JP4309990B2

JP4309990B2 - 蓄熱材組成物およびそれを用いた暖房装置

Info

Publication number: JP4309990B2
Application number: JP08863799A
Authority: JP
Inventors: 健二才田; 幸夫内木
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000282018A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建造物の暖房等に用いられる潜熱蓄熱材組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固液相変化の性質を有する塩水和物を蓄熱材料として利用しようとする提案が数多くなされており、既に床暖房等の分野において実用化されている。塩水和物の中でも酢酸ナトリウム３水塩は融点５８℃、融解熱量約６０ｃａｌ／ｇの特性を有することから、蓄熱材料候補として注目されてきたものである。
一方、建造物の床暖房用途に通常、低温やけど等を考慮して床表面温度を約２５℃にとする為に、融点約３２℃の潜熱蓄熱材が実用化されており、輻射熱による住空間の快適化に寄与している。最近の戸建住宅においては床仕上材あるいはカーペット等の敷物などにより床暖房装置上の床部分や敷物等の厚みが増加する傾向にあり、そのため伝熱特性の低下をきたすことがある。そこで、蓄熱材の融点を４０〜４５℃に設定することが提案されている。
【０００３】
蓄熱材の融点調整について従来の技術を以下に例示する。
ヒートポンプを熱源とする場合に５５〜５８℃の温水で融解する必要がある。そのため、酢酸ナトリウム３水塩の融点を４８〜５２℃に調整する手段を提供する提案がいくつかなされている。特開昭５３−１４１７３号公報には塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ギ酸ナトリウム、酢酸リチウムなど、特開昭５７−１０２９８２号公報にはハロゲン化合物、特開昭５７−１１５４８２号公報には酢酸マグネシウム、特開昭５８−７９０８１号公報には炭素数１〜６のカルボン酸などが例示される。
また、融点約４０℃付近に調整する手段として酢酸ナトリウム３水塩とチオ硫酸ナトリウム５水塩（ハイポ）との等モル混合物が特公昭５４−３６９９６号公報に提案されている。この組成はチオ硫酸ナトリウム５水塩６５重量％に相当し、酢酸ナトリウム３水塩は融点調整剤として加えられていること、実施例１に記載されているようにハイポを溶かさないで種結晶として添加する為の種結晶温存管を備えた蓄熱槽が必要であることが記されている。
他方、潜熱蓄熱材を用いた暖房装置としては、特開平１０−２９９２３６号公報に発熱体と潜熱蓄熱材等が一体に組み合わされた暖房パネルが、特開平７−１２４７９号公報に潜熱蓄熱材を攪拌するプロペラ等の攪拌機を備えた暖房装置等が紹介されている。
【０００４】
本発明の目的は、最近の床暖房装置上の床部分や敷物等の厚み増加に対応可能な、蓄熱材の融点を４０〜４５．２℃に設定した簡便な床暖房装置あるいは壁面暖房装置に適した潜熱蓄熱材組成物及びそれを用いた暖房装置を提供するものである。
【０００５】
本発明者らは、かかる状況下に鋭意検討を重ねた結果、酢酸ナトリウム３水塩を主成分として、融点調節剤に、臭化ナトリウムを第１成分とし、乳酸ナトリウム等の塩類やＤグルコース等を第２成分として用いることにより、潜熱蓄熱蓄熱材の融点を４０〜４５．２℃に設定でき、且つ、該組成物が簡便な床暖房装置あるいは壁面暖房装に適用できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、下記の（１）〜（４）を提供する。
（１）(ａ)酢酸ナトリウム３水塩又は酢酸ナトリウム無水物の該無水物換算濃度が５２〜６０重量％である水溶液を５０〜８９重量％、(ｂ)臭化ナトリウムを１０〜３０重量％、(ｃ)乳酸ナトリウム、グリコール酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、Ｄグルコース、Ｄソルビトールよりなる群から選ばれた少なくとも１種を１〜２０重量％、を混合することを特徴とする蓄熱材組成物（以下、本発明組成物と記す）。
（２）固液分離防止剤を更に加えた上記（１）に記載の蓄熱材組成物。
（３）過冷却防止剤を更に加えた上記（１）又は（２）に記載の蓄熱材組成物。
（４）上記（１）〜（３）に記載の蓄熱材組成物を用いた暖房装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下にこれらの発明について詳しく説明する。本発明組成物は酢酸ナトリウム３水塩を主成分とし、特定の融点調整剤を添加することにより融点４０〜４５．２℃の組成物を与えるものであり、また必要に応じてこれに固液分離防止剤、過冷却防止剤を添加した組成物を与えるものである。
【０００８】
本発明組成物において潜熱蓄熱材として作用する主成分は酢酸ナトリウム３水塩である。本発明組成物においては、原料として３水塩または無水物のいずれを用いてもよいが、酢酸ナトリウムと水との割合を酢酸ナトリウム無水物濃度５２〜６０重量％の水溶液として用いる。５２重量％未満では蓄熱量が低くなりすぎ、６０重量％を超えると酢酸ナトリウム無水物が不溶分として常に存在することになり、この分は蓄熱量に寄与しないので好ましくない。
【０００９】
本発明組成物において、酢酸ナトリウム水溶液の混合割合は５０〜８９重量％であって、以下に述べる融点調整剤の添加量に依存する。
本発明組成物において、融点調整剤は２成分からなり（ｂ）臭化ナトリウムを第１成分とし、（ｃ）乳酸ナトリウム、グリコール酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、Ｄグルコース、Ｄソルビトールよりなる群から選ばれた少なくとも１種を第２成分とする。臭化ナトリウムは融点調整効果の大きな第１成分であり、本発明組成物における混合割合は１０〜３０重量％である。１０重量％より少ないと第２成分を加えても融点の低下が十分でない。臭化ナトリウムの溶解度は酢酸ナトリウム水溶液濃度に依存するが約２０重量％である。これ以上添加した場合は不溶分として残存することになる。なお、融点調整剤の第１成分である臭化ナトリウムを３０％以上添加することは差し支えないが、不溶分が増加するだけであり、その分だけ蓄熱量は減少するので好ましくない。
【００１０】
融点調整剤の第２成分の本発明組成物における混合割合は、乳酸ナトリウム、グリコール酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、Ｄグルコース、Ｄソルビトールのそれぞれの無水物換算で１〜２０重量％である。１重量％未満では融点低下効果が小さく、２０重量％を超えて添加しても溶解度を超えているのでいずれも好ましくない。
【００１１】
融点調整剤の第２成分の中には添加量が多いときに融点が２つ存在する場合がある。融点が単一であることが望ましい場合は添加量を調整して用いる。乳酸ナトリウムとグリコール酸ナトリウムは融点約４０℃の組成でも単一の融点を示し、特に好ましい成分である。
【００１２】
本発明においては上記成分のほかに必要に応じて固液分離防止剤を用いてもよい。好ましい固液分離防止剤としてはポリアクリルアミド、部分加水分解ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシルメチルセルロースなどの高分子系増粘剤、高吸水性樹脂、無機系増粘剤などが例示される。好ましい全組成物中の添加割合は１〜１０重量％である。１重量％未満では高粘性が期待できないことがあり１０重量％を超えると粘性の点では好ましいが希釈効果のために蓄熱量の低下をもたらすことがある。
【００１３】
更に、本発明においては必要に応じて過冷却防止剤を用いてもよい。酢酸ナトリウム３水塩に対する過冷却防止剤として、リン酸水素二ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウムが挙げられ、そのまま添加するか、これらを担持結晶として酢酸ナトリウム３水塩を表面に吸着させて用いる。この中で臭化ナトリウムは本発明における融点調整剤として用いるので両方の作用を兼ねさせるので特に好ましいが、本発明組成物における混合割合は３０重量％を超えないことが好ましい。
本発明において、過冷却防止剤は加熱時、冷却時にいずれも結晶として存在している必要があり、そのためには溶解度以上の量を添加する必要がある。溶解度は共存イオン種および液温に依存するため全組成物中の添加割合を特定することは難しいが０．１〜１０重量％が好ましく、０．５〜５重量％が更に好ましい。
【００１４】
上記の方法で製造された本発明の蓄熱材組成物を用いて、特開平１０−２９９２３６号公報等に記載の方法により発熱体と潜熱蓄熱材等が一体に組み合わされた暖房パネルが、また、特開平７−１２４７９号公報等に記載の方法により潜熱蓄熱材を攪拌するプロペラ等の攪拌機を備えた暖房装置、等の暖房装置を製作することができる。さらに、深夜電力を利用した戸建住宅等の床暖房等の暖房等にも利用できる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、蓄熱材の融点が４０〜４５．２℃に調整され、最近の床暖房装置上の床部分や敷物等の厚み増加に対応可能な、簡便な床暖房装置あるいは壁面暖房装置に適した潜熱蓄熱材組成物が提供される。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。
【００１７】
実施例１
１００ｍｌビーカーに乳酸ナトリウム（７０％溶液）７．７ｇ、水１３．３ｇをとり、６２℃水浴中で３０分間加熱した後、酢酸ナトリウム１８．１ｇを添加して加熱を続けると溶解して透明な溶液を得た。これに臭化ナトリウム１２．０ｇを加えて３０分間加熱した後、部分加水分解ポリアクリルアミド（住友化学工業（株）製「スミフロックＦＡ-３０」２．４ｇ）を加え、１０分後にアルミラミネート袋に充填した。これに酢酸ナトリウム３水塩の種結晶を少量添加した後アルミラミネート袋をシールし、室温で一夜静置すると全体が固化した。これの表面に熱電対を貼付し、低温恒温器に入れて、２０℃から６０℃まで３℃／時で昇温して融点を測定し、６０℃で５時間保持したのちに、６０℃から２０℃まで３℃／時で降温して凝固点を測定した。融点４５．２℃、凝固点３７．６℃であった。
【００１８】
【表１】

【００１９】
比較例１（融点調整剤の２成分とも含まない例）
１００ｍｌビーカーに水１３．４ｇをとり、６２℃水浴中で３０分間加熱した後、酢酸ナトリウム１８．６ｇを添加して加熱を続けると溶解して透明な溶液を得た。これにリン酸水素二ナトリウム４．０ｇを加えて３０分間加熱した後、部分加水分解ポリアクリルアミド（前出）２．０ｇを加え、１０分後にアルミラミネート袋に充填した。以下実施例１と同様に操作した。融点５８．２℃、凝固点を５５．２℃であった。
【００２０】
比較例２，３（融点調整剤の第１成分のみを含む例）
実施例１において酢酸ナトリウム１８．６ｇ、水１３．４ｇ、臭化ナトリウム８．０ｇ（比較例２）、または酢酸ナトリウム１７．４ｇ、水１２．６ｇ、臭化ナトリウム１０．０ｇ（比較例３）とし、乳酸ナトリウムを添加しないこと以外は実施例１と同様に操作した。融点はいずれも４７．９℃であり、臭化ナトリウムを２０重量％以上添加しても融点が変わらないことを示している。
【００２１】
実施例２及び参考例１〜４
実施例１の乳酸ナトリウムに代えて表１に示す添加剤を１０重量％、臭化ナトリウム１９または２４重量％添加して、実施例１と同様に操作した。融点は表１に示すように４５℃以下であった。
【００２２】
比較例４〜９（融点調整剤の第２成分のみを含む例）
実施例１において添加剤を１４または１９重量％とし、臭化ナトリウムを添加しないこととして実施例１と同様に操作した。融点は５１〜５３℃であった。
【００２３】
比較例１０，１１（第２成分として異なる物質を用いた例）
実施例１において乳酸ナトリウムに代えて表１に示す添加剤を１０重量％、臭化ナトリウム１９重量％添加して、実施例１と同様に特作した。融点は表１に示すように比較例２と同等であった。

Claims

（ａ）酢酸ナトリウム３水塩又は酢酸ナトリウム無水物の該無水物換算濃度が５２〜６０重量％である水溶液を５０〜８９重量％、（ｂ）臭化ナトリウムを１０〜３０重量％、（ｃ）乳酸ナトリウム、又は、グリコール酸ナトリウムの少なくとも１種を１〜２０重量％、を混合してなり、融点が４０℃〜４５．２℃であることを特徴とする蓄熱材組成物。
固液分離防止剤を更に加えた請求項１記載の蓄熱材組成物。
固液分離防止剤がポリアクリルアミド、部分加水分解ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシルメチルセルロースなどの高分子系増粘剤、高吸水性樹脂、無機系増粘剤である請求項２記載の蓄熱材組成物。
過冷却防止剤を更に加えた請求項１又は２記載の蓄熱材組成物。
過冷却防止剤がリン酸水素二ナトリウム、塩化ナトリウム、または臭化ナトリウムである請求項４記載の蓄熱材組成物。
請求項１〜５いずれかに記載の蓄熱材組成物を用いた暖房装置。