JP5660949B2 - 蓄熱材組成物 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用として使用可能な温度域に融点を有し、かつ、蓄熱エネルギーが高く、熱耐久性及び金属防食性に優れる蓄熱材組成物に関する。

潜熱蓄熱材は、顕熱蓄熱材に比べて蓄熱密度が高く、相変化温度が一定であるという利点を生かして実用化されている。潜熱蓄熱材は、融解と凝固の繰り返しに伴う潜熱の出し入れを利用するため、その温度域によって様々な用途に使用される。自動車エンジン用蓄熱システムに適用する場合、潜熱蓄熱材が８０〜８８℃の温度域（以下、自動車用温度域という）で相変化することが好ましい。

特許文献１には、充分な蓄熱量を保ちながら、過冷却が防止された蓄熱材組成物として、エリスリトール及びマンニトールから選ばれる少なくとも一種の糖アルコールと、層状珪酸塩（例えば、膨潤性合成雲母、タルク等）とを含有することを特徴とする蓄熱材組成物が開示されている。ここで、層状珪酸塩は糖アルコールの過冷却抑制成分として添加されている。しかしながら、エリスリトール及びマンニトールは融点が高いため（それぞれ１１９℃、１６６℃）、上記蓄熱材組成物は、自動車用温度域で相変化しない。また、上記蓄熱材組成物は、熱劣化により凝固完了時間が大幅に遅くなり、熱交換に時間がかかるようになるため、長時間使用できないという問題があった。

また、酢酸ナトリウム水和物を潜熱蓄熱物質として用いる蓄熱材組成物は、例えば以下の特許文献２−４に開示されている。

特許文献２には、酢酸ナトリウム水和物に相分離防止材としてセピオライトを添加した潜熱蓄熱材組成物が開示されている。セピオライトを添加することにより、酢酸ナトリウム水和物の相分離が回避され、蓄熱材組成物の劣化が軽減される。

特許文献３には、酢酸ナトリウム水和物等の潜熱蓄熱物質に、相分離防止、過冷却防止のために長繊維状パリゴルスカイトを配合し、必要に応じて融点調整剤及び／又は過冷却防止剤を配合した潜熱蓄熱材組成物が開示されている。また、長繊維状パリゴルスカイトに対して、経済効果等を目的として繊維状セピオライトを添加してもよいことが開示されている。

特許文献４には、酢酸ナトリウム３水塩（CH₃CO₂Na3H₂O）を主成分とした潜熱蓄熱物質に、相分離抑制、熱耐久性の向上のためにセピオライトを添加することについて開示されている。

しかしながら、酢酸ナトリウム３水和物は融点が低いため（５８℃）、特許文献２−４に開示されている蓄熱材組成物は、自動車用温度域で相変化しない。

また、非特許文献１には、潜熱蓄熱物質としてＤ−スレイトールを使用した給湯用潜熱蓄熱材が開示されている。Ｄ−スレイトールの融点（８９℃）は、他の糖アルコールより低く、自動車用温度域に近い。しかしながら、Ｄ−スレイトールは、熱耐久性に劣るため、Ｄ−スレイトール単独では長時間使用できないという問題があった。また、Ｄ−スレイトールの劣化物の生成や、発核剤、融点調節剤等の添加により、金属腐食性が増大するため、蓄熱体容器をアルミニウム等の金属とした場合に腐食が発生するという問題があった。

このように、従来の潜熱蓄熱材組成物は、自動車用温度域である８０〜８８℃で相変化しないという点で、自動車への用途には不適切であった。また、自動車用温度域に融点を有し、かつ、蓄熱エネルギーが高く、熱耐久性及び金属防食性に優れる蓄熱材組成物は未だ見出されていない。

特開平１０−１３０６３７号公報 特開２００７−３１４７４１号公報 特開２００８−１８４５８９号公報 特許第２８９０１９７号公報

化学工学論文集、２００４年、第３０巻、第４号、５５２−５５５頁

本発明は、自動車用温度域に融点を有し、かつ、蓄熱エネルギーが高く、熱耐久性及び金属防食性に優れる蓄熱材組成物を提供することを課題とする。

本発明は以下の発明を包含する。
（１）Ｄ−スレイトール、平均粒子径が１００μｍ未満のセピオライト、融点調節剤及び防錆剤を含む蓄熱材組成物。
（２）セピオライトの含量が、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して、０．１〜１０質量部であることを特徴とする、上記（１）に記載の蓄熱材組成物。
（３）融点調節剤が水又は水とアルコール類との混合物であり、融点調節剤の含量が、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して、０．１〜５質量部であることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の蓄熱材組成物。
（４）防錆剤がベンゾトリアゾールであり、防錆剤の含量が、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して、０．０１〜５質量部であることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の蓄熱材組成物。

本発明の蓄熱材組成物は、自動車用温度域に融点を有し、かつ、蓄熱エネルギーが高く、熱耐久性及び金属防食性に優れる。

本発明の蓄熱材組成物は、Ｄ−スレイトール、平均粒子径が１００μｍ未満のセピオライト、融点調節剤及び防錆剤を含むことを特徴とする。本発明の蓄熱材組成物はＤ−スレイトール（融点８９℃）を主成分とするため、少量の融点調節剤を配合することにより、自動車用温度域（８０〜８８℃）での相変化を達成することができる。また、本発明の蓄熱材組成物は、発核剤（過冷却防止剤）として平均粒子径が１００μｍ未満のセピオライトを含有することにより、優れた熱耐久性を有する。また、本発明の蓄熱材組成物は、防錆剤を含有することにより、長期間、蓄熱体容器の腐食を抑制できる。

本発明の蓄熱材組成物に使用されるＤ−スレイトールの配合量は、重量当たりの潜熱量を確保するために、蓄熱材組成物１００質量部に対して８０〜９９．８質量部であることが好ましく、８５〜９５質量部であることが特に好ましい。

本発明の蓄熱材組成物に発核剤（過冷却防止剤）として使用されるセピオライトとは、海泡石とも呼ばれ、２ＭｇＯ・３ＳｉＯ_２・ｎＨ_２Ｏの構造式を有する水和マグネシウムシリケ−ト系セラミックスである。その結晶構造は極めて細かい繊維結晶物であり、微小孔径のトンネル状細孔が繊維の間に無数に存在する。

上記セピオライトの配合量は、熱耐久性を向上させ、かつ潜熱を低下させないために、また、蓄熱材組成物のｐＨの上昇を少なくするために、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して０．１〜１０質量部であることが好ましく、２〜５質量部であることが特に好ましい。

上記セピオライト平均粒子径は、発核効果及び分散性の観点から、１００μｍ未満であることが必要であり、０．０１〜１００μｍが好ましく、１〜５０μｍが特に好ましい。

上記セピオライトとしては、ＰＡＮＳＩＬ４００（楠本化成株式会社製）が挙げられる。

本発明の蓄熱材組成物に使用される融点調節剤としては、例えば、水、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、尿素、アルコール類、チオ硫酸ナトリウム５水塩及び硫酸ナトリウム１０水塩等を挙げることができる。これらの２種以上が使用されていてもよい。これらの中では、水、水とアルコール類との混合物が好ましい。

上記アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール及びオクタノール等の一価アルコール、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール及びヘキシレングリコール等の二価アルコール、例えばグリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、５−メチル−１，２，４−ヘプタントリオール及び１，２，６−ヘキサントリオール等の三価アルコールを挙げることができる。これらの中では、メタノール及びエタノールが好ましい。融点調節剤としては、水と上記のアルコール類の中から選ばれる１種又は２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。この場合、水とアルコール類の割合は、８：２〜１０：０．１であることが好ましく、９：１〜１０：０．１であることが特に好ましい。

上記融点調節剤の配合量は、蓄熱材組成物の融点を自動車用温度域の範囲とし、かつ熱耐久性を低下させないために、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して０．１〜５質量部であることが好ましく、１〜３質量部であることが特に好ましい。

本発明の蓄熱材組成物に使用される防錆剤としては、例えばベンゾトリアゾール等のトリアゾール、トリアゾール誘導体、キノリン、ベンゾイミダゾール、インドール、イソインドール、オキシン、キナルジン酸及びその塩等の、窒素を含有する不飽和複素環式化合物のほか、ベンゾインオキシム、アントラニル酸、サリチルアルドキシム、ニトロソナフトール、クペロン、ハロ酢酸、システイン等を挙げることができる。これらの２種以上が使用されていてもよい。これらの中では、ベンゾトリアゾールが好ましい。

上記防錆剤の配合量は、金属防食性を向上させ、かつ潜熱を低下させないために、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して０．０１〜５質量部であることが好ましく、０．０５〜１質量部であることが特に好ましい。

本発明の蓄熱材組成物には、必要に応じて、上記成分以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の添加剤を配合することができる。その他の添加剤としては、例えばパラフィン、グリセリン等の低分子化合物、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、フッ素樹脂等のポリマー、水溶性吸水性樹脂、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、微粉シリカ等の増粘剤、フェノール系、アミン系、ヒドロキシルアミン系、硫黄系、リン系等の酸化防止剤等の添加剤が挙げられる。上記その他の添加剤の合計配合量は、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して、通常１質量部以下、好ましくは０．０５質量部以下である。

本発明の蓄熱材組成物の製造方法は、特に限定されないが、Ｄ−スレイトール、セピオライト、融点調節剤及び防錆剤を混合して均一に分散させればよい。より均一に分散させるためには、Ｄ−スレイトールをその融点以上の温度まで加熱し、攪拌しながらセピオライト、融点調節剤及び防錆剤を添加する方法等が挙げられる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［実施例１］
Ｄ−スレイトール［株式会社エーピーアイコーポレーション製、Ｄ−Ｔｈｒｅｉｔｏｌ］１００質量部に対し、水２．５質量部、セピオライト［楠本化成株式会社製、ＰＡＮＳＩＬ４００］（乾燥粉砕品、平均粒径１２μｍ）２．５質量部及びベンゾトリアゾール０．１質量部を添加し、蓄熱材組成物を得た。

［実施例２］
セピオライト２．５質量部の代わりに、セピオライト１０質量部を使用した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［実施例３］
セピオライト２．５質量部の代わりに、セピオライト０．１質量部を使用した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例１］
水２．５質量部の代わりに、水０．０５質量部を使用した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例２］
水２．５質量部の代わりに、水６．０質量部を使用した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例３］
セピオライト２．５質量部の代わりに、セピオライト０．０５質量部を使用した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例４］
セピオライト２．５質量部の代わりに、セピオライト１１質量部を使用した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例５］
セピオライトを平均粒径１００μｍ以上のセピオライト［楠本化成株式会社製、ＳＥＰＩＴＯＬ６０／１２０］（乾燥粉砕品、平均粒径２４５μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例６］
ベンゾトリアゾール０．１質量部の代わりに、ベンゾトリアゾール０．００５質量部を使用した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例７］
ベンゾトリアゾール０．１質量部の代わりに、ベンゾトリアゾール６．０質量部を使用した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例８］
セピオライトを雲母［株式会社ヤマグチマイカ製、ＳＪ−０１０］に変更した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例９］
セピオライトをアロフェン［品川化成株式会社製、セカードＤ−１］に変更した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例１０］
セピオライトをタルク［富士タルク工業株式会社製、ＬＭＲ−１００］に変更した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例１１］
Ｄ−スレイトールをエリスリトール［株式会社エーピーアイコーポレーション製、Ｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ］に変更した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例１２］
Ｄ−スレイトールを酢酸ナトリウム３水和物［和光純薬工業株式会社製、酢酸ナトリウム３水和物］に変更した以外は、実施例１と同様にして蓄熱材組成物を得た。

［比較例１３］
Ｄ−スレイトール１００質量部の蓄熱材組成物を得た。

実施例１及び比較例１〜１３の蓄熱材組成物について、融点、熱耐久性、金属防食性及び潜熱を以下の方法で測定した。

＜融点＞
ＤＳＣ（示差走査熱量測定）にて、各組成物の融点を測定した。

＜熱耐久性＞
各組成物約２ｇを透明容器に充填密閉し、１サイクル（２５℃で２時間、９５℃で２時間）の条件下で４００サイクル経過させた。４００サイクル経過したサンプルを５０℃の恒温状態にした。次に、２５℃に温調した水槽にサンプルを投入し、投入してから組成物が凝固するまでの時間を計測した。

＜金属防食性＞
各組成物約２０ｇとアルミニウム試験片及び銅試験片をガラス容器に入れて密閉し、９０℃で４００時間放置後、試験片の腐食状態を目視で確認した。

＜潜熱＞
ＤＳＣ（示差走査熱量測定）にて、各組成物の潜熱を測定した。
実施例１及び比較例１−１３の蓄熱材組成物についての上記測定結果を表１に示す。

本発明の蓄熱材組成物（実施例１−３）は、自動車用温度域である８０〜８８℃に融点を有し、かつ、熱耐久性、金属防食性及び潜熱のすべてにおいて良好な結果を示した。

潜熱蓄熱物質がＤ−スレイトール以外である蓄熱材組成物（比較例１１及び１２）は、自動車用温度域内に融点を有さず、また熱耐久性に劣ることがわかる。

発核剤であるセピオライト平均粒径が１００μｍ以上である蓄熱材組成物（比較例５）は、熱耐久性に劣ることがわかる。また、タルク、アロフェン又は雲母をＤ−スレイトールに添加しても、セピオライトのような熱耐久性に対する効果が得られないことがわかる（比較例８−１０）。

Ｄ−スレイトール単独である蓄熱材組成物（比較例１３）は、自動車用温度域内に融点を有さず、また熱耐久性及び金属防食性に劣ることがわかる。

本発明の蓄熱材組成物は、自動車エンジン用蓄熱システム、暖房及び給湯等の蓄熱体に好適に使用される。

Claims (1)

1. Ｄ−スレイトール、平均粒子径が１００μｍ未満のセピオライト、融点調節剤及び防錆剤を含む蓄熱材組成物であって、
   セピオライトの含量が、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して、０．１〜１０質量部であること；
   融点調節剤が水又は水とアルコール類との混合物であり、融点調節剤の含量が、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して、０．１〜５質量部であること；及び
   防錆剤の含量が、Ｄ−スレイトール１００質量部に対して、０．０１〜５質量部であることを特徴とする、上記蓄熱材組成物。