JP2008239172A - 断熱容器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、製造コストを低減させるとともに十分な断熱効果が得られ、更にはエンジンルーム等の限定された設置スペースに対応可能な断熱容器及びその製造方法を提供することにある。
【解決手段】 液体を保温貯留する断熱容器であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口５を備えた内部容器１と、該内部容器１を収容するシート状の外装材３と、該外装材３と内部容器１との間に断熱材２を封入し減圧空間とされた断熱空間とを備え、前記内部容器１の液体の流出入口にフランジ部を形成し、フランジ部で前記外装材３と内部容器１を接合し断熱性に優れ限定されたスペースに適用可能な断熱容器とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体を保温貯留する断熱容器に関するものであり、特に車両用エンジンの冷却水を保温貯留する断熱容器に適用する。

従来、車両用エンジンの冷却水(ロング・ライフ・クーラント：以下ＬＬＣと記す)を保温貯留し、エンジン始動時に保温されたＬＬＣをエンジンに循環させてエンジンの暖気運転を促進する断熱容器として、液体を貯留する内筒と、内筒を内部に収納して内筒との間に真空状態の断熱空間を形成する外筒とからなる蓄熱タンクが知られている（特許文献１）。
また、液体を収容する内容器と、内容器を包囲する外装ケースと、内容器と外装ケースとにより形成される空間に真空断熱材とシート状断熱材とを配した貯湯タンクの構造が知られている（特許文献２）。
さらに、液体を保温貯留する断熱容器としては、内筒と外筒との間に真空断熱材を配し、内部に電気ヒーターを設けた構造が知られている（特許文献３）。

特開２００６−１０４９７４号公報 特開２００５−２２６９６５号公報 実開昭６１−１３８９５４号公報

車両用エンジンの冷却水貯留用の断熱容器は、エンジン始動時の燃費を向上させるためにエンジンの予熱で温められたＬＬＣを次のエンジン始動時まで高温に維持する保温性能が求められ、さらには車両原価低減に伴う製造コストの低減が求められている。また、この断熱容器はエンジンルーム内に設置されるため、車両によって異なるエンジンルーム内の限定されたスペースに収納可能な形状が強く求められている。

特許文献１に示される断熱容器は、ステンレス等の金属製の内部容器及び外部容器との間に真空状態の断熱空間が形成され、内部容器と外部容器とは溶接あるいはスピニング加工にて一体成形されている。しかしながら、内部容器と外部容器とをステンレス等の金属で製作した場合、製造コストが高くなりさらに内部容器と外部容器との金属接合部からは熱橋（ヒートブリッジ効果）により熱が放出され、十分な保温効果が得られない問題がある。また、内部容器と外部容器には、夫々熱橋による熱損失を抑制するため厚さ１ｍｍ以下の薄いステンレス板が使用され、さらに、断熱空間と大気との気圧差による変形をふせぐために形状も円筒形に限られ、エンジンルーム内の限定されたスペースに適応した形状とするには限界があった。
特許文献２に示される断熱容器は、液体を収容する内容器と内容器を包囲する外装ケースとにより形成された空間に真空断熱材とシート状断熱材とを配した構造であり、内容器と真空断熱材およびシート状断熱材とに隙間が生じるため高性能な断熱効果は得られない。
特許文献３に示される断熱容器は、内筒と外筒との間に真空断熱板を配した構造であり、内筒および外筒と真空断熱板との接触部分に生じる隙間と、内筒側面部の真空断熱材と内筒の蓋部及び底部の真空断熱材との隙間からの熱損失により断熱効果が低減する問題がある。

本発明は、上記の問題点を鑑み、断熱効果を維持しエンジンルーム内等の限定されたスペースに収納可能な形状設計に適応し、さらに製造コストを低減した断熱容器及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、液体を保温貯留する断熱容器であって、該液体の流入出口部を備えた内部容器と、該内部容器を収容するシート状の外装材と、該外装材と内部容器との間に断熱材を封入し減圧状態とした断熱空間とを備え、前記液体の流入出口部に設けたフランジ部上面と断熱材上面とを略同一面とし、該フランジ部上面と外装材とを接合した断熱容器を提供する。
請求項２の発明では、前記内部容器が金属製及び外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであって、該接着層がエチレン−ビニルアルコール共重合体、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステルのいずれかであるとした断熱容器を提供する。
請求項３の発明では、前記内部容器が樹脂製及び外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであって、該内部容器の表面にガスバリア層を設けるとともに、該接着層がエチレン−ビニルアルコール共重合体、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステルのいずれかであるとした断熱容器を提供する。
請求項４の発明は、前記内部容器がポリエチレン又はポリプロピレンからなる樹脂製及び外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであって、該内部容器の表面にガスバリア層を設けた断熱容器を提供する。
請求項５の発明は、前記断熱材が、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバーのいずれかあるいはこれらの繊維の組合せによる無機繊維からなり、前記断熱空間に酸化カルシウム、バリウム／リチウム合金、及び酸化コバルトの３層構造からなる吸着剤を封入するとともに、前記吸着剤の中間層をバリウム／リチウム合金とする断熱容器を提供する。
請求項６の発明は、前記内部容器に設けられた流体の流出入口部がフランジ部上面より上部を取外し可能とした断熱容器を提供する。
請求項７の発明は、液体を保温貯留する断熱容器の製造方法において、該液体の流入出口部を備えた内部容器の周囲に液体の流入出口部に設けたフランジ部上面と略同一の厚さに断熱材を被覆し、該断熱材を液体の流入出口部を通過する孔を設けた外装材にて覆い、該フランジ部上面と外装材に設けられた孔の周囲とを接合し、更に、前記内部容器と外装材との間を減圧状態で密封した断熱容器の製造方法を提供する。
請求項８の発明は、前記外装材が袋状のラミネートフィルムであって、前記フランジ部上面と外装材とを接合した後、前記袋状のラミネートフィルムの開放口を真空雰囲気内で接合する断熱容器の製造方法を提供する。
請求項９の発明は、前記内部容器に設けられた液体の流出入口部がフランジ部上面より上部を取外し可能とした断熱容器の製造方法を提供する。

本発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）内部容器を樹脂製あるいは金属製とし、断熱材を内部容器の周囲に均一の厚さで巻き付け、さらに断熱材の周囲をラミネートフィルムにより覆い、内部容器とラミネートフィルム間を減圧状態とした構造としているため、断熱性に優れるとともにエンジンルーム内等の限定されたスペースに応じた形状に設計・製造することができる。
（２）液体の流出入口部にフランジを設け、断熱材をフランジ面の高さまで充填させてフランジ部とラミネートフィルムとを接合することにより、減圧封入時におけるラミネートフィルムへの応力を緩和させて接着性を向上させ、信頼性の高い真空断熱層を形成することができる。
（３）また、内部容器を樹脂製とし表面に金属メッキ層からなるガスバリア層を設け、外装材にラミネートフィルムを使用することにより、真空断熱層の真空度を長時間維持するとともに製造コストを大幅に削減することができる。
（４）内部容器に設けられた流体の流出入口部をフランジ部上面より上部を取外し可能とした構造とすることにより、断熱材を被覆した内部容器を袋状の外装材の中に容易に収納できる。

本発明の断熱容器の実施形態について説明する。図１は液体の流出入口部を別々の位置に設けた断熱容器の断面図を示したものである。また、図２は液体の流出入口部が仕切り部を設けて一体化された断熱容器の断面図を示したものである。いずれの実施例とも内部容器１の周囲を無機繊維からなる断熱材２により被覆し、シート状のラミネートフィルムからなる外装材３により断熱材２の周囲を覆い、内部容器１と外装材３の間にガス吸着剤４を封入し、さらに内部容器１と外装材３の間を減圧状態にした断熱容器を示したものである。

次に、上記するような断熱容器にあって、内部容器１の液体流出入口部５における外装材３の接合構造について説明する。図１に示すＡの部分を例に説明したものが、図３〜図５である。図３〜図５は、液体流出入口部５にフランジタイプのフランジ６を設けたものである。そして、このフランジ６の上面と略同一面になるように断熱材２を被覆し、その略同一面上に外装材３を積層して、外装材３とフランジ６の上面とを接合させる。これにより、外装材３とフランジ６の接合部分の接着作業が容易となるとともに、内部容器１と外装材３の間を減圧状態に封入する場合あるいは断熱容器の取扱い時に、外装材３とフランジ６の接合部分において、外装材３を破断あるいは引き剥がすような力が加わらず、信頼性の高い真空断熱層を実現できることになる。なお、図５は、液体流出入口部５をフランジ６上面より上部を取外し可能な構造としたものである。この場合、気密性を保持するために液体流出入口用ポート９とフランジ６との間に０リング１０を介在させている。

この本発明に係る断熱容器の構造を実現するための製造手順を図６及び図７（図７−１，図７−２）に示す。
図６は、本製造工程で使用する外装材３を示したものである。袋状の外装材３の底面３ａには、内部容器１の液体流出入口部５に係合する孔３ｂ，３ｂが形成されている。
そして、このような外装材３を用いて、図７（図７−１，図７−２）に示す製造手順で断熱容器を製造する。
具体的には、内部容器１の周囲にグラスウールからなるブランケット状の断熱材２を流体の流出入口部５に設けられたフランジ６上面の位置となる厚さまで被覆する。次に、袋状のラミネートフィルムからなる外装材３により内部容器１と断熱材２を覆い、外装材３に設けた孔３ｂの位置と流体の流出入口部５を係合させる。次に、外装材３と流体の流出入口部５に設けたフランジ６とをリング状のヒーター１５を用いて接合（熱溶着）させる。次に、内部容器１と外装材３との間にガス吸着剤４を封入して図示しない真空チャンバー内に搬入し、１０Ｐａ以下の真空雰囲気内で外装材３の開放部分を溶着封止ヒーター１６によって接合（熱溶着）する。

内部容器１は金属製あるいは樹脂製いずれでも製作が可能であり、保温性能及び真空度維持の観点からは金属製が望ましく、特に熱伝導率が低いステンレス製が望ましい。製造コスト及び限定されたスペースに対応した形状とする観点からは樹脂製が望ましい。
対応可能な樹脂としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)、アクリルニトリルスチレン共重合体(AS)、EEA樹脂(EEA)、エポキシ樹脂（EP）、エチレン酢酸ビニルポリマー(EVA)、エチレンビニルアルコール共重合体(EVOH)、液晶ポリマー(LCP)、MBS樹脂(MBS)、メラミンホルムアルデヒド（MMF）、ポリアミド（PA）、ポリブチレンテレフタラート（PBT）、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリエチレン（PE）、ポリエチレンテレフタラート(PET)、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルポリマー(PFA)、ポリイミド（PI）、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリプロピレン（PP）、ポリフェニレンスルフィド樹脂（PPS）、ポリスチレン（PS）、ポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン(PTFE)、ポリウレタン（PU）、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ塩化ビニリデン（PVDC）、等から選択使用される。
また、内部容器１を樹脂製とした場合、気体の透過を防止するため内部容器１の表面に金属メッキ層からなるガスバリア層を設けることにより、内部容器１と外装材３間に形成された真空断熱空間の真空度を長時間維持することが可能となる。

外装材３であるラミネートフィルムの断面構造を図８に示す。ラミネートフィルムは保護層１１／保護層(基材層)１２／ガスバリア層１３／接着層１４からなる多層構造であり、特に接着層１４を形成する材質は内部容器１との接合が可能であり、且つ、気体透過性の低い材質でなければならない。接着層１４は、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステルが望ましく、特にエチレン−ビニルアルコール共重合体が好適である。

内包する断熱材２はグラスウール、ロックウール、セラミックファイバーの１種または２種以上の無機繊維からなり、特に平均繊維径が５μm以下で、高温雰囲気で吸着水分を除去したグラスウールが望ましい。また真空断熱層の内部には、断熱材から発生するガスあるいは接合部樹脂を透過して外気より侵入するガス等により真空断熱層の真空度が低下することを防止するためにガス吸着剤４を封入する。ガス吸着剤４は、水分を吸着する酸化カルシウム層、酸素及び窒素を吸着するバリウム／リチウム合金層、水素を吸着する酸化コバルト層の３層構造のものを用いる。但し、バリウム／リチウム合金層は酸素及び窒素の他に水分も吸着する性質があるため、酸化カルシウム層と酸化コバルト層との間の中間層に位置する構造として夫々の層の吸着性を効率良く活用する。

内部容器１の表面に巻き付けるグラスウールの量は、断熱容器に求められる断熱性能から決定される。例えば、０．２５g/cm²の巻き付け量で厚さ１０mmの真空断熱層と、０．１３g/cm²で厚さ５mmの真空断熱層と、０．３８g/cm²で厚さ１５mmの真空断熱層を備えた断熱容器に、それぞれ９５℃の水を入れて１２時間後の水温を測定すると、５mm厚の場合では約７０℃、１０mm厚の場合では約７８℃、１５mm厚の場合では約８２℃の結果となった。

図９（図９−１，図９−２）は、本発明に係る断熱容器のその他の実施形態を示す説明図である。
本実施形態においては、図５に示す液体流出入口部５の上部を取外し可能な液体流出入口用ポート９を用いる。まず、内部容器１から液体流出入口用ポート９を取り外した状態で、内部容器１の周囲にグラスウールからなるブランケット状の断熱材２を流体の流出入口部５に設けられたフランジ６上面の位置となる厚さまで被覆する。次に、袋状のラミネートフィルムからなる外装材３により内部容器１と断熱材２を覆う。

次いで、外装材３に設けた孔３ｂの位置と流体の流出入口部５を係合させ、外装材３と流体の流出入口部５に設けたフランジ６とをリング状のヒーター１５を用いて熱溶着させる。次に、内部容器１と外装材３との間にガス吸着剤４を封入して図示しない真空チャンバー内に搬入し、１０Ｐａ以下の真空雰囲気内で外装材３の開放部分を溶着封止ヒーター１６によって接合（熱溶着）する。その後、真空チャンバーから取り出された内部容器１の流体流出入口部５にＯリング１０を介在させて液体流出入口用ポート９を取り付ける。このようにすれば、袋状の外装材３の形状に関わらず断熱材２を被覆した内部容器１を外装材３に容易に挿入することができる。

［実施例］
下記に本発明の断熱容器の詳細な作製方法を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の内部容器１は、内容積約２．６L、肉厚８ｍｍの直方体形状のポリエチレン製容器を使用し、内部容器１の一面に外径φ１８．５ｍｍ、内径φ１３ｍｍ、高さ３０ｍｍの液体の流出入口部５を設け、さらに流出入口部５には外径１２ｍｍ、厚さ３ｍｍのフランジ６を形成した。フランジ６を除く内部容器１の表面にはＡＢＳ樹脂を形成した後、無電解ニッケルメッキ層、更に電解銅メッキ層を形成してガスバリア層とした。
外装材３となるラミネートフィルムは保護層１１となるポリエチレンテレフタラート層(１２μm)／保護層１２となるナイロン層(１５μm)／ガスバリア層１３となるアルミ箔(６μm)／接着層１４となるポリエチレン層(５０μm)という多層構成のものを使用し袋状に成形されたものを使用した。
繊維質断熱材２とは旭ファイバーグラス製ホワイトウールを用い、ガス吸着剤４（ゲッター材）はサエス・ゲッターズ製ＣＯＭＢＯ３ＧＥＴＴＥＲを使用した。

内部容器１であるポリエチレン製容器の周囲にグラスウールを内部容器１の流出入口部５に設けたフランジ６上面の位置となる厚さまで被覆する。このときのグラスウールの密度は、内部容器１の表面積に対して約０．２５g/cm²であった。次に、内部容器１とグラスウールとを１２０℃のオーブン中で２４時間放置しグラスウール中に含まれる水分を蒸発させた。乾燥後の内部容器１をアルゴン雰囲気中に搬入し、ラミネートフィルムからなる袋状の外装材３の中に収納する。このとき、外装材３に設けられた孔と内部容器１に設けられた流出入口部５とを合わせ、流出入口部５に設けたフランジ６上面と外装材３の孔の周囲とをリング状のヒーター１５で熱し接合（熱溶着）させた。この時ヒーター温度は約１６０℃であり、ラミネートフィルムをフランジ６上面に押付けたままの状態で約６秒間保持し、ラミネートフィルムをフランジ６上面に接合（熱溶着）させた。
その後、ガス吸着剤４となるゲッター材を内部容器１とラミネートフィルム間に１個(約７g)装填し、内部容器１とラミネートフィルムを真空チャンバー内に搬送して真空チャンバー内を１０Pa迄減圧し、外装材３の開放部を真空チャンバー内に設けたヒーターにより接合（熱溶着）させて封止し、厚さ１０mmの真空断熱層を有する断熱容器を製作した。
上記断熱容器に約１００℃の温水を注ぎ約１０分間放置した後廃棄し、再度約１００℃の温水を断熱容器内に注ぎ液体の流出入口部から熱電対を挿入して流出入口部をゴム栓で閉じた。断熱容器内の水温が９５℃になった時点をスタートとして１２時間（７２０分）継続して水温を測定した。

［比較例］
比較例として、金属製２重管構造であって内部容器及び外部容器ともに厚さ約０．５ｍｍのステンレス板を用いており、内部容器及び外部容器間に真空断熱層を設けた構造のものを使用した。また、比較例の断熱容器の流体注ぎ口は蓋材により断熱された構造となっており、流体注ぎ口からの放熱が抑えられている。
この比較例の断熱容器に、実施例と同じ容量の約１００℃の温水を注ぎ１０分間放置した後廃棄し、再度約１００℃の温水を断熱容器内に注ぎ、断熱容器内に熱電対を挿入した後注ぎ口を閉じた。断熱容器内の水温が９５℃になった時点をスタートとして１２時間（７２０分）継続して水温を測定した。

［測定結果］
実施例および比較例の測定結果を図１０に示す。
本発明の断熱容器は９５℃の温水を１２時間経過後に約８０℃を維持し、比較例では９５℃の温水を１２時間経過させた後の温度は約７８℃であった。尚、上記比較例として用いた金属製２重管構造の断熱容器は市販の魔法瓶タイプであり、内部容器及び外部容器ともに厚さ約０．５ｍｍのステンレス板を用いており、内部容器及び外部容器間に真空断熱層を設けた構造のものである。また、比較例の断熱容器の流体注ぎ口は蓋材により断熱された構造となっており、流体注ぎ口からの放熱が抑えられている。

本発明によれば、液体を保温貯留する断熱容器として利用でき、特に車両用エンジンのＬＬＣを保温貯留する断熱容器に適用するものである。その他に、電気ポットなどの保温容器あるいは液体ガスなどの保冷容器にも利用することも可能である。

本発明に係る断熱容器例を示す断面図 本発明に係るその他の断熱容器例を示す断面図 本発明に係る断熱容器Ａ部断面詳細図 本発明に係るその他の断熱容器Ａ部断面詳細図 本発明に係るその他の断熱容器Ａ部断面詳細図 本発明に使用する外装材を示す説明図 本発明に係る断熱容器の製造法説明図（その１） 本発明に係る断熱容器の製造法説明図（その２） ラミネートフィルム断面詳細図 本発明に係る断熱容器のその他の実施形態（その１） 本発明に係る断熱容器のその他の実施形態（その２） 保温性能測定結果

符号の説明

１：内部容器
２：繊維質断熱材（グラスウール）
３：外装材（ラミネートフィルム）
３ａ：底面
３ｂ：孔
４：吸着剤
５：液体の流出入口部
６：フランジ
９：液体の流出入口ポート
１０：Ｏリング
１１：保護層(または基材層)
１２：基材層(または保護層)
１３：ガスバリア層
１４：接着層
１５：フランジ部接合用リング状ヒーター
１６：溶着封止ヒーター

Claims (9)

1. 液体を保温貯留する断熱容器であって、該液体の流入出口部を備えた内部容器と、該内部容器を収容するシート状の外装材と、該外装材と内部容器との間に断熱材を封入し減圧状態とした断熱空間とを備え、前記液体の流入出口部に設けたフランジ部上面と断熱材上面とを略同一面とし、該フランジ部上面と外装材とを接合したことを特徴とする断熱容器。
2. 前記内部容器が金属製及び外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであって、該接着層がエチレン−ビニルアルコール共重合体、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステルのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の断熱容器。
3. 前記内部容器が樹脂製及び外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであって、該内部容器の表面にガスバリア層を設けるとともに、該接着層がエチレン−ビニルアルコール共重合体、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステルのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の断熱容器。
4. 前記内部容器がポリエチレン又はポリプロピレンからなる樹脂製及び外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであって、該内部容器の表面にガスバリア層を設けることを特徴とする請求項３記載の断熱容器。
5. 前記断熱材が、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバーのいずれかあるいはこれらの繊維の組合せによる無機繊維からなり、前記断熱空間に酸化カルシウム、バリウム／リチウム合金、及び酸化コバルトの３層構造からなる吸着剤を封入するとともに、前記吸着剤の中間層をバリウム／リチウム合金とすることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の断熱容器。
6. 前記内部容器に設けられた流体の流出入口部がフランジ部上面より上部を取外し可能としたことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の断熱容器。
7. 液体を保温貯留する断熱容器の製造方法において、該液体の流入出口部を備えた内部容器の周囲に液体の流入出口部に設けたフランジ部上面と略同一の厚さに断熱材を被覆し、該断熱材を液体の流入出口部を通過する孔を設けた外装材にて覆い、該フランジ部上面と外装材に設けられた孔の周囲とを接合し、更に、前記内部容器と外装材との間を減圧状態で密封したことを特徴とする断熱容器の製造方法。
8. 前記外装材が袋状のラミネートフィルムであって、前記フランジ部上面と外装材とを接合した後、前記袋状のラミネートフィルムの開放口を真空雰囲気内で接合することを特徴とする請求項７記載の断熱容器の製造方法。
9. 前記内部容器に設けられた液体の流出入口部がフランジ部上面より上部を取外し可能としたことを特徴とする請求項７または８記載の断熱容器の製造方法。

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