(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性に優れる板状化学蓄熱体を提供する。【解決手段】金属製の網からなる基板３と、該基板に担持された蓄熱材組成物２とを有し、該蓄熱材組成物が、マグネシウムの水酸化物または酸化物、ストロンチウムの水酸化物または酸化物、バリウムの水酸化物または酸化物、カルシウムの水酸化物または酸化物、および硫酸カルシウムからなる群から選ばれる少なくとも一つと、必要に応じて二酸化チタン、二酸化ケイ素、アルミナシリケート繊維、Eガラス繊維、およびセルロースからなる群から選ばれる少なくとも一つとを含むものである、板状化学蓄熱体１ａ。【選択図】図１
2020101313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の網からなる基板と、
該基板に担持された蓄熱材組成物とを有し、
該蓄熱材組成物が、マグネシウムの水酸化物または酸化物、ストロンチウムの水酸化物または酸化物、バリウムの水酸化物または酸化物、カルシウムの水酸化物または酸化物、および硫酸カルシウムからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むものである、
板状化学蓄熱体。
【請求項２】
蓄熱材組成物は、二酸化チタン、二酸化ケイ素、アルミナシリケート繊維、Eガラス繊維、およびセルロースからなる群から選ばれる少なくとも一つをさらに含む、請求項１に記載の板状化学蓄熱体。
【請求項３】
網が、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、および銅合金からなる群から選ばれる少なくとも一つからなる、請求項１または２に記載の板状化学蓄熱体。
【請求項４】
板厚が０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれかひとつに記載の板状化学蓄熱体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかひとつに記載の板状化学蓄熱体を少なくとも一つ積層してなる、化学蓄熱構造体。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかひとつに記載の板状化学蓄熱体または請求項５に記載の化学蓄熱構造体を具備する、化学蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状化学蓄熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄熱技術の一つとして物質の相変化を利用した潜熱蓄熱材が知られている。例えば、特許文献１は、複数個の潜熱蓄熱性の粒子をシート上にのせ、その上から塗料を塗布して前記粒子を前記シートに固定した蓄熱体を開示している。この蓄熱体は、相変化によって液体や気体に変化したときに蓄熱材が外部に漏れださないように塗膜で覆われている。
【０００３】
別の蓄熱技術として化学蓄熱材が知られている。化学蓄熱材では、水などの気体の作動媒体が化学蓄熱材と反応し、その際の吸熱または発熱を利用するものである。化学蓄熱材は、潜熱蓄熱材、顕熱蓄熱材などに比べて単位質量当たりの蓄熱量が高いと言われている。
化学蓄熱材として、例えば、特許文献２は、酸化カルシウム、酸化マグネシウムなどの金属酸化物の粉末を板状に成形してなる蓄熱部材を開示している。
【０００４】
特許文献３は、粘土鉱物と可燃性粒状物とを混合して焼成することにより得られる多数の細孔を有するかご状構造体と、該かご状構造体の外表面及び細孔内部に担持された化学蓄熱材とを有することを特徴とする化学蓄熱材料を開示している。
【０００５】
特許文献４は、多数の細孔を有する多孔質のセラミックスよりなる骨格構造部と、該骨格構造部の外表面、又は該骨格構造部の外表面及び細孔内部に担持された化学蓄熱材とを有することを特徴とする化学蓄熱材成形体を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２９０８１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０８８６５号公報
【特許文献３】特開２００９−２５６５１７号公報
【特許文献４】特開２００９−２２１２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、耐久性に優れる板状化学蓄熱体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく検討した結果、以下のような態様を包含する本発明を完成するに至った。
【０００９】
〔１〕  金属製の網からなる基板と、
該基板に担持された蓄熱材組成物とを有し、
該蓄熱材組成物が、マグネシウムの水酸化物または酸化物、ストロンチウムの水酸化物または酸化物、バリウムの水酸化物または酸化物、カルシウムの水酸化物または酸化物、および硫酸カルシウムからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むものである、
板状化学蓄熱体。
【００１０】
〔２〕  蓄熱材組成物は、二酸化チタン、二酸化ケイ素、アルミナシリケート繊維、Eガラス繊維、およびセルロースからなる群から選ばれる少なくとも一つをさらに含む、〔１〕に記載の板状化学蓄熱体。
〔３〕  網が、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、および銅合金からなる群から選ばれる少なくとも一つからなる、〔１〕または〔２〕に記載の板状化学蓄熱体。
〔４〕  板厚が０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下である、〔１〕〜〔３〕のいずれかひとつに記載の板状化学蓄熱体。
【００１１】
〔５〕  〔１〕〜〔４〕のいずれかひとつに記載の板状化学蓄熱体を少なくとも一つ積層してなる、化学蓄熱構造体。
【００１２】
〔６〕  〔１〕〜〔４〕のいずれかひとつに記載の板状化学蓄熱体または〔５〕に記載の化学蓄熱構造体を具備する、化学蓄熱システム。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の板状化学蓄熱体は、保形性に優れ、熱応答性が速い。本発明の板状化学蓄熱体は、水蒸気などの気体が内部の奥にまで侵入しやすいので、吸熱反応および発熱反応の効率が高く、単位重量当たりの蓄熱量が高い。本発明の板状化学蓄熱体は、蓄熱材の脱水/水和反応に伴う体積変化が生じても網からなる基板がそれを吸収し、割れや粉化を防止するので、蓄熱/放熱の性能を高く、長期間維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の板状化学蓄熱体の一例を示す図である。
【図２】本発明の板状化学蓄熱体の一例を示す図である。
【図３】本発明の板状化学蓄熱体の一例を示す図である。
【図４】本発明の板状化学蓄熱体に用いる基板の一例を示す図である。
【図５】本発明の板状化学蓄熱体に用いる基板の一例を示す図である。
【図６】本発明の化学蓄熱構造体の一例を示す図である。
【図７】本発明の化学蓄熱構造体の一例を示す図である。
【図８】本発明の化学蓄熱構造体の一例を示す図である。
【図９】本発明の化学蓄熱構造体の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の板状化学蓄熱体１は、基板３と、それに担持された蓄熱材組成物２とを有する。
【００１６】
本発明に用いられる基板３は、金属製の網である。網は、線材を編んでなるもの、板材に切り込みを入れ伸ばしてなるもの（エキスパンドメタル）、板材に孔を穿ってなるもの（パンチングメタル）などの、いずれでもよい。
網の材料は、金属であれば特に制限されないが、蓄熱材組成物よりも熱伝導率が高い金属が好ましく、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金が好ましい。
【００１７】
網の目開きは、特に制限されないが、蓄熱材組成物が基板から剥離し難い点および蓄熱材組成物と基板との熱伝導性を高める点などから、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上、さらに好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
網は、主面が平らな平網、主面にコブ状に畝った部分を有するコブ網、主面が波状に畝っている波形網、主面に対して突起した部分を有するリブ網などであってもよい。網の目に蓄熱材組成物が入り込みアンカー効果を奏するので平網でも十分な強度を示す。コブ網、波網またはリブ網は、コブ、波またはリブが、アンカー効果をさらに高めることを期待できる。
【００１８】
本発明に用いられる蓄熱材組成物は、化学蓄熱材を含む。化学蓄熱材としては、マグネシウムの水酸化物または酸化物、ストロンチウムの水酸化物または酸化物、バリウムの水酸化物または酸化物、カルシウムの水酸化物または酸化物、および硫酸カルシウムからなる群から選ばれる少なくとも一つを用いる。
【００１９】
マグネシウムの水酸化物または酸化物は、水酸化マグネシウムが脱水して酸化マグネシウムに変化する際の蓄熱と、酸化マグネシウムが水和して水酸化マグネシウムに変化する際の放熱とを利用する、化学蓄熱材である。マグネシウムの水酸化物または酸化物による蓄熱作動温度は３５０℃前後である。
ストロンチウムの水酸化物または酸化物は、水酸化ストロンチウムが脱水して酸化ストロンチウムに変化する際の蓄熱と、酸化ストロンチウムが水和して水酸化ストロンチウムに変化する際の放熱とを利用する、化学蓄熱材である。
バリウムの水酸化物または酸化物は、水酸化バリウムが脱水して酸化バリウムに変化する際の蓄熱と、酸化バリウムが水和して水酸化バリウムに変化する際の放熱とを利用する、化学蓄熱材である。
カルシウムの水酸化物または酸化物は、水酸化カルシウムが脱水して酸化カルシウムに変化する際の蓄熱と、酸化カルシウムが水和して水酸化カルシウムに変化する際の放熱とを利用する、化学蓄熱材である。カルシウムの水酸化物または酸化物による蓄熱作動温度は５００℃前後である。
硫酸カルシウムは、硫酸カルシウム０．５水和物が脱水して無水硫酸カルシウムに変化する際の蓄熱と、無水硫酸カルシウムが水和して硫酸カルシウム０．５水和物に変化する際の放熱とを利用する、化学蓄熱材である。硫酸カルシウムによる蓄熱作動温度は９０℃前後である。
【００２０】
本発明に用いられる蓄熱材組成物は、上記化学蓄熱材以外に、熱伝導性フィラ、補強繊維、バインダなどの添加剤を含んでいてもよい。
【００２１】
熱伝導性フィラとしては、溶融シリカ、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルムニウム、窒化珪素、炭酸マグネシウム、カーボンナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ、酸化ベリリウムなどを挙げることができる。
補強繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナシリケート繊維、Eガラス繊維、アラミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、鋼繊維などを挙げることができる。
他のフィラとして、二酸化チタン、ゼオライト、活性白土、セピオライト、ベントナイト、パリゴルスタイト、ハイドロタルサイト、酸化亜鉛、酸化鉄、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、タルク、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン、黒鉛、フェライトなどを挙げることができる。これらのうち、基板に担持された蓄熱材組成物が多孔質となるフィラが好ましく用いられる。
【００２２】
、
バインダとしては、シリカゾル、ケイ酸塩、リン酸塩、セメント、シリコーンなどの無機バインダ；酢酸セルロース、ニトリルセルロース、セルロース、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルアルコール、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの有機バインダなどを挙げることができる。
【００２３】
これら添加剤のうち、二酸化チタン、二酸化ケイ素、アルミナシリケート繊維、Eガラス繊維、およびセルロースからなる群から選ばれる少なくとも一つを蓄熱材組成物に好ましく含ませることができる。
【００２４】
添加剤の合計量は、化学蓄熱材の合計量に対して、好ましくは１重量％以上４０重量％以下である。
【００２５】
本発明の板状化学蓄熱体においては、蓄熱材組成物が、基板に、より詳細には基板を構成する網の外表面、および網の目の中に担持されている。
担持は、蓄熱材組成物のスラリまたはペーストを基板に塗布し乾燥させることによって、蓄熱材組成物の粉末を基板とともに圧粉成形することによって、またはその他の担持方法によって行うことができる。
【００２６】
本発明の板状化学蓄熱体は、板厚ｔが、好ましくは０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
本発明の板状化学蓄熱体は、表面が蓄熱材組成物ですべて覆われていてもよいし、一部に基板の露出している部分があってもよい。
本発明の板状化学蓄熱体の主面は、滑面であっても、粗面であってもよい。粗面である場合、本発明の板状化学蓄熱体を積層させたときにわずかに隙間ができるので、化学蓄熱材に対する作動媒体である水が奥まで入り込みやすい。そのような観点から主面の表面粗さは数μｍ〜数百μｍであることが好ましい。
【００２７】
本発明の板状化学蓄熱体は、目的に応じて、裁断してチップ状にしたり、折り曲げて筒状、箱状にしたり、エンボス加工などして波状（例えば、図２、図３などに示す形）にしたりすることができる。また、本発明の板状化学蓄熱体を複数枚積層させたり、他の板状物と積層させたりすることができる。
【００２８】
本発明の化学蓄熱構造体は、本発明の板状化学蓄熱体を少なくとも一つ積層してなるものである。
図６は、本発明の板状化学蓄熱体１ａを多数枚積層してなる化学蓄熱構造体４を示している。隣接する板状化学蓄熱体１ａの間に隙間が有る場合、作動媒体である水蒸気がこの隙間を通りやすい。化学蓄熱構造体４は、単位体積当たりの化学蓄熱材の充填密度が高く、より高い蓄熱/放熱性能を発揮でき、尚且つ、その形状を長期間安定に保持することができる。
【００２９】
図７は、本発明の板状化学蓄熱体１ａと、他の板状物３とを交互に積層してなる化学蓄熱構造体５を示している。他の板状物３は、特に限定されず、例えば、蓄熱材組成物を担持していない金属性の網からなる基板３−ａなどであってもよい。化学蓄熱構造体５は、板状物３がスペーサの役割をして、板状化学蓄熱体１への流路が拡大されるため、作動媒体である水蒸気が流れ易くなり、脱水/水和の反応が促進される。
【００３０】
図８は、図３に示すような、突条部と平坦部を交互に所定の間隔で形成した板状化学蓄熱体１ｃを積層した構造体を示している。
図９は、図２に示すような、板状化学蓄熱体１ａと板状化学蓄熱体１ｂとを交互に積層したコルゲートハニカム状の構造体を示している。
このときの積層高さｈは、特に限定されないが、好ましくは２ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定することができる。
【００３１】
本発明の構造体においては、基板が骨材として機能するため、高い強度と保形性を長期間維持することが可能である。なお、本発明における作用効果が発揮される形態であれば、上記に限らず他の形状を成したもので合っても構わない。
【００３２】
以下に本発明の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらによって何等制限されるものではない。
【００３３】
［実施例１］
水酸化マグネシウム粉末１０ｋｇに水を加えながらニーダで混練した。これにシリカ・アルミナ系繊維４ｋｇを加え、さらに混練して水分約４０％のペースト状化学蓄熱材組成物を得た。一対の圧延ローラを用いて、幅５００ｍｍのＳＵＳ４３０製のエキスパンドメタル基板（メタルラス板、Ｐ1＝４．５ｍｍ，Ｐ2＝３．０ｍｍ）に、ラス目間を埋めるようにして、ペースト状化学蓄熱材組成物を塗布した。次いで切断機で長さ５００ｍｍに切断した。これを１２０℃で２時間乾燥させた。次いで５０×５０ｍｍの小片に切断し，厚さ０．７ｍｍの板状化学蓄熱体を得た。板状化学蓄熱体に担持された蓄熱材組成物の密度は０．９５ｇ／ｃｍ3であった。
【００３４】
［実施例２］
実施例１で使用したＳＵＳ４３０製エキスパンドメタル基板をアルミニウム製エキスパンドメタル基板（メタルラス板、Ｐ1＝４．５ｍｍ，Ｐ2＝３．０ｍｍ）に変えた以外は、実施例１と同じ方法で、板状化学蓄熱体を得た。板状化学蓄熱体に担持された蓄熱材組成物の密度は０．９２ｇ／ｃｍ3であった。
【００３５】
［比較例１］
水酸化マグネシウム粉末（キシダ化学製）を打錠成形機に入れ、７００ｋｇ／ｃｍ2の圧力を１０秒間加え、直径１３ｍｍ、厚み２．４ｍｍのペレット状蓄熱体を得た。ペレット状蓄熱体の密度は０．９４ｇ／ｃｍ3であった。
【００３６】
［試験］
表１に示す条件にて脱水処理及び水和処理を１サイクルとする耐久試験を行った。
１サイクル毎に、蓄熱体の形状、脱水率および水和率を記録した。結果を表２に示す。
なお、脱水率は、初期の水酸化マグネシウムが全て酸化マグネシウムに変換されたときを１００％として算出した。
水和率は、全ての酸化マグネシウムが初期の水酸化マグネシウム重量に再変換されたときを１００％として算出した。
【００３７】
比較例１のペレット状蓄熱体は、２サイクル目において割れが発生し、５サイクル目においてペレット全面にヒビが生じ、手で触れるとマグネシウムの粉末が手に付く状態であった。
これに対して、実施例１及び２の板状化学蓄熱体は、５サイクル目において蓄熱材組成物の一部分に微少なヒビが確認されたが、基板からの脱落や剥離等は見られず、手で触れてもマグネシウムの粉末が手に付くことはなかった。
表２に示すように、実施例１及び２の板状化学蓄熱体は、比較例１のペレット状蓄熱体に比べて、脱水率及び水和率が高く、蓄熱性能に優れていた。
【００３８】
以上の結果から明らかであるように、本願発明の板状化学蓄熱体は、高強度であり、尚且つ高い脱水/水和反応効率を有する。本発明の板状化学蓄熱体を用いることによって、従来の粉末状やペレット状の蓄熱体を用いた場合に比べて、高性能・高耐久の化学蓄熱システムを構成することができる。
【００３９】
【表１】
2020101313.tif 000003
【００４０】
【表２】
2020101313.tif 000004
【符号の説明】
【００４１】
1a, 1b, 1  :  板状化学蓄熱体
2  :  蓄熱材組成物
3  :  基板
3-a  :  金網基板
3-b  :  エキスパンドメタル基板
4  :  蓄熱構造体
5  :  蓄熱構造体
【図１】
2020101313.tif 000005
【図２】
2020101313.tif 000006
【図３】
2020101313.tif 000007
【図４】
2020101313.tif 000008
【図５】
2020101313.tif 000009
【図６】
2020101313.tif 000010
【図７】
2020101313.tif 000011
【図８】
2020101313.tif 000012
【図９】
2020101313.tif 000013