(57)【要約】  【課題】  蓄熱密度が大きく、過冷却や相分離現象を起さず、長期間使用可能な耐久性を持ち、簡便に蓄熱できる安価な蓄熱材及び蓄熱器具の提供をすること。  【解決方法】ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドのいずれか一方もしくはその両方と、炭素数が６〜２２の高級脂肪酸もしくはそのアルコール誘導体のいずれか一方もしくはその両方と、酸化防止剤とから成る混合物からなるところに特徴があり、上記各蓄熱材を溶解しない油性液状の熱媒体がさらに含まれているものがあり、蓄熱器具は、これら蓄熱材を密封容器内に封入したものであり、蓄熱方法は、上記蓄熱材または蓄熱器具に対して、マイクロ波を照射して蓄熱するところに特徴があり、周波数２４５０ＭＨｚ程度のマイクロ波が好適に活用される。  【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドのいずれか一方もしくはその両方と、炭素数６〜２２の高級脂肪酸あるいはそのアルコール誘導体のいずれか一方もしくはその両方と、酸化防止剤とから成る混合物を主たる成分とする特徴とする蓄熱材。
【請求項２】
前記酸化防止剤がフェノール化合物あるいはアミンであることを特徴とする請求項１記載の蓄熱材。
【請求項３】
前記ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、炭素数６〜２２の高級脂肪酸あるいはそのアルコール誘導体を溶解しない油性液状熱媒体がさらに含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の蓄熱材が、密封容器内に封入されていることを特徴とする蓄熱器具。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の蓄熱材にマイクロ波を照射して蓄熱することを特徴とする蓄熱方法。
【請求項６】
請求項４記載の蓄熱器具にマイクロ波を照射して蓄熱することを特徴とする蓄熱方法。
【請求項７】
前記マイクロ波の周波数が２４５０ＭＨｚであることを特徴とする請求項５又は６に記載の蓄熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質の相転移に伴う熱の吸収・放出を利用した潜熱利用型の蓄熱材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
「蓄熱」とは、太陽熱や工場廃熱など、その発生量と発生時間が不安定な熱エネルギーを一時的に貯蔵することによって、任意の時間に任意の量の熱エネルギーを消費できるようにするための技術であり、近年のエネルギー事情を背景としてますます重要視されている。
【０００３】
従来の蓄熱の方法には、物質の顕熱を利用する方法と、物質の相変化潜熱を利用する方法が周知である。前者は水や岩石のように単位体積当たりの熱容量の大きな物質を用いるもので、単位体積当たりの蓄熱密度が小さいため、蓄熱槽が非常に大きなものになるという欠点があった。これに対して、後者は無機水和塩などを用い、主にその溶融／凝固の際の溶融潜熱を利用するもので、蓄熱密度が大きいため、蓄熱槽を小型化できるという利点をもっている。しかし、無機水和塩は過冷却や相分離現象を起すため、蓄熱材として長期間安定な動作を行わせることが難しく、容器の金属などを腐食させやすいなどの欠点がある。また、後者は蓄熱材の融点が熱の使用目的温度に近くなければならないため、使用できる物質が限られていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、潜熱型蓄熱材として汎用されている例えばポリエチレンやポリプロピレンは、１）過冷却や相分離現象を起さない、２）金属などを腐食しない、３）大量生産されており、安価で安全性が高い、などの利点を持っている一方、蓄熱の際に鍋に入れて火にかけると燃えたり焦げたりするため、水や空気などの熱媒体を加熱し、それと蓄熱材を接触させて蓄熱する方法が採られており、手間がかかり面倒であるという問題があり、さらに、加熱−冷却を繰り返していくと短時間のうちに劣化してしまい、蓄熱能力が失われてしまうため、長期間使用できないという欠点を持っていた。
【０００５】
本発明は上記の実情に鑑みなされたもので、その目的は、蓄熱密度が大きく、過冷却や相分離現象を起さず、長期間使用可能な耐久性を持ち、簡便に蓄熱できる安価な蓄熱材及び蓄熱器具の提供をするにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明が採用した手段は、請求項１に係る発明は、ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドのいずれか一方もしくはその両方と、炭素数６〜２２の高級脂肪酸あるいはそのアルコール誘導体のいずれか一方もしくはその両方と、酸化防止剤とから成る混合物を主たる成分とするところに特徴を有する蓄熱材を、その要旨とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の蓄熱材において、前記酸化防止剤がフェノール化合物あるいはアミンであるものを、その要旨とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の蓄熱材において、前記ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、炭素数６〜２２の高級脂肪酸あるいはそのアルコール誘導体を溶解しない油性液状の熱媒体がさらに含まれているものを、その要旨とする。
【０００９】
つぎに、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の蓄熱材が、密封容器内に封入されているところに特徴を有する蓄熱器具を、その要旨とする。
【００１０】
つぎに、請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の蓄熱材にマイクロ波を照射して蓄熱するところに特徴を有する蓄熱方法を、そして、請求項６に係る発明は、請求項４記載の蓄熱器具にマイクロ波を照射して蓄熱するところに特徴を有する蓄熱方法をそれぞれ、その要旨とする。
【００１１】
請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載の蓄熱方法において、前記マイクロ波の周波数が２４５０ＭＨｚであるものを、その要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドのいずれか一方またはその両方と、炭素数６〜２２の高級脂肪酸あるいはそのアルコール誘導体のいずれか一方またはその両方と、酸化防止剤からなる混合物を主成分とするものであるため、長期間の繰り返し使用における劣化を防止し、電子レンジで蓄熱できる蓄熱材及び蓄熱器具を提供したものであり、こうして得られた蓄熱材は、安価で蓄熱密度が大きく、過冷却や相分離などの欠点がなく、長期間の使用に際しても蓄熱能力が低下しないので、安定な蓄熱動作が可能であり、分子量や添加量を適当に選ぶことによって比較的広い温度範囲に適用できることから、保温器具としての利用や、太陽エネルギーや工場廃熱などの熱エネルギーの回収・利用に好適なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明が目的とするところは、ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドに、炭素数６〜２２の高級脂肪酸あるいはそのアルコール誘導体を加え、さらに酸化防止剤を加えることによって達成できる。
【００１４】
ポリエチレングリコール及びポリエチレンオキシドは分子量によって融解温度と蓄熱量が異なるのに対し、例えばステアリン酸（融点６７−６９℃）及びステアリルアルコール（融点６０−６１℃）は一定の融解温度と蓄熱量を持つことに加え、ポリエチレングリコール及びポリエチレンオキシドに比べ、ステアリン酸及びステアリルアルコールの方がグラム当たりの蓄熱量が大きいので、これらを適当に混合することによって、使用条件に応じた最適な蓄熱温度と蓄熱量を備えた蓄熱材を調製することができる。また、液体の熱媒体と混ぜることにより、蓄熱材の硬さを調整することができ、スラリー状として使用することもできる。
【００１５】
なお、前記高級脂肪酸もしくはそのアルコール誘導体としては、特にこれを制限するものではなく、炭素数が６〜２２の脂肪酸もしくはそのアルコール誘導体が使用でき、これら複数の混合物であっても構わない。とりわけ、前記高級脂肪酸として、例えばカプロン酸（Ｃ６、融点−３．４℃）、カプリル酸（Ｃ８、融点１５．５−１６．５℃）、カプリン酸（Ｃ１０、融点２９．５−３１．３℃）などのように、比較的融点の低い脂肪酸を使用すると、いわゆる蓄冷材として使用できる。また、ラウリン酸（Ｃ１２、融点４３−４４．８℃）、ミリスチン酸（Ｃ１４、融点５４．１℃、５７．５−５８℃（複融点））、パルミチン酸（Ｃ１６、融点６２．６５℃）、ステアリン酸（Ｃ１８、融点６７−６９℃）、アラキジン酸（Ｃ２０、融点７５．５℃）、ベヘニン酸（Ｃ２２、融点７４−７８℃）などのように、比較的融点の高い高級脂肪酸を使用すると、いわゆる蓄熱材として使用できる。
【００１６】
本発明に係わる他の熱媒体としては、ポリエチレングリコールやポリエチレンオキシド、炭素数６〜２２の高級脂肪酸あるいはそのアルコール誘導体を溶解しない油性の液体が望ましく、ハイサーム、サームエス、カロリア、シリコンオイルなどが例示できる。
【００１７】
本発明に係わる酸化防止剤としては、フェノール化合物やアミンが望ましく、フェノール、クレゾール、ヒドロキノン、カテコール、アニソール、キシレノール、Ｎ−ニトロソアニリン、Ｎ−ニトロソアミン、フェニレンジアミン、エチレンジアミン及びそれらの物質の誘導体などが挙げることができ、これらを単独であっても、２種以上の混合物であっても構わない。
【００１８】
ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドのいずれか一方又はその両方に、炭素数が６〜２２の高級脂肪酸もしくはそのアルコール誘導体（例えばステアリン酸あるいはステアリルアルコール）のいずれか一方又はその両方を加える場合、撹拌、混合すれば良く、あるいは、加熱、融解させた後、溶解混合しても構わない。
【００１９】
酸化防止剤を加える場合には、ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドのいずれか一方又はその両方と、炭素数が６〜２２の高級脂肪酸もしくはそのアルコール誘導体（例えばステアリン酸あるいはステアリルアルコール）のいずれか一方又はその両方の混合物に、酸化防止剤を加え、撹拌、混合すれば良く、あるいは、ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドのいずれか一方又はその両方と、炭素数が６〜２２の高級脂肪酸もしくはそのアルコール誘導体（例えばステアリン酸あるいはステアリルアルコール）のいずれか一方又はその両方を加えたものを、加熱、融解させた後、酸化防止剤を溶解混合しても構わない。
【００２０】
また、ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドのいずれか一方又はその両方と、炭素数が６〜２２の高級脂肪酸もしくはそのアルコール誘導体（例えばステアリン酸あるいはステアリルアルコール）のいずれか一方又はその両方を加えたものを流体に混ぜ込んでスラリー状となし、ついで、酸化防止剤を添加、混合することもできる。
【００２１】
蓄熱材の全量に対する酸化防止剤の量は０．１〜３０重量％、好適には１〜６重量％が望ましいが、蓄熱材の使用期間により、それが長い場合は添加量を増やすなど、適宜増減することができる。
【００２２】
つぎに、本発明の蓄熱器具は、上記蓄熱材のいずれかを密封雨容器内に封入したものであり、その全体形状は、袋状、円筒状、円盤状、球状、円錐状、ラグビーボール状など、さまざまな形状に形成できるものとする。なお、容器の原材質としては、プラスチックス、ガラス、金属、セラミックスなど、さまざまなものが使用できるが、蓄熱材と化学反応を起こさず、蓄熱材を密閉でき、空気や酸素、水、水蒸気などを透過しないものが好ましく、また、マイクロ波の照射に対して反応せず、安定なものが望ましい。
【００２３】
さらに、密封容器は、白、黒、赤、青、黄などさまざまな色に彩色できるものとするが、無色透明であっても良く、無色透明の場合には、密封容器内に封入された蓄熱材の様子や状態を目視できる利点がある。
【００２４】
密封容器に蓄熱材を封入する方法としては、蓄熱材を融解して当該容器に注ぎ込めばよいが、その際、例えば窒素雰囲気にして空気と触れないようにすると、蓄熱材の酸化劣化が抑えられるため、望ましい。
【００２５】
本発明の蓄熱器具に蓄熱する方法としては、お湯や加熱した油の中に漬けたり、加熱した空気を吹き付けたりして、融解して蓄熱することもできるが、電子レンジに入れてマイクロ波を照射するという極めて簡便な方法で行うことができる。なお、マイクロ波の周波数としては例えば３０ＧＨｚや９０ＧＨｚなどを挙げることもできるが、家庭用の電子レンジで用いられている２４５０ＭＨｚが最も好ましい。
【００２６】
なお、炭素数が６〜２２の高級脂肪酸もしくはそのアルコール誘導体（例えばステアリン酸あるいはステアリルアルコール）の代わりにパラフィンなどを使用した場合や、ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドの代わりにポリエチレンやポリプロピレンを使用した場合には、ポリエチレングリコールあるいはポリエチレンオキシドとパラフィンとの親和性がなく、また炭素数が６〜２２の高級脂肪酸もしくはそのアルコール誘導体（例えばステアリン酸あるいはステアリルアルコール）とポリエチレンあるいはポリプロピレンとの親和性がないため、混合しても使用するにつれて、これらが分離する傾向があり、また、パラフィンやポリエチレン、ポリプロピレンは、マイクロ波のエネルギーを吸収できないため、うまく蓄熱できない。
【００２７】
以上、本発明の蓄熱材及び蓄熱器具は、消防法などの法規制を受けない安全なものであり、また、安定で耐久性に優れ長期間繰り返し使用することができるなど、極めて実効性に優れたものである。
【００２８】
以下に本発明の代表的な実施例を示す。
【実施例１】
【００２９】
分子量１７０万−２２０万のポリエチレンオキシド（製鉄化学工業(株)製、商品名「ＰＥＯ−８」）３ｇにステアリン酸（日本油脂(株)製、商品名「ＮＡＡ１８０」、融点６５−６９℃）１ｇを加え、それに対して２，２‘−メチレンビス（６−ｔ−ブチル−Ｐ−クレゾール）を４重量％（１６０ｍｇ）加えて混合した後、シャーレに入れ電子レンジで３０℃から１５０℃まで上げ、その後、３０℃まで冷却するという３０℃〜１５０℃の加熱冷却サイクルを２００回繰り返した。こうして空気存在下で蓄熱−放熱実験を行った試料を示差走査熱量計で融解熱量を測定した結果、蓄熱量（約５５０ジュール）の低下は認められなかった。
【実施例２】
【００３０】
分子量４０００のポリエチレングリコール（日本油脂(株)製）３ｇにステアリルアルコール（日本油脂(株)製、商品名「ＮＡＡ４６」、融点５５．０−６０．０℃）０．５ｇを加え、それに対してフェニレンジアミン２重量％（７０ｍｇ）加えて良く混ぜた後、実施例１と同様の２００回の蓄熱−放熱実験を行った。その結果、蓄熱量（約７７０ジュール）の低下は認められなかった。
【実施例３】
【００３１】
分子量１０００のポリエチレングリコール（日本油脂(株)製）３ｇにステアリン酸（日本油脂(株)製、商品名「ＮＡＡ１８０」、融点６５−６９℃）０．３ｇを加え、それに対して２，４，６−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾールを１重量％（３３ｍｇ）加えて混合した後、実施例１と同様の２００回の蓄熱−放熱実験を行った。その結果、蓄熱量（約７５０ジュール）の低下は認められなかった。
【実施例４】
【００３２】
分子量１７０万−２２０万のポリエチレンオキシド（製鉄化学工業(株)製、商品名「ＰＥＯ−８」）３ｇにステアリルアルコール（日本油脂(株)製、商品名「ＮＡＡ４６」、融点５５．０−６０．０℃）０．２ｇを加え、それに対してエチレンジアミン３重量％（９６ｍｇ）加えて良く混ぜた後、実施例１と同様の２００回の蓄熱−放熱実験を行った。その結果、蓄熱量（約５７０ジュール）の低下は認められなかった。
【比較例】
【００３３】
分子量３０００、１０００のポリエチレングリコール、あるいは、分子量１７０万、２２０万のポリエチレンオキシドに３ｇに実施例１〜４と同様にステアリン酸あるいはステアリルアルコールをシャーレに入れ、実施例１と同様に２００回の蓄熱−放熱実験を行った後、示差走査熱量計で融解熱量を測定したところ、劣化により融解熱量はほとんどゼロとなっており、蓄熱能力が完全になくなることが解った。