JPS58195748A - 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】 本発明は水利塩の相変態に伴なう潜熱を利用した蓄熱材
に関する。

太陽熱を用いた冷暖房および夏場の電力ビーク緩和を目
的とした冷房機の負荷低減のため、熱エネルギーの貯蔵
すなわち蓄熱の必要性が増加している。蓄熱には物質の
顕熱を利用する方法および潜熱を利用する方法があるが
、後者の方が蓄熱密度が大きく、蓄熱装置の小型化を図
ることができ、かつ一定温度の熱エネルギーを蓄え利用
することができるため有利である。また蓄熱材料は安価
で大量入手が可能であり、無毒、耐炎、不燃および非腐
食性であることが望ましい。

これらの目的に合致した好適なｉ材料として水和塩もし
くはその共融物が挙げられる。水和塩もしくはその共融
物の多くは加熱または冷却により、特定の温度でそれぞ
れ結晶水を解放し、より少ない水利形もしくは無水形に
転移（融解）し、またその水分と再結合（凝固）するこ
とが知られている。このような水和塩もしくはその共融
物を蓄熱材として実用に供するには以下の３点の問題が
ある。

第１魚目の問題として静置した系においては、冷却時に
凝固点を過ぎても凝固が開始しないといういわゆる過冷
却現象をしばし・ば起こすことであるが、これは結晶核
生成のために他の物質を添加すること、あるいは核生成
装置を使用することによって防止できることが知られて
いる。例えば硫酸ナトリウム１０水塩の場合には４ホウ
酸ナトリウム１ｏ水塩の添加により、また塩化カルシウ
ム６水塩の場合には水酸化バリウム、水酸化ストロンチ
ウム等の添加により、過冷却が防止されることが米国特
許２６６７．６６４号明細書（１９５４年）。

特開昭５１−７０１９３号公報および特開昭６１−５４
０８０号公報にそれぞれ記載されている。また核生成装
置については特開昭５３−３４６６８号公報に記載され
ている。　　。

第２魚目の問題として、・し′：、・、塩化カルシウム
６水塩めような例外もあるが、水：和塩およびそれらの
共融物の多ぐは融解によ・♀ＩＩｊ＄−相とならないい
わ・１・１）・ ゆる非調和融解を示すことである。例えば硫酸ナトリウ
ム１ｏ水塩の場合、３２℃で融解　硫酸ナトリウム無水
物と水を生成するが、そのうち約１５重量％の硫酸す）
ＩＪウム無水物が水和塩から解放された水に溶解せず、
その飽和溶液中に残留し、しかも密度が大きいため沈降
する。このような状態の混合物を静置系で冷却した場合
、溶解した硫酸ナトリウム無水物は１０水塩を形成する
が、沈降した硫酸ナトリウム無水物はその周囲に存在す
る水分子とのみ結合し硫酸ナトリウム１ｏ水塩の層を形
成する。この硫酸ナトリウム１ｏ水塩の固体層が残存す
る硫酸ナトリウム無水物と水とのそれ以上の結合を妨げ
仝ため、回収使用可能な蓄熱量の低下をもだ−す。した
がって硫酸ナトリウム無水物の沈降を防止し、その溶液
中にできるだけ均一に分散させたまま保つことが必要で
ある。これは液体系の粘度増加によって達成されるが、
この目的のために添加する物質が濃化剤であり、従来各
種の濃化剤がＪ←討されてきた。なかでもアタパルガイ
ド型粘土が好適であることが米国特許で・ ３９８６９６９号（１９７６年）に記載されている。

第３魚目の問題としては一般に水利塩もしくはその共融
物は熱伝導率が低いだめに、蓄熱材として使用する場合
、熱媒体との熱交換が効率的にされにくいという点であ
る。そのため従来熱伝導率の高い物質、例えば金属粉末
等を添加する試みがなされてきた。ただしこの方法にお
いては金属粉末の腐食の問題が考えられ、しかも高価な
ものになる欠点がある。

本発明の目的は一上述のような水利塩もしくはその共融
物の相分離を防止することにあり、本発明者らは炭素粉
末がこの目的に好適であることを見い出した。本発明に
使用された炭素粉末は、従来いわゆる無定形炭素と称さ
れる範晴に属するものであって、例えばカーボンブラッ
クとして市販されており、容易に安価に入手できる材料
である。

さらに本発明の他の目的は、水和塩もしくはその共融物
を用いた蓄熱材の熱伝導率を向上させることにある。

本発明は水利塩もしくはその共融物に炭素粉末を含ませ
るようにしたものであり、上記のような問題なしに相分
離防止と熱伝導率の向上を同時に達成することができた
。このため例えば塩化カルシウム６水塩のように調和融
解を示す物質を用いた蓄熱材においても、炭素粉末は熱
伝導率向上のため好適に使用することができる。また前
述のように塩化カルシウム６水塩に水酸化バリウム、水
酸化ストロンチウムのような核生成剤を含む蓄熱材に炭
素粉末を使用すれば、増粘効果によって核生成剤の均一
分散を保つことができ、その上熱伝導率の向上も得られ
るためなお好適である。

本発明にしたがって蓄熱材を製造する好適な方法の１例
は水、炭素粉末および水への炭素粉末の分散を容易にす
るための適当な分散剤（例えば界面活性剤）を混合して
おきこれに水利塩を形成するために必要な量の無水物も
しくはそれが水和塩になった時に共融物を形成する他の
塩を予め混合したものをその融点以上の温度下で加えさ
らに混合し、しかる後冷却して水利塩を生成させる工程
より成る。本発明の適用される水利塩は硫酸ナトリウム
１ｏ水塩、塩化カルシウム６水塩、チオ硫酸ナトリウム
５水塩、炭酸ナトリウム１０水塩。

リン酸水素、２ナトリウム１２水塩、酢酸ナトリウム３
水塩、ギ酸ナトリウム３水塩および硝酸カルシウム４水
塩を包含する。

本発明にかかる濃化剤のその！！能をもたらすに十分な
添加量は水利塩もしくはその共融物１ｏ。

重量部に対して７重量部ないし３０重量部であり、好ま
しくは８重量部ないしは２０重量部の範囲である。この
濃化剤を用いた蓄熱材は過冷却防止のため、必要に応じ
前述のように公知の核生成剤またけ核生成装置とともに
使用される。以下実施例に従って本発明による蓄熱材の
詳細を説明する。

〈実施例−１〉 水ｓａｙに「三菱カーボンブラック＋４０００ＢＪ（平
均粒径２０ｍμ）１２ｇ「ダイヤディスパースＮＡＪ　
１．２ｇを加え、ボールミルを用いて混合し、３６℃な
いし４０℃に加熱した状態で、やけり同様に加熱した硫
酸ナトリ、ウム無水物４４９および４ホウ酸ナトリウム
１６水塩３”　１７を加えさら、弔 に混合した後、２６℃以下に冷却して試料とした。

これは硫酸す）　ＩＪウム１ｏ水塩１００重量部に対し
て濃化剤１２重量部、核生成剤３重量部および濃化剤の
分散剤１．２重量部がそれぞれ小包含され　、たもので
ある。試料を１００回以上継続的に４５℃と１５℃の間
で加熱−冷却したところ、わずかに水の分離が見られた
が、濃化剤としてアタパルガイド型粘土を１０重量部用
いて作成した試料に比べ少なかった。この試料の２６℃
における熱伝導率を測定したところ、０．９６Ｋｃａｌ
　７ｍ　＊ｈｒ　＊　℃であった。炭素粉末と分散剤の
代わりにアタパルガイド型粘土１０重量部を含む以外、
実施例−１と同組成の試料を作成して、２５℃における
熱伝導率を測定したところ、０．６７　Ｋｃａｌ　／　
ｍ　＊　ｈｒ　＊　℃が得られた。明らかにアタパルガ
イド型粘土を濃化剤として用いて場合に比べて、炭素粉
末の場合、熱伝導率の向上が権認された。

〈実施例−２〉 ［三菱カーボンプラックナ４０００ＢＪＯ代わり□。

に［三菱カーボンブラックＭＡ６００Ｊ（平均粒径１Ｂ
ｍμ）を１２重量部を用いた以外、実施例−１と同様に
して試料を作成した。この試料を１００回以上継続的に
４５℃と１６℃の間で加熱−冷却したが、実施例−１と
同様の結果が得られた。

〈実施例−３〉 実施例−２において［三菱カーボンブラックＭＡ６００
Ｊを６重量部ないしは３０重量部含む試料を数種作成し
た。試料を１００回以上継続的に４６℃と１５℃の間で
加熱−冷却したが、「三菱カーボンブラックＭＡ６００
Ｊを７重量部以上含む試料では実施例−１と同様の結果
が得られた。ただし「三菱カーボンブラックＭＡ６００
Ｊを２０重量部を越えて添加した場合には単位重量当た
りの蓄熱量の低下をもたらすのみであり、実用上好まし
くない。

〈実施例−４〉 水４２ｊ９に［三菱カーボンブラック≠４００ｏＢＪを
ＩＣ１および［ダイヤデイスノく一スＮＡＪ　１　ｇを
ボールミルを用い混合して室温で硫酸ナトリウム無水物
３３Ｉ、塩化ナトリウム６．８ｐ、塩化アンモニウム６
．２ｇを予め混合しておいた混合物および４ホウ酸ナト
リウム１０水塩２．６ｇを加えさらに混合した後、５℃
に冷却して試料としだ。これは・硫酸ナトリウム１ｏ水
塩１モルに対して塩化ナトリウム、塩化アンモニウムが
それぞれ０．６モルずつの割合で含まれる共融混合物に
濃化剤、核生成剤および濃化剤の分散剤が包含されたも
のであり、融点は１３〜１５℃である。この試料１１０
０回以上継続的に４Ｑ℃と一３０℃の間で加熱−冷却を
繰り返したところ、わずかに水の分離が見られたが、濃
化剤としてアタノ（ルガイト型粘土１０重量部用いて作
成した試料に比べ少なかった。

〈実施例−６〉 ［三菱カーボンブラック４４０００ＢＪの代わりに［三
菱カーボンブラックＭＡ６００Ｊを１ｏ重量部を用いた
以外、実施例−４と同様にして試料を作成した。この試
料を１００回以上継続的に恥℃と一３０℃の間で加熱−
冷却を繰り返したところ、実施例−４と同様の結果が得
られた。

なお、炭素粉末の濃化剤としての作用は、その平均粒径
によって影響され、平均粒径が小さい方が好ましい結果
が得られる。本発明に使用可能な炭素粉末の平均粒径は
１００ｍμ以下であり、好適には２０ｍμ以下である。

Ｘ線回折による結晶構造の解明などによって、いわゆる
無定形炭素も黒鉛の結晶構造を有しており、ただ単に結
晶が微小で集合状態が不規則であるに過ぎないことが明
確にされたということが「新・炭素工業Ｊ（石川敏功、
長沖通著、近代編集者、１９８０年）１７頁に記載され
ている。したがっていわゆる無定形炭素は黒鉛と本質的
に異なるもので々く、黒鉛もまた本発明に同様に使用す
ることができる。

以上述べたように、本発明は水利塩もしくはその共融物
を主成分とした蓄熱材において、濃化剤として、炭素粉
末を用いるようにしたものであ枚相分離防止効果と熱伝
導率向上を同時に達成することができる。なお炭素粉末
を水へ分散させるために分散を用いたが、その種類およ
び添加量は本発明を限定するものではな吟。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水和塩もしくはその共融物を主成分とし、濃化剤
   として炭素粉末を用いたことを特徴とする蓄熱材。
2. （２）炭素粉末が水利塩もしくはその共融物１ｏＯ重量
   部に対し、７重量部ないし２０重量部の割合で含まれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蓄熱材。
3. （３）炭素粉末がいわゆる無定形炭素であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の蓄熱材。
4. （４）炭素粉末の平均粒径が１００ｍμ以下であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれ
   かに記載の蓄熱材。