JP6035538B2 - 潜熱蓄熱部材及びそれを備えた建材、及びマイクロカプセル及びマイクロカプセルを用いた蓄熱材 - Google Patents

Description

本発明は、潜熱蓄熱部材及びそれを備えた建材に関する。
また、本発明は、マイクロカプセル及びマイクロカプセルを用いた蓄熱材に関する。

従来、住宅等の壁材として用いられる蓄熱ボードが知られている（例えば、非特許文献１）。この蓄熱ボードは、板状の断熱部材と、当該断熱部材に含有され、潜熱蓄熱材が内部に封入された多数のマイクロカプセルとを有している。潜熱蓄熱材の相変化温度は、２３℃又は２６℃程度である。

特開２００２−６９４３８号公報 特開２００７−２８４５１７号公報

「ＭＩＣＲＯＮＡＬ ＰＣＭ ＳＭＡＲＴＢＯＡＲＤ」カタログ、ビーエーエスエフ（ＢＡＳＦ）社、２００６年

上記の蓄熱ボードは、室内用途で用いられており、室内温度が相対的に高くなる夏季の日中には、室内の熱を潜熱蓄熱材に吸熱させることによって室内の温度上昇を抑制するようになっている。一方、室内温度が相対的に低くなる夏季の夜間には、上記の蓄熱ボードは、吸熱した熱を潜熱蓄熱材から室外に放熱させることによって吸熱可能な状態に戻るようになっている。これにより、消費エネルギーが相対的に大きくなる夏季の日中において室内の冷房負荷が減少するため、消費エネルギーの日単位でのピークシフトを実現できる可能性がある。

しかしながら、上記の蓄熱ボードが用いられる地域の気候や日毎の気温変化によっては、夜間に潜熱蓄熱材から室外に放熱させることが困難な場合がある。例えば、熱帯夜（外気温２５℃以上）である場合、外気との温度差が充分に取れない（２℃程度の温度差が必要）、或いは、潜熱蓄熱材の相変化温度以下となる時間が短いため、潜熱蓄熱材から室外に十分に放熱することができない。夜間における潜熱蓄熱材の放熱量が少ないと、翌日の日中における潜熱蓄熱材の吸熱量が減少するため、日中における室内の冷房負荷を十分に削減できなくなってしまう。したがって、従来の蓄熱ボードは、消費エネルギーの日単位でのピークシフトに確実に寄与するのが困難であるという問題を有している。

また、従来、蓄熱材料を内包したマイクロカプセルを水溶液中に分散させた蓄熱材が知られている。マイクロカプセルを用いた蓄熱材は、ゲル化剤が添加されておらず、マイクロカプセルが粉末であるため、取り扱いが容易である。また、マイクロカプセルを用いた蓄熱材は表面積を大きくすることができるので、熱交換率が高い。

蓄熱材料を内包したマイクロカプセルは、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。特許文献１に記載された蓄熱用マイクロカプセルは、壁物質に熱可塑性樹脂が用いられている。特許文献２に記載された蓄熱材マイクロカプセルは、壁物質にポリウレタン又はポリウレアが用いられている。このように、従来のマイクロカプセルの壁物質は、熱可塑性樹脂（例えば、メラミン樹脂）やポリウレタン樹脂により形成されている。

ところで、蓄熱材料は、固相及び液相間で相変化する際に体積変化する。蓄熱材料の相変化に伴う体積変化により、メラミン樹脂やポリウレタン樹脂で形成された壁物質に劣化や損傷が生じてしまう。このため、マイクロカプセルの耐久性が低下してしまう。温度の上昇又は下降を繰り返して蓄熱材を使用すると、マイクロカプセルの壁物質に亀裂が生じ、蓄熱材料が水溶液中に漏洩してしまう。従来の蓄熱材には、蓄熱材料が水溶液中に漏洩して水に不溶な蓄熱材料と水溶液が分離してしまい、蓄熱材料を内包したマイクロカプセルを水溶液中に分散させることができず、目的の性能が得られないという問題があった。

本発明の目的は、消費エネルギーの日単位でのピークシフトに、より確実に寄与できる潜熱蓄熱部材及びそれを備えた建材を提供することにある。

また、本発明の目的は、耐久性に優れたマイクロカプセル及びマイクロカプセルを用いた蓄熱材を提供することにある。

上記目的は、直接或いは保護層を介し、太陽等の熱源からのふく射熱を受ける面と、日中における前記ふく射熱を受ける面の最低温度Ｔｓｍｉｎと最高温度Ｔｓｍａｘとの間の温度範囲内にある相変化温度Ｔ１とを有することを特徴とする潜熱蓄熱部材によって達成される。

上記本発明の潜熱蓄熱部材において、前記最低温度Ｔｓｍｉｎは、日中における前記外界の外気温度Ｔｏｕｔにほぼ等しいことを特徴とする。

上記本発明の潜熱蓄熱部材において、前記相変化温度Ｔ１、前記最低温度Ｔｓｍｉｎ及び前記最高温度Ｔｓｍａｘは、Ｔｓｍｉｎ＜Ｔ１≦（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２の関係を満たすことを特徴とする。

上記本発明の潜熱蓄熱部材において、前記相変化温度Ｔ１は２７℃以上であることを特徴とする。

上記本発明の潜熱蓄熱部材において、パラフィンを含む材料を用いて形成されていることを特徴とする。また上記本発明の潜熱蓄熱部材において、水和物を含む材料を用いて形成されていることを特徴とする。

上記本発明の潜熱蓄熱部材において、ゲル化剤を含む材料を用いて形成されていることを特徴とする。

また上記目的は、上記本発明の潜熱蓄熱部材を有することを特徴とする建材によって達成される。

上記本発明の建材において、前記潜熱蓄熱部材の内側に設けられる断熱部材をさらに有することを特徴とする。

上記本発明の建材において、前記断熱部材の内側に設けられる別の潜熱蓄熱部材をさらに有することを特徴とする。

上記本発明の建材において、前記別の潜熱蓄熱部材は、前記相変化温度Ｔ１よりも低い相変化温度Ｔ２を有することを特徴とする。

また上記目的は、上記本発明の建材を有することを特徴とする建築物によって達成される。

また上記目的は、上記本発明の建材を概ね西に面した壁に用いることを特徴とする建築物によって達成される。

上記目的は、所定の相変化温度で相変化する蓄熱材料と、前記蓄熱材料を内包する壁物質と、前記壁物質内に導入された環動分子とを有することを特徴とするマイクロカプセルによって達成される。

上記本発明のマイクロカプセルであって、前記環動分子は、直鎖状分子と、前記直鎖状分子を包接する環状分子と、前記直鎖状分子の両末端に配置される封鎖基とを有することを特徴とする。

上記本発明のマイクロカプセルであって、前記環動分子は、ポリロタキサンであることを特徴とする。

上記本発明のマイクロカプセルであって、前記壁物質は、ポリウレア又はポリウレタンにより構成されていることを特徴とする。

上記本発明のマイクロカプセルであって、前記直鎖状分子は、ポリエチレングリコール又はポリカプロラクトンであることを特徴とする。

上記本発明のマイクロカプセルであって、前記環状分子は、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン又はγ−シクロデキストリンのうちから選択される少なくとも一種のシクロデキストリンであることを特徴とする。

上記本発明のマイクロカプセルであって、前記環状分子は、前記壁物質を構成するポリマー鎖とウレア結合又はウレタン結合により連結していることを特徴とする。

上記本発明のマイクロカプセルであって、前記環状分子は、ヒドロキシル基又はアミン基を有することを特徴とする。

上記本発明のマイクロカプセルであって、前記蓄熱材料には、有機材料又は無機材料が用いられていることを特徴とする。

また、上記目的は、容器と、前記容器内に充填された無機塩水溶液と、前記無機塩水溶液中に分散された本発明のマイクロカプセルとを有することを特徴とする蓄熱材によって達成される。

本発明によれば、消費エネルギーの日単位でのピークシフトに、より確実に寄与できる潜熱蓄熱部材及びそれを備えた建材を実現できる。

また、本発明によれば、耐久性に優れたマイクロカプセル及びマイクロカプセルを用いた蓄熱材を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態による潜熱蓄熱部材２０及びそれを備えた壁材１の模式的な断面構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による壁材１の夏季の日中のある時点における温度勾配の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による潜熱蓄熱部材２０を用いた場合における夏季の一日の温度変化の一例を示すグラフである。 日射時におけるＲＣ造の壁材の厚さ方向の温度分布を非定常解析で計算した結果を示すグラフである。 日射時における木造の壁材の厚さ方向の温度分布を非定常解析で計算した結果を示すグラフである。 日本のある地域での晴天の一日における外壁及び屋根の表面温度の変化の一例を示すグラフである。 日本のある地域での一日における外壁に対する日射量の変化の一例を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態による潜熱蓄熱部材２０の取付け方法の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による相変化温度Ｔ１の最適条件について説明する図である。 本発明の第１の実施の形態による相変化温度Ｔ１の最適条件について説明する図である。 本発明の第１の実施の形態による相変化温度Ｔ１の最適条件について説明する図である。 本発明の第２の実施の形態による潜熱蓄熱部材２０及びそれを備えた壁材２の模式的な断面構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による壁材２の夏季の日中のある時点における温度勾配の一例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の概略断面図である。 ポリウレアが生成されるポリウレア反応の反応式である。 ポリウレタンが生成されるポリウレタン反応の反応式である。 本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の壁物質１２０に導入される環動分子１３０の構造を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の壁物質１２０を拡大して見た模式図である。 本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の壁物質１２０を拡大して見た模式図である。 本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の壁物質１２０にポリウレアとヒドロキシル基を備えた環動分子１３０とが用いられる場合の反応例の反応式である。 本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の壁物質１２０にポリウレアとアミン基を備えた環動分子１３０とが用いられる場合の反応例の反応式である。 本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の壁物質１２０にポリウレタンとヒドロキシル基を備えた環動分子１３０とが用いられる場合の反応例の反応式である。 本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の壁物質１２０にポリウレタンとアミン基を備えた環動分子１３０とが用いられる場合の反応例の反応式である。 界面重合法を用いた本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の作製方法を示す模式図である。 界面重合法を用いた本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００の作製方法を示す模式図である。 コアセルベーション法を用いた本実施の形態によるマイクロカプセル１００の作製方法を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態による蓄熱材１０５を示す断面図である。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態による潜熱蓄熱部材及びそれを備えた建材について、図１〜図８を用いて説明する。なお、以下の全ての図面においては、理解を容易にするため、各構成要素の寸法や比率などを適宜異ならせて図示している。図１は、本実施の形態による潜熱蓄熱部材２０及びそれを備えた壁材１（建材の一例）の模式的な断面構成を示している。図１において、左方は室内側を表しており、右方は室外（外界）側を表している。また、図１に示す壁材１は、住宅等の建物のうち、太陽光が照射され得る方向（例えば、北半球では東、南東、南、南西又は西など）を向いた外壁に用いられる。特に、窓が少ない壁であれば壁からの入熱が大きいため、効果が大きい。

図１に示すように、壁材１は、潜熱蓄熱部材２０と、潜熱蓄熱部材２０の室内側（内側）に配置される断熱部材１０とが積層された構成を有している。断熱部材１０及び潜熱蓄熱部材２０はそれぞれ平板状の形状を有している。潜熱蓄熱部材２０の室外側（外側）には、外壁材（サイディング）３０が配置されている。ここで、説明を簡略化するために、図１に示す構成において外壁材３０の外側表面の温度は、潜熱蓄熱部材２０の外側表面２０ｂの温度とほぼ等しいものとする。すなわち、外壁材３０は、熱容量が比較的小さく、熱伝導率が比較的高く、厚さが比較的薄いものとする。また、外壁材３０は省略可能である。

断熱部材１０は、熱伝導率が比較的小さい材料を用いて形成されている。断熱部材１０としては、繊維系断熱材（例えばグラスウール）、発泡樹脂系断熱材（例えばポリウレタンフォーム）等が用いられる。

潜熱蓄熱部材２０は、所定の材料を用いて形成された潜熱蓄熱材が所定のフィルムで密封された構成を有している。潜熱蓄熱部材２０の内側表面２０ａは、断熱部材１０の外側表面と接触又は近接している。潜熱蓄熱部材２０の外側表面（太陽等の熱源からのふく射熱を受ける面）２０ｂは、外壁材３０の内側表面と接触又は近接している。潜熱蓄熱部材２０（潜熱蓄熱材）は、固相及び液相間の相変化が可逆的に生じる所定の相変化温度（融点）Ｔ１を有している。潜熱蓄熱部材２０は、相変化温度Ｔ１よりも高い温度では液相となり、相変化温度Ｔ１よりも低い温度では固相となる。潜熱蓄熱部材２０は、相変化の際に固相と液相の二相が混在する限り一定の相変化温度を保つため、比較的長時間一定の温度を保つことができる。潜熱蓄熱部材２０の相変化温度Ｔ１は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定することができる。

本実施の形態では、潜熱蓄熱部材２０の相変化温度Ｔ１は、夏季の日中における外側表面２０ｂの最低温度Ｔｓｍｉｎと最高温度Ｔｓｍａｘとの間の温度範囲内にある（Ｔｓｍｉｎ＜Ｔ１≦Ｔｓｍａｘ）。また、相変化温度Ｔ１は、最高温度Ｔｓｍａｘより最低温度Ｔｓｍｉｎに近い温度であることが望ましい。すなわち、相変化温度Ｔ１は、最低温度Ｔｓｍｉｎ及び最高温度Ｔｓｍａｘの平均温度以下であることが望ましい（Ｔ１≦（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２）。最低温度Ｔｓｍｉｎは、夏季の日中の外気温度Ｔｏｕｔ（例えば、日中における最低の外気温度Ｔｏｕｔ）にほぼ等しい温度（例えば２５℃）である。また、最高温度Ｔｓｍａｘは、太陽光の輻射熱によって外側表面２０ｂが高温になったときの温度である。最低温度Ｔｓｍｉｎを２５℃とし、最高温度Ｔｓｍａｘを７０℃とすると、潜熱蓄熱部材２０の相変化温度Ｔ１は２５℃より大きく、７０℃以下の温度範囲内（Ｔｓｍｉｎ＜Ｔ１≦Ｔｓｍａｘ）にある。また、潜熱蓄熱部材２０の相変化温度Ｔ１は、望ましくは温度差を得るために２７℃〜４８．５℃の温度範囲内（Ｔｓｍｉｎ＜Ｔ１≦（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２）にある。相変化温度Ｔ１をこの範囲に置くことで、室内と室外（外界）との間の温度差を小さくできる。入熱量は、温度差に比例するため、室内への入熱量を軽減することができ、室内の温度上昇を抑え、冷房負荷を低減することができる。

潜熱蓄熱部材２０は、例えばパラフィンを含む材料を用いて形成されている。パラフィンは、一般式Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２で表される飽和鎖式炭化水素の総称である。単一のパラフィンを用いる場合、潜熱蓄熱部材２０の相変化温度はパラフィンの炭素鎖数ｎによって異なる。パラフィンの相変化温度は、炭素鎖数ｎが大きくなるほど高くなる。２種以上のパラフィンの混合物を用いる場合、混合比を変えることによって潜熱蓄熱部材２０の相変化温度を調整することが可能である。例えば、２７℃〜４８．５℃の温度範囲内に相変化温度を有するパラフィンとしては、ｎ−ドコサン（Ｃ_２２Ｈ_４６）（融点４４．０℃、融解熱１５７ｋＪ／ｋｇ）、ｎ−エイコサン（Ｃ_２０Ｈ_４２）（融点３６．４℃、融解熱２４７ｋＪ／ｋｇ）、ｎ−オクタデカン（Ｃ_１８Ｈ_３８）（融点２８．２℃、融解熱２４３ｋＪ／ｋｇ）等がある。

また、潜熱蓄熱部材２０には、上記温度範囲に相変化温度を有していれば、パラフィン以外の種々の有機系材料や、種々の無機系材料を用いることができる。例えば、２７℃〜４８．５℃の温度範囲内に相変化温度を有するパラフィン以外の有機系材料としては、ラウリン酸（融点４４℃、融解熱１７８ｋＪ／ｋｇ）、カプリン酸（融点３１．５℃、融解熱１５３ｋＪ／ｋｇ）等がある。また、２７℃〜４８．５℃の温度範囲内に相変化温度を有する無機系材料としては、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３・５Ｈ_２Ｏ（融点４８．５℃、融解熱１９７ｋＪ／ｋｇ）、ＣａＢｒ_２・６Ｈ_２Ｏ（融点３８．２℃、融解熱１１５ｋＪ／ｋｇ）、Ｚｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ（融点３６℃、融解熱１４７ｋＪ／ｋｇ）、Ｎａ_２ＨＰＯ_４・１２Ｈ_２Ｏ（融点３５．２℃、融解熱２８１ｋＪ／ｋｇ）、Ｎａ_２ＳＯ_４・１０Ｈ_２Ｏ（融点３２．４℃、融解熱２５１ｋＪ／ｋｇ）、ＬｉＮＯ_３・３Ｈ_２Ｏ（融点３０℃、融解熱２５５ｋＪ／ｋｇ）、Ｃａ（ＮＯ_３）_２・４Ｈ_２Ｏ／Ｍｇ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ（融点３０℃、融解熱１３６ｋＪ／ｋｇ）、ＣａＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ（融点２９．８℃、融解熱１９２ｋＪ／ｋｇ）等がある。また、固体と液体との相変化ではなく、包接水和物の生成熱を用いてもよい。具体的には、アルキル四級アンモニウム塩である（Ｃ_４Ｈ_９）_４ＮＦ（融点３０℃、融解熱１６５ｋＪ／ｋｇ）、（ｉｓｏ−Ｃ_５Ｈ_１１）_４ＮＦ（融点３１．５℃、融解熱２３７ｋＪ／ｋｇ）、（ｉｓｏ−Ｃ_５Ｈ_１１）_４ＮＣｌ（融点２９．６℃、融解熱２６３ｋＪ／ｋｇ）等がある。このように潜熱蓄熱材は融点（相変化温度）付近で大きな熱量を蓄えることができる。物質の比熱を用いた顕熱蓄熱では、同量でこれだけの蓄熱を行うことができない。例えば、コンクリートの場合、温度差５℃で４．５ｋＪ／ｋｇ程度の熱しか蓄えることができない。

また、本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０（潜熱蓄熱材）はゲル状である。すなわち、本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０は、例えばパラフィンをゲル化（固化）するゲル化剤を含む材料を用いて形成されている。ゲルとは、分子が架橋されることで三次元的な網目構造を形成し、その内部に溶媒を吸収し膨潤したものをいう。ゲル化剤はパラフィンに対して数重量％含有させるだけでゲル化の効果を生じる。ゲル状の潜熱蓄熱部材２０は、固相と液相との間で相変化しても全体として固体状態を維持し、液相状態でも流動性を有しない。したがって、固相及び液相のいずれにおいても潜熱蓄熱部材２０自体が安定した形状を保つため、潜熱蓄熱部材２０の取扱いを容易にすることができる。ゲル化した潜熱蓄熱部材２０において、ゲル化剤は、例えば少なくともパラフィンの分子量よりも大きい分子量（例えば、分子量１００００以上）を有する重合体（ポリマー）となる。

上記の有機系又は無機系材料を用いた潜熱蓄熱部材２０には、必要に応じて、難燃剤や過冷却防止剤などを添加してもよい。

本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０は、潜熱蓄熱材がガスバリア性の高いフィルムで密封された構成を有している。これにより、潜熱蓄熱材が揮発性を有していたとしても、経年劣化等を防止できる。このフィルムは、例えば、アルミニウム蒸着ポリエチレンテレフタレート等の比較的熱伝導率の高い材料を用いて形成されている。フィルムは、相変化の繰り返しによる潜熱蓄熱部材２０の変形を防ぐため、潜熱蓄熱材の体積収縮に追随して収縮可能であることが望ましい。

図２は、夏季の日中のある時点における壁材１等の温度勾配の一例を示している。図２において、左方は室内側を表しており、右方は室外側を表している。縦方向は温度を表している。夏季の日中において天気が晴れのとき、外壁材３０や潜熱蓄熱部材２０の外側表面２０ｂの表面温度Ｔｓ（例えば最高温度Ｔｓｍａｘに等しい）は、太陽輻射（日射）によって外気温度Ｔｏｕｔ（例えば最低温度Ｔｓｍｉｎに等しい）よりも高くなる。外気温度Ｔｏｕｔと表面温度Ｔｓとの間の温度範囲に潜熱蓄熱部材２０の相変化温度Ｔ１があれば、潜熱蓄熱部材２０の外側表面２０ｂの温度Ｔｓが上昇したとしても、潜熱蓄熱部材２０の内部に伝達した熱は、当該潜熱蓄熱部材２０が固相から液相に相変化する際の融解熱として吸熱される。したがって、室外から室内への入熱を防ぐことができ、室内の温度上昇を抑制することができる。

また、潜熱蓄熱部材２０の温度は、固液と液相とが混在する状態では相変化温度Ｔ１に維持される。このため、相変化温度Ｔ１が最低温度Ｔｓｍｉｎと最高温度Ｔｓｍａｘとの間の温度範囲のうち比較的低い温度であれば、潜熱蓄熱部材２０（相変化温度Ｔ１）と室内（室内温度Ｔｉｎ）との間の温度勾配（断熱部材１０の温度勾配）を小さくすることができる。したがって、室外から室内への入熱をさらに防ぐことができ、室内の温度上昇を抑制することができる。

図２に示したような状態の後に天気が晴れから曇りに変化した場合、日射による外壁材３０や潜熱蓄熱部材２０の外側表面２０ｂへの伝熱が生じ難くなるため、表面温度Ｔｓは、潜熱蓄熱部材２０の相変化温度Ｔ１よりも低い外気温度Ｔｏｕｔ付近まで低下する。したがって、潜熱蓄熱部材２０に融解熱として蓄積された熱は、当該潜熱蓄熱部材２０が液相から固相に相変化する際の凝固熱として室外に放出される。これにより、潜熱蓄熱部材２０は、再び吸熱可能な状態に戻る。仮に、日中の天気が日没まで晴れのままであったとしても、日没後の夜間には日射による外壁材３０や潜熱蓄熱部材２０の外側表面２０ｂへの伝熱が確実に生じなくなるため、潜熱蓄熱部材２０は吸熱可能な状態に戻る。ここで、潜熱蓄熱部材２０から室外への放熱性を高めるために、外壁材３０の外側表面は赤外線の放射率の高い放射冷却面であることが望ましい。

図３は、本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０を用いた場合における夏季の一日（日の出から翌日の日の出まで）の温度変化の一例を示すグラフである。図中の横軸は時間経過を表し、縦軸は温度（℃）を表している。実線の曲線Ｌ１は外気温度の時間変化を示し、長破線の曲線Ｌ２は潜熱蓄熱部材２０の表面温度（外側表面２０ｂの温度）の時間変化を示し、短破線の曲線Ｌ３は潜熱蓄熱部材２０の内部温度（例えば、潜熱蓄熱部材２０の厚さ方向の中心の温度）の時間変化を示している。潜熱蓄熱部材２０（潜熱蓄熱材）の相変化温度Ｔ１は４０℃であるものとする。外気温度は、日の出時刻ｔ１には２５℃であり、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間には２５℃から３５℃まで単調に上昇し、時刻ｔ４から時刻ｔ６までの期間には３５℃に維持され、時刻ｔ６から時刻ｔ１０までの期間には３５℃から２５℃まで単調に低下し、時刻ｔ１０から翌日の日の出時刻ｔ１までの期間には２５℃に維持されるものとする。つまり、本例の一日における外気温度の最低温度は２５℃であり、最高温度は３５℃である。日没時刻は、時刻ｔ６と時刻ｔ１０との間の時刻ｔ８であるものとする。本例の一日において、日の出時刻ｔ１から日没時刻ｔ８までの期間が日中であり、日没時刻ｔ８から翌日の日の出時刻ｔ１までの期間が夜間である。また、日の出時刻ｔ１から時刻ｔ３までの天気は晴れであり、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの天気は曇りであり、時刻ｔ５から日没時刻ｔ８までの天気は晴れであり、時刻ｔ８以降の夜間の天気は晴れであるものとする。

まず、天気が晴れである期間（日の出時刻ｔ１から時刻ｔ３まで）の潜熱蓄熱部材２０の温度変化について説明する。日の出時刻ｔ１では、潜熱蓄熱部材２０の表面温度及び内部温度は外気温度と同じ２５℃であり、潜熱蓄熱部材２０は固相である。時刻ｔ１以降、潜熱蓄熱部材２０の表面温度は、外気温度の上昇に伴って上昇するとともに、日射によっても上昇する。本例では、潜熱蓄熱部材２０の表面温度は、時刻ｔ１以降、外気温度よりも速い上昇速度で約５５℃まで上昇するものとする。潜熱蓄熱部材２０の内部温度は、潜熱蓄熱部材２０の外側表面２０ｂからの熱伝導によって上昇する。本例では、潜熱蓄熱部材２０の内部温度は、時刻ｔ１以降、外気温度よりも速く表面温度よりも遅い上昇速度で上昇し、時刻ｔ２に相変化温度Ｔ１に到達するものとする。時刻ｔ２以降の潜熱蓄熱部材２０の内部温度は、固相から液相への相変化が終了するまで相変化温度Ｔ１に維持される。

次に、天気が曇りの後、再び晴れに変化した後の期間（時刻ｔ５から日没時刻ｔ８まで）の潜熱蓄熱部材２０の温度変化について説明する。時刻ｔ５に天気が曇りから晴れに変化すると、日射によって潜熱蓄熱部材２０の表面温度が上昇する。本例では、潜熱蓄熱部材２０の表面温度は、時刻ｔ５以降、所定の上昇速度で約５５℃まで上昇するものとする。潜熱蓄熱部材２０の内部温度は、固相から液相への相変化が終了する時刻ｔ７まで相変化温度Ｔ１に維持され、時刻ｔ７以降は上昇する。

次に、夜間（日没時刻ｔ８以降）の潜熱蓄熱部材２０の温度変化について説明する。夜間になると日射による伝熱が生じなくなるため、潜熱蓄熱部材２０の表面温度は、外気との熱交換によって外気温度付近まで徐々に低下する。本例では、時刻ｔ８での潜熱蓄熱部材２０の表面温度が内部温度よりも高いため、潜熱蓄熱部材２０の内部温度は、時刻ｔ８以降の所定時間は外側表面２０ｂからの熱伝導によって上昇する。その後、潜熱蓄熱部材２０の内部温度は、潜熱蓄熱部材２０の表面温度の低下に伴って低下し、時刻ｔ９に相変化温度Ｔ１に到達する。潜熱蓄熱部材２０の内部温度は、液相から固相への相変化が終了する時刻ｔ１１まで相変化温度Ｔ１に維持され、時刻ｔ１１以降は再び低下して潜熱蓄熱部材２０の表面温度（外気温度）に近づく。

一日においてこのような温度変化が生じた場合、日中における潜熱蓄熱部材２０の表面温度の最低温度Ｔｓｍｉｎは２５℃であり、最高温度Ｔｓｍａｘは５５℃である。潜熱蓄熱部材２０の表面温度が最低温度Ｔｓｍｉｎとなる時刻ｔ１において、当該表面温度は外気温度に等しい。

以上のように、潜熱蓄熱部材２０は、まず期間Ａ（時刻ｔ２〜ｔ３）で一部が固相から液相に相変化する。これにより、潜熱蓄熱部材２０は、期間Ａでは室外からの熱を吸熱して室内の温度上昇を抑制することができる。その後、天気が曇りに変化した期間Ｂ（時刻ｔ４〜ｔ５）では、潜熱蓄熱部材２０の一部が液相から固相に相変化する。これにより、潜熱蓄熱部材２０の一部は、吸熱した熱を室外に放熱することによって吸熱可能な状態に戻ることができる。その後、天気が再び晴れに変化した期間Ｃ（時刻ｔ６〜ｔ７）では、潜熱蓄熱部材２０の一部が固相から液相に相変化する。これにより、潜熱蓄熱部材２０は、期間Ｃでは室外からの熱を吸熱して室内の温度上昇を抑制することができる。その後、夜間の期間Ｄ（時刻ｔ９〜ｔ１１）では、潜熱蓄熱部材２０のほぼ全体が液相から固相に相変化する。これにより、潜熱蓄熱部材２０は、吸熱した熱を室外に放熱することによって吸熱可能な状態に戻ることができる。

本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０によれば、日中に晴れから曇りへの天気の変化があれば、吸熱した熱を当該日中の曇りの期間内にも放熱することができる。このため、日中における潜熱蓄熱部材２０の単位質量当たりの実質的な吸熱量を増加させることができる。したがって、潜熱蓄熱部材２０を薄型化、軽量化することができるとともに、室内への入熱をより長時間抑制することができる。

また、本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０によれば、日中に晴れから曇りへの天気の変化がなかったとしても、日射がなくなる夜間には吸熱した熱を確実に放熱することができる。このため、日中の室内の冷房負荷を削減するのに必要な吸熱量を確実に確保することができるので、日単位での消費エネルギーのピークシフトに、より確実に寄与できる。

また、本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０では、潜熱蓄熱材の相変化温度が潜熱蓄熱部材２０の表面温度の最高温度Ｔｓｍａｘと最低温度Ｔｓｍｉｎとの間に設定される。最高温度Ｔｓｍａｘと最低温度Ｔｓｍｉｎとの間には、通常数十℃程度の温度差があるため、潜熱蓄熱材の相変化温度の設定（潜熱蓄熱材の材料選択）は容易である。

ここで、本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０に代えて従来の蓄熱ボードを用いた場合について考える。従来の蓄熱ボード内の潜熱蓄熱材の相変化温度は２３℃又は２６℃付近である。図３に示す例では夜間においても外気温度が２５℃までしか低下しないため、相変化は数度の温度幅の中で生じることを考慮すると、従来の蓄熱ボードでは吸熱した熱を夜間に全て放熱することができない。また、日中に晴天から曇天への天候の変化等により、外気温が低下した時も、相変化温度域を挟んだ温度変化が生じないため、充分な放熱を行うことが出来ない。したがって、従来の蓄熱ボードでは、本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０とは異なり、潜熱蓄熱材を確実に一日周期で吸熱可能な状態に戻すことが困難であった。

仮に、夜間の外気温度が２５℃以下に低下し、蓄熱ボードから夜間に放熱することができたとしても、外気温度が相対的に高くなる日中の温度変化により蓄熱ボードから放熱できる可能性は低い。したがって、従来の蓄熱ボードでは、本実施の形態の潜熱蓄熱部材２０とは異なり、日中における実質的な吸熱量を増加させることが困難であった。

また、従来の蓄熱ボードでは、潜熱蓄熱材の相変化温度が夏季の日中の外気温度と夜間の外気温度との間に設定される必要がある。したがって、夏季の昼夜の温度差が大きい地域（例えばヨーロッパ）で用いられる場合には潜熱蓄熱材の相変化温度の設定（潜熱蓄熱材の材料選択）が比較的容易であるが、夏季の昼夜の温度差が小さい地域（例えば日本）で用いられる場合には潜熱蓄熱材の相変化温度の設定が困難であった。

（実施例１）
図４は、日射時におけるＲＣ造の壁材の厚さ方向の温度分布を非定常解析で計算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は壁材の外側表面から内側方向への距離（ｍｍ）を表し、縦軸は温度（℃）を表している。グラフ中の■印は壁材ａの温度分布を示し、▲印は壁材ｂの温度分布を示し、◆印は壁材ｃの温度分布を示している。ここで、ＲＣ造の壁材ａ、ｂ、ｃは、サイディング（厚さ９ｍｍ、熱伝導率０．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱１０７２Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、密度１０８０ｋｇ／ｍ^３）、断熱材（厚さ３０ｍｍ、熱伝導率０．０５１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱８７０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、密度１６ｋｇ／ｍ^３）、コンクリート（厚さ１００ｍｍ、熱伝導率１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱９００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、密度２４００ｋｇ／ｍ^３）、及び石膏ボード（厚さ１２ｍｍ、熱伝導率０．２２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱１０４６Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、密度５９２ｋｇ／ｍ^３）が外側からこの順に積層された構造を有するものとする。壁材ａには厚さ１０ｍｍの潜熱蓄熱材Ａ（相変化温度３０℃）がサイディングの外側に配置され、壁材ｂには厚さ１０ｍｍの潜熱蓄熱材Ｂ（相変化温度４０℃）がサイディングの外側に配置され、壁材ｃには潜熱蓄熱材が配置されていないものとする。潜熱蓄熱材Ａ、Ｂの密度は７９０ｋｇ／ｍ^３であり、比熱は１８００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）（固体）、１１４５００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）（固体→液体）、２１００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）（液体）であり、熱伝導率は０．３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）（固体、固体→液体）、０．１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）（液体）であるものとする。日射は、壁材ａ、ｂ、ｃのそれぞれの外側表面に対して照射強度５０Ｗ／ｍ^２で４時間照射されたものとする。

図４に示すように、上記の日射量は潜熱蓄熱材Ａ、Ｂの潜熱容量で全て吸収されるため、壁材ａ、ｂの外側表面の温度は各潜熱蓄熱材の相変化温度（３０℃又は４０℃）に維持されている。一方、潜熱蓄熱材の設けられていない壁材ｃの外側表面の温度は約６０℃となっている。これにより、潜熱蓄熱材が壁材ａ、ｂの外側表面の温度上昇を抑制していることが分かる。また、潜熱蓄熱材の設けられた壁材ａ、ｂでは、壁材ｃと比較して、内側表面の温度が低い。これにより、潜熱蓄熱材が壁材ａ、ｂの内側表面の温度上昇も抑制していることが分かる。

（実施例２）
図５は、日射時における木造の壁材の厚さ方向の温度分布を非定常解析で計算した結果を示すグラフである。グラフの横軸は壁材の外側表面から内側方向への距離（ｍｍ）を表し、縦軸は温度（℃）を表している。グラフ中の■印は壁材ｄの温度分布を示し、▲印は壁材ｅの温度分布を示し、◆印は壁材ｆの温度分布を示している。ここで、木造の壁材ｄ、ｅ、ｆは、サイディング（厚さ９ｍｍ、熱伝導率、比熱、密度は上記と同様）、空気層（厚さ３０ｍｍ、熱伝導率０．０２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱１００７Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、密度１．１７６３ｋｇ／ｍ^３）、合板（厚さ１２ｍｍ、熱伝導率０．１６２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、比熱１６１９Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、密度４００ｋｇ／ｍ^３）、断熱材（厚さ３０ｍｍ、熱伝導率、比熱、密度は上記と同様）、合板（厚さ１２ｍｍ、熱伝導率、比熱、密度は上記と同様）、及び石膏ボード（厚さ１２ｍｍ、熱伝導率、比熱、密度は上記と同様）が外側からこの順に積層された構造を有するものとする。壁材ｄには厚さ１０ｍｍの潜熱蓄熱材Ａ（相変化温度３０℃）がサイディングの外側に配置され、壁材ｅには厚さ１０ｍｍの潜熱蓄熱材Ｂ（相変化温度４０℃）がサイディングの外側に配置され、壁材ｆには潜熱蓄熱材が配置されていないものとする。日射は、壁材ａ、ｂ、ｃのそれぞれの外側表面に対して照射強度５０Ｗ／ｍ^２で４時間照射されたものとする。

図５に示すように、上記の日射量は潜熱蓄熱材Ａ、Ｂの潜熱容量で全て吸収されるため、壁材ｄ、ｅの外側表面の温度は各潜熱蓄熱材の相変化温度（３０℃又は４０℃）に維持されている。一方、潜熱蓄熱材の設けられていない壁材ｆの外側表面の温度は約６０℃まで上昇している。これにより、潜熱蓄熱材が壁材ｄ、ｅの外側表面の温度上昇を抑制していることが分かる。また、潜熱蓄熱材の設けられた壁材ｄ、ｅでは、壁材ｆと比較して、内側表面の温度が低い。これにより、潜熱蓄熱材が壁材ｄ、ｅの内側表面の温度上昇も抑制していることが分かる。

次に、本実施の形態による潜熱蓄熱部材２０の相変化温度の設定手順（潜熱蓄熱材の材料選択手順）について説明する。図６は、日本のある地域での晴天の一日における外壁及び屋根の表面温度の変化の一例を示すグラフである。グラフの横軸は時刻（６時〜２０時）を表し、縦軸は温度（℃）を表している。ここで、６時〜１８時を日中とし、１８時〜２０時を夜間とする。グラフ中の□印を結ぶ曲線は東を向いた外壁（東壁）の表面温度の変化を示し、◆印を結ぶ曲線は南を向いた外壁（南壁）の表面温度の変化を示し、■印を結ぶ曲線は西を向いた外壁（西壁）の表面温度の変化を示し、×印を結ぶ曲線は北を向いた外壁（北壁）の表面温度の変化を示し、○印を結ぶ曲線はほぼ水平な屋根の表面温度の変化を示し、●印を結ぶ曲線は外気温度の変化を示している。

図６に示すように、東壁表面の日中の最高温度は約５０℃（１０時）であり、日中の最低温度は約１６℃（１８時）である。したがって、この地域において建物の東壁に使用される潜熱蓄熱部材２０には、相変化温度１８℃〜５０℃（望ましくは１８℃〜３３℃）の潜熱蓄熱材が用いられる。南壁表面の日中の最高温度は約３８℃（１２時）であり、日中の最低温度は約１７℃（６時）である。したがって、この地域において建物の南壁に使用される潜熱蓄熱部材２０には、相変化温度１９℃〜３８℃（望ましくは１９℃〜２７．５℃）の潜熱蓄熱材が用いられる。

西壁表面の日中の最高温度は約４５℃（１６時）であり、日中の最低温度は約１７℃（６時）である。したがって、この地域において建物の西壁に使用される潜熱蓄熱部材２０には、相変化温度１９℃〜４５℃（望ましくは１９℃〜３１℃）の潜熱蓄熱材が用いられる。屋根表面の日中の最高温度は約６３℃（１２時）であり、日中の最低温度は約２０℃（１８時）である。したがって、この地域において建物の屋根に使用される潜熱蓄熱部材２０には、相変化温度２２℃〜６３℃（望ましくは２２℃〜４１．５℃）の潜熱蓄熱材が用いられる。なお、日射の少ない北壁の表面温度は、外気温度とほぼ同様に推移している。

特定の地域で建材として使用される潜熱蓄熱部材２０の相変化温度は、上記のように同地域又は近隣地域の夏季の代表的な一日の温度変化に基づいて決定してもよいし、同地域又は近隣地域の夏季の複数の日（例えば、７月〜９月の３ヶ月間）の温度変化を時間帯毎に平均した結果に基づいて決定してもよい。

図７は、図６と同地域での一日における外壁に対する日射量の変化の一例を示すグラフである。図７（ａ）は東壁の日射量の変化を示し、図７（ｂ）は南壁の日射量の変化を示し、図７（ｃ）は西壁の日射量の変化を示し、図７（ｄ）は北壁の日射量の変化を示している。図７（ａ）〜（ｄ）に示すグラフにおいて、横軸は時刻を表し、縦軸は日射量（ＭＪ／ｍ^２）を表している。図７（ａ）〜（ｃ）の３つのグラフで示すように、各外壁（東壁、南壁、西壁）に対する日射量が大きくなる時間帯は、概ね４〜５時間程度である。例えば、東壁に対する日射量が大きくなる時間帯（７時、８時、９時、１０時の４時間）の日射量を積算すると約１０．５ＭＪ／ｍ^２となる。一方、潜熱蓄熱材の潜熱量を１５０ｋＪ／ｋｇとし、密度を７９０ｋｇ／ｍ^３とすると、当該潜熱蓄熱材の体積当たりの潜熱量は約１２０ＭＪ／ｍ^３となる。したがって、上記時間帯の東壁に対する日射量（約１０．５ＭＪ／ｍ^２）を全て吸収するとすれば、東壁に設けられる潜熱蓄熱部材２０（潜熱蓄熱材）の厚さは約８．７ｃｍ以上である必要がある。

図８は、本実施の形態による潜熱蓄熱部材２０の取付け方法の一例を示す図である。本例では、断熱部材１０の外側に、室外側に凸となる複数のリブ４０が固定して設けられている。各リブ４０は鉛直方向に延伸しており、水平方向に所定間隔で配列している。複数の潜熱蓄熱部材２０は、それぞれ一定サイズの平板状（例えば、長方形平板状又は正方形平板状）の形状を有している。各潜熱蓄熱部材２０の幅はリブ４０の間隔とほぼ等しい。各潜熱蓄熱部材２０は、隣り合うリブ４０間に嵌め込まれることによって断熱部材１０に取り付けられる。なお、潜熱蓄熱部材２０の厚さが薄い場合（例えば５ｍｍ程度）には、塗装と同様の手法で断熱部材１０に取り付けるようにしてもよい。

ここで、断熱及び蓄熱の考え方について説明する。断熱とは、熱の流れを阻止する能力のことをいう。建材として断熱材を用いるのに最適な気候は、年間を通じて温度が極端である気候（夏は極端に暑く、冬は極端に寒い気候）である。一方、年間を通じて温和な気候の地域で断熱材を用いると、建物内で発生した熱（照明、電気機器、人体などからの熱）を外に逃がし難くなる。このため、年間を通じて温和な気候の地域では断熱は不利となる。

蓄熱とは、熱の流れを時間的に遅らせる能力のことをいう。建材として蓄熱材を用いるのに最適な気候は、一日の温度変化が大きい気候、又は年間を通じて暖房又は冷房の一方のみを必要とする気候である。一日における熱負荷（冷房負荷又は暖房負荷）のピークを時間的に遅らせることにより、冷房設備や暖房設備の能力を低くすることができるため、設備費を減少させることができる。また、連続運転により効率を向上させることができるため、運転費を減少させることができる。一方、使用頻度が低く温度変化が大きい建物で蓄熱材を用いると、制御に対する応答が遅くなるので、必要なときに必要な快適性を得るためには遅れを考慮した予測運転が必要になる。このため、このような建物では蓄熱は不利となる。

上記実施形態では、相変化温度Ｔ１は、最低温度Ｔｓｍｉｎ及び最高温度Ｔｓｍａｘの平均温度以下であることが望ましい（Ｔ１≦（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２）ことを説明したが、次に、相変化温度Ｔ１の最適条件について説明する。ここでは家屋の西側外壁に本実施形態を適用した場合で説明する。一般に西側外壁は窓が少なく壁からの入熱が大きいため本実施形態を適用する効果が大きいと考えられる。

図９（ａ）は、東京の夏季の８月の晴天時であって東京に建築された家屋の西側外壁における気象データを示すグラフである。横軸は時の経過を表しており、左端に０時をとり右端に２４時をとっている。左側の縦軸は気温（℃）を表している。右側の縦軸は日射量（Ｗ／ｍ^２）を表している。グラフ中の実線で示すデータは外気温度Ｔｏｕｔを示している。グラフ中の点線で示すデータは西側外壁での日射量を示している。

図９（ａ）に例示する外気温度Ｔｏｕｔでは、午前５時頃に当日の最低気温となる２７．５℃を記録し、午前１１時３０分頃に当日の最高気温となる３４．３℃を記録している。午前８時から午後９時３０分まで気温が３０℃を超えている。西側外壁面では、午前７時頃から日射量が増加し始め、午後１時頃に日射量が２００Ｗ／ｍ^２程度になっている。その後、日射量は午後５時頃までに７２０Ｗ／ｍ^２にまで増加して、以降急速に０に低下している。

図９（ａ）に示す気象データを用いて、日射による西側外壁の温度上昇を計算した。また、西側外壁温度と室温との温度差により、室内に流入する熱量を熱負荷として積算した。図９（ｂ）に計算モデルを示す。西側外壁は室内側から室外に向かってコンクリート（厚さ１００ｍｍ）、断熱材（厚さ３０ｍｍ）、蓄熱外壁（蓄熱部材：厚さ５ｍｍ）の順に張り合わされているものとする。室内の温度を室温Ｔｉｎ、室外の温度を外気温Ｔｏｕｔ、蓄熱外壁の温度を外壁温度Ｔｓとし、蓄熱外壁の熱伝導率は、対流・放射による放熱を考慮して２５Ｗ／（ｍ^２／ｋ）とした。

蓄熱外壁に使用している潜熱蓄熱材の相変化温度として、２７〜２９℃、３１〜３３℃、３５〜３７℃、３９〜４１℃、４３〜４５℃、４７〜４９℃の６種類とした。また、潜熱蓄熱材として、有機系蓄熱材Ａ、無機水和物Ｂ、蓄熱マイクロカプセルを分散させた無機水和物Ｃ、蓄熱石膏ボードＤの４種類を想定した。有機系蓄熱材Ａの単位体積当りの潜熱値は１５８ＭＪ／ｍ^３、熱伝導率は０．３４Ｗ／（ｍ・ｋ）とした。無機水和物Ｂの単位体積当りの潜熱値は２３４ＭＪ／ｍ^３、熱伝導率は１．１Ｗ／（ｍ・ｋ）とした。蓄熱マイクロカプセルを分散させた無機水和物Ｃの単位体積当りの潜熱値は１７６ＭＪ／ｍ^３、熱伝導率は０．５４Ｗ／（ｍ・ｋ）とした。蓄熱石膏ボードＤの単位体積当りの潜熱値は５５ＭＪ／ｍ^３、熱伝導率は０．２２Ｗ／（ｍ・ｋ）とした。最低温度Ｔｓｍｉｎは、日中における最低の外気温度Ｔｏｕｔにほぼ等しい温度（＝２７℃）である。また、最高温度Ｔｓｍａｘは、太陽光の輻射熱によって西側外壁外表面が高温になったときの温度（＝４９℃）である。

図１０は計算結果を示すグラフである。縦軸は西側外壁から室内への入熱量比を表している。入熱量比は、西側外壁に蓄熱材がない場合の室内入熱量を１００として示している。横軸は、左端に西側外壁に蓄熱材がない場合を表し、それより右側に相変化温度域を低温から高温に向かって、２７〜２９℃、３１〜３３℃、３５〜３７℃、３９〜４１℃、４３〜４５℃、４７〜４９℃ごとに示している。図１０において、点線の曲線Ａは、有機系蓄熱材Ａを潜熱蓄熱材に用いた蓄熱外壁の特性を示している。一点鎖線の曲線Ｂは、無機水和物Ｂを潜熱蓄熱材に用いた蓄熱外壁の特性を示している。実線の曲線Ｃは、蓄熱マイクロカプセルを分散させた無機水和物Ｃを潜熱蓄熱材に用いた蓄熱外壁の特性を示している。破線の曲線Ｄは、蓄熱石膏ボードＤを潜熱蓄熱材に用いた蓄熱外壁の特性を示している。

図１０に破線の枠で示すように、４種類のいずれの蓄熱外壁も相変化温度域が３５〜３７℃において西側外壁から室内への入熱量比が最低となる。また、４種類のいずれの蓄熱外壁も相変化温度域が３９〜４１℃の場合は入熱量比が１００を超えて室内への入熱量が急増する。このため、相変化温度Ｔ１は、最低温度Ｔｓｍｉｎ及び最高温度Ｔｓｍａｘの平均温度近傍であることが望ましい（Ｔ１≒（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２）。

図１１（ａ）〜（ｅ）は、図９（ａ）に示す気象データを用いて、蓄熱材を備えた外壁の温度と蓄熱材を備えない外壁の温度を相変化温度の異なる６種類の蓄熱材毎に比較して示している。図１１の各図において、横軸は時の経過を表しており、左端に０時をとり右端に２４時をとっている。左側の縦軸は温度（℃）を表している。右側の縦軸は日射量（Ｗ／ｍ^２）を表している。グラフ中の点線で示すデータは外気温度Ｔｏｕｔを示している。グラフ中の一点鎖線で示すデータは西側外壁での日射量を示している。また、実線で示すデータは蓄熱材を備えた外壁の温度を表し、破線は蓄熱材がない外壁の温度を表している。

図１１（ａ）は、相変化温度Ｔ１≒Ｔｓｍｉｎの場合（例えば、相変化温度Ｔ１が２７〜２９℃）を例示している。図１１（ａ）に示すように、午前７時から午前１１時近くまでの期間において、外気温（点線）が２８℃から３４℃程度まで上昇するとともに日射量（一点鎖線）が５０Ｗ／ｍ^２から１５０Ｗ／ｍ^２超まで増大するのに伴って、蓄熱材のない外壁の温度（破線）は、２８℃から３６℃程度まで上昇する。これに対し蓄熱材のある外壁の温度（実線）は、同期間において概ね２８℃程度に維持されている。これにより、室内への熱流入を抑えることができる。午前１１時以降は外気温が２９℃を下回ることがなく相変化温度Ｔ１≒Ｔｓｍｉｎの蓄熱材は潜熱を利用した吸放熱をしないので、蓄熱材を備えた外壁と蓄熱材を備えない外壁とは外壁温度がほぼ同じとなる。

図１１（ｂ）は、相変化温度Ｔ１≒（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２の場合（例えば、相変化温度Ｔ１が３７〜３９℃）を例示している。図１１（ｂ）に示すように、午前１１時過ぎに外壁温度が３７℃になるまでは、蓄熱材を備えた外壁と蓄熱材を備えない外壁とは外壁温度がほぼ同じである。午前１１時過ぎから午後６時少し手前までの期間において、外気温（点線）が３４℃から３１℃程度まで上昇するとともに日射量（一点鎖線）が１６０Ｗ／ｍ^２から７００Ｗ／ｍ^２程度まで増大するのに伴って、蓄熱材のない外壁の温度（破線）は、３７℃から４７℃程度まで上昇する。これに対し蓄熱材のある外壁の温度（実線）は、同期間において概ね３７℃から３９℃程度に維持されている。これにより、室内への熱流入を抑えることができる。午後６時頃に蓄熱材は相変化温度を超えて顕熱吸熱となり温度は４６℃程度まで急上昇するが日没とともに急激に日射量が低下するため再び相変化温度まで外壁の温度が低下する。その後、３９℃から３７℃を維持して午後１１時近くまで潜熱放熱をする。このように、相変化温度Ｔ１が（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２の近傍となる蓄熱材を備えた外壁によれば、熱流入を最小限に抑えて消費エネルギーの日単位でのピークシフトを実現できる。

図１１（ｃ）は、相変化温度Ｔ１＞（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２の場合（例えば、相変化温度Ｔ１が４５〜４７℃）を例示している。図１１（ｃ）に示すように、外壁温度が４５℃となる午後４時頃までは、蓄熱材を備えた外壁と蓄熱材を備えない外壁とはほぼ同じように外壁温度が上昇する。午後４時過ぎから午後９時少し手前までの期間においては、蓄熱材を備えた外壁は相変化温度を維持しているので、蓄熱材を備えない外壁より外壁温度が高く維持される。このため、室内への熱流入は増加傾向となる。

図１１（ｄ）は、相変化温度Ｔ１＜Ｔｓｍｉｎの場合（例えば、相変化温度Ｔ１が２５〜２７℃）を例示している。また、図１１（ｅ）は、相変化温度Ｔ１＞Ｔｓｍａｘの場合（例えば、相変化温度Ｔ１が４７〜４９℃）を例示している。いずれの場合も潜熱による吸放熱がないので、蓄熱材を備えた外壁は蓄熱材を備えない外壁と同様の温度変化となる。

（実施例３）
上述の有機系蓄熱材Ａとしてパラフィンを用いた場合の効果について述べる。図９（ａ）に示した東京の夏期の気温・日射量データ（８月晴天日）を用い、西面外壁に本実施形態を使用した場合の屋内への入熱量をシミュレーションにより求めた。計算に用いた壁の断面構造は図９（ｂ）に示すのと同一であり、各部材の熱物性値は、先に示した値を用いた。パラフィンの厚さは５ｍｍとし、相変化温度域に合わせて、炭素数１８から２２までのものから適宜選択して用いた。単位体積当りの潜熱値及び熱伝導率はそれぞれ、１５８ＭＪ／ｍ^３、０．３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。日射は外壁で５０％反射されるとし、残りの日射量が熱に変わるとした。また、外壁は温度上昇時に、外気温との温度差により放射、対流により熱を放熱することを考慮し、その熱伝達率を２５［Ｗ／ｍ^２・Ｋ］とした。相変化温度域をＴｓｍｉｎ（２７℃）から２℃刻みでＴｓｍａｘ（４９℃）まで変化させ、蓄熱材が無い場合の室内への入熱量を１００とした場合の比率を求めた。図１０のグラフ中にプロットした点線の曲線Ａがその結果である。Ｔ１＜（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２までは概ね入熱量は減少傾向にあり、Ｔ１≒（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２付近では特に大きな省エネ効果（屋内への入熱量を１０％削減）を得た。

（実施例４）
本実施例の蓄熱材として無機水和物Ｂを用いた場合の効果について述べる。シミュレーションに用いたデータ、構造は蓄熱材以外は実施例３と同じである。無機水和物の厚さは５ｍｍとし、相変化温度域に合わせて、前述の無機水和物材料を適宜選択して用いた。単位体積当たりの潜熱値及び熱伝導率はそれぞれ、２３４ＭＪ／ｍ^３、１．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。日射は外壁で５０％反射されるとし、残りの日射量が熱に変わるとした。また、外壁は温度上昇時に、外気温との温度差により放射、対流により熱を放熱することを考慮し、その熱伝達率を２５［Ｗ／ｍ^２・Ｋ］とした。相変化温度域をＴｓｍｉｎ（２７℃）から２℃刻みでＴｓｍａｘ（４９℃）まで変化させ、蓄熱材が無い場合の室内への入熱量を１００とした場合の比率を求めた。図１０のグラフ中にプロットした一点鎖線の曲線Ｂがその結果である。Ｔ１＜（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２までは概ね入熱量は減少傾向にあり、Ｔ１≒（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２付近では特に大きな省エネ効果（屋内への入熱量を１３％削減）を得た。

（実施例５）
本実施例の蓄熱材として蓄熱マイクロカプセルを分散させた無機水和物を用いた場合の効果について述べる。シミュレーションに用いたデータ、構造は蓄熱材以外は実施例３と同じである。蓄熱マイクロカプセルは、例えばパラフィンを内包させる場合、図２４（ａ）に示すように、作製容器１４０中の水相１４１に、パラフィンとイソシアネートとが溶解又は分散している油相１４２を注入して激しく撹拌する。すると図２４（ｂ）に示すように、水中油滴（Ｏ／Ｗ型）エマルジョン１４３が得られる。水中油滴エマルジョン１４３に、水溶性のアミン又は２価のアルコールと環動分子とが溶解又は分散している水溶液１４４を注入すると、油滴と水相との界面で、油滴内に溶けているイソシアネートと、水相中のアミン又は２価のアルコール及び環動分子との反応が起こる。当該反応により、蓄熱材料が溶解又は分散している油滴を囲むように壁物質が生成される。これにより、図２４（ｃ）に示すようにマイクロカプセルスラリー１４５が生成される。マイクロカプセルスラリー１４５を濾過することにより、平均粒子径６μｍの蓄熱マイクロカプセルを得た。この蓄熱マイクロカプセルを４５ｗｔ％濃度で前述の無機水和物蓄熱材料中に分散させることで、蓄熱マイクロカプセル分散無機水和物を得た。

蓄熱マイクロカプセルを分散させた無機水和物の厚さは５ｍｍとし、相変化温度域に合わせて、前述のパラフィン及び無機水和物材料を適宜選択して用いた。単位体積当たりの潜熱値及び熱伝導率はそれぞれ、１９６ＭＪ／ｍ^３、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。日射は外壁で５０％反射されるとし、残りの日射量が熱に変わるとした。また、外壁は温度上昇時に、外気温との温度差により放射、対流により熱を放熱することを考慮し、その熱伝達率を２５［Ｗ／ｍ^２・Ｋ］とした。相変化温度域をＴｓｍｉｎ（２７℃）から２℃刻みでＴｓｍａｘ（４９℃）まで変化させ、蓄熱材が無い場合の室内への入熱量を１００とした場合の比率を求めた。図１０のグラフ中にプロットした実線の曲線Ｃがその結果である。Ｔ１＜（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２までは概ね入熱量は減少傾向にあり、Ｔ１≒（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２付近では特に大きな省エネ効果（屋内への入熱量を１０％削減）を得た。

（実施例６）
本実施例の蓄熱材として蓄熱マイクロカプセルを分散させた無機水和物を用いた場合の効果について述べる。シミュレーションに用いたデータ、構造は蓄熱材以外は実施例３と同じである。蓄熱マイクロカプセルは、実施例５と同様の方法で作製した。この蓄熱マイクロカプセルを石膏ボード中に３３ｗｔ％濃度で石膏ボード中に分散させることで、蓄熱と石膏ボードの両方の機能を有する部材を得た。

蓄熱石膏ボードの厚さは５ｍｍとし、相変化温度域に合わせて、前述のパラフィンを適宜選択して用いた。単位体積当たりの潜熱値及び熱伝導率はそれぞれ、５５ＭＪ／ｍ^３、０．２２Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。日射は外壁で５０％反射されるとし、残りの日射量が熱に変わるとした。また、外壁は温度上昇時に、外気温との温度差により放射、対流により熱を放熱することを考慮し、その熱伝達率を２５［Ｗ／ｍ^２・Ｋ］とした。相変化温度域をＴｓｍｉｎ（２７℃）から２℃刻みでＴｓｍａｘ（４９℃）まで変化させ、蓄熱材が無い場合の室内への入熱量を１００とした場合の比率を求めた。図１０のグラフ中にプロットした破線の曲線Ｄがその結果である。Ｔ１＜（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２までは概ね入熱量は減少傾向にあり、Ｔ１≒（Ｔｓｍｉｎ＋Ｔｓｍａｘ）／２付近では特に大きな省エネ効果（屋内への入熱量を４％削減）を得た。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態による潜熱蓄熱部材及びそれを備えた建材について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、本実施の形態による潜熱蓄熱部材２０及びそれを備えた壁材２の模式的な断面構成を示している。図１２において、左方は室内側を表しており、右方は室外側を表している。また、図１２に示す壁材２は、住宅等の建物のうち、太陽光が照射され得る方向を向いた外壁に用いられる。なお、第１の実施の形態の潜熱蓄熱部材及び建材と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１２に示すように、壁材２は、潜熱蓄熱部材２０と、潜熱蓄熱部材２０の内側（室内側）に配置される断熱部材１０と、断熱部材１０のさらに室内側に配置される別の潜熱蓄熱部材５０とが積層された構成を有している。すなわち、壁材２は、第１の実施の形態の壁材１の構成に加えて、断熱部材１０の室内側に別の潜熱蓄熱部材５０を有している。断熱部材１０及び潜熱蓄熱部材２０、５０はそれぞれ平板状の形状を有している。潜熱蓄熱部材２０の室外側には、外壁材３０が配置されている。第１の実施の形態と同様に、外壁材３０の外側表面の温度は、潜熱蓄熱部材２０の外側表面２０ｂの温度とほぼ等しいものとする。

潜熱蓄熱部材５０は、潜熱蓄熱部材２０と同様に、潜熱蓄熱材が所定のフィルムで密封された構成を有している。潜熱蓄熱部材５０の外側表面は、断熱部材１０の内側表面と接触又は近接している。潜熱蓄熱部材５０（潜熱蓄熱材）は、潜熱蓄熱部材５０の相変化温度Ｔ１よりも低い相変化温度（融点）Ｔ２を有している（Ｔ１＞Ｔ２）。言い換えれば、壁材２は、断熱部材１０と、断熱部材１０の一方の表面側に積層され、所定の相変化温度Ｔ１を有する潜熱蓄熱部材２０と、断熱部材１０の他方の表面側に積層され、相変化温度Ｔ１とは異なる相変化温度Ｔ２を有する別の潜熱蓄熱部材５０とを備えている。潜熱蓄熱部材５０の相変化温度Ｔ２は、示差走査熱量計を用いて測定することができる。本例の潜熱蓄熱部材５０は、潜熱蓄熱部材２０と同様に、パラフィンとゲル化剤を含む材料で形成された潜熱蓄熱材が所定のフィルムで密封された構成を有している。

図１３は、夏季の日中のある時点における壁材２等の温度勾配の一例を示している。図１３において、左方は室内側を表しており、右方は室外側を表している。縦方向は温度を表している。第１の実施の形態と同様に、潜熱蓄熱部材２０の相変化温度Ｔ１が外気温度Ｔｏｕｔと表面温度Ｔｓとの間の温度範囲にあるため、日射によって潜熱蓄熱部材２０の外側表面２０ｂの温度Ｔｓが上昇したとしても、潜熱蓄熱部材２０の内部に伝達した熱は、当該潜熱蓄熱部材２０が固相から液相に相変化する際の融解熱として吸熱される。したがって、室外から室内への入熱を防ぐことができ、室内の温度上昇を抑制することができる。また、第１の実施の形態と同様に、天候が晴れから曇りに変化した後、又は日没後には、表面温度Ｔｓは、潜熱蓄熱部材２０の相変化温度Ｔ１よりも低い外気温度Ｔｏｕｔ付近まで低下する。したがって、潜熱蓄熱部材２０に融解熱として蓄積された熱は、当該潜熱蓄熱部材２０が液相から固相に相変化する際の凝固熱として室外に放出される。

また、潜熱蓄熱部材５０の相変化温度Ｔ２は、室内温度Ｔｉｎの温度変動範囲内（例えば、室内の冷房設備の設定温度範囲内）に設定されている。これにより、潜熱蓄熱部材５０は、室内温度Ｔｉｎが相変化温度Ｔ２より低くなると、潜熱蓄熱部材５０は、室内空気との熱交換により温度が低下して凝固し、室内に凝固熱を放出する。一方、室内温度Ｔｉｎが相変化温度Ｔ２より高くなると、潜熱蓄熱部材５０は、室内空気との熱交換により温度が上昇して融解し、室内から融解熱を吸収する。言い換えれば、潜熱蓄熱部材５０は、室内温度Ｔｉｎが相変化温度Ｔ２より低くなると室内から冷熱を吸収し、室内温度Ｔｉｎが相変化温度Ｔ２より高くなると室内に冷熱を放出する。したがって、室内の温度は、断熱部材１０よりも内側に設けられた潜熱蓄熱部材５０によってほぼ一定に保たれる。

また、相変化温度が互いに異なる潜熱蓄熱部材５０と潜熱蓄熱部材２０との間には断熱部材１０が設けられているため、相変化温度Ｔ２と相変化温度Ｔ１との間の温度差によって潜熱蓄熱部材５０及び潜熱蓄熱部材２０のそれぞれの蓄熱効率が低下するのを防ぐことができる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば上記実施の形態では、潜熱蓄熱部材２０を壁材１、２に適用した例を挙げたが、本発明はこれに限らず、日射によって表面温度が上昇し得る他の建材（例えば屋根材）にも適用できる。

また上記実施の形態では、液相状態で流動性を有しないゲル状の潜熱蓄熱材を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、液相状態で流動性を有する潜熱蓄熱材を用いることもできる。また、潜熱蓄熱材として有機材料のパラフィンを例に挙げたが、無機の水和塩を用いてもよい。無機の水和塩を用いた潜熱蓄熱材には可燃性がないため、建築基準法での可燃材に関する制約を受けなくなる。したがって、潜熱蓄熱部材の配置の自由度を高めることができる。

また上記実施の形態では、潜熱蓄熱部材２０を断熱部材１０や別の潜熱蓄熱部材５０等と積層した構成を有する壁材１、２を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、単層の潜熱蓄熱部材２０からなる壁材（建材）や、潜熱蓄熱部材２０と外壁材３０とを積層した構成を有する壁材（建材）にも適用できる。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態によるマイクロカプセル１００及びそれを用いた蓄熱材１０５について、図１４乃至図２７を用いて説明する。なお、以下の全ての図面においては、理解を容易にするため、各構成要素の寸法や比率などを適宜異ならせて図示している。図１４は、本実施の形態によるマイクロカプセル１００の概略断面図である。

マイクロカプセル１００は、球形状を有している。マイクロカプセル１００は、芯物質として、蓄熱材料１１０を有している。本実施の形態では、蓄熱材料１１０に有機材料又は無機材料を用いることができる。有機材料を用いた蓄熱材料１１０として例えばパラフィンが挙げられる。パラフィンは、一般式Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２で表される飽和鎖式炭化水素の総称である。また、有機材料を用いた蓄熱材料１１０として脂肪酸、高級アルコール、アルデヒド、エステル系の材料も挙げられる。また、無機材料を用いた蓄熱材料１１０として例えば水又は水に無機塩を添加した無機塩水溶液が挙げられる。無機塩には、例えば、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）又は塩化カリウム（ＫＣｌ）等が用いられる。

蓄熱材料１１０は、所定の相変化温度で固相及び液相間で可逆的に相変化する。蓄熱材料１１０に単一のパラフィンを用いる場合、相変化温度はパラフィンの炭素数ｎによって異なる。また、蓄熱材料１１０に２種以上のパラフィンの混合物を用いる場合、混合比を変えることによって相変化温度を調整することが可能である。例えば、蓄熱材料に炭素数１４のテトラデカンを用いる場合、相変化温度を６℃にすることができる。また、蓄熱材料にテトラデカンと炭素数が１４より多いパラフィンとの混合物を用いる場合、相変化温度を６℃より高くすることができる。また、蓄熱材料１１０に水を用いる場合、相変化温度を０℃にすることができる。また、蓄熱材料１１０に無機塩水溶液を用いる場合、相変化温度を０℃より低くすることができる。

また蓄熱材料１１０は、相変化時に体積が変化する。例えば、パラフィンを用いた蓄熱材料１１０は、固相から液相に相変化すると体積膨張し、液相から固相に相変化すると体積収縮する。また、例えば、水や無機塩水溶液を用いた蓄熱材料１１０は、固相から液相に相変化すると体積収縮し、液相から固相に相変化すると体積膨張する。

マイクロカプセル１００は、蓄熱材料１１０を内包する壁物質１２０を有している。壁物質１２０は、マイクロカプセル１００のカプセル壁となる。本実施の形態において、壁物質１２０は、ポリウレア又はポリウレタンにより構成されている。図１５及び図１６を用いて、壁物質１２０に用いられるポリウレア又はポリウレタンについて説明する。

図１５は、ポリウレアが生成されるポリウレア反応を示している。ポリウレアは、２個のイソシアネート基とＲ_１基とを含むイソシアネートと、２個のアミン基とＲ_２基とを含むアミンとが付加重合することにより生成される。具体的には、イソシアネート基とアミン基とが付加反応し、Ｒ_１基とＲ_２基とがウレア結合により連結されて、ポリウレアが生成される。

本実施の形態では、イソシアネートとして、例えば、ｍ−フェニレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、トルエンー２，４，６−トリイソシアネート、ジフェニルメタンー４，４’−ジイソシアネート、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどのイソシアネートモノマーが用いられる。また、イソシアネートとして、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート等のイソシアネートオリゴマー又はイソシアネートポリマーも用いられる。さらに、イソシアネートとして、ヘキサメチレンイソシアネートと、トリメチロールプロパンとの付加物、トリレンジイソシアネートと、ヘキサントリオールとの付加物、ヘキサメチレンジイソシアネートのビュレット付加物、イソシアネートモノマー、イソシアネートオリゴマー又はイソシアネートポリマーのポリオール変性体やカルボジイミド変性体等が用いられる。

また、本実施の形態では、アミンとして、エチレンジアミン、１，２−プロパンジアミン、１，３−プロパンジアミン、１，４−ジアミノブタン、ヘキサメチレンジアミン、２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジアミン、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、４−アミノメチルオクタメチレンジアミン、３，３’−イミノビス（プロピルアミン）、３，３’−メチルイミノビス（プロピルアミン）、ビス（３−アミノプロピル）エテール、１，２−ビス（３−アミノプロピルオキシ）エタン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ビスアミノメチルノルボルナン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロヘキシル）メタン、１，３−ジアミノシクロヘキサン、３，９−ビス（３−アミノプロピル）−２，４，８，１０−テトラオキサスピロ[５，５]ウンデカン等を用いることができる。また、アミンとして、ｍ−キシリレンジアミン、テトラクロロ−ｐ−キシリレンジアミン等の芳香族置換基を有する脂肪族ポリアミンを用いることができる。

図１６は、ポリウレタンが生成されるポリウレタン反応を示している。ポリウタンは、２個のイソシアネート基とＲ_１基とを含むイソシアネートと、２個のヒドロキシル基とＲ_３基とを含む２価のアルコールとが付加重合することにより生成される。具体的には、イソシアネート基とヒドロキシル基とが付加反応し、Ｒ_１基とＲ_３基とがウレタン結合により連結されて、ポリウレタンが生成される。

本実施の形態では、Ｒ_３基を含む２価のアルコールとして、例えば、エチレンジオール、１，２−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、ヘキサメチレンジオール、２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジオール、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジオール、ジエチレントリオール、４−アミノメチルオクタメチレンジオール等を用いることができる。

次に図１７を用いて、本実施の形態によるマイクロカプセル１００の壁物質１２０内に導入される環動分子１３０について説明する。図１７は、環動分子１３０の構造を示す模式図である。環動分子１３０は、直鎖状分子１３２(例えば、ポリエチレングリコール、ポリカプロラクトン、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン又はポリプロピレンのうちから選択される少なくとも一種の化合物)と、直鎖上分子１３２を包接する複数の環状分子１３４(例えば、α−シクロデキストリン類、β−シクロデキストリン類又はγ−シクロデキストリン類のうちから選択される少なくとも一種のシクロデキストリン類)と、直鎖状分子１３２の両末端に配置される２個の封鎖基１３６(例えば、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオロセイン基類又はピレン類のうちから選択される少なくとも一種の化合物)とを有している。図１７に示す例では、直鎖状分子１３２は、５つの環状分子１３４に包接されている。これらの環状分子１３４は、直鎖状分子１３２の延伸方向に自由に動くことができる。環状分子１３４は、直鎖状分子１３２の両末端に配置される２個の封鎖基１３６により、直鎖状分子１３２から抜けないようになっている。

環動分子１３０は、直鎖状分子１３２に多数の環状分子１３４が通った分子集合体構造を有している。このような分子集合体構造を備えた高分子は、ポリロタキサンと呼ばれる。本実施の形態で用いられる環動分子１３０は、直鎖状分子１３２、環状分子１３４及び封鎖基１３６で構成されるポリロタキサンである。

環動分子１３０は、環状分子１３４にヒドロキシル基又はアミン基の官能基を有している。壁物質１２０を構成するポリウレア又はポリウレタンと環動分子１３０とは、ポリウレア又はポリウレタンのポリマー鎖と環状分子１３４により連結される。ポリウレア又はポリウレタンのポリマー鎖と環状分子１３４との連結部分は架橋点となる。環状分子１３４は、直鎖状分子１３２の延伸方向に自由に動くことができるため、架橋点は自由に動くことができる。このため、壁物質１２０の張力が均等になる位置に架橋点を移動させて、壁物質１２０内の応力を均一にすることができる。これにより、壁物質１２０に大きな応力が局所的に作用することを防ぎ、壁物質１２０の耐久性を向上させることができる。

直鎖状分子１３２には、例えば、ポリエチレングリコール又はポリカプロラクトンが用いられる。ヒドロキシル基を備えた環状分子１３４には、例えば、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン又はγ−シクロデキストリンのうちから選択される少なくとも１種のシクロデキストリンが用いられる。アミン基を備えた環状分子１３４には、例えば、アミノ化したシクロデキストリン又は環状アミドが用いられる。封鎖基１３６には、例えば、アダマンタン基が用いられる。

次に、図１８及び図１９を用いて、本実施の形態によるマイクロカプセル１００の壁物質１２０についてより詳細に説明する。図１８及び図１９は、壁物質１２０を拡大して見た模式図である。図１８では、蓄熱材料１１０（図１８では不図示）が体積収縮している場合の壁物質１２０の状態を示している。図１８に示すように、壁物質１２０は、ポリウレア又はポリウレタンのポリマー鎖１２２と環動分子１３０とを有している。環動分子１３０は、ポリマー鎖１２２の間隙に配置されている。

ポリマー鎖１２２と１個の環状分子１３４とは、化学結合（ウレア結合又はウレタン結合）により連結されている。ポリマー鎖１２２と環動分子１３０の１個の環状分子１３４との連結部分が架橋点１２４になっている。図１８に示す例では、紙面に向かって、上から２番目の環状分子１３４が左側のポリマー鎖と架橋されており、下から２番目の環状分子１３４が右側のポリマー鎖１２２と架橋されている。

図１８に示す状態から、蓄熱材料１１０が相変化に伴い体積膨張したとする。この場合の壁物質１２０の状態について図１９を用いて説明する。図１９に示すように、壁物質１２０に内包されている蓄熱材料１１０（図１９では不図示）が体積膨張すると、ポリマー鎖１２２がカプセル壁の壁面の面内方向に移動し、ポリマー鎖１２２の間隙が広がる。図１９に示す例では、紙面に向かって右側のポリマー鎖１２２が面内方向右側に移動し、左側のポリマー鎖１２２が面内方向左側に移動する。また、ポリマー鎖１２２の移動に伴い、架橋点１２４が移動する。架橋点１２４の移動により、環状分子１３４が移動する。環状分子１３４は、封鎖基１３６により直鎖状分子１３４に封鎖されているので、環状分子１３４の移動に伴い直鎖状分子１３２が面内方向に引っ張られる。

ポリマー鎖１２２の間隙が広がると架橋点１２４は、ポリマー鎖１２２の張力が均等になるような位置に移動する。架橋点１２４が移動することにより、壁物質１２０内の応力の不均一性を分散させることができる。また、自由に移動する架橋点１２４により、壁物質１２０内の高分子の分子鎖や架橋点の切断を防ぐことができる。

次に、図１８及び図１９を参照しつつ、図２０乃至図２３を用いて、本実施の形態による壁物質１２０の生成時の反応例について説明する。まず、図２０を用いて、ポリウレアを用いた壁物質１２０にヒドロキシル基を備えた環動分子１３０が導入される場合の反応例について説明する。図２０は、２個のイソシアネート基とＲ_１基とを含むイソシアネートと、２個のアミン基とＲ_２基とを含むアミンと、２個のヒドロキシル基とＲ_４基とを備えた環動分子１３０とが付加重合する反応式を示している。Ｒ_４基は、図１８及び図１９に示す、直鎖状分子１３２と環状分子１３４と封鎖基１３６とを有している。Ｒ_４基と結合している２個のヒドロキシル基は、図１８及び図１９に示す環状分子１３４に備えられている。

図２０に示すように、イソシアネート基とアミン基とが付加反応して、Ｒ_１基とＲ_２基とがウレア結合により連結される。また、イソシアネート基とヒドロキシル基とが付加反応して、Ｒ_１基とＲ_４基とがウレタン結合により連結される。

このように、イソシアネート基と環状分子１３４のヒドロキシル基とが付加反応して、ウレタン結合によりポリウレアと環動分子１３０とが連結される。ウレタン結合部分は、ポリウレアと環動分子１３０とが架橋される架橋点１２４となる。

次に図２１を用いて、ポリウレアを用いた壁物質１２０にアミン基を備えた環動分子１３０が導入される場合の反応例について説明する。図２１は、２個のイソシアネート基とＲ_１基とを含むイソシアネートと、２個のアミン基とＲ_２基とを含むアミンと、２個のアミン基とＲ_４基とを備えた環動分子１３０とが付加重合する反応式を示している。Ｒ_４基と結合している２個のアミン基は、図１８及び図１９に示す環状分子１３４に備えられている。

図２１に示すように、イソシアネート基とアミン基とが付加反応して、Ｒ_１基とＲ_２基とがウレア結合により連結される。また、イソシアネート基とアミン基とが付加反応して、Ｒ_１基とＲ_４基とがウレア結合により連結される。

このように、イソシアネート基と環状分子１３４のヒドロキシル基とが付加反応して、ウレア結合によりポリウレアと環動分子１３０とが連結される。ウレア結合部分は、ポリウレアと環動分子１３０とが架橋される架橋点１２４となる。

次に、図２２を用いて、ポリウレタンを用いた壁物質１２０にヒドロキシル基を備えた環動分子１３０が導入される場合の反応例について説明する。図２２は、２個のイソシアネート基とＲ_１基とを含むイソシアネートと、２個のヒドロキシル基とＲ_３基とを含むアルコールと、２個のヒドロキシル基とＲ_４基とを備えた環動分子１３０とが付加重合する反応式を示している。Ｒ_４基と結合している２個のヒドロキシル基は、図１８及び図１９に示す環状分子１３４に備えられている。

図２２に示すように、イソシアネート基とヒドロキシル基とが付加反応して、Ｒ_１基とＲ_３基とがウレタン結合により連結される。また、イソシアネート基のヒドロキシル基とが付加反応して、Ｒ_１基とＲ_４基とがウレタン結合により連結される。

このように、イソシアネート基と環状分子１３４のヒドロキシル基とが付加反応して、ウレタン結合によりポリウレアと環動分子１３０とが連結される。ウレタン結合部分は、ポリウレアと環動分子１３０とが架橋される架橋点１２４となる。

次に図２３を用いて、ポリウレタンを用いた壁物質１２０にアミン基を備えた環動分子１３０が導入される場合の反応例について説明する。図２３は、２個のイソシアネート基とＲ_１基とを含むイソシアネートと、２個のヒドロキシル基とＲ_３基とを含むアルコールと、２個のアミン基とＲ_４基とを備えた環動分子１３０とが付加重合する反応式を示している。Ｒ_４基と結合している２個のアミン基は、図１８及び図１９に示す環状分子１３４に備えられている。

図２３に示すように、イソシアネート基とヒドロキシル基とが付加反応して、Ｒ_１基とＲ_３基とがウレタン結合により連結される。また、イソシアネート基とアミン基とが付加反応して、Ｒ_１基とＲ_４基とがウレア結合により連結される。

このように、イソシアネート基と環状分子１３４のアミン基とが付加反応して、ウレア結合によりポリウレアと環動分子１３０とが連結される。ウレア結合部分は、ポリウレアと環動分子１３０とが架橋される架橋点１２４となる。

環状分子１３４は、壁物質１２０を構成するポリマー鎖１２２とウレア結合又はウレタン結合により連結している。具体的には、図２０乃至図２３に示すように、環状分子１３４は、ポリマー鎖１２２に含まれるＲ_１基とウレア結合又はウレタン結合により連結している。

次に、本実施の形態によるマイクロカプセル１００の作製方法について図２４乃至図２６を用いて説明する。本実施の形態によるマイクロカプセル１００は、化学的技法や物理化学的手法により作製される。化学的技法には、界面重合法、界面反応法、界面乳化法などが挙げられる。物理化学的手法には、コアセルベーション法、界面ゲル化反応法、電気乳化法などが挙げられる。まず、図２４及び図２５を用いて、化学的技法によるマイクロカプセル１００の作製方法について、界面重合法を一例に挙げて説明する。図２４及び図２５は、界面重合法を用いたマイクロカプセル１００の作製方法を示す模式図である。

まず、図２４を用いて、油溶性の有機材料を蓄熱材料に用いたマイクロカプセル１００の作製方法について説明する。まず、図２４（ａ）に示すように、作製容器１４０中の水相１４１に、蓄熱材料とイソシアネートとが溶解又は分散している油相１４２を注入して激しく撹拌する。すると、図２４（ｂ）に示すように、水中油滴（Ｏ／Ｗ型）エマルション１４３が得られる。水中油滴エマルション１４３に、水溶性のアミン又は２価のアルコールと環動分子とが溶解又は分散している水溶液１４４を注入すると、油滴と水相との界面で、油滴内に溶けているイソシアネートと、水相中のアミン又は２価のアルコール及び環動分子との反応が起こる。当該反応により、蓄熱材料が溶解又は分散している油滴を囲むように壁物質が生成される。これにより、図２４（ｃ）に示すように、マイクロカプセルスラリー１４５が生成される。マイクロカプセルスラリー１４５を濾過することにより、マイクロカプセル１００が作製される。

次に、図２５を用いて、水溶性の無機材料を蓄熱材料に用いたマイクロカプセル１００の作製方法について説明する。図２５は、コアセルベーション法を用いたマイクロカプセル１００の作製方法を示す模式図である。まず、図２５（ａ）に示すように、作製容器１４０中の油相１４６に、水溶性の蓄熱材料と、アミン又は２価のアルコールと、環動分子とが溶解又は分散している水溶液１４７を注入して激しく撹拌する。すると、図２５（ｂ）に示すように、油中水滴（Ｗ／Ｏ型）のエマルション１４８が得られる。油中水滴エマルション１４８に、イソシアネートが溶解又は分散している油相１４９を注入すると、水滴と油相との界面で、水滴内に溶けているアミン又は２価のアルコール及び環動分子と、油相中のイソシアネートとの反応が起こる。当該反応により、蓄熱材料が溶解又は分散している水滴を囲むように壁物質が生成される。これにより、図２５（ｃ）に示すように、マイクロカプセルスラリー１５０が生成される。マイクロカプセルスラリー１５０を濾過することにより、マイクロカプセル１００が作製される。

次に、図２６を用いて、物理化学的手法によるマイクロカプセル１００の作製方法について、コアセルベーション法を一例に挙げて説明する。図２６は、コアセルベーション法によるマイクロカプセル１００の作製方法を示す模式図である。まず図２６（ａ）に示す作製容器１４０中の油相１５１に壁物質を形成する物質を溶解しておく。本実施の形態では、壁物質を形成する物質は、環動分子が導入されたポリウレア又はポリウレタンである。この油相１５１に、芯物質となる水溶性の蓄熱材料が溶解した水相１５２を注入して激しく撹拌する。すると、図２６（ｂ）に示すように、油中水滴（Ｗ／Ｏ型）エマルション１５３が得られる。油中水滴エマルション１５３に壁物質を形成する物質をよく溶かすことのできない貧溶媒１５４を注入する。これにより、壁物質を形成する物質の溶解度が低下するため、当該物質が微小水滴を取り囲むように析出して、図２６（ｃ）に示すように、マイクロカプセルスラリー１５５が生成される。マイクロカプセルスラリー１５５を濾過することにより、水溶性の蓄熱材料を内包したマイクロカプセル１００が作製される。

コアセルベーション法では、貧溶媒１５４をエマルション１５３に注入しなくてもマイクロカプセル１００を生成できる。この場合には、エマルション１５３の温度を下げて壁物質を形成する物質の溶解度を低下させると、微小水滴を取り囲むように当該物質が析出する。これにより、マイクロカプセル１００が作製される。

ここで、特許文献１には、蓄熱材料となる芯物質の周囲に、ラジカル重合によって得られ、分子中に親水性の側鎖を含む熱可塑性樹脂を主成分とするカプセル壁が形成された蓄熱用マイクロカプセルが記載されている。この蓄熱用マイクロカプセルは、縦横の引っ張り応力に弱い。このため、蓄熱材料が相変化に伴い体積膨張又は体積収縮すると、カプセル壁が破裂していまい、蓄熱材料が漏洩してしまう。

また、特許文献２には、蓄熱材料を内包し、多価イソシアネート化合物と高分子アミン化合物とを反応させて得られた樹脂をマイクロカプセル皮膜に用いた蓄熱材マイクロカプセルが記載されている。この蓄熱材カプセルにおいても、蓄熱材料が体積膨張又は体積収縮することに対するマイクロカプセル皮膜への対策はなされていない。また、マイクロカプセル被膜にポリアミンを用いるので、光による黄変が生じてしまう。

このように、従来のマイクロカプセルには、蓄熱材料が相変化に伴い体積変化すると、壁物質を構成する高分子の絡みが弱くなり、壁物質が壊れてしまうという問題が生じている。

一方、本実施の形態によるマイクロカプセル１００は、壁物質１２０内に導入された環動分子１３０を有している。壁物質１２０は、ポリウレア又はポリウレタンの組成をそのままにして、一部に環動分子１３０を導入することにより伸縮性を有している。このため、マイクロカプセル１００は、蓄熱材料１１０の体積変化に伴う壁物質１２０の形状変化に対応でき、壁物質１２０のネットワーク構造を保つことができる。これにより、マイクロカプセル１００は、壁物質１２０の破壊となる隙間が生じ難く、蓄熱材料が漏洩を防ぐことができる。

また、マイクロカプセル１００は、壁物質１２０に高分子アミンを用いずに生成することができる。このため、本実施の形態によるマイクロカプセル１００は、光による黄変を防ぐことができる。

また、特許文献の国際公開ＷＯ０１／０８３５６６号には、環状分子同士を架橋させた架橋ポリロタキサンが記載されている。しかしながら、当該文献にはポリロタキサン（環動分子）を用いたマイクロカプセルに関する記載はない。本実施の形態によるマイクロカプセル１００は、環動分子１３０を壁物質１２０内に導入することにより、壁物質１２０の耐久性を向上させている。

環動分子が導入された高分子材料で生成された製品の圧縮永久歪は０．７％であることが知られている。一方で、環動分子が導入されない高分子材料で生成された製品の圧縮永久歪は３０％であることが知られている。このように、環動分子が導入された高分子材料を用いることで、圧縮永久歪を大幅に低減することができる。このため、本実施の形態によるマイクロカプセル１００は、蓄熱材料１１０の体積変化が繰り返し生じても、壁物質１２０の形状変化に対応することができる。

（実施例）
次に、本実施の形態によるマイクロカプセル１００を用いた蓄熱材１０５について説明する。図２７は、本実施の形態による蓄熱材１０５の断面図である。図２７に示すように、本実施の形態による蓄熱材１０５は、容器１１５と、容器１１５内に充填された無機塩水溶液１１８と、無機塩水溶液１１８中に分散されたマイクロカプセル１００とを有している。

容器１１５は、直方体状の外形状を有する中空の箱体である。容器１１５は、例えば、ＡＢＳやポリカーボネート等の樹脂材料により形成されている。容器１１５内には、無機塩水溶液１１８が充填されている。無機塩水溶液１１８には、例えば、水酸化ナトリウム水溶液、塩化カルシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、塩化アンモニウム水溶液又は塩化カリウム水溶液等が用いられる。無機塩水溶液中には、多数のマイクロカプセル１００が分散されている。本実施例において、マイクロカプセル１００は、水に不溶な有機材料を用いた蓄熱材料を有している。

本実施例による蓄熱材１０５は、多数のマイクロカプセル１００を有している。これにより、蓄熱材１０５は、表面積を大きくして、熱伝導率を向上させることができる。また、マイクロカセル１００の壁物質には、環動分子が導入されている。これにより、マイクロカプセル１００は、内包する蓄熱材料の漏洩を防ぐことができる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施の形態の蓄熱材１０５では、無機塩水溶液１１８中にマイクロカプセル１００を分散させているが、本発明はこれに限られない。
例えば、エチレングリコール又はポリエチレングリコールを添加した水溶液中にマイクロカプセルを分散させてもよい。

また、上記実施の形態の蓄熱材１０５では、有機材料を用いた蓄熱材料をマイクロカプセル１００に内包させているが、本発明はこれに限られない。
例えば、無機材料を用いた蓄熱材料をマイクロカプセル１００に内包させてもよい。

また上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

本発明は、潜熱蓄熱部材及びそれを備えた建材の分野において広く利用可能である。
また、本発明は、蓄熱材を内包するマイクロカプセルにおいて広く利用可能である。

１、２ 壁材
１０ 断熱部材
２０、５０ 潜熱蓄熱部材
２０ａ 内側表面
２０ｂ 外側表面
３０ 外壁材
４０ リブ
１００ マイクロカプセル
１０５ 蓄熱材
１１０ 蓄熱材料
１１５ 容器
１１８ 無機塩水溶液
１２０ 壁物質
１２２ ポリマー鎖
１２４ 架橋点
１３０ 環動分子
１３２ 直鎖状分子
１３４ 環状分子
１３６ 封鎖基
１４０ 作製容器
１４１、１５２ 水相
１４２、１４６、１４９、１５１ 油相
１４３ 水中油滴エマルション
１４４、１４７ 水溶液
１４５、１５０、１５５ マイクロカプセルスラリー
１４８、１５３ 油中水滴エマルション
１５４ 貧溶媒

Claims (10)

1. 所定の相変化温度で相変化する蓄熱材料と、
   前記蓄熱材料を内包する壁物質と、
   前記壁物質内に導入された環動分子と
   を有することを特徴とするマイクロカプセル。
2. 請求項１記載のマイクロカプセルであって、
   前記環動分子は、直鎖状分子と、前記直鎖状分子を包接する環状分子と、前記直鎖状分子の両末端に配置される封鎖基とを有すること
   を特徴とするマイクロカプセル。
3. 請求項２記載のマイクロカプセルであって、
   前記環動分子は、ポリロタキサンであること
   を特徴とするマイクロカプセル。
4. 請求項２又は３に記載のマイクロカプセルであって、
   前記壁物質は、ポリウレア又はポリウレタンにより構成されていること
   を特徴とするマイクロカプセル。
5. 請求項２から４のいずれか一項に記載のマイクロカプセルであって、
   前記直鎖状分子は、ポリエチレングリコール又はポリカプロラクトンであること
   を特徴とするマイクロカプセル。
6. 請求項２から５のいずれか一項に記載のマイクロカプセルであって、
   前記環状分子は、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン又はγ−シクロデキストリンのうちから選択される少なくとも一種のシクロデキストリンであること
   を特徴とするマイクロカプセル。
7. 請求項２から６のいずれか一項に記載のマイクロカプセルであって、
   前記環状分子は、前記壁物質を構成するポリマー鎖とウレア結合又はウレタン結合により連結していること
   を特徴とするマイクロカプセル。
8. 請求項２から７のいずれか一項に記載のマイクロカプセルであって、
   前記環状分子は、ヒドロキシル基又はアミン基を有すること
   を特徴とするマイクロカプセル。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロカプセルであって、
   前記蓄熱材料には、有機材料又は無機材料が用いられていること
   を特徴とするマイクロカプセル。
10. 容器と、
    前記容器内に充填された無機塩水溶液と、
    前記無機塩水溶液中に分散された請求項１から９のいずれか一項に記載のマイクロカプセルと
    を有することを特徴とする蓄熱材。
    

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