(57)【要約】【課題】  ９０℃程度の温度で蓄熱し，８０℃以上の熱源として用いることができる潜熱蓄熱材および潜熱蓄熱槽を提供すること。【解決手段】  本発明の潜熱蓄熱材は，アンモニウムミョウバン（ＡｌＮＨ４（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）と無水硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）とを含むものである。また，本発明の潜熱蓄熱槽は，上記の潜熱蓄熱材を封入した蓄熱容器を内部に有し，熱媒体を介して蓄熱および放熱をすることができるものである。【選択図】図２
2015151455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質の相変化に伴う潜熱により蓄熱を行う潜熱蓄熱材において，
アンモニウムミョウバン（ＡｌＮＨ４（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）と無水硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）とを含むことを特徴とする潜熱蓄熱材。
【請求項２】
請求項１に記載の潜熱蓄熱材において，
全体の重量に占める無水硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）の比率が，１ｗｔ％以上，１０ｗｔ％未満の範囲内であることを特徴とする潜熱蓄熱材。
【請求項３】
潜熱により蓄熱を行う潜熱蓄熱材と，前記潜熱蓄熱材および外部の間で熱を移動させるための熱媒体と，前記潜熱蓄熱材および前記熱媒体を区画する区画部材とを内部に有する潜熱蓄熱槽において，
前記潜熱蓄熱材として，請求項１または請求項２に記載のものを有することを特徴とする潜熱蓄熱槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，９０℃程度の温度で蓄熱することができる潜熱蓄熱材および潜熱蓄熱槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
潜熱蓄熱材（ＰＣＭ：Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）は，相変化に基づく潜熱を利用して蓄熱することのできるものである。このため，本来であれば廃棄されてしまっていた熱等を潜熱蓄熱材に蓄熱させ，その蓄えた熱を必要なときに取り出すことにより，エネルギーを無駄にすることなく有効に活用することができる。
【０００３】
例えば，ガスエンジンからは，９０℃程度の排熱がなされる。そして，９０℃程度の融点を持ち，９０℃程度の温度で蓄熱することのできるＰＣＭとして，例えば，特許文献１には，アンモニウムミョウバンと塩化アンモニウムとの共晶塩が記載されている。特許文献１では，アンモニウムミョウバンと塩化アンモニウムとの配合比により，必要とする温度域に合わせたＰＣＭを得ることができるとされている。ＰＣＭにおいて，アンモニウムミョウバンは主成分であり，塩化アンモニウムはＰＣＭの融点を調整するための添加剤である。そして，アンモニウムミョウバンと塩化アンモニウムとの配合比によって，ＰＣＭの融点を，約７５℃〜９０℃の範囲内で調整することができるとされている。
【０００４】
また，特許文献２には，９０℃程度の融点を持つＰＣＭとして，トリメチロールエタン，エリスリトール，水溶性化合物よりなる共晶塩が記載されている。特許文献２では，これらの配合比により，必要とする温度域に合わせたＰＣＭを得ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５４６９７号公報
【特許文献２】特開平１１−１８１４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら，上記の従来技術に係るＰＣＭはいずれも，融点以上に加熱された後，融点未満にまで冷却されても液体の状態が保持される過冷却の生じるものである。そして，その過冷却が解除される過冷却解除温度と融点との差が大きいものである。具体的には，配合比により融点を９０℃程度に調整した場合，過冷却解除温度は８０℃未満となってしまう。このようなＰＣＭでは，９０℃程度で蓄えた熱を，８０℃以上の温度が要求される用途に使用することが困難であるという問題があった。すなわち，従来技術に係るＰＣＭは，例えば，９０℃程度であるガスエンジンの排熱を蓄熱したとしても，一般に８０℃以上の温度を必要とするガス吸収式冷凍機の再生器を加熱する熱源として用いることが容易ではない。
【０００７】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点の解決を目的としてなされたものである。すなわちその課題とするところは，９０℃程度の温度で蓄熱し，８０℃以上の熱源として用いることができる潜熱蓄熱材および潜熱蓄熱槽を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の潜熱蓄熱材は，物質の相変化に伴う潜熱により蓄熱を行う潜熱蓄熱材であって，アンモニウムミョウバン（ＡｌＮＨ４（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）と無水硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）とを含むことを特徴とする潜熱蓄熱材である。
【０００９】
本発明の潜熱蓄熱材に含まれるアンモニウムミョウバンは，液体から固体へと相変化する際の潜熱が大きい物質である。このため，アンモニウムミョウバンを含む本発明の潜熱蓄熱材は，潜熱によって蓄熱させた場合の蓄熱量が多く，潜熱蓄熱材として優れている。また，全体の重量に占める無水硫酸ナトリウムの比率を調整することにより，潜熱蓄熱材の蓄熱や放熱に係る温度を，利用温度帯に合わせて調整することができる。
【００１０】
また上記に記載の潜熱蓄熱材において，全体の重量に占める無水硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）の比率が，１ｗｔ％以上，１０ｗｔ％未満の範囲内であることが好ましい。無水硫酸ナトリウムの添加量を上記範囲内とした潜熱蓄熱材により，９０℃程度の熱を潜熱によって蓄熱することができる。さらに，蓄熱後，８０℃以上の環境温度下において，８０℃以上の高温で長時間，放熱させることができる。このため，８０℃以上の温度を必要とする場合に，その熱源として好ましく用いることができる。
【００１１】
また本発明は，潜熱により蓄熱を行う潜熱蓄熱材と，潜熱蓄熱材および外部の間で熱を移動させるための熱媒体と，潜熱蓄熱材および熱媒体を区画する区画部材とを内部に有する潜熱蓄熱槽において，潜熱蓄熱材として，上記に記載のものを有することを特徴とする潜熱蓄熱槽にもおよぶ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば，９０℃程度の温度で蓄熱し，８０℃以上の熱源として用いることができる潜熱蓄熱材および潜熱蓄熱槽が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本形態に係る蓄熱槽の断面図である。
【図２】アンモニウムミョウバンを主成分とし，無水硫酸ナトリウムの比率を異なるものとした蓄熱材ごとの放熱時の温度を示すグラフ図である。
【図３】蓄熱容器を横に寝かせた状態で収容している蓄熱槽を例示した図である。
【図４】蓄熱容器を収容するための棚を設けた蓄熱槽を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１に，本形態に係る蓄熱槽１の断面図を示す。図１に示されるように，蓄熱槽１は，内部に備えている蓄熱材３により蓄熱し，蓄えた熱を放熱することのできるものである。蓄熱槽１は，内部に複数の蓄熱容器２を収容してなるものである。蓄熱容器２の内部には蓄熱材３が封入されている。
【００１５】
また，蓄熱槽１の内側であって蓄熱容器２の外側の領域は，熱媒体４により満たされている。熱媒体４は，蓄熱槽１の外部と蓄熱容器２の内部の蓄熱材３との間で熱を移動させるための流体である。熱媒体４としては，例えば，水を用いることができる。なお，図１に示すように，本形態の蓄熱槽１は，熱媒体４を内部に封入してなるものである。しかし，熱媒体４を，蓄熱槽１と，蓄熱槽１の蓄熱のための熱源あるいは蓄熱槽１の放熱に係る熱の供給を受ける対象との間を循環させる構成としてもよい。
【００１６】
本形態の蓄熱容器２は，外形が円柱状をした細長いものである。蓄熱容器２は，蓄熱材３と熱媒体４とをいずれも透過させない材質よりなる部材であり，これらが混じらないように区画している。そして，図１に示されるように，複数の蓄熱容器２は，互いに平行に，立てた状態で蓄熱槽１内に収容されている。本形態の蓄熱容器２は，アルミと樹脂とによる複層構造のフィルムを，縦長の袋状に成形したものである。本形態においては，芯材としてのアルミの層の両面に樹脂の層を設けてなるフィルムを蓄熱容器２に用いている。
【００１７】
本形態の蓄熱容器２は，複層構造のフィルムにアルミおよび樹脂の層を有していることにより，ある程度の強度および柔軟性を有している。このため，蓄熱容器２では，蓄熱材３の相変化により内部体積が変化した場合であっても，破裂等による破損が防止されている。また，複層構造のフィルムに樹脂層を有していることにより，加熱によって融着することが可能である。よって，蓄熱容器２は，例えば，袋状に成形する際に注入口を設けておき，その注入口から内部に蓄熱材３を粉体または液体の状態で収容した後，内部を真空脱気して注入口を融着し封入すること等により製造することができる。
【００１８】
本形態の蓄熱材３は，相変化に伴う潜熱により蓄熱を行うことができる潜熱型の蓄熱材である。また，蓄熱材３は，具体的には，アンモニウムミョウバン（硫酸アンモニウムアルミニウム・１２水：ＡｌＮＨ４（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）と無水硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）とからなるものである。すなわち，蓄熱材３は，アンモニウムミョウバンを主成分とし，これに添加剤としての無水硫酸ナトリウムを配合したものである。
【００１９】
アンモニウムミョウバンは，融点が９３．５℃であり，常温では固体の物質である。つまり，アンモニウムミョウバンは単体では，融点未満の９０℃程度に加熱した場合であってもほとんど溶融することがない。このため，アンモニウムミョウバンの単体を９０℃程度に加熱したとしても，潜熱によってはほとんど蓄熱させることができない。なお，アンモニウムミョウバンの単体を９０℃程度に加熱することにより，比熱に基づく顕熱によって蓄熱させることは可能である。また，アンモニウムミョウバンは，溶融に係る潜熱の大きい物質である。
【００２０】
無水硫酸ナトリウムは，融点が８８４℃であり，常温では固体の物質である。本形態において，蓄熱材３における無水硫酸ナトリウムは融点調整剤である。すなわち，主成分であるアンモニウムミョウバンに無水硫酸ナトリウムを添加して混合することにより，蓄熱材３の融点を，アンモニウムミョウバンの融点よりも低い温度にすることができる。
【００２１】
以下の表１に，アンモニウムミョウバンを主成分とする蓄熱材について，配合する無水硫酸ナトリウムの比率を異なるものとした蓄熱材ごとに，その蓄熱量を測定した結果を示す。表１は，具体的には，蓄熱材に占める無水硫酸ナトリウムの比率をそれぞれ０〜１０ｗｔ％としたものについて，９０℃における潜熱による蓄熱量を測定した結果を示している。各蓄熱材についての蓄熱量は，示差走査熱量測定により得た値である。
【００２２】
【表１】
2015151455.tif 000003
【００２３】
まず，表１に示すように，無水硫酸ナトリウムを添加せず，アンモニウムミョウバンのみからなる蓄熱材（０ｗｔ％）については，潜熱によってはほとんど蓄熱されていないことが確認された。これは，前述したように，アンモニウムミョウバンの融点が９０℃よりも高いため，溶融による相変化が生じないためである。
【００２４】
一方，蓄熱材の全体重量に占める無水硫酸ナトリウム比率を１ｗｔ％以上とした蓄熱材はいずれも，潜熱によって蓄熱している。これは，無水硫酸ナトリウムを添加したことにより，蓄熱材の融点が，アンモニウムミョウバンの融点よりも低い温度となっているためである。
【００２５】
よって，アンモニウムミョウバンを主成分とする蓄熱材に９０℃程度の熱を潜熱によって蓄熱させる場合，全体重量に占める無水硫酸ナトリウムの比率を１ｗｔ％以上とすることが好ましいことがわかる。また，表１より，蓄熱材に占める無水硫酸ナトリウムの比率を１ｗｔ％から１０ｗｔ％と高くするほど，蓄熱材における蓄熱量は多くなる傾向にあることがわかる。
【００２６】
図２は，アンモニウムミョウバンを主成分とする蓄熱材について，配合する無水硫酸ナトリウムの比率を異なるものとした蓄熱材ごとに，その放熱時の温度を測定した結果を示すグラフ図である。本測定は，蓄熱材を９０℃まで加熱した後，その蓄熱材の環境温度を８０℃に保持した状態で行ったものである。
【００２７】
図２には，横軸に，蓄熱材の環境温度を８０℃としたときからの経過時間を示している。また，縦軸に，蓄熱材の温度を示している。さらに，図２には，アンモニウムミョウバンを主成分とし，全体重量に占める無水硫酸ナトリウム比率をそれぞれ０ｗｔ％，５ｗｔ％，７ｗｔ％，９ｗｔ％，１０ｗｔ％とした蓄熱材についてのグラフをそれぞれ示している。
【００２８】
図２に示すように，いずれの無水硫酸ナトリウム比率の蓄熱材についても，その温度は時間の経過とともに徐々に低くなっている。これは，蓄熱材が，無水硫酸ナトリウムの比率に関わらず，９０℃の温度で蓄熱し，その蓄えた熱を，環境温度８０℃において放熱するものであることを示している。
【００２９】
しかし，表１において前述したように，無水硫酸ナトリウムを添加せず，これの比率を０ｗｔ％として示している蓄熱材については，アンモニウムミョウバンの融点以下である９０℃では，潜熱によってはほとんど蓄熱されない。つまり，無水硫酸ナトリウム比率が０ｗｔ％の蓄熱材は，９０℃の温度で顕熱によって蓄熱し，その顕熱によって蓄えた熱を，環境温度８０℃において放熱している。
【００３０】
一方，表１において前述したように，無水硫酸ナトリウム比率が５ｗｔ％，７ｗｔ％，９ｗｔ％，１０ｗｔ％の蓄熱材はいずれも，９０℃の熱を潜熱によって蓄熱することができるものである。しかし，これらのうち，無水硫酸ナトリウム比率が１０ｗｔ％の蓄熱材の温度については，図２に示すように，無水硫酸ナトリウム比率が０ｗｔ％の蓄熱材とほぼ同じ程度の温度で推移している。
【００３１】
これは，無水硫酸ナトリウム比率が１０ｗｔ％の蓄熱材が，９０℃から８０℃まで冷却された場合に，凝固せず，ほぼ液体の状態が保持される過冷却の生じるものだからである。そして，無水硫酸ナトリウム比率が１０ｗｔ％の蓄熱材は，過冷却が解除される過冷却解除温度が８０℃未満であり，環境温度８０℃においては，潜熱によって蓄熱した分の熱をほとんど放熱できないものだからである。
【００３２】
これに対し，９０℃の熱で潜熱によって蓄熱することができる蓄熱材のうち，無水硫酸ナトリウム比率が５ｗｔ％，７ｗｔ％，９ｗｔ％の蓄熱材の温度はいずれも，無水硫酸ナトリウム比率が０ｗｔ％，１０％の蓄熱材よりも高い温度で推移している。これは，無水硫酸ナトリウム比率が５ｗｔ％，７ｗｔ％，９ｗｔ％の蓄熱材がいずれも，過冷却解除温度を８０℃以上に有しているからである。そして，無水硫酸ナトリウム比率が５ｗｔ％，７ｗｔ％，９ｗｔ％の蓄熱材がいずれも，９０℃の温度で潜熱によって蓄熱し，その潜熱によって蓄えた熱を，環境温度８０℃において放熱しているからである。
【００３３】
よって，図２に示すように，無水硫酸ナトリウム比率が５ｗｔ％，７ｗｔ％，９ｗｔ％の蓄熱材はいずれも，環境温度８０℃において，８０℃以上の温度で長時間，放熱することができる。さらに，図２より，環境温度８０℃においては，無水硫酸ナトリウム比率が５ｗｔ％の蓄熱材が最も，高い温度で長時間の放熱を行うことができるものであることがわかる。
【００３４】
これより，アンモニウムミョウバンを主成分とする蓄熱材について，９０℃程度の温度で潜熱によって蓄熱させ，その蓄えた熱を環境温度８０℃以上において放熱させる場合，全体重量に占める無水硫酸ナトリウムの比率を１０ｗｔ％未満とすることが好ましい。高い温度で長時間，放熱させることができるからである。
【００３５】
よって，上記より，本形態の蓄熱槽１は，蓄熱材３の無水硫酸ナトリウムの比率を調整することにより，蓄熱や放熱に係る温度を利用温度帯に合わせて調整することができる。すなわち，本形態の蓄熱槽１により，従来では廃棄されていた９０℃程度の熱を利用して蓄熱することができる。さらに，その蓄えた熱を８０℃以上の高温で長時間，放熱することができる。
【００３６】
具体的には，例えば，本形態の蓄熱槽１は，約９０℃であるガスエンジンの排熱を利用して蓄熱することができる。また，そのガスエンジンの排熱によって蓄熱した蓄熱槽１は，一般的に８０℃以上が必要とされるガス吸収式冷凍機の再生器を加熱する際の熱源として好ましく用いることができる。
【００３７】
また，このような温度帯において蓄熱槽１を用いる場合，蓄熱材３を，具体的には，全体重量に占める無水硫酸ナトリウムの比率が１ｗｔ％以上，１０ｗｔ％未満の範囲内のものとすることが好ましい。８０℃以上の環境下で放熱させることができ，蓄えた熱を容易に取り出すことができるからである。
【００３８】
さらに，アンモニウムミョウバンは，前述したように，溶融に係る潜熱の大きい物質である。このため，アンモニウムミョウバンを主成分とする本形態の蓄熱材３は，潜熱によって多くの熱を蓄熱することができる。つまり，蓄熱材３は，蓄熱材として優れたものである。これにより，蓄熱材３によって蓄熱を行う蓄熱槽１は，その全体の蓄熱量に対して比較的小さいもので済む。すなわち，蓄熱槽１の設置に際して省スペース化を図ることができる。
【００３９】
なお，当然，蓄熱材３には，無水硫酸ナトリウムの他，例えば過冷却解除温度を調整するための添加剤を添加してもよい。そして，過冷却解除温度を高める添加剤を添加する場合には，蓄熱材３の全体重量に占める無水硫酸ナトリウムの比率を１０％以上としてもよい。蓄熱材３において無水硫酸ナトリウム比率を１０％以上としたとしても，過冷却解除温度を高める添加剤により，環境温度８０℃以上で放熱させることができるからである。
【００４０】
以上詳細に説明したように，蓄熱槽１は，内部に蓄熱材３を封入した蓄熱容器２を有している。蓄熱材３は，アンモニウムミョウバンと無水硫酸ナトリウムとを含むものであり，相変化に伴う潜熱により蓄熱を行うことができるものである。蓄熱材３は，９０℃程度の温度で蓄熱し，その蓄えた熱を８０℃以上の温度で放熱することができる。よって，９０℃程度の温度で蓄熱し，その蓄えた熱を８０℃以上の熱源として用いることができる潜熱蓄熱材および潜熱蓄熱槽が実現されている。
【００４１】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。従って本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，上記の実施形態では，熱媒体４として水を例示しているが，これに限られるものではない。すなわち，蓄熱槽１の利用温度帯で流動性を有するものであれば熱媒体４として用いることができる。また例えば，蓄熱容器２は，アルミと樹脂とによる複層構造のフィルムに限られず，金属製のものなどその他の材料を用いることもできる。
【００４２】
また例えば，蓄熱容器２の形状は，円柱状をした細長いものに限らず，例えば扁平の矩形のものとしてもよい。また例えば，蓄熱容器２の蓄熱槽１内における姿勢は，立てた状態に限らず，横向きに寝かせた状態としてもよい。例えば，図３に示す蓄熱槽１１のように，外形が直方体形状の蓄熱容器１２が複数，横に寝かせた状態で積み重ねて収容されていてもよい。蓄熱槽１１の蓄熱容器１２についても，内部には蓄熱材３が封入されている。また，蓄熱槽１１の内側であって蓄熱容器１２の外側の領域は，熱媒体４により満たされている。また例えば，図４に示す蓄熱槽２１のように，直方体形状の蓄熱容器１２を収容するための棚２２を内部に設けてもよい。蓄熱槽２１では，蓄熱容器１２をそれぞれ棚２２に収容しているため，下側の蓄熱容器１２が上側の蓄熱容器１２の重みによって圧迫されることを防ぐことができる。これにより，下段の蓄熱容器１２が圧迫により破裂してしまうことなどを防止することができる。さらに，蓄熱槽２１では，棚２２によって蓄熱容器１２を互いに離して配置することができる。よって，各蓄熱容器１２における熱媒体４との接触面積を大きくし，蓄熱容器１２内の蓄熱材３と熱媒体４との熱交換を良好に行わせることができる。すなわち，蓄熱や放熱を短時間で行わせることができる。
【００４３】
また例えば，蓄熱槽１は，ガスエンジンの排熱に限らず，蓄熱材３の融点よりも高い温度の熱であれば蓄熱することが可能である。また例えば，蓄熱槽１の放熱についても当然，ガス吸収式冷凍機の再生器を加熱する熱源以外にも，８０℃以上の温度が必要とされる用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…蓄熱槽
２…蓄熱容器
３…蓄熱材
４…熱媒体
【図１】
2015151455.tif 000004
【図２】
2015151455.tif 000005
【図３】
2015151455.tif 000006
【図４】
2015151455.tif 000007