JP6745287B2 - 蓄熱材、これを用いた蓄熱パック、恒温容器および輸送用容器 - Google Patents
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Description
(蓄熱材の構成)
本明の蓄熱材は、所定温度で相変化する潜熱蓄熱材であり、水、臭化テトラノルマルブチルアンモニウム(以下、TBABと略する)および塩化カリウム(以下、KClと略する)からなる。
まず、本発明の一態様に係る蓄熱材の材料となるTBAB[40.0g(0.124mol)〜41.0g(0.127mol)]、水[59.0g〜60.0g]およびKCl[8.33g(0.112mol)〜9.48g(0.127mol)]を用意する。室温で、これら用意した材料のうち、まず水とTBABを混合する。その後、得られた混合液にKClを混合することで、蓄熱材を作製することができる。各材料を混合する順序は、先に水とKClを混合し、その後、水とKClとの混合液にTBABを混合する順序であっても良い。
次に、蓄熱材に対する測定実験を説明する。測定実験では、各材料の含有量の異なる蓄熱材を作製し、(1)温度変化測定、(2)示差走査熱量測定(DSC)、(3)凍結温度測定、を行なった。
比較例および実施例1の蓄熱材を用いて、温度変化測定を行なった。
作製した蓄熱材50gをプラスチック容器にそれぞれ取出し、−30℃の恒温槽で凍結後、環境温度を30℃に変更した時の蓄熱材の温度変化を測定した。その結果を以下に示す。なお、恒温槽内の温度は、−30℃から30℃まで1℃/minで温度上昇させ、その後30℃の状態を維持した。
図1は、比較例および実施例1の温度変化測定結果を示したグラフである。実線は、蓄熱材1の有効温度領域2℃〜8℃を示している。破線は、比較例の有効温度領域8.8℃〜14.8℃を示している。比較例の蓄熱材の融点が11.8℃であることから、比較例の有効温度領域を、融点11.8℃±3℃(温度幅を蓄熱材1と同じ6℃)とした。また、各有効温度領域内で温度を維持する時間は、実施例1では63分、比較例では67分、であった。
比較例、実施例1〜8の蓄熱材を用いて、示差走査熱量測定(DSC)を行なった。
示差走査熱量測定時の温度条件は30℃から−30℃へ5℃/minで温度降下させ、−30℃で5分間保持し、その後−30℃から30℃へ5℃/minで温度上昇とした。
図2〜10は、実施例1と、比較例および実施例2〜8との示差走査熱量測定結果を示したグラフである。表2に、各蓄熱材の融解開始外挿温度(融点)[℃]および潜熱量[J/g]を示す。
図2は、比較例と実施例1のDSC測定結果を示したグラフである。図2に示す通り、TBAB40.5wt%水溶液に、TBABに対するmol比1となるKClを混合することにより、潜熱量があまり低下することなく、融解開始外挿温度が12℃から4℃へ下がることがわかった。
図3は、実施例1および実施例2のDSC測定結果を示したグラフである。KClの含有量を、TBABに対するmol比を1から0.90にしても、融解開始外挿温度の変化は−0.3℃、潜熱量の変化は+0.7%にとどまることがわかった。
図4は、実施例1および実施例3のDSC測定結果を示したグラフである。TBABの含有量を40.0gにしたTBAB40.0wt%水溶液に、TBABに対するmol比1となるKClを混合した蓄熱材でも、DSC曲線の変化はほぼ見られず、融解開始外挿温度は同値、潜熱量もほぼ同値であった。
図5は、実施例1および実施例4のDSC測定結果を示したグラフである。TBABの含有量を40.5gから40.0gにしたTBAB40.0wt%水溶液に、KClの含有量を、TBABに対するmol比を1から0.90にしても、融解開始外挿温度は同値、潜熱量の変化は−3.2%にとどまることがわかった。
図6は、実施例1および実施例5のDSC測定結果を示したグラフである。TBABの含有量を41.0gにしたTBAB41.0wt%水溶液に、TBABに対するmol比1となるKClを混合した蓄熱材でも、融解開始外挿温度は同値、潜熱量の変化は+1.3%にとどまることがわかった。
図7は、実施例1および実施例6のDSC測定結果を示したグラフである。TBABの含有量を40.5gから41.0gにしたTBAB41.0wt%水溶液に、KClの含有量を、TBABに対するmol比を1から0.90にしても、融解開始外挿温度の変化は−0.1℃、潜熱量の変化は+1.1%にとどまることがわかった。
図8は、実施例1および実施例7のDSC測定結果を示したグラフである。実施例1では、融解開始外挿温度は4.0℃のみである。しかし、実施例7では、融解開始外挿温度が4.0℃と−14.8℃の2つ発現した。TBABとKClの混合順序を逆にすることにより、融解開始外挿温度が2つ発現したが、各融解開始外挿温度における潜熱量の変化は、融解開始外挿温度4.0℃における潜熱量の変化は−1.7%にとどまり、融解開始外挿温度−14.8℃における潜熱量は8.7J/gと非常に小さかった。つまり、実施例1と実施例7とではDSC曲線の変化はほぼ見られなかった。
実施例7の蓄熱材を、30℃から−40℃へ5℃/minで温度降下させ、−40℃で5分間保持し、その後−40℃から30℃へ5℃/minで温度上昇させて(下限温度を−30℃から−40℃へ変更して)測定を行なった。
図9は、実施例1と実施例7aのDSC測定結果を示したグラフである。図9に示す通り、実施例7aにおいても、実施例7と同様に、−30℃以下で発熱ピークが発現することを確認した。そして、融点開始外挿温度および潜熱量は、実施例7の測定結果の値と変わらないことも確認できた。したがって、上述した通り、−14.8℃での潜熱量は、8.7J/gと非常に小さく、これによる高温側の潜熱量の低下も見られないことから、KClを先入れした蓄熱材であっても、TBABを先入れした蓄熱材とほぼ同じ効果が得られることを確認できた。
実施例8では、実施例7aと同様、下限温度を−40℃として、熱流を測定した。図10は、実施例1および実施例8のDSC測定結果を示したグラフである。実施例1では、融解開始外挿温度は4.0℃のみである。しかし、実施例8では、融解開始外挿温度が5.0℃と−13.7℃の2つ発現した。TBABの濃度を35.0wt%まで下げることで、融解開始外挿温度−13.7℃が発現した。これは、TBABの濃度を下げたことで水溶液中の余剰水がKCl水溶液となった結果、実施例7および実施例7aよりも融解潜熱がさらに増加した。そして、その影響により、融解開始外挿温度5.0℃における潜熱量が低下することを確認した。したがって、TBABの濃度を下げることは好ましくなく、上記実施例のように安定した熱流を示す40.0wt%以上が好ましい。
実施例1の蓄熱材を用いて、凍結温度測定を行なった。
実施例1の蓄熱材50gをプラスチック容器にそれぞれ取出し、30℃の恒温槽に設置し、恒温槽内の温度を30℃から−30℃へ1℃/minで降下させ、その後−30℃の状態を維持した。
図11は、実施例1の蓄熱材を凍結させたときの温度変化を示したグラフである。実施例1の蓄熱材は、−11.5℃で凍結開始していることがわかる。つまり、実施例1の蓄熱材は、一般的な家庭用冷凍庫温度(−18℃)で凍結可能であることがわかった。添加成分が同等の実施例2〜実施例8についても、同様と推定できる。
上記の蓄熱材は、恒温容器の構成にも応用できる。図12は、本実施形態の恒温容器を示す断面図である。恒温容器100は、恒温容器本体110と蓄熱パック120を備える。蓄熱パック120は、蓄熱材および蓄熱材を覆う包装材からなり、保冷の対象物S0と熱交換できる位置に配置される。蓄熱材を覆う包装材は、フィルム等の柔らかい材質で形成されたソフト容器であっても良いし、プラスチック(PEやPP)等の硬い材質で形成されたハード容器であっても良い。蓄熱パック120は、蓄熱材の用途に応じたサイズや形に加工して使用できる。
上記の蓄熱材は、輸送用容器の構成にも応用できる。図13は、本実施形態の輸送用容器を示す斜視図である。輸送用容器200は、上記の恒温容器100を収容できる。輸送用容器は、キャリーバック等の小型なものに限らず、コンテナ等の大型輸送用容器でも良い。このように、輸送用容器200内に恒温容器100を収容することにより、対象物S0を適切な温度に維持した状態で、輸送することができる。
100 恒温容器
110 恒温容器本体
120 蓄熱パック
130 断熱材
200 輸送用容器
Claims (9)
- 所定温度で相変化する蓄熱材であって、
水と、
TBABと、
前記水に溶解したKClと、を有し、
前記水及び前記TBABの合計量に対する前記TBABの重量濃度が35.0wt%以上41.0wt%以下である蓄熱材。 - 2℃〜8℃で融解する請求項1記載の蓄熱材。
- 所定温度で相変化する蓄熱材であって、
水と、
前記水に対して、セミクラスレートハイドレートの調和融点を与える濃度のTBABと、
前記水に溶解したKClと、を有し、
2℃〜8℃で融解する蓄熱材。 - 前記KClの含有量は、前記TBABの含有量に対し、mol比で0.90以上である
請求項1から請求項3のいずれかに記載の蓄熱材。 - −18℃以上で凍結する請求項1から請求項4のいずれかに記載の蓄熱材。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の蓄熱材と、
前記蓄熱材を覆う包装材と、を備える蓄熱パック。 - 対象物を保温する恒温容器であって、
対象物と熱交換できる位置に配置される請求項6記載の蓄熱パックと、
前記対象物および蓄熱パックを収容する容器本体と、を備える恒温容器。 - 前記対象物と前記蓄熱パックとの間または前記蓄熱パックの外側に設置された断熱材を更に備える請求項7記載の恒温容器。
- 請求項7または請求項8記載の恒温容器を収容する輸送用容器。
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