JP2001214158A - 蓄熱材組成物 - Google Patents
蓄熱材組成物Info
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Abstract
る。 【解決手段】 糖アルコールと、腐食防止剤、良熱伝導
性材料、ガスバリアー性高分子材料とを組み合わせて信
頼性・実用性の高い蓄熱材組成物とすることができる。
Description
平準化のために深夜電力を利用して蓄熱し、給湯や暖房
などに用いる潜熱型蓄熱材組成物に関するものである。
ては、顕熱利用型と比較して融点を含む狭い温度領域に
温度上昇を伴うことなく大量の熱エネルギーを貯蔵でき
ることから、主として取り出し温度が一定であるため熱
負荷を平準化したり、小容量な設計をするために検討さ
れている。例えば、硫酸ナトリウム・10水塩(融点3
0〜35℃)や酢酸ナトリウム・3水塩(融点58℃)
など、結晶水を有する無機・有機系水和塩型蓄熱材が、
床暖房や人体接触暖房用として実用化されている。水和
塩型蓄熱材は、結晶水を持たないポリエチレングリコー
ルやパラフィンなどの有機系蓄熱材に比べて高い蓄熱密
度を有し、かつ不燃性という特長を有するが、一方で融
解・凝固の繰り返しによる相分離や過冷却現象を生じや
すく、そのために、相分離防止剤や、過冷却防止剤を添
加して実用に供していた。また、蓄熱材そのものや前述
した各種防止剤を含めて、一般に金属に対する腐食性が
大きいため、収納容器材質には十分な配慮が必要であっ
た。
来の水和塩型蓄熱材は、分子構造上、結晶水を有してい
るために約80℃以上の温度では結晶水が蒸発して無水
物となり蓄熱量が低下したり、通常過冷却防止剤を併用
するが、過冷却防止剤の過冷却防止機能が低下するとい
った現象を生ずるため、使用温度は約80℃以下に限ら
れていた。
点からポリエチレングリコールやパラフィンを代表とす
る有機系の蓄熱材が多く開発されているが、水和塩型蓄
熱材に比べて、いずれも蓄熱密度(融解熱量)が低く、
易燃性で、かつ、約100℃以上では熱劣化による蓄熱
量の低下を生ずるという課題を有していた。
リスリトール(融点120℃)やペンタエリスリトール
(融点260℃)など、毒性が少なく、耐熱性が高く、
難燃性で、かつ蓄熱密度の高い糖アルコールが注目を集
めている。こうした糖アルコールは、一般に、低腐食性
と言われているものの、使用環境が必然的に融点以上の
高温となるために、蓄熱材の熱的な劣化は避けられな
い。そして、熱的な劣化により生じた熱劣化生成物が金
属に対して腐食性を有していた。
性を有し、約150℃以上に加熱されると飛散・減量
し、このままでは蓄熱密度の低下を避けることができな
かった。
度は水和塩型蓄熱材に比べて遅いために、蓄熱時の温度
や熱量を有効に利用することができないという課題を有
していた。
決するために、糖アルコールと腐食防止剤とからなる。
また、糖アルコールと良熱伝導性材料とからなる。ま
た、糖アルコールとガスバリアー性を有する高分子材料
とからなる。
ルコールの金属に対する腐食を防止することができる。
また、良熱伝導性材料により凝固時の糖アルコール内部
の温度分布を均一化するとともに蓄熱した熱量を有効に
利用することができる。さらに、ガスバリアー性を有す
る高分子材料により糖アルコールの昇華を阻止して、信
頼性・実用性の高い蓄熱材組成物を提供できる。
と腐食防止剤とからなる。これにより、金属に対する腐
食を防止できる。
てリン酸塩、珪酸塩、及び有機アミンを用いたものであ
る。
と、前記糖アルコールよりも高い熱伝導率を有する良熱
伝導材料とからなる。これにより、凝固時の糖アルコー
ル内部の温度分布を均一化するとともに蓄熱した熱量を
有効に利用することができる。
と、前記糖アルコールよりも低い比重と高い耐熱性を有
し、かつ、ガスバリアー性を有する高分子材料とからな
る。これにより、糖アルコール表面に高分子材料のガス
バリアー層を形成して、糖アルコールの昇華を阻止でき
る。
と、前記糖アルコールよりも高い耐熱性を有し、かつこ
れと親和性を有する高分子多孔質体と、前記糖アルコー
ルよりも低い比重と高い耐熱性を有し、かつガスバリア
ー性を有する高分子材料とからなる。これにより、糖ア
ルコールを親和力により高分子多孔質体に保持させて、
糖アルコールの融点以上での流動性を低下させることが
できる。
と多価・糖アルコールとからなる。これにより、融点を
任意に調整することができる。
として酢酸ナトリウム3水塩、多価・糖アルコールとし
てポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、イ
ノシトール、ペンタエリスリトールを用いてなる。
リコールと、糖アルコール、及び糖類とからなる。
キャスト製の密閉容器内に、糖アルコールとしてマンニ
トール(融点152℃)とペンタエリスリトール(相転
移点183℃、融点260℃)の等量組成物(凝固点1
23℃)と、腐食防止剤としてリン酸カルシウムを0.
5wt%として所定量充填し、約220℃に加熱してパー
ジにより密閉容器内のガス成分を除去して、その後室温
に冷却して評価サンプルを調整した。この評価サンプル
を2時間加熱(加熱温度210から220℃)、1時間
冷却の加熱・冷却試験に供した。その時の圧力の経時変
化を図1に示した。
には、圧力は次第に上昇して行く。一方、実施例である
腐食防止剤を添加した場合には150時間経過後も圧力
上昇はほとんど観察されなかった。走査型電子顕微鏡観
察により比較例のアルミダイキャスト表面には孔食が観
察された。孔食の発生原因としては、糖アルコールが酸
化劣化して生じた酸化生成物(アルデヒド基やカルボキ
シル基の発生)による。酸化生成物とアルミダイキャス
トとの反応(腐食)により水素を発生し、これにより圧
力上昇を生じたものと考えられた。一方、腐食防止剤を
用いた場合には酸化生成物を捕捉する効果があると考え
ている。
ルシウムを用いたが、それ以外の、金属元素がナトリウ
ム、カリウムなどのその他の第2、第3リン酸塩、珪酸
塩、有機系アミンを単独もしくは組み合わせて用いた場
合にも同様に腐食防止効果を確認した。記号Hは加熱安
定時の圧力、記号Lは冷却安定時の圧力を示している。
なお、本実施例では腐食防止剤としたが、腐食メカニズ
ムから糖アルコールの熱劣化防止剤としても同義である
ことは言うまでもない。また、比較例における40時間
経過時点での圧力変化はガスを排出したことによる。
ールとペンタエリスリトールとの等量混合物25gを直
径40mm、深さ40mmのアルミニウム製容器内に充填
し、加温して融解させた状態で、その中に良熱伝導材料
としてニッケルの発泡金属を浸漬して評価用サンプルを
作製した。比較例として良熱伝導材料を浸漬させないも
のを用いた。これらを高温燥中で加熱・冷却してサンプ
ルの融解・凝固温度を追跡した。
して行った。容器直径が20mmの場合には両者とも凝固
温度は123℃で差は見られなかったが、容器直径が4
0mmの場合、凝固温度は実施例では123℃で変化は見
られなかったものの、比較例では114℃で凝固温度の
低下が見られた。このことは、放熱は容器外壁から起こ
り、実施例では蓄熱材として用いた糖アルコール内部の
熱を有効に利用できるのに対して、比較例、良熱伝導性
材料を用いない場合には、有効に利用できないことを意
味している。こうして、糖アルコールを実用に供するた
めには熱伝導性の向上が不可欠であることから本発明に
至ったのである。
して発泡金属を用いたが、これに限定するものでないこ
とは言うまでもない。カーボン、アルミナ、マグネシ
ア、炭化珪素などの粉末や繊維を用いても、また、これ
らと発泡金属を組み合わせて用いても良い。
施例2と同様のものを用いて、糖アルコール(比重約
1.4)よりも低比重で高耐熱性を有し、かつガスバリ
アー性を有する高分子材料としてナイロン6/66共重
合体(実施例3−1、比重1.1、融点210℃)、ナ
イロン12(実施例3−2、比重1.1、融点190
℃)を25重量%を添加して約250℃のホットプレー
ト上で融解させてサンプルを調整した。サンプル内部表
面にはナイロンの皮膜が形成されていた。比較例とし
て、ナイロン無添加のものを用いた。これらを容器開放
で230℃の高温燥中に3時間保持後重量変化を測定し
た。その結果を(表1)に示した。ナイロンを用いたい
ずれの実施例においても、比較例よりも重量変化を低減
することができた。
て、糖アルコールよりも高い耐熱性を有し、かつこれと
親和性を有する高分子多孔質体として、ナイロン6粉末
の焼結体を用いた。その他は実施例3と同様である。本
実施例の構成により、高分子多孔質体と糖アルコールと
は親和性を有し、部分的に相溶したり、また親和力によ
り糖アルコールは高分子多孔質体に捕捉される。その結
果、高分子多孔質体を用いない場合に比べて糖アルコー
ルの見掛けの流動性を低下させて、形状保持性を向上さ
せることができた。
を有する高分子材料としては、ナイロン樹脂以外に、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミ
ド、ポリメチルメタクリレートなどの熱可塑性樹脂や、
フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ジ
アリルフタレート樹脂などの熱硬化性樹脂を用いること
ができる。
トリウム3水塩(融点58℃)、硫酸ナトリウム10水
塩(融点37℃)、硫酸マグネシウム7水塩(融点72
℃)、リン酸ナトリウム12水塩(融点42℃)、多価
・糖アルコールとしてポリエチレングリコール、ポリビ
ニルアルコール、イノシトール、ペンタエリスリトール
を組み合わせて蓄・放熱実験を行った。多価・糖アルコ
ールの添加量により、用いる水和塩型蓄熱材の融点以下
の蓄熱材組成物を提供できる。酢酸ナトリウム3水塩や
硫酸マグネシウム7水塩の場合には約35℃から各水和
塩型蓄熱材の融点間での範囲で任意に融点を調節するこ
とができる。また、その他の水和塩型蓄熱材の場合に
は、約30℃以下の融点を有する蓄冷材として利用でき
る。
レングリコール(融点58℃)ものと、糖アルコールと
して、エリスリトール、糖類としてグルコースを用いて
蓄・放熱実験を行った。ポリエチレングリコールと糖ア
ルコール、及び糖類とは親和的であり、相溶混合物とな
って、融点58℃以下の任意の蓄熱材組成物を提供でき
る。なお、上記実施例以外に、糖アルコールとして、ペ
ンタエリスリトール、キシリトール、イノシトール、マ
ンニトール、ソルビトール、ガラクチトール、糖類とし
て、マンノースを用いても同様の結果を得た。また、ポ
リエチレングリコール単独では可燃性であるが、糖アル
コール、及び糖類を併用することにより燃焼性を抑制す
ることができる。
有の効果を説明したが、必要に応じてこれらを組み合わ
せて用いて(例えば、糖アルコールと腐食防止剤、良熱
伝導性材料、ガスバリアー性高分子材料を組み合わせて
用いる、等)も良いことは言うまでもない。
成物によれば、以下に示す効果を有する。
り糖アルコールの高温時の金属腐食性を低減することが
できる。
アルコールの分解生成物を中和することにより金属に対
する腐食性を低減することができる。
より糖アルコール内の温度分布を低減するとともに蓄熱
した熱量を伝熱面に有効に伝達して熱利用効率を高める
ことができる。
を有する高分子材料により糖アルコール表面を被覆し、
糖アルコールの昇華を抑制することができる。
により糖アルコールを親和力により保持するために高温
時の糖アルコールの流動性を低下させることができる。
の高い蓄熱密度を利用して、融点を調節することができ
る。
く、耐久性に優れ、融点調節可能な蓄熱材組成物を提供
できる。
リコールの不燃性を改善するとともに、蓄熱密度の高い
蓄熱材組成物を提供できる。
器の圧力経時変化を示すグラフ
Claims (8)
- 【請求項1】糖アルコールと、腐食防止剤とからなる蓄
熱材組成物。 - 【請求項2】腐食防止剤としてリン酸塩、珪酸塩、及び
有機アミンを用いる請求項1記載の蓄熱材組成物。 - 【請求項3】糖アルコールと、前記糖アルコールよりも
高い熱伝導率を有する良熱伝導材料とからなる蓄熱材組
成物。 - 【請求項4】糖アルコールと、前記糖アルコールよりも
低い比重と高い耐熱性を有し、かつ、ガスバリアー性を
有する高分子材料とからなる蓄熱材組成物。 - 【請求項5】糖アルコールと、前記糖アルコールよりも
高い耐熱性を有し、かつこれと親和性を有する高分子多
孔質体と、前記糖アルコールよりも低い比重と高い耐熱
性を有し、かつガスバリアー性を有する高分子材料とか
らなる蓄熱材組成物。 - 【請求項6】水和塩型蓄熱材と多価・糖アルコールとか
らなる蓄熱材組成物。 - 【請求項7】水和塩型蓄熱材として酢酸ナトリウム3水
塩、多価・糖アルコールとしてポリエチレングリコー
ル、ポリビニルアルコール、イノシトール、ペンタエリ
スリトールを用いてなる請求項6記載の蓄熱材組成物。 - 【請求項8】ポリエチレングリコールと、糖アルコー
ル、及び糖類とからなる蓄熱材組成物。
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