JP2024046336A - 潜熱蓄熱材組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】適用温度範囲を調整でき、単位質量当たりの蓄熱量が大きく、かつ熱利用効率に優れる潜熱蓄熱材組成物を提供する。【解決手段】糖アルコールの類縁体を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、固液相転移を利用した潜熱蓄熱材組成物に関する。

近年、二酸化炭素排出規制によって化石燃料の使用量削減が求められている。化石燃料を燃焼させて得ていた既存の熱エネルギの一部を代替する技術として、これまで未利用であった産業排熱などの熱エネルギを蓄熱材に蓄熱することにより利用する蓄熱技術の研究が広く進められている。

蓄熱技術としては、例えば顕熱蓄熱法による水を使用した温水蓄熱が従来から知られている。温水蓄熱は、安全で安価な水を蓄熱材として用いることができる一方で、放熱損失があるため長時間の蓄熱が不可能である点、顕熱量が小さいため大量の水が必要となり蓄熱設備のコンパクト化が困難である点、熱出力温度が熱エネルギの利用量に応じて非定常である点などの問題があり、熱利用効率が低い。

顕熱蓄熱法よりも熱利用効率が高い蓄熱技術として潜熱蓄熱法が挙げられる。潜熱蓄熱法は、物質の相転移による吸熱発熱現象を用いるため、顕熱蓄熱法に比べて蓄熱材の単位質量当たりの蓄熱量が大きくなる。潜熱蓄熱材としては、酢酸ナトリウム３水和物などの水和物塩、エリスリトールなどの糖アルコール、アルミニウム合金などの固液相転移を利用したものがある。

特許文献１には、エリスリトールに窒素原子を有する複素環化合物としてイミダゾール環を有する化合物を添加することにより、エリスリトールの融点以上の高温における蓄熱操作と放熱操作を繰り返すことによる熱劣化を抑制し、耐久性、繰り返し安定性を向上させた潜熱蓄熱材組成物が記載されている。

特開平１０－２５１６２９号公報（第２頁～第４頁、第１図）

特許文献１の潜熱蓄熱材組成物は、窒素原子を有する複素環化合物を添加することにより、エリスリトールの酸化や熱分解による熱劣化を原因とする熱損失を抑制できるものの、エリスリトールなどの糖アルコールは、放熱操作時には固有の融解温度を下回っても固体化しない過冷却現象が起こるため、目的温度における迅速な放熱操作を行うためには、リン酸塩、硫酸塩、ピロリン酸塩、炭酸塩、無機酸のカルシウム塩、無機酸のアルミニウム塩、無機酸の銀塩、ハロゲン化銀、炭素数１６以上の脂肪酸金属塩、脂肪酸アミド化合物などの公知の過冷却防止剤を別途添加する必要がある。

特許文献１のような潜熱蓄熱材組成物の融解時（蓄熱操作時）に吸収される熱量に対する凝固時（放熱操作時）に放出される熱量の割合、すなわち潜熱蓄熱材組成物の熱利用効率を向上させるためには、十分な量の過冷却防止剤を添加して過冷却を緩和させる必要があるが、窒素原子を有する複素環化合物に加え、過冷却防止剤がさらに添加されることによって潜熱蓄熱材組成物における単位質量当たりの蓄熱量が小さくなってしまうという問題があった。また、このような潜熱蓄熱材組成物は、未利用であった産業排熱などの熱エネルギに対応した多岐にわたる温度範囲での使用できることが求められている。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、適用温度範囲を調整でき、単位質量当たりの蓄熱量が大きく、かつ熱利用効率に優れる潜熱蓄熱材組成物を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の潜熱蓄熱材組成物は、
糖アルコールの類縁体を含むことを特徴とする。

本発明により、固液相転移を用いた潜熱蓄熱材組成物において、糖アルコールの類縁体を含むことにより、潜熱蓄熱材組成物の適用温度範囲を調整でき、さらにその含有率や組み合わせによっては、過冷却を緩和できる。また、糖アルコールの類縁体は、糖アルコールの過冷却緩和機能を有するだけでなく、無置換の糖アルコールと同様に自身が潜熱蓄熱材として機能するため、単位質量当たりの蓄熱量が大きく、かつ熱利用効率に優れる潜熱蓄熱材組成物を提供することができる。

実施例の潜熱蓄熱材組成物においてエリスリトールのジフルオロ体が結晶核として働いている様子を示す模式図である。

発明者らは、試行錯誤の研究の末、糖アルコールの類縁体、例えばエリスリトールのジフルオロ体等は、無置換のエリスリトールと比べて適用温度範囲が変化し、さらには過冷却が緩和されるという知見を得て、この知見を基に過冷却の緩和メカニズムが分子間相互作用の変化による結晶の核生成の安定あるいは促進によるものと推測されることに着眼し、適用温度範囲を調整でき、単位質量当たりの蓄熱量が大きく、かつ熱利用効率に優れる潜熱蓄熱材組成物を作製することができた。

以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態や実施例の例示に限定されるものではない。

本発明に係る潜熱蓄熱材組成物（以下、「本組成物」という。）は、糖アルコールの類縁体（以下「糖アルコール類縁体」という。）を含有している。本組成物において、糖アルコール類縁体は潜熱蓄熱材かつ過冷却防止剤として機能する。なお、本組成物は、無置換の糖アルコールを含有せず、糖アルコール類縁体の含有率が１００重量％であってもよい。

本組成物に含有される糖アルコール類縁体としては、例えばグリセリン、エリスリトール、トレイトール、アラビニトール、キシリトール、リビトール、イジトール、ダルシトール、ソルビトール、マンニトール、ボレミトール、ペルセイトール、Ｄ－エリトロ－Ｄ－ガラクト－オクチトール、イノシトール、クエルシトールなどが有するヒドロキシ基の一部または全部を置換基で置換した置換体が挙げられ、エリスリトール、マンニトールの置換体が好ましく、エリスリトール、マンニトールの置換体がさらに好ましい。これは、特にエリスリトール、マンニトールの置換体は、他の糖アルコールの置換体と比べて低温状態で水飴状（シロップ状）となりにくく、凝固させやすい特性を有するためである。

また、本組成物に含有される糖アルコール類縁体は、適用温度範囲を調整できる限りにおいて特に制限されないが、さらに過冷却を緩和する観点からハロゲン置換体、すなわちフッ素置換体、塩素置換体、臭素置換体、ヨウ素置換体であることが好ましく、さらにフッ素置換体あるいは塩素置換体であることが好ましい。また、本組成物に含有される糖アルコールのハロゲン置換体は、二置換体であることが好ましい。

また、本組成物に含有される糖アルコール類縁体は、フッ素置換体や塩素置換体以外にも、アミノ基置換体やメチル基置換体等であることが好ましい。これは、フルオロ基と同様に置換基であるアミノ基、メチル基等が分子間で水素結合を形成するヒドロキシ基（－ＯＨ）とサイズが近いためである。

なお、本組成物に含有される糖アルコール類縁体は、潜熱蓄熱材かつ過冷却防止剤として利用可能であれば、上述したもの以外の他の糖アルコール類縁体であってもよい。また、本組成物に含有される糖アルコール類縁体は、１種類に限らず、異なる種類の糖アルコール類縁体が複数組み合わせられていてもよい。この場合、本組成物に含有される少なくとも１種類の糖アルコール類縁体が潜熱蓄熱材かつ過冷却防止剤として利用可能であれば、例えば他の糖アルコール類縁体は、潜熱蓄熱材あるいは過冷却防止剤のいずれかとして機能するものであればよい。

本組成物は、糖アルコール類縁体の他に、無置換の糖アルコールを含有し、これらが混合されていることが好ましい。本組成物において、糖アルコールは潜熱蓄熱材として機能する。

本組成物に含有される糖アルコールとしては、例えばグリセリン、エリスリトール、トレイトール、アラビニトール、キシリトール、リビトール、イジトール、ダルシトール、ソルビトール、マンニトール、ボレミトール、ペルセイトール、Ｄ－エリトロ－Ｄ－ガラクト－オクチトール、イノシトール、クエルシトールなどが挙げられ、エリスリトール、ダルシトール、マンニトールが好ましく、エリスリトール、マンニトールがさらに好ましい。これは、エリスリトール、ダルシトール、マンニトールは、他の糖アルコール、例えばキシリトールなどと比べて低温状態で水飴状（シロップ状）となりにくいためである。

なお、本組成物に含有される糖アルコールは、潜熱蓄熱材として利用可能であれば、上述したもの以外の他の糖アルコールであってもよい。また、本組成物に含有される糖アルコールは、１種類に限らず、異なる種類の糖アルコールが複数組み合わせられていてもよい。

また、本組成物に含有される糖アルコールは、結晶の核生成を安定あるいは促進させ過冷却を緩和する観点から、本組成物に含有される糖アルコール類縁体の置換前の糖アルコールと同じものであることが好ましいが、これに限らず、異なる糖アルコールであってもよい。

本組成物は、糖アルコール類縁体と糖アルコールを混合することにより、適用温度範囲を調整できる限りにおいて糖アルコール類縁体の含有率は特に制限されない。

また、本組成物は、糖アルコールの融点を大きく変化させず、かつ過冷却の緩和と熱利用効率の向上を高水準で可能とする観点から、糖アルコール類縁体の種類や糖アルコールとの組み合わせによって適正な含有率の範囲が存在する。例えば、本組成物におけるエリスリトールのジフルオロ体の含有率は、１０重量％以下であることが好ましく、エリスリトールのジクロロ体の含有率は、７５重量％以上であることが好ましい。なお、エリスリトールのジフルオロ体は、少量をエリスリトールと混合することにより高水準の性能を発揮できる。また、エリスリトールのジクロロ体は、単体で高水準の性能を発揮できる。

なお、本実施形態における「高水準」とは、例えば糖アルコールとしてエリスリトールを用いた場合、本組成物における熱利用効率が６５％以上となり、かつエリスリトール単体に対する本組成物の過冷却度が１５％以上低下していることを意味する。また、過冷却度とは、本組成物の過冷却温度が緩和された割合を示すものであり、糖アルコール単体の過冷却温度と本組成物の過冷却温度から算出することができる。

本組成物は、実質的に糖アルコール類縁体と、糖アルコールと、から構成されている。なお、本組成物は、糖アルコール類縁体および糖アルコール以外の不可避的不純物を含んでいてもよい。また、本組成物は、糖アルコール類縁体および糖アルコール以外の第３物質を含有していてもよい。

本組成物に含有される第３物質としては、糖アルコール類縁体、糖アルコール以外の他の潜熱蓄熱材、糖アルコール類縁体以外の過冷却防止剤、充填材、酸化防止剤、光安定剤、難燃剤、粘性調整剤、可塑剤、滑剤、防腐剤、防かび剤、抗菌剤、防藻剤、消泡剤、レベリング剤、着色剤、香料、化学物質吸着剤、光触媒、吸放湿性粉粒体などが挙げられる。

また、本組成物に含有される第３物質の添加量は、糖アルコール類縁体および糖アルコールの機能に悪影響を与えない限りにおいて特に制限されない。

本組成物においては、糖アルコール類縁体が含有されることで、水素結合による糖アルコールの分子間相互作用が変化し、結晶の核生成を安定あるいは促進させるように働くことにより、糖アルコールの過冷却を緩和できるものと推測される。

また、糖アルコール類縁体は、上述した過冷却緩和機能を有するだけでなく、無置換の糖アルコールと同様に自身が潜熱蓄熱材としても機能するため、本組成物の単位質量当たりの蓄熱量が大きくなる。

以上、本組成物は、糖アルコール類縁体を含有することにより、単位質量当たりの蓄熱量の減少を抑制しつつ、過冷却を緩和し、さらには熱利用効率を向上させることが可能となるものであり、無置換の糖アルコール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であるだけでなく、糖アルコール類縁体の含有率および糖アルコールとの組み合わせによって、融点と過冷却温度の制御が可能となり、実用的な幅広い温度範囲で蓄熱操作と放熱操作が可能となる潜熱蓄熱材組成物となっている。

ここで、上記実施形態に係る実施例１の潜熱蓄熱材組成物を実際に作製し、その効果を確認した。以下具体的に説明する。

電子天秤でエリスリトール（下記立体構造式１－１参照）、エリスリトールのジフルオロ体（下記立体構造式１－２参照）を所定量ずつ測り取り、これらを乳鉢に入れて混合することにより、エリスリトール（Ｅｒｙ）：エリスリトールのジフルオロ体（Ｅｒｙ２Ｆ）の混合比９９：１、９５：５、９０：１０、７５：２５、５０：５０、２５：７５、０：１００の潜熱蓄熱材組成物を調整した。

そして、混合比の異なる潜熱蓄熱材組成物の試料１～７について、次の条件でＲｉｇａｋｕ社製の示差走査熱量測定装置（ＤＳＣ）を使用して、それぞれ試料温度を温度プロセスに従って変化させながら、標準サンプルと試料１～７の温度を測定し、その温度差から熱量を測定した結果について説明する。

標準サンプル＝α－Ａｌ_２Ｏ_３
昇降温速度＝５℃／ｍｉｎ
温度プロセス＝３０℃→１４０℃→－２０℃→３０℃

表１に示されるように、混合比の異なる試料１～７の全てにおいて、エリスリトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であることを確認した。また、試料１～７の全てにおいて、エリスリトール単体から融点と凝固点の少なくともいずれかが変化することを確認した。すなわち、エリスリトールのジフルオロ体の含有率によって潜熱蓄熱材組成物の適用温度範囲を調整できることを確認した。

また、試料１，２，３，７において、５５．１～７８．５℃の範囲に過冷却が緩和し熱利用効率が向上した。試料１，２，３，７において、過冷却度が１５％以上低下し（過冷却温度８３．４℃以下となり）、エリスリトールのジフルオロ体の含有率が１０重量％以下である試料１，２，３において、熱利用効率が６５％以上に向上した。また、試料１，２，３において、エリスリトール単体の融点に近い値を保ちながら、過冷却を緩和することができた。

また、エリスリトールのジフルオロ体単体である試料７は、エリスリトール単体の融点から低下し、過冷却を緩和することができた。

なお、試料２，３，４，５においては、複数の融点が現れ、明確な融点が現れなかった。また、試料４，６においては、複数の凝固点が現れ、明確な凝固点が現れなかった。これは、エリスリトールとエリスリトールのジフルオロ体との混合が不十分であったため、試料内における各成分の分布が不均一となり、複数の融点や凝固点が現れたものと推測される。

すなわち、エリスリトールとエリスリトールのジフルオロ体との混合状態が改善されることにより、試料２～６における融点や凝固点が明確に現れる可能性があるものと推測される。

次に、上述した潜熱蓄熱材組成物において、過冷却度が大きく低下し、熱利用効率にも優れる試料１，２，３について、試料温度を温度プロセスに従って複数サイクル変化させた結果について説明する。なお、表１は、１サイクル目の結果に相当する。

表２に示されるように、２サイクル目については、試料１～３の全てにおいて、１サイクル目と比べて融点に大きな変化はなく、エリスリトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であることを確認した。

また、試料１において、１サイクル目と近い凝固点が現れ、過冷却の緩和が維持された。詳しくは、試料１において、過冷却度が１５％以上低下し（過冷却温度８３．４℃以下となり）、熱利用効率が６５％以上に向上しており、過冷却の緩和と熱利用効率の向上を高水準で維持可能であることを確認した。なお、試料１において、１サイクル目、２サイクル目共に、エリスリトールのジフルオロ体単体である試料７と近い凝固点が現れる傾向があることから、少量のエリスリトールのジフルオロ体が近接するエリスリトールと水素結合を形成し結晶核として働いている可能性が推測される（図１参照）。

また、試料２，３において、１サイクル目よりも凝固点が低くなり、過冷却の緩和が弱まった。これは、融解と凝固の繰り返しにより、２サイクル目の試料２，３におけるエリスリトールのジフルオロ体の混合状態が１サイクル目から変化した可能性が推測される。

さらに、２サイクル目の結果が良好であった試料１のみ、３サイクル目を行った結果、１サイクル目、２サイクル目と比べて融点に大きな変化はなく、エリスリトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であることを確認した。

また、試料１において、３サイクル目については、１サイクル目、２サイクル目から凝固点が約１０℃低下したが、過冷却度が１５％以上低下し（過冷却温度８３．４℃以下となり）、熱利用効率が６５％以上に向上しており、過冷却の緩和と熱利用効率の向上を高水準で維持可能である、すなわち繰り返し安定性に優れることを確認した。

次に、エリスリトール（上記立体構造式１－１参照）、エリスリトールのテトラフルオロ体（下記立体構造式１－３参照）を所定量ずつ測り取り、これらを乳鉢に入れて混合することにより、エリスリトール（Ｅｒｙ）：エリスリトールのテトラフルオロ体（Ｅｒｙ４Ｆ）の混合比９９：１、９５：５、９０：１０、７５：２５、５０：５０、２５：７５、０：１００に調整した潜熱蓄熱材組成物の試料１１～１７について、同一条件で標準サンプルと試料１１～１７の温度を測定し、その温度差から熱量を測定した結果について説明する。

表３に示されるように、混合比の異なる試料１２～１７において、エリスリトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であることを確認した。また、試料１１～１６において、エリスリトール単体から融点と凝固点の少なくともいずれかが変化することを確認した。すなわち、エリスリトールのテトラフルオロ体の含有率によって潜熱蓄熱材組成物の適用温度範囲を調整できることを確認した。なお、エリスリトールのテトラフルオロ体単体である試料１７は、凝固せず、単体では潜熱蓄熱材組成物として使用できなかった。

また、試料１２において、７５．９℃に過冷却が緩和し熱利用効率が向上した。詳しくは、試料１２において、過冷却度が１５％以上低下し（過冷却温度８３．４℃以下となり）、熱利用効率が６５％以上に向上した。

なお、試料１１～１５においては、複数の融点が現れ、明確な融点が現れなかった。また、試料１１，１３，１４においては、複数の凝固点が現れ、明確な凝固点が現れなかった。これは、エリスリトールとエリスリトールのテトラフルオロ体との混合が不十分であったため、試料内における各成分の分布が不均一となり、複数の融点や凝固点が現れたものと推測される。

すなわち、エリスリトールとエリスリトールのテトラフルオロ体との混合状態が改善されることにより、試料１１～１５における融点や凝固点が明確に現れる可能性があるものと推測される。また、エリスリトールのテトラフルオロ体の含有率が１重量％と最も小さい試料１１においても、複数の融点および凝固点が現れたことから、エリスリトールのテトラフルオロ体は、上述したジフルオロ体よりもエリスリトールとの混合が難しいものと推測される。

次に、上述した潜熱蓄熱材組成物において、過冷却度が大きく低下し、熱利用効率にも優れる試料１２と、エリスリトールのテトラフルオロ体の含有率が１０重量％以下の試料１１，１３について、試料温度を温度プロセスに従って複数サイクル変化させた結果について説明する。なお、表３は、１サイクル目の結果に相当する。

表４に示されるように、２サイクル目については、試料１１～１３の全てにおいて、１サイクル目と傾向が異なり、試料１１，１３においても明確な凝固点が現れた。これは、２サイクル目において試料１１，１３におけるエリスリトールとエリスリトールのテトラフルオロ体の混合状態が改善されたためであると推測される。特に、試料１３においては過冷却が緩和された。

また、試料１２は、１サイクル目よりも過冷却度と熱利用効率が共に低下した。このように、エリスリトールのテトラフルオロ体を使用した潜熱蓄熱材組成物は、上述したエリスリトールのジフルオロ体を使用した場合と比べて繰り返し安定性に劣ることを確認した。

次に、エリスリトール（立体構造式１－１参照）、エリスリトールのジクロロ体（下記立体構造式１－４参照）を所定量ずつ測り取り、これらを乳鉢に入れて混合することにより、エリスリトール（Ｅｒｙ）：エリスリトールのジクロロ体（Ｅｒｙ２Ｃｌ）の混合比９９：１、９５：５、９０：１０、７５：２５、５０：５０、２５：７５、０：１００に調整した潜熱蓄熱材組成物の試料２１～２７について、同一条件で標準サンプルと試料２１～２７の温度を測定し、その温度差から熱量を測定した結果について説明する。

表５に示されるように、混合比の異なる試料２１～２７の全てにおいて、エリスリトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であることを確認した。また、試料２１～２７の全てにおいて、エリスリトール単体から融点と凝固点の少なくともいずれかが変化することを確認した。すなわち、エリスリトールのジクロロ体の含有率によって潜熱蓄熱材組成物の適用温度範囲を調整できることを確認した。

また、試料２２，２４，２６，２７において、５７．２～９７．７℃の範囲に過冷却が緩和し熱利用効率が向上した。エリスリトールのジクロロ体の含有率が７５重量％以上である試料２６，２７において、過冷却度が１５％以上低下し（過冷却温度８３．４℃以下となり）、熱利用効率が６５％以上に向上した。

また、エリスリトールのジクロロ体単体である試料２７は、エリスリトール単体の融点に近い値を保ちながら、過冷却を緩和することができ、熱利用効率は６５％以上に向上した。

なお、試料２１，２２，２３，２４においては、複数の融点が現れ、明確な融点が現れなかった。また、試料２１，２３，２５においては、複数の凝固点が現れ、明確な凝固点が現れなかった。これは、エリスリトールとエリスリトールのジクロロ体との混合が不十分であったため、試料内における各成分の分布が不均一となり、複数の融点や凝固点が現れたものと推測される。

すなわち、エリスリトールとエリスリトールのジクロロ体との混合状態が改善されることにより、試料２１～２５における融点や凝固点が明確に現れる可能性があるものと推測される。

次に、エリスリトール（上記立体構造式１－１参照）、ジチオエリスリトール（下記立体構造式１－５参照）を所定量ずつ測り取り、これらを乳鉢に入れて混合することにより、エリスリトール（Ｅｒｙ）：ジチオエリスリトール（ＥｒｙＳＨ）の混合比９９：１、９５：５、９０：１０に調整した潜熱蓄熱材組成物の試料３１～３３について、同一条件で標準サンプルと試料３１～３３の温度を測定し、その温度差から熱量を測定した結果について説明する。

表６に示されるように、混合比の異なる試料３１～３３の全てにおいて、エリスリトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であることを確認した。また、試料３１～３３の全てにおいて、エリスリトール単体から融点と凝固点の少なくともいずれかが変化することを確認した。すなわち、ジチオエリスリトールの含有率によって潜熱蓄熱材組成物の適用温度範囲を調整できることを確認した。

また、試料３２において、７７．３℃に過冷却が緩和した。詳しくは、試料３２において、過冷却度が１５％以上低下し（過冷却温度８３．４℃以下となり）、熱利用効率が６５％以上に向上した。

なお、試料３２，３３においては、複数の融点が現れ、明確な融点が現れなかった。また、試料３３においては、複数の凝固点が現れ、明確な凝固点が現れなかった。これは、エリスリトールとジチオエリスリトールとの混合が不十分であったため、試料内における各成分の分布が不均一となり、複数の融点や凝固点が現れたものと推測される。

すなわち、エリスリトールとジチオエリスリトールとの混合状態が改善されることにより、試料３１～３３における融点や凝固点が明確に現れる可能性があるものと推測される。

表１～６に示されるように、エリスリトール類縁体の含有率や組み合わせによって潜熱蓄熱材組成物の適用温度範囲を調整できることを確認した。なお、エリスリトールのジフルオロ体単体（試料７）と、エリスリトールのジクロロ体単体（試料２７）は、エリスリトールと混合しなくても過冷却を緩和することができ、特にエリスリトールのジクロロ体単体（試料２７）は、エリスリトール単体の融点に近い値を保ちながら、過冷却の緩和と熱利用効率の向上を高水準で可能とすることを確認した。

また、エリスリトールとエリスリトールのジフルオロ体を混合した潜熱蓄熱材組成物は、エリスリトールのジフルオロ体の含有率が１０重量％以下、エリスリトールとエリスリトールのジクロロ体を混合した潜熱蓄熱材組成物は、エリスリトールのジクロロ体の含有率が７５重量％以上において、それぞれエリスリトール単体の融点に近い値を保ちながら、潜熱蓄熱材組成物の過冷却度の低下と熱利用効率の向上を高水準で可能とすることを確認した。

また、エリスリトールとエリスリトールのテトラフルオロ体を混合比９５：５で混合した試料１２、エリスリトールとジチオエリスリトールを混合比９５：５で混合した試料３２においても、それぞれエリスリトール単体の融点に近い値を保ちながら、潜熱蓄熱材組成物の過冷却度の低下と熱利用効率の向上を高水準で可能とすることを確認した。なお、例えば、エリスリトールとエリスリトールのテトラフルオロ体を混合比９９：１で混合した試料１１、エリスリトールとジチオエリスリトールを混合比９９：１で混合した試料３１については、混合状態が改善されることにより、良好な結果が得られる可能性があるものと推測される。

このように、エリスリトールと混合されるエリスリトール類縁体の含有率は、置換基の種類や数の違いによって適正な含有率の範囲が異なるものと推測される。また、本実施例では好ましい結果が得られなかったエリスリトールのテトラフルオロ体やジチオエリスリトールについても、適正な含有率の範囲や糖アルコール、他の糖アルコール類縁体との組み合わせが存在するものと推測される。

以上、本実施例１の潜熱蓄熱材組成物は、エリスリトール類縁体を適正な含有率で含有するだけで、適用温度範囲の調整でき、単位質量当たりの蓄熱量の減少を抑制しつつ、過冷却を緩和し、さらには熱利用効率を向上させることができる。さらに、本実施例１の潜熱蓄熱材組成物は、エリスリトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であるだけでなく、エリスリトールに添加されるエリスリトール類縁体の種類および含有率によって、放熱操作時の凝固点を調整することができる。

ここで、上記実施形態に係る実施例２の潜熱蓄熱材組成物を実際に作製し、その効果を確認した。以下具体的に説明する。

電子天秤でＤ－マンニトール（下記立体構造式２－１参照）、Ｄ－マンニトールのオクタフルオロ体（下記立体構造式２－２参照）を所定量ずつ測り取り、これらを乳鉢に入れて混合することにより、Ｄ－マンニトール（ＤＭ）：オクタフルオロ体（ＤＭ８Ｆ）の混合比７５：２５、５０：５０、２５：７５、０：１００の潜熱蓄熱材組成物を調整した。

そして、混合比の異なる潜熱蓄熱材組成物の試料１０１～１０４について、次の条件でＲｉｇａｋｕ社製の示差走査熱量測定装置（ＤＳＣ）を使用して、それぞれ試料温度を温度プロセスに従って変化させながら、標準サンプルと試料１０１～１０４の温度を測定し、その温度差から熱量を測定した結果について説明する。

標準サンプル＝Ａｌ_２Ｏ_３
昇降温速度＝３℃／ｍｉｎ
温度プロセス＝７０℃→１８０℃→７０℃→３０℃

表７に示されるように、混合比の異なる試料１０２～１０３において、Ｄ－マンニトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であることを確認した。また、Ｄ－マンニトールと混合した試料１０１～１０３においては凝固点が現れ、Ｄ－マンニトール単体から融点と凝固点の少なくともいずれかが変化することを確認した。すなわち、Ｄ－マンニトールのオクタフルオロ体の含有率によって適用温度範囲の調整できることを確認した。なお、Ｄ－マンニトールのオクタフルオロ体単体である試料１０４は、凝固せず、単体では潜熱蓄熱材組成物として使用できなかった。

また、試料１０３において、４３．０℃に過冷却が緩和した。詳しくは、試料１０３において、過冷却度が１０％以上低下した（過冷却温度４５．１℃以下となった）。

なお、試料１０１，１０２においては、過冷却の緩和は見られなかった。

すなわち、表７に示されるように、Ｄ－マンニトールとＤ－マンニトールのオクタフルオロ体を混合した潜熱蓄熱材組成物は、Ｄ－マンニトールのオクタフルオロ体の含有率が７５重量％以上において、潜熱蓄熱材組成物の過冷却度を低下させることを確認した。

なお、Ｄ－マンニトールと混合されるＤ－マンニトール類縁体の含有率は、前記実施例１におけるエリスリトールと混合されるエリスリトール類縁体との関係と同様に、置換基の種類や数の違いによって適正な含有率の範囲が異なるものと推測される。

以上、本実施例２の潜熱蓄熱材組成物は、Ｄ－マンニトール類縁体を適正な含有率で含有するだけで、適用温度範囲の調整でき、単位質量当たりの蓄熱量の減少を抑制しつつ、過冷却を緩和させることができる。さらに、本実施例２の潜熱蓄熱材組成物は、Ｄ－マンニトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であるだけでなく、Ｄ－マンニトールに添加されるＤ－マンニトール類縁体の種類および含有率によって、放熱操作時の凝固点を調整することができる。

また、潜熱蓄熱材組成物は、Ｄ－マンニトールのオクタフルオロ体以外のＤ－マンニトール類縁体、例えばＤ－マンニトールのジフルオロ体等を適正な含有率で含有するだけで、単位質量当たりの蓄熱量の減少を抑制しつつ、過冷却を緩和し、さらには熱利用効率を向上させることができるものと推測される。

ここで、上記実施形態に係る実施例３の潜熱蓄熱材組成物を実際に作製し、その効果を確認した。以下具体的に説明する。

電子天秤でＤ－マンニトール（上記立体構造式２－１参照）、エリスリトールのジフルオロ体（上記立体構造式１－２参照）を所定量ずつ測り取り、これらを乳鉢に入れて混合することにより、Ｄ－マンニトール（ＤＭ）：エリスリトールのジフルオロ体（Ｅｒｙ２Ｆ）の混合比７５：２５、５０：５０、２５：７５の潜熱蓄熱材組成物を調整した。

そして、混合比の異なる潜熱蓄熱材組成物の試料２０１～２０３について、前記実施例２と同じ条件でＲｉｇａｋｕ社製の示差走査熱量測定装置（ＤＳＣ）を使用して、それぞれ試料温度を温度プロセスに従って変化させながら、標準サンプルと試料２０１～２０３の温度を測定し、その温度差から熱量を測定した結果について説明する。

表８に示されるように、混合比の異なる試料２０１～２０３において、Ｄ－マンニトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であることを確認した。また、試料２０１～２０３の全てにおいて、Ｄ－マンニトール単体から融点と凝固点の少なくともいずれかが変化することを確認した。すなわち、エリスリトールのジフルオロ体の含有率によって適用温度範囲の調整できることを確認した。

また、試料２０１，２０２において、４０．９～４９．５℃の範囲に過冷却が緩和し、試料２０１において熱利用効率が向上した。詳しくは、エリスリトールのジフルオロ体の含有率が２５重量％以下である試料２０１において、熱利用効率が８０％以上に向上した。

なお、試料２０３においては、過冷却の緩和は見られなかった。

すなわち、表８に示されるように、Ｄ－マンニトールとエリスリトールのジフルオロ体を混合した潜熱蓄熱材組成物は、エリスリトールのジフルオロ体の含有率が２５重量％以下において、潜熱蓄熱材組成物の過冷却度の低下と熱利用効率の向上を可能とすることを確認した。

なお、Ｄ－マンニトールと混合されるエリスリトール類縁体の含有率は、前記実施例１におけるエリスリトールと混合されるエリスリトール類縁体との関係と同様に、置換基の種類や数の違いによって適正な含有率の範囲が異なるものと推測される。

以上、本実施例３の潜熱蓄熱材組成物は、エリスリトール類縁体を適正な含有率で含有するだけで、糖アルコールの種類が異なる場合であっても、適用温度範囲の調整でき、単位質量当たりの蓄熱量の減少を抑制しつつ、過冷却を緩和し、かつ熱利用効率を向上させることができる。さらに、本実施例３の潜熱蓄熱材組成物は、Ｄ－マンニトール単体の融点以下における蓄熱操作が可能であるだけでなく、Ｄ－マンニトールに添加されるエリスリトール類縁体の種類および含有率によって、放熱操作時の凝固点を調整することができる。

以上、これら実施形態および実施例により、固液相転移を用いた潜熱蓄熱材組成物において、適用温度範囲を調整でき、単位質量当たりの蓄熱量が大きく、かつ熱利用効率に優れる潜熱蓄熱材組成物を提供することができる。
［産業上の利用可能性］

本発明は、単位質量当たりの蓄熱量が大きく、かつ熱利用効率に優れる車載用潜熱蓄熱材、地域熱供給用潜熱蓄熱材、空調設備用潜熱蓄熱材として産業上の利用可能性がある。また、本発明は、糖アルコール類縁体の含有率および糖アルコールとの組み合わせにより、単位質量当たりの蓄熱量の減少を抑制しつつ過冷却度を調整可能であるため、これまで未利用であった産業排熱などの熱エネルギに対応した多岐にわたる温度範囲での使用が可能であり、応用範囲は広い。

Claims (6)

1. 糖アルコールの類縁体を含むことを特徴とする潜熱蓄熱材組成物。
2. 糖アルコールと、前記糖アルコールの類縁体を含むことを特徴とする請求項１に記載の潜熱蓄熱材組成物。
3. 前記糖アルコールの類縁体は、該糖アルコールのハロゲン置換体であることを特徴とする請求項１または２に記載の潜熱蓄熱材組成物。
4. 前記糖アルコールの類縁体は、該糖アルコールのフッ素置換体であることを特徴とする請求項１または２に記載の潜熱蓄熱材組成物。
5. 前記糖アルコールの類縁体は、該糖アルコールの塩素置換体であることを特徴とする請求項１または２に記載の潜熱蓄熱材組成物。
6. 前記糖アルコールが、エリスリトール、トレイトール、アラビニトール、キシリトール、リビトール、イジトール、ダルシトール、ソルビトール、マンニトール、ボレミトール、イノシトール、クエルシトールからなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２に記載の潜熱蓄熱材組成物。

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