JP2005121138A - 熱膨張断熱マット、これを用いた断熱ユニットおよび断熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高温の熱源体に断熱材を設けた場合でも、熱源体と断熱材との間、および断熱材と断熱材との間の隙間の発生を防止することのできる断熱材および断熱方法を提供する。
【解決手段】耐熱性および気密性を有するシートからなる袋に、気体、液体、固体またはこれらの混合物からなる断熱材を封入してなる熱膨張断熱マットに関する。前記断熱材は、空気、炭酸ガス、水、ロックウールフェルト、ロックウールボード、グラスウールフェルト、グラスウールボード、ケイ酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムから選択される１種以上であることが好ましい。また、前記熱膨張断熱マットを用いた断熱方法に関する。
【選択図】図５

Description

本発明は、高温の熱源体に断熱材を設けた場合に、熱源体と断熱材との間、および断熱材と断熱材との間の隙間の発生を防止することのできる断熱材および断熱方法に関する。

各種機器、配管または容器などの熱源体を断熱するため、従来より、断熱材が使用されている。配管の断熱を例として、配管（熱源体）１００を筒状断熱材９で断熱した場合を図１４に、その断面図を図１５に示す。これまで、高温下での熱源体１００の膨張および変位、ならびに断熱材の収縮により、断熱材９の継ぎ目Ａや、熱源体１００と断熱材９との接触面Ｂに隙間が発生し、継ぎ目Ａより熱がリークするという欠点があった。

このような問題を解消するために、断熱材を２層、３層に重ねて、継ぎ目をずらして断熱材を施工し、熱のリークを防止する方法がとられていた。しかし、この方法は、工程数が増加し、多数の断熱材のサイズが多岐にわたるため施工コスト面で問題となっていた。

また、エアコン用の配管パイプに被せる筒状の断熱材について、収縮による接合端同士の離間を防止する部材が、特許文献１に開示されている。しかし、このような部材は、使用温度領域７０℃〜−４０℃（スチロフォーム）および７０℃〜−１６２℃（ウレタンフォーム）の低温領域の使用であるため、エアコンなどの比較的低温で小径な配管には適しているものの、プラントなどの高温で大径の配管には適用できない。なぜならば、高温領域で使用する断熱材はケイ酸カルシウムまたはロックウールであり、前記部材を使用することができないためである。したがって、高温領域での熱リーク対策は、断熱材を２層または３層に重ねる方法しかないのが現状である。

特開２０００−３３７５８７号公報

本発明は、高温の熱源体に断熱材を設けた場合に、熱源体と断熱材との間、および断熱材と断熱材との間の隙間の発生を防止することのできる断熱材および断熱方法を提供することを目的とする。

本発明は、耐熱性、気密性およびフレキシブル性を有するシートからなる袋に、２３℃で気体、液体または固体である物質、もしくはこれらの混合物からなる断熱材を封入してなる熱膨張断熱マットに関する。

前記断熱材が、２３℃で気体である物質、２３℃で液体である物質および２３℃で固体である物質の混合物であることが好ましい。

前記断熱材が、空気、炭酸ガス、水、ロックウールフェルト、ロックウールボード、グラスウールフェルト、グラスウールボード、ケイ酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムから選択される１種以上であることが好ましい。

本発明は、前記熱膨張断熱マットを、熱源体に固定する断熱方法に関する。

また、本発明は、熱源体の周囲に複数の断熱材を配置し、隣接する断熱材の間に、前記熱膨張断熱マットを配置する断熱方法に関する。

さらに、本発明は、開口を有するケース内に、前記記熱膨張断熱マット、および断熱マットを配置してなる断熱ユニットに関する。

本発明は、前記断熱ユニットを、熱源体に固定する断熱方法に関する。

本発明の熱膨張断熱マットは、気密性の袋に断熱材を封入したものであるため、熱源体の熱により、封入された断熱材が膨張して、熱源体と断熱材との間の隙間の発生を防止し、隙間からの熱のリークを大幅に抑制することができる。

また、断熱材として、空気、炭酸ガス、水、ロックウールフェルト、ロックウールボード、グラスウールフェルト、グラスウールボード、ケイ酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムなどを封入しているため、断熱効果が高い、安価である、有害物質を放出することがない、使用温度領域で変質しない、などといった利点を有する。

本発明の熱膨張断熱マットは、気密性の袋に、断熱材を封入したマットである。

気密性の袋は、ポリイミド、テフロンコーティングクロス、テフロンコーティングシート、シリコンコーティングクロス、シリコンコーティングシートなどの材料から製造することができる。なかでも、耐熱性、気密性、フレキシブル性および加工性の点より、シリコンコーティングクロスおよびテフロンコーティングクロスが好ましい。また、前記袋に、それより硬い材質のシートを組合わせてもよい。この場合、後述するように、袋に伸縮しろを設けることで、前記材料のみで製造した袋と同様に使用することができ、また、高温領域におけるパッキングの役目を兼ね備えた熱膨張断熱パッキンとして使用することができる。

断熱材としては、２３℃において、気体、液体または固体である、さまざまな物質を用いることができ、たとえば、空気、炭酸ガス、水、ロックウールフェルト、ロックウールボード、グラスウールフェルト、グラスウールボード、ケイ酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムなどが利用可能な断熱材としてあげられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよいが、熱膨張断熱マットに適度な熱膨張を生じさせるためには、気体および液体が含まれていることが好ましい。とくに、無害であり、コストがかからない点より、空気や水を用いることが好ましい。

ここでいう気体および液体としては、２３℃で気体および液体であるものに限定されず、高温下で気体を発生することのできるものであれば、２３℃で固体、気体、液体のいずれの状態を示すものであってもよい。たとえば、沸点が８０℃以上の液体または固体、熱分解により気体を発生する固体などを用いることができる。沸点が８０℃以上の液体または固体としては、水、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、２−エチル−１−ヘキサノール、メチルイソブチルケトン、エチルフェニルケトン、フェノールなどがあげられる。また、熱分解により気体を発生する固体としては、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンなどがあげられる。とりわけ、水は、前述のように、無害であり、コストがかからないうえ、気化すると約５００倍体積膨張するため、本発明の熱膨張マットに、好ましく用いられる。これらの物質は、直接熱膨張マットに入れることもできるが、断熱効果を調節するために、プラスチック製の袋に封入したのち、熱膨張マットに入れることもできる。袋を形成するプラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリ（塩化ビニル−塩化ビニリデン）、ポリアセタールなどが用いられる。たとえば、ポリプロピレン製の袋に炭酸ガスを封入した場合には、１８０℃付近で袋が融解して炭酸ガスが熱膨張マット内部全体に拡散し、断熱材として機能することになる。

また、２種類以上の液体または固体の化学反応によって気体を発生する物質を、熱膨張断熱マットに封入してもよい。この場合、熱膨張断熱マットの使用温度以下（たとえば、７０〜１８０℃程度）で融解するプラスチック製の袋に、２種類以上の物質をそれぞれ封入して、熱膨張断熱マットに入れることができる。なお、熱膨張断熱マットには、プラスチック製の袋に封入した物質以外の断熱材を、併せて入れることも可能である。このような熱膨張断熱マットは、使用の際に所定温度でプラスチック製の袋が融解するため、袋に封入されている物質どうしが接触して化学反応が起こり、発生する気体によって、熱膨張断熱マットが膨張することになる。プラスチック製の袋に封入する物質としては、一方が液体、他方が固体粉末である場合が、化学反応が起こりやすい点で好ましい。また、反応により発生する気体が炭酸ガスであれば、断熱効果の点でとくに好ましい。

さらに、本発明の熱膨張断熱マットには、気体、液体および固体が含まれていることが好ましく、断熱材として、気体および液体とともに、ロックウール、グラスウール、ケイ酸カルシウムなどのような熱伝導率（比熱）の大きい固体の断熱材を用いることが好ましい。これらの断熱材は、袋の中に封入した気体および液体の水などの断熱材に熱を伝え、気体の体膨張および液体の気化による体膨張を促進させ、所定の膨張しろを得やすくするものである。たとえば、空気を断熱材として封入する場合には、熱膨張が起きにくいため、熱膨張を促進するために、少量の水およびこれを均一に保持するためにロックウールなどの断熱材を、ともに封入することにより、空気の体膨張および水の気化による体膨張で、所望の膨張を得ることができる。なお、前記熱伝導率の大きい固体として、断熱材以外の物質を用いることも可能である。

断熱材は、常温（２３℃）において、袋の容積の１０〜６０％程度を占めることが好ましく、２０〜３０％程度を占めることがさらに好ましい。常温における断熱材の体積が、袋の容積の１０％よりも少ないと、温度上昇時の袋の膨張量が少なくなる傾向があり、袋の容積の６０％よりも多いと、袋の強度が耐えられない傾向にある。さらに断熱材は、熱膨張断熱マットが、その使用温度において必要な厚みになるように、その量を決めることが好ましく、各使用温度において、袋の容積の８０〜９０％程度を占めることが好ましい。使用温度における断熱材の体積が、袋の容積の８０％よりも少ないと、既存の保温材に対して膨張圧力が低く、保温材間に隙間が残る傾向があり、袋の容積の９０％よりも多いと、膨張圧力が高すぎて、袋自体に余分な力がかかる傾向がある。また、熱膨張断熱マットに水などの液体を封入する場合、封入する液体の量は、使用温度にもよるが、袋に封入した液体以外の断熱材の１０〜５０重量％とすることが好ましく、２０重量％程度とすることがより好ましい。さらに、袋の容積も同様に決定されることが好ましい。使用温度において、５０ｍｍの厚みが必要ならば、使用する袋の容積が５０ｍｍの厚みが保持できるように、袋を作成し、その温度において、５０ｍｍに膨張することができる断熱材量を封入することができる。袋の容積は、使用温度において必要な厚さを保持することのできる容積よりも、５〜１０％大きいことが好ましく、これより小さいと、袋に負担をかける場合がある。なお、本発明の熱膨張断熱マットの使用温度領域は、基本的には１００〜６００℃であるが、ほかの断熱マットなどと組み合わせることにより、さらに高温部での使用が可能となる。

したがって、本発明の熱膨張断熱マットは、封入する断熱材の熱膨張率を予め計算して、熱源に装着した場合に、熱源の形状に関係なく熱源にフィットし、保温効果を高める構造とすることができる。

本発明の熱膨張断熱マットを、図１に示す。熱膨張断熱マット１を形成する袋には、蛇腹などによる伸縮しろ１ａを設けてもよい。伸縮しろ１ａを設けることにより、常温時に袋が不定形に崩れることがなく、所望の形状を保つことができ、また、伸縮しろの位置や方向によって、熱膨張の方向を制御できるため、好ましい。また、図２に示すように、本発明の熱膨張断熱マットは複数接合して用いることができる。また、袋の内部に隔壁を設け複数の区画に分割してもよい。このように、複数の袋を接合したり、袋内に隔壁を設けることにより、熱膨張断熱マット内部における気体の対流を抑制し、断熱効果を高めることができると同時に、孔あきなどに対する冗長性を確保することができる。

本発明の熱膨張断熱マットの形状またはサイズは、とくに限定されず、熱源体に応じて、適宜決定することができる。たとえば、熱源体が２６０℃以下の場合などには、直接熱源体に固定することにより、断熱することができる。また、本発明の熱膨張断熱マットは、図３に示すようにテープ状にすることもでき、この場合には、図４に示すように、テープ状の熱膨張断熱マットを熱源体１００に巻きつけて、機器や配管を断熱することも可能である。テープの固定方法は、とくに限定されないが、テープまたは帯状固定具２によって行なわれることが好ましく、とくに、伸縮性のあるテープまたは帯状固定具を用いることが好ましい。

また、本発明の熱膨張断熱マットは、断熱ユニットとして用いることもできる。図５および図６を参照しつつ、本発明の熱膨張断熱マットを用いた断熱ユニットについて説明する。図５および図６に示すとおり、本発明の断熱ユニット１０は、ケース３内に断熱マット５および本発明の熱膨張断熱マット１を配置してなる。

ケース３を構成する材料は、とくに限定されず、鉄鋼やステンレス鋼、アルミニウム合金などの金属などで製造することができる。また、図７（ａ）および（ｂ）に示すとおり、ケース３の開口部には折り返しを設けることができる。折り返しを設けることにより、断熱ユニット１０の組立時や輸送時、据付時などに、断熱マット５が脱落しにくくなり、取り扱いが容易になる。

ケース３は矩形（直方体）であって、一面が開口とされており、断熱マット５がこの開口から露出するように配置され、さらに断熱マット５とケース３との間に本発明の熱膨張断熱マット１が配置されている。このため、熱源体の周囲に断熱ユニット１０を、ケース３の開口側を熱源体に向けて配置すると、熱源体の熱によって熱膨張断熱マット１が膨張し、断熱マット５が熱源体に向かって押し付けられる。その結果、熱源体と断熱マット５との間の隙間の発生を防止することができ、熱のリークを最小限にすることができる。

断熱マット５としては、フェルト形状、ボード形状および粒状の、ロックウール断熱材、グラスウール断熱材、セラミック断熱材およびケイ酸カルシウム断熱材などを用いることができる。なかでも、加工性および断熱効果が高い点より、フェルト形状またはボード形状のロックウール断熱材を用いることが好ましい。なお、熱源体の温度が２６０℃以下の場合には、断熱マット５を設けず、熱膨張断熱マット１をケース３の開口面から露出させ、熱源体に当接させるようにしてもよい。熱源体が４００℃以上の場合は、断熱マット５として、安全使用温度が８００℃であるセラミックを使用するとよい。

さらに高い断熱効果が要求される場合には、断熱マット５に加え、熱膨張断熱マット１とケース３とのあいだに、断熱材４を配置するようにしてもよい。断熱材４としては、フェルト形状、ボード形状および粒状の、ロックウール断熱材、グラスウール断熱材、セラミック断熱材およびケイ酸カルシウム断熱材などを用いることができる。なかでも、加工性および断熱効果が高い点より、フェルト形状またはボード形状のロックウール断熱材を用いることが好ましい。前記断熱マット５および断熱材４は、同じ材質でも異なっていてもよく、また、それらは使用温度に応じて併用される。

なお、断熱材４を配置する場合には、熱膨張断熱マット１と断熱材４とのあいだに仕切り６を設けることが好ましい。仕切り６としては、貫通孔を有する鋼板あるいはステンレス鋼板を用いることができ、パンチングメタルやエキスパンドメタルを用いることが好ましい。仕切り６は、たとえば図７（ａ）のＸ部を拡大した図７（ｂ）に示すとおり、ねじやボルトによってケース３に取りつけることができる。仕切り６を設けることにより、熱膨張断熱マット１の膨張が、仕切り６を支点に断熱マット５の方向に１００％向くため、断熱マット５を熱源体にフィットさせて熱の移動を遮断することができる。また、前述のように、熱源体が４００℃以上の高温である場合には、セラミックなどの断熱マット５が仕切り６と熱源体との間に配置されるため、断熱材４自体が４００℃以上になることはない。そのため、断熱材４は熱劣化することがなく、半永久的にケースの中に封入しておくことができる。

本発明の断熱ユニットは、図８に示すように、熱源体１００を覆うようにして用いられる。本発明の断熱ユニットは、図５、６および７に示したような形状に限定されず、対象とする熱源体の形状に応じた形に製作することが可能である。前記断熱材および熱膨張断熱マットを収納した断熱ユニットは、断熱を必要とするすべて、たとえば、発電所、焼却場、化学工場、製鉄所など、高温の設備を有する工場の、配管、機器、補機、バルブ、フランジ、ドレントラップ、流量計などに多岐にわたって取り付けて、断熱のために好ましく用いることができる。すなわち、熱源体に合わせて、設計、加工、製作および取り付けが可能である。

直方体型の断熱ユニットを用いて熱源体を断熱する例を図９および１０に示す。直方体型の断熱ユニットは、たとえば、図９に示すように、バルブ部分などに用いることができる。また、円筒型の断熱ユニットを用いて熱源体を断熱する例を図１１に示す。円筒型のユニットは、たとえば、図１１に示すように、フランジ部分などに用いることができる。断熱ユニットは、２つの断熱ユニットをパッチン錠などの留め具７ａで固定することにより、熱源体１００に取り付けることができる。また、留め具７ａのかわりに、ねじやボルト、ナットを用いてもよい。あるいは、熱源体１００に座を設け、ここに断熱ユニットを固定するようにしてもよい。バルブ部分の断面図を表す図１０に示すように、熱源体１００が表面に凹部を有するような形状である場合、熱膨張断熱マット１が膨張しても、熱源体１００と断熱マット５との間に、一部隙間が残る場合がある。このような場合には、図１０に示すとおり、熱源体１００表面の凹部に、球状、チップ状またはテープ状などにした熱膨張断熱マット８を配置することにより、熱源体１００の凹部表面の隙間の発生を抑制することができる。

さらに、本発明の熱膨張断熱マットは、熱源体の周囲に配置した複数の断熱材の隣接する断熱材間に、配置することができる。図１２および図１３を参照しつつ、熱源体が配管である場合を例にあげて、以下に説明する。

この場合、本発明の熱膨張断熱マット１は、図１２に示すように、ドーナツ状に作製される。継ぎ目は、マジックテープおよびホックなどの留め具７ｂにより固定される。ドーナツ状の本発明の熱膨張断熱マット１は、図１３に示すように、隣接する筒状断熱材９の間に配置される。熱膨張断熱マット１は、図１３（ａ）に示すように、筒状断熱材９間の継ぎ目に配置してもよく、また、図１３（ｂ）に示すように、熱膨張断熱マット１自体を筒状にして、隣接する筒状断熱材９の間に配置してもよい。後者の場合、筒状熱膨張断熱マット１の外径Ｃと長さＤの比率は、とくに限定されないが、小口径であれば２〜４であることが好ましく、大口径であれば０．１〜２であることが好ましい。外径Ｃと長さＤの比率が小さすぎる場合には、断熱材の封入が困難になるなど加工上に問題があり、また、熱膨張圧力が高くなる可能性がある。一方、比率が大きすぎる場合には、熱膨張圧力が多方向に逃げるため、筒状断熱材９と接する面の圧力が弱くなり、熱リークの原因となる。熱源体１００の膨張や経時変化などによって筒状断熱材９に収縮が生じた場合でも、筒状断熱材９間に配置された熱膨張断熱マット１が膨張して収縮分を補償し、熱源体が露出することがない。したがって、従来のように断熱材を２重、３重に重ねて施工する必要がなく、低コストかつ最小限の施工で、高い断熱効果を得ることができる。

本発明の熱膨張断熱マットを示した図である。 本発明の熱膨張断熱マットを複数接合させた様子を示した図である。 テープ状の本発明の熱膨張断熱マットを示した図である。 テープ状の熱膨張断熱マットを使用する断熱方法について、一実施の形態を示した図である。 本発明の断熱ユニットを示した図である。 図５に示した断熱ユニットについて、その断面を示した図である。 図５に示した断熱ユニットについて、ケースの構成を説明した図である。 本発明の断熱ユニットについて、その適用の一例の断面を示した図である。 本発明の断熱ユニットについて、その適用の一例を示した図である。 図９に示した断熱ユニットについて、その断面を示した図である。 本発明の断熱ユニットについて、その適用の一例を示した図である。 本発明の熱膨張断熱マットの一実施の形態を示した図である。 図１２に示した本発明の熱膨張断熱マットを使用する断熱方法について、その適用の例を示した図である。 配管の断熱を例として従来の断熱方法を説明した図である。 配管の断熱を例として従来の断熱方法を説明した図であり、図１４の断面を示した図である。

符号の説明

１ 熱膨張断熱マット
１ａ 伸縮のり
２ テープまたは帯状固定具
３ ケース
４ 断熱材
５ 断熱マット
６ 仕切り
７ａ 留め具（パッチン錠）
７ｂ 留め具（マジックテープおよびホック）
８ 球状、チップ状またはテープ状などにした熱膨張断熱マット
９ 筒状断熱材
１０ 断熱ユニット
１００ 熱源体

Claims (7)

1. 耐熱性、気密性およびフレキシブル性を有するシートからなる袋に、２３℃で気体、液体または固体である物質、もしくはこれらの混合物からなる断熱材を封入してなる熱膨張断熱マット。
2. 前記断熱材が、２３℃で気体である物質、２３℃で液体である物質および２３℃で固体である物質の混合物である請求項１記載の熱膨張断熱マット。
3. 前記断熱材が、空気、炭酸ガス、水、ロックウールフェルト、ロックウールボード、グラスウールフェルト、グラスウールボード、ケイ酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムから選択される１種以上である請求項１または２記載の熱膨張断熱マット。
4. 請求項１、２または３記載の熱膨張断熱マットを、熱源体に固定する断熱方法。
5. 熱源体の周囲に複数の断熱材を配置し、隣接する断熱材の間に、請求項１、２または３記載の熱膨張断熱マットを配置する断熱方法。
6. 開口を有するケース内に、請求項１、２または３記載の熱膨張断熱マット、および断熱マットを配置してなる断熱ユニット。
7. 請求項６記載の断熱ユニットを、熱源体に固定する断熱方法。

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