JPS61291466A - 真空断熱構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は断熱性能に優れた真空断熱構造体に関するも
のである。

従来の技術 一般に冷凍コンテナ、液化ガス貯槽等高性能の断熱を要
する構造体では、断熱性能を向上するため断熱壁を真空
構造体とすることは良く知られている。

しかるに断熱壁を真空構造体に形成する場合は、真空構
造体を形成する内外壁金属容器に真空荷重（”ｇ／Ｊ　
）がかかるため、金属容器に真空荷重に充分耐え得るよ
うに厚肉材料を使用することとなる。容器の大きさにも
よるがステンレス材で２ｍｍ程度の板厚が必要である。

しかしながら金属容器として厚肉材料を使用すると、重
量が重くなると共に、加工に極めて多くの労力を費やす
ばかりか、第３図に示す様な厚肉材料で構成された真空
断熱構造体では、真空空間８を伝わる熱は少ないけれど
も、面部６ａもしくは６ｂから額部７！および７ｂを伝
わって、面部６ｂもしくは６ａに逃げる熱が増大する欠
点があった。

このようなことから、薄肉材料の金属容器を使用し得る
真空断熱構造体が種々開発されている。

この種の真空断熱構造体は、内外壁の間に真空荷重を受
けるため、耐圧縮性の成形断熱材を支持材として装填す
るものであるが、耐圧縮性を満足するものは一般に嵩比
重が大きくなり、熱伝導度が大きく、断熱性能の点で問
題があった。

上述のような理由から、珪酸カルシウムのような連続開
気孔構造を有する耐圧縮性、軽量の無機質成形体を支持
材として使用し、１０Ｔｏｒｒ以下の真空断熱構造体が
提案された。

この成形体は耐圧縮荷重が２　ｋｇ／ｃｌｔ　以上を有
し、しかも嵩比重がｏ、１ｇ／ｃｃ程度と軽く、さらに
連続開気孔構造を有していることにより、真空排気効果
も著しいものである。

発明が解決しようとする問題点 ところで、珪酸カルシウム成形体は直径数μｍ〜数１０
μｍのイガグリ状結晶が成長して絡み合い、数１０μｍ
以下の比較的大きな空気孔を形成してなるものである。

そのために輻射防止能が小さく、さらに結晶間の固体熱
伝導および結晶と金属容器の間の熱伝導が比較的大きく
、１０ＴＯｒｒ以下の真空下での熱伝導は０．０１　”
ｌ／ｒｎ−ｈ・°Ｃ（常圧下テは０．０３に０″ｌ／ｍ
、ｈ、−（２）程度である。

そして、珪酸カルシウムよりも熱伝導度の小さいＬｌｌ
＝Ｊトしては、パーライト、シラスノくルーノ。

ガラスバルーンのような微小粉体（真空下での熱伝導度
は約０．００２　ＫＣ”／ｒｎ−ｈ−°Ｃ、常圧下では
０−０２　Ｋ”Ａ／ｍ−ｈ０℃）や、ガラスウール、シ
リカアルミナウール、シリカウール等の繊維状物質（真
空下での熱伝導度は約０．００３　Ｋｃ″７！／ｍ、ｈ
１°Ｃ１常圧下では０−０３　”’７ｍ、ｈ、’ｃ）が
ある。しかし繊維状物質はもちろん真空荷重に耐えられ
ない。

一方、上記のような微小粉体は独立気泡となっていてガ
スを内蔵しており、真空荷重を受けると気泡が破壊して
内蔵ガスを放出するため、荷重を受けることが不可能で
ある。したがって真空下でこれらの断熱材を開用する場
合は、金属容器として厚肉材料を使用することが必要と
なシ、重量が重くなることは確実である。

本発明はこのような真空断熱構造体の欠点を改良しよう
とするものであり、安価で断熱性能に優れ、かつ真空排
気操作が容易で軽量の真空断熱構造体を提供するもので
ある。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、シラン誘導体の熱
処理または熱分解などの乾式法によって得られる一次粒
子径がサブミクロン以下の超微粒子シリカと珪酸ソーダ
を酸で分解する方法、アルカリ土類金属珪酸塩を酸で分
解する方法、あるいは酸性白土を酸で分解する方法など
の湿式法によって得られる一次粒子径がサブミクロン以
下の超微粒子シリカの混合物を主材とし、これを繊維状
物質と絡み合せて成形し、低熱伝導率の断熱材としたも
のを支持材として用いるものである。

すなわち、金属容器中に真空状態で充填している支持材
を、シラン誘導体の熱処理または熱分解によって得られ
た超微粒子シリカ、湿式法によって得られた超微粒子シ
リカおよび繊維強化材を混合分散し、圧縮した成形体に
より構成するものである。

また、特に真空断熱構造体の内外壁間の温度差が大きい
場合は、上記超微粒子シリカと繊維強化材に微小な輻射
防止剤を分散混合し、圧縮成形し、支持材として用いる
ものである。

作用 シリカの超微粒子を多孔体に単独で成形することは困難
である。またバインダーを用いて成形すると固体熱伝導
が大きくなる。そこで超微粒子シリカと繊維状物質を高
速攪拌混合し、圧縮成形する。

この方法によると、２　”’／ｒ：ａ　以上の圧縮強度
を持ち、かつサブミクロン以下の気孔を９０％近く持つ
微小多孔体の支持材を得ることができる。

ここで超微粒子シリカとして、乾式法から得られるもの
と、湿式法から得られるものを適宜混合して用いる。

乾式法の超微粒子シリカは、−次粒子が数百Å以下の球
状の非晶質で、シラノール基の数も非常に少ないので、
成形体の熱伝導率が静止空気の分子熱伝導率よりも小さ
く、かつ圧縮強度が優れている。また乾燥減量や強熱減
食が少なく、乾燥作業や真空引き作業が楽である。しか
し、無荷重での嵩密度が非常に小さくプレス作業がやり
にくい。

また非常に高価である。

一方、湿式法の超微粒子シリカは、−次粒子は乾式法と
同程度に小さいものであるが、ンラノール基の数は２倍
以上であり、粒子間の凝集力が強い。したがって、嵩密
度は比較的大きいが成形体の熱伝導率は、乾式法シリカ
に比べると大きい。

また同じ空隙率に成形した場合の圧縮強度も乾式法に比
べると小さい。そして、乾燥減量や強熱減量も大きい。

しかし、湿式法の超微粒子シリカの価格は乾式法超微粒
子ンリカのＡ以下である。

乾式性超微粒子シリカと湿式法超微粒子シリカの混合は
、上記したそれぞれの長所を生かし、欠点を補い合うも
のである。すなわち、断熱性能や耐圧縮性能に優れた乾
式法シリカに湿式法シリカを適宜添加混合し、湿式法ン
リカの凝集力によって混合物の嵩密度を大きくし、プレ
ス作業を容易にするものである。乾式性超微粒子シリカ
および湿式法超微粒子ンリカは共に一次粒子が数百Å以
下であるため、輻射防止材を添加しなくても、珪酸カル
シウム成形体に比べて輻射防止効果が大きい。しかし内
外壁間の温度差が大きい場合は、本来の支持材の断熱性
能、気孔の大きさに影響を及ぼさない程度の粒径、材質
の輻射防止材を混合することによって、一層輻射防止効
果を向上できる。

またこの支持材は、粒子と粒子の点接触、粒子と繊維の
点接触で成形されているため、気孔率は珪酸カルシウム
の約９６％に比べて小さいにもかかわらず、固体間の熱
伝導は小さい。

この支持材は常圧では数％〜１０％の水分を吸着する。

特に湿式シリカの含量が多い場合、吸着水分が多く、常
圧下では熱伝導率はそれ程優れたものではないが、吸着
水分の影響のない減圧下では、珪酸カルシウムよりはる
かに優れた断熱性能を示す。

さらに、上記の支持材は径がサブミクロン以下の連続気
孔で構成され、珪酸カルシウム成形体よシもはるかに小
さな気孔であり、真空度は数Ｔｏｒｒ以下にすれば空気
の対流、空気分子間の熱伝導は極めて少ないものになる
。

実施例 以下本発明について具体的に説明する。

本発明の支持材の主材として用いる超微粒子シリカは、
四塩化珪素を酸水素炎中（１０００′Ｃ）で加水分解す
る製法などによって得られる乾式性超微粒子シリカと、
珪酸ソーダを酸で分解する製法などによって得られる湿
式法超微粒子シリカの混合物である。乾式性超微粒子シ
リカとしては日本アエロジル製ＡＥＲＯ８工り等があり
、湿式法超微粒子ンリカとしては徳山曹達製Ｔｏｋｕｓ
ｉｌや塩野義製薬製Ｃａｒｐｌｅｘ等がある。

繊維強化材としては、シリカアルミナウール。

シリカウール、グラスウール、アルミナファイバー等が
あるが、真空引き温度をなるべく高くでき、かつ安価で
繊維径が細いという理由で、シリカアルミナウールが好
ましい。

輻射防止材としては、基本的には３種の異なるタイプの
一つであるか、またはその種のタイプの組み合わせであ
ってよい。これらの基本的タイプは、 （イ）反射タイプ　例えば金属粉末類 （ロ）散乱タイプ　例えば酸化チタン、ジルコン。

チタン酸カリウムウィスカー （ハ）吸収タイプ　例えばカーボンブラックである。

超微粒子シリカと繊維強化材のみの場合は、超微粒子９
３〜９８重量部、繊維強化材２〜７重量部を高速攪拌混
合し、成形型中でプレス成形し、嵩密度０．１７〜０−
３６にし讐（気孔率８３〜９２％）の支持材とする。

一方輻射防止材を混合する場合は、超微粒子シリカ６０
〜７５重量部、繊維強化材２〜７重量部、輻射防止材２
５〜４０重量部を高速攪拌混合し、成形型中でプレス成
形をし、嵩密度０．２４〜０．４６ｋｌ／Ｉｒ？（気孔
率８３〜９２％）の支持材とする。

上記の２種類の超微粒子シリカ成形体は、耐熱性約８６
０°Ｃ１常圧における熱伝導率０．０３５ＫＯ＆７！／
ｍ、ｈ、・ｃ（６０°Ｃ）以下、耐圧縮性２　ｋＶｃｉ
以上を有しており、また連続開気孔構造である。

さて超微粒子シリカ成形体は、上記の様に攪拌。

混合、プレス成形して製造され、真空引きの際、放出す
るガスは大気中から吸湿している水分のみである。しか
して上記のような超微粒子シリカ成形体を真空断熱容器
の支持材として使用する場合には、まずこの所定形状の
超微粒子シリカ成形体を加熱炉にて予め乾燥処理する。

この超微粒子シリカ成形体の乾燥条件は、通常約２００
°Ｃで２時程度度保持すればほぼ恒量となる。この処理
によって、シラノール基は残るが、成形体内の吸着水分
はほとんど確実に除去される。更に高温を採用すれば加
熱時間は格段に短縮される。

次いで第１図に示すような薄肉（ステンレス材で板厚０
．５ｍｍ程度）の金属面部１＋ａ、１ｂ、金属顎部２Ｎ
　、２ｂで構成された容器に、予備加熱された上記支持
材３を充填する。上記面部１１Ｌ、１ｂと顕部２＆　、
２ｂは、それぞれの端部において溶接または巻締めなど
により取り付けることによって密閉される。そして面部
１ｂには封止弁４を有する排気管５が埋め込み構造で取
り付けられている。

この後、外部より１００°Ｃ以上でなるべく高温に加熱
しながら短時間に真空引きする。この操作により、上記
支持材３内の水分はほとんど排出され、更に他の放出ガ
スも排出てれ、支持材３内は高真空度に保持される。さ
らに上記封止弁４を密閉することにより、金属容器内に
支持材３が充填され、かつこの支持材３内が真空に保持
された真空断熱構造体が製造される。なおこの場合、保
持真空度は０．Ｉ　ＴＯｒｒとした。

次に支持材３の特性と原料配合について具体例をあげて
説明する。

第１表に本発明の実施例（ｌｌ’ａ　３　、　＆　６　
）と比較例（／ＦＦｘ　１　、　Ａ２　、　Ａ４　、　
／に５）の原料配合と支持材の特性を示す。

（以下余　白） 第１表において、耐圧縮性とは５％へこみの時の圧縮強
度であり、真空中とは０．Ｉ　Ｔｏｒｒである。

原料の乾式法超微粒子シリカとしては、日本アエロジル
製ＡＩＣＲＯ８ＩＬ２００、湿式法超微粒子シリカとし
ては徳山曹達製Ｔｏｋｕｓｉｌ　Ｐ、酸化チタンとして
はデグサ製Ｔｉｔａｎｉｕｍ　０ｘｉｄｅ　Ｐ２ｓ、シ
リカアルミナウールとしてはイビデン製イビウールバル
クを使用した。

各々の配合の原料は日本アイリッヒ製逆流式高速混合機
を用い、６０００　ｒ、　ｐｏｍで混合した。次にこの
混合物を成形型に入れプレス成形し、幅１０００”ｍ、
長す２０００［Ｉｌｍ、厚す５ｏｆｆｌ［Ｉ］ノ支持材
とした。

ＡＩ　、Ａ２　、Ａ３の配合は輻射防止材として酸化チ
タンを含有するものであシ、”　＋　Ａ　５　。

煮６は輻射防止材は含有しない。

第１表に基づいた配合の支持材を嵩密度を変えてプレス
成形すると、嵩密度と耐圧縮性の関係は第２図の様にな
る。第２図の人、　Ｂ　、　Ｃ、Ｄ　、　Ｅ。

Ｆは第１表の＆１．届、２．黒３．黒’　＋　’　５　
＋煮６の配合に対応する。

第２図から明らかな様に、湿式法超微粒子ンリカだけを
主材とする支持材Ｂ　（／Ｆｆ１２　）　、　Ｅ（ｍｅ
；）よりも乾式性超微粒子シリカだけを主材とする支持
材Ａ　（ＡＩ　）　、　Ｄ　（Ａ４　）の方が耐圧縮性
は優れている。そこで耐圧縮性および断熱性に優れた乾
式性超微粒子シリカと粉体の嵩密度が大きくプレス成形
しやすい湿式法超微粒子シリカを混合した支持材ｃ（Ａ
３）、ｙ（黒６）はムとＢ、ＤとＥの中間位の耐圧縮性
を得ることができる。

第１表には代表的な嵩密度の支持材の特性を示すが、乾
式性超微粒子シリカと湿式法超微粒子シリカを混合した
煮３．黒６の吸湿率、耐圧縮性。

熱伝導率は各々単独の場合のほぼ中間の値であるが、珪
酸カルシウム成形体を支持材とする真空断熱構造体より
も優れた断熱性能のものを容易に得ることができる。

原料の配合は、真空断熱構造体の用癒によって選択でき
る。性能（耐圧縮性、熱伝導率２重量）を優先する場合
は、乾式性超微粒子シリカの割合を多くし、価格を優先
する場合は湿式法超微粒子ンリカの割合を多くする。

発明の効果 上述した様に本発明によれば、低熱伝導率で耐圧縮性に
優れた超微粒子シリカ成形体を支持材とすることによっ
て、薄肉の金属容器が吠えるため、軽量で断熱性能に優
れた真空断熱構造体を得る。

さらに本発明においては、超微粒子シリカとして、特に
低熱伝導率、高耐圧縮性、低吸湿性の乾式法シリカと粉
体の嵩密度の大きい湿式法シリカを混合して用いること
によって、原料混合物の嵩を小さくでき、プレス成形が
容易になる。

一方、従来の珪酸カルシウム成形体を支持材として使っ
た場合よりも減圧度が少なく、一層真空引き作業が容易
である。

また、真空度が小さいため金属容器からのガスの放出が
少なく、さらに超微粒子シリカのゲッター作用もあるの
で、極めて断熱性能の経年変化が少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す真空断熱構造体の断面
図、第２図は本発明に用いる支持材の嵩密度と耐圧縮性
の関保を示す特性図、第３図は従来の真空断熱構造体の
断面図である。 １＆、１ｂ・・・・・・金属容器の面部、２２Ｌ　、　
２ｂ・・・・・・金属容器の額部、３・・・・・・支持
材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属容器と、その中に真空状態で充填している支
   持材とよりなり、前記支持材はシラン誘導体の熱処理ま
   たは熱分解によって得られた超微粒子シリカ、湿式法に
   よって得られた超微粒子シリカおよび繊維強化材を混合
   分散し圧縮した成形体により構成した真空断熱構造体。
2. （２）支持材は輻射防止剤を含有する成形体により構成
   した特許請求の範囲第１項記載の真空断熱構造体。