(57)【要約】【課題】高精度の温度制御が必要とされるクリーンルーム等において、温度変化幅を±１℃以内、好ましくは±０．５℃以内に制御することが可能な温調用エレメントを提供する。【解決手段】蓄熱材を内包するマイクロカプセルを通気性のある三次元構造体中に担持させる。三次元構造体がハニカム状構造体で、そのハニカム状構造体を構成するシートがガス不透過性フィルムで被覆されていることが好ましい。蓄熱材の融点が０〜４０℃の範囲で、マイクロカプセルの体積平均粒子径は１〜１０μｍであることが好ましい。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材を内包するマイクロカプセルを通気性のある三次元構造体中に担持させた温度調節用エレメント。
【請求項２】
三次元構造体がハニカム状構造体である請求項１記載の温度調節用エレメント。
【請求項３】
ハニカム状構造体を構成するシートがガス不透過性フィルムで被覆された請求項２記載の温度調節用エレメント
【請求項４】
蓄熱材の融点が０〜４０℃の範囲である請求項１記載の温度調節用エレメント。
【請求項５】
マイクロカプセルの体積平均粒子径が１〜１０μｍである請求項１記載の温度調節用エレメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置の吹き出し口から発せられる空気の温度変化を極力抑えることが可能な温度調節用エレメントに関するもので、極めて安定した室内温度環境が得られると共に、空調機器を構成する加熱器及び冷凍機の負荷の低減化に役立つ温調用エレメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、食品工場、バイオ工場、半導体工場などに用いられるクリーンルームは埃などの除塵から、更に有機ガスなどによる汚染を防ぐ方向に進んでいる。また、クリーンルーム内で使用される空気の質に関しても高度化しており、温度、湿度を高精度で一定に保つ必要がある。特に温度は熱エネルギーの増減であり、最もエネルギーを必要とする部分である。高精度に恒温にコントロールされた空気を作り出すには多大なエネルギーが必要とされる。
【０００３】
従来は吸入空気を冷熱機で所定温度に冷却した後、更にヒーターで加熱して温度振れの少ない恒温空気を作り出していた。よって、以上の工程で使用される冷熱機及びヒーターは熱エネルギーを増減させる装置であり、昨今の省エネから非常に問題となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、高精度の温度制御が必要とされるクリーンルーム等において、温度変化幅を±１℃以内、好ましくは±０．５℃以内に制御することが可能な温調用エレメントに関するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、通気性を有する三次元構造体に蓄熱材を内包するマイクロカプセルを含有する温度調整用エレメントにより達成される。
【０００６】
本発明に於いて、該温度調整用エレメントは蓄熱材を内包するマイクロカプセルをいかにして大量の温調する空気に接触させるかがポイントである。すなわち、いかにして蓄熱材を内包するマイクロカプセルの接触表面積を増やすかである。
【０００７】
本発明に於いて、鋭意検討した結果、通気性の有る三次元構造体に該マイクロカプセルを担持させることにより、達成できることが判明した。
【０００８】
本発明に於いて、通気性を有する三次元構造体とは、様々な物が挙げられる。繊維がランダムに絡まり合って、その繊維間に多量の空気層を有する構造を有するブロック状の形態のものや、無膜タイプのウレタンフォームやセラミックフォーム、アルミフォームなど。また、シートを通気性を有する三次元構造体に加工したハニカムなども挙げられる。以上の様な三次元構造体に該マイクロカプセルを担持させることにより、課題が解決できた。
【０００９】
【発明の実施の形態】
通常、潜熱蓄熱材は単位重量当たりの蓄熱量が大きいため様々な産業で用いられているが、液体と固体間の相変化を伴うため使用に際しては数ｍｍ〜数ｃｍ大の容器に充填したり、エマルジョン化して乳化状態で使用する必要があった。そこで本発明の如く蓄熱材をマイクロカプセルに封入することにより、蓄熱材が融解して液状となった場合でも蓄熱材が単独で染み出すようなことはなく、しかも環境温度が変化してもマイクロカプセル近傍の温度は蓄熱材の融点付近から大きく温度変動し難いという性質を利用して本発明に至った。
【００１０】
本発明に於いて、通気性を有する三次元構造体とは具体的に以下の物が挙げられる。ニードルパンチ加工等された厚みの有る不織布、通気性の有るウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ＰＶＡフォームなど樹脂フォーム。更には、アルミフォームやステンレスフォームなどの金属フォームやセラミック製フォームなど。また、ハニカム状構造体も挙げられ、アルミハニカムや銅ハニカム、ステンレスハニカムなどの金属ハニカム、不織布シートを使用したハニカムなどがある。
【００１１】
本発明に於いて、通気性を有する三次元構造体の中でも以下の通気性を有するものが好ましく用いることができる。通気性の有るフォームは通常セル数／インチで規定されており、通気性、温調性能、エレメントの大きさ、圧力損失を考慮して本発明で好ましく用いられるセル数は約５〜５０セル／インチである。また、通風方向の厚みであるが、同様に様々な要因を考慮して決定する必要がある。ハニカム状構造体の場合も好ましいセルの大きさがある。具体的にはセルピッチ１ｍｍ以上であり、さらに好ましくは２ｍｍ〜５０ｍｍである。
【００１２】
本発明に於いて、通気性の有るフォームに該マイクロカプセルを担持させる方法はとしては、樹脂発泡前に樹脂中にマイクロカプセルを均一に分散させた後発泡させる方法や、発泡済みの樹脂シートに該マイクロカプセルを適当なバインダーと混合し塗工、乾燥して固定化する湿式方法、更には静電気でバインダー樹脂粒子と該マイクロカプセルを担持させた乾式方法などが挙げられる。
金属フォームやセラミックフォームの場合は樹脂発泡前に該マイクロカプセルを分散させて発泡させる方法はできないので、湿式方法や乾式方法で担持させる。
【００１３】
本発明に於いて具体的に好ましく使用できる通気性を有する三次元構造体は無膜タイプのフォームとハニカム状構造体であるが、その中でもハニカム状構造体が更に好ましく用いられる。その理由としては無膜タイプフォームの三次元構造体より、通気性を確保し易いことにある。基本的にハニカム状構造体はそのセル開口面積の筒を幾つもの束ねた形状をしており、通風方向に関して、各セルは厚み（パス長）以外の通風抵抗を持たない。反対に無膜タイプのフォームは通風方向にランダムにフォーム骨格が存在しており、それが通風抵抗となる。また、ハニカム状構造体は前記した通り圧力損失が低い割に熱交換効率が高いため好ましい加工状態として挙げられる。
【００１４】
本発明に於いて、ハニカム状構造体に該マイクロカプセルを担持させる方法としては、基本的にハニカム状構造体を構成するシートに担持させれば良い。通常、該マイクロカプセルを担持させるシートとして好ましく用いられる支持体としては不織布や紙、樹脂フィルムや金属フィルムなどが挙げられる。中でも、不織布は該マイクロカプセルを大量に担持させることができるので、好ましく用いることができる。
【００１５】
本発明に於いて好ましく用いられる不織布の繊維の具体例として以下のような素材を用いることが可能である。ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０等のポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン繊維、アクリル繊維、ポリパラフェニレン繊維、ビニロン繊維、ポリウレタン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、アセテート繊維、キュプラ繊維、レーヨン繊維、ポリアルキレンパラオキシベンゾエート系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、フェノール系繊維などの合成繊維、ガラス繊維、金属繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、活性炭素繊維などの無機繊維、木材パルプ、麻パルプ、コットンリンターパルプ、木綿、羊毛、絹などの天然繊維、古紙再生パルプ、レーヨン等の再生セルロース繊維やコラーゲン等のタンパク質、アルギン酸、キチン、キトサン、澱粉などの多糖類等を原料とした再生繊維など、あるいはこれらの繊維に親水性や難燃性などの機能を付与した繊維などを単独または組み合わせて使用し、各種方法によって製造したものなどが挙げられる。
【００１６】
本発明に用いられる不織布の製造方法については特に制限はなく、目的・用途に応じて、乾式法、湿式抄造法、メルトブローン法、スパンボンド法、フラッシュ紡糸法、エアレイド法などで得られたウェブを水流交絡法、ニードルパンチ法、ステッチボンド法などの物理的方法、サーマルボンド法などの熱による接着方法、レジンボンドなどの接着剤による接着方法で強度を発現させる方法を適宜組み合わせて製造することができる。
【００１７】
本発明に於いて、これらの不織布支持体に該マイクロカプセルを担持させ方法は乾式、湿式いずれの方法で作製されたものでもよく、塗工または該マイクロカプセル形態が水性スラリーであれば極力親水性の繊維シートが好ましい。通常これら不織布支持体の厚みは約０．１ｍｍ〜５０ｍｍのものが使用される。また、該マイクロカプセル担持シートは２枚以上貼り合わせて使用することも可能である。更には、ドライアップした該マイクロカプセルを２枚の不織布にサンドイッチすることによっても該マイクロカプセルを担持させた不織布を得ることができる。
【００１８】
本発明に於いて、該マイクロカプセルを担持した不織布をハニカム状構造体に成形する場合、コルゲートハニカム状構造体が好ましい。本発明のコルゲートハニカム状構造体とは、ＪＩＳ−Ｚ−１５１６に記載の「外装用段ボール」に準拠してライナー部とコルゲート部を貼り合わせて作製される片段ボール複数枚を積層してなる開孔を有するセル壁からなる構造体である。このコルゲート状ハニカム状構造体は様々の素材のシートをハニカム化して構造体を作ることが可能である。また、シートから六角形の蜂の巣タイプのハニカムを作製する場合、各シート同士を面接着する必要がある。その為、接着面部分に担持されている該マイクロカプセルの機能が失われてしまう。
【００１９】
本発明の温度調節用エレメントは、そのままの状態でも使用可能であるが、エレメントを構成する材料から発せられる細かい粒子やガス状物質が発生する場合がある。これらの問題はハニカム状構造体を構成するシートがガス不透過性フィルムで被覆された請求項２記載の温度調節用エレメントにより解決できることが判明した。
【００２０】
本発明に於いて、該マイクロカプセルを不織布等に担持したシートなどを被覆するガス不透過性フィルムとしてアルミニウム、銀、銅等を蒸着したフィルムが好ましい材料として挙げられる。更には、熱伝導性が更に良好なアルミニウム箔や銅箔なども更に好ましく用いることができる。また、ガス不透過性フィルムで被覆するには以下の方法が挙げられる。熱可塑性樹脂粒子を該マイクロカプセルを不織布等に担持したシートに蒔き、ガス不透過フィルムと表裏を貼り合わせ被覆させる方法や、ホットメルト樹脂を蜘蛛の巣状に蒔いて貼り合わせる方法、更には両面テープや、ガス不透過フィルムに接着層を下引きしたもので貼り合わせることができる。
【００２１】
一般に蓄熱材をマイクロカプセル化する方法としては、複合エマルジョン法によるカプセル化法（特開昭６２−１４５２号公報）、蓄熱材粒子の表面に熱可塑性樹脂を噴霧する方法（同６２−４５６８０号公報）、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂を形成する方法（同６２−１４９３３４号公報）、蓄熱材粒子の表面でモノマーを重合させ被覆する方法（同６２−２２５２４１号公報）、界面重縮合反応によるポリアミド皮膜マイクロカプセルの製法（特開平２−２５８０５２号公報）等に記載されている方法を用いることができる。
【００２２】
カプセル膜材としては、界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹脂、またゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられるが、物理的、化学的に安定で、脂肪族系炭化水素化合物でも良好な品質のマイクロカプセルが得られるインサイチュー法による尿素ホルマリン樹脂、メラミンホルマリン樹脂皮膜を用いたマイクロカプセルが特に好ましい。
【００２３】
本発明で用いられる蓄熱材の相変化点、即ち融点は設定したい室温により決定されるが通常０〜４０℃の範囲、好ましくは１５〜２５℃の範囲に設定されることが好ましい。この範囲に設定可能な蓄熱材としては、炭素数が約１４〜２０程度のｎ−パラフィン類や、無機系共晶物及び無機系水和物、パルミチン酸、ミリスチン酸等の脂肪酸類、ベンゼン、ｐ−キシレン等の芳香族炭化水素化合物、パルミチン酸イソプロピル、ステアリン酸ブチル等のエステル化合物、ステアリルアルコール等のアルコール類等の化合物が挙げられ、好ましくは融解熱量が２０ｋｃａｌ／ｋｇ以上の化合物で、化学的、物理的に安定でしかも安価なものが用いられる。これらは混合して用いても良いし、必要に応じ過冷却防止材、比重調節材、劣化防止剤等を添加することができる。また、融点の異なる２種以上のマイクロカプセルを混合して用いることも可能である。
【００２４】
本発明に係るマイクロカプセルの粒子経は、塗工又は含浸する過程で物理的圧力による破壊を防止するために１〜１０μｍ以下、特に好ましくは１〜５μｍ以下が好ましい。マイクロカプセルの粒子径は、乳化剤の種類と濃度、乳化時の乳化液の温度、乳化比（水相と油相の体積比率）、乳化機、分散機等と称される微粒化装置の運転条件（攪拌回転数、時間等）等を適宜調節して所望の粒子径に設定する。この粒子径以上になるとマイクロカプセルが外圧で容易に壊れやすくなったり、蓄熱材の比重が分散媒のそれと大きく差がある場合など、浮遊したり沈降したりし易くなるので好ましくない。
【００２５】
マイクロカプセルとともに必要であれば、バインダー、緩衝剤、分散剤、消泡剤、染料、顔料などの着色剤、難燃剤、香料などが添加される。マイクロカプセルを支持体に塗工する装置としては、通常紙塗工用に用いられているエアーナイフコーター、プレードナイフコーター、カーテンコーター等が使用可能で、含浸する装置としてはディップコーターやサイズプレスコーターなどが使用可能である。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００２７】
［蓄熱材マイクロカプセルの製法］
メラミン粉末１２質量部に３７％ホルムアルデヒド水溶液１５．４質量部と水４０質量部を加え、ｐＨを８に調整した後、約７０℃まで加熱してメラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水溶液を得た。ｐＨを４．５に調整した１０％スチレン−無水マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液１００質量部中に、蓄熱材として、ｎ−ヘプタデカン（融点２２℃　）８０重量部を激しく撹拌しながら添加し、粒子径が３．０μｍになるまで乳化を行った。
【００２８】
得られた乳化液に、上記メラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水溶液全量を添加し７０℃で２時間撹拌を施した後、ｐＨを９まで上げて水を添加して乾燥固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液を得た。
【００２９】
実施例１
＜温度調節用エレメント１の作製＞
３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ、セルサイズ８個／インチのエステル系無膜ウレタンフォームを乾燥固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液に浸けて含浸させた。８０℃熱風乾燥機で乾燥させて、蓄熱材マイクロカプセルの固形担持量４０００ｇの温度調整用エレメント１を得た。このエレメント間を±３℃の温度変化幅の気流を通過させたところ、通過後の気流の温度変化幅は、±０．３℃の範囲で安定化していた。
【００３０】
実施例２
＜温度調節用エレメント２の作製＞
３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ、セルサイズ８個／インチのアルミ製無膜フォームを乾燥固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液に浸けて含浸させた。８０℃熱風乾燥機で乾燥させて、蓄熱材マイクロカプセルの固形担持量４０００ｇの温度調整用エレメント２を得た。このエレメント間を±３℃の温度変化幅の気流を通過させたところ、通過後の気流の温度変化幅は、±０．２℃の範囲で安定化していた。
【００３１】
実施例３
＜温度調節用エレメント３の作製＞
坪量１００ｇ／ｍ２のポリエステル系乾式不織布に乾燥固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液に浸けて含浸塗工して、含浸固形分量１６０ｇ／ｍ２の蓄熱材マイクロカプセル担持の不織布を得た。これを、ピッチ５ｍｍ、山高さ３ｍｍのセルサイズでコルゲートハニカム加工を行い、蓄熱材マイクロカプセル担持量４０００ｇ、３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの温度調整用エレメント３を得た。このエレメント間を±３℃の温度変化幅の気流を通過させたところ、通過後の気流の温度変化幅は、±０．２℃の範囲で安定化していた。
【００３２】
実施例４
＜温度調節用エレメント４の作製＞
セルサイズ１５個／インチ、厚み３ｍｍのポリエステル系無膜ウレタンフォームに乾燥固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液に浸けて含浸塗工して、含浸固形分量２５０ｇ／ｍ２の蓄熱材マイクロカプセル担持のウレタンフォームシートを得た。これを、ピッチ７．２ｍｍ、山高さ４．３ｍｍのセルサイズでコルゲートハニカム加工を行い、蓄熱材マイクロカプセル担持量４０００ｇ、３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの温度調整用エレメント４を得た。このエレメント間を±３℃の温度変化幅の気流を通過させたところ、通過後の気流の温度変化幅は、±０．２℃の範囲で安定化していた。
【００３３】
実施例５
＜温度調節用エレメント５の作製＞
実施例４で得られた含浸固形分量２５０ｇ／ｍ２の蓄熱材マイクロカプセル担持のウレタンフォームシートをガス不透過性フィルムのアルミ箔で表裏とも貼り付けた。次にこのシートを使いピッチ７．２ｍｍ、山高さ４．３ｍｍのセルサイズでコルゲートハニカム加工を行い、蓄熱材マイクロカプセル担持量４０００ｇ、３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの温度調整用エレメント５を得た。このエレメント間を±３℃の温度変化幅の気流を通過させたところ、通過後の気流の温度変化幅は、±０．３℃の範囲で安定化していた。
【００３４】
実施例６
＜温度調節用エレメント６の作製＞
乾燥固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液をドライアップして固形粉末品を作った。次ぎに、アルミ蒸着したポリエステル系ガス不透過性フィルム上に前記粉末品と熱可塑性樹脂粒子の混合品を固形分量２５０ｇ／ｍ２を均一に蒔き、更にその上にアルミ蒸着したポリエステル系ガス不透過性フィルムを重ねてサンドイッチした。このシートを使いピッチ７．２ｍｍ、山高さ４．３ｍｍのセルサイズでコルゲートハニカム加工を行い、蓄熱材マイクロカプセル担持量４０００ｇ、３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍの温度調整用エレメント６を得た。このエレメント間を±３℃の温度変化幅の気流を通過させたところ、通過後の気流の温度変化幅は、±０．３℃の範囲で安定化していた。また実施例１〜５のエレメント通過気流中のガス状有機化合物の濃度を調べたところ、いずれも数ｐｐｍオーダーで観察されたが本例では全く検出されなかった。
【００３５】
比較例
実施例１のエレメントの製法において蓄熱材マイクロカプセルを用いずに同様にエレメントを作製した結果、±３℃の気流を通過させた後も全く同じ温度幅の気流が通過するのみで温度調節効果は全く見られなかった。
【００３６】
【発明の効果】
実施例からも明らかなように本発明のエレメントを用いることにより元の気流の温度変化幅が大きくても通過後の温度は±０．３℃以内に制御され極めて安定した温度の気流が確保されることが判明した。