JP2015034571A

JP2015034571A - 真空断熱材

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Publication number: JP2015034571A
Application number: JP2013164844A
Authority: JP
Inventors: 吉田　隆; Takashi Yoshida; 吉田　　隆; 孝治坂井; Koji Sakai
Original assignee: Toshiba Home Technology Corp
Current assignee: Toshiba Home Technology Corp
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-02-19

Abstract

【課題】圧縮成形した吸着剤を用いた利点を活かしつつ、真空引きにより吸着剤が片側に偏らない薄型真空断熱剤を提供する。
【解決手段】吸着剤２と、芯材３と、外被材４とから構成され、吸着剤２と芯材３を外被材４に収容し、外被材４の内部を減圧してなる真空断熱材１において、吸着剤２は、粒状吸着剤５を圧縮成形した圧縮成形体６をガス透過性を有する包装材８内に収容したものである。この圧縮成形体６に貫通穴７を設けることにより、空気やガスの通り道ができ、外被材４の内部を真空引きする際の差圧を生じにくくし、真空断熱材１内での吸着剤２の片側への偏りを緩和することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、芯材と圧縮成形した吸着剤を外被材で被覆した薄型の真空断熱材に関する。

この種の断熱材として、例えば特許文献１には、芯材と吸着剤とをガスバリア性を有する外被材で覆い、外被材の内部を減圧したものが開示されている。ここでの吸着剤は、粒状吸着剤の圧縮成形体をガス透過性を有する包装材内に収容したものである。

特開２００７−１６２８２４号公報

従来、水分吸着剤や気体吸着剤は、粒状の吸着剤をガス透過性の包装材内へ収容したものであるため、吸着剤を芯材とともに外被材内へ挿入する工程において、粒の流動性により吸着剤が包装材内で偏り、真空断熱材の平面性が損なわれるという問題点があった。

また、吸着剤の偏りは、芯材が薄いほど真空断熱材の平面性へ及ぼす影響が大きくなるため、真空断熱材の薄型化には、吸着剤の薄型化および厚みの均一化が課題であった。

そこで、上述した特許文献１の真空断熱材では、粒状吸着剤が偏らないように、吸着剤を圧縮成形する考えが示されているが、外被材の内部を真空引きする際の差圧により、吸着剤が真空断熱材内で片側に偏ってしまうという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑み、圧縮成形した吸着剤を用いた利点を生かしつつ、吸着剤が偏らない真空断熱材を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、吸着剤として圧縮成形体を使用した場合であっても、そうした吸着剤や芯材を外被材に収容した状態で、外被材の内部を真空引きする際に、貫通穴を通して空気やガスの流れが確保され、吸着剤の一側に形成される空間と、吸着剤の他側に形成される空間との間で差圧が生じにくくなり、吸着剤が真空断熱材内で片側に偏る問題を軽減できる。

請求項２の発明では、包装材が圧縮成形体の保護部材として機能するため、圧縮成形体の形状を維持することができる。

請求項３の発明では、水分を吸着する乾燥剤として一般的で安価な物質である酸化カルシウムまたはゼオライトを吸着剤として使用することができる。

請求項４の発明では、吸着剤として圧縮成形体を使用した場合であっても、そうした吸着剤や芯材を外被材に収容した状態で、外被材の内部を真空引きする際に、空気やガスが各貫通穴を均等に流れ、吸着剤の一側に形成される空間と、吸着剤の他側に形成される空間との間で差圧が生じにくくなり、吸着剤が真空断熱材内で片側に偏る問題を軽減できる。

請求項１の発明によれば、圧縮成形した吸着剤を用いた利点を生かしつつ、吸着剤が偏らない真空断熱材を提供できる。

請求項２の発明によれば、真空断熱材の組み立て作業時の吸着剤の取り扱いが非常に容易となり、また完成後における真空断熱材の平面性を確保できる。

請求項３の発明によれば、吸着剤の材料コストを低廉に抑えることができる。

請求項４の発明によれば、圧縮成形した吸着剤を用いた利点を生かしつつ、吸着剤が偏らない真空断熱材を提供できる。

本発明の第１実施例を示す真空断熱材の断面図である。同上、圧縮成形体の斜視図である。（Ａ）は圧縮成形を行なわない吸着剤の断面図を示し、（Ｂ）は貫通穴を設ける前の圧縮成形された吸着剤の断面図を示し、（Ｃ）はで貫通穴を設けた後の圧縮成形された吸着剤の断面図である。貫通穴を設ける前の圧縮成形体を使用した場合の吸着剤の偏り方向を示す真空断熱材の断面図である。本発明の貫通穴の効果を示す実験結果をあらわした説明図である。本発明の第２実施例を示す圧縮成形体の斜視図である。本発明の第３実施例を示す圧縮成形体の斜視図である。本発明の第４実施例を示す圧縮成形体の斜視図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明における真空断熱材の好ましい実施例を説明する。なお、以下に示す各実施例で、共通する箇所には共通する符号を付し、共通する部分の説明は重複を避けるため極力省略する。

図１は、本発明の第１実施例における真空断熱材１を示している。本実施例の真空断熱材１は平板状で、水分を吸着する乾燥剤としての吸着剤２と、無機繊維からなるシート状成形体としてのシート体３Ａ，３Ｂを少なくとも２層以上積層してなる芯材３と、ガスバリア性フィルムからなる外被材４とにより構成される。

吸着剤２は、水分吸着機能を有する粒状吸着剤５を圧縮成形して形成される圧縮成形体６に、空気やガスの通り道である貫通穴７を設けたものを、必要に応じてガス透過性を有する袋状の包装材８に収容したものである。

吸着剤２は、芯材３と共に外被材４に真空包装され、芯材３の残存水分や大気中から真空断熱材１内へ侵入する水蒸気を吸着し、水蒸気による真空断熱材１の熱伝導率の経年劣化を抑制するものである。

芯材３は、シート状または板状に形成されたポリエチレンテレフタレート等のプラスチック不織布または抄造したグラスウール（ガラス繊維）を用いることができる。この芯材３は、真空引きされた際の圧縮による薄小化を可能にすべく、バインダー等により結着されていない。また芯材３は、繊維径が細く、かつ空隙率の高い、厚みを薄くできる材料が適しており、例えば、ポリプロピレン不織布、アクリル不織布などを用いてもよい。本実施例では、シート体３Ａの下面とシート体３Ｂの上面に切欠きを形成し、それぞれの切欠きの開口を突き合せることで、吸着剤２を収容するための内部空間を形成しているが、例えば切欠きはシート体３Ａ，３Ｂのどちらか一方に設けられていてもよく、どのようにして芯材３に吸着剤２を収容配置するのかは特に限定されない。

外被材４は、ガスバリア性および水蒸気バリア性を有し、吸着剤２と芯材３を収容した状態で内部を真空に維持できればどのような材料でもよく、例えばアルミニウム等の金属を表面に蒸着したプラスチックフィルムなどの積層フィルムが用いられる。外被材４を構成する層のうち一番内側となる層は、ヒートシール可能となっている。

また外被材４は、平面視同形をなす２枚のシート部材４Ａ，４Ｂを重ね合わせ、シート部材４Ａ，４Ｂの外周部（端部）をヒートシールして形成されるもので、外被材４の四方周縁には、シート部材４Ａ，４Ｂを当該ヒートシールで接合した余剰部分としての耳部９が形成される。この耳部９は、真空断熱材１としては機能しない余白となる。

粒状吸着剤５は、酸化カルシウム、ゼオライト、シリカゲル等の水分吸着機能を有する無機物を用いる。これら水分吸着剤として一般的で安価な物質を用いることにより、材料コストを低廉に抑えることができる。また粒状吸着剤５は、容易に圧縮成形できるものであれば、その形状は塊状、粒状、粉末状のいずれであってもよい。

圧縮成形体６は、粒状吸着剤５を加圧もしくは加熱加圧することにより形成され、粒状吸着剤５の持つ表面積の大きさによる吸着速度と、圧縮成形による平面性を兼ね備える。

また、圧縮成形体６は、薄型の真空断熱材１に用いることから薄い平板状に形成される。図２に示すように、本実施例の圧縮成形体６は、外径Ｍが５０ｍｍ、貫通穴７の内径Ｎが２７ｍｍ、厚さＴが２．７ｍｍの扁平リング状に形成される。なお、圧縮成形体６の形状は、成形時の型抜きが容易なものであれば、他の形状であってもよい。また、圧縮成形体６の厚さＴは、真空断熱材１の厚さに対応して適宜変更可能である。

包装材８は、少なくとも貫通孔７を通過する空気やガスの流れを妨げないようなガス透過性を有する材料により形成され、具体的にはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂繊維によって製造された不織布を使用する。

また、包装材８の形状については、特に指定するものではないが、圧縮成形体６の形状、吸着したい水蒸気の量、吸着剤２の求める厚みに応じて単包品、連包品を使用すればよい。なお、包装材８の厚さは０.１ｍｍ以上が好ましい。

圧縮成形体６を包装材８に包装することにより、包装材８が吸着剤２の外殻として圧縮成形体６の形状を維持する役割を果たすため、そのままでは取扱いが困難な圧縮成形体６の平面性を保ったまま、吸着剤２を挟持した芯材３を外被材４内へ挿入することが可能となる。そのため、後述する真空断熱材１の製造工程において、吸着剤２の取扱いが非常に容易となり、また完成後における真空断熱材１の平面性を確保できる。

図１に示す真空断熱材１を製造するには、先ず平面視四角形状に複数のシート体３Ａ，３Ｂを成形または裁断し、積層されたシート体３Ａ，３Ｂの間に吸着剤２を挟持する。吸着剤２を挟持した芯材３は、予め２枚のシート部材４Ａ，４Ｂを重ね合わせて三方をヒートシールした平面視四角形状の外被材４の中に、残りの一方の開口４Ｃから挿入収納される。この状態で、例えば真空封止装置（図示せず）による真空引きを行ない、外被材４の内部を所定の真空度にまで減圧した後に、外被材４の開口されている残りの一方をヒートシールして封止することで内部を密封し、平面視四角形状の真空断熱材１を得る。

ここで、図３を参照しながら、吸着剤２の特徴について詳しく説明する。本実施例では、図３（Ｂ）や図３（Ｃ）に示すような粒状吸着剤５を圧縮成形した圧縮成形体６を用いているが、これは図３（Ａ）で示すように、粒状吸着剤５を圧縮成形しない吸着剤２を使用すると、粒の流動性により粒状吸着剤５が包装材８内で偏り、真空断熱材１の平面性が損なわれるからである。吸着剤２として圧縮成形体６を用いることで、真空断熱材１の平面性を良好に維持できる。

一方、図３（Ｂ）に示すような貫通孔７を設ける前の圧縮成形体６による吸着剤２は、図３（Ａ）に示すような圧縮成形しない吸着剤２と比べて、粒状吸着剤５の粒子間の隙間が減少し、通気性が悪い。

図４は、図３（Ｂ）に示す吸着剤２を用いて真空引きを行なった場合に、吸着剤２が偏るメカニズムを図示したものである。ここでは、シート体３Ａ，３Ｂの間に吸着剤２を挟持した芯材３を、外被材４の開口４Ｃから挿入収容した後、真空封止装置内で白抜き矢印の方向に外被材４内を真空引きすると、吸着剤２の通気性が悪いことに起因して、吸着剤２の一側にあって、芯材３の一側面とシート部材４Ａとの間に形成される第１の空間と、吸着剤２の他側にあって、芯材３の他側面とシート部材４Ｂとの間の第２の空間で圧力の差（差圧）が生じ、圧縮成形体６が実線矢印のいずれかの側に引っ張られて移動する。真空引きに伴って、吸着剤２がどちら側に引っ張られるのかはランダムであるが、何れにせよ外被材４内で吸着剤２がどちらかに偏った状態で真空包装されてしまい、真空断熱材１の平面性が損なわれる。

そこで本実施例では、図３（Ｃ）に示すように、上述した第１の空間と第２の空間とを連通させるために、圧縮成形体６に空気やガスの通り道である貫通穴７を設け、吸着剤２としての通気性を良くしている。これにより、圧縮成形体６を使用した場合であっても、外被材４の内部を真空引きする際に、貫通孔７を通して空気やガスの流れが確保されるので、第１の空間と第２の空間との間で差圧が生じにくくなり、吸着剤２が真空断熱材１内で片側に偏る問題を軽減することができる。なお、図３（Ａ）および図３（Ｃ）の矢印は、空気やガスの流れを示すもので、図３（Ａ）の吸着剤２では、多数の粒状吸着剤５間に形成された隙間を通して、不規則な空気やガスの流れが形成され、図３（Ｃ）の吸着剤２では、圧縮成形体６の一側面と他側面との間を貫通する貫通穴７を通して、直線状の空気やガスの流れが形成される。

以下、圧縮成形体６に貫通穴７を設けた場合の効果について、図５に基づいて説明する。

図５は、包装材８に圧縮成形体６を包装した吸着剤２を、芯材３に挟持した状態で外被材４に収容した後、外被材４内を真空引きして開口４Ｃを封止して、真空断熱材１を製造した際に、吸着剤２が真空断熱材１内において、どの方向にどれだけ偏ったかを実験で測定したものである。

測定サンプルは、酸化カルシウムによる複数の粒状吸着剤５を圧縮成形して、外径Ｍが５０ｍｍ、厚さＴが３ｍｍの円板状の圧縮成形体６を使用した。そして、「貫通穴７を設けないもの」、「内径Ｎが１．５ｍｍの貫通穴７を３つ設けたもの」、「内径Ｎが１．５ｍｍの貫通穴７を５つ設けたもの」からなる３種類の圧縮成形体６を用いて、真空断熱材１を製造したときに、その真空断熱材１内での吸着剤２の偏りを測定した。

図５の上段は、圧縮成形体６に貫通穴７を設けず包装材８に収容した吸着剤２について、その測定結果を示しており、同中段は、圧縮成形体６に貫通穴７を３つ設けて包装材８に収容した吸着剤２について、その測定結果を示しており、同下段は、貫通穴７を５つ設けて包装材８に収容した吸着剤２について、その測定結果を示している。図中、「ａ」，「ｂ」，「ｃ」とあるのは、真空断熱材１の上方向と下方向の各突出量と、その２つの突出量の差を、３回分の測定データとして示している（単位：ｍｍ）。また、３回の測定データの中で、偏りが最大である場合の断面模式図を併せて示している。

測定の結果、貫通穴７を設けない吸着剤２では、最大２．０ｍｍの偏りが発生した。また、貫通穴７を３つ設けた吸着剤２では、最大１．０ｍｍの偏りが発生したが、貫通穴７を設けないものと比較して、偏りの緩和効果が認められた。貫通穴７を５つ設けた吸着剤２では、最大の偏りが０．５ｍｍで、さらなる偏りの緩和効果が認められた。

以上の結果より、直径５０ｍｍの圧縮成形体６に内径Ｎが１．５ｍｍの貫通穴７を３つ設けた場合に、吸着剤２の偏りの緩和効果を得ることができ、さらに貫通穴７の数を増やした場合、すなわち貫通穴７の総面積を大きくすれば貫通穴７を通る空気やガスの量が増加し、吸着剤２の偏りをさらに緩和する効果を得ることができる。

このことから、貫通穴７の総面積が圧縮成形体６の一側平面である上面10の表面積の０．２７％以上であれば、吸着剤２の偏りの緩和効果を得ることができると判断される。なお、さらなる偏りの緩和効果を得るため、貫通穴７の総面積が圧縮成形体６の上面10の面積の０．４５％以上であることが好ましい。

図２に示す本実施例では、外径Ｍが５０ｍｍの圧縮成形体６に内径Ｎが２７ｍｍの貫通穴７を１つ設けており、貫通穴７の総面積は、圧縮成形体６の上面10の面積の２９．１６％となっている。特に、圧縮成形体６をリング状に形成することで、所望の形状の圧縮成形体６を得る際の型抜きが容易にでき、吸着剤２の作成を簡易化することが可能になる。

また、貫通穴７を複数設ける場合には、全ての貫通穴７の面積を合計した総面積が０．２７％以上であればよく、また、空気やガスを均一に通すために、内径Ｎが等しい貫通穴７を圧縮成形体６に均一に配置することが好ましい。

貫通穴７は、圧縮成形体６の成形と同時に型抜きにより形成することが好ましいが、圧縮成形体６を所望の外形形状に成形した後に、別工程で貫通穴７を穿設してもよい。

図６は、本発明の真空断熱材１における圧縮成形体６の第２実施例を示している。

図６に示すように本実施例では、圧縮成形体６の外形を円形とし貫通穴７の形状を矩形としたものである。圧縮成形体６の外形と貫通穴７を共に、このような単純な形状とすることにより、圧縮成形体６の圧縮成形と一体として貫通穴７を容易に形成することができ、製造工程を簡易化することができる。

本実施例の場合、上記第１実施例と同様に、貫通穴７の総面積は圧縮成形体６の上面10の面積の０．２７％以上であることを要する。

図７は、本発明の真空断熱材１における圧縮成形体６の第３実施例を示している。

図７に示すように本実施例では、圧縮成形体６の外形を矩形とし貫通穴７の形状を円形としたものである。

本実施例は、上記第２実施例と同様の効果を有する。

また、本実施例の場合も、上記第１実施例と同様に、貫通穴７の総面積は圧縮成形体６の上面10の面積の０．２７％以上であることを要する。

図８は、本発明の真空断熱材１における圧縮成形体６の第４実施例を示している。

図８に示すように本実施例では、圧縮成形体６の外形および貫通穴７の形状を矩形としたものである。

本実施例は、上記第２実施例と同様の効果を有する。

上記第１実施例〜第４実施例の圧縮成形体６は、何れも真空断熱材１の形状や大きさに対応して、適宜選択することができる。

以上のように本実施例では、芯材３と、この芯材３の適所に収容配置される吸着剤２と、これらの芯材３や吸着剤２を覆うガスバリア性を有する外被材４とから構成され、外被材４の内部を減圧封止してなる真空断熱材１において、吸着剤２は、粒状吸着剤５を圧縮成形した圧縮成形体６に貫通穴７を設けて構成される。

この場合、吸着剤２として圧縮成形体６を使用した場合であっても、そうした吸着剤２や芯材３を外被材４に収容した状態で、外被材４の内部を真空引きする際に、貫通孔７を通して空気やガスの流れが確保され、吸着剤２の一側に形成される空間と、吸着剤２の他側に形成される空間との間で差圧が生じにくくなり、吸着剤２が真空断熱材１内で片側に偏る問題を軽減できる。そのため、圧縮成形した吸着剤２を用いた利点を生かしつつ、真空引きにより吸着剤２が偏らない真空断熱材１を提供できる。

また、本実施例の吸着剤２は、圧縮成形体６を、ガス透過性を有する包装材８内に収容して構成される。

この場合、包装材８が吸着剤２の外殻として圧縮成形体６の形状を維持する役割を果たすため、そのままでは取扱いが困難な圧縮成形体６の平面性を保つことができる。そのため、真空断熱材１の製造工程において、吸着剤２の取扱いが非常に容易となり、また完成後における真空断熱材１の平面性を確保できる。

また、本実施例の吸着剤２は、酸化カルシウムまたはゼオライトを含む構成となっている。

この場合、酸化カルシウムまたはゼオライトは、水分吸着剤としては一般的で安価な物質であるため、吸着剤２の材料コストを低廉に抑えることができる。

また、本実施例では、圧縮成形体６に貫通穴７を複数設けて構成される。

この場合、吸着剤２として圧縮成形体６を使用した場合であっても、そうした吸着剤２や芯材３を外被材４に収容した状態で、外被材４の内部を真空引きする際に、空気やガスが各貫通孔７を均等に流れ、吸着剤２の一側に形成される空間と、吸着剤２の他側に形成される空間との間で差圧が生じにくくなり、吸着剤２が真空断熱材１内で片側に偏る問題を軽減できる。そのため、圧縮成形した吸着剤２を用いた利点を生かしつつ、真空引きにより吸着剤２が偏らない真空断熱材１を提供できる。

なお、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、各実施例に示す芯材３および外被材４は、平面視で四角形以外の形状であっても構わない。

１真空断熱材
２吸着剤
３芯材
４外被材
５粒状吸着剤
６圧縮成形体
７貫通穴
８包装材

Claims

芯材と、吸着剤と、前記芯材および前記吸着剤を覆うガスバリア性を有する外被材とから構成され、前記外被材の内部を減圧してなる真空断熱材において、前記吸着剤は、粒状吸着剤を圧縮成形した圧縮成形体に貫通穴を設けたことを特徴とする真空断熱材。
前記吸着剤は、前記圧縮成形体を、ガス透過性を有する包装材内に収容したものであることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
前記吸着剤は、酸化カルシウムまたはゼオライトを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の真空断熱材。
前記貫通穴を複数設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空断熱材。