JP2008062972A - 真空断熱材構造及びそれを用いた蓄熱タンク - Google Patents

Abstract

【課題】真空断熱材の端部（シール部）及びタンク本体のパイプ部分からの放熱を低減し、保温性を向上させた真空断熱材構造及び蓄熱タンクを提供する。
【解決手段】蓄熱タンクは、６面体形状のタンク本体１の全周面を真空断熱材２で覆われていて、該真空断熱材が、一方が開口され、他方が閉鎖された有底角筒形状であって、５面が一体に形成され、開口周縁のみがシール部（端部）２ｂとなっている第１の真空断熱材２Ａと、残りの１面を覆うための蓋状の第２の真空断熱材２Ｂとよりなっていて、タンク本体１の上面には真空断熱材のシール部が存在しないようになっている。また、タンク本体１の下部には、入口パイプ１１と出口パイプ１２の両者が配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、断熱性能に優れた真空断熱材構造及びこれを使用して保温性を向上させた蓄熱タンクに関する。例えば、車両の冷却水回路中に設けられ、エンジン冷却水を保温貯蔵する車両用蓄熱タンクに好適である。

車両の水冷式内燃機関（エンジン）の暖機促進を図る冷却系装置として、エンジンから流出するエンジン冷却水を保温貯蔵する蓄熱タンクを冷却水回路に配設し、蓄熱タンク内に貯蔵された高温の冷却水をエンジンに導入してエンジンの暖機促進を図るものが提案されている。即ち、この冷却系装置は車両の通常運転時において、エンジンより発生する余剰熱をエンジンの冷却水系に組み込まれた蓄熱タンクに蓄えることにより、車両始動時等にエンジンや車両室内を暖めるものである。
この様に車両用蓄熱タンクは、エンジンの余剰熱を有効利用し、車両の運転において全体的な観点から燃料消費の低減を図るように使用できる。

このような蓄熱タンクは、一般に蓄熱タンク本体を成すステンレス製の内筒タンクと、同じくステンレス製の外筒タンクとを具備していて、内筒タンクと外筒タンクとの間の空間を略真空に保ったり、或いは該空間に金属よりも熱伝導率が低い断熱材を充填することにより断熱された２重断熱タンク構造となっている。しかしながら、このような２重タンク構造の従来の蓄熱タンクは、かなり高価なものになり、十分なコスト削減ができないという問題があった。また、基本的にタンクの形状が円筒状に限定され、場合によっては車両搭載のためのスペース効率が悪いという問題があった。

そこで本出願人は、特願２００６−８５１６２号として先に図６に示すような蓄熱タンクを提案している。この蓄熱タンクは、６面体をした略直方体形状の樹脂製のタンク本体１の外周全体を真空断熱材２で覆ったものである。即ち、この蓄熱タンクでは、６面体のタンク本体１に一面ずつ別体構造の真空断熱材２を貼り付けるようにして、タンク本体１の６面全体を真空断熱材２で覆うようにしている。

ところで、一般に真空断熱材２は、断熱性のある芯材２１をガスバリア性を有する金属ラミネート材２２で上下からサンドイッチ状に覆って、内部を減圧して真空封入して形成される。そのため金属ラミネート材２２間に芯材が存在しない、例えば周縁部のような部位において、金属ラミネート材同士が溶着されるシール部（端部）２ｂが形成されている。そのため真空断熱材２は、その端部２ｂから放熱し易いという特徴がある。
従って、上記のように略直方体のタンク本体１に一面ずつ別体構造の真空断熱材２を貼付した蓄熱タンクでは、この真空断熱材２の端部２ｂが位置することになる。直方体の角部及び辺部からの放熱が増加するという問題がある。

また、上記した蓄熱タンクでは、入口パイプ１１をタンク本体１下部に接続し、出口パイプ１２をタンク本体１上部に接続している。このため、蓄熱タンク上部の４辺部からの放熱が顕著になると共に、出口パイプ１２部分からも放熱し易くなり、蓄熱タンクの保温性が悪化するという問題がある。

更に特許文献１においては、６面体の直方体容器を真空断熱材２で覆っていて、この真空断熱材２が、図７に示すように展開図において６面が各々接続していて一体に形成されているものが示されている。しかしながら、この真空断熱材２においても、直方体容器の辺部に対応する部分は、真空断熱材２の端部（シール部）２ｂ又は中間シール部２ｂ′に位置しており、これら端部２ｂ及び中間シール部２ｂ′からの放熱のし易さを防止することができず、保温性が悪化するという問題がある。

特開２００６−２７６２５号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空断熱材の端部からの熱の流れを抑制した真空断熱材構造及びそれを使用した蓄熱タンクを提供することである。本発明の他の目的は、真空断熱材の端部からの放熱及びパイプ部分からの放熱を極力低減し、保温性を向上させることができると共に、その製造単価を低く抑えることができる真空断熱材構造及びそれを使用した蓄熱タンクを提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の真空断熱材構造及び蓄熱タンクを提供する。
請求項１に記載の真空断熱材構造は、容器の外形と略同じ形状で、有底角筒形状で、複数の面にわたって広がるガスバリア性のある内側金属ラミネート材２２ａと、この内側金属ラミネート材と同じ形状で、これよりも大きく形成されている外側金属ラミネート材２２ｂと、断熱性のある芯材２１とを有し、外側金属ラミネート材内に内側金属ラミネート材を挿入するようにして重ね合わせ、両者間に芯材を挿入した状態で、両者間の空間内を減圧し、真空封入して内側、外側金属ラミネート材同士の周縁をシールすることにより、多面一体構造の第１の真空断熱材２Ａを備えるものであり、これにより、放熱し易い真空断熱材のシール部及び端部を少なくすることができ、熱損失の少ない真空断熱材構造を得ることができる。

請求項２に記載の蓄熱タンクは、多面体形状のタンク本体１の全周面を覆う真空断熱材２が、一方が開口され、他方が閉鎖された有底角筒形状であって、タンク本体の上面と複数の側面が一体に形成され、開口周縁のみがシール部２ｂとなっている第１の真空断熱材２Ａと、タンク本体の残りの少なくとも１面を覆うための第２の真空断熱材２Ｂとよりなっていて、タンク本体の上面には、真空断熱材のシール部２ｂが存在しないようにしたものであり、これにより、真空断熱材のシール部からの熱損失を低減することができ、保温性を向上させることができる。

請求項３の蓄熱タンクは、タンク本体１の下面と第２の真空断熱材２Ｂとの間に空気層Ａを設けたものであり、これにより、第２の真空断熱材のシール部からの放熱も低減することができる。
請求項４の蓄熱タンクは、タンク本体１が６面体形状であって、第１の真空断熱材２Ａが上面と側面を含む５面を覆うようにしたものであり、これにより、第１の真空断熱材のシール部を少なくし、その熱損失を低減できる。
請求項５の蓄熱タンクは、タンク本体１の下部に入口パイプ１１と出口パイプ１２の両者を配設したものであり、このように出口パイプをタンク本体の上部ではなく、下部に配設することで、出口パイプ部付近からの熱損失を低減することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の真空断熱材構造及び蓄熱タンクについて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態の蓄熱タンクの分解図であり、（ｂ）はその蓄熱タンクに使用される真空断熱材構造の縦断面図である。蓄熱タンクは、温水を貯留するタンク本体１と、このタンク本体１の全周囲を覆う真空断熱材２とより構成され、この真空断熱材２は、分割された第１の真空断熱材２Ａと第２の真空断熱材２Ｂとよりなる。

タンク本体１は、上面と下面及び４つの側面とからなる６面体構造である直方体、立方体、錐台形等の形状をしていて、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ナイロン、ナイロン６６等のガラス繊維入りの樹脂材料により形成されている。勿論、金属材料で形成してもよい。タンク本体１の下部には、温水を出し入れするための入口パイプ１１及び出口パイプ１２が配設されていて、タンク本体１の内部には、図示されていない仕切り板、邪魔板等が適宜設けられている。図１（ａ）では入口パイプ１１と出口パイプ１２の両者共、同一側面に設けられているが、互いに異なる側面に設けるようにしてもよい。しかしながら、本発明においては、放熱性能の悪化を防止するため、必ず出口パイプ１２をタンク本体１の下部に配設する必要がある。

真空断熱材２自体は、公知であり、断熱性のある芯材２１をガスバリア性を有する金属ラミネート材２２で上下からサンドイッチするように覆って、内部を減圧して真空封入して形成される。そのために金属ラミネート材２２間に芯材２１が存在しない部位である金属ラミネート材２２同士が溶着されるシール部（一般に端部）２ｂが形成される。金属ラミネート材２２は、通常ガスバリア層であるアルミニウム等の金属箔の外面側にナイロンやポリエチレンテレフタレートなどのフィルムを保護層として積層すると共に、ガスバリア層の内面側にポリプロピレン等のフィルムを熱溶着層として積層したものである。したがって、金属ラミネート材２２の熱溶着層同士が熱溶着されることでシール部２ｂが形成されている。このようにして、真空断熱材２は、必ず芯材２１の入った真空である真空部２ａと芯材２１の存在しないシール部（端部）２ｂとを有している。

本実施形態の特徴の１つは、真空断熱材２の構造にある。以下、この構造について説明する。タンク本体１の上面及び４つの側面を覆うように、一方が開口され、他方が閉鎖された有底角筒形状の内側金属ラミネート材２２ａが用意される。同様、内側金属ラミネート材２２ａの形状と相似していて、これよりやや大きく形成されている有底角筒形状の外側金属ラミネート材２２ｂが用意される。開口側を同じ向きにして内側金属ラミネート材２２ａと外側金属ラミネート材２２ｂとを重ね合わせ、両者の間に形成される空間に断熱性のある芯材２１を充填する。内側金属ラミネート材２２ａと外側金属ラミネート材２２ｂ同士の開口周縁を一部を残して熱融着してシール部（端部）２ｂを形成する。残されて一部の開口周縁から、両者間の空間を減圧して、真空にした状態で、残りの一部の開口周縁も熱融着してシール部２ｂにする。芯材２１が入った部分は、真空部２ａとなっている。このようにして、タンク本体１の５面（上面と４つの側面）を覆う５面一体構造の第１の真空断熱材２Ａが形成される。従って、第１の真空断熱材２Ａでは、開口周縁のみが端部（シール部）２ｂとなっている。

タンク本体１の残りの１面である下面を覆う第２の真空断熱材２Ｂは、第１の真空断熱材２Ａの開口部に蓋をするように、４辺が端部（シール部）２ｂとされた、通常の平板状の形状をしている。なお、タンク本体１に接続している入口パイプ１１及び出口パイプ１２に対応する第１の真空断熱材２Ａの開口周縁の部分は、Ｕ字状に切り欠き２ｃが設けられている。
こうして、タンク本体１の５面を５面一体構造の第１の真空断熱材２Ａで多い、残りの１面を第２の真空断熱材２Ｂで覆うことによって、蓄熱タンクを形成している。

本実施形態の蓄熱タンクによれば、タンク本体１に結合される、温水が導入される入口パイプ１１と温水が導出される出口パイプ１２の両者を、タンク本体１の下部に配設しているので、パイプ、特に出口パイプ１２からの放熱が防止でき、保温性を向上させることができる。
さらに、真空断熱材２の保温性を悪化するシール部（端部）２ｂを少なくするために、第１の真空断熱材２Ａの構造を、５面一体成型にし、蓄熱タンクから放熱し易い上面には、真空断熱材のシール部を設けることなく、放熱しづらく保温性に有利な下面に、真空断熱材のシール部を設けるような構成としているので、蓄熱タンクの放熱を低減でき、保温性を向上させることができる。

図２は、本発明の第２実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）断面図と、（ｂ）第２の真空断熱材の斜視図である。この第２実施形態では、タンク本体１の下面と第２の真空断熱材２Ｂとの間に熱伝達率の悪い空気層Ａを設けている。そのため、第２実施形態では、第１の真空断熱材２Ａの３つの側面をタンク本体１の下面よりも下方に延長し、パイプ１１，１２が配設されているタンク本体１の側面に対向する側面が、タンク本体１の下面までの長さに形成されている。そのため、第２の真空断熱材２Ｂは、図２（ｂ）に示すようにＬ字形状に形成されていて、パイプ１１，１２に当接する部位がＵ字形状に切り欠き２ｃが形成されている。なお、この切り欠き２ｃは、第２の真空断熱材２Ｂ側ではなく、第１の真空断熱材２Ａ側に設けてもよい。また、タンク本体１の下面と第２の真空断熱材２Ｂとの間に形成される空気層Ａを保持するために、両者間には、空気層設定用の複数の支柱３が設けられている。この支柱３は、温水入りのタンク本体１を支えるだけの出来るだけ小さな断面積とすることが望ましい。

この第２実施形態では、第２の真空断熱材２Ｂのシール部２ｂからの放熱を抑制するために、熱伝達率の大きい第２の真空断熱材２Ｂとタンク本体１との間に熱伝達率の悪い空気層Ａを設けることで、真空断熱材２からの放熱を抑制し、保温性を向上させている。

図３は、本発明の第３実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）斜視図と、（ｂ）第２の真空断熱材の斜視図である。この第３実施形態では、第２実施形態のＬ字形状の第２の真空断熱材２Ｂを構造を簡単にするため、図３（ｂ）に示すように平板状の第２の真空断熱材２Ｂとしている。このため、第１の真空断熱材２Ａの４つの各側面は、タンク本体１の下面と第２の真空断熱材２Ｂとの間に空気層Ａを設けるために、下方に等しく延長されていて、タンク本体１のパイプ１１，１２が設けられている面に対応する側面には、Ｕ字形状の大きな切り欠き２ｃが設けられている。この第３実施形態でも、空気層設定用の複数の支柱３が設けられている。

このように、第３実施形態では、タンク本体１のパイプ１１，１２に対応する第１の真空断熱材２Ｂの部位に、空気層Ａをも外部に連通するような大きなＵ字形状の切り欠き２ｃを設ける必要があるため、パイプ周辺での放熱が増加し、保温性の面では、第２実施形態に劣るが、第２の真空断熱材２Ｂの構造の簡素化により、コスト優先の場合や、保温性に余裕がある場合には適している。

図４は、本発明の第４実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）斜視図と、（ｂ）第２の真空断熱材の斜視図である。この第４実施形態では、第３実施形態の蓄熱タンクの保温性の悪化を防止するために、第１の真空断熱材２ＡのＵ字状の切り欠き２ｃを、パイプ１１，１２の部位を残して蓋をするために、２つの第３の真空断熱材２Ｃを設けたものである。この第３の真空断熱材２Ｃは、平板形状に形成されていて、パイプ１１，１２と当接する面が半円弧状に切り欠かれていて、半円切り欠き部２ｄとなっている。２つの第３の真空断熱材２Ｃは、両者を一体に形成してもよい。第１の真空断熱材２Ａの構造は、第３実施形態と同様である。なお、第４実施形態でも、タンク本体１の下面と第２の真空断熱材２Ｂ間に空気層Ａが設けられ、空気層設定用の複数の支柱３が設けられている。

第４実施形態では、第３の真空断熱材２Ｃによりタンク本体１のパイプ１１，１２の周辺からの放熱を減少させることができ、第３実施形態より保温性を更に向上させることができる。

図５は、本発明の第５実施形態の蓄熱タンクの断面図である。第５実施形態では、蓄熱タンクの断熱性を向上させると共に、車両の取り付け性を改良したものである。即ち、上側ブラケット４Ａと下側ブラケット４Ｂとで蓄熱タンクの上部及び下部を包むように上下から挟持し、上側ブラケット４Ａのフランジ部４１と下側ブラケット４Ｂのフランジ部４２とを互いに重ね合わせて、車両の固定部５、例えば車両のサイドメンバー等にボルト等の締結具６で固定する。この場合、下側ブラケット４Ｂは、蓄熱タンク下部の真空断熱材２のシール部２ｂを完全に覆うように形成されているので、シール部２ｂからの放熱が防止され、蓄熱タンクの保温性が改善される。なお、下側ブラケット４Ｂには、タンク本体１のパイプ１１，１２を貫通するための貫通孔４３が設けられている。

なお、上記の実施形態においては、タンク本体の形状として６面体形状のものとして説明しているが、本発明は、タンク本体の形状が、３面体以上のものであれば適宜利用することができる。
このように、本発明の蓄熱タンクは、車両の冷却水回路中に設けられ、エンジン冷却水を保温貯蔵する車両用蓄熱タンクとして好適である。

本発明の第１実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）分解斜視図及び（ｂ）縦断面図である。 本発明の第２実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）縦断面図及び（ｂ）第２の真空断熱材の斜視図である。 本発明の第３実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）斜視図及び（ｂ）第２の真空断熱材の斜視図である。 本発明の第４実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）分解斜視図及び（ｂ）第２の真空断熱材の斜視図である。 本発明の第５実施形態の蓄熱タンクの縦断面図である。 （ａ）従来の蓄熱タンクの課題を説明する図、及び（ｂ）通常の真空断熱材の構成を説明する断面図である。 従来の真空断熱材の展開図である。

符号の説明

１ タンク本体
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 真空断熱材
２ａ 真空部
２ｂ シール部（端部）
２ｃ 切り欠き
２ｄ 半円切り欠き部
２１ 芯材
２２，２２ａ，２２ｂ 金属ラミネート材
３ 支柱
４Ａ，４Ｂ ブラケット
５ 固定部
Ａ 空気層

Claims (5)

1. 多面体形状の容器（１）の上面と複数の側面を覆うように形成された真空断熱材構造において、
   前記真空断熱材構造が、
   前記容器の外形と略同じ形状であって、有底角筒形状で、複数の面にわたって広がるガスバリア性のある内側金属ラミネート材（２２ａ）と、
   前記内側金属ラミネート材と同じ形状で、これよりも大きく形成されている、ガスバリア性のある外側金属ラミネート材（２２ｂ）と、
   前記内側金属ラミネート材（２２ａ）と前記外側金属ラミネート材（２２ｂ）との間に挿入される、断熱性のある芯材（２１）とを有し、
   前記外側金属ラミネート材（２２ｂ）に前記内側金属ラミネート材（２２ａ）を挿入するようにして重ね合わせた両者の間に、前記芯材（２１）を介在させた状態で、両者間の空間内を減圧し、真空封入して前記内側と外側金属ラミネート材同士の周縁をシールすることにより形成される多面一体構造の第１の真空断熱材（２Ａ）を備えることを特徴とする真空断熱材構造。
2. 多面体形状のタンク本体（１）の全周囲を真空断熱材（２）で覆われた蓄熱タンクにおいて、
   前記真空断熱材（２）が、
   一方が開口され、他方が閉鎖された有底角筒形状であって、前記タンク本体（１）の上面と複数の側面とを覆う複数の面が一体に形成され、開口周縁のみがシール部（２ｂ）となっている第１の真空断熱材（２Ａ）と、
   前記タンク本体（１）の残りの少なくとも１面を覆うための蓋状の第２の真空断熱材（２Ｂ）とを有し、
   前記タンク本体（１）の上面には、前記真空断熱材（２）のシール部（２ｂ）が存在しないことを特徴とする蓄熱タンク。
3. 前記タンク本体（１）の下面と前記第２の真空断熱材（２Ｂ）との間に空気層（Ａ）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱タンク。
4. 前記タンク本体（１）が６面体形状であって、前記第１の真空断熱材（２Ａ）が上面と側面とを含む５面を覆うことを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄熱タンク。
5. 前記タンク本体（１）の下部に、入口パイプ（１１）及び出口パイプ（１２）の両者が配設されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の蓄熱タンク。

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