JP6874529B2 - 真空断熱材 - Google Patents

Description

本発明は真空断熱材や真空断熱材を適用した機器に関するものである。

真空断熱材の断熱性能を長期に渡って維持するためには、外被材にガスバリア性に優れたフィルムを使用することによって、外部からのガス侵入を防ぎ、真空断熱材内部の真空度を維持する必要がある。

このため、従来は、外被材にはアルミニウム箔などの金属箔を含むフィルムが広く使用されてきた。しかし、金属箔を含むフィルムを真空断熱材に使用すると、金属箔を通じての熱の回り込み（ヒートブリッジ）が発生するため、本来の断熱性能が得られないという課題があった。

このヒートブリッジ現象を解決するために、バリア層として、アルミニウム箔層の代わりに、比較的に熱伝導率が小さいステンレス箔層を用いる方法、セラミック蒸着フィルム層を用いる方法、アルミニウム蒸着フィルム層を用いる方法などが知られている。

更に、特許文献１のように、ガスバリア性とヒートブリッジとの両方を考慮して、真空断熱材の表裏のいずれか一方の外被材はガスバリア層としてアルミニウム箔層を構成層中に有する積層フィルムを用いるものである。他方の外被材として、ガスバリア層として無機酸化物蒸着層を多層有するバリアフィルム層を構成層中に少なくとも２層有する積層フィルムを用いるものもある。

特許第４６４９９６９号公報

しかしながら、特許文献１では、ヒートブリッジを低減するがその割合は小さい。そのため、ヒートブリッジは、十分に改善されていない。さらに、真空断熱材のサイズが小さければ小さいほどヒートブリッジの影響が顕著になり、更なる低減が必要である。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、真空断熱材の外被材のヒートブリッジを更に低減させるものである。

上記目的を達成するため、第１繊維体と、上記第１繊維体の外周部に配置され、内周部より厚みが薄い第２繊維体と、上記第１繊維体と上記第２繊維体とを包む外被材と、設けた真空断熱材を用いる。

また、上記第２繊維体は、上記第１繊維体とは別体である上記真空断熱材を用いる。

また、上記第２繊維体と上記第１繊維体とは、一体化されている上記真空断熱材を用いる。

本発明によれば、真空断熱材のヒートブリッジを低減することで真空断熱材の断熱性能を向上させ、真空断熱材を適用した保温保冷機器および事務機器の省エネを可能とするものである。

実施の形態１における真空断熱材の断面図 実施の形態１における真空断熱材の斜視図 実施の形態１における真空断熱材の製造フローチャートを示す図 （ａ）〜（ｄ）実施の形態１における真空断熱材の製造工程を説明する図 実施の形態２における真空断熱材の断面図 実施の形態２における真空断熱材の製造フローチャートを示す図 （ａ）〜（ｄ）実施の形態２における真空断熱材の製造工程を説明する図 実施の形態３における真空断熱材の断面図 実施の形態３における真空断熱材の製造フローチャートを示す図 （ａ）〜（ｄ）実施の形態３における真空断熱材の製造工程を説明する図 実施の形態４における真空断熱材の断面図 実施の形態４における真空断熱材の製造フローチャートを示す図 （ａ）〜（ｄ）実施の形態４における真空断熱材の製造工程を説明する図 実施の形態５における真空断熱材の断面図

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図で、図２は、本発明の実施の形態１における真空断熱材の斜視図である。

＜構造＞
図１において、真空断熱材１１は外被材１２と第１繊維体１３と第２繊維体１４と吸着剤１５から構成されている。寸法１６は第２繊維体１４のはみ出し長さを表す。

外被材１２は、真空断熱材１１の真空度を維持するもので、最内層の熱溶着用の低密度ポリエチレンフィルムと、ガスおよび水分の浸透を抑制するバリア層としてのアルミニウムを蒸着により成膜したポリアクリル酸系樹脂フィルムとアルミニウムを蒸着により成膜したＰＥＴフィルムとの二重構造と、最外層の保護としてナイロンフィルムを設けた構成である。

なお、熱溶着フィルムとしては特に指定するものではないが、低密度ポリエチレンフィルム、直鎖低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム等の熱可塑性樹脂、或いはそれらの混合体が使用できる。

また、ガスバリアフィルムとしては、アルミニウム箔や銅箔などの金属箔や、ポリエチレンテレフタレートフィルムやエチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム等の基材に、アルミニウムや銅等の金属やアルミナやシリカ等の金属酸化物を蒸着したフィルム等が使用できる。

また、表面保護フィルムとしては、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルム等従来公知の材料が使用できる。厚みは０．１ｍｍ程度である。

第１繊維体１３と第２繊維体１４は、１つの直方体形状である第２繊維体１４を、２つの直方体の第１繊維体１３で挟んでいる。第２繊維体１４は、第１繊維体１３より、平面視で大きい。そのため、平面視で、第２繊維体１４は、第１繊維体１３周囲より、はみ出している。

第１繊維体１３と第２繊維体１４とも、外被材１２を支持するもので、ガラス繊維から構成される成形体である。なお、第１繊維体１３と第２繊維体１４の材料として熱伝導率の低い材料が用いられ、発泡体や粉粒体、繊維体とされたものが利用できる。例えば、発泡体としては、連続気泡のウレタンフォームやスチレンフォーム、フェノールフォーム等が挙げられる。粉粒体としては、無機系、有機系のものが挙がられ、各種フォーム材を粉砕したものや、シリカ、アルミナ、パーライト等が挙げられる。繊維体としては、無機系、有機系のものが挙げられ、グラスファイバー、グラスウール、ロックウール、セルロースファイバー等が挙げられる。

また、第１繊維体１３と第２繊維体１４に採用される材料としては、熱容量の比較的に低いウレタンフォーム等の発泡体またはこれの粉粒体を採用するようにしてもよい。さらには、上記した各種の発泡体や粉粒体、繊維体を混合して用いるようにしてもよい。

また、第１繊維体１３と第２繊維体１４の材料は異なる材料を使用してもよい。

また、本実施の形態１では第１繊維体１３と第２繊維体１４とを別部材にて構成しているが、第１繊維体１３から除去加工をすることで同様の形状を作成した一体成形体としてもよい。

吸着剤１５は、ガスや水蒸気の侵入による気体熱伝導成分の増加を抑制するためのもので、ゼオライトや酸化カルシウム等で構成される。第１繊維体１３の角部に配置し、第１繊維体１３とともに減圧密封する。吸着剤１５は、必須の要素でなく、用いることが好ましい。

＜効果＞
真空断熱材１１の製造上で、先に外被材１２の３辺を熱溶着して袋状の外被材１２を製造する。このため、第１繊維体１３を後入れできるように外被材１２の重なる所の寸法に少し余裕を設けている。この余裕の部分を利用して中央に第２繊維体１４を入れることにより、外被材１２の伝熱経路を長くして、外被材１２のヒートブリッジを低減させることを可能にする。

第２繊維体１４の厚みが厚いほど、または、はみ出しの寸法１６が長いほど、外被材１２のヒートブリッジの低減効果が顕著になる。一方、実用上の観点で考えると、本実施の形態は、第２繊維体１４のはみ出し寸法１６が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度が望ましい。また、外被材１２のヒレ部（寸法１６で示す部分）は折り曲げて使用するため、第２繊維体１４が折り曲げできるように厚みは２ｍｍ程度が望ましい。

＜製造方法＞
真空断熱材１１の製造方法を説明する。

図３は、製造フローチャート図である。図４は、図３の製造フローチャートに対応する製造工程を説明する平面図である。

Ｓｔｅｐ１、図４（ａ）は、外被材１２の３辺を溶着することである。外被材１２として、次の３層を積層したものである。最内層の熱溶着用の低密度ポリエチレンフィルムと、ガスおよび水分の浸透を抑制するバリア層としてのアルミニウムを蒸着により成膜したポリアクリル酸系樹脂フィルムとアルミニウムを蒸着により成膜したＰＥＴフィルムとの二重構造と、最外層の保護としてナイロンフィルムとを設けた３層構成のものを使用した。
長方形に切ったラミネートフィルムの対向する辺の熱溶着同士を、向かい合わせて一辺を熱溶着し、次にもう一辺を熱溶着して、袋状の外被材１２を製造する。

Ｓｔｅｐ２、図４（ｂ）は、第１繊維体１３と第２繊維体１４の作製である。ガラス繊維のシートを加熱圧縮により成形した後、使用サイズに切断し、第１繊維体１３を２枚と、第２繊維体１４を１枚とを得る。そして、第２繊維体１４を２枚の第１繊維体１３の間に配置する。

Ｓｔｅｐ３、図４（ｃ）は、第１繊維体１３と吸着剤１５を外被材袋に挿入することである。第１繊維体１３と第２繊維体１４が一体となって、吸着剤１５と一緒に外被材１２を挿入する。

Ｓｔｅｐ４、図４（ｄ）は、真空引きと開口部を溶着することである。未封口の真空断熱材をチャンバー内に設置し、内部を１０Ｐａ以下まで減圧した後、開口部を熱溶着して真空断熱材１１を得る。

結果、真空断熱材１１は、側面の外周が、上下の外被材１２が積層され、接合されている。その内周に、第２繊維体１４が、上下の外被材１２で覆われている。一番内周は、第１繊維体１３が、上下の外被材１２で覆われている。

＜評価＞
次に、本発明の実施の形態１の効果をシミュレーションにより確認した。シミュレーション条件を表１に示し、シミュレーション結果を表２に示す。なお、真空断熱材１１の上下の両面の温度差を２０Ｋとし、側面の境界条件を断熱と設定し、輻射を考慮しないように設定した。また外被材１２の両方は性能が最も良いアルミニウム蒸着のものを用いた。

表１、表２に示す上段の比較例と記載したものは、既存の真空断熱材に対応する。下段の実施例と記載したものは、本実施形態の真空断熱材１１に対応する。比較例と実施例とは、全体の芯材厚みが同じ１０ｍｍであるもののとし、内部構成は異なる。比較例の１０ｍｍの第１繊維体１３の１枚に対して、実施例は４ｍｍの第１繊維体１３の２枚と２ｍｍの第２繊維体１４の１枚で構成される。

シミュレーションで得られた結果は、表２に示す通りである。比較例では、外被材１２の単位面積を通過する熱量は０．４Ｗである。一方、本実施例では、外被材１２の単位面積を通過する熱量は０．２Ｗである。

つまり、実施例の真空断熱材１１は、比較例に対して、外被材１２のヒートブリッジが５０％も改善した。尚、この結果は外被材１２として、面内方向の熱伝導率が低くなる中間層にアルミニウムを蒸着により成膜したシートを用いた場合についての評価結果である。外被材１２の中間層としてアルミ箔を用いる場合では、更に、改善される。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面図である。

＜構造＞
実施の形態２の真空断熱材４１は、実施の形態１の真空断熱材１１に対して、第２繊維体４４が中空形状であることが異なる。記載しない事項は実施の形態１と同様である。

第２繊維体４４は、額縁状で四角形の中空を持つ。この中空部分に第１繊維体４３が挿入される。

＜効果＞
実施の形態１の効果とともに、以下の効果がある。

なお、第２繊維体４４は、第１繊維体４３の中空部分にはめこまれる。第２繊維体４４は、第１繊維体４３の中空部分にはめこまれ、第１繊維体４３の内部に入り込んでいない。このため、実施する場合に、第２繊維体４４の部分が、第１繊維体４３に対して、変形しやすく、使用しやすい。

＜製造方法＞
真空断熱材４１の製造方法を説明する。

製造フローを図６、その時の製造工程を図７（ａ）〜図７（ｄ）にて示す。製造フローは実施の形態１と同様である。異なる点のみ説明する。Ｓｔｅｐ２、図７（ｂ）の芯材の作成において、第２繊維体４４を第１繊維体４３の中央まではめ込むことが異なる。

それ以外は、実施の形態１の製造方法と同様である。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における真空断熱材の断面図である。

＜構造＞
実施の形態３の真空断熱材６１は、実施の形態１の真空断熱材１１に対して、第２繊維体６４が第１繊維体６３の一番下に位置することが異なる。記載しない事項は実施の形態１と同様である。

＜効果＞
第２繊維体６４が第１繊維体６３より平面視で大きい。このため、外被材１２の伝熱経路が長くなり、外被材１２のヒートブリッジを低減させることを可能にした。また、第２繊維体６４が第１繊維体１３の一番下に位置する構造なので製造しやすい。

＜製法＞
真空断熱材６１の製造方法を説明する。

製造フローを図９、その時の製造工程を図１０（ａ）〜図１０（ｄ）にて示す。実施の形態１の製造フローと順序が異なる。記載しない事項は、実施の形態１の製造方法と同様である。

Ｓｔｅｐ１、図１０（ａ）は、第１繊維体６３と第２繊維体６４の作製である。ガラス繊維のシートを加熱圧縮により成形した後、使用サイズに切断し、第１繊維体６３を２枚と、第２繊維体６４を得る。

Ｓｔｅｐ２、図１０（ｂ）は、第１繊維体６３と第２繊維体６４を、吸着剤１５と共に２枚の外被材１２の間に配置する。

Ｓｔｅｐ３、図１０（ｃ）は、外被材１２の３辺を溶着する。

Ｓｔｅｐ４、図１０（ｄ）は、真空引きと開口部を溶着することである。未封口の真空断熱材をチャンバー内に設置し、内部を１０Ｐａ以下まで減圧した後、開口部を熱溶着して真空断熱材６１を得る。
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４における真空断熱材の断面図の一例である。

＜構造＞
実施の形態４の真空断熱材８１は、実施の形態１の真空断熱材１１に対して、第２繊維体８４が異なる。

第２繊維体８４は、ストリップ状形状、または、板状形状である。第２繊維体８４は、第１繊維体８３の四側面のうち、少なくとも１面に挟みこまれる、または、埋め込まれる。図１１は、２つの第２繊維体８４ａ、８４ｂが第１繊維体１３の対向する２面に挟みこまれた、または、埋め込まれた断面図である。第２繊維体８４ａ、８４ｂは、一端が、第１繊維体８３の内部に位置し、他端が、第１繊維体１３の外部に位置する。記載しない事項は実施の形態１と同様である。

第２繊維体８４は、２面だけでなく、１面、３面、４面でもよい。さらに、１辺に１つでなく、複数の第２繊維体８４があってもよい。

第２繊維体８４は、面の中央でなくとも、面の下部、上部でもよい。

＜効果＞
この構造では、第２繊維体８４があることで、真空断熱材１１の側面に凸部ができる。この凸部により、外被材１２の伝熱経路が長くなり、外被材１２のヒートブリッジを低減させることを可能にした。

＜製法＞
図１２、１３で、真空断熱材８１の製造方法を説明する。

製造フローを図１２で示す。製造工程を図１３に示す。製造フロー、製造工程は実施の形態１と同様である。異なる点のみ説明する。Ｓｔｅｐ２の芯材の作成（図１２（ｂ））において、第２繊維体８４を第１繊維体８３の四辺の内、少なくとも一辺に挟み込む。

ここで、挟み込む方法は、２つの方法がある。一つ目は、第１繊維体１３に、凹部を形成し、第２繊維体８４を入れ込むことである。二つ目は、第１繊維体１３の厚み方向の中央に切り込みを入れて、第２繊維体８４を切り込みした所に入れ込む方法である。こ場合、第２繊維体８４を入れ込んだ部分の真空断熱材８１の厚みが厚くなり、断熱性能が高い。二つ目の方法が好ましい。
真空断熱材８１を得る。図１２は第２繊維体８４が第１繊維体１３の二辺の端部に挟みこむ製造フローである。

（実施の形態５）
図１４は、本発明の実施の形態１における真空断熱材１１の断面図の一例である。実施の形態１との違いは、寸法１６の部分を折り曲げていることである。

寸法１６は、第１繊維体１３の周辺部分に位置する第２繊維体１４の部分である。この部分は、真空断熱材１１から吐出した部分であり、各種機器に真空断熱材１１を配置する時、障害となる。この寸法１６の部分を第１繊維体１３側に折り曲げると直方体形状となり、機器などに配置しやすい。

なお、実施の形態２〜４の真空断熱材も同様に、寸法１６を折り曲げることができる。

（全体として）
実施の形態は、組み合わせることができる。なお、真空断熱材以外の断熱材にも、この発明は応用できる。

以上のように、本発明にかかる真空断熱材は、省エネルギー化が要求される保温保冷機器に限らず、コンテナボックスやクーラーボックスなどの保冷が必要な用途への適用も可能である。また、真空断熱材が小さく薄くなっても、断熱性能が維持できるため、事務機器に限らず、電子機器への適用や、防寒具や寝具などの保湿が必要な用途への適用も可能である。

１１ 真空断熱材
１２ 外被材
１３ 第１繊維体
１４ 第２繊維体
１５ 吸着剤
１６ 寸法
４１ 真空断熱材
４３ 第１繊維体
４４ 第２繊維体
６１ 真空断熱材
６３ 第１繊維体
６４ 第２繊維体
８１ 真空断熱材
８３ 第１繊維体
８４、８４ａ、８４ｂ 第２繊維体
９１ 真空断熱材

Claims (9)

1. 第１繊維体と、
   前記第１繊維体より厚みが薄い第２繊維体と、
   前記第１繊維体と前記第２繊維体とを包む外被材と、含み、
   前記第１繊維体は、直方体であり、前記第２繊維体は、貫通する中空を有し、
   前記貫通する中空に、前記第２繊維体の両面を超えて、前記第１繊維体が位置し、
   平面視で、前記第２繊維体は、前記第１繊維体より大きく、前記第１繊維体の周辺にはみ出しており、
   前記第１繊維体と前記第２繊維体とは、直接接して配置されている真空断熱材。
2. １つのみの第１繊維体と、
   前記第１繊維体より厚みが薄い１つのみの第２繊維体と、
   前記第１繊維体と前記第２繊維体とを包む外被材と、含み、
   前記第１繊維体と前記第２繊維体とは、直方体であり、前記第２繊維体は、前記第１繊維体の一方面に位置し、
   平面視で、前記第２繊維体は、前記第１繊維体より大きく、前記第１繊維体の全周辺にはみ出しており、
   前記第１繊維体と前記第２繊維体とは、同じ繊維からなり、
   前記第１繊維体と前記第２繊維体とは、直接接して配置されている真空断熱材。
3. 第１繊維体と、
   前記第１繊維体より厚みが薄い第２繊維体と、
   前記第１繊維体と前記第２繊維体とを包む外被材と、含み、
   前記第１繊維体は、直方体であり、前記第２繊維体は、板状形状であり、
   前記第２繊維体は、前記第１繊維体の面積が最大でない１つの側面に位置し、前記第２繊維体の側面の一端の上下面は、前記第１繊維体内部に位置し、前記第２繊維体の側面の他端は、前記第１繊維体の外部に位置し、
   前記第１繊維体と前記第２繊維体とは、直接接して配置されている真空断熱材。
4. ２つの前記第２繊維体の側面の端部の上下面は、前記第１繊維体の対向する面に、それぞれ挟みこまれている請求項３記載の真空断熱材。
5. 前記第１繊維体と前記第２繊維体とは、同じ繊維からなる請求項１、３、４のいずれか１項に記載の真空断熱材。
6. 前記第１繊維体と前記第２繊維体とは、無機質繊維体である請求項１から５のいずれか１項記載の真空断熱材。
7. 前記第２繊維体を無機質繊維体もしくはセラミックもしくは樹脂で構成した請求項１から６のいずれか１項に記載の真空断熱材。
8. 前記外被材は、第１繊維体と第２繊維体とともに吸着剤を包む請求項１から７のいずれか１項に記載の真空断熱材。
9. 前記第１繊維体の外周部に位置する前記第２繊維体を折り曲げた請求項３又は４に記載の前記真空断熱材。

Images