水和塩の過冷却状態を利用した潜熱蓄熱に関する研究 : 第1報, 酢酸ナトリウム3水和塩の過冷却状態を含む物性の評価

This study focusses on a new type of latent heat storage material (hydrate sodium acetate, CH_3 COONa・3H_2O, normal melting point of 58°), which stably maintains the supercooling condition with the aid of some additions. This phase-change material can store latent heat (liquid-solid phase) under the supercooling condition from -10°to 58°without the help of thermal insulation for a long time. This article discusses measured results of physical properties of this phase-change material, i. e., thermal conductivity, spcific heat, latent heat, density, kinematic viscosity and crystal growth speed under various temperatures (solid and liquid phases), including the supercooling condition.

最近のわが国の内需拡大そして原油需給の見掛け上の穏和傾向を背景として、我国のエネルギー消費量は増大の一途をたどっている。反面、消費されたエネルギーの半分以上が低位の熱エネルギーとして末利用のまま捨てられていることになる。特に、電力需要と供給の不均衡拡大に伴う熱エネルギーの効率的利用が阻害される傾向にある。これらの熱エネルギーの有効利用を解決する手段の一つに当然のことながら蓄熱システムの利用が考えられ、従来より水を主体とした顕熱蓄熱槽の普及が図られている。さらに、近年の地価高騰に伴う空間の有効利用の立場より、蓄熱容積の占める割合の小さい潜熱蓄熱（固-液相変化）に関する需要が増大しつつある。現状での高密度潜熱蓄熱材として有望視されている蓄熱材としては、比較的潜熱量の大きい無機水和塩類がある。無機塩に水分子の結合した形の混合物である無機水和塩は、温度による水分子の結合割合の変化と塩および水の密度差に起因して、融解状態では相分離を起こすことと、過冷却現象を呈することが使用上の大きな欠点となっている。相分離防止のための増粘剤の添加、そして結晶核生成促進のための核生成剤の添加により、これらの問題の解決を図っている。しかしながら、無機水和塩蓄熱材の繰返し使用に伴って、特に核生成の効果が減少し、一定温度レべルでの潜熱吸収・放出機能を発揮できない場合が多いようである。本研究は無機水和塩の中で、特に酢酸ナトリウム3水和塩が、常温レベルまでも過冷却状態を維持することに着目し、通常行われている過冷却防止のために核生成剤を添加する方法に代わって、過冷却状態の安定維持と相分離防止の目的より、多糖類（キサンタンガム）を添加した改質酢酸ナトリウム3水和塩を潜熱蓄熱材として研究対象に取り上げ、新しい潜熱蓄熱システムの構築を行うものである。酢酸ナトリウム3水和塩は、酢酸ナトリウムを60.3wt％および水を39.7wt％含んだ無機水和塩であり、58℃で251kj/kgの熱を加えることにより、97.7％の割合で酢酸ナトリウム水溶液（58wt％）と残り2.3％の酢酸ナトリウム無水塩を生成する。これら分離した2成分の密度差により相分離現象を起こし、融解-凝固を繰返すたびに、2成分の分離量が増大し、蓄熱量も減少する。本研究では、過冷却安定と相分離防止剤には、1wt％の多糖類（キサンタンガム）添加による増粘処理した酢酸ナトリウム3水和塩を供試試料としている。1wt％以下の多糖類添加で粘性が低く、相分離作用が認められる。また1wt％以上の多量の添加では潜熱量の減少が観察されたので、添加量として1wt％を選定してある。しかしながら、このような新しいタイプの潜熱蓄熱材の蓄熱・放熱伝熱特性を知るうえで重要な物性値の評価がほとんど行われていない現状にある。本研究は、従来より著者らが行ってきた非定常細線法による熱伝導率および投下法による比熱、潜熱量の測定技術などを基礎として、過冷却状態を含む酢酸ナトリウム3水和塩に関する物性値（熱伝導率、比熱、密度、潜熱、動粘性係数）の温度依存性と結晶成長速度を実測し、この種潜熱蓄熱材の基礎資料を提供するものである。

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