JP2000063811A - 蓄熱材組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常温付近に相転移点を有し、蓄熱密度が大
きく、且つ相分離がなく繰り返し安定性に優れた蓄熱材
組成物を提供する。 【解決手段】 （Ａ）トリメチロールエタン、（Ｂ）水
及び（Ｃ）分子内にスルホニル基を有する化合物、の三
成分を含有することを特徴とする蓄熱材組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱材組成物に関
する。詳しくは、相転移潜熱を利用した、トリメチロー
ルエタンと水を含有する蓄熱材組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】潜熱型蓄熱材は、顕熱型蓄熱材に比べて
蓄熱密度が高く、相変化温度が一定であり、熱の取り出
し温度が安定であるなどの利点があるため、種々の用途
に実用化されている。この潜熱型蓄熱材の主成分として
は、氷、硫酸ナトリウム十水塩、塩化カルシウム六水塩
及び酢酸ナトリウム三水塩などが知られている。これら
潜熱型蓄熱材の実用化の代表例としては、深夜電力を利
用した氷蓄熱システムがある。

【０００３】また、生活環境温度に近い２０〜３０℃に
相変化温度を有する蓄熱材は、温室や床暖房などを目的
に鋭意研究されている。その主成分としては、硫酸ナト
リウム十水塩または塩化カルシウム六水塩が多く用いら
れており、両者とも蓄熱密度が大きく、安価で優れた蓄
熱材原料といえる。しかしながら、硫酸ナトリウム十水
塩は融点以上で融解すると無水硫酸ナトリウムと硫酸ナ
トリウムの飽和水溶液の二相に分離し、これが凝固する
際には、沈殿した無水硫酸ナトリウムの表面でしか硫酸
ナトリウム十水塩に戻らないので、蓄熱量は大幅に低下
するという問題がある。これは相分離と呼ばれる現象で
あり、硫酸ナトリウム十水塩が、融解したときに完全に
水溶液化せず、いわゆる調和融解しないことに原因があ
る。

【０００４】また、塩化カルシウム六水塩は調和融解す
るものの、繰り返し使用するうちに、より融点の高い低
次の水和塩が生成し、硫酸ナトリウム十水塩と同様に不
溶解分が沈殿し、やはり蓄熱量が低下するという問題が
ある。以上の水和物系蓄熱材としては、融解したときに
完全に水溶液化する状態となる調和融解となり、かつ、
融点の異なる水和物が存在しないことが望ましい。しか
しながら、このような性能を持つ理想的な水和物系蓄熱
材は知られていない。

【０００５】更に、冷房用途に使用可能な２０℃以下に
相転移点を有する蓄熱材としては、硫酸ナトリウム十水
塩／塩化アンモニウム／塩化ナトリウム／硫酸アンモニ
ウムから成り、融解温度８〜１２℃の蓄熱材組成物が知
られている（特開平７−４８５６４号公報）。該組成物
は、優れた蓄熱密度と安全性を有するものの、本質的に
前記の相分離の問題を抱えており、長期の繰り返し安定
性を確保するためには相分離防止剤として吸水性樹脂等
を添加する必要があり、相分離を完全に防止することは
困難である。

【０００６】一方、トリメチロールエタン（別名：ペン
タグリセリン）は、融点が約２００℃、固相転移点が８
９℃である昇華性を有する物質であり、固相転移熱が３
３．２ｃａｌ／ｇと比較的大きく高温用の蓄熱材として
期待され、その諸物性に関して複数の報告がなされてい
る。例えば、特許第２５８１７０８号公報には、トリメ
チロールエタン水和物が２１〜３５℃の範囲に融点を有
することが示されている。また、Laugt,Mらは、トリメ
チロールエタンの４水和物では、融点が２９．８℃、融
解潜熱量が１８５ｋＪ／ｋｇであることを報告している
（PowderDiffr.(1991),6(4),190-193)。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、トリメ
チロールエタンは高温用の蓄熱材として期待できるもの
であるが、本発明者らの検討によれば、トリメチロール
エタンと水との蓄熱材では、過冷却現象が大きいという
問題があり、実際に実用化されているという報告はまだ
ない。

【０００８】そこで、本発明の目的は、建材分野等でパ
ッシプ蓄熱用途に使用可能な５〜２５℃に相転移点を有
し、相分離がなく安定で、高蓄熱密度の蓄熱材組成物を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み鋭意検討した結果、トリメチロールエタンと水の
混合物に、非共有電子対を分子内に一以上有する水溶性
有機化合物を加えることにより、トリメチロールエタン
／水系蓄熱材の相転移点を所望の温度に調整することが
できることを見出し、本発明に到達した。

【００１０】すなわち、本発明の要旨は、（Ａ）トリメ
チロールエタン、（Ｂ）水及び（Ｃ）分子内にスルホニ
ル基を有する化合物、の三成分を含有することを特徴と
する蓄熱材組成物に関する。

【００１１】

【発明の実施の態様】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の特徴は、トリメチロールエタン／水系蓄熱材組
成物に、スルホニル基を分子内に有する化合物を含有さ
せることで、より低融点の蓄熱材組成物とした点にあ
る。なお、かかる化合物は水溶性であるのが好ましく、
その溶解度は特に限定されるものではないが、２５℃の
純水１００ｇに対して１ｇ以上溶解する化合物であるこ
とがより好ましい。

【００１２】以上のような分子内にスルホニル基を有す
る化合物の例としては、サッカリンナトリウム、サッカ
リンカリウム、スルホラン、ジメチルスルホキシド等が
挙げられる。また、安全性、経済性、結晶性、あるいは
融点降下効果の観点から、特に、サッカリンナトリウ
ム、スルホサリチル酸、若しくはスルホランが例示され
る。なお、以上に該当する化合物は二種以上を併用する
こともできる。

【００１３】次に、本発明の蓄熱材組成物の組成につい
て特に限定されるものではないが、通常、成分（Ａ）の
トリメチロールエタンが２０〜８０重量％、成分（Ｂ）
の水が１９〜５０重量％、かつ成分（Ｃ）の分子内にス
ルホニル基を有する化合物が１〜５０重量％であり、好
ましくは、成分（Ａ）が３０〜７０重量％、成分（Ｂ）
が２０〜４０重量％、かつ成分（Ｃ）が５〜４０重量で
ある。

【００１４】上記において、成分（Ａ）のトリメチロー
ルエタンが２０％未満であると、組成物中におけるトリ
メチロールエタンの水和物としての存在絶対量が少なく
なり、蓄熱密度が低下し、逆に、８０％を越えると溶け
切らなくなったトリメチロールエタンの析出量が多くな
り蓄熱量が減少する。また、成分（Ｂ）の水が１９％未
満であるとトリメチロールエタンの水和物としての存在
絶対量が少なくなり、蓄熱密度が低下し、逆に、５０％
を越えると生成するトリメチロールエタン水和物の一部
または全部が余剰の水に溶解してしまい、水和物生成に
よる蓄熱量が減少する。更に、成分（Ｃ）の非共有電子
対を分子内に一以上有する水溶性有機化合物が１％未満
であるとトリメチロールエタンの水和物の相転移点調整
効果が少なくなり、逆に、５０％を越えると生成するト
リメチロールエタン水和物の絶対量が少なくなり、蓄熱
密度が低下する。

【００１５】また、成分（Ａ）と成分（Ｂ）との重量比
（Ａ／Ｂ）としては、好ましくは７５／２５〜５０／５
０の範囲である。７５／２５を越えると水和物となり得
ない成分（Ａ）の量が多くなるため、蓄熱密度が低下す
る。一方、５０／５０未満では、生成した（Ａ）の水和
物の一部または全部が余剰の水に溶解してしまい、水和
物生成による蓄熱量が減少する。

【００１６】以上の本発明の蓄熱材組成物は、最大潜熱
量を示す相転移点が通常５〜２５℃の範囲、より好まし
くは１０〜２３℃の範囲、最も好ましくは１５〜２０℃
の範囲であるが、これに制限されるものではない。最大
潜熱量を示す相転移点が５℃未満であると、通常あり得
る排冷熱の範疇を越えてしまう。また、最大潜熱量を示
す相転移点が２５℃を越えた場合は、通常あり得る環境
熱温度では短時間に蓄熱しきれない。

【００１７】また、場合によっては相転移点以下まで冷
却されても結晶化しない、いわゆる過冷却の問題が生じ
る可能性があるが、これを防止するため、必要に応じて
過冷却防止剤を添加しておいてもよい。過冷却防止剤と
しては、炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム一水塩、ピロ
リン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム十水塩、第三
リン酸カルシウムなどの無機塩又は水和無機塩が好まし
く例示される。

【００１８】また、本発明の蓄熱材組成物は、必要に応
じて、増粘剤を配合してもよい。増粘剤としては、水不
溶性吸水性ポリマー、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリ
アクリルアミド、ポリグリセリン、カルボキシメチルセ
ルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルア
ルコール、アルギン酸塩、キサンタンガム、ガラーギナ
ン、ゼラチン、寒天などが挙げられるがこれに限定され
ることはない。これら増粘剤の配合量は、蓄熱材組成物
の（Ａ）〜（Ｃ）の三成分の合計量１００重量部に対し
て、通常０．１〜５重量部である。更に、本発明の蓄熱
材組成物にはは、フェノール類、アミン類、ヒドロキシ
アミン類などの酸化防止剤、クロム酸塩、ポリリン酸
塩、亜硝酸ナトリウムなどの金属腐食防止剤、安息香酸
ナトリウムや２，６−ジ−ｔ−ブチルヒドロキシトルエ
ンなどの防腐剤を含有させてもよい。

【００１９】本発明の蓄熱材組成物の調合方法は、特に
限定されず、既知の各種混合方法を採用することがで
き、成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び必要に応じて他の
添加剤を混合して均一に混合すればよい。一例として
は、蓄熱材組成物を４０〜５０℃まで加熱し、撹拌混合
する方法が挙げられる。

【００２０】本発明の蓄熱材組成物の使用方法として
は、例えば、蓄熱容器に蓄熱材組成物を充填するカプセ
ル型、蓄熱容器を必要としないシェルアンドチューブ型
が挙げられる。カプセル型は、蓄熱材組成物をカプセル
などの蓄熱容器に注入し、蓄熱容器を密封することによ
り得られる。カプセルの材質は、鉄、アルミニウムなど
の金属、高密度ポリエチレンやポリプロピレンおよびポ
リカーボネートなどのプラスチックなどが挙げられ、高
密度ポリエチレンが好ましい。カプセルの形状は、特に
限定されず、例えば、球状、板状、パイプ状、くびれ筒
状、双子球状、波板状などが挙げられ、用途に応じて適
宜選択される。シェルアンドチューブ型は、シェル側に
本発明蓄熱材組成物を充填し、チューブ側を水や不凍液
などの熱媒体を流し、チューブの周りに蓄熱材を凍結さ
せる方法である。

【００２１】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。 実施例１ トリメチロールエタン（東京化成工業社製試薬）４４
ｇ、純水３６ｇ及びスルホサリチル酸・二水和物（和光
純薬株式会社製試薬）２０ｇを、４０℃で撹拌混合し
た。得られた無色透明均一溶液状の蓄熱材組成物を示差
走査熱量計（セイコー電子工業社製ＤＳＣ２１０）に
て、１０℃／分で−５０℃まで降温し、２℃／分で４０
℃まで昇温させたときの融解潜熱量および融解ピーク温
度を測定した。その結果、融点１９．９℃、融解潜熱１
００Ｊ／ｇであった。

【００２２】実施例２ トリメチロールエタン（東京化成工業社製試薬）３８．
５ｇ、純水３１．５ｇ及びスルホラン（和光純薬株式会
社製試薬）３０ｇを、４０℃で撹拌混合した。得られた
無色透明均一溶液状の蓄熱材組成物を示差走査熱量計
（セイコー電子工業社製ＤＳＣ２１０）にて、１０℃／
分で−５０℃まで降温し、２℃／分で４０℃まで昇温さ
せたときの融解潜熱量および融解ピーク温度を測定し
た。その結果、融点２０．０℃、融解潜熱１２０Ｊ／ｇ
であった。

【００２３】実施例３ トリメチロールエタン（東京化成工業社製試薬）４４
ｇ、純水３６ｇ及びサッカリンナトリウム（和光純薬株
式会社製試薬）２０ｇを、４０℃で撹拌混合した。得ら
れた無色透明均一溶液状の蓄熱材組成物を示差走査熱量
計（セイコー電子工業社製ＤＳＣ２１０）にて、１０℃
／分で−５０℃まで降温し、２℃／分で４０℃まで昇温
させたときの融解潜熱量および融解ピーク温度を測定し
た。その結果、融点２２．６℃、融解潜熱１４０Ｊ／ｇ
であった。

【００２４】実施例４ 実施例１で得られた無色透明均一溶液状の蓄熱材組成物
を内径６４ｍｍのポリエチレン製球状カプセルに充填
し、恒温水槽中、１０℃から３０℃の凝固融解の繰り返
しを５０回行ったところ、１回目と５０回目の蓄放熱特
性に何ら変化は見られず、また、試験後の溶液は均一な
透明溶液であった。この結果は、本発明の蓄熱材組成物
が、相分離の問題のない安定した蓄熱材であることを示
す。なお、融解開始温度は１９℃で一定であった。 比較例１ スルホサリチル酸・二水和物を除いた以外は実施例１と
同様に実施した。その結果、融点２９．７℃、融解潜熱
１８０Ｊ／ｇであった。

【００２５】

【発明の効果】本発明の蓄熱材組成物は、常温付近の５
〜２５℃に相転移点を有し、蓄熱密度が大きく、且つ相
分離がなく繰り返し安定性に優れているので、建材分野
等でパッシブ型蓄熱材あるいは蓄冷材として好適に使用
することができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）トリメチロールエタン、（Ｂ）水
   及び（Ｃ）分子内にスルホニル基を有する化合物、の三
   成分を含有することを特徴とする蓄熱材組成物。
2. 【請求項２】 成分（Ｃ）が、サッカリンナトリウム、
   スルホサリチル酸、若しくはスルホランであることを特
   徴とする請求項１の蓄熱材組成物。
3. 【請求項３】 成分（Ａ）２０〜８０重量％、成分
   （Ｂ）が１９〜５０重量％、かつ成分（Ｃ）が１〜５０
   重量％であることを特徴とする請求項１又は２の蓄熱材
   組成物。
4. 【請求項４】 成分（Ａ）と成分（Ｂ）との重量比（Ａ
   ／Ｂ）が７５／２５〜５０／５０であることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかの蓄熱材組成物。
5. 【請求項５】 最大潜熱量を示す相転移点が５〜２５℃
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの蓄熱
   材組成物。