JPWO2015121894A1 - リン酸マグネシウム水和物を用いた吸熱材 - Google Patents
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Abstract
リン酸マグネシウム水和物とバインダーを含む粒子を、具備する吸熱材。
Description
本発明は、リン酸マグネシウム水和物を用いた吸熱材及びその製造方法に関する。
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。通常、これらのケーブルに吸熱材を被覆することで耐熱性又は耐火性を実現している。
従来の吸熱材は、加熱された際に、高分子吸収体に水を含ませたもので吸熱させるか、又は水酸化アルミニウム水和物に含まれる水分子（結晶水）を用いて吸熱させるかによって吸熱していた。
しかしながら、従来の吸熱材は、かさ張ること及び重量が重いこと、又はケーブルを敷設した後ではケーブル被覆を行うだけのスペースが狭いことからケーブル被覆の交換が困難であることが問題となっていた。
しかしながら、従来の吸熱材は、かさ張ること及び重量が重いこと、又はケーブルを敷設した後ではケーブル被覆を行うだけのスペースが狭いことからケーブル被覆の交換が困難であることが問題となっていた。
高分子吸収体による吸熱材は、通常包袋で包まれているが、包袋が破れると常温でも水が蒸発して機能しなくなる。
水酸化アルミニウム水和物を用いた吸熱材は、水和物の分解温度がケーブルの耐熱温度よりも高いため、水和物が分解される前にケーブルが破損してしまうといった問題があった。
水酸化アルミニウム水和物を用いた吸熱材は、水和物の分解温度がケーブルの耐熱温度よりも高いため、水和物が分解される前にケーブルが破損してしまうといった問題があった。
そこで、交換不要、狭い場所にも施工可能、軽量、効率的に吸熱する吸熱材が求められていた。
一方、リン酸マグネシウム水和物は吸熱材として知られている（特許文献１，２）。
一方、リン酸マグネシウム水和物は吸熱材として知られている（特許文献１，２）。
本発明の目的は、新規な吸熱材を提供することである。
本発明者らは、鋭意研究の結果、リン酸マグネシウム水和物を含む粒子を用いた吸熱材が、扱い易く吸熱材として優れることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の吸熱材及びその製造方法が提供される。
１．リン酸マグネシウム水和物とバインダーを含む粒子を、具備する吸熱材。
２．前記リン酸マグネシウム水和物が、リン酸３マグネシウム８水和物である１記載の吸熱材。
３．前記バインダーが、無機バインダーである１又は２記載の吸熱材。
４．前記バインダーが、珪酸ナトリウムである１〜３のいずれか記載の吸熱材。
５．前記粒子の平均粒径が、０．０１ｍｍ〜２０ｍｍである１〜４のいずれか記載の吸熱材。
６．前記粒子が、容器に収容されている１〜５のいずれか記載の吸熱材。
７．前記容器が、耐熱性クロスからなる６記載の吸熱材。
８．前記耐熱性クロスが、ガラスクロス、シリカクロス又はアルミナクロスである７記載の吸熱材。
９．前記耐熱性クロスが、表面にアルミが蒸着されたクロスである７記載の吸熱材。
１０．前記容器が、複数連続して繋がっている１〜９のいずれか記載の吸熱材。
１１．リン酸マグネシウム水和物と水ガラスを混合し、造粒して含水粒子を得、
前記含水粒子から水を除去して粒子を得る、吸熱材の製造方法。
１２．前記粒子を、容器に収容する１１記載の吸熱材の製造方法。
１．リン酸マグネシウム水和物とバインダーを含む粒子を、具備する吸熱材。
２．前記リン酸マグネシウム水和物が、リン酸３マグネシウム８水和物である１記載の吸熱材。
３．前記バインダーが、無機バインダーである１又は２記載の吸熱材。
４．前記バインダーが、珪酸ナトリウムである１〜３のいずれか記載の吸熱材。
５．前記粒子の平均粒径が、０．０１ｍｍ〜２０ｍｍである１〜４のいずれか記載の吸熱材。
６．前記粒子が、容器に収容されている１〜５のいずれか記載の吸熱材。
７．前記容器が、耐熱性クロスからなる６記載の吸熱材。
８．前記耐熱性クロスが、ガラスクロス、シリカクロス又はアルミナクロスである７記載の吸熱材。
９．前記耐熱性クロスが、表面にアルミが蒸着されたクロスである７記載の吸熱材。
１０．前記容器が、複数連続して繋がっている１〜９のいずれか記載の吸熱材。
１１．リン酸マグネシウム水和物と水ガラスを混合し、造粒して含水粒子を得、
前記含水粒子から水を除去して粒子を得る、吸熱材の製造方法。
１２．前記粒子を、容器に収容する１１記載の吸熱材の製造方法。
本発明によれば、新規な吸熱材を提供できる。
本発明の吸熱材は、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（Ｍｇ３（ＰＯ４）２・８Ｈ２Ｏ）、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。
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（Ｍｇ３（ＰＯ４）２・８Ｈ２Ｏ）、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、Ｎａ２ＳｉＯ３、Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２又はＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏ）、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。
無機バインダーは、珪酸ナトリウム（水ガラス由来物、Ｎａ２ＳｉＯ３、Ｎａ２Ｏ・ＳｉＯ２又はＮａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏ）、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。
本発明の吸熱材は、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。
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。
本発明では、造粒した吸熱材を用いる。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。
本発明の吸熱材は、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１に本発明の吸熱材に用いる包袋の一例の斜視図を示す。この包袋２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。
本発明の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（Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏ）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。
本発明の吸熱材は、それだけで断熱材として利用できるが、他の断熱材と組み合わせてもよい。組み合わせることにより、さらに効果的な断熱構造を構成でき、強力な断熱性及び耐火性を発揮できる。
実施例１
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）（Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏ（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を製造した。包袋は、図１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。
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）（Ｎａ２Ｏ・ｎＳｉＯ２・ｍＨ２Ｏ（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を製造した。包袋は、図１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。
実施例２
（１）耐火構造の組み立て
実施例１で製造した吸熱材及び以下の第１及び第２の断熱材を用いて、図２，３に示す耐火構造を組み立てて、耐火試験を実施した。図２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３は、耐火構造の概略縦断面図である。
（１）耐火構造の組み立て
実施例１で製造した吸熱材及び以下の第１及び第２の断熱材を用いて、図２，３に示す耐火構造を組み立てて、耐火試験を実施した。図２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３は、耐火構造の概略縦断面図である。
図２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３に示すように、実施例１で製造した吸熱材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、以下の第１の断熱材２２を１層（２０ｍｍ）、及び以下の第２の断熱材２４を３層（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。
図３に示すように、実施例１で製造した吸熱材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、以下の第１の断熱材２２を１層（２０ｍｍ）、及び以下の第２の断熱材２４を３層（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。
・第１の断熱材：エアロゲル・無機繊維複合材（パイロジェル、アスペン（株））
・第２の断熱材：生体溶解性繊維ブランケット（生体溶解性繊維組成：ＳｉＯ２含有量約７３質量％、ＣａＯ含有量約２５質量％、ＭｇＯ含有量約０．３質量％、Ａｌ２Ｏ３含有量約２質量％）
・第２の断熱材：生体溶解性繊維ブランケット（生体溶解性繊維組成：ＳｉＯ２含有量約７３質量％、ＣａＯ含有量約２５質量％、ＭｇＯ含有量約０．３質量％、Ａｌ２Ｏ３含有量約２質量％）
（２）耐火構造の評価
図３に、熱電対の設置位置を示す。
熱電対は、第２の断熱材２４の内側から２層目と３層目の間（図４中、４８）、第２の断熱材２４の内側から１層目と２層目の間（図４中、４６）、第２の断熱材２４と第１の断熱材２２の間（図４中、４４）、第１の断熱材２２と吸熱材１０の間（図４中、４２）、及び上段に載ったケーブルケースの直上（図４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１に示す。
図３に、熱電対の設置位置を示す。
熱電対は、第２の断熱材２４の内側から２層目と３層目の間（図４中、４８）、第２の断熱材２４の内側から１層目と２層目の間（図４中、４６）、第２の断熱材２４と第１の断熱材２２の間（図４中、４４）、第１の断熱材２２と吸熱材１０の間（図４中、４２）、及び上段に載ったケーブルケースの直上（図４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１に示す。
表１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℃程度であり、ケーブルの導通が確保されることが確認された。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。
本発明の吸熱材は、原子力発電所等、耐火性が求められる場所又は設備に用いる吸熱材として使用できる。
上記に本発明の実施形態及び／又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び／又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
この明細書に記載の文献の内容を全てここに援用する。
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Claims (12)
- リン酸マグネシウム水和物とバインダーを含む粒子を、具備する吸熱材。
- 前記リン酸マグネシウム水和物が、リン酸３マグネシウム８水和物である請求項１記載の吸熱材。
- 前記バインダーが、無機バインダーである請求項１又は２記載の吸熱材。
- 前記バインダーが、珪酸ナトリウムである請求項１〜３のいずれか記載の吸熱材。
- 前記粒子の平均粒径が、０．０１ｍｍ〜２０ｍｍである請求項１〜４のいずれか記載の吸熱材。
- 前記粒子が、容器に収容されている請求項１〜５のいずれか記載の吸熱材。
- 前記容器が、耐熱性クロスからなる請求項６記載の吸熱材。
- 前記耐熱性クロスが、ガラスクロス、シリカクロス又はアルミナクロスである請求項７記載の吸熱材。
- 前記耐熱性クロスが、表面にアルミが蒸着されたクロスである請求項７記載の吸熱材。
- 前記容器が、複数連続して繋がっている請求項１〜９のいずれか記載の吸熱材。
- リン酸マグネシウム水和物と水ガラスを混合し、造粒して含水粒子を得、
前記含水粒子から水を除去して粒子を得る、吸熱材の製造方法。 - 前記粒子を、容器に収容する請求項１１記載の吸熱材の製造方法。
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