(57)【要約】【課題】流体との熱交換を行う際に、熱交換機能が確保される構造物を提供する。【解決手段】流体の熱交換に用いる構造物であって、上記構造物を形成する部材は、蓄熱材と樹脂とからなり、上記蓄熱材は、カプセル内に蓄熱物質が封入されてなり、かつ、上記部材の内部に存在していることを特徴とする構造物。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の熱交換に用いる構造物であって、
前記構造物を形成する部材は、蓄熱材と樹脂とからなり、
前記蓄熱材は、カプセル内に蓄熱物質が封入されてなり、かつ、前記部材の内部に存在していることを特徴とする構造物。
【請求項２】
前記構造物は、流体が流入する流入口と、前記流入口から流入した流体が通過する流路と、前記流路を通過した流体が流出する流出口とを有する請求項１に記載の構造物。
【請求項３】
前記構造物の前記流入口側又は前記流出口側はファンが設置されている請求項２に記載の構造物。
【請求項４】
前記構造物は、複数の前記流路を有する請求項２又は３に記載の構造物。
【請求項５】
前記構造物の形状は、複数の前記流路が隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム形状である請求項４に記載の構造物。
【請求項６】
前記隔壁の厚さは、５０〜５０００μｍである請求項５に記載の構造物。
【請求項７】
前記流路の密度は、前記構造物の長手方向に垂直な断面において、１０〜１０００個／平方インチである請求項５又は６に記載の構造物。
【請求項８】
前記蓄熱材の平均粒子径は、１０〜６０００μｍである請求項１〜７のいずれかに記載の構造物。
【請求項９】
前記蓄熱物質の含有量は、前記構造物の体積に対し５〜８５％である請求項１〜８のいずれかに記載の構造物。
【請求項１０】
前記蓄熱材の一部が、前記部材の表面に露出している請求項１〜９のいずれかに記載の構造物。
【請求項１１】
前記蓄熱物質の融点は、−２０〜１１０℃である請求項１〜１０のいずれかに記載の構造物。
【請求項１２】
前記蓄熱物質は、パラフィン、硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物、塩化カルシウム水和物、エリスリトール及びチオ硫酸ナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜１１のいずれかに記載の構造物。
【請求項１３】
前記カプセルは、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド及びポリアクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化樹脂である請求項１〜１２のいずれかに記載の構造物。
【請求項１４】
前記カプセルは、前記カプセルの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第１フィラーをさらに含む請求項１〜１３のいずれかに記載の構造物。
【請求項１５】
前記樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂及び紫外線硬化樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜１４のいずれかに記載の構造物。
【請求項１６】
前記樹脂は、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、オレフィン系エラストマー及びアクリル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜１５のいずれかに記載の構造物。
【請求項１７】
前記樹脂は、前記樹脂の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第２フィラーをさらに含む請求項１〜１６のいずれかに記載の構造物。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の構造物の製造方法であって、
カプセル内に蓄熱物質が封入されてなる蓄熱材と樹脂とを混合して混合物を調製する混合工程と、
前記混合物を成形して、蓄熱材と樹脂とからなる部材により形成される構造物とする成形工程とを含むことを特徴とする構造物の製造方法。
【請求項１９】
前記成形工程では、３Ｄプリンタを用いて前記構造物を製造する請求項１８に記載の構造物の製造方法。
【請求項２０】
前記成形工程では、押出成形にて前記構造物を製造する請求項１８に記載の構造物の製造方法。
【請求項２１】
前記成形工程では、射出成形にて前記構造物を製造する請求項１８に記載の構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物及び構造物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅の屋内環境における快適条件を得るためには、断熱性、気密性、換気性、冷暖房効率、除湿の５つをバランスよく高める必要がある。ここで屋内環境における屋内温度での快適条件を得るには、冷暖房効率、換気性を考慮することが重要である。
快適条件となる屋内温度と屋外温度の差が大きくなる夏季もしくは冬季においては、冷房や暖房等の空調システムを用い、屋内環境の屋内温度を快適条件となるように調節させている。その一方、屋内の空気を入れ替える換気をすることにより、屋内の不快感が軽減されるが、屋外の新鮮な空気が屋内に流入し、その流入分が屋内温度を変化させる。その屋内温度の変化に対して、空調システムの稼動負荷が増えるため、冷暖房効率が低下する。また、快適な屋内温度の変化に対して、快適条件となる屋内温度に戻すためには、一定時間を要する。
【０００３】
特許文献１には、セラミックからなる多孔質部材で構成され、内部に流入する気体から熱と湿気を吸入しながら所定温度まで蓄熱する蓄熱構造物が開示されている。
特許文献１の構造物は、屋内と屋外とを繋ぐ換気ユニットの空気の流路に配置されることになる。また、構造物は、所定の温度まで蓄熱することができるようになっていて、換気の際に蓄熱構造物に空気を通過させて蓄熱構造物と空気との間で熱交換することにより、屋内の温度及び湿度を調整することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１１３４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の構造物は、セラミックからなる多孔質部材であり、熱交換の時間が長くなるほど、蓄熱構造物の熱交換機能が低下していくという課題があった。
また、従来技術の構造物は、セラミックからなる多孔質部材で構成されているので材料の密度が小さいので、構造物の単位体積当たりの熱容量が小さい。このような従来技術の構造物の熱容量を増加する方法として、構造物の体積を大きくする方法がある。しかし、構造物の体積を大きくすると、構造物を設置するための空間も大きくなり、構造物の用途及び使用が制限される。このような理由から構造物の体積を大きくする以外の方法で熱容量を大きくすることも求められた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、流体との熱交換を行う際に、熱交換機能が確保される構造物を提供することである。
【０００７】
上記課題を解決するために本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、熱交換の際の温度で相転移する蓄熱物質をカプセル内に封入し、該カプセルが部材の内部に存在する構造物を流体との熱交換に用いると、構造物の熱交換機能を確保できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は、流体の熱交換に用いる構造物であって、上記構造物を形成する部材は、蓄熱材と樹脂とからなり、上記蓄熱材は、カプセル内に蓄熱物質が封入されてなり、かつ、上記部材の内部に存在していることを特徴とする。
なお、本明細書において「蓄熱物質」とは、熱交換において、高温側の温度と、低温側の温度との間の温度で相転移する物質のことを意味する。
【０００９】
本発明の構造物の内部には、カプセル内に蓄熱物質が封入されてなる蓄熱材が存在している。
例えば、本発明の構造物では、樹脂により骨格が形成され、カプセル内に蓄熱物質が封入されてなる蓄熱材が樹脂の内部に又は樹脂から一部を露出して存在していてもよい。樹脂を用いることで、蓄熱材を樹脂の内部に、又は、樹脂から一部を露出して存在させることができる。また、蓄熱材を用いる結果として、構造物の熱容量を大きくすることができる。
このような構造物を流体との熱交換に用いると、構造物の温度が変化することに伴い、蓄熱物質が相転移する。蓄熱物質が相転移する際には、潜熱として熱を放出又は吸収するので、蓄熱物質には温度変化が生じない。従って、蓄熱物質が相転移している間は、構造物の温度が変化しにくくなる。そのため、熱交換の際に、構造物を所定の温度に長時間保ちやすくなる。従って、本発明の構造物では、熱交換の際に熱交換機能を確保することができる。また、蓄熱物質は、潜熱として熱を放出又は吸収することもできるので、相転移温度における蓄熱物質の放出又は吸収できる熱量は大きい。そのため、本発明の構造物では、単位体積当たりの放出又は吸収できる熱量が大きくなる。従って、本発明の構造物を小型化しても充分な熱量を放出又は吸収することができる。
【００１０】
本発明の構造物では、蓄熱材は、カプセル内に蓄熱物質が封入されてなる。
本発明の構造物では、蓄熱物質がカプセル内に封入されているので、蓄熱物質が相転移したとしても、蓄熱物質がカプセル外に漏れ出ることはない。つまり、蓄熱物質が構造物から漏れ出ることを防ぐことができる。そのため、本発明の構造物は、流体との熱交換に繰り返し用いることができる。
なお、蓄熱材として蓄熱物質そのものを使用し、これを樹脂と混合し構造物を製造する場合、蓄熱物質が相転移した際に、蓄熱物質が構造物から漏れ出るなどの不具合を引き起こすことがある。
【００１１】
本発明の構造物は、流体が流入する流入口と、上記流入口から流入した流体が通過する流路と、上記流路を通過した流体が流出する流出口とを有することが望ましい。
構造物が流入口、流路、流出口を有する構造であると、流体との熱交換において、流体が構造物の内部を通過することになる。
つまり、流体が構造物を通過する間、流体と構造物とが接触することになり、その結果、接触に対して、流体と構造物との間で効率よく熱交換することができる。
【００１２】
本発明の構造物の上記流入口側又は上記流出口側にはファンが設置されていてもよい。ファンを設置することにより、構造物内での空気の流れを作りやすくなり、熱交換を効率よく行うことができるのである。従って、構造物は、流体の温度を制御する機能が好適に発揮される。
【００１３】
本発明の構造物は、複数の上記流路を有することが望ましい。
複数の流路を有する構造物であると、流体と構造物との接触度合いを増加させることができる。流体と構造物との熱交換効率は、これらの接触度合いの大きさに依存するので、本発明の構造物では、効率よく熱交換をすることができる。
【００１４】
本発明の構造物の形状は、複数の上記流路が隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム形状であることが望ましい。
構造物がハニカム形状であると、流路の形状の組み合わせにより用途の自由度が上がる。また、構造物の強度を強くすることができる。さらに、流体と構造物との接触度合いを増加させることができる。
【００１５】
本発明の構造物では、上記隔壁の厚さは、５０〜５０００μｍであることが望ましい。
隔壁の厚さが、５０μｍ以上であると、隔壁が充分に厚いので、構造物の強度が充分に強くなる。また、隔壁に含まれる蓄熱材を充分な量とすることができるので、熱交換効率が向上する。
隔壁の厚さが、５０００μｍ以下であると、流体と構造物との接触度合いを充分に大きくすることができる。また、隔壁の内部まで熱が伝わりやすくなる。そのため、熱交換効率が向上する。
【００１６】
本発明の構造物では、上記流路の密度は、上記構造物の長手方向に垂直な断面において、１０〜１０００個／平方インチであることが望ましい。
流路の密度が、１０個／平方インチ以上であると、流体と構造物との接触度合いが大きくなる。そのため、熱交換効率が向上する。
流路の密度が、１０００個／平方インチ以下であると、隔壁が充分な厚さとなり、構造物が充分な強度となる。
【００１７】
本発明の構造物では、上記蓄熱材の平均粒子径は、１０〜６０００μｍであることが望ましい。
蓄熱材の平均粒子径が１０μｍ以上であると、蓄熱材に封入される蓄熱物質の量が充分な量となり、蓄熱材の量に対する、構造物の熱交換効率が充分に高くなる。また、構造物を形成することが阻害されにくくなる。
蓄熱材の平均粒子径が６０００μｍ以下であると、蓄熱材の表面積が充分に大きくなり、蓄熱物質への伝熱速度又は蓄熱物質からの伝熱速度が充分に速くなる。その結果、構造物の熱交換効率が向上する。
本発明の構造物では、蓄熱材の平均粒子径が、隔壁の厚さよりも大きくてもよく、小さくてもよい。
隔壁の厚さに対して、平均粒子径が小さい蓄熱材を用いると、蓄熱材は隔壁内に収容される、又は、部分的に露出をすることになる。また、隔壁の厚さに対して、平均粒子径が同等又は大きい蓄熱材を用いると、蓄熱材は隔壁の少なくとも片側で露出をすることになる。
蓄熱材の平均粒子径は、熱交換効率や伝熱速度を考慮し、用途に応じて決定することが望ましい。
【００１８】
本発明の構造物では、上記蓄熱物質の含有量は、上記構造物の体積に対し５〜８５％であることが望ましい。
なお、「構造物の体積」とは、構造物の部材がある部分の体積を意味し、例えば、構造体の内部に空間がある場合、その空間は「構造体の体積」に含まれない。
また、体積の基準は、蓄熱物質の体積と、蓄熱物質の融点における構造物の体積とである。
蓄熱物質の含有量が５％以上であると、蓄熱物質の量が充分な量となり、構造物の熱交換効率が向上する。
蓄熱物質の含有量が８５％以下であると、構造物を構成する樹脂の割合が高くなり、構造物の強度が充分に高くなる。
【００１９】
本発明の構造物では、上記蓄熱材の一部が、上記部材の表面に露出していることが望ましい。
蓄熱材の一部が、部材の表面に露出していると、熱交換の際に流体と蓄熱材とが直接接することになる。従って、効率よく熱交換をすることができる。
【００２０】
本発明の構造物では、上記蓄熱物質の融点は、−２０〜１１０℃であることが望ましい。
本発明の構造物を熱交換に用いる際に、構造物を所定の温度に保つ効果は、蓄熱物質の相転移温度に依存する。また、蓄熱物質の相転移において、液体から固体への変化、又は、固体から液体への変化は体積の変化が少ないので制御しやすい。
そのため、蓄熱物質の融点が上記範囲にあると、熱交換の際に、本発明の構造物を好適な温度に保つことができる。また、蓄熱物質の融点が上記範囲にあることより、構造物の蓄熱量を任意に制御することができる。
【００２１】
本発明の構造物では、上記蓄熱物質は、パラフィン、硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物、塩化カルシウム水和物、エリスリトール及びチオ硫酸ナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化樹脂であることが望ましい。
これら物質は、容易に融点を制御することができるので蓄熱物質として好適に用いることができる。これらの中では、用途や使用に対しての設計の自由度が高くなるので、蓄熱物質にパラフィンを用いることが望ましい。
【００２２】
本発明の構造物では、上記カプセルは、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド及びポリアクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化樹脂であることが望ましい。
カプセルがこれら熱硬化樹脂であると、熱交換の際に、熱によりカプセルが破壊されることを防止することができる。
【００２３】
本発明の構造物では、上記カプセルは、上記カプセルの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第１フィラーをさらに含むことが望ましい。
カプセルがこのような熱伝導率を有する第１フィラーを含むと、蓄熱物質へ熱を伝えやすくなる。すなわち、蓄熱物質への伝熱速度、又は、蓄熱物質からの伝熱速度を向上させることができる。従って、効率よく熱交換をすることができる。
【００２４】
本発明の構造物では、上記樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂及び紫外線硬化樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましく、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、オレフィン系エラストマー及びアクリル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種であることがより望ましい。
これら樹脂は、本発明の構造物を構成する樹脂の骨格を形成することもでき、蓄熱材を内部に、又は、一部が露出するように配置することができる。
【００２５】
本発明の構造物では、上記樹脂は、上記樹脂の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第２フィラーをさらに含んでいてもよい。
樹脂がこのような熱伝導率を有する第２フィラーを含むと、樹脂と蓄熱材との間の熱移動速度を向上させることができる。また、蓄熱材には蓄熱物質が含まれているので、結果的に、蓄熱物質への熱移動の速度、又は、蓄熱物質からの熱移動の速度を向上させることもできる。従って、効率よく熱交換をすることができる。
【００２６】
本発明の構造物の製造方法は、カプセル内に蓄熱物質が封入されてなる蓄熱材と樹脂とを混合して混合物を調製する混合工程と、上記混合物を成形して、蓄熱材と樹脂とからなる部材により形成される構造物とする成形工程とを含むことを特徴とする。
本発明の構造物の製造方法により、上記本発明の構造物を製造することができる。
【００２７】
本発明の構造物の製造方法において、上記成形工程では、３Ｄプリンタを用いて上記構造物を製造することが望ましい。
３Ｄプリンタを用いることにより、任意の形状の構造物を製造することができる。
【００２８】
本発明の構造物の製造方法において、上記成形工程では、押出成形にて上記構造物を製造することが望ましい。
本発明の構造物の製造方法において、上記成形工程では、射出成形にて上記構造物を製造することが望ましい。
上記の押出成形又は射出成形のいずれかの成形方法を用いることにより、低コストで容易に所定の形状の構造物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（ａ）は、本発明の構造物の一例を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２は、本発明の構造物を形成する部材の内部の一例を模式的に示す本発明の構造物の断面図である。
【図３】図３は、本発明の構造物において、蓄熱材の一部が部材の表面から露出している態様の一例を拡大して模式的に示す本発明の構造物の断面図である。
【図４】図４は、本発明の構造物において、蓄熱材が部材を貫通し、部材の表面から露出している態様の一例を拡大して模式的に示す本発明の構造物の断面図である。
【図５】図５は、流体が、流体の温度よりも高い温度の本発明の構造物を通過する際の、本発明の構造物及び本発明の構造物を通過した流体の温度変化の一例を模式的に示すグラフである。
【図６】図６は、流体が、流体の温度よりも高い温度の一般的な熱交換用構造物を通過する際の、一般的な熱交換用構造物及び一般的な熱交換用構造物を通過した流体の温度変化の一例を模式的に示すグラフである。
【図７】図７は、流体が、流体の温度よりも低い温度の本発明の構造物を通過する際の、本発明の構造物及び本発明の構造物を通過した流体の温度変化の一例を模式的に示すグラフである。
【図８】図８は、流体が、流体の温度よりも低い温度の一般的な熱交換用構造物を通過する際の、一般的な熱交換用構造物及び一般的な熱交換用構造物を通過した流体の温度変化の一例を模式的に示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の構造物が用いられた住宅換気システムの一例を模式的に示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、図９に示す住宅換気システムを用いて換気をする工程の一例を模式的に示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の構造物が、アイドリングストップ車の空調システムから送風される空気の温度を制御する作用の一例を模式的に示す模式図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、車両内の温度が高い場合に、本発明の構造物が配置されている空調システムを用いて車両内の温度を低くする工程を模式的に示す模式図である。
【図１３】図１３（ａ）及び（ｂ）は、車両内の温度が高い場合に、一般的な熱交換用構造物が配置されている空調システムを用いて車両内の温度を低くする工程を模式的に示す模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の構造物が配置された車両の空調システムの送風口を模式的に示す透過図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｄ）は、実施例１−３の成形工程を模式的に示す模式図である。
【図１６】図１６は、排気試験１の結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、排気試験２の結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、排気試験３の結果を示すグラフである。
【図１９】図１９は、排気試験４の結果を示すグラフである。
【００３０】
（発明の詳細な説明）
以下、本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
【００３１】
本発明の構造物について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の構造物の一例を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図２は、本発明の構造物を形成する部材の内部の一例を模式的に示す本発明の構造物の断面図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示す構造物１は、流体Ｆとの熱交換に用いる構造物である。
構造物１は、流体Ｆが流入する複数の流入口２１と、流入口２１から流入した流体Ｆが通過する複数の流路２２と、流路２２を通過した流体Ｆが流出する複数の流出口２３とを有しており、構造物１の形状は、複数の流路２２が隔壁２４を隔てて長手方向に並設されたハニカム形状である。なお、流体Ｆの流れは、図１（ｂ）中に矢印で示す。
また、図２に示すように、構造物１を形成する部材１０は、蓄熱材１１と樹脂１４とからなり、蓄熱材１１は、カプセル１２内に蓄熱物質１３が封入されてなり、かつ、部材１０の内部に存在している。
【００３２】
流体Ｆとしては、特に限定されず、液体であっても気体であっても良いが、気体であることが望ましい。また、流体Ｆとしては、空気であることがより望ましい。
【００３３】
上記の通り構造物１は、流体Ｆが流入する流入口２１と、流入口２１から流入した流体Ｆが通過する流路２２と、流路２２を通過した流体Ｆが流出する流出口２３とを有している。
構造物１がこのような構造であると、流体Ｆとの熱交換において、流体Ｆは構造物１の内部を通過することになる。つまり、流体Ｆが構造物１を通過する間、流体Ｆの周囲には常に構造物１が存在することになる。そのため、流体Ｆが構造物１を通過する際に、常に流体Ｆと構造物１とが接触することになる。従って、効率よく熱交換することができる。
【００３４】
また、構造物１は、複数の流路２２を有している。
構造物１が複数の流路２２を有すると、流体Ｆと、構造物１との接触度合いを増加させることができる。流体Ｆと構造物１との熱交換効率は、これらの接触度合いの大きさに依存するので、構造物１では、効率よく熱交換をすることができる。
【００３５】
さらに、構造物１の形状は、複数の流路２２が隔壁２４を隔てて長手方向に並設されたハニカム形状である。
構造物１の形状がハニカム形状であると、流路２２の形状の組み合わせにより用途及び使用の自由度が上がる。また、構造物１の強度を充分に強くすることができる。さらに、流体Ｆと構造物１との接触度合いを増加させることができる。
【００３６】
構造物１では、隔壁２４の厚さは、特に限定されないが、５０〜５０００μｍであることが望ましく、５００〜３０００μｍであることがより望ましい。
隔壁２４の厚さが、５０μｍ以上であると、隔壁２４が充分に厚いので、構造物１の強度が充分に強くなる。また、隔壁２４に含まれる蓄熱材１１を充分な量とすることができるので、熱交換効率が向上する。
隔壁２４の厚さが、５０００μｍ以下であると、流体Ｆと構造物１との接触度合いを充分に大きくすることができる。また、隔壁２４の内部まで熱が伝わりやすくなる。そのため、熱交換効率が向上する。
【００３７】
構造物１では、流路２２の密度は、特に限定されないが、構造物１の長手方向に垂直な断面において、１０〜１０００個／平方インチであることが望ましく、３０〜８００個／平方インチであることがより望ましい。
流路２２の密度が、１０個／平方インチ以上であると、流体Ｆと構造物１との接触度合いが大きくなる。そのため、熱交換効率が向上する。
流路２２の密度が、１０００個／平方インチ以下であると、隔壁２４が充分な厚さとなり、構造物１が充分な強度となる。
【００３８】
また、構造物１の長手方向に垂直な断面において、流路２２の形状は、特に限定されず、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形であってもよい。
【００３９】
なお、蓄熱物質１３は、熱交換において、高温側の温度と、低温側の温度との間の温度で相転移する物質である。
相転移の態様としては、固体から液体への相転移、固体から気体への相転移、液体から固体への相転移、液体から気体への相転移、気体から固体への相転移等が挙げられる。蓄熱物質１３は、熱交換において、高温側の温度と、低温側の温度との間の温度で、固体から液体又は液体から固体に相転移することが望ましい。
【００４０】
構造物１は、カプセル１２内に蓄熱物質１３が封入されてなる蓄熱材１１が存在している。
このような構造物１を流体Ｆとの熱交換に用いると、構造物１の温度が変化することに伴い、蓄熱物質１３が相転移する。蓄熱物質１３が相転移する際には、潜熱として熱を放出又は吸収するので、蓄熱物質１３には温度変化が生じない。従って、蓄熱物質１３が相転移している間は、構造物１の温度が変化しにくくなる。そのため、熱交換の際に、構造物１を所定の温度に長時間保ちやすくなる。従って、構造物１では、熱交換の際に熱交換機能を確保することができる。また、蓄熱物質１３は、潜熱として熱を放出又は吸収することもできるので、相転移温度における蓄熱物質の放出又は吸収する熱量は大きい。そのため、構造物１では、単位体積当たりの放出又は吸収できる熱量が大きくなる。従って、構造物１を小型化しても充分な熱量を放出又は吸収することができる。
【００４１】
構造物１では、蓄熱材１１の平均粒子径は、特に限定されないが、１０〜６０００μｍであることが望ましく、５０〜１５００μｍであることがより望ましい。
蓄熱材１１の平均粒子径が１０μｍ以上であると、蓄熱材１１に封入される蓄熱物質１３の量が充分な量となり、蓄熱材１１の量に対する、構造物１の熱交換効率が充分に高くなる。また、構造物１を形成することが阻害されにくくなる。
蓄熱材１１の平均粒子径が６０００μｍ以下であると、蓄熱材１１の表面積が充分に大きくなり、蓄熱物質１３への伝熱速度又は蓄熱物質１３からの伝熱速度が充分に速くなる。その結果、構造物１の熱交換効率が向上する。
構造物１では、蓄熱材１１の平均粒子径が、隔壁２４の厚さよりも大きくてもよく、小さくてもよい。
隔壁２４の厚さに対して、平均粒子径が小さい蓄熱材１１を用いると、蓄熱材１１は隔壁２４内に収容される、又は、部分的に露出をすることになる。また、隔壁２４の厚さに対して、平均粒子径が同等又は大きい蓄熱材１１を用いると、蓄熱材１１は隔壁２４の少なくとも片側で露出をすることになる。
蓄熱材１１の平均粒子径は、熱交換効率や伝熱速度を考慮し、用途に応じて決定することが望ましい。
【００４２】
また、構造物１には、平均粒子径が相対的に異なる２種以上の蓄熱材１１が含まれていてもよい。平均粒子径が相対的に異なる２種以上の蓄熱材１１が併用されることにより、平均粒子径が相対的に小さい蓄熱材が、平均粒子径が相対的に大きい蓄熱材１１同士の間を埋め、構造物１における蓄熱材１１の密度を高くすることができる。
平均粒子径が相対的に大きい蓄熱材１１の平均粒子径は、特に限定されないが、５００〜３０００μｍであることが望ましく、８００〜１５００μｍであることがより望ましい。
平均粒子径が相対的に小さい蓄熱材１１の平均粒子径は、特に限定されないが、１０〜３００μｍであることが望ましく、５０〜２００μｍであることがより望ましい。
【００４３】
構造物１では、蓄熱物質１３の含有量は、特に限定されないが、構造物１の体積に対し５〜８５％であることが望ましく、３０〜７４％であることがより望ましい。
なお、「構造物１の体積」とは、図１（ａ）及び（ｂ）において、部材１０がある部分の体積を意味し、構造物１の内部空間である流路２２の体積は、「構造物１の体積」に含まない。
また、体積の基準は、蓄熱物質１３の体積と、蓄熱物質１３の融点における構造物１の体積とである。
蓄熱物質１３の含有量が５％以上であると、蓄熱物質１３の量が充分な量となり、構造物１の熱交換効率が向上する。
蓄熱物質１３の含有量が８５％以下であると、構造物１を構成する樹脂１４の割合が高くなり、構造物の強度が充分に高くなる。
また、蓄熱物質１３は蓄熱材１１の内部に存在しているので、蓄熱物質１３の含有量が多くなる場合には、蓄熱材１１の量も多くなる。蓄熱材１１の量が多すぎる場合には、構造物１の表面付近に配置された蓄熱材１１が脱落しやすくなる。しかし、蓄熱物質１３の含有量が８５％以下であると、構造物１に含まれる蓄熱材１１の量が多くなりすぎない。そのため、蓄熱材１１が脱落することを防ぐことができ、その結果、熱交換率が低下することを防ぐことができる。
【００４４】
図３は、本発明の構造物において、蓄熱材の一部が部材の表面から露出している態様の一例を拡大して模式的に示す本発明の構造物の断面図である。
図３に示すように、構造物１では、蓄熱材１１の一部が、部材１０の表面１５に露出していることが望ましい。すなわち、蓄熱材１１の一部が、部材１０から飛び出し、流体Ｆと直接接する状態であることが望ましい。
蓄熱材１１の一部が、部材１０の表面１５に露出していると、熱交換の際に流体Ｆと蓄熱材１１とが直接接することになる。従って、効率よく熱交換をすることができる。
また、構造物１では、蓄熱材１１が部材１０の内部に存在していれば、部材１０の表面１５に蓄熱材１１がさらに付着していてもよい。
【００４５】
図４は、本発明の構造物において、蓄熱材が部材を貫通し、部材の表面から露出している態様の一例を拡大して模式的に示す本発明の構造物の断面図である。
図４に示すように、構造物１では、蓄熱材１１が部材１０を貫通し、部材１０の表面１５に露出していてもよい。
【００４６】
構造物１には、蓄熱物質１３がカプセル１２内に封入されてなる蓄熱材が用いられている。
構造物１では、蓄熱物質１３がカプセル１２内に封入されているので、蓄熱物質１３が相転移したとしても、蓄熱物質１３がカプセル１２外に漏れ出ることはない。つまり、蓄熱物質１３が構造物１から漏れ出ることを防ぐことができる。
蓄熱材としては、三菱製紙株式会社製の商品名：サーモメモリー、三木理研株式会社製の蓄熱用マイクロカプセル、及び、ＪＳＲ株式会社製の商品名：ＣＡＬＧＲＩＰ等の市販されているものを用いることができる。
【００４７】
上記の通り構造物１では、蓄熱物質１３は、熱交換において、高温側の温度と、低温側の温度との間の温度で、固体から液体又は固体から液体に相転移することが望ましい。またその融点は、特に限定されないが、−２０〜１１０℃であることが望ましく、０〜８０℃であることがより望ましい。
構造物１を熱交換に用いる際に、構造物１を所定の温度に保つ効果は、蓄熱物質１３の相転移温度に依存する。また、蓄熱物質１３の相転移において、液体から固体への変化、又は、固体から液体への変化は体積の変化が少ないので制御しやすい。
そのため、蓄熱物質１３の融点が上記範囲にあると、熱交換の際に、構造物１を好適な温度に保つことができる。また、蓄熱物質１３の融点が上記範囲にあることより、構造物１の蓄熱量を任意に制御することができる。
【００４８】
蓄熱物質１３は、特に限定されないが、パラフィン、硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物、塩化カルシウム水和物、エリスリトール及びチオ硫酸ナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化樹脂であることが望ましい。
これら物質は、容易に融点を制御することができるので蓄熱物質１３として好適に用いることができる。これらの中では、用途や使用に対しての設計の自由度が高くなるので、蓄熱物質にパラフィンを用いることが望ましい。
【００４９】
構造物１では、カプセル１２は、特に限定されないが、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン、ポリウレア、ポリアミド及びポリアクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化樹脂であることが望ましい。
カプセル１２がこれら熱硬化樹脂であると、熱交換の際に、熱によりカプセル１２が破壊されることを防止することができる。
【００５０】
構造物１では、カプセル１２は、カプセル１２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第１フィラーをさらに含むことが望ましい。
カプセル１２がこのような熱伝導率を有する第１フィラーを含むと、蓄熱物質１３へ熱を伝えやすくなる。すなわち、蓄熱物質１３への伝熱速度、又は、蓄熱物質１３からの伝熱速度を向上させることができる。従って、効率よく熱交換をすることができる。
【００５１】
第１フィラーとしては、特に限定されないが、無機フィラー、金属フィラーからなる群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【００５２】
構造物１では、樹脂１４は、特に限定されないが、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂及び紫外線硬化樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましく、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、オレフィン系エラストマー及びアクリル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種であることがより望ましい。
これら樹脂は、構造物１を構成する樹脂１４の骨格を形成することもでき、蓄熱材１１を内部に、又は、一部が露出するように配置することができる。
【００５３】
構造物１では、樹脂１４は、樹脂１４の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第２フィラーをさらに含むことが望ましい。
樹脂１４がこのような熱伝導率を有する第２フィラーを含むと、樹脂１４と蓄熱材１１との間の熱移動速度を向上させることができる。また、蓄熱材１１には蓄熱物質１３が含まれているので、結果的に、蓄熱物質１３への熱移動の速度、又は、蓄熱物質１３からの熱移動の速度を向上させることもできる。従って、効率よく熱交換をすることができる。
【００５４】
第２フィラーとしては、特に限定されないが、無機フィラー、金属フィラーからなる群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【００５５】
構造物１において、蓄熱物質１３の体積と、樹脂１４の体積との比率は、特に限定されないが、蓄熱物質：樹脂＝５：９５〜８５：１５であることが望ましく、３０：７０〜７４：２６であることがより望ましい。
【００５６】
なお、構造物１には、樹脂１４及び蓄熱材１１の他に、無機繊維、金属粉末、成形性をよくするための潤滑剤や加工助剤等の物質が含まれていてもよい。
【００５７】
次に、構造物１と、流体Ｆとの間の熱交換について説明する。
まず、構造物１の温度が、流体Ｆの温度より高く、流体Ｆが構造物１を通過する際に流体Ｆが温められる場合を説明する。
図５は、流体が、流体の温度よりも高い温度の本発明の構造物を通過する際の、本発明の構造物及び本発明の構造物を通過した流体の温度変化の一例を模式的に示すグラフである。
図５において、実線は構造物１の温度を示し、破線は構造物１を通過した流体Ｆの温度を示している。
図６は、流体が、流体の温度よりも高い温度の一般的な熱交換用構造物を通過する際の、一般的な熱交換用構造物及び一般的な熱交換用構造物を通過した流体の温度変化の一例を模式的に示すグラフである。
なお、一般的な熱交換用構造物とは、例えば、蓄熱材料を含まないセラミック多孔体等であり、顕熱により熱交換する熱交換用構造物のことを意味する。
図６において、実線は、一般的な熱交換用構造物の温度を示し、破線は一般的な熱交換用構造物を通過した流体Ｆの温度を示している。
【００５８】
まず、構造物１に流体Ｆが流入すると、構造物１の温度は、流体Ｆの温度よりも高いので、熱が構造物１から流体Ｆに移動し流体Ｆが温められることになる。なお、構造物１に流体Ｆが流入する時刻ｔ０において、蓄熱物質１３は液体である。
そして、時間が進むにつれ構造物１の温度は次第に低下することになる。
構造物１の温度が蓄熱物質１３の融点である温度αまで低下すると、蓄熱物質１３は液体から固体へと相転移する。蓄熱物質１３が固体から液体に相転移している間（図５中ｔ１〜ｔ２の間）、蓄熱物質１３は熱を放出し温度が一定に保たれる。また構造物１も、蓄熱物質１３からの熱を受けるので、温度が一定に保たれることになる。そして、この間（図５中ｔ１〜ｔ２の間）は、流体Ｆを温める効果が低下しにくくなる。その結果、構造物１では、熱交換の際に熱交換機能が低下しにくい。
【００５９】
一方、図６に示すように、一般的な熱交換用構造物に流体Ｆが流入すると、一般的な熱交換用構造物の温度は、流体Ｆの温度よりも高いので、熱が一般的な熱交換用構造物から流体Ｆに移動し流体Ｆが温められることになる。一般的な熱交換用構造物には、蓄熱物質が含まれていないので、一般的な熱交換用構造物の温度は、構造物１の温度よりも速く低下しやすくなる。その結果、一般的な熱交換用構造物では、熱交換の際に熱交換機能が低下しやすくなる。
【００６０】
次に、構造物１の温度が、流体Ｆの温度より低く、流体Ｆが構造物１を通過する際に流体Ｆが冷やされる場合を説明する。
図７は、流体が、流体の温度よりも低い温度の本発明の構造物を通過する際の、本発明の構造物及び本発明の構造物を通過した流体の温度変化の一例を模式的に示すグラフである。
図７において、実線は構造物１の温度を示し、破線は構造物１を通過した流体Ｆの温度を示している。
図８は、流体が、流体の温度よりも低い温度の一般的な熱交換用構造物を通過する際の、一般的な熱交換用構造物及び一般的な熱交換用構造物を通過した流体の温度変化の一例を模式的に示すグラフである。
図８において、実線は一般的な熱交換用構造物の温度を示し、破線は一般的な熱交換用構造物を通過した流体Ｆの温度を示している。
【００６１】
まず、構造物１に流体Ｆが流入すると、構造物１の温度は、流体Ｆの温度よりも低いので、熱が流体Ｆから構造物１に移動し流体Ｆが冷やされることになる。なお、構造物１に流体Ｆが流入する時刻ｔ０において、蓄熱物質１３は固体である。
そして、時間が進むにつれ構造物１の温度は次第に上昇することになる。
構造物１の温度が蓄熱物質１３の融点である温度αまで上昇すると、蓄熱物質１３は固体から液体へと相転移する。蓄熱物質１３が液体から固体に相転移している間（図７中ｔ１〜ｔ２の間）、蓄熱物質１３は熱を吸収し温度が一定に保たれる。また構造物１も、蓄熱物質１３により熱を奪われるので、温度が一定に保たれることになる。そして、この間（図７中ｔ１〜ｔ２の間）は、流体Ｆを冷やす効果が低下しにくくなる。その結果、構造物１では、熱交換の際に熱交換機能が低下しにくい。
【００６２】
一方、図８に示すように、一般的な熱交換用構造物に流体Ｆが流入すると、一般的な熱交換用構造物の温度は、流体Ｆの温度よりも低いので、熱が流体Ｆから一般的な熱交換用構造物に移動し流体Ｆが冷やされることになる。一般的な熱交換用構造物には、蓄熱物質が含まれていないので、一般的な熱交換用構造物の温度は、構造物１の温度よりも速く上昇しやすくなる。その結果、一般的な熱交換用構造物では、熱交換の際に熱交換機能が低下しやすくなる。
【００６３】
以上説明したように、構造物１は、蓄熱物質１３の融点を調整することにより、流体Ｆを温めることにも、冷やすことにも用いることができる。
【００６４】
次に、より具体的な構造物１の使用方法について説明する。
構造物１は、住宅換気システムに用いることができる。
図９は、本発明の構造物が用いられた住宅換気システムの一例を模式的に示す模式図である。
図１０（ａ）及び（ｂ）は、図９に示す住宅換気システムを用いて換気をする工程の一例を模式的に示す模式図である。
【００６５】
図９に示す住宅換気システム３０は、筒状体３１と、筒状体３１に空気を流通させるためのファン３２と、筒状体３１の内部に配置された構造物１とからなる。
そして、住宅換気システム３０は、構造物１がファン３２よりも屋外側に配置され、かつ、住宅５０の壁５１を貫通するように設置されている。
上記構造の住宅換気システム３０を用いて換気を行う場合には、換気される空気は構造物１の内部を通ることになる。
なお、住宅換気システム３０では、構造物１がファン３２よりも屋内側に配置されていてもよい。
【００６６】
まず、屋外が寒くて温度が低く、屋内が温かくて温度が高い場合において、住宅換気システム３０を用いて、屋外の空気Ａを屋内に取り込む工程を説明する。
住宅換気システム３０を用いて、屋外の空気Ａを屋内に取り込む場合、構造物１の温度は、寒い屋外の空気Ａｃの温度よりも高く設定されており、蓄熱物質１３は液体である。
図１０（ａ）に示すように、屋外の空気Ａｃは、ファン３２により屋内に取り込まれる。その過程で、空気Ａｃは構造物１を通過することになり、構造物１から空気Ａｃへ熱Ｈが伝達される。そのため、住宅換気システム３０を通じて空気Ａｃが屋内に到達する際には、空気Ａｃは充分に温められて温かい空気Ａｈとなっており、屋内温度が下がりにくくなる。
また、屋外の空気Ａｃを取り込む過程において、蓄熱物質１３は液体から固体に相転移することになる。
【００６７】
次に、住宅換気システム３０を用いて温かい屋内の空気Ａｈを屋外に排出する工程を説明する。
住宅換気システム３０を用いて、屋内の空気Ａｈを屋外に排出する場合、構造物１の温度は、屋内の空気Ａｈの温度よりも低く設定されており、蓄熱物質１３は固体である。
図１０（ｂ）に示すように、屋内の空気Ａｈは、ファン３２により屋外に排出される、その過程で、空気Ａｈは構造物１を通過することになり、空気Ａｈから構造物１へ熱Ｈが伝達される。そして、空気Ａｈは、冷たい空気Ａｃとなり屋外に排出されることになる。
この際、構造物１は充分に温められ、蓄熱物質１３は固体から液体に相転移する。そのため、屋内の熱が構造物１に蓄積されることになる。つまり、屋内の空気Ａｈを屋外に排出する際に、屋内の熱の放出を低減することができる。
また、このように熱が蓄積された構造物１を、上述した屋外の空気Ａｃの屋内への取り込みに用いることができる。
屋内への空気Ａｃの取り込み及び屋外への空気Ａｈの放出の切り換えは、例えば、ファン３２の回転を逆にすることにより行うことができる。
【００６８】
また、上記工程を繰り返すことで屋内の熱量の低下を抑え、かつ、屋内の温度の変化を抑えつつ、効率的に換気をすることができる。
【００６９】
また、構造物１は、住宅用途だけでなく、車載用途にも用いることができ、車載用途の一例としては、アイドリングストップ車の送風空気の温度調整のために用いることができる。
空調システムがエンジンの駆動と連動しているアイドリングストップ車において、アイドリングストップ車が信号待ちなどで一時停止すると、エンジンが止まることになる。また、エンジンの停止に伴いコンプレッサーも止まることになる。そのため、エバポレーターに冷媒が循環されなくなり、空気の冷却ができなくなる。この場合においても、稼動しているファンにより、空気は車内に供給されることになるが、その空気は、エンジンからの熱等により温められることになる。
そして、エンジン等からの熱により温められた空気がそのまま車内に送風され、車内の温度が一時的に上昇し不快になることがある。
しかし、構造物１を空調システムの送風口に配置することにより車内の温度の一時的な上昇を抑制することができる。その原理を以下に説明する。
【００７０】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の構造物が、アイドリングストップ車の空調システムから送風される空気の温度を制御する作用の一例を模式的に示す模式図である。
図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、空調システム７０は、空気Ａを冷却するためのエバポレーター７３と、冷却された空気Ａの通り道となる送風管７１と、その出口である送風口７２とを備えており、構造物１が送風口７２に配置されている。
【００７１】
図１１（ａ）に示すように、アイドリングストップ車の走行中、空調システム７０は作動しており、空調システム７０は送風管７１を通じ冷たい空気Ａｃを送風口７２から車内に送風することになる。この際、送風口７２に配置された構造物１は、空気Ａｃにより冷却されることになる。つまり、構造物１から空気Ａｃに熱Ｈが移動する。冷却された構造物１では、蓄熱物質１３が固体となっている。
【００７２】
図１１（ｂ）に示すように、アイドリングストップ車が停止すると、エンジンが止まること伴い、コンプレッサーも止まることになる。そのため、エバポレーター７３に冷媒が循環されなくなる。そのため、空調システム７０内の空気Ａはエンジン等からの熱Ｈにより温められることにより温められた空気Ａｈとなる。このように温められた空気Ａｈがそのまま車内に流入すると、車内の温度が上昇することになる。しかし、空調システム７０では、空気Ａｈは構造物１を通過して車内に流入することになる。この際、空気Ａｈから構造物１へ熱Ｈが伝達される。そして、空気Ａｈは充分に冷やされ送風口７２から冷やされた空気Ａｃとして車内に送風されることになる。なお、この際、蓄熱物質１３は固体から液体に相転移する。
【００７３】
このような状態が長期間続くと、蓄熱物質１３が完全に液体に相転移し構造物１は空気Ａを冷却できなくなる。しかし、アイドリングストップ車が信号等で一時停止している場合であれば、蓄熱物質１３が完全に液体に相転移する前にアイドリングストップ車は走行を再開することになる。
そうすると、図１１（ｃ）に示すように、エンジンの起動に伴い、コンプレッサーも起動しエバポレーター７３に冷媒が循環し始める。そして、空調システム７０は冷たい空気Ａｃを再度供給する。この際、再度構造物１から空気Ａｃに熱Ｈが移動すると共に蓄熱物質１３が液体から固体に相転移する。そして、構造物１は、空気Ａを冷却する機能を取り戻す。
【００７４】
このように、構造物１を空調システム７０の送風口７２に配置することにより、アイドリングストップ車の一時停止に伴う車内の温度の一時的な上昇を抑制することができる。
【００７５】
夏季において車両を日光が当たる場所に長時間駐車等すると、車両内の温度は４０℃を超えることもあり、車両内の速やかな冷却が求められる。
このような場合に、構造物１を用いることにより、空調システム７０を起動させた際、一般的な熱交換用構造物が空調システムに配置されている場合に比べ、速やかに車両内を冷却することができる。
【００７６】
潜熱蓄熱材を含む構造物と、一般的な熱交換用構造物との蓄熱量が同じ場合において、一般的な熱交換用構造物を構成する物質は、顕熱のみで蓄放熱されるが、潜熱蓄熱材を含む構造物の場合は、潜熱も利用できるため体積が小さくなる。そのため、潜熱蓄熱材を含む構造物は、顕熱の蓄放熱量を小さく抑えることができる。そのため、潜熱が蓄放熱される以外の温度では、一般的な熱交換用構造物よりも速やかに温度変化する。
従って、構造物１がエバポレーター７３から供給される空気に接触すると、速やかに構造物１の温度が蓄熱物質１３の融点まで低下する。
その速度は、一般的な熱交換用構造物が蓄熱物質１３の融点まで低下する速度よりも速い。
【００７７】
構造物１が、空調システム７０に配置されている際に、車両内の速やかな冷却ができる原理を以下に図面を用いながら説明する。
図１２（ａ）及び（ｂ）は、車両内の温度が高い場合に、本発明の構造物が配置されている空調システムを用いて車両内の温度を低くする工程を模式的に示す模式図である。
図１３（ａ）及び（ｂ）は、車両内の温度が高い場合に、一般的な熱交換用構造物が配置されている空調システムを用いて車両内の温度を低くする工程を模式的に示す模式図である。
なお、図１２（ａ）及び（ｂ）並びに図１３（ａ）及び（ｂ）中、熱の移動を矢印で示し、その量を矢印の太さで表す。
【００７８】
車両内の温度が高く構造物１の蓄熱物質１３が液体となっている状態において、図１２（ａ）に示すように、空調システム７０を起動すると、冷却された空気Ａｃが送風管７１を通り構造物１に到達する。そして、構造物１から冷却された空気Ａｃに熱Ｈが移動する。
また、図１３（ａ）に示すように、車両内の温度が高い場合に、一般的な熱交換用構造物が配置されている空調システム１７０を起動すると、冷却された空気Ａｃが送風管１７１を通り一般的な熱交換用構造物１０１に到達する。そして、一般的な熱交換用構造物１０１から冷却された空気Ａｃに熱Ｈが移動する。
ここで、構造物１と一般的な熱交換用構造物１０１の蓄熱量が同じであると、一般的な熱交換用構造物１０１は、顕熱のみで蓄放熱するが、潜熱蓄熱材を含む構造物１の場合は、潜熱も利用できるため体積が小さくなる。そのため、潜熱蓄熱材を含む構造物１は、顕熱の蓄放熱量を小さく抑えることができるので、一般的な熱交換用構造物１０１よりも速やかに温度変化する。
つまり、空調システム７０又は空調システム１７０を起動させた初期の段階では、構造物１の温度が、一般的な熱交換用構造物１０１の温度よりも低い期間が生じる。
【００７９】
ここで、単位時間あたりの単位面積を横切って移動する熱量（Ｗ／ｍ２）は、以下の式（１）のように表すことができる。
ｄｐ＝ｈ（Ｔｆ−Ｔｓ）・・・（１）
（式（１）中、ｄｐは単位時間あたりの単位面積を横切って移動した熱量を示し、ｈは熱伝達率を示し、Ｔｆは流体の温度を示し、Ｔｓは構造物の表面の温度を示す。）
【００８０】
上記式（１）に示すように、単位時間に単位面積を横切って移動する熱量は、流体の温度と、構造物の表面の温度との差に比例する。
【００８１】
図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）は、構造物１の温度が、一般的な熱交換用構造物１０１の温度よりも低い期間における構造物１から空気Ａｃへの熱移動、及び、一般的な熱交換用構造物１０１から空気Ａｃへの熱移動をそれぞれ模式的に示している。
上記式（１）に従えば、構造物１の温度が、一般的な熱交換用構造物１０１の温度よりも低い期間においては、構造物１と空気Ａｃとの温度差が、空調システム１７０を起動した初期の段階における一般的な熱交換用構造物１０１と空気Ａｃとの温度差よりも小さくなる。
そのため、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、構造物１から空気Ａｃに移動する熱量は、一般的な構造物１０１から空気Ａｃに移動する熱量よりも少なくなる。
そのため、この期間においては、構造物１を用いる方が、一般的な熱交換用構造物１０１を用いるよりも、車内に送風される空気Ａｃの温度が低くなる。従って、車内の速やかな冷却をすることができる。
【００８２】
なお、構造物１には蓄熱物質１３が含まれているので、構造物１は蓄熱物質１３の融点の温度をある程度の期間維持することになる。そのため、空調システム７０を起動し、ある程度の時間が経過すると、構造物１と空気Ａｃとの温度差が、一般的な熱交換用構造物１０１と空気Ａｃとの温度差よりも大きくなることがある。この場合、構造物１を用いる方が、一般的な熱交換用構造物１０１を用いるより、車内に送風される空気Ａｃが温められることになるが、あらかじめ構造物１の蓄熱物質１３の融点を低く設定しておくことにより、空気Ａｃが構造物１により温められたとしても、車内の温度を快適に保つことができる。
【００８３】
次に、構造物１を製造する方法を説明する。
【００８４】
（１）混合工程
まず、カプセル内に蓄熱物質が封入されてなる蓄熱材と樹脂とを混合して混合物を調製する。
蓄熱材と樹脂とを混合する方法は、特に限定されず、湿式混合であっても、乾式混合であってもよい。また、混合物では、蓄熱材が樹脂に均等に分散していることが望ましい。
さらに、蓄熱材と樹脂とを混合する際には、無機繊維、金属粉末等を合わせて混合してもよい。
なお、蓄熱材及び樹脂の構成材料や割合等、並びに、カプセル及び蓄熱物質の構成材料や大きさ等は上述した通りなのでここでの記載は省略する。
【００８５】
（２）成形工程
次に、上記（１）混合工程で得られた混合物を成形して、蓄熱材と樹脂とからなる部材により形成され、複数の流路が隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム形状である構造物を成形する。
混合物を成形する際には、３Ｄプリンタを用いてもよく、押出成形又は射出成形により成形してもよい。
３Ｄプリンタを用いることにより構造物を製造することができる。
また、混合物を押出成形又は射出成形により成形する場合には、混合物を成形後、混合物の材質に応じて加熱、光照射等を行うことにより形状を固定させることにより構造物を製造することができる。
【００８６】
３Ｄプリンタを用いる場合には、任意の形状の構造物を製造することができるという利点があり、押出成形する場合には、低コストで容易に所定の形状の構造物を製造することができるという利点がある。
【００８７】
以上の工程を経て本発明の構造物を製造することができる。
【００８８】
これまで、本発明の構造物として、ハニカム形状を有する構造物を説明してきたが、本発明の構造物はハニカム形状を有していなくてもよい。流体との熱交換に用いることができる形状であればどのような形状を有していてもよい。以下、ハニカム形状を有しない本発明の構造物の例について説明する。
【００８９】
本発明の構造物は、図９に示す上記住宅換気システム３０の筒状体３１であってもよい。
すなわち、筒状体３１は、蓄熱材１１と樹脂１４とからなる部材１０により形成され、蓄熱材１１は、カプセル１２内に蓄熱物質１３が封入されてなり、かつ、部材１０の内部に存在していてもよい。
住宅換気システム３０を用いて換気をする際に、筒状体３１も空気Ａと接触することになる。筒状体３１が上記構成であると、筒状体３１は熱交換に用いる構造物として機能する。従って、空気Ａとの熱交換を効率的に行うことができる。
【００９０】
本発明の構造物は、図１１（ａ）〜（ｃ）並びに図１２（ａ）及び（ｂ）に示す空調システム７０内部の送風管７１を形成していてもよく、図１４に示すような送風口７２に配置されたルーバー７４を形成していてもよい。
図１４は、本発明の構造物が配置された車両の空調システムの送風口を模式的に示す透過図である。
空調システム７０内部の送風管７１も、送風口７２に配置されたルーバー７４も空調システム７０から送風される空気Ａと接触することになる。空調システム７０内部の送風管７１や、送風口７２に配置されたルーバー７４が上記構成であると、これらは、熱交換に用いる構造物として機能する。従って、空気Ａとの熱交換を効率的に行うことができる。
【００９１】
構造物１の形状は、流体の流れを変えるフィン形状であってもよい。
構造物１の形状がフィン形状であると、構造物１は配管ダクト等のフィンに用いることができる。配管ダクト等のフィンは、流体と接触することになる。従って、構造物１は、フィンの機能を果たすと共に、流体の温度を制御する機能も有する。
【００９２】
さらに、構造物１は、流路の外壁と外壁の内側に配置されたフィンを形成していてもよい。
構造物１がこのような形状であると、容易に流路内に空気を導入又は流路から空気を排出することができ、熱効率を向上させることができる。
【００９３】
以下に、本発明の構造物の作用効果を列挙する。
（１）本発明の構造物は、カプセル内に蓄熱物質が封入されてなる蓄熱材を含んでいる。
このような構造物を流体との熱交換に用いると、構造物の温度が変化することに伴い、蓄熱物質が相転移する。蓄熱物質が相転移する際には、潜熱として熱を放出又は吸収するので、蓄熱物質には温度変化が生じない。従って、蓄熱物質が相転移している間は、構造物の温度が変化しにくくなる。そのため、熱交換の際に、構造物を所定の温度に長時間保ちやすくなる。従って、本発明の構造物は、熱交換の際に熱交換機能が確保される。
また、蓄熱物質は、潜熱として熱を放出又は吸収することもできるので、相転移温度における蓄熱物質の放出又は吸収できる熱量は大きい。そのため、本発明の構造物は、単位体積当たりの放出又は吸収できる熱量が大きくなる。従って、本発明の構造物を小型化しても充分な熱量を放出又は吸収することができる。
【００９４】
（２）本発明の構造物では、蓄熱物質はカプセル内に封入されている。
例えば、構造物が、蓄熱物質を直接充填させた樹脂からなると、蓄熱物質が相転移した際に、蓄熱物質が構造物から漏れ出ることがある。
しかし、本発明の構造物では、蓄熱物質がカプセル内に封入されているので、蓄熱物質が相転移したとしても、蓄熱物質がカプセル外に漏れ出ることはない。つまり、蓄熱物質が構造物から漏れ出ることを防ぐことができる。そのため、本発明の構造物は、流体との熱交換に繰り返し用いることができる。
【００９５】
（実施例）
以下、本発明の第一実施形態をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００９６】
（実施例１−１）
（１）混合工程
樹脂として液状アクリル樹脂を１０７ｇと、蓄熱材としてパラフィン入りカプセル状蓄熱材（三菱製紙社製、製品名「サーモメモリーＦＰ−９」）を６５ｇとを混合して混合物を得た。なお、パラフィン入りカプセル状蓄熱材にパラフィンは８０重量％の割合で含まれており、その融点は９℃であった。
また、液状アクリル樹脂と、パラフィンとの体積比は、液状アクリル樹脂：パラフィン＝６５：３５であった。
【００９７】
（２）成形工程
次に、上記（１）混合工程で得られた混合物を、３Ｄプリンター（３Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．社製、製品名「ＰＪ−１５００」）を用いて、紫外線照射により液状アクリル樹脂を光硬化させることにより、実施例１−１に係るハニカム形状の構造物を得た。実施例１−１の構造物は、外形が直径８５．０ｍｍ、長さ１０４．０ｍｍの円柱状であった。また、流入口及び流出口の形状が、３．８０ｍｍ×３．８０ｍｍの正方形であり、隔壁の厚さが０．７８ｍｍであった。また、流路の密度は、３１個／平方インチであった。また、実施例１−１に係る構造物を形成する部材の体積は１９８．８ｃｍ３であり、密度は１．００ｇ／ｃｍ３であった。
【００９８】
（実施例１−２）
（１）混合工程
樹脂としてポリプロピレン樹脂を１６．３５ｋｇと、蓄熱材としてパラフィン入りカプセル状蓄熱材（三菱製紙社製、製品名「サーモメモリーＦＰ−９」）を３３．６５ｋｇとを押出機でシリンダー温度を１６０℃にて溶融・混合し、押出しカットしてペレットを作成した。
（２）成型工程
次に、上記（１）混合工程で得られたペレットを用いて、流路の密度が３１個／平方インチとなる金型を用いて、押出機にて押出成形することによりハニカム形状からなる構造物を作製した。なお、押出成形の際、押出機のシリンダー温度を１６０℃にした。また、実施例１−２に係る構造物の形状が、実施例１−１に係る構造体と同じ形状の円柱状となるような金型を用いて成形を行った。
【００９９】
（実施例１−３）
（１）混合工程
樹脂としてポリプロピレン樹脂を１６．３５ｋｇと、蓄熱材としてパラフィン入りカプセル状蓄熱材（三菱製紙社製、製品名「サーモメモリーＦＰ−９」）を３３．６５ｋｇとを押出機でシリンダー温度を１６０℃にて溶融・混合し、押出しカットしてペレットを作成した。
（２）成型工程
図１５（ａ）〜（ｄ）は、実施例１−３の成形工程を模式的に示す模式図である。
次に、上記（１）混合工程で得られたペレットを射出成形機にて成形金型に射出し、図１５（ａ）に示すような、底面に隔壁が規則的かつ垂直に形成された射出成形体を作製した。なお、射出成形体の隔壁の間隔は３．８０ｍｍであり、隔壁の高さは３．８０ｍｍであった。また、射出成形の際、成形金型の温度を４０℃、射出成形機のシリンダー温度を１６０℃とした。
次に、図１５（ｂ）に示すように、射出成形体を積層し接着により貼り合わせて、図１５（ｃ）に示すような流路の密度が３１個／平方インチとなるハニカム形状からなる構造物を得た。
そして、得られた構造物を、図１５（ｃ）に示す破線の部分で切り取り、図１５（ｄ）に示すように、実施例１−１に係る構造物と同じ形状の円柱状となるように、外周をポリプロピレン樹脂で埋め、外径加工を行った。
【０１００】
（比較例１−１）
原料のコージェライトを粉砕・粒度調整し、所定の化学組成になるように調合し、水とバインダーを加え混練した後、押出機にてハニカム状に押出成形されたものを乾燥、焼成した。
比較例１−１の構造物は、外形が直径９６．０ｍｍ、長さ１４７．４ｍｍの円柱状であった。また、流入口及び流出口の形状が、３．９８ｍｍ×３．９８ｍｍの正方形であり、隔壁の厚さが０．６０ｍｍであった。また、流路の密度は、３１個／平方インチであった。また、比較例１−１に係る構造物を形成する部材の体積は３０８．６ｃｍ３であり、密度は２．８４ｇ／ｃｍ３であった。
【０１０１】
（比較例１−２）
原料のコージェライトを粉砕・粒度調整し、所定の化学組成になるように調合し、水とバインダーを加え混練した後、押出機にてハニカム状に押出成形されたものを乾燥、焼成した。
比較例１−２の構造物は、外形が直径９６．１ｍｍ、長さ９９．４ｍｍの円柱状であった。また、流入口及び流出口の形状が、３．９８ｍｍ×３．９８ｍｍの正方形であり、隔壁の厚さが０．６０ｍｍであった。また、流路の密度は、３１個／平方インチであった。また、比較例１−２に係る構造物を形成する部材の体積は２０８．２ｃｍ３であり、密度は２．８２ｇ／ｃｍ３であった。
【０１０２】
（排気試験１）
実施例１−１並びに比較例１−１及び比較例１−２に係る構造物を２０℃とし、各構造物に１．０℃の空気を１．８ｍ／ｓｅｃで７０秒間流入させ、各構造物から流出後の空気の温度を測定した。結果を図１６に示す。図１６は、排気試験１の結果を示すグラフである。
なお、排気試験１は、住宅換気システムにおいて屋外の空気を屋内に取り込む場合を想定している。
【０１０３】
（排気試験２）
上記排気試験１後の各構造物に、１９．５℃の空気を１．８ｍ／ｓｅｃで７０秒間流入させ、各構造物から流出後の空気の温度を測定した。結果を図１７に示す。図１７は、排気試験２の結果を示すグラフである。
なお、排気試験２は、住宅換気システムにおいて屋内の空気を屋外に排出する場合を想定している。
【０１０４】
図１６に示すように、実施例１−１の構造物を用いると、比較例１−１及び比較例１−２の構造物を用いた場合と比較して、各構造物通過後の空気の温度が高かった。この結果より、実施例１−１の構造物を用いると、寒い屋外の空気を屋内に取り込む場合に、比較例１−１及び比較例１−２の構造物を用いるよりも温かい空気を取込むことができることが判明した。
図１７に示すように、実施例１−１の構造物を用いると、比較例１−２の構造物を用いた場合と比較して、各構造物通過後の空気の温度が低かった。この結果は、実施例１−１の構造物は、比較例１−２の構造物より、多くの熱を吸収して、屋内の空気を屋外に排出する場合に、冷たい空気を排出することを示している。
また、図１７において、実施例１−１の構造物を用いた場合と、比較例１−１の構造物を用いた場合とを比較すると、５０秒までは、比較例１−１の構造物を用いた方が構造物通過後の空気の温度が低かった。これは、比較例１−１の構造物の方が実施例１−１の構造物よりも体積が大きいので、比較例１−１の構造物の方が実施例１−１の構造物よりも熱容量が大きく、この期間においては、多くの熱を吸収できたためと考えられる。しかし、５０秒を経過すると、実施例１−１の構造物を用いた方が、比較例１−１の構造物を用いるより構造物通過後の空気の温度が低かった。これは、実施例１−１の構造物に含まれる蓄熱材料が、９℃で液体に相転移するので、５０秒を経過後の期間において、実施例１−１の構造物の方が、比較例１−１の構造物よりも熱容量が大きくなり、より多くの熱を吸収できためと考えられる。従って、空気を５０秒以上排出する場合には、実施例１−１に係る構造物は、効率よく空気から熱を吸収することができることが判明した。
【０１０５】
これらの結果から、屋内の温度が低く屋内の温度が温かい場合に、実施例１−１の構造物を住宅換気システムに用いることにより、屋内の熱量の低下を抑え、かつ、屋内の温度の変化を抑えつつ、効率的に換気をすることができることが示された。
また、実施例１−１に係る構造物の体積は比較例１−１に係る構造物の体積と比べ小さい。つまり、実施例１−１に係る構造物は、小さい体積であっても充分な性能を有する。そのため、薄い壁の住宅にも用いることができる。
また、実施例１−２及び実施例１−３の構造物を用いて上記（排気試験１）及び（排気試験２）を行った。その結果は、実施例１−１の構造物と同等であった。
【０１０６】
（実施例２−１）〜（実施例２−４）
構造物に含まれる蓄熱物質の体積の割合が、表１に示す割合となるように、加えるパラフィン入りカプセル状蓄熱材の重量を調整した以外は、実施例１−１と同様にして実施例２−１〜実施例２−４に係る構造物を製造した。
【０１０７】
（比較例２−１）
パラフィン入りカプセル状蓄熱材を用いない以外は、実施例１−１と同様にして比較例２−１に係る構造物を製造した。
【０１０８】
【表１】
2016145674.tif 000003
【０１０９】
（排気試験３）
実施例２−１及び比較例２−１に係る構造物を３℃とし、各構造物に３４．５℃の空気を０．８ｍ／ｓｅｃで８０秒間流入させ、各構造物から流出後の空気の温度を測定した。結果を図１８に示す。図１８は、排気試験３の結果を示すグラフである。
なお、排気試験３は、一時停止したアイドリングストップ車において、車内に空気が供給される場合を想定している。すなわち、エンジンの停止によりコンプレッサーによる冷媒循環が停止し、エバポレーターによる空気の冷却ができない状態において、エンジン等からの熱により温められた空気が車内に給気される場合を想定している。
【０１１０】
図１８に示すように、実施例２−１の構造物を用いると、比較例２−１の構造物を用いる場合と比較し、排気される空気の温度が低くなっていた。
この結果から、実施例２−１の構造物をアイドリングストップ車の空調システムに用いると、アイドリングストップ車が一時停車して、エンジン及びコンプレッサーが止まり、空気の冷却ができない場合であっても、車内の温度の一時的な上昇を抑制することができることが示された。
【０１１１】
（排気試験４）
実施例２−２〜実施例２−４及び比較例２−１に係る構造物を４０℃とし、各構造物に３℃の空気を１１ｍ／ｓｅｃで１００秒間流入させ、各構造物から流出後の空気の温度を測定した。結果を図１９に示す。図１９は、排気試験４の結果を示すグラフである。このグラフは、ＡＮＳＹＳ  Ｆｌｕｅｎｔ  ｖ１４．０を用いて計算した結果より求めた。
なお、排気試験４は、夏の炎天下に駐車しておいた場合など高温である車両においてエンジン始動時に空調システムを起動する場合を想定している。
【０１１２】
図１９に示すように、実施例２−２〜実施例２−４の構造物を用いると、排気される空気の温度は５〜１５秒程で、７℃まで低下した。７℃まで低下する順番は、実施例２−４、２−３、２−２の順であった。
一方、比較例２−１の構造物を用いると、排気される空気の温度は徐々に低下していき３０秒程で７℃まで低下した。この結果から、実施例２−２〜実施例２−４の構造物を用いると、空気を排気する初期の段階において、排気される空気の温度を低くすることができることが判明した。
なお、３０秒経過後、実施例２−３及び実施例２−４の構造物を用いた場合の排気される空気の温度は７０秒経過するまで７℃を保っていた。これは、実施例２−３及び実施例２−４の構造物に含まれる蓄熱物質が液体から固体に相転移する際に放出される熱により、排気される空気が温められるためと考えられる。
一方、実施例２−２の構造物を用いた場合に排気される空気の温度は、３０秒経過するまで７℃を保っており、その後、徐々に低下した。この温度変化は、３０秒を経過するまで、実施例２−２の構造物に含まれる蓄熱物質が液体から固体に相転移する際に放出される熱により、排気される空気が温められていたためであり、３０秒を経過すると蓄熱物質が全て固体に相転移したためであると考えられる。
【０１１３】
これらの結果から、実施例２−２〜実施例２−４の構造物を車両の空調システムの送風口に配置することにより、高温である車両において、速やかに車内の温度を低下することができることが示された。
【０１１４】
（ハニカム形状の構造物の特性の評価）
実施例１−１、比較例１−１、比較例１−２、比較例２−１の構造物について、構造物の体積、熱容量（蓄熱量Ｑ及び相対蓄熱量Ｑ´）を求め、ハニカム形状の構造物の特性の評価を行った。その結果を表２に示す。
体積は、各構造物の寸法の実測値から求めた。
蓄熱量Ｑは、各構造物が０℃から３５℃に温度変化する際に、各構造物に蓄積する熱量を意味する。相対蓄熱量Ｑ´は、各構造物の体積を２００ｃｍ３とした際の蓄熱量Ｑを意味する。
【０１１５】
【表２】
2016145674.tif 000004
【０１１６】
実施例１−１の構造物と比較例１−１の構造物とを比較すると、各構造物の蓄熱量Ｑは同等であるが、実施例１−１の構造物の体積は、比較例１−１の構造物の体積の６４％の大きさであった。すなわち、実施例１−１の構造物の方が、相対蓄熱量Ｑ´が大きかった。
このことから、実施例１−１の構造物は、比較例１−１の構造物より小型化されているが、蓄熱性能が劣っていないことが示された。
また、実施例１−１、比較例１−２及び比較例２−１の構造物を比較すると。これら構造物の体積は同等であるが、実施例１−１の構造物の蓄熱量Ｑ及び相対蓄熱量Ｑ´は、比較例１−２並びに比較例２−１の構造物の蓄熱量Ｑ及び相対蓄熱量Ｑ´に比べて、大きかった。このことから、実施例１−１の構造物は、比較例１−２及び比較例２−１の構造物より蓄熱量を大きくすることができることが示された。
【符号の説明】
【０１１７】
１  構造物
１０  部材
１１  蓄熱材
１２  カプセル
１３  蓄熱物質
１４  樹脂
１５  部材の表面
２１  流入口
２２  流路
２３  流出口
２４  隔壁
３０  住宅換気システム
３１  筒状体
３２  ファン
５０  住宅
５１  壁
７０、１７０  空調システム
７１、１７１  送風管
７２、１７２  送風口
７３  エバポレーター
７４  ルーバー
【図１】
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【図２】
2016145674.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016145674.tif 000009
【図６】
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【図７】
2016145674.tif 000011
【図８】
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【図９】
2016145674.tif 000013
【図１０】
2016145674.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
2016145674.tif 000016
【図１３】
2016145674.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
2016145674.tif 000019
【図１６】
2016145674.tif 000020
【図１７】
2016145674.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
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