JP2019151762A - 蓄熱材組成物及び建築物の冷暖房用の蓄熱システム - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄熱量が大きく、相変化温度が２０℃以上３０℃未満の範囲内にある、蓄熱材組成物を提供する。【解決手段】蓄熱材組成物は、硫酸ナトリウム１０水和物、炭酸ナトリウム１０水和物、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物からなる主剤を含み、融解潜熱を発現する温度が２０℃以上３０℃未満にあり、前記融解潜熱が１７０Ｊ／ｇ以上である。蓄熱材組成物は、主剤１００質量％中に、硫酸ナトリウム１０水和物が１５〜３０質量％、炭酸ナトリウム１０水和物が１７〜３５質量％、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物が３５〜６１質量％含まれる。【選択図】図３
Description
本発明は、蓄熱材組成物及び建築物の冷暖房用の蓄熱システムに関し、詳しくは、建造物の冷暖房の蓄熱システムに好適な蓄熱材組成物及びこれを含む建築物の冷暖房用の蓄熱システムに関する。
従来、液体から固体への相変化時や固体から液体への相変化時に発生又は吸収する潜熱を利用した潜熱蓄熱材組成物が知られている。潜熱蓄熱材組成物は、例えば、建造物の冷暖房の蓄熱システムに用いられる。
潜熱蓄熱材組成物には、一般的に、蓄熱量が大きいこと、所定の温度レベルで作動すること、長期間安定であること、安価であること、毒性がないこと、腐触性がないこと等の特性が要求される。
また、潜熱蓄熱材組成物が特に建造物の冷暖房の蓄熱システムに用いられる場合、潜熱蓄熱材組成物が融解潜熱を発現する下限温度Ｔｓが２０℃以上２３℃未満でありかつ潜熱蓄熱材組成物が融解潜熱を発現する上限温度Ｔｆが３０℃未満であることが好ましい。このため、潜熱蓄熱材組成物が建造物の冷暖房の蓄熱システムに用いられる場合、潜熱蓄熱材組成物が融解潜熱を発現する温度が２０℃以上３０℃未満にあることが好ましい。
図１は、潜熱蓄熱材組成物の融解潜熱を発現する温度と蓄熱量との関係の一例を示すグラフである。図１中、Ａは建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適な潜熱蓄熱材組成物ＭＡの示す曲線、Ｂは建造物の冷暖房用の蓄熱システムに好適でない潜熱蓄熱材組成物ＭＢの示す曲線である。また、図１中、Ｄは曲線Ａの下限温度Ｔｓ、Ｅは曲線Ａの上限温度Ｔｆ、Ｃは上限温度Ｔｆと下限温度Ｔｓとの差分である潜熱発生温度幅、をそれぞれ示す。
なお、図１に示す、下限温度Ｔｓ２０℃及び上限温度Ｔｆ２９．５℃は一例であり、本発明において下限温度Ｔｓ及び上限温度Ｔｆはこれらの数値に限定されない。
曲線Ａは、潜熱発生温度幅Ｃが、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物に好適な２０℃以上３０℃未満（２９．５℃以下）にある。この潜熱蓄熱材組成物ＭＡのように、潜熱発生温度幅が２０℃以上３０℃未満（２９．５℃以下）にある潜熱蓄熱材組成物は、建造物の冷暖房の使用温度範囲において潜熱蓄熱材組成物の効率的な蓄熱、放熱が可能である。このため、潜熱蓄熱材組成物ＭＡは、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適である。
一方、曲線Ｂは、潜熱発生温度幅Ｃが、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物に好適な２０℃以上３０℃未満（２９．５℃以下）を逸脱している。このような潜熱蓄熱材組成物は、蓄熱材組成物が本来有する蓄熱量の全てを建造物の冷暖房に用いることができないため、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好ましくない。
これに対し、従来の潜熱蓄熱材組成物として、例えば、特許文献１に、硫酸ナトリウム及び／又はその共晶塩と、水と、相分離抑制剤と、からなり、水を所定量含有する蓄熱材組成物が開示されている。特許文献１に記載される蓄熱材組成物では、これに含まれる硫酸ナトリウム１０水和物が凝固、融解を繰り返しても蓄熱量の低下が抑制される。
しかしながら、特許文献１の蓄熱材組成物には、蓄熱量が小さいという問題があった。また、特許文献１の蓄熱材組成物に含まれ、蓄熱材作用に関与する硫酸ナトリウム１０水和物は、相変化温度が約３２℃であり、上記２０℃以上３０℃未満の範囲外にある。このため、特許文献１の蓄熱材組成物は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適でないという問題があった。
さらに、特許文献１の蓄熱材組成物は、含んでいる水により潜熱蓄熱材組成物の相変化の生じる温度幅が大きくなるため、潜熱発生温度幅が大きいという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、蓄熱量が大きく、相変化温度が２０℃以上３０℃未満の範囲内にある、蓄熱材組成物及び建築物の冷暖房用の蓄熱システムを提供することを目的とする。
本発明の第１の態様に係る蓄熱材組成物は、硫酸ナトリウム１０水和物、炭酸ナトリウム１０水和物、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物からなる主剤を含み、融解潜熱を発現する温度が２０℃以上３０℃未満にあり、前記融解潜熱が１７０Ｊ／ｇ以上である。
本発明の第２の態様に係る蓄熱材組成物は、第１の態様に係る蓄熱材組成物において、前記主剤１００質量％中に、前記硫酸ナトリウム１０水和物が１５〜３０質量％、前記炭酸ナトリウム１０水和物が１７〜３５質量％、及び前記リン酸水素二ナトリウム１２水和物が３５〜６１質量％含まれる。
本発明の第３の態様に係る蓄熱材組成物は、第１又は第２の態様に係る蓄熱材組成物において、前記主剤中の、前記硫酸ナトリウム１０水和物の含有量をＸ質量％、前記炭酸ナトリウム１０水和物の含有量をＹ質量％、及び前記リン酸水素二ナトリウム１２水和物の含有量をＺ質量％としたとき、Ｘ、Ｙ及びＺが下記式（１）〜（４）を満たす。
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００ （１）
１５≦Ｘ≦３１ （２）
Ｘ−７．２６４Ｙ＋２２３．４６４≧０ （３）
Ｘ＋３．７１１Ｙ−９４．８８８≧０ （４）
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００ （１）
１５≦Ｘ≦３１ （２）
Ｘ−７．２６４Ｙ＋２２３．４６４≧０ （３）
Ｘ＋３．７１１Ｙ−９４．８８８≧０ （４）
本発明の第４の態様に係る蓄熱材組成物は、第１〜第３のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物において、余剰水をさらに含み、前記余剰水は、前記主剤１００質量部に対して９質量部以下含まれる。
本発明の第５の態様に係る蓄熱材組成物は、第１〜第４のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物において、有機不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸、有機不飽和リン酸、有機不飽和アミド、有機不飽和アルコール、有機不飽和カルボン酸塩、有機不飽和スルホン酸塩、及び有機不飽和リン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の単量体と、多官能性単量体と、を重合させて得られる相分離抑制剤をさらに含む。
本発明の第６の態様に係る蓄熱材組成物は、第１〜第５のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物において、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及び尿素からなる群より選択される少なくとも１種の融点降下剤をさらに含む。
本発明の第７の態様に係る蓄熱材組成物は、第１〜第６のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物において、ホウ砂Ｎａ２Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４・８Ｈ２Ｏ、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチレンジアミン四酢酸、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルリン酸ナトリウム、アルキル硫酸カリウム、及びアルキルリン酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１種の過冷却抑制剤をさらに含む。
本発明の第８の態様に係る蓄熱材組成物は、第１〜第７のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物において、ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリカルボキシレートポリエーテルポリマー、アクリル酸・マイレン酸共重合体ナトリウム、アクリル酸・スルホン酸系モノマー共重合体ナトリウム、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルメタクリラートジメチル硫酸塩共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、高吸水樹脂（ＳＡＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ)、ＣＭＣの誘導体、カラギーナン、カラギーナンの誘導体、キサンタンガム、キサンタンガムの誘導体、ペクチン、ペクチンの誘導体、デンプン、デンプンの誘導体、コンニャク、寒天、層状ケイ酸塩、及び上記物質の複合物質からなる群より選択される少なくとも１種の相分離抑制剤をさらに含む。
本発明の第９の態様に係る建築物の冷暖房用の蓄熱システムは、第１〜第８のいずれかの態様に係る蓄熱材組成物を用いた蓄熱材モジュールを具備する。
本実施形態に係る蓄熱材組成物によれば、蓄熱量が大きく、相変化温度が２０℃以上３０℃未満の範囲内にある、蓄熱材組成物及び建築物の冷暖房用の蓄熱システムを提供することができる。
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る蓄熱材組成物、及び蓄熱システムについて詳細に説明する。
［蓄熱材組成物］
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、硫酸ナトリウム１０水和物、炭酸ナトリウム１０水和物、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物からなる主剤を含む。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、硫酸ナトリウム１０水和物、炭酸ナトリウム１０水和物、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物からなる主剤を含む。
（主剤）
＜主剤中の硫酸ナトリウム１０水和物＞
主剤は、硫酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ）、炭酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ）、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物（Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ）からなる。
＜主剤中の硫酸ナトリウム１０水和物＞
主剤は、硫酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ）、炭酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ）、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物（Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ）からなる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、主剤のみからなることができるが、必要により、余剰水をさらに含んでいてもよい。主剤と余剰水とからなる混合物を主剤混合物と定義する。主剤は、硫酸ナトリウム１０水和物、炭酸ナトリウム１０水和物、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物の合計量１００質量のうち、硫酸ナトリウム１０水和物、炭酸ナトリウム１０水和物、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物を所定量含む。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、硫酸ナトリウム１０水和物が、通常１５〜３０質量％含まれる。硫酸ナトリウム１０水和物の含有量が上記範囲内にあると、蓄熱材組成物の蓄熱量が大きく、潜熱発生温度幅が小さく、上限温度Ｔｆ及び下限温度Ｔｓが２０℃以上３０℃未満になる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、硫酸ナトリウム１０水和物が、好ましくは２０〜２６質量％、より好ましくは２５〜２６質量％含まれると、蓄熱材組成物の蓄熱量がより大きくなる。また、本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、硫酸ナトリウム１０水和物が、好ましくは２０〜３０質量％含まれると、蓄熱材組成物の潜熱発生温度幅がより小さくなる。
＜主剤中の炭酸ナトリウム１０水和物＞
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、炭酸ナトリウム１０水和物が、通常１７〜３５質量％含まれる。炭酸ナトリウム１０水和物の含有量が上記範囲内にあると、蓄熱材組成物の蓄熱量が大きく、潜熱発生温度幅が小さく、上限温度Ｔｆ及び下限温度Ｔｓが２０℃以上３０℃未満になる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、炭酸ナトリウム１０水和物が、通常１７〜３５質量％含まれる。炭酸ナトリウム１０水和物の含有量が上記範囲内にあると、蓄熱材組成物の蓄熱量が大きく、潜熱発生温度幅が小さく、上限温度Ｔｆ及び下限温度Ｔｓが２０℃以上３０℃未満になる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、炭酸ナトリウム１０水和物が、好ましくは２２〜３０質量％、より好ましくは２９〜３０質量％含まれると、蓄熱材組成物の蓄熱量がより大きくなる。また、本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、炭酸ナトリウム１０水和物が、好ましくは２６〜３５質量％含まれると、蓄熱材組成物の潜熱発生温度幅がより小さくなる。
＜主剤中のリン酸水素二ナトリウム１２水和物＞
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、リン酸水素二ナトリウム１２水和物が、通常３５〜６１質量％含まれる。リン酸水素二ナトリウム１２水和物の含有量が上記範囲内にあると、蓄熱材組成物の蓄熱量が大きく、潜熱発生温度幅が小さく、上限温度Ｔｆ及び下限温度Ｔｓが２０℃以上３０℃未満になる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、リン酸水素二ナトリウム１２水和物が、通常３５〜６１質量％含まれる。リン酸水素二ナトリウム１２水和物の含有量が上記範囲内にあると、蓄熱材組成物の蓄熱量が大きく、潜熱発生温度幅が小さく、上限温度Ｔｆ及び下限温度Ｔｓが２０℃以上３０℃未満になる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、リン酸水素二ナトリウム１２水和物が、好ましくは４５〜５６質量％、より好ましくは４５〜４６質量％含まれると、蓄熱材組成物の蓄熱量がより大きくなる。また、本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、リン酸水素二ナトリウム１２水和物が、好ましくは３５〜４９質量％含まれると、蓄熱材組成物の潜熱発生温度幅がより小さくなる。
上記より、本実施形態に係る蓄熱材組成物では、主剤１００質量％中に、通常、硫酸ナトリウム１０水和物が１５〜３０質量％、炭酸ナトリウム１０水和物が１７〜３５質量％、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物が３５〜６１質量％含まれる。
＜主剤中の組成＞
蓄熱材組成物では、主剤中のＸ、Ｙ及びＺが下記式（１）〜（４）を満たすことが好ましい。ここで、Ｘ、Ｙ及びＺは、主剤中の硫酸ナトリウム１０水和物の含有量をＸ質量％、炭酸ナトリウム１０水和物の含有量をＹ質量％、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物の含有量をＺ質量％を示す。
蓄熱材組成物では、主剤中のＸ、Ｙ及びＺが下記式（１）〜（４）を満たすことが好ましい。ここで、Ｘ、Ｙ及びＺは、主剤中の硫酸ナトリウム１０水和物の含有量をＸ質量％、炭酸ナトリウム１０水和物の含有量をＹ質量％、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物の含有量をＺ質量％を示す。
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００ （１）
１５≦Ｘ≦３１ （２）
Ｘ−７．２６４Ｙ＋２２３．４６４≧０ （３）
Ｘ＋３．７１１Ｙ−９４．８８８≧０ （４）
１５≦Ｘ≦３１ （２）
Ｘ−７．２６４Ｙ＋２２３．４６４≧０ （３）
Ｘ＋３．７１１Ｙ−９４．８８８≧０ （４）
図３は、主剤における、硫酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ）、炭酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ）、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物（Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ）の含有量の好適な範囲を示すグラフである。図３に示す台形Ｒ及びその内部は、上記式（１）〜（４）を満たす範囲である。
本実施形態に係る蓄熱材組成物において、上記Ｘ、Ｙ及びＺが下記式（１）〜（４）を満たすと、蓄熱材組成物の蓄熱量が大きく、潜熱発生温度幅が小さく、上限温度Ｔｆ及び下限温度Ｔｓが２０℃以上３０℃未満になる。
（余剰水）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、必要により余剰水をさらに含んでいてもよい。また、本明細書では、上記のように、主剤と余剰水とからなる混合物を主剤混合物と定義する。本実施形態に係る蓄熱材組成物において、余剰水は、主剤１００質量部に対して、通常９質量部以下、好ましくは３質量部以下含まれる。本実施形態に係る蓄熱材組成物における余剰水の含有量が９質量部を超えると、蓄熱材組成物の蓄熱量が小さくなるおそれがある。なお、本実施形態に係る蓄熱材組成物は、余剰水の含有量が０の場合に、主剤に加えてＮａ２ＳＯ４等の無水塩を含む場合がある。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、必要により余剰水をさらに含んでいてもよい。また、本明細書では、上記のように、主剤と余剰水とからなる混合物を主剤混合物と定義する。本実施形態に係る蓄熱材組成物において、余剰水は、主剤１００質量部に対して、通常９質量部以下、好ましくは３質量部以下含まれる。本実施形態に係る蓄熱材組成物における余剰水の含有量が９質量部を超えると、蓄熱材組成物の蓄熱量が小さくなるおそれがある。なお、本実施形態に係る蓄熱材組成物は、余剰水の含有量が０の場合に、主剤に加えてＮａ２ＳＯ４等の無水塩を含む場合がある。
（相分離抑制剤）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の相分離抑制剤をさらに含むと、主剤が保湿下で保存されるため好ましい。特定の相分離抑制剤は、特定の単量体と、多官能性単量体と、を重合させて得られる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の相分離抑制剤をさらに含むと、主剤が保湿下で保存されるため好ましい。特定の相分離抑制剤は、特定の単量体と、多官能性単量体と、を重合させて得られる。
＜単量体＞
特定の単量体としては、有機不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸、有機不飽和リン酸、有機不飽和アミド、有機不飽和アルコール、有機不飽和カルボン酸塩、有機不飽和スルホン酸塩、及び有機不飽和リン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の単量体が用いられる。
特定の単量体としては、有機不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸、有機不飽和リン酸、有機不飽和アミド、有機不飽和アルコール、有機不飽和カルボン酸塩、有機不飽和スルホン酸塩、及び有機不飽和リン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の単量体が用いられる。
有機不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸及びイタコン酸からなる群より選択される１種以上の不飽和カルボン酸が用いられ、好ましくはアクリル酸が用いられる。
有機不飽和スルホン酸としては、例えば、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ｐ−スチレンスルホン酸、スルホエチルメタクリレート、アリルスルホン酸及びメタアリルスルホン酸からなる群より選択される１種以上の有機不飽和スルホン酸が用いられる。
有機不飽和カルボン酸塩としては、例えば上記不飽和カルボン酸のアルカリ金属塩やアンモニウム塩が用いられる。上記不飽和カルボン酸のアルカリ金属塩としては、例えば、上記不飽和カルボン酸のナトリウム塩が用いられる。上記不飽和カルボン酸のナトリウム塩としては、好ましくは、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸ナトリウムが用いられる。
有機不飽和スルホン酸塩としては、例えば、上記有機不飽和スルホン酸のアルカリ金属塩やアンモニウム塩が用いられる。上記有機不飽和スルホン酸のアルカリ金属塩としては、例えば、上記有機不飽和スルホン酸のナトリウム塩が用いられる。
上記特定の単量体は、そのまま重合すると特定の単量体が重合した重合体を形成する。
＜多官能性単量体＞
多官能性単量体は、特定の単量体が重合した重合体を架橋させるものである。多官能性単量体としては、例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチレンビスメタクリルアミドが用いられ、好ましくはＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド又はＮ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミドが用いられる。
多官能性単量体は、特定の単量体が重合した重合体を架橋させるものである。多官能性単量体としては、例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチレンビスメタクリルアミドが用いられ、好ましくはＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド又はＮ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミドが用いられる。
（融点降下剤）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の融点降下剤をさらに含むと、主剤の融点が降下するため好ましい。融点降下剤としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及び尿素からなる群より選択される少なくとも１種の融点降下剤が用いられる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の融点降下剤をさらに含むと、主剤の融点が降下するため好ましい。融点降下剤としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及び尿素からなる群より選択される少なくとも１種の融点降下剤が用いられる。
（過冷却抑制剤）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の過冷却抑制剤をさらに含むと、主剤の過冷却が抑制されるため好ましい。過冷却抑制剤としては、例えば、ホウ砂Ｎａ２Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４・８Ｈ２Ｏ、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチレンジアミン四酢酸、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルリン酸ナトリウム、アルキル硫酸カリウム、及びアルキルリン酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１種の過冷却抑制剤が用いられる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の過冷却抑制剤をさらに含むと、主剤の過冷却が抑制されるため好ましい。過冷却抑制剤としては、例えば、ホウ砂Ｎａ２Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４・８Ｈ２Ｏ、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチレンジアミン四酢酸、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルリン酸ナトリウム、アルキル硫酸カリウム、及びアルキルリン酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１種の過冷却抑制剤が用いられる。
（相分離抑制剤）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の相分離抑制剤をさらに含むと、主剤の相分離が抑制されるため好ましい。相分離抑制剤としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリカルボキシレートポリエーテルポリマー、アクリル酸・マイレン酸共重合体ナトリウム、アクリル酸・スルホン酸系モノマー共重合体ナトリウム、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルメタクリラートジメチル硫酸塩共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、高吸水樹脂（ＳＡＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ)、ＣＭＣの誘導体、カラギーナン、カラギーナンの誘導体、キサンタンガム、キサンタンガムの誘導体、ペクチン、ペクチンの誘導体、デンプン、デンプンの誘導体、コンニャク、寒天、層状ケイ酸塩、及び上記物質の複合物質からなる群より選択される少なくとも１種の相分離抑制剤が用いられる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の相分離抑制剤をさらに含むと、主剤の相分離が抑制されるため好ましい。相分離抑制剤としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリカルボキシレートポリエーテルポリマー、アクリル酸・マイレン酸共重合体ナトリウム、アクリル酸・スルホン酸系モノマー共重合体ナトリウム、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルメタクリラートジメチル硫酸塩共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、高吸水樹脂（ＳＡＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ)、ＣＭＣの誘導体、カラギーナン、カラギーナンの誘導体、キサンタンガム、キサンタンガムの誘導体、ペクチン、ペクチンの誘導体、デンプン、デンプンの誘導体、コンニャク、寒天、層状ケイ酸塩、及び上記物質の複合物質からなる群より選択される少なくとも１種の相分離抑制剤が用いられる。
（特性）
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、融解潜熱を発現する温度が２０℃以上３０℃未満にあり、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適な温度範囲で融解潜熱を発現する。このため、本実施形態に係る蓄熱材組成物は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適である。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、融解潜熱を発現する温度が２０℃以上３０℃未満にあり、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適な温度範囲で融解潜熱を発現する。このため、本実施形態に係る蓄熱材組成物は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適である。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、融解潜熱が１７０Ｊ／ｇ以上であり、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として融解潜熱が十分に高い。このため、本実施形態に係る蓄熱材組成物は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適である。
（発明の効果）
本実施形態に係る蓄熱材組成物によれば、蓄熱量が大きく、相変化温度が２０℃以上３０℃未満の範囲内にある、蓄熱材組成物が得られる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物によれば、蓄熱量が大きく、相変化温度が２０℃以上３０℃未満の範囲内にある、蓄熱材組成物が得られる。
［建築物の冷暖房用の蓄熱システム］
本実施形態に係る建築物の冷暖房用の蓄熱システムは、上記本実施形態に係る蓄熱材組成物を用いた蓄熱材モジュールを具備する。
本実施形態に係る建築物の冷暖房用の蓄熱システムは、上記本実施形態に係る蓄熱材組成物を用いた蓄熱材モジュールを具備する。
（蓄熱材モジュール）
蓄熱材モジュールとしては、例えば、前記蓄熱材組成物を十分な密封性を有する容器に充填させた蓄熱材パックからなり、この蓄熱材パックを単数ないしは複数積層させるとともに、適切な流路を設け、モジュール化したものが用いられる。蓄熱材パックに用いる容器としては、例えば、アルミシートに樹脂製シートを積層して形成されたアルミパックシートを熱溶着することで形成されたアルミパック等が挙げられる。蓄熱材モジュールは、建造物中の空間を区切る床面、壁面、天井面の少なくとも一部に設置される。
蓄熱材モジュールとしては、例えば、前記蓄熱材組成物を十分な密封性を有する容器に充填させた蓄熱材パックからなり、この蓄熱材パックを単数ないしは複数積層させるとともに、適切な流路を設け、モジュール化したものが用いられる。蓄熱材パックに用いる容器としては、例えば、アルミシートに樹脂製シートを積層して形成されたアルミパックシートを熱溶着することで形成されたアルミパック等が挙げられる。蓄熱材モジュールは、建造物中の空間を区切る床面、壁面、天井面の少なくとも一部に設置される。
このように設置された蓄熱材モジュールは、モジュール表面とこのモジュール表面を通気した雰囲気との熱交換、日射による日射熱、夜間電力を利用した空調システム等によって蓄熱（蓄冷）される。例えば、昼間においては、蓄熱材モジュール中の蓄熱材組成物は、建造物中の空間から得た熱によって融解し、その分のエンタルピーを蓄熱材組成物の内部に保留する。その後、夜間に外気温度が下がってくると、融解していた蓄熱材組成物は凝固し、建造物中の空間へ熱を放出する。このように、蓄熱材モジュールを建物内に設置すると、蓄熱材組成物の融解・凝固の作用により、冷暖房のためのエネルギー負荷を低減することができる。
（発明の効果）
本実施形態に係る蓄熱材システムによれば、モジュール表面とこのモジュール表面を通気した雰囲気との熱交換、日射による日射熱、夜間電力を利用した空調システム等によって蓄熱（蓄冷）されるため、冷暖房のためのエネルギー負荷を低減することができる。
本実施形態に係る蓄熱材システムによれば、モジュール表面とこのモジュール表面を通気した雰囲気との熱交換、日射による日射熱、夜間電力を利用した空調システム等によって蓄熱（蓄冷）されるため、冷暖房のためのエネルギー負荷を低減することができる。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
（蓄熱材組成物の作製）
２０ｍｌのガラス製サンプル瓶に、Ｎａ２ＳＯ４無水塩（キシダ化学株式会社製、特級）と、Ｎａ２ＣＯ３無水塩（キシダ化学株式会社製、特級）と、Ｎａ２ＨＰＯ４無水塩（キシダ化学株式会社製、特級）と、純水とを、合計約５ｇになるように所定量混合した。
なお、Ｎａ２ＳＯ４無水塩、Ｎａ２ＣＯ３無水塩、Ｎａ２ＨＰＯ４無水塩及び純水の量は、得られる蓄熱材組成物の組成が表１に示す組成になるような量で配合した。
得られた混合物を５０℃以上で湯煎したところ、蓄熱材組成物が得られた（試料Ｎｏ．Ａ２０）。この蓄熱材組成物は、極微量の余剰水を含む以外は、実質的に主剤のみからなるものであった。余剰水の含有量を表１に示す。
また、蓄熱材組成物の調製時の沈殿の生成の有無を調べた。蓄熱材組成物の調製時に沈殿が生成することは、凝固・融解を繰り返したときの蓄熱材組成物の特性安定性が低いことを示す指標である。試料Ｎｏ．Ａ２０の蓄熱材組成物では、沈殿は生成しなかった。結果を表１に示す。
（蓄熱材組成物の作製）
２０ｍｌのガラス製サンプル瓶に、Ｎａ２ＳＯ４無水塩（キシダ化学株式会社製、特級）と、Ｎａ２ＣＯ３無水塩（キシダ化学株式会社製、特級）と、Ｎａ２ＨＰＯ４無水塩（キシダ化学株式会社製、特級）と、純水とを、合計約５ｇになるように所定量混合した。
なお、Ｎａ２ＳＯ４無水塩、Ｎａ２ＣＯ３無水塩、Ｎａ２ＨＰＯ４無水塩及び純水の量は、得られる蓄熱材組成物の組成が表１に示す組成になるような量で配合した。
得られた混合物を５０℃以上で湯煎したところ、蓄熱材組成物が得られた（試料Ｎｏ．Ａ２０）。この蓄熱材組成物は、極微量の余剰水を含む以外は、実質的に主剤のみからなるものであった。余剰水の含有量を表１に示す。
また、蓄熱材組成物の調製時の沈殿の生成の有無を調べた。蓄熱材組成物の調製時に沈殿が生成することは、凝固・融解を繰り返したときの蓄熱材組成物の特性安定性が低いことを示す指標である。試料Ｎｏ．Ａ２０の蓄熱材組成物では、沈殿は生成しなかった。結果を表１に示す。
（融解潜熱の下限温度Ｔｓ及び上限温度Ｔｆ、並びに融解潜熱の測定）
蓄熱材組成物から１０ｍｇ試料を採取し、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）を行い、蓄熱材組成物の下限温度Ｔｓ及び上限温度Ｔｆを測定した。下限温度Ｔｓ及び上限温度Ｔｆの測定について、図２を参照して説明する。図２は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて、潜熱蓄熱材組成物が融解潜熱を発現する下限温度Ｔｓと上限温度Ｔｆとを測定した結果を模式的に示したグラフである。
具体的には、下限温度Ｔｓは、ＤＳＣ曲線におけるベースの直線と、最初にヒートフローが低下したＤＳＣ曲線の変曲点における傾きを延長した直線と、の交点とした。また、上限温度Ｔｆは、ヒートフローがベースに回復する直前のＤＳＣ曲線の変曲点における傾きを延長した直線と、ＤＳＣ曲線におけるベースの直線と、の交点とした。
また、ＤＳＣ曲線の吸熱ピークのピーク面積から融解潜熱を算出した。
これらの結果を表１に示す。
蓄熱材組成物から１０ｍｇ試料を採取し、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）を行い、蓄熱材組成物の下限温度Ｔｓ及び上限温度Ｔｆを測定した。下限温度Ｔｓ及び上限温度Ｔｆの測定について、図２を参照して説明する。図２は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて、潜熱蓄熱材組成物が融解潜熱を発現する下限温度Ｔｓと上限温度Ｔｆとを測定した結果を模式的に示したグラフである。
具体的には、下限温度Ｔｓは、ＤＳＣ曲線におけるベースの直線と、最初にヒートフローが低下したＤＳＣ曲線の変曲点における傾きを延長した直線と、の交点とした。また、上限温度Ｔｆは、ヒートフローがベースに回復する直前のＤＳＣ曲線の変曲点における傾きを延長した直線と、ＤＳＣ曲線におけるベースの直線と、の交点とした。
また、ＤＳＣ曲線の吸熱ピークのピーク面積から融解潜熱を算出した。
これらの結果を表１に示す。
［実施例２〜１８、比較例１〜２２］
得られる蓄熱材組成物が表１又は表２に示す組成になるように、Ｎａ２ＳＯ４無水塩、Ｎａ２ＣＯ３無水塩、Ｎａ２ＨＰＯ４無水塩及び純水の配合量を変えた以外は、実施例１と同様にして、蓄熱材組成物を得た（試料Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１９及びＡ２１〜Ａ４０）。
試料Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１９はそれぞれ比較例１〜１９の蓄熱材組成物、試料Ｎｏ．Ａ２１〜Ａ３７はそれぞれ実施例２〜１８の蓄熱材組成物、試料Ｎｏ．Ａ３８〜Ａ４０はそれぞれ比較例２０〜２２の蓄熱材組成物である。
得られる蓄熱材組成物が表１又は表２に示す組成になるように、Ｎａ２ＳＯ４無水塩、Ｎａ２ＣＯ３無水塩、Ｎａ２ＨＰＯ４無水塩及び純水の配合量を変えた以外は、実施例１と同様にして、蓄熱材組成物を得た（試料Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１９及びＡ２１〜Ａ４０）。
試料Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１９はそれぞれ比較例１〜１９の蓄熱材組成物、試料Ｎｏ．Ａ２１〜Ａ３７はそれぞれ実施例２〜１８の蓄熱材組成物、試料Ｎｏ．Ａ３８〜Ａ４０はそれぞれ比較例２０〜２２の蓄熱材組成物である。
試料Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１９及びＡ２１〜Ａ４０につき、実施例１と同様にして、余剰水の含有量と、蓄熱材組成物の沈殿の生成の有無を調べた。また、試料Ｎｏ．Ａ１〜Ａ１９及びＡ２１〜Ａ４０につき、実施例１と同様にして、融解潜熱の下限温度Ｔｓ及び上限温度Ｔｆ、並びに融解潜熱の測定を行った。結果を表１及び表２に示す。
（三元系状態図）
図３は、主剤を構成する硫酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ）、炭酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ）及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物（Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ）の含有量の三元系状態図である。試料Ｎｏ．Ａ１〜Ａ３７の蓄熱材組成物の主剤の組成を図３にプロットした。
図３中、試料Ｎｏ．Ａ２０〜Ａ３７（実施例１〜１８）の蓄熱材組成物のプロットを記号○で示す。
図３は、主剤を構成する硫酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ）、炭酸ナトリウム１０水和物（Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ）及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物（Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ）の含有量の三元系状態図である。試料Ｎｏ．Ａ１〜Ａ３７の蓄熱材組成物の主剤の組成を図３にプロットした。
図３中、試料Ｎｏ．Ａ２０〜Ａ３７（実施例１〜１８）の蓄熱材組成物のプロットを記号○で示す。
図３において、台形の領域Ｒは、試料Ｎｏ．Ａ２０〜Ａ３７（実施例１〜１８）の蓄熱材組成物の主剤が存在する領域である。領域Ｒは、硫酸ナトリウム１０水和物の含有量をＸ質量％、炭酸ナトリウム１０水和物の含有量をＹ質量％、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物の含有量をＺ質量％としたとき、Ｘ、Ｙ及びＺが下記式（１）〜（４）を満たす領域である。
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００ （１）
１５≦Ｘ≦３１ （２）
Ｘ−７．２６４Ｙ＋２２３．４６４≧０ （３）
Ｘ＋３．７１１Ｙ−９４．８８８≧０ （４）
１５≦Ｘ≦３１ （２）
Ｘ−７．２６４Ｙ＋２２３．４６４≧０ （３）
Ｘ＋３．７１１Ｙ−９４．８８８≧０ （４）
表１より、図３の領域Ｒ内にある試料Ｎｏ．Ａ２０〜Ａ３７（実施例１〜１８）の蓄熱材組成物は、蓄熱材組成物の蓄熱量が大きく、潜熱発生温度幅が小さく、上限温度Ｔｆ及び下限温度Ｔｓが２０℃以上３０℃未満になっていることが分かった。
なお、表２より、図３中に記号△で表される蓄熱材組成物（試料Ｎｏ．Ａ１〜Ａ９）は、蓄熱材組成物の調製時に沈殿が生成しており、繰り返し特性安定性が低いことが分かった。
また、表２より、図３中に記号×で表される蓄熱材組成物（試料Ｎｏ．Ａ１０〜Ａ１５）は、蓄熱量（潜熱）が小さいことが分かった。
さらに、表２より、図３中に記号□で表される蓄熱材組成物（試料Ｎｏ．Ａ１６）は、下限温度Ｔｓが低すぎることが分かった。
また、表２より、図３中に記号◇で表される蓄熱材組成物（試料Ｎｏ．Ａ１７〜Ａ１９）は、上限温度Ｔｆが高すぎることが分かった。
表１及び図３より、上記式（１）〜（４）を満たす領域Ｒ内にある実施例１〜１８の蓄熱材組成物（試料Ｎｏ．Ａ２０〜Ａ３７）は、蓄熱材組成物として好ましいことが分かった。また、実施例１〜１８の蓄熱材組成物（試料Ｎｏ．Ａ２０〜Ａ３７）は、融解潜熱を発現する温度が２０℃以上３０℃未満にあり、前記融解潜熱が１７０Ｊ／ｇ以上であることが分かった。
以上、本発明を実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
Claims (9)
- 硫酸ナトリウム１０水和物、炭酸ナトリウム１０水和物、及びリン酸水素二ナトリウム１２水和物からなる主剤を含み、
融解潜熱を発現する温度が２０℃以上３０℃未満にあり、
前記融解潜熱が１７０Ｊ／ｇ以上であることを特徴とする蓄熱材組成物。 - 前記主剤１００質量％中に、
前記硫酸ナトリウム１０水和物が１５〜３０質量％、
前記炭酸ナトリウム１０水和物が１７〜３５質量％、及び
前記リン酸水素二ナトリウム１２水和物が３５〜６１質量％含まれることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱材組成物。 - 前記主剤中の、前記硫酸ナトリウム１０水和物の含有量をＸ質量％、前記炭酸ナトリウム１０水和物の含有量をＹ質量％、及び前記リン酸水素二ナトリウム１２水和物の含有量をＺ質量％としたとき、Ｘ、Ｙ及びＺが下記式（１）〜（４）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱材組成物。
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１００ （１）
１５≦Ｘ≦３１ （２）
Ｘ−７．２６４Ｙ＋２２３．４６４≧０ （３）
Ｘ＋３．７１１Ｙ−９４．８８８≧０ （４） - 余剰水をさらに含み、
前記余剰水は、前記主剤１００質量部に対して９質量部以下含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。 - 有機不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸、有機不飽和リン酸、有機不飽和アミド、有機不飽和アルコール、有機不飽和カルボン酸塩、有機不飽和スルホン酸塩、及び有機不飽和リン酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の単量体と、
多官能性単量体と、
を重合させて得られる相分離抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。 - 塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及び尿素からなる群より選択される少なくとも１種の融点降下剤をさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。
- ホウ砂Ｎａ２Ｂ４Ｏ５（ＯＨ）４・８Ｈ２Ｏ、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチレンジアミン四酢酸、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルリン酸ナトリウム、アルキル硫酸カリウム、及びアルキルリン酸カリウムからなる群より選択される少なくとも１種の過冷却抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。
- ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリカルボキシレートポリエーテルポリマー、アクリル酸・マイレン酸共重合体ナトリウム、アクリル酸・スルホン酸系モノマー共重合体ナトリウム、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルメタクリラートジメチル硫酸塩共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、高吸水樹脂（ＳＡＰ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ)、ＣＭＣの誘導体、カラギーナン、カラギーナンの誘導体、キサンタンガム、キサンタンガムの誘導体、ペクチン、ペクチンの誘導体、デンプン、デンプンの誘導体、コンニャク、寒天、層状ケイ酸塩、及び上記物質の複合物質からなる群より選択される少なくとも１種の相分離抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物。
- 請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱材組成物を用いた蓄熱材モジュールを具備することを特徴とする建築物の冷暖房用の蓄熱システム。
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