(57)【要約】【課題】温度成層型蓄熱槽に充填する蓄熱材において入水と出水の流速差が生じたり、振動などが加わっても温度成層の乱れが生じにくい温度成層型蓄熱槽に適した蓄熱材分散液を提供する。【解決手段】蓄熱材粒子の分散液において、蓄熱材の凝固時の密度が融解時の密度の１．０５〜１．３０倍の範囲に設定される蓄熱材組成の蓄熱材粒子分散液を用いる。蓄熱材粒子分散液はマイクロカプセル分散液であることが望ましく、蓄熱材を構成する化合物成分が２種以上から構成され、それらの化合物が有する炭素数が連続であることが更に好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材粒子の分散液において、蓄熱材の凝固時と融解時の密度比が、１．０５〜１．３０の範囲である温度成層型蓄熱材分散液。
【請求項２】
蓄熱材分散液が、蓄熱材を内包するマイクロカプセル分散液である請求項１記載の温度成層型蓄熱材分散液。
【請求項３】
蓄熱材化合物成分が２種以上から構成され、各々の炭素数が連続する化合物から成る請求項１記載の温度成層型蓄熱材分散液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は縦型若しくは横型の温度成層型蓄熱槽に充填される蓄熱材分散液に関するものであり、更に詳しくは、本発明の蓄熱材分散液を用いた蓄熱システムは水を用いた同容量の蓄熱槽と比較して２倍以上の蓄熱能力を有し、深夜電力や自然界の未利用エネルギーを有効に利用した高密度の蓄熱が可能となる。
【背景技術】
【０００２】
従来より深夜電力や海水、河川水、地熱などの自然界における未利用エネルギーを有効利用した蓄熱法として水蓄熱システムがある。水蓄熱システムは蓄熱材である水自身が安価であること、建屋の構造上必要となる二重スラブを利用できるという経済的な面、及び蓄熱材としての水の安定性、取り扱い易さなどから空調用として最も普及したシステムである。更に水は比熱が高いことと、そのまま熱搬送流体として使用できることも普及の大きな理由として挙げられる。
【０００３】
上記水蓄熱システムに対し、氷や無機系、有機系蓄熱材を利用した潜熱蓄熱システムの開発が盛んである。潜熱蓄熱システムは蓄熱密度か大きく蓄熱槽が小型化できるため蓄熱槽の設置面積が少なくて済み、新たな工事が不必要であり建屋の屋上等にそのまま設置できる等の利点を有するため普及が著しい。
【０００４】
本発明者は、蓄熱材マイクロカプセルを用いた蓄熱法及び熱搬送法を提案した。（例えば、特許文献１、２参照）これらのシステムはマイクロカプセル内の蓄熱材に多量の潜熱を蓄え、尚かつその潜熱をそのまま搬送できるため前記水蓄熱と潜熱蓄熱の両者の利点を兼ねそろえたシステムである。更に本発明者は蓄熱材粒子分散液の粘性をある一定の範囲内に設定することにより安定な温度成層が得られる提案を行った。（例えば、特許文献３参照）
【特許文献１】特開平５−１６３４８６号公報
【特許文献２】特開平５−１１７６４２号公報
【特許文献３】特開２００２−０５３８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は温度成層型蓄熱槽に充填する蓄熱材において入水と出水の流速差が生じたり振動などが加わっても温度成層の乱れが生じにくく、しかも温度成層を境にその両側で温度差を大きく設定できることにより蓄熱効率の高い温度成層型蓄熱材分散液を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の課題は、蓄熱材を内包するマイクロカプセルの分散液において、蓄熱材の密度比率をある一定の範囲に設定することにより達成され、具体的には蓄熱材の凝固時と融解時の密度比率が１．０５〜１．３０倍の範囲に設定することにより本発明の課題が達成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の温度成層型蓄熱用分散液は蓄熱材の凝固時と融解時の密度比率を大きく設定することにより極めて安定且つ温度差の大きな明確な温度成層が得られるために成層蓄熱に極めて適するものとなる。また、水に比べ２倍以上の蓄熱容量を有するため蓄熱槽の小型化が可能であるにもかかわらず、多量の冷熱、温熱を蓄えることが可能で熱の取り出し効率も極めて高いものであった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の温度成層型蓄熱用分散液について詳細に説明する。本発明の蓄熱材分散液とは、実質的に水に不溶性の液体または個体の蓄熱材を水溶液中に微小滴状に分散させた乳化液または分散液を意味するが、蓄熱材を内包したマイクロカプセル分散液であることが好ましい。マイクロカプセル化処理を施していない分散液でも本発明の課題は達成されるが、長時間の蓄熱と放熱を繰り返すうちに粒子同士が凝集、合一してきて、甚だ分散安定性に劣る場合には水と蓄熱材が完全に分離してしまうことがある。
【０００９】
本発明者は、安定な温度成層型蓄熱材分散液を得るためには蓄熱材粒子の凝固時と融解時の密度比を大きく設定すれば良いことに着目し、種々の蓄熱材の種類や純度について検討した結果、ある範囲の密度比率の範囲に設定することにより本発明の課題が達成されることを見出した。本発明で述べる密度比率とは、蓄熱材分散液を構成する粒子、しかもその中に含まれる蓄熱材成分単独の凝固時の密度を融解時の密度で除した値を示す。本発明の課題を達成するために好ましい密度比率は１．０５〜１．３０の範囲に設定することが好ましいことが判明した。蓄熱材の密度をこの範囲に設定するためには蓄熱材の種類と純度が重要な因子であり、好ましくは蓄熱材として高純度のものを使用することが好ましい。
【００１０】
本発明で用いられる脂肪族炭化水素以外の蓄熱材としては、ラウリン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸類、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール等の高級アルコール類、ミリスチン酸メチル、パルミチン酸メチル、ステアリン酸メチル、ステアリン酸ステアリル、フタル酸ジステアリル等のエステル化合物、及び無機塩類などの融解熱量が約８０ｋＪ／ｋｇ以上の化合物が使用可能である。特に本発明の蓄熱材分散液は成層温度型蓄熱材として冷房用の冷熱を蓄えるための蓄熱材として用いられることが好ましく、蓄熱材の融点は０〜１５℃の範囲に設定されることが好ましい態様である。
【００１１】
本発明で用いられる上記蓄熱材において２種以上の化合物を組み合わせて用いる場合には、各々の化合物が有する炭素数が連続であることが好ましい。この場合、組み合わされる化合物は同種の化合物同士であることが好ましいが、例えば脂肪族炭化水素化合物とエステル化合物同士であっても総炭素数が連続であれば同様の効果が達成されることを見出した。
【００１２】
蓄熱材分散液の製法は界面活性剤を溶解した水溶液中に液状の蓄熱材を添加して機械的なシェアを加えて所望の粒子径まで乳化、分散が施される。本発明の蓄熱材粒子の平均粒子系は０．５〜３０μｍ、好ましくは１〜２０μｍに設定することが好ましい。蓄熱材の粒子径の制御は、分散剤の種類と濃度、分散工程時の温度と時間、乳化比（水相と油相の体積比率）、乳化機、分散機等と称される微粒化装置の運転条件（攪拌回転数、時間等）等の因子で調節される。
【００１３】
蓄熱材をマイクロカプセル化する方法としては、複合エマルジョン法によるカプセル化法（特開昭６２−１４５２号公報）、蓄熱材粒子の表面に熱可塑性樹脂を噴霧する方法（同６２−４５６８０号公報）、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂を形成する方法（同６２−１４９３３４号公報）、蓄熱材粒子の表面でモノマーを重合させ被覆する方法（同６２−２２５２４１号公報）、界面重縮合反応によるポリアミド皮膜マイクロカプセルの製法（特開平２−２５８０５２号公報）等の方法を用いることができる。
【００１４】
マイクロカプセルの皮膜膜形成材としては、界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹脂、またゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられるが、本発明の如き比較的高融点の蓄熱材を内包するマイクロカプセルの場合にはインサイチュー法によるメラミンホルマリン樹脂が特に好ましい。蓄熱材中には必要に応じ過冷却防止材、比重調節材、劣化防止剤等を添加することができる。
【００１５】
本発明の蓄熱材分散液の粘度は５〜５００ｍＰａ・ｓ、好ましくは５〜２００ｍＰａ・ｓの範囲に設定することにより温度成層型蓄熱材として最も安定で且つ効率よく蓄熱と放熱が繰り返される。この粘度以下になると水の粘度に極めて近づき温度成層が乱れやすくなるが、５ｍＰａ・ｓ以上であれば極めて安定な温度成層が得られることが分かった。また粘度が５００ｍＰａ・ｓ以上になると液流が乱流に成りにくく伝熱性能が極端に低下したり、ポンプ動力の負荷が大きくなり搬送に要するエネルギー消費量が増えてしまい好ましくない。尚、本発明における粘度の測定は、Ｅ型粘度計を用いた２５℃における粘度を示す。
【００１６】
蓄熱材分散液の粘度をこの範囲に設定するためには、特に分散液の固形分濃度、分散剤の種類の２種が大きく影響を及ぼす。固形分濃度は分散液の粘度のみならず、蓄熱材分散液の蓄熱容量にも大きく影響するため使用される蓄熱材の性能に応じて設定される。通常の水蓄熱システムでは顕熱温度幅が５〜７℃に設定されている場合が多く、本発明の蓄熱材分散液は水蓄熱システムの最低２倍以上蓄熱容量を可能とするものであるため、蓄熱材分散液の潜熱融解熱量が最低３ｋＪ／ｋｇ以上になるように固形分濃度が設定される。
【００１７】
具体的な固形分濃度として１０〜６０％(w/w)の範囲が適当であり、好ましくは３０〜５０％(w/w)の範囲に設定される。本発明で使用される分散剤は水溶性、油溶性何れでも使用可能であるが好ましくは水溶性のアニオン性を示す界面活性剤、及び保護コロイド分散剤が使用され、具体的には次の分散剤が挙げられる。
【００１８】
脂肪酸石鹸、金属石鹸、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、ジアルキルスルフォコハク酸塩、ポリ（メタ）アクリル酸、スチレン無水マレイン酸共重合体加水分解物、α−アルキルスチレン無水マレイン酸共重合体加水分解物、メチルビニルエーテル無水マレイン酸共重合体加水分解物、ビニルトルエン無水マレイン酸共重合体加水分解物、スチレンベンジルメタクリレート無水マレイン酸共重合体加水分解物、エチレン無水マレイン酸共重合体加水分解物、イソブチレン無水マレイン酸共重合体加水分解物、酢酸ビニル無水マレイン酸共重合体加水分解物、酢酸ビニルクロトン酸共重合体、（メタ）アクリル酸（メタ）アクリル酸エステル共重合体、スチレン（メタ）アクリル酸（メタ）アクリル酸エステル共重合体、ポリスチレンスルフォン酸、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸、ポリビニルアルコール、カルボキシ変性ポリビニルアルコール、スルフォン化変性ポリビニルアルコール、及びポリビニルリン酸等、及びそのアルカリ金属またはアンモニウム塩が挙げられる。
【００１９】
以下に本発明の実施例を示す。実施例中の部数は固形重量部を表す。また、融点及び耐熱性の評価は示差熱熱量計（ＤＳＣ）は米国パーキンエルマー社製、ＤＳＣ−７型を、分散液の粘度は、（株）東京計器製、Ｅ型粘度計ＶＩＳＣＯＮＩＣ−ＥＤ型を用いて測定した値を示す。蓄熱材分散液中の蓄熱材単独の密度は、予め既知濃度の分散液の密度をＪＩＳ  Ｋ  ２２４９準拠のＩ型浮ひょう密度試験方法により求め、蓄熱材の濃度を変化させた分散液の密度も同様測定した後、計算で蓄熱材濃度を１００％に挿外した値を用いた。
【実施例１】
【００２０】
メラミン粉末７部に３７％ホルムアルデヒド水溶液１３．５部と水３０部を加え、ｐＨを８に調整した後、約７０℃まで加熱してメラミンホルムアルデヒド初期縮合物水溶液を得た。ｐＨを４．５に調整した１０％スチレン無水マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液１００部中に、蓄熱材としてn-テトラデカン３０部とn-ペンタデカン５０部の混合液（融点７℃、融解熱量１５５ｋＪ／ｋｇ）を激しく撹拌しながら添加し平均粒子径が５．０μｍになるまで乳化を行なった。この乳化液に上記メラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水溶液全量を添加し７０℃で２時間撹拌を施した後、固形分濃度４０％、ｐＨを９に調製して２５℃における粘度１２０ｍＰａ・ｓ、分散液の融解熱量５４ｋＪ／ｋｇの温度成層型蓄熱材マイクロカプセル分散液を得た。
【００２１】
この蓄熱材分散液中の蓄熱材単独の４℃における密度は約０．８７ｇ／ｃｍ3で、一方融解時の１２℃における密度は約０．７７ｇ／ｃｍ3であり、その密度比は１．１３に達した。一方、水のみの同温度差においては僅か１．０２の比率しか得られず明らかに蓄熱材を用いた分散液の方が密度差が大きく安定な温度成層が得られることが確認できた。
【実施例２】
【００２２】
ｐＨを７．０、温度を６０℃に調整した５％濃度のポリスチレンスルホン酸ナトリウム水溶液中１００部中に、蓄熱材として融点４７℃のパラフィンワックス（炭素数が約２０〜３０までの連続した脂肪族炭化水素化合物の混合物）６０部を添加し平均粒径が１．０μｍになるまで強撹拌を行ない、濃度４０％、２５℃における粘度１２ｍＰａ・ｓ、分散液の融解熱量５９ｋＪ／ｋｇの温度成層型蓄熱材分散液を得た。この分散液中の蓄熱材単独の凝固時における密度は約０．９２ｇ／ｃｍ3で、一方融解時の密度は０．７６ｇ／ｃｍ3で、その密度比率は１．２１であった。この分散液を直径６０ｃｍ、高さ１００ｃｍの円筒型の２００リットル容量のモデル蓄熱槽に充填し、蓄熱材の融点を挟む温度域で緩やかに温度勾配を掛けたところ、融点付近で明らかに温度差を有する安定な温度成層が観察された。この蓄熱槽に少々振動を加えても安定な蓄熱層を形成したままであった。
【００２３】
（比較例）
実施例１において蓄熱材成分として、ドデカン（Ｃ１２）、テトラデカン（Ｃ１４）、ヘキサデカン（Ｃ１６）、オクタデカン（Ｃ１８）からなる４種の蓄熱材を等量ずつ混合し蓄熱材成分とした。この蓄熱材成分の融点は実施例１で示す成分に近い融点で相変化をもたらすが、凝固時と融解時の密度差が１．０３と小さく、温度成層界面での温度差も小さく多少の振動に対してもすぐに温度成層が乱れてしまうものであった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明による蓄熱材粒子分散液は安定な温度成層が得られるために極めて効率の高い蓄熱が可能となる。また、蓄熱し得る温度域も冷房用途の低温から暖房領域の高温まで如何なる温度域、目的にも応用し得るものである。従来は水による成層蓄熱のみしか知られていなかったが、本発明の如く温度成層界面にて明確且つその両側において大きな温度差を有する温度成層が得られることは蓄熱槽内での温度汚染を防ぐために非常に有効である。