(57)【要約】【課題】−３０〜２００℃の幅広い温度範囲を含み、特にこれまで達成されていなかった５０〜２００℃の温度範囲で利用可能な、実用性の高い新規材料系の熱利用材料を提供する。【解決手段】有機酸と有機塩基とで形成された、常温で固体の有機塩よりなる熱利用材料。有機塩における異種分子間の相互作用と、その可逆的な形成と解離エネルギーを熱利用材料に利用する。目的に合わせて適切な分子の組み合わせを選択することにより、分子間の相互作用エネルギーの大きさを自由に選択することができる。簡単な構造の分子を構成分子として使用することができることから、製造が簡単で安価である。有機塩の形成と解離は可逆的であり、解離した分子は何回も繰り返し使用できるので、高蓄熱量の蓄熱材として使用できる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機酸と有機塩基とで形成された、常温で固体の有機塩よりなることを特徴とする熱利用材料。
【請求項２】
示差走査熱量測定による熱量が２０Ｊ／ｇ以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱利用材料。
【請求項３】
示差走査熱量測定において、３０〜２００℃の温度領域で熱収支があることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱利用材料。
【請求項４】
前記有機酸が、カルボン酸類、スルホン酸類、フェノール類、チオール類、酸イミド類、スルホンアミド類、及び酸性複素環式化合物類よりなる群から選ばれるものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱利用材料。
【請求項５】
前記有機塩基が、アミン類、イミン類、複素環塩基類、アルカロイド類、有機アンモニウム化合物類、及び有機金属類よりなる群から選ばれるものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の熱利用材料。
【請求項６】
有機塩の中で、前記有機酸基と有機塩基基とが非共有性結合で結合していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の熱利用材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機塩を利用した熱利用材料に関する。本発明の熱利用材料は熱エネルギーの貯蔵、輸送等、例えば、各種産業や都市環境からの廃熱回収、熱エネルギーの貯蔵や輸送、空調設備における熱交換等の幅広い分野に有効に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、潜熱蓄熱材等の熱利用材料としては、氷、硫酸ナトリウム十水和物、塩化カルシウム六水和物などの無機水和物、酢酸ナトリウム三水和物などの有機金属塩水和物、パラフィンやｍｅｓｏ−エリスリトールなどの有機物が検討され、一部実用化されてきた。また、パラフィンをマイクロカプセル化したりエマルジョン化したりすることによる高密度熱輸送媒体の開発も行われてきた。最近では、低級アルキル４級アンモニウム塩を蓄熱材及び熱輸送媒体として使用することも報告されている。また、クラスレートハイドレートを蓄熱材に適用する検討も数多く行われてきた。
【０００３】
更に、イオン性液体を蓄熱材として応用する報告もある（Ｂ．Ｗｕ、Ｒ．Ｇ．Ｒｅｄｄｙ  ａｎｄ  Ｒ．Ｄ．Ｒｏｇｅｒｓ、Ｐｒｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｏｌｏｒ  Ｆｏｒｕｍ  ２００１  Ｓｏｌｏｒ  Ｅｎｅｒｇｙ：Ｔｈｅ  Ｐｏｗｅｒ  ｔｏ  Ｃｈｏｏｓｅ  Ａｐｒｉｌ  ２１−２５、２００１、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  ＤＣ）。
【０００４】
即ち、一般に塩は常温で固体であるが、最近になって、常温で液体となる系が見出され、この常温溶融塩はイオン性液体と呼ばれている。イオン性液体は揮発性がなく、導電性を有することから、環境汚染の懸念が少ない有機合成の溶媒や電気化学電池の電解液として注目されている（例えば、特開２００２−１８７８９３号公報）。
【０００５】
一方、熱利用材料として、吸着熱を利用する吸着剤の開発も行われてきた。代表的な組み合わせとして、水−シリカゲル、水−ゼオライト、エタノール−活性炭が良く知られている。
【０００６】
また、化学反応による蓄熱や増熱の検討も行われてきた。
【０００７】
このような熱利用材料（狭義には蓄熱材、吸着剤や熱輸送媒体）は、おおよそ−３０〜２００℃の温度範囲での利用が求められている。熱利用の温度範囲で大別すると、
（１）  冷蔵用途の−３０〜０℃
（２）  冷房空調用途の０〜１５℃
（３）  住宅の省エネルギー、快適用途の１５〜３０℃
（４）  暖房空調、廃熱回収用途の３０〜１００℃
（５）  廃熱回収用途の１００〜２００℃
がある。
【０００８】
しかしながら、従来研究されてきた熱利用材料のうち、有望なものは極一部であり、多くは実用化に至っていない。例えば、氷以外で実用化されている熱利用材料は、暖房空調用との硫酸ナトリウム十水和物（融点３２．５℃）やパラフィン、暖房空調用途の酢酸ナトリウム三水和物（融点５８℃）程度である。
【０００９】
従来の熱利用材料の最大の問題点は、融点などの熱利用温度が物質固有であり、これ以上新規化合物を見出すことが殆ど不可能な点にある。これに対して、吸着剤はワーキングペアとして吸着剤と吸着質との組み合わせを選択することにより、この温度範囲を広げる可能性もあるが、いずれも選択の幅が狭く、組み合わせは限られているために開発の余地は狭い。
【００１０】
また、前述のイオン性液体を蓄熱材として適用する場合、常温で液体であるので、特に開発が望まれている５０〜２００℃の温度範囲では、相転移を利用した大きな蓄熱ができず、高性能の蓄熱材としては適当でない。しかも、イオン性液体は元来固体である塩を常温で液体にするために、極めて特殊な分子設計を必要とし、いくつかのイミダゾリウム塩誘導体等が知られているに過ぎない。また、その特殊な分子設計のために非常に高価であり、実用に使用するには多くの問題がある。
【００１１】
このようなことから、更なる熱エネルギーの有効利用の観点から、上記（１）〜（５）の温度帯、特に（４）、（５）の温度帯を中心に、実用性の高い熱利用材料の開発が求められている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−１８７８９３号公報
【非特許文献１】
Ｂ．Ｗｕ、Ｒ．Ｇ．Ｒｅｄｄｙ  ａｎｄ  Ｒ．Ｄ．Ｒｏｇｅｒｓ、Ｐｒｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｓｏｌｏｒ  Ｆｏｒｕｍ  ２００１  Ｓｏｌｏｒ  Ｅｎｅｒｇｙ：Ｔｈｅ  Ｐｏｗｅｒ  ｔｏ  Ｃｈｏｏｓｅ
Ａｐｒｉｌ  ２１−２５、２００１、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  ＤＣ
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、−３０〜２００℃の幅広い温度範囲を含み、特にこれまで達成されていなかった５０〜２００℃の温度範囲で利用可能な、実用性の高い熱利用材料であって、従来の単一物質による蓄熱材や極限定された吸着剤ではなく、また、ハイドレートクラスレートやイオン性液体でもない、全く新しい材料系の熱利用材料を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の熱利用材料は、有機酸と有機塩基とで形成された、即ち、有機酸基と有機塩基基とが結合した、常温で固体の有機塩よりなることを特徴とする。
【００１５】
なお、「有機酸基（ａｃｉｄ  ｒａｄｉｃａｌ）」とは、有機酸分子から陽性基と置換し得る水素原子を１個又は２個以上除いた陰性原子団である。一方、「有機塩基基」とは、本明細書において、この有機酸基に対応して説明の便宜上呼称するものであり、有機塩基が有機酸と反応して得られる有機塩の中で、有機酸基と対をなす陽性原子団（有機塩基根）をさし、例えば有機塩基に水素原子を１個又は２個以上付加したルイス塩基の共役酸に相当する。また、本発明において、常温とは１０〜４０℃の範囲をさす。
【００１６】
即ち、本発明者らは、有機化合物の酸塩基反応に注目して鋭意検討した結果、有機酸と有機塩基の組み合わせにより多種多様な有機塩が形成されること、これらの有機塩を熱利用材料として適用することにより、広範な蓄熱温度を達成可能であることを見出し、これにより、特に開発が望まれており、且つ、従来において有望な熱利用材料が提供されていない５０〜２００℃の範囲を含む幅広い温度範囲で利用可能な熱利用材料を開発し、本発明に到達した。
【００１７】
有機酸と有機塩基との酸塩基反応生成物は非共有性結合からなっている。構成分子間の相互作用の度合いは、構成有機分子の酸性、塩基性の度合いや、形成される有機塩の構造、結合様式、種類により広範であるので、目的に合わせて適切な分子の組み合わせを選択することにより、分子間の相互作用エネルギーの大きさを自由に選択することができる。また、簡単な構造の分子を構成分子として使用することができることから、製造が簡単で安価であるため、各種産業分野で使用するには優れた特徴がある。
【００１８】
有機塩の中で有機酸基と有機塩基基とは非共有結合で結合しているが、この結合エネルギーより大きなエネルギーを与えると、有機塩は有機酸分子と有機塩基分子とに解離し、エネルギーを除去すると再び塩を形成する。即ち、この反応は可逆的に進行する。
【００１９】
この可逆性と結合エネルギーのバランスが熱利用材料として重要である。従って、熱利用材料として提供する際には、有機酸基と有機塩基基との非共有結合性が重要な役割を果たすが、この結合はＩＲやＸ線結晶構造解析等の分析手法で解析することができる。
【００２０】
本発明は、有機塩における異種分子（原子団）間の相互作用と、その可逆的な形成と解離に注目し、有機塩を熱利用材料として使用したものである。有機塩の形成と解離は可逆的であり、解離した分子は何回も繰り返し使用できるので、本発明の熱利用材料は高蓄熱量の蓄熱材として使用できる。
【００２１】
また、有機塩の形成は、有機酸と有機塩基が相互に補足する現象に他ならないので、効率良い吸着剤として利用することも可能である。この場合、気体の分子を使用して、例えば、吸着ヒートポンプ等に好ましく使用することができる。
【００２２】
本発明は、汎用の有機酸と有機塩基とを組み合わせることが特徴であるので、分子設計は実質的に無限であり、そのために高性能で実用性の高い熱利用材料を安価に提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の熱利用材料の実施の形態を詳細に説明する。まず、本発明に係る有機塩について説明する。
【００２４】
ブレンステッドはプロトンを供与することができるものを酸、プロトンを受容することができるものを塩基と定義し、一方でルイスは非共有電子対を受容するできることができるものを酸、非共有電子対を供与することができるものを塩基と定義したが、この酸と塩基の反応物を塩と総称する。本発明では酸と塩基の両方が有機化合物である有機塩を熱利用材料として使用することを特徴とする。
【００２５】
本発明の熱利用材料は、有機酸と有機塩基との反応による有機塩の生成と、解離を利用するものであり、従って、本発明に適用可能な有機酸とは酸性を示す有機化合物、或いは、塩基と反応して塩を生成する有機化合物であれば良く、特に制限はないが、カルボン酸類、スルホン酸類、スルフィン酸類、フェノール類、エノール類、チオール類、酸イミド類、オキシム類、スルホンアミド類等の酸性の官能基を持つ化合物は全て含まれる。また、複素環式化合物であっても良い。
【００２６】
ニトロ（フェニル）メタンのような第一級、第二級ニトロ化合物は酸性を示さないものもあるが、アルカリ水溶液に溶解して塩を形成するので擬酸と呼ばれている。このような擬酸も本発明に係る有機酸に含まれる。
【００２７】
本発明で用いることができる有機酸の具体例を以下に示すが、本発明に係る有機酸は、何ら以下のものに限定されるものではない。
【００２８】
［カルボン酸類］
１分子中にあるカルボキシル基の数に応じて、モノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸などと総称されるが、勿論、カルボキシル基の数には何ら限定されるものではなく、テトラカルボン酸、ペンタカルボン酸、ヘキサカルボン酸等のポリカルボン酸を用いても良い。
脂肪族カルボン酸、環式カルボン酸に大別される単純カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルチミン酸、ステアリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、ゼライン酸、セバシン酸、アクリル酸、プロピオル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、オレイン酸、エライジン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、ショウノウ酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフトエ酸、トルイル酸、ヒドロアトロパ酸、ケイ皮酸、フル酸、メリット酸、トリメリット酸、ヘミメリット酸、ピロメリット酸、トリメシン酸、クマリン酸、テン酸等が挙げられる。
ヒドロキシ酸、アルコキシ酸としては、グリコール酸、乳酸、グリセリン酸、タルトロン酸、リンゴ酸、酒石酸、トロパ酸、ベンジル酸、サリチル酸、アニス酸、バニリン酸、ベラトルム酸、ピペロニル酸、プロトカテク酸、没食子酸等が挙げられる。
オキソ酸としてはグリオキシ酸、ピルビン酸、アセト酢酸、メソシュウ酸、オキサル酢酸、レブリン酸等が挙げられる。
【００２９】
［スルホン酸類］
メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸等が挙げられる。
【００３０】
［スルフィン酸類］
ベンゼンスルフィン酸等が挙げられる。
【００３１】
［フェノール類］
フェノール、ピロカテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール、フロログリシノール、ピクリン酸、チモール、カルバクロール、スチフニン酸、１−ナフトール、２−ナフトール、アントロール、２−フェナントロール、１，２，４−ベンゼントリオール、ビスフェノールＡ、ｐ−ターフェニル−２’−オール等が挙げられる。
【００３２】
［エノール類］
エチレン結合の一端に水酸基の結合した結合様式でケト型と互変異性の関係にあるが、β−ジカルボニル化合物では分子内でキレート環の形成によりエノール型をとりやすく、例えばアセト酢酸エチルの一部はエノール型をとっている。本発明ではこのようなエノール類も使用できる。
【００３３】
［チオール類］
メタンチオール、エタンチオール、フェニルメタンチオール、ベンゼンチオール、α−トルエンチオール、ｐ−ニトロフェニルチオール、ペンタフルオロフェニルチオール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルチオール、１，４−ブタンチオール等が挙げられる。
【００３４】
［酸イミド類］
スクシンイミド、フタルイミド、１，２−シクロヘキサンジカルボキシイミド、Ｎ−フェニルフタルイミド等が挙げられる。
【００３５】
［オキシム類］
グリオキシム、ベンジルジオキシム、アセトキシム、ベンゾアルドキシム等が挙げられる。
【００３６】
［スルホンアミド類］
メタンスルホンアミド、エタンスルホンアミド、ベンゼンスルホンアミド、ｐ−トルエンスルホンアミド、ナフタレンスルホンアミド等が挙げられる。
【００３７】
［酸性複素環式化合物類］
バルビツル酸、尿酸、シトシン、ウラシル、チミン、グアニン、ヒポキサンチン、キサンチン、テオフィリン等が挙げられる。
【００３８】
［擬酸類］
ニトロフェニルメタン、ニトロメタン等の第一級ニトロ化合物、２−ニトロプラパン等の第二級ニトロ化合物等が挙げられる。
【００３９】
これらのうち好ましい有機酸は、以下に挙げるものである。
酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アクリル酸、プロピオル酸、マレイン酸、フマル酸、ショウノウ酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、グリコール酸、乳酸、タルトロン酸、リンゴ酸、酒石酸、サリチル酸、没食子酸等のカルボン酸類；ｐ−トルエンスルホン酸等のスルホン酸類；フェノール、ピロカテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール、フロログリシノール等のフェノール類；メタンチオール、エタンチオール、フェニルメタンチオール、ベンゼンチオール等のチオール類；メタンスルホンアミド、エタンスルホンアミド、ベンゼンスルホンアミド、ｐ−トルエンスルホンアミド、ナフタレンスルホンアミド等のスルホンアミド類；スクシンイミド、フタルイミド、１，２−シクロヘキサンジカルボキシイミド、Ｎ−フェニルフタルイミド等の酸イミド類；バルビツル酸、尿酸、シトシン、ウラシル、チミン、グアニン等の酸性複素環式化合物類。
【００４０】
特に好ましい有機酸は、カルボン酸類、スルホン酸類、フェノール類、チオール類、酸イミド類、酸性複素環式化合物類である。
【００４１】
これらの有機酸は１種を単独で用いても２種以上を併用しても良い。
【００４２】
同様に有機塩基としては、塩基性を示す有機化合物、或いは酸と反応して塩を生成する有機化合物であれば良く、特に制限はないが、アミン類、イミン類、複素環塩基類、アルカロイド類、ヒドラジン類、有機金属類、有機アンモニウム化合物類等が挙げられる。
【００４３】
複素芳香族化合物に水酸化イオンが付加したような化合物は塩基性を示さないものもあるが、酸と塩を形成することもあるので擬塩基と呼ばれている。このような擬塩基も本発明に係る有機塩基に含まれる。
【００４４】
本発明で用いることができる有機塩基の具体例を以下に示すが、本発明に係る有機塩基は、何ら以下のものに限定されるものではない。
【００４５】
［アミン類］
メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、シクロヘキシルアミン、アニリン、アニシジン、フェネチジン、トルイジン、キシリジン、クミジン、ベンジルアミン、２−ナフチルアミン、ベンゾフランアミン、４−キノリノアミン、１，４−ブタンジアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、１，４−ナフタレンジアミン、２，４−ピリジンジアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、フェニレンジアミン等の第一アミン；
ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジフェニルアミン、メチルエチルアミン、エチルフェニルアミン等の第二アミン；
トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルプロピルアミン等の第三アミン；
Ｎ−メチルヒドロキシルアミン、Ｏ−エチル−Ｎ−プロピルヒドロキシルアミン、Ｏ−アセチルヒドロキシルアミン等のヒドロキシルアミン等が挙げられる。
【００４６】
［イミン類］
１−プロパンイミン、１−ブチルイミン、５−イミノ−２−ピロリジノン、ヒドロキシシトロネラール、ｐ−ベンゼンキノンモノイミン等が挙げられる。
【００４７】
［複素環塩基類］
ピロール、２Ｈ−ピロール、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イソチアゾール、イミダゾール、ピラゾール、フラザン、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、ピロリン、ピロリジン、２−イミダゾリン、イミダゾリジン、２−ピラゾリン、ピラゾリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、キヌクリジン、インドール、イソインドール、ベンゾ［ｂ］フラン、ベンゾ［ｂ］チオフェン、インドリジン、４Ｈ−クロメン、キノリン、イソキノリン、４Ｈ−キノリン、プリン、１Ｈ−インダゾール、キナゾリン、シンノリン、キノキサリン、フタラジン、プテリジン、カルバゾール、アクリジン、フェナントリジン、キサンテン、フェナジン、フェノチアジン、フェノキサジン、インドリン、イソインドリン、ベンゾ［ｈ］イソキノリン、１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、トリアジン等が挙げられる。
【００４８】
［アルカロイド類］
ブルシン、スパルテイン、エフェドリン、ニコチン、β−ニコチニン、キニーネ、ピペリン等が挙げられる。
【００４９】
［ヒドラジン類］
ヒドラジン、メチルヒドラジン、Ｎ−メチル−Ｎ’−フェニルヒドラジン、フェニルヒドラジン、アセトアルデヒドヒドラジン、フェニルヒドラゾン、ベンゾヒドラジド、フェニルアセトヒドラジド、アセトンセミカルバゾン等が挙げられる。
【００５０】
［有機アンモニウム化合物類］
テトラメチルアンミニウムヒドロキシド、テトラエチルアンミニウムヒドロキシド、テトラブチルアンミニウムヒドロキシド、トリメチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、コリン、アセチルコリン等が挙げられる。
【００５１】
［有機金属類］
ブチルリチウム、リチウムジイソプロピルアミド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムｔ−ブトキシド、ナトリウムフェノキシド、トリフェニルメチルナトリウム等が挙げられる。
【００５２】
［擬塩基類］
トリフェニルメタン染料のカルビノール塩基が例として挙げられる。
【００５３】
これらのうち好ましい有機塩基は、以下に挙げるものである。
メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、アニリン、１，４−ブタンジアミン、エチレンジアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、Ｎ−メチルヒドロキシルアミン等のアミン類；１−プロパンイミン、１−ブチルイミン等のイミン類；ピロール、オキサゾール、イミダゾール、ピラゾール、フラザン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピロリジン、イミダゾリジン、ピラゾリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン等の複素環塩基類；ブルシン、スパルテイン、エフェドリン、ニコチン、β−ニコチニン等のアルカロイド類；テトラメチルアンミニウムヒドロキシド、テトラエチルアンミニウムヒドロキシド、コリン等の有機アンモニウム化合物類；ブチルリチウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムｔ−ブトキシド等の有機金属類。
特に好ましい有機塩基は、アミン類、複素環塩基類、有機アンモニウム化合物類である。
【００５４】
これらの有機塩基は１種を単独で用いても２種以上を併用しても良い。
【００５５】
なお、本発明に係る有機酸、有機塩基は高分子化合物であっても良い。
【００５６】
有機酸と有機塩基との反応物である有機塩は非共有性結合により形成され、この非共有結合の存在も本発明の特徴である。非共有結合としてはイオン結合の他に、水素結合、ファン・デル・ワールス力、電荷、双極子モーメント等があるが、前述の如く、その存在はＩＲやＸ線結晶構造解析等の分析手法で解析することができる。
【００５７】
本発明の熱利用材料を構成する有機塩は、常温で固体であることが特徴であるが、有機塩が常温で固体として存在するためには、有機塩の中で有機酸基と有機塩基基との非共有結合を介してネットワークを形成することが重要である。この分子（原子団）間ネットワークを形成させるために、本発明に係る有機塩は、有機塩基基と有機酸基以外の分子、化合物、イオン等を含むものであっても良い。
【００５８】
有機塩の調製は、有機酸と有機塩基が、お互いの酸性と塩基性を相互に認識して集合、反応するように接触させることにより行われる。有機塩の形成機能に関しては未だ明確にされていないことも多いが、非共有性結合の形成等を駆動力として、熱化学的に安定な状態になることによると推定されている。
【００５９】
具体的な有機塩の調製方法はいくつか知られている。例えば、有機酸と有機塩基を適当な溶媒に溶解して有機塩の固体を析出させる方法がある。有機酸と有機塩基の一方或いは両方を溶解しない適当な媒体を使用して、これらを接触させて有機塩を調製することもできる。また、有機酸と有機塩基を直接混合して接触させることによっても調製可能である。これらの分子複合体の調製において、有機塩と有機塩基は固体、液体、気体のいずれの状態でも構わない。有機塩の調製に溶媒や媒体等を使用する場合、溶媒や媒体等も固体、液体、気体のいずれの状態でも構わない。
【００６０】
本発明では熱利用材料として常温で固体の有機塩を使用するが、実際に使用する状況に応じて、有機塩を気体、液体、固体と混合したり、溶解したりすることは可能である。本発明においては、熱利用材料としての使用に合致するものであれば、これらのどのような存在状態であっても適用可能である。
【００６１】
なお、本発明に係る有機塩の調製において、使用される有機酸と有機塩基の割合は、有機塩によりそれぞれ異なり、また調製方法、調製条件により異なるので、特に制限されるものではない。また、前述のように、有機酸、有機塩基以外の化合物、分子、イオン等を有機塩調製時に使用しても良い。
【００６２】
本発明は、このような有機塩よりなり、示差走査熱量測定による熱量（吸熱又は放熱量）が好ましくは２０Ｊ／ｇ以上、より好ましくは１００Ｊ／ｇ以上、特に好ましくは２００Ｊ／ｇ以上のものである。この熱量が２０Ｊ／ｇ未満では、熱利用材料として十分に機能し得ない。この熱量の上限は特に限定はなく、高い程好ましいが、通常１０，０００Ｊ／ｇ以下、特に５，０００Ｊ／ｇ以下である。
【００６３】
また、本発明の熱利用材料は、示差走査熱量測定において、好ましくは３０〜２００℃の温度領域で熱収支があるものである。即ち、３０〜２００℃の温度領域で吸熱又は放熱があるものである。この熱収支のある温度範囲が３０〜２００℃、好ましくは５０〜１８０℃、特に好ましくは８０〜１６０℃であれば、最も利用が望まれる温度範囲での熱利用材料を実現することができ、好ましい。
【００６４】
本発明の熱利用材料に熱を加えたり、熱利用材料から熱を取り出したりする形態に特に制限はない。この形態の諸例について次に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６５】
図１はカプセル型蓄熱システムの説明図であり、（ａ）図はカプセルの斜視図、（ｂ）図はカプセルの断面図、（ｃ）図はシステムのフロー図である。
【００６６】
カプセル１は、合成樹脂、金属などの材料よりなる中空殻形状であり、有機塩よりなる又は有機塩を含む内容物２を充填するための開口１ａを有する。この開口１ａはプラグ１ｂで封鎖されている。なお、図１ではカプセル１は球形であるが、楕円球状、円柱状、楕円柱形、角柱形、直方体、立方体、多面体、達磨形、亜鈴形、これらを組み合わせた形状など各種形状としうる。
【００６７】
開口１ａは２個以上設けられてもよい。プラグ１ｂは、脱着不能に固着されてもよく、着脱可能とされていてもよい。
【００６８】
カプセル１の殻部分の肉厚は、充分な強度を確保しうる範囲で薄い方が好ましい。合成樹脂製カプセルの場合、この肉厚は０．２〜５ｍｍ特に０．５〜３ｍｍ程度が好適である。
【００６９】
図１（ｃ）の通り、このカプセル１は、蓄熱槽４に収納され、カプセル１の周囲に熱源機３からの熱源流体が流通される。カプセル１内の有機塩に蓄熱された熱は、熱交換器５を介して熱負荷６に供給可能である。
【００７０】
図２はアイスオンコイル型蓄熱システムの模式的な断面図である。蓄熱槽１０内に伝熱チューブ１１が配設されている。この伝熱チューブ１１は、蓄熱槽１０内に収納された有機塩又は有機塩を含む収容物１２と接している。
【００７１】
蓄熱時は、冷凍機又はヒートポンプ等で有機塩の解離点以下（以上）に収容物１２を冷却又は加熱して、蓄熱する。放熱時は、蓄熱時と逆の操作を行うことで、有機塩を解離又は形成させて熱を利用する。
【００７２】
有機酸及び有機塩基が固体又は液体であれば、蓄熱槽或いは蓄熱カプセルに圧力もかからず、従来の蓄熱材と同じように従来公知の各種蓄熱システムに使用することができる。
【００７３】
図３は有機酸と有機塩基の有機塩形成熱（吸着熱）を利用した空調システムの構成図である。
【００７４】
蓄熱槽２０内に伝熱チューブ２１が配設されている。この伝熱チューブ２１は、蓄熱槽２０内の有機塩２２に接している。この有機塩２２は、有機塩を形成可能な有機酸と有機塩基とからなる。
【００７５】
蓄熱槽２０には、有機塩２２から脱着した気体の有機酸及び有機塩基の一方を収容するための収容槽２３が接続されている。伝熱チューブ２１はファンコイル２４に接続されており、伝熱媒体（流体）がポンプ（図示略）により該伝熱チューブ２１とファンコイル２４との間を循環可能とされている。ファンコイル２４は、空調しようとする部屋に設置されている。
【００７６】
この部屋は、例えばコンピューターサーバーの設置場所や電話交換所などであり、発熱源を有している。この部屋の温度が所定温度Ｔ℃（例えば５０℃）以上となることを防止するために、有機酸と有機塩基の解離温度ｔ℃がＴ℃又はＴ℃よりも若干低い有機塩２２が用いられている。なお、Ｔ℃とｔ℃との差（Ｔ−ｔ）は０〜５０℃特に３〜４０℃程度であることが好ましい。
【００７７】
部屋内の温度がＴ℃以上に上昇した場合、上記ポンプが作動し、伝熱媒体（流体）がチューブ２１とファンコイル２４との間を循環する。部屋内の熱は、該伝熱媒体によってチューブ２１に導かれ、有機塩２２を加熱する。有機塩２２を構成する有機酸又は有機塩基は、この熱により解離して気化し、この気化熱により伝熱媒体の温度を約Ｔ℃とする。このＴ℃の伝熱媒体がファンコイル２４に戻ることにより、部屋内の温度が約Ｔ℃に保たれるようになる。
【００７８】
有機塩２２から気化した有機酸及び有機塩基のいずれか一方は、収容槽２３に収容される。
【００７９】
この収容槽２３には、例えば常温の空気や水を冷熱源とする冷却手段又は放熱手段が設けられており、収容槽２３内の気体の有機酸及び有機塩基のいずれか一方は凝縮して液体となる。
【００８０】
深夜など部屋内の温度がＴ℃よりも低くなったときに、この凝縮した有機酸及び有機塩基のいずれか一方を蓄熱槽２０に戻し、解離した有機酸及び有機塩基のいずれか他方と反応（吸着）させて有機塩を形成させる。
【００８１】
この際に発生する有機塩形成熱（吸着熱）はファンコイル２４を介して部屋内に放出される。
【００８２】
このようにして、部屋内の温度が約Ｔ℃以上になることが防止される。
【００８３】
本発明の熱利用材料は、また吸着ヒートポンプ又は除湿空調装置を代表とする、従来公知の各種の空調装置に使用できる。
【００８４】
以下に本発明の熱利用材料を利用した吸着ヒートポンプや除湿空調装置の作用について、図４に記載した機器構成の吸着ヒートポンプによって具体的に説明するが、これに限定されるものではない。
【００８５】
図４は、本発明の熱利用材料を利用した吸着ヒートポンプの概念図である。図４に示す吸着ヒートポンプは、有機塩から解離して気体となる有機酸及び有機塩基のいずれか一方（以下「気化成分」と称す場合がある。）と、有機塩から解離して固体となる有機酸及び有機塩基のいずれか他方（以下「固体成分」と称す場合がある。）とからなる有機塩を利用するものであり、固体成分が充填され、気化成分との有機塩の形成・解離による反応熱を熱媒体に伝達する吸着塔１０１、１０２と、気化成分の気化により得られた冷熱を外部へ取り出す蒸発器１０４と、有機塩から解離して気体となった気化成分の凝縮により得られた温熱を外部へ放出する凝縮器１０５から主に構成されている。
【００８６】
固体成分が充填された吸着塔１０１及び１０２は、気化成分の配管３０により相互に接続され、該配管３０には制御バルブ３１〜３４が設けてある。この配管３０には蒸発器１０４と凝縮器１０５が接続されている。吸着塔１０１及び１０２は、蒸発器１０４と凝縮器１０５との間に並列に接続されている。凝縮器１０５と蒸発器１０４の間には凝縮器１０５にて凝縮された、気化成分の液を蒸発器１０４に戻すための戻し配管１０３が設けてある。なお、符号４１は蒸発器１０４からの冷房出力となる冷水の入口、符号５１は凝縮器１０５に対する冷却水の入口である。符号４２、５２は冷水、冷却水それぞれの出口である。また、冷水配管４１、４２には室内空間（空調空間）と熱交換可能に配置された室内機３００と、冷水を循環するポンプ３０１が接続されている。
【００８７】
吸着塔１０１には熱媒配管１１０が、吸着塔１０２には熱媒配管１２０がそれぞれ接続され、該熱媒配管１１０、１２０には切り替えバルブ１１５、１１６及び２１５，２１６が設けてある。熱媒配管１１０、１２０は吸着塔１０１、１０２内の内容物を加熱又は冷却するための加熱源又は冷却源となる熱媒が流れている。
【００８８】
温水は切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、２１６の開閉により、入口１１３、２１３より導入され、各吸着塔１０１、１０２を通過し、出口１１４、２１４より導出される。冷却水も同様の切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、２１６の開閉により、入口１１１、２１１より導入され、各吸着塔１０１、１０２を通過し、出口１１２、２１２より導出される。また、熱媒配管１１０、１２０には図示しないが、外気と熱交換可能に配設された室外機、温水を発生する熱源機、熱媒体を循環するポンプが接続されている。熱源機としては自動車のエンジン、ガスエンジンやガスタービンなどのコジェネレーション機器及び燃料電池などが挙げられる。
【００８９】
なお、このような用途に用いる本発明の熱利用材料としての有機塩を、有機酸と有機塩基とに解離するのに必要な温度は、有機塩によって異なるが、３０℃以上、好ましくは５０℃、さらに好ましくは６０℃以上である。
【００９０】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００９１】
［熱利用材料（有機塩）の調製］
実施例１
Ｌ−（＋）−酒石酸０．２５ｇとアニリン０．３１ｇをエタノール２．５ｇに加熱溶解して開放で室温に放置すると、Ｌ−（＋）−酒石酸とアニリンとの分子複合体（以下、「有機塩１」という。）が固体として得られた。
【００９２】
実施例２
テレフタル酸０．２５ｇとピペラジン０．５２ｇをエタノール２．５ｇに加熱溶解して開放で室温に放置すると、テレフタル酸とピペラジンの分子複合体（以下「有機塩２」という。）が固体として得られた。
【００９３】
［熱利用材料としての性能評価］
有機塩の蓄熱材としての性能はＤＳＣ（示差熱走査熱量計）により評価した。装置としてはＤＳＣ２２０Ｃ（セイコーインスツルメンツ（株）製）を使用し、蓄熱材試料（有機塩１又は有機塩２）５ｍｇ程度を開放アルミパンに秤量し、５℃／ｍｉｎの昇温速度で２５〜２００℃の範囲で測定した。吸熱ピークが表れた温度を解離温度とし、吸熱ピーク面積を蓄熱量とした。結果を表１に示す。
【００９４】
【表１】
2005041908.tif 000003
【００９５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、−３０〜２００℃の幅広い温度範囲を含み、特にこれまで達成されていなかった５０〜２００℃の温度範囲で有効に利用可能な、蓄熱性能に優れ、しかも材料設計の自由度が高く、安価で実用的な、新規材料系の熱利用材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】カプセル型蓄熱システムの説明図であり、（ａ）図はカプセルの斜視図、（ｂ）図はカプセルの断面図、（ｃ）図はシステムのフロー図である。
【図２】蓄熱システムの構成図である。
【図３】別の蓄熱システムの構成図である。
【図４】吸着ヒートポンプの概念図である。
【符号の説明】
１  カプセル
３  熱源機
４，１０，２０  蓄熱槽
５  熱交換器
６  熱負荷
１０１，１０２  吸着塔
１０４  蒸発器
１０５  凝縮器
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005041908.tif 000006
【図４】
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