JP2013204903A

JP2013204903A - 蓄熱性構造体および蓄熱性構造体の製造方法

Info

Publication number: JP2013204903A
Application number: JP2012073593A
Authority: JP
Inventors: Toru Sasaki; 徹佐々木; Keisuke Maeda; 恵佑前田
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】蓄熱効果の高い蓄熱性構造体およびその製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、連続空隙を有するアスファルト又はコンクリートの前記連続空隙の内部に、蓄熱性材料が充填された蓄熱性構造体およびその製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱性構造体およびその製造方法に関する。

従来から、建築物の床面や道路等において、夏季の温度上昇や、冬季の温度低下を抑制するために、蓄熱性を有する蓄熱性コンクリートや蓄熱性アスファルト等の蓄熱性構造体を用いることが検討されている。
前記蓄熱性構造体は、昼間等の高温時には熱を蓄熱して床面や路面の温度上昇を抑制し、夜間等の低温時には放熱して温度の低下を抑制するものである。

かかる蓄熱性構造体としては、例えば、特許文献１乃至３に記載されているようなものがある。
特許文献１乃至３には、パラフィン等の蓄熱性材料を内包するマイクロカプセルや、蓄熱性材料が含浸された木材チップ等の多孔質材が、セメント組成物に混合された構造体が記載されている。

しかし、前記のような構造体は、セメント組成物中に、蓄熱性材料を内包するマイクロカプセルや、蓄熱性材料を含浸させた木材チップ等の多孔質材を混合後、硬化して得られるため、蓄熱性材料の蓄熱性が他の成分によって阻害されて蓄熱効果が不十分であった。

特開２００２−１１４５５３号公報特開２００６−２４８８３４号公報特開平３−６９５４２号公報

そこで、本発明は、上記のような従来の問題を鑑みて、蓄熱効果の高い蓄熱性構造体およびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る蓄熱性構造体は、連続空隙を有するアスファルト又はコンクリートの前記連続空隙の内部に、蓄熱性材料が充填されている。

本発明によれば、連続空隙を有するアスファルト又はコンクリートの前記連続空隙中に蓄熱性材料が充填されていることによって、前記蓄熱性材料が他の成分によって覆われることなく存在している部分があるため、蓄熱性が阻害されにくく、前記蓄熱性材料の蓄熱性を効率よく用いることができ、高い蓄熱効果が得られる。

尚、本発明における連続空隙を有するアスファルト又はコンクリートとは、連続した連続空隙を内部に備え且つ前記連続空隙の空隙率が１０〜３０体積％であるアスファルトおよびコンクリートをいう。
本発明における空隙率は、舗装調査・試験法便覧Ｂ０７３Ｔ「ポーラスコンクリートの空隙率測定方法」によって測定された空隙率をいう。

本発明の一態様として、前記蓄熱性材料が、相変化温度１℃以上６０℃以下の潜熱蓄熱性材料であってもよい。

前記蓄熱性材料が、相変化温度が前記範囲である潜熱蓄熱性材料の場合には、前記温度の範囲内で蓄熱性材料が蓄熱するため、通常の気温の一日の温度変化において効率よく蓄熱効果が得られる。

この場合、前記潜熱蓄熱性材料がパラフィンであってもよい。

本発明の他の一態様として、前記蓄熱性材料が前記連続空隙中に５０体積％以上１００体積％以下充填されていてもよい。

前記蓄熱性材料が前記連続空隙中に前記範囲で充填されている場合には、より高い蓄熱効果が得られる。

尚、本発明において、前記連続空隙中に占める蓄熱性材料の前記体積％とは、前記空隙率と充填されている蓄熱性材の体積とから算出される割合を指す。

蓄熱性構造体の製造方法にかかる本発明は、連続空隙を有するアスファルト又はコンクリートの前記連続空隙中に液状の蓄熱性材料を充填するものである。

本発明によれば、蓄熱効果の高い蓄熱性構造体を得ることができる。

夏季の温度条件下で測定した温度変化を示すグラフである。冬季の温度条件下で測定した温度変化を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態について説明する。
まず、本実施形態の蓄熱性構造体は、連続空隙を有するアスファルト又はコンクリートの前記連続空隙の内部に、蓄熱性材料が充填されているものである。

前記蓄熱性材料としては、充填されるアスファルト又はコンクリートよりも蓄熱性が高い蓄熱性材料であって、前記アスファルト又はコンクリートに存在する連続空隙内に充填可能な蓄熱性材料であれば、特に限定されるものではない。
中でも、相変化温度１℃以上６０℃以下の潜熱蓄熱性材料であることが以下の理由により好ましい。

すなわち、前記潜熱性蓄熱材料は、相変化に伴う潜熱で蓄熱するため、比熱による蓄熱である顕熱蓄熱よりも通常、蓄熱密度が大きく蓄熱効率が高い。
また、前記相変化温度を有する潜熱蓄熱性材料は、前記温度の範囲で相変化を生じ蓄熱あるいは放熱するため、通常の外気温の温度変化の範囲において蓄熱効果（放熱効果）が得られる。

前記潜熱蓄熱性材料は、蓄熱をさせる温度によって適宜選択することができる。例えば、日本の夏季の屋外における道路等の温度上昇を抑制させる場合には、相変化温度２５℃〜６０℃、好ましくは３５℃〜４５℃程度の潜熱蓄熱性材料を用いることが好ましい。
一方、日本の冬季の屋外における道路等の凍結等を抑制させる場合には、相変化温度１℃〜２５℃、好ましくは５℃〜１０℃程度の潜熱蓄熱性材料を用いることが好ましい。

前記潜熱性蓄熱材料としては、例えば、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、オクタデカン等のパラフィン；酢酸ナトリウム３水和物、硫酸ナトリウム１０水和物等の無機系水和物；酢酸、カプリル酸等の脂肪酸；無機系共晶物；ベンゼン、ｐ−キシレン等の芳香族炭化水素化合物；パルミチン酸イソプロピル、ステアリン酸ブチル、デシルアルコール等のアルコール類等の化合物が挙げられる。
中でも、パラフィンを用いることが蓄熱効率がよいため好ましい。

前記潜熱蓄熱性材料としてパラフィンを用いる場合に、前記相変化温度、すなわち、パラフィンの場合には融点、が２５℃〜６０℃程度のものとしては、製品名：ＲＵＢＩＴＨＥＲＭＲＴ５２（ＲＵＢＩＴＨＥＲＭＧｍｂＨ社製）等が挙げられ、融点が１℃〜２５℃程度のものとしては製品名：ＲＵＢＩＴＨＥＲＭＲＴ６（ＲＵＢＩＴＨＥＲＭＧｍｂＨ社製）等が挙げられる。

本実施形態で用いる前記アスファルト又はコンクリートとしては、連続した空隙を内部に備え、前記空隙の連続空隙率が１０〜３０体積％、好ましくは１５〜２５体積％である公知のアスファルト又はコンクリートであれば特に限定されるものではない。
前記アスファルトとしては、例えば、開粒度アスファルト等が挙げられる。
前記コンクリートとしては、例えば、ポーラスコンクリート等が挙げられる。
本実施形態においては、セメントを含むポーラスコンクリート等のコンクリートを用いることが、セメントの蓄熱効果も得られるため好ましい。

前記連続空隙中に充填されている蓄熱性材料の充填量は、例えば、前記連続空隙の体積に対して、５０体積％以上１００体積％以下、好ましくは５５体積％以上９５体積％以下程度充填されていることが、蓄熱効果を高めることができる観点から好ましい。

前記ポーラスコンクリートとしては、例えば、セメント、粗骨材、必要に応じて細骨材、その他の混和材を含むものが挙げられる。

前記粗骨材としては、特に限定されるものではなく、例えば、粒径５〜１３ｍｍの砂利、砕石等の公知の粗骨材、これらの混合物や軽量骨材等が挙げられる。
前記粗骨材の配合割合は、例えば、セメント１００質量部に対して粗骨材が３５０〜５５０質量部、好ましくは４００〜５００質量部程度であることが、適切な空隙率および連続空隙の大きさに調整する観点から好ましい。

前記セメントとしては、特に限定されるものではなく、例えば、普通、早強、超早強、中庸熱、低熱などの各種ポルトランドセメントや、高炉セメント、シリカセメント及びフライアッシュセメントの各種混合セメントや、白色ポルトランドセメント及びアルミナセメント、超速硬セメント等の公知のセメントが挙げられ、これらを単独で又は混合して用いることができる。

前記細骨材としては、特に限定されるものではなく、例えば、山砂、川砂、陸砂、砕砂、海砂、珪砂３〜７号等の比較的粒径の細かい細骨材、または珪石粉、石灰石粉等の微粉末等の公知の細骨材が挙げられる。
前記細骨材の配合割合は、例えば、セメント１００質量部に対して細骨材が３０〜７０質量部、好ましくは４５〜６０質量部程度であることが、粗骨材の周囲がセメントと細骨材とで十分に被覆されることとなり、前記粗骨材とセメントとの付着が良好となるため、良好な品質を確保することができる。

本実施形態の蓄熱性構造体は、前記アスファルト又はコンクリートの底面および側面が液密になる（すなわち、底面および側面の連続空隙の開口が閉塞する）ようにコーティングされていてもよい。
このようにコーティングされている場合には、前記アスファルト又はコンクリートの連続空隙に、流動性のある液状の前記蓄熱性材料を充填する場合に、前記蓄熱性材料が流出することを防止できる。
前記コーティング用のコーティング材料としては、蓄熱性材料の流出を抑制でき、前記アスファルト又はコンクリートに接着可能なものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、有機系あるいは無機系のコーティング材料が挙げられる。
前記有機系のコーティング材料としては、例えば、アスファルト、天然ゴムなどの天然系材料、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの合成樹脂系材料などからなるコーティング材料が挙げられる。
前記無機系のコーティング材料としては、例えば、セメント、セラミック等が挙げられる。

次に、本発明の蓄熱性構造体の製造方法について説明する。
本実施形態の蓄熱性構造体の製造方法は、連続空隙を有するアスファルト又はコンクリートからなる構造体の前記連続空隙中に液状の蓄熱性材料を充填する方法である。

本実施形態では、まず、立方体などの任意の形状のブロック状に成形した前記アスファルト又はコンクリートからなる構造体の底面及び側面に、液密となるようにコーティングすることを行ってもよい。
コーティングの方法は、液状またはペースト状のコーティング材料を前記ブロックの外面に塗布してもよく、あるいは、フィルム状あるいはシート状のコーティング材料を接着剤等で接着することでコーティングしてもよい。

次に、前記蓄熱性材料を、前記アスファルト又はコンクリート構造体の連続空隙に充填する。
前記蓄熱性材料を充填する方法としては、液状の蓄熱性材料を、前記アスファルト又はコンクリート構造体のコーティングがされていない面に上から流すことで、前記面に開口する連続空隙の内部に容易に前記蓄熱性材料を充填することができる。
前記蓄熱性材料が液状であるため、前記空隙内の隅々まで充填することが容易にできる。

前記のように製造された蓄熱性構造体は、例えば、舗装道路、橋梁の路面、構造物の床材等に舗設することで、高温になる昼間には蓄熱し、低温になる夜間には放熱することで、構造体付近の温度変化を抑制することができる。
特に、舗装道路、橋梁の路面等に舗設した場合には、夏季の路面の過剰な温度上昇を抑制する、あるいは、冬季の路面凍結を抑制する等のメリットがある。

本実施形態にかかる蓄熱性構造体及びその製造方法は以上のとおりであるが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（試験体の作製）
以下の方法で構造体の試験体を作製した。
表１および表２に記載の配合でポーラスコンクリートブロック（９８ｍｍ×１９８ｍｍ×８０ｍｍ）を２００個×４セット（計８００個）作製した。
各硬化体を地面に設置した場合に上面になる面以外を、エポキシ樹脂（商品名：クイックメンダー、コニシ社製）を塗布して液密になるようにコーティングした。

一方、超速硬セメント（商品名マイルドジェットセメントＳタイプ、住友大阪セメント社製）を７５質量部、パラフィン１または２を１２５質量部、水７５質量部を混合して得られたセメントブロック（９８ｍｍ×１９８ｍｍ×８０ｍｍ）を２００個×２セット（計２００個）作製した。

前記硬化体を用いて夏季用の舗設面および冬季用の舗設面を作製した。
夏季用の舗設面として、前記ポーラスコンクリートブロック１セット（２００個）を１０個×２０個（約２ｍ四方）になるように２個所（Ａ及びＢ）に舗設した。
Ａには充填なし、Ｂにはパラフィン１（商品名：ＲＵＢＩＴＨＥＲＭＲＴ５２、ＲＵＢＩＴＨＥＲＭＧｍｂＨ社製、相変化温度５２℃）を６０℃に加熱した液体４２ｋｇを上面からまんべんなく流して、ポーラスコンクリートブロックの内部の連続空隙内に前記パラフィン１を充填した。
さらに、パラフィン１が混合された前記セメントブロック１セット（２００個）を１０個×２０個（約２ｍ四方）になるように１個所（Ｃ）に舗設した。

冬季用の舗設面として、前記ポーラスコンクリートブロック１セット（２００個）を１０個×２０個（約２ｍ四方）になるように２個所（Ｄ及びＥ）に舗設した。
Ｄには充填なし、Ｅにはパラフィン２（商品名：ＲＵＢＩＴＨＥＲＭＲＴ６、ＲＵＢＩＴＨＥＲＭＧｍｂＨ社製、相変化温度８℃）を２０℃に加熱した液体４２ｋｇを上面からまんべんなく流して、ポーラスコンクリートブロックの内部の連続空隙内に前記パラフィン２を充填した。
さらに、パラフィン２が混合された前記セメントブロック１セット（２００個）を１０個×２０個（約２ｍ四方）になるように１個所（Ｆ）に舗設した。

尚、ＢおよびＥに舗設したパラフィンが充填されたコンクリートブロックと、前記Ｃ及びＦに舗設したセメントブロックの各１個あたりのパラフィン量は１２５ｇと略同量になるように調整した。
また、前記各ポーラスコンクリートブロックの舗装調査・試験法便覧Ｂ０７３Ｔ「ポーラスコンクリートの空隙率試験方法」に従って測定した連続空隙率は、１７．５％であった。
また、前記Ｂ及びＥに舗設したポーラスコンクリートブロックの空隙におけるパラフィンの充填率は５７体積％であった。

（温度測定試験）
前記各ブロックの表面温度の変化を測定した。
測定方法は、測定装置（装置名：ＣＡＤＡＣ２１、英弘精機社製）を用いて、Ａ〜Ｆそれぞれ舗設したブロックの表面の４個所の温度を測定し、平均を算出した。
尚、Ａ〜Ｃの舗設構造体については夏季（７月：最低気温２５℃、最高気温３５℃、晴れ）に屋外で２４時間測定した。
一方、Ｄ〜Ｆの舗設構造体は、冬季（１月：最低気温５℃、最高気温１０℃、晴れ）に夏季と同様に屋外で２４時間測定した。
夏季の測定結果のグラフを図１に、冬季の測定結果のグラフを図２に示す。

図１及び図２のグラフから分かるように、夏季、冬季いずれの温度条件下においても、パラフィンを空隙に充填したポーラスコンクリートブロック（Ｂ，Ｅ）は、一日におけるブロック表面の温度変化が少ないことがわかる。
すなわち、夏季においては昼間の温度上昇を抑制し、冬季においては夜間の温度低下を抑制できる。

Claims

連続空隙を有するアスファルト又はコンクリートの前記連続空隙の内部に、蓄熱性材料が充填された蓄熱性構造体。
前記蓄熱性材料が、相変化温度１℃以上６０℃以下の潜熱蓄熱性材料である請求項１に記載の蓄熱性構造体。
前記潜熱蓄熱性材料がパラフィンである請求項２に記載の蓄熱性構造体。
前記蓄熱性材料が、前記連続空隙中に５０体積％以上１００体積％以下充填されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄熱性構造体。
連続空隙を有するアスファルト又はコンクリートの前記連続空隙中に液状の蓄熱性材料を充填する蓄熱性構造体の製造方法。