JP7014752B2 - 蓄熱材組成物及び建築物の冷暖房用の蓄熱システム - Google Patents

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Description

本発明は、蓄熱材組成物及び建築物の冷暖房用の蓄熱システムに関し、詳しくは、建造物の冷暖房の蓄熱システムに好適な蓄熱材組成物及びこれを含む建築物の冷暖房用の蓄熱システムに関する。
従来、液体から固体への相変化時や固体から液体への相変化時に発生又は吸収する潜熱を利用した潜熱蓄熱材組成物が知られている。潜熱蓄熱材組成物は、例えば、建造物の冷暖房の蓄熱システムに用いられる。
潜熱蓄熱材組成物には、一般的に、蓄熱量が大きいこと、所定の温度範囲で融解・凝固すること、長期間安定であること、安価であること、毒性がないこと、腐触性がないこと等の特性が要求される。
建造物の冷暖房用の蓄熱システム用の潜熱蓄熱材組成物には、単位重量当たりにどれだけ多くの熱を貯められるかを意味する全体融解潜熱ＨＴに加えて、狭い温度範囲で熱を吸放熱することが求められる。全体融解潜熱ＨＴが大きいと、少ない量で充分な蓄熱が達成できるため好ましい。狭い範囲で熱を吸放熱できると、無駄な吸放熱を起こすことなく、材料の持つ潜熱をシステムの目的とする温度範囲にて利用できるため好ましい。
「狭い温度範囲で熱を吸放熱できる特性」を表す指標として例えば５℃幅融解潜熱Ｈ５が用いられる。５℃幅融解潜熱Ｈ５とは「５℃の温度幅での融解潜熱の総量」を意味し、ある温度ＴからＴ＋５℃の温度範囲における融解潜熱の総量Ｑ５について、Ｔを変化させた際のＱ５の最大値として定義される。
上記全体融解潜熱ＨＴは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）にて測定されるヒートフローを時間で積分した場合のピーク面積から算出される。これに対し、５℃幅融解潜熱Ｈ５は、同様に示差走査熱量計（ＤＳＣ）にて測定されるヒートフローをある瞬間（時間ｔ１,温度Ｔ１）から温度Ｔ１＋５℃となった瞬間（時間ｔ１,温度Ｔ１＋５）まで時間積分し、その最大値として導出される。
図１は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適な潜熱蓄熱材組成物ＭＡにおける融解潜熱を発現する温度と蓄熱量との関係の一例を示すグラフである。図１中の曲線は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適な潜熱蓄熱材組成物ＭＡの示す曲線である。また、図２は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適でない潜熱蓄熱材組成物ＭＢにおける融解潜熱を発現する温度と蓄熱量との関係の一例を示すグラフである。図２中の曲線は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適でない潜熱蓄熱材組成物ＭＢの示す曲線である。
図１及び図２に示す例では、加熱時に潜熱蓄熱材組成物が融解を開始する温度（融解下限温度Ｔｓ）は、１５℃を超え２０℃未満の範囲内にあり、適切である。なお、潜熱蓄熱材組成物が建造物の冷暖房の蓄熱システムに用いられる場合、潜熱蓄熱材組成物の融解下限温度が低すぎると蓄熱材を凝固させて、冷熱を貯めることが困難となる。また、潜熱蓄熱材組成物の融解下限温度が高すぎると、外気との熱の交換効率が悪くなる。したがって、潜熱蓄熱材組成物が建造物の冷暖房の蓄熱システムに用いられる場合、図１及び図２に示すように、蓄熱材が融解を開始する温度は１５～２０℃の範囲にあることが好ましい。
具体的には、図１に示すように、潜熱蓄熱材組成物ＭＡでは、融解下限温度Ｔｓと、加熱時に融解を終了する温度（融解上限温度Ｔｆ）との差が小さく、融解上限温度Ｔｆが２６℃未満にある。このような場合、外部の雰囲気温度が融解上限温度Ｔｆをわずかに上回る温度（例えば２６℃）となった場合でも、図１中に斜線領域Ａ１として表される蓄熱量、すなわち蓄熱材組成物が本来有する蓄熱量の全て、を冷熱として用いることができる。このように潜熱蓄熱材組成物ＭＡは、本来有する蓄熱量の全てを冷熱として発揮できるため、冷房用の蓄熱システム用の蓄熱材組成物として好適である。
一方、図２に示すように潜熱蓄熱材組成物ＭＢでは、融解下限温度Ｔｓと融解上限温度Ｔｆとの差異が大きく、融解上限温度Ｔｆが２６℃を超える。この場合、上述と同様に外部の雰囲気温度が２６℃となったとき、２６℃から融解上限温度Ｔｆまでの温度範囲での蓄熱量は、冷房に寄与しないこととなる。すなわち、潜熱蓄熱材組成物ＭBでは、外部温度が２６℃を超える場合、図２に斜線領域Ａ２として示される蓄熱量、すなわち蓄熱材組成物が本来有する蓄熱量の一部のみ、しか冷熱として用いることができない。このように潜熱蓄熱材組成物ＭＢは、冷房用の蓄熱システム用の蓄熱材組成物として好ましくない。
このように冷房用の蓄熱システム用の蓄熱材組成物は、１５～２０℃の範囲にて融解し、かつ狭い温度範囲で多量の熱を吸熱する特性が求められる。ここで、「狭い温度範囲で多量の熱を吸熱する特性」を表す指標としての５℃幅融解潜熱Ｈ５について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適な潜熱蓄熱材組成物の５℃幅融解潜熱Ｈ５を説明する図である。図３中の曲線は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適な潜熱蓄熱材組成物ＭＡの示す曲線である。図４は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適でない潜熱蓄熱材組成物の５℃幅融解潜熱Ｈ５を説明する図である。図４中の曲線は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適でない潜熱蓄熱材組成物ＭＢの示す曲線である。
５℃幅融解潜熱Ｈ５とは前述の通り、「５℃の温度幅での融解潜熱の総量」を意味し、ある温度ＴからＴ＋５℃の温度範囲における融解潜熱の総量Ｑ５についてＴを変化させた際のＱ５の最大値として定義される。ここで、その際の温度の下限値を５℃幅下限温度Ｔ５Ｌ、上限値を５℃幅上限温度Ｔ５Ｈと定義する。
潜熱蓄熱材組成物ＭＡでは図３中の斜線領域Ａ１の総和が５℃幅融解潜熱Ｈ５となる。潜熱蓄熱材組成物ＭＡでは狭い温度範囲において鋭い蓄熱量のピークが存在することから、結果として５℃幅融解潜熱Ｈ５は大きな値を示す。同様に潜熱蓄熱材組成物ＭＢにおいても図４中の斜線領域Ａ２の総和が５℃幅融解潜熱Ｈ５となる。しかし、潜熱蓄熱材組成物ＭＢではピークの形状が緩やかであるため、５℃幅融解潜熱Ｈ５は小さな値を示す。
このように狭い温度範囲で多量の熱を吸熱する蓄熱材ほど、５℃幅融解潜熱Ｈ５は大きな値を示すことから、５℃幅融解潜熱Ｈ５を「狭い温度範囲で多量の熱を吸熱する」特性の指標として用いることができる。
また、前述のように、蓄熱材が融解を開始する温度は１５～２０℃の範囲にあることが好ましいが、図５に示すように融解下限温度Ｔｓと５℃幅下限温度Ｔ５Ｌとが大きく異なる場合がある。蓄熱材が図５に示す特性を有するの場合、蓄熱材が融解を開始する温度は融解下限温度Ｔｓとなるが、蓄熱材の大部分が融解する下限温度は５℃幅下限温度Ｔ５Ｌである。したがって、蓄熱材が図５に示す特性を有する場合は、蓄熱材の融解を開始する温度として融解下限温度Ｔｓよりも５℃幅下限温度Ｔ５Ｌを用いることが適切である。
従来の潜熱蓄熱材組成物として、例えば、特許文献１に、塩化カルシウム６水和物に、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、及び硝酸アンモニウムの１種以上を加えた蓄熱材組成物が開示されている。
また、特許文献２に、塩化カルシウム６水和物を主成分とし、臭化カリウム、臭化ナトリウム、及び臭化アンモニウムの１種以上を加えた蓄熱材組成物が開示されている。
特開昭５９－１０９５７８号公報 特開昭６１－０８５４８６号公報
しかしながら、特許文献１及び２の蓄熱材組成物は、塩化カルシウム６水和物以外の添加物の配合量が多いと、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌは１５℃以上２０℃未満の範囲内となるが、全体融解潜熱及び５℃幅融解潜熱Ｈ５が小さいという問題があった。このように、特許文献１及び２の蓄熱材組成物において、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満の範囲内にあり、かつ５℃幅融解潜熱が大きい配合は見出されていなかった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満の範囲にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上である蓄熱材組成物及び建築物の冷暖房用の蓄熱システムを提供することを目的とする。
本発明の第１の態様に係る蓄熱材組成物は、塩化カルシウム６水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムからなる主剤を含み、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満の範囲内にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上である。
本発明の第２の態様に係る蓄熱材組成物は、第１の態様に係る蓄熱材組成物において、前記主剤１００質量％中に、前記塩化カルシウム６水和物が７９～９０．９質量％、前記臭化アンモニウムが２．７～１２．３質量％、及び前記臭化カリウムが１．８～１４．４質量％含まれる。
本発明の第３の態様に係る蓄熱材組成物は、第１又は第２の態様に係る蓄熱材組成物において、前記主剤１００質量％中の、前記塩化カルシウム６水和物の含有量をＸ質量％、前記臭化アンモニウムの含有量をＹ質量％、前記臭化カリウムの含有量をＺ質量％と規定したとき、Ｘ、Ｙ、及びＺが下記式（１）～（６）を満たす。
［数１］
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００ （１）
［数２］
＋０．０３８Ｘ－Ｙ－０．４１≦０ （２）
［数３］
－６．３７５Ｘ－Ｙ＋５８２．４９≧０ （３）
［数４］
－０．５３２Ｘ－Ｙ＋５６≧０ （４）
［数５］
＋０．１３６Ｘ－Ｙ＋１．０９≧０ （５）
［数６］
－２．００Ｘ－Ｙ＋１６８．５０≦０ （６）
本発明の第４の態様に係る蓄熱材組成物は、第１～第３のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物において、有機不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸、有機不飽和リン酸、有機不飽和アミド、有機不飽和アルコール、有機不飽和カルボン酸塩、有機不飽和スルホン酸塩、及び有機不飽和リン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の単量体と、多官能性単量体と、を重合させて得られる第１の相分離抑制剤をさらに含む。
本発明の第５の態様に係る蓄熱材組成物は、第１～第４のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物において、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及び尿素からなる群より選択される少なくとも１種の融点降下剤をさらに含む。
本発明の第６の態様に係る蓄熱材組成物は、第１～第５のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物において、水酸化ストロンチウム八水和物、水酸化ストロンチウム、塩化ストロンチウム、塩化ストロンチウム六水和物、オクタデカン、デカン酸、ビスコースレーヨン、ブロモオクタデカン、リン酸モノドデシルナトリウム、アルミナ、プロパノール、２－プロパノール、１－プロパノール、リン酸ドデシルＮａ、ホウ砂Ｎａ２Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４・８Ｈ２Ｏ、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ストロンチウム、水酸化アルミニウム、黒鉛、アルミニウム、二酸化チタン、ヘクトライト、スメクタイトクレイ、ベントナイト、ラポナイト、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチレンジアミン四酢酸、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルリン酸ナトリウム、アルキル硫酸カリウム、及びアルキルリン酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１種の過冷却抑制剤をさらに含む。
本発明の第７の態様に係る蓄熱材組成物は、第１～第６のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物において、ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸エステル、アクリルアミド・アクリル酸・ＤＭＡＥＡ－ＭｅＣｌの共重合物、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリルアミド、ポリ塩化アルミニム、硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、ポリカルボキシレートポリエーテルポリマー、アクリル酸・マイレン酸共重合体ナトリウム、アクリル酸・スルホン酸系モノマー共重合体ナトリウム、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルメタクリラートジメチル硫酸塩共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、高吸水樹脂（ＳＡＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ＣＭＣの誘導体、カラギーナン、カラギーナンの誘導体、キサンタンガム、キサンタンガムの誘導体、ペクチン、ペクチンの誘導体、デンプン、デンプンの誘導体、コンニャク、寒天、層状ケイ酸塩、及びこれらの物質の複合物質からなる群より選択される少なくとも１種の第２の相分離抑制剤をさらに含む。
本発明の第８の態様に係る建築物の冷暖房用の蓄熱システムは、第１～第７のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物を用いた蓄熱材モジュールを具備する。
本実施形態に係る蓄熱材組成物によれば、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満の範囲にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上である蓄熱材組成物及び建築物の冷暖房用の蓄熱システムを提供することができる。
建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適な潜熱蓄熱材組成物ＭＡにおける融解潜熱を発現する温度と蓄熱量との関係の一例を示すグラフである。 建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適でない潜熱蓄熱材組成物ＭＢにおける融解潜熱を発現する温度と蓄熱量との関係の一例を示すグラフである。 建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適な潜熱蓄熱材組成物の５℃幅融解潜熱Ｈ５を説明する図である。 建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適でない潜熱蓄熱材組成物の５℃幅融解潜熱Ｈ５を説明する図である。 潜熱蓄熱材組成物の融解下限温度Ｔｓと５℃幅下限温度Ｔ５Ｌを説明する図である。 主剤における、塩化カルシウム６水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムの含有量の好適な範囲を示す三元系組成図である。
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る蓄熱材組成物、及び蓄熱システムについて詳細に説明する。
［蓄熱材組成物］
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、塩化カルシウム６水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムからなる主剤を含む。
＜塩化カルシウム６水和物＞
塩化カルシウム６水和物（ＣａＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）としては、公知のものを用いることができる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、塩化カルシウム６水和物が、通常７９～９０．９質量％含まれる。ここで、主剤１００質量％とは、塩化カルシウム６水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムの合計量が１００質量％であることを意味する。塩化カルシウム６水和物の含有量が上記範囲内にあると、蓄熱材組成物の５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上になる。
ここで、５℃幅融解潜熱Ｈ５とは、前述の通り「温度幅５℃の範囲での融解潜熱」を意味し、ある温度ＴからＴ＋５℃の温度範囲における融解潜熱の総量Ｈ５Ａについて、Ｔを変化させた際のＨ５Ａの最大値として定義される。具体的には、示差走査熱量計（ＤＳＣ）にて測定されるヒートフローをある瞬間（時間ｔ１，温度Ｔ１）から温度Ｔ１＋５℃となった瞬間（時間ｔ１，温度Ｔ１＋５）まで時間積分し、その最大値として導出される。
また、全体融解潜熱ＨＴとは、蓄熱材組成物全てが固体から液体へと相変化する際には制した潜熱の総和を意味する。具体的には、全体融解潜熱ＨＴは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）にて測定されるヒートフローを時間で積分した場合のピーク面積から算出される。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、塩化カルシウム６水和物が、好ましくは７９．０～９０．９質量％含まれる。この場合、蓄熱材組成物の蓄熱量（５℃幅融解潜熱量）がより大きくなる。また、本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、塩化カルシウム６水和物が、より好ましくは８１．１～８９．５質量％含まれる。この場合、蓄熱材組成物の融解上限温度がより低くなる。
＜臭化アンモニウム＞
臭化アンモニウム（ＮＨ４Ｂｒ）としては、公知のものを用いることができる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、臭化アンモニウムが、通常２．７～１２．３質量％含まれる。臭化アンモニウムの含有量が上記範囲内にあると、蓄熱材組成物の５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上になる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、臭化アンモニウムが、好ましくは５．６～９．３質量％含まれる。この場合、蓄熱材組成物の蓄熱量（５℃幅融解潜熱量Ｈ５）がより大きくなり、蓄熱材組成物の融解上限温度がより低くなる。
＜臭化カリウム＞
臭化カリウム（ＫＢｒ）としては、公知のものを用いることができる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、臭化カリウムが、通常１．８～１４．４質量％含まれる。臭化カリウムの含有量が上記範囲内にあると、蓄熱材組成物の５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上になる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、臭化カリウムが、好ましくは２．５～１１．１質量％含まれる。この場合、蓄熱材組成物の蓄熱量（５℃幅融解潜熱量Ｈ５）がより大きくなり、蓄熱材組成物の融解上限温度がより低くなる。
蓄熱材組成物は、好ましくは、主剤１００質量％中に、塩化カルシウム６水和物が７９～９０．９質量％、臭化アンモニウムが２．７～１２．３質量％及び臭化カリウムが１．８～１４．４質量％含まれる。塩化カルシウム６水和物等の各物質の含有量が上記範囲内にあると、蓄熱材組成物の５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上になる。
＜蓄熱材組成物の組成＞
蓄熱材組成物では、主剤におけるＸ、Ｙ、及びＺが下記式（１）～（６）を満たすことが好ましい。ここで、Ｘ、Ｙ、及びＺは、主剤中の塩化カルシウム６水和物の含有量をＸ質量％、臭化アンモニウムの含有量をＹ質量％、及び前記臭化カリウムの含有量をＺ質量％と規定したものである。
［数７］
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００ （１）
［数８］
＋０．０３８Ｘ－Ｙ－０．４１≦０ （２）
［数９］
－６．３７５Ｘ－Ｙ＋５８２．４９≧０ （３）
［数１０］
－０．５３２Ｘ－Ｙ＋５６≧０ （４）
［数１１］
＋０．１３６Ｘ－Ｙ＋１．０９≧０ （５）
［数１２］
－２．００Ｘ－Ｙ＋１６８．５０≦０ （６）
図６は、主剤における、塩化カルシウム６水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムの含有量の好適な範囲を示す三元系状態図である。図６に示す五角形Ｒ及びその内部は、上記式（１）～（６）を満たす範囲である。
本実施形態に係る蓄熱材組成物において、上記Ｘ、Ｙ、及びＺが下記式（１）～（６）を満たすと、蓄熱材組成物の５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上になる。
（第１の相分離抑制剤）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の第１の相分離抑制剤をさらに含むと、主剤が保湿下で保存されるため好ましい。特定の第１の相分離抑制剤は、特定の単量体と、多官能性単量体と、を重合させて得られる。
＜単量体＞
特定の単量体としては、有機不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸、有機不飽和リン酸、有機不飽和アミド、有機不飽和アルコール、有機不飽和カルボン酸塩、有機不飽和スルホン酸塩、及び有機不飽和リン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の単量体が用いられる。
有機不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸及びイタコン酸からなる群より選択される１種以上の不飽和カルボン酸が用いられ、好ましくはアクリル酸が用いられる。
有機不飽和スルホン酸としては、例えば、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、ｐ－スチレンスルホン酸、スルホエチルメタクリレート、アリルスルホン酸及びメタアリルスルホン酸からなる群より選択される１種以上の有機不飽和スルホン酸が用いられる。
有機不飽和カルボン酸塩としては、例えば上記不飽和カルボン酸のアルカリ金属塩やアンモニウム塩が用いられる。上記不飽和カルボン酸のアルカリ金属塩としては、例えば、上記不飽和カルボン酸のナトリウム塩が用いられる。上記不飽和カルボン酸のナトリウム塩としては、好ましくは、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウムが用いられる。
有機不飽和スルホン酸塩としては、例えば、上記有機不飽和スルホン酸のアルカリ金属塩やアンモニウム塩が用いられる。上記有機不飽和スルホン酸のアルカリ金属塩としては、例えば、上記有機不飽和スルホン酸のナトリウム塩が用いられる。
上記特定の単量体は、そのまま重合すると特定の単量体が重合した重合体を形成する。
＜多官能性単量体＞
多官能性単量体は、特定の単量体が重合した重合体を架橋させるものである。多官能性単量体としては、例えば、Ｎ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－メチレンビスメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－ジメチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’－ジメチレンビスメタクリルアミドが用いられ、好ましくはＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド又はＮ，Ｎ’－メチレンビスメタクリルアミドが用いられる。
（融点降下剤）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の融点降下剤をさらに含むと、主剤の融点が降下するため好ましい。融点降下剤としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及び尿素からなる群より選択される少なくとも１種の融点降下剤が用いられる。
（過冷却抑制剤）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の過冷却抑制剤をさらに含むと、主剤の過冷却が抑制されるため好ましい。過冷却抑制剤としては、例えば、水酸化ストロンチウム八水和物、水酸化ストロンチウム、塩化ストロンチウム、塩化ストロンチウム六水和物、オクタデカン、デカン酸、ビスコースレーヨン、ブロモオクタデカン、リン酸モノドデシルナトリウム、アルミナ、プロパノール、２－プロパノール、１－プロパノール、リン酸ドデシルＮａ、ホウ砂Ｎａ２Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４・８Ｈ２Ｏ、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、黒鉛、アルミニウム、二酸化チタン、ヘクトライト、スメクタイトクレイ、ベントナイト、ラポナイト、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチレンジアミン四酢酸、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルリン酸ナトリウム、アルキル硫酸カリウム、及びアルキルリン酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１種以上の過冷却抑制剤が用いられる。
（第２の相分離抑制剤）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の第２の相分離抑制剤をさらに含むと、主剤の相分離が抑制されるため好ましい。第２の相分離抑制剤としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸エステル、アクリルアミド・アクリル酸・ＤＭＡＥＡ－ＭｅＣｌの共重合物、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリルアミド、ポリ塩化アルミニム、硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、ポリカルボキシレートポリエーテルポリマー、アクリル酸・マイレン酸共重合体ナトリウム、アクリル酸・スルホン酸系モノマー共重合体ナトリウム、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルメタクリラートジメチル硫酸塩共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、高吸水樹脂（ＳＡＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ＣＭＣの誘導体、カラギーナン、カラギーナンの誘導体、キサンタンガム、キサンタンガムの誘導体、ペクチン、ペクチンの誘導体、デンプン、デンプンの誘導体、コンニャク、寒天、層状ケイ酸塩、及び上記物質の複合物質からなる群より選択される少なくとも１種の第２の相分離抑制剤が用いられる。
（特性）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満にあり、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適な温度範囲で蓄熱性能を発現する。このため、本実施形態に係る蓄熱材組成物は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適である。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満、好ましくは１６℃以上１９℃未満、より好ましくは１７℃以上１８℃未満にある。本実施形態に係る蓄熱材組成物は、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満が上記数値範囲内にあるため、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適な温度範囲で蓄熱性能を発現する。このため、本実施形態に係る蓄熱材組成物は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適である。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上、より好ましくは１５０Ｊ／ｇ以上、さらに好ましくは１６０Ｊ／ｇ以上である。また、本実施形態に係る蓄熱材組成物は、５℃幅融解潜熱Ｈ５が特に好ましくは１７０Ｊ／ｇ以上、より特に好ましくは１８０Ｊ／ｇ以上である。本実施形態に係る蓄熱材組成物は、５℃幅融解潜熱Ｈ５が上記数値範囲内にあるため、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適である。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、全体融解潜熱ＨＴが、好ましくは１５０Ｊ／ｇ以上、より好ましくは１６０Ｊ／ｇ以上、さらに好ましくは１７０Ｊ／ｇ以上、特に好ましくは１８０Ｊ／ｇ以上、より特に好ましくは１９０Ｊ／ｇ以上である。本実施形態に係る蓄熱材組成物は、全体融解潜熱ＨＴが上記数値範囲内にあるため、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適である。
（発明の効果）
本実施形態に係る蓄熱材組成物によれば、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上である蓄熱材組成物が得られる。
［建築物の冷暖房用の蓄熱システム］
本実施形態に係る建築物の冷暖房用の蓄熱システムは、上記本実施形態に係る蓄熱材組成物を用いた蓄熱材モジュールを具備する。
（蓄熱材モジュール）
蓄熱材モジュールとしては、例えば、前記蓄熱材組成物を十分な密封性を有する容器に充填させた蓄熱材パックからなり、この蓄熱材パックを単数ないしは複数積層させるとともに、適切な流路を設け、モジュール化したものが用いられる。蓄熱材パックに用いる容器としては、例えば、アルミシートに樹脂製シートを積層して形成されたアルミパックシートを熱溶着することで形成されたアルミパック等が挙げられる。蓄熱材モジュールは、建造物中の空間を区切る床面、壁面、天井面の少なくとも一部に設置される。
このように設置された蓄熱材モジュールは、モジュール表面とこのモジュール表面を通気した雰囲気との熱交換、日射による日射熱、夜間電力を利用した空調システム等によって蓄熱（蓄冷）される。例えば、昼間においては、蓄熱材モジュール中の蓄熱材組成物は、建造物中の空間から得た熱によって融解し、その分のエンタルピーを蓄熱材組成物の内部に保留する。その後、夜間に外気温度が下がってくると、融解していた蓄熱材組成物は凝固し、建造物中の空間へ熱を放出する。このように、蓄熱材モジュールを建物内に設置すると、蓄熱材組成物の融解・凝固の作用により、冷暖房のためのエネルギー負荷を低減することができる。
（発明の効果）
本実施形態に係る蓄熱材システムによれば、モジュール表面とこのモジュール表面を通気した雰囲気との熱交換、日射による日射熱、夜間電力を利用した空調システム等によって蓄熱（蓄冷）されるため、冷暖房のためのエネルギー負荷を低減することができる。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
（蓄熱材組成物の作製）
塩化カルシウム（キシダ化学株式会社製、特級）と、臭化アンモニウム（キシダ化学株式会社製、特級）と、臭化カリウム（キシダ化学株式会社製、特級）とを用意した。
２０ｍｌのガラス製サンプル瓶に、塩化カルシウム６水和物と、臭化アンモニウムと、臭化カリウムを、合計約５ｇになるように所定量混合した。塩化カルシウム、臭化アンモニウム、臭化カリウム及び純水の量は、得られる蓄熱材組成物の組成が表１に示す組成になるような量で配合した。この際の純水の量は塩化カルシウムが全て塩化カルシウム６水和物になるように所定量秤量し、混合した。この際の純水の添加量は塩化カルシウム添加量から算出される公称添加量に対して、±１％以下の差異であった。
得られた混合物を５０℃以上で湯煎したところ、蓄熱材組成物が得られた（試料Ｎｏ．Ａ１１）。
また、蓄熱材組成物の調製時の沈殿の生成の有無を調べた。蓄熱材組成物の調製時に沈殿が生成することは、凝固・融解を繰り返したときの蓄熱材組成物の特性安定性が低いことを示す指標である。試料Ｎｏ．Ａ１１の蓄熱材組成物では、沈殿は生成しなかった。結果を表１に示す。
Figure 0007014752000001
（全体融解潜熱ＨＴ、５℃幅融解潜熱Ｈ５、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌの測定）
蓄熱材組成物から約１０ｍｇ試料を採取し、ＤＳＣ（示差走査熱量計）による蓄熱材組成物の全体融解潜熱ＨＴ、５℃幅融解潜熱Ｈ５、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌの測定を実施した。全体融解潜熱ＨＴは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）にて測定されるヒートフローを時間で積分した場合のピーク面積から算出した。５℃幅融解潜熱Ｈ５は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）にて測定されるヒートフローをある瞬間（時間ｔ１，温度Ｔ１）から温度Ｔ１＋５℃となった瞬間（時間ｔ１，温度Ｔ１＋５）まで時間積分し、その最大値として導出した。また５℃幅下限温度Ｔ５Ｌについては、その際の下限温度として導出した。これらの結果を表１に示す。
［実施例２～１７、比較例１～１０］
得られる蓄熱材組成物が表１又は表２に示す組成になるように、塩化カルシウム６水和物、臭化アンモニウム、臭化カリウム、及び純水の配合量を変えた以外は、実施例１と同様にして、蓄熱材組成物を得た（試料Ｎｏ．Ａ１～Ａ１０、Ａ１２～Ａ２７）。
試料Ｎｏ．Ａ１～Ａ１０はそれぞれ比較例１～１０の蓄熱材組成物、試料Ｎｏ．Ａ１２～Ａ２７はそれぞれ実施例２～１７の蓄熱材組成物である。
Figure 0007014752000002
試料Ｎｏ．Ａ１～Ａ１０及びＡ１２～Ａ２７につき、実施例１と同様にして、蓄熱材組成物の沈殿の生成の有無を調べた。また、試料Ｎｏ．Ａ１～Ａ１０及びＡ１２～Ａ２７につき、実施例１と同様にして、全体融解潜熱ＨＴ、５℃幅融解潜熱Ｈ５、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌの測定を行った。
結果を表１及び表２に示す。
（三元系組成図）
図６は、主剤における、塩化カルシウム６水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムの含有量の好適な範囲を示す三元組成図である。
試料Ｎｏ．Ａ１～Ａ２７の蓄熱材組成物の組成を図７にプロットした。
試料Ｎｏ．Ａ１８～Ａ２７（実施例８～１７）の蓄熱材組成物は、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満、５℃幅融解潜熱ＨＴが１４０Ｊ／ｇ以上であった。図６に、試料Ｎｏ．Ａ１８～Ａ２７の蓄熱材組成物のプロットを記号○で示す。
試料Ｎｏ．Ａ１１～Ａ１７（実施例１～７）の蓄熱材組成物は、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満であり、５℃幅融解潜熱ＨＴが１７５Ｊ／ｇ以上であった。図７に、試料Ｎｏ．Ａ１１～Ａ１７の蓄熱材組成物のプロットを記号◇で示す。
記号◇で示す試料Ｎｏ．Ａ１１～Ａ１７の蓄熱材組成物は、記号○で示す試料Ｎｏ．Ａ１８～Ａ２７の蓄熱材組成物よりも、５℃幅融解潜熱ＨＴが高いため、より好適である。
図６に、試料Ｎｏ．Ａ１～Ａ１０の蓄熱材組成物のプロットを記号×で示す。試料Ｎｏ．Ａ１～Ａ６（比較例１～６）の蓄熱材組成物は、調製時に沈殿が生成したため、ＤＳＣでの測定に至らなかった。試料Ｎｏ．Ａ７～Ａ１０（比較例７～１０）は５℃幅融解潜熱ＨＴが１４０Ｊ／ｇ以下であった。
上記記号○、◇及び×は、前者ほど好ましいことを示す。
図６において、五角形の領域Ｒは、プロット記号○の試料Ｎｏ．Ａ１８～Ａ２７（実施例８～１７）及びプロット記号◇の試料Ｎｏ．Ａ１１～Ａ１７（実施例１～７）が存在する領域である。
図６において、五角形の領域Ｒは、Ｘ、Ｙ及びＺが下記式（１）～（６）を満たす領域である。なお、式（１）～（６）において、主剤１００質量％中の、塩化カルシウム６水和物の含有量をＸ質量％、臭化アンモニウムの含有量をＹ質量％、及び臭化カリウムの含有量をＺ質量％と規定した。
［数１３］
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００ （１）
［数１４］
＋０．０３８Ｘ－Ｙ－０．４１≦０ （２）
［数１５］
－６．３７５Ｘ－Ｙ＋５８２．４９≧０ （３）
［数１６］
－０．５３２Ｘ－Ｙ＋５６≧０ （４）
［数１７］
＋０．１３６Ｘ－Ｙ＋１．０９≧０ （５）
［数１８］
－２．００Ｘ－Ｙ＋１６８．５０≦０ （６）
図６に示す五角形の領域Ｒは、プロット記号○及び◇の試料Ｎｏ．Ａ１８～Ａ２７及びＡ１１～Ａ１７（実施例８～１７及び１～７）が存在する領域である。すなわち、領域Ｒは、５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満であり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上である蓄熱材組成物が存在する領域である。このため、Ｘ、Ｙ及びＺが上記式（１）～（６）を満たす領域Ｒは、好適な蓄熱材組成物が得られる領域を示すものである。
以上、本発明を実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
Ｔｓ 融解下限温度
Ｔｆ 融解上限温度
Ｔ５Ｌ ５℃幅下限温度
Ｔ５Ｈ ５℃幅上限温度
ＨＴ 全体融解潜熱
Ｈ５ ５℃幅融解潜熱

Claims (8)

  1. 塩化カルシウム６水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムからなる主剤を含み、
    ５℃幅下限温度Ｔ５Ｌが１５℃以上２０℃未満の範囲内にあり、５℃幅融解潜熱Ｈ５が１４０Ｊ／ｇ以上であることを特徴とする蓄熱材組成物。
  2. 前記主剤１００質量％中に、
    前記塩化カルシウム６水和物が７９～９０．９質量％、
    前記臭化アンモニウムが２．７～１２．３質量％、及び
    前記臭化カリウムが１．８～１４．４質量％含まれることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱材組成物。
  3. 前記主剤１００質量％中の、前記塩化カルシウム６水和物の含有量をＸ質量％、前記臭化アンモニウムの含有量をＹ質量％、前記臭化カリウムの含有量をＺ質量％と規定したとき、Ｘ、Ｙ、及びＺが下記式（１）～（６）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱材組成物。
    ［数１］
    Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００ （１）
    ［数２］
    ＋０．０３８Ｘ－Ｙ－０．４１≦０ （２）
    ［数３］
    －６．３７５Ｘ－Ｙ＋５８２．４９≧０ （３）
    ［数４］
    －０．５３２Ｘ－Ｙ＋５６≧０ （４）
    ［数５］
    ＋０．１３６Ｘ－Ｙ＋１．０９≧０ （５）
    ［数６］
    －２．００Ｘ－Ｙ＋１６８．５０≦０ （６）
  4. 有機不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸、有機不飽和リン酸、有機不飽和アミド、有機不飽和アルコール、有機不飽和カルボン酸塩、有機不飽和スルホン酸塩、及び有機不飽和リン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の単量体と、
    多官能性単量体と、
    を重合させて得られる第１の相分離抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。
  5. 塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及び尿素からなる群より選択される少なくとも１種の融点降下剤をさらに含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。
  6. 水酸化ストロンチウム八水和物、水酸化ストロンチウム、塩化ストロンチウム、塩化ストロンチウム六水和物、オクタデカン、デカン酸、ビスコースレーヨン、ブロモオクタデカン、リン酸モノドデシルナトリウム、アルミナ、プロパノール、２－プロパノール、１－プロパノール、リン酸ドデシルＮａ、ホウ砂Ｎａ２Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４・８Ｈ２Ｏ、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ストロンチウム、水酸化アルミニウム、黒鉛、アルミニウム、二酸化チタン、ヘクトライト、スメクタイトクレイ、ベントナイト、ラポナイト、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチレンジアミン四酢酸、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルリン酸ナトリウム、アルキル硫酸カリウム、及びアルキルリン酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１種の過冷却抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。
  7. ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸エステル、アクリルアミド・アクリル酸・ＤＭＡＥＡ－ＭｅＣｌの共重合物、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリルアミド、ポリ塩化アルミニム、硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、ポリカルボキシレートポリエーテルポリマー、アクリル酸・マイレン酸共重合体ナトリウム、アクリル酸・スルホン酸系モノマー共重合体ナトリウム、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルメタクリラートジメチル硫酸塩共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、高吸水樹脂（ＳＡＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ＣＭＣの誘導体、カラギーナン、カラギーナンの誘導体、キサンタンガム、キサンタンガムの誘導体、ペクチン、ペクチンの誘導体、デンプン、デンプンの誘導体、コンニャク、寒天、層状ケイ酸塩、及びこれらの物質の複合物質からなる群より選択される少なくとも１種の第２の相分離抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。
  8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物を用いた蓄熱材モジュールを具備することを特徴とする建築物の冷暖房用の蓄熱システム。
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