JP3221950B2 - 蓄熱材 - Google Patents

蓄熱材

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JP3221950B2 JP35540792A JP35540792A JP3221950B2 JP 3221950 B2 JP3221950 B2 JP 3221950B2 JP 35540792 A JP35540792 A JP 35540792A JP 35540792 A JP35540792 A JP 35540792A JP 3221950 B2 JP3221950 B2 JP 3221950B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は蓄熱材に関し、さらに詳
細には酢酸ナトリウム3水和物を主材とし、これに結晶
核形成材が添加された蓄熱材に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的に、蓄熱材には、物質の顕熱を利
用したものと液体の結晶化時の潜熱を利用したものが知
られている。潜熱を利用した蓄熱材は、顕熱を利用した
蓄熱材に比較して、単位体積当りの蓄熱量が大きく、所
定量の熱を蓄熱しておくのに少量でよく、蓄熱装置また
は蓄熱袋などとしての小型化が可能となる。また、潜熱
を利用した蓄熱材は、顕熱を利用した蓄熱材のように、
放熱とともに連続的に温度が低下してしまわずに、転移
点において一定温度で熱を放熱するという特徴を有す
る。特に、無機水和物の融解潜熱を利用した蓄熱材は、
単位体積当りの蓄熱量が大きいことが知られている。従
来より酢酸ナトリウム3水和物は無機水和物の中でも蓄
熱量が大きく、例えば暖房用の蓄熱材などとして有力視
されていた。しかしながら、酢酸ナトリウム3水和物は
一度融解すると、放熱時に結晶化し難く過冷却状態にな
りやすいため、その融解液は−20℃程度の低温まで冷
却されないと過冷却状態が破れないことが多い。従っ
て、本来の凝固点まで冷却されても、融解潜熱を放出せ
ず、そのまま凝固点の温度以下に冷却されてしまうた
め、この種の蓄熱材にとって致命的欠点となる。これを
解決するために様々な研究がおこなわれ、過冷却防止剤
として種々の結晶核形成材が提案されている。たとえ
ば、ピロりん酸ナトリウムを添加する方法(特開昭57
ー139169)、ピロりん酸2水素2ナトリウムを添
加する方法(特公昭61ー21579)、モリブデン酸
ナトリウムおよびタングステン酸ナトリウムを添加する
方法(特公平04ー50955)、炭酸ナトリウムを加
える方法(特開昭61ー53385)、りん酸3ナトリ
ウム(12水和物)、りん酸1水素2ナトリウム(12
水和物)、りん酸1水素2ナトリウム(2水和物)を添
加する方法(特公平02ー15598)などが開示され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
物質を添加した蓄熱材について30℃と70℃の温度範
囲で加熱および冷却を繰り返したところ、いずれも過冷
却温度差が大きくなり、安定した性能が得られないとい
う問題点のあることが分かった。なお、過冷却温度差と
はその物質の本来の凝固点と過冷却状態が破れて実際に
結晶化が始まる温度との温度差のことである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、過冷却現
象を防止し、吸放熱性能が安定し、単位量当りの蓄熱容
量の大きい蓄熱材を得るべく鋭意研究を重ねた結果、酢
酸ナトリウム3水和物を主成分とし、結晶核形成材とし
て、12モリブドりん酸またはその塩を用いることによ
り優れた効果が得られることを見い出し、本発明を完成
した。すなわち本発明は、酢酸ナトリウム3水和物を主
材とし、これに結晶核形成材として12モリブドりん酸
またはその塩から選ばれる少なくとも一種を添加してな
ることを特徴とする蓄熱材である。
【0005】本発明において、蓄熱材の主材は酢酸ナト
リウム3水和物(NaCH3 COO・3H2 O)であ
り、本来の凝固点は約58℃である。これらは通常は単
独で用いられるが、融点の調節などの目的で所望により
水を加えることもできる。水を加える場合には、その量
が多くなりすぎると融解潜熱が減少するため、実用上通
常は、酢酸ナトリウム3水和物100重量部に対し、水
の量は40重量部以下程度にとどめることが好ましい。
【0006】主材となる酢酸ナトリウム3水和物に添加
される結晶核形成材としては、12モリブドりん酸(H
PO・12MoO・nHO)およびそのナトリ
ウム塩水和物(NaPO・12MoO・nH
O)、カリウム塩水和物(KPO・12MoO
nHO)アンモニウム塩水和物((NHPO
12MoO・nHO)などである。結晶核形成材
の添加量は蓄熱装置の形態、大きさ、使用目的などに
って定められるが、酢酸ナトリウム3水和物100重量
部に対して、通常は、0.01〜20重量部、好ましく
は0.1〜10重量部である。0.01重量部よりも少
ないと核形成作用が小さくなり、また、20重量部より
も多くなると蓄熱量が低下する恐れがある。これらの結
晶核形成材は単独で用いてもよく、また2種以上を添加
してもよい。
【0007】本発明において、所望によっては前記の結
晶核形成材に加えて、その他の結晶核形成材、例えば、
りん酸水素アンモニウムナトリウム、りん酸水素アンモ
ニウムナトリウム4水和物、炭酸ナトリウム、炭酸水素
ナトリウム、ピロりん酸ナトリウム、ピロりん酸ナトリ
ウム10水和物などを併用してもよい。
【0008】また、酢酸ナトリウム3水和物の融解時に
おける結晶核形成材の沈降、凝集などによる核形成作用
への影響を防止するために、増粘剤、高分子保水剤、高
分子凝集剤を加えることもできる。増粘剤としては、例
えばカルボキシメチルセルロースやセピオライト粘土な
ど、高分子保水剤としては、例えばでんぷん−アクリル
酸グラフト共重合物、マレイン酸共重合物、ポリビニル
アルコールなど、また高分子凝集剤としては、例えばカ
チオン系の凝集剤としてポリメタアクリル酸エステル
系、ポリアリルアミン系、ポリアクリルアミド系、キト
サン系など、アニオン系の凝集剤では、例えばポリアク
リル酸ソーダ、アクリルアミド−アクリル酸ソーダ共重
合物、ポリアクリルアミド部分加水分解物など、またノ
ニオン系の凝集剤では、例えばポリアクリルアミド、ポ
リエチレンオキサイドなどが挙げられる。
【0009】本発明の蓄熱材の作用について説明する。
先ず、本発明の蓄熱材を加熱してゆくと、固相状態で顕
熱が蓄積され、次に固相から液相に変化する融解時に
は、融解潜熱として大量に蓄熱がおこなわれて液相に変
化し、さらに温度上昇とともに顕熱が蓄積される。放熱
の際には、高温の液相状態から凝固温度までは、顕熱を
放出し、凝固温度に達するとその温度を維持しつつ、蓄
熱していた大量の融解潜熱を放出しながら除々に凝固し
てゆく。完全に固相に変化すると、さらに顕熱を放出し
ながら温度が低下する。この間の放熱によって被保温物
が加温される。
【0010】
【実施例】実施例1 55×55mmの正方形に裁断した透明ポリエチレンフ
ィルム2枚を重ね合わせ、両長辺をそれぞれ5mm巾で
熱シールして片端が開口した袋を製作した。この袋内に
酢酸ナトリウム3水和物20gにりんモリブデン酸ナト
リウム水和物を0.2g添加混合した蓄熱材を収納し、
開口部を熱シールして密封することにより蓄熱袋を得
た。
【0011】この蓄熱袋の中央に熱電対を取り付け、7
0℃に設定したウォーターバス中に入れて内部の酢酸ナ
トリウム3水和物を融解させて昇温した後、25℃の室
内に放置した。温度が除々に低下し、52℃に達した時
点で過冷却状態が破れて結晶が出始めた。その後温度が
55℃になるとともに結晶化が進み、51分で全体が凝
固した。この間、蓄熱袋の温度は55℃前後に保たれた
ままで放熱がおこなわれ、その後約30分で30℃まで
低下した。ここで蓄熱袋を再びウオーターバス中に入れ
て結晶を融解させ、70℃に加温した後、室内に放置
し、放熱による凝固の状態を調べた。同様な操作を合計
10回繰り返して実験をおこなった結果、結晶が出始め
る過冷却温度は凝固点55℃に対しいずれも2.3
3.0℃低い範囲内であり、大幅な過冷却状態は生じな
かった。融解および凝固の繰り返し可能回数、70℃か
ら30℃に低下するまでの時間、凝固時の温度、凝固時
の持続時間および過冷却温度差の範囲をそれぞれ表1に
示す。
【0012】実施例2〜 結晶核形成材としてりんモリブデン酸ナトリウム水和物
を用いる代わりに、りんモリブデン酸カリウム水和物
(実施例)およびりんモリブデン酸アンモニウム水和
物(実施例)をそれぞれ用いた他は、実施例1におけ
ると同様にして蓄熱袋を製作し、実施例1と同様にして
実験をおこなった。それぞれの結果を表1に示す。
【0013】比較例1 酢酸ナトリウム3水和物20gを実施例1と同様の袋に
収納し、実施例1と同様の操作をおこなったところ、3
0℃まで温度が低下しても凝固せず、過冷却状態のまま
であった。
【0014】比較例2〜5りんモリブデン酸ナトリウム水和物 を用いる代わりにピ
ロりん酸ナトリウム10水和物(比較例2)、炭酸ナト
リウム(比較例3)、炭酸水素ナトリウム(比較例
4)、りん酸ナトリウム12水和物(比較例5)をそれ
ぞれ用いた他は実施例1におけると同様の蓄熱袋を製作
し、実施例1と同様にして実験をおこなった。その結
果、いずれも加熱、放熱の繰り返しの2〜4回目までは
凝固したが、その後は室温まで下っても、凝固せず過冷
却状態のままであった。比較例1〜5それぞれの結果を
表1に示す。
【0015】
【表1】
【0015】次に、全体の容量を大きくした蓄熱袋につ
いて実験をおこなった。 実施例6 酢酸ナトリウム3水和物1000gにりん酸水素アンモ
ニウムナトリウム4水和物20gを添加混合して蓄熱材
を調製した。この蓄熱材を240×260mmの長方形
に裁断した透明ポリエチレンフィルム2枚を重ね合わ
せ、両長辺をそれぞれ10mm巾で熱シールした袋内に
収納した。この蓄熱袋について実施例1におけると同様
にしてウオーターバス内に入れて融解し、70℃に昇温
した後、25℃の室内に放置した。その結果、45分で
52℃に低下し、結晶が析出しはじめた。潜熱を放出す
る300分の間は蓄熱袋は56℃に保たれ、その後約1
00分で30℃に低下した。結果を図3に示す。同様に
して、加熱、放熱の操作を繰り返した結果、100回以
上の使用が可能であった。過冷却による結晶析出開始温
度と凝固点との温度差2.4〜3.2℃の範囲で安定し
ており、過冷却防止能力は低下することなく、多数回の
使用が可能であることが確認された。結果を表2に示
す。
【0016】次に、全体の容量を大きくした蓄熱袋につ
いて実験をおこなった。実施例4 酢酸ナトリウム3水和
物1000gにりんモリブデン酸ナトリウム水和物20
gを添加混合して蓄熱材を調製した。この蓄熱材を24
0×260mmの長方形に裁断した透明ポリエチレンフ
ィルム2枚を重ね合わせ、両長辺をそれぞれ10mm巾
で熱シールした袋内に収納した。この蓄熱袋について実
施例1におけると同様にしてウオーターバス内に入れて
融解し、70℃に昇温した後、25℃の室内に放置し
た。その結果、結晶が析出した後、潜熱を放出する28
5分の間は蓄熱袋は56℃に保たれ、その後30℃に低
下した。同様にして、加熱、放熱の操作を繰り返した結
果、100回以上の使用が可能であった。過冷却による
結晶析出開始温度と凝固点との温度差は2.8〜3.8
℃の範囲で安定しており、過冷却防止能力は低下するこ
となく、多数回の使用が可能であることが確認された。
結果を表2に示す。
【0017】実施例実施例と同様の組成に200g
の水を加えた蓄熱材を用いた他は実施例におけると同
様にして実験をおこなった。結果を表2に示す。
【0018】比較例6 酢酸ナトリウム3水和物1000gを実施例4同様の
袋に収納し、実施例と同様の操作をおこなったとこ
ろ、加熱、放熱の繰り返しの3回目までは凝固したが、
4回目には室温まで温度が下がっても凝固せず、過冷却
状態のままであった。結果を表2に示す。
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】本発明の蓄熱材は、潜熱による蓄熱量が
大きく、しかも特定の結晶核形成材が添加されているた
め、主材である酢酸ナトリウム3水和物自体の凝固点近
辺で確実に凝固し、多数回の加熱、放熱の繰り返しにも
劣化することがなく、実用上優れた特徴を備えた蓄熱材
である。
【0021】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長津 功 神奈川県平塚市田村5181番地 日本パイ オニクス株式会社 平塚工場内 審査官 渡辺 陽子 (56)参考文献 特開 昭61−155487(JP,A) 特開 昭64−6084(JP,A) Solar Energy(1991), Vol.46,No.2,P.97−100 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 5/06 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酢酸ナトリウム3水和物を主材とし、こ
    れに結晶核形成材として12モリブドりん酸またはその
    塩から選ばれる少なくとも一種を添加してなることを特
    徴とする蓄熱材。
  2. 【請求項2】 結晶核形成材として、12モリブドりん
    酸またはその塩から選ばれる少なくとも一種のほか、り
    ん酸水素アンモニウムナトリウム及び/またはりん酸水
    素アンモニウムナトリウム4水和物を添加してなる請求
    項1に記載の蓄熱材。
  3. 【請求項3】 酢酸ナトリウム3水和物に水が添加され
    てなる請求項1に記載の蓄熱材。
JP35540792A 1992-12-21 1992-12-21 蓄熱材 Expired - Fee Related JP3221950B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Solar Energy(1991),Vol.46,No.2,P.97−100

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