JP2000119643A

JP2000119643A - 蓄熱材組成物及び蓄熱容器

Info

Publication number: JP2000119643A
Application number: JP10294937A
Authority: JP
Inventors: Takahito Ishii; 隆仁石井; Toshimitsu Kurumisawa; 利光胡桃沢; Kunikazu Kuchino; 邦和口野; Shuzo Tokumitsu; 修三徳満; Hideyuki Ohashi; 大橋　　秀行; Takashi Nishida; 西田　　隆
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2000-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、相分離、水分蒸発による特性低下
を確実に防止できる蓄熱材組成物を提供する。【解決手段】水和塩型蓄熱材と過冷却防止剤と水と増
粘剤と伝熱促進材と水分蒸発防止剤により蓄熱材組成物
３を構成し、増粘剤に捕捉される水分に見合う水を添加
して増粘するとともに、水分蒸発を防止して、安定した
蓄・放熱特性を有する蓄熱材組成物３を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用の暖房・給
湯機器用、及び電子部品の冷却用に用いる蓄熱材組成物
及び蓄熱容器関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の蓄熱材組成物は、そのまま
で用いると一旦融点以上に加熱されて融解熱の形で蓄熱
しても、放熱時に融点以下に温度が低下しても結晶化を
生じない過冷却現象や蓄・放熱を繰り返すと不完全な水
和塩や無水塩を析出して、初期の完全な水和塩とは異な
り、融解熱が低下する相分離現象を生ずるため、特開平
６−１５９９６５号公報に記載されているように、水和
塩型蓄熱材に過冷却防止剤とゲル化剤を添加した構成と
なっていた。また、蓄熱材の低い熱伝導率を改善するた
めに、蓄熱材中に伝熱促進材を添加する試みが見られ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の蓄熱型組成物においては、ゲル化剤を添加する構成
により、ゲル化剤の未添加の場合に比べて相分離現象の
発生を遅らせることができるが、未だ実用に耐えうるも
のとなっていない。ゲル化剤自体が本来親水性を有して
いるために蓄熱材の一部の結晶水が捕捉されて、本来所
定量の水と化学量論的に結合することによって、あるい
は蓄熱材と、ゲル化剤及び過冷却防止剤とがなにがしか
の化学的変化を起こすことによって、融解熱が低下した
り、場合によっては過冷却や相分離を生ずることがあっ
た。

【０００４】また、こうした蓄熱材組成物を実際に用い
る際には、パッキン等のシール構成を有する容器内に充
填するが、実用の際の蓄・放熱の繰り返しにより、蓄熱
材組成物中の水分が、主に水蒸気としてパッキンを透過
して外部に飛散するために、潜熱蓄熱量の低下を起こす
という課題があった。

【０００５】さらに、一般に蓄熱材そのものは熱伝達率
が低いために、蓄熱材との伝熱構成は複雑となるととも
に、例えば、銅やアルミニウムなどの金属粉末を用いた
場合には腐食を生ずるなど、実用に耐えうる伝熱促進材
が提案されていない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するもので、本質的な相分離現象を回避するために
は、２元状態図（水和塩型蓄熱材中の水分重量％と温度
との関係により取りうる結晶状態）において温度を低下
しても無水物を生じない結晶状態にすることが好ましい
との判断にたって、水和塩型蓄熱材と過冷却防止剤と水
と増粘剤とから、さらにこれらに水分蒸発防止剤や伝熱
促進材を加えて、蓄熱材組成物を構成したものである。

【０００７】上記発明によれば、増粘剤により相分離現
象を防止するとともに、増粘剤に捕捉される水分を考慮
して水を添加するために、水和塩型蓄熱材の結晶状態を
維持して融解潜熱量の低下のない蓄熱材組成物を提供で
きる。また、水分蒸発防止剤により水分の減少を防止す
るとともに、伝熱促進材により蓄熱材との熱伝達率を高
めることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の蓄熱材組成物は、水和塩
型蓄熱材と、前記水和塩型蓄熱材に対して、１〜５重量
部の過冷却防止剤と、１〜６重量部の水、１〜６重量部
の増粘剤と、１〜１０重量部の伝熱促進材とからなる。

【０００９】そして、増粘剤により相分離現象を防止す
るとともに、増粘剤に捕捉される水分を考慮して水を添
加しているために、水和塩型蓄熱材の結晶状態を維持し
て融解潜熱量の低下のない蓄熱材組成物を提供できる。
また、伝熱促進材を用いた場合には、蓄熱材組成物全体
の熱伝導率を高めることができる。

【００１０】また、水和塩型蓄熱材と、前記水和塩型蓄
熱材に対して、１〜５重量部の過冷却防止剤と、１〜６
重量部の増粘剤と、１〜１０重量部の伝熱促進材と、１
〜５重量部の水分蒸発防止剤とからなる。

【００１１】そして、水分蒸発防止剤により、水分の減
少による蓄熱材の特性の低下を防止することができる。

【００１２】また、上記実施の形態は具体的には、水和
塩型蓄熱材として、酢酸ナトリウム３水塩、過冷却防止
剤として、弗化リチウム、増粘剤として、ポリビニルア
ルコール、ポリエチレングリコール、ゼラチン、カルボ
キシメチルセルロースナトリウム、アルギン酸ナトリウ
ムとを組み合わせて用いるとともに、水分蒸発防止剤と
して、流動パラフィン、伝熱促進材として、炭化珪素、
酸化ホウ素、カーボンを用いてなる。

【００１３】さらに、本発明の蓄熱容器は、金属製の容
器内部に、蓄熱材組成物を封入するとともに、少なくと
も前記蓄熱材組成物の内部に向かって突出する伝熱部を
有してなる。

【００１４】そして、この構成により、突出部により伝
熱面積を増し、熱伝達率を高めることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の蓄熱材組成物、及び蓄熱容器
の実施例について図面を用いて説明する。

【００１６】（実施例１）水和塩型蓄熱材として酢酸ナ
トリウム・３水塩（酢酸ナトリウム；６０．３重量％）
２３．３g（１００重量部）と、過冷却防止剤として弗
化リチウム組成物（弗素化リチウムと酢酸ナトリウム・
３水塩をある組成で混合・融解後、固化させこれを粉砕
した組成物）１．１６５g（蓄熱材に対して５重量部）
と、純水０．７g（蓄熱材に対して３重量部）と、増粘
剤として、ポリビニルアルコール＃５００、ポリエチレ
ングリコール＃６０００、ゼラチン、カルボキシメチル
セルロースナトリウム、アルギン酸ナトリウムを組み合
わせて０．４７g（蓄熱材に対して２重量部）として、
これらを外径１８mm（肉厚１mm）、長さ１８０mmの試験
管内に充填して、これを加温して融解攪拌して蓄熱材組
成物を作製した。

【００１７】図１に相分離確認実験装置１を示した。試
験管２内の蓄熱材組成物３の水分の蒸発を防ぐために、
１mｌの流動パラフィン４を添加した。また、温度を測
るために、蓄熱材組成物の内部上方に熱電対５を挿入し
た。蓄熱材組成物３が充填された試験管２を加温、冷却
タンク６内に配置して、循環ポンプ７で加熱、冷却タン
ク６内の水８を加熱器９で加熱して加熱、冷却タンク６
内に還流させて約７０℃に加温した。また、冷却時は循
環ポンプ７及び加熱器９は電源をＯＦＦとして、市水１
０を水電磁弁１１を介して加熱、冷却タンク６の下部よ
り導入して上部より溢流させることで冷却した。加温、
冷却サイクルは１時間加温、３０分冷却とした。実験に
供した蓄熱材組成物を表１に示した。酢酸ナトリウム・
３水塩と過冷却防止剤は全て同一であるのでここでは省
略している。表中（）内の数字は酢酸ナトリウム・３水
塩に対する重量部を示している。

【００１８】

【表１】

【００１９】そして、蓄・放熱の繰り返しサイクル数と
相分離状況を観察した。相分離の判定は、蓄熱時、蓄熱
材組成物３の温度が低いほど、すなわち加熱水８の温度
との差が大きいほど蓄熱量が大きく、また、放熱時、融
点（酢酸ナトリウム・３水塩の場合、５８℃）以下の温
度で直ちに、すなわち、小さい過冷却度で結晶化を開始
し、その後の放熱温度が高いほど良好と判断した。さら
に、目視で放熱完了後の状態を観察し、一部でも液体と
して残ることが無く全体が固化している状態を良好と判
断した。

【００２０】相分離確認実験の判定結果を、表１に示し
た。増粘剤として、種々組み合わせた結果、ポリビニル
アルコール＃５００とゼラチン、ポリビニルアルコール
＃５００とカルボキシメチルセルロースナトリウム、ポ
リエチレングリコール＃６０００とアルギン酸ナトリウ
ム、ゼラチンとカルボキシメチルセルロースナトリウ
ム、ゼラチンとアルギン酸ナトリウム、カルボキシメチ
ルセルロースナトリウムとアルギン酸ナトリウムの組み
合わせたものがサイクル数９００回後においても相分
離、過冷却を生じていない。なお、比較例として、それ
ぞれの増粘剤を単独で用いた場合の結果も併せて示し
た。サイクル数１００回時点では良好であっても、その
後、相分離を生じた。

【００２１】なお、本実施例で述べた組成比は最適な組
成比と考えられるが、蓄熱材に対して、過冷却防止剤の
添加量が１〜５重量部、増粘剤の添加量は１〜６重量部
の範囲でも、水の添加量を増すとともに増粘剤の添加量
を増せば、良好な結果を得た。水の添加量については、
相分離については無添加でも良好な結果を示す場合もあ
るが確実性に欠ける。いずれにしても、増粘剤による水
分吸着により特性（融解潜熱量）の低下を生ずるので、
添加した方が好ましいと考えられる。

【００２２】（実施例２）実施例１における相分離確認
実験の際、試験管内に水分蒸発防止剤として流動パラフ
ィンを少量添加した。流動パラフィン４は、蓄熱材組成
物３を外気と遮断するとともに、水分の蒸発を防止し
て、蓄熱材組成物３を安定に保持する効果を有し、蓄熱
材組成物３の相分離現象にはなんら影響を及ぼさない。
また、増粘剤の種類によっては、流動パラフィンを溶解
するものもある。

【００２３】図２に、実施例２の部品冷却用の蓄熱容器
の断面図を示した。容器１２の材質はアルミダイキャス
トであり、容器本体１２Ａ内に実施例１の実験の２倍量
の蓄熱材組成物３と流動パラフィン４を添加した後に、
加温して蓄熱材組成物３を融解して、蓄熱材組成物３中
の空気を脱気する。加温状態で、パッキン１３を介して
容器本体１２Ａに突出部１４を有する容器蓋１２Ｂを取
り付けて、蓄熱容器１２を作製した。冷却用の発熱部品
１５は容器蓋１２Ｂの表面に設置される。

【００２４】この蓄熱容器を８０℃で３０分間保持と０
℃で２０分間保持を繰り返す冷熱サイクル試験を実施し
たが、１３００回後、流動パラフィン未添加の場合は約
１g減少したのに対して、流動パラフィンを添加したも
のは、０．２g以下であり、約５倍の高信頼性を実現す
ることができた。なお、本実施例においては、水分蒸発
防止剤を流動パラフィンとしたが、蓄熱材に不溶で比重
が軽く沸点の高いものであればこれに限定するものでな
いことは言うまでもない。たとえば、動植物油、シリコ
ーンオイル等の合成油、有機溶剤などが該当する。

【００２５】（実施例３）次に、伝熱促進材として、
炭化珪素、酸化ホウ素、カーボンブラックが良好である
ことを見出した。これらは熱伝導率が高く、かつ化学的
安定性の高い材料である。熱伝導率の極めて高い材料、
例えば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などは高温で水
と反応して、それぞれの金属の水酸化物となるととも
に、アンモニアを発生するので実用には不適である。

【００２６】蓄熱材組成物中に、炭化珪素、酸化ホウ
素、カーボンブラックを単独で、もしくは組み合わせて
用いたものは、その添加量が蓄熱材組成物に対して２重
量部以上で蓄・放熱特性の改善が見られ、５重量部程度
が最適である。これ以上の添加は、蓄熱材組成物の融解
潜熱量の低下が顕在化する。伝熱促進材を用いることに
より、蓄熱・放熱速度を約２０％高めることができた。
これにより、図２で示した蓄熱容器１２の突出部１４の
伝熱面積を低減させて、容器構成をより簡略化すること
ができる。このように、伝熱促進材の必要性は、蓄熱材
組成物を収納する容器の構成を簡略化したり、伝熱特性
を改善できる点にある。

【００２７】なお、以上述べた実施例において、蓄熱材
を酢酸ナトリウム・３水塩として述べたが、他の同様な
水和塩型の蓄熱材、例えば、硫酸ナトリウム・１０水
塩、塩化カルシウム・６水塩、等においても、過冷却防
止剤は異なる場合があるが、増粘剤、水分蒸発防止剤、
伝熱促進材は十分適用できることは言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果がある。

【００２９】（１）増粘剤、及び増粘剤に捕捉される水
分量を考慮して水を添加しているので、確実に相分離を
防止できる。

【００３０】（２）水分蒸発防止剤を添加しているの
で、水分飛散による蓄熱材の特性低下を抑制することが
できる。

【００３１】（３）伝熱促進材を添加して蓄・放熱速度
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の蓄熱材組成物の相分離の状
況を確認するための相分離確認実験装置の概略図

【図２】本発明の実施例２の蓄熱容器を示す断面図

【符号の説明】

１相分離確認実験装置３蓄熱材組成物４水分蒸発防止剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者口野邦和大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者徳満修三大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者大橋秀行大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西田隆大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水和塩型蓄熱材と、前記水和塩型蓄熱材に
対して、１〜５重量部の過冷却防止剤と、１〜６重量部
の水、１〜６重量部の増粘剤と、１〜１０重量部の伝熱
促進材とからなる蓄熱材組成物。
【請求項２】水和塩型蓄熱材と、前記水和塩型蓄熱材に
対して、１〜５重量部の過冷却防止剤と、１〜６重量部
の増粘剤と、１〜１０重量部の伝熱促進材と、１〜５重
量部の水分蒸発防止剤とからなる蓄熱材組成物。
【請求項３】水和塩型蓄熱材として、酢酸ナトリウム３
水塩、過冷却防止剤として、弗化リチウム、増粘剤とし
て、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、
ゼラチン、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ア
ルギン酸ナトリウムとを組み合わせて用いるとともに、
水分蒸発防止剤として、流動パラフィン、伝熱促進材と
して、炭化珪素、酸化ホウ素、カーボンを用いてなる請
求項１または２記載の蓄熱材組成物。
【請求項４】金属製の容器内部に、蓄熱材組成物を封入
するとともに、少なくとも前記蓄熱材組成物の内部に向
かって突出する伝熱部を有する蓄熱容器。