JP5023597B2 - Heat insulation variable heat insulating material, building material heat insulating material using heat conductivity variable heat insulating material, automobile engine - Google Patents
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Description
本発明は、断熱性能に優れた高性能の断熱材であり、かつ、使用状態においては、断熱性能を低下させて熱通過量を増やせるもので、住宅用の建材や自動車エンジンなどの断熱材などに使用可能な熱伝導率可変断熱材に関するものである。 The present invention is a high-performance heat insulating material excellent in heat insulating performance, and in use, can reduce the heat insulating performance and increase the amount of heat passing, such as a building material for housing and a heat insulating material for an automobile engine, etc. The present invention relates to a heat conductivity variable heat insulating material that can be used in the field.
近年、地球温暖化防止の観点から省エネルギーが強く望まれており、例えば、住宅の高断熱化では、暖房や冷房のエネルギー消費を削減する観点から、優れた断熱性能を有する断熱材が求められている。 In recent years, there has been a strong demand for energy saving from the viewpoint of preventing global warming. For example, in the heat insulation of houses, a heat insulating material having excellent heat insulating performance is required from the viewpoint of reducing the energy consumption of heating and cooling. Yes.
一般的な断熱材として、グラスウールなどの繊維材やウレタンフォームなどの発泡体が用いられている。しかし、これらの断熱材の断熱性能を向上するためには断熱材の厚さを増す必要があり、断熱材を充填できる空間に制限があって省スペースや空間の有効利用が必要な場合には適用することができない。 As general heat insulating materials, fiber materials such as glass wool and foams such as urethane foam are used. However, in order to improve the heat insulation performance of these heat insulating materials, it is necessary to increase the thickness of the heat insulating material, and there is a limit to the space that can be filled with the heat insulating material, so when space saving and effective use of the space are necessary It cannot be applied.
そこで、高性能な断熱材として、真空断熱体が提案されている。これは、スペーサの役割を持つ芯材を、気体透過率の極めて小さな外被材中に挿入し内部を減圧にして封止した断熱体である。 Therefore, a vacuum heat insulator has been proposed as a high performance heat insulating material. This is a heat insulator in which a core material serving as a spacer is inserted into a jacket material having a very low gas permeability and the inside is sealed under reduced pressure.
この断熱体を使用することにより、冬季や夏季においては、外部からの熱通過量を抑制できるため、暖房や冷房に要するエネルギーは大幅に抑えることができる。
しかしながら、特許文献1記載の上記従来の構成では、春や秋などの冷房が不要な20℃程度の室外温度時期においても、部屋の電化製品や人体からの放熱量によって室温が上がり、冷房や換気のためのエネルギーが恒常的に必要となる問題があった。
However, in the above-described conventional configuration described in
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、断熱材の熱伝導率を任意に変化でき、断熱性能が必要な場合は、熱伝導率を小さくして断熱強化を図り、断熱を解除したい場合には熱伝導率を大きくして熱通過させることのできる熱伝導率可変断熱材を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and if the heat conductivity of the heat insulating material can be changed arbitrarily, and heat insulation performance is required, the heat conductivity is reduced to increase the heat insulation and release the heat insulation. In this case, an object of the present invention is to provide a heat conductivity variable heat insulating material that can increase heat conductivity and allow heat to pass therethrough.
上記目的を達成するために、本発明の熱伝導率可変断熱材は、断熱容器と、前記断熱容器中の内圧を変化させる内圧変化手段とからなり、前記内圧変化手段により前記断熱容器中の内圧を変化させて前記断熱容器の熱伝導率を調節することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the heat conductivity variable heat insulating material of the present invention comprises a heat insulating container and an internal pressure changing means for changing the internal pressure in the heat insulating container, and the internal pressure in the heat insulating container is changed by the internal pressure changing means. And the thermal conductivity of the heat insulating container is adjusted.
これによって、例えば、断熱容器内に多孔質芯材を有し、多孔質芯材の空孔の空隙間距離が平均50μm程度であるグラスウール固形化芯材を使用した場合においては、1000Paでの空気熱伝導率は、0.025W/mK、10Paでは、0.002W/mK程度であり、10Paから1000Paという約1/100気圧差のわずかの圧力変化で、12.5倍の気体熱伝導率に可変することができる。 Thus, for example, when a glass wool solidified core material having a porous core material in a heat insulating container and having an average gap distance of pores of the porous core material of about 50 μm is used, air at 1000 Pa is used. The thermal conductivity is about 0.002 W / mK at 0.025 W / mK and 10 Pa, and the gas thermal conductivity is 12.5 times with a slight pressure change of about 1/100 atm difference from 10 Pa to 1000 Pa. Can be variable.
この結果、この気体熱伝導率寄与分に輻射や固体熱伝導寄与分を加味した熱伝導率可変断熱材の熱伝導率も、0.026W/mKから0.003W/mKと、約9倍の断熱性能差を得ることができるのである。 As a result, the thermal conductivity of the thermal conductivity variable heat insulating material, in which radiation and solid thermal conductivity contributions are added to the gaseous thermal conductivity contribution, is also about 9 times from 0.026 W / mK to 0.003 W / mK. A difference in heat insulation performance can be obtained.
このように熱伝導率可変断熱材では、わずかの内圧の変化によって、熱伝導率が可変でき、断熱強化から断熱解除まで効果を発現できるのである。 Thus, in the heat conductivity variable heat insulating material, the heat conductivity can be varied by a slight change in internal pressure, and the effect can be exhibited from heat insulation strengthening to heat insulation release.
また、別の本発明の熱伝導率可変断熱材は、上記構成における内圧変化手段が、空気成分の吸着または脱着を行う空気成分吸蔵材料を含み、前記内圧変化手段により前記断熱容器中の内圧を変化させる時に前記空気成分吸蔵材料が前記断熱容器内と連通する空間に位置していることを特徴とするものである。 In another heat conductivity variable heat insulating material of the present invention, the internal pressure changing means in the above configuration includes an air component occlusion material that adsorbs or desorbs air components, and the internal pressure changing means controls the internal pressure in the heat insulating container. The air component storage material is located in a space communicating with the inside of the heat insulating container when changing.
これによって、この熱伝導率可変断熱材では、空気成分吸蔵材料の気体吸蔵量を変化させることにより、断熱容器の内圧を容易に変化させることができるのである。 Thereby, in this heat conductivity variable heat insulating material, the internal pressure of the heat insulating container can be easily changed by changing the gas occlusion amount of the air component storage material.
例えば、100cm角で厚みが0.5cmの断熱容器では、標準1気圧状態で50ccの空気を、空気成分吸蔵材料によって0.01ccまで吸着し、また逆に全量を脱着することで、繰返し、容易に10Paから1000Paの圧力を得ることができ、熱伝導率も0.002W/mKから0.025W/mK程度まで可変が可能である。よって、輻射や固体熱伝導寄与を加味した熱伝導率可変断熱材の熱伝導率も0.026W/mKから0.003W/mKと、約9倍の断熱性能差を得ることが容易にできるのである。 For example, in a 100 cm square and 0.5 cm thick insulated container, 50 cc of air is adsorbed up to 0.01 cc by the air component occlusion material at a standard 1 atmospheric pressure, and conversely, the entire amount is desorbed and repeated easily. Further, a pressure of 10 Pa to 1000 Pa can be obtained, and the thermal conductivity can be varied from 0.002 W / mK to about 0.025 W / mK. Therefore, the thermal conductivity of the thermal conductivity variable heat insulating material taking into account the contribution of radiation and solid thermal conduction can be easily obtained from 0.026 W / mK to 0.003 W / mK, which is about 9 times the thermal insulation performance difference. is there.
また、さらに別の本発明の熱伝導率可変断熱材は、上記構成における空気成分吸蔵材料が、銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライトを含み、前記ZSM−5型ゼオライトの銅サイトのうち、少なくとも60%以上の銅サイトが、銅1価サイトであることを特徴とするものである。 Still another heat conductivity variable heat insulating material of the present invention, the air component occlusion material in the above configuration contains ZSM-5 type zeolite exchanged with copper ions, and among the copper sites of the ZSM-5 type zeolite, At least 60% or more of copper sites are copper monovalent sites.
これによって、この熱伝導率可変断熱材では、ZSM−5型ゼオライトの銅1価サイトの化学結合力により、化学的に安定で吸蔵困難な窒素ガスを高真空条件においても、大容量で吸蔵できるため、所望の10Paの内圧を実現し、熱伝導率も0.026W/mKから、0.003W/mKという優れた断熱性能を実現することができるのである。 As a result, in this heat conductivity variable heat insulating material, nitrogen gas that is chemically stable and difficult to occlude can be occluded in a large volume even under high vacuum conditions due to the chemical bond strength of the copper monovalent site of ZSM-5 type zeolite. Therefore, a desired internal pressure of 10 Pa can be realized, and an excellent heat insulation performance of 0.003 W / mK from 0.026 W / mK can be realized.
特に、長期使用において、断熱体に外部から空気が微量侵入しても、吸着量が大きいために0.003W/mKという優れた断熱性能を長期間実現することができるのである。また、窒素に比べて、比較的反応性が高く吸着しやすい酸素については、同様に問題なく吸蔵可能である。 In particular, in a long-term use, even if a small amount of air enters the heat insulating body from the outside, an excellent heat insulating performance of 0.003 W / mK can be realized for a long time because the adsorption amount is large. In addition, oxygen that is relatively reactive and easily adsorbed compared to nitrogen can be occluded without any problem.
空気成分吸蔵材料としては、銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライト以外にも、窒素吸着に特有の能力を有する相互に金属間化合物をつくらないリチウムとリチウム以外の金属からなり、かつ前記2種の金属の混合のエンタルピーが0より大きい気体吸着合金や、オープンメタルサイトを有する吸着性集積型金属錯体、および吸着量は劣るが、活性炭、モレキュラシーブスを使用することができる。 As the air component storage material, besides the ZSM-5 type zeolite subjected to the copper ion exchange, it is composed of lithium and a metal other than lithium which have a unique ability for nitrogen adsorption and do not form an intermetallic compound with each other. Gas adsorption alloys having an enthalpy of mixing of metals greater than 0, adsorptive integrated metal complexes having open metal sites, and activated carbon and molecular sieves can be used, although the amount of adsorption is inferior.
また、さらに別の本発明の熱伝導率可変断熱材は、上記構成における空気成分吸蔵材料が、常温では空気成分を吸着し、常温より高い所定温度以上に加熱すると吸蔵していた空気成分を脱離するものであり、内圧変化手段は、前記空気成分吸蔵材料を加熱する加熱装置を含むことを特徴とするものである。 Further, another heat conductivity variable heat insulating material of the present invention is such that the air component occlusion material in the above configuration adsorbs air components at room temperature and removes the occluded air components when heated above a predetermined temperature higher than room temperature. The internal pressure changing means includes a heating device for heating the air component storage material.
銅1価サイトを有するZSM−5型ゼオライトでは、加温により吸蔵していた空気成分を容易に脱着することができ、また常温まで冷却することで吸蔵が始まるため、応答性が良く、所望の内圧まで微量の空気成分を吸着したり、放出したりすることができるのである。 ZSM-5 type zeolite having a copper monovalent site can easily desorb the air component that has been occluded by heating, and occlusion starts by cooling to room temperature. A very small amount of air components can be adsorbed or released up to the internal pressure.
また、さらに別の本発明は、上記本発明の熱伝導率可変断熱材を建材断熱材に用いるものである。 Still another aspect of the present invention uses the heat conductivity variable heat insulating material of the present invention as a building material heat insulating material.
これにより、冬や夏においては、高い真空度に制御して小さな熱伝導率を実現し、春や秋において、圧力を高めて大きな熱伝導率に変化させることにより、暖房費や冷房費を最小に空調することができるのである。 This makes it possible to achieve a low thermal conductivity by controlling to a high degree of vacuum in winter and summer, and to minimize the heating and cooling costs by increasing the pressure and changing to a large thermal conductivity in spring and autumn. It can be air-conditioned.
特に春や秋では、室内の住宅設備機器や家電機器からの発熱により室内温度が上がり、冷房を使用することがあるが、断熱性能を大幅に低下させることにより、室内からの熱通過量を増やし、快適な外気温度を活用できるのである。 Especially in spring and autumn, the indoor temperature may rise due to heat generated from indoor housing equipment and home appliances, and cooling may be used. However, by greatly reducing the heat insulation performance, the amount of heat passing through the room is increased. It is possible to utilize a comfortable outdoor temperature.
また、季節変化だけでなく、日変化でも最適熱伝導率を常に制御し、暖房や冷房エネルギーを使用しない空調を実現することが可能となるのである。 Moreover, it is possible to always control the optimum thermal conductivity not only in the seasonal change but also in the daily change, thereby realizing air conditioning without using heating or cooling energy.
例えば、次世代省エネ基準では、III地区での木造住宅の壁は、グラスウールで55mmが基準となっているが、厚みが10mmの熱伝導率可変断熱材を使用する場合、暖房の必要な冬では、熱伝導率を0.003W/mKとすることで、グラスウール換算で150mm相当となる次世代省エネ基準の約3倍の高断熱性能が得られる一方、室外温度で十分快適な春では、熱伝導率を0.026W/mKとすることで、グラスウール換算で17mm相当となる次世代省エネ基準の約1/3の断熱性能まで低下させることができる。 For example, in the next-generation energy-saving standards, the walls of wooden houses in the III area are based on glass wool of 55 mm, but when using a thermal conductivity variable insulation with a thickness of 10 mm, in winter when heating is required By setting the thermal conductivity to 0.003 W / mK, high heat insulation performance about 3 times higher than the next-generation energy saving standard equivalent to 150 mm in terms of glass wool can be obtained. By setting the rate to 0.026 W / mK, the heat insulation performance can be reduced to about 1/3 of the next generation energy saving standard corresponding to 17 mm in terms of glass wool.
この結果、冬は暖房エネルギーの抑制につながり、春は快適な外気温が活用できるとともに高断熱化による蓄熱抑制のための換気量を減少できることから、大幅なエネルギー削減にも寄与するものである。 As a result, heating energy is reduced in winter, and a comfortable outdoor temperature can be used in winter, and the amount of ventilation for heat storage suppression by high heat insulation can be reduced, which contributes to significant energy reduction.
また、さらに別の本発明は、自動車エンジン表面の少なくとも一部を上記本発明の熱伝導率可変断熱材で覆うものである。 Yet another aspect of the present invention is to cover at least a part of the surface of an automobile engine with the thermal conductivity variable heat insulating material of the present invention.
これにより、エンジン稼動時には大きな熱伝導率に変化させて、エンジンの発生熱を外部へ流出させてエンジンを必要以上に加熱させず、逆にエンジンが停止した時点では、小さな熱伝導率に制御して、断熱保温することができる。この結果、エンジン始動時の温度を高く維持できるため、燃費や排気ガスを改善することができるのである。 As a result, when the engine is in operation, the heat conductivity is changed to a large value so that the heat generated by the engine flows out to the outside and the engine is not heated more than necessary. Conversely, when the engine stops, the heat conductivity is controlled to a small value. Can be insulated and insulated. As a result, the temperature at the start of the engine can be kept high, so that fuel consumption and exhaust gas can be improved.
本発明の熱伝導率可変断熱材では、断熱容器の内圧を任意の圧力に制御して、熱伝導率を任意に変化することによって、断熱性能が必要な場合は、熱伝導率を小さくして断熱強化を図り、断熱を解除したい場合には熱伝導率を大幅に大きくして熱通過させることのできる断熱材を提供できるのである。 In the heat conductivity variable heat insulating material of the present invention, by controlling the internal pressure of the heat insulating container to an arbitrary pressure and arbitrarily changing the heat conductivity, if heat insulation performance is required, the heat conductivity is reduced. When it is desired to enhance the heat insulation and release the heat insulation, it is possible to provide a heat insulating material that can greatly increase the thermal conductivity and allow the heat to pass therethrough.
この結果、住宅建材に使用した場合は、通年を通じて最適の断熱性能に制御できるため、暖房や冷房、換気にかかるエネルギーを最小化でき、また、自動車エンジンでは、稼動時と停止時において、放熱と保温を制御することにより燃費と排気ガスの質を改善できる。エネルギー最小化と住環境の温熱快適を実現でき、地球環境保護や快適性に貢献するものである。 As a result, when used in residential building materials, it is possible to control the heat insulation performance to the optimum throughout the year, thereby minimizing the energy required for heating, cooling, and ventilation. Controlling heat retention can improve fuel economy and exhaust gas quality. It is possible to realize energy minimization and thermal comfort in the living environment, contributing to global environmental protection and comfort.
本発明に記載の熱伝導率可変断熱材の発明は、断熱容器と、前記断熱容器中の内圧を変化させる内圧変化手段とからなり、前記内圧変化手段により前記断熱容器中の内圧を変化させて前記断熱容器の熱伝導率を調節することを特徴とするものである。 The invention of a thermal conductivity variable heat insulating material according to the present invention comprises a heat insulating container and an internal pressure changing means for changing the internal pressure in the heat insulating container, and the internal pressure in the heat insulating container is changed by the internal pressure changing means. The thermal conductivity of the heat insulating container is adjusted.
これにより、例えば、断熱容器内に多孔質芯材を有し、多孔質芯材の空孔の空隙間距離が約50μm程度であるグラスウール固形化芯材を使用した場合においては、1000Paでの空気熱伝導率は、0.025W/mK、10Paでは、0.002W/mK程度であり、10Paから1000Paという1/100気圧差のわずかの圧力変化制御で、12.5倍の気体熱伝導率に可変することができる。 Thus, for example, when a glass wool solidified core material having a porous core material in a heat insulating container and having an air gap distance of about 50 μm in the pores of the porous core material is used, air at 1000 Pa is used. The thermal conductivity is about 0.002 W / mK at 0.025 W / mK and 10 Pa, and the gas thermal conductivity is increased by 12.5 times with a slight pressure change control of 1/100 atm difference from 10 Pa to 1000 Pa. Can be variable.
この結果、この気体熱伝導率寄与分に輻射や固体熱伝導寄与分を加味した熱伝導率可変断熱材の熱伝導率も、0.026W/mKから0.003W/mKと、約9倍の断熱性能差を得ることが出来るのである。このように熱伝導率可変断熱材では、わずかの内圧の変化によって、熱伝導率が可変できるのである。 As a result, the thermal conductivity of the thermal conductivity variable heat insulating material, in which radiation and solid thermal conductivity contributions are added to the gaseous thermal conductivity contribution, is also about 9 times from 0.026 W / mK to 0.003 W / mK. A difference in heat insulation performance can be obtained. Thus, in the heat conductivity variable heat insulating material, the heat conductivity can be varied by a slight change in internal pressure.
また、本発明は、内圧変化手段が、空気成分の吸着または脱着を行う空気成分吸蔵材料を含み、前記内圧変化手段により前記断熱容器中の内圧を変化させる時に前記空気成分吸蔵材料が前記断熱容器内と連通する空間に位置していることを特徴とするものである。 Further, according to the present invention, the internal pressure changing means includes an air component occlusion material that adsorbs or desorbs an air component, and the air occlusion material changes when the internal pressure in the heat insulating container is changed by the internal pressure changing means. It is located in a space communicating with the inside.
これにより、この熱伝導率可変断熱材では、空気成分吸蔵材料の気体吸蔵量を変化させることにより、断熱容器の内圧を容易に変化させることができるのである。 Thereby, in this heat conductivity variable heat insulating material, the internal pressure of a heat insulation container can be easily changed by changing the gas occlusion amount of an air component storage material.
例えば、100cm角で厚みが0.5cmの断熱容器では、1気圧標準状態で50ccの空気量を0.01ccまで吸着し、かつ逆に50ccまで脱着することで、繰返し、容易に10Paから1000Paの圧力を得ることができ、空気熱伝導率も0.025W/mKから0.002W/mK程度まで可変が可能である。よって、輻射や固体熱伝導寄与を加味した熱伝導率可変断熱材の熱伝導率も0.026W/mKから0.003W/mKと、約9倍の断熱性能差を得ることが出来ることが容易に行なえるのである。 For example, in a 100 cm square insulated container with a thickness of 0.5 cm, 50 cc of air is adsorbed up to 0.01 cc in a standard state of 1 atm and conversely desorbed up to 50 cc. Pressure can be obtained, and the air thermal conductivity can be varied from 0.025 W / mK to about 0.002 W / mK. Therefore, the heat conductivity of the heat conductivity variable heat insulating material taking into account the radiation and solid heat conduction contribution can be easily obtained from 0.026 W / mK to 0.003 W / mK, which is about 9 times the heat insulation performance difference. It can be done.
また、本発明は、空気成分吸蔵材料が、銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライトを含み、前記ZSM−5型ゼオライトの銅サイトのうち、少なくとも60%以上の銅サイトが、銅1価サイトであることを特徴とするものである。 Further, the present invention provides the ZSM-5 type zeolite in which the air component storage material is subjected to copper ion exchange, and at least 60% or more of the copper sites of the ZSM-5 type zeolite are copper monovalent sites. It is characterized by being.
これにより、この空気成分吸蔵材料を用いる熱伝導率可変断熱材では、ZSM−5型ゼオライトの銅1価サイトの化学結合力により、化学的に安定で吸蔵困難な窒素ガスを高真空条件においても大容量で吸蔵できるため、所望の10Paの内圧を実現し、熱伝導率も0.026W/mKから、0.003W/mKという優れた断熱性能を実現することができるのである。特に、長期使用において、断熱体に外部から空気が微量侵入しても、吸着量が大きいために0.003W/mKという優れた断熱性能を長期間実現することができる。 As a result, in the heat conductivity variable heat insulating material using this air component storage material, chemically stable and difficult to store nitrogen gas even under high vacuum conditions due to the chemical bond strength of the copper monovalent site of ZSM-5 type zeolite. Since it can be occluded with a large capacity, a desired internal pressure of 10 Pa can be realized, and an excellent heat insulation performance from 0.026 W / mK to 0.003 W / mK can be realized. In particular, in a long-term use, even if a small amount of air enters the heat insulating body from the outside, an excellent heat insulating performance of 0.003 W / mK can be realized for a long time because the adsorption amount is large.
また、本発明は、空気成分吸蔵材料が、常温では空気成分を吸着し、常温より高い所定温度以上に加熱すると吸蔵していた空気成分を脱離するものであり、内圧変化手段は、前記空気成分吸蔵材料を加熱する加熱装置を含むことを特徴とするものである。 In the present invention, the air component occlusion material adsorbs the air component at normal temperature and desorbs the occluded air component when heated to a predetermined temperature higher than normal temperature. A heating device for heating the component storage material is included.
これにより、銅1価サイトを有するZSM−5型ゼオライトでは、加温により吸蔵していた空気成分を容易に脱着することができ、また常温まで冷却することで吸蔵が始まるため、応答性が良く、所望の内圧まで吸着したり、放出したりすることができるのである。 As a result, the ZSM-5 type zeolite having a copper monovalent site can easily desorb the air component that has been occluded by heating, and the occlusion starts by cooling to room temperature, thus providing good response. Thus, it can be adsorbed or released up to a desired internal pressure.
また、本発明は、断熱容器を、芯材を内包するガスバリア性の断熱容器としたものである。 In the present invention, the heat insulating container is a gas barrier heat insulating container containing a core material.
芯材を内包することにより減圧時の断熱容器の変形を防止するための断熱容器の強度を小さく薄くでき、断熱容器に、ガスバリア性の高い金属シートや、金属箔または金属蒸着膜またはシリカ、アルミナ等の無機酸化物の蒸着膜を有する樹脂ラミネートフィルムを用いることができ、ガスバリア性の断熱容器自体を伝わる熱を小さくできる。 By including the core material, the strength of the heat insulation container to prevent deformation of the heat insulation container at the time of decompression can be made small and thin, and the heat insulation container has a metal sheet with a high gas barrier property, metal foil or metal vapor deposition film, silica, alumina A resin laminate film having an inorganic oxide vapor deposition film such as the above can be used, and the heat transmitted through the gas barrier heat insulating container itself can be reduced.
芯材は、有機あるいは無機の繊維、粉末、粉末を固形化したもの、繊維と粉末の混合物、発泡体など、特に限定するものではない。 The core material is not particularly limited, such as organic or inorganic fibers, powders, solidified powders, a mixture of fibers and powders, foams, and the like.
例えば、繊維を用いた芯材では、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、ロックウール、炭化ケイ素繊維等の無機繊維、あるいは木綿等の天然繊維、ポリエステル、ナイロン等の合成繊維等の有機繊維など、公知の材料を使用することができる。 For example, in the core material using fibers, inorganic fibers such as glass wool, glass fibers, alumina fibers, silica alumina fibers, silica fibers, rock wool, silicon carbide fibers, natural fibers such as cotton, synthetic fibers such as polyester and nylon Known materials such as organic fibers can be used.
繊維を使用するには、繊維を圧縮もしくは加熱圧縮、水やバインダーを用いての圧縮もしくは加熱圧縮、ニードリング、スパンレース、抄造等の方法がある。 In order to use the fiber, there are methods such as compression or heat compression of the fiber, compression or heat compression using water or a binder, needling, spunlace, and papermaking.
一方、粉末を用いた芯材では、シリカ、パーライト、カーボンブラック等の無機粉末、あるいは合成樹脂粉末等の有機粉末、あるいはそれらの混合物などを、粉末そのままで充填、あるいは通気性のある袋に充填して用いる、あるいは繊維バインダーあるいは無機や有機の液状バインダーにて固形化する等の方法がある。 On the other hand, in the core material using powder, inorganic powder such as silica, pearlite and carbon black, organic powder such as synthetic resin powder, or a mixture thereof is filled as it is or filled into a breathable bag. Or a method of solidifying with a fiber binder or an inorganic or organic liquid binder.
また、発泡体では、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、スチレンフォーム等を使用することができる。 In the foam, urethane foam, phenol foam, styrene foam, or the like can be used.
また、本発明は、熱伝導率可変断熱材を用いた建材断熱材である。 Moreover, this invention is the building material heat insulating material which used the heat conductivity variable heat insulating material.
これにより、冬や夏においては、高い真空度に制御して断熱性能を高めて小さな熱伝導率を実現し、春や秋において、圧力を高めて大きな熱伝導率に変化させることにより、暖房費や冷房費を最小に空調することができるのである。特に春や秋では、室内外の温度差をつけなくできるために、快適な外気温度を活用できるのである。 As a result, in winter and summer, a high degree of vacuum is controlled to increase heat insulation performance to achieve a small thermal conductivity, and in spring and autumn, the pressure is increased to change to a large thermal conductivity, thereby increasing the heating cost. In addition, air conditioning can be performed with minimum cooling costs. In particular, in spring and autumn, it is possible to utilize a comfortable outdoor temperature because there is no difference between the indoor and outdoor temperatures.
また、季節変化だけでなく、日変化での最適熱伝導率を常に制御し、暖房冷房エネルギーをより効率的に使わないように空調することが可能となるのである。 In addition, it is possible to always control the optimum thermal conductivity not only in the seasonal change but also in the daily change so that air conditioning can be performed so that the heating and cooling energy is not used more efficiently.
例えば、次世代省エネ基準では、III地区での木造住宅の壁は、グラスウールで55mmが基準となっているが、熱伝導率可変断熱材を10mm厚みのものを使用すると、暖房の必要な冬では、熱伝導率を0.003W/mKとし、室外温度で十分な春は、熱伝導率を0.026W/mKとすることで、グラスウール換算で冬は150mm相当で、約3倍の断熱性能が得られ、春は約17mm相当で約1/3の断熱性能に低下させることができる。この結果、冬は暖房エネルギーの抑制につながり、春は快適な外気温が活用できるとともに高断熱化による蓄熱による換気量をへらせることからエネルギー削減にも寄与するものである。 For example, in the next-generation energy saving standard, the wall of a wooden house in the III area is 55 mm in glass wool, but if a thermal conductivity variable heat insulating material with a thickness of 10 mm is used, it will be necessary in the winter when heating is required. The thermal conductivity is 0.003 W / mK, and in the spring when the outdoor temperature is sufficient, the thermal conductivity is 0.026 W / mK. As a result, in spring, the thermal insulation performance can be reduced to about 1/3, corresponding to about 17 mm. As a result, heating energy is reduced in winter, and a comfortable outdoor temperature can be utilized in spring, and the amount of ventilation due to heat storage through high insulation is reduced, contributing to energy reduction.
また、本発明は、熱伝導率可変断熱材で表面の少なくとも一部を覆った自動車エンジンである。 Moreover, this invention is the motor vehicle engine which covered at least one part of the surface with the heat conductivity variable heat insulating material.
これにより、エンジン稼動時には大きな熱伝導率に変化させて、エンジンの発生熱を外部へ流出させてエンジンを必要以上に加熱させず、逆にエンジンが停止した時点では、小さな熱伝導率に制御して、断熱保温するものである。この結果、エンジン始動時の温度が高く維持できるため、燃費や排気ガスを改善することができるのである。 As a result, when the engine is in operation, the heat conductivity is changed to a large value so that the heat generated by the engine flows out to the outside and the engine is not heated more than necessary. Conversely, when the engine stops, the heat conductivity is controlled to a small value. Insulate and keep warm. As a result, the temperature at the time of starting the engine can be kept high, so that fuel consumption and exhaust gas can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における熱伝導率可変断熱材の断面図である。図2は、同実施の形態における断熱容器の内圧と熱伝導率の相関を示す特性図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a heat conductivity variable heat insulating material according to
図1に示すように、実施の形態1の熱伝導率可変断熱材1は、ガスバリア性の高い金属シートや金属−プラスチックスラミネートフィルムからなる外被材3で、グラスウールや粉末などからなる連続通気性の多孔質芯材4を覆って内包し密閉し内部を減圧した断熱容器2からなり、断熱容器2内の空気成分からなる気体の圧力を変化させることにより断熱容器の熱伝導率を調節している。
As shown in FIG. 1, the heat conductivity variable
例えば、断熱容器2の内圧と熱伝導率の関係を図2に示すと、1000Paにおいては、0.026W/mK、10Paにおいては、0.003W/mKの熱伝導率を有する。
For example, when the relationship between the internal pressure of the
熱伝導率が変化する因子としては、内圧変化による気体熱伝導率の変化が支配的で、輻射や固体熱伝導率は一定であるが、その寄与は小さい。よって、わずか990Pa差、約1/100気圧差の内部の圧力を制御することにより、約9倍の熱伝導率差を得ることができ、高断熱から汎用的なレベルの低断熱まで、容易に所望の熱伝導率可変断熱材1を得ることができるのである。
As a factor for changing the thermal conductivity, a change in gas thermal conductivity due to a change in internal pressure is dominant, and radiation and solid thermal conductivity are constant, but their contribution is small. Therefore, by controlling the internal pressure of only 990 Pa difference and about 1/100 atm difference, a heat conductivity difference of about 9 times can be obtained, easily from high heat insulation to general-purpose low heat insulation. The desired heat conductivity variable
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2における熱伝導率可変断熱材の断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view of the thermal conductivity variable heat insulating material in
図3に示すように、実施の形態2の熱伝導率可変断熱材1は、ガスバリア性の高い金属シートや金属−プラスチックスラミネートフィルムからなる外被材3で、グラスウールや粉末などからなる連続通気性の多孔質芯材4を覆って内包し密閉し内部を減圧した断熱容器2と、断熱容器2中の内圧を変化させる内圧変化手段とからなる。
As shown in FIG. 3, the thermal conductivity variable
導気管5は、途中にコック6を有して、断熱容器2とタンク7とを連結しており、コック6を開いた時は、断熱容器2内の多孔質芯材4が入った空間とタンク7内の空気成分吸蔵材料8が充填された空間とが連通しており、コック6を閉じた時は、断熱容器2内の多孔質芯材4が入った空間とタンク7内の空気成分吸蔵材料8が充填された空間とが連通しないようになっている。
The
実施の形態2では、途中にコック6を有する導気管5と、空気成分吸蔵材料8が充填されたタンク7とで、断熱容器2中の内圧を変化させて断熱容器2の熱伝導率を調節する内圧変化手段を構成している。
In
多孔質芯材4の平均空隙間距離は約50μmで、図2に示すような微圧力変化で気体熱伝導率を大きく変化できる特性を有している。多孔質芯材4の圧力(断熱容器2内の圧力)は、1000Paの希薄空気で保ち、コック6で遮断した空気成分吸蔵材料8は、10Pa以下で保持している。コック6を開にすると、空気成分吸蔵材料8は導気管5を通じて多孔質芯材4にある1000Paの希薄気体を吸着し、10Paまで低圧化できる。この結果、断熱容器2は、0.026W/mKから0.003W/mKへ熱伝導率が小さくなり、高断熱化が短時間で実現できた。
The average air gap distance of the
また、次に、コック6開状態で、空気成分吸蔵材料8に吸蔵していた空気を脱着すると、断熱容器2の内圧が1000Paまで上昇し、熱伝導率を0.003W/mKから0.026W/mKへ変化させることができた。
Next, when the air occluded in the air
このように、わずかな圧力制御で、熱伝導率を大きく変化させることができたが、この圧力変化を空気成分吸蔵材料8で吸着と脱着を繰り返すことで、容易に希薄空気気体の移動を可能としたのである。
In this way, the thermal conductivity could be changed greatly with a slight pressure control, but by moving this pressure change with the air
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3における熱伝導率可変断熱材の断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the thermal conductivity variable heat insulating material according to
図4に示すように、実施の形態3の熱伝導率可変断熱材1は、実施の形態2の熱伝導率可変断熱材1における空気成分吸蔵材料8が、銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライト9を含み、ZSM−5型ゼオライト9の銅サイトのうち、少なくとも60%以上の銅サイトが、銅1価サイトであるものであり、その他の構成は、実施の形態2の熱伝導率可変断熱材1と同一構成である。
As shown in FIG. 4, the heat conductivity variable
銅1価サイトを有するZSM−5型ゼオライト9は、加温により吸蔵していた空気成分を容易に脱着することができ、また常温まで冷却することで吸蔵が始まるため、応答性が良く、所望の内圧まで微量の空気成分を吸着したり、放出したりすることができるのである。
ZSM-5
なお、この銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライト9の平衡吸着量は、10Paで標準状態にて3.5cc/gの窒素ガス吸着能力を有している。また酸素も同様に2.8cc/gの吸着能力を有している。
Incidentally, the equilibrium adsorption amount of the ZSM-5
断熱容器2は、100cm×100cm×0.5cmのサイズであり、銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライト9は、20g封入している。断熱容器2は、当初1000Paまで減圧して維持している。また、銅イオン交換されたZSM−5型ゼオライト9からなる空気成分吸蔵材料8の充填されたタンク7は、10Pa以下まで真空引きされて密封している。
The
導通管5のコック6を開くと、断熱容器2に残存していた1気圧標準状態で約50ccの空気は、導通管5を介して、ZSM−5型ゼオライト9から成る空気成分吸蔵材料8で吸着され、平衡圧力の10Paに下がる。この結果、断熱容器2の熱伝導率は、0.026W/mKから0.003W/mKへ熱伝導率が小さくなり、高断熱化が図れた。このように、窒素吸着に優れ、かつ酸素も低圧で大容量に吸着できることから、吸着量を実用可能な使用量で適用することが可能である。
When the
(実施の形態4)
図5は、本発明の実施の形態4における熱伝導率可変断熱材の断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a thermal conductivity variable heat insulating material in
図5に示すように、実施の形態4の熱伝導率可変断熱材1は、実施の形態3の熱伝導率可変断熱材1のタンク7に近接してタンク7内の空気成分吸蔵材料8を加熱する加熱装置10を配設したものであり、その他の構成は、実施の形態3の熱伝導率可変断熱材1と同一構成である。
As shown in FIG. 5, the heat conductivity variable
実施の形態4における加熱装置10は、常温から約150℃に空気成分吸蔵材料8を温度制御ができるものである。この温度変化で空気成分吸蔵材料8の吸着と脱着を繰り返すことができ、容易に希薄空気気体の移動を可能とすることができた。
The
すなわち、断熱容器2の内部圧力を1000Paに高めるためには、空気成分吸蔵材料8を150℃に加温し吸蔵されている窒素や酸素を脱着させ、コック6を開いた状態の導気管5を通じて断熱容器2の内部圧力を高める。
That is, in order to increase the internal pressure of the
逆に断熱容器2の内部圧力を10Paまで下げるためには、加熱を停止することで常温に戻し、コック6を開いた状態の導気管5を通じて断熱容器2内の窒素や酸素を空気成分吸蔵材料8で吸着をさせるのである。この繰り返しによって、断熱容器2の内圧を任意に制御できるのである。
Conversely, in order to lower the internal pressure of the
(実施の形態5)
図6は、本発明の実施の形態5における熱伝導率可変断熱材を用いた建材断熱材を断熱壁に使った住宅の断面図である。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a sectional view of a house in which a building material heat insulating material using a heat conductivity variable heat insulating material in
図6に示すように、住宅11を構成する断熱壁12は、戸外側から室内側に向かって順に、外装材13、通気層14、建材断熱材15、内装材16から成っている。実施の形態5の建材断熱材15は、実施の形態1の熱伝導率可変断熱材1、もしくは、実施の形態2から4のいずれかの熱伝導率可変断熱材1からなり、厚みは1cmである。
As shown in FIG. 6, the
冬と夏は、暖房や冷房にかかるエネルギーを削減するために、熱伝導率可変断熱材1は、0.003W/mKに保たれ、汎用のグラスウールに置き換えると15cm相当になり、次世代省エネ基準の5.5cmの基準厚みの約3倍の断熱性能を発揮する。
In winter and summer, in order to reduce the energy required for heating and cooling, the thermal conductivity variable
また、春や秋においては、熱伝導率可変断熱材1は、0.026W/mKに保ち、汎用のグラスウールに置き換えると約1.7cm相当になり、次世代省エネ基準の5.5cmの基準厚みの約1/3倍の断熱性能しかなく、屋外の快適な温度環境を室内にも利用可能となる。
In spring and autumn, the thermal conductivity variable
特に、住宅設備機器や家電製品から発生する発熱を室内に蓄熱することがないため、従来以下の換気エネルギーで排熱が可能となるのである。 In particular, since heat generated from household equipment and home appliances is not stored indoors, heat can be exhausted with less conventional ventilation energy.
(実施の形態6)
図7は、本発明の実施の形態6における熱伝導率可変断熱材で表面の少なくとも一部を覆った自動車エンジンの概略断面図である。
(Embodiment 6)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an automobile engine in which at least a part of the surface is covered with a thermal conductivity variable heat insulating material in
図7に示すように、実施の形態6の自動車エンジンは、実施の形態1の熱伝導率可変断熱材1、もしくは、実施の形態2から4のいずれかの熱伝導率可変断熱材1で表面の少なくとも一部を覆っている。実施の形態6における熱伝導率可変断熱材1の厚みは、0.5cmである。
As shown in FIG. 7, the automobile engine of the sixth embodiment is surfaced with the thermal conductivity variable
自動車エンジン17が稼働中は、熱伝導率可変断熱材1は、0.026W/mKに保たれ、汎用のグラスウールに置き換えると約0.6cm相当になり、放熱を阻害することはない。一方、自動車エンジン17を停止すると同時に、熱伝導率可変断熱材1は、0.003W/mKに制御するめため、24時間放置しても外気温に対して40℃高い温度で保温できた。この結果、始動時の燃費や排ガスの質の改善が図れた。
While the
以上のように、本発明にかかる熱伝導率可変断熱材は、断熱性能を必要に応じて変えることができるため、断熱と放熱を同一システムで実現でき、保冷保温断熱放熱分野で広く適用することができる。 As described above, since the heat conductivity variable heat insulating material according to the present invention can change the heat insulating performance as necessary, heat insulation and heat radiation can be realized in the same system, and widely applied in the field of heat insulation and heat insulation and heat radiation. Can do.
1 熱伝導率可変断熱材
2 断熱容器
4 多孔質芯材
5 導気管
6 コック
7 タンク
8 空気成分吸蔵材料
9 銅イオン交換したゼオライト
10 加熱装置
15 建材断熱材
17 自動車エンジン
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