耐火结构及其使用方法

申请号 CN201580051159.9 申请日 2015-08-26 公开(公告)号 CN107108377A 公开(公告)日 2017-08-29
申请人 霓佳斯株式会社; 发明人 津村大辅; 都竹晓生;
摘要 一种耐火结构,其中,具有:由吸 水 后的无机多孔质成型体构成的第一吸热材料或具备含有 磷酸 镁水合物和 粘合剂 的颗粒的第二吸热材料;和由1100℃下24小时的收缩率为5%以下的无机 纤维 构成的纤维 隔热 材料。
权利要求

1.一种耐火结构,其特征在于:
具有:
由吸后的无机多孔质成型体构成的第一吸热材料或具备含有磷酸镁水合物和粘合剂的颗粒的第二吸热材料;和
由1100℃下24小时的收缩率为5%以下的无机纤维构成的纤维隔热材料。
2.如权利要求1所述的耐火结构,其特征在于:
所述第一吸热材料的无机多孔质成型体为含有选自化硅、氧化、蛭石、母、水泥、和珠光体中的1种或2种以上的无机粉体的成型体。
3.如权利要求1或2所述的耐火结构,其特征在于:
所述第一吸热材料被70℃~130℃下发生破损的包装材料包裹。
4.如权利要求1~3中任一项所述的耐火结构,其特征在于:
所述第二吸热材料的粘合剂为硅酸钠。
5.如权利要求1~4中任一项所述的耐火结构,其特征在于:
所述第二吸热材料收纳于在表面蒸有铝的耐热性织物中。
6.如权利要求1~5中任一项所述的耐火结构,其特征在于:
还具有400℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下的低热导率隔热材料,
依次设置所述吸热材料、所述低热导率隔热材料以及所述纤维隔热材料。
7.如权利要求1~5中任一项所述的耐火结构,其特征在于:
还具有400℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下的低热导率隔热材料,
依次设置所述低热导率隔热材料、所述吸热材料以及所述纤维隔热材料。
8.如权利要求6或7所述的耐火结构,其特征在于:
其为层叠有选自所述吸热材料、所述低热导率隔热材料、和所述纤维隔热材料中的2个或3个部件而成的层叠物,
所述层叠物被包装材料包裹。
9.一种耐火结构,其特征在于,
具有:
400℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下的低热导率隔热材料;和
由1100℃下24小时的收缩率为5%以下的无机纤维构成的纤维隔热材料。
10.如权利要求9所述的耐火结构,其特征在于:
其为层叠有所述低热导率隔热材料和所述纤维隔热材料而成的层叠物,所述层叠物被包装材料包裹。
11.如权利要求8或10所述的耐火结构,其特征在于:
所述层叠物为能够组合的单元结构。
12.如权利要求8、10或11所述的耐火结构,其特征在于:
所述层叠物的密度为200kg/m3~300kg/m3。
13.如权利要求8和10~12中任一项所述的耐火结构,其特征在于:
所述层叠物的厚度为100mm~150mm。
14.如权利要求6~13中任一项所述的耐火结构,其特征在于:
所述低热导率隔热材料为由选自二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒中的1种以上的无机颗粒构成的成型体、或气凝胶与无机纤维的复合材料
15.如权利要求14所述的耐火结构,其特征在于:
所述由无机颗粒构成的成型体含有选自增强纤维和辐射散射材料中的1种以上。
16.如权利要求1~15中任一项所述的耐火结构,其特征在于:
所述1100℃下24小时的收缩率为5%以下的无机纤维为陶瓷纤维、或对于生理盐水的溶解率为1%以上的生物可溶性纤维。
17.如权利要求1~16中任一项所述的耐火结构,其特征在于:
在将被保护物用耐火结构包围,并从所述耐火结构的外侧以1100℃加热3小时时,位于耐火结构的内侧的被保护物的表面的温度为170℃以下。
18.权利要求1~17中任一项所述的耐火结构的使用方法,其特征在于:
用权利要求1~17中任一项所述的耐火结构以所述纤维隔热材料成为外侧的方式包围被保护物。
19.如权利要求18所述的耐火结构的使用方法,其特征在于:
将耐火结构安装于结构物的表面。

说明书全文

耐火结构及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种耐火结构及其使用方法。

背景技术

[0002] 由于原子能发电站、火发电站、其它的火灾等的危害而要有使设施内的电缆具有耐热性或耐火性的设施。具体而言,日本的原子能发电站的设施内的电缆要求即使在达到1100℃的加热中暴露3小时后也能够导通。
[0003] 例如,原子能发电站中,在电缆的周围将含有氢和陶瓷纤维且用铝膜覆盖周围的垫子重叠覆盖约7、8层来确保耐火性。该方法中,垫子的层叠物非常重并且体积大,只能够在有限的场所使用。
[0004] 因此,要求不需要更换、在狭窄的场所也能够施工、轻质、高效地进行隔热的隔热结构。
[0005] 另一方面,已知有各种隔热材料(专利文献1~5)。在专利文献1、2中,作为隔热材料记载了硬硅酸钙成型体。在专利文献3、4中,记载了由二氧化硅微粒构成的隔热成型体。进一步,在专利文献5中,记载了气凝胶与无机纤维的复合材料。在专利文献6、7中,作为吸热材料记载了磷酸合物。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开昭59-102856号公报
[0009] 专利文献2:日本特开昭61-186256号公报
[0010] 专利文献3:日本特开2011-84441号公报
[0011] 专利文献4:日本特开2011-85216号公报
[0012] 专利文献5:日本特表2004-517222号公报
[0013] 专利文献6:日本特开2008-274253号公报
[0014] 专利文献7:日本特开2009-191493号公报

发明内容

[0015] 寻求在最高达到温度1100℃下加热3小时时也能够确保电缆的导通,并且耐火结构整体小型且轻质的耐火结构。
[0016] 本发明的目的在于提供一种在日本的原子能发电站也能够使用的新型的耐火结构。
[0017] 本发明者们进行了深入研究,其结果发现,仅用一种隔热材料或吸热材料难以实现上述目的,但是通过组合多种隔热材料或吸热材料则能够达成上述目的,从而完成了本发明。
[0018] 根据本发明,可以提供以下的耐火结构。
[0019] 1.一种耐火结构,其中,具有:
[0020] 由吸水后的无机多孔质成型体构成的第一吸热材料或具备含有磷酸镁水合物和粘合剂的颗粒的第二吸热材料;和
[0021] 由1100℃下24小时的收缩率为5%以下的无机纤维构成的纤维隔热材料。
[0022] 2.如1所述的耐火结构,其中,所述第一吸热材料的无机多孔质成型体为含有选自硅酸钙、二氧化硅、氧化铝、蛭石、母、水泥、和珠光体中的1种或2种以上的无机粉体的成型体。
[0023] 3.如1或2所述的耐火结构,其中,所述第一吸热材料被70℃~130℃下发生破损的包装材料包裹。
[0024] 4.如1~3中任一项所述的耐火结构,其中,所述第二吸热材料的粘合剂为硅酸钠。
[0025] 5.如1~4中任一项所述的耐火结构,其中,所述第二吸热材料收纳于在表面蒸有铝的耐热性织物中。
[0026] 6.如1~5中任一项所述的耐火结构,其中,还具有400℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下的低热导率隔热材料,
[0027] 依次设置所述吸热材料、所述低热导率隔热材料以及所述纤维隔热材料。
[0028] 7.如1~5中任一项所述的耐火结构,其中,还具有400℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下的低热导率隔热材料,
[0029] 依次设置所述低热导率隔热材料、所述吸热材料以及所述纤维隔热材料。
[0030] 8.如6或7所述的耐火结构,其中,为层叠有选自所述吸热材料、所述低热导率隔热材料、和所述纤维隔热材料中的2或3个部件而成的层叠物,
[0031] 所述层叠物被包装材料包裹。
[0032] 9.一种耐火结构,其中,具有:
[0033] 400℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下的低热导率隔热材料;和
[0034] 由1100℃下24小时的收缩率为5%以下的无机纤维构成的纤维隔热材料。
[0035] 10.如9所述的耐火结构,其中,为层叠有所述低热导率隔热材料和所述纤维隔热材料而成的层叠物,
[0036] 所述层叠物被包装材料包裹。
[0037] 11.如8或10所述的耐火结构,其中,所述层叠物为能够组合的单元结构。
[0038] 12.如8、10或11所述的耐火结构,其中,所述层叠物的密度为200kg/m3~300kg/m3。
[0039] 13.如8和10~12中任一项所述的耐火结构,其中,所述层叠物的厚度为100mm~150mm。
[0040] 14.如6~13中任一项所述的耐火结构,其中,所述低热导率隔热材料为由选自二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒中的1种以上的无机颗粒构成的成型体、或气凝胶与无机纤维的复合材料。
[0041] 15.如14所述的耐火结构,其中,所述由无机颗粒构成的成型体含有选自增强纤维和辐射散射材料中的1种以上。
[0042] 16.如1~15中任一项所述的耐火结构,其中,所述1100℃下24小时的收缩率为5%以下的无机纤维为陶瓷纤维、或对于生理盐水的溶解率为1%以上的生物可溶性纤维。
[0043] 17.如1~16中任一项所述的耐火结构,其中,在将被保护物用耐火结构包围,并从所述耐火结构的外侧以1100℃加热3小时时,位于耐火结构的内侧的被保护物的表面的温度为170℃以下。
[0044] 18.1~17中任一项所述的耐火结构的使用方法,其中,用1~17中任一项所述的耐火结构以所述纤维隔热材料成为外侧的方式包围被保护物。
[0045] 19.如18所述的耐火结构的使用方法,其中,将耐火结构安装于结构物的表面。
[0046] 根据本发明,能够提供一种新型的耐火结构。
[0047] 另外,本发明的耐火结构不仅能够用于日本的原子能发电站,也能够用于外国的原子能发电站,并且,不限定于原子能发电站,可以用于要求耐火的全部场所(设施)中。附图说明
[0048] 图1是表示本发明的耐火结构中使用的吸热材料的一个例子的图。
[0049] 图2是表示本发明的耐火结构中使用的吸热材料的其它例子的图。
[0050] 图3是用于本发明的耐火结构中的吸热材料所用的包装袋的一个例子的立体图。
[0051] 图4是表示实施例1中制造的耐火结构的纵剖面图。
[0052] 图5是表示实施例1中制造的耐火结构的纵剖面图。
[0053] 图6是表示实施例2中制造的耐火结构的纵剖面图。
[0054] 图7是表示实施例4中制造的耐火结构的纵剖面图。
[0055] 图8是表示实施例4中制造的耐火结构的纵剖面图。
[0056] 图9是表示实施例7中制造的耐火结构的纵剖面图。
[0057] 图10是用于说明作为热导率的测定方法的周期加热法的图。

具体实施方式

[0058] 本发明的第一实施方式的耐火结构是将新型的吸热材料和耐热性高的隔热材料(纤维隔热材料)组合而成的。
[0059] 进一步,本发明的耐火结构优选在吸热材料和纤维隔热材料之间具有热导率低的低热导率隔热材料。即,优选将吸热材料、低热导率隔热材料和纤维隔热材料依次组合。
[0060] 另外,也可以将低热导率隔热材料、吸热材料和纤维隔热材料依次组合。
[0061] 例如,在纤维隔热材料具有第一耐热性和第一热导率时,低热导率隔热材料具有比上述第一耐热性低的第二耐热性、和比上述第一热导率低的第二热导率。
[0062] 耐火结构由吸热材料、低热导率隔热材料和纤维隔热材料构成时,例如,能够使吸热材料的厚度为3~50mm、低热导率隔热材料的厚度为10~50mm、纤维隔热材料的厚度为50~150mm。优选合计为100~150mm。
[0063] 本发明的第二实施方式的耐火结构将耐热性高的隔热材料(纤维隔热材料)和热导率低的低热导率隔热材料组合而成。
[0064] 在耐火结构由低热导率隔热材料和纤维隔热材料构成时,例如,能够使低热导率隔热材料的厚度为50~500mm、纤维隔热材料的厚度为10~100mm。优选合计为100~300mm。
[0065] 本发明的耐火结构包围应该要耐火的对象物来使用。优选耐火结构包围对象物的周围整体,但只要构成耐火结构的部件包围至少一部分即可。
[0066] 吸热材料、低热导率隔热材料、纤维隔热材料可以分别分开配置来使用,也可以使2个或3个部件接触来使用。
[0067] 另外,吸热材料和低热导率隔热材料、或纤维隔热材料和低热导率隔热材料、或吸热材料和纤维隔热材料能够重叠制成层叠物,另外,也能够重叠3个部件来制成层叠物。层叠物不进行结合或粘接而以重叠部件的状态用包装材料包裹即可。
[0068] 进一步,在使用该耐火结构时,优选将纤维隔热材料配置于最外侧。
[0069] 吸热材料、低热导率隔热材料、纤维隔热材料可以分别为一层,也可以为由多层构成的层叠物。在层叠物的情况下,多个层可以相同也可以不同。
[0070] 以下,以用于原子能发电站的情况为例,使用附图来说明本发明的第一实施方式的耐火结构。
[0071] 如图6所示,原子能发电站中,电缆101大多置于从顶棚吊下的多层的架子103。该图所示的耐火结构600由吸热材料601、纤维隔热材料和低热导率隔热材料的层叠体603构成。如图6所示,以吸热材料601包裹位于各层的电缆整体,以层叠体603包围架子整体。纤维隔热材料和低热导率隔热材料重叠,将整体用织物等的包装材料包裹制成垫子状时,容易操作。例如,在垫子上安装细绳,包围架子103并用细绳临时固定后,用SUS制的带子等固定。能够将该垫子的厚度制成100mm以下,也能够用于配置在狭窄的场所的架子。纤维隔热材料的厚度例如为3mm~100mm,低热导率隔热材料的厚度例如为3mm~100mm。
[0072] 另外,图6中,用吸热材料包围电缆(对象物)的周围整体,但是,根据架子的形状等,也可以有部分没有被包围的部分。
[0073] 优选不由于设置耐火结构而对架子施加过大的载荷。关于上述的耐火结构的重量,在3层架子的情况下,每1m电缆长度能够设定为150kg以下、进一步为120kg以下,在1层架子的情况下,每1m电缆长度能够设定为100kg以下、进一步为80kg以下。
[0074] 另外,对于位于墙壁附近的架子,能够将耐火结构固定于墙壁来使用。通过在墙壁上安装支撑耐火结构的部件,能够降低对架子施加的载荷。
[0075] 在这样的情况下,也可以将3个部件或2个部件制成层叠物或将纤维隔热材料和低热导率隔热材料制成单元结构,进行组装。
[0076] 层叠物的密度优选为200kg/m3~300kg/m3。层叠物的厚度优选为30mm~350mm、更优选为50mm~250mm、进一步优选为100mm~150mm。
[0077] 本发明的耐火结构在根据ISO834标准加热曲线得到的最高达到温度1100℃下加热3小时时也能够确保电缆的导通。能够使内部温度优选为170℃以下、更优选为160℃以下。
[0078] 进一步,本发明的耐火结构在电缆的检查时等,即使暂时取下也能够再次安装。特别是在将2个以上的部件重叠制成垫子时或制成单元结构时,容易再利用。
[0079] 以下,对各部件进行说明。
[0080] 1.由吸水后的无机多孔质成型体构成的吸热材料(第一吸热材料)
[0081] 该吸热材料含有吸收(渗透)有水的无机多孔质成型体。例如,板等的独立成型体。
[0082] 作为无机多孔质成型体的例子,可以列举将硅酸钙、二氧化硅、氧化铝、蛭石、云母、珠光体、水泥等的无机粉体等的1种或者混合2种以上进行加工而成的成型体。
[0083] 作为无机多孔质成型体,特别优选为硅酸钙成型体。硅酸钙的种类之中,优选为硬硅钙石(xonotlite)、硅钙石(tobermorite)、硅灰石,特别优选为耐热性高的硬硅钙石。无机多孔质成型体除了上述成分以外,还能够含有无机粘合剂、颗粒等。硅酸钙成型体能够通过专利文献1、2中记载的方法进行制造。
[0084] 为了轻质、使其含有大量的水并且具有能够维持保形性的强度,无机多孔质成型体的密度优选为40~400kg/m3左右。进一步优选为80~300kg/m3、更优选为100~200kg/m3。
[0085] 成型体能够含有成型体的重量的100~400%的重量的水。成型体优选含有130~300%、更优选含有150~250%的水。
[0086] 无机多孔质成型体所吸收的水中能够含有防冻液、防腐剂、pH调节剂等各种添加剂。
[0087] 含水的无机多孔质成型体优选由包装材料包装。
[0088] 包装材料的密封性为在常态下防止水从含水成型体中蒸发的程度即可。包装材料由于加热而破损,水蒸发,此时,由气化热进行吸热。
[0089] 通过加热破损的温度优选为水的沸点(以下)。如果为沸点以上,则有包装材料爆炸的担忧,如果远远低于水的沸点,则包装材料在早期破损,水蒸发,从而得不到高效的吸热效果。因此,包装材料的破损温度更优选为70℃~130℃。更优选为80℃~120℃、进一步优选为90℃~110℃。
[0090] 作为对含水的无机多孔质成型体进行封装的包装材料,能够使用金属、树脂。将金属和树脂层叠层压而成的包装材料由于耐热性和强度高,因此,优选。
[0091] 作为使用的金属,可以列举铝箔、箔、箔、镍箔、不锈箔、铅箔、锡铅合金箔、青铜箔、箔、铱箔、磷青铜箔等。
[0092] 作为树脂,能够使用热固性树脂或热塑性树脂。例如,可以列举聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、丙烯酸环氧树脂、聚酯、聚醚醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、氟、聚酸酯、芳族聚酰胺等。这些中,优选为在100℃左右的温度下破损的树脂。
[0093] 包装材料的厚度没有特别限定,例如为5μm~200μm。在上述的层叠体的情况下,能够将金属箔设定为3μm~12μm,将树脂层设定为2μm~60μm。
[0094] 另外,包装材料可以部分设置有使由于加热产生的包装内压力释放的装置和结构。例如,在包装材料的一部分设置改变膜种类或结构使膜熔接部的粘接力降低的部位。或者在膜的一部分开孔,在此粘贴厚度比包装膜薄的膜或熔接形成。由此,在包装内压力上升时,包装材料不会膨胀到必要以上,能够将原尺寸维持在某种程度。
[0095] 在图1中表示吸热材料的一个例子的剖面图。吸热材料1具有将含水的无机多孔质成型体11封装的包装材料13。可以直接使用如图1所示的吸热材料,也可以如图2所示,连结多个图1所示的吸热材料。图2所示的连结了多个的吸热材料在搬运到狭窄的场所时,折叠或者卷起进行搬运,因此,是便利的。另外,能够根据对象物的形状配置。
[0096] 该吸热材料作为吸热材料发挥作用之后,失去水的无机多孔质成型体也能够作为优异的隔热材料发挥作用。
[0097] 2.具备含有磷酸镁水合物和粘合剂(玻璃等)的颗粒的吸热材料(第二吸热材料)[0098] 该吸热材料由含有磷酸镁水合物和粘合剂的颗粒构成。
[0099] 作为磷酸镁水合物,可以例示磷酸三镁8水合物(Mg3(PO4)2·8H2O)、3、5、10、22水合物,优选为磷酸三镁8水合物。磷酸镁水合物在100℃附近分解,进行吸热反应。
[0100] 作为粘合剂,能够使用无机粘合剂或有机粘合剂。
[0101] 无机粘合剂可以例示硅酸钠(水玻璃由来物、Na2SiO3、Na2O·SiO2或Na2O·nSiO2·mH2O)、胶体二氧化硅、膨润土等,优选为硅酸钠。
[0102] 有机粘合剂可以例示PVA(聚乙烯醇)、CMC(羧甲基纤维素)、淀粉等。
[0103] 该吸热材料可以除了不可避免的杂质以外仅由磷酸镁水合物和粘合剂构成。
[0104] 颗粒中,通常磷酸镁水合物含有1~99重量%、粘合剂含有1~99重量%,优选磷酸镁水合物含有50~99重量%、粘合剂含有1~50重量%,更优选磷酸镁水合物含有70~99重量%、粘合剂含有1~30重量%。
[0105] 该吸热材料制成颗粒来使用。将磷酸镁水合物以粉末的状态使用时,难以装袋(难以进行密封等),容易在袋中偏集于下方。上述颗粒的平均粒径优选为0.01mm~20mm、更优选为0.1mm~15mm。粒径越小,则表面积越大,作为吸热材料越优异,但是变得难以操作。
[0106] 该吸热材料通常将颗粒装入袋、箱体等的容器中使用。优选装入袋状的耐热性织物(布、片材、薄膜等)并封闭。作为耐热性织物,可以列举玻璃织物、二氧化硅织物或氧化铝织物等。在表面蒸镀有铝的织物耐火性优异,从而优选。容器不要求气密性。
[0107] 图3中表示吸热材料中所用的包装袋的一个例子的立体图。该包装袋3是多个袋4其侧边经由贴边6并列连接而成的。从上方的开口部加入颗粒并封闭。如果是这样的结构的包装袋,则在搬运到狭窄的场所时,由于能折叠或者卷起进行搬运,因此,是便利的。另外,能够根据对象物的形状配置。进一步,也能够从图所示的虚线,即将连接袋4与袋4的贴边6的部分切断来使用。
[0108] 吸热材料中使用的颗粒能够通过将磷酸镁水合物和水玻璃(Na2O·nSiO2·mH2O)混合并造粒,得到含水颗粒,从该含水颗粒中除去水而得到。进一步,根据需要,将所得到的颗粒收纳于容器中。
[0109] 3.纤维隔热材料
[0110] 作为纤维隔热材料,使用耐热性高的隔热材料。1100℃下24小时的收缩率优选为0~5%。优选为0~3%。收缩率通过实施例记载的方法进行测定。
[0111] 作为纤维隔热材料,能够使用陶瓷纤维。例如,能够使用由二氧化硅和氧化铝构成的纤维(二氧化硅︰氧化铝=40:60~0:100),具体而言,能够使用二氧化硅·氧化铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维。
[0112] 另外,考虑到操作者的健康上的安全性,能够使用耐热性高的生物可溶性纤维。
[0113] 对于生物可溶性纤维,通常作为主成分,在二氧化硅和/或氧化铝中含有选自金属氧化物(Na2O、K2O等)、碱土金属氧化物(CaO等)、氧化镁、氧化锆、二氧化中的1种以上。也能够含有其它的氧化物。
[0114] 例如,能够例示以下的组成。
[0115] SiO2、ZrO2、Al2O3和TiO2的合计50重量%~82重量%
[0116] 碱金属氧化物和碱土金属氧化物的合计18重量%~50重量%
[0117] 另外,能够例示以下的组成。
[0118] SiO2 50重量%~82重量%
[0119] CaO和MgO的合计10重量%~43重量%
[0120] 更具体而言,能够例示以下的组成1或组成2。
[0121] [组成1]
[0122] SiO2 70~82重量%
[0123] CaO 1~9重量%
[0124] MgO 10~29重量%
[0125] Al2O3小于3重量%
[0126] [组成2]
[0127] SiO2 70~82重量%
[0128] CaO 10~29重量%
[0129] MgO 1重量%以下
[0130] Al2O3小于3重量%
[0131] 从在加热后溶解性也高的观点出发,优选为组成2。
[0132] 另外,特别是作为耐热性高的纤维,能够例示以下的组成。
[0133] 以SiO2、MgO和CaO这3种成分为主成分,并且具有以下的组成的无机纤维。
[0134] SiO2:73.6重量%~85.9重量%
[0135] MgO:9.0重量%~15.0重量%
[0136] CaO:5.1重量%~12.4重量%
[0137] Al2O3:0重量%以上且小于2.3重量%
[0138] Fe2O3:0重量%~0.50重量%
[0139] SrO:小于0.1重量%
[0140] 主成分是指在无机纤维所含的全部成分中含量(重量%)最高的3种成分(含量最高的成分、含量第二高的成分和含量第三高的成分这3种成分)为SiO2、MgO和CaO。
[0141] 从操作性的观点考虑,纤维隔热材料优选为毯或板的形状。制造这样的成型品时,能够适当使用无机粘合剂、有机粘合剂等通常的添加剂。
[0142] 纤维隔热材料的厚度能够根据其它部件、设置的场所来适当决定,通常在不设置低热导率隔热材料时,为100mm~300mm。在设置低热导率隔热材料时,如果为25mm~50mm,则能够确保必要的耐火性并且容易减小耐火结构整体的大小。
[0143] 4.低热导率隔热材料
[0144] 作为低热导率隔热材料,使用热导率小的隔热材料。
[0145] 例如,能够使用由选自氧化铝颗粒和二氧化硅颗粒中的1种以上的无机颗粒构成的、400℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下的成型体。
[0146] 热导率优选为0.045W/(m·K)以下、更优选为0.035W/(m·K)以下。下限值没有特别限定,例如,为0.02W/(m·K)以上。另外,优选800℃下的热导率为0.05W/(m·K)以下。下限值与400℃的热导率相同。热导率通过实施例记载的方法进行测定。
[0147] 具体而言,能够使用由选自一次颗粒的平均粒径为100nm以下的二氧化硅颗粒和一次颗粒的平均粒径为100nm以下的氧化铝颗粒中的1种以上的无机颗粒构成的成型体。
[0148] 关于平均粒径,随机对约100个颗粒用透射型电子显微镜(Transmission Electron Microscope;TEM)或场发射型扫描电子显微镜(Field Emission Scanning Electron Microscope;FE-SEM)观察粒径而求出。
[0149] 无机颗粒的平均粒径可以为50nm以下,也可以为30nm以下。下限值没有特别限定,例如,为2nm以上。
[0150] 氧化铝颗粒优选不含α-氧化铝(刚玉)(例如,XRD测定中,检测不到刚玉的峰)。
[0151] 作为无机颗粒,能够使用气相二氧化硅(fumed silica)或气相氧化铝颗粒。无机颗粒的量例如为52~93质量%。
[0152] 该成型体除了无机颗粒以外还能够含有增强成型体的增强纤维、降低由于辐射产生的传热的辐射散射材料。
[0153] 作为增强纤维,例如为选自玻璃纤维、二氧化硅·氧化铝纤维、二氧化硅·氧化铝·氧化镁纤维、二氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、生体溶解性无机纤维、玄武岩纤维中的1种以上。增强纤维的量例如为1~20质量%。
[0154] 辐射散射材料例如为选自碳化硅、氧化锆、锆石、硅酸锆、二氧化钛、氮化硅、氧化、氧化铬、硫化锌、钛酸钡中的1种以上。辐射散射材料的量例如为1~40质量%。
[0155] 使用氧化铝颗粒制造成型体时,为了抑制伴随结晶化的收缩,优选含有晶型转变抑制材料。晶型转变抑制材料的量例如为1~45质量%左右。
[0156] 作为晶型转变抑制材料,能够例示磷化合物、第2族元素的化合物、镧化合物和钇化合物、二氧化硅颗粒、硅石、滑石、莫来石、氮化硅、硅粉、硅灰石、膨润土、高岭土、海泡石、云母颗粒。
[0157] 作为磷化合物的例子,能够使用无机磷化合物和/或有机磷化合物,可以列举铝的磷酸盐(例如,磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)、六方晶系的磷酸铝(AlPO4)、斜方晶系的磷酸铝(AlPO4))、镁的磷酸盐(例如,磷酸二氢镁四水合物(Mg(H2PO4)2·4H2O)、磷酸三镁八水合物(Mg3(PO4)2·8H2O))、钙的磷酸盐(例如,磷酸二氢钙一水合物(Ca(H2PO4)2·H2O))、氨的磷酸盐(例如,磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、磷酸氢二铵((NH4)2HPO4))、以及膦衍生物和/或磷酸酯(三苯基膦((C6H5)3P))等。
[0158] 第2族元素的化合物为含有选自优选为Ba、Sr、Ca、Mg,更优选为Ba、Sr中的至少1种的化合物。
[0159] 作为Ba化合物的例子,可以列举氧化钡、碳酸钡、氢氧化钡、钛酸钡等。作为Sr化合物的例子,可以列举氧化锶、碳酸锶、氢氧化锶等。作为Ca化合物的例子,可以列举氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙、磷酸三钙等。作为Mg化合物的例子,可以列举氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁等。
[0160] 作为镧化合物的例子,可以列举碳酸镧、氧化镧、氢氧化镧等。作为钇化合物的例子,可以列举碳酸钇、氧化钇、氢氧化钇等。
[0161] 作为优选的成型体,可以列举氧化铝颗粒、晶型转变抑制材料(气相二氧化硅等)、氧化锆、氧化铝纤维的组合。
[0162] 上述由无机颗粒构成的成型体通常为加压成型体。
[0163] 例如,通过将作为原料的混合粉体填充至规定的成型模具,进行干式压制成型,制造干式加压成型体。
[0164] 另外,除此以外,作为低热导率隔热材料,也能够使用如专利文献5中记载的气凝胶与无机纤维的复合材料。
[0165] 该复合材料是将气凝胶基质利用无机纤维的无纺布片增强而成的材料。作为无机纤维,能够使用玻璃纤维、陶瓷纤维等。也可以使用纤维隔热材料中所使用的生物可溶性纤维。
[0166] 气凝胶能够通过从具有连续气泡的凝胶结构物的孔中将间隙可动溶剂相在高于该溶剂的临界点的温度和压力下除去而得到。溶剂提取过程中,优选将溶剂相的压力和温度保持高于临界压力和温度。气凝胶典型地具有低的体积密度(约0.15g/cc以下、优选为约0.03~0.3g/cc)、高的表面积(通常为约400~1000m2/g以上、优选为约700~1000m2/g)、高的间隙率(约95%以上、优选为约97%以上)、以及大的孔容(约3.8mL/g以上、优选为约
3.9mL/g以上)。通过这样的特性的组合,可以得到低的热导率。
[0167] 上述的复合材料能够通过在处于模具中的增强用纤维絮中加入凝胶前体,进行超临界干燥而得到。
[0168] 构成气凝胶基质的无机气凝胶的材料例如为硅、铝、钛、锆、铪、钇、等的金属氧化物。特别优选的凝胶是由受到水解的硅酸酯的醇溶液产生的凝胶(醇凝胶)。
[0169] 复合材料的截面中,纤维的截面积优选为其截面的总截面积的10%以下。
[0170] 另外,复合材料可以在气凝胶基质中分散并含有微细纤维。
[0171] 纤维絮中使用的纤维和微细纤维例如为玻璃纤维、石英等的无机纤维。纤维絮和微细纤维可以使用相同的纤维,也可以使用不同的纤维。
[0172] 进一步,复合材料优选含有二氧化钛等的辐射散射材料、氢氧化铝等的吸热材料。优选的复合材料是在非晶质二氧化硅(气凝胶,并且在表面含有少量的有机硅烷)中含有玻璃纤维、二氧化钛、氢氧化铝而成的。
[0173] 低热导率隔热材料的厚度能够根据其它部件、设置的场所适当决定。使用无机颗粒的成型体时,通常为10mm~300mm、或50mm~200mm。如果为100mm~125mm,则可以确保必要的耐火性,并且容易减小耐火结构整体的大小。使用复合材料时,通常为10mm~120mm、或15mm~80mm。
[0174] 实施例
[0175] 制造例1[第一吸热材料的制造]
[0176] 使用硬硅钙石硅酸钙成型体(Keical-Ace/Super-Silica、NIPPON KEICAL Ltd.)(密度120kg/m3、500℃的热导率0.114W/(m·K)以下)(长600mm×宽300mm×厚度50mm)。
[0177] 将该成型体切断为适于后述的实施例使用的大小,含有成型体的2倍200重量%的水。
[0178] 将所得到的含水成型体用从表面开始为尼龙(15μm)、铝箔(7μm)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)(40μm)的层叠体构成的层压膜包覆,通过脱气、热封进行密封,得到吸热材料(第一吸热材料)。
[0179] 热导率利用以下的周期加热法进行测定。
[0180] 周期加热法是利用瞬态法测定热扩散率的一种方法。在此,假定向x轴方向的一维热流,如图10所示,在试样的厚度方向取得x轴,将试样的厚度设定为d。在原点设定有试样的放热面、在x=d设定有试样加热面,假定为在原点温度通常保持恒定,在x=d温度发生周期变化sin(ωt+η)。在此,ω为频率、f为周期、t为时间、η为任意的相位。如果在该条件下解一维热传导方程,则x=d与任意的点x=xm的温度波的振幅比A(=θ1/θ0)的相位差 通过下式求出。
[0181]
[0182]
[0183]
[0184] 其中,i为虚数单位,ω由下式定义(参考文献:(1)H.S.Carslaw and J.C.Jaeger:Conduction of Heat in Solids,Oxford University Press,105-109(1959);(2)大村,通过不同的测定方法得到的隔热材料的热导率比较,热物性,21[2]86-96(2007))。
[0185] ω=2π/f  (4)
[0186] 由此,通过比较加热面的温度波和试样内部的任意的位置xm的温度波,测定其振幅比或者相位差,由此能够求出热扩散率。即,将测得的振幅比A代入式(1)中,由此求出k,将其值代入式(3)求得热扩散率κ。同样地,根据将相位差 代入式(2)中得到的k和式(3)求出热扩散率κ。进一步,热导率λ能够通过将另外测得的密度ρ和比热c代入以下的式子中而求得。
[0187] λ=ρcκ  (5)
[0188] 制造例2[第二吸热材料的制造]
[0189] 以重量比91:9混合磷酸三镁八水合物和水玻璃3号(硅酸钠)(Na2O·nSiO2·mH2O(n=3.0~3.4)),进行造粒,得到平均粒径为2mm~7mm的含水颗粒,将其通过90℃下的干燥除去水,得到颗粒。将所得到的颗粒收纳于玻璃织物制的包装袋中,制造吸热材料(第二吸热材料)。如图3所示,包装袋为将长160mm、宽160mm的长方形经由10mm的贴边在横向连接多个而成的形状。厚度为25mm。
[0190] [使用了第一吸热材料的第一实施方式的耐火结构]
[0191] 实施例1
[0192] (1)耐火结构的组装
[0193] 使用制造例1中制造的吸热材料(厚度25mm)、以及以下的隔热材料A(低热导率隔热材料)、隔热材料B(纤维隔热材料),组装图4、5所示的耐火结构,实施耐火试验。
[0194] ·隔热材料A:微孔性气相二氧化硅成型体(ROSLIM Board GH、NICHIAS Corporation)(厚度100mm)(800℃的热导率0.04W/(m·K))
[0195] ·隔热材料B:生物可溶性纤维毯子(生物可溶性纤维组成:SiO2含量约73质量%、CaO含量约25质量%、MgO含量约0.3质量%、Al2O3含量约2质量%)(1100℃下24小时的收缩率0.6%)(厚度25mm)
[0196] 收缩率通过以下的方法求出。
[0197] 由纤维制造毯子(长150mm、宽100mm、厚50mm、密度130±15kg/m3)。在将毯子在1100℃下烧成24小时前后测定长度。将相对于烧成前的长度收缩的比例作为收缩率。
[0198] 在以下表示图4所示的耐火结构400的组装顺序。
[0199] 将电缆架子的层105固定于电缆架子附带的支架,组装电缆架子103。在电缆架子的层105上放置加入有电缆的箱体(没有图示)。
[0200] 搭隔热材料壳体的角铁,安装内侧用金属板,组装仅下面开放的长方体状的隔热材料壳体(没有图示)。
[0201] 在立式炉500中,设置电缆架子103,包围电缆架子103安装隔热材料壳体(没有图示)。
[0202] 在隔热材料壳体的内侧的金属板上粘贴吸热材料401。
[0203] 在吸热材料401上粘贴1或3层隔热材料A405。
[0204] 在隔热材料A405上缠绕隔热材料B403。
[0205] 在隔热材料B403的外侧安装隔热材料壳体的外侧用的金属板(没有图示),组装耐火结构400。
[0206] (2)耐火结构的评价
[0207] 图5是耐火结构的概略纵剖面图,是表示热电偶的设置位置的图。
[0208] 热电偶设置于隔热材料B的外表面(图5中,551、555和559)、吸热材料和隔热材料A之间(图5中,553、557和561)、以及吸热材料的里面(图5中,554、558和562)。
[0209] 在立式炉500中,利用燃烧器以ISO标准耐火曲线进行3小时加热后,放置冷却2小时。在表1中表示在各个热电偶的设置位置的1、2、3和5小时后的测定温度(℃)。
[0210] [表1]
[0211] (℃)
[0212]  1hr 2hr 3hr 5hr
隔热材料B的外表面551 920 1200 1090 120
吸热材料和隔热材料A之间553 55 90 100 105
吸热材料的里面554 50 80 100 105
隔热材料B的外表面555 910 1150 1050 190
吸热材料和隔热材料A之间557 50 75 170 120
吸热材料的里面558 45 60 100 100
隔热材料B的外表面559 905 1110 1110 190
吸热材料和隔热材料A之间561 50 80 130 120
吸热材料的里面562 45 60 95 100
[0213] 实施例2
[0214] (1)耐火结构的组装
[0215] 图6是实施例2中组装的耐火结构600的概略纵剖面图。
[0216] 实施例2中,使用从顶棚吊下的电缆架子103。电缆架子103具有多层,在层上放置加入有电缆101的壳体。
[0217] 用制造例1中制造的吸热材料601(厚度25mm)包围电缆架子的层上具有的加入有电缆101的壳体的周围。进一步,用层叠隔热材料603包围其周围。层叠隔热材料603从电缆的某一内侧开始层叠以下的隔热材料C(低热导率隔热材料)1层(厚度20mm)、和以下的隔热材料B(纤维隔热材料)3层(厚度25mm×3),用二氧化硅织物包裹外侧整体。
[0218] ·隔热材料C:气凝胶·无机纤维复合材料(Pyrogel、Aspen Co.,Ltd.)(400℃的热导率0.045~0.048W/(m·K))
[0219] ·隔热材料B:生物可溶性纤维毯子(生物可溶性纤维组成:SiO2含量约73质量%、CaO含量约25质量%、MgO含量约0.3质量%、Al2O3含量约2质量%)
[0220] (2)耐火结构的评价
[0221] 将热电偶设置于层叠隔热材料603的外侧、层叠隔热材料603的毯子层之间、层叠隔热材料603和吸热材料601之间、电缆101的附近。
[0222] 与实施例1同样地,以ISO标准耐火曲线进行3小时加热后,放置冷却2小时。在表2中表示各个热电偶的设置位置的1、2、3和5小时后的测定温度(℃)。
[0223] [表2]
[0224] (℃)
[0225]  1hr 2hr 3hr 5hr
层叠隔热材料的外侧 950 1050 1100 250
毯子层之间 800 940 910 350
层叠隔热材料和吸热材料之间 55 95 175 150
电缆附近 28 37 89 97
[0226] 实施例3
[0227] 在配管的的周围设置箱状的笼子,在笼子之上,与实施例2同样地,层叠吸热材料(厚度25mm)、Pyrogel(实施例2的隔热材料C)1层(厚度20mm)、和二氧化硅氧化铝纤维(氧化铝:二氧化硅=50:50)毯子3层(厚度25mm×3),用二氧化硅织物包裹外侧整体。
[0228] 与实施例1同样地进行加热试验,其结果,阀门主体的达到最高温度为104~118℃。
[0229] [使用了第二吸热材料的第一实施方式的耐火结构]
[0230] 实施例4
[0231] (1)耐火结构的组装
[0232] 使用制造例2中制造的吸热材料以及实施例1中使用的隔热材料B和实施例2中使用的隔热材料C,组装图7、8所示的耐火结构,实施耐火试验。图7是载置有实验中使用的电缆的电缆架子的纵剖面图,图8是耐火结构的概略纵剖面图。
[0233] 如图7所示,立起电缆架子100′的脚102′,将层104′固定于电缆架子附带的支架,组装电缆架子100′。在电缆架子的层104′上载置加入有电缆200′的壳体。
[0234] 如图8所示,用吸热材料10包围电缆架子的脚102′、层104′的周围。进一步,用层叠隔热材料20包围其周围。层叠隔热材料20从电缆的某一内侧开始层叠隔热材料C22 1层(厚度20mm)、和隔热材料B24 3层(厚度25mm×3),用二氧化硅织物包围外侧整体。
[0235] 在立式炉中设置电缆架子100′。
[0236] (2)耐火结构的评价
[0237] 在图8中表示热电偶的设置位置。
[0238] 热电偶设置于从隔热材料B24的内侧开始第二层和第三层之间(图8中,48)、从隔热材料B24的内侧开始第一层和第二层之间(图8中,46)、隔热材料B24和隔热材料C22之间(图8中,44)、隔热材料C22和吸热材料10之间(图8中,42)、以及载置于上层的电缆壳体的正上方(图8中,40)。
[0239] 在立式炉500中,利用燃烧器以ISO标准耐火曲线进行3小时加热后,放置冷却2小时。在表3中表示各个热电偶的设置位置的1、2、3、5、8、10小时后的测定温度(℃)。
[0240] 如表3所示,即使外侧为超过1000℃的温度,电缆壳体的正上方40的温度为163℃左右,确认了能够确保电缆的导通。进一步,电缆壳体的正上方40的温度在加热后经过3小时左右维持了约20分钟100℃,可以认为这是由于吸热材料所含的水蒸发的作用而产生的。
[0241] [表3]
[0242] (℃)
[0243]  1hr 2hr 3hr 5hr 8hr 10hr
隔热材料B的第二层和第三层之间48 650 900 1030 370 155 110
隔热材料B的第一层和第二层之间46 325 750 810 420 195 140
隔热材料B和隔热材料C之间44 150 570 740 390 195 150
隔热材料C和吸热材料之间42 40 100 240 220 175 160
电缆壳体的正上方40 20 70 100 148 168 158
[0244] 实施例5
[0245] 在实施例4中,依次层叠了吸热材料、隔热材料C、隔热材料B,在实施例5中,代替隔热材料B而使用二氧化硅氧化铝纤维制毯子(隔热材料D)(厚度25mm×3)(1100℃下24小时的收缩率2.4%、1100℃下8小时的收缩率1.4%),依次层叠了隔热材料C、吸热材料、隔热材料D,除此以外,与实施例4同样地组装耐火结构。
[0246] 与实施例4同样地进行加热试验,在表4表示1、2、3、5小时后的测定温度(℃)。
[0247] [表4]
[0248] (℃)
[0249]  1hr 2hr 3hr 5hr
炉内温度(控制温度)或耐火结构的外侧 951 1059 1114 169
隔热材料D的第二层和第三层之间 729 869 940 301
隔热材料D的第一层和第二层之间 450 664 742 393
吸热材料和隔热材料D的第一层之间 70 212 272 203
隔热材料C和吸热材料之间 42 95 109 142
电缆附近 43 90 97 118
[0250] [第二实施方式的耐火结构]
[0251] 实施例6
[0252] 与实施例1同样地,组装收纳有电缆的架子,安装隔热材料壳体。
[0253] 在隔热材料壳体上从长度方向的两侧面和上表面的内侧粘贴3层ROSLIM Board GH(实施例1的隔热材料A)(厚度合计100mm),缠绕生物可溶性纤维毯子(实施例1的隔热材料B)(厚度25mm)。在宽度方向两侧面从内侧开始粘贴4层ROSLIM Board GH(厚度合计200mm)。
[0254] 与实施例1同样地进行加热试验,其结果,电缆表面的达到最高温度为约140℃。
[0255] 实施例7
[0256] 图9是实施例7中组装的耐火结构700的概略纵剖面图。
[0257] 图9表示用于贯通墙壁711的配管713的耐火结构700。耐火结构700中,用二氧化硅氧化铝纤维701(厚度10~25mm)覆盖配管713的周围,进一步,在其周围以环圈状重叠作为隔热材料A的6层ROSLIM Board GH703(厚度合计300mm)。包围配管713的二氧化硅氧化铝纤维701和ROSLIM Board GH703的合计厚度为75mm。最后用二氧化硅氧化铝纤维毯子705(厚度25~100mm)覆盖外周。
[0258] 与实施例1同样地进行加热试验,其结果,配管的达到最高温度为约113℃。
[0259] 另外,该实施例中,重叠了6层ROSLIM Board GH,进一步,例如能够层叠到10层。
[0260] 实施例8
[0261] 在实施例7的耐火结构中,为了提高密封性而安装接头。
[0262] 具体而言,以包围贯通墙壁的配管的周围的方式,相对于墙壁安装橡胶制的接头(Bellow Q、NICHIAS Corporation),进一步,用二氧化硅氧化铝纤维覆盖接头的周围,除此以外,与实施例7同样地重叠6层ROSLIM Board GH(厚度合计300mm),在外侧安装二氧化硅氧化铝纤维毯子(厚度25~100mm)。
[0263] 与实施例1同样地进行加热试验,其结果,电线管的周围的达到最高温度为约113℃。
[0264] 通过使用接头,提高非常时对水等的密封性,提高安全性。
[0265] 工业上的可利用性
[0266] 本发明的耐火结构能够用于原子能发电站的电缆等。
[0267] 上述对本发明的几个实施方式和/或实施例进行了详细地说明,但本领域技术人员容易在实质上不脱离本发明的新的指点和效果的情况下,对这些作为例示的实施方式和/或实施例施加多个变更。因此,这些多个变更包含在本发明的范围内。
[0268] 将该说明书所记载的文献和作为本申请的巴黎公约优先权基础的日本申请说明书的全部内容引入本申请中。
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