JPH0753865B2 - 潜熱蓄熱剤組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、硫酸ナトリウム10水塩若しくはその共融物を
主成分とする潜熱蓄熱剤組成物に関するもので、本発明
の潜熱蓄熱剤組成物は、ゲル化層状で相分離が少なく、
且つ融解、凝固の繰り返しによる潜熱蓄熱量の低下が少
なく、潜熱蓄熱剤として極めて有用なものである。

〔従来の技術〕

従来から、硫酸ナトリウム10水塩若しくはその共融物
は、融解潜熱が大きいこと、融点が30℃前後であること
等から、太陽熱利用、排熱利用或いは深液電力の利用に
よる冷暖房用の有用な潜蓄熱剤として知られている。

しかしながら、硫酸ナトリウム10水塩若しくはその共融
物を蓄熱剤として使用する場合には二つの問題点があ
る。その一つは、冷却時に凝固点以下となっても凝固し
ない、所謂過冷却現象を起こすことである。この過冷却
現象は放熱を行う場合、設定された温度では融解潜熱を
放出せず、液体のまま温度が低下するため通常の暖房用
の蓄熱剤としては致命的な欠点となる。

過冷却防止手段としては、所謂核形成物質、例えば四硼
酸ナトリウム10水塩を添加することで解決されることが
米国特許第2,667,664号明細書に記載されており、その
後も種々の物質が同様の役割を果たすものとして知られ
ている。

もう一つの問題点は、硫酸ナトリウム10水塩若しくはそ
の共融物が非調和融解を起こすことである。即ち、硫酸
ナトリウム10水塩は融解時に硫酸ナトリウムの飽和水溶
液と硫酸ナトリウムの固体との２相に分離し、硫酸ナト
リウムの固体は飽和水溶液に比べて密度が大きいために
容器の底に沈澱し、２相に分離してしまい、この分離系
を冷却すると沈澱した硫酸ナトリウムの固体の上に硫酸
ナトリウム10水塩の結晶が形成されて障壁を形成するた
め硫酸ナトリウムの固体が水と結合して硫酸ナトリウム
10水塩となることを妨害する。そのため、融解−凝固、
即ち蓄熱−放熱の繰り返しにより硫酸ナトリウムの固体
が析出し、蓄熱に関与しなくなるので、蓄熱量が減少す
る。

この問題を解決するため、相分離抑制剤として木材パル
プ、メチルセルロース、澱粉、アルギン酸塩、ポリアク
リル酸の多価金属イオン結合架橋物（特開昭54−16387
号公報）、カルボキシメチルセルロース（特開昭60−11
575号公報）、グアーガム、ローカストビーンガム、カ
ラギーナン等の天然ゲル化剤と多価アルコールの併用
（特開昭58−117273号公報）シリカゲル、アタパルガイ
ト型粘土（米国特許第3,986,969号明細書）等の各種濃
化剤を添加して粘度を高くし、所謂ゲル化状態とするこ
とが試みられている。

また、別の方法として、ラウリン酸のアルカリ金属塩
（特開昭60−79088号公報）或いはオレイン酸のアルカ
リ金属塩（特開昭57−200482号公報）を添加することが
提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の有機系の各種濃化剤を添加する方法は、初期にお
いては硫酸ナトリウムの沈澱を防止できるが、融解−凝
固の繰り返しにより硫酸ナトリウムの結晶が次第に成長
することを防止する能力はなく、またアタパルガイト型
粘土及びシリカゲルにおいても結晶成長により、蓄熱量
はやはり低下してしまう。

また、上述のラウリン酸のアルカリ金属塩或いはオレイ
ン酸のアルカリ金属塩を添加する方法は、ある程度硫酸
ナトリウム粒子を分散し、結晶成長を防止する効果を持
つことが認められるが、ラウリン酸のアルカリ金属塩は
分散力が弱く、また融点が高いためにそれ自体の相溶性
が悪いという欠点があり、一方、オレイン酸のアルカリ
金属塩は分散粒子が粗大化する傾向があるという欠点が
あり、かつオレイン酸は分子内に不飽和結合を有してい
るので、長期使用すると熱劣化がおこるという欠点もあ
り、何れも満足できるものではない。

また、有機質系の相分離抑制剤は、硫酸ナトリウム10水
塩との相溶性が悪く、長期間の熱サイクルにおいて短時
間で分離しやすく、更に、暖房用の用途等においては燃
焼する惧れがある。また、無機質のアタパルガイト型粘
土及びシリカゲルにおいても同様な分離がみられ、分離
防止剤として十分なものでない。

従って、本発明の目的は、融解−凝固を繰り返しても硫
酸ナトリウム10水塩若しくはその共融物の結晶を細か
く、均一に分散でき、相形成性が良く、蓄熱量の低下が
より少ない潜熱蓄熱剤組成物を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前記目的を、硫酸ナトリウム10水塩若しくは
その共融物を主成分とする潜熱蓄熱剤組成物において、
イソステアリン酸のアルカリ金属塩の一種以上及び湿式
製造による含水無晶形二酸化ケイ素を含有させてなるこ
とを特徴とする相分離の少ない潜熱蓄熱剤組成物により
達成したものである。

以下に本発明の潜熱蓄熱剤組成物について詳述する。

本発明に使用される硫酸ナトリウム10水塩若しくはその
共融物としては、硫酸ナトリウム10水塩或いはこれに公
知の融点調節剤、例えば塩化ナトリウム、塩化アンモニ
ウム、塩化カリウム等を添加した共融物が挙げられる。

本発明に使用される塩を構成するイソステアリン酸は、
常温で液状であり、適度の粘度（1650cps/20℃）で熱的
に安定な性質を有している。

上記イソステアリン酸と塩を構成する好適なアルカリ金
属としては、ナトリウム、カリウム、リチウムが挙げら
れる。

上記のイソステアリン酸のアルカリ金属塩は、常温で透
明な液状であり、適度の粘度を有し、上記の硫酸ナトリ
ウム10水塩若しくはその共融物に対して相容性、分散力
とも優れている。

また、上記のイソステアリン酸のアルカリ金属塩は、硫
酸ナトリウム10水塩もしくはその共融物に対して、オレ
イン酸及びラウリン酸のアルカリ金属塩に比べて発泡量
が少なく、この点においても優れている。

上記のイソステアリン酸のアルカリ金属塩は、硫酸ナト
リウムの10水塩若しくはその共融物100重量部に対し
て、0.1重量部以上添加するのが好ましく、多量に使用
しても長期間使用時の蓄熱量低下抑制効果に変化がない
ので、大凡５重量部迄の添加で十分で、特に0.5〜２重
量部添加するのが好ましい。

また、本発明に使用される相形成剤の湿式製造による含
水無晶形二酸化ケイ素は、白色の微粉末（見掛け比重≒
0.2g/ml）で、水分散性が良く、熱的に安定な性質を有
している。

上記の湿式製造による含水無晶形二酸化ケイ素として
は、シオノギ製薬製の「カープレックス」＃67、80、11
20、FPSシリーズ等の市販品を用いることができ、これ
らの湿式製造による含水無晶形二酸化ケイ素は、乾式製
造による含水無晶形二酸化ケイ素（例えば、徳用曹達製
のレオロシールQS−102）に比べて、見掛け比重も若干
大きく、また湿式製法の為、取扱い時の粉塵が少なく、
更に水ぬれが良い為、作業性も良く、適度の粘度を得る
ことができる。

上記の湿式製造による含水無晶形二酸化ケイ素は、硫酸
ナトリウム10水塩若しくはその共融物100重量部に対し
て、５重量部以上添加するのが好ましく、多量に使用す
ると蓄熱量が低下する為、大凡20重量部迄の添加が限界
で、特に７〜15重量部添加するのが好ましい。

また、本発明の潜熱蓄熱剤組成物は、前述の如き従来公
知の核形成物質（核形成剤）を含有させて、過冷却を防
止しても良いし、また核形成剤を含有させないで、何ら
かのショックを与える迄過冷却を保つようにしても良
い。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例及び比較例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。

実施例１ 硫酸ナトリウム10水塩 87.5重量部 硼砂（核形成剤） 3.5重量部 湿式製造による含水無晶形二酸化ケイ素 8.0重量部 イソステアリン酸ナトリウム 1.0重量部 上記配合組成により、本発明の潜熱蓄熱剤組成物（本発
明品）を得た。また、比較のため、上記配合組成でイソ
ステアリン酸ナトリウムを添加しない従来の組成の潜熱
蓄熱剤組成物（従来品）を得た。

これらの潜熱蓄熱剤組成物を、50℃に１時間加熱、10℃
の水浴に30分間冷却を１サイクルとして300回くり返し
た後の各潜熱蓄熱剤組成物の蓄熱量の変化及び分離水は
下記表１の通りで、イソステアリン酸ナトリウム及び湿
式製造による含水無晶形二酸化ケイ素を添加した本発明
の潜熱蓄熱剤組成物に蓄熱量低下抑制効果のあることが
判る。

尚、分離水の測定は試験管（φ25mm）50mlに組成物を入
れたもので実施した。

実施例２ 硫酸ナトリウム10水塩 83.5重量部 塩化ナトリウム 5.0重量部 硼砂 3.5重量部 湿式製造による含水無晶形二酸化ケイ素 8.0重量部 イソステアリン酸ナトリウム （下記表２） 上記配合組成により、本発明品及び従来品をそれぞれ得
た。これらの本発明品及び従来品について、実施例１の
場合と同条件で加熱、冷却をくり返し、蓄熱量の変化及
び分離水を測定した。くり返しの前後における蓄熱量の
変化及び分離水は下記表２の通りであった。

上記表２に示す結果から明らかなように、イソステアリ
ン酸ナトリウムの添加量が0.1重量部以上で蓄熱量の低
下抑制効果がある。より好ましくは0.5重量部以上で抑
制効果が高く、５重量部では初期潜熱を低下させるだけ
であり、これ以上の添加は実用上必要ないと考えられ
る。又、相の分離水については0.1％の添加で分離抑制
効果があり、より好ましくは0.5％以上で分離抑制効果
が高い。

実施例３ イソステアリン酸ナトリウムに代えてイソステアリン酸
カリウム及びイソステアリン酸リチウムを下記表３に示
す量用いた以外は実施例２と同じ配合組成により、本発
明品及び従来品をそれぞれ得た。これらの本発明品及び
従来品について、実施例１の場合と同条件で加熱、冷却
をくり返し、蓄熱量の変化及び分離水を測定した。くり
返しの前後における蓄熱量の変化及び分離水は下記表３
の通りであった。

上記表３に示す結果から明らかなように、イソステアリ
ン酸カリウム及びイソステアリン酸リチウムにおいて
も、イソステアリン酸ナトリウムと同様にくり返しによ
る蓄熱量低下抑制効果と分離水抑制効果を有することが
判る。

実施例４ 湿式製造による含水無晶形二酸化ケイ素（シオノギ製薬
製の「カープレックス」）の添加量を下記表４に示す量
とした以外は実施例２と同じ配合組成により、本発明品
をそれぞれ得た。これらの本発明品について、実施例１
の場合と同条件で加熱、冷却をくり返し、蓄熱量の変化
及び分離水を測定した。くり返しの前後における蓄熱量
の変化及び分離水は下記表４の通りであった。

比較例１ 湿式製造による含水無晶形二酸化ケイ素の代わりに濃化
剤としてベントナイト、モンモリロナイト、レオロシー
ルQS−102、キサンタンガムを下記表４に示す量用い、
イソステアリン酸ナトリウムの添加量を２重量部とした
以外は実施例２と同じ配合組成により、従来品をそれぞ
れ得た。これらの従来品について、実施例１の場合と同
条件で加熱、冷却をくり返し、蓄熱量の変化及び分離水
を測定した。くり返しの前後における蓄熱量の変化及び
分離水は下記表４の通りであった。

上記表４に示す結果から明らかなように、本発明の潜熱
蓄熱剤組成物は、十分な蓄熱量低下抑制効果と分離水抑
制効果があり、乾式製造による含水無晶形二酸化ケイ素
（レオロシールQS−10.2）を用いた潜熱蓄熱剤組成物よ
り効果が高い。

比較例２ イソステアリン酸ナトリウムに代えてオレイン酸ナトリ
ウム及びラウリン酸ナトリウムを下記表５に示す量用い
た以外は実施例２と同じ配合組成により、従来品をそれ
ぞれ得た。これらの従来品について、実施例１の場合と
同条件で加熱、冷却をくり返し、蓄熱量の変化及び分離
水を測定した。くり返しの前後における蓄熱量の変化及
び分離水は下記表５の通りであった。

上記表５に示す結果から明らかなように、オレイン酸ナ
トリウム又はラウリン酸ナトリウムを添加したものも蓄
熱低下抑制効果を示すが、蓄熱量の安定性において、イ
ソステアリン酸ナトリウムを添加した本発明の潜熱蓄熱
剤組成物の方が有効であった。又、分離水抑制効果につ
いては、差が認められなかった。

以上の実施例及び比較例から、硫酸ナトリウム10水塩若
しくはその共融物を主成分とする潜熱蓄熱剤組成物にお
いて、イソステアリン酸ナトリウム、イソステアリン酸
カリウム、イソステアリン酸リチウム等のイソステアリ
ン酸のアルカリ金属塩と少なくとも一種以上及び湿式製
造による含水無晶形二酸化ケイ素を添加することによ
り、熱サイクルのくり返しによる蓄熱量の低下及び分離
水の低下が抑制されることが判る。

〔発明の効果〕

本発明の潜熱蓄熱剤組成物は、融解−凝固を繰り返して
も硫酸ナトリウム10水塩若しくはその共融物の結晶を細
かく、均一に分散でき、相形成性が良く、蓄熱量の低下
が少なく、潜熱蓄熱剤として極めて有用なものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硫酸ナトリウム10水塩若しくはその共融物
   を主成分とする潜熱蓄熱剤組成物において、イソステア
   リン酸のアルカリ金属塩の一種以上及び湿式製造による
   含水無晶形二酸化ケイ素を含有させてなることを特徴と
   する相分離の少ない潜熱蓄熱剤組成物。