JP2009040492A - 断熱容器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、高性能な真空断熱材を立体形状の容器周囲に形成し、かつ熱損失を最小限に抑え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。
【解決手段】 液体を保温貯留する断熱容器１０は、液体の流入出口部２１，２１を備えた樹脂製の内部容器２０と、その内部容器２０を収容し、その周囲にガスバリア層を形成する内装材３０と外装材５０と、この内装材３０と外装材５０の間には断熱材４１を封入し減圧状態とした断熱空間４０を備える。そして、流入出口部２１，２１にあっては、フランジ部材６０，６０を環装させ、下部フランジ面６５を内装材３０と接合し、上部フランジ面６３を外装材５０と接合している。
【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機を促進するために必要な断熱容器として、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（断熱容器）が知られている（特許文献１）。

特開２００６−１０４９７４号公報 特開２００２−０５８６０４号公報 特開２００６−１２４０１３号公報

ところで、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。

しかしながら、特許文献１の例では、内部容器と外部容器とをステンレス等の金属で製作するため、製造コストが高い。また、内部容器と外部容器の接合部での熱橋を制御する目的で１ｍｍ以下の薄いステンレスが使用されるため、大気との気圧差での変形をふせぐ必要があり、形状も円筒形に限られ、大きな設置スペースが必要である。

また、ガスバリア性フィルムで断熱材を減圧封入した真空断熱材による容器の保温例として、特許文献２、特許文献３等の形態が知られている。板状の真空断熱材を形成した後容器に巻きつけるため、複雑な容器形状に対応できず、更に、容器の側面に形成した真空断熱材の端部の合わせ面、及び蓋部、底部と側面部の接合部に生じる隙間からの熱損失により、車両用エンジンの断熱容器に求められるような高性能な保温容器への適用は困難であった。

そこで、本発明は、上記の問題点を鑑み、高性能な真空断熱材を立体形状の容器周囲に形成し、かつ熱損失を最小限に抑え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。それによって、ひいては、樹脂製内部容器の利用を可能にして、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につながる。

上記目的を達成するために、第１の発明は、液体を保温貯留する断熱容器であって、液体の流入出口部を備えた樹脂製の内部容器と、内部容器を収容し、ガスバリア層を形成する内装材および外装材と、内装材と外装材との間に断熱材を封入し減圧状態とした断熱空間と、流入出口部に環装されるフランジ部材とを備え、フランジ部材には、内装材と接合する下部フランジ面及び外装材と接合する上部フランジ面が形成されることを特徴とするものである。ここで、「ガスバリア層」とは、気体の透過を制限する層である。ＪＩＳ −Ｋ７１２６−１にて測定したガスバリア層を積層したラミネートフィルムの酸素透過度が１．１×１０^−１１m³/ｍ^２・s・MPa以下であればよく、１．１×１０^−１２m³/ｍ^２・s・MPa以下であれば好ましい。また、断熱空間は、断熱性を向上させるために大気圧より低い気圧（減圧状態）に制御されており、０．０１〜１００Ｐａであればよく、好ましくは０．１〜１０Ｐａである。
第２の発明は、内装材が、表面に接着層が形成されたラミネートフィルムであり、当該接着層が内部容器と対向するとともに、下部フランジ面と接合する内装材の接合部分にも接着層を備えることを特徴とする断熱容器である。
第３の発明は、流入出口部に隣接する内装材には、周囲を接着層同士が対向した接着部で囲まれた向き切替え部が形成されることを特徴とする断熱容器である。
第４の発明は、フランジ部材の表面にはガスバリア層が形成されることを特徴とする断熱容器である。
第５の発明は、流入出口部とフランジ部材との間には断熱材が介在することを特徴とする断熱容器である。
第６の発明は、液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、液体の流入出口部を備えた樹脂製の内部容器に対し、流入出口部用貫通孔を介して流入出口部に環装されるフランジ部材を下部フランジ面で接合させた内装材によって被覆し、次に、内装材で被覆された内部容器に断熱材を巻付け、さらに、流入出口部を貫通させてフランジ部材の上部フランジ面と接合するとともに、断熱材を真空封止する外装材によって被覆することを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）内部容器の流体出口部においてフランジ部材を備えることで、接合が困難な内装材と外装材の接合部を確実かつ強固なものとし、断熱空間（断熱層）の真空度を維持（保持）することができる。また、断熱空間（断熱層）の厚さを均一なものとし、優れた断熱性を発揮できる。
（２）内装材が、内部容器と対向する面に接着層を備えるとともに、フランジ部材の下部フランジ面と接合する部分にも接着層を備えることで、内装材と下部フランジ面との接合を確実かつ強固なものにできる。
（３）フランジ部材の表面にはガスバリア層が形成され、或いは、流入出口部とフランジ部材との間には断熱材を介在させることで、フランジ部材における気体透過の防止・断熱効果を発揮できる。
（４）上記（１）乃至（３）により樹脂製の内部容器の性能を金属製の内部容器と同等以上にできるので、樹脂製内部容器の利用を可能にして、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を提供できる。

本発明に係る断熱容器の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る断熱容器の縦断面図である。
図１に示すように、液体を保温貯留する断熱容器１０は、液体の流入出口部２１，２１を備えた樹脂製の内部容器２０と、その内部容器２０を収容し、その周囲にガスバリア層を形成する内装材３０と外装材５０を備える。また、この内装材３０と外装材５０の間には断熱材４１を封入し減圧状態とした断熱空間４０を備える。なお、符号４２はガス吸着剤である。そして、流入出口部２１，２１にあっては、フランジ部材６０，６０を環装している。

図２及び図３は、流入出口部に環装されるフランジ部材を示す斜視図及び断面図である。
図２に示すように、フランジ部材６０は、中心に流入出口部用貫通孔６１を備えるとともに、径の大きい鍔部としての上端部６２と下端部６４を備えた円筒形部材であり、上端部６２の上面は上部フランジ面６３を、下端部６４の下面は下部フランジ面６５を形成する。
フランジ部材６０の材質としては、アルミニウムやステンレスといった金属、ポリエチレン、ポリプロピレンといった樹脂等が挙げられるが、本発明においては、熱溶着が容易にでき、気体の透過性能の低いエチレンビニルアルコールが好適に使用できる。
また、樹脂製フランジ部材の場合、長時間の使用により、フランジ部材６０中を気体が透過し、断熱空間としての真空断熱層の真空度が劣化する恐れがあるため、フランジ部材６０には図３に示すように、断熱空間に隣接する外層表面及び液体の流入出口部に隣接する内層表面にそれぞれメッキ等のガスバリア層６６，６７を形成することが望ましい。こうしたメッキは公知のものが使用できるが、例えば、無電解ニッケルに電解銅を積層したものが好適に利用できる。こういったガスバリア層の厚さは、５〜３０μｍであればよく、好ましくは６〜１５μｍである。
なお、気体透過制御の観点からフランジ部材６０を金属で形成することも可能であり、この場合、熱伝導率の低いステンレス製が好適である。
なお、フランジ部材６０は、図２に示す形状に限定されるものではなく、以下に説明する内装材３０や外装材５０との関係で同様な作用・効果を発揮できる形状であればよい。

図４は、図１における流入出口部周辺の部分拡大図である。
図４に示すように、このようなフランジ部材６０を流入出口部２１に環装させ、下部フランジ面６５を内装材３０と接合し、上部フランジ面６３を外装材５０と接合する。こうすることで、内部容器２０や内部容器２０外から断熱空間４０への気体透過を防止できることとなる。
そして、このようなフランジ部材６０を使用した接合は、内装材３０や外装材５０の接合作業を容易にするとともに、断熱空間４０を減圧状態に保持するあるいは断熱容器１０の取扱い時に、内装材３０と下部フランジ面６５、或いは外装材５０と上部フランジ面６３の接合部分において、内装材３０や外装材５０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。また、フランジ部材６０と流入出口部２１との間には、無機繊維製ペーパーのような薄片状の断熱材が介在してもよい。こうした構成によれば、フランジ部材６０と流入出口部２１との間から流出する熱量を低減することができ、断熱容器の断熱性をさらに向上することができる。

また、内装材３０は、内部容器２０と対向する表面側３１に接着層を備えることになるが、フランジ部材６０の下部フランジ面６５と接合する部分にも接着層を備えることが必要になる。そこで、流入出口部２１の周辺部分にあっては内装材３０の表面側３１を断熱空間４０側に向くように貼り替える向き切替え部３２を設けることとした。
なお、内装材３０に向き切替え部３２を設けることに限定されるものではなく、内部容器２０と接する部分以外で下部フランジ面６５と接合する部分にも接着層を備えるものであればよい。

ここで、樹脂製内部容器２０の素材として対応可能な樹脂は、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）、ポリフタルアミド(PPA)、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。こういった樹脂を用いることにより、射出成形や、押出成形により複雑形状の内部容器の成形が可能となり、生産コストを抑えることができる。

本発明において、内装材および外装材は、ガスバリア層が形成されており、上述した気体透過度を満たしていれば、材質、構造、形態に特に制限はないが、シート状のものが好適に使用できる。こういった内装材３０及び外装材５０の一例として、「保護層／ガスバリア層／接着層」からなる多層構造のラミネートフィルムが挙げられる。こういったラミネートフィルムの厚さは、４５〜１２０μｍであればよく、好ましくは６０〜１００μｍである。
接着層は、フランジ部材６０、内部容器２０、接着層同士との接合が可能であれば、その材質には特に制限はないが、本発明においては気体透過率が低いものが好ましい。具体的には、フランジ部材６０の材質がポリエチレンであれば、接着層はポリエチレンであればよいし、フランジ部材６０がポリプロピレンであれば、接着層はポリプロピレン、エチレンビニルアルコールであればよいし、フランジ部材６０が金属であれば、接着層はエチレンビニルアルコールとすることが望ましい。接着層の厚さは、１０〜７０μｍであればよく、好ましくは３０〜５０μｍである。
ガスバリア層は、気体の透過を制限することが可能であれば、その材質に特に制限はないが、例えば、ステンレス箔やアルミニウム箔といった金属箔が挙げられるが、低い気体透過率と比較的熱伝導率が低いアルミニウム箔が好適に利用できる。ガスバリア層の厚さは、５〜３０μｍであればよく、好ましくは６〜１５μｍである。
保護層は、ガスバリア層の保護する層であり、例えば、アルミ箔にピンホール・クラック等が形成されることを防ぎ、気体透過防止効果を確実にするものである。こういったガスバリア層は、ポリエステル、ナイロンといった樹脂が好適に利用できる。保護層の厚さは、１０〜５０μｍであればよく、好ましくは２０〜４０μｍである。また、保護層は必要に応じて複数層形成されてもよい。こうした構成によれば、樹脂の特性を生かした機能を付加することができる。

断熱空間４０に内包する断熱材４１は、断熱材として公知のものが利用でき、例えば、ポリスチレンフォームといった有機質多孔質体、ケイ酸カルシウムやシリカ、アルミナといったセラミックス粉末を含む成形体、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバーからなる無機繊維質断熱材が挙げられるが、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。こうした断熱材は単体で使用されてもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。また、断熱空間４０としての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フランジ部材を構成する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万一低下することを防止するためにガス吸着剤４２を封入してもよい。ガス吸着剤４２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。

次に、図５（図５−１〜図５−７）において、本発明に係る断熱容器１０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。
内部容器２０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２０の一面に外径１８．５ｍｍ、内径１３ｍｍ、高さ３０ｍｍの液体の流出入口部２１を設けた。また、フランジ部材６０は高密度ポリエチレン製で、外径３６ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ１１ｍｍ、肉厚２ｍｍとした。
内装材３０及び外装材５０となるラミネートフィルムは保護層となるポリエチレンテレフタラート層（１２μｍ）／保護層となるナイロン層（１５μｍ）／ガスバリア層となるアルミ箔（６μｍ）／接着層となる高密度ポリエチレン層（５０μｍ）という多層構成のものを使用した。
繊維質断熱材４１として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（ゲッター剤）４２はサエス・ゲッターズ製ＣＯＭＢＯ３ＧＥＴＴＥＲを使用した。

まず、図５−１に示すように、１００×２００ｍｍのラミネートフィルム３３に、液体の流出入口に合わせた円形の孔３４，３４を開け、接着層側にフランジ部材６０を、リング状ヒーター７０を用いて、熱溶着し貼り合せた。この時の熱溶着条件は、押付け圧力０．２ＭＰａ、ヒーター温度１８０℃、６秒間である。なお、本実施例において熱溶着条件は同じである。
そして、図５−２に示すように、上記ラミネートフィルム３３を８０×１８０ｍｍの孔３５のあいたラミネートフィルム（内装材）３０と接着層同士が相対するようにあわせ、周囲３６を幅１０ｍｍで熱溶着して貼り合せた。

次に、図５−３に示すように、内部容器２０の液体の流入出口部２１を、フランジ部材６０の流入出口部用貫通孔６１に差込んだ後、内装材３０で内部容器２０を包んで筒状に形成し、一辺を熱溶着３７により貼り合せた。
そして、図５−４に示すように、内装材の両端の開放部を折り込み、棒状のヒーター７１で熱溶着部３８，３８を加熱して接着層同士を接合しパッケージングした。

次に、図５−５に示すように、周囲を内装材３０でパッケージングした内部容器２０の周囲にグラスウール４１を内部容器２０の流入出口部２１に設けたフランジ部材６０の上部フランジ面６３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４１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、図５−６に示すように、上記内部容器２０を、液体の流入出口部２１にあわせて孔を開けた、筒状のラミネートフィルム（外装材）５０に挿入し、リング状ヒーター７０を用いて、外装材５０とフランジ部材６０を熱溶着し貼り合せた。
そして、図５−７に示すように、開放部の片側を折り込み、棒状のヒーター７１で熱溶着し、底部を除く３方が熱溶着されて袋状とした。さらに、１２０℃のオーブン中で２４時間放置しグラスウール４１中に含まれる水分を蒸発させた。乾燥後はアルゴン雰囲気としたチャンバーに搬入し、外装材５０が開放された底部より、ガス吸着剤となるゲッター材を１個（約７ｇ）装填した後、チャンバー内を１０Ｐａ迄減圧し、外装材５０の開放部を真空チャンバー内に設けたヒーター７１により接合して封止し、厚さ１０ｍｍの真空断熱層を有する断熱容器１０を製作した。

上記実施例の断熱容器１０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１０内に注ぎ、液体の流入出口部２１から熱電対を挿入して流入出口部２１をゴム栓で閉じた。断熱容器１０内の水温が９５℃になった時点をスタートとして２４時間継続して水温を測定した。その測定結果を図６に示す。
その測定結果は、１２時間後の水温は８２℃、２４時間後の水温は７３℃と優れた保温性能を示した。

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化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の縦断面図。 フランジ部材を示す斜視図。 フランジ部材を示す断面図。 図１における流入出口部周辺の部分拡大図。 本発明に係る断熱容器の作製方法を示す説明図（その１）。 本発明に係る断熱容器の作製方法を示す説明図（その２）。 本発明に係る断熱容器の作製方法を示す説明図（その３）。 本発明に係る断熱容器の作製方法を示す説明図（その４）。 本発明に係る断熱容器の作製方法を示す説明図（その５）。 本発明に係る断熱容器の作製方法を示す説明図（その６）。 本発明に係る断熱容器の作製方法を示す説明図（その７）。 本実施例に係る断熱容器の保温性能を示すグラフ。

符号の説明

１０：断熱容器
２０：内部容器
２１：流入出口部
３０：内装材（ラミネートフィルム）
３１：表面側
３２：向き切替え部
３３：ラミネートフィルム
３４：孔
３５：孔
３６：周囲
３７，３８：熱溶着部
４０：断熱空間
４１：断熱材（グラスウール）
４２：ガス吸着剤（ゲッター剤）
５０：外装材（ラミネートフィルム）
６０：フランジ部材
６１：流入出口部用貫通孔
６２：上端部
６３：上部フランジ面
６４：下端部
６５：下部フランジ面
６６：ガスバリア層（外層表面）
６７：ガスバリア層（内層表面）
７０：リング状ヒーター
７１：溶着封止ヒーター（棒状ヒーター）

Claims (6)

1. 液体を保温貯留する断熱容器であって、
   液体の流入出口部を備えた樹脂製の内部容器と、内部容器を収容し、ガスバリア層を形成する内装材および外装材と、内装材と外装材との間に断熱材を封入し減圧状態とした断熱空間と、流入出口部に環装されるフランジ部材とを備え、フランジ部材には、内装材と接合する下部フランジ面及び外装材と接合する上部フランジ面が形成されることを特徴とする断熱容器。
2. 内装材は、表面に接着層が形成されたラミネートフィルムであり、当該接着層が内部容器と対向するとともに、下部フランジ面と接合する内装材の接合部分にも接着層を備えることを特徴とする請求項１記載の断熱容器。
3. 流入出口部に隣接する内装材には、周囲を接着層同士が対向した接着部で囲まれた向き切替え部が形成されることを特徴とする請求項２の断熱容器。
4. フランジ部材の表面にはガスバリア層が形成されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１つに記載の断熱容器。
5. 流入出口部とフランジ部材との間には断熱材が介在することを特徴とする請求項１〜４いずれか１つに記載の断熱容器。
6. 液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、
   液体の流入出口部を備えた樹脂製の内部容器に対し、流入出口部用貫通孔を介して流入出口部に環装されるフランジ部材を下部フランジ面で接合させた内装材によって被覆し、
   次に、内装材で被覆された内部容器に断熱材を巻付け、
   さらに、流入出口部を貫通させてフランジ部材の上部フランジ面と接合するとともに、断熱材を真空封止する外装材によって被覆することを特徴とする断熱容器の製造方法。

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