CN101152918B - 绝热容器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够降低制造成本并得到充分的绝热效果、并且能够适应于不同形状的设置空间的绝热容器及其制造方法。所述绝热容器是保温储存液体的绝热容器，具备：内部容器(1)，其在内部储存液体并具备液体的流入口及流出口(5)；片状的外包装材料(3)，其收容该内部容器(1)；绝热空间，其在该外包装材料(3)与内部容器(1)之间封入绝热材料(2)和气体吸附材料(4)，并做成减压空间；在上述外包装材料(3)和内部容器(1)的接合部(7)上设有填充材料(6)。

Description

绝热容器及其制造方法
技术领域
本发明涉及保温储存液体的绝热容器，特别适用于保温储存车辆用发动机的LLC的绝热容器。
背景技术
目前，作为世界性的节能、环境对策而强调了燃料消耗增加，发动机启动时的冷启动方式(启动时的燃料消耗)成为燃料消耗模式的指标之一。
以往，已知有将车辆用发动机的LLC用绝热容器保温储存、通过在发动机启动时使保温的LLC在发动机中循环来促进发送机的暖机运转的技术(专利文献1)。
此外，作为同样将容器保温的方法，已知有在容器的周围形成真空绝热材料的技术，所述材料是通过用金属箔或具有金属蒸镀部的层压薄膜形成袋，将具有空隙的绝热材料放入到内部后减压密封而形成的(专利文献2)。
【专利文献1】特开2006-104974号公报
【专利文献2】特开2002-058604号公报
在车辆用发动机的绝热容器中，为了提高启动时的单位燃料的行驶里程，要求将通过发动机的预热而加温的LLC保温到下次的发动机启动时的高性能的保温性能，还要求制造成本的降低。此外，为了设置在发动机室内，强烈地要求节省空间化、对不同形状的适应。
专利文献1所示的绝热容器中，在金属制的内部容器与金属制的外部容器之间形成有真空状态的绝热空间，内部容器与外部容器通过熔敷或旋压加工而一体成形。
但是，在将内部容器和外部容器用不锈钢等金属来制作的情况下，制造成本高，并且从内部容器与外部容器的金属接合部通过热桥(热桥效应)而容易传递热，不能得到充分的绝热效果。此外，为了控制热桥而使用1mm以下的较薄的不锈钢，为了防止因与大气的气压差带来的变形，形状也被限制为圆筒形，在向适应于设置空间的形状的设计中有局限，搭载车辆种类也受到限制。
另一方面，在专利文献2所示的绝热构造中，由于在形成板状的真空绝热材料后卷绕到容器侧面上，所以容易在与容器之间产生间隙(空气层)，并且在收纳在内部中的容器是圆柱形状的情况下，因卷绕于容器的侧面上的真空绝热材料的端部的接合面、以及盖部、底部与侧面部的接合部形成的间隙会产生热损失，所以难以适用于车辆用发动机的绝热容器所要求的高性能的保温容器。
发明内容
本发明鉴于上述问题，目的是提供一种能够降低制造成本并得到充分的绝热效果、并且能够对应于不同形状的设置空间的绝热容器及其制造方法。
为了达到上述目的，在本申请的第1发明的技术方案中，提供一种绝热容器，是保温储存液体的绝热容器，其特征在于，具备：内部容器，其具备液体的流入口及流出口并储存液体；片状的外包装材料，其收容内部容器；绝热空间，其在内部容器与外包装材料之间封入绝热材料和气体吸附材料，并做成减压空间。
此外，在第2发明的技术方案中，提供一种绝热容器，其特征在于，上述内部容器是不锈钢制或树脂制的，上述外包装材料是具备粘接层的层压薄膜。
在第3发明的技术方案中，提供一种绝热容器，其特征在于，在内部容器与外包装材料的接合部设有填充材料。
在第4发明的技术方案中，提供一种绝热容器，其特征在于，绝热材料是玻璃绒、石棉、陶瓷纤维中的任一种无机纤维，吸附剂由氧化钙、钡/锂合金、以及氧化钴构成。
在第5发明的技术方案中，提供一种绝热容器的制造方法，是保温储存液体的绝热容器的制造方法，其特征在于，所述绝热容器具备：内部容器，其内部储存液体并具备液体的流入口及流出口；片状的外包装材料，收容内部容器，在与内部容器之间形成绝热空间；在绝热空间内封入绝热材料和气体吸附材料后做成减压空间，并且在上述外包装材料与内部容器的接合部设置填充材料进行接合。
在第6发明的技术方案中，提供一种绝热容器的制造方法，是保温储存液体的绝热容器的制造方法，其特征在于，具备：内部容器，其内部储存液体并具备液体的流入口及流出口；片状的外包装材料，收容该内部容器并在与内部容器之间形成绝热空间；在该绝热空间内封入绝热材料和气体吸附材料后做成减压空间，并且将与该外包装材料接合的该内部容器的接合部的内侧预加热而将该接合部热熔敷。其中，预加热可以利用通过辅助加热器进行加热的方法、或通过热风进行加热的方法等。
根据本发明的技术方案，具有以下那样的效果。
(1)由于通过片状的外包装材料将内部容器和真空绝热层一体化，所以能够形成高性能的真空绝热层。结果，能够减少从例如配置在车辆用发动机室中的LLC液的容器内部产生的热泄漏，对于汽车单位燃料行驶里程的增加、特别是对于发动机启动时的单位燃料行驶里程能够得到效果。
(2)此外，由于通过片状的外包装材料将内部容器和真空绝热层一体化，所以对于各种形状的内部容器都能够对应，能够实现与设置空间匹配的内部容器的设计及其绝热层的形成。例如，在空间有限的车辆用发动机室内，也能够进行配置保温储存LLC液的绝热容器的设计。
(3)进而，通过将内部容器制成不锈钢容器，并在外包装材料中使用便宜的层压薄膜，能够大幅削减制造成本。
(4)通过在内部容器与外包装材料的接合部设置填充材料，能够容易且可靠地形成绝热空间。
(5)通过将内部容器的接合部的内侧预加热，内部容器与外包装材料的热熔敷变得可靠。
附图说明
图1是表示本发明的绝热容器例的截面图。
图2是表示本发明的绝热容器例的截面图。
图3是在内部容器与外包装材料的接合部配置有填充材料的截面图(是图1的A-A截面图，但在图1中省略了左右的外包装材料重叠部)。
图4是表示填充材料的形状例的截面图。
图5是表示填充材料的形状例的截面图。
图6是表示填充材料的形状例的截面图。
图7是作为外包装材料的层压薄膜的示意图。
图8是表示内部容器与外包装材料的接合部的接合方法的说明图。
图9是表示内部容器与外包装材料的接合部的预备加热的说明图。
图10是表示实施例1及比较例1的测量结果的曲线图。
符号说明
1：内部容器
2：纤维质绝热材料(玻璃绒)
3：外包装材料(层压薄膜)
4：吸附剂(吸气材料)
5：液体的流入流出口
6：填充材料
7：接合部
8：保护层(尼龙层)
9：保护层(基材层)(聚对苯二甲酸乙二醇酯层)
10：气体阻挡层(铝箔)
11：粘接层(乙烯-乙烯醇层)
12：高耐热橡胶
13：带状的金属加热器
14：玻璃布
15：热风喷嘴
16：热风
具体实施方式
图1、图2中表示作为本发明的实施方式的绝热容器例。在本实施方式中，由于将片状的层压薄膜3作为外包装材料将内部容器1和真空绝热层一体化，所以对于各种形状的内部容器1也能够对应，能够形成高性能的真空绝热层。此外，在图3中，表示在内部容器1与外包装材料3的接合部7处设有填充材料6的截面图。另外，在图1中，省略了外包装材料3的重叠部，但图3那样的外包装材料3的重叠部为了保持气密性而留下一定程度的长度、最终被切掉。
为了实现该构造，在本发明中，将片状的层压薄膜3直接热熔敷在内部容器1的液体流入流出口5上，维持绝热层的真空状态。但是，在两片层压薄膜3与内部容器1接触的3重点处容易产生间隙，难以维持真空状态。所以，在本发明中，通过使用填充材料6，能够进行不产生间隙的热熔敷。所谓的填充材料，是由与层压薄膜3的粘接层11相同材质或不同材质的热塑性树脂制作、在热熔敷时熔融而填埋间隙的材料；将内部容器1的接合部7加工而制作的突起、或者将不同材质但能够控制间隙的产生的结构体粘贴在接合部7上的材料。图4～图6中表示填充材料6的形状例。
在本发明的实施方式中，为了提高绝热性，形成在绝热空间内的    减压空间的气压被控制得低于大气压(减压状态)，例如，为0.01～100Pa即可，优选为0.1～10Pa。
接着，内部容器1的材质使用金属制或树脂制的。从保温性能的观点来看，优选为热容大的金属制，特别优选为热传导率低的不锈钢制。但是，在进一步降低成本、或者由金属难以对应的容器形状的情况下，也可以由树脂形成。树脂可以从丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚体(ABS)、丙烯腈-苯乙烯共聚体(AS)、EEA树脂(EEA)、环氧树脂(EP)、乙烯-乙酸乙烯酯聚合物(EVA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、液晶聚合物(LCP)、MBS树脂(MBS)、三聚氰胺-甲醛(MMF)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯树脂(PC)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚缩醛树脂(POM)、聚丙烯(PP)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚苯硫醚树脂(PPS)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯(PVDC)等中选择使用。但是，由于树脂与金属相比气体透过量较大，所以在选择树脂作为内部容器材质的情况下，为了控制气体透过，优选形成气体阻挡层，优选通过镀层处理形成金属层。由此，能够长时间维持真空绝热层的真空度。
图7中表示作为外包装材料的层压薄膜3的示意图。是保护层8/保护层(基材层)9/气体阻挡层10/粘接层11的多层构造，但特别在粘接层11上可以进行粘接层彼此的接合以及与金属表面的接合、进一步优选气体透过性较低的乙烯-乙烯醇共聚物、尼龙、聚乙烯醇、聚偏氯乙烯、聚酯，特别优选乙烯-乙烯醇共聚物。此外，为了防止从粘接层11和气体阻挡层10的界面向绝热层泄漏气体，如果在乙烯-乙烯醇共聚物薄膜上预先在单面上设置金属蒸镀层，则对于真空度的维持是有效果的。
作为本发明的实施方式的层压薄膜的厚度，只要是容易制造，则没有特殊限制，例如为45～120μm即可，优选为60～100μm。
作为本发明的实施方式的层压薄膜的气体透过度，只要是在所期望的过程中能维持绝热空间的真空度，则没有特殊限制，例如，根据JIS-K7126-1测定的氧透过度为1.1×10-11m3/m2·s·MPa以下即可，优选为1.1×10-12m3/m2·s·MPa以下。
内包在绝热空间中的绝热材料可以利用作为绝热材料所公知的材料，可以列举出例如聚苯乙烯泡沫等有机质多孔质体；含有硅酸钙、氧化铝等陶瓷粉末的成形体；由玻璃绒、石棉、陶瓷纤维构成的无机纤维质绝热材料，特别优选平均纤维直径为5μm以下、并在高温气氛下将吸附水分除去后的玻璃绒。这样的绝热材料可以单独使用，也可以组合2种以上使用。
此外，绝热层如果长期使用，则有可能因从绝热材料2产生的气体、透过接合部树脂的气体等而使真空度降低，为了防止这种情况，用来吸附绝热层内部的气体的吸附剂4是不可或缺的。吸附剂4优选为主要吸附水分的氧化钙、主要吸附氧、氮的钡/锂合金、主要吸附氢的氧化钴。但是，在单独封入了各个吸附剂的情况下，钡/锂合金由于吸附从绝热材料产生的水分，因此存在作为目的的氧、氮的吸附能力降低的问题，所以优选将钡/锂合金层作为中间层的由氧化钙层、氧化钴层构成的3层构造(图示省略)。
为了将层压薄膜3热熔敷在内部容器1上，使用作为内部容器1的接合部7的与液体的流入流出口5的形状匹配的密封剂。在使用金属制的内部容器1时，为了使粘接层11容易热熔敷在内部容器接合部7上、增加从内部容器1到作为气体阻挡层10的铝箔的距离从而增大接合部7的热阻，优选预先在内部容器接合部7上卷绕与粘接层11相同材质的薄片。此时，卷绕量越多则热阻变得越大，但由于对应于其厚度的量而透过粘接层11树脂的气体量增加，所以卷绕量优选为50μm以下。
此外，由于在两片层压薄膜3、3与内部容器1接触的3重点处容易产生间隙，所以优选地预先设置填充材料6。所谓的填充材料6，如上述那样是将用与层压薄膜3的粘接层11相同的材质制作的杆(rod)接合在接合部7上、将用与内部容器1相同的材质制作的杆接合在接合部7上、将内部容器1的接合部7加工而制作的突起、或者将由不同材质制作的杆接合在接合部7上的材料(图3)。具体而言，可以考虑图4的截面圆形、图5的截面三角形、图6的形成在接合部整周上的形态等，但并不限于此。
对形成了填充材料6的内部容器卷绕玻璃绒2。此时的玻璃绒2的卷绕量由对绝热容器要求的绝热性能决定(详细情况在实施例2中说明)。
对于卷绕了玻璃绒2的内部容器1的液体的流入流出口5，如图8所示，将内部容器1设置在使粘接层11对置的两片层压薄膜3、3之间，使得填充材料6成为3重点的位置，用密封剂热熔敷。
上述密封剂是将氟制高耐热橡胶12成形为接合部形状、在其上方配置带状的金属加热器13、再配置玻璃布14的构造。此外，密封剂的熔敷条件是在将层压薄膜3推压在内部容器1上的状态下以比粘接层11的熔点高20℃的温度保持6秒以上。但是，在使用金属制内部容器1的情况下，由于内部容器1的热传导率、热容较大，所以仅通过密封剂的加热器难以使层压薄膜3的内部容器接合部7的温度与粘接层的熔敷温度相同，需要通过辅助加热器将内部容器接合部7预加热(图9)。另外，图9所示的预加热是通过将热风喷嘴15插入到内部容器接合部7的内侧中、送入热风16来将内部容器接合部7加热的，但也可以使用电热加热器等的加热方式，并不限于此。
在将内部容器1和层压薄膜3热熔敷后，将层压薄膜3的两侧面热熔敷。此时也与上述同样，在将层压薄膜3彼此推压的状态下、在比粘接层11的熔点高20℃的温度下保持6秒以上。层压薄膜3的两侧面被热熔敷，在将层压薄膜3形成为袋状后，装填作为气体吸附剂的吸气材料4。
在此状态下放入到真空腔室中，将腔室内进行真空排气，使内部压力成为10Pa以下，将作为剩余的1边的容器底部在上述同样的条件下热熔敷而形成真空绝热层。使内部为真空的目的是降低绝热材料的热传导率、减少从绝热容器内部产生的散热热量。在上述纤维质绝热材料的内部中传播的热是经由气体传递的热、经由固体传递的热、通过辐射传递的热的和。通过减压而将内部的气体排除，能够抑制经由气体传递的热，降低整体的热传导率而减少散热热量。
[实施例1]
下面列举本发明的绝热容器的详细的制作方法的一例，但本发明并不限于此。
内部容器1使用内容积约2.6L、壁厚8mm的长方体形状的聚乙烯制容器，在内部容器1的一面上设置外径φ18.5mm、内径φ13mm、高度30mm的液体的流入流出口部5，进而在流入流出口5部上，在距离液体的流入流出口的上表面10mm的位置上形成高度10mm的图5所示的聚乙烯制填充材料6。在除了填充材料6以外的内部容器1的表面上形成ABS树脂后，形成化学镍镀层、再形成电镀铜层，作为气体阻挡层。
作为外包装材料3的层压薄膜使用作为保护层8的聚对苯二甲酸乙二醇酯层(12μm)/作为保护层9的尼龙层(15μm)/作为气体阻挡层10的铝箔(6μm)/作为粘接层11的聚乙烯层(50μm)的多层结构的薄膜。纤维质绝热材料2使用旭フアイバ一グラス制白绒(white wool)，气体吸附剂4(吸气材料)使用サエス·ゲツタ一ズ制COMBO3GETTER。
在作为内部容器1的聚乙烯制容器的周围覆盖玻璃绒直到其厚度达到设在内部容器1的流入流出口部5上的填充材料6的下表面的位置。此时的玻璃绒的密度相对于内部容器1的表面积为约0.25g/cm2。接着，使两片作为外包装材料3的层压薄膜的粘接面对置于设在内部容器1的液体的流入流出口部5上的填充材料6上，使用图8所示那样的密封剂，将接合部7的位置调节为160℃，并在加压的状态下保持6秒钟。然后，将作为外包装材料3的层压薄膜的侧面使用通常的密封剂、与上述同样在160℃的温度下加压6秒钟而热熔敷，与内部容器1热熔敷的两片外包装材料3(层压薄膜)中除了底部以外的3面热熔敷而成为袋状。进而，在120℃的烘箱中放置24小时，使在玻璃绒中含有的水分蒸发。
在干燥后送入到氩气气氛的腔室中，从外包装材料3开放的底部填充1个(约7g)作为气体吸附剂4的吸气材料后，将腔室内减压到10Pa，将外包装材料3的开放部通过设在真空腔室内的加热器接合而密封，制作成具有厚度10mm的真空绝热层的绝热容器。将其作为实施例1。
在上述实施例1的绝热容器中注入约100℃的温水，放置约10分钟后弃掉，再次将约100℃的温水注入到绝热容器内，从液体的流入流出口部插入热电偶，将流入流出口部用橡胶栓封闭。以绝热容器内的水温变为95℃的时刻为起点，经过12小时后测量水温。
[比较例1]
作为比较例1，使用金属制双层管结构且内部容器及外部容器都采用厚度约0.5mm的不锈钢板、而且在内部容器及外部容器间设有真空绝热层的结构的容器。此外，比较例1的绝热容器的流体注入口为通过盖材绝热的结构，抑制了从流体注入口产生的散热。
在该比较例1的绝热容器中，注入与实施例1相同容量的约100℃的温水，放置10分钟后弃掉，再次将约100℃的温水注入到绝热容器内，在绝热容器内插入热电偶后，将注入口封闭。以绝热容器内的水温变为95℃的时刻为起点，经过12小时后测量水温。
[测量结果]
图10中表示实施例1及比较例1的测量结果。
实施例1(本发明的绝热容器)将95℃的温水在经过12小时后维持为约83℃，在比较例1中，95℃的温水经过12小时后的温度为约78℃。结果，证明了实施例1的绝热容器具有与比较例1同等以上的绝热性能。另外，作为上述比较例1使用的金属制双层管结构的绝热容器是市售的保温瓶型，是内部容器及外部容器都采用厚度约0.5mm的不锈钢板、并在内部容器及外部容器间设有真空绝热层的结构。此外，比较例1的绝热容器的流体注入口为由盖材绝热的结构，抑制了从流体注入口产生的散热。
[实施例2]
接着，作为实施例2，介绍玻璃绒2的卷绕量由对绝热容器要求的绝热性能决定的具体例。
例如，在具备0.25g/cm2的卷绕量且厚度为10mm的真空绝热层、0.13g/cm2的卷绕量且厚度为5mm的真空绝热层、和0.38g/cm2的卷绕量且厚度为15mm的真空绝热层的绝热容器中分别装入95℃的水，测量12小时后的水温，结果是，在5mm厚的情况下为约70℃、10mm厚的情况下为约78℃、15mm厚的情况下为约82℃的结果。
[实施例3]
此外，作为实施例3，表示了本发明的绝热容器的材质的组合的例子，但本发明并不限于此。
例(A)
·内部容器：不锈钢
·填充材料：不锈钢(加工)
·粘接层：乙烯-乙烯醇共聚物
例(B)
·内部容器：不锈钢
·填充材料：乙烯-乙烯醇共聚物
·粘接层：乙烯-乙烯醇共聚物
例(C)
·内部容器：聚乙烯
·填充材料：聚乙烯
·粘接层：聚乙烯
例(D)
·内部容器：聚丙烯
·填充材料：聚丙烯
·粘接层：聚丙烯
例(E)
·内部容器：ABS树脂
·填充材料：ABS树脂(加工)+金属覆膜
·粘接层：乙烯-乙烯醇共聚物
根据本发明，能够作为保温储存液体的绝热容器使用，特别适用于保温储存车辆用发动机的LLC的绝热容器。此外，也可以在电壶等的保温容器或液态气体等的保冷容器中使用。

Claims (5)

1.一种绝热容器，是保温储存液体的绝热容器，其特征在于，具备：内部容器，其具备液体的流入口及流出口并储存液体；片状的外包装材料，其收容所述内部容器；和绝热空间，其在所述内部容器与所述外包装材料之间封入绝热材料和气体吸附材料，并做成减压空间；其中，所述外包装材料将所述内部容器和所述绝热空间一体化，所述内部容器是不锈钢制或树脂制的，所述片状的外包装材料是具备粘接层的层压薄膜，所述绝热材料是玻璃绒、石棉、陶瓷纤维中的任一种无机纤维。
2.如权利要求1所述的绝热容器，其特征在于，在所述内部容器与外包装材料的接合部设有填充材料。
3.如权利要求1或2所述的绝热容器，其特征在于，所述气体吸附剂由氧化钙、钡/锂合金、以及氧化钴构成。
4.一种绝热容器的制造方法，是保温储存液体的绝热容器的制造方法，其特征在于，所述绝热容器具备：内部容器，其内部储存液体并具备液体的流入口及流出口；和片状的外包装材料，其收容所述内部容器，在与内部容器之间形成绝热空间，且其是具备粘接层的层压薄膜；在所述绝热空间内封入绝热材料和气体吸附材料后做成减压空间，并且在所述外包装材料与内部容器的接合部设置填充材料进行接合，所述外包装材料将所述内部容器和所述绝热空间一体化。
5.一种绝热容器的制造方法，是保温储存液体的绝热容器的制造方法，其特征在于，所述绝热容器具备：内部容器，其内部储存液体并具备液体的流入口及流出口；和片状的外包装材料，其收容所述内部容器，在与内部容器之间形成绝热空间，且其是具备粘接层的层压薄膜；在所述绝热空间内封入绝热材料和气体吸附材料后做成减压空间，并且将与所述外包装材料接合的所述内部容器的接合部的内侧预加热而将所述接合部热熔敷，所述外包装材料将所述内部容器和所述绝热空间一体化。
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