JP2008033380A - 製品の断熱性能の解析方法、および製品の断熱性能の解析プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂内に気泡が形成される発泡現象における気泡の成長を、樹脂自体の密度低下現象として取り扱い、発泡材の密度が、樹脂温度または時間項を含む関数として表される連続の式または運動方程式またはエネルギ保存式を含む式を用いた計算により、熱伝導率または比熱の分布を出力する。この熱伝導率または比熱の分布を用いて、発泡材および真空断熱パネルの複合化した断熱層の伝熱計算を行い、断熱層の断熱性を評価する。
【選択図】図9
Description
そこで、本発明は、ウレタン発泡樹脂などの発泡材料が発泡流動した後の熱伝導率分布を出力し、この発泡材料の熱伝導率分布と、発泡材料と併用する真空断熱パネルなどの断熱材の熱伝導率などの物性値を用いた熱計算により、断熱層を通過する熱量を評価し、製品の断熱性能を評価するための解析方法、および解析プログラムを提供することを目的とする。そして、この発泡解析方法を用いて、製品の適切な設計を支援することを目的とする。
dα/dt= K(T)(1 -α)Nα (6)
K(T) = Kαexp(-Eα/T) (7)
α = Q/Q0 (8)
dQ/dt=Q0(dα/dt) (9)
ここで、t:時間、 T:温度、 α:反応率、 dα/dt:反応速度、 K(T):温度の関数となる定数、 Nα、Kα、Eα:材料固有の定数、 Q:単位質量当たりの発熱量、 Q0:反応終了までの単位質量当たりの総発熱量、 dQ/dt:単位質量当たりの発熱速度を示す。
ここで、樹脂内に気泡が形成される発泡現象における気泡の成長を、樹脂自体の密度低下現象として取り扱い、発熱式、密度式、熱伝導率式、比熱式、粘度式を用いて、発泡流動解析を行い、熱伝導率分布または比熱分布を出力する解析のフローチャートを図3に示す。
まず、モデル形状作成のステップ1001では、解析対象モデル作成部211が、冷蔵庫の断熱部分の初期設計モデルをCADデータ等として記憶装置106から読み込む。CADデータは、外部のCAD装置より、ネットワーク108等を介して事前に補助記憶装置106のCADデータ記憶部223に記憶されたものを使用する。
また、以上で示した解析により熱伝導率が求められた発泡材5の断熱性を評価するための一例を図7に示す。ここでは、断熱層7として、熱伝導率分布が計算された発泡材5および発泡材5と一体で成形された真空断熱パネル6を用いており、真空断熱パネル6の熱伝導率は任意の値を設定できるものとする。ここで示すように、6面体を構成する壁面18〜23が、断熱層7で仕切られた境界条件を用いている。これは、断熱層7で仕切られたYマイナス方向の空間24、Yプラス方向の空間25の温度に差を付け、空間24および25の温度が一定値である条件で伝熱計算することにより、断熱層7表面における各要素の熱流束と面積の積から求めた熱量を断熱層7表面における要素全体の和として求めることにより、断熱層7を通過する熱量を評価することができる。
なお、発泡材5の比熱は、計算で求めた値を用いることができ、断熱層7と空間24,25との熱伝達率は任意に設定できるものとし、発泡材5と真空断熱パネル6の接触熱抵抗も任意に設定できるものとする。また、断熱層7と空間24,25以外にも断熱層7に接続される任意の部品の設定もできるものとする。
なお、発泡材5の比熱は、計算で求めた値を用いることができ、六面体8と内部空間15,外部空間16との熱伝達率は任意に設定できるものとし、発泡材5と真空断熱パネル6の接触熱抵抗も任意に設定できるものとする。また、六面体8、内部空間15、外温空間16以外にも六面体8に接続される任意の部品の設定もできるものとする。
5…発泡材料 6…真空断熱パネル 7…断熱層 8…六面体
9…断熱壁(XY平面、Zマイナス方向) 10…断熱壁(XY平面、Zプラス方向) 11…断熱壁(YZ平面、Xプラス方向) 12…断熱壁(YZ平面、Xマイナス方向) 13…断熱壁(XZ平面、Yマイナス方向) 14…断熱壁(XZ平面、Yプラス方向) 15…断熱壁で囲まれた内部空間 16…断熱壁の外部空間
18…壁(XY平面、Zマイナス方向) 19…壁(XY平面、Zプラス方向) 20…壁(YZ平面、Xプラス方向) 21…壁(YZ平面、Xマイナス方向) 22…壁(XZ平面、Yマイナス方向) 23…壁(XZ平面、Yプラス方向) 24…断熱層7で仕切られたXマイナス方向の空間 25…断熱層7で仕切られたXマイナス方向の空間 26…コーナ部 27…薄肉部 100…3次元発泡解析装置
101…演算装置 102…CPU 103…主記憶装置 104…入力装置
105…出力装置 106…補助記憶装置 107…インターフェース
108…ネットワーク 201…演算部 204…入力部 205…出力部
206…記憶部 207…ネットワークIF部 211…解析対象モデル作成部 212…発泡流動挙動解析部 213…断熱性能解析部 220…アプリケーションプログラム記憶部 221…発泡解析式記憶部 222…解析式パラメータ記憶部 223…CADデータ記憶部 224…解析結果記憶部
Claims (10)
- 発泡樹脂成形加工による断熱部材を有する製品の断熱性能をコンピュータにより解析する方法であって、
解析対象製品の発泡樹脂充填部分の形状データを読み込み、当該データに基づいて3次元ソリッド要素に分解処理をし、
発泡樹脂流動挙動を再現する式として、発泡材料の連続の式、運動方程式、およびエネルギ保存式を入力し、
前記各式の密度項、熱伝導率項、比熱項、粘度項、および発熱項に、発泡材料の物性値を表す各任意関数を代入し、
前記各任意関数のうち、前記密度項には、反応率と樹脂温度の関数が代入され、前記熱伝導率項には、密度の関数が代入され、前記粘度項には、時間の関数が代入され、
前記各3次元ソリッド要素内に前記発泡材料を注入する際の境界条件、および成形条件を入力して、前記各式を計算して、各タイムステップ毎の密度を求め、
前記計算した密度値より、前記発泡材料が発泡後に断熱部材を形成した状態の熱伝導率、および/または比熱の分布を求め、
前記断熱部材のモデル上の前記熱伝導率、および/または比熱の分布を表示、または出力することを特徴とする製品の断熱性能の解析方法。 - 前記熱伝導率項に代入される関数が、密度または樹脂温度または樹脂温度の時間変化を含む関数であることを特徴とする請求項1に記載の製品の断熱性能の解析方法。
- 前記発泡材料が発泡後の断熱部材の熱伝導率の分布を求めた後、前記断熱部材の内外温度差を設定して、発泡樹脂の熱計算を行い、
発泡樹脂の熱流束を計算して、前記断熱部材の断熱性を評価することを特徴とする請求項1に記載の製品の断熱性能の解析方法。 - 請求項1に記載の解析方法により熱伝導率の分布が計算された発泡樹脂および他の断熱材、部品から成る断熱層の内外温度差を設定して、発泡樹脂または他の断熱材の熱計算を行い、
発泡樹脂または他の断熱材の熱流束を計算して、断熱層の断熱性を評価することを特徴とする製品の断熱性能の解析方法。 - 請求項1に記載の解析方法により熱伝導率の分布が計算された発泡樹脂および他の断熱材、部品から成る断熱層が連続して内外領域を分割できる箱体を形成しており、この内外温度差を設定して、発泡樹脂または他の断熱材の熱計算を行い、
発泡樹脂または他の断熱材、部品を通過する熱量を計算して、前記断熱層の断熱性を評価することを特徴とする製品の断熱性能の解析方法。 - 請求項4または5記載の発泡樹脂および他の断熱材、部品から成る断熱層において、前記他の断熱材が無機材料などのコア材をフィルム形状の外包材内で真空引きされた真空断熱パネルであることを特徴とする製品の断熱性能の解析方法。
- コンピュータ上で実行して、発泡樹脂成形加工による断熱部材を有する製品の断熱性能を解析するプログラムであって、
解析対象製品の発泡樹脂充填部分の形状データを読み込み、当該データに基づいて3次元ソリッド要素に分解処理をするステップと、
前記各3次元ソリッド要素内に前記発泡材料を注入する際の境界条件、および成形条件を入力するステップと、
前記境界条件、および成形条件において、発泡樹脂流動挙動を再現する式として、発泡材料の連続の式、運動方程式、およびエネルギ保存式を計算して、各タイムステップ毎の密度を求めるステップと、
前記各式の密度項、熱伝導率項、比熱項、粘度項、および発熱項には、発泡材料の物性値を表す各任意関数が代入され、前記各任意関数のうち、前記密度項には、少なくとも反応率と樹脂温度の関数が代入され、前記熱伝導率項には、少なくとも密度の関数が代入され、前記粘度項には、少なくとも時間の関数が代入されており、
前記計算した密度値より、前記発泡材料が発泡後に断熱部材を形成した状態の熱伝導率、および/または比熱の分布を求めるステップと、
前記断熱部材のモデル上の前記熱伝導率、および/または比熱の分布を表示、または出力するステップを有することを特徴とする製品の断熱性能の解析プログラム。 - 前記熱伝導率項に代入される関数が、密度または樹脂温度または樹脂温度の時間変化を含む関数であることを特徴とする請求項7に記載の製品の断熱性能の解析プログラム。
- 前記発泡材料が発泡後の断熱部材の熱伝導率の分布を求めた後、前記断熱部材の内外温度差を設定して、発泡樹脂の熱計算を行うステップと、
発泡樹脂の熱流束を計算して、前記断熱部材の断熱性を評価するステップを更に有することを特徴とする請求項7に記載の製品の断熱性能の解析方法。 - 請求項7に記載の解析ステップにより熱伝導率の分布が計算された発泡樹脂および他の断熱材、部品から成る断熱層の内外温度差を設定して、発泡樹脂または他の断熱材の熱計算を行うステップと、
発泡樹脂または他の断熱材の熱流束を計算して、断熱層の断熱性を評価するステップを更に有することを特徴とする製品の断熱性能の解析プログラム。
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