やった!これでもう寒くないぞ!世界初透明断熱材量産確立!!

先達ブログ

ももじろうです。
いつもジルがお世話になっております。世帯主で主夫のパートナーです。

「老後を豊かに過ごすシリーズ」世の中は進んでいる。
やった!これでもう寒くないぞ!世界初透明断熱材量産確立!!
Established mass production of world first transparent insulation!!

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朝の寒さがこたえるメダカたち

朝の寒さがこたえる年の瀬になりました。我が家の「メダカ鉢壱番」、「弐番」も夜は蓋をして夜明け前の一番寒い時間に備えます。これをするとしないとで、ずいぶんと違うみたいで、(メダカ達から有難う!のメールはまだ届きませんが)昼間太陽光を浴びる為、まだ寒い朝出勤時に蓋を取り外してくるのですが、通常気温が10℃以下になると冬眠状態で動かなくなるのが普通なのですが、下より暖かい水面近くで佇んで居て蓋が明いてびっくりして急に動くメダカ、悠然としているメダカ等色々ありますが、蓋があると温かいのは然り。

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さて本日の話題は、ついに断熱ガラスの発売がされるか?の話です。

断熱材と言えば、発泡スチロールやグラスウールが一般的です。家なら壁や天井裏、床下等にいれて家のQ値改善に役だてるのですが、これまでもガラス窓については、2重ガラスやスェーデンハウスの3重ガラス等で熱が逃げるのを防いできました。近年は外側アルミサッシ、部屋側はプラスチック樹脂でサッシ部の熱の逃げも改善しています。スェーデンハウスの3重ガラス窓は木枠サッシなのでその点初めから進んだ断熱性があります。
しかし、その2重ガラスでも断熱効果は万全でなく外気温が零下になれば結露もしますし、第一窓際では寒いです。窓から熱が逃げているから・・。たとえカーテンが有っても。
いっそ外に雨戸が有る方が断熱に有利です。

この点を何とかならないかと長年考えていた私には本日朗報がありました。断熱ガラスが2020年YKK AP さんから発売されるそうです。但し、窓ガラスではなくて、入り口ドアの両脇のはめ殺し窓でです。

詳しくは未来ドアで見て下さい。

ニュースリリース ~未来の窓をカタチにするYKK APの未来窓プロジェクト~ 通るたび、毎日をアップデート 未来ドア「UPDATE GATE」発表 | YKK AP株式会社
YKK AP株式会社およびYKKグループに関する企業情報です。

 

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東京新宿のショールームで実物が見られるとのこと。

知りたいことは、①単体発売予定 ②値段 です。でもこれは我が家に採用したいです。
問い合わせした結果は、現在①の単体発売予定なし。YKK AP内窓での窓ガラスへの展開もなしという結果で、まだ通常のガラスが断熱タイプになるには時間がかかると思われます。

本論、モノリス(多孔質塊状)タイプのエアロゲルの量産技術を確立。何のことかさっぱりわからない方のために簡単に言いますと、エアロゲルは断熱材として非常に高い性能を持つがモノリス化により高い透明性と強度を実現できる。それで、軽量透明断熱材の量産化ができた。エアロゾルは米国NASAが実用化に成功したシリカ原料の宇宙空間での断熱材でもそれは、宇宙開発で使うためにいかに高価でも使いました。必要だったから。今回の軽量透明断熱材は民間でも使えるほどの値段に出来たのがミソ。

 

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窓ガラスが透明であることが普通では、

ここで話が飛びますが、皆様は窓ガラスが透明で有ることが普通ですが、もしもガラスの厚みが1mになったら、向こう側が透けて見える透明度は保たれると思いますか?
そうです、真っ黒で見えないが正解だとのこと。その理由は、透明度が100%でないから。
通常は90%だとの事で、これが1mの厚さで真っ黒の原因です。今回量産化見込みが立った商品目SUFA(京都大学発ベンチャー・ティエムファクトリが開発)は、YKK APと組んで実証段階に来ており2020年発売予定のそれは、通常窓ガラスの透明度90%を保っています。そのHP https://www.tiem.jp/ にて下記宣言共々ご覧ください。

世界初の透明断熱材サプライヤーを目指して

現在使われている断熱材料には、グラスウールやウレタンフォームなど、不透明なものしかありません。
そのため、建物や自動車の窓といった透明でなければならない部分には断熱材を使うことができず、
そこからの熱損失は、低エネルギー消費社会を実現していく上で大きな課題となっております。
わたしたちが京都大学とともに開発したSUFA(スーファ)は、世界初の汎用エアロゲルとして、こうした課題の解決に向けた新しいソリューションを提供していきます。

詳しいことはティエムファクトリさんのFQAページ https://www.tiem.jp/question にて確認してください。英語バージョン付き

Q1. 既存の断熱材と比べてどれくらい性能が良いの?
一般的に断熱材としてよく知られているグラスウールの約3倍です(グラスウールの熱伝導率0.03~0.05W/m・K←値が小さいほど断熱性能は良いです)。なぜこのような断熱性能が出せるかというと、エアロゲルは骨格が均一に空間を仕切っているため、内部ではガスの対流や分子の熱運動量交換が起こらないからです。常温での窒素分子の平均自由行程は約70 nmなので、これより小さい空間に仕切る(=細孔を形成する)ことで、真空の断熱性と同様の効果を得ることができます。

Q2. モノリス、パウダー、グラニュールと3タイプあるけど、形状が異なっても断熱性能は変わらないの?
断熱性能は全て同じですが、得られる効果は厚さにより変化します(厚みがあるほど高い効果が得られます)。

Q3. 熱伝導率は?
0.014W/m・Kです。

Q4. 耐熱温度は?
酸素雰囲気中では467℃、また、窒素雰囲気中では630℃です。

Q5. 可視光透過率は?
1㎝厚で可視光を90%以上透過します。

Q6. 密度は?
0.11g/㎤です。

Q7. 比誘電率は?
1.1です。

Q8. 耐久性(経年劣化)は?
経年劣化はしません。
【対紫外線】高分子材料は炭素の直鎖が長いものが多く、それらは紫外線によりC=C二重結合を生じやすいため、これが黄変の主な原因となります。しかし弊社のSUFAにおいては、炭素はすべてメチル基として1つずつ配置されており、C=C二重結合は基本的に生じないため、 紫外線による劣化を起こしません。
【対湿度】SUFAは疎水性のため、吸湿は起きません。

Q9. 曲げ強度はどのくらい?
0.06MPa(N/㎡) ※コーティング有り→詳しくはQ10へ

Q10. 曲げ強度の弱さはどうするの?
透明フィルムで両面をサンドイッチすることで、透明性を失わずに曲げ強度は0.6MPaを超えます。JISの規格(0.5MPa)をクリアしており、ハンドリング性に問題はありません。

Q11. 圧縮にはどの程度耐えられる?
10MPa以上まで壊れません。負荷を取り除くと元の形に戻ります。

Q12. パウダーの粒子はクローズ?オープン?
オープンです。構造は独立していますが、一部連続気泡になっています。

Q13. 気泡に油などが入ると断熱性能は下がるの?
下がります。

Q14. 窓に搭載した際の断熱性能は?
12mm厚のSUFAを3mm厚のガラスでサンドして、熱慣流率0.53W/㎡・Kです。

Q15. 窓に搭載する場合のガラスの熱割れは大丈夫?
熱割れは起こしません。

Q16. 他の材料にパウダーを混ぜて、断熱性能をもたせられるの?
可能です。パウダーは基本フィラーとして使用し、他のものに断熱性能を付与する展開を考えています。

Q17. バルク体(モノリス)にはバインダー(接着物質)は入っているの?
入っておりません。

Q18. 他の断熱材と比べてどうなの?
単体の素材としてはエアロゲルを超える断熱性能のものは地球上に存在しません。断熱性能は熱伝導率×断熱材の厚さで決まってくるため、断熱のためのスペースが十分に取れる場合には、単価の安いグラスウール等の方が適しています。逆に断熱のためのスペースが限られている場合には、SUFAは他の断熱材よりコストパフォーマンスが高くなります。

Q19. 他社シリカエアロゲルとの違いは?
SUFAの耐熱温度は467℃です。疎水化処理をしている他社品はこれよりも低い温度で分解してしまいます。

英語版 English Ver.
Q1. How well does SUFA perform compared to existing heat insulating materials?
SUFA is approximately three times better than glass wool, a heat insulating material that is well known in general. (Glass wool has a thermal conductivity of 0.03 to 0.05 W/m⋅K. ← The smaller the value, the better the heat insulating performance.) The reason we have been able to achieve such good heat insulating performance is that, because the aerogel framework has uniformly divided space, there is no internal gas convection or exchange of molecular thermal momentum. Because the mean free path length of molecular nitrogen is 70 nm at a normal temperature, by dividing the aerogel framework into smaller spaces than this (= by forming pores), we have achieved the same heat insulating properties as a vacuum.

Q2. The three types (monolith, powder, and granule) have different shapes, but is their heat insulating performance the same?
Their heat insulating performance is the same, but the effectiveness differs depending on the thickness. (The thicker the material, the greater the effect.)

Q3. What is the thermal conductivity?
0.014 W/m⋅K.

Q4. What is the heat resisting temperature?
467℃ in an atmosphere of oxygen or 630℃ in an atmosphere of nitrogen.

Q5. What is the visible light transmittance?
At least 90% of visible light passes through in the case of a thickness of 1 cm.

Q6. What is the density?
0.11g/㎤.

Q7. What is the relative permittivity?
1.1.

Q8. How is the durability? (Is there any degradation over time?)
There is no degradation over time.
UV light resistance: Polymeric materials often have long carbon chains, and because C=C double bonds are likely to form in such materials due to UV light, this is a major cause of yellowing. However, for our company’s SUFA, because each carbon atom is part of an individually positioned methyl group, C=C double bonds do not form in principle, so there is no degradation due to UV light.
Humidity resistance: Because SUFA is hydrophobic, it does not absorb moisture.

Q9. What is the approximate bending strength?
0.06 MPa (N/m2) * when coated. → For details, see Q10.

Q10. What have you done about the weak bending strength?
By sandwiching both sides with transparent film, we have achieved a bending strength of over 0.6 MPa without losing transparency. We have therefore cleared the JIS requirement (0.5 MPa), and there is no problem with the handling ability.

Q11. About how much pressure can SUFA withstand?
Until the pressure reaches at least 10 MPa, SUFA will not break. Once the load is removed, it returns to its original shape.

Q12. Are the powder particles closed or open?
Open. The overall structure is closed, but part of it is an open-cell structure.

Q13. If oil, etc. gets into the cells, does the heat insulating performance decrease?
Yes.

Q14. If a window is equipped with SUFA, how is the heat insulating performance?
If SUFA with a thickness of 12 mm is sandwiched between glass with a thickness of 3 mm, the heat transmission coefficient is 0.53 W/m2⋅K.

Q15. If a window is equipped with SUFA, is heat cracking of the glass a problem?
No heat cracking occurs.

Q16. Is it possible to give another material heat insulating performance by mixing powder with it?
Yes. We are considering using powder as a basic filler to give other materials heat insulating performance.

Q17. Is there a binder (bonding agent) in the bulk body (monolith)?
No.

Q18. How does SUFA compare to other heat insulating materials?
As far as standalone materials go, nothing on the face of the earth offers better heat insulating performance than aerogels. Because the heat insulating performance is determined by multiplying the thermal conductivity by the thickness of the heat insulating material, in cases where plenty of space can be used for heat insulation, an inexpensive material like glass wool might be appropriate. However, in cases where space for heat insulation is limited, SUFA offers better cost performance than other heat insulating materials.

Q19. How does SUFA differ from the silica aerogels of other companies?
SUFA has a heat resisting temperature of 467℃. The products of other companies that have undergone hydrophobic treatment break apart at a lower temperature than this.

Fin