JP2000319648A - 蓄熱材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した
蓄熱材を開放系もしくは部分的に密閉した系で使用する
場合には、溶融状態の時蓄熱材の水溶液となる場合に、
溶融状態の温度が高い場合は水溶液中の水分が蒸発し、
蓄熱材の組成が変化する。この状態で凝固しても蒸発し
た水分量だけ結晶水が減少しており、水和塩として結晶
化する量が減少し、潜熱量が低下するという課題を有し
ていた。そのため、蓄熱材を入れる容器を完全に密閉し
なければならず、水蒸気が通る隙間があるような容器で
は利用できなかった。 【解決手段】 結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄
熱材において、前記蓄熱材中に密度が１ｇ／ｃｍ³ 未満
で、なおかつ融点が前記蓄熱材の融点よりも低い水分蒸
発防止剤を含有したことを特徴とする蓄熱材とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶水を含む溶融
塩の潜熱を利用した蓄熱材であり、水分蒸発防止剤を含
有した蓄熱材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄
熱材は、種々知られているが蓄熱量が大きく、例えば暖
房器具用の蓄熱材として有望であり、既に実用化されて
いる。そして、従来の結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用
した蓄熱材は、溶融状態の時に蓄熱材の水溶液となるた
め、溶融状態の温度が高い場合は水溶液中の水分が蒸発
し、蓄熱材の組成が変化するのを防ぐために、すべて密
閉系で構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材を開放系も
しくは部分的に密閉した系で使用する場合には、溶融状
態の時蓄熱材の水溶液となる場合に、溶融状態の温度が
高い場合は水溶液中の水分が蒸発し、蓄熱材の組成が変
化する。この状態で凝固しても蒸発した水分量だけ結晶
水が減少しており、水和塩として結晶化する量が減少
し、潜熱量が低下するという課題を有していた。そのた
め、蓄熱材を入れる容器を完全に密閉しなければなら
ず、水蒸気が通る隙間があるような容器では利用できな
かった。

【０００４】また、特公昭６３−６７８３６号公報に
は、蓄熱材の容器内には、酢酸ナトリウム・３水和塩を
主剤として過冷却防止の核形成剤としてフッ化リチウム
（ＬｉＦ）を微量添加することにより、酢酸ナトリウム
３水和塩の融点（５８℃）における結晶融解熱を利用す
る蓄熱材を内蔵したものが開示されており、融点５８℃
において、ほぼ６０ｃａｌ／ｇの融解潜熱が得られるも
ので、吸放熱性能が安定しており、しかも単位重量当た
りの蓄熱量が優れている。しかし、酢酸ナトリウム３水
和塩のみでは、一旦融解すると非常に過冷却状態になり
やすいため、その融解液は通常−２０℃程度まで冷却し
ないと、過冷却状態が変化しないため凝固せず、融解潜
熱を放出しないので、融解潜熱を利用した蓄熱材にとっ
ては致命的な欠点であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱
材において、前記蓄熱材中に密度が１ｇ／ｃｍ³ 未満
で、なおかつ融点が前記蓄熱材の融点よりも低い水分蒸
発防止剤を含有したことを特徴とする蓄熱材とした。

【０００６】上記発明によれば、結晶水を含む溶融塩の
潜熱を利用した蓄熱材が封入された容器内に水分蒸発防
止剤を封入したため、前記蓄熱材が熱を蓄えている時に
前記蓄熱材が融解し水溶液になっている間、水分が蒸発
することを防止することができる。

【０００７】また、酢酸ナトリウム３水和塩を１００重
量部に対して、フッ化リチウムを０．１重量部〜４０重
量部の範囲で含有させた請求項１記載の蓄熱材とするも
ので、微量のフッ化リチウム（ＬｉＦ）を添加すると、
蓄熱性能には全く影響なく凝固時の核形成剤となり、本
蓄熱材が過冷却を生ずることなく、吸放熱性能の安定し
た単位重量当たりの蓄熱量の大きい蓄熱材を提供するも
のである。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、結晶水を
含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材において、前記蓄熱
材中に密度が１ｇ／ｃｍ³ 未満で、なおかつ融点が前記
蓄熱材の融点よりも低い水分蒸発防止剤を含有したこと
を特徴とする蓄熱材である。

【０００９】結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱
材を入れた容器に、水分が蒸発しないように密度が１ｇ
／ｃｍ³ 以下で、なおかつ融点が水和塩型潜熱蓄熱材よ
りも低い水分蒸発防止剤を入れることにした。蓄熱材入
り容器内に蓄熱材と水分蒸発防止剤を同時に入れると、
結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材が融解する
時に、水分蒸発防止剤の方が密度が低いので、水分蒸発
防止剤の層ができ、蓄熱材の水分蒸発を防止することが
できる。その結果として結晶水を含む溶融塩の潜熱を利
用した蓄熱材の水分の蒸発を抑えることができ、蓄熱量
を劣化させることがなく、何度でも繰り返し蓄熱、放熱
を繰り返すことができる。

【００１０】請求項２記載の発明は、前記蓄熱材が酢酸
ナトリウム３水和塩を１００重量部に対して、フッ化リ
チウムを０．１重量部〜４０重量部の範囲で含有させた
ことを特徴とする請求項１記載の蓄熱材である。

【００１１】結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱
材に酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リチウムで構成さ
れると、酢酸ナトリウム３水和塩の大きな潜熱が利用で
きるために蓄熱量が大きい。また蓄熱材を入れた容器が
冷却され酢酸ナトリウム３水和塩が再結晶するときの過
冷却を防止するためにフッ化リチウムを適量添加してい
る。その結果として酢酸ナトリウム３水和塩の大きな融
解潜熱が利用することができる。

【００１２】請求項３記載の発明は、水分蒸発防止剤が
流動パラフィンであることを特徴とする請求項１記載の
蓄熱材である。

【００１３】水分蒸発防止剤に流動パラフィンを用いる
と、結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材の融点
よりもはるかに低く、密度が１ｇ／ｃｍ³ よりもはるか
に小さいため、前記蓄熱材が融解する際、必ず蓄熱材の
上部に流動パラフィンの層ができ、結晶水を含む溶融塩
の潜熱を利用した蓄熱材の水分蒸発を防止することがで
きる。さらに流動パラフィンは他の物質を溶解しにくい
ので、蓄熱材を溶解することはない。その結果として蓄
熱材の水分の蒸発を抑えることができ、蓄熱量を劣化さ
せることがなく、何度でも繰り返し蓄熱、放熱を繰り返
すことができる。

【００１４】請求項４記載の発明は、水分蒸発防止剤が
シリコーンオイルであることを特徴とする請求項１記載
の蓄熱材である。

【００１５】シリコーンオイルは、蒸気圧が低く引火点
が高く化学的安定性に優れた、安全性が高い物質で、水
分蒸発防止剤にシリコーンオイルを用いると、結晶水を
含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材の融点よりもはるか
に低く、密度が１ｇ／ｃｍ³よりも小さいため、前記蓄
熱材が融解する際、必ず蓄熱材の上部にシリコーンオイ
ルの層ができ、結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄
熱材の水分蒸発を防止することができる。また温度によ
る粘度変化が少なく、容積変化が小さいため、温度によ
ってシリコーンオイルの層が大きく変化することはな
い。さらにシリコーンオイルは他の物質を溶解しにくい
ので、蓄熱材を溶解することはない。その結果として蓄
熱材の水分の蒸発を抑えることができ、蓄熱量を劣化さ
せることがなく、何度でも繰り返し蓄熱、放熱を繰り返
すことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００１７】（実施例１）図１は本発明の実施例１の蓄
熱容器の外観図である。図１において、１は蓄熱容器本
体で、２は蓄熱容器本体１にかぶせられた蓋で、３は蓄
熱容器本体１と蓋２との間にできる隙間で、蓄熱容器本
体１内部には結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱
材４と水分蒸発防止剤５が入っている。

【００１８】蓄熱容器本体内に、融点が５７℃で、融解
潜熱が６０ｃａｌ／ｇの結晶水を含む溶融塩の潜熱を利
用した蓄熱材を入れ、融点が５７℃以下の密度がそれぞ
れ０．８、０．９、１．０、１．１ｇ／ｃｍ³ の水分蒸
発防止剤を入れた系について、１００℃に保持し、１５
００時間経過までの重量変化を測定し、水分蒸発量の推
移を確認した。また水分蒸発量の推移から、蓄熱材１ｇ
当たりの潜熱蓄熱量の変化を計算した。これらの結果を
（表１）に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】（表１）の結果から、密度が１ｇ／ｃｍ³
以上の水分蒸発防止剤を入れた系については、重量変化
が大きい。この重量変化分はすべて水であると考えられ
るので、これらの系については、蓄熱材の潜熱蓄熱量が
大幅に減少する。しかし、密度が１ｇ／ｃｍ³ 未満の水
分蒸発防止剤を入れた系については、重量変化が小さい
ので、これらの系については、蓄熱材の潜熱蓄熱量がほ
とんど減少しない。

【００２１】（実施例２）本発明の実施例２で用いた蓄
熱容器１は、４が酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リチ
ウムから成る水和塩型潜熱蓄熱材で、５が流動パラフィ
ンであること以外は図１と同じである 蓄熱容器本体内に、酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リ
チウムから成る水和塩型潜熱蓄熱材と、流動パラフィン
から成る水分蒸発防止剤を封入した系と、蓄熱容器本体
内に、酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リチウムから成
る水和塩型潜熱蓄熱材を封入した系について、１００℃
に保持し、１５００時間経過までの重量変化を測定し、
水分蒸発量の推移を確認した。また水分蒸発量の推移か
ら、酢酸ナトリウム３水和塩１ｇ当たりの潜熱蓄熱量の
変化を計算した。これらの結果を（表２）に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】（表２）の結果から、流動パラフィンを添
加した系については、重量変化が小さいが、流動パラフ
ィンを添加しない系については、重量変化が大きい。こ
の重量変化分はすべて水であると考えられるので、流動
パラフィンを添加しない系については、酢酸ナトリウム
３水和塩の潜熱蓄熱量が大幅に減少する。

【００２４】酢酸ナトリウム３水和塩は熱を吸収し融点
（５８℃）以上になると、酢酸ナトリウム水溶液として
存在する。その後、蓄えられた熱が自然に放冷され冷却
されると、酢酸ナトリウム３水和塩として凝固するが、
蓄熱材が封入された容器に水蒸気が通過できる隙間があ
れば、酢酸ナトリウム水溶液の状態の時にその水分が蒸
発する。そのため蓄熱、放熱が繰り返されると、都度水
分が蒸発することによって、酢酸ナトリウム水溶液が凝
固する際、一部が酢酸ナトリウム３水和塩になることが
出来ずに、酢酸ナトリウム無水塩として残ることにな
る。そして最終的に結晶水が蒸発すれば全量酢酸ナトリ
ウム無水塩（融点＝３２４℃）となり、５８℃で融解潜
熱をもたないため、蓄熱量は大きく減少することにな
る。

【００２５】そこで水分蒸発防止剤として、例えば融点
が−１０℃以下で密度が０．８７ｇ／ｃｍ³ の流動パラ
フィンを液高が５ｍｍになるように滴下した。つまり、
流動パラフィンの密度が水の密度（１ｇ／ｃｍ³ ）より
も小さいため、５８℃以上でも酢酸ナトリウム水溶液の
上部に流動パラフィンの層が存在するため、水の蒸発を
ブロックすることができる。したがって酢酸ナトリウム
３水和塩中の水分の蒸発を防止することが出来る。

【００２６】その結果として、結晶水を含む溶融塩の潜
熱を利用した蓄熱材の水分の蒸発を抑えたことにより、
蓄熱材を入れる容器の上部に水分が抜ける隙間がある場
合でも、蓄熱量を劣化させることがないため、何度でも
繰り返し蓄熱、放熱を繰り返すことができる訳である。
流動パラフィンを添加した系については、潜熱蓄熱量は
減少しない。

【００２７】（実施例３）本発明の実施例３で用いた蓄
熱容器１は、４が酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リチ
ウムから成る水和塩型潜熱蓄熱材で、５が流動パラフィ
ンであること以外は図１と同じである 蓄熱容器本体内に、酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リ
チウムから成る水和塩型潜熱蓄熱材と、流動パラフィン
から成る水分蒸発防止剤を封入した系と、蓄熱容器本体
内に、酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リチウムから成
る水和塩型潜熱蓄熱材を封入した系について、８０℃と
室温で蓄熱と放熱を繰り返し、４０００回繰り返した時
までの重量変化の経時変化を測定し、水分蒸発量の推移
を確認した。また水分蒸発量の推移から、酢酸ナトリウ
ム３水和塩１ｇ当たりの潜熱蓄熱量の変化を計算した。
この結果を図２に示す。

【００２８】図２の結果から、蓄熱と放熱の繰り返しを
行うと、流動パラフィンを添加した系については、重量
変化がほとんどなく、流動パラフィンを添加しない系に
ついては、重量変化が大きい。この重量変化分はすべて
水であると考えられるので、流動パラフィンを添加しな
い系については、酢酸ナトリウム３水和塩の潜熱蓄熱量
が大幅に減少する。しかし、流動パラフィンを添加した
系については、潜熱蓄熱量は全く減少しない。

【００２９】（実施例４）本発明の実施例４で用いた蓄
熱容器１は、４が酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リチ
ウムから成る水和塩型潜熱蓄熱材で、５がシリコーンオ
イルであること以外は図１と同じである 蓄熱容器本体内に、酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リ
チウムから成る水和塩型潜熱蓄熱材と、シリコーンオイ
ルから成る水分蒸発防止剤を封入した系と、蓄熱容器本
体内に、酢酸ナトリウム３水和塩とフッ化リチウムから
成る水和塩型潜熱蓄熱材を封入した系について、８０℃
と室温で蓄熱と放熱を繰り返し、４０００回繰り返した
時までの重量変化の経時変化を測定し、水分蒸発量の推
移を確認した。また水分蒸発量の推移から、酢酸ナトリ
ウム３水和塩１ｇ当たりの潜熱蓄熱量の変化を計算し
た。この結果を図３に示す。

【００３０】図３の結果から、蓄熱と放熱の繰り返しを
行うと、シリコーンオイルを添加した系については、重
量変化がほとんどなく、流動パラフィンを添加しない系
については、重量変化が大きい。この重量変化分はすべ
て水であると考えられるので、シリコーンオイルを添加
しない系については、酢酸ナトリウム３水和塩の潜熱蓄
熱量が大幅に減少する。しかし、シリコーンオイルを添
加した系については、潜熱蓄熱量は全く減少しない。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、下記の効
果が得られる。

【００３２】本発明の請求項１記載の発明によれば、結
晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材を入れた容器
に、水分が蒸発しないように密度が１ｇ／ｃｍ³ 以下
で、なおかつ融点が水和塩型潜熱蓄熱材よりも低い水分
蒸発防止剤を入れることにした。蓄熱材入り容器内に蓄
熱材と水分蒸発防止剤を同時に入れると、結晶水を含む
溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材が融解する時に、水分蒸
発防止剤の方が密度が低いので、水分蒸発防止剤の層が
でき、蓄熱材の水分蒸発を防止することができる。その
結果として結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材
の水分の蒸発を抑えることができ、蓄熱量を劣化させる
ことがなく、何度でも繰り返し蓄熱、放熱を繰り返すこ
とができる。

【００３３】本発明の請求項２記載の発明によれば、結
晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材に酢酸ナトリ
ウム３水和塩とフッ化リチウムで構成されると、酢酸ナ
トリウム３水和塩の大きな潜熱が利用できるために蓄熱
量が大きい。また蓄熱材を入れた容器が冷却され酢酸ナ
トリウム３水和塩が再結晶するときの過冷却を防止する
ためにフッ化リチウムを適量添加している。その結果と
して酢酸ナトリウム３水和塩の大きな融解潜熱が利用す
ることができる。

【００３４】本発明の請求項３記載の発明によれば、水
分蒸発防止剤に流動パラフィンを用いると、結晶水を含
む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材の融点よりもはるかに
低く、密度が１ｇ／ｃｍ³ よりもはるかに小さいため、
前記蓄熱材が融解する際、必ず蓄熱材の上部に流動パラ
フィンの層ができ、結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用し
た蓄熱材の水分蒸発を防止することができる。さらに流
動パラフィンは他の物質を溶解しにくいので、蓄熱材を
溶解することはない。その結果として蓄熱材の水分の蒸
発を抑えることができ、蓄熱量を劣化させることがな
く、何度でも繰り返し蓄熱、放熱を繰り返すことができ
る。

【００３５】本発明の請求項４記載の発明によれば、水
分蒸発防止剤にシリコーンオイルを用いると、結晶水を
含む溶融塩の潜熱を利用した蓄熱材の融点よりもはるか
に低く、密度が１ｇ／ｃｍ³ よりも小さいため、前記蓄
熱材が融解する際、必ず蓄熱材の上部にシリコーンオイ
ルの層ができ、結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄
熱材の水分蒸発を防止することができる。また温度によ
る粘度変化が少なく、容積変化が小さいため、温度によ
ってシリコーンオイルの層が大きく変化することはな
い。さらにシリコーンオイルは他の物質を溶解しにくい
ので、蓄熱材を溶解することはない。その結果として蓄
熱材の水分の蒸発を抑えることができ、蓄熱量を劣化さ
せることがなく、何度でも繰り返し蓄熱、放熱を繰り返
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の蓄熱材の断面図

【図２】本発明の実施例３における蓄熱量の変化を示す
グラフ

【図３】本発明の実施例４における蓄熱量の変化を示す
グラフ

【符号の説明】

１ 蓄熱材入り容器本体 ２ 容器の蓋 ３ 容器本体と蓋との隙間 ４ 蓄熱材 ５ 水分蒸発防止剤

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶水を含む溶融塩の潜熱を利用した蓄
   熱材において、前記蓄熱材中に密度が１ｇ／ｃｍ³ 未満
   で、なおかつ融点が前記蓄熱材の融点よりも低い水分蒸
   発防止剤を含有したことを特徴とする蓄熱材。
2. 【請求項２】 酢酸ナトリウム３水和塩を１００重量部
   に対して、フッ化リチウムを０．１重量部〜４０重量部
   の範囲で含有させた請求項１記載の蓄熱材。
3. 【請求項３】 水分蒸発防止剤が流動パラフィンである
   ことを特徴とする請求項１または２記載の蓄熱材。
4. 【請求項４】 水分蒸発防止剤がシリコーンオイルであ
   ることを特徴とする請求項１または２記載の蓄熱材。