JP6158945B2 - 断熱パネル - Google Patents

Description

本発明は、断熱パネルに関し、限定するものではないが、より具体的には建物の外部被覆材に使用するための断熱パネルに関する。

建物の熱効率を向上させることが一般的に知られており、この建物に取り付けられた材料の断熱性を向上させることが望ましく、また、建設中又は建設後のいずれかで、追加の断熱材を建物の内面又は外面のいずれかに取り付けることが知られている。このような断熱材は、限定されるものではないが、外殻や繊維材料から構成される支持マトリックスで覆われた発泡フォーム材料等を含んでおり、この発泡フォーム材料は、建物の壁材と、木材等の保護材料や真空断熱パネルのオーバーコート層との間に挟み込まれる。真空断熱パネルのタイプは、多くの場合、新しい建物を設計する際に内部に組み込まれるように設計されており、そのため、標準サイズのパネルが、建設中に形成された標準サイズの開口部に嵌め込まれる。

特許文献１（ＪＰ２００３−４４０５４）には、一実施形態では２つの凹形状パネルを含む一般的な可撓性を有する外殻を有する遮音パネルが開示されており、２つの凹形状パネルは、それらパネルの外周に沿って接合され且つスペーサを用いてそれらパネルの中間位置に間隔が空けられており、部分的な真空がそれら外側パネル同士の間に形成された場合に、それら外側パネルを離間した状態で保持する。一構成では、スペーサ・バーが、より高い剛性を提供することを目的として、コーナー強化材と一緒に設けられている。このようなスペーサは、熱伝導機構として作用する傾向があり、従って、望ましいものではない。

特許文献２（ＪＰ２００３−１６６２９８）には、その間に内部空間を有する２つの遮音基板を含む更なる遮音パネルが開示されており、その内部空間は、部分的な真空に曝されている。この遮音パネルは、真空の遮音性能を大幅に落とすようなスペーサ・マトリックスによって離間するように保持されている。

特許文献３（ＷＯ２００７／０７４５０３）には、外側パネルが曝される音エネルギーを減衰するように使用されるテンション部材を含むような真空遮音パネルが開示されている。この減衰を行うには、それらテンション部材は、それらの幅に亘って複数の点でパネルに特に係合されており、パネルの伸長が問題になる。その結果、テンション部材は、特に外皮材に接触しており、熱エネルギーを伝達するように作用する。

特許文献４（ＣＮ２０１６６０９７７）には、外部パネル及び真空引き用ポイントだけでなく二つの層から形成された剛性支持構造体を有する真空断熱パネルが開示されており、その剛性支持構造体は、外皮材と接触する要素を有しているが、この外皮材を離間して配置し、且つ真空が形成された場合に、それら外皮材を離間して維持するように使用され、こうして、真空が適用された場合に、パネルの崩壊を回避している。このような構成によって、外側パネル同士の間に比較的大きな熱経路が提供される。剛性支持構造体は、外側パネルの周囲に接続されるように示されていない。

特開２００３−４４０５４号公報 特開２００３−１６６２９８号公報 国際公開第２００７／０７４５０３号 中国特許出願公開第２０１６６０９７７号明細書

従って、比較的薄い厚さを維持しながら、より高い断熱特性を提供するような断熱パネルの構成を提供する必要が存在しており、このような断熱パネルの構成によって、壁全体の厚さに不利な影響を与えずに良好な断熱性を提供することが可能になる。

従って、本発明は、断熱パネル提供する。この断熱パネルは、第１の外側層及び第２の外側層を有する外側ケーシングであって、各外側層が、外周部を有する、外側ケーシングと；第１の及び第２の外側層の間の外周部の周りに延びる断熱障壁と；第１の外側層の外周部と第２の外側層の外周部とを接合する真空シールと；真空排気口と；真空排気口用バルブと；第１の及び第２の外側層の間に一組のテンションパネルを有するテンション部材であって、第１のテンションパネルが、周縁部の間に延びており且つその周縁部で第１の外側層に接合され、第２のテンションパネルが、周縁部の間に延びており且つその周縁部で第２の外側層に接合される、テンション部材と；を有する。

好ましくは、第１の及び第２の外側層のそれぞれは、その内側に凹面を有するように湾曲される。
第１の及び第２のテンションパネルのそれぞれは、シートを有しており、且つ外周部を含んでもよく、これら外周部は、それぞれ、第１の及び第２の外側層の外周に隣接して接合される。

好ましくは、テンションパネルは、内向き面と外向き面とを含んでおり、内向き面は、熱反射面を含む。あるいはまた又はさらに、テンションパネルの１つ又は複数の外向き面は、熱反射面を含む。
有利には、第１の及び第２の外側層の１つ又は複数の外向き面は、熱反射面を含む。
有利には、真空シールは、金属箔を含む。一構成では、真空シールは、溶接によって第１の及び第２の外側層のそれぞれに接合される。あるいはまた、真空シールは、接着剤によって第１の及び第２の外側層のそれぞれに接合される。

断熱障壁は、複数の材料を含んでもよいが、好ましくは、プラスチック、セラミック、ゴム、木材の材料から選択される。
本発明の別の構成では、第１の及び第２の外側層は、断熱パネルの幅に亘って複数の位置でそれぞれのテンションパネルに接合されており、それによって、複数の個別のポケットを形成する。この構成は、複数の外付けリブを含んでもよく、各リブは、第１の及び第２の外側層がテンションパネルに接合されるそれぞれの位置において、その長さに沿って第１の及び第２の外側層に接合される。好ましくは、リブ（５０）は、その長さに沿って凸形状である。
有利には、上述した構成それぞれの第１の及び第２の外側層は、その外周全体の周りで各テンションパネルに接合される。

本発明は、上述したような断熱パネルの製造方法を提供する。この製造方法は、以下のステップを含む：
ａ）第１の外側層及び第２の外側層を有する外側ケーシングを設けるステップであって、各外側層は、外周部を有する、設けるステップと；
ｂ）第１の及び第２の外側層の間の外周部の周りに延びる断熱障壁を設けるステップと；
ｃ）第１の外側層の外周部と第２の外側層の外周部とを接合する真空シールを設けるとともに、この真空シールによって第１の及び第２の外側層を密閉するステップと；
ｄ）真空排気口を設けるステップと；
ｅ）真空排気口用バルブを設けるステップと；
ｆ）第１の及び第２の外側層の間に一組のテンションパネルを有するテンション部材を設けるステップであって、第１のテンションパネルが、周縁部の間に延びており且つその周縁部で第１の外側層に接合され、第２のテンションパネルが、周縁部の間に延びており且つその周縁部で第２の外側層に接合される、設けるステップと；
ｇ）凹形状の外側層を少なくとも部分的に平坦化することにより、テンション部材に向けて移動させ、且つこのテンション部材を引き延して張力がかかった状態にするように、断熱パネル内からガスを引き抜くことにより、断熱パネル内の部分的な真空を形成するステップと；
ｈ）前記断熱パネル内の部分的な真空をキャプチャし、且つテンション部材を張力がかかった状態に維持するように、排気口を密閉するステップと；を含む。

本発明の態様による断熱パネルの断面図である。 図１に示される断熱パネルの縁部の詳細な断面図である。 組み立てられた断熱パネルの全体図である。 本発明の態様を組み込む断熱パネルの代替形態の断面図である。 図４に示される断熱パネルの正面図である。 図５に示される複数のリブのうちの一つの側面図であり、このリブに適用される曲率を示す。 図４及び図５にも示されるような組み立てられた断熱パネルの全体図である。

ここで本発明について、添付の図面を参照して、単なる例としてより具体的に説明する。
ここで図面全体を参照するが、特に図１〜図４を参照すると、本発明の断熱パネル１０は、第１の外側層１４及び第２の外側層１６を有する外側ケーシング１２を含んでおり、各外側層は、外周部１８，２０と、第１の及び第２の外側層１４，１６の間に断熱障壁２２とを有する。断熱障壁２２は、その周縁部１４ａ，１６ａの周りに単に延びており、且つその内側に延びることのない周辺支持フレームを形成する。断熱障壁の幅Ｐｗが、それら周縁部の間の障壁領域の内側部分Ｉｐ内に過度に延びない或いは全く延びないように最小限に維持され、それによって、熱エネルギーが断熱パネル１０の外側層の外周縁部１４ａ，１６ａの間で領域Ｉｐを通じて伝達される可能性を回避する或いは少なくとも低減することが、強調される。好ましい構成では、断熱障壁は、その周縁部自体に限定されており、実際に外周縁部を形成することができる。第１の及び第２の外側層のそれぞれは、その内側（１４ａ，１６ａ）に凹面を有するように湾曲しており、この湾曲部の機能は、本明細書において後で理解されるであろう。真空シール２５によって、第１の外側層１４の外周部１８と第２の外側層１６の外周部２０とが接合され、これは、図２を参照すると最も良く確認することができる。真空排気口３０が、断熱障壁２２を介して設けられており、符号３１として図面に示される密閉バルブも設けられており、これら真空排気口及び密閉バルブは両方とも、本明細書で後述するように、パネル１０内の部分的な真空を確立及び維持するように使用される。外周部３２，３４を有する一組のテンションパネル２６，２８を含むテンション部材２４が、第１の及び第２の外側層１４，１８の間で互いに略平行な関係で位置付けされる。第１のテンションパネル２６が、周縁部の間に延びており且つその周縁部１４ａにおいて第１の外側層１４に接合される一方、第２のテンションパネル２８が、周縁部の間に延びており且つその周縁部１６ａにおいて第２の外側層１６に接合される。この接合は、後述するように、接着剤や機械的な相互係合又は溶接により行ってもよい。テンションパネル２６，２８は、断熱障壁２２によって互いに離間されている。１つ又は複数の真空孔２９が、本明細書において後で明らかになる理由のために、各テンションパネル２６，２８に設けられる。第１の及び第２の外側層１４，１６はそれぞれ、その外周全体の周りで各テンションパネル２６，２８に接合される。

各テンションパネル２６，２８は、内面及び外面３６，３８，４０，４２の両方を含み、これら内面及び外面の１つ又は複数は、熱放射を反射する鏡面等の反射面を含むことができる。一例では、テンションパネルの内面４０，４２は両方とも、それら内面の間で熱放射を反射するような反射面を有する。別の構成では、外面３６，３８は、その熱放射がテンションパネル同士の間の空隙又はチャンバ６０に入る前に、この熱放射を反射するような反射面を有する。内面及び外面の１つ又は複数又はこれらの組合せには、所望される限り、反射面を設けてもよいことが理解されるだろう。

ここで特に図２を参照すると、真空シール２５は、それら外周部１８，２０の間の任意のギャップを埋めるように、２つの外周部１８，２０の間に延びるとともに断熱パネル１０の周囲全体の周りに延びるカバーを含むことが確認されるであろう。真空シール２５は、この真空シールが、それら外側層１４，１６の間で気密シールを形成するような方法で外側層（パネル）１４，１６に接合される又は他の方法で結合される限り、金属、プラスチック、ゴム等の任意の数の材料で形成してもよい。接合方法の例としては、接着剤５０が、（図２のジグザグ線に沿って）真空シールの接触面５２，５４と外側層／内側層との間に配置されるような接着剤による接合が含まれる。別の例として、隣接する部分を溶接することも含んでもよい。溶接は、電子ビーム溶接の形態を用いることができ、図２の矢印Ｗの方向に行ってもよい。溶接が使用される場合に、溶接は、断熱パネル自体１０の内部を部分的に排気をするために使用されるような、同様に部分的な真空となる部分的な真空の雰囲気下で形成してもよい。断熱障壁２２は、対向する外周部１８，２０の間に位置付けされ、それら外周部を離間させるように作用するが、それら外周部の間の任意の熱伝導を低減する。このように、断熱障壁２２は、断熱特性又は低い熱伝導特性を有することが必要である。断熱障壁２２がその内面で部分的な真空に曝された場合に、その断熱障壁は、ある程度の強度を有する必要があるが、この高度は、外側層１４，１６が、負荷の大部分を担持し且つ、所望の強度と組み合わされて必要な剛性を提供するので、高い強度とする必要がない。本明細書を確認する読者は、熱障壁が受けた大部分の負荷が圧縮荷重であり、多くの高断熱材料が、上述した構成においてそれら断熱材料に付与される負荷に適応するのに十分な強度を有することを理解するだろう。また、外側層（パネル）１４，１６及びテンション部材２４には、それぞれ、断熱障壁２２を支持するような良好な強度の構造体が設けられる。真空排気口３０及びバルブ３１が、図２に詳細に示されており、これらの操作は、本明細書で後述する。

読者は、断熱パネル１０に亘って熱貫流を低減することが必要であり、これは部分的な真空を使用することによって及び断熱障壁２２を部分的に使用することによって少なくとも部分的に行われることを理解するであろう。真空シール２５によって、外側層（パネル）１４，１６の間のギャップが埋められ、従って、断熱障壁２２も埋める可能性がある。熱は、一方の外側層（パネル）から他方の外側層（パネル）に移動することができる。しかしながら、この熱移動は、シール２２の厚さＴを最低限に減少させる及び／又は低い熱伝導特性を有する材料を使用することにより、最小限に抑えられることが理解されるであろう。金属薄膜は、利用可能な大きな断面領域を有しておらず熱移動に不利だろうが、優れた真空シールで外側層１４，１６に固着又は他の方法で接合するだろう。この金属薄膜は、さらに低い熱伝導特性を有するが、良好な真空シールを維持しながら、依然としてこの構成をシールし且つ外側層（パネル）に固着されるようなプラスチックフィルムや他の材料に置き換えてもよい。断熱障壁は、（ＵＰＶＣ含む）プラスチック、セラミック、ゴム、木から形成してもよいし、必要に応じて、プラスチックや金属の外皮材（図示せず）で包んでもよい。また、テンション部材２６，２８が、シート材料の形態で提供される場合に、テンション部材の表面を熱反射性材料で被覆してもよく、こうして、内部Ｉｐに入力される熱が、構造体を介して移動するというよりもむしろ内部反射されるので、製品の断熱特性をさらに高めることができることが理解されるであろう。他の材料及び方法も、当業者に提示される。

図３には、断熱パネル１０の外観が示されており、外側層１４，１６の湾曲した特徴がさらに強調されている。周縁部１４ａ，１６ａ及び真空シール２５も、明確に確認される。読者は、外側層が、好ましくは、断熱パネル自体の幅及び高さを形成するように二次元方向に湾曲していることに気付くだろう。このような成形は、ブロー成形又はプレス加工により行ってもよいが、好ましくは、それら外側層をそれぞれのテンション部材に接合する前に、自己支持型の凹形状の内側プロファイルを各外側層に提供するように行われる。作動時に、このプロファイルは、真空が形成される際に、平坦化されるが、その平坦化は、本発明における剛性の大部分を提供するようなテンション部材３６，３８の張力と組み合わされることで、この平坦化が得られる。

図４〜７には、より大きなパネルサイズの使用に対して十分対応するような本発明の別の構成が示されている。この構成は、内側層及び外側層１４，１６、テンション部材２４やテンションパネル２６，２８、断熱障壁２２、真空シール２５、真空排気口３０及びバルブ３１から構成される同様な基本的な構成要素を含んでおり、従って、これらの構成要素について、ここでは再び説明しない。読者は、図１〜図３の実施形態に関連して上述した全てのオプション及び構成が、図４〜図７の構成にも同様に適用できることを理解するであろう。図４〜７の構成の違いは、図４の符号４８で強調表示されるように、単一の凹形状部分というよりもむしろ複数の突起部分で存在しており、リブ５０から構成される突起部がその断熱パネルに取り付けられており、図５及び図６に最も良く確認される。複数の真空孔２９が設けられており、その少なくとも一つが、それぞれのポケット内に設けられている。

上述した構成において、第１の及び第２の外側層１４，１６は、断熱パネル１０の幅Ｗに亘って複数の別個の位置４６でそれぞれのテンションパネル２６，２８に接合され、それによって、複数の個別のポケット（４８）を形成する。

外付けリブ５０の各々は、複数の別個の位置４６それぞれにおいてその長さＬに沿って外側層１４，１６に接合され、外側層１４，１６が、テンションパネル２６，２８に接合される。リブ５０は、本明細書において後で明らかになる理由のために、図６に最も良く確認されるようにその長さに沿って凸形状である。リブ５０の曲率は、関連する外皮材の曲率に適合するように形成される。別の構成では、リブ５０は、関連する層の曲率に対応するような湾曲した内面を単に有してもよく、その外面は、実質的に平坦であってもよい（図示せず）。

第１の及び第２の外側層１４，１６は、これら外側層が、略凹形状に形成される限りは、複数の材料から形成してもよいことが理解されるであろう。適切な材料は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼等の金属薄板や、ガラス繊維強化プラスチックを含むプラスチック、及び同様のシート材料を含む。このような材料は、単純なプレス加工で所望の凹形状にプレスしてもよいし、プラスチックの場合には熱成形技術によって形成してもよいし、又はガラス繊維又は同様の材料を使用する場合には、型枠内で型成形することにより所望の形状に積層してもよい。同様のシート状材料は、テンション部材２４に使用することができるが、選択されるこのような材料は、真空によって密閉された後に、張力がテンション部材内に残ることを保証するように真空を確立した場合に、引張荷重に適応し且つ耐えることができるようにしなければならない。特定のプラスチックは、それらプラスチックが一定期間後に緩み、こうして引張荷重が低減するので、使用に向いていない場合がある。

上述した構成の強度は、凹形状の内側層及び外側層１４，１６が、図１〜図４の矢印Iの方向に内向きに効果的に吸引される際に、断熱パネル１０内の部分的な真空引きを行うことによりもたらされる。この動作によって、パネルがその幅Ｗに亘ってわずかに拡大し、次に、引張荷重がテンション部材２４やテンションパネル２６，２８上に生じる。バルブ３１を閉じることにより排気口３０を密閉することによって、テンション部材２４内の真空及び張力が維持され、この張力が、太鼓上で緊密に引っ張られた太鼓の外皮材のようにパネル内に剛く形成される。この張力及び強度は、一方の外部の外側層１４から他方の外側層１６に負荷を伝えるような内部部材を使用せずに形成されており、従って、この構成は、内部部材を使用し且つそれによって望ましくない熱移動経路を形成するような従来技術の問題の一つを回避する。図４〜図７の構成において真空引きを行うと、同様の引張負荷が形成されるが、この時に、この負荷は、リブ５０同士の間で分割され、実際には、張力がかかった複数の領域が形成される。図４の各凹形状部分は、上述した方法で且つ図１の構成に関連して、関連するテンションパネル２６，２８に向けて吸引される。しかしながら、図４の構成のリブ５０は、外側層１４，１６の吸引に抵抗するように作用し、更なる構造的剛性を提供する。外側層１４，１６の凹形状や、テンション部材２４及びリブ５０内の張力の提供(provision)によって、構造完全性及び強度を大きく向上させ、こうして、軽量で、強度を有し、耐久性のある断熱パネルが形成されることが理解されるであろう。ギャップを埋める構造体が全くない又は殆どない状態での真空の使用は、従来技術に比べて断熱効率が大きく向上する。

図面に示されていないが、断熱パネルを建物のフレーム又は標準的な開口部内に取り付けることができるように、上述した使用法によって、パネルの外周上のポイントに取り付けられる。

Claims (13)

1. 断熱パネル（１０）であって、当該断熱パネルは：
   ａ）第１の外側層（１４）及び第２の外側層（１６）を有する外側ケーシング（１２）であって、各外側層は、外周部（１８，２０）を有する、外側ケーシングと；
   ｂ）第１の及び第２の外側層（１４，１６）の間の外周部の周りに延びる断熱障壁と；
   ｃ）第１の外側層（１４）の外周部（１８）と第２の外側層（１６）の外周部（２０）とを接合する真空シールと；
   ｄ）真空排気口と；
   ｅ）真空排気口用バルブと；
   ｆ）第１の及び第２の外側層（１４，１８）の間に一組のテンションパネル（２６，２８）を有するテンション部材（２４）であって、第１のテンションパネル（２６）が、周縁部の間に延びており且つその周縁部（１４ａ）で第１の外側層（１４）に接合され、第２のテンションパネル（２８）が、周縁部の間に延びており且つその周縁部（１６ａ）で第２の外側層（１６）に接合される、テンション部材と；を備える、
   断熱パネル。
2. 第１の及び第２の外側層のそれぞれは、その内側に凹面を有するように湾曲される、
   請求項１に記載の断熱パネル。
3. 第１の及び第２のテンションパネル（２６，２８）のそれぞれは、シートを有しており、且つ外周部（３２，３４）を含んでおり、該外周部（３２，３４）は、第１の及び第２の外側層（１４，１６）の外周に隣接して接合される、
   請求項１に記載の断熱パネル。
4. 前記テンションパネル（２６，２８）は、内向き面（３６，３８）と外向き面（４０，４２）とを含み、前記内向き面は、熱反射面を含む、又は１つ又は複数の外向き面は、熱反射面を含む、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の断熱パネル。
5. 前記外側層（１４，１６）の１つ又は複数の外向き面は、熱反射面を含む、
   請求項３に記載の断熱パネル。
6. 前記真空シールは、金属箔を含む、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の断熱パネル。
7. 前記真空シールは、溶接又は接着剤によって第１の及び第２の外側層（１４，１６）のそれぞれに接合される、
   請求項５に記載の断熱パネル。
8. 前記断熱障壁は、プラスチック、セラミック、ゴム、木材の材料から選択される、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の断熱パネル。
9. 第１の及び第２の外側層（１４，１６）は、前記断熱パネル（１０）の幅Ｗに亘って複数の位置（４６）でそれぞれのテンションパネル（２６，２８）に接合されており、それによって、複数の個別のポケット（４８）を形成する、
   前記項１乃至８のいずれか一項に記載の断熱パネル。
10. 複数の外付けリブを含んでおり、各リブは、第１の及び第２の外側層（１４，１６）が前記テンションパネル（２６，２８）に接合される前記複数の位置（４６）のそれぞれにおいて、その長さＬに沿って第１の及び第２の外側層１４，１６に接合される、
    請求項９に記載の断熱パネル。
11. 前記リブは、その長さに沿って凸形状である、
    請求項１０に記載の断熱パネル。
12. 第１の及び第２の外側層（１４，１６）のそれぞれは、その外周全体の周りで各テンションパネル（２６，２８）に接合される、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の断熱パネル。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の断熱パネルの製造方法であって、当該製造方法は：
    ａ）第１の外側層（１４）及び第２の外側層（１６）を有する外側ケーシング（１２）を設けるステップであって、各外側層は、外周部（１８，２０）を有する、設けるステップと；
    ｂ）第１の及び第２の外側層（１４，１６）の間の外周部の周りに延びる断熱障壁を設けるステップと；
    ｃ）第１の外側層（１４）の外周部（１８）と第２の外側層（１６）の外周部（２０）とを接合する真空シール（２５）を設けるとともに、該真空シールによって第１の及び第２の外側層を密閉するステップと；
    ｄ）真空排気口を設けるステップと；
    ｅ）真空排気口用バルブを設けるステップと；
    ｆ）第１の及び第２の外側層（１４，１８）の間に一組のテンションパネル（２６，２８）を有するテンション部材（２４）を設けるステップであって、第１のテンションパネル（２６）が、周縁部の間に延びており且つその周縁部（１４ａ）で第１の外側層（１４）に接合され、第２のテンションパネル（２８）が、周縁部の間に延びており且つその周縁部（１６ｂ）で第２の外側層（１６）に接合される、設けるステップと；
    ｇ）凹形状の外側層（１４，１６）を少なくとも部分的に平坦化することにより、前記テンション部材（２４）に向けて移動させ、且つ該テンション部材を引き延して張力がかかった状態にするように、前記断熱パネル内からガスを引き抜くことにより、前記断熱パネル内の部分的な真空を形成するステップと；
    ｈ）前記断熱パネル内の部分的な真空をキャプチャし、且つテンション部材（２４）を張力がかかった状態に維持するように、前記真空排気口（３０）を密閉するステップと；
    を含む、
    製造方法。
    
    
    
    

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