JP2003074883A - 蓄熱式床暖房方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】潜熱式床暖房方法において、施工や廃棄が容易
であり発熱部材との密着性が良いために熱ロスなく効率
的に蓄熱が可能なシート状蓄熱材を用いた床暖房方法を
提供し床下の蓄熱スペースを最小に留める。 【解決手段】融点が３０〜８０℃の蓄熱材を内包するマ
イクロカプセルが塗工もしくは含浸された蓄熱シートと
加熱用部材とを組み合わせる。蓄熱シート中に占める蓄
熱材を内包するマイクロカプセルの乾燥重量比率が６０
〜９９％の範囲が好ましく、加熱用部材が電気式面状ヒ
ーターであり、該面状ヒーターと蓄熱シートが密着して
組み合わせて用いることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、床下に熱源を配置
し床面自体を加熱してその輻射熱により室内を暖房する
ことが可能な床暖房方法、とりわけ潜熱蓄熱材を用いた
蓄熱式床暖房方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常床暖房システムは、床材の下に加熱
用の電気ヒーターもしくは温熱媒体を流動させるための
温熱パイプを張り巡らし、床面を加熱して室内を暖房す
るよう設計されている。床暖房は灯油燃焼式のストーブ
やファンヒーターなどの局所的な高温による暖房方法と
異なり遠赤外線による輻射熱と床から直に伝わる伝導熱
の相乗効果を活かした暖房方法であり室内の温度ムラも
少なく穏和かつ安全な暖房方法として注目されている。

【０００３】床暖房の発熱方式は電気式と温水式に大別
され、とりわけ電気式においては広い面積の床材を暖め
る必要があるため加熱に要する電気エネルギーを多量に
必要とするため安価な深夜電力を利用した蓄熱式の床暖
房法が用いられている。蓄熱式床暖房法で用いられる蓄
熱法は顕熱式と潜熱式に分類され、顕熱式としては建物
の床下のコンクリート材が用いられ体積当たりの比熱が
高いために一度暖めるとなかなか冷えにくい性質を利用
したものである。しかしながら充分な熱量を蓄えるため
には多量のコンクリート層を設ける必要があり床材とし
て厚く且つ重くなるという欠点があった。

【０００４】一方潜熱式の蓄熱材として有機系もしくは
無機系の潜熱蓄熱材を樹脂製の容器に充填したものを床
下に埋設する方式が利用されている。潜熱式では蓄熱層
を薄くしても充分な蓄熱量が得られるため室内の居住ス
ペースのロスが少なく、また希望とする温度域を選択的
に設定することができることも顕熱式蓄熱法にない利点
である。

【０００５】しかしながら潜熱式蓄熱材は融解状態では
液体、凝固状態では固体に変化するため蓄熱材を保持す
るために丈夫な容器または包材に充填する必要があり、
それが温度障壁となり必然的に加熱用部材から発せられ
る熱が蓄熱材自体に伝わりにくくなるという問題があ
る。また、蓄熱材自体の熱伝導性が比較的悪いために、
蓄熱材の電熱部材と接している外側の部分は比較的熱応
答性に優れるが、蓄熱材の中心部では全く蓄熱や放熱に
与らないという欠点も有していた。更に床下にこれらの
蓄熱材充填物を設置するためのスペースの確保や蓄熱材
の保守管理及び住宅解体時の後処理、釘打ちや切断によ
る蓄熱材の浸みだしなども考慮すべき課題として挙げら
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の課題
は、潜熱式床暖房方法において、発熱部材との密着性が
良いために熱ロスなく効率的に蓄熱が可能なシート状蓄
熱材を用いた床暖房方法を提供すること、第二は床下の
蓄熱スペースを最小に留めることである。蓄熱材を薄型
に加工できるため必然的に床下の発熱及び蓄熱部分に要
するスペースを削減できるため、その分室内空間を狭め
ることなく有効に利用することが可能となる。第三に自
由に釘打ちや裁断、折り曲げが自由にでき、解体後の処
理も容易な蓄熱シートを用いた蓄熱式床暖房システムを
供給することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、融点が３０〜
８０℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルが塗工もし
くは含浸された蓄熱シートと加熱用部材とを組み合わせ
て床暖房用発熱部材として用いることにより達成され
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の蓄熱式床暖房法は蓄熱材
を保持した蓄熱シートを用いることが特徴である。本発
明の蓄熱性シートは、支持体となるシートに蓄熱材を内
包するマイクロカプセルが塗工又は含浸されたものであ
り、シート中に高比率で蓄熱材が担持されているにも関
わらず見かけ状通常のシートと同様に折り曲げたり、貼
り付けたりすることが可能でしかも多量の潜熱を蓄える
ことが可能となる。

【０００９】本発明で用いられる蓄熱シートは、シート
総重量の内、乾燥重量比率で６０〜９９％の範囲のマイ
クロカプセルを担持させたシートが用いられる。この範
囲以下であると体積当たりの蓄熱量が低下するため蓄熱
能力に乏しく、またこの範囲以上であるとシートからの
固形物の脱落が生じるため好ましくない。マイクロカプ
セル比率がこの範囲の蓄熱性シートを得るためには支持
体となる繊維シートとしてなるべく嵩高い素材を用いる
ことが効果的であり、尚かつマイクロカプセルの分散液
スラリーを塗工または含浸する際にシートの細部までよ
く浸透し、繊維との接着ポイントが増し良好な接着状態
が得られる。

【００１０】本発明で使用される支持体となるシートと
して具体的には以下のような素材を用いることが可能で
ある。ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０等の
ポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート、ポリブ
チレンテレフタレート等のポリエステル繊維、ポリエチ
レン、ポリプロピレン等のポリオレフィン繊維、アクリ
ル繊維、ポリバラフェニレン繊維、ビニロン繊維、ポリ
ウレタン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、アセテート繊維、
キュプラ繊維、レーヨン繊維等が挙げられ、これ以外に
綿やケナフ材などの天然物由来の繊維や紙などのセルロ
ース繊維も使用可能である。これらの支持体用シートは
乾式、湿式いずれの方法で作成されたものでもよく、マ
イクロカプセルとの接着性が良く、強靱で柔軟性があ
り、しかも安価であることが好ましい。

【００１１】本発明に係るマイクロカプセルは、通常水
等に縣濁した分散液として得られるため、そのままフィ
ルム状の支持体に水性塗工することが可能であるが、吸
水性の支持体であれば含浸して支持体全体にマイクロカ
プセルを配置させることが可能である。また本発明に係
るマイクロカプセルは、水を除去、乾燥することによ
り、板状、球状、顆粒状、フレーク状等の形態に成形す
ることが可能なので、複数の支持体の間に固形物を挟み
込んで蓄熱シートに加工することも可能である。通常こ
れらの繊維シートの厚みは約０．１ｍｍ〜５０ｍｍのも
のが使用される。また、得られた蓄熱性シートは２枚以
上貼り合わせて使用することも可能である。

【００１２】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６２−４５６８０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６２−２２
５２４１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）等に記載されている方法を用いることができる。

【００１３】カプセル膜材としては、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。

【００１４】本発明で用いられる蓄熱材の相変化点、即
ち融点は床暖房用温度域として３０〜８０℃の範囲、好
ましくは３０〜６０℃の範囲に設定される。これ以下の
温度では暖房としての効果に乏しく、この範囲以上では
暑すぎたり床材の劣化を伴うため好ましくない。本発明
で使用できる３０〜８０℃の融点を有する蓄熱材として
は、炭素数が約１８〜３０程度のn-パラフィン類や、無
機系共晶物及び無機系水和物、ラウリン酸、ステアリン
酸等の脂肪酸類、ステアリン酸メチル、ミリスチン酸ミ
リスチル等のエステル化合物、ステアリルアルコール等
のアルコール類等の化合物が挙げられ、好ましくは融解
熱量が８０ｋＪ／ｋｇ以上の化合物で、化学的、物理的
に安定でしかも安価なものが用いられる。これらは混合
して用いても良いし、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。また、融
点の異なる２種以上のマイクロカプセルを混合して用い
ることも可能である。

【００１５】本発明に係るマイクロカプセルの粒子経
は、塗工又は含浸する過程で物理的圧力による破壊を防
止するために１０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以下
が好ましい。マイクロカプセルの粒子径は、乳化剤の種
類と濃度、乳化時の乳化液の温度、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）等を適宜調節して所
望の粒子径に設定する。この粒子径以上になるとマイク
ロカプセルが外圧で容易に壊れやすくなるので好ましく
ない。

【００１６】マイクロカプセルとともに必要であれば、
バインダー、緩衝剤、分散剤、消泡剤、染料、顔料など
の着色剤、難燃剤、香料などが添加される。マイクロカ
プセルを支持体に塗工する装置としては、通常紙塗工用
に用いられているエアーナイフコーター、プレードナイ
フコーター、カーテンコーター等が使用可能で、含浸す
る装置としてはディップコーターやサイズプレスコータ
ーなどが使用可能である。塗工又は含浸されるマイクロ
カプセル及びバインダーなどの添加剤を含めた塗工量
は、建物の広さや自然環境、立地条件により異なるため
実験的に決められるが、通常乾燥固形重量で５０〜５０
００ｇ／ｍ²の範囲で塗設される。

【００１７】本発明では蓄熱シートと組み合わせて用い
る発熱部材が必要である。通常電気式であれば温度制御
可能な発熱線やコイル状発熱体が用いられ、温水式であ
れば液体を流すための金属製パイプが用いられるが本発
明においては面状のヒーターを用いることが好ましい。
その理由として、第一に本発明で用いられる蓄熱シート
と密着して貼り合わせることが可能となるためヒーター
から蓄熱シートへの熱伝達が迅速且つロスなく行えるた
め好ましい。第二にパイプ式のヒーターと異なり発熱パ
ターンが緻密且つ均一であるため温度ムラがなく床材の
反りや変色が防止されるために好ましい。本発明の蓄熱
式床暖房法では、前記蓄熱シートと発熱部材の他に、床
材、強度を高めるためにモルタル層、断熱材などと共に
最適な温度に制御するためのサーモスタットが不可欠な
材料として挙げられる。

【００１８】本発明の蓄熱式床暖房法の予期せぬ効果と
して、蓄熱シートを床下面に敷き詰めることにより防音
及び遮音効果に効果的であることが判明し、床下スペー
スを最小限に留めしかも防音性に優れるため集合住宅用
として非常に有用であることも判明した。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。融点及び融解
熱は示差熱熱量計（米国パーキンエルマー社製、ＤＳＣ
−７型）を用いて測定した。

【００２０】実施例１ 蓄熱材マイクロカプセルの製法 メラミン粉末１２重量部に３７％ホルムアルデヒド水溶
液１５．４重量部と水４０重量部を加え、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重量部中に、蓄熱材として、融点５５
℃、融解熱量１５５ｋＪ／ｋｇのパラフィンワックス８
０重量部を激しく撹拌しながら添加し、粒子径が５．０
μｍになるまで乳化を行なった。

【００２１】得られた乳化液に、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まで上げて水を添加して乾
燥固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液を
得た。このマイクロカプセル分散液１００部に対し、バ
インダーとしてアクリル樹脂エマルジョン、「ポリトロ
ンＡ１１０」（旭化成（株）製アクリル−スチレン系バ
インダー）２０部を混合した後、１２０ｇ／ｍ²のポリ
エステル系不織布上質紙にマイクロカプセル乾燥重量で
１５００ｇ／ｍ²塗工し、融解熱量２３０ｋＪ／ｍ²の蓄
熱シートが得られた。この蓄熱シートを２枚作製し、そ
の間に厚さ０．５ｍｍのフィルムヒーターを貼り付けた
ものを断熱材、温度制御装置と共に床下に配して蓄熱式
床暖房法を用いた部屋を完成させたところ適温が長時間
持続する快適な室内環境が得られた。

【００２２】実施例２ 実施例１で蓄熱材として用いたパラフィンワックスの代
わりに、ミリスチン酸ミリスチル（融点３８℃）を用い
て同様にして蓄熱材マイクロカプセル分散液を得た。こ
の分散液に実施例１と同様のバインダーを添加した分散
液をナイロン繊維を用いて抄造した厚さ２００ｇ／ｍ²
の親水性不織布に乾燥重量で７５０ｇ／ｍ²になるよう
にマイクロカプセルを含浸させ乾燥させることにより、
融解熱量１２６ｋＪ／ｍ²の蓄熱シートが得られた。こ
の蓄熱シートを実施例１と同様の面状ヒーターと組み合
わせて蓄熱式床暖房を行ったところ同様に適温が長時間
持続する快適な室内環境が得られた。

【００２３】

【発明の効果】実施例の結果からも明らかなように、本
発明で示される蓄熱式床暖房法は従来より知られている
床暖房法で用いられているヒーターと蓄熱シートを組み
合わせることにより容易に蓄熱式の床暖房が可能とな
り、従来のように特別に蓄熱材のためのスペースを設け
たり蓄熱材が充填されている包材や容器の破損に注意を
払う必要がないため施工性に優れるものである。また、
発熱部材と蓄熱シートが密着できるため電気エネルギー
の熱への変換効率も高くより経済的な暖房運転が可能と
なる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 融点が３０〜８０℃の蓄熱材を内包する
   マイクロカプセルが塗工もしくは含浸された蓄熱シート
   と加熱用部材とが組み合わされて成る蓄熱式床暖房方
   法。
2. 【請求項２】 蓄熱シート中に占める蓄熱材を内包する
   マイクロカプセルの乾燥重量比率が６０〜９９％である
   請求項１記載の床暖房方法。
3. 【請求項３】 加熱用部材が電気式面状ヒーターであ
   り、該面状ヒーターと蓄熱シートが密着して組み合わさ
   れて成る請求項１記載の蓄熱式床暖房方法。