JP2010522310A - 断熱に使用するための絶縁層、絶縁材、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、断熱に使用するための絶縁層１００であって、熱放射を反射するための放射遮蔽物１６０と、固定材料１４０によって放射遮蔽物１６０に取り付けられたスペーサ材料１２０とを含み、絶縁層１００から空気が引き抜かれている絶縁層１００に関する。本発明は対象物の断熱のための絶縁材、およびそのような絶縁材を製造する方法にも関する。

Description

本発明は断熱に使用するための絶縁層に関する。本発明は物体の断熱のための絶縁材、およびそのような絶縁材を製造する方法にも関する。

任意の物体からその周囲への熱伝達は対流、熱伝導、および熱放射により引き起こされる。この熱伝達を回避するために、一般に絶縁材が必要とされている。熱伝達を低減するように構成された単純な構造の絶縁材が、例えばＴｈｅｒｍｏｓ（登録商標）などの温蔵または冷蔵飲料容器で使用されている。そのような容器では、内容物は真空の包囲空間により周囲から断熱される。真空が熱伝達を放射のみに削減するため、対流または伝導によっては熱伝達が生じない。従って、容器内部の飲料内容物がその温度を保持することを可能にする断熱効果が得られる。

用途がより高機能になると、より高い要求が断熱に課されてくる。何種類かのガス、例えば窒素および酸素は、同じ容器容量でより多くの量のガスを収容するために、輸送および保管される際に液相で保持されることが好ましい。多くの場合、これは極端に低い温度か、極端に高い圧力のいずれかを必要とする。安全上の理由から高い圧力は回避されることが好ましく、これが、ガスを低温に保持するためにガス容器に断熱が必要な理由である。

放射による熱伝達の増加はステファン・ボルツマンの法則に従い、物体と周囲との間の温度差の４乗に比例する。従って、例えばガスを輸送および保管する時のように物体と周囲との温度差が大きい場合、放射によって伝わる熱を低減することが必要となる。

熱の放射を低減する１つの方法は、真空の包囲空間にいくつかの放射遮蔽物を導入することである。薄いアルミニウム箔シートの形態とすることができるこの放射遮蔽物は、熱放射の全反射を増加させる。放射遮蔽物が互いに接触していると放射遮蔽物はそれらの間の熱伝導を可能にするので、この接触を防止するために放射遮蔽物間に中間層を配列することができる。中間層は低い熱伝導率を有する材料から作られる。各放射遮蔽物を中間層に装着することによって、（多層絶縁材としても知られる）そのような絶縁材の搭載が簡略化され、中間層および装着された放射遮蔽物をガス容器の周囲にいくつかの層に巻くことによって、多層絶縁材が形成される。

従来技術による絶縁層１０の概略断面図が図１に示されている。絶縁層は放射遮蔽物１６および中間層１２から形成される。放射遮蔽物１６は、固定材料１４によって中間層１２に装着される。

従来技術による多層絶縁材は、周囲の真空空間が排気される際に生産時間を長引かせる。アルミニウム箔の高密度層も生産時間すなわち真空を引くために必要な時間に悪影響を及ぼす。さらに、ガラス繊維に結合された水分が、対流によって引き起こされる熱伝達に寄与し得るという事実によって、絶縁の効率が低下する。

本発明の１つの目的は、上述した従来技術の改善を提供することである。

本発明の特別な目的は、生産時間を短縮し、改善された効率を有する絶縁層および絶縁材を提供することである。

本発明によれば、上記目的は、熱放射を反射するための放射遮蔽物と、固定材料によって放射遮蔽物に装着されたスペーサ材料とを含む、断熱に使用するための絶縁層であって、絶縁層から空気が引き抜かれた絶縁層によって達成される。絶縁層は、前記放射遮蔽物が複数の貫通孔を有することを特徴とする。

これは、絶縁層を取り囲む空間がより速く排気（ｅｖａｃｕａｔｅｄ）される点で有利である。

スペーサ材料は、固定材料として働く糸によって前記放射遮蔽物に縫い付け可能であり、このことは、簡単かつ生産に好都合な方法で放射遮蔽物がスペーサ材料に取り付けられる点で有利である。

固定材料は酸素適合性を有するものとすることができ、このことは、絶縁材料が酸素の輸送および保管のために使用可能である点で有利である。

固定材料は無機物とすることができ、このことは、それが酸素適合性を有する点で有利である。

スペーサ材料は繊維を含んでいてもよく、このことは、それによってスペーサ材料がより低い密度を有し、その結果、より低い熱伝導率を有することができる点で有利である。

スペーサ材料はガラス繊維を含んでいてもよく、このことは、容易に利用可能かつ安価な材料が使用可能である点で有利である。

スペーサ材料の繊維は熱放射を反射する表面を含んでいてもよい。これによって熱放射はさらに低減される。

スペーサ材料の繊維の断面は楕円とすることができ、このことは、代替の、およびより安価な生産方法を可能にする。

スペーサ材料の繊維は螺旋形とすることができ、このことは、より低い繊維密度、および結果的に、より低い熱伝導率をもたらす。

本発明の第２の観点によれば、対象物の断熱のための絶縁材が提供される。この絶縁材は、本発明の第１の観点による少なくとも第１および第２の絶縁層を含み、前記第１および第２の絶縁層は互いに隣接して配置される。このような絶縁材は、より効率的な絶縁材を提供する点で有利である。

両絶縁層は、第１の絶縁層のスペーサ材料が第１の絶縁層の放射遮蔽物を第２の絶縁層の放射遮蔽物から分離するように配置されてもよい。このことは、スペーサ材料が放射遮蔽物間の熱伝導を防止する点で有利である。

絶縁層の数は６以上とすることができ、このことは、より効率的な断熱さえも可能にする。

絶縁層の数は５０未満とすることができ、このことは、相対的に薄く且つ安価な絶縁材が提供される点で有利である。

本発明の第３の観点によれば、熱放射を反射するための放射遮蔽物とスペーサ材料とを含む少なくとも１つの絶縁層を有する、断熱に使用するための絶縁材を製造する方法が提供される。この方法は、放射遮蔽物に複数の貫通孔を設けるステップ、スペーサ材料を放射遮蔽物に取り付けるステップ、および絶縁材から空気を引き抜くステップを特徴とする。

スペーサ材料は、縫い付けによって放射遮蔽物に取り付け可能であり、このことは、簡単かつ生産に好都合な方法で放射遮蔽物がスペーサ材料に取り付けられる点で有利である。

放射遮蔽物の孔は縫い付けによって形成可能であり、このことは、複数の層を取り付けることおよび孔を作成することが単一のステップで実行可能であることから、生産工程数を低減する。

スペーサ材料は、熱放射を反射する表面でコーティング可能であり、このことは、改善された断熱特性を有する製品が得られる点で有利である。

さらに、少なくとも第１および第２の絶縁層は、第１の絶縁層のスペーサ材料が第１の絶縁層の放射遮蔽物を第２の絶縁層の放射遮蔽物から分離するように、互いに隣接して配置することができる。このようにして１つの放射遮蔽物から別の放射遮蔽物への熱伝導が回避される。

本発明の第１および第２の観点の長所は、本発明の第３の観点にも適用可能である。

「酸素適合性を有する」との表現は、酸素の比率が高められた環境において、材料が、火災または爆発の危険がなく適用可能であることを示す。

上述の本発明の長所および特徴は、以下の詳細な説明、および添付の特許請求の範囲においてさらに開示される。

本発明のさらなる目的、利点、構成、および実施例が、添付の図面を参照した、いくつかの実施例の以下の説明から明らかとなろう。

従来技術による絶縁材の概略図である。 本発明による絶縁層の断面図である。 本発明による絶縁材の断面図である。 本発明による絶縁材を含むガス容器の断面図である。

図２は本発明による絶縁層１００の実施例を示す。絶縁層１００は、熱放射を反射するための放射遮蔽物１６０と、スペーサ材料１２０とを含む。放射遮蔽物１６０は、固定材料１４０によってスペーサ材料１２０に装着される。複数の孔１８０が放射遮蔽物１６０中に設けられている。スペーサ材料１２０は、いくらかの繊維１３０を有する繊維材料からなる。固定材料１４０は、多孔性のスペーサ材料１２０と、放射遮蔽物１６０に設けられた孔１８０とを通して延びる糸からなる。従ってスペーサ材料１２０は放射遮蔽物１６０に縫い付けられている。絶縁層１００は真空中に配置される。

図３には、図２による５つの絶縁層１００が示され、これらは、多層絶縁材としても知られる絶縁材３００を形成している。絶縁層１００は、第１の絶縁層１００のスペーサ材料１２０が第１の絶縁層１００の放射遮蔽物１６０を第２の絶縁層の放射遮蔽物１６０から分離するように配列されている。１つの放射遮蔽物から別の放射遮蔽物への熱伝導は、これによって防止される。

図４は、本発明による絶縁材３００を有するガス容器４００を示す。例えば、容器４００は特定の量の液化ガス４２０を収容している。容器４００は内壁４４０と外壁４４０とをさらに備え、これらはともに空間４８０を画定している。空間４８０内には、複数の絶縁層１００を含む絶縁材３００が設けられる。空間４８０の空気は排気され、従って真空を提供している。これら複数の絶縁層１００は、容器４００の周囲に何回か巻かれた１つの絶縁層１００により形成されている。巻き数は１１回以上、４０回未満とすることができる。

スペーサ材料１２０は繊維材料、例えばガラス繊維から作られる。ガラスの熱伝導率は約１Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１であり、これは、約２３５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１であるアルミニウムの熱伝導率と比較されるべきものである。ガラスが繊維として提供され、それによって多孔性材料を可能にしているという事実によって、スペーサ材料１２０の熱伝導率は約０．０３Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１にさらに低下されている。当然、例えばプラスチックのように低い熱伝導率を有する他の材料も、酸素適合性に対する考えられる要求のために配慮がなされる限り、スペーサ材料として使用可能である。

熱伝導を最小に抑えるために、スペーサ材料１２０の繊維密度は低い。いくつかの絶縁層１００が互いに隣接して配列される際には、スペーサ材料１２０は圧縮されるが、これは、放射遮蔽物１６０を互いから分離するのに十分なだけ繊維密度を高くしなければならない理由となる。

単一の繊維１３０は、繊維密度を最小に抑えるために様々な方法で形成可能である。スペーサ材料１２０を圧縮する際に、繊維の弾性係数が高められていれば、各単一の繊維１３０の変形は低減される。これにより、スペーサ材料１２０は、放射遮蔽物１６０を互いに関与させずに、さらに低い密度を有することが可能である。さらに、繊維１３０は任意の形状で設けることが可能である。そのような形状は、例えば湾曲した形状などの螺旋形、または螺旋形の任意の部分を含むことができる。これにより、放射遮蔽物１６０が互いに関与する危険なしに、より低い繊維密度が圧縮のより大きな力を支持可能となる。このような形状を達成するための１つの方法は、例えば製造中に楕円系のマウスピースを介して繊維を射出することによって、繊維１３０に楕円形の断面を設けることであってよい。これによって、各繊維１３０内に固有の「縮れ（ｃｕｒｌ）」が作り出される。それ自体は公知の繊維製造の他の方法も当然使用可能である。上述のスペーサ材料１２０の改変それ自体は、本明細書に説明されている他の構成に依存することなく、断熱を改善するために使用可能であることに注意されたい。

本発明による絶縁層１００および絶縁材３００は、好ましくは、多くの異なる対象を絶縁するために使用可能である。いくつかのガスは厳しい安全上の規制の対象である。特にこれは酸素および水素のような爆発性ガスに言えることである。この絶縁材がそのようなガスとともにも適用可能とするために、全ての材料が絶縁材の内部に収容されているガスとの適合性を有していなければならない。そのため、放射遮蔽物１６０、スペーサ材料１２０、および固定材料１４０は特定の材料から形成されなければならない。酸素を断熱する際、放射遮蔽物１６０はアルミニウムなどの任意の金属から作ることができ、スペーサ材料１２０はガラス繊維から作ることができる。固定材料１４０として機能する糸もガラス繊維から作ることができる。この場合、放射遮蔽物１６０は、ガラス繊維糸によってスペーサ材料に縫い付けられる。他の無機合金も絶縁層１００における使用に適し得る。窒素のようにより容易に扱えるガスの場合、プラスチックなどの他の材料も使用可能である。従って、絶縁層１００の材料費は低減可能である。

さらなる実施例では、絶縁層１００の効率は、放射によって引き起こされる熱伝達をさらに低減することにより改善される。これは好ましくは、熱放射を反射する表面をスペーサ材料１２０に設けることによって行われる。それぞれの単一繊維１３０は、例えば熱蒸着、スパッタなどのいずれかの適した処理によって、メタライゼーションに供することができる。さらに、固定材料１４０にもそのような反射性表面を設けることができる。スペーサ材料１２０および／または固定材料１４０にそのような表面を設けることによって、放射遮蔽物１６０間の熱伝達は低減される。上述のスペーサ材料１２０および固定材料１４０の改変それ自体は、本明細書に説明されている他の構成に依存することなく、絶縁材３００を改善するために使用可能であることに注意されたい。

本明細書で説明した実施例の多くの変形が、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲から逸脱することなく可能であることが理解されよう。

Claims (16)

1. 断熱で使用するための絶縁層であって、
   複数の貫通孔（１８０）を備えた、熱放射を反射するための放射遮蔽物（１６０）と、
   固定材料（１４０）によって前記放射遮蔽物（１６０）に取り付けられたスペーサ材料（１２０）と
   を有し、且つ該絶縁層（１００）から空気が抜き取られている絶縁層において、
   前記スペーサ材料（１２０）が、固定材料として働く糸（１４０）によって前記放射遮蔽物（１６０）に縫い付けられていることを特徴とする絶縁層。
2. 前記固定材料（１４０）が酸素適合性を有している請求項１に記載の絶縁層。
3. 前記固定材料（１４０）が無機物である請求項２に記載の絶縁層。
4. 前記スペーサ材料（１４０）が繊維（１３０）を含む請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の絶縁層。
5. 前記スペーサ材料（１４０）がガラス繊維（１３０）を含む請求項４に記載の絶縁層。
6. 前記スペーサ材料（１４０）の前記繊維（１３０）が、熱放射を反射する表面を有している請求項４または請求項５に記載の絶縁層。
7. 前記スペーサ材料（１４０）の前記繊維（１３０）の断面が楕円形である請求項４から請求項６までのいずれか一項に記載の絶縁層。
8. 前記スペーサ材料（１２０）の前記繊維が螺旋形である請求項４から請求項７までのいずれか一項に記載の絶縁層。
9. 対象物（４００）の断熱のための絶縁材であって、
   請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載された第１および第２の絶縁層（１００）を少なくとも有し、該第１および第２の絶縁層は、互いに隣接して配置されている絶縁材。
10. 前記複数の絶縁層（１００）は、前記第１の絶縁層（１００）の前記スペーサ材料（１２０）が前記第１の絶縁層（１００）の前記放射遮蔽物（１６０）を前記第２の絶縁層（１００）の前記放射遮蔽物（１６０）から分離するように配置されている請求項９に記載の絶縁材。
11. 前記絶縁層（１００）の数が６以上である請求項９または請求項１０に記載の絶縁材。
12. 前記絶縁層（１００）の数が５０未満である請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載の絶縁材。
13. 熱放射を反射するための放射遮蔽物（１６０）とスペーサ材料（１２０）とを含む少なくとも１つの絶縁層（１００）を有する断熱に使用するための絶縁材を製造する方法であって、
    前記放射遮蔽物（１６０）に複数の貫通孔（１８０）を設けるステップと、
    縫い付けることによって前記スペーサ材料（１２０）を前記放射遮蔽物（１６０）に取り付けるステップと、
    前記絶縁材（３００）から空気を引き抜くステップと
    を特徴とする方法。
14. 前記放射遮蔽物（１６０）の前記孔（１８０）が、縫い付けによって形成される請求項１３に記載の方法。
15. 前記スペーサ材料（１２０）を、熱放射を反射する表面でコーティングするステップをさらに含む請求項１３または請求項１４に記載の方法。
16. 少なくとも第１および第２の絶縁層（１００）を、前記第１の絶縁層（１００）の前記スペーサ材料（１２０）が前記第１の絶縁層（１００）の前記放射遮蔽物（１６０）を前記第２の絶縁層（１００）の前記放射遮蔽物（１６０）から分離するように、互いに隣接して配置するステップをさらに含む請求項１３から請求項１５までのいずれか一項に記載の方法。

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