JP2852531B2 - 蓄熱材 - Google Patents

蓄熱材

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JP2852531B2 JP1203508A JP20350889A JP2852531B2 JP 2852531 B2 JP2852531 B2 JP 2852531B2 JP 1203508 A JP1203508 A JP 1203508A JP 20350889 A JP20350889 A JP 20350889A JP 2852531 B2 JP2852531 B2 JP 2852531B2
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祐一 林
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蓄熱材に関し、更に詳しくはパラフィン類を
主成分として用いた蓄熱材に関する。
〔従来の技術〕
従来蓄熱材はその原理から物質の顕熱を利用するも
の、物質の相変化潜熱を利用するもの、物質の化学反応
熱を利用するもの等がある。現在実用的な面より物質の
相変化潜熱を利用する蓄熱材が注目を集めており、蓄熱
式空調機器、蓄熱式建材、各種保温器具や装置等に利用
されつつある。
この相変化潜熱を利用する蓄熱材の一つとしてパラフ
ィン等の有機物質を用いた所謂有機蓄熱材がある。この
有機蓄熱材は使用中に過冷却、相分離等の難点が少な
く、長期寿命に優れているので従来から注目されてい
る。
元来、潜熱型蓄熱材は無機系、有機系を含め固体から
液体への相変化時に蓄熱し、液体から固体への相変化時
に放熱する。このためこれ等潜熱型蓄熱材を利用するた
めには液化時に流動して漏れないような形態を保つよう
な配慮が要求される。このための密閉容器や袋に収納す
る方法では、充分なる強度を有する容器等を使用すれば
コストが高く実用的ではなく、また簡易的なものにすれ
ば容易に破損して液が漏れたり溢れたりする恐れがあり
長期間使用する点では問題が生じる。
従って容器に収納する手段に代わって(イ)多孔質物
質内に収納する、(ロ)マイクロカプセル化する等の方
法が提案され、またこれ等を組合わせた方法が使用され
つつある。更にはまた(ハ)ポリオレフィン、通常は架
橋ポリオレフィンに収納させてカプセル中に閉じ込める
方法も提案されている。
しかしながら上記各方法によってもパラフィン等の滲
み出しが完全には防止出来ずに大きな問題となってお
り、その他製造上の工程が複雑でコスト高となったり、
単位体積当たりの蓄熱材の含有量が減少する等の問題が
生じる。更に上記(ロ)のマイクロカプセル化する方法
ではカプセル間に空間が生じ、この空間の存在により単
位体積当たりの蓄熱性能が低下する。
またその他の従来方法として結晶性ポリエチレン等の
結晶状ポリオレフィンに練り込む方法も知られている
が、取扱い上の難点がある。たとえば硬くて取扱いが困
難であったり、通常の取扱い中に破損したりする。更に
高温でパラフィン等が相分離して滲み出す難点も生じ、
これを防止するためには容器を強固なものとする必要が
あり実用的ではない。
一般に蓄熱材は、限られた空間に設置されることが多
く、特に蓄熱材の好ましい用途である蓄熱式床暖房装置
の場合等ではその設置空間は極めて限定され、単位体積
当たりの蓄熱量が少しでも大きいことが強く要望されて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明が解決しようとする課題は、従来の有機蓄熱材
の上記難点を解消することであり、更に詳しくは使用温
度域で30kcal/kg以上、好ましくは35kcal/kg以上の高レ
ベルの潜熱を有する有機質蓄熱材料であって、用いたパ
ラフィン類の最高結晶転移温度(Tmax、後記するように
多くの場合、融点に該当する。)以上においても溶融、
滴下、相分離、液体のブリードがなく、しかもTmax以下
(パラフィン類は、固体状を呈する。)でも脆くなく、
シート状に成形しても割れることがなく適度な柔軟性を
有する蓄熱材を開発することである。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は、パラフィン類100重量部、炭化水素系ポ
リマー5〜30重量部、加水分解しうるシラン系化合物0.
05〜10重量部、及び有機過酸化物0.005〜2重量部、更
に必要に応じてシラン系化合物の縮合触媒を主成分とし
て成る組成物を架橋し、これを蓄熱材として使用するこ
とにより解決される。
〔発明の作用並びに構成〕
本発明に於いては、蓄熱材の主要素の一つとしてパラ
フィン類を用い、これを炭化水素系ポリマーで担持させ
るものではあるが、加水分解しうるシラン系化合物及び
有機過酸化物をこれ等と併用することにより、パラフィ
ン類がそのTmax以上となってもこれ等シラン化合物の一
種の架橋反応により、溶融、滴下することなくうまく形
状保持が達成される。またTmax以下に於いても脆くなく
適度な柔軟性を有し、たとえシート状に成形しても割れ
難い。また通常パラフィン類100重量部に対し、その他
の成分の総量は多くても42重量部程度であり、パラフィ
ン類の含有量が多くて30kcal/kg以上の充分なる高レベ
ルの潜熱を有するものとなっている。
本発明に於いて使用されるパラフィン類としては、JI
S K 7121(プラスチックの転移温度測定方法)に従って
測定したTmaxが使用温度、即ち室温〜100℃好ましくは
室温〜80℃前後の温度域にある有機化合物が使用され
る。但しこの際の室温とは、本発明の蓄熱材がその稼働
中に遭遇する最低温度を意味する。
パラフィン類の好ましい具体例としては、各種パラフ
ィン、ロウ、ワックスをはじめ、ステアリン酸、パルミ
チン酸等の脂肪酸やポリエチレングリコール等のアルコ
ール類を例示することが出来、これ等1種が単独で、ま
たは2種以上の混合物として使用される。
上記した使用温度において、パラフィン類のあるもの
は唯1つの結晶転移温度を有し(この場合はその温度が
Tmaxとなる。)、またあるものは2種以上の多数の結晶
転移温度を有する。2種以上のパラフィン類の混合物も
2以上の多数の結晶転移温度を有する場合が多い。それ
らの場合においては、最高の結晶転移温度がTmaxに該当
する。本発明で使用するパラフィン類は、必ずしも明確
な融点(全体が固体から液体に相変化する温度)を示す
ものに限定しないが、多くのパラフィン類については、
一般にTmaxが融点に該当する。使用温度において、2以
上の多数の結晶転移温度を有するパラフィン類の場合、
それら全ての結晶転移温度を蓄熱に利用することが出来
る。
本発明に於いて使用される炭化水素系ポリマーとして
は天然ゴム、SBR、BR、IR等の汎用ゴム類をはじめ、そ
の他ポリメチレン、ポリエチレン、ポリスチレンなどの
ホモポリマー、メチレンを主体としてエチレン、プロピ
レン等が共重合したもの、エチレンを主体としてメチレ
ン、プロピレン、ブテン等が共重合したもの、プロピレ
ンを主体として他のオレフィンが共重合したもの、など
のオレフィン同志のコポリマー、エチレン、プロピレ
ン、ブテンなどのオレフィンと他のモノマーたとえば酢
酸ビニル、アクリル酸、メタクリル酸等、とのコポリマ
ー等が挙げられ、これ等の1種または2種以上の混合物
として使用される。
この炭化水素系ポリマーは、パラフィン類100重量部
に対し、5〜30重量部、好ましくは10〜20重量部の配合
割合で使用される。この炭化水素系ポリマーは、主にパ
ラフィン類を担持する目的で使用されるが、加水分解し
うるシラン系化合物の反応と相俟ってパラフィン類のT
max以上に於いても蓄熱材全体として溶融、滴下等を防
止して形状保持を達成し、またパラフィン類のブリード
を防止する。またTmax以下に於いては、適度な柔軟性を
有するので脆くなく割れ等を有効に防止し、たとえシー
ト状に成形しても割れることもない。
本発明に於いて使用されるシラン系化合物は、一般式
RR′SiY2(但し、Rは1価のオレフィン性不飽和を含む
炭化水素基又はハイドロカーボンオキシ基、Yは加水分
解しうる有機基、R′は基Rまたは基Yを表す)で表さ
れる化合物が使用され、更に具体例としてはこの種シラ
ン化合物として既知のもの、たとえばビニルトリエトキ
シシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジ
メトキシシランなどがあげられる。
これ等シラン系化合物はパラフィン類100重量部に対
し、0.05〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部で使用
される。該シラン系化合物は、有機過酸化物の作用によ
り炭化水素系ポリマーにグラフトされ、かつ水により一
種の架橋縮合反応が生じるため、炭化水素系ポリマー間
に架橋点を形成することとなり、結果としてパラフィン
類のTmax以上でも蓄熱材全体としての形状保持、ブリー
ド防止に有効に作用する。
有機過酸化物としては、その分解温度以上、特に100
℃以上の温度に於いて前記炭化水素系ポリマーに遊離ラ
ジカルを発生させ得る化合物が使用され、具体例として
たとえばジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル2,5−
ジ−(t−ブチルパーオキシ)−ヘキシン−3等があげ
られる。
有機過酸化物は、パラフィン類100重量部に対し、0.0
05〜2重量部、好ましくは0.05〜0.5重量部で使用され
る。該有機過酸化物は、前記炭化水素系ポリマーに遊離
ラジカルを発生させ、前記シラン系化合物を炭化水素系
ポリマーにグラフトさせるべく作用する。
本発明に於いては、必要に応じシラン系化合物の縮合
触媒を使用することも出来る。この際の縮合触媒として
は、通常シラノール縮合触媒として知られているものが
使用され、たとえばジブチル錫ジラウレート、酢酸第一
錫、ナフテン酸鉛、カプリル酸亜鉛の如きカルボン酸
塩、チタン酸エステル、キレート化合物の如き有機金属
化合物等があげられる。この種縮合触媒の使用量はパラ
フィン類100重量部に対し、0.1重量部以下程度であり、
該縮合触媒は水による架橋反応を促進する効果を有す
る。
本発明に於いては更にこの種成分に必要に応じ添加さ
れる公知の各種の添加剤を配合することが出来る。たと
えば老化防止剤、酸化防止剤、着色剤、顔料、帯電防止
剤等の他、用途に応じて防黴剤、難燃剤、防鼡剤を、さ
らには伝熱性向上のために金属粉、金属繊維、金属酸化
物、カーボン、カーボンファイバー等を使用することが
出来る。
本発明蓄熱材は、その形状としてはシート状をはじめ
板状、棒状、ブロック状、粒状、ペレット状等各種の形
状に成形でき、成形方法は以下に示される。
まず、上記組成物を予備的に混合する。この混合は2
本ロール等の通常の混合機で混合しても良いが、かきま
ぜる程度でも良い。尚、この際シラン系化合物は揮散し
易いので極力密閉状態で混合するのが良く、また次工程
の押出機等の密閉混合機内で直接混合するのが良い。
予備混合された組成物は、次いで有機酸化合物の分解
温度以上、好ましくは140℃以上に設定された密閉混合
機内で少なくとも30秒以上充分に混合される。この工程
で有機過酸化物が炭化水素系ポリマーにラジカルを発生
させ、シラン系化合物が該炭化水素系ポリマーにグラフ
トされる。而して炭化水素系ポリマーが水架橋性とな
り、これが均一に混合されることによって見掛け上組成
物全体が水架橋性となる。密閉混合機としては、押出
機、二軸混練押出機等、通常のものが使用される。
以上のように充分混合された組成物は各種の形状に成
形されるが、押出機等より直接成形することもでき、ま
た後工程で所望の形状に成形、加工しても良い。
成形された蓄熱材は、成形後に、あるいは成形前〜成
形中に架橋される。架橋は、前述したように上記の組成
物が混合中等に於いて水架橋性となるので、以後徐々に
進行する。この架橋反応は空気中の水分等の極僅かな水
分によっても必然的に進行するので、特に架橋操作を施
さなくても良いが、必要な場合は温水に浸漬する等の手
段により強度に架橋させても良い。
架橋度は極く低粘度でも良く、JIS C−3005によって
測定されるゲル分率値で表して2%以上あれば良い。
〔実施例〕
実施例1〜5、比較例1〜4 第1表に示す組成(割合は全て重量部)を予め密閉容
器で予備混合し、これをシリンダー温度を200℃に調整
した2軸混練押出機に供給し、スクリュー回転数40rpm
で押出し、これを水冷して実施例1〜5、比較例1〜4
の蓄熱材を得た。
この際、実施例2ではパラフィン類と炭化水素系ポリ
マーを2本ロールで混合し、チップ化した後に予備混合
に供した。他の実施例、比較例は組成成分を表示の比に
計量した後、全体をそのまま予備混合に供した。
上記で得た蓄熱材を130mm×110mm×2mm厚の板状にプ
レス成形して板状の蓄熱材とし、第1表に示す特性を以
下の方法で測定した。
尚、架橋度はJIS C−3005に準じ、溶剤としてキシレ
ンを用いキシレンの沸点で押出することによって測定し
た。
最大蓄熱温度:本発明蓄熱材は、使用したパラフィン
類の示す結晶転移温度特性が反映した蓄熱特性を示す。
最大蓄熱温度とは、最も大きな蓄熱あるいは吸熱を示す
温度であって、多くの場合パラフィン類のTmaxまたは融
点おいて、あるいはその近傍温度で現れる。この温度を
JIS K 7121に準じてDSC装置で測定した。
蓄熱量:JIS K 7122に準じてDSC装置により融解熱(kJ
/kg)を測定し、kcal/kgに換算して表示した。
柔軟性:蓄熱材を10mm巾の短冊状に切り取り、両端を
把持して90度で曲げ、破損するかどうかを調べて破損の
ないものを良とした。
形状保持性:実用上想定される最高温度域までオーブ
ン中で加熱した状態(最大蓄熱温度以上で蓄熱した状
態)を目視観察し、形状的に見て略原形を保っているも
のを良とした。不良は溶融したものである。
滲み出し:形状保持性が良であった蓄熱材についてポ
リエチレンフィルム袋中に封入し、所定温度に24時間放
置してパラフィン類が分離しているかどうかを目視観察
した。ほとんど異常のないものを良とした。不良は明ら
かに分離が認められるものである。
測定結果を第1表に示すが、本発明の実施例1〜5の
蓄熱材はいずれも35kcal/kg以上の蓄熱量を有し、実用
的に必要な他の特性も満足するものであった。一方比較
例は蓄熱量が不足であるか又は、他の特性が不充分であ
った。
尚、第1表中の(注1)〜(注7)は夫々下記のもの
である。
(注1):日本精蝋社製、商品名「115゜Fパラフィン」
融点47℃ (注2):大内新興化学社製、商品名「サンノック
N」、融点60℃、比重0.9 (注3):日本合成ゴム社製、商品名「EPO2P」、ムー
ニー粘度24、比重0.86 (注4):住友化学社製、商品名「エスプレン301」、
エチレン比率65% (注5):三菱油化社製、商品名「ユカロンエバ25
K」、酢酸ビニル含量25%、結晶化度18% (注6):三井石油化学社製、商品名「UZ3520L」、直
鎖状低密度ポリエチレン、比重1.935 (注7):2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン
ポリマー 実施例6 実施例1の組成物を実施例1と上記と同じ方法で押出
し、型に流し込んで800mm×250mm×20mm厚の板状蓄熱材
とした。これを0.1mm厚のポリエチレンシート袋中に封
入し、さらにポリエチレン/アルミニウム/ポリエステ
ル(30μm/25μm/25μm)の三層アルミラミネートシー
トでヒートシールにより封入して蓄熱ボードを作製し
た。この蓄熱ボード2枚の間に100V、67Wの発熱線ヒー
タを挿入した構造のサンドイッチ体を作製し、該サンド
イッチ体を床材とその下に設けた断熱材層との間に配置
して蓄熱式床暖房ユニットを構成した。
この蓄熱式床暖房ユニット中の上記発熱線ヒータに、
8時間通電−その後16時間は電源切断、の工程を1サイ
クル(24時間)とする通電サイクルを課して床面温度を
連続測定した結果、28℃に昇温した後は26〜28℃で24時
間経過後も安定していた。
〔発明の効果〕
本発明の蓄熱材は、30kcal/kg以上、好ましくは35kca
l/kg以上の高レベルの潜熱を有し、しかも融点以上にお
いても溶融、滴下、相分離、液体のブリード等がなく、
しかも使用したパラフィン類のTmaxまたは融点融点以下
でも脆くなくシート状に成形しても割れることかなく適
度な柔軟性を有する。以上により本発明の蓄熱材は、深
夜電力を利用する蓄熱式床暖房にも好適であり、床暖房
用以外にも同様な用途に使用し得る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09K 5/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パラフィン類100重量部に対し、炭化水素
    系ポリマーが5〜30重量部、加水分解しうるシラン系化
    合物が0.5〜10重量部、及び有機過酸化物が0.005〜2重
    量部から成る組成物を架橋してなることを特徴とする蓄
    熱材。
JP1203508A 1989-08-04 1989-08-04 蓄熱材 Expired - Lifetime JP2852531B2 (ja)

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