JPS60181184A

JPS60181184A - 蓄熱剤組成物

Info

Publication number: JPS60181184A
Application number: JP59039305A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kamiyoshi; 和彦神吉; Kozo Kanamori; 金森　耕造; Hiromitsu Suzuki; 鈴木　博充
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1985-09-14
Also published as: JPS6367835B2

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】（技術分野）本発明は長期間にわたって高い蓄熱性能を保持する耐久
性にすぐれた蓄熱剤組成物に関する。

（従来技術）太陽熱を利用し、或いは廃熱を回収利用するためには、
これらの熱を一旦蓄熱し、必要なときに任意に取り出し
得る蓄熱剤を使用することが有利である。このような蓄
熱剤として、固液相変化に伴う潜熱量が水等の有する顕
熱よりもはるかに大きく、且つ、一定の相変化温度にお
いて潜熱の吸熱放熱を行なわせることができることから
、従来、無機水和塩が注目されている。特に、硫酸ナト
リウム１０水塩（以下、芒硝という。）が金属に対する
腐食性が少ないと共に、人体や器物に対して有害性をも
たないので蓄熱剤として好適である。

しかし、反面、芒硝は実際に蓄熱剤として用いるときに
は、尚、種々の問題を有している。

その第１は、硫酸ナトリウムが凝固する際に過冷却しや
すい点である。この硫酸ナトリウムの過冷却を防止する
ために、芒硝を蓄熱剤として用いる場合には、芒硝と共
にホウ酸ナトリウム１０水塩（以下、ホウ砂という。）
等の所謂核剤を芒硝の結晶化剤として蓄熱剤組成物中に
分散させるが、多くの場合、この核剤が蓄熱剤組成物中
で分離沈降して、核剤として有効に機能しないことがあ
る。

第２は、芒硝が融解する際、硫酸ナトリウムの水に対す
る溶解度が小さいために、遊離した結晶水中に全量が溶
解せずに、一部が硫酸ナトリウムとして分離、沈降し、
当初の水和塩に復帰しない点である。

このような問題を解決するために、ポリアクリル酸ナト
リウムのような水溶性樹脂を増粘剤として蓄熱剤に存在
させ、融解状態での組成物の粘度を高めることが知られ
ている。しかし、このポリアクリル酸ナトリウムは増粘
作用に非常にすぐれている反面、保水性が大きいので、
芒硝の融解時に取り込んだ水を芒硝の結扉時に放出する
ことができず、この結果、芒硝の一部が有効に蓄熱に関
与しないこととなり、蓄熱剤組成物の蓄熱性能の経時低
下が著しい。

第３に、芒硝を主体とする従来の蓄熱剤においては、加
熱冷却の際の体積変化が大きく、従って、この蓄熱剤を
容器内に充填してなる蓄熱体の場合、容器を破損させる
ことがある。

（発明の目的）本発明者らは上記した問題を解決するために鋭意研究し
た結果、上記のように、硫酸ナトリウム、核剤、水、及
び親水性基を有する水溶性樹脂よりなる増粘剤からなる
蓄熱剤組成物において、硫酸ナトリウムに対する水量を
芒硝における化学■論量よりも過剰であって、且つ、所
定の範囲の量とすることにより、長期間にわたって理論
潜熱量に近い蓄熱性能を保持すると共に、加熱冷却の繰
り返し使用における体積変化の極めて小さい蓄熱剤組成
物を得ることができることを見出して、本発明を完成し
たものである。

（発明の構成）本発明の蓄熱剤組成物は、硫酸ナトリウム、核剤、水、
及び親水性基を有する水溶性樹脂よりなる増粘剤からな
る蓄熱剤組成物において、硫酸ナトリウム１００重量部
について水１３０〜１９０重量部存在させることを特徴
とするものである。

本発明の蓄熱剤組成物における主要成分は芒硝（硫酸ナ
トリウムの共晶塩を含む。）である。芒硝は、硫酸ナト
リウム１００重量部について結晶水１２６重量部を有す
る単斜晶物質であって、融点３２℃、凝固潜熱６０ｃａ
ｌ／ｇ　（９３ｃａｌ／ｃｃ）を有する。本発明の蓄熱
剤組成物においては、硫酸ナトリウムに対する水の量を
芒硝における化学量論量よりも所定の範囲で過剰とする
。即ち、硫酸ナトリウム１００重量部について水を１３
５〜１９０重量部の範囲で存在させる。水の量が硫酸ナ
トリウム１００重量部について１３５重量部よりも少な
いときは、芒硝が融解する際に尚、相当量の硫酸ナトリ
ウムが水に溶解しないで残存するために、蓄熱剤組成物
としての潜熱量の減少を免れない。更に、蓄熱剤組成物
の加熱冷却の繰り返し使用における体積変化も大きい。

一方、水の量が硫酸ナトリウム１００重量部について１
９０重量部よりも多いときは、蓄熱剤組成物を冷却させ
る際に硫酸ナトリウムの結晶化に関与しない大過剰の水
が存在することとなり、この結果、蓄熱剤組成物中で固
相と液相との相分離が生じ、潜熱性能の経時低下が著し
くなる。

硫酸ナトリウム共晶塩は、硫酸ナトリウム及び水に対し
て、塩化ナトリウム及び／又は塩化アンモニウムを加え
ることによって生成される。このような共晶塩とするこ
とによって、融点を１５〜３２℃の任意の範囲に制御す
ることができる。共晶塩の調製において、塩化ナトリウ
ム及び塩化アンモニウムの添加量は、硫酸ナトリウム１
００重量部について、それぞれ０．５〜１５重量部及び
０゜５〜２０重量部の範囲が適当である。塩化すｌ−Ｉ
Ｊウム及び塩化アンモニウムは、それぞれ上記の範囲で
併用することもできる。

本発明の蓄熱剤組成物においては、硫酸ナトリウムの冷
却時の結晶化を促進して、その過冷却を防止するために
、核剤が含有される。核剤としてはホウ砂、ホウ酸リチ
ウム４水塩、ホウ酸アンモニウム４水塩、炭酸カリウム
等が好適である。特に、ホウ砂が核剤としての作用にす
ぐれ、好ましく用いられる。核剤は、硫酸ナトリウム１
００重量部について３〜５０重量部の範囲で使用される
。

３重量部よりも少ないときは硫酸ナトリウムの過冷却の
防止効果に乏しく、一方、５０重量部よりも多量である
ときは、蓄熱剤組成物の潜熱量が減少するのみならず、
蓄熱剤組成物のアルカリ度が高くなるため、例えば、蓄
熱剤組成物を不飽和ポリエステル樹脂のようなマトリッ
クス材料中に分散させ、固定して蓄熱体を構成したとき
、マトリツクスの劣化分解を引き起こし、蓄熱体の耐久
性を損なう。

次に、本発明の蓄熱剤組成物においては、増粘剤として
、親水性基、特に好ましくはカルボキシル基（アルカリ
金属塩にて塩を形成している場合を含む。）を有する水
溶性樹脂を用いる。このような水溶性樹脂としては、例
えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸
−メタクリル酸共重合体、カルボキシルメチルセルロー
ス、スチレン−マレイン酸共重合体、及びこれら樹脂の
ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属塩を
挙げることができる。これらの水溶性樹脂は、その０．
５％水溶液の２０℃における粘度が３０００〜５０００
０センチボイズであるのが望ましい。

従って、特に、ポリアクリル酸ナトリウム及びポリアク
リル酸カリウムが好適に用いられる。尚、これらの水溶
性樹脂は、その水溶性を損なわない範囲で軽度に架橋さ
れていてもよい。増粘剤としての上記のような水溶性樹
脂は、通常、水１００重量部当りに３〜３０重量部の範
囲で用いられるのが好ましい。

上記のような本発明の蓄熱剤組成物は、例えば、水不透
過性材料からなる中空容器内に密封されて使用される。

上記水不透過性材料は特に制限されることなく種々のも
のが用いられ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン
、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリアミド、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹
脂、ウレタン樹脂、これらの樹脂とガラス繊維との複合
体、これらの樹脂とアルミニウムとの積層体のような樹
脂及びその複合体材料、鉄、ステンレス鋼、アルミニウ
ム、銅、黄銅等の金属材料、陶器、磁器、セメント、石
コウ等のセラミック材料が用いられる。

（発明の効果）本発明の蓄熱剤組成物は、以上のように、硫酸ナトリウ
ムに対して、芒硝における化学量論量の結晶水よりも所
定の範囲で過剰量の水を存在させるために、特に、芒硝
が融解する際に、硫酸ナトリウムが実質的に全量水中に
溶解して、固相と液相との相分離を生じず、従って、長
期間にわたって理論潜熱量に近い高い潜熱性能を保持す
ると共に、長期の加熱冷却の繰り返し使用に右いても体
積変化が少ないために、容器を破損することがない。従
って、本発明の蓄熱剤組成物は、例えば、建材の用途に
好適に用いることができ、例えば、パッシブソーラー住
宅システムにおける蓄熱壁材、蓄熱床材、トロンブ壁ほ
か、ヒートパイプやヒートポンプ集熱による補助暖房器
、排熱利用のための蓄熱材として好適に使用することが
できる。

（実施例）以下に実施例を挙げて本発明の蓄熱剤組成物を説明する
。

実施例１硫酸ナトリウム１　ｋｇに対して水１．４５４ｋｇ、ホ
ウ砂１２３ｇ、増粘剤として０．５％水溶液の粘度が１
１０００センチボイズ、ｐＨが８．６であるポリアクリ
ル酸ナトリウム１３０ｇをそれぞれ加えた後、約５０℃
で加温しながら攪拌し、十分に溶解させて、本発明の蓄
熱剤組成物を調製した。この組成物の４０℃における粘
度は９００００センチボイズであった。

このようにして得られた蓄熱剤組成物の潜熱量を以下の
ようにして測定した。即ち、この組成物を内径４０鶴、
高さ７０關、肉厚が２鶴の筒状のポリ塩化ビニル容器に
充填した後、温度計測用のＣＡ熱電対を封入した状態で
密封シールした。次いで、このポリ塩化ビニル容器を高
温側が４０℃、低温側が１０℃の恒温水槽に各２時間づ
つ交互に浸漬することによって、容器中に封入された蓄
熱剤組成物に繰り返し熱サイクルを与えた。この後、４
０℃において、蓄熱剤組成物が完全に溶解した後、約５
℃の水ｌβを入れたデユア−瓶に浸消し、水温の変化を
逐次読み取って、蓄熱剤組成物からの放熱量をめ、これ
から蓄熱剤の潜熱量を測定した。

このようにして得られた熱サイクル１００回後の蓄熱剤
組成物１ｋｇ当りの潜熱量は４２ｋｃａｌであった。ま
た、この蓄熱剤組成物を内径３０關、高さ９０鶴、肉厚
０．３　ｕのガラス容器に封入し、上記と同じ熱サイク
ルを加えたが、蓄熱剤組成物の体積変化による容器の破
損は生じなかった。

実施例２硫酸ナトリウム１　ｋｇに対して水１．６４ｋｇ、ホウ
砂１３２ｇ、増粘剤として実施例１と同じポリアクリル
酸ナトリウム１４７ｇをそれぞれ加え、実施側光と同様
にして、４０℃における粘度９６０００センチボイズの
本発明の蓄熱剤組成物を調製した。

この蓄熱剤組成物について、実施例１と同様に測定した
熱サイクル１００回後の１ｋｇ当りの潜熱量は４２ｋｃ
ａｌであった。また、実施例１と同様に調べた結果、蓄
熱剤組成物の体積変化による容器の破損は生じなかった
。

実施例３硫酸ナトリウム１　ｋｇに対して水１．８２６ｋｇ、ホ
ウ砂１４’１ｇ、増粘剤として実施例１と同じポリアク
リル酸ナトリウム１６３ｇをそれぞれ加え、実施例１と
同様にして、４０℃における粘度９２０００センチボイ
ズの本発明の蓄熱剤組成物を調製した。

この蓄熱剤組成物について、実施例１と同様に測定した
熱サイクル１００回後の１ｋｇ当りの潜熱量は４１ｋｃ
ａｌであった。また、実施例１と同様に調べた結果、蓄
熱剤組成物の体積変化による容器の破損は生じなかった
。

比較例１硫酸ナトリウム１　ｋｇに対して水１．２６８ｋｇ（即
ち、芒硝における化学量論量の水）、ホウ砂１１３ｇ、
増粘剤として実施例１と同じポリアクリル酸ナトリウム
１１３ｇをそれぞれ加え、実施例１と同様にして、４０
℃における粘度９００００センチポイズの蓄熱剤組成物
を調製した。

この蓄熱剤組成物について、実施例１と同様に測定した
熱サイクル１００回後の１ｋｇ当りの潜熱量は３６ｋｃ
ａｌであった。また、実施例１と同様に調べた結果、蓄
熱剤組成物の体積変化による容器の破損が生じた。

比較例２硫酸ナトリウム１　ｋｇに対して水２．０１２　ｋｇ、
つ砂１５１ｇ、増粘剤として実施例１と同じポリアクリ
ル酸ナトリウム１８０ｇをそれぞれ加え、実施例１と同
様にして、４０℃における粘度９２０００センチボイズ
の蓄熱剤組成物を調製した。

この蓄熱剤組成物について、実施例１と同様に測定した
熱サイクル１００回後の１ｋｇ当りの潜熱量は３４ｋｃ
ａｌとかなり小さい値であった。但し、実施例１と同様
に調べた結果、蓄熱剤組成物の体積変化による容器の破
損は生じなかった。

特許出願人　積水化学工業株式会社代表者　胚　沼　基　利

Claims

【特許請求の範囲】

＋１１　硫酸ナトリウム、核剤、水、及び親水性基を有
する水溶性樹脂よりなる増粘剤からなる蓄熱剤組成物に
おいて、硫酸ナトリウム１００重量部について水１３０
〜１９０重量部存在させることを特徴とする蓄熱剤組成
物。