(57)【要約】【課題】リン酸水素二ナトリウム十二水和物を蓄熱材として含有しつつ、過冷却を抑制するためのエネルギー消費量を低減するのに有利な蓄熱組成物を提供する。【解決手段】  本開示の蓄熱組成物は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材と、脂肪酸塩と、を含有している。脂肪酸塩の働きにより、蓄熱組成物の一部を常に３５℃以下に保たなくても、リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材の過冷却を抑制できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材と、
脂肪酸塩と、を含有している、
蓄熱組成物。
【請求項２】
前記リン酸水素二ナトリウム十二水和物の融点において当該蓄熱組成物が液相であるときに、前記融点における溶解度以上の濃度の前記脂肪酸塩を含有している、請求項１に記載の蓄熱組成物。
【請求項３】
前記脂肪酸塩は、４〜２２の炭素数を有する、請求項１又は２に記載の蓄熱組成物。
【請求項４】
前記脂肪酸塩は、ステアリン酸塩、酪酸塩、カプロン酸塩、オクタン酸塩、カプリン酸塩、ミリスチン酸塩、ドデカン酸塩、パルミチン酸塩、アラキジン酸塩、及びベヘン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも１つの脂肪酸塩を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱組成物。
【請求項５】
前記脂肪酸塩におけるカチオンは、ナトリウムイオンである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱組成物と、
前記蓄熱組成物を封入するパッケージと、を備えた、
蓄熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、蓄熱組成物及び蓄熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業又は家庭において熱エネルギーを有効に利用する観点から、固相と液相との間で相変化する塩水和物を蓄熱材として利用する提案がなされている。特に、リン酸水素二ナトリウム十二水和物は、３５℃の融点及び約２６５ｋJ／ｋｇの蓄熱密度を有し、蓄熱材の望ましい選択肢として注目されている。一方、液相の蓄熱材を固相に変化させるために蓄熱材を融点以下の温度に冷却しても、蓄熱材が凝固しない過冷却が発生することがあり、このような過冷却を抑制する技術も提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、リン酸水素二ナトリウム１２水塩を主材とする潜熱蓄熱材組成物の過冷却防止方法が記載されている。この方法において、潜熱蓄熱材組成物の一部が常に３５℃以下に保たれている。これにより、リン酸水素二ナトリウム１２水塩の種晶が保存される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−８５７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法によれば、潜熱蓄熱材組成物の一部を常に３５℃以下に保つためにエネルギーが消費される。そこで、本開示は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を蓄熱材として含有しつつ、過冷却を抑制するためのエネルギー消費量を低減するのに有利な蓄熱組成物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材と、
脂肪酸塩と、を含有している、
蓄熱組成物を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の蓄熱組成物は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を含有しつつ、過冷却を抑制するためのエネルギー消費量を低減するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の蓄熱体の一例を示す図である。
【図２】図２は、図２の蓄熱体のII-II線に沿った断面を矢印の方向から見たときの断面図である。
【図３】図３は、限界過冷却度と、リン酸水素二ナトリウム十二水和物の重量(Ｗｐ)に対するステアリン酸ナトリウムの重量（Ｗｓ）の比（Ｗｓ／Ｗｐ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示の基礎となった知見）
過冷却を示す塩水和物を蓄熱材として使用する場合、蓄熱材を固相に変化させるために融点よりも低い温度に蓄熱材を冷却する必要がある。このため、蓄熱材の冷却に必要なエネルギー消費量が多くなってしまう。このことが、過冷却を示す塩水和物を蓄熱材として使用することの大きな課題になっていた。この課題を解決するために、蓄熱材の結晶構造とマッチングする結晶構造を有する添加剤を蓄熱材と共存させることが考えられる。例えば、３２℃の融点を有する硫酸ナトリウム十水和物である蓄熱材の過冷却防止剤として、６８℃の融点を有する四ホウ酸ナトリウム十水和物が有効であることが知られている。しかし、リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材の過冷却を抑制するのに望ましい添加剤については十分に検討されているとは言い難い。そこで、本発明者らは、リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材の過冷却を抑制するのに望ましい添加剤を見出すために多くの試行錯誤を重ねた。その結果、本発明者らは、蓄熱組成物が脂肪酸塩を含有していると、蓄熱材の過冷却を有利に抑制できることを新たに見出した。
【００１０】
（本開示に係る態様の概要）
本開示の第１態様に係る蓄熱組成物は、
リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材と、
脂肪酸塩と、を含有している。
【００１１】
第１態様によれば、脂肪酸塩の働きにより、蓄熱組成物の一部を常に３５℃以下に保たなくても、リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材の過冷却を抑制できる。
【００１２】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る蓄熱組成物は、前記リン酸水素二ナトリウム十二水和物の融点において当該蓄熱組成物が液相であるときに、前記融点における溶解度以上の濃度の前記脂肪酸塩を含有している。第２態様によれば、液相である蓄熱組成物に溶解していない脂肪酸塩の働きにより、より確実に蓄熱材の過冷却を抑制できる。
【００１３】
本開示の第３態様において、例えば、第１態様又は第２態様に係る蓄熱組成物では、前記脂肪酸塩は、４〜２２の炭素数を有する。第３態様によれば、より確実に、蓄熱材の過冷却を抑制できる。
【００１４】
本開示の第４態様において、例えば、第１態様〜第３態様のいずれか１つの態様に係る蓄熱組成物では、前記脂肪酸塩は、ステアリン酸塩、酪酸塩、カプロン酸塩、オクタン酸塩、カプリン酸塩、ミリスチン酸塩、ドデカン酸塩、パルミチン酸塩、アラキジン酸塩、及びベヘン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも１つの脂肪酸塩を含む。第４態様によれば、より確実に、蓄熱材の過冷却を抑制できる。
【００１５】
本開示の第５態様において、例えば、第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様に係る蓄熱組成物では、前記脂肪酸塩におけるカチオンは、ナトリウムイオンである。第５態様によれば、より確実に、蓄熱材の過冷却を抑制できる。
【００１６】
本開示の第６態様に係る蓄熱体は、
第１態様〜第５態様のいずれか１つの態様に係る蓄熱組成物と、
前記蓄熱組成物を封入するパッケージと、を備える。
【００１７】
第６態様によれば、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を蓄熱材として含有しつつ、過冷却を抑制するためのエネルギー消費量を低減するのに有利な蓄熱組成物の取り扱いが容易になる。
【００１８】
（実施形態）
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。なお、以下の実施形態は例示に過ぎず、本開示の蓄熱組成物及び蓄熱体は以下の実施形態に限定されない。
【００１９】
図１及び図２に示す通り、蓄熱体１は、蓄熱組成物２と、パッケージ４とを備えている。蓄熱組成物２は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材と、脂肪酸塩と、を含有している。蓄熱体１において、蓄熱組成物２はパッケージ４に封入されている。
【００２０】
蓄熱組成物２は、典型的には、蓄熱材を主成分として含有している。本明細書において「主成分」とは、質量基準で最も多く含有される成分を意味する。
【００２１】
本実施形態において、蓄熱組成物２は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物の融点（３５℃）において蓄熱組成物２が液相であるときに、その融点における溶解度以上の濃度の脂肪酸塩を含有している。蓄熱組成物２が、リン酸水素二ナトリウム十二水和物の融点における溶解度以上の濃度の脂肪酸塩を含有していることは、例えば、その融点における液相の蓄熱組成物２に白濁が生じていることによって確認できる。
【００２２】
液相の蓄熱組成物２において溶解できない脂肪酸塩は、ミセルを形成すると考えられる。蓄熱組成物２において、このミセルは、リン酸水素二ナトリウム十二水和物に対する疑似的な結晶核として機能すると考えられる。これにより、蓄熱組成物２の一部を常に３５℃以下に保たなくても、リン酸水素二ナトリウム十二水和物である蓄熱材の過冷却を抑制できると考えられる。
【００２３】
蓄熱組成物２に含有される脂肪酸塩は、４〜２２の炭素数を有していてもよい。この場合、脂肪酸塩が適切な長さの炭素鎖を有し、より確実に、蓄熱材の過冷却を抑制できる。
【００２４】
蓄熱組成物２に含有される脂肪酸塩は、例えば、ステアリン酸塩、酪酸塩、カプロン酸塩、オクタン酸塩、カプリン酸塩、ミリスチン酸塩、ドデカン酸塩、パルミチン酸塩、アラキジン酸塩、及びベヘン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも１つの脂肪酸塩を含む。
【００２５】
蓄熱組成物２に含有される脂肪酸塩におけるカチオンは、ナトリウムイオンでありうる。この場合、脂肪酸塩が蓄熱材に含まれるカチオンと同一種類のカチオンを含むので、蓄熱材と脂肪酸塩との相性が良い。これにより、より確実に、蓄熱材の過冷却を抑制できる。
【００２６】
蓄熱組成物２は、必要に応じて、蓄熱材及び脂肪酸塩以外の成分を含有していてもよい。例えば、蓄熱組成物２は粘度調整剤を含有していてもよい。蓄熱組成物２は、蓄熱材及び脂肪酸塩のみを含有していてもよい。さらに、蓄熱組成物２は相分離抑制剤を含有していてもよい。また、蓄熱組成物２は、リン酸水素二ナトリウムの十二水和物を形成する分量以上の水を含有していてもよい。
【００２７】
パッケージ４は、蓄熱組成物２を封入できる限り特に制限されない。図３に示す通り、パッケージ４は、シール部３を有する。シール部３によって、パッケージ４の内部が封止されている。パッケージ４は、例えば、水蒸気バリア性を有するフィルムでできている。これにより、蓄熱組成物２に含まれる水の含有量の変動を抑制できる。パッケージ４は、例えば、アルミニウム箔の両面にポリエチレン等の樹脂の層が積層されたラミネートフィルムによって構成されている。例えば、シール部３は、ラミネートフィルムの内面同士がヒートシールされることによって形成されている。
【００２８】
蓄熱体１は、特定の形状に限定されない。蓄熱組成物２を効率的に加熱又は冷却する観点から、蓄熱体１は、例えば、シート状又は棒状の形状を有する。
【実施例】
【００２９】
実施例を用いて、本開示の蓄熱組成物をより詳細に説明する。なお、本開示の蓄熱組成物は、実施例に限定されない。
【００３０】
＜実施例１−Ａ〜実施例１−Ｘ＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、５．０ｇのリン酸水素二ナトリウム十二水和物を入れ、サンプル瓶の内容物を５５℃の湯煎で加熱して、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を融解させ、透明な溶液を得た。この溶液に表１に示す脂肪酸塩を、表１に示す量で加えた。次に、マグネチックスターラーを用いてサンプル瓶の中の液体を十分に攪拌し、実施例１−Ａ〜実施例１−Ｘに係るサンプルを得た。なお、表１に示す通り、実施例１−Ａ〜実施例１−Ｘにおいて、脂肪酸塩の種類及び脂肪酸塩の添加量の点で同一である２つのサンプルを調製した。実施例１−Ａ〜実施例１−Ｈに係るサンプルにおいて、３５℃では、溶解しなかった脂肪酸塩がミセル化してサンプル中に浮遊していた。実施例１−Ｉ〜実施例１−Ｘに係るサンプルにおいて、３５℃では、溶解しなかった脂肪酸塩がサンプル中でミセル化し、サンプル全体が白濁していた。表１において、Ｗｓ／Ｗｐは、各サンプルにおける、リン酸水素二ナトリウム十二水和物の重量Ｗｐに対する脂肪酸塩の重量Ｗｓの比を意味する。
【００３１】
＜比較例１及び２＞
９ｃｃのガラス製のサンプル瓶に、５．０ｇのリン酸水素二ナトリウム十二水和物を入れ、サンプル瓶の内容物を５５℃の湯煎で加熱して、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を融解させた。これにより、透明な溶液である、比較例１及び２に係るサンプルを得た。
【００３２】
＜結晶化開始温度の測定＞
サンプル瓶に入った各実施例又は各比較例に係るサンプルに対して以下のように結晶化開始温度の測定を行った。ペルチェ素子を備えた温調プレートの上にサンプル瓶を静置した。温調プレートの温度は１５℃に調節した。これにより、サンプル瓶を冷やして、サンプル瓶の中のサンプルを結晶化させた。サンプルの結晶化時に発生する凝固熱の放熱が完了した後、温調プレートの温度を２５℃に調節した。これにより、サンプル瓶の温度が２５℃で一定になった後、サンプル瓶を５０℃に設定した恒温槽に入れ、サンプルを融解させた。その後、サンプル瓶を恒温槽から取り出し、４０℃の温度に調節した温調プレートの上にサンプル瓶を１０分間静置した。サンプル瓶に熱電対を取り付けてサンプル瓶の温度を測定し、サンプルの結晶化の開始に伴う凝固熱の発生による温度上昇を確認できた時に、その時点の温調プレートの設定温度をサンプルの結晶化開始温度と決定した。サンプルの結晶化の開始が見られなかった場合は、温調プレートの温度を１℃下げて１０分間その温度を保ち、サンプルの結晶化の開始の有無について判断することを繰り返した。このようにして、最終的にサンプルの結晶化が開始した時の温調プレートの設定温度を記録した。サンプルの結晶化開始温度のばらつきを考慮して、各サンプルに対し、３回の測定を行った。このようにして測定されたサンプルの結晶化開始温度をリン酸水素二ナトリウム十二水和物の融点である３５℃から差し引いて、各測定における限界過冷却度ΔＴを決定した。結果を表１に示す。
【００３３】
表１に示す通り、実施例１−Ａ〜実施例１−Ｘに係るサンプルの限界過冷却度は、比較例１及び２に係るサンプルの限界過冷却度より低かった。これは、液相のサンプルにおいて溶解しなかった脂肪酸塩がミセル化し、リン酸水素二ナトリウム十二水和物の疑似的な結晶核として機能したためと考えられる。
【００３４】
＜サンプル２−Ａ〜サンプル２−Ｊ＞
９ｃｃのガラス製の１０本のサンプル瓶のそれぞれに、５．０ｇのリン酸水素二ナトリウム十二水和物を入れた。サンプル瓶の内容物を５５℃の湯煎で加熱して、リン酸水素二ナトリウム十二水和物を融解させ、透明な溶液を得た。８本のサンプル瓶の中の溶液に表２に示す量のステアリン酸ナトリウムを加えた。次に、ステアリン酸ナトリウムを加えたサンプル瓶に対し、マグネチックスターラーを用いてサンプル瓶の中の液体を十分に攪拌した。ステアリン酸ナトリウムを加えなかった２本のサンプル瓶に対してはマグネチックスターラーを用いた液体の撹拌を行わなかった。このようにして、サンプル２−Ａ〜サンプル２−Ｊを得た。サンプル２−Ｃ〜サンプル２−Ｊにおいて、３５℃では、溶解しなかったステアリン酸ナトリウムが溶液中でミセル化し、サンプル全体が白濁していた。表２において、Ｗｓ／Ｗｐは、各サンプルにおける、リン酸水素二ナトリウム十二水和物の重量Ｗｐに対するステアリン酸ナトリウムの重量Ｗｓの比を意味する。
【００３５】
サンプル２−Ｃ〜サンプル２−Ｊに対し、上記の通り、結晶化開始温度の測定を行った。結果を表２及び図３に示す。図３に示す通り、ステアリン酸ナトリウムの添加量の増加とともに限界過冷却度が減少し、Ｗｓ／Ｗｐが４重量％になると、限界過冷却度が５〜７Ｋで飽和した。このため、ステアリン酸ナトリウムの添加量は、リン酸水素二ナトリウム十二水和物に対して２〜４重量％であってもよいことが示唆された。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００３８】
本開示の蓄熱組成物及び蓄熱体は、リチウムイオン電池の吸熱又は温調及び床暖房等に適した温度帯において蓄熱材の過冷却を抑制でき、電気自動車（ＥＶ）用の電池冷却システム及び住宅の床暖房システムなどにおいて効果的に使用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１          蓄熱体
２          蓄熱組成物
３          シール部
４          パッケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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