JPH03111483A - 潜熱蓄熱材 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、相変化を利用して蓄熱あるいは蓄冷を行う
潜熱蓄熱材、特にポリオレフィンにパラフィン等の相変
化材料を固定化した潜熱蓄熱材に関する。

〔従来の技術〕

従来、ポリオレフィン製材料を結晶性の長鎖ｎ−パラフ
ィン、結晶性の高級脂肪酸、結晶性の高級脂肪酸エステ
ルあるいは結晶性の高級脂肪族アルコールなどの結晶性
の有機化合物の単独あるいは２種以上の混合物からなる
相変化材料（以下、このような相変化材料を「ワックス
」と言う）で膨潤して作られた潜熱蓄熱材は、ペレット
状あるいは平板状の形態をとっており、使用に際しては
、ペレット状のものは、アルミラミネート製等の袋に封
入し、平板状のものは、そのままあるいは表面をフィル
ム等でコートするなどして用いられる。

用途としては、深夜電力を用いて夜間蓄熱し、昼間その
熱を利用して床暖房を行う蓄熱式床暖房用の蓄熱材や、
冬期の植物の枯死防止のために昼間蓄熱し、夜間その熱
を用いて温度の低下を抑える蓄熱式植木鉢等の園芸設備
に用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

蓄熱材を蓄熱あるいは放熱させる際、その熱交換を行う
界面において、接触抵抗をできるだけ低く抑えるために
圧迫して密着させる必要が生じる、第１図（ｂｌは、平
板状の潜熱蓄熱材を用いて構成した蓄熱建材の１例であ
る。この蓄熱建材は、壁面、天井面あるいは床面である
放（吸）熱面ｌでの熱交換をスムーズに行うために、潜
熱蓄熱材２が放（吸）面ｌと断熱材３により挾まれ密着
している、潜熱蓄熱材２中のワックスが融解し、体積膨
張が起こると、圧力の逃げ場がないので、破損やワック
スの染み出しが生じやすい。

また、平板状潜熱蓄熱材の蓄熱容量を増やすために、厚
みの厚いものを作製する場合、均一に膨潤させにくいと
か、従来よりも膨潤時間がかかってしまうという問題も
生じる。

そこで、この発明は、蓄熱材膨張時の圧力を逃がすこと
ができ、容易に蓄熱容量の増加をはかれる潜熱Ｍ熱材を
提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明にかかる潜熱Ｉｎ
材は、ポリオレフィンシートが相変化材料で膨潤されて
なり、少なくとも片面が凹凸面となっている。

発明者らは、蓄熱材膨張時の圧力を逃がすためには、潜
熱蓄熱材の片面または両面を凹凸面にしておき、蓄熱材
自身で圧力を吸収することが有効であることを見出した
。

相変化材料で膨潤した後のポリオレフィンの性状は、ま
ず被膨潤物であるポリオレフィンの架橋度に強く依存す
る。たとえば、ポリエチレンを例にとると、架橋度が低
いと膨潤時に融解して形状を保てず、逆に架橋度が高い
と相変化材料がポリエチレンマトリックス中に入りにく
くなり、含有率が低くなってしまう、ポリエチレンの架
橋法としては、公知であるどの方法を用いても良いが、
過酸化物により架橋したポリエチレンでは、キシレン抽
出によるゲル分率が５０〜８０Ｍ量％（以下「Ｍ量％」
を単に「％」と言う）のものが好ましく、特に６０〜７
０％のものが優れている。また、シラン架橋したポリエ
チレンでは、ゲル分率が３０〜５０％のものが優れてい
て好ましい。

この発明で用いる相変化材料としては、特に制限はなく
、広い意味での相転移を示す物質であって、蓄熱・蓄冷
しようとする温度に応じた相転移温度を持つものを適宜
選択して使用するようにすればよい、たとえば、ポリオ
レフィン樹脂と相溶性がある、結晶性のｎ−パラフィン
、結晶性の脂肪酸、結晶性の脂肪酸エステルおよび結晶
性の脂肪族アルコールなどの結晶性の有機化合物が単独
であるいは２種以上の混合物として使用される。

中でも、融点および凝固点が５〜５０℃程度であるワッ
クスが好ましく使用される。

この発明で相変化材料の担体として用いるポリオレフィ
ンは、特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリブテン（ポリブチレンも含める）、結晶性ポ
リスチレン、ポリ　（４−メチル−ペンテン−１）など
であり、それぞれ、単独であるいは２種以上合わせて用
いられる。また、ポリオレフィンの形状としては、たと
えば、シートなどの成形体が挙げられるが、これに限る
ものではない。

ポリオレフィンの架橋は電子線照射、Ｔ線照射、過酸化
物処理、シラン架橋等の公知または周知の方法によって
行うことができる。架橋されたポリオレフィンの架橋度
は架橋法によってその最適範囲は異なるが、キシレン抽
出によるゲル含有量（ゲル残留量）が、電子線照射・Ｔ
線照射・過酸化物処理による架橋であれば５０〜９０％
が好ましく、６０〜７０％がより好ましく適当であり、
シラン架橋であれば３０〜５０％が好ましく適当である
。ゲル含有量が低すぎると、膨潤時にポリオレフィンが
熔解して形状を留めな（なり、反対に、ゲル含有量が９
０％を越えると、相変化材料の膨潤が難しくなることが
ある。

ポリオレフィンとしては、架橋の容易さ、膨潤のしやす
さ、入手の容易さからポリエチレンが好ましい。

膨潤後の相変化材料の膨潤量は、ポリオレフィンの架橋
度、膨潤温度・時間などにより変化するが、架橋ポリオ
レフィンおよび膨潤された相変化材料の合計重量１００
％に対して、４０〜８５％とするのが好ましい。

第２図は、この発明の潜熱Ｍ熱材の１実施例を表し、波
板形の潜熱蓄熱材２である。ただし、波形は、規則正し
い形状である必要はなく、凹凸の高低差、間隔などが不
均一であってもよい、このような潜熱Ｍ熱材２は、たと
えば、つぎのように行うと簡単に得られる。ビーカーな
どの容器に上記のごとく適切なゲル分率に調節されたポ
リオレフィンとその重量の１０〜１２倍の重量の相変化
材料を入れ、ポリオレフィンの融点以上の温度でたとえ
ば約１時間膨潤させるのである。膨潤後、相変化材料を
含んだポリオレフィンを取り出す。

前記膨潤時に、ポリオレフィンシートの両端を固定して
おくとともに、膨潤に伴うポリオレフィンシートの厚み
方向の撓みを所定範囲内で規制する状態にしておくこと
により、ポリオレフィンの膨潤時の膨張を利用して波板
状に成形された潜熱蓄熱材を簡単に得ることができる。

たとえば、ポリオレフィンシートの両端（膨潤により膨
張しやすい方向とそうでない方向とがあり、膨張しやす
い方向の両端が好ましい）をアルミニウム製プレートな
ど膨潤時にポリオレフィンシートといっしょに膨張しな
い材質の支持台に固定し、これを前記所定の範囲内の間
隙をおいて規制シートで覆っておいて膨潤を行うのであ
る。規制シートは、たとえば、金属製メツシュ、平板な
ど１１！清時に変形しないものであり、ポリオレフィン
シートが撓むのをおさえる程度以上の強度が必要である
。ここで規制シートで覆うのは、膨潤によりポリオレフ
ィンシートが支持台に対して１つの山伏に撓もうとする
のをおさえて、その反対向きにも撓ませるようにし、そ
の結果、複数の山（凸）と谷（凹）が生じるようにする
ためである。

ポリオレフィンシートを相変化材料で膨潤するには、た
とえば、融解した相変化材料をポリオレフィンシートの
融点以上の温度に加温し、この中に上記のように固定し
覆ったポリオレフィンシートを入れて、たとえば約１時
間加熱攪拌を続け、ポリオレフィンシート中に相変化材
料を吸収させて、同ポリオレフィンシートを膨潤するこ
とにより行うが、他の方法により行ってもよい。

上記のワックスなど、ポリオレフィンとの相溶性が良い
相変化材料を用いると、相変化材料がポリオレフィンシ
ート中に？ｆｉ！して、樹脂分子中に固定される。所望
の時間、加熱攪拌した後、融解した相変化材料中から取
り出す、冷却後、不透過面を取り外して、この発明の潜
熱蓄熱材が得られる。

〔作　　　用〕

この発明の潜熱蓄熱材は少なくとも片面が凹凸面である
ことにより、相変化材料が融解し、体積膨張が起こった
ときに、平板状のものでは圧力の逃げ場がないのに対し
、自身が圧力を吸収する。

このため、破損や相変化材料の染み出しが起こりにくい
、また、平板状の潜熱蓄熱材に比べると、放（吸）熱面
の単位面積当たりの表面積が大きいため、Ｎ熱容量を簡
単に増やすことができる。

〔実　施　例〕

第１図（８１は、この発明のＷｉ熱蓄熱材を用いて構成
した蓄熱建材の１例である。この蓄熱建材は、壁面、天
井面あるいは床面である放（吸）熱面１での熱交換をス
ムーズに行うために、潜熱Ｍ熱材２が放（吸）面１と断
熱材３により挟まれ密着している。この蓄ｇｌ材では、
潜熱蓄熱材２中の相変化材料が融解し、体積膨張が起こ
ると、ＷＩ熱蓄熱材２自身がバネのように膨張し圧力を
吸収するので、破損やワックスの染み出しは起こりにく
い、また、少なくとも片面を凹凸面とすることで、放（
吸）ｖＪ！面の単位面積あたりの潜熱蓄熱材の容積を増
やし蓄熱容量を増やすことができ、このときに表面積も
増えるので、均一に膨潤させやすかったり、膨潤時間を
長くなるのが防がれる。

この発明の潜熱蓄熱材は、第１図（ａｌにみるように波
形板状（すなわち厚みが均一またはほぼ均一な平板なシ
ートが波形に屈曲した形状）の断面形状を有していても
よいが、たとえば、第３図にみるように片面のみが凹凸
面となっていてもよいし、第４図にみるように、両面が
同じまたはほぼ同じ位置で凸部凹部になっていて両面対
称のような形で凹凸面になっていてもよいし、凹部が溝
状になっていなくて（たとえば、デインプルなどとなっ
ていて）基盤目状などのように配されていてもよい、こ
れらのような形状は、膨潤前にポリオレフィンシートに
対して与えられていてもよいし、膨潤時または膨潤後に
与えるようにしてもよい。

以下に、この発明の具体的な実施例を示すが、この発明
は下記実搗例に限定されない、下記実施例では、架橋ポ
リオレフィン樹脂として、ポリエチレン（三菱油化■製
ＹＦ−３０）を過酸化物（ジクミルパーオキシド）を用
いてゲル含有量が６５％となるように架橋を調節した厚
み１ｆｌのシート状のものを用いた。相変化材料として
、旭電化工業−より市販されている結晶性脂肪酸エステ
ル「サーモトップ１５」　（相変化温度１５℃）を用い
た。

一実施例− 第５図および第６図にみるように、厚みＩＮの架橋ポリ
エチレンシート１２をアルミニウム製プレート５上に置
き、シート１２の両端部を針金４でプレート５に固定し
た。架橋ポリエチレンシー）１２はワックス膨潤時に膨
張しやすい方向Ａとそうでない方向Ｂとがあるので、膨
張しやすい方向Ａと針金４が垂直となるようにセットし
た（膨張しやすい方向Ａの両端部を固定した）０両端部
を固定されたポリエチレンシート１２を金属製メツジュ
ロ内に収納した後、第６図にみるように、ポリエチレン
シート１２の重量の１０倍以上の量リコーンオイル８の
入ったオイルバス７を用いて、攪拌ｔａｌｏで攪拌しつ
つ約１５０℃で１時間膨潤を行った。膨潤後、相変化材
料９より取り出して常温まで冷却した後、アルミニウム
製プレート５を取り外して、第２図のごとき形状の潜熱
Ｍ熱材２を得た。相変化材料の膨潤率は７５％であつた
。この？＠熱蓄熱材では、平板状のものに比べて厚みが
増えており、単位面積あたりの体積が大きくなっている
。

この潜熱Ｎ熱材２を第１図（ａ）にみるように、放熱面
となるシー）１と断熱材３と組み合わせて蓄熱建材とす
ることができる。また、潜熱蓄熱材２は、相変化材料の
融解・凝固を繰り返しても波形状を保っていた。

〔発明の効果〕

この発明の潜熱蓄熱材は、以上に述べたように、少なく
とも片面が凹凸面であるので、相変化材料の融解時の体
積膨張による圧力を逃がすことができ、放熱面の単位面
積当たりの熱容量を簡単に増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ポリオレフィンシートが相変化材料で膨潤されてな
   り、少なくとも片面が凹凸面となっている潜熱蓄熱材。