JPH0657241A

JPH0657241A - 蓄熱構造建材

Info

Publication number: JPH0657241A
Application number: JP4098659A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Hayashi; 祐一林; Chiaki Momose; 千秋百瀬; Kiyoshi Nakakawara; 清中河原; Masahiko Omura; 雅彦大村
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1994-03-01

Abstract

(57)【要約】【目的】表面に蓄熱成分が滲出せず、かつ外観変化を
きたさない蓄熱構造建材を提供すること。【構成】建材中に蓄熱材が分散された蓄熱構造建材で
あって、該蓄熱材が、蓄熱成分のパラフィン類１００重
量部とバインダ成分の炭化水素系有機高分子５〜３０重
量部とが機械的手段にて混合されてなることを特徴とす
る。【効果】蓄熱材の表面処理や構造建材中に遮蔽層の形
成、さらに、蓄熱材を収容する容器や槽を不要にして、
蓄熱構造建材の製造工程が簡略化できて製造コストの低
減が図れる。また、蓄熱量を多くでき効率よく吸放熱が
なされるので、室内温度調整のランニングコストを大幅
に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱構造建材に関する
ものであり、更に詳しくは、床、壁、天井、タイル、パ
ネル、仕切り、床パッド等の建材中に、蓄熱材が分散さ
れてなる蓄熱構造建材に関する。

【０００２】近年、快適な室内環境を構築するため、蓄
熱材を建材中に分散して、部屋の内部温度を調整するこ
とが提案され、一部実現しつつある。上記蓄熱材とし
て、物質の顕熱を利用するもの、物質の相変化潜熱を利
用するもの、物質の化学変化を利用するもの等が知られ
ているが、実用面から物質の相変化潜熱を利用する蓄熱
材が注目されている。

【０００３】この相変化潜熱を利用する蓄熱材として
は、パラフィン類を蓄熱成分として用いた、所謂有機蓄
熱材が、簡単かつ安価に製造できるので、注目されてい
る。この蓄熱成分のパラフィン類は、固体から液体への
相変化時に蓄熱し、液体から固体への相変化時に放熱す
る作用をなすものである。

【０００４】このような蓄熱成分を分散した建材として
は、例えばパラフィン類を無機質セメント状材料に含
浸させたもの（特開昭６３−７５０８３号公報参照）、
マイクロカプセル化して発泡断熱材中に埋設したもの
（特開平１−２６８９４２号公報参照）、架橋ポリエ
チレンに含浸させコンクリート等の建材用材料中に充填
したもの（特開平１−１３５８９０号、特開平１−２８
０１４７号公報参照）等が公知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、蓄熱成分の
パラフィン類は蓄熱時に液化するため、上記やのパ
ラフィン類を含浸させた蓄熱材を建材用材料に分散して
建材とした場合には、液化したパラフィン類が建材の表
面に滲出するおそれがある。したがって、これを防止す
るために、蓄熱材の表面に耐アルカリ性の樹脂皮膜を形
成したり、建材中の蓄熱材層を紙や板で遮断することが
なされている。

【０００６】一方、のマイクロカプセル化したものを
使用した場合、蓄熱成分の相変化膨張時にマイクロカプ
セルが破損すると、上記と同様に液化したパラフィン類
が建材の表面に滲出するおそれがあり、またマイクロカ
プセル化のため高価となり不経済である。

【０００７】前記の他、蓄熱材をコンクリート等の建材
用材料に含有させると、蓄熱成分が相変化する際の膨張
−収縮によって、建材にそり、たわみ、クラック、表面
凹凸変化等が生じ、強度の減少をきたす。

【０００８】本発明は、従来技術における前述の如き難
点を解消し、蓄熱成分が建材の表面に滲出せず、また、
建材の外観変化等の強度の減少が極めて少ない蓄熱構造
建材を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述の如
き現状に鑑み種々研究を行なった結果、特定の蓄熱成分
とバインダ成分とからなる組成物を機械的手段で混合し
た蓄熱材が、蓄熱時に流動化しないことを見出した。特
に、本発明者らは当該蓄熱材は、これを建材中に分散し
ても、建材にそり、たわみ、クラック、表面凹凸変化等
を実質的に生じさせないことを見出した。本発明はかか
る新知見に基づいて完成されたものである。

【００１０】即ち、本発明の蓄熱構造建材は、建材用材
料中に蓄熱材が分散されたものであって、該蓄熱材が、
蓄熱成分のパラフィン類１００重量部とバインダ成分の
炭化水素系有機高分子５〜３０重量部とが機械的手段に
て混合されてなることを特徴とする。また、蓄熱構造建
材は、蓄熱材を建材用材料に対して２０〜８０容量％混
合分散し、これを成形加工したものである。

【００１１】

【作用】本発明の蓄熱構造建材によると、蓄熱時に流動
しない特定の有機蓄熱材が使用され分散されているの
で、蓄熱構造建材の表面に蓄熱成分が滲出しない。した
がって、蓄熱材に流れ防止用表面処理を施したり、構造
建材中に遮蔽層を設ける必要がなくなる。さらに、蓄熱
材を収容する容器や槽を不要にできて、蓄熱構造建材の
製造コストを低減できる。

【００１２】また、この蓄熱材は蓄熱量が多いので、効
率よく吸放熱がなされる。したがって、蓄熱構造建材を
床、壁、天井等に使用すると、蓄熱材が昼間の太陽熱、
室内の熱や補助的加熱等の熱を蓄熱し、夜間に放熱し
て、室内の温度をほぼ一定に保つことができる。また、
熱エネルギーがリサイクルされるので、省エネルギーが
達成できて室内の温度調整のランニングコストを大幅に
低減することが可能となる。

【００１３】次に、本発明を更に詳細に説明する。本発
明における建材とは、建築構造物を構成するあらゆる資
材をいい、例えば床材、壁材、天井材、タイル、パネ
ル、仕切り材、床パッド等が例示される。

【００１４】本発明の蓄熱構造建材は、コンクリート、
モルタル、セメント、石膏等の建材用材料中に、以下に
示す特定の蓄熱材組成物を機械的に混合分散し、これを
成形してえられる。

【００１５】上記蓄熱材は、蓄熱成分としてのパラフィ
ン類と、該パラフィン類１００重量部当たり５〜３０重
量部の炭化水素系有機高分子からなるバインダ成分とを
機械的手段にて混合してえられるものが使用される。

【００１６】上記パラフィン類としては、ＪＩＳＫ
７１２１（プラスチックの転移温度測定方法）に従って
測定したＴ_maxが使用温度、即ち室温〜１００℃、好ま
しくは室温〜８０℃前後の温度域にある有機化合物が使
用される。但し、この室温とは、本発明の蓄熱材がその
稼働中に遭遇する最低温度を意味する。

【００１７】このパラフィン類の好ましい具体例として
は、Ｃ_nＨ_2n+2で表される直鎖状または側鎖を有する脂
肪族飽和炭化水素よりなる各種パラフィン、ロウ、ワッ
クスをはじめ、グリセリドとして存在するステアリン
酸、パルミチン酸等の脂肪酸、脂肪酸エステルとして存
在するステアリルアルコール、ポリエチレングリコール
等の高級アルコールが挙げられ、これらの１種または２
種以上の混合物として使用される。

【００１８】前記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
機高分子の１種または２種以上が用いられる。かかる炭
化水素系有機高分子の例を以下に示す。

【００１９】（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。

【００２０】（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「熱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、かつ、使用したパラフィン
類のＴ_max＋１０℃の温度域で、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
でゴム弾性を持続するものも使用できる。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、エチレ
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】上記炭化水素系有機高分子は、架橋性、非
架橋性のいずれであってもよいが、夫々プラスチックス
性であるよりもゴム的性質を有するもののほうが好まし
い。

【００２３】この炭化水素系有機高分子の使用量は、パ
ラフィン類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、Ｔ_max以上においてパ
ラフィン類が滲み出し、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、パラフィン
類の使用量が少なくなるのに比例して蓄熱量も少なくな
る。

【００２４】上記炭化水素系有機高分子の架橋や加硫
は、必要に応じてパラフィン類との混合中、或いは混合
の後に行われる。この架橋又は加硫の方法としては、一
般に用いられている化学架橋、シラン架橋（水架橋）お
よび電子線や放射線照射による架橋等が採用できる。

【００２５】蓄熱材を架橋するに際しては、前記いずれ
の架橋方法を採用するにしても、その架橋度はＪＩＳ
Ｃ３００５に従って測定し、組成物中の架橋物が、ゲ
ル分率にして１重量％以上、好ましくは２重量％以上と
するものである。架橋度が１％以上、好ましくは２％以
上とすることにより、使用したパラフィン類のＴ_max以
上に蓄熱材が加温されても、蓄熱材が溶融や滴下するこ
となく、元の形状を保持することが可能となる。

【００２６】前記炭化水素系有機高分子としては、下記
Ａ或いはその架橋物またはＢの材料が特に好ましい。Ａ．前記（１）のポリオレフィン系ポリマー類と前記
（３）の炭化水素系ゴム類との併用系：この場合のポリ
オレフィン系ポリマー類としては、特にその成分として
ポリメチレン、ポリエチレン、ポリスチレン等のホモポ
リマー、オレフィン同士のコポリマー、オレフィンと他
のモノマー、例えば酢酸ビニル、アクリル酸、メタクリ
ル酸等とのコポリマー等がある。これらは１種または２
種以上で使用されるが、就中ＪＩＳＫ７１２１（プ
ラスチックの転移温度測定方法）によって測定される最
高結晶転移温度（通常は融点に該当する）が、使用した
パラフィン類のＴ_maxより少なくとも１０℃高い高結晶
性のもの、好ましくはＴ_maxより少なくとも２０℃高い
ものが使用される。

【００２７】この結晶性ポリオレフィンは、炭化水素系
ゴム類との併用下で、適度な柔軟性を有するとともに確
実な形状保持性をも有する。しかも脆くなく、成形して
も割れを生ぜず充分なる保持性を維持するものである。

【００２８】この併用系の場合、パラフィン類との配合
割合は、パラフィン類１００重量部に対し、炭化水素系
ゴム類１〜２０重量部、好ましくは５〜１５重量部、ポ
リオレフィン系ポリマー類１〜２０重量部、好ましくは
５〜１５重量部である。

【００２９】Ｂ．前記（２）の熱可塑性エラストマー
類：熱可塑性エラストマーは、パラフィン類のＴ_max以
下ではゴム弾性を示すものを使用することが好ましい。
この場合、熱可塑性エラストマーは、Ｔ_max以下の温度
でゴム弾性を有するので、パラフィン類をうまく包み込
んだ状態で良好に担持でき、混合物の取り扱いが容易で
あり、また、割れ難くなり、成形が容易である。更に上
記エラストマーは、Ｔ_maxより高温度においてもゴム弾
性を持続するので、本発明の蓄熱材は溶融したり滴下す
ることはない。

【００３０】本発明で使用する蓄熱材は、前記のパラフ
ィン類と炭化水素系有機高分子とを、前記した割合で機
械的手段により混合して得られるが、ここでいう混合と
は、パラフィン類と炭化水素系有機高分子の少なくとも
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、或いは高温度によって混合
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
で攪拌、混合、或いは混練されることを意味する。

【００３１】例えば１００〜２００℃に保持されたパラ
フィン類の溶融物に炭化水素系有機高分子を溶解し、得
られる高温度の溶液を攪拌混合する態様、混合各成分が
軟化する温度、例えば５０〜２５０℃で２本ロール、バ
ンバリーミキサ、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等が例示される。混合
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十分である。

【００３２】上記の混合によって溶液状となった組成物
は、そのままで、或いは若干冷却して任意の形状の蓄熱
材を成形できる。蓄熱材の形状としては、粒状、ペレッ
ト状、チップ状、ブロック状、繊維状、シート状、板状
等に成形できる。例えば、溶液状となった組成物をその
まま粒状化したり、押出機でシート状、板状に押し出し
成形することができ、更に該押出機により棒状、パイプ
状にも成形できる。このシート状、板状、棒状、パイプ
状の成形物を細断すれば粒状、チップ状、ペレット状と
することができる。また、ブロックを粉砕して粒状、チ
ップ状とすることもできる。

【００３３】本発明で使用する上記蓄熱材には、必要に
応じて各種の添加剤を配合することができる。たとえば
老化防止剤、酸化防止剤、着色剤、顔料、帯電防止剤等
が配合され、その他用途に応じて防黴剤、難燃剤等、更
には伝熱性向上のために金属粉、金属繊維、金属酸化
物、カーボン、カーボンファイバー等を併用することが
できる。

【００３４】このようにして得られた蓄熱材は、前記建
材用材料に対して任意の割合で混合分散されるが、２０
容量％以上、好ましくは３０〜８０容量％混合される。
この混合方法としては、粒状、チップ状、ペレット状等
の比較的小サイズの蓄熱材を、コンクリートミキサー等
を使用して通常の方法で建材用材料とともに十分に攪拌
し混合することでなされる。ついでこの混合物を注型等
の各種手段で成形加工することにより、所望の大きさ、
形状に成形した蓄熱構造建材がえられる。上記蓄熱材の
混合量が、２０容量％未満であると、蓄熱構造建材に十
分な蓄熱がなされず、一方、８０容量％を越えると、蓄
熱構造建材の機械的強度が低下し構造物としての強度が
保てないので好ましくない。

【００３５】

【実施例】以下、本発明をより具体的に説明するために
実施例を示す。なお、本発明が、これらの実施例に限定
されるものでないことはいうまでもない。実施例１〔蓄熱材の調製〕蓄熱材の組成融点１１５°Ｆのパラフィン５０重量部パルミチルアルコール（商品名ＮＡＡ−４４日本油脂社製）５０重量部ＳＥＢＳ熱可塑性エラストマー１５重量部（シェル化学社製、商品名クレイトンＧ）ポリエチレンワックス５重量部酸化防止剤０．５重量部上記組成物を、１３０〜１５０℃の温度で攪拌混合機に
よって１〜２時間溶融強制攪拌を行った。えられた混合
物を、型に流し込み冷却して棒状成形物とし、さらにこ
れを細断して１２mmメッシュのスクリーンを通過する粒
状ないしチップ状の蓄熱材を調製した。この蓄熱材の蓄
熱温度は４１℃、蓄熱量は４１Cal/g であった。ただ
し、測定は、ＪＩＳＫ７１２１およびＪＩＳＫ
７１２２に従い行った。

【００３６】〔蓄熱構造建材の作製〕上記蓄熱材をセメ
ントおよび砂と予備混合した後、適量の水を加えて練り
合わせて蓄熱材を混合したモルタルを調製した。なお、
配合割合は、蓄熱材：セメント：砂＝２：１：１（容量
比）とした。

【００３７】上記蓄熱可能なモルタルを、直径１５０m
m、長さ３００mmに注型し、１０日間硬化、養生した
後、この比重を測定し、さらに７０℃まで昇温して十分
に蓄熱させた状態で寸法を測定して、熱膨張を調べると
ともに、状態変化を観察した。この結果は、表１に示す
とおりであった。

【００３８】比較例１セメント：砂＝１：２．５の割合で、適量の水を加えて
練り合わせてモルタルを調製した。このモルタルを実施
例１と同様にして直径１５０mm、長さ３００mmに注型
し、１０日間硬化、養生した後、この比重を測定し、さ
らに７０℃まで昇温して十分に蓄熱させた状態で寸法を
測定して、熱膨張を調べるとともに、状態変化を観察し
た。この結果は、表１に示すとおりであった。

【００３９】比較例２実施例１おける蓄熱材の代わりに、架橋ポリエチレンに
融点１１５°F のパラフィンを７０％含浸させたものを
蓄熱材として使用し、実施例１と同じ配合割合でモルタ
ルを調製した。このモルタルを実施例１と同様にして直
径１５０mm、長さ３００mmに注型し、１０日間硬化、養
生した後、この比重を測定し、さらに７０℃まで昇温し
て十分に蓄熱させた状態で寸法を測定して、熱膨張を調
べるとともに、状態変化を観察した。この結果は、表１
に示すとおりであった。

【００４０】

【表１】

【００４１】上記表１から明らかなように、実施例１の
モルタル注型物は、比較例１のものよりもかなり軽量で
ある。また、蓄熱材を混合したにもかかわらず、熱膨張
の目安となる線膨張係数は、蓄熱材を混合しない比較例
１のものと同じである。さらに、７０℃での状態観察に
おいても、外観上の変化は全く無く蓄熱成分が分離した
り滲出することは無かった。これに対して、従来の蓄熱
材を混合したものは、蓄熱時に蓄熱成分の分離、滲み出
しが見られた。このように、本発明の蓄熱材を混合した
構造建材は、蓄熱構造建材として十分に実施できる特性
を有するものであった。

【００４２】応用例１約２０m²の室内の床部に、５０mm厚の断熱材を、この上
部に２４０Ｗ／m²の面状ヒータをそれぞれ敷設した。つ
いでこの面状ヒータ上に、実施例１でえた蓄熱材を混合
したモルタルを２８mm厚に施工し、さらにその上面に５
０mm厚のモルタルを打設して１０日間硬化、養生した。
その後、表面にＰ−タイルを敷設して、蓄熱材が分散さ
れた床を形成した。

【００４３】床の蓄熱は、夜間に夜間電力を利用して１
０時間ヒータに通電し、昼間は通電を停止する方法で、
冬季（１２月〜２月）を通して運転した結果、室温は全
日１８〜２２℃に保たれてほぼ一定であり快適であっ
た。

【００４４】運転終了後、Ｐ−タイルを剥いでモルタル
表面を調べた結果、クラックや凹凸の異常は見られず、
また、蓄熱成分の滲出も見られなかった。

【００４５】実施例２〔蓄熱材の調製〕蓄熱材の組成Ｃ₁₆・ノルマルパラフィン２５重量部Ｃ₁₈・ノルマルパラフィン７５重量部炭化水素系高分子バインダ用ＳＥＢＳ熱可塑性エラストマー１３重量部（商品名クレイトンＧシェル化学社製）ポリエチレンワックス７重量部酸化防止剤０．２重量部

【００４６】上記組成物を、実施例１と同様に混合、成
形加工した。この蓄熱材の蓄熱温度は２１℃、蓄熱量は
３０Cal/g であった。ただし、測定は、ＪＩＳＫ７
１２１およびＪＩＳＫ７１２２に従い行った。

【００４７】〔蓄熱構造建材の作製〕上記蓄熱材を実施
例と同じ比率でセメントおよび砂と予備混合した後、適
量の水を加えて練り合わせて蓄熱材を混合分散したモル
タルを調製した。

【００４８】上記蓄熱可能なモルタルを、幅３００mm、
長さ９００mm、厚さ３０mmの枠内に注型し、１０日間硬
化、養生させて蓄熱材を分散した壁材を形成した。この
壁材を用いて、室内に内寸法１８００mm×１８００mm×
１８００mm、壁厚さ９０mmの小部屋を設けた。室内およ
び小部屋内の温度を計測した結果、室内は昼間２３℃、
夜間１７℃であったのに対し、小部屋内は、それぞれ２
１℃、２０℃で、一日中温度がほぼ一定に保たれた。な
お、室内は昼間のみエアーコンディショナーで２３℃前
後にコントロールした。このように、補助的な熱供給を
必要とせず、定温室として有用に利用できる。

【００４９】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明では、蓄熱成分
が蓄熱時に流動しない特定の有機蓄熱材を使用するの
で、蓄熱構造建材の表面に蓄熱成分が滲出しない。ま
た、蓄熱材の表面処理や構造建材中の遮蔽層の形成、さ
らに、蓄熱材を収容する容器や槽を不要にして、蓄熱構
造建材の製造コストが低減できる。

【００５０】また、蓄熱量が多いので、効率よく吸放熱
がなされ、蓄熱構造建材を壁、床、天井等に使用する
と、蓄熱材が昼間の太陽熱、室内の熱や補助的加熱等の
熱を蓄熱し、夜間に放熱するので、室内の温度をほぼ一
定に保つことができる。しかも本発明では、建材の外観
変化等の強度の減少が極めて少ない。したがって、熱エ
ネルギーが有効に利用でき、温度調整のランニングコス
トが大幅に低減できる室内の保温、保冷や床暖房等に有
用な蓄熱構造建材を提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大村雅彦兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建材中に蓄熱材が分散された蓄熱構造建
材であって、該蓄熱材が、蓄熱成分のパラフィン類１０
０重量部とバインダ成分の炭化水素系有機高分子５〜３
０重量部とが機械的手段にて混合されてなることを特徴
とする蓄熱構造建材。
【請求項２】蓄熱構造建材が、建材用材料に対して蓄
熱材を２０〜８０容量％混合分散し、これを成形加工し
たものである請求項１記載の蓄熱構造建材。