JPH064843B2 - 蓄熱材組成物 - Google Patents

蓄熱材組成物

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JPH064843B2
JPH064843B2 JP60237907A JP23790785A JPH064843B2 JP H064843 B2 JPH064843 B2 JP H064843B2 JP 60237907 A JP60237907 A JP 60237907A JP 23790785 A JP23790785 A JP 23790785A JP H064843 B2 JPH064843 B2 JP H064843B2
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達 岩井
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蓄熱材組成物に関する。
蓄熱材は,顕熱および/または潜熱として熱エネルギー
を蓄熱できる。蓄熱には,潜熱を利用できる蓄熱材の使
用が有利である。何故なら,蓄熱材単位容積あたりの蓄
熱量が大きいため蓄熱装置を小型化でき,かつ一定温度
で熱エネルギーを出し入れできるからである。
多くの水和物およびその共融混合物は,加熱すると,特
有の転移温度で融解して水和物が無水物または水和の程
度が低い水和物に転移し,かつ冷却する,凝固して無水
物または水和の程度が低い水和物はもとの水和の程度が
高い水和物に復帰する。太陽エネルギーや冷凍中に排出
される廃熱を貯えかつ利用する蓄熱システムは,10〜10
0℃の温度範囲で運転するのが望ましく,そのようなシ
ステムでは,無水物または水和の程度が低い水和物への
転移温度が10〜100℃である水和物またはその共融混合
物を蓄熱材として用いるのが好ましい。
この種の蓄熱材の一つの欠点は,相転移の非調和性であ
る。すなわち,これらの蓄熱材の多くは融解によって単
一相にならない。たとえば,硫酸ナトリゥム10水塩をそ
の融点(32℃)に加熱して融解すると,結晶水を放出
して無水の硫酸ナトリゥムとなり,大部分の硫酸ナトリ
ゥム無水塩は,放出された水に溶解して液相を形成する
が,残りの小部分のナトリゥム無水塩は,溶けることな
く固相のまま残り,密度が下きいため沈降する。この二
相混合物を撹拌することなく冷却し凝固させると,液相
中の硫酸ナトリゥムは水と結合して10水塩を形成する
が,沈降した固相の硫酸ナトリゥムは極く近傍の水分子
とのみ結合して10水塩の相を形成する。この10水塩の固
体層が残りの硫酸ナトリゥム無水塩と結晶水の残りとの
それ以上の結合を妨げる。これは,回収使用可能な蓄熱
量の低下を意味する。これを回避するためには,硫酸ナ
トリゥム10水塩の非調和的融解の過程で,無水塩の沈降
を防止し,その溶液中に均一に分散したままに保つこと
が必要である。これは,ストークスの法則に基づき,溶
液系の粘度増加,いわゆるゲル化によって達成される。
この目的のため,非調和的融解を示す蓄熱材組成物中に
各種の濃化剤やハイドロゲルを配合することが従来知ら
れている。従来提案されたそのような濃化剤やハロドロ
ゲルとしては,たとえば,木材パルプ,おがくず,澱
粉,有機アルギン酸塩,アクリル酸もしくはメタクリル
酸の重合体をまたは部分的に加水分解したポリアクリル
アミドもしくはポリメタクリルアミドを多価金属イオン
で架橋したもの(特開昭54-16387)およびオレフィン系
カルボン酸と多価アルコールのポリアルケニルポリエー
テルとの共重合体(特開昭57-153077)のような有機高
分子物質ならびにシリカゲル,ケイ藻土,微粉末シリカ
ゲル、およびアタパルガイト型粘土(米国特許3,986,96
9)のような無機物質がある。
蓄熱材としての水和物およびその共融混合物の今一つの
欠点は,冷却時に,凝固点以下になっても凝固しない,
いわゆる過冷却現象をしばしばおこすことである。この
過冷却現象は,しかるべき核生成剤を添加することによ
り好都合に克服できる。たとえば,硫酸ナトリゥム10水
塩および炭酸ナトリゥム10水塩ならびにそれらの共融混
合物に基づく蓄熱材に対しては,四ホウ酸ナトリゥム10
すなわち硼砂が,リン酸水素2ナトリゥム12水塩および
その共融混合物に基づく蓄熱材に対しては,硫酸アンモ
ニゥムマグネシゥム6水塩が,そして塩化カルシゥム6
水塩およびその共融混合物に基づく蓄熱材に対しては,
水酸化バリゥムおよび水酸化ストロンチゥムがそれぞれ
適切な核生成剤であることが知られている。
本発明によれば,水和物またはその共融混合物に基づく
蓄熱材組成物にアクリル酸,メタクリル酸および/また
はマレイン酸とスチレン酸との水溶性共重合体またはそ
の水溶性塩を有効量添加すると,当該共重合体未添加の
ものに比べ,蓄熱放熱の反復サイクルによる蓄熱材組成
物の劣化(回収使用可能な蓄熱量の低下)を顕著に低減
できることがわかった。
かくして,本発明は,無水物または水和の程度が低い水
和物への移転温度が10〜100℃である水和物またはその
共融混合物に基づく蓄熱材組成物において,アクリル
酸,メタクリル酸および/またはマレイン酸とスチレン
との水溶性共重合体またはその水溶性塩を0.1重量%な
いし5.0重量%溶解含有させたことを特徴とする蓄熱材
組成物を提供する。
本発明の蓄熱材組成物は,蓄熱材として,無水物または
水和の程度が低い水和物への転移温度が10〜100℃であ
る水和物またはその共融混合物を含有する。このような
転移温度範囲の蓄熱材を選んだのは,この温度範囲で運
転するのが望ましい蓄熱システムでの使用を意図してい
るからである。
適切な水和物の例としは,塩化カルシゥム6水塩(融点
は29℃),硫酸ナトリゥム10水塩(融点は32℃),リン
酸水素2ナトリゥム12水塩(融点は35.5℃),チオ硫酸
ナトリゥム5水塩(融点は50℃),酢酸ナトリゥム3水
塩(融点は58℃),水酸化バリゥム8水和物(融点は75
℃),硫酸亜鉛6水塩(融点は35℃),フッ化カリゥム
4水塩(融点は18.5℃)および炭酸ナトリゥム10水塩
(融点は35℃)がある。好ましい水和物は,硫酸ナトリ
ゥム10水塩,リン酸水素2ナトリゥム12水塩,チオ硫酸
ナトリゥム5水塩および炭酸ナトリゥム10水塩である。
これらの水和物の共融混合物も蓄熱材として使用でき
る。水和との混合によりしえるべき共融物を生成するの
に適切な塩は,当該水和物の種類によるが,たとえば,
硫酸ナトリゥム10水塩に対しては,塩化ナトリゥム,塩
化アンモニゥム,塩化カリゥムおよび硫酸カリゥムを単
独または組合せて使用できる。
本明細書でいう「水和物またはその共融混合物に基づく
蓄熱材組成」とは,蓄熱材として水和物またはその共融
混合物を必要量の水と共に含有し,適量の核生成剤およ
び/または濃化剤(またはハイドロゲル)を含有してい
てもよい,蓄熱システムの運転に有用な組成物を言う。
本発明にあっては,かような蓄熱材組成物にアクリル
酸,メタクリル酸および/またはマレイン酸とスチレン
との水溶性共重合体またはその水溶性塩を溶解含有させ
る。
本発明で用いるマレイン酸共重合体は,共重合体が組成
物中に溶解するような共重合率および分子量であること
が必要であり,好ましいアクリル酸,メタクリル酸およ
び/またはマレイン酸(A成分)とスチレン(B成分)
との共重合率は,モル比でA対Bが約100対50ないし約1
00対300であり,好ましい分子量範囲は,約1000ないし
約50000である。かようなスチレン共重合体の水溶性塩
も本発明の実施に使用できる。好ましい塩は,アルカリ
金属塩,アンモンニゥム塩およびアルカノールアミン塩
である。スチレン共重合体またはその塩は,そのままの
形で蓄熱材に添加してもよいが、これを主成分とする分
散剤組成物の形で蓄熱材に添加溶解してもよい。本発明
の組成物中に使用するのに適切な水溶性のスチレン共重
合体またはその水溶性塩を主成分とする分散剤組成物は
花王石鹸株式会社から,「デモール」および「ポイズ」
の登録商標名で市販されており,本発明の実施に好都合
に使用できる。
本発明の組成物には,前記のような水溶性のスチレン共
重合体またはその塩を有効量添加しなければならない。
厳密に臨界的ではないが,一般に,組成の重量に基づき
0.1重量%よりも実質的に少ない量の添加では,未添加
のものに対して有意の改良が認められないし,組成物の
重量に基づき5.0重量%を実質的に超える量の共重合体
またはその塩を加えても,添加による効果は飽和する傾
向がある。好ましい添加量は,0.1ないし1重量%であ
る。
以下具体例を挙げて本発明の効果を実証する。
実施例 1 硫酸ナトリゥム 37.5重量部 水 47.7重量部 塩化ナトリゥム 7.7重量部 塩化アンモニゥム 7.0重量部 硼砂 3.0重量部 ケイ藻土 7.0重量部 「デモールEP」 1.0重量部 上記組成の本発明による蓄熱材組成物および上記組成か
ら「デモールEP」を除いた以外は同様な組成の対照組
成物を作成した。これらの蓄熱材組成物を40℃で2時間
加熱し次いで30℃で2時間冷却した場合の初期蓄熱量お
よびその加熱冷却サイクル(1サイクルは4時間)を80
回反復した後の蓄熱量を測定した。なお「デモールE
P」はマレイン酸とスチレンとの水溶性共重合体であ
る。
結果を次表に示す。
実施例 2 硫酸ナトリゥム 90.0重量部 水 113.0重量部 硼砂 8.0重量部 アクリル酸−アクリル アミド共重合体 10.0重量部 「デモールLP」 2.0重量部 上記組成の混合物に,約40重量%のホルムアルデヒドお
よび14重量%のメタノールを含有する水溶液5mlを撹拌
しながら加え,次ぎにメタノール20mlを加えた。混合物
の粘度は徐々に増大し,最後に固い乾燥ゲルとなった。
この混合物は,硫酸ナトリゥムの全量を完全に水和する
のに必要とされる以上の余分の水を含んでおらず,冷却
すると完全に固体に転化した。
このようにして作成した本発明による蓄熱材組成物の他
に上記組成から「デモールLP」を除いた以外は同様に
して対照組成物を作成した。これら蓄熱材組成物を60℃
で2時間半加熱し次いで20℃で2時間半冷却した場合の
初期蓄熱量およびその加熱冷却サイクル(1サイクルは
5時間)を100回反復した後の蓄熱量を測定した。なお
「デモールLP」はアクリル酸とスチレンとの水溶性共
重合体である。
結果を次表に示す。
実施例 3 リン酸水素2ナトリゥム 100.0重量部 水 170.0重量部 硫酸アンモニゥム マグネシゥム6水和塩 10.0重量部 ハイドロゲル「N−100」 (住友化学製) 17.0重量部 「デモール P」 1.0重量部 上記組成をもつ本発明による蓄熱材組成物および上記組
成から「デモール P」を除いた以外は同様な組成の対
照組成物を実施例2に記載の方法で作成し,同例記載の
加熱冷却のサイクルに60回付すことにより,蓄熱特性の
変化を調べた。なお「デモールP」はメタクリル酸とス
チレンとの水溶性共重合体である。
結果を次表に示す。
実施例 4 炭酸ナトリゥム10水塩 100.0重量部 水 10.0重量部 硼砂 3.0重量部 ハイドロゲル スミカゲル「S−50」 (住友化学製) 17.0重量部 「ポイズ−520」 1.0重量部 上記組成をもつ本発明による蓄熱材組成物および上記組
成から「ポイズ−520」を除いた以外は同様な組成の対
照組成物を実施例2に記載の方法で作成し,同例記載の
加熱冷却のサイクルに60回付すことにより,蓄熱特性の
変化を調べた。なお「ポイズ−520」はマレイン酸とス
チレンとの水溶性共重合体である。
結果を次表に示す。
以上の実施例の結果によれば,本発明の蓄熱材組成物
は,対比可能な対照組成物に比べ,反復使用による蓄熱
特性の劣化が実質的に少ないことが判る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】無水物または水和の程度が低い水和物への
    転移温度が10〜100℃である水和物またはその共融
    混合物に基づく蓄熱材組成物において,アクリル酸,メ
    タクリル酸および/またはマレイン酸とスチレンとの水
    溶性共重合体またはその水溶性塩を0.1重量%ないし5.0
    重量%溶解含有させたことを特徴とする蓄熱材組成物。
JP60237907A 1985-10-24 1985-10-24 蓄熱材組成物 Expired - Lifetime JPH064843B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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IE49097B1 (en) * 1978-11-10 1985-07-24 Ic Gas Int Ltd Thermal energy storage material

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