JPS63217196A - 潜熱型蓄熱材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野コ この発明は天然ワ・ンクス９石油ワックスや無機化合物
の水和物等融解熱を利用する潜熱型蓄熱材に関するもの
である。

［従来の技術］ 天然ワックス、石油ワックスに限らず有機化合物相変化
材料や、無機化合物の水和物等の相変化を利用する蓄熱
材は顕熱型蓄熱材と比較して蓄熱容量が大きく、しかも
一定の温度変化に対応して熱を吸収し、また吸収した熱
を放出することができる優れた蓄熱材であことか知られ
ている。しかしながら、これらの物質の融解潜熱を利用
するためには融解時の液体相を収容する容器を必要とし
、またその容器は潜熱型蓄熱材の著しく大きな体積膨張
に対応させなければならないため、特に建物の内装材や
、衣服あるいは医療用温湿重刑等への用途に適さないも
のとされ、これらの用途への使用は限定されている。

［発明が解決しようとする問題点コ 上記のように、従来の技術によれば、天然ワックス、石
油ワックス、無機化合物の水和￥＠等が優れた蓄熱材で
あるにもかかわらず、それらを収容゛Ｃきる微小容器が
ないことから、フィルム、ｗｉ維、パイプの他、複雑な
構造物と一体化して使用できなかった。特に建物の内装
材、給温水バイブ等に巻く潜熱テープ、農業用ビニール
ハウスや衣服或は医療用温湿重刑等への用途に使用する
ことかできなかった。

この発明は上記問題点を解決し、建物の内装材、飴温水
バイブ、ビニールハウスや衣服或は医療用１ＳＩｌ湿布
剤等への用途に適する潜熱型蓄熱剤を提供するものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成するために、天然ワックスや
石油ワックス等融解熱および相転移熱の大きな蓄熱物質
を微小なマイクロカプセルに封入した。また無機化合物
の本和物等融解熱および相転移熱の大きな蓄熱物質を微
小なマイクロカプセルに封入１ノだ。

天然ワックス、石油ワ・ンクス等の蓄熱物質には熱伝導
性を改善させる金属微片或は微粉を添加した。

マイクロカプセル薄膜内には熱伝導性を改善させる金属
微片或は微粉を含有させた。

また、マイクロカプセル薄膜内には紫外線或は熱線吸収
色材を含イ（させた。

［作　用コ この発明によれば、相転移する天然ワックス。

石油ワックス、無機化合物の水和物等の蓄熱物質を微小
なマイクロカプセルに封入したことによって、これらの
蓄熱物質を液体相のときにも表面をマイクロカプセルの
固体相として利用できる。

また、蓄熱物質を微小カプセルに封入することによって
、熱吸収と放熱面積が大きくなり蓄熱と熱放出の効率が
著しく改善される。また表面積の拡大は蓄熱物質の表面
が凝固して内部からの放熱が妨げられることが防止され
る。

また、天然ワックス、石油ワックス等の蓄熱物質には熱
伝導性を改善させる金属微片或は微粉を添加したので、
金属微粉の作用によりかかる蓄熱物質の吸熱放熱効果が
高まる。

また、蓄熱物質を封入するマイクロカプセルの薄膜内に
は熱伝導性を改善させる金属微片或は微粉を含有せしめ
たことにより、金属微粉の作用によってマイクロカプセ
ル内の蓄熱物質の吸熱放熱効果が高い。

また、蓄熱ＩＩ！質を封入するマイクロカプセルの表面
薄膜内に紫外線或は熱線吸収効果のある色材を含有せし
めることにより、マイクロカプセルに封入された蓄熱物
質の熱吸収効果が高まる。

更に、蓄熱物質が天然ワックス、石油ワックス（以下単
にワックス系という）である場合、残留油分が酸化する
ことによりて経時的にワックスの融点が低ドすることが
あるが、残留油分の酸敗は特に空気との接触によって促
進されることから、ワウクス系がマイクロカプセルに封
入されていることにより直接空気との接触が遮断され、
ワックスの酸敗か防止され融点の低下防止が図られる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を説明する。

先ず、ワックス系（天然ワックス、石油ワックス等）の
蓄熱物質をマイクロカプセルに封入した潜熱型蓄熱材に
ついて説明する。

この発明の目的に適したワックス系の蓄熱物質としては
、融点が２８℃から６０℃、残留油分０゜５％以下の植
物、動物系ワックスまたは石油系のワックスが望ましい
。融点は用途によって所望される熱の出し入れ温度によ
って選択されるか、特に生活湯度下において蓄熱材を用
いる場合は熱の出し入れには融点２８℃から５０℃のも
のか最適である。ワックスのＰＳ容Ｍは２５〜５０℃の
温度範囲において溶解熱は４２ｃａｌ／ｇであるので、
その給熱容量は約５０　ｃａｌｌｇとなる。これに対し
て水の場合は溶解熱か寄与しないので、総熱容艮は２５
ｃａｌ／ｇとなる。従ってワックスはほぼ水の２倍の総
熱容歓をもつ、一方ワックスの熱伝導率は水の１／２．
５と低いために放熱効果は木より劣る欠点がある。この
欠点を補うためにワックスよりはるかに熱伝導率の高い
銅、鉄、アルミニウム等の金属微片或は微粉を添加して
マイクロカプセル化することにより、またマイクロカプ
セルによって放熱表面積を拡大することによつてその欠
点は除去される。たとえば、ワックスに銅の微片を容量
比−Ｃ２，０％添加することによって熱伝導率はｌＯ数
倍改善される。また、１ｇのワックスな粒径５０ミクロ
ンのマイクロカプセルに封入して平面上に隙間のないよ
うに配列すると、理論的には５０ミクロンの厚味のワッ
クス層（蓄熱材層）２００ｃｍ”の表面積が得られるが
、−力水ｔｇをＬｃ−の深さの平面容器に満す場合の表
面積は１　ｃｍ”であるので、表面積は２００倍に拡大
されることになり、双方を併用することによって水より
遥かに高い熱伝導率を得ることができる。実用的なワッ
クス層（蓄熱材層）の厚味はマイクロカプセルの粒径サ
イズに依存するが、マイクロカプセルの粒径は数ミクロ
ンより数１０００クロンの範囲でプントロール可能であ
り、用途に応じて所望する熱容量と所望する放熱表面積
によってマイクロカプセルの粒径な最適化できる。たと
えば４００　ｃ＋＊２の表面積のもとて４４００ｃａｌ
の総熱容址を所望するときに、必要とするワックス総量
は４０ｇであり、４０ｇのワックスを４００　ｃｍ”の
表面積に配列するときのワックス層（蓄熱材りの１ｇ味
、即ちマイクロカプセルの粒径は１０００ミクロンとな
る。実用上マイクロカプセルに封入されたワックス層（
蓄熱材層）を特定物体の表面上に配列させるためにはマ
イクロカプセルに封入されたワックス（Ｍ熱材）に結着
材（バインダー）を加えて物体表面上にコーティングま
たはプリンティング等在来用いられている適宜な方法に
よって行うことができる。この場合ワックス（蓄熱材）
以外の結着材が塗工表面に加えられるので、上述の所望
の面積当りの熱容量の計算は適宜補正すればよい、また
、若し所望の面積当りの熱容量を確保するためにマイク
ロカプセルの粒径（＃熱層の厚味）が拡大されることに
よって、マイクロカプセル壁の強度が実用上不足するよ
うな用途に使用するときは、カプセル壁の強度が充分維
持される程度の粒（￥に止め、一方マイクロカプセル塗
工層を複ａ暦にすることによって、所期の単位面積当り
必要な熱容量、を確保し併せて用途に適したカプセル壁
の強度を得ることかできる。

またワックス系の蓄熱物質を封入するマイクロカプセル
にあっては、米国特許第２８００４５７号、１９６１年
９　ＪＩｌ　４１１米国特許出願第１３７９９２号、１
９６８年ｌＯ月３１日米国特許出願第５９１０２３号に
開示されている方法により製造され、用途によって適宜
選択する。これらのマイクロカプセルの製造はいづれも
コアセルベーション／相分離によって親水性コロイド物
質を芯物質の界面に析出吸着させる方法で、特に水不溶
性であるワックスを封入するのに適している。この方法
によって製造されるマイクロカプセルは通常芯物質を７
０〜９５重量％封入することができる。またマイクロカ
プセル被膜中に熱伝導率の高い銅、鉄、アルミニウム等
の金属微粉を含有させることにより、マイクロカプセル
内の蓄熱物質の吸熱、放熱を高める機能をもつ、またマ
イクロカプセルの被ｎ々中に紫外線或は熱線を吸収する
色材を含有させることにより、カプセルは蓄熱物質の微
小容器として機能するばかりでなく、外部より紫外線や
熱線を吸収することによって蓄熱物質を加熱して相変化
を効果的に誘起させる機能をもつ、この色材として例え
ばカーボンブラックが使用される。

次に、無機化合物の水和物からなる蓄熱物質をマイクロ
カプセルに封入した潜熱型言熱材について説明する。

この発明の目的に適した無機化合物の水和物からなる蓄
熱ｗｍとしては融点３８℃の臭化カルシニウム水和物が
挙げられる。

臭化カルシュラム水和物の融解熱は９４　ｃａｌ／ｇで
あるので、３０〜６０℃の温度範囲においてほぼ水の４
倍の総熱量をもち、前記したワックス系の蓄熱物質をマ
イクロカプセルに封入した蓄熱材と同じ理由により充分
なる放熱効果が得られる。

また、無機化合物の水和物には過冷却現象があリ、この
現費下では凝固しないために熱が放熱されないので過冷
却防止のため結晶核を生成させるための核材を添加して
マイクロカプセルにま、１人する。

また、無機化合物の水和物からなる蓄熱物質を封入する
マイクロカプセルにあっては、前記したワックス系の蓄
熱物質を封入するコアセルベーシミ（ン／相分離による
製法は適さず、無機化合物の水和物に対して相溶性のな
い製造ビヒクル中に、上記の水和物を分散して形成され
る界面上に疎水性ポリマーの？！！続した壁膜を沈積さ
せ、さらに該壁膜な硬化させることによって無機化合物
の水和物よりなる蓄熱物質をカプセル中に封入する方法
が適している。この製法に用いるマイクロカプセル壁膜
にはエチレン・スービニール・アセテートのアセテート
基をビニルアルコール基へ加水分解した脱導体が特に適
しており、との壁膜によって微小カプセルを製造する方
法については特許第１０２４６０８号に開示されている
。また、かかる、イクロカプセルの被膜中に熱伝導率の
高い金属微片や紫外線或は熱線を吸収する色材を含有さ
せることにより、前記したワックス系の蓄熱材で説明し
た作用効果と同様の作用効果が得られる。

次に、この発明に係る潜熱型蓄熱材の具体的な製造方ｕ
イの一例とその使用法の一例を挙げて説明する。

！２造方法及び使用例！ 本例は、ワックス系の蓄熱物質をマイクロカプセルに封
入した蓄熱材の製造方法と、この方法により製造された
蓄熱材を通常の壁装用レザー（壁紙）に塗工して使用し
た例を示す。

融点４０℃のワックス系の蓄熱物質を、壁膜にゼラチン
を用いてコアセルベージコン／相分離の方法によってカ
プセル内に次のように封入した。５５℃にＩＡｆＩ！シ
た蒸溜水１２５ｇにＰ１４８〜９の等電点な有するゼラ
チン１．２５ｇ、アラビアゴム１．２５ｇを加えてＰＩ
＋４．５のゼラチン水溶液をつくり、その水溶液に２０
％の苛性ソーダ水溶液を滴下して液系のＰｌ＋を６．０
に調整する。この液系中に融点４０℃のワックス２５ｇ
を融点以上の温度に溶融して加え、攪拌機によってワッ
クス液滴を８０〜１００ミクロンの粒径になるように乳
化する。ワ・νクスの乳化完了後、その液系に１４％の
酪酸水溶液を液全系かＰＩ！５．０に低下するまで滴下
すると、乳化ワックスの周囲にゼラチン液膜か形成され
る。更に液系に撹拌を加えながら１５℃まで冷却して２
５％濃度のゲルタールアルデヒド０．６１を加えたのち
、液系が室温に戻るまで攪拌を続け、さらに膜可塑剤と
してグリセロール５．０ｇを加えてカプセル液膜を程よ
く柔較に硬化させることによって、この発１９】に係る
蓄熱材が完成する。この状態で、ワックスを封入したカ
プセル即ち蓄熱材２５ｇを含むスラリー約１２５ｇが得
られる。使用にあっては、このスラリーにポリビニルア
ルコールｌＯ％の水溶液４０ｇをバインダーとして加え
て塗−［液とする。この塗工液を壁装用レザーの表面に
カーテン塗１：方式によって約４００ミクロンの１　二
Ｕ　／’！で塗工し、ホットチェンバーを通過させて塗
工面を乾燥させることによって、壁装用レザー表面上に
約１２５ミクロンのワックスが封入されたマイクロカプ
セル層即ち蓄熱材の層を設ける０以上の方法によって表
面に潜熱型蓄熱材による蓄熱層を具えた壁装用レザーが
得られる。この試験片を６０℃に加熱しワックスを溶融
させたのち、３０℃の恒温槽中で冷却する加熱／冷却の
熱サイクルを５０回０り返した結果、マイクロカプセル
は、ワックス溶融時の液体容器として完全に機能するこ
と、及びワックスの溶融時の体積膨張、固体時の体積収
縮にも充分耐えられる容器であることが確認された。

製造方法及び使用例！！ 本例は、製造方法及び使用例工によるワックス系の蓄熱
物質に熱伝導性の良好な金属微片を添加してカプセルに
封入した蓄熱材を！Ｉ造する例を示す。

融点４０℃のワックス２５ｇを６０℃に＋Ａ−温して溶
融したなかに、粒Ｐｉ１〜４ミクロンの銅フレークｏ、
ｏｓｇを加え、均一にワックス中に分散する程度にター
ビンブレートによって撹拌して、約２５ｇの銅フレーク
を含有した溶融ワックスを用意した。一方６０℃に昇温
した蒸溜水１２５ｇにＰ１１８〜９の等重点を有するゼ
ラチン１．２５ｇ　、アラビアゴム１．２５ｇを加えて
Ｐ）１４．５のゼラチン水溶液をつくり、その水溶液に
２０％の苛性ソーダ水溶液を滴下して液系のｐＨを６．
０に調整する。この液系中に、用意した銅フレークを含
有し６０℃に昇温されたワックス約２５ｇを加え、攪拌
機によって銅フレーク含有のワックス液滴を８０〜１０
０ミクロンの粒径になるように乳化する。乳化完了後、
その液系に１４％の酢酸水溶液を液全系がＰＨ５，０に
低下するまで滴下して乳化した銅フレークを含有したワ
ックスの周囲にゼラチン濃厚液膜を形成させて、攪拌を
継続して液系な１５℃まで冷却後２５％濃度のゲルター
ルアルデヒド０．６ｍｌを加え、液系が室温に戻るまで
攪拌を続け、さらにグリセロール５．０ｇを加えて約４
時間攪拌してカプセルスラリーは完成する。このカプセ
ルスラリーを、製造方法及び使用例Ｉと同様の方法によ
って塗工液を調液する。

製造方法及び使用例■ 本例は、ワックス系蓄熱物質カプセルの壁膜に色材を含
有するカプセルを製造する方法を示す、本例によるカプ
セル製造方法は特開昭５７−１８４４３１号に開示され
ている方法が最適である０本例では４０℃に昇温した１
５０ｇの蒸溜水に、ＰＨ３，８のゼラチン１０％の水溶
液５０ｇ、カルボキシメチルセルローズ水溶液３０ｇ、
エチレン無水マレイン酸コボソマーのＮａ塩の２％水溶
液５ｇを加えて、液全系を４０°Ｃに保ちながら２０％
の苛性ソーダ水溶液を滴下して液系のＰＩ（を５．０に
調整して攪拌する。この液系に１３０ｍ１の融点３０℃
の溶融ワックスを分散させて攪拌を続け、粒径が１００
〜２００ミクロンの乳化液滴を生成する。乳化完了後、
攪拌を続けながら３０℃まで冷却して、ゼラチン濃厚液
をワックス乳化液滴の周囲に沈積させ、液全系を２０℃
に冷却してゼラチンをゲル化させ、−次カプセルを生成
した。この後１００ｇの蒸溜水を加えて攪拌をとめて、
平衡液の上澄液を除去して、さらに５０ｇの蒸溜水を加
えて攪拌し、さらにカーボンブラックの微粉２ｇを加え
て攪拌を続けながら液系を２７°ＣにＨ温し、　ＰＩ＋
３．８のｌＯ％ゼラチン水溶液５ｇを添加して攪拌を続
けてカーボンブラックを一次カプセルの周囲に沈積させ
て液系の温度を１０℃まで冷却し、ゲルタールアルデヒ
ド２５％水溶液に少量のグリセロールを加えた水溶液３
１を加え、徐々に昇温しながら約３時間の攪拌によって
ゼラチンは架橋して硬化する。さらにゼラチン膜補強の
ために、尿素Ｓ％の水溶液１５１と、ホルムアルデヒド
３７％の水溶液を加えて３０分間攪拌したのちに、１０
％の硫酸水溶液を滴下して液系のＰｌ＋を２．０に下げ
て尿素ホルムアルデヒドの縮合反応を完了させる。この
カプセル酸ｚＪ−によってワックスをＩＪ人したマイク
ロカプセルの壁膜内にカーボンブラックを含有させるこ
とができる。

製造方法及び使用例■ 本例は、無機化合物の水和物からなる蓄熱物質をマイク
ロカプセルに封入した蓄熱材の製造方法と、この方法に
より製造された蓄熱材を着衣材となる＃ａｍの表面上に
配列して使用した例を示す。

無機化合物の水和物からなる蓄熱物質として、臭化カル
シウム水和物を用い、臭化カルシウム水和物をエチレン
・コピニール・アセテートをｙ；１Ｍとするマイクロカ
プセルに次の方法によって封入する。カプセルの製造方
法は、５０〜５３％加水分解したエチレン・コピニール
・アセテート３．１２ｇを１２５■ｌのトルエンに溶解
する０次にこの溶液を５０〜６０°ＣにＨ温し攪拌しな
がら５０％のポリジメチルシロキサンのトルエン溶液１
２５ｍ１及びカプセル内容物即ち蓄熱物質として加熱溶
解した臭化カルシウム水和物（ＣａＢｒａ　・６Ｈ，０
）　３０　ｍｌを添加する。この混合液は、トルエンの
連続相と、その連続相に溶解したエチレン・コピニール
・アセテートとの濃厚液相及び芯物質となる臭化カルシ
ウムの水和物（蓄熱物質）の液滴不連続相の３つの相を
つくる。相分離の進行とともにエチレン・コピニール・
アセテートの１Ｉ２Ｆｒｉ液は芯物質即ち蓄熱物質を包
み込んで平均粒径２００ミクロンの胚状カプセルを生じ
、カプセル化したこの発明に係る蓄熱材か完成する。更
に液系の攪拌を続けて室温まで冷却し０．５勤ｌのトル
エンジイソシアネートを添加して、更に１６時間攪拌を
続けたのちに、上ＦＩ５液を除去し、エマルジョン系の
バインダーを加えて、ｍ、ｍの表面上にスプレー塗工し
、乾保させることによって２ｍ雌表面にバインダーを含
めて約２４０ミクロンの、臭化カルシウム水和物（蓄熱
物質）が封入されたマイクロカプセル層即ち蓄熱材の層
を設けた０以上の方法によって表面に潜熱型蓄熱材によ
る蓄熱層を具えた着衣材が得られた。この塗工試験片に
ついて、前例工と同様に６０℃に加熱し、つぎに２０℃
の恒湿槽中で冷却する加熱／冷却の熱サイクルを５０回
ｆｊり返した結果、マイクロカプセルは臭化カルシウム
の水和物（蓄熱物質）を有効に収容維持できる容器であ
ることが確認された。

製造方法及び使用例Ｖ 本例は、製造方法及び使用例■の無機化合物の水和物で
ある蓄熱物質を封入するマイクロカプセルの壁膜に色材
を含有させる例を示す。

５０〜５３％加水分解したエチレン・コピニール・アセ
テート３．１２ｇを１２５ｇのトルエンに溶解し、その
溶液中にカーボンブラック０．３ｇを添加して攪拌する
。この溶液のエチレン・コピニール・アセデート濃厚液
を、製造方法及び使用例■の方法によって蓄熱物質であ
る臭化カルシウムの水和物の液滴周囲に相分離によって
沈積させることによってカーボンブラックをカプセル壁
膜に含有させることかできる。

製造方法及び使用例■ 本例は、ワックス系及び無機化合物の水和物からなる蓄
熱物質を封入するカプセル薄被膜に、銅、鉄、アルミニ
ウム等の金属微片を含有せしめる例を示すものでありて
１本例の方法は前記製造方法及び使用例■、■と同様の
方法により行なわれる。

［発明の効果］ 以上のように、この充用に係る潜熱型蓄熱材によれば、
相転移する天然ワックス、石油ワックス、無機化合物の
水和物等の蓄熱物質を微小マイクロカプセルに封入した
ことによって、これらの蓄熱物質を液体相のときにも表
面をマイクロカプセルの固体相として利用することがで
きることからその取り扱いが容易となり、従来蓄熱材と
してその使用が困鱈とされていた！！物の内装材や衣服
或は医療温湿型剤等をはじめとし広い範囲に使用するこ
とが可能となる。また、蓄熱〒−質を微小カプセルに封
入することによって、放熱面稙が大きくなり、そして蓄
熱物質の表面が凝固して内部からの放熱が妨げられると
いったことを防止することができ、また、ワ・ンクス系
の蓄熱物質に金属微片を添加することにより、この蓄熱
物質の吸熱放熱効果を高めることができ、またワックス
系及び無機化合物の本和物等の蓄熱物質を封入するマイ
クロカプセルの薄被膜内に金属微片を含有させることに
より、封入された蓄熱物質の吸熱放熱効果を高めること
ができ、更にまた、蓄熱物質を封入するマイクロカプセ
ルの表面薄膜内に紫外線或は熱線吸収効果のある色剤を
含有せしめたので、マイクロカプセルに封入された蓄熱
物質の熱吸収効果を高めることができる。更に、蓄８物
質が天然ワ・ンクス９石油ワックス等のワックス系であ
る場合、マイクロカプセルに、よってワ・ンクスが空気
との接触を遮断され、ワックスの酸敗が防止されること
により融点の低下防止が図られ蓄熱材としての機能を維
持することかできる等、潜熱型蓄熱材として優れた効果
がある。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）天然ワックス、石油ワックス等融解熱および相転
   移熱の大きな蓄熱物質をマイクロカプセルに封入したこ
   とを特徴とする潜熱型蓄熱材。
2. （２）無機化合物の水和物等融解熱および相転移熱の大
   きな蓄熱物質をマイクロカプセルに封入したことを特徴
   とする潜熱型蓄熱材。
3. （３）天然ワックス、石油ワックス等の蓄熱物質の熱伝
   導性を改善させる金属微片或は微粉か添加してあること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の潜熱型蓄熱材
   。
4. （４）マイクロカプセル薄膜内の熱伝導性を改善させる
   金属微片或は微粉を含有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項、第２項、第３項記載の潜熱型蓄熱材。
5. （５）マイクロカプセル薄膜内に紫外線或は熱線吸収色
   材を含有する特許請求の範囲第１項、第２項、第３項記
   載の潜熱型蓄熱材。