复合构件及其制造方法、蓄热材及其制造方法、蓄热式空调装置、以及蓄热型热管式供油设备与流程

本发明涉及复合构件及其制造方法、蓄热材及其制造方法、蓄热式空调装置、以及蓄热型热管式供油设备。

背景技术：

住宅、办公室等居住空间的节能化逐年受到重视，需要用于实现该目标的材料技术。例如，在地板、天花板、墙壁等的内部使用玻璃棉、聚氨酯泡沫等绝热材，实现了利用空调设备的冷暖气设备的效率化，但为了进一步节能化，进行了以蓄热材为代表的材料的研究。另外，在例如汽车中，伴随ev化，也认为与以往相比更进一步的节能化是重要的。

近年来，为了在这样的生活环境中有效利用能量，利用伴随液相与固相之间的相变的潜热的潜热蓄热材被用于蓄热式空调设备、蓄热式建材、各种保温器具或装置、保冷剂等。利用伴随相变的潜热的方法具有如下优点，即：能够在发生相变的温度范围内储存大量的热量，能够缩小蓄热材的容量，虽然蓄热量大但不会产生大的温度差因此能够抑制热损失等，从而提出了各种潜热蓄热材作为适温保持、加热或冷却的手段之一。

但是，潜热蓄热材料通常热导率低，热无法充分传递到离开热源接触部附近的位置，因此热的吸收和放出的速度慢。因此，潜热蓄热材必须具有较薄的结构，有时应用领域受到限制。针对这样的问题，作为提高潜热蓄热材的热导率的方法，已知配合无机填料、金属粉等的方法。例如专利文献1中公开了一种蓄热材，其包含预定的潜热蓄热材料和平均粒径大于或等于0.1μm且小于或等于30μm的导热性陶瓷填料，且导热性陶瓷填料的含量相对于总质量大于或等于20质量％且小于或等于60质量％。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-151433公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，关于专利文献1所记载的蓄热材，由于含有导热性陶瓷填料因此潜热蓄热材的含有比率变小，从而存在蓄热容量降低这样的问题。

本发明是鉴于这样的问题而作出的发明，其目的在于提供能够兼顾蓄热特性和导热性的蓄热材及其制造方法。另外，本发明的另一个目的在于提供适合用于该蓄热材的复合构件及其制造方法、以及具备该蓄热材的蓄热式空调装置和蓄热型热管式供油设备。

用于解决课题的方法

本发明人等为了解决上述课题而进行了研究，结果发现：通过将选自链状饱和烃化合物和糖醇的有机材料填充于由热导率比该有机材料高的材料形成的多孔质体的连通孔中，从而能够兼顾蓄热特性和导热性。即，本发明提供以下的＜1＞～＜14＞。

＜1＞一种复合构件，其具备多孔质体和有机材料，所述多孔质体具有第一外表面、第二外表面、以及连通第一外表面与第二外表面的连通孔，所述有机材料填充于连通孔中，且含有选自由链状饱和烃化合物和糖醇组成的组中的至少一种，多孔质体由具有比有机材料的热导率高的热导率的材料形成。

＜2＞根据＜1＞所述的复合构件，形成多孔质体的材料含有选自由碳、铝、铜和铁组成的组中的至少一种。

＜3＞根据＜1＞或＜2＞所述的复合构件，多孔质体具有大于或等于80％的气孔率。

＜4＞根据＜1＞～＜3＞中任一项所述的复合构件，多孔质体在复合构件的表面所占的比例高于多孔质体在复合构件的内部截面所占的比例。

＜5＞一种复合构件的制造方法，其为＜1＞～＜4＞中任一项所述的复合构件的制造方法，其具备将有机材料填充于连通孔中的填充工序。

＜6＞根据＜5＞所述的复合构件的制造方法，其进一步具备：使多孔质体在通过填充工序得到的复合构件的表面所占的比例高于多孔质体在复合构件的内部截面所占的比例的工序。

＜7＞一种蓄热材，其具备多孔质体和蓄热材料，所述多孔质体具有第一外表面、第二外表面、以及连通第一外表面与第二外表面的连通孔，所述蓄热材料填充于连通孔中，且含有选自由链状饱和烃化合物和糖醇组成的组中的至少一种，多孔质体由具有比蓄热材料的热导率高的热导率的材料形成。

＜8＞根据＜7＞所述的蓄热材，形成多孔质体的材料含有选自由碳、铝、铜和铁组成的组中的至少一种。

＜9＞根据＜7＞或＜8＞所述的蓄热材，多孔质体具有大于或等于80％的气孔率。

＜10＞根据＜7＞～＜9＞中任一项所述的蓄热材，多孔质体在蓄热材的表面所占的比例高于多孔质体在蓄热材的内部截面所占的比例。

＜11＞一种蓄热材的制造方法，其为＜7＞～＜10＞中任一项所述的蓄热材的制造方法，其具备将蓄热材料填充于连通孔中的填充工序。

＜12＞根据＜11＞所述的蓄热材的制造方法，其进一步具备：使多孔质体在通过填充工序得到的蓄热材的表面所占的比例高于多孔质体在蓄热材的内部截面所占的比例的工序。

＜13＞一种蓄热式空调装置，其具备＜7＞～＜10＞中任一项所述的蓄热材。

＜14＞一种蓄热型热管式供油设备，其具备＜7＞～＜10＞中任一项所述的蓄热材。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够兼顾蓄热特性和导热性的蓄热材及其制造方法，另外，能够提供适合用于该蓄热材的复合构件及其制造方法、以及具备该蓄热材的蓄热式空调装置和蓄热型热管式供油设备。

附图说明

图1是用于说明连通孔和骨架的直径的sem图像。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细说明。

本实施方式涉及的复合构件具备多孔质体、以及选自由链状的饱和烃化合物和糖醇组成的组中的至少一种有机材料。

多孔质体具有第一外表面、第二外表面、以及连通第一外表面与第二外表面的连通孔。换句话说，连通孔使形成于第一外表面的第一开口部与形成于第二外表面的第二开口部连通。连通孔也可以使三个以上的外表面(开口部)连通。多孔质体可以具有彼此独立的多个连通孔，也可以仅具有一个连通孔。在多孔质体仅具有一个连通孔的情况下，该连通孔可以使形成于多孔质体的外表面的所有开口部彼此连通。

从确保有机材料的填充量，进一步提高蓄热容量的观点考虑，多孔质体的气孔率优选大于或等于80％，更优选大于或等于83％，进一步优选大于或等于85％。从确保传热路径，能够实现进一步高热导率化的观点考虑，多孔质体的气孔率优选小于或等于97％，更优选小于或等于95％，进一步优选小于或等于90％。从进一步提高蓄热容量，能够实现进一步高热导率化的观点考虑，多孔质体的气孔率优选为80～97％、80～95％、80～90％、83～97％、83～95％、83～90％、85～97％、85～95％或85～90％。关于气孔率，对于多孔质体试验片1以及与多孔质体试验片1为相同体积和相同成分但没有孔的试验片2，分别测定比重(g/cm³)，由这些值按照下述式算出。

气孔率(％)＝(试验片2的比重-试验片1的比重)/试验片2的比重×100

这样的多孔质体例如可以是由三维网眼状的骨架构成的三维网眼状结构体。在这种情况下，由三维网眼状的骨架形成的空隙部分相当于连通孔。在三维网眼状结构体中，通过骨架能够更高效地传热，另外，能够抑制在将有机材料填充于连通孔中时的空隙产生。

连通孔的直径优选为500～2000μm，更优选为600～1200μm，进一步优选为800～1000μm。如果连通孔的直径大于或等于500μm，则在将有机材料填充于连通孔中时能够适当地除去空隙。如果连通孔的直径小于或等于2000μm，则能够实现进一步高热导率化。关于连通孔的直径，如图1(a)所示，是指在通过sem观察三维网眼状结构体时，将由骨架形成的空隙部分近似为圆形，将其外周c除以π所得到的值，并定义为对5处测定的值的平均值。

三维网眼状结构体中的骨架的直径优选为50～1000μm，更优选为100～250μm，进一步优选为150～200μm。如果骨架的直径大于或等于50μm，则即使在有机材料反复热膨胀和热收缩的情况下，也不易产生骨架的断裂。如果骨架的直径小于或等于1000μm，则能够确保连通孔的容量，能够进一步提高复合构件的蓄热效果。如图1(b)所示，骨架的直径是指在通过sem观察三维网眼状结构体时，作为在骨架交点即点a、b这2点间的中心位置处的骨架宽度所测定的距离d，并定义为对30处测定的距离d的平均值。

多孔质体由具有比有机材料的热导率高的热导率的材料形成。需要说明的是，有机材料的热导率设为固体状态下的热导率。形成多孔质体的材料例如具有大于或等于100w/mk的热导率。热导率通过依据美国标准astme1530的热流计式稳态法来测定。

形成多孔质体的材料例如可以为无机材料。形成多孔质体的材料例如含有选自碳、铝、铜和铁的至少一种。更具体地说，多孔质体例如可以为具有由沥青系碳纤维、pan系碳纤维、swcnt、mwcnt、铜、铝、钛、镍、铁、不锈钢等的纤维形成的三维网眼状骨架的三维网眼状结构体。这样的三维网眼状结构体例如通过湿式抄制法、干式抄制法等得到，所述湿式抄制法为：将纤维分散于水、聚乙烯醇等分散介质中，抄制后进行干燥；所述干式抄制法为：一边将添加了粘接剂的纤维干燥并使其漂浮分散于空气中一边在网上形成网眼状结构。

三维网眼状结构体例如也可以通过使无机材料的粉末附着并担载于多孔性基体的表面来得到。该基体由于为最终应通过加热被分解而消失的材料，因此由树脂构成。作为基体，最常使用聚氨酯泡沫，除此以外也可以使用硅树脂、聚酯树脂的泡沫等。

在使无机材料附着于基体时，可以应用以往进行的下述各种方法。

湿式法为如下方法，即：使无机材料的粉末分散于分散介质中而制作分散液，将基体浸渍于该分散液中后，使基体干燥。作为分散介质，可以使用使粘结剂溶解于醇等具有挥发性的液体或水等溶剂中而得到的溶液。在这种情况下，也可以在分散介质中添加分散剂以使粉末不沉降。作为分散介质，也可以使用酚醛树脂等高分子有机物的溶液。

干式法为如下方法，即：通过在基体表面涂布丙烯酸系、橡胶系等粘结剂溶液或酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂等粘接性的树脂溶液从而赋予粘着性，通过在粉体中摇动基体、或将粉体喷雾至基体等方法使粉体附着于基体表面。

接着，将附着有无机材料的基体在非氧化性气氛中加热至大于或等于无机材料的熔点。在升温至该熔点的过程中，树脂制的基体被分解除去而消失。

通过上述制造方法得到的多孔质体的三维网眼状结构为树脂制基体的三维网眼状结构得以维持原样的结构。因此，通过变更树脂制基体的三维网眼状结构，能够将多孔质体的三维网眼状结构(多孔质体整体的气孔率、连通孔的直径大小等)调节为期望的结构。

从确保传热路径，能够实现进一步高热导率化的观点考虑，多孔质体在复合构件中所占的比例以复合构件的总体积为基准计优选大于或等于3体积％，更优选大于或等于5体积％，进一步优选大于或等于10体积％。从确保有机材料的填充量，进一步提高蓄热容量的观点考虑，多孔质体在复合构件中所占的比例以复合构件的总体积为基准计优选小于或等于20体积％，更优选小于或等于17体积％，进一步优选小于或等于15体积％。从进一步提高蓄热容量，能够实现进一步高热导率化的观点考虑，多孔质体在复合构件中所占的比例以复合构件的总体积为基准计优选为3～20体积％、3～17体积％、3～15体积％、5～20体积％、5～17体积％、5～15体积％、10～20体积％、10～17体积％或10～15体积％。

在多孔质体的连通孔中填充有有机材料。有机材料含有链状的饱和烃化合物和糖醇。这些有机材料可以单独使用一种，也可以作为两种以上的混合物使用。

链状的饱和烃化合物(以下，也仅称为“烃化合物”)可以为直链状也可以为支链状。从得到实用的蓄热效果的观点考虑，烃化合物例如在-10～100℃的范围内具有熔点。作为这样的烃化合物的具体例子，可列举正十二烷(c12、-10℃)、正十三烷(c13、-5℃)、正十四烷(c14、6℃)、正十五烷(c15、9℃)、正十六烷(c16、18℃)、正十七烷(c17、21℃)、正十八烷(c18、28℃)、正十九烷(c19、32℃)、正二十烷(c20、37℃)、正二十一烷(c21、41℃)、正二十二烷(c22、46℃)、正二十三烷(c23、47℃)、正二十四烷(c24、50℃)、正二十五烷(c25、54℃)、正二十六烷(c26、56℃)、正二十七烷(c27、60℃)、正二十八烷(c28、65℃)、正二十九烷(c29、66℃)、正三十烷(c30、67℃)、正四十烷(c40、81℃)、正五十烷(c50、91℃)、正六十烷(c60、98℃)等。需要说明的是，与各具体例子一起记载的括号内的值分别表示碳原子数和熔点。

有机材料可以是以直链状的饱和烃化合物作为主要成分的石油蜡。石油蜡为来自作为原料的石油或天然气的减压蒸馏成分的分离精制物。作为石油蜡的具体例子，有日本精蜡(株)制的paraffinwax(48～69℃(熔点，以下同样。))、hnp(64～77℃)、sp(60～74℃)、emw(49℃)等。以上说明的烃化合物可以单独使用一种，也可以组合两种以上来使用。

从得到实用的蓄热效果的观点考虑，糖醇例如为在80～200℃的范围内具有熔点的化合物。作为糖醇的具体例子，可列举苏糖醇(89℃(熔点，以下同样。))、木糖醇(94℃)、山梨糖醇(106℃)、赤藓糖醇(121℃)、蒜糖醇(150℃)、甘露醇(167℃)、半乳糖醇(182℃)等。这些糖醇可以单独使用一种，也可以组合两种以上来使用。

从进一步提高蓄热容量的观点考虑，有机材料在复合构件中所占的比例以复合构件的总体积为基准计优选大于或等于80体积％，更优选大于或等于83体积％，进一步优选大于或等于85体积％。从确保传热路径，能够实现进一步高热导率化的观点考虑，有机材料在复合构件中所占的比例以复合构件的总体积为基准计优选小于或等于97体积％，更优选小于或等于95体积％，进一步优选小于或等于90体积％。从进一步提高蓄热容量，能够实现进一步高热导率化的观点考虑，有机材料在复合构件中所占的比例以复合构件的总体积为基准计优选为80～97体积％、80～95体积％、80～90体积％、83～97体积％、83～95体积％、83～90体积％、85～97体积％、85～95体积％或85～90体积％。

复合构件除了多孔质体和有机材料以外也可以进一步具备硅烷偶联剂、无机或有机粒子等。硅烷偶联剂例如适合用于提高多孔质体表面与有机材料的密合性。无机粒子例如适合用于有机材料液化时的粘度调节、和进一步的高热传导化。无机粒子可以为由二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氮化铝等形成的粒子。

在一个实施方式涉及的复合构件中，多孔质体在复合构件的表面所占的比例高于多孔质体在复合构件的内部截面所占的比例。根据该复合构件，由于能够使多孔质体的比例高的表面与热源接触，因此能够更适当地实现向整个复合构件的热传导。

复合构件例如通过具备将有机材料填充于多孔质体的连通孔中的填充工序的制造方法来得到。在填充工序中，例如通过将多孔质体浸渍于液态的有机材料中来进行填充。

复合构件的制造方法可以进一步具备：使多孔质体在通过填充工序得到的复合构件的表面所占的比例高于多孔质体在复合构件的内部截面所占的比例的工序。由此，能够得到如上所述多孔质体在复合构件的表面所占的比例高于多孔质体在复合构件的内部截面所占的比例的复合构件。在该工序中，例如对通过填充工序得到的复合构件的一个或多个表面进行研磨。

关于以上说明的复合构件，利用有机材料进行蓄热，另一方面利用热导率高的多孔质体确保了传热路径。这时，由于多孔质体其本身能够形成连续的传热路径，因此从蓄热特性的观点考虑，即使在使多孔质体在复合构件中所占的比例变小而增大了有机材料的比例的情况下，也能够适当地维持导热性。因此，能够兼顾蓄热特性和导热性。

如上所述，复合构件由于具备有用的有机材料作为蓄热材料，因此适合用作蓄热材。因此，在以上的说明中，也可以分别称“复合构件”为“蓄热材”，称“有机材料”为“蓄热材料”。即，一个实施方式涉及的蓄热材具备多孔质体和蓄热材料，所述多孔质体具有第一外表面、第二外表面、以及连通第一外表面与第二外表面的连通孔，所述蓄热材料填充于连通孔中，且含有选自由链状饱和烃化合物和糖醇组成的组中的至少一种，多孔质体由具有比蓄热材料的热导率高的热导率的材料形成。

本实施方式涉及的蓄热材(复合构件)由于传热效率高，因此能够制成厚度大的蓄热材的形状，即使将各种用途中的蓄热材小型化也能够提供同等的特性。

蓄热材例如用于蓄热式空调装置、蓄热型热管式供油设备、住宅、高楼等的建筑结构材、医药品或食品的保存用途等。

蓄热式空调装置只要是使用室外热交换器和蓄热槽作为住宅、高楼、便利店等店铺内空调的热源设备的空调装置就没有特别限制。蓄热材用于这样的蓄热式空调装置中的蓄热槽。

蓄热型热管式供油设备只要是通过热管将蓄热体所具有的热供于水而得到温水的方式的供给热水设备就没有特别限制。蓄热材用于覆盖这样的蓄热型热管式供油设备中的热管。

建筑结构材只要是具有在住宅、高楼等的天花板构件、墙壁材、地板材等中具有蓄热材的构成的材料就没有特别限制。在蓄热材用于医药品或食品的保存用途的情况下，只要是能够抑制医药品或食品在保存、输送时的温度变化，将医药品或食品适温保持的方式，则具体的使用方式就没有特别限制。

实施例

以下，基于实施例进一步具体地说明本发明，但本发明不限于以下的实施例。

(实施例1～3)

作为有机材料(蓄热材料)，使用日本精蜡(株)制paraffinwaxhnp-3(熔点64℃，固体状态的热导率0.2w/mk)、hnp-9(熔点75℃，固体状态的热导率0.2w/mk)和木糖醇(熔点94℃，固体状态的热导率0.2w/mk)，使它们各自在设定为100℃的热板上熔解，将作为纯铝制的多孔质体的多孔金属hc15(日立化成(株)制，气孔率97％，铝的热导率236w/mk)浸入各有机材料(蓄热材料)中。使用真空干燥机将有机材料(蓄热材料)和多孔金属进行脱泡，取出后放置冷却至室温。按照使该多孔金属(多孔质体)与有机材料(蓄热材料)的复合构件成为10mm×10mm×1mm尺寸的长方体状的方式，使用研磨纸#800对6个面全部进行研磨。

(比较例1～3)

使日本精蜡(株)制paraffinwaxhnp-9(熔点75℃)在设定为100℃的热板上熔解，向其中以相当于3体积％、10体积％和20体积％的质量添加铝粉末((株)高纯度化学制)。将其充分搅拌后，用冰水骤冷。按照使该铝粉末与paraffinwax的复合构件成为10mm×10mm×1mm尺寸的长方体状的方式，使用研磨纸#800对6个面全部进行研磨。

(比较例4)

按照使日本精蜡(株)制paraffinwaxhnp-9(熔点75℃)成为10mm×10mm×1mm尺寸的长方体状的方式，使用研磨纸#800对6个面全部进行研磨。

(热导率的测定)

对于所得到的各复合构件，通过依据美国标准astme1530的热流计式稳态法来测定热导率(w/mk)。

(熔解热的测定)

对于所得到的各复合构件，使用差示扫描量热测定装置(dsc8500，珀金埃尔默制)，在升温速度10℃/min的条件下测定熔解热(j/g)。

将各复合构件的构成、热导率和熔解热的测定结果示于表1中。需要说明的是，实施例1～3的复合构件的构成以由多孔金属的气孔率换算的体积％表示。

[表1]

由上述表可知，本发明的复合构件(蓄热材)与比较例相比，导热性和蓄热特性两者均优异。因此，该复合构件(蓄热材)可以适当地有助于住宅等室内的适温维持、余热利用等，对节能化有用。