JP4216516B2 - 真空断熱パネル - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温の液化ガスなどを搬送するためのタンクや冷凍庫などに使用される真空断熱パネルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、冷凍庫などの壁面には断熱効果を高めるために真空断熱パネルが設けられている。この真空断熱パネルには、内部を真空引きした際に変形しないように、ウレタンフォームなどの多孔質材料からなるコア材が収容されている。
【0003】
このような真空断熱パネルの外壁は、前記コア材の対向する平面を被覆する一対の金属製薄板からなる平板部材と、前記コア材の外周部を被覆する金属製薄板からなる側板部材とを備えている。そして、その製造時には、一方の平板部材の所定位置に側板部材を位置決めして接合し、その内部にコア材を収容した後、前記コア材を圧縮しながら他方の平板部材を位置決めして接合している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記真空断熱パネルは、各板部材およびコア材が熱により伸縮する。そして、断熱する低温側の温度と高温側の温度との差が大きければ大きいほど、熱による伸縮で真空断熱パネル自体に反りが生じるという問題がある。
【0005】
そこで、本発明では、断熱する温度差が大きい場合に適した真空断熱パネルを提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の真空断熱パネルは、熱伝導度の低い材料からなるコア材と、該コア材の対向する面を被覆した金属製薄板からなる一対の平板部材およびコア材の側面を被覆した金属製薄板からなる側板部材を有する外装体とを備えた真空断熱パネルにおいて、前記コア材を、一対の前記平板部材の方向に2個以上に分割し、隣接するコア材の間の少なくとも中心に、前記側板部材の外形より小さく前記平板部材と平行に延びる補強板材を配設し、前記コア材の表面に通気溝を設けるとともに、前記補強板材に通気孔を設け、かつ、前記補強板材に前記コア材に差し込んで位置決めする位置決め突起を切り起こしにより設けるとともに、前記通気孔の縁に前記位置決め突起に対して逆向きに突出してコア材に差し込んで位置決めする補強リブを設けた構成としている。
【0007】
前記真空断熱パネルによれば、最も温度差が平衡し熱による伸縮が最も生じ難いコア材の中心に、平板部材と平行に延びる補強板材を設けているため、熱が直接的に加わる一対の平板部材に延びの差が生じても、真空断熱パネル自体が反り返るという不都合を防止できる。
【0008】
また、前記コア材を、一対の前記平板部材の方向に少なくとも2個以上に分割し、隣接するコア材の間に前記補強板材を配設するため、コア材の製造が簡単になり、コストダウンを図ることができる。
【0009】
また、前記補強板材を、前記側板部材の外形より小さく形成しているため、側板部材を介して補強板材に熱が伝わり、熱伝導を助長することを防止できる
【0010】
また、前記コア材の表面に通気溝を設けるとともに、前記補強板材に通気孔を設けているため、組み立てたパネルを真空排気するのに要する時間を短縮できる。
【0011】
また、補強板材にコア材に差し込んで位置決めする位置決め突起を設けるとともに、通気孔の縁に位置決め突起に対して逆向きに突出する補強リブを設けているため、これらをコア材に差し込んで位置決めできる。その結果、補強板材を確実に側板部材非接触状態を維持できるうえ、補強板材の撓み確実に防止できる。
【0012】
前記真空断熱パネルでは、前記外装体の内部に輻射伝熱を防止する金属箔を配設することが好ましい。このようにすれば、輻射によって伝わる熱量を軽減できるため、より断熱性能を向上できる。
【0013】
また、前記外装体は、前記平板部材と側板部材とを枠部材を介して接合したものであることが好ましい。このようにすれば、外装体を構成する薄板からなる平板部材および側板部材は、それぞれ枠部材を介して接合されるため、各板部材を位置決めする際には、枠部材に対して押圧しても各板部材に対して撓みを生じさせることはない。そのため、位置決め作業性の向上を図ることができ、高精度の真空断熱パネルを製造できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図1から図3は、本発明の実施形態に係る真空断熱パネルを示す。この真空断熱パネルは、大略、金属製の外装体1と、該外装体1内に収容する複数(本実施形態では4個)のコア材11A〜11D、補強板材14、金属箔18、および、ゲッター20からなる。
【0015】
前記外装体1は、一対の平板部材2A,2Bと、一対の枠部材8A,8Bと、側板部材10とからなる。これらの構成部材は、本実施形態ではステンレス(SUS304)により形成されている。
【0016】
前記平板部材2A,2Bは、正方形状とした薄板からなり、後述するコア材11A,11Dの対向する外面を被覆するものである。そのうち、上側に位置する平板部材2Aには、その中央に排気部3が設けられている。この排気部3は、真空排気時には外方に円錐台形状に突出し、真空排気後には内方に没入される変形部4を有する。この変形部4の中央には貫通した排気孔が設けられ、この排気孔にチップ管5が台座部材6(図13参照。)を介して接合されている。この台座部材6には、後述する真空排気作業後にゲッター20を密閉したアルミ箔21を突き破る先細の破断部7が内側に向けて突設されている。
【0017】
前記枠部材8A,8Bは、前記平板部材2A,2Bと同一の外形で、断面正方形状とした肉厚の環状枠からなる。この枠部材8A,8Bには、内面の一端から他端に向けて延びる段部9(図2参照。)が全周にかけて設けられている。
【0018】
前記側板部材10は、薄板を前記段部9に内嵌する四角筒状としたもので、後述する積層したコア材11A〜11Dの側面を被覆するものである。この側板部材10は、例えば、長尺な帯状金属シートを長手方向に若干位相させて張り合わせ、所定位置を折曲げるととともに両端を突き合わせ、その突き合わせ部分を接合することにより形成される。
【0019】
図2に具体的に示すように、本実施形態の外装体1は、前記平板部材2A,2Bの板厚を約0.5mm、前記枠部材8A,8Bの断面正方形状をなす各厚さを約10mm、前記側板部材10の板厚を約0.3mmとしている。即ち、本実施形態では、側板部材10の板厚を平板部材2A,2Bの板厚より薄くしている。これにより、一方の平板部材2A,2Bから他方の平板部材2B,2Aに伝わる熱の伝導効率の抑制することができる。また、前記段部9の深さは、前記側板部材10の板厚と同一に設定されている。これにより、枠部材8A,8Bの内面と側板部材10の内面とが面一に位置するように構成されている。
【0020】
前記コア材11A,11B,11C,11Dは、ウレタンフォームなどの発泡樹脂、グラスウールあるいはケイ酸カルシウム粉末、パーライト粉末を充填したものなどの熱伝導度の低い微細多孔質材料を、前記外装体1内に収容できるように直方体形状としたものである。これらコア材11A〜11Dは、後述する補強板材14および金属箔18とともに積み上げた状態の高さが、外装体1の高さの高さより高くなる肉厚とされている。
【0021】
前記コア材11A〜11Dそのうち、最上段に配置されるコア材11Aには、その下面にそれぞれ同方向に延びる複数の通気溝12aが設けられているとともに、その中央には前記排気部3が没入するための貫通孔13が設けられている。また、中央に配置されるコア材11B,11Cには、その下面にコア材11Aと同様に通気溝12aが設けられるとともに、その上面に通気溝12と直交方向に延びる複数の通気溝12bが設けられている。また、最下段に配置されるコア材11Dには、その上面にコア材11B,11Cと同様に通気溝12bが設けられている。即ち、通気溝12a,12bは、肉薄の平板部材2A,2Bおよび側板部材10と接触しない面にのみ設け、真空排気時の排気効率の向上を図るとともに、外装体1の変形を防止している。
【0022】
前記補強板材14は、いずれの平板部材2A,2Bからの伝熱の影響を受け難い中心位置である前記コア材11B,11Cの間に配設し、平板部材2A,2Bと平行に延びるようにした平板状のものである。この補強板材14は、ステンレスや鉄など、面との直交方向に加わる力に強く、撓みが生じない材料により形成されている。この補強板材14は、図1に示すように、4方を囲繞する側板部材10に接触しないように該側板部材10の形状より小さくし、該側板部材10を介して平板部材2A,2Bからの熱が伝わり、熱伝導を助長することを防止できる。
【0023】
本実施形態の補強板材14には、図4および図5に示すように、隣接するコア材11B,11Cに差し込んで位置決めする位置決め突起15が切り起こしにより90度間隔で4個設けられている。また、補強板材14には、複数の通気孔16が設けられるとともに、該通気孔16の縁に外方に突出する補強リブ17が設けられている。この補強リブ17は、補強板材14の撓みに対する強度を向上する役割をなすとともに、隣接するコア材11B,11Cに差し込まれ、前記位置決め突起15と同様の役割をなす。この補強リブ17と位置決め突起15の突出方向は逆向きとされ、いずれか一方がコア材11Bに差し込まれ、他方がコア材11Cに差し込まれるように構成している。
【0024】
前記金属箔18は、平板部材2A,2Bに加わる高温または低温の熱が内部に配設したコア材11A〜11Dを介して伝熱する輻射伝熱を防止し、断熱性能を向上するためのもので、アルミや銅を薄膜状としたものである。この金属箔18は、平板部材2Aとコア材11Aの間、コア材11A,11Bの間、コア材11C,11Dの間、および、コア材11Dと平板部材2Bの間に配設されている。本実施形態では、図3に示すように、金属箔18を所定幅の短冊状に形成し、外装体1内の所定の配置面に、所定間隔をもって敷設している。なお、平板部材2Aとコア材11Aとの間に配設する金属箔18において、その中央に位置するものには、コア材11Aと同様に貫通孔19が設けられている。
【0025】
前記ゲッター20は、前記外装体1内に遊離するガスを吸収するもので、予め活性化させた後、不活性ガスとともに金属製のアルミ箔21で密閉状態に包装して形成される。このように構成したゲッター20は、活性化されているにも関わらず、密閉状態を維持している間は、水素などのガスは吸収することを防止できる。また、本実施形態のゲッター20は、中央部に貫通した空間を有する環状に形成されている。
【0026】
次に、前記真空断熱パネルの製造方法について説明する。
図6に示すように、まず、設置台22上に、四角筒状とした側板部材10を設置する。その後、一方の枠部材8Aを、その段部9の開放位置が下側になるように側板部材10の上端に配置し、側板部材10の縁が段部9内に位置するように外嵌させる。この枠部材8Aを外嵌して位置決めする作業は、前記段部9により容易に行うことができる。
【0027】
ついで、枠部材8Aの内部に、外向きに張り出す方向に移動可能な押圧部材23を配置し、枠部材8Aの段部9に位置させる。この押圧部材23は、その内端に外広がりに傾斜する斜面24を備えたものである。その後、押圧部材23の内側に、該押圧部材23を斜面24の傾斜に従って外向きに移動させる移動部材25を挿入する。これにより、押圧部材23は、枠部材8Aの段部9に位置する側板部材10の上端を外向きに移動させ、該側板部材10の上端を枠部材8Aに対して押圧して隙間の発生を防止する。
【0028】
この状態で、枠部材8Aと側板部材10との組み合わせ部分を、図示しない溶接トーチによって照射し、これら枠部材8Aと側板部材10とを隙間なく接合する。
【0029】
ついで、図7に示すように、接合した枠部材8Aを下側に位置させて側板部材10を設置台22上に設置する。その後、前記枠部材8Aと同様に、段部9の開放位置が下側になるように枠部材8Bを側板部材10の上端に配置し、側板部材10の縁が段部9内に位置するように外嵌させる。
【0030】
ついで、枠部材8Bの段部9に押圧部材23が位置するように配置する。その後、押圧部材23の内側に移動部材25を挿入し、側板部材10の上端を枠部材8Bに対して押圧して隙間の発生を防止する。そして、この状態で、前記と同様に、これら枠部材8Bと側板部材10とを隙間なく接合する。
【0031】
ついで、図8に示すように、接合した枠部材8Bの上側に、下側に位置する平板部材2Bを配置する。この際、枠部材8Bは、撓みや変形が生じないため、簡単に平板部材2Bの縁と枠部材8Bとの縁を一致させることができる。そして、この状態で、前記と同様に、これら枠部材8Bと平板部材2Bとを接合する。
【0032】
ついで、図9に示すように、接合した平板部材2Bが下側に位置するように設置台22上に設置し、上向きに開放した状態とする。その後、前記平板部材2Bおよび側板部材10により囲繞された空間に、金属箔18、コア材11D、金属箔18およびコア材11Cを順次収容させた後、補強板材14を収容させる。
【0033】
この際、本実施形態では、図示のように、位置決め突起15がコア材11Cの側に位置し、後で収容させる補強リブ17がコア材11Bの側に位置するように配置する。また、金属箔18を介して上下方向に隣接するコア材11C,11Dは、それらに設けた通気溝12a,12bが互いに直交方向に位置するように配置する。
【0034】
ついで、図10に示すように、補強板材14の上側に、コア材11B、金属箔18、コア材11Aおよび金属箔18を順次収容させる。この際、上側より所定圧力を加えて位置決め突起15をコア材11Cに差し込むとともに、補強リブ17をコア材11Bに差し込む。また、これらコア材11A〜11Dの収容状態では、最上段のコア材11Aの上端面が枠部材8Aの上端面より上方に突出している。この状態で、コア材11Aにおける貫通孔13内に、アルミ箔21により密閉したゲッター20を収容させる。ここで、ゲッター20は、その中央の空間と台座部材6の軸心とが一致するように配置する。なお、この状態では、補強リブ17は必ずしもコア材11Bに差し込む必要はない。
【0035】
内部に全ての収容部材を収容させると、ついで、図11に示すように、上方に突出したコア材11A上の金属箔18の上面に平板部材2Aを配置する。その後、平板部材2Aの上面に圧縮治具26を配置するとともに、側板部材10の外面に該側板部材10の変形を防止するための規制治具26aを配置する。そして、図12に示すように、前記平板部材2Aを介してコア材11A〜11Dを圧縮し、平板部材2Aの下面を枠部材8Aの上端面に当接させる。この状態で、前記と同様に、これら枠部材8Aと平板部材2Aとを接合する。
【0036】
このように、本発明の真空断熱パネルでは、撓みや変形が生じない肉厚の枠部材8A,8Bを設け、該枠部材8A,8Bに対して側板部材10を接合するため、各板部材2A,2B,10を位置決めする際には、枠部材8A,8Bに対して押圧しても撓みが生じることはない。そのため、大型の真空断熱パネルを製造する場合でも、周知の位置決め用治具を用い、高精度な位置決めが可能になる。その結果、製造コストが高くなることを防止できる。
【0037】
なお、組立状態のパネルは、前記コア材11A〜11Dの圧縮により、これらコア材11A〜11Dが外装体1を構成する平板部材2A,2Bおよび側板部材10の内面に密着する。しかし、中心に配置した補強板材14は、側板部材10より小さく形成しているとともに、位置決め突起15および補強リブ17がコア材11B,11Cに差し込んでいるため、確実に側板部材10との非接触状態を維持できる。
【0038】
次に、接合した外装体1内の真空排気について説明する。
まず、図13に示すように、組み立てたパネルを70℃で所定時間加熱しつつ、平板部材2Aに接合したチップ管5を通して、真空にすべき外装体1の内部空間から空気を排出して減圧しつつ、外装体1から放出された水素(H)、一酸化炭素(CO)および水(HO)を放出する。
【0039】
この際、本実施形態では、組立状態のパネルは、コア材11A〜11Dが外装体1の内面に密着しているが、これらコア材11A〜11Dに通気溝12a,12bを設け、また、補強板材14に通気孔16を設け、さらに、短冊状とした金属箔18を所定間隔をもって敷設しているため、これらの隙間により真空効率を向上でき、真空排気時間を大幅に短縮することができる。具体的には、コア材11A〜11Dに通気溝12a,12bを設けていないものと設けたものとでは、その排気時間を半分以下に短縮することができる。
【0040】
外装体1内が所定の真空度に達すると、図14に示すように、チップ管5を封止する。
【0041】
ついで、排気部3における平坦な上端面を下向きに押圧することにより、図15に示すように、排気部3を外装体1の内部に没入させる。
【0042】
この際、本実施形態では、チップ管5を接合した台座部材6に破断部7を設けているとともに、ゲッター20の貫通した空間が台座部材6の軸心と一致するように配置しているため、この破断部7により、ゲッター20を収容したアルミ箔21が突き破られる。これにより、ゲッター20は、金属材料から放出され、遊離した水素などのガスを吸収可能な状態になる。その結果、封止後に外装体1内に残留して遊離している水素、一酸化炭素および水は、ゲッター20に吸収され、外装体1の内部空間が真空に維持される。
【0043】
このように、本実施形態では、予め活性化させたゲッター20を使用し、真空状態に排気した後にガスを吸収可能な状態とするため、ゲッター20を活性化させるための加熱時間を削減することができる。そのため、加熱・排気時間の短縮を図ることができる。また、ゲッター20は、アルミ箔21が破られるまで大気中に放置されるのではなく、アルミ箔21により密閉されているため、ゲッター20を機能的に使用可能な期間(寿命)を長期化することができる。
【0044】
前記のようにして製造した真空断熱パネルは、従来と同様に、平板部材2A,2Bに直接的に加わる熱により、これら平板部材2A,2Bの延びが相違する。そして、その延びの相違は、断熱する内外の温度差が大きいほど大きくなる。しかし、本実施形態では、その温度差が最も平衡し熱による伸縮が最も生じ難いコア材11A〜11Dの中心に撓みに強靱な補強板材14を設けているため、真空断熱パネル自体が反り返るという不都合を防止できる。
【0045】
なお、本発明の真空断熱パネルは、前記実施形態の構成に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、排気部3を平板部材2Aに設けたが、平板部材2Bまたは側板部材10に設けてもよい。また、前記実施形態では、真空排気後に内部に没入する排気部3を設けたが、単に平板部材2Aにチップ管5を接合した構成としてもよい。この場合、平板部材2Bおよび側板部材10だけでなく、枠部材8A,8Bに形成することもできる。
【0046】
また、前記実施形態では、外装体1を平面視で正方形状に形成したが、正六角形状、正三角形状、円形状など、その形状は希望に応じて種々の変形が可能である。
【0047】
また、前記実施形態では、金属箔18は、補強板材14を配設したコア材11B,11C間を除く全ての部材境界位置に配設したが、両端のコア材11A,11Dと平板部材2A,2Bとの間にのみ配設してもよい。
【0048】
また、前記実施形態では、コア材11A〜11Dを平板部材2A,2Bの方向に4個に分割して形成したが、内部中央に補強板材14をインサート成型した状態で1個のみの単体で構成してもよい。しかし、コア材の製造作業性および製造コストの面を考慮すると、少なくとも2個に分割して形成することが好ましい。
【0049】
また、本発明では、外装体1を構成する平板部材2A,2Bおよび側板部材10を枠部材8A,8Bを介して接合する構成としているため、前記枠部材8A,8Bに固定する対象物品である低温の液化などを搬送するためのタンクや冷凍庫などに固定するためのブラケットを設けてもよい。
【0050】
具体的には、図16に示すように、枠部材8A,8Bは断面略L字形状に形成し、その一端から略L字形状に突出するブラケット部27A,27Bを形成する。そして、外側に位置するブラケット部27Aには、ボルト30および該ボルト30を締め付ける工具を挿通可能な半円形状の挿通孔28を形成する。一方、固定対象物品31と近接するブラケット部27Bには、ボルト30の軸部を挿通可能な半円形状の貫通孔29を形成する。そして、隣接させて配置する真空断熱パネルのブラケット部27A,27Bの縁を突き合わせるように配置し、ボルト30を固定対象物品31に形成した締付部32に締め付けることにより、複数の真空断熱パネルを固定できるように構成する。このように、枠部材8A,8Bの形状および構造は、種々の変形が可能である。
【0051】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の真空断熱パネルでは、最も温度差が平衡し熱による伸縮が最も生じ難いコア材の中心に、平板部材と平行に延びる補強板材を設けているため、熱が直接的に加わる一対の平板部材に延びの差が生じても、真空断熱パネル自体が反り返ることを防止できる。
【0052】
また、補強板材は、その外形を側板部材の外形より小さく形成するとともに、該補強板材に前記コア材に差し込んで位置決めする位置決め突起を設けているため、確実に側板部材との非接触状態を維持し、側板部材を介して補強板材に熱が伝わり、該補強板材自体に延びが生じることを防止できる。また、前記コア材の表面に通気溝を設けるとともに、前記補強板材に通気孔を設けているため、真空排気時に要する時間を短縮できる。また、前記通気孔の縁には補強リブを突設しているため、補強板材の撓みを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の真空断熱パネルを示す断面図である。
【図2】 図1の要部拡大断面図である。
【図3】 図1の分解斜視図である。
【図4】 補強板材を示す斜視図である。
【図5】 図4の要部拡大断面図である。
【図6】 組立作業の第1工程を示す断面図である。
【図7】 組立作業の第2工程を示す断面図である。
【図8】 組立作業の第3工程を示す断面図である。
【図9】 組立作業の第4工程を示す断面図である。
【図10】 組立作業の第5工程を示す断面図である。
【図11】 組立作業の第6工程を示す断面図である。
【図12】 組立作業の第7工程を示す断面図である。
【図13】 真空排気作業の第1工程を示す断面図である。
【図14】 真空排気作業の第2工程を示す断面図である。
【図15】 真空排気作業の第3工程を示す断面図である。
【図16】 真空断熱パネルの変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
1…外装体、2A,2B…平板部材、5…チップ管、7…破断部、8A,8B…枠部材、10…側板部材、11A〜11D…コア材、12a,12b…通気溝、14…補強板材、15…位置決め突起、16…通気孔、17…補強リブ、18…金属箔、20…ゲッター、21…アルミ箔。

Claims (3)

  1. 熱伝導度の低い材料からなるコア材と、該コア材の対向する面を被覆した金属製薄板からなる一対の平板部材およびコア材の側面を被覆した金属製薄板からなる側板部材を有する外装体とを備えた真空断熱パネルにおいて、
    前記コア材を、一対の前記平板部材の方向に2個以上に分割し、隣接するコア材の間の少なくとも中心に、前記側板部材の外形より小さく前記平板部材と平行に延びる補強板材を配設し
    前記コア材の表面に通気溝を設けるとともに、前記補強板材に通気孔を設け、かつ、
    前記補強板材に前記コア材に差し込んで位置決めする位置決め突起を切り起こしにより設けるとともに、前記通気孔の縁に前記位置決め突起に対して逆向きに突出してコア材に差し込んで位置決めする補強リブを設けたことを特徴とする真空断熱パネル。
  2. 前記外装体の内部に輻射伝熱を防止する金属箔を配設したことを特徴とする請求項1に記載の真空断熱パネル。
  3. 前記外装体は、前記平板部材と側板部材とを枠部材を介して接合したものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空断熱パネル。
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