JP2011153713A - 真空断熱パネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空断熱パネルの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の方法においては、複数の金属酸化物含有成形体（１１）を、湿分の通過を遅らせるフィルム（１２）に包み、ここでこの金属酸化物含有成形体は、大気平衡で含有する水の量よりも少ない量の水を含有している。このフィルム（１２）を破り、金属酸化物含有成形体（１１）を大気圧の空気不透過性容器（１４）内に配置する。空気不透過性容器（１４）内の圧力を低下させ、この空気不透過性容器（１４）を密封して、真空断熱パネル（１６）を作る。また、空気不透過性容器（１４）内に配置された複数の金属酸化物含有成形体（１１）を含む真空断熱パネル（１６）も提供される。ここで、この金属酸化物含有成形体（１１）は、大気平衡のときに含有する水の量よりも少ない量の水を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は一般的に、真空断熱パネル及びその製造方法に関する。

真空が良好な絶縁体であることは古くから知られている。従って、真空断熱パネルは、様々な断熱環境、特に限られた空間で良好な熱的性能を必要とする用途で使用されている。例えば、冷凍機の製造者は、米国及び他の国の厳しいエネルギー基準を満たすために、真空断熱パネルを使用するようになってきている。

典型的に、真空断熱パネルは、シリカのような低密度材料の粉末又は粒子を含んでいる。パネルの従来の製造方法では、低密度粉末を乾燥させ、これを内側の多孔質バック又は容器に配置する。粉末を保持している内側のバックに圧力をかけ、それによって粉末を圧縮して硬質の板にする。その後、圧縮された内側の板を、不透過性の外側の覆いに挿入して、これを所望の圧力まで減圧し、内部を真空にして密封する。

真空断熱パネルを作るための従来の手法の大きな問題は、パネルを使用するそれぞれの商業的な最終製品に特有のパネルを製造し成型するのが、非常に複雑で費用がかかることであると分かっている。これに関して、冷凍機のような同じタイプの異なる製品でさえ、多くの非常に様々な大きさ及び形状のパネルを必要とする。異なる最終製品で必要とされる多くの異なるパネル形状のために、特に２つの異なる一般的な手法が試みられてきた。第１の手法では、単一のパネル製造設備でパネルを製造して供給する。しかしながらこの第１の手法では、異なる製造者に必要とされるパネルの大きさと形状の多様性に適合させることに関する非常に多くの流通及び在庫費用の問題がある。例えば、パネルを製造する装置は通常、異なる製品のためのパネルを製造するたびに組み換え直さなければならない。

第２の手法は、最終製品（例えば冷凍機）の製造場所で、直接にパネルを製造することを必要とする。この第２の手法も満足なものではない。これは、体積の大きい低密度粉末又は粒子（例えばシリカ）を輸送することが困難であるためである。更に、最終製品の製造者は一般にこのような粉末を取り扱い処理するための設備を十分に持たず、また多くの製造者はこの追加の負担を好まない。

これらのことから、最終製品（例えば冷凍機）の製造者によってでさえも、比較的容易に様々な形状及び大きさで製造することができる真空断熱パネル及びその調製方法が必要とされていることは明らかである。本発明の目的は、そのような真空断熱パネル及びその製造方法を提供することである。

本発明は、真空断熱パネルを製造する方法を提供する。この方法は、湿分の透過を遅らせるフィルムにそれぞれ包まれた複数の金属酸化物含有成形体を提供することを含む。ここでこの金属酸化物含有成形体は、大気と平衡であるときに含む水の量よりも少ない量の水を含んでいる。このフィルムを破って、金属酸化物含有成形体を、空気を透過させない大気圧の容器に配置する。空気を透過させない容器の圧力を低下させ、空気を透過させない容器を密封して、真空断熱パネルを作る。本発明は、空気不透過性の容器とこの容器内に配置された複数の金属酸化物含有成形体とを含む真空断熱パネルも提供する。ここで、金属酸化物含有成形体は、大気圧で平衡なときに含む水の量よりも少ない量の水を含む。本発明の他の利点及び追加の発明的な特徴は、添付の図を参照して、以下の本発明の説明により明らかになる。

本発明の金属酸化物成形体の斜視図である。 開放部を有する空気不透過性の容器内に配置されたフィルムを破った４つの金属酸化物含有成形体の斜視図である。 図２に示される空気不透過性の容器内に配置された４つの金属酸化物含有成形体の斜視図である。ただしここでは、本発明に従って空気不透過性の容器を減圧して、この容器を密封している。

本発明は、少なくとも部分的に、真空断熱パネルの製造を促進し、それによって任意の形状及び任意の適当な大きさで比較的容易に、そのようなパネルを製造できることからなる。特に本発明は、冷凍機のような任意の特定の最終的な製品で必要とされる寸法及び形状のパネルの容易な製造を可能にする様々な様式で、真空断熱パネルを製造することを可能にする。例えば本発明は、最終製品（例えば冷凍機）の製造者が、それぞれの製造設備においてでさえ、それぞれの製造者自身の最終製品に適合した任意の所望の寸法の真空断熱パネルを完成させることを可能にする。あるいは所望であれば、真空断熱パネルを真空断熱パネルの製造箇所で集中的に製造して、そこから完成したパネルをそれぞれの製造者に送ることもできる。

特に本発明は、複数（すなわち少なくとも２つ、場合によっては数個又はそれ以上）の金属酸化物含有成形体を、空気不透過性の容器内に配置する挿入物の形で作る、真空断熱パネル及びその製造方法を提供する。その後、空気不透過性容器を減圧して所望の圧力にし、そして密封して真空断熱パネルを完成させる。

金属酸化物含有成形体は一般に、金属酸化物含有組成物、通常は粉末又は粒子の金属酸化物含有組成物を圧縮することによって製造する。金属酸化物は任意の適当な物理的特性、例えば一次粒子サイズ（例えば１〜５００μｍ）、凝集粒子サイズ、及び表面積（例えば１〜１０００ｍ²／ｇ）を有することができる。この金属酸化物は好ましくはシリカであるが、他の金属酸化物、例えばチタニア、及びアルミナ等、並びに金属酸化物の組み合わせを使用することも本発明の範囲に含まれる。金属酸化物は、任意の複数の適当な形状で提供することもできる。例えばシリカを使用する場合、金属酸化物含有組成物はフュームドシリカ、シリカゲル、シリカエアロゲル、沈降シリカ、及びそれらの組み合わせを含むことができる。

更に、金属酸化物を、１又は複数の他の成分と配合し又は組み合わせて、金属酸化物含有組成物を作ることもできる。例えば、金属酸化物含有組成物は望ましくは、不透明化剤（ｏｐａｃｉｆｉｅｒ）（例えば赤外線不透明化剤）を含む。この例としては、限定するわけではないが、カーボンブラック、チタニア、及びジルコニウムシリケートを挙げることができる。また例えば、金属酸化物含有組成物は、ガラス、セラミック及び／又はプラスチックのファイバーのようなファイバーも（又はあるいはこれらを）含んで、機械的な強度を促進することができる。ファイバーが存在している場合、これらは、金属酸化物含有組成物の１０ｗｔ％又はそれ未満で存在することが好ましい。

上述のように、圧力を加えて（一軸的に又は静水圧的に）、金属酸化物含有組成物の体積を小さくし、それによって金属酸化物含有成形体を作る。本発明では、金属酸化物含有成形体は、比較的乾燥しているようにする。すなわち金属酸化物含有成形体が、大気と平衡のときに含有する水の量よりも少ない量の水を含有するようにする。これに関して、金属酸化物含有組成物（例えば粉末状のもの）を乾燥させること、又はこれに代えて（又はこれに加えて）金属酸化物含有成形体を乾燥させること（すなわち、圧力を加えることによって、金属酸化物含有組成物の体積を小さくした後で乾燥させること）ができる。いずれにしても、乾燥した金属酸化物含有成形体（大気と平衡のときに含有する水の量よりも少ない量の水を含有する）を、フィルムで包む。このフィルムは、湿分（例えば大気中の水）の通過を抑制する又は遅らせる任意の適当な材料（例えば、ポリエチレンのようなポリオレフィン、又はポリビニルクロリド）でできていてよい。重要なことは、金属酸化物含有成形体は望ましくは、圧縮及び乾燥の後でできるだけ迅速にフィルムで包み（例えば「収縮包装」し）、時間が経過したときの金属酸化物含有成形体の結合性を維持し、且つ湿分の再吸収を最少化することが望ましいことである。好ましくは、金属酸化物含有成形体に含まれる水の量は、３ｗｔ％又はそれ未満（例えば１〜３ｗｔ％、又はそれ未満）に維持する。

金属酸化物含有成形体は、任意の適当な大きさ、形状及び体積で製造することができる。金属酸化物含有成形体は、空気不透過性の容器に挿入して使用するので、金属酸化物含有成形体の大きさ、形状及び体積は望ましくは、様々な形状の最終製品で使用するように設計された様々な形状及び大きさの空気不透過性容器との適合性を最適化するように選択する。これに関して、望ましくは、金属酸化物含有成形体を比較的小さい大きさ及び形状にして、任意の特定の最終製品の真空断熱パネルとの適合の融通性を促進する。金属酸化物含有成形体は任意の適当な一般的な形状にすることができるが、望ましくは金属酸化物含有成形体は、比較的平らな長方形の形状によって特徴付けられる。これは、このような形状が、ほとんどの真空断熱パネルで必要とされる一般的な形状であるためである。あるいは、金属酸化物含有成形体は、斜めの角度（例えば４５°）を有するように作って、組み合わせて立方体又は箱形を作ることができるようにする。本発明の１つの態様では、真空断熱パネルの完成の容易さ及び予想可能性のために、望ましくは金属酸化物含有成形体は比較的均一な寸法を有する。

一般に、金属酸化物含有成形体の長さは、好ましくは約１ｍｍ〜約５００ｍｍ、より好ましくは約５ｍｍ〜約２４０ｍｍである。金属酸化物含有成形体の幅は、好ましくは約１ｍｍ〜約１，０００ｍｍ、より好ましくは約５ｍｍ〜約７２０ｍｍである。一方、金属酸化物含有成形体の高さ（すなわち厚さ）は、好ましくは約１ｍｍ〜約１００ｍｍ、より好ましくは約５ｍｍ〜約３０ｍｍである。

有利には、金属酸化物含有成形体をフィルムで包む一方で、真空断熱パネルの完成の前に、金属酸化物含有成形体を、圧縮を行った箇所と同じ箇所に貯蔵することができ、又はあるいは、金属酸化物含有成形体を離れた場所、例えば最終製品製造者の設備に輸送して、真空断熱パネルを完成させることができる。

貯蔵及び／又は輸送の後で、それぞれの金属酸化物含有成形体を包むフィルムを破いて（フィルムに穴を開けて）、フィルムに開口を作り、金属酸化物含有成形体を、挿入物として、大気圧で空気不透過性容器内に配置する。これに関して、配置の前にフィルムを破くこと、又は配置してからフィルムを破くことができる。フィルムを破くことは、空気不透過性の容器内の圧力を均一に低下させ（すなわち、金属酸化物含有成形体を、空気不透過性容器の内側の大気又は真空に露出させ）、それによって所望の真空断熱パネルを得ることを確実にするために重要である。

フィルムを破くことは、任意の適当な様式で行うことができる。例えば、フィルムを破くことは、フィルムに孔をあけることによって、又はフィルムを剥離させる又は引き裂くためのつまみを引っ張ることによって（商業的な多くの物品で見いだせるようにして）行うことができる。随意に、フィルム全体を、金属酸化物含有成形体から除去して、フィルムを破く工程でフィルムを廃棄することができる。

空気不透過性容器は、任意の空気不透過性材料、例えばエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリビニリデンクロリド（ＰＶＤＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アルミニウム箔積層体、及びポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）を含む。いくらかの態様においては、空気不透過性の容器は積層され及び／又は金属化されている。これに関して、金属化された空気不透過性の容器（例えば、積層空気不透過性容器の２つの層の間の金属層の形で金属化されたもの）の使用は、空気不透過性容器の透過性を減少させ及び／又は真空断熱パネル全体の断熱特性を促進するために特に望ましい。好ましくは、空気不透過性容器は、穴があきにくいもの（ｐｕｎｃｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）（例えば、耐穴あき用の外側層を有する積層体）である。

フィルムを破くこと及び空気不透過性容器への金属酸化物含有成形体の配置の後で、空気不透過性バックの圧力を低下させ、それによって空気不透過性バックの中を真空にする。その後、空気不透過性容器を密封して、真空断熱パネルを作る。好ましくは、空気不透過性容器内の圧力は、２２℃で大気圧の約８０％又はそれ未満まで低下させる（典型的に８０〜１１０ｋＰａ）。いくらかの態様では、２２℃の空気不透過性容器内の圧力を大気圧の６５％以下にし、また他の態様では大気圧の３０％以下にし、また更に他の態様では大気圧の１０％以下にする。従っていくらかの態様では、空気不透過性容器内の圧力を約８０ｋＰａ又はそれ未満にし、また他の態様では約１０ｋＰａ又はそれ未満にし、また更に他の態様では約４ｋＰａ又はそれ未満にし、また更に他の態様では約２ｋＰａ又はそれ未満にする。場合によっては、空気不透過性容器の圧力を約１ｋＰａ又はそれ未満まで低下させることが望ましい。

以下の例は本発明を更に説明するが、当然に本発明の範囲を限定するものではない。

この例は、本発明の真空断熱パネルの態様及びその製造方法を例示するものである。

金属酸化物含有組成物を圧力下で圧縮し、乾燥させて、図１で示すような金属酸化物含有成形体１１を製造する。その後、金属酸化物含有成形体１１を、湿分の通過を遅らせるフィルム１２で包む。金属酸化物含有成形体１１は、高さが２５ｍｍ、長さが１８０ｍｍ、幅が３６０ｍｍである。３つの他のそのような金属酸化物含有成形体を同様な様式で製造する。４つの金属酸化物含有成形体１１のそれぞれのフィルム１２を破り、それによって図２に示すように、それぞれのフィルム１２に開口１３を提供する。４つの金属酸化物含有成形体１１を、導入口１５を通して、空気不透過性容器１４内に配置する。フィルム１２を破り４つの金属酸化物含有成形体１１を、空気不透過性容器１４に配置した後で、空気不透過性容器内の圧力を低下させて、大気圧の約８０％又はそれ未満（特に約８０ｋＰａ又はそれ未満）にし、それによって空気不透過性容器１４内を減圧にする。その後、空気不透過性容器１４を密封し、それによって図３に示すように、真空断熱パネル１６を作る。従って、この例は、高さが２５ｍｍ、長さが７２０ｍｍ、幅が３６０ｍｍである本発明の真空断熱パネル及びその製造方法を説明している。

好ましい態様に重点を、置いて本発明を説明してきたが、ここで特に説明した態様以外にも、様々な他の好ましい態様を実施できることが当業者に明らかである。従って本発明は、特許請求の範囲で示される本発明の範囲及び本質の範囲で、多くの異なる態様を包含している。

Claims (27)

1. （ａ）湿分の通過を遅らせるフィルムにそれぞれ包まれた複数の金属酸化物含有成形体を提供すること、ここで前記金属酸化物含有成形体は、大気と平衡のときに含有する水の量よりも少ない量の水を含有しており、
   （ｂ）前記フィルムを破ること、及び前記金属酸化物含有成形体を大気圧の空気不透過性容器内に配置すること、
   （ｃ）前記空気不透過性容器内の圧力を低下させること、及び
   （ｄ）前記空気不透過性容器を密封して、真空断熱パネルを作ること、
   を含む、真空断熱パネルの製造方法。
2. 前記金属酸化物含有成形体を前記空気不透過性容器内に配置する前に、前記フィルムを破る、請求項１に記載の方法。
3. 前記フィルムを破る前に、前記金属酸化物含有成形体を前記空気不透過性容器内に配置する、請求項１に記載の方法。
4. 前記空気不透過性容器を密封する前に、前記フィルムを、前記金属酸化物含有成形体から除去する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記金属酸化物がシリカである、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記金属酸化物含有成形体がフュームドシリカを含有する、請求項５に記載の方法。
7. 前記金属酸化物含有成形体がシリカゲルを含有する、請求項５に記載の方法。
8. 前記金属酸化物含有成形体がシリカエアロゲルを含有する、請求項５に記載の方法。
9. 前記金属酸化物含有成形体が沈降シリカを含有する、請求項５に記載の方法。
10. 前記金属酸化物含有成形体が不透明化剤を含有する、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記フィルムが、ポリオレフィン、ポリビニルクロリド、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される材料を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記容器が、ポリオレフィン、ポリビニルクロリド、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される材料を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記容器が金属化されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記成形体が、高さが約１ｍｍ〜約１００ｍｍ、幅が約１ｍｍ〜約１，０００ｍｍ、長さが約１ｍｍ〜約５００ｍｍの成形体である、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 複数の前記金属酸化物含有成形体が実質的に同じ寸法である、請求項１４に記載の方法。
16. ２２℃での前記容器の圧力を、工程（ｃ）において、大気圧の約８０％又はそれ未満まで低下させる、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
17. ２２℃での前記容器の圧力を、工程（ｃ）において、約８０ｋＰａ又はそれ未満まで低下させる、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
18. ２２℃での前記容器の圧力を、工程（ｃ）において、約１０ｋＰａ又はそれ未満まで低下させる、請求項１７に記載の方法。
19. ２２℃での前記容器の圧力を、工程（ｃ）において、約４ｋＰａ又はそれ未満まで低下させる、請求項１８に記載の方法。
20. 前記工程（ａ）が、
    （ｉ）金属酸化物含有組成物を提供すること、
    （ｉｉ）前記金属酸化物含有組成物を圧縮して、前記金属酸化物含有成形体を作ること、
    （ｉｉｉ）前記金属酸化物含有成形体中の水の量を減少させること、及び
    （ｉｖ）前記成形体を前記フィルムで包むこと、
    を含む、請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
21. 空気不透過性容器とこの空気不透過性容器内に配置された複数の金属酸化物含有成形体とを含む真空断熱パネルであって、前記金属酸化物含有成形体が、大気と平衡のときに含有する水の量よりも少ない量の水を含有する、真空断熱パネル。
22. 前記金属酸化物含有成形体が、破れた湿分の通過を遅らせるフィルムで包まれている、請求項２１に記載の真空断熱パネル。
23. 前記容器が、ポリオレフィン、ポリビニルクロリド、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される材料を含む、請求項２１又は２２に記載の真空断熱パネル。
24. 前記容器が金属化されている、請求項２１〜２３のいずれかに記載の真空断熱パネル。
25. 前記成形体が、高さが約１ｍｍ〜約１００ｍｍ、幅が約１ｍｍ〜約１，０００ｍｍ、長さが約１ｍｍ〜約５００ｍｍの成形体である、請求項２１〜２４のいずれかに記載の真空断熱パネル。
26. 前記金属酸化物がシリカである、請求項２１〜２５のいずれかに記載の真空断熱パネル。
27. ２２℃での前記容器内の圧力が約８０ｋＰａ又はそれ未満である、請求項２１〜２６のいずれかに記載の真空断熱パネル。

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