JP2000256659A

JP2000256659A - 蓄熱材組成物

Info

Publication number: JP2000256659A
Application number: JP11062862A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kakiuchi; 博行垣内; Masayoshi Yabe; 昌義矢部; Masanori Yamazaki; 正典山崎
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2000-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】１０〜３０℃付近に融点を有し、且つ相分離
がなく、安定な蓄熱材組成物の提供。【解決手段】トリメチロールエタン及び水を、重量比
で１：１〜３：１で含有する蓄熱材主成分１００重量部
に対して、或いはトリメチロールエタン、水並びに尿素
及び／又は尿素誘導体を含有する蓄熱材主成分１００重
量部に対して、ポリグリセリンを０．１〜１０重量部含
有することを特徴とする蓄熱材組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱材組成物に関
する。詳しくは、融解潜熱を利用した、トリメチロール
エタン及び水を主成分とする、或いはトリメチロールエ
タン、水並びに尿素及び／又は尿素誘導体を主成分とす
る蓄熱材組成物の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】潜熱蓄熱材は、顕熱型蓄熱材に比べて蓄
熱密度が高く、相変化温度が一定であり、熱の取り出し
温度が安定である等の利点があるため、種々の用途に実
用化されている。この潜熱蓄熱材の主成分としては、
氷、硫酸ナトリウム十水塩、塩化カルシウム六水塩及び
酢酸ナトリウム三水塩等が知られている。これら潜熱型
蓄熱材の実用化の代表例としては、深夜電力を利用した
氷蓄熱システムがある。

【０００３】また、生活環境温度に近い２０〜３０℃に
相変化温度を有する蓄熱材は、温室や床暖房等を目的に
鋭意研究されている。その主成分としては、硫酸ナトリ
ウム十水塩又は塩化カルシウム六水塩が多く用いられて
おり、両者共蓄熱密度が大きく、安価で優れた蓄熱材原
料と言える。しかしながら、硫酸ナトリウム十水塩は融
点以上で融解すると無水硫酸ナトリウムと硫酸ナトリウ
ムの飽和水溶液の二相に分離し、これが凝固する際に
は、沈殿した無水硫酸ナトリウムの表面でしか硫酸ナト
リウム十水塩に戻らないので、蓄熱量は大幅に低下する
という問題がある。これは相分離と呼ばれる現象であ
り、硫酸ナトリウム十水塩が、融解したときに完全に水
溶液化せず、いわゆる調和融解しないことに原因があ
る。また、塩化カルシウム六水塩は調和融解するもの
の、繰り返し使用するうちに、より融点の高い低次の水
和塩が生成し、硫酸ナトリウム十水塩と同様に不溶解分
が沈殿し、やはり蓄熱量が低下するという問題がある。

【０００４】一方、特開昭６３−１０１４７３号公報に
示されているトリメチロールエタン（別名：ペンタグリ
セリン）水和物は、本発明者らの実験によると調和融解
することが確認された。Ｌａｕｇｔ，Ｍらは、トリメチ
ロールエタンの四水和物では、融点が２９．８℃、融解
潜熱量が１８５ｋｊ／ｋｇであると報告している（Ｐｏ
ｗｄｅｒＤｉｆｆｒ．（１９９１），６（４），１９
０−１９３）。しかしながら、トリメチロールエタン水
和物に関しては、未だ詳細には研究されていないので、
低次の水和物が存在する可能性も否定できない。つま
り、調和融解しない可能性も残されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らの検討によ
れば、トリメチロールエタン、水並びに尿素及び／又は
尿素誘導体からなる蓄熱材については、上記の硫酸ナト
リウム十水塩や塩化カルシウム六水塩ほど極端ではない
が相分離現象が存在することが判明した。また、トリメ
チロールエタン及び水からなる蓄熱材についても、現時
点では繰り返しによって相分離が発生する可能性が否定
できないことが判明した。本発明の目的は、トリメチロ
ールエタン及び水を主成分とする、或いはトリメチロー
ルエタン、水並びに尿素及び／又は尿素誘導体を主成分
とする蓄熱材組成物について相分離を抑制してなるもの
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み鋭意検討した結果、トリメチロールエタン及び水
からなる蓄熱材、或いはトリメチロールエタン、水並び
に尿素及び／又は尿素誘導体からなる蓄熱材に、特定量
の割合でポリグリセリンを配合することにより、相分離
を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。即ち、本発明の要旨は、トリメチロールエタン及び
水を、重量比で１：１〜３：１で含有する蓄熱材主成分
１００重量部に対して、或いはトリメチロールエタン、
水並びに尿素及び／又は尿素誘導体を含有する蓄熱材主
成分１００重量部に対して、ポリグリセリンを０．１〜
１０重量部含有することを特徴とする蓄熱材組成物、に
ある。

【０００７】

【発明の実施の態様】本発明の蓄熱材組成物は、その一
態様において蓄熱材主成分として、トリメチロールエタ
ンと水を用いるが、その場合、蓄熱材主成分中のトリメ
チロールエタンの含有量は、５０〜７５重量％、好まし
くは５５〜７０重量％である。トリメチロールエタンの
含有量が５０重量％より少ないと、水分が多くなり、３
０℃付近の蓄熱量が減少するので好ましくない。トリメ
チロールエタンの含有量が７５重量％より多いと、３５
〜４０℃において溶解度の関係から完全に溶解せず、蓄
熱に寄与しない成分として存在するため蓄熱量が小さく
なるので好ましくない。

【０００８】また、別の一態様においては、蓄熱材主成
分として、トリメチロールエタン、水並びに尿素及び／
又は尿素誘導体を用いるが、その場合、トリメチロール
エタンが２０〜８０重量％、水が１９〜５０重量％、か
つ尿素及び／又は尿素誘導体が１〜５０重量％であり、
好ましくは、トリメチロールエタンが３０〜７０重量
％、水が２０〜４０重量％、且つ尿素及び／又は尿素誘
導体が５〜４０重量％である。上記において、トリメチ
ロールエタンが２０重量％未満であると、組成物中にお
けるトリメチロールエタンの水和物としての存在絶対量
が少なくなり、蓄熱密度が低下し、逆に、８０重量％を
超えると、溶け切らなくなったトリメチロールエタンの
析出量が多くなり蓄熱量が減少する。また、水が１９重
量％未満であると、トリメチロールエタンの水和物とし
ての存在絶対量が少なくなり、蓄熱密度が低下し、逆に
５０重量％を超えると生成するトリメチロールエタンの
水和物の一部又は全部が余剰の水に溶解してしまい、水
和物生成による蓄熱量が減少する。更に、尿素及び／又
は尿素誘導体が１重量％未満であるとトリメチロールエ
タンの水和物の相転移点調整効果が少なくなり、逆に、
５０重量％を超えると生成するトリメチロールエタンの
水和物の存在絶対量が少なくなり、蓄熱密度が低下す
る。

【０００９】尿素誘導体とは、尿素分子内の水素原子が
少なくとも一個以上、炭素数が１〜２０のアルキル基に
よって置換されている化合物を示す。具体的には、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル
基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基、
シクロヘキシル基、ドデシル基等が例示される。尿素誘
導体としては、メチル尿素、１，１−ジメチル尿素、
１，３−ジメチル尿素が好ましいが、これに限定される
ことはない。

【００１０】上記、トリメチロールエタンと水からなる
蓄熱材、又はトリメチロールエタン、水並びに尿素及び
／又は尿素誘導体からなる蓄熱材に配合されるポリグリ
セリンの量は、蓄熱材主成分１００重量部に対して０．
１〜１０重量部であり、好ましくは、１〜５重量部であ
る。ポリグリセリンの配合量が０．１重量部未満である
と相分離を防止する効果が得られなくなり、逆に１０重
量部を超えると蓄熱材主成分の配合比が減少し、蓄熱量
が少なくなるので好ましくない。ポリグリセリンを配合
することで、相分離が何故抑制されるかについては解明
されていない。なお、本発明で用いられるポリグリセリ
ンとは、例えばグリセリンを苛性ソーダの存在下、高温
で脱水縮合して製造されたところの一般式

【００１１】

【化１】

【００１２】で表されるポリオール・ポリエーテルを指
し、ｎは通常２〜５０、好ましくは２〜３０であり、例
えば、阪本薬品、ダイセル化学等から販売されている。
なお、本発明のトリメチロールエタン、水及びポリグリ
セリンからなる蓄熱材組成物の融点は、２０〜３０℃で
ある。また、トリメチロールエタン、水、尿素及び／又
は尿素誘導体並びにポリグリセリンからなる蓄熱材組成
物の融点は、１０〜２５℃である。また、本発明の蓄熱
材組成物は相転移点以下まで冷却されても結晶化しな
い、いわゆる過冷却の問題が生じる可能性があるが、こ
れを防止するため、必要に応じて過冷却防止剤を配合し
てもよい。過冷却防止剤としては、硫酸カルシウム、硫
酸カルシウム半水塩、硫酸カルシウム二水塩、炭酸ナト
リウム、炭酸ナトリウム一水塩、ピロリン酸ナトリウ
ム、ピロリン酸ナトリウム十水塩、硫酸ナトリウム、硫
酸ナトリウム十水塩及び第三リン酸カルシウム等が好ま
しく、硫酸カルシウム二水塩、炭酸ナトリウムが更に好
ましいが、これに限定されることはない。また、二種以
上の無機塩及び／又は無機水和塩を併用することができ
る。蓄熱材主成分１００重量部に対する過冷却防止剤の
配合量は０．１〜１０重量部が好ましく、更に好ましく
は０．５〜５重量部である。過冷却防止剤の配合量が
０．１重量部未満であると過冷却を防止する効果が得ら
れなくなり、逆に、１０重量部を超えると蓄熱材主成分
の配合比が減少し、蓄熱量が少なくなるので好ましくな
い。

【００１３】本発明の蓄熱材組成物には、必要に応じて
上記成分以外の添加剤を使用することができる。フェノ
ール類、アミン類、ヒドロキシアミン類等の酸化防止
剤、クロム酸塩、ポリリン酸塩、亜硝酸ナトリウム等の
金属腐食防止剤、安息香酸ナトリウムや２，６−ジ−ｔ
−ブチルヒドロキシトルエン等の防腐剤を使用すること
ができる。本発明の蓄熱材組成物の調合方法は、特に限
定されないが、トリメチロールエタンと水、必要に応じ
て尿素及び／又は尿素誘導体、その他の添加剤を混合し
て均一に分散させればよい。より均一に分散させるため
には、蓄熱材組成物を通常４０〜５０℃まで加熱し、撹
拌混合する方法が挙げられる。

【００１４】本発明の蓄熱材組成物の使用方法として
は、例えば、蓄熱容器に蓄熱材組成物を充填するカプセ
ル型、蓄熱容器を必要としないシェルアンドチューブ型
が挙げられる。カプセル型は、蓄熱材組成物をカプセル
等の蓄熱容器に注入し、蓄熱容器を密封することにより
得られる。カプセルの材質は、鉄、アルミニウム等の金
属、高密度ポリエチレンやポリプロピレン及びポリカー
ボネート等のプラスチック等が挙げられ、高密度ポリエ
チレンが好ましい。カプセルの形状は、特に限定され
ず、例えば、球状、板状、パイプ状、くびれ筒状、双子
球状、波板状等が挙げられ、用途に応じて適宜選択され
る。シェルアンドチューブ型は、シェル側に本発明蓄熱
材組成物を充填し、チューブ側を水や不凍液等の熱媒体
を流し、チューブの周りに蓄熱材を凍結させる方法であ
る。

【００１５】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施
例に限定されるものではない。実施例１、２及び比較例１トリメチロールエタン（和光純薬工業社製試薬）、尿素
（和光純薬工業社製試薬特級）、ポリグリセリン＃５０
０及び＃３１０（坂本薬品工業社製）と純水を表−１に
示す重量で配合し、２００ｍｌのメスシリンダーに蓄熱
材を底から２０ｃｍの高さまで入れた。調合の手順は、
所定量のトリメチロールエタンと尿素と純水をビーカー
に入れ、４０℃の水槽に漬けて完全に溶解させた。次
に、ポリグリセリンを所定量配合し、蓄熱材を得た。

【００１６】蓄熱材の相分離現象を観察するために、蓄
熱材組成物が充填されたメスシリンダーを温度制御され
た恒温機に入れ、蓄熱材を繰り返し凝固、融解させた。
この時、恒温機内の温度を３０℃から−１０℃まで１０
℃／ｈｒで降下させ、−１０℃で４時間保持し、−１０
℃から３０℃まで２０℃／ｈｒで昇温し、３０℃で４時
間保持した。凝固融解の１サイクルは１４時間である。
この条件で凝固融解を１００回繰り返した後の蓄熱材の
状態を観察した結果を表１に示す。ポリグリセリンを配
合した実施例１と実施例２は相分離は全く観察されなか
った。ポリグリセリンを配合しなかった比較例１は、底
から１ｃｍほど不溶成分の沈殿が観察された。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】本発明の蓄熱材組成物は１０〜３０℃付
近に融点を有し、且つ相分離がなく安定であるので、空
調や温室や床暖房等の用途に有用である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トリメチロールエタン及び水を、重量比
で１：１〜３：１で含有する蓄熱材主成分１００重量部
に対して、ポリグリセリンを０．１〜１０重量部含有す
ることを特徴とする蓄熱材組成物。
【請求項２】トリメチロールエタン、水並びに尿素及
び／又は尿素誘導体を含有する蓄熱材主成分１００重量
部に対して、ポリグリセリンを０．１〜１０重量部含有
することを特徴とする蓄熱材組成物。
【請求項３】硫酸カルシウム、硫酸カルシウム半水
塩、硫酸カルシウム二水塩、炭酸ナトリウム、炭酸ナト
リウム一水塩、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナト
リウム十水塩、硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム十水塩
及び第三リン酸カルシウムから選ばれる少なくとも一種
の無機塩又は無機水和塩を蓄熱材主成分１００重量部に
対して０．１〜１０重量部更に含有することを特徴とす
る請求項１又は２に記載の蓄熱材組成物。