JP2002310582A - 蓄熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】建造物の外部又は建造物内の床下、天井裏など
の居住空間以外の遊休空間に配置可能で、多量の温熱又
は冷熱を蓄えることが可能な蓄熱方法を提供する。 【解決手段】蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形
物が充填された蓄熱槽内を蓄熱材の融点とは異なる温度
の気体を連続的に通過させることにより蓄熱する。蓄熱
材は融点が０〜６０℃の脂肪族炭化水素化合物、及びま
たはエステル化合物、及びまたはアルコール化合物が好
ましい。マイクロカプセルを形成する皮膜が、尿素ホル
マリン樹脂、メラミンホルマリン樹脂が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄熱材を内包するマ
イクロカプセルの固形物を用いた蓄熱方法に関するもの
である。本発明による蓄熱材を内包するマイクロカプセ
ルの固形物が充填された蓄熱槽を屋外や天井裏、床下な
どの遊休空間に設置し、太陽光や夜間の安価な深夜電力
を利用して、蓄熱槽内に温風や冷風を通過させることに
よりマイクロカプセルに多量の温熱又は冷熱を蓄熱が可
能となり、その熱を冷暖房用の熱源として利用できる。

【０００２】

【従来の技術】建物の空調に利用される冷熱や温熱を夜
間に熱源機で作り、蓄熱槽に一時蓄えてから昼間に利用
する蓄熱式空調システムが昨今注目されている。このシ
ステムは、本来昼間に消費される空調用の電力を夜間に
移行することができるので、電力負荷の平準化に非常に
有効である。

【０００３】一般に蓄熱式空調システムにおける蓄熱材
として水または氷が用いられる。水は他の化合物よりも
比熱が極めて高いために、加熱または冷却することによ
り多量の熱エネルギーを顕熱として蓄えることが可能で
ある。また、水は凝固する際に、約８０kcal/kgのエネ
ルギーを蓄熱することができるため、潜熱を利用した氷
蓄熱方式の普及がめざましい。この方法では、蓄熱時に
０℃以下に冷却されたブライン（不凍液）を用いて水を
冷却することにより氷として冷熱を蓄え、放熱時に氷を
融解して冷熱を取り出す。

【０００４】氷以外の潜熱蓄熱材としては、０℃以上の
温度で相変化する潜熱蓄熱物質の融解又は凝固潜熱を利
用し、その潜熱物質を樹脂製のカプセルやコンテナ内に
封入して冷水又はブラインを用いて冷却することによっ
て冷房領域の冷熱を蓄熱することができる。これら０℃
以上の温度で相変化する化合物としては、無機系の共晶
塩や各種有機化合物が知られている。これら相変化を伴
う潜熱蓄熱材は、通常球状、板状のコンテナー内に密閉
されものが蓄熱槽容器内に多数充填され静止状態で使用
される。蓄熱槽容器と蓄熱材が密閉されたコンテナーの
間には水やブラインが充填される。

【０００５】また、水や氷などを用いずに、多量のコン
クリートを有するビル建物等の生活空間に接した床材や
天井スラブのコンクリートを暖めたり冷やしたりして蓄
熱材として利用する技術（躯体蓄熱）が特開昭５７−１
２９３５１号、特開平１−２０８６３２号、特開平１−
２０８６４５号公報中で提案されており、特別な蓄熱材
や蓄熱槽を必要とせず、大がかりな工事も必要としない
利点を有する蓄熱方法として注目されている。しかしコ
ンクリート自体の比熱が水に比べ極めて小さいため、昼
間に必要な冷房または暖房エネルギーの全てを賄うまで
には至らず補助的な蓄熱手法として用いられている。

【０００６】以上のように、潜熱や顕熱の蓄熱材として
は水や氷の他に建造物自体の躯体を利用した蓄熱方法が
種々提案されているが、いずれも蓄熱密度が低かった
り、蓄熱できる温度領域が限定されるなどの課題があ
り、それらを兼ね揃えた蓄熱材及び空調方法は従来実用
化されなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、建造
物の外部又は建造物内の床下、天井裏などの居住空間以
外の遊休空間に配置可能で、多量の温熱又は冷熱を蓄え
ることが可能な蓄熱方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を蓄熱
槽内に蓄えて、その蓄熱材にマイクロカプセルに内包さ
れた蓄熱材の融点とは異なる温度の気体を連続的に通過
させることにより蓄熱槽内に多量の温熱又は冷熱を効率
的に蓄えることが可能となった。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の固形蓄熱材につ
いて詳細に説明する。本発明の蓄熱法の基本的な構成
は、蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物とそれ
を充填するための蓄熱槽及び蓄熱槽に気体を送り込むた
めの送風機とから成る。一般に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６２−４５６
８０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６
２−２２５２４１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２−２５８
０５２号公報）等の方法を用いることができる。

【００１０】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、本発明の如き熱的に安定な皮膜を有するマイク
ロカプセルを得るためにはインサイチュー法による尿素
ホルマリン樹脂、メラミンホルマリン樹脂が好ましい。
マイクロカプセルの粒子径は０．５〜５０μｍの範囲が
好ましい。

【００１１】上記製法で得られるマイクロカプセルは通
常分散液（マイクロカプセルスラリー）の状態で得られ
るが、本発明においては、マイクロカプセルスラリーを
粒状または粉体に乾燥または造粒工程を経ることにより
固形物として用いられる。本発明における固形物は、水
分がほとんど含まれていない乾燥状態の形態のみなら
ず、マイクロカプセルスラリーを濃縮、脱水、または乾
燥処理を施して水分含有率を低減させて成形したウェッ
トケーキ状態のものでもかまわない。

【００１２】マイクロカプセルスラリー中の水分を減じ
る方法として、フィルタープレス法、スクリュープレス
法、遠心脱水法、プレート式蒸発法、フラッシュ式濃縮
法、デカンテーション法、スプレードライング法、ドラ
ムドライング法、デカンテーション法、フリーズドライ
ング法等の各種装置を用いることにより可能である。蓄
熱材マイクロカプセル粒体の粒径制御はこれらの装置を
用いることにより同時に設定される場合があるが、濃縮
や乾燥工程を経た後、マイクロカプセルを複数個凝集さ
せる目的で各種造粒、分級装置を用いて所定の粒径や形
状に設定することも可能である。

【００１３】蓄熱材を内包するマイクロカプセルの形状
は特に限定はされず、球状、楕円形、立方体、直方体、
円柱状、円錐状、桿状、正多面体、星形、筒型等如何な
る形状でも良い。大きさは最小径で約１ｍｍ以上、最長
径で約２００ｍｍ以下にすることが好ましい。この範囲
以下であると気体を通過させる際の圧力損失が大きくな
り通風しにくくなるため好ましくなく、この範囲より大
きいと表面積が小さくなり熱交換効率が低下するため好
ましくない。固形物に成形する際には充填の際の衝撃や
圧力に耐えるだけの強度が必要であるため適当なバイン
ダー、結着剤などを添加することができる。

【００１４】本発明の蓄熱方法におけるマイクロカプセ
ルに蓄熱する方法として、マイクロカプセルに内包され
た蓄熱材の融点とは異なる温度の気体を蓄熱槽内を連続
的に通すことにより為される。通常空調用の熱交換用の
媒体は水又は不凍液、ブラインなどが一般的であるが、
本発明では気体を直接蓄熱槽内に通過させマイクロカプ
セルと熱交換し、加熱又は冷却された気体はそのまま居
住室内に放出され冷暖房用の温風又は冷風として利用さ
れる。熱交換用の気体は通常空気が一般的であるが窒素
や不活性ガス、フロンなども使用可能である。

【００１５】本発明で用いられる蓄熱材は生活環境温度
領域において快適と感じられる範囲の熱を供給し得る化
合物を選択する必要があり、具体的には約０〜６０℃に
融点を有する蓄熱材が使用でき、具体的には、テトラデ
カン、ヘキサデカン、オクタデカン、パラフィンワック
ス等の脂肪族炭化水素化合物（パラフィン類化合物）
や、オクタン酸、デカン酸等の脂肪酸類、ラウリルアル
コール、ミリスチ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
酸ステアリル、等のエステル化合物、及び無機塩類など
が使用可能である。とりわけ蓄熱材としてパラフィン類
化合物、高級アルコール類、エステル化合物はそれ自体
化学的、物理的に安定な化合物であり、且つ高い蓄熱容
量を有するため好ましい蓄熱材として挙げられる。これ
らの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、着色剤等を添加することができる。

【００１６】かくして得られた蓄熱材の固形物は金属
製、あるいは樹脂製の蓄熱槽に充填され住宅、ビルなど
の建造物の屋外又は屋内の天井裏、床下等に設置され
る。また、蓄熱槽の壁材料としてガラスや樹脂製の透明
な素材を用いて太陽光が通過し直接マイクロカプセルの
固形物に照射され蓄熱される設計にすることにより太陽
光を利用した暖房が可能となる。蓄熱槽の大きさは円筒
状、箱形に限らず設置する場所に応じた形状、大きさに
加工される。また、蓄熱槽内には異なった融点の２種以
上の蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を添加
しても良い。

【００１７】

【実施例】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、融点及び融解熱量は示差
熱熱量計（米国パーキンエルマー社製、ＤＳＣ−７型）
を用いて測定した。

【００１８】実施例１ メラミン粉末６．２部に３７％ホルムアルデヒド水溶液
１２部と水４０部を加え、ｐＨを８に調整した後、約７
０℃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-オクタデカン６０部とn-ヘキサデ
カン２０部の混合液（融点約２２℃）を激しく撹拌しな
がら添加し平均粒子径が３．５μｍになるまで乳化を行
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、ｐＨを９に調製して固形分濃度４５％の蓄熱材のマ
イクロカプセル分散液を得た。

【００１９】このマイクロカプセル分散液を市販の流動
乾燥造粒装置を用いて、水分含有量２．０％、粒径２０
ｍｍの球状蓄熱材マイクロカプセルを得た。この蓄熱材
マイクロカプセル固形物４０ｋｇを直径５０ｃｍ、長さ
２ｍの樹脂製蓄熱槽内に充填し、その一方から４０℃の
温風を送風機を用いて約３時間通過させた。その後風の
温度を１０℃に低下させて出口付近の温度を測定したと
ころ約２時間以上２０〜３０℃の快適な温風が連続的に
吹き出すことが確認できた。

【００２０】実施例２ 尿素８部を含む、ｐＨを３．０に調製した５％エチレン
無水マレイン酸共重合体水溶液１００部中にミリスチン
酸メチル（融点約１８℃）８０部を激しく攪拌しながら
添加し平均粒子径が８μｍになるまで乳化を行った。こ
の乳化液に３７％ホルムアルデヒド水溶液１６部と水を
添加し６０℃で２時間攪拌を施した後、ｐＨを９に調製
して固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液
を得た。

【００２１】この蓄熱材マイクロカプセル分散液を市販
のフィルタープレス装置を用いて分散剤水溶液の大部分
を脱水して、水分が３５％の湿潤状態の蓄熱材マイクロ
カプセルを得た。この湿潤状態の蓄熱材マイクロカプセ
ルを押し出し型造粒機を用い直径１０ｍｍ、長さ２０ｍ
ｍの円筒形状に成型した蓄熱材マイクロカプセルブロッ
クが得られた。このブロック４０ｋｇを実施例１と同様
の円筒形の蓄熱槽に充填し１２℃の冷風を送風機を用い
て６時間通過させた。その後風の温度を真夏の外気温を
想定した３５℃に設定したところ出口付近からは１４〜
２４℃の冷風が連続的に吹き出すことが確認できた。

【００２２】実施例３ メラミン粉末６．２部に３７％ホルムアルデヒド水溶液
１２部と水４０部を加え、ｐＨを８に調整した後、約７
０℃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、液温６０℃に調整した１
０％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、蓄熱材として同じく６０℃に調製し
た、ステアリルアルコール８０部（融点約５４℃）を激
しく撹拌しながら添加し平均粒子径が３０μｍになるま
で乳化を行った。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、ｐＨを９に調製して固形分濃度４５％の
蓄熱材のマイクロカプセル分散液を得た。

【００２３】このマイクロカプセル分散液１００部に活
性炭粉末５部を添加し良く混合した後市販のフィルター
プレス装置を用いて水分が２５％の湿潤状態の蓄熱材マ
イクロカプセルを得た。この湿潤状態の蓄熱材マイクロ
カプセルを押し出し型造粒機を用いて直径１０ｍｍ、長
さ１５０ｍｍの棒状に加工し、透明なアクリル樹脂で作
製した長さ１ｍの筒状の蓄熱槽に充填した。この蓄熱槽
を太陽光に直接曝した後、片方から１０℃の冷風を通過
させたところ他方からは約２５〜４０℃の温風が吹き出
した。

【００２４】

【発明の効果】実施例からも明らかなように、本発明の
蓄熱方法による蓄熱槽を建造物内の遊休空間に配置し冷
凍機や加熱機、または直接太陽光より発せられる冷風ま
たは温風と熱交換して多量の熱量を蓄熱し得ることが可
能となる。また、蓄えた熱は直接室内に送風することに
より快適な気温が長時間持続可能な室内環境が得られる
ことが予想される。また、従来の大がかりな蓄熱槽や熱
搬送体となる水やブラインのメンテナンスなどは一切不
要である。本発明の蓄熱方法は、夜間の安価な深夜電力
を用いて多量の冷熱や温熱を蓄えることが可能であるの
で経済的にも、省資源的にも非常に優れた空調方法とし
て応用できるものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固
   形物が充填された蓄熱槽内を蓄熱材の融点とは異なる温
   度の気体を連続的に通過させることを特徴とする蓄熱方
   法。
2. 【請求項２】 蓄熱材が脂肪族炭化水素化合物、及びま
   たはエステル化合物、及びまたはアルコール化合物から
   成り、融点が０〜６０℃である請求項１記載の蓄熱方
   法。
3. 【請求項３】マイクロカプセルを形成する皮膜が、尿素
   ホルマリン樹脂、メラミンホルマリン樹脂である請求項
   １記載の蓄熱方法。