筒状の断熱材およびその製造方法
【課題】シリカエアロゲル粒子の高い断熱性を活用して高温の熱機器本体を断熱させ薄型化もしくはコンパクト化した筒状の断熱材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の筒状の断熱材は、熱機器本体Ａに挿着して熱機器本体Ａを断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材１で、前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させてシリカエアロゲル粒子を密に配合させた断熱材およびそのシリカエアロゲル粒子として水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜を形成したシリカエアロゲル原料を用いた製造方法である。
【解決手段】本発明の筒状の断熱材は、熱機器本体Ａに挿着して熱機器本体Ａを断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材１で、前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させてシリカエアロゲル粒子を密に配合させた断熱材およびそのシリカエアロゲル粒子として水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜を形成したシリカエアロゲル原料を用いた製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の改質器本体のような高温の熱機器本体を断熱する筒状の断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温で発熱する熱機器においてその熱機器本体を断熱する必要のある熱機器本体としては、燃料電池の改質器本体があり、このような熱機器本体を断熱する断熱材としては断熱性を十分に維持しつつ薄型化もしくはコンパクト化さらには熱機器本体に配置する施工性の効率化などが望まれている。そのために熱機器本体を挿着する筒状の断熱材が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１のように、シリカのような無機ナノ粒子（シリカナノ粒子）を用いた圧縮成形体の断熱層を筒状成形体の被覆層で被覆してできた筒状の断熱材や、特許文献２のように、無機繊維からなる中空成形体の中空部にシリカのような無機粉体からなる充填材を充填してできた筒状の断熱材さらには、特許文献３のように、可撓性無機質断熱材と可撓性エアロゲル断熱材と可撓性無機質断熱材とを順に積層してできた筒状の断熱材がそれぞれ提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９９８９３号公報
【特許文献２】特開２００７−１００７５０号公報
【特許文献３】特開２０１０−３３７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これら特許文献１、２および３で提案の筒状の断熱材では、断熱性に優れた無機ナノ粒子や無機粉体やエアロゲル断熱材が何れも、他の断熱材と別体で構成されている。そのため、これら断熱性に優れた無機ナノ粒子や無機粉体やエアロゲル断熱材が他の断熱材を介して熱機器本体を断熱することになるので、無機ナノ粒子や無機粉体やエアロゲル断熱材の断熱性が十分に活用されておらず、高温の熱機器本体を断熱させかつ薄型化ができる筒状の断熱材として制約がある。
【０００６】
さらに、特許文献１で提案の筒状の断熱材では、無機ナノ粒子（シリカナノ粒子）が発塵しないように被覆シートの端部を接着して筒状の袋としたり、被覆層を二重にしたりする作業工程が必要である。また、特許文献２で提案の筒状の断熱材では、中空成形体が損傷した際、中空部に充填された無機粉体が飛散しないようにする配慮が必要である。また、特許文献３で提案の筒状の断熱材では、各断熱材を密着させたり積層したりする作業が必要である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消し、シリカエアロゲル粒子の高い断熱性を活用して高温の熱機器本体を断熱させかつ薄型化もしくはコンパクト化した筒状の断熱材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の筒状の断熱材は、熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材において、前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させてできたことを特徴とする。さらに、請求項２記載の筒状の断熱材は、請求項１記載の筒状の断熱材で前記シリカエアロゲル粒子の平均粒径は１．５ｍｍであることを特徴とする。請求項３記載の筒状の断熱材は、請求項１または２記載の筒状の断熱材は、前記珪酸カルシウム成形体は粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させてできたことを特徴とする。また、請求項４記載の筒状の断熱材は、請求項１から３の何れかひとつに記載の筒状の断熱材を無機繊維クロスで被覆させてできたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の筒状の断熱材の製造方法は、熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材の製造方法において、水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜を形成したシリカエアロゲル原料と粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料と水とを混合させてシリカエアロゲル粒子を粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料に密に配合させて得られたスラリーを筒状に脱水成形して一次成形物として後、前記一次成形物を蒸気養生し乾燥させて固化した珪酸カルシウム成形体とすることにより、その珪酸カルシウム成形体の前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させることを特徴とする。さらに、請求項６記載の筒状の断熱材の製造方法は、請求項５記載の筒状の断熱材の製造方法で前記粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させて粉末状親水性シリカエアロゲル原料と水とを撹拌し混合させて得られたスラリーを筒状に脱水成形して一次成形物とすることを特徴とする。また、請求項７記載の筒状の断熱材の製造方法は、請求項５または６記載の筒状の断熱材の製造方法で、無機繊維クロスを配置させた状態で前記スラリーを筒状に脱水成形して一次成形物とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１および２および請求項５記載の筒状の断熱材およびその製造方法により、熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材において、前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させてできているので、シリカエアロゲル粒子が密に配合されて多量のシリカエアロゲル粒子をからなる珪酸カルシウム成形体とすることにより、シリカエアロゲルの断熱性を有効に活用した高温の熱機器本体の断熱ができるとともに、薄型化もしくはコンパクト化した筒状の断熱材を提供する。さらに、請求項３および請求項６記載の筒状の断熱材およびその製造方法により、前記珪酸カルシウム成形体は粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させてできているので、強度を高くすることができ、また、請求項４および請求項７記載の筒状の断熱材およびその製造方法により、筒状の断熱材を無機繊維クロスで被覆させてできているので、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料などの組成物特に、シリカエアロゲル粒子が、運搬作業や挿着作業における装置や作業者に付着することを防ぐ筒状の断熱材を提供するなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態を示す筒状の断熱材を熱機器本体に挿着した状態の断面図である。
【図２】本発明の実施形態を示す筒状の断熱材の断面図である。
【図３】図２の筒状の断熱材の分解した断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】同上の筒状の断熱材の製造プロセスを示すフローチャートである。
【図８】同上の筒状の断熱材の製造に用いるスラリー形成装置の断面図である。
【図９】同上の筒状の断熱材の製造に用いる成形装置の断面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】図９のＥ−Ｅ断面図である。
【図１２】図９の成形装置の上型と下型に無機繊維クロスを被覆した断面図である。
【図１３】図１２の成形装置の上型と下型とを閉じた状態を示す断面図である。
【図１４】図１３の成形装置でスラリーを充填した状態を示す断面図である。
【図１５】図１４で成形して上型と下型とを開いた状態を示す断面図である。
【図１６】図１５の上型と下型とを開いて後、下型から取り出して養生させて筒状の断熱材を製造する状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の筒状の断熱材の実施形態について図を参照して、以下説明する。
【００１３】
（熱機器本体の実施形態）
図１は、特開２０１０−１６１０４７号公報（以下、例示公報１という）に記載する燃料電池用円筒型水蒸気改質器を高温で発熱する熱機器として例示するとともにこれを簡略化して図示した熱機器本体の実施形態で、筒状の断熱材を熱機器本体に挿着した状態の断面図である。この例示公報１の図１および図６において、改質器本体は７００℃程度まで達する温度の改質触媒層が配置された小径の円筒体と３００〜３３０℃の温度のＣＯ変成触媒層及び１７０℃程度の温度のＣＯ除去触媒層が配置された大径の円筒体とからなり、小径の円筒体の外周に充填する粉状ヒュームドシリカからなる断熱材層とこの粉状ヒュームドシリカからなる断熱材層および大径の円筒体の外周に配置されたセラミックファイバー系断熱材層が配置されているが、本発明の実施形態では、小径の円筒体と大径の円筒体とを簡略化して同一径で円筒状の熱機器本体Ａとし、原燃料供給管、ＣＯ除去用空気供給管、水供給管、水蒸気供給管、燃焼排ガス排出管、改質ガス導出管などを簡略化してパイプＡ１としている。
【００１４】
このような高温の熱機器本体Ａを断熱させるために、周壁１Ａと頂上壁１Ｂと空間部１Ｃとを有する一端が開口した筒状の断熱材１を熱機器本体Ａに挿着するので、筒状の断熱材１は同一径の円筒体として図示しているが、熱機器本体Ａが小径の円筒体と大径の円筒体とで構成されておれば、筒状の断熱材１を熱機器本体Ａに挿着できるように熱機器本体Ａの形状に対応して、小径の円筒体と大径の円筒体とすればよい。この場合、熱機器本体Ａは断面が真円や非真円の筒体であったり断面が矩形の筒体であってもよいので、筒状の断熱材１は熱機器本体Ａの形状に対応して、断面が真円や非真円の筒体であったり断面が矩形の筒体であってもよい。
【００１５】
また、パイプＡ１は熱機器本体Ａの一端（図１では下端）から外方に突出しているが、周壁（図１では左右）から外方に突出している熱機器本体Ａであれば、筒状の断熱材１は予めその周壁１Ａに孔加工して形成した孔（図示せず）を設けて、筒状の断熱材１を熱機器本体ＡにパイプＡ１のない状態で挿着した後、周壁１Ａに形成した孔を介してパイプＡ１を熱機器本体Ａに取り付けるようにしてもよい。
【００１６】
この筒状の断熱材１は多量のシリカエアロゲル粒子をからなる珪酸カルシウム成形体でできているので、そのシリカエアロゲル粒子が運搬作業や挿着作業における装置や作業者に付着するのを防止するために、筒状の断熱材１の外周面および内周面をそれぞれ無機繊維クロス２および３で被覆することが望ましく、これら組成物の粒径よりも小さいメッシュを有すればよいが、用途によっては珪酸カルシウム成形体の状態としてこれら無機繊維クロス２および３を用いなくてもよい。
【００１７】
（筒状の断熱材の実施形態）
図２から図６は無機繊維クロス２および３で被覆された筒状の断熱材の実施形態を示す。図２において、筒状の断熱材１は周壁１Ａと頂上壁１Ｂと空間部１Ｃとを有する一端が開口（図２では、下方が開口）した円筒体で全体にわたって均一にシリカエアロゲル粒子を含有した珪酸カルシウム成形体でできており、この空間部１Ｃは熱機器本体Ａの外周に密着して挿着できる大きさおよび形状に形成されている。なお、この珪酸カルシウム成形体にはシリカエアロゲル粒子を含有しているが、強度を高めるためにガラス繊維などの無機繊維フィラーを添加させてもよい。
【００１８】
筒状の断熱材１はシリカエアロゲル粒子を含有した珪酸カルシウム成形体でできているので、筒状の断熱材１を燃料電池の改質器本体のような高温の熱機器本体に挿着する作業や挿着した状態で、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料などの組成物が、特に、シリカエアロゲル粒子が運搬作業や挿着作業における装置や作業者に付着する可能性があるので、その付着を防ぐために、周壁１Ａと頂上壁１Ｂの外周面または周壁１Ａと頂上壁１Ｂの内周面および開口した端面をガラス繊維やシリカ繊維などの無機繊維クロス３で被覆させることが望ましい。
【００１９】
図３から図６は、無機繊維クロス２および３を筒状の断熱材１に挿着して被覆させる実施形態を示す。無機繊維クロス２は周壁１Ａの外径に相当する大きさの空間部を有する一端が開口した中空の円筒体であり、無機繊維クロス３は周壁１Ａの内径に相当する大きさの外径で一端が開口し、その開口端の厚さ（周壁１Ａの厚さ）に相当する大きさで外方向に突出した環状の鍔部３Ａが形成された中空の円筒体である。このように形成された無機繊維クロス２を矢印Ｐ１方向から筒状の断熱材１に挿着し、無機繊維クロス３を矢印Ｐ２方向から筒状の断熱材１に挿着することにより、周壁１Ａと頂上壁１Ｂの外周面は無機繊維クロス２で被覆されており、周壁１Ａと頂上壁１Ｂの内周面および開口した端面は無機繊維クロス３で被覆されている。また、筒状の断熱材１の外周面および内周面は無機繊維クロス２および３で被覆されているが、筒状の断熱材１の外周面または内周面の何れか一方のみを無機繊維クロス２または３で被覆してもよい。さらに、これら無機繊維クロス２および３は筒状の断熱材１に挿着して被覆されているが、図７から図１６に記載するように筒状の断熱材１を珪酸カルシウム成形体として成形する際に一体にしてもよい。
【００２０】
（製造工程の概要）
図７は、筒状の断熱材の製造プロセスを示すフローチャートで、製造工程の概要を示し、先ず、スラリー形成工程１０１にて粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料からなる原料を多量の水で撹拌して混合させスラリーＳを形成し、次に、成形工程１０２にて所定量のスラリーＳを脱水成形型へ注入して一次成形物Ｔを形成して後、養生工程１０３にて脱水成形型から一次成形物Ｔを取り出して、所定時間、オートクレーブ（蒸気養生）処理し、乾燥させて固化した筒状の断熱材１が形成される。その際、スラリーＳには、水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜を形成したシリカエアロゲル原料が密に配合されており、筒状の断熱材１は多量のシリカエアロゲル粒子からなる珪酸カルシウム成形体でできた筒状の成形ボードとなっている。なお、上記原料にはガラス繊維などの無機繊維フィラーを添加させてもよい。
【００２１】
（製造装置並びに製造方法）
次に、図８から図１６を参照して、全体にわたってシリカエアロゲル粒子を含有した珪酸カルシウム成形体からなる筒状の断熱材１の製造方法についてその製造装置とともに説明する。
【００２２】
（スラリー形成工程）
図８は、スラリー形成工程１０１におけるスラリー形成装置を示し、スラリー収容筐体４には、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料からなる原料さらには無機繊維フィラー原料を添加させた原料と多量の水とが混練するように収容されている。この場合、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料により、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体となる量を予め試験し確認して原料を用意する。
【００２３】
先ず、このように、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体となるように確認して用意する原料のうち、粉末状珪酸原料は石英、珪石、珪砂などを粒径が３０μｍ以下で平均粒径が２〜３μｍ程度に粉末状としたもので、粉末状カルシウム原料は酸化カルシウム、水酸化カルシウム、生石灰などを粒径が３０μｍ以下で平均粒径が２〜３μｍ程度に粉末状としたものであり、これら粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とをほぼ等量とし、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料を選択する。この選択した粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料にシリカエアロゲル原料を配合する。粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に対してその重量比で１／２〜１／６に相当するシリカエアロゲル原料を配合する。この場合のシリカエアロゲル原料を配合する量は、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体を狙いかつその気孔がシリカエアロゲル粒子となるようにする必要があるので、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料におけるシリカエアロゲル原料の配合重量比は上記例示した重量比を試験確認により再設定して選択すればよい。このシリカエアロゲル原料は、球状の微粒子が融合したクラスター構造で、６０％以上の気孔率を有するシリカエアロゲル粒子であって、水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子を界面活性剤で処理することにより、その表面に親水性被膜が形成されたシリカエアロゲル粒子でできている。このシリカエアロゲル粒子の粒径は０．５〜４ｍｍで、平均粒径は１．５ｍｍであり、粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料の粒径よりも大きいので、個々のシリカエアロゲル粒子言い換えればシリカエアロゲル粒子間に粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料が配合されやすくしているので、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でその気孔がシリカエアロゲル粒子となるようにすることが容易となる。
【００２４】
次に、上記選択した粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料を１０〜３０重量％として、スラリー収容筐体４にて７０〜９０重量％の水と混合させて撹拌し混練して水和反応により粘性のあるスラリーＳが得られる。この場合、シリカエアロゲル原料は、スラリーＳを構成する水が内部に侵入してシリカエアロゲル粒子のクラスター構造が崩壊されないようにするために疎水性のシリカエアロゲル粒子の表面において水と親和性を作用させており、シリカエアロゲル粒子を含有した多量の水が粉末状珪酸原料や粉末状カルシウム原料と混合して混練されることにより、水和過程でシリカエアロゲル粒子が密に配合されたスラリーＳが得られる。
【００２５】
上記原料を多量の水と混合させて撹拌し混練するには、原料と水とを撹拌させる撹拌治具５が用いられる。この撹拌治具５は原動機（図示せず）にてＲ方向またはその逆方向の一方向に回転もしくはＲ方向とその逆方向とに交互に回動されるブレード５Ａを備えており、スラリー収容筐体４に収容された上記原料を水と撹拌させて混練して水和反応により、所定の粘性をもたせたスラリーＳが得られるまで回転させる。このようにして撹拌治具５による混練作用の過程で、スラリーＳの粘度を確認するために、先ず、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料と多量の水を収容させておいて、これらを撹拌治具５で撹拌しながらシリカエアロゲル原料を少量ずつスラリー収容筐体４に供給することが好ましい。なお、シリカエアロゲル原料は水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜が形成されているので、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料と水とを撹拌させて混練する過程で、シリカエアロゲル原料がスラリー収容筐体４内で浮き上がったり偏在したりせず、シリカエアロゲル原料の個々のシリカエアロゲル粒子が粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料に均一に配合される。
【００２６】
上記粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料からなる原料には平均粒径が数１０μｍ程度のガラス繊維などの無機繊維フィラーを添加させてあってもよい。この場合、スラリー収容筐体４に予め粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に少量の無機繊維フィラーを混合させて多量の水を収容させておいて、これらを撹拌治具５で撹拌しながらシリカエアロゲル原料を少量ずつスラリー収容筐体４に供給することが好ましい。このように粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させることにより珪酸カルシウム成形体の強度を高くすることができる。
【００２７】
（スラリー成形工程）
図９〜図１１は、スラリー成形工程１０２における成形装置の脱水成形型を示し、この脱水成形型を有する成形装置６は、上型９と下型１０とスラリー供給部材７と吸水部材１２と振動機構部材１３とから構成されている。
【００２８】
上型９は図１０に示すように筒壁９Ａと頂壁９Ｂを有し、下型１０は図１１に示すように円柱体１０Ａとベース１０Ｂを有する。この上型９と下型１０とは相対的に開閉されるが、この実施形態では下型１０が可動するので、下型１０が上型９の方向に移動して閉じることにより、上型９の頂壁９Ｂと下型１０のベース１０Ｂとがシール部材１４で密閉された脱水成形型部１１となる空間部が形成される。上型９の頂壁９Ｂには、スラリー供給部材７のノズル部８が脱水成形型部１１と連通した注入口９Ｄが形成されている。
【００２９】
吸水部材１２は吸水ポンプＰと連結した管を有し、この管には、脱水成形型部１１内の水分や空気を吸引して脱水・脱気できるようなフィルターや濾水性シートが着脱自在（図示せず）に設けられている。この吸水部材１２の管は上型９の筒壁９Ａに形成した小孔を介して脱水成形型部１１と連通するように上型９の筒壁９Ａに設けられている。吸水部材１２の吸水ポンプＰを駆動させることにより、脱水成形型部１１内に充填されたスラリーＳの水分や空気を吸引して脱水・脱気してスラリーＳの粘性を高くして粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料にシリカエアロゲル粒子が密に配合されるように半硬化させる作用がある。また、吸水部材１２は、複数本が例えば３本が１２０度間隔でかつ筒壁９Ａ方向にも３本が重ならないように上型９の筒壁９Ａに設けられており、脱水・脱気作用が効率よく行なわれるようにしている。
【００３０】
また、下型１０のベース１０Ｂには毎分６０００〜１５０００回で振幅が０．０１〜２ｍｍで下型１０および上型９を振動させるように振動機構部材１３が設けられている。この振動機構部材１３の振動源は超音波発振装置を例示しているが、電磁振動装置でもよい。この振動機構部材１３を駆動させて下型１０を振動させることにより、上型９も下型１０を介して振動させることにより、スラリーＳは下型１０および上型９の型面との間に気泡が発生しないようにするとともにスラリーＳ内の水分や空気が均一に排出され内部に気孔が存在せずシリカエアロゲル粒子が密に配合されるようにしている。
【００３１】
次に、図１２〜図１４にて、一次成形物Ｔが形成される製造方法を説明する。先ず、図１２にて、上型９と下型１０とは開いた状態で、前述の図３〜６にて例示した無機繊維クロス２を上型９の筒壁９Ａと頂壁９Ｂに配置するように挿着し、無機繊維クロス３を鍔部３Ａが下型１０のベース１０Ｂに配置するように下型１０の円柱体１０Ａに挿着して後、下型１０を矢印Ｐ１方向（図１２では上方向）に移動させて、図１３に示すように上型９と下型１０とは閉じた状態とする。この場合、図１２において矢印Ｑ１は、下型１０が上型９と対面させない位置から対面する位置に移動（図１２では左方向に移動）する移動方向を示す。
【００３２】
次に、図１３にて、上記のように上型９と下型１０とは閉じて、シール部材１４で密閉された脱水成形型部１１の空間部に、無機繊維クロス２および３が配置された状態で、水和反応されて粘性のあるスラリーＳを所定量、成形装置６の脱水成形型部１１へ注入して流し込んで、充填させる。このスラリーＳを流し込む量は、予め、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体となる量を試験し確認してあるので、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料にシリカエアロゲル粒子が密に配合されるようにするためにスラリーＳ内の排出される水分や空気の容積を考慮して脱水成形型部１１の空間部を満たす量を制御すればよい。また、このスラリーＳの注入方法は、図８に示すスラリー形成装置と連結（図示せず）させて混練させながら流し込むかまたは圧送により流し込むようにすればよい。このスラリーＳの注入時に、振動機構部材１３を駆動させて下型１０および上型９を振動させるとともに吸水ポンプＰを駆動させて吸水部材１２にて脱水成形型部１１内でスラリーＳの水分や空気を吸引して粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料が半硬化される。このようにして成形装置６の脱水成形型部１１にて筒状の断熱材１となる一次成形物Ｔが形成される（図１４参照）。
【００３３】
（養生工程）
図１５および図１６は、上記のように形成された一次成形物Ｔを所定時間、オートプレープ（蒸気養生）処理し、乾燥させて固化した筒状の断熱材１が形成される養生工程１０３における作業を示す。
【００３４】
図１５において、下型１０を矢印Ｐ２方向に移動させて上型９と下型１０とが開いた状態とすることにより、一次成形物Ｔは筒状の断熱材１に対応した円筒状で、中空部は下型１０の円柱体１０Ａにあり、開口した端面は下型１０のベース１０Ｂにある状態で下型１０に載置されるように、上型９から分離する。次に、下型１０を矢印Ｑ２方向に移動させることにより、下型１０は上型９と対面させた位置から対面しない位置に移動する。
【００３５】
図１６において、下型１０を矢印Ｑ２方向に移動させた位置で、一次成形物Ｔを下型１０から矢印Ｐ１方向に取り出して、この一次成形物Ｔを図示しないが、養生装置に送る。このように一次成形物Ｔは取り出すので、無機繊維フィラーを添加させて強度を高くして半硬化させることが好ましい。この養生装置にて一次成形物Ｔを１５０℃から２００℃の飽和水蒸気圧で、３〜１０時間のオートクレープ（蒸熱処理）処理する。この場合、珪酸とカルシウムにもしくは無機繊維フィラーが添加された珪酸とカルシウムからなる珪酸カルシウム成形体にその気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔がシリカエアロゲル粒子となっているので、オートクレープ（蒸熱処理）処理をして後、図示しないが乾燥炉に送り乾燥させて固化すると、珪酸カルシウム成形体の内部の多数の微細な気孔がシリカエアロゲル粒子で構成された筒状の成形ボードが得られるので、シリカエアロゲル粒子が密に配合されて多量のシリカエアロゲル粒子を有することとなり、シリカエアロゲルの断熱性を有効に活用した高温の熱機器本体を断熱する筒状の断熱材１が出来上がる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、多量のシリカエアロゲル粒子からなる珪酸カルシウム成形体でできた筒状の成形ボードとなった断熱材であるので、高温の熱機器本体を断熱する断熱材として種々用途展開ができ、例えば、固体高分子形燃料電池の改質器や固体酸化物形燃料電池（または固体電解質形燃料電池）の本体を断熱する断熱材として利用できる。特に、熱機器の設置面積が大きくとれないような設備にも有効である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 筒状の断熱材
２ 無機繊維クロス
３ 無機繊維クロス
４ スラリー収容筐体
５ 撹拌治具
Ａ 熱機器本体
Ｓ スラリー
Ｔ 一次成形物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の改質器本体のような高温の熱機器本体を断熱する筒状の断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温で発熱する熱機器においてその熱機器本体を断熱する必要のある熱機器本体としては、燃料電池の改質器本体があり、このような熱機器本体を断熱する断熱材としては断熱性を十分に維持しつつ薄型化もしくはコンパクト化さらには熱機器本体に配置する施工性の効率化などが望まれている。そのために熱機器本体を挿着する筒状の断熱材が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１のように、シリカのような無機ナノ粒子（シリカナノ粒子）を用いた圧縮成形体の断熱層を筒状成形体の被覆層で被覆してできた筒状の断熱材や、特許文献２のように、無機繊維からなる中空成形体の中空部にシリカのような無機粉体からなる充填材を充填してできた筒状の断熱材さらには、特許文献３のように、可撓性無機質断熱材と可撓性エアロゲル断熱材と可撓性無機質断熱材とを順に積層してできた筒状の断熱材がそれぞれ提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９９８９３号公報
【特許文献２】特開２００７−１００７５０号公報
【特許文献３】特開２０１０−３３７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これら特許文献１、２および３で提案の筒状の断熱材では、断熱性に優れた無機ナノ粒子や無機粉体やエアロゲル断熱材が何れも、他の断熱材と別体で構成されている。そのため、これら断熱性に優れた無機ナノ粒子や無機粉体やエアロゲル断熱材が他の断熱材を介して熱機器本体を断熱することになるので、無機ナノ粒子や無機粉体やエアロゲル断熱材の断熱性が十分に活用されておらず、高温の熱機器本体を断熱させかつ薄型化ができる筒状の断熱材として制約がある。
【０００６】
さらに、特許文献１で提案の筒状の断熱材では、無機ナノ粒子（シリカナノ粒子）が発塵しないように被覆シートの端部を接着して筒状の袋としたり、被覆層を二重にしたりする作業工程が必要である。また、特許文献２で提案の筒状の断熱材では、中空成形体が損傷した際、中空部に充填された無機粉体が飛散しないようにする配慮が必要である。また、特許文献３で提案の筒状の断熱材では、各断熱材を密着させたり積層したりする作業が必要である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消し、シリカエアロゲル粒子の高い断熱性を活用して高温の熱機器本体を断熱させかつ薄型化もしくはコンパクト化した筒状の断熱材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の筒状の断熱材は、熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材において、前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させてできたことを特徴とする。さらに、請求項２記載の筒状の断熱材は、請求項１記載の筒状の断熱材で前記シリカエアロゲル粒子の平均粒径は１．５ｍｍであることを特徴とする。請求項３記載の筒状の断熱材は、請求項１または２記載の筒状の断熱材は、前記珪酸カルシウム成形体は粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させてできたことを特徴とする。また、請求項４記載の筒状の断熱材は、請求項１から３の何れかひとつに記載の筒状の断熱材を無機繊維クロスで被覆させてできたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の筒状の断熱材の製造方法は、熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材の製造方法において、水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜を形成したシリカエアロゲル原料と粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料と水とを混合させてシリカエアロゲル粒子を粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料に密に配合させて得られたスラリーを筒状に脱水成形して一次成形物として後、前記一次成形物を蒸気養生し乾燥させて固化した珪酸カルシウム成形体とすることにより、その珪酸カルシウム成形体の前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させることを特徴とする。さらに、請求項６記載の筒状の断熱材の製造方法は、請求項５記載の筒状の断熱材の製造方法で前記粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させて粉末状親水性シリカエアロゲル原料と水とを撹拌し混合させて得られたスラリーを筒状に脱水成形して一次成形物とすることを特徴とする。また、請求項７記載の筒状の断熱材の製造方法は、請求項５または６記載の筒状の断熱材の製造方法で、無機繊維クロスを配置させた状態で前記スラリーを筒状に脱水成形して一次成形物とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１および２および請求項５記載の筒状の断熱材およびその製造方法により、熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材において、前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させてできているので、シリカエアロゲル粒子が密に配合されて多量のシリカエアロゲル粒子をからなる珪酸カルシウム成形体とすることにより、シリカエアロゲルの断熱性を有効に活用した高温の熱機器本体の断熱ができるとともに、薄型化もしくはコンパクト化した筒状の断熱材を提供する。さらに、請求項３および請求項６記載の筒状の断熱材およびその製造方法により、前記珪酸カルシウム成形体は粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させてできているので、強度を高くすることができ、また、請求項４および請求項７記載の筒状の断熱材およびその製造方法により、筒状の断熱材を無機繊維クロスで被覆させてできているので、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料などの組成物特に、シリカエアロゲル粒子が、運搬作業や挿着作業における装置や作業者に付着することを防ぐ筒状の断熱材を提供するなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態を示す筒状の断熱材を熱機器本体に挿着した状態の断面図である。
【図２】本発明の実施形態を示す筒状の断熱材の断面図である。
【図３】図２の筒状の断熱材の分解した断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】同上の筒状の断熱材の製造プロセスを示すフローチャートである。
【図８】同上の筒状の断熱材の製造に用いるスラリー形成装置の断面図である。
【図９】同上の筒状の断熱材の製造に用いる成形装置の断面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】図９のＥ−Ｅ断面図である。
【図１２】図９の成形装置の上型と下型に無機繊維クロスを被覆した断面図である。
【図１３】図１２の成形装置の上型と下型とを閉じた状態を示す断面図である。
【図１４】図１３の成形装置でスラリーを充填した状態を示す断面図である。
【図１５】図１４で成形して上型と下型とを開いた状態を示す断面図である。
【図１６】図１５の上型と下型とを開いて後、下型から取り出して養生させて筒状の断熱材を製造する状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の筒状の断熱材の実施形態について図を参照して、以下説明する。
【００１３】
（熱機器本体の実施形態）
図１は、特開２０１０−１６１０４７号公報（以下、例示公報１という）に記載する燃料電池用円筒型水蒸気改質器を高温で発熱する熱機器として例示するとともにこれを簡略化して図示した熱機器本体の実施形態で、筒状の断熱材を熱機器本体に挿着した状態の断面図である。この例示公報１の図１および図６において、改質器本体は７００℃程度まで達する温度の改質触媒層が配置された小径の円筒体と３００〜３３０℃の温度のＣＯ変成触媒層及び１７０℃程度の温度のＣＯ除去触媒層が配置された大径の円筒体とからなり、小径の円筒体の外周に充填する粉状ヒュームドシリカからなる断熱材層とこの粉状ヒュームドシリカからなる断熱材層および大径の円筒体の外周に配置されたセラミックファイバー系断熱材層が配置されているが、本発明の実施形態では、小径の円筒体と大径の円筒体とを簡略化して同一径で円筒状の熱機器本体Ａとし、原燃料供給管、ＣＯ除去用空気供給管、水供給管、水蒸気供給管、燃焼排ガス排出管、改質ガス導出管などを簡略化してパイプＡ１としている。
【００１４】
このような高温の熱機器本体Ａを断熱させるために、周壁１Ａと頂上壁１Ｂと空間部１Ｃとを有する一端が開口した筒状の断熱材１を熱機器本体Ａに挿着するので、筒状の断熱材１は同一径の円筒体として図示しているが、熱機器本体Ａが小径の円筒体と大径の円筒体とで構成されておれば、筒状の断熱材１を熱機器本体Ａに挿着できるように熱機器本体Ａの形状に対応して、小径の円筒体と大径の円筒体とすればよい。この場合、熱機器本体Ａは断面が真円や非真円の筒体であったり断面が矩形の筒体であってもよいので、筒状の断熱材１は熱機器本体Ａの形状に対応して、断面が真円や非真円の筒体であったり断面が矩形の筒体であってもよい。
【００１５】
また、パイプＡ１は熱機器本体Ａの一端（図１では下端）から外方に突出しているが、周壁（図１では左右）から外方に突出している熱機器本体Ａであれば、筒状の断熱材１は予めその周壁１Ａに孔加工して形成した孔（図示せず）を設けて、筒状の断熱材１を熱機器本体ＡにパイプＡ１のない状態で挿着した後、周壁１Ａに形成した孔を介してパイプＡ１を熱機器本体Ａに取り付けるようにしてもよい。
【００１６】
この筒状の断熱材１は多量のシリカエアロゲル粒子をからなる珪酸カルシウム成形体でできているので、そのシリカエアロゲル粒子が運搬作業や挿着作業における装置や作業者に付着するのを防止するために、筒状の断熱材１の外周面および内周面をそれぞれ無機繊維クロス２および３で被覆することが望ましく、これら組成物の粒径よりも小さいメッシュを有すればよいが、用途によっては珪酸カルシウム成形体の状態としてこれら無機繊維クロス２および３を用いなくてもよい。
【００１７】
（筒状の断熱材の実施形態）
図２から図６は無機繊維クロス２および３で被覆された筒状の断熱材の実施形態を示す。図２において、筒状の断熱材１は周壁１Ａと頂上壁１Ｂと空間部１Ｃとを有する一端が開口（図２では、下方が開口）した円筒体で全体にわたって均一にシリカエアロゲル粒子を含有した珪酸カルシウム成形体でできており、この空間部１Ｃは熱機器本体Ａの外周に密着して挿着できる大きさおよび形状に形成されている。なお、この珪酸カルシウム成形体にはシリカエアロゲル粒子を含有しているが、強度を高めるためにガラス繊維などの無機繊維フィラーを添加させてもよい。
【００１８】
筒状の断熱材１はシリカエアロゲル粒子を含有した珪酸カルシウム成形体でできているので、筒状の断熱材１を燃料電池の改質器本体のような高温の熱機器本体に挿着する作業や挿着した状態で、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料などの組成物が、特に、シリカエアロゲル粒子が運搬作業や挿着作業における装置や作業者に付着する可能性があるので、その付着を防ぐために、周壁１Ａと頂上壁１Ｂの外周面または周壁１Ａと頂上壁１Ｂの内周面および開口した端面をガラス繊維やシリカ繊維などの無機繊維クロス３で被覆させることが望ましい。
【００１９】
図３から図６は、無機繊維クロス２および３を筒状の断熱材１に挿着して被覆させる実施形態を示す。無機繊維クロス２は周壁１Ａの外径に相当する大きさの空間部を有する一端が開口した中空の円筒体であり、無機繊維クロス３は周壁１Ａの内径に相当する大きさの外径で一端が開口し、その開口端の厚さ（周壁１Ａの厚さ）に相当する大きさで外方向に突出した環状の鍔部３Ａが形成された中空の円筒体である。このように形成された無機繊維クロス２を矢印Ｐ１方向から筒状の断熱材１に挿着し、無機繊維クロス３を矢印Ｐ２方向から筒状の断熱材１に挿着することにより、周壁１Ａと頂上壁１Ｂの外周面は無機繊維クロス２で被覆されており、周壁１Ａと頂上壁１Ｂの内周面および開口した端面は無機繊維クロス３で被覆されている。また、筒状の断熱材１の外周面および内周面は無機繊維クロス２および３で被覆されているが、筒状の断熱材１の外周面または内周面の何れか一方のみを無機繊維クロス２または３で被覆してもよい。さらに、これら無機繊維クロス２および３は筒状の断熱材１に挿着して被覆されているが、図７から図１６に記載するように筒状の断熱材１を珪酸カルシウム成形体として成形する際に一体にしてもよい。
【００２０】
（製造工程の概要）
図７は、筒状の断熱材の製造プロセスを示すフローチャートで、製造工程の概要を示し、先ず、スラリー形成工程１０１にて粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料からなる原料を多量の水で撹拌して混合させスラリーＳを形成し、次に、成形工程１０２にて所定量のスラリーＳを脱水成形型へ注入して一次成形物Ｔを形成して後、養生工程１０３にて脱水成形型から一次成形物Ｔを取り出して、所定時間、オートクレーブ（蒸気養生）処理し、乾燥させて固化した筒状の断熱材１が形成される。その際、スラリーＳには、水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜を形成したシリカエアロゲル原料が密に配合されており、筒状の断熱材１は多量のシリカエアロゲル粒子からなる珪酸カルシウム成形体でできた筒状の成形ボードとなっている。なお、上記原料にはガラス繊維などの無機繊維フィラーを添加させてもよい。
【００２１】
（製造装置並びに製造方法）
次に、図８から図１６を参照して、全体にわたってシリカエアロゲル粒子を含有した珪酸カルシウム成形体からなる筒状の断熱材１の製造方法についてその製造装置とともに説明する。
【００２２】
（スラリー形成工程）
図８は、スラリー形成工程１０１におけるスラリー形成装置を示し、スラリー収容筐体４には、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料からなる原料さらには無機繊維フィラー原料を添加させた原料と多量の水とが混練するように収容されている。この場合、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料により、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体となる量を予め試験し確認して原料を用意する。
【００２３】
先ず、このように、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体となるように確認して用意する原料のうち、粉末状珪酸原料は石英、珪石、珪砂などを粒径が３０μｍ以下で平均粒径が２〜３μｍ程度に粉末状としたもので、粉末状カルシウム原料は酸化カルシウム、水酸化カルシウム、生石灰などを粒径が３０μｍ以下で平均粒径が２〜３μｍ程度に粉末状としたものであり、これら粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とをほぼ等量とし、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料を選択する。この選択した粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料にシリカエアロゲル原料を配合する。粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に対してその重量比で１／２〜１／６に相当するシリカエアロゲル原料を配合する。この場合のシリカエアロゲル原料を配合する量は、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体を狙いかつその気孔がシリカエアロゲル粒子となるようにする必要があるので、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料におけるシリカエアロゲル原料の配合重量比は上記例示した重量比を試験確認により再設定して選択すればよい。このシリカエアロゲル原料は、球状の微粒子が融合したクラスター構造で、６０％以上の気孔率を有するシリカエアロゲル粒子であって、水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子を界面活性剤で処理することにより、その表面に親水性被膜が形成されたシリカエアロゲル粒子でできている。このシリカエアロゲル粒子の粒径は０．５〜４ｍｍで、平均粒径は１．５ｍｍであり、粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料の粒径よりも大きいので、個々のシリカエアロゲル粒子言い換えればシリカエアロゲル粒子間に粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料が配合されやすくしているので、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でその気孔がシリカエアロゲル粒子となるようにすることが容易となる。
【００２４】
次に、上記選択した粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料を１０〜３０重量％として、スラリー収容筐体４にて７０〜９０重量％の水と混合させて撹拌し混練して水和反応により粘性のあるスラリーＳが得られる。この場合、シリカエアロゲル原料は、スラリーＳを構成する水が内部に侵入してシリカエアロゲル粒子のクラスター構造が崩壊されないようにするために疎水性のシリカエアロゲル粒子の表面において水と親和性を作用させており、シリカエアロゲル粒子を含有した多量の水が粉末状珪酸原料や粉末状カルシウム原料と混合して混練されることにより、水和過程でシリカエアロゲル粒子が密に配合されたスラリーＳが得られる。
【００２５】
上記原料を多量の水と混合させて撹拌し混練するには、原料と水とを撹拌させる撹拌治具５が用いられる。この撹拌治具５は原動機（図示せず）にてＲ方向またはその逆方向の一方向に回転もしくはＲ方向とその逆方向とに交互に回動されるブレード５Ａを備えており、スラリー収容筐体４に収容された上記原料を水と撹拌させて混練して水和反応により、所定の粘性をもたせたスラリーＳが得られるまで回転させる。このようにして撹拌治具５による混練作用の過程で、スラリーＳの粘度を確認するために、先ず、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料と多量の水を収容させておいて、これらを撹拌治具５で撹拌しながらシリカエアロゲル原料を少量ずつスラリー収容筐体４に供給することが好ましい。なお、シリカエアロゲル原料は水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜が形成されているので、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料と水とを撹拌させて混練する過程で、シリカエアロゲル原料がスラリー収容筐体４内で浮き上がったり偏在したりせず、シリカエアロゲル原料の個々のシリカエアロゲル粒子が粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料に均一に配合される。
【００２６】
上記粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料からなる原料には平均粒径が数１０μｍ程度のガラス繊維などの無機繊維フィラーを添加させてあってもよい。この場合、スラリー収容筐体４に予め粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に少量の無機繊維フィラーを混合させて多量の水を収容させておいて、これらを撹拌治具５で撹拌しながらシリカエアロゲル原料を少量ずつスラリー収容筐体４に供給することが好ましい。このように粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させることにより珪酸カルシウム成形体の強度を高くすることができる。
【００２７】
（スラリー成形工程）
図９〜図１１は、スラリー成形工程１０２における成形装置の脱水成形型を示し、この脱水成形型を有する成形装置６は、上型９と下型１０とスラリー供給部材７と吸水部材１２と振動機構部材１３とから構成されている。
【００２８】
上型９は図１０に示すように筒壁９Ａと頂壁９Ｂを有し、下型１０は図１１に示すように円柱体１０Ａとベース１０Ｂを有する。この上型９と下型１０とは相対的に開閉されるが、この実施形態では下型１０が可動するので、下型１０が上型９の方向に移動して閉じることにより、上型９の頂壁９Ｂと下型１０のベース１０Ｂとがシール部材１４で密閉された脱水成形型部１１となる空間部が形成される。上型９の頂壁９Ｂには、スラリー供給部材７のノズル部８が脱水成形型部１１と連通した注入口９Ｄが形成されている。
【００２９】
吸水部材１２は吸水ポンプＰと連結した管を有し、この管には、脱水成形型部１１内の水分や空気を吸引して脱水・脱気できるようなフィルターや濾水性シートが着脱自在（図示せず）に設けられている。この吸水部材１２の管は上型９の筒壁９Ａに形成した小孔を介して脱水成形型部１１と連通するように上型９の筒壁９Ａに設けられている。吸水部材１２の吸水ポンプＰを駆動させることにより、脱水成形型部１１内に充填されたスラリーＳの水分や空気を吸引して脱水・脱気してスラリーＳの粘性を高くして粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料にシリカエアロゲル粒子が密に配合されるように半硬化させる作用がある。また、吸水部材１２は、複数本が例えば３本が１２０度間隔でかつ筒壁９Ａ方向にも３本が重ならないように上型９の筒壁９Ａに設けられており、脱水・脱気作用が効率よく行なわれるようにしている。
【００３０】
また、下型１０のベース１０Ｂには毎分６０００〜１５０００回で振幅が０．０１〜２ｍｍで下型１０および上型９を振動させるように振動機構部材１３が設けられている。この振動機構部材１３の振動源は超音波発振装置を例示しているが、電磁振動装置でもよい。この振動機構部材１３を駆動させて下型１０を振動させることにより、上型９も下型１０を介して振動させることにより、スラリーＳは下型１０および上型９の型面との間に気泡が発生しないようにするとともにスラリーＳ内の水分や空気が均一に排出され内部に気孔が存在せずシリカエアロゲル粒子が密に配合されるようにしている。
【００３１】
次に、図１２〜図１４にて、一次成形物Ｔが形成される製造方法を説明する。先ず、図１２にて、上型９と下型１０とは開いた状態で、前述の図３〜６にて例示した無機繊維クロス２を上型９の筒壁９Ａと頂壁９Ｂに配置するように挿着し、無機繊維クロス３を鍔部３Ａが下型１０のベース１０Ｂに配置するように下型１０の円柱体１０Ａに挿着して後、下型１０を矢印Ｐ１方向（図１２では上方向）に移動させて、図１３に示すように上型９と下型１０とは閉じた状態とする。この場合、図１２において矢印Ｑ１は、下型１０が上型９と対面させない位置から対面する位置に移動（図１２では左方向に移動）する移動方向を示す。
【００３２】
次に、図１３にて、上記のように上型９と下型１０とは閉じて、シール部材１４で密閉された脱水成形型部１１の空間部に、無機繊維クロス２および３が配置された状態で、水和反応されて粘性のあるスラリーＳを所定量、成形装置６の脱水成形型部１１へ注入して流し込んで、充填させる。このスラリーＳを流し込む量は、予め、気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体となる量を試験し確認してあるので、粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料にシリカエアロゲル粒子が密に配合されるようにするためにスラリーＳ内の排出される水分や空気の容積を考慮して脱水成形型部１１の空間部を満たす量を制御すればよい。また、このスラリーＳの注入方法は、図８に示すスラリー形成装置と連結（図示せず）させて混練させながら流し込むかまたは圧送により流し込むようにすればよい。このスラリーＳの注入時に、振動機構部材１３を駆動させて下型１０および上型９を振動させるとともに吸水ポンプＰを駆動させて吸水部材１２にて脱水成形型部１１内でスラリーＳの水分や空気を吸引して粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料とシリカエアロゲル原料とからなる原料もしくはこの原料に無機繊維フィラー原料を添加させた原料が半硬化される。このようにして成形装置６の脱水成形型部１１にて筒状の断熱材１となる一次成形物Ｔが形成される（図１４参照）。
【００３３】
（養生工程）
図１５および図１６は、上記のように形成された一次成形物Ｔを所定時間、オートプレープ（蒸気養生）処理し、乾燥させて固化した筒状の断熱材１が形成される養生工程１０３における作業を示す。
【００３４】
図１５において、下型１０を矢印Ｐ２方向に移動させて上型９と下型１０とが開いた状態とすることにより、一次成形物Ｔは筒状の断熱材１に対応した円筒状で、中空部は下型１０の円柱体１０Ａにあり、開口した端面は下型１０のベース１０Ｂにある状態で下型１０に載置されるように、上型９から分離する。次に、下型１０を矢印Ｑ２方向に移動させることにより、下型１０は上型９と対面させた位置から対面しない位置に移動する。
【００３５】
図１６において、下型１０を矢印Ｑ２方向に移動させた位置で、一次成形物Ｔを下型１０から矢印Ｐ１方向に取り出して、この一次成形物Ｔを図示しないが、養生装置に送る。このように一次成形物Ｔは取り出すので、無機繊維フィラーを添加させて強度を高くして半硬化させることが好ましい。この養生装置にて一次成形物Ｔを１５０℃から２００℃の飽和水蒸気圧で、３〜１０時間のオートクレープ（蒸熱処理）処理する。この場合、珪酸とカルシウムにもしくは無機繊維フィラーが添加された珪酸とカルシウムからなる珪酸カルシウム成形体にその気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔がシリカエアロゲル粒子となっているので、オートクレープ（蒸熱処理）処理をして後、図示しないが乾燥炉に送り乾燥させて固化すると、珪酸カルシウム成形体の内部の多数の微細な気孔がシリカエアロゲル粒子で構成された筒状の成形ボードが得られるので、シリカエアロゲル粒子が密に配合されて多量のシリカエアロゲル粒子を有することとなり、シリカエアロゲルの断熱性を有効に活用した高温の熱機器本体を断熱する筒状の断熱材１が出来上がる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、多量のシリカエアロゲル粒子からなる珪酸カルシウム成形体でできた筒状の成形ボードとなった断熱材であるので、高温の熱機器本体を断熱する断熱材として種々用途展開ができ、例えば、固体高分子形燃料電池の改質器や固体酸化物形燃料電池（または固体電解質形燃料電池）の本体を断熱する断熱材として利用できる。特に、熱機器の設置面積が大きくとれないような設備にも有効である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 筒状の断熱材
２ 無機繊維クロス
３ 無機繊維クロス
４ スラリー収容筐体
５ 撹拌治具
Ａ 熱機器本体
Ｓ スラリー
Ｔ 一次成形物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材において、前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させてできたことを特徴とする筒状の断熱材。
【請求項２】
前記シリカエアロゲル粒子の平均粒径は１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の筒状の断熱材。
【請求項３】
前記珪酸カルシウム成形体は粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させてできたことを特徴とする請求項１または２記載の筒状の断熱材。
【請求項４】
前記筒状の断熱材を無機繊維クロスで被覆させてできたことを特徴とする請求項１から３の何れかひとつに記載の筒状の断熱材。
【請求項５】
熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材の製造方法において、水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜を形成したシリカエアロゲル原料と粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料と水とを混合させてシリカエアロゲル粒子を粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料に密に配合させて得られたスラリーを筒状に脱水成形して一次成形物として後、前記一次成形物を蒸気養生し乾燥させて固化した珪酸カルシウム成形体とすることにより、その珪酸カルシウム成形体の前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させることを特徴とする筒状の断熱材の製造方法。
【請求項６】
前記粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させて前記シリカエアロゲル原料と水とを撹拌し混合させて得られたスラリーを筒状に脱水成形して一次成形物とすることを特徴とする請求項５記載の筒状の断熱材の製造方法。
【請求項７】
無機繊維クロスを配置させた状態で前記スラリーを筒状に脱水成形して一次成形物とすることを特徴とする請求項５または６記載の筒状の断熱材の製造方法。
【請求項１】
熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材において、前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させてできたことを特徴とする筒状の断熱材。
【請求項２】
前記シリカエアロゲル粒子の平均粒径は１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の筒状の断熱材。
【請求項３】
前記珪酸カルシウム成形体は粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させてできたことを特徴とする請求項１または２記載の筒状の断熱材。
【請求項４】
前記筒状の断熱材を無機繊維クロスで被覆させてできたことを特徴とする請求項１から３の何れかひとつに記載の筒状の断熱材。
【請求項５】
熱機器本体に挿着して前記熱機器本体を断熱する筒状で気孔率が５０％以上となる多数の微細な気孔を内部に有する珪酸カルシウム成形体でできた断熱材の製造方法において、水が内部に侵入するのを阻止するように処理された疎水性シリカエアロゲル粒子の表面に親水性被膜を形成したシリカエアロゲル原料と粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料と水とを混合させてシリカエアロゲル粒子を粉末状珪酸原料および粉末状カルシウム原料に密に配合させて得られたスラリーを筒状に脱水成形して一次成形物として後、前記一次成形物を蒸気養生し乾燥させて固化した珪酸カルシウム成形体とすることにより、その珪酸カルシウム成形体の前記気孔をシリカエアロゲル粒子で構成させることを特徴とする筒状の断熱材の製造方法。
【請求項６】
前記粉末状珪酸原料と粉末状カルシウム原料に無機繊維フィラーを添加させて前記シリカエアロゲル原料と水とを撹拌し混合させて得られたスラリーを筒状に脱水成形して一次成形物とすることを特徴とする請求項５記載の筒状の断熱材の製造方法。
【請求項７】
無機繊維クロスを配置させた状態で前記スラリーを筒状に脱水成形して一次成形物とすることを特徴とする請求項５または６記載の筒状の断熱材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１７７４６３（Ｐ２０１２−１７７４６３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７１８５（Ｐ２０１１−５７１８５）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１１９２８７）井前工業株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１１９２８７）井前工業株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
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