JP5863917B1 - 耐火構造及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最高到達温度１１００℃の３時間加熱時においてもケーブルの導通が確保でき、耐火構造全体がコンパクトで軽量のものが求められている。我が国の原子力発電所にも使用可能な、新規な耐火構造を提供する。【解決手段】吸水した無機多孔質成形体からなる第１の吸熱材、又はリン酸マグネシウム水和物とバインダーを含む粒子を具備する第２の吸熱材と、１１００℃２４時間の収縮率が５％以下の無機繊維からなる繊維断熱材とを、有する耐火構造。【選択図】図４

Description

本発明は、耐火構造及びその使用方法に関する。

原子力発電所、火力発電所、その他火事等の災害により施設内のケーブルに耐熱性又は耐火性を持たせなければならない施設がある。具体的には、我が国の原子力発電所の施設内のケーブルは、１１００℃に到達する加熱に３時間曝された後でも導通することが求められている。

例えば、原子力発電所では、ケーブルの周りを、水酸化アルミニウムとセラミック繊維を含み周囲をアルミフィルムで覆ったマットを、約７，８層重ねて覆って耐火性を確保している。この方法はマットの積層物が非常に重くまた嵩張り、限られた場所にしか使用できない。

そこで、交換不要、狭い場所にも施工可能、軽量、効率的に断熱する断熱構造が求められていた。

一方、様々な断熱材が知られている（特許文献１〜５）。特許文献１，２には、ゾノトライドケイ酸カルシウム成形体が断熱材として記載されている。特許文献３，４には、シリカ微粒子からなる断熱成形体が記載されている。さらに、特許文献５には、エアロゲルと無機繊維の複合材が記載されている。特許文献６，７には、吸熱材としてリン酸マグネシウム水和物が記載されている。

特開昭５９−１０２８５６号公報 特開昭６１−１８６２５６号公報 特開２０１１−８４４４１号公報 特開２０１１−８５２１６号公報 特表２００４−５１７２２２号公報 特開２００８−２７４２５３号公報 特開２００９−１９１４９３号公報

本発明の目的は、我が国の原子力発電所にも使用可能な、新規な耐火構造を提供することである。

本発明者らは、鋭意研究の結果、上記の目的を一種の断熱材又は吸熱材のみで達成することは困難であり、複数の断熱材又は吸熱材を組み合わせることにより、達成できることを見出し本発明を完成させた。

本発明によれば、以下の耐火構造が提供される。
１．吸水した無機多孔質成形体からなる第１の吸熱材、又はリン酸マグネシウム水和物とバインダーを含む粒子を具備する第２の吸熱材と、
１１００℃２４時間の収縮率が５％以下の無機繊維からなる繊維断熱材とを、
有する耐火構造。
２．前記第１の吸熱材の無機多孔質成形体が、ケイ酸カルシウム、シリカ、アルミナ、バーミキュライト、マイカ、セメント、及びパーライトから選択される１種又は２種以上の無機粉体を含む成形体である１記載の耐火構造。
３．前記第１の吸熱材が、７０℃〜１３０℃で破損するパッキング材により包まれている１又は２記載の耐火構造。
４．前記第２の吸熱材のバインダーが、珪酸ナトリウムである１〜３のいずれか記載の耐火構造。
５．前記第２の吸熱材が、表面にアルミが蒸着された耐熱性クロスに収容されている１〜４のいずれか記載の耐火構造。
６．さらに、４００℃における熱伝導率が、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導率断熱材を有し、
前記吸熱材、前記低熱伝導率断熱材、及び前記繊維断熱材が、この順で設けられた、１〜５のいずれか記載の耐火構造。
７．さらに、４００℃における熱伝導率が、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導率断熱材を有し、
前記低熱伝導率断熱材、前記吸熱材、及び前記繊維断熱材が、この順で設けられた、１〜５のいずれか記載の耐火構造。
８．前記吸熱材、前記低熱伝導率断熱材、及び前記繊維断熱材から選択される２又は３の部材が、積層された積層物であって、
前記積層物が、パッケージで包まれている６又は７記載の耐火構造。
９．４００℃における熱伝導率が、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導率断熱材と、
１１００℃２４時間の収縮率が５％以下の無機繊維からなる繊維断熱材とを、
有する耐火構造。
１０．前記低熱伝導率断熱材と、前記繊維断熱材が、積層された積層物であって、
前記積層物が、パッケージで包まれている９記載の耐火構造。
１１．前記積層物が、組み合わせ可能なユニット構造である８又は１０記載の耐火構造。
１２．前記積層物の密度が、２００ｋｇ／ｍ^３〜３００ｋｇ／ｍ^３である８，１０又は１１記載の耐火構造。
１３．前記積層物の厚みが、１００ｍｍ〜１５０ｍｍである８及び１０〜１２のいずれか記載の耐火構造。
１４．前記低熱伝導率断熱材が、
シリカ粒子及びアルミナ粒子から選択される１種以上の無機粒子からなる成形体、又は
エアロゲルと無機繊維の複合材である、６〜１３のいずれか記載の耐火構造。
１５．前記無機粒子からなる成形体が、補強繊維及び輻射散乱材から選択される１種以上を含む１４記載の耐火構造。
１６．前記１１００℃２４時間の収縮率が５％以下の無機繊維が、セラミック繊維、又は生理食塩水に対する溶解率が１％以上の生体溶解性繊維である１〜１５のいずれか記載の耐火構造。
１７．被保護物を耐火構造で囲んで、前記耐火構造の外側から１１００℃で３時間加熱したとき、耐火構造の内側にある被保護物の表面の温度が１７０℃以下である１〜１６のいずれか記載の耐火構造。
１８．１〜１７のいずれか記載の耐火構造で、前記繊維断熱材が外側になるように、被保護物を囲む、１〜１７のいずれか記載の耐火構造の使用方法。
１９．耐火構造を、構造物の面に取り付ける、１８記載の耐火構造の使用方法。

本発明によれば、新規な耐火構造を提供できる。
尚、本発明の耐火構造は、我が国の原子力発電所だけで無く、海外の原子力発電所にも使用でき、また、原子力発電所に限定されず、耐火が求められる全ての場所（施設）に使用できる。

本発明の耐火構造に用いる吸熱材の一例を示す図である。 本発明の耐火構造に用いる吸熱材の他の例を示す図である。 本発明の耐火構造に用いる吸熱材に用いる包袋の一例の斜視図である。 実施例１で製造した耐火構造を示す縦断面図である。 実施例１で製造した耐火構造を示す縦断面図である。 実施例２で製造した耐火構造を示す縦断面図である。 実施例４で製造した耐火構造を示す縦断面図である。 実施例４で製造した耐火構造を示す縦断面図である。 参考例２で製造した耐火構造を示す縦断面図である。 熱伝導率の測定方法である周期加熱法を説明するための図である。

本発明の第１の態様の耐火構造は、新規な吸熱材と、耐熱性の高い断熱材（繊維断熱材）を、組み合わせたものである。
さらに、本発明の耐火構造は、吸熱材と繊維断熱材の間に、熱伝導率が低い低熱伝導率断熱材を有することが好ましい。即ち、好ましくは、吸熱材と、低熱伝導率断熱材と、繊維断熱材を、この順に組み合わせる。
また、低熱伝導率断熱材と、吸熱材と、繊維断熱材を、この順に組み合わせてもよい。

例えば、繊維断熱材が、第１の耐熱性と第１の熱伝導率を有するとき、低熱伝導率断熱材は、前記第１の耐熱性より低い第２の耐熱性と、前記第１の熱伝導率より低い第２の熱伝導率を有する。

耐火構造が、吸熱材と、低熱伝導率断熱材と、繊維断熱材からなるとき、例えば、吸熱材の厚みは３〜５０ｍｍ、低熱伝導率断熱材の厚みは１０〜５０ｍｍ、繊維断熱材の厚みは５０〜１５０ｍｍとすることができる。好ましくは合計で１００〜１５０ｍｍである。

本発明の第２の態様の耐火構造は、耐熱性の高い断熱材（繊維断熱材）と、熱伝導率が低い低熱伝導率断熱材を、組み合わせたものである。

耐火構造が、低熱伝導率断熱材と、繊維断熱材からなるとき、例えば、低熱伝導率断熱材の厚みは５０〜５００ｍｍ、繊維断熱材の厚みは１０〜１００ｍｍとすることができる。好ましくは合計で１００〜３００ｍｍである。

本発明の耐火構造は、耐火すべき対象物を囲んで使用する。耐火構造は対象物の周囲全てを囲むことが好ましいが、耐火構造を構成する部材は、少なくとも一部囲めばよい。

吸熱材、低熱伝導率断熱材、繊維断熱材は、それぞれ離して配置して用いてもよいし、２つ又は３つの部材を接触させて用いてもよい。
また、吸熱材と低熱伝導率断熱材、又は、繊維断熱材と低熱伝導率断熱材、又は、吸熱材と繊維断熱材は、重ねて積層物にすることができ、また、３つの部材を重ねて積層物にすることができる。積層物は、結合又は接着することなく、部材を重ねた状態で、パッケージで包んでよい。
さらに、この耐火構造を使用するとき、繊維断熱材を最も外側に配置することが好ましい。

吸熱材、低熱伝導率断熱材、繊維断熱材は、それぞれ一層でもよいし、複数の層からなる積層物でもよい。積層物の場合、複数の層は同じでも異なってもよい。

本発明の第１の態様の耐火構造を、原子力発電所に用いる場合を例にして、以下、図面を用いて説明する。
図６に示すように、原子力発電所では、ケーブル１０１は、天井から吊り下げられた多段のラック１０３に載っていることが多い。この図に示す耐火構造６００は、吸熱材６０１、繊維断熱材と低熱伝導率断熱材の積層体６０３からなる。図６に示すように、各段にあるケーブル全体を吸熱材６０１で包み、ラック全体を、積層体６０３で囲む。繊維断熱材と低熱伝導率断熱材は重ねて全体をクロス等のパッケージで包んでマット状にすると取り扱いやすい。例えば、マットに紐を取り付け、ラック１０３を囲んで紐で仮留めした後、ＳＵＳ製のバンド等で固定する。このマットの厚みは１００ｍｍ以下にすることが可能であり、狭い場所に配置されているラックにも使用できる。繊維断熱材の厚みは、例えば、３ｍｍ〜１００ｍｍ、低熱伝導率断熱材の厚みは、例えば、３ｍｍ〜１００ｍｍである。

尚、図６では、ケーブル（対象物）の周り全体を吸熱材で囲っているが、ラックの形状等により、一部囲まれていない部分があってもよい。

耐火構造を設けることによりラックに過大な荷重がかからないことが好ましい。上記の耐火構造の重量は、３段ラックの場合、ケーブル長さ１ｍ当たり、１５０ｋｇ以下、さらには１２０ｋｇ以下、１段ラックの場合、ケーブル長さ１ｍ当たり、１００ｋｇ以下、さらには８０ｋｇ以下にすることができる。

また、壁の近くにあるラックについては、耐火構造を、壁に固定して使用できる。壁に、耐火構造を支持する部材を取り付けることにより、ラックに係る荷重を減らすことができる。

このような場合、３つの部材、又は２つの部材を積層物にして、又は繊維断熱材及び低熱伝導率断熱材を、ユニット構造にして、組み立てるようにしてもよい。

積層物の密度は、好ましくは２００ｋｇ／ｍ^３〜３００ｋｇ／ｍ^３である。積層物の厚みは、好ましくは３０ｍｍ〜３５０ｍｍ、より好ましくは５０ｍｍ〜２５０ｍｍ、さらに好ましくは１００ｍｍ〜１５０ｍｍである。

本発明の耐火構造は、ＩＳＯ８３４標準加熱曲線による最高到達温度１１００℃の３時間加熱時においても、内部温度を好ましくは１７０℃以下、より好ましくは１６０℃以下にすることが可能である。

さらに、本発明の耐火構造は、ケーブルの点検の際等、一度取り外しても、再度取り付けることができる。特に、２以上の部材を重ねてマットにした場合や、ユニット構造にした場合は再利用が容易である。

以下、各部材について説明する。

１．吸水した無機多孔質成形体からなる吸熱材（第１の吸熱材）
この吸熱材は、水を吸水（含浸）した無機多孔質成形体を含む。例えば、ボード等の自立成形体である。

無機多孔質成形体の例としては、ケイ酸カルシウム、シリカ、アルミナ、バーミキュライト、マイカ、パーライト、セメント等の無機粉体等を１種もしくは２種以上混合し加工した成形体が挙げられる。

無機多孔質成形体としては、特に、ケイ酸カルシウム成形体がい。ケイ酸カルシウムの種類の中では、ゾノトライト、トバモライト、ワラストナイトが好ましく、特に好ましいのは耐熱性が高いゾノトライトである。無機多孔質成形体は、上記の他に、無機バインダー、粒子等を含むことができる。ケイ酸カルシウム成形体は、特許文献１，２に記載の方法で製造できる。

軽量であること、多量の水を含ませること、及び保形性を維持できる強度を有することを目的として、無機多孔質成形体の密度は４０〜４００ｋｇ／ｍ^３程度のものが好ましい。さらに好ましくは８０〜３００ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは１００〜２００ｋｇ／ｍ^３である。

成形体は、成形体の重量の１００〜４００％の重量の水を含むことができる。成形体は、好ましくは１３０〜３００％、より好ましくは１５０〜２５０％の水を含む。

無機多孔質成形体に吸水させる水には、不凍液、防腐剤、ｐＨ調整剤等の各種添加剤を含むことができる。

含水した無機多孔質成形体は、パッキング材（パッケージ）によりパッキングされていることが好ましい。
パッキング材の密封性は、常態で、含水成形体からの水の蒸発を防ぐ程度でよい。加熱によりパッキング材は破損し、水が蒸発し、その際、気化熱により吸熱する。
加熱による破損温度は、水の沸点（以下）であることが好ましい。沸点以上だと、パッキング材が爆発してしまうおそれがあり、水の沸点よりもかなり低いと早い段階でパッキング材が破損し、水が蒸発してしまうことで効率的に吸熱効果を得ることができない。したがって、パッキング材の破損温度は、７０℃〜１３０℃がより好ましい。より好ましくは、８０℃〜１２０℃、さらに好ましくは、９０℃〜１１０℃である。

含水した無機多孔質成形体をパックするパッキング材としては、金属、樹脂を用いることができる。金属と樹脂を積層してラミネートしたものが、耐熱性および強度が高いため好ましい。

用いられる金属としては、アルミニウム箔、銅箔、錫箔、ニッケル箔、ステンレス箔、鉛箔、錫鉛合金箔、青銅箔、銀箔、イリジウム箔、燐青銅箔等が挙げられる。

樹脂として、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、アクリル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、フッ素、ポリカーボネート、アラミド等が挙げられる。これらのうち１００℃前後の温度で破損される樹脂が好ましい。

パッキング材の厚みは特に限定されないが、例えば５μｍ〜２００μｍである。上記の積層体の場合、金属箔を３μｍ〜１２μｍ、樹脂層を２μｍ〜６０μｍとできる。

また、パッキング材は加熱により発生するパッケージ内圧力を逃がす機構及び構造を部分的に設けてもよい。例えば、パッキング材の一部にフィルム種類や構造を変えてフィルム融着部の接着力を低くする部位を設ける。又はフィルムの一部に穴を開けて、そこにパッケージフィルムより厚さの薄いフィルムを貼ったり溶融形成したりする。これにより、パッケージ内圧力が上昇した際に、パッキング材が必要以上に膨らまず、原寸法をある程度維持することが可能である。

図１に吸熱材の一例の断面図を示す。吸熱材１は、含水した無機多孔質成形体１１をパックするパッキング材１３を有する。図１に示すような吸熱材をそのまま使用してもよいし、図２に示すように、図１に示す吸熱材を複数連結してもよい。図２に示す複数連結した吸熱材は、狭い場所に持ち運ぶとき、畳んだり丸めたりして運べるため便利である。また、対象物の形状に合わせて、配置できる。

この吸熱材は、吸熱材として機能した後、水が無くなった無機多孔質成形体は、優れた断熱材としても機能する。

２．リン酸マグネシウム水和物とガラスを含む粒子を具備する吸熱材（第２の吸熱材）
この吸熱材は、リン酸マグネシウム水和物とバインダーを含む粒子からなる。
リン酸マグネシウム水和物として、リン酸３マグネシウム８水和物（Ｍｇ_３（ＰＯ_４）_２・８Ｈ_２Ｏ）、３、５、１０、２２水和物が例示されるが、リン酸３マグネシウム８水和物が好ましい。リン酸マグネシウム水和物は１００℃付近から分解し吸熱反応が進む。

バインダーとして無機バインダーや有機バインダーを用いることができる。
無機バインダーは、珪酸ナトリウム（水ガラス由来物、Ｎａ_２ＳｉＯ_３、Ｎａ_２Ｏ・ＳｉＯ_２又はＮａ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２・ｍＨ_２Ｏ）、コロイダルシリカ、ベントナイト等が例示されるが、珪酸ナトリウムが好ましい。
有機バインダーは、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、澱粉等が例示される。

この吸熱材は、不可避不純物を除いて、リン酸マグネシウム水和物とバインダーのみから構成してもよい。
粒子において、通常、リン酸マグネシウム水和物は１〜９９重量％、バインダーは１〜９９重量％含まれ、好ましくは、リン酸マグネシウム水和物は５０〜９９重量％、バインダーは１〜５０重量％含まれ、より好ましくは、リン酸マグネシウム水和物は７０〜９９重量％、バインダーは１〜３０重量％含まれる。

この吸熱材は、粒子にして用いる。リン酸マグネシウム水和物を粉の状態で用いると袋詰めし難く（シールし難い等）、袋の中で下方に偏りやすい。上記粒子の平均粒径は、好ましくは０．０１ｍｍ〜２０ｍｍであり、より好ましくは０．１ｍｍ〜１５ｍｍである。粒径が小さいほど表面積が大きくなり、吸熱材として優れるが、扱い難くなる。

この吸熱材は、通常、粒子を、袋、ケース等の容器に入れて用いる。袋状の耐熱性クロス（布、シート、フィルム等）に入れて閉じたものが好ましい。耐熱性クロスとして、ガラスクロス、シリカクロス又はアルミナクロス等が挙げられる。表面にアルミが蒸着されたクロスが耐火性に優れ好ましい。容器は気密性は求められない。

図３に吸熱材に用いる包袋の一例の斜視図を示す。この包袋３は、複数の袋４が、マチ６を介してその側辺で並んで繋がったものである。上方の開口部から粒子を入れて閉じる。このような構造の包袋であると、狭い場所に持ち運ぶとき、畳んだり丸めたりして運べるため便利である。また、対象物の形状に合わせて、配置できる。さらに、図に示す点線から、即ち袋４と袋４を繋ぐマチ６の部分を切断して使用することもできる。

吸熱材に用いる粒子は、リン酸マグネシウム水和物と水ガラス（Ｎａ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２・ｍＨ_２Ｏ）を混合し、造粒して含水粒子を得、この含水粒子から水を除去して得ることができる。さらに、必要により、得られた粒子を、容器に収容する。

３．繊維断熱材
繊維断熱材として、耐熱性の高い断熱材を使用する。１１００℃２４時間の収縮率が０〜５％であることが好ましい。好ましくは０〜３％である。収縮率は実施例記載の方法で測定する。

繊維断熱材として、セラミック繊維を用いることができる。例えば、シリカとアルミナからなる繊維（シリカ：アルミナ＝４０：６０〜０：１００）、具体的には、シリカ・アルミナ繊維、ムライト繊維、アルミナ繊維を用いることができる。

また、作業者の健康上の安全性を考慮して、耐熱性の高い生体溶解性繊維を用いることができる。
生体溶解性繊維は、一般に、主成分として、シリカ及び／又はアルミナに、アルカリ金属酸化物（Ｎａ_２Ｏ，Ｋ_２Ｏ等）、アルカリ土類金属酸化物（ＣａＯ等）、マグネシア、ジルコニア、チタニアから選択される１以上を含む。他の酸化物も含むことができる。

例えば、以下の組成が例示できる。
ＳｉＯ_２とＺｒＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３とＴｉＯ_２との合計 ５０重量％〜８２重量％
アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物との合計 １８重量％〜５０重量％

また、以下の組成が例示できる。
ＳｉＯ_２ ５０重量％〜８２重量％
ＣａＯとＭｇＯとの合計 １０重量％〜４３重量％

より具体的には、以下の組成１又は組成２が例示できる。
［組成１］
ＳｉＯ_２ ７０〜８２重量％
ＣａＯ １〜９重量％
ＭｇＯ １０〜２９重量％
Ａｌ_２Ｏ_３ ３重量％未満
［組成２］
ＳｉＯ_２ ７０〜８２重量％
ＣａＯ １０〜２９重量％
ＭｇＯ １重量％以下
Ａｌ_２Ｏ_３ ３重量％未満
加熱後においても溶解性が高い観点から、組成２が好ましい。

繊維断熱材は、取り扱いの観点から、ブランケット、又はボードの形状が好ましい。このような成形品を製造する際には、適宜無機バインダー、有機バインダー等の通常の添加剤を用いることができる。

繊維断熱材の厚みは、他の部材や設置する場所により、適宜決定できるが、一般に、低熱伝導率断熱材を設けないときは、１００ｍｍ〜３００ｍｍである。低熱伝導率断熱材を設けるときは、２５ｍｍ〜５０ｍｍであると、必要な耐火性を確保しながら、耐火構造全体のサイズを小さくしやすい。

４．低熱伝導率断熱材
低熱伝導率断熱材として、熱伝導率が小さい断熱材を使用する。
例えば、アルミナ粒子及びシリカ粒子から選択される１種以上の無機粒子からなる、４００℃における熱伝導率が、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の成形体を用いることができる。
熱伝導率は、好ましくは、０．０４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、より好ましくは０．０３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。下限値は、特に限られないが、例えば、０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。熱伝導率は実施例記載の方法で測定する。

具体的には、一次粒子の平均粒径１００ｎｍ以下のシリカ粒子及び一次粒子の平均粒径１００ｎｍ以下のアルミナ粒子から選択される１種以上の無機粒子からなる成形体を用いることができる

平均粒径は、ランダムに約１００個の粒子について、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＴＥＭ）又は電界放出形走査電子顕微鏡（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＦＥ−ＳＥＭ）で粒子径を観察して求める。

無機粒子の平均粒径は、５０ｎｍ以下でよく、３０ｎｍ以下でもよい。下限値は、特に限られないが、例えば、２ｎｍ以上である。
アルミナ粒子は、α−アルミナ（コランダム）を含まない（例えば、ＸＲＤ測定において、コランダムのピークが検出されない）ことが好ましい。

無機粒子として、フュームドシリカ又はフュームドアルミナ粒子を用いることができる。無機粒子の量は、例えば、５２〜９３質量％である。
この成形体は、無機粒子の他、成形体の補強する補強繊維、輻射による伝熱を低減する輻射散乱材を含むことができる。

補強繊維として、例えば、ガラス繊維、シリカ・アルミナ繊維、シリカ・アルミナ・マグネシア繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、生体溶解性無機繊維、ロックウール及びバサルト繊維からなる群より選択される１種以上である。補強繊維の量は、例えば、１〜２０質量％である。

輻射散乱材は、例えば、炭化珪素、ジルコニア、ジルコン、珪酸ジルコニウム、チタニア、窒化珪素、酸化鉄、酸化クロム、硫化亜鉛、チタン酸バリウムからなる群より選択される１種以上である。輻射散乱材の量は、例えば、１〜４０質量％である。

アルミナ粒子を用いて成形体を製造するときは、結晶化に伴う収縮を抑制するために結晶転移抑制材を含むことが好ましい。結晶転移抑制材の量は、例えば、１〜４５質量％程度である。
結晶転移抑制材として、リン化合物、第２族元素の化合物、ランタン化合物及びイットリウム化合物、シリカ粒子、珪石、タルク、ムライト、窒化珪素、シリカフューム、ウォラストナイト、ベントナイト、カオリン、セピオライト、マイカ粒子が例示できる。

リン化合物の例として、無機リン化合物及び／又は有機リン化合物を使用することができ、アルミニウムのリン酸塩（例えば、リン酸二水素アルミニウム（Ａｌ（Ｈ_２ＰＯ_４）_３）、六方晶系のリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ_４）、斜方晶系のリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ_４））、マグネシウムのリン酸塩（例えば、リン酸二水素マグネシウム四水和物（Ｍｇ（Ｈ_２ＰＯ_４）_２・４Ｈ_２Ｏ）、リン酸三マグネシウム八水和物（Ｍｇ_３（ＰＯ_４）_２・８Ｈ_２Ｏ））、カルシウムのリン酸塩（例えば、リン酸二水素カルシウム一水和物（Ｃａ（Ｈ_２ＰＯ_４）_２・Ｈ_２Ｏ））、アンモニアのリン酸塩（例えば、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４））、並びにホスフィン誘導体及び／又はリン酸エステル（トリフェニルホスフィン（（Ｃ_６Ｈ_５）_３Ｐ））等が挙げられる。

第２族元素の化合物は、好ましくは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、より好ましくは、Ｂａ、Ｓｒから選択される少なくとも１つを含む化合物である。

Ｂａ化合物の例として、酸化バリウム、炭酸バリウム、水酸化バリウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。Ｓｒ化合物の例として、酸化ストロンチウム、炭酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム等が挙げられる。Ｃａ化合物の例として、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、リン酸三カルシウム等が挙げられる。Ｍｇ化合物の例として、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム等が挙げられる。

ランタン化合物の例として、炭酸ランタン、酸化ランタン、水酸化ランタン等が挙げられる。イットリウム化合物例として、炭酸イットリウム、酸化イットリウム、水酸化イットリウム等が挙げられる。

好適な成形体として、アルミナ粒子、結晶転移抑制材（フュームドシリカ等）、ジルコニア、アルミナ繊維の組み合わせが挙げられる。

前記無機粒子からなる成形体は、通常加圧成形体である。
例えば、原料である混合粉体を所定の成形型に充填し、乾式プレス成形することにより、乾式加圧成形体を製造する。

また、低熱伝導率断熱材として、特許文献５に記載されるようなエアロゲルと無機繊維の複合材を用いることができる。
この複合材は、エアロゲルマトリックスが、無機繊維の不織バットにより補強されたものである。無機繊維として、ガラス繊維、セラミックス繊維等を用いることができる。繊維断熱材に用いる生体溶解性繊維も用いてもよい。

エアロゲルは、連続気泡を有するゲル構造物の孔から、格子間の可動溶媒相を、この溶媒の臨界点より高い温度及び圧力下で除去することで得ることができる。溶媒抽出過程では、溶媒相の圧力及び温度を臨界圧力及び温度より高く保持することが好ましい。エアロゲルは典型的に低いかさ密度（約０．１５ｇ／ｃｃ以下、好適には約０．０３から０．３ｇ／ｃｃ）、高い表面積（一般に約４００から１，０００ｍ^２／ｇ以上、好適には約７００から１０００ｍ^２／ｇ）、高い間隙率（約９５％以上、好適には約９７％以上）、及び大きな細孔容積（約３．８ｍＬ／ｇ以上、好適には約３．９ｍＬ／ｇ以上）を有する。このような特性の組み合わせによって、低い熱伝導率が得られる。

上記の複合材は、型の中にある補強用繊維バットにゲル前駆体を加え、超臨界乾燥することにより得ることができる。

エアロゲルマトリックスを構成する無機エアロゲルの材料は、例えばケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、イットリウム、バナジウム等の金属酸化物である。特に好適なゲルは、加水分解を受けたケイ酸エステルのアルコール溶液から生じたゲルである（アルコゲル）。

複合材料の断面において、繊維の断面積は、好ましくはその断面の全断面積の１０％以下である。

また、複合材は、エアロゲルマトリックスに分散させて微細繊維を含んでもよい。
繊維バットに用いる繊維と微細繊維は、例えば、ガラス繊維、石英等の無機繊維である。繊維バットと微細繊維は、同じ繊維を用いてもよいし異なる繊維を用いてもよい。

さらに、複合材は、二酸化チタン等の輻射散乱材、水酸化アルミニウム等の吸熱材を含むことが好ましい。好適な複合材は、非晶質シリカ（エアロゲル、表面に有機シランを少量含有）に、ガラス繊維、二酸化チタン、水酸化アルミニウムを含むものである。

低熱伝導率断熱材の厚みは、他の部材や設置する場所により、適宜決定できる。無機粒子の成形体を用いる場合は、一般に１０ｍｍ〜３００ｍｍ、又は５０ｍｍ〜２００ｍｍである。１００ｍｍ〜１２５ｍｍであると、必要な耐火性を確保しながら、耐火構造全体のサイズを小さくしやすい。複合材を用いる場合は、一般に１０ｍｍ〜１２０ｍｍ、又は１５ｍｍ〜８０ｍｍである。

製造例１［第１の吸熱材の製造］
ゾノトライドケイ酸カルシウム成形体（ケイカルエース・スーパーシリカ、日本ケイカル株式会社）（密度１２０ｋｇ／ｍ^３、５００℃の熱伝導率０．１１４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下）（縦６００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚み５０ｍｍ）を用いた。
この成形体を後述する実施例に用いるのに適した大きさに切断して、成形体の２倍２００重量％の水を含ませた。
得られた含水成形を、表面よりナイロン（１５μｍ）、アルミ箔（７μｍ）、リニアローデンシティポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）（４０μｍ）の積層体で構成されラミネートフィルムを脱気・ヒートシールで密封して吸熱材（第１の吸熱材）を得た。

熱伝導率は以下の周期加熱法により測定した。
周期加熱法は、非定常法による熱拡散率測定の一手法である。ここでは、ｘ軸方向への１次元熱流を仮定し、図１０に示すように試験体の厚さ方向にｘ軸をとり、試験体の厚さをｄとする。原点に試験体の放熱面、ｘ＝ｄに試験体加熱面があるとし、原点では温度が常に一定に保持され、ｘ＝ｄで温度は周期変化ｓｉｎ（ωｔ＋η）していると仮定する。ここで、ωは角振動数、ｆは周期、ｔは時間、ηは任意の位相である。この条件の下で一次元の熱伝導方程式を解くと、ｘ＝ｄと任意の点ｘ＝ｘ_ｍにおける温度波の振幅比Ａ（＝θ_１／θ_０）と位相差φが次式のように求まる。

ここで、ｉは虚数単位であり、ωは次式で定義される（参考文献：（１）Ｈ．Ｓ．Ｃａｒｓｌａｗ ａｎｄ Ｊ．Ｃ．Ｊａｅｇｅｒ：Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅａｔ ｉｎ Ｓｏｌｉｄｓ，Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１０５−１０９（１９５９）、（２）大村、異なる測定方法による断熱材の熱伝導率比較，熱物性，２１［２］８６−９６（２００７））。

以上から、加熱面の温度波と試験体内部の任意の位置ｘ_ｍにおける温度波を比較し、その振幅比あるいは位相差を測定することで、熱拡散率を求めることができる。すなわち、測定した振幅比Ａを式（１）に代入することでｋを求め、その値を式（３）に代入して熱拡散率κを得る。同様に、位相差φを式（２）に代入して得たｋと式（３）から熱拡散率κが求まる。さらに熱伝導率λは、別途測定した密度ρと比熱ｃを以下の式に代入することで求まる。

製造例２［第２の吸熱材の製造］
リン酸３マグネシウム８水和物と、水ガラス３号（珪酸ナトリウム）（Ｎａ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２・ｍＨ_２Ｏ（ｎ＝３．０〜３．４））を重量比９１：９で混合し、造粒して、平均粒径２ｍｍ〜７ｍｍの含水粒子を得た、これを９０℃での乾燥により水を除去して粒子を得た。得られた粒子を、ガラスクロス製の包袋に収容して吸熱材（第２の吸熱材）を製造した。包袋は、図３に示すように、縦１６０ｍｍ、横１６０ｍｍの長方形を、１０ｍｍのマチを介して、横方向に複数繋げた形状であった。厚さは２５ｍｍであった。

［第１の吸熱材を用いた第１の態様の耐火構造］
実施例１
（１）耐火構造の組み立て
製造例１で製造した吸熱材（厚み２５ｍｍ）、及び以下の断熱材Ａ（低熱伝導率断熱材）、断熱材Ｂ（繊維断熱材）を用いて、図４，５に示す耐火構造を組み立てて、耐火試験を実施した。
・断熱材Ａ：微孔性ヒュームドシリカ成形体（ロスリムボードＧＨ、ニチアス（株））（厚み１００ｍｍ）（８００℃の熱伝導率０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ））
・断熱材Ｂ：生体溶解性繊維ブランケット（生体溶解性繊維組成：ＳｉＯ_２含有量約７３質量％、ＣａＯ含有量約２５質量％、ＭｇＯ含有量約０．３質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量約２質量％）（１１００℃２４時間の収縮率０．６％）（厚み２５ｍｍ）

収縮率は以下の方法で求めた。
繊維からブランケット（長さ１５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚み５０ｍｍ、密度１３０±１５ｋｇ／ｍ^３）を製造した。ブランケットを１１００℃２４時間焼成した前後で、長さを測定した。焼成前の長さに対する収縮した割合を、収縮率とした。

図４に示す耐火構造４００の組み立て手順を以下に示す。
ケーブルラックの段１０５を、ケーブルラック付属の架台に固定し、ケーブルラック１０３を組み立てた。ケーブルラックの段１０５に、ケーブルが入ったケース（図示せず）を載せた。
断熱材ケーシングのアングルを組み、内側用金属パネルを取り付け、下面のみが解放された直方体状の断熱材ケーシング（図示せず）を組み立てた。
縦型炉５００中に、ケーブルラック１０３を設置し、ケーブルラック１０３を囲んで断熱材ケーシング（図示せず）を取り付けた。

断熱材ケーシングの内側の金属パネルに、吸熱材４０１を貼り付けた。
吸熱材４０１に断熱材Ａ４０５を１又は３層貼り付けた。
断熱材Ａ４０５に断熱材Ｂ４０３を巻き付けた。
断熱材Ｂ４０３の外側に、断熱材ケーシングの外側用の金属パネル（図示せず）を取り付け、耐火構造４００を組み立てた。

（２）耐火構造の評価
図５は、耐火構造の概略縦断面図であり、熱電対の設置位置を示す図である。
熱電対は、断熱材Ｂの外面（図５中、５５１、５５５及び５５９）、吸熱材と断熱材Ａの間（図５中、５５３、５５７及び５６１）、及び吸熱材の内面（図５中、５５４、５５８及び５６２）に設置した。
縦型炉５００において、バーナーにより、ＩＳＯ標準耐火曲線で３時間加熱を行った後、２時間放冷した。それぞれの熱電対の設置位置における、１，２，３及び５時間後の測定温度（℃）を、表１に示す。

実施例２
（１）耐火構造の組み立て
図６は、実施例２で組み立てた耐火構造６００の概略縦断面図である。
実施例２では、天井から吊り下げられたケーブルラック１０３を用いた。ケーブルラック１０３は、複数の段を有し、ケーブル１０１が入ったケースを段に載せた。
製造例１で製造した吸熱材６０１（厚み２５ｍｍ）で、ケーブルラックの段に有るケーブル１０１が入ったケースの周囲を囲んだ。さらに、その周囲を、積層断熱材６０３で囲った。積層断熱材６０３は、ケーブルのある内側から、以下の断熱材Ｃ（低熱伝導率断熱材）１層（厚み２０ｍｍ）、及び以下の断熱材Ｂ（繊維断熱材）３層（厚み２５ｍｍ×３）を積層し、外側全体をシリカクロスで包んだものである。
・断熱材Ｃ：エアロゲル・無機繊維複合材（パイロジェル、アスペン（株））（４００℃の熱伝導率０．０４５〜０．０４８Ｗ／（ｍ・Ｋ））
・断熱材Ｂ：生体溶解性繊維ブランケット（生体溶解性繊維組成：ＳｉＯ_２含有量約７３質量％、ＣａＯ含有量約２５質量％、ＭｇＯ含有量約０．３質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有量約２質量％）

（２）耐火構造の評価
熱電対を、積層断熱材６０３の外側、積層断熱材６０３のブランケット層の間、積層断熱材６０３と吸熱材６０１の間、ケーブル１０１の付近に設置した。
実施例１と同様に、ＩＳＯ標準耐火曲線で３時間加熱を行った後、２時間放冷した。それぞれの熱電対の設置位置における、１，２，３及び５時間後の測定温度（℃）を、表２に示す。

実施例３
配管のバルブの周りにボックス状のケージを設け、ケージの上に、実施例２と同じように吸熱材（厚み２５ｍｍ）、パイロジェル（実施例２の断熱材Ｃ）１層（厚み２０ｍｍ）、及びシリカアルミナ繊維（アルミナ：シリカ＝５０：５０）ブランケット３層（厚み２５ｍｍ×３）を積層し、外側全体をシリカクロスで包んだ。
実施例１と同様に、加熱試験を行った結果、バルブ本体の到達最高温度は、１０４〜１１８℃であった。

［第２の吸熱材を用いた第１の態様の耐火構造］
実施例４
（１）耐火構造の組み立て
製造例２で製造した吸熱材及び実施例１で用いた断熱材Ｂと実施例２で用いた断熱材Ｃを用いて、図７，８に示す耐火構造を組み立てて、耐火試験を実施した。図７は、実験に用いたケーブルを載せたケーブルラックの縦断面図であり、図８は、耐火構造の概略縦断面図である。

図７に示すように、ケーブルラック１００’の脚１０２’を立て、段１０４’をケーブルラック付属の架台に固定し、ケーブルラック１００’を組み立てた。ケーブルラックの段１０４’に、ケーブル２００’が入ったケースを載せた。
図８に示すように、吸熱材１０で、ケーブルラックの脚１０２’、段１０４’の周囲を囲んだ。さらに、その周囲を、積層断熱材２０で囲った。積層断熱材２０は、ケーブルのある内側から、断熱材Ｃ２２を１層（厚み２０ｍｍ）、及び断熱材Ｂ２４を３層（厚み２５ｍｍ×３）を積層し、外側全体をシリカクロスで包んだものである。
縦型炉中に、ケーブルラック１００’を設置した。

（２）耐火構造の評価
図８に、熱電対の設置位置を示す。
熱電対は、断熱材Ｂ２４の内側から２層目と３層目の間（図８中、４８）、断熱材Ｂ２４の内側から１層目と２層目の間（図８中、４６）、断熱材Ｂ２４と断熱材Ｃ２２の間（図８中、４４）、断熱材Ｃ２２と吸熱材１０の間（図８中、４２）、及び上段に載ったケーブルケースの直上（図８中、４０）に設置した。
縦型炉において、バーナーにより、ＩＳＯ標準耐火曲線で３時間加熱を行った後、２時間放冷した。それぞれの熱電対の設置位置における、１，２，３，５，８，１０時間後の測定温度（℃）を、表３に示す。

表３に示すように、外側が１０００℃を超える温度であっても、ケーブルケースの直上４０の温度は１６３℃程度であった。さらに、ケーブルケースの直上４０の温度は、加熱後３時間経過付近で約２０分１００℃を維持したが、これは吸熱材に含まれる水が蒸発する作用によると考えられる。

実施例５
実施例４においては、吸熱材、断熱材Ｃ、断熱材Ｂの順に積層したが、実施例５では、断熱材Ｂの代わりにシリカアルミナ繊維製ブランケット（断熱材Ｄ）（厚み２５ｍｍ×３）を用い、断熱材Ｃ、吸熱材、断熱材Ｄの順に積層した他は、実施例４と同様にして、耐火構造を組み立てた。
実施例４と同様に加熱試験を行い、１，２，３，５時間後の測定温度（℃）を、表４に示す。

［第２の態様の耐火構造］
参考例１
実施例１と同様に、ケーブルを収容したラックを組み立て、断熱材ケーシングを取り付けた。
断熱材ケーシングに、長手方向両側面と上面の内側から、ロスリムボードＧＨ（実施例１の断熱材Ａ）を３層（厚み計１００ｍｍ）貼り付け、生体溶解性繊維ブランケット（実施例１の断熱材Ｂ）（厚み２５ｍｍ）を巻き付けた。横方向両側面は、内側から、ロスリムボードＧＨを４層（厚み計２００ｍｍ）貼り付けた。
実施例１と同様に、加熱試験を行った結果、ケーブル表面の到達最高温度は、約１４０℃であった。

参考例２
図９は、参考例２で組み立てた耐火構造７００の概略縦断面図である。
図９は、壁７１１を貫通する配管７１３のための耐火構造７００を示す。耐火構造７００は、配管７１３の周囲をシリカアルミナ繊維７０１（厚み１０〜２５ｍｍ）で覆い、さらにその周囲を、ドーナツ状に断熱材ＡであるロスリムボードＧＨ７０３を６層（厚み計３００ｍｍ）重ねた。配管７１３を囲むシリカアルミナ繊維７０１とロスリムボードＧＨ７０３を合わせた厚みは７５ｍｍであった。最後に外周をシリカアルミナ繊維ブランケット７０５（厚み２５〜１００ｍｍ）で覆った。
実施例１と同様に、加熱試験を行った結果、配管の到達最高温度は、約１１３℃であった。
尚、この実施例ではロスリムボードＧＨを６層重ねたが、さらに、例えば１０層まで重ねることができる。

参考例３
参考例２の耐火構造に、封止性を高めるため継手を取り付けた。
具体的には、壁を貫通する配管の周りを囲むように、壁に対して、ゴム製の継手（ベローＱ、ニチアス（株））を取り付け、さらに、継手の周りを、シリカアルミナ繊維で覆い、その他は参考例２と同様に、ロスリムボードＧＨを６層（厚み計３００ｍｍ）重ね、外側にシリカアルミナ繊維ブランケット（厚み２５〜１００ｍｍ）を取り付けた。
実施例１と同様に、加熱試験を行った結果、電線管の周囲の到達最高温度は、約１１３℃であった。
継手を用いることにより、非常時の水等に対する封止性が高まり、安全性が高くなる。

本発明の耐火構造は、原子力発電所のケーブル等に使用できる。

１，２ 吸熱材（第１の吸熱材）
１１ 含水ゾノトライドケイ酸カルシウム成形体
１３ パッケージ
１５ 融着部
３ 包袋
４ 袋
６ マチ
１０ 吸熱材
２０ 積層断熱材
２２ 低熱伝導率断熱材
２４ 繊維断熱材
４０，４２，４４，４６，４８ 熱電対の設置位置
１０１ ケーブル
１０３ （ケーブル）ラック
１０５ ラックの段
４００，６００，７００ 耐火構造
４０１，６０１，７０１ 吸熱材
４０３ 繊維断熱材
４０５ 低熱伝導率断熱材
５００ 縦型炉
５１０ バーナー
５５１，５５３，５５５，５５７，５５９，５６１ 熱電対の設置位置
６０３，７０３ 積層断熱材
７１１ 壁
７１３ 配管
１００’ ケーブルラック
１０２’ ケーブルラックの脚
１０４’ ケーブルラックの段
２００’ ケーブル

Claims (14)

1. 吸水した無機多孔質成形体からなり前記無機多孔質成形体がケイ酸カルシウム粉体を含む成形体である第１の吸熱材、又はリン酸マグネシウム水和物とバインダーを含む粒子を具備する第２の吸熱材と、
   １１００℃２４時間の収縮率が５％以下の無機繊維からなる繊維断熱材とを、
   有する積層物である耐火構造であって、
   前記積層物の厚みが、１００ｍｍ〜２５０ｍｍであり、
   前記耐火構造で、前記繊維断熱材が外側になるように、被保護物を囲んで、前記耐火構造の外側から１１００℃で３時間加熱したとき、耐火構造の内側にある被保護物の表面の温度が１７０℃以下である耐火構造。
2. 前記第１の吸熱材が、７０℃〜１３０℃で破損するパッキング材により包まれている請求項１記載の耐火構造。
3. 前記第２の吸熱材のバインダーが、珪酸ナトリウムである請求項１又は２記載の耐火構造。
4. 前記第２の吸熱材が、表面にアルミが蒸着された耐熱性クロスに収容されている請求項１〜３のいずれか記載の耐火構造。
5. さらに、４００℃における熱伝導率が、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導率断熱材を有し、
   前記吸熱材、前記低熱伝導率断熱材、及び前記繊維断熱材をこの順に有する積層物である請求項１〜４のいずれか記載の耐火構造。
6. さらに、４００℃における熱伝導率が、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の低熱伝導率断熱材を有し、
   前記低熱伝導率断熱材、前記吸熱材、及び前記繊維断熱材をこの順に有する積層物である請求項１〜４のいずれか記載の耐火構造。
7. 前記低熱伝導率断熱材が、
   シリカ粒子及びアルミナ粒子から選択される１種以上の無機粒子からなる成形体、又は
   エアロゲルと無機繊維の複合材である、請求項５〜６のいずれか記載の耐火構造。
8. 前記無機粒子からなる成形体が、補強繊維及び輻射散乱材から選択される１種以上を含む請求項７記載の耐火構造。
9. 前記１１００℃２４時間の収縮率が５％以下の無機繊維が、セラミック繊維、又は生理食塩水に対する溶解率が１％以上の生体溶解性繊維である請求項１〜８のいずれか記載の耐火構造。
10. 前記積層物が、パッケージで包まれている請求項１〜９のいずれか記載の耐火構造。
11. 前記積層物の密度が、２００ｋｇ／ｍ^３〜３００ｋｇ／ｍ^３である請求項１０記載の耐火構造。
12. 前記積層物の厚みが、１００ｍｍ〜１５０ｍｍである請求項１〜１１のいずれか記載の耐火構造。
13. 原子力発電所のケーブルに用いるための請求項１〜１２のいずれか記載の耐火構造。
14. 耐火構造を、構造物の面に取り付ける、請求項１〜１３のいずれか記載の耐火構造の使用方法。