JPH10237434A

JPH10237434A - 蓄熱材の製造方法

Info

Publication number: JPH10237434A
Application number: JP9045941A
Authority: JP
Inventors: Kenji Saida; 健二才田
Original assignee: Sumika Plastech Co Ltd
Current assignee: Sumika Plastech Co Ltd
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-08
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: JP3774530B2

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱材の製造方法において、過冷却防止剤の
効果を顕著にするための簡便な方法を提供し、もって経
済的な大量生産を可能とする。【解決手段】（Ａ）蓄熱材主材および過冷却防止用担
持結晶を含有する組成物の融液、および（Ｂ）該蓄熱材
主材を含有する成形体を容器に充填後に冷却する蓄熱材
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【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の製造方法に関する。

【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。
代表的な塩水和物としては、硫酸ナトリウム１０水塩、
塩化カルシウム６水塩、リン酸水素二ナトリウム１２水
塩、酢酸ナトリウム３水塩等がある。これらの塩水和物
はいずれも、それ単独では過冷却現象を呈し、それが蓄
熱材としての利用の大きな障壁となっていた。この障壁
を克服するために過冷却防止剤又は過冷却防止方法につ
いての提案が多数なされてきた。

【０００３】硫酸ナトリウム１０水塩に対する過冷却防
止剤として四ホウ酸ナトリウム１０水塩が有効であるこ
とが1952年に判明した。この組合せは同一晶系に属し、
結晶の格子定数も近いことから、ヘテロエピタキシャル
成長に基づく核形成であることが分かっている。この発
見の後、その他の塩水和物について、結晶学的アプロー
チで探索が続けられたが、同様な組み合わせは未だに見
い出されていない。

【０００４】一方、酢酸ナトリウム３水塩について、特
定の担持結晶を用いる方法が提案されている。担持結晶
としてはリン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム
などのナトリウム塩（特公昭61-42957号公報、特公平2-
15598号公報）などが開示されている。これらは酢酸ナ
トリウム３水塩の融液の中に担持結晶やプレス成形した
担持結晶を入れ、強制冷却することによって融液を固化
させる操作を行う方法である。これらの方法では、一度
は融液を固化させて担持結晶の表面に酢酸ナトリウム３
水塩を固化させる工程を経なければ過冷却防止効果が得
られないので、容器に充填後に過冷却状態を破るため強
制冷却−固化させる操作が必須であり、大量生産におい
ては不都合な方法である。また、担持結晶の量も多く用
いる必要がある。強制冷却の代わりに種結晶を投入して
融液を固化させる方法を採用する場合には、該種結晶が
融解しないよう、あらかじめ融液を過冷却状態にしてお
く必要があり、やはり大量生産には不都合な方法であ
る。

【０００５】これを解決する方法として、特公平1-5151
5号公報や特公昭58-27301号公報には、融液に担持結晶
（基材）としてピロリン酸ナトリウムを入れ、これをそ
のまままたは取り出して冷却固化させて別途、過冷却防
止剤を製造する方法が開示されている。特開昭64-75583
号公報には、融液に担持結晶を入れ、これを一度固化さ
せたのち再び加熱融解し、その後融液から濾取した結晶
を過冷却防止剤（発核剤）とする方法が開示されてい
る。これらの方法においては、充填用の融液に過冷却防
止剤を添加すればよいので、操作性は改善されるが、過
冷却防止剤を製造するために融液を調整することが必要
であり、また融液から濾取したあと固化するので、過冷
却防止剤として使用するには粉砕をする必要があるなど
のため、エネルギー消費量、操作安全性、操作簡便性な
どにおいて問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記した従来
の技術の問題点を解決しようとするものである。すなわ
ち本発明は、蓄熱材の製造方法において、過冷却防止剤
の効果を顕著にするための簡便な方法を提供し、もって
経済的な大量生産を可能とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、（Ａ）蓄
熱材主材および過冷却防止用担持結晶を含有する組成物
の融液、および（Ｂ）該蓄熱材主材を含有する成形体を
容器に充填後に冷却する蓄熱材の製造方法に関するもの
である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。本発明の蓄熱材主材としては、固液相変化の性質
を有する塩水和物が通常用いられる。代表的な塩水和物
としては、硫酸ナトリウム１０水塩、塩化カルシウム６
水塩、リン酸水素二ナトリウム１２水塩、硝酸カルシウ
ム４水塩、酢酸ナトリウム３水塩、塩化ストロンチウム
６水塩などがある。これらは単独あるいは共晶塩、ある
いは融点調整剤との組成物として用いられる。また結晶
水の他に水分を小過剰添加することが好ましい場合もあ
る。

【０００９】本発明の過冷却防止用担持結晶としては蓄
熱材主材を担持し得る結晶が用いられる。例えば蓄熱材
主材が酢酸ナトリウム３水塩の場合は、担持結晶として
はリン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素一ナトリウ
ム、リン酸三ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、臭化ナ
トリウム、およびそれらの水和物などが例示される。ま
た、蓄熱材主材として塩化ストロンチウム６水塩の場合
は、担持結晶としては水酸化ストロンチウム８水塩など
が、蓄熱材主材がリン酸水素二ナトリウム１２水塩の場
合は、担持結晶としては四ホウ酸ナトリウムおよびその
水和物などが例示される。

【００１０】好ましくは、蓄熱材主材として酢酸ナトリ
ウム３水塩、担持結晶としてリン酸水素二ナトリウム、
リン酸二水素一ナトリウム、リン酸三ナトリウム、四ホ
ウ酸ナトリウム、臭化ナトリウム、またはそれらの水和
物の組み合わせであり、さらに好ましくは、蓄熱材主材
として酢酸ナトリウム３水塩、担持結晶としてリン酸水
素二ナトリウムまたはリン酸三ナトリウムが、特に好ま
しくは、蓄熱材主材として酢酸ナトリウム３水塩、担持
結晶としてリン酸水素二ナトリウムが用いられる。

【００１１】塩水和物は無水物を水とともに用いて塩水
和物の融液としてもよい。塩水和物を用いる場合に水を
少量加えてもよい。例えば、酢酸ナトリウムは無水物、
３水塩のいずれも用いることができ、酢酸ナトリウムと
水との比率は、無水酢酸ナトリウム換算1モル当たり水
3.0〜4.5モルの範囲で水を用いればよい。水3.0モル以
下では酢酸ナトリウム３水塩を形成するに十分でないた
めに無水物が残存することになり、蓄熱量の低下をもた
らすことがあるので好ましくない。4.5モル以上では水
が過剰のため希釈効果により蓄熱量の低下をもたらすこ
とがあるので好ましくない。

【００１２】本発明の過冷却防止用担持結晶は、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添
加量を特定することは難しいが、0.5〜10重量％が好ま
しく、0.5〜5重量％がさらに好ましい。

【００１３】本発明の増粘剤は、加熱融解時および冷却
時の蓄熱材組成物中における蓄熱材主材および過冷却防
止用担持結晶の沈降を抑制し、かつ融液中の濃度の不均
一性を低減することを主な働きとする。従って、親水性
であって高粘性のものが好ましく、周知の増粘剤から選
択できる。好適な増粘剤としてはカルボキシル基を含有
する水溶性高分子であって、カルボキシメチルセルロー
スナトリウム塩、ポリ（アクリル酸ナトリウム−アクリ
ルアミド）共重合体などが例示される。これらは融液中
で十分な高粘性となる量を添加され、好ましくは1〜10
重量％の範囲である。1％未満では高粘性が期待できな
いことがあり、10％を越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蓄熱量の低下をもたらすこと
がある。

【００１４】本発明の組成物の融液は、組成物を加熱し
て、蓄熱材主材の結晶析出をもたらさない温度に維持さ
れているものである。融液の流動性は増粘剤の増粘効果
に依存する

【００１５】本発明の蓄熱材主材を含有する成形体は、
上記融液が冷却されたときに該主材の種結晶として作用
するものである。従って該成形体は通常、該主材を結晶
状態で含むものであって、単独または保形のための助剤
を用いることができる。

【００１６】本発明の成形体は、加熱された融液に直接
投入することができる。または成形体を投入したあと加
熱された融液を充填することができる。従って、充填・
シール・保管の各工程がよどみなく流れ、大量の生産に
好適なものである。

【００１７】本発明の成形体は、加熱された融液中でも
融解してしまわない形状であることが好ましく、十分な
厚みをもつことが好ましい。加熱された融液が容器に充
填された後の冷却速度は容器の材質、形状、容器外部の
伝熱環境に依存するために成形体の厚みを特定すること
は難しいが、好ましい厚みとしては3mm以上であり、好
ましくは3〜30mmである。他の条件にもよるが、3mm以下
では短時間で溶解してしまうことがあるために好ましく
ない。30mm以上では大形すぎて容器に充填するのに支障
があることがある。より好適には5〜15mmである。

【００１８】本発明の成形体の形状は特に限定されな
い。最も薄い部分の厚みが上記の通りであれば、どのよ
うな形状でも良い。容器に充填することを考慮すると、
形状は円柱状、立方体、直方体、球状などを基本とし
て、色々な変形をさせることができる。

【００１９】成形体の製法は、蓄熱材主材を成形体とし
て維持させるための各種の方法を用いることができる。
蓄熱材主材単味を用いる場合は、単結晶の切削、多結晶
のプレス成形などの乾式製法、過冷却液体の結晶化など
の湿式製法がある。蓄熱材主材と保形助剤とを用いる場
合は多結晶と接着剤などの成形、増粘剤を含む蓄熱材過
冷却液体の結晶化などがある。

【００２０】本発明においては、組成物の融液と成形体
とを容器に充填後に冷却することにより、種結晶である
成形体の作用で過冷却が破れ、全体が結晶化する。この
一度目の結晶化によって、融液中に添加されている過冷
却防止用担持結晶の表面に蓄熱材主材が担持され、過冷
却防止剤としての機能を持つようになると想定される。
以降は新たに種結晶を加えなくとも、容器を密閉したま
ま過冷却現象を有効に抑制することができる。

【００２１】冷却の方法は放冷、風冷、水冷その他通常
用いられる冷却方法が採用されるが、大量生産のために
は、倉庫への保管を兼ねて放冷するのが最も経済的であ
ろう。

【００２２】以下実施例より本発明を具体的に説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００２３】

【実施例】

実施例１（融液の製造）２リットルビーカーに酢酸ナトリウム55
0g、水450gを採取し、70℃水浴中で溶解した。これにリ
ン酸水素二ナトリウム20gを入れ10分間撹拌した後、カ
ルボキシルメチルセルロースナトリウム塩30gを少量ず
つ添加した。30分撹拌後に粘稠な融液が得られた。

【００２４】（成形体の製造）100mlビーカーに酢酸ナ
トリウム55g、水45gを採取し、70℃水浴中で溶解した。
これにカルボキシメチルセルロースナトリウム塩3gを少
量ずつ添加し、30分撹拌した後、外径15mm（肉厚1m
m）、長さ500mmの軟質塩ビ管の一端をシールしたものに
充填した。これを放冷し過冷却状態にした後、微量の酢
酸ナトリウム３水塩結晶を投入した結果、軟質ビニール
管の中味は急速に結晶化し、固化した。上端をシールし
て一夜静置した後、切断して以下の実験に供した。

【００２５】（蓄熱材の製造）肉厚2mmの硬質塩ビ板を
用いて、外寸200×200×20mmの容器（200×20mmの一端
を開放）を製作した。開放端を上端としてこれの側面と
底面に厚15mmの発泡ポリスチレンを貼り付け断熱した。
上記の融液（70℃）をこの容器の上端から20mmまで充填
した。ただちに上記の成形体（長さ30mmに切断したも
の）を投入し、硬質塩ビ板（200×20×2mm）のフタをし
たあと、フタの上に厚15mmの発泡ポリスチレンを置いて
断熱した。2時間後に断熱材とフタをとり除いて中味を
観察すると、全体が固化していた。

【００２６】実施例２実施例１と同様の空容器（断熱材貼付）に実施例１と同
様にして作製した成形体（長さ30mmに切断したもの）を
投入した。これに実施例１と同様の融液（70℃）を容器
の上端から20mmまで充填し、ただちに硬質塩ビ板（200
×20×2mm）のフタをしたあと、フタの上から厚15mmの
発泡ポリスチレンを置いて断熱した。2時間後に断熱材
とフタを取り除いて中味を観察すると、全体が固化して
いた。

【００２７】比較例１（成形体を投入しない例）実施例１において、成形体を投入しなかったこと以外は
同様の操作を行った。2時間後に断熱材とフタをとり除
いて中味を観察すると、液状のままで固化していなかっ
た。

【００２８】比較例２（粉状の種結晶を投入した例）実施例２において、成形体の代わりに粉状の酢酸ナトリ
ウム３水塩5.0gを投入したこと以外は同様の操作を行っ
た。2時間後に断熱材とフタをとり除いて中味を観察す
ると、液状のままで固化していなかった。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、蓄熱材の製造方法にお
いて、過冷却防止剤の効果を顕著にするための簡便な方
法が提供され、もって経済的な大量生産を可能とするも
のである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）蓄熱材主材および過冷却防止用担持
結晶を含有する組成物の融液、および（Ｂ）該蓄熱材主
材を含有する成形体を容器に充填後に冷却することを特
徴とする蓄熱材の製造方法。
【請求項２】蓄熱材主材が、酢酸ナトリウム３水塩であ
ることを特徴とする請求項１記載の蓄熱材の製造方法。
【請求項３】（Ａ）酢酸ナトリウム３水塩100重量部、
過冷却防止用担持結晶0.5〜10重量部、および増粘剤1〜
10重量部からなる組成物の融液、および（Ｂ）酢酸ナト
リウム３水塩を含有する成形体を容器に充填後に冷却す
ることを特徴とする蓄熱材の製造方法。
【請求項４】（Ａ）酢酸ナトリウム１モルに対し水3.0
〜4.5モルを含有する混合物100重量部、過冷却防止用担
持結晶0.5〜10重量部、および増粘剤1〜10重量部からな
る組成物の融液、および（Ｂ）酢酸ナトリウム３水塩を
含有する成形体を容器に充填後に冷却することを特徴と
する蓄熱材の製造方法。
【請求項５】過冷却防止用担持結晶が、リン酸水素二ナ
トリウムまたはリン酸三ナトリウムであることを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載の蓄熱材の製造方
法。
【請求項６】増粘剤が、カルボキシル基を含有する水溶
性高分子であることを特徴とする請求項３〜５のいずれ
かに記載の蓄熱材の製造方法。
【請求項７】成形体（Ｂ）が、融液（Ａ）中で融解して
しまわない形状であることを特徴とする請求項１〜６の
いずれかに記載の蓄熱材の製造方法。
【請求項８】成形体（Ｂ）が、最も薄い部分の厚みが3m
m以上の成形体であることを特徴とする請求項１〜６の
いずれかに記載の蓄熱材の製造方法。