JP2003042387A - 断熱材とその固形化方法およびそれを用いた機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静止した空気の熱伝導率以下である疎水性を
有しかつ細孔を有する高性能な断熱材を、その断熱性能
を悪化させずに、水溶性バインダにより固形化するこ
と。 【解決手段】 熱伝導率が静止空気以下であるシリカキ
セロゲルのシリカ二次粒子３を水溶性バインダ粒子５で
結合させることにより、固形化した断熱材の熱伝導率を
静止空気の熱伝導率以下に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉末状断熱材の断
熱性能を悪化させることなく、固形化した断熱材と、固
形化するための固形化方法およびそれを用いた機器に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】疎水性かつ細孔を有する断熱材として
は、キセロゲルとよばれる断熱材表面やシラスバルーン
の表面にメチル基など疎水基を修飾したものがある。図
７は、各種断熱材の温度と熱伝導率の関係を示したもの
である。これら断熱材の中でも、キセロゲルは静止空気
より熱伝導率が小さく、非常に断熱性能が高い断熱材で
ある。そしてキセロゲルは、通常粉末状から粒状で作製
されることが多い。

【０００３】従来の粉末状断熱材の使用方法としては、
不織布などを袋状にしたものや、箱型に成形した樹脂容
器や金属容器に詰めて使用する方法などがあるが、複雑
な形に成形できない問題や、金属容器自身を伝ってもれ
る熱の問題などがある。

【０００４】これらの課題を解決するために、断熱材を
固形化して用いる方法がある。従来の疎水性を有する断
熱材の固形化方法としては、エアロゲル（キセロゲル含
む）という高性能な疎水性断熱材を、有機ポリマーまた
は無機バインダなどの水性バインダ分散溶液を用いて固
形化を行い、３２〜４６ｍＷ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を
もつ固形化した断熱材を実現しているものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術で用いている方法では、断熱材表面が疎水性であ
るので、断熱材がバインダ分散溶液をはじいてしまい、
バインダの分散性を低下させ、固形化することが極めて
困難である。また、界面活性剤を入れることにより、断
熱材表面とバインダ分散溶液を濡れやすくするが、界面
活性剤を含んだ溶液がエアロゲル内部の細孔部まで入り
込み、細孔を破壊してしまい、固形化後の断熱性能を悪
化させるという課題を有していた。

【０００６】そして、断熱材の断熱性能の温度依存性が
大きいという課題もあり、さらに断熱性能を悪化させる
原因となるバインダ量を、極力減らした状態でも、強度
を高める必要がある。

【０００７】本発明は、前記従来技術を解決するもの
で、断熱性能をほとんど悪化させることのない断熱材
と、その断熱材を固形化する固形化方法およびそれを用
いた機器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、疎水性を有しかつ細孔を有する素断熱材
と水溶性バインダから、熱伝導率が静止した空気の熱伝
導率以下である固形化した断熱材を得たものであり、ま
たその固形化方法およびそれを用いた機器を実現したも
のである。

【０００９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、疎水性
を有しかつ細孔を有する素断熱材と水溶性バインダから
なり、熱伝導率が静止した空気の熱伝導率以下である断
熱材としたもので、高性能な断熱材の断熱性能を悪化さ
せることなく、固形化しているので、取り扱いにくい粉
末状の断熱材を固形化したり、強度の弱い断熱材をいっ
たん粉末状にした後に固形化したりすることで、断熱材
が必要とされる様々なところへ応用することができる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、疎水性を
有しかつ細孔を有する素断熱材に、水溶性バインダの少
なくとも一部が絡み付いた断熱材としたもので、高性能
な断熱材の断熱性能を悪化させることなく、水溶性バイ
ンダが断熱材表面に絡み付くことで、より強固に固形化
されており、断熱材が必要とされる様々なところへ応用
することができる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、疎水性を
有しかつ細孔を有する素断熱材または水溶性バインダ
と、結着または絡み付くフィラーを用いた断熱材で、フ
ィラーを介して断熱材同士を結合させることができるた
め、断熱性能悪化の原因となるバインダ量を減らした、
より強固に固形化された断熱材となり、断熱材が必要と
される様々なところへ応用することができる。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、赤外線を
反射する物質もしくは吸収する物質のうち少なくともい
ずれか一つを用いた断熱材で、断熱材の断熱性能に対す
る温度依存性を小さくすることができ、高温で断熱性能
が高い固形化した断熱材を、必要とされる様々なところ
へ応用することができる。

【００１３】また、請求項５に記載の発明は、素断熱材
がシリカキセロゲルである断熱材であり、シリカキセロ
ゲル自身が高い断熱性を持つものであるため、固形化し
た高断熱性能を実現でき、断熱材が必要とされる様々な
ところへ応用することができる。

【００１４】また、請求項６に記載の発明は、疎水性を
有しかつ細孔を有する素断熱材と水溶性バインダとの混
合物に、少なくとも水を添加しながら混練した後に、前
記水を除去した断熱材の固形化方法としたもので、高性
能な断熱材の断熱性能を悪化させることなく、固形化す
ることができるので、取り扱いにくい粉末状の断熱材を
固形化したり、強度の弱い断熱材をいったん粉末状にし
た後に固形化したりすることで、断熱材が必要とされる
様々なところへ応用することができる。

【００１５】また、請求項７に記載の発明は、水を添加
する前の水溶性バインダは、固体である断熱材の固形化
方法で、水溶性バインダをほぼ均一に分散させた後に、
水を添加し、素断熱材粒子同士を結着させるので、バイ
ンダ粒子が偏りなく分布し、強度の偏りがあったり、断
熱性能が悪化したりすることがないために、高い断熱性
を維持したまま、より強固に断熱材を固形化することが
できる。

【００１６】また、請求項８に記載の発明は、添加する
水が霧状である断熱材の固形化方法としたもので、ほぼ
均一に分散した水溶性バインダ粒子に霧状の水が付着
し、溶解するので、バインダ粒子が偏りなく分布し、強
度の偏りがあったり、断熱性能が悪化したりすることが
ないために、高い断熱性を維持したまま、より強固に断
熱材を固形化することができる。

【００１７】また、請求項９に記載の発明は、添加する
水が蒸気である断熱材の固形化方法としたもので、ほぼ
均一に分散した水溶性バインダ粒子に霧状の水が付着
し、溶解するので、バインダ粒子が偏りなく分布し、強
度の偏りがあったり、断熱性能が悪化したりすることが
ないために、高い断熱性を維持したまま、より強固に断
熱材を固形化することができる。さらに高温蒸気を吹き
かけることで、水溶性バインダの溶解度が上がり、添加
する水量を少なくできるので、除去する水量が少なくて
すむ。

【００１８】また、請求項１０に記載の発明は、添加す
る水に赤外線を吸収する水溶性の物質を溶かした断熱材
の固形化方法としたもので、赤外線を吸収する物質をよ
り均一に分散させることができ、断熱材の断熱性能に対
する温度依存性を小さくし、高温で断熱性能が高い固形
化した断熱材を、必要とされる様々なところへ応用する
ことができる。

【００１９】また、請求項１１に記載の発明は、疎水性
を有しかつ細孔を有する素断熱材が、シリカキセロゲル
である断熱材の固形化方法としたもので、シリカキセロ
ゲル自身が高い断熱性を持つものであるため、固形化し
た高断熱性能を実現でき、断熱材が必要とされる様々な
ところへ応用することができる。

【００２０】また、請求項１２に記載の発明は、請求項
１〜５のいずれか１項に記載の断熱材または請求項６〜
１１のいずれか１項に記載の固形化方法により固形化し
た断熱材を用いた機器としたもので、ジャーポット、炊
飯器、オーブンレンジ、フィッシュロースタなどの加熱
機器あるいは保冷庫、保温庫などの機器さらにはその他
の機器に用いることで、大幅に省エネをはかることが可
能である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２２】（実施例１）以下、本発明の第一の実施例
を図に基づいて説明する。各種断熱材の中でも、キセロ
ゲルは静止空気より熱伝導率が小さく、非常に断熱性能
が高い断熱材である。キセロゲル乾燥工程で超臨界乾燥
を用いて作製したキセロゲルは、エアロゲルと称され、
バルク体を作製することが可能であるが、その強度は非
常に弱いため、実用的ではない。

【００２３】次に、キセロゲルについて簡単に説明す
る。キセロゲルは、水ガラスや、テトラメトキシシラン
のような金属アルコキシドを、ある条件下でゲル化さ
せ、内部の溶媒を蒸発乾燥させたものである。普通に熱
風乾燥させたものは、溶媒が乾燥するときの表面張力に
より、収縮してしまい断熱材としては機能しない。しか
しながら、超臨界乾燥させたものや、ゲル表面を疎水化
し、さらに溶媒をトルエンやアセトンやヘキサンなどの
溶媒に置換し、熱風乾燥させたものは、表面張力がほと
んど働かず、図１に示すように１〜１０ｎｍ程度の径を
もつシリカ一次粒子１が集合し、４０〜１００ｎｍ程度
の粒子間距離２をもった集合体となる。したがって、こ
の粒子間距離２が細孔を形成し、多孔質体となる。この
４０〜１００ｎｍが空気分子の平均自由行程と同程度の
大きさであるため、空気分子間の衝突による熱伝導が小
さくなり、キセロゲルは高い断熱性能を示す。そして、
これらシリカ一次粒子１の集合体が、図２に示す１μｍ
〜１０ｍｍ程度のシリカ二次粒子３を形成する。これ
が、粉状もしくは粒状の素断熱材となる。

【００２４】次に、粉末状の疎水性で多孔質な断熱材の
固形化方法と固形化された断熱材について説明する。本
実施例では、粉末状の疎水性で多孔質な素断熱材とし
て、シリカキセロゲル（以下、単にキセロゲルという）
を用いた。水溶性や溶剤系のバインダは接着力に優れ、
手軽に粉末状物質を固形化することができるが、これら
のバインダを用いて、キセロゲルを高い断熱性能を維持
したまま固形化することは非常に難しい。

【００２５】溶剤系のバインダを用いると、溶剤に溶け
たバインダが、細孔に浸入してしまい、断熱性能を悪化
させる。また、水溶性バインダを用いた場合で、水溶性
バインダを溶かした水溶液とキセロゲルとを混合させよ
うとしても、キセロゲルが水をはじいてしまい、混合で
きない。

【００２６】したがって、図２のように、予め水溶性バ
インダ粒子４とキセロゲルのシリカ二次粒子３を均一に
混合させておき、水を添加させながら混練することによ
り、図３のように水溶性バインダ粒子５の変形状態を作
り出し、水分を除去することで固形化することができ
る。

【００２７】混合方法としては、シリカ二次粒子３と水
溶性バインダ粒子４を同じ容器に混合し、ミキサーまた
はミックスロータなどを用い、できるだけ均一になるよ
うに混合させる。また、混練方法は、キセロゲルと水溶
性バインダを練ることができれば、特に限定しない。

【００２８】添加する水粒子の大きさは、できるだけ小
さい方が良く、滴状から霧状が望ましい。特に、水溶性
バインダ粒子径の大きさ以下の水粒子径である霧状で添
加するのが最適である。水粒子の大きさが大きいと、図
４のように複数の水溶性バインダ粒子６が一度に溶けて
しまい、水溶性バインダ粒子の凝集体７を作り、バイン
ダ粒子が偏って分布し、バインダの少ないところの強度
が弱かったり、固形化しなかったりする。また、この状
態を防ぐために、水溶性バインダ量を増加させると、断
熱性能が極度に低下してしまう。

【００２９】また、添加する水の量は特に限定しない
が、なるべく少ない方がよい。水の量が多すぎると、図
４のような状態になり、バインダの少ないところの強度
が弱かったり、水を除去するときに気泡が残り、断熱性
能悪化につながったりする。

【００３０】さらに、蒸気で水を添加すると、水粒子径
が非常に小さい状態で水を供給でき、バインダ粒子の分
布の偏りがなく、高い断熱性能を維持したまま固形化す
ることができる。また高温で供給できるので、水溶性バ
インダの溶解度が上がり、最終的には除去する水の量が
少なくて済む。

【００３１】水溶性バインダの種類については特に限定
しないが、好ましくは、常温常圧で固体であり、水への
溶解度が大きいもの、溶解時の粘性が大きいもの、熱分
解温度の高いもの、熱伝導率が小さいものがよい。これ
らの例として、メチルセルロースやヒドロキシプロピル
セルロース（本実施例では、ＨＰＣという）に代表され
る水溶性のセルロース類がある。また、石膏やケイ酸ソ
ーダ、リン酸ソーダなどの無機水溶性バインダを用いる
と、耐熱性が上がり、３００℃程度の高温下でも使用可
能となる。

【００３２】キセロゲルと水溶性バインダを混合すると
きには、水溶性バインダは固体であり、さらに表面が乾
燥していることが望ましい。なぜならば、水溶性バイン
ダが水に溶けた水溶液であると、キセロゲルが水をはじ
き、均一に分散しない。また、水溶性バインダの表面が
溶けている状態で混合させると、バインダ同士の方がよ
く結着し、やはりバインダは分散しないからである。

【００３３】水溶性バインダ粒子の大きさは、小さい方
がよく、好ましくはキセロゲル粒子の大きさ以下が望ま
しい。そうすることで、水溶性バインダの分散性が向上
し、より均一混合し易くなる。

【００３４】水溶性バインダと素断熱材の混合割合は、
特に限定するものではないが、好ましくはバインダ５ｗ
ｔ％〜５０ｗｔ％程度、実際的には１０ｗｔ％〜３０ｗ
ｔ％の割合がよい。バインダ量を多くすると、バインダ
を通って熱が流れるので断熱性能が悪化する。また、バ
インダ量を少なくすると、固形化できない、もしくは強
度が小さくなってしまう。

【００３５】図５に示すように、水溶性バインダ粒子８
と素断熱材（シリカ二次粒子３）に、さらにフィラー９
を添加することにより、断熱性能を悪化させずに強度を
上げることができる。このときフィラー９としては、バ
インダと絡み付くように、繊維状のものが好ましい。

【００３６】キセロゲルのシリカ二次粒子３同士が水溶
性バインダ粒子８により結着していなくても、シリカ二
次粒子３に結着した水溶性バインダ粒子８同士をフィラ
ー９により結着できるので、結果的にキセロゲルのシリ
カ二次粒子を結着させることができるため、フィラー９
を加えることにより強度を上げることができる。また、
添加するフィラーの量は特に限定するものではない。

【００３７】繊維状フィラーとしては、ガラス繊維やポ
リエステル繊維、金属繊維、カイノール繊維、炭素繊維
などがあるが、特にガラス繊維やカイノール繊維を用い
ると、固形化した断熱材を高温下で使用することができ
るようになり、さらにこれらは金属繊維より熱伝導率が
小さいので、断熱材に用いるには最適である。また炭素
繊維を用いると、赤外線を吸収するので、高温下での断
熱性能をさらに上げることができる。

【００３８】また、酸化チタンやＡＴＯ（酸化アンチモ
ンドープ酸化スズ）やＩＴＯ（酸化インジウムドープ酸
化スズ）などに代表される金属酸化物など赤外線を反射
する物質を混合させたり、微粉炭やカーボンブラックな
どの赤外線を吸収する物質を混合させたりすると、高温
下での断熱性能をさらに上げることができる。添加する
水に赤外線を吸収する染料などを予め溶解させておく
と、混練時に、より均一に赤外線を吸収する物質を分散
させることができる。

【００３９】以下、断熱材の固形化に関する実験例を示
す。

【００４０】＜実験例１＞素断熱材に平均粒径４０μｍ
のシリカキセロゲル粉末（以下、本実験例ではキセロゲ
ルという）を選び、水溶性バインダにＨＰＣを選んだ。
キセロゲル７ｇとＨＰＣ３ｇをミキサーにて混合したも
のを２つ用意した。うち一つのサンプルは、霧吹きで水
を添加しながら混練した（本実施例では水品という）。
もう一つは、霧吹きでアセトンを添加しながら混練した
（本実施例ではアセトン品という）。そしてそれぞれ、
キセロゲルと水溶性バインダとの粘土状の混合物を作製
した。それぞれの添加した水とアセトンの量は１７ｇず
つであった。次に、それぞれのサンプルを１５ｃｍ角に
加工し、１２０℃の恒温槽に入れ、熱風乾燥にて水分を
除去することで、１５ｃｍ角の固形化した断熱材ができ
た。

【００４１】また、キセロゲル７ｇと、ＨＰＣ３ｇを１
７ｇの水に溶かした水溶液とをミキサーにて混練した
（本実施例では先水品という）。この先水品は、大部分
が粉末状で、所々に玉状になった水溶液が分散してお
り、固形化できなかった。

【００４２】これら固形化した断熱材に加え、キセロゲ
ル１０ｇをポリエチレンテレフタレートの不織布に詰め
たもの（以下、本実施例では粉末品という）を用意し
た。

【００４３】それらのうち先水品以外の熱伝導率を測定
し、また粉末品以外の強度を確かめた。結果を（表１）
に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】したがって、キセロゲルと水溶性バインダ
を混合した後に、水を添加することで、高い断熱性を維
持した状態で、キセロゲルを固形化することができる。

【００４６】＜実験例２＞素断熱材に平均粒径４０μｍ
のシリカキセロゲル粉末（以下、本実験例ではキセロゲ
ルという）を選び、平均粒径４０μｍの水溶性バインダ
にＨＰＣを選んだ。

【００４７】キセロゲル６ｇとＨＰＣ０．３ｇをミキサ
ーにて混合したもの（以下、本実施例ではサンプル１と
いう）、キセロゲル６ｇとＨＰＣ０．７ｇをミキサーに
て混合したもの（以下、本実施例ではサンプル２とい
う）、キセロゲル６ｇとＨＰＣ１ｇをミキサーにて混合
したもの（以下、本実施例ではサンプル３という）、キ
セロゲル６ｇとＨＰＣ２．４ｇをミキサーにて混合した
もの（以下、本実施例ではサンプル４という）、キセロ
ゲル６ｇとＨＰＣ６ｇをミキサーにて混合したもの（以
下、本実施例ではサンプル５という）、キセロゲル６ｇ
とＨＰＣ１２ｇをミキサーにて混合したもの（以下、本
実施例ではサンプル６という）、断熱材６ｇをポリエチ
レンテレフタレートの不織布に詰めたもの（以下、本実
施例ではサンプル７という）を用意した。

【００４８】サンプル７以外のそれぞれのサンプルに、
霧吹きで水を添加しながら混練して、キセロゲルとＨＰ
Ｃとの粘土状の混合物を作製した。それぞれの添加した
水の量は１０〜３０ｇの範囲であった。サンプル１だけ
が、粉末状のままで粘土状にならなかった。次に、サン
プル１以外のそれぞれのサンプルを１５ｃｍ角に加工
し、１２０℃の恒温槽に入れ、熱風乾燥にて水分を除去
することで、１５ｃｍ角の固形化した断熱材ができた。
そして、サンプル１以外の固形化した断熱材の熱伝導率
を測定し、またその強度を確かめた。結果を（表２）に
示す。

【００４９】

【表２】

【００５０】これより、バインダを約１０％以上の添加
により、固形化することが可能である。また、バインダ
を約１４％〜３０％の範囲での添加では、断熱性能をほ
とんど悪化させずに、キセロゲルを固形化することがで
きる。

【００５１】＜実験例３＞素断熱材に平均粒径４０μｍ
のシリカキセロゲル粉末（以下、本実験例ではキセロゲ
ルという）を選び、水溶性バインダにメチルセルロー
ス、ＨＰＣ、粉末ケイ酸ソーダの３つを選んだ。

【００５２】キセロゲル７ｇとメチルセルロース３ｇを
ミキサーにて混合したもの（以下、本実施例ではメチル
品という）、キセロゲル７ｇとＨＰＣ３ｇをミキサーに
て混合したもの（以下、本実施例ではＨＰＣ品とい
う）、キセロゲル７ｇと粉末ケイ酸ソーダ１ｇをミキサ
ーにて混合したもの（以下、本実施例ではケイ酸ソーダ
品という）とを用意した。

【００５３】それぞれのサンプルに、霧吹きで水を添加
しながら混練して、キセロゲルとそれぞれの水溶性バイ
ンダとの粘土状の混合物を作製した。それぞれの添加し
た水の量は１７ｇずつであった。次に、それぞれのサン
プルを１５ｃｍ角に加工し、１２０℃の恒温槽に入れ、
熱風乾燥にて水分を除去することで、１５ｃｍ角の固形
化した断熱材ができた。

【００５４】それぞれ固形化した断熱材サンプルの熱伝
導率を測定し、その後２５０℃の恒温槽へ１０日間入れ
た後に、その強度と熱伝導率を測定した。結果を（表
３）に示す。

【００５５】

【表３】

【００５６】ケイ酸ソーダ品は、耐熱試験後も強度を保
ち、断熱性能が悪化することもなかった。ＨＰＣ品は、
表面の強度が若干低下していたが、形状は保持し、また
断熱性能が悪化することもなかった。メチル品は、耐熱
試験後、形状を保持できなくなっていたが、断熱性能の
悪化は見られなかった。したがって、耐熱性の高い水溶
性バインダを用いて固形化した断熱材は、高温下でも使
用可能となる。

【００５７】＜実験例４＞素断熱材に平均粒径４０μｍ
のシリカキセロゲル粉末（以下、本実験例ではキセロゲ
ルという）を選び、水溶性バインダにＨＰＣを選んだ。
さらにフィラーとして、ガラス繊維を選んだ。

【００５８】キセロゲル７ｇとＨＰＣ３ｇをミキサーに
て混合したもの（以下、本実施例ではフィラー無し品と
いう）、キセロゲル７ｇＨＰＣ３ｇをミキサーにて混合
し、さらにガラス繊維を０．５ｇ添加し、ミキサーにて
混合したもの（以下、本実施例ではフィラー５％品とい
う）、キセロゲル７ｇとＨＰＣ３ｇをミキサーにて混合
し、さらにガラス繊維を２．２ｇ添加し、ミキサーにて
混合したもの（本実施例ではフィラー１８％品とい
う）、キセロゲル７ｇとＨＰＣ３ｇをミキサーにて混合
し、さらにガラス繊維を４ｇ添加し、ミキサーにて混合
したもの（本実施例ではフィラー３０％品という）、キ
セロゲル７ｇとＨＰＣ３ｇをミキサーにて混合し、さら
にガラス繊維を１０ｇ添加し、ミキサーにて混合したも
の（本実施例ではフィラー５０％品という）、キセロゲ
ル７ｇとＨＰＣ３ｇをミキサーにて混合し、さらにガラ
ス繊維を２０ｇ添加し、ミキサーにて混合したもの（本
実施例ではフィラー６７％品という）とを用意した。

【００５９】それぞれのサンプルに、霧吹きで水を添加
しながら混練して、キセロゲルとそれぞれの水溶性バイ
ンダとフィラーとの粘土状の混合物を作製した。それぞ
れの添加した水の量は１７ｇずつであった。次に、それ
ぞれのサンプルを１５ｃｍ角に加工し、１２０℃の恒温
槽に入れ、熱風乾燥にて水分を除去することで、１５ｃ
ｍ角の固形化した断熱材ができた。固形化した断熱材の
熱伝導率を測定し、またその強度を確かめた。結果を
（表４）に示す。

【００６０】

【表４】

【００６１】したがって、フィラーを添加することによ
り、強度を上げることができる。

【００６２】＜実験例５＞素断熱材に平均粒径４０μｍ
のシリカキセロゲル粉末（以下、本実験例ではキセロゲ
ルという）を選び、水溶性バインダにＨＰＣを選んだ。
赤外線を反射する物質として酸化チタンを、赤外線を吸
収する物質としてカーボンブラック、赤外線を吸収する
水溶性の物質としてメチレンブルーを選んだ。

【００６３】キセロゲル７ｇとＨＰＣ３ｇをミキサーに
て混合したものを２つ（それぞれ本実施例では固形化
品、吸収剤固形化後品という）、キセロゲル７ｇとＨＰ
Ｃ３ｇと酸化チタン１ｇをミキサーにて混合したもの
（本実施例では反射剤固形化品という）、キセロゲル７
ｇとＨＰＣ３ｇとカーボンブラック１ｇをミキサーにて
混合したもの（本実施例では吸収剤固形化品という）を
用意した。

【００６４】吸収固形化後品以外のそれぞれのサンプル
に、霧吹きで水を添加しながら混練して、キセロゲルと
それぞれの水溶性バインダとの粘土状の混合物を作製し
た。それぞれの添加した水の量は１７ｇずつであった。
また、メチレンブルー溶液を霧吹きで吸収固形化後品に
添加しながら混練して、キセロゲルとそれぞれの水溶性
バインダとの粘土状の混合物を作製した。添加したメチ
レンブルー溶液の量は１７ｇであった次に、それぞれの
サンプルを１５ｃｍ角に加工し、１２０℃の恒温槽に入
れ、熱風乾燥にて水分を除去することで、１５ｃｍ角の
固形化した断熱材ができた。

【００６５】そして、それぞれの固形化した断熱材の室
温での熱伝導率と７０℃での熱伝導率を測定した。結果
を（表５）に示す。

【００６６】

【表５】

【００６７】したがって、赤外線反射剤や吸収剤を添加
したものは、高温下で高い断熱性能を発揮できる。

【００６８】（実施例２）以下、本発明の第二の実施例
を図に基づいて説明する。

【００６９】実施例１で固形化を行った断熱材を、電気
湯沸かし器、ジャー炊飯器、オーブンレンジ、フィッシ
ュロースタなどの加熱機器あるいは保冷庫、保温庫など
の機器さらにはその他の機器に用いることで、大幅に省
エネをはかることが可能である。

【００７０】以下、固形化した断熱材を、電気湯沸かし
器に適用した場合の例を示す。図６において、２１は電
気湯沸かし器の本体（以下単に本体と称する）で、内部
に貯水する内径１８４ｍｍ、深さ２００ｍｍの貯水用容
器２２（以下単に容器２２と称する）を有している。２
３は容器２２の口部を封じるようにした中栓である。ま
た、２４は本体２１の上部を開閉可能に覆った上蓋であ
る。２５は上蓋に設けられた蒸気通路であり、一端は中
栓２３を貫通して容器２２内と連通しており、他端は大
気と連通している。２６は水漏れ防止弁であり、蒸気通
路２５内に配置されており、転倒時等には蒸気通路２５
を遮断するようになっている。ここで、蒸気通路２５は
複雑に曲げられている。これにより容器２２の水が沸騰
したときなど大気に比べ、容器２２の内側の圧力が高く
なったときは、蒸気が蒸気通路２５を通じて本体外に排
出されるが、容易には外気と容器２２内の水面と上蓋２
４の間の空気（以下内気と称する）が混合しない構成と
なっている。

【００７１】２７は本体２１と容器２２との間の底部に
設けたモータ、２８はモータ２７によって駆動されるポ
ンプで、その吸い込み口２９は容器２２の底部と連通し
ている。３０はポンプ２８の吐出口で、出湯管３１に連
通している。３２は出湯口であり、ここより電気湯沸か
し器外に出湯する。したがって、出湯経路は容器２２か
ら吸い込み口２９、ポンプ２８、ポンプ２８の吐出口、
出湯管３１を通り、出湯口３２となる。３３は加熱用の
ヒータであり、ドーナツ状に中央部が抜けており、容器
２２の下部に装着されている。３４は湯の温度を検知す
る温度検知器である。３５はモータ２７を駆動する起動
スイッチであり、可変抵抗体を有しており、押しボタン
３６の押し動作スイッチによりロッド３７を介して動作
する。３８は圧縮形のスプリングで、このスプリング３
８は、常時ロッド３７を上方に押し上げるように付勢し
ている。３９は制御装置であり、３４の温度検知器から
の信号を取り込み、ヒータ３３等を制御する。４０は容
器２２の側面を覆う断熱材であり、容器２２の熱が本体
２１の側面から逃げることを抑える役割をしている。

【００７２】断熱材４０は、実施例１で固形化を行った
シリカキセロゲルを用いる。実施例１で行ったような固
形化で、３次元立体形状が自由に作製できる。したがっ
て、容器２２の底部のヒータ３３、温度検知器３４、吸
い込み口２９の部分を抜いた容器２２に合う形状の固形
化した断熱材を作製した。また、水溶性バインダにＨＰ
Ｃや水溶性の無機バインダを選べば、ヒータ３３近傍ま
で断熱材で覆うことができる。

【００７３】以下、本実施例の動作を説明する。容器２
２に水を入れた後通電すると、容器２２内の水温は温度
検知器３４により計測されその信号が制御装置３９に送
られ、制御装置はヒータ３３の通電を開始し始める。容
器２２内の水が沸騰すると、ヒータ３３への通電が終了
する。その後、温度検知器３４からの信号を受けて、制
御装置３９はヒータ３３を容器２２の温度が略一定温度
になるように制御する。出湯する際は押しボタン３６を
押す。モータ２７が動作し、容器２２内の水はポンプ２
８により、出湯管３１を通り出湯口３２より電気湯沸か
し器外に排出され利用される。

【００７４】以下、固形化した断熱材の断熱性の実験例
を示す。

【００７５】＜実験例６＞素断熱材に平均粒径４０μｍ
のシリカキセロゲル粉末（以下、本実施例ではキセロゲ
ルという）を選び、水溶性バインダにＨＰＣを選んだ。
赤外線を反射する物質として酸化チタンを選び、フィラ
ーとしてガラス繊維を選んだ。

【００７６】キセロゲル７０ｇとベルパール３０ｇとガ
ラス繊維５ｇと酸化チタン１０ｇをミキサーにて混合
し、霧吹きで水を添加しながら混練して、キセロゲルと
それぞれの水溶性バインダとの粘土状の混合物を作製し
た。次に、この混合物を容器２２の外側に均一になるよ
うに塗り、容器２２ごと１２０℃の恒温槽に入れ、熱風
乾燥にて水分を除去することで、容器２２に適合する固
形化した断熱材ができた。

【００７７】この固形化された断熱材をもつ容器２２を
有する電気湯沸かし器（以下、本実施例では断熱材あり
という）と、断熱材を有していない電気湯沸かし器（本
実施例では断熱材なしという）とを用意し、これらの電
気湯沸かし器に水を入れ、それぞれの保温電力を測定し
た。なお、保温水温は９６．５℃、雰囲気温度は２０℃
とした。測定は十分平衡状態に達した後に行った。実験
結果を（表６）に示す。

【００７８】

【表６】

【００７９】したがって、固形化した断熱材を用いるこ
とにより、大幅に電気湯沸かし器の保温電力を削減する
ことができる。

【００８０】

【発明の効果】以上のように、請求項１〜１２記載の発
明によると、断熱性能が高い断熱材であるが粉末状のた
め取り扱いにくい断熱材を、断熱性能を悪化させること
なく、様々な形状に固形化することができ、固形化した
断熱材は、非常に断熱性能が高いので、断熱材を必要と
する様々機器に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるシリカキセロゲルの
一部を拡大した模式図

【図２】本発明の実施例１における断熱材と水溶性バイ
ンダが混合した状態を示す図

【図３】本発明の実施例１における固形化した素断熱材
の一部を拡大した模式図

【図４】本発明の実施例１における素断熱材と水溶性バ
インダが不均一に混合した状態を示す図

【図５】本発明の実施例１における固形化した断熱材の
一部を拡大した模式図

【図６】本発明の実施例２における電気湯沸かし器の縦
断面図

【図７】本発明の実施例１における各種断熱材の断熱性
能を示した図

【符号の説明】

１ シリカ一次粒子 ２ 粒子間距離 ３ 素断熱材（シリカ二次粒子） ４、５、６、８ 水溶性バインダ粒子 ７ 水溶性バインダ粒子の凝集体 ９ フィラー ２２ 貯水用容器 ３３ ヒータ ４０ 断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋田 卓 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 正明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3H036 AA09 AB01 AB15 AB23 3L102 JA01 MB17 4B055 AA02 BA23 FB12 FC11 FD10

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 疎水性を有しかつ細孔を有する素断熱材
   と水溶性バインダからなり、熱伝導率が静止した空気の
   熱伝導率以下である断熱材。
2. 【請求項２】 疎水性を有しかつ細孔を有する素断熱材
   に、水溶性バインダの少なくとも一部が絡み付いた請求
   項１に記載の断熱材。
3. 【請求項３】 疎水性を有しかつ細孔を有する素断熱材
   または水溶性バインダと、結着または絡み付くフィラー
   を有する請求項１または２に記載の断熱材。
4. 【請求項４】 赤外線を反射する物質もしくは吸収する
   物質のうち少なくともいずれか一つを有する請求項１〜
   ３いずれか１項に記載の断熱材。
5. 【請求項５】 疎水性を有しかつ細孔を有する素断熱材
   が、シリカキセロゲルである請求項１〜４のいずれか１
   項に記載の断熱材。
6. 【請求項６】 疎水性を有しかつ細孔を有する素断熱材
   と水溶性バインダとの混合物に、少なくとも水を添加し
   ながら混練した後に、前記水を除去した断熱材の固形化
   方法。
7. 【請求項７】 水を添加する前の水溶性バインダは、固
   体である請求項６に記載の断熱材の固形化方法。
8. 【請求項８】 添加する水が霧状である請求項６または
   ７に記載の断熱材の固形化方法。
9. 【請求項９】 添加する水が蒸気である請求項６または
   ７に記載の断熱材の固形化方法。
10. 【請求項１０】 添加する水に赤外線を吸収する水溶性
    の物質を溶かした請求項６〜９いずれか１項に記載の断
    熱材の固形化方法。
11. 【請求項１１】 疎水性を有しかつ細孔を有する素断熱
    材がシリカキセロゲルである請求項６〜１０のいずれか
    １項に記載の断熱材の固形化方法。
12. 【請求項１２】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の
    断熱材または請求項６〜１１のいずれか１項に記載の固
    形化方法により得た断熱材を用いた機器。