JP2009287586A - 真空断熱材 - Google Patents
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Abstract
【課題】高性能かつ長期信頼性を有する真空断熱材を提供する。
【解決手段】真空断熱材1は、気体難透過性素材からなる第一の外被材7で粉末芯材6を覆い、第一の外被材7内部を減圧してなる第一の真空断熱材9と、気体難透過性素材からなる第二の外被材2で繊維状芯材3を覆い、第二の外被材2内部を減圧してなる第二の真空断熱材5とからなり、第二の真空断熱材5が、粉末芯材と6ともに第一の真空断熱材9の第一の外被材7で覆われる。
【選択図】図1
【解決手段】真空断熱材1は、気体難透過性素材からなる第一の外被材7で粉末芯材6を覆い、第一の外被材7内部を減圧してなる第一の真空断熱材9と、気体難透過性素材からなる第二の外被材2で繊維状芯材3を覆い、第二の外被材2内部を減圧してなる第二の真空断熱材5とからなり、第二の真空断熱材5が、粉末芯材と6ともに第一の真空断熱材9の第一の外被材7で覆われる。
【選択図】図1
Description
本発明は、断熱・保温を必要とするもの、例えば冷蔵庫、保温保冷外被材、自動販売機、電気湯沸かし器、車両、建材等の断熱材として使用可能な真空断熱材に関するものである。
近年、地球環境保護が大きく叫ばれるなか、家電製品の省エネルギー化は緊急に取り組むべき重要な課題となってきている。この解決方法の一つとして、無駄な熱の伝熱を防ぐ目的での真空断熱材の適用がある。
真空断熱材は、発泡樹脂や繊維材等を芯材として外被材内に入れた断熱材で、断熱材内部を真空に保つことにより気体の熱伝導率を著しく低下させたものであり、その断熱性能を長期に渡って維持するためには、断熱材内部を真空に保ち続ける必要がある。
空気が介在して熱伝導が行われる場合、断熱性能に影響を及ぼす物性として、気体の平均自由行程がある。気体の平均自由行程とは、空気を構成する分子の一つが別の分子と衝突するまでに進む距離のことであり、平均自由行程よりも形成されている空隙が大きい場合は、空隙内において分子同士が衝突し、気体による熱伝導が生じるため、熱伝導率は大きくなる。
真空断熱体の断熱原理は、熱を伝える空気をできる限り排除し、気体による熱伝導を低減することである。
従って、真空断熱体の性能を長期間維持するためには、初期の内部圧力をより低圧とする必要がある。しかしながら、工業的レベルで高真空にすることは困難であり、実用的に達成可能な真空度は13Pa程度までである。
ただし、芯材の種類が異なると、空隙距離が変わり、内部圧力が同じでも気体による熱伝導が異なってくる。空隙距離が小さいほど、同じ内部圧力でも気体同士の衝突回数は減少し、それに伴い気体による熱伝導が小さくなる。
つまり、空隙距離が小さい芯材を用いるほど、内部圧力が何らかの影響で上昇しても、気体の熱伝導による熱伝導の上昇は少なく、断熱性能の低下も少ない。
真空断熱材全体の断熱性能は芯材等の固体による熱伝導も加わるため、一概に空隙距離が小さいものほど断熱性能が優れるとは限らないが、目的によって、使い分けをすることが可能である。
このような真空断熱材の内部圧力が上昇する要因として、長期的に見ると、外被材端辺部分にある熱溶着した樹脂層を透過して真空断熱材の内部に、外部から空気や水蒸気などの気体が徐々に侵入することで、真空度が低下し、断熱性能が悪化してしまう課題がある。
そこで、外部からのガスや水分の透過侵入による真空度の低下を抑制するための真空断熱材の製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
図6は、特許文献1における従来の真空断熱材の断面図である。図6に示すように、真空断熱材101は、芯材102を上部包装材103aと、端部において上部包装材103aよりはみ出す大きさの下部包装材103bとからなる袋状包装材103で包装し、袋状包装材103の内部を真空状態に保持し、接着層を利用して端辺シール部104と折り重ね部105で袋状包装材103をシールしており、折り重ね部105は上部包装材103aからはみ出た下部包装材103bを折り返してシール層を2層としている。
図7は、特許文献1における従来の真空断熱材の包装材の断面図である。図7に示すように、上部包装材103aと下部包装材103bは、ガスバリア性を有するアルミ箔層106を中心にして上部融着層107と下部融着層108から構成されている。ここで、上部融着層107と下部融着層108は高密度ポリエチレンである。
上部包装材103aの下部融着層108と上部融着層107とが下部包装材103bにより挟まれた折り重ね部105が形成され、折り重ね部105をヒートシールして内側シール層109と外側シール層110が形成されている。
このようにして内側に形成されるシール層を外部に露出しないようにすることにより、包装材内部の真空度低下が抑制され、真空断熱材の断熱性能を維持することができるというものである。
また、特許文献2には、熱溶着層を有するガスバリア性の外被材の前記熱溶着層同士を対向させた間に板状の芯材を配置し、減圧下で、前記外被材の間に前記芯材がある部分を含めて弾性体で構成された熱板で加熱加圧して、対向する前記熱溶着層同士を芯材形状に沿うように熱溶着する真空断熱材の製造方法が開示されている。
この特許文献2に開示された真空断熱材の製造方法によれば、芯材周囲の熱溶着の幅を大きくできるので、外被材内部の真空度低下が抑制され、真空断熱材の断熱性能を維持することができる。
また、特許文献3に開示された真空断熱材の製造方法によれば、ガスバリア性を有する外被材を二重にすることで、空気や水蒸気の気体侵入を防止している。
図8(a)は、特許文献3における従来の真空断熱材の縦断面図であり、図8(b)は特許文献3における従来の真空断熱材の一部欠載した平面図である。
図8(a)および図8(b)に示すように、真空断熱材120は以下のように構成される。
コア材121は、パーライト粉末又はシリカ微粉末等の無機微粉末122を、紙又は不織布等の通気性を有する袋123に充填し、所定の形状に予備成形したものである。
第1外包袋124は、コア材121を収納するものである。この第1外包袋124は、ガスバリア性を有する2枚の矩形のフィルム状材料からなり、その重ね合せた全周縁が熱融着により接合されており、その内部が真空状態に密封されて、主気密空間が形成されている。
第2外包袋125は、第1外包袋124を収納するものである。この第2外包袋125も、第1外包袋と同様に、ガスバリア性を有する2枚の矩形のフィルム状材料からなり、その重ね合せた全周縁が熱融着により接合されており、その内部が真空状態に密封されている。
そして、第1外包袋124と第2外包袋125との間の空間126のほぼ全体に、断熱充填材127が充填されたものである。
この断熱充填材127は、連続気孔率の高いプラスチックフォームからなり、あらかじめ中空部127aを有するように形成されており、この中空部127aに第1外包袋124が収納されている。これにより、断熱充填材127は、第1外包袋124の全面を取囲んでいる。
そのため、この真空断熱材120では、両外包袋124、125は、別々にヒートシールされている。
この真空断熱材120であれば、真空空間126の体積を更に大きくすることができるので、外気侵入による空間126の圧力上昇が微小となり、より真空度維持性に優れる。
特開2000−104889号公報
特開2004−197935号公報
特開平8−82474号公報
しかしながら、特許文献1の構成のように、折り重ね部105をヒートシールして内側シール層109と外側シール層110を形成してシール層を2重に形成することは、ヒートシールが製造上難しくなり、シワの発生やシール不良が発生するという課題を有していた。
また、上部融着層107と下部融着層108が内側シール層109と外側シール層110でシールするために、上部融着層107と下部融着層108はいずれも熱溶着に適した材料に制約され、表面保護に適した材料に設定できないという課題を有していた。
例えば、高密度ポリエチレンは、熱溶着には適した材料であるが、表面保護には強度が弱いために、耐傷付き性や耐突き刺し性が著しく劣り、真空断熱材製造後の取り扱いでピンホールが発生する可能性が非常に高くなる。
また、特許文献2の構成では、外被材の間に芯材がある部分を含めて弾性体で構成された熱板で加熱加圧することにより、外被材を熱溶着するので、熱板で加熱加圧している時に、外被材の間に芯材のない部分は、外被材の間に芯材のある部分に較べて圧力が掛かりにくく、そのため、使用可能な芯材が圧縮時に数ミリ以下の厚みになる芯材に限られ、比較的厚みのある芯材を使用した場合は、外被材の間に芯材のない部分に加圧不足が生じて熱溶着不良が生じる可能性があり、また、外被材の間に芯材のない部分に加圧不足が生じないように熱板の荷重を大きくすると、芯材の圧縮が大きくなって芯材部分の固体熱伝導が大きくなり、真空断熱材の断熱性能が悪くなる可能性があった。
また、外被材の間に芯材のない部分に掛かる圧力の大きさは、熱板の柔軟性および弾性と芯材の形状や厚みに依存しやすいので、外被材の間に芯材のない部分(熱溶着すべき部分)に掛かる圧力の制御が困難であった。
また、特許文献3の構成では、外被材が二重になっているため第1外包袋124内への外気の侵入は大きく低減され、第1外包袋124で構成される真空断熱材の性能は維持される。しかし、第2外包袋125内への外気の侵入は変らず、第2外包袋125と第1外包袋123の間の空間126には外気が滞留することになる。
このとき、この空間126に占める断熱充填材127は、連続気孔率の高いプラスチックフォームからなり、空隙間距離が大きいため、内部圧力増加に対し、断熱性能の低下は大きい。そのため、全体の断熱性能の信頼性も高くない。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、シワの発生やシール不良を起こさず、断熱性能を有する有効面積を向上させ、高性能、高信頼性を有した真空断熱材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、本発明の真空断熱材は、気体難透過性素材からなる第一の外被材で粉末芯材を覆い前記第一の外被材内部を減圧してなる第一の真空断熱材と、気体難透過性素材からなる第二の外被材で繊維状芯材を覆い、前記第二の外被材内部を減圧してなる第二の真空断熱材とからなり、前記第二の真空断熱材が、前記粉末芯材とともに前記第一の外被材で覆われることを特徴とするものである。
本発明の真空断熱材は、粉末芯材を用いた第一の真空断熱材の粉末芯材内に、繊維状芯材を用いた第二の真空断熱材を用いることで、第二の真空断熱材周辺は減圧状態となるため、外気との圧力差がなくなり、第二の真空断熱材内部に侵入する空気は著しく減少する。
これは、真空断熱材内部に空気や水蒸気が侵入する要因として、外気の圧力差に影響するためであり、圧力差がほとんどない状況では外気はほとんど侵入しない。
繊維状芯材を用いた真空断熱材は固体による熱伝導も小さく、高性能であるが、内部圧力上昇による断熱性能低下の割合が大きいが、外気の侵入を大きく抑制することで、長期間、高性能を維持することができる。
また、第一の真空断熱材内には外気と大気圧相当の圧力差が生じており、溶着部分当から空気や水蒸気が侵入するが、芯材として粉末芯材を用いることで、粉末芯材は空隙間距離が小さく、第一の真空断熱材は内部圧力の上昇に対し断熱性能低下の割合が小さいため、長期信頼性を有する。
従って、複合化した真空断熱材としては、高性能、高信頼性を有した真空断熱材として提供することができる。
繊維状芯材よりも断熱性能は劣るが、空隙間距離が小さく、内部圧力上昇に対し、断熱性能の低下が小さい粉末芯材用いた第一の真空断熱材内に、高性能だが内部圧力上昇に対し断熱性能の低下が大きい繊維状芯材を用いた第二の真空断熱材を、内包することで、繊維状芯材と粉末芯材の両方の長所を生かした構成とし、高性能、高信頼性を有する真空断熱材を提供することができる。
本発明の請求項1に記載の真空断熱材の発明は、気体難透過性素材からなる第一の外被材で粉末芯材を覆い前記第一の外被材内部を減圧してなる第一の真空断熱材と、気体難透過性素材からなる第二の外被材で繊維状芯材を覆い、前記第二の外被材内部を減圧してなる第二の真空断熱材とからなり、前記第二の真空断熱材が、前記粉末芯材とともに前記第一の外被材で覆われることを特徴とするものである。
本発明の真空断熱材は、第一の真空断熱材の芯材として、粉末芯材とともに繊維状芯材を用いた第二の真空断熱材を用い、減圧することで、第二の真空断熱材周辺は減圧状態となるため、第二の真空断熱材内部に侵入する空気は著しく減少する。
これは、真空断熱材の内部圧力が上昇する原因として、熱溶着層や樹脂層、ピンホール等通じて空気成分が侵入するためであるが、これは真空断熱材内部と外気の圧力差に影響するためであり、真空中にある第二の真空断熱材は圧力差がほとんどないため外気はほとんど侵入しない。
繊維状芯材を用いた真空断熱材は固体による熱伝導も小さく、高性能であるが、内部圧力上昇により断熱性能の低下が大きいが、外気の侵入を大きく抑制することで、長期間、高性能を維持することができる。
また、第一の真空断熱材内にはやはり熱溶着層や樹脂層、ピンホール等通じて空気成分が侵入するが、第一の真空断熱材周辺には粉末芯材が存在するため、粉末芯材は空隙間距離が小さく、第二の真空断熱材は内部圧力の上昇に対し断熱性能の劣化が小さいため、長期信頼性を有する。
従って、複合化した真空断熱材は、繊維状芯材と粉末芯材の両方の長所を生かした構成となり、高性能、高信頼性を有した真空断熱材として提供することができる。
また、気体難透過性素材とは、ガス透過度が104[cm3・20μm/m2・day・atm]以下であることが好ましく、より望ましくは1[cm3・20μm/m2・day・atm]以下となるものである。
さらに、気体難透過性素材には、金属材料、樹脂材料、ガラス材料等あるが、樹脂フィルムにアルミニウム等の金属箔をラミネートしたラミネートフィルムを用いることが好ましい。金属箔は気体難透過性が非常に高く、信頼性が高い。また、箔ではなく蒸着層でも優れたバリア性を生じる。また、金属ではなくシリカやアルミナ、ダイヤモンドライクカーボン等の無機材料の蒸着でも高い気体難透過性を有する。
また、外被材にラミネートフィルムを用いた場合、熱溶着層にポリエチレンを用いると、ポリエチレンは比較的低い温度で溶着できるので、追加加熱による溶着が容易で、より低コストで真空断熱材を提供することができる。
また、外被材にラミネートフィルムを用いた場合、外被材の最外層にポリエチレンテレフタレートの保護層を有すると、最外層に表面保護を目的とした材料を配設することで、より確実な耐傷付き性や耐突き刺し性を発揮させてピンホール等の発生を抑制する作用を有し、長期信頼性を有する真空断熱材を提供することができる。その中でポリエチレンテレフタレートは安価な材料であり、より低コストで本発明の真空断熱材を提供することができる。
また、繊維状芯材は限定するものではないが、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、炭化ケイ素繊維等が好ましく、特にグラスウールは安価で高性能な真空断熱材を形成するため、最も望ましい。
また、粉末芯材も限定するものではないが、無機粉末材料の方が、もともと粉末保持し、減圧時に粉末から発生する気体(アウトガス)が少なく、好ましい。
粉末芯材ではシリカ、パーライト、カーボンブラック等の無機粉末、あるいは合成樹脂粉末等の有機粉末、あるいはそれらの混合物などを、粉末そのままで充填、あるいは通気性のある袋に充填して用いる、あるいは繊維バインダーあるいは無機や有機の液状バインダーにて固形化する等の方法がある。
請求項2に記載の真空断熱材の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第二の外被材が内側となる面に熱融着層を有し、対向する前記第二の外被材の前記熱溶着層同士が前記繊維状芯材に沿って前記繊維状芯材の際まで熱溶着されていることを特徴とするものである。
第二の外被材が内側となる面に熱融着層を有し、対向する前記第二の外被材の前記熱溶着層同士が前記繊維状芯材に沿って前記繊維状芯材の際まで熱溶着されることで、熱溶着層の範囲が広がりシール性をより向上させることができ、熱溶着部の品質、信頼性を均一にすることができ、長期信頼性を有する第一の真空断熱材を提供することができる。
このように繊維状芯材の際まで熱溶着することで、繊維状芯材がない第一の熱溶着層の部分(ヒレ)をカッティングし、小さくすることができる。ヒレ部分を小さくすることで、粉体芯材の充填を行いやすくし、また、ヒレ部分によって、制限されていた高性能な第一の真空断熱材が占める面積比率を大きくすることが可能となり、高性能化を図ることができる。
また、10ミリを超えるような比較的厚みのある繊維状芯材を使用した場合であっても、繊維状芯材を必要以上に圧縮することなく、外被材の間に繊維状芯材のない部分(熱溶着すべき部分)に所定の圧力が加えられて確実に熱溶着される。
したがって、比較的厚みのある繊維状芯材を使用した場合であっても、繊維状芯材の近傍において、シワの発生を抑えて、大気圧で第二の外被材同士が密着する部分の全てが確実に熱溶着された第二の真空断熱材を得ることができる。
請求項3に記載の真空断熱材の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記粉末芯材が平均一次粒子径100nm以下である乾式シリカであることを特徴とするものである。
芯材材料は空隙間距離が短くなる粉体材料の方が、圧力依存性に優れるため、長期信頼性を得るためには繊維系材料よりも優れている。また、固体熱伝導率が低く、粉体芯材としてはシリカ系材料が真空断熱材用芯材として優れている。
また、粒径も平均一次粒子径が100nm以下であることで、内部圧力に対する断熱性能の低下が小さく、優れており、このようなシリカ粉末は乾式法で作られる乾式シリカが該当する。
請求項4に記載の真空断熱材の発明は、請求項3に記載の発明において、前記粉末芯材が、前記乾式シリカへの含有量が0.5〜40wt%となるように前記乾式シリカに平均繊維径が10μm以下のガラス繊維材料を混合して加圧成形したものであることを特徴とするものである。
乾式シリカは真空断熱材の芯材としては優れた性能を有するが、密度が小さいため、取り扱いにくく、充填するために工数がかかる。そのため、乾式シリカを固形化して、封入することが工程上、望ましい。
固形化手段として、一般的なシリカ粉末とガラス繊維材料を混合撹拌し、加圧成形しても成形体にはならないが、請求項3に記載の平均一次粒子径が100nm以下の乾式シリカと、ガラス繊維材料とを混合、加圧成形することで、成形体を形成することができる。
この要因として、粒子径の小さい粉末同士であるため分子間力が働き粉末同士が付着する、あるいは乾式であるため表面官能基が少なく相互反発が少ないため粉末同士が付着しやすいこと等が考えられ、したがって、加圧等の成形方法により成形体を作製するためには、平均一次粒子径100nm以下の乾式シリカとガラス繊維材料を用いる必要がある。
また、ガラス繊維材料を、平均繊維径10μm以下とすることで、ガラス繊維材料の繊維径が小さいため比表面積が大きくなるすなわち表面エネルギーが大きくなり粉末と結びつきやすくなる、また、シリカ粉末はガラス繊維と親和性のよい組合せであるため相互に付着しやすい、あるいはそれらの相互作用によること等が考えられ、したがって、加圧等の成形方法により成形体を作製する際に、平均繊維径10μm以下のガラス繊維材料を用いることで、より強固な成形体を作製することができる。
さらに、粒子径の非常に細かい乾式シリカと繊維径の小さいガラス繊維材料を用いることにより、粉立ちのほとんどない成形体が得られる。この理由は、上記のように粒子径の小さい粉末同士の分子間力、表面官能基が少ないことによる粉末同士の付着、シリカとガラス繊維との良好な親和性、細い繊維材料の大きな表面エネルギー等が考えられる。
また、上記組合せにより強固な成形体を得るとともに、弾性も有しているため可撓性をも有する成形体を得ることができる。
この理由は、平均繊維径が10μm以下の繊維を用いているため曲げ弾性が向上し、可とう性を有することができる等が考えられる。
繊維添加量が0.5〜40wt%であるのは、添加量が少なすぎると成形体形状を保てないし、多すぎると断熱性能が繊維に依存するようになり断熱性能が悪化するからである。
請求項5に記載の真空断熱材の発明は、請求項3または4に記載の発明において、前記乾式シリカにカーボンブラックが1〜30wt%混合されていることを特徴とするものである。
これにより、従来の乾式シリカ粉末もしくはその成形体を用いた第二の真空断熱材よりも断熱性能は向上する。
断熱性能向上のために乾式シリカに添加する粉末として、例えばカーボンブラックや酸化チタンなどは高温域で輻射防止材として働くことが知られているが、低温域でもカーボンブラック添加により大きな断熱性能向上が見られる。この理由は定かではないが、シリカ粉末とカーボンブラックとの何らかの作用により固体熱伝導が低減されるためと考える。
粉末状カーボン材料の添加量は、1〜30wt%がよい。これは、添加量が少なすぎると断熱性能向上の効果がなく、多すぎると断熱性能が粉末状カーボン材料に依存するようになり断熱性能が悪化することや、減圧下でガス発生が多くなり経時的に断熱性能が悪化するからである。
請求項6に記載の真空断熱材の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の発明において、前記第二の真空断熱材内に前記第二の真空断熱材内の気体を吸着する気体吸着材を備えることを特徴とするものである。
前記第二の真空断熱材内に前記繊維状芯材に前記第二の真空断熱材内の気体を吸着する気体吸着材を備えることで、何らかの要因で第一の真空断熱材の第一の外被材が破袋したとしても、第二の真空断熱材は高性能を維持したままであるが、熱溶着層からの空気侵入量が増加するため、信頼性は低下する。
しかし、前記第二の真空断熱材内の気体を吸着する気体吸着材を備えることで、内部圧力の上昇を抑え、断熱性能の信頼性を維持することができる。
請求項7に記載の真空断熱材の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の発明において、前記第一の真空断熱材内に前記第一の真空断熱材内の気体を吸着する気体吸着材を備えることを特徴とするものである。
前記第一の真空断熱材内に前記第一の真空断熱材内の気体を吸着する気体吸着材を備えることで、第一の真空断熱材の長期信頼性が向上するとともに、第二の真空断熱材も高性能を維持することが可能となり、真空断熱材全体の断熱性能の信頼性を維持することができる。
請求項8に記載の真空断熱材の発明は、請求項6または7に記載の発明において、前記気体吸着材が、銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライトであることを特徴とするものである。
銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライトは常温における単位重量あたりの空気吸着量が他のゼオライトや、金属系吸着材と比べても高く、少量で大量の空気を吸着でき、効果的で、省スペース化を行える。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における真空断熱材の縦断面図である。
図1は、本発明の実施の形態1における真空断熱材の縦断面図である。
図1において、真空断熱材1は、2枚の気体難透過性材料からなる第二の外被材2で、芯材密度は240kg/m3のガラス短繊維からなる繊維状芯材3を覆い、内部を減圧し、第二の外被材2の対向する第二の熱溶着層4を熱溶着し、真空を維持している構成の第二の真空断熱材5と、粉末芯材6を、2枚の気体難透過性の第一の外被材7で覆ってなり、内部を減圧し、第一の外被材7の対向する第一の熱溶着層8を熱溶着し、真空を維持している第一の真空断熱材9との二重構成である。
また、繊維状芯材3および粉末芯材6に接するように水分吸着材10を配置する。これは、真空断熱材1を構成する各外被材や芯材に吸着している水分が減圧により徐々に脱離、気化することで内部圧力が上昇し、初期の断熱性能が低下するため、気化した水分を吸着するために水分吸着材10を設置する。
次に、真空断熱材1の内部圧力が上昇する機構について説明する。
外気からの空気や水蒸気は、第一の熱溶着層8を通じ、第一の真空断熱材9内に侵入する。そして、第一の真空断熱材9内に侵入した空気や水蒸気が、第二の熱溶着層4を通じ、第二の真空断熱材5内に侵入する。なお、水蒸気については水分吸着材10が吸着する。
ここで、空気や水蒸気の侵入量に影響する因子として、外部と内部との圧力差、外気と内部をつなぐ熱溶着層の長さ・面積、気体の種類が影響する。気体の種類は特殊な条件でない限り、空気、水蒸気が主である。従って、製造工程の不良等により、熱溶着層の長さが短くなったり、面積が大きくなったりしない限り、圧力差の影響が大きくなる。
通常、真空断熱材は内部を減圧するため、ほぼ真空であり、圧力差は1気圧となる。本実施の形態1においては、第一の真空断熱材9の内部と外部の圧力差が1気圧となる。そのため、第一の真空断熱材9内には第一の熱溶着層8を通じ、空気・水蒸気が侵入する。しかし、圧力差が1気圧であっても第一の熱溶着層8を通過し、真空断熱材1内に侵入する空気は微量であり、徐々にしか上昇しない。
例えば、低密度ポリエチレン樹脂(LDPE)であれば、空気の主成分である窒素透過量は25℃、湿度0%Rhで、およそ3100[cm3・20μm/m2・day・atm]であり、第一の熱溶着層8の長さを2m、熱溶着層の厚さを50μm、幅を1cmとすると、真空断熱材1への窒素侵入量は6.2×10−4[cm3/day]であり、1年間でも0.226cm3であり、厚さ10mmの真空断熱材とすると、圧力上昇はおよそ10Paとなる。
従って、第二の真空断熱材5の内部と外部の圧力差も上記条件では、10Pa程度あり、第二の真空断熱材5内部にはほとんど、空気成分は侵入せず、第二の真空断熱材5の断熱性能は長期間維持することができる。
また、第一の真空断熱材9の断熱性能への影響であるが、第一の真空断熱材9は粉末芯材6を用いている。粉末芯材6は繊維状芯材3に比べ、空隙間距離が小さく、圧力上昇に対する断熱性能の低下が小さい。芯材材料にもよるが、およそ数百Paでも断熱性能の低下が見られず、高い信頼性を有する。
真空断熱材1の第二の真空断熱材5と第一の真空断熱材9の占める割合は特に限定するものではないが、第二の真空断熱材5の割合が多く(繊維状芯材3の割合が多く)、第一の真空断熱材9の割合が少ない(粉末芯材6の割合が少ない)と、断熱性能は向上するが、長期信頼性が低下する。
また、反対に、第二の真空断熱材5の割合が少なく(繊維状芯材3の割合が少なく)、第一の真空断熱材9の割合が多い(粉末芯材6の割合が多い)と、断熱性能は低下するが、長期信頼性は向上する。
用途や使用条件、真空断熱材の大きさ等により必要な性能、長期信頼性が異なってくるため、一概に最適な仕様は限定できないが、第二の真空断熱材5と第一の真空断熱材9のそれぞれの特長を生かすため、1:9〜9:1の範囲で用いることが望ましい。
また、水分吸着材10は、必須のものではないが、各構成材料に吸着した水分を除去するために備えることが望ましい。
また、第二の真空断熱材5は粉末芯材6に覆われていてもよいし、覆われていなくてもその効果は変らない。覆われていない状態とは例えば、第一の外被材7と接している状態や、粉末芯材6を通気性の不織布にいれ、不織布に入った粉末芯材6と第二の真空断熱材5を第一の外被材7で覆い、減圧し、封止しても構わない。
また、水分吸着材10の種類を特に限定するものではないが、物理吸着材としては、具体的には、合成ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ドーソナイト、ハイドロタルサイト、金属錯体等が望ましく、化学吸着剤としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物や、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物等が利用でき、特に、酸化リチウム,水酸化リチウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化バリウム、水酸化バリウムが効果的に作用する。
なお、第二の熱溶着層4または第一の熱溶着層8にポリエチレンを用いると、ポリエチレンは比較的低い温度で溶着できるので、追加加熱による溶着が容易で、より低コストで真空断熱材1を提供することができる。
また、第二の外被材2あるいは第一の外被材7の最外層にポリエチレンテレフタレートからなる保護層を設けてもよい。
このように第二の外被材2あるいは第一の外被材7の最外層に表面保護を目的とした材料を配設することで、より確実な耐傷付き性や耐突き刺し性を発揮させてピンホール等の発生を抑制する作用を有し、長期信頼性を有する真空断熱材1を提供することができる。その中でポリエチレンテレフタレートは安価な材料であり、より低コストで真空断熱材1を提供することができる。
また、繊維状芯材3としては、汎用的な工業材料としては、ガラス短繊維が好適である。より望ましくは、ガラス短繊維のウェブの積層体からなり、前記ウェブ間は積層体の一体性が保持できる必要最低限の繊維の交絡により結合され、厚み方向に均質に積層配列された繊維集合体が好適である。
また、繊維径は、特に指定するものではないが、繊維径が微細なものは、より優れた断熱性能が得られる。しかし、経済性の観点からは、平均繊維径が3〜5μmのものを使用するのが望ましい。
(実施の形態2)
図2は本発明の実施の形態2における真空断熱材の縦断面図であり、図3は本発明の実施の形態2における第二の真空断熱材の製造装置の概略断面図である。なお、実施の形態1と同じ名称・作用のものは同一符号を付して説明を省略する。
図2は本発明の実施の形態2における真空断熱材の縦断面図であり、図3は本発明の実施の形態2における第二の真空断熱材の製造装置の概略断面図である。なお、実施の形態1と同じ名称・作用のものは同一符号を付して説明を省略する。
図2において、第二の真空断熱材11は、第二の熱溶着層12は繊維状芯材3に沿って熱溶着し、繊維状芯材3の際まで上下の第二の熱溶着層12が一体化している。なお、第二の熱溶着層12の厚さは一定に保たれている。
第二の真空断熱材11は図3における製造装置13で作製される。製造装置13はチャンバー14内に上下2枚の熱板15を有し、上下から真空排気および真空開放が行えるように配管16a,16bが接続された構造となっている。
製造装置13に第二の外被材2a,2bと繊維状芯材3が配置され、チャンバー14内は第二の外被材2aにより2つの空間14a,14bに区切られる。そして上下の熱板15により第二の外被材2を加熱すると共に、配管16a,16bを通じてチャンバー14内の真空排気を行う。チャンバー14内が所定の真空度に到達したとき、配管16aより真空開放を行う。
このとき、上部のチャンバー14a内の圧力が下部のチャンバー14b内の圧力より大きくなり、上部のチャンバー14a内の圧力と下部のチャンバー14b内の圧力の差圧により、第二の外被材2aが第二の外被材2bへ向けて接触していき、繊維状芯材3に沿って熱溶着がされる。
なお、第二の外被材2aは第二の外被材2bより大きく、第二の外被材2aの外周端は、チャンバー14によって保持されることにより、第二の外被材2bと熱溶着できないため、熱溶着後に、第二の外被材2aと第二の外被材2bとが熱溶着されていない外周端部(ヒレ部分)は、切除する。
以上のように、第二の真空断熱材11はチャンバー14内の差圧に起因する気体の圧力を利用して対向する第二の熱溶着層12同士が繊維状芯材3形状に沿うように繊維状芯材3の際まで熱溶着されるものであり、第二の外被材2の全面にわたり均等に加圧されることになり、シワの発生やシール不良が発生せずに繊維状芯材3形状に沿った熱溶着が可能となるので、繊維状芯材3の際まで熱溶着の範囲が広がりシール性をより向上させることができ、さらに、長期信頼性を有する真空断熱材を提供することができる。
また、第二の熱溶着層12が繊維状芯材3の際まで溶着されているため、際近くまで外周端部を切除することができる。第二の真空断熱材11は第一の真空断熱材9に内包されているため、際近くまで外周端部を切除し、第二の熱溶着層12から空気成分が第二の真空断熱材11の内部に侵入しやすくなっても、十分な信頼性を有する。
また、際近くまで外周端部を切除することで、かさばりが減り、粉末芯材6が充填しやすくなり、また、外周端部によって、高性能な第二の真空断熱材11が占める面積比率を大きくすることが可能となり、高性能化を図ることができる。
また、10ミリを超えるような比較的厚みのある繊維状芯材3を使用した場合であっても、繊維状芯材3を必要以上に圧縮することなく、第二の外被材2の間に繊維状芯材3のない部分(熱溶着すべき部分)に所定の圧力が加えられて確実に熱溶着されている。
したがって、比較的厚みのある繊維状芯材3を使用した場合であっても、繊維状芯材3の近傍において、シワの発生を抑えて、大気圧で第二の外被材2同士が密着する部分の全てが確実に熱溶着された第二の真空断熱材11を得ることができ、繊維状芯材3の際まで第二の熱溶着層12の範囲が広がりシール性をより向上させることができ、対向する第二の熱溶着層12同士が熱溶着された熱溶着部の品質、信頼性を均一にすることができ、長期信頼性を有する第二の真空断熱材11を提供することができる。
また、第一の真空断熱材9に対しても同様の製造装置を用いて、第一の熱溶着層8を粉末芯材6の際まで熱溶着しても良く、熱溶着の範囲が広がり、シール性をより向上させることができ、真空断熱材1の信頼性はさらに向上する。
ただし、粉末芯材6の場合、製造装置13を用いると、粉末が飛散し、真空断熱材化できないため、粉末芯材6を不織布等の通気性を有する材料で封止しておく必要がある。第一の真空断熱材は不織布等の材料内に粉末芯材6とともに封止しても、封止しなくても構わない。
また、上記工程が1つのチャンバー内で完了するために効率良く真空断熱材を作製することが可能となる。
また、本実施の形態2の第二の真空断熱材11は、対向する第二の熱溶着層12同士が熱溶着された熱溶着部の第二の外被材2の第二の熱溶着層12の厚みが一様であり、第二の真空断熱材11のシール性を一定に保つことができる。また表面も平滑にすることができ、外観をきれいに保つことができる。
また、本実施の形態2は、熱溶着時の圧力を、流体により加えられる圧力としており、流体を使うことにより、第二の外被材2全体に均等に圧力をかけることが容易に行える。
また、本実施の形態2は、熱溶着時の圧力が、流体により直接的に加えられるものであり、第二の外被材2にストレスをかけたり傷を付けたりすることがなく、ピンホール等の発生が抑制された第二の真空断熱材11を提供することができる。
また、本実施の形態2は、流体に気体を使用している。そのため、流体に液体を使用するものに較べて、簡単で、第二の外被材2に付着した液体を取り除くなどの後処理がいらず、第二の外被材2に悪影響を及ぼす可能性が少ない。
また、本実施の形態2は、気体により加えられる圧力を大気圧としている。そのため、真空に近い減圧空間内で、繊維状芯材3を第二の外被材2で覆った後、減圧空間を常圧に戻すだけで、第二の外被材2全体に均等に第二の外被材2の外側から内側へ大気圧を加えることができ、また、大気圧は熱溶着に充分な加圧となるので、加圧装置を設ける必要がなく、容易に第二の真空断熱材11を提供することができる。
なお、第二の熱溶着層12にポリエチレンを用いると、ポリエチレンは比較的低い温度で溶着できるので、追加加熱による溶着が容易で、より低コストで第二の真空断熱材11を提供することができる。
また、第二の外被材2の最外層にポリエチレンテレフタレートからなる保護層を設けてもよい。このように第二の外被材2の最外層に表面保護を目的とした材料を配設することで、より確実な耐傷付き性や耐突き刺し性を発揮させてピンホール等の発生を抑制する作用を有し、長期信頼性を有する第二の真空断熱材11を提供することができる。その中でポリエチレンテレフタレートは安価な材料であり、より低コストで第二の真空断熱材11を提供することができる。
また、熱溶着時の加熱を、非接触で第二の外被材2に加える場合は、繊維状芯材3の形状に合わせた加熱板等を必要とせずに加熱できるとともに、第二の外被材2に折り目などのストレスをかけたり傷を付けたりすることがなく、ピンホール等の発生を抑制することができる。
また、熱溶着時の加熱を、熱板15の輻射熱により加える場合は、非接触で加熱することができるとともに、減圧空間中でも第二の外被材2を加熱することができる。
また、繊維状芯材3の際まで熱溶着する手法として、実施の形態1と同様に作製した第二の真空断熱材5を、第二の熱溶着層4が軟化する温度の恒温炉に設置することで、滝による流体圧縮がなされ、同様の効果が得られる。
(実施の形態3)
図4は本発明の実施の形態3における真空断熱材の縦断面図である。なお、実施の形態1、実施の形態2と同じ名称・作用のものは同一符号を付して説明を省略する。
図4は本発明の実施の形態3における真空断熱材の縦断面図である。なお、実施の形態1、実施の形態2と同じ名称・作用のものは同一符号を付して説明を省略する。
固形化した粉末芯材17は、平均一次粒子径が100nm以下の乾式シリカ95wt%とカーボンブラック5wt%とを混合攪拌した粉体に、混合攪拌した粉体の10wt%に相当する平均繊維径10μm以下のガラス繊維を混合し、さらに、攪拌したものを、芯材密度が130kg/m3となるように1MPa加圧して、成形する。成形は第二の真空断熱材11と粉末芯材17を所定の型の中に入れ、同時に加圧成形し一体化する。
一体化した粉末芯材17を、2枚の気体難透過性の第一の外被材7で覆ってなり、内部を減圧し、第一の外被材7の対向する第一の熱溶着層8を熱溶着し、真空を維持している第一の真空断熱材9との二重構成とし、真空断熱材1を作製する。
粉末芯材17は、粉立ちが多く、飛散しやすく、密度が小さいため、取扱が難しく、充填するために工数がかかり、ロスも多く、また、精密機器への影響が懸念される。従って、粉末芯材17を固形化し、封入することは工程上、安全上、また、生産性の観点からも有利であり、望ましい。
特に良好な粉末芯材17は平均一次粒子径100nm以下である乾式シリカである。これは、平均一次粒子径100nm以下である乾式シリカは平均自由工程が小さく、第一の真空断熱材9の内部圧力が上昇しても、それに伴う断熱性能の低下が小さいため、長期信頼性に優れる。さらに、乾式シリカはガラス短繊維と混合・加圧することで固形化する。同様の組成でも湿式法で作製した、湿式シリカでは固形化しない。
この要因として、粒子径の小さい粉末同士であるため分子間力が働き粉末同士が付着する、あるいは乾式であるため表面官能基が少なく相互反発が少ないため粉末同士が付着しやすいこと等が考えられ、したがって、加圧等の成形方法により成形体を作製するためには、平均一次粒子径100nm以下の乾式シリカを用いる必要がある。
繊維材料は凝集した乾式シリカの強度を保持するために必要であり、繊維材料がないと凝集はするが、非常にもろい状態となるため、繊維材料は必要である。
また、ガラス繊維を、平均繊維径10μm以下とすることで、ガラス繊維の繊維径が小さいため比表面積が大きくなるすなわち表面エネルギーが大きくなり、粉末芯材17と親和性が増すことが考えられ、したがって、加圧等の成形方法により成形体を作製する際に、平均繊維径10μm以下のガラス繊維を用いることで、より強固な成形体を作製することができる。
また、上記組合せにより強固な成形体を得るとともに、弾性も有しているため可撓性をも有する成形体を得ることができる。この理由は、ガラス繊維の平均繊維径が10μm以下の繊維を用いているため曲げ弾性が向上し、可撓性を有することができる等が考えられる。
また、ガラス繊維添加量が0.5〜40wt%であるのは、添加量が少なすぎると成形体形状を保てないし、多すぎると断熱性能が繊維に依存するようになり断熱性能が悪化するからである。
さらに、芯材にカーボンブラック1〜30wt%を混合すると断熱性能がさらに向上する。これにより、従来のシリカ粉末成形体を用いた真空断熱材よりも断熱性能は向上する。
断熱性能向上のためにシリカに添加する粉末として、例えばカーボンブラックや酸化チタンなどは高温域で輻射防止材として働くことが知られているが、低温域でもカーボンブラック添加により大きな断熱性能向上が見られる。この理由は定かではないが、シリカ粉末とカーボンブラックとの何らかの作用により固体熱伝導が低減されるためと考える。
粉末状カーボン材料の添加量は、1〜30wt%がよい。これは、添加量が少なすぎると断熱性能向上の効果がなく、多すぎると断熱性能が粉末状カーボン材料に依存するようになり断熱性能が悪化することや、減圧下でガス発生が多くなり経時的に断熱性能が悪化するからである。
また、加圧成形により、成形体の密度を調整することが可能となる。成形体の密度は小さすぎると成形体としての形状を維持できず、解体時に崩れやすく、粉末の一部が飛散してしまうため100kg/m3以上、また密度が大きすぎると、空隙率が減少し、固体熱伝導率が上昇してしまい断熱性能が低下するという観点から300kg/m3以下がよい。
また、芯材を成形するために、加圧成形を行う必要があるため、芯材を封入後、加圧成形する。封入圧は解体後、手に持っても崩れない必要があるためには、0.5N/mm2以上の加圧力が望ましい。
(実施の形態4)
図5は本発明の実施の形態4における真空断熱材の縦断面図である。なお、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3と同じ名称・作用のものは同一符号を付して説明を省略する。
図5は本発明の実施の形態4における真空断熱材の縦断面図である。なお、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3と同じ名称・作用のものは同一符号を付して説明を省略する。
銅イオン交換したZSM−5型ゼオライトからなる気体吸着材18を第二の真空断熱材11内に繊維状芯材3に接するように設置し、さらに、銅イオン交換したZSM−5型ゼオライトからなる気体吸着材18を第一の真空断熱材9内に、粉末芯材6に接するように設置する。これにより、第一の熱溶着層8から侵入してくる空気成分を気体吸着材18が吸着するため、真空断熱材1の断熱性能はさらに長期信頼性を有することができる。
また、何らかの要因で第一の真空断熱材9の第一の外被材7が破袋したとしても、第二の熱溶着層12から直ちに、第二の真空断熱材11内に空気が侵入するわけではなく、高性能を維持しているが、第一の真空断熱材9内は大気圧になるため、第二の熱溶着層12からの空気侵入量が増加するため、信頼性は低下する。しかし、気体吸着材18を、第二の真空断熱材11内に繊維状芯材3に接するように気体吸着材18を設置することで、内部圧力の上昇を抑え、断熱性能の信頼性を維持することができる。
また、第一の真空断熱材9内に粉末芯材6に接するように気体吸着材を備えることで、第一の真空断熱材9の長期信頼性が向上するとともに、第二の真空断熱材11も高性能を維持することが可能となり、真空断熱材1全体の断熱性能の信頼性を維持することができる。
また、気体吸着材18として、その吸着機構は、物理吸着、化学吸着、および吸蔵、収着等のいずれでもよいが、非蒸発型ゲッターとして作用する物質が良好である。
具体的には、合成ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ドーソナイト、ハイドロタルサイト等の物理吸着材である。
化学吸着材としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物や、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物等が利用でき、特に、酸化リチウム,水酸化リチウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化バリウム、水酸化バリウムが効果的に作用する。
また、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、塩化カルシウム、炭酸リチウム、不飽和脂肪酸、鉄化合物等も効果的に作用する。
また、バリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム等の物質を単独、もしくは合金化したゲッター物質を適用するのがより効果的である。
さらには、このような前記ゲッター物質を少なくとも窒素、酸素、水分、二酸化炭素を吸着除去するため、種々混合して適用することも可能である。
しかし、特に銅イオン交換したZSM−5型ゼオライトは、常温における単位重量あたりの気体吸着量が他のゼオライトや、金属系吸着材と比べても高く、少量の気体吸着材で大量の空気を吸着でき、効果的で、省スペース化を行える。
(実施例1)
本実施の形態1の真空断熱材について、性能及び断熱性能の経時変化を評価した。
本実施の形態1の真空断熱材について、性能及び断熱性能の経時変化を評価した。
第二の真空断熱材の気体難透過性の外被材として、厚さ15μmのナイロン、厚さ25μmのナイロン、厚さ6μmのアルミニウム箔、厚さ50μmの低密度ポリエチレンフィルムの順にラミネートされたラミネートフィルムを用い、低密度ポリエチレンフィルムが熱溶着層となるようにラミネートフィルムを対向させ、三辺を熱溶着し、袋状とした。
繊維状芯材として、ガラス短繊維を240kg/m3の密度に加圧・加熱し成形したものを用い、水分吸着材として酸化カルシウムを不織布に封入したものを用い、繊維状芯材と水分吸着材を袋状にしたラミネートフィルムの中に挿入し、内部を減圧したのち、封止した。
次に、粉末芯材として、平均一次粒径が100nm以下の乾式シリカ95wt%とカーボンブラック5wt%を混合したものを用い、内面に熱溶着層を有する不織布で作られた袋に、130kg/m3の密度となるように粉末芯材の量を調整し、酸化カルシウムと第二の真空断熱材とともに封入し、封止する。
そして、平滑化を施した後、第二の真空断熱材の外被材と同様、第一の真空断熱材の気体難透過性の外被材として、厚さ15μmのナイロン、厚さ25μmのナイロン、厚さ6μmのアルミニウム箔、厚さ50μmの低密度ポリエチレンフィルムの順にラミネートされたラミネートフィルムを用い、低密度ポリエチレンフィルムが熱溶着層となるようにラミネートフィルムを対向させ、三辺を熱溶着し、袋状とした。
その中に、不織布内に封じ、ハイブリッド化した芯材を入れ、減圧後、残る一辺を封止し、真空断熱材を作製した。
このようにして作製した真空断熱材は、初期の断熱性能は0.0031W/m・Kであり、比較例1の芯材をガラス短繊維のみで作製した真空断熱材(0.0020W/m・K)と、比較例2の芯材を粉末芯材(0.0040W/m・K)のみで作製した真空断熱材の中間の性能を示した。
また、このようにして作製した真空断熱材を、100℃の恒温炉にいれ、2週間放置したが、断熱性能に変化は見られなかった。
(実施例2)
本実施の形態2の真空断熱材について、性能及び断熱性能の経時変化を評価した。
本実施の形態2の真空断熱材について、性能及び断熱性能の経時変化を評価した。
第二の真空断熱材の気体難透過性の外被材として、厚さ15μmのナイロン、厚さ25μmのナイロン、厚さ6μmのアルミニウム箔、厚さ50μmの低密度ポリエチレンフィルムの順にラミネートされたラミネートフィルムを用い、低密度ポリエチレンフィルムが熱溶着層となるようにラミネートフィルムを対向させ、第二の外被材の間に繊維状芯材としてガラス短繊維を240kg/m3の密度に加圧・加熱し成形した芯材と、水分吸着材として酸化カルシウムを不織布に封入したものを設置し、図3に示す製造装置で第二の真空断熱材を作製した。こうすることにより、繊維状芯材の際まで、熱溶着される。
このようにして作製した第二の真空断熱材を用いて、実施例1と同様に第一の真空断熱材を作製し、ハイブリッド化した真空断熱材を作製したところ、初期性能は、0.0031W/m・Kであり、100℃の恒温炉にいれ、2週間放置したが、断熱性能に変化は見られなかった。
(実施例3)
本実施の形態3の真空断熱材について、性能及び断熱性能の経時変化を評価した。
本実施の形態3の真空断熱材について、性能及び断熱性能の経時変化を評価した。
第二の真空断熱材については実施例1と同じ構成のため詳細の記載は省略する。
次に、粉末芯材として、平均一次粒径が100nm以下の乾式シリカ95wt%とカーボンブラック5wt%を混合したものを用い、さらに、粉末芯材の重量に対して10wt%のガラス短繊維を混入し、ミキサーで攪拌する。
このように調整した粉末芯材を、酸化カルシウムと第二の真空断熱材とともに型枠に入れ、粉末芯材の密度が130kg/m3となるように、プレス機で加圧成形すると第二の真空断熱材が内包された固形化した粉末芯材が作製できる。
このようにして一体成形化した粉末芯材を、第二の真空断熱材の外被材と同様、第一の真空断熱材の気体難透過性の外被材として、厚さ15μmのナイロン、厚さ25μmのナイロン、厚さ6μmのアルミニウム箔、厚さ50μmの低密度ポリエチレンフィルムの順にラミネートされたラミネートフィルムを用い、低密度ポリエチレンフィルムが熱溶着層となるようにラミネートフィルムを対向させ、三辺を熱溶着し、袋状とした第一の外被材の中に挿入し、減圧後、残る一辺を封止し、真空断熱材を作製した。
このようにして作製した真空断熱材は、初期の断熱性能は0.0032W/m・Kであり、また、このようにして作製した真空断熱材を、100℃の恒温炉にいれ、2週間放置胃下が、断熱性能に変化は見られなかった。
(実施例4)
本実施の形態4の真空断熱材について、性能及び断熱性能の経時変化を評価した。
本実施の形態4の真空断熱材について、性能及び断熱性能の経時変化を評価した。
繊維状芯材および粉末芯材の中に、ラミネートフィルムに封止された気体吸着材である銅イオン交換したZSM−5型ゼオライトを設置した。他の製造方法は実施例1と同様である。気体吸着材は、大気圧縮でラミネートフィルムに穴が開くように、デバイスを設置しており、真空包装後に、その機能を発揮する。
このようにして作製した真空断熱材は、初期の断熱性能は0.0030W/m・Kであり、また、このようにして作製した真空断熱材を、100℃の恒温炉にいれ、6週間放置胃下が、断熱性能に変化は見られなかった。
(比較例1)
芯材を複合化せず繊維状芯材のみでの性能及び、性能変化を評価した。気体難透過性の外被材として、厚さ15μmのナイロン、厚さ25μmのナイロン、厚さ6μmのアルミニウム箔、厚さ50μmの低密度ポリエチレンフィルムの順にラミネートされたラミネートフィルムを用い、低密度ポリエチレンフィルムが熱溶着層となるようにラミネートフィルムを対向させ、三辺を熱溶着し、袋状とした。
芯材を複合化せず繊維状芯材のみでの性能及び、性能変化を評価した。気体難透過性の外被材として、厚さ15μmのナイロン、厚さ25μmのナイロン、厚さ6μmのアルミニウム箔、厚さ50μmの低密度ポリエチレンフィルムの順にラミネートされたラミネートフィルムを用い、低密度ポリエチレンフィルムが熱溶着層となるようにラミネートフィルムを対向させ、三辺を熱溶着し、袋状とした。
繊維状芯材として、ガラス短繊維を240kg/m3の密度に加圧・加熱し成形したものを用い、水分吸着材として酸化カルシウムを不織布に封入したものを用い、繊維状芯材と水分吸着材を袋状にしたラミネートフィルムの中に挿入し、内部を減圧したのち、封止した。
このようにして作製した真空断熱材の初期性能は、初期の断熱性能は0.0020W/m・Kであり、また、このようにして作製した真空断熱材を、100℃の恒温炉にいれ、2週間放置したところ、断熱性能は0.0060W/m・Kであった。
(比較例2)
芯材を複合化せず粉末のみでの性能及び、性能変化を評価した。
芯材を複合化せず粉末のみでの性能及び、性能変化を評価した。
粉末芯材として、平均一次粒径が100nm以下の乾式シリカ95wt%とカーボンブラック5wt%を混合したものを用い、内面に熱溶着層を有する不織布で作られた袋に、130kg/m3の密度となるように粉末芯材の量を調整し、酸化カルシウムとともに封入し、封止する。
そして、平滑化を施した後、気体難透過性の外被材として、厚さ15μmのナイロン、厚さ25μmのナイロン、厚さ6μmのアルミニウム箔、厚さ50μmの低密度ポリエチレンフィルムの順にラミネートされたラミネートフィルムを用い、低密度ポリエチレンフィルムが熱溶着層となるようにラミネートフィルムを対向させ、三辺を熱溶着し、袋状とした。その中に、不織布内に封じた粉末芯材を入れ、減圧後、残る一辺を封止し、真空断熱材を作製した。
このようにして作製した真空断熱材の初期性能は、初期の断熱性能は0.0041W/m・Kであり、また、このようにして作製した真空断熱材を、100℃の恒温炉にいれ、2週間放置したところ、断熱性能は0.0042W/m・Kであった。
本発明にかかる真空断熱材は、長期に渡って断熱性能を維持できる。このため、冷蔵庫のような保冷機器や、電気湯沸かし器、炊飯器、保温調理器、給湯器等の保温機器に使用すれば長期に渡って優れた省エネ効果を示す。また、省スペースで高い断熱性能が要求されるようなノート型コンピューター、コピー機、プリンター、プロジェクター等の事務機器への適用も可能である。また、また、コンテナボックスやクーラーボックス等の保冷が必要な用途への適用も可能である。
また、100℃前後の比較的高温で、ラミネートフィルムを用いる真空断熱材では信頼性が低くなる温度帯でも、高い信頼性を有するため適用が可能である。
また、非常に長い期間、断熱性能が要求される建物への使用も可能である。また、建物以外にも電車、自動車等の乗り物等、断熱を必要とする空間を形成する壁面等への適用も可能である。
1 真空断熱材
2 第二の外被材
3 繊維状芯材
4 第二の熱溶着層
5 第二の真空断熱材
6 粉末芯材
7 第一の外被材
8 第一の熱溶着層
9 第一の真空断熱材
11 第二の真空断熱材
12 第二の熱溶着層
17 固形化した粉末芯材
18 気体吸着材
2 第二の外被材
3 繊維状芯材
4 第二の熱溶着層
5 第二の真空断熱材
6 粉末芯材
7 第一の外被材
8 第一の熱溶着層
9 第一の真空断熱材
11 第二の真空断熱材
12 第二の熱溶着層
17 固形化した粉末芯材
18 気体吸着材
Claims (8)
- 気体難透過性素材からなる第一の外被材で粉末芯材を覆い前記第一の外被材内部を減圧してなる第一の真空断熱材と、気体難透過性素材からなる第二の外被材で繊維状芯材を覆い、前記第二の外被材内部を減圧してなる第二の真空断熱材とからなり、前記第二の真空断熱材が、前記粉末芯材とともに前記第一の外被材で覆われることを特徴とする真空断熱材。
- 前記第二の外被材が内側となる面に熱融着層を有し、対向する前記第二の外被材の前記熱溶着層同士が前記繊維状芯材に沿って前記繊維状芯材の際まで熱溶着されていることを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
- 前記粉末芯材が平均一次粒子径100nm以下である乾式シリカであることを特徴とする請求項1または2に記載の真空断熱材。
- 前記粉末芯材は、前記乾式シリカへの含有量が0.5〜40wt%となるように前記乾式シリカに平均繊維径が10μm以下のガラス繊維材料を混合して加圧成形したものであることを特徴とする請求項3に記載の真空断熱材。
- 前記乾式シリカにカーボンブラックが1〜30wt%混合されていることを特徴とする請求項3または4に記載の真空断熱材。
- 前記第二の真空断熱材内に前記第二の真空断熱材内の気体を吸着する気体吸着材を備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の真空断熱材。
- 前記第一の真空断熱材内に前記第一の真空断熱材内の気体を吸着する気体吸着材を備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の真空断熱材。
- 前記気体吸着材が銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライトであることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の真空断熱材。
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