JP2003148687A - 真空断熱材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温使用に適し、十分な耐圧性を有しなが
ら、より軽量で表面の粉っぽさを低減し、繊維の持つ柔
軟性を維持しており、断熱性能を長期間維持でき、さら
に、比較的容易に製造できる真空断熱材及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 容器内に繊維よりなる断熱部材を充填す
るとともに真空排気した状態で容器を密封してなる真空
断熱材において、容器の壁が真空排気時に内外の気圧差
で凹むのを内側から支えて防ぎ得るよう断熱部材の一部
に主に無機バインダにより繊維の交点を結着して強固に
した強固部を設け、断熱部材が真空排気時に容器の壁か
らの圧縮応力により割れるのを防ぎ得るよう断熱部材の
残部を結着の無い又は相対的に少ない柔軟部とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空断熱材及びそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空断熱材としては、無機質繊維
よりなるニードリングマット、フェルト、ブランケット
等を断熱容器や袋内に収納し、その後真空にして密着し
たものや、無機繊維を無機バインダで全体を強固に成形
し、断熱容器や袋内に収納し、その後真空にして密着し
たものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】無機質繊維よりなるニ
ードリングマット、フェルト、ブランケット等を断熱容
器や袋に収納し真空排気した真空断熱材の場合、マット
やフェルトの密度むら又は繊維マットの有する圧縮変形
性によって、断熱容器や袋が波打ち又は凹むという問題
を有する。また、アルミ箔に収納した場合には高温で使
用するとアルミ自身からの放射により断熱性が損なわれ
るという問題を有する。

【０００４】また、無機バインダで全体を強固に成形し
た無機質繊維を断熱容器や袋内に収納し、真空排気した
真空断熱材の場合、真空排気時の凹みは少ないが、無機
バインダで全体を固められているため、素焼きの磁器の
ように弾力性がなく、真空排気時に割れが発生し、断熱
性能が低下する。これは、耐火物のように脆性破壊が生
じやすい構造であるとイメージできる。またこの場合
は、多量の無機バインダを要し、さらに、真空排気時に
成形内部にある気泡の脱気が難しく、真空断熱材として
長時間使用すると、この気泡から発生するガスのため真
空劣化が起こり断熱性能の寿命が短くなる。また、断熱
部材として容器である断熱容器や袋に入れ真空排気した
場合、圧縮率が１０％を越えると、真空力で容器である
断熱容器や袋が顕著に凹むという問題点を有するので、
この場合、０．１ＭＰａ（１．０２ｋｇ／ｃｍ^２）加圧
での圧縮率を１０％以下にするには、嵩密度の増加を要
し、熱伝導率や真空脱気性を低下させてしまうという問
題点がある。

【０００５】さらに、有機バインダを用いた場合、無機
バインダの使用時と比べ耐圧性と弾力性に優れるが、真
空包装後に高温になると有機バインダが気化することに
より真空度が低下し断熱性能が劣化する危険があり、高
温下での使用ができないという問題がある。

【０００６】本発明は、上記課題を解決し、高温使用に
適し、十分な耐圧性を有しながら、より軽量で表面の粉
っぽさを低減し、繊維の持つ柔軟性を維持しており、断
熱性能を長期間維持でき、さらに、比較的容易に製造で
きる真空断熱材を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次の手段（１）（２）を採った。 （１）本発明の真空断熱材は、容器内に繊維よりなる断
熱部材を充填するとともに真空排気した状態で容器を密
封してなる真空断熱材において、容器の壁が真空排気時
に内外の気圧差で凹むのを内側から支えて防ぎ得るよう
断熱部材の一部に主に無機バインダにより繊維の交点を
結着して強固にした強固部を設け、断熱部材が真空排気
時に容器の壁からの圧縮応力により割れるの防ぎ得るよ
う断熱部材の残部を前記結着の無い又は相対的に少ない
柔軟部としたことを特徴とする。なお、母材として使用
する「繊維よりなる断熱部材」の種類によっては、既に
全体に無機バインダが含まれているものがあるが、その
一部にさらに主に無機バインダを付着させて強固部と
し、その残部をそのまま使用して柔軟部としてもよい。

【０００８】（２）本発明の真空断熱材の製造方法は、
容器内に断熱部材を充填するとともに真空排気した状態
で容器を密封してなる真空断熱材の製造方法において、
容器内に断熱部材を充填する前に、容器の壁が真空排気
時に内外の気圧差で凹むのを内側から支えて防ぎ得るよ
う断熱部材の一部に主に水溶性の無機バインダを付着さ
せて乾燥させることにより繊維の交点を結着して強固に
した強固部を設け、断熱部材が真空排気時に容器の壁か
らの圧縮応力により割れるの防ぎ得るよう断熱部材の残
部を前記結着の無い又は相対的に少ない柔軟部とするこ
とを特徴とする。

【０００９】上記の手段（１）（２）において、「容
器」は、真空状態にした際に、断熱部材の全面を被覆
し、真空状態を長期間継続することができ、断熱部材と
しての性能を妨害しないものであればよく、特定の構
造、形状、寸法等に限定されない。容器の材料として
は、特に限定されないが、通常のステンレス鋼（銅メッ
キ品等も含む）、耐熱鋼、ガス発生量の少ない無酸素銅
等を例示できる。

【００１０】「繊維」は、特に限定されないが、無機繊
維が主成分であることが好ましい。無機繊維としてはガ
ラス繊維、アルミナやシリカ等のセラミック繊維、スラ
グウール繊維、又はロックウール繊維を例示できる。ま
た、耐熱性金属繊維（ステンレス鋼、クロム−ニッケル
系合金、高ニッケル合金、高コバルト合金等の繊維）を
少量混合することもでき、その場合、断熱性能は多少低
下するが、耐熱性は高くなる。繊維の繊維径は、特に限
定されないが、１〜３０μｍが好ましく、真空度にもよ
るが、細いほど熱伝導率が低くなり、断熱性能に優れる
傾向がある。

【００１１】「主に無機バインダ」とは、無機バインダ
のみである場合のみならず、無機バインダを主材とし、
有機バインダを添加した場合も含む意味である。

【００１２】「無機バインダ」としては、繊維間のバイ
ンダとして働くものであれば特に限定されず、シリカゾ
ル、アルミナゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル、水
ガラス、活性シリカ、粘土鉱物、重リン酸アルミ、セメ
ント系を例示できる。これらの無機バインダは混合して
使用してもよい。また、特に限定されないが、活性シリ
カや重リン酸アルミは、シリカゾル等の結合力を強化す
る作用があり、混合使用することも好ましい。さらに、
セラミック粉体を添加しても好ましい。セラミック粉体
を添加する場合は、固体熱伝導率の低い粉体、チタニ
ア、窒化珪素等が好ましい。セラミック粉体を添加する
ことによって、空隙が小さくなり、気体熱伝導がほとん
どなくなるため、真空断熱性能が向上する。しかし、物
体の伝熱点が多くなり、粉体中を熱が伝わる固体熱伝導
が大きくなるため、真空断熱性能が悪化する。そのた
め、真空断熱材として使われる温度条件と真空条件に
て、相反する熱伝導が最大限に低減できる添加量に調整
することが重要となる。

【００１３】「有機バインダ」としては、特に限定され
ず、澱粉系、シリコン系、ゴム系を例示できる。

【００１４】「割れる」とは、断熱部材の厚さ方向にわ
たって亀裂が進展することをいい、断熱部材の表面部に
亀裂が生じてもそれが厚さ方向に進展しない場合は含ま
ない。

【００１５】「結着の無い又は相対的に少ない」とは、
強固部と比べて無機バインダによる結着が少ないことを
意味する。例えば、母材として使用する「繊維よりなる
断熱部材」の種類によっては、既に全体に無機バインダ
が含まれているものがあるが、その一部にさらに主に無
機バインダを追加的に付着させて強固部とし、その残部
をそのまま（無機バインダを追加的に付着させずに）柔
軟部としてもよい。

【００１６】また、無機バインダの付着前の断熱部材
は、特に限定されないが、０．１ＭＰａ（１．０２ｋｇ
／ｃｍ^２）加圧で、圧縮率が１０％以上の柔軟性を有す
ることが好ましく、付着後の断熱部材は、特に限定され
ないが、嵩密度が１００〜４００ｋｇ／ｍ^３で、０．１
ＭＰａ加圧にて圧縮率が１０％以下であることが好まし
い。さらに、断熱部材の厚さは、特に限定されないが、
３０〜１００ｍｍが好ましい。また、特に限定されない
が、断熱部材の表面に付着する場合、強固部の無機バイ
ンダの厚さは１０ｍｍ以下が好ましく、残部の無機バイ
ンダが付着していない柔軟部の厚さは２０ｍｍ以上が好
ましい。

【００１７】「断熱部材の一部に…強固部」及び「断熱
部材の残部を…柔軟部」におけるそれぞれの部位の組合
せとしては、次の態様を例示できる。 容器の壁に接する断熱部材の表面部の略全体に強固
部を設け、表面部より内側の断熱部材の内部を柔軟部と
する。 断熱部材の表面部の一部に強固部を分割するように
柔軟部を設けて、圧縮応力により強固部に亀裂が生じる
のを防ぐようにする。 容器の壁に接する断熱部材の表面部及び表面部より
内側の内部に強固部を複数の島状に分散させて設け、断
熱部材の残部を柔軟部とする。

【００１８】上記の手段（１）（２）のように、主に無
機バインダにて繊維の各交点を結着させることで強固部
を形成し、真空引きによる容器内壁からの圧縮応力の伝
播を拡散緩和することで成形形状を維持し、仮に強固部
に亀裂が発生しても、柔軟部にて亀裂の進展を阻止する
ことができ、高い靭性を維持できる断熱部材となる。

【００１９】無機バインダを付着する際に、必要に応じ
て無機バインダの付着量を調整するために、前記の通り
有機バインダを添加し増粘してもよい。有機バインダ内
の有機分は後工程の加熱処理で気化し排除する。付着方
法は特に限定されないが、繊維の成形体の毛細管作用を
利用した少量浸漬含浸方法、ハケ塗り、スプレー又はス
ポンジローラーによる塗布方法等を例示できる。

【００２０】容器内壁からの圧縮応力のメカニズムは、
内部が水のような材料であれば、パスカルの原理で一様
な応力分布を示すが、繊維の成形体の場合は成り立た
ず、内壁に接触する繊維および各交点から変形する繊
維、あるいは交点でバラける繊維、押しつぶれる繊維等
により伝達される。従って、繊維又は繊維各交点の強度
を高めることで、圧縮に対する抵抗力が高まり、内圧を
受ける繊維交点数の増加に伴い、応力を拡散することで
圧縮率の低減を図ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明を具体化した真空断熱材及
びその製造方法の実施形態について説明する。なお、各
実施形態で記す材料、構成、数値等は例示であって、適
宜変更できる。

【００２２】［第一実施形態］図１は第一実施形態の真
空断熱材７を、図２（ａ）は該真空断熱材７に用いた断
熱部材６を示している。この真空断熱材７は、ステンレ
ス鋼製の容器５内に主にセラミック繊維３よりなる断熱
部材６を充填するとともに真空排気した状態で、容器周
辺部８を封止剤で密封してなるものである。断熱部材６
の素材には、セラミック繊維３を主成分とする成形平板
（寸法６００ｍｍ×９００ｍｍ×厚さ５０ｍｍ、繊維径
２〜１０μｍ、有機バインダ不使用）が用いられてい
る。

【００２３】容器５の壁が真空排気時に内外の気圧差で
凹むのを内側から支えて防ぎ得るように、断熱部材６の
一部、ここでは容器５の壁に接する断熱部材６の両表面
部の略全体には、無機バインダ４の付着により繊維３の
表面を成膜するとともに繊維３どうしの交点を結着して
強固にした強固部１が設けられている（図１（ｂ）参
照）。無機バインダ４の付着量（乾燥後の固形分）は、
後述する実施例〜では１００〜８００ｇ／ｍ^２であ
るが、この範囲に限定されるものではなく、例えば５０
〜１０００ｇ／ｍ^２でもよい。また、断熱部材６が真空
排気時に容器５の壁からの圧縮応力により割れるの防ぎ
得るように、断熱部材６の残部、ここでは表面部より内
側の断熱部材６の内部は、前記無機バインダ４による成
膜及び結着の無い（又は相対的に少ない）柔軟部２とさ
れている。

【００２４】この真空断熱材７は次の方法により製造し
たものである。 （１）付着工程 セラミック繊維３の成形平板の両表面の略全体に、市販
の水溶性の無機バインダ４（ニューライフ技術研究所社
製ＮＫボンドＴＡ−１０）を水で３倍に希釈し、スポン
ジローラーにて塗布して付着させた。 （２）乾燥工程 上記無機バインダ４付着後のセラミック繊維３の成形平
板を２００℃の熱風乾燥炉内で３０分保持するという条
件で、無機バインダ４を乾燥硬化させることにより、前
記の断熱部材６を得た。断熱部材６の表面部は、乾燥後
の無機バインダ４が繊維３の表面を成膜するとともに交
点を結着したため前記強固部１を形成した。断熱部材６
の残部は、前記柔軟部２となった。 （３）真空排気工程 ステンレス製の容器５に断熱部材６を充填し、真空度が
１００Ｐａ（０．７６Ｔｏｒｒ）となるよう真空排気
（真空引き）した状態で、周辺部８を封止剤で密封し、
真空断熱材７を完成させた。

【００２５】無機バインダ４の総付着量（乾燥前の液量
及び乾燥後の固形分）を４点変えて設定した第一実施形
態の断熱部材６である実施例〜と、無機バインダ４
を付着させない（それ以外は第一実施形態と同様）未処
理の断熱部材である比較例と、無機バインダ４でセラ
ミック繊維３を全含浸した（それ以外は第一実施形態と
同様）断熱部材である比較例とについて、嵩密度、圧
縮率、厚み寸法復元性、及びたわみ量を測定した結果を
表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１に示すように、未処理の比較例の場
合、加圧力０．１０ＭＰａで圧縮率が１５．８％となる
ため、容器５に入れて真空状態にした場合に凹むという
問題が起こる。また、全含浸の比較例の場合、圧縮率
については問題はないが、嵩密度が増し、柔軟性がない
ため、表面に発生した亀裂や欠けが内部まで進展して割
れに至り、断熱性能の低下が問題となる。これに対し、
実施例〜ではセラミック繊維３の成形平板に無機バ
インダ４（１００〜８００ｇ／ｍ^２）を付着した場合
は、加圧力０．１０ＭＰａで圧縮率が３．２〜４．６％
と十分な耐圧性を示しながら、厚みの寸法復元性からわ
かるように、繊維の持つ柔軟性を維持できる。

【００２８】第一実施形態の断熱部材６を用いた真空断
熱材７による作用効果は、次の通りである。 （１）無機バインダの付着している強固部１があるた
め、十分な耐圧性を有し、容器５や袋に入れて真空排気
した場合、断熱部材６の圧縮変形性によって容器５や袋
の凹みや変形を抑えることができる。 （２）前記真空排気による圧縮力で断熱部材６の表面
（強固部１）に亀裂が生じても、内部の柔軟部２にて亀
裂の進展を阻止することができ、断熱性能の劣化を防止
することができる。 （３）使用する無機バインダ４の量が減少するため、表
面の粉っぽさを低減でき、容器５を密封する際、封止が
不完全となって真空度が落ちることが非常に少なくな
る。また、本実施形態では有機分を含まないため、５０
０℃以下の高温で使用しても、ガスの発生や炭化あるい
は有機分焼失による強度の低下も生じない。そのため、
長期に渡って真空劣化しない。 （４）無機バインダ４は、断熱部材６の一部のみの付着
であるため、多量の気泡が取り残されることもなく、長
期に渡って真空度の低下も生じない。 （５）無機バインダ４は、断熱部材６の一部のみの付着
であり、付着量も少なくて済むので、全含浸と比較し、
塗布時間及び乾燥時間の短縮化、作業の簡略化、断熱部
材６の軽量化等を実現できる。

【００２９】［第二実施形態］図２（ｂ）〜（ｆ）は、
第二実施形態の真空断熱材７に用いる断熱部材６を示し
ている。真空断熱材７は、第一実施形態と同様、容器５
内に断熱部材６を充填するとともに真空排気した状態
で、容器周辺部８を封止剤で密封してなるものであるか
ら、図１を援用する。本実施形態の断熱部材６も、容器
５の壁が真空排気時に内外の気圧差で凹むのを内側から
支えて防ぎ得るように、断熱部材６の一部に無機バイン
ダ４により繊維３の表面及び交点を成膜して強固にした
強固部１が設けられている。また、断熱部材６が真空排
気時に容器５の壁からの圧縮応力により割れるの防ぎ得
るように、断熱部材６の残部は前記無機バインダ４によ
る成膜及び結着の無い（又は相対的に少ない）柔軟部２
とされている。しかし、その一部の強固部１と残部の柔
軟部２における部位の組合せが、下記の実施例〜の
ように、第一実施形態とは一部又は大幅に異なってい
る。

【００３０】まず、実施例〜は、断熱部材６の表面
部に強固部１を設けるが、柔軟部２を内部のみならず表
面部にも強固部１を分割するように設けて、表面部のた
わみ性を大きくし、もって前記縮応力により強固部１に
亀裂が生じるのを防ぐようにした態様である。図２
（ｂ）に示す実施例は、タイルと目地の関係のよう
に、表面部の強固部１の間に柔軟部２を設けた態様であ
る。図２（ｃ）に示す実施例は、表面部において強固
部１と柔軟部２とを縞模様のように交互に配した態様で
ある。図２（ｄ）に示す実施例は、表面部の強固部１
の中に複数の柔軟部２を島状に設けた態様である。

【００３１】次に、実施例及びは、容器５の壁に接
する断熱部材６の表面部及び表面部より内側の内部に強
固部１を複数の島状に分散させて設け、断熱部材６の残
部を柔軟部２とした態様である。図２（ｅ）に示す実施
例は、強固部１を断熱部材６の面方向及び厚さ方向に
ランダムな位置に島状に分散させて設けた態様である。
図２（ｆ）に示す実施例は、断熱部材６の両面間に延
びる柱状の強固部１を分散させた態様である。

【００３２】第二実施形態の断熱部材６も、圧力０．１
０ＭＰａで圧縮率１０％以下を保つことができ、第一実
施形態と同様の作用効果を発揮する外、前記の通り、第
一実施形態の場合よりも表面に亀裂が生じにくい。

【００３３】なお、本発明は前記実施形態の構成に限定
されず、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しな
い範囲で適宜変更して具体化することもできる。 （１）真空断熱材の容器が袋状になっていて、封止する
部分が、断熱部材に対して１辺だけであること。 （２）無機バインダの付着の態様が、１種類の態様の面
方向への繰り返しではなく、複数の態様の組み合わせ、
例えば図２（ｂ）と（ｆ）を組み合わせた態様であるこ
と。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る真空
断熱材及びその製造方法によれば、高温使用に適し、十
分な耐圧性を有しながら、より軽量で表面の粉っぽさを
低減し、繊維の持つ柔軟性を維持しており、断熱性能を
長期間維持でき、さらに、比較的容易に製造できるとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示し、（ａ）は真空断熱材
の断面図、（ｂ）はその断熱部材の強固部の拡大模式図
である。

【図２】（ａ）は第一実施形態における断熱部材の斜視
図、（ｂ）〜（ｆ）は第二実施形態における断熱部材の
斜視図である。

【符号の説明】

１ 強固部 ２ 柔軟部 ３ セラミック繊維 ４ 無機バインダ ５ 容器 ６ 断熱部材 ７ 真空断熱材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内に繊維よりなる断熱部材を充填す
   るとともに真空排気した状態で該容器を密封してなる真
   空断熱材において、容器の壁が真空排気時に内外の気圧
   差で凹むのを内側から支えて防ぎ得るよう断熱部材の一
   部に主に無機バインダにより繊維の交点を結着して強固
   にした強固部を設け、断熱部材が真空排気時に容器の壁
   からの圧縮応力により割れるの防ぎ得るよう断熱部材の
   残部を前記結着の無い又は相対的に少ない柔軟部とした
   ことを特徴とする真空断熱材。
2. 【請求項２】 前記繊維は、ガラス繊維、セラミック繊
   維、スラグウール繊維、ロックウール繊維等の無機繊維
   が主成分である請求項１記載の真空断熱材。
3. 【請求項３】 容器の壁に接する断熱部材の表面部の略
   全体に強固部を設け、該表面部より内側の断熱部材の内
   部を柔軟部とした請求項１又は２記載の真空断熱材。
4. 【請求項４】 断熱部材の表面部の一部にも強固部を分
   割するように柔軟部を設けて、前記圧縮応力により強固
   部に亀裂が生じるのを防ぐようにした請求項３記載の真
   空断熱材。
5. 【請求項５】 容器の壁に接する断熱部材の表面部及び
   該表面部より内側の内部に強固部を複数の島状に分散さ
   せて設け、断熱部材の残部を柔軟部とした請求項１又は
   ２記載の真空断熱材。
6. 【請求項６】 前記断熱部材は、嵩密度が１００〜４０
   ０ｋｇ／ｍ^３で、０．１ＭＰａ加圧にて圧縮率が１０％
   以下である請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空断
   熱材。
7. 【請求項７】 容器内に断熱部材を充填するとともに真
   空排気した状態で該容器を密封してなる真空断熱材の製
   造方法において、容器内に断熱部材を充填する前に、容
   器の壁が真空排気時に内外の気圧差で凹むのを内側から
   支えて防ぎ得るよう断熱部材の一部に主に水溶性の無機
   バインダを付着させて乾燥させることにより繊維の交点
   を結着して強固にした強固部を設け、断熱部材が真空排
   気時に容器の壁からの圧縮応力により割れるの防ぎ得る
   よう断熱部材の残部を前記結着の無い又は相対的に少な
   い柔軟部とすることを特徴とする真空断熱材の製造方
   法。