JP2022040091A - 温度安定性を有する真空断熱要素 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温又は低温の広い温度範囲にわたって使用するための温度安定型の真空断熱要素を提供する。【解決手段】高温又は低温の広範囲にわたって使用するための温度安定型の真空断熱要素１であって、－ ３０重量％～９０重量％の範囲の割合のフュームド・シリカのコア材料２と；－ １重量％～１０重量％の範囲の割合の繊維材料３と；－ ５重量％～５０重量％の範囲の割合の乳濁剤と；－ 前記コア材料２の、少なくとも１つのステンレス鋼箔４ａ，４ｂの真空気密エンベロープと、を有する、真空断熱要素１。【選択図】図１
Description
本発明は、請求項１に記載の温度安定性を有する真空断熱要素に関する。
真空断熱要素は、特に真空断熱パネルの形成で広く使用されている。
従来の真空断熱パネルでは、例えばフュームド・シリカ（ｆｕｍｅｄ ｓｉｌｉｃａ）のような耐圧性のコア材料が包み込まれている。コア材料が包み込まれる金属化されたプラスチック箔が、通常、包み込むために使用される。エンベロープは真空排気され、真空断熱パネルは、そこに発生する真空により、他の断熱板材料と比較して優れた断熱特性を示す。特に、真空断熱パネル内の真空状態により低減された熱対流は、優れた断熱特性に寄与する。
この種の真空断熱パネルは、多種多様な技術的用途に使用されており、例えば、温度制御された輸送のための輸送容器又は箱内の断熱要素として、あるいは、例えば、空間が少ない場合に天井及び壁を断熱するための建築材料の分野で使用されている。
この点に関しては、例えば、特に高温で使用した場合にプラスチック箔の特性が変化する可能性がある限り、温度の安定性に関して欠点がある。高温では、プラスチック箔の締め付けが緩くなるため、その中に存在する真空がもはや適切に維持されなくなることが観察できる。選択的な温度負荷を受けると、プラスチック箔も融解して破壊する場合もある。
しかし、特に低温の範囲であっても、上述した構造により長期にわたって実際に使用することができる真空断熱パネルを製造することは困難である。
例えば、特許文献１からは、ステンレス鋼製エンベロープを備えた真空断熱パネルを提供することが知られている。この製造工程では、ステンレス鋼の上部と下部を一緒に溶接して中間空間を気密封止する。この真空断熱パネルのコアには、ガラス繊維マットの層がいくつか配置されている。
同様の技術が特許文献２に開示されており、この場合、真空断熱パネルは、鋼エンベロープを備えている。ここでも、コア材料は繊維材料からなる。
さらに、特許文献３、特許文献４及び特許文献５は先行技術から公知である。
温度に安定な真空断熱要素に関する従来技術で知られている解決策の欠点は、製造コストが高く、特に真空断熱要素に関しては、他の製造プロセス及び材料を採用しなければならないことである。
本発明の目的は、従来技術からの欠点を排除し、高温又は低温の広い温度範囲にわたって使用するための温度安定性を有する真空要素を提供することである。この目的は、独立請求項に係る真空断熱要素によって達成される。有利な側面は、それぞれのサブクレームの主題を構成する。
本発明は、高温又は低温の広い温度範囲にわたって使用するための温度安定性を有する真空断熱要素を包含しており、前記真空断熱要素は：
－ ３０重量％～９０重量％の範囲の割合のフュームド・シリカのコア材料と；
－ １重量％～１０重量％の範囲の割合の繊維材料と；
－ ５重量％～５０重量％の範囲の割合の乳濁剤と；
－ コア材料、並びにコア材料の上又はコア材料内に配置された繊維材料と、乳濁剤の真空気密エンベロープであって、少なくとも１つのステンレス鋼箔と、を有する。
－ ３０重量％～９０重量％の範囲の割合のフュームド・シリカのコア材料と；
－ １重量％～１０重量％の範囲の割合の繊維材料と；
－ ５重量％～５０重量％の範囲の割合の乳濁剤と；
－ コア材料、並びにコア材料の上又はコア材料内に配置された繊維材料と、乳濁剤の真空気密エンベロープであって、少なくとも１つのステンレス鋼箔と、を有する。
フュームド・シリカは真空気密エンベロープと組み合わせて良好に真空排気できるため、真空断熱要素のコア材料として特に適している。フュームド・シリカの微孔構造は、良好な脱気性に寄与する。フュームド・シリカのコア材料と、少なくとも１枚のステンレス鋼箔のコア材料の真空気密エンベロープと、を組み合わせることにより、高温又は低温の広い温度範囲にわたって安定して使用できる温度安定な真空断熱要素を簡単な方法で製造することができる。
特に好ましい態様によれば、繊維材料は、２重量％～５重量％の範囲の割合を有する。
また、繊維材料が、１０重量％～４０重量％の範囲の割合で乳濁剤を含む場合も好ましい。乳濁剤の上記重量による割合を用いて、赤外線による熱移動を調整することができる。
有利には、繊維材料は、コア材料に収容される。
好ましくは、繊維材料は、石英ガラス繊維、ｅガラス繊維又はシリケート繊維などのガラス繊維を含む。適当なｅガラス繊維（ｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒｓ）には、例えばアルミナホウケイ酸ガラス繊維が含まれる。
繊維材料の繊維は、２μｍ～２５μｍの太さと２ｍｍ～３０ｍｍの長さが有利である。
繊維材料がバインダーフリーであれば特に有利である。バインダーを含まない繊維材料は、フュームド・シリカの微孔構造を維持しながら、フュームド・シリカのコア材料における繊維材料の有利な配置を可能にする。さらに、バインダーを含まない繊維材料は、より広い温度範囲にわたって真空断熱要素を使用することを可能にする。
好ましくは、コア材料、繊維材料、及び乳濁剤は、バインダーを含まない圧縮方法で形成される。
別の好ましい態様によれば、乳濁剤は、炭化ケイ素及び／又はグラファイト粉末及び／又はカーボンブラック及び／又は酸化鉄及び／又は酸化チタンを含む。乳濁剤を用いることにより、赤外線放射による熱伝達を低減することができる。
有利には、炭化ケイ素は粒径が１～１０μｍの範囲であり、特に３μｍ～５μｍの範囲である。
さらなる好ましい態様によれば、溶接によって接合される少なくとも２つのステンレス鋼箔がエンベロープに含まれるように、真空断熱要素は、具現化される。ステンレス鋼箔は、抵抗溶接によって接合されてもよい。
特に好ましい態様によれば、エンベロープは、異なる厚さの２つのステンレス鋼箔を含む。厚さの異なる２つのステンレス鋼箔を使用することにより、エンベロープを良好に成形することができる。
有利には、薄い方のステンレス鋼箔は、コア用の凹部を有する。厚い方の箔は平面になるように形成される。
ここで特に有利なのは、１つのステンレス鋼箔の厚さが１０μｍから１００μｍの範囲、特に２０μｍから７５μｍの範囲であり、もう１つのステンレス鋼箔の厚さが５０μｍから３００μｍの範囲、特に７５μｍから１５０μｍの範囲である場合である。
（表面が）平滑になるように、又はエンボス加工されるようにステンレス鋼箔を設計するのが有利である。
さらに、微細な多孔質で温度安定性を有する不織布フィルターが、エンベロープとコア材料との間に配置されている場合は、技術的に特に好ましい。
本発明については、図面を参考にして、以下により詳細に説明する。同一の参照サインが同一の特徴を記述し、ここで：
図１は、本発明に係る温度安定性を有する真空断熱要素の斜視図を示す。
図１は、本発明に係る温度安定性を有する真空断熱要素の斜視図を示す。
温度安定性を有する真空断熱要素１は、高温又は低温の広い温度範囲での使用に適する。特に、０．１Ｋ～８７３Ｋの温度範囲にわたって使用できる。真空断熱要素１は、フュームド・シリカのコア材料２を９０重量％で含む。
フュームド・シリカは微孔構造を形成する。一方で、これは構造の安定性を保証する。さらに、真空気密エンベロープと組み合わせて、フュームド・シリカは、真空断熱要素１のコア材料２として、良好に真空排気できるシステムを作り出すので、特に好適である。
真空断熱要素１はさらに、５重量％の割合で繊維材料３を含み、５重量％の範囲における割合で乳濁剤を含む。炭化ケイ素のような乳濁剤を用いることにより、赤外線放射による熱伝達の低減をすることができる。
本実施例に示す繊維材料３は、バインダーフリーであり、ガラス繊維を含む。バインダーを含まない繊維材料３は、フュームド・シリカの微孔構造を維持しながら、フュームド・シリカのコア材料２における繊維材料３の有利な配置を可能にする。さらに、バインダーを含まない繊維材料３によって、真空断熱要素１をより広い温度範囲にわたって使用することができる。
コア材料２の真空気密エンベロープは、溶接部５で抵抗溶接により接合された２枚のステンレス鋼箔４ａ、４ｂからなる。特に、コア材料２としてのフュームド・シリカと、２枚のステンレス鋼箔４ａ、４ｂのコア材料２の真空気密エンベロープとの組み合わせにより、高温又は低温の広い温度範囲にわたって使用するための温度安定性を有する真空断熱要素１を提供することができる。
この例に示される２つのステンレス鋼箔４ａ、４ｂは、表面が滑らかになるように設計されており、エンベロープの良好な成形を確保するために異なる厚さを有している。例えば、ステンレス鋼箔４ａは厚さ５０μｍであり、もう一つのステンレス鋼箔４ｂは厚さ１５０μｍである。例えば、図示した真空断熱要素１を成形するために、２枚のステンレス鋼箔４ａのうちの１枚は、２０°の角度で傾斜した凸条６を有するように深絞り加工されている。
Claims (14)
- 高温又は低温の広範囲にわたって使用するための温度安定性を有する真空断熱要素（１）であって、
－ ３０重量％～９０重量％の範囲の割合のフュームド・シリカのコア材料（２）と；
－ １重量％～１０重量％の範囲の割合の繊維材料（３）と；
－ ５重量％～５０重量％の範囲の割合の乳濁剤と；
－ 前記コア材料（２）の、少なくとも１つのステンレス鋼箔（４ａ，４ｂ）の真空気密エンベロープと、を有する、
真空断熱要素（１）。 - 前記繊維材料（３）は、２重量％～５重量％の範囲の割合を有する、請求項１に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記乳濁剤は、１０重量％～４０重量％の範囲の割合を有する。請求項１又は２に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記繊維材料（３）は、前記コア材料（３）に収容されている、請求項１～３のうちいずれか一項に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記繊維材料（３）は、ガラス繊維、石英ガラス繊維、ｅガラス繊維又はシリケート繊維を含み、特に太さが２μｍ～２５μｍの範囲であり、長さが２ｍｍ～３０ｍｍの範囲である、請求項１～４のうちいずれか一項に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記コア材料（２）、前記繊維材料（３）及び前記乳濁剤は、バインダーを含まない圧縮方法で形成される、請求項１～５のうちいずれか一項に記載の真空断熱要素（１）。
- 乳濁剤が、炭化ケイ素及び／又はグラファイト粉末及び／又はカーボンブラック及び／又は酸化鉄及び／又は酸化チタンを含む、請求項１～６のうちいずれか一項に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記炭化ケイ素が、１～１０μｍの範囲、特に３μｍ～５μｍの範囲の粒径を有する、請求項７に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記エンベロープが、少なくとも２つのステンレス鋼箔を含み、これらが溶接により接合されている、請求項１～８のうちいずれか一項に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記エンベロープは、厚さの異なる２枚のステンレス鋼箔（４ａ，４ｂ）を含む、請求項１～９のうちいずれか１項に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記薄い方のステンレス鋼箔（４ａ）が前記コア用の凹部を有し、前記厚い方の箔が平面になるように形成されている、請求項１０記載の真空断熱要素（１）。
- １つのステンレス鋼箔（４ａ）が１０μｍ～１００μｍの範囲、特に２０μｍ～７５μｍの範囲の厚さを有し、かつ他のステンレス鋼箔（４ｂ）が５０μｍ～３００μｍの範囲、特に７５μｍ～１５０μｍの厚さを有する、請求項１０又は１１に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記ステンレス鋼箔（４ａ、４ｂ）は、平滑になるように、又はエンボス加工されるように設計されている、請求項１～１２のうちいずれか一項に記載の真空断熱要素（１）。
- 前記エンベロープと前記コア材料（２）との間に配置された、微細な多孔質で温度安定性を有する不織布フィルターをさらに含む、請求項１～１３のうちいずれか一項に記載の真空断熱要素（１）。
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