JP5449220B2 - 断熱パイプカバー - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機や空調機の配管の周囲に被せて用いられる断熱パイプカバーに関する。更に詳しくは、断面形状が均一な円形を示し、断熱性が高い断熱パイプカバーに関するものである。

断熱パイプカバーは、配管（パイプ）等の管状体を外界から断熱するためにその外面に被せるようにして取り付けられる筒型の断熱体である。例えば、冷凍機器内の冷媒配管、冷凍機器間の冷媒配管を保冷するために、或いは熱流体が流れる配管を保温するために使用される。断熱パイプカバーは、良好な断熱性を得るために、厚肉の発泡材で形成されていることが多い。
従来の断熱パイプカバーとしては、特許文献１に示すように、ポリエチレン製樹脂発泡シートを短冊状に加工したのち、幅方向に丸め、突き合わされた端面を溶着してパイプ状に成型されたパイプカバーが一般的である。
また、特許文献２のように、巻回したテープの一巻きとそれに隣合うテープの一巻きとを側縁部同士突き合わせ、又は側縁部同士重ね合わせるようにして、発泡材製テープを螺旋状に巻回し、かつ突き合わせ又は重ね合わせた側縁部同士を相互に熱融着によって接合してなる発泡材製内筒層と、内筒層上に巻回したテープの一巻きとそれに隣合うテープの一巻きとを側縁部同士突き合わせ、又は側縁部同士重ね合わせるようにして、発泡材製テープを螺旋状に巻回し、かつ突き合わせ又は重ね合わせた側縁部同士を相互に熱融着によって接合してなる発泡材製外筒層との積層筒体からなることを特徴とする断熱パイプカバーも製造されている。
しかし、特許文献１の断熱パイプカバーは、肉厚や形状を均一にするのが困難な為、パイプカバーの位置によって断熱性が異なるという難点があった。
また、特許文献２では肉厚が均一な円筒状の断熱パイプカバーを得られるが、その材料となる発泡テープには、特許文献１と同じくポリエチレン製樹脂架橋発泡シートを使用していた。ポリエチレンは熱伝導率が比較的高い樹脂であるのに加え、ポリエチレン製架橋発泡シートは気泡壁間距離が長くなりやすく熱伝導率が低くなりにくい為、所望の断熱性を発揮する為には、パイプカバーの肉厚を厚くする必要があった。ここで、気泡間距離とは、厚さ方向に隣接する気泡壁の距離であり、例えば気泡が完全な球状のときは気泡径と同じ値である。しかし、パイプカバーの肉厚が厚いと、配管設置時の必要スペースが大きくなることから、例えば小型のビルや戸建住宅への設置が難しいとの難点があった。

特許第３５１０３６４号号公報 特許第３３８４９４８号号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、断熱パイプカバーの厚さ方向の気泡壁数を制御することにより、従来品よりも高い断熱性を示す断熱パイプカバーを提供することを課題とする。

本発明の課題は、以下の手段によって達成された。
（１）巻回した樹脂発泡テープの側縁部を接合して製造された断熱パイプカバーであって、該樹脂発泡テープは熱可塑性樹脂からなり、該断熱パイプカバーの密度が、０．０２〜０．０９ｇ／ｃｍ^３であると共に、該断熱パイプカバーの１０ｍｍ厚さ当たりの気泡壁数が４０個以上であり、かつパイプカバーの厚さ方向に気泡径を見た際の幅方向の気泡壁間距離に対する厚さ方向の気泡壁間距離の比である気泡壁間距離のアスペクト比が外周側から内径側に向かって傾斜をもつことを特徴とする断熱パイプカバー。
（２）該断熱パイプカバーの気泡壁間距離が、厚さ方向に１０μｍ〜１００μｍのものが２０〜６０％、１００〜４００μｍのものが４０〜８０％の割合で含まれていることを特徴とする（１）項に記載の断熱パイプカバー。
（３）該断熱パイプカバーの断面形状が、多数の条を束ねた形状になっていることを特徴とする（１）又は（２）項に記載の断熱パイプカバー。
（４）前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー等のポリオレフィン系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂およびポリカーボネート系樹脂から選択される樹脂であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の断熱パイプカバー。

本発明に係る断熱パイプカバーは、断熱性が高く、そのため断熱効果を高め従来のものよりも断熱材の厚さを小さくすることができる。

図１は実施例１に記載の押出システムの該略図である。 図２は実施例１に記載の多孔ダイの一部を拡大して示す説明図である。 図３は実施例１に記載のマントル成形機の該略図である。 図４はパイプカバーの斜視図であり、流れと厚み方向の説明図である。 図５はパイプカバーの正面図である。 図６はパイプカバーのＡ−Ａ断面図である。 図７はパイプカバーを形成する発泡テープの縦断面を拡大して示すＳＥＭ写真像であり、気泡壁間距離と気泡壁数の算出方法に関する図解ともなる。 図８は発泡テープの断面形状を模式的に示す断面図である。

本発明にて得られる断熱パイプカバーは、押出機に発泡性樹脂を供給し、ダイから当該樹脂を押し出すと同時に発泡させて得た発泡テープを直接マントル成形機に供給し、マントル成形機上で隣接する発泡テープの側縁部同士を熱融着させながら発泡テープを並列巻回する製法によって得られるものである。この製法を用いることによって、均一な円筒状のパイプカバーを製造することが出来る。
断熱パイプカバーの流れ、厚み方向４２と断面との関係を図４に斜視図で示し、図７から後述するように気泡壁間距離７１と気泡壁７２の数が算出できる。

断熱パイプカバーの内径は、断熱パイプカバーで覆う配管の外径に合わせて任意に設定できるが、一般的には９．５２ｍｍ〜５３．９８ｍｍの範囲である。肉厚は、好ましくは１０ｍｍ〜８０ｍｍ、さらに好ましくは２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲である。肉厚が１０ｍｍを下回ると断熱性が低下してしまい、８０ｍｍを超えるとパイプカバーが大きくなりすぎて実用的ではない。発泡材製テープの幅及び厚さは、螺旋状に巻ける限り、特に限定はないが、幅が１０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲、厚さが４ｍｍ〜１０ｍｍの範囲のテープが巻回し易い。

断熱パイプカバーの密度は用途に応じて決定することができるが、発泡体の柔らかさと断熱性を考慮すると０．０２〜０．０９ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、本発明においては０．０２〜０．０９ｇ／ｃｍ ^３ である。密度が０．０９ｇ／ｃｍ^３を上回ると断熱性に劣り、０．０２ｇ／ｃｍ^３を下回ると軟らかすぎる為、例えば銅管等をパイプカバー内に通した際に自重で潰れてしまう等の問題が生じる可能性がある。さらに実用性と製造安定性を考慮すると、前記密度は０．０３〜０．０６ｇ／ｃｍ^３がさらに好ましい。
図４及び５に示した、断熱パイプカバーの肉厚１０ｍｍ当たりの気泡壁数は、８０個以上であることが好ましく、１００個以上２０００個以下がより好ましく、本発明においては４０個以上である。気泡壁数が少なすぎると赤外線を反射させる能力に劣る為に充分な断熱性能が発揮できない。また２０００個を超えると赤外線を反射せずに透過してしまい、断熱性能が低下する。ここで気泡壁とは厚さ方向における隣合う気泡と気泡の間の樹脂壁のことをいう。気泡壁数とは厚さ方向の気泡壁の数である。気泡壁数の測定方法は次の通りである。断熱パイプカバーの断面に対し、顕微鏡等を用いてスクリーンまたはモニタ等に拡大投影し、図７に示すように投影画像上において厚み方向４２に線分７３を引き、その直線と交差する気泡壁数７２を計数する。通常サンプル厚さを１０ｍｍになるように切り出して観察するが、厚さが１０ｍｍ丁度ではない場合には、厚さ１０ｍｍに換算して気泡壁数を求めてもよい。気泡壁数は樹脂を押出発泡し、その際に発泡剤を適当量混合し、かつ押出温度を適正な範囲
で調整する等の方法により上記範囲に調節できる。その際、気泡核剤を用いると調整が容易になる。

発泡テープの断面形状は、図８に記したような多数の条８０を束ねた構造を示していることが好ましい。この条自体が発泡している。条は最密構造で重なることが好ましいが、この形状には限らず、例えば厚み方向４２に整列したような構造をとっても構わない。このような構造をとることで、条同士の接着面に近い部分は気泡壁間距離が小さく、条の中心部は気泡壁間距離を大きくすることが容易になる。ここで気泡壁間距離とは厚さ方向における線分上での気泡の内径をいう。また、発泡テープの形状、幅、厚みに関しては特に規定は無く、巻き回して側縁部を接合することが出来ればどのようなものを用いても良い。条は最密充填しているので実際は空隙は殆んどない。
断熱パイプカバーに含まれる気泡に対しては、後述する、パイプカバー厚み方向４２の気泡壁間距離について、厚さ方向に１０μｍ〜１００μｍの気泡（小気泡Ａ）が２０〜６０％、１０１〜４００μｍの気泡（大気泡Ｂ）が４０〜８０％の割合で含まれていることが好ましい。気泡Ａと気泡Ｂが上記の割合で存在することにより広い範囲の赤外線を反射することが可能になり、断熱性が向上する。小気泡Ａの割合が多すぎると長波長側の赤外線反射効果が薄れ、少なすぎると短波長側の赤外線反射効果が薄れる。
また、本発明において上記断熱パイプカバーは、厚さ方向に気泡径を見た際、気泡壁間距離のアスペクト比（幅方向の気泡壁間距離に対する厚さ方向の気泡壁間距離の比）が傾斜を持つ。アスペクト比は、内径側が小さく、外周側に向かって徐々に大きくなるような傾斜でも、外周側が小さく、内径側に向かって徐々に大きくなるような傾斜でも構わないが、特に外周側から内径側に向かってアスペクト比が小さくなるような傾斜をもつことが好ましい。このような傾斜を持つ気泡を生成することで広い範囲の赤外線を反射することが可能になり、以下のような効果がある。

本発明のパイプカバーの断熱効果が優れる理由は未だ定かではないが次のように推定される。パイプカバーの断熱性を向上させるには、パイプカバーを透過しようとする赤外線の反射が有効な手段である。赤外線を含む電磁波は、屈折率の異なる物体の界面で反射する性質を有しており、その屈折率差や物体の大きさによって反射される赤外線の波長が異なる。すなわち樹脂内に気泡が存在すれば、樹脂と空気の界面で赤外線が反射されることになる。しかし、例えば２３℃の黒体から放射される赤外線は２〜１００μｍと広い範囲をとっており、気泡の大きさが均一な場合には、ある一定の波長の赤外線しか反射できない。前記のように気泡の大きさに分布があると、広い波長範囲の赤外線を反射することが可能になるためと推定される。
アスペクト比に傾斜を付ける為には、例えばテープの片側のみを延伸したり、圧縮する等の手法により行うことができる。

押出発泡に用いる押出機は特に限定されず、単軸押出機、二軸以上の多軸押出機を単独、あるいは組み合わせた押出機を使用してよい。押出機出口付近の樹脂温度を十分に冷却して発泡倍率を向上させる観点からは、押出機を二台以上連ねたシステムの使用が好ましい。

押出発泡に用いるダイは特に限定されず、ロッドダイ、Ｔダイ、多孔ダイ等を使用することができる。気泡壁間距離を制御する上では、多孔ダイを用いることが好ましい。
樹脂発泡体の製造方法としては、ガス発泡、化学発泡等を使用することができる。ガス発泡の場合、発泡剤としては炭酸ガス、窒素ガス、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスのほか、ブタン、ペンタン、テトラフルオロプロペン等の揮発性発泡剤を使用してよい。化学発泡の場合、化学発泡剤としてはアゾジカルボンアミド、炭酸水素ナトリウム、重層などを使用してよい。樹脂との親和性、安全性の観点からは炭酸ガスを用いることが好ましい。

発泡テープに用いられる熱可塑性樹脂は、押出発泡が可能である樹脂であれば特に限定はなく、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー等のポリオレフィン系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂を押出発泡したものを単独、あるいは２種類以上を混ぜ合わせて用いてよい。発泡性と断熱性を両立させる上では、ポリプロピレン系樹脂を用いるのが好ましい。
また熱可塑性樹脂には増核作用を有する気泡核剤を含有させても良い。具体的にはタルク、金属石鹸などであり、その量は通常１０質量％以下である。

発泡テープの材料には断熱性を高める目的で赤外線遮蔽性物質を加えてよい。この物質としては、ポリスチレン、ポリアクリル酸エステル系樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸や、それらの共重合体といった有機化合物の他、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸リチウム、酸化チタン、ハイドロタルサイト、ワラストナイト、ゼオライト、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、窒化チタン、チタン酸カリウム、黒鉛等の無機化合物を使用することができるが、この限りではない。

本発明において、特性に影響を及ぼさない範囲で、発泡前の熱可塑性樹脂に、結晶化促進剤、酸化防止剤、帯電防止剤、紫外線防止剤、光安定剤、蛍光増白剤、顔料、染料、相溶化剤、滑剤、強化剤、難燃剤、架橋剤、架橋助剤、可塑剤、増粘剤、減粘剤などの各種添加剤を配合しても良い。また、得られた熱可塑性樹脂発泡体に上記添加剤を含有する樹脂を積層しても良いし、上記添加剤を含有する塗料をコーティングしても良い。防火の観点からは、発泡体は難燃化されていることが好ましい。

断熱パイプカバーの積層筒体の外側に発泡材とは異なる材料、例えばアルミニウム・フィルム、ポリ塩化ビニール・フィルム、ポリエチレン・フィルム等からなる外装用のテープ、好適には例えば片面に粘着面を有する粘着テープを巻回又は長手方向に縦添え等して貼り付け、防水性及び一体性を向上させると共に外観を良くするようにしても良い。貼り付けは、全面に行っても良いし、部分的に行っても良い。また、このようなテープを積層筒体の内部の筒層に使用しても良い。貼り付け方法は、接着剤による接着でも、また熱融着による接着でも良い。また、断熱パイプカバーの内側中空部の断面形状は、任意であって、例えば、円形でも、三角形でも、楕円でも良い。

次に本発明の巻回した樹脂発泡テープの端部を接合する断熱パイプカバーの製造方法を説明すると、押出機に樹脂とともに発泡剤を供給し、ダイから当該樹脂を押し出すと同時に発泡させ発泡テープを得る。すなわち、いわゆる押出発泡により発泡テープを得るものである。
ダイ（多孔ダイ）から樹脂を押し出すと同時に発泡させて得た発泡テープを直接（切断せずそのまま）マントル成形機に供給し、当該発泡テープの側縁部を熱で融着させながら発泡テープを並列巻回する。この巻回は螺旋状に行う。

以下、本発明の断熱パイプカバーの製造方法の好ましい具体例を、添付図面を参照して説明する。図１は製造プロセスの一例を示す概略図である。

図１において、押出機は樹脂の加熱溶融・混練用の第一押出機１１とその冷却用の第二押出機１２を連ねたタンデムシステムとなっている。第一押出機１１はホッパー１３を備え、当該ホッパー１３には材料となる樹脂を供給し、加熱・溶融する。また、発泡剤であるガスについては、第一押出機１１のガスポート１６から、ガスボンベ１４を源とし昇圧機１５で昇圧されたガスを供給し、押出機内で溶融樹脂と十分に混合（混練）させて、樹脂中にガス気泡を分散させる。溶融樹脂とガスの混合物は第二押出機１２へ搬送され、流路を進むにつれて十分に冷却される。

次に樹脂とガスの混合物を、多孔ダイ１７から押し出すと同時に発泡させる。多孔ダイ１７から押し出された棒状の発泡樹脂は、発泡により互いに融着することにより、発泡テープ１８となるが、当該発泡テープ１８の表面を、多孔ダイ１７から出た直後に、例えば当該発泡テープ１８の近傍に設置したヒーター１９で軽く溶融させ、マントル成形機１１０に発泡テープ１８として送る。

当該加熱され軽く溶融された発泡テープ１８は、マントル成形機１１０と押さえローラー１１１の間に供給されるとともに、自動で巻回しが始まり、当該発泡テープの溶融された端部を融着させながら巻回することにより、連続して断熱パイプカバー１１２が得られる。

図２に多孔２２を形成した多孔ダイ１７の一部２１を拡大して示す説明図を示す。
前記のマントル成形機１１０としては、図３に示したようにそれ自体公知のものが使用でき、特にマントルシャフト３１の周囲に、フレキシブルシャフト３２が螺旋状に巻回された構造のものが好ましく用いられる。すなわち、ギアボックス３３に接続されたフレキシブルシャフト３２が軸を中心に回転することにより、マントルシャフト３１の周囲に沿って、多孔ダイ１７の一部２１から供給された樹脂発泡テープ１８を捲回すことができる。なお、１１１は押さえローラーであり、供給された発泡テープ１８をその回転により、確実にマントルシャフト３１に巻きつけるように作用する。

次に、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものでない。
実施例及び比較例において得られたパイプカバーサンプルの各物性の測定、評価は以下の方法にて行った。その結果を表１に示した。
（気泡壁数、気泡壁間距離の測定）
図４に示すように、得られたパイプカバー１１２より一部を切り出し図５に示すサンプルを得る。前記の方法により走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてサンプルの気泡膜部断面の倍率３０倍の顕微鏡写真を撮影し、前述の方法で厚さ１０ｍｍ当りの気泡壁７２の数と気泡壁間距離７１を求めた（図７参照）。

（断熱性の評価）
本発明において断熱性の評価方法としては、以下のような手法を使用した。製造直後の発泡パイプカバーから図４の流れ方向４１に長さ５００ｍｍの試験体を切り出し、該試験片を２３℃、湿度５０％の雰囲気下に保存した。製造後１０日後に、該試験体に適合する銅管を挿入し、内側に０℃の冷媒を流せる装置に導入した。この装置を３０℃、湿度５０％の雰囲気下に２４時間以上保持し、試験体の端から２５０ｍｍ付近の表面温度を測定し、雰囲気温度と表面温度の温度差を断熱性評価の指標とした。評価基準は、温度差が２℃未満であれば判定は良好（○）であり、２℃以上２．５以下は実用し得る範囲（△）であり、２．５℃を越えるものは不良（×）である。

（実施例１）
ここでは図１に示すシステムを用いた。第一押出機１１にはΦ４０ｍｍの単軸押出機、第二押出機１２にはΦ６５ｍｍの単軸押出機を用いた。材料にはポリプロピレン（ＭＦＲ＝２）を用い、ガスには純度９９％の炭酸ガスを使用した。ダイには図２に示す面を有する多孔ダイ１７を使用した。多孔ダイ１７の孔径（２２の径）は１ｍｍ、面積２０ｍｍ^２当たりの孔数は１５個とした。
まず、ポリプロピレンを図１のホッパー１３に供給し、１７０〜２１０℃に設定された第一押出機１１内で樹脂を溶融させた。一方、ガスポート１６からは昇圧機１５で１０ＭＰａの圧力に昇圧された炭酸ガスを供給し、第一押出機１１内で樹脂とガスを混錬させた。樹脂とガスの混合物は１６５〜２００℃に設定された第二押出機１２に搬送され、押出機内を進むにつれて均一に冷却された。
最終的に図１の多孔ダイ１７から発泡テープ１８が押し出された。多孔ダイ１７の圧力は１２ＭＰａであった。押し出された発泡テープ１８は底辺が２０ｍｍ、高さが１５ｍｍの平行四辺形をしていた。発泡テープ１８の表面をライスターで軽く溶融させ、外径３０ｍｍ、ピッチ１３ｍｍに調整されたマントル成形機１１０と押さえローラー１１１の間に供給した。マントル成形機１１０のフレキシブルシャフト３２の回転速度は押し出される発泡テープ１８の線速度よりもやや速く設定し、発泡テープに若干テンションがかかるようにした。巻回された発泡テープ１８は端部同士で熱融着し、最終的に内径３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの断熱パイプカバー１１２が得られた。

（実施例２）
材料としてポリプロピレン（ＭＦＲ＝２）９９％に対して気泡核剤（ポリスレンＥＥ２０７Ｅ（永和化成製）を１％混合した以外は、実施例１と同様に実験を行った。

（実施例３）
材料としてポリプロピレン（ＭＦＲ＝２）９８％に対して気泡核剤（ポリスレンＥＥ２０７Ｅ（永和化成製）を２％混合した以外は、実施例１と同様に実験を行った。

実施例１〜３では、密度や気泡壁数、割合について前記に示す範囲内にあり、評価値が合格範囲内となった。
実施例４及び５においては発泡体の密度を０．０６ｇ／ｃｍ^３にしたこと以外は、実施例１と同様にしてマントル成形機に発泡体を供給した。また、実施例６においては発泡体の密度を０．０７ｇ／ｃｍ^３にしたこと以外は、実施例１と同様にしてマントル成形機に発泡体を供給した。実施例４〜６の結果は下記表１に示すとおりであった。
比較例１においては、発泡体の密度を０．１ｇ／ｃｍ^３にしたこと以外は、実施例１と同様にしてマントル成形機に発泡体を供給した。しかし、この場合には密度が０．０９ｇ／ｃｍ^３より大きい為、下記表１に示すとおり不合格となった。

１１ 第一押出機
１２ 第二押出機
１３ ホッパー
１４ ガスボンベ
１５ 昇圧機
１６ ガスポート
１７ 多孔ダイ
１８ 発泡テープ
１９ ヒーター
２２ 孔
３１ マントルシャフト
３２ フレキシブルシャフト
３３ ギアボックス
１１０ マントル成形機
１１１ 押さえロール
１１２ 断熱パイプカバー

Claims (4)

1. 巻回した樹脂発泡テープの側縁部を接合して製造された断熱パイプカバーであって、該樹脂発泡テープは熱可塑性樹脂からなり、該断熱パイプカバーの密度が、０．０２〜０．０９ｇ／ｃｍ^３であると共に、該断熱パイプカバーの１０ｍｍ厚さ当たりの気泡壁数が４０個以上であり、かつパイプカバーの厚さ方向に気泡径を見た際の幅方向の気泡壁間距離に対する厚さ方向の気泡壁間距離の比である気泡壁間距離のアスペクト比が外周側から内径側に向かって傾斜をもつことを特徴とする断熱パイプカバー。
2. 該断熱パイプカバーの気泡壁間距離が、厚さ方向に１０μｍ〜１００μｍのものが２０〜６０％、１００〜４００μｍのものが４０〜８０％の割合で含まれていることを特徴とする請求項１に記載の断熱パイプカバー。
3. 該断熱パイプカバーの断面形状が、多数の条を束ねた形状になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の断熱パイプカバー。
4. 前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー等のポリオレフィン系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂およびポリカーボネート系樹脂から選択される樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の断熱パイプカバー。