JPS6340456B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新しい蓄熱材料として包水ゲルを用い
たソーラポンドに関するものである。

ソーラポンドとは太陽光を熱の形で吸収し、貯
蔵することができる池のことである。

従来のソーラポンドの集熱および蓄熱の特徴は
対流を防止する非対流層を形成し、放熱を抑制す
ることである。放熱を抑制するには塩類の濃度勾
配を作り、この濃度勾配による密度差で温度差に
よる密度差の発生を防止し、これによつて浮力に
よる対流の発生を防止すればよい。対流が防止さ
れれば放熱が抑制され、長期の蓄熱が可能とな
る。

しかしながら塩類水のソーラポンドでは次に記
すような欠点がある。濃度勾配の作製には濃塩類
溶液の上層部に真水を流して濃度勾配を強制的に
形成することにより、上層部が希薄な塩溶液にな
るため、上層部では対流が起り常に真水を流して
おく必要があるので保守管理に経費と手数が必要
である。この塩類水ポンドは塩類水勾配の形成が
成立するまでにかなりの日数を要し蓄熱を開始す
るまでに数ケ月の期間がかかる。また少量の漏水
でも濃厚塩水であるため魚の孵化や養殖などの塩
害が致命的な場所には使用できない。さらに塩類
水の濃度は20％以上にしなければ対流が防止でき
ないので大量の塩類が必要であり経済的にも不利
である。塩類の内、硼酸ナトリウムのように長期
間使用すると塩が沈降し底部が白くなる欠点があ
るものもある。また蓄熱量は比熱と温度および質
量の積によつて表わされるが、水の比熱が一番大
きく、塩類は比較的小さいので、水単独の熱量が
一番大きく、塩類の濃度が増加するにつれて減少
する。密度勾配法による塩類ソーラポンドの熱量
は濃厚塩類水溶液のため、低濃度塩類水溶液と比
較すると同温、同質量の場合では低濃度の塩類水
溶液の方が大きい。それ故濃厚塩水ソーラポンド
は効率が悪い方法といえる。また藻、泥や砂など
が混入した場合には大量の濃厚塩類水のため、塩
害が起るなどして投棄できないなどの欠点があ
る。

本発明は上記欠点を種々考慮して、大量の集熱
蓄熱可能なソーラポンド用蓄熱材料を鋭意研究し
た結果、全く新しいソーラポンド用蓄熱材料とし
てゲル状物質を用いることにより、その目的を達
成しうることを見出し、この知見に基づいて本発
明に至つた。

本発明はケイ酸塩類にアルミン酸塩類を溶解し
た水溶液を酸により中和してゲル状物質を生成せ
しめ、これをソーラポンドの蓄熱材料として用い
るもので、蓄熱効率を従来の塩類水ソーラポンド
より大巾に改善することを特徴とする蓄熱材料を
提供するものである。

本発明の蓄熱材料について、さらに詳しく記
す。先づ原料のケイ酸塩類であるケイ酸ナトリウ
ム、ケイ酸カリウムおよびケイ酸リチウムは粉末
でも濃厚溶液（アメ状）でもよく、またアルミン
酸ナトリウム、アルミン酸カリウムおよびアルミ
ン酸リチウムは粉末状でも溶液でもよい。中和剤
としての酸類は塩酸、硫酸、硝酸あるいは酢酸、
コハク酸、クエン酸、フマル酸などである。中和
剤としてのイオン交換樹脂は弱酸性、強酸性陽イ
オン交換樹脂ならばいずれのものでもよい。

ゲル生成の反応条件および蓄熱材料としての最
適条件を記すと、ゲルの生成はケイ酸塩とアルミ
ン酸塩を溶解したのち、酸やイオン交換樹脂を加
えて中和すれば、水を多量に含んだ、いわゆる包
水ゲルが生成する。ケイ酸塩単独の場合よりアル
ミン酸塩を添加した場合の方がゲル化時間が速く
なる。経済的にはゲル化時間が速く、なおかつ、
低濃度で流動性が起らないようなケイ酸塩および
アルミン酸塩の濃度が望ましい。通常用いられる
ケイ酸塩濃度としては0.1％から10％が、またア
ルミン酸塩濃度としてはケイ酸塩の重量に対して
0.1％か30％が最適である。

中和する条件としては、酸やイオン交換樹脂な
どの種類によつて、濃度や量が異なるが、通常の
中和条件は水素イオン濃度が６〜８の間が適当で
ある。溶液がゲル状になるいわゆるゲル化時間は
水素イオン濃度で決まるが、ケイ酸塩単独に比較
してアルミン酸塩を添加した場合には水素イオン
濃度の広い範囲でゲル化が起るし、そのゲル化時
間も速い。たとえば５％のケイ酸ナトリウムと１
％のアルミン酸ナトリウムとの混合溶液を50％の
硫酸で水素イオン濃度6.0に中和したとき、５分
でゲル化が始まり、30分で完結する。アルミン酸
ナトリウムがケイ酸ナトリウムに対して増加する
に従つてゲル化時間が速くなるし、またゲル化す
る水素イオン濃度の範囲はアルミン酸ナトリウム
の増加に従つて広がる。ゲル化に使用する酸やイ
オン交換樹脂は要求されるゲル化速度にしたがつ
て選択すればよく、簡単に大量の包水ゲルを製造
することができる。

以上の方法で製造したアルミノケイ酸包水ゲル
は低濃度のケイ酸塩およびアルミン酸塩で製造さ
れ蓄熱材料として用いることができるので経済的
に廉価である。

アルミノケイ酸包水ゲルは中性であるからポン
ドから漏水しても全く無害である。包水ゲルは大
量の水を抱え込むため、水の対流を防止すること
ができ、そのため放熱が抑制され、熱が効果的に
蓄えられる。また熱量の目安である比熱は少量の
ケイ酸塩とアルミン酸塩を含有する希薄な溶液で
あるから、水の比熱とほとんど変らず、それに比
較して、塩類水ポンドは比熱の小さい塩類を多量
に使用するため比熱が小さくなり、同温度、同質
量の熱量ならば包水ゲルポンドの方がはるかに多
量の熱量が蓄積していることになる。以上の諸点
は本発明の最も有利な特徴とするところである。

次に本発明を実施例によ詳細に説明するが、本
発明はその要旨をこえない限り以下の実施例に限
定されるものではない。

実施例 １ 25gの粉末ケイ酸ナトリウムを955mlの水に溶
解したのち、2.5gのアルミン酸ナトリウムを添加
し均一に溶解したのち、5.0gの硫酸を20mlの水に
溶解した溶液を先のケイ酸ナトリウム―アルミン
酸ナトリウム溶液に撹拌しながら滴下し、水素イ
オン濃度が6.8になるように中和した。中和した
ケイ酸ナトリウム―アルミン酸ナトリウム溶液を
１の魔法瓶（内径90mm、深さ230mm）に750ml注
ぎ、約20分後に溶液がゲル化し始め、２時間後に
静かに250mlの水を注入して、ゲル相と水相で１
とした。一方同じ１の魔法瓶に25％の塩化ナ
トリウムを750ml注ぎ、静かに250mlの水を注いで
１とした。

500Wのタングステン電球の真下に魔法瓶を２
個並べて設置した。電球と魔法瓶の間隔は魔法瓶
の開口部から電球ガラス表面まで300mmで、日射
計による光量は0.804cal・cm^-2・mm^-1であつた。
温度の測定は各々の魔法瓶の開口部から190mmの
ところに熱電対を設置し、記録計を用いて行なつ
た。光の照射は電球を６時間点灯し、18時間消灯
を反復することによつて太陽の日射とほぼ同じよ
うにした。この点滅行程を長期に経つて測定した
ところ、温度の上昇経過は包水ゲルと食塩を比較
すると包水ゲルの方が常に食塩より高い温度で保
たれた。すなわち６時間点灯した直後の最高温度
と消灯したのち18時間経過した直後の最低温度を
比較すると、包水ゲルの方が食塩よりも高い温度
であつた。約４日間経過した82時間後の最低温度
は包水ゲルの方が4.7℃も高く、また92時間後の
最高温度は包水ゲルの方が8.0℃も高い値が得ら
れた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケイ酸塩類とアルミン酸塩類との混合溶液を
   酸またはイオン交換樹脂で中和することによつて
   得られる反応生成物であるアルミノケイ酸塩包水
   ゲルを用いることを特徴とするソーラポンド。 ２ 包水ゲルが生成するケイ酸塩類としてケイ酸
   ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウムな
   どのアルカリ塩およびアルカリ土類塩の１種又は
   ２種以上を使用する特許請求の範囲の第１項記載
   の包水ゲルソーラポンド。 ３ 包水ゲルが生成するアルミン酸塩類としてア
   ルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アル
   ミン酸リチウムなどのアルカリ塩、アルカリ土類
   塩の１種又は２種以上を使用する特許請求の範囲
   の第１項記載の包水ゲルソーラポンド。 ４ 包水ゲルを生成するケイ酸塩類とアルミン酸
   塩類との混合溶液の中和剤としての酸は塩酸、硫
   酸、硝酸あるいは酢酸、コハク酸、クエン酸、フ
   マル酸などの有機酸の１種又は２種以上を使用す
   る特許請求の範囲の第１項記載の包水ゲルソーラ
   ポンド。 ５ 包水ゲルを生成するケイ酸塩とアルミン酸塩
   類との混合溶液の中和剤としてのイオン交換樹脂
   としては弱酸性および強酸性陽イオン交換樹脂の
   １種又は２種以上を使用する特許請求の範囲の第
   １項記載の包水ゲルソーラポンド。