JP2009299760A5

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Publication number: JP2009299760A5
Application number: JP2008153953A
Authority: JP
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2010-04-22

Description

熱機器の断熱装置

本発明は、ヒートポンプ給湯機の貯湯タンクなどの断熱の必要な熱機器に用いる断熱装置に関するものである。

断熱の必要な熱機器に対してその熱機器本体の断熱のために種々の断熱材が知られている。例えば、グラスウールが従来より用いられていた。しかし、このグラスウールからなる断熱材は安価であり、折りたたみができるので、搬送や保管等、取り扱いには便利であるが、密着性に欠点があり、結露の発生対策を講ずる必要がある。そこで、近年、グラスウールに代えて、発泡スチロール（ＥＰＳ）でできた断熱材が用いられてきた。

しかし、発泡スチロール（ＥＰＳ）でできた断熱材は、熱機器本体の形に合わせて熱成型することにより密着性が良好で、また吸水性が少ないので結露の発生の心配も少ない。一方、断熱性能を高めるにはその厚みを増やす必要があり、貯湯式給湯器用タンクなどの熱機器本体では、省エネに関する関心が高まり、熱機器自体の消費電力等が注目される中、熱機器本体の全周に発泡スチロール（ＥＰＳ）でできた断熱材で包囲すると、これらの断熱材では嵩張るので、熱機器全体の外形が大きくなり小型化には著しい不便さをもたらしている。

そこで、特許文献１のように断熱材層と断熱気体層および強制対流層を備えてなる断熱構造体をオーブン等の熱機器などに使用する断熱装置が提案されている。この断熱材層は微粒子シリカでその粒径が１〜２０ｎｍの粉末にセラミック繊維、ガラス繊維、ロックウール繊維、アスベスト繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の無機繊維や有機繊維を加えたものであり、たとえば、微粒子を圧密して、微粒子間にできる空隙が小さく、好ましくは同空隙が１〜６０ｎｍになるように成形された微細多孔体からなる。このようになっていると、気体の熱伝導の影響をより一層少なくすることができ、対流が起こらず静止空気より低い熱伝導率を有するものにすることができる。

また、特許文献２のように貯湯タンクの断熱材として芯材を外袋に挿入し内部を減圧にして密封して作製してなる真空断熱材を使用し、真空断熱材を前記貯湯タンクに貼り付ける場合、前記真空断熱材と前記貯湯タンクの間を両面テープで一部密着させずに貼り付けて、真空断熱材の外袋からの熱伝導を最低限にでき、かつ真空断熱材の性能を最大限にできる断熱装置が提案されている。

さらに、特許文献３のように第１の断熱部は、例えば発泡スチロールからなり、貯湯タンク本体の周面の一部に沿って均一な厚さに形成されており、第２の断熱部は真空断熱材からなり、第１の断熱部の厚さ寸法よりも薄くなるように形成されている。また、第２の断熱部は貯湯タンク本体の周面の他の部分に沿って形成され、高い気密性と断熱性を有する部材、例えばポリエチレンシート等を用いて形成されている。貯湯タンクは、第１の断熱部によって貯湯タンク本体の一部を覆ったのち、第２の断熱部によって貯湯タンク本体の他の部分を覆って形成する。また、貯湯タンク本体の他の部分を覆う第２の断熱部は第１の断熱部よりも厚さ寸法を小さく形成されていることから、その分だけ断熱材の外形寸法が小さくなる。

特開平２−２２１７９３号公報特開２００７−１０７７３８号公報特開２００７−１６３０３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の提案では、熱機器本体の形状等に合わせて、円筒状、球状などどんな形状でもできるようにして断熱材層と断熱気体層および強制対流層からなる断熱構造体としているが、その構造は複雑であり、この断熱構造体の搬送時に嵩張りまた保管スペース多くなるなどの不都合がある。

また、特許文献２に記載の提案では、真空断熱材は芯材を外袋に挿入し内部を減圧にして密封して作製するため、円筒状のような曲面を持った貯湯タンクの本体に貼り付ける際、その貯湯タンクの本体形状に合うように曲げると真空断熱材の内面にしわができ、密着性が悪くなり、真空断熱材に孔があくと、断熱保温効果が少なくなる。

さらに、特許文献３に記載の提案では、断熱材の外形寸法を小さくし、設置場所の省スペース化を狙っているが、特許文献２と同様に高い気密性を有する真空断熱材を用いているので、密着性が悪くなり、真空断熱材に孔があくと、断熱保温効果が少なくなる。

本発明は、上記問題点を解消し、ヒートポンプ給湯機の貯湯タンクなどの熱機器本体を断熱するに際し嵩張らず柔軟で密着性のよい断熱装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の熱機器の断熱装置は、溶液の中でシリカをゾル化させてその水分を超臨界流体で除去し乾燥させてできた粒径が１〜２０ｎｍの非晶質のシリカ微粉末を繊維からなる不織布に分布させて気孔率が９７％以上とした矩形状の繊維質マットを被覆体で包囲してできたマット部材の片面を熱機器本体の表面に被着させるとともに、前記マット部材の表面にマット部材以外の素材でできた密着付与手段を設けて前記マット部材の裏面を熱機器本体の表面に密着させてなることを特徴とする。

請求項２記載の熱機器の断熱装置は、前記密着付与手段が前記マット部材の表面から前記マット部材の裏面を熱機器本体の表面に押し付けて接着させる粘着テープでできていることを特徴とする。

請求項３記載の熱機器の断熱装置は、前記繊維質マットはその厚み方向に付勢させる板バネを有するマット部材とし、前記板バネが前記密着付与手段の密着作用を補助してなることを特徴とする。

請求項４記載の熱機器の断熱装置は、前記熱機器本体が貯湯タンクを構成するヒートポンプ給湯機のタンク本体であり、発泡樹脂材でできた発泡断熱材を前記マット部材の一部の上面にて重ねた状態で前記発泡断熱材と前記マット部材とをタンク本体の外周面に並設させてあって、前記密着付与手段が発泡断熱材とともに前記マット部材を前記タンク本体の表面に押し付けてなることを特徴とする。

本発明の断熱材は、溶液の中でシリカをゾル化させてその水分を超臨界流体で除去し乾燥させてできた粒径が１〜２０ｎｍの非晶質のシリカ微粉末を繊維からなる不織布に分布させて気孔率が９７％以上とした矩形状の繊維質マットを被覆体で包囲してできたマット部材であるので、柔軟性があり、熱機器本体の表面に被着させると密着性しやすくなるともに、前記マット部材の表面に粘着テープなどのマット部材以外の素材でできた密着付与手段を設けて前記マット部材の裏面を熱機器本体の表面に密着させて断熱するので、熱機器の断熱効果が改善される。そのため従来の発泡スチロール（ＥＰＳ）でできた断熱材のみを使用した場合に比し、厚みを同等もしくはより薄くして保温ができるため、熱機器全体の容積をコンパクトにすることができるなどの効果がある。特に、前記マット部材はその厚み方向に付勢させる板バネを有し、前記密着付与手段の密着作用を補助しているので、熱機器本体の断熱効果がさらに改善される。

本発明の断熱の必要な熱機器としてヒートポンプ給湯機を例として以下、その実施形態を図面に基づいて以下、説明する。

図１において、ヒートポンプ給湯機は加熱ユニットＡと貯湯タンクユニットＢとからなる。加熱ユニットＡには、コンプレッサＣ、水冷媒熱交換器Ｅ、膨張弁Ｇ、ファンＦを付設した空気熱交換器Ｄを備えている。貯湯タンクユニットＢには、加熱ユニットＡと冷媒配管Ｊ、Ｋと環状に接続した給湯用の温水を貯える貯湯タンクＴを備えている。熱機器である貯湯タンクＴのタンク本体Ｔ１は円筒状であり、そのタンク本体Ｔ１の頂面および周面は本願発明のマット部材１で被覆されている。この場合、タンク本体Ｔ１の形状は円筒状のような曲面形状を実施形態としているが、直方体のような平坦面でもよい。

このマット部材１は、柔軟性があり、図２に示すように矩形状で、厚さ５ｍｍから１０ｍｍの繊維質マット１０がポリエチレンシートのような被覆体１２で包囲されている。

この繊維質マット１０はガラスやシリカのような無機繊維またはポリエステル樹脂のような有機繊維からなる線径が１から２０ミクロン程度の不織布に粒径が１〜２０ｎｍの非晶質のシリカ微粉末を散布することにより例えば、特表２００７−５２４５２８号公報に示すような製造方法で前記シリカ微粉末を不織布に分布させて気孔率が９７％以上とした状態となる。この繊維質マット１０にはポリエチレンシートのような被覆体１２を被せてマット部材１が構成されている。被覆体１２はシリカ微粉末が繊維質マット１０の表面や内部に分布しているので、断熱材として使用する際、作業者に付着したり周囲に飛散したりするのを防止するためのものであり、袋状として繊維質マット１０を収容したり、テープ状として繊維質マット１０の表面に貼り付けたり、繊維質マット１０の表面に気孔のない材料でコーティング処理をしてもよい。

このシリカ微粉末は溶液の中でシリカをゾル化させてその水分を超臨界炭酸ガス抽出法のような超臨界流体で除去し乾燥させてできで除去してできるエアロゲル物質である。このエアロゲル物質とは、例えば、特表２００３−５１２２７７号公報の明細書の段落番号００３８に記載の公知のエアロゲル物質をいう。すなわち、エアロゲルは約８０容積％以上の空隙率を有し細孔のサイズが約０．５〜５００ナノメートルの範囲である開口した細孔を有する物質であって、ゲル化のために用いた溶剤をその物質から、乾燥中に細孔構造を破壊または実質的に収縮させることなく、乾燥によって除くことが可能である任意のゲル形成性物質から製造することができる。この乾燥は超臨界抽出、大気乾燥、冷凍乾燥、真空排気、などによって達成可能である。好ましくは、エアロゲルは出発ゲルを製造するために用いられた溶剤（またはその溶剤の代りになる任意の液体）の超臨界抽出によって製造される。エアロゲルは少なくとも８５容積％が好ましいが、より好ましくは約９０容積％以上の空隙率を有する。さらに、同明細書の段落番号００８１に記載のように、エアロゲルは効率のよい断熱材である。

（実施形態１）
図３から図５に示すように、柔軟性があり、組み合わせると円環状となるマット部材１（図２参照）を一対用意し、このマット部材１の片面を円筒状のタンク本体Ｔ１の外表面である頂面Ｔ１１および周面Ｔ１２に左右から被着しその合わせ目１１にて熱損傷を受けにくいアルミニューム材やガラス材でできた粘着テープ（密着付与手段）２でタンク本体Ｔ１ととともに接合することによりマット部材１をタンク本体Ｔ１に密着させて貯湯タンクＴから発生する熱源を断熱する。この場合、粘着テープ２はマット部材１の表面に設けた密着付与手段となるが、円筒状のタンク本体Ｔ１の周面Ｔ１２の粘着テープ２は結束バンド（図示せず）をマット部材１の表面に巻きつけてマット部材１の片面をタンク本体Ｔ１の半径方向に押し付けるようにさせてもよい。

（実施形態２）
図６から図８において、マット部材１の密着性を向上させる実施形態を説明する。繊維質マット１の厚さ方向で半円弧状に付勢させる板バネ３を設けて、断面半円弧状とした繊維質マット１０に図２と同様にポリエチレンシートのような被覆体１２で包囲されたマット部材１を一対用意する。この場合、板バネ３は図７に示すように縦方向に離間した複数片でできており、繊維質マット１０の内部に収容されているが、外表面に露出させた構成でもよい。このマット部材１の片面を円筒状のタンク本体Ｔ１の外表面に左右から被着し、その合わせ目１１にてマット部材１の表面に設けた密着付与手段であるアルミニューム材やガラス材でできた粘着テープ２でタンク本体Ｔ１ととともに接合することによりマット部材１をタンク本体Ｔ１に密着させて貯湯タンクＴから発生する熱源を断熱する。この場合、板バネ３は、密着付与手段の密着作用を補助する作用がある

（実施形態３）
図９および図１０は、熱機器をヒートポンプ給湯機として円筒状のタンク本体Ｔ１を有する貯湯タンクＴが加熱ユニットＡとともに給湯ユニット筐体Ｈ１内に収容された給湯ユニットＨを示し、厚さが５０ｍｍの発泡スチロール樹脂でできた発泡断熱材４と厚さが５ｍｍから１０ｍｍのマット部材１とがタンク本体Ｔ１の円周方向に並設された実施形態を示す。この場合、マット部材１は図６に示すような繊維質マット１０の厚さ方向に付勢させる板バネ３を設けた構成のものでもよい。

貯湯タンクＴと加熱ユニットＡとの間の位置において、断熱のために発泡断熱材４がタンク本体Ｔ１の外周面に設けられており、同様に、給湯ユニット筐体Ｈ１の隅部の位置（図９においては２隅）に対面したタンク本体Ｔ１の外周面に発泡断熱材４が設けられている。

一方、この給湯ユニット筐体Ｈ１の壁面の位置（図９においては３面）に対面したタンク本体Ｔ１の外周面は、発泡断熱材４の側面２１に形成した凹所２２にマット部材１の両側の上面（タンク本体Ｔ１と反対側の表面）を当接させて重ねた状態で、発泡断熱材４とマット部材１とがタンク本体Ｔ１の円周方向に並設させている。このように発泡断熱材４とマット部材１とが重なった部分に密着付与手段である粘着テープ２を設けて、発泡断熱材４とマット部材１の表面に押し付けて密着させている。この場合、図示しないが、発泡断熱材４とマット部材１とをバンドで締め付けて密着付与手段としてもよい。

従来から、厚さが例えば５０ｍｍの発泡スチロール樹脂でできた発泡断熱材のみをタンク本体Ｔ１の全周に被覆するとタンク全体が嵩張るので、厚さが９ｍｍ程度の真空断熱材と組み合わせて、タンク本体Ｔ１の外周面の接線方向と給湯ユニット筐体Ｈ１の壁面との間隔５を小さくできるようにこの真空断熱材を用いて給湯ユニット筐体をコンパクトにするようにする断熱装置が知られていた。そこで、本願発明においても、真空断熱材に代えてその厚さと同等もしは薄くしたマット部材１の使用によりタンク本体Ｔ１の外周面の接線方向で薄肉とすることができるので、給湯ユニット筐体Ｈ１をコンパクトにすることができる。

このようにマット部材１は矩形状の繊維質マットでできた繊維からなる不織布でできているので、柔軟性を持たせて、円筒状の熱機器本体の外周面の全周または部分的に密着させることができる。また、このマット部材１は粒径が１〜２０ｎｍの非晶質のシリカ微粉末により赤外線を吸収し、しかも気孔率が９７％以上であるので、断熱効果が向上する。さらに、マット部材１の表面に密着付与手段を設けているので、熱機器本体の外周面にマット部材１が密着しやすくなり密着性が向上する。

熱機器本体を図９に示す構成のタンク本体として、厚さが９ｍｍのマット部材を有する断熱材をこのタンク本体に被覆してその断熱効果を消費電力（ＷＨ）にて代用して測定した。

厚さが５０ｍｍの発泡スチロール樹脂でできた発泡断熱材４と厚さが９ｍｍのマット部材１とを組み合わせてタンク本体Ｔ１を被覆し、外周面を発泡スチロール樹脂でできた発泡断熱材４とマット部材１とをバンド（密着付与手段に相当）（図示せず）で締め付けて消費電力（ＷＨ）を測定したところ７７１ＷＨであった。

一方、上記マット部材１に代えて厚さが５０ｍｍの発泡スチロール樹脂でできた発泡断熱材４と厚さが９ｍｍの真空断熱材を組み合わせた断熱材にてタンク本体Ｔ１を被覆し、外周面を発泡スチロール樹脂でできた発泡断熱材４と真空断熱材とをバンド（密着付与手段に相当）で締め付けて（図示せず）、消費電力（ＷＨ）を測定したところ８７９ＷＨであり、マット部材１と密着付与手段を用いたものよりヒートポンプ給湯機の消費電力が少し多かった。

従って、真空断熱材と同程度の厚さのマット部材１でマット部材以外の素材でできた密着付与手段２を用いた熱機器の断熱装置における断熱効果は、真空断熱材を用いた熱機器の断熱装置効果よりも同等もしくは改善されていた。このようにマット部材１は柔軟で厚さが薄いので、断熱材が搬送時に嵩張らずまた保管場所も省スペースが容易な断熱装置を提供できることになる。

本発明のヒートポンプ給湯機を実施形態とした概略図である。本発明のマット部材の平面図である。本発明の実施形態１を示す貯湯タンクの断面図である。同上の平面図である。同上の正面図である。本発明の実施形態２を示すマット部材の断面図である。同上のマット部材の正面図である。同上のマット部材を使用した貯湯タンクの断面図である。本発明の実施形態３を示す貯湯タンクの断面図である。同上の部分拡大図である。

１マット部材
２粘着テープ（密着付与手段に相当する）
３板バネ
Ｔ貯湯タンク
Ｔ１タンク本体（熱機器本体に相当する）

Claims

溶液の中でシリカをゾル化させてその水分を超臨界流体で除去し乾燥させてできた粒径が１〜２０ｎｍの非晶質のシリカ微粉末を繊維からなる不織布に分布させて気孔率が９７％以上とした矩形状の繊維質マットを被覆体で包囲してできたマット部材の片面を熱機器本体の表面に被着させるとともに、前記マット部材の表面にマット部材以外の素材でできた密着付与手段を設けて前記マット部材の裏面を熱機器本体の表面に密着させてなることを特徴とする熱機器の断熱装置。
前記密着付与手段が前記マット部材の表面から前記マット部材の裏面を熱機器本体の表面に押し付けて接着させる粘着テープでできていることを特徴とする請求項１に記載の熱機器の断熱装置。
前記繊維質マットはその厚み方向に付勢させる板バネを有するマット部材とし、前記板バネが前記密着付与手段の密着作用を補助してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱機器の断熱装置。
前記熱機器本体が貯湯タンクを構成するヒートポンプ給湯機のタンク本体であり、発泡樹脂材でできた発泡断熱材を前記マット部材の一部の上面にて重ねた状態で前記発泡断熱材と前記マット部材とをタンク本体の外周面に並設させてあって、前記密着付与手段が発泡断熱材とともに前記マット部材を前記タンク本体の表面に押し付けてなることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の熱機器の断熱装置。