JP2014202303A - 真空断熱材及び断熱容器 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な温度環境下において断熱性能を良好なものとすることができる真空断熱材及び断熱容器を提供すること。
【解決手段】略平板状の芯材１１と、芯材１１を被包する外被材１２とを備え、外被材１２の内部を減圧することにより形成された真空断熱材１０において、芯材１１は、無機材料からなる繊維状構造体の集合物である繊維状構造層１１１と、粘土鉱物からなる粉体状構造体の集合物である粉体状構造層１１２とを少なくとも積層して構成されたものである。また、本発明の断熱容器は、真空断熱材１０が、繊維状構造層１１１が低温側、かつ粉体状構造層１１２が高温側となる態様で配設されることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空断熱材及びこれを備えた断熱容器に関するものである。

従来、真空断熱材（ＶＩＰ：Vacuum Insulation Panel）は、芯材を外被材で覆いその内部を減圧することにより形成されるもので、外縁部に外被材のみで構成されるヒレ部分を有している。

かかる真空断熱材においては、芯材は、無機繊維を平板状にさせて構成されたもの、あるいは粉体を固形化して平板状にさせて構成されたものであった。無機繊維を平板状にさせて構成された芯材では、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、炭化ケイ素繊維等が用いられており、粉末を固形化して平板状にさせて構成された芯材では、シリカ、パーライト、カーボンブラック等の無機粉末が用いられていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３６７４９号公報

ところが、上述した真空断熱材では、芯材が無機繊維を平板状にさせて構成されたものである場合、例えば５０℃以上の高温環境下で用いられると、外被材で用いられているフィルムの分解ガスや内部に進入したガスにより、繊維間の隙間での気体（ガス）分子の運動により熱伝導率が増大してしまい、劣化してしまう虞れがあった。

また、芯材が粉末を固形化して平板状にさせて構成された真空断熱材では、無機粉体の有する吸着機能により高温環境下で用いられても劣化しにくい特性を有するが、無機粉体の密度が高いために、低温環境下で用いられる場合には、無機繊維を平板状にさせて構成されたものに比べて熱伝導率が高くなり劣る傾向がある。

従って、上述した真空断熱材では、一方が高温で他方が低温となるような両者の温度差が大きい環境下においては、良好な断熱性能を有することが困難であった。

本発明は、上記実情に鑑みて、様々な温度環境下において断熱性能を良好なものとすることができる真空断熱材及び断熱容器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る真空断熱材は、略平板状の芯材と、前記芯材を被包する外被材とを備え、前記外被材の内部を減圧することにより形成された真空断熱材において、前記芯材は、無機材料からなる繊維状構造体の集合物である繊維状構造層と、粘土鉱物からなる粉体状構造体の集合物である粉体状構造層とを少なくとも積層して構成されたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る真空断熱材は、略平板状の芯材と、前記芯材を被包する外被材とを備え、前記外被材の内部を減圧することにより形成された真空断熱材において、前記芯材は、無機材料からなり、かつ中空部が形成された繊維状構造体の集合物であることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る真空断熱材は、上述した請求項１において、前記繊維状構造体は、中空部が形成されたことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る真空断熱材は、上述した請求項２又は請求項３において、前記繊維状構造体は、その横断面積における前記中空部の面積の割合が２０〜６０％であることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る断熱容器は、請求項１、３又は４に記載の真空断熱材が適宜配設されることによって構成された断熱容器において、前記真空断熱材は、前記繊維状構造層が低温側、かつ前記粉体状構造層が高温側となる態様で配設されたことを特徴とする。

本発明によれば、芯材が、無機材料からなる繊維状構造体の集合物である繊維状構造層と、粘土鉱物からなる粉体状構造体の集合物である粉体状構造層とを少なくとも積層して構成されているので、低温環境下においては繊維状構造層により熱伝導率を低下させることが可能である一方、高温環境下においては粉体状構造層により熱伝導率を低下させることが可能である。また、繊維状構造層と粉体状構造層との間における繊維状構造体と粉体状構造体との接触抵抗を増大させることができる。しかも、粉体状構造層を粘土鉱物からなる粉体状構造体から形成してあるので、高温環境下において外被材の分解ガスや内部に進入したガスを良好に吸着することにより繊維状構造体間の隙間での気体（ガス）分子の運動を抑制することができ、これにより、高温環境下においての熱伝導率を更に低下させることができる。従って、様々な温度環境下において断熱性能を良好なものとすることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、繊維状構造層が低温側、かつ粉体状構造層が高温側となる態様で真空断熱材が配設されることにより、低温環境下において優れた断熱特性を有する繊維状構造層を低温側にし、かつ高温環境下において優れた断熱特性を有する粉体状構造層を高温側に配置することができ、断熱効果をより向上させることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１である真空断熱材の横断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１である真空断熱材と、比較例１として繊維状構造体のみで芯材が構成された真空断熱材と、比較例２として粉体状構造体のみで芯材が構成された真空断熱材との各平均温度における熱伝導率を示す図表である。 図３は、本発明の実施の形態１である真空断熱材が適用された自動販売機を概念的に示す概念図である。 図４は、図３に示した自動販売機の自動販売機本体及び商品収容室の構成を示す概念図である。 図５は、図３に示した自動販売機本体の内部における１つの商品収容庫の内部構造を示す断面側面図である。 図６は、図１に示した真空断熱材を断熱仕切板に適用した場合を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態２である真空断熱材の横断面図である。 図８は、繊維状構造体の横断面積における中空部の面積の割合である中空率と熱伝導率との関係を示す図表である。 図９は、本発明の実施の形態３である真空断熱材の横断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る真空断熱材及び断熱容器の好適な実施の形態について詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１である真空断熱材の横断面図である。ここで例示する真空断熱材１０は、略平板状の形態を成す芯材１１を例えばフィルムからなる外被材１２にて被包して脱気密封した矩形状のものである。かかる真空断熱材１０においては、製造工程の特性上、外縁部にヒレ部分１２１が形成されている。

上記真空断熱材１０を構成する芯材１１は、繊維状構造層１１１と粉体状構造層１１２とを積層した２層構造となっている。繊維状構造層１１１は、例えばグラスファイバー等の無機材料からなる繊維状構造体の集合物である。粉体状構造層１１２は、例えばタルク、ゼオライト、カオリナイト等の粘土鉱物（層状珪酸塩鉱物）のような層状結晶構造を有するものを粉体状にした粉体状構造体の集合物であり、より詳細には、粉体状構造体を焼結等によりボード化させたものである。

かかる構成を有する真空断熱材１０では、芯材１１を繊維状構造層１１１と粉体状構造層１１２との２層構造としているので、低温環境下においては繊維状構造層１１１により熱伝導率を低下させることが可能である一方、高温環境下においては粉体状構造層１１２により熱伝導率を低下させることが可能である。

そして、真空断熱材１０が用いられる温度環境下に応じて繊維状構造層１１１及び粉体状構造層１１２の厚みを変化させることが望ましい。すなわち、高温環境下で用いられる場合には、粉体状構造層１１２の厚みを繊維状構造層１１１に対して相対的に増大させる一方、低温環境下で用いられる場合には、繊維状構造層１１１の厚みを粉体状構造層１１２に対して相対的に増大させることが好ましい。

また、上記真空断熱材１０では、２層構造とすることで繊維状構造層１１１と粉体状構造層１１２との間における繊維状構造体と粉体状構造体との接触抵抗を増大させることができる。しかも、粉体状構造層１１２を層状結晶構造を有する粘土鉱物を粉体化させて形成してあるので、高温環境下において外被材１２で用いられているフィルムの分解ガスや内部に進入したガスを良好に吸着することにより繊維状構造体間の隙間での気体（ガス）分子の運動を抑制することができ、これにより、高温環境下においての熱伝導率を更に低下させることができる。

従って、本発明の実施の形態１である真空断熱材１０によれば、様々な温度環境下において断熱性能を良好なものとすることができる。

図２は、本発明の実施の形態１である真空断熱材と、比較例１として繊維状構造体のみで芯材が構成された真空断熱材と、比較例２として粉体状構造体のみで芯材が構成された真空断熱材との各平均温度における熱伝導率を示す図表である。

かかる図２においては、本発明の実施の形態１である真空断熱材１０をイとし、比較例１の真空断熱材をロとし、比較例２の真空断熱材をハとして示している。また、平均温度［℃］は、各真空断熱材の厚み方向の中央部分での温度を示している。

この図２から明らかなように、平均温度が２５〜６５℃程度の広範囲の温度環境下においては、実施の形態１である真空断熱材１０の熱伝導率が最も低く、断熱性能が良好であることが明らかである。

図３は、本発明の実施の形態１である真空断熱材が適用された自動販売機を概念的に示す概念図である。ここで例示する自動販売機は、例えば缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を冷却、若しくは加熱した状態で販売するもので、自動販売機本体４０、外扉６０及び内扉７０を備えている。

自動販売機本体４０は、図４に示すように、複数の金属板を適宜組み合わせることによって構成された自動販売機本体４０であり、前面が開口した箱状に構成されている。より具体的には、上壁４１、一対の側壁４２、底壁４３、背壁４４が接合されることによって自動販売機本体４０が構成されている。一対の側壁４２は、それぞれ底壁４３よりも下方に延在しており、互いの間に台座壁４５が接合されている。

自動販売機本体４０には、その内部に断熱構造の商品収容室５０が設けられている。本実施の形態では、図４に示すように、上壁４１、一対の側壁４２、底壁４３、背壁４４の内壁面にそれぞれ予め板状に成形した断熱ボード５１が配設されることにより、これら断熱ボード５１によって囲まれる空間に商品収容室５０が構成されている。そして、商品収容室５０に対して前方側より例えば２つの断熱仕切板５２が挿入されることで、自動販売機本体４０の内部に３つの独立した商品収容庫５３が左右に並んだ態様で設けられている。

図５は、図３に示した自動販売機本体の内部における１つの商品収容庫の内部構造を示す断面側面図である。この図５では、最も左側にある商品収容庫（以下、左庫ともいう）５３の内部構造について示すが、中央の商品収容庫（以下、中庫ともいう）５３及び右側の商品収容庫（以下、右庫ともいう）５３の内部構造も左庫５３と略同じような構成を有している。尚、本明細書における左側とは、自動販売機を正面側から見た場合の左方を示し、右側とは、自動販売機を正面側から見た場合の右方を示す。

左庫５３の内部には、搬出シュータ５４が設けられており、この搬出シュータ５４よりも下方となる領域（以下、「熱交換領域」ともいう）に温度調節ユニット５５が配設されている一方、搬出シュータ５４よりも上方となる領域（以下、「商品収納領域」ともいう）に商品収納ラック５８が配設されている。

搬出シュータ５４は、商品収納ラック５８から払い出された商品を内扉７０（下部内扉７０ａ）の商品搬出口７３に案内するためのプレート状部材であり、前方側に向けて漸次下方に傾斜する態様で配設されている。この搬出シュータ５４には、熱交換領域と商品収納領域との間を連通させる通気孔が多数穿設してある。

温度調節ユニット５５は、左庫５３の内部雰囲気を所望の温度状態に維持するためのもので、蒸発器５５ａ、電熱ヒータ５５ｂ及び庫内送風ファン５５ｃを備えて構成されている。

蒸発器５５ａは、圧縮機５６１、凝縮器５６２及び膨張弁５６３と冷媒配管５７にて接続されて冷凍サイクルを構成するものであり、自身の流路を通過する冷媒が蒸発することで周囲空気を冷却するものである。ここで、圧縮機５６１、凝縮器５６２及び膨張弁５６３は、自動販売機本体４０の内部であって商品収容室５０の下方に区画された機械室４６に配設されている。

電熱ヒータ５５ｂは、蒸発器５５ａの前方域に配設されており、通電状態となることにより自身の周囲空気を加熱する加熱源である。庫内送風ファン５５ｃは、左庫（商品収容庫）５３の内部空気を循環させるための送風手段である。

このような温度調節ユニット５５においては、例えば冷凍サイクルを運転した状態で庫内送風ファン５５ｃを駆動すると、蒸発器５５ａにおいて冷却された空気が搬出シュータ５４の通気孔を通じて上方に送給されるため、商品収納ラック（商品収納領域）５８を低温状態に維持することができる。一方、電熱ヒータ５５ｂに通電した状態で庫内送風ファン５５ｃを駆動すると、電熱ヒータ５５ｂによって加熱された空気が搬出シュータ５４の通気孔を通じて上方に送給されるため、商品収納ラック（商品収納領域）５８を高温状態に維持することができる。

外扉６０は、自動販売機本体４０の前面開口を覆うためのもので、自動販売機本体４０の左側縁部に開閉移動可能に配設されている。外扉６０の前面には、商品を販売する際に必要となるディスプレイウィンドウ、商品選択ボタン、紙幣挿通口、硬貨投入口、返却レバー、金額表示器、硬貨返却口が設けられているとともに（いずれも図示せず）、商品取出口６１が設けられている。

また、この外扉６０には商品取出部６２が設けられている。商品取出部６２は、商品収容庫５３における商品収納ラック５８から払い出されて内扉７０の後述する商品搬出口７３を通過した商品を収容し、かつ商品取出口６１を通じて該商品を取出可能にするものである。

内扉７０は、商品収容庫５３（商品収容室５０）の前面を覆うための断熱扉で、外扉６０よりも内方となる位置において自動販売機本体４０の一側縁部に開閉可能に配設されている。この内扉７０は、上下に分割された構造を有しており、商品収容庫５３（商品収容室５０）の前面開口の下部側を覆う下部内扉７０ａと、商品収容庫５３（商品収容室５０）の前面開口の上部側を覆う上部内扉７０ｂとから構成されている。

下部内扉７０ａは、図３及び図５に示すように、各商品収容庫５３に対応した部位に商品搬出扉７４を備えた商品搬出口７３が形成されており、商品収納ラック５８から商品が搬出シュータ５４に払い出された場合に、商品搬出口７３を通じて商品を商品取出部６２に搬出することが可能である。

上部内扉７０ｂは、外扉６０の内方となる位置において自動販売機本体４０の一側縁部に開閉可能に配設されており、支持部材８０を介して外扉６０の裏面に取付支持されている。この上部内扉７０ｂは、外扉６０とともに開閉移動するものである。

上記自動販売機本体４０における各断熱ボード５１、断熱仕切板５２及び内扉７０により断熱容器が形成されており、断熱仕切板５２は、本発明の実施の形態１である真空断熱材１０により構成されている。より詳細には、右庫５３が商品を冷却する冷却庫として用いられ、かつ左庫５３及び中庫５３が商品を加熱する加熱庫として用いられる場合、中庫５３と右庫５３とを区画する断熱仕切板５２に上記真空断熱材１０が用いられている。この場合、真空断熱材１０は、図６に示すように、繊維状構造層１１１が右庫５３側、かつ粉体状構造層１１２が中庫５３側となる態様で、すなわち繊維状構造層１１１が低温側、かつ粉体状構造層１１２が高温側となる態様で配設されている。

このように真空断熱材１０が、繊維状構造層１１１が低温側、かつ粉体状構造層１１２が高温側となる態様で配設されることにより、低温環境下において優れた断熱特性を有する繊維状構造層１１１を低温側にし、かつ高温環境下において優れた断熱特性を有する粉体状構造層１１２を高温側に配置することができ、断熱効果をより向上させることができる。

＜実施の形態２＞
図７は、本発明の実施の形態２である真空断熱材の横断面図である。ここで例示する真空断熱材２０は、略平板状の形態を成す芯材２１を例えばフィルムからなる外被材２２にて被包して脱気密封した矩形状のものである。かかる真空断熱材２０においては、製造工程の特性上、外縁部にヒレ部分２２１が形成されている。

上記真空断熱材２０を構成する芯材２１は、例えばグラスファイバー等の無機材料からなる繊維状構造体２１１の集合物であり、該繊維状構造体２１１には、中空部２１２が形成されている。ここで、繊維状構造体２１１に形成される中空部２１２は、図７に示したように、繊維状構造体２１１の中心部分を貫通するように形成されたものであっても良いし、繊維状構造体２１１の長手方向に複数形成されたものであっても良い。

かかる構成を有する真空断熱材２０では、無機材料からなり、かつ中空部２１２が形成された繊維状構造体２１１の集合物を芯材２１とするので、繊維状構造体２１１に空孔を確保する結果、該繊維状構造体２１１の径方向における熱抵抗を増大させることができ、熱伝導率を低下させることができる。

従って、本発明の実施の形態２である真空断熱材２０によれば、様々な温度環境下において断熱性能を良好なものとすることができる。

また、上記芯材２１を構成する繊維状構造体２１１は、その横断面積における中空部２１２の面積の割合が２０〜６０％であることが好ましい。かかる範囲とすることにより、図８に示すように、熱伝導率の目標値Ａより０．５ｍＷ／ｍ・Ｋ以上低下させることができるとともに、中空部２１２が潰れてしまって熱伝導率を上昇させてしまうことを防止することができる。

＜実施の形態３＞
図９は、本発明の実施の形態３である真空断熱材の横断面図である。ここで例示する真空断熱材３０は、略平板状の形態を成す芯材３１を例えばフィルムからなる外被材３２にて被包して脱気密封した矩形状のものである。かかる真空断熱材３０においては、製造工程の特性上、外縁部にヒレ部分３２１が形成されている。

上記真空断熱材３０を構成する芯材３１は、繊維状構造層３１１と粉体状構造層３１２とを積層した２層構造となっている。繊維状構造層３１１は、例えばグラスファイバー等の無機材料からなる繊維状構造体３１３の集合物である。

繊維状構造層３１１を構成する繊維状構造体３１３には、中空部３１４が形成されている。ここで、繊維状構造体３１３に形成される中空部３１４は、図９に示したように、繊維状構造体３１３の中心部分を貫通するように形成されたものであっても良いし、繊維状構造体３１３の長手方向に複数形成されたものであっても良い。

また、上記繊維状構造層３１１を構成する繊維状構造体３１３は、その横断面積における中空部３１４の面積の割合が２０〜６０％であることが好ましい。

粉体状構造層３１２は、例えばタルク、ゼオライト、カオリナイト等の粘土鉱物（層状珪酸塩鉱物）のような層状結晶構造を有するものを粉体状にした粉体状構造体の集合物であり、より詳細には、粉体状構造体を焼結等によりボード化させたものである。

かかる構成を有する真空断熱材３０では、芯材３１を繊維状構造層３１１と粉体状構造層３１２との２層構造としているので、低温環境下においては繊維状構造層３１１により熱伝導率を低下させることが可能である一方、高温環境下においては粉体状構造層３１２により熱伝導率を低下させることが可能である。

そして、真空断熱材３０が用いられる温度環境下に応じて繊維状構造層３１１及び粉体状構造層３１２の厚みを変化させることが望ましい。すなわち、高温環境下で用いられる場合には、粉体状構造層３１２の厚みを繊維状構造層３１１に対して相対的に増大させる一方、低温環境下で用いられる場合には、繊維状構造層３１１の厚みを粉体状構造層３１２に対して相対的に増大させることが好ましい。

また、上記真空断熱材３０では、２層構造とすることで繊維状構造層３１１と粉体状構造層３１２との間における繊維状構造体３１３と粉体状構造体との接触抵抗を増大させることができる。しかも、粉体状構造層３１２を層状結晶構造を有する粘土鉱物を粉体化させて形成してあるので、高温環境下において外被材３２で用いられているフィルムの分解ガスや内部に進入したガスを良好に吸着することにより繊維状構造体３１３間の隙間での気体（ガス）分子の運動を抑制することができ、これにより、高温環境下においての熱伝導率を更に低下させることができる。

従って、本発明の実施の形態３である真空断熱材３０によれば、様々な温度環境下において断熱性能を良好なものとすることができる。

また、上記真空断熱材３０では、繊維状構造層３１１を構成する繊維状構造体３１３が、無機材料からなり、かつ中空部３１４が形成されているので、該繊維状構造体３１３の径方向における熱抵抗を増大させることができ、熱伝導率を低下させることができる。

更に、上記真空断熱材３０では、繊維状構造層３１１を構成する繊維状構造体３１３は、その横断面積における中空部３１４の面積の割合が２０〜６０％であるので、熱伝導率の目標値Ａより０．５ｍＷ／ｍ・Ｋ以上低下させることができるとともに、中空部３１４が潰れてしまって熱伝導率を上昇させてしまうことを防止することができる。

また更に、上記真空断熱材３０が、上述した実施の形態１と同様に、繊維状構造層３１１が低温側、かつ粉体状構造層３１２が高温側となる態様で配設されることが好ましい。これにより、低温環境下において優れた断熱特性を有する繊維状構造層３１１を低温側にし、かつ高温環境下において優れた断熱特性を有する粉体状構造層３１２を高温側に配置することができ、断熱効果をより向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態１〜３について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態１及び実施の形態３では、芯材３１が繊維状構造層３１１と粉体状構造層３１２とを積層した２層構造として説明したが、本発明においては、これら繊維状構造層３１１及び粉体状構造層３１２以外に必要に応じて他の層を積層して構成しても構わない。

上述した実施の形態１及び実施の形態３では、その適用例として自動販売機の断熱仕切板５２を示したが、本発明においては、自動販売機に限られず、例えば冷凍収容庫等を断熱容器として適用しても良い。

１０ 真空断熱材
１１ 芯材
１１１ 繊維状構造層
１１２ 粉体状構造層
１２ 外被材
１２１ ヒレ部分
２０ 真空断熱材
２１ 芯材
２１１ 繊維状構造体
２１２ 中空部
２２ 外被材
２２１ ヒレ部分
３０ 真空断熱材
３１ 芯材
３１１ 繊維状構造層
３１２ 粉体状構造層
３１３ 繊維状構造体
３１４ 中空部
３２ 外被材
３２１ ヒレ部分

Claims (5)

1. 略平板状の芯材と、
   前記芯材を被包する外被材と
   を備え、
   前記外被材の内部を減圧することにより形成された真空断熱材において、
   前記芯材は、
   無機材料からなる繊維状構造体の集合物である繊維状構造層と、
   粘土鉱物からなる粉体状構造体の集合物である粉体状構造層と
   を少なくとも積層して構成されたことを特徴とする真空断熱材。
2. 略平板状の芯材と、
   前記芯材を被包する外被材と
   を備え、
   前記外被材の内部を減圧することにより形成された真空断熱材において、
   前記芯材は、無機材料からなり、かつ中空部が形成された繊維状構造体の集合物であることを特徴とする真空断熱材。
3. 前記繊維状構造体は、中空部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
4. 前記繊維状構造体は、その横断面積における前記中空部の面積の割合が２０〜６０％であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の真空断熱材。
5. 請求項１、３又は４に記載の真空断熱材が適宜配設されることによって構成された断熱容器において、
   前記真空断熱材は、前記繊維状構造層が低温側、かつ前記粉体状構造層が高温側となる態様で配設されたことを特徴とする断熱容器。

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