JP5313800B2 - 断熱パネル - Google Patents

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Description

本発明は、高温となる炉、低温の液化ガスなどを搬送するためのタンクおよび冷凍庫などに使用される断熱パネルに関するものである。
炉、タンクおよび冷蔵庫などは、内部と外部とが壁面によって区画され、その内気と外気には温度差があるため、壁面に断熱パネルを配設して断熱を図っている。この断熱パネルは、略直方体形状をなす外装体を備え、その内部に熱伝導度が低いコア材が配設されている。
特許文献1には、ポリエチレンテレフタレートからなる外被材の内部に、連通ポリスチレンフォームからなるコア材を配設した真空断熱材が記載されている。この真空断熱材は、真空排気後に残存する周縁部を折り曲げることにより、無駄なスペースを無くすことができるように構成している。しかし、この特許文献1の真空断熱材の外被材はポリエチレンテレフタレートからなるため強度が弱い。そのため、外側から衝撃が加わると直ぐに破壊され、断熱性能が著しく低下するという問題がある。
また、特許文献2には、ステンレス等の金属板により外装体を構成した真空断熱体が記載されている。この真空断熱体は、外側から衝撃が加わっても簡単に破壊されることはない。しかし、この特許文献2の真空断熱体は、外周部から接合部が突出し、その接合部では断熱効果を得ることができない。その結果、広い壁面に多数の真空断熱体を敷設する場合には、断熱効果が低下するという問題がある。
さらに、これらの断熱材は、断熱を図る高温側と低温側の温度差が大きい場合、高温側の延びにより反りが生じるという問題がある。そして、この場合には、十分な断熱性能を得ることができない。また、これらの断熱材は、広い壁面に多数敷設する場合には、多くの連結治具が必要になる。そのため、設置に係る作業性が悪いうえ、コスト高になるという問題がある。
特開2001−141178号公報 特開2001−311496号公報
本発明は、熱による変形を防止して断熱性能を確実に維持できる断熱パネルを提供することを第1の課題とするものである。そして、多数の断熱パネルを敷設する際の作業性を向上するとともに、その状態での断熱効果を十分に得ることができるようにすることを第2の課題とするものである。
前記課題を解決するため、本発明の第1の断熱パネルは、第1断熱空間を形成するための膨出部と、前記膨出部から屈曲して外方に延びる第1フランジ部とを有する第1金属板材と、前記第1フランジ部に接合された第2フランジ部を有し、前記第1金属板材の前記膨出部の開口部を閉塞した第2金属板材と、前記第1断熱空間に配設され、前記第1および第2金属板材より熱伝導度が低いコア材と、を備え、前記第1および第2フランジ部は、外側縁の側に位置し外側縁に沿って接合された接合部と、前記第1断熱空間の側に位置しこの第1断熱空間に連通する非接合部とを有し、前記非接合部に前記コア材を配設するとともに、この非接合部で屈曲させて前記膨出部の膨出方向へ屈曲する屈曲部を設け、この屈曲部内に前記コア材を有する第2断熱空間を形成した構成としている。
また、本発明の第2の断熱パネルは、第1断熱空間を形成するための第1膨出部と、前記膨出部から屈曲して外方に延びる第1フランジ部とを有する第1金属板材と、前記第1フランジ部に接合された第2フランジ部と、前記第1金属板材の前記第1膨出部を閉塞するとともに前記第1膨出部に対して逆向きに膨出して該第1膨出部と一緒に前記第1断熱空間を形成する第2膨出部とを有する第2金属板材と、前記第1断熱空間に配設され、前記第1および第2金属板材より熱伝導度が低いコア材と、を備え、前記第1および第2フランジ部は、外側縁の側に位置し外側縁に沿って接合された接合部と、前記第1断熱空間の側に位置しこの第1断熱空間に連通する非接合部とを有し、前記非接合部に前記コア材を配設するとともに、この非接合部で屈曲させて前記第1膨出部または前記第2膨出部の膨出方向へ屈曲する屈曲部を設け、この屈曲部内に前記コア材を有する第2断熱空間を形成した構成としている。
これらの断熱パネルは、膨出部の膨出方向へ屈曲させた屈曲部を設けているため、この屈曲部の周辺での剛性を高めることができる。その結果、第1または第2金属板材が高温に曝されることにより延びが作用しても、その延びによる変形を屈曲部で抑えることができる。よって、全体が変形することに伴う断熱性能の低下を防止できる。また、非接合部に第1断熱空間に連通する第2断熱空間を形成しているため、同様にコア材が配設されていない領域を削減でき、断熱性能を向上できる。
第2の断熱パネルでは、前記第2金属板材の第2膨出部の膨出方向と直交する方向の幅を、前記第1金属板材の第1膨出部に対して幅広に設け、この第2膨出部の外周面に沿って延びるように前記屈曲部を設けることが好ましい。このようにすれば、複数の断熱パネルを敷設した際に、コア材が配設されていない領域を大幅に削減できる。その結果、十分な断熱効果を得ることができる。
また、前記屈曲部を、前記膨出部の外面より外側に突出しないように設けることが好ましい。このようにすれば、壁面に敷設した状態で、壁面から突出する不要な設置スペースを削減できる。
さらに、前記屈曲部に、他の断熱パネルの屈曲部を重畳させて互いに連結する連結部を設けることが好ましい。このようにすれば、広い壁面に多数の断熱パネルを敷設する際の取付作業性、および、敷設後の安定性を向上できる。
なお、前記断熱空間を真空排気することが好ましい。このようにすれば、断熱性能を更に向上できる。
本発明の断熱パネルでは、膨出部の膨出方向へ屈曲させた屈曲部を設け、この屈曲部の周辺の剛性を高めているため、第1または第2金属板材に延びが作用しても、それによる変形を屈曲部で抑えることができる。その結果、全体が変形することに伴う断熱性能の低下を防止できる。また、膨出部を第1および第2金属板材の両方に設け、第2膨出部を幅広に形成して第2フランジ部との境界部分で屈曲部を設けることにより、または、フランジ部に第2断熱空間を形成することにより、コア材が配設されていない領域を大幅に削減できる。その結果、十分な断熱効果を得ることができる。
本発明の第1実施形態の断熱パネルを示し、(A)は真空排気前の状態を示す断面図、(B)は真空排気後の状態を示す断面図である。 第1および第2金属板材を示す分解斜視図である。 図1(A)の一部を破断した状態を示す斜視図である。 図1(B)の一部を破断した状態を示す斜視図である。 複数の断熱パネルを敷設した状態を示す斜視図である。 図5の要部断面図である。 第2実施形態の断熱パネルの真空排気前の状態を示す一部を破断した斜視図である。 第2実施形態の断熱パネルの真空排気後の状態を示す一部を破断した斜視図である。 第3実施形態の断熱パネルを示し、(A)は真空排気前の状態を示す断面図、(B)は真空排気後の状態を示す断面図である。 第4実施形態の断熱パネルを示し、(A)は真空排気前の状態を示す断面図、(B)は真空排気後の状態を示す断面図である。 (A),(B)は断熱パネルの変形例を示す断面図である
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図1乃至図6は、本発明の第1実施形態に係る断熱パネルを示す。この断熱パネルは、図1(A),(B)に示すように、外装体を構成する第1金属板材10および第2金属板材25と、これらにより形成される断熱空間35,36に配設するコア材38とを備えている。そして、断熱パネルの外周部には、第1膨出部11の膨出方向に沿って屈曲させた屈曲部37が設けられている。また、コア材38を配設した内部の断熱空間35,36は、真空排気した真空断熱パネルとして構成されている。
第1金属板材10は、肉厚0.2〜1.0mmの薄いステンレス(SUS304)板により形成された平面視正方形状のものである。この第1金属板材10は、図2に示すように、中央に正方形状をなすように膨出する第1膨出部11が設けられている。この第1膨出部11は、第1断熱空間35を形成するためのもので、面に対して直交方向に突出するように屈曲された外周面である第1立上部12と、該第1立上部12の外縁を閉塞する第1閉塞部13とを備えている。そして、この第1閉塞部13の中央には、内部に連通する円形状の排気孔15が設けられ、この排気孔15にチップ管16が接合されている。
また、真空排気前の第1金属板材10は、第1膨出部11の開口縁から膨出方向に対して直交方向に突出する第1フランジ部19を備えている。この第1フランジ部19は、外周縁の側に位置する第1接合部20と、第1膨出部11の側に位置する第1非接合部21とを有する。第1接合部20には、4隅に正方形状に打ち抜いた第1打抜部22が設けられている。この第1打抜部22は、真空排気後に内縁に沿って第1フランジ部19を屈曲させて屈曲部37を形成することにより、隣接する屈曲部37の壁を直交状態とするためのものである。この第1打抜部22の内縁は、延長線上に第1非接合部21が位置するように構成されている。第1非接合部21は、第1断熱空間35と連続する第2断熱空間36を形成するためのもので、第1接合部20から段状をなすように第1膨出部11の膨出方向に膨出されている。この第1非接合部21は、第1膨出部11より膨出する寸法が小さく、本実施形態では、内部の第2断熱空間36が約1.4〜7.0mmの厚さで形成されるように構成している。また、第1非接合部21は、第1打抜部22の内縁に対して所定間隔をもって位置するように、膨出させていない凹陥部23を備えている。なお、この凹陥部23内の平面部は第1接合部20を構成する。さらに、第1接合部20には、所定間隔をもって複数の第1連結孔24が設けられている。この第1連結孔24は、他の断熱パネルを横方向に連結するための連結部を構成する。
第2金属板材25は、第1金属板材10と同様に、肉厚0.2〜1.0mmの薄いステンレス(SUS304)板により形成された平面視正方形状のものである。この第2金属板材25は、中央に4隅を面取りした正方形状をなすように、第1膨出部11に対して逆向きに膨出する第2膨出部26が設けられている。この第2膨出部26は、第1膨出部11とともに第1断熱空間35を形成するためのもので、面に対して直交方向に突出するように屈曲された外周面である第2立上部27と、該第2立上部27の外縁を閉塞する第2閉塞部28とを備えている。この第2膨出部26は、対向する第2立上部27,27間の幅、即ち第2膨出部26の膨出方向と直交する方向の幅が、第1膨出部11の第1立上部12,12間の幅より広くなるように形成されている。即ち、第2膨出部26は、第1金属板材10の第1フランジ部19および後述する第2フランジ部30の突出方向に沿って、第1膨出部11より幅広になるように形成されている。また、第2立上部27の4隅は、第1金属板材10の凹陥部23と対応する傾斜部29とされている。
また、真空排気前の第2金属板材25は、第2膨出部26の開口縁から膨出方向に対して直交方向に突出する第2フランジ部30を備えている。この第2フランジ部30は、第1金属板材10の第1フランジ部19に重畳させて接合するためのもので、第1接合部20に対応する第2接合部31と、第1非接合部21に対応する第2非接合部32とを有する。これらは平面状をなすように連続し、図2では仮想線によって区画して示しているが、実際には何ら区画されていない。そして、第2接合部31には、第1金属板材10の第1打抜部22と対応する第2打抜部33が設けられている。また、第2接合部31には、第1金属板材10の第1連結孔24に対応する第2連結孔34が設けられている。
これら第1および第2金属板材10,25からなる外装体は、各フランジ部19,30を接合することにより、第1膨出部11と第2膨出部26とで、1つの第1断熱空間35が形成される。また、フランジ部19,30には非接合部21,32、特に、膨出して形成された第1非接合部21により、第1断熱空間35に連通する第2断熱空間36が形成される。そして、この接合状態で、各フランジ部19,30には、第1膨出部11に沿って屈曲させることにより屈曲部37が設けられる。本実施形態では、屈曲部37は、第2金属板材25の第2膨出部26と第2フランジ部30の境界(屈曲)部分で折り曲げることにより、図1(B)に示すように、第1フランジ部19の第1非接合部21をU字形状をなすように屈曲させるとともに、第2膨出部26の第2立上部27と第2フランジ部30が平面状をなすように延びる構成としている。また、屈曲部37は、屈曲後の上端位置が第1膨出部11の第1閉塞部13より上方に突出しないように、フランジ部19,30を寸法設定している。なお、屈曲部37は、排気孔15から内部の空気を排気した後および排気孔15から内部の空気を排気する前のいずれでも形成することができるが、屈曲加工に伴うリークの発生、および、その検査を考慮すると、排気前に行うことが好ましい。
コア材38は、第1および第2金属板材10,25より熱伝導度が低く、弾性変形が可能なもので、第1断熱空間35と第2断熱空間36に配設される。本実施形態では、密度が約100〜160kg/mで、約220±30kg/mまで圧縮可能なグラスウールを使用している。但し、コア材38は、弾性変形可能なグラスウールに限られず、第1断熱空間35にはセラミックボードなどの弾性的に変形不可能なコア材38を配設し、変形(屈曲)される第2断熱空間36には弾性変形可能なコア材38を配設する構成としてもよい。
なお、この断熱パネルの内部には、遊離するガスを吸収するゲッター(図示せず)が配設されている。このゲッターは、約450℃に加熱することにより活性化して、水素などのガスを吸収する周知のものである。
次に、この断熱パネルの製造方法について説明する。
この断熱パネルは、第1金属板材10、第2金属板材25、コア材38およびゲッターを配設する仮組ステップと実行した後、各金属板材10,25の外周部を接合する接合ステップを実行し、ついで、フランジ部19,30に屈曲部37を形成する屈曲ステップを経て、内部の空気を排気する真空排気ステップを実行して製造される。なお、真空排気ステップは、前述のように接合ステップと屈曲ステップの間で実行する構成としてもよい。
仮組ステップでは、第1金属板材10の第1膨出部11内および第1非接合部21内にコア材38を充填するとともに、第2金属板材25の第2膨出部26内にコア材38を充填し、その状態で互いのフランジ部19,30が重畳するように配置して、各膨出部11,26を閉塞する。この際、コア材38は、金属板材10,25に対して外部から衝撃が加わった際に、その衝撃に耐え得る内圧となるように充填する。
接合ステップでは、重畳したフランジ部19,30の各非接合部21,32を除き、外周縁の側に位置する接合部20,31をシーム溶接によって全周にわたって接合する。これにより、図1(A)および図3に示すように、真空排気前の断熱パネルが形成される。
屈曲ステップでは、第2金属板材25の第2膨出部26と第2フランジ部30の屈曲部分を中心として、第1および第2金属板材10,25の各フランジ部19,30をそれぞれ第1膨出部11の膨出方向に沿って屈曲させる。これにより、第2断熱空間36を形成する第1非接合部21は、塑性変形により若干容積が小さくなる部分が生じるが、第2断熱空間36と第1断熱空間35の連通状態は維持される。
真空排気ステップでは、仮組した断熱パネルを加熱炉内に配置し、約450℃に加熱してゲッターを活性化しながら、第1金属板材10に接合したチップ管16を通して、真空にすべき内部の断熱空間35,36から空気を排出する。これにより、内部を減圧しつつ、金属板材10,25から放出された水素(H)、一酸化炭素(CO)および水(HO)を排出する。この際、断熱空間35,36内にはコア材38が配設されているが、コア材38は繊維状のグラスウールからなるため、その隙間から空気を十分に排気することができる。なお、この真空排気時には内部が減圧されるため、薄肉の金属板材10,25には内向きに変形する力が加わる。しかし、内部には所定圧力となるようにコア材38を充填しているため、金属板材10,25が変形することを防止できる。
このようにして断熱空間35,36内の空気を真空排気し、所定の真空度に達するとチップ管16を封止する。そして、活性化したゲッターは、第1および第2金属板材10,25から放出され、遊離した水素などのガスを吸収する。その結果、封止後に断熱空間35,36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に吸収され、真空が維持される。
このように製造した断熱パネルは、第1膨出部11の膨出方向に対して直交方向に突出するフランジ部19,30に、第1膨出部11の膨出方向に沿って屈曲させた屈曲部37を設けているため、この屈曲部37の周辺での剛性を高めることができる。その結果、断熱パネルを断熱を目的とする壁面に配設し、第1金属板材10または第2金属板材25が高温に曝されて延びが作用しても、その延びによる変形を屈曲部37で抑えることができる。よって、全体が変形することに伴う断熱性能の低下を防止できる。
また、本実施形態の断熱パネルは、第1金属板材10と第2金属板材25の両方に膨出部11,26を設け、第2金属板材25の第2膨出部26は横幅を広く形成するとともに、その境界部分で屈曲部37を屈曲させる構成としている。そのため、図示のように、断熱パネルの外側面は平面状をなす。その結果、図5および図6に示すように、複数の断熱パネルを敷設した際に、隣接する断熱パネルを密着させることができる。また、断熱パネル間には、コア材38が配設されていない領域が殆どなく、隣接する断熱パネルの第2金属板材25,25の肉厚分だけとなる。よって、十分な断熱効果を得ることができる。
しかも、本実施形態では、屈曲部37は、第1膨出部11の突出端部である第1閉塞部13より外側へ突出しないように設けられているため、壁面に敷設した状態で、壁面から突出する不要な設置スペースを削減できる。さらに、フランジ部19,30には、連結孔24,34からなる連結部を設け、隣接配置した断熱パネルをボルトとナットで連結できるようにしている。そのため、壁面に敷設する際の取付作業性を向上できるとともに、敷設後の取付状態の安定性を向上できる。
図7および図8は第2実施形態の断熱パネルを示す。この断熱パネルは、図7に示すように、各金属板材10,25のフランジ部19,30に屈曲部37を形成するための処理として、1本の切断線からなるスリット41を設けた点で、第1実施形態と相違している。なお、本実施形態では、4隅に設けるスリット41は、全て同一方向に延びるように形成している。
このように構成した断熱パネルの製造方法は、第1実施形態と同様に、仮組ステップおよび接合ステップが終了した後の屈曲ステップにて、まず、一対のスリット41,41間に位置するフランジ部19,30の対向縁部A,Aを屈曲した後に、他の対向縁部B,Bを屈曲する。そして、図8に示すように、対向縁部A,Aより外方に突出する対向縁部B,Bの隅部Cを、対向縁部Aの外面に重畳するように屈曲させる。
そして、この第2実施形態の断熱パネルは、第1実施形態と比較すると、対向縁部Aの外面に対向縁部Bの隅部Cが突出する分、複数の断熱パネルを敷設した際に若干の隙間が生じる点を除き、第1実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
図9(A),(B)は第3実施形態の断熱パネルを示す。この断熱パネルは、第2金属板材25に第2膨出部26を設けない構成とした点でのみ、第1実施形態と相違している。即ち、第1金属板材10には、第1膨出部11および第1フランジ部19を設ける一方、第2金属板材25は、膨出部26を設けることなく外周部を第2フランジ部30とした平面状のものを用いる構成としている。
このように構成した断熱パネルの製造方法は、仮組ステップにおいて、第2金属板材25にコア材38を配設しない点でのみ、第1実施形態と相違する。そして、この第3実施形態の断熱パネルは、第1実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。なお、この第3実施形態においても第2実施形態のように、打抜部22,33の代わりにスリット41を設けて隅部Cを重畳させる構成としてもよい。
図10(A),(B)は第4実施形態の断熱パネルを示す。この断熱パネルは、第2金属板材25に形成する第2膨出部26を、第1金属板材10の第1膨出部11と同一幅で形成した点で、第1実施形態と大きく相違している。また、本実施形態では、第2金属板材25の第2フランジ部30も、第2非接合部32を膨出させて形成した点で、第1実施形態と相違している。
このように構成した断熱パネルの製造方法は、第1実施形態と同一である。また、このように製造した断熱パネルは、第1実施形態と略同一の作用および効果を得ることができる。具体的には、第4実施形態では、複数の断熱パネルを壁面に敷設した場合、屈曲部37内に第2断熱空間36が形成されているため、コア材38を配設していない部分が殆どなく、断熱性能を向上できる。しかも、屈曲部37と壁面との間には、更に空気層による断熱空間が形成される。そのため、断熱性能を向上できる。
なお、本発明の断熱パネルおよびその製造方法は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、前記各実施形態では、フランジ部19,30の4つの縁を屈曲させてなる屈曲部37を全て同一方向に屈曲させたが、図11(A),(B)に示すように、希望に応じて異なる方向に屈曲させる構成としてもよい。即ち、3つの縁を同一方向に屈曲させるとともに1つの縁を逆向きに屈曲させたり、所定の2つの縁を同一方向に屈曲させるとともに他の2つの縁を逆向きに屈曲させる構成としてもよい。但し、これらの場合、屈曲部37を設けるためのフランジ部19,30の隅部の処理は、第1実施形態のように打抜部22,33を設けることが好ましい。ちなみに、図11(A)は、第1実施形態のように、膨出部11,26の外面と平面状をなすように屈曲部37を設ける構成としたものである。また、図11(B)は、第4実施形態のように、同一容積の膨出部11,26から突設したフランジ部19,30に屈曲部37を設ける構成としたものである。
そして、前記各実施形態では、屈曲部37の先端は膨出部11,26の閉塞部13,28から突出しないように構成したが、突出する構成としてもよい。この場合、連結孔24,34へのボルトとナットの締付作業性を向上できる。また、連結部は、連結孔24,34とボルトおよびナットの組み合わせに限られず、周知の連結治具を用いてもよく、その構成は希望に応じて変更が可能である。
さらに、前記実施形態では、膨出部11,26の立上部12,27は、フランジ部19,30に対して直交方向に延びるように構成し、屈曲部37を平行に延びるように屈曲させたが、立上部12,27は所定角度で傾斜させてもよく、また、屈曲部37も所定角度で傾斜させてもよい。特に、屈曲部の37の屈曲角度は、連結状態で断熱目的の壁面に沿って連続するように、膨出部11,26の膨出方向へ所定角度で屈曲させる構成としてもよい。さらに、排気孔15およびチップ管16は第2金属板材25に配設してもよい。但し、この排気孔15およびチップ管16は、接合部の耐熱性が低いため、使用状態で低温側に位置させることが好ましい。
10…第1金属板材
11…第1膨出部
19…第1フランジ部
20…第1接合部
21…第1非接合部
24…第1連結孔(連結部)
25…第2金属板材
26…第2膨出部
30…第2フランジ部
31…第2接合部
32…第2非接合部
34…第2連結孔(連結部)
35…第1断熱空間
36…第2断熱空間
37…屈曲部
38…コア材

Claims (4)

  1. 第1断熱空間を形成するための膨出部と、前記膨出部から屈曲して外方に延びる第1フランジ部とを有する第1金属板材と、
    前記第1フランジ部に接合された第2フランジ部を有し、前記第1金属板材の前記膨出部の開口部を閉塞した第2金属板材と、
    前記第1断熱空間に配設され、前記第1および第2金属板材より熱伝導度が低いコア材と、
    を備え、
    前記第1および第2フランジ部は、外側縁の側に位置し外側縁に沿って接合された接合部と、前記第1断熱空間の側に位置しこの第1断熱空間に連通する非接合部とを有し、
    前記非接合部に前記コア材を配設するとともに、この非接合部で屈曲させて前記膨出部の膨出方向へ屈曲する屈曲部を設け、この屈曲部内に前記コア材を有する第2断熱空間を形成した
    ことを特徴とする断熱パネル。
  2. 第1断熱空間を形成するための第1膨出部と、前記膨出部から屈曲して外方に延びる第1フランジ部とを有する第1金属板材と、
    前記第1フランジ部に接合された第2フランジ部と、前記第1金属板材の前記第1膨出部を閉塞するとともに前記第1膨出部に対して逆向きに膨出して該第1膨出部と一緒に前記第1断熱空間を形成する第2膨出部とを有する第2金属板材と、
    前記第1断熱空間に配設され、前記第1および第2金属板材より熱伝導度が低いコア材と、
    を備え、
    前記第1および第2フランジ部は、外側縁の側に位置し外側縁に沿って接合された接合部と、前記第1断熱空間の側に位置しこの第1断熱空間に連通する非接合部とを有し、
    前記非接合部に前記コア材を配設するとともに、この非接合部で屈曲させて前記第1膨出部または前記第2膨出部の膨出方向へ屈曲する屈曲部を設け、この屈曲部内に前記コア材を有する第2断熱空間を形成した
    ことを特徴とする断熱パネル。
  3. 前記第2金属板材の第2膨出部の膨出方向と直交する方向の幅を、前記第1金属板材の第1膨出部に対して幅広に設け、この第2膨出部の外周面に沿って延びるように前記屈曲部を設けたことを特徴とする請求項2に記載の断熱パネル。
  4. 前記屈曲部を、前記膨出部の外面より外側に突出しないように設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の断熱パネル。
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