JPS5866799A - 蓄熱材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱利用暖房装置の蓄熱器用蓄熱材に関する
ものである。太陽熱など全利用して冷暖房を行わせる方
法として水を蓄熱物質として用いその顕熱を利用する場
合と塩類水和物の融解−凝固時の情熱を利用する場合が
ある。ヒートポンプを用いず、ボイラーの温水熱、工場
排熱などを蓄熱し、そのまま暖房に利用する場合にＦｉ
４０〜５０°Ｃの範囲に融点を有する蓄熱材が必要であ
る。

こｎにはチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｚＯａ・５Ｈ，
０）が４８．５“０の融点を有し、蓄熱量も８２ｃａｌ
！／ＣＣと大きく安価である点ですぐｎている。

しかしこの物質は凝固時の適冷が大きく、ガラス容器中
では２０〜３０゛Ｃの適冷を示し貯えた熱を所定温度で
放出できない欠点を有している。本発明の目的はこのチ
オ硫酸す）　ＩＪウム５水塩の適冷を防止し、所定温度
で蓄熱放熱が行なわｎる蓄熱材を提供することである。

一般に液相から固相への相変化は結晶核の発生段階と核
全中心として結晶の成長段階に分けて考えることができ
る。核発生には大きなエネルギーを必要とし適冷現象は
このエネルギー障壁のために生ずることが知られている
。このため適冷を防止するため核物質を添加する方法が
行なわｎている。この場合核物質は液相中に溶解せずに
存在１２％界面上に新たに生成する結晶との界面エネル
ギーが小さいこと、核がある臨界半径以上の大きさを持
つことが必要であることも知られている。（臨界半径は
１〜１００ｍμ）また結晶の成長は低分子密度の結晶面
（立方晶系ならば１００，１１０゜１１１面）で起り易
く、また結晶はステップの移動の形をとって成長するこ
とが知らｎている。

このような発核材の例として塩化カルシウム６水塩に対
する水酸化バリウム、水酸化ストロンチウムの発核効果
が認めらｎている。しがしチオ硫酸ナトリウムはアルカ
リ性になると分解するのでアルカリ性物質である水酸化
バリウム、水酸化ストロンチウムを添加することはでき
ない。

このような理論的見地に立脚してチオ硫酸ナトリウムの
発核材を実験検討した結果、骨間性を有する有機化合物
結晶で昇華性であるか、あるいは水″またけチオ硫酸ナ
トリウムの水浴液中に微量溶解する物質はチオ硫酸ナト
リウムの発核材になりうろこと、また発核材の密度がチ
オ硫酸ナトリウムの比重１．７４±０．３の範囲（１，
４４〜２．０４）にある場合、発核材としての効果が特
に大きいことがわかった。

伸開性結晶は労開面における結合力が弱いことが知らｎ
ている。例えば、原子が二次元に配列して薄片状結晶を
作る場合、薄片の平面間の結合は弱く労開面になり易い
。この襞間面は低エネル、ギー面（低密度面）であり、
この面上に結晶が生長し易いと考えらｎる。また発核材
の密度が蓄熱材の密度に近い（１，７４±０．３）こと
は結晶すべき塩類溶液中に結晶核を均一に分散させ、溶
液内の各所で結晶生長を促進する効果がある。

また発核材が昇華性あるいは水及び塩類水溶液に微量溶
解することは結晶表面が微量に溶解除去さ扛て清浄化し
、結晶の生長に好適な表面が形成さ扛ることによると考
えられる。

また平面状に分子が配列し、層構造をとる有機化合物で
は層間が襞間面になることが多い。

このような化合物では襞間面に垂直方向の結晶成長速度
が大きく、層に平行方向の結晶成長速度は遅い。一般に
棒状の分子軸を有する結晶では分子軸に垂直方向に成長
し易く、平板状の分子配列をとる結晶では平面がつみ重
なって成長することが多く、格子間隔が小さい方向に成
長し、単位格子と結晶形態は相反則をとることが多い。

このため結晶成長方向に直角に破断（伸開など）された
面は発核材としてその面上に他の結晶を成長させること
ができるのである。

これらの発核材は微量添加しても効果が認められるが実
用的にはチオ硫酸ナトリウムに対して０．０１重ｔチ以
上でめる。添加の上限は特に作用効果上限定する理由は
ないが多量の添加は蓄熱密度を減少させるので１０重ｔ
Ｓ程度に限定することが実用的である。こｎらの発核材
の添加方法としてはチオ硫酸ナトリ°ウム５水塩に直接
添刀口してもよいし、その他必要に応じて適当な支持体
、担体に発核材を保持させ、これをチオ硫酸ナトリウム
中に介在させてもよい。

第１図はチオ硫酸ナトリウム５水塩（Ｎａ２Ｓｏ。

・５　Ｈ２０）に本発明の発核材を添加した蓄熱材の蓄
熱−放熱状況を全核材無添加の場合及び水を蓄熱材とし
たものとを対比して示したものである。

この図から全核材無添加の場合は４８．５°Ｃ以上で融
解したのち冷却すると過冷却のため２５゛Ｃまでは凝固
せず２５°０で１１（ＣＤ〕に示すように放熱し、ＡＣ
ＤＦＡで示す熱履歴を画く。これに対して本発明の発核
材である無水フタル酸ヲ０．１％添加した蓄熱材では４
５°０で２’　（ＢＥ）で示すように放熱し、ＡＢＥＦ
Ａの吸熱−放熱の熱履歴すイクルを画くことを示してい
る。なお、図の矢印は蓄熱量の変化方向を示している（
１′、２′は放熱、２は吸熱）。

こ＼でチオ硫酸ナトリウムの単位体積当りの蓄熱量を比
較するとチオ硫酸ナトリウム５水塩の場合４＆５°０で
約８２　Ｋｃｍｌ／ｌであるの一対して曲線３に示した
水の同温度における蓄熱量は約１０　Ｋｃｍｌ／ｌであ
り、チオ硫酸ナトリウムが蓄熱材としてすぐれているこ
とは明らかでおる。

第２図は蓄熱器のモデル実験装置を示したもので１は内
部に蓄熱材が充填された蓄熱槽、２は熱交換用の円筒水
槽、３は攪拌装置、４は温度センサ、５は断熱材である
。

第３図は第２図の装置で蓄熱槽と熱交換用の水槽の容積
比が１＝５である場合の熱交換水槽の温度変化を経時的
に示したものである。図の測定条件は蓄熱槽内のチオ硫
酸ナトリウム５水塩を予め６０゛０に加熱しておき熱交
換水槽の温度を２０°Ｏとして攪拌しながら温度の経時
変化を測定した。

曲線１ａ及び１ｂはそれぞれ発核材なし及びありの場合
の蓄熱槽１の温度変化を１曲線２ａ及び２ｂは蓄熱材の
温度変化から求めた蓄熱−１の放熱速度をそｎぞれ発核
材なし及び発核材あり（無水フタル酸０．１チ添加）の
場合について示したものである。本発明によ、る場合は
曲線２ｂから明らかなように大きな放熱速度が得られ、
２０〜６０°Ｃの範囲で熱交換を行わせる場合、本発明
の発核材は蓄熱量が大きくする効果が認められる。

以下本発明の実施例につき説明する。

チオ硫酸ナトリウム５水塩（Ｎａ　！　８２０３　・５
Ｈ２０）に第１表に示す発核材ｆｒ、０．０５％添加し
た蓄熱材に温度針（銅−ユニスタンヌン熱電対）を挿入
して７０°０〜２０゛０の範囲に加熱冷却を繰返し、蓄
熱材の融解−凝固特性を測定した。この結果を第１表に
示した。

第１表の結果から発核材を添加した蓄熱材は適冷が少な
く一定温度で凝固、融解し蓄熱材として安定しているこ
とが認められる。

また、第１表に示す発核材を１１添加した場合も同様の
効果が得られた。

以上説明したように、本発明によればチオ硫酸す）　Ｉ
Ｊウム５水塩の適冷が防止でき、所定温度で蓄放熱が行
なわｎる蓄熱材が得らｎる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の発核材を添加した蓄熱材の蓄熱−放熱
状況を発核材無添加の場合及び水を蓄熱材としたものと
を対比して示した図、第２図は蓄熱器のモデル実験装置
を示す図である。 １・・・蓄熱槽、２・・・相部水槽、３・・・攪拌装置
、４・・・温度センサ。 Ｖｉｔ　　　図 益／！Ｊ　＜１ｃ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、チオ硫酸ナトリウム５水塩を主成分とし。 これに発核材として比重１．４〜２．１で、かつ１０つ
   。 １１０または１１１゛の結晶面を有し、チオ硫酸ナトリ
   ウム５水塩の水溶液中での溶解度が少なく固体として存
   在し得る有機物結晶を添加したことを特徴とする蓄熱材
   料。 λ　発核材が単斜晶系でめることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の蓄熱材料。 ３、発核材が襞間性の有機化合物であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の蓄熱材料。 ４、発核材が安息香酸およびその誘導体、ピクリン酸お
   よびその誘導体、フタル酸およびその誘導体、フマル酸
   およびその誘導体、ナフタリンおよびその誘導体、ナフ
   テン酸およびその誘導体、ナフトールおよびその誘導体
   、サリチル酸およびその誘導体、シアヌル酸およびその
   誘導体、オキサミド、ベンズアミド、チアントレン、ジ
   ブロロＰキシレン、ジシアン酸アシド、ジフェニルアミ
   ン、ショウノウ酸、セバシン酸％Ｐニトロソジエチルア
   ニリン、トレン、フェニル尿ｓ、ｏ−フェニレンジアミ
   ン、フルオランテン、ニトロアセトアニリド、ズルシッ
   ト、ダンボース、コレステリンＪメラミンのいす扛かで
   あることを特徴とするｔ￥ｆｌＰＦ請求の範囲第１項記
   載蓄熱材料。