JPH0453913B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は蓄熱材に関する。更に詳しくは、凝固
時の過冷却の程度を軽減し、長期の熱サイクルに
対し安定した性能を発揮する蓄熱材に関する。 〔従来の技術〕 蓄熱材としては、従来から水や砕石が用いられ
てきたが、これらは蓄熱密度が小さいため
（1cal／ｇ・deg）、実用に際してはかなり大きな
蓄熱器を必要とする。また、放熱に伴つて、蓄熱
器内の温度は徐々に低下するので、安定な熱エネ
ルギーを得ることは、技術的にかなり困難であ
る。 これに対し、近年物質の融解、凝固の際の潜熱
を蓄熱に応用する研究、開発が盛んになつてきて
いる。このような潜熱型の蓄熱材の特徴は、材料
の融解温度に一致した一定温度の熱エネルギー
を、数10cal／ｇという高い蓄熱密度で安定に吸
収および放出できる点にある。 ところで、最近太陽熱利用技術や排熱回収技術
の進展に伴ない、給湯用および暖房の熱源として
50〜60℃といつた比較的低い温度での蓄熱が注目
されている。このような低い温度で蓄熱を行なう
際の潜熱型蓄熱材としては、パラフインワツクス
や高級脂肪酸などの有機物や無機水和物などが注
目されている。 潜熱型蓄熱材としての有機物は、融解、凝固時
における安定性は良好であるものの、材料自身の
熱伝導が悪いため、熱の吸収および放出を行なう
上で問題がある。また、比重が小さいため、蓄熱
器も比較的大きなものとなつている。 一方、無機水和物は、有機物蓄熱材と比較して
熱伝導率は約２倍程よく、比重も1.5〜2.0程度と
大きいため、蓄熱器も小さくすることができる。
しかるに、無機水和物は、一般に凝固開始温度が
融解温度よりも低くなるという、いわゆる過冷却
現象を示す。かかる現象は、無機水和物を蓄熱材
として用いた場合、一定温度の熱エネルギーを安
定して吸収および放出するという潜熱型蓄熱材の
特徴を著しく損わせるものである。 酢酸ナトリウム・３水和物CH₃COONa・
3H₂Oは、融解温度が58℃であり、潜熱量が
51cal／ｇ（示差走査量計による）と高いため、給
湯用や暖房用、更には恒温としての空調用などの
潜熱型蓄熱材として非常に有望であるが、この水
和物の場合にも過冷却現象がみられる。 即ち、一旦融解させた酢酸ナトリウム・３水和
物は、約15℃前後の室温に放置しても固化しない
のである。これは、酢酸ナトリウム・３水和物の
凝固開始温度が約−21℃であり、結局約80℃近い
温度差に相当する過冷却を生ずるためである。従
つて、58℃における熱の吸収・放出が全く円滑に
行われないので、これ単独では蓄熱材として使用
することができない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明者は、酢酸ナトリウム・３水和物にの過
冷却の程度を軽減させ得る発核剤を求めて種々の
検討を行ない、先にリン酸のナトリウム塩または
炭酸ナトリウムが有効であることを見出している
（特公平２−15598号公報および同３−48238号公
報）。 しかるに、これらを発核剤として添加した酢酸
ナトリウム・３水和物系の蓄熱材は、発核作用を
再現し得る高温時の環境温度（この温度で加熱融
解させたものを冷却凝固させる操作をくり返して
も、再現性よく凝固し得る最高加熱温度）が比較
的低く、炭酸ナトリウムとリン酸二水素一ナトリ
ウムではいずれも最高82℃程度であり、リン酸一
水素ナトリウムの場合でも最高86℃程度である。 一般に、蓄熱材を各種用途に用いる場合、この
凝固再現可能な最高加熱温度を℃でもあるいは２
℃でも高めることは、蓄熱材の信頼性を高める上
で重要なことである。その理由は、蓄熱材をその
温度以上に加熱すると発核剤の発核能力が消失し
てしまうからであり、そのために蓄熱材の実際の
使用環境温度をそれ以下の温度に厳密に保持しな
ければならないことになる。しかるに、その使用
環境温度を一定温度以下に抑えるためには複雑な
システム制御が必要であり、これは現実には非常
に難かしい問題である。このために、実際の使用
時においては、凝固再現可能な最高加熱温度以上
の温度環境に蓄熱材が曝さられ、それの発核能力
が消失してしまう危険性が常に存在する。 従つて、このような最高加熱温度を少しでも高
めることができれば、比較的狭い温度範囲で使用
される蓄熱材の信頼性をかなり向上させることが
できるが、本発明者は酢酸ナトリウム・３水和物
系の蓄熱材に炭酸ナトリウムとリン酸二水素一ナ
トリウムの両者を併用して発核剤として添加する
ことにより、かかる課題が効果的に解決されるこ
とを見出した。 〔問題点を解決するための手段〕および〔作用〕 従つて、本発明は蓄熱材に係り、この蓄熱材
は、酢酸ナトリウム・３水和物に、発核剤として
炭酸ナトリウムおよびリン酸二水素一ナトリウム
を添加してなる。 用いられる発核剤各成分は無水物または水和物
として用いることができ、水和物としては例えば
炭酸ナトリウム・100水和物、リン酸二水素一ナ
トリウム・２水和物などが用いられる。後記実施
例の結果に示されるように、これらの発核剤各成
分は、無水物、水和物共炭酸ナトリウム約30〜80
％とリン酸二水素一ナトリウム約70〜20％の組成
比で用いられたとき、88℃という発核再現性最高
加熱温度を示すようになる。 これらの各成分からなる発核剤は、酢酸ナトリ
ウム・３水和物に対して約0.05〜20重量％、好ま
しくは約0.1〜10重量％の割合で用いられる。こ
れより少ない使用量では、本発明の所期の目的を
達成することができず、一方発核剤各成分の合計
量が約20重量％以上になると、酢酸ナトリウム・
３水和物の融解温度が本来の58℃から50℃以下に
低下し、目的とする蓄熱材としての適用温度範囲
からはずれるようになる。 なお、始めて調製された蓄熱材の場合には、加
熱融解液を室温冷却しても凝固しないことがあ
り、その場合には、発核剤を添加した酢酸ナトリ
ウム・３水和物の融液をそれ単独でも固化する−
20℃以下に劣却して固化させたり、あるいはそこ
に酢酸ナトリウムの３水和物または無水物の粉末
を微量添加することなどにより、一度固化を経験
させる処理を行なつてから普通に用いられる。 〔発明の効果〕 本発明においては、酢酸ナトリウム・３水和物
の蓄熱材に個々の凝固再現可能な最高加熱温度が
それぞれ82℃程度の炭酸ナトリウムとリン酸二水
素一ナトリウムとを発核剤として併用することに
より、上記最高加熱温度を88℃程度迄高め、蓄熱
材の信頼性を著しく高め、安定した蓄熱作用が営
まれるようになるという効果が得られる。 このような効果は、リン酸二水素一ナトリウム
を炭酸ナトリウムと併用したときに始めて得られ
るものであり、それ単独で86℃程度の上記最高加
熱温度を有するリン酸一水素二ナトリウムの場合
には、炭酸ナトリウムとの併用による格別の効果
がみられない。 〔実施例〕 次に、実施例について本発明の効果を説明す
る。 実施例 酢酸ナトリウム・３水和物10ｇに、発核剤とし
ていずれも無水の炭酸ナトリウムとリン酸二水素
一ナトリウムを合計0.5ｇ加えたものを、容量20
mlのガラス容器にとり、密栓する。これを80℃の
恒温槽中に４時間浸漬し、試料を完全に融解させ
た後室温に放置する。試料は過冷却を生じ、室温
に達しても液体状態を保つているが、この過冷却
状態にある融液に微量の酢酸ナトリウム・３水和
物を加え、固化させた。 以上のような固化処理を行なつた後、試料をそ
れぞれ所定温度の恒温槽中に２時間浸漬して加熱
融解させ、融解させた試料を室温に放置して、そ
の固化状態を観察した。５回くり返して行われた
試験結果は、次の基準に従つて評価された。 〇：すべての場合において再現性よく固化した △：発核能力が喪失する場合もあつた ×：全く固化しなくなる

【表】 以上の結果から、次のようなことがいえる。 (1) 炭酸ナトリウムが30〜80％、リン酸二水素一
ナトリウムが70〜20％の割合で用いられたと
き、88℃の環境温度においても、再現性よく固
化することが分る。 (2) 以上のような傾向は、炭酸ナトリウムの無水
物に代えて10水和物を用い、あるいはリン酸二
水素一ナトリウムの無水物に代えて２水和物を
用いた場合にも示される。 比較部 実施例において、リン酸二水素一ナトリウムの
代りに、リン酸一水素二ナトリウムが用いられ
た。くり返して行われた固化状態の観察結果は、
次の表２に示される。

【表】

【表】 以上の結果から、炭酸ナトリウムとリン酸一水
素二ナトリウムとを組合せて発核剤に用いた場合
には、固化が再現性よく行われるのは高々86℃で
あり、本発明の発核剤よりは劣つた結果しか示し
ていない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酢酸ナトリウム・３水和物に、発核剤として
   炭酸ナトリウムおよびリン酸二水素一ナトリウム
   を添加してなる蓄熱材。 ２ 発核剤各成分が無水物または水和物である特
   許請求の範囲第１項記載の蓄熱材。 ３ 炭酸ナトリウム30〜80％とリン酸二水素一ナ
   トリウム70〜20％の組成比の発核剤が用いられた
   特許請求の範囲第１項記載の蓄熱材。 ４ 酢酸ナトリウム・３水和物に対し、0.05〜20
   重量％の発核剤がいられた特許請求の範囲第１項
   または第３項記載の蓄熱材。