JP2003532845A - ガラスホワイトウールを利用した真空断熱材及びその製造方法 - Google Patents
ガラスホワイトウールを利用した真空断熱材及びその製造方法Info
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Abstract
Description
よびその他の産業設備の断熱及び保温材として用いられる真空断熱材に関し、特
に、いかなる有機又は無機バインダーをも含まないガラスホワイトウール(glass
white wool)を加圧成形し、非通気性容器(non-permeable container)に入れて
真空排気させた、ガラスホワイトウールを利用した真空断熱材及びその製造方法
に関する。
発泡させたポリウレタン発泡体が用いられていたが、長期間使用したときの劣化
による断熱性能の低下、及び環境問題による塩化フッ化炭化水素の使用規制のた
め、新しい断熱システムが要求されている。加えて、最近、冷蔵庫又は冷凍庫の
ような製品の断熱特性を向上させるための研究として真空断熱システムが注目さ
れている。
を維持して熱伝逹を最小化しようとするものである。パネル状態として真空を保
持するためには、大気圧に耐えられる程度の、芯材(main body)の強度及び気孔
状態並びに断熱性能が非常に重要である。
リカ粉末、ガラス繊維及びケイ酸カルシウム系の成形体等が挙げられ、有機材料
としては、微細開放セル構造を利用したポリウレタン及びポリスチレン発泡体等
が挙げられる。
,395号、4,425,413号、4,636,415号及び4,681,7
88号等の明細書に開示され、有機材料の開放セル構造のポリウレタン発泡体を
利用する方法は、米国特許第4,668,555号明細書に開示され、ポリスチ
レン発泡体を利用する方法は、大韓民国特許出願第95−48619号明細書に
開示され、また、ポリスチレン及びポリウレタン発泡体内の気孔構造を異方性構
造に変化させて断熱性能を向上させたものとしては、大韓民国特許公開特199
9−010954号明細書等に開示されている。これらの断熱芯材を用いた真空
断熱材の断熱性能は、0.004〜0.007Kcal/mh℃であり、既存の冷蔵庫
のポリウレタン発泡体での0.02Kcal/mh℃よりは優れているが、ガラス繊維
を芯材とした真空断熱材での0.002〜0.003Kcal/mh℃よりは性能が劣
っている。
0号明細書、5,090,981号明細書、5,094,899号明細書及び5
,330,816号明細書に開示されている。
、ガラス繊維を所定の形状に成形する必要があり、そのため、少量の有機系又は
無機系バインダーを使用する方法、或いはバインダーを含まないガラス繊維を加
圧して熱硬化させる方法が利用されている。有機バインダー又は無機バインダー
を使用する場合は、使用するバインダーがガラス繊維の気孔層を占有するか、又
は劣化を招来し、それにより真空断熱効果が低下するので、工程の増加及び原料
の増加による費用増大の原因になることもある。また、熱硬化による方法は、ガ
ラス繊維をその組成成分であるガラスの変形点(straining point)以上〜ガラス
軟化点以下の温度範囲で加圧し、平衡時間(equilibrium time)保持することによ
り、ガラス繊維ボードを製造する。しかし、この方法では、ガラス繊維は、ガラ
スの変形点以上の温度まで上昇させる必要があり、また真空排気時に真空チェン
バーに密封する必要があるため、必要以上に長い工程及びエネルギーが要求され
、製造費用が増加するという不都合な点があった。
と同等の水準を維持しながら生産コストを低減し、工程を短縮して、生産性を増
加し得る真空断熱材を提供することにある。
空断熱材であって、 密度が0.1〜0.5g/cm3であり、熱伝導度が0.0023Kcal/mh℃以下で
あるガラスホワイトウール成形体と、 前記成形体を取り囲む非通気性容器と、 により構成され、 前記非通気性容器内の真空度が10-6〜10-1torrである ことを特徴とするガラスホワイトウールを利用した真空断熱材を提供する。
って、 いかなる有機系又は無機系バインダーをも含まないガラスホワイトウールを所
定の形状に積層する(piling)工程と、 前記積層されたガラスホワイトウールを、ガラスホワイトウールの変形点〜変
形点から20℃上の温度範囲内で、0.007〜1.5kg/cm2の圧力で、10分
間以上加熱加圧して成形する工程と、 前記成形されたガラスホワイトウールを非通気性容器に入れ、真空排気して減
圧する工程と、 を順次行う、ガラスホワイトウールを利用した真空断熱材の製造方法を提供する
。
るガラスの直径は、約10μm若しくはそれ以下の直径であることに着目し、加
圧することにより、そのガラスは、(そのガラスと同一組成を有するガラス繊維
)の変形点より低い温度で、変形させ得ることを見出し、そのことを利用して本
発明を完成した。
ある。図1A〜Dは、本発明に係るガラスホワイトウールを利用した真空断熱材
の製造方法を示した工程図である。まず、プレス機の上部加圧板1及び下部加圧
板4の発熱体2に熱を加え、ガラスホワイトウールの変形点〜変形点から20℃
上の温度範囲を保持する。次いで、いかなる有機系バインダー又は無機系バイン
ダーをも含まないガラスホワイトウール3aを所定の大きさにして下部加圧板4
上に積層する(図1A)。次いで、下部加圧板4を上方に上昇させることにより
、積層されたガラスホワイトウール3aを徐々に加圧する(図1B)。このとき
、加圧温度、加圧時間及び成形圧力が重要な要素となり、それらの適正な範囲に
関しては後述する。次いで、成形が完了すると、下部加圧板4を下方に下降させ
、プレス機からガラスホワイトウール成形体3bを取り出して冷却させる(図1
C)。次いで、ガラスホワイトウール成形体3dの断熱性能を向上させるために
、該ガラスホワイトウール成形体3dを極薄ステンレス鋼板5、6により構成さ
れた非通気性容器に入れ、真空排気して減圧させる(図1D)。ここで、前記非
通気性容器は、厚さ120μm以下の極薄ステンレス鋼板を用いて作製されてい
る。この減圧過程により、ガラスホワイトウール成形体3dの内部構造は、断熱
性能が一層向上した構造に変化する。また、ガラスホワイトウール成形体を非通
気性容器に入れる前に、その縁部を所望の大きさに切断又は加工することができ
る。また、真空排気するとき、非通気性容器の一方の側に小さいパイプ7を連結
し、パイプ7を介して排気させることで、非通気性容器中のガラスホワイトウー
ル成形体3dを真空状態にする。その後、パイプ7を圧着させることで、容器を
密封する。非通気性容器の真空度は10-6〜10-1torrの範囲を保持することが
望ましく、真空排気した後、前記パイプに所定の荷重を加えて、加圧密着させる
。
囲を設定するため、加圧温度及び加圧時間を変化させながら、ガラスホワイトウ
ールの厚さを調査した。
化を示したものである。図から分かるように、所定の圧力を加えても所定の温度
に達しないと、成形体を維持する厚さは達成できない。このような場合、真空断
熱材の芯材として使用することが不可能である。成形体としての厚さが維持でき
る温度は、400℃以上であり、この温度はガラスホワイトウールの変形点から
約110℃下の温度である。したがって、最低成形温度は、変形点から110℃
下の温度よりも、高い温度とすることが好ましい。しかし、最高成形温度は、ガ
ラスホワイトウールの変形を考慮して、変形点〜変形点から20℃上の温度範囲
にすることが好ましい。
007kg/cm2で、加圧したときの、成形体としての厚さを維持し得る経時変化を
示したものである。10分間未満の加熱では、成形体としての厚さが得られず、
この場合は、成形体が再び膨らむので真空断熱材の芯材として用いることが困難
である。したがって、成形のための加圧時間は、少なくとも10分間以上にする
必要がある。
成形条件としては、温度約400℃以上(ガラスホワイトウールの組成成分であ
るガラスの変形点から110℃下の温度より高い温度)及び圧力0.007〜1
.5kg/cm2であり、ガラスホワイトウールの成形時間は10分間以上である。成
形圧力が下限値よりも大きければ、加圧成形が可能であり、また、成形圧力が上
限値よりも大きい場合は、ガラスホワイトウール繊維が過剰に破壊されるため、
成形体の厚さが維持されたとしても真空断熱材の芯材として用いることが困難で
あるだけでなく、断熱性能低下の原因となる。
り、有機材料、無機材料粉末、及びケイ酸カルシウム成形体を芯材とする真空断
熱材の断熱性能を遥かに上回るような優れた断熱性能を示した。
例によって制限されるものではなく、多様な変形及び改良ができる。
のガラスホワイトウールを使用した。ガラスホワイトウールの組成は、B2O3を
4〜5重量%含むホウケイ酸塩系であり、ガラスホワイトウールの変形点は51
0℃、徐冷点は550℃であった。前記ガラスホワイトウールを横、縦が20〜
30cmになるよう切断し、その約200gをプレス機の下部加圧板に積層した。
上部加圧板及び下部加圧板の発熱体は、約400℃(ガラスホワイトウールの変
形点から110℃下の温度)に保持した。この温度は、図2から分かるように、
ガラスホワイトウールが成形体を維持し得る最低温度である。そして、下部加圧
板を上昇させて、約450kgの荷重で約2cmの厚さになるように加圧して、30
分間保持した。加圧後、下部加圧板を下降させ、ガラスホワイトウール成形体を
プレス機から取り出して冷却させた。前記成形体を横20cm、縦20cmに加工し
、厚さ80μmのステンレス鋼極薄板により形成された非通気性容器に入れた後
、非通気性容器の側面に連結されたパイプ7を介して5.6×10-5torrに真空
排気した。排気後、前記パイプを250kgの荷重で加圧密着させることにより、
真空断熱パネルを製造した。該真空断熱パネルを熱伝導度測定器(DYNATECH R/D
Co.、モデルRapid−k)により平均温度20℃で測定したときの熱伝導度
は0.0023Kcal/mh℃であった。
例1と同様の方法により真空断熱パネルを製造した。
例1と同様の方法により真空断熱パネルを製造した。
表1に示した。
用いて真空断熱パネルを製造すると、有機材料、無機材料粉末、及びケイ酸カル
シウム成形体を芯材とする真空断熱パネルの断熱性能を遥かに上回り、既存のガ
ラス繊維を芯材とする真空断熱パネルの短所であった製造コストを節減して生産
性を一層向上し得る非常に優れた効果がある。
工程図である。
工程図である。
工程図である。
工程図である。
た時の、温度と成形体として維持しているガラスホワイトウールの厚さの変化を
示す図である。
加圧した時の、時間と成形体として維持しているガラスホワイトウールの厚さの
変化を示す図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 ガラスホワイトウールを利用した真空断熱材であって、 密度が0.1〜0.5g/cm3であり、熱伝導度が0.0023Kcal/mh℃以下で
あるガラスホワイトウール成形体と、 前記成形体を取り囲む非通気性容器と、 により構成され、 前記非通気性容器内の真空度が10-6〜10-1torrである ことを特徴とするガラスホワイトウールを利用した真空断熱材。 - 【請求項2】 ガラスホワイトウールを利用した真空断熱材の製造方法であ
って、 いかなる有機系又は無機系バインダーをも含まないガラスホワイトウールを所
定の形状に積層する工程と、 前記積層されたガラスホワイトウールを、ガラスホワイトウールの変形点〜変
形点から20℃上の温度範囲内で、0.007〜1.5kg/cm2の圧力で、10分
間以上加熱加圧して成形する工程と、 前記成形されたガラスホワイトウールを非通気性容器に入れ、真空排気して減
圧する工程と、 を順次行うことを特徴とするガラスホワイトウールを利用した真空断熱材の製造
方法。 - 【請求項3】 前記ガラスホワイトウールを成形する工程において、最低成
形温度が、ガラスホワイトウールの変形点から110℃下の温度よりも、高い温
度である、請求項2記載の製造方法。 - 【請求項4】 前記成形されたガラスホワイトウールの密度が、0.1〜0
.5g/cm3の範囲である、請求項2記載の製造方法。 - 【請求項5】 前記成形されたガラスホワイトウールを非通気性容器に入れ
る前に、前記ガラスホワイトウール成形体の縁部を加工する工程を、更に行う、
請求項2記載の製造方法。 - 【請求項6】 前記非通気性容器が、厚さ120μm以下のステンレス鋼極
薄板を用いて作製されている、請求項2記載の製造方法。 - 【請求項7】 前記非通気性容器の一方の側面に、真空排気のためのパイプ
を連結する、請求項2記載の製造方法。 - 【請求項8】 前記非通気性容器内でガラスホワイトウールを真空排気する
工程を行った後、前記パイプを圧着させて密封する工程を、更に行う、請求項7
記載の製造方法。 - 【請求項9】 前記非通気性容器内で前記ガラスホワイトウールを真空排気
する工程では、真空度10-6〜10-1torrを保持する、請求項1記載の製造方法
。
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