JP6901726B2 - 化学蓄熱材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明で製造する化学蓄熱材は、アルカリ土類金属の水酸化物及び酸化物による以下の可逆反応を利用したものである。なお、以下の反応式では、アルカリ土類金属としてカルシウム又はマグネシウムを用いた場合について示した。
CaO+H2O⇔Ca(OH)2 △H=−109.2kJ/モル
MgO+H2O⇔Mg(OH)2 △H=−81.2kJ/モル
まず、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物の原料と、鉄及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の金属を含む成分を混合する。前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物の原料や、鉄及び/又は亜鉛を含む成分としては、それぞれ、水酸化物、酸化物、塩化物などの形態が挙げられるが、これらに特に限定されない。
各実施例及び比較例で得られた化学蓄熱材について、熱重量/示差熱分析測定装置(TG/DTA6300、セイコーインスツルメンツ社製)を用いて熱評価を行った。具体的には、昇温速度10℃/min.,大気条件下・常圧で、常温から300℃へ昇温し、その後温度を300℃で一定に保ち、経時的に重量減少量及び示差熱を測定した。得られた重量減少値に基づいて、各化学蓄熱材中の水酸化マグネシウムが酸化マグネシウムに変化した割合として反応率を算出した。
水酸化マグネシウム(純度99%以上、BET比表面積8.4m2/g、体積平均粒子径3.5μm)を5g秤量し、さらに、該水酸化マグネシウムに対して10モル%となる量の酸化亜鉛(関東化学製、試薬特級)を秤量した。秤量した水酸化マグネシウムと酸化亜鉛を十分に混合し、アルミナ製坩堝に入れ、電気炉(ADVANTEC社製 FUM332PB)にて900℃で6時間焼成した。焼成した粉末を解砕後、スラリー化(固形分5%)し、90℃で160時間攪拌して水和反応を行った。反応後のスラリーをろ過後、乾燥機(アドバンテック株式会社製、DRA430DA)にて110℃で12時間以上乾燥させて水分を除去することで、化学蓄熱材を製造した。得られた化学蓄熱材について、上記評価方法で熱挙動を確認し、反応率を算出した。
酸化亜鉛の量を、水酸化マグネシウムに対して20モル%となる量に変更した以外は実施例1と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
酸化亜鉛の量を、水酸化マグネシウムに対して30モル%となる量に変更した以外は実施例1と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
実施例1の方法で製造した化学蓄熱材粉末を5g秤量し、さらに、該化学蓄熱材に含まれるマグネシウムの物質量と亜鉛の物質量の合計に対して20モル%となる量の水酸化リチウム一水和物(関東化学試薬、特級、純度98.0%)を秤量した。イオン交換水50mLに、上記で秤量した化学蓄熱剤粉末及び水酸化リチウム一水和物を投入し、マグネチックスターラーで300秒間、回転数60(rpm)で攪拌してスラリーを作製した。該スラリーを、乾燥機(アドバンテック株式会社製 DRA430DA)にて110℃で12時間以上乾燥させて水分を除去することで、リチウムを含む化学蓄熱材を製造した。得られた化学蓄熱材について、上記評価方法で熱挙動を確認し、反応率を算出した。
水酸化リチウムの代わりに塩化リチウム(関東化学試薬、特級、純度99.0%)を用いた以外は実施例4と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
実施例1の方法で製造した化学蓄熱材粉末を5g秤量し、さらに、該化学蓄熱材に含まれるマグネシウムの物質量と亜鉛の物質量の合計に対して2.4モル%となる量の硝酸マグネシウム(和光純薬試薬、特級)を秤量し、さらに、該化学蓄熱材に含まれるマグネシウムの物質量と亜鉛の物質量の合計に対して20モル%となる量の水酸化リチウム一水和物(関東化学試薬、特級、純度98.0%)を秤量した。秤量した硝酸マグネシウムをイオン交換水50mLに全溶させて硝酸マグネシウム水溶液を得た。該硝酸マグネシウム水溶液に、上記で秤量した化学蓄熱剤粉末及び水酸化リチウム一水和物を投入し、マグネチックスターラーで300秒間、回転数60(rpm)で攪拌してスラリーを作製した。該スラリーを、乾燥機(アドバンテック株式会社製、DRA430DA)にて110℃で12時間以上乾燥させて水分を除去することで、酸の塩及びリチウムを含む化学蓄熱材を製造した。得られた化学蓄熱材について、上記評価方法で熱挙動を確認し、反応率を算出した。
硝酸マグネシウムの代わりに酢酸マグネシウム(関東化学試薬、特級)を用いた以外は実施例6と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
水酸化マグネシウム(純度99%以上、BET比表面積8.4m2/g、体積平均粒子径3.5μm)そのものについて、同様に反応率を算出した。
Claims (11)
- アルカリ土類金属と、鉄及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の金属との複合金属水酸化物及び/又は複合金属酸化物を含み、
前記鉄及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の金属の量は、前記アルカリ土類金属に対して5〜40モル%である、化学蓄熱材。 - 前記アルカリ土類金属が、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の化学蓄熱材。
- さらに、少なくとも1種のアルカリ金属の化合物を含み、
前記アルカリ金属の化合物の量は、前記アルカリ土類金属に対して0.1〜50モル%である、請求項1又は2に記載の化学蓄熱材。 - 前記アルカリ金属が、リチウム、カリウム、及びナトリウムからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項3に記載の化学蓄熱材。
- さらに、少なくとも1種の金属の酸塩を含み、
前記金属の酸塩の量は、前記アルカリ土類金属に対して0.05〜30モル%である、請求項1〜4のいずれかに記載の化学蓄熱材。 - 前記金属の酸塩が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸塩である、請求項5に記載の化学蓄熱材。
- 前記アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸塩が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸塩である、請求項6に記載の化学蓄熱材。
- 前記金属の酸塩が、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸塩である、請求項5に記載の化学蓄熱材。
- 化学蓄熱材の製造方法であって、
アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物の原料と、鉄及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の金属を含む成分を混合する工程と、
得られた混合物から、アルカリ土類金属と、鉄及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の金属との複合金属水酸化物及び/又は複合金属酸化物を形成する工程、
を含み、
前記鉄及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の金属の量は、前記アルカリ土類金属に対して5〜40モル%である、製造方法。 - 前記複合金属水酸化物及び/又は複合金属酸化物と、少なくとも1種のアルカリ金属の化合物を混合する工程、
をさらに含む、請求項9に記載の製造方法。 - 前記複合金属水酸化物及び/又は複合金属酸化物と、少なくとも1種の金属の酸塩を混合する工程、
をさらに含む、請求項9又は10に記載の製造方法。
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