JPH0292987A - 蓄冷材組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は水と無機塩の共晶点を利用した蓄冷材組成物に
関し、殊に適量の活性炭及び／又はグラファイトもしく
はこれらの撥水処理物を過冷却防止用の核剤として添加
することにより過冷却現象を防止し、蓄冷効率を高める
と共に蓄熱利用温度の精度を高めた蓄冷材組成物に関す
るものであ［従来の技術］ たとえば工業用冷凍設備に使用される蓄冷材あるいは業
務用や家庭用クーラーボックスに装入される蓄冷材とし
て、たとえば硝酸カリウム、塩化カリウム、炭酸ナトリ
ウム等の無機塩と水の共晶点を利用した無機塩水溶液タ
イプの蓄冷材が知られている。これらの蓄冷材は０℃以
下の凝固点を有しており且つ水の有する大きな凝固潜熱
を蓄冷に有効に活用し得るところから、高性能で且つ安
価な蓄冷材として広く活用されている。

ところで蓄冷材組成物においては過冷却の防止が共通の
課題となっており、殊に水を主材とする無機塩水溶液タ
イプの蓄冷材においては顕著な過冷却現象を生じるとこ
ろから、大きな問題となっている。即ち過冷却現象とは
、当該物質の凝固点（無機塩水溶液タイプの蓄冷材にお
いては当該無機塩と水の共晶点）に到達してもまだ凝固
が起こらず、それよりもかなり下回る温度になってから
はじめて凝固を開始する現象であり、この様な物質を蓄
冷材として使用する場合は、相変化時の潜熱発生温度が
変わってくるので、凝固時の吸熱を利用した温度制御の
精度は著しく低下してくる。

しかも蓄冷時にはその凝固点をかなり下回る温度まで冷
却しなければ蓄冷を遂行することができないので蓄冷効
率が悪く、且つ必要以上に冷却能力の高い冷凍装置を使
用しなければならない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来より水以外を主材とする蓄熱材組成物（たとえばＣ
ａＣ１，を主材とする凝固点が３０℃付近のもの等）に
ついては、過冷却現象を防止するため様々の核剤を添加
する方法が検討され、ある程度の成果が得られている。

ところが無機塩と水の共晶点を利用する蓄冷材組成物に
ついては、現在のところ過冷却防止手段に関する研究が
十分になされているとは言い難い。

本発明はこの様な状況に鑑みてなされたものであって、
その目的は、無機塩と水の共晶点を利用する蓄冷材組成
物を対象とし、その過冷却現象を可及的に抑制すること
により、凝固開始温度の変動を抑制し、且つ蓄冷効率を
高めると共に、小型の冷凍装置でも無理なく蓄冷を完遂
し得る様な蓄冷材組成物を提供しようとするものである
。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成することのできた本発明に係る蓄冷材
組成物の構成は、水と無機塩の共晶点を利用した蓄冷材
組成物において、過冷却防止用の核剤として、活性炭及
び／又はグラファイトもしくはこれらの撥水処理物を含
有させてなるところに要旨を有するものである。

［作用］ 水と無機塩よりなる溶液状の共晶組成物を降温していく
と、理論的には共晶点に到達した時点で凝固が開始する
はずであるが、実際には前述の様な過冷却現象が起こり
、当該共晶点を過ぎても凝固が起こらず、たとえば共晶
点よりも５〜８℃程度低い温度に達したあたりから急激
に凝固しはじめる。そして凝固が更に進行した時点で振
動を加えると一部が再融解し、−旦温度が上昇した後再
び凝固する。即ち過冷却現象が起こると、溶融状態から
凝固へ進む状況が不安定であり、また過冷却の程度は降
温速度や融解液の撹乱状態等によっても著しく変化する
ので潜熱発生温度を特定することかできず、利用温度に
応じた温度制御は不正確とならざるを得ない、しかもこ
の組成物を完全に凝固させて蓄冷するには、前にも述べ
た様に過冷却の程度に応じた低温域まで（通常は共晶点
よりも１０℃程度低温域まで）冷却しなければならない
ので、それに見合った冷却能力の冷凍装置が必要となる
。

そこで本発明者らは、水−無機塩よりなる共晶組成物が
過冷却状態となるのを防止するため、結晶化を促進する
核剤（過冷却防止用核剤）を活用するという方向で、様
々の物質について過冷却防止効果を調べた。その結果、
活性炭、グラファイトあるいはこれらの撥水処理物を少
量添加すれば共晶組成物の過冷却現象が大幅に緩和され
ることを見出し、本発明の完成を見た。

即ちＡ’ｈ却の抑制抑制を目的とし、様々の物質を共晶
組成物に添加して核剤としての性能を調べたところ、共
晶組成物の種類によって若干の相違は認められるものの
、上記２種類の物質およびそれらの撥水処理物はいずれ
も優れた過冷却防止効果を発揮することが確認された。

これら核剤の添加量は、その種類あるいは適用される共
晶組成物との組合せによっても異なるので一律に規定す
ることは適切でないが、標準的な添加量として示すなら
ば０．０５〜１．０％（重量％の意味、以下同じ）の範
囲が好ましい。その理由は、核剤の添加量が少な過ぎる
場合は過冷却防止効果が十分に発揮され難く、また上限
については１％程度で過冷却防止効果が飽和し、それを
超えて添加してもそれ以上の効果を期待することができ
ないからである。

但し、上記の核剤の標準的添加量範囲は、その添加量に
応じてＡ冷却防止効果が比例的に向上する範囲を示すも
のではなく、核剤添加量と過冷却防止効果の間に規則的
な相間々係が存在する訳でもないので、実用化に当たっ
ては適用される共晶組成物の種類に応じて最良の核剤を
選定すると共に、最適の添加量を予め求めておくことが
望まれる。尚活性炭やグラファイトに撥水処理を施すた
めの薬剤には一切制限がないが、好ましいものとしては
珪素樹脂や弗素樹脂等が例示される。

本発明が適用される水−無機塩よりなる共晶組成物は、
共晶点を有するものである限りその種類は一切制限され
ないが、蓄冷能力やコスト等を総合的に考えて実用性の
高い無機塩を例示すると、硝酸カリウム（９，６％水溶
液）、ケイ酸ナトリウム（５，６％水溶液）、炭酸ナト
リウム（５，９３％水溶液）、硫酸マグネシウム（２０
，３％水溶液）、リン酸二水素アンモニウム（１８，５
％水溶液）、塩化カリウム（１９，５％水溶液）が挙げ
られる。

本発明に係る蓄冷材組成物を構成する必須成分は、以上
の通り水−無機塩よりなる共晶組成物と核剤（活性炭、
グラファイトおよびこれらの撥水処理物の１　ｆ！ｉ以
上）であり、これらにより本発明における初期の目的は
達成される。しかし必要によっては更に他の成分として
増粘剤等を加え、性能を一段と高めることも有効である
。

増粘剤は、比重差によって核剤が沈降したり浮上し過冷
却防止効果が低下するのを防止するうえで有効な成分で
あり、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコー
ル、ポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルロース
等の水溶性高分子物質が好ましいものとして例示される
。

［実施例］ 共晶組成物として硝酸カリウムの９．６％水溶液を使用
し、これに過冷却防止用の核剤として活性炭、グラファ
イトまたはこれらの撥水処理物を添加すると共に、適量
の増粘剤を添加して蓄冷材組成物を調製した。得られた
各蓄冷材組成物を一１０℃に保った空気稽内へ装入し、
共晶の晶出開始温度を測定することにより過冷却の程度
を調べた。

結果は第１表に示す通りであり、過冷却が最も効果的に
防止される核剤添加量は核剤の種類によって異なるが、
その種類に応じて最適量の核剤を添加すれば、過冷却温
度を０．５℃程度以下にまで抑えることができる。尚第
１表からも明らかである様に、過冷却防止効果と核剤添
加量の間には必ずしも規則的な相間々係は認められない
、また増粘剤を併用すると、核剤無添加のときの過冷却
現象はむしろ助長される傾向があるが、これに適当な核
剤を適量配合すると過冷却温度を０．５℃以下にまで抑
えることができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
ると次の通りである。

（１）過冷却を著しく抑制することができるので、凝固
温度を狭い範囲に特定することができ、蓄冷材を利用し
た温度制御精度を高めることができる。

（２）蓄冷時においても、当該蓄冷組成物を過度に降温
させることなく共晶を晶出させることができるので蓄冷
効率が良く、且つ蓄冷のための冷凍装置を小型化するこ
とができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水と無機塩の共晶点を利用した蓄冷材組成物にお
   いて、過冷却防止用の核剤として活性炭及び／又はグラ
   ファイトを含有させてなることを特徴とする蓄冷材組成
   物。
2. （２）水と無機塩の共晶点を利用した蓄冷材組成物にお
   いて、過冷却防止用の核剤として、撥水処理の施された
   活性炭及び／又はグラファイトを含有させてなることを
   特徴とする蓄冷材組成物。