JPS60130671A - 蓄熱材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、酢酸す）　ＩＪウム３水塩を主体とする潜熱
蓄熱材に関するものである。

従来例の構成とその問題点 一般的に、蓄熱材には、物質の顕熱を利用したものと潜
熱を利用したものが知られている。潜熱を利用した蓄熱
材は、顕熱を利用した蓄熱材に比較して、単位重量当り
、または単位体積当りの蓄熱量が大きく、必要量の熱を
蓄熱しておくのに少量でよく、そのため蓄熱装置の小型
化が可能どなる。また、潜熱を利用した蓄熱材は、顕熱
を利用した蓄熱材のように、放熱とともに温度が低下し
てしまわずに、転移点において一定温度の熱を放熱する
という特徴を有する。特に、無機水化物の融解潜熱を利
用した蓄熱材は、単位体積当りの蓄熱量が大きいことが
知られている。

ところで、従来より酢酸ナトリウム３水塩（ＮａＯＨ５
ＣＯＯ・３　Ｈ２Ｏ、融点的５８℃）Ｉ−ｉ無機水化物
の中でも蓄熱量が大きく、たとえば暖房用の蓄熱材とし
て有力視されていた。しかし ＮａＣＨ３０００・３Ｈ２０は一度融解すると、非常に
過冷却状態になりやすいため、その融解液は通常−２ｏ
°Ｃ程度まで冷却されないと過冷却が破れない。そして
、過冷却状態は、凝固点まで冷却されても、融解潜熱を
放出せず、その温度以下に冷却されてしまう現象である
から、融解潜熱を利用した蓄熱量にとって致命的欠点と
なる。

発明の目的 本発明は、酢酸す）　ＩＪウムの過冷却現象を防止し、
安価で、吸放熱性能の安定した単位重量当りもしくは単
位体積当シの蓄熱量の大きい蓄熱材を提供しようとする
ものである。

発明の構成 本発明のもっとも特徴とするところは、酢酸ナトリウム
（ＮａＣＨ３ＣＯＯ）　と水とよりなる系を主成分とし
、ＮａＣＪＣＯＯ・３Ｈ２０の結晶化の際の過冷却を防
止するための結晶核形成材として、２チオン酸ナトリウ
ム（Ｎａ２Ｓ２０６）　＋ピロ硫酸カリウム（Ｋ２Ｓ２
０７　）　＋亜硫酸カリウム（Ｋ２Ｓ０３）　＋硫酸リ
チウム（Ｌｉ２ＳＯ４）　、亜テルル酸カリウム（Ｋ　
２ＴｅＯ３）ならびに過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ２）
　よりなる化合物群より選択された少なくとも１種を前
記の酢酸ナトリウムと水よりなる系に混合することにあ
る。

ところで、第１図にＮａＣＨ３ＣＯＯＨ２Ｏ系の状態図
を示す。この図より、ＮａＣＪＣｉＯＯ６０，３重量％
とＨ２Ｏ３９，７重量％とからなる系はＮａＣＨ，Ｃｏ
ｏ　−ＣＨ２Ｏ組成に相当し、この組成では、過冷却が
起こらなければ約５８°Ｃで融解と凝固が起こるのがわ
かる。また、ＮａＣＨ３ＣＯＯ５０重量％とＨ２Ｏ６０
重量％の系は、約５５℃以上の温度では均一なＮ　ａ　
ＧＨ５ＣＯＯ水溶液となる。この均一な水溶液を５５℃
以下に冷却すると、過冷却が起こらなければ、ＮａＣＪ
ＣＯＯ・５Ｈ２０が結晶化しはじめ、冷却されるにした
がってＮ　ａ　ＣＨｓ　ＣＯＯ・３Ｈ２０結晶の比率が
増加する。約３０℃まで冷却されると、６０重量％のＮ
ａＣＨ５０００−Ｈ２０系全質量の約６０チがＮａ（１
（ｓｃＯｏ　・３Ｈ２０の結晶となり、残り４０％がＮ
ａｃｌ（３ｃｏｏ水溶液として存在する。そのため、Ｎ
ａＣＨ５ＣＯＯ５０重量％とＨ２Ｏ３○重量係の系は５
５℃以上の温度から３ｏ′Ｇまで冷却されると、過冷却
がほとんどなく、ＮａＧＨｓＧＯＯ・３Ｈ２ｏがうまく
結晶化したとすると、単位質量消９．ＮａＣＨｓＯＯＯ
・ＣＨ２Ｏ組成の場合の約６○チの潜熱が得られること
になる。また、ＮａＣＨ５ＣＯＯＨ２Ｏ系の水の比率が
高くなるとともに、蓄熱量の有する顕熱が増加し、顕熱
による蓄熱量が大きくなるのは当然である。っ捷りＮａ
ＣＨ３ＣＯＯとＨ２Ｏの比率をコントロールすることに
よって、融解潜熱による蓄熱と、顕熱による蓄熱を併用
して行い、その潜熱と顕熱による蓄熱の割合をコントロ
ールすることによって、大いに蓄熱材の応用範囲が広が
る。しかし、あ−まりＮ　ａ　ＣＨｓ　ＣＯＯの濃度の
低い系を用いることは、融解潜熱を用いた蓄熱材の特徴
が失なわれてしまうため、Ｎａ　ＣＨｓ　Ｃ００を４Ｏ
Ｎ量チ以上含有するＮａＣＨ３ＣＯＯ−Ｈ２Ｏ系を用い
るのが適切である。

逆に、Ｎａ（Ｈｙ、　Ｃｏｏ　−Ｈ２Ｏ系においてＮａ
ＣＨ５ＣＯＯの含有量を増加させていくと、第１図より
明らかなよ゛うにＮａ（１（３０００を６ｏ、３重ｊｔ
％以上含有する系では、５８°Ｃ以上の温度からその温
度以下に冷却した際、う捷〈過冷却が破れたとすると、
ＮａＣ４０００・３Ｈ２０が結晶化する。しかし、当然
系全体がＮａ　ＯＨ３０００・３　Ｈ２０とならず、一
部ＮａＣＨ３ＣＯＯのまま残る。それで、ＮａＣＪＣＯ
Ｏを８０重量％よシ多ぐ含むＮａＣＨ，ｃｏｏ　−Ｈ２
Ｏ系では単位質量当りの潜熱量がＮａＣＨ３ＣＯＯ・３
Ｈ，、Ｏ組成の場合の約５０チ以下になるため実用的で
なくなる。

そのため、実際用いるＮａＣＨ５ＣＯＯ−Ｈ，、Ｏ系は
、Ｎａ（Ｊ（５０００を８０重量％以下の範囲で含有す
るのが適切であると考えられる。

なお、結晶核形成材としての２チオン酸す）　ＩＪウム
（Ｎａ２Ｓ２０６）、ピロ硫酸カリウム（Ｋ２Ｓ２０７
）。

亜硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ５）　＋硫酸リチウム（Ｌｉ
２Ｓ０４）、亜テルル酸カリウム（Ｋ２Ｓ２０７　）な
らびに、ｉＭ趨素酸カリウム（ＫＣｌＯ２）は、ＮａＯ
Ｈ５ＣＯＯを５８重量％以上含有するｕａｃＨ３ｃｏｏ
　Ｈ２Ｏ系の場合は、この系１００重量部に対して、そ
れぞれ１重量部程度で十分効果があり、当然のことなが
ら、さらにそれ以上加えても、十分過冷却防止効果を有
する。

ＮａＣＨ３ｃｏｏが６８重量％未満である系の場合には
、それが５８重量％以上含まれている系に比較して、結
晶核形成材のＮａＣＨ３ＣＯＯＨ２０系中への溶解量が
増加するため、それぞれの添加量を上記値より増加させ
なければならない。

しかしながら、本発明にかかる蓄熱材を空調用蓄熱装置
等で使用する際には、１００〜１００○今程度用いるの
が普通であると考えられる。そのような場合には、Ｎ　
ａ　ＧＨｓ　ＣＯＯ・３Ｈ２０結晶が融解した状態にお
いても、全体が均一な組成にならず、」二部にはＮａＧ
Ｈ５Ｃ００低濃度の溶液が、下部には結晶核形成材の沈
澱物およびＮ　ａ　ＣＨ３Ｇ　ＯＯと結晶核形成材との
高濃度液体が存在することになる。そのため、結晶核形
成材の混合量が、均一な溶液を形成する場合の最少量に
比較してはるかに少量でも結晶核形成材がＮａ０Ｈｓ　
Ｃｏｏ　−Ｈ２０系中に溶解してしまわずに結晶核形成
材として゛作用する。結晶核形成に必要な前記結晶核形
成材の最少量つまり混合量の下限は、用いるＮａＣＨ５
ＣＯＯ−Ｈ２Ｏ系の量や蓄熱材を収納する容器の形状に
依存するため、その使用形態に応じてそれぞれについて
適宜決めてやればよい。

しかし、あまり大量に結晶核形成材を加えることは、蓄
熱材として好ましいことではなく、蓄熱材全体として見
た場合の蓄熱量の減少につながる。

そのため、実用的には、結晶核形成材の混合割合は、Ｎ
ａＣＨ３ＣＯＯ−Ｈ２０系１００重量部に対して、４０
重量部を超えないことが望ましい。

実施例の説明 実施例１ ＮａＣＪＣＯＯ”３Ｈ２０１０○ｏｑと第１表に示した
結晶核形成材１○ｑをビーカーに入ノｔ、ウォーターバ
ス中で７５℃まで加熱して、Ｎ　ａ　ＣＩ（ｓＣＯＯ・
３Ｈ２０をすべて融解した。この混合物を内径１００　
ｉｊｍ、長さ１００πｍの円筒形容器に収納し、熱電対
挿入管を付した栓で密封した。その容器をウォーターバ
ス中に入れ、ＴＯ’Ｃと４０’Ｃの間で加熱冷却を連続
して行なった。

第２図は結晶核形成材として、２チオン酸ナトリウムを
用いた場合の試料を、連続して１００回加熱と冷却を繰
シ返した際の過冷却度すなわち凝固温度と過冷却の破れ
る温度との差の変化の様子を示したものである。図の横
軸は加熱冷却サイクルの繰り返し回数を対数目盛で示し
たものであり、縦軸は過冷却度（°Ｃ）である。この図
より、本実施例の蓄熱材の加熱および冷却をｉｏｏ回繰
り返しても、過冷却度が３〜４℃の範囲で安定しており
、過冷却防止機能は劣化せずに、有効に作用しているの
がわかる。

ところで、第３図は結晶核形成材としてピロ硫酸カリウ
ムを用いた場合の過冷却度であり、第４図は亜硫酸カリ
ウム、第５図は硫酸リチウム、第６図は亜テルル酸カリ
ウム、第７図は過塩素酸カリウムを用いた場合である。

これら実施例の試料はいずれも、過冷却度が５℃付近で
安定している。

実施例２ 晶核形成材５００　ｇとを内部にヒータを有する内径８
０　ｃｍ、高さ９ｏｃＩｎの円筒形容器中に収納し、熱
電対挿入管を付したふたで密封した。容器内部のヒータ
でＮａ（）（５ＣＯＯ・３Ｈ２０をγｏ”Ｃまで加熱し
て、Ｎ　ａ　ＣＨ５Ｇ　ＯＯ・３Ｈ２０をすべて融解し
た。それからヒータによる加熱を停止し、冷却したとこ
ろ、結晶核形成材として２チオン酸ナトリウム、ピロ硫
酸カリウム、亜硫酸カリウム、硫酸リチウム。

亜テルル酸カリウムならびに過塩素酸カリウムのいずれ
を用いた場合にも５３℃付近で過冷却が破れ、容器内部
の温度が５８℃まで上昇した。その後５０回加熱と冷却
を繰返したが、いずれの場合も過冷却度が約５°Ｃのと
ころで安定して過冷却が破れ、本実施例の蓄熱材が十分
蓄熱材として機能することが確認できた。

比較例１ ＮａＣＨ３ＣＯＯ−３Ｈ，，０１０００ｇを実施例１と
同様の容器に収納し、７０°Ｃまで加熱してＮ　ａ　Ｇ
　Ｈ５Ｇ　ＯＯ・３Ｈ２０をすべて融解した。その後、
冷却したところ、室温丑で達してもＮ　ａ　ＯＨ３ＧＯ
Ｏ・３Ｈ２０は結晶化しなかった。

比較例２ ＮａＣＨ３ＣＯＯ−３Ｈ２０５０ｏ１（７を実施例２と
同様の容器に収納し、容器内部のヒータでＮａＣＨ３Ｃ
ＯＯ・３Ｈ２０を７０”Ｃ，まで加熱して、ＮａＣＨ３
ＣＯＯ・３Ｈ２０をすべて融解した。その後ヒータによ
る加熱を停止して冷却したところ、室温まで過冷却して
しまったＯ 以上実施例で示したように、本発明の蓄熱材はＮａＣＪ
ＣＯＯ−Ｈ２Ｏ系に、ＮａＣＨ，５Ｃｏｏ　・３　Ｈ２
Ｏの結晶核形成材として、２チオン酸ナトリウム（Ｎａ
２Ｓ２０６）　、ピロ硫酸カリウム（Ｋ２Ｓ２０７）。

亜硫酸カリウム（Ｘ２ＳＯ５）　、硫酸リチウム（Ｌｉ
２ＳＯ４）　＋亜テルル酸カリウム（Ｋ２Ｓ２０７　）
　ならびに過塩素酸カリウム（ｘｃｉｏ４）よりなる化
合物群よシ選択された少なくとも１種を加えた混合物で
あるから、過冷却のほとんど示さない安定した吸収熱性
能を有し、安価でかつ蓄熱量の大きなものとなっている
。そして、実施例ではこれら結晶核形成材を単独で使用
した場合について示しているが、その複数種を組合わせ
て使用しても同等の作用効果を得ることができるもので
ある。

発明の効果 本発明の蓄熱材は、空調用の蓄熱装置だけでなく、蓄熱
式保温器等の蓄熱を利用するあらゆる方面に応用可能な
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は酢酸す）　ＩＪウムー水系の状態図である。 第２図から第７図までは本発明にかかる蓄熱材の実施例
を１００回繰り返し加熱・冷却したときの過冷却度の変
化の様子を示すものである。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 ７４２０　ｓ、ｃ〃、ｃａ亀ｔ　ｏ、、、／ＶａｒＨ３
Ｃ６’０第２図 ｆ　／θ　ｌθρ 縁り曳りし伺壇り（＠） 第３図 滋ｔＩ）ｉＪＬ回転（ＴｆＪン 第４図 ｆ　／ρ　ｌθθ 、攻巣・）上４　し回ぞり　（＠） 第５図 糸【り達し＠歇（＠ン 第６図 菊　７　図 ！θｇ メ東１）支り一〇回衆（ロ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酢酸ナトリウム（ＮａＣＨ３ＣＯＯ）と水（Ｈ２
   Ｏ）とよりなる系に、２チオン酸ナトリウム （Ｎａ２５２ｏ６）　＋ピロ硫酸カリウム（Ｋ２Ｂ４Ｏ
   ７）。 亜硫酸カリウム−（Ｋ２ＳＯ３）　＋硫酸リチウム（Ｌ
   ｉ２５Ｏ４）　＋亜テルル酸カリウム（Ｋ２ＴｅＯ，）
   ならびに過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ２）よりなる化合
   物群より選択された少なくとも１種の結晶核形成材を含
   有させてなることを特徴とする蓄熱材。
2. （２）酢酸ナトリウムと水とよシなる系において、酢酸
   ナトＩＪウムが４○〜８○重景％含まれていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の蓄熱材。
3. （３）酢酸ナトリウムと水とよシなる系１００重量部に
   対する結晶核形成材の配合量が４○重量部を超えないこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蓄熱材。