JPH0248195B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (A) 産業上の利用分野 本発明は、結晶性有機ポリマーの融解に伴う熱
の吸収、放出を利用した潜熱利用型の蓄熱剤に関
するものである。

(B) 従来の技術 有機結晶性物質の融解−結晶化に伴う潜熱を利
用した蓄熱剤は、１）過冷却や相分離などの問題
がなく、２）安価で安全性が高い、３）腐食性を
有しない、などの点において無機系潜熱型蓄熱剤
よりも有利に使用できることが明らかにされてい
る。本発明者らは、特に有機結晶性ポリマーであ
るポリエチレンを基材とする潜熱型蓄熱剤につい
て、工学的に実施可能とする技術的諸問題につい
て種々の研究を行い、融解−結晶化における液状
−固状の相変化の影響を小さくし、かつ粘着等を
防止するため、架橋の導入法、ポリマーの金属や
耐熱性粉末による被覆等による形状安定化処理法
を発明した（特許第1226676号、1226677号、特公
昭59−025160号）。これは主として、熱媒体との
直線熱交換を長期にわたつて可能とするような潜
熱型蓄熱剤として必要とされる処置である。また
これらを使用する場合の劣化防止法及び蓄熱器等
についても開発を行つてきた（特願昭58−193937
号、特願昭58−193938号、特願昭58−193939号、
特願昭58−193940号、特願昭59−224488号）。上
記のような技術的開発が可能であつた根幹は、ポ
リエチレンが架橋の可能な結晶性高分子であると
いう事実であり、架橋を導入すれば加熱融解時も
もとの形状をほぼそのまま保つて熱の吸収、放出
が可能となることである。しかし、他のほとんど
すべての有機結晶性物質において、それに架橋を
導入することは極めて困難であり、加熱時には融
液となるため蓄熱剤の形状は著しく変化し、その
ままでは熱媒体の流路を塞いだり、熱媒体と蓄熱
剤との熱交換を悪化させる。また溶融時の体積膨
張により蓄熱器に対し大きな応力を及ぼすなどの
不都合が生じた。従つて、これらの物質の利用に
は高価な熱交換器の使用を余儀なくされた。一
方、ポリエチレン系蓄熱剤により利用可能な温度
範囲はその融点付近に局限されるので、他種の有
機結晶性物質を用いてより広範囲の温度領域に適
合し、経済的に用いることのできる潜熱型蓄熱剤
に対する要望は極めて大きいものがある。

(C) 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記の点に鑑み、架橋性を持たない有
機結晶性物質または有機結晶性ポリマーを素材と
して、問題となる融解時の形状変化及び融着が防
止された、直接熱交換の可能な潜熱型蓄熱剤を提
供することを目的とするものである。

(D) 発明の構成 本発明の潜熱型蓄熱剤としては原則としてすべ
ての結晶性有機ポリマーを使用できるが、当然な
がら安価な物質であり、また融解時になるべく粘
稠な融液となるような物質が望ましい。それは、
マクロカプセル化後も融解時に粘稠なほど形状変
化や融液の漏洩を低応力で抑制し得るからであ
る。そのような結晶性ポリマーとして、長鎖脂肪
酸誘導体、長鎖アルコール、ポリエチレングリコ
ール、ポリプロピレン、ポルオキシメチレン、ポ
リエステルなどがあげられる。上記した結晶性有
機ポリマーは、分子量によつて融解温度が異なる
ので、用途に応じて融解温度を設定し、その融解
温度に相当する分子量のポリマーを使用すればよ
い。たとえば、ポリエチレングリコールは、多種
の分子量を有する市販品として入手可能であり、
或いは公知の重合法を用いて特定の分子量分布を
有するようなポリマーを重合してもよいし、さら
には幅広い分子量分布を有するランダム重合体を
ゲル濾過法などの操作により特定の分子量範囲の
ポリマーだけを抽出するようにしてもよく、用途
に応じて分子量を選定したり種々の分子量を有す
るポリマーを組合せて使用することにより、常温
以下から60℃近傍までの温度範囲をカバーするこ
とができる。そのほか、固相−固相の相転移を利
用できるペンタエリスリトール等があげられる。
また場合によつては固相の二成分−、三成分−混
合物を用いることも差支えない。これらの物質の
マクロカプセル化は、単に形状安定化処理である
だけでなく、表面架橋の一種と見なすことも可能
である。それ自身の架橋が可能であるポリエチレ
ンにおいても、全体に対する架橋の進行は蓄熱量
の低下及び耐久性の低下をもたらすので、でき得
れば表面部分だけの架橋による形状安定化と融着
防止が最も望ましいとされている。これらの点か
らすれば、マクロカプセル化は最も望ましい表面
架橋の代替技術と見なすことができる。この目的
は本発明によれば、次のような方法によつて達成
できる。その方法は、架橋したゴム状物質を有機
潜熱型蓄熱物質の表面に形成させることにある。
その方法には種々あるが、まず一旦蓄熱物質を溶
融させた後、固化させるときに取扱いに容易なよ
うに適当な大きさの球状に成形して置く。これは
融解時の形状安定化に界面張力が効果的に作用す
るために好都合な形態であるが、必ずしもこれに
限るわけではない。これを架橋硬化前のポリマー
液に浸漬し、その後適当温度に保持して架橋硬化
させる。そのような架橋性ポリマーとして一液
型、二液型のシリコーン、エポキシ樹脂、ウレタ
ン等があげられるが、被覆の厚さは0.2〜２mm程
度で目的を達し得る。被覆を形成するポリマーは
内部の蓄熱剤の融解や膨張に対抗するためのある
程度のゴム弾性を示し、かつ目的に応じて適度の
耐熱性を持つものが望ましい。また、特に架橋性
がない熱可塑性ポリマーであつても、使用時の熱
媒体の種類によつては熱可塑性のポリマー等もマ
クロカプセル化に有効に用い得る。たとえば水溶
性ポリマーであるポリビニルアルコール、ゼラチ
ン等は濃厚水溶液として蓄熱剤粒に被覆をほどこ
し乾燥させれば、空気等を熱媒体とする蓄熱器に
使用することができる。同様にして、熱媒体の種
類によつては各種の有機溶剤に可溶性の有機ポリ
マーを表面被覆剤として用いることが可能であ
る。この方法の利点の一つは、マクロカプセル化
により内部の蓄熱剤が外部の、たとえば酸化性雰
囲気等から保護されることで、長期間の使用によ
つても蓄熱能力が低下しないことが知られた。上
記により製造されたマクロカプセルの内部の蓄熱
剤は、熱の吸収時には融解するため、カプセル全
体はある程度軟化するが、蓄熱剤の自重による下
部の蓄熱剤に対する圧力を有効に減少させるよう
な構造を持つ潜熱蓄熱器（特願昭59−224488号）
を用いれば、固着団塊化して熱媒体の流路を塞ぐ
恐れはない。

(E) 発明の実施例 以下、本発明の代表的な実施例を示す。

実施例 １ 直径約１cmの球状に成型したポリエチレングリ
コール（分子量約1000）を、二液型常温硬化性エ
ポキシ樹脂（５分硬化型）の未硬化混合液中に浸
漬し、引き上げた後一昼夜常温に放置し硬化さ
せ、球状の表面被覆蓄熱剤を得た。これを約50℃
に保つたところ、内部の蓄熱剤は融解し透明とな
つたが球状を保ち、冷却固化した後もその形状に
変化はなかつた。

実施例 ２ 直径約１cmの球状に成型したポリエチレングリ
コール（分子量約100万）をゼラチン製カプセル
に封入し、球状の表面被覆蓄熱剤を作成した。こ
れを約70℃に保つたところ、内部の蓄熱剤は融解
し透明となつたが球状を保ち、冷却固化した後も
その形状に変化はなかつた。

(F) 発明の効果 本発明の潜熱型蓄熱剤は、素材として安価で蓄
熱密度が高い結晶性ポリマーを蓄熱物質として使
用するものであり、選択したポリマーの分子量を
制御することにより、用途に応じて設定した融解
温度に相当させ、幅広い温度範囲をカバーするこ
とができる。それに過冷却や相分離などの欠点が
なく、マクロカプセル化されているため、長期間
の使用に対しても熱、酸化劣化による蓄熱能力の
低下が生じない。またこれを用いれば、熱媒体が
気体か液体かを問わず経済性を低下させる熱交換
器の必要がなく、維持の容易な潜熱蓄熱器を構成
することができる。従つて、太陽エネルギーや工
場廃熱などの熱エネルギーの回収、利用に好適な
ものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポリエチレングリコール、ポリプロピレン、
   ポリオキシメチレン、ポリエステル、長鎖脂肪酸
   誘導体、長鎖アルコールより選ばれる結晶性有機
   ポリマーの一種以上を、ゴム弾性を有するマクロ
   カプセル中に包蔵してなることを特徴とする潜熱
   型蓄熱剤。