(57)【要約】ガス吸収性を兼ね備えた発熱体、とりわけ暖房と、室内の有害ガスを吸収する機能を兼ね備えた建築用内装材として用いられる発熱体が開示されている。この発熱体は、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭を含んでなる成形体と、該成形体への通電可能とする少なくとも二つの電極とを有してなり、該電極に電流を流して発熱させて用いられるものである。約８００℃以上の温度で炭化された高温炭を含んだ成形体が発熱体として優れたものであり、かつこの成形体はさまざまなガスに対して優れた吸着性を有する。また、この成形体に約５００℃以下の温度で炭化された低温炭を混合することにより、さらにアルギン酸または酸化カルシウムとを組み合わせることで、吸収活性に優れた発熱体が得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
約８００℃以上の温度で炭化された高温炭を含んでなる成形体と、該成形体への通電可能とする少なくとも二つの電極とを有してなり、該電極に電流を流して発熱させて用いられる、発熱体。
【請求項２】
前記成形体が約５００℃以下の温度で炭化された低温炭をさらに含んで成るものである、請求項１に記載の発熱体。
【請求項３】
前記成形体がアルギン酸またはその塩または酸化カルシウムをさらに含んでなるものである、請求項１または２に記載の発熱体。
【請求項４】
アルギン酸またはその塩と、酸化カルシウムとを共に含んでなる、請求項３に記載の発熱体。
【請求項５】
前記高温炭が８００℃〜１３００℃の温度で炭化されたものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発熱体。
【請求項６】
前記低温炭が３００℃〜５５０℃の温度で炭化されたものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発熱体。
【請求項７】
成形された形態である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発熱体。
【請求項８】
室内建材である、請求項７に記載の発熱体。
【請求項９】
床材または壁材である、請求項８に記載の発熱体。
【発明の詳細な説明】
［発明の背景］
発明の分野
本発明は、炭に電流を流したときの発熱を利用した、ガス吸収性を兼ね備えた発熱体に関する。
背景技術
炭素に電流を流したときの発熱を利用した発熱体は広く知られている。例えば、特開平５−２５８８４２号には抵抗発熱体として炭素繊維を和紙に分散させて面状の発熱体としたものが開示されている。また、特開平９−１９０８７３号には、グラファイト粉末と樹脂を混合しこれを基材に塗布した発熱体が開示されている。さらに、特開平１１−３５４２５７号は、中空状に形成した炭素発熱体を開示し、この発熱体は黒鉛と、樹脂と、セラミックするを混合成形し、不活性ガス中８００℃以上の温度で処理され、さらに真空中で１２００℃の温度で焼成させて調製される。
一方、シックビル症候群またはシックハウス症候群や、化学物質過敏症が近時問題とされている。これらは、気密性の高い建造物中で、建築資材などから出る化学物質が原因といわれている。このような室内の化学物質を、炭が備える吸収性を利用して捕捉し、これら症状の発生を抑制できないか検討がなされている。
木炭や竹炭を粉砕し粉炭とし、これを種々の材料に混ぜて建築用材料とすることが従前より提案されている（例えば、特開平７−１５０６４５号、特開平６−４９９１６号）。
さらに、特開２０００−２２６２０７号には、木材チップを４５０〜５５０℃で熱処理して炭化させる低温炭化工程と、それに続き８００〜９００℃で熱処理して炭化させる高温炭化工程とを行うことで、低温炭化部分と高温炭化部分とを共に有する活性化木炭の製造法が開示されている。しかしながら、この公報には、この活性化木炭を用いた成型物の具体的開示はなく、また成形のための結着剤としていかなるものが有用かの示唆または開示はない。
［発明の概要］
本発明者らは、今般、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭を含んだ成形体が発熱体として優れたものであり、かつこの成形体がさまざまなガスに対して優れた吸着性を有するとの知見を得た。また、この成形体に約５００℃以下の温度で炭化された低温炭を混合することにより、さらにアルギン酸または酸化カルシウムとを組み合わせることで、吸収活性に優れた発熱体が得られるとの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づくものである。
従って、本発明は、ガス吸収性を兼ね備えた発熱体、とりわけ暖房と、室内の有害ガスを吸収する機能を兼ね備えた建築用内装材として用いられる発熱体の提供をその目的としている。
そして、本発明による発熱体は、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭を含んでなる成形体と、該成形体への通電可能とする少なくとも二つの電極とを有してなり、該電極に電流を流して発熱させて用いられるものである。
［発明の具体的説明］
発熱体の基本構成
本発明による発熱体は、約８００℃以上の温度で炭化された高温炭を含んでなる成形体と、この成形体への通電可能とする少なくとも二つの電極とを有してなる。電極間に電流を流すと発熱体を構成する高温炭およびその他の成分の電気抵抗により、成形体が発熱する。さらに本発明による発熱体は、後記するように高温炭、さらには低温炭が良好なガス吸収性を有し、発熱体として機能しながら同時に空気中の有害ガス、たばこの煙、さらには浮遊塵を吸収する。よって、本発明による発熱体は、空気浄化機能を備えた暖房器具の発熱体としての用途に加え、床または壁材の形態とすることで、空気浄化の機能を備えた床または壁暖房材として利用することが可能である。さらに、炭は調湿性を有すことから、床または壁暖房材などの室内建材とされたとき、調湿機能も期待できる。
本発明による発熱体に加えられる電圧および電流は、成形体の大きさ、求められる温度等により適宜決定されてよく、電源も家庭用電源（１００Ｖ〜２２０Ｖ）、各種蓄電池などが利用可能である。室内の床または壁暖房材として利用する場合には、発熱体の表面温度が３５℃〜５０℃の温度となるよう通電することが好ましい。
本発明による発熱体は、例えば図１〜３のような構成を採用することが出来る。図１に示される発熱体１は、電極２および３を交互に成形体４内に埋設した構成を有する。電極２および３の材質は良好な伝導性を有し、成形体４を形成する成分に影響を与えないものであれば特に限定されず、例えば銅、アルミニウム、それらの合金を用いることが出来る。これら電極２および３に導線５および６がそれぞれ結合され、この導線５および６には電源装置（図示せず）が接続される。
また、図２に示される発熱体１にあっては、電極８および９は、貫通孔１２および１３を有し、成形体４との接着強度の改善が期待出来る態様である。また、図３に示される発熱体１は、導電性の細線をネット上に構成した電極１０および１１を、成形体４の上面および下面全面に貼付したものであり、高い通電効率が期待できる構成である。
本発明の好ましい態様によれば、本発明による発熱体１は、いわゆる定型化されたユニットとして提供され、必要な数、必要な場所に設置して利用することが便利である。例えば、図４に示されるように、発熱体１を枠２１および２２により囲み、錨２３により固定したパネルを一つの単位として設置することが出来る。図４（ａ）は構成の模式図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の断面の部分拡大図であり、枠２１に発熱体１がはめ込まれる。そして、発熱体１には、電極２４が、波状金属板２５と、導線性接着剤２６とを介して設けられる。利用に際して、電極２４に導線を接続して電源に接続するが、これらパネルが複数になる場合には、パネルを並列または直列に複数電気的に接続して、電源に接続することが出来る。また、発熱体１の表面に化粧紙、化粧板を貼付することも美観の面から好ましい。
高温炭および低温炭
本発明において、高温炭とは、約８００℃以上の温度で炭化された炭を意味する。本発明の好ましい態様によれば、高温炭とは、好ましくは約８００℃〜１３００℃の温度で、さらに好ましくは９００℃〜１０００℃の温度で炭化して得られたものを意味する。高温炭の製造にあたり、その精錬過程において賦活、例えば空気賦活または水蒸気賦活、が行われてもよい。
また、本発明において、低温炭とは、約５５０℃以下の温度で炭化された炭を意味する。本発明の好ましい態様によれば、低温炭とは、好ましくは約３００℃〜５５０℃の温度で、さらに好ましくは４５０℃〜５００℃の温度で炭化して得られたものを意味する。
本発明において、炭の原料となる木材は特に限定されず、スギ、ヒノキ、マツ、カラ松等の針葉樹や、竹に加え、建築廃材も利用可能である。
本発明において発熱体は高温炭のみから構成されてよいが、高温炭と低温炭はその吸収性において相違する。具体的には、高温炭はホルムアルデヒド、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼンなどに対して高い吸収特性を有し、一方、低温炭はアンモニア、アミンなどに対して高い吸収特性を有する。両者の混合物は、種々の物質に対し良好な吸収性を有するものとなる。従って、本発明の好ましい態様によれば、本発明による発熱体は、高温炭と低温炭の混合物から構成されててよい。
高温炭と低温炭の混合物の利用は、上記の通り、そのガス吸収性の観点から好ましいが、さらに発熱体の電流抵抗値を適正な値に調整することができるとの利点も有する。高温炭はその体積固有抵抗値が１０Ω・ｃｍ以下の導電性を示し、一方、低温炭のそれは一般に１０９〜１０１２Ω・ｃｍ程度である。これらを混合することにより、さらには後記する結着剤等の量を調整することで、発熱体の抵抗値を制御できる。発熱体の抵抗値は、求める温度と、加える電圧等の条件を勘案して適宜決定されてよいが、１〜１００Ω程度の範囲に置かれることが一般的であり、好ましい下限は５Ω程度であり、好ましい上限は５０Ω程度である。
高温炭と低温炭の混合比は、求めようとする抵抗値、さらにはそのガス吸着性を勘案して適宜決定されてよいが、重量基準で１００：０〜８０：２０であり、より好ましい混合比は９５：５〜９０：１０である。
高温炭と低温炭は、粉砕して紛状の形態で利用されるのが好ましい。粒径は適宜決定されてよいが、０．３〜９．５ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは約０．６〜１．１８ｍｍ程度の粒径である。
さらに、本発明による発熱体は、静電防止効果や電磁波シールド効果を有することになる点でも有利である。
アルギン酸および酸化カルシウム
本発明において、発熱体を成形するにあたり結着剤を利用してよく、その発熱および高温炭および低温炭のガス吸収性に影響を与えない限り、種々の結着剤の利用が可能である。
本発明の好ましい態様によれば、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムを結着剤として利用する。アルギン酸またはその塩（例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩）は、単に炭粒子を結着させるだけではなく、炭のガス吸収性を向上させるとの効果を有する。これらアルギン酸単独では、無論そのガス吸収活性は炭に比較すると無いかあるいはその活性は小さなものであり、そのような物質の共存によって、高温炭、さらには低温炭との混合物のガス吸収活性が大きく改善されることは意外な事実である。
なお、本発明においてアルギン酸またはその塩は、精製されたアルギン酸またはその塩のみならず、カラギーナン、角叉など、アルギン酸を主成分とする物質をも意味するものとする。
また、本発明による発熱体において、アルギン酸またはその塩の添加量は結着剤としての機能ならびに発熱性およびガス吸収活性の向上の観点から適宜決定されてよいが、その下限は５重量％程度が好ましく、より好ましくは１０重量％程度であり、その上限は２５重量％程度が好ましく、より好ましくは１５重量％程度である。
本発明の別の態様によれば、結着剤として酸化カルシウムを用いることが好ましい。この酸化カルシウムは、高温炭、さらには低温炭のガス吸収能を、アルギン酸と同様に向上させる。更に、酸化カルシウムの存在により、発熱体の耐火性能を向上させることが出来るとの利点も有する。酸化カルシウムとして、具体的には、貝殻を焼成して得た貝殻焼成カルシウム、生石灰を利用することが出来る。
本発明において酸化カルシウムの添加量は発熱性およびガス吸収活性の向上の観点から適宜決定されてよいが、その下限は５重量％程度が好ましく、その上限は１５重量％程度が好ましく、より好ましくは７重量％程度である。
さらに、本発明の別の態様によれば、アルギン酸と、酸化カルシウムとを共に含むことができる。アルギン酸と酸化カルシウムとの添加により、高温炭、さらには低温炭の発熱性およびガス吸収活性を更に向上させることが出来る。
本発明の好ましい態様によれば、上記アルギン酸および酸化カルシウムに加えて、他の結着剤を含むことが出来る。そのような結着剤としては、珪藻土、セメント、イソシアネート樹脂エマルジョンのような高分子結着剤、デンプンのりなどが挙げられる。セメントとしては、例えば普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント等を利用することができる。また、珪藻土またはセメントの利用は、発熱体の耐火性能を向上させることができる点で有利である。さらに、珪藻土またはセメントを利用する場合、結着剤として高分子結着剤との併用が好ましい。これら結着剤の添加量は適宜決定されてよいが、これらの添加量は過剰であると、発熱体のガス吸収活性を低下させることがあるので、添加量の決定は慎重に行われることが望ましい。本発明においてこれら結着剤の添加量は、好ましくは１０〜４０重量％程度である。
発熱体の製造法
本発明による発熱体は、高温炭と、場合により低温炭、アルギン酸または酸化カルシウム、そのた結着剤、その他の成分を混合した混合物を型に流し込み、成形、そして乾燥（常温〜６０℃以下で３〜５時間程度）することにより容易に得ることが出来る。
また、製造にあたり、その強度を高めるために、充填材または補強材を利用することが好ましい。充填材または補強材の好ましい例としては、マニラ麻や木材パルプ等の繊維材、金網、格子状またはハニカム状の構造体などが挙げられる。
本発明による発熱体の形状は特に限定されないが、ボード状であることが好ましい。
本発明による発熱体の電極の設置はその通電性を確保できるかぎり特に限定されないが、例えば物理的に埋め込む方法、導電性接着剤により接着する方法などが好ましく用いられる。
［実  施  例］
高温炭および低温炭の調製
以下の例において用いた高温炭および低温炭は、次のようにして得た。窯として、前面に火口を有し、背面下部に排気口を有し、内部を耐火レンガで覆った、内容積１６ｍ３のコンクリート製のものを用いた。窯内に木材を入れ、火口から火入れをした。２４時間程の後から分解・炭化が始まり、３００〜４００℃の温度がさらに４８時間ほど続いた。その後温度が４００〜５５０℃に上昇したが、この温度上昇により炭化が終了し、精錬過程に入ったと判断し、５〜１０時間後に窯を完全密封し、冷却した。こうして得られた炭を低温炭とした。また、前記精錬過程において、空気賦活および水蒸気賦活を行い、炭化温度を９００〜１１００℃とし、この温度を３時間維持して得られた炭を高温炭とした。ここで、空気賦活は窯内に空気を、その温度が９００〜１０００℃程度となるまで１０〜２０ｍ３／分の風量で圧送することにより行い、また水蒸気賦活はこの空気の圧送の際に０．５〜２リットル／分の量で同時に圧送することにより行った。
例１
高温炭と低温炭を下記の表に示される割合で混合し、さらに結着剤としてアルギン酸ナトリウムを高温炭または高温炭と低温炭の混合物１００重量部に対して１０重量部加えて、７０ｍｍ×７０ｍｍ×１５ｍｍの大きさの成形体を得た。図５に示されるように、こうして得られた成形体３１に銅からなる電極３２および３３を密着させた。この電極それぞれに導線３４および３５を接続し、抵抗値を測定した。その結果は以下の表に表される通りであった。
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また、試験体１および２について、交流１００Ｖまたは直流２２．５Ｖの電圧を印加したところ、いずれもその表面が３５〜５０℃の温度となった。
例２
高温炭１０００重量部に、マニラ麻５０重量部、アルギン酸ナトリウム５０重量部、デンプン５０重量部を加えて混合し、９００ｍｍ×９００ｍｍ×１５ｍｍの成形体を得た。こうして得た成形体の電気抵抗値を例１と同様にして測定したところ、その電気抵抗は５３Ωであった。また、電極に交流電圧１００Ｖを印可したところ、表面の温度が約５０℃となった。
例３
高温炭７０重量部と、低温炭３０重量部と、アルギン酸５重量部、デンプン５重量部と、マニラ麻５重量部とを混合して、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１５ｍｍの大きさの成形体を得た。この成形体に導電性ペーストを用いて電極を取り付けて、発熱体を得た。この発熱体を１０リットルの密閉された試験箱に入れた後、電極に電源装置を接続し、発熱体の表面温度が４５℃となるよう電圧を調整した。その後、試験箱中に、ガスを適当な濃度となるように注入し、ガス濃度の経時変化を測定した。使用したガスは、ホルムアルデヒド、アンモニア、およびトルエンとした。
その結果は、以下の表に示される通りであった。
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【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による発熱体の一態様を表す図である。
図２は、本発明による発熱体の一態様を表す図である。
図３は、本発明による発熱体の一態様を表す図である。
図４は、ユニット構成とされた本発明による発熱体を表す図であり、図４（ａ）は全体の模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａの断面図であり、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図である。
図５は、例１および２で電気抵抗が測定された発熱体を表す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
2003026351.tif 000009
【図４（ｃ）】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月16日(2003.9.16)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
約８００℃以上の温度で炭化された高温炭と、約５００℃以下の温度で炭化された低温炭と、アルギン酸またはその塩または酸化カルシウムとを少なくとも含んでなる成形体と、該成形体への通電可能とする少なくとも二つの電極とを有してなり、該電極に電流を流して発熱させて用いられる、発熱体。
【請求項２】
アルギン酸またはその塩と、酸化カルシウムとを共に含んでなる、請求項１に記載の発熱体。
【請求項３】
前記高温炭が８００℃〜１３００℃の温度で炭化されたものである、請求項１または２に記載の発熱体。
【請求項４】
前記低温炭が３００℃〜５５０℃の温度で炭化されたものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発熱体。
【請求項５】
成形された形態である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発熱体。
【請求項６】
室内建材である、請求項５に記載の発熱体。
【請求項７】
床材または壁材である、請求項６に記載の発熱体。
【国際調査報告】
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