JP2008082416A - Vacuum thermal insulation material and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に工業炉,焼却炉,発電所等で500℃迄の高温域で使用される真空断熱材および真空断熱材の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a vacuum heat insulating material used in a high temperature range up to 500 ° C. mainly in an industrial furnace, an incinerator, a power plant or the like, and a method for manufacturing the vacuum heat insulating material.
断熱材の断熱性能は熱伝導率によって表され、熱伝導率が低いほど断熱効果は高い。熱伝導率を低下させる手法として、断熱材の内部を真空状態とすることにより、熱伝導率を低下させ高い断熱性能を発揮する「真空断熱材」が知られている。この真空断熱材は、金属箔積層または金属蒸着された樹脂製積層フィルムを外装材として、繊維質または無機粉末を内包、内部を真空排気した真空断熱材が広く知られており、冷蔵庫,保冷庫,保冷容器等で実用化されている(特許文献1)。
また、外装材をステンレススチール製の金属箔とし、金属箔を介する伝熱量を小さくすることを目的とした真空断熱材が特許文献2に記載されている。同様に、被覆材(外装材)を厚さ0.3mm以下のステンレス箔によって構成し、ステンレスの低い熱伝導率と、厚さ0.3mm以下としたことによる高い熱抵抗との相乗効果により、外周部を回り込む熱伝導率を抑制させる真空断熱材が特許文献3に記載されている。
さらに、100℃〜500℃における断熱又は保温を目的とした真空構造体が特許文献4に記載されている。
The heat insulating performance of the heat insulating material is expressed by thermal conductivity, and the lower the thermal conductivity, the higher the heat insulating effect. As a technique for reducing the thermal conductivity, there is known a “vacuum heat insulating material” that exhibits high heat insulating performance by reducing the thermal conductivity by making the inside of the heat insulating material into a vacuum state. This vacuum heat insulating material is widely known as a vacuum heat insulating material in which a metal foil laminated or metal-deposited resin laminated film is used as an exterior material, and a fiber or inorganic powder is included and the inside is evacuated. It has been put to practical use in a cold storage container or the like (Patent Document 1).
Further,
Furthermore,
しかし、上記特許文献1〜4には、以下のような問題点を有している。
(1)特許文献1においては、前述の金属箔積層または金属蒸着された樹脂製積層フィルムを外装材として使用した真空断熱材では、樹脂製接着剤による封止であるため、100℃以上の高温域での使用ができない問題点がある。
(2)特許文献2においては、外郭部材の接合を金属箔どうしの溶接または低融点金属或いは低融点セラミックスによる接合では、溶接部の破損或いは低融点金属による接合不良が生じ易い問題点がある。
(3)特許文献3においては、被覆材(外装材)として使用するステンレス箔の厚さを「0.3mm以下、0.1mmが好適」とし(同明細書[0017])、「シーム溶接によって封止する」となっているが(同明細書[0018])、シーム溶接による封止には接合部材の厚さを少なくとも0.5〜0.8mm必要とするので、上記0.3mm以下のステンレス箔のシーム溶接は困難である。特に、接合部材の厚さが0.1mm以下である場合、シーム溶接時において外装材が溶解してしまう可能性が高く、シーム溶接は困難である。
(4)特許文献4においては、内側部材と外側部材からなる真空二重容器をステンレス鋼製とし内部に多層断熱材を設けた構造としているが、接合方法に関する記載はない。一般にステンレスの接合は、表面に不働態膜を形成しているため1000℃以下でのロウ付けが困難であり、ロウ付け接合を行う場合には、1000℃以上で不働態膜を還元して接合するか、又は還元性の高いフラックスを使用してロウ付け接合する方法が知られている。但し、1000℃以上の雰囲気下でロウ付け接合を行うと、内部に充填される断熱材に影響を与え、断熱材の持つ熱伝導率等の物性が変化してしまう可能性が高い。また、還元性の高いフラックスを用いた接合では、内部に充填される断熱材にフラックス成分が残留し、真空断熱材内部の真空度が低下するという問題点があった。
However,
(1) In
(2) In
(3) In
(4) In
そこで、本発明は、このような課題を解決して、100〜500℃の高温領域において外装材の接合部の接着を確実するとともに、低熱伝導率性を備えた断熱性の高い真空断熱材を提供することを目的としたものである。 Then, this invention solves such a subject, and while ensuring the adhesion | attachment of the junction part of an exterior material in a 100-500 degreeC high temperature area, the highly heat-insulating vacuum heat insulating material provided with low thermal conductivity is provided. It is intended to provide.
上記目的を達成するために、第1の発明は、断熱性を有する充填材と、充填材を覆い密封する外装材と、外装材の内部を真空空間とした真空断熱材において、外装材が金属シートからなりロウ付け接合されているとともに、外装材の接合部分がメッキ処理されていることを特徴とするものである。
第2の発明は、充填材がシリカ系無機繊維からなり、外装材が厚さ0.02〜0.05mm(好ましくは0.03〜0.04mm)のステンレスシートからなるとともに、メッキ処理が電解ニッケルメッキ処理であることを特徴とするものである。
第3の発明は、充填材がシリカ系無機繊維シートと金属箔とを積層した積層体からなり、外装材が厚さ0.02〜0.05mm(好ましくは0.03〜0.04mm)のステンレスシートからなるとともに、メッキ処理が電解ニッケルメッキ処理であることを特徴とするものである。
第4の発明は、真空断熱材内にジルコニウム/アルミニウム合金またはジルコニア/バナジウム合金を主成分とする添加剤が添加されていることを特徴とするものである。
第5の発明は、断熱性を有する充填材を外装材にて覆い密封し、外装材の内部を真空空間とする真空断熱材の製造方法において、外装材が金属シートからなるとともに、外装材の接合部分をメッキ処理した後ロウ付け接合することを特徴とするものである。
第6の発明は、充填材がシリカ系無機繊維からなり、外装材が厚さ0.02〜0.05mm(好ましくは0.03〜0.04mm)のステンレスシートからなるとともに、メッキ処理が電解ニッケルメッキ処理であることを特徴とするものである。
第7の発明は、充填材がシリカ系無機繊維シートと金属箔とを積層した積層体であり、外装材が厚さ0.02〜0.05mm(好ましくは0.03〜0.04mm)のステンレスシートからなるとともに、メッキ処理が電解ニッケルメッキ処理であることを特徴とするものである。
第8の発明は、外装材の接合部分を加圧した状態で真空炉内に搬送し、真空炉内にて使用温度条件よりも高い温度で外装材の接合部分を接合することを特徴とするものである。
第9の発明は、真空炉の内部を1Pa以下に保持し、真空炉内の温度を780〜820℃にして外装材の接合部分を接合することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the first invention includes a filler having a heat insulating property, an exterior material that covers and seals the filler, and a vacuum thermal insulation material in which the interior of the exterior material is a vacuum space. It is made of a sheet and is brazed and joined, and the joint portion of the exterior material is plated.
In the second invention, the filler is made of silica-based inorganic fibers, the exterior material is made of a stainless steel sheet having a thickness of 0.02 to 0.05 mm (preferably 0.03 to 0.04 mm), and the plating treatment is electrolytic. It is a nickel plating process.
In the third invention, the filler is made of a laminate in which a silica-based inorganic fiber sheet and a metal foil are laminated, and the outer packaging material has a thickness of 0.02 to 0.05 mm (preferably 0.03 to 0.04 mm). It consists of a stainless steel sheet, and the plating process is an electrolytic nickel plating process.
The fourth invention is characterized in that an additive mainly composed of zirconium / aluminum alloy or zirconia / vanadium alloy is added to the vacuum heat insulating material.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a vacuum heat insulating material manufacturing method in which a heat-insulating filler is covered and sealed with an exterior material, and the interior of the exterior material is a vacuum space. It is characterized in that the joint portion is plated and then brazed.
In the sixth aspect of the invention, the filler is made of silica-based inorganic fibers, the exterior material is made of a stainless steel sheet having a thickness of 0.02 to 0.05 mm (preferably 0.03 to 0.04 mm), and the plating treatment is electrolytic. It is a nickel plating process.
7th invention is a laminated body which the filler laminated | stacked the silica type inorganic fiber sheet | seat and metal foil, and an exterior material is 0.02-0.05 mm (preferably 0.03-0.04 mm) in thickness. It consists of a stainless steel sheet, and the plating process is an electrolytic nickel plating process.
The eighth invention is characterized in that it is conveyed into a vacuum furnace in a state where the joint portion of the exterior material is pressurized, and the joint portion of the exterior material is joined at a temperature higher than the operating temperature condition in the vacuum furnace. Is.
The ninth invention is characterized in that the inside of the vacuum furnace is maintained at 1 Pa or less, the temperature in the vacuum furnace is set to 780 to 820 ° C., and the joint portion of the exterior material is joined.
上記発明によれば、以下のような効果を有する。
(1) ステンレスシートからなる外装材の接合部分をメッキ処理することにより、不導
態膜を還元する温度(約1000℃)以上に加熱することなく、780〜820℃でのロウ付け接合を可能としている。
(2)外装材が厚さ0.02〜0.05mmのステンレスシートであり、内部に充填される充填材がシリカ系無機繊維であるため、100〜500℃の温度領域での使用が可能であり、また被断熱体の形状にあわせて施工することが可能となる。また、外装材の接合時の温度が780〜820℃であるため、充填材の断熱特性も損なうことはない。
(3)内部に充填される充填材は、厚さが0.5〜2.0mmのシリカ系無機繊維シートと厚さが0.03〜0.04mmの金属箔とを積層した積層構造体であり、外装材が厚さ0.02〜0.05mmのステンレスシートであるため、厚さが20mm以下であっても0.005〜0.015W/(m・k)の低熱伝導率化を実現させた真空断熱材を提供できる。
(4)真空断熱材の内部に充填材とともに、ジルコニウム/アルミニウム合金またはジルコニア/バナジウム合金を主成分とする添加剤を添加することにより、真空断熱材の内部に発生する水分、酸素及び窒素等のガス成分を吸着させて真空度の低下を抑制し、長期に置ける使用を可能としている。
According to the said invention, it has the following effects.
(1) By plating the joints of exterior materials made of stainless steel, brazing at 780-820 ° C is possible without heating above the temperature at which the non-conductive film is reduced (about 1000 ° C) It is said.
(2) Since the exterior material is a stainless steel sheet having a thickness of 0.02 to 0.05 mm and the filler filled inside is a silica-based inorganic fiber, it can be used in a temperature range of 100 to 500 ° C. Yes, it can be constructed according to the shape of the object to be insulated. Moreover, since the temperature at the time of joining of an exterior material is 780-820 degreeC, the heat insulation characteristic of a filler is not impaired.
(3) The filler filled inside is a laminated structure in which a silica-based inorganic fiber sheet having a thickness of 0.5 to 2.0 mm and a metal foil having a thickness of 0.03 to 0.04 mm are laminated. Yes, since the exterior material is a stainless steel sheet with a thickness of 0.02 to 0.05 mm, a low thermal conductivity of 0.005 to 0.015 W / (m · k) has been achieved even if the thickness is 20 mm or less. It is possible to provide a vacuum insulation material.
(4) By adding an additive mainly composed of zirconium / aluminum alloy or zirconia / vanadium alloy together with the filler inside the vacuum heat insulating material, moisture, oxygen, nitrogen, etc. generated inside the vacuum heat insulating material The gas component is adsorbed to suppress a decrease in the degree of vacuum, and can be used for a long time.
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る真空断熱材を示す断面図である。真空断熱材10は、厚さ0.5〜2.0mmの無機繊維シートと厚さ0.03〜0.04mmのステンレス箔とを積層した充填材3とゲッター材4とを、厚さ0.02mm〜0.05mmのステンレスシート1からなる外装材にて包み込み内部を真空引きした後、接合部分2を接合させて外装材の内部を真空状態としたものである。真空断熱材の厚さは約20mmである。ゲッター材4を添加する目的は、真空断熱材10が高温に晒されて内部に充填された充填材3から発生する水分、酸素及び窒素等のガス成分と反応して、真空断熱材10内部の真空度を維持し熱伝導率の上昇を防止するためのものである。ゲッター材4の材質及び添加量は充填材のサイズ、充填材の種類等により決定される。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a vacuum heat insulating material according to the present invention. The vacuum
図2は、ステンレスシート1の接合部分2の詳細を示すものである。対向するステンレスシート1の接合面に厚さ3μm以上の電解ニッケルメッキ層6を施し、さらに電解ニッケルメッキ層6間に厚さ0.01〜0.1mmのAg/Cu系ロウ材5を配置したものである。電解ニッケルメッキ層6間にロウ材5を介在させることで、接合部分2のメッキ処理をしても厚さ0.02mm〜0.05mmのステンレスシート1を破損することなく、確実に接合させることができる。
FIG. 2 shows details of the joining
図3は、ロウ材の配置を示す説明図である。ステンレスシート1の接合部分2となる端部に約10mm幅の電解ニッケルメッキ層6を施し(図示省略)、この電解ニッケルメッキ層6に沿って前記ロウ材5が配置されるとともに、ステンレスシート1により形成された内部空間を真空引きする引き口にさらに厚さ0.05mmのロウ材7を配置したものである。すなわち、ロウ材7を配置することで、電解ニッケルメッキ層6とロウ材5の間に間隙を生じ、真空断熱材10を真空引きする引き口となり真空断熱材10を真空引きした後、真空炉内を加熱して真空断熱材10の接合を効率良く確実に行える。
FIG. 3 is an explanatory view showing the arrangement of the brazing material. An electrolytic
図4は、充填材3をステンレスシート1で挟み込み、更にステンレスシート1の接合部分2(ステンレスシート1端部,電解ニッケルメッキ層6,ロウ材5及びロウ材7)を押さえ込む加圧治具8,8を示す。図5は、加圧治具8,8を上下2枚のステンレス板9,9で押さえ、更にステンレス板9,9を締め込んだ状態(加圧状態)を示している。このとき接合部分2に加わる加圧力は10〜20N/cm2とすることが好ましい。
FIG. 4 shows a
図5に示されたように、ステンレスシート1の接合部分2を加圧治具8及びステンレス板9で押え付けた状態(加圧状態)で真空炉内に搬送し、真空炉内を1Pa以下に真空引きした後常温にて約90分間保持した。その後、真空炉内を常温から590℃まで240分かけて昇温させて約60分間保持した。更に、800℃まで約20分間で昇温させて60分間保持し、その後500℃まで冷却した後、窒素雰囲気中で室温まで冷却させた。
As shown in FIG. 5, the joining
このようにしてつくられた真空断熱材10の接合部分2は、接着不良が無く確実に接着されるとともに、内部に充填される充填材3の性質を損なうこともない。
The
1 ステンレスシート
2 ステンレスシート接合部分
3 充填材
4 ゲッター材
5 ロウ材
6 電解ニッケルメッキ層
7 ロウ材
8 加圧治具
9 ステンレス板
10 真空断熱材
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10001320B2 (en) | 2014-12-26 | 2018-06-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Laminated structure and vacuum insulating material including the same |
CN113074494A (en) * | 2020-01-06 | 2021-07-06 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | Method for manufacturing vacuum heat insulator and refrigerator |
WO2023101475A1 (en) * | 2021-12-03 | 2023-06-08 | Lg Electronics Inc. | Vacuum adiabatic body, method for manufacturing same, and apparatus for manufacturing same |
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- 2006-09-27 JP JP2006261843A patent/JP2008082416A/en active Pending
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