高密度層を有する水平多孔質層の自然対流抑制効果の検討（見かけ密度に着目した評価）

摘要

多孔質断熱材は，充填固体の隙間に空気を保持し，内部の対流を抑制することで，断熱効果を得ている．特に繊維系断熱材は独立気泡系等よりも充填率を下げることが可能なため，軽量断熱材としての活用が期待される．極細のポリウレタン繊維を用いた不織布断熱材は極めて軽量かつ低い有効熱伝導率を実現している．一方，断熱材の軽量化には限界が見え始めている．現行より細い繊維を用いて嵩密度を低下させた断熱材の試作品では，有効熱伝導率が下がらず，寧ろ熱伝導率が上がってしまうこともあると言われている．この原因は繊維の数が少なくなることで，内部の空気が保持できずに自然対流が発生し，伝熱量が増加したためであると考えられる．密閉流体層内における対流抑制には，透過ないし不透過の仕切壁(1)や，熱流方向に直交する高熱伝導率固体の挿入(2) (3)が有効であることが知られている．しかし，これらの対流抑制方法について，重量の増加と対流抑制効果の関係についての評価は未だ不十分である．そこで，本研究では，低密度の多孔質層中央に高密度層が存在する場合と，多孔質層中央に完全に流れを遮断する不透過壁が存在する場合の，流動と温度分布を数値解析し，軽量化の観点から対流抑制効果について，多孔質層全体の平均密度で整理して検討を行った．