JP2019137854A

JP2019137854A - 蓄熱材組成物

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Publication number: JP2019137854A
Application number: JP2019019226A
Authority: JP
Inventors: 直達矢野; Naotatsu Yano
Original assignee: Yano Giken Co Ltd
Current assignee: Yano Giken Co Ltd
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2039-02-06
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Abstract

【課題】迅速な蓄熱・放熱を可能とするとともに、安定的に繰り返し使用を可能とする蓄熱材組成物の提供。【解決手段】所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末とを含有する。前記黒鉛粉末の濃度が、全蓄熱材組成物に対して１．０重量％〜１０．０重量％である。又、本発明に係る蓄熱材組成物は、所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末と、親水性の増粘剤とを含有する。又、前記増粘剤の濃度が、全蓄熱材組成物に対して０．１重量％〜５．０重量％である。迅速な蓄熱・放熱を可能とするとともに、安定的に繰り返し使用を可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄熱材組成物に関する。

従来より、所定の温度範囲における固体と液体との間の相変化（固液相変化）を利用して蓄熱（熱吸収）及び放熱（熱放出）を行う蓄熱材（潜熱蓄熱材、顕熱蓄熱材、蓄熱資材等）が知られている。蓄熱材は、例えば、多くの冷熱や温熱を必要とする建物（住宅やオフィスビル等）の冷暖房設備や工場の排熱回収設備等の様々な分野に幅広く利用されている。

蓄熱材に関する技術として、例えば、特開平１１−３２３３１９号公報（特許文献１）には、酢酸ナトリウム３水塩に、相分離防止材として親水性フュームドシリカ、親水性フュームドアルミナ及びカルシウム塩を配合した潜熱蓄熱材組成物が開示されている。これにより、長期に亘って融解−凝固のヒートサイクルを繰り返しても相分離が起こらないとしている。

又、特開２０００−６３８１０号公報（特許文献２）には、一般式ＣａＣｌ_２・ｎＨ_２Ｏ（ここでｎは４．５〜６．５）の組成を有する塩化カルシウム水和物１００重量部に対し、多価アルコール１０〜３５重量部と、アルカリ金属、アルカリ土類金属のハロゲン化物（但し、塩化ストロンチウムと塩化バリウムを除く）の一種又は複数の１〜３０重量部と、塩化ストロンチウム及び／または塩化バリウム０．１〜２０重量部とを混合し、更に必要に応じてアタパルジャイト、ワラストナイト、セピオライトなどの繊維状鉱物の一種又は複数の０．１〜２０重量部を混合してなる潜熱蓄熱材組成物が開示されている。これにより、凝固点が比較的低温領域（５〜２５℃）にあり、空調用冷暖房システムの蓄熱材として使用できるとしている。

又、特開２０１５−２１８２１２号公報（特許文献３）には、潜熱蓄熱物質（イ）を主成分とし、融点調整剤（ロ）、微細結晶生成作用および過冷却防止作用および増粘作用を有する相分離防止剤（ハ）および/または微細結晶生成作用を有する融点調整剤（ロ’）、過冷却防止剤（ニ）を必須成分として所定量配合した潜熱蓄熱材組成物であって、潜熱蓄熱物質と融点調整剤、相分離防止剤、過冷却防止剤を所定量配合して溶融混合冷却して得られる潜熱蓄熱材組成物が開示されている。これにより、常温−常圧下で柔軟性ないし流動性を有する微細な粒子の集合体を主成分として構成し、相分離せず、過冷却現象が発生せず、優れた蓄熱〜放熱を安定して繰り返すことができ、流動可能な熱搬送媒体としても利用できるとしている。

又、特開２０１６−１０８５３５号公報（特許文献４）には、糖アルコールと、過冷却安定化剤と、を含有し、過冷却安定化剤は、（ｉ）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であり、かつ、１価のアニオンである塩、（ii）塩をモノマーとするポリマー、又は（iii）２０℃の水１００ｍＬに対する溶解度が９ｇ以上であるアルコールをモノマーとする、７０００〜４００万の分子量を有するポリマーである、蓄熱材組成物が開示されている。これにより、室温又は室温に近い温度で過冷却状態を安定的に保つことができるとしている。

本出願人は、例えば、再表２００７／０９９７９８号公報（特許文献５）で、主成分として塩化カルシウムを含有する蓄熱材組成物であって、核形成材として塩化ストロンチウムと塩化バリウムとを含有し、且つ増粘材としてセルロース系材料を含有する蓄熱材組成物を開示している。これにより、常温を超えるような高温状態に何度も晒されるような条件下においても、劣化し難く、高い耐久性と耐熱性を有するとしている。

特開平１１−３２３３１９号公報特開２０００−６３８１０号公報特開２０１５−２１８２１２号公報特開２０１６−１０８５３５号公報再表２００７／０９９７９８号公報

上述した固液相変化を利用した蓄熱材組成物では、通常、熱伝導率が全体として低いため、周囲環境からの蓄熱や周囲環境への放熱が迅速に行われ難く、蓄熱・放熱に時間が掛かるという課題がある。そのため、蓄熱材組成物の熱伝導率の低さを補うために、例えば、表面積が広い容器に蓄熱材組成物を収容して、周囲環境に対して蓄熱材組成物の表面積を広げる対策が行われるが、この場合、容器の形状が限定されるという課題がある。

一方、熱伝導率を高める方法として、熱伝導率が高い粒子を添加する方法が考えられるが、単純に粒子を蓄熱材組成物中に添加しても、粒子が蓄熱材組成物と分離して沈殿するという課題がある。

これらの課題に対して、上述した特許文献１−５に記載の技術では解決することは出来ない。

そこで、本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、迅速な蓄熱・放熱を可能とするとともに、安定的に繰り返し使用を可能とする蓄熱材組成物を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄熱材組成物は、所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末とを含有する。前記黒鉛粉末の濃度が、全蓄熱材組成物に対して１．０重量％〜１０．０重量％である。又、本発明に係る蓄熱材組成物は、所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末と、親水性の増粘剤と、を含有する。又、前記増粘剤の濃度が、全蓄熱材組成物に対して０．１重量％〜５．０重量％である。

本発明によれば、迅速な固液の相変化を実現するとともに、繰り返し使用を可能となる。

実施例１−４と、比較例１の蓄熱材組成物の成分表である。５回目のヒートサイクルにおける実施例１−４と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフである。実施例５−８と、比較例１の蓄熱材組成物の成分表である。５回目のヒートサイクルにおける実施例５−８と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフである。２６回目のヒートサイクルにおける実施例５−８と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフである。実施例９−１２と、比較例１の蓄熱材組成物の成分表である。５回目のヒートサイクルにおける実施例９−１２と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフである。１０回目のヒートサイクルにおける実施例９−１２と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフである。実施例１３−１４と、比較例１の蓄熱材組成物の成分表である。１５回目のヒートサイクルにおける実施例１３−１４と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフである。実施例１３におけるヒートサイクル前の初期と５５回目のヒートサイクル後と１２０回目のヒートサイクル後の試験管写真と、実施例１４におけるヒートサイクル前の初期と３０回目のヒートサイクル後と８０回目のヒートサイクル後の試験管写真とである。比較例１−５の蓄熱材組成物の成分表である。１回目のヒートサイクルにおける比較例１−５の蓄熱材組成物の温度変化のグラフである。５回目のヒートサイクルにおける比較例１−５の蓄熱材組成物の温度変化のグラフである。

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、を含有する通常の蓄熱材組成物では、熱伝導率が低いため、蓄熱や放熱の速度が低かった。又、熱伝導率が高い粒子を添加しても、蓄熱材組成物（水溶液）の比重が粒子の比重と異なるため、添加後の粒子が直ぐに沈殿し、蓄熱材組成物の熱伝導率の改善に繋がらなかった。

本発明者は、長年、上述の蓄熱材組成物について研究しており、蓄熱材組成物（水溶液）の比重が約１．５であること、金属を凌駕する熱伝導率を有する素材として黒鉛が存在すること｛黒鉛の熱伝導率は約２０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、銅の熱伝導率は約４００Ｗ／（ｍ／Ｋ）｝、黒鉛粉末の比重が約２．０であることに着目し、後述する実施例に基づいて、本発明を完成させたのである。

即ち、本発明に係る蓄熱材組成物は、所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末とを含有する。これにより、迅速な蓄熱・放熱を可能とするとともに、安定的に繰り返し使用を可能となる。

つまり、黒鉛粉末の比重が蓄熱材組成物の比重に近いため、蓄熱材組成物に黒鉛粉末を添加すると、黒鉛粉末が蓄熱材組成物中に均一に分散し、蓄熱材組成物全体の熱伝導率を高める。上述のように、黒鉛粉末の熱伝導率は、金属の熱伝導率を凌駕する程、高いため、蓄熱材組成物の蓄熱・放熱の速度を速める。

尚、他の熱伝導性粉末、例えば、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）等では、熱伝導性粉末の比重が蓄熱材組成物の比重とかけ離れるため、蓄熱材組成物の蓄熱・放熱の速度を向上させる効果は無い。

又、高温（約６０℃）から低温（約０℃）へ下げた後に再度高温へ上げるヒートサイクルにおいて、蓄熱材組成物の融解と凝固を繰り返しても、黒鉛粉末が固液相変化材への熱伝導の媒体となり、蓄熱材組成物の蓄熱・放熱が安定して行われ、過冷却現象を抑える。そのため、長期間の繰り返し使用も可能となる。

ここで、固液相変化材の種類に特に限定は無いが、例えば、塩化カルシウム、酢酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム等を挙げることが出来る。塩化カルシウムとは、周囲の環境の温度が変化することで、蓄熱材組成物中において、塩化カルシウム６水和物結晶（固体）と塩化カルシウム水液体（液体）との間を相変化する成分である。蓄熱材組成物の塩化カルシウムは、無水物（ＣａＣｌ_２）やその水和物｛ＣａＣｌ_２・ｎＨ_２Ｏ（ｎ＝１〜６）｝を採用することが出来る。特に、塩化カルシウム二水和物は比較的入手し易く、好ましい。尚、蓄熱材組成物に添加される水の量は、塩化カルシウム６水和物の生成に必要な量であり、他の成分の添加による水の量の変化等により若干変動するが、１モルのＣａＣｌ_２に対して６モル程度である。又、水の量は、塩化カルシウムとして水和物を用いた場合には、その水和物中の結晶水も含めて６モル程度である。

尚、他の固液相変化材についても、相変化の温度範囲が異なるものの、所定の温度範囲において、塩化カルシウムと同様の相変化を行い、蓄熱及び放熱を生じさせる。これらの種類の固液相変化材は適宜組み合わせても良い。

又、核形成材は、上述のように塩化ストロンチウムを主成分とする。ここで、核形成材には、塩化ストロンチウムの他の成分を含有しても良く、例えば、塩化バリウム、硫化バリウムを含有しても構わない。特に、塩化ストロンチウム、塩化バリウム、硫化バリウムを含有する場合、例えば、それぞれの無水物（ＳｒＣｌ_２・ＢａＣｌ_２・ＢａＳ）を用いても良いし、これらの化合物の水和物を用いても良い。又、その他の核形成材として、リン酸水素二ナトリウム１２水和物（Ｎａ_２ＨＰＯ_４・１２Ｈ_２Ｏ）やフライアッシュを含有しても構わない。

ここで、黒鉛粉末における黒鉛の種類に特に限定は無いが、例えば、鱗状黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛、コークス、膨張黒鉛、球状黒鉛、特殊処理黒鉛、球状黒鉛、炭素繊維（カーボンファイバー）、カーボンナノチューブ等を挙げることが出来る。又、黒鉛粉末は、固液相変化材を含む水溶液中での分散性を向上させるために、親水性表面処理を施されると、好ましい。これらの種類の黒鉛粉末は適宜組み合わせても良い。

又、黒鉛粉末の平均粒子径に特に限定は無いが、例えば、平均粒子径が５μｍ〜２０μｍであると好ましく、平均粒子径が５μｍ〜１５μｍであると更に好ましい。

又、黒鉛粉末の濃度が高い程、蓄熱材組成物中の黒鉛粉末が相互に接触して、黒鉛粉末のネットワークを形成し、蓄熱材組成物全体の熱伝導率を高めるため、好ましいが、黒鉛粉末の濃度が高すぎると、固液相変化材の融解と凝固に支障をきたす。そのため、例えば、黒鉛粉末の濃度は、全蓄熱材組成物に対して１重量％〜１０重量％であると好ましい。

更に、本発明に係る蓄熱材組成物は、所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末と、親水性の増粘剤とを含有する。このように、親水性増粘剤を添加することで、蓄熱材組成物中の水と親和し、蓄熱材組成物全体の粘度を増加させ、蓄熱材組成物の比重と黒鉛粉末の比重に微少な差異があるとしても、蓄熱材組成物中の黒鉛粉末の偏析を抑え、黒鉛粉末を全体に分散させた状態で固定することが可能となる。そのため、蓄熱材組成物全体の熱伝導率を高い状態に保つことが可能となり、固液相変化材の固液相変化を迅速化し、固液相変化材の融解及び凝固の速度を速める。

ここで、増粘剤は、親水性であれば、増粘剤の種類に特に限定は無いが、例えば、ＰＥＧ／ＰＰＧ等の水溶性コポリマー、カルボキシメチルセルロース、ヒプロメロース（メチルヒドロキシエチルセルロース）等のヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、セルロース誘導体、セルロースナノファイバー、カルボキシビニルポリマー、アクリル酸・メタクリル酸アルキル共重合体、ポリアクリル酸塩等の架橋型アクリル酸系水溶性ポリマー、キサンタンガム、デュータンガム、多糖体、ポリアクリル酸ナトリウム、微粉末シリカ、シリカフラワー、珪藻土微粉末、グリセリン、寒天等を挙げることが出来る。これらの種類の増粘剤は適宜組み合わせても良い。

又、増粘剤は、蓄熱材組成物中の水と親和してネットワークを形成し、粘度を増加させるため、増粘剤の濃度は低くても効果を有するが、増粘剤の濃度が高すぎると、固液相変化材の融解と凝固に支障をきたす。そのため、例えば、増粘剤の濃度は、全蓄熱材組成物に対して０．１重量％〜３．０重量％であると好ましく、０．１重量％〜２．０重量％であると更に好ましい。

又、蓄熱材組成物には、必要に応じて、融点調整材が適宜添加される。ここで、融点調整材とは、固液相変化材の凝固点（融点）を降下させ、潜熱発生温度を変化させる降下剤を意味し、例えば、臭化アンモニウム（ＮＨ_４Ｂｒ）、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）等を挙げることが出来る。具体的には、塩化カルシウム６水和物の潜熱発生温度は、その凝固点の約３０℃であるが、蓄熱材の使用目的等に応じて、例えば、その凝固点を、２０℃前後等、約３０℃より低い温度に低下させたい場合がある。そのような場合、蓄熱材組成物に融点調整材を添加することで、蓄熱材組成物の固液相変化材の凝固点を意図的に低下させて、蓄熱材の使用目的に適合させることが出来る。融点調整材の濃度に特に限定は無く、例えば、全蓄熱材組成物に対して１．０重量％〜２０．０重量％に設定される。

又、蓄熱材組成物の使用方法に特に限定は無いが、例えば、蓄熱材組成物を容器に充填・密封した物を蓄熱資材として使用する方法を挙げることが出来る。蓄熱材組成物の熱伝導率が高いため、容器の形状に特に限定は無く、例えば、板状、円柱状等、用途に合わせて適宜設計変更可能である。

又、蓄熱材組成物の用途に特に限定は無く、例えば、冷暖房設備、工場の排熱回収設備、ビニールハウス等の農業関連設備、端末装置、携帯端末装置等の電子機器等の蓄熱資材として用いることが出来る。蓄熱資材の利用方法としては、昼間の周囲環境から蓄熱し、夜間の周囲環境へ放熱することで、熱エネルギーの有効利用を図ることが出来る。

以下に、本発明における実施例、比較例等を具体的に説明するが、本発明の適用が本実施例などに限定されるものではない。

＜実施例１＞
固液相変化材（塩化カルシウム二水和物）（ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ）を５０．７重量％、融点調整剤（臭化アンモニウム）（ＮＨ_４Ｂｒ）を１０．０重量％、水を２４．０重量％、主に塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）を含有する核形成材を１４．２重量％、黒鉛粉末（平均粒子径１０．３μｍ、鱗状黒鉛Ａ）を１．０重量％にして調整した蓄熱材組成物を実施例１の蓄熱材組成物とした。融点調整剤の添加により、蓄熱材組成物の凝固点（融点）を１８℃に設定した。

＜実施例２＞
実施例１の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、黒鉛粉末の濃度を３．０重量％に変更する以外は、実施例１と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例２の蓄熱材組成物とした。

＜実施例３＞
実施例１の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、黒鉛粉末の濃度を５．０重量％に変更する以外は、実施例１と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例３の蓄熱材組成物とした。

＜実施例４＞
実施例１の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、黒鉛粉末の濃度を１０．０重量％に変更する以外は、実施例１と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例４の蓄熱材組成物とした。

＜比較例１＞
実施例１の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、黒鉛粉末を添加しないこと以外は、実施例１と同様にして調整した蓄熱材組成物を比較例１の蓄熱材組成物とした。尚、図１には、実施例１−４と、比較例１の蓄熱材組成物の成分表を示す。

＜評価方法＞
実施例１−４と、比較例１の蓄熱材組成物について、各蓄熱材組成物の周囲温度を所定の時間で約６０℃から約０℃まで下げた（冷却）後に、再び約０℃から６０℃まで上げる（加熱）操作のヒートサイクルを所定回数繰り返すことで、各蓄熱材組成物の温度変化を測定した。

＜評価結果＞
図２には、５回目のヒートサイクルにおける実施例１−４と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフを示す。図２に示すように、ヒートサイクルの冷却時において、実施例１−４の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、単位時間当たりの冷却温度が大きく、冷却速度が速くなっていることが理解される。更に、黒鉛粉末の濃度が高くなる程、冷却速度を示すグラフの傾きが急になっていることが理解される。

又、比較例１の蓄熱材組成物では、周囲温度の冷却において、過冷却現象が現れているのに対し、実施例１−４の蓄熱材組成物では、過冷却現象が抑えられていることが理解される。又、黒鉛粉末の濃度が高くなる程、過冷却現象を示すピークがなだらかになっていることが理解される。

一方、ヒートサイクルの加熱時において、実施例１−４の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、単位時間当たりの加熱温度が大きく、加熱速度が速くなり、グラフの立ち上がりが早くなっていることが理解される。更に、黒鉛粉末の濃度が高くなる程、グラフの立ち上がりが早くなっていることが理解される。

＜実施例５＞
固液相変化材（塩化カルシウム二水和物）（ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ）を４９．９重量％、融点調整剤（臭化アンモニウム）（ＮＨ_４Ｂｒ）を１０．０重量％、水を２３．６重量％、主に塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）を含有する核形成材を１４．０重量％、黒鉛粉末（平均粒子径１０．３μｍ、鱗状黒鉛Ａ）を１．０重量％、親水性増粘剤（ＰＥＧ／ＰＰＧの水溶性コポリマー、ポリマーＡ）を１．５重量％にして調整した蓄熱材組成物を実施例１の蓄熱材組成物とした。融点調整剤の添加により、蓄熱材組成物の凝固点（融点）を１８℃に設定した。

＜実施例６＞
実施例５の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、黒鉛粉末の濃度を３．０重量％に変更する以外は、実施例５と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例６の蓄熱材組成物とした。

＜実施例７＞
実施例５の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、黒鉛粉末の濃度を５．０重量％に変更する以外は、実施例５と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例７の蓄熱材組成物とした。

＜実施例８＞
実施例５の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、黒鉛粉末の濃度を１０．０重量％に変更する以外は、実施例５と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例８の蓄熱材組成物とした。尚、図３には、実施例５−８と、比較例１の蓄熱材組成物の成分表を示す。

＜評価方法＞
実施例５−８と、比較例１の蓄熱材組成物について、上述と同様に、ヒートサイクルを所定回数繰り返すことで、各蓄熱材組成物の温度変化を測定した。

＜評価結果＞
図４には、５回目のヒートサイクルにおける実施例５−８と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフを示す。図４に示すように、ヒートサイクルの冷却時において、実施例５−８の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、冷却速度が速いことと、過冷却現象が抑えられていることが確認出来た。又、ヒートサイクルの加熱時において、実施例５−８の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、加熱速度が速いことと、グラフの立ち上がりが早いことが確認出来た。特に、親水性増粘剤の添加により、親水性増粘剤を添加していない場合と比較して、冷却速度の向上と過冷却現象の抑制と加熱速度の向上が見られた。

図５には、２６回目のヒートサイクルにおける実施例５−８と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフを示す。図５に示すように、実施例５−８の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、冷却速度及び加熱速度が速くなっていることが理解される。２６回目のヒートサイクルでは、実施例５−８の蓄熱材組成物の過冷却現象が見られるものの、２６回目のヒートサイクルでも、５回目のヒートサイクルとほぼ同じ傾向であることが理解される。これにより、蓄熱材組成物に黒鉛粉末を添加することで、迅速な蓄熱・放熱を可能とするとともに、安定的に繰り返し使用を可能となることが分かった。

＜実施例９＞
固液相変化材（塩化カルシウム二水和物）を４３．９重量％、融点調整剤（臭化アンモニウム）を１０．０重量％、水を２０．８重量％、主に塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）を含有する核形成材を１２．３重量％、黒鉛粉末（平均粒子径１１．０μｍ、鱗状黒鉛Ｂ）を１０．０重量％、親水性増粘剤（ＰＥＧ／ＰＰＧの水溶性コポリマー、ポリマーＡ）を１．５重量％にして調整した蓄熱材組成物を実施例９の蓄熱材組成物とした。

＜実施例１０＞
実施例９の蓄熱材組成物において、黒鉛粉末を黒鉛粉末（平均粒子径１０．３μｍ、鱗状黒鉛Ａ）に変更し、増粘剤を他の増粘剤（ヒプロメロース、ポリマーＢ）に変更する以外は、実施例９と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例１０の蓄熱材組成物とした。

＜実施例１１＞
実施例９の蓄熱材組成物において、黒鉛粉末を黒鉛粉末（平均粒子径１１．２μｍ、人造黒鉛Ａ）に変更する以外は、実施例９と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例１０の蓄熱材組成物とした。

＜実施例１２＞
実施例９の蓄熱材組成物において、黒鉛粉末を黒鉛粉末（平均粒子径１０．３μｍ、鱗状黒鉛Ａ）に変更する以外は、実施例９と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例１２の蓄熱材組成物とした。尚、図６には、実施例９−１２と、比較例１の蓄熱材組成物の成分表を示す。

＜評価方法＞
実施例９−１２と、比較例１の蓄熱材組成物について、上述と同様に、ヒートサイクルを所定回数繰り返すことで、各蓄熱材組成物の温度変化を測定した。

＜評価結果＞
図７には、５回目のヒートサイクルにおける実施例９−１２と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフを示す。図７に示すように、ヒートサイクルの冷却時において、実施例９−１２の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、冷却速度が速いことと、過冷却現象が抑えられていることが再現出来た。更に、黒鉛粉末の種類が変更され、増粘剤の種類が変更されても、同様の作用効果があった。

一方、ヒートサイクルの加熱時において、実施例９−１２の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、加熱速度が速いことと、グラフの立ち上がりが早くなることが再現出来た。

図７には、１０回目のヒートサイクルにおける実施例９−１２と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフを示す。図７に示すように、実施例９−１２の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、冷却速度及び加熱速度が速くなることが再現出来た。又、１０回目のヒートサイクルでも、５回目のヒートサイクルとほぼ同じ傾向であることが確認出来た。

＜実施例１３＞
固液相変化材（塩化カルシウム二水和物）を４７．９重量％、融点調整剤（臭化アンモニウム）を１０重量％、水を２２．７重量％、主に塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）を含有する核形成材を１３．４重量％、黒鉛粉末（平均粒子径１０．３μｍ、鱗状黒鉛Ａ）を５．０重量％、親水性増粘剤（キサンタンガム、ポリマーＣ）を１．０重量％にして調整した蓄熱材組成物を実施例１３の蓄熱材組成物とした。

＜実施例１４＞
実施例１３の蓄熱材組成物において、増粘剤を他の増粘剤（ヒドロキシエチルセルロース、ポリマーＤ）に変更する以外は、実施例１３と同様にして調整した蓄熱材組成物を実施例１４の蓄熱材組成物とした。尚、図９には、実施例１３−１４と、比較例１の蓄熱材組成物の成分表を示す。

＜評価方法＞
実施例１３−１４と、比較例１の蓄熱材組成物について、上述と同様に、ヒートサイクルを所定回数繰り返すことで、各蓄熱材組成物の温度変化を測定した。尚、約６０℃から約０℃までの冷却時間は１時間とし、約０℃で１１時間放置後に、再度、約０℃から約６０℃までの加熱時間は１時間とし、約６０℃で１１時間放置後に冷却するヒートサイクルを繰り返した。

＜評価結果＞
図１０には、１５回目のヒートサイクルにおける実施例１３−１４と、比較例１の蓄熱材組成物の温度変化のグラフを示す。図１０に示すように、ヒートサイクルの冷却時において、実施例１３−１４の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、冷却速度が速いことと、過冷却現象が抑えられていることが再現出来た。更に、黒鉛粉末の種類が変更され、増粘剤の種類が変更されても、同様の作用効果があった。

一方、ヒートサイクルの加熱時において、実施例１３−１４の蓄熱材組成物では、比較例１の蓄熱材組成物と比較して、加熱速度が速いことと、グラフの立ち上がりが早くなることが再現出来た。

＜評価方法＞
実施例１３−１４の蓄熱材組成物について、試験管に入れて、ヒートサイクルを繰り返し、黒鉛粉末の沈降の度合いを試験管の透け具合で確認した。

＜評価結果＞
図１１には、実施例１３におけるヒートサイクル前の初期と５５回目のヒートサイクル後と１２０回目のヒートサイクル後の試験管写真と、実施例１４におけるヒートサイクル前の初期と３０回目のヒートサイクル後と８０回目のヒートサイクル後の試験管写真とを示す。図１１に示すように、実施例１３−１４の蓄熱材組成物では、ヒートサイクルを数十回以上繰り返したとしても、黒鉛粉末が沈降せずに、試験管の背面から照らした光が黒鉛粉末により遮られていることが理解される。これにより、親水性増粘剤の添加により、黒鉛粉末の沈降が著しく抑制され、その結果、冷却速度の向上と過冷却現象の抑制と加熱速度の向上とに繋がると推測される。

＜比較例２＞
比較例１の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、黒鉛粉末の代わりに、熱伝導性粉末｛四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）｝を１．０重量％添加したこと以外は、比較例１と同様にして調整した蓄熱材組成物を比較例２の蓄熱材組成物とした。

＜比較例３＞
比較例１の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、熱伝導性粉末の濃度を５．０重量％に変更する以外は、比較例１と同様にして調整した蓄熱材組成物を比較例３の蓄熱材組成物とした。

＜比較例４＞
比較例１の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、熱伝導性粉末の濃度を１０．０重量％に変更する以外は、比較例１と同様にして調整した蓄熱材組成物を比較例４の蓄熱材組成物とした。

＜比較例５＞
比較例１の蓄熱材組成物において、融点調整剤の濃度を固定し、固液相変化材と水と核形成材とのそれぞれの比率を同じにして、熱伝導性粉末の濃度を２０．０重量％に変更する以外は、比較例１と同様にして調整した蓄熱材組成物を比較例５の蓄熱材組成物とした。尚、図１２には、比較例１−５の蓄熱材組成物の成分表を示す。

＜評価方法＞
比較例１−５の蓄熱材組成物について、各蓄熱材組成物の周囲温度を所定の時間で約４０℃から−４℃まで下げた（冷却）後に、再び−４℃から４０℃まで上げる（加熱）操作のヒートサイクルを所定回数繰り返すことで、各蓄熱材組成物の温度変化を測定した。

＜評価結果＞
図１３には、１回目のヒートサイクルにおける比較例１−５の蓄熱材組成物の温度変化のグラフを示す。図１３に示すように、ヒートサイクルの冷却時及び加熱時において、比較例１−５の蓄熱材組成物では、ほぼ同一の温度曲線を描いており、熱伝導性粉末の作用効果が全く無いことが理解される。

図１４には、５回目のヒートサイクルにおける比較例１−５の蓄熱材組成物の温度変化のグラフを示す。図１４に示すように、５回目のヒートサイクルでも、１回目のヒートサイクルとほぼ同じ温度曲線であり、熱伝導性粉末の作用効果が全く無いことが理解される。

これにより、蓄熱材組成物に黒鉛粉末と親水性増粘剤とを添加することで、迅速な蓄熱・放熱を可能とするとともに、安定的に繰り返し使用を可能となることが分かった。

本発明における実施例、比較例等では、蓄熱材組成物の凝固点（融点）が１８℃となるように、融点調整剤として臭化アンモニウムを添加して、評価を行ったが、融点調整剤を添加しなくても、同様の作用効果を有する。本発明では、蓄熱材組成物の凝固点が１８℃に限定する必要は無く、他の凝固点であっても、同様の作用効果を有する。

以上のように、本発明に係る蓄熱材組成物は、様々な分野における蓄熱資材に有用であり、迅速な蓄熱・放熱を可能とするとともに、安定的に繰り返し使用を可能な蓄熱材組成物として有効である。

Claims

所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末とを含有する蓄熱材組成物。
所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末とを含有し、
前記黒鉛粉末の濃度が、全蓄熱材組成物に対して１．０重量％〜１０．０重量％である
蓄熱材組成物。
所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末と、親水性の増粘剤とを含有する蓄熱材組成物。
所定の温度範囲において固体と液体との間で相変化を行う固液相変化材と、水と、塩化ストロンチウムを主成分とする核形成材と、黒鉛粉末と、親水性の増粘剤とを含有し、
前記増粘剤の濃度が、全蓄熱材組成物に対して０．１重量％〜５．０重量％である
蓄熱材組成物。