JP2003090124A - 床暖房用蓄熱材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンクリート層のみを用いる顕熱蓄熱式床暖房
方法において、蓄熱量を増大させ蓄熱効率を高める。 【解決手段】セメント中に融点が３０〜８０℃の蓄熱材
を内包するマイクロカプセルが練り込んだコンクリート
部材を床暖房用蓄熱材として用いる。コンクリート部材
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
量比率は１０〜６０％が好ましく、マイクロカプセルの
５０％熱重量減少温度が１５０℃以上であることが好ま
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用蓄熱材、とりわけ潜熱蓄熱材を用
いた床暖房用蓄熱材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や
水分の発生が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】床暖房の発熱源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
コンクリートのみを蓄熱材として用いる従来の顕熱蓄熱
式床暖房方法において、顕熱に加え多量の潜熱を蓄える
ことができる床暖房用蓄熱材を提供することであり、第
二にマイクロカプセルの経時的な劣化がなく長期に亘り
安定に蓄熱と放熱を繰り返すことを可能にした床暖房用
蓄熱材を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、融点が３０〜
８０℃の蓄熱材を内包し、経時劣化のない安定なマイク
ロカプセルをセメント中に練り込むことにより得られる
コンクリート部材を床暖房用蓄熱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】本発明で用いられるコンクリート
部材は、主としてセメント中にマイクロカプセルを添加
し、混練り後水分を保ちながら水和反応を進めることに
より得られる。しかしながら、混練り時に要求される物
理的強度や強アルカリ下での化学的強度を有し、尚かつ
セメントが硬化する際に発生する水和熱に対し安定な皮
膜を有するマイクロカプセルでなければならない。

【０００９】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。

【００１０】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が、本発明の如く使
用時の温度が比較的高温であったり、混練り時のｐＨが
１１以上の高アルカリ下条件で製造されるため、メラミ
ンホルマリン樹脂、尿素ホルマリン樹脂などのアミノプ
ラスト樹脂や芳香族モノマー成分を主成分としたポリア
ミド樹脂及びポリウレタンウレア樹脂皮膜を有するマイ
クロカプセルが好ましい。更に好ましくは次に示す「５
０％熱重量減少温度」の値が１５０℃以上のマイクロカ
プセルを用いることにより、多数回にわたる蓄熱材の相
変化を繰り返してもコンクリート中でのマイクロカプセ
ルの劣化や破壊はほとんど見られない床暖房用蓄熱材が
得られることが判明した。

【００１１】本発明でいう５０％熱重量減少温度とは次
に示す測定法により得られる。水系のマイクロカプセル
分散液の固形分濃度を４０％、ｐＨを水酸化ナトリウム
水溶液で１１かつ温度を６０℃で１２時間保持し、その
後１０５℃の雰囲気下で３時間乾燥処理を施しマイクロ
カプセル固形物を得る。このマイクロカプセル固形物を
熱重量測定装置を用いて１０℃／分の昇温速度で連続的
な加熱を行い、初期重量の半分の重量に減少した時点で
の温度を５０％熱減少温度とする。なお、本発明におけ
る５０％熱減少温度の測定は、米国パーキンエルマー社
製熱重量アナライザーＴＧＡ７を用いて測定した。

【００１２】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。

【００１３】本発明に係るマイクロカプセルの粒子経
は、混練り時に物理的圧力による破壊を防止するために
２０μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ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。

【００１４】本発明におけるコンクリートは通常土木、
建築用に用いられているボルトランドセメント、高炉セ
メント、フライアッシュセメントなどが用いられ、必要
であれば各種添加剤及び無機塩などとともにマイクロカ
プセルが添加される。マイクロカプセルは水分散系の場
合には直接セメントと混合されるが粉体やケーキ状で添
加してもかまわない。セメントとマイクロカプセルを充
分に混合した後水和を促すために充分な水分を与えて養
生する。得られたコンクリート中に占めるマイクロカプ
セルの固形重量比率は１０〜６０％、好ましくは２０〜
５０％の範囲が好ましい。この範囲以下であると蓄熱効
果に乏しく、この範囲より高いとコンクリートとしての
物理的強度が得られないため好ましくない。コンクリー
トの形状は床下に配置しやすいように板状、棒状、角状
などいかなる形態でも良いが、ヒーターからの熱伝導効
率を高めるためには平版のボード状が好ましい。

【００１５】本発明の床暖房用蓄熱材と組み合わせて用
いる発熱部材は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。更に断熱材やサ
ーモスタットともに床暖房設備が完成される。

【００１６】

【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。

【００１７】実施例１ 蓄熱材マイクロカプセルの製法 メラミン粉末１４重量部に３７％ホルムアルデヒド水溶
液２０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重量部中に、蓄熱材として、融点６５℃、
融解熱量１５８ｋＪ／ｋｇのパラフィンワックス８０重
量部を激しく撹拌しながら添加し、粒子径が５．０μｍ
になるまで乳化を行なった。

【００１８】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の５０％熱重量減少温度は
２８０℃であった。次に得られたマイクロカプセル分散
液１００部に、ボルトランドセメント９０部、水１０部
を添加し４０℃の高湿度下で養生したところマイクロカ
プセル比率約３０％のボード状のコンクリートが得られ
た。このコンクリート板と面状ヒーターを組み合わせて
約７０℃に加熱を行った後ヒーターによる加熱を中止し
たところ蓄熱材の融点付近の温度が長時間持続し、明ら
かな蓄熱性能が確認できた。

【００１９】実施例２ 蓄熱材としてステアリン酸メチル（融点３７℃、融解熱
量１８５ｋＪ／ｋｇ）９０部と芳香族多価イソシアネー
ト（商品名ミリオネートＭＲ、日本ポリウレタン（株）
製）１０部を良く混合した後、５％ポリビニルアルコー
ル水溶液１００部中に激しく攪拌しながら添加し、粒子
径が８ミクロンになるまで常温で乳化を行った。得られ
た乳化液に３％ジエチレントリアミン水溶液２０部を添
加し６０℃で加熱を２時間施しポリ尿素樹脂被膜を有す
るマイクロカプセルが得られた。得られたマイクロカプ
セルの５０％熱重量減少率を測定したところ１８０℃で
あった。このマイクロカプセル分散液を用いて実施例１
と同様にセメントと混練り、養生を施して床暖房用蓄熱
材を得た。

【００２０】実施例３ 実施例２で用いた芳香族多価イソシアネートの代わりに
脂肪族イソシアネート（商品名コロネートＨＬ、日本ポ
リウレタン（株）社）を用いて同様にしてポリ尿素樹脂
皮膜を有するマイクロカプセルを得た結果、５０％熱重
量減少温度は１２０℃であった。実施例１と同様にセメ
ント中に練り込んだところ良好な蓄熱性能を有する蓄熱
材が得られたが、多数回に亘る蓄熱と放熱を繰り返すう
ちにわずかずつではあるがコンクリート表面に蓄熱材と
思われる浸み出しが生じた。

【００２１】

【発明の効果】実施例の結果からも明らかなように、本
発明で示される床暖房用蓄熱材と床暖房法で用いられて
いるヒーターと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、従来の単なるコンクリートによ
る顕熱蓄熱材よりも多量の熱量を蓄えることが可能とな
る。また、従来のコンクリートと比較してより少ないあ
るいはより薄いコンクリート層で従来と同等の熱量を蓄
えることが可能となる。

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練り込まれたコンクリート部材から
   成る床暖房用蓄熱材。
2. 【請求項２】 コンクリート部材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１０〜６０％
   である請求項１記載の床暖房用蓄熱材。
3. 【請求項３】 マイクロカプセルの５０％熱重量減少温
   度が１５０℃以上である請求項１記載の床暖房用蓄熱
   材。