JP7275689B2 - Cold storage material - Google Patents
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Description
本発明は、蓄冷材に関する。 The present invention relates to a cold storage material.
特許文献1は、蓄熱装置及び蓄熱方法を開示している。より詳細には、特許文献1に開示された蓄熱装置では、冷却によりクラスレートハイドレートを形成する蓄熱材の過冷却をより少ないエネルギーで解除することができる。 Patent Literature 1 discloses a heat storage device and a heat storage method. More specifically, in the heat storage device disclosed in Patent Document 1, supercooling of the heat storage material that forms clathrate hydrate by cooling can be canceled with less energy.
本発明の目的は、今までにないメカニズムで結晶化する新しい蓄冷材を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a new cold storage material that crystallizes by an unprecedented mechanism.
本発明による蓄冷材は、水性の蓄冷材であって、
テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよびテトラ-イソペンチルアンモニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも1種のアンモニウムカチオン、
カルボン酸アニオン、
酸素含有アニオン、および
銀イオン、
を含有し、
ここで、
前記酸素含有アニオンは、前記カルボン酸アニオンとは異なる分子構造を有し、
前記酸素含有アニオンは、前記蓄冷材の冷却中に前記少なくとも1種のアンモニウムカチオンと組み合わされて第1ゲスト分子を形成可能であり、
前記第1ゲスト分子は、水分子を第1ホスト分子として用いて第1クラスレートハイドレート結晶を形成可能であり、
前記第1クラスレートハイドレート結晶は、摂氏0度以上摂氏30度以下の融点を有し、
前記カルボン酸アニオンは、前記蓄冷材の冷却中に前記少なくとも1種のアンモニウムカチオンと組み合わされて第2ゲスト分子を形成可能であり、
前記第2ゲスト分子は、水分子を第2ホスト分子として用いて第2クラスレートハイドレート結晶を形成可能であり、
前記第2クラスレートハイドレート結晶は、摂氏0度以上摂氏30度以下の融点を有し、
前記第2クラスレートハイドレート結晶の融点は、前記第1クラスレートハイドレート結晶の融点よりも低く、
前記酸素含有アニオンの前記カルボン酸アニオンに対するモル比は0.5未満であり、
前記第1クラスレートハイドレート結晶は、前記第2クラスレートハイドレート結晶に類似する結晶構造を有しており、
蓄冷材が、摂氏3度以上の融点を有し、かつ
蓄冷材が、8ケルビン以下の過冷却度ΔTを有する。
The cold storage material according to the present invention is an aqueous cold storage material,
at least one ammonium cation selected from the group consisting of tetra-n-butylammonium cations and tetra-isopentylammonium cations;
carboxylate anion,
oxygen-containing anions, and silver ions,
contains
here,
The oxygen-containing anion has a molecular structure different from that of the carboxylate anion,
the oxygen-containing anion is capable of combining with the at least one ammonium cation to form a first guest molecule during cooling of the cold storage material;
the first guest molecule is capable of forming a first clathrate hydrate crystal using a water molecule as a first host molecule;
The first clathrate hydrate crystal has a melting point of 0 degrees Celsius or more and 30 degrees Celsius or less,
the carboxylate anion is capable of combining with the at least one ammonium cation to form a second guest molecule during cooling of the cold storage material;
the second guest molecules are capable of forming second clathrate hydrate crystals using water molecules as second host molecules;
The second clathrate hydrate crystal has a melting point of 0 degrees Celsius or more and 30 degrees Celsius or less,
The melting point of the second clathrate hydrate crystals is lower than the melting point of the first clathrate hydrate crystals,
the molar ratio of the oxygen-containing anion to the carboxylate anion is less than 0.5;
The first clathrate hydrate crystal has a crystal structure similar to the second clathrate hydrate crystal,
The cold storage material has a melting point of 3 degrees Celsius or more, and the cold storage material has a degree of supercooling ΔT of 8 Kelvin or less.
本発明は、今までにないメカニズムで結晶化する新しい蓄冷材を提供する。 The present invention provides a new cold storage material that crystallizes by an unprecedented mechanism.
以下、本発明の本実施形態が、図面を参照しながら説明される。 Hereinafter, this embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、冷却時における蓄冷材の特性を示すグラフである。図1において、横軸および縦軸は、それぞれ、時間および温度を指し示す。 FIG. 1 is a graph showing characteristics of a cold storage material during cooling. In FIG. 1, the horizontal and vertical axes indicate time and temperature, respectively.
本実施形態による蓄冷材は、冷却される。図1に含まれる区間Aを参照せよ。一般的な液体の場合とは異なり、蓄冷材の技術分野においてよく知られているように、蓄冷材の冷却により蓄冷材の温度がその融点に到達しても、蓄冷材は固化せず、過冷却状態となる。図1に含まれる区間Bを参照せよ。過冷却状態において、蓄冷材は液体である。 The cold storage material according to this embodiment is cooled. See section A included in FIG. Unlike the case of general liquids, as is well known in the technical field of cold storage materials, even if the temperature of the cold storage material reaches its melting point due to the cooling of the cold storage material, the cold storage material does not solidify. Cool down. See interval B included in FIG. In the supercooled state, the cold storage material is liquid.
次いで、蓄冷材は、自発的に結晶化し始める。結晶化に伴い、蓄冷材は潜熱にほぼ等しい結晶化熱を放出する。その結果、蓄冷材の温度は上昇し始める。図1に含まれる区間Cを参照せよ。本明細書において、蓄冷材が自発的に結晶化し始める温度は、「結晶化温度」と言う。 The cold storage material then begins to crystallize spontaneously. As it crystallizes, the cold storage material releases heat of crystallization which is almost equal to latent heat. As a result, the temperature of the cold storage material begins to rise. See interval C included in FIG. In this specification, the temperature at which the cold storage material starts to spontaneously crystallize is referred to as "crystallization temperature".
ΔTは、蓄冷材の融点および結晶化温度の差を表す。ΔTは、「過冷却度」とも呼ばれ得る。過冷却状態における蓄冷材の結晶化により、蓄冷材はクラスハイドレート結晶となる(例えば、特許文献1を参照せよ)。ここで、クラスレートハイドレート結晶とは、水分子が水素結合によってかご状の結晶を作り、その中に水以外の物質が包み込まれてできる結晶のことを言う。特記されない限り、本明細書においては、用語「クラスレートハイドレート結晶」は、クラスレートハイドレート結晶だけでなく、セミクラスハイドレート結晶も含む。セミクラスレートハイドレート結晶とは、ゲスト分子が水分子の水素結合ネットワークに参加してできる結晶のことをいう。水分子とゲスト分子が過不足なくハイドレート結晶を形成する濃度を調和濃度という。一般的にハイドレート結晶は調和濃度付近で利用される場合が多い。ここで、クラスレートハイドレート結晶の融点は、「調和濃度の融点(調和融点)」として定義される。ゲスト分子に対する水分子の数を横軸に、クラスレートハイドレート結晶の融点を縦軸に取ると、上に凸の曲線となり、調和融点は最大値を取る。すなわち、調和融点とは、クラスレートハイドレート結晶がとり得る融点の最大値である。 ΔT represents the difference between the melting point and the crystallization temperature of the cold storage material. ΔT may also be referred to as the “degree of subcooling”. Crystallization of the cold storage material in a supercooled state causes the cold storage material to become class hydrate crystals (see, for example, Patent Document 1). Here, clathrate hydrate crystals refer to crystals formed by water molecules forming cage-like crystals through hydrogen bonding, and substances other than water being wrapped in the basket-like crystals. As used herein, unless otherwise specified, the term "clathrate hydrate crystals" includes not only clathrate hydrate crystals, but also semi-clathrate hydrate crystals. A semi-clathrate hydrate crystal is a crystal formed by guest molecules participating in a hydrogen bonding network of water molecules. The concentration at which water molecules and guest molecules form hydrate crystals in just the right amount is called the harmonic concentration. Generally, hydrate crystals are often used near the harmonic concentration. Here, the melting point of clathrate hydrate crystals is defined as the "harmonic concentration melting point (harmonic melting point)". If the number of water molecules per guest molecule is plotted on the horizontal axis and the melting point of the clathrate hydrate crystal is plotted on the vertical axis, an upwardly convex curve is obtained and the harmonic melting point takes the maximum value. That is, the harmonic melting point is the maximum melting point that can be taken by the clathrate hydrate crystal.
結晶化の完了と共に蓄冷材の結晶化熱の放出が完了した後は、蓄冷材の温度は、周囲温度と等しくなる様に徐々に下がる。図1に含まれる区間Dを参照せよ。 After the crystallization is completed and the heat of crystallization of the cold storage material is released, the temperature of the cold storage material gradually decreases to become equal to the ambient temperature. See section D included in FIG.
結晶化温度は、蓄冷材の融点より低い。蓄冷材の融点は、蓄冷材の技術分野においてよく知られているように、示差走査熱量計(これは「DSC」とも呼ばれ得る)を用いて測定され得る。 The crystallization temperature is lower than the melting point of the cold storage material. The melting point of the cold storage material can be measured using a differential scanning calorimeter (which may also be referred to as "DSC"), as is well known in the cold storage material art.
図2は、加温時における蓄冷材の特性を示すグラフである。図2において、横軸および縦軸は、それぞれ、時間および温度を指し示す。区間Eの間、蓄冷材の温度は、結晶化温度以下の温度に維持されている。例えば、冷蔵庫のドアが閉められている間、冷蔵庫内に配置された蓄冷材の温度が結晶化温度以下に維持されるように、冷蔵庫の内部の温度は結晶化温度以下に設定されている。 FIG. 2 is a graph showing the characteristics of the cold storage material during heating. In FIG. 2, the horizontal and vertical axes indicate time and temperature, respectively. During section E, the temperature of the cold storage material is maintained at a temperature equal to or lower than the crystallization temperature. For example, the temperature inside the refrigerator is set below the crystallization temperature so that the temperature of the cold storage material placed in the refrigerator is maintained below the crystallization temperature while the door of the refrigerator is closed.
次に、蓄冷材は、徐々に加温される。図2に含まれる区間Fを参照せよ。例えば、区間Eの終わり(すなわち、区間Fの始まり)で冷蔵庫のドアが開けられると(またはドアが開けられて食材が収められると)、冷蔵庫の内部の温度は、徐々に高くなる。 Next, the cold storage material is gradually warmed. See section F included in FIG. For example, when the refrigerator door is opened at the end of interval E (that is, the beginning of interval F) (or when the door is opened and food is put in), the temperature inside the refrigerator gradually increases.
蓄冷材の温度が、当該蓄冷材の融点に達すると、蓄冷材の温度は、蓄冷材の融点付近に維持される。図2に含まれる区間Gを参照せよ。万一、蓄冷材がない場合には、冷蔵庫の内部の温度は、図2に含まれる区間Zに示されるように連続的に上昇する。一方、蓄冷材がある場合には、区間Gの一定期間の間、冷蔵庫の内部の温度は、蓄冷材の融点付近に維持される。このようにして、蓄冷材は蓄冷効果を発揮する。区間Gの終わりで、蓄冷材の結晶は融解して消失する。その結果、蓄冷材は液化する。 When the temperature of the cold storage material reaches the melting point of the cold storage material, the temperature of the cold storage material is maintained near the melting point of the cold storage material. See section G included in FIG. In the unlikely event that there is no cold storage material, the temperature inside the refrigerator rises continuously as shown in section Z included in FIG. On the other hand, when there is a cold storage material, the temperature inside the refrigerator is maintained near the melting point of the cold storage material during the certain period of section G. In this way, the cold storage material exhibits a cold storage effect. At the end of section G, the crystals of the cold storage material melt and disappear. As a result, the cold storage material is liquefied.
その後、液化した蓄冷材の温度は、周囲温度と等しくなるように上昇する。図2に含まれる区間Hを参照せよ。 After that, the temperature of the liquefied cold storage material rises to become equal to the ambient temperature. See interval H included in FIG.
蓄冷材は冷却され、再利用され得る。例えば、冷蔵庫のドアが閉められた後には、図1に含まれる区間Aに示されるように、再度、蓄冷材は冷却され、再利用される。 The cold storage material can be cooled and reused. For example, after the refrigerator door is closed, the cold storage material is cooled and reused again as shown in section A included in FIG.
冷蔵庫のために好適に用いられる蓄冷材のためには、以下の2つの条件(I)および(II)が充足されなければならない。
・条件(I) 蓄冷材が、摂氏3度以上の融点を有すること。
・条件(II) 蓄冷材は、8ケルビン以下の小さな過冷却度ΔT(望ましくは6ケルビンK以下)を有すること。
望ましくは、蓄冷材は摂氏25度以下(すなわち、室温以下)の融点を有する。
The following two conditions (I) and (II) must be satisfied for a cold storage material to be suitably used for a refrigerator.
- Condition (I) The cold storage material must have a melting point of 3 degrees Celsius or higher.
- Condition (II) The cold storage material should have a small degree of supercooling ΔT of 8 Kelvin or less (preferably 6 Kelvin K or less).
Desirably, the cold storage material has a melting point of 25 degrees Celsius or less (ie, room temperature or less).
条件(I)の理由は、冷蔵庫の内部の温度は、おおよそ摂氏3度以上(かつ、望ましくは摂氏25度以下、すなわち、望ましくは、室温以下)の温度に維持されるべきであるからである。言い換えれば、冷却器の内部の温度が摂氏0度未満に維持されるのであれば、そのような冷却器は、「冷蔵庫」ではなく、「冷凍庫」である。一方、食品保存の観点から、冷却器の内部の温度が摂氏25度を超える温度で維持されるのであれば、そのような冷却器に冷蔵庫としての実使用上の意味はほとんどないであろう。 The reason for condition (I) is that the temperature inside the refrigerator should be maintained at a temperature of approximately 3 degrees Celsius or higher (and preferably 25 degrees Celsius or lower, i.e., preferably room temperature or lower). . In other words, if the temperature inside the cooler is maintained below 0 degrees Celsius, such a cooler is a "freezer" rather than a "refrigerator". On the other hand, from a food preservation point of view, such a cooler would be of little practical use as a refrigerator if the temperature inside the cooler is maintained above 25 degrees Celsius.
条件(II)の理由が、以下、説明される。過冷却度ΔTの増加に伴い、結晶化温度が低くなる。したがって、過冷却状態における蓄冷材を結晶化させるために、過度の冷却が必要となる。一例として、蓄冷材として用いられる氷(すなわち、純水)の結晶化温度は、およそ摂氏マイナス12度である。すなわち、蓄冷材として用いられる氷の融点は摂氏0度であり、かつその過冷却度ΔTは12ケルビンに等しい。そのため、氷を蓄冷材として用いる場合、冷却器はその内部を摂氏マイナス12度以下(たとえば、摂氏マイナス18度)に冷却する能力を必要とする。このことは、冷却器によって消費される電力を大きくする。言うまでもないが、消費電力は小さいこと望ましい。したがって、蓄冷材の過冷却度ΔTは小さいことが求められる。本実施形態による蓄冷材は、8ケルビン以下の小さな過冷却度を有する。望ましくは、本実施形態による蓄冷材は、6ケルビン以下の小さな過冷却度を有する。 The reason for condition (II) is explained below. As the degree of supercooling ΔT increases, the crystallization temperature decreases. Therefore, excessive cooling is required to crystallize the cold storage material in the supercooled state. As an example, the crystallization temperature of ice (that is, pure water) used as a cold storage material is about minus 12 degrees Celsius. That is, the melting point of ice used as a cold storage material is 0 degrees Celsius, and its degree of supercooling ΔT is equal to 12 Kelvin. Therefore, when ice is used as a cold storage material, the cooler needs the ability to cool the inside to minus 12 degrees Celsius or less (for example, minus 18 degrees Celsius). This increases the power consumed by the cooler. Needless to say, low power consumption is desirable. Therefore, the degree of supercooling ΔT of the cold storage material is required to be small. The cold storage material according to this embodiment has a small degree of supercooling of 8 Kelvin or less. Desirably, the regenerator material according to this embodiment has a small degree of supercooling of 6 Kelvin or less.
冷蔵庫だけでなく、本実施形態による蓄冷材は、保冷庫にも用いられる。保冷庫とは、内部が冷却されている建物を意味する。 The cold storage material according to this embodiment can be used not only for refrigerators but also for cold storage. Refrigerator means a building whose interior is cooled.
混同を予防するために、本明細書において、過冷却度ΔTのためには「ケルビン」が用いられる。例えば、本発明者は、「過冷却度ΔTがnケルビン以下である」と表記する。言うまでもないが、nは実数である。「過冷却度ΔT≦5ケルビン」という説明は、蓄冷材の結晶化温度および融点の差が5ケルビン以下ということを意味する。一方、本明細書において、温度のためには、「摂氏」が用いられる。例えば、「結晶化温度は摂氏5度」(すなわち、5℃)である」と本発明者は表記する。 To avoid confusion, "Kelvin" is used herein for the degree of supercooling ΔT. For example, the inventor of the present invention expresses that "the degree of supercooling ΔT is n Kelvin or less." Needless to say, n is a real number. The description "degree of supercooling ΔT≦5 Kelvin" means that the difference between the crystallization temperature and the melting point of the cold storage material is 5 Kelvin or less. On the other hand, in this specification, "Celsius" is used for temperature. For example, the inventors write that "the crystallization temperature is 5 degrees Celsius" (that is, 5 degrees Celsius).
本実施形態による蓄冷材は、(I)テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよびテトラ-イソペンチルアンモニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも1種のアンモニウムカチオン、(II) カルボン酸アニオン、(III) 酸素含有アニオン、および(IV) 銀イオンを含有する。本実施形態による蓄冷材は水性である。したがって、本実施形態による蓄冷材は、(V)水分子を含有する。 The cold storage material according to the present embodiment includes (I) at least one ammonium cation selected from the group consisting of tetra-n-butylammonium cations and tetra-isopentylammonium cations, (II) carboxylate anions, and (III) oxygen. containing anions, and (IV) silver ions. The cold storage material according to this embodiment is water-based. Therefore, the cold storage material according to the present embodiment contains (V) water molecules.
(I:アンモニウムカチオン)
少なくとも1種のアンモニウムカチオンは、テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよびテトラ-イソペンチルアンモニウムカチオンからなる群から選択される。テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンは、化学式((CH3(CH2)3)4N+)により表される。蓄冷材の技術分野においてよく知られているように、これらのアンモニウムカチオンは、蓄冷材の主成分、すなわち蓄冷主成分として用いられる。少なくとも1種のアンモニウムカチオンおよび水分子の間のモル比は、1:20~1:40であることが望ましい。言い換えれば、少なくとも1種のアンモニウムカチオンの水分子に対するモル比率は、1/40以上1/20以下であることが望ましい。
(I: ammonium cation)
The at least one ammonium cation is selected from the group consisting of tetra-n-butylammonium cations and tetra-isopentylammonium cations. The tetra-n-butylammonium cation is represented by the chemical formula ((CH 3 (CH 2 ) 3 ) 4 N + ). As is well known in the technical field of cold storage materials, these ammonium cations are used as the main component of the cold storage material, that is, as the main cold storage component. Desirably, the molar ratio between the at least one ammonium cation and the water molecule is between 1:20 and 1:40. In other words, the molar ratio of at least one ammonium cation to water molecules is preferably 1/40 or more and 1/20 or less.
テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンに代えてまたは加えて、化学式((CH3CH(CH3)CH2CH2)4N+)により表されるテトラ-イソペンチルアンモニウムカチオンも用いられ得る。後述される蓄冷材の製法からも明らかなように、少なくとも1種のアンモニウムカチオンは、少なくとも1種のアンモニウムカチオンのカルボン酸塩に由来し得る。 Instead of or in addition to the tetra-n-butylammonium cation, the tetra-isopentylammonium cation represented by the chemical formula ((CH 3 CH(CH 3 )CH 2 CH 2 ) 4 N + ) can also be used. At least one ammonium cation can be derived from at least one ammonium cation carboxylate, as will be apparent from the method for producing a cold storage material described later.
(II:カルボン酸アニオン)
各カルボン酸アニオンは、以下の化学式(II)により表される。
R-COO- (II)
ここで、Rは炭化水素基である。
望ましくは、カルボン酸アニオンは、モノカルボン酸アニオンである。
(II: Carboxylate anion)
Each carboxylate anion is represented by the following chemical formula (II).
R- COO- (II)
where R is a hydrocarbon group.
Desirably, the carboxylate anion is a monocarboxylate anion.
望ましくは、各カルボン酸アニオンは、1以上10以下の炭素数を有する。より望ましくは、各カルボン酸アニオンは、1以上7以下の炭素数を有する。カルボン酸アニオンの炭素数は2以上であり得る。 Desirably, each carboxylate anion has from 1 to 10 carbon atoms. More desirably, each carboxylate anion has from 1 to 7 carbon atoms. The carboxylate anion may have 2 or more carbon atoms.
Rは、直鎖炭化水素基であってもよい。例えば、カルボン酸アニオンは、化学式-OCO(CH2)3CH3により表される1-ペンタン酸アニオン、または化学式-OCO(CH2)5CH3により表される1-ヘプタン酸アニオンである。 R may be a straight chain hydrocarbon group. For example, the carboxylate anion is the 1-pentanoate anion represented by the chemical formula --OCO (CH 2 ) 3 CH 3 or the 1-heptanoate anion represented by the chemical formula --OCO (CH 2 ) 5 CH 3 .
あるいは、Rは分岐鎖を有する炭化水素基であってもよい。例えば、カルボン酸アニオンは、化学式-OCOCH(CH3)CH2CH3により表される2-メチルブタン酸アニオン、または化学式-OCOCH(CH2CH3)CH2CH3により表される2-エチルブタン酸アニオンである。カルボン酸アニオンの他の例は、メチルペンタン酸アニオ
ン、エチルペンタン酸アニオン、プロピルペンタン酸アニオン、メチルヘキサン酸アニオン、エチルヘキサン酸アニオン、プロピルヘキサン酸アニオン、およびブチルヘキサン酸アニオンである。
Alternatively, R may be a branched hydrocarbon group. For example, the carboxylate anion can be 2-methylbutanoate, represented by the chemical formula --OCOCH ( CH3 ) CH2CH3 , or 2- ethylbutanoate , represented by the chemical formula --OCOCH ( CH2CH3 ) CH2CH3 . is an anion. Other examples of carboxylate anions are methylpentanoate, ethylpentanoate, propylpentanoate, methylhexanoate, ethylhexanoate, propylhexanoate, and butylhexanoate.
本実施形態による蓄冷材は、2種類以上のカルボン酸アニオンを含有し得る。 The cold storage material according to this embodiment may contain two or more types of carboxylate anions.
カルボン酸アニオンおよび水分子の間のモル比は、1:20~1:40であることが望ましい。言い換えれば、カルボン酸アニオンの水分子に対するモル比率は、1/40以上1/20以下であることが望ましい。 Desirably, the molar ratio between carboxylate anions and water molecules is between 1:20 and 1:40. In other words, the molar ratio of carboxylate anions to water molecules is preferably 1/40 or more and 1/20 or less.
後述される蓄冷材の製法からも明らかなように、カルボン酸アニオンは、少なくとも1種のアンモニウムカチオンのカルボン酸塩に由来し得る。 As is clear from the method for producing a cold storage material described later, the carboxylate anion can be derived from at least one kind of carboxylate of ammonium cation.
(III:酸素含有アニオン)
各酸素含有アニオンは、酸素原子をその分子内に含む。
・酸素含有アニオンの例は、
(I) 化学式R1-SO3
-により表されるスルホン酸アニオン、
(II) 化学式-O3S-R1-SO3
-により表されるジスルホン酸アニオン、
(III) 化学式R1-CO2
-により表されるカルボン酸アニオン、
(IV) 化学式H2N-CHR1-CO2
-により表されるアミノ酸アニオン、
(V) 化学式-O2C-R1-CO2
-により表されるジカルボン酸アニオン、
(VI) 化学式NO2
-、NO3
-、ClO-、ClO2
-、ClO3
-、ClO4
-、CO3
2-、SO4
2-、またはPO4
3-により表される非金属酸アニオン、
(VII) 化学式OH-により表される水酸化物アニオン、
(VIII) 化学式CrO4
2-またはWO4
2-により表される金属酸アニオン、および
(IX) 化学式R1-O-SO3
-により表される有機硫酸エステル、
である。
(III: oxygen-containing anion)
Each oxygen-containing anion contains an oxygen atom in its molecule.
・Examples of oxygen-containing anions are
(I) a sulfonate anion represented by the chemical formula R 1 —SO 3 — ;
(II) a disulfonate anion represented by the chemical formula —O 3 S—R 1 —SO 3 — ;
(III) a carboxylate anion represented by the chemical formula R 1 —CO 2 — ;
(IV) an amino acid anion represented by the chemical formula H 2 N—CHR 1 —CO 2 — ;
(V) a dicarboxylic acid anion represented by the chemical formula —O 2 C—R 1 —CO 2 — ;
(VI) Nonmetallic acid anions represented by the chemical formulas NO 2 − , NO 3 − , ClO − , ClO 2 − , ClO 3 − , ClO 4 − , CO 3 2− , SO 4 2− , or PO 4 3− ,
(VII) a hydroxide anion represented by the formula OH- ,
(VIII) a metal acid anion represented by the chemical formula CrO 4 2- or WO 4 2- , and (IX) an organic sulfate ester represented by the chemical formula R 1 -O-SO 3 - ,
is.
ここで、
R1は、置換または非置換の直鎖または分岐の有機残基を表す。
here,
R 1 represents a substituted or unsubstituted linear or branched organic residue.
酸素含有アニオンがカルボン酸アニオンまたはジカルボン酸アニオンである場合、各酸素含有アニオンは、「(II)カルボン酸アニオン」の項目において説明されたカルボン酸アニオンとは異なる分子構造を有する。例えば、酸素含有アニオンが、化学式CH3COO-により表される酢酸アニオンである場合、「(II)カルボン酸アニオン」の項目において説明されたカルボン酸アニオンは、酢酸アニオン以外のカルボン酸アニオンである。一例として、酸素含有アニオンが、化学式CH3COO-により表される酢酸アニオンである場合、「(II)カルボン酸アニオン」の項目において説明されたカルボン酸アニオンの例は、化学式-OCOCH(CH3)CH2CH3により表される2-エチルブタン酸アニオンである。 When the oxygen-containing anion is a carboxylate anion or a dicarboxylate anion, each oxygen-containing anion has a different molecular structure from the carboxylate anions described in the section "(II) Carboxylate anions". For example, when the oxygen-containing anion is an acetate anion represented by the chemical formula CH COO - , the carboxylate anion described in the section "(II) Carboxylate anion" is a carboxylate anion other than the acetate anion. . As an example, when the oxygen-containing anion is an acetate anion represented by the chemical formula CH 3 COO — , examples of carboxylate anions described in the section “(II) Carboxylate anions” are represented by the chemical formula —OCOCH (CH 3 ) is the 2-ethylbutanoate anion represented by CH 2 CH 3 .
酸素含有アニオンのカウンターカチオンの例は、ナトリウムイオンである。すなわち、酸素含有アニオンは、その金属塩(例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、またはカルシウム塩)に由来し得る。 An example of a counter cation for an oxygen-containing anion is the sodium ion. That is, the oxygen-containing anion can be derived from its metal salt (eg, sodium, potassium, or calcium salt).
(IV:銀イオン)
本実施形態による蓄冷材は、銀イオンを含有する。後述される蓄冷材の製法からも明らかなように、銀イオンは、カルボン酸銀に由来し得る。
(IV: silver ion)
The cold storage material according to this embodiment contains silver ions. Silver ions can be derived from silver carboxylate, as is clear from the manufacturing method of the cold storage material described later.
(V:水分子)
本実施形態による蓄冷材は、水分子を含有する。本実施形態による蓄冷材は、水性である。言い換えれば、本実施形態による蓄冷材は、上記(I)~(IV)の項目で説明された4つの成分を含有する水溶液である。
(V: water molecule)
The cold storage material according to this embodiment contains water molecules. The cold storage material according to this embodiment is water-based. In other words, the cold storage material according to the present embodiment is an aqueous solution containing the four components described in items (I) to (IV) above.
(結晶化のメカニズム)
以下、上記(I)~(V)項目で説明された5つの成分を含有する蓄冷材の結晶化のメカニズムが説明される。
・当該メカニズムは、以下の工程(a)~工程(d)の4つの工程を具備する。
・一連の工程(a)~工程(d)は、本実施形態による蓄冷材を冷却することにより行われる。工程(a)および工程(b)は、区間Aおよび区間Bの少なくとも1つの区間において行われる。工程(c)および工程(d)は、区間Bにおいて行われる。
(Mechanism of crystallization)
The crystallization mechanism of the cold storage material containing the five components described in the above items (I) to (V) will be described below.
- The mechanism includes the following four steps (a) to (d).
- A series of steps (a) to (d) are performed by cooling the cold storage material according to the present embodiment. Step (a) and step (b) are performed in at least one section of section A and section B. Step (c) and step (d) are performed in section B.
(工程a)
工程(a)では、本実施形態による蓄冷材が冷却される。図3Aに示されるように、工程(a)では、金属銀コア粒子80にカルボン酸銀が取り込まれた第1複合体81が形成される。よく知られているように、銀イオンに紫外線が照射されると、銀イオンは還元されて金属銀粒子に変化する。水溶液中でのブラウン運動または分子間相互作用を原因として、複数の金属銀粒子が凝集し、複数の金属銀粒子から構成された金属銀コア粒子80が形成される。本実施形態による蓄冷材は、太陽または天井灯から放出される光に含まれる紫外線にしばしば照射されるため、本実施形態による蓄冷材に含有される銀イオンの一部は、金属銀粒子に変化し、次いで金属銀コア粒子80が形成される。このように、本実施形態による蓄冷材においては、銀イオンに由来する金属銀コア粒子80が形成される。金属銀コア粒子80の電荷は中性である。
(Step a)
In step (a), the cold storage material according to the present embodiment is cooled. As shown in FIG. 3A, in step (a), a first composite 81 in which silver carboxylate is incorporated into metallic
次いで、金属銀コア粒子80にカルボン酸銀が取り込まれ、第1複合体81が形成される。本実施形態による蓄冷材においては、平衡が形成されていることに留意せよ。当該平衡の例は、カルボン酸アニオン、銀イオン、およびカルボン酸銀の間での平衡である。言い換えれば、本実施形態による蓄冷材は、多くのカルボン酸アニオンおよび多くの銀イオンだけでなく、わずかなカルボン酸銀を含有する。言うまでもないが、カルボン酸銀は、銀イオンおよびカルボン酸アニオンから構成される。
Next, silver carboxylate is incorporated into metallic
図3Aに示されるように、第1複合体81は、マクロカチオン82およびカルボン酸アニオン83から構成される。マクロカチオン82は、金属銀コア粒子80のカチオンである。マクロカチオン82は、金属銀粒子に由来する銀原子だけでなく、カルボン酸銀に由来する銀イオンをも含む。そのため、マクロカチオン82の電荷は正である。マクロカチオン82の近傍に、カルボン酸銀に由来するカルボン酸アニオン83が位置している。第1複合体81の電荷は中性である。
As shown in FIG. 3A, first complex 81 is composed of
(工程b)
次に、工程(b)では、工程(a)の後に、本実施形態による蓄冷材がさらに冷却される。工程(b)では、図3Bに示されるように、酸素含有アニオン84がマクロカチオン82に引き寄せられて、第2複合体85が形成される。上述されたように、マクロカチオン82は、金属銀粒子に由来する銀原子だけでなく、カルボン酸銀に由来する銀イオンをも含むが、当該銀原子および銀イオンは互いに区別されない。したがって、マクロカチオン82内で正の電荷が維持される限り、カルボン酸銀に由来する銀イオンが銀原子に変化し、かつ金属銀粒子に由来する銀原子の一部が銀イオンに変化する。
(Step b)
Next, in step (b), the cold storage material according to the present embodiment is further cooled after step (a). In step (b), oxygen-containing
マクロカチオン82に、酸素含有アニオン84が静電引力(すなわち、クーロン力)により引き寄せられる。このようにして、第2複合体85が形成される。第2複合体85は
、マクロカチオン82、カルボン酸イオン83、および酸素含有アニオン84から構成される。マクロカチオン82の近傍に、第2複合体85に含まれる酸素含有アニオン84が位置している。第2複合体85の電荷は負である。
Oxygen-containing
(工程c)
次に、工程(c)では、図3Cに示されるように、蓄冷材の過冷却状態において、第1温度下で、第2複合体85に含まれる酸素含有アニオン84に、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86が引き寄せられて、水分子87と共に第1クラスレートハイドレート結晶88を形成する。
(Step c)
Next, in step (c), as shown in FIG. 3C, in the supercooled state of the cold storage material, at the first temperature, the oxygen-containing
第2複合体85に含まれる酸素含有アニオン84に、静電引力(すなわち、クーロン力)により、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86が引き寄せられる。過冷却状態という不安定な状況の下では、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86が酸素含有アニオン84に水溶液中で引き寄せられると、このようにして引き寄せられた少なくとも1種のアンモニウムカチオン86および酸素含有アニオン84は、水分子87と共に第1クラスレートハイドレート結晶88に変化する。言い換えれば、少なくとも1種のアンモニウムカチオン(参照符号:86)、酸素含有アニオン(参照符号:84)、および水分子(参照符号:87)から第1クラスレートハイドレート結晶88が形成される。
At least one
以下、第1クラスレートハイドレート結晶88が詳細に説明される。図4Aに示されるように、第1クラスレートハイドレート結晶88は、酸素含有アニオン84、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86、および複数の水分子(参照符号:87)から構成されている。クラスレートハイドレート結晶の技術分野においてよく知られているように、クラスレートハイドレート結晶は、ゲスト物質およびホスト物質から構成されている。ゲスト物質を取り囲むように、ホスト物質が位置している。図4Aに示されるように、第1クラスレートハイドレート結晶88は、第1ゲスト物質89および第1ホスト物質90から構成されている。
The first
第1ゲスト物質89は、第1クラスレートハイドレート結晶88の中心に位置する。第1ゲスト物質89は、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86および酸素含有アニオン84から構成されている。第1ゲスト物質89の近傍に、第1ホスト物質90が位置している。第1ホスト物質90は、複数の水分子(参照符号:87)から形成されている。1つの第1ホスト物質90に対する複数の水分子(参照符号:87)の数の比率は、おおよそ25以上100以下である。
A
(工程d)
最後に、工程(d)では、図3Dに示されるように、蓄冷材の過冷却状態において、第2温度下で、第1クラスレートハイドレート結晶88を種結晶として用いて第2クラスレートハイドレート結晶91が形成される。
(Step d)
Finally, in step (d), as shown in FIG. 3D, in the supercooled state of the cold storage material, the second clathrate hydrate is produced at the second temperature using the first
第1クラスレートハイドレート結晶88は、第2クラスレートハイドレート結晶91に類似する構造を有する。図4Bに示されるように、第2クラスレートハイドレート結晶91は、第2ゲスト物質92および第2ホスト物質93から構成されている。
The first
第2ゲスト物質92は、第2クラスレートハイドレート結晶91の中心に位置する。第1ゲスト物質89と同様に、第2ゲスト物質92は、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86およびカルボン酸アニオン83から構成されている。第2ゲスト物質92の近傍に、第2ホスト物質93が位置している。第2ホスト物質93は複数の水分子(参照符号:87)から形成されている。1つの第2ホスト物質93に対する複数の水分子(参照符号:87)の数の比率は、おおよそ25以上100以下である。このように、第2クラス
レートハイドレート結晶91は、カルボン酸アニオン83、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86、および複数の水分子(参照符号:87)から構成されている。言うまでもないが、第2クラスレートハイドレート結晶91に含まれる水分子は、第1クラスレートハイドレート結晶88に含まれる水分子とは異なる。言い換えれば、第2クラスレートハイドレート結晶91に含まれる水分子は、第1クラスレートハイドレート結晶88に含まれず、かつ第1クラスレートハイドレート結晶88に含まれる水分子は、第2クラスレートハイドレート結晶91に含まれない。
A
過冷却状態という不安定な状況の下で、第1クラスレートハイドレート結晶88が形成されると、第1クラスレートハイドレート結晶88が種結晶として機能し、第1クラスレートハイドレート結晶88に類似する結晶構造を有する第2クラスレートハイドレート結晶91が形成される。すなわち、種結晶として機能する第1クラスレートハイドレート結晶88の近傍で、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86、カルボン酸アニオン83、および複数の水分子(参照符号:87)は、第1クラスレートハイドレート結晶88に類似する結晶構造を有する第2クラスレートハイドレート結晶91に変化する。
When the first
上記の通り、第1クラスレートハイドレート結晶88は、第2クラスレートハイドレート結晶91の形成のための種結晶として機能するため、第1クラスレートハイドレート結晶88の形成は、第2クラスレートハイドレート結晶91の形成よりも先行する必要がある。言い換えれば、第1クラスレートハイドレート結晶88は、第2クラスレートハイドレート結晶91よりも先に形成される必要がある。これらの一連の工程(a)~工程(d)は、蓄冷材を冷却することにより行われる。したがって、第1クラスレートハイドレート結晶88の融点(すなわち、凝固点)は、第2クラスレートハイドレート結晶91の融点(すなわち、凝固点)よりも高いことが必要とされる。このことは、後に詳細に説明される。
As described above, the first
第1クラスレートハイドレート結晶88は、少量であっても、種結晶として十分に機能するため、蓄冷剤において、酸素含有アニオン(参照符号:84)のカルボン酸アニオン(参照符号:83)に対するモル比は0.5未満である。望ましくは、当該モル比は0.1未満である。より望ましくは、当該モル比は0.01未満である。過剰な量の酸素含有アニオン(参照符号:84)は、本実施形態による蓄冷材の融点を上昇させ、蓄冷材の機能を失わせる。
Since the first
上述のように、本実施形態による蓄冷材の過冷却状態において、酸素含有アニオン84は、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86と組み合わされて第1ゲスト物質89を形成するために用いられる。第1ゲスト物質89は、複数の水分子(参照符号:87)を第1ホスト物質90として用いて、第1クラスレートハイドレート結晶88を形成する。
As described above, in the supercooled state of the regenerator material according to this embodiment, the oxygen-containing
カルボン酸アニオン83は、少なくとも1種のアンモニウムカチオン86と組み合わされて第2ゲスト物質92を形成するために用いられる。第2ゲスト物質92は、複数の水分子(参照符号:87)を第2ホスト物質93として用いて、第2クラスレートハイドレート結晶91を形成する。言うまでもないが、第1クラスレートハイドレート結晶88は、複数の第1ゲスト物質(参照符号:89)を含有している。同様に、第2クラスレートハイドレート結晶91は、複数の第2ゲスト物質(参照符号:92)を含有している。
(第1温度、第2温度、クラスレートハイドレート結晶の融点)
以下、第1温度、第2温度、第1クラスレートハイドレート結晶88の融点、および第2クラスレートハイドレート結晶91の融点が説明される。
(First temperature, second temperature, melting point of clathrate hydrate crystal)
The first temperature, the second temperature, the melting point of the first
第1温度は、工程(c)において、第1クラスレートハイドレート結晶88が形成され
るときの温度である。
The first temperature is the temperature at which the first
第1クラスレートハイドレート結晶88は、摂氏0度以上摂氏30度以下の融点を有する。従って、第1温度は摂氏0度以上摂氏30度以下である。後述される表1~表4にも記載されているように、ほぼすべてのクラスレートハイドレート結晶は摂氏30度以下の融点を有する。言い換えれば、摂氏30度を超える融点を有するクラスレートハイドレート結晶は極めて入手困難である。
The first
摂氏0度未満の融点を有するクラスレートハイドレート結晶を利用することに意味はない。クラスレートハイドレートは摂氏0度以上の温度で生じる結晶化に特徴づけられる。すなわち、クラスレートハイドレートは摂氏0度以上の融点を有することに特徴づけられる。摂氏0度未満の融点を有するクラスレートハイドレート結晶は、そのような特徴を発揮しない。摂氏0度未満の融点を有するクラスレートハイドレート結晶が用いられることはほとんどない。むしろ、摂氏0度未満の融点を有する結晶が蓄冷材として必要とされる場合には、氷が用いられる。すなわち、結晶化された水が用いられる。 There is no point in using clathrate hydrate crystals with melting points below 0 degrees Celsius. Clathrate hydrates are characterized by crystallization that occurs at temperatures above 0 degrees Celsius. That is, the clathrate hydrate is characterized by having a melting point of 0 degrees Celsius or higher. Clathrate hydrate crystals with melting points below 0 degrees Celsius do not exhibit such characteristics. Clathrate hydrate crystals with melting points below 0 degrees Celsius are rarely used. Rather, ice is used when a crystal with a melting point below 0 degrees Celsius is required as a cold storage material. That is, crystallized water is used.
第2温度は、工程(d)において、第2クラスレートハイドレート結晶91が形成されるときの温度である。
The second temperature is the temperature at which the second
上記と同様の理由により、第2クラスレートハイドレート結晶91もまた、摂氏0度以上摂氏30度以下の融点を有する。第2温度もまた、摂氏0度以上摂氏30度以下である。
For the same reason as above, the second
第2クラスレートハイドレート結晶91の融点は、第1クラスレートハイドレート結晶88の融点よりも低い。言い換えれば、第1クラスレートハイドレート結晶88の融点は、第2クラスレートハイドレート結晶91の融点よりも高い。
The melting point of the second
上述されたように、一連の工程(a)~工程(d)は、本実施形態による蓄冷材を冷却することにより行われる。第1クラスレートハイドレート結晶88は、第2クラスレートハイドレート結晶91の生成のための種結晶である。したがって、第1温度(すなわち、第1クラスレートハイドレート結晶88の融点)は、第2温度(すなわち、第2クラスレートハイドレート結晶91の融点)よりも高い。言い換えれば、第2温度は、第1温度よりも低い。万一、第1温度が第2温度よりも低いと、種結晶として機能する第1クラスレートハイドレート結晶88よりも先に第2クラスレートハイドレート結晶91が形成されるため、第1クラスレートハイドレート結晶88(すなわち、種結晶)を形成することが無意味になる。
As described above, the series of steps (a) to (d) are performed by cooling the cold storage material according to this embodiment. The first
(クラスレートハイドレート結晶の融点)
上記の通り、本実施形態による蓄冷剤においては、第1クラスレートハイドレート結晶88の融点(すなわち、凝固点)は、第2クラスレートハイドレート結晶91の融点(すなわち、凝固点)よりも高い。以下の表1~表4は、主要なクラスレートハイドレート結晶の融点を示す。
(Melting point of clathrate hydrate crystal)
As described above, in the cold storage agent according to the present embodiment, the melting point (ie, freezing point) of the first
以下の表1~表4に基づいて、第1クラスレートハイドレート結晶88の融点(すなわち、凝固点)が、第2クラスレートハイドレート結晶91の融点(すなわち、凝固点)よりも高くなるように、第1クラスレートハイドレート結晶88の形成のために用いられる酸素含有アニオン84および第2クラスレートハイドレート結晶91の形成のために用いられるカルボン酸アニオン83を選択することは、当業者にとって容易であろう。
Based on Tables 1 to 4 below, the melting point (ie, freezing point) of the first
上述の通り、酸素含有アニオン(参照符号:84)のカルボン酸アニオン(参照符号:
83)に対するモル比は0.5未満である。これは、本実施形態による蓄冷剤においては、カルボン酸アニオン(参照符号:83)の量が、酸素含有アニオン(参照符号:84)の量よりも多いことを意味する。したがって、先にカルボン酸アニオン(参照符号:83)が選択されることが望ましい。
As described above, the carboxylate anion (reference: 84) of the oxygen-containing anion (reference: 84)
83) is less than 0.5. This means that the amount of the carboxylate anion (reference code: 83) is greater than the amount of the oxygen-containing anion (reference code: 84) in the cooling storage agent according to the present embodiment. Therefore, it is desirable to select the carboxylate anion (reference number: 83) first.
第1の例として、少なくとも1種のアンモニウムカチオン(参照符号:86)およびカルボン酸アニオン(参照符号:83)として、化学式((CH3(CH2)3)4N+)により表されるテトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび化学式-OCOCH(CH2CH3)CH2CH3により表される2-エチルブタン酸アニオンが選択される場合、表1の32行目に示されているように、テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび2-エチルブタン酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶は、摂氏10.0度の融点を有する。すなわち、第2クラスレートハイドレート結晶91に含まれる少なくとも1種のアンモニウムカチオン(参照符号:86)およびカルボン酸アニオン(参照符号:83)としてそれぞれテトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび2-エチルブタン酸アニオンが選択される場合、第2クラスレートハイドレート結晶91は、摂氏10.0度の融点を有する。
As a first example, as at least one ammonium cation (reference sign: 86) and a carboxylate anion ( reference sign: 83 ) , tetra When the -n-butylammonium cation and the 2-ethylbutanoate anion represented by the chemical formula -OCOCH (CH 2 CH 3 )CH 2 CH 3 are selected, the tetra - Clathrate hydrate crystals containing the n-butylammonium cation and the 2-ethylbutanoate anion have a melting point of 10.0 degrees Celsius. That is, at least one kind of ammonium cation (reference code: 86) and carboxylate anion (reference code: 83) contained in the second
第1クラスレートハイドレート結晶88の融点(すなわち、凝固点)は、第2クラスレートハイドレート結晶91の融点(すなわち、凝固点)よりも高いから、第1クラスレートハイドレート結晶88として、摂氏10.0度を超える融点を有するクラスレートハイドレート結晶が表1~表4から選択される。例えば、表1の20行目に示されているように、化学式((CH3(CH2)3)4N+)により表されるテトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび化学式CH3COO-により表される酢酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶は、おおよそ摂氏14.8度の融点を有する。したがって、テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび酢酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶は、第1クラスレートハイドレート結晶88として適切に選択される。このようにして、表1~表4から容易に、カルボン酸アニオン(参照符号:83)および酸素含有アニオン(参照符号:84)として、それぞれ、2-エチルブタン酸アニオンおよび酢酸アニオンが選択される。後述される実施例1および実施例3を参照せよ。なお、表1~表4から明らかなように、クラスレートハイドレート結晶の融点は、当該クラスレートハイドレート結晶に含有される水分子の数(すなわち、水和数)に若干、依存する。
Since the melting point (ie, freezing point) of the first
第1の例(すなわち、カルボン酸アニオン(参照符号:83)として2-エチルブタン酸アニオンが選択される例)の変形例として、表2の53行目~54行目に示されているように、化学式((CH3(CH2)3)4N+)により表されるテトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび化学式WO42-により表されるタングステン酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶は、およそ摂氏15.0度~摂氏15.1度の融点を有する。したがって、テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよびタングステン酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶は、第1クラスレートハイドレート結晶88として適切に選択される。このようにして、表1~表4から容易に、カルボン酸アニオン83および酸素含有アニオン84として、それぞれ、2-エチルブタン酸アニオンおよびタングステン酸アニオンがそれぞれ選択される。後述される実施例2を参照せよ。
As a modification of the first example (that is, an example in which 2-ethylbutanoate anion is selected as the carboxylate anion (reference code: 83)), as shown in rows 53-54 of Table 2: , clathrate hydrate crystals containing the tetra-n-butylammonium cation represented by the chemical formula ((CH 3 (CH 2 ) 3 ) 4 N + ) and the tungstate anion represented by the chemical formula WO4 2- It has a melting point of 15.0°C to 15.1°C. Therefore, clathrate hydrate crystals containing tetra-n-butylammonium cations and tungstate anions are suitably selected as first
第2の例として、カルボン酸アニオン(参照符号:83)としてn-ペンタン酸アニオンが選択される場合、表1の24行目に示されているように、テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよびn-ペンタン酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶は、おおよそ摂氏10.6度の融点を有する。表1の20行目に示されているように、テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび酢酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶は、おおよそ摂氏14.8度の融点を有するので、第1クラスレートハイドレート結晶88として、テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび酢酸アニオンを含むクラ
スレートハイドレート結晶が適切に選択される。後述される実施例4を参照せよ。
As a second example, if the n-pentanoate anion is chosen as the carboxylate anion (reference sign: 83), as shown in Table 1, line 24, the tetra-n-butylammonium cation and the n - Clathrate hydrate crystals containing the pentanoate anion have a melting point of approximately 10.6 degrees Celsius. As shown on line 20 of Table 1, the clathrate hydrate crystals containing the tetra-n-butylammonium cation and the acetate anion have a melting point of approximately 14.8 degrees Celsius, so the first clathrate hydrate A clathrate hydrate crystal containing a tetra-n-butylammonium cation and an acetate anion is suitably selected as the
(実施例)
以下、実施例を参照しながら、本発明がより詳細に説明される。
(Example)
The present invention will now be described in more detail with reference to examples.
(実施例1)
(TBA-2-EBの合成)
以下の化学式(I)により表されるテトラ-n-ブチルアンモニウム-2-エチルブタン酸(以下、「TBA-2-EB」という)が、以下のように合成された。
(Example 1)
(Synthesis of TBA-2-EB)
Tetra-n-butylammonium-2-ethylbutanoic acid (hereinafter referred to as “TBA-2-EB”) represented by the following chemical formula (I) was synthesized as follows.
まず、以下の化学式(II)により表されるテトラ-n-ブチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(0.1モル、東京化成工業株式会社より入手、40%水溶液、以下、「TBA-OH」という)に、2-エチルブタン酸(化学式:HOOC-CH(CH2CH3)CH2CH3、0.1モル、東京化成工業株式会社より入手)が添加された。このようにして、水溶液が得られた。 First, in a tetra-n-butylammonium hydroxide aqueous solution (0.1 mol, obtained from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 40% aqueous solution, hereinafter referred to as "TBA-OH") represented by the following chemical formula (II), 2-Ethylbutanoic acid (chemical formula: HOOC-CH(CH 2 CH 3 )CH 2 CH 3 , 0.1 mol, obtained from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added. Thus, an aqueous solution was obtained.
エバポレーターを用いて、得られた水溶液は減圧下で摂氏40度の温度で乾燥された。このようにして、得られた水溶液から水分が除去され、TBA-2-EBを得た。このようにして、TBA-2-EB(0.1モル)が得られた。 The resulting aqueous solution was dried at a temperature of 40 degrees Celsius under reduced pressure using an evaporator. Water was thus removed from the resulting aqueous solution to obtain TBA-2-EB. TBA-2-EB (0.1 mol) was thus obtained.
次に、得られたTBA-2-EB(9785マイクロモル)を、純水(361100マイクロモル)に溶解した。このようにして、TBA-2-EB水溶液(35重量%)が得られた。 The resulting TBA-2-EB (9785 micromoles) was then dissolved in pure water (361100 micromoles). Thus, an aqueous TBA-2-EB solution (35% by weight) was obtained.
(酢酸銀の購入)
化学式CH3CO2Agにより表される酢酸銀が、富士フィルム和光純薬から購入された。
(purchase of silver acetate)
Silver acetate represented by the chemical formula CH 3 CO 2 Ag was purchased from Fujifilm Wako Pure Chemical.
(酢酸ナトリウムの購入)
化学式CH3CO2Naにより表される酢酸銀が、富士フィルム和光純薬から購入された。
(purchase of sodium acetate)
Silver acetate represented by the chemical formula CH 3 CO 2 Na was purchased from Fujifilm Wako Pure Chemical.
(蓄冷材の調製)
以下のようにして、実施例1による蓄冷材が調製された。まず、9785マイクロモルのTBA-2-EBを含有するTBA-2-EB水溶液に、酢酸銀(40マイクロモル)および酢酸ナトリウム(400マイクロモル)が添加され、混合物を得た。酢酸銀のようなカルボン酸銀は、親水性溶媒(例えば、水)および疎水性溶媒(例えば、油)の両者に不溶であるが、第4級アンモニウム塩水溶液には可溶であることに留意せよ。
(Preparation of cold storage material)
A cold storage material according to Example 1 was prepared as follows. First, silver acetate (40 micromoles) and sodium acetate (400 micromoles) were added to a TBA-2-EB aqueous solution containing 9785 micromoles of TBA-2-EB to obtain a mixture. Note that silver carboxylates such as silver acetate are insoluble in both hydrophilic solvents (e.g. water) and hydrophobic solvents (e.g. oils), but are soluble in aqueous quaternary ammonium salts. do it.
添加直後、水溶液は白濁したが、数時間の後、水溶液は透明になった。水溶液には、わずかに沈殿が観察された。水溶液は24時間以上、室温で放置された。このようにして、実施例1による蓄冷材が調製された。上記から明らかなように、実施例1による蓄冷材は、以下の表5に示される組成を有する。 Immediately after the addition, the aqueous solution became cloudy, but after several hours, the aqueous solution became clear. A slight precipitate was observed in the aqueous solution. The aqueous solution was left at room temperature for over 24 hours. Thus, a cold storage material according to Example 1 was prepared. As is clear from the above, the cold storage material according to Example 1 has the composition shown in Table 5 below.
(融点および潜熱量の測定)
示差走査熱量計を用いて、実施例1による蓄冷材の融点および潜熱量が以下のようにして測定された。まず、実施例1による蓄冷材(10ミリグラム)が、アルミニウム製の容器に投入された。次いで、容器は蓋を用いて密封された。
(Measurement of melting point and latent heat)
Using a differential scanning calorimeter, the melting point and latent heat amount of the cold storage material according to Example 1 were measured as follows. First, the cold storage material (10 mg) according to Example 1 was put into an aluminum container. The container was then sealed with a lid.
容器は、示差走査熱量計(パーキンエルマー社より入手、商品名:DSC-8500)に組み込まれた。容器に投入された蓄冷材は、常温から摂氏マイナス20度まで摂氏2度/分の速度で冷却された。次に、蓄冷材は、摂氏マイナス20度で5分間、静置された。蓄冷材は、結晶化してセミクラスハイドレートとなったと本発明者は考えた。最後に、蓄冷材は、摂氏マイナス20度から常温まで摂氏2度/分の速度で加温された。このようにして、結晶化された蓄冷材は融解された。 The container was incorporated into a differential scanning calorimeter (obtained from PerkinElmer, trade name: DSC-8500). The cold storage material charged into the container was cooled from room temperature to minus 20 degrees Celsius at a rate of 2 degrees Celsius/minute. Next, the cold storage material was allowed to stand at minus 20 degrees Celsius for 5 minutes. The present inventor considered that the cold storage material crystallized to become a semi-class hydrate. Finally, the cold storage material was heated from minus 20 degrees Celsius to room temperature at a rate of 2 degrees Celsius/minute. Thus, the crystallized cold storage material was melted.
蓄冷材(すなわち、セミクラスハイドレート蓄冷材)が融解する間にDSCから出力された吸熱ピークに基づいて、実施例1による蓄冷材の融点が特定され、かつ実施例1による蓄冷材の潜熱量が計算された。その結果、実施例1による蓄冷材の融点は、摂氏10.0度であった。実施例1による蓄冷材の潜熱量は、170ジュール/グラムであった。 Based on the endothermic peak output from the DSC while the cold storage material (that is, the semi-class hydrate cold storage material) is melting, the melting point of the cold storage material according to Example 1 is determined, and the latent heat amount of the cold storage material according to Example 1 is determined. was calculated. As a result, the melting point of the cold storage material according to Example 1 was 10.0 degrees Celsius. The latent heat quantity of the cold storage material according to Example 1 was 170 Joules/gram.
(過冷却度ΔTの測定)
実施例1による蓄冷材の過冷却度ΔTが以下のように測定された。まず、実施例1による蓄冷材(10g)が、60ミリリットルの容量を有するガラス瓶に投入された。次に、ガラス瓶は蓋を用いて密閉された。
(Measurement of degree of supercooling ΔT)
The degree of supercooling ΔT of the cold storage material according to Example 1 was measured as follows. First, the cold storage material (10 g) according to Example 1 was introduced into a glass bottle having a capacity of 60 ml. The vial was then sealed using a lid.
ガラス瓶は、恒温槽(エスペック株式会社より入手、商品名:SU-241)に投入された。恒温槽の内部の温度は摂氏20度であった。 The glass bottle was placed in a constant temperature bath (obtained from Espec Co., Ltd., product name: SU-241). The temperature inside the constant temperature bath was 20 degrees Celsius.
恒温槽の内部の温度がマイナス摂氏1度/分の速度で摂氏4度まで低下された後、恒温槽の内部の温度は摂氏4度で維持された。 After the temperature inside the constant temperature bath was decreased to 4 degrees Celsius at a rate of minus 1 degree Celsius/min, the temperature inside the constant temperature bath was maintained at 4 degrees Celsius.
恒温槽の内部の温度の摂氏4度での維持の開始から20分が経過した時に、実施例1による蓄冷材は自ら結晶化した。結晶化と共に、実施例1による蓄冷材は結晶化熱を放出した。結晶化熱の放出により、実施例1による蓄冷材の温度は上昇した。最後に、本発明者は、実施例1による蓄冷材の結晶化の終了を目視で確認した。結晶化の開始から結晶化の終了までの間の時間は、5時間であった。 After 20 minutes from the start of maintaining the temperature inside the constant temperature bath at 4 degrees Celsius, the cold storage material according to Example 1 self-crystallized. Along with the crystallization, the cold storage material according to Example 1 released heat of crystallization. The release of heat of crystallization caused the temperature of the cold storage material according to Example 1 to rise. Finally, the inventor visually confirmed the completion of crystallization of the cold storage material according to Example 1. The time between the start of crystallization and the end of crystallization was 5 hours.
上記のように、実施例1による蓄冷材は、摂氏4度の温度で自ら結晶化したため、実施例1による蓄冷材は、3ケルビンの過冷却度ΔT(=(摂氏10度の融点)-(摂氏4度の結晶化温度))を有していた。 As described above, the cold storage material according to Example 1 crystallized by itself at a temperature of 4 degrees Celsius. It had a crystallization temperature)) of 4 degrees Celsius.
(実施例2)
実施例2では、酢酸ナトリウムに代えて、化学式Na2WO4により表されるタングステン酸ナトリウム(富士フィルム和光純薬株式会社製)が用いられたこと以外は、実施例1と同様の実験が行われた。
(Example 2)
In Example 2, the same experiment as in Example 1 was conducted, except that sodium tungstate represented by the chemical formula Na 2 WO 4 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used instead of sodium acetate. was broken
(実施例3)
実施例3では、酢酸ナトリウムの添加量が800マイクロモルであったこと以外は、実施例1と同様の実験が行われた。
(Example 3)
In Example 3, an experiment similar to Example 1 was performed, except that the amount of sodium acetate added was 800 micromoles.
(実施例4)
実施例4では、TBA-2-EBに代えて、テトラ-n-ブチルアンモニウム-ペンタン酸(以下、「TBA-P」という、11662マイクロモル)が用いられたこと、および水のモル数が333300マイクロモルであったこと以外は、実施例1と同様の実験が行われた。TBA-Pは、以下のように合成された。
(Example 4)
In Example 4, tetra-n-butylammonium-pentanoic acid (hereinafter referred to as "TBA-P", 11662 micromoles) was used instead of TBA-2-EB, and the number of moles of water was 333300. An experiment similar to Example 1 was performed, except that it was micromolar. TBA-P was synthesized as follows.
(TBA-Pの合成)
以下の化学式(III)により表されるテトラ-n-ブチルアンモニウム-ペンタン酸(すなわち、TBA-P)が、以下のように合成された。
(Synthesis of TBA-P)
Tetra-n-butylammonium-pentanoic acid (ie, TBA-P) represented by formula (III) below was synthesized as follows.
まず、TBA-OH水溶液(0.1モル、東京化成工業株式会社より入手、40%水溶液)に、ペンタン酸(化学式:HOOC(CH2)3CH3、0.1モル、東京化成工業株式会社より入手)が添加された。このようにして、水溶液が得られた。 First, a TBA-OH aqueous solution (0.1 mol, obtained from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 40% aqueous solution) was added with pentanoic acid (chemical formula: HOOC(CH 2 ) 3 CH 3 , 0.1 mol, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. ) was added. Thus, an aqueous solution was obtained.
エバポレーターを用いて、得られた水溶液は減圧下で摂氏40度の温度で乾燥された。このようにして、得られた水溶液から水分が除去され、TBA-Pを得た。このようにして、TBA-P(0.1モル)が得られた。 The resulting aqueous solution was dried at a temperature of 40 degrees Celsius under reduced pressure using an evaporator. Thus, water was removed from the resulting aqueous solution to obtain TBA-P. TBA-P (0.1 mol) was thus obtained.
次に、得られたTBA-P(9407マイクロモル)を、純水(376294マイクロモル)に溶解した。このようにして、TBA-P水溶液(32.3重量%)が得られた。 The resulting TBA-P (9407 micromoles) was then dissolved in pure water (376294 micromoles). Thus, an aqueous TBA-P solution (32.3% by weight) was obtained.
以下の表6~表7は、実施例1~実施例4の結果を示す。 Tables 6-7 below show the results of Examples 1-4.
(比較例1)
比較例1では、酢酸銀が用いられなかったこと以外は、実施例1と同様の実験が行われた。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, an experiment similar to Example 1 was performed, except that no silver acetate was used.
(比較例2)
比較例2では、酢酸ナトリウムに代えてn-ヘプタン酸が用いられたこと以外は、実施例1と同様の実験が行われた。
(Comparative example 2)
In Comparative Example 2, the same experiment as in Example 1 was performed, except that n-heptanoic acid was used instead of sodium acetate.
化学式((CH3(CH2)3)4N+)により表されるテトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび化学式CH3COO-により表される酢酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶は、およそ摂氏14.8度の融点を有する(実施例1、および表1の20行目参照)一方で、表2の33行目に記載されているように、化学式((CH3(CH2)3)4N+)により表されるテトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび化学式CH3(CH2)5COO-により表されるヘプタン酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶は、およそ摂氏2.3度という低い融点を有する。摂氏2.3度の低い融点は、化学式((CH3(CH2)3)4N+)により表されるテトラ-n-ブチルアン
モニウムカチオンおよび化学式-OCOCH(CH2CH3)CH2CH3により表される2-エチルブタン酸アニオンを含むクラスレートハイドレート結晶の融点(摂氏10.0度、表1の32行目を参照)よりも低いことに留意せよ。
Clathrate hydrate crystals containing the tetra-n-butylammonium cation represented by the chemical formula ((CH 3 (CH 2 ) 3 ) 4 N + ) and the acetate anion represented by the chemical formula CH 3 COO- have a temperature of approximately 14 degrees Celsius. (see Example 1, and Table 1, line 20), while the chemical formula ((CH 3 (CH 2 ) 3 ) 4 , as listed in Table 2, line 33, has a melting point of 0.8 degrees C. N + ) and a heptanoate anion represented by the chemical formula CH 3 (CH 2 ) 5 COO − have a melting point as low as approximately 2.3 degrees Celsius. have The low melting point of 2.3 degrees Celsius is attributed to the tetra-n-butylammonium cation represented by the chemical formula ((CH 3 (CH 2 ) 3 ) 4 N + ) and the chemical formula -OCOCH (CH 2 CH 3 )CH 2 CH 3 Note that it is lower than the melting point of clathrate hydrate crystals containing the 2-ethylbutanoate anion represented by (10.0 degrees Celsius, see Table 1, line 32).
(比較例3)
比較例3では、酢酸ナトリウムのモル数が400マイクロモルではなく107635マイクロモルであったこと以外は、実施例1と同様の実験が行われた。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, an experiment similar to Example 1 was performed, except that the number of moles of sodium acetate was 107635 micromoles instead of 400 micromoles.
(比較例4)
比較例4では、TBA-2-EBに代えて、テトラ-n-ブチルアンモニウム-n-オクタン酸(以下、「TBA-n-O」という、10909マイクロモル)が用いられたこと以外は、実施例1と同様の実験が行われた。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, instead of TBA-2-EB, tetra-n-butylammonium-n-octanoic acid (hereinafter referred to as "TBA-n-O", 10909 micromoles) was used. An experiment similar to Example 1 was performed.
(TBA-n-Oの合成)
以下の化学式(IV)により表されるテトラ-n-ブチルアンモニウム-オクタン酸(すなわち、TBA-n-O)が、以下のように合成された。
(Synthesis of TBA-nO)
Tetra-n-butylammonium-octanoic acid (ie, TBA-n-O) represented by formula (IV) below was synthesized as follows.
まず、TBA-OH水溶液(0.1モル、東京化成工業株式会社より入手、40%水溶液)に、オクタン酸(化学式:HOOC(CH2)6CH3、0.1モル、東京化成工業株式会社より入手)が添加された。このようにして、水溶液が得られた。 First, octanoic acid (chemical formula: HOOC(CH 2 ) 6 CH 3 , 0.1 mol, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to an aqueous TBA-OH solution (0.1 mol, obtained from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 40% aqueous solution). ) was added. Thus, an aqueous solution was obtained.
エバポレーターを用いて、得られた水溶液は減圧下で摂氏40度の温度で乾燥された。このようにして、得られた水溶液から水分が除去され、TBA-n-Oを得た。このようにして、TBA-n-O(0.1モル)が得られた。 The resulting aqueous solution was dried at a temperature of 40 degrees Celsius under reduced pressure using an evaporator. Thus, water was removed from the resulting aqueous solution to obtain TBA-n-O. Thus TBA-nO (0.1 mol) was obtained.
次に、得られたTBA-n-O(11025マイクロモル)を、純水(319735マイクロモル)に溶解した。このようにして、TBA-n-O水溶液(およそ42.4重量%)が得られた。 The resulting TBA-nO (11025 micromoles) was then dissolved in pure water (319735 micromoles). An aqueous solution of TBA-n-O (approximately 42.4% by weight) was thus obtained.
以下の表8~表9は、比較例1~比較例4の結果を示す。 Tables 8 to 9 below show the results of Comparative Examples 1 to 4.
実施例1~実施例4を比較例1と比較すれば明らかなように、銀を含有しない組成物は蓄冷材として機能しない。 As is clear from a comparison of Examples 1 to 4 with Comparative Example 1, a composition containing no silver does not function as a cold storage material.
実施例1~実施例4を比較例2と比較すれば明らかなように、第1温度(すなわち、第1クラスレートハイドレート結晶の融点)が第2温度(すなわち、第2クラスレートハイドレート結晶の融点)よりも低い場合、蓄冷材は自発的に結晶化しない。 As is clear from a comparison of Examples 1 to 4 with Comparative Example 2, the first temperature (ie, the melting point of the first clathrate hydrate crystal) is the second temperature (ie, the second clathrate hydrate crystal). melting point), the regenerative material does not spontaneously crystallize.
比較例3では、酢酸アニオンが過剰であるため、蓄冷材は摂氏10度を超える融点を有する。比較例3では、蓄冷材は結晶化されたが、蓄冷のために主剤として機能するTBA-2-EBの熱物性が得られなかった。 In Comparative Example 3, since the acetate anion is excessive, the cold storage material has a melting point exceeding 10 degrees Celsius. In Comparative Example 3, the cold storage material was crystallized, but the thermophysical properties of TBA-2-EB, which functions as a main agent for cold storage, were not obtained.
比較例4では、テトラ-n-ブチルアンモニウム-2-エチルブタン酸ではなくテトラ-n-ブチルアンモニウム-n-オクタン酸が用いられたため、蓄冷材は摂氏3度未満の融点を有する。そのため、摂氏4度では、テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよび酢酸アニオンのクラスレートハイドレート結晶(すなわち、第1クラスレートハイドレート結晶)は種結晶として生成されたと思われるが、第2クラスレートハイドレート結晶(すなわち、テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンおよびn-オクタン酸イオンのクラスレートハイドレート結晶。融点が摂氏1.3度であることに留意せよ)が生成されなかった。言い換えれば、比較例4による蓄冷材は、摂氏4度の温度では結晶化しなかった。 In Comparative Example 4, tetra-n-butylammonium-n-octanoic acid was used instead of tetra-n-butylammonium-2-ethylbutanoic acid, so the cold storage material has a melting point of less than 3 degrees Celsius. Therefore, at 4 degrees Celsius, clathrate hydrate crystals of tetra-n-butylammonium cation and acetate anion (i.e., first clathrate hydrate crystals) would have been produced as seed crystals, but second clathrate hydrate crystals would have formed. No rate crystals (ie clathrate hydrate crystals of tetra-n-butylammonium cation and n-octanoate ion, note that the melting point is 1.3 degrees Celsius) were formed. In other words, the cold storage material according to Comparative Example 4 did not crystallize at a temperature of 4 degrees Celsius.
本発明による蓄冷材は、内部温度が摂氏0度以上摂氏30度以下に維持される冷蔵庫または保冷庫に含まれ得る。 The cold storage material according to the present invention may be included in a refrigerator or cold storage that maintains an internal temperature of 0°C to 30°C.
80 金属銀コア粒子
81 第1複合体
82 マクロカチオン82
83 カルボン酸アニオン
84 酸素含有アニオン
85 第2複合体
86 少なくとも1種のアンモニウムカチオン
87 水分子
88 第1クラスレートハイドレート結晶
89 第1ゲスト物質
90 第1ホスト物質
91 第2クラスレートハイドレート結晶
92 第2ゲスト物質
93 第2ホスト物質
80 metallic
83
Claims (12)
テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオン、
2-エチルブタン酸アニオン、
酢酸アニオンまたはタングステン酸アニオン、
銀イオン、及び
水
を含有し、
蓄冷材が、摂氏3度以上の融点を有し、かつ
蓄冷材が、8ケルビン以下の過冷却度ΔTを有する、
蓄冷材。
A water-based cold storage material,
tetra-n-butylammonium cation,
2-ethylbutanoate anion ,
acetate or tungstate anion ,
silver ions, and
water
contains
The cold storage material has a melting point of 3 degrees Celsius or more, and the cold storage material has a degree of supercooling ΔT of 8 Kelvin or less.
Cold storage material.
テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオン、
ペンタン酸アニオン、
酢酸アニオン、
銀イオン、及び
水
を含有し、
蓄冷材が、摂氏3度以上の融点を有し、かつ
蓄冷材が、8ケルビン以下の過冷却度ΔTを有する、
蓄冷材。
A water-based cold storage material,
tetra-n-butylammonium cation,
pentanoate anion,
acetate anion,
silver ions, and
water
contains
The cold storage material has a melting point of 3 degrees Celsius or higher, and
The cold storage material has a degree of supercooling ΔT of 8 Kelvin or less,
Cold storage material.
蓄冷材が、摂氏25度以下の融点を有する、
蓄冷材。
The cold storage material according to claim 1 or 2 ,
The cold storage material has a melting point of 25 degrees Celsius or less,
Cold storage material.
前記モル比は、0.1未満である、
蓄冷材。
The cold storage material according to claim 1 or 2 ,
wherein the molar ratio is less than 0.1;
Cold storage material.
前記モル比は、0.01未満である、
蓄冷材。
The cold storage material according to claim 4 ,
wherein the molar ratio is less than 0.01;
Cold storage material.
A refrigerator comprising the cold storage material according to claim 1 or 2 .
A cold-storage box comprising the cold storage material according to claim 1 or 2 .
2-エチルブタン酸アニオン、
酢酸アニオンまたはタングステン酸アニオン、
銀イオン、及び
水
を含有する
蓄冷材を結晶化させる方法であって、
(a) 前記蓄冷材を冷却して、金属銀コア粒子に酢酸銀が取り込まれた第1複合体を形成する工程、
ここで、
前記金属銀コア粒子は、複数の前記銀イオンに由来し、
前記第1複合体は、マクロカチオンおよび前記2-エチルブタン酸アニオンから構成され、かつ
前記マクロカチオンは、前記金属銀コア粒子と、前記酢酸銀に含まれる銀イオンとから構成され、
(b) 工程(a)の後にさらに前記蓄冷材を冷却して、前記マクロカチオンに前記酢酸アニオンまたは前記タングステン酸アニオンを引き寄せて、第2複合体を形成する工程、
ここで、
前記第2複合体は、前記マクロカチオン、前記2-エチルブタン酸アニオン、および前記酢酸アニオンまたは前記タングステン酸アニオンから構成され、
(c) 工程(b)の後に前記蓄冷材の冷却を続けて、前記蓄冷材の過冷却状態において、前記第2複合体に含まれる前記少なくとも1つの前記酢酸アニオンまたは前記タングステン酸アニオンに、前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンを引き寄せて、第1温度で第1クラスレートハイドレート結晶を形成する工程、
ここで、
前記第1クラスレートハイドレート結晶は、前記酢酸アニオンまたは前記タングステン酸アニオン、前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオン、および前記水分子から構成されており、
前記第1クラスレートハイドレート結晶においては、前記酢酸アニオンまたは前記タングステン酸アニオンおよび前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンから第1ゲスト物質が形成されており、
前記第1クラスレートハイドレート結晶においては、前記第1ゲスト物質の周囲に前記水分子が第1ホスト物質として配置されており、
前記第1クラスレートハイドレート結晶は、摂氏0度以上摂氏30度以下の融点を有し、かつ
第1温度は摂氏0度以上摂氏30度以下であり、
(d) 工程(c)の後に前記蓄冷材の冷却を続けて、前記蓄冷材の過冷却状態において前記第1クラスレートハイドレート結晶を種結晶として用いて、第2温度下で第2クラスレートハイドレート結晶を形成する工程、
ここで、
前記第2クラスレートハイドレート結晶は、前記2-エチルブタン酸アニオン、前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオン、および前記水分子から構成されており、
前記第2クラスレートハイドレート結晶においては、前記2-エチルブタン酸アニオンおよび前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンから第2ゲスト物質が形成されており、
前記第2クラスレートハイドレート結晶においては、前記第2ゲスト物質の周囲に前記水分子が第2ホストとして配置されており、
前記第1クラスレートハイドレート結晶の構造は、前記第2クラスレートハイドレート結晶の構造に類似しており、
前記第2クラスレートハイドレート結晶は、摂氏0度以上摂氏30度以下の融点を有し、
前記第2温度は、摂氏0度以上摂氏30度以下であり、
前記第2クラスレートハイドレート結晶の融点は、前記第1クラスレートハイドレート結晶よりも低く、
第2温度は、第1温度よりも低く、
前記蓄冷剤において、前記酢酸アニオンまたは前記タングステン酸アニオンの前記2-エチルブタン酸アニオンに対するモル比は0.5未満であり、
前記第1クラスレートハイドレート結晶は、前記第2クラスレートハイドレート結晶に類似する結晶構造を有しており、
蓄冷材は、摂氏3度以上の融点を有し、かつ
蓄冷材の過冷却度ΔTは、8ケルビン以下である、
方法。
tetra-n-butylammonium cation,
2-ethylbutanoate anion,
acetate or tungstate anion ,
silver ions, and
water
A method for crystallizing a cold storage material containing
(a) cooling the cold storage material to form a first composite in which silver acetate is incorporated into metallic silver core particles;
here,
The metallic silver core particles are derived from a plurality of the silver ions,
The first complex is composed of a macrocation and the 2-ethylbutanoate anion, and the macrocation is composed of the metallic silver core particles and the silver ions contained in the silver acetate,
(b) further cooling the cold storage material after step (a) to attract the acetate anion or the tungstate anion to the macrocation to form a second complex;
here,
The second complex is composed of the macrocation, the 2-ethylbutanoate anion, and the acetate anion or the tungstate anion ,
(c) continuing to cool the cold storage material after step (b), and in the supercooled state of the cold storage material, the at least one acetate anion or the tungstate anion contained in the second composite, attracting said tetra-n- butylammonium cations to form first clathrate hydrate crystals at a first temperature;
here,
The first clathrate hydrate crystal is composed of the acetate anion or the tungstate anion , the tetra-n- butylammonium cation, and the water molecule,
In the first clathrate hydrate crystal, a first guest substance is formed from the acetate anion or the tungstate anion and the tetra-n- butylammonium cation,
In the first clathrate hydrate crystal, the water molecules are arranged as a first host substance around the first guest substance,
The first clathrate hydrate crystal has a melting point of 0 degrees Celsius or more and 30 degrees Celsius or less, and a first temperature of 0 degrees Celsius or more and 30 degrees Celsius or less,
(d) continuing to cool the cold storage material after step (c), using the first clathrate hydrate crystals as seed crystals in the supercooled state of the cold storage material to produce a second clathrate at a second temperature; forming hydrate crystals;
here,
The second clathrate hydrate crystal is composed of the 2-ethylbutanoate anion, the tetra-n- butylammonium cation, and the water molecule,
In the second clathrate hydrate crystal, a second guest substance is formed from the 2-ethylbutanoate anion and the tetra-n- butylammonium cation,
In the second clathrate hydrate crystal, the water molecules are arranged as a second host around the second guest substance,
The structure of the first clathrate hydrate crystal is similar to the structure of the second clathrate hydrate crystal,
The second clathrate hydrate crystal has a melting point of 0 degrees Celsius or more and 30 degrees Celsius or less,
The second temperature is 0 degrees Celsius or higher and 30 degrees Celsius or lower,
The melting point of the second clathrate hydrate crystals is lower than that of the first clathrate hydrate crystals,
the second temperature is lower than the first temperature,
In the cold storage agent, the molar ratio of the acetate anion or the tungstate anion to the 2-ethylbutanoate anion is less than 0.5,
The first clathrate hydrate crystal has a crystal structure similar to the second clathrate hydrate crystal,
The cold storage material has a melting point of 3 degrees Celsius or more, and a degree of supercooling ΔT of the cold storage material is 8 Kelvin or less.
Method.
ペンタン酸アニオン、 pentanoate anion,
酢酸アニオン、 acetate anion,
銀イオン、及び silver ions, and
水 water
を含有する蓄冷材を結晶化させる方法であって、 A method for crystallizing a cold storage material containing
(a) 前記蓄冷材を冷却して、金属銀コア粒子に酢酸銀が取り込まれた第1複合体を形成する工程、 (a) cooling the cold storage material to form a first composite in which silver acetate is incorporated into metallic silver core particles;
ここで、 here,
前記金属銀コア粒子は、複数の前記銀イオンに由来し、 The metallic silver core particles are derived from a plurality of the silver ions,
前記第1複合体は、マクロカチオンおよび前記ペンタン酸アニオンから構成され、かつ The first complex is composed of a macrocation and the pentanoate anion, and
前記マクロカチオンは、前記金属銀コア粒子と、前記酢酸銀に含まれる銀イオンとから構成され、 The macrocation is composed of the metallic silver core particles and the silver ions contained in the silver acetate,
(b) 工程(a)の後にさらに前記蓄冷材を冷却して、前記マクロカチオンに前記酢酸アニオンを引き寄せて、第2複合体を形成する工程、 (b) further cooling the cold storage material after step (a) to attract the acetate anion to the macrocation to form a second complex;
ここで、 here,
前記第2複合体は、前記マクロカチオン、前記ペンタン酸アニオン、および前記酢酸アニオンから構成され、 the second complex is composed of the macrocation, the pentanoate anion, and the acetate anion;
(c) 工程(b)の後に前記蓄冷材の冷却を続けて、前記蓄冷材の過冷却状態において、前記第2複合体に含まれる前記少なくとも1つの前記酢酸アニオンに、前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンを引き寄せて、第1温度で第1クラスレートハイドレート結晶を形成する工程、 (c) continuing to cool the cold storage material after step (b), and in the supercooled state of the cold storage material, the at least one acetate anion contained in the second complex is converted to the tetra-n-butyl attracting ammonium cations to form first clathrate hydrate crystals at a first temperature;
ここで、 here,
前記第1クラスレートハイドレート結晶は、前記酢酸アニオン、前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオン、および前記水分子から構成されており、 The first clathrate hydrate crystal is composed of the acetate anion, the tetra-n-butylammonium cation, and the water molecule,
前記第1クラスレートハイドレート結晶においては、前記酢酸アニオンおよび前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンから第1ゲスト物質が形成されており、 In the first clathrate hydrate crystal, a first guest substance is formed from the acetate anion and the tetra-n-butylammonium cation,
前記第1クラスレートハイドレート結晶においては、前記第1ゲスト物質の周囲に前記水分子が第1ホスト物質として配置されており、 In the first clathrate hydrate crystal, the water molecules are arranged as a first host substance around the first guest substance,
前記第1クラスレートハイドレート結晶は、摂氏0度以上摂氏30度以下の融点を有し、かつ The first clathrate hydrate crystal has a melting point of 0 degrees Celsius or more and 30 degrees Celsius or less, and
第1温度は摂氏0度以上摂氏30度以下であり、 the first temperature is 0 degrees Celsius or higher and 30 degrees Celsius or lower;
(d) 工程(c)の後に前記蓄冷材の冷却を続けて、前記蓄冷材の過冷却状態において前記第1クラスレートハイドレート結晶を種結晶として用いて、第2温度下で第2クラスレートハイドレート結晶を形成する工程、 (d) continuing the cooling of the cold storage material after step (c), using the first clathrate hydrate crystals as seed crystals in the supercooled state of the cold storage material to produce a second clathrate at a second temperature; forming hydrate crystals;
ここで、 here,
前記第2クラスレートハイドレート結晶は、前記ペンタン酸アニオン、前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオン、および水分子から構成されており、 The second clathrate hydrate crystal is composed of the pentanoate anion, the tetra-n-butylammonium cation, and water molecules,
前記第2クラスレートハイドレート結晶においては、前記ペンタン酸アニオンおよび前記テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンから第2ゲスト物質が形成されており、 In the second clathrate hydrate crystal, a second guest substance is formed from the pentanoate anion and the tetra-n-butylammonium cation,
前記第2クラスレートハイドレート結晶においては、前記第2ゲスト物質の周囲に前記水分子が第2ホストとして配置されており、 In the second clathrate hydrate crystal, the water molecules are arranged as a second host around the second guest substance,
前記第1クラスレートハイドレート結晶の構造は、前記第2クラスレートハイドレート結晶の構造に類似しており、 The structure of the first clathrate hydrate crystal is similar to the structure of the second clathrate hydrate crystal,
前記第2クラスレートハイドレート結晶は、摂氏0度以上摂氏30度以下の融点を有し、 The second clathrate hydrate crystal has a melting point of 0 degrees Celsius or more and 30 degrees Celsius or less,
前記第2温度は、摂氏0度以上摂氏30度以下であり、 The second temperature is 0 degrees Celsius or higher and 30 degrees Celsius or lower,
前記第2クラスレートハイドレート結晶の融点は、前記第1クラスレートハイドレート結晶よりも低く、 The melting point of the second clathrate hydrate crystals is lower than that of the first clathrate hydrate crystals,
第2温度は、第1温度よりも低く、 the second temperature is lower than the first temperature,
前記蓄冷剤において、前記ペンタン酸アニオンに対するモル比は0.5未満であり、 In the cold storage agent, the molar ratio to the pentanoate anion is less than 0.5,
前記第1クラスレートハイドレート結晶は、前記第2クラスレートハイドレート結晶に類似する結晶構造を有しており、 The first clathrate hydrate crystal has a crystal structure similar to the second clathrate hydrate crystal,
蓄冷材は、摂氏3度以上の融点を有し、かつ The cold storage material has a melting point of 3 degrees Celsius or higher, and
蓄冷材の過冷却度ΔTは、8ケルビン以下である、 The degree of supercooling ΔT of the cold storage material is 8 Kelvin or less,
方法。 Method.
蓄冷材が、摂氏25度以下の融点を有する、
方法。
10. A method according to claim 8 or 9 ,
The cold storage material has a melting point of 25 degrees Celsius or less,
Method.
前記モル比は、0.1未満である、
方法。
10. A method according to claim 8 or 9 ,
wherein the molar ratio is less than 0.1;
Method.
前記モル比は、0.01未満である、
方法。 12. The method of claim 11 , wherein
wherein the molar ratio is less than 0.01;
Method.
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