JPH10318445A

JPH10318445A - 断熱配管材

Info

Publication number: JPH10318445A
Application number: JP9128681A
Authority: JP
Inventors: Hisaji Matsui; 久次松井; Chiharu Yamaguchi; 千春山口; Ayumi Yasuda; 歩安田; Yoshio O; 祥生王
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】断熱性に優れた配管材、特に断熱層の厚さが
薄く且つ十分な断熱性を有する配管材を提供する。【解決手段】熱媒体を輸送するパイプの外周に超微粒
子（超微粒子シリカ、超微粒子酸化チタン、超微粒子酸
化アルミニウム及び超微粒子酸化鉄）を主成分とする断
熱層又は超微粒子を含有する発泡樹脂断熱層を設置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断熱配管材に関
し、詳しくは、温水、冷水、オイル等の熱媒体を、熱的
なロスを最小にして輸送する断熱パイプ及びその断熱層
として有用な断熱材に関する。本発明の断熱配管材は、
具体的には、ガス湯沸かし器及び床暖房を含む温水暖房
機器並びに冷暖房機器の機器内部、外部又は機器間の接
続で使用する断熱パイプとして有用である。

【０００２】

【従来の技術】温水、冷水、オイル等の熱媒体の送液パ
イプ（輸送パイプ）の断熱は、長い歴史のある技術で、
現在は、有機系の断熱材（ポリエチレンフォーム、ポリ
スチレンフォーム、ポリウレタンフォーム等）、無機系
の断熱材（グラスウール、ロックウール、珪酸カルシウ
ムを主成分とする発泡成型品）が用いられている。

【０００３】現在使用されている技術としては、温水配
管の断熱には樹脂製又は金属製の配管（パイプ）をポリ
エチレンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリウレタ
ンフォーム等の断熱材で被覆する方法が一般的である
（特開平１−５７０２６号公報、特開平４−２６０４８
５号公報）。更に大規模な地域冷暖房においても、温冷
水配管の断熱は同様である（特開平３−２０５３６号公
報）。

【０００４】電気用途等の不燃性が要求される用途に
は、グラスウール、ロックウール、珪酸カルシウムを主
成分とする発泡成型品）が使用され（特開平３−２３４
７４１号公報）、その他の不燃性が要求される用途に
は、珪酸カルシウム成型品等も使用される。

【０００５】以上の従来技術で使用される断熱材は、空
気の気泡により熱伝導率を低下させるもので、原理的に
空気以下の熱伝導率にはなり得ない。現在は、空気以下
の熱伝導率の断熱材及びその応用技術が要望されてい
る。

【０００６】断熱パイプの断熱性は、その断熱材の熱伝
導率で決定される。現在使用されている断熱材は、空気
又はそれ以外のガスを充填した気泡により断熱性を発現
させるため、空気以下の熱伝導率には到達せず、性能は
十分ではない。実際には、温水配管には厚さ１２ｍｍの
ポリエチレンフォームが使用され、配管時の作業性（狭
いスペースに配管できない）に課題がある。機器内の配
管においては、この断熱材が小型、小スペース機器の普
及の障害になっている。同時に、温水等の輸送（送液）
時のエネルギーロスの改善についても課題を残してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、断熱性に優
れた配管材を提供することを目的とする。本発明は、断
熱層の厚さが薄く且つ十分な断熱性を有する配管材を提
供することを目的とする。本発明は、優れた断熱性を有
し、断熱配管材の断熱材として好適な発泡樹脂を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、超微粒子シリ
カ、超微粒子酸化チタン、超微粒子酸化アルミニウム及
び超微粒子酸化鉄からなる群から選ばれる１種又は２種
以上の混合物を主成分とする少なくとも１層の断熱層を
設置してなる断熱配管材にある。本発明は、超微粒子シ
リカ、超微粒子酸化チタン、超微粒子酸化アルミニウム
及び超微粒子酸化鉄からなる群から選ばれる１種又は２
種以上の混合物を含有する少なくとも１層の発泡樹脂断
熱層を設置してなる断熱配管材にある。本発明は、樹脂
マトリックス中に超微粒子シリカ、超微粒子酸化チタン
及び超微粒子酸化鉄からなる群から選ばれる１種又は２
種以上の混合物が分散していることを特徴とする発泡樹
脂にある。本発明において「超微粒子」とは、１次粒子
の粒子径が３０μｍ以下の粒子を意味する。

【０００９】本発明では、従来使用されている断熱材
（熱伝導率ｋ＝０．０４〜０．０３８Ｗ／ｍＫ）に代え
て、新規な空気より熱伝導率の低い超微粒子粉体断熱材
（熱伝導率ｋ＝０．０２１Ｗ／ｍＫ）を使用する断熱パ
イプとする。超微粒子粉体自体は、非常にもろいもので
あるので、超微粒子を少量のバインダー中に分散させる
ことによりもろさを改善し、又は、表面保護層を設ける
ことにより、もろさの課題を解決し、実用レベルの新規
断熱パイプとする。

【００１０】

【発明の実施の形態】熱媒体を輸送するためのパイプの
外周に断熱層を設置することにより、輸送中の熱媒体の
熱的なロスが少ない配管材を提供することができる。パ
イプの種類、形状及び大きさは、熱媒体を輸送できるも
のであれば特に限定はなく、熱媒体の種類、配管材の用
途・使用形態等に応じて適宜選択することができる。パ
イプとしては、例えば、金属製パイプ及び樹脂製パイプ
を使用することができる。

【００１１】パイプの外周に超微粒子シリカ、超微粒子
酸化チタン、超微粒子酸化アルミニウム及び超微粒子酸
化鉄からなる群から選ばれる１種又は２種以上の混合物
（以下「超微粒子」ともいう）を利用する断熱層（以下
「超微粒子断熱層」ともいう）を設置することにより、
パイプの周囲からの熱媒体の熱的なロス（放熱、吸熱）
を抑制するとができる。超微粒子断熱層は、個々のパイ
プの外周に個別に設置（積層）することができ、また、
２本以上のパイプの束を囲繞するように設置することが
できる。

【００１２】超微粒子断熱層としては、超微粒子を主成
分とする断熱層（例えば、超微粒子を主成分とし、バイ
ンダー中に超微粒子が分散した成型体）、マトリックス
樹脂中に超微粒子が分散している発泡樹脂を使用するこ
とができる。超微粒子は、１次子の粒子径が３０ｎｍを
超える粒子を実質的に含有しない状態で使用することに
より、特に平均粒子径が１０ｎｍ以下（通常は５〜９ｎ
ｍ）の粉体として使用することにより、断熱材として良
好な特性を発揮することができる。

【００１３】超微粒子は、その断熱性に致命的な悪影響
を与えない範囲で、１次粒子の粒子径が３０ｎｍを超え
る粉体との混合物として使用することができる。通常、
超微粒子は、１次粒子の粒子径が３０ｎｍを超える粒子
を１０重量％以下、好ましくは５重量％以下、特に好ま
しくは３重量％以下含有する状態でも断熱材として良好
な特性を発揮することができる。

【００１４】超微粒子を分散させるバインダーとして
は、各種の有機質バインダー及び無機質バインダーを使
用することができる。有機質バインダーとしては、フェ
ノール樹脂（レゾール樹脂、ノボラック樹脂）、エポキ
シ樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリアミド、
ポリエステル等の耐熱性の熱可塑性樹脂を使用すること
ができる。無機質バインダーとしては、水ガラス等を使
用することができる。

【００１５】特に限定されないが、通常、超微粒子断熱
層の５〜５０重量％、好ましくは１０〜２０重量％程度
のバインダーを使用することにより、良好な断熱層を提
供することができる。バインダーの使用量が少ないと、
バインダーを使用する効果が低く、得られる超微粒子断
熱層の形態を保持しにくくなる。バインダーの使用量が
多すぎると、超微粒子による断熱性が低下する。

【００１６】バインダーとなる樹脂等を適当な溶媒に溶
解又は分散させた溶液又は分散液中に超微粒子を分散さ
せ、溶媒を除去することにより、バインダー中に超微粒
子が分散している成型体を製造することができる。バイ
ンダーとなる樹脂等を溶解又は分散させる溶媒として
は、バインダーの種類に応じてバインダーに対する溶解
性、除去の容易さ（沸点）等を考慮して各種の溶媒を使
用することができ、例えば、水、各種のエステル、ケト
ン、エーテル、アルコール等の有機溶媒（特に揮発性の
有機溶媒）を使用することができる。

【００１７】マトリックス樹脂中に超微粒子が分散して
いる発泡樹脂は、超微粒子を配合した発泡樹脂原料を発
泡させることにより製造することができる。例えば、マ
トリックス樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、樹脂、
超微粒子及び発泡剤を配合し樹脂を溶融させておき、発
泡成型（例えば、射出成型）することにより製造するこ
とができる。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場
合には、原料樹脂、超微粒子及び発泡剤を配合した樹脂
組成物を、加熱して、発泡・硬化させることにより製造
することができる。

【００１８】超微粒子断熱層は、従来使用されている断
熱材（熱伝導率ｋ＝０．０４〜０．０３８Ｗ／ｍＫ）よ
りも低い熱伝導率、特に空気よりも低い熱伝導率（０．
０２５６Ｗ／ｍＫ以下、通常０．０１５〜０．０２５Ｗ
／ｍＫ）を有する。本発明の配管材は、少なくとも１層
の超微粒子断熱層を有する。超微粒子断熱層を２層以上
設置することにより、断熱性を向上させることができ
る。本発明の配管材では、超微粒子断熱層を他の種類の
断熱層と積層して設置することができる。他の断熱層と
しては、ポリスチレンフォーム、ポリウレタンフォー
ム、ポリエチレンフォーム等の樹脂発泡体、フォームガ
ラス、パーライト、バーミキュライト等の無機保温材、
有機又は無機繊維の織布又は不織布等を使用することが
できる。

【００１９】

【作用】本発明の断熱配管材において、超微粒子は以下
の作用を有すると考えられる：（１）固体中の熱伝導の減少：超微粒子粉体では、熱の
透過できる固体部分の断熱面積及び粒子間の接触面積が
小さく、固体中の熱伝導が小さいので、超微粒子粉体を
使用することにより、熱伝導が小さい微細な多孔構造を
有する断熱層を提供することができる。

【００２０】（２）気体の対流の減少：一般の多孔質材
料では、温度や温度差が大きくなるにつれて対流が起こ
りやすくなるが、超微粒子を使用した断熱層は、緻密な
構想を有し、気体の流動が起こりにくいので、熱伝導が
小さい。

【００２１】（３）輻射熱の減少：超微粒子として又は
超微粒子粉体に対する添加剤として、赤外線を散乱する
耐熱性の金属酸化物（例えば、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆ
ｅ₂Ｏ₃）を使用することにより、輻射熱による断熱層の
熱伝導を減少させることができる。

【００２２】（４）静止気体中の熱伝導の低下：一般の
多孔質材料の体積の大部分は気体で占められるが、超微
粒子による微細な多孔構造になると、気体の熱伝導は起
こらなくなる。これは、気体分子の平均自由行程（０
℃、１気圧の気体分子で約１００ｎｍ）に関係する。気
体分子間の熱（即ち、運動エネルギー）は、分子間の衝
突で伝達する。超微粒子により形成される空隙は、気体
分子の平均自由行程（約１００ｎｍ）より小さく、この
微細空隙内では、気体分子間の衝突が起こりにくいの
で、気体熱伝導が起こりにくい。これが、本発明の超微
粒子を使用する断熱層の熱伝導率が空気以下にまで減少
する要因である。

【００２３】

【発明の効果】本発明の断熱パイプは、断熱性能（断熱
材の厚さを考慮したエネルギーロスの比率の逆数）にお
いて、従来品に比べて、２倍以上（通常は２．６〜３．
４倍程度）の断熱性能を示す。これは、断熱材の厚さが
同じであれば、本発明の断熱パイプは、熱媒体の輸送中
の放熱によるエネルギーロスが１／２以下（通常は１／
２．６〜１／３．４程度）であることを意味する。

【００２４】

【実施例】実施例１本実施例の配管材の断面図を図１に示す。樹脂製の温冷
水送液パイプ（ポリエチレン製１０Ａ）２本を断熱材で
囲繞した構造をしている。断熱材は、ポリエチレンフォ
ームに超微粒子粉体を混練したものである。作製法とし
ては、ポリエチレンペレットと超微粒子粉体を２軸押し
出し機で混練し、ペレタイザーを使用し、ポリエチレン
／超微粒子のペレットを作製した。ポリエチレンと超微
粒子粉体の重量比率は１００部／５０部とした。ここで
作製したペレットを従来と同じプロセスでもってポリエ
チレン／超微粒子粉体フォーム（発泡体）の厚さ７ｍｍ
のシートを作製した。作製したシートを使用し、送液パ
イプ２本と組み合わせて、図１の構成に組み立てた。

【００２５】超微粒子粉体としては、１次粒子の最大粒
子径が３０ｎｍで平均粒子径が７ｎｍのＳｉＯ₂（６
５．０ｗｔ％）、ＴｉＯ₂（３１．５ｗｔ％）、Ａｌ₂Ｏ
₃（２．５ｗｔ％）及びＦｅ₂Ｏ₃（１．０ｗｔ％）から
なる超微粒子粉体（日本マイクロサーム株式会社製コイ
ルラップ型マイクロサームに使用されている超微粒子）
を使用した。この超微粒子粉体は、原料は超微粒子（１
次粒子）を使用しているが、それを凝集させたもので、
その２次粒子は数ミクロン以上の大きさを有し、樹脂と
混練することができる。

【００２６】実施例２本実施例の配管材の断面図を図２に示す。樹脂製の温冷
水送液パイプ（ポリエチレン製１０Ａ）それぞれを、超
微粒子粉体を成型した断熱材（厚さ５ｍｍ）で囲繞し、
さらにその上からポリエチレンフォームシート（厚さ２
ｍｍ）で囲繞した構造をしている。

【００２７】断熱材は、超微粒子粉体にバインダーを添
加し成型したものである。超微粒子粉体として、実施例
１と同じ粉体を使用し、樹脂バインダーとしてレゾール
樹脂を使用した。レゾール樹脂の酢酸エチル、メチルエ
チルケトン、エチルセロソルブの混合溶媒溶液中に、超
微粒子粉体を分散し、そのままエバポレイト、低温乾燥
した。重量変化の測定によれば、超微粒子粉体１００部
に対して、レゾール樹脂１７部であった。

【００２８】本乾燥物を再度粉砕し、金型中に充填し
て、軽く加圧した後、そのまま、１５０℃で１５分間加
熱してレゾール樹脂を溶融・硬化させて超微粒子粉体成
型物体を得た。成型品の形状は中空の円柱状である。長
さ３００ｍｍ、直径２０ｍｍで、中央に直径１０ｍｍの
穴が貫通している。この穴に温冷水送液パイプを通し
た。従って、超微粒子粉末成型品断熱材の厚さは５ｍｍ
である。これを２本並べて、厚さ２ｍｍのポリエチレン
フォームシートで被覆し、図２の構造とした。

【００２９】比較例１本比較例の配管材の断面図を図３に示す。本比較例で
は、一般に広く使用されている温冷水送液パイプ（ポリ
エチレン製１０Ａ：実施例１及び２で使用したもの）２
本を従来の断熱材（ポリエチレンフォーム）で囲繞する
構造とした。

【００３０】〔結果〕実施例１及び２並びに比較例１の
断熱配管材の断熱性を調べるために、各パイプに６０℃
の温水を流し、断熱層の表面及び断熱層内部の送液パイ
プ表面に熱伝対を設置して温度を測定した。測定周囲雰
囲気は１８℃、６０％ＲＨとした。結果を表１にまとめ
る。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１では断熱性を表す断熱性能比率を以下
のように定義して計算した：断熱性能比率＝（比較例１の断熱材層の厚さ：１２ｍ
ｍ）／（実施例１又は２の断熱材層の厚さ：７ｍｍ）×
（比較例１の雰囲気との温度差：１２℃）／（実施例１
又は２の温度差）この数値は比較例に対する実施例の断熱性能（断熱材の
厚さを考慮したエネルギーロスの比率の逆数）を表す。
表１によれば、実施例１及び実施例２とも、温水を送液
する際の放熱によるエネルギーロスの小さい優れた断熱
性を示す断熱パイプであることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の断熱配管材の模式断面図

【図２】実施例２の断熱配管材の模式断面図

【図３】比較例１の配管材の模式断面図

【符号の説明】

１送液パイプ２ポリエチレンフォーム３超微粒子４ポリエチレン５気泡６超微粒子断熱層（超微粒子＋バインダー）７バインダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安田歩京都府京都市下京区中堂寺南町17 京都リサーチパーク株式会社関西新技術研究所内 (72)発明者王祥生京都府京都市下京区中堂寺南町17 京都リサーチパーク株式会社関西新技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超微粒子シリカ、超微粒子酸化チタン、
超微粒子酸化アルミニウム及び超微粒子酸化鉄からなる
群から選ばれる１種又は２種以上の混合物を主成分とす
る少なくとも１層の断熱層を設置してなる断熱配管材。
【請求項２】超微粒子シリカ、超微粒子酸化チタン、
超微粒子酸化アルミニウム及び超微粒子酸化鉄からなる
群から選ばれる１種又は２種以上の混合物を含有する少
なくとも１層の発泡樹脂断熱層を設置してなる断熱配管
材。
【請求項３】樹脂マトリックス中に超微粒子シリカ、
超微粒子酸化チタン、超微粒子酸化アルミニウム及び超
微粒子酸化鉄からなる群から選ばれる１種又は２種以上
の混合物が分散していることを特徴とする発泡樹脂。