印加される電圧の大きさは、１．２３Ｖ以下であることが望ましい。一対の電極２６に交流電圧を印加する場合、両振幅は、例えば１．０Ｖｐｐ〜６．０Ｖｐｐである。また、交流電圧の周波数は、特に制限されないが、イオンの移動速度の制約を考慮すると、１０Ｈｚ以下であることが望ましい。
工程Ｓ５は、蓄熱材組成物１４の過冷却状態の解除に伴って蓄熱材組成物１４から放出される熱の少なくとも一部を回収する熱回収工程である。工程Ｓ５は、一対の電極２６への電圧の印加によって蓄熱材組成物１４の過冷却状態が解除された直後に行われる。すなわち、工程Ｓ５は、工程Ｓ４の直後に行われる。工程Ｓ５は、例えば、蓄熱材組成物１４の温度よりも低い温度を有する熱媒体が端部材３１ａから端部材３１ｂへ向かって内部流路１５を通過するように熱媒体を蓄熱装置２７の内部に供給することによって行われる。
［実施例］
実施例により本開示の蓄熱装置及び蓄熱方法をより詳細に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されない。
実施例により本開示の蓄熱装置及び蓄熱方法をより詳細に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されない。
＜過冷却安定性の評価＞
３．０ｇのエリスリトール（日本ガーリック社製）を入れたガラス製のサンプル瓶を、１３０℃の内部温度に設定した乾燥炉に入れ、エリスリトールを融解させた。その後、乾燥炉の設定温度を１３０℃から０．８３℃／分の速度で降温させた。ここで、エリスリトールの固相が生成されたときのサンプル瓶中のエリスリトールの温度は、６２．１℃であった。なお、サンプル瓶中のエリスリトールの温度が上昇したことに基づいてエリスリトールに固相が生成されたと判断した。
３．０ｇのエリスリトール（日本ガーリック社製）を入れたガラス製のサンプル瓶を、１３０℃の内部温度に設定した乾燥炉に入れ、エリスリトールを融解させた。その後、乾燥炉の設定温度を１３０℃から０．８３℃／分の速度で降温させた。ここで、エリスリトールの固相が生成されたときのサンプル瓶中のエリスリトールの温度は、６２．１℃であった。なお、サンプル瓶中のエリスリトールの温度が上昇したことに基づいてエリスリトールに固相が生成されたと判断した。
３．０ｇのエリスリトール（日本ガーリック社製）を入れたガラス製のサンプル瓶を複数本準備し、各サンプル瓶に、過冷却安定化剤として、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、水酸化ナトリウム、硝酸銀、又は炭酸水素ナトリウムを、エリスリトールの質量Ｗａに対する過冷却安定化剤の質量Ｗｓの比率Ｗｓ／Ｗａが０．０１以上となるように加えた。エリスリトールと各過冷却安定化剤を含むサンプル瓶を１３０℃の内部温度に設定した乾燥炉に入れ、エリスリトールを融解させた。その後、乾燥炉の設定温度を１３０℃から０．８３℃／分の速度で最低で２５℃まで降温させた。いずれのサンプル瓶においても、サンプル瓶中の混合物の温度が６２．１℃を下回る温度でエリスリトールの固相が生成された。例えば、酢酸ナトリウムを０．０３ｇ加えたサンプル瓶では、サンプル瓶中の混合物の温度が２８．６℃に低下したときにエリスリトールの固相が生成された。また、酢酸ナトリウムを０．１２ｇ加えたサンプル瓶では、サンプル瓶中の混合物の温度が２５℃まで低下してから２４時間以内にエリスリトールの固相が生成された。このように、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、水酸化ナトリウム、硝酸銀、又は炭酸水素ナトリウムが糖アルコールを含む蓄熱材組成物の結晶化開始温度を低下させ、糖アルコールを含む蓄熱材組成物の過冷却状態を安定化させることが確認された。
＜実施例１＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．５５ｇ及び酢酸ナトリウム０．４４ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び酢酸ナトリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例１に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を８４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから１２０秒後にサンプル瓶中において結晶核の生成が目視により確認された。その後、一対の銀電極への電圧の印加を停止し、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールをさらに完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから４６秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．５５ｇ及び酢酸ナトリウム０．４４ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び酢酸ナトリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例１に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を８４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから１２０秒後にサンプル瓶中において結晶核の生成が目視により確認された。その後、一対の銀電極への電圧の印加を停止し、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールをさらに完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから４６秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
＜実施例２＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．５１ｇ及び酢酸カリウム０．２６ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び酢酸カリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例２に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから８１秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．５１ｇ及び酢酸カリウム０．２６ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び酢酸カリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例２に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから８１秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
＜実施例３＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．０２ｇ及び塩化ナトリウム０．２２ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び塩化ナトリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例３に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから３３秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。その後、一対の銀電極への電圧の印加を停止し、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールをさらに完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を６９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから１４秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．０２ｇ及び塩化ナトリウム０．２２ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び塩化ナトリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例３に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから３３秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。その後、一対の銀電極への電圧の印加を停止し、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールをさらに完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を６９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから１４秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
＜実施例４＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３８ｇ及び塩化カルシウム０．２３ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び塩化カルシウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例４に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから２２秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３８ｇ及び塩化カルシウム０．２３ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び塩化カルシウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例４に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから２２秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
＜実施例５＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３３ｇ及び水酸化ナトリウム０．２５ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び水酸化ナトリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例５に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから６２秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。その後、一対の銀電極への電圧の印加を停止し、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールをさらに完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を６９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し１．８Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから１１秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３３ｇ及び水酸化ナトリウム０．２５ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び水酸化ナトリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、実施例５に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから６２秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。その後、一対の銀電極への電圧の印加を停止し、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールをさらに完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を６９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し１．８Ｖの電圧を印加した。一対の銀電極への電圧の印加を開始してから１１秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
＜実施例６＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．１６ｇ及び硝酸銀０．０４ｇを添加し、さらに、線材状の一対の炭素電極（線径：２．０ｍｍ）をエリスリトール及び硝酸銀の混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の炭素電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、実施例６に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の炭素電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の炭素電極への電圧の印加を開始してから８１秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．１６ｇ及び硝酸銀０．０４ｇを添加し、さらに、線材状の一対の炭素電極（線径：２．０ｍｍ）をエリスリトール及び硝酸銀の混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の炭素電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、実施例６に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の炭素電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を印加した。一対の炭素電極への電圧の印加を開始してから８１秒後にサンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
＜実施例７＞
６ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール５．５ｇ及び炭酸水素ナトリウム０．１４ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び炭酸水素ナトリウムの混合物に約５ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、実施例７に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を６４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を交流電源に接続し交流電圧（両振幅：６Ｖｐｐ、周波数：０．１Ｈｚ）を２分間印加した。サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
６ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール５．５ｇ及び炭酸水素ナトリウム０．１４ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び炭酸水素ナトリウムの混合物に約５ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、実施例７に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を６４℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を交流電源に接続し交流電圧（両振幅：６Ｖｐｐ、周波数：０．１Ｈｚ）を２分間印加した。サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成が目視により確認された。
＜比較例１＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール９．２５ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトールに約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、比較例１に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。また、３Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール９．２５ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトールに約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、比較例１に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。また、３Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。
＜比較例２＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３８ｇ及び酢酸ナトリウム０．３８ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銅電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び酢酸ナトリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銅電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、比較例２に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銅電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を６９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銅電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３８ｇ及び酢酸ナトリウム０．３８ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銅電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び酢酸ナトリウムの混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銅電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、比較例２に係る蓄熱装置を作製した。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銅電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を６９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銅電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。
＜比較例３＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３８ｇ及び酢酸銅０．０３ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び酢酸銅の混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、比較例３に係る蓄熱装置を作製した。なお、酢酸銅の、２０℃の水１００ｍｌに対する溶解度は７．２ｇである。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃に保った状態で、一対の銀電極に２．５Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３８ｇ及び酢酸銅０．０３ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び酢酸銅の混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３ｍｍ〜５ｍｍであった。このようにして、比較例３に係る蓄熱装置を作製した。なお、酢酸銅の、２０℃の水１００ｍｌに対する溶解度は７．２ｇである。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃に保った状態で、一対の銀電極に２．５Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。
＜比較例４＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３１ｇ及び塩化銀０．３２ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び塩化銀の混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、比較例４に係る蓄熱装置を作製した。なお、塩化銀の、２０℃の水１００ｍｌに対する溶解度は０．２ｍｇ以下である。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、エリスリトール８．３１ｇ及び塩化銀０．３２ｇを添加し、さらに、線材状の一対の銀電極（線径：１．５ｍｍ）をエリスリトール及び塩化銀の混合物に約１０ｍｍ浸漬させた。このとき、一対の銀電極間の距離は、約３〜５ｍｍであった。このようにして、比較例４に係る蓄熱装置を作製した。なお、塩化銀の、２０℃の水１００ｍｌに対する溶解度は０．２ｍｇ以下である。次に、１２９℃の雰囲気においてエリスリトールを完全に融解させた。次に、サンプル瓶中の混合物の温度を７９℃まで低下させた。このとき、サンプル瓶中の混合物は、液体状態を保っており、過冷却状態であった。次に、一対の銀電極を直流電源に接続し２Ｖの電圧を２分間印加したが、サンプル瓶中においてエリスリトールの結晶核の生成は確認されなかった。
本開示の一態様の蓄熱材組成物は、種々の蓄熱装置又はシステムにおいて使用できる。本開示の一態様の蓄熱材組成物は、特に、２５℃〜６０℃の環境下でも、過冷却状態を安定的に保つことができるので、例えば、自動車の内燃機関又はボイラーの廃熱などを熱源とする蓄熱装置に利用してもよい。
Claims (15)
- 糖アルコールと、
過冷却安定化剤と、を含有し、
前記過冷却安定化剤は、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである、水酸化物以外の塩であり、
前記塩は水溶していない、
蓄熱材組成物。 - 前記糖アルコールの含有量に対する前記過冷却安定化剤の含有量の比は、質量基準で０．３以下である、請求項１に記載の蓄熱材組成物。
- 前記塩がカルボン酸塩である、請求項１に記載の蓄熱材組成物。
- 前記塩が、酢酸ナトリウム、酢酸アンモニウム、酢酸カリウム、又はアクリル酸ナトリウムである、請求項３に記載の蓄熱材組成物。
- 前記塩が、塩化物である、請求項１に記載の蓄熱材組成物。
- 前記塩化物が、塩化ナトリウム又は塩化カルシウムである、請求項５に記載の蓄熱材組成物。
- 前記塩が、硝酸塩である、請求項１に記載の蓄熱材組成物。
- 前記硝酸塩が、硝酸ナトリウム又は硝酸銀である、請求項７に記載の蓄熱材組成物。
- 前記塩が、炭酸水素塩である、請求項１に記載の蓄熱材組成物。
- 前記炭酸水素塩が、炭酸水素ナトリウムである、請求項９に記載の蓄熱材組成物。
- 糖アルコールと、
過冷却安定化剤と、を含有し、
前記過冷却安定化剤は、２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである安息香酸塩である、
蓄熱材組成物。 - 前記安息香酸塩が、安息香酸ナトリウム又は安息香酸カリウムである、請求項１１に記載の蓄熱材組成物。
- 前記糖アルコールが、エリスリトールである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。
- 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物と、
前記蓄熱材組成物に接触して配置されている一対の電極と、を備え、
前記一対の電極のうち少なくとも一方が銀若しくは銀化合物を含み、又は、前記蓄熱材組成物は前記蓄熱材組成物が液体状態であるときに銀イオンを含み、
前記蓄熱材組成物が液体状態かつ過冷却状態であるときに、前記蓄熱材組成物の過冷却状態が解除されるように前記一対の電極間に電圧が印加される、
蓄熱装置。 - 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物の温度を、前記糖アルコールの融点以上の温度に上昇させて、固体状態の前記糖アルコールを融解させ、
前記蓄熱材組成物の温度を前記糖アルコールの融点未満の温度に保ち、かつ、前記蓄熱材組成物を過冷却状態に保ち、
前記糖アルコールを凝固させ、
前記糖アルコールの凝固に伴って前記蓄熱材組成物から放出される熱の少なくとも一部を回収する、ことを含む、
蓄熱方法。
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