JP2007269940A - 蓄熱材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱剤が担持された蓄熱材であって、蓄熱剤を収納する容器が破損しても漏出して周囲を汚すおそれがない蓄熱材を提供しようとする。
【解決手段】粒径１ｃｍ以下の粒状に成形されたゲル状の蓄熱剤からなる蓄熱材である。また、細孔を有する粒子状担体の該細孔にゲル状または固形状の蓄熱剤が担持されてなる蓄熱材である。前記担体が中空であり得、前記蓄熱材は、該担体の中空部に前記蓄熱剤が担持されてなり得る。さらに、液状化する温度が４０℃以上であり、４０℃以下でゲル状または固形状である蓄熱剤を加熱して液状化し、液状化した該蓄熱剤を細孔を有する粒子状担体に接触させることにより該担体に担持させることを特徴とする蓄熱材の製造方法である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、蓄熱材及びその製造方法に関する。

蓄熱材は物質の相転移にともなう吸熱や発熱を利用して保温や保冷を行なう器材である。蓄熱材はこのような物質からなる蓄熱剤を所定の容器や袋などに封入して用いられる。（例えば、特許文献１参照）

蓄熱剤が常温で液状であるとその容器が破損した場合、漏出して周囲を汚すおそれがある。蓄熱剤が常温で固形状であると、枕等人体に接触させて用いる場合に人体の形状にフィットさせることが困難である。また、常温で液状あるいはゲル状であっても、蓄熱剤を収納する容器が剛であれば人体の形状にフィットさせることが困難である。容器が袋状の柔軟なものであっても、蓄熱剤を冷蔵庫等で冷却して人体冷却用に用いる場合は、冷却された蓄熱剤が凍って板状になり、人体の形状にフィットさせることが困難である。
特開２００２−１９５７１１号公報

本発明の目的は、蓄熱剤が担持された蓄熱材であって、蓄熱剤を収納する容器が破損しても漏出して周囲を汚すおそれがない蓄熱材を提供しようとすることである。

また、本発明の目的は、接触させた対象物の形状に沿ってフィットさせることのできる蓄熱材を提供しようとすることである。

本発明の要旨とするところは、粒径１ｃｍ以下の粒状に成形されたゲル状の蓄熱剤からなる蓄熱材であることにある。

また、本発明の要旨とするところは、細孔を有する粒子状担体の該細孔にゲル状または固形状の蓄熱剤が担持されてなる蓄熱材であることにある。

前記蓄熱材においては、前記担体が中空であり得、前記蓄熱材は、該担体の中空部に前記蓄熱剤が担持されてなり得る。

さらに、本発明の要旨とするところは、液状化する温度が４０℃以上であり、４０℃以下でゲル状または固形状である蓄熱剤を加熱して液状化し、液状化した該蓄熱剤を細孔を有する粒子状担体に接触させることにより該担体に担持させることを特徴とする蓄熱材の製造方法であることにある。

前記蓄熱材の製造方法においては、前記担体が中空であり得る。

また、本発明の要旨とするところは、液状化する温度が４０℃以上であり、４０℃以下でゲル状または固形状である蓄熱剤と該蓄熱剤の液化する温度以上に昇温された水との混合物を、冷却しながら撹拌する蓄熱材の製造方法であることにある。

本発明によると、蓄熱剤が担持された蓄熱材であって、蓄熱剤を収納する容器が破損しても漏出して周囲を汚すおそれがない蓄熱材が提供される。

本発明によると、接触させた対象物の形状に沿ってフィットさせることのできる蓄熱材が提供される。

本発明の蓄熱材は、粒径１ｃｍ以下の粒状に成形されたゲル状の蓄熱剤からなる蓄熱材である。このような態様の蓄熱材は袋などの柔軟な収納用物に収納して用いると、接触させた対象物の形状に沿ってフィットさせることができて、対象物との接触面積が大きくなり有効な保冷、あるいは保温が行なわれる。蓄熱材の粒径が１ｃｍを超えて大きくなると、ゴツゴツして接触させた対象物の形状に沿って有効にフィットさせることができない。蓄熱材の粒径が０．１μｍを超えて小さくなると製造が容易でない。蓄熱材の粒径が１ｍｍ以下であることが対象物が人である場合に接触させたときの感触が良好で好ましい。

例えば、本発明の蓄熱材を側地に充填した敷物は座り心地がよく、本発明の蓄熱材を側地に充填した枕は寝心地がよい。とくに、５〜３０℃の範囲で保冷できる蓄熱剤による本発明の蓄熱材は、この座り心地や寝心地の点で優れる。また、生野菜や果物のような通常の冷凍品に比べて比較的高い温度で湿保冷する食品の保冷に適する。

このような蓄熱材は、スプレードライヤによる粒状化や、水中分散法による粒状化等各種の粒状化方法で粒状化できるが、なかでもホモジナイザのような高速撹拌機を用いて効率よく粒状化できる。

この態様の蓄熱材は、例えば、液状の蓄熱剤をゲル化剤と混合したものを、さらに水と混合した混合物を、冷却しながらホモジナイザのような高速撹拌機を用いて撹拌して得たゲル球である。この場合、水の温度が７０〜９０℃であり、撹拌の回転数が３０００〜７０００ｒｐｍであり、液状の蓄熱剤と水との混合比が１：３０〜１：５０であることが安定してゲル球が得られて好ましい。

この蓄熱材に用いられる蓄熱剤は４０℃以下の温度で固形状あるいはゲル状となっていることができるものである。このゲルは液状化する温度が４０℃以上であることが好ましい。

本発明のこのような態様の蓄熱材に用いられる蓄熱剤としては、グリセリン、テトラデカン、ヘキサデカン、テトラデカンとヘキサデカンの混合物等が例示される。

これらの液体の蓄熱剤に混合して蓄熱剤をゲル化させるゲル化剤としては、天然油脂系脂肪酸が挙げられる。天然油脂系脂肪酸は、Ｃ鎖を有するカルボン酸であり、動物脂肪や植物油の成分として産出され好ましくはＣ_８〜Ｃ_２６分の長さのＣ鎖を有するものである。

本発明の他の態様においては、蓄熱材の粒子は、細孔を有する担体の孔にゲル状または固形状の蓄熱剤が担持されてなるものであってもよい。即ち、本発明の他の態様における蓄熱材は、細孔を有する担体の孔にゲル状または固形状の蓄熱剤が担持されてなる蓄熱材である。細孔を有する担体の材料としては、発泡樹脂、多孔質セラミック、中空繊維、多孔の焼結金属、活性炭が挙げられる。

本発明のこの態様の蓄熱材に用いられるこの蓄熱剤は４０℃以下の温度で固形状あるいはゲル状となっていることができるものである。このゲルは液状化する温度が４０℃以上であることが好ましい。

本発明のこの態様の蓄熱材に用いられるこの蓄熱剤の原料としては、このような性質の物質そのものであってもよいが、常温で液体の蓄熱剤にゲル化剤が混合されたものであってもよい。

常温で液体の蓄熱剤としては、グリセリン、テトラデカン、ヘキサデカン、テトラデカンとヘキサデカンの混合物等が例示される。

これらの液体の蓄熱剤に混合して蓄熱剤をゲル化させるゲル化剤としては、ポリオレフィンやや天然油脂系脂肪酸が挙げられる。ポリオレフィンとしては直鎖状低密度ポリオレフィンが好ましい。直鎖状低密度ポリオレフィンは、直鎖を主体とする分子構造を有し、側鎖を有するポリオレフィンである。天然油脂系脂肪酸は、Ｃ鎖を有するカルボン酸であり、動物脂肪や植物油の成分として産出され好ましくはＣ_８〜Ｃ_２６分の長さのＣ鎖を有するものである。蓄熱剤は水とともにゲル化剤に混合しゲル化させる場合もある。

ポリオレフィンとしては、直鎖状低密度ポリエチレンの側鎖がＣ_８分のもの（以下ＬＬＤＰＥ−２と称する）、高圧法低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などが挙げられる。

このようにして得られたゲル状物は、加熱することにより可逆的に液状化させることができる。

このゲル状物中のゲル化剤の含有率は、６〜３０重量％であることが好ましい。蓄熱材の柔軟性のうえでさらに好ましくは６〜１６重量％である。

本発明の蓄熱材に用いられる細孔を有する担体としては、ゼオライト、軽石等の多孔質火山岩、パーライト、バーミキュライト、多孔質セラミックス、発泡樹脂、木炭、竹炭、活性炭、焼結金属等が挙げられる。

本発明においては、ゲル化剤を添加してゲル化した蓄熱剤を加熱して液状化し、この液状化した蓄熱剤を細孔を有する担体に接触させることにより該担持に担持させる。

液状化した蓄熱剤と担体との接触は、例えば、液状化した蓄熱剤中に担体を投入してなされる。担体が粒子状である場合は、この担体からなる粉体を液状化した蓄熱剤中に担体を投入して撹拌することによりなされる。このような操作により、液状化した蓄熱剤が担体の細孔に侵入して取り込まれる。その後担体を常温まで冷却することにより、ゲル状の蓄熱剤が担体の細孔に取り込まれている蓄熱材を得る。

このようにして得られた本発明の蓄熱材は素手でさわっても手触りがサラッとしており蓄熱剤で手を汚すことがなく、取り扱いが容易である。

さらに、担体が粒子状であると、この蓄熱材を袋に入れた蓄熱体は、起伏を有する形状の対象物と接触させて用いる場合、その対象物の形状に沿って容易に変形するので、対象物の凹凸面に合わせて密着状態で使用することができる。例えば、枕として使用すれば、人体の形状に合わせて変形させることができる。担体の粒径は対象物の形状に沿って容易に変形するうえで１ｃｍ以下であることが好ましい。担体の製造の容易さから、担体の粒径は０．０１μｍ以上が好ましい。

また、蓄熱体を蓄熱剤が冷凍される温度まで冷却しても、この密着状態は実現することができる。従って、従来の蓄熱剤を用い冷蔵庫の冷凍質などで冷やして用いる人体冷却用具における、冷凍により剛直な板状になって、枕として用いるときに頭部にフィットしないという問題が、解消される。

またさらに、本発明においては、担体が多孔質の中空粒子状であると、その中空部にも蓄熱剤を担時させることができるので、蓄熱性が向上する。中空粒子状の担体の中空部に蓄熱剤を担時させる操作は、上述の粒子状の担体に蓄熱剤を担時させる操作と同様であり、担体と液状の蓄熱剤との接触により、液状の蓄熱剤が担体の細孔を経由して中空部に侵入し、中空部が蓄熱剤により充填される。

多孔質の中空粒子状の担体としては、例えば、特公平５−９１３３号公報に記載されている多孔質の中空粒子が挙げられる。具体的なものの一つとしては、主成分がＳｉＯ_２である、鈴木油脂工業株式会社製の商品名：ゴッドボールが挙げられる。この多孔質の中空粒子は、粒径０．５〜５０μｍ、表面細孔直径２０〜１５０Åである。

蓄熱剤と、多孔質の中空粒子状の担体との比率は、１：１〜２：１であることが好ましい。この範囲を下回って蓄熱剤の比率が小さくなると、蓄熱材の蓄熱性が少なくなる。この範囲を上回って蓄熱剤の比率が大きくなると、蓄熱材がベトベトした手触りのものとなる場合がある。

とくに、蓄熱剤がヘキサデカンである場合は、蓄熱剤と、多孔質の中空粒子状の担体との比率は、１：１〜１４：１０であることが好ましく、この範囲を上回って蓄熱剤の比率が大きくなると、蓄熱材がベトベトした手触りのものとなる。

本発明の蓄熱材は、前述のように、室温近傍の蓄熱温度を有する蓄熱剤を用いることによって、袋に充填して使用して人体の保温あるいは保冷の目的で好適に用いられる。また、生野菜や果物の保冷に適する。さらには、蓄熱剤を担体に担持させた態様の本発明の蓄熱材は、被服や用具や建造物の表面にバインダを用いてコーテイングできるので、高温の蓄熱温度を有する蓄熱剤を用いることにより、耐熱壁や耐熱容器や消防服などの耐熱性を必要とする用途に適用できる。

また、蓄熱剤を担体に担持させた態様の本発明の蓄熱材は、樹脂に練り込んで使用することができるので、耐熱性の繊維や成型品を得ることができる。

蓄熱剤としてヘキサデカン（日本製蝋社製：ＴＳ−６）を用い、ゲル化剤として１，２ヒドロキシステアリン酸を用いた。
ヘキサデカンに対して６、１０、１２Ｗｔ％のゲル化剤を加えた混合液を、それぞれ８０℃に昇温された１２００ｍｌの水に投入し、次いで急冷しながらホモジナイザにより６０００ｒｐｍで撹拌し、吸引濾過してゲル球を得た。このゲル球を乾燥機により８０℃で２４ｈｒ乾燥しゲル球を得た。

図１に各ゲル球のＤＳＣ測定結果を示す。

表１に、各ゲル球の、図１の融解曲線のピーク温度及び融解熱の値を示す。

図２はゲル球の蓄熱性の評価結果を表すグラフであり、各ゲル球（１３ｇ）をフィルムにくるんで冷蔵庫で２４ｈｒ５℃で保存したのち３０℃に設定したオーブン中にフィルムにくるんだ状態で静置し、ゲル球の温度を２分間隔で測定したものである。

図２に示すように、各ゲル球とも経過時間の中途で昇温の勾配が低くなる時間帯があり、蓄熱性を有することがわかった。この蓄熱性は単にヘキサデカンにゲル化剤を加えてゲル化させたバルクのゲルと同等であった。

蓄熱剤としてヘキサデカン（日本製蝋社製：ＴＳ−６）を用い、ゲル化剤として１，２ヒドロキシステアリン酸を用いた。

ヘキサデカンに対して１０Ｗｔ％のゲル化剤を加えた混合液と、多孔質中空粒子状無水ケイ酸（鈴木油脂工業株式会社製、商品名：ゴッドボールＢ−２５Ｃ（以下ＧＢと称す））を混合した。ＧＢの平均粒径は約１０μｍ、中空部の容積は１．３ｍ^３／ｇ、細孔の容積は０．４〜０．５ｍ^３／ｇである。

ヘキサデカンとＧＢとの混合重量比は（試料１）１０：１０、（試料２）１２：１０、（試料３）１４：１０、（試料４）１６：１０、（試料５）１８：１０、（試料６）２０：１０、（試料７）２５：１０、（試料８）３０：１０とした。

これら混合重量比の各混合物を１３０℃オーブンで２時間加熱乾燥し、蓄熱材を得た。

図３に各混合物を加熱乾燥して得られた蓄熱材のＤＳＣ測定結果を示す。

表２に、各蓄熱材の図３の融解曲線のピーク温度及び融解熱の値を示す。

表２より、各混合物を加熱乾燥して得られた蓄熱材が実施例１で得られたゲル球とほぼ同じ温度のピーク温度を有していることがわかる。また、これら蓄熱材がゲル球の１０〜５０％ほどの融解熱を有していることがわかり、また図３に示すようにこれら蓄熱材が蓄熱材料として機能できることがわかった。

図４はヘキサデカンとＧＢとの混合重量比が１４：１０の蓄熱材の蓄熱性の評価結果を表すグラフであり、蓄熱材（１３ｇ）をフィルムにくるんで冷蔵庫で２４ｈｒ５℃で保存したのち４０℃に設定したオーブン中にフィルムにくるんだ状態で静置し、蓄熱材の温度を２分間隔で測定したものである。なお、測定は、５℃で保存→オーブン中に静置のサイクルを３回繰り返して行なった。また、ＧＢのみの場合の昇温カーブにおいては静置後３０℃に達するまでの時間が略１０分であったのに対して蓄熱材の昇温カーブにおいては、静置後３０℃に達するまでの時間が略６０〜１００分と長く、ＧＢへの蓄熱性の付与が確認され、また、蓄熱材が経過時間の中途で昇温の勾配が低くなる時間帯があり、蓄熱性を有することがわかった。

ＧＢに蓄熱剤を担持させたこれら蓄熱材は９０℃に加熱された状態でもゲルの染み出しがなかった。また、５℃以下でも板状に凝固することなくサラサラの状態を維持した。しかし、ＧＢに蓄熱剤を担持させたこれら蓄熱材において、ヘキサデカンとＧＢとの混合重量比におけるヘキサデカンの比率が１６：１０以上では手触りがベトベトであり、ヘキサデカンとＧＢとの混合重量比におけるヘキサデカンの比率は１６：１０を下回ることが好ましい。

また、ヘキサデカンとＧＢとの混合重量比におけるヘキサデカンの比率が約１４：１０であると融解熱が最も多く、最も蓄熱性が高いことがわかった。

その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明の蓄熱材であるゲル球のＤＳＣ曲線図である。 本発明の蓄熱材であるゲル球の蓄熱性の評価結果を表す昇温曲線図である。 本発明の蓄熱材のＤＳＣ曲線図である。 本発明の蓄熱材の蓄熱性の評価結果を表す昇温曲線図である。

Claims (6)

1. 粒径１ｃｍ以下の粒状に成形されたゲル状の蓄熱剤からなる蓄熱材。
2. 細孔を有する粒子状担体の該細孔にゲル状または固形状の蓄熱剤が担持されてなる蓄熱材。
3. 前記担体が中空であり該担体の中空部に前記蓄熱剤が担持されてなる請求項２に記載の蓄熱材
4. 液状化する温度が４０℃以上であり、４０℃以下でゲル状または固形状である蓄熱剤を加熱して液状化し、液状化した該蓄熱剤を細孔を有する粒子状担体に接触させることにより該担体に担持させることを特徴とする蓄熱材の製造方法。
5. 前記担体が中空である請求項４に記載の蓄熱材の製造方法。
6. 液状化する温度が４０℃以上であり、４０℃以下でゲル状または固形状である蓄熱剤と該蓄熱剤の液化する温度以上に昇温された水との混合物を、冷却しながら撹拌する蓄熱材の製造方法。
   

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