JP2006161834A - 断熱用ブロック及び低温貯蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】
気密性を有する袋体の内部に粉粒体を充填して内部を減圧して成型体とした、軽量で高い断熱性能を備えた断熱用ブロックを提供する。
【解決手段】
気密性を有する合成樹脂フィルムで形成された袋体２の内部に、逆ミセル法を用いて合成した粒径が略均一な多孔質球状粒子からなる粉粒体３を充填し、袋体２の内部を減圧して成型体とする。更に、成型体が所定の厚みを有する板状体で、且つ、板状体の端縁部の一部または全部に、他の板状体の端縁部と嵌合または重合して接合する接合部が形成されていることが好ましい。また、多孔質球状粒子が、石英ガラス粒子等のガラス質であることが好ましく、多孔質球状粒子の直径は３〜３０μｍであることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低温貯蔵庫等の壁や床の断熱材に使用可能な断熱用ブロック、及び、断熱用ブロックで壁部を構成した低温貯蔵庫に関する。

低温貯蔵庫等の壁や床の断熱に用いる断熱材は、貯蔵対象となる低温貯蔵物の温度に応じて要求される断熱性能が異なり、該温度が低いほど、つまり外気温との温度差が大きいほど、熱伝導率の低い材料を使用する必要がある。断熱材の用途としては、極低温の低温貯蔵庫から家庭用の冷凍庫や冷蔵庫等に至る幅広い温度範囲の低温貯蔵庫等がある。

ここで、断熱材の熱伝導率は断熱材を構成する材料の熱伝導率、嵩密度、空隙率（気孔率）、気孔形状等に依存し、空隙率が大きく、嵩密度が低く、また、微細な気孔を多く含む多孔質材料ほど断熱性に優れる。気体の熱伝導率は固体に比べて低く、断熱材料の微細な気孔やその他の空隙部に気体を密閉して気体の対流による熱伝導を阻害することで断熱性能が向上する。

断熱材に使用可能な多孔質材料としては、硬質ウレタンフォーム等が家庭用の冷凍庫や冷蔵庫等に広く用いられているが、低温貯蔵庫内の低温化、低温貯蔵庫の壁部を軽量化或いは壁厚を薄くする場合等において、更に断熱材を高断熱化する必要がある。更に高断熱化された断熱材としては、気体による熱伝導を低減した真空断熱材が、例えば、下記の特許文献１等に開示されている。下記の特許文献１に開示されている真空断熱材は、熱伝導率の小さいパーライト、シリカ等の無機質の微粉末を通気性のある内袋に詰め、更にこれを気密性の外袋に詰めて一体的に真空引きして気密封着した構造のもので、冷蔵庫の壁部の断熱に使用されている。この真空断熱材は、従来の硬質ウレタンフォームと比較した場合、熱伝導率が低いため断熱材の厚みを薄く且つ軽量化できるため、冷蔵庫等の低温貯蔵庫の壁部の軽量化でき、壁厚を薄くできる。

他方、液体窒素や液化天然ガス等の低温貯蔵物を収容する低温貯蔵庫として、二重殻構造で内槽の外壁と外槽の内壁との間の断熱層にパーライトを粒状断熱材として充填した二重殻低温貯蔵槽がある。断熱層にパーライトを充填した二重殻低温貯蔵槽としては、例えば、下記の特許文献２〜４に開示された構造のもの等がある。

特開平０４−１６０２９８号公報 特開平０９−１３７６２６号公報 特開平０８−１２１６９５号公報 特開平０８−００４９８１号公報

しかしながら、従来のパーライト、シリカ等の無機質の微粉末を袋体に充填し、真空引きして気密封着した構造の断熱材で、充填材としてパーライトを用いたものでは、パーライトが真珠岩等の天然ガラス鉱物を高温で焼成して得られる材料であるため、以下に示すような問題がある。

第１に、パーライトは密に充填した場合の嵩密度が１０００ｋｇ／ｍ^３（＝１ｇ／ｃｍ^３）程度と大きいため、断熱材としての熱伝導量が大きくなり、貯蔵温度が液体窒素や液化天然ガス等の極低温レベルの場合には、低温貯蔵庫の壁部に用いる断熱材を厚くする必要があり、その結果、壁部の構造が重厚化する。

第２に、パーライトは、焼成時のクラックが残っているため、長期間機械的振動のある環境で使用すると粉化し、嵩密度が増加して、密閉空間内にパーライトの充填されない空洞個所が生じ、パーライトを充填する袋体が変形自在な材質でできている場合は、断熱材の成型が崩れることがある。この結果、パーライト粒子間をバインダーで連結して成型が崩れないような工夫が必要となる場合がある。また、複数の断熱材をブロック状に成型して、それを多数組み合わせて使用する場合、ブロック状の成型が崩れると、ブロック間に隙間が生じて断熱性能が著しく低下することになる。

第３に、パーライトは、粒子形状が球状ではなく不定形であり、粉体粒子の吸着表面積が大きいため、水分を吸着しやすく断熱層内を真空引きし難い。

また、シリカ等の無機質の微粉末を充填材として使用する断熱材であっても、微粉末の性状が一様でないと、上記パーライトの場合と同様の問題が生じることになる。

更に、従来の断熱層の充填材としてパーライトを用いた二重殻低温貯蔵槽では、二重殻構造であるため、及び、パーライトが真珠岩等の天然ガラス鉱物を高温で焼成して得られる材料であるため、以下に示すような問題がある。

第１に、二重殻構造であるため構造体自体の重量が重いことに加え、パーライトは密に充填した場合の嵩密度が１０００ｋｇ／ｍ^３（＝１ｇ／ｃｍ^３）程度と大きく、液体窒素や液化天然ガス等を運搬する液化ガスタンクローリー（二重殻低温貯蔵槽の一例）の粒状断熱材として用いた場合、二重殻低温貯蔵槽全体の重量が重くなり、運搬時の車重がその分重くなって運搬コストが高騰する。また、嵩密度が大きいため、必然的に熱伝導量も大きくなる。

第２に、パーライトは、焼成時のクラックが残っているため、長期間機械的振動のある環境（例えば、液化ガスタンクローリー等）で使用すると粉化し、嵩密度が増加して、断熱層内に粒状断熱材の充填されない空洞個所が生じることがある。この結果、空洞部における断熱層内の充填ガス（或いは、減圧後の残存ガス）の対流による熱伝導により断熱性能が低下する。

第３に、パーライトは、粉粒体の流動性が悪いため、ブリッジ等が発生して断熱層内にパーライトが均一に充填されない虞があるため、これを防ぐため充填時に高度の作業ノウハウが必要となる。

第４に、パーライトは、粒子形状が球状ではなく不定形であり、粉体粒子の吸着表面積が大きいため、水分を吸着しやすく断熱層内を真空引きし難い。また、この水分の吸着性の欠点を解消しようとすると、施工現場近傍で焼成を行い、パーライト製造時から断熱層内への充填時までの時間を短縮する必要があり、コスト高となる。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、上記問題点を解消し、気密性を有する袋体の内部に粉粒体を充填して内部を減圧して成型体とした断熱用ブロックであって、軽量で高い断熱性能を備えた断熱用ブロックを提供することにあり、第２の目的は、軽量で高い断熱性能を備えた低温貯蔵庫を提供することにある。

この第１の目的を達成するための本発明に係る断熱用ブロックは、気密性を有する合成樹脂フィルムを用いて形成された袋体の内部に、逆ミセル法を用いて合成した粒径が略均一な多孔質球状粒子からなる粉粒体を充填し、前記袋体の内部を減圧して成型体としたことを特徴とする。

上記特徴の断熱用ブロックによれば、逆ミセル法を用いて合成した粒径が略均一な多孔質球状粒子が、粒子形状が球状（球形または略球形）で、且つ、粒径が略一定に揃った粉粒体として形成されるため、粒子間の空隙距離が略一定で充填ガスの平均自由行程以下に短くでき、この結果、１０^−１Ｐａ（約１０^−３Ｔｏｒｒ）程度の低真空でも粒子間の空隙での対流を効果的に抑制でき、伝導損失の少ない極めて高い断熱を実現できる。この結果、上記特徴の断熱用ブロックを組み合わせて低温貯蔵庫の壁部を構成すると、真空断熱で得られる０．０２Ｗ／ｍＫ以下の高度の断熱性能が簡易に実現できる。

また、粒子形状が球状で粒径が略一定に揃った粉粒体であるため断熱層に密に充填された状態での粒子間の空隙の空隙率が低くなるが、粒子単体が粒子内の空隙率の高い多孔質であるため、嵩密度が１５０〜３００ｋｇ／ｍ^３（＝０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ^３）程度とパーライトと比較して大幅に軽減され、個々の断熱用ブロックを軽量に形成でき、低温貯蔵庫の壁部を軽量化できる。

また、逆ミセル法を用いて合成されるため、パーライトのような焼成時のクラック等が存在しないため、機械的振動による微粉化の可能性は極めて低く、袋体内に断熱性を損なう大きな空洞部の発生する可能性が極めて低い。また、袋体を形成する合成樹脂フィルムが可撓性を有する場合には、袋体内に充填される粉粒体の粒子形状が球状で、且つ、粒径が略一定に揃っているため流動性が高く、断熱用ブロックを多数組み合わせた場合等においてブロック間の接合面に重力等による撓みが生じても、各ブロックの袋体の表面が当該撓みに追従して変形可能であるため、ブロック間に隙間が生じず壁部全体での高断熱性を維持できる。

更に、上記特徴の断熱用ブロックにおいて、前記成型体が所定の厚みを有する板状体で、且つ、前記板状体の端縁部の一部または全部に、他の前記板状体の端縁部と嵌合または重合して接合する接合部が形成されていることが好ましい。端縁部に接合部が形成されることで、断熱用ブロックを複数組み合わせる場合に、隣接するブロック間の位置決めが接合部によって規定されるため、ブロック間に隙間の無い効率的な組み合わせが可能となる。

更に、上記特徴の断熱用ブロックにおいて、前記多孔質球状粒子が、石英ガラス粒子等のガラス質であることが好ましい。一般に、低温では熱媒体の格子振動の熱伝導への寄与度が大きくなるため、粒状断熱材がガラス質であることにより、低温での熱伝導をより効果的に抑制できる。

更に、上記特徴の断熱用ブロックにおいて、前記多孔質球状粒子の直径は３〜３０μｍであることが好ましい。粒径は、大き過ぎると粒子間の空隙距離が大きくなり、そこで対流が生じて断熱性が低下し、逆に小さ過ぎると取り扱い時に飛散しやすく取り扱い難くなるため、多孔質球状粒子の直径は３〜３０μｍであることが好ましい。また、流動性の観点から見ると、分子間引力が無視できるサイズの間は粒径が小さいほどブリッジ等が形成され難く流動性が高い。ところが、粒径が数μｍになると常温における熱揺動が粒子の運動エネルギと同程度になり、且つ、分子間力も無視できなくなるので、嵩密度３００ｋｇ／ｍ^３程度では１０μｍ弱が最も流動性がよく望ましい。

上記第２の目的を達成するための本発明に係る低温貯蔵庫は、上記特徴の断熱用ブロックを外壁の内側に積み重ね、積み重ねた前記断熱用ブロックの内側に、気密性を有する膜質材料で内槽を形成してなることを特徴とする。

上記特徴の低温貯蔵庫によれば、軽量で高い断熱性能を備えた本発明に係る断熱用ブロックを用いて軽量で高い断熱性能を備えた低温貯蔵庫が容易に実現できる。また、従来の二重殻低温貯蔵槽と比べて、断熱層へ粒状断熱材を充填する作業がないため施工性が向上する。更に、内槽の内側から外壁に掛かる応力を断熱用ブロックで吸収する構造となるため、従来の二重殻低温貯蔵槽と比べて、内槽を大幅に軽量化できるため、低温貯蔵庫全体の軽量化が図れる。

本発明に係る断熱用ブロック（以下、適宜「本発明ブロック」という。）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明ブロック１は、気密性及び可撓性を有する低密度ポリエチレンフィルム等の合成樹脂フィルムにより、直方体等の所定の立体形状に成型された袋体２の内部に、多孔質球状粒子の粉粒体からなる粒状断熱材３を密に充填した後、袋体２内部を真空引きして、１０^−１Ｐａ（約１０^−３Ｔｏｒｒ）程度まで減圧し、袋体２の真空引き用の開口を気密封止し、袋体２の立体形状様の成型体として形成される。但し、１０^−１Ｐａ程度の減圧により断熱性を向上させることができるが、更に低真空に減圧しても構わない。

本発明ブロック１に使用する粒状断熱材３は、逆ミセル法を用いて合成した粒径が略均一な多孔質球状粒子からなる粉粒体であり、具体的には、以下の要領で生成される石英ガラス粒子の粉粒体である。即ち、逆ミセル法により、油性の有機溶媒中に粒子原料を含む水溶液である水ガラス溶液（珪酸ナトリウム水溶液）を乳化分散させ、その乳化分散させた水ガラスのコロイドに炭酸ナトリウム等の沈殿剤を加えると、コロイド中の表面張力により球状化していた水ガラス粒子（エマルション粒子）がその形状を保ったままガラス粒子として沈殿するため、沈殿したガラス粒子を濾過分離、洗浄、乾燥して、粒子形状が略完全に球形で粒径も略一定の石英ガラス粒子が、粒状断熱材３として生成される。尚、粒径を略均一に揃える手法として、孔径を均一に揃えた貫通孔を多数有する高分子膜等の多孔膜を利用して、水ガラス溶液をその多孔膜を通過させて有機溶媒中に注入して乳化分散させ粒子原料のエマルション粒子を得る公知の膜乳化逆ミセル法が利用できる。膜乳化逆ミセル法については、例えば、特開平０４−５４６０５号公報、特開平０５−２４０号公報、特開平０５−２３５６５号公報、特開平０５−１９２９０７号公報等に詳細が開示されている。上記要領で生成された石英ガラス粒子の粉粒体は、嵩密度として、１５０〜３００ｋｇ／ｍ^３（＝０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ^３）程度のものが得られる。

本実施形態では、生成された石英ガラス粒子の粒径として、３〜３０μｍの範囲のもの、特に、粉粒体の流動性の観点より１０μｍ前後のものが好ましい。また、石英ガラス粒子の粒径のバラツキとして、体積基準の標準偏差を平均粒径の５０％未満、更に好ましくは、２０％未満に抑えるのが好ましい。従って、当該バラツキ範囲内のものを粒径が略均一と定義する。

尚、嵩密度が１５０〜３００ｋｇ／ｍ^３（＝０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ^３）程度で粒径が略均一で３〜３０μｍの範囲にある粒状断熱材３として、鈴木油脂工業株式会社製の商品名「ゴッドボール」（登録商標）で市販されている多孔質無機質微粒子（石英ガラス粒子）の粉粒体が利用できる。

次に、本発明ブロック１を使用した本発明に係る低温貯蔵庫の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。

図４に、本発明に係る低温貯蔵庫６を液化天然ガス等の低温の液化ガス（低温貯蔵物）７を運搬するタンクローリー（図示せず）等に適用した場合の概略の断面構造を模式的に示す。図４に示すように、低温貯蔵庫６は、外壁８の内側に上述の本発明ブロック１が密に積み重ねられて断熱層が形成され、その内側に液化ガス７を収容する内槽９を形成して構成されている。外壁８は、ステンレス鋼等の鋼材を溶接して形成され、内槽９は、気密性及び可撓性を有する低密度ポリエチレンフィルム等の合成樹脂フィルム、或いは、該合成樹脂フィルムにアルミニウム等の金属膜をラミネートしたフィルム（膜質材料）で形成されている。内槽９は、外壁８の内壁から本発明ブロック１により支持される。低温貯蔵庫６をタンクローリーに適用した場合、外壁８及び内槽９は、図４の紙面垂直方向の断面形状が、円形または楕円形を呈している。尚、図中符号１０で示される部位は、液化ガス７を内槽９内へ注入し、また、内槽９内から取り出すための入出口である。

以下に、別の実施形態につき説明する。

〈１〉上記実施形態では、本発明ブロック１の形状は、図１において、直方体状のものを例示したが、本発明ブロック１の形状は、直方体状に限定されるものではない。

例えば、図２に示すように、袋体２の立体形状を、所定の厚みを有する板状体であって、その板状体の端縁部４の一部または全部に、他の板状体の端縁部４と嵌合または重合して接合する接合部５を設けた立体形状に形成し、当該袋体２の内部に、粒状断熱材３を密に充填した後、袋体２内部を真空引きして減圧し、本発明ブロック１を、端縁部４に接合部５を設けた成型体として形成するのも好ましい。端縁部４に接合部５を設けることにより、例えば、図３に示すように、本発明ブロック１を複数組み合わせて、低温貯蔵庫の大きな壁面の断熱体とする場合に、効率的な組み合わせが可能となる。また、組み合わせ時にブロック間に隙間等が生じ難くなるので、本発明ブロック１の有する高度な断熱性能を維持した断熱壁が構成できる。

尚、接合部５の端縁部４における設置個所及びその形状は、図２に示すものに限定されるものではない。

〈２〉上記実施形態では、粒状断熱材３として石英ガラス粒子の粉粒体を使用したが、粒状断熱材３は、石英ガラス粒子の粉粒体に限定されるものではない。従って、多孔質球状粒子は石英以外の無機材料を含むガラスであっても構わない。

〈３〉上記実施形態では、袋体２に可撓性を有する合成樹脂フィルムを用いたが、袋体２に用いる合成樹脂フィルムとして、可撓性を有しない硬質のフィルムであっても構わない。従って、袋体２に用いる合成樹脂フィルムは、上記実施形態で例示した低密度ポリエチレンフィルムに限定されるものではない。更に、袋体２を合成樹脂フィルムにアルミニウム等の金属膜をラミネートしたフィルムを用いて形成しても構わない。

〈４〉上記実施形態では、石英ガラス粒子の粉粒体からなる粒状断熱材３を、逆ミセル法を用いて合成する方法について簡単に説明したが、逆ミセル法に使用する多孔膜、有機溶媒、沈殿剤等は、公知の膜乳化逆ミセル法で使用されるものが使用できる。

〈５〉上記実施形態では、本発明ブロック１の袋体２内部に減圧後に残留する気相成分について、特に明示しなかったが、袋体２の内部の気相成分として、空気等以外に、希ガスを使用するのがより好ましい。袋体２の内部の気相には通常空気が入っており、そのまま減圧した場合は残存気体として空気と水分が入っている場合が多い。しかしながら、空気の主成分である窒素や酸素及び水は多原子分子であるため分子全体の運動エネルギのほかに、振動回転のエネルギを持っており熱伝導率が高い。よって、袋体２の内部の気相成分として希ガスを用いることで、袋体２の内部の気相成分による熱伝導を低減でき、断熱性能の向上が図れる。また、袋体２の内部の気相成分としてはできるだけ分子量の大きな希ガスが望ましい。具体的には、本発明ブロック１を用いて構成される低温貯蔵庫内の温度が液体窒素レベルの極低温である場合にはＡｒ（アルゴン）、常温近傍の低温（−２０〜−３０℃）の場合にはＫｒ（クリプトン）、Ｘｅ（キセノン）等が望ましい。

〈６〉上記実施形態では、本発明に係る低温貯蔵庫６を液化天然ガス等の低温の液化ガス（低温貯蔵物）７を運搬するタンクローリー等に適用した場合を例示したが、低温貯蔵物７としては、液化ガスに限定されるものではなく、また、低温貯蔵庫６の適用対象として、タンクローリー等の車両に限定されるものではない。例えば、低温貯蔵庫６を地上に固定する低温貯蔵庫に適用しても構わない。また、低温貯蔵庫６の外壁８及び内槽９の形状、材質等も上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、縦型の円筒状、球形、箱型等、種々の形状のものが可能である。

本発明に係る断熱用ブロックの一実施形態における一部を破断して内部及び外部の概略構造を示す斜視図 本発明に係る断熱用ブロックの別実施形態における概略の構造を示す斜視図 図２に示す本発明に係る断熱用ブロックを複数組み合わせた状態を示す平面図 本発明に係る低温貯蔵庫の一実施形態における概略の断面構造を示す断面図

符号の説明

１： 本発明に係る断熱用ブロック
２： 袋体
３： 粒状断熱材
４： 端縁部
５： 接合部
６： 本発明に係る低温貯蔵庫
７： 低温貯蔵物
８： 外壁
９： 内槽
１０： 低温貯蔵物の入出口

Claims (6)

1. 気密性を有する合成樹脂フィルムを用いて形成された袋体の内部に、逆ミセル法を用いて合成した粒径が略均一な多孔質球状粒子からなる粉粒体を充填し、前記袋体の内部を減圧して成型体としたことを特徴とする断熱用ブロック。
2. 前記成型体が所定の厚みを有する板状体で、且つ、前記板状体の端縁部の一部または全部に、他の前記板状体の端縁部と嵌合または重合して接合する接合部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の断熱用ブロック。
3. 前記多孔質球状粒子が、ガラス質であることを特徴とする請求項１または２に記載の断熱用ブロック。
4. 前記多孔質球状粒子が、石英ガラス粒子であることを特徴とする請求項２に記載の断熱用ブロック。
5. 前記多孔質球状粒子の直径が、３〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の断熱用ブロック。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の断熱用ブロックを外壁の内側に積み重ね、
   積み重ねた前記断熱用ブロックの内側に、気密性を有する膜質材料で内槽を形成してなることを特徴とする低温貯蔵庫。

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