(57)【要約】【課題】融解温度と凝固温度との温度差が小さい蓄熱材料の提供。【解決手段】パラフィン、ケン化度が９０〜１００％のポリビニルアルコールおよび水を含み、ここに、パラフィンがケン化度が９０〜１００％のポリビニルアルコールにより水に分散されていることを特徴とする蓄熱材料。パラフィンとしては、ｎ−テトラデカン、ｎ−ペンタデカンやｎ−ヘキサデカンが用いられ、パラフィンの含有量は、好ましくは、２３〜６０重量％である。ポリビニルアルコールの重合度は、好ましくは、６００〜２６００である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラフィン、ケン化度が９０〜１００％のポリビニルアルコールおよび水を含み、ここに、パラフィンがケン化度が９０〜１００％のポリビニルアルコールにより水に分散されていることを特徴とする蓄熱材料。
【請求項２】
パラフィンが、ｎ−テトラデカン、ｎ−ペンタデカンおよびｎ−ヘキサデカンのうち少なくとも１種である請求項１に記載の蓄熱材料。
【請求項３】
パラフィンの含有量が、２５〜６０重量％である請求項１に記載の蓄熱材料。
【請求項４】
ポリビニルアルコールの重合度が、６００〜２６００である請求項１に記載の蓄熱材料。
【請求項５】
ポリビニルアルコールの添加量が、パラフィン１００重量部に対して１〜２０重量部である請求項１に記載の蓄熱材料。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１に記載の蓄熱材料を、潜熱蓄熱媒体として用いたことを特徴とする蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱材料に関する。さらに詳しくは、相変化に伴う融解潜熱を利用し蓄熱する、潜熱蓄熱方式に用いる蓄熱材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、使用されている蓄熱冷剤としては、安価で取扱いのよい、低温水が利用されてきた。これは、媒体温度を上下させて熱エネルギーを保持する顕熱方式である。しかしながら、低温水は、蓄熱密度が低く、更に効率の良い媒体が求められている。
【０００３】
顕熱方式に代わり、熱効率の良い形態として潜熱蓄熱方式が知られている。これは、媒体の相変化に伴って、放熱および吸熱を行うものである。代表的な例として、シャーベット状の氷を利用する氷蓄熱方式等が挙げられる（特開平１１−２５７６９３号公報）。この潜熱蓄熱方式は蓄熱密度が一定（媒体の凝固点、融点に依存）であることと、蓄熱密度が高いことが特徴であるが、高密度に蓄熱された媒体の運搬や輸送を考慮すると、設備面やコスト面での課題がある。
【０００４】
これに対して、水のような媒体に潜熱蓄熱材料を分散させることで、液状の蓄熱材料として蓄熱システムに適応することが多く検討されている。例えば、潜熱物質をマイクロカプセル化する方法（特開昭６２−１４９３３４号公報）、潜熱物質をエマルジョン化する方法（特開昭５７−４０５８２号公報、特開昭６１−１８８４８３号公報）等が挙げられる。しかしながら、マイクロカプセル化法は製造が複雑なため、コスト面の問題だけでなく、シェル部の界面層により伝熱を行うため、やや熱効率が悪いという問題がある。一方、エマルジョン化法は、潜熱蓄熱材料を界面活性剤を使用してエマルジョン化するため、工程が単純でコスト的にも安価であることから、盛んに研究されている。しかしながら、エマルジョン化法により得られた蓄熱材料の凝固温度は、融解温度よりも非常に低く、融解温度と凝固温度との温度差が大きいため、この蓄熱材料を、潜熱蓄熱媒体として用いた蓄熱システムは、熱交換効率が悪いという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、融解温度と凝固温度との温度差が小さい蓄熱材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、パラフィンを、特定ケン化度範囲のポリビニルアルコールにより、水に分散させた蓄熱材料が、融解温度と凝固温度との温度差が小さいことを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、パラフィン、ケン化度が９０〜１００％のポリビニルアルコールおよび水を含み、ここに、パラフィンがケン化度が９０〜１００％のポリビニルアルコールにより水に分散されていることを特徴とする蓄熱材料を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、かかる蓄熱材料を潜熱蓄熱媒体として用いたことを特徴とする蓄熱システムを提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるパラフィンとしては、特に限定されないが、蓄熱材料を空調システム等の蓄熱システムに用いる観点から、融解温度が２〜２０℃のパラフィンが好ましい。例えば、ｎ−テトラデカン（融解温度：５．９℃）、ｎ−ペンタデカン（融解温度：９．９℃）、ｎ−ヘキサデカン（融解温度：１８．２℃）等の炭素数１４〜１６のパラフィンが好適に用いられる。これらのパラフィンは、単独であるいは２種以上を混合して用いてもよい。
【００１０】
前記パラフィンの含有量は、蓄熱材料の２５〜６０重量％、好ましくは３０〜５０重量％であることが望ましい。パラフィンの含有量が２５重量％未満の場合、パラフィンの量が少ないため、熱交換効率が悪くなるおそれがある。また、パラフィンの含有量が６０重量％を超える場合、得られる蓄熱材料の粘度が高くなり、蓄熱材料として使用しにくくなるおそれがある。
【００１１】
本発明においてポリビニルアルコールは、パラフィンを水に分散させる際の分散助剤として使用する。
【００１２】
本発明に用いられるポリビニルアルコールのケン化度は、融解温度と凝固温度との温度差を小さくする観点から、９０〜１００％、好ましくは９３〜１００％である。ケン化度が９０％未満の場合、融解温度と凝固温度との温度差が大きくなり、蓄熱材料として使用しにくい。
【００１３】
また、本発明に用いられるポリビニルアルコールの重合度は、得られる蓄熱材料の粘度の観点から、６００〜２６００、好ましくは６００〜２０００であることが望ましい。重合度が６００未満のポリビニルアルコールは、入手が困難である。また、重合度が２６００を超える場合、得られる蓄熱材料の粘度が高くなり、蓄熱材料として使用しにくくなるおそれがある。
【００１４】
前記ポリビニルアルコールの添加量は、パラフィン１００重量部に対して１〜２０重量部、好ましくは２〜１５重量部であることが望ましい。ポリビニルアルコールの添加量が１重量部未満の場合、得られる蓄熱材料が相分離してしまい、蓄熱材料として使用しにくくなるおそれがある。また、ポリビニルアルコールの添加量が２０重量部を超える場合、得られる蓄熱材料の粘度が高くなり、蓄熱材料として使用しにくくなるおそれがある。
【００１５】
本発明の蓄熱材料は、前記したごときパラフィンが前記したごときポリビニルアルコールにより水に分散している。
【００１６】
パラフィンを、ポリビニルアルコールにより、水に分散する方法としては、特に限定されないが、ホモジナイザー、コロイドミル等の乳化機を用いて分散する方法；超音波分散機等を用いて分散する方法等が挙げられる。
【００１７】
以下に、乳化機、例えば、ホモジナイザーを用いて分散する方法を例示する。まず、パラフィン、あらかじめポリビニルアルコールを水に溶かしておいたポリビニルアルコール水溶液および水を、ビーカー等の容器に仕込む。次に、容器内の溶液を、ホモジナイザーを用いて攪拌することにより、分散させることができる。
【００１８】
パラフィンを、ポリビニルアルコールにより、水に分散する際の温度としては、特に限定されないが、５〜７０℃、好ましくは１０〜６０℃であることが望ましい。分散する際の温度が５℃未満の場合、均一に分散しにくくなるおそれがある。また、分散する際の温度が７０℃を超える場合、温度に見合う均一に分散する効果は得られず、経済的でない。分散時間は、分散する際の温度等により異なるが、通常、１〜６０分間である。
【００１９】
パラフィンを、ポリビニルアルコールにより、水に分散する際の攪拌速度としては、使用するホモジナイザーの羽の径に依存するが、攪拌羽の先端周速で４〜３０ｍ／ｓ、好ましくは８〜２３ｍ／ｓであることが望ましい。先端周速が４ｍ／ｓ未満の場合、均一に分散しにくくなるおそれがある。また、先端周速が３０ｍ／ｓを超える場合、攪拌速度に見合う均一に分散する効果は得られず、経済的でない。
【００２０】
本発明の蓄熱材料には、本発明の目的を阻害しない範囲において、前記パラフィン、ポリビニルアルコールおよび水以外の、分散安定剤、界面活性剤、消泡剤、粘度調整剤、防かび剤等を添加することもできる。
【００２１】
本発明においては、前記蓄熱材料を潜熱蓄熱媒体として用いて、蓄熱システムとすることができる。蓄熱システムの構成としては、冷熱供給機等の前記潜熱蓄熱媒体を冷却する装置と、空気冷却機等の蓄熱した冷熱を放出する装置とを含むものである。蓄熱材料を潜熱蓄熱媒体として用いる方法としては、特に限定されず、例えば、蓄冷容器内に、潜熱蓄熱媒体を充填した状態で、潜熱蓄熱媒体を直接冷却および冷熱放出する方法；蓄熱容器内に、潜熱蓄熱媒体を封入した部材と水やエチレングリコール等の冷媒を充填した状態で、冷媒を介して潜熱蓄熱媒体を間接的に冷却および冷熱放出する方法等が挙げられる。
【００２２】
以下に、蓄冷容器内に、潜熱蓄熱媒体を充填した状態で、潜熱蓄熱媒体を直接冷却および冷熱放出する方法を例示する。
【００２３】
蓄冷容器内に、潜熱蓄熱媒体として前記蓄熱材料を充填し、蓄熱材料を循環させながら、冷熱供給機を用いて蓄熱材料を凝固温度以下に冷却する。次に、蓄熱材料の循環を空気冷却機側に変えることにより、空気冷却機を用いて空気を冷却することができる。
【００２４】
このように、本発明の蓄熱システムによれば、冷房に必要な温度付近に融解温度を有する蓄熱材料を使用することにより、空気冷却時に蓄熱材料の融解熱を利用して効率よく空気を冷却することができる。また、冷熱供給機を用いた蓄熱材料の冷却は、夜間電力を使用することができるため、蓄熱システムを経済的に運用することができる。
【００２５】
以下、本発明の蓄熱システムを、図面を参照しつつ、具体的に説明する。
図１に潜熱蓄熱媒体３が充填される蓄冷容器２を含む蓄熱システム１の構成例を示す。所定容量の蓄冷容器２の内部には、潜熱蓄熱媒体３が充填されている。そして、この蓄冷容器２には、冷熱供給機６と空気冷却機１０とが連結されている。
【００２６】
上記蓄熱システム１を用いた空気冷却は、次の操作によって行うことができる。まず、弁８および１１を閉じた上で、弁４および７を開き、潜熱蓄熱媒体循環ポンプ５を作動させ、冷熱供給機６を用いて潜熱蓄熱媒体３を凝固温度以下に冷却する。
【００２７】
次に、潜熱蓄熱媒体循環ポンプ５を停止し、弁４および７を閉じた上で、弁８および１１を開き、潜熱蓄熱循環ポンプ９を作動させ、空気冷却機１０を用いて、空気を冷却する。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００２９】
実施例１
１Ｌ容のビーカーに、ｎ−ヘキサデカン（日鉱石油化学株式会社製の商品名：ノルマルヘキサデカン）１６０ｇ、ポリビニルアルコール（日本合成化学株式会社製の商品名：ポバール、ケン化度：１００％、重合度：１８００）６．４ｇを水５７．６ｇに溶解した水溶液６４ｇおよび水１７６ｇを仕込んだ。次いで、ホモジナイザー（特殊機化株式会社製の商品名：ＡＵＴＯ　ＨＯＭＯＭＩＸＥＲ　Ｍ型）を用いて、２５℃にて、先端周速１８．８ｍ／ｓの攪拌速度で８分間攪拌して、ｎ−ヘキサデカンを分散させ、本発明の蓄熱材料を得た。
【００３０】
実施例２
１Ｌ容のビーカーに、ｎ−テトラデカン（日鉱石油化学株式会社製の商品名：ノルマルテトラデカン）３２ｇ、ｎ−ペンタデカン（日鉱石油化学株式会社製の商品名：ノルマルペンタデカン）１２８ｇ、ポリビニルアルコール（日本合成化学株式会社製の商品名：ポバール、ケン化度：１００％、重合度：１８００）６．４ｇを水５７．６ｇに溶解した水溶液６４ｇおよび水１７６ｇを仕込んだ。次いで、ホモジナイザー（特殊機化株式会社製の商品名：ＡＵＴＯ　ＨＯＭＯＭＩＸＥＲ　Ｍ型）を用いて、２５℃にて、先端周速１８．８ｍ／ｓの攪拌速度で８分間攪拌して、ｎ−テトラデカンおよびｎ−ペンタデカンを分散させ、本発明の蓄熱材料を得た。
【００３１】
実施例３
１Ｌ容のビーカーに、ｎ−ペンタデカン（日鉱石油化学株式会社製の商品名：ノルマルペンタデカン）１６０ｇ、ポリビニルアルコール（日本合成化学株式会社製の商品名：ポバール、ケン化度：９５〜９７％）６．４ｇを水５７．６ｇに溶解した水溶液６４ｇおよび水１７６ｇを仕込んだ。次いで、ホモジナイザー（特殊機化株式会社製の商品名：ＡＵＴＯ　ＨＯＭＯＭＩＸＥＲ　Ｍ型）を用いて、２５℃にて、先端周速１８．８ｍ／ｓの攪拌速度で８分間攪拌して、ｎ−ペンタデカンを分散させ、本発明の蓄熱材料を得た。
【００３２】
比較例１
１Ｌ容のビーカーに、ｎ−ヘキサデカン（日鉱石油化学株式会社製の商品名：ノルマルヘキサデカン）１６０ｇ、ポリビニルアルコール（日本合成化学株式会社製の商品名：ポバール、ケン化度：８６．５〜８９．０％、重合度：２３００）６．４ｇを水５７．６ｇに溶解した水溶液６４ｇおよび水１７６ｇを仕込んだ。次いで、ホモジナイザー（特殊機化株式会社製の商品名：ＡＵＴＯ　ＨＯＭＯＭＩＸＥＲ　Ｍ型）を用いて、２５℃にて、先端周速１８．８ｍ／ｓの攪拌速度で８分間攪拌して、ｎ−ヘキサデカンを分散させ、蓄熱材料を得た。
【００３３】
比較例２
１Ｌ容のビーカーに、ｎ−ヘキサデカン（日鉱石油化学株式会社製の商品名：ノルマルヘキサデカン）１６０ｇ、ポリビニルアルコール（日本合成化学株式会社製の商品名：ポバール、ケン化度：７８．５〜８１．５％、重合度：１７００）６．４ｇを水５７．６ｇに溶解した水溶液６４ｇおよび水１７６ｇを仕込んだ。次いで、ホモジナイザー（特殊機化株式会社製の商品名：ＡＵＴＯ　ＨＯＭＯＭＩＸＥＲ　Ｍ型）を用いて、２５℃にて、先端周速１８．８ｍ／ｓの攪拌速度で８分間攪拌して、ｎ−ヘキサデカンを分散させ、蓄熱材料を得た。
【００３４】
比較例３
１Ｌ容のビーカーに、ｎ−ヘキサデカン（日鉱石油化学株式会社製の商品名：ノルマルヘキサデカン）１６０ｇ、エチレンオキサイド・プロピレンオキサイドブロック共重合体（第一工業製薬株式会社の商品名：エパン）５ｇとポリオキシエチレンアルキルエーテル（第一工業製薬株式会社の商品名：ノイゲン）３ｇを水５６ｇに溶解した水溶液６４ｇおよび水１７６ｇを仕込んだ。次いで、ホモジナイザー（特殊機化株式会社製の商品名：ＡＵＴＯ　ＨＯＭＯＭＩＸＥＲ　Ｍ型）を用いて、２５℃にて、先端周速１８．８ｍ／ｓの攪拌速度で８分間攪拌して、ｎ−ヘキサデカンを分散させ、蓄熱材料を得た。
【００３５】
［評価］
上記実施例、比較例により得られた蓄熱材料の凝固温度および融解温度を、以下の方法に従って測定した。
【００３６】
（凝固温度および融解温度）
蓄熱材料１０ｍｇを秤量し、示差走査熱量計（セイコー電子工業株式会社製の商品名：ＳＳＣ５２００熱分析システム）を用いて、冷却速度１．０℃／分で、２０℃から−５℃まで冷却した際に、得られる発熱ピークの頂点に対応する温度を凝固温度とした。引き続き、昇温速度１．０℃／分で、−５℃から２０℃まで昇温した際に、得られる吸熱ピークの頂点に対応する温度を融解温度とした。得られた結果を表１に示した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
実施例１〜３の蓄熱材料は、凝固温度と融解温度との温度差が１０℃以内と、比較例１〜３の蓄熱材料に比べて小さいと判断できる。
【００３９】
実施例４
［蓄熱システム１の試作］
容積３００Ｌの蓄冷容器２内に、実施例１により得られた蓄熱材料を潜熱蓄熱媒体として充填し、図１のように試作蓄熱システム１を組んだ。
【００４０】
［操作］
まず、弁８および１１を閉じた上で、弁４および７を開き、潜熱蓄熱媒体循環ポンプ５を作動させ、冷熱供給機６を用いて、蓄熱材料を５℃まで冷却した。
【００４１】
次いで、潜熱蓄熱媒体循環ポンプ５を停止し、弁４および７を閉じた上で、弁８および１１を開き、潜熱蓄熱媒体循環ポンプ９を作動させ、２５℃の空気を空気冷却機１０に通したところ、１８℃まで冷却されていた。この状態をほぼ１０時間継続させることができた。すなわち、全ての蓄熱材料が融解するまで１０時間を要したことになる。
【００４２】
したがって、冷房の必要の少ない夜間において、蓄熱材料を凝固温度以下に冷却する操作を完了しておけば、上記試作蓄熱システム１で、充分に昼間の冷房を継続して行うことができることが確認された。
【００４３】
もちろん、この発明の範囲は、上述の実施例に限定されることはない。蓄熱システム１の形態には。さまざまな変更例が考えれられることは、既に上記説明中に示唆したとおりである。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によると、融解温度と凝固温度との温度差が小さい蓄熱材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄熱システムの一実施例の略示構成図である。
【符号の説明】１；蓄熱システム、２；蓄冷容器、３；潜熱蓄熱媒体、４；弁、５；潜熱蓄熱媒体循環ポンプ、６；冷熱供給機、７；弁、８；弁、９；潜熱蓄熱媒体循環ポンプ、１０；空気冷却機、１１；弁、１２；空気、１３；冷空気
【図１】
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