JPS61255979A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酢酸ナトリウム３水塩（ＣＨ２ＯＯＯＮａ・３
Ｈ冨０）を主成分とする蓄熱材の改良に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

一般に蓄熱材には物質の顕熱を利用したいわゆる顕熱蓄
熱材と、潜熱を利用した潜熱蓄熱材とか知られているか
、特に後者の潜熱蓄熱材は顕熱蓄熱材に比べて単位重量
当り、あるいは単位体積当りの蓄熱量か大き（、かつ相
変化において一定温度の熱を取り出すことができ、従っ
て潜熱蓄熱材は小型で効率よ（熱エネルギーを利用でき
る蓄熱システムに賞月されてきている。

そして潜熱蓄熱材としては有機物系や無機物系の数多（
の化合物か検討されてきたがこれらの水和塩はその結晶
中の水分子の関与により相変化、特に融解、凝固の際に
おける潜熱の値が太き（、蓄熱材として良好であり、中
でも酢酸ナトリウム３水塩は融解、凝固の相変化温度か
５８℃であり、その際の潜熱が約２６０Ｊ／にと大きい
ために暖房用あるいは給湯用などの蓄熱システムで多（
利用されはじめている。なお上記蓄熱材には酢酸ナトリ
ウム３水塩の外にゲル化剤や過冷却防止剤などが添加さ
れる場合かある。

〔発明か解決しようとする問題点〕

しかしながら、水和塩系潜熱蓄熱材には相変化のくり返
しに伴って最初の組成物とは異なる融点の高い別の固相
の出現とこれらの成長が起る場合か多い。このような場
合には潜熱量が相変化のくり返しに伴い減少し、所望の
温度での効率のよい蓄熱・放熱か困難となる欠点がある
。これを酢酸す）　ＩＪウム３水塩についてさらに具体
的に説明すると、上記組成物につき融解・凝固のヒート
サイクルを長期にわたって（り返すと、無水酢酸ナトリ
ウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ　）　　の結晶が徐々に析出し
、さらにヒートサイクルのくり返しに伴い無水塩の結晶
が肥大成長することがわかった。水和塩の融解は氷と類
似した構造の水分子を含む水和塩がまず無水塩と水とに
分解し、さらに無水塩か水に溶解するという２段階に分
けて考えられる。

すなわち酢酸す）　ＩＪウム３水塩の場合には融点であ
る５８℃まで加熱された時点で無水酢酸ナトリウムと水
とに分解し、次に無水塩か水に溶解するものであるか、
融点近傍の温度では過飽和−となるため無水塩は完全に
は溶解しない。

この場合析出した無水塩が微細な粒子として均質に融液
中に分散し冷却時に周囲の水と反応してすみやかに酢酸
ナトリウム３水塩に復帰すれば問題はないが、実際には
無水塩は底部に沈殿し、さらにヒートサイクルを（り返
すと無水塩の結晶か肥大成長してくる。無水塩の沈降を
防ぎこれを均質に分散させるためにゲル化剤の添加も試
みられているか、無水塩結晶の肥大成長は防止できない
。

ヒートサイクルの経過に伴い無水塩の結晶が肥大成長し
てくると第２段階への水の溶解性がさらに低下し無水塩
の結晶と融液の２層に分離してしまう。このようになる
と再び冷却しても無水塩結晶の表面だけか酢酸ナトリウ
ム３水塩（ＣＨ８Ｃ０ＯＮａ・３ＨｚＯ）に変るだけで
ある。

従って蓄熱材として機能する酢酸ナトリウム３水塩の割
合か低下し、蓄熱量も初期に比べて著しく減少すること
になる。

このような無水塩結晶の析出は酢酸ナトリウム３水塩を
蓄熱材として実用化する際には特に長期間にわたって安
定した蓄放熱をくり返す場合には非常に不都合となる。

本発明の目的は酢酸ナトリウム３水塩の融解時における
無水塩の析出を防止し、長期間のヒートサイクルの（り
返しに際しても安定した蓄放熱かできる実用性に優れた
潜熱蓄熱材を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

発明者らは融解時において酢酸ナトリウム３水塩から無
水酢酸す）　＋７ウムの析出を防止する添加物につき種
々検討を加えた結果、硝酸（ＨＮＯ３）またはほう酸（
Ｈ３ＢＯ３）が優れていることを見出し本発明を完成し
た。すなわち本発明は、酢酸ナトリウム３水塩を主成分
とする蓄熱材に硝酸またはほう酸を添加してなる蓄熱材
に関するものである。

本発明において、酢酸ナトリウム３水塩に対し硝酸（比
重１．３８）を２重量％以上、またほう酸の場合には３
重量％以上添加することによって融解時における無水酢
酸ナトリウムの析出は完全に防止され、酢酸ナトリウム
３水塩の無色透明の均質な融液をうることかできるか、
この場合次のような問題がある。

すなわち単一の化合物に異種の化合物を添加する場合、
特に蓄熱材としての特性に重要な影響をおよぼす変化と
して融点の低下および融解潜熱の低下かあげられる。融
点の低下は蓄熱温度の低下を、また融解潜熱の低下は蓄
熱量の低下をまね（。

硝酸（ＨＮＯｓ）またはほう酸（ＨｓＢＯｓ）を種々の
割合で酢酸す）９ウム３水塩に添加した場合の融点の変
化を第１図に、融解潜熱の変化を第２図に示す。

なお両図における融点と融解潜熱は示差走査熱量計によ
り測定した。図より明らかなように融点および融解潜熱
は硝酸あるいはほう酸の添加量の増加にほぼ比例して減
少する。従って硝酸やほう酸を必要量以上に過剰６ζ添
加することは避けるべきである。結局、添加量としては
硝酸の場合には２〜３重量％、ほう酸の場合には３〜５
重量％か好ましい。

なお、硝酸やほう酸量外の酸、例えば塩酸（ＨＣｔ）、
硫酸（Ｈ！５０４）　、リン酸（Ｈ８ＰＯ４）などの添
加によっても無水酢酸ナトリウムの析出を抑制すること
はできるが、この場合無水酢酸ナトリウムの析出防止に
有効な量を添加すると、無水酢酸ナトリウムの場合と性
状の異なる白色沈殿を生じ融解潜熱か著しく低下するた
め、これらの酸の添加は好ましくない。上記白色沈殿は
塩酸を添加した場合には塩化ナトリウム（ＮａＣｔ）、
硫酸の場合には硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ０４）、　リ
ン酸の場合にはリン酸ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）　　
が生成したものと考えられる。

さらに本発明は、酢酸ナトリウムイオンに硝酸またはほ
う酸を添加して融解時における無水酢酸ナトリウムの析
出を防止するものであるがさらに必要に応じて、カルボ
キシメチルセルローズやシリカ微粉末のようなゲル化剤
あるいは炭酸ナトリウムや炭酸リチウムなどの過冷却防
止剤を添加される。

〔作用〕

本発明における硝酸やほう酸の添加による無水酢酸す）
　＋７ウムの析出抑制現象は、添加された硝酸やほう酸
が融液中に溶解して水素イオン（Ｈｌ）硝酸イオン（Ｎ
Ｏｘ）あるいはほう酸イオン（Ｂ　０３−）に解離し、
融液を酸性（ＰＨ約６．５）にするため、弱酸と強塩基
の塩である酢酸ナトリウムかナトリウムイオン（Ｎａ”
）と酢酸イオン（ＣＨ３ＣＯＯ−）に解離しやすくなり
、その結果として酢酸ナトリウムの溶解性が高まるため
ではないかと考えられ゛る。

〔実施例１〕 内径２４ｍ、長さ２００ｍの試験管を２本用意し、各々
に酢酸ナトリウム３水塩を５０ｇ入れ、７０℃の恒温水
槽を用いて酢酸ナトリウム３水塩を融解させた後比重１
．３８の硝酸１−を加え十分に攪拌混合した。さらに酢
酸ナトリウム３水塩の過冷却防止剤として炭酸ナトリウ
ムを０．５ｆ加え　　　　□た後試験管上端をシリコン
栓で密封した。次にこれらの試験管を２０℃の恒温水槽
に移して冷却し試験管内の酢酸す）　ＩＪウム３水塩を
凝固させた。

これら２本の試験管のうちの１本を注意深（こわし、凝
固した酢酸ナトリウムを取り出し、次にこれを乳鉢を用
いて均一に粉砕した後示差走査熱量計により融点および
融解潜熱を測定したところ融点は５３．０＝Ｉ＝０．２
℃、融解潜熱は２１５±６ＪＡ　であった。

次にもう１本の試験管を用いて融解、凝固のヒートサイ
クルを１００回（り返した。加熱と冷却には各々７０℃
と２０℃の恒温水槽を使用し、加熱時間は２時間、冷却
時間は１時間とした。この１００回のヒートサイクルに
おける酢酸す）　ＩＪウム３水塩の融解・凝固の挙動を
観察したところ、無水酢酸ナトリウムの析出は全（認め
られず、また初回のヒートサイクルにおける凝固時の様
子と゛１００回目の凝固時の様子とに何ら変化はなかっ
た。

次にこの試験管を注意深（こわして凝固した酢酸す）　
ＩＪウム３水塩を取り出し、乳鉢を用いて均一に粉砕し
た後示差走査熱量計により融点と融解潜熱を測定した。

その結果、融点は５３．１±０．３℃、融解潜熱は２１
０±８Ｊ／ｇであり、１００回のヒートサイクルによる
蓄熱材としての性能の劣化は認められなかった。

〔実施例２〕 実施例１の場合と同様の試験管２本を用意し、各々に酢
酸ナトリウム３水塩４８９とほう酸２ｔと炭酸ナトリウ
ム０．５２を入れ、７０℃の恒温水槽を用いて混合物を
融解させ、十分に攪拌混合した後上端をシリコン栓で密
封した。その後実施例１の場合と全く同様の操作を行っ
た。この場合にも１００回のヒートサイクルにわたって
無水酢酸ナトリウムの析出は全（認められず、凝固時の
様子も初回と１００回後で何ら変らなかった。

ヒートサイクル開始時と１００回後の融点は各々５５．
１±０．３℃、５４．９±０．４℃、また融解潜熱は２
０５±６Ｊ／ｇ、２０３±５Ｊ／ｇ　であり、１００回
のヒートサイクルによる蓄熱特性の劣化は認められなか
った。

〔比較例〕

酢酸ナトリウム３水塩５０ｆと炭酸ナトリウム０．５ｆ
を入れた試験管を用いて実施例１の場合と全く同じ実験
を行った。第１回目の融解時に試験管の下部的１／１０
はどに無水酢酸す）　ＩＪウムの白色沈殿か認められた
。約２０回のヒートサイクル後の融解時には下部の沈殿
物はキラキラ光る結晶となった。さらにヒートサイクル
をくり返すとこの結晶は徐々に増加し、１００回後には
試験管の約１／２をしめるようになった。また１００回
のヒートサイクルを（り返した後の凝固状態は試験管の
上部と下部とでは異なり下部にくらべ上部は水分か多か
った。ヒートサイクル開始時と１００回後の融点は各々
５８．１±０．２℃、５６．２±１．２℃、また融解潜
熱は各々２５８±３１／ｇと１６４±１８Ｊ／ｇで、ヒ
ートサイクルにより特に融解潜熱に大幅な低下が認めら
れた。

〔発明の効果〕

このように本発明によると、酢酸ナトリウム３水塩に硝
酸またはほう酸を少量添加することにより、融解・凝固
の熱サイクルを長期間（り返した場合にも、酢酸ナトリ
ウム３水塩の融点および融解潜熱の減少を防ぐことがで
き、安定した蓄放熱特性を有する潜熱蓄熱材をうること
かできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、酢酸す）　ＩＪウム３水塩に対する硝酸また
はほう酸の添加量と融点との関係、第２図は酢酸ナトリ
ウム３水塩に対する硝酸またはほう酸の添加量と融解潜
熱との関係を示すグラフである。 叉５．゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　酢酸ナトリウム３水塩を主成分とする蓄熱材に硝酸
   またはほう酸を添加してなる蓄熱材。 ２　硝酸の添加量が酢酸ナトリウム３水塩に対し２〜３
   重量％である特許請求の範囲第１項記載の蓄熱材。 ３　ほう酸の添加量が酢酸ナトリウム３水塩に対し３〜
   ５重量％である特許請求の範囲第１項記載の蓄熱材。