JP7168604B2 - 蓄熱材組成物 - Google Patents
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Description
X=100×CA/(CA+W) (P1)
[数2]
Y=100×NH/(CA+NH+W) (P2)
[数3]
X-51.75>0 (1)
[数4]
52.75-X>0 (2)
[数5]
4.25-Y>0 (3)
[数6]
1.2245X+Y-66.367>0 (4)
[数7]
-2.1569X+Y+110.27>0 (5)
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、塩化カルシウム6水和物と、塩化アンモニウムと、水と、からなる主剤混合物を含む。
主剤混合物は、塩化カルシウム6水和物と、塩化アンモニウムと、水と、からなる。塩化カルシウム6水和物は、蓄熱物質である。塩化カルシウム6水和物は、一般的に、大きな過冷却現象を生じる。塩化アンモニウムは、融点降下剤である。
塩化カルシウム6水和物(CaCl2・6H2O)としては、公知のものを用いることができる。
塩化アンモニウム(NH4Cl)としては、公知のものを用いることができる。
水としては、例えば純水を用いることができる。
蓄熱材組成物の組成は、主剤混合物100質量%中における、塩化カルシウム6水和物、塩化アンモニウム、及び水の含有量を用いて、下記式(P1)及び(P2)で規定されるパラメーターX及びYで表すことができる。具体的には、主剤混合物100質量%中における、塩化カルシウム6水和物の含有量をCA質量%、塩化アンモニウムの含有量をNH質量%、水の含有量をW質量%としたときに、下記式(P1)及び(P2)で規定されるパラメーターX及びYで表すことができる。
[数8]
X=100×CA/(CA+W) (P1)
[数9]
Y=100×NH/(CA+NH+W) (P2)
[数10]
X-51.75>0 (1)
[数11]
52.75-X>0 (2)
[数12]
4.25-Y>0 (3)
[数13]
1.2245X+Y-66.367>0 (4)
[数14]
-2.1569X+Y+110.27>0 (5)
パラメーターX及びYが、式(1)~(5)を満たす範囲を図1に示す。図1は、蓄熱材組成物の組成を特定のパラメーターで示した特定パラメータ表現図である。図1において、上記式(1)~(5)を満たす五角形の領域を符号Rで示す。また、符号Rの五角形の外周を構成する各辺のうち、上記式(1)~(5)のそれぞれを満たす辺を、それぞれ、F1~F5と示す。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、過冷却抑制剤をさらに含むと、過冷却がより抑制されるため好ましい。過冷却の度合いは、例えば、過冷度で示される。ここで、過冷度とは、凝固点TFと過冷却温度TS(TF≧TS)との差分を意味する。過冷却温度TSは、恒温槽内に測温抵抗体を設置したサンプルの表面温度変化により測定することができる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、過冷却抑制剤に加えて過冷却抑制添加剤をさらに含むと、過冷却がさらに抑制されるため好ましい。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、増粘剤をさらに含むと、相分離が抑制されることにより、長期にわたる蓄熱性能の安定性が向上するため好ましい。このような増粘剤としては、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、及びこれらの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種の増粘剤が用いられる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、融点降下剤をさらに含むと、蓄熱材組成物の融点をさらに降下させることができる。このため、蓄熱材組成物が融点降下剤をさらに含むと、蓄熱材組成物の融点を、蓄熱システムの最適な融点に一致又は近づける調整が容易になるため好ましい。このような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、融点が27℃以下で、かつ25℃以上28℃以下での融解潜熱が165J/g以上である。
融点は、示差走査熱量計(DSC)により測定した。具体的には、DSCにて測定した融解時の吸熱ピークについて、融解開始側のベースラインと、ピークの融解開始側の変曲点での接線と、の交点を求め、この交点の温度を融点とした。
25℃以上28℃以下での融解潜熱は、DSCにより測定した。具体的には、DSCにて測定した融解時の吸熱ピークについて、25℃~28℃の範囲内で積分して算出した融解潜熱を、25℃以上28℃以下での融解潜熱とした。
(蓄熱材組成物の作製)
塩化カルシウム6水和物(CaCl2・6H2O、キシダ化学株式会社製、特級)と、塩化アンモニウム(NH4Cl、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。塩化カルシウム6水和物、塩化アンモニウム及び純水の量は、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.A13)。
蓄熱材組成物は、塩化カルシウム6水和物、塩化アンモニウム、及び純水からなり、いわゆる主剤混合物のみからなる。
[数15]
X=100×CA/(CA+W) (P1)
[数16]
Y=100×NH/(CA+NH+W) (P2)
[数17]
X-51.75>0 (1)
[数18]
52.75-X>0 (2)
[数19]
4.25-Y>0 (3)
[数20]
1.2245X+Y-66.367>0 (4)
[数21]
-2.1569X+Y+110.27>0 (5)
さらに、得られたパラメーターX及びYを図1に示した。図1は、蓄熱材組成物の組成を特定のパラメーターで示した特定パラメータ表現図である。図1において、上記式(1)~(5)を満たす五角形の領域を符号Rで示す。また、符号Rの五角形の外周を構成する各辺のうち、上記式(1)~(5)のそれぞれを満たす辺を、それぞれ、F1~F5と示す。
試料No.A13の蓄熱材組成物の組成を図1にプロットした。なお、図1において、上記式(1)~(5)を満たす五角形の領域R内に存在するプロットを記号○で示し、上記式(1)~(5)を満たさない領域R外に存在するプロットを記号×で示した。試料No.A13の蓄熱材組成物のプロットは記号○で示した。
蓄熱材組成物を20mg採取し、示差走査熱量計(DSC)による熱分析を行った。得られた融解時の吸熱ピークについて、融解開始側のベースラインと、ピークの融解開始側の変曲点での接線と、の交点を求め、この交点の温度を融点とした。
DSCで得られた融解時の吸熱ピークについて、25℃~28℃の範囲内で積分して算出した融解潜熱を、25℃以上28℃以下での融解潜熱とした。
得られる蓄熱材組成物が表1に示す組成になるように、各成分の添加量を調整し、実施例1と同様の手順にて蓄熱材組成物を作製した(試料No.A1~A12、A14~A29)。
(特定パラメータ表現図)
試料No.A1~A12、A14~A29につき、実施例1と同様にして、蓄熱材組成物の組成を図1にプロットした。
(蓄熱材組成物の作製)
はじめに、実施例2の主剤混合物(試料No.A14)を用意した。また、過冷却抑制剤として水酸化ストロンチウム8水和物Sr(OH)2・8H2O(富士フィルム和光純薬株式会社製)を用意した。
次に、表2に示す配合量で、試料No.A14の主剤混合物の100質量部と、Sr(OH)2・8H2Oと、必要により過冷却抑制添加剤と、を混合して、蓄熱材組成物を作製した(試料No.B1~B13)。
・デカン酸:キシダ化学株式会社製
・珪藻土:富士フィルム和光純薬株式会社製、平均粒径50μm
・レーヨン:ユニチカ株式会社製、繊維径1mm、繊維長10mm
・オクタデカン:富士フィルム和光純薬株式会社製
・リン酸モノドデシルナトリウム:東京化成工業株式会社製
・1-プロパノール:キシダ化学株式会社製
・ディラ(不織布):ユニチカ株式会社製、ポリエステル製不織布ディラ(登録商標)
・ディラ解砕繊維:ユニチカ株式会社製、ポリエステル製不織布ディラ(登録商標)を解砕した繊維
・アルミナ:キシダ化学株式会社製アルミナ粉末
また、過冷度を以下のようにして測定した。
恒温槽内に測温抵抗体を設置したサンプルの表面温度変化により、過冷却温度を測定した。融点から過冷却温度を差し引いて過冷度を算出した。
(蓄熱材組成物の作製)
はじめに、実施例2の主剤混合物(試料No.A14)を用意した。また、過冷却抑制剤として水酸化ストロンチウムSr(OH)2(富士フィルム和光純薬株式会社製)を用意した。
次に、表3に示す配合量で、試料No.A14の主剤混合物の100質量部と、Sr(OH)2と、必要により過冷却抑制添加剤と、を混合して、蓄熱材組成物を作製した(試料No.C1~C23)。
・オクタデカン:富士フィルム和光純薬株式会社製
・レーヨン:ユニチカ株式会社製、繊維径1mm、繊維長10mm
・珪藻土:富士フィルム和光純薬株式会社製、平均粒径50μm
・ブロモオクタデカン:キシダ化学株式会社製
・1-プロパノール:キシダ化学株式会社製
・アルミナ:キシダ化学株式会社製アルミナ粉末
・ディラ(不織布):ユニチカ株式会社製、ポリエステル製不織布ディラ(登録商標)
・2-プロパノール:キシダ化学株式会社製
・グリセリン:キシダ化学株式会社製
・リン酸モノドデシルナトリウム:東京化成工業株式会社製
・MgCl2:キシダ化学株式会社製塩化マグネシウム
Claims (12)
- 塩化カルシウム6水和物と、
塩化アンモニウムと、
水と、からなる主剤混合物を含み、
融点が27℃以下で、かつ25℃以上28℃以下での融解潜熱が165J/g以上であり、
前記主剤混合物100質量%中における、前記塩化カルシウム6水和物の含有量をCA質量%、前記塩化アンモニウムの含有量をNH質量%、前記水の含有量をW質量%としたときに下記式(P1)及び(P2)で規定されるパラメーターX及びYが、下記式(1)~(5)を満たす、蓄熱材組成物。
[数1]
X=100×CA/(CA+W) (P1)
[数2]
Y=100×NH/(CA+NH+W) (P2)
[数3]
X-51.75>0 (1)
[数4]
52.75-X>0 (2)
[数5]
4.25-Y>0 (3)
[数6]
1.2245X+Y-66.367>0 (4)
[数7]
-2.1569X+Y+110.27>0 (5) - 前記主剤混合物100質量%は、
前記塩化カルシウム6水和物45.0~55.0質量%と、
前記塩化アンモニウム1.0~5.0質量%と、
前記水43.0~50.0質量%とを含む、請求項1に記載の蓄熱材組成物。 - 塩化ストロンチウム6水和物、水酸化ストロンチウム8水和物、水酸化バリウム8水和物、塩化ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、黒鉛、アルミニウム、二酸化チタン、ヘクトライト、スメクタイトクレイ、ベントナイト、ラポナイト、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、請求項1又は2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、及びこれらの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種の増粘剤をさらに含む、請求項1から3のいずれか一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、請求項1から4のいずれか一項に記載の蓄熱材組成物。
- 前記過冷却抑制剤が、水酸化ストロンチウム8水和物又は水酸化ストロンチウムである、請求項3から5のいずれか一項に記載の蓄熱材組成物。
- 前記主剤混合物100質量部と、前記水酸化ストロンチウム8水和物又は水酸化ストロンチウム0.3~1.1質量部とを含む、請求項6に記載の蓄熱材組成物。
- 過冷却抑制添加剤をさらに含む、請求項3から7のいずれか一項に記載の蓄熱材組成物。
- 前記過冷却抑制剤が、水酸化ストロンチウム8水和物であり、
前記過冷却抑制添加剤は、デカン酸、珪藻土、レーヨン、オクタデカン、リン酸モノドデシルナトリウム、1-プロパノール、ポリエステル不織布、ポリエステル繊維、及びアルミナからなる群より選択される1種以上の物質である、請求項8に記載の蓄熱材組成物。 - 前記主剤混合物100質量部と、前記水酸化ストロンチウム8水和物0.3~1.1質量部と、前記過冷却抑制添加剤0.4~1.1質量部とを含む、請求項9に記載の蓄熱材組成物。
- 前記過冷却抑制剤が、水酸化ストロンチウムであり、
前記過冷却抑制添加剤は、オクタデカン、レーヨン、ブロモオクタデカン、1-プロパノール、アルミナ、ポリエステル不織布、2-プロパノール、グリセリン、及びリン酸モノドデシルナトリウムからなる群より選択される1種以上の物質である、請求項8に記載の蓄熱材組成物。 - 前記主剤混合物100質量部と、前記水酸化ストロンチウム0.3~1.1質量部と、前記過冷却抑制添加剤0.05~3.1質量部とを含む、請求項11に記載の蓄熱材組成物。
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