JPS6228995B2 - - Google Patents
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- JPS6228995B2 JPS6228995B2 JP56164165A JP16416581A JPS6228995B2 JP S6228995 B2 JPS6228995 B2 JP S6228995B2 JP 56164165 A JP56164165 A JP 56164165A JP 16416581 A JP16416581 A JP 16416581A JP S6228995 B2 JPS6228995 B2 JP S6228995B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
- C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
- C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
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Description
本発明は太陽熱利用暖房装置の蓄熱器用蓄熱材
に関するものである。太陽熱などを利用して冷暖
房を行わせる方法として水を蓄熱物質として用い
その顕熱を利用する場合と塩類水和物の融解一凝
固時の潜熱を利用する場合がある。ヒートポンプ
を用いず、ボイラーの温水熱、工場排熱などを蓄
熱し、そのまま暖房に利用する場合には40〜50℃
の範囲に融点を有する蓄熱材が必要である。 これにはチオ硫酸ナトリウム（Na2S2O3・
5H2O）が48.5℃の融点を有し、蓄熱量も82Cal／
c.c.と大きく安価である点にすぐれている。しかし
この物質は凝固時の過冷が大きく、ガラス容器中
では20〜30℃の過冷を示し貯えた熱を所定温度で
放出できない欠点を有している。本発明の目的は
このチオ硫酸ナトリウム５水塩の過冷を防止し、
所定温度で蓄熱放熱が行なわれる蓄熱材を提供す
ることである。 一般に液相から固相への相変化は結晶核の発生
段階と核を中心として結晶の成長段階に分けて考
えることができる。核発生には大きなエネルギー
を必要とし過冷現象はこのエネルギー障壁のため
に生ずることが知られている。このため過冷を防
止するため核物質を添加する方法が行なわれてい
る。この場合核物質は液相中に溶解せずに存在
し、界面上に新たに生成する結晶との界面エネル
ギーが小さいこと、核がある臨界半径以上の大き
さを持つことが必要であることも知られている。
（臨界半径は１〜100ｍμ）また結晶の成長は低分
子密度の結晶面（立方晶系ならば100，110，111
面）で起り易く、また結晶はステツプの移動の形
をとつて成長することが知られている。 このような発核材の例として塩化カルシウム６
水塩に対する水酸化バリウム、水酸化ストロンチ
ウムの発核効果が認められている。しかしチオ硫
酸ナトリウムはアルカリ性になると分解するので
アルカリ性物質である水酸化バリウム、水酸化ス
トロンチウムを添加することはできない。 このような理論的見地に立脚してチオ硫酸ナト
リウムの発核材を実験検討した結果、劈開性を有
する有機化合物結晶で昇華性であるか、あるいは
水またはチオ硫酸ナトリウムの水溶液中に微量溶
解する物質はチオ硫酸ナトリウムの発核材になり
うること、また発核材の密度がチオ硫酸ナトリウ
ムの比重1.74±0.3の範囲（1.44〜2.04）にある場
合、発核材としての効果が特に大きいことがわか
つた。 劈開性結晶は劈開面における結合力が弱いこと
が知られている。例えば、原子が二次元に配列し
て薄片状結晶を作る場合、薄片の平面間の結合は
弱く劈開面になり易い。この劈開面は低エネルギ
ー面（低密度面）であり、この面上に結晶が生長
し易いと考えられる。また発核材の密度が蓄熱材
の密度に近い（1.74±0.3）ことは結晶すべき塩
類溶液中に結晶核を均一に分散させ、溶液内の各
所で結晶生長を促進する効果がある。 また発核材が昇華性あるいは水及び塩類水溶液
に微量溶解することは結晶表面が微量に溶解除去
されて清浄化し、結晶の生長に好適な表面が形成
されることによると考えられる。 また平面状に分子が配列し、層構造をとる有機
化合物では層間が劈開面になることが多い。 このような化合物では劈開面に垂直方向の結晶
成長速度が大きく、層に平行方向の結晶成長速度
は遅い。一般に棒状の分子軸を有する結晶では分
子軸に垂直方向に成長し易く、平板状の分子配列
をとる結晶では平面がつみ重なつて成長すること
が多く、格子間隔が小さい方向に成長し、単位格
子と結晶形態は相反則をとることが多い。このた
め結晶成長方向に直角に破断（劈開など）された
面は発核材としてその面上に他の結晶を成長させ
ることができるのである。 これらの発核材は微量添加しても効果が認めら
れるが実用的にはチオ硫酸ナトリウムに対して
0.01重量％以上である。添加の上限は特に作用効
果上限定する理由はないが多量の添加は蓄熱密度
を減少させるので10重量％程度に限定することが
実用的である。これらの発核材の添加方法として
はチオ硫酸ナトリウム５水塩に直接添加してもよ
いし、その他必要に応じて適当な支持体、担体に
発核材を保持させ、これをチオ硫酸ナトリウム中
に介在させてもよい。 第１図はチオ硫酸ナトリウム５水塩
（Na2SO3・5H2O）に本発明の発核材を添加した
蓄熱材の蓄熱一放熱状況を発核材無添加の場合及
び水を蓄熱材としたものとを対比して示したもの
である。 この図から発核材無添加の場合は48.5℃以上で
融解したのち冷却すると過冷却のため25℃までは
凝固せず25℃で１′（CD）に示すように放熱し、
ACDFAで示す熱履歴を画く。これに対して本発
明の発核材である無水フタル酸を0.1％添加した
蓄熱材では45℃で２′（BE）で示すように放熱
し、ABFFAの吸熱一放熱の熱履歴サイクルを画
くことを示している。なお、図の矢印は蓄熱量の
変化方向を示している（１′，２′は放熱、２は吸
熱）。 こゝでチオ硫酸ナトリウムの単位体積当りの蓄
熱量を比較するとチオ硫酸ナトリウム５水塩の場
合48.5℃で約82KCal／であるのに対して曲線
３に示した水の同温度における蓄熱量は約
10KCal／であり、チオ硫酸ナトリウムが蓄熱
材としてすぐれていることは明らかである。 第２図は蓄熱器のモデル実験装置を示したもの
で１は内部に蓄熱材が充填された蓄熱槽、２は熱
交換用の円筒水槽、３は撹拌装置、４は温度セン
サ、５は断熱材である。 第３図は第２図の装置で蓄熱槽と熱交換用の水
槽の容積比が１：５である場合の熱交換水槽の温
度変化を経時的に示したものである。図の測定条
件は蓄熱槽内のチオ硫酸ナトリウム５水塩を予め
60℃に加熱しておき熱交換水槽の温度を20℃とし
て撹拌しながら温度の経時変化を測定した。 曲線１ａ及び１ｂはそれぞれ発核材なし及びあ
りの場合の蓄熱槽１の温度変化を、曲線２ａ及び
２ｂは蓄熱材の温度変化から求めた蓄熱槽１の放
熱速度をそれぞれ発核材なし及び発核材あり（無
水フタル酸0.1％添加）の場合について示したも
のである。本発明による場合は曲線２ｂから明ら
かなように大きな放熱速度が得られ、20〜60℃の
範囲で熱交換を行わせる場合、本発明の発核材は
蓄熱量が大きくする効果が認められる。 以下本発明の実施例につき説明する。 チオ硫酸ナトリウム５水塩（Na2S2O3・
5H2O）に第１表に示す発核材を0.05％添加した
蓄熱材に温度計（銅−ユニスタンヌン熱電対）を
挿入して70℃〜20℃の範囲に加熱冷却を繰返し、
蓄熱材の融解―凝固特性を測定した。この結果を
第１表に示した。 第１表の結果から発核材を添加した蓄熱材は過
冷が少なく一定温度で凝固、融解し蓄熱材として
安定していることが認められる。 また、第１表に示す発核材を１％添加した場合
も同様の効果が得られた。
に関するものである。太陽熱などを利用して冷暖
房を行わせる方法として水を蓄熱物質として用い
その顕熱を利用する場合と塩類水和物の融解一凝
固時の潜熱を利用する場合がある。ヒートポンプ
を用いず、ボイラーの温水熱、工場排熱などを蓄
熱し、そのまま暖房に利用する場合には40〜50℃
の範囲に融点を有する蓄熱材が必要である。 これにはチオ硫酸ナトリウム（Na2S2O3・
5H2O）が48.5℃の融点を有し、蓄熱量も82Cal／
c.c.と大きく安価である点にすぐれている。しかし
この物質は凝固時の過冷が大きく、ガラス容器中
では20〜30℃の過冷を示し貯えた熱を所定温度で
放出できない欠点を有している。本発明の目的は
このチオ硫酸ナトリウム５水塩の過冷を防止し、
所定温度で蓄熱放熱が行なわれる蓄熱材を提供す
ることである。 一般に液相から固相への相変化は結晶核の発生
段階と核を中心として結晶の成長段階に分けて考
えることができる。核発生には大きなエネルギー
を必要とし過冷現象はこのエネルギー障壁のため
に生ずることが知られている。このため過冷を防
止するため核物質を添加する方法が行なわれてい
る。この場合核物質は液相中に溶解せずに存在
し、界面上に新たに生成する結晶との界面エネル
ギーが小さいこと、核がある臨界半径以上の大き
さを持つことが必要であることも知られている。
（臨界半径は１〜100ｍμ）また結晶の成長は低分
子密度の結晶面（立方晶系ならば100，110，111
面）で起り易く、また結晶はステツプの移動の形
をとつて成長することが知られている。 このような発核材の例として塩化カルシウム６
水塩に対する水酸化バリウム、水酸化ストロンチ
ウムの発核効果が認められている。しかしチオ硫
酸ナトリウムはアルカリ性になると分解するので
アルカリ性物質である水酸化バリウム、水酸化ス
トロンチウムを添加することはできない。 このような理論的見地に立脚してチオ硫酸ナト
リウムの発核材を実験検討した結果、劈開性を有
する有機化合物結晶で昇華性であるか、あるいは
水またはチオ硫酸ナトリウムの水溶液中に微量溶
解する物質はチオ硫酸ナトリウムの発核材になり
うること、また発核材の密度がチオ硫酸ナトリウ
ムの比重1.74±0.3の範囲（1.44〜2.04）にある場
合、発核材としての効果が特に大きいことがわか
つた。 劈開性結晶は劈開面における結合力が弱いこと
が知られている。例えば、原子が二次元に配列し
て薄片状結晶を作る場合、薄片の平面間の結合は
弱く劈開面になり易い。この劈開面は低エネルギ
ー面（低密度面）であり、この面上に結晶が生長
し易いと考えられる。また発核材の密度が蓄熱材
の密度に近い（1.74±0.3）ことは結晶すべき塩
類溶液中に結晶核を均一に分散させ、溶液内の各
所で結晶生長を促進する効果がある。 また発核材が昇華性あるいは水及び塩類水溶液
に微量溶解することは結晶表面が微量に溶解除去
されて清浄化し、結晶の生長に好適な表面が形成
されることによると考えられる。 また平面状に分子が配列し、層構造をとる有機
化合物では層間が劈開面になることが多い。 このような化合物では劈開面に垂直方向の結晶
成長速度が大きく、層に平行方向の結晶成長速度
は遅い。一般に棒状の分子軸を有する結晶では分
子軸に垂直方向に成長し易く、平板状の分子配列
をとる結晶では平面がつみ重なつて成長すること
が多く、格子間隔が小さい方向に成長し、単位格
子と結晶形態は相反則をとることが多い。このた
め結晶成長方向に直角に破断（劈開など）された
面は発核材としてその面上に他の結晶を成長させ
ることができるのである。 これらの発核材は微量添加しても効果が認めら
れるが実用的にはチオ硫酸ナトリウムに対して
0.01重量％以上である。添加の上限は特に作用効
果上限定する理由はないが多量の添加は蓄熱密度
を減少させるので10重量％程度に限定することが
実用的である。これらの発核材の添加方法として
はチオ硫酸ナトリウム５水塩に直接添加してもよ
いし、その他必要に応じて適当な支持体、担体に
発核材を保持させ、これをチオ硫酸ナトリウム中
に介在させてもよい。 第１図はチオ硫酸ナトリウム５水塩
（Na2SO3・5H2O）に本発明の発核材を添加した
蓄熱材の蓄熱一放熱状況を発核材無添加の場合及
び水を蓄熱材としたものとを対比して示したもの
である。 この図から発核材無添加の場合は48.5℃以上で
融解したのち冷却すると過冷却のため25℃までは
凝固せず25℃で１′（CD）に示すように放熱し、
ACDFAで示す熱履歴を画く。これに対して本発
明の発核材である無水フタル酸を0.1％添加した
蓄熱材では45℃で２′（BE）で示すように放熱
し、ABFFAの吸熱一放熱の熱履歴サイクルを画
くことを示している。なお、図の矢印は蓄熱量の
変化方向を示している（１′，２′は放熱、２は吸
熱）。 こゝでチオ硫酸ナトリウムの単位体積当りの蓄
熱量を比較するとチオ硫酸ナトリウム５水塩の場
合48.5℃で約82KCal／であるのに対して曲線
３に示した水の同温度における蓄熱量は約
10KCal／であり、チオ硫酸ナトリウムが蓄熱
材としてすぐれていることは明らかである。 第２図は蓄熱器のモデル実験装置を示したもの
で１は内部に蓄熱材が充填された蓄熱槽、２は熱
交換用の円筒水槽、３は撹拌装置、４は温度セン
サ、５は断熱材である。 第３図は第２図の装置で蓄熱槽と熱交換用の水
槽の容積比が１：５である場合の熱交換水槽の温
度変化を経時的に示したものである。図の測定条
件は蓄熱槽内のチオ硫酸ナトリウム５水塩を予め
60℃に加熱しておき熱交換水槽の温度を20℃とし
て撹拌しながら温度の経時変化を測定した。 曲線１ａ及び１ｂはそれぞれ発核材なし及びあ
りの場合の蓄熱槽１の温度変化を、曲線２ａ及び
２ｂは蓄熱材の温度変化から求めた蓄熱槽１の放
熱速度をそれぞれ発核材なし及び発核材あり（無
水フタル酸0.1％添加）の場合について示したも
のである。本発明による場合は曲線２ｂから明ら
かなように大きな放熱速度が得られ、20〜60℃の
範囲で熱交換を行わせる場合、本発明の発核材は
蓄熱量が大きくする効果が認められる。 以下本発明の実施例につき説明する。 チオ硫酸ナトリウム５水塩（Na2S2O3・
5H2O）に第１表に示す発核材を0.05％添加した
蓄熱材に温度計（銅−ユニスタンヌン熱電対）を
挿入して70℃〜20℃の範囲に加熱冷却を繰返し、
蓄熱材の融解―凝固特性を測定した。この結果を
第１表に示した。 第１表の結果から発核材を添加した蓄熱材は過
冷が少なく一定温度で凝固、融解し蓄熱材として
安定していることが認められる。 また、第１表に示す発核材を１％添加した場合
も同様の効果が得られた。
【表】
以上説明したように、本発明によればチオ硫酸
ナトリウム５水塩の過冷が防止でき、所定温度で
蓄放熱が行なわれる蓄熱材が得られる。
ナトリウム５水塩の過冷が防止でき、所定温度で
蓄放熱が行なわれる蓄熱材が得られる。
第１図は本発明の発核材を添加した蓄熱材の蓄
熱一放熱状況を発核材無添加の場合及び水を蓄熱
材としたものとを対比して示した図、第２図は蓄
熱器のモデル実験装置を示す図である。 １…蓄熱槽、２…用筒水槽、３…撹拌装置、４
…温度センサ。
熱一放熱状況を発核材無添加の場合及び水を蓄熱
材としたものとを対比して示した図、第２図は蓄
熱器のモデル実験装置を示す図である。 １…蓄熱槽、２…用筒水槽、３…撹拌装置、４
…温度センサ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ チオ硫酸ナトリウム５水塩を主成分とし、こ
れに発核材としてＰ―オキシ安息香酸ピクリン
酸、塩ピクリル、無水フタル酸、塩化フタリル、
フマル酸、サリチル酸、シアヌル酸のいづれか１
つを添加したことを特徴とする蓄熱材。 ２ 発核剤の添加量が0.01重量％から10重量％の
範囲である特許請求の範囲第１項記載の蓄熱材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56164165A JPS5866799A (ja) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | 蓄熱材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56164165A JPS5866799A (ja) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | 蓄熱材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5866799A JPS5866799A (ja) | 1983-04-21 |
| JPS6228995B2 true JPS6228995B2 (ja) | 1987-06-23 |
Family
ID=15787957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56164165A Granted JPS5866799A (ja) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | 蓄熱材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5866799A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2693469B1 (fr) * | 1992-07-09 | 1994-10-07 | Centre Nat Rech Scient | Compositions pour le stockage et la restitution de l'énergie par chaleur latente. |
| TW201900624A (zh) * | 2017-03-03 | 2019-01-01 | 日商日產化學工業股份有限公司 | 三聚氰酸金屬鹽而成之蓄熱材 |
| JP2022014751A (ja) * | 2020-07-07 | 2022-01-20 | デクセリアルズ株式会社 | 蓄熱用発核剤、蓄熱材及びその製造方法 |
-
1981
- 1981-10-16 JP JP56164165A patent/JPS5866799A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5866799A (ja) | 1983-04-21 |
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