JP4892944B2 - 真空断熱体の製造方法および真空断熱体 - Google Patents

Description

本発明は、断熱を必要とするもの、例えば冷蔵庫、保温保冷容器、自動販売機、電気湯沸かし器、自動車、鉄道車両、及び住宅等の断熱体として使用可能な真空断熱体とその製造方法に関するものである。

近年、地球温暖化防止の観点から省エネルギーが強く望まれており、家庭用電化製品についても省エネルギー化は緊急の課題となっている。特に、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機等の保温保冷機器では熱を効率的に利用するという観点から、優れた断熱性能を有する断熱材が求められている。

一般的な断熱材として、グラスウールなどの繊維材やウレタンフォームなどの発泡体が用いられている。しかし、これらの断熱材の断熱性能を向上するためには断熱材の厚さを増す必要があり、断熱材を充填できる空間に制限があって省スペースや空間の有効利用が必要な場合には適用することができない。

そこで、高性能な断熱材として、真空断熱体が提案されている。これは、スペーサの役割を持つ芯材を、ガスバリア性を有する外被材中に挿入し内部を減圧にして封止した断熱体である。

真空断熱体内部の真空度を上げることにより、高性能な断熱性能を得ることができる。真空断熱体内部に存在する気体には大きく分けて次の三つがある。一つは、真空断熱体作製時、排気できずに残存する気体、他の一つは、減圧封止後、芯材や外被材から発生する気体（芯材や外被材に吸着している気体や、芯材の未反応成分が反応することによって発生する反応ガス等）、残りの一つは、外被材を通過して外部から侵入してくる気体である。

これらの気体を吸着するため、吸着材を真空断熱体に充填する方法が考案されている。

例えば、真空断熱体内の気体を、Ｂａ−Ｌｉ合金を用いて吸着するものがある（例えば、特許文献１参照）。

真空断熱体内の吸着材が吸着すべき気体のうち、吸着困難な気体のひとつが窒素である。これは、窒素分子が約９４０ｋＪ／ｍｏｌという大きい結合エネルギーを有する非極性分子であるから、活性化させるのが困難なためである。

しかし、Ｂａ−Ｌｉ合金により窒素を吸着可能とし、真空断熱体内部の真空度を維持するのである。
特表平９−５１２０８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の上記従来の構成では、活性化のための熱処理を必要とせず、常温下でも窒素吸着可能であり、数分間は空気雰囲気で取扱い可能と記載されているが、工業的に真空断熱体を製造する条件では、取扱い上、より長い許容時間が望ましい。

つまり、窒素吸着能力の多くが空気と接触する製造プロセスで消耗することによって、真空断熱体の経時的な性能維持のための吸着能力が乏しくなり、性能劣化や性能ばらつきが大きくなるためである。

さらなる真空断熱体の高性能化が望まれている中で、真空断熱体内部の真空度維持を図るために、吸着材をより安定的に高効率に使いこなすことが大きな課題であった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、真空断熱体の製造プロセスにおいて、吸着材を大気中の空気に暴露させないことにより吸着能力の消耗を抑制し、真空断熱体の中で高い吸着能力を活かして、経時的に浸透してくる微量の窒素や酸素などの主要な空気成分を安定的に吸着、長期にわたって真空度を維持し、断熱性能の優れた真空断熱体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、容器外の圧力が容器内の圧力に比較して所定値以上小さくなると開口する充填容器に空気成分吸着材と前記空気成分吸着材に吸着されない非吸着性ガスとを封入し、次に前記充填容器を多孔質芯材と共に外被容器の内部に配設して、前記充填容器外の圧力が前記充填容器内の圧力に比較して所定値以上小さくなるように前記外被容器内を減圧することにより、前記外被容器内の空気と共に、前記充填容器にできた開口部を通じて、前記充填容器の中の前記非吸着性ガスも排気した後、前記外被容器を密閉封止する方法により、真空断熱体を製造するのである。

本発明の真空断熱体の製造方法によれば、空気成分吸着材は、充填容器の中に非吸着性ガスと共に封入されており、かつ真空雰囲気下で充填容器が開口して多孔質芯材と真空包装するため、大気中の空気との接触は製造プロセスでは起こらず吸着材の劣化はない。

よって、真空断熱体の製造時間の長短にかかわらず、問題なく使用可能である。このため、空気雰囲気での暴露による吸着性能バラツキはなくなり、安定的に製造でき、長期信頼性も問題のない真空断熱体が得られるのである。

ここで、充填容器としては、一方の容器の開口部を他方の容器の開口部で塞ぐように前記開口部の大きさが異なる２つの容器の開口部を重ね合わせて接合した構成で、前記充填容器外の圧力が前記充填容器内の圧力に比較して所定値以上小さくなると、重ね合わせて接合した部分が外れるものを使用できる。

このとき、充填容器の重ね合わせて接合した部分に潤滑材をあらかじめ塗布しておくと、減圧による圧力差によって充填容器の接合部は容易に外れ、開口部を形成することができるのである。

また、本発明の真空断熱体は、少なくとも、接合部が外れて開口部を有する充填容器の中に配設された空気成分吸着材と、多孔質芯材と、これらを収納する外被容器とから成り、前記空気成分吸着材は前記開口部を通じて真空断熱体内部と連続空間でつながっていることを特徴とするものである。

これによって、多孔質芯材に残る残留微量空気や外部から浸透してくる微量空気は多孔質芯材と連続空間でつながっている空気成分吸着材で吸着固定化でき、内部圧力を所定の真空度に維持できるのである。このことにより、長期にわたって優れた断熱性を維持することが可能となるのである。

なお、ここでいう充填容器とは、形状、大きさを問わないが、医薬品や健康食品に用いられるカプセルが利用できる。カプセルとは、ボディとキャップから成るハードカプセルであり、一端を閉じた交互に重ね合わすことができる一対の有底円筒体として定義されるものである。

本発明の真空断熱体は、高い断熱性能を安定的に実現し、長期信頼性を確保することが可能であり、地球温暖化などの環境問題解決に著しい効果を発揮することができる。

請求項１に記載の真空断熱体の製造方法の発明は、容器外の圧力が容器内の圧力に比較して所定値以上小さくなると開口する充填容器に空気成分吸着材と前記空気成分吸着材に吸着されない非吸着性ガスとを封入し、次に前記充填容器を多孔質芯材と共に外被容器の内部に配設して、前記充填容器外の圧力が前記充填容器内の圧力に比較して所定値以上小さくなるように前記外被容器内を減圧することにより、前記外被容器内の空気と共に、前記充填容器にできた開口部を通じて、前記充填容器の中の前記非吸着性ガスも排気した後、前記外被容器を密閉封止するものであり、空気成分吸着材は、充填容器の中に非吸着性ガスと共に封入されており、かつ真空雰囲気下で充填容器が開口して多孔質芯材と真空包装するため、大気中の空気との接触は製造プロセスでは起こらず吸着材の劣化はない。よって、真空断熱体の製造時間の長短にかかわらず、問題なく使用可能である。このため、空気雰囲気での暴露による吸着性能バラツキはなくなり、安定的に製造でき、長期信頼性も問題のない真空断熱体が得られるのである。

請求項２に記載の真空断熱体の製造方法の発明は、請求項１記載の発明における前記充填容器が、一方の容器の開口部を他方の容器の開口部で塞ぐように前記開口部の大きさが異なる２つの容器の開口部を重ね合わせて接合した構成であり、前記充填容器外の圧力が前記充填容器内の圧力に比較して所定値以上小さくなると、重ね合わせて接合した部分が外れるものであり、医薬品や健康食品に用いられるカプセルが利用できる。

請求項３に記載の真空断熱体の製造方法の発明は、請求項２記載の発明における前記充填容器が、重ね合わせて接合した部分に潤滑材があらかじめ塗布されてなるものであり、減圧による圧力差による変形が円滑に起こり、開口部を容易に形成することができるの３ある。

請求項４に記載の真空断熱体の発明は、少なくとも、接合部が外れて開口部を有する充填容器の中に配設された空気成分吸着材と、多孔質芯材と、これらを収納する外被容器とから成り、前記空気成分吸着材は前記開口部を通じて前記外被容器内部と連続空間でつながっていることを特徴とするものであり、これによって、多孔質芯材に残る残留微量空気や外部から浸透してくる微量空気は、多孔質芯材と連続空間でつながっている空気成分吸着材で吸着固定化でき、内部圧力を所定以下に真空度に維持できるのである。このことにより、長期にわたって優れた断熱性を維持することが可能となるのである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態における真空断熱体の製造方法での真空排気前の断面図であり、図２は、同実施の形態における真空断熱体に用いる充填容器を示す拡大断面図、図３は、同実施の形態における真空断熱体の製造方法での真空排気が終了直前時点での断面図、図４は、同実施の形態における真空断熱体の製造方法での真空包装後の真空断熱体の断面図である。

図１において、ラミネートフィルムからなる外被容器１は、多孔質芯材２を内包し覆っている。空気成分吸着材３は、Ｂａ−Ｌｉ合金（ＳＡＥＳ社製コンボゲッター）や銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトから成る少なくとも窒素を吸着する吸着材であり、汎用の医薬品用のカプセルからなる充填容器４にアルゴンガスなどの空気成分吸着材３に吸着されない非吸着性ガス５と共に封入している。このときの充填されている非吸着性ガス５の圧力は、常圧の1気圧である。

図２の拡大図で図示するように、カプセルからなる充填容器４は、ガス透過性がないか、もしくは極めてガス透過性が小さいものであり、ボディ（一方の有底円筒状の容器）６とキャップ（他方の有底円筒状の容器）７からなり、ボディ（一方の容器）６の開口部をキャップ（他方の容器）７の開口部で塞ぐように開口部の大きさが異なる２つの容器（ボディ６，キャップ７）の開口部を重ね合わせてボディ６の開口部をキャップ７の開口部の中に押し込んで開口部を重ね合わせて接合部８で密着させて形成している。

接合部８には、真空用オイルなどの潤滑材９が塗布されている。そして、充填容器４外の圧力が充填容器４内の圧力に比較して所定値以上小さくなると、重ね合わせて接合した部分が外れて開口するように構成してある。

図１において、真空包装機１０は、減圧チャンバー１１と真空ポンプ１２と、所定の真空排気が行なわれた後、熱溶着を行なうヒートシール機１３から成っている。

図３において、真空包装機１０が稼動し、減圧チャンバー１１内が５００Ｐａまで真空引きされると、カプセルからなる充填容器４は、内包されている１気圧の非吸着ガス５との圧力差により、ボディ６とキャップ７が外れて開口部１４を形成する。そして、カプセルからなる充填容器４内の非吸着性ガス５は開口部１４を通して、減圧チャンバー１１内に排気される。

その後、減圧チャンバー１１内の真空度が所定の１０Ｐａになった時点で、ヒートシール機１３で外被容器１を熱溶着し、図４の真空断熱体１５を得た。

以上のように、本実施の形態による製造方法では、空気成分吸着材３は、真空雰囲気下でカプセルからなる充填容器４のボディ６とキャップ７が外れるため、空気との接触は製造プロセスでは極めて微量であり、製造時間が長くかかっても劣化はなく、問題なく使用可能である。このため、空気雰囲気で暴露させる時間による吸着性能バラツキはなくなり、安定的に製造でき、長期信頼性も問題がない効果が得られるのである。

この結果、長期にわたっての高断熱性能を活かして、省エネルギーとして地球環境保護に寄与することができる。

また、カプセルからなる充填容器４の接合部８には、真空用オイルなどの潤滑材９があらかじめ塗布されているため、図３で示すように真空引きされると、圧力差の力により、接合部８で容易に滑り外れて開口部１４を形成する。

以上のように、本実施の形態による製造方法では、カプセルからなる充填容器４のボディ６とキャップ７が潤滑剤９によって、より確実に外れるため、空気吸着材３が開口部１４を通して真空断熱体１５の内部の微量空気を効果的に吸着除去できるのである。

図４において、真空断熱体１５は、外被容器１と多孔質芯材２と空気成分吸着材３からなり、空気成分吸着材３は、カプセルからなる充填容器４の開口部１０を通じて、多孔質芯材２を含む真空断熱体１１の内部と真空の連続空間でつながっている。

これによって、多孔質芯材２に残る残留微量空気や外部から浸透してくる微量空気は多孔質芯材２と連続空間でつながっている空気成分吸着材３で吸着固定化でき、内部圧力を所定以下に真空度に維持できるのである。経時特性を評価するために、促進テストとして８０℃で３ヶ月間、空気中に真空断熱体１５を静置しても、熱伝導率の変化は１〜２％であり、問題なく性能維持が図れることが明らかとなった。

以上のように、本実施の形態では、優れた真空断熱体の性能をばらつきなく安定的に長期にわたって、実現することが可能である。

以上のように、本発明にかかる真空断熱材は、高い断熱性能があり、かつ信頼性の高いものであり、例えば冷蔵庫、保温保冷容器、自動販売機、電気湯沸かし器、自動車、鉄道車両、及び住宅等の断熱体に広く適用することができる。

本発明の一実施の形態における真空断熱体の製造方法での真空排気前の断面図 同実施の形態における真空断熱体に使用する充填容器の拡大断面図 同実施の形態における真空断熱体の製造方法での真空排気終了直前の断面図 同実施の形態における真空断熱体の製造方法での真空包装後の真空断熱体の断面図

符号の説明

１ 外被容器
２ 多孔質芯材
３ 空気成分吸着材
４ 充填容器
５ 非吸着性ガス
８ 接合部
９ 潤滑材
１４ 開口部
１５ 真空断熱体

Claims (3)

1. 容器外の圧力が容器内の圧力に比較して所定値以上小さくなると開口する充填容器に空気成分吸着材と前記空気成分吸着材に吸着されない非吸着性ガスとを封入し、前記充填容器を多孔質芯材と共に外被容器の内部に配設し、前記充填容器は、２つの容器の開口部を重ね合わせて接合した構成であり、前記充填容器外の圧力と前記充填容器内の圧力との圧力差により、重ね合わせて接合した部分が外れるものであって、前記外被容器内の空気と共に、前記充填容器の接合した部分が外れてできた開口部を通じて、前記充填容器の中の前記非吸着性ガスも排気した後、前記外被容器を密閉封止する真空断熱体の製造方法。
2. 前記充填容器は、重ね合わせて接合した部分に潤滑材があらかじめ塗布されてなる請求項１の真空断熱体の製造方法。
3. 少なくとも、接合部が外れて開口部を有する充填容器の中に配設された空気成分吸着材と、多孔質芯材と、これらを収納する外被容器とから成り、前記空気成分吸着材は前記開口部を通じて前記外被容器内部と連続空間でつながっていることを特徴とする請求項１または２の製造方法を用いた真空断熱体。

Images