JP6908550B2 - 無機塩水和物系潜熱輸送スラリー - Google Patents
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Description
本発明は、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して、蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱物性を有した潜熱輸送スラリーに関する。
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、特性として、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ができることは、広く良く知られている。実際にビル等の空気調和システムでは、潜熱蓄熱材のこのような特性を生かし、潜熱蓄熱材を、水等の熱媒体に分散させた潜熱輸送媒体と、例えば、冷凍機等の冷熱発生機関（熱供給元）で生成した冷熱との熱交換により、この冷熱が潜熱輸送媒体に回収され、蓄熱槽に蓄えられる。蓄熱槽に蓄えたこの熱は、潜熱輸送媒体を介して空気調和装置等の熱利用機関（熱提供先）側に供給され、有効に活用される。
このような潜熱輸送媒体の中には、潜熱蓄熱材と水等の熱媒体を直接混ぜ合わせたスラリー状の潜熱輸送スラリーがある。潜熱輸送スラリーは、冷熱輸送用途で既に実用化されており、その実用例には、熱媒体である水と、臭化テトラ‐ｎ‐ブチルアンモニウム（TBAB：Tetrabutylammonium Bromide）を直接混ぜ合わせた従来技術に係る潜熱輸送スラリーである。このような潜熱輸送スラリーは、蓄熱槽を介して、熱供給元側と、熱提供先側との循環管路を流通することにより、蓄熱槽に蓄えた冷熱を、熱提供先側まで搬送する。
潜熱輸送スラリーでは、水に比べて粘度が高く、循環管路において、潜熱輸送スラリーの流通時に、管との摩擦抵抗が大きく、潜熱輸送スラリーの流動性が低下するため、循環管路に設置されたポンプで、潜熱輸送スラリーの圧送に伴う負荷が増大してしまう。また、潜熱輸送スラリーの流動性が低下すると、潜熱蓄熱材の結晶が、管内に沈降・凝集して残留し易く、残留した結晶により、管路が閉塞してしまう虞がある。
特に、室温よりも高い温度に相転移点を有する潜熱輸送スラリーの場合、熱供給元からの熱供給が途絶えると、温度が室温付近まで低下する過程で、潜熱蓄熱材の結晶が大量に生成するため、管路閉塞のリスクは、さらに高くなる。このことから、潜熱輸送スラリーの実用化事例は、前述したような冷熱輸送用途に限られ、熱供給元からの熱供給が５０℃以上に対応できる潜熱輸送スラリーについての実用化事例は、未だに報告されていない。そこで、潜熱輸送が、５０℃以上の温度帯域で実用化できるよう、摩擦抵抗の増加や管路閉塞等の事態発生を抑制するため、潜熱輸送スラリーに、管との摩擦抵抗を減らす界面活性剤と、潜熱蓄熱材の結晶の沈降や凝集を防ぐ安定剤を、添加する手法が提案されている。
他方、室温よりも低い温度に相転移点を有する潜熱輸送スラリーでは、空気調和システムにおいて、より高温の熱エネルギを潜熱の形態で熱提供先に供給できず、例えば、温風を生成する場合も、潜熱輸送スラリーの顕熱のみしか利用することができないため、潜熱輸送の利点である保温性向上や、搬送流量低減の効果を得ることができない。
特許文献１には、潜熱輸送スラリーの一例が開示されている。特許文献１は、アンモニウムミョウバン等の無機塩水和物である潜熱蓄熱材と、炭素数２または３の２価アルコールである溶媒と水との混合溶媒を含み、５０℃以上の温度帯域で潜熱輸送を可能とした潜熱輸送用スラリーである。特許文献１では、潜熱輸送用スラリーに含有する水に対し、アンモニウムミョウバン等（潜熱蓄熱材）の溶解度を下げる目的で、潜熱蓄熱材に対する貧溶媒として、添加剤である２価アルコールを加えることで、水に溶けていた潜熱蓄熱材の一部が析出できるとされている。これにより、相変化の温度帯域を、７０℃近傍まで引き上げることが可能になる。
しかしながら、特許文献１の潜熱輸送用スラリーには、水に比べ、粘性の高い２価アルコールが配合されているため、前述した界面活性剤が添加されているものの、潜熱輸送用スラリーは、粘度が比較的高い性状となる。潜熱輸送用スラリーの粘度が高いと、ポンプにより、潜熱輸送用スラリーを循環管路に圧送するときに、より過大な負荷がポンプに掛かってしまい、圧送時における電力消費量の増大を招くため、問題となる。また、特許文献１では、可燃性である２価アルコールが、潜熱輸送用スラリーに含有されているため、空気調和システムでの使用で、引火防止策を必要とする場合が生じ得ることから、潜熱輸送用スラリーの使用に起因した空気調和システムのコストアップを招来する虞もある。
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、管内の流路の流通時に、管内での流動性の低下を抑えて、相変化を行う温度帯域を、より高い温度帯域に調整された無機塩水和物系潜熱輸送スラリーを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る無機塩水和物系潜熱輸送スラリーは、以下の構成を有する。
（１）水と、潜熱の蓄熱とその放熱が可能な潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物と、該無機塩水和物の潜熱蓄熱特性を調整する添加剤とを混合してなる無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記無機塩水和物が前記水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、前記無機塩水和物のイオン種とし、水溶性の前記添加剤が前記水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、前記添加剤のイオン種とすると、前記添加剤のイオン種は、前記無機塩水和物のイオン種に属する一部のイオンに対し、互いに共通する同一の特定イオンを、少なくとも１つ包含しており、前記添加剤は、前記特定イオンにより、前記無機塩水和物の前記水に対する溶解度を下げる共通イオン効果をもたらす物質であること、を特徴とする。
（１）水と、潜熱の蓄熱とその放熱が可能な潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物と、該無機塩水和物の潜熱蓄熱特性を調整する添加剤とを混合してなる無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記無機塩水和物が前記水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、前記無機塩水和物のイオン種とし、水溶性の前記添加剤が前記水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、前記添加剤のイオン種とすると、前記添加剤のイオン種は、前記無機塩水和物のイオン種に属する一部のイオンに対し、互いに共通する同一の特定イオンを、少なくとも１つ包含しており、前記添加剤は、前記特定イオンにより、前記無機塩水和物の前記水に対する溶解度を下げる共通イオン効果をもたらす物質であること、を特徴とする。
なお、本発明に係る無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、「ミョウバン水和物」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。
（２）（１）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記無機塩水和物は、ミョウバン水和物であり、前記特定イオンは、前記ミョウバン水和物の複硫酸塩をなす３価の陽イオン（Ｍ３＋）、１価の陽イオン（Ｍ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、を特徴とする。
（３）（２）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、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）であり、前記特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、を特徴とする。
（４）（３）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記添加剤は、前記特定イオンを、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳＯ４）であること、を特徴とする。
（５）（３）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記添加剤は、前記特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、を特徴とする。
（６）（２）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記ミョウバン水和物は、カリウムミョウバン１２水和物（ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）であり、前記特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、を特徴とする。
（７）（６）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記添加剤は、前記特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、を特徴とする。
（８）（６）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記添加剤は、前記特定イオンを、カリウムイオン（Ｋ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）であること、を特徴とする。
（９）（１）乃至（８）のいずれか１つに記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、管内の流路に対し、当該無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの流通時に、前記管との摩擦抵抗を低減させる水溶性の界面活性剤が、添加されていること、を特徴とする。
（１０）（１）乃至（９）のいずれか１つに記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、当該無機塩水和物系潜熱輸送スラリーが管内の流路を流通している状態に対し、前記無機塩水和物の結晶の沈降、または凝集を抑える水溶性の安定剤が、添加されていること、を特徴とする。
（３）（２）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、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）であり、前記特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、を特徴とする。
（４）（３）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記添加剤は、前記特定イオンを、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳＯ４）であること、を特徴とする。
（５）（３）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記添加剤は、前記特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、を特徴とする。
（６）（２）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記ミョウバン水和物は、カリウムミョウバン１２水和物（ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）であり、前記特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、を特徴とする。
（７）（６）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記添加剤は、前記特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、を特徴とする。
（８）（６）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、前記添加剤は、前記特定イオンを、カリウムイオン（Ｋ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）であること、を特徴とする。
（９）（１）乃至（８）のいずれか１つに記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、管内の流路に対し、当該無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの流通時に、前記管との摩擦抵抗を低減させる水溶性の界面活性剤が、添加されていること、を特徴とする。
（１０）（１）乃至（９）のいずれか１つに記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、当該無機塩水和物系潜熱輸送スラリーが管内の流路を流通している状態に対し、前記無機塩水和物の結晶の沈降、または凝集を抑える水溶性の安定剤が、添加されていること、を特徴とする。
上記構成を有する本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの作用・効果について説明する。
（１）水と、潜熱の蓄熱とその放熱が可能な潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物と、該無機塩水和物の潜熱蓄熱特性を調整する添加剤とを混合してなる無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、無機塩水和物が水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、無機塩水和物のイオン種とし、水溶性の添加剤が水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、添加剤のイオン種とすると、添加剤のイオン種は、無機塩水和物のイオン種に属する一部のイオンに対し、互いに共通する同一の特定イオンを、少なくとも１つ包含しており、添加剤は、特定イオンにより、無機塩水和物の水に対する溶解度を下げる共通イオン効果をもたらす物質であること、を特徴とする。この特徴により、特許文献１で用いられている２価アルコールのように、粘度の高い水以外の液体を全く加えず、かつ潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物の含有量を増やすことなく、潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物以外に、水に溶ける添加剤を加えるだけで、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーは、生成され、しかも５０℃を超えた相転移点で、水に溶けていた、潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物の一部を析出させることもできる。
（１）水と、潜熱の蓄熱とその放熱が可能な潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物と、該無機塩水和物の潜熱蓄熱特性を調整する添加剤とを混合してなる無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、無機塩水和物が水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、無機塩水和物のイオン種とし、水溶性の添加剤が水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、添加剤のイオン種とすると、添加剤のイオン種は、無機塩水和物のイオン種に属する一部のイオンに対し、互いに共通する同一の特定イオンを、少なくとも１つ包含しており、添加剤は、特定イオンにより、無機塩水和物の水に対する溶解度を下げる共通イオン効果をもたらす物質であること、を特徴とする。この特徴により、特許文献１で用いられている２価アルコールのように、粘度の高い水以外の液体を全く加えず、かつ潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物の含有量を増やすことなく、潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物以外に、水に溶ける添加剤を加えるだけで、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーは、生成され、しかも５０℃を超えた相転移点で、水に溶けていた、潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物の一部を析出させることもできる。
従って、本発明に係る無機塩水和物系潜熱輸送スラリーによれば、管内の流路の流通時に、管内での流通性の低下をより抑えて、相変化を行う温度帯域を、より高い温度帯域まで調整することができる、という優れた効果を奏する。
（２）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、無機塩水和物は、ミョウバン水和物であり、特定イオンは、ミョウバン水和物の複硫酸塩をなす３価の陽イオン（Ｍ３＋）、１価の陽イオン（Ｍ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、を特徴とする。この特徴により、ミョウバン水和物と、水と、特定イオンとの混合比率を調整すると、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの相転移点を、任意に調整することができる。
（３）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、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）であり、特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、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水和物の高い融解潜熱を活用できることに加え、アンモニウムミョウバン１２水和物は、無毒・安価な食品添加物で、市場で幅広く流通して調達し易く、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーを生成する上でも、調整が容易である。
（４）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、添加剤は、特定イオンを、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳＯ４）であること、を特徴とする。この特徴により、硫酸アンモニウムは、水に溶解して電離したときに、２種類の特定イオンを生じるため、少量の添加量で、水に溶けていたアンモニウムミョウバン１２水和物（無機塩水和物）の一部を析出させ、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの相転移点を高めることができる。また、硫酸アンモニウムは水に易溶であるため、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの冷却時に、アンモニウムミョウバン１２水和物（無機塩水和物）に先んじて析出することはない。さらに、硫酸アンモニウムは、無毒・安価で食品添加物で、肥料としても流通しているため、市場で幅広く流通して調達し易く、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーを生成する上でも、調整が容易である。
（５）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、添加剤は、特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、を特徴とする。この特徴により、硫酸アルミニウムは、水に溶解して電離したときに、２種類の特定イオンを生じるため、少量の添加量で、水に溶けていたアンモニウムミョウバン１２水和物（無機塩水和物）の一部を析出させ、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの相転移点を高めることができる。
（６）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、ミョウバン水和物は、カリウムミョウバン１２水和物（ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）であり、特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、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水和物と同様、カリウムミョウバン１２水和物の高い融解潜熱を活用できることに加え、カリウムミョウバン１２水和物は、無毒・安価な食品添加物で、市場で幅広く流通して調達し易く、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーを生成する上でも、調整が容易である。
（７）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、添加剤は、特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、を特徴とする。この特徴により、硫酸アルミニウムは、水に溶解して電離したときに、２種類の特定イオンを生じるため、少量の添加量で、水に溶けていたカリウムミョウバン１２水和物（無機塩水和物）の一部を析出させ、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの相転移点を高めることができる。
（８）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、添加剤は、特定イオンを、カリウムイオン（Ｋ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）であること、を特徴とする。この特徴により、硫酸カリウムは、水に溶解して電離したときに、２種類の特定イオンを生じるため、少量の添加量で、水に溶けていたカリウムミョウバン１２水和物（無機塩水和物）の一部を析出させ、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの相転移点を高めることができる。
（９）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、管内の流路に対し、当該無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの流通時に、管との摩擦抵抗を低減させる水溶性の界面活性剤が、添加されていること、を特徴とする。この特徴により、蓄熱槽を介して、熱供給元側と、熱提供先側とを連通する循環管路において、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーを、ポンプにより圧送して流通させるときに、ポンプの動力を、より低く抑制することができる。
（１０）に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、当該無機塩水和物系潜熱輸送スラリーが管内の流路を流通している状態に対し、無機塩水和物の結晶の沈降、または凝集を抑える水溶性の安定剤が、添加されていること、を特徴とする。この特徴により、蓄熱槽を介して、熱供給元側と、熱提供先側とを連通する循環管路に、本発明の無機塩水和物系潜熱輸送スラリーを流通させるのにあたり、無機塩水和物の結晶による沈降や凝集に起因して、管内の流路が閉塞してしまうことを、効果的に防止することができる。
以下、本発明に係る無機塩水和物系潜熱輸送スラリーについて、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態に係る無機塩水和物系潜熱輸送スラリーは、例えば、ビルや、大型公共施設向けの空気調和システム等において、冷凍機や天然ガスコージェネレーション等の熱発生機関側（熱供給元）で生じた熱に基づく熱エネルギを、空気調和装置等の熱利用機関側（熱提供先）で有効に活用する目的で、使用される。この無機塩水和物系潜熱輸送スラリー（以下、単に「潜熱輸送スラリー」と称する。）は、蓄熱槽を介して、熱供給元側と熱提供先側とを繋ぐ循環管路内を流通し、この熱エネルギを熱提供先側に届けるために、熱供給元側から熱提供先側に搬送される。
図１は、実施形態に係る潜熱輸送スラリーが管内で流通する様子を示す模式図であり、図２は、図１中、潜熱蓄熱材を除いた熱媒体の構成成分を示す模式図である。図１に示すように、潜熱輸送スラリー１は、ポンプ（図示省略）により圧送されて、前述した循環管路をなす管５０内の流路５１を流通する。潜熱輸送スラリー１は、潜熱の蓄熱とその放熱が可能な潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物２（潜熱蓄熱材２）を、水４を含む熱媒体３と直に混ぜ合わせたスラリーであり、この潜熱蓄熱材２の潜熱蓄熱特性を調整する添加剤５のほか、本実施形態では、界面活性剤６と、安定剤７とを混合してなる。
潜熱蓄熱材２は、無機塩水和物の一種であるミョウバン水和物を、主成分とした蓄熱材である。ミョウバン水和物は、本実施形態では、後述するように、アンモニウムミョウバン１２水和物（硫酸アンモニウムアルミニウム・１２水：ＡｌＮＨ４（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）、またはカリウムミョウバン１２水和物（硫酸カリウムアルミニウム・１２水：ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）である。
なお、ミョウバン水和物は、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水和物以外にも、例えば、クロムミョウバン１２水和物（ＣｒＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）、鉄ミョウバン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との複硫酸塩であれば、本実施形態に限定されるものではない。また、「ミョウバン水和物」に含まれる３価の金属イオンは、アルミニウムイオン、カリウムイオン以外に、例えば、クロムイオン、鉄イオン、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。また、潜熱蓄熱材２は、このような「ミョウバン水和物」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。
潜熱輸送スラリー１では、図１及び図２に示すように、添加剤５、界面活性剤６、及び安定剤７は、何れも水溶性であるため、水４に溶解しており、水４と、添加剤５と、界面活性剤６と、安定剤７との混合物が、熱媒体３をなしている。本実施形態では、界面活性剤６は、例えば、塩化ベヘニルトリメチルアンモニウムとサリチル酸ナトリウムの混合物であり、安定剤７は、一例として、完全けん化型で、かつ重合度５００のポリビニルアルコール(PVA：polyvinyl alcohol) である。潜熱輸送スラリー１が管５０の流路５１を流通するにあたり、界面活性剤６は、潜熱輸送スラリー１の流通時に、管５０との摩擦抵抗の低減を図るために添加されている。また、潜熱輸送スラリー１が管５０内を流通している状態に対し、安定剤７は、管５０内の流路５１において、潜熱蓄熱材２による結晶の沈降や凝集を防ぐために添加されている。
ここで、潜熱輸送スラリー１において、ミョウバン水和物である潜熱蓄熱材２（アンモニウムミョウバン１２水和物、カリウムミョウバン１２水和物）が水４に溶解して電離することにより生じるイオン種を、潜熱蓄熱材２のイオン種とし、添加剤５が水４に溶解して電離することにより生じるイオン種を、添加剤５のイオン種と称する。潜熱蓄熱材２のイオン種は、ミョウバン水和物の複硫酸塩をなす３価の陽イオン（Ｍ３＋）、１価の陽イオンＭ＋、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の３種からなる。添加剤５のイオン種は、潜熱蓄熱材２のイオン種（３価の陽イオン、１価の陽イオン、硫酸イオン）に属する一部のイオンに対し、互いに共通する同一の特定イオンを、少なくとも１つ包含している。添加剤５は、このような特定イオンにより、潜熱蓄熱材２の水４に対する溶解度を下げる共通イオン効果をもたらす物質である。
具体的に説明する。潜熱蓄熱材２がアンモニウムミョウバン１２水和物（ＡｌＮＨ４（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）である場合、潜熱蓄熱材２のイオン種は、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の３種である。他方、添加剤５のイオン種は、潜熱蓄熱材２のイオン種に属する３種のイオンのうちの一部で、互いに共通する同一の特定イオンとして、実施例１では、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の２種のイオンを包含した集まりである。すなわち、添加剤５は、潜熱蓄熱材２のイオン種と添加剤５のイオン種にも属する特定イオンを、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳＯ４）である。
また、潜熱蓄熱材２はアンモニウムミョウバン１２水和物であり、添加剤５のイオン種は、潜熱蓄熱材２のイオン種に属する３種のイオンのうち、互いに共通する同一の特定イオンとして、実施例２では、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の２種のイオンを包含した集まりである。すなわち、添加剤５は、潜熱蓄熱材２のイオン種と添加剤５のイオン種にも属する特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）である。
次に、潜熱蓄熱材２がカリウムミョウバン１２水和物（ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）である場合には、潜熱蓄熱材２のイオン種は、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と、カリウムイオン（Ｋ＋）と、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の３種である。他方、添加剤５のイオン種は、潜熱蓄熱材２のイオン種に属する３種のイオンのうちの一部で、互いに共通する同一の特定イオンとして、実施例３では、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の２種のイオンを包含した集まりである。すなわち、添加剤５は、潜熱蓄熱材２のイオン種と添加剤５のイオン種にも属する特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）である。
また、潜熱蓄熱材２がカリウムミョウバン１２水和物であり、添加剤５のイオン種は、潜熱蓄熱材２のイオン種に属する３種のイオンのうち、互いに共通する同一の特定イオンとして、実施例４では、カリウムイオン（Ｋ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）の２種のイオンを包含した集まりである。すなわち、添加剤５は、潜熱蓄熱材２のイオン種と添加剤５のイオン種にも属する特定イオンを、カリウムイオン（Ｋ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）である。
次に、特定イオンによる共通イオン効果について、潜熱蓄熱材２をアンモニウムミョウバンとし、添加剤５を硫酸アンモニウムとした潜熱輸送スラリー１（実施例１）の場合を挙げて、説明する。
潜熱輸送スラリー１において、説明の便宜上、潜熱蓄熱材２（ここでは、１２水和水を除外して説明）と添加剤５に分けて、これらの溶解平衡を捉えると、
潜熱蓄熱材２では、
…電離式（１）
添加剤５では、
…電離式（２）
となる。
潜熱蓄熱材２では、
添加剤５では、
となる。
潜熱輸送スラリー１が、高温下で完全に融解した溶液状態では、潜熱蓄熱材２は、電離式（１）の右辺に示すように、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）に、それぞれ電離した状態にある。添加剤５は、水４に易溶であり、潜熱輸送スラリー１の温度が変動する範囲内では、常に水４に溶解している。そのため、潜熱輸送スラリー１の下では、添加剤５は、電離式（２）の右辺に示すように、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）に、それぞれ電離した状態になっている。なお、電離式（１）の右辺と電離式（２）の右辺に記載したイオン種は、溶媒の水４と他の添加剤との相互作用により、さらに異なるイオン種を生じ得る。これらのイオン種も、特定イオン種の範囲内に含まれるが、ここではそれを省略する。
潜熱輸送スラリー１が高温状態から冷却される過程において、潜熱蓄熱材２では、電離式（１）の溶解平衡における左向きの反応速度が徐々に上昇する。潜熱輸送スラリー１の相転移点よりも高い温度帯では、電離式（１）の溶解平衡における右向きの反応速度が、依然として速いため、潜熱蓄熱材２の結晶の析出は起こらない。潜熱輸送スラリー１は、添加剤５を含有しているため、潜熱蓄熱材２に由来するアンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）以外に、添加剤５に由来するアンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）が加わる分、電離式（１）の溶解平衡における左向きの反応速度は、添加剤５を加えない場合に比して、速くなっている。同時に、添加剤５を含有することにより、潜熱蓄熱材２に由来する硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）以外に、添加剤５に由来する硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）が加わる分、電離式（１）の溶解平衡における左向きの反応速度は、添加剤５を加えない場合に比して、さらに速くなっている。
潜熱輸送スラリー１の温度が、相転移点まで低下すると、潜熱蓄熱材２の電離式（１）における右向きの反応速度と左向きの反応速度とが等しくなり、潜熱蓄熱材２の結晶が析出し始める。潜熱輸送スラリー１では、添加剤５の電離によって生じるアンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）が、何れも特定イオンとなっている。そのため、この添加剤５に由来するアンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）により、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）全体の濃度と、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）全体の濃度は、より高い状態となっている。このような状態になっていると、電離式（１）の左矢印に示すように、溶解平衡が、ルシャトリエの法則（共通イオン効果）により、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）を減らす左向きに移動する。その結果、水４に溶解していたアンモニウムミョウバン１２水和物（潜熱蓄熱材２）の電離式（１）において、右向きの反応速度と左向きの反応速度とが等しくなる温度、すなわち相転移点は、添加剤５を加えない場合の相転移点よりも高温になる。
なお、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）が、電離式（２）の左向きの反応に基づいて、硫酸アルミニウムを生じる反応速度は、電離式（１）の左向きの反応速度よりも遅いため、冷却過程において、硫酸アンモニウムが、アンモニウムミョウバン１２水和物（潜熱蓄熱材２）に先んじて析出することはない。
かくして、添加剤５が、潜熱輸送スラリー１に含有していると、添加剤５は、潜熱蓄熱材２との特定イオンにより、潜熱蓄熱材２の水４に対する溶解度を下げる共通イオン効果をもたらす。そのため、潜熱輸送スラリー１の相転移点は上昇し、添加剤５を加えない場合よりも高い温度帯域で、潜熱蓄熱材２の融解及び析出が起こるようになる。
次に、潜熱輸送スラリー１において、特定イオンによる共通イオン効果を検証する目的で、実験１〜５の確認実験を行った。本出願人は、実験１〜５を通じて、本実施形態の実施例１〜３と、比較例１，２とを対比して、本実施形態に係る潜熱輸送スラリー１の有意性を確認した。
実験１は、潜熱蓄熱材２（アンモニウムミョウバン１２水和物）と添加剤５（硫酸アンモニウム）を混ぜ合わせた前述の実施例１に係る潜熱輸送スラリー１を、試料１Ｘに用いた実験である。実験２は、潜熱蓄熱材２（アンモニウムミョウバン１２水和物）と添加剤５（硫酸アルミニウム）を混ぜ合わせた前述の実施例２に係る潜熱輸送スラリー１を、試料１Ｘに用いた実験である。実験３は、実施例１，２の比較例１として、添加剤５を含まず、潜熱蓄熱材２（アンモニウムミョウバン１２水和物）と、水４と、界面活性剤６と、安定剤７とを直に混ぜ合わせた潜熱輸送スラリーを、試料１Ｙに用いた実験である。実験４は、潜熱蓄熱材２（カリウムミョウバン１２水和物）と添加剤５（硫酸アンモニウム）を混ぜ合わせた前述の実施例３に係る潜熱輸送スラリー１を、試料１Ｘに用いた実験である。実験５は、実施例３の比較例２として、添加剤５を含まず、潜熱蓄熱材２（カリウムミョウバン１２水和物）と、水４と、界面活性剤６と、安定剤７とを直に混ぜ合わせた潜熱輸送スラリーを、試料１Ｙに用いた実験である。
＜実験装置＞
図３は、実施形態に係る潜熱輸送スラリーの相転移点の検証試験にあたり、その装置の概略を示す模式図である。図３に示すように、潜熱輸送スラリー１を１ｋｇ秤量した試料１Ｘと、添加剤５を含まない潜熱蓄熱スラリーで、試料１Ｘの重量から添加剤５の重量分だけ差し引いて秤量した試料１Ｙを、実験毎に調整し、それぞれビーカー３３に入れた。次に、撹拌機能と加熱機能と温度調節機能等を有した周知の加熱・撹拌装置３０を用いて、試料１Ｘ（または試料１Ｙ）が入ったビーカー３３を、各実験とも、加熱・撹拌装置３０のホットプレートに載せ、ビーカー３３の底に沈めた撹拌子３１により、試料１Ｘ（または試料１Ｙ）を撹拌できる状態にセットした。また、ビーカー３３内の試料１Ｘ（または試料１Ｙ）に浸漬させた熱電対３２により、試料１Ｘ（または試料１Ｙ）の温度を測定できる状態にセットした。
図３は、実施形態に係る潜熱輸送スラリーの相転移点の検証試験にあたり、その装置の概略を示す模式図である。図３に示すように、潜熱輸送スラリー１を１ｋｇ秤量した試料１Ｘと、添加剤５を含まない潜熱蓄熱スラリーで、試料１Ｘの重量から添加剤５の重量分だけ差し引いて秤量した試料１Ｙを、実験毎に調整し、それぞれビーカー３３に入れた。次に、撹拌機能と加熱機能と温度調節機能等を有した周知の加熱・撹拌装置３０を用いて、試料１Ｘ（または試料１Ｙ）が入ったビーカー３３を、各実験とも、加熱・撹拌装置３０のホットプレートに載せ、ビーカー３３の底に沈めた撹拌子３１により、試料１Ｘ（または試料１Ｙ）を撹拌できる状態にセットした。また、ビーカー３３内の試料１Ｘ（または試料１Ｙ）に浸漬させた熱電対３２により、試料１Ｘ（または試料１Ｙ）の温度を測定できる状態にセットした。
＜実験方法＞
試料１Ｘは、７５℃で確実に溶液状態になることと、試料１Ｙは、５１℃を超えると、確実に溶液状態になることを、本出願人は、事前の実験を通じて知得しており、試料１Ｘを確実に溶液状態にするために、加熱・撹拌装置３０により、試料１Ｘと試料１Ｙを、７５℃まで昇温した。そして、実験開始直前には、試料１Ｘと試料１Ｙは、加熱・撹拌装置３０により、ほぼ７５℃に維持して保温された状態になっている。実験開始と同時に、加熱・撹拌装置３０による保温を断ち、ビーカー３３内の試料１Ｘ（または試料１Ｙ）を、撹拌子３１により１１００ｒｐｍで撹拌継続しながら自然空冷し、溶液状態からスラリー状態に相変化する試料１Ｘ（または試料１Ｙ）の温度を、熱電対３２で測定した。
試料１Ｘは、７５℃で確実に溶液状態になることと、試料１Ｙは、５１℃を超えると、確実に溶液状態になることを、本出願人は、事前の実験を通じて知得しており、試料１Ｘを確実に溶液状態にするために、加熱・撹拌装置３０により、試料１Ｘと試料１Ｙを、７５℃まで昇温した。そして、実験開始直前には、試料１Ｘと試料１Ｙは、加熱・撹拌装置３０により、ほぼ７５℃に維持して保温された状態になっている。実験開始と同時に、加熱・撹拌装置３０による保温を断ち、ビーカー３３内の試料１Ｘ（または試料１Ｙ）を、撹拌子３１により１１００ｒｐｍで撹拌継続しながら自然空冷し、溶液状態からスラリー状態に相変化する試料１Ｘ（または試料１Ｙ）の温度を、熱電対３２で測定した。
＜実験１〜５の共通条件＞
・添加剤５以外の構成成分；潜熱蓄熱材２、水４、界面活性剤６、安定剤７
・水４；５００ｇ
・潜熱蓄熱材２と水４との含有比率；潜熱蓄熱材２を３５ｗｔ％、水４を６５ｗｔ％
（添加剤５を含まない潜熱輸送スラリーの相転移点を約５１℃に調整するための含有比率）
・界面活性剤６；塩化ベヘニルトリメチルアンモニウム ２０００ｐｐｍ（１．９２ｇ）と、サリチル酸ナトリウム １２００ｐｐｍ（０．９２ｇ）の混合物
・安定剤７；ポリビニルアルコール １０００ｐｐｍ（０．７８ｇ）
・添加剤５以外の構成成分；潜熱蓄熱材２、水４、界面活性剤６、安定剤７
・水４；５００ｇ
・潜熱蓄熱材２と水４との含有比率；潜熱蓄熱材２を３５ｗｔ％、水４を６５ｗｔ％
（添加剤５を含まない潜熱輸送スラリーの相転移点を約５１℃に調整するための含有比率）
・界面活性剤６；塩化ベヘニルトリメチルアンモニウム ２０００ｐｐｍ（１．９２ｇ）と、サリチル酸ナトリウム １２００ｐｐｍ（０．９２ｇ）の混合物
・安定剤７；ポリビニルアルコール １０００ｐｐｍ（０．７８ｇ）
＜実験１〜３の共通条件＞
・潜熱蓄熱材２；アンモニウムミョウバン１２水和物
＜実験４，５の共通条件＞
・潜熱蓄熱材２；カリウムミョウバン１２水和物
・潜熱蓄熱材２；アンモニウムミョウバン１２水和物
＜実験４，５の共通条件＞
・潜熱蓄熱材２；カリウムミョウバン１２水和物
＜実験１，４の共通条件＞
・添加剤５；硫酸アンモニウム
＜実験２の条件＞
・添加剤５；硫酸アルミニウム
＜実験３，５の共通条件＞
・添加剤５；なし
・添加剤５；硫酸アンモニウム
＜実験２の条件＞
・添加剤５；硫酸アルミニウム
＜実験３，５の共通条件＞
・添加剤５；なし
＜実験結果＞
図４は、実施例１に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、潜熱蓄熱材の主成分をアンモニウムミョウバン１２水和物とし、添加剤を硫酸アンモニウム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に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、潜熱蓄熱材の主成分をアンモニウムミョウバン１２水和物とし、添加剤を硫酸アルミニウムとした場合の実験結果を示すグラフである。図６は、実施例１，２の比較例１に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、添加剤を加えず、潜熱輸送スラリーの主成分をアンモニウムミョウバン１２水和物だけとした場合の実験結果を示すグラフである。図７は、実施例３に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、潜熱蓄熱材の主成分をカリウムミョウバン１２水和物とし、添加剤を硫酸アンモニウムとした場合の実験結果を示すグラフである。図８は、実施例３の比較例２に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、添加剤を加えず、潜熱輸送スラリーの主成分をカリウムミョウバン１２水和物だけとした場合の実験結果を示すグラフである。
図４は、実施例１に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、潜熱蓄熱材の主成分をアンモニウムミョウバン１２水和物とし、添加剤を硫酸アンモニウム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に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、潜熱蓄熱材の主成分をアンモニウムミョウバン１２水和物とし、添加剤を硫酸アルミニウムとした場合の実験結果を示すグラフである。図６は、実施例１，２の比較例１に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、添加剤を加えず、潜熱輸送スラリーの主成分をアンモニウムミョウバン１２水和物だけとした場合の実験結果を示すグラフである。図７は、実施例３に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、潜熱蓄熱材の主成分をカリウムミョウバン１２水和物とし、添加剤を硫酸アンモニウムとした場合の実験結果を示すグラフである。図８は、実施例３の比較例２に係る潜熱輸送スラリーの温度変化と時間との関係を示すグラフであり、添加剤を加えず、潜熱輸送スラリーの主成分をカリウムミョウバン１２水和物だけとした場合の実験結果を示すグラフである。
実験１では、図４に示すように、時刻ｔａ１で相変化が発生し、対応する温度Ｔａ１は６３℃近傍であった。その後、発生した潜熱により、試料温度は時刻ｔａ２まで上昇し続けた。時刻ｔａ２に対応する温度Ｔａ２は６６℃近傍であった。実験２では、図５に示すように、時刻ｔｂ１で相変化が発生し、対応する温度Ｔｂ１は６６℃近傍であった。その後、発生した潜熱により、試料温度は時刻ｔｂ２まで上昇し続けた。時刻ｔｂ２に対応する温度Ｔｂ２は６８℃近傍であった。実験３では、図６に示すように、時刻ｔｃ１で相変化が発生し、対応する温度Ｔｃ１は５６℃近傍であった。その後、発生した潜熱により、試料温度は時刻ｔｃ２まで上昇し続けた。時刻ｔｃ２対応する温度Ｔｃ２は５７℃近傍であった。
実験４では、図７に示すように、時刻ｔｄ１で相変化が発生し、対応する温度Ｔｄ１は６３℃近傍であった。その後、発生した潜熱により、試料温度は時刻ｔｄ２まで上昇し続けた。時刻ｔｄ２に対応する温度Ｔｄ２は６５℃近傍であった。実験５では、図８に示すように、時刻ｔｅ１で相変化が発生し、対応する温度Ｔｅ１は５２℃近傍であった。その後、発生した潜熱により、試料温度は時刻ｔｅ２まで上昇し続けた。時刻ｔｅ２に対応する温度Ｔｅ２は５５℃近傍であった。
＜考察＞
比較例１に係る実験３と、比較例２に係る実験５では、潜熱蓄熱スラリーに添加剤５が含まれていないため、潜熱蓄熱材２と添加剤５との特定イオンにより、潜熱蓄熱材２の水４に対する溶解度を下げる共通イオン効果は、全く生じない。そのため、潜熱輸送スラリーの相転移点が、これまでに報告されている約５０℃に近いものになり、実験３，５では、５２℃〜５６℃近傍の温度帯域で相変化が始まり、その相変化で発生した潜熱による試料温度の上昇で、５５℃〜５７℃近傍の温度帯域になったものと考えられる。なお、相転移点が、既報の約５０℃よりもやや高くなったのは、実験中に生じた水分の蒸発により、潜熱蓄熱スラリーに含まれる潜熱蓄熱材２の濃度が、僅かに上昇したためと考えられる。
比較例１に係る実験３と、比較例２に係る実験５では、潜熱蓄熱スラリーに添加剤５が含まれていないため、潜熱蓄熱材２と添加剤５との特定イオンにより、潜熱蓄熱材２の水４に対する溶解度を下げる共通イオン効果は、全く生じない。そのため、潜熱輸送スラリーの相転移点が、これまでに報告されている約５０℃に近いものになり、実験３，５では、５２℃〜５６℃近傍の温度帯域で相変化が始まり、その相変化で発生した潜熱による試料温度の上昇で、５５℃〜５７℃近傍の温度帯域になったものと考えられる。なお、相転移点が、既報の約５０℃よりもやや高くなったのは、実験中に生じた水分の蒸発により、潜熱蓄熱スラリーに含まれる潜熱蓄熱材２の濃度が、僅かに上昇したためと考えられる。
これに対し、実施例１に係る実験１と、実施例２に係る実験２と、実施例３に係る実験４では何れも、潜熱輸送スラリー１に添加剤５が含まれているため、潜熱蓄熱材２と添加剤５との特定イオンにより、潜熱蓄熱材２の水４に対する溶解度を下げる共通イオン効果がもたらされている。潜熱輸送スラリー１の温度が、冷却により、完全な溶液状態にある温度（約７５℃）から下がり、この共通イオン効果に基づいて、相変化により潜熱蓄熱材２の結晶が析出し始める温度帯域が、Ｔａ１，Ｔｂ１，Ｔｄ１に示した６３℃〜６６℃近傍の温度帯域になったものと推察される。従って、潜熱輸送スラリー１の相転移点が、比較例１に係る実験３と、比較例２に係る実験５と比べ、１０℃以上高い温度帯域になったものと考えられる。
次に、本実施形態の潜熱輸送スラリー１の作用・効果について説明する。本実施形態の潜熱輸送スラリー１は、水４と、潜熱の蓄熱とその放熱が可能な潜熱蓄熱特性を有する潜熱蓄熱材２と、該潜熱蓄熱材２の潜熱蓄熱特性を調整する添加剤５とを混合してなる潜熱輸送スラリー１において、潜熱蓄熱材２が水４に溶解して電離することにより生じるイオン種を、潜熱蓄熱材２のイオン種とし、水溶性の添加剤５が水４に溶解して電離することにより生じるイオン種を、添加剤５のイオン種とすると、添加剤５のイオン種は、潜熱蓄熱材２のイオン種に属する一部のイオンに対し、互いに共通する同一の特定イオンを、少なくとも１つ包含しており、添加剤５は、特定イオンにより、潜熱蓄熱材２の水４に対する溶解度を下げる共通イオン効果をもたらす物質であること、を特徴とする。この特徴により、特許文献１で用いられている２価アルコールのように、粘度の高い水以外の液体を加えず、かつ潜熱蓄熱材２の含有量を増やすことなく、潜熱蓄熱材２以外に、水４に易溶な添加剤５を加えるだけで、潜熱輸送スラリー１は、添加剤５を加えていない場合と比較して、１０℃以上高い６３℃〜６６℃近傍の温度帯域の相転移点を有するようになる。これにより、水４に溶けていた潜熱蓄熱材２の一部を、より高い温度域で析出させ、蓄えていた熱を取り出すことができる。しかも、潜熱輸送スラリー１は、その粘度を著しく高くする物質を含有していないため、蓄熱槽を介して、熱供給元側と、熱提供先側とを連通する循環管路において、潜熱輸送スラリー１を圧送するポンプに掛ける動力負荷を、より低く抑制することができており、圧送時における電力消費量を抑えることができる。
従って、本実施形態に係る潜熱輸送スラリー１によれば、管５０内の流路５１の流通時に、管５０内での流動性の低下を抑えて、相変化を行う温度帯域を、より高い温度帯域に調整することができる、という優れた効果を奏する。
また、本実施形態の潜熱輸送スラリー１では、潜熱蓄熱材２は、ミョウバン水和物であり、特定イオンは、ミョウバン水和物の複硫酸塩をなす３価の陽イオン（Ｍ３＋）、１価の陽イオン（Ｍ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、を特徴とする。この特徴により、ミョウバン水和物（潜熱蓄熱材２）と、水４と、特定イオンとの混合比率を調整すると、潜熱輸送スラリー１の相転移点を、任意に調整することができる。
また、本実施形態の潜熱輸送スラリー１では、ミョウバン水和物（潜熱蓄熱材２）は、アンモニウムミョウバン１２水和物（ＡｌＮＨ４（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）であり、特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、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水和物の高い融解潜熱を活用できることに加え、アンモニウムミョウバン１２水和物は、無毒・安価な食品添加物で、市場で幅広く流通して調達し易く、潜熱輸送スラリー１を生成する上でも、調整が容易である。
また、本実施形態の潜熱輸送スラリー１では、添加剤５は、特定イオンを、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳＯ４）であること、を特徴とする。この特徴により、硫酸アンモニウムは、水４に溶解して電離したときに、２種類の特定イオンを生じるため、少量の添加量で、水４に溶けていたアンモニウムミョウバン１２水和物（潜熱蓄熱材２）の一部を析出させ、潜熱輸送スラリー１の相転移点を高めることができる。また、硫酸アンモニウムは水４に易溶であるため、潜熱輸送スラリー１の冷却時に、アンモニウムミョウバン１２水和物（潜熱蓄熱材２）に先んじて析出することはない。さらに、硫酸アンモニウムは、無毒・安価で食品添加物で、肥料としても流通しているため、市場で幅広く流通して調達し易く、潜熱輸送スラリー１を生成する上でも、調整が容易である。加えて、２価アルコールを含んだ特許文献１とは異なり、硫酸アンモニウムは、可燃性物質ではないため、循環管路等に引火防止策は不要である。
また、本実施形態の潜熱輸送スラリー１では、添加剤５は、特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、を特徴とする。この特徴により、硫酸アルミニウムは、水４に溶解して電離したときに、２種類の特定イオンを生じるため、少量の添加量で、水４に溶けていたアンモニウムミョウバン１２水和物（潜熱蓄熱材２）の一部を析出させ、潜熱輸送スラリー１の相転移点を高めることができる。
また、本実施形態の潜熱輸送スラリー１では、ミョウバン水和物（潜熱蓄熱材２）は、カリウムミョウバン１２水和物（ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）であり、特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、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水和物と同様、カリウムミョウバン１２水和物の高い融解潜熱を活用できることに加え、カリウムミョウバン１２水和物は、無毒・安価な食品添加物で、市場で幅広く流通して調達し易く、潜熱輸送スラリー１を生成する上でも、調整が容易である。
また、本実施形態の潜熱輸送スラリー１では、添加剤５は、特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、を特徴とする。この特徴により、硫酸アルミニウムは、水４に溶解して電離したときに、２種類の特定イオンを生じるため、少量の添加量で、水に溶けていたカリウムミョウバン１２水和物（潜熱蓄熱材２）の一部を析出させ、潜熱輸送スラリー１の相転移点を高めることができる。
また、本実施形態の潜熱輸送スラリー１では、添加剤５は、特定イオンを、カリウムイオン（Ｋ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）であること、を特徴とする。この特徴により、硫酸カリウムは、水４に溶解して電離したときに、２種類の特定イオンを生じるため、少量の添加量で、水に溶けていたカリウムミョウバン１２水和物（潜熱蓄熱材２）の一部を析出させ、潜熱輸送スラリー１の相転移点を高めることができる。
また、本実施形態の潜熱輸送スラリー１では、管５０内の流路５１に対し、当該潜熱輸送スラリー１の流通時に、管５０との摩擦抵抗を低減させる水溶性の界面活性剤６が、添加されていること、を特徴とする。この特徴により、管５０の流路５１において、潜熱輸送スラリー１を、ポンプにより圧送して流通させるときに、ポンプの動力を、より低く抑制することができる。
また、本実施形態の潜熱輸送スラリー１では、潜熱輸送スラリー１が管５０内の流路５１を流通している状態に対し、潜熱輸送スラリー１の結晶の沈降、または凝集を抑える水溶性の安定剤７が、添加されていること、を特徴とする。この特徴により、蓄熱槽を介して、熱供給元側と、熱提供先側とを連通する循環管路に、潜熱輸送スラリー１を流通させるのにあたり、潜熱蓄熱材２の結晶による沈降や凝集に起因して、管５０内の流路５１が閉塞してしまうことを、効果的に防止することができる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態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。
（１）例えば、実施形態で行った実験１〜５に対し、添加剤５を含まない潜熱輸送スラリーの相転移点（融点）を約５１℃に調整する上で、潜熱蓄熱材２と水４との含有比率を、３５ｗｔ％：６５ｗｔ％とした。しかしながら、無機塩水和物系潜熱輸送スラリーに占める水と無機塩水和物との含有比率は、所望とする融点の温度帯域に合わせて調整されるものであり、実施形態に限定されるものではない。
（２）また、実施形態に係る潜熱輸送スラリー１では、界面活性剤６を、塩化ベヘニルトリメチルアンモニウムとサリチル酸ナトリウムとの混合物としたが、界面活性剤の材料や含有量は、実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、安定剤を、ポリビニルアルコールとしたが、安定剤の材料や含有量は、実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
（２）また、実施形態に係る潜熱輸送スラリー１では、界面活性剤６を、塩化ベヘニルトリメチルアンモニウムとサリチル酸ナトリウムとの混合物としたが、界面活性剤の材料や含有量は、実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、安定剤を、ポリビニルアルコールとしたが、安定剤の材料や含有量は、実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
１ 潜熱蓄熱スラリー（無機塩水和物系潜熱輸送スラリー）
２ 潜熱蓄熱材（無機塩水和物、ミョウバン水和物）
４ 水
５ 添加剤
５０ 管
２ 潜熱蓄熱材（無機塩水和物、ミョウバン水和物）
４ 水
５ 添加剤
５０ 管
Claims (9)
- 水と、潜熱の蓄熱とその放熱が可能な潜熱蓄熱特性を有する無機塩水和物と、該無機塩水和物の潜熱蓄熱特性を調整する添加剤とを混合してなる無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、
前記無機塩水和物が前記水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、前記無機塩水和物のイオン種とし、水溶性の前記添加剤が前記水に溶解して電離することにより生じるイオン種を、前記添加剤のイオン種とすると、
前記添加剤のイオン種は、前記無機塩水和物のイオン種に属する一部のイオンに対し、互いに共通する同一の特定イオンを、少なくとも１つ包含しており、
前記添加剤は、前記特定イオンにより、前記無機塩水和物の前記水に対する溶解度を下げる共通イオン効果をもたらす物質であること、
前記無機塩水和物は、ミョウバン水和物であり、
前記特定イオンは、前記ミョウバン水和物の複硫酸塩をなす３価の陽イオン（Ｍ ３＋ ）、１価の陽イオン（Ｍ ＋ ）、及び硫酸イオン（ＳＯ ４ ２− ）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、
を特徴とする無機塩水和物系潜熱輸送スラリー。 - 請求項１に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、
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）であり、
前記特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、
を特徴とする無機塩水和物系潜熱輸送スラリー。 - 請求項２に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、
前記添加剤は、前記特定イオンを、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳＯ４）であること、
を特徴とする無機塩水和物系潜熱輸送スラリー。 - 請求項２に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、
前記添加剤は、前記特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、
を特徴とする無機塩水和物系潜熱輸送スラリー。 - 請求項１に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、
前記ミョウバン水和物は、カリウムミョウバン１２水和物（ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）であり、
前記特定イオンは、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、及び硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）のうち、いずれかに該当する１種、または２種のイオンであること、
を特徴とする無機塩水和物系潜熱輸送スラリー。 - 請求項５に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、
前記添加剤は、前記特定イオンを、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）であること、
を特徴とする無機塩水和物系潜熱輸送スラリー。 - 請求項５に記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、
前記添加剤は、前記特定イオンを、カリウムイオン（Ｋ＋）と硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）としてなる硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）であること、
を特徴とする無機塩水和物系潜熱輸送スラリー。 - 請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、
管内の流路に対し、当該無機塩水和物系潜熱輸送スラリーの流通時に、前記管との摩擦抵抗を低減させる水溶性の界面活性剤が、添加されていること、
を特徴とする無機塩水和物系潜熱輸送スラリー。 - 請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載する無機塩水和物系潜熱輸送スラリーにおいて、
当該無機塩水和物系潜熱輸送スラリーが管内の流路を流通している状態に対し、前記無機塩水和物の結晶の沈降、または凝集を抑える水溶性の安定剤が、添加されていること、
を特徴とする無機塩水和物系潜熱輸送スラリー。
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