JP5372807B2 - Heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱体と断熱材とを有する加熱装置に関し、特に、当該断熱材の優れた断熱性と十分な強度との両立に関する。 The present invention relates to a heating device having a heating element and a heat insulating material, and more particularly, to both excellent heat insulating properties and sufficient strength of the heat insulating material.
無機繊維の湿式成形により製造される断熱材は、軽量であることに加えて、任意形状に成形することができ、しかも十分な強度を有し、取り扱いや二次加工も容易であるため、従来から様々な用途に用いられてきた。 Insulating materials manufactured by wet molding of inorganic fibers can be molded into any shape, in addition to being lightweight, yet have sufficient strength and are easy to handle and secondary processing. Has been used for various purposes.
すなわち、例えば、特許文献１には、電熱コイルと、当該電熱コイルを保持する板状断熱材と、を有する電熱ヒータが記載されている。この電熱ヒータは、クリーン度が高く、熱輻射効率が高く、設計自由度が高く、電子部品の焼成炉等の様々な用途に好ましく使用されていた。 That is, for example, Patent Document 1 describes an electric heater having an electric heating coil and a plate-like heat insulating material that holds the electric heating coil. This electric heater has a high degree of cleanness, a high heat radiation efficiency, a high degree of design freedom, and has been preferably used in various applications such as a firing furnace for electronic parts.
一方、従来、熱伝導性が低く、断熱性能に優れた断熱材として、低熱伝導性材料であるシリカ微粒子と無機繊維と結合剤とを混合し、プレス成形を行った後、機械加工することによって得られる断熱材があった（例えば、特許文献２、３）。 On the other hand, conventionally, as a heat insulating material having low heat conductivity and excellent heat insulating performance, silica fine particles, inorganic fibers, and a binder, which are low heat conductive materials, are mixed, pressed, and then machined. There was a heat insulating material obtained (for example, Patent Documents 2 and 3).
しかしながら、近年、地球環境問題の顕在化に伴い、産業界における環境負荷低減に対する要求が高まっており、加熱炉等の工業施設においても、更なる大幅な省エネルギー化が急務となっている。 However, in recent years, with the emergence of global environmental problems, demands for reducing the environmental burden in the industry are increasing, and in industrial facilities such as heating furnaces, further significant energy saving is urgently required.
この点、例えば、上記特許文献１に記載されている電熱ヒータにおいて、無機繊維断熱材に代えて、上記特許文献２、３に記載されているようなシリカ微粒子断熱材を採用することにより、当該電熱ヒータの断熱性を向上させて、省エネルギー化を図ることも考えられる。 In this regard, for example, in the electric heater described in Patent Document 1, in place of the inorganic fiber heat insulating material, by adopting the silica fine particle heat insulating material as described in Patent Documents 2 and 3, It is also conceivable to save energy by improving the heat insulation of the electric heater.
しかしながら、シリカ微粒子断熱材は、本来的にその強度が弱いため、電熱ヒータへの用途には必ずしも適したものではなかった。特に、シリカ微粒子断熱材に、電熱コイルを収容するための溝を形成する場合には、当該断熱材の強度がさらに低下するため、電熱ヒータの製造時又は使用時に不具合が生じることとなっていた。 However, the silica fine particle heat insulating material is inherently weak in strength, and thus is not necessarily suitable for use as an electric heater. In particular, when a groove for accommodating an electric heating coil is formed in the silica fine particle heat insulating material, the strength of the heat insulating material is further reduced, so that a problem occurs when the electric heater is manufactured or used. .
また、上記特許文献２、３に記載の従来技術においては、結合剤を使用するため、例えば、脱脂を行う必要があり、この脱脂によって断熱材の強度が低下するという問題があった。また、結合剤の使用によって環境への負荷が増大する。このように、結合剤を使用する場合には、脱脂等に伴う工程数や所要時間及びエネルギーの増大といった問題があった。 Moreover, in the prior art described in Patent Documents 2 and 3, since a binder is used, for example, it is necessary to perform degreasing, and this degreasing has a problem that the strength of the heat insulating material is reduced. In addition, the use of a binder increases the environmental load. Thus, when using a binder, there existed a problem of the increase in the number of processes, required time, and energy accompanying degreasing.
これに対し、結合剤を使用することなく、プレス圧を調整して断熱材の密度を増加させることによって強度を高めることも可能である。しかしながら、この場合、例えば、密度の増加に伴い固体伝熱も増加するため、当該断熱材の断熱性能が低下するという問題があった。 On the other hand, it is also possible to increase the strength by adjusting the press pressure and increasing the density of the heat insulating material without using a binder. However, in this case, for example, solid heat transfer increases as the density increases, so that there is a problem that the heat insulating performance of the heat insulating material decreases.
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであって、優れた断熱性と十分な強度とを兼ね備えた断熱材を有する加熱装置及びその製造方法を提供することをその目的の一つとする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a heating device having a heat insulating material having both excellent heat insulating properties and sufficient strength, and a method for manufacturing the same. .
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る加熱装置は、発熱体と、断熱材からなり前記発熱体を保持する基部と、を備えた加熱装置であって、前記断熱材は、平均粒径５０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含み、嵩密度が１９０〜６００ｋｇ／ｍ３であり、圧縮強度が０．６５ＭＰａ以上であることを特徴とする。本発明によれば、優れた断熱性と十分な強度とを兼ね備えた断熱材を有する加熱装置を提供することができる。 A heating device according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problem is a heating device including a heating element and a base made of a heat insulating material and holding the heating element, and the heat insulating material includes: It includes silica fine particles having an average particle size of 50 nm or less, a bulk density of 190 to 600 kg / m 3 , and a compressive strength of 0.65 MPa or more. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heating apparatus which has the heat insulating material which combined the outstanding heat insulation and sufficient intensity | strength can be provided.
また、前記断熱材は、結合剤を含まないこととしてもよい。また、前記断熱材は、アルカリ土類金属及びアルカリ金属の一方又は両方を含むこととしてもよい。この場合、前記断熱材は、前記シリカ微粒子を含む断熱材原料１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の前記アルカリ土類金属及び前記アルカリ金属の一方又は両方を含むこととしてもよい。 Moreover, the said heat insulating material is good also as not containing a binder. The heat insulating material may include one or both of an alkaline earth metal and an alkali metal. In this case, the heat insulating material may include 0.1 to 10 parts by weight of one or both of the alkaline earth metal and the alkali metal with respect to 100 parts by weight of the heat insulating material raw material containing the silica fine particles. .
また、前記断熱材は、補強繊維をさらに含むこととしてもよい。この場合、前記断熱材は、５０〜９８質量％の前記シリカ微粒子と、２〜２０質量％の前記補強繊維と、を含むこととしてもよい。さらに、前記断熱材は、前記シリカ微粒子及び前記補強繊維以外に、アルカリ土類金属及びアルカリ金属の一方又は両方を含むこととしてもよい。また、この場合、前記断熱材は、前記シリカ微粒子と前記補強繊維とを含む断熱材原料１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の前記アルカリ土類金属及び前記アルカリ金属の一方又は両方を含むこととしてもよい。 The heat insulating material may further include a reinforcing fiber. In this case, the heat insulating material may include 50 to 98% by mass of the silica fine particles and 2 to 20% by mass of the reinforcing fiber. Further, the heat insulating material may include one or both of an alkaline earth metal and an alkali metal in addition to the silica fine particles and the reinforcing fiber. In this case, the heat insulating material is 0.1 to 10 parts by weight of one of the alkaline earth metal and the alkali metal or 100 parts by weight of the heat insulating material raw material containing the silica fine particles and the reinforcing fibers. It is good also as including both.
また、前記断熱材は、６００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることとしてもよい。また、前記基部は、前記発熱体を収容する溝部を有することとしてもよい。 The heat insulating material may have a thermal conductivity at 600 ° C. of 0.05 W / (m · K) or less. Further, the base portion may have a groove portion that accommodates the heating element.
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る加熱装置の製造方法は、発熱体と、断熱材からなり前記発熱体を保持する基部と、を備えた加熱装置の製造方法であって、平均粒径５０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含む乾式加圧成形体を相対湿度７０％以上で養生することにより前記断熱材を作製する工程を含むことを特徴とする。本発明によれば、優れた断熱性と十分な強度とを兼ね備えた断熱材を有する加熱装置の製造方法を提供することができる。 A manufacturing method of a heating device according to an embodiment of the present invention for solving the above problem is a manufacturing method of a heating device including a heating element and a base made of a heat insulating material and holding the heating element. The method further comprises the step of producing the heat insulating material by curing a dry pressure molded body containing silica fine particles having an average particle size of 50 nm or less at a relative humidity of 70% or more. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the heating apparatus which has the heat insulating material which had the outstanding heat insulation and sufficient intensity | strength can be provided.
また、前記乾式加圧成形体は、結合剤を含まないこととしてもよい。また、前記乾式加圧成形体は、アルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方を含むこととしてもよい。この場合、前記乾式加圧成形体は、前記シリカ微粒子を含む断熱材原料１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の前記アルカリ土類金属水酸化物及び前記アルカリ金属水酸化物の一方又は両方を含むこととしてもよい。 Further, the dry pressure-molded body may not contain a binder. In addition, the dry pressure molded body may include one or both of an alkaline earth metal hydroxide and an alkali metal hydroxide. In this case, the dry-type pressure-molded body comprises 0.1 to 10 parts by weight of the alkaline earth metal hydroxide and the alkali metal hydroxide with respect to 100 parts by weight of the heat insulating material raw material containing the silica fine particles. One or both may be included.
また、前記乾式加圧成形体は、補強繊維をさらに含むこととしてもよい。この場合、前記乾式加圧成形体は、５０〜９８質量％の前記シリカ微粒子と、２〜２０質量％の前記補強繊維と、を含むこととしてもよい。さらに、前記乾式加圧成形体は、アルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方を含むこととしてもよい。また、この場合、前記乾式加圧成形体は、前記シリカ微粒子と前記補強繊維とを含む断熱材原料１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の前記アルカリ土類金属水酸化物及び前記アルカリ金属水酸化物の一方又は両方を含むこととしてもよい。 The dry pressure-molded body may further include reinforcing fibers. In this case, the dry pressure-molded body may include 50 to 98% by mass of the silica fine particles and 2 to 20% by mass of the reinforcing fiber. Furthermore, the dry pressure-molded body may include one or both of an alkaline earth metal hydroxide and an alkali metal hydroxide. Further, in this case, the dry pressure-molded body may include 0.1 to 10 parts by weight of the alkaline earth metal hydroxide and 100 parts by weight of the heat insulating material raw material including the silica fine particles and the reinforcing fibers. One or both of the alkali metal hydroxides may be included.
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る加熱装置は、上述のいずれかに記載された製造方法により製造されたことを特徴とする。本発明によれば、優れた断熱性と十分な強度とを兼ね備えた断熱材を有する加熱装置を提供することができる。 A heating device according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problems is manufactured by any one of the manufacturing methods described above. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heating apparatus which has the heat insulating material which combined the outstanding heat insulation and sufficient intensity | strength can be provided.
本発明によれば、優れた断熱性と十分な強度とを兼ね備えた断熱材を有する加熱装置及びその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heating apparatus which has the heat insulating material which combined the outstanding heat insulation and sufficient intensity | strength, and its manufacturing method can be provided.
以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は、本実施形態に限られるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. Note that the present invention is not limited to this embodiment.
本実施形態に係る加熱装置は、発熱体と、断熱材からなり当該発熱体を保持する基部と、を備えた加熱装置である。図１は、加熱装置の一例について、その外観を示す斜視図である。図２は、図１に示す加熱装置を構成する部材を側面視で示す説明図である。図３は、図１に示す加熱装置を構成する部材を平面視で示す説明図である。図４は、加熱装置の断面を模式的に示す説明図である。 The heating device according to the present embodiment is a heating device including a heating element and a base made of a heat insulating material and holding the heating element. FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of an example of a heating device. FIG. 2 is an explanatory view showing the members constituting the heating device shown in FIG. 1 in a side view. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the members constituting the heating device shown in FIG. 1 in plan view. FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a cross section of the heating device.
図１〜図４に示すように、加熱装置は、発熱体Ｂと、断熱材からなり当該発熱体Ｂを保持する板状の基部Ａ１と、断熱材からなり当該基部Ａ１と積層される板状の蓋部Ａ２と、を備えている。 As shown in FIGS. 1 to 4, the heating device includes a heating element B, a plate-like base A1 made of a heat insulating material and holding the heating element B, and a plate shape made of a heat insulating material and stacked on the base A1. Cover part A2.
この例において、発熱体Ｂは、電熱コイルから構成されている。また、基部Ａ１及び蓋部Ａ２は、シリカ微粒子を含む断熱材から構成されている。なお、この断熱材は、補強繊維をさらに含むこともできる。この断熱材については、後に詳しく説明する。 In this example, the heating element B is composed of an electric heating coil. The base A1 and the lid A2 are made of a heat insulating material containing silica fine particles. In addition, this heat insulating material can further contain a reinforcing fiber. This heat insulating material will be described in detail later.
基部Ａ１は、発熱体Ｂを収容する溝部１を有している。この溝部１は、発熱体Ｂに対応した形状で形成され、この例では、電熱コイルに対応して細長く延びる貫通溝穴として形成されている。図１〜図４に示す例では、直線状に延びる複数の溝部１が、所定の間隔で並列に形成されている。 The base A1 has a groove 1 that accommodates the heating element B. This groove portion 1 is formed in a shape corresponding to the heating element B, and in this example, it is formed as a through-groove hole extending elongated corresponding to the electric heating coil. In the example shown in FIGS. 1 to 4, a plurality of linearly extending groove portions 1 are formed in parallel at a predetermined interval.
溝部１は、基部Ａ１の一方側の表面に開口する収容部１ａと、当該基部Ａ１の他方側の表面に開口する放熱部１ｂと、を有している。基部Ａ１の一方側の表面における収容部１ａの開口は、加熱装置の組み立てにおいて発熱体Ｂを挿入可能な大きさ及び形状で形成されている。この収容部１ａには、電熱コイルのコイルピッチを保持するための凹部１ｃが形成されている。 The groove part 1 has the accommodating part 1a opened to the surface of the one side of base A1, and the thermal radiation part 1b opened to the surface of the other side of the said base A1. The opening of the accommodating portion 1a on the surface on one side of the base portion A1 is formed in a size and shape that allows the heating element B to be inserted in the assembly of the heating device. The housing portion 1a is formed with a recess 1c for holding the coil pitch of the electric heating coil.
また、基部Ａ１には、隣り合う溝部１にそれぞれ嵌め込まれた電熱コイルのリード端子を案内して接続させるための連絡凹部１ｄが形成されている。図３には、この連絡凹部１ｄに電熱コイルのリード端子及びリード端子接続用スリーブ２が収容されている様子が示されている。 The base A1 is formed with a communication recess 1d for guiding and connecting the lead terminals of the electric heating coils fitted in the adjacent grooves 1 respectively. FIG. 3 shows a state in which the lead terminal of the electric heating coil and the lead terminal connecting sleeve 2 are accommodated in the connecting recess 1d.
一方、図２及び図３に示すように、基部Ａ１の他方側の表面における放熱部１ｂの開口は、収容部１ａの開口より小さく、発熱体Ｂが通過できない大きさ及び形状で形成されている。このため、発熱体Ｂは、溝部１の収容部１ａに安定して保持される。 On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, the opening of the heat radiating portion 1b on the surface on the other side of the base A1 is smaller than the opening of the housing portion 1a and is formed in a size and shape that the heating element B cannot pass through. . For this reason, the heating element B is stably held in the accommodating portion 1 a of the groove portion 1.
図４に示すように、蓋部Ａ２は、基部Ａ１の収容部１ａの開口を塞ぐように、当該基部Ａ１に積層される。すなわち、加熱装置は、基部Ａ１の溝部１に発熱体Ｂを収容し、次いで、当該基部Ａ１と蓋部Ａ２とを貼り合わせることにより組み立てられる。基部Ａ１と蓋部Ａ２とは、例えば、ボルト及びナット等の締付け具で一体化することができ、図１及び図３に示す例では、基部Ａ１にボルト挿入孔３が形成されている。加熱装置による加熱は、発熱体Ｂを発熱させ、その熱を溝部１の放熱部１ｂの開口から外部に放出することにより行う。 As shown in FIG. 4, the lid A2 is stacked on the base A1 so as to close the opening of the accommodating portion 1a of the base A1. That is, the heating device is assembled by housing the heating element B in the groove portion 1 of the base portion A1, and then bonding the base portion A1 and the lid portion A2. The base A1 and the lid A2 can be integrated with, for example, a fastening tool such as a bolt and a nut. In the example shown in FIGS. 1 and 3, a bolt insertion hole 3 is formed in the base A1. Heating by the heating device is performed by causing the heating element B to generate heat and releasing the heat from the opening of the heat radiating portion 1b of the groove portion 1 to the outside.
なお、上述の例では、電熱コイルが嵌め込まれる収容部１ａの内面に当該電熱コイルのコイル部分を受け入れる凹部１ｃを設け、これによりコイルピッチを保持するようにしているが、これに限られない。 In the above-described example, the concave portion 1c that receives the coil portion of the electric heating coil is provided on the inner surface of the housing portion 1a into which the electric heating coil is fitted, and thereby the coil pitch is maintained, but this is not restrictive.
すなわち、例えば、凹部１ｃを省略し、電熱コイル径に合う幅に形成した収容部１ａの内面に耐火モルタル等の接着材料を塗布した状態で電熱コイルを嵌め込み、当該接着材料で当該電熱コイルを保持することもできる。この場合、接着剤の塗布は、収容部１ａの内面の全体でもよいし、一部でもよい。 That is, for example, the concave portion 1c is omitted, and the electric heating coil is fitted in an inner surface of the housing portion 1a formed to have a width matching the diameter of the electric heating coil, and an adhesive material such as refractory mortar is applied, and the electric heating coil is held by the adhesive material You can also In this case, the application of the adhesive may be performed on the entire inner surface of the housing portion 1a or a part thereof.
また、例えば、収容部１ａの幅を電熱コイル径より僅かに小さく形成しておき、当該収容部１ａに嵌め込まれた当該電熱コイルの弾性力と、基部Ａ１を構成する断熱材の弾性力と、によって当該電熱コイルを保持することもできる。 Further, for example, the width of the accommodating portion 1a is formed slightly smaller than the diameter of the electric heating coil, the elastic force of the electric heating coil fitted into the accommodating portion 1a, and the elastic force of the heat insulating material constituting the base A1; The electric heating coil can also be held by.
また、収容部１ａの内面を波形形状や凹凸形状（例えば鋸歯形状）に形成し、これらの形状によって電熱コイルを保持することもできる。この場合、電熱コイルの保持力が得られれば、コイルピッチの多少の狂いは許容される。また、上述した電熱コイルを保持する手段は適宜に組み合わせてもよい。 Moreover, the inner surface of the accommodating part 1a can be formed in a waveform shape or uneven | corrugated shape (for example, sawtooth shape), and an electrothermal coil can also be hold | maintained by these shapes. In this case, if the holding power of the electric heating coil is obtained, a slight deviation in the coil pitch is allowed. Further, the above-described means for holding the electric heating coil may be appropriately combined.
加熱装置は、基部Ａ１を構成する断熱材の表面近傍に形成される溝部１に発熱体Ｂを収容してなるものであれば特に限られず、例えば、発熱体Ｂを用いたパネルヒータとして好ましく実現することができる。 The heating device is not particularly limited as long as the heating element B is accommodated in the groove 1 formed in the vicinity of the surface of the heat insulating material constituting the base A1, and is preferably realized as a panel heater using the heating element B, for example. can do.
発熱体Ｂは、加熱装置による加熱を実現する程度に発熱するものであれば特に限られず、例えば、鉄−クロム−アルミニウム系又はニッケル−クロム系の金属発熱体が挙げられる。また、このような金属発熱体としては、コイル形状や波形状のものが挙げられる。また、発熱体Ｂをシース（パイプ）に入れ、その間を絶縁物で充填した、いわゆるシーズヒータを使用することもできる。 The heating element B is not particularly limited as long as it generates heat to such an extent that heating by a heating device is realized, and examples thereof include iron-chromium-aluminum or nickel-chromium metal heating elements. Further, examples of such a metal heating element include a coil shape and a wave shape. In addition, a so-called sheathed heater in which the heating element B is placed in a sheath (pipe) and filled with an insulator can be used.
図５は、加熱装置の他の例について、その断面を模式的に示す説明図である。図５に示す加熱装置は、発熱体Ｂと、断熱材からなり当該発熱体Ｂを収容する溝部１を有する板状の基部Ａ１と、断熱材からなり当該基部Ａ１と積層される板状の蓋部Ａ２と、を備えている。 FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a cross section of another example of the heating device. The heating device shown in FIG. 5 includes a heating element B, a plate-like base A1 having a groove portion 1 made of a heat insulating material and containing the heating element B, and a plate-like lid made of a heat insulating material and stacked on the base A1. Part A2.
上述の図１〜図４に示す例において、溝部１は、基部Ａ１の一方側及び他方側の表面に開口する貫通溝穴として形成されていたが、図５に示す例において、溝部１は、基部Ａ１の一方側の表面のみに開口する有底の溝穴として形成されている。発熱体Ｂは、この溝部１の開口から基部Ａ１に嵌め込まれ、当該溝部１に保持される。発熱体Ｂを収容した溝部１の開口を塞ぐように、基部Ａ１に蓋部Ａ２が積層されることにより、加熱装置が組み立てられる。 In the example shown in FIGS. 1 to 4 described above, the groove portion 1 is formed as a through groove hole that opens on the surface on one side and the other side of the base A1, but in the example shown in FIG. It is formed as a bottomed slot opening on only one surface of the base A1. The heating element B is fitted into the base A <b> 1 from the opening of the groove 1 and is held by the groove 1. The heating device is assembled by laminating the cover A2 on the base A1 so as to close the opening of the groove 1 in which the heating element B is accommodated.
この加熱装置において、発熱体Ｂからの熱は、溝部１の底部を含む基部Ａ１の表面部４を介して放出される。したがって、表面部４の厚みｔが小さいほど、放熱効率が高くなるため好ましい。 In this heating device, heat from the heating element B is released through the surface portion 4 of the base A1 including the bottom of the groove 1. Therefore, the smaller the thickness t of the surface portion 4, the higher the heat dissipation efficiency, which is preferable.
このような加熱装置（例えば、電熱コイル埋設型パネルヒータ）によれば、表面部４が面状発熱体となるため、上述の図１〜図４に示した加熱装置（例えば、電熱コイル開放型パネルヒータ）に比べて昇温特性は低下するものの、昇温後は輻射効率が高くなる。 According to such a heating device (for example, an electric heating coil embedded type panel heater), since the surface portion 4 becomes a planar heating element, the heating device (for example, an electric heating coil open type) shown in FIGS. Although the temperature rise characteristic is lower than that of the panel heater, the radiation efficiency is increased after the temperature rise.
図６は、加熱装置のさらに他の例について、その外観を示す斜視図である。図６に示す加熱装置は、発熱体Ｂと、断熱材からなり当該発熱体Ｂを収容する溝部を有する円筒状の基部Ａ１と、断熱材からなり当該基部Ａ１の径方向外側に積層される円筒状の外層部Ａ２と、を備えている。この例においても、発熱体Ｂは、電熱コイルから構成されている。そして、基部Ａ１の内周面には、螺旋状の溝部が形成され、当該溝部に発熱体Ｂが収容されている。 FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of still another example of the heating device. The heating device shown in FIG. 6 includes a heating element B, a cylindrical base A1 made of a heat insulating material and having a groove for receiving the heating element B, and a cylinder made of a heat insulating material and stacked radially outside the base A1. And an outer layer portion A2. Also in this example, the heating element B is composed of an electric heating coil. And the spiral groove part is formed in the internal peripheral surface of base A1, and the heat generating body B is accommodated in the said groove part.
図７は、加熱装置のさらに他の例について、その外観を示す斜視図である。図７に示す加熱装置は、発熱体Ｂと、断熱材からなり当該発熱体Ｂを保持する半円筒状の基部Ａ１と、を備えている。 FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of still another example of the heating device. The heating device shown in FIG. 7 includes a heating element B and a semi-cylindrical base A1 made of a heat insulating material and holding the heating element B.
この例において、発熱体Ｂは、単線の発熱金属線（例えば、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）から構成されている。そして、基部Ａ１の内周面には、ステープル５によって発熱体Ｂが取り付けられ、保持されている。半円筒状の加熱装置は、他の半円筒状の加熱装置と組み合わせられ、全体として円筒状の加熱装置を構成することができる。 In this example, the heating element B is made of a single heating metal wire (for example, molybdenum disilicide (MoSi 2 )), and the heating element B is attached to the inner peripheral surface of the base A1 by the staple 5. The semi-cylindrical heating device can be combined with other semi-cylindrical heating devices to form a cylindrical heating device as a whole.
次に、加熱装置に使用される断熱材について詳しく説明する。まず、この断熱材の製造方法（以下、「本方法」という。）について説明する。本方法は、平均粒径５０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含む乾式加圧成形体を相対湿度７０％以上で養生する、断熱材の製造方法である。なお、ここでは乾式加圧成形体が補強繊維をさらに含む例について説明する。 Next, the heat insulating material used for the heating device will be described in detail. First, a method for manufacturing this heat insulating material (hereinafter referred to as “the present method”) will be described. This method is a method for producing a heat insulating material, in which a dry pressure molded body containing silica fine particles having an average particle diameter of 50 nm or less is cured at a relative humidity of 70% or more. Here, an example in which the dry pressure molded body further includes reinforcing fibers will be described.
図８は、本方法の一例に含まれる主な工程を示す説明図である。図８に示す例において、本方法は、乾式加圧成形体を準備する準備工程Ｓ１と、当該乾式加圧成形体を高湿養生する養生工程Ｓ２と、養生後の当該乾式加圧成形体を乾燥させる乾燥工程Ｓ３と、を含む。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing main steps included in an example of the present method. In the example shown in FIG. 8, the present method includes a preparation step S1 for preparing a dry pressure molded body, a curing step S2 for curing the dry pressure molded body at a high humidity, and the dry pressure molded body after curing. And drying step S3 for drying.
準備工程Ｓ１においては、シリカ微粒子と補強繊維とを含む断熱材原料を準備する。シリカ微粒子は、平均粒径が５０ｎｍ以下のものであれば特に限られず、任意の１種を単独で又は２種以上を任意に組み合わせて使用することができる。 In the preparation step S1, a heat insulating material raw material including silica fine particles and reinforcing fibers is prepared. The silica fine particles are not particularly limited as long as the average particle diameter is 50 nm or less, and any one kind can be used alone or two or more kinds can be used in any combination.
すなわち、シリカ微粒子としては、例えば、気相法で製造された乾式シリカ微粒子（無水シリカ微粒子）や湿式法で製造された湿式シリカ微粒子を使用することができ、中でも乾式シリカ微粒子を好ましく使用することができる。具体的に、例えば、気相法で製造されたフュームドシリカ微粒子を好ましく使用することができ、中でも親水性フュームドシリカ微粒子を好ましく使用することができる。 That is, as the silica fine particles, for example, dry silica fine particles (anhydrous silica fine particles) produced by a gas phase method and wet silica fine particles produced by a wet method can be used, and among them, dry silica fine particles are preferably used. Can do. Specifically, for example, fumed silica fine particles produced by a gas phase method can be preferably used, and among them, hydrophilic fumed silica fine particles can be preferably used.
シリカ微粒子の平均粒径は、より具体的には、例えば、５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下とすることができる。シリカ微粒子のシリカ（ＳｉＯ２）含有量は、例えば、９５重量％以上であることが好ましい。シリカ微粒子の２５℃における熱伝導率は、例えば、０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。シリカ微粒子のＢＥＴ法による比表面積は、例えば、５０ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、より具体的には、例えば、５０ｍ２／ｇ以上、４００ｍ２／ｇ以下とすることができ、より好ましくは１００ｍ２／ｇ以上、３００ｍ２／ｇ以下とすることができる。 More specifically, the average particle diameter of the silica fine particles can be, for example, 5 nm or more and 50 nm or less. The silica (SiO 2 ) content of the silica fine particles is preferably 95% by weight or more, for example. The thermal conductivity of the silica fine particles at 25 ° C. is preferably 0.01 W / (m · K) or less, for example. BET specific surface area of the silica fine particles, for example, preferably at 50 m 2 / g or more, more specifically, for example, 50 m 2 / g or more, it can be 400 meters 2 / g or less, more preferably Can be 100 m 2 / g or more and 300 m 2 / g or less.
補強繊維としては、断熱材を補強できるものであれば特に限られず、無機繊維及び有機繊維の一方又は両方を使用することができる。 The reinforcing fiber is not particularly limited as long as it can reinforce the heat insulating material, and one or both of inorganic fibers and organic fibers can be used.
無機繊維としては、補強繊維として使用できるものであれば特に限られず、任意の１種を単独で又は２種以上を任意に組み合わせて使用することができる。具体的に、無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、ケイ酸アルカリ土類金属塩繊維、ガラス繊維、ロックウール、バサルト繊維からなる群より選択される１種以上を使用することができる。なお、ケイ酸アルカリ土類金属塩繊維は、生体溶解性の無機繊維である。すなわち、無機繊維としては、非生体溶解性無機繊維及び生体溶解性無機繊維の一方又は両方を使用することができる。 The inorganic fiber is not particularly limited as long as it can be used as a reinforcing fiber, and any one kind can be used alone, or two or more kinds can be arbitrarily combined. Specifically, the inorganic fiber is, for example, selected from the group consisting of silica-alumina fiber, silica fiber, alumina fiber, zirconia fiber, alkaline earth metal silicate fiber, glass fiber, rock wool, and basalt fiber. More than seeds can be used. The alkaline earth metal silicate fiber is a biosoluble inorganic fiber. That is, as the inorganic fiber, one or both of a non-biosoluble inorganic fiber and a biosoluble inorganic fiber can be used.
無機繊維の４００℃における熱伝導率は、例えば、０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることがより好ましい。このような低熱伝導性の無機繊維としては、例えば、シリカ−アルミナ繊維やシリカ繊維等のシリカ系繊維を好ましく使用することができる。 The thermal conductivity at 400 ° C. of the inorganic fiber is preferably 0.08 W / (m · K) or less, and more preferably 0.04 W / (m · K) or less, for example. As such low thermal conductive inorganic fibers, for example, silica-based fibers such as silica-alumina fibers and silica fibers can be preferably used.
無機繊維の繊維長は、例えば、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上、７ｍｍ以下であることがより好ましく、３ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることが特に好ましい。繊維長が１ｍｍ未満である場合には、無機繊維を適切に配向させることができないことがあり、その結果、断熱材の機械的強度が不足することがある。繊維長が１０ｍｍを超える場合には、成形時の粉体流動性が損なわれて成形性が低下すると共に、密度ムラにより加工性が低下することがある。 The fiber length of the inorganic fiber is, for example, preferably 1 mm or more and 10 mm or less, more preferably 1 mm or more and 7 mm or less, and particularly preferably 3 mm or more and 5 mm or less. When the fiber length is less than 1 mm, the inorganic fibers may not be properly oriented, and as a result, the mechanical strength of the heat insulating material may be insufficient. When the fiber length exceeds 10 mm, the powder fluidity at the time of molding is impaired and the moldability is lowered, and the workability may be lowered due to density unevenness.
無機繊維の平均繊維径は、例えば、１５μｍ以下であることが好ましく、より具体的には、例えば、５μｍ以上、１５μｍ以下であることが好ましい。平均繊維径が１５μｍを超える場合には、無機繊維が折れやすくなることがあり、その結果、断熱材の強度が不足することがある。したがって、無機繊維としては、例えば、繊維長が１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であって、且つ平均繊維径が１５μｍ以下であるものを好ましく使用することができる。 For example, the average fiber diameter of the inorganic fibers is preferably 15 μm or less, and more specifically, for example, preferably 5 μm or more and 15 μm or less. When the average fiber diameter exceeds 15 μm, the inorganic fibers may be easily broken, and as a result, the strength of the heat insulating material may be insufficient. Therefore, as an inorganic fiber, for example, a fiber having a fiber length of 1 mm or more and 10 mm or less and an average fiber diameter of 15 μm or less can be preferably used.
有機繊維としては、補強繊維として使用できるものであれば特に限られず、任意の１種を単独で又は２種以上を任意に組み合わせて使用することができる。具体的に、有機繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリオレフィン繊維からなる群より選択される１種以上を使用することができる。 The organic fiber is not particularly limited as long as it can be used as a reinforcing fiber, and any one kind can be used alone, or two or more kinds can be arbitrarily combined. Specifically, as the organic fiber, for example, one or more selected from the group consisting of an aramid fiber, a polyethylene fiber, a polypropylene fiber, and a polyolefin fiber can be used.
有機繊維の繊維長は、例えば、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上、７ｍｍ以下であることがより好ましく、３ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることが特に好ましい。繊維長が１ｍｍ未満である場合には、有機繊維を適切に配向させることができないことがあり、その結果、断熱材の機械的強度が不足することがある。繊維長が１０ｍｍを超える場合には、成形時の粉体流動性が損なわれて成形性が低下すると共に、密度ムラにより加工性が低下することがある。 The fiber length of the organic fiber is, for example, preferably 1 mm or more and 10 mm or less, more preferably 2 mm or more and 7 mm or less, and particularly preferably 3 mm or more and 5 mm or less. When the fiber length is less than 1 mm, the organic fibers may not be properly oriented, and as a result, the mechanical strength of the heat insulating material may be insufficient. When the fiber length exceeds 10 mm, the powder fluidity at the time of molding is impaired and the moldability is lowered, and the workability may be lowered due to density unevenness.
有機繊維の平均繊維径は、例えば、１５μｍ以下であることが好ましく、より具体的には、例えば、５μｍ以上、１５μｍ以下であることが好ましい。平均繊維径が１５μｍを超える場合には、有機繊維が折れやすくなることがあり、その結果、断熱材の強度が不足することがある。したがって、有機繊維としては、例えば、繊維長が１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であって、且つ平均繊維径が１５μｍ以下であるものを好ましく使用することができる。 For example, the average fiber diameter of the organic fibers is preferably 15 μm or less, and more specifically, for example, preferably 5 μm or more and 15 μm or less. When the average fiber diameter exceeds 15 μm, the organic fibers may be easily broken, and as a result, the strength of the heat insulating material may be insufficient. Therefore, as an organic fiber, for example, a fiber having a fiber length of 1 mm or more and 10 mm or less and an average fiber diameter of 15 μm or less can be preferably used.
乾式加圧成形体は、上述したようなシリカ微粒子と補強繊維とを乾式で混合することにより乾式混合物を作製し、次いで、当該乾式混合物を乾式で加圧成形することにより作製することができる。 The dry pressure-molded body can be produced by preparing a dry mixture by mixing the silica fine particles and the reinforcing fibers as described above in a dry method, and then press-molding the dry mixture in a dry method.
具体的に、例えば、シリカ微粒子の乾燥粉体と補強繊維の乾燥粉体とを含む断熱材原料を、所定の混合装置を使用して乾式混合し、次いで、得られた乾式混合物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、乾式加圧成形体を作製する。なお、混合及び成形を乾式で行うことにより、湿式の場合に比べて、原料や成形体の管理が容易であり、また、製造に要する時間を効果的に短縮することができる。 Specifically, for example, a heat insulating material raw material containing a dry powder of silica fine particles and a dry powder of reinforcing fibers is dry-mixed using a predetermined mixing device, and then the obtained dry-type mixture is predetermined molded A dry press-molded body is produced by filling the mold and dry press molding. In addition, by performing mixing and shaping | molding by a dry type, compared with the wet case, management of a raw material and a molded object is easy, and the time which manufacture requires can be shortened effectively.
乾式加圧成形体は、例えば、５０〜９８質量％のシリカ微粒子と２〜２０質量％の補強繊維とを含むことができ、６５〜８０質量％のシリカ微粒子と５〜１８質量％の補強繊維とを含むことができる。補強繊維の含有量が２質量％未満の場合には、断熱材の強度が不足することがある。補強繊維の含有量が２０質量％を超える場合には、成形時の粉体流動性が損なわれて成形性が低下すると共に、密度ムラにより加工性が低下することがある。 The dry pressure-molded body can contain, for example, 50 to 98% by mass of silica fine particles and 2 to 20% by mass of reinforcing fibers, and 65 to 80% by mass of silica fine particles and 5 to 18% by mass of reinforcing fibers. Can be included. When the content of the reinforcing fiber is less than 2% by mass, the strength of the heat insulating material may be insufficient. When the content of the reinforcing fiber exceeds 20% by mass, the powder fluidity at the time of molding is impaired, the moldability is lowered, and the workability may be lowered due to density unevenness.
また、乾式加圧成形体は、シリカ微粒子及び補強繊維のみを含む場合には、例えば、８０〜９８質量％のシリカ微粒子と２〜２０質量％の補強繊維とを合計が１００質量％となるように含むことができ、好ましくは８２〜９８質量％のシリカ微粒子と２〜１８質量％の補強繊維とを合計が１００質量％となるように含むことができ、より好ましくは８５〜９７質量％のシリカ微粒子と３〜１５質量％の補強繊維とを合計が１００質量％となるように含むことができる。補強繊維の含有量が２質量％未満の場合には、断熱材の強度が不足することがある。補強繊維の含有量が２０質量％を超える場合には、成形時の粉体流動性が損なわれて成形性が低下すると共に、密度ムラにより加工性が低下することがある。 Moreover, when a dry-type pressure-molded body contains only silica fine particles and reinforcing fibers, for example, the total of 80 to 98% by mass of silica fine particles and 2 to 20% by mass of reinforcing fibers is 100% by mass. Preferably, 82 to 98% by mass of silica fine particles and 2 to 18% by mass of reinforcing fibers can be included so that the total is 100% by mass, more preferably 85 to 97% by mass. Silica fine particles and 3 to 15% by mass of reinforcing fibers can be contained so that the total becomes 100% by mass. When the content of the reinforcing fiber is less than 2% by mass, the strength of the heat insulating material may be insufficient. When the content of the reinforcing fiber exceeds 20% by mass, the powder fluidity at the time of molding is impaired, the moldability is lowered, and the workability may be lowered due to density unevenness.
また、乾式加圧成形体は、結合剤を含まないものとすることができる。すなわち、本方法においては、後述する養生処理によって断熱材の強度を効果的に向上させることができるため、結合剤を使用する必要がない。この場合、乾式加圧成形体は、水ガラス接着剤等の無機結合剤や、樹脂等の有機結合剤といった、従来使用されていた結合剤を実質的に含有しない。したがって、結合剤の使用に伴う従来の問題を確実に回避することができる。また、この場合、乾式加圧成形は、特に制限はないが、例えば、５℃以上、６０℃以下の温度で行うことができる。 Further, the dry pressure molded body may not contain a binder. That is, in this method, since the strength of the heat insulating material can be effectively improved by the curing treatment described later, it is not necessary to use a binder. In this case, the dry pressure-molded body does not substantially contain a conventionally used binder such as an inorganic binder such as a water glass adhesive or an organic binder such as a resin. Thus, the conventional problems associated with the use of binders can be reliably avoided. In this case, the dry pressure molding is not particularly limited, but can be performed at a temperature of 5 ° C. or more and 60 ° C. or less, for example.
また、乾式加圧成形体は、アルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方を含むこともできる。アルカリ土類金属水酸化物は、強塩基として使用することができるものであれば特に限られず、任意の１種を単独で又は２種以上を任意に組み合わせて使用することができる。具体的に、アルカリ土類金属水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化ストロンチウム及び水酸化バリウムからなる群より選択される１種以上を使用することができ、中でも水酸化カルシウムを好ましく使用することができる。 Moreover, the dry-type pressure-molded body can also contain one or both of an alkaline earth metal hydroxide and an alkali metal hydroxide. The alkaline earth metal hydroxide is not particularly limited as long as it can be used as a strong base, and any one kind can be used alone or two or more kinds can be used in any combination. Specifically, as the alkaline earth metal hydroxide, for example, one or more selected from the group consisting of calcium hydroxide, magnesium hydroxide, strontium hydroxide and barium hydroxide can be used. Calcium oxide can be preferably used.
アルカリ金属水酸化物は、強塩基として使用することができるものであれば特に限られず、任意の１種を単独で又は２種以上を任意に組み合わせて使用することができる。具体的に、アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウムからなる群より選択される１種以上を使用することができる。 The alkali metal hydroxide is not particularly limited as long as it can be used as a strong base, and any one kind can be used alone or two or more kinds can be used in any combination. Specifically, as the alkali metal hydroxide, for example, one or more selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide can be used.
乾式加圧成形体は、例えば、シリカ微粒子と補強繊維とを含む断熱材原料１００重量部に対して、０．１〜１０重量部のアルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方を含むことができる。すなわち、この場合、乾式加圧成形体は、０．１〜１０重量部のアルカリ土類金属水酸化物又はアルカリ金属水酸化物を含むことができ、また、アルカリ土類金属水酸化物とアルカリ金属水酸化物とを合計で０．２〜２０重量部含むこともできる。アルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方の含有量は、さらに、例えば、１〜７重量部とすることができ、２〜５重量部とすることもできる。 The dry pressure-molded body is, for example, one of 0.1 to 10 parts by weight of an alkaline earth metal hydroxide and an alkali metal hydroxide with respect to 100 parts by weight of a heat insulating material raw material containing silica fine particles and reinforcing fibers. Or both can be included. That is, in this case, the dry pressure molded body can contain 0.1 to 10 parts by weight of an alkaline earth metal hydroxide or an alkali metal hydroxide, and the alkaline earth metal hydroxide and the alkali metal hydroxide. A total of 0.2 to 20 parts by weight of metal hydroxide can also be included. The content of one or both of the alkaline earth metal hydroxide and the alkali metal hydroxide can be, for example, 1 to 7 parts by weight, or 2 to 5 parts by weight.
そして、乾式加圧成形体は、シリカ微粒子の乾燥粉体と、補強繊維の乾燥粉体と、アルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方の乾燥粉体と、を乾式混合し、次いで、得られた乾式混合物を乾式加圧成形することにより作製することができる。 The dry pressure-molded body comprises a dry powder of silica fine particles, a dry powder of reinforcing fibers, and a dry powder of one or both of an alkaline earth metal hydroxide and an alkali metal hydroxide. It can be made by mixing and then dry pressing the resulting dry mixture.
また、乾式加圧成形体は、さらに他の成分を含むこともできる。すなわち、乾式加圧成形体は、例えば、輻射散乱材を含むこともできる。輻射散乱材は、輻射による伝熱を低減することのできるものであれば特に限られず、任意の１種を単独で又は２種以上を任意に組み合わせて使用することができる。 Moreover, the dry pressure-molded product can further contain other components. That is, the dry pressure-molded body can include, for example, a radiation scattering material. The radiation scattering material is not particularly limited as long as it can reduce heat transfer by radiation, and any one kind can be used alone or two or more kinds can be arbitrarily combined.
具体的に、輻射散乱材としては、例えば、炭化珪素、ジルコニア及びチタニアからなる群より選択される１種以上を使用することができる。また、輻射散乱材は、例えば、平均粒径が５０μｍ以下、より具体的には１〜５０μｍであることが好ましく、また、１μｍ以上の波長の光に対する比屈折率が１．２５以上であることが好ましい。 Specifically, as the radiation scattering material, for example, one or more selected from the group consisting of silicon carbide, zirconia, and titania can be used. The radiation scattering material preferably has an average particle size of 50 μm or less, more specifically 1 to 50 μm, and a relative refractive index of 1.25 or more for light having a wavelength of 1 μm or more. Is preferred.
輻射散乱材を使用する場合、乾式加圧成形体は、例えば、５０〜９３質量％のシリカ微粒子と、２〜２０質量％の補強繊維と、５〜４０質量％の輻射散乱材と、を含むことができ、より好ましくは６５〜８０質量％のシリカ微粒子と、５〜１８質量％の補強繊維と、１５〜３０質量％の輻射散乱材と、を含むことができる。 When the radiation scattering material is used, the dry pressure molded body includes, for example, 50 to 93% by mass of silica fine particles, 2 to 20% by mass of reinforcing fiber, and 5 to 40% by mass of the radiation scattering material. More preferably, it may contain 65 to 80% by mass of silica fine particles, 5 to 18% by mass of reinforcing fibers, and 15 to 30% by mass of radiation scattering material.
続く養生工程Ｓ２においては、準備工程Ｓ１で準備された乾式加圧成形体を、相対湿度７０％以上という高湿度で養生する。養生における相対湿度は、例えば、７５％以上とすることができ、８０％以上とすることができ、８５％以上とすることもできる。さらに、養生は、８５％より高い相対湿度で行うこともできる。 In the subsequent curing step S2, the dry pressure molded body prepared in the preparation step S1 is cured at a high humidity of 70% or higher relative humidity. The relative humidity during curing can be, for example, 75% or more, 80% or more, and 85% or more. Furthermore, curing can also be performed at a relative humidity higher than 85%.
養生は、乾式加圧成形体を上述のような高湿度の環境下で所定時間保持することにより行う。具体的に、例えば、温度及び湿度が所定値に設定された恒温恒湿器の内部や、到達温度が所定値に設定されたオートクレーブの内部に乾式加圧成形体を載置し、所定時間放置することにより、当該乾式加圧成形体を高湿養生することができる。 Curing is performed by holding the dry pressure molded body for a predetermined time in the high humidity environment as described above. Specifically, for example, a dry press-molded body is placed in a constant temperature and humidity chamber in which the temperature and humidity are set to predetermined values, or in an autoclave in which the reached temperature is set to a predetermined value, and left for a predetermined time. By doing this, the said dry-type pressure-molded body can be cured at high humidity.
養生を行う温度は、当該養生の効果が得られる範囲で任意に設定することができる。具体的に、養生温度は、例えば、４０℃以上とすることができ、６０℃以上とすることが好ましく、８０℃以上とすることがより好ましく、９０℃以上とすることが特に好ましい。養生温度を高めることによって、効果が得られるまでの養生時間を短縮することができる。養生温度の上限は特に限られないが、例えば、９５℃以下とすることができる。なお、乾式加圧成形体がアルカリ土類金属水酸化物を含有する場合、養生温度は、１００℃以下又は１００℃未満とすることが好ましいことがある。また、養生温度は、例えば、４０℃未満とすることもできる。 The temperature at which curing is performed can be arbitrarily set within a range where the effect of the curing can be obtained. Specifically, the curing temperature can be, for example, 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and particularly preferably 90 ° C. or higher. By raising the curing temperature, the curing time until the effect is obtained can be shortened. Although the upper limit of curing temperature is not specifically limited, For example, it can be 95 degrees C or less. In addition, when a dry-type pressure-molded body contains an alkaline earth metal hydroxide, the curing temperature may be preferably 100 ° C. or less or less than 100 ° C. Moreover, curing temperature can also be made into less than 40 degreeC, for example.
また、養生は、加圧条件下で行うこともできる。この場合、養生温度は、養生の効果が得られる範囲で任意に設定することができる。具体的に、加圧条件下での養生温度は、例えば、１００〜２００℃とすることができ、１２０〜１７０℃とすることもできる。こうした加圧条件下で養生を行うことにより、効果が得られるまでの養生時間を短縮することが期待される。 Curing can also be performed under pressurized conditions. In this case, the curing temperature can be arbitrarily set as long as the curing effect is obtained. Specifically, the curing temperature under a pressurized condition can be, for example, 100 to 200 ° C, or 120 to 170 ° C. By performing curing under such pressure conditions, it is expected to shorten the curing time until the effect is obtained.
養生を行う時間は、当該養生の効果が得られる範囲で任意に設定することができる。具体的に、養生時間は、例えば、２時間以上とすることができ、６時間以上とすることが好ましい。養生時間を長くすることによって、養生の効果を高めることができる。 The time for performing curing can be arbitrarily set within a range in which the effect of the curing can be obtained. Specifically, the curing time can be, for example, 2 hours or more, and preferably 6 hours or more. The effect of curing can be enhanced by lengthening the curing time.
より具体的に、乾式加圧成形体がアルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物のいずれも含まない場合には、養生時間は、長いことが好ましい。また、乾式加圧成形体が比較的少ない量（例えば、シリカ微粒子と補強繊維とを含む断熱材原料１００重量部に対して、０．１〜２重量部）のアルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方を含む場合には、養生時間は、６時間以上、１００時間以下とすることが好ましい。また、乾式加圧成形体が比較的多い量（例えば、シリカ微粒子と補強繊維とを含む断熱材原料１００重量部に対して、２重量部を超え、２０重量部以下）のアルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方を含む場合には、養生時間は、１２時間以下とすることが好ましく、６時間以下とすることがより好ましい。 More specifically, when the dry pressure-molded body contains neither an alkaline earth metal hydroxide nor an alkali metal hydroxide, the curing time is preferably long. Moreover, the alkaline earth metal hydroxide in a relatively small amount (for example, 0.1 to 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the heat insulating material containing silica fine particles and reinforcing fibers) and When one or both of the alkali metal hydroxides are included, the curing time is preferably 6 hours or more and 100 hours or less. Further, the alkaline earth metal water in a relatively large amount (for example, more than 2 parts by weight and not more than 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the heat insulating material raw material containing silica fine particles and reinforcing fibers) of the dry pressure molded body When one or both of the oxide and the alkali metal hydroxide are included, the curing time is preferably 12 hours or less, and more preferably 6 hours or less.
なお、養生の条件は、上述の例に限られず、当該養生の効果が得られる範囲で任意に設定することができる。すなわち、養生条件は、例えば、本方法により製造される断熱材の強度（例えば、圧縮強度）や熱伝導率が、後述するような所定の範囲となるよう適宜調節することができる。また、例えば、養生時間は、上記の例に限られず、温度や湿度等の他の養生条件に応じて適宜決定することができる。 In addition, the conditions for curing are not limited to the above-described examples, and can be arbitrarily set within a range where the effect of the curing is obtained. That is, the curing conditions can be appropriately adjusted so that, for example, the strength (for example, compressive strength) and the thermal conductivity of the heat insulating material manufactured by this method are within a predetermined range as described later. Moreover, for example, the curing time is not limited to the above example, and can be appropriately determined according to other curing conditions such as temperature and humidity.
続く乾燥工程Ｓ３においては、養生工程Ｓ２において養生された乾式加圧成形体を乾燥させる。すなわち、乾燥工程Ｓ３においては、養生時に乾式加圧成形体に浸み込んだ、蒸気に由来する水分を除去する。乾燥の方法は、乾式加圧成形体から不要な水分を除去できる方法であれば特に限られない。すなわち、例えば、乾式加圧成形体を１００℃以上の温度で保持することにより、当該乾式加圧成形体を効率よく乾燥させることができる。 In the subsequent drying step S3, the dry pressure molded body cured in the curing step S2 is dried. That is, in the drying step S3, moisture derived from the steam that has soaked into the dry pressure-formed body during curing is removed. The drying method is not particularly limited as long as unnecessary moisture can be removed from the dry pressure molded body. That is, for example, by holding a dry pressure molded body at a temperature of 100 ° C. or higher, the dry pressure molded body can be efficiently dried.
本方法においては、こうして、最終的に、養生及び乾燥後の乾式加圧成形体を、断熱材として得る。本方法によれば、優れた断熱性能と強度とを兼ね備えた断熱材を製造することができる。すなわち、本方法によれば、密度を高めることなく、断熱材の強度を効果的に向上させることができる。また、本方法によれば、結合剤を使用することなく、十分な強度を備えた断熱材を製造することができる。 In this method, finally, a dry pressure-molded body after curing and drying is obtained as a heat insulating material. According to this method, a heat insulating material having excellent heat insulating performance and strength can be manufactured. That is, according to this method, the strength of the heat insulating material can be effectively improved without increasing the density. Moreover, according to this method, the heat insulating material provided with sufficient intensity | strength can be manufactured, without using a binder.
図９は、本方法における高湿養生によって断熱材の強度が向上する機構についての説明図である。ここでは、図９に示すように、乾式加圧成形体に含まれるシリカ微粒子のうち、隣接する２つのシリカ微粒子Ｐ１，Ｐ２に着目して説明する。高湿養生によって断熱材の強度が向上する機構としては、次のようなことが考えられる。 FIG. 9 is an explanatory view of a mechanism for improving the strength of the heat insulating material by high humidity curing in this method. Here, as shown in FIG. 9, the description will be made by paying attention to two adjacent silica fine particles P <b> 1 and P <b> 2 among the silica fine particles contained in the dry pressure-formed body. The following can be considered as a mechanism for improving the strength of the heat insulating material by high humidity curing.
すなわち、まず、養生前の乾式加圧成形体に含まれるシリカ微粒子Ｐ１，Ｐ２間には、図９Ａに示すように、極めて微細な空隙Ｖ（例えば、数ｎｍ程度の超微細孔）が形成されている。次に、この乾式加圧成形体を高湿度雰囲気下に保持する養生を開始すると、図９Ｂに示すように、水蒸気の毛管凝縮によって、シリカ微粒子Ｐ１，Ｐ２間に凝縮した水を主成分とする液体からなる架橋構造Ｓが形成される。 That is, first, as shown in FIG. 9A, extremely fine voids V (for example, ultrafine pores of about several nm) are formed between the silica fine particles P1 and P2 contained in the dry pressure-molded body before curing. ing. Next, when curing is started to hold the dry pressure-molded body in a high-humidity atmosphere, as shown in FIG. 9B, the main component is water condensed between the silica fine particles P1 and P2 by capillary condensation of water vapor. A cross-linked structure S made of a liquid is formed.
さらに、乾式加圧成形体を高湿度雰囲気下で保持し続けると、図９Ｃに矢印で示すように、シリカ微粒子Ｐ１，Ｐ２からシリカが溶出し、当該シリカ微粒子Ｐ１，Ｐ２間に当該溶出したシリカを含む架橋構造Ｓが形成される。なお、シリカの溶出反応としては、次のようなケイ酸塩反応が考えられる：「ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ→Ｈ４ＳｉＯ４→Ｈ＋＋Ｈ３ＳiＯ４ −」。 Further, when the dry pressure molded body is kept in a high humidity atmosphere, as shown by arrows in FIG. 9C, silica is eluted from the silica fine particles P1 and P2, and the eluted silica is separated between the silica fine particles P1 and P2. A crosslinked structure S containing is formed. As the elution reaction of silica, the following silicate reaction can be considered: “SiO 2 + 2H 2 O → H 4 SiO 4 → H + + H 3 SiO 4 − ”.
そして、養生後の乾式加圧成形体を乾燥することにより、シリカ微粒子Ｐ１，Ｐ２間に形成された架橋構造Ｓが硬化される。このような架橋構造Ｓの形成によって断熱材の強度を効果的に高めることができる。なお、シリカ微粒子と補強繊維との間にも同様の架橋構造が形成される。 And the crosslinked structure S formed between silica fine particles P1 and P2 is hardened by drying the dry-type pressure-molded body after curing. The formation of such a crosslinked structure S can effectively increase the strength of the heat insulating material. A similar crosslinked structure is formed between the silica fine particles and the reinforcing fibers.
また、乾式加圧成形体がアルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方を含有する場合には、上述のような強度向上を促進することができ、養生時間を効果的に短縮することができる。これは、アルカリ土類金属水酸化物又はアルカリ金属水酸化物の存在により、乾式加圧成形体内部において、シリカ微粒子Ｐ１，Ｐ２からのシリカ溶出に適した塩基性の高い環境が形成されるためと考えられる。 In addition, when the dry pressure-molded body contains one or both of an alkaline earth metal hydroxide and an alkali metal hydroxide, the strength improvement as described above can be promoted, and the curing time is effective. Can be shortened. This is because the presence of alkaline earth metal hydroxide or alkali metal hydroxide forms a highly basic environment suitable for silica elution from the silica fine particles P1 and P2 inside the dry pressure molded body. it is conceivable that.
すなわち、アルカリ土類金属水酸化物又はアルカリ金属水酸化物といった強塩基の使用によって、養生におけるシリカ微粒子Ｐ１，Ｐ２からのシリカの溶出が促進され、その結果、短時間で断熱材の強度向上を達成できると考えられる。なお、この場合、シリカ微粒子Ｐ１，Ｐ２間には、シリカに加えてアルカリ土類金属及びアルカリ金属の一方又は両方を含有する架橋構造Ｓが形成されることとなる。 That is, by using a strong base such as alkaline earth metal hydroxide or alkali metal hydroxide, elution of silica from silica fine particles P1 and P2 during curing is promoted, and as a result, the strength of the heat insulating material can be improved in a short time. It can be achieved. In this case, a crosslinked structure S containing one or both of an alkaline earth metal and an alkali metal in addition to silica is formed between the silica fine particles P1 and P2.
加熱装置に使用される断熱材（以下、「本断熱材」という。）は、このような本方法により好ましく製造することができる。本断熱材は、比較的低い密度で、十分な強度を備えることができる。すなわち、本断熱材は、例えば、平均粒径５０ｎｍ以下のシリカ微粒子と補強繊維とを含み、嵩密度が１９０〜６００ｋｇ／ｍ３であり、圧縮強度が０．６５ＭＰａ以上である断熱材とすることができる。 The heat insulating material used for the heating device (hereinafter referred to as “the present heat insulating material”) can be preferably manufactured by such a method. The heat insulating material can be provided with sufficient strength at a relatively low density. That is, this heat insulating material is, for example, a heat insulating material containing silica fine particles having an average particle size of 50 nm or less and reinforcing fibers, having a bulk density of 190 to 600 kg / m 3 and a compressive strength of 0.65 MPa or more. Can do.
本断熱材の嵩密度は、例えば、１９０〜４５０ｋｇ／ｍ３とすることもでき、１９０〜３００ｋｇ／ｍ３とすることもできる。本断熱材の圧縮強度は、例えば、０．７ＭＰａ以上とすることもでき、０．７５ＭＰａ以上とすることもできる。なお、圧縮強度は、所定の圧縮試験装置、例えば、市販の万能試験装置（テンシロン ＲＴＣ−１１５０Ａ、株式会社オリエンテック）を用いて測定することができる。具体的に、例えば、寸法３０ｍｍ×３０ｍｍ×１５ｍｍに加工した試験片のプレス面（３０ｍｍ×３０ｍｍ）に対して垂直方向に荷重を負荷し、当該試験片が破壊したときの荷重（ＭＰａ）を圧縮強度として得る。この圧縮強度は、本断熱材が板状である場合、その厚さ方向における圧縮強度（すなわち、長手方向に延びる面積の最も大きな一対の面を圧縮した時の破断強度）として評価することができる。 The bulk density of this heat insulating material can also be 190-450 kg / m < 3 >, for example, and can also be 190-300 kg / m < 3 >. The compressive strength of this heat insulating material can also be 0.7 MPa or more, for example, and can also be 0.75 MPa or more. In addition, a compressive strength can be measured using a predetermined compression test apparatus, for example, a commercially available universal test apparatus (Tensilon RTC-1150A, Orientec Co., Ltd.). Specifically, for example, a load is applied in a direction perpendicular to the press surface (30 mm × 30 mm) of a test piece processed to dimensions 30 mm × 30 mm × 15 mm, and the load (MPa) when the test piece is broken is compressed. Get as strength. This compressive strength can be evaluated as the compressive strength in the thickness direction (that is, the breaking strength when the pair of surfaces having the largest area extending in the longitudinal direction is compressed) when the heat insulating material is plate-shaped. .
本断熱材は、例えば、５０〜９８質量％のシリカ微粒子と２〜２０質量％の補強繊維とを含むことができ、６５〜８０質量％のシリカ微粒子と５〜１８質量％の補強繊維とを含むことができる。補強繊維の含有量が２質量％未満の場合には、本断熱材の強度が不足することがある。補強繊維の含有量が２０質量％を超える場合には、成形時の粉体流動性が損なわれて成形性が低下すると共に、密度ムラにより加工性が低下することがある。 This heat insulating material can contain 50-98 mass% silica fine particle and 2-20 mass% reinforcement fiber, for example, 65-80 mass% silica fine particle, and 5-18 mass% reinforcement fiber are included. Can be included. When the content of the reinforcing fiber is less than 2% by mass, the strength of the heat insulating material may be insufficient. When the content of the reinforcing fiber exceeds 20% by mass, the powder fluidity at the time of molding is impaired, the moldability is lowered, and the workability may be lowered due to density unevenness.
また、本断熱材は、シリカ微粒子及び補強繊維のみを含む場合には、例えば、８０〜９８質量％のシリカ微粒子と２〜２０質量％の補強繊維とを合計が１００質量％となるように含むことができ、好ましくは８２〜９８質量％のシリカ微粒子と２〜１８質量％の補強繊維とを合計が１００質量％となるように含むことができ、より好ましくは８５〜９７質量％のシリカ微粒子と３〜１５質量％の補強繊維とを合計が１００質量％となるように含むことができる。補強繊維の含有量が２質量％未満の場合には、断熱材の強度が不足することがある。補強繊維の含有量が２０質量％を超える場合には、成形時の粉体流動性が損なわれて成形性が低下すると共に、密度ムラにより加工性が低下することがある。 Moreover, when this heat insulating material contains only a silica fine particle and a reinforcement fiber, it contains 80-98 mass% silica fine particle and 2-20 mass% reinforcement fiber so that a sum total may be 100 mass%, for example. Preferably, it can contain 82 to 98% by mass of silica fine particles and 2 to 18% by mass of reinforcing fibers so that the total is 100% by mass, more preferably 85 to 97% by mass of silica fine particles. And 3 to 15% by mass of reinforcing fibers can be included so that the total amount becomes 100% by mass. When the content of the reinforcing fiber is less than 2% by mass, the strength of the heat insulating material may be insufficient. When the content of the reinforcing fiber exceeds 20% by mass, the powder fluidity at the time of molding is impaired, the moldability is lowered, and the workability may be lowered due to density unevenness.
また、本断熱材は、結合剤を含まないものとすることができる。すなわち、本断熱材は、上述のとおり、養生によって十分な強度を達成できるため、結合剤を使用する必要がない。この場合、本断熱材は、水ガラス接着剤等の無機結合剤や、樹脂等の有機結合剤といった、従来使用されていた結合剤を実質的に含有しない。したがって、結合剤の使用に伴う従来の問題を確実に回避することができる。 Moreover, this heat insulating material shall not contain a binder. That is, since this heat insulating material can achieve sufficient strength by curing as described above, it is not necessary to use a binder. In this case, the heat insulating material does not substantially contain a conventionally used binder such as an inorganic binder such as a water glass adhesive or an organic binder such as a resin. Thus, the conventional problems associated with the use of binders can be reliably avoided.
また、本断熱材は、シリカ微粒子及び補強繊維以外に、アルカリ土類金属及びアルカリ金属の一方又は両方を含むことができる。すなわち、本断熱材は、養生で使用されたアルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方に由来する金属を含むことができる。 Moreover, this heat insulating material can contain one or both of an alkaline-earth metal and an alkali metal other than a silica particle and a reinforcing fiber. That is, the present heat insulating material can contain a metal derived from one or both of the alkaline earth metal hydroxide and the alkali metal hydroxide used in curing.
具体的に、本断熱材は、例えば、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群より選択される１種以上を含むことができ、中でもカルシウムを含むことが好ましい。また、本断熱材は、例えば、ナトリウム、カリウム及びリチウムからなる群より選択される１種以上を含むことができる。 Specifically, this heat insulating material can contain 1 or more types selected from the group which consists of calcium, magnesium, strontium, and barium, for example, and it is preferable to contain calcium especially. Moreover, this heat insulating material can contain 1 or more types selected from the group which consists of sodium, potassium, and lithium, for example.
本断熱材は、例えば、シリカ微粒子と補強繊維とを含む断熱材原料１００重量部に対して、０．１〜１０重量部のアルカリ土類金属及びアルカリ金属の一方又は両方を含むことができる。すなわち、この場合、本断熱材は、例えば、０．１〜１０重量部のアルカリ土類金属又はアルカリ金属を含むことができ、また、アルカリ土類金属とアルカリ金属とを合計で０．２〜２０重量部含むことができる。アルカリ土類金属及びアルカリ金属の一方又は両方の含有量は、さらに、例えば、１〜７重量部とすることができ、２〜５重量部とすることもできる。 This heat insulating material can contain 0.1 to 10 weight part of one or both of an alkaline-earth metal and an alkali metal with respect to 100 weight part of heat insulating material raw materials containing a silica microparticle and a reinforcing fiber, for example. That is, in this case, the heat insulating material can include, for example, 0.1 to 10 parts by weight of an alkaline earth metal or an alkali metal, and the total of the alkaline earth metal and the alkali metal is 0.2 to 20 parts by weight can be included. The content of one or both of the alkaline earth metal and alkali metal can be, for example, 1 to 7 parts by weight, or 2 to 5 parts by weight.
また、本断熱材は、さらに他の成分を含むこともできる。すなわち、本断熱材は、例えば、輻射散乱材を含むこともできる。輻射散乱材は、輻射による伝熱を低減することのできるものであれば特に限られず、任意の１種を単独で又は２種以上を任意に組み合わせて使用することができる。 Moreover, this heat insulating material can also contain another component further. That is, this heat insulating material can also contain a radiation scattering material, for example. The radiation scattering material is not particularly limited as long as it can reduce heat transfer by radiation, and any one kind can be used alone or two or more kinds can be arbitrarily combined.
具体的に、輻射散乱材としては、例えば、炭化珪素、ジルコニア及びチタニアからなる群より選択される１種以上を使用することができる。また、輻射散乱材は、例えば、平均粒径が５０μｍ以下、より具体的には１〜５０μｍであることが好ましく、また、１μｍ以上の波長の光に対する比屈折率が１．２５以上であることが好ましい。 Specifically, as the radiation scattering material, for example, one or more selected from the group consisting of silicon carbide, zirconia, and titania can be used. The radiation scattering material preferably has an average particle size of 50 μm or less, more specifically 1 to 50 μm, and a relative refractive index of 1.25 or more for light having a wavelength of 1 μm or more. Is preferred.
輻射散乱材を使用する場合、本断熱材は、例えば、５０〜９３質量％のシリカ微粒子と、２〜２０質量％の補強繊維と、５〜４０質量％の輻射散乱材と、を含むことができ、より好ましくは６５〜８０質量％のシリカ微粒子と、５〜１８質量％の補強繊維と、１５〜３０質量％の輻射散乱材と、を含むことができる。 When using a radiation-scattering material, this heat insulating material may contain, for example, 50 to 93% by mass of silica fine particles, 2 to 20% by mass of reinforcing fibers, and 5 to 40% by mass of the radiation-scattering material. More preferably, it can contain 65-80 mass% silica fine particles, 5-18 mass% reinforcing fiber, and 15-30 mass% radiation scattering material.
また、本断熱材は、優れた断熱性能を備えることができる。すなわち、本断熱材は、従来のように密度を高めることなく十分な強度を達成しているため、固体伝熱の増加による断熱性能の低下を効果的に回避することができている。具体的に、本断熱材は、６００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材とすることができる。本断熱材の６００℃における熱伝導率は、好ましくは０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とすることもできる。 Moreover, this heat insulating material can be equipped with the outstanding heat insulation performance. In other words, the present heat insulating material achieves sufficient strength without increasing the density as in the prior art, and therefore it is possible to effectively avoid a decrease in heat insulating performance due to an increase in solid heat transfer. Specifically, the heat insulating material can be a heat insulating material having a thermal conductivity at 600 ° C. of 0.05 W / (m · K) or less. The thermal conductivity at 600 ° C. of the heat insulating material can be preferably 0.04 W / (m · K) or less.
なお、本断熱材は、平均粒径５０ｎｍ以下のシリカ微粒子の一次粒子が、分子間力等により会合して二次粒子を形成し、当該二次粒子が補強繊維間に散在した構造を有している。そして、本断熱材は、シリカ微粒子の使用によって、その内部に、空気分子の平均自由行程よりも小さいナノポア構造を保持することで、低温域から高温域までの幅広い温度範囲で優れた断熱性能を発揮することができる。 The heat insulating material has a structure in which primary particles of silica fine particles having an average particle size of 50 nm or less are associated with each other by intermolecular force to form secondary particles, and the secondary particles are scattered between reinforcing fibers. ing. And by using silica fine particles, this heat insulating material retains a nanopore structure smaller than the mean free path of air molecules inside, thereby providing excellent heat insulation performance in a wide temperature range from a low temperature range to a high temperature range. It can be demonstrated.
また、本断熱材は、高湿養生で形成された特有の構造を有するものとすることができる。すなわち、本断熱材は、例えば、平均粒径５０ｎｍ以下のシリカ微粒子と補強繊維とを含み、当該シリカ微粒子間にシリカを含む架橋構造が形成されている断熱材とすることができる。この架橋構造は、上述したように、水蒸気の毛管凝縮により形成され、シリカ微粒子から溶出したシリカを含むものである。 Moreover, this heat insulating material shall have a peculiar structure formed by high-humidity curing. That is, this heat insulating material can be made into a heat insulating material including, for example, silica fine particles having an average particle diameter of 50 nm or less and reinforcing fibers, and having a crosslinked structure including silica between the silica fine particles. As described above, this crosslinked structure is formed by capillary condensation of water vapor and includes silica eluted from silica fine particles.
また、この架橋構造は、アルカリ土類金属及びアルカリ金属の一方又は両方を含むこともできる。すなわち、この場合、架橋構造は、上述したように、養生時に使用されたアルカリ土類金属水酸化物及びアルカリ金属水酸化物の一方又は両方に由来する、アルカリ土類金属及びアルカリ金属の一方又は両方を含む。 The crosslinked structure can also contain one or both of an alkaline earth metal and an alkali metal. That is, in this case, as described above, the crosslinked structure is one or both of an alkaline earth metal and an alkali metal derived from one or both of the alkaline earth metal hydroxide and the alkali metal hydroxide used at the time of curing. Includes both.
また、本断熱材は、ケイ酸カルシウムを含むことができる。すなわち、例えば、本断熱材が、水酸化カルシウムを添加した高湿養生を経て製造された場合には、当該本断熱材の内部において、シリカ微粒子から溶出したシリカ成分と当該水酸化カルシウムとの化学反応により、ケイ酸カルシウムが生成され得る。このため、本断熱材は、シリカ微粒子間に形成された架橋構造又はその他の部分に、高湿養生により生成されたケイ酸カルシウムを含み得る。 Moreover, this heat insulating material can contain a calcium silicate. That is, for example, when this heat insulating material is manufactured through high-humidity curing to which calcium hydroxide is added, the chemistry of the silica component eluted from the silica fine particles and the calcium hydroxide inside the heat insulating material. The reaction can produce calcium silicate. For this reason, this heat insulating material can contain the calcium silicate produced | generated by the high-humidity curing in the crosslinked structure formed between the silica fine particles or other parts.
このように、本断熱材は、比較的低い密度で、優れた断熱性能と高い強度を兼ね備えることができる。したがって、本断熱材は、例えば、加工を要する一般工業炉用断熱材や、燃料電池の改質器用の断熱材として好ましく利用することができる。 As described above, the heat insulating material can have both excellent heat insulating performance and high strength at a relatively low density. Therefore, this heat insulating material can be preferably used as, for example, a heat insulating material for a general industrial furnace that requires processing or a heat insulating material for a reformer of a fuel cell.
加熱装置の基部として使用される本断熱材は、任意の形状の成形体として製造することができる。すなわち、板状の本断熱材を製造する場合には、例えば、シリカ微粒子と補強繊維とを含む乾式混合物を板状の成形型に充填して乾式プレス成形し、得られた板状の乾式加圧成形体を上述のように高湿度で養生する。 The heat insulating material used as the base of the heating device can be manufactured as a molded body having an arbitrary shape. That is, when producing a plate-shaped heat insulating material, for example, a dry mixture containing silica fine particles and reinforcing fibers is filled in a plate-shaped mold and dry-press-molded, and the obtained plate-shaped dry-processed material is obtained. The compacted body is cured at high humidity as described above.
また、円筒状の本断熱材を製造する場合には、例えば、まず、板状又はブロック状の本断熱材を成形し、次いで、当該板状又はブロック状の本断熱材から円筒状の本断熱材を切り出す。 When manufacturing a cylindrical main heat insulating material, for example, first, a plate-shaped or block-shaped main heat insulating material is formed, and then a cylindrical main heat insulating material is formed from the plate-shaped or block-shaped main heat insulating material. Cut out the material.
また、例えば、シリカ微粒子と補強繊維とを含む乾式混合物を、円筒状の成形型の内周面又は外周面に所定の圧力で押し付けて、円筒状の乾式加圧成形体を作製し、得られた円筒状の乾式加圧成形体を上述のように高湿度で養生することによっても、円筒状の本断熱材を製造することができる。 Further, for example, a dry mixture containing silica fine particles and reinforcing fibers is pressed against the inner peripheral surface or outer peripheral surface of a cylindrical mold with a predetermined pressure to produce a cylindrical dry pressure molded body. The cylindrical heat insulating material can also be produced by curing the cylindrical dry pressure-formed body at a high humidity as described above.
また、例えば、円筒状の成形型の中空部に、より径の小さい円筒状の中子を配置し、当該成形型と中子との間で、シリカ微粒子と補強繊維とを含む乾式混合物を加圧して円筒状の乾式加圧成形体を作製し、得られた円筒状の乾式加圧成形体を上述のように高湿度で養生することによっても、円筒状の本断熱材を製造することができる。 Further, for example, a cylindrical core having a smaller diameter is arranged in the hollow portion of the cylindrical mold, and a dry mixture containing silica fine particles and reinforcing fibers is added between the mold and the core. It is possible to produce a cylindrical main heat insulating material by producing a cylindrical dry pressure molded body by pressing and curing the obtained cylindrical dry pressure molded body at high humidity as described above. it can.
なお、基部を構成する本断熱材の形状は、上述の板状や円筒状に限られず、任意の形状に成形することができる。また、溝部は、予め製造された本断熱材に形成することができ、又は本断熱材の製造時に形成することもできる。 In addition, the shape of this heat insulating material which comprises a base is not restricted to the above-mentioned plate shape or cylindrical shape, It can shape | mold in arbitrary shapes. Moreover, a groove part can be formed in this heat insulating material manufactured previously, or can also be formed at the time of manufacture of this heat insulating material.
本発明に係る加熱装置は、その基部を構成する断熱材が、シリカ微粒子に基づく極めて低い熱伝導性を有し、且つ当該断熱材は、高湿養生により高められた十分な強度を有するため、例えば、原子力施設における加熱炉等、各種工業用加熱炉や実験炉などの加熱に好ましく使用することができる。 In the heating device according to the present invention, the heat insulating material constituting the base has extremely low thermal conductivity based on silica fine particles, and the heat insulating material has sufficient strength enhanced by high humidity curing, For example, it can be preferably used for heating various industrial heating furnaces and experimental furnaces such as heating furnaces in nuclear facilities.
次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。 Next, specific examples according to the present embodiment will be described.
［断熱材の製造］平均１次粒子径が約１３ｎｍで、熱伝導率（２５℃）が０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）の無水シリカ微粒子（親水性フュームドシリカ微粒子）と、平均繊維径１０μｍ、平均繊維長３ｍｍの耐熱性ガラス繊維と、を含む乾式加圧成形体を作製した。 [Production of heat insulating material] Anhydrous silica fine particles (hydrophilic fumed silica fine particles) having an average primary particle diameter of about 13 nm and a thermal conductivity (25 ° C.) of 0.01 W / (m · K), and an average fiber diameter A dry pressure-molded body containing 10 μm and heat-resistant glass fibers having an average fiber length of 3 mm was produced.
すなわち、９０質量％のシリカ微粒子及び１０質量％のガラス繊維を含む断熱材原料１００重量部と、０、１、３、５又は１０重量部の水酸化カルシウム（試薬１級、和光純薬工業株式会社）と、を混合装置に投入し、乾式混合した。 That is, 100 parts by weight of a heat insulating material raw material containing 90% by mass of silica fine particles and 10% by mass of glass fiber and 0, 1, 3, 5 or 10 parts by weight of calcium hydroxide (reagent grade 1, Wako Pure Chemical Industries Ltd.) Were introduced into a mixing apparatus and dry-mixed.
そして、得られた乾式混合粉体から、乾式プレス成形により、１００ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの板状の乾式成形体を作製した。具体的に、まず、乾式混合粉体を、所定の脱気機構が付属した成形型に適量充填した。そして、所望の嵩密度が得られるように、乾式プレス成形を行った。すなわち、乾式プレス成形においては、乾式成形体の嵩密度が２５０ｋｇ／ｍ３となるようにプレス圧を調節した。成形後は、乾式加圧成形体を速やかに成形型から取り出した。 And the plate-shaped dry-type molded object of 100 mm x 150 mm x thickness 15mm was produced from the obtained dry mixed powder by dry press molding. Specifically, first, an appropriate amount of the dry mixed powder was filled into a molding die provided with a predetermined deaeration mechanism. Then, dry press molding was performed so that a desired bulk density was obtained. That is, in dry press molding, the press pressure was adjusted so that the bulk density of the dry molded product was 250 kg / m 3 . After molding, the dry pressure molded body was quickly taken out from the mold.
次に、乾式成形体を、温度８０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿器内で３〜４００時間保持することにより、又は温度１７０℃のオートクレーブ内で６時間保持することにより、高湿養生を行った。そして、養生後の乾式成形体を１０５℃で乾燥し、断熱材を得た。 Next, the dry-type molded body is kept in a constant temperature and humidity chamber at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 90% for 3 to 400 hours, or by being held in an autoclave at a temperature of 170 ° C. for 6 hours. Went. And the dry-type molded object after curing was dried at 105 degreeC, and the heat insulating material was obtained.
［圧縮強度の評価］各断熱材の圧縮強度を、万能試験装置（テンシロン ＲＴＣ−１１５０Ａ、株式会社オリエンテック）を用いて測定した。すなわち、寸法３０ｍｍ×３０ｍｍ×１５ｍｍに加工した試験片のプレス面（３０ｍｍ×３０ｍｍ）に対して垂直方向に荷重を負荷し、当該試験片が破壊したときの荷重を圧縮強度（ＭＰａ）とした。 [Evaluation of Compressive Strength] The compressive strength of each heat insulating material was measured using a universal testing device (Tensilon RTC-1150A, Orientec Co., Ltd.). That is, a load was applied in a direction perpendicular to the press surface (30 mm × 30 mm) of a test piece processed into dimensions 30 mm × 30 mm × 15 mm, and the load when the test piece was broken was defined as compressive strength (MPa).
図１０には、各断熱材の製造条件と圧縮強度とを対応させて示す。養生された断熱材の圧縮強度は、養生されていない断熱材の圧縮強度（０．２５ＭＰａ）に比べて、顕著に増加した。 In FIG. 10, the manufacturing conditions and compressive strength of each heat insulating material are shown correspondingly. The compressive strength of the cured heat insulating material was significantly increased compared to the compressive strength (0.25 MPa) of the non-cured heat insulating material.
すなわち、水酸化カルシウムを添加せず（０重量部）、８０℃、９０ＲＨ％で養生した場合には、養生時間が増加するに従って圧縮強度が向上した。具体的に、圧縮強度は、３時間の養生により０．４０ＭＰａまで増加し、４００時間の養生により１．０８ＭＰａに達した。 That is, when calcium hydroxide was not added (0 part by weight) and curing was performed at 80 ° C. and 90 RH%, the compressive strength was improved as the curing time was increased. Specifically, the compressive strength increased to 0.40 MPa by curing for 3 hours and reached 1.08 MPa by curing for 400 hours.
また、水酸化カルシウムを添加せず、オートクレーブで養生した場合（０重量部、Ａ／Ｃ）には、６時間養生された断熱材の圧縮強度は、０．９７ＭＰａであった。なお、図１０には示していないが、水酸化カルシウムを添加せず、１２０℃又は２００℃のオートクレーブで養生した場合にも、６時間の養生によって、同様の圧縮強度の増加が確認された。 Moreover, when calcium hydroxide was not added and it was cured in an autoclave (0 parts by weight, A / C), the compressive strength of the heat insulating material cured for 6 hours was 0.97 MPa. Although not shown in FIG. 10, the same increase in compressive strength was confirmed by curing for 6 hours when calcium hydroxide was not added and curing was performed in an autoclave at 120 ° C. or 200 ° C.
また、水酸化カルシウムを添加した場合には、水酸化カルシウムを添加しない場合に比べて、より短時間で圧縮強度を高めることができた。また、水酸化カルシウムの添加量の増加に伴って、より短時間で圧縮強度を高めることができる傾向が確認された。 Further, when calcium hydroxide was added, the compressive strength could be increased in a shorter time than when calcium hydroxide was not added. In addition, it was confirmed that the compressive strength could be increased in a shorter time as the amount of calcium hydroxide added increased.
すなわち、１重量部の水酸化カルシウムを添加して、８０℃、９０ＲＨ％で養生した場合には、圧縮強度は、３時間の養生により０．８３ＭＰａまで増加し、４８時間の養生により１．１３ＭＰａに達した。 That is, when 1 part by weight of calcium hydroxide is added and cured at 80 ° C. and 90 RH%, the compressive strength increases to 0.83 MPa by curing for 3 hours and 1.13 MPa by curing for 48 hours. Reached.
３重量部の水酸化カルシウムを添加して、８０℃、９０ＲＨ％で養生した場合には、圧縮強度は、３時間の養生により０．８９ＭＰａまで増加し、６時間の養生により１．０３ＭＰａに達した。 When 3 parts by weight of calcium hydroxide is added and cured at 80 ° C. and 90 RH%, the compressive strength increases to 0.89 MPa by curing for 3 hours and reaches 1.03 MPa by curing for 6 hours. did.
５重量部の水酸化カルシウムを添加して、８０℃、９０ＲＨ％で養生した場合には、圧縮強度は、３時間の養生により０．９１ＭＰａまで増加し、６時間の養生により１．０８ＭＰａに達した。 When 5 parts by weight of calcium hydroxide is added and cured at 80 ° C. and 90 RH%, the compressive strength increases to 0.91 MPa by curing for 3 hours and reaches 1.08 MPa by curing for 6 hours. did.
１０重量部の水酸化カルシウムを添加して、８０℃、９０ＲＨ％で養生した場合には、圧縮強度は、３時間の養生により０．９３ＭＰａに達した。 When 10 parts by weight of calcium hydroxide was added and cured at 80 ° C. and 90 RH%, the compressive strength reached 0.93 MPa by curing for 3 hours.
一方、水酸化カルシウムを添加して、オートクレーブで養生した場合（１〜１０重量部、Ａ／Ｃ）には、８０℃、９０ＲＨ％で養生した場合に比べて、圧縮強度の増加の程度は低かった。 On the other hand, when calcium hydroxide is added and cured in an autoclave (1 to 10 parts by weight, A / C), the degree of increase in compressive strength is lower than when cured at 80 ° C. and 90 RH%. It was.
［電子顕微鏡観察］図１１には、水酸化カルシウムを添加せず且つ養生することなく製造された断熱材（図１１Ａ及びＢ）と、３重量部の水酸化カルシウムを添加し且つ８０℃、９０ＲＨ％で２４時間養生して製造された断熱材（図１１Ｃ及びＤ）と、のそれぞれを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果の一例を示す。 [Electron microscope observation] FIG. 11 shows a heat insulating material (FIGS. 11A and 11B) manufactured without adding calcium hydroxide and curing, 3 parts by weight of calcium hydroxide, and 80 ° C., 90 RH. An example of the result of observing each of the heat insulating materials (FIGS. 11C and 11D) produced by curing for 24 hours with% using a scanning electron microscope (SEM) is shown.
図１１Ａに示すように、水酸化カルシウムを添加せず且つ養生していない断熱材の表面には、凹凸が明確に観察されたのに対し、図１１Ｃに示すように、水酸化カルシウムを添加し且つ養生した断熱材の表面は、比較的平坦となっていた。これは、図１１Ａに示す断熱材においては、各々のシリカ微粒子が単に凝集しているだけであるのに対し、図１１Ｃに示す断熱材においては、シリカ微粒子から溶出したシリカ成分によってシリカ微粒子間に架橋構造が形成され、その結果、内部構造が緻密化されたためと考えられた。 As shown in FIG. 11A, irregularities were clearly observed on the surface of the heat insulating material to which calcium hydroxide was not added and not cured, whereas calcium hydroxide was added as shown in FIG. 11C. The surface of the cured heat insulating material was relatively flat. In the heat insulating material shown in FIG. 11A, each silica fine particle is merely aggregated, whereas in the heat insulating material shown in FIG. 11C, the silica component eluted from the silica fine particles causes a gap between the silica fine particles. It was considered that a crosslinked structure was formed and as a result, the internal structure was densified.
また、図１１Ｂに示すように、水酸化カルシウムを添加せず且つ養生していない断熱材の表面においては、シリカ微粒子の境界がぼやけて観察されたのに対し、図１１Ｄに示すように、水酸化カルシウムを添加し且つ養生した断熱材の表面においては、シリカ微粒子の境界が明瞭に観察された。これは、図１１Ｄに示す断熱材においては、シリカ微粒子から溶出したシリカ成分によってシリカ微粒子間に架橋構造が形成された結果、導電性が高められ、電子線をより高い感度で検出できたためと考えられた。 Further, as shown in FIG. 11B, on the surface of the heat insulating material to which calcium hydroxide was not added and not cured, the boundary of the silica fine particles was observed blurry, whereas as shown in FIG. The boundary of the silica fine particles was clearly observed on the surface of the heat insulating material to which calcium oxide was added and cured. This is thought to be because, in the heat insulating material shown in FIG. 11D, as a result of the formation of a crosslinked structure between the silica fine particles by the silica component eluted from the silica fine particles, the conductivity was increased and the electron beam could be detected with higher sensitivity. It was.
［Ｘ線回折］水酸化カルシウムが３、５又は１０重量部添加され、８０℃、９０ＲＨ％で０〜２４時間養生され又はオートクレーブで６時間養生された断熱材の各々について、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により、養生時間の増加に伴う、水酸化カルシウムの含有量及びケイ酸カルシウムの形成量の変化を解析した。 [X-Ray Diffraction] X-ray diffraction (XRD) was applied to each of the heat insulating materials to which 3, 5, or 10 parts by weight of calcium hydroxide was added and cured at 80 ° C. and 90 RH% for 0 to 24 hours or for 6 hours in an autoclave. ), The change in the content of calcium hydroxide and the amount of calcium silicate formed with an increase in curing time was analyzed.
図１２には、水酸化カルシウムを３重量部添加して製造された断熱材のＸＲＤ測定結果の一例を示す。図１２Ａ，Ｂは、養生していない断熱材、図１２Ｃ，Ｄは２４時間養生した断熱材の測定結果をそれぞれ示す。図１２Ａ〜Ｄに示すように、養生によって、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）のピークが消失し、新たにケイ酸カルシウム（ＣＳＨ）のピークが現れた。 In FIG. 12, an example of the XRD measurement result of the heat insulating material manufactured by adding 3 weight part of calcium hydroxide is shown. FIGS. 12A and 12B show the measurement results of the heat insulating material not cured, and FIGS. 12C and 12D show the measurement results of the heat insulating material cured for 24 hours. As shown in FIGS. 12A to 12D, the peak of calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) disappeared due to curing, and a new peak of calcium silicate (CSH) appeared.
図１３には、各断熱材について、養生時間と、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）及びケイ酸カルシウム（ＣＳＨ）のＸＲＤピーク値と、圧縮強度と、を対応付けて示す。図１３Ａは水酸化カルシウムが３重量部添加された断熱材、図１３Ｂは水酸化カルシウムが５重量部添加された断熱材、図１３Ｃは水酸化カルシウムが１０重量部添加された断熱材についての結果をそれぞれ示す。 FIG. 13 shows the curing time, the XRD peak values of calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and calcium silicate (CSH), and the compressive strength in association with each heat insulating material. FIG. 13A shows a heat insulating material added with 3 parts by weight of calcium hydroxide, FIG. 13B shows a heat insulating material added with 5 parts by weight of calcium hydroxide, and FIG. 13C shows a result of heat insulating material added with 10 parts by weight of calcium hydroxide. Respectively.
図１３Ａ〜Ｃに示すように、養生時間の増加に伴って、水酸化カルシウムの含有量が減少し、これに伴い圧縮強度が増加する傾向が見られた。すなわち、水酸化カルシウムの消費量が増加するにつれて、断熱材の圧縮強度が増加する傾向が見られた。 As shown in FIGS. 13A to 13C, as the curing time increased, the content of calcium hydroxide decreased, and the compressive strength increased accordingly. That is, the tendency for the compressive strength of a heat insulating material to increase was seen as the consumption of calcium hydroxide increased.
また、養生時間の増加に伴って、ケイ酸カルシウムの新たな生成により、ケイ酸カルシウムの含有量が増加した。ただし、水酸化カルシウムが消費し尽くされた後は、ケイ酸カルシウムの含有量は増加するものの、圧縮強度は低下する傾向が見られた。 Moreover, with the increase in curing time, the content of calcium silicate increased due to new generation of calcium silicate. However, after the calcium hydroxide was consumed, the compressive strength tended to decrease although the calcium silicate content increased.
すなわち、ケイ酸カルシウムの含有量と、断熱材の圧縮強度の増加と、の間には必ずしも相関は認められず、むしろケイ酸カルシウムの含有量が増加するにつれて圧縮強度が低下する傾向が見られた。 That is, there is not always a correlation between the calcium silicate content and the increase in the compressive strength of the heat insulating material, but rather the compressive strength tends to decrease as the calcium silicate content increases. It was.
［断熱材の製造］上述の実施例１で使用したシリカ微粒子及びガラス繊維に加え、平均粒子径３μｍの炭化珪素をさらに含む乾式加圧成形体を作製した。 [Production of heat insulating material] In addition to the silica fine particles and glass fibers used in Example 1 above, a dry pressure-molded body further containing silicon carbide having an average particle diameter of 3 µm was prepared.
すなわち、７５質量％のシリカ微粒子、５質量％のガラス繊維及び２０質量％の炭化珪素を含む断熱材原料１００重量部と、０、３、５又は１０重量部の水酸化カルシウムと、を混合装置に投入し、乾式混合した。 That is, a mixing apparatus comprising 100 parts by weight of a heat insulating material raw material containing 75% by weight of silica fine particles, 5% by weight of glass fibers and 20% by weight of silicon carbide, and 0, 3, 5 or 10 parts by weight of calcium hydroxide. And dry-mixed.
得られた乾式混合粉体から、乾式プレス成形により、１００ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの板状の乾式成形体を作製した。乾式プレス成形においては、乾式成形体の嵩密度が２４０、２６０、２８０又は３００ｋｇ／ｍ３となるようにプレス圧を調節した。 From the obtained dry mixed powder, a plate-shaped dry molded body of 100 mm × 150 mm × thickness 15 mm was produced by dry press molding. In dry press molding, the press pressure was adjusted so that the bulk density of the dry compact was 240, 260, 280, or 300 kg / m 3 .
次に、水酸化カルシウムを含む乾式成形体を、温度８０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿器内で８時間保持することにより高湿養生を行った。そして、養生後の乾式成形体を１０５℃で乾燥し、断熱材を得た。また、水酸化カルシウムを含まない乾式加圧成形体については養生を行わなかった。 Next, high-humidity curing was performed by holding the dry molded body containing calcium hydroxide in a constant temperature and humidity chamber at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 90% for 8 hours. And the dry-type molded object after curing was dried at 105 degreeC, and the heat insulating material was obtained. Moreover, curing was not performed for the dry pressure-formed body containing no calcium hydroxide.
［圧縮強度及び熱伝導率の評価］各断熱材の圧縮強度を上述の実施例１と同様に測定した。また、各断熱材の２００、４００又は６００℃における熱伝導率を周期加熱法にて測定した。すなわち、試験体内に温度波を伝播させ、その伝播時間から熱拡散率を測定した。そして、この熱拡散率と、別途測定した比熱及び密度と、から熱伝導率を算出した。なお、温度波としては、温度振幅が約４℃、周期が約１時間である温度の波を使用した。また、試験体内の二つの地点を温度波が通過するのに要する時間を伝播時間とした。 [Evaluation of Compressive Strength and Thermal Conductivity] The compressive strength of each heat insulating material was measured in the same manner as in Example 1 above. Moreover, the heat conductivity in 200, 400, or 600 degreeC of each heat insulating material was measured with the period heating method. That is, a temperature wave was propagated in the test body, and the thermal diffusivity was measured from the propagation time. And thermal conductivity was computed from this thermal diffusivity and the specific heat and density measured separately. As the temperature wave, a temperature wave having a temperature amplitude of about 4 ° C. and a period of about 1 hour was used. The time required for the temperature wave to pass through two points in the test body was defined as the propagation time.
図１４には、水酸化カルシウムの添加量、嵩密度、圧縮強度及び熱伝導率を対応させて示す。なお、嵩密度は、重量と体積から算出した。すなわち、試験体の実寸法から体積を算出し、当該試験体の重量を当該体積で除した値を当該試験体の嵩密度とした。 FIG. 14 shows the added amount of calcium hydroxide, the bulk density, the compressive strength, and the thermal conductivity in correspondence. The bulk density was calculated from the weight and volume. That is, the volume was calculated from the actual dimensions of the test specimen, and the value obtained by dividing the weight of the test specimen by the volume was taken as the bulk density of the test specimen.
図１４に示すように、水酸化カルシウムを添加した養生により、断熱材の圧縮強度が増加することが示された。また、嵩密度を一定にした場合の圧縮強度は、水酸化カルシウムの添加量が３重量部である場合に最も高かった。また、養生の有無によって熱伝導率に大きな変化は見られなかった。 As shown in FIG. 14, it was shown that the compressive strength of a heat insulating material increases by the curing to which calcium hydroxide was added. The compressive strength when the bulk density was constant was highest when the amount of calcium hydroxide added was 3 parts by weight. In addition, there was no significant change in thermal conductivity with or without curing.
［断熱材の製造］上述の実施例２と同様に、シリカ微粒子と、ガラス繊維と、炭化珪素と、を含む乾式加圧成形体を作製した。すなわち、７５質量％のシリカ微粒子、５質量％のガラス繊維及び２０質量％の炭化珪素を含む断熱材原料１００重量部と、０又は３重量部の水酸化カルシウムと、を混合装置に投入し、乾式混合した。 [Production of heat insulating material] In the same manner as in Example 2 described above, a dry pressure molded body containing silica fine particles, glass fibers, and silicon carbide was produced. That is, 100 parts by weight of a heat insulating material containing 75% by weight of silica fine particles, 5% by weight of glass fibers and 20% by weight of silicon carbide, and 0 or 3 parts by weight of calcium hydroxide are charged into a mixing device. Dry mixed.
得られた乾式混合粉体から、乾式プレス成形により、１００ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの板状の乾式成形体を作製した。乾式プレス成形においては、乾式成形体の嵩密度が２４０、２６０、２８０又は３００ｋｇ／ｍ３となるようにプレス圧を調節した。 From the obtained dry mixed powder, a plate-shaped dry molded body of 100 mm × 150 mm × thickness 15 mm was produced by dry press molding. In dry press molding, the press pressure was adjusted so that the bulk density of the dry compact was 240, 260, 280, or 300 kg / m 3 .
次に、水酸化カルシウムを含有する乾式成形体を、温度８０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿器内で０〜２４時間保持することにより高湿養生を行った。そして、養生後の乾式成形体を１０５℃で乾燥し、断熱材を得た。また、水酸化カルシウムを含まない乾式加圧成形体については養生を行わなかった。 Next, high-humidity curing was performed by holding the dry-type compact containing calcium hydroxide in a constant temperature and humidity chamber at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 90% for 0 to 24 hours. And the dry-type molded object after curing was dried at 105 degreeC, and the heat insulating material was obtained. Moreover, curing was not performed for the dry pressure-formed body containing no calcium hydroxide.
［圧縮強度の評価］各断熱材の圧縮強度を上述の実施例１と同様に測定した。図１５には、水酸化カルシウムの添加量、養生時間、嵩密度及び圧縮強度を対応させて示す。 [Evaluation of Compressive Strength] The compressive strength of each heat insulating material was measured in the same manner as in Example 1 described above. FIG. 15 shows the added amount of calcium hydroxide, the curing time, the bulk density, and the compressive strength.
図１５に示すように、養生した断熱材の圧縮強度（水酸化カルシウム３重量部添加、養生１〜２４時間）は、養生しない場合（水酸化カルシウム添加なし又は３重量部添加、養生０時間）に比べて、顕著に増加した。 As shown in FIG. 15, the compression strength of the cured heat insulating material (calcium hydroxide 3 parts by weight added, curing 1 to 24 hours) is not cured (no calcium hydroxide added or 3 parts by weight added, curing 0 hours). Compared to
また、３重量部の水酸化カルシウムを添加した場合には、養生時間を増加させることで、圧縮強度が増加する傾向が見られた。なお、３重量部の水酸化カルシウムを添加し且つ養生しない場合には、水酸化カルシウムを添加せず養生しない場合よりも圧縮強度が低下した。 Moreover, when 3 weight part calcium hydroxide was added, the tendency for compressive strength to increase was seen by making curing time increase. In addition, when 3 weight part calcium hydroxide was added and it was not cured, compressive strength fell rather than the case where it did not cure without adding calcium hydroxide.
［断熱材の製造］上述の実施例２と同様に、シリカ微粒子と、ガラス繊維と、炭化珪素と、を含む乾式加圧成形体を作製した。すなわち、７５質量％のシリカ微粒子、５質量％のガラス繊維及び２０質量％の炭化珪素を含む断熱材原料１００重量部と、３重量部の水酸化カルシウムと、を混合装置に投入し、乾式混合した。 [Production of heat insulating material] In the same manner as in Example 2 described above, a dry pressure molded body containing silica fine particles, glass fibers, and silicon carbide was produced. That is, 100 parts by weight of a heat insulating material containing 75% by mass of silica fine particles, 5% by mass of glass fibers and 20% by mass of silicon carbide and 3 parts by weight of calcium hydroxide are put into a mixing apparatus and dry mixed. did.
得られた乾式混合粉体から、乾式プレス成形により、１００ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの板状の乾式成形体を作製した。乾式プレス成形においては、乾式成形体の嵩密度が２４０、２６０又は２８０ｋｇ／ｍ３となるようにプレス圧を調節した。 From the obtained dry mixed powder, a plate-shaped dry molded body of 100 mm × 150 mm × thickness 15 mm was produced by dry press molding. In dry press molding, the press pressure was adjusted so that the bulk density of the dry compact was 240, 260, or 280 kg / m 3 .
次に、乾式成形体を、温度４０、６０又は８０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿器内で２４時間保持することにより高湿養生を行った。そして、養生後の乾式成形体を１０５℃で乾燥し、断熱材を得た。また、水酸化カルシウムを添加せず且つ養生をすることなく製造された断熱材も準備した。 Next, high-humidity curing was performed by holding the dry molded body for 24 hours in a constant temperature and humidity chamber at a temperature of 40, 60, or 80 ° C. and a relative humidity of 90%. And the dry-type molded object after curing was dried at 105 degreeC, and the heat insulating material was obtained. Moreover, the heat insulating material manufactured without adding calcium hydroxide and curing was also prepared.
［圧縮強度の評価］各断熱材の圧縮強度を上述の実施例１と同様に測定した。図１６には、養生温度、嵩密度及び圧縮強度を対応させて示す。図１６に示すように、４０℃以上の温度で養生することにより、圧縮強度が顕著に増加した。また、養生温度が高いほど、圧縮強度はより顕著に増加した。 [Evaluation of Compressive Strength] The compressive strength of each heat insulating material was measured in the same manner as in Example 1 described above. FIG. 16 shows the curing temperature, bulk density, and compressive strength in correspondence. As shown in FIG. 16, the compressive strength was remarkably increased by curing at a temperature of 40 ° C. or higher. Moreover, the higher the curing temperature, the more significantly the compressive strength increased.
［電子顕微鏡観察］図１７には、水酸化カルシウムを添加せず養生することにより製造された断熱材（図１７Ａ）と、３重量部の水酸化カルシウムを添加し且つ４０℃、９０ＲＨ％で２４時間養生することにより製造された断熱材（図１７Ｂ）と、のそれぞれを走査型電子顕微鏡で観察した結果の一例を示す。 [Electron Microscope Observation] FIG. 17 shows that a heat insulating material produced by curing without adding calcium hydroxide (FIG. 17A), 3 parts by weight of calcium hydroxide, and 24 ° C. at 90 RH%. An example of the result of having observed with the scanning electron microscope each of the heat insulating material manufactured by time-curing (FIG. 17B) is shown.
図１７Ａ及びＢに示すように、水酸化カルシウムを添加せず養生した断熱材の表面（図１７Ａ）に比べて、水酸化カルシウムを添加して養生した断熱材の表面（図１７Ｂ）は、より平滑化されていた。これは、図１７Ｂに示す断熱材においては、水酸化カルシウムの添加によってシリカ微粒子からのシリカ成分の溶出が促進され、その結果、内部構造がより緻密化されたためと考えられた。 As shown in FIGS. 17A and 17B, compared with the surface of the heat insulating material cured without adding calcium hydroxide (FIG. 17A), the surface of the heat insulating material cured by adding calcium hydroxide (FIG. 17B) is more It was smoothed. This is considered to be because, in the heat insulating material shown in FIG. 17B, the elution of the silica component from the silica fine particles was promoted by the addition of calcium hydroxide, and as a result, the internal structure was further densified.
［断熱材の製造］上述の実施例２と同様に、シリカ微粒子と、ガラス繊維と、炭化珪素と、を含む乾式加圧成形体を作製した。すなわち、７５質量％のシリカ微粒子、５質量％のガラス繊維及び２０質量％の炭化珪素を含む断熱材原料１００重量部と、０又は３重量部の水酸化カルシウム又は水酸化マグネシウムと、を混合装置に投入し、乾式混合した。 [Production of heat insulating material] In the same manner as in Example 2 described above, a dry pressure molded body containing silica fine particles, glass fibers, and silicon carbide was produced. That is, a mixing apparatus comprising 100 parts by weight of a heat insulating material containing 75% by weight of silica fine particles, 5% by weight of glass fibers and 20% by weight of silicon carbide, and 0 or 3 parts by weight of calcium hydroxide or magnesium hydroxide. And dry-mixed.
得られた乾式混合粉体から、乾式プレス成形により、１００ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ１５ｍｍの板状の乾式成形体を作製した。乾式プレス成形においては、乾式成形体の嵩密度が２４０、２６０又は２８０ｋｇ／ｍ３となるようにプレス圧を調節した。 From the obtained dry mixed powder, a plate-shaped dry molded body of 100 mm × 150 mm × thickness 15 mm was produced by dry press molding. In dry press molding, the press pressure was adjusted so that the bulk density of the dry compact was 240, 260, or 280 kg / m 3 .
次に、乾式成形体を、温度８０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿器内で２４時間保持することにより高湿養生を行った。そして、養生後の乾式成形体を１０５℃で乾燥し、断熱材を得た。また、水酸化物を添加せず且つ養生することなく製造された断熱材も準備した。 Next, high-humidity curing was performed by holding the dry molded body for 24 hours in a constant temperature and humidity chamber at a temperature of 80 ° C. and a relative humidity of 90%. And the dry-type molded object after curing was dried at 105 degreeC, and the heat insulating material was obtained. Moreover, the heat insulating material manufactured without adding a hydroxide and curing was also prepared.
［圧縮強度の評価］各断熱材の圧縮強度を上述の実施例１と同様に測定した。図１８には、添加した水酸化物の種類、嵩密度及び圧縮強度を対応させて示す。 [Evaluation of Compressive Strength] The compressive strength of each heat insulating material was measured in the same manner as in Example 1 described above. In FIG. 18, the kind of added hydroxide, bulk density, and compressive strength are shown correspondingly.
図１８に示すように、水酸化物を添加することなく養生することにより圧縮強度が顕著に増加し、水酸化カルシウムを添加して養生することにより、圧縮強度がより顕著に増加した。また、水酸化マグネシウムを添加して養生することによっても、水酸化物を添加せず且つ養生しない場合に比べて圧縮強度が増加した。 As shown in FIG. 18, the compressive strength was remarkably increased by curing without adding hydroxide, and the compressive strength was increased more remarkably by adding calcium hydroxide and curing. Moreover, compressive strength increased also by adding magnesium hydroxide and curing compared with the case where a hydroxide is not added and it is not cured.
上述の実施例と同様にして、シリカ微粒子と、ガラス繊維と、炭化珪素と、を含む板状の乾式加圧成形体を作製し、当該乾式加圧成形体を高湿養生することにより、板状の断熱材を得た。 In the same manner as in the above-described embodiment, a plate-shaped dry pressure molded body containing silica fine particles, glass fibers, and silicon carbide is produced, and the dry pressure molded body is subjected to high humidity curing, thereby producing a plate. A heat insulating material was obtained.
次いで、この断熱材を用いて、図１〜図４に示すような加熱装置を製造した。すなわち、板状の断熱材に、収容部１ａと放熱部１ｂとを有する貫通溝穴からなる複数の溝部１を所定の間隔で並列に形成することにより、基部Ａ１を作製した。 Next, a heating apparatus as shown in FIGS. 1 to 4 was manufactured using this heat insulating material. That is, the base A1 was produced by forming a plurality of groove portions 1 made of through-grooves having the accommodating portion 1a and the heat radiating portion 1b in parallel at predetermined intervals on a plate-like heat insulating material.
そして、電熱コイルからなる発熱体Ｂを基部Ａ１の収容部１ａに嵌め込み、さらに、当該収容部１ａの開口を塞ぐように、他の板状の断熱材からなる蓋部Ａ２を当該基部Ａ１に積層した。基部Ａ１と蓋部Ａ２とは、ボルト及びナットにより締め付けて一体化した。こうして本発明に係る加熱装置を製造した。 Then, a heating element B made of an electric heating coil is fitted into the housing part 1a of the base part A1, and a cover part A2 made of another plate-like heat insulating material is laminated on the base part A1 so as to close the opening of the housing part 1a. did. The base A1 and the lid A2 were integrated by tightening with bolts and nuts. Thus, the heating device according to the present invention was manufactured.
一方、同様の溝部１を形成した高湿養生を行っていない板状の乾式加圧成形体を基部Ａ１として用い、当該溝部１に電熱コイルからなる発熱体Ｂを嵌め込み、さらに他の板状の乾式加圧成形体を蓋部Ａ２として用いて、同様に対照装置を製造した。 On the other hand, a plate-like dry pressure molded body that is not subjected to high-humidity curing in which a similar groove portion 1 is formed is used as the base portion A1, and a heating element B made of an electric heating coil is fitted into the groove portion 1, and another plate-like shape is further formed. A control apparatus was produced in the same manner using the dry pressure molded body as the lid A2.
しかしながら、この対照装置を製造する過程では、基部Ａ１として用いた乾式加圧成形体の一部において、亀裂の形成又は破損が見られた。さらに、この対照装置のハンドリング性を確認するために、当該対照装置の両端を手で掴んで持ち上げたところ、亀裂の形成又は端部の欠けが見られた。これは、本来的に強度が低いシリカ微粒子の乾式加圧成形体に、さらに溝部１が形成されることにより、当該乾式加圧成形体の強度が低下したためと考えられた。 However, in the process of manufacturing this control device, crack formation or breakage was observed in a part of the dry pressure molded body used as the base A1. Furthermore, in order to confirm the handling property of the control device, when both ends of the control device were grasped by hand and lifted, crack formation or chipping of the end portion was observed. This was thought to be because the strength of the dry pressure-molded body was reduced by further forming the groove portion 1 in the dry pressure-molded body of silica fine particles that were inherently low in strength.
これに対し、本発明に係る加熱装置を製造する過程及びハンドリング性の確認では、基部Ａ１として用いた断熱材においては、何らの不具合も生じなかった。すなわち、本発明に係る断熱材は、その製造過程における高湿養生によって強度が向上しているため、シリカ微粒子に基づく低熱伝導性を維持しつつ、十分な強度を有するものであり、加熱装置に好ましく使用できるものであった。 On the other hand, in the process of manufacturing the heating device according to the present invention and the confirmation of handling properties, no problems occurred in the heat insulating material used as the base A1. That is, the heat insulating material according to the present invention has sufficient strength while maintaining low thermal conductivity based on silica fine particles because the strength is improved by high-humidity curing in the production process. It was preferably usable.
Ａ１ 基部、Ａ２ 蓋部，外層部、Ｂ 発熱体、Ｓ 架橋構造、１ 溝部、１ａ 収容部、１ｂ 放熱部、１ｃ 凹部。１ｄ 連絡凹部、２ リード端子接続用スリーブ、３ ボルト挿入孔、４ 表面部、５ ステープル、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 養生工程、Ｓ３ 乾燥工程。 A1 base part, A2 lid part, outer layer part, B heating element, S cross-linking structure, 1 groove part, 1a accommodating part, 1b heat radiation part, 1c concave part. 1d communication recess, 2 lead terminal connecting sleeve, 3 bolt insertion hole, 4 surface portion, 5 staple, S1 preparation step, S2 curing step, S3 drying step.
Claims (19)
断熱材からなり前記発熱体を保持する基部と、
を備えた加熱装置であって、
前記断熱材は、
平均粒径５０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含み、
前記シリカ微粒子間に、前記シリカ微粒子の一部が溶出して形成された架橋構造を有し、
嵩密度が１９０〜６００ｋｇ／ｍ３であり、
圧縮強度が０．６５ＭＰａ以上である
ことを特徴とする加熱装置。 A heating element;
A base made of a heat insulating material and holding the heating element;
A heating device comprising:
The heat insulating material is
Silica fine particles having an average particle diameter of 50 nm or less,
Between the silica fine particles, having a crosslinked structure formed by elution of a part of the silica fine particles,
The bulk density is 190 to 600 kg / m 3 ,
The heating apparatus characterized by having a compressive strength of 0.65 MPa or more.
ことを特徴とする請求項１に記載された加熱装置。 The heating device according to claim 1, wherein the heat insulating material does not include a binder.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載された加熱装置。 The said heat insulating material contains one or both of an alkaline-earth metal and an alkali metal. The heating apparatus described in Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項３に記載された加熱装置。 The said heat insulating material contains one or both of the said alkaline-earth metal and the said alkali metal of 0.1-10 weight part with respect to 100 weight part of heat insulating material raw materials containing the said silica particle. 3. The heating apparatus described in 3.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載された加熱装置。 The heating device according to claim 1, wherein the heat insulating material further includes a reinforcing fiber.
ことを特徴とする請求項５に記載された加熱装置。 The heating device according to claim 5, wherein the heat insulating material includes 50 to 98 mass% of the silica fine particles and 2 to 20 mass% of the reinforcing fibers.
ことを特徴とする請求項５又は６に記載された加熱装置。 The heating device according to claim 5 or 6, wherein the heat insulating material includes one or both of an alkaline earth metal and an alkali metal in addition to the silica fine particles and the reinforcing fiber.
ことを特徴とする請求項７に記載された加熱装置。 The heat insulating material includes 0.1 to 10 parts by weight of one or both of the alkaline earth metal and the alkali metal with respect to 100 parts by weight of the heat insulating material raw material including the silica fine particles and the reinforcing fibers. The heating apparatus according to claim 7, wherein the heating apparatus is characterized.
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載された加熱装置。 The heating device according to claim 1, wherein the heat insulating material has a thermal conductivity at 600 ° C. of 0.05 W / (m · K) or less.
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載された加熱装置。 The heating device according to any one of claims 1 to 9, wherein the base has a groove for accommodating the heating element.
断熱材からなり前記発熱体を保持する基部と、
を備えた加熱装置の製造方法であって、
平均粒径５０ｎｍ以下のシリカ微粒子を含む乾式加圧成形体を相対湿度７０％以上で養生することにより前記断熱材を作製する工程を含む
ことを特徴とする加熱装置の製造方法。 A heating element;
A base made of a heat insulating material and holding the heating element;
A method of manufacturing a heating device comprising:
A method for producing a heating device, comprising: a step of producing the heat insulating material by curing a dry pressure-molded body containing silica fine particles having an average particle size of 50 nm or less at a relative humidity of 70% or more.
ことを特徴とする請求項１１に記載された加熱装置の製造方法。 The method for manufacturing a heating apparatus according to claim 11, wherein the dry pressure-molded body does not contain a binder.
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載された加熱装置の製造方法。 The method for manufacturing a heating apparatus according to claim 11 or 12, wherein the dry pressure-molded body includes one or both of an alkaline earth metal hydroxide and an alkali metal hydroxide.
ことを特徴とする請求項１３に記載された加熱装置の製造方法。 The dry pressure-molded body is one or both of 0.1 to 10 parts by weight of the alkaline earth metal hydroxide and the alkali metal hydroxide with respect to 100 parts by weight of the heat insulating material raw material containing the silica fine particles. The method for manufacturing a heating device according to claim 13, comprising:
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載された加熱装置の製造方法。 The method for manufacturing a heating apparatus according to claim 11, wherein the dry pressure-molded body further includes a reinforcing fiber.
ことを特徴とする請求項１５に記載された加熱装置の製造方法。 The method for manufacturing a heating apparatus according to claim 15, wherein the dry pressure-molded body includes 50 to 98% by mass of the silica fine particles and 2 to 20% by mass of the reinforcing fibers.
ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載された加熱装置の製造方法。 The method for producing a heating apparatus according to claim 15 or 16, wherein the dry pressure-molded body contains one or both of an alkaline earth metal hydroxide and an alkali metal hydroxide.
ことを特徴とする請求項１７に記載された加熱装置の製造方法。 The dry-type pressure-molded body comprises 0.1 to 10 parts by weight of the alkaline earth metal hydroxide and the alkali metal hydroxide based on 100 parts by weight of the heat insulating material raw material containing the silica fine particles and the reinforcing fibers. One or both of things are included. The manufacturing method of the heating apparatus described in Claim 17 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする加熱装置。 A heating apparatus manufactured by the manufacturing method according to claim 11.
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