(57)【要約】【課題】水やパラフイン等を用いた蓄熱装置の性能向上、熱交換器やヒートシンク（熱除去）の性能向上および各種機器、航空機、自動車、建築物等の断熱効果を図る。【解決手段】溶融紡糸法や切削法によって成形した線径20μm〜120μmの不織金属繊維布を用い、不織金属繊維布を不織金属繊維布の厚さ方向に積層し、不織金属繊維布の厚さ方向に伝熱管を積層体と接触するように設けた熱交換構造と熱伝導方向に不織金属繊維布を垂直に積層したことを特徴とする断熱構造によって解決する。【選択図】図３
2005344968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織金属繊維布を不織金属繊維布の厚さ方向に積層し、不織金属繊維布の厚さ方向に伝熱管を積層体と接触するように設けた熱交換構造。
【請求項２】
熱伝導方向に不織金属繊維布を垂直に積層したことを特徴とする断熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス鋼、黄銅およびその他の金属繊維から成形された不織金属繊維布を利用した潜熱および顕熱の蓄熱促進、熱交換器の性能促進、ヒートシンク、保温（保冷）、断熱、耐熱および均熱に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウムを例にとると、溶融紡糸法または切削法により成形されたアルミニウム繊維を積層したものが知られている。この不織アルミニウム繊維布は多孔層であることから吸音材、フィルタ（ろ過材）、触媒又は流れ制御部材として、また導電材であることから電極として使用することが提案されている。例えば、特公平４−１３１４２号公報、実公平６-２８２６６号公報には、不織アルミニウム繊維布の片面又は両面にエキスパンドメタルを圧接して積層体とし、又は圧接した後加熱して焼成することにより金属多孔質材に成形することにより、吸音材、触媒、フィルタ又は流れ制御部材に使用することが開示されている。特開平３−１３７２５６号公報、特公平６−６１８８２号公報等には、不織アルミニウム繊維布の片面又は両面に凹凸を形成し、又は、片面に凹凸を形成した面にパンチングメタル、ラス網を圧接することにより、吸音材、触媒または流れ制御部材として使用することが開示されている。特公平４７−２６９２２号公報には、不織アルミニウム繊維布の外周部又は内面の一部を加熱状態で加圧して結合することにより、吸音材、触媒、フィルタ又は電極として使用することが開示されている。
【０００３】
ところで、特開昭５１−６１４０５号公報には、鉄系金属繊維からなる不織金属繊維布をアルミニウム系金属で被覆し、又は不織金属繊維布をアルミニウム系基板に融着させるとともにアルミニウム系金属で被覆することにより、熱交換器、ガソリン等のベーパライザーとして使用することが開示されている。また、特開昭５８−１２８８４９号公報には、金属繊維からなる不織金属繊維布をアルミニウム製の基板上に載置し、焼結炉で加熱することにより不織金属繊維布を焼結し多孔性の焼結層とするとともに、この焼結層基板に一体に融着させることにより、熱交換器用の伝熱体として使用することが開示されている。ところが、前者については、不織金属繊維布自体の熱伝導率によるよりも被覆材としてのアルミニウム系金属の熱伝導率により伝熱作用をし、後者については基板のアルミニウムが不織金属繊維布を被覆するとともに不織金属繊維布部位が多孔質構造となり、不織金属繊維布を被覆するアルミニウムの熱伝導と多孔質構造による蒸気泡により伝熱作用をすることになる。従って、不織金属繊維布を伝熱用として使用しうるとしても、不織金属繊維布、中でも不織アルミニウム繊維布の有効熱伝導率の大きな異方性の熱特性に着目したものではない。
【０００４】
特開２０００−３４６５７４号によると、溶融紡糸法によるアルミニウム繊維を積層または加圧成形された不織アルミニウム繊維布からなることを特徴とする非接触型保温蓄熱材に関して公開されている。これは、非接触型を特徴とし、不織アルミニウム繊維布の放射率が0.7程度であることから、太陽エネルギーの集熱に利用しうることを主たる用途としている外、不織アルミニウム繊維布の熱伝導率は嵩密度が331kg／m3で0.07W/(m・K)程度であると非定常法によって測定しており、保温、断熱、氷の生成促進にも利用しうると記述している。しかしながら、本明細書における後述の実験結果（図２参照）からも明確なように嵩密度が増すと有効熱伝導率も上昇するため、既存の繊維質断熱材や発泡断熱材と比較しても有効熱伝導率の値が大きいので、少なくとも低温領域や大きな嵩密度の場合においては既存の断熱材との競合は難しい。反面、高温領域においてはアルミニウム繊維の融点が600℃程度と低く高温領域での耐熱・耐火材としての利用も難しい。中温度の限られた温度領域の保温材としての利用が考えられるとしても、やはり、不織アルミニウム繊維布単独では既存の断熱および耐火材に替わりうるものではない。また、不織アルミニウム繊維布に水を飽和させて水の生成促進を図るとしても、もともと有効熱伝導率の低い不織アルミニウム繊維布に水や氷を含ませても、これの有効熱伝導率を大きく上げることは難しく、本明細書における後述の実験結果（図５）から明白なように、氷の生成をわずかに促進させるに留まり、凍結促進を図ることは難しいと言える。しかも、特開２０００−３４６５７４号のアルミニウム繊維の製造法は特別な技術を必要とする溶融紡糸法に限られたものであるので、製造法が容易でかつ安価な切削法による不織アルミニウム繊維布の方が経済性の観点からも優位に立つと考える。
【０００５】
昼間と夜間における電力の極端な需要の差異からもたらされる電力供給危機を回避するため、所謂電力供給の平準化を遂行するための一つの有力な方策として潜熱蓄熱システムが採用されている。潜熱とは物質の相変化、すなわち凝固や溶融に必要な熱エネルギーであり、ただ温度を上昇させるのに必要な顕熱よりは大きなエネルギーであるため、一般に潜熱蓄熱型の蓄熱システムが採用される場合が多い。一つの具体例として、夏季の空調負荷にかかかわる電力供給の平準化のため、夜間の格安の電力を利用して冷凍機を作動して氷を生成し、日中に熱交換器を介して氷を融解させてビル等の冷房を行う。このような方法によって、電力供給の平準化を図れるだけでなく、省エネルギーに対しても多大な貢献ができるのである。蓄熱システムを考える場合、相変化物質（Phase Change Material、PCMと略記）の選択も必要あるが、如何にして短時間で多くの相変化、すなわち凝固又は溶融させるかにかかっている。これに加えて、時間の経過に対して安定した放熱（凝固）または蓄熱（溶融）が実現できることも重要な性能向上の要素となる。これまで、相変化促進を図るため大別して二通りの方法が考えられている。一つは伝熱管にフインを具備して伝熱面積を増加させて相変化の促進を図る方法である。もう一つは蓄熱層に熱伝導率の良い金属の小片（球、チップ、カール、繊維など）を充填し、これにPCMを満たして蓄熱層の有効熱伝導率を大きくして相変化促進を図る方法である。すなわち、前者はフイン型、後者は多孔層型と言ってよい。フイン型は凝固又は融解初期にそれぞれ放熱量又は蓄熱量は大きいが、時間の経過につれて次第にそれらの放・蓄熱量が減少の一途をたどる短所がある。これに反して、多孔層型は安定した放・蓄熱量が得られるもののフィン型と比較して放・蓄熱量が小さくなることは避けられない。多孔層型で放・蓄熱量を多くしようとすれば、多くの金属小片を蓄熱層に充填しなければならず、このため、設計放・蓄熱量、すなわちPCMの量を設定しようとすれば多孔層すなわち蓄熱層を大きくせざるをえない。以上の理由により、従来型の潜熱蓄熱システムで安定して且つ多くの放・蓄熱量を実現するには更なる研究開発が必要である。
【０００６】
各種家電機器、航空機、自動車、建築物、高温炉、低温装置などの保温・断熱に対して、対象温度域や熱環境、すなわち用途によって各種の保温・断熱材が適宜選択され採用されている。主な保温・断熱材として、グラスウール、セラミックス繊維、炭素繊維、岩綿などの繊維系保温・断熱材、ポリウレタン、スタイロフォームなどの発泡保温・断熱材、ケイ酸カルシウム系耐火材など多くのものが市販され適宜採用施工されている。以上挙げた保温・断熱材はそれなりの効果があるものの、価格、環境問題、耐水性、耐熱性、信頼性などのいずれかの課題をかかえていることも事実である。特に耐火材に焦点を当ててみる。一般に耐火材は高温領域に対して有効であり、耐火材を使用する目的は木材などの可燃材を火災などから着火・燃焼を防ぐことが主な目的である。しかしながら、たとえばケイ酸カルシウム系の耐火材は多孔質であるため有効熱伝導率が0.1W/(m・K)以下で小さく、しかも熱容量も比較的に小さい値を持つものが多い。小さな有効熱伝導率をもつ耐火材は断熱効果を発揮するので、一見耐火材として有効であると思いがちであるが、反面、有効熱伝導率と熱容量が小さいために逆に高温加熱されたときの耐火材の温度上昇が顕著になる。したがって、耐火材と積層されている木材などの可燃材の昇温を招き、やがて着火燃焼する事態に陥ることになる。このような事態を遅らせるため耐火材と木板との間に不織金属繊維布を挟むことが有効である。不織金属繊維布の厚み方向の有効熱伝導率は比較的に小さく、面方向の有効熱伝導率は相対的に大きいことが、出願者らの基礎的な研究で明らかになりつつある。耐火材からの高温熱量が木板方向には伝導しにくくて、面方向には多くの熱を伝導する。したがって、不織金属繊維布は断熱材の役目ばかりでなく、一種の熱緩衝材の役目もするのである。不織金属繊維布による断熱および昇温防止に関する公的な報告は出願者らの知る限りにおいては見当たらない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一つの課題として、従来のフイン型潜熱蓄熱方法は凝固・溶融開始した短い時間帯では多くの放・蓄熱量が望めるものの、時間の経過につれて放・蓄熱量は次第に減少して安定した放・蓄熱量が期待できず伝熱制御が難しい。しかも、フイン付伝熱管の製造法は難しく、それの価格を引き上げているため、効果が期待できるにもかかわらず市販の蓄熱システムではフイン付伝熱管の普及が遅れている。一方、多孔層型潜熱蓄熱方法は、時間的に安定した放・蓄熱量が得られるものの、それの凝固・溶融速度が小さい外、充填金属粒子の含有体積が大きくなるため蓄熱層が大きくなる短所が避けられない。本発明は上記の従来の潜熱蓄熱方法をさらに発展させるものであり、不織アルミニウム繊維布を始めとする不織金属繊維布の有効熱伝導率の大きな異方性を利用し、凝固・溶融促進による潜熱蓄熱システムの性能向上を図る。以上の蓄熱促進の外、不織金属繊維布を圧延または焼結し、さらに腐食防止加工を施すことによって嵩密度と強度を高めて、軽量な多孔質の各種フインを成形することによって各種熱交換器の性能促進や各種機器のヒートシンク（熱除去）の性能促進を図る。
【０００８】
二つ目の課題として、従来の断熱・保温方法は既述のごとく適用温度範囲に応じて優れた材料が用いられているが、必ずしも可燃材を保護しているとは認めがたい。つまり、各種断熱材の有効熱伝導率が小さいがため、火炎などの集中加熱を受けると返って断熱材の昇温を招き、やがて積層されている可燃材に温度伝播し、これの燃焼を招き兼ねない。本発明は耐火材と可燃材との間に不織金属繊維布を具備して集中加熱を受けたときの可燃材を燃焼から防護することを目的とし、建材、中・高温域の各種熱関連機器、交通機関等の断熱および昇温防止を図るほか、これと類似した伝熱挙動であるが、たとえば、床暖房などにおいて、加熱円管に不織金属繊維布を具備することによって床面の温度斑を軽減する、所謂均熱効果を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
図１に一枚の不織金属繊維布に対する熱流方向と有効熱伝導率の関係を座標を導入して示したものである。不織金属繊維布の面方向すなわち繊維が伸びている方向をx座標にとり距離をLxとする。一方、厚み方向すなわち繊維同士が重なっている方向をy座標にとり距離をLyとする。x方向の熱流束と有効熱伝導率はそれぞれqxとλexとする。これに対しy方向の熱流束と有効熱伝導率はそれぞれqyとλeyとする。Lx間の温度差をΔTx、Ly間の温度差をΔTyとすれば、各方向の有効熱伝導率は次のように表せる。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
ここで、本出願で測定に用いた鉄とステンレス鋼の不織金属繊維布は切削法によって成形しているので、繊維はx方向全域に伸びており、紙面に垂直な方向は厚み方向（y方向）と同じで繊維同士は点接触の状態である。これに対して、溶融防止法によるアルミニウムの不織金属繊維布の繊維はｘ方向のみに伸びている訳ではなく面全域にランダムに繊維が積層されている。したがって、この場合のアルミニウム繊維の面方向に対する方向性がなく、例えばｘ方向と紙面に垂直な方向の繊維の伸び方や配列は同じと見なせるものである。切削法による不織アルミニウム繊維布の繊維の配列状態は、切削法による鉄およびステンレス鋼の繊維の配列状態と異なり、溶融防止法による不織アルミニウム繊維布の配列状態と類似している。鉄およびステンレス鋼繊維とアルミニウム繊維の配列状態の差異によるλexの特徴は、後述のごとく文献１による推算値との比較で明確になる。
【００１２】
図２に出願者らが測定したアルミニウム（λexとλey）、鉄（λexとλey）、ステンレス鋼（λeyのみ）の不織金属繊維布の有効熱伝導率（λex、λey）の一例を示す。ただし、充填物質は空気（気体）である。測定方法は現在最も精度が良いとされている平板直接法によった。文献１による不連続および連続固体系（多孔質）の有効熱伝導率の推算式によ推算結果を参考のため示した。文献１の推算式は不織金属繊維布に対する有効熱伝導率の異方性を推算するためのものではないが、限られた条件下で出願者が行った有効熱伝導率の実測値の信頼性を吟味するために有用である。まず、厚み方向の有効熱伝導率λeyについて吟味する。アルミニウム繊維のλeyは嵩密度ρの増加につれて単調に増加しており、熱伝導率の良いアルミニウム（約237W/(m・K)）の素材からなる繊維にしては大変小さな値を示している。これは繊維が厚み方向に点接触のような形で重なり合っているので、接触熱抵抗が大きいためである。嵩密度が100kg/m3（空隙率ε=0.96、充填率φ=0.04、εとφとの間にε＝１−φの関係がある）で約0.1W/(m・K)であり、保温材としても利用しうるものである。嵩密度が300kg／m３のときのλeyは0.28W／(m・K)であり、特開2000−346574号の0.06W/(m・K)よりもかなり大きな値を示している。このように不織アルミニウム繊維布は嵩密度の増加につれてλeyは次第に大きくなるので、断熱材として利用するときは小さな嵩密度のものでなければならない。融紡糸法による不織アルミニウム繊維布と切削法による不織アルミニウム繊維布との間に有効熱伝導率の差異はなく、繊維の線径が同じ程度であれば、繊維の製造法によるアルミニウム不織繊維布の有効熱伝導率λeyは同じ値を持つとみてよい。全般的に田中らの推算式（文献１）よりも比較的に大きな値を示していることから、本発明の不織アルミニウム繊維布の有効熱伝導率は従来の推算式から正確に予測することは難しく、実測に頼らざるを得ない。特に、嵩密度ρが200kg/m3（空隙率ε=0.925、充填率φ=0.075）を超えると推算式からの差が次第に大きくなる傾向を示している。不織鉄繊維布のλeyは0.05W/(m・K)であり、アルミニウムの場合よりもかなり小さな値を示しており、しかも嵩密度ρの依存性が小さく、本測定範囲内ではほぼ一様な値を示している。しかも実測値は文献１の推算結果と比較的に良く一致している。ステンレス鋼の場合のλeyの実測値は鉄の場合よりも若干小さい。これはステンレス鋼の素材自身の熱伝導率が鉄の素材の熱伝導率よりも小さい値を持つことに起因するが、両者の金属繊維布のλeyはほぼ同じと見て良い。不織銅繊維布の場合の実測値は図中にないが、文献１からの予測値では鉄の場合と余り差が見られない。したがって、不織銅繊維布も保温材として利用しうるものである。保温・断熱および耐熱の観点から見ると、アルミニウムよりも融点の高い鉄（約1500℃）とステンレスの不織金属繊維布の方が有効であるといえる。総じて、厚み方向のλeyは低密度の領域においては、繊維素材の種類に大きく影響されないとみてよい。
【非特許文献１】田中誠・千阪文武、不連続および連続固体系の有効熱伝導率の一推算法、化学工学論文集、16-1（1990）、pp．168-173。
【００１３】
次に、面方向の有効熱伝導率λexを吟味する。この場合にも文献１による推算式を比較のため示した。不織アルミニウム繊維布の場合におけるλexはλeyよりも格段と大きな値を示している。これは、不織アルミニウム繊維布の繊維が面方向すなわち熱流方向に伸びているので、繊維を伝導する熱量が増加したためである。すなわち厚み方向（λey）と面方向（λex）の有効熱伝導率に大きな異方性が存在するのである。繊維系断熱材の有効熱伝導率は多少異方性があると言われているが不織アルミニウム繊維布の場合は、嵩密度ρ=200kg/m3でλexは6W/(m・K)であるのに対し、λey  は0.15W/(m・K)であるので、これらの比、λex/λey、は40であり、大変大きな異方性を示していることが認められる。このような有効熱伝導率の大きな異方性をもつ不織金属繊維布に関する報告は出願者の知る限りでは見当たらない。λexに対する文献１による推算式は出願者らの測定値よりも1.7倍程大きな値を示している。このように、熱伝導率の大きな金属繊維と熱伝導率の小さな空気（気体）からなる多孔質（繊維布）の有効熱伝導率の推算は難しく実測に頼らざるを得ない。不織鉄繊維布の場合のλexの実測値はアルミニウムの場合のλexよりも小さな値をもつが、嵩密度ρ＝80kg/m3で0.5W/(m・K) 程度の値をもっている。鉄の場合も有効熱伝導率の異方性が大きく、本測定範囲内ではλex/λeyは10程度の値を持っていることが認められる。鉄のλexの値は文献１の推算値と良く合っている。これは、前記のごとく切削法による鉄繊維はｘ方向（面方向）全域まで伸びているからであり、文献１の推算式にかかわる単一セルモデルの概念が不織鉄繊維布の構成（繊維の配列）と類似しているからであると考える。ステンレス鋼の場合のλexの実測値は図中にないが、繊維布の性格が鉄繊維布と同じであれば、ステンレス鋼のλexは鉄と同程度であると見なしても良いと文献１の推算値から判断できる。不織銅繊維布のλexの実測値は図中にないが、これの文献１による推算値は同じ嵩密度に対して比較するとアルミニウムの場合の推算値よりも低い値を示している。しかしながら、同じ空隙率ε、すなわち同じ繊維充填率φで比較すると銅の場合の方がλexが大きな値をもつのである。したがって、不織銅繊維布の有効熱伝導率の異方性は図２の中では最も大きな値をもつと言える。
【００１４】
不織アルミニウム繊維布の例でも分かるように不織金属繊維布の大きな有効熱伝導率の異方性により、前記の特許請求の範囲の請求項１と請求項２を解決できる。すなわち、請求項１に関しては、不織金属繊維布に水やパラフインなどの相変化物質（PCM）を飽和させて、不織金属繊維布の面方向に熱が移動するように冷却もしくは加熱することによって、PCMの凝固またはPCMの溶融促進を図ることができ、結果的には潜熱蓄熱システムの性能を上げることができるのである。これは、不織金属繊維布とPCMからなる多孔層の熱流方向の有効熱伝導率λexを高めることができるからである。ちなみに、出願者の実測によれば充填率φが0.1（すなわち10％）の不織アルミニウム繊維布の空隙部に氷（PCM）が存在する場合の面方向のλexは約7W /(m・K)なる大きな値を示した。これは氷の熱伝導率である2.2W/(m・K)より3倍以上の大きな有効熱伝導率の値をもつことになるので、潜熱蓄熱に利用すれば大幅に凝固促進すなわち蓄熱促進が図れるのである。文献２で、充填率0.97（約10％）のアルミニウムのチップ（小片）粒子層の空隙部に氷が存在する場合の有効熱伝導率は4.69W/(m ・K)であり、出願者の発明である不織アルミニウム繊維布の方が約1.5倍の大きな有効熱伝導率をもつことが明確である。文献２の場合は、アルミニウムのチップ粒子層の有効熱伝導率の異方性を考慮しない場合のものである。潜熱を利用しない通常の顕熱蓄熱の場合においても不織金属繊維布の有効熱伝導率の異方性を利用すれば、伝熱促進ならびに温度の一様化が図れるので、顕熱蓄熱の性能も上げることが可能になる。請求項２に関しては、例えば、耐火材と可燃材である木板などの間に不織金属繊維布を挟む場合を考える。耐火材が火炎により局部的に加熱された場合、厚み方向すなわち木板方向に伝導する熱流すなわち温度伝播を不織金属繊維布によって面方向にそらし木板の昇温防止もしくは着火燃焼を遅らせることができるのである。これはアルミニウム繊維と空気からなる多孔層の熱流方に垂直方向の有効熱伝導率λexを高めることができるからである。さらに、加熱円管や電熱線などの不連続な加熱によって幅広い板面を一様温度に設定する場合、すなわち均熱効果はこれらの熱源と板面との間に不織金属繊維布を挟むことによって実現可能となる。
【非特許文献２】W. Leidenfrost and D. Lindemann、 Simple method to determine the effective conductivity of porous media saturated with a phase changing liquid、 Int. J. Refrig. Vol.11 (1988)、 pp. 144-152。
【００１５】
以上の金属の種類による各繊維布の有効熱伝導率の特性がほぼ明らかになったと思われる。凝固・溶融促進、熱交換器の性能促進、ヒートシンク（熱除去）、昇温防止および均熱方法などの伝熱促進に対しては素材の熱伝導率が大きいアルミニウムと銅の繊維のλexを利用することが有効である。一方、保温・保冷、断熱および耐熱・耐火方法に対しては素材の熱伝導率が小さい鉄とステンレス鋼の繊維が望ましく、例えば放射反射スクリーンと積層すれば低温から高温に至る広い温度範囲でそれらの効果を発揮すると考える。図２の関係から目的や用途に応じた金属繊維の種類と嵩密度の選択が可能であり,これらの数値を用いることによって対象構造の具体的な伝熱計算も可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
特に不織金属繊維布の有効熱伝導率の大きな異方性の熱特性を利用することにより、凍結促進（伝熱促進）、昇温防止（断熱効果）および均熱効果を図ることができる。不織金属繊維布はアルミニウムばかりでなく、銅、鉄、ステンレス鋼、黄銅などの素材によっても溶融紡糸法や切削法によって成形することが可能である。これらの素材の種類によって有効熱伝導率の特性は異なるが（図２参照）、程度の差はあれ、水やパラフインなどの相変化物質（PCM）を含む不織金属繊維布による凍結（凝固）や融解（溶融）促進が図られ、さらに、不織金属繊維布単独や他の金属板、耐火材又は放射反射スクリーンとの併用によって、各種可燃材の昇温防止が図れる外、温度を一様にする均熱効果も顕著であり、結果的に不織金属繊維布は有効熱伝導率の大きな異方性をもつ熱特性と多孔質性を有効に利用することにより、各種家電機器、航空機、自動車、建築物、高温炉、低温装置などの保温（保冷）、断熱、耐熱、均熱および蓄熱システムの性能向上、熱交換器およびヒートシンク（熱除去）の性能向上が図れる。その他の特徴として、不織金属繊維布は金属の種類によっても効果が異なるものの、耐熱性、耐水性、耐候性に優れ、しかも軽量でリサイクル可能な循環型材料であり、他の非金属繊維質材料に見られる有害な化学物質の発散も皆無であって環境型社会に貢献する新しい利用方法が展開されると言ってよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
不織金属繊維布の有効熱伝導率の大きな異方性をもつ熱特性を利用し、一つ目としては、不織金属繊維布内に水やパラフインなどの相変化物質を飽和させた蓄熱層により凝固・溶融促進を図る高性能な潜熱蓄熱システムの実施形態。二つ目は、不織金属繊維布を圧延または焼結し、さらに腐食防止加工を施すことによって嵩密度と強度を高めて、軽量な多孔質の各種フインを成形することによる各種熱交換器の性能促進や各種機器のヒートシンク（熱除去）の性能促進。三つ目は、耐火材と可燃材との間に不織金属繊維布を挟むことによって伝導熱量を断熱かつ放散させて可燃材の着火・燃焼を遅らせる実施形態。四つ目は不連続な加熱源と加熱面との間に不織金属繊維布を具備することによって加熱面を一様温度に設定する均熱方法の実施形態等が考えられる。
【実施例１】
【００１８】
最初に請求項１に関する一つの実施の実施例を示す。図３に含水不織アルミニウム繊維布の凍結促進実験法の概念図を示す。不織アルミニウム繊維布の母試料１（面積：50cm×50cm、厚さ：5mm）から中空円盤状すなわちディスク３を切り取る。これを外径19.05mm、肉厚1mmの冷却銅管２に所定の嵩密度になるように積層して凍結層（潜熱蓄熱層）とする。実用化を想定し一回り大きな銅製のベース管４にディスクを積層したものを冷却銅管に挿入した場合の実験も行った。凍結層を矩形の容器に設置し、これに水を満たす。すなわち、不織アルミニウム繊維布内に水を飽和させるのである。冷却銅管内に低温ブラインを循環させて冷却銅管外表面温度を−10℃に設定して冷却銅管周りの凍結実験を開始する。凍結量は水が氷に変化するときの体積変化から測定する。凍結時間は180分（3時間）である。図４に凍結時間ｔ（min）と冷却銅管表面積基準の単位面積当たりの凍結量MF（kg/m2）の関係を示す。図中のφは繊維の充填率であり、空隙率εとはφ＝１−εの関係がある。充填率φ＝０は繊維がまったく含まない場合（ベア管）の結果である。繊維が充填されると凍結初期ではあまり凍結が促進されていないが、時間ｔが経過すると次第に凍結量MFが増し、すなわち凍結が促進していることが認められる。しかも繊維の充填率φが大きくなるほど凍結促進が図られている。図５は不織アルミニウム繊維布がない場合（ベア管）の凍結量Mφ=０と不織アルミニウム繊維布がある場合の凍結量MFの比（凍結量比）、MF/MFφ＝０、と不織アルミニウム繊維布の充填率φの関係を示したものである（実験点●）。充填率φの増加につれて凍結量比は直線的に増加しており、φ＝0.075では2.35、φ＝0.1では2.6に達しており、すなわち、それぞれベア管の場合の2.3、2.6倍もの凍結量が得られていることが認められる。この関係は凍結時間が3時間であるが、時間が長くなると、さらに凍結量比が大きくなることが予測でき、高々10％以下の充填率で、かなりの凍結促進が実現できると考える。実用化を想定した前記のベース管４に不織アルミニウム繊維布のディスクを積層した場合の凍結量は、ベース管がない場合の凍結量とほとんど同じ結果となった。このことはベース管と冷却銅管との間の熱抵抗は無視しても良いことになる。したがって、冷却銅管に不織アルミニウム繊維布を設置する場合には、冷却銅管と不織アルミニウム繊維布との間の接触熱抵抗を無視しても良いと言える。参考のため、冷却銅管に不織アルミニウム繊維布をロール状に巻いた凍結実験を行った（実験点○）。これは特開２０００−３４６５７４号の場合に相当するものであり、熱伝導方向が不織アルミニウム繊維布の厚み方向、すなわち熱伝導方向（冷却管の半径方向）の不織アルミニウム繊維布の有効熱伝導率が低いλeyの場合の凍結実験である。このとき、不織アルミニウム繊維布の充填率φが0.075のとき凍結量比（MF/MFφ＝０）は1.4であり、前記のディスク状（λex）の場合の凍結量比2.3より大幅に小さい値となった。すなわち、同じ不織アルミニウム繊維布の充填率が同じ値であっても、凍結促進効果が大きく異なるのである。このことより、不織アルミニウム繊維布の有効熱伝導率の異方性（λex）を有効に利用すると大きな蓄熱効果が得られることになる。
【実施例２】
【００１９】
図６はケイ酸カルシウム系耐火材（TLW)６と木板（Wood ）７の間に嵩密度ρが220kg/m３の不織アルミニウム繊維布を挟み下面からブンゼンバーナーで約800℃の火炎で加熱したときの積層板昇温実施例である。ただし、木板の表面温度T10が危険温度である250に達したら火炎加熱を停止する。 図中の●は熱電対による温度測定点であり、T1〜T13の13点の箇所の温度を測定した。  ｈTLW、ｈWAFL、ｈWoodはそれぞれ耐火板６、不織アルミニウム繊維布８、木板７の厚さを示す。図７は木板表面温度T10の昇温実験結果の一例を示す。実験点○は耐火板６と木板７の間に不織アルミニウム繊維布８を挟まない場合である。実験点●は不織アルミニウム繊維布を挟んだ場合であり、両者を比較した。このとき不織アルミニウム繊維布がない場合（耐火板のみ）とある場合（耐火板＋不織アルミニウム繊維布）の熱コンダクタンスを等しくしてある。すなわち、両者の耐火板の厚みを変えて、両者の厚み方向の見かけの熱伝導率を等しくしてある。もし、熱流が1次元（厚み方向）のみであって、加熱時間が経過すれば両者の温度上昇は同じくなる筈である。図７をみると不織アルミニウム繊維布がない場合の木板表面温度は急激に上昇して、加熱時間ｔ＝32分（min）で木板の危険温度250℃に達していることが認められる。これに対して不織アルミニウム繊維布を挟んだ場合ｔ=32分で170℃程度までの上昇であり、不織アルミニウム繊維布を挟むことによって木板の温度上昇を大幅に遅らせていることが明確に認められる。
【実施例３】
【００２０】
図８は蓄熱式床暖房の加熱円管上部に不織アルミニウム繊維布を具備した場合の床面の均熱方法に関する概念図である。蓄熱層の幅は150mmで高さｈは30mmである。蓄熱層１３の中央に直径13mmの電気加熱円管１４を挿入する。蓄熱層の最上部は床板１１であり、この下に厚さ6mmで嵩密度が約300kg/m3の不織アルミニウム繊維布１２を一枚貼る。電力を調整して加熱円管表面温度を50℃に設定して、床面の中央温度T１４と床面の端面温度T１５が定常状態になる５時間まで実験を行った。実験結果の一例として、不織アルミニウム繊維布を貼らない場合の床面温度はT１４=32℃、T１５=25.7℃であった。すなわち加熱円管直上の床面温度T１４が最も高く、端面の温度T１５が最も低かった。両者の温度差は6.3℃であり、床面温度に大きな温度差が生じた。一方、不織アルミニウム繊維布を貼った場合の床面温度はT１４=27.8℃、T１５=26.3℃であった。すなわち、加熱円管直上温度と端面温度との差は僅か1.5℃であり床面温度はほぼ一様であることが認められた。このように、不織アルミニウム繊維布は床面温度を一様にする、所謂均熱効果があると言える。図９にその他の実施形態を示す。不織アルミニウム繊維布を圧延して比較的に嵩密度の大きい不織アルミニウム繊維布１５で加熱線１６又は加熱円管１６の下半分を巻き、さらに不織アルミニウム繊維布を延長させて加熱板１７の裏面に貼ると、不織アルミニウム繊維布の厚み方向の熱移動を抑制し面方向の熱移動を促進するため、加熱線又は加熱円管からの熱が効率良く加熱板に伝導し、しかも加熱板温度を一様にできるという所謂伝熱促進と均熱効果を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】不織金属繊維布の有効熱伝導率の定義を説明するための図である。
【図２】アルミニウム、銅、鉄およびステンレス鋼の不織金属繊維布に関する有効熱伝導率と嵩密度との実測結果と推算値の図である。
【図３】不織アルミニウム繊維布を用いた凍結促進実験の概念図である。
【図４】不織アルミニウム繊維布の充填率φが変化した場合の凍結促進効果を示した実験結果の図である。
【図５】不織アルミニウム繊維布の充填率φが変化した場合で、不織アルミニウム繊維布がない場合（ベア管）の凍結量との比を示した実験結果の図である（凍結時間が180分のとき）
【図６】火炎加熱による積層板（耐火材、不織アルミニウム繊維布、木板）の昇温実験の概念図である。
【図７】火炎加熱による積層板（耐火材、不織アルミニウム繊維布、木板）の昇温実験結果の図である
【図８】蓄熱式床暖房の加熱円管上部に不織アルミニウム繊維布を具備した場合の床板面の均熱方法に関する図である。
【図９】加熱線又は加熱円管を用いた不連続加熱の場合に不織金属繊維布を利用した加熱板の均熱（一様温度）方法に関する図である。
【符号の説明】
【００２２】
ｈTLW：耐火材（ケイ酸カルシウム系断熱材）の厚さ
ｈWAFL：不織アルミニウム繊維布の厚さ
ｈWood：木板の厚さ
Ｌｘ：不織金属繊維布の面方向の距離
Ｌｙ：不織金属繊維布の厚み方向の距離  
MF：冷却管の外表面積の単位面積当たりの凍結量（氷の質量）
MFφ=0：不織アルミニウム繊維布がない場合（ベア管）の単位面積あたりの凍結量
ｑｘ：不織金属繊維布の面方向の熱流束
ｑｙ：不織金属繊維布の厚み方向の熱流束
Q：加熱円管からの放熱量（定常状態では床板面からの方熱量と一致する）
ｔ：凍結時間（分）
T：温度
T1〜T１３：温度測定点
T１０：木板表面温度
T１４：加熱円管直上の床板面温度
T１５：蓄熱層端面の床板面温度（加熱円管配列における管と管の中心部の床板面温度に相当）
ｘ、ｙ：座標
ε：空隙率
λex：不織金属繊維布の面（ｘ）方向の有効熱伝導率
λey：不織繊金属維層の厚み（ｙ）方向の有効熱伝導率
ρ：嵩（かさ）密度
φ：不織アルミニウム繊維布の充填率（φ=0.1は水を含んだ全体積に対して10％の体積の不織アルミニウム繊維布が充填していることを示す）
１：不織アルミニウム繊維布の母試料
２：外径19mmφの銅冷却管
３：母試料から切り取ったディスク状の不織アルミニウム繊維布
４：実用化を考慮した銅ベース管（ベース管と不織アルミニウム繊維布のディスクを一体にして冷却管に装着する）
５：冷却管に装着した不織アルミニウム繊維布の写真
６：耐火材
７：木板
８：不織アルミニウム繊維布
９：側板
１０：スペーサー
１１：床板
１２：不織アルミニウム繊維布
１３：砂等を充填した蓄熱層
１４：電気加熱円管
１５：アルミニウム又は銅の不織金属繊維布（比較的に嵩密度の大きいもので、圧延又は焼結などの加工を施したもので均熱板として利用）
１６：加熱線又は加熱円管
１７：各種の加熱板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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