JP4309991B2 - 蓄熱材組成物及びそれを用いた暖房装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建造物の暖房等に用いられる潜熱蓄熱材組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固液相変化の性質を有する塩水和物を蓄熱材料として利用しようとする提案が数多くなされており、既に床暖房等の分野において実用化されている。塩水和物の中でも酢酸ナトリウム３水塩は融点５８℃、融解熱量約６０ｃａｌ／ｇの特性を有することから、蓄熱材料候補として注目されてきたものである。
一方、建造物の床暖房用途に通常、低温やけど等を考慮して床表面温度を約２５℃にとする為に、融点約３２℃の潜熱蓄熱材が実用化されており、輻射熱による住空間の快適化に寄与している。最近の戸建住宅においては床仕上材あるいはカーペット等の敷物などにより床暖房装置上の床部分や敷物等の厚みが増加する傾向にあり、そのため伝熱特性の低下をきたすことがある。そこで、簡便な暖房装置用の場合には蓄熱材の融点を４０〜４５℃に設定することが提案されているが、ピートポンプを利用した蓄熱式暖房装置の場合は蓄熱材の融点を４８〜５３℃に設定することが提案されている。。
【０００３】
蓄熱材の融点調整について従来の技術を以下に例示する。
ヒートポンプを熱源とする場合に５５〜５８℃の温水で融解する必要がある。そのため、酢酸ナトリウム３水塩の融点を４８〜５３℃に調整する手段を提供する提案がいくつかなされている。特開昭５３−１４１７３号公報には塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ギ酸ナトリウム、酢酸リチウムなど、特開昭５７−１０２９８２号公報にはハロゲン化合物、特開昭５７−１１５４８２号公報には酢酸マグネシウム、特開昭５８−７９０８１号公報には炭素数１〜６のカルボン酸などが例示される。
しかるに上記の融点調整によると、融点と凝固点の乖離が大きい場合、あるいは約３０〜５３℃の範囲で２段階の融解を与える場合などがあり、望ましい熱特性を与える組成とは言えないのが実状であった。
他方、ヒートポンプを利用した蓄熱式空調システムについて、例えば、電気学会論文集Ｄ 第１１６−Ｄ巻、第６１４頁〜第６１９頁（１９９６年）に解説がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、最近の床暖房装置上の床部分や敷物等の厚み増加に対応可能な、蓄熱材の融点を４８〜５３℃に設定したピートポンプを利用した床暖房装置あるいは壁面暖房装置に適した潜熱蓄熱材組成物及びそれを用いた暖房装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる状況下に鋭意検討を重ねた結果、酢酸ナトリウム３水塩を主成分として、融点調節剤に乳酸ナトリウム等の塩類やＤグルコース等を用いることにより、潜熱蓄熱蓄熱材の融点を４８〜５３℃に設定でき、且つ、該組成物がピートポンプを利用した暖房装置に適用できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、下記の（１）〜（４）を提供する。
（１）(ａ)酢酸ナトリウム３水塩又は酢酸ナトリウム無水物の該無水物換算濃度が５２〜６０重量％である水溶液を８０〜９０重量％、(ｂ)乳酸ナトリウム、Ｄグルコース、Ｄソルビトールよりなる群から選ばれた少なくとも１種を１０〜２０重量％、を混合することを特徴とする蓄熱材組成物（以下、本発明組成物と記す）。
（２）固液分離防止剤を更に加えた上記（１）に記載の蓄熱材組成物。
（３）過冷却防止剤を更に加えた上記（１）又は（２）に記載の蓄熱材組成物。
（４）上記（１）〜（３）に記載の蓄熱材組成物を用いた暖房装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下にこれらの発明について詳しく説明する。
本発明組成物は酢酸ナトリウム３水塩を主成分とし、特定の融点調整剤を添加することにより融点４８〜５３℃の組成物を与えるものであり、また必要に応じてこれに固液分離防止剤、過冷却防止剤を添加した組成物を与えるものである。
【０００８】
本発明組成物において潜熱蓄熱材として作用する主成分は酢酸ナトリウム３水塩である。本発明組成物においては、原料として３水塩または無水物のいずれを用いてもよいが、酢酸ナトリウムと水との割合を酢酸ナトリウム無水物濃度５２〜６０重量％の水溶液として用いる。５２重量％未満では蓄熱量が低くなりすぎ、６０重量％を超えると酢酸ナトリウム無水物が不溶分として常に存在することになり、この分は蓄熱量に寄与しないので好ましくない。
【０００９】
本発明組成物において、酢酸ナトリウム水溶液の混合割合は８０〜９０重量％であって、以下に述べる融点調整剤の添加量に依存する。
本発明組成物において融点調整剤としては、乳酸ナトリウム、グリコール酸ナトリウム、Ｄグルコース、Ｄソルビトールよりなる群から選ばれた少なくとも１種を用いる。
【００１０】
融点調整剤の本発明組成物における混合割合は、乳酸ナトリウム、Ｄグルコース、Ｄソルビトールのそれぞれの無水物換算で１０〜２０重量％である。１０重量％未満では融点低下効果が小さく、２０重量％を超えて添加しても溶解度を超えているのでいずれも好ましくない。
【００１１】
本発明においては上記成分のほかに必要に応じて固液分離防止剤を用いてもよい。好ましい固液分離防止剤としてはポリアクリルアミド、部分加水分解ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシルメチルセルロースなどの高分子系増粘剤、高吸水性樹脂、無機系増粘剤などが例示される。好ましい全組成物中の添加割合は１〜１０重量％である。１重量％未満では高粘性が期待できないことがあり１０重量％を超えると粘性の点では好ましいが希釈効果のために蓄熱量の低下をもたらすことがある。
【００１２】
更に、本発明においては必要に応じて過冷却防止剤を用いてもよい。酢酸ナトリウム３水塩に対する過冷却防止剤として、リン酸水素二ナトリウム、塩化ナトリウムが挙げられ、そのまま添加するか、これらを担持結晶として酢酸ナトリウム３水塩を表面に吸着させて用いる。
本発明において、過冷却防止剤は加熱時、冷却時にいずれも結晶として存在している必要があり、そのためには溶解度以上の量を添加する必要がある。溶解度は共存イオン種および液温に依存するため全組成物中の添加割合を特定することは難しいが０．１〜１０重量％が好ましく、０．５〜５重量％が更に好ましい。
【００１３】
上記の方法で製造された本発明の蓄熱材組成物を用いて、ヒートポンプを利用した蓄熱式空調システム等を製作することができる。さらに深夜電力を利用した戸建住宅等の床暖房等の暖房等にも利用適用できる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、蓄熱材の融点が４８〜５３℃に調整され、最近の床暖房装置上の床部分や敷物等の厚み増加に対応可能な、電気ヒーターあるいはヒートポンプを利用した床暖房装置、壁面暖房装置あるいは蓄熱式空調システムに適した潜熱蓄熱材組成物が提供される。
【００１５】
【実施例】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。
【００１６】
実施例１
１００ｍｌビーカーに乳酸ナトリウム（７０％溶液）８．０ｇ、水１２．６ｇをとり、６２℃水浴中で３０分間加熱した後、酢酸ナトリウム１７．４ｇを添加して加熱を続けると溶解して透明な溶液を得た。これにリン酸水素二ナトリウム１．２ｇを加えて３０分間加熱した後、部分加水分解ポリアクリルアミド（住友化学工業（株）製「スミフロックＦＡ-３０」２．０ｇ）を加え、１０分後にアルミラミネート袋に充填した。これを室温で２０分間静置したあと、これに酢酸ナトリウム３水塩の種結晶を少量添加した後アルミラミネート袋をシールし、室温で一夜静置すると全体が固化した。これの表面に熱電対を貼付し、低温恒温器に入れて、２０℃から６０℃まで３℃／時で昇温して融点を測定し、６０℃で５時間保持したのちに、６０℃から２０℃まで３℃／時で降温して凝固点を測定した。融点５２．４℃、凝固点４７．８℃であった。
【００１７】
参考例１
１００ｍｌビーカーに水１２．６ｇをとり、６２℃水浴中で３０分間加熱した後、酢酸ナトリウム１７．４ｇを添加して加熱を続けると溶解に透明な溶液を得た。これにＤグルコース８．０ｇ、リン酸水素二ナトリウム１．２ｇを加えて３０分間加熱した後、部分加水分解ポリアクリルアミド（前出）２．０ｇを加え、１０分後にアルミラミネート袋に充填した。以下実施例１と同様に操作した。融点５２．９℃、凝固点４７．８℃であった。
【００１８】
参考例２
参考例１においてＤグルコースに代えてＤソルビトール８．０ｇとした以外は実施例２と同じ操作を行った。融点５２．９℃、凝固点４７．４℃であった。
【００１９】
比較例１
１００ｍｌビーカーに水１９．０ｇをとり、６２℃水浴中で３０分間加熱した後、酢酸ナトリウム２２．３ｇを添加して加熱を続けると溶解して透明な溶液を得た。これに臭化ナトリウム６．７ｇ、リン酸水素二ナトリウム１．４ｇを加えて３０分間加熱した後、部分加水分解ポリアクリルアミド（前出）１．０ｇを加えて１０分後にアルミラミネート袋に充填した。以下実施例１と同様に操作した。融点４６．７℃と５０．７℃の２段、凝固点４３．８℃と５０．５℃の２段を示した。
【００２０】
比較例２
実施例２においてＤグルコースに代えて、ギ酸ナトリウム８．０ｇとした以外は実施例２と同じ操作を行った。融点５１．９℃、凝固点４３．４℃と乖離が大きかった。

Claims (6)

1. （ａ）酢酸ナトリウム３水塩又は酢酸ナトリウム無水物の該無水物換算濃度が５２〜６０重量％である水溶液を８０〜９０重量％、（ｂ）乳酸ナトリウムを１０〜２０重量％、を混合してなり、融点が４８〜５３℃であることを特徴とする蓄熱材組成物。
2. 固液分離防止剤を更に加えた請求項１記載の蓄熱材組成物。
3. 固液分離防止剤がポリアクリルアミド、部分加水分解ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシルメチルセルロースなどの高分子系増粘剤、高吸水性樹脂、無機系増粘剤である請求項２記載の蓄熱材組成物。
4. 過冷却防止剤を更に加えた請求項１又は２記載の蓄熱材組成物。
5. 過冷却防止剤がリン酸水素二ナトリウムまたは塩化ナトリウムである請求項４記載の蓄熱材組成物。
6. 請求項１〜５いずれかに記載の蓄熱材組成物を用いた暖房装置。