JPH0134476B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は潜熱型蓄熱装置等に用いられる蓄熱材
に関するものである。 周知の如く、近年のエネルギー事情の悪化に対
処するために排熱や太陽熱の有効利用の機運が高
まりつゝあり、幅広い時間範囲が要求される蓄熱
の方法としては、水、岩石等による顕熱方式や、
含水塩、パラフイン等による潜熱方式等が考えら
れるが、本発明は潜熱型蓄熱材として含水塩を利
用するものである。 従来から含水塩の中で炭酸ナトリウム10水塩
は、常温付近に融点をもつ安価な蓄熱物質として
知られていたが、顕著な過冷却現象を有している
ために実用化されるに至つていない。炭酸ナトリ
ウム10水塩を溶融状態から次第に降温させたとき
相変化温度（32℃）をすぎても結晶化せず放熱し
ないという過冷却現象は、炭酸ナトリウム10水塩
に蓄熱されても所定温度で熱がとり出せないこと
を意味し、炭酸ナトリウム10水塩を蓄熱材として
用いるためにはこの過冷却現象を押えることが必
須となる。 本発明はかかる欠点を除くために炭酸ナトリウ
ム10水塩を改質して長期使用に耐える蓄熱材とし
たものであつて、炭酸ナトリウム10水塩の放熱結
晶化における結晶核の発生を促進させる有効な発
核剤の発見に基くものである。 即ち、炭酸ナトリウム10水塩は無色単斜晶形の
結晶で、比重1.44、包晶点32℃を示し、比較的低
い温度の排熱や太陽熱の如き変動の大きい熱源か
ら熱を回収し、蓄熱して再利用することができ
る。また、炭酸ナトリウム10水塩の融解熱は約
59cal／ｇ、単位体積あたりの融解熱は約85cal／
cm³とかなり大きい融解熱を有しており、蓄熱材と
して極めて好適な化合物である点に本発明者等は
着目し、蓄熱材として用いる場合に最も大きな問
題となる過冷却を防止する発核剤について種々検
討した。 炭酸ナトリウム10水塩の発核剤としては従来水
酸化ストロンチウム、塩化ストロンチウム、硝酸
ストロンチウム等のストロンチウム塩を用いるも
の、水酸化バリウム、塩化バリウム、硝酸バリウ
ム等のバリウム塩や水酸化カルシウム、塩化カル
シウム、硝酸カルシウム等のカルシウム化合物を
用いるもの等種々の提案がなされているが、連続
使用した場合なお問題点をもち、効果的な発核剤
とはいえない。本発明者等は炭酸ナトリウム10水
塩を主剤とした蓄熱材の発核剤を種々検討した結
果、従来知られていなかつた特定のアルミニウム
化合物、ナトリウム塩、酢酸塩のいずれか一種以
上が極めて効果的な発核剤であることを知り、本
発明に到達した。 すなわち本発明は炭酸ナトリウム10水塩に、発
核剤として水酸化アルミニウム、アルカリ金属亜
硫酸水素塩、アルカリ金属亜硫酸塩、アジ化塩、
バナジン酸塩、エチレンジアミン四酢酸アルカリ
土類金属塩からなる群より選ばれる少くとも一種
類の塩を配合してなる蓄熱材、に関するものであ
る。 本発明において用いられる主剤となる炭酸ナト
リウム10水塩はちようど10水塩の形である必要は
なく、またその形状も結晶粉末である必要はな
い。組成的に炭酸ソーダ10水塩付近のものであれ
ば良く、水溶液、スラリー、結晶いずれでも良
く、組成が10水塩に近いものであれば良い。 発核剤の具体的な化合物としてはアルカリ金属
の亜硫酸水素塩としては、亜硫酸水素ナトリウ
ム、亜硫酸水素カリウムが、アルカリ金属亜硫酸
塩としては、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム
があげられる。アジ化塩としてはアジ化ナトリウ
ム、アジ化鉛が、バナジン酸塩としてはバナジン
酸ナトリウム、バナジン酸アンモニウムが、一方
エチレンジアミン四酢酸のアルカリ土類金属塩と
してはCa塩、Mg塩、Ba塩、Sr塩などがあげら
れる。 これら発核剤のうち、少くとも一種を添加する
ことにより、炭酸ナトリウム10水塩の凝固時の核
発生が容易となり、また、長期にわたつて過冷却
を防止することができるため、経済的かつ安定な
蓄熱材によるエネルギー貯蔵システムが可能とな
る。 本発明に用いられるこれら発核剤の添加量は炭
酸ナトリウム10水塩に対して少くとも0.01重量％
以上が好ましく、また１重量％以上加えても添加
量に見合う効果の向上は見られず、経済的にも得
策ではない。従つて、発核剤添加量の好適範囲は
炭酸ナトリウム10水塩に対して0.01〜1.0重量％
あり、少量であるため炭酸ナトリウム10水塩の本
質的物性には何ら悪影響は与えず、蓄熱材として
有効に使用できるものである。 なお、融解時には発核剤と一部の炭酸ナトリウ
ム無水塩が固体として存在するので、これらと液
相との分離を防止し、凝固時の10水塩への転移速
度を大きくするために、雲母粉、アルギン酸ナト
リウム、ポリアクリル酸ナトリウムやゼラチン等
の増粘剤を少量添加しても良い。 以下実施例により本発明をより詳細に説明す
る。 実施例 １ 炭酸ナトリウム10水塩30ｇ（ポリアクリル酸ナ
トリウム0.6ｇを含む）をガラス容器中に密封し
たものＡと、同じ炭酸ナトリウム10水塩30ｇ（ポ
リアクリル酸ナトリウム0.6ｇを含む）に水酸化
アルミニウム0.15ｇ（対炭酸ナトリウム10水塩
0.5重量％）を添加し、充分混合して密封した試
料Ｂを用意した（両試料共熱電対を挿入した）。
両試料をまず50℃の恒温水槽に浸漬し内部温度が
50℃になるまで加温した後、別に用意した20℃の
恒温水槽に両試料を移して内部温度を測定した。
このような加温〜冷却サイクルをくり返して、凝
固開始温度、過冷却温度を第１表に示したが、発
核剤を含まないＡでは過冷却の結果、凝固が起こ
らず蓄熱材として全く不適であり、発核剤を含む
Ｂでは過冷却は僅かで凝固が生じている。

【表】 また第１図には、第１表のＢの凝固開始温度
(1)、過冷却温度(2)を折れ線グラフで示した。 これらの結果から明らかなように、発核剤を添
加することにより過冷却は僅かとなり、くり返し
使用してもその特性は殆んど変化なく、蓄熱材と
して実用可能である。 第２図は蓄熱材を１度だけ50℃に加熱した後20
℃の恒温水槽に移した場合の内部温度を示す。こ
の図におけるＡ，Ｂ両曲線の違いは、発核剤を含
まないＡでは顕熱のみの利用しかできないのに対
し、発核剤を含有するＢでは、フラツト部におい
て凝固する間に潜熱を放出するものである。潜熱
は顕熱より著しく多量なので装置の小型化に有利
であるし、一定温度で潜熱の放出が行われるので
装置の運転面で有利である。 実施例２〜６、比較例１〜３ 実施例１と同様操作で発核剤として亜硫酸水素
ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、アジ化ナトリウ
ム、バナジン酸ナトリウム16水塩およびエチレン
ジアミン四酢酸バリウム、更に比較例としてフツ
化アルミニウム、メタバナジン酸ナトリウム、酢
酸ストロンチウム1/2水塩をそれぞれ0.15ｇ（対
炭酸ナトリウム10水塩0.5重量％）添加して凝固
開始温度と過冷却温度を測定した。 その結果を第２表に示すが、実施例２〜６のも
のはいずれも過冷却は僅かであり、凝固温度もほ
とんど変化なく、長期くり返し使用に耐え得るも
のであつた。また、比較例１〜３はいずれも凝固
せず、潜熱の回収はできなかつた。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は炭酸ナトリウム10水塩に増粘剤と発核
剤を加えた試料を加温融解させた後冷却する操作
をくり返した場合の過冷却の状態を示すグラフ
（凝固開始温度、過冷却温度と操作回数との関係）
であり、第２図は同様の試料および発核剤を加え
ない試料について温度降下の状態を示すグラフ
（温度と時間の関係）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭酸ナトリウム10水塩に発核剤として、水酸
   化アルミニウム、アルカリ金属亜硫酸水素塩、ア
   ルカリ金属亜硫酸塩、アジ化塩、バナジン酸塩、
   エチレンジアミン四酢酸アルカリ土類金属塩から
   なる群より選ばれる少くとも一種類の塩を配合し
   てなる蓄熱材。