JP2004144350A - 蓄熱ボード及びその利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温から高温に至る広い温度域の多量の熱を蓄熱可能な軽量で丈夫なボードを得る。
【解決手段】ハニカムのセル内に蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を充填し、該ハニカムの両側の開孔面を平板状基材で封鎖する。好ましい利用方法として、第一に融点が１０〜４０℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を用いて建築用内装材として、第二に融点が−５０〜１００℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を用いて温度保護用ボックスに、第三に融点が３０〜８０℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を用いて床暖房用蓄熱材としてそれぞれ利用することができる。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱ボード及びその利用方法に関するものであり、本発明の蓄熱ボードを建築物、住宅やビルの床材、壁材、天井材等の内装材、あるいは温度保護用ボックス、床暖房用蓄熱材として用いることにより冷暖房のためのエネルギーが著しく節約可能で、しかも必要な温度域を長時間持続し得る新規なボードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化抑制が世界的に重要視されるようになり、その対策として化石燃料を燃焼させた際に多量に発生する二酸化炭素の削減化策が大きな問題となっている。特に建物の居住環境や作業環境を維持するために消費するエネルギーは膨大な量となり、その削減や有効利用等の省エネルギー対策が不可欠である。通常、外気温の変動に対し室内の温度を快適な範囲の温度域に維持するために、建物自体の機密性を高めたり、壁や天井、床などの建物の中に断熱材を配する対策が広く一般に用いられており、室内と室外の熱移動を極力抑える対策がとられている。
【０００３】
これに対し、太陽熱や冷暖房などのエネルギーを水や建物の躯体の一部に顕熱として蓄えたり、潜熱材を用いた建材や蓄熱技術が提案されている。具体的な例として、球状蓄熱材を建築壁内に配した蓄熱体が提案されているが、球体の大きさが大きくて熱伝導性の点で問題を有する。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
また、無機系の蓄熱材を合成樹脂製チューブに充填したものを内接した断熱材、蓄熱材を植設した複合板が提案されているが、切断したり釘打ちなどはできない難点がある。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
また、断熱材と潜熱蓄熱材との組み合わせが提案されているが、一般にこれらの潜熱蓄熱材の熱伝導性が悪いため蓄放熱特性が低下し、効率よく潜熱を使い切らない場合が多かった。（例えば、特許文献３〜５参照）
【０００６】
対策として、複数の潜熱蓄熱材をカプセル化して基材中に分散し、放熱面温度をほぼ一定に保つことができる蓄熱建材が紹介されている。（例えば、特許文献６参照）
【０００７】
本発明者は、蓄熱材を内包するマイクロカプセルを担持したコンクリート系建築用材料を提案を行った。しかし、セメント中に多量のマイクロカプセルを添加すると建材としての強度が低下し自ずと添加量は制限されてしまい、充分なマイクロカプセルを添加するためには得られるコンクリートボードは極めて重量となり、建築現場での取り扱いが不便になることもあった。（例えば、特許文献７参照）
【０００８】
また、有機系蓄熱材を熱可塑性樹脂でゲル化せしめた蓄熱材を保冷車あるいは保冷容器の部材として用いる手法が提案されているが、蓄熱材が漏れだしたり熱伝導性の低下をもたらすなどの難点があった。（例えば、特許文献８参照）
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５７−２０２４９３号公報
【特許文献２】
特開昭５８−２３７９号公報
【特許文献３】
特開昭６２−１１７９３１号公報
【特許文献４】
特公平２−２９８２４号公報
【特許文献５】
特公平６−３３６３３号公報
【特許文献６】
特開平１０−２９７９５０号公報
【特許文献７】
特開２００２−１１４５５３号公報
【特許文献８】
特開平５−２５６５４９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低温から高温に至る広い温度域の多量の熱を蓄熱可能なボードを得ることにあり、更に軽量で丈夫な蓄熱ボードを得ることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、ハニカムのセル内に蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を充填し、該ハニカムの両側の開孔面を平板状基材で封鎖することにより得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明はハニカムのセル内に蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を充填することにより得られる。本発明でいうハニカムとは、開孔を有するセル壁からなる構造体であり、ハニカムの具体例として、ＪＩＳ−Ｚ−１５１６に記載の「外装用段ボール」に準拠して作製される片段ボールを積層してなるコルゲートハニカム、六角形セルからなるヘキサゴンハニカム、正方形セルからなるハニカム、三角形セルからなるハニカム、および中空円筒状セルを集合してなるハニカムなどが挙げられ単位セルの大きさも特に限定はされない。ここで、六角形や正方形などのセル形状は正確な多角形ではなく、角が丸いまたは辺が曲がっているなどした異形であっても良い。
【００１３】
本発明の蓄熱ボードの厚みは希望する蓄熱材を内包するマイクロカプセルの有する熱量、即ち充填されるマイクロカプセルの必要量により決定されるが、通常５ｍｍ〜１０ｃｍの範囲の厚みに設定されることが好ましい。ハニカムの材質は段ボールであれば中芯用紙が用いられるが、金属、木材、プラスティック、ガラス、陶器、ポリ塩化ビニル、ＦＲＰなど特に限定はされない。蓄熱ボード単位面積当たりセルの数は多いほど強度が高く充填される固形物の保持安定性に優れるため好ましいが、マイクロカプセルの充填率を低下させる傾向になるため目的に合った最低限の強度を有するに必要なセル数にすることが好ましい。
【００１４】
本発明で用いられるハニカムの両側の開孔面を封鎖する平板状基材（通常、段ボールではライナーと称される。）はセル内のマイクロカプセルを完全に封鎖できる材料であれば良く、好ましくは破れにくく熱伝導性が良いアルミニウム、銅、銀等の金属フィルムあるいは金属蒸着フィルムが好ましい。その他の基材として、紙、織布、乾式不織布、メルトブローン不織布、スパンボンド不織布、エアレイドパルプ、湿式不織布、各種の紙、フォーム、スポンジ及びフェルト等の他、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、及びポリエステルフィルムの様な汎用の樹脂フィルムや薄板などが挙げられる。これらの基材にはマイクロカプセルが漏れない程度の大きさの穴をあけて通気性を付与または向上させも良い。また、表裏で異なる材質であっても何ら構わない。
【００１５】
本発明の蓄熱材をマイクロカプセル化する方法として、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）等に記載されている方法を用いることができる。
【００１６】
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、熱圧着工程で高温で加圧されるため熱的に安定な熱硬化性樹脂皮膜を有するマイクロカプセルが好ましく、特に脂肪族系炭化水素化合物でも良好な品質のマイクロカプセルが得られる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皮膜を用いたマイクロカプセルが好ましい。
【００１７】
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ったり、蓄熱材の比重が分散媒のそれと大きく差がある場合など、浮遊したり沈降したりし易くなるので好ましくない。
【００１８】
本発明のマイクロカプセルは通常水や溶剤などの液体媒体中で合成されるが、乾燥又は脱水手段により固形物に加工されハニカムのセル内に充填される。本発明で述べる固形物とは、噴霧乾燥法や凍結乾燥法、ドラムドライヤー法により低水分の粉末に処理されるが、常温で流動性がない状態であれば良く例えばフィルタープレス、スクリュープレス、遠心分離法、蒸発乾燥法等の装置を用いて得られた水分含有量が４０％以下のウェットケーキも含まれる。マイクロカプセル分散液中には予め、金属粉、着色剤、比重調節材、分散助剤、接着剤、湿潤剤等を添加することもできる。
【００１９】
本発明で得られる蓄熱ボードは広い温度範囲の蓄熱材として利用されるが、好ましい利用法として１．建築用内装材、２．温度保護用ボックス、３．床暖房用蓄熱材の３種が挙げられる。１．の建築用内装材は融点が１０〜４０℃、好ましくは１５〜３０℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルを用いた蓄熱ボードを床材、天井材、壁材、襖等に用いることにより容易に室温が変化しにくい環境が得られ冷暖房エネルギーの大きな節約に貢献する建築材料となり得る。
【００２０】
２．の利用法として、融点が−５０〜１００℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルを用いた蓄熱ボードを保冷又は保温用のボックス内に配置することにより、ボックス内に納める品物が保存される際の最適温度に維持することができる。例えば冷凍や冷蔵を嫌う医薬品や酵素、植物、食品等を例えば５〜１５℃の間で長時間保冷することなどが可能となる。また、暖かい食品を移送する場合にも４０〜１００℃の蓄熱材を内包したマイクロカプセルを用いた蓄熱ボードとともに保温することにより長時間経過しても暖かさを持続することができる。
【００２１】
３．の利用法として、融点が３０〜８０℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を用いた請求項１記載の蓄熱ボードを床暖房用蓄熱材として利用する方法が挙げらせれる。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おり本発明の蓄熱ボードを床下に配置することにより熱ロスが少なく尚かつエネルギーで長時間暖かさを持続することが可能である。
【００２２】
本発明で用いられる蓄熱材の具体例としては、デカン、ヘキサデカン、オクタデカンなどの脂肪族炭化水素化合物、無機系共晶物及び無機系水和物、パルミチン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸等の脂肪酸類、パルミチン酸イソプロピル、ステアリン酸ブ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、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。
【００２３】
本発明のマイクロカプセルの固形物とともに、各種抗菌剤、活性炭、添着活性炭、ゼオライト、セピオライト、活性アルミナ、活性白土、イオン交換樹脂、鉄アスコルビン酸、鉄フタロシアニン誘導体などの吸着脱臭剤、マンガン系酸化物やペロブスカイト型触媒などの低温酸化触媒、酸化チタンや酸化亜鉛などの光触媒、植物抽出成分に含まれる化合物であるフィトンチット、カテキン、タンニン、フラボノイド等を用いた消臭剤、芳香剤などを混合して用いることも可能である。本発明の蓄熱ボードは必要に応じ２枚以上重ね合わせて使用しても良い。
【００２４】
【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。
【００２５】
実施例１
基材の製法
厚み８ｍｍ、１０×１０ｃｍ^２角に１００ケの六角形セルを有するクラフト紙製ハニカムと両開孔面の平板状封鎖材として通気性のあるスパンボンド不織布を用いた。
【００２６】
蓄熱ボードの製法
メラミン粉末１４部に３７％ホルムアルデヒド水溶液２０部と水４０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、蓄熱材としてオクタデカン（融点２８℃、融解熱量２２０ｋＪ／ｋｇ）８０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った。
【００２７】
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。この分散液をそのままスプレードライヤーで粉体化処理し粒径約５０μｍのマイクロカプセル固形物を得た。得られた粉体を上記基材のセル内に２．５ｋｇ／ｍ^２となるように均一に充填し両側を封鎖して建材用蓄熱ボードを得た。この蓄熱ボードを六畳の部屋の天井と床下の全面に貼り付け夏場に室温測定を行ったところ、蓄熱ボードを設置していない同条件の部屋と比較して日中でも４〜５℃低い温度で推移し、しかも冷房を用いることがなくとも室温が２８℃以上に達する日は極めて少なかった。
【００２８】
実施例２
基材の製法
厚み５０ｍｍ、１０×１０ｃｍ^２角に１６ケの正方形セルを有するポリエチレン製ハニカムと両開孔面の平板状封鎖材としてアルミニウム蒸着ワリフ（日石プラスト（株）製）を用いた。
【００２９】
蓄熱ボードの製法
実施例で用いた蓄熱材であるオクタデカンの替わりにペンタデカン（融点９℃、融解熱量１５５ｋＪ／ｋｇ）を用いた以外は同様にして蓄熱材を内包するマイクロカプセルを作製した。このマイクロカプセル分散液をフィルタープレスにかけて水分を除去したところ固形分濃度８０％のウエットケーキが得られた。このウェットケーキを上記基材のセル内に１１ｋｇ／ｍ^２になるように充填し両側をアルミニウム蒸着ワリフで封鎖して蓄熱ボードを得た、この蓄熱ボードを一辺が５０ｃｍの立方体箱の蓋以外の５面に用いて医薬品貯蔵用ボックスを得た。
【００３０】
この医薬品貯蔵ボックスを予め４℃で長時間冷却しておき、その後２５℃の雰囲気化で箱内温度を計測したところ２０℃を越えるのに約１０時間以上を要した。一方全く蓄熱ボードを用いていない同容量のボックスで同じ試験を行うと１０分以内に２０℃に達した。
【００３１】
実施例３
基材の製法
厚み１０ｍｍ、１０×１０ｃｍ^２角に８０ケの六角形セルを有するポリエチレン製ハニカムと両開孔面の平板状封鎖材としてアルミニウム蒸着ワリフ（日石プラスト（株）製）を用いた。
【００３２】
蓄熱ボードの製法
実施例１で用いた蓄熱材であるオクタデカンの替わりにパラフィンワックス（融点６５℃、融解熱量１５８ｋＪ／ｋｇ）を用いた以外は同様にして蓄熱材を内包するマイクロカプセルを作製した。このマイクロカプセル分散液１００部に吸放湿性顔料セピオライト粉末２０部を添加し良く分散させた後スプレードライヤーで乾燥させて粉末の蓄熱材マイクロカプセルを得た。この粉末を上記基材のセル内に５ｋｇ／ｍ^２になるように充填し両側をアルミニウム蒸着ワリフで封鎖して床暖房用蓄熱ボードを得た、この蓄熱ボードを床暖房用電気ヒーターと接触するようにして床下に配置したところ、サーモスタットによる電源オンオフ周期が約２倍になり消費電力の削減が得られた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の蓄熱ボードは大きな蓄熱容量を有するにも拘わらず薄く軽量で物理的に丈夫な蓄熱ボードが得られる。本発明のボードを建材用内装材、温度保護用ボックス、床暖房用蓄熱材として用いることが可能となり、室温や食品、医薬品などの温度の安定化に大きく貢献する。また、本発明の蓄熱ボードは通常の建材と同様に切断したり、孔を開けたりすることも自由に行える。

Claims (4)

1. ハニカムのセル内に蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を充填し、該ハニカムの両側の開孔面を平板状基材で封鎖してなる蓄熱ボード。
2. 融点が１０〜４０℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を用いた請求項１記載の蓄熱ボードを建築用内装材として用いる利用方法。
3. 融点が−５０〜１００℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を用いた請求項１記載の蓄熱ボードを温度保護用ボックスとして用いる利用方法。
4. 融点が３０〜８０℃の蓄熱材を内包するマイクロカプセルの固形物を用いた請求項１記載の蓄熱ボードを床暖房用蓄熱材として用いる利用方法。