JP4479027B2

JP4479027B2 - 真空断熱材

Info

Publication number: JP4479027B2
Application number: JP32634099A
Authority: JP
Inventors: 光宏佐野; 隆行浦田; 泉生弘田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP2001141179A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱を利用した調理器や誘導加熱を利用した炊飯器などを断熱するために用いられる真空断熱材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に真空断熱材は、ガスバリアー性を有するガスバリアー層と有機フィルムとを積層したラミネートフィルムからなる袋に、シリカなどの微粉末やウレタンフォームなどの成型体を充填し、内部を真空排気して構成しているものである。前記ガスバリアー層としては、通常６〜１０μｍのアルミニウム箔を用いている。
【０００３】
この真空断熱材の断熱性能は、ガラスウールの６倍以上もあって、冷蔵庫などの保冷機器や電気湯沸かし器などの加熱保温機器に広く使用されている。この結果、前記加熱保温機器は消費電力量を節約でき、大いに省エネに貢献できるものとなっている。
【０００４】
しかし前記した構成の真空断熱材は、誘導加熱調理器や誘導加熱式炊飯器等の誘導加熱機器には使用できないという課題を有しているものである。すなわち、使用しているアルミニウム箔自身が誘導加熱されて赤熱し、断熱材として機能しないものである。
【０００５】
このため、ガスバリアー層としてアルミニウムなどの金属をフィルム上に蒸着した金属蒸着層を用いた真空断熱材が用いられるようになった。これはガスバリアー層としての金属層を薄くすることによって、金属を伝導して漏れる熱量を抑え、断熱性能を上げようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の金属蒸着層を有する断熱材は、１００℃近傍の高温下では真空が保持できず断熱性が低下するという課題を有している。
【０００７】
すなわち、気体分子は高温になるほどその運動エネルギーが幾何級数的に増加するものであり、１００℃近傍の高温下ではこの運動エネルギーによって、金属蒸着層程度の厚さでは金属蒸着層が劣化して気体の透過を抑えることが困難となって、真空が保持できず断熱性が低下するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ラミネートフィルムのガスバリアー層に、厚さ１μｍ以上７μｍ以下のステンレス箔またはチタン箔を使用し、ガスバリアー層を保護する保護層に、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートまたはポリイミドまたはポリフェニルサルファイドからなるフィルムを１層または複数層使用し、ラミネートフィルムのシール層に、無延伸のポリプロピレンを使用したことにより、調理容器を誘導加熱する高周波磁界が透過する箇所に設けて誘導加熱機器の保温に使用しても、誘導加熱効率が低下しない、耐熱性と耐久性に優れた断熱性能の高い真空断熱材としているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、ガスバリアー性を有するガスバリアー層と前記ガスバリアー層を保護する保護層とシール層とを積層して構成したラミネートフィルムによって構成した袋状の包装材に、断熱芯材を封入して真空排気してなり、高周波磁界を調理容器に鎖交させて調理容器を誘導加熱して水または調理物を加熱する誘導加熱機器の保温に使用する、調理容器を誘導加熱する高周波磁界が透過する箇所に設けられる真空断熱材であって、前記ガスバリアー層は、厚さ１μｍ以上７μｍ以下のステンレス箔またはチタン箔を使用し、前記保護層は、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートまたはポリイミドまたはポリフェニルサルファイドからなるフィルムを１層または複数層使用し、前記シール層は、無延伸のポリプロピレンを使用したものであり、調理容器を誘導加熱する高周波磁界が透過する箇所に設けて誘導加熱機器の保温に使用しても、誘導加熱効率が低下しない、耐熱性と耐久性に優れた断熱性能の高い真空断熱材としているものである。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。図１は本実施例の真空断熱材の構造を示す断面図である。本実施例の真空断熱材は、芯材１と、芯材１を内包する内袋２と、ラミネートフィルム３によって構成している。ラミネートフィルム３は、シール層４とガスバリアー層５と保護層６を積層した構成としている。また、ラミネートフィルム３は接着部７を有している。接着部７はこの部分を加熱して熱溶着することによって、芯材１中の空気を排気して得られた真空を保持するように作用するものである。
【００１８】
芯材１としては、通常はシリカやパーライト等の微粉末や、ウレタンフォーム等の成形体を用いるが、本実施例では合成シリカを使用している。合成シリカは粒子が非常に細かいため、粒子の熱伝導率が小さく、さらに１０ｔｏｒｒ以下の圧力下では、圧力に関係せずに非常に小さな熱伝導率を示すものである。このため、空気分子の運動の大きい高温条件での使用に、最適な材料である。
【００１９】
シール層４は、通常はポリエチレンや高密度ポリエチレン、またはポリアクリロニトリルやポリプロピレン等が使用されている。本実施例では、シール層４としてホモポリマーで結晶化度を上げた無延伸のポリプロピレンを使用している。前記無延伸のポリプロピレンは、１００℃程度の高温下でも、長期間、劣化無く使用できるものである。
【００２０】
ガスバリアー層５は、真空断熱材の内部の真空を保持する役割を果たしている。真空断熱材内部の圧力、すなわち内圧は、通常は２０ｔｏｒｒ程度以下である。熱ストレスや機械的な外力等が原因して、ガスバリアー層５のガスバリアー効果が低下して内圧が上昇すると、ガスバリアー層５の断熱性能は低下してくる。
【００２１】
本実施例では、ガスバリアー層５として、延性を有しており、また熱伝導率が３００Ｋにおいて１００ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属を使用している。延性を有することによって、薄く広げる加工を施してもピンホールが発生せず、また、熱伝導率の低いものを使用することによって、端面からの熱伝導を抑えて断熱性能を高めることができるものである。
【００２２】
以下、本実施例の動作について説明する。図１に示している真空断熱材は、特に誘導加熱を利用した誘導加熱機器に使用した場合に威力を発揮するものである。もちろん、冷蔵庫等の保冷機器や加熱保温器等に対しても従来と同様に使用できるものである。
【００２３】
誘導加熱機器には、電磁調理器や誘導加熱を用いたジャー炊飯器、ジャーポット、ホットプレート、保温鍋などの熱機器がある。誘導加熱機器は、高周波コイルから例えば２５キロヘルツ前後の高周波磁界を発生させて、この高周波磁界が調理器の調理容器に鎖交して、調理容器を誘導加熱するものである。すなわち、高周波磁界の鎖交によって調理容器を構成する金属に渦電流が発生し、この渦電流によってジュール熱が発生するものである。この誘導加熱によって、調理容器内に収容している調理物の調理が進行するものである。
【００２４】
このような、高周波磁界によって調理容器を加熱する構成の装置には、通常は断熱材を使用する保温はできないものである。すなわち、調理時に装置から発生する高周波磁界が断熱材のガスバリアー層を構成する金属と鎖交することによって、この金属自体が誘導加熱されて発熱することになるものである。すなわち、ガスバリアー層が破壊されるものである。
【００２５】
発明者らは、このような高周波磁界による影響を避けることができる構成を見いだしているものである。
【００２６】
高周波磁界と鎖交することによって生ずる誘導加熱現象は、加熱対象物となる金属の種類と厚さによってその挙動が変化する。比較的電気抵抗の大きなステンレスやチタン、あるいは鉄やクロムや炭素鋼などは、ミリオーダーの厚さでは誘導加熱により激しく加熱されるものであるが、厚さがミクロンオーダーになると、加熱されにくくなるものである。特に電気抵抗の大きいステンレスやチタンでは、厚さが２０μｍ程度以下になると加熱されにくくなって、５μｍ以下の厚さになるとほとんど加熱されないものである。また、厚さがミクロンオーダーの場合は、高周波コイルが発生した高周波磁界を透過させるという性質もある。また、アルミニウムや銅など電気抵抗の小さな金属は、厚さがミリオーダーの範囲では誘導加熱によって加熱されないものである。しかし、厚さが７μｍ程度のミクロンオーダーになると激しく加熱され、蒸着技術、スパッタリング技術、エッチング技術などで０．０５〜１μｍ程度の厚さにしたアルミニウムは、高周波磁界を透過して誘導加熱によって発熱しないものである。
【００２７】
すなわち本実施例では、図１に示しているガスバリアー層５として、延性を有し、熱伝導率が３００Ｋにおいて１００ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属を使用するようにしているものである。延性を有する金属を使用することによって、高周波磁界等の磁界中に置いたときに誘導加熱されない程度の薄い金属に加工しても、すなわち、金属箔や基材に金属を蒸着した蒸着層を使用してもピンホールの発生がなく、ガスバリアー層５のガスバリアー特性を維持できるものとなっている。また、熱伝導率の低い金属を使用するようにして、端面からの熱伝導によって低温側に伝達される熱量を少なくして、一層断熱効果の高い真空断熱材としているものである。平均温度３００Ｋで熱伝導率が１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下の延性を有する金属としては、鉄（８０Ｗ／ｍ・Ｋ）、ニッケル（９０Ｗ／ｍ・Ｋ）、プラチナ（７１Ｗ／ｍ・Ｋ）、スズ（７３Ｗ／ｍ・Ｋ）、チタン（２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、ステンレス（１５Ｗ／ｍ・Ｋ）、炭素鋼（５０Ｗ／ｍ・Ｋ）などが挙げられる。
【００２８】
また、本実施例では、ガスバリアー層５として金属箔や蒸着層などの非常に薄い材料を使用しているため、非常に傷が付きやすいものとなっている。傷が付いてしまうと、真空が保持できなくなり、断熱材として作用しなくなる。このため、本実施例ではガスバリアー層５の上部を保護層６によって保護しているものである。保護層６は、通常はナイロン６、ナイロン６６等のアミド系の樹脂を使用している。しかしながら、ナイロン６、ナイロン６６は、高温下では熱劣化するため、本実施例では、保護層６としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、またはポリイミド（ＰＩ）、またはポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）等の、耐熱性のフィルムを使用している。このため、１００℃程度の高温下で使用しても熱劣化を生ずることがなく、長期にわたって特性を維持できる真空断熱材を実現できるものである。
【００２９】
以下、本実施例の効果を検証する実験の結果について説明する。
【００３０】
（実験例１)
本実験では、従来の構成のものである、ガスバリアー層５として厚さ７μｍのアルミニウム箔を使用したもの（従来例１）と、ＰＥＴを基材としてアルミニウムを厚さが０．０５μｍになるように蒸着したアルミニウム蒸着層を使用したもの（従来例２）と、本実施例の、ＳＵＳ３０４を厚さ７μｍの金属箔として使用したもの（本実験例ではＳＵＳ箔Ａと称している）と、ＳＵＳ３０４を厚さ５０μｍの金属箔として使用したもの（本実験例ではＳＵＳ箔Ｂと称している）と、厚さ７μｍのチタン箔を使用したもの（本実験例ではチタン箔Ａと称している）と、厚さ５０μｍのチタン箔を使用したもの（本実験例ではチタン箔Ｂと称している）とを比較している。この実験結果を（表１）に示している。
【００３１】
【表１】

【００３２】
（表１）からわかるように、どの断熱材も貫通する熱量は同量であるが、端面を伝う熱量には大きな差があるものである。すなわち、ガスバリアー層５として厚さ５０μｍのステンレス箔やチタン箔を用いると、厚さ７μｍのアルミニウム箔を用いるよりも真空断熱材から漏れる全熱量を抑えることができ、５０μｍよりさらに薄いステンレス箔やチタン箔を用いると、さらに真空断熱材から漏れる全熱量を抑えることができ、断熱性能の優れた真空断熱材を実現できる。
【００３３】
（実験例２）
次に、本実施例の真空断熱材の耐熱耐久試験の結果を報告する。実験に使用したサンプルは、実験例１で使用したものと同様、従来例１のものと、従来例２のものと、ＳＵＳ箔Ａを使用したものと、ＳＵＳ箔Ｂを使用したものと、チタン箔Ａを使用したものと、チタン箔Ｂを使用したものである。前記サンブルについて、予め、真空断熱材の内圧を測定しておいて、各々の断熱材を１００℃の恒温槽中に収容して、所定の時間が経過するごとに恒温槽から取り出して内圧を測定しているものである。実験結果を（表２）に示している。
【００３４】
【表２】

【００３５】
一般的に、真空断熱材を使用する商品は７年から１０年の使用を基準にしているものである。（表２）に示しているように、本実施例の各サンプルは７年間での使用に対しては内圧が２０ｔｏｒｒ以下となっており、十分に使用できるものである。また従来例２に示しているアルミ蒸着層を使用しているものについては、試験開始後１２日目で内圧が２５ｔｏｒｒとなっており、耐熱性・耐久性は保証できないものである。１０年間の使用を考えた場合には、ガスバリアー層５として厚さ７μｍ程度のステンレス箔やチタン箔を用いることが好ましいものである。
【００３６】
（実験例３）
次に、本実施例の真空断熱材を使用した誘導加熱機器の加熱効率を調べる実験を行った結果について報告する。この実験は、図２に示している実験装置を使用しているものである。すなわち、誘導加熱機器８と、調理容器である加熱対象物９との間に、本実施例の真空断熱材１０を挿入しているものである。つまり、真空断熱材１０を挿入していない場合の加熱効率を１００として、真空断熱材１０を挿入することによって加熱効率がどの程度低減するかを測定しているものである。真空断熱材のガスバリアー層５には、厚さ７μｍのアルミニウム箔を使用したものと、厚さ０．０５μｍのアルミニウム蒸着層を使用したものと、厚さ１μｍから１００μｍのフェライト系ステンレス箔ＳＵＳ４３０と、オーステナイト系ステンレス箔ＳＵＳ３０４と、同様の厚さのチタン箔を使用したものを使用している。この測定結果を（表３）に示している。
【００３７】
【表３】

【００３８】
（表３）からわかるように、厚さ５０μｍ以下のステンレス箔やチタン箔をガスバリアー層５として用いた真空断熱材は、誘導加熱機器に使用しても加熱効率がほとんど低下しないものである。特に厚さ１０μｍ以下のステンレス箔やチタン箔をガスバリアー層５として使用したものは、加熱効率が９０％以上あって誘導加熱機器に対して使用することを推奨できるものである。
【００３９】
また厚さ０．０５μｍのアルミニウム蒸着層をガスバリアー層５として使用したものは、加熱効率が９９．５％であって、加熱効率に影響を及ぼさないものではあるが、（表２）に示しているように耐熱耐久性において劣るものであるため、結論として誘導加熱機器には使用できないものである。
【００４０】
また、厚さ７μｍのアルミニウム箔を用いた真空断熱材は、アルミニウム箔が赤熱して発火するものであり、加熱効率は測定できないものである。同様に、ガスバリアー層５として、厚さ１００μｍのステンレス箔、厚さ１００μｍのチタン箔を用いた真空断熱材は発火していまい、加熱効率の測定はできないものである。従って、これらは結論として誘導加熱機器には使用できないものである。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明は、ガスバリアー性を有するガスバリアー層と前記ガスバリアー層を保護する保護層とシール層とを積層して構成したラミネートフィルムによって構成した袋状の包装材に、断熱芯材を封入して真空排気してなり、高周波磁界を調理容器に鎖交させて調理容器を誘導加熱して水または調理物を加熱する誘導加熱機器の保温に使用する、調理容器を誘導加熱する高周波磁界が透過する箇所に設けられる真空断熱材であって、前記ガスバリアー層は、厚さ１μｍ以上７μｍ以下のステンレス箔またはチタン箔を使用し、前記保護層は、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートまたはポリイミドまたはポリフェニルサルファイドからなるフィルムを１層または複数層使用し、前記シール層は、無延伸のポリプロピレンを使用したことにより、調理容器を誘導加熱する高周波磁界が透過する箇所に設けて誘導加熱機器の保温に使用しても、誘導加熱効率が低下しない、耐熱性と耐久性に優れた断熱性能の高い真空断熱材を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である真空断熱材の構成を示す断面図
【図２】同、真空断熱材を使用した誘導加熱機器の構成を示す断面図
【符号の説明】
３ラミネートフィルム
４シール層
５ガスバリアー層
６保護層
８誘導加熱機器
１０真空断熱材

Claims

ガスバリアー性を有するガスバリアー層と前記ガスバリアー層を保護する保護層とシール層とを積層して構成したラミネートフィルムによって構成した袋状の包装材に、断熱芯材を封入して真空排気してなり、高周波磁界を調理容器に鎖交させて調理容器を誘導加熱して水または調理物を加熱する誘導加熱機器の保温に使用する、調理容器を誘導加熱する高周波磁界が透過する箇所に設けられる真空断熱材であって、前記ガスバリアー層は、厚さ１μｍ以上７μｍ以下のステンレス箔またはチタン箔を使用し、前記保護層は、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートまたはポリイミドまたはポリフェニルサルファイドからなるフィルムを１層または複数層使用し、前記シール層は、無延伸のポリプロピレンを使用した真空断熱材。