JPH07103365B2 - 蓄熱材の前処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蓄熱材の前処理方法に関する。更に詳しく
は、蓄熱材融解液を冷却固化させる際の過冷却を防止す
るために行なう蓄熱材の前処理方法に関する。

〔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以
下）、実用に際してはかなり大きな蓄熱器を必要とす
る。また、加熱に伴って、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、開発が盛んになってきている。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
密度で安定的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、空調用および暖房用の熱源として10〜80℃とい
っ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、パラフィンワッ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
ってくる。

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倍ほどよく、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
特徴を著しく損なわせるものである。

例えば酢酸ナトリウム・３水和物CH₃COONa・3H₂Oは、融
解温度が58℃、沸点が120℃であり、潜熱量が62cal/g
（示差走査熱量計による）と高いため、給油用や暖房
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。従って、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。本発明者は、発核剤の活性
化のための適正温度とその背景となる発核剤の結晶性状
の解明を目的として鋭意研究を行ない、本発明に至っ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

従って、本発明は蓄熱材の前処理方法に係り、蓄熱材の
前処理は、潜熱蓄熱材である酢酸ナトリウム・３水和物
に発核剤としてのリン酸３ナトリウム・12水和物を添加
し、85〜110℃に加熱した後室温迄冷却し、蓄熱材を一
度固化させることにより行われる。

発核剤として市販品のリン酸３ナトリウム・12水和物を
用い、蓄熱材として例えば酢酸ナトリウム・３水和物を
用いた場合、加熱による酢酸ナトリウム・３水和物融解
液の温度上昇に伴い、低温度域ではリン酸３ナトリウム
・12水和物は６水和物に変化し、更に80℃以上になると
0.5水和物になる。このリン酸３ナトリウム・0.5水和物
は、酢酸ナトリウム・３水和物中で非常に安定であり、
常温〜100℃の温度変化の繰返しにおいてその結晶状態
を維持し、優れた発核作用を示す。

従って、活性化処理における加熱温度は、発核剤として
例えばリン酸ナトリウム・12水和物を用いた場合、0.5
水和物が生成する80℃以上とすることが必要であり、そ
れより低い温度で予備加熱すると、６水和物しか生成し
ないため、蓄熱材の過冷却防止には不十分である。

又、潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウム・３水和物を用い
た場合、加熱温度はその沸点120℃を超えないことが必
要である。従って、活性化処理温度は理論上は80〜120
℃であれば良いが、現実には上記下限付近での操作は信
頼性に欠け、又上限付近では蓄熱材の劣化が懸念される
ので、85〜110℃で行われる。

〔作用〕及び〔発明の効果〕 蓄熱材である酢酸ナトリウム・３水和物中に添加された
発核剤としてのリン酸３ナトリウム・12水和物を、85〜
110℃に加熱熟成させた後、蓄熱材を一度固化させると
いう蓄熱材の前処理により、その後蓄熱に用いられ、融
解した蓄熱材が、放熱する際の過冷却を防止し、融点近
辺の温度で容易に固化するようになった。これにより、
潜熱の吸収・放出が円滑に行われるようになった。

〔実施例〕

次に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例１〜３、比較例１〜３ 容量20mlのガラス容器に、酢酸ナトリウム・３水和物10
g及びリン酸３ナトリウム・12水和物0.5gからなる混合
物を封入したものを、試料として上記の各例毎に10本ず
つ準備した。

次に、上記各試料を下記表の上欄に記載の各温度条件下
でいずれも２時間加熱後、室温に２時間放置して空冷
し、室温になった各試料に酢酸ナトリウム・３水和物の
結晶（粒径約0.5mm）を１粒添加し固化させた（前処
理）。

前処理済みの各試料（各例につきそれぞれ10本）を90℃
にて２時間加熱した後、室温に２時間放置し、固化した
試料の本数を各例毎に数えた。結果を表の下欄に示し
た。

従って、融解した潜熱線熱材組成物を室温で固化し得る
ためには、前記活性化処理温度が80℃以上であることが
必要である。

ただし、表の各例の試料を顕微鏡で観察したところ、実
施例１〜３および比較例１においては、添加されたリン
酸３ナトリウム・12水和物の結晶は0.5水和物結晶に変
化しているのに対し、比較例２〜３においては、６水和
物結晶に変化していた。また、比較例１においては、完
全に0.5水和物になりきれず、0.5水和物の結晶と共に、
わずかに６水和物が残っているものもあり、再現性の点
に欠けていた。

以上のように、試料の固化本数が10/10になる温度は、
リン酸３ナトリウム・12水和物が0.5水和物に変化する
温度に対応しており、その再現性は85℃以上において確
保されることが分かった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】潜熱蓄熱材である酢酸ナトリウム・３水和
   物に発核剤としてのリン酸３ナトリウム・12水和物を添
   加し、85〜110℃に加熱した後室温迄冷却し、蓄熱材を
   一度固化させることを特徴とする蓄熱材の前処理方法。