JP5134808B2 - 糖アルコールを含有する蓄熱材組成物 - Google Patents
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顕熱型蓄熱材料は、湯タンポのように物質(湯タンポでは、水)の熱容量を利用するものであり、古くから人類が利用してきたものであるが、熱容量が小さく温度制御が困難であるために、大きな熱容量を確保するためには大きな装置が必要となるといった欠点がある。
また、潜熱型蓄熱材料は、物質の融解などの相転位を利用したものであり、顕熱型蓄熱材料に比べて相転位温度付近の狭い温度領域に大量の熱エネルギーを貯蔵できることから、温度制御が比較的容易であることや、小容量でコンパクトな装置とすることが可能となる。このために潜熱型蓄熱材料の開発が注目されてきている。例えば、硫酸ナトリウム・10水塩(融点32℃)、酢酸ナトリウム・3水塩(融点58℃)、4級アンモニウム塩水和物蓄熱材料、有機化合物のパラフィン系やエステル系などを用いた蓄熱材料が開発されてきており、床暖房や人体接触暖房用として実用化されてきているものもある。水和塩型蓄熱材料は、他の有機系蓄熱材料に比べて高い蓄熱密度を有し、かつ不燃性という特長を有するが、一方で融解・凝固の繰り返しによる相分離や過冷却現象を生じやすく、そのために、相分離防止剤や、過冷却防止剤を添加しなければ実用的でないという欠点がある。さらに、金属に対する腐食性が大きいため、収納容器材質には十分な配慮が必要であるという欠点もある。
エリスリトールは、蔗糖の75%の甘味度を有し非う触性で低カロリーの甘味剤として広く食品用に使用されてきているものであり、その安全性も緩下作用の無作用量が0.66g/kg(体重)と大きく、さらにブドウ糖から発酵法により大量生産できる技術も確立されてきており、産業材料としても有望視されてきている。
また、融解潜熱も大きく蓄熱材料としても優れているが、融点が100℃以上であること、過冷却を起こすこと、金属材料などに対する腐食性があること、温度変化に対する熱安定性が十分でないことなどの問題があり、蓄熱材料としての改善が必要とされてきた。
また、エリスリトールは融点が高く、熱媒体として水を使用する場合には、水が過熱されることになる。例えば、水が130℃に過熱された場合には、その内圧が2.7気圧となり、耐圧性の蓄熱装置が必要となる。常圧で水を熱媒体とする蓄熱装置を用いる場合には水が沸騰しない温度制御が必要になる。このために、キシリトールの融点を降下させるための技術開発が行われている。例えば、キシリトールを45〜75%配合させて融点を70〜90℃にするもの(特許文献8参照)、アミノ酸化合物を配合して融点を70〜115℃とするもの(特許文献9参照)、トリメチロールエタンを配合するもの(特許文献10参照)、トリメチロールエタン及びアミノ酸化合物などの水溶性化合物を配合して融点を70〜120℃に降下させるもの(特許文献11参照)、エリスリトールの光学異性体であるD−スレイトール及び/又はL−スレイトールを配合して融点を85〜120℃程度と降下させるもの(特許文献12及び13参照)、尿素類を配合させて融点を90℃台とするもの(特許文献14参照)などがある。これらの方法は、いずれも水を含有するものではなく、これらの2種以上の化合物を混合するものである。
エリスリトールに水を配合した組成物としては、エリスリトール6〜25重量%及び水75〜94重量%からなり、−5℃以上0℃未満に融点を有することを特徴とする蓄熱材組成物(特許文献15参照)、エリスリトールなどの糖アルコールの分子内脱水物から選ばれる少なくとも一種の化合物を5〜40重量%含有する水溶液からなる、−10℃以下でも液状を保持することができるブライン(不凍液)組成物(特許文献16参照)などが報告されているが、いずれもブライン(不凍液)組成物に関するものである。
したがって、本発明は、糖アルコール好ましくはエリスリトールと水を含有してなる蓄熱材組成物であって、融点が当該糖アルコールの融点未満であり、融解熱容量が高い新規な蓄熱材組成物を提供するものである。
即ち、本発明は、糖アルコール及び水溶性の塩類の少なくとも1種を溶解した水溶液を含有してなる蓄熱材組成物に関する。
また、本発明は、前記した本発明の蓄熱材組成物を蓄熱材料として用いた蓄熱装置に関する。
(1)糖アルコール及び水溶性の塩類の少なくとも1種を溶解した水溶液を含有してなる蓄熱材組成物。
(2)水溶性の塩類が、20℃で水100gに対する溶解度が5g以上である塩類である前記(1)に記載の蓄熱材組成物。
(3)水溶性の塩類が、20℃で水100gに対する溶解度が10g以上である塩類である前記(1)又は(2)に記載の蓄熱材組成物。
(4)水溶性の塩類が、無機又は有機の塩類である前記(1)〜(3)のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
(5)水溶性の塩類が、アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属である前記(1)〜(4)のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
(6)水溶性の塩類が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物である前記(1)〜(5)のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
(7)水溶性の塩類が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の有機酸塩である前記(1)〜(5)のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
(8)水溶性の塩類が、ハロゲン化アルカリ金属、ハロゲン化アルカリ土類金属、炭酸アルカリ金属、及びアルカリ金属カルボン酸塩の群から選ばれる塩類である前記(1)〜(7)のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
(9)糖アルコールが、エリスリトール 、マンニトール、又はキシリトールの1種又は2種以上からなるものである前記(1)〜(8)のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
(10)糖アルコールが、エリスリトール である前記(9)に記載の蓄熱材組成物。
(11)水溶性の塩類の少なくとも1種を溶解した水溶液の濃度が、当該塩類の飽和濃度未満である前記(1)〜(10)のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
(12)水溶性の塩類の少なくとも1種を溶解した水溶液の濃度が、10質量%〜60質量%である前記(1)〜(11)のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
(13)蓄熱材組成物の全量に対する水溶性の塩類の少なくとも1種を溶解した水溶液の含有量が、3質量%〜50質量%である前記(1)〜(12)のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
(14)前記(1)〜(13)のいずれかに記載の蓄熱材組成物を蓄熱材料として用いた蓄熱装置。
まずエリスリトールに種々の量の水を加えて、それらの融解点(℃)と融解熱(J/g)を測定した。その結果を次の表1に示す。
この点を改善するために、種々検討してきた結果、食塩水を用いて同様な実験を行った。この結果を次の表2に示す。
次に本発明者らは、このことが食塩に特有なことでないことを確認するために、塩化カリウム又は酢酸カリウムの水溶液を用いて同様な実験を行った。この結果を、前記の10質量%の場合の結果と併せて次の表3に示す。
以上のことからも明らかなように、水を単独で使用した場合には、融点降下は起こるが、同時に融解熱も大きく減少する。しかし、本発明の方法にしたがって、水溶性の塩類を溶解した水溶液を用いた場合には、塩類の種類によらず、水と同様な融点降下は生じるが、融解熱の減少は水単独の場合に比べて極めて少ないことがわかる。
したがって、糖アルコール、好ましくはエリスリトールに水溶性の塩類を溶解した水溶液を混合することにより、水の沸点辺りに融点が降下した蓄熱材組成物であって、糖アルコールに基づく大きな融解熱を保持したままの蓄熱材組成物を得ることができる。
特にエリスリトールは、キシリトールなどの他の糖類と比較して結晶性が非常に良く、過冷却も少ない。また、エリスリトールは、融点以上に加熱することにより容易に融解し、このとき融解潜熱分のエネルギーを吸熱して温度を融点付近に保持でき、逆に融点以下まで冷却すると、結晶化熱分のエネルギーを発熱して温度を融点付近に保持することができ、融解潜熱が大きく、難燃性で、かつ腐食性がないという優れた性質を有している。さらに、エリスリトールは、既に食品素材として使用されてきているものであり、人体に対して極めて安全なものであり、グルコースを原料とした酵母を用いた発酵法により大量に生産されているものである。このような理由からも、本発明の糖アルコールとしてはエリスリトールが特に好ましい。
これらの塩類は、1種類を単独で使用することもできるが、これらの中の2種以上を適宜組み合わせて使用することもできる。
本発明の蓄熱材組成物は、水溶性の塩類を予め水に溶解させてエリスリトールなどの糖アルコールに添加し、これを混合して製造することができるが、これに限定されるものではなく、糖アルコール、水溶性の塩類、及び水を適宜混合して製造することができる。
本発明の蓄熱材組成物は、蓄熱材料として、さらに他の添加剤を含有することができる。このような添加剤としては、腐食防止剤、酸化防止剤、耐電防止剤、着色剤、防黴剤などが挙げられる。また、保形性や流動性を改善するために、粒状化してその表面を架橋性ポリマーなどで被覆してもよいし、カプセル化して使用することも可能である。
ポリエチレンやナイロンなどの合成樹脂を、本発明の蓄熱材組成物の容器とすことが好ましいが、これに限定されるものではない。
糖アルコールのなかでも、特にエリスリトールは、その高い潜熱量、蓄熱温度において非常に有用な蓄熱材であり、エリスリトールはキシリトールなどの他の糖類と比較して結晶性が非常に良く、過冷却も少なく、本発明は、エリスリトールを用いた潜熱量が高く、安価で、実用性の高い60℃以上120℃以下の蓄熱材を自由に設計することが出来る、新規な蓄熱材組成物及びそれを用いた蓄熱装置を提供するものである。
なお、以下に示す実施例においては、蓄熱材の潜熱量をDSC SEIKO6200(セイコーインスツルメンツ社製)を用いて測定した。
得られた塩化ナトリウム水溶液の5質量部とエリスリトール95質量部とを混合し、撹拌して塩化ナトリウム水溶液を5質量%含有する蓄熱材組成物を製造した。
得られた蓄熱材組成物の潜熱量(融解熱)及び融点を測定した。結果を前記した表2の実験番号1に示す。
得られた蓄熱材組成物の潜熱量(融解熱)及び融点を測定した。結果を前記した表2の実験番号2に示す。
得られた蓄熱材組成物の潜熱量(融解熱)及び融点を測定した。結果を前記した表2の実験番号3に示す。
得られた蓄熱材組成物の潜熱量(融解熱)及び融点を測定した。結果を前記した表2の実験番号4に示す。
得られた蓄熱材組成物の潜熱量(融解熱)及び融点を測定した。結果を前記した表2の実験番号5に示す。
得られた塩化カリウム水溶液の10質量部とエリスリトール90質量部とを混合し、撹拌して塩化カリウム水溶液を10質量%含有する蓄熱材組成物を製造した。
得られた蓄熱材組成物の潜熱量(融解熱)及び融点を測定した。結果を前記した表3の実験番号1に示す。
得られた酢酸カリウム水溶液の10質量部とエリスリトール90質量部とを混合し、撹拌して酢酸カリウム水溶液を10質量%含有する蓄熱材組成物を製造した。
得られた蓄熱材組成物の潜熱量(融解熱)及び融点を測定した。結果を前記した表3の実験番号2に示す。
水が、0質量部、5質量部、10質量部、20質量部、及び30質量部に対して、それぞれエリスリトールが、100質量部、95質量部、90質量部、80質量部、及び70質量部となるように、これらをそれぞれ混合し、撹拌して水を含有する蓄熱材組成物を製造した。
得られた蓄熱材組成物の潜熱量(融解熱)及び融点を測定した。結果を前記した表1の実験番号1−5にそれぞれ示す。
Claims (10)
- 糖アルコール、及び20℃で水100gに対する溶解度が5g以上である水溶性の塩類の少なくとも1種を溶解した水溶液を蓄熱材組成物の全量に対して5〜60重量%(但し、塩類が酢酸ナトリウムを含有する場合には、60重量%の場合を除く)含有してなる蓄熱材組成物。
- 水溶性の塩類が、アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属である請求項1に記載の蓄熱材組成物。
- 水溶性の塩類が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物である請求項1又は2に記載の蓄熱材組成物。
- 水溶性の塩類が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の有機酸塩である請求項1又は2に記載の蓄熱材組成物。
- 糖アルコールが、エリスリトール 、マンニトール、又はキシリトールの少なくとも1種からなるものである請求項1〜4のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
- 糖アルコールが、エリスリトールである請求項5に記載の蓄熱材組成物。
- 水溶性の塩類の少なくとも1種を溶解した水溶液の濃度が、10質量%〜60質量%である請求項1〜6のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
- 蓄熱材組成物の全量に対する水溶性の塩類の少なくとも1種を溶解した水溶液の含有量が、5質量%〜50質量%である請求項1〜7のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
- 蓄熱材組成物が、60℃以上120℃以下の融点を有する、請求項1〜8のいずれかに記載の蓄熱材組成物。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の蓄熱材組成物を蓄熱材料として用いた蓄熱装置。
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