JPH0422198B2 - - Google Patents

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JPH0422198B2
JPH0422198B2 JP19202083A JP19202083A JPH0422198B2 JP H0422198 B2 JPH0422198 B2 JP H0422198B2 JP 19202083 A JP19202083 A JP 19202083A JP 19202083 A JP19202083 A JP 19202083A JP H0422198 B2 JPH0422198 B2 JP H0422198B2
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solid
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Kenji Saida
Shozo Fujioka
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は硫酸ナトリウム10水塩
(Na2SO410H2O)を主材とする長期安定性の優
れた蓄熱材に関する。特に本発明は固液分離防止
剤として水和性硫酸カルシウムおよび増粘剤とし
てシリカ系増粘剤を添加することを特徴とする蓄
熱材に関する。 融解、凝固の相変化による潜熱を有する含水塩
化合物を利用して熱エネルギーを貯蔵しようとす
る考えは古くから知られている。これ迄に報告さ
れている検討結果によると、この方法による蓄熱
の実用化においては2つの問題点があることが指
摘されている。その第1はこれらの含水塩化合物
は融解、凝固の相変化が融点、凝固点で生起しな
い場合が多く、いわゆる過冷却現象を呈すること
である。従つて一定の温度で相変化を生起させる
には過冷却を防止することが必要になる。このよ
うな過冷却を防止する方法としては、例えば米国
特許第2677664号明細書にはNa2SO4・10H2Oの
過冷却防止剤として硼砂(Na2B4O7・10H2O)
が添加使用される方法が記載されている。この
Na2B4O7・10H2Oの結晶はNa2SO4・10H2Oの結
晶に対してエピタキシヤルな関係にあり、
Na2B4O7・10H2Oの結晶がNa2SO4・10H2Oの過
飽和溶液中に存在するとNa2SO4・10H2Oの結晶
析出を促進し過冷却防止に効果があるとの報告が
ある(インダストリアル・アンド・エンジニアリ
ング・ケミストリー(Industrial and
Engineeing chemistry Vol44・1308〜1310頁
1952)。又、CaCl2・6H2Oの過冷却防止剤として
Ba(OH)2、Ba(OH)2・8H2Oなどが用いられる
方法(特公昭53−9596号公報)、同じくBaI2、
BaSO4などが用いられる方法(特開昭55−
102675号公報)も知られている。これらの方法は
CaCl2・6H2Oに対してエピタキシヤルな関係に
はないものがあり、結晶形と核発生との関係は必
ずしも明らかではない。 第2の問題点は相変化の過程で生成する無水塩
が沈候することによる固液分離現象が起ることで
ある。例えばNa2SO4・10H2Oは32.4℃で分解し、
無水塩が生成するが、この無水塩は液底に沈降す
る。これを32.4℃以下に冷却すると表面層の無水
塩は復水してNa2SO4・10H2Oとなるが、この結
晶が表面を覆う為に底部の無水塩は復水が抑制さ
れる。従つて、無水塩の沈降を防止する必要があ
る。一般に沈降防止の為には固液分離防止剤が使
用されるが、蓄熱材としては長期安定性が満たさ
れなければならない。天然ゴム、合成高分子など
の有機材料は徐々に加水分解され、又は生物によ
り分解される可能性があり、好ましくない。無機
材料では多孔性支持体を使用する方法(特公昭58
−6108号公報)、ラース様粒子を有する粘土型物
質を揺変剤として使用する方法(特開昭53−
34687号公報)、無水ケイ酸(SiO2)超微粉を使
用する方法(ケミカル・ウイークChemical
Week3月1日号34頁、1978)などが提案されて
いる。しかしながらこれらは特定地域でしか産出
しない天然物であるか又は高価なものであつて、
蓄熱材の本来の目的である省エネルギーという点
からの経済性において実用化に問題がある。また
その効果の点においても、蓄放熱のサイクルを長
期間くり返すことによつて粘度が次第に低下し、
固液分離現象が発生する傾向があり、未だ十分と
は言えない。 本発明者らは上記の現状に鑑み、Na2SO4・
10H2Oを主材とする長期安定性の優れた蓄熱材
について検討を重ねた結果、固液分離防止剤とし
て水和性硫酸カルシイウムおよび増粘剤としてシ
リカ系増粘剤を添加することにより安定性が著し
く改善されることを見い出し本発明を完成するに
至つたものである。 本発明について説明すると水和性硫酸カルシウ
ムとは水中において水和反応が生起し、硫酸カル
シウム2水塩(CaSO4・2H2O)となる硫酸カル
シウムのことである。また硫酸ナトリウムの水溶
液中においては次のような複塩が生成することも
よく知られており、例えば関谷道雄著『石膏』
(技報堂1965)104頁に記載されている。 Na2SO4・CaSO4 Na2SO4・CaSO4・4H2O 2Na2SO4・CaSO4・2H2O Na2SO4・5CaSO4・3H2O 従つて、Na2SO4−H2O系の混合物に水和性硫
酸カルシウムを添加して撹拌するとCaSO4・
2H2Oおよび/または上記の複塩が生成する。生
成するCaSO4・2H2Oおよび/または複塩の結晶
は微細な針状晶であるから、これらがからみあつ
て系全体に充満し、マトリツクスを形成する。こ
のようにして形成されたマトリツクスが固液分離
防止の効果を有するのである。ところで上記のよ
うな水中における水和性硫酸カルシウムの水和反
応又は複塩生成反応は、硫酸カルシウムの溶解→
反応→2水塩又は複塩の析出という過程を経るた
めに反応完結までに時間を要する。従つて
Na2SO4−H2O系に水和性硫酸カルシウムを添加
後、ある程度の2水塩又は複塩が析出し、これに
よつてスラリーの粘度が上昇するまで撹拌・混合
を継続する必要がある。この一部分の析出した結
晶によつて未反応の硫酸カルシウムの沈降が防止
され、従つて系内に均一に結晶が析出することに
なる。未反応の硫酸カルシウムの沈降を防止する
ために増粘剤を添加する。特に望ましい増粘剤と
してはシリカ系の増粘剤をあげることができ、こ
れには無定形シリカ微粉末を添加するか、又はケ
イ酸ナトリウムと硫酸とを混合することによつて
系内で重合ケイ酸を生成させるかの方法がある。
いずれもNa2SO4−H2O系の粘度を上昇させ、未
反応の硫酸カルシウムの沈降を防止する効果があ
り、更にそれ自身も固液分離防止剤としての効果
があるので安定性が一層向上される。 なお、先に示したCaSO4・2H2Oや福塩の固体
を水や硫酸ナトリウムと水の混合物に溶かしたの
ではマトリツクスが形成されず蓄熱材としては適
さない。本発明の主材の硫酸ナトリウムとしては
硫酸ナトリウム10水塩又は無水硫酸ナトリウムと
水が使用され、H2O/Na2SO4モル比は10〜15の
範囲とする。水の添加量がこの範囲より少量では
Na2SO4の復水量に不足のため蓄熱量が低下し、
またこの範囲より大量の場合にはNa2SO4の濃度
が減少するため蓄熱量が低下するので好ましくな
い。過冷却防止剤としてはホウ砂(Na2B4O7・
10H2O)が有効に使用され、その添加量は2〜
4重量%である。固液分離防止剤として使用され
る水和性硫酸カルシウムとしては、水和性無水硫
酸カルシウム(型CaSO4)、α型およびβ型半
水硫酸カルシウム(α型およびβ型CaSO4・1/2
H2O)が使用される。添加量は蓄熱材組成物中
2〜15重量%好ましくは3〜7重量%で、この範
囲以下の添加量では少量すぎてマトリツクスの形
成が不十分であり、離防止効果が低く好ましくな
い。この範囲以上ではマトリツクスの形成の点で
は問題ないが、Na2SO4の濃度が減少するため蓄
熱量が低下するので好ましくない。増粘剤として
添加される無定形シリカ微粉末としては乾式およ
び湿式により製造される無定形シリカ微粉末が使
用され、通常ホワイトカーボンと称されてよく知
られている。これらは市販商品名でアエロジル
(日本アエロジル製)、トクシール (徳山曹達
製)、ニツプシール (日本シリカ製)、サイロイ
ド (富士デヴイソン化学製)などがあり、容易
に入手できる。添加量は0.5〜10重量%好ましく
は1〜7重量%で、この範囲以下の添加量では少
量すぎて増粘効果が低いため好ましくなく、また
この範囲以上ではNa2SO4の濃度が減少するため
蓄熱量が低下する上、コスト高となるので好まし
くない。またケイ酸ナトリウムと硫酸を混合する
ことによつて重合ケイ酸を生成させる場合におい
て、ケイ酸ナトリウムとしては水ガラス又はメタ
ケイ酸ナトリウムが使用され、水ガラスの場合は
重量で1:1程度に希釈する方が望ましい。硫酸
濃度も低い方が望ましい。ケイ酸ナトリウムと硫
酸の混合方法は硫酸中にケイ酸ナトリウムを添加
する方法、即ち、酸性側から中和することによつ
て、増粘効果のある重合ケイ酸が得られやすく、
逆の添加方法よりも望ましい。ケイ酸ナトリウム
と硫酸の添加量は両者の混合によつて中性となる
混合割合であつて、しかもSiO2換算で上記無定
形シリカ微粉末と同範囲の添加量である。 上記のほかに必要に応じて融点調節剤を添加す
ることは差しつかえない。その例としてNaCl、
KCl、NH4Cl、NaNO3などの無機塩が使用され、
その添加量はNa2SO41モルに対して0.2〜1.0モル
の範囲で所望の融点を得るのに必要な量である。 以上説明してきたように、本発明方法によれば
固液分離抑制効果が著しく、安定性が飛躍的に向
上するものであり、これによつて蓄熱材の実用化
に寄与するところ大である。 次に本発明を実施例によつて更に詳細に説明す
るが、本発明はこの実施例によつて何等限定され
るものではない。又融解熱の測定は次のようにし
て行つた。即ち蓄熱材30gをポリエチレン製小袋
に入れ、これをジユワー瓶中の300mlの温水中に
投入し温水の温度変化から融解熱を算出する方法
によつた。 実施例 1 無水硫酸ナトリウム 37.27部 水 57.03部 α半水石膏 2.53部 微粉末シリカ(トクシール P 徳山ソーダ(株)
製) 3.0部 上記混合物を35℃で80分間撹拌後ホウ砂3部を
加え粘稠な組成物を得た。このものは35℃で1日
放置後には揺変性のない固形物となり浮水の発生
も見られず融解熱を測定した結果49.6Cal/gの
値を示した。 実施例 2 無水硫酸ナトリウム 35.29部 水 54.97部 α半水石膏 6.74部 微粉末シリカ(トクシール P 徳山ソーダ(株)
製) 3.0部 を実施例2と同様に80分間撹拌後ホウ砂3部を加
え粘稠な組成物を得た。このものは1日放置後実
施例2の組成物よりも更に硬度のあるものであ
り、融解熱を測定した結果43.7Cal/gの値を示
した。 実施例 3 無水硫酸ナトリウム 36.47部 水 56.30部 α半水石膏 4.22部 微粉末シリカ(トクシール P 徳山ソーダ(株)
製) 3.0部 を実施例2と同様に80分間撹拌後ホウ砂3部を加
え粘稠な組成物を得た。このものは1日放置後40
℃10℃の温度サイクルを28回行ない硬度の変化
および融解熱の変化を見た。結果は比較例と共に
第1表に示す。 実施例 4 無水硫酸ナトリウム 33.73部 水 52.12部 塩化ナトリウム 6.94部 α半水石膏 4.22部 微粉末シリカ(トクシール P 徳山ソーダ(株)
製) 3部 上記混合物を25℃で80分間撹拌後ホウ砂3部を
加え粘稠な組成物を得た。このものを約25℃で1
日放置すると揺変性のない固形物となつた。この
組成物を35℃10℃の温度サイクルを28回行ない
硬度および融解熱の変化を見た。結果は比較例と
共に第1表に示す。 実施例 5 微粉末シリカをアエロジル 200(日本アエロジ
ル(株)製)に変えた以外は実施例5と同組成、同方
法で調合した結果、浮水の発明もなく硬度も充分
なものが得られた。 この組成物を35℃10℃の温度サイクルを28回
行ない、硬度、浮水の発生状態および融解熱を測
定した結果を第1表に示す。 実施例 6 1.54wt%の硫酸43.64部に無水硫酸ナトリウム
30.15部を約30℃で撹拌下に加え、次に3号水ガ
ラス/水=1/1のもの10.20部を徐々に添加し
た。更に塩化ナトリウム6.40部とα−半水石膏
6.55部を添加し20分間撹拌した後、ホウ砂3部を
加え60分間撹拌を続けた。この組成物は約30℃で
1日放置後には固形物となり浮水の発生も見られ
なかつた。 比較例 1 無水硫酸ナトリウム 42.76部 水 54.23部 微粉末シリカ(アエロジル 200 日本アエロジ
ル(株)製) 7.0部 ホウ砂 3.0部 上記組成物を調合し40℃10℃の温度サイクル
を12回行ない硬度および融解熱の変化を見た。結
果を実施例と共に第1表に示す。 比較例 2 無水硫酸ナトリウム 31.60部 水 52.15部 塩化ナトリウム 6.50部 α−半水石膏 6.75部 上記混合物を30℃で130分撹拌後、ホウ砂3部
を加え粘稠な組成物を得た。このものは約30℃で
1日放置後には揺変性のない固形物となり浮水の
発生も見られなかつた。 つづいて40℃10℃の温度サイクルを12回行つ
たところ、約5容量%の浮水の発生が見られた。 【表】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 硫酸ナトリウム10水塩を主材とし、過冷却防
    止剤、固液分離防止剤および増粘剤からなる蓄熱
    材組成物において、固液分離防止剤として水和性
    硫酸カルシウムを2〜15重量%(該蓄熱材組成物
    中)、および増粘剤としてシリカ系増粘剤を添加
    することを特徴とする蓄熱材。
JP19202083A 1983-10-13 1983-10-13 蓄熱材 Granted JPS6084379A (ja)

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EP84306900A EP0141550A1 (en) 1983-10-13 1984-10-10 Heat storage composition
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JPS60262882A (ja) * 1984-06-08 1985-12-26 Sumitomo Chem Co Ltd 蓄熱材の製造方法
US5453213A (en) * 1993-04-12 1995-09-26 Mitsubishi Petrochemical Co., Ltd. Latent heat storage material containing Na2 SO4.10H2 O, NH4 Cl, NaCl and (NH4)2 SO4
KR20230073420A (ko) * 2021-11-18 2023-05-26 오씨아이홀딩스 주식회사 친환경 보냉제 조성물 및 이를 포함하는 보냉 팩

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