(57)【要約】【課題】蓄熱材において、過冷却を抑制して、相変化又は相転移に伴う潜熱を有効利用する。【解決手段】固液相変化を伴う有機化合物（脂肪族炭化水素など）と核発生剤とで蓄熱材を構成する。前記核発生剤は、細孔を有する多孔性材料であってもよい。また、前記核発生剤は、炭素繊維、活性炭などの炭素材料であってもよい。前記核発生剤の割合は、有機化合物１００重量部に対して、０．０５〜２０重量部程度であってもよい。前記蓄熱材において、有機化合物の融点と凝固点との差ΔＴは、２℃以下に低減されていてもよい。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固液相変化を伴う有機化合物と、核発生剤とで構成された蓄熱材。
【請求項２】
有機化合物が脂肪族炭化水素である請求項１記載の蓄熱材。
【請求項３】
有機化合物の融点と凝固点との差ΔＴが、２℃以下である請求項１記載の蓄熱材。
【請求項４】
核発生剤が、細孔を有する多孔性材料である請求項１記載の蓄熱材。
【請求項５】
核発生剤が、炭素材料である請求項１記載の蓄熱材。
【請求項６】
核発生剤が、炭素繊維及び活性炭から選択された少なくとも一種である請求項１記載の蓄熱材。
【請求項７】
核発生剤の割合が、有機化合物１００重量部に対して、０．０５〜２０重量部である請求項１記載の蓄熱材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保冷や保温などに用いられる蓄熱材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物質の相変化に伴う潜熱を利用した蓄熱材として、炭化水素類（脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素など）、脂肪酸、エステル化合物などの有機化合物を利用する蓄熱材などが知られている。これらの蓄熱材では、主に、融解による有機化合物の相変化の潜熱を利用している。
【０００３】
これらの有機化合物系蓄熱材の熱交換率を高めるため、この蓄熱材を微小カプセルに封入し、単位体積当たりの表面積を増加させる方法も提案されている。例えば、特開昭５６−１１０８９６号公報では、パラキシレン、パルミチン酸、α−ナフトールなどをマイクロカプセルに入れ、このマイクロカプセルを顕熱を利用する液体蓄熱蓄冷物質（水、エチレングリコール）に分散させた蓄熱蓄冷材料が開示されている。特開昭５５−４０５２４号公報には、蓄熱粒子（パラフィンなどの融解潜熱の大きい物質を封入したマイクロカプセル）と、この蓄熱粒子を内蔵したパット主体（良熱伝導性グリースなどが充填された合成樹脂製の過水性袋など）とを備えた温熱パットが開示されている。特開平５−１６３４８６号公報では、比重が同温度の水より小さい相変化を伴う化合物（脂肪族炭化水素化合物など）を内包するマイクロカプセル分散液において、マイクロカプセルの体積平均粒子径を５μｍ以下にした蓄熱材用マイクロカプセル分散液が開示されている。このように蓄熱材をマイクロカプセル化すると、熱交換率を改善できるだけでなく、蓄熱材が液体であっても、カプセル内に封入することにより、取扱い性を改善できる。
【０００４】
しかし、このような潜熱を利用する蓄熱材では、過冷却現象が生じ、所定の温度域で凝固しなくなり、相転移に大きなエネルギーが必要となる。特に、加熱と冷却とを繰り返して使用する蓄熱材では、エネルギー損失が大きくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、潜熱を利用する蓄熱材であっても、相変化又は相転移に伴う潜熱を有効に利用できる蓄熱材を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、過冷却を抑制し、蓄熱効率の高い蓄熱材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、固液相変化を伴う有機化合物を蓄熱材（前記有機化合物をカプセル化した蓄熱材）として用いると、前記蓄熱材の融点と凝固点との差が大きく、著しい過冷却現象が生じる点に鑑み、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、このような系において、核発生剤を用いると、過冷却現象が生じるのを有効に防止でき、相変化に要するエネルギーを低減できることを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明の蓄熱材は、固液相変化を伴う有機化合物と、核発生剤とで構成されている。前記有機化合物は、脂肪族炭化水素であってもよい。有機化合物の融点と凝固点との差ΔＴは、２℃以下に低減してもよい。前記核発生剤は、細孔を有する多孔性材料（炭素材料など）であってもよい。また、核発生剤は、炭素繊維及び活性炭から選択された少なくとも一種であってもよい。前記核発生剤の割合は、有機化合物１００重量部に対して、０．０５〜２０重量部程度であってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（蓄熱物質）
蓄熱材に用いられる蓄熱物質としては、化学的に安定で、固液相変化（固体−液体間の相変化）を伴う有機化合物（相変化物質）などが挙げられる。このような有機化合物としては、通常、融解潜熱が高く、明瞭な融点を示す種々の有機化合物が使用できる。
【００１０】
このような有機化合物（蓄熱化合物）としては、例えば、炭化水素類［脂肪族炭化水素、例えば、炭素数１０以上（例えば、１０〜３０）の直鎖状アルカン類（デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサン、ドコサンなどの直鎖状Ｃ10-26アルカン類、好ましくはｎ−Ｃ14-20アルカン類）及びイソパラフィンなどの分岐鎖状アルカン類；ｐ−キシレンなどの芳香族炭化水素類など］、高級脂肪酸類［飽和Ｃ7-11アルカンカルボン酸類（カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、パルミチン酸、ステアリン酸など）、不飽和Ｃ18-22高級脂肪酸類（オレイン酸、エルカ酸など）、高級脂肪酸塩など］、高級脂肪酸エステル類［Ｃ12-20アルカンカルボン酸Ｃ1-3アルキルエステル類（ラウリン酸メチル、ミリスチン酸メチル、パルミチン酸メチル、ステアリン酸エチル、ステアリン酸ブチルなど）、グリセリン脂肪酸エステル類、例えば、モノＣ8-10脂肪酸グリセリンエステル類（モノカプリンなど）、トリＣ10-14脂肪酸グリセリンエステル類（トリカプリン、トリラウリン、トリミリスチンなど）、ポリグリセリンＣ10-20高級脂肪酸エステル類など］、高級脂肪酸アミド類（カプロン酸Ｎ−メチルアミドなど）、高級アルコール類（デシルアルコール、ラウリルアルコールなどのＣ10-12アルキルアルコール類；α−ナフトールなど）、ワックス類などが例示できる。
【００１１】
これらの化合物は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの化合物のうち、明瞭な融点を示す油脂状又はワックス状化合物、例えば、炭化水素類、高級脂肪酸や高級脂肪酸エステル類など、特に脂肪族炭化水素類（直鎖状アルカン類（炭素数１４〜１８程度の直鎖状アルカン類など）など）が繁用される。なお、直鎖状脂肪族炭化水素（直鎖状アルカン）は、炭素数の増加に伴って融点が上昇するため、用途に応じて、適当な融点を有する化合物を選択してもよく、また２種類以上を組み合わせ、融点を適宜調整してもよい。脂肪族炭化水素類は、化学的安定性、無害性、入手の容易性などの観点から実用性にも優れている。
【００１２】
（核発生剤）
本発明では、前記蓄熱物質の過冷却現象を防止するため、核発生剤を添加する。なお、固液相変化に伴う潜熱を利用する蓄熱材において、過冷却現象が生じると、エネルギー損失が大きくなり、例えば、冷房装置などでは、動作効率が低下しやすいなどの問題が生じる場合もある。
【００１３】
本発明では、このように、核発生剤を添加することにより、蓄熱材における融点と凝固点との差を大幅に低減でき、両者間の温度差を実質的に無くすことができる。
【００１４】
このような核発生剤は、蓄熱材において、蓄熱物質の過冷却を抑制しつつ、固化を妨げない限り、特に制限されない。一般に、相変化物質の過冷却現象は、安定な低温相の物質（すなわち、相変化物質の結晶）を添加したり、振動を与えたりすることにより防止できる。従って、本発明の蓄熱材においても、前記相変化物質の結晶を核発生剤として添加してもよいが、より安定に過冷却を防止するためには、例えば、前記蓄熱物質の相変化温度においても、化学的又は物理的変化（例えば、相変化など）を生じない核発生剤を用いるのが好ましい。
【００１５】
このような核発生剤としては、細孔を有する多孔性材料、例えば、炭素材料が挙げられる。炭素材料は一般的に、材料の表面に微細な穴（ポア）を無数に保有している。このような多孔性材料では、細孔（微細孔）が、核発生部として機能し、この核発生部を核として蓄熱物質の結晶化を促進させ、蓄熱物質がスムーズに固化されるようである。そのため、過冷却現象を有効に防止できる。
【００１６】
前記炭素材料としては、炭素繊維（炭素繊維、活性炭素繊維など）、活性炭、炭（瀝青炭（例えば、石炭など）など）などが使用できる。炭素材料は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの炭素材料のうち、炭素繊維（特に活性炭素繊維）及び活性炭が好ましい。なお、炭素材料は、黒鉛質であってもよく、非黒鉛質であってもよい。
【００１７】
前記炭素繊維としては、例えば、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、フェノール樹脂系炭素繊維、再生セルロース系炭素繊維（例えばレーヨン系炭素繊維、ポリノジック系炭素繊維等）、セルロース系炭素繊維等が例示できる。
【００１８】
炭素繊維の平均繊維径は、例えば、０．５〜５０μｍ、好ましくは１〜３０μｍ、さらに好ましくは５〜２０μｍの範囲から選択できる。炭素繊維の平均繊維長は、適当に選択でき、例えば、１０μｍ〜５ｍｍ、好ましくは２０μｍ〜３ｍｍ程度である。
【００１９】
また、炭素繊維は、不融化処理又は酸化処理した炭素繊維であってもよい。不融化処理又は酸化処理としては、例えば、不融化炉において、前記炭素繊維に酸化性気体（酸素やオゾンなどを含む気体、空気など）を供給し、１５０〜３５０℃で加熱する方法などが利用できる。
【００２０】
前記炭素繊維は、さらに賦活処理し、活性炭素繊維として用いてもよい。賦活処理としては、慣用の方法が採用でき、例えば、酸素、水蒸気、二酸化炭素又はこれらの混合物等のガス状賦活剤を用いて５００℃以上（例えば、５００〜９００℃程度）の温度で加熱処理するガス賦活法や、塩化亜鉛やリン酸等の賦活剤を用いて、例えば、４００℃以上（例えば、４００〜７００℃程度）で加熱する化学的賦活法を利用できる。
【００２１】
なお、前記炭素繊維や活性炭素繊維には、必要であれば、慣用の表面処理やサイジング処理を行ってもよい。
【００２２】
前記活性炭は、種々の炭素材を炭化、賦活化することにより得られる多孔質構造の無定形炭素である。原料となる炭素材としては、木材、鋸屑、植物殻（ヤシ殻、クルミ殻など）、果実種子、リグニン及びこれらの炭化物などの植物系原料；泥炭、リグナイト（亜炭、褐炭）、瀝青炭（石炭など）などの鉱物系原料などが挙げられる。活性炭には、粉末活性炭、造粒活性炭などが含まれる。
【００２３】
賦活化は、前記炭素繊維の賦活化と同様に行うことができる。
【００２４】
活性炭の粒子径は、特に制限されず、０．１〜５０μｍ、好ましくは０．５〜３０μｍ、さらに好ましくは０．５〜１０μｍ程度である。
【００２５】
前記炭素材料の平均細孔径は、例えば、１００〜１０００ｎｍ、好ましくは１００〜５００ｎｍ程度である。炭素材料の比表面積は、１０〜５０００ｍ2／ｇ、好ましくは５０〜４０００ｍ2／ｇ、さらに好ましくは１００〜３０００ｍ2／ｇ程度である。
【００２６】
核発生剤の割合は、前記蓄熱物質（有機化合物）１００重量部に対して、０．０５〜２０重量部（例えば、０．１〜１０重量部）、好ましくは０．１〜５重量部、さらに好ましくは０．２〜５重量部程度である。核発生剤の割合が多すぎると、過冷却防止効果は高いものの、単位重量当たりの蓄熱物質の割合が小さくなるため、蓄熱量が減少する虞がある。また、核発生剤の割合が少なすぎると、過冷却防止効果が不十分となる虞がある。
【００２７】
本発明では、前記蓄熱物質と核発生剤とを組み合わせて蓄熱材を構成するため、蓄熱物質の融点と凝固点との差を低減して、過冷却現象を効率よく防止できる。このような蓄熱材では、蓄熱物質の融点と凝固点との差ΔＴは、２℃以下（例えば、０〜２℃程度）、好ましくは１．５℃以下（例えば０〜１．５℃）程度にまで低減できる。
【００２８】
このような蓄熱材は、単独で、例えば、カプセル化した形態、樹脂に含浸させた形態、又はパウダー状でそのまま用いてもよい。また、前記のような形態の蓄熱材と媒体（特に、水性媒体）とを組み合わせて、スラリー、エマルジョン、又は分散液状などの形態、すなわち、分散粒子の形態で用いてもよい。
【００２９】
蓄熱材は、高分子膜で被覆又は封入することによりカプセル化できる。高分子膜の種類は特に制限されず、種々の高分子、例えば、熱硬化性樹脂（メラミン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ビスフェノールＡ型などのエポキシ系樹脂、エポキシ（メタ）アクリレートなどのビニルエステル系樹脂など）、熱可塑性樹脂（塩化ビニルや酢酸ビニルなどを用いたビニル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂など）などが使用できる。
【００３０】
カプセル化には、慣用の方法が採用でき、例えば、液中硬化被覆法、オリフィス法、相分離法、噴霧乾燥法などが利用できる。例えば、分散粒子を構成する疎水性脂肪族化合物とともに重合性単量体（ビニルエステル系単量体、（メタ）アクリル系単量体など）を重合することによりカプセル化し、核として前記蓄熱材を含む分散粒子を生成させてもよい。
【００３１】
また、蓄熱材を樹脂に含浸させる場合、前記樹脂としては、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂などが使用できる。また、前記樹脂としては、架橋した樹脂を、酸無水物基を利用して架橋剤で架橋させた吸油性樹脂（特開平７−１３３３８３号公報）、（メタ）アクリル酸エステルと多官能性（メタ）アクリレートとの重合体（特開平５−１７５３７号公報）、商品名「ノーソレックス」（日本ゼオン（株）製）なども使用できる。なお、前記樹脂は粉粒体（ビーズ状粒子も含む）として使用してもよい。
【００３２】
前記蓄熱材を分散粒子として用いる場合、必要により、分散剤、例えば、界面活性剤（アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤など）、高分子分散剤（保護コロイドなど）を使用してもよい。
【００３３】
蓄熱材を分散粒子として用いる場合、分散粒子の平均粒子径は、１〜３００μｍ、好ましくは１〜２５０μｍ、さらに好ましくは２〜１００μｍ（例えば、３〜５０μｍ）程度であってもよい。
【００３４】
分散媒体としての水性媒体は、水溶性溶媒（アルコール類、ケトン類、エーテル類、セロソルブ類など）を含んでいてもよいが、通常、水で構成するのが好ましい。
【００３５】
分散粒子の濃度は、蓄熱容量に応じて選択でき、例えば、分散体全体に対して１０〜９０重量％（例えば、２０〜８０重量％）、好ましくは１５〜８５重量％（例えば、１５〜６０重量％）、さらに好ましくは２０〜７０重量％（例えば、２０〜５０重量％）程度であってもよい。
【００３６】
なお、蓄熱材の分散体は、必要により種々の添加剤、例えば、防腐剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、粘度調整剤、水の凍結防止剤などを含んでいてもよい。
【００３７】
蓄熱材、又は媒体中に分散した蓄熱材は、袋体などの容器に封入して使用できる。前記袋体としては、種々の袋が利用でき、通常、用途に応じて、破断しないだけの機械的強度を有し、低温（場合により高温）での耐脆化性、成形性や封止性（ヒートシール性など）などに優れる樹脂で形成された袋体が使用される。このような樹脂としては、例えば、軟質塩化ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエステル系樹脂などが利用できる。また、袋体は単一の樹脂に限らず、複数の樹脂の積層体で形成してもよい。
【００３８】
本発明の蓄熱材は、固液相変化を利用して、蓄熱物質の融点より低い温度で冷却して、保冷材（冷却材）として用いてもよく、また、蓄熱物質の融点より高い温度で加温して、保温材として利用してもよい。蓄熱材は、通常、冷却材として用いる。冷却材は、冷凍庫などを利用して氷結温度（水性媒体の氷結温度）で凍結して使用してもよいが、通常、冷却材を非氷結温度の非固化状態で冷却して蓄熱し、被冷却部に適用することにより使用される。冷却材は、例えば、温度３〜７℃程度の冷却手段（冷蔵庫など）でも効率よく冷却して蓄熱できるので、柔軟性を損なうことなく、被冷却部位に適用することもできる。
【００３９】
このような冷却材は、例えば、従来の冷凍庫よりも冷却温度の高い冷蔵庫で冷却して、使用することができ、病院などでの業務用としてだけでなく、一般家庭用としても手軽に使用することができる。また、冷却材は、夏場などにおいて暑さを和らげるため、装着具内（例えば、ヘルメットや帽子などの内部）、マット内部（例えば、ペット用マットの内部など）、壁材内部などに配置することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では、固液相変化を伴う有機化合物と核発生剤とを組み合わせるので、潜熱を利用する蓄熱材であっても、相変化又は相転移に伴う潜熱を有効に利用できる。また、過冷却を抑制し、蓄熱効率を高めることができる。
【００４１】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００４２】
実施例１
ペンタデカン［和光純薬工業（株）製，特級試薬］５ｇに、所定の割合で、活性炭素繊維［（株）ドナック製，ドナカーボＳ］を添加し、蓄熱材を調製した。
【００４３】
実施例２
ペンタデカン［和光純薬工業（株）製，特級試薬］５ｇに、所定の割合で、活性炭［（株）クラレケミカル製，クラレコールＰＷシリーズ］を添加し、蓄熱材を調製した。
【００４４】
実施例３
ペンタデカン［和光純薬工業（株）製，特級試薬］５ｇに、所定の割合で、活性炭［（株）クラレケミカル製，クラレコールＧＷシリーズ］を添加し、蓄熱材を調製した。
【００４５】
比較例１
ペンタデカン［和光純薬工業（株）製，特級試薬］５ｇを蓄熱材とした。
【００４６】
実施例及び比較例で得られた蓄熱材について、示差走査熱量計［（株）島津製作所製，ＤＳＣ−５０］を用いて、ペンタデカンの融点及び凝固点を測定した。融点と凝固点との差（ΔＴ）を算出することにより、過冷却の程度を評価した。なお、ΔＴの値が小さいほど、過冷却の程度は小さい。
【００４７】
結果を図１に示す。図１は、ペンタデカンに対する炭素材料の添加割合と、ΔＴとの関係を示すグラフである。図１から明らかなように、実施例では、炭素材料を含まない比較例１に比べて、ΔＴが小さくなり、過冷却が低減されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実施例及び比較例におけるペンタデカンに対する炭素材料の添加割合と、ΔＴとの関係を示すグラフである。
【図１】
2004197021.tif 000002