JPH01247478A - ポリエチレンオキシド蓄熱材 - 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 本発明は新規なポリエチレンオキシド蓄熱材に関するも
のである。さらに詳しくいえば、本発明は、蓄熱密度が
大きく、過冷却や相分離現象を起こすことなく安定な動
作が可能で、かつ耐久性に優れる上に、比較的広い温度
範囲に適用しうる、ポリエチレンオキシドの相転移に伴
う熱の吸収・放出を利用した潜熱利用型の安価なポリエ
チレンオキシド蓄熱材に関するものである。

従来の技術 「蓄熱」は、太陽熱や工場廃熱など、その発生量と発生
時間が不安定な熱エネルギーを一時的に貯蔵することに
よって、任意の時間に任意の量の黙エネルギーを利用で
きるようにするための技術であり、石油シｄツクを契機
として積極的に研究が行われている。この蓄熱の方法と
しては、物質の頭熱を利用する方法と、物質の相変化に
伴う潜熱を利用する方法とが知られている。前者の顕然
を利用する方法においては、蓄熱材として、通常水や岩
石のように単位体積当りの熱容量の大きな物質が用いら
れるが、該蓄熱材は単位体積当りの蓄熱密度が小さいた
めに、蓄熱槽が極めて大きなものになるのを免れないと
いう欠点がある。

これに対し、後者の相変化に伴う潜熱を利用する方法は
、通常蓄熱材として、無機水利塩などを用い、主にその
溶融／凝固の際の溶融潜熱を利用するもので、蓄熱槽を
小型化しうるという利点を有している。しかしながら、
該無機水利塩は、過冷却や相分離現象を起こすため、熱
の入山がうまくいかず、蓄熱材として長期間安定な動作
を行わせることが困難であるという欠点を有している。

また、この相変化に伴う潜熱を利用する方法においては
、蓄熱材の融点が熱の使用目的温度近傍になければなら
ないため、蓄熱材として利用しうる物質が限られていＩ
；。

ところで、ポリエチレンオキシドは、和紙抄紙用や、糊
、接着剤、界面活性剤、医薬品コーティング用などとし
て広く用いられており、このものを前記潜熱利用型蓄熱
材として用いる場合、（１）分子量によって融解温度を
制御しうるので、分子量を選択することによって適用温
度を決めることができる、（２）相分離現象を起こさな
い、（３）大量生産されており、安価で安全性が高い、
など多くの利点を有している。しかしながら、このポリ
エチレンオキシドは、無機水利塩はどではないが、過冷
却を起こしやすく、かつ高温で用いる場合、加熱−冷却
の繰り返しによって、短期間で劣化し、蓄熱能力が失わ
れるという欠点を有している。

発明が解決しようとする課題 本発明は、このような事情に鑑み、蓄熱密度が大きく、
過冷却や相分離現象を起こすことなく安定な動作が可能
で、かつ耐久性に優れる上に、比較的広い温度範囲に適
用しうる安価な蓄熱材を提供することを目的としてなさ
れたものである。

課題を解決するための手段 本発明者らは、ポリエチレンオキシドが有する前記の利
点に着目し、このポリエチレンオキシドを用いて前記の
好ましい性質を有する蓄熱材を開発するために鋭意研究
を重ねた結果、該ポリエチレンオキシドに核剤を加える
ことにより、その過冷却が抑制されて、球晶の数が増大
し、かつ球晶が微細化され、結晶化速度が速くなる上、
結晶化度も増大して蓄熱密度が大きくなること、このよ
うな効果は蓄熱材を大量に用いる場合に特に顕著である
こと、さらに、ラジカル捕捉剤を添加することにより、
高温での加熱−冷却の繰り返しによって発生するラジカ
ルが安定化され、ポリエチレンオキシドの劣化が抑制さ
れることなどを見出し、この知見に基づいて本発明を完
成するに至った。

すなわち、本発明は、（Ａ）ポリエチレンオキシドに、
（Ｂ）核剤を含有させた組成物から成るポリエチレンオ
キシド蓄熱材、及び前記組成物に、さらに（Ｃ）成分と
してラジカル捕捉剤を含有させた組成物から成るポリエ
チレンオキシド蓄熱材を提供するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明蓄熱材に用いられる組成物の（Ａ）成分であるポ
リエチレンオキシドとしては、使用目的温度に応じて種
々の分子量（融解温度）のものを使用することができ、
またその形状については塊状、粒状、板状、粉末状、液
状など、いずれの形状のものであってもよいし、ハイサ
ーム、サームエス、カロリア、シリコンオイルなどの各
種の熱媒体と混ぜてスラリー状としたものであってもよ
く、あるいはγ線などの電離放射線を照射してポリエチ
　゛レンオキシドの分子間を架橋し、所望形状に成形し
たものであってもよい。

該ｌｌｌ１ｔ物にＣＢ）成分として用いられる核剤とし
ては、例えばアタクチックポリスチレン、イソタクチッ
クポリスチレン、インタクチツクポリプロピレン、ポリ
エチレン、１．４−）ランスポリブタジェン、ナイロン
６、ナイロン６６、ナイロンｇｏ＋、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリオキシメチレンなどの、前記（Ａ）成
分として使用するポリエチレンオキシドよりも融点の高
いポリマー及びそれらの共重合体、アルミナなどの金属
酸化物、シリカなどの非金属酸化物、金属セッケンなど
の金属塩などを挙げる二きができる。これらの核剤はｌ
積用いてもよいし、２種以上組み合わせて」いてもよく
、また前記アルミナやシリカなどは、表面をシランなと
で修飾したものであってもよい。これらの核剤の添加量
はごく微量でよ＜、（Ａ）成分のポリエチレンオキシド
に対して、通常０．０００１〜Ｏ９１重量％の割合で添
加される。

本発明蓄熱材は、低温で使用する場合には劣化がほとん
ど生じないが、高温で使用する場合や、該ポリエチレン
オキシドが製造時の触媒などの金属化合物残渣を含んで
いる場合には、劣化が生じやすいために、さらに（Ｃ）
成分としてラジカル捕捉剤を添加することが望ましい。

このラジカル捕捉剤としては、例えばフェノール、クレ
ゾール、ヒドロキノン、カテコール、アニソール、キシ
レノール、２．２′−メチレンビス（６−ｔ−ブチル−
ｐ−クレゾール）、２．６−ジーｔ−ブチル−ｐ−クレ
ゾールなどのフェノール化合物、トニトロソアニリン、
トニトロソアミン、フェニレンジアミン、φ エチレンジアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ′−クロヘキシル
−ｐ−７二二レンジアミンなどのアミン化合物などが挙
げられる。これらのラジカル捕捉剤は１種用いてもよい
し、２種以上を組み合わせて用いてもよく、゛またその
添加量は（Ａ）成分のポリエチレンオキシドに対し、通
常０．１〜１重量％の範囲で選ばれるが、蓄熱材の使用
期間が長い場合や、該ポリエチレンオキシドが金属化合
物残渣を多量に含有している場合などでは、該ラジカル
捕捉剤の添加量を増やすことが望ましい。

ポリエチレンオキシドに核剤を添加する場合には、融解
させたポリエチレンオキシドに、核剤の微粉末を加え、
かきまぜて毘合するなどして均一に分散させることが望
ましい。また、ラジカル捕捉剤を添加する場合は、劣化
がポリエチレンオキシドの表面から進行するために、そ
の表面に塗布したり、融解させたポリエチレンオキシド
の表面にラジカル捕捉剤の粉末を付着させたり、あるい
はラジカル捕捉剤を高濃度に分散したポリエチレンオキ
シドを表層とするなどして、ラジカル捕捉剤の濃度が蓄
熱材の表面で高くなるようにすることが望ましい。

また、本発明蓄熱材に用いられる組成物には、熱伝導度
や熱の入出力速度を大きくするために、所望に応じ金属
粉、金属繊維、炭素粉、炭素繊維などを添加してもよい
。

発明の効果 本発明のポリエチレンオキシド蓄熱材は、ポリエチレン
オキシドに核剤又は核剤とラジカル捕捉剤とを含有させ
た組成物から成るものであって、蓄熱密度が大きく、過
冷却や相分離現象を起こすことがない上、耐久性に優れ
ていて長期間の使用に際しても蓄熱能力が低下しないの
で、安定な動作が可能であり、しかも分子量を適当に選
ぶことによって、比較的広い範囲の温度に適用しうるな
と、擾れた特徴を有することから、例えば太陽エネルギ
ーや工場廃熱などの熱エネルギーの回収、利用に好適に
用いられる。

実施例 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
本発明はこれらの例によつてなんら限定されるものでは
ない。

実施例！ 分子量＋６（１０のポリエチレンオキシド１＆ｇに核剤
としてインタクチツクポリスチレンの微粉末０．７゜を
加え加熱しながらかきまぜ、良く分散させた。

これを蓄熱槽に移し、シリコーン油を熱媒体として用い
て蓄熱及び放熱を行い、冷却曲線とポリエチレンオキシ
ドの融解熱による潜熱蓄熱量を測定した。その結果、冷
却曲線で現われるプラトー、つまり見かけの凝固点は、
核剤を添加しない場合に比べ９℃上昇し、２９℃となっ
Ｉ；。また、蓄熱量も核剤を添加しない場合に比べ、９
％増加し、３９＆ｃｉｌとなつＩ；。

実施例２ 分子［６００のポリエチレンオキシドＬｋｇに核剤とし
てポリエチレンテレフタレートの微粉末０．８ｇを加え
、実施例１と同様にして冷却曲線と放！ＩＡｎを測定し
た。その結果、核剤を添加しない場合に比べ、見かけの
凝固点が８℃上昇して１０℃となり、蓄熱量も３２＆ｃ
！ｌと１０％増加した。

実施例３ 分子量５２０のポリエチレンオキシド１＆９に核剤とし
てナイロン６６の微粉末１．０ｇを加え、実施例１と同
様にして冷却曲線と放熱量を測定した。

その結果、核剤を添加しない場合に比べ、見かけの凝固
点が６℃上昇して３℃となり、蓄熱量も２６＆ｃ＊Ｉと
１２％増加した。

実施例４ 分子量！００８０のポリエチレンオキシド１ｋｇに核剤
としてシリカ０．９ｇを加え、実施例１と同様にして冷
却曲線と蓄熱量を測定した。その結果、核剤を添加しな
い場合に比べ、見かけの凝固点が９℃上昇して４７℃と
なり、蓄熱量も４３ｋｃａｌと１０％増加した。

実施例５ 分子量約＋５ａｏｏｏのポリエチレンオキシド１ｋｇに
表面を酸化させたアルミニウムの微粉末１．０９を加え
、実施例１と同様にして冷却曲線と蓄熱量を測定した。

その結果、見かけの凝固温度が９℃上昇して４８℃とな
り、蓄熱量も４２ｋｃａｌと１２％増加しＩ；。

実施例１で用いたのと同様のポリエチレンオキシド蓄熱
材３ｇをとり、これに、ラジカル捕捉剤として！、２゛
−メチレンビス（６−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール）３
０履９（１！１！量％）を加えて混合したのち、試験管
に入れ、２０℃から６時間かけて１５０℃に上げ、その
温度に８時間保持し、その後、５時間かけて２０℃まで
冷却するという１日１回の２０℃〜１５０℃の加熱冷却
サイクルを２カ月間繰り返した。このようにして空気雰
囲気中で２力月間の蓄熱−放熱実験を行った試料の融解
熱量を示差走査熱量計で測定した結果、ラジカル捕捉剤
を添加しない場合篇には融解熱量が０になってしまった
が、ラジカル捕捉剤を添加した場合には融解熱量の低下
がほとんど見られなかった。

実施例７ 実施例４で用いたのと同様のポリエチレンオキシド蓄熱
材３ｖをとり、これに、ラジカル捕捉剤として２．６−
ジー１−・ブチル−ｐ−クレゾール３０１１ｇ（１重量
％）を加えて、実施例６と同様の蓄熱−放熱実験を２カ
月間行った。その結果、ラジカル捕捉剤を添加しない場
合には融解熱量が０になってしまったが、ラジカル捕捉
剤を添加した場合には融解熱量の低下がほとんど見られ
なかった。

実施例８ 実施例５で用いたのと同様のポリエチレンオキシド蓄熱
材３ｇをとり、これに、ラジカル捕捉剤としてＮ−フェ
ニル−Ｎ′−シクロへキシル−ｐ−７二二レンジアミン
ａｏ＊ｙ（２重量％）を加えて、実施例６と同様の蓄熱
−放熱実験を１カ月間行った。

その結果、ラジカル捕捉剤を添加しなかった場合には融
解熱量が０になってしまったが、ラジカル捕捉剤を添加
した場合には融解熱量の低下がほとんど見られなかった
。

特許出願人　工業技術院長　飯　塚　幸　三指定代理人
　工業技術院名古屋工業技術試験所長磯谷三男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（Ａ）ポリエチレンオキシドに、（Ｂ）核剤を含有
   させた組成物から成るポリエチレンオキシド蓄熱材。 ２　核剤が、（Ａ）成分のポリエチレンオキシドよりも
   高い融点を有するポリマー、金属酸化物、非金属酸化物
   及び金属塩の中から選ばれた少なくとも１種である請求
   項１記載の蓄熱材。 ３　（Ａ）ポリエチレンオキシドに、（Ｂ）核剤及び（
   Ｃ）ラジカル捕捉剤を含有させた組成物から成るポリエ
   チレンオキシド蓄熱材。 ４　核剤が、（Ａ）成分のポリエチレンオキシドよりも
   高い融点を有するポリマー、金属酸化物、非金属酸化物
   及び金属塩の中から選ばれた少なくとも１種である請求
   項３記載の蓄熱材。 ５　ラジカル捕捉剤がフェノール化合物及びアミン化合
   物の中から選ばれた少なくとも１種である請求項３又は
   ４記載の蓄熱材。