JPH0496987A - 蓄熱剤組成物 - 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、新規な電磁波加熱用蓄熱剤、さらに詳しくは
、電磁波加熱により短時間で効率よく熱エネルギーを蓄
えることができ、かつ容易に熱エネルギーを取り出すこ
とのできる蓄熱剤組成物に関するものである。

従来の技術 従来、蓄熱剤を加熱して熱エネルギーを蓄える方法とし
て、例えば蓄熱剤を電気ヒーターや熱媒中で加熱して溶
融させる方法が一般的に用いられていたが、最近では、
より短時間で蓄熱剤を溶融して熱エネルギーを蓄える手
段として、電磁波加熱による方法が検討されている。

しかしながら、電磁波で物質を加熱する場合、特に代表
的な電磁波発生装置である電子レンジを使用した場合、
電磁波が均一に照射されないため局部加熱は避けられな
いという問題が生じる。したがって、電子レンジで蓄熱
剤を加熱する場合には、この現象により、該蓄熱剤の中
心部のみが溶融して、蓄熱剤に温度分布が生じて全体が
均一に溶融されず、効率よく熱エネルギーを蓄えること
ができないのが実情である。

発明が解決しようとする課題 本発明は、このような事情のもとて電磁波加熱により、
局部加熱をもたらすことなく、短時間で効率よく熱エネ
ルギーを蓄えることができ、かつ容易に熱エネルギーを
取り出しうる蓄熱剤組成物を提供することを目的として
なされたものである。

課題を解決するだめの手段 本発明者らは、電磁波加熱用蓄熱剤組成物を開発すべく
鋭意研究を重ねた結果、潜熱型蓄熱剤に、電磁波加熱に
よって発熱するグラファイト構造を有する炭素粉末を配
合し、さらに場合により無機充てん剤を配合することに
より、その目的を達成しうろことを見い出し、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）相転移による潜熱を利用し
た潜熱型蓄熱剤とＣＢ）グラファイト構造を有する炭素
粉末と、場合により用いられる（Ｃ）無機充てん剤とを
含有して成る電磁波加熱用蓄熱剤組成物を提供するもの
である。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明組成物においては、（Ａ）成分として電磁波照射
によって融解が可能な相転移による潜熱を利用した潜熱
型蓄熱剤が用いられる。この潜熱型蓄熱剤については特
に制限はなく、従来公知のものを用いることができるが
、融点が４０〜２００℃の範囲にある無機系又は有機系
のものが好ましい。

無機系蓄熱剤としては、水和塩系潜熱型蓄熱剤が好まし
く、この水和塩系潜熱型蓄熱剤としては、例えばＣａＣ
（２２・６ＨｚＯ１Ｎａ２ＳＯ，’１ＯＨ２０，Ｎａ２
ＣＯ１”１ＯＨ２０、Ｎａ２ＨＰＯａ”１２Ｈ２０，Ｚ
ｎ（ＮＯｘ）ｚ”６Ｈｚｏ、Ｎａ２Ｓ２Ｏ５’５Ｈ２０
゜Ｎ１（ＮＣｈ）ｚ・６Ｈｚｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３
Ｈ２０、Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２０゜（ＮＨ＋）Ａｆｆ
（ＳＯ４）ｚ’１２Ｈ２０ナトが挙げられるが、これら
の中で特にＣＨ１Ｃ０ＯＮａ’３Ｈ２０及び（ＮＨ＊）
Ａ（ｉ（ＳＯ４）ｚ　’１２Ｈ２０が好適である。

一方、有機系蓄熱剤としては、例えはパラフィンワック
ス、動植物油脂、高級脂肪酸、ポリエチレンクリコール
、ペンタエリスリトールなどを挙げることができるが、
これらの中でパラフィンワックスが特に好適である。

これらの蓄熱剤を単独で電磁波により加熱した場合には
、全体が均一に加熱されず、融解した部分と固化したま
まの部分ができ、全体が均質に融解するまで時間を要し
、熱エネルギーを効率的に蓄えることができない。

本発明組成物においては、（Ｂ）成分としてグラファイ
ト構造を有する炭素粉末が用いられる。この炭素粉末は
電磁波加熱により発熱する性質を有し、その結晶構造中
に、炭素原子が六角網状に配列した層平面が積層して成
るグラファイト状の結晶子をもっている。このような炭
素粉末としては、例えばカーボンブラックやグラファイ
トなどが挙げられる。カーボンブラックについては特に
制限はなく、一般の導電性樹脂の製造やゴムの補強材料
として用いられているものの中から任意のものを選択し
て用いることができる。このようなカーボンブラックと
しては、例えばアセチレンブラック、７アーネスブラツ
ク、副生カーボンブラックなどを挙げることができる。

また、グラファイトとしては、例えば天然黒鉛、人造黒
鉛、膨張黒鉛などが挙げられる。これらのグラファイト
構造を有する炭素粉末の中で好適なものとしては、副生
カーボンブラック、アセチレンブラック及び膨張黒鉛を
挙げることができる。これらのグラファイト構造を有す
る炭素粉末は、通常組成物全重量に基づき、０．５〜１
５重量％、好ましくは０．５〜１０重量％の範囲で用い
られる。

これらの炭素粉末は、前記したように電磁波により発熱
する性質を有することから、組成物中において、（Ａ）
成分の蓄熱剤より早く昇温し、電磁波が照射されにくい
部分にも熱を伝えるため、局部加熱を抑えて組成物全体
を短時間で融解させ、熱エネルギーを効率よく蓄えるこ
とが可能となる。

グラファイト構造をもたない不定型な非晶質の炭素粉末
、例えば活性炭を蓄熱剤に加えて電子レンジで加熱した
場合には、蓄熱剤組成物の局部加熱現象を抑えて、短時
間で熱エネルギーを蓄えることは不可能であって、該グ
ラファイト構造をもたない炭素粉末は電磁波による発熱
体として適していない。

また、本発明組成物においては、電磁波で加熱溶融後、
蓄熱剤の融点以下の温度に冷却すると、（Ｂ）成分の炭
素粉末が結晶核生成剤として作用するので、速やかに潜
熱を取り出すことができる。

本発明組成物においては、該炭素粉末を均質に分散させ
るためや、熱伝搬効率を高めるなどの目的で、所望に応
じ、（Ｃ）成分として無機充てん剤をさらに配合するこ
とができる。この無機充てん剤の配合量は、通常組成物
全量に基づき１．０〜５０重量％、好ましくは２．０〜
３０重量％の範囲で選はれる。

該無機充てん剤としては、（Ａ）成分の蓄熱剤として水
和塩系潜熱型蓄熱剤を用いる場合には、例えばゼオライ
ト、タルク、シリカ、カオリンなどが好ましく用いられ
る。一方、該蓄熱剤として有機潜熱型蓄熱剤を用いる場
合には、例えば非結晶シリカ、酸化チタン、ゼオライト
などが好ましく用いられる。

これらの無機充てん剤の中で、ボイル油給油量がｌｏｏ
ｍ（２／　１００ｇ以上のものが好ましく、このような
無機充てん剤を配合することにより、組成物は溶融時に
増粘し、かつチキン性が向上して炭素粉末が均質に分散
しやすくなり、溶融時に炭素粉末の沈殿を生じないので
繰り返し使用も可能となる。

これらの無機充てん剤は、２種以上を組み合わせて使用
することもできる。

本発明組成物は、粉体状又は溶融状の蓄熱剤と炭素粉末
と必要に応じて用いられる無機充てん剤粉末とを、ミキ
サーなどで混合することによって調製することができる
。このようにして得られた組成物においては、電磁波加
熱の際に、炭素粉末から蓄熱剤へ熱伝播が効率よく行わ
れるためには、該炭素粉末が蓄熱剤中に均質に分散され
ていることが重要である。

特に、炭素粉末としてカーボンブラックを用いる場合に
は、該カーボンブラックは粒子の連鎖構造（ストラフチ
ャー）をもち、凝集しゃすいため、分散をよくするため
の機械的処理を混合前に行うのが有利である。

本発明組成物には、所望に応じ、蓄熱剤の添加物として
公知のもの、例えば水蒸気の発生を抑制するためのアク
リル系吸水性高分子化合物などの吸水剤、溶融時の粘度
を調整するためのカルボキシメチルセルロースなどの粘
度調整剤、該炭素粉末の分散を良くするための金属セッ
ケンや高級アルコールなどの界面活性剤などを添加する
ことができる。

発明の効果 本発明によると、潜熱型蓄熱剤にグラファイト構造を有
する炭素粉末を配合することにより、電磁波加熱の際、
炭素粉末が蓄熱剤よりも早く昇温し、電磁波が照射され
にくい部分にも熱が伝わり、局部加熱が抑制されて、短
時間で効率よく熱エネルギーを蓄えうる蓄熱剤組成物が
得られる。さらに、無機充てん剤を加えることにより、
熱伝搬効率が高められ、より効率よく熱エネルギーを貯
えうる蓄熱剤組成物を得ることができる。

また、グラファイト構造を有する炭素粉末は、蓄熱剤と
して水和塩系のものを用いる場合、その結晶核生成剤と
して作用するために、過冷却状態が速やかに解除され、
容易に熱エネルギーを取り出すことのできる蓄熱剤組成
物を得ることができる。

具体的には、例えば水和塩系蓄熱剤として（ＮＨｓ）Ａ
ｆｆ（ＳＯＪｚ・１２Ｈ２０を使用し、その１５０ｇを
１５Ｘ１５ｃｍのシート状容器に封入し、電磁波加熱を
０．２〜３分間行うことにより、９０°Ｃ以上に昇温し
、かつ室温放置の場合、３０分間以上５０°Ｃ以上に保
つことができる。

また、有機系蓄熱剤として融点７０°Ｃのパラフィンワ
ックスを使用する場合、電磁波加熱を０．２〜３分間行
うことにより、１００°Ｃ以上に昇温し、室温放置の場
合、３０分間以上７０℃以上に保つことができる。

本発明の蓄熱剤組成物は、例えば食品の保温用蓄熱剤、
温湿布などの湿布剤と併用する保熱剤、ホットカーラ−
の蓄熱剤、防寒を目的とした蓄熱剤などとして好適に用
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ってなんら限定されるものでは
ない。

なお、実施例及び比較例で使用した原料の種類を次に示
す。

（１）無機系蓄熱剤 ＣＨｓＣＯＯＮａ　・３Ｈ２０純正化学（株）製試薬−
級グレード （ＮＨ，）ＡＣ（ＳＱ、）２・１２Ｈ２０同　上（２）
有機系蓄熱剤 マイクロワックス１５５（ｍｐ、７０）　　日本石油（
株）製ステアリン酸（ｍｐ、７０）　　　　　　日本油
脂（株）製ＰＥＧ−６０００（ｍｐ、５６−６１）　　
　　　ライオン（株）製（３）炭素粉末 （イ）　グラファイト構造を有するもの・カーボンブラ
ック ケッチエンブラックＥＣケッチエンブラック・インター
ナショナル （株）製 ケッチエンブラック６００ＪＤ　　同　　上アセチレン
ブラック　　電気化学（株）製３０５〇　　　　　　　
三菱化成（株）製＃１５　　　　　　　　　旭カーボン
（株）製パルカンＸＣ−７２キャポット社製 ・グラファイトＢＳＰ−２申越黒鉛（株）製（ロ）　グ
ラファイト構造を有さないもの活性炭ａ；特製白鷺　大
田薬品（株）製活性炭り：試薬−級グレード 純正化学（株）製 （４）無機充てん剤 トクンールＮ（ソリ力）（ボイル油吸油量２５０ｍ＋２
７１０ｈ）徳山曹達（株）製造 実施例１ ＣＨ３Ｃ０ＯＮａ−３）１２０から成る水和塩型蓄熱剤
９６．０重量部とグラファイト構造を有する炭素粉末で
あるケッチエンブラックＥＣ４，０重量部とを、ミキサ
ーで均一に粉砕混合して蓄熱剤組成物を調製したのち、
その２０９をシャーレに入れ、家庭用電子レンジにて、
高周波出力５０ＱＷで２０秒間電磁波加熱を行った。加
熱終了直後の組成物の温度は５９°Ｃであり、また目視
により組成物は均質に溶融していて、局部加熱が起こっ
ていないことが確認されＩ；。

まｊ；、溶融した組成物が融点以下の温度になると、速
やかに結晶化による固化か始まることが目視により観察
され、過冷却現象が発生していないことが確認された。

なお、温度の測定は接触式デジタル温度計によって行っ
ｔ二。

実施例２〜１２、比較例１〜６ 第１表に示す種類と量の蓄熱剤と炭素粉末とをミキサー
で均一に粉砕、混合して蓄熱剤組成物を調製したのち、
実施例１と同様にして、電磁波加熱を行い、加熱終了後
の組成物の温度を測定し、かつ組成物の溶融状態（局部
加熱の有無）を観察するとともに、速やかに結晶化によ
る固化が始まるかどうかを観察した。速やかに固化した
場合、過冷却現象は起こっていないことになる。

なお、比較例２．４の蓄熱剤組成物は、加熱中周部加熱
が生じ、全体が均一に溶融するまで、それぞれ１８０秒
、６００秒を要した。

実施例１３〜２５ 第２表に示す種類と量の蓄熱剤、グラファイト構造の炭
素粉末及び無機充てん剤を、ミキサーで均一に粉砕、混
合して蓄熱剤組成物を調製したのち、実施例１と同様に
実施した。その結果を第２表に示す。

実施例２６〜３２ 第３表に示す種類と量の有機系潜熱型蓄熱剤をあらかじ
め８０°Ｃにて溶融した状態にし、これに第３表に示す
種類と量のグラファイト構造の炭素粉末及び無機充てん
剤を加え、十分にかきまぜて均質に混合したのち、この
５０ｇを型（直径８．５ｃｍの円形底面、厚みｌｃ＋＋
＋の円盤）に入れ、自然冷却して蓄熱剤組成物を調製し
た。なお、カーボンブラックの粉砕については、ボール
ミル中で２０秒間行った。

次いで、該組成物を家庭用電子レンジ（高周波出力５０
０Ｗ）で所定時間電磁波加熱を行い、加熱終了直後の組
成物の温度を測定するとともに、組成物の溶融状態を目
視により観察し、局部加熱の有無を調べた。その結果を
第３表に示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（Ａ）相転移による潜熱を利用した潜熱型蓄熱剤と（
   Ｂ）グラファイト構造を有する炭素粉末を含有して成る
   電磁波加熱用蓄熱剤組成物。 ２（Ａ）相転移による潜熱を利用した潜熱型蓄熱剤と（
   Ｂ）グラファイト構造を有する炭素粉末と（Ｃ）無機充
   てん剤とを含有して成る電磁波加熱用蓄熱剤組成物。