JP2008151495A - 蓄熱シートおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱材が溶融固化を繰り返しても、蓄気体個室により蓄熱材個室の変形が抑制され、蓄熱材個室が破れるのを防ぐことができる蓄熱シートを得る。
【解決手段】この発明に係る蓄熱シートは、可撓性を有した耐熱シート１と、耐熱シート１の表面に設けられ、冷却により固化する蓄熱材が内部に充填された複数個の蓄熱材個室２と、耐熱シート１の蓄熱材個室２と同一の表面に設けられ、内部に気体が充填された複数個の蓄気体個室３とを備え、蓄熱材個室２の周囲には、蓄気体個室３が配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、可撓性を有した耐熱シートとこの耐熱シートに設けられ冷却により固化する蓄熱材が内部に充填された蓄熱材個室とを備えた蓄熱シート、およびその製造方法に関する。

従来、可撓性を有した耐熱シートと、この耐熱シートに設けられ、冷却により固化する蓄熱材が内部に充填された複数個の蓄熱材個室とを備えた蓄熱シートが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５８−２１３１９１号公報

この蓄熱シートは、例えば、配管の保温または保冷のために配管の周囲に巻かれ、配管に対して固定するために外側から圧迫されて使用される。
しかしながら、このものの場合、外側からの圧迫により、蓄熱材が冷却により固化する際に蓄熱材個室が変形し、蓄熱材が溶融固化を繰り返す度に、蓄熱材個室の強度が徐々に弱くなってしまい、外側からの圧迫により蓄熱材個室が破れる恐れがあるという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、蓄熱材が溶融固化を繰り返しても、蓄熱材個室の変形を抑制して、蓄熱材個室が破れるのを防ぐ蓄熱シートを提供するものである。

この発明に係る蓄熱シートは、可撓性を有した耐熱シートと、前記耐熱シートの表面に設けられ、冷却により固化する蓄熱材が内部に充填された複数個の蓄熱材個室と、前記耐熱シートの前記蓄熱材個室と同一の表面に設けられ、内部に気体が充填された複数個の蓄気体個室とを備え、前記蓄熱材個室の周囲には、前記蓄気体個室が配置されている。

また、この発明に係る蓄熱シートは、複数の凹部が形成された可撓性の蓄熱材耐熱シートと、前記蓄熱材耐熱シートに設けられ、表面が前記凹部の開口部を塞いだ良熱伝導性の熱伝導シートと、可撓性を有した蓄気体耐熱シートと、前記蓄気体耐熱シートの表面に設けられ、内部に気体が充填された複数個の蓄気体個室とを備え、前記凹部と前記熱伝導シートの前記開口部を塞いだ領域とから蓄熱材個室が構成され、前記蓄熱材個室の内部には、冷却により固化する蓄熱材が充填され、前記蓄熱材個室の周囲に前記蓄熱材個室が配置されるように、前記蓄熱材耐熱シートと前記蓄気体耐熱シートとを対向させている。

また、この発明に係る蓄熱シートの製造方法は、耐熱シートの背面から蓄熱材個室に細孔を開口し、前記細孔を通じて前記蓄熱材個室内部の空気を抜き、引き続き、前記細孔を通じて加熱されて液体化した蓄熱材を前記蓄熱材個室に注入した後、前記細孔を閉口する。

また、この発明に係る蓄熱シートの製造方法は、蓄熱材の溶融温度より低い温度で圧縮成型された前記蓄熱材を凹部に挿入した後、前記凹部を塞ぐようにして、蓄熱材耐熱シートと熱伝導シートとを密着させる。

この発明に係る蓄熱シートによれば、蓄熱材が溶融固化を繰り返しても、蓄気体個室により蓄熱材個室の変形が抑制され、蓄熱材個室が破れるのを防ぐことができる。

以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る蓄熱シートの平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。
実施の形態１に係る蓄熱シートは、可撓性を有した耐熱シート１と、この耐熱シート１の表面に設けられ、蓄熱材が内部に充填された蓄熱材個室２と、耐熱シート１の蓄熱材個室２と同一の表面に設けられ、気体である空気が内部に充填された蓄気体個室３とを備えている。
蓄熱材個室２および蓄気体個室３は、カップ形状であり、その大きさは、直径が８ｍｍ、高さが５ｍｍである。
蓄熱材個室２と蓄気体個室３とは、横方向および縦方向に沿って、それぞれが隣り合うようにして配置されており、蓄熱材個室２と蓄気体個室３との最短距離は、およそ２ｍｍとなっている。この蓄熱材個室２と蓄気体個室３との距離は、蓄気体個室３が熱膨張しても、蓄熱材個室２と蓄気体個室３とが互いに接触しない程度の距離である。
蓄熱材は、分子量６０００のポリエチレングリコール６０００であり、およそ８０℃以下に冷却されると液体から固体へと相変化する。
耐熱シート１は、厚さ０．２ｍｍのポリエチレンフィルムであり、蓄熱材個室２および蓄気体個室３は、厚さ０．１ｍｍのポリエチレンフィルムである。
耐熱シート１、蓄熱材個室２および蓄気体個室３が一体となったものは、緩衝材として広く一般的に用いられており、その製造方法は極めて簡単である。

図３は図１の蓄熱シートを耐熱シート１側から視た平面図である。
耐熱シート１の背面には、蓄気体個室３の中心を繋いだ線に沿って、ガイド線５が示されている。
このガイド線５に沿って、この蓄熱シートを切断することで、蓄熱材個室２を傷つけることなく、自由に蓄熱シートを変形させることができる。

図４は被熱伝達体４と接触した蓄熱シートが高温の時の断面図、図５は被熱伝達体４と接触した蓄熱シートが低温の時の断面図である。
蓄熱シートは、蓄熱材個室２および蓄気体個室３の頂部において、被熱伝達体４と接触し、蓄熱材個室２と被熱伝達体４との間で熱の蓄熱、放熱を行う。
蓄熱シートが高温の場合には、蓄熱材は液体の状態であるので、蓄熱材個室２は変形しやすいものの、蓄熱材個室２と比較して蓄気体個室３は大きく膨張し、被熱伝達体４を支えているので、蓄熱シートの固定のために耐熱シート１の背面からの図示しない外力に圧迫されても、蓄気体個室３により蓄熱材個室２が変形しにくくなっている。
一方、蓄熱シートが低温の場合には、蓄気体個室３が収縮し、蓄熱材個室２と比較して小さくなっても、蓄熱材は固体の状態であるので、蓄熱シートの固定のために耐熱シート１の背面からの図示しない外力に圧迫されても、蓄熱材個室２は変形しにくくなっている。

次に、実施の形態１に係る蓄熱シートの製造方法について説明する。
図６（ａ）〜図６（ｈ）は、蓄熱シートの製造方法を示す各工程図、図６（ｉ）は図６（ｈ）の蓄熱シートの平面図である。
まず、図６（ａ）に示すように、耐熱シート１の背面から蓄熱材個室２に対向して、針６を配置する。この針６は、気体を吸引する吸引管６ａと、蓄熱材を注入する注入管６ｂと、針６の内部の蓄熱材を加熱するヒータ６ｃとを備えている。
次に、図６（ｂ）に示すように、耐熱シート１の背面から、蓄熱材個室２の中心に向かって針６を差し、図６（ｃ）に示すように、吸引管６ａから蓄熱材個室２の内部の気体を吸引する。このとき、蓄熱材個室２の内部の気体を全て吸引することはせず、後述するような僅かな空気が蓄熱材個室２の内部に残る。
さらに、図６（ｄ）に示すように、注入管６ｂから蓄熱材を蓄熱材個室２の内部に注入する。このとき、蓄熱材個室２の内部に残った僅かな空気により気泡７が発生する。
このとき、図６（ｅ）に示すように、蓄熱材個室２の体積に対して、蓄熱材の充填率が８０％以上になるように、蓄熱材を注入する。気泡７の体積は、蓄熱材個室２の容積の２０％以下が望ましく、さらには２％〜１０％の間であるのが望ましい。
蓄熱材個室２の体積における気泡７の体積が２０％を超えると、蓄熱材個室２の温度による膨張収縮が大きくなり、蓄気体個室３による保護にもかかわらず、蓄熱材個室２が、変形し、破れる恐れがある。
一方、蓄熱材個室２における気泡７の体積が２％を下回ると、後述する細孔である針孔８を塞ぐ際に、針孔８近傍に気泡７が必ずしも来なくなるので、針孔８を塞ぐ前に針孔８から蓄熱材個室２の内部の蓄熱材があふれ出てしまう恐れがある。
蓄熱材個室２に蓄熱材を注入した後、図６（ｆ）に示すように、針６を蓄熱材個室２から抜き出す。

次に、図６（ｇ）に示すように、封止材滴下用針９を針孔８に対向して配置し、針孔８に封止材１０として接着剤を滴下する。
この封止材１０は、ポリエチレン用の液体状の接着剤である。
最後に、図６（ｈ）、（ｉ）に示すように封止材１０を乾燥させ、針６により形成された針孔８を閉塞する。
なお、図６（ａ）〜（ｉ）では、一個の蓄熱材個室２を示しているが、実際には、横一列に並んだ蓄熱材個室２に対して同時に同様の製造工程がなされる。

以上説明したように、実施の形態１に係る蓄熱シートによると、可撓性を有した耐熱シート１と、この耐熱シート１の表面に設けられ、蓄熱材が内部に充填された蓄熱材個室２と、この蓄熱材個室２の周囲に設けられ、内部に空気が充填された蓄気体個室３とを備えているので、蓄熱材が溶融固化を繰り返しても、蓄気体個室３により蓄熱材個室２の変形が抑制され、蓄熱材個室２が破れるのを防ぐことができる。

また、蓄熱材個室２と蓄気体個室３とは、蓄気体個室３が熱膨張したときでも互いに離間しているように配置されているので、蓄気体個室３の熱膨張によって、蓄熱材個室２が変形するのを防ぐことができる。

また、耐熱シート１の背面には、蓄気体個室３の中心を繋いだ線に沿ってガイド線５が示されているので、作業者が間違って、蓄熱材個室２を切ってしまうのを防ぐことができる。

また、耐熱シート１の背面から蓄熱材個室２に針６を差し、蓄熱材個室２内部の空気を抜き、液体化した蓄熱材を蓄熱材個室２に注入した後、針孔８を塞ぐことで、簡単に蓄熱シートを製造することができる。

また、封止材１０を滴下して、乾燥させることで、簡単に針孔８を塞ぐことができる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る蓄熱シートの平面図である。
蓄熱シートを垂直方向から視たときに、蓄気体個室３の占める面積を、蓄熱材個室２の占める面積より小さくし、隣接する蓄熱材個室２間の距離を小さくできる。
その他の構成は実施の形態１と同様である。

実施の形態２に係る蓄熱シートによると、蓄気体個室３の占める面積を、蓄熱材個室２の占める面積より小さくしているので、隣接する蓄熱材個室２間の距離を小さくでき、その結果、蓄熱シート全体のコンパクト化を図ることができる。

実施の形態３．
図８は実施の形態３に係る蓄熱シートの平面図である。
実施の形態３に係る蓄熱シートは、複数の凹部１１ａが形成された可撓性の蓄熱材耐熱シート１１と、表面が凹部１１ａの開口部を塞ぐようにして蓄熱材耐熱シート１１に貼り付けられた良熱伝導性の熱伝導シートであるアルミ箔１２と、この蓄熱材耐熱シート１１表面がに対向して配置された可撓性の蓄気体耐熱シート１３とを備えている。
蓄気体耐熱シート１３の表面には、内部に気体が充填された複数個の蓄気体個室１４が設けられている。
蓄熱材耐熱シート１１の凹部１１ａと、この凹部１１ａの開口部を塞いだアルミ箔１２の領域とから複数個の蓄熱材個室１５が構成されている。
蓄熱材耐熱シート１１および蓄気体耐熱シート１３は、厚さ０．１ｍｍのポリプロピレンシートから構成され、蓄熱材耐熱シート１１の凹部１１ａは直径が１２ｍｍに形成されている。
なお、蓄熱材耐熱シート１１および蓄気体耐熱シート１３は、この材料に限定されない。
蓄熱材個室１５の内部には、溶融温度より低い温度でポリエチレングリコール６０００を圧縮成型した直径１０ｍｍのタブレット状の蓄熱材１６が充填されている。
アルミ箔１２は、厚さ５０μｍの平坦な形状に形成されている。
なお、熱伝導シートは、アルミ箔１２に限定されない。
蓄熱材耐熱シート１１と蓄気体耐熱シート１３とは、蓄熱材個室１５の周囲に蓄気体個室１４が配置されるようにして張り合わされている。
その他の構成は実施の形態２と同様である。

次に、実施の形態３に係る蓄熱シートの製造方法について説明する。
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、実施の形態３に係る蓄熱シートの製造方法を示す各工程図である。
先ず、蓄熱材耐熱シート１１をホットプレスにかけて、蓄熱材耐熱シート１１に凹部１１ａを複数個形成する。
次に、図９（ａ）に示すように、圧縮成型された蓄熱材１６を、各凹部１１ａに挿入する。
さらに、図９（ｂ）に示すように、蓄熱材１６が挿入された凹部１１ａの開口部を塞ぐようにして、蓄熱材耐熱シート１１にアルミ箔１２を貼り付ける。
最後に、図９（ｃ）に示すように、蓄熱材耐熱シート１１とアルミ箔１２とを、凹部１１ａの開口部の周囲に沿って１５０℃に加熱して融着し、蓄熱材個室１５を封止する。

実施の形態３に係る蓄熱シートによれば、アルミ箔１２が蓄熱材耐熱シート１１の反凹部１１ａ側の面に設けられているので、アルミ箔１２を介して、熱が蓄熱材耐熱シート１１の面全体に伝達され、均一な蓄熱が可能となる。

また、蓄熱材１６を固体として成型することで、蓄熱シートの製造時における蓄熱材１６の取り扱いが容易となり、簡単に蓄熱材耐熱シート１１に組み込んで、蓄熱シートを製造することができる。

なお、上記各実施の形態では、蓄熱材１６が分子量６０００のポリエチレングリコール６０００である蓄熱シートについて説明したが、勿論このものに限らず、蓄熱シートを用いる条件に合わせて、他の蓄熱材を用いた蓄熱シートであってもよい。

また、上記各実施の形態では、封止材１０として液体状の接着剤を用いて針孔８を塞いだ蓄熱シートについて説明したが、勿論このものに限らず、例えば、粘着テープを用いて針孔８を塞いだ蓄熱シートであってもよい。

実施の形態１に係る蓄熱シートの平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。 図１の蓄熱シートを耐熱シートの背面から視た平面図である。 被熱伝達体と接触した蓄熱シートが高温の時の断面図である。 被熱伝達体と接触した蓄熱シートが低温の時の断面図である。 図６（ａ）〜図６（ｉ）は蓄熱シートの製造方法を示す各工程図、図６（ｉ）は図６（ｈ）の蓄熱シートの平面図である。 実施の形態２に係る蓄熱シートの平面図である。 実施の形態３に係る蓄熱シートの平面図である。 図９（ａ）〜図９（ｃ）は図８の蓄熱シートの製造方法を示す各工程図である。

符号の説明

１ 耐熱シート、２ 蓄熱材個室、３ 蓄気体個室、４ 被熱伝達体、５ ガイド線、６ 針、６ａ 吸引管、６ｂ 注入管、６ｃ ヒータ、７ 気泡、８ 針孔（細孔）、９ 封止材滴下用針、１０ 封止材、１１ 蓄熱材耐熱シート、１１ａ 凹部、１２ アルミ箔、１３ 蓄気体耐熱シート、１４ 蓄気体個室、１５ 蓄熱材個室、１６ 蓄熱材。

Claims (8)

1. 可撓性を有した耐熱シートと、
   前記耐熱シートの表面に設けられ、冷却により固化する蓄熱材が内部に充填された複数個の蓄熱材個室と、
   前記耐熱シートの前記蓄熱材個室と同一の表面に設けられ、内部に気体が充填された複数個の蓄気体個室とを備え、
   前記蓄熱材個室の周囲には、前記蓄気体個室が配置されていることを特徴とする蓄熱シート。
2. 複数の凹部が形成された可撓性の蓄熱材耐熱シートと、
   前記蓄熱材耐熱シートに設けられ、表面が前記凹部の開口部を塞いだ良熱伝導性の熱伝導シートと、
   可撓性を有した蓄気体耐熱シートと、
   前記蓄気体耐熱シートの表面に設けられ、内部に気体が充填された複数個の蓄気体個室とを備え、
   前記凹部と前記熱伝導シートの前記開口部を塞いだ領域とから蓄熱材個室が構成され、
   前記蓄熱材個室の内部には、冷却により固化する蓄熱材が充填され、
   前記蓄熱材個室の周囲に前記蓄熱材個室が配置されるように、前記蓄熱材耐熱シートと前記蓄気体耐熱シートとを対向させたことを特徴とする蓄熱シート。
3. 前記蓄気体個室は、直線上に配置されており、
   前記耐熱シートの背面には、前記直線に沿ってガイド線が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱シート。
4. 前記蓄熱材個室と前記蓄気体個室とは、前記蓄気体個室が熱膨張したときでも互いに離間していることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の蓄熱シート。
5. 垂直方向から視たときに、前記蓄気体個室の占める面積は、前記蓄熱材個室の占める面積より小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の蓄熱シート。
6. 請求項１、請求項３ないし請求項５の何れか１項に記載の蓄熱シートの製造方法であって、前記耐熱シートの背面から前記蓄熱材個室に細孔を開口し、前記細孔を通じて前記蓄熱材個室内部の空気を抜き、引き続き、前記細孔を通じて加熱されて液体化した前記蓄熱材を前記蓄熱材個室に注入した後、前記細孔を閉口することを特徴とする蓄熱シートの製造方法。
7. 前記細孔は封止材で閉口されることを特徴とする請求項６に記載の蓄熱シートの製造方法。
8. 請求項２に記載の蓄熱シートの製造方法であって、前記蓄熱材の溶融温度より低い温度で圧縮成型された前記蓄熱材を前記凹部に挿入した後、前記凹部を塞ぐようにして、前記蓄熱材耐熱シートと前記熱伝導シートとを密着させることを特徴とする蓄熱シートの製造方法。

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