[发明专利]烧结用粉末材料和使用它的潜热型固体蓄热构件

说明书

本发明提供一种固体蓄热材料及其制造方法，上述固体蓄热材料由VO₂系的无机材料构成，烧结容易且具有高潜热蓄热能力，能够很好地用作相变化型固体蓄热材料。本发明的第1方面的烧结用粉末材料由钒和氧构成，是由用化学式VO₂表示的钒氧化物和除此之外的至少一种的钒氧化物构成的烧结用粉末材料，在将粉末整体的V与O的摩尔比记载为1：(2+d)的情况下，d为0＜d＜0.5的范围。

技术领域

本发明涉及烧结用粉末材料和使用它的潜热型固体蓄热构件。

背景技术

近年，作为有效利用热能的技术，提出了储备热并在需要的时候取出的蓄热方式。有助于蓄热的材料，有利用来自大比热容的显热的类型、和利用来自相变时的自发的吸热放热反应的潜热的类型。在能够利用潜热的相变型材料(Phase Change Material：PCM)的情况下，大多利用气相―液相之间的变化，以最短的H₂O的相变(水－冰)为首，利用石蜡、糖醇等固相－液相变化，它们具有每1kg能够储存数百kJ的大量热的优点。

但是，只要是固相－液相变化，在液相状态下就无法保持形状，为了避免泄漏、渗出而需要胶囊(capsule)等支持，总是附带多余的热负载，并且装置也复杂化。另外，在溶解前后热传导率发生很大变化，或者内部对流等影响液相的凝固，凝固的完成会延长动作速度。

为了解决这样的问题，也提出了在原子·分子的状态保持固体性状下，内包的利用由电子自由度引起的相变的固体蓄热材料(以下称为“相变化型固体蓄热材料”)。

作为显示适合作为这样的相变化型固体蓄热材料的特性的材料，已知二氧化钒VO₂。VO₂在常温下为绝缘体，但是如果将材料升温则在临界温度Tp＝67℃附近从绝缘相相变到金属相。另外，如果一旦从变化成金属相的高温状态降温，则在Tp附近再次变回原来的绝缘相。该相变的潜热约为220J/cc，在升温过程中从外部吸收与潜热相等的热量，在降温过程中向外部放出与潜热相等的热量。(例如参照专利文献1、2或3)

但是，为了大量制造VO₂，最终的形状成为粉末形状(参照专利文献4或5)，因此即使相的分类上是固相，实际上在使用时也需要将粉末集中储存的专用方式。因此，指出了与液相相关的以往的蓄热材料同样，需要对流动性的应对(参照非专利文献1)。为了避免这种情况，也考虑将VO₂作为烧结体进行固化，但是将VO₂用通常的方法烧结而得到的陶瓷对应力施加没有耐性，容易断裂(参照非专利文献2)。在非专利文献2中，提出了为了避免断裂而将纳米尺寸的VO₂粉末作为起始原料进行烧结，从而基于微细组织而避免断裂。但是，由该方式得到的试样被分离成纳米尺寸的晶粒集合而成的微米尺寸的块状粒，由于未确认该块状粒彼此的结合，所以对于由该方式得到的烧结构件整体水平的烧结体的密度的提高、机械强度的提高的效果未研究，完全不清楚。另外，也指出了在制作纳米尺寸的VO₂时产生的VO₂相的化学计量组成的偏差和V₆O₁₃相的混合存在，但是这些变化只报告了使潜热量减少，对于密度、机械强度的提高，完全未研究，尚不清楚。

另外，在专利文献6中提出了将固体蓄热材料成型而利用。但是，在专利文献6中完全没有示出能够将VO₂自身成型的固体块状化的方法，而是在溶于水或有机溶剂的粘合剂中分散VO₂，使其干燥从而实现形状维持的方式，因此保证成型性的归根到底是粘合剂，在原理上与用容器包围的方式没有太大差别，另外，完全不保证所得到的构件的强度。