JPH05117639A

JPH05117639A - 冷熱蓄熱材

Info

Publication number: JPH05117639A
Application number: JP3309975A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Momose; 千秋百瀬; Yuichi Hayashi; 祐一林; Kiyoshi Nakakawara; 清中河原
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 1993-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】吸熱、及び放熱状態いずれに於いても、固体状
態である有機系冷熱蓄熱材を開発すること。【構成】１０℃以下の融点を有する炭化水素系蓄熱成分
と、炭化水素系有機高分子成分とを機械的手段にて強制
的に混合した混合物を冷熱蓄熱材として使用すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷熱蓄熱材に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷熱蓄熱材としては、従来、水、氷蓄熱
材、水とフロンを使用するもの（クラスレート）（約７
〜８℃）、エチレングリコールと水の混合体（−１０〜
０℃）を使用するもの等があり、その他無機系のもの、
および、これらにポリアクリル酸系（ポリビニールアル
コール系）のポリマーを添加したもの等が知られてお
り、冷却、冷蔵、冷房用として使用されている。

【０００３】これらはいずれも水系の材料であり、顕熱
利用のもの、潜熱利用のものがある。潜熱蓄熱材は蓄熱
量が大きく効率がよいが、放熱した状態（冷熱蓄熱状
態）では固体であるが、吸熱すると融点を境に液化する
問題がある。

【０００４】従って用途に応じて耐久性のある容器や、
槽の中に封入しておく必要がある。

【０００５】冷房用として効率よく用いられる水とフロ
ンのクラスレートは、蓄熱温度が約７〜８℃と最適であ
るが、フロン問題で使用できない状態にある。

【０００６】一方１０℃以下に融点を有する有機系の蓄
熱材も検討されているが、やはり吸熱して液化する問題
はまぬがれない。

【０００７】

【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、従来の冷熱蓄熱材の上記難点を解消するこ
とであり、更に詳しくは、吸熱、及び放熱状態いずれに
於いても、固体状態である有機系冷熱蓄熱材を開発する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題は、(イ)１０℃
以下の融点を有する炭化水素系蓄熱成分好ましくはその
１００重量部と、(ロ)炭化水素系有機高分子成分好まし
くはその５〜３０重量部とが、機械的手段により強制的
に混合されてなる混合物を、冷熱蓄熱材として使用する
ことによって解決される。

【０００９】

【発明の作用並びに構成】本発明に於いては、上記(イ)
成分と(ロ)成分とを機械的に強制的に混合することによ
り、吸熱及び放熱いずれの状態に於いても固体状態を保
持する。このため、従来法の如く、蓄熱材を容器や槽に
必ずしも封入して使用する必要がなく、また、たとえ容
器や槽を使用する場合でも、従来法の如く液体状態の蓄
熱材の漏れを完全に封じるための耐久性ある頑丈な容器
等は不要で、簡単な容器等で充分となる。

【００１０】また有機系成分から成っているため、水に
不溶であり、このため、水槽に入れる等、熱媒体として
水やエチレングリコール等の通常の冷媒と共に併用する
ことが出来、極めて便利となる。

【００１１】また任意の形状に成形出来るので、この点
でも好都合であるばかりでなく、蓄熱材の安全性も大き
く向上する。

【００１２】加えて、上記蓄熱材は蓄熱量が３０ｋｃａ
ｌ／ｋｇ以上大きく、この点でも優れている。

【００１３】本発明に於いて(イ)成分として使用する炭
化水素系蓄熱成分としては１０℃以下の融点を有するも
のであり、この際１０℃よりも高融点のものを使用する
と、冷熱蓄熱材としては性能不充分となる。

【００１４】この(イ)成分としては大別して次の２つの
ものに別けることが出来る。 (イ)−１：２〜１０℃の融点を有するもの。例えば下記の如くである。成分名融点（℃）シクロヘキサン６．５トランス２デカロン６デシルアルコール７テトラデカン５．５ペンタデカン９．７この成分は特に冷房用蓄熱材として好適である。

【００１５】(イ)−２：−２０℃以下、好ましくは−２
〜−２０℃の融点を有するもので、主に冷却乃至冷蔵用
として好適である。好ましい具体例は以下の通り。成分名融点（℃）ノニルアルコール − ５トリデカン − ５．５トデカン −１２ジブチルケトン − ６シクロヘプタン −１２オクチルアルコール −１４グリコール −１１ジエチレングリコール −１０．５

【００１６】これ等(イ)成分は純度が高い程、好ましい
場合もあるが、必ずしも高純度である必要はない。純度
として５０％〜９９％で適宜用いられる。５０％以下は
蓄熱量が少なくなる欠点があり、９９％以上はコスト高
となることがある。これら、(イ)成分はまた１種又は２
種以上で使用され、その混合によってあるいは他の成分
との混合によって融点を調整することもできる。

【００１７】本発明に於いて使用される(ロ)成分たる炭
化水素系有機高分子成分はバインダー成分であり、かか
る炭化水素系有機高分子としては、主鎖が基本的に炭化
水素であり、主鎖中における他の成分（例えばＯ、Ｎ、
Ｓｉ、ハロゲン等）の含有量は１０重量％以下、好まし
くは５重量％以下である炭化水素系有機高分子であり、
その１種または２種以上が用いられる。該炭化水素系有
機高分子の例を以下に示す。

【００１８】（１）ポリオレフィン系ポリマー類：ポリ
メチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等のα−オレ
フィンのホモポリマー、オレフィン同士のコポリマー、
α−オレフィンとの他のモノマー、例えば酢酸ビニル、
アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル等とのコポリマ
ーおよび、これらの軽度にハロゲン化されたポリマー等
が挙げられる。これは非結晶性〜低結晶性でもよいし、
結晶性でもよい。

【００１９】（２）熱可塑性エラストマー類：ゴム並び
にプラスチックスの分野で「可塑性エラストマー」とし
て知られている、或いは知られ得るもののうち、少なく
とも前記した室温以上で、且つ使用したパラフィン類の
Ｔ_max＋１０℃の温度域では、好ましくは少なくとも室
温以上で且つＴ_max＋２０℃の温度域では、ゴム弾性を
有するものが使用される。勿論Ｔ_max＋２０℃より高温
度でもゴム弾性を持続する物も使用できる。

【００２０】具体的には、スチレン系、オレフィン系、
ウレタン系、エステル系等の各種の従来公知の熱可塑性
エラストマーが例示できる。

【００２１】（３）炭化水素系ゴム類：天然ゴム、スチ
レン−ブタジエン−共重合体ゴム、ブチルゴム、イソプ
レンゴム、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、イチレ
ン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム、エチレン−
酢酸ビニル共重合体ゴム、エチレン−エチルアクリレー
ト共重合体ゴム等が例示される。

【００２２】これらの(ロ)成分たる炭化水素系有機高分
子バインダー成分の好ましい実施態様は下記(a)(b)(c)
である。

【００２３】(a)前記(3)の炭化水素系ゴムと前記(1)の
ポリオレフィン系ポリマーの併用 (b)前記(2)の熱可塑性エラストマー (c)前記(2)の熱可塑性エラストマーと前記(1)のポリオ
レフィン系ポリマーの併用

【００２４】すなわち、炭化水素系ゴム類及び、熱可塑
性エラストマーは炭化水素系蓄熱成分との親和性が特に
良好であり、混合しやすく、また、蓄熱成分が滲み出る
問題を防止し、一方、(1)のポリオレフィン系ポリマー
類および、熱可塑性エラストマーは常温で適度の硬度を
有しているため、常温（すなわち、吸熱状態）でも固体
状態を保持する作用を有する。従って、(a)(b)(c)の実
施態様により吸熱及び放熱いずれの状態においても固体
状態を保持すると共に、蓄熱成分が分散したりブリード
（滲み出る現象）したりすることがない。

【００２５】本発明においては、炭化水素系有機高分子
の使用量は、好ましくは炭化水素系蓄熱成分１００重量
部に対して５〜３０重量部である。５重量部未満では得
られる組成物の柔軟性が低下して脆くなる傾向があると
共に、該蓄熱成分が滲み出し、或いは溶融し易くなる傾
向があり、一方３０重量部を超える過大量では蓄熱成分
の使用量が少なくなって蓄熱量もそれに比例して少なく
なる傾向がある。

【００２６】前記(a)(c)の炭化水素系有機高分子の併用
の場合は、その合計が５〜３０重量部であれば任意の比
率でよいが、特に１：５〜５：１（重量比）が性能保持
の点から好ましい。

【００２７】この炭化水素系有機高分子は、炭化水素系
蓄熱成分と機械的手段により強制的に均一混合される。

【００２８】混合は両者をまず溶融し、混合する。溶融
温度は少なくとも炭化水素系蓄熱成分及び炭化水素系有
機高分子の溶融温度以上である。混合は機械的手段によ
る混合であり限り、各種の混合手段がいずれも採用さ
れ、代表的な手段として、例えば撹拌、混合、混練等を
例示出来る。

【００２９】尚、機械的手段にての混合とは、炭化水素
系蓄熱成分と炭化水素系有機高分子の双方中の少なくと
も１成分の溶融物に残余の成分が少なくとも膨潤、好ま
しくは溶解することにより、或いは高温度により、混合
対象となるいずれの成分も外力にて流動変形しうる状態
において撹拌、混合、或いは混練する行為を意味する。
例えば常温〜２００℃に保持された炭化水素系蓄熱成分
に炭化水素系有機高分子を溶解し、得られる溶液を撹拌
混合する態様、混合各成分が軟化する温度、例えば常温
〜２００℃で２本ロール、バンバリーミキサー、押出
機、２軸混練押出機等の通常の混練機を使用して混練混
合する態様が例示される。本発明においては、炭化水素
系蓄熱成分が高温では揮発性が高く、また、引火性のあ
る物質であることもあり、極力、密封式混合機を採用す
るのが好ましい。

【００３０】混合の程度は可及的に充分であることが好
ましいが、一般には１〜１５０分程度の混合を行って目
視にて一様に混合されたと判断される程度である。

【００３１】本発明の冷熱蓄熱材は、架橋、非架橋のい
ずれであっても良いが、形状保持、蓄熱成分の滲み出し
防止、ブロッキング防止、長期寿命の視点より架橋され
ているのが好ましい。架橋はバインダ成分としての炭化
水素系有機高分子の架橋によって行われる。

【００３２】架橋の方法としては一般に用いられている
化学架橋、シラン架橋（水架橋）、および照射架橋等い
ずれも採用できる。

【００３３】化学架橋は、前記(1)のポリオレフィン系
ポリマーもしくは(3)の炭化水素系ゴムを架橋させうる
架橋剤（もしくは加硫剤）を予めこれらの(1)もしくは
(3)に混合しておき、あるいは、前記機械的混合の段階
で混合し、後工程で加熱して架橋させる。シラン架橋
は、前記(1)もしくは(3)をシラングラフト化させておき
機械混合の後、あるいは、機械混合の段階でシラングラ
フトさせ、後工程で温水や蒸気、あるいは自然放置で架
橋させる、従来公知の方法であり、照射架橋は本発明の
冷熱蓄熱材を成型後、電子線、放射線を照射して架橋さ
せる。ここで、シラングラフトは、(1)および(3)のポリ
マー１００重量部に対し、ジクミルパーオキシド等の過
酸化物を０．００１〜１．０重量部、ビニルトリメトキ
シシラン等のシラン化合物を０．５〜５重量部を加え、
過酸化物の分解温度以上の温度で(1)および(3)のポリマ
ーにシランをグラフトさせることにより成される。

【００３４】尚、前記(2)の熱可塑性エラストマーをバ
インダとして用いる場合においては、常温においては、
架橋されたと同様の状態を呈するゆえ、あえて架橋する
必要はない。また、架橋することも妨げない。

【００３５】本発明の冷熱蓄熱材を架橋するに際しては
いずれの架橋方法を採用するにしてもその架橋度はＪＩ
ＳＣ３００５に従って測定してゲル分率にして１重
量％以上（組成物として）、好ましくは２重量％以上で
ある。架橋度が１％以上、好ましくは２％以上とするこ
とにより、蓄熱材の温度が使用した蓄熱成分の融点以上
となっても溶融や滴下することなく形状保持を可能とす
る。

【００３６】さらに、本発明においては、蒸気成分の他
に必要に応じて各種の添加剤を混合することができる。
例えば、特願平２−２００９１６号に記載の比重調整
材、補強材、発泡材、滴点向上材の他、老化防止剤、酸
化防止剤、着色材、防黴剤、難燃剤、伝熱向上材等が使
用できる。

【００３７】これらの各種添加剤は、前記、混合時に混
合される。

【００３８】

【実施例】以下に実施例を示して本発明を説明する。

【００３９】

【実施例１〜５、及び比較例１〜４】表１に示す炭化水
素系蓄熱成分、炭化水素系有機高分子及び酸化防止剤を
所定の割合で溶融して撹拌した。

【００４０】得られた蓄熱材の各種物性を測定した。こ
の結果を表１に併記した。但し表１に於いて使用した各
成分は以下の通りであり、また測定方法も以下に示す方
法によった。また、下記部とあるは重量部を示す。

【００４１】注１．シェル化学社型「クレイトンＧ
１６５０」注２．密度０．９５３５、ＭＦＲ２．１のポリエチレン注３．ポリエチレンＡのシラングラフト化物（ポリエチ
レンＡ１００部、ジクミルパーオキシド０．０６部、ビ
ニルトリメトキシシラン２部）注４．ＶＡ１１％、ＭＦＲ３．５のＥＶＡ注５．ＥＶＡＡのシラングラフト化物（ＥＶＡ１００
部、ジクミルパーオキシド０．０６部、ビニルトリメト
キシシラン２部）注６．三菱油化社型「ＥＰ０７Ｐ」注７．エチレンプロピレンゴムＡのシラングラフト化物
（ゴム１００部、ジクミルパーオキシド０．０４部、ビ
ニルトリメトキシシラン２部）

【００４２】測定方法混合法：「膨潤」とは機械的混合せずに膨潤させ
た。架橋度：ＪＩＳＣ３００５に準じて測定蓄熱温度：ＤＳＣ法Ｔ_max 蓄熱量：ＤＳＣ法ブリード性：２５℃で７日間放置後、蓄熱成分が滲み出
るかどうかを目視観察し、滲み出たものを不良とした。形状保持性：１ｃｍ角のブロックを２５℃で７日間放置
し、形状の変化を観察し、ほぼ原形を保っているものを
良、液化もしくは流動もしくは形状が変化したものを不
良とした。

【００４３】

【表１】

【００４４】本発明の冷熱蓄熱材は、蓄熱温度以下では
硬化、固体であるのはもちろん、蓄熱温度以上の温度で
も液化せず、固体状態を保持し、かつ、炭化水素系蓄熱
成分が分離、あるいはブリード（滲み出す）することが
ないので冷房、冷蔵用途に有効に使用できる。

【００４５】尚、比較例からも判るように、炭化水素系
有機高分子の使用は必須であり（比較例１）、また機械
混合しないとブリードをはじめその他の特性も不充分
（比較例２）である。また炭化水素系有機高分子でもポ
リエチレン系や結晶性ポリマーだけでは不良（比較例
３）であり、更にはゴムのように無定形、非結晶性ポリ
マーだけでも軟質粘度にしかならず不良である（比較例
４）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１０℃以下の融点を有する炭化水素系蓄熱
成分と、炭化水素系有機高分子成分とが機械的手段にて
強制的に混合されてなる冷熱蓄熱材。
【請求項２】上記炭化水素蓄熱成分が１００重量部であ
り、上記炭化水素系有機高分子成分が５〜３０重量部で
ある請求項１または２に記載の冷熱蓄熱材。
【請求項３】上記炭化水素系有機高分子成分が架橋され
て成る請求項１または２に記載の冷熱蓄熱材。