JP5327729B2 - Chemical heat storage material and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、化学蓄熱材料、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a chemical heat storage material and a manufacturing method thereof.
従来、化学蓄熱材は、体積あたりの蓄熱量が大きく、保温の必要もなく、蓄熱損失が少ないため長期間の蓄熱が可能である。そのため、従来から化学蓄熱材を利用する化学蓄熱システムに関する研究開発が進められてきた(特許文献1〜3)。
Conventionally, a chemical heat storage material has a large amount of heat storage per volume, does not require heat retention, and has a small heat storage loss, and thus can store heat for a long period of time. Therefore, research and development related to a chemical heat storage system that uses a chemical heat storage material has been promoted (
上記特許文献1に記載の発明は、化学蓄熱材及びその製造方法に関するものであり、炭酸カルシウムを焼成し、酸化カルシウム化した後に比表面積を調整する手段が記載されている。
また、上記特許文献2に記載の発明は蓄熱装置に関するものであり、上記特許文献3に記載の発明は、化学蓄熱材カプセルに関するものである。これらの発明は、上述の化学蓄熱材の粉体化に対処する発明である。そこには、細孔径を有する多孔カプセルあるいは多孔筒状体に蓄熱材を封入し、粉体化による剥離や反応性低下の抑制について記載されている。
The invention described in
The invention described in
しかしながら、上記特許文献1に記載の化学蓄熱材は、化学蓄熱システムとしての作動中には水和反応と脱水反応を繰り返す。その時、粉体の化学蓄熱材は、各粒子が数十%の体積の膨張収縮を繰り返し、その結果、粒子の割れや、粒子同士が擦れ合うことにより微粉化してしまい、蓄熱システムとしての反応性が低下するという問題がある。
However, the chemical heat storage material described in
また、蓄熱システムでは、反応に伴い熱を系外へと導く熱交換を行うことも重要な要素となる。しかし、上記特許文献2、3に記載の蓄熱装置及び化学蓄熱材カプセルは、カプセルあるいは筒状体封入による熱伝導抵抗の増加や粒子間距離に依存した接触経路の複雑化など熱律束が発生する。そのため、化学蓄熱システムとしては十分な能力を発揮できないという問題がある。
In the heat storage system, it is also important to perform heat exchange that guides heat to the outside of the system in response to the reaction. However, the heat storage device and the chemical heat storage material capsule described in
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、耐久性に優れ、化学蓄熱システムとして十分に能力を発揮することが可能な化学蓄熱材料、及びその製造方法を提供しようとするものである。 This invention is made | formed in view of this conventional problem, Comprising: It aims at providing the chemical heat storage material which is excellent in durability, and can fully exhibit capability as a chemical heat storage system, and its manufacturing method. To do.
第1の発明は、粘土鉱物と可燃性粒状物とを混合して焼成することにより得られる多数の細孔を有するかご状構造体と、該かご状構造体の外表面及び細孔内部に担持された化学蓄熱材とを有し、
上記粘土鉱物は、セピオライト、パリゴルスカイト、及びベントナイトから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする化学蓄熱材料にある(請求項1)。
本発明の化学蓄熱材料は、上記かご状構造体の外表面及び細孔内部に化学蓄熱材を担持させてあることにより、以下の効果を得ることができる。
The first invention is a cage-like structure having a large number of pores obtained by mixing and firing clay minerals and combustible particles, and is supported on the outer surface and inside the pores of the cage-like structure. has been to have a chemical heat storage material,
The clay mineral is a chemical heat storage material characterized by being at least one selected from sepiolite, palygorskite, and bentonite (Claim 1).
The chemical heat storage material of the present invention can obtain the following effects by supporting the chemical heat storage material on the outer surface and inside the pores of the cage structure.
まず、上記かご状構造体は、粘土鉱物と可燃性粒状物とを混合して焼成することにより得られるものである。上記可燃性粒状物は、上記焼成により焼失する。そのため、上記かご状構造体は、粘土鉱物からなると共に、上記可燃性粒状物が存在していた部分に空孔が形成された多数の細孔を有するかご状の構造となると考えられる。 First, the cage structure is obtained by mixing and firing clay minerals and combustible particulates. The combustible granular material is burned away by the firing. For this reason, the cage structure is considered to be a cage structure having a large number of pores in which pores are formed in the portion where the combustible granular material is present, as well as the clay mineral.
そして、上記かご状構造体は、多数の孔を有するかご状の構造を有しているため、化学蓄熱材を良好に担持することができる。粘土鉱物の、繊維質、多孔性、可塑性等という性質により、上記化学蓄熱材料は、粘土鉱物の骨格中に粉体の化学蓄熱材が分散担持された構造となり、構造的に安定になる。
また、上記細孔が、化学蓄熱材の蓄熱・放熱に必要な水蒸気等が通過する流路となるため、上記化学蓄熱材料を用いて構成した化学蓄熱システムは、当該化学蓄熱システムとして十分に能力を発揮することができる。
And since the said cage structure has the cage structure which has many holes, it can carry | support a chemical heat storage material favorably. Due to the properties of the clay mineral, such as fiber, porosity, plasticity, etc., the chemical heat storage material has a structure in which a powdered chemical heat storage material is dispersedly supported in the skeleton of the clay mineral and is structurally stable.
In addition, since the pores serve as a passage through which water vapor necessary for heat storage / radiation of the chemical heat storage material passes, the chemical heat storage system configured using the chemical heat storage material is sufficiently capable as the chemical heat storage system. Can be demonstrated.
また、上記かご状構造体は、脱水・水和反応時に関与しない。そのため、かご状構造体の外表面及び細孔内部に化学蓄熱材を担持させることで、脱水、水和の体積変化に伴う構造変化による熱的断絶を抑制し、サイクルを重ねても性能低下を最小限に抑えることができる。そのため、耐久性に優れた化学蓄熱材料を提供することができる。また、水和・脱水反応に伴う上記化学蓄熱材の微粉化を抑制することができる。 The cage structure is not involved in the dehydration / hydration reaction. Therefore, by supporting a chemical heat storage material on the outer surface of the cage structure and inside the pores, thermal disconnection due to structural change accompanying volume change of dehydration and hydration is suppressed, and performance degradation is reduced even after repeated cycles. Can be minimized. Therefore, the chemical heat storage material excellent in durability can be provided. Moreover, pulverization of the chemical heat storage material associated with the hydration / dehydration reaction can be suppressed.
このように、本発明によれば、耐久性に優れ、化学蓄熱システムとして十分に能力を発揮することが可能な化学蓄熱材料を提供することができる。 Thus, according to the present invention, it is possible to provide a chemical heat storage material that is excellent in durability and capable of sufficiently exhibiting the ability as a chemical heat storage system.
第2の発明は、粘土鉱物と可燃性粒状物とを混合して焼成することにより得られる多数の細孔を有するかご状構造体と、該かご状構造体の外表面及び細孔内部に担持された化学蓄熱材を製造する方法であって、
粘土鉱物と可燃性粒状物とを含有するかご状構造体用材料を焼成することによりかご状構造体を得るかご状構造体作製工程と、
上記化学蓄熱材を分散液中に分散させた蓄熱材懸濁液に上記かご状構造体を混合することによってスラリーを作製するスラリー作製工程と、
上記スラリーを乾燥させる乾燥工程とを有し、
上記粘土鉱物は、セピオライト、パリゴルスカイト、及びベントナイトから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする化学蓄熱材料の製造方法にある(請求項8)。
The second invention is a cage structure having a large number of pores obtained by mixing and firing a clay mineral and a combustible granular material, and is supported on the outer surface and inside the pores of the cage structure. A method for producing a chemical heat storage material, comprising:
A cage-like structure manufacturing step of obtaining a cage-like structure by firing a cage-like structure material containing a clay mineral and combustible particulates;
A slurry preparation step of preparing a slurry by mixing the cage structure into a heat storage material suspension in which the chemical heat storage material is dispersed in a dispersion;
It has a drying step of drying the slurry,
It said clay mineral is sepiolite, palygorskite, and the production method of the chemical heat storage material which is characterized in that at least one selected from bentonite (claim 8).
本発明の化学蓄熱材料の製造方法は、上述したように、上記かご状構造体作製工程、スラリー作製工程、及び乾燥工程とを有することにより、上述の粘土鉱物と可燃性粒状物とを混合して焼成することにより得られる多数の細孔を有するかご状構造体と、該かご状構造体の外表面及び細孔内部に担持された化学蓄熱材とを有する化学蓄熱材料を製造することができる。
そのため、本発明によれば、耐久性に優れ、化学蓄熱システムとして十分に能力を発揮することが可能な化学蓄熱材料を製造することができる。
As described above, the method for producing a chemical heat storage material according to the present invention includes the above-described cage-shaped structure manufacturing process, slurry manufacturing process, and drying process, thereby mixing the above clay mineral and combustible particulate matter. It is possible to manufacture a chemical heat storage material having a cage structure having a large number of pores obtained by firing and a chemical heat storage material supported on the outer surface of the cage structure and inside the pores. .
Therefore, according to this invention, the chemical heat storage material which is excellent in durability and can fully exhibit capability as a chemical heat storage system can be manufactured.
第1の発明の化学蓄熱材料は、上述したように、粘土鉱物と可燃性粒状物とを混合して焼成することにより得られる多数の細孔を有するかご状構造体と、該かご状構造体の外表面及び細孔内部に担持された化学蓄熱材とを有する。
上記かご状構造体は粒状の形状を有していることが好ましく、サイズは、数百μm〜数mmであることが好ましい。また、上記かご状構造体の細孔の孔径は、10μm程度であることが好ましい。
そして、上記化学蓄熱材は、平均粒径が1〜5μmであることが好ましい。
As described above, the chemical heat storage material of the first invention includes a cage structure having a large number of pores obtained by mixing and firing a clay mineral and a combustible granular material, and the cage structure. And a chemical heat storage material supported on the outer surface and inside the pores.
The cage structure preferably has a granular shape, and the size is preferably several hundred μm to several mm. The pore size of the cage structure is preferably about 10 μm.
And it is preferable that the said chemical heat storage material has an average particle diameter of 1-5 micrometers.
第1の発明及び第2の発明において、上記可燃性粒状物としては、粘土鉱物との混同性がよく、焼成によって焼失するものであればいずれのものも用いることができる。その中でも、上記可燃性粒状物は、ヤシ、木片、カーボンブラック、ケッチェンブラックのうち1種又は2種以上であることが好ましい(請求項2、11)。
In the first and second inventions, any combustible particulate material may be used as long as it has good confusion with clay minerals and is burned off by firing. Among these, it is preferable that the said combustible granular material is 1 type (s) or 2 or more types among palm, a piece of wood, carbon black, and ketjen black (
また、上記粘土鉱物は、層リボン構造を有する粘土鉱物であることが好ましい。
上記層リボン構造を有する粘土鉱物は、多孔質で比表面積が大きい繊維状形態を有する。そのため、上記粘土鉱物の繊維質、多孔性、可塑性等の性質により、上記化学蓄熱材料を良好に組織化、構造化することができる。
The clay mineral is preferably a clay mineral having a layer ribbon structure.
The clay mineral having the above layer ribbon structure has a fibrous form having a large porous surface area and a large specific surface area. Therefore, the chemical heat storage material can be well organized and structured by the properties of the clay mineral such as fiber, porosity, and plasticity.
そして、上記層リボン構造を有する粘土鉱物の中でも、セピオライト及び/又はパリゴルスカイトであることが好ましい。
ここで、上記セピオライトは、層リボン構造を有する粘土鉱物であり、具体的には、輝石に似た単鎖が複数本結合して四面体リボンを形成してなる粘土鉱物の一つである。セピオライトは、例えば、Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4・8H2Oの化学式で表すことができる含水マグネシウム珪酸塩がある。セピオライトは、それ自体が多孔質であり、比表面積が大きい繊維状を呈している。また、セピオライトとしては、上記化学式で表されるものの変種についても含まれる。
Among the clay minerals having the layer ribbon structure, sepiolite and / or palygorskite are preferable .
Here, the sepiolite is a clay mineral having a layered ribbon structure. Specifically, the sepiolite is one of clay minerals in which a plurality of single chains resembling pyroxene are combined to form a tetrahedral ribbon. Sepiolite includes, for example, hydrous magnesium silicate that can be represented by the chemical formula Mg 8 Si 12 O 30 (OH) 4 (OH 2 ) 4 · 8H 2 O. Sepiolite itself is porous and has a fibrous shape with a large specific surface area. Sepiolite also includes variants of those represented by the above chemical formula.
また、上記粘土鉱物は、ベントナイトであってもよい。
上記ベントナイトは、接着力が強い粘土鉱物であるため、この接着力によって、上記化学蓄熱材料を良好に組織化、構造化させることができる。
The clay mineral may be bentonite.
Since the bentonite is a clay mineral with strong adhesive strength, the chemical heat storage material can be well organized and structured by this adhesive strength.
また、上記化学蓄熱材は、脱水反応に伴って吸熱すると共に水和反応に伴って放熱する水和反応系化学蓄熱材であることが好ましく、上記化学蓄熱材は、脱水反応に伴って酸化物となると共に水和反応に伴って水酸化物となる水和反応系化学蓄熱材であることが好ましい(請求項3、12)。
上記化学蓄熱材成形体は、水和反応及び脱水(逆水和)反応によって放熱・蓄熱を良好に行うことができ、蓄熱システムとしての性能を高めることができる。なお、水和反応及び脱水反応に伴って上記化学蓄熱材の体積が膨張、収縮を繰り返すが、上記化学蓄熱材はかご状構造体によって良好に担持されているため、上記化学蓄熱材の微粉化を十分に抑制することができる。
In addition, the chemical heat storage material is preferably a hydration reaction type chemical heat storage material that absorbs heat with a dehydration reaction and dissipates heat with a hydration reaction, and the chemical heat storage material is an oxide with a dehydration reaction. It is preferable that it is a hydration reaction type chemical heat storage material that becomes a hydroxide in accordance with the hydration reaction (claims 3 and 12 ).
The said chemical heat storage material molded object can perform heat dissipation and heat storage favorably by a hydration reaction and dehydration (reverse hydration) reaction, and can improve the performance as a heat storage system. Although the volume of the chemical heat storage material repeatedly expands and contracts with the hydration reaction and dehydration reaction, the chemical heat storage material is well supported by the cage structure, so that the chemical heat storage material is pulverized. Can be sufficiently suppressed.
また、上記化学蓄熱材は、水酸化物からなることが好ましい。
この場合には、化学蓄熱材料を作製する際に、化学蓄熱材を分散液中に分散させた蓄熱材懸濁液を作製する際に、混合・増粘用のバインダとして、上記化学蓄熱材として炭酸化合物を用いた場合には使用することができなかった水の使用が可能となる。これにより、上記化学蓄熱材料を成形する際の成形性を高めることができる。また、上記化学蓄熱材として炭酸化合物を用いた場合に必要であった脱炭酸工程時における1000℃付近の高温焼成が不要となる。これにより、焼成温度を低くすることができ、使用材料や工程の自由度を高めることができる。
Moreover, it is preferable that the said chemical heat storage material consists of hydroxides.
In this case, when producing the chemical heat storage material, when preparing the heat storage material suspension in which the chemical heat storage material is dispersed in the dispersion, as the binder for mixing and thickening, as the chemical heat storage material When a carbonic acid compound is used, water that could not be used can be used. Thereby, the moldability at the time of shape | molding the said chemical heat storage material can be improved. Moreover, high-temperature baking at around 1000 ° C. during the decarbonation step, which was necessary when a carbonic acid compound was used as the chemical heat storage material, becomes unnecessary. Thereby, a calcination temperature can be made low and the freedom degree of a use material and a process can be raised.
そして、上記水酸化物は、無機化合物であることが好ましい。
蓄熱密度、長期蓄熱安定性、放出速度、安全性の観点から、無機系であることが好ましい。
この場合には、上記化学蓄熱材の蓄熱・放熱反応(脱水・水和反応)に対する材料安定性が高くなる。そのため、上記化学蓄熱材成形体は、長期間に亘って安定した蓄熱効果を得ることができる。
And it is preferable that the said hydroxide is an inorganic compound.
From the viewpoint of heat storage density, long-term heat storage stability, release rate, and safety, an inorganic system is preferable.
In this case, the material stability with respect to the heat storage / heat radiation reaction (dehydration / hydration reaction) of the chemical heat storage material is increased. Therefore, the said chemical heat storage material molded object can acquire the stable heat storage effect over a long period of time.
また、上記無機化合物は、アルカリ土類金属水酸化物であることが好ましい。
この場合には、上記化学蓄熱材の蓄熱・放熱反応(脱水・水和反応)に対する材料安定性が高くなる。そのため、上記化学蓄熱材料は、長期間に亘って安定した蓄熱効果を得ることができる。また、上記化学蓄熱材として、環境負荷の小さい安全な材料をもちいることにより、製造、使用、リサイクル等を含めた安全性の確保が容易になる。
The inorganic compound is preferably an alkaline earth metal hydroxide.
In this case, the material stability with respect to the heat storage / heat radiation reaction (dehydration / hydration reaction) of the chemical heat storage material is increased. Therefore, the chemical heat storage material can obtain a stable heat storage effect over a long period of time. In addition, by using a safe material with a small environmental load as the chemical heat storage material, it is easy to ensure safety including manufacturing, use, recycling, and the like.
また、上記アルカリ土類金属水酸化物は、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、及び水酸化バリウムのうち1種又は2種以上であることが好ましい。
この場合には、上記化学蓄熱材の蓄熱・放熱反応(脱水・水和反応)に対する材料安定性をより一層高めることができ、上記化学蓄熱材料の蓄熱効果を長期間に亘って安定して維持することができる。
また、水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムとの混合物等を用いることもできる。
The alkaline earth metal hydroxide is preferably one or more of calcium hydroxide, magnesium hydroxide, and barium hydroxide.
In this case, it is possible to further improve the material stability of the chemical heat storage material with respect to heat storage / radiation reaction (dehydration / hydration reaction), and stably maintain the heat storage effect of the chemical heat storage material over a long period of time. can do.
A mixture of magnesium hydroxide and calcium hydroxide can also be used.
また、上記無機化合物は、アルカリ土類金属水酸化物以外にも、水酸化ニッケル、水酸化アルミニウム、水酸化コバルト、及び水酸化銅のうち1種又は2種以上を用いてもよい。 In addition to the alkaline earth metal hydroxide, the inorganic compound may be one or more of nickel hydroxide, aluminum hydroxide, cobalt hydroxide, and copper hydroxide.
また、上記化学蓄熱材料は、熱伝導率向上材料をさらに混合してなることが好ましい(請求項4、13)。
上記熱伝導率向上材料は、粘土鉱物よりも熱伝導率が高いものであり、焼成において焼失しないものであれば、いずれのものも用いることができる。そして、上記熱伝導率向上材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、繊維状AlN、繊維状SiC、繊維状Al2O3等を用いることができる。その中でも、上記熱伝導率向上材料は、カーボンナノチューブであることが好ましい(請求項5、14)。
粘土鉱物とカーボンの混合性は良好であり、均一に分散させることができる。
Moreover, it is preferable that the said chemical heat storage material further mixes a heat conductivity improving material (
Any thermal conductivity improving material can be used as long as it has a higher thermal conductivity than clay minerals and does not burn out during firing. Then, as the thermal conductivity enhancing material, for example, it may be carbon nanotube, fibrous AlN, fibrous SiC, fibrous Al 2 O 3, and the like. Among them, the thermal conductivity improving material is preferably a carbon nanotube (claims 5 and 14 ).
Mixability of clay mineral and carbon is good and can be dispersed uniformly.
また、上記化学蓄熱材料は、所望形状に成形してなる化学蓄熱材成形体であることが好ましい(請求項6)。
そして、上記貫通形成された中空部を有することが好ましい(請求項7)。
この場合には、上記中空部は、水蒸気が出入りする流路となるため、化学蓄熱材の反応性を確保することができ、蓄熱、放熱を良好に行うことができる。
Furthermore, the chemical heat storage material is preferably a chemical heat storage material molded body obtained by molding into a desired shape (claim 6).
And it is preferable to have the said hollow part formed by penetration (Claim 7 ).
In this case, since the said hollow part becomes a flow path into and out of water vapor | steam, the reactivity of a chemical heat storage material can be ensured, and heat storage and heat dissipation can be performed favorably.
また、第2の発明の化学蓄熱材料の製造方法は、上述したように、かご状構造体作製工程と、スラリー作製工程と、乾燥工程とを有する。
上記かご状構造体作製工程では、粘土鉱物と可燃性粒状物とを含有するかご状構造体用材料を用いるが、上記かご状構造体用材料は、粘土鉱物と可燃性粒状物と水との混合物であることが好ましい(請求項9)。
上記かご状構造体用材料中の上記可燃性粒状物の含有量は、10重量%〜90重量%であることが好ましい。
Moreover, the manufacturing method of the chemical heat storage material of 2nd invention has a cage-shaped structure preparation process, a slurry preparation process, and a drying process as mentioned above.
In the cage structure manufacturing step, a cage structure material containing clay mineral and combustible particulates is used. The cage structure material is composed of clay minerals, combustible granules and water. A mixture is preferred (Claim 9 ).
The content of the combustible particles in the cage structure material is preferably 10% by weight to 90% by weight.
また、上記かご状構造体用材料には、増粘剤を含有させてもよい。
上記増粘剤としては、例えば、メチルセルロース、カラギーナン、ポリビニルアルコール等を用いることができる。
また、上記増粘剤は、焼成後に空孔を形成し、可燃性粒状体として働く場合もある。
Further, the cage structure material may contain a thickener.
As said thickener, methylcellulose, carrageenan, polyvinyl alcohol etc. can be used, for example.
Moreover, the said thickener forms a void | hole after baking and may work as a combustible granule.
また、作製したかご状構造体用材料を焼成することにより、かご状構造体を得る。
上記焼成は、保持温度500〜1200℃、保持時間0.5〜10時間の条件で行うことが好ましい。
かご状構造体用材料中に熱伝導率向上材料としてカーボンナノチューブを含有させる場合には、焼成温度を低くして焼成を行う。
Moreover, a cage structure is obtained by firing the produced cage structure material.
The firing is preferably performed under conditions of a holding temperature of 500 to 1200 ° C. and a holding time of 0.5 to 10 hours.
When carbon nanotubes are included in the cage structure material as a material for improving thermal conductivity, firing is performed at a lower firing temperature.
そして、上記スラリー作製工程では、上記化学蓄熱材を分散液中に分散させた蓄熱材懸濁液に上記かご状構造体を混合する。
上記分散液としては、上記化学蓄熱材を分散可能であれば、水を用いても、溶剤を用いてもよい。そして、環境対策の観点から、上記分散液としては水を用いることが好ましい。そのため、上記蓄熱材懸濁液は、化学蓄熱材と水との混合物であることが好ましい(請求項10)。
And in the said slurry preparation process, the said cage | basket-like structure is mixed with the thermal storage material suspension which disperse | distributed the said chemical thermal storage material in the dispersion liquid.
As the dispersion, water or a solvent may be used as long as the chemical heat storage material can be dispersed. From the viewpoint of environmental measures, it is preferable to use water as the dispersion. Therefore, it is preferable that the heat storage material suspension is a mixture of a chemical heat storage material and water (claim 10 ).
そして、上記蓄熱材懸濁液に上記かご状構造体を混合することによってスラリーを作製する。つまり、上記かご状構造体に上記蓄熱材懸濁液を絡ませることによって、上記かご状構造体の外表面及び細孔内部に化学蓄熱材を配置する。
また、上記スラリーの配合量や粘度等の最適な値は、製造環境などによって変動するため、適宜実験などにより導き出すことが好ましい。
And a slurry is produced by mixing the said cage structure to the said thermal storage material suspension. That is, the chemical heat storage material is disposed on the outer surface and the pores of the cage structure by entanglement of the heat storage material suspension with the cage structure.
Moreover, since the optimum values such as the blending amount and viscosity of the slurry vary depending on the production environment and the like, it is preferable to derive them appropriately through experiments.
そして、上記乾燥工程では、上記スラリーを乾燥させることによって化学蓄熱材料を得る。
上記スラリーの乾燥を行うことにより、上記かご状構造体と上記化学蓄熱材とが一体化する。
そして、上記乾燥工程は、保持温度60〜150℃、保持時間0.5〜100時間の条件で行うことが好ましい。
In the drying step, the chemical heat storage material is obtained by drying the slurry.
By drying the slurry, the cage structure and the chemical heat storage material are integrated.
And it is preferable to perform the said drying process on the conditions of holding temperature 60-150 degreeC and holding time 0.5-100 hours.
また、上記スラリー作製工程の後に、上記スラリーを所望形状に成形して成形体とする成形工程を有することが好ましい(請求項15)。
上記成形工程は、押し出し成形、圧縮成形等により行うことができる。
Moreover, it is preferable to have the shaping | molding process after shape | molding the said slurry in a desired shape after the said slurry preparation process to make a molded object (Claim 15 ).
The molding step can be performed by extrusion molding, compression molding, or the like.
(実施例1)
本例は、本発明の実施例にかかる化学蓄熱材料について説明する。
図1に示すように、本例では、粘土鉱物2と可燃性粒状物3とを混合して焼成することにより得られる多数の細孔50を有するかご状構造体5と、該かご状構造体5の外表面及び細孔内部に担持された化学蓄熱材2を有する化学蓄熱材料1を作製した。
Example 1
This example explains a chemical heat storage material according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, in this example, a
さらに詳しく説明すると、まず、図1(a)、(b)に示すように、かご状構造体用材料4の原料として、可燃性粒状物3、粘土鉱物2、増粘剤(図示略)を用意した。
上記可燃性粒状物3としては、粒状活性炭を用意した。
上記粘土鉱物2としては、セピオライト(Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4・8H2O)を用意した。
また、増粘剤として、メチルセルロースを用意した。
More specifically, first, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), as a raw material of the
As the combustible granular material 3, granular activated carbon was prepared.
As the
Moreover, methylcellulose was prepared as a thickener.
上記セピオライトは、層リボン構造を有する粘土鉱物である。
上記セピオライトは、水に懸濁した場合の繊維径が化学蓄熱材の平均粒子径よりも小さい径の繊維状を呈する。
具体的には、上記セピオライトは、その線径(繊維径)が1μm以下、その長さ(繊維長)が200μm以下のものが望ましい。本例では、線径が略0.01μmで長さが略数十μmのトルコ産のセピオライトを準備する。
なお、トルコ産のセピオライトに代えて、例えば、線径が0.1μmで長さが略100μmのスペイン産のセピオライトを用いることもできる。
The sepiolite is a clay mineral having a layer ribbon structure.
The sepiolite exhibits a fiber shape having a fiber diameter smaller than the average particle diameter of the chemical heat storage material when suspended in water.
Specifically, the sepiolite preferably has a wire diameter (fiber diameter) of 1 μm or less and a length (fiber length) of 200 μm or less. In this example, Turkish sepiolite having a wire diameter of approximately 0.01 μm and a length of approximately several tens of μm is prepared.
Instead of Turkish sepiolite, for example, Spanish sepiolite having a wire diameter of 0.1 μm and a length of approximately 100 μm can be used.
また、上記化学蓄熱材6として、アルカリ土類金属Caの水酸化物Ca(OH)2を準備した。この化学蓄熱材の平均粒径Dは7μm(レーザー回折式測定法、島津製作所製SALD−2000Aによる)である。
また、上記化学蓄熱材6は、以下に示す反応で蓄熱・放熱を可逆的に繰り返す。
Ca(OH)2 ⇔ CaO + H2O
さらに、上記の式に蓄熱量、発熱量Qを併せて示すと、以下のようになる。
Ca(OH)2 + Q → CaO + H2O
CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q
Moreover, as the chemical
The chemical
Ca (OH) 2 Ca CaO + H 2 O
Further, when the heat storage amount and the heat generation amount Q are shown together in the above formula, the following is obtained.
Ca (OH) 2 + Q → CaO + H 2 O
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 + Q
次に、化学蓄熱材料1の製造方法について説明する。
かご状構造体作製工程において、まず、図1(b)に示すように、上記可燃性粒状物70gと、上記粘土鉱物30gと、上記増粘剤20gと、水120gとを混合したかご状構造体用材料4を作製した。
その後、上記かご状構造体用材料4を、保持温度650℃、保持時間3時間の条件で焼成し、図1(C)に示すかご状構造体5を作製した。
Next, the manufacturing method of the chemical
In the cage-like structure manufacturing step, first, as shown in FIG. 1 (b), a cage-like structure in which 70 g of the flammable granular material, 30 g of the clay mineral, 20 g of the thickener, and 120 g of water are mixed.
Thereafter, the
次に、スラリー作製工程において、まず、Ca(OH)2100gを水200mLに分散させた蓄熱材懸濁液を作製した。
その後、図1(d)に示すように、上記蓄熱材懸濁液に、上記かご状構造体10gを混合することによってスラリーを作製し、上記かご状構造体5と化学蓄熱材6とを複合化させた。
Next, in the slurry preparation step, first, a heat storage material suspension in which 100 g of Ca (OH) 2 was dispersed in 200 mL of water was prepared.
Then, as shown in FIG.1 (d), the said cage |
そして、成形工程において、上記スラリーを用いて、図2に示すように、貫通成形された中空部11を有する形状(外径:100mm×40mmφ、中空部の径:10mmφ)を有する成形体を成形した。
そして、乾燥工程において、保持温度80℃、保持時間96時間の条件で上記成形体中の水を蒸発させる乾燥を行うことにより、図1(e)に示す化学蓄熱材成形体1(化学蓄熱材料)を得た。
Then, in the molding step, using the slurry, as shown in FIG. 2, a molded body having a shape (outer diameter: 100 mm × 40 mmφ, diameter of the hollow portion: 10 mmφ) having a
And in the drying process, the chemical heat storage material molded body 1 (chemical heat storage material) shown in FIG. )
次に、得られた化学蓄熱材成形体1をケミカル蓄熱反応器に装填した後、脱水(at400℃)・水和(at200℃)サイクルを繰り返し、Ca(OH)2の反応率を熱重量法により評価した。
その結果、1サイクル目のCa(OH)2の反応率は86%であり、10サイクル目の反応率は83%であった。このように、本例の化学蓄熱材成形体1は、サイクルを重ねても特性低下があまり見られず、サイクル特性に優れていることが確認できた。
Next, after the obtained chemical heat storage material molded
As a result, the reaction rate of Ca (OH) 2 in the first cycle was 86%, and the reaction rate in the 10th cycle was 83%. Thus, it was confirmed that the chemical heat storage material molded
以上のように、本発明によれば、耐久性に優れ、化学蓄熱システムとして十分に能力を発揮することが可能な化学蓄熱材料を得ることができることがわかる。 As described above, according to the present invention, it is understood that a chemical heat storage material that is excellent in durability and can sufficiently exhibit the ability as a chemical heat storage system can be obtained.
なお、本例において、粘土鉱物として、セピオライトを用いたが、セピオライトに代えて、パリゴルスカイト、ベントナイト等を用いることも可能である。
また、本例では、化学蓄熱材として、水酸化カルシウムを用いたが、それに代えて、水酸化マグネシウム、あるいは水酸化マグネシウムと水酸化カルシウムとの混合物等を用いることも可能である。
In this example, sepiolite was used as the clay mineral, but palygorskite, bentonite, or the like can be used instead of sepiolite.
In this example, calcium hydroxide is used as the chemical heat storage material. However, magnesium hydroxide or a mixture of magnesium hydroxide and calcium hydroxide can be used instead.
(実施例2)
本例は、上記実施例1のかご状構造体を、粘土鉱物30g、可燃性粒状物70g、増粘剤20g、水120g、熱伝導率向上材料5gとを混合した後、焼成することにより得たかご状構造体に変更した例である。その他は、実施例1と同様にして行った。
上記粘土鉱物、可燃性粒状物、及び増粘剤は実施例1と同様のものを用いた。
また、上記熱伝導率向上材料としては、繊維状AlN(繊維状窒化アルミニウム)を用意した。
(Example 2)
This example is obtained by baking the cage structure of Example 1 above after mixing 30 g of clay mineral, 70 g of combustible granular material, 20 g of thickener, 120 g of water, and 5 g of thermal conductivity improving material. This is an example of changing to a cage structure. Others were performed in the same manner as in Example 1.
The same clay mineral, combustible particulates, and thickener as those used in Example 1 were used.
Moreover, fibrous AlN (fibrous aluminum nitride) was prepared as the thermal conductivity improving material.
本例の化学蓄熱材成形体についても、上記実施例1と同様の方法で、Ca(OH)2の反応率の評価を行った。その結果、1サイクル目のCa(OH)2の反応率は88%であり、10サイクル目の反応率は85%であった。このように、本例の化学蓄熱材成形体1は、サイクルを重ねても特性低下があまり見られず、サイクル特性に優れていることが確認できた。
For the chemical heat storage material molded body of this example, the reaction rate of Ca (OH) 2 was evaluated in the same manner as in Example 1 above. As a result, the reaction rate of Ca (OH) 2 in the first cycle was 88%, and the reaction rate in the 10th cycle was 85%. Thus, it was confirmed that the chemical heat storage material molded
本例の化学蓄熱材成形体は、化学蓄熱材と、粘土鉱物と、繊維状AlNとを含む複合体となっている。そのため、粘土鉱物4の、繊維質、多孔性、可塑性等という性質により、上記複合体は、粘土鉱物4の骨格中に粉体の化学蓄熱材、及び繊維状AlNが分散担持された構造となり、上記化学蓄熱材料の熱伝導性が向上する。そのため、より優れたサイクル特性が得られたと考えられる。
The chemical heat storage material molded body of this example is a composite including a chemical heat storage material, a clay mineral, and fibrous AlN. Therefore, due to the properties of the
なお、本例において、上記熱伝導率向上材料として、繊維状AlNを用いたが、それに代えて、カーボンナノチューブ、繊維状SiC、あるいは繊維状Al2O3等を用いることも可能である。 In this example, fibrous AlN is used as the thermal conductivity improving material. However, carbon nanotubes, fibrous SiC, fibrous Al 2 O 3 or the like can be used instead.
(比較例1)
本例では、比較のために、上記実施例1、2において化学蓄熱材として用いたCa(OH)2のみについて、Ca(OH)2の反応率の評価を行った例である。
Ca(OH)2をケミカル蓄熱反応器に装填した後、実施例1と同様の方法でCa(OH)2の反応率を熱重量法により評価した。その結果、1サイクル目のCa(OH)2の反応率は80%であり、10サイクル目の反応率は32%であり、サイクルを重ねると、特定低下が見られた。
(Comparative Example 1)
In this example, for comparison, only the Ca (OH) 2 used as the chemical heat storage material in Examples 1 and 2 was evaluated for the reaction rate of Ca (OH) 2 .
After loading Ca (OH) 2 into the chemical heat storage reactor, the reaction rate of Ca (OH) 2 was evaluated by the thermogravimetric method in the same manner as in Example 1. As a result, the reaction rate of Ca (OH) 2 in the first cycle was 80%, the reaction rate in the 10th cycle was 32%, and when the cycle was repeated, a specific decrease was observed.
1 化学蓄熱材成形体(化学蓄熱材料)
2 粘土鉱物
3 可燃性粒状物
4 かご状構造体用材料
5 かご状構造体
6 化学蓄熱材
1 Chemical heat storage material molding (chemical heat storage material)
2 Clay Minerals 3
Claims (15)
上記粘土鉱物は、セピオライト、パリゴルスカイト、及びベントナイトから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする化学蓄熱材料。 A cage-like structure having a large number of pores obtained by mixing and firing clay minerals and combustible particles, and a chemical heat storage material supported on the outer surface of the cage-like structure and inside the pores. I have a,
The chemical heat storage material , wherein the clay mineral is at least one selected from sepiolite, palygorskite, and bentonite .
粘土鉱物と可燃性粒状物とを含有するかご状構造体用材料を焼成することによりかご状構造体を得るかご状構造体作製工程と、
上記化学蓄熱材を分散液中に分散させた蓄熱材懸濁液に上記かご状構造体を混合することによってスラリーを作製するスラリー作製工程と、
上記スラリーを乾燥させる乾燥工程とを有し、
上記粘土鉱物は、セピオライト、パリゴルスカイト、及びベントナイトから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする化学蓄熱材料の製造方法。 A cage-like structure having a large number of pores obtained by mixing and firing clay minerals and combustible particulates, and a chemical heat storage material supported on the outer surface and inside the pores of the cage-like structure A method of manufacturing comprising:
A cage-like structure manufacturing step of obtaining a cage-like structure by firing a cage-like structure material containing a clay mineral and combustible particulates;
A slurry preparation step of preparing a slurry by mixing the cage structure into a heat storage material suspension in which the chemical heat storage material is dispersed in a dispersion;
It has a drying step of drying the slurry,
The method for producing a chemical heat storage material, wherein the clay mineral is at least one selected from sepiolite, palygorskite, and bentonite .
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