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潜熱蓄熱体、潜熱蓄熱体の製造方法、および、熱交換材料 NEW

国内特許コード P170014131
整理番号 (S2014-0889-N0)
掲載日 2017年5月10日
出願番号 特願2016-514724
出願日 平成27年4月23日(2015.4.23)
国際出願番号 JP2015002204
国際公開番号 WO2015162929
国際出願日 平成27年4月23日(2015.4.23)
国際公開日 平成27年10月29日(2015.10.29)
優先権データ
  • 特願2014-090084 (2014.4.24) JP
発明者
  • 秋山 友宏
  • 能村 貴宏
  • 相良 昭人
  • 沖中 憲之
  • 朱 春宇
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 潜熱蓄熱体、潜熱蓄熱体の製造方法、および、熱交換材料 NEW
発明の概要 本発明に係る潜熱蓄熱体(100)は、金属若しくは合金の潜熱蓄熱材料から成るコア粒子(10)の表面が、該コア粒子(10)の組成元素の酸化被膜で被覆されている。このため、コア粒子とこれを収容するシェルに相当する酸化被膜(20)を別々に作製した上でシェルの内部にコア粒子を収容するという工程が不要となる。また、固相から液相に相変態した際のコア粒子の膨張がないため、溶解した潜熱蓄熱材料の成分は酸化被膜で覆われた空間内部に留まり、酸化被膜が損傷を受けることがない。さらに、上記酸化被膜(20)は化学的に安定なものとすることができる。
従来技術、競合技術の概要


熱を貯蔵する方法として、温度変化を利用する顕熱蓄熱(例えば、特許文献1:特開平6-50681号公報)と、物質の相変化を利用する潜熱蓄熱(例えば、特許文献2:特開平10-238979号公報)が知られている。



このうち、顕熱蓄熱技術は、高温での蓄熱が可能である反面、物質の温度変化による顕熱のみを利用するものであるため、蓄熱密度が低いという問題があった。斯かる問題を解決する方法として提案されたのが、溶融塩等の潜熱を利用して蓄熱する潜熱蓄熱技術である。



潜熱蓄熱技術で用いられる蓄熱体として種々の態様のものが提案されており、例えば、特許文献3(特開平11-23172号公報)には、一層、二層または三層の金属被膜を潜熱蓄熱材の表面に被成したことを特徴とする潜熱蓄熱カプセルや、潜熱蓄熱材に電解めっき法によって金属被膜を被覆することを特徴とする潜熱蓄熱カプセルの製造方法等の発明が開示されている。



また、特許文献4(特開2012-140600号公報)には、塩水和物及び糖アルコールから選択された少なくとも1種の水溶性潜熱蓄熱材と、水溶性単官能単量体及び水溶性多官能単量体の水溶性単量体混合物より得られた重合体とを含むコアが、疎水性樹脂から形成されているシェルで被覆されている蓄熱マイクロカプセルの発明が開示されている。



さらに、特許文献5(特開2012-111825号公報)には、蓄熱性を有する物質からなる内部蓄熱体と、この内部蓄熱体を内包し相対密度が75%以上のセラミックスからなる外殻とを備えた蓄熱体の発明が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は蓄熱技術に関し、より詳細には、比較的高温でも利用可能で、蓄熱密度と熱伝導性に優れた、潜熱蓄熱体およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
潜熱蓄熱材料から成るコア粒子の表面が該コア粒子の組成元素の酸化被膜で被覆されており、
前記コア粒子は、金属若しくは合金の潜熱蓄熱材料から成ることを特徴とする、潜熱蓄熱体。

【請求項2】
前記コア粒子を成す合金は、下記のA群から選択される少なくとも1種の合金成分Aと下記のB群から選択される少なくとも1種の合金成分Bとの合金(A-B合金)であり、前記合金成分Aの酸化物生成の標準自由エネルギ(ΔG)と前記合金成分Bの酸化物生成の標準自由エネルギ(ΔG)がΔG≧ΔGの関係を満足する、請求項1に記載の潜熱蓄熱体。
群A:Ca、Si、Bi、Mg、Sb、In、Sn、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Au、Pb
群B:Al、Cr、Mn、Si、Mg、Co、Ni

【請求項3】
前記コア粒子を成す金属若しくは合金は、Al若しくはAl-Si合金であり、前記Al-Si合金は、融解時体積膨張率が負であるSiの含有比の調整により融解時の体積膨張率を低く制御可能である、請求項1に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項4】
前記酸化被膜がα-Alである、請求項1~3の何れか1項に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項5】
請求項1~4の何れか1項に記載の潜熱蓄熱体であって、表面に機械的強度の強化のための金属被膜を備えている、潜熱蓄熱体。

【請求項6】
前記潜熱蓄熱材料が固相状態にあるときに、前記コア粒子と前記酸化被膜との間にバッファとしての空隙を有している、請求項1~5の何れか1項に記載の潜熱蓄熱体。

【請求項7】
金属若しくは合金の潜熱蓄熱材料から成るコア粒子の表面を化成被膜処理して一次被膜を形成する第1のステップと、
前記一次被膜を熱処理して前記コア粒子の表面に二次被膜としての酸化被膜を形成する第2のステップとを備えている、潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項8】
前記第1のステップの化成被膜処理は、ゾル・ゲル法、陽極酸化処理、アルカリ-クロム塩酸法、ベーマイト法、クロム塩酸法、リン酸-クロム塩酸法、リン酸亜鉛法、ノンクロメート化成被膜処理法の何れかである、請求項7に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項9】
前記第2のステップの熱処理を、前記潜熱蓄熱材料の融点以上の温度で実行する、請求項7又は8に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項10】
前記潜熱蓄熱材料はAlまたはAl-Si合金から成り、前記第1のステップの化成被膜処理はベーマイト法で行う、請求項7又は8に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項11】
前記潜熱蓄熱材料はAlまたはAl-Si合金から成り、前記第1のステップの化成被膜処理において、下記の反応式に従い前記一次被膜を形成する、請求項7又は8に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。
2Al+4HO→Al・HO+3H

【請求項12】
前記潜熱蓄熱材料はAlまたはAl-Si合金から成り、前記第2のステップの熱処理において、下記の2式の少なくとも一方の反応式に従い前記化成被膜をAlとする、請求項7~11の何れか1項に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。
Al・HO→Al+HO↑
2Al+1.5O→Al

【請求項13】
前記潜熱蓄熱材料はAlまたはAl-Si合金から成り、前記第2のステップの熱処理をα-Al被膜が生成する温度で実行し、前記化成被膜及び該熱処理時の酸化により新たに形成される酸化被膜をα-Alとする、請求項12に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項14】
前記潜熱蓄熱材料はAlまたはAl-Si合金から成り、前記第1のステップの化成被膜処理に供する前記Al-Si合金のAl濃度を、前記第2のステップ完了後のAl-Si合金のAl濃度よりも高く設定する、請求項7~13の何れか1項に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項15】
前記潜熱蓄熱材料はAlまたはAl-Si合金から成り、前記第1のステップは、前記化成被膜処理に先立ち、前記コア粒子の表面のAl濃度を、バルクのAl濃度よりも高めておくサブステップを備えている、請求項7~13の何れか1項に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項16】
前記酸化被膜の表面に化学的若しくは物理的処理を行い、機械的強度の強化のための金属被膜を形成する第3のステップを備えている、請求項7~15の何れか1項に記載の潜熱蓄熱体の製造方法。

【請求項17】
請求項1~6に記載の潜熱蓄熱体が、耐熱性母材中に分散して坦持されている、熱交換材料。

【請求項18】
請求項1~6に記載の潜熱蓄熱体の表面に触媒材料を担持または析出させた、触媒機能性潜熱蓄熱体。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 公開
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