JPH05331457A - 蓄熱用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄熱用組成物の提供。 【構成】 ＤＢＰ吸油量１００以上のカーボンブラック
及び蓄熱材を含む蓄熱用組成物。 【効果】 蓄熱用組成物系の熱伝導率を顕著に高めると
共に該組成物の経時相分離を抑止することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カーボンブラックを含
む蓄熱用組成物に関する。更に詳しくは、本発明は、Ｄ
ＢＰ吸油量１００以上のカーボンブラックを含むことを
特徴とする熱伝導率の良好な蓄熱用組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に蓄熱材料としては熱媒体となる物
質の温度上昇のみを利用した顕熱蓄熱媒体と、熱媒体と
なる物質の融解、凝固等の相変化に伴う吸収熱を利用し
た潜熱蓄熱媒体とが知られている。この中後者の潜熱蓄
熱媒体が狭い温度範囲で大きな蓄熱が期待出来、しかも
一定温度の熱を得られるという利点を有している。この
ような潜熱蓄熱媒体としては無機塩、無機水和塩、共融
混合物等の無機物系材料及びパラフィン、ポリエチレ
ン、多価アルコール等の有機物系材料がある。

【０００３】有機物系材料は熱伝導率が小さいため実用
化するには熱伝導率の改良が必要であり、無機物系材料
についても熱伝導率が大きい方が相変化の反応速度が早
くなり、相変化の安定に連がると考えられる。このため
熱伝導性が改良された蓄熱用組成物がいろいろ提案され
ている。

【０００４】特開昭５４−９４４８１号公報には、熱媒
体の伝熱性状を改質する方法において熱媒体中にＡｌの
ような金属の微粉を分散せしめた組成物が提案されてい
る。

【０００５】また、特開昭６１−２６１３８８号公報に
は、熱伝導促進手段として蓄熱媒体中に分散せしめた熱
伝導率の大きいセラミック粉末及び三次元網目状構造に
より形成させる空洞中前記蓄熱媒体を充填した発泡金属
又は発泡セラミックが提案されている。

【０００６】更に、特開昭６２−１２９３７８号公報に
は、多価アルコール系蓄熱材料の熱伝導率を改良するた
めに多価アルコール中に金属及び／又はグラファイトを
均一に分散せしめた蓄熱用組成物が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蓄熱用
組成物の熱伝導率を改良するために金属、セラミック、
グラファイト等を添加する場合、これらの熱伝導改良材
の添加量が多くなると、組成物系全体の蓄熱量は減少す
るという問題点がある。また、蓄熱材が腐食性のある無
機塩類である場合、熱伝導改良材として金属等は使用出
来ないという問題もある。

【０００８】本発明は、熱伝導改良材として金属等を添
加する従来の蓄熱用組成物の問題点を解決しようとする
ものであって、熱伝導率が改良され、且つ高い耐腐食性
の蓄熱用組成物を提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するために鋭意研究を行なった結果、蓄熱材に少
量のＤＢＰ吸油量が１００以上のカーボンブラックを配
合することにより熱伝導率が高く且つ耐腐食性の優れた
蓄熱用組成物が得られることを見い出し本発明を完成し
た。

【００１０】即ち、本発明は、下記成分： （１）ＤＢＰ吸油量１００以上のカーボンブラック：
０．１〜９重量％ 及び（２）蓄熱材：９９．９〜９１
重量％を含むことを特徴とする蓄熱用組成物である。以
下、本発明の組成物について具体的に説明する。

【００１１】（カーボンブラック）本発明に用いられる
カーボンブラックは、ＪＩＳ Ｋ６２２１-1982 による
ＤＢＰ吸油量が１００以上、好ましくは２００以上、更
に好ましくは３００以上のものである。嵩高く、ＤＢＰ
吸油量の大きいカーボンブラックは蓄熱用組成物中にカ
ーボン微粒子のネットワーク（一般にストラクチャーと
呼ばれる構造）を堅固に保持し、この三次元高熱伝導性
網目構造を通じて熱が自在に移送されるので少量添加で
も熱伝導率を著しく向上させる役目を果たしていると考
えられる。しかしながら、ＤＢＰ吸油量が１００より少
ないカーボンブラックはストラクチャーが未発達で且つ
粒子相互の接着強度も低いので混ぜた時点でネットワー
クが少なくなり、ＤＢＰ吸油量１００以上のカーボンブ
ラックと同等の性能を求める時には多量の添加が必要と
なり、蓄熱用組成物系の蓄熱量の大幅な減少をもたら
し、本発明の熱伝導改良効果は極度に低下する。

【００１２】本発明に用いられるカーボンブラックとし
ては、例えばケッチェンブラックＥＣ、ケッチェンブラ
ック６００ＪＤ（ＫＢＩＣ社製）、Black Pearl-2000、
Vulcan ＸＣ−７２（ＣＡＢＯＴ社製）、デンカブラッ
ク（電気化学工業（株）製）、＃３０５０、＃３１５
０、＃３２５０、＃３６００Ｂ、＃３７５０、＃３９５
０（三菱化成（株）製）、＃４５００、＃５５００（東
海カーボン（株）製）、ＨＳ−５００（旭カーボン
（株）製）、アセチレンブラック等を挙げることが出来
る。これらの中、特にケッチェンブラックＥＣ及び６０
０ＪＤが好ましい。なお、本発明で用いられるカーボン
ブラックの使用量は、カーボンブラックと蓄熱材との合
計量に対して０．１〜９重量％、好ましくは０．２〜５
重量％、更に好ましくは０．３〜３重量％である。本発
明においては蓄熱材成分例えば無機塩類をストラクチャ
ー内に保持出来るのでカーボンブラックの使用量が少量
で済むのである。

【００１３】（蓄熱材）本発明で用いられる蓄熱材とし
ては、従来公知のものが用いられるが、無機系として
は、例えば水、ＮＨ₄ ＨＣＯ₃ 、ＮＨ₄ Ｃｌ、Ｎａ₂ Ｃ
Ｏ₃ 、ＮａＣｌ、ＮａＮＯ₃ 、ＫＨＣＯ₃ 、ＫＣｌ、Ｋ
ＮＯ₃ 等の無機塩の水溶液、又はＮａＳＯ ₄ ・１０Ｈ₂
Ｏ、Ｎａ₂ Ｓ₂ Ｏ₃ ・５Ｈ₂ Ｏ、ＣａＣｌ₂ ・６Ｈ
₂ Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ₃ ）₂ ・６Ｈ₂ Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）₂ ・
８Ｈ₂ Ｏ、ＮＨ₄ Ａｌ（ＳＯ₄ ）₂ ・１２Ｈ₂ Ｏ等の無
機水和塩と水との混合物、又は酢酸ナトリウム及びその
水和物のような有機塩の水溶液、或いはパラフィン、ワ
ックス類、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリ
スチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸のような有機物
が挙げられる。なお、過冷却を防止するために本発明組
成物中に硼砂、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、燐酸二
水素ナトリウム、燐酸二水素カリウム、燐酸カリウム、
塩化カルシウム、臭化カルシウム、臭素酸カリウム等の
核剤を蓄熱材に対して１０重量％以下の範囲で用いるこ
とが出来る。また、相分離抑制剤として、ポリグリセリ
ン、アクリル系吸水性樹脂等を本発明組成物中に蓄熱材
に対して１０重量％以下、好ましくは１〜５重量％の範
囲で添加することが出来る。

【００１４】（カーボンブラックのストラクチャー）本
発明でカーボンブラックのストラクチャーを活用する理
由は二つある。一つは、蓄熱カプセルの如き工業的実施
態様において、カプセルの内表面から中心部迄、外形数
十ミリミクロンの微細なカーボンブラック粒子が強固な
三次元結合をしてなるストラクチャーで縦横に連結され
た構造を構築せしめることにある。この結果、内外部の
熱の伝達は蓄熱用組成物を通してではなくカーボンスト
ラクチャーを通して行われるようになる。黒鉛粒子や金
属粒子の如き伝熱材料は、そのもの自体の熱伝導率がカ
ーボンブラックより大きくても、粒子間には蓄熱用組成
物が介在する形状しかとれず、表面から中心迄の迅速な
熱伝達を達成することは出来ない。また、カプセル内に
銅線などを張って内部迄の熱伝導を迅速化する方法も提
案されているが、カプセル内表面から中心迄縦横の網目
構造を作ることは技術及び価格の両面から不可能なこと
は明かである。従って、本発明のカーボンブラックの添
加によって始めて蓄熱装置のエネルギー授受効率を著し
く高めることが出来るのである。

【００１５】また、工業的実施形態に於いて、カプセル
自体の熱伝導性をカーボンブラックによって高めること
は容易である。例えば、ケッチェンブラックで変成され
たポリオレフィンであるＥＣＸ（三菱油化（株）製）で
カプセルを製造することは容易である。このようなカプ
セルに本願発明のカーボンブラック変成蓄熱材を充填す
ると熱交換すべき媒体（気、液不問）との熱交換速度を
一層高めることが出来る。更にこのような組み合わせ系
では、カプセル自体に通電したときに面状発熱体とする
ことが出来るので、蓄熱設備に適当な通電設備を付与し
て深夜電力によって蓄熱材を直接加熱し、早朝の各室毎
の暖房立ち上げに用いるとか、ビル全体での付加熱源と
して用いるなど種々の用途開発を計ることが出来る。ま
た、ペルチェ放熱で冷房用途にも同様の効果をもたらす
ことが出来る。何れの場合においても、カプセルの内部
の熱の授受が迅速化出来るため、見掛けの熱伝導率の向
上の他に急速負荷に対応出来る蓄熱設備素子として極め
て有効である。また、カプセル以外の形状、例えば壁パ
ネル、天井パネル、床パネルなどの用途にも同じ性能が
発揮出来る。

【００１６】二番目の目的はカーボンブラックの高いＤ
ＢＰ吸油量とその吸油スペースがナノメーター領域にあ
ることを利用して、蓄熱材の分散保持剤としての役割を
担わせることにある。ケッチェンブラックＥＣで代表さ
れる高ＤＢＰ吸油量カーボンブラックは高熱伝導率、高
電気伝導率を重要視されながらも、例えばポリエチレン
などと混練する時には、その吸油量が余りにも高くて適
度な射出性能を有する複合体を得るのが難しいというク
レームが多い商品である。

【００１７】本発明者等は、この高吸液性を融解−晶析
を繰り返す蓄熱用組成物の微細状態での保持材に利用す
ることを発想したのである。従来も高吸水性樹脂の如き
高分子架橋構造体がこの目的に使われているが、繰り返
し使用すると蓄熱用組成物が架橋構造体から分離し、そ
の結果蓄熱性能が経時劣化することが見い出されてい
る。これに対して、カーボンブラックは蓄熱用組成物に
よる劣化がないことが、類似化合物を用いる乾電池で実
証されている。本発明組成物においては、カーボンブラ
ックは、一定のＤＢＰ吸油量以上で高吸水性樹脂以上の
液保持力を長時間保持出来ることが確認されている。

【００１８】ＤＢＰ吸油量が１００以上のストラクチャ
ー構造が発達したカーボンブラックは組成物中でネット
ワークを作り、組成物をストラクチャーの中に保持する
状態をとる。ストラクチャー構造を持たない金属微粉等
は組成物中に分散していて、熱伝導の媒体はやはり組成
物自体が多くを占めると考えられる。このネットワーク
の有無が添加量に大きく影響していると考えられる。

【００１９】本発明は、蓄熱用組成物がカプセル、パネ
ル及びパイプなどに詰めて使用される場合に特に効果が
ある。その理由をカプセルを例に以下に述べる。カプセ
ルに詰められた蓄熱用組成物は、カプセルと接する部分
から凝固し始め、最後に中心部分が凝固する。融解時も
同じくカプセルと接する部分から融解し、最後に中心部
分が融解する。組成物がカプセルと接する部分から融解
すると、融解物は結晶である凝固物よりも熱伝導率が小
さくなるので、初期融解時点で内部の熱伝導が阻害さ
れ、融解時の潜熱の放出が行われにくくなり融解速度が
遅くなる。従って、冷房初期の大量の冷熱を必要とする
設備では、冷房立ち上がり速度の低下につながり蓄熱設
備を設けた意義が低下する。所が、本発明の組成物を用
いれば外殻が融解して組成物の熱伝導率が小さくなって
もカーボンブラックのネットワークが形成されているの
で、このネットワークを通じて外部エネルギーのカプセ
ル深部への浸透が潤滑に行われ急速なエネルギー受け入
れが可能になる。凝固時も同様の現象が発生し、結晶を
通してではなくカーボンブラックのストラクチャー構造
を通して熱の授受が行われる。従って、本発明者等の組
成物により得られた熱伝導率の向上の数値はせいぜい４
０％であるが、カーボンストラクチャーによる熱伝導の
パターンの変更は従来技術の粒子状伝熱媒体による熱伝
導率向上とは異なり、工業的実施において画期的な区別
性を示すのである。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はこの実施例により限定されるもので
はない。

【００２１】実施例 硫酸ナトリウム１０水和塩８０重量％、塩化アンモニウ
ム１５重量％、臭化アンモニウム１５重量％の組成物
に、過冷却防止剤として硼砂を硫酸ナトリウム系水和物
１００重量部に対し１．５重量部、熱伝導率改良材とし
てケッチェンブラックＥＣを硫酸ナトリウム系水和物１
００重量部に対し１．５重量部添加した。熱伝導率の測
定はアグネ製熱伝導率測定装置を用いた。この系の０℃
における熱伝導率は０．７０ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃で
あった。

【００２２】比較例 実施例と主成分および過冷却防止剤は同じ組成で高分子
網目構造体として、ケッチェンブラックと同じ働きが期
待できる高吸水性樹脂を硫酸ナトリウム系主成分１００
重量部に対し１．５重量部添加した場合の０℃における
熱伝導率は０．５０ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であった。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、蓄熱材にＤＢＰ吸油量
１００以上のカーボンブラックを少量配合することによ
り該蓄熱用組成物系の熱伝導率を顕著に高めると共に該
組成物の経時相分離を抑止することが出来る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記成分： （１）ＤＢＰ吸油量１００以上のカーボンブラック：
   ０．１〜９重量％ 及び（２）蓄熱材：９９．９〜９１
   重量％を含むことを特徴とする蓄熱用組成物。
2. 【請求項２】 蓄熱材が水である請求項１記載の蓄熱用
   組成物。
3. 【請求項３】 蓄熱材が無機塩及び／又は無機水和塩の
   水溶液である請求項１記載の蓄熱用組成物。
4. 【請求項４】 蓄熱材が有機物である請求項１記載の蓄
   熱用組成物。