JP2007055619A - 断熱構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 より一層の断熱性能の向上を図ると共に外的要因（衝撃など）から保護できる断熱構造体を提供する。
【解決手段】 外側パネル２と、この外側パネル２の内側に所定距離をおいて対向配置される真空構造の内側パネル３と、外側パネル２に内側パネル３を固定させる固着部材４と、固着部材４を前記内側パネル２の外周縁に沿って連続配置することで前記外側パネル２と前記内側パネル３との間に形成された空気層５とを備えて構成される。内側パネル３は、芯材６と、その芯材６を被覆するシート部材７からなり、該シート部材７で被覆した内部を真空にして構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、断熱性能をより一層高めることのできる断熱構造体に関する。

例えば、特許文献１には、コンテナーや冷蔵庫などに利用される断熱構造体が開示されている。この断熱構造体は、真空成形された成形断熱パネルを、箱状に形成した基板の上面に接着剤にて固定した後、同じく箱状に形成した覆板を一定の間隔をおいて配置し、それら基板と覆板との隙間部分に独立気泡構造を持ったポリウレタンフォーム樹脂を注入発泡させた断熱構造体が提案されている。

この成形断熱パネルは、紙若しくは不織布等の通気性を有する素材によって構成された内袋にシリカ粉末を充填したのち、袋の端部を閉止し、次いでこれをプレス加圧することによって所望の形状（台形状）に成形し、さらにこのプレス加圧した成形品を合成樹脂フィルム等からなる非通気性の外袋に収容した後、外袋の内部を真空排気し、次いで外袋の端部を閉止することによって構成されている。
特許第２５９１９７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の断熱構造体では、成形断熱パネルを基板に接着剤で強固に固定してしまっているため、内部の熱がこの断熱パネルの表面を伝わり放熱されてしまう。また、成形断熱パネルを構成する内袋と外袋は、その異なる材料による熱膨張率の相違から温度変化による熱膨張や熱収縮に伴い、表皮に応力が生じて破断し、内部の真空を保つことが難しい。したがって、この断熱構造体では、熱伝導によって断熱性能が低下してしまう。

また、特許文献１に記載の断熱構造体では、構造体全体が撓んだ場合、成形断熱パネルと基板とが擦れ、当該成形断熱パネルの表皮が破損することが考えられる。また、この断熱構造体では、内袋が紙や不織布で形成され、外袋が合成樹脂フィルムで形成されていることから、衝撃などに弱く、外袋及び内袋が破れる可能性がある。

そこで、本発明は、より一層の断熱性能の向上を図ると共に外的要因（衝撃など）から保護できる断熱構造体を提供することを目的とする。

本発明に係る断熱構造体は、外側パネルと、この外側パネルの内側に所定距離をおいて対向配置される真空構造の内側パネルと、外側パネルに内側パネルを固定させる固着部材と、固着部材を前記内側パネルの外周縁に沿って連続配置することで前記外側パネルと前記内側パネルとの間に形成された空気層とを備えて構成される。

本発明の断熱構造体によれば、真空構造の内側パネルを外側パネルに隙間無く密着させて固定するのではなく、内側パネルの外周縁に沿って固着部材を連続配置させて外側パネルに固定し、さらにその外側パネルと内側パネルとの間に空気層を形成しているので、この空気層は熱伝導率が低い為、実質断熱層として機能すると共に、内側パネルが外側パネルと固着部材を介して接することでこれらの接触面積の減少により、内側パネルの表面を伝わって外側パネルへ熱伝達することが抑えられ、結果として断熱性能の向上を図ることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「第１の実施の形態」
図１は第１の実施の形態の断熱構造体を示し、（Ａ）は断熱構造体の正面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、図２は断熱構造体の要部における分解斜視図、図３は内側パネルの断面図である。

第１の実施の形態の断熱構造体１は、図１及び図２に示すように、外表面を構成する外側パネル２と、この外側パネル２の内側に所定距離をおいて対向配置される真空構造の内側パネル３と、外側パネル２に内側パネル３を固定させる固着部材４と、固着部材４を内側パネル３の外周縁に沿って連続配置することで前記外側パネル２と内側パネル３との間に形成された空気層５とから構成される。

外側パネル２は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）やＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンの共重合体）などの樹脂や鉄板など剛性の高い部材で形成され、外的要因（以下に説明する石跳ねや衝突による衝撃など）に対して極めて強いものとされている。この外側パネル２は、何枚か組み合わせることで、例えば内部に燃料電池システム構成部品など断熱を必要とする熱源体を収容する箱形状に組み立てられる。

内側パネル３は、図３に示すように、芯材６と、その芯材６を被覆するシート部材７からなり、該シート部材７で被覆した内部を真空にして構成され、前記した各外側パネル２の内側に所定距離をおいて対向配置される。

芯材６には、例えば、熱伝導率が低く多孔質状のグラスウールやポリウレタンフォームなどが使用される。シート部材７は、芯材６の全体を包み込むようにして覆い、その外周囲７ａをヒートシールされる。このシート部材７には、内部の真空状態を維持すべくガス透過率の低い、例えばＰＥ（ポリエチレン）等の樹脂フィルムが使用される。

固着部材４は、外側パネル２に内側パネル３を固定させる役目をし、内側パネル３の外周縁に沿って平面視矩形状に連続配置されている。かかる固着部材４は、外側パネル２と対向する内側パネル３の対向面全面に設けられるのではなく、少なくとも内側パネル３を支えることができる程度の幅を持って当該内側パネル３の外周縁に沿って矩形状に設けられている。

この固着部材４が内側パネル３の外周縁部に設けられることによって、外側パネル２と内側パネル３との間には、断熱層として機能する空気層５が形成される。この空気層５は、内側パネル３の外周縁に沿って連続配置された固着部材４の内側に形成されるため、当該固着部材４が壁となってその内部の空気が外に漏れ出ないようになされている。また、空気層５は、固着部材４の幅を狭くすることによって、断熱層として機能する面積を十分大きなものとしている。

固着部材４には、内側パネル３を外側パネル２に固定する接着剤としての機能と、断熱層である内側パネル３からの熱を外側パネル２へ伝達させ難くする機能とを合わせ持つような材料、例えばシリコーンゴムなどが使用される。

なお、内側パネル３同士が付き合わされる角部には、内部の温度が高い気体と、断熱層側の温度が低い気体の滞留を抑制することで、熱が外に漏れ出ないようにするためのシール部材８が設けられている。

このように構成された断熱構造体１によれば、真空構造の内側パネル３を外側パネル２に隙間無く密着させて固定するのではなく、内側パネル３の外周縁に沿って固着部材４を連続配置させて外側パネル２に固定し、さらにその外側パネル２と内側パネル３との間に空気層５を形成しているので、この空気層５が断熱層として機能すると共に、内側パネル３が外側パネル２と固着部材４を介して接する接触面積の減少により、内側パネル３の表面を伝わって外側パネル２へ熱伝達することが抑えられ、結果として断熱性能の向上を図ることができる。

また、本実施の形態の断熱構造体１によれば、剛性の高い材料を外側パネル２に使用しているので、断熱構造体の強度を高めることができ、前記効果に加えてより一層、断熱性能を高めることができる。

また、本実施の形態の断熱構造体１によれば、内側パネル３を真空断熱構造としたことで、熱伝導率が小さくできることからその厚みを薄くすることができ、断熱構造体の容積を容易に小さくすることができる。

「第２の実施の形態」
図４は第２の実施の形態の断熱構造体を示し、（Ａ）は断熱構造体の正面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。

第２の実施の形態では、空気層５が形成された領域のほぼ中央付近に、内側パネル３を外側パネル２に対して支持させる支持部材９を設けている。支持部材９は、固着部材４と同一の材料によって小さな矩形体として形成され、空気層５のほぼ中央付近に２個所に設けられている。この支持部材９は、外側パネル２に一面を接触固定させ、内側パネル３に他面を接触固定させている。

このように構成された本実施の形態の断熱構造体１によれば、大面積を確保した空気層５の空隙部に内側パネル３を外側パネル２に対して固定支持させるための支持部材９を設けているので、撓み等が少なくなり、断熱構造体自体の強度を大幅に高めることができる。

「第３の実施の形態」
図５は第３の実施の形態の断熱構造体を示す断面図である。

第３の実施の形態では、内側パネル３のうち曲部に配置される部位を、内部を真空としたステンレスで構成している。具体的には、図５に示すように、矩形平板形状の内側パネル３同士を連結する部位に、内部を真空としたステンレスからなる連結内側パネル１０を設けている。連結内側パネル１０は、断熱構造体１の四隅にそれぞれ設けられ、各矩形平板形状の内側パネル３と隙間無く密着して固定されている。なお、この連結内側パネル１０は、外側パネル２に対して固着部材４によって固定されている。

このように構成された本実施の形態の断熱構造体１によれば、断熱構造体１の四隅である曲部からの熱リークを、真空構造として構成された連結内側パネル１０によって熱リークを抑えることができる。

「第４の実施の形態」
図６は第４の実施の形態の断熱構造体を示す断面図である。

第４の実施の形態では、内部に微細な空気孔を形成した発泡樹脂または発泡ゴムからなる固着部材４を使用している。その他の構成は、第３の実施の形態の断熱構造体と同じである。

本実施の形態では、例えば発泡ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、発泡ウレタン、発泡ポリエチレンなどからなる固着部材４を使用している。内部に微細な空気孔１１を形成することで、空気孔１１が無いソリッドな固着部材４に比べて熱伝導率の低下が生じる。

このように構成された本実施の形態の断熱構造体１によれば、空気孔１１が断熱層として機能することから温度変化により生じる断熱材料（内側パネル３及び連結内側パネル１０）の膨張または収縮による寸法変化を吸収することができる。

「第５の実施の形態」
図７は第５の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。

第５の実施の形態では、固着部材４を、外側パネル２及び内側パネル３に対して密着性部材１２で固定している。その他の構成は、第１から第４の実施の形態の断熱構造体と同一構成である。

密着性部材１２は、外側パネル２と内側パネル３に対する密着力をより一層高めるために使用される。かかる密着性部材１２には、例えばエポキシやシアノアクリレートなどの材料が使用される。

このように構成された本実施の形態の断熱構造体１によれば、断熱性能を阻害することなく熱伝導経路を均一化し熱リークを最小限にとどめることにより、内側パネル３を外側パネル２に対してより一層強固に固定することができる。

「第６の実施の形態」
図８は第６の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。

第６の実施の形態では、内側パネル３の外周縁部を固着部材４で覆って被覆した構造としている。具体的には、内側パネル３を金型にセットし、その内側パネル３の外周縁部に発泡樹脂または発泡ゴムをインサート成形することで、固着部材４を内側パネル３の外周縁部に形成している。そして、その一体成形した内側パネル３の固着部材４を、密着性部材１２によって外側パネル２に固定させている。

このように構成された断熱構造体１によれば、内側パネル３を外側パネル２に固定する際の手間が省け、組み立てを容易なものとすることができる。

「第７の実施の形態」
図９は第７の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。

第７の実施の形態では、発泡樹脂または発泡ゴムからなる固着部材４に、内側パネル３の外周縁部と、この内側パネル３を外側パネル２に固定させるブラケット１３とをインサート成形している。ブラケット１３は、ボルトやリベットなどで外側パネル２に固定される。

このように構成された断熱構造体１によれば、外側パネル２にブラケット１３を固定するだけで、内側パネル３を簡単に外側パネル２に取り付けることができる。

「第８の実施の形態」
図１０は第８の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。

第８の実施の形態では、内側パネル３を複数枚で構成し、その内側パネル３を厚み方向で互い違いに配置した構造としている。具体的には、３枚の内側パネル３を使用し、２枚の内側パネル３を所定間隔を置いて同一面内に配置し、さらにその上に所定間隔を置いて両内側パネル３に重なるようにしてもう一枚の内側パネル３を配置している。図１０中、外側パネル２に近い側に配置された２枚の内側パネル３、３の両外周縁部をそれぞれ固着部材４で覆い、その上に配置される内側パネル３の中央部と両外周縁部を固着部材４で覆っている。また、この実施の形態では、固着部材４と内側パネル３の熱抵抗をほぼ同一としている。

このように構成された断熱構造体１によれば、断熱層として機能する内側パネル３を厚み方向で互い違いに配置したことで、図１０中矢印で示す固着部材４の伝熱経路を一枚の内側パネル３とした場合に比較して長くすることができ、それにより断熱性能を向上させることができる。また、この断熱構造体１によれば、固着部材４と内側パネル３の熱抵抗をほぼ同一としているので、局部的な断熱不足が生じなくなり、さらに断熱に不要な部分を最小限に留めることができ、結果として小型化を図ることができる。

「第９の実施の形態」
図１１は第９の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。

第９の実施の形態では、内側パネル３のほぼ中央に開口部１４を形成し、外側パネル２と対向する面とは反対側の前記内側パネル３の内面全面を覆って固着部材４を設けた構造としている。

このように構成された第９の実施の形態では、内側パネル３のほぼ中央に開口部１４を形成し、さらにその内側パネル３の内面全面を固着部材４で覆うことで、内側パネル３の表皮を伝わって外側パネル２へと伝わる伝熱を遮断することができ、断熱性能を高めることができる。

「第１０の実施の形態」
図１２は第１０の実施の形態を示し、燃料電池システム構成物品を断熱構造体の内部に収容配置させた例を示す模式図である。

第１０の実施の形態では、車両用燃料電池自動車の床面１５の下（床下）に配置される燃料電池システム構成部品を、前記した第１から第９の実施の形態の断熱構造体１の内部に収容配置させている。燃料電池システム構成部品としては、例えば、水素と酸素を反応させて電力を出力する燃料電池スタック１６と、この燃料電池スタック１６に空気を供給する空気供給装置１７と、燃料電池スタック１６に水素を供給すると共に反応に使用されなかった余剰の水素を回収する燃料循環装置１８と、燃料電池スタック１６で発生した水を排水する排水装置１９と、この配管に設けられるバルブ２０などである。

本実施の形態では、燃料電池スタック１６、空気供給装置１７、燃料循環装置１８、排水装置１９及びバルブ２０（配管も含む）の全てを、前記した断熱構造体１の内部に収容させている。

このように構成された第１０の実施の形態によれば、路面から跳ね上がる飛び石などからの衝撃から燃料電池システム構成部品を保護することができると共に、断熱層として機能する内側パネル３を外側パネル２で保護することができる。

「第１１の実施の形態」
図１３は第１１の実施の形態を示し、燃料電池システム構成物品の一部を断熱構造体の内部に収容配置させた例を示す模式図である。

第１１の実施の形態では、第１から第９の実施の形態における断熱構造体１の内部に、最も高温となる燃料電池スタック１６を収容すると共に、その燃料電池スタック１６の近傍上部に水系部品である排水装置１９及びバルブ２０を配置している。なお、空気供給装置１７は、断熱構造体１の外に配置してある。

このような構成とした第１１の実施の形態では、最も高温となる部品を断熱構造体１の内部に収容すれば、断熱を施したい部分のみ局部的に断熱性能を向上させることができ不要な容積の増加を防ぐことができる。また、本実施の形態では、熱容量の低い排水装置１９及びバルブ２０を、熱容量の最も高い燃料電池スタック１６の近傍に配置し、それらを断熱構造体１の内部に収容させたことで、温度低下時間を長くすることができ、保温性能を向上させることができる。

「第１２の実施の形態」
図１４は第１１の実施の形態を示し、燃料電池システム構成物品の一部を断熱構造体の内部に収容配置させた例を示す模式図である。

第１２の実施の形態では、燃料電池システム構成部品を支持する支持フレーム２１の上に、前記した第１から第９の実施の形態の断熱構造体１を配置させている。このように、支持フレーム２１の上に、燃料電池システム構成部品を内部に収容した断熱構造体１を配置することで、支持フレーム２１からの熱伝導を遮断することができ、保温性能を向上させることができる。

第１の実施の形態の断熱構造体を示し、（Ａ）は断熱構造体の正面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。 第１の実施の形態の断熱構造体の要部における分解斜視図である。 第１の実施の形態の断熱構造体を構成する内側パネルの断面図である。 第２の実施の形態の断熱構造体を示し、（Ａ）は断熱構造体の正面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。 第３の実施の形態の断熱構造体を示す断面図である。 第４の実施の形態の断熱構造体を示す断面図である。 第５の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。 第６の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。 第７の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。 第８の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。 第９の実施の形態の断熱構造体の要部を示す断面図である。 第１０の実施の形態を示し、燃料電池システム構成物品を断熱構造体の内部に収容配置させた例を示す模式図である。 第１１の実施の形態を示し、燃料電池システム構成物品の一部を断熱構造体の内部に収容配置させた例を示す模式図である。 第１２の実施の形態を示し、支持フレームの上に燃料電池システム構成物品を内部に収容配置させた断熱構造体を載せた例を示す模式図である。

符号の説明

１…断熱構造体
２…外側パネル
３…内側パネル
４…固着部材
５…空気層
６…芯材
７…シート部材
９…支持部材
１０…連結内側パネル
１１…空気孔
１２…密着性部材
１３…ブラケット
１６…燃料電池スタック
１７…空気供給装置
１８…燃料循環装置
１９…排水装置
２０…バルブ
２１…支持フレーム

Claims (15)

1. 外表面を構成する外側パネルと、
   前記外側パネルの内側に所定距離をおいて対向配置される真空構造の内側パネルと、
   前記外側パネルに前記内側パネルを固定させる固着部材と、
   前記固着部材を前記内側パネルの外周縁に沿って連続配置することで前記外側パネルと前記内側パネルとの間に形成された空気層とを備えてなる
   ことを特徴とする断熱構造体。
2. 請求項１に記載の断熱構造体であって、
   前記空気層が形成された領域に、前記内側パネルを前記外側パネルに対して支持させる支持部材を設けた
   ことを特徴とする断熱構造体。
3. 請求項１または請求項２に記載の断熱構造体であって、
   前記内側パネルは、芯材とその芯材を被覆するシート部材からなり、該シート部材で被覆した内部を真空にして構成された
   ことを特徴とする断熱構造体。
4. 請求項１から請求項３の何れか一つに記載の断熱構造体であって、
   前記内側パネルのうち曲部に配置される部位を、内部を真空としたステンレスで構成した
   ことを特徴とする断熱構造体。
5. 請求項１から請求項４の何れか一つに記載の断熱構造体であって、
   前記固着部材は、内部に微細な空気孔を形成した発泡樹脂または発泡ゴムからなる
   ことを特徴とする断熱構造体。
6. 請求項５に記載の断熱構造体であって、
   前記固着部材は、前記外側パネル及び前記内側パネルに対して密着性部材で固定されている
   ことを特徴とする断熱構造体。
7. 請求項５または請求項６に記載の断熱構造体であって、
   前記固着部材は、前記内側パネルの外周縁部を覆って被覆されている
   ことを特徴とする断熱構造体。
8. 請求項７に記載の断熱構造体であって、
   前記固着部材に、前記内側パネルの外周縁部と、この内側パネルを前記外側パネルに固定させるブラケットをインサート成形してなる
   ことを特徴とする断熱構造体。
9. 請求項８に記載の断熱構造体であって、
   前記内側パネルを複数枚で構成し、その内側パネルを厚み方向で互い違いに配置した
   ことを特徴とする断熱構造体。
10. 請求項５から請求項９の何れか一つに記載の断熱構造体であって、
    前記固着部材と前記内側パネルの熱抵抗をほぼ同一とした
    ことを特徴とする断熱構造体。
11. 請求項１から請求項５の何れか一つに記載の断熱構造体であって、
    前記内側パネルのほぼ中央に開口部を形成し、外側パネルと対向する面とは反対側の前記内側パネルの内面全面を覆って固着部材を設けた
    ことを特徴とする断熱構造体。
12. 請求項１から請求項１１の何れか一つに記載の断熱構造体であって、
    車両用燃料電池自動車の床下に配置される燃料電池システム構成部品の少なくとも一部を、前記断熱構造体の内部に収容配置させた
    ことを特徴とする断熱構造体。
13. 請求項１２に記載の断熱構造体であって、
    前記燃料電池システム構成部品のうち、最も高温となる部品を内部に収容させた
    ことを特徴とする断熱構造体。
14. 請求項１３に記載の断熱構造体であって、
    前記最も高温となる部品の近傍に水系部品を配置し、その水系部品も前記断熱構造体の内部に収容配置させた
    ことを特徴とする断熱構造体。
15. 請求項１２から請求項１４の何れか一つに記載の断熱構造体であって、
    前記燃料電池システム構成部品を支持する支持フレームの上に、断熱構造体が配置されてなる
    ことを特徴とする断熱構造体。

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