JP2013189996A - 真空断熱パネルおよび断熱箱体 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で薄く、かつ断熱性に優れた真空断熱パネルを提供する。
【解決手段】真空断熱パネル１００は、対向配置された一対の側板１０１、１０２とこれら側板１０１、１０２の周縁部を閉じる枠材１０４、１０６とを用いて形成された密閉空間１２０と、この密閉空間１２０を真空引きするための排気管１１９とを有している。また、密閉空間１２０内に、一対の側板１０１、１０２と略平行に配置された内板１１０と、少なくとも一方の側板１０１、１０２の内側面に当接することにより、密閉空間１２０の内外の気圧差によって一対の側板１０１、１０２が変形することを抑制するために、内板１１０に設けられた複数の突起部１１２とを有している。少なくとも一方の側板１０１、１０２は、ガラスで形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、中空パネルの内部空間を真空引きした真空断熱パネルと、この真空断熱パネルを用いて構成される断熱箱体とに関するものである。

断熱パネルは、冷蔵庫、保冷容器等の筐体や、航空輸送用コンテナの壁材等に使用されている。従来より、断熱パネルとして、一対の側板の間に発泡ウレタンや発泡ポリスチレン等の断熱材を埋設したものが知られている。しかし、これらの断熱材を用いて断熱パネルを作製する場合、十分な断熱性を得るためには、非常に厚い断熱材が必要になる。

また、中空パネルの内部空間を真空引きすることによって、この中空パネルの断熱性を向上させる技術が、従来より知られている。このような断熱パネルは、真空断熱パネルと呼ばれている。真空断熱パネルによれば、断熱材を使用しただけの場合と比較して、断熱性を向上させることができる。しかし、真空断熱パネルでは、内部空間の気圧と大気圧との差によって側板が変形して、側板どうしが接触し、側板間で直接熱が伝導するようになってしまうおそれがある。このため、真空断熱パネルには、こうした変形を抑えるための補強手段を設けることが望ましい。

例えば、特許文献１の技術では、凹凸を有する鋼板を積層することによって、真空断熱パネルの変形を抑制している。

特開２００５−１１４０２８号公報（段落〔００１５〕の欄、図１等）

しかしながら、特許文献１の技術は、複数枚の鋼板を使用するため、真空断熱パネルの重量が大きくなるという欠点がある。

また、これらの鋼板を介して２枚の側板の間で熱が伝導するようになるので、真空断熱パネルの断熱性を悪化させるという欠点がある。

さらには、このような鋼板を積層したので、真空断熱パネルを十分に薄くすることができないという欠点もある。例えば、このような真空断熱パネルを用いて輸送用コンテナを作製する場合が考えられるが、輸送用コンテナでは外形寸法が予め規定されている場合が多い。そのため、真空断熱パネルが厚いほど内部容積が小さくなってしまい、積載容量が減ってしまう。

本発明は、このような事情に鑑み、軽量で薄く、かつ断熱性に優れた真空断熱パネルを提供することを第１の目的とする。また、このような真空断熱パネルを用いた断熱箱体を提供することを第２の目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、対向配置された一対の側板とこれら側板の周縁部を閉じる枠材とを用いて形成された密閉空間と、この密閉空間を真空引きするための排気管と、前記密閉空間内に、前記一対の側板と略平行に配置された内板と、少なくとも一方の前記側板の内側面に当接することにより、前記密閉空間の内外の気圧差によって前記一対の側板が変形することを抑制するために、前記内板に設けられた複数の突起部とを有する真空断熱パネルであって、少なくとも一方の前記側板は、ガラスで形成されている真空断熱パネルとしたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記突起部は、前記内板に設けられた貫通孔に挿通された状態で配置され、両端部分がそれぞれ前記一対の側板の各内側面に当接していることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、前記枠材の少なくとも一部は、ガラスで形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の構成に加え、前記突起部は、前記側板にそれぞれ当接する各先端部分が略円錐形であることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成に加え、前記突起部には、当該突起部を前記内板に固定する固定手段が設けられていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の構成に加え、前記突起部は、ガラスまたはセラミックで形成されていることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の真空断熱パネルを用いて構成されている断熱箱体としたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、真空断熱パネルが、対向配置された一対の側板とこれら側板の周縁部を閉じる枠材とを用いて形成された密閉空間と、この密閉空間を真空引きするための排気管と、密閉空間内に、一対の側板と略平行に配置された内板と、少なくとも一方の側板の内側面に当接することにより、密閉空間の内外の気圧差によって一対の側板が変形することを抑制するために、内板に設けられた複数の突起部とを有しているので、軽量で薄く、かつ断熱性に優れた真空断熱パネルを提供することができる。

しかも、少なくとも一方の側板がガラス、つまり、ステンレス等の金属に比べて熱伝導率の低い材料で形成されているので、この側板自体の断熱性をも高めることができる。その結果、真空断熱パネル全体の断熱性を一層向上させることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、枠材の少なくとも一部がガラスで形成されているので、この枠材自体の断熱性をも高めることができる。その結果、真空断熱パネル全体の断熱性を一層向上させることが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、突起部と側板との接触面積が小さくなるので、突起部と側板との間の熱伝導が抑制される。したがって、突起部を介して２枚の側板間で熱が伝導しにくくなり、真空断熱パネルの断熱性がますます向上する。

請求項５に記載の発明によれば、固定手段によって突起部が内板に固定されるので、真空断熱パネルが振動を受けるような用途に用いられる場合であっても、突起部による側板の変形抑制機能を長期にわたって維持することが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、突起部がガラスまたはセラミックで形成されているので、この突起部自体の断熱性をも高めることができる。その結果、真空断熱パネル全体の断熱性を一層向上させることが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、上述した効果を奏する真空断熱パネルを用いた断熱箱体を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る真空断熱パネルを示す斜視図である。 同実施の形態１に係る真空断熱パネルを示す拡大断面図である。 同実施の形態１に係る真空断熱パネルの突起部の取付状態を示す断面図である。 同実施の形態１に係る真空断熱パネルの突起部の取付方法を示す斜視図である。 同実施の形態１に係る真空断熱パネルを用いて作製された収容箱を示す斜視図である。 同実施の形態１に係る真空断熱パネルを用いて作製された血液輸送箱を示す図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１乃至図６には、本発明の実施の形態１を示す。

実施の形態１に係る真空断熱パネル１００では、図１および図２に示すように、一対の長方形平板状の側板１０１、１０２が、互いに向き合うように配置されている。また、側板１０１、１０２の間には、長方形平板状の内板１１０が配置されている。さらに、側板１０１、１０２の各辺に沿って、４つの枠材１０３〜１０６が配置されており、側板１０１、１０２および枠材１０３〜１０６はそれぞれ互いに溶接によって密着固定されている。これにより、側板１０１、１０２と枠材１０３〜１０６とによる密閉空間１２０が形成されている。この密閉空間１２０は、排気管１１９を用いて、１０^-2Ｐａ〜１０^-1Ｐａの真空状態（中真空または高真空）に真空引きされる。

以下、真空断熱パネル１００の構成について、詳細に説明する。

側板１０１、１０２は、いずれも強化ガラスなどのガラスで形成されている。側板１０１、１０２の寸法は、幅５５０ｍｍ、長さ７００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍとした。また、側板１０１、１０２の内面には、凸部１０７が形成されており、この凸部１０７は枠材１０３に当接している。

３つの枠材１０３、１０４、１０５はいずれも、図２に示すように、厚さ０．５ｍｍの強化ガラスなどのガラスでＵ字断面の溝状に形成されている。また、枠材１０６は、厚さ０．２ｍｍのステンレスで段付きＵ字断面の溝状に形成されている。

内板１１０は、アルミニウム、ステンレス等の金属で形成されている。内板１１０の寸法は、幅５００ｍｍ、長さ６５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍとした。断熱性を高めるため、内板１１０は、枠材１０３〜１０６と接触しないように配置されている。

内板１１０には、多数の円形の貫通孔１１１が設けられている。貫通孔１１１の直径は、例えば６ｍｍである。この貫通孔１１１には、突起部１１２が挿通される。この突起部１１２は、図３に示すように、小径の円柱部１１２ａ（例えば高さ２ｍｍ、直径６ｍｍ）と大径の円柱部１１２ｂ（例えば高さ１ｍｍ、直径８ｍｍ）とが、一方の端面同士を接するように一体に形成されている。さらに、小径の円柱部１１２ａの他方の端面には小径で略円錐形の先端部１１２ｃ（例えば高さ３ｍｍ、直径６ｍｍ）が、大径の円柱部１１２ｃの他方の端面には大径で略円錐形の先端部１１２ｄ（例えば高さ４ｍｍ、直径８ｍｍ）が、それぞれ一体に形成されている。本実施形態では、これらの突起部１１２は、小径の円柱部１１２ａおよび先端部１１２ｃを貫通孔１１１に挿通することにより、内板１１０に保持される。

さらに、各突起部１１２には、図２および図３に示すように、それぞれ輪状のサークリップ１１４が固定手段の一例として取り付けられており、このサークリップ１１４により、突起部１１２が内板１１０に固定された状態となっている。このサークリップ１１４を用いて突起部１１２を内板１１０に固定するには、まず、図４に一点鎖線で示すように、内板１１０の貫通孔１１１の下方に突起部１１２を位置決めし、この突起部１１２を上昇させて貫通孔１１１に下側から通した後、内板１１０から上方に突出した突起部１１２の円柱部１１２ａに対して、その上方からサークリップ１１４を嵌着する。すると、サークリップ１１４は、図３に示すように、突起部１１２の円柱部１１２ａと内板１１０の上面１１０ａの双方に係止され、突起部１１２が内板１１０の貫通孔１１１から脱落しないように固定された状態となる。

そして、密閉空間１２０内では、突起部１１２の一方の先端部１１２ｃが、側板１０２の内側面に当接して側板１０２を支えるとともに、突起部１１２の他方の先端部１１２ｄが、側板１０１の内側面に当接して側板１０１を支えている。

この突起部１１２は、ガラスまたはセラミックで形成されている。ここで、例えば、ステンレスの熱伝導率は約１８Ｗ／ｍＫ（Ｗはワット、ｍはメートル、Ｋはケルビン）であるのに対して、ガラスの熱伝導率は約０．７Ｗ／ｍＫであり、セラミックの熱伝導率は約０．６Ｗ／ｍＫである。

排気管１１９は、密閉空間１２０を真空引きするために使用される。排気管１１９の種類等は限定されないが、密閉空間１２０内を長期間にわたって真空状態（例えば、高真空）に維持できるような処理が施されることが望ましい。例えば、排気管１１９を二重パイプ構造とし、外側パイプとして直径約１０ｍｍ、長さ約１ｍｍのステンレス・パイプを使用し、内側パイプとして銅パイプを使用することもできる。そして、真空引き後にプレス加工して排気管１１９を高圧着し、さらに、排気管１１９の外側先端を溶接した。これにより、密閉空間１２０の内部への大気ガスの侵入を防止することができて、密閉空間１２０が例えば高真空に維持される。

図５は、本実施形態の真空断熱パネル１００を用いて作製された断熱箱体の一例としての収容箱を示す斜視図である。

この収容箱２００は、図５に示すように、略正六面体の形状を有しており、６枚の真空断熱パネル１００を用いて作製される。なお、図５では、３枚の真空断熱パネル１００−１〜１００−３のみを示した。

枠体２０１としては、例えば、硬質発泡樹脂が使用される。この枠体２０１は、図５に示すように、隣接する２枚の真空断熱パネル１００の端部及びその近傍をそれぞれ覆うようにして、これら２枚の真空断熱パネル１００を平面が直角になるように固定する。これにより、６枚の真空断熱パネル１００の各辺を隣接する他の真空断熱パネル１００に固定して、密閉状態の収容箱２００を作製することができる。

なお、収容箱２００に貨物を収容する場合や、収容箱２００から貨物を取り出す場合には、枠体２０１を上方向に引き抜いて真空断熱パネル１００−１を取り外せばよい。

図６は、本実施形態の真空断熱パネル１００を用いて作製された断熱箱体の一例としての血液輸送箱を示す図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。

この血液輸送箱３００は、図６に示すように、略直方体の箱本体３０１を有しており、箱本体３０１の上側には略直方体の蓋体３０２がヒンジ（図示せず）を介して開閉自在に取り付けられている。

箱本体３０１は、真空断熱パネル１００を所定の形状（略直方体）に形成し、この真空断熱パネル１００の表裏両面に樹脂３０３を貼り合わせ、真空断熱パネル１００の枠材１０３の外周部にゴム製のパッキン３０４を取り付けた構造を有している。

蓋体３０２は、真空断熱パネル１００を所定の形状（略直方体）に形成し、この真空断熱パネル１００の表裏両面に樹脂３０５を貼り合わせ、真空断熱パネル１００の枠材１０３の外周部にゴム製のパッキン３０６を取り付け、さらに、上面に取っ手３０７を取り付けた構造を有している。

箱本体３０１と蓋体３０２との間には、ロック装置３０８が取り付けられており、このロック装置３０８により、蓋体３０２を箱本体３０１にロックすることができるように構成されている。

したがって、この血液輸送箱３００は、その内部収容空間３０９が真空断熱パネル１００によって包囲されて高い断熱性を発現するため、血液バッグ等をその温度のまま輸送することができる。

以下、本実施形態に係る真空断熱パネル１００の原理について説明する。

本実施形態に係る真空断熱パネル１００を使用する場合、密閉空間１２０内を例えば高真空（中真空または低真空でもよい）に設定する。このため、密閉空間１２０内の空気対流による熱伝導（側板１０１、１０２間の熱伝導）を非常に少なくすることができるので、十分に高い断熱性を得ることができる。

その一方で、密閉空間１２０内を高真空にすると、この密閉空間１２０の負圧によって、側板１０１、１０２が内側に変形しようとする。こうした変形を抑制する方法としては、強度の高い側板を使用する方法や内板を使用する方法が考えられる。しかしながら、この変形を抑制するために強度の高い側板を使用する場合、この側板の板厚を厚くする必要が生じるので、真空断熱パネル１００の総重量が大きくなってしまう。また、特許文献１のような補強手段を使用する場合も、内板１１０自体の重量が大きいため、真空断熱パネル１００の総重量が大きくなってしまう。

これに対して、本実施形態では、内板１１０に複数の貫通孔１１１を設けて、各貫通孔１１１にそれぞれ突起部１１２を挿通し、これらの突起部１１２の両端を側板１０１、１０２に当接させて支持させることとした。さらに、側板１０１、１０２は、凸部１０７が枠材１０３に当接して支持されている。このため、内板１１０を非常に薄く形成しても、側板１０１、１０２に対して十分な補強を行うことができる。したがって、真空断熱パネル１００を軽量化しつつ十分な強度を得ることができる。

本発明者の検討結果によれば、密閉空間１２０内が高真空の場合であっても、このような突起部１１２を使用するだけで十分な強度を得ることができた。

しかも、２枚の側板１０１、１０２は、上述したとおり、ガラス、つまり、ステンレス等の金属に比べて熱伝導率の低い材料で形成されているので、この側板１０１、１０２自体の断熱性をも高めることができる。その結果、真空断熱パネル１００全体の断熱性を一層向上させることが可能となる。

また、３つの枠材１０３、１０４、１０５は、上述したとおり、ガラス、つまり、ステンレス等の金属に比べて熱伝導率の低い材料で形成されているので、これらの枠材１０３、１０４、１０５自体の断熱性をも高めることができる。その結果、真空断熱パネル１００全体の断熱性を一層向上させることが可能となる。

さらに、突起部１１２は、上述したとおり、先端部１１２ｃ、１１２ｄがいずれも略円錐形となっているので、突起部１１２と側板１０１、１０２との接触面積、つまり熱流面積が小さくなる。その結果、突起部１１２と側板１０１、１０２との間の熱伝導が抑制され、突起部１１２を介して２枚の側板１０１、１０２間で熱が伝導しにくくなる。この点でも、真空断熱パネル１００は高い断熱性を発現する。

例えば、本発明者の検討結果によれば、この真空断熱パネル１００は、発泡ウレタン等の一般の断熱材（熱伝導率が０．０３８Ｗ／ｍＫであると想定）に比べて、約５４０倍の断熱性を得ることができた。すなわち、側板１０１、１０２の寸法を幅８３６ｍｍ、長さ８３６ｍｍとし、４９個の突起部１１２を７行７列の等ピッチで配置し、各突起部１１２が直径１ｍｍの円で側板１０１、１０２と接触していると仮定する。この場合、側板１０１、１０２の面積が６９８８９６ｍｍ² となり、また、各突起部１１２と側板１０１、１０２との接触面積が０．７８ｍｍ² となる。そのため、ガラスの熱伝導率を１．３Ｗ／ｍＫとすると、真空断熱パネル１００の熱伝導率は、０．００００７１Ｗ／ｍＫとなり、一般の断熱材の熱伝導率０．０３８Ｗ／ｍＫの概ね１／５４０の値となる結果が得られた。

また、各突起部１１２は、上述したとおり、ガラスまたはセラミック、つまり、ステンレス等の金属に比べて熱伝導率の低い材料で形成されているので、この突起部１１２自体の断熱性をも高めることができる。その結果、真空断熱パネル１００全体の断熱性を一層向上させることが可能となる。

このように、本実施形態の真空断熱パネル１００は、密閉空間１２０内を真空状態（高真空、中真空または低真空）にし、かつ、２枚の側板１０１、１０２、３つの枠材１０３、１０４、１０５および各突起部１１２を熱伝導率の低い材料で形成した。このため、真空断熱パネル１００を非常に薄くしても、十分に高い断熱性を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、断熱性の高い真空断熱パネル１００を非常に薄く形成することができる。本実施形態の真空断熱パネル１００では、厚さは１１ｍｍ、両側板１０１、１０２間の熱伝導率は０．０００３０Ｗ／ｍＫであった。これに対して、発泡ウレタンを用いた断熱パネルの熱伝導率は、０．０２Ｗ／ｍＫ程度である。

以上説明したように、本実施形態によれば、軽量で薄く、かつ断熱性に優れた真空断熱パネルを提供することができる。

しかも、真空断熱パネル１００は、２枚の側板１０１、１０２および３つの枠材１０３、１０４、１０５などの主要部品がガラス製であることから、主要部品がステンレス製である場合に比べて、油分を除去するための熱処理（ベーキング）コストを削減することができる。すなわち、油分を除去するためには、ステンレスの場合、約３００°の高温で熱処理する必要があるのに対して、ガラスの場合、約１００°の低温で熱処理すれば十分であり、この熱処理温度の違いから、油分を除去するための熱処理コストを削減することが可能となる。

また、真空断熱パネル１００は、上述したとおり、サークリップ１１４によって突起部１１２が内板１１０に固定されている。したがって、この真空断熱パネル１００が振動を受けるような用途に用いられる場合であっても、突起部１１２が内板１１０から脱落することはなく、突起部１１２による側板１０１、１０２の変形抑制機能を長期にわたって維持することが可能となる。

さらに、真空断熱パネル１００は、真空の密閉空間１２０を断熱層として利用するものであるため、発泡ウレタンや発泡ポリスチレン等の断熱材を用いた従来の断熱パネルに比べて、耐久性およびリサイクル性にも優れている。
［発明のその他の実施の形態］

なお、上述した実施の形態１では、２枚の側板１０１、１０２の両方がガラスで形成された真空断熱パネル１００について説明した。しかし、真空断熱パネル１００に要求される断熱性の程度などの条件によっては、２枚の側板１０１、１０２のいずれか一方のみをガラスで形成することも可能である。

また、上述した実施の形態１では、３つの枠材１０３、１０４、１０５がガラスで形成された真空断熱パネル１００について説明した。しかし、これらの枠材１０３、１０４、１０５の全部または一部をガラス以外の材料（例えば、ステンレスなどの金属）で形成してもよい。

また、上述した実施の形態１では、長方形平板状の側板１０１、１０２を有する真空断熱パネル１００について説明した。しかし、側板１０１、１０２の形状は、長方形平板状に限るわけではなく、例えば、正方形平板状や円形平板状に形成することも可能である。

また、上述した実施の形態１では、突起部１１２を内板１１０に固定する固定手段としてサークリップ１１４を用いる場合について説明した。しかし、突起部１１２を内板１１０に固定することができるものであれば、サークリップ１１４以外の固定手段を代用または併用することもできる。

また、上述した実施の形態１では、断熱箱体が収容箱２００、血液輸送箱３００である場合について説明した。しかし、収容箱２００、血液輸送箱３００以外の断熱箱体（例えば、輸送用コンテナ、保存容器、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、建築物の壁材、溶鉱炉の遮熱板その他）に本発明を同様に適用することも可能である。

また、側板１０１、１０２、内板１１０および突起部１１２の寸法は、上述したものに限るわけではない。

さらに、突起部１１２の個数は、上述したものに限るわけではない。

本発明の真空断熱パネルは、収容箱や血液輸送箱のほか、例えば、輸送用コンテナ、保存容器、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、建築物の壁材、溶鉱炉の遮熱板など各種の用途の断熱材に使用することができる。

１００……真空断熱パネル
１０１、１０２……側板
１０３〜１０６……枠材
１１０……内板
１１１……貫通孔
１１２……突起部
１１２ａ……小径の円柱部
１１２ｂ……大径の円柱部
１１２ｃ、１１２ｄ……先端部
１１４……サークリップ（固定手段）
１１９……排気管
１２０……密閉空間
２００……収容箱（断熱箱体）
３００……血液輸送箱（断熱箱体）

Claims (7)

1. 対向配置された一対の側板とこれら側板の周縁部を閉じる枠材とを用いて形成された密閉空間と、この密閉空間を真空引きするための排気管と、前記密閉空間内に、前記一対の側板と略平行に配置された内板と、少なくとも一方の前記側板の内側面に当接することにより、前記密閉空間の内外の気圧差によって前記一対の側板が変形することを抑制するために、前記内板に設けられた複数の突起部とを有する真空断熱パネルであって、
   少なくとも一方の前記側板は、ガラスで形成されていることを特徴とする真空断熱パネル。
2. 前記突起部は、前記内板に設けられた貫通孔に挿通された状態で配置され、両端部分がそれぞれ前記一対の側板の各内側面に当接していることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱パネル。
3. 前記枠材の少なくとも一部は、ガラスで形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空断熱パネル。
4. 前記突起部は、前記側板にそれぞれ当接する各先端部分が略円錐形であることを特徴とする請求項２または３に記載の真空断熱パネル。
5. 前記突起部には、当該突起部を前記内板に固定する固定手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の真空断熱パネル。
6. 前記突起部は、ガラスまたはセラミックで形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の真空断熱パネル。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の真空断熱パネルを用いて構成されていることを特徴とする断熱箱体。

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