TW201623592A - 耐火構造及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一種耐火構造，具有：由吸水的無機多孔質成形體所成之第1吸熱材、或具備包含磷酸鎂水合物與黏合劑的粒子的第2吸熱材；以及由1100℃ 24小時的收縮率5%以下的無機纖維所成之纖維隔熱材。

Description

耐火構造及其使用方法
本發明，係關於耐火構造及其使用方法。
存在核能發電廠、火力發電廠、其他由於火災等的災害因而需要使設施內的電纜具有耐熱性或耐火性的設施。具體而言，本國的核能發電廠的設施內的電纜，係要求即使3小時曝於到達1100℃的加熱後仍會導通。
例如，在核能發電廠，係就電纜的周圍，將包含氫氧化鋁與陶瓷纖維並以鋁膜包覆周圍的墊子，重疊約7、8層作包覆而確保耐火性。此方法係墊子的積層物非常重或體積大，只能使用於有限場所。
所以，要求不需交換、窄的場所仍可施工、輕量、高效隔熱的隔熱構造。
另一方面，已知各種隔熱材(專利文獻1~5)。於專利文獻1、2，係在隔熱材方面記載硬矽鈣石矽酸鈣成形體。於專利文獻3、4，係記載由氧化矽微粒子所成之隔熱成形體。再者，於專利文獻5，係記載氣凝膠與無機纖維的複合材。於專利文獻6、7，係在吸熱材 方面記載磷酸鎂水合物。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本發明專利公開昭和59-102856號公報
[專利文獻2]日本發明專利公開昭和61-186256號公報
[專利文獻3]日本發明專利公開2011-84441號公報
[專利文獻4]日本發明專利公開2011-85216號公報
[專利文獻5]日本發明專利公表2004-517222號公報
[專利文獻6]日本發明專利公開2008-274253號公報
[專利文獻7]日本發明專利公開2009-191493號公報
要求最高極限溫度1100℃的3小時加熱時仍可確保電纜的導通，耐火構造整體緊密且輕量。
本發明之目的，係在於提供亦可使用於我國的核能發電廠的新穎的耐火構造。
本發明人，係經銳意研究後，發現以下而予以完成本發明：僅以一種的隔熱材或吸熱材難以達成上述的目的，藉組合複數個隔熱材或吸熱材，可達成。
依本發明時，提供以下的耐火構造。
1.一種耐火構造，具有：由吸水的無機多孔質成形體所成之第1吸熱材、或具備包含磷酸鎂水合物與黏合劑的粒子的第2吸熱材；以及由1100℃ 24小時的收縮率5%以下的無機纖維所成之纖維隔熱材。
2.如1的耐火構造，其中，前述第1吸熱材的無機多孔質成形體為包含從矽酸鈣、二氧化矽、礬土、蛭石、雲母、水泥、及珍珠岩所選擇的1種或2種以上的無機粉體的成形體。
3.如1或2的耐火構造，其中，前述第1吸熱材由在70℃~130℃破損的包裝材而包圍。
4.如1~3中任一者的耐火構造，其中，前述第2吸熱材的黏合劑為矽酸鈉。
5.如1~4中任一者的耐火構造，其中，前述第2吸熱材收容於在表面蒸鍍鋁的耐熱性布。
6.如1~5中任一者的耐火構造，其進一步具有在400℃的熱導率0.05W/(m‧K)以下的低熱導率隔熱材，前述吸熱材、前述低熱導率隔熱材、及前述纖維隔熱材被依此順序而設。
7.如1~5中任一者的耐火構造，其進一步具有在400℃的熱導率0.05W/(m‧K)以下的低熱導率隔熱材，前述低熱導率隔熱材、前述吸熱材、及前述纖維隔熱材被依此順序而設。
8.如6或7的耐火構造，其中， 積層從前述吸熱材、前述低熱導率隔熱材、及前述纖維隔熱材所選擇的2或3的構材的積層物，前述積層物被以包裝體包圍。
9.一種耐火構造，具有：在400℃的熱導率0.05W/(m‧K)以下的低熱導率隔熱材；以及由1100℃ 24小時的收縮率5%以下的無機纖維所成之纖維隔熱材。
10.如9的耐火構造，其中，積層前述低熱導率隔熱材、前述纖維隔熱材的積層物，前述積層物被以包裝體包圍。
11.如8或10的耐火構造，其中，前述積層物為可組合的單元構造。
12如8、10或11的耐火構造，其中，前述積層物的密度為200kg/m3~300kg/m3。
13.如8及10~12中任一者的耐火構造，其中，前述積層物的厚度為100mm~150mm。
14.如6~13中任一者的耐火構造，其中，前述低熱導率隔熱材為由從氧化矽粒子及氧化鋁粒子所選擇的1種以上的無機粒子所成之成形體，或氣凝膠與無機纖維的複合材。
15.如14的耐火構造，其中，由前述無機粒子所成之成形體包含從補強纖維及輻射散射材所選擇的1種以上。
16.如1~15中任一者的耐火構造，其中，前述1100℃ 24小時的收縮率5%以下的無機纖維為陶瓷纖維、或對於生理食鹽水的溶解率1%以上的生物可溶性纖維。
17.如1~16中任一者的耐火構造，其中，將被保護物以耐火構造包圍，從前述耐火構造的外側以1100℃ 3小時加熱時，在耐火構造的內側的被保護物的表面的溫度為170℃以下。
18.一種如1~17中任一者的耐火構造的使用方法，以如1~17中任一者的耐火構造，以前述纖維隔熱材成為外側的方式，而包圍被保護物。
19.如18的耐火構造的使用方法，其中，將耐火構造安裝於構造物之面。
依本發明時，可提供新穎的耐火構造。
另外，本發明之耐火構造，係不僅我國的核能發電廠，亦可使用於海外的核能發電廠，此外不限定於核能發電廠，可使用於要求耐火的全部的場所(設施)。
1‧‧‧吸熱材
3‧‧‧包袋
4‧‧‧袋
6‧‧‧襠
10‧‧‧吸熱材
11‧‧‧無機多孔質成形體
13‧‧‧包裝材
20‧‧‧積層隔熱材
22‧‧‧隔熱材C
24‧‧‧隔熱材B
40‧‧‧電纜殼體的正上方
42‧‧‧隔熱材C22與吸熱材10之間
44‧‧‧隔熱材B24與隔熱材C22之間
46‧‧‧第1層與第2層之間
48‧‧‧第2層與第3層之間
100’‧‧‧電纜架
101‧‧‧電纜
102’‧‧‧腳
103‧‧‧架子
104’‧‧‧階
105‧‧‧階
200’‧‧‧電纜
400‧‧‧耐火構造
401‧‧‧吸熱材
403‧‧‧隔熱材B
405‧‧‧隔熱材A
500‧‧‧縱型爐
551‧‧‧外面
553‧‧‧吸熱材與隔熱材A之間
554‧‧‧吸熱材的內面
555‧‧‧外面
557‧‧‧吸熱材與隔熱材A之間
558‧‧‧吸熱材的內面
559‧‧‧外面
561‧‧‧吸熱材與隔熱材A之間
562‧‧‧吸熱材的內面
600‧‧‧耐火構造
601‧‧‧吸熱材
603‧‧‧積層體
700‧‧‧耐火構造
701‧‧‧氧化矽氧化鋁纖維
703‧‧‧ROSLIM Board GH
705‧‧‧氧化矽氧化鋁纖維氈
711‧‧‧壁
713‧‧‧配管
[圖1]就使用於本發明的耐火構造的吸熱材的一例作繪示的圖。
[圖2]就使用於本發明的耐火構造的吸熱材的其他例作繪示的圖。
[圖3]運用於使用於本發明的耐火構造的吸熱材的包 袋的一例的透視圖。
[圖4]就依實施例1而製造的耐火構造作繪示的縱剖面圖。
[圖5]就依實施例1而製造的耐火構造作繪示的縱剖面圖。
[圖6]就依實施例2而製造的耐火構造作繪示的縱剖面圖。
[圖7]就依實施例4而製造的耐火構造作繪示的縱剖面圖。
[圖8]就依實施例4而製造的耐火構造作繪示的縱剖面圖。
[圖9]就依實施例7而製造的耐火構造作繪示的縱剖面圖。
[圖10]供於說明是熱導率的測定方法的周期加熱法用的圖。
本發明的第1態樣的耐火構造，係將新穎的吸熱材、將耐熱性高的隔熱材(纖維隔熱材)作組合者。
再者，本發明的耐火構造，係在吸熱材與纖維隔熱材之間，具有熱導率低的低熱導率隔熱材為優選。亦即，優選上，將吸熱材、低熱導率隔熱材、纖維隔熱材依此順序組合。
此外，將低熱導率隔熱材、吸熱材、纖維隔熱材依此 順序組合亦可。
例如，纖維隔熱材具有第1耐熱性與第1熱導率時，低熱導率隔熱材係具有比前述第1耐熱性低的第2耐熱性、比前述第1熱導率低的第2熱導率。
由耐火構造由吸熱材、低熱導率隔熱材、纖維隔熱材所成時，例如可設成吸熱材的厚度係3~50mm，低熱導率隔熱材的厚度係10~50mm，纖維隔熱材的厚度係50~150mm。優選上合計100~150mm。
本發明的第2態樣的耐火構造，係將耐熱性高的隔熱材(纖維隔熱材)、熱導率低的低熱導率隔熱材作組合者。
耐火構造由低熱導率隔熱材、纖維隔熱材所成時，例如可設成低熱導率隔熱材的厚度係50~500mm，纖維隔熱材的厚度係10~100mm。優選上合計100~300mm。
本發明的耐火構造，係包圍應耐火的對象物而使用。耐火構造雖包圍對象物的整個周圍為優選，惟構成耐火構造的構材，係包圍至少一部分即可。
吸熱材、低熱導率隔熱材、纖維隔熱材，係可分別分離作配置而使用，亦可使2個或3個構材作接觸而使用。
此外，吸熱材與低熱導率隔熱材、或纖維隔熱材與低熱導率隔熱材、或吸熱材與纖維隔熱材，係可重疊而作成積層物，此外可重疊3個構材而作成積層物。積層物，係 可不結合或黏合，將構材重疊的狀態下，以包裝體包圍。
再者，使用此耐火構造時，將纖維隔熱材配置於最外側為優選。
吸熱材、低熱導率隔熱材、纖維隔熱材，係可各為一層，由複數個層所成之積層物亦可。積層物的情況下，複數個層係可相同亦可不同。
以將本發明的第1態樣的耐火構造使用於核能發電廠的情況為例，以下利用圖式作說明。
如示於圖6，在核能發電廠，電纜101係載於從上頂垂下的多階的架子103的情形多。示於此圖的耐火構造600，係由吸熱材601、纖維隔熱材與低熱導率隔熱材的積層體603所成。如示於圖6，以吸熱材601包圍在各階的電纜整體，將架子整體，以積層體603包圍。纖維隔熱材與低熱導率隔熱材係重疊而以布等的包裝體包圍整體而作成墊子狀時容易處置。例如，於墊子安裝細繩，包圍架子103以繩子暫時固定後，以SUS製的帶子等固定。此墊子的厚度係可設成100mm以下，亦可使用於配置在窄的場所的架子。纖維隔熱材的厚度，係例如3mm~100mm，低熱導率隔熱材的厚度，係例如3mm~100mm。
另外，在圖6，係雖以吸熱材包圍電纜(對象物)的周圍整體，惟依架子的形狀等，存在一部分未被包圍的部分亦可。
不會由於設置耐火構造使得對於架子施加過大的負載為優選。上述的耐火構造的重量，係3階架子的 情況下，可設成電纜長度每1m，150kg以下，進一步120kg以下，1階架子的情況下，可設成電纜長度每1m，100kg以下，進一步可設成80kg以下。
此外，在牆壁的附近的架子方面，係可將耐火構造固定於牆壁而使用。於牆壁，安裝就耐火構造作支撐的構材，使得可減少施加於架子的負載。
如此之情況下，亦可作成將3個構材、或2個構材作成積層物，或將纖維隔熱材及低熱導率隔熱材作成單元構造，而組裝。
積層物的密度，係優選上200kg/m3~300kg/m3。積層物的厚度，係優選上30mm~350mm，較優選上50mm~250mm，更優選上100mm~150mm。
本發明的耐火構造，係於依ISO834標準加熱曲線的最高極限溫度1100℃的3小時加熱時仍可確保電纜的導通。可使內部溫度優選上為170℃以下，較優選上為160℃以下。
再者，本發明的耐火構造，係電纜的檢查時等，即使一度卸除，仍可再度安裝。尤其，將2以上的構材重疊而作成墊子的情況、作成單元構造的情況等係容易再利用。
以下，說明關於各構材。
1.由吸水的無機多孔質成形體所成之吸熱材(第1吸熱材)
此吸熱材，係包含吸水(浸漬)的無機多孔質成形體。例如，板等的獨立成形體。
在無機多孔質成形體的例子方面，係舉將矽酸鈣、二氧化矽、礬土、蛭石、雲母、珍珠岩、水泥等的無機粉體等混合1種或2種以上而加工後的成形體。
在無機多孔質成形體方面，係尤其矽酸鈣成形體為佳。矽酸鈣的種類之中，係硬矽鈣石、雪矽鈣石、矽灰石為優選，特優選係耐熱性高的硬矽鈣石。無機多孔質成形體，係除上述以外，可包含無機黏合劑、粒子等。矽酸鈣成形體，係能以記載於專利文獻1、2之方法而製造。
在輕量、予以含多量的水、及具有可維持保形性的強度的目的方面，無機多孔質成形體的密度係40~400kg/m3程度者為優選。更優選上80~300kg/m3，較優選上100~200kg/m3。
成形體，係可包含成形體的重量的100~400%的重量的水。成形體，係包含優選上130~300%、較優選上150~250%的水。
於使無機多孔質成形體吸水的水中，係可包含防凍劑、防腐劑、pH調節劑等的各種添加劑。
含水的無機多孔質成形體，係由包裝材(包裝體)而包裝為優選。
包裝材的密封性，係常態下防止來自含水成形體的水的蒸發的程度即可。加熱使得包裝材破損，水蒸發，此情 況下，由於氣化熱而吸熱。
加熱所致的破損溫度，係水的沸點(以下)為優選。沸點以上時，包裝材會有爆炸之虞，比水的沸點相當低時包裝材會在初期階段即破損，水蒸發造成無法有效獲得吸熱效果。因此，包裝材的破損溫度，係70℃~130℃較優選。較優選上，80℃~120℃，更優選上，90℃~110℃。
在包裝含水的無機多孔質成形體的包裝材方面，係可使用金屬、樹脂。將金屬與樹脂作積層而疊合者由於耐熱性及強度高而優選。
在使用的金屬方面，係舉鋁箔、銅箔、錫箔、鎳箔、不銹鋼箔、鉛箔、錫鉛合金箔、青銅箔、銀箔、銥箔、磷青銅箔等。
在樹脂方面，可使用熱固性樹脂或熱塑性樹脂。例如，舉聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍、丙烯酸、環氧樹脂、聚氨酯、聚醚醚酮、聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯硫醚、氟、聚碳酸酯、聚醯胺等。此等之中在100℃前後的溫度破損的樹脂為優選。
包裝材的厚度雖未特別限定，惟例如5μm~200μm。上述的積層體的情況下，可使金屬箔3μm~12μm，使樹脂層為2μm~60μm。
此外，包裝材可局部設置使因加熱而產生的包裝體內壓力洩出的機構及構造。例如，於包裝材的一部分設置改變膜種類、構造等而減低膜熔接部的接著力的部位。或者於膜的一部分開孔，而於該處黏貼或熔化形成比 包裝膜厚的薄膜。藉此，封裝體內壓力上升時，包裝材不會膨脹所需以上，可一定程度維持原尺寸。
於圖1示出吸熱材的一例的剖面圖。吸熱材1，係具有將含水的無機多孔質成形體11包裝的包裝材13。可直接使用如示於圖1的吸熱材，如示於圖2，亦可將示於圖1的吸熱材連結複數個。示於圖2的連結複數個的吸熱材，係搬運至窄的場所時，摺疊或捲繞而搬運故為便利。此外，可配合對象物的形狀而配置。
此吸熱材，係作用為吸熱材後，水消失的無機多孔質成形體亦作用為優異之隔熱材。
2.具備包含磷酸鎂水合物與黏合劑(玻璃等)的粒子的吸熱材(第2吸熱材)
此吸熱材，係由包含磷酸鎂水合物與黏合劑的粒子所成。
在磷酸鎂水合物方面，例示磷酸3鎂8水合物(Mg3(PO4)2‧8H2O)、3、5、10、22水合物，磷酸3鎂8水合物為優選。磷酸鎂水合物係從100℃附近分解而吸熱反應會進展。
在黏合劑方面可使用無機黏合劑、有機黏合劑等。
無機黏合劑，係例示矽酸鈉(水玻璃源性材料、Na2SiO3、Na2O‧SiO2或Na2O‧nSiO2‧mH2O)、膠態氧化矽、皂土等，矽酸鈉為優選。
有機黏合劑，係例示PVA(聚乙烯醇)、CMC(羧甲基纖維素)、澱粉等。
此吸熱材，係除不可避免的雜質以外，可僅由磷酸鎂水合物與黏合劑而構成。
在粒子方面，一般而言，磷酸鎂水合物係含1~99重量%，黏合劑係含1~99重量%，優選上磷酸鎂水合物係含50~99重量%，黏合劑係含1~50重量%，較優選上磷酸鎂水合物係含70~99重量%，黏合劑係含1~30重量%。
此吸熱材，係作成粒子而使用。以粉的狀態使用磷酸鎂水合物時難裝袋(難密封等)，在袋中容易偏向下方。上述粒子的平均粒徑，係優選上0.01mm~20mm，較優選上0.1mm~15mm。粒徑越小則表面積越大，作為吸熱材雖優異，惟處置變難。
此吸熱材，係一般而言，將粒子裝入袋子、殼體等的容器而使用。裝入袋狀的耐熱性布(布、薄片、膜等)而關閉者為優選。在耐熱性布方面，舉玻璃布、氧化矽布或氧化鋁布等。於表面蒸鍍鋁的布在耐火性方面優異而為優選。容器係未要求氣密性。
於圖3示出使用於吸熱材的包袋的一例的透視圖。此包袋3，係複數個袋4經由襠6而在其側邊排列而連接者。從上方的開口部裝入粒子而關閉。如此之構造的包袋時，搬運至窄的場所時，摺疊或捲繞而搬運故為便利。此外，可配合對象物的形狀而配置。再者，亦可從示於圖中的點線，亦即將連接袋4與袋4的襠6的部分作切 斷而使用。
使用於吸熱材的粒子，係可混合磷酸鎂水合物與水玻璃(Na2O‧nSiO2‧mH2O)，造粒而獲得含水粒子，從此含水粒子除去水而獲得。再者，依所需，將所得的粒子收容於容器。
3.纖維隔熱材
在纖維隔熱材方面，使用耐熱性高的隔熱材。1100℃ 24小時的收縮率0~5%為優選。優選上0~3%。收縮率係以實施例記載的方法而測定。
在纖維隔熱材方面，可使用陶瓷纖維。例如，可使用由氧化矽與氧化鋁所成之纖維(氧化矽：氧化鋁=40：60~0：100)，具體而言氧化矽‧氧化鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維。
此外，考慮到作業員的健康上的安全性，可使用耐熱性高的生物可溶性纖維。
生物可溶性纖維，係一般情況下，在主成分方面，於氧化矽及/或氧化鋁，包含從鹼金屬氧化物(Na2O、K2O等)、鹼土類金屬氧化物(CaO等)、氧化鎂、氧化鋯、二氧化鈦所選擇的1以上。亦可包含其他氧化物。
例如，可例示以下的組成。
SiO2、ZrO2、Al2O3、TiO2的合計50重量%~82重量%
鹼金屬氧化物與鹼土類金屬氧化物的合計18重量%~50重量%
此外，可例示以下的組成。
SiO2 50重量%~82重量%
CaO與MgO的合計10重量%~43重量%
更具體而言，可例示以下的組成1或組成2。
[組成1]
SiO2 70~82重量%
CaO 1~9重量%
MgO 10~29重量%
Al2O3 不足3重量%
[組成2]
SiO2 70~82重量%
CaO 10~29重量%
MgO 1重量%以下
Al2O3 不足3重量%
從加熱後溶解性仍高的觀點，組成2為優選。
此外，尤其在耐熱性高的纖維方面，可例示以下的組成。
使SiO2、MgO及CaO的3成分為主成分，具有以下的組成的無機纖維。
SiO2：73.6重量%~85.9重量%
MgO：9.0重量%~15.0重量%
CaO：5.1重量%~12.4重量%
Al2O3：0重量%以上、不足2.3重量%
Fe2O3：0重量%~0.50重量%
SrO：不足0.1重量%
主成分，係表示包含無機纖維的全部的成分之中含有量(重量%)最高的3成分(含有量最高的成分、含有量第2高的成分、及含有量第3高的成分的3成分)為SiO2、MgO及CaO。
纖維隔熱材，係從處置的觀點，氈、或板的形狀為優選。製造如此之成形品時，係適當無機黏合劑、可使用有機黏合劑等的一般的添加劑。
纖維隔熱材的厚度，係可依其他構材、設置的場所等適當決定，惟一般情況下，不設置低熱導率隔熱材時係100mm~300mm。設置低熱導率隔熱材時，若為25mm~50mm，則確保必要的耐火性，同時容易減小耐火構造整體的尺寸。
4.低熱導率隔熱材
在低熱導率隔熱材方面，使用熱導率小的隔熱材。
例如，可使用由從氧化鋁粒子及氧化矽粒子所選擇的1種以上的無機粒子所成之在400℃的熱導率0.05W/(m‧K)以下的成形體。
熱導率，係優選上，0.045W/(m‧K)以下，較優選上0.035W/(m‧K)以下。下限值，係雖未特別限定，惟例如0.02W/(m‧K)以上。此外，優選上，在800℃的熱導率 0.05W/(m‧K)以下。下限值係同400℃的熱導率。熱導率係以實施例記載的方法而測定。
具體而言，可使用由從一次粒子的平均粒徑100nm以下的氧化矽粒子及一次粒子的平均粒徑100nm以下的氧化鋁粒子所選擇的1種以上的無機粒子所成之成形體。
平均粒徑，係隨機針對約100個的粒子，以透射型電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope；TEM)或場發射掃描電子顯微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscope；FE-SEM)觀察粒徑而求出。
無機粒子的平均粒徑，係可為50nm以下，亦可為30nm以下。下限值，係雖未特別限定，惟例如2nm以上。
氧化鋁粒子，係不含α-氧化鋁(剛玉)(例如，於XRD測定，未檢測出剛玉的峰值)為優選。
在無機粒子方面，可使用氣相氧化矽或氣相氧化鋁粒子。無機粒子的量，係例如52~93質量%。
此成形體，係無機粒子以外，可包含成形體的補強的補強纖維、減低輻射所致的傳熱的輻射散射材。
在補強纖維方面，例如從由玻璃纖維、氧化矽‧氧化鋁纖維、氧化矽‧氧化鋁‧氧化鎂纖維、氧化矽纖維、氧化鋁纖維、氧化鋯纖維、生物可溶性無機纖維、岩綿及玄武岩纖維所成之群所選擇的1種以上。補強纖維 的量，係例如1~20質量%。
輻射散射材，係例如從由碳化矽、氧化鋯、鋯石、矽酸鋯、二氧化鈦、氮化矽、氧化鐵、氧化鉻、硫化鋅、鈦酸鋇所成之群所選擇的1種以上。輻射散射材的量，係例如1~40質量%。
使用氧化鋁粒子而製造成形體時，係為了抑制伴隨結晶化的收縮而包含晶型轉變抑制材為優選。晶型轉變抑制材的量，係例如1~45質量%程度。
在晶型轉變抑制材方面，可例示磷化合物、第2族元素的化合物、鑭化合物及釔化合物、氧化矽粒子、矽石、滑石、多鋁紅柱石、氮化矽、氧化矽灰、矽灰石、皂土、高嶺土、海泡石、雲母粒子。
在磷化合物的例子方面，可使用無機磷化合物及/或有機磷化合物，舉鋁的磷酸鹽(例如，磷酸二氫鋁(Al(H2PO4)3)、六方晶系的磷酸鋁(AlPO4)、斜方晶系的磷酸鋁(AlPO4))、鎂的磷酸鹽(例如，磷酸二氫鎂四水合物(Mg(H2PO4)2‧4H2O)、磷酸三鎂八水合物(Mg3(PO4)2‧8H2O))、鈣的磷酸鹽(例如，磷酸二氫鈣一水合物(Ca(H2PO4)2‧H2O))、氨的磷酸鹽(例如，磷酸二氫銨(NH4H2PO4)、磷酸氫二銨((NH4)2HPO4))、以及磷化氫衍生物及/或磷酸酯(三苯膦((C6H5)3P))等。
第2族元素的化合物，係優選上包含從Ba、Sr、Ca、Mg，較優選上包含從Ba、Sr所選擇的至少1者 的化合物。
在Ba化合物的例子方面，舉氧化鋇、碳酸鋇、氫氧化鋇、鈦酸鋇等。在Sr化合物的例子方面，舉氧化鍶、碳酸鍶、氫氧化鍶等。在Ca化合物的例子方面，舉氧化鈣、碳酸鈣、氫氧化鈣、磷酸三鈣等。在Mg化合物的例子方面，舉氧化鎂、碳酸鎂、氫氧化鎂等。
在鑭化合物的例子方面，舉碳酸鑭、氧化鑭、氫氧化鑭等。在釔化合物例方面，舉碳酸釔、氧化釔、氫氧化釔等。
在適合的成形體方面，舉氧化鋁粒子、晶型轉變抑制材(氣相氧化矽等)、氧化鋯、氧化鋁纖維的組合。
由前述無機粒子所成之成形體，係一般加壓成形體。
例如，將是原料的混合粉體充填於既定的成形模具，進行乾式加壓成形，從而製造乾式加壓成形體。
此外，上述以外，在低熱導率隔熱材方面，可使用如記載於專利文獻5的氣凝膠與無機纖維的複合材。
此複合材，係氣凝膠基質被由無機纖維的不織棒作補強者。在無機纖維方面，可使用玻璃纖維、陶瓷纖維等。亦可採用使用於纖維隔熱材的生物可溶性纖維。
氣凝膠，係可從具有開孔(open cell)的凝膠構造物的孔，將晶格間的可動溶劑相，在比此溶劑的臨界 點高的溫度及壓力下作除去從而獲得。在溶劑抽出過程，係將溶劑相的壓力及溫度保持成比臨界壓力及溫度高為優選。氣凝膠係典型具有低的體積密度(約0.15g/cc以下，適合係約0.03至0.3g/cc)、高表面積(一般約400至1000m2/g以上，適合係約700至1000m2/g)、高孔隙率(約95%以上，適合係約97%以上)、及大孔隙體積(約3.8mL/g以上，適合係約3.9mL/g以上)。如此之特性的組合，從而獲得低熱導率。
上述的複合材，係可對於在模具之中的補強用纖維棒加入凝膠前驅體，進行超臨界乾燥從而獲得。
構成氣凝膠基質的無機氣凝膠的材料，係例如矽、鋁、鈦、鋯、鉿、釔、釩等的金屬氧化物。尤其適合的凝膠，係從接受水解的矽酸酯的酒精溶液所產生的凝膠(醇凝膠)。
複合材料的剖面中，纖維的截面積，係優選上為該剖面的全剖面積的10%以下。
此外，複合材，係予以分散於氣凝膠基質而包含微細纖維亦可。
使用於纖維棒的纖維與微細纖維，係例如玻璃纖維、石英等的無機纖維。纖維棒與微細纖維，係可使用相同纖維亦可使用不同纖維。
再者，複合材，係包含二氧化鈦等的輻射散射材、氫氧化鋁等的吸熱材為優選。適合的複合材，係於非晶質氧化矽(氣凝膠、於表面含有少量有機矽烷)，包 含玻璃纖維、二氧化鈦、氫氧化鋁者。
低熱導率隔熱材的厚度，係可依其他構材、設置的場所等而適當決定。使用無機粒子的成形體的情況下，係一般10mm~300mm、或50mm~200mm。100mm~125mm時，確保必要的耐火性，同時容易減小耐火構造整體的尺寸。使用複合材的情況下，係一般10mm~120mm、或15mm~80mm。
[實施例] 製造例1[第1吸熱材的製造]
使用硬矽鈣石矽酸鈣成形體(KEICAL-ACE‧SUPER-SILICA、NIPPON KEICAL株式會社)(密度120kg/m3、500℃的熱導率0.114W/(m‧K)以下)(縱600mm×橫300mm×厚50mm)。
將此成形體切斷成適於使用在後述的實施例的大小，而予以含有成形體的2倍200重量%的水。
將所得的含水成形從表面以尼龍(15μm)、鋁箔(7μm)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)(40μm)的積層體而構成並將積層膜以脫氣/熱封而獲得吸熱材(第1吸熱材)。
熱導率係藉以下的周期加熱法而測定。
周期加熱法，係依非定態法的熱擴散率測定的一手法。在此，係假定往x軸向的1維熱流，如示於圖10在 試驗體的厚度方向取x軸，使試驗體的厚度為d。假定在原點有試驗體的放熱面，在x=d有試驗體加熱面，在原點係溫度總保持一定，在x=d溫度係周期變化sin(ωt+η)。於此，ω係角頻率，f係周期，t係時間，η係任意的相位。在此條件下解一維的熱導方程式時，x=d與任意的點x=xm的溫度波的振幅比A(=θ1/θ0)與相位差如下式求出。
於此，i係虛數單位，ω係以下式而定義(參考文獻：(1)H.S.Carslaw and J.C.Jaeger：Conduction of Heat in Solids、Oxford University Press、105-109(1959)、(2)大村，依不同測定方法的隔熱材的熱導率比較，熱物理性質，21[2]86-96(2007))。
[數學式2]ω=2π/f (4)
根據以上，比較加熱面的溫度波與在試驗體內部的任意的位置xm的溫度波，測定該振幅比或相位差，使得可 求出熱擴散率。亦即，將測定的振幅比A代入式(1)從而求出k，將該值代入式(3)而獲得熱擴散率κ。同樣，將相位差代入式(2)而獲得的k與從式(3)求出熱擴散率κ。再者熱導率λ，係將另外測定的密度ρ與比熱c代入以下的式子而求出。
[數學式3]λ=ρcκ (5)
製造例2[第2吸熱材的製造]
將磷酸3鎂8水合物、水玻璃3號(矽酸鈉)(Na2O‧nSiO2‧mH2O(n=3.0~3.4))以重量比91：9混合，造粒而獲得平均粒徑2mm~7mm的含水粒子，將此藉以90℃的乾燥將水除去而獲得粒子。將所得的粒子收容於玻璃布製的包袋而製造吸熱材(第2吸熱材)。包袋，係如示於圖3，將縱160mm、橫160mm的長方形經由10mm的襠，而為橫向連接複數個的形狀。厚度係25mm。
[使用第1吸熱材的第1態樣的耐火構造] 實施例1 (1)耐火構造的組裝
使用以製造例1所製造的吸熱材(厚度25mm)、及以下的隔熱材A(低熱導率隔熱材)、隔熱材B(纖維隔 熱材)，而組裝示於圖4、5的耐火構造，而實施耐火試驗。
‧隔熱材A：微孔性氣相氧化矽成形體(ROSLIM Board GH，NICHIAS(株))(厚度100mm)(800℃的熱導率0.04W/(m‧K))
‧隔熱材B：生物可溶性纖維氈(生物可溶性纖維組成：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%)(1100℃ 24小時的收縮率0.6%)(厚度25mm)
收縮率係藉以下的方法而求出。
從纖維氈製造(長度150mm、寬度100mm、厚度50mm、密度130±15kg/m3)。在將氈燒成1100℃ 24小時的前後，測定長度。使將相對於燒成前的長度的收縮的比例為收縮率。
將示於圖4的耐火構造400的組裝順序示於以下。
將電纜架的階105固定於電纜架附屬的架台，組裝了電纜架103。於電纜架的階105，予以載置裝入電纜的殼體(未圖示)。
組成隔熱材殼的角，安裝內側用金屬板，組裝僅下表面被解放的長方體狀的隔熱材殼(未圖示)。
在縱型爐500中，設置電纜架103，包圍電纜架103而安裝隔熱材殼(未圖示)。
於隔熱材殼的內側的金屬板，黏貼吸熱材 401。
於吸熱材401黏貼1或3層隔熱材A405。
於隔熱材A405捲繞隔熱材B403。
於隔熱材B403的外側，安裝隔熱材殼的外側用的金屬板(未圖示)，組裝了耐火構造400。
(2)耐火構造的評估
圖5，係耐火構造的概略縱剖面圖，示出熱電偶的設置位置的圖。
熱電偶，係設置於隔熱材B的外面(圖5中，551、555及559)，吸熱材與隔熱材A之間(圖5中，553、557及561)、及吸熱材的內面(圖5中，554、558及562)。
於縱型爐500中，藉燃燒器，依ISO標準耐火曲線進行3小時加熱後，自然冷卻2小時。將在各熱電偶的設置位置的1、2、3及5小時後的測定溫度(℃)示於表1。
實施例2 (1)耐火構造的組裝
圖6，係在實施例2組裝的耐火構造600的概略縱剖面圖。
在實施例2，係使用從上頂懸掛的電纜架103。電纜架103，係具有複數個階，將裝入電纜101的殼體載於階上。
以製造例1所製造的吸熱材601(厚度25mm)，將裝入具有於電纜架的階的電纜101的殼體的周圍包圍。再者，將該周圍以積層隔熱材603包圍。積層隔熱材603，係從電纜的其中一內側，積層以下的隔熱材C(低熱導率隔熱材)1層(厚度20mm)、及以下的隔熱材B(纖維隔熱材)3層(厚度25mm×3)，將外側整體以氧化矽布包圍者。
‧隔熱材C：無機氣凝膠‧無機纖維複合材(Pyrogel、Aspen(株))(400℃的熱導率0.045~0.048W/(m‧K))
‧隔熱材B：生物可溶性纖維氈(生物可溶性纖維組成：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)耐火構造的評估
將熱電偶設置於積層隔熱材603的外側、積層隔熱材603的氈層之間、積層隔熱材603與吸熱材601之間、電 纜101的附近。
如同實施例1，依ISO標準耐火曲線進行3小時加熱後，自然冷卻2小時。將在各熱電偶的設置位置的1、2、3及5小時後的測定溫度(℃)示於表2。
實施例3
於配管的閥的周圍設置盒狀的框架，於框架之上，如同實施例2積層吸熱材(厚度25mm)、Pyrogel(實施例2的隔熱材C)1層(厚度20mm)、及氧化矽氧化鋁纖維(氧化鋁：氧化矽=50：50)氈3層(厚度25mm×3)，將外側整體以氧化矽布包圍。
如同實施例1，進行加熱試驗的結果，閥主體的極限最高溫度，係104~118℃。
[使用第2吸熱材的第1態樣的耐火構造] 實施例4 (1)耐火構造的組裝
利用在製造例2所製造的吸熱材及在實施例1所使用的隔熱材B與在實施例2所使用的隔熱材C，組裝示於圖 7、8的耐火構造，而實施耐火試驗。圖7係予以載置使用於實驗的電纜的電纜架的縱剖面圖，圖8係耐火構造的概略縱剖面圖。
如示於圖7，立起電纜架100’的腳102’，將階104’固定於電纜架附屬的架台，組裝了電纜架100’。於電纜架的階104’，予以載置裝入電纜200’的殼體。
如示於圖8，以吸熱材10，將電纜架的腳102’、階104’的周圍作包圍。再者，將該周圍以積層隔熱材20包圍。積層隔熱材20，係從電纜的其中一內側，積層1層隔熱材C22(厚度20mm)、及3層隔熱材B24(厚度25mm×3)，將外側整體以氧化矽布包圍者。
於縱型爐中，設置電纜架100’。
(2)耐火構造的評估
於圖8，示出熱電偶的設置位置。
熱電偶，係設置於從隔熱材B24的內側第2層與第3層之間(圖8中，48)、從隔熱材B24的內側第1層與第2層之間(圖8中，46)、隔熱材B24與隔熱材C22之間(圖8中，44)、隔熱材C22與吸熱材10之間(圖8中，42)、及載於上階的電纜殼體的正上方(圖8中，40)。
於縱型爐中，藉燃燒器，依ISO標準耐火曲線進行3小時加熱後，自然冷卻2小時。在各熱電偶的設置位置的將1、2、3、5、8、10小時後的測定溫度(℃)示於表 3。
如示於表3，即使外側為超過1000℃的溫度，電纜殼體的正上方40的溫度係163℃程度，確認確保了電纜的導通。再者，電纜殼體的正上方40的溫度，係雖在加熱後3小時經過附近維持約20分100℃，惟此應係含於吸熱材的水發生蒸發的作用所致。
實施例5
在實施例4中，係雖依吸熱材、隔熱材C、隔熱材B的順序積層，惟在實施例5，係代替隔熱材B而使用氧化矽氧化鋁纖維製氈(隔熱材D)(厚度25mm×3)(1100℃ 24小時的收縮率2.4%、1100℃ 8時間的收縮率1.4%)，除依隔熱材C、吸熱材、隔熱材D的順序作積層以外，係作成如同實施例4，而組裝了耐火構造。
實施例4與同樣地進行加熱試驗，將1、2、3、5小時後的測定溫度(℃)示於表4。
[第2態樣的耐火構造] 實施例6
如同實施例1，組裝收容了電纜的架子，安裝了隔熱材殼。
於隔熱材殼，從長邊方向兩側面與上表面的內側，連貼3層ROSLIM Board GH(實施例1的隔熱材A)，捲繞生物可溶性纖維氈(實施例1的隔熱材B)(厚度25mm)。橫向兩側面，係從內側，黏貼4層ROSLIM Board GH(厚度計200mm)。
如同實施例1，進行加熱試驗的結果，電纜表面的極限最高溫度，係約140℃。
實施例7
圖9，係在實施例7組裝的耐火構造700的概略縱剖面圖。
圖9，係示出供貫通牆壁711的配管713用的耐火構造700。耐火構造700，係將配管713的周圍以氧化矽氧 化鋁纖維701(厚度10~25mm)包覆，進一步將該周圍甜甜圈狀地重疊6層是隔熱材A的ROSLIM Board GH703(厚度計300mm)。包圍配管713的氧化矽氧化鋁纖維701與ROSLIM Board GH703相加的厚度係75mm。最後將外周以氧化矽氧化鋁纖維氈705(厚度25~100mm)包覆。
如同實施例1，進行加熱試驗的結果，配管的極限最高溫度，係約113℃。
另外，在此實施例雖重疊6層ROSLIM Board GH，惟可進一步重疊至例如10層。
實施例8
於實施例7的耐火構造，為了提高密封性而安裝連接件。
具體而言，以包圍貫通牆壁的配管的周圍的方式，而對於牆壁安裝橡膠製的連接件(BellowQ、NICHIAS(株))，進一步將連接件的周圍以氧化矽氧化鋁纖維包覆，此外係如同實施例7，重疊6層ROSLIM Board GH(厚度計300mm)，於外側安裝氧化矽氧化鋁纖維氈(厚度25~100mm)。
如同實施例1，進行加熱試驗的結果，電線管的周圍的極限最高溫度，係約113℃。
使用連接件，使得對於緊急時的水等的密封性提高，安全性提高。
[產業上之可利用性]
本發明的耐火構造，係可使用於核能發電廠的纜線等。
在上述雖詳細說明幾個本發明的實施形態及/或實施例，惟本發明所屬技術領域中具有通常知識者係不實質從本發明的新穎的教示及效果背離下，容易對此等例示的實施形態及/或實施例施加多種變更。因此，此等多種變更亦含於本發明的範圍。
將記載於此說明書之文獻及作為本案的巴黎公約優先權的基礎的日本發明專利申請案說明書的內容全部援用於本文中。
103‧‧‧架子
105‧‧‧階
400‧‧‧耐火構造
401‧‧‧吸熱材
403‧‧‧隔熱材B
405‧‧‧隔熱材A
500‧‧‧縱型爐

Claims (19)

  1. 一種耐火構造，具有：由吸水的無機多孔質成形體所成之第1吸熱材、或具備包含磷酸鎂水合物與黏合劑的粒子的第2吸熱材；以及由1100℃ 24小時的收縮率5%以下的無機纖維所成之纖維隔熱材。
  2. 如申請專利範圍第1項的耐火構造，其中，前述第1吸熱材的無機多孔質成形體為包含從矽酸鈣、二氧化矽、礬土、蛭石、雲母、水泥、及珍珠岩所選擇的1種或2種以上的無機粉體的成形體。
  3. 如申請專利範圍第1項的耐火構造，其中，前述第1吸熱材由在70℃~130℃破損的包裝材而包圍。
  4. 如申請專利範圍第1項的耐火構造，其中，前述第2吸熱材的黏合劑為矽酸鈉。
  5. 如申請專利範圍第1項的耐火構造，其中，前述第2吸熱材收容於在表面蒸鍍鋁的耐熱性布。
  6. 如申請專利範圍第1項的耐火構造，其進一步具有在400℃的熱導率0.05W/(m‧K)以下的低熱導率隔熱材，前述吸熱材、前述低熱導率隔熱材、及前述纖維隔熱材被依此順序而設。
  7. 如申請專利範圍第1項的耐火構造，其進一步具有在400℃的熱導率0.05W/(m‧K)以下的低熱導率隔熱材， 前述低熱導率隔熱材、前述吸熱材、及前述纖維隔熱材被依此順序而設。
  8. 如申請專利範圍第6或7項的耐火構造，其中，積層從前述吸熱材、前述低熱導率隔熱材、及前述纖維隔熱材所選擇的2或3的構材的積層物，前述積層物被以包裝體包圍。
  9. 一種耐火構造，具有：在400℃的熱導率0.05W/(m‧K)以下的低熱導率隔熱材；以及由1100℃ 24小時的收縮率5%以下的無機纖維所成之纖維隔熱材。
  10. 如申請專利範圍第9項的耐火構造，其中，積層前述低熱導率隔熱材、前述纖維隔熱材的積層物，前述積層物被以包裝體包圍。
  11. 如申請專利範圍第8或10項的耐火構造，其中，前述積層物為可組合的單元構造。
  12. 如申請專利範圍第8或10項的耐火構造，其中，前述積層物的密度為200kg/m3~300kg/m3。
  13. 如申請專利範圍第8或10項的耐火構造，其中，前述積層物的厚度為100mm~150mm。
  14. 如申請專利範圍第6或9項的耐火構造，其中，前述低熱導率隔熱材為由從氧化矽粒子及氧化鋁粒子所選擇的1種以上的無機粒子所成之成形體，或氣凝膠與無機 纖維的複合材。
  15. 如申請專利範圍第14項的耐火構造，其中，由前述無機粒子所成之成形體包含從補強纖維及輻射散射材所選擇的1種以上。
  16. 如申請專利範圍第1或9項的耐火構造，其中，前述1100℃ 24小時的收縮率5%以下的無機纖維為陶瓷纖維、或對於生理食鹽水的溶解率1%以上的生物可溶性纖維。
  17. 如申請專利範圍第1或9項的耐火構造，其中，將被保護物以耐火構造包圍，從前述耐火構造的外側以1100℃加熱3小時時，在耐火構造的內側的被保護物的表面的溫度為170℃以下。
  18. 一種如申請專利範圍第1~17項中任一項的耐火構造的使用方法，以如申請專利範圍第1~17項中任一項的耐火構造，以前述纖維隔熱材成為外側的方式，而包圍被保護物。
  19. 如申請專利範圍第18項的耐火構造的使用方法，其中，將耐火構造安裝於構造物之面。
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