[期待の蓄熱材料]食生活について語ろう

・期待の蓄熱材料　Heat storage materials　in expectation　きたいのちくねつざいりょう
　　バッテリーBatteryは、英語で電池を指す言葉で、厳密には同じ意味としています。 バッテリーは外部の充電した電気エネルギーを化学エネルギーに変換、内部に蓄え必要に応じ再び電気エネルギーとして使用できるようにした装置です。電池は、化学反応を起させ、電気エネルギーを発生できるようにしています。
蓄熱材料として二酸化バナジウム（VO2）、ストライプ型-ラムダ-五酸化三チタン、酸化マグネシウム/水系化学蓄熱材などがあります。蓄熱材には、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱、化学蓄熱の3種類の方式があります。顕熱蓄熱では、比熱が大きく、安定的かつ安価な水や砕石を最もよく利用しています。
蓄熱材料の注目度の高まりから2023年3月に吸熱と放熱の温度差が20 ℃以上のTiNi(チタン・ニッケル)系相変態合金の開発があり、この温度間での組成を工夫して蓄熱能力を高め蓄熱を可能にしています。同合金の温度の上昇によって蓄熱し、圧を数百MPa(メガパスカル)程度の引張応力を加えることで、相変態により潜熱を放熱する仕組みです。さらに、内部の残留応力を利用して吸熱／放熱温度を変えられる他、これらの温度差も調整できるという潜熱蓄熱材です。
　　国立研究開発法人産業技術総合研究所の研究チームが、チタン（Ti）とニッケル（Ni）の合金で同様に畜熱、放出したりできる蓄熱材料を開発し発表していました。相変態の潜熱が大きいことが広く知られるようになり、蓄熱材としての応用、注目が高まっていました。Ti（チタン）とNi（ニッケル）の比率の変化や別元素の添加で潜熱が変わるが、狭い組成範囲でのみ大きな潜熱が得られていた。従来蓄熱・放熱が難しかった温度でも作動できるのです。
TiNi系マルテンサイト合金（相変態を生じる合金）は、
◇昇温すると固体のまま結晶構造が低温相から高温相に相変態します
◇高温相の状態でも人の力程度の数十kg程度の物体を持ち上げる力を加えると低温相へ相変態可能となります
◇相変態は潜熱による自発的な吸放熱を伴うため蓄熱に利用できるのです
　工場や機器の廃熱を蓄え、必要な時に熱を取り出せる蓄熱材料が求められています。今迄は、水・パラフィンなどの相変化による潜熱を利用の蓄熱材料は、周囲がある決まった温度にならないと一般に材料の吸放熱が起きなかったり、空間・時間をずらして使える温度帯が限定など、いくつもの課題があったようです。
　　そうした中、産総研が着目しているのが、チタン(Ti)ニッケル(Ni)系マルテンサイト合金で、同合金を活用することで、固体における相変態を利用し、相変態温度を制御、必要な時にに常に熱を取り出せる材料の開発でした。金属で蓄熱材料ができれば、ほかの蓄熱材料に比べ成形が容易で、熱に対する応答が速いという長所があるといいます。
　この事により、従来の固体から液体の相変化を利用する場合、吸・放熱温度にほとんど差がないのに対し、(Ti)ニッケル(Ni)系マルテンサイト合金で、同合金の本開発では、この温度間で蓄熱が可能になりました。加え、得られた合金に対し数百MPa(メガパスカル)程度の直径1 mm程度のワイヤーに数十kg程度の物体を持ち上げる引張応力（力）を加えることで、相変態により放熱させ、合金内部の熱を取り出すことが出来るのです。例とし直径1.5 mmの合金線に断面減少率が35％以上になるまで冷間圧延を行い、それらに対し大気中で400 ℃から600 ℃の温度で1時間の焼鈍処理をします。変態開始温度が未処理材と比べて変化、その温度差も大きくなります。熱処理によって低温相へ変態開始する温度を20 ℃から45 ℃の範囲に調整した試料が、目標とした蓄熱量を確認しています。少しの力を加えることで、放熱、合金内部の熱を取り出すことができます。この利用で、電気自動車の高温に加熱したモーターの排熱を蓄え、停止時などの低温環境下で、熱を必要とする部分に蓄の熱を小さい力で放出して供給できるようです。
　　今後は目的に合わせ動作温度調整できるように、最適化を進めています。また、蓄熱部材としての持ち運びし易い可搬性、モジュール化(製品多様化)し、形状の加工自由度を高めていくことが求められているようです。
　　寒さのまだ続くこの季節、酢酸ナトリウム三水和物（CH3COONa）は、再利用できるカイロ（エコカイロ）で使い捨てカイロとは異なり、再利用ができるカイロのことで燃料物質として使われる物質です。最高温度は約55℃で、40℃の状態が1～2時間持続します。再利用する際は、袋のまま煮立ったお湯で5～6分湯煎すると融けて元の透明な液体に戻るといいます。
　電気使用量のうなぎ登りの増加に、自然エネルギーの活用の取り組みが盛んに始まっているようです。



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