WO2020184467A1 - 蓄熱材組成物及び蓄熱装置 - Google Patents

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WO2020184467A1
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heat storage
alcohol
storage material
material composition
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隆一 尾崎
達也 仲村
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パナソニック株式会社
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Definitions

  • the present disclosure relates to a heat storage material composition and a heat storage device.
  • the latent heat storage material contains, for example, sodium acetate trihydrate as a main component.
  • the latent heat storage material can be used to store heat by the following method. First, at the time of heat storage, the latent heat storage material in a liquid state is obtained by heating the latent heat storage material. Next, the latent heat storage material is cooled. At this time, the latent heat storage material is supercooled and maintains a liquid state. The heat stored in the latent heat storage material can be taken out by crystallizing the latent heat storage material when necessary.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a heat storage material composition containing alcohol.
  • monohydric alcohol does not have a sufficiently high boiling point and may vaporize during heat storage of the heat storage material composition.
  • polyhydric alcohols having a divalent value or higher cannot sufficiently stabilize the supercooled state of the heat storage material composition.
  • the present disclosure provides a heat storage material composition that is difficult to vaporize and whose supercooled state is sufficiently stabilized.
  • the heat storage material composition according to one aspect of the present disclosure contains sodium acetate, water and alcohol.
  • the alcohol comprises at least one selected from the group consisting of 1,2-butanediol and a divalent alcohol having 5 or 6 carbon atoms.
  • FIG. 1 is a triangular diagram showing the mass ratios of the three components of sodium acetate, water and 1,2-butanediol in the heat storage material composition according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a triangular diagram showing the mass ratios of the three components of sodium acetate, water and 1,2-pentanediol in the heat storage material composition according to the modified example of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a triangular diagram showing the mass ratios of the three components of sodium acetate, water and 1,2-hexanediol in the heat storage material composition according to another modification of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a heat storage device using the heat storage material composition of the present disclosure.
  • the heat storage material composition according to the first aspect of the present disclosure contains sodium acetate, water and alcohol.
  • Alcohols include 1,2-butanediol, a divalent alcohol having 5 carbon atoms or a divalent alcohol having 6 carbon atoms.
  • the alcohol includes 1,2-butanediol, a divalent alcohol having 5 carbon atoms or a divalent alcohol having 6 carbon atoms.
  • This alcohol has a sufficiently high boiling point and is difficult to vaporize. Furthermore, this alcohol can sufficiently stabilize the supercooled state of the heat storage material composition.
  • the divalent alcohol may be a linear alcohol.
  • the supercooled state of the heat storage material composition is more stabilized.
  • the two hydroxyl groups contained in the dihydric alcohol are the carbon atom at the 1-position and the 2-position of the divalent alcohol, respectively. It is good that it is bonded to the carbon atom of. According to the third aspect, the supercooled state of the heat storage material composition is more stabilized.
  • the alcohol may be dissolved in 1 kg or more in 1 L of water at 20 ° C. According to the fourth aspect, even if heat storage and heat dissipation are repeated for the heat storage material composition, it is difficult to separate water and alcohol in the heat storage material composition. Therefore, even if the heat storage material composition is used for a long period of time, the composition of the heat storage material composition is unlikely to change.
  • the alcohol is 1,2-butanediol, 1,2-pentanediol or 1,2-. It may contain hexanediol.
  • the hydroxyl group of the alcohol functions as a hydrophilic group, and the carbon chain not bonded to the hydroxyl group functions as a hydrophobic group. According to such alcohols, the interaction of sodium acetate, water and alcohol further suppresses the crystallization of sodium acetate. Therefore, the supercooled state of the heat storage material composition is more stabilized.
  • the ratio of the mass of sodium acetate to the total mass of sodium acetate, water and alcohol is 20 wt% or more. It would be nice to have it.
  • the heat storage material composition is easily supercooled.
  • wt% represents mass%.
  • the alcohol may be 1,2-butanediol.
  • the mass ratio of the three components should be within the following range. That is, a straight line connecting point A (20: 79.9: 0.1) and point B (50: 49.5: 0.5), and a straight line connecting point B and point C (52: 46: 2).
  • the alcohol may be 1,2-pentanediol.
  • the mass ratio of the three components may be within the following range. That is, a straight line connecting the point A (20: 79.9: 0.1) and the point B (60: 39.5: 0.5), and a straight line connecting the point B and the point C (80: 18: 2).
  • the supercooled state of the heat storage material composition is more stabilized.
  • the alcohol may be 1,2-hexanediol.
  • the mass ratio of the three components may be within the following range. That is, a straight line connecting point A (20: 79.9: 0.1) and point B (60: 39.5: 0.5), and a straight line connecting point B and point C (80: 18: 2).
  • the heat storage device comprises a heat storage material composition according to any one of the first to ninth aspects, a container for accommodating the heat storage material composition, and a supercooled state of the heat storage material composition. It is provided with a supercooling release mechanism for releasing.
  • the heat storage material composition since the heat storage material composition is hard to vaporize, the pressure in the container is hard to rise. Therefore, the heat storage device is not easily damaged, and the possibility that the liquid heat storage material composition leaks is low. In the heat storage device, the supercooled state of the heat storage material composition is stabilized.
  • the heat storage material composition of the present embodiment contains sodium acetate, water and alcohol.
  • the heat storage material composition may consist of sodium acetate, water and alcohol.
  • Sodium acetate is hydrated, for example, by the water contained in the heat storage composition. That is, the heat storage material composition may contain sodium acetate trihydrate formed by sodium acetate and water.
  • the heat storage material composition may contain sodium acetate anhydride.
  • the alcohol contained in the heat storage material composition contains at least one selected from the group consisting of 1,2-butanediol and a divalent alcohol having 5 or 6 carbon atoms.
  • "alcohol containing at least one selected from the group consisting of 1,2-butanediol and divalent alcohol having 5 or 6 carbon atoms” may be referred to as "alcohol A”.
  • a "divalent alcohol having 5 or 6 carbon atoms” may be referred to as a "divalent alcohol B".
  • the dihydric alcohol means a hydrocarbon compound substituted with two hydroxyl groups.
  • the dihydric alcohol B is, for example, a saturated hydrocarbon compound substituted with two hydroxyl groups.
  • the divalent alcohol B is, for example, a linear alcohol.
  • linear alcohol means that the carbon chain of the dihydric alcohol B is linear.
  • the carbon chain of the dihydric alcohol B may be in the form of a branched chain.
  • the position of the carbon atom to which the two hydroxyl groups are bonded is not particularly limited.
  • the two hydroxyl groups contained in the dihydric alcohol B may be bonded to the carbon atom at the 1-position and the carbon atom at the 2-position of the dihydric alcohol B, respectively.
  • the divalent alcohol B is, for example, 1,2-pentanediol or 1,2-hexanediol. That is, the alcohol A contains, for example, at least one selected from the group consisting of 1,2-butanediol, 1,2-pentanediol and 1,2-hexanediol.
  • 1,2-Butanediol, 1,2-pentanediol and 1,2-hexanediol are represented by the following formula (1). However, in the equation (1), n is an integer from 1 to 3.
  • Alcohol A dissolves in 1 kg or more in 1 L (1 liter) of water at 20 ° C., for example. That is, the alcohol A may be miscible with water. All of the compounds of formula (1) are miscible with water.
  • the boiling point of alcohol A may be 150 ° C. or higher, 190 ° C. or higher, 200 ° C. or higher, or 210 ° C. or higher.
  • the upper limit of the boiling point of alcohol A is not particularly limited, and is, for example, 240 ° C.
  • 1,2-butanediol has a boiling point of 194 ° C.
  • the boiling point of 1,2-pentanediol is 210 ° C.
  • the boiling point of 1,2-hexanediol is 224 ° C.
  • the saturated vapor pressure of alcohol A when the alcohol A is heated to 150 ° C. may be 30 kPa or less, 20 kPa or less, or 10 kPa or less.
  • the lower limit of the saturated vapor pressure of alcohol A at this time is not particularly limited, and is, for example, 1 kPa.
  • the saturated vapor pressure of 1,2-butanediol when 1,2-butanediol is heated to 150 ° C. is 26.2 kPa.
  • the saturated vapor pressure of 1,2-pentanediol when the 1,2-pentanediol is heated to 150 ° C. is 14.2 kPa.
  • the saturated vapor pressure of 1,2-hexanediol when 1,2-hexanediol is heated to 150 ° C. is 8.3 kPa.
  • the ratio of the mass of sodium acetate to the total mass W of sodium acetate, water and alcohol A may be 20 wt% or more.
  • the ratio of the mass of sodium acetate to the total mass W may be 90 wt% or less.
  • the ratio of the mass of water to the total mass W is, for example, 5 wt% or more and 79.9 wt% or less.
  • the ratio of the mass of alcohol A to the total mass W is, for example, 0.1 wt% or more and 75 wt% or less.
  • the alcohol A is, for example, 1,2-butanediol.
  • FIG. 1 is a triangular diagram showing the mass ratios of the three components of sodium acetate, water and alcohol A in this heat storage material composition. As shown in FIG. 1, the mass ratio of these three components is the straight line connecting the point A (20: 79.9: 0.1) and the point B (50: 49.5: 0.5), and the point B.
  • a straight line connecting point C (52:46: 2), a straight line connecting point C and point D (80:18: 2), a straight line connecting point D and point E (80:10:10), point E
  • x means the ratio of the mass of sodium acetate to the total mass W.
  • y means the ratio of the mass of water to the total mass W.
  • z means the ratio of the mass of alcohol A to the total mass W.
  • FIG. 2 is a triangular diagram showing the mass ratios of the three components of sodium acetate, water and alcohol A in this heat storage material composition. As shown in FIG. 2, the mass ratio of these three components is the straight line connecting the point A (20: 79.9: 0.1) and the point B (60: 39.5: 0.5), and the point B.
  • a straight line connecting point C 80:18: 2), a straight line connecting point C and point D (80: 5:15), a straight line connecting point D and point E (20: 5: 75), and It is preferable that it is within the range surrounded by the straight line connecting the point E and the point A.
  • FIG. 3 is a triangular diagram showing the mass ratio of the three components of sodium acetate, water and alcohol A in this heat storage material composition. As shown in FIG. 3, the mass ratio of these three components is the straight line connecting the point A (20: 79.9: 0.1) and the point B (60: 39.5: 0.5), and the point B.
  • a straight line connecting point C (80:18: 2), a straight line connecting point C and point D (90: 8: 2), a straight line connecting point D and point E (90: 5: 5), point E It is preferable that the area is surrounded by a straight line connecting the point F and the point F (20: 5: 75) and a straight line connecting the point F and the point A.
  • Alcohol A has a sufficiently high boiling point and is difficult to vaporize. Therefore, even if heat is stored in the heat storage material composition, the internal pressure of the heat storage device that houses the heat storage material composition does not easily increase. It is unlikely that the heat storage device will be damaged and the liquid heat storage composition will leak due to the increase in the internal pressure of the heat storage device. Further, since the alcohol A is hard to vaporize, the composition of the heat storage material composition is hard to change even if the heat storage and heat dissipation of the heat storage material composition of the present embodiment are repeated. Therefore, the heat storage material composition of the present embodiment is suitable for long-term use.
  • Alcohol A can also sufficiently stabilize the supercooled state of the heat storage material composition.
  • the hydroxyl group functions as a hydrophilic group, and the carbon chain not bonded to the hydroxyl group functions as a hydrophobic group.
  • the interaction of sodium acetate, water and the compound of formula (1) further suppresses the crystallization of sodium acetate. Therefore, the supercooled state of the heat storage material composition is more stabilized.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the heat storage device 100 of the present embodiment.
  • the heat storage device 100 includes the above-mentioned heat storage material composition 10, the container 12, and the supercooling release mechanism 20.
  • the container 12 contains the heat storage material composition 10.
  • the container 12 is made of a heat-conducting material.
  • the supercooling release mechanism 20 has a power supply 21, a pair of electrodes 22, and a switch 23.
  • the power source 21 may be a DC power source or an AC power source.
  • Each of the pair of electrodes 22 is electrically connected to the power supply 21 by wiring.
  • the pair of electrodes 22 are arranged so as to be in contact with the heat storage material composition 10.
  • the switch 23 is arranged between one of the pair of electrodes 22 and the power supply 21. By closing the switch 23, a voltage can be applied to the pair of electrodes 22.
  • the heat storage device 100 further includes, for example, a central housing 30, an end member 31a, an end member 31b, a rectifying member 40a, and a rectifying member 40b.
  • the central housing 30 is a tubular housing made of a material having heat insulating properties.
  • a plurality of containers 12 containing the heat storage material composition 10 are arranged in the internal space of the central housing 30.
  • the heat medium flow path 15 is formed by the outer peripheral surfaces of the plurality of containers 12 and the inner peripheral surfaces of the central housing 30.
  • the heat medium flow path 15 is a flow path of a heat medium for applying heat to the heat storage material composition 10 or a heat medium for recovering heat from the heat storage material composition 10.
  • the end member 31a is fixed to one end of the central housing 30, and the end member 31b is fixed to the other end of the central housing 30.
  • the end member 31a and the end member 31b are funnel-shaped members, respectively, and form a space that expands toward the central housing 30.
  • the end member 31a and the end member 31b form an inlet or outlet of the heat medium.
  • the rectifying member 40a is fixed inside the end member 31a at one end of the central housing 30, and the rectifying member 40b is fixed inside the end member 31b at the other end of the central housing 30.
  • Each of the rectifying member 40a and the rectifying member 40b is a plate-shaped member having a plurality of through holes, and functions to regulate the flow of the heat medium.
  • the heat storage material composition 10 is heated by a heat medium.
  • the heat storage material composition 10 melts.
  • the heat storage material composition 10 is cooled. As a result, the temperature of the heat storage material composition 10 falls below the melting point of the heat storage material composition 10, and the heat storage material composition 10 is supercooled.
  • the supercooling release mechanism 20 is not limited to the above-described configuration.
  • the supercooling release mechanism 20 may be a plate member having a groove. At this time, the supercooling release mechanism 20 is housed in the container 12, for example.
  • the plate member is made of, for example, metal or resin and has elasticity. When stress is applied to the plate member to deform the plate member so that the opening of the groove becomes large, the supercooled state of the heat storage material composition 10 is released, and the heat storage material composition 10 is changed from the liquid state to the solid state. be able to.
  • Comparative Example 1 First, 29.7 g of sodium acetate and 22.6 g of water were mixed. The sodium acetate was then dissolved in water by heating the resulting mixture in a constant temperature bath at 90 ° C. The temperature of the resulting solution was then lowered to room temperature. In the present specification, the room temperature is 20 ⁇ 15 ° C. Next, crystals of sodium acetate trihydrate were added to the solution. As a result, the solution crystallized, and the heat storage material composition of Comparative Example 1 was obtained.
  • Comparative Examples 2 to 4 and Examples 1 to 3 The heat storage composition of Comparative Examples 2 to 4 and Examples 1 to 3 was prepared by the same method as in Comparative Example 1 except that 3.7 g of the stabilizer shown in Table 1 was further mixed with sodium acetate and water. Obtained. The solution that did not crystallize even when crystals of sodium acetate trihydrate were added was crystallized by cooling in a constant temperature bath at ⁇ 45 ° C.
  • the heat storage material composition was melted.
  • the temperature of the constant temperature bath was lowered to ⁇ 20 ° C. at a temperature lowering rate of 2 ° C./min.
  • the temperature of the constant temperature bath was maintained at ⁇ 20 ° C. for 12 hours. At this time, the presence or absence of crystallization of the heat storage material composition was observed.
  • the time from when the temperature of the constant temperature bath reached ⁇ 20 ° C. until the heat storage material composition crystallized was recorded. This time was regarded as the time during which the supercooled state of the heat storage material composition was maintained.
  • the heat storage material composition was crystallized by lowering the temperature of the constant temperature bath to ⁇ 45 ° C. and maintaining the temperature for 3 hours.
  • the temperature of the constant temperature bath was raised to 30 ° C. at a heating rate of 2 ° C./min.
  • the above operation related to the temperature of the constant temperature bath was defined as one cycle, and this operation was repeated for 6 cycles to evaluate the stability of the supercooled state of the heat storage material composition.
  • the average value of the time during which the supercooled state was maintained was calculated by dividing the total value of the time during which the supercooled state was maintained at ⁇ 20 ° C. by the number of cycles.
  • the probability that the supercooled state was maintained for 12 hours was calculated by dividing the number of times that the supercooled state of the heat storage material composition was maintained for 12 hours at ⁇ 20 ° C. by the number of cycles. The results are shown in Table 1.
  • the heat storage material composition of Comparative Example 1 containing no stabilizer and the heat storage material compositions of Comparative Examples 1 to 4 containing an alcohol different from alcohol A can sufficiently maintain the supercooled state.
  • the stability of the supercooled state was poor.
  • the heat storage material compositions of Examples 1 to 3 containing alcohol A did not crystallize at ⁇ 20 ° C. and were excellent in stability in a supercooled state.
  • Examples 4 to 11 It was carried out by the same method as in Example 1 except that the amount of the three components added was adjusted so that the mass ratio of the three components of sodium acetate, water and 1,2-butanediol became the values shown in Table 2.
  • the heat storage material compositions of Examples 4 to 11 were obtained. Further, for these heat storage material compositions, the same method as in Example 1 was applied except that the temperature of the constant temperature bath during heat storage was changed from 65 ° C. to 75 ° C. and the number of cycles was changed from 6 to 4. The stability of the supercooled state was evaluated. The results are shown in Table 2.
  • the mass ratios of the three components in Examples 4 to 11 correspond to the circles ( ⁇ ) in FIG.
  • the mass ratio of the three components of sodium acetate, water and 1,2-butanediol is within the frame of FIG. 1, the supercooled state of the heat storage material composition is sufficient. It is stabilized.
  • Example 12 to 17 It was carried out by the same method as in Example 2 except that the amount of the three components added was adjusted so that the mass ratio of the three components of sodium acetate, water and 1,2-pentanediol was the value shown in Table 3.
  • the heat storage material compositions of Examples 12 to 17 were obtained. Further, these heat storage material compositions were evaluated for stability in a supercooled state by the same method as in Example 4. The results are shown in Table 3.
  • the mass ratios of the three components in Examples 12 to 17 correspond to the circles ( ⁇ ) in FIG.
  • the mass ratio of the three components of sodium acetate, water and 1,2-pentanediol is within the frame of FIG. 2, the supercooled state of the heat storage material composition is sufficient. It is stabilized.
  • Examples 18 to 25 It was carried out by the same method as in Example 3 except that the amount of the three components added was adjusted so that the mass ratio of the three components of sodium acetate, water and 1,2-hexanediol was the value shown in Table 3.
  • the heat storage material compositions of Examples 18 to 25 were obtained. Further, these heat storage material compositions were evaluated for stability in a supercooled state by the same method as in Example 4. The results are shown in Table 4.
  • the mass ratios of the three components in Examples 18 to 25 correspond to the circles ( ⁇ ) in FIG.
  • the mass ratio of the three components of sodium acetate, water and 1,2-hexanediol is within the frame of FIG. 3, the supercooled state of the heat storage material composition is sufficient. It is stabilized.
  • the heat storage material composition and the heat storage device of the present disclosure are suitable for warming up the equipment by using the waste heat of the internal combustion engine, the waste heat of the combustion type boiler, etc. as a heat source.
  • the techniques disclosed herein can also be applied to air conditioners, water heaters, battery cooling systems for electric vehicles (EVs), and underfloor heating systems in homes.
  • EVs electric vehicles
  • Heat storage material composition 12 Container 20 Supercooling release mechanism 100 Heat storage device

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Abstract

気化しにくく、過冷却状態が十分に安定化された蓄熱材組成物を提供する。本開示の一態様における蓄熱材組成物は、酢酸ナトリウム、水及びアルコールを含む。アルコールは、1,2-ブタンジオール及び炭素数5又は6の2価アルコールからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。2価アルコールは、例えば、直鎖アルコールである。例えば、2価アルコールに含まれる2つのヒドロキシル基は、それぞれ、2価アルコールの1位の炭素原子及び2位の炭素原子に結合している。アルコールは、例えば、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール及び1,2-ヘキサンジオールからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。

Description

蓄熱材組成物及び蓄熱装置
 本開示は、蓄熱材組成物及び蓄熱装置に関する。
 従来、物質の融解及び凝固の相変化を利用した潜熱蓄熱材が知られている。潜熱蓄熱材は、例えば、酢酸ナトリウム三水和物を主成分として含む。潜熱蓄熱材を用いて、次の方法で蓄熱を行うことができる。まず、蓄熱時において、潜熱蓄熱材を加熱することによって液体状態の潜熱蓄熱材を得る。次に、潜熱蓄熱材を冷却する。このとき、潜熱蓄熱材は、過冷却され、液体状態を維持する。潜熱蓄熱材に蓄えられた熱は、必要なときに、潜熱蓄熱材を結晶化させることによって取り出すことができる。
 特許文献1及び特許文献2は、アルコールを含む蓄熱材組成物を開示している。
特開2015-183973号公報 特開2016-20470号公報
 特許文献1及び特許文献2に開示されたアルコールのうち、1価アルコールは、十分に高い沸点を有しておらず、蓄熱材組成物の蓄熱時に気化することがある。特許文献1及び2に開示されたアルコールのうち、2価以上の多価アルコールは、蓄熱材組成物の過冷却状態を十分に安定化できない。
 本開示は、気化しにくく、過冷却状態が十分に安定化された蓄熱材組成物を提供する。
 本開示の一態様にかかる蓄熱材組成物は、酢酸ナトリウム、水及びアルコールを含む。アルコールは、1,2-ブタンジオール及び炭素数5又は6の2価アルコールからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。
 本開示によれば、気化しにくく、過冷却状態が十分に安定化された蓄熱材組成物を提供できる。
図1は、本開示の実施形態にかかる蓄熱材組成物における酢酸ナトリウム、水及び1,2-ブタンジオールの三成分の質量比率を示す三角図である。 図2は、本開示の変形例にかかる蓄熱材組成物における酢酸ナトリウム、水及び1,2-ペンタンジオールの三成分の質量比率を示す三角図である。 図3は、本開示の別の変形例にかかる蓄熱材組成物における酢酸ナトリウム、水及び1,2-ヘキサンジオールの三成分の質量比率を示す三角図である。 図4は、本開示の蓄熱材組成物を用いた蓄熱装置の概略断面図である。
 (本開示の基礎となった知見)
 特許文献1及び2に開示されたアルコールのうち、1価アルコールは、十分に高い沸点を有していない。そのため、特許文献1及び2の蓄熱材組成物が、例えば97℃以上150℃以下の高い温度に加熱されたときに、蓄熱材組成物に含まれる1価アルコールが気化することがある。これにより、蓄熱材組成物を収容する蓄熱装置の内圧が上昇し、蓄熱装置が破損することがある。このとき、蓄熱装置から液体の蓄熱材組成物が漏れることがある。1価アルコールが気化することによって、蓄熱材組成物の組成が変化することもある。
 本開示の第1態様にかかる蓄熱材組成物は、酢酸ナトリウム、水及びアルコールを含む。アルコールは、1,2-ブタンジオール、炭素数5の2価アルコールまたは炭素数6の2価アルコールを含む。
 第1態様によれば、アルコールは、1,2-ブタンジオール、炭素数5の2価アルコール又は炭素数6の2価アルコールを含む。このアルコールは、十分に高い沸点を有しており、気化しにくい。さらに、このアルコールは、蓄熱材組成物の過冷却状態を十分に安定化できる。
 本開示の第2態様において、例えば、第1態様にかかる蓄熱材組成物では、2価アルコールが直鎖アルコールであってもよい。第2態様によれば、蓄熱材組成物の過冷却状態がより安定化される。
 本開示の第3態様において、例えば、第1又は第2態様にかかる蓄熱材組成物では、2価アルコールに含まれる2つのヒドロキシル基は、それぞれ、2価アルコールの1位の炭素原子及び2位の炭素原子に結合しているとよい。第3態様によれば、蓄熱材組成物の過冷却状態がより安定化される。
 本開示の第4態様において、例えば、第1から第3態様のいずれか1つにかかる蓄熱材組成物では、アルコールは、20℃の水1Lに対して1kg以上溶解するとよい。第4態様によれば、蓄熱材組成物について蓄熱及び放熱を繰り返しても、蓄熱材組成物において、水とアルコールとが分離しにくい。そのため、蓄熱材組成物を長期間使用しても、蓄熱材組成物の組成が変化しにくい。
 本開示の第5態様において、例えば、第1から第4態様のいずれか1つにかかる蓄熱材組成物では、アルコールは、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオールまたは1,2-ヘキサンジオールを含むとよい。第5態様によれば、アルコールのヒドロキシル基が親水基として機能し、ヒドロキシル基と結合していない炭素鎖が疎水基として機能する。このようなアルコールによれば、酢酸ナトリウム、水及びアルコールの相互作用によって、酢酸ナトリウムの結晶化がより抑制される。そのため、蓄熱材組成物の過冷却状態がより安定化される。
 本開示の第6態様において、例えば、第1から第5態様のいずれか1つにかかる蓄熱材組成物では、酢酸ナトリウム、水及びアルコールの合計質量に対する酢酸ナトリウムの質量の比率が20wt%以上であるとよい。第6態様によれば、蓄熱材組成物は、容易に過冷却される。ここで、wt%は、質量%のことを表す。
 本開示の第7態様において、例えば、第1から第6態様のいずれか1つにかかる蓄熱材組成物では、アルコールが1,2-ブタンジオールであってもよい。酢酸ナトリウム、水及びアルコールの三成分の質量比率をそれぞれx、y、z(但しx+y+z=100とする)としたとき、前記三成分の質量比率(x:y:z)を示す三角図において、三成分の質量比率は、以下の範囲内にあるとよい。すなわち、点A(20:79.9:0.1)と点B(50:49.5:0.5)とを結ぶ直線、点Bと点C(52:46:2)とを結ぶ直線、点Cと点D(80:18:2)とを結ぶ直線、点Dと点E(80:10:10)とを結ぶ直線、点Eと点F(20:5:75)とを結ぶ直線、及び、点Fと点Aとを結ぶ直線によって囲まれた範囲内にあってもよい。第7態様によれば、蓄熱材組成物の過冷却状態がより安定化される。
 本開示の第8態様において、例えば、第1から第6態様のいずれか1つにかかる蓄熱材組成物では、アルコールが1,2-ペンタンジオールであってもよい。酢酸ナトリウム、水及びアルコールの三成分の質量比率をそれぞれx、y、z(但しx+y+z=100とする)としたとき、前記三成分の質量比率(x:y:z)を示す三角図において、三成分の質量比率は、以下の範囲内にあってもよい。すなわち、点A(20:79.9:0.1)と点B(60:39.5:0.5)とを結ぶ直線、点Bと点C(80:18:2)とを結ぶ直線、点Cと点D(80:5:15)とを結ぶ直線、点Dと点E(20:5:75)とを結ぶ直線、及び、点Eと点Aとを結ぶ直線によって囲まれた範囲内にあってもよい。第8態様によれば、蓄熱材組成物の過冷却状態がより安定化される。
 本開示の第9態様において、例えば、第1から第6態様のいずれか1つにかかる蓄熱材組成物では、アルコールが1,2-ヘキサンジオールであってもよい。酢酸ナトリウム、水及びアルコールの三成分の質量比率をそれぞれx、y、z(但しx+y+z=100とする)としたとき、前記三成分の質量比率(x:y:z)を示す三角図において、三成分の質量比率は、以下の範囲内にあってもよい。すなわち、点A(20:79.9:0.1)と点B(60:39.5:0.5)とを結ぶ直線、点Bと点C(80:18:2)とを結ぶ直線、点Cと点D(90:8:2)とを結ぶ直線、点Dと点E(90:5:5)とを結ぶ直線、点Eと点F(20:5:75)とを結ぶ直線、及び、点Fと点Aとを結ぶ直線によって囲まれた範囲内にあってもよい。第9態様によれば、蓄熱材組成物の過冷却状態がより安定化される。
 本開示の第10態様にかかる蓄熱装置は、第1から第9態様のいずれか1つにかかる蓄熱材組成物と、蓄熱材組成物を収容する容器と、蓄熱材組成物の過冷却状態を解除する過冷却解除機構と、を備える。
 第10態様によれば、蓄熱材組成物が気化しにくいため、容器内の圧力が上昇しにくい。そのため、蓄熱装置は、破損しにくく、液体の蓄熱材組成物が漏れる可能性が低い。蓄熱装置では、蓄熱材組成物の過冷却状態が安定化される。
 以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
 (蓄熱材組成物)
 本実施形態の蓄熱材組成物は、酢酸ナトリウム、水及びアルコールを含む。蓄熱材組成物は、酢酸ナトリウム、水及びアルコールからなっていてもよい。酢酸ナトリウムは、例えば、蓄熱材組成物に含まれる水によって水和されている。すなわち、蓄熱材組成物は、酢酸ナトリウム及び水によって形成された酢酸ナトリウム三水和物を含んでいてもよい。蓄熱材組成物は、酢酸ナトリウム無水物を含んでいてもよい。
 蓄熱材組成物に含まれるアルコールは、1,2-ブタンジオール及び炭素数5又は6の2価アルコールからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。本明細書では、「1,2-ブタンジオール及び炭素数5又は6の2価アルコールからなる群より選ばれる少なくとも1つを含むアルコール」を「アルコールA」と呼ぶことがある。「炭素数5又は6の2価アルコール」を「2価アルコールB」と呼ぶことがある。2価アルコールとは、2つのヒドロキシル基によって置換された炭化水素化合物を意味する。2価アルコールBは、例えば、2つのヒドロキシル基によって置換された飽和炭化水素化合物である。
 2価アルコールBは、例えば、直鎖アルコールである。本明細書において、「直鎖アルコール」とは、2価アルコールBの炭素鎖が直鎖状であることを意味する。ただし、2価アルコールBの炭素鎖は、分岐鎖状であってもよい。
 2価アルコールBにおいて、2つのヒドロキシル基が結合している炭素原子の位置は、特に限定されない。2価アルコールBに含まれる2つのヒドロキシル基は、それぞれ、2価アルコールBの1位の炭素原子及び2位の炭素原子に結合していてもよい。
 2価アルコールBは、例えば、1,2-ペンタンジオール又は1,2-ヘキサンジオールである。すなわち、アルコールAは、例えば、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール及び1,2-ヘキサンジオールからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール及び1,2-ヘキサンジオールは、以下の式(1)で表される。ただし、式(1)において、nは、1から3の整数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 アルコールAは、例えば、20℃の水1L(1リットル)に対して1kg以上溶解する。すなわち、アルコールAは、水と混和可能であってもよい。式(1)の化合物は、いずれも水と混和可能である。
 アルコールAの沸点は、150℃以上であってもよく、190℃以上であってもよく、200℃以上であってもよく、210℃以上であってもよい。アルコールAの沸点の上限値は、特に限定されず、例えば、240℃である。一例として、1,2-ブタンジオールの沸点は、194℃である。1,2-ペンタンジオールの沸点は、210℃である。1,2-ヘキサンジオールの沸点は、224℃である。
 アルコールAを150℃に加熱したときのアルコールAの飽和蒸気圧は、30kPa以下であってもよく、20kPa以下であってもよく、10kPa以下であってもよい。このときのアルコールAの飽和蒸気圧の下限値は、特に限定されず、例えば、1kPaである。一例として、1,2-ブタンジオールを150℃に加熱したときの1,2-ブタンジオールの飽和蒸気圧は、26.2kPaである。1,2-ペンタンジオールを150℃に加熱したときの1,2-ペンタンジオールの飽和蒸気圧は、14.2kPaである。1,2-ヘキサンジオールを150℃に加熱したときの1,2-ヘキサンジオールの飽和蒸気圧は、8.3kPaである。
 酢酸ナトリウム、水及びアルコールAの合計質量Wに対する酢酸ナトリウムの質量の比率は、20wt%以上であってもよい。合計質量Wに対する酢酸ナトリウムの質量の比率は、90wt%以下であってもよい。合計質量Wに対する水の質量の比率は、例えば、5wt%以上79.9wt%以下である。合計質量Wに対するアルコールAの質量の比率は、例えば、0.1wt%以上75wt%以下である。
 本実施形態の蓄熱材組成物において、アルコールAは、例えば、1,2-ブタンジオールである。図1は、この蓄熱材組成物における酢酸ナトリウム、水及びアルコールAの三成分の質量比率を示す三角図である。図1に示すとおり、これらの三成分の質量比率は、点A(20:79.9:0.1)と点B(50:49.5:0.5)とを結ぶ直線、点Bと点C(52:46:2)とを結ぶ直線、点Cと点D(80:18:2)とを結ぶ直線、点Dと点E(80:10:10)とを結ぶ直線、点Eと点F(20:5:75)とを結ぶ直線、及び、点Fと点Aとを結ぶ直線によって囲まれた範囲内にあるとよい。ただし、三成分の質量比率の座標(x:y:z)において、xは、合計質量Wに対する酢酸ナトリウムの質量の比率を意味している。上記の座標において、yは、合計質量Wに対する水の質量の比率を意味している。上記の座標において、zは、合計質量Wに対するアルコールAの質量の比率を意味している。なお、x+y+z=100としている。
 変形例にかかる蓄熱材組成物において、アルコールAは、例えば、1,2-ペンタンジオールである。図2は、この蓄熱材組成物における酢酸ナトリウム、水及びアルコールAの三成分の質量比率を示す三角図である。図2に示すとおり、これらの三成分の質量比率は、点A(20:79.9:0.1)と点B(60:39.5:0.5)とを結ぶ直線、点Bと点C(80:18:2)とを結ぶ直線、点Cと点D(80:5:15)とを結ぶ直線、点Dと点E(20:5:75)とを結ぶ直線、及び、点Eと点Aとを結ぶ直線によって囲まれた範囲内にあるとよい。
 別の変形例にかかる蓄熱材組成物において、アルコールAは、例えば、1,2-ヘキサンジオールである。図3は、この蓄熱材組成物における酢酸ナトリウム、水及びアルコールAの三成分の質量比率を示す三角図である。図3に示すとおり、これらの三成分の質量比率は、点A(20:79.9:0.1)と点B(60:39.5:0.5)とを結ぶ直線、点Bと点C(80:18:2)とを結ぶ直線、点Cと点D(90:8:2)とを結ぶ直線、点Dと点E(90:5:5)とを結ぶ直線、点Eと点F(20:5:75)とを結ぶ直線、及び、点Fと点Aとを結ぶ直線によって囲まれた範囲内にあるとよい。
 アルコールAは、十分に高い沸点を有しており、気化しにくい。そのため、蓄熱材組成物について蓄熱を行っても、蓄熱材組成物を収容する蓄熱装置の内圧が上昇しにくい。蓄熱装置の内圧の上昇によって、蓄熱装置が破損し、液体の蓄熱材組成物が漏れる可能性が低い。さらに、アルコールAが気化しにくいため、本実施形態の蓄熱材組成物について蓄熱及び放熱を繰り返しても、蓄熱材組成物の組成が変化しにくい。そのため、本実施形態の蓄熱材組成物は、長期間の使用に適している。
 アルコールAは、蓄熱材組成物の過冷却状態を十分に安定化することもできる。特に、上記の式(1)の化合物では、ヒドロキシル基が親水基として機能し、ヒドロキシル基と結合していない炭素鎖が疎水基として機能する。酢酸ナトリウム、水及び式(1)の化合物の相互作用によって、酢酸ナトリウムの結晶化がより抑制される。そのため、蓄熱材組成物の過冷却状態がより安定化される。
 (蓄熱装置)
 図4は、本実施形態の蓄熱装置100の概略断面図である。図4に示すように、蓄熱装置100は、上述した蓄熱材組成物10、容器12及び過冷却解除機構20を備えている。容器12は、蓄熱材組成物10を収容している。容器12は、伝熱性を有する材料でできている。過冷却解除機構20は、電源21、一対の電極22及びスイッチ23を有する。電源21は、直流電源であってもよく、交流電源であってもよい。一対の電極22のそれぞれは、配線によって電源21に電気的に接続されている。一対の電極22は、蓄熱材組成物10に接触するように配置されている。スイッチ23は、一対の電極22のうちの1つの電極と電源21との間に配置されている。スイッチ23を閉じることによって、一対の電極22に電圧を印加することができる。
 図4に示すように、蓄熱装置100は、例えば、中央筐体30、端部材31a、端部材31b、整流部材40a及び整流部材40bをさらに備える。中央筐体30は、断熱性を有する材料でできた筒状の筐体である。中央筐体30の内部空間には、蓄熱材組成物10が収容された複数の容器12が配置されている。中央筐体30の内部空間において、複数の容器12の外周面及び中央筐体30の内周面によって熱媒体流路15が形成されている。熱媒体流路15は、蓄熱材組成物10に熱を付与するための熱媒体又は蓄熱材組成物10から熱を回収するための熱媒体の流路である。中央筐体30の一方の端部に端部材31aが固定され、中央筐体30の他方の端部に端部材31bが固定されている。端部材31a及び端部材31bは、それぞれ、漏斗状の部材であり、中央筐体30に向かって拡大する空間を形成している。端部材31a及び端部材31bによって、熱媒体の流入口又は流出口が形成されている。また、中央筐体30の一方の端部で端部材31aの内側に整流部材40aが固定されており、中央筐体30の他方の端部で端部材31bの内側に整流部材40bが固定されている。整流部材40a及び整流部材40bは、それぞれ、複数の貫通孔を有する板状の部材であり、熱媒体の流れを整える働きをする。
 次に、蓄熱装置100を用いた蓄熱方法を説明する。
 まず、熱媒体によって、蓄熱材組成物10を加熱する。蓄熱材組成物10の温度が蓄熱材組成物10の融点を上回ると、蓄熱材組成物10が融解する。次に、蓄熱材組成物10を冷却する。これにより、蓄熱材組成物10の温度が蓄熱材組成物10の融点を下回り、蓄熱材組成物10が過冷却される。
 次に、一対の電極22に電圧を印加する。これにより、蓄熱材組成物10に電気的な刺激が加わり、蓄熱材組成物10が液体状態から固体状態に変化する。その結果、蓄熱材組成物10に蓄えられた熱が放出される。
 蓄熱装置100において、過冷却解除機構20は、上述した構成に限定されない。過冷却解除機構20は、溝を有する板部材であってもよい。このとき、過冷却解除機構20は、例えば、容器12に収容されている。板部材は、例えば、金属又は樹脂でできており、弾性を有する。板部材に応力を加えて、溝の開口が大きくなるように板部材を変形させると、蓄熱材組成物10の過冷却状態を解除し、蓄熱材組成物10を液体状態から固体状態に変化させることができる。
 本開示を実施例に基づき、具体的に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
 (比較例1)
 まず、酢酸ナトリウム29.7g及び水22.6gを混合した。次に、得られた混合物を90℃の恒温槽で加熱することによって、酢酸ナトリウムを水に溶解させた。次に、得られた溶液の温度を室温まで低下させた。本明細書において、室温は、20±15℃である。次に、溶液に酢酸ナトリウム三水和物の結晶を添加した。これにより、溶液が結晶化し、比較例1の蓄熱材組成物が得られた。
 (比較例2から4及び実施例1から3)
 酢酸ナトリウム及び水に、表1に記載された安定剤3.7gをさらに混合したことを除き、比較例1と同じ方法によって、比較例2から4及び実施例1から3の蓄熱材組成物を得た。なお、酢酸ナトリウム三水和物の結晶を添加しても、結晶化しなかった溶液については、-45℃の恒温槽で冷却することによって、結晶化を行った。
 [過冷却状態の安定性評価]
 次に、比較例1から4及び実施例1から3の蓄熱材組成物のそれぞれについて、以下の方法で過冷却状態の安定性を評価した。まず、蓄熱材組成物をガラスでできたサンプル瓶の内部に収容し、サンプル瓶を密閉した。導電性テープによって、熱電対をサンプル瓶に貼り付けた。次に、サンプル瓶を恒温槽内に配置した。恒温槽の温度は、30℃に設定されていた。蓄熱材組成物の温度が約30℃であることを確認した後、恒温槽の温度を2℃/分の昇温速度で65℃まで昇温した。次に、恒温槽の温度を65℃で3.5時間維持した。これにより、蓄熱材組成物が融解した。次に、恒温槽の温度を2℃/分の降温速度で-20℃まで降温した。恒温槽の温度を-20℃で12時間維持した。このとき、蓄熱材組成物の結晶化の有無を観察した。蓄熱材組成物が結晶化した場合は、恒温槽の温度が-20℃に達してから蓄熱材組成物が結晶化するまでの時間を記録した。この時間を蓄熱材組成物の過冷却状態が維持された時間とみなした。次に、上記の操作で結晶化しなかった蓄熱材組成物については、恒温槽の温度を-45℃まで降温させ、3時間維持することによって、蓄熱材組成物を結晶化させた。次に、恒温槽の温度を2℃/分の昇温速度で30℃まで昇温した。以上の恒温槽の温度に関する操作を1サイクルと定義し、この操作を6サイクル繰り返して、蓄熱材組成物の過冷却状態の安定性評価を行った。安定性評価において、-20℃で蓄熱材組成物の過冷却状態が維持された時間の合計値をサイクル数で除することによって、過冷却状態が維持された時間の平均値を算出した。さらに、-20℃で蓄熱材組成物の過冷却状態が12時間維持された回数をサイクル数で除することによって、過冷却状態が12時間維持された確率を算出した。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1からわかるとおり、安定剤を含まない比較例1の蓄熱材組成物、及び、アルコールAとは異なるアルコールを含む比較例1から4の蓄熱材組成物は、過冷却状態を十分に維持できず、過冷却状態の安定性に乏しかった。これに対して、アルコールAを含む実施例1から3の蓄熱材組成物は、-20℃で結晶化せず、過冷却状態の安定性に優れていた。
 (実施例4から11)
 酢酸ナトリウム、水及び1,2-ブタンジオールの三成分の質量比率が表2に記載された値となるように、三成分の添加量を調節したことを除き、実施例1と同じ方法によって実施例4から11の蓄熱材組成物を得た。さらに、これらの蓄熱材組成物について、蓄熱時の恒温槽の温度を65℃から75℃に変更したこと、及び、サイクル数を6から4に変更したことを除き、実施例1と同じ方法によって過冷却状態の安定性評価を行った。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 実施例4から11における三成分の質量比率は、図1の丸印(〇)に対応している。表2及び図1からわかるとおり、酢酸ナトリウム、水及び1,2-ブタンジオールの三成分の質量比率が図1の枠線内の範囲にあるとき、蓄熱材組成物の過冷却状態が十分に安定化される。
 (実施例12から17)
 酢酸ナトリウム、水及び1,2-ペンタンジオールの三成分の質量比率が表3に記載された値となるように、三成分の添加量を調節したことを除き、実施例2と同じ方法によって実施例12から17の蓄熱材組成物を得た。さらに、これらの蓄熱材組成物について、実施例4と同じ方法によって過冷却状態の安定性評価を行った。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 実施例12から17における三成分の質量比率は、図2の丸印(〇)に対応している。表3及び図2からわかるとおり、酢酸ナトリウム、水及び1,2-ペンタンジオールの三成分の質量比率が図2の枠線内の範囲にあるとき、蓄熱材組成物の過冷却状態が十分に安定化される。
 (実施例18から25)
 酢酸ナトリウム、水及び1,2-ヘキサンジオールの三成分の質量比率が表3に記載された値となるように、三成分の添加量を調節したことを除き、実施例3と同じ方法によって実施例18から25の蓄熱材組成物を得た。さらに、これらの蓄熱材組成物について、実施例4と同じ方法によって過冷却状態の安定性評価を行った。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 実施例18から25における三成分の質量比率は、図3の丸印(〇)に対応している。表4及び図3からわかるとおり、酢酸ナトリウム、水及び1,2-ヘキサンジオールの三成分の質量比率が図3の枠線内の範囲にあるとき、蓄熱材組成物の過冷却状態が十分に安定化される。
 本開示の蓄熱材組成物及び蓄熱装置は、内燃機関の廃熱、燃焼式ボイラーの廃熱などを熱源として機器の暖機を行うことに適している。本明細書に開示された技術は、空調機、給湯器、電気自動車(EV)用の電池冷却システム、住宅の床暖房システムにも適用できる。
10 蓄熱材組成物
12 容器
20 過冷却解除機構
100 蓄熱装置

Claims (10)

  1.  酢酸ナトリウム、水及びアルコールを含み、
     前記アルコールは、1,2-ブタンジオール、炭素数5の2価アルコールまたは炭素数6の2価アルコールを含む、蓄熱材組成物。
  2.  前記2価アルコールが直鎖アルコールである、請求項1に記載の蓄熱材組成物。
  3.  前記2価アルコールに含まれる2つのヒドロキシル基は、それぞれ、前記2価アルコールの1位の炭素原子及び2位の炭素原子に結合している、請求項1又は2に記載の蓄熱材組成物。
  4.  前記アルコールは、20℃の水1Lに対して1kg以上溶解する、請求項1から3のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。
  5.  前記アルコールは、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオールまたは1,2-ヘキサンジオールからなる、請求項1から4のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。
  6.  前記酢酸ナトリウム、前記水及び前記アルコールの合計質量に対する前記酢酸ナトリウムの質量の比率が20wt%以上である、請求項1から5のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。
  7.  前記アルコールが1,2-ブタンジオールであり、
     前記酢酸ナトリウム、前記水及び前記アルコールの三成分の質量比率をそれぞれx、y、z(但しx+y+z=100とする)としたとき、前記三成分の質量比率(x:y:z)を示す三角図において、前記三成分の質量比率は、点A(20:79.9:0.1)と点B(50:49.5:0.5)とを結ぶ直線、前記点Bと点C(52:46:2)とを結ぶ直線、前記点Cと点D(80:18:2)とを結ぶ直線、前記点Dと点E(80:10:10)とを結ぶ直線、前記点Eと点F(20:5:75)とを結ぶ直線、及び、前記点Fと前記点Aとを結ぶ直線によって囲まれた範囲内にある、請求項1から6のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。
  8.  前記アルコールが1,2-ペンタンジオールであり、
     前記酢酸ナトリウム、前記水及び前記アルコールの三成分の質量比率をそれぞれx、y、z(但しx+y+z=100とする)としたとき、前記三成分の質量比率(x:y:z)を示す三角図において、前記三成分の質量比率は、点A(20:79.9:0.1)と点B(60:39.5:0.5)とを結ぶ直線、前記点Bと点C(80:18:2)とを結ぶ直線、前記点Cと点D(80:5:15)とを結ぶ直線、前記点Dと点E(20:5:75)とを結ぶ直線、及び、前記点Eと前記点Aとを結ぶ直線によって囲まれた範囲内にある、請求項1から6のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。
  9.  前記アルコールが1,2-ヘキサンジオールであり、
     前記酢酸ナトリウム、前記水及び前記アルコールの三成分の質量比率をそれぞれx、y、z(但しx+y+z=100とする)としたとき、前記三成分の質量比率(x:y:z)を示す三角図において、前記三成分の質量比率は、点A(20:79.9:0.1)と点B(60:39.5:0.5)とを結ぶ直線、前記点Bと点C(80:18:2)とを結ぶ直線、前記点Cと点D(90:8:2)とを結ぶ直線、前記点Dと点E(90:5:5)とを結ぶ直線、前記点Eと点F(20:5:75)とを結ぶ直線、及び、前記点Fと前記点Aとを結ぶ直線によって囲まれた範囲内にある、請求項1から6のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。
  10.  請求項1から9のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物と、
     前記蓄熱材組成物を収容する容器と、
     前記蓄熱材組成物の過冷却状態を解除する過冷却解除機構と、
    を備えた、蓄熱装置。
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