JP5334399B2 - 断熱材、断熱シートおよび保温シート - Google Patents

Description

この発明は、断熱材、この断熱材を備えた断熱シートおよびこの断熱材を備えた保温シートに関する。

従来、複数のガラスの中空球からなる断熱材およびこの断熱材を一対の高分子樹脂フィルムで挟んで内部を真空にした断熱シートが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２２５８５２号公報

しかしながら、このものの場合、ガラスの熱伝導率が高いので、ガラスの中空球の殻部において熱の伝達が行われ、引き続き、互いに接触したガラスの中空球間でも熱の伝達が行われてしまうので、断熱材の熱伝導率が高く、断熱シートの熱伝導率も高いという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、隣接するガラスの中空球間の熱の伝達を低下させることで、熱伝導率を低下させることができる、断熱材、断熱シートおよび保温シートを提供するものである。

この発明に係る断熱材は、複数本の繊維糸と、隣接した前記繊維糸の間に設けられ、密閉された内部空間が形成された複数個のガラスの中空体とを備え、前記中空体は、前記繊維糸に接合されており、前記内部空間には、製造時の温度条件では気体であり、使用時の温度条件では液体となる物質が充填されており、隣接した前記繊維糸の間には、空間が形成されている。
また、この発明に係る断熱シートは、互いに面接合した接合部により複数個の密閉された断熱材個室が形成された一対の第１のシートと、真空の前記断熱材個室の内部に設けられた前記断熱材とを備えている。
また、この発明に係る保温シートは、互いに面接合することにより密閉された蓄熱材個室が形成された一対の第２のシートと、前記蓄熱材の内部に設けられた蓄熱材と、隣接した前記断熱材個室の間に前記蓄熱材個室を配置して、前記第２のシートに重ねて設けられた前記断熱シートとを備えている。

この発明に係る断熱材、断熱シートおよび保温シートによれば、隣接したガラス中空体間の熱の伝達を低下させることで、熱伝導率を低下させることができる。

以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る断熱材１の拡大図である。
実施の形態１に係る断熱材１は、複数本の繊維糸２と、隣接した繊維糸２の間に設けられた複数個のガラスの中空体である中空球３とを備えている。
中空球３は、直径が５０μｍ程度であり、グラスバブルズまたはシラスバルーン等の名称で広く知られている。
繊維糸２は、太さの直径が６μｍ程度のガラス繊維であり、２５μｍ程度の間隔で中空球３に接合されている。
また、繊維糸２は隣接した複数の繊維糸２と絡まっており、隣接した繊維糸２間には、空間が形成されている。
また、隣接した複数の中空球３間にも空間が形成されているので、接触した中空球３間を直接伝達する熱量と比較して、隣接した中空球３間を伝達する熱量が低下する。

中空球３は、ガラス球を約１０００℃程度になるまで加熱することで中空化し、高温の中空球３を使用時の数１０℃まで冷却することで、中空球３の内部空間３ａはおよそ３０ｋＰａ程度に低圧化して製造される。
この断熱材１の熱伝導率を測定すると、およそ０．０２６Ｗ／ｍＫであり、ガラスの中空球３のみからなる断熱材１の熱伝導率０．０７５Ｗ／ｍＫと比較して、熱伝導率が低下していることがわかる。

以上説明したように、実施の形態１に係る断熱材１によると、複数本の繊維糸２と、隣接した繊維糸２の間に設けられた複数個のガラスの中空球３とを備えているので、隣接した中空球３間に空間が形成され、隣接する中空球３間の熱の伝達が低下し、断熱材１の熱伝導率を低下させることができる。

また、内部空間３ａの圧力が絶対圧３０ｋＰａ以下であるので、中空球３の内部の熱伝導率が低下し、断熱材１の熱伝導率を低下させることができる。

なお、上記実施の形態１では、繊維糸２としてガラス繊維を例に説明したが、勿論このものに限らず、例えば、ウレタン系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリエステルまたはセルロース系の繊維であってもよい。

また、中空球３の内部空間３ａに、製造時の温度条件では気体であり、使用時の温度条件では液体となる物質であるエタノール（沸点３５２Ｋ）を製造時に満たしてもよい。
このものの場合、使用時の温度条件である数１０℃程度まで冷却すると、製造時の内部空間３ａの気体のエタノールが液化して、中空球３の内部空間３ａがさらに低圧化する。
その結果、内部空間３ａ内の空気による熱伝導がより低下し、断熱材１の熱伝導率をより低下させることができる。
また、内部空間３ａに設ける物質として、エタノールに限らず、例えば、アセトン（沸点３３０Ｋ）またはヘキサン（沸点３４２Ｋ）など、製造時の温度条件では気体となり、使用時の温度条件では液体となる物質であればよい。

実施の形態２．
図２は実施の形態２に係る断熱シート４の断面図である。
実施の形態２に係る断熱シート４は、互いに面接合した接合部６ａにより複数個の密閉された断熱材個室５が形成された一対の第１のシート６と、断熱材個室５の内部に設けられた実施の形態１に記載の断熱材１とを備えている。
第１のシート６は、金属薄膜シートに高分子樹脂シートが張り合わされ、厚みがおよそ１００μｍ程度の可撓性のラミネートフィルムである。
断熱材個室５の内部は、真空であり、気圧がおよそ１ｋＰａ程度となっている。
断熱材個室５は第１のシート６の一方の面に突出して形成されており、断熱材個室５が突出した側の第１のシート６の表面には、断熱材７が全面に設けられている。
また、この断熱材７の反第１のシート６側には、断熱材７を覆う表面シート８が設けられている。
このように、断熱シート４の断熱材個室５の内部を真空にすることで、断熱材個室５の内部の空気による熱の伝達が低下し、断熱材個室５の熱伝導率が低下する。さらに、真空化することで繊維糸２自体が強度不足のために破断したり、また、繊維糸２に撓みが生じることなどによって繊維糸２間の空気層の体積が減少したりすることを、ガラスの中空球３が補強支持することによって防止される。特に、薄板形状の断熱材膜を複数積層する場合には効果的である。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態２に係る断熱シート４によると、内部に断熱材１が設けられた断熱材個室５を真空にすることで、断熱材個室５の熱伝導率が低下し、その結果、断熱シート４の熱伝導率を低下させることができる。
また、断熱材個室５が個別に複数個設けられているので、例えば、１つの断熱材個室５が破損しても、他の断熱材個室５への影響を抑制することができる。

また、断熱材個室５の内部の圧力を絶対圧１ｋＰａ以下とすることで、断熱材個室５の熱伝導率を、１気圧のときの断熱材個室５の熱伝導率と比較して、およそ半減させることができる。

実施の形態３．
図３は実施の形態３に係る保温シート９の断面図である。
実施の形態３に係る保温シート９は、互いに面接合した接合部１１ａにより複数個の密閉された蓄熱材個室１０が形成された一対の第２のシート１１と、実施の形態２に記載の断熱材個室５の内部に断熱材１を有した一対の第１のシート６とを備えている。
第１のシート６と第２のシート１１とは、隣接した断熱材個室５の間に蓄熱材個室１０が凹凸嵌合するように配置されて重ねられている。
第２のシート１１の蓄熱材個室１０の内部には、蓄熱材１２が設けられ、第２のシート１１の反第１のシート６側には、断熱材１３を挟んで表面シート１４が設けられている。

断熱材個室５の内部は１ｋＰａ以下になるように真空に保たれており、第１のシート６の接合部６ａは、断熱材個室５の真空を確保するために、およそ５ｍｍ程度設けられている。
この接合部６ａを覆うようにして、蓄熱材個室１０が配置されている。
蓄熱材１２は、この保温シート９を適用する温度に応じたものを用いればよく、例えば、分子量の異なるエチレングリコールなどを使用する。
第２のシート１１は、蓄熱材個室１０の内部の真空度が要求されていないので、例えば、可撓性を有し肉厚が０．２ｍｍ程度のポリエチレンフィルムまたはポリプロピレンフィルムなどを利用することができる。
その他の構成は、実施の形態２と同様である。

実施の形態３に係る保温シート９によると、隣接する断熱材個室５の間に、内部に蓄熱材１２が設けられた蓄熱材個室１０が配置されるようにして、第１のシート６と第２のシート１１とが重ねられているので、隣接する断熱材個室５の間の第１のシート６から伝達される熱を蓄熱材個室１０に蓄えることができる。

また、隣接した断熱材個室５の間に蓄熱材個室１０が凹凸嵌合しているので、隣接した断熱材個室５の間から伝達される熱を効果的に蓄熱材個室１０に蓄熱することができる。

図４は実施の形態３に係る保温シート９の他の例を示す断面図である。
蓄熱材個室１０の内部には、断熱性の気体である空気１５が充填されている。
図４の蓄熱材個室１０には、空気１５が全体に充填されているが、蓄熱材個室１０の中に、空気１５だけでなく蓄熱材１２も加え、さらに蓄熱材１２と空気１５との割合を変えることで、蓄熱材個室１０の蓄熱量を調節することができる。
また、空気１５が蓄熱材個室１０に閉じ込められ、空気１５の対流が抑制されるので、対流による熱の伝達も低下する。
なお、充填する気体は、空気１５に限らず、断熱性の気体であればよい。
また、蓄熱材個室１０の内部に実施の形態１に記載の中空球３または断熱材１を設けることで、さらに蓄熱材個室１０の蓄熱量を調節することができる。

図５は実施の形態３に係る保温シート９のさらに他の例を示す断面図である。
蓄熱材個室１０の厚みを薄くし、蓄熱材個室１０の表面シート１４側の面と表面シート１４との間を広げて、表面シート１４と蓄熱材個室１０との間の断熱材１３の厚みを厚くしている。
これにより、蓄熱材個室１０に伝達された熱が表面シート１４に伝達するのが低下する。その結果、保温シート９の保温性をより向上させることができる。

実施の形態４．
図６は実施の形態４に係る保温シート９の断面図である。
実施の形態４に係る保温シート９は、第１のシート６の接合部６ａと蓄熱材個室１０との間に、熱遮蔽部１６が設けられ、この熱遮蔽部１６には断熱性の気体である空気１７が充填されている。
第１のシート６は、アルミを主原料とした金属薄膜シートに高分子樹脂シートが張り合わされ、厚みがおよそ１００μｍ程度のラミネートフィルムである。このラミネートフィルムの熱伝導率は、約２００Ｗ／ｍＫ程度であることから、第１のシート６を通じて伝導する熱量が大きい。実際、本願発明者は、第１のシート６による影響のない真空断熱では、厚み方向の熱伝導率が０．００３Ｗ／ｍＫ程度であるのに対して、第１のシート６の表面を伝熱する影響によって、厚み方向の熱伝導率が約３倍程度まで上昇することを確認した。
そこで、接合部６ａと蓄熱材個室１０との間に熱遮蔽部１６を設けることで、接合部６ａから蓄熱材個室１０への熱移動量を抑制するとともに、第１のシート６を伝導し、接合部１１ａに伝わる熱量を側面より蓄熱材個室１０へ導くことで、放熱量を低減させる。
なお、熱遮蔽部１６の厚さは、保温シート９に要求される蓄熱量に合わせて適宜変形してよい。
その他の構成は、実施の形態３と同様である。

実施の形態４に係る保温シート９によると、第１のシート６の接合部６ａと蓄熱材個室１０との間には、熱遮蔽部１６が設けられ、この熱遮蔽部１６には断熱性の気体である空気１７が充填されているので、第１のシート６の接合部６ａから蓄熱材個室１０への熱の伝達が低下し、第１のシート６を伝導し、接合部１１ａに伝わる熱量を側面より蓄熱材個室１０へ導くことで、第２のシート１１の反第１のシート６側に熱が伝達するのを低下させることができる。
なお、隣接した蓄熱材個室１０のそれぞれの厚みを異なるように形成することで、熱遮蔽部１６に充填された空気１７が第１のシート６の面方向に沿って対流することを抑制するので、この場合、例えば、起動停止が繰り返され、温度変化が頻繁に生じる機器や、異常時に温度維持が必要な機器に適用する場合などには、さらなる熱の有効利用を図ることができ、保温性能を向上させることができる。

図７は実施の形態４に係る保温シート９の他の例を示す断面図である。
断熱材個室５の厚みをＨ、蓄熱材個室１０の厚みをｈとすると、Ｈ＞ｈとなるようにしている。
第１のシート６の接合部６ａと蓄熱材個室１０との間には、熱遮蔽部１６が設けられ、熱遮蔽部１６の内部には空気１７が充填されている。
蓄熱材個室１０の表面シート１４側の面は、断熱材個室５の表面シート１４側に突出した面よりも熱遮蔽部１６側に配置されている。
断熱材１３は、蓄熱材個室１０の表面シート１４側の面と、断熱材個室５の表面シート１４側に突出した領域とを覆うようにして全面に設けられ、さらにこの断熱材１３を表面シーと１４が覆っている。
蓄熱材個室１０の表面シート１４側には、断熱材１３が厚く設けられているので、蓄熱材個室１０から断熱材１３を介して表面シート１４への熱の伝達が低下する。
その結果、保温シート９の保温性を向上させることができる。

図８は実施の形態４に係る保温シート９のさらに他の例を示す断面図である。
熱遮蔽部１６の内部には断熱材１３が設けられ、蓄熱材個室１０の内部には蓄熱材１２が設けられ、蓄熱材個室１０と表面シート１４との間には空気１７が充填されている。
断熱材１３により、蓄熱材１２に伝達される熱量を低下させ、さらに、蓄熱材個室１０と表面シート１４との間には、空気１７が充填されているので、蓄熱材１２から表面シート１４への熱の伝達を低下させることができる。また、第１のシート６を伝導し、空気１７へ伝わる熱量を側面より蓄熱材個室１０へ導くことで、第１のシート６と空気１７との接触表面にまで伝わる熱量を低下させることができる。
その結果、保温シート９の保温性を向上させることができる。
なお、蓄熱材個室１０と表面シート１４との間は、空気１７が充填される複数個の蓄空気個室に分けてもよい。この場合、保温シート９を変形しやすくなり、曲面を有した被保温物に対して、この保温シート９を貼り付けることができる。また、空気１７の表面シート１４の面方向に沿った対流を抑制することができ、保温シート９の保温性を向上させることができる。

実施の形態５．
図９は実施の形態５に係る断熱材１の断面図である。
実施の形態５に係る断熱材１は、複数本の繊維糸２と隣接した繊維糸２の間に設けられた複数個のガラスの中空球３とを有した断熱材膜１８が３０枚積層されて構成されている。
断熱材膜１８の厚みは、１００μｍとなっている。
なお、断熱材膜１８の積層された枚数は、この数に限らず、また、断熱材膜１８の厚みは、この寸法に限らない。しかしながら、断熱材膜１８の厚みは、適用する対象によって、５０μｍ〜５ｍｍ程度が望ましい。
その他構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態５に係る断熱材１によれば、積層された断熱材膜１８の間では、繊維糸２が切断されているので、繊維糸２を介した熱の伝導を低減させることができる。
また、積層された断熱材膜１８の互いに接触する部分が点もしくはそれに近い形状となるので、熱抵抗が大きくなり、断熱材１の断熱性能が向上する。

実施の形態１に係る断熱材の拡大図である。 実施の形態２に係る断熱シートの断面図である。 実施の形態３に係る保温シートの断面図である。 実施の形態３に係る保温シートの他の例を示す断面図である。 実施の形態３に係る保温シートのさらに他の例を示す断面図である。 実施の形態４に係る保温シートの断面図である。 実施の形態４に係る保温シートの他の例を示す断面図である。 実施の形態４に係る保温シートのさらに他の例を示す断面図である。 実施の形態５に係る断熱材の断面図である。

符号の説明

１ 断熱材、２ 繊維糸、３ 中空球、３ａ 内部空間、４ 断熱シート、５ 断熱材個室、６ 第１のシート、６ａ 接合部、７ 断熱材、８ 表面シート、９ 保温シート、１０ 蓄熱材個室、１１ 第２のシート、１１ａ 接合部、１２ 蓄熱材、１３ 断熱材、１４ 表面シート、１５ 空気、１６ 熱遮蔽部、１７ 空気、１８ 断熱材膜。

Claims (10)

1. 複数本の繊維糸と、
   隣接した前記繊維糸の間に設けられ、密閉された内部空間が形成された複数個のガラスの中空体とを備え、
   前記中空体は、前記繊維糸に接合されており、
   前記内部空間には、製造時の温度条件では気体であり、使用時の温度条件では液体となる物質が充填されており、
   隣接した前記繊維糸の間には、空間が形成されていることを特徴とする断熱材。
2. 前記繊維糸と前記中空体とを有した断熱材膜が複数積層されて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の断熱材。
3. 前記内部空間の圧力が絶対圧３０ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の断熱材。
4. 互いに面接合した接合部により複数個の密閉された断熱材個室が形成された一対の第１のシートと、
   真空の前記断熱材個室の内部に設けられた請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の断熱材とを備えたことを特徴とする断熱シート。
5. 前記断熱材個室の内部の圧力が絶対圧１ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項４に記載の断熱シート。
6. 互いに面接合することにより密閉された蓄熱材個室が形成された一対の第２のシートと、
   前記蓄熱材個室の内部に設けられた蓄熱材と、
   隣接した前記断熱材個室の間に前記蓄熱材個室を配置して、前記第２のシートに重ねて設けられた請求項４または請求項５に記載の断熱シートとを備えたことを特徴とする保温シート。
7. 前記蓄熱材個室の内部には、断熱性の気体が充填されていることを特徴とする請求項６に記載の保温シート。
8. 前記気体は、空気であることを特徴とする請求項７に記載の保温シート。
9. 前記断熱材個室および前記蓄熱材個室は、前記断熱材個室と前記蓄熱材個室とが互いに凹凸嵌合するように形成されていることを特徴とする請求項６ないし請求項８の何れか１項に記載の保温シート。
10. 前記接合部と前記蓄熱材個室との間には、熱遮蔽部が設けられていることを特徴とする請求項６ないし請求項９の何れか１項に記載の保温シート。

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