JPH1135930A - 潜熱蓄冷材 - Google Patents
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安全性が高いためアイスクリームなどの食品
の保冷に問題なく利用でき、かつ経済的な潜熱蓄冷材を
提供すること。 【解決手段】 塩化ナトリウム水溶液およびホウ酸ナト
リウムを含む潜熱蓄冷材。
の保冷に問題なく利用でき、かつ経済的な潜熱蓄冷材を
提供すること。 【解決手段】 塩化ナトリウム水溶液およびホウ酸ナト
リウムを含む潜熱蓄冷材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は塩化ナトリウム水溶
液を蓄冷媒体（主剤）とする潜熱蓄冷材に関する。さら
に詳しくは、塩化ナトリウム水溶液を含む蓄冷材に過冷
却防止剤としてホウ砂を加えた潜熱蓄冷材に関する。
液を蓄冷媒体（主剤）とする潜熱蓄冷材に関する。さら
に詳しくは、塩化ナトリウム水溶液を含む蓄冷材に過冷
却防止剤としてホウ砂を加えた潜熱蓄冷材に関する。
【０００２】
【従来の技術】余剰電力の利用を目的として電力エネル
ギーの効率的分散貯蔵法が、現在種々検討、開発されて
いる。例えば、熱媒体となる物質の融解、凝固などの相
変化に伴う吸収熱を利用した潜熱蓄冷材の開発もそのひ
とつである。蓄熱材とは、熱または冷熱を物質内に蓄積
し必要時に有効に熱の出入りを利用する材料である。特
に、主に物質の相変化に伴う発熱／吸熱反応を利用した
ものを潜熱蓄熱材、さらに特に予め冷熱を蓄熱し必要時
に放冷する場合を潜熱蓄冷材と呼ぶが、蓄熱材、蓄冷材
の明確な区別はない。潜熱蓄冷材のうち、無機塩、無機
水和塩などの無機物系材料を蓄冷媒体としたものは、有
機物系材料に比べて熱伝導率が大きい、潜熱量が大、体
積変化が小さい、不燃性であるなどの利点があり、なか
でも塩化ナトリウム水溶液は、さらに毒性がない、低反
応性、入手容易、安価、適度な溶解度があり、共晶温度
が冷凍食品保存温度に近いという利点もある。従ってこ
れらの蓄冷材は、食品の冷蔵、配送時の保冷、化学・医
薬品の冷蔵、食品工場などの冷却工程に特に好適に使用
することができる。
ギーの効率的分散貯蔵法が、現在種々検討、開発されて
いる。例えば、熱媒体となる物質の融解、凝固などの相
変化に伴う吸収熱を利用した潜熱蓄冷材の開発もそのひ
とつである。蓄熱材とは、熱または冷熱を物質内に蓄積
し必要時に有効に熱の出入りを利用する材料である。特
に、主に物質の相変化に伴う発熱／吸熱反応を利用した
ものを潜熱蓄熱材、さらに特に予め冷熱を蓄熱し必要時
に放冷する場合を潜熱蓄冷材と呼ぶが、蓄熱材、蓄冷材
の明確な区別はない。潜熱蓄冷材のうち、無機塩、無機
水和塩などの無機物系材料を蓄冷媒体としたものは、有
機物系材料に比べて熱伝導率が大きい、潜熱量が大、体
積変化が小さい、不燃性であるなどの利点があり、なか
でも塩化ナトリウム水溶液は、さらに毒性がない、低反
応性、入手容易、安価、適度な溶解度があり、共晶温度
が冷凍食品保存温度に近いという利点もある。従ってこ
れらの蓄冷材は、食品の冷蔵、配送時の保冷、化学・医
薬品の冷蔵、食品工場などの冷却工程に特に好適に使用
することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし塩化ナトリウム
のような無機物系材料を蓄冷媒体とした潜熱蓄冷材は、
過冷却現象を起こすという問題がある。過冷却とは、物
質を冷却する際に液体から固体への相転移の温度を過ぎ
ても転移の現象が現れないことをいう。例えば、２３．
３重量％の塩化ナトリウム水溶液は相転移温度が−２１
℃であるにもかかわらず、実際には−３０℃付近まで温
度を下げないと相転移が起こらないことがある。すなわ
ち過冷却現象を起こすということは、実際利用しようと
する温度（蓄冷材の凝固点）よりさらに低温まで冷やす
ことのできる冷凍機を準備しなければならず、冷凍機設
備の費用がかかり、また低温運転による運転効率の低下
（１℃下がる毎に３％低下）によるランニングコストの
増大など、余分のエネルギーを必要とするという問題も
ある。
のような無機物系材料を蓄冷媒体とした潜熱蓄冷材は、
過冷却現象を起こすという問題がある。過冷却とは、物
質を冷却する際に液体から固体への相転移の温度を過ぎ
ても転移の現象が現れないことをいう。例えば、２３．
３重量％の塩化ナトリウム水溶液は相転移温度が−２１
℃であるにもかかわらず、実際には−３０℃付近まで温
度を下げないと相転移が起こらないことがある。すなわ
ち過冷却現象を起こすということは、実際利用しようと
する温度（蓄冷材の凝固点）よりさらに低温まで冷やす
ことのできる冷凍機を準備しなければならず、冷凍機設
備の費用がかかり、また低温運転による運転効率の低下
（１℃下がる毎に３％低下）によるランニングコストの
増大など、余分のエネルギーを必要とするという問題も
ある。
【０００４】この過冷却を緩和するために、凝固時に蓄
冷媒体の核となるような物質（過冷却防止剤）を蓄冷媒
体に添加する。このような過冷却防止剤として、例えば
特開平６−８０９５６号公報に粒径が１〜２００μｍの
結晶性発核剤を利用することが開示されている。しかし
該公報が開示する蓄冷材の蓄冷媒体は、硫酸ナトリウム
１０水和塩、塩化カルシウム６水和塩、酢酸ナトリウム
３水和塩など全て相転移温度７〜８℃のものであって、
−２０℃程度という低い相転移温度をもつものはない。
蓄冷材では、低温の冷却ほど冷却効率の点から過冷却の
問題が大きくなる。
冷媒体の核となるような物質（過冷却防止剤）を蓄冷媒
体に添加する。このような過冷却防止剤として、例えば
特開平６−８０９５６号公報に粒径が１〜２００μｍの
結晶性発核剤を利用することが開示されている。しかし
該公報が開示する蓄冷材の蓄冷媒体は、硫酸ナトリウム
１０水和塩、塩化カルシウム６水和塩、酢酸ナトリウム
３水和塩など全て相転移温度７〜８℃のものであって、
−２０℃程度という低い相転移温度をもつものはない。
蓄冷材では、低温の冷却ほど冷却効率の点から過冷却の
問題が大きくなる。
【０００５】また、どんな過冷却防止剤を使用するかと
いう点に関しては、蓄熱媒体と同じような結晶構造・格
子定数をもつものが良いとも言う説もあり、逆に蓄熱媒
体と異質なものでも過冷却防止効果が高いものもあり、
特定の蓄熱媒体に対しどんな過冷却防止剤が適している
かは試行錯誤しているのが現状である。
いう点に関しては、蓄熱媒体と同じような結晶構造・格
子定数をもつものが良いとも言う説もあり、逆に蓄熱媒
体と異質なものでも過冷却防止効果が高いものもあり、
特定の蓄熱媒体に対しどんな過冷却防止剤が適している
かは試行錯誤しているのが現状である。
【０００６】本発明の目的は、塩化ナトリウム水溶液を
蓄熱媒体とした潜熱蓄冷材の過冷却現象を抑制し、凝固
点を塩化ナトリウム水溶液の相転移温度にできる限り近
づけた潜熱蓄冷材を提供することにある。
蓄熱媒体とした潜熱蓄冷材の過冷却現象を抑制し、凝固
点を塩化ナトリウム水溶液の相転移温度にできる限り近
づけた潜熱蓄冷材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような状況下、本発
明者らが種々検討した結果、ホウ酸ナトリウムを塩化ナ
トリウム水溶液の過冷却防止剤として使用した場合、特
に有効に過冷却を抑制する効果があることを初めて発見
し、本発明を完成させた。すなわち本発明は、（１）塩
化ナトリウム水溶液およびホウ酸ナトリウムを含む潜熱
蓄冷材、（２）ホウ酸ナトリウムの量が、塩化ナトリウ
ム水溶液１００重量部に対して０．１〜５重量部である
上記（１）記載の潜熱蓄冷材、（３）−４０℃〜−２℃
の温度範囲で相転移現象の生じる上記（１）または
（２）記載の潜熱蓄冷材、および（４）塩化ナトリウム
の濃度が５〜３０重量％である上記（１）〜（３）のい
ずれかに記載の潜熱蓄冷材に関する。
明者らが種々検討した結果、ホウ酸ナトリウムを塩化ナ
トリウム水溶液の過冷却防止剤として使用した場合、特
に有効に過冷却を抑制する効果があることを初めて発見
し、本発明を完成させた。すなわち本発明は、（１）塩
化ナトリウム水溶液およびホウ酸ナトリウムを含む潜熱
蓄冷材、（２）ホウ酸ナトリウムの量が、塩化ナトリウ
ム水溶液１００重量部に対して０．１〜５重量部である
上記（１）記載の潜熱蓄冷材、（３）−４０℃〜−２℃
の温度範囲で相転移現象の生じる上記（１）または
（２）記載の潜熱蓄冷材、および（４）塩化ナトリウム
の濃度が５〜３０重量％である上記（１）〜（３）のい
ずれかに記載の潜熱蓄冷材に関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明で使用する蓄冷媒体は塩化
ナトリウム水溶液である。塩化ナトリウムの濃度は水溶
液を形成する限り特に限定されない。なかでも５〜３０
重量％が好ましく、より好ましくは１５〜２７重量％で
ある。塩化ナトリウムが５〜３０重量％であると、凝固
および融解時の温度差が小さくなり、蓄冷・放冷温度が
一定に近くなり、蓄冷材として望ましいものとなる。塩
化ナトリウムの純度は特に限定されないが、通常９９％
以上が好ましく用いられる。
ナトリウム水溶液である。塩化ナトリウムの濃度は水溶
液を形成する限り特に限定されない。なかでも５〜３０
重量％が好ましく、より好ましくは１５〜２７重量％で
ある。塩化ナトリウムが５〜３０重量％であると、凝固
および融解時の温度差が小さくなり、蓄冷・放冷温度が
一定に近くなり、蓄冷材として望ましいものとなる。塩
化ナトリウムの純度は特に限定されないが、通常９９％
以上が好ましく用いられる。
【０００９】過冷却防止剤として使用されるホウ酸ナト
リウムは、ホウ砂（ホウ酸ナトリウム１０水和塩）、無
水ホウ酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウム２水和塩、ホウ
酸ナトリウム４水和塩、ホウ酸ナトリウム５水和塩など
が使用でき、なかでもホウ砂が好ましい。ホウ酸ナトリ
ウムの使用量は、塩化ナトリウム水溶液１００重量部に
対して０．１〜５重量部、好ましくは２〜４重量部であ
る。上記使用量が０．１重量部未満の場合、期待する過
冷却防止効果が得られず、一方５重量部を超えると、潜
熱量が低下し、かつ溶液の残渣が認められ、均一性が損
なわれる場合がある。
リウムは、ホウ砂（ホウ酸ナトリウム１０水和塩）、無
水ホウ酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウム２水和塩、ホウ
酸ナトリウム４水和塩、ホウ酸ナトリウム５水和塩など
が使用でき、なかでもホウ砂が好ましい。ホウ酸ナトリ
ウムの使用量は、塩化ナトリウム水溶液１００重量部に
対して０．１〜５重量部、好ましくは２〜４重量部であ
る。上記使用量が０．１重量部未満の場合、期待する過
冷却防止効果が得られず、一方５重量部を超えると、潜
熱量が低下し、かつ溶液の残渣が認められ、均一性が損
なわれる場合がある。
【００１０】必須成分の他に本発明の潜熱蓄冷材に加え
てもよい成分として、吸水性樹脂、アタパルジャイ粘
土、ゼラチン、寒天、シリカゲルなどの増粘剤などが挙
げられる。ただし本発明の組成物はカーボンブラックは
含まない。
てもよい成分として、吸水性樹脂、アタパルジャイ粘
土、ゼラチン、寒天、シリカゲルなどの増粘剤などが挙
げられる。ただし本発明の組成物はカーボンブラックは
含まない。
【００１１】また本発明の潜熱蓄冷材は、好ましくは−
４０℃〜−２℃、さらに好ましくは−３０℃〜−１５℃
の温度範囲で相転移現象の生じるものがよい。
４０℃〜−２℃、さらに好ましくは−３０℃〜−１５℃
の温度範囲で相転移現象の生じるものがよい。
【００１２】蓄冷材の製造法は特に限定されないが、例
えば、容器に入れた純水またはイオン交換水に、塩化ナ
トリウムを徐々に攪拌しながら所定量まで投入し、十分
混合した後、過冷却防止剤であるホウ砂を徐々に攪拌し
ながら所定量まで投入し、十分混合し、他の添加剤もこ
れと同時またはこの後で添加し、攪拌・混合する方法、
樹脂の上に塩化ナトリウム、ホウ砂などを予め混合した
水溶液を注ぎ込む方法などがある。なお、塩化ナトリウ
ム、ホウ砂および他の添加剤の投入順序は任意であり、
かつ溶解を促進するために５０℃程度まで加熱すること
も可能である。また、塩化ナトリウムとホウ砂などを混
合した後、該混合物を純水またはイオン交換水に投入し
てもよい。
えば、容器に入れた純水またはイオン交換水に、塩化ナ
トリウムを徐々に攪拌しながら所定量まで投入し、十分
混合した後、過冷却防止剤であるホウ砂を徐々に攪拌し
ながら所定量まで投入し、十分混合し、他の添加剤もこ
れと同時またはこの後で添加し、攪拌・混合する方法、
樹脂の上に塩化ナトリウム、ホウ砂などを予め混合した
水溶液を注ぎ込む方法などがある。なお、塩化ナトリウ
ム、ホウ砂および他の添加剤の投入順序は任意であり、
かつ溶解を促進するために５０℃程度まで加熱すること
も可能である。また、塩化ナトリウムとホウ砂などを混
合した後、該混合物を純水またはイオン交換水に投入し
てもよい。
【００１３】蓄冷材の形態も特に限定されないが、通常
は、上記した蓄冷材を耐蝕性のある金属や無機材料、お
よび／またはポリエチレンを初めとするプラスチックな
どの有機材料によって包装する形態となる。また形状と
しては、塊状、板状、シート状などがある。このような
蓄冷材が配置される場所としては、蓄冷室にそのまま、
あるいは熱交換部に置く、などが考えられる。
は、上記した蓄冷材を耐蝕性のある金属や無機材料、お
よび／またはポリエチレンを初めとするプラスチックな
どの有機材料によって包装する形態となる。また形状と
しては、塊状、板状、シート状などがある。このような
蓄冷材が配置される場所としては、蓄冷室にそのまま、
あるいは熱交換部に置く、などが考えられる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。ただし本発明は以下の実施例に限定されるものでは
ない。 実施例１ ＤＳＣ（示差走査熱量計）で、降温速度：１℃／分→−
４５℃で２０分保持→昇温速度２℃／分→−１０℃のプ
ログラムのもと、５．０重量％、１０．０重量％、１
５．０重量％、２０．０重量％および２３．３重量％の
濃度の塩化ナトリウム水溶液に、それぞれ水溶液１００
重量部に対してホウ砂を３重量部添加して蓄冷材を得、
該蓄冷材の凝固開始温度を測定した。結果を表１に示
す。
る。ただし本発明は以下の実施例に限定されるものでは
ない。 実施例１ ＤＳＣ（示差走査熱量計）で、降温速度：１℃／分→−
４５℃で２０分保持→昇温速度２℃／分→−１０℃のプ
ログラムのもと、５．０重量％、１０．０重量％、１
５．０重量％、２０．０重量％および２３．３重量％の
濃度の塩化ナトリウム水溶液に、それぞれ水溶液１００
重量部に対してホウ砂を３重量部添加して蓄冷材を得、
該蓄冷材の凝固開始温度を測定した。結果を表１に示
す。
【００１５】比較例１ ホウ砂を使用しなかった以外は実施例１と同様にしてそ
れぞれの濃度の塩化ナトリウム水溶液の凝固開始温度を
測定した。結果を表１に示す。
れぞれの濃度の塩化ナトリウム水溶液の凝固開始温度を
測定した。結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】実施例２ ２３．３重量％の濃度の塩化ナトリウム水溶液に、該水
溶液１００重量部に対してホウ砂を２重量部添加して蓄
冷材を得、該蓄冷材の凝固開始温度を実施例１と同様に
して測定した。
溶液１００重量部に対してホウ砂を２重量部添加して蓄
冷材を得、該蓄冷材の凝固開始温度を実施例１と同様に
して測定した。
【００１８】実施例３ ホウ砂の量を塩化ナトリウム水溶液１００重量部に対し
て１重量部とした以外は実施例２と同様にして蓄冷材の
凝固開始温度を測定した。
て１重量部とした以外は実施例２と同様にして蓄冷材の
凝固開始温度を測定した。
【００１９】比較例２ ２３．３重量％の塩化ナトリウム水溶液に表２に示す過
冷却防止剤を使用して蓄冷材を得、得られた各蓄冷材の
凝固開始温度を実施例１と同様にしてＤＳＣで測定し
た。実施例２、３および比較例２の結果を、実施例１の
２３．３重量％塩化ナトリウム水溶液を用いた蓄冷材の
結果および比較例１の２３．３重量％塩化ナトリウム水
溶液の結果とともに表２に示す。「過冷却度」は、過冷
却防止剤を添加しないときの塩化ナトリウム水溶液の融
解温度と蓄冷材の凝固開始温度との差をいう。
冷却防止剤を使用して蓄冷材を得、得られた各蓄冷材の
凝固開始温度を実施例１と同様にしてＤＳＣで測定し
た。実施例２、３および比較例２の結果を、実施例１の
２３．３重量％塩化ナトリウム水溶液を用いた蓄冷材の
結果および比較例１の２３．３重量％塩化ナトリウム水
溶液の結果とともに表２に示す。「過冷却度」は、過冷
却防止剤を添加しないときの塩化ナトリウム水溶液の融
解温度と蓄冷材の凝固開始温度との差をいう。
【００２０】
【表２】
【００２１】実施例４ 耐熱ガラス製ビーカーにサンプル（２３．３重量％塩化
ナトリウム水溶液にホウ砂を、塩化ナトリウム水溶液１
００重量部に対して３重量部加えたもの）を入れ、蒸発
を防ぐためシリコン栓で栓をし、検温のため液中にはス
テンレスシースＴ型熱電対を入れた。この試料容器を低
温フリーザーに入れ、室温から−４０℃まで冷却し、凝
固開始温度を測定した。結果を過冷却度とともに表３に
示す。
ナトリウム水溶液にホウ砂を、塩化ナトリウム水溶液１
００重量部に対して３重量部加えたもの）を入れ、蒸発
を防ぐためシリコン栓で栓をし、検温のため液中にはス
テンレスシースＴ型熱電対を入れた。この試料容器を低
温フリーザーに入れ、室温から−４０℃まで冷却し、凝
固開始温度を測定した。結果を過冷却度とともに表３に
示す。
【００２２】比較例３ ホウ砂を使用しなかった以外は実施例２と同様にして塩
化ナトリウムの凝固開始温度を測定した。結果を過冷却
度とともに表３に示す。
化ナトリウムの凝固開始温度を測定した。結果を過冷却
度とともに表３に示す。
【００２３】
【表３】
【００２４】以上の実施例および比較例の結果から、本
発明の潜熱蓄冷材は過冷却防止剤を使用しないものに比
べて１０℃以上の過冷却防止効果が得られ、また塩化ナ
トリウム水溶液以外の他の主剤を用いた蓄冷材に過冷却
防止剤として使用される化合物を使用したものに比べて
も格段によい結果が得られることがわかった。
発明の潜熱蓄冷材は過冷却防止剤を使用しないものに比
べて１０℃以上の過冷却防止効果が得られ、また塩化ナ
トリウム水溶液以外の他の主剤を用いた蓄冷材に過冷却
防止剤として使用される化合物を使用したものに比べて
も格段によい結果が得られることがわかった。
【００２５】
【発明の効果】本発明の蓄冷材は、塩化ナトリウム水溶
液の過冷却が有効に防止でき、かつ経済的に有効な蓄冷
材であり、さらに安全性が高いためアイスクリームなど
の食品の保冷に問題なく利用できる。
液の過冷却が有効に防止でき、かつ経済的に有効な蓄冷
材であり、さらに安全性が高いためアイスクリームなど
の食品の保冷に問題なく利用できる。
Claims (4)
- 【請求項１】 塩化ナトリウム水溶液およびホウ酸ナト
リウムを含む潜熱蓄冷材。 - 【請求項２】 ホウ酸ナトリウムの量が、塩化ナトリウ
ム水溶液１００重量部に対して０．１〜５重量部である
請求項１記載の潜熱蓄冷材。 - 【請求項３】 −４０℃〜−２℃の温度範囲で相転移現
象の生じる請求項１または２記載の潜熱蓄冷材。 - 【請求項４】 塩化ナトリウムの濃度が５〜３０重量％
である請求項１〜３のいずれかに記載の潜熱蓄冷材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9193939A JPH1135930A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 潜熱蓄冷材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9193939A JPH1135930A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 潜熱蓄冷材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1135930A true JPH1135930A (ja) | 1999-02-09 |
Family
ID=16316265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9193939A Pending JPH1135930A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 潜熱蓄冷材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1135930A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000061699A1 (en) * | 1999-04-09 | 2000-10-19 | Iida, Takazo | Cold-storage material, cold-storage pack, and cold-reserving box |
| CN114350323A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-15 | 苏州安特实业有限公司 | 一种长效复合型低温蓄冷剂及其制备方法 |
-
1997
- 1997-07-18 JP JP9193939A patent/JPH1135930A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000061699A1 (en) * | 1999-04-09 | 2000-10-19 | Iida, Takazo | Cold-storage material, cold-storage pack, and cold-reserving box |
| US6469085B1 (en) | 1999-04-09 | 2002-10-22 | Tutomu Ushio | Cooling agent, cooling pack and cooling box |
| CN114350323A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-15 | 苏州安特实业有限公司 | 一种长效复合型低温蓄冷剂及其制备方法 |
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