JPH0532963A - 蓄熱材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用容器に対し耐食性の材料からなる蓄熱材
を提供する。 【構成】 耐食性材料として、エリスリトール、マンニ
トールおよびガラクチトールからなる群より選ばれる糖
アルコールを主成分とする蓄熱材を提供する。かかる蓄
熱材は、さらに核形成材を添加してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エリスリトール、マン
ニトールおよびガラクチトールを主成分とし、これらの
化合物の融解潜熱を利用する蓄熱材に関する。エリスリ
トール、マンニトールおよびガラクチトールは、高融解
潜熱、高融点を有し、かつ熱安定性に優れた物質であ
り、毒性の問題がなく、難燃性であり、金属などの蓄熱
器の材質に対する腐食性もない特質から新しい蓄熱材と
して期待されるものである。

【０００２】

【従来の技術】潜熱利用型蓄熱材は、顕熱利用型と比較
して融点を含む狭い温度領域に温度上昇を伴うことなく
大量の熱エネルギーを貯蔵できることから、主として取
り出し温度が一定で小容積な設計をするために検討され
ている。この代表的な蓄熱材として特開昭５１−１２８
０５３号公報に見られるような塩化マグネシウム・６水
塩、特開昭５１−１２６９８０号公報の硝酸マグネシウ
ム・６水塩、特開昭５１−７０１９３号公報の水酸化バ
リウム・８水塩、特開昭５１−７０１９３号公報の塩化
カルシウム・６水塩などの無機水和塩類、特開昭５７−
１４５１７３号公報の蟻酸ナトリウム・３水塩のような
有機酸塩水和物があるが、これらの塩水和物には溶融／
凝固の繰り返しによる相分離や過冷却現象など、実用上
の問題があり、一方これらは金属などの機材に対する腐
食性が大きいため容器材質の選択が難しく、耐食性の材
質を使用すると装置のコストアップの原因となるといっ
た課題をかかえている。

【０００３】一方、低腐食性の観点から有機、特にパラ
フィン系の蓄熱材が多く開発されているが、融解熱が５
０cal ／ｇ以下、融点は８０℃以下といずれも低く、か
つ純粋なパラフィンは高価となるため安価なものを使用
すると融点幅が広くなるという欠点もある。更に、易燃
性で繰り返し使用による劣化が激しいという欠点もあ
る。

【０００４】また、特開昭５６−７９１７４号公報「熱
エネルギー貯蔵材料」において、１００℃以上の融点を
示すジメチルテレフタレート、ジメチルフマレートおよ
びジヒドロアントラセンが高融点の有機物系蓄熱材とし
て報告されているものの、これらは融解潜熱が５５cal
／ｇ以下であり十分満足のできる物性ではない。また、
米国特許第４，２９５，５１７号明細書「蓄熱材として
キシリトールを含有する反復使用可能な加熱装置 (REUS
ABLE HEAT DEVICES CONTAINING XYLITOLAS THE HEAT-ST
ORAGE MATERIAL)」では、多価アルコール系のキシリト
ールが報告されているが、融点が９２℃と低く、結晶性
が悪く、かつ繰り返し使用時の熱安定性も悪いことから
実用的とは言い難い。

【０００５】このような蓄熱材の開発状況の中で伝熱媒
体として水あるいは水蒸気を用いるシステムが多く、水
温を高温に保持できる、または水蒸気を気体の状態に保
持し潜熱を利用できる蓄熱材の開発が期待される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】世界的にエネルギー資
源の枯渇あるいは供給の不安定さが第一次石油ショック
で認識されて久しいが、近年、温暖化現象に見られるよ
うな環境問題、更には、エネルギー資源が有限であるこ
となどからエネルギーの有効利用は、人類にとって益々
重要な課題となってきている。そこで、太陽エネルギー
あるいは石油・石炭などの種々の資源利用において発生
する排熱エネルギーの有効利用が望まれる。

【０００７】例えば、太陽エネルギーまたは排熱を熱エ
ネルギーとして一時期貯蔵し、必要に応じて使用する。
また、夜間の余剰電力を熱エネルギーとして貯蔵し、昼
間の消費電力のピーク時に使用して電力ピークを抑制す
ることも考えられる。本発明の目的は、これらの要請を
満足すると共に、従来技術に随伴する各種欠点を解消す
る優れた蓄積材を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく各種の物質について鋭意研究を行った結
果、意外にも、エリスリトール、マンニトールおよびガ
ラクチトールが蓄熱材として優れた特性を持つことを見
出だし本発明を完成した。従って、前記課題は、エリス
リトール、マンニトールおよびガラクチトールから選ば
れる糖アルコールを主成分とする蓄熱材を提供する本発
明によって解決することができる。

【０００９】本発明の主成分として用いるエリスリトー
ル、マンニトールおよびガラクチトールは、それ自体既
知物質であり、市販の製品をそのまま利用するか、また
は、対応する糖を常法によって還元して調製したものを
使用することができる。例えば、エリスリトールは、日
研化学株式会社にてグルコースを原料とする酵母発酵に
より生産されたものを使用することができ、マンニトー
ルは市販の異性化糖を接触還元し、生成物を晶析するこ
とにより容易に入手できる。また、ガラクチトールはラ
クトースを加水分解し、接触還元し、次いで晶析するこ
とにより容易に得ることができる。

【００１０】これらの物性を下記表１に示し参考に供す
る。

【００１１】

【表１】

【００１２】表１の分析値は、熱分析を示差走差熱量分
析計（セイコー電子工業社製）で行い、融解潜熱を求
め、そのときのピークトップを融点として示した。これ
らの物質は融点以上に加熱することにより容易に融解
し、この時融解潜熱分のエネルギーを吸熱して温度を融
点付近に保持できる。すなわち、本発明はかかる融解潜
熱の利用に着目したことに基づくものである。しかしな
がら、本発明にいう「蓄熱材」とは融解潜熱の利用と結
晶化熱の利用の両利用態様を包含する概念である。

【００１３】本発明において、エリスリトール、マンニ
トールまたはガラクチトールを「主成分とする」とは、
本発明の蓄熱材がその目的を達成する量でこれらの糖ア
ルコールを含むことをいい、本発明の目的に沿うかぎり
副成分が混入できる意味に用いている。また、主成分と
して用いる糖アルコールは、それぞれ単独で用いても、
組み合わせて用いてもよい。

【００１４】以下に副成分の例を挙げるが、本発明の使
用目的または使用態様によって多種多様の副成分を含め
ることができるので、主成分に混入できる副成分が以下
の記載によって制限を受けるものでない。従って、副成
分は本発明の目的上消極的な意味を有するだけでなく、
積極的な意味を有するものも含む。本発明者らは、例え
ば、副成分が主成分の核形成性を高めるような場合に
は、それによって本発明の蓄熱材の融点・融解潜熱を所
望の値に調整できることを見い出した。この目的に沿う
副成分としては、他の糖アルコール、その他の糖類、例
えば、ソルビトール、ラクトース、果性化糖、マンノー
ス、ガラクトース、グルコース、ラクチトール、ペンタ
エリスリトールなどが挙げられる。例えば、ペンタエリ
スリトールを本発明の蓄熱材の副成分として用いると、
組成物の過冷却現象を緩和できることを見い出した。か
かる発見に基づき、本発明のもう一つの態様である過冷
却現象を緩和した蓄熱材が提供される。

【００１５】従って、本発明でいう核形成材とは、結晶
核として蓄熱材の結晶を成長させるもの、あるいは蓄熱
材の結晶核形成のきっかけとなり、結晶核の生成を促す
ものの、いずれをも含み、蓄熱材の結晶化をより容易に
するものをいう。具体的な態様を挙げると、例えば、蓄
熱材エリスリトール１００重量部に対して、核形成材と
してペンタエリスリトールを９〜２３重量部添加する場
合、エリスリトール（融点１２０℃）の熔融温度１３０
℃では、ペンタエリスリトール（セイコー電子工業社製
示差走査熱量計による分析においてピークトップが１８
０℃）が熔融することなく残存し、一方、この組成物が
冷却し始めると、核形成材としてエリスリトールの結晶
化を促し過冷却現象が緩和される。前記では核形成材と
してペンタエリスリトールを用いる場合を例示したが、
核形成材の添加量は、その種類と期待する効果の程度に
より、異なるので、限定されるものではない。

【００１６】なお、本発明でいう過冷却現象とは、通
常、物質が結晶化するとき、融点よりはるかに低い温度
まで結晶化しないことをいい、この現象を防ぎ、より融
点に近い温度で結晶化が惹起されるようにすることを過
冷却現象の緩和という。また、副成分として他の添加
剤、酸化防止剤（フェノール類、アミン類、ヒドロキシ
アミン類）、および金属腐食防止剤（例えばクロム酸
塩、ポリリン酸塩、亜硝酸ナトリウム）等も使用器材に
関連して本発明の蓄熱材に加えることができる。

【００１７】以下、本発明の蓄熱材の使用形態および作
用について具体的に説明する。例えば、家庭用熱交換式
温水器内に蓄熱材として、エリスリトールを使用すると
夜間電力を利用して熔融させ、通水することにより温水
を必要なときに得ることができ、温水貯蔵タイプより省
スペースの温水器を構成することができる。次に、給食
・弁当等の保温材として本発明の蓄熱材を使用すれば、
電気配線、バッテリーといったエネルギー源の不要な給
食・弁当の運搬器の製作が可能となる。

【００１８】同様に、鍋、釜、食器類にジャケットを付
けその中に、本発明の蓄熱材を入れることにより料理を
高温で保持できる。また別の形態として、例えばマンニ
トール、ガラクチトールを熔融させてボイラーの蒸気配
管を保温することにより、蒸気の凝集を防ぎ、運転・開
始に要する時間も短縮できる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明をこれらの例に限定するものではない
ことは言うまでもない。例１ 図１のような二重構造ステンレススチール製容器の外側
部分Ａに１３０℃に加熱熔融した日研化学（株）製エリ
スリトール８００ml（深さ８４mm) を入れ、中央部Ｂに
９１．３℃の熱湯３００ml (深さ６０mm) を注ぎ込んだ
状態で中央部Ｂの水温の経時変化を測定した。また、コ
ントロールとして外側部分Ａに何も入れない室内放冷モ
デルの、比較対照として外側部分Ａに１３０℃に加熱し
た米山薬品工業製グリセリンを入れた顕熱型蓄熱モデル
の温度の経時変化を測定した。

【００２０】その結果は、図２のとおりであり、図中、
縦軸は温度（℃）、横軸は経過時間（分）を示す。室内
放冷あるいは顕熱型モデルと異なりエリスリトールは、
７０分まで直線的に徐冷され、その後、放冷に近似した
曲線となっており、７０℃以上の高温域では結晶化熱に
よって保温されていることが解る。例２ 図３のような二重構造ステンレススチール製容器の外側
部分Ａに関東化学（株）製マンニトール１００ｇを入れ
１８０℃で加熱熔融後、１７０℃に加熱したグリセリン
４０mlを中央部Ｂに注ぎ込みグリセリン温度の経時変化
を測定した。また、コントロールとして外側部分Ａに何
も入れない室内放冷モデルの温度の経時変化も測定し
た。

【００２１】その結果は、図４のとおりであり、図中、
縦軸は温度（℃）、横軸は経過時間（分）を示す。測定
開始５分間で室内放冷は約３０℃低下したのに対し、マ
ンニトールで保温したときはほぼ横這いであった。ま
た、１００℃以上の高温域を比較すると室温放冷は９分
間であるのに対しマンニトールで保温したときは３３分
間であった。例３ 図３のような二重構造ステンレススチール製容器の外側
部分Ａに日研化成（株）試作品ガラクチトール１００ｇ
を入れ、２００℃で加熱溶解後、１７０℃に加熱したグ
リセリン４０mlを中央部Ｂに注ぎ込みグリセリン温度の
経時変化を測定した。また、コントロールとして外側部
分Ａに何も入れない室内放冷モデルの温度の経時変化も
測定した。

【００２２】その結果は、図５のとおりであり、図中、
縦軸は温度（℃）、横軸は経過時間（分）を示す。室内
放冷では測定開始直後急速に冷却され１５分間で約８０
℃低下したが、ガラクチトール添加による保温効果で１
５分間温度がほぼ横這いで１６０℃以上に保持された。例４ エリスリトールとキシリトールをそれぞれ１０ｇずつカ
ッセロールに入れ、１３０℃までの加熱と６０℃までの
冷却を繰り返し行い、これらをサンプリングして熱分析
（ＤＳＣ）により融点・融解潜熱を測定するとともにカ
ッセロール内の糖アルコールの結晶化状態を観察した。

【００２３】その結果は表２のとおりであり、エリスリ
トールでは、融点・融解潜熱ともに加熱回数２５０回ま
で全く変化が見られないのに対し、キシリトールでは、
１８０回で劣化が観察された。また、カッセロール内の
ようすはエリスリトールは２５０回まで容易に結晶化
し、キシリトールは１回から飴状で結晶化は見られなか
った。そこでキシリトールについてはこの結果を裏付け
る現象として示差走査熱量分析計により融解熱を分析後
放冷するとエリスリトールは結晶化による発熱ピークが
検出されたが、キシリトールでは見られなかった。

【００２４】なお、表２のキシリトールは混練して放置
しただけでは結晶化しないため混練することにより強制
的に結晶化させ融解熱を測定したものである。このこと
から、蓄熱材としての適性は、結晶化および熱安定性に
ついてもエリスリトールの方がキシリトールに比べ遙か
に優れている事が明らかである。

【００２５】

【表２】

【００２６】例５ 例２と同様の装置を使って、マンニトールに替えてエリ
スリトールとマンニトールを４：６の比率で混合したも
のを使用した結果を図６に示す。室内放冷では２．５分
程度しか１００℃以上の温度を維持することが出来ない
が、混合物の場合は１７分間程度は維持することが可能
である。例６ 例２と同様の装置を使って、マンニトールに替えてガラ
クチトールとマンニトールを４：６の比率で混合したも
のを使用した結果を図７に示す。

【００２７】室内放冷では２．５分程度しか１００℃以
上の温度を維持することが出来ないが、混合物の場合は
１７分間程度は維持することが可能である。また、３５
から４０分付近で、結晶化熱による保温効果が認められ
る。例７ 日研化学（株）製エリスリトールに核形成材としてペン
タエリスリトール（キシダ化学（株）製）を一定比率混
合し、乳ばちで十分に粉砕したものを、サンプリングし
て示差走査熱分析計（ＤＳＣ）により結晶化温度・結晶
化熱を測定した。

【００２８】なお、本実験は密閉セル使用のため、非常
に過冷却現象が発生しやすい条件である。その結果は表
３に示すとおりであり、全く核形成材を加えないものの
結晶化温度は、３０．９℃であるのに対し、ペンタエリ
スリトールを１０％含有しているものは５７．２℃、３
０％含有しているものは７４．７℃となり明らかに過冷
却現象が緩和されている。

【００２９】本発明のエリスリトールは、過冷却の小さ
い物質であり、上記のように使用する条件（量、環境）
によっては、本実験で使用した密閉セル内のように過冷
却を起こす可能性があるが、ペンタエリスリトールを使
用し、かつその量を調整することにより所望の結晶化温
度が実現される。従って、ペンタエリスリトールのよう
な核形成材の添加が、エリスリトールの過冷却防止する
上で好ましいことが判明した。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】本発明のエリスリトール、マンニトール
およびガラクチトールは、全て１２０℃以上の高融点と
６５cal ／ｇ以上の高融解潜熱を有する結晶粉末ある。
これらの物質を新規な蓄熱材として提供することにより
高温域で大容量の熱エネルギーを貯蔵することが可能と
なる。

【００３２】この特質を応用すれば新しい蓄熱器あるい
は蓄熱システムを構築することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】例１で使用した実験装置の側断面図である。

【図２】蓄熱材としてエリスリトールを使用したときの
水温の経時変化を表している。

【図３】例２，３，５および６で使用した実験装置の側
断面図である。

【図４】蓄熱材としてマンニトールを使用したときのグ
リセリン温度の経時変化を表している。

【図５】蓄熱材としてガラクチトールを使用したときの
グリセリン温度の経時変化を表している。

【図６】蓄熱材としてエリスリトールとマンニトールを
４：６の比率で混合したものを使用したときのグリセリ
ンの温度の経時変化を表している。

【図７】蓄熱材としてガラクチトールとマンニトールを
４：６の比率で混合したものを使用したときのグリセリ
ンの温度の経時変化を表している。

【符号の説明】

１…温度計センサー ２…外容器 ３…内容器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エリスリトール、マンニトールおよびガ
   ラクチトールからなる群より選ばれる糖アルコールを主
   成分とする蓄熱材。
2. 【請求項２】 請求項１記載の蓄熱材において、前記各
   糖アルコールに対する核形成材を添加することにより過
   冷却現象を緩和した蓄熱材。
3. 【請求項３】 前記糖アルコールがエリスリトールであ
   り、そして核形成材がペンタエリスリトールである請求
   項２記載の蓄熱材。