JPH0417236B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は高い蓄熱性能を長期間にわたつて保持
する耐久性にすぐれた蓄熱剤組成物に関する。

（従来技術） 太陽熱を利用し、或いは廃熱を回収利用するた
めには、これらの熱を一旦蓄熱し、必要なときに
任意に取り出し得る蓄熱剤を使用することが有利
である。このような蓄熱剤として、固液相変化に
伴う潜熱量が水等の有する顕熱よりもはるかに大
きく、且つ、一定の相変化温度において潜熱の吸
熱放熱を行なわせることができることから、従
来、無機水和塩が注目されている。特に、硫酸ナ
トリウム10水塩（以下、芒硝という。）が金属に
対する腐食性が少ないと共に、人体や器物に対し
て有害性をもたないので蓄熱剤として好適であ
る。しかし、反面、芒硝は実際に蓄熱剤として用
いるときには、尚、種々の問題を有している。

その第１は、硫酸ナトリウムが凝固する際に過
冷却しやすい点である。この硫酸ナトリウムの過
冷却を防止するために、芒硝を蓄熱剤として用い
る場合には、芒硝と共にホウ酸ナトリウム10水塩
（以下、ホウ砂という。）等の所謂核剤を芒硝の結
晶化剤として蓄熱体剤組成物中に分散させるが、
多くの場合、この核剤が蓄熱体剤組成物中で分離
沈降して、核剤として有効に機能しないことがあ
る。

第２は、芒硝が融解する際、硫酸ナトリウムの
水に対する溶解度が小さいために、遊離した結晶
水中に全量が溶解せずに、一部が硫酸ナトリウム
として分離、沈降し、当初の水和塩に復帰しない
点である。

このような固液相分離に基づく問題を解決する
ために、ポリアクリル酸ナトリウムのような水溶
液樹脂を増粘剤として蓄熱剤に存在させ、融解状
態での組成物の粘度を高めることが知られてい
る。しかし、このポリアクリル酸ナトリウムは増
粘作用に非常にすぐれている反面、保水性が大き
いので、芒硝の融解時に取り込んだ水を芒硝の結
晶時に放出することができず、この結果、芒硝の
一部が有効に蓄熱に関与しないこととなり、蓄熱
剤組成物の蓄熱性能の経時低下が著しい。

第３に、従来、芒硝を主成分とする蓄熱剤をマ
トリツクスとしての不飽和ポリエステル樹脂のよ
うな熱硬化性樹脂や、セメント、石コウ等の無機
材料中に分散させ、マトリツクスを硬化させて、
蓄熱剤をマトリツクス中に固定化することが広く
行われているが、上記のようなマトリツクス材料
はそのポツトライフが短かく、従つて、蓄熱剤を
マトリツクス材料と混合する際に、そのポツトラ
イフにより作業時間が制約される不便があり、賦
形が必ずしも容易ではない。

（発明の目的） 本発明者らは上記した問題を解決するために鋭
意研究した結果、上記のように、芒硝又はその共
晶塩と核剤を含有する蓄熱剤組成物にマトリツク
スとしてアスフアルトを含有させることによつ
て、蓄熱剤組成物におけ固液分離を防ぎ、従つ
て、蓄熱剤組成物の蓄熱性能を大幅に改善するこ
とができることを見出して、本発明を完成したも
のである。

（発明の構成） 本発明の蓄熱剤組成物は、硫酸ナトリウム10水
塩又はその共晶塩とアスフアルトとを含有するこ
とを特徴とするものである。

本発明の蓄熱剤組成物における主要成分は芒硝
（硫酸ナトリウムの共晶塩を含む。）である。芒硝
は、硫酸ナトリウム100重量部について結晶水126
重量部を有する単斜晶物質であつて、融点32℃、
凝固潜熱60cal／ｇ（93cal／cc）を有する。硫酸
ナトリウム共晶塩は、硫酸ナトリウム及び水に対
して、塩化ナトリウム及び／又は塩化アンモニウ
ムを加えることによつて生成される。このような
共晶塩とすることによつて、融点を15〜32℃の任
意の範囲に制御することができる。共晶塩の調製
において、塩化ナトリウム及び塩化アンモニウム
の添加量は、硫酸ナトリウム100重量部について、
それぞれ0.5〜15重量部及び0.5〜20重量部の範囲
が適当である。塩化ナトリウム及び塩化アンモニ
ウムは、それぞれ上記の範囲で併用することもで
きる。

本発明の蓄熱剤組成物においては、必要に応じ
て、硫酸ナトリウムの冷却時の結晶化を促進し
て、その過冷却を防止するために、核剤が含有さ
れる。核剤としてはホウ砂、ホウ酸リチウム４水
塩、ホウ酸アンモニウム４水塩、炭酸カリウム等
が好適である。特に、ホウ酸が核剤としての作用
にすぐれ、好ましく用いられる。核剤は、芒硝又
はその共晶塩100重量部について0.2〜20重量部の
範囲で使用される。0.2重量部よりも少ないとき
は過冷却の防止効果に乏しく、一方、20重量部よ
りも多量であるときは、蓄熱剤組成物の潜熱量が
減少するのみならず、蓄熱剤組成物のアルカリ度
が高くなるため、例えば、蓄熱剤組成物を不飽和
ポリエステル樹脂のようなマトリツクス材料中に
分散させ、固定して蓄熱体を構成したとき、マト
リツクスの劣化分解を引き起こし、蓄熱体の耐久
性を損なう。

次に、本発明の蓄熱剤組成物においては、必要
に応じて、増粘剤として水溶性樹脂や親水性の無
機物が用いられる。上記水溶性樹脂としては、親
水性基、特にカルボキシル基（アルカリ金属塩に
て塩を形成している場合を含む。）を有する樹脂
が好ましく、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタ
クリル酸、アクリル酸−メタクリル酸共重合体、
カルボキシルメチルセルロース、スチレン−マレ
イン酸共重合体、及びこれらの樹脂のナトリウ
ム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属塩等が
好適に用いられる。特に、これらの水溶性樹脂
は、その0.5％水溶液の20℃における粘度が3000
〜50000センチポイズであるのが望ましい。従つ
て、特に、ポリアクリル酸ナトリウム及びポリア
クリル酸カリウムが好適に用いられる。また、ヒ
ドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピル
セルロース、ポリアクリルアミド等の水溶性樹脂
を用いられる。尚、これらの水溶性樹脂は、その
水溶性を損なわない範囲で軽度に架橋されていて
もよい。

また、親水性無機物としては、無水ケイ酸やケ
イ酸塩化合物が好適に用いられる。ケイ酸塩化合
物としては、例えば、タルク、モンモリナイト、
サポナイト、バーミキユライト、セリナイト、カ
オリナイト、ナクライト、セピオライト、パリゴ
ルスカイト、アタパルジヤナイト等の粘土類が好
ましく用いられる。尚、これらの無機増粘剤は、
その粒径が0.05〜50mμの範囲にあるのが好まし
い。

上記のような増粘剤は、本発明の蓄熱剤組成物
においては、通常、芒硝又はその共晶塩100重量
部について、１〜40重量部の範囲で含有されるの
が好ましい。尚、増粘剤として、上記水溶性樹脂
と無機物とを併用してよいのは勿論である。

本発明の蓄熱剤組成物はアスフアルトを含有す
る。アスフアルトは、よく知られているように、
固体乃至半固体の瀝青質混合物であり、本発明に
おいては、アスフアルトは石油アスフアルト及び
天然アスフアルトのいずれであつてもよく、石油
アスフアルトとしては、ストレートアスフアル
ト、ブローンアスフアルトのいずれをも使用する
ことができる。特に、本発明においては、アスフ
アルトは、JIS Ｋ 2531で規定されている軟化点
試験方法による軟化温度が30℃以上であるものが
好適に用いられ、特に、50℃以上のものが好まし
い。

本発明の蓄熱剤組成物において、アスフアルト
は、硫酸ナトリウム、水、及び必要な場合には核
剤及び増粘剤からなる組成物100重量部について
５〜500重量部の範囲で用いられるが、特に、20
〜100重量部の範囲が好ましい。

硫酸ナトリウム、水、及び必要な場合には核剤
及び増粘剤からなる組成物にアスフアルトを混合
して蓄熱剤組成物を調製するには、例えば、予め
アスフアルトを粒状又は塊状に破砕し、これを上
記混合物に加熱しながら添加混合することにより
得られ、また、アスフアルトを水媒質中に乳化さ
せ、これを上記混合物に添加混合することによつ
ても得られる。特に、後者の方法が好ましい。

後者の方法においては、アスフアルトの水エマ
ルジヨンの安定化を図るために、エマルジヨンに
は適量の界面活性剤を添加するのが好ましい。界
面活性剤としては、特に制限されることなく種々
のものを用い得るが、例えば、ラウリル硫酸ナト
リウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ム、ドデシルナフタレンスルホン酸ナトリウム等
のアニオン系界面活性剤、塩化ラウリルトリメチ
ルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアン
モニウム、塩化オクタデシルトリメチルアンモニ
ウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム等の
カチオン系界面活性剤、ポリオキシエチレンラウ
リルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテ
ル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリ
オキシエチレンノニルフエニルエーテル等の非イ
オン系界面活性剤等が用いられる。上記のような
アスフアルトの水エマルジヨンにおける固形分濃
度は15〜60重量％が適当であり、特に、30〜50重
量％の範囲が好ましい。

本発明の蓄熱剤組成物は、例えば、水不透過性
材料からなる中空容器内に密封されて使用され
る。上記水不透過性材料は特に制限されることな
く種々のものが用いられ、例えば、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重
合体、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミ
ド、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウ
レタン樹脂、これらの樹脂とガラス繊維との複合
体、これらの樹脂とアルミニウムとの積層体のよ
うな樹脂及びその複合体材料、鉄、ステンレス
鋼、アルミニウム、銅、黄銅等の金属材料、陶
器、磁器、セメント、石コウ等のセラミツク材料
が用いられる。

（発明の効果） 本発明の蓄熱剤組成物は、以上のように、芒硝
又はその共晶塩とアスフアルトとを含有するため
に、理由は必ずしも明らかではないが、蓄熱剤組
成物における固液分離が有効に阻止され、その結
果、蓄熱性能が大幅に改善されると共に、長期に
わたつて蓄熱性能が高く保持され、また、マトリ
ツクス材料としてのアスフアルトは前記した不飽
和ポリエステル樹脂やセメント、石コウ等と異な
り、蓄熱剤とアスフアルトとの混合時にポツトラ
イフに基づく制約がないので、鋳型或いは賦形が
容易であり、従つて、例えば、パツシブソーラー
住宅システムにおける蓄熱壁材、蓄熱床材、トロ
ンブ壁のほか、ヒートパイプやヒートポンプ集熱
による補助暖房器、排熱利用のための蓄熱材とし
て好適に使用することができる。

（実施例） 以下に実施例を挙げて本発明の蓄熱剤組成物を
説明する。

実施例 １ 硫酸ナトリウム１Kgに対して、水93g、ホウ砂
11g、増粘剤として0.5％水溶液の粘度が11000セ
ンチポイズ、PHが8.6であるポリアクリル酸ナト
リウム12g及び蒸発残留分57％のカチオン系アス
フアルト乳剤（日瀝化学工業(株)製カチオゾール
CME−３）77gをそれぞれ加えた後、約40℃で加
温しながら攪拌し、十分に溶解させて、本発明の
蓄熱剤組成物を調製した。

このようにして得られた蓄熱剤組成物の潜熱量
を以下のようにして測定した。即ち、この組成物
を内径40mm、高さ70mm、肉厚が２mmの筒状のポリ
塩化ビニル容器に充填した後、温度計測用のCA
熱電対を封入した状態で密封シールした。次い
で、このポリ塩化ビニル容器を高温側が40℃、低
温側が10℃の恒温水槽に各２時間づつ交互に浸漬
することによつて、容器中に封入された蓄熱剤組
成物に繰り返し熱サイクルを与えた。この後40℃
の温度で蓄熱剤組成物が完全に溶解した後、約５
℃の水１を入れたデユアー瓶に浸漬し、水温の
変化を逐次読み取つて、蓄熱剤組成物からの放熱
量を求め、これから蓄熱剤の潜熱量を測定した。

このようにして得られた熱サイクル10回、100
回及び1000回後の蓄熱剤組成物１Kg当りの潜熱量
を図面に示す。潜熱量が経時的に低下しない。

実施例 ２ 実施例１においてアスフアルトとして、蒸発残
留分が57％である非イオン系アスフアルト乳剤
（日瀝化学工業(株)製アスゾルＡ）77gを用いた以
外は、実施例１と全く同様にして、本発明の蓄熱
剤組成物を得た。

この蓄熱剤組成物について、実施例１と同様に
して測定した潜熱量の経時変化を図面に示す。

比較例 芒硝１Kgに対してホウ砂50g、増粘剤として実
施例１と同じポリアクリル酸ナトリウム50gをそ
れぞれ加えた後、約40℃で加温しながら攪拌し、
十分に溶解させて蓄熱剤組成物を調製した。この
組成物の潜熱量の経時変化を図面に示す。潜熱量
経時低下が著しい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の蓄熱剤組成物の熱サイクルと潜
熱量との関係を比較例と共に示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 硫酸ナトリウム10水塩又はその共晶塩とアス
   フアルトとを含有することを特徴とする蓄熱剤組
   成物。