JP2010229841A - 保温構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】真空を用いることなく保温性を高める。
【解決手段】液体を貯溜する容器１と、容器１の外周に間隙５を介して配置された外箱２と、少なくとも容器１に接して間隙５内に配置された蓄熱材層６と、蓄熱材層６と外箱２との間に配置された対流防止層７と、から構成した。蓄熱材層６と容器１との間の伝熱が効率よく行われるとともに、対流防止層７によって空気の対流が抑制されるため、高い保温効果が得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は、容器内の液体を保温できる保温構造体に関する。本発明の保温構造体は、自動車に用いられる冷却水や各種オイルの保温などに用いることができる。

水冷式エンジンの暖機促進を図るために、例えば特開2008−062972号公報には、真空断熱材で覆われた蓄熱タンクが提案されている。このような蓄熱タンクをエンジン冷却水の循環経路に配置することで、エンジンより発生する余剰熱を蓄熱タンクに蓄えることができる。したがってエンジン停止後も蓄熱タンクからの熱によって冷却水を保温することができ、次の始動時にエンジンを早期に暖機することができる。

また特開2008−051446号公報には、貯液部の外周に潜熱を利用した蓄熱層を形成し、その外周に断熱層を形成した蓄熱器が提案され、自動車の冷却水系に配置して早期暖機できることが記載されている。この公報には、断熱層として真空断熱層のみが記載されている。

しかしながら真空による断熱を利用した従来の保温構造体では、大気圧で潰れないように強固な構造とする必要がある。また自動車は走行時の振動が大きい。そのため自動車のエンジン冷却水などにこのような保温構造体を用いた場合には、重量が大きくなるとともに、真空状態を長期間維持するのが難しいという問題があった。

一方、例えば特開2004−075188号公報には、二重容器の間に空気層を形成するとともに、空気層の上部に蓄熱源を配置した断熱二重容器が提案されている。このような保温構造体によれば、真空を利用するものではないので、自動車などの振動が激しい移動体用の保温構造体として有用である。

しかし空気層による断熱作用を利用した保温構造体においては、空気層における空気の対流によって熱が移動し、その分保温効果が低下するという問題がある。この問題に対して、空気層に代えてポリウレタンフォーム、発泡スチロールなどの多孔体や繊維からなる対流防止層を形成することが有効である。例えば特開平08−284276号公報には、コンクリート製外壁の表面に対流防止層を形成し、その表面にアルミニウム粉含有モルタル層からなる熱反射層を形成した断熱構造が記載されている。

特開2008−062972号公報 特開2008−051446号公報 特開2004−075188号公報

ところが対流防止層を用いた保温構造体であっても、内部を長時間保温することは困難である。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、真空を用いることなく保温性を高めることを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する本発明の保温構造体の特徴は、液体を貯溜する容器と、容器の外周に間隙を介して配置された外箱と、少なくとも容器に接して間隙内に配置され蓄熱材を含有する蓄熱材層と、蓄熱材層と外箱との間に配置された対流防止層と、からなることにある。

本発明の保温構造体は、容器と外箱との二重構造をなし両者の間に間隙が形成されている。そして間隙内には、少なくとも容器の外周表面に接して蓄熱材層が配置されている。この蓄熱材層は、例えば融解によって吸熱することで蓄熱し、凝固によって発熱する蓄熱材を含むものであり、その潜熱を利用して保温がなされる。すなわち容器内の液体が高温である時に蓄熱材に蓄熱され、容器内の液体の温度が低下した際には蓄熱材から熱が供給されることで液体を保温する。

この蓄熱材層を容器の外周表面に接して配置することで、容器と蓄熱材層との熱伝導を効率よく行わせることができる。また外箱の内周表面と蓄熱材層とを離間することで、蓄熱材層と外箱との間の空気層によって外箱への熱の移動を抑制することができる。そしてこの空気層に対流防止層が配置されていることで、空気層における空気の対流を抑制でき、対流による熱の移動を抑制することができる。これらの相乗効果と真空を利用していないことにより、本発明の保温構造体によれば、容器に貯溜された液体を長時間保温することができる。

本発明の一実施例に係る保温構造体の斜視図である。 本発明の一実施例に係る保温構造体の断面図である。 本発明の一実施例に係る保温構造体の要部拡大断面図である。 本発明の第２の実施例に係る保温構造体の要部拡大断面図である。 本発明の第３の実施例に係る保温構造体の要部拡大断面図である。 試験例に用いた保温構造体の断面図である。 試験例に用いた種々の保温構造体の保温時間を示すグラフである。

本発明の保温構造体は、容器と、外箱と、蓄熱材層と、対流防止層とから構成されている。容器と外箱の間には間隙が介在され、この間隙に蓄熱材層と対流防止層とが配置されている。

容器及び外箱の材質、形状、大きさなどは、目的に応じて種々選択することができる。容器内に貯溜される液体としては、エンジン冷却水、オイル、熱媒体などが例示される。

蓄熱材層に含まれる蓄熱材は、熱容量の大きな物質を用いることも可能であるが、大きな熱量を吸放出可能な潜熱を利用できる材料を選択することが望ましい。このような蓄熱材としては、各種の金属塩、金属水酸化物、ナフタレン、パラフィンなどを用いることができる。用途に応じて、最適な融点と潜熱（蓄熱量）をもつ材料を選択して用いればよい。表１に代表的な蓄熱材とその融点及び蓄熱量を例示する。

対流防止層としては、多数の細孔を有する多孔質であって、細孔中に含まれる空気によって断熱効果が発現され、かつ細孔の隔壁によって空気の対流を防止できるものを用いることができ、繊維集積体あるいは発泡体が例示される。繊維集積体としては、長繊維の集積体、不織布、網体などが例示され、発泡体としては発泡ウレタン、発泡スチロール、発泡ポリオレフィン、発泡ゴム、発泡金属などが例示される。

蓄熱材層を容器の外周表面に接して配置するには、例えば袋に蓄熱材を封入した封入袋を容器の外周表面に貼着して配置する方法がある。また蓄熱材を封入したマイクロカプセルを対流防止層に付着させ、そのマイクロカプセルが容器の外周表面に接するように対流防止層を配置してもよい。あるいは、中空繊維の中空部に蓄熱材を封入した蓄熱繊維を容器の外周表面に沿うように配置してもよい。この場合は、蓄熱繊維からなる蓄熱材層が対流防止層としても機能する。

また外箱の内周表面には、さらに熱反射層を形成することも好ましい。これにより熱が外箱を伝熱して逃げるのを抑制することができ、保温効果がさらに向上する。この熱反射層としては、金属蒸着膜、アルミニウム板などを用いることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

図１に本実施例の保温構造体の斜視図を、図２にその断面図を、図３にその要部拡大断面図を示す。この保温構造体は、樹脂製で円筒形状の容器１と、容器１の外周に配置された樹脂製で円筒形状の外箱２とを備えている。容器１及び外箱２の上底及び下底には、容器１内部と外部とを連通する一対の連通管３，４がそれぞれ貫通保持されている。

容器１の外周表面と外箱２の内周表面との間には、全周に間隙５が形成されている。容器１の下底と外箱２の下底との間にはゴム製でリブ状の支持台20が固定され、容器１は支持台20に載置されている。したがって容器１の下底と外箱２の下底との間にも支持台20の高さ分の間隙５が形成されている。

間隙５には、蓄熱材60が封入された封入袋６（蓄熱材層）と、ＰＥＴ繊維からなる不織布７（対流防止層）とが配置されている。封入袋６は熱伝導性のよいアルミ箔を主成分とするラミネート紙61からなり、水酸化バリウム六水和物からなる蓄熱材60が封入されている。この封入袋６は、容器１の外周表面の全面に貼着されている。

また外箱２の内周表面には、アルミ蒸着膜８が全面に形成されている。そして封入袋６の厚さは間隙５の厚さより薄く、封入袋６とアルミ蒸着膜８との間に空気を含む不織布７が充填されている。

上記のように構成された本実施例の保温構造体は、自動車のエンジン冷却水の流路に配置され、連通管３，４が流路に連結されて用いられる。エンジン冷却水は、図１の矢印で示すように、下側の連通管３から容器１内に入り容器１内を満たした後、連通管４から流出してエンジン冷却水の流路を循環する。

本実施例の保温構造体では、エンジン駆動中には冷却水温が上昇し蓄熱材60の融点（78.5℃）を超えると、容器１からの伝熱によって蓄熱材60が融解し、それによって蓄熱材60に蓄熱される。また同時に冷却水から熱を奪うことで、冷却水温が低下する効果もある。蓄熱材60は 232KJ／kgの蓄熱量を有している。

そしてエンジン停止時には冷却水の循環が停止し、冷却水温は徐々に低下する。封入袋６内の蓄熱材60は徐々に凝固しながら発熱するが、その際における 232KJ／kgの発熱はラミネート紙61から容器１に速やかに伝熱されるため、容器１に貯溜された冷却水が保温される。一方、封入袋６を介して間隙５へ伝わった熱は、不織布７に含まれる空気によって断熱され、かつ不織布７に含まれる空気は対流しにくいため対流による熱の移動が抑制され、さらにアルミ蒸着膜８によって外箱２への輻射熱が反射し回収されている。したがって蓄熱材60の発熱は容器１側へ効率よく伝熱され、貯溜されている冷却水の保温効果が向上する。

したがって次のエンジン始動時には、容器１に貯溜され保温状態にある冷却水が循環されるため、エンジンの早期暖機が可能となる。

本実施例の保温構造体の要部拡大断面図を図４に示す。本実施例では、実施例１と同様の蓄熱材60を封入したメラミン樹脂製マイクロカプセル90を用いている。

容器１の外周表面と外箱２の内周表面との間の間隙５には、実施例１と同様の不織布７が全体に充填されている。不織布７の容器１の外周表面に当接する側にはマイクロカプセル90が接合され、多くのマイクロカプセル90が容器１の外周表面と接触している。このマイクロカプセル群が蓄熱材層を構成し、不織布７全体が対流防止層を構成している。

本実施例の保温構造体においても、マイクロカプセル90内の蓄熱材の融解・凝固が効率よく進行し、凝固時における蓄熱材60の発熱は容器１側へ効率よく伝熱され、貯溜されている冷却水の保温効果が向上する。

本実施例の保温構造体の要部拡大断面図を図５に示す。本実施例では、実施例１と同様の蓄熱材60を封入したポリエステル製中空繊維91からなる蓄熱繊維92を用いている。

容器１の外周表面と外箱２の内周表面との間の間隙５には、蓄熱繊維92の集積体が容器１の外周表面の全面に当接するように配置され、その外側に実施例１と同様の不織布７が全体に充填されている。容器１の外周表面には多くの蓄熱繊維92が接触している。

すなわち本実施例では、蓄熱繊維92の集積体が蓄熱材層を構成し、蓄熱繊維92の集積体と不織布７とが対流防止層を構成している。したがって本実施例の保温構造体においても、中空繊維91内の蓄熱材60の融解・凝固が効率よく進行し、凝固時における蓄熱材60の発熱は容器１側へ効率よく伝熱され、貯溜されている冷却水の保温効果が向上する。
＜試験例＞
図６に示すように、連通管３，４をもたず外部と連通していない容器１及び外箱２を有すること、容器１及び外箱２の形状を直方体形状としたこと以外は実施例１と同様の保温構造体を作製し、これを試料１とした。外箱２の内周表面には図示されないアルミ蒸着膜８が形成されている。すなわち容器１と外箱２との間には、封入袋６（以下、蓄熱材という）と、不織布７（以下、断熱材という）と、アルミ蒸着膜（以下、熱反射材という）とがこの順に介在している。なお容器１の容積は３Ｌであり、封入袋６内には、実施例１と同様の蓄熱材60が総合計で57ｇ封入されている。

熱反射材を除去したこと以外は試料１と同様の構造の保温構造体を試料２とした。すなわち容器１と外箱２との間には、蓄熱材と断熱材とが介在している。

熱反射材と断熱材を除去したこと以外は試料１と同様の構造の保温構造体を試料３とした。すなわち蓄熱材と外箱２との間には空気層のみが介在している。

試料１から蓄熱材を除去し、容器１と外箱２との間の間隙を全て不織布からなる断熱材で充填した保温構造体を試料４とした。すなわち容器１と外箱２との間には、断熱材と熱反射材とがこの順に介在している。

熱反射材と蓄熱材を除去し、容器１と外箱２との間の間隙を全て断熱材で充填した保温構造体を試料５とした。すなわち容器１と外箱２との間には断熱材のみが介在している。

熱反射材と断熱材と蓄熱材とを全て除去したこと以外は試料１と同様の構造の保温構造体を試料６とした。すなわち容器１と外箱２との間には、空気層のみが介在している。

試料１から蓄熱材と断熱材と外箱２を除去し、容器１のみを試料８とした。

上記した各試料の容器１内部に 100℃のオイルを充填して、 100℃の恒温槽内に蓄熱材60の全量が融解するに十分な時間保持した。その後恒温槽から各試料を取り出して25℃の室温中に放置し、容器１内のオイルの温度を連続的に測定した。そしてオイルの温度が40℃となるまでの時間を測定し、結果を保温時間として図７に示す。

図７から、試料１と試料２が他の試料に比べて保温時間が長く、容器１と外箱２との間に蓄熱材と断熱材とをこの順で配置するのがよいことがわかる。そして試料２と試料３との比較から、空気層に断熱材を配置することが保温に効果的であることが明らかであり、これは空気層における対流が抑制された結果であると考えられる。さらに試料４、５の比較及び試料１、２の比較から、熱反射材を外箱２の内周表面に形成することも効果的であることがわかる。

本発明の保温構造体は、自動車のエンジン冷却水や各種オイルの保温に用いられる他、船舶、電車、航空機に用いられる冷却媒体や熱媒体の保温にも用いることができる。

１：容器
２：外箱
６：封入袋（蓄熱材層）
７：不織布（対流防止層）
60：蓄熱材

Claims (5)

1. 液体を貯溜する容器と、該容器の外周に間隙を介して配置された外箱と、少なくとも該容器に接して該間隙内に配置され蓄熱材を含有する蓄熱材層と、該蓄熱材層と該外箱との間に配置された対流防止層と、からなることを特徴とする保温構造体。
2. 前記蓄熱材層は前記蓄熱材が封入された封入袋からなり、該封入袋が前記容器の外周表面に貼着されている請求項１に記載の保温構造体。
3. 前記蓄熱材層は、前記蓄熱材が封入されたマイクロカプセルが前記対流防止層に付着されることで形成されている請求項１に記載の保温構造体。
4. 前記蓄熱材層は前記蓄熱材が中空繊維の中空部に封入されてなる蓄熱繊維からなり、該蓄熱繊維が前記対流防止層の前記容器側に配置されている請求項１に記載の保温構造体。
5. 前記外箱の内周表面には熱反射層が形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の保温構造体。

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