JP5890973B2

JP5890973B2 - 真空断熱パネル

Info

Publication number: JP5890973B2
Application number: JP2011140543A
Authority: JP
Inventors: 松田　真次; 真次松田
Original assignee: Japan Oil Transportation Co Ltd; Matsuda R&D Co Ltd
Current assignee: Japan Oil Transportation Co Ltd; Matsuda R&D Co Ltd
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: JP2013007439A; WO2012176880A1

Description

本発明は、中空パネルの内部空間を真空引きしてなる真空断熱パネルに関する。

断熱パネルは、冷蔵庫、保冷容器等の筐体や、航空輸送用コンテナの壁材等に使用されている。従来より、断熱パネルとして、一対の側板の間に発泡ウレタンや発泡ポリスチレン等の断熱材を埋設したものが知られている。しかし、これらの断熱材を用いて断熱パネルを作製する場合、十分な断熱性を得るためには、非常に厚い断熱材が必要になる。

また、中空パネルの内部空間を真空引きすることによって、かかるパネルの断熱性を向上させる技術が、従来より知られている。このような断熱パネルは、真空断熱パネルと呼ばれている。真空断熱パネルによれば、断熱材を使用しただけの場合と比較して、断熱性を向上させることができる。しかし、真空断熱パネルでは、内部空間の気圧と大気圧との差によって側板が変形して、側板どうしが接触し、側板間で直接熱が伝導するようになってしまうおそれがある。このため、真空断熱パネルには、かかる変形を抑えるための補強手段を設けることが望ましい。

例えば、下記特許文献１の技術では、凹凸を有する鋼板を積層することによって、真空断熱パネルの変形を抑制している（特許文献１の段落［００１５］、図１等参照）。

特開２００５−１１４０２８号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、複数枚の鋼板を使用するため、真空断熱パネルの重量が大きくなるという欠点がある。

また、かかる鋼板を介して２枚の側板の間で熱が伝導するようになるので、真空断熱パネルの断熱性能を悪化させるという欠点がある。

さらには、このような鋼板を積層したので、真空断熱パネルの厚みを十分に低減することができないという欠点もある。例えば、このような真空断熱パネルを用いて輸送用コンテナを作製する場合が考えられるが、輸送用コンテナでは外形寸法が予め規定されている場合が多い。このため、真空断熱パネルの厚みが大きいほど内部容積が小さくなってしまい、積載容量が減ってしまう。

本発明の課題は、軽量で、厚みが小さく且つ断熱性能に優れた真空断熱パネルを提供する点にある。

本願の第１の発明に係る真空断熱パネルは、対向配置された一対の側板とこれら側板の各辺に沿って配置された４枚の枠材とを用いて形成された密閉空間と、該密閉空間を真空引きするための排気口と、前記密閉空間内に、前記一対の側板と略平行に配置された、内板と、少なくとも一方の前記側板の内側面に当接することにより、前記密閉空間の内外の気圧差によって前記一対の側板が変形することを抑制するために、該内板に設けられた、複数の突起部と、を有する真空断熱パネルであって、前記突起部が、略円錐形に形成された端面で一方の前記側板に当接する小径円柱部と、略円錐形に形成された端面で他方の前記側板に当接する、該小径円柱部よりも大径の大径円柱部とが、前記内板よりも熱伝導率の低い材料で一体に形成され、該突起部は、前記内板に設けられた貫通孔に該小径円柱部を挿通することによって、該大径円柱部と該小径円柱部との境界の段差面を該貫通孔の周縁部の面に当接した状態で、該内板に保持されたことを特徴とする。

本願発明においては、前記突起部が、ガラス又はセラミックで形成されることが望ましい。

本願発明においては、前記内板の側面に１個又は複数個の軽量化用貫通孔が設けられることが望ましい。

本願の第２の発明に係る真空断熱パネルは、対向配置された一対の側板とこれら側板の各辺に沿って配置された４枚の枠材とを用いて形成された密閉空間と、該密閉空間を真空引きするための排気口と、前記密閉空間内に、前記一対の側板と略平行に配置された、内板と、少なくとも一方の前記側板の内側面に当接することにより、前記密閉空間の内外の気圧差によって前記一対の側板が変形することを抑制するために、該内板に設けられた、複数の突起部と、を有する真空断熱パネルであって、前記突起部が、前記内板よりも熱伝導率の低い材料で形成され、前記枠材は、平板の中央部分を挟む側部をそれぞれ鈍角に折り曲げられ、且つ該側部のそれぞれの端部を互いに平行となるように折り曲げられ、これらの端部で、対応する前記側板に面接触すると共に、前記中央部分とそれぞれの前記側部との境界部付近に、それぞれの前記側板に設けられた凸部が当接されることを特徴とする。

本願発明によれば、一対の側板と略平行に内板を配置し、該内板よりも熱伝導率が低い複数の突起部を当該内板に配置し、これら突起部を側板に当接させることによって、内部空間の気圧と大気圧との差による側板の変形を抑える。このため、本願発明によれば、突起部と側板との接触面積を非常に小さくすることができる。

従って、本願発明に係る真空断熱パネルでは、突起部と側板との間を伝導する熱が、非常に少ない。その結果、本願発明に係る真空断熱パネルによれば、非常に優れた断熱性能を得ることができる。

発明の実施の形態１に係る真空断熱パネルの全体構成を示す概念図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。（ａ）は図１（ｂ）に符号Ｘで示した部分を拡大して示す概略的断面図、（ｂ）は図１に示した突起部の概略的斜視図である。発明の実施の形態１に係る真空断熱パネルを用いて作製された収容箱の一例を示す概念図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。発明の実施の形態１に係る真空断熱パネルを用いて作製された収容箱の他の例を示す概念図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は部分断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る真空断熱パネルについて、図面を用いて説明する。
［発明の実施の形態１］

図１は、第１の実施形態に係る真空断熱パネル１００の全体構成を示す概念図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図１に示したように、本実施形態の真空断熱パネル１００では、一対の側板１０１，１０２が、互いに向き合うように配置されている。また、側板１０１，１０２の間には、内板１１０が配置されている。さらに、側板１０１，１０２の各辺に沿って、枠材１０３〜１０６が配置されており、側板１０１，１０２及び枠材１０３〜１０６はそれぞれ互いに密着固定されている。これにより、側板１０１，１０２と枠材１０３〜１０６とによる密閉空間１２０が形成されている。この密閉空間１２０は、排気管１１９を用いて、例えば高真空に真空引きされる。なお、本願で「高真空」とはＪＩＳ規格に規定された高真空、すなわち気圧が１０^−５Ｐａ以上１０^−１Ｐａ以下の状態をいう。本実施形態の真空断熱パネル１００が中真空や低真空でも使用できることは、もちろんである。

以下、真空断熱パネル１００の構成について、詳細に説明する。図２において、（ａ）は図１（ｂ）に符号Ｘで示した部分の拡大図、（ｂ）は図１に示した突起部の概略的側面図である。

側板１０１，１０２としては、例えばステンレス等の金属板を使用することができる。本実施形態では、ＳＵＳ３０４−Ｈ（バネ材）を使用している。また、本実施形態では、側板１０１，１０２の寸法を、５５０ｍｍ×５５０ｍｍとした。側板１０１，１０２の厚さは、例えば０．２〜０．８ｍｍが好ましいが、ここでは約０．５ｍｍとした。また、側板１０１，１０２としては、外側面１０１ａ，１０２ａが鏡面処理されたものを使用できる。

枠材１０３としては、例えばステンレス等の金属板を使用することができる。図２（ａ）に示したように、中央部分１０３ａを挟む側部１０３ｂ，１０３ｃを鈍角に折り曲げ、さらに端部１０３ｄ，１０３ｅを互いに平行となるように折り曲げることで形成される。中央部分１０３ａと側部１０３ｂ，１０３ｃとの境界部付近には、側板１０１，１０２の凹部１０１ｂ，１０２ｂが当接される。枠材１０３の全幅Ｗ１は例えば１２ｍｍであり、また、側板１０１，１０２との接触部分の長さＷ２は例えば５ｍｍ以下である。端部１０３ｄ，１０３ｅは側板１０１，１０２の縁部付近と面接触している。

このような構造によれば、側板１０１，１０２と側部１０３ｂ，１０３ｃとの間に高真空の空間が形成されるので、該側板１０１，１０２と該側部１０３ｂ，１０３ｃとの熱伝導を低く抑えることができる。また、側板１０１，１０２から端部１０３ｄ，１０３ｅに伝搬した熱の大部分を、この枠材１０２で放熱させることができる。枠材１０２の放熱性を高めるためには、該枠材１０３の全長（すなわち、側板１０１，１０２間で熱が伝導するときの伝導経路の長さ）を長くするほど望ましい。本実施形態では、密閉空間１２０内を高真空にするので、該密閉空間１２０内外の気圧差により、中央部分１０３ａ付近が凹部１０１ｂ，１０２ｂによって両側から押圧される。これにより、枠材１０３の全長を長くしても、十分な強度を得ることができる。なお、側板１０１，１０２間の距離よりも熱伝導の経路長の方が長くなるような折り曲げ形状であれば、他の形状であっても良い。図２（ａ）では枠材１０３のみを示したが、他の枠材１０４〜１０６の構造も同様である。

本実施形態では、枠材１０３〜１０６の金属材料としてＳＵＳ３０４−Ｈを使用し、また、枠材１０３〜１０６の厚みをそれぞれ約０．２ｍｍとした。そして、これら枠材１０３〜１０６をシーム溶接等で固定することにより、図１（ａ）に点線で示したような、真空断熱パネル１００の枠１０９を組み立てた。さらに、側板１０１，１０２の各辺に沿ってシーム溶接を施すことにより、枠材１０３〜１０６と側板１０１，１０２とを溶接部２０１，２０２で密着固定した。シーム溶接とは、抵抗溶接の一種であり、ローラ電極を用いて加圧且つ通電しながら電極を回転させることにより、溶接対象物を連続的に溶接する方法である。なお、枠材１０３〜１０６や側板１０１，１０２の固定には、例えばアーク溶接等の、他の固定方法を使用してもよい。但し、かかる固定方法としては、ガスが発生しないような方法を採用することが望ましい。密閉空間１２０内の真空引き後に溶接部分からガスが漏れ出すと、真空度が低下して断熱効果が損なわれるおそれがあるためである。

内板１１０としては、例えばステンレス等の金属を使用することができる。本実施形態では、内板１１０の形成材料として、ＳＵＳ３０４−Ｈを使用した。内板１１０の厚さは、約０．２ｍｍとした。断熱性を高めるため、内板１１０は、枠材１０３〜１０６と接触しないように配置される。

内板１１０には、多数の貫通孔１１１が設けられている。貫通孔１１１の直径は、例えば６ｍｍである。この貫通孔１１１には、突起部１１２が挿通される。本実施形態の突起部１１２は、図２（ｂ）に示したように、小径の円柱部１１２ａ（例えば高さ２ｍｍ、直径６ｍｍ）と大径の円柱部１１２ｂ（例えば高さ１ｍｍ、直径８ｍｍ）とが、一方の端面同士が接するように一体形成される。さらに、小径の円柱部１１２ａの他方の端面には小径で略円錐形の先端部１１２ｃ（例えば高さ３ｍｍ、直径６ｍｍ）が、大径の円柱部１１２ｃの他方の端面には大径で略円錐状の先端部１１２ｄ（例えば高さ４ｍｍ、直径８ｍｍ）が、それぞれ一体に形成されている。本実施形態では、これらの突起部１１２は、単に、小径の円柱部１１２ａ及び先端部１１２ｃを貫通孔１１１に挿通することのみで、内板１１０に保持される。そして、密閉空間１２０内では、突起部１１２の一方の先端部１１２ｃが、側板１０２の内側面に当接して該側板１０２を支え、また、突起部１１２の他方の先端部１１２ｄが、側板１０１の内側面に当接して該側板１０１を支える。

先端部１１２ｃ，１１２ｄを略円錐形としたのは、突部１１２と側板１０１，１０２との接触面積を小さくして、熱伝導を抑制するためのである。突部１１２と側板１０１，１０２との熱伝導を抑えることにより、突起部１１２を介して側板１０１，１０２間に熱が伝導し難くすることができる。

該突起部１１２は、側板１０１，１０２や内板１１０の形成材料よりも熱伝導率の小さい材料で形成される。本実施形態では、突起部１１２を、ガラスで形成した。ここで、内板１１０の形成材料であるＳＵＳの熱伝導率は例えば１８Ｗ／ｍＫ（Ｗはワット、ｍはメートル、Ｋはケルビン）であるのに対して、ガラスの熱伝導率は例えば０．７Ｗ／ｍＫである。

このようにして、本実施形態によれば、密閉空間１２０内の真空引きに起因する側板１０１，１０２の変形を抑えることができ且つ熱伝導率が非常に低い突起部１１２を、安価に形成することができる。

なお、側板１０１，１０２や内板１１０よりも熱伝導率の低いものであれば、ガラス以外の材料で突起部１１２を形成することも可能である。但し、本実施形態の真空断熱パネル１００では、突起部１１２への荷重が最大１５Ｋｇ程度になる（低真空、中真空及び高真空において、ほぼ同じである）。このため、かかる荷重に対して十分な強度を得られるような材料で、突起部１１２を形成することが望ましい。例えば、セラミックは、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫ程度であり且つ強度も十分に大きいため、本実施形態の突起部１１２として好適である。加えて、突起部１１２をセラミックで形成する場合、当該突起部１１２の加工が容易になるという利点もある。

本実施形態では、内板１１０に、軽量化用貫通孔１１３を複数個設けた。また、軽量化用貫通孔１１３を設けることにより、密閉空間１２０内の真空引きを行う際に、空気の流れを容易にすることもできる。軽量化用貫通孔１１３の寸法や個数等は、任意である。但し、真空断熱パネル１００を軽量にするためには、内板１１０の強度に問題が生じない範囲内で、軽量化用貫通孔１１３の総面積を大きくすることが望ましい。例えば、軽量化用貫通孔１１３の直径は３０ｍｍであり、また、該軽量化用貫通孔１１３のピッチは３８ｍｍである。

排気管１１９は、密閉空間１２０を真空引きするために使用される。排気管１１９の種類等は限定されないが、密閉空間１２０内を長期間にわたって真空状態（例えば、高真空）に維持できるような処理が施されることが望ましい。本実施形態では、排気管１１９を二重パイプ構造とし、外側パイプとして直径約１０ｍｍ且つ長さ約１ｍｍのステンレス・パイプを使用し、内側パイプとして銅パイプを使用した。そして、真空引き後にプレス加工して排気管１１９を高圧着し、さらに、排気管１１９の外側先端を溶接した。これにより、密閉空間１２０の内部への大気ガスの侵入を防止することができて、密閉空間１２０が例えば高真空に維持される。

図３は、本実施形態の真空断熱パネル１００を用いて収容箱を作製した例であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図３（ａ）に示したように、この収容箱３００は、略正六面体の形状を有しており、６枚の真空断熱パネル１００を用いて作製される。なお、図３（ａ）では、３枚の真空断熱パネル１００−１〜１００−３のみを示した。

枠体３０１としては、例えば、硬質発泡樹脂が使用される。図３（ｂ）に示したように、枠体３０１は、隣接する２枚の真空断熱パネル１００（図３（ｂ）では真空断熱パネル１００−１，１００−２）の端部及びその近傍をそれぞれ覆うようにして、これら二枚の真空断熱パネル１００を平面が直角になるように固定する。これにより、６枚の真空断熱パネル１００の各辺を、隣接する他の真空断熱パネル１００に固定して、略正六面体の収容箱３００を作製することができる。

なお、収容箱３００に貨物を収容する場合や該収容箱３００から貨物を取り出す場合には、枠体３０１を図３（ｂ）の上方向に引き抜いて真空断熱パネル１００−１を取り外せばよい。

図４は、本実施形態の真空断熱パネル１００を用いて作成した収容箱の他の例であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は部分断面図である。

図４の例では、上部開口４０１ａを有する箱型の収容箱本体４０１を、１枚の真空断熱パネルによって形成する。このため、側板４０２，４０３及び内板４０４は、それぞれ、三次元プレス加工で箱型に形成される。そして、内板４０４に突起部１１２を装填して、外側の側板４０２内に収容し、さらに、この内板４０４内に内側の側板４０３収容する。収容箱本体４０１の上部開口４０１ａは、図示しない蓋部によって塞ぐことができる。蓋部としては、図１及び図２に示したような真空断熱パネル１００と同様の構成のものが使用できる。

以下、本実施形態に係る真空断熱パネル１００の原理について説明する。

本実施形態に係る真空断熱パネル１００を使用する場合、密閉空間１２０内を例えば高真空（中真空又は低真空でもよい）に設定する。このため、密閉空間１２０内の空気対流による熱伝導（側板１０１，１０２間の熱伝導）を非常に少なくすることができるので、十分に高い断熱性を得ることができる。

その一方で、密閉空間１２０内を高真空にすると、該密閉空間１２０の負圧によって、側板１０１，１０２が内側に変形しようとする。かかる変形を抑制する方法としては、強度の高い側板を使用する方法や内板を使用する方法が考えられる。しかしながら、この変形を抑制するために強度の高い側板を使用する場合、かかる側板の板厚を厚くする必要が生じるので、真空断熱パネル１００の総重量が大きくなってしまう。また、上記特許文献１のような補強手段を使用する場合も、内板自体の重量が大きいために真空断熱パネル１００の総重量が大きくなってしまう。

これに対して、本実施形態では、内板１１０に複数の貫通孔１１１を設けて、該貫通孔１１１にそれぞれ突起部１１２を挿通し、更に、かかる突起部１１２の両端を側板１０１，１０２に当接させて支持させることとした。このため、内板１１０を非常に薄く形成しても、側板１０１，１０２に対して十分な補強を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、真空断熱パネル１００を軽量化しつつ十分な強度を得ることができる。

本発明者の検討によれば、密閉空間１２０内が高真空の場合であっても、このような突起部１１２を使用するだけで十分な強度を得ることができた。

また、本実施形態では、突起部１１２を、側板１０１，１０２や内板１１０よりも熱伝導性の小さい材料であるガラス等で形成した。このため、突起部１１２を介して側板１０１，１０２間に熱が伝導し難く、従って、非常に優れた断熱性能を得ることができる。

さらに、本実施形態では、枠材１０３〜１０６を図２（ａ）のような折り曲げ構造としたので、これら枠材１０３〜１０６の放熱性を高めることができ、この点でも、非常に優れた断熱性能を得ることができる。

このように、本実施形態の真空断熱パネル１００は、密閉空間１２０内を真空状態（高真空、中真空又は低真空）にし、且つ、突起部１１２や枠材１０３〜１０６を介した熱伝導が小さい。このため、パネル厚さを非常に薄くしても、十分に高い断熱性能を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、断熱性能の高い真空断熱パネル１００を、非常に薄く形成することができる。本実施形態の真空断熱パネル１００では、パネル厚さは１１ｍｍ、両側板１０１，１０２間の熱伝導率は０．０００３０Ｗ／ｍＫであった。これに対して、発泡ウレタンを用いた断熱パネルの熱伝導率は、０．０２Ｗ／ｍＫ程度である。

以上説明したように、本実施形態によれば、軽量で、厚みが小さく且つ断熱性能に優れた真空断熱パネルを提供することができる。

なお、本実施形態では、内板１１０の貫通孔１１１に突起部１１２を挿通して、該突起部１１２の両端部を側板１０１，１０２に当接させる構造としたが、側板１０１，１０２や内板１１０よりも熱伝導率の低い突起部で側板１０１，１０２の内側面を支持する構造であれば、他の構造であっても本発明の効果を得ることができる。例えば、貫通孔１１１を設けずに、短尺の突起部を内板１１０の両側表面に固定して、それぞれ対応する側板１０１，１０２に当接させることとしてもよい。

本発明の真空断熱パネルは、例えば輸送用コンテナ、保存容器、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、建築物の壁材、溶鉱炉の遮熱板等、あらゆる用途の断熱材に使用できる。

１００真空断熱パネル
１０１，１０２側板
１０３〜１０６枠材
１０９枠
１１０内板
１１１貫通孔
１１２突起部
１１３軽量化用貫通孔
１１９排気管
１２０密閉空間
２０１，２０２シーム溶接による溶接部分
３００，４００収容箱
３０１枠体
４０１収容箱本体

Claims

対向配置された一対の側板とこれら側板の各辺に沿って配置された４枚の枠材とを用いて形成された密閉空間と、
該密閉空間を真空引きするための排気口と、
前記密閉空間内に、前記一対の側板と略平行に配置された、内板と、
少なくとも一方の前記側板の内側面に当接することにより、前記密閉空間の内外の気圧差によって前記一対の側板が変形することを抑制するために、該内板に設けられた、複数の突起部と、
を有する真空断熱パネルであって、
前記突起部が、略円錐形に形成された端面で一方の前記側板に当接する小径円柱部と、略円錐形に形成された端面で他方の前記側板に当接する、該小径円柱部よりも大径の大径円柱部とが、前記内板よりも熱伝導率の低い材料で一体に形成され、
該突起部は、前記内板に設けられた貫通孔に該小径円柱部を挿通することによって、該大径円柱部と該小径円柱部との境界の段差面を該貫通孔の周縁部の面に当接した状態で、該内板に保持されたことを特徴とする真空断熱パネル。
前記突起部が、ガラス又はセラミックで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の真空断熱パネル。
前記内板の側面に１個又は複数個の軽量化用貫通孔が設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空断熱パネル。
対向配置された一対の側板とこれら側板の各辺に沿って配置された４枚の枠材とを用いて形成された密閉空間と、
該密閉空間を真空引きするための排気口と、
前記密閉空間内に、前記一対の側板と略平行に配置された、内板と、
少なくとも一方の前記側板の内側面に当接することにより、前記密閉空間の内外の気圧差によって前記一対の側板が変形することを抑制するために、該内板に設けられた、複数の突起部と、
を有する真空断熱パネルであって、
前記突起部が、前記内板よりも熱伝導率の低い材料で形成され、
前記枠材は、平板の中央部分を挟む側部をそれぞれ鈍角に折り曲げられ、且つ該側部のそれぞれの端部を互いに平行となるように折り曲げられ、
これらの端部で、対応する前記側板に面接触すると共に、
前記中央部分とそれぞれの前記側部との境界部付近に、それぞれの前記側板に設けられた凸部が当接される、
ことを特徴とする真空断熱パネル。