JP3739991B2

JP3739991B2 - 結露防止用外装材

Info

Publication number: JP3739991B2
Application number: JP2000087862A
Authority: JP
Inventors: 信吾米澤; 敏江垰本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP2001270031A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管などに使用され結露防止に有効な結露防止用外装材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＮＧプラントに代表される配管の保温・保冷状態はパイプの外部に巻かれる断熱材および外装材に影響される。搬送流体がマイナス百数十℃程度の配管の場合、外装材表面で腐食の原因になる結露が生じる恐れがあるため、パイプ外装材の表面温度を露点以上に保持することができるような厚みいわゆる保冷厚さ以上の断熱材が使用される。この保冷厚さについては、例えば、ＡＳＴＭＣ６８０−６９、ＶＤＩ２０５５などに試算モデルが示されているが、対流による熱伝達率を一定とした場合、外装材表面の放射率が高いほど保冷厚さが薄くなる傾向がある。
【０００３】
現在、外装材としては一般的に塗装されていないステンレス鋼板、アルミニウムめっき鋼板、アルミニウム板が使用されている。配管の施工上、断熱材の厚みは薄い方が好ましいが、これらの外装材の赤外線放射率は０．２〜０．４と低く、設計が適切でなかった場合、昼間日陰になる部分および夜間時に表面に結露を生じることがあった。この結露の発生によって外装材の腐食が発生し進行すると、外装材の交換が必要になり、さらに断熱材部に水分が侵入した場合には、断熱効果が低下して保冷不足になったり、配管自体の腐食も誘発したりして、内部液体の一部が気化し輸送効率が著しく低下するという問題があった。
【０００４】
前記のような結露を防止するため、例えば雑誌「配管と装置」９６年３月号２〜７ページに見られるように外装材に赤外線放射率０．８〜０．８５程度の塗装材を使用することが検討されている。これら塗装材の使用により前述の外装材と比較して２０〜３０％程度保冷厚さの低減を図ることができると試算されている。従って、既存の設備・配管に対しても外装材のみを交換することで、断熱材の厚みを変えることなく、より大きな結露防止効果を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、塗装材の被膜の主成分である有機高分子の赤外線放射特性は、図２の分光放射スペクトルにみられるように、波長４〜６μｍの放射率が他の波長域に比較して低く、このことは全波長域を対象とした赤外線放射率を低下させる原因となっている。この理由は、有機高分子の骨格や官能基の有する固有の振動、回転エネルギーのうち、４〜６μｍの波長域には、例えばニトリル基などの限られた赤外エネルギーしか存在しないためである。
【０００６】
有機高分子被膜の放射率は、一般的に被膜厚さに依存するので、膜厚を増加させることによって赤外線放射率を高くすることができる。しかしながらプレコート鋼板においては、各種特性を満足させるため膜厚の上限が設定され、前述の赤外線放射率をさらに大きくすることは不可能であった。そこで赤外線放射率を向上させる手段としては、この波長領域に高放射率を示す粉末を被膜中に含有させる方法しか見出されていなかった。
【０００７】
本発明は、外装材の有機高分子被膜において、波長４〜６μｍ域での分光放射率を向上させることにより、赤外線放射率を向上させ、例えば、低温運転されるＬＮＧプラントなどの配管に対して、結露防止保冷厚さを低減し、かつ耐食性に優れた結露防止用外装材の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明の態様は、金属板の少なくとも片面に、表面粗さが中心線平均粗さで２〜２０μｍ、うねりの平均波長が５〜６０μｍであって、波長４〜６μｍ域での分光放射率の最小値が０．５以上、かつ赤外線放射率が０．８５以上である有機高分子被膜を形成したことを特徴とする結露防止用外装材である。
本発明において、「うねりの平均波長」とは凹凸形状を形成する有機高分子被膜において、前記凹凸の平均間隔を意味する。
【０００９】
前記本発明においては、前記有機高分子被膜が例えばポリエステル系又はアクリル系の縮み塗料からなることを特徴とするか、前記有機高分子被膜中の平均粒径が２〜６０μｍである骨材を乾燥被膜中体積含有率で３０〜８０％含有することを特徴とすることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、結露防止用として、赤外線放射率をさらに（０．９程度以上まで）向上させる方法として、外装材の被膜表面を表面粗さが中心線平均粗さで２〜２０μｍ、うねりの平均波長を５〜６０μｍとし、波長４〜６μｍ域の分光放射率の最小値を０．５以上とすることが有効であることを見い出した。
波長４〜６μｍの赤外線の放射率を向上させるために、有機高分子被膜の表面形状を本発明に規定した中心線平均粗さで２〜２０μｍ、うねりの平均波長が５〜６０μｍとすれば効果が得られることについて、発明者らは、顔料粒径が塗膜の隠ぺい性に影響を及ぼす場合と同様の作用が働くためと推定している。
【００１１】
着色顔料の粒径と光の反射、吸収などの光学特性との関係は、これまで多くの研究者によって研究されてきた。その結果、良好な隠ぺい力や着色力を得るためには、最適な顔料粒径が存在することが明らかにされている。最適粒径は顔料の屈折率によって変化するが、屈折率の高いルチル型酸化チタンで光の波長の１／２倍の粒径、屈折率の比較的低い黄酸化鉄で光の波長の１倍の粒径である。Kirchhoffの法則より吸収率と放射率は等しいことから、吸収率を放射率と置き換えて考えることが可能である。すなわち、光の効率的な反射、吸収／放射が行われる粒径は、対象とする光の波長の少なくとも１／２倍以上必要であることが導かれる。
【００１２】
被膜表面において、平滑な表面に比較して粗度の大きな表面が高い放射率を示すことについては、当然、表面粗度の大きい表面は表面積が拡大されることによって、放射性を高めるからであると考えられるが、それだけでは、有機高分子被膜の放射特性の中でとりわけ波長４〜６μｍの領域の分光放射率を大幅に向上することを説明できない。本発明者らは、顔料粒径と光の反射、吸収／放射特性との関係と同様の作用が被膜表面で生じ、この作用が赤外線放射率の向上に大きく寄与するためであると推察する。
【００１３】
さらに、本発明で注目した波長４〜６μｍの領域の赤外線を放射するためには、目的波長の１／２倍である２μｍ以上、２０μｍ以下の中心線平均粗さを有し、うねりの平均波長が５〜６０μｍと規定することで達成することが可能となる。
中心線平均粗さが２μｍより小さいか、うねりの平均波長が５〜６０μｍでない場合、上記の作用を得ることができないため、目的とする波長４〜６μｍの領域の分光放射率を向上することができない。又、中心線平均粗さが２０μｍより大きいものは成形加工時に被膜の割れを生じやすく、対磨耗性も劣るため実用性を満足しない。
本発明の被膜表面形状を形成することにより、波長４〜６μｍの分光放射率の最小値は平滑な表面が０．３〜０．４程度（図２参照）であるのに比較して、図１の分光放射スペクトルに示すように０．５以上に向上させることが可能となった。
【００１４】
本発明の赤外線放射率の高い外装材が結露防止に有効に働くのは、以下に説明する作用によると考えられる。
本発明の結露防止用外装材がＬＮＧなど極低温の流体を輸送する保冷配管の外装材として使用される環境において、外装材表面温度は周囲環境の温度より低い状態となる。この場合、熱の移動は周囲環境から外装材の方向に生じることになるため、外装材の吸収率、すなわち、放射率が高いほど外装材表面の温度は上昇し、露点以上に保つことが容易となる。環境の温度は、ＬＮＧが産出される熱帯地域においては最高４０℃を越えることが考えられる。このような高温からは主として波長３〜５０μｍの赤外線が放射される。放射される赤外線の内、よりエネルギーの大きい短波長の４〜６μｍの分光放射率を０．５以上にすることは、従来の有機高分子被覆外装材に比較して、外装材表面温度を露点以上に保つことに有利に働き、その結果、断熱材の厚さを減少させることが可能となる。
【００１５】
本発明者らは、本発明の４〜６μｍ域の分光放射率の最小値が０．５以上を示す形状を持つ有機高分子被膜をより容易に形成する方法を見出した。一つは、例えば、縮み塗料（表面張力、硬化速度の異なる２種類以上の樹脂を組み合わせた塗料であって、焼き付け硬化後、凹凸形状を形成する塗料）を選択し、適切な条件で塗装・焼き付け硬化させることによって本発明に規定する表面形状を持った被膜を形成させる方法である。縮み塗料の樹脂系としては、特に限られるものではないが、例えばポリエステル樹脂またはアクリル樹脂などがあげられる。塗装条件としては、平均被膜厚として、少なくとも１２μｍ以上を形成することが望ましい。１２μｍ未満であると被膜厚に依存する赤外線放射率が下地金属板の放射率を反映して低くなり、本発明規定の赤外線放射率０．８５以上を達成できないためである。焼き付け硬化条件としては、公知のプレコートメタル用縮み塗料の焼き付け条件、例えば、１８０〜２５０℃で３０〜１２０秒間焼き付ける方法を採用すればよい。
【００１６】
もう一つの方法は、有機高分子被膜中に平均粒径が２〜６０μｍである骨材を乾燥被膜中体積含有率で３０〜８０％含有させる方法である。
骨材の粒径が２μｍ未満の場合中心線平均粗さが２μｍ以下となり、６０μｍを超えるとうねりの平均波長が６０μｍを超えるため、ともに本発明の規定範囲を満足しない。
骨材の乾燥被膜中体積含有率が３０％未満の場合、うねりの平均波長が６０μｍを超え、本発明の規定範囲を達成しない。一方骨材の乾燥被膜中体積含有率が８０％を超えると、被膜中に占めるバインダーの比率が小さくなり、被膜の凝集力の不足したもろい被膜となるため実用に耐えられなくなる。
この場合の有機高分子被膜は、樹脂系が例えばポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、シリコン変性ポリエステル樹脂の少なくとも１種以上を選択したプレコートメタル用塗料を使用して、適当な焼き付け条件、例えば１８０〜２５０℃で３０〜１２０秒焼き付ければよい。
なお、骨材の種類は、例えば、ガラスビーズ、シリカ粒子、ナイロンビーズ、ポリエステルビーズ、ポリアクリロニトリルビーズ、ＰＴＦＥ粒子、アクリルビーズ等、無機物、有機物を問わない。
【００１７】
本発明の結露防止用外装材の基板である金属板には、耐食性の良好なめっき鋼板、例えば、アルミニウムめっき鋼板、亜鉛−アルミニウム合金合金めっき鋼板、亜鉛めっき鋼板など、ステンレス鋼板、アルミニウム板などが使用できる。
【００１８】
さらに赤外線放射率の向上を図る場合には、被膜中に赤外線高放射性材料粉末を一種以上添加してもよい。このような粉末としては、セラミックス粉末、遷移元素の酸化物又は複合酸化物粉末、カーボンブラックなどがある。具体的には、セラミックス粉末として、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＢ₂，ＴｉＯ，ＺｒＣなどがあり、遷移元素の酸化物又は複合酸化物粉末としては、Ｆｅ₃Ｏ₄、ＭｎＯ₂，ＣｏＯ，ＣｕＯ，Ｃｒ₂Ｏ₃，ＮｉＯなどがある。
【００１９】
なお、本発明の有機高分子被膜を形成しないもう一方の面については被膜の有無を規定しないが、結露による腐食防止のためには、同様に適当な被膜を形成しておくことが望ましい。
【００２０】
（実施例）
本発明の実施例を比較例、従来例とともに以下に説明する。
実施例１
板厚０．５ｍｍの溶融アルミニウムめっき鋼板の基材の片面に、アルカリ脱脂処理後、リン酸クロメート処理を施した。そして、顔料組成を乾燥被膜に占める割合がＴｉＯ₂（平均粒径０．２３μｍ）５０質量％、カーボンブラック（平均粒径０．０２μｍ）０．５質量％であるポリエステル樹脂系縮み塗料を乾燥後の被膜厚が２０μｍとなるよう塗装、乾燥して外装材を製造した。
【００２１】
実施例２
実施例１において乾燥後被膜厚を１２μｍとした以外は実施例１と同様な操作を行い外装材を製造した。
【００２２】
比較例１
実施例１において、塗料を同一顔料組成のポリエステル樹脂系塗料に変更した以外は実施例１と同様な操作を行い外装材を製造した。
【００２３】
実施例３
実施例１において、塗料を同一顔料組成のポリエステル樹脂系塗料に変更し、平均粒径が２５μｍのナイロンビーズを乾燥被膜中体積含有率が３０％となるよう混合した後、塗装、乾燥した以外は実施例１と同様な操作を行い外装材を製造した。
【００２４】
実施例４
実施例１において、塗料を同一顔料組成のポリエステル樹脂系塗料に変更し、平均粒径が２５μｍのナイロンビーズを乾燥被膜中体積含有率が８０％となるよう混合した後、塗装、乾燥した以外は実施例１と同様な操作を行い外装材を製造した。
【００２５】
比較例２
実施例１において、塗料を同一顔料組成のポリエステル樹脂系塗料に変更し、平均粒径が２５μｍのナイロンビーズを乾燥被膜中体積含有率が２０％となるよう混合した後、塗装、乾燥した以外は実施例１と同様な操作を行い外装材を製造した。
【００２６】
比較例３
実施例１において、塗料を同一顔料組成のポリエステル樹脂系塗料に変更し、平均粒径が７０μｍのナイロンビーズを乾燥被膜中体積含有率が５０％となるよう混合した後、乾燥後被膜厚が６５μｍとなるよう塗装、乾燥した以外は実施例１と同様な操作を行い外装材を製造した。
【００２７】
実施例５
板厚０．５ｍｍのクロム系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０２Ｂ仕上げ材からなる基材の片面に、アルカリ脱脂処理後、塗布型クロメート処理液を塗布、乾燥した。そして、実施例１と同じポリエステル樹脂系縮み塗料を乾燥後の被膜厚が２０μｍとなるように塗装、乾燥して外装材を製造した。
【００２８】
実施例６
板厚０．５ｍｍの５％Ａｌ溶融亜鉛めっき鋼板からなる基材の片面に、酸洗処理後、塗布型クロメート処理液を塗布、乾燥した。そして、実施例１と同一顔料組成のアクリル樹脂系縮み塗料を乾燥後の被膜厚が２０μｍとなるように塗装、乾燥して外装材を製造した。
【００２９】
従来例
実施例１において、塗装する塗料をアクリルクリアーとし、乾燥後被膜厚を２μｍとした以外は実施例１と同様な操作を行い外装材を製造した。
【００３０】
下記表１に、実施例１〜６、比較例１〜３、従来例で各々製造した外装材の被膜特性を示す。
なお、赤外線放射率は、放射計（Device & Service社製 AERD型）を用いて波長３〜３０μｍの範囲の全放射率を測定して、赤外線放射率とした。また、波長４〜６μｍの分光放射率は、CI systems社製 SR IR spectroradiometerを用いて計測した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１に示すように、本発明実施例１〜６はいずれも、表面粗さが中心線平均粗さで２μｍ以上で２０μｍ以下、うねりの平均波長が５μｍ以上で６０μｍ以下であって、波長４〜６μｍ域での分光放射率の最小値が０．５以上、かつ赤外線放射率が０．８５以上であるという本発明の数値限定範囲に入っているが、比較例１〜３及び従来例は上記の数値限定範囲を満足していない。
【００３３】
次いで、断熱材の厚さを変えることにより、結露の有無を見る試験を行った。
試験は雰囲気２０℃、相対湿度６０％の屋内で行った。図３に示すように直径１５０ｍｍ、長さ４００ｍｍの円筒状鋼製容器（板厚２ｍｍ）１の底面に設けた注入口２より液体窒素を注入し、密閉した。鋼製容器１の両底面に直径３５０ｍｍ、厚さ２５０ｍｍの円柱状断熱材３をそれぞれ被覆した。なお、断熱材にはＪＩＳＡ９５１４規格の保温板１種２号に相当する硬質ウレタンフォーム成型品を切出して使用した。
続いて測定面である側面に上記と同一の断熱材４を設定厚さに巻き付けて被覆し、この外面に表１に示した外装材５を隙間無く巻き付け、バンド止めして固定した。
結露発生の有無の判定は、鋼製容器外面に接触させた熱電対によって示される温度が−１５０℃以下に６０分以上保持されたのを確認後、外装材表面を目視観察して行った。各外装材について断熱材厚さを減少していき、結露の発生が起こらない最小の厚さ（結露非発生最小断熱材厚さ）を記録した。調査結果を下記表２に示す。
【００３４】
【表２】

【００３５】
表１、表２より赤外線放射率、波長４〜６μｍの分光放射率の最小値が大きくなる程、結露非発生最小断熱材厚さは小さくなることが分かる。即ち、本発明の範囲でない比較例１〜３、従来例の場合、結露非発生最小断熱材厚さは大きくなるのに対して、本発明品の範囲である４〜６μｍの分光放射率が０．５以上、赤外線放射率が０．８５以上である実施例１〜６の場合に、断熱材厚さの低減効果が得られたことが分かる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以下のような優れた効果を奏する。
（１）請求項１に係る本発明の結露防止用外装材によれば、高放射率であることから、断熱保冷材の厚さが小さくて済むため、ＬＮＧプラント等の設備コストの削減が図れる。同時に、塗装鋼板を使用することにより外装材の耐食性の向上を図ることもできる。
（２）請求項２〜請求項4のいずれか１項に係る本発明の結露防止用外装材によれば、請求項１に規定した本発明の結露防止用外装材を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結露防止用外装材における分光放射スペクトルの一例を示す図である。
【図２】従来の塗装材における分光放射スペクトルの一例を示す図である。
【図３】結露非発生最小断熱材厚さを求めるための実験装置の斜視図である。
【符号の説明】
１鋼製容器
２注入口
３円柱状断熱材
４側面断熱材
５外装材

Claims

金属板の少なくとも片面に、表面粗さが中心線平均粗さで２〜２０μｍ、うねりの平均波長が５〜６０μｍであって、波長４〜６μｍ域での分光放射率の最小値が０．５以上、かつ赤外線放射率が０．８５以上であり、凹凸形状を形成する有機高分子被膜を形成したことを特徴とする結露防止用外装材。