JP2012063007A - 筒状断熱材およびこれを用いた熱機器 - Google Patents

Abstract

【課題】装着される熱機器製品のばらつきにも柔軟に対応することができ、しかも外挿作業性に優れた筒状断熱材を提供する。
【解決手段】無機繊維の糸状体を製織してなる織布を無機バインダーで処理してなるバインダー処理クロスからなる筒状芯材１；繊維質基材に無機エアロゲルを分散させてなる可撓性断熱シートを、前記筒状芯材１の外周面に捲回することにより形成された断熱素子捲回体５；及び前記断熱素子捲回体５の最外周面に積層された、無機繊維を主体とする外包材３を備えている。前記筒状芯材１の厚みは０．３〜３．０ｍｍであることが好ましく、前記無機バインダーは、前記織布の内部に含浸又は織布表面に塗工されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池本体や燃料電池の改質器等の熱機器に取り付けられる筒状断熱材に関し、特に外挿作業性のよい筒状断熱材、及びこれを用いた熱機器に関する。

燃料電池は、化学反応の自由エネルギーの変化を電気エネルギーに変換する装置で、使用する電解質の種類により、固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池などに分類され、それぞれ、電気化学反応の種類に基づき、最適な運転温度がある。また、燃料電池に水素を供給する原燃料から水素に変換する改質装置については、改質反応に最適な温度で改質器を運転する必要がある。

固体酸化物型燃料電池の最適運転温度は８００〜１０００℃程度であり、溶融炭酸塩型では６００〜７００℃程度であり、固体高分子型燃料電池の改質器の温度は、６００〜７５０℃である。
発電効率を低下させないために、これらが設置される周囲環境温度にかかわらず、最適運転温度を維持する必要がある。燃料電池を周囲環境温度から断熱状態で運転できるように、燃料電池全体を覆う外筒と、電解質と空気極と燃料極とで構成される燃料電池本体部分との間を断熱材で覆っている。改質装置についても、装置全体を覆う外筒と改質器との間を断熱材で覆っている。外筒は、外部環境に直接曝されるので、取り扱い作業上、燃料電池本体の種類、運転温度にかかわらず、６０℃以下、好ましくは５０℃以下にまで、断熱しておくことが望まれる。一方、装置の小型軽量化の観点から、断熱材の容積を増大させることなく、換言すると外筒のサイズを増大させることなく、燃料電池本体が外部環境温度の影響を受けずに済むように、効率的に断熱できる断熱材が望まれる。

１０００℃程度までの高温に耐えることができる、軽量な断熱システムとして、特開２０１０−３３７４５号公報（特許文献１）に、燃料電池本体及び／又はその附帯装置の周囲に、電池本体側から順に、可撓性無機質断熱材からなる第１の断熱材層、可撓性エアロゲル断熱材からなる第２の断熱材層、可撓性無機質断熱材からなる第３の断熱材層を有する３層構造の燃料電池用断熱システムが提案されている。ここで、第１断熱材層に用いられる可撓性無機質断熱材は、シリカ繊維、セラミック繊維などであり（段落番号００３０）、第３断熱材層には、シリカ繊維、セラミック繊維の他、安価なグラスウールを用いることもできることが記載されている（段落番号００３５）。また、第２断熱材層に用いられる可撓性エアロゲル断熱材としては、連続気泡構造のシリカ多孔体を不織布に分布させて気孔率９７％以上とした断熱体素子が用いられている（段落番号００３３）。

特許文献１の断熱材は、シート形状の断熱材の端縁同士を突き合わせることによって１層ごとに環状に捲回、あるいはシート形状の断熱材の端縁を重ね合わせて、第１から第３までの断熱材層を順に螺旋状に捲回することにより、燃料電池本体に取り付けられる（段落番号００３５）。
この特許文献１では、断熱材の機能を３つの断熱材層に分担させることによって、断熱材全体の充填厚さを減らせるとしている（段落番号００２８）。例えば、１ｋＷ級の家庭用小型燃料用電池システムの場合、第１の断熱材層は５〜３５ｍｍ程度であり、第２の断熱材層は、シート状のものを重ねることで、１２〜３０ｍｍとし、第３の断熱材層としては４〜３０ｍｍ程度である（段落番号００４９−００５２）。

また、特開２００７−１００７５０号公報（特許文献２）には、燃料電池用改質器を断熱するために使用される断熱材に関して、シリカ繊維、アルミナ繊維等の無機繊維からなる中空成形体と、該中空成形体の中空部に無機粉体からなる充填材を充填した構成の断熱材が提案されている。
このような断熱材は、まず、無機繊維、必要に応じて無機バインダーを混合して、所定の型内に投入してプレスすることにより一体成形する乾式成形法、又は無機繊維及び必要に応じて無機バインダー、カチオン系高分子凝集剤を添加したスラリーを調製し、所定の型内へこのスラリーを投入して、乾燥する湿式成形法によって中空成形体を製造し、得られた中空成形体の中空部に、充填剤となる無機粉体を充填した後、別途作製した円盤状成形物で、中空成形体の開口部を塞ぐことにより製造している（段落番号００４３−００４９、及び実施例）。

特開２０１０−３３７４５号公報 特開２００７−１００７５０号公報

特許文献２で提案されている断熱材を、円柱状の燃料電池本体に取り付ける場合、燃料電池本体の円柱の外径に対応する内径を有する筒状の中空成形体は、前記筒状体の空洞部を本体に外挿することにより行うことになる。そして、燃料電池本体や中空成形体の生産上のばらつき等の理由から、本体の真円度と中空成形体の空洞部の真円度とにずれがある場合、装着作業に際して、中空成形体を本体になじませるように、変形させることになる。しかし、無機繊維成形体の中空成形体は、一般に可撓性が不足し、変形にもろい。特に、中空成形体の真円度は、開口部の蓋となるリング状成形物により拘束されているため、過度の外力を加えて変形させると、断熱材が破壊してしまう。

装着作業に伴う断熱材の破壊を防止するためには、中空成形体及びその上部開口部をふさぐ円盤状蓋材の真円度、空洞部の内径サイズを、本体の外径との関係において、誤差が極力少なくなるように、寸法精度を上げる必要がある。しかし、高温で運転される燃料電池本体や改質器、セラミック繊維等の無機繊維の成形体のいずれについても、高度な寸法精度を達成することは困難である。

一方、特許文献１に開示の断熱システムは、第１断熱層、第２断熱層、第３断熱層のいずれも可撓性材料で構成しているので、燃料電池本体への装着作業に伴う変形等により破壊するといったことはない。また、特許文献１の断熱システムとなる筒状断熱材を予め作製し、この筒状断熱材を外挿する代わりに、本体の外周に第１断熱層から順に捲回していくことにより、前記断熱システムを構築する方法（段落番号００５３−００５６及び実施例１、２）では、本体の真円度、ばらつきに関係なく対応できる。しかしながら、個々に、使用現場で捲回することにより装着する方法は面倒であり、生産的でない。特許文献１では、燃料電池や改質器の本体の外径に相当する芯管を用いて、これに第１断熱層から第３断熱層を順に捲回し、環状に積層することで、連続生産を可能とした筒状断熱材についても提案している（段落番号００６３）。しかし、可撓性のシートを捲回して作製した円筒状断熱材は、いわゆる腰がなく、本体への外挿作業がしにくく、作業性の点で、改善が望まれる。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池の本体や改質器の真円度や製品のばらつきにも柔軟に対応することができ、しかも外挿作業性に優れた筒状断熱材を提供することにある。

本発明者は、断熱材の構成材料、特に燃料電池の本体や改質器に外挿される部分の材料について種々検討し、断熱性を損なうことなく、作業性、生産性を改善した筒状断熱材を案出した。

すなわち、本発明の筒状断熱材は、無機繊維の糸状体を製織してなる織布を無機バインダーで処理してなるバインダー処理クロスからなる筒状芯材；繊維質基材に無機エアロゲルを分散させてなる可撓性断熱シートを、前記筒状芯材の外周面に捲回することにより形成された断熱素子捲回体；及び前記断熱素子捲回体の最外周面に積層された、無機繊維を主体とする外包材を備えている。

前記筒状芯材の厚みは０．３〜３．０ｍｍであることが好ましい。また、前記糸条体は、１０〜４００テックスのセラミック繊維又はガラス繊維の糸条体であることが好ましい。

前記無機バインダーは、前記織布の内部に含浸又は織布表面に塗工されていることが好ましく、前記バインダー処理クロスは、前記織布の少なくとも一面に、前記無機バインダー層が積層されたものであることが好ましい。

前記外包材は、無機繊維シートを捲回したものであってもよいし、無機繊維シートからなる１対の半円筒体を合接したものであってもよい。この場合、前記無機繊維シートは、無機繊維の糸状体を製織してなる織布を、無機バインダーで処理してなるバインダー処理クロスで構成されていることが好ましい。また、前記無機繊維シートの捲終わり部又は合接部は、前記断熱素子捲回体の捲き終わり部に対して、該断熱素子捲回体の厚み方向の延長上でないように配置されていることが好ましい。

本発明は、上記本発明の筒状断熱材が装着された熱機器も対象とする。

本発明の筒状断熱材は、芯材が自立可能な腰のある材料で構成され、且つ筒状断熱材の主要部分となる断熱素子は可撓性ある断熱シートで構成されているので、熱機器への外挿作業が容易である。

本発明筒状断熱材の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す筒状断熱材に用いられる芯材の斜視図である。 図１に示す筒状断熱材に用いられる断熱素子捲回体を説明するための図である。 図１に示す筒状断熱材の外包材の上面図である。 図４の外包材を説明するための図である。 筒状断熱材の一実施形態を装着した状態を説明するための図である。 筒状断熱材の一実施形態を本体に装着した熱機器の正面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 図７で使用した蓋形成用断熱素子を説明するための図である。 耐自立荷重の測定方法を説明するための図である。

本発明の筒状断熱材の実施形態について図を参照して、以下説明する。
図１は、本発明の筒状断熱材の一実施形態を示している。図１に示す筒状断熱材４は、図２に示す芯材１の外周面に、図３に示す可撓性のあるシート状断熱素子２を捲回してなる断熱素子捲回体５が積層され、該断熱素子捲回体５の最外周面に、図４に示す外包材３が積層されている。

＜芯材＞
芯材１は、無機繊維の糸条体を製織してなる織布を、無機バインダーで処理してなるバインダー処理クロスからなる円筒状の芯材であり、芯材１の空洞部１０が、後述する熱機器の本体Ａに外挿される。

芯材１を構成する織布としては、使用する糸状体の種類にもよるが、糸密度１５〜６０本／２５ｍｍ、好ましくは２０〜６０本／２５ｍｍ、厚み０．０５〜１．０ｍｍ、好ましくは０．２〜０．６ｍｍの織布である。一般に、織布は、経糸、横糸を構成する糸条体間隙が空孔となっていることから、複数枚の織布を重ねて所定厚みにした場合、空孔が規則正しく整列して存在することになる。このことは、織布を介して空気が対流しやすくなり、空気による断熱効果が損なわれると考えられ、無機繊維からなる断熱材として一般に用いられている繊維質断熱材、即ち無機繊維を綿状としたもの、あるいはこれを圧縮してマット状としたもの、さらにはニードルパンチ等によりフェルト状に成形した繊維質断熱材と比較して、密度、厚みなどを同程度としても、断熱性の点で劣っている傾向にある。

前記糸状体を構成する無機繊維としては、シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカーアルミナ繊維、ジルコニア繊維等のセラミック繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、バサルト繊維などが挙げられ、これらのうち、好ましくは熱抵抗値（Ｒ）が大きいセラミック繊維が好ましく用いられる。使用する無機繊維のサイズは特に限定せず、糸状体の種類により適宜選択される。
織布を構成する糸状体は、長繊維の単糸、撚り合わせ糸、引きそろえ糸であってもよいし、また、短繊維を紡績した紡績糸であってもよい。使用する糸条体の太さは、所定の剛性が得られるように、織り方、糸密度により適宜異なるが、通常、１０〜４００テックス、好ましくは３０〜３００テックス、より好ましくは５０〜２００テックスである。

前記織布は、このような糸状体を製織することにより形成されたもので、製織方法は特に限定せず、平織り、斜文織り、朱子織、からみ織、模紗織り、これらを組み合わせた織り、さらには重ね折組織、パイル織物などでもよい。

バインダー処理クロスに用いられる無機バインダーとしては、シリカ、アルミナ等のセラミック粒子又は繊維、モンモリロナイト、バーミキュライト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、ノントロナイト、カオリナイト、スメクタイト、マイカ、タルク等の粘土、コロイダルシリカ、これらの組合せなどが挙げられる。

バインダー処理クロスの製造方法は特に限定しないが、通常、上記無機バインダーを水又は有機溶媒に分散させた分散液を、ａ）織布に塗工した後、乾燥することにより、あるいは、ｂ）分散液中に織布を浸漬した後、乾燥することにより、織布の空孔にバインダーを充填、ないしは織布の表面にバインダー層を形成して製造する。このようにして得られるバインダー処理クロスは、織布の織り目間隙、糸条体間隙が無機バインダーで充填されることにより、厚み０．２ｍｍ以上で自立可能な程度にまで、いわゆる腰を強くすることが可能となり、筒状芯材として、後述するように、熱機器本体への外挿作業が容易となる。

芯材は、バインダー処理クロス１枚を筒状にしたものであってもよいし、捲回して、織布が２〜１０枚重なった積層体からなる筒状体としてもよい。積層体の場合、バインダー処理クロスに含まれる無機バインダーは、積層されるクロス同士の接着剤としての役割も果たし、積層体としての密着性を高めることができる。

バインダー処理クロスの厚みは、積層体とした場合、あるいは織布表面に無機バインダーからなる層が形成される場合であっても、０．３〜３．０ｍｍとすることが好ましい。バインダー処理クロスは、外挿作業性に必要十分な腰を確保できる厚みであれば足り、分厚くなるに従って、熱抵抗値が低下する傾向にあるからである。ここで、熱抵抗値（Ｒ）とは、（厚み÷熱伝導率）で算出される値で、数値が大きいほど熱を伝えにくいことを示す、熱の伝えにくさの指標となる。

無機バインダーは、材質の点からは、セラミック繊維、ガラス繊維と比べて、一般に断熱性に劣る。また、空気よりも熱伝導性が高い。このため、織布の織り目間、糸状体間隙に無機バインダーを充填、あるいは織布表面に無機バインダー層を形成するということは、断熱性の点からは不利である。本発明では、芯材の厚みを、０．３〜３．０ｍｍ、好ましくは０．５〜２．０ｍｍとすることによって、熱機器への外挿作業に必要な剛性を確保しつつ、筒状断熱材における芯材の占有割合を小さく抑えるところに特徴がある。この点、上市されている繊維質断熱材は、通常、厚み４．０〜５０ｍｍであることから、繊維質断熱材で、厚み３ｍｍ以下の芯材を作製することは困難である。

＜断熱素子捲回体＞
断熱素子捲回体５は、不織布に無機エアロゲルを分散させてなる可撓性の断熱素子シート２を捲回したものである。断熱素子シート２は、具体的には、繊維質基材となる無機繊維からなる不織布に、無機エアロゲルを分散させたものである。

上記エアロゲルは、約０．５〜５００ナノメートルの範囲である開口した細孔を有し、空隙率約８０ｖｏｌ％以上、好ましくは９０ｖｏｌ％以上、さらに好ましくは９５ｖｏｌ％以上の連続気泡タイプの多孔質体である。このようなエアロゲルは、ゾル−ゲル法等で生成した湿りゲルを、当該湿りゲルに含まれている溶剤の臨界点より高い温度及び圧力下に曝すことで、前記溶剤を除去することにより得られる。このようなエアロゲルは、空気が格子状構造を超えて対流することができないため、優れた断熱材として作用することができ、結果として、このようなエアロゲルを分散させてなる断熱素子シートも優れた断熱性を示すことができる。

無機エアロゲルは、金属のアルコキシドが基になったものであり、シリカ、炭化物及びアルミナなどの材料が含まれる。これらのうち、シリカエアロゲルが、芯材の構成材料であるバインダー処理クロスとの親和性が高く、且つ優れた耐熱性を示す点から、好ましく用いられる。

なお、エアロゲルとしては、塩素成分を含まないことが好ましい。エアロゲルに塩素成分を含むと、熱機器やその周辺機器の金属材を腐食するおそれがあるからである。

断熱素子シート２は、補強材として使用する繊維バットに不織布を用いるバッチ式ゾル−ゲルキャスティング方法により形成してもよいし、例えば特表２００７−５２４５２８号公報に開示するような、ゾルの低粘度溶液とゲル形成を誘導する試剤（熱触媒又は化学触媒）を連続的に混合し、不織布上に、ゲル化を有効に発現させる速度でゾルを分配することによって、連続又は半連続のゾル−ゲルキャスティングすることによって形成してもよい。

なお、上記不織布としては、ガラス繊維やシリカ繊維、セラミック繊維等の５００℃以上の耐熱性を有する無機繊維の不織布が用いられる。
以上のような構成を有する断熱素子シートの厚みは、通常、３．０〜１０ｍｍである。

断熱素子シート２を、芯材１の表面に、渦巻き状又は螺旋状に捲回することにより、断熱素子捲回体５が形成される。
断熱素子捲回体５の厚みは、最終製品としての筒状断熱材４のサイズに依存する。上記のような構成を有する断熱素子シート２は、芯材１の構成材料であるバインダー処理クロス、一般的な無機繊維質断熱材と比べて、断熱性に優れた材料であることから、効率よい断熱性を達成するためには、筒状断熱材４における断熱素子シート２の占有割合を高くすることが好ましい。従って、筒状断熱材４において、芯材１、外包材３以外の残余部分を、この断熱素子捲回体５で構成することが好ましい。よって、断熱素子捲回体５の厚みは、筒状断熱材４の厚みから、芯材１、外包材３の厚みを差し引いた厚みとなる。

断熱素子シート２から断熱素子捲回体５を構成するにあたり、図２（ｂ）に示すように、断熱素子シート２の端部２３、２４を切除して、それぞれ捲き始め端部２５、捲き終わり端部２６とすることが好ましい。端部２３、２４を切除した断熱素子シートを用いることにより、最外周面が突出しない断熱素子捲回体５とすることができる。また、断熱素子シート２の捲回に際しては、巻き始めの端部２５と巻き終わりの端部２６とが径方向で一致するように捲回することにより、巻き始めの端部２５と巻き終わりの端部２６端部との間に隙間を小さくすることができる。

断熱素子捲回体５は、捲き終わり端部２６を、固着部６にて、粘着テープ、固着バンド等を用いて固着することにより、あるいは断熱素子シート２の裏面に接着剤を塗布しておくことにより、捲回体の形状を安定的なものとしておくことが好ましい。

＜外包材＞
外包材３は、断熱素子捲回体５の最外周面に積層され、断熱素子捲回体５に含まれるエアロゲルの塵が外部へ飛散することを防止している。

図１に示す筒状断熱材４において、外包材３は、無機繊維シートからなる１対の半円筒体を、固着部７で固着して、断熱素子捲回体５の外周を封止するようにしている。
前記無機繊維シートとしては、いわゆる繊維質断熱材として知られているグラスウールやロックウールなどをシート化した繊維質マット、フェルト、不織布などを用いることができる。また、シート表面に無機バインダーを塗工してもよいし、繊維間間隙に無機バインダーが含浸されていてもよい。さらに、芯材１と同様に、無機繊維の糸状物を製織してなる織布を無機バインダーで処理したバインダー処理クロスを用いてもよい。

外包材を構成する無機繊維としては、シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカーアルミナ繊維、ジルコニア繊維等のセラミック繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、バサルト繊維などを用いることができる。また、無機バインダーとしては、シリカ、アルミナ等のセラミック粒子又は繊維、モンモリロナイト、バーミキュライト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、ノントロナイト、カオリナイト、スメクタイト、マイカ、タルク等の粘土、コロイダルシリカ、これらの組合せなどを主成分としたものを用いることができる。

外包材３を構成する無機繊維シートとして、バインダー処理クロスを用いる場合、厚みを０．５〜３．０ｍｍ程度とすることにより、断熱性能の低下を抑制することができる。一方、コスト面からは、フェルトや、安価なグラスウールであってもよい。これらの素材は、筒状断熱材４に求められる特性、使用条件などに応じて適宜選択される。

固着部７は、粘着テープ、固定バンドなどにより固着するか、外包材３の裏面に形成した接着剤により固着して、円筒形の外包材３を形成すればよい。
図１に示す筒状断熱材４では、断熱素子捲回体５の固着部６と、外包材３の固着部７とが、厚み方向に重ならないように配置されている。筒状体を形成するための固着部の位置をずらすことにより、外包材３の封止機能を高めることができる。

以上のような構成を有する筒状断熱材４は、燃料電池の本体に装着される。筒状断熱材４のサイズ（筒体高さ）は、取り付けられる本体の長さ（円筒状本体の高さに該当）と同じであってもよいし（図６（ａ））、円筒状本体よりも短くてもよいし（図６（ｂ）（ｃ））、長くてもよい（図６（ｄ）（ｅ））。本体よりも筒状断熱材の方が高い場合、上方にスペースＤが形成されるように装着してもよいし（図６（ｄ））、上方及び下方に、それぞれスペースＤ，Ｄが形成されるように装着してもよい（図６（ｅ））。

なお、上記実施形態では、外包材を、１対の半円筒体を固着することで形成したが、本発明の筒状断熱材を構成する外包材は、これに限定せず、単に無機繊維シートを断熱素子捲回体の外周に捲回することによって形成してもよい。

また、上記実施形態では、円筒状であったが、本発明の筒状断熱材はこれに限定しない。芯材の空洞部の形状が熱機器の外形と同形状であればよく、円筒体の他、中空の直方体、立方体など、適宜選択される。

さらに、本発明の筒状断熱材の用途は、上記実施形態では燃料電池の本体への装着を例に説明したが、燃料電池の本体部の他、円柱状、角柱状で設置環境よりも高温で運転されている改質器等の他の熱機器又はその付属装置について、高温を維持するための断熱材として使用してもよい。

以上のような構成を有する本発明の筒状断熱材は、本体の外挿部分となる芯材が、自立可能な断熱材で構成されているので、取り付けられる熱機器への外挿作業が容易となる。しかも、筒状断熱材の大部分を占有している断熱素子捲回体は、可撓性を有するシートの捲回体で構成されているので、筒状断熱材全体として、ある程度の変形にも追随することが可能であり、取付ようとする熱機器本体の寸法精度のばらつきなどにも対応可能となる。さらに、断熱性としては劣っている芯材を、筒状断熱材全体における占有割合を減らすことで、断熱性能の低下を抑制するとともに、断熱性能が高い断熱素子捲回体の占有割合を増大することで、従来以上に断熱性能を向上させることも可能となる。

＜熱機器＞
本発明の熱機器は、熱機器本体など、高温で運転される箇所に、上記本発明の筒状断熱材を取り付けたものである。この場合、筒状断熱材の高さは、取り付け箇所となる本体部の高さと等しいことが好ましいが、図６（ｂ）−（ｅ）に示すように、異なっていてもよい。

高さが異なる場合、熱機器の一部が露出したり（図６（ｂ）（ｃ））、取付状態において、筒状断熱材と熱機器との間に、空間が生じることになる。露出部分からの放熱により、あるいは空間により断熱性が損なわれないように、熱機器の露出の原因となる筒状断熱材の不足部分（図６（ｂ）（ｃ）中のＣ）、新たに生じた空間（図６（ｄ）（ｅ）中のＤ）に、別途、断熱材を充填することが好ましい。

筒状断熱材を取り付けた熱機器の一実施例として、燃料電池本体等の円柱本体部分に、本体Ａの高さよりも長い筒状断熱材（図６（ｅ）タイプ）４’を取付けた場合について、図７に基づいて説明する。

図７は、円筒状の熱機器の本体Ａに、筒状断熱材４’を装着した場合を示しており、図７（ａ）は装着状態の正面図、図７（ｂ）は断面図である。
図６（ｅ）タイプの筒状断熱材を採用したことにより生じる上部スペース及び下部スペースＤの凹部には、それぞれ、図８（ａ）に示すような断熱蓋２００および２０１が載置されるとともに、粘着テープ１００および１０１で、筒状断熱材４’に固定されている。

断熱蓋２００および２０１は、図８（ｂ）に示すように、一端が開口した無機繊維素材からなる第１の箱体５００および５０１と、蓋形成用断熱素子３００および３０１と、この蓋形成用断熱素子３００および３０１を収容する一端が開口した無機繊維素材からなる第２の箱体４００および４０１と、粘着テープ７００および７０１とからなる。第２の箱体４００および４０１は、その開口がそれぞれ第１の箱体５００および５０１の内側（底面）で閉塞されている。第２の箱体４００および４０１はその外側に鍔部４００Ａおよび４０１Ａが形成されている。

第１の箱体５００および５０１の内側（底面）の略中央位置にて第２の箱体４００および４０１の開口がそれぞれ閉塞されるようにして、第１の箱体５００および５０１の内側（底面）の略中央位置に断熱素子３００および３０１が収容された第２の箱体４００および４０１を装着（矢印方向）した後、粘着テープ７００および７０１にてその鍔部４００Ａおよび４０１Ａを貼り付けることにより作製される。なお、断熱蓋２００および２０１には筒状断熱材４が配置する空間部６００および６０１が形成されている。また、断熱蓋２００には、管Ｂが挿通できる穴（図示せず）が開設されている。

〔測定評価方法〕
（１）断熱性
６５０℃の円柱に、作製した筒状断熱材を外挿し、装着される熱機器の外表面（Ａ部）、芯材の外周面（Ｂ部）、断熱素子捲回体の厚み方向の中間部（３層積層体の場合には２層目の真中、７層積層体の場合には４層目の真中をＣ部とする）、外包材の外周面（Ｄ部）の温度を測定した。温度の測定は、測定部位となる位置において、円柱体の高さ１／２程度の深さにまでＫ型熱電対を挿入することにより行った。

（２）耐自立荷重（腰）
芯材に使用した材料（繊維シート、バインダー処理繊維シート、織布、バインダー処理クロス）で、横×縦が３０ｍｍ×１００ｍｍの試験片を作成し、図９に示すように、短辺側の端縁から２ｃｍを水平板の上に固定した状態で、水平板からの高さ５ｃｍとなるように自立させた状態で、水平板に固定されていない方の短辺（上端縁）に荷重Ｍをぶらさげたときの水平板からの高さを測定した。さらに、上端縁が水平板に接地するときの荷重Ｍ（ｇ）を測定した。

（３）外挿作業性
燃料電池本体に該当する外径９６ｍｍの円柱体を準備し、この円柱体に、作製した筒状断熱材を手で外挿した。外挿時、筒状断熱材の端縁が円柱体端縁に当たって折れ曲がったり、めくれたりして、外挿が困難な場合を「×」、筒状円筒体に腰がなく、外挿作業時に屈曲するなどの理由から、外挿しにくかった場合を「△」、問題なく外挿できた場合を良好（「○」）とした。

〔芯材材料の種類と自立性〕
芯材Ｓ０：
矢澤産業株式会社製のスーパーウールマットＹＷＭ（厚み１０ｍｍ）を用いた。このスーパーウールマットＹＷＭは、シリカ繊維をウール状に解繊した後、ニードリングによりフェルト状に成形した無機繊維マットである。この芯材Ｓ０について、上記耐自立荷重試験を行おうとしたところ、図９に示す姿勢を保持することができなかった。

芯材Ｓ１：
矢澤産業株式会社製のスーパーウールマットＹＷＭ（厚み１０ｍｍ）の表面に、新日本サーマルセラミックス株式会社のサーモダインＣＷ（主成分：シリカ及びアルミナ）を水で希釈して得られた塗工液１００ｇ／１４０ｃｍ²を塗布した後、乾燥して、芯材Ｓ１とした。上記方法に基づいて耐自立荷重を測定した結果を表１に示す。

芯材Ｓ２：
矢澤産業株式会社製のスーパーウールマットＹＷＭ（厚み１０ｍｍ）を、ベントナイトの５％水溶液中に浸漬して、バインダー水溶液を十分に含浸させた後、取り出し、乾燥して、芯材Ｓ２とした。上記方法に基づいて耐自立荷重を測定した結果を表１に示す。

芯材Ｓ３：
シリカ繊維の糸状体（６７．５テックス）を朱子織してなる織布（厚み０．３ｍｍ、糸密度５５本／２５ｍｍ、５３本／２５ｍｍ）を用いた。この芯材Ｓ３について、上記耐自立荷重試験を行おうとしたところ、図９に示す姿勢を保持することができなかった。

芯材Ｓ４
芯材Ｓ３で用いた織布の表面に、芯材Ｓ１で使用した無機バインダー（サーモダインＣＷ）を塗工した後、乾燥することにより、織布両面に無機バインダー層が形成され、厚み１．０ｍｍとなった。これを芯材Ｓ４とし、上記耐自立荷重を測定した。結果を表１に示す。

芯材Ｓ０、Ｓ４は、いずれも無機バインダー処理がされていないもので、腰がなく、自立できなかった。シリカ繊維フェルトを無機バインダー処理してなる芯材Ｓ１，Ｓ２、及びシリカ繊維織布を無機バインダー処理してなるＳ３は、いずれも自立することができ、耐自立荷重はＳ３が一番大きかった。

〔筒状断熱材の作製〕
筒状断熱材Ｎｏ．１，２：
表２に示す芯材（Ｓ０又はＳ２）と同材料で構成される厚み１８ｍｍのシリカ繊維フェルト（Ｓ０’又はＳ２’）を使用した。各芯材の耐自立荷重（上記測定方法で、設置するときの荷重）を表２に示す。芯材は、外径９６ｍｍの芯管に捲回した後、芯管を抜き出すことにより作製した。
この芯材の表面に、ガラス繊維不織布にシリカエアロゲル（空隙率９５ｖｏｌ％）を分散させたエアロゲルシート（厚み６ｍｍ）を３回捲回して、厚み１８ｍｍの断熱素子捲回体を形成した。
この断熱素子捲回体の最外表面に、シリカ繊維フェルトを捲回することにより、厚み１８ｍｍの外包材を形成し、筒状断熱材Ｎｏ．１又はＮｏ．２とした。
作製した筒状断熱材の断熱性、外挿作業性を、上記評価方法に基づいて、測定、評価した。結果を表２に示す。

筒状断熱材Ｎｏ．３，４：
表２に示す芯材（Ｓ３又はＳ４）材料からなるシートを、外径９６ｍｍの芯管に捲回した後、芯管を抜き出すことにより、表２に示す厚みを有する芯材を作製した。
この筒状芯材の表面に、Ｎｏ．１で使用したものと同種類のエアロゲルシート（厚み６ｍｍ）を７回捲回することにより、厚み４２ｍｍの断熱素子捲回体を形成した。
この断熱素子捲回体の最外表面に、Ｎｏ．１で使用したものと同種類のシリカ繊維フェルトを捲回することにより、厚み１０ｍｍの外包材を形成し、筒状断熱材Ｎｏ．３又はＮｏ．４とした。
作製した筒状断熱材の断熱性、外挿作業性を、上記評価方法に基づいて測定、評価した。結果を表２に示す。

筒状断熱材Ｎｏ．５：
芯材Ｓ３と同じ材料で外包材を作製した以外は、Ｎｏ．３と同様にして、筒状断熱材を作製した。作製した筒状断熱材の断熱性、外挿作業性を、上記評価方法に基づいて、測定、評価した。結果を表２に示す。

Ｎｏ．１，２から、シリカ繊維フェルトを用いた芯材を備えた筒状断熱材では、バインダー処理により自立可能なものとしても、外挿作業性を満足できなかった。また、Ｎｏ．１とＮｏ．２の比較から、バインダー含浸により、若干、芯材の断熱性が劣る傾向がみられた。これらのことから、分厚くすることでバインダー充填量が増大し、耐自立荷重は上がるが、耐熱性はむしろ損なわれる傾向にあるので、無機繊維フェルトを用いた芯材では、耐熱性と外挿作業性の両立が困難であることがわかる。

一方、Ｎｏ．３とＮｏ．４の比較から、芯材としてシリカ繊維織布を用いた場合、バインダー処理クロスとすることにより、断熱性に対する効果は認められないが、耐自立荷重性が大幅に向上することがわかる。特に、シリカ繊維フェルトよりも薄い厚みで、外挿作業性を確保するのに必要な耐自立荷重を確保できることがわかる（Ｎｏ．４）。従って、芯材にバインダー処理クロスを用いることで、耐熱性と外挿作業性の両立を図ることが可能となる。

Ｎｏ．４とＮｏ．５との比較から、外包材についてもバインダー処理クロスを使用することで、筒状断熱材の全体の厚みが薄くなったにもかかわらず、外挿作業性を損なうことなく、Ｎｏ．４と同程度の断熱性を確保できることがわかった。

本発明の筒状断熱材は、熱機器への取り付け作業である外挿作業性がよいので、筒状断熱材の取り付け作業を自動化することも可能となる。また、筒状断熱材の状態で、出荷できるので、生産性がよい。従って、筒状断熱材の生産者側にとっても、使用者側にとっても、生産効率がよく、有用である。

１ 芯材
２ 断熱素子シート
３ 外包材
４ 筒状断熱材
５ 断熱素子捲回体
Ａ 熱機器の本体

Claims (10)

1. 無機繊維の糸状体を製織してなる織布を無機バインダーで処理してなるバインダー処理クロスからなる筒状芯材；
   繊維質基材に無機エアロゲルを分散させてなる可撓性断熱シートを、前記筒状芯材の外周面に捲回することにより形成された断熱素子捲回体；及び
   前記断熱素子捲回体の最外周面に積層された、無機繊維を主体とする外包材
   を備えた筒状断熱材。
2. 前記筒状芯材の厚みは、０．３〜３．０ｍｍである請求項１に記載の筒状断熱材。
3. 前記糸条体は、１０〜４００テックスのセラミック繊維又はガラス繊維の糸条体である請求項１又は２に記載の筒状断熱材。
4. 前記無機バインダーは、前記織布の内部に含浸又は織布表面に塗工されている請求項１〜３のいずれかに記載の筒状断熱材。
5. 前記筒状芯材は、前記織布の少なくとも一面に、前記無機バインダー層が積層されたものである請求項１〜４のいずれかに記載の筒状断熱材。
6. 前記外包材は、無機繊維シートを捲回したものである請求項１〜５のいずれかに記載の筒状断熱材。
7. 前記外包材は、無機繊維シートからなる１対の半円筒体を、合接したものである請求項１〜５のいずれかに記載の筒状断熱材。
8. 前記無機繊維シートは、無機繊維の糸状体を製織してなる織布を無機バインダー処理してなるバインダー処理クロスで構成されている請求項６又は７に記載の筒状断熱材。
9. 前記無機繊維シートの捲終わり部又は合接部は、前記断熱素子捲回体の捲き終わり部に対して、該断熱素子捲回体の厚み方向の延長上でないように配置されている請求項５〜８のいずれかに記載の筒状断熱材。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の筒状断熱材が装着された熱機器。

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