JP6362973B2 - 熱制御装置 - Google Patents
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Description
本実施形態の熱制御装置を図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態の熱制御装置1の構成を示す概略図である。
前記液晶エラストマーの例としては、活性水素基を有するメソゲン基含有化合物にアルキレンオキシド及び/又はスチレンオキシドを付加した液晶性化合物と、当該液晶性化合物の活性水素基と反応する化合物とを反応させて得られる液晶エラストマーが挙げられる。当該液晶性化合物は、液晶性が発現する温度範囲が低い。当該液晶性化合物を用いることにより、無溶媒でかつ液晶性が発現した状態で反応硬化を行うことができる。前記液晶エラストマーは、原料である前記液晶性化合物の液晶性が発現する温度範囲が低く、かつ架橋によるネットワーク構造を有するため、低温(室温付近)で液晶性とゴム弾性を有する。当該液晶エラストマーは、メソゲン基が一軸方向に配向しているため、熱が加わることによりメソゲン基の配向度が減少して配向方向に縮み、熱を除くことによりメソゲン基の配向度が増加して配向方向に伸びるという特徴的な応答挙動を示す。
前記メソゲン基含有化合物は、低温(例えば、特許文献1及び2に記載の充電池の使用が想定される温度)での液晶性とゴム弾性を発現させる観点から、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
前記液晶性化合物の活性水素基と反応する化合物としては、例えば、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、シラノール基含有化合物、ハロゲン化物、カルボン酸、アルコールなどが挙げられる。特に、液晶相から等方相へ、又は等方相から液晶相への転移温度(Ti)が、0〜100℃である液晶エラストマーを得るために、イソシアネート化合物を用いることが好ましい。以下、液晶エラストマーについて、液晶ポリウレタンエラストマーを例に挙げて説明する。
第2の実施形態について、第1の実施形態と異なる部分を説明する。第2の実施形態に係る熱制御装置1は、前記支持部材12に液晶エラストマーを用いる。当該液晶エラストマーとしては、液晶ポリウレタンエラストマーが例示できる。第2の実施形態において、前記液晶エラストマーは、内部に空隙を有する。前記液晶エラストマーが空隙を有することにより、予め定められた温度Th未満のときは熱伝導率がより低くなるため、断熱性に優れる。すなわち、支持部材12が空隙を有することにより、断熱性能と放熱性能をより大きく切り替えることができる。支持部材12の空隙率は、支持部材12が所望の断熱性能を有し、温度によって形状が変化すれば特に限定されない。空隙は、それぞれが独立していても良く、連続していても良いが、断熱性能と放熱性能をより大きく切り替える観点から独立空隙率が高い方が好ましい。空隙率及び独立空隙率は、所望の断熱性能及び放熱性能によって適宜設定することができる。断熱性の観点から、空隙率は高いほうが好ましいが、空隙率が99%を超えると装置を動かすことができなくなる傾向がある。
参考として、液晶ポリウレタンエラストマーの製造例、及び当該液晶ポリウレタンエラストマーを温度応答性高分子部材に用いた熱制御装置を評価した。
[測定、評価方法]
〔液晶性化合物の含有量の算出〕
ポリウレタンエラストマー中の液晶性化合物の含有量は下記式により算出した。
液晶性化合物の含有量(重量%)={(液晶性化合物の重量)/(ポリウレタンエラストマーの全原料成分の重量)}×100
Tiは、示差走査熱量分析器DSC(株式会社日立ハイテクサイエンス社製、商品名:X−DSC 7000)を用いて、20℃/分の条件で測定した。
液晶性化合物及びポリウレタンエラストマーの液晶性の有無は、偏光顕微鏡(ニコン社製、商品名:LV−100POL)及び示差走査熱量分析器DSC(株式会社日立ハイテクサイエンス社製、商品名:X−DSC 7000)を用いて、20℃/分の条件で評価した。
液晶ポリウレタンエラストマーの液晶発現時の貯蔵弾性率は、VES(株式会社上島製作所社製、商品名:全自動粘弾性アナライザ VR−7110)を用いて、2℃/分、ひずみ2%、及び10Hzの条件で測定した。
熱制御装置の評価は、熱流計(江藤電気製:M55A,2300A)、ラバーヒーター(サミコン230,SBX3030K1S)を組み合わせた装置を用いて性能評価を行った。
1)熱伝導率
熱制御装置の熱伝導率は、当該熱制御装置の厚さ方向(図1及び図2に記載の熱制御装置における、放熱板から熱制御対象物の方向)についてJISA 1412−2に従って熱流計法によって測定した。
2)厚み変化率
予め定められた温度未満のときの熱制御装置(縦100mm×横100mm×厚さ10mm)の厚みに対する、予め定められた温度以上のときの熱制御装置の厚みの割合を求めた。
3)熱伝導率変化率
熱伝導率変化率は、予め定められた温度未満のときの熱制御装置の熱伝導率を100%とし、予め定められた温度以上のときの熱制御装置の熱伝導率の変化の度合いを表す。数値が大きい方がより大きく熱伝導率が変化したことを意味する。熱伝導率変化率は、以下の式により求めた。
熱伝導率変化率(%)=予め定められた温度以上のときの熱制御装置/予め定められた温度未満のときの熱制御装置の熱伝導率×100
[液晶性化合物であるメソゲンジオールの合成]
反応容器にBH6(100g)、KOH3.8g、及びDMF600mlを入れて混合し、その後、プロピレンオキシドをBH6(1モル)に対して4当量添加し、加圧条件下で120℃で2時間反応させた。その後、シュウ酸3.0gを添加して付加反応を停止させ、吸引ろ過により塩を除去し、さらにDMFを減圧蒸留により除去して、目的物であるメソゲンジオール(構造異性体を含んでいてもよい)を得た。当該反応を下記化学式2に示す。
前記メソゲンジオール 100g、ヘキサメチレンジイソシアネート 34.5g、及びHDI系イソシアヌレート(住化バイエルウレタン株式会社製、スミジュールN3300) 3.7gを100℃で混合した。その後、反応溶液を予め100℃に加温した金型内に流し入れ、100℃で30分硬化させて、所定のサイズの半硬化状態の液晶ポリウレタンエラストマーを得た。金型から脱型した後、20℃で試料を一軸方向に伸長することで、液晶ポリウレタンエラストマーを作製した。
前記メソゲンジオール 100g、ヘキサメチレンジイソシアネート 34.5g、及びHDI系イソシアヌレート(住化バイエルウレタン株式会社製、スミジュールN3300) 3.7gを100℃で混合した。そして、撹拌翼を用いて、回転数900rpmで反応系内に気泡を取り込むように約4分間激しく撹拌を行った。その後、反応溶液を予め100℃に加温した金型内に流し入れ、100℃で30分硬化させて、所定のサイズの半硬化状態の液晶ポリウレタンエラストマーを得た。金型から脱型した後、20℃で試料を一軸方向に伸長することで、液晶ポリウレタンエラストマーを作製した。
〔熱制御装置〕
[実施例1]
本発明の熱制御装置を下記材料で製作した。
・放熱板:アルミニウム合金板(寸法1mm×100mm×100mm)
・伝熱部材:アルミニウム合金(寸法φ3mm×10mm:前記放熱板に均等な間隔で25本配置)
・支持部材:前記製造例1の液晶ポリウレタンエラストマー(寸法10mm×10mm×12mm:前記伝熱部材の間に配置)
・熱制御対象物:アルミニウム合金板(寸法1mm×100mm×100mm)
実施例1の支持部材を製造例2に係る液晶ポリウレタンエラストマーに変更したこと以外は実施例1と同様に作製した。
11 放熱板
12 支持部材
13 伝熱部材
2 熱制御対象物
Claims (4)
- 熱制御対象物の熱を制御する熱制御装置であって、
伝熱部材を有する放熱板と、
前記放熱板と前記熱制御対象物の間に配置され、前記放熱板及び伝熱部材を前記熱制御対象物から離して支持し、予め定められた温度以上のときに形状が変化して前記伝熱部材を前記熱制御対象物に接触させる支持部材とを備え、
前記支持部材が、温度応答性高分子を含む、熱制御装置。 - 前記支持部材が、空隙を含む、請求項1に記載の熱制御装置。
- 前記支持部材が、液晶ポリウレタンエラストマーである請求項1又は2に記載の熱制御装置。
- 前記予め定められた温度が0〜100℃である、請求項1〜3いずれか1項に記載の熱制御装置。
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