JPH047390A - 蓄熱カプセル - 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、蓄熱あるいは蓄冷などを
行う潜熱蓄熱材を用いた蓄熱カプセルに関する。

〔従来の技術〕

潜熱蓄熱材は、放熱または吸熱の温度が一定しており、
かつ、蓄熱密度が大きいという特徴を持っている。この
潜熱蓄熱材の使用形態としては、容器に封入して使用す
るのが一般的であるが、カプセル化またはミクロカプセ
ル化（以下、「（ミクロ）カプセル化」と言う）したり
、マトリックス中に分散させ固定することが近年さかん
に研究されている。

潜熱蓄熱材を（ミクロ）カプセル化したものの例として
、潜熱蓄熱材をオリフィス法により被覆したもの（特開
昭６２−１４５２号公報参照）などが、また、マトリッ
クス中に分散させ固定したものの例として、架橋ポリエ
チレン樹脂ペレットに潜熱蓄熱材を膨潤させてペレット
化したもの（特開昭６２−１８７７８２号公報参照）等
が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

オリフィス法でカプセル化した潜熱蓄熱材は、潜熱蓄熱
材の融解時に変形しやすく形状の維持が難しく、そのた
め被覆膜厚を大きくするとコスト高になり、被覆膜の強
度を上げると潜熱蓄熱材の融解−凝固に伴う体積変化に
より膜が破壊されてしまうという問題がある。

架橋ポリエチレン樹脂に潜熱蓄熱材を膨潤させペレット
化したものは、潜熱蓄熱材の融解時においても強固であ
るが、融解した潜熱蓄熱材がペレット表面に染み出して
くる。このため、潜熱蓄熱材が全く染み出してはいけな
い系において使用することはできない。また、ポリエチ
レンを架橋する方法がシラン架橋あるいはγ線架橋とい
った特殊な架橋法を用いているのでコスト高になってし
まうという問題点もある。

また、特開昭６２−１８７７８２号公報では、ポリオレ
フィンとワックスを混合し、ワックスを固定化する潜熱
蓄熱材も提案されているが、寒熱繰り返しによるワック
スの染み出しが大きく、とても実用に供することができ
ない。

そこで、この発明は、潜熱蓄熱材の融解時においても強
固で潜熱蓄熱材の染み出しがなく、安価に製造できる蓄
熱カプセル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、この発明にががる蓄熱カプ
セルは、潜熱蓄熱材とポリオレフィンとを混合してなる
ペレットの表面に前記潜熱蓄熱材のしみ出し防止樹脂層
が形成されているものとされている。

発明者らは、加熱融解したポリオレフィンに結晶性の炭
化水素などの潜熱蓄熱材を直接混合し、ペレット化した
ものが、ポリオレフィンの融点以下の温度で潜熱蓄熱材
が融解していても十分な強度を保ちえることを見出した
。また、潜熱蓄熱材の相変化が行われない状態で保存す
れば、潜熱蓄熱材が融解している温度でも潜熱蓄熱材の
染み出しがほとんどないことも見出した。そこで、ポリ
オレフィンと潜熱蓄熱材を混合し作製したペレット（以
下、これを「混合ペレット」と言うことがある）の表面
に樹脂層をコーティングすることにより、潜熱蓄熱材融
解時においても強固で安価な蓄熱カプセルが得られるこ
とを見出し、この発明を完成させたのである。

この発明で用いる潜熱蓄熱材としては特に限定されない
が、たとえば、結晶性の長鎖炭化水素、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（以下、これらを「
ワックス」と称する）などが挙げられる。蓄熱材の融点
および凝固点（蓄熱温度）の選択は、用途に合わせて適
宜行えばよい。

ポリオレフィンとしては、特に限定されないが、たとえ
ば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。

この発明ではこれらのポリオレフィンを架橋することな
く使用するのである。

混合ベレットの潜熱蓄熱材融解時の強度は、混合するポ
リオレフィンの比率に比例する。潜熱蓄熱材の量は混合
時の全重量に対し、蓄熱量の関係から４０−ｔ％以上が
好ましく、強度の関係から８５ｗｔ％以下が望ましい。

ポリオレフィンと潜熱蓄熱材の混合は、たとえば、両者
をポリオレフィンの融点以上まで加熱し攪拌することに
よって行われる。より均一な混合のためには、ローラー
等の混合手段も用いるのが望ましい。

ポリオレフィンと潜熱蓄熱材の混合物をペレットにする
には押出機を用い造粒化を行うのが望ましいが、注型に
より作製してもよく、ペレットを得るやり方には特に限
定はない。

ペレットの形状は、球状または円柱状が一般的であるが
、これらに限定する趣旨ではなく、偏平な形状、繊維状
、立方体状、直方体状、不定形などであってもよい。ペ
レットの形状としては、蓄熱材のしみ出し防止樹脂層の
厚みを均一にしたり、コーティングをしやすくしたりす
るという点から、シャープな角のない形状が好ましい。

ペレットのサイズは、これも限定する趣旨ではないが、
含浸後の最大寸法が０．５〜２０ｍｍであることが好ま
しい。サイズが大きくなると、しみ出し防止樹脂層の形
成を流動コーティングなどにより行う場合、気流（たと
えば、空気流など）によるペレットの流動が困難になり
、０．５ｆｉ未満のペレットでは取扱にくくなる。

上記のようにして得られた混合ペレットの表面全体を被
覆するように、潜熱蓄熱材のしみ出し防止樹脂層（しみ
出し防止樹脂の皮膜）を形成するこのような滲み出し防
止樹脂としては、（ａ）混合ペレットの表面にピンホー
ルレスの連続した塗膜を形成できること（製膜性を有す
ること）、（ｂ）Ｎ熱材として上記ワックスを用いる場
合には、蓄熱材が無極性の長鎖アルキル基を全成分また
は主成分とするので、含有されている蓄熱材のしみ出し
を防止するワックスバリア性に優れた有極性の樹脂であ
ること、（Ｃ）温度変化による蓄熱材の凝固融解に伴う
ペレットの膨張収縮に耐え、かつ、ペレットの取り扱い
時にペレット同士またはペレットと周りの物体との衝突
による衝撃、擦傷に耐える機械的強度を有すること、が
必要である。

このような樹脂皮膜を混合ペレット１個１個に独立して
形成する方法としては、いわゆる流動コーティング法が
有用である。流動コーティング法は、空気流などの気流
により、混合ペレットを１個１個独立して浮遊、流動さ
せ、この流動状態のペレットに、蓄熱材の染み出し防止
樹脂のコーテイング液をスプレー塗装し、揮散させるな
どして溶媒を除去し、ペレット表面に樹脂皮膜を形成す
るという方法である。スプレー塗装により、混合ペレッ
トの表面全体にコーテイング液を膜状に付着させ、気流
や加熱などにより、コーテイング液の溶媒を蒸発させて
、染み出し防止樹脂の皮膜、すなわち、染み出し防止樹
脂層を形成する。流動コーティング法によれば、均一ま
たはほぼ均一の厚みを有する染み出し防止樹脂層が混合
ペレット表面全体に形成される。

気流の温度は、コーテイング液の溶媒により異なるが、
コーテイング液が混合ペレットに塗装される前に乾いて
しまわないような温度を上限とし、コーテイング液が塗
装された混合ペレット同士が未乾燥のまま凝集してしま
わないような温度を下限とするのが好ましい。また、染
み出し防止樹脂のコーティング処理をコーテイング液の
溶媒の沸点よりも低い温度で行うのが好ましい。その溶
媒の沸点以上の温度でコーティング処理を行うと、コー
テイング液表面からの蒸発だけでなく、コーテイング液
内部からも溶媒が蒸発するため、形成される染み出し防
止樹脂層が孔開きとなり、内部からの蓄熱材の染み出し
を防止できなくなることがある。

流動コーティングを行う装置としては、種々のタイプの
ものが市販されている。たとえば、富士産業−の研究・
開発用流動層式乾燥・造粒・コーティング装置ＡＥＲＯ
ＭＡＴＩＣＡＧ、流動造粒コーテイング機ＦＤ−３−５
（３１２１）　、ドリアコーター、大川原製作所の流動
層造粒コーテイング機フローコーター、スーパー造粒コ
ーティング装置スパイラフロー、耐水製作所のＶＣコー
ターなどがある。

染み出し防止樹脂層の厚みは、特に限定する趣旨ではな
いが、たとえば、直径５ｆｌ程度の混合ペレットで０．
０１〜０．３日程度の比率とするのが好ましい。これよ
りも厚いと、コスト高および単位体積当たりの潜熱量が
小さ（なるおそれがあり、薄いと、潜熱蓄熱材の凝固−
融解サイクルの体積変化により破裂するおそれがある。

しみ出し防止樹脂層の厚みは、たとえば、スプレーのた
めに送ったコーテイング液の量とその厚みとの関係を予
め把握しておけば、コーテイング液の送液量によって調
整することができる。なお、しみ出し防止樹脂層は、必
ずしもその内側の混合ペレットと密着または接着してい
る必要はなく、たとえば、ペレットの収縮に伴って収縮
しなくてもよい。

コーテイング液として、染み出し防止樹脂を有機溶剤に
溶解してなる液を用いる場合、その樹脂としては、上述
のごとく、ワックスバリア性、機械的性質に優れている
ほか、揮発性の有機溶剤に溶解し、成膜性に優れたもの
でなければならない。蓄熱材として上記ワックスを用い
る場合には、蓄熱材が無極性の長鎖アルキル基を全成分
または主成分とするので、ワックスバリア性の点からは
有極性の樹脂が好ましい。このような性能を満足する樹
脂としては、たとえば、ポリカーボネート樹脂、ポリウ
レタン樹脂（ウレタンエラストマーも含む）、メタクリ
ル樹脂、ポリフェニレンオキサイド、変性ポリフェニレ
ンオキサイド（変性ＰＰＥ）、ポリスルホン、ニトリル
ゴムの各単独物または２種以上のブレンド体が有用であ
る。

前記有機溶剤としては、前記染み出し防止樹脂の良溶剤
で、かつ、揮発性の点からは沸点が１５０℃以下の溶剤
が好ましい。たとえば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）
、ジクロロメタンなどが用いられるが、これらに限定さ
れない。上述のように、コーティング処理は、これらの
溶剤の沸点よりも低い温度で行うのがよい。

他方、コーテイング液としてエマルションを用いる場合
、たとえば、次のような樹脂骨格のエマルションが好ま
しいが、これらに限定するものではない。すなわち、樹
脂骨格の主成分が、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アク
リル樹脂、ポリエステル樹脂、ＮＢＲにトリルゴム）、
塩化ビニリデン樹脂、または、これら各樹脂の変性物で
あるエマルションである。これらのエマルションは、そ
れぞれ、単独で、変性されて、あるいは、混合して用い
られる。なお、ここで、エマルションとは、本来の意味
でのエマルションだけでなく、サスペンション、ディス
バージョン、ラテックス等と称されるものをも含む。

エポキシ樹脂エマルションは、エポキシ樹脂を主成分と
するエマルションで、その合成例は、たとえば、特開昭
５３−４７４５４号公報、特開昭５４−３０２４９号公
報に記載されている。市販品としては、たとえば、大日
本インキ化学工業−から「パテラコールＥ−３８５Ｊと
いう名前で出ている、変性エポキシ樹脂水性ディスバー
ジョンがある。

ウレタン樹脂エマルションには、たとえば、ポリエーテ
ル、ポリエステルとジイソシアナートから得られるプレ
ポリマーを場合により、界面活性剤を用いて乳化した後
、１．２−ジアミンのごとき２官能性化合物で鎖伸長し
た樹脂や、ブロックイソシアナートと、イソシアナート
基と反応性を有する官能基（たとえば、水酸基）を持っ
た樹脂の混合体からなる熱硬化型樹脂を主成分とするエ
マルションなどがあり、その合成例は、特開昭５０−１
４７２７号公報、特開昭５７−１５９８５８号公報、特
開昭５８−１３２０５１号公報に記載されている。市販
品としては、たとえば、大日本インキ化学工業−から「
ボンデイックシリーズ」という名前で出ている水分散型
ウレタン、「ハイトランシリーズ」という名前で出てい
るアイオノマー型水性ウレタンなどがある。

ポリエステル樹脂エマルションとしては、たとえば、大
日本インキ化学工業−から「ファインテックスＥＳシリ
ーズ」という名前で出ている芳香族ポリエステルアイオ
ノマー水性ディスバージョンなどが使用される。

アクリル系エマルションとしては、たとえば、大日本イ
ンキ化学工業■から「ボンコート」の商品名で市販され
ている各種のコポリマー樹脂エマルションなどが使用さ
れる。

ＮＢＲ系エマルションは、アクリロニトリル−ブタジェ
ンを主成分とするもので、たとえば、大日本インキ化学
工業−から「ラックスター」の商品名で市販されている
カルボキシル化ＮＢＲなどが使用される。

塩化ビニリデン樹脂エマルションは、たとえば、呉羽化
学工業■から「フレハロンラテックス」の商品名で市販
されている塩化ビニリデン樹脂エマルションなどが使用
される。

これらのエマルションは、主成分である樹脂が有極性の
ものであるので、ワックスバリア性に優れている。上記
各種エマルションの中から、５０〜８０℃の乾燥温度で
造膜し、得られた皮膜の機械的性質が優れているものを
選択することが好ましい。コーテイング液としてエマル
ションを用いる場合も、コーティング処理はエマルショ
ンの溶媒の沸点よりも低い温度（たとえば、水の沸点１
００℃よりも低い温度）で行うのが好ましい。また、こ
こで用いるエマルションは、染み出し防止樹脂が溶媒中
で独立して遊離している粒子（固体に限らない）となっ
ている。このため、溶媒が蒸発しつつ（乾燥しつつ）、
遊離している粒子が互いに融着して製膜し、染み出し防
止樹脂層を形成する。この際に、乾燥速度が速いと、融
着しきれないまま乾燥し、孔開きの皮膜を作ることがあ
る。したがって、コーテイング液としてエマルションを
用いる場合には、コーティング処理をエマルションの溶
媒の沸点よりも低く、かつ、自然乾燥温度で行うことが
より好ましい。このようにすると、孔開きの少ない染み
出し防止樹脂皮膜を作ることができる。自然乾燥温度は
、たとえば、加熱しないで乾燥を行う温度であり、１５
〜２５℃近辺の温度である。

なお、市販のエマルションは、一般に製膜性（造膜性）
を良くするために、同じタイプの樹脂であっても品番に
より乾燥皮膜が粘着性を有する（タラキーである）こと
がある。このようなエマルションをこの発明に用いると
、流動コーティング時に、樹脂皮膜同士が粘着すること
により皮膜が混合ペレットから剥離したり、ペレットが
流動しなくなったりすることがある。このようなことを
防ぐため、乾燥皮膜が粘着性を有しないような品番のエ
マルション市販品を選択することが好ましい。あるいは
、粘着性を有しない品番のエマルションを、粘着性のあ
る乾燥皮膜を与えるエマルションと混合し、粘着性を減
少させることが好ましい。もちろん、混合に際しては、
混合エマルションが安定となる組み合わせを選択するの
が好ましいことは言うまでもない。

〔作　　　用〕

ポリオレ・フィンと潜熱蓄熱材が混合されてなるペレッ
トは、潜熱蓄熱材の融解時でもそれ自体の強度がポリオ
レフィンにより確保される。このため、ペレット表面に
形成されている染み出し防止樹脂層により全体の強度を
確保する必要がなくなる。また、潜熱蓄熱材が融解−凝
固を繰り返しても、染み出し防止樹脂層により染み出し
が防がれる。前記ポリオレフィンは、架橋していなくて
も、強度確保ができる。

〔実　施　例〕

第１図は、この発明にかかる蓄熱カプセルの１実施例を
模式的に断面で表す。この蓄熱カプセル３は、ポリオレ
フィンとワックスの混合物からなる混合ペレット１を、
染み出し防止樹脂層である高分子樹脂膜２で被覆してな
っている。

なお、この発明は、第１図に示したものに限定されない
。

以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。

一実施例１− ワックスとして日本精Ｉ４＠製のパラフィンワックス（
融点５２℃）を、ポリオレフィンとして昭和電工■製の
高密度ポリエチレン「ショウレックスＳ６００６ＭＪ　
　（融点１２８℃）を用いた。

ワックスを７０部、ポリエチレンを３０部の割合でビー
力に入れ、オイルバスにより１５０”Ｃに加熱しつつ十
分に混合されるまで攪拌を行った。

次に金属型に注型して冷却し、直径５ｗ程度の混合ペレ
ットを得た。

コーティングは、富士産業■製の流動コーテイング機エ
アロコーター５ＴＲＥＡ−Ｉ型を用い、コーティング剤
として大日本インキ化学工業■製のエマルション「パテ
ラコールＥＸＰ・３８２」と「パテラコールＥＸＰ・３
８５ｊを混合し、固形分濃度を２０−ｔ％、固形分中の
両者の割合を５５／４５に調節したもの（溶媒は水）を
用い、気流温度５０℃、気流の風量１．７ｒｒｒ／分の
条件で、混合ペレットにスプレー塗布し、同ペレットの
全表面を覆うように厚み０．２　ｍの樹脂層を形成し、
蓄熱カプセルを得た。

実施例２一 実施例１において、ワックスとして日本鉱業■製のヘキ
サデカン（融点１８℃）を使ったこと以外は実施例１と
、同様にして蓄熱カプセルを作製した。

一実施例３一 実施例１において、ポリオレフィンとして三菱油化■製
の「ノーブレンＢＣＯ３ＢＪ　　（融点１２０℃）を用
い、オイルバスによる油浴温度を２００℃にして混合を
行ったこと以外は実施例１と同様にして蓄熱カプセルを
作製した。

実施例１〜３の各蓄熱カプセルは、ワックス（パラフィ
ンを使用）融解時においても十分な強度（手で押しても
簡単にはつぶれない程度の強度）を保ち、かつ、寒熱の
繰り返しくワックスの融点±３０℃程度で実験）を行っ
てもワックスの染み出しのないものであった。

〔発明の効果〕

この発明によれば、潜熱蓄熱材の融解時においても強固
で、潜熱蓄熱材の染み出しがなく、安価に製造すること
ができる蓄熱カプセルが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の蓄熱カプセルの１実施例を模式的
に−表す断面図である。 １・・・混合ベレット　２・・・高分子樹脂被膜　３・
・・蓄熱カプセル 第 図 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 平成 ２年　６月２８日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　潜熱蓄熱材とポリオレフィンとを混合してなるペレ
   ットの表面に前記潜熱蓄熱材のしみ出し防止樹脂層が形
   成されている蓄熱カプセル。