JP6775585B2 - 真空断熱材及び断熱箱 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る真空断熱材は、繊維集合体から構成される芯材と、少なくとも熱融着層を含む複数層構造を備え、芯材を被覆する外包材と、を備え、芯材は、第1の面部と、第1の面部の反対側に形成された第2の面部と、第1の面部及び第2の面部の周縁に形成された周縁部とを含み、外包材は、第1の面部に対向して設けられた第1の芯材被覆部と、第2の面部に対向して設けられた第2の芯材被覆部と、周縁部に設けられたシール部とを含み、第1の芯材被覆部には、外包材の複数層構造を構成する複数層に加え、複数層のいずれかの層に重ねられた第1の追加層が設けられ、外包材は、ガスバリア層と、ガスバリア層の内側に設けられた熱融着層とを含み、第1の追加層は、熱可塑性樹脂から成り、外包材のガスバリア層と熱融着層との間に設けられ、シール部には設けられておらず、第1の芯材被覆部のみに設けられ、第2の芯材被覆部には、外包材の複数層構造を構成する複数層に加え、複数層のいずれかの層に重ねられた第2の追加層が設けられ、第2の追加層は、シール部には設けられておらず、第2の芯材被覆部のみに設けられているものである。
図1は、本実施の形態1に係る真空断熱材1の概略構成を示す断面図である。図2は、図1に示す真空断熱材1の分解図である。なお、図1を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。各構成材の具体的な寸法等は、以下の説明を参酌した上で判断すべきものである。
芯材2は、真空空間を保持する目的で使用される。芯材2としては、例えば、グラスウール等の繊維集合体を採用することができる。グラスウールは、熱伝導率が低く、また、加工等の取り扱いが容易である。また、芯材2は、例えば、加熱加圧成形をした繊維集合体を採用することができる。また、芯材2は、例えば、外包材4とは別体の内包材の中に、減圧した状態で収容しておいてもよい。この場合には、芯材2及び内包材を外包材4に収容することになる。また、芯材2には、芯材2を構成する繊維同士を結着させるため、例えば、有機系バインダー等の結合剤が添加されていてもよい。なお、ここで述べた、加熱加圧成形、内包材及び結合材を組み合わせて芯材2を構成してもよい。
第1の面部2Aは、後述する外包材4の第1の芯材被覆部4Aに対向する部分であり、芯材2の表面の一部を構成する。第1の面部2Aは、芯材2の厚み方向Zに直交する面に平行に広がるように形成されている。第2の面部2Bは、後述する外包材4の第2の芯材被覆部4Bに対向する部分であり、芯材2の表面の一部を構成する。第2の面部2Bは、第1の面部2Aの反対側に配置され、芯材2の厚み方向Zに直交する面に平行に広がるように形成されている。周縁部2Cは、第1の面部2A及び第2の面部2Bの周縁に形成されており、芯材2の表面の一部を構成する。
吸着剤3は、真空断熱材1の内部の水蒸気を吸着し、真空度を保つことで熱伝導率の上昇を抑制する目的で使用される。吸着剤3としては、例えば、酸化カルシウム(CaO)を採用することができる。また、吸着剤3は、シリカゲル、又はゼオライトであってもよく、これらの組合せであってもよい。
外包材4は、少なくとも、熱融着層43(熱溶着層)を含む。本実施の形態1において、外包材4は、最外層である表面保護層41と、表面保護層41の内側に設けられたガスバリア層42と、ガスバリア層42の内側に設けられた熱融着層43とを含むラミネートフィルムで構成されている。つまり、外包材4は、表面保護層41とガスバリア層42と熱融着層43とを含む多層構造を備えている。なお、外包材4には、後述する追加層44が重なるように設けられている。
なお、本実施の形態1では、芯材2と吸着剤3とを被覆する外包材4を、2枚のラミネートフィルムで構成する態様を一例に説明するが、それに限定されるものではない。例えば、外包材4は、1枚のラミネートフィルムを折りたたんで構成することもできる。外包材4を構成するラミネートフィルムの枚数は、芯材2及び吸着剤3を密閉することができれば、特に、限定されるものではない。
なお、熱融着層43の膜厚tは、例えば、20μm以上であって50μm以下であるとよい。つまり、封止部43aの膜厚Tは、40μm以上であって100μm以下であるとよい。膜厚Tの範囲を満たす場合には、真空断熱材1の封止部43aが薄い分、封止部43aにおけるシール性が向上し、真空断熱材1外から真空断熱材1内へ侵入するガス量を低減することができる。熱融着層43の材料は、例えば、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等を採用することができる。また、熱融着層43の材料は、高密度ポリエチレン、無延伸ポリプロピレンを採用することがより好ましい。高密度ポリエチレン及び無延伸ポリプロピレンは、弾性率が高いため、加熱及び加圧の加工を行いやすく、また、水蒸気の遮断性に優れているためである。なお、低密度ポリエチレンはLDPEと略称され、直鎖状低密度ポリエチレンはLLDPEと略称され、高密度ポリエチレンはHDPEと略称され、無延伸ポリプロピレンはCPPと略称されることもある。なお、以下の説明においては、上記の略称は括弧内に記載することとする。
追加層44は、追加層44の弾性率が、外包材4の熱融着層43の弾性率よりも、大きくなるように構成するとよい。弾性率を大きくすることで、追加層44にピンホールが発生してしまうことをより抑制することができ、その結果、外包材4にピンホールが発生してしまうことを抑制することができるためである。
追加層44の材料は、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)等を採用することができる。
また、追加層44は、延伸ナイロン(ONY)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、延伸ポリプロピレン(OPP)を採用することがより好ましい。
まず、表面保護層41と、ガスバリア層42と、熱融着層43と、追加層44との多層構造からなる外包材4により芯材2を被覆する。そして、芯材2及び外包材4の乾燥を行う。外包材4で被覆した芯材2を100℃で2時間加熱処理することによって、芯材2及び外包材4から水分が除去される。
実施例1では、ピンホール発生による不良発生枚数と追加層44との関係について調べた。真空断熱材1は、芯材2をグラスウールで構成した。外包材4は、表面保護層41を膜厚23μmの延伸ナイロン(ONY)、ガスバリア層42を膜厚12μmのアルミ蒸着ポリエチレンテレフタレート(PET)と膜厚12μmのアルミ蒸着エチレンビニルアルコール(EVOH)とした。そして、表面保護層41と、ガスバリア層42と熱融着層と、追加層44とが積層されたラミネートフィルムを外包材4として構成した。そして、外包材4により芯材2を被覆して真空断熱材1を作製した。
実施例2では、真空断熱材1の熱伝導率の増加量と追加層44との関係について調べた。実施例2で使用した試料は、以下で説明する構成以外は、実施例1と同様の構成とした。実施例2の試料には、膜厚tが30μmの熱融着層43と、膜厚が30μmの追加層44とを有する真空断熱材1を用いた。熱融着層43の材料は、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)を用いた。追加層44の材料には、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)を用いた。そして、真空断熱材1を作製し、作製1日後の熱伝導率と、気温25℃、相対湿度60%の雰囲気下で30日間保管した後の熱伝導率とを調べ、その差を増加量として算出した。
比較例2において、熱融着層43の膜厚が60μmである場合、熱伝導率の増加量は、0.4mW/(m・K)であった。
これに対し、実施例2において、熱融着層43が30μmで、追加層44が30μmである場合、熱伝導率の増加量は、0.2mW/(m・K)であった。つまり、実施例2の試料では、熱伝導率の増加量が、比較例2と比較して、0.2mW/(m・K)減少していた。
このように、熱融着層43の膜厚を薄くすることで、経時的な熱伝導率の上昇を抑制することができた。
実施例3では、真空断熱材1の初期的熱伝導率と経時的熱伝導率と追加層44との関係について調べた。実施例3で使用した試料は、以下で説明する構成以外は、実施例1と同様の構成とした。実施例3の試料には、膜厚tが30μmの熱融着層43と、膜厚が30μmの追加層44とを有する真空断熱材1を用いた。熱融着層43の材料は、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)と、無延伸ポリプロピレン(CPP)を用いた。追加層44の材料には、無延伸ポリプロピレン(CPP)を用いた。そして、真空断熱材1を作製し、作製1日後の熱伝導率と、気温25℃、相対湿度60%の雰囲気下で30日保管した後の熱伝導率とを調べた。
実施例4では、熱伝導率の増加量と追加層44との関係について調べた。実施例4で使用した試料は、以下で説明する構成以外は、実施例1と同様の構成とした。実施例4の試料には、膜厚tが30μmの熱融着層43と、膜厚が15μmの追加層44とを有する真空断熱材1を用いた。熱融着層43の材料には、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)を用いた。追加層44の材料には、アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレート(PET)を用いた。そして真空断熱材1を作製し、作製1日後の熱伝導率と、気温25℃、相対湿度60%の雰囲気下で30日間保管した後の熱伝導率とを調べ、その差を増加量として算出した。
つまり、実施例4の試料では、熱伝導率の増加量が、比較例4と比較して0.3mW/(m・K)減少していた。
このため、熱融着層43を薄くしても、芯材2の突刺しによって外包材4にピンホールが発生してしまうことを抑制することができる。
また、従来のように、真空断熱材1を作製後に真空断熱材1の周縁部を再度、加熱及び加圧する必要がない分、真空断熱材1を作製後に、真空断熱材1の熱伝導が増加してしまうことを回避することができる。
更に、外包材4の熱融着層43が薄くなっているので、周縁部2Cでのシール性が向上しており、真空断熱材1の真空度が維持しやすい。このため、真空断熱材1は、熱伝導率の上昇を抑制することができる。
このように、本実施の形態1に係る真空断熱材1は、断熱性能を初期的にも経時的にも維持できる構造となっている。
本実施の形態2に係る真空断熱材について説明する。図3は、本実施の形態2に係る真空断熱材1の概略構成を示す断面図である。なお、本実施の形態2に係る真空断熱材の構成及び製造工程は、以下で説明する以外は、実施の形態1に係る真空断熱材の構成及び製造工程と同様である。
<実施例5>
実施例1では、ピンホール発生による不良発生枚数と熱伝導率の増加量と追加層44との関係について調べた。実施例5で使用した試料は、以下で説明する構成以外は、実施例1の構成と同様とした。実施例5の試料には、膜厚tが30μmの熱融着層43と、膜厚が15μmの追加層44とを有する真空断熱材1を用いた。熱融着層43の材料には、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)を用いた。追加層44の材料には、アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレート(PET)を用いた。そして、真空断熱材1を1000枚作製し、試料とし、ピンホール発生による不良率を算出した。そして、作製1日後の熱伝導率と、気温25℃、相対湿度60%の雰囲気下で30日間保管した後の熱伝導率とを調べ、その差を増加量として算出した。
表5は、実施例5及び比較例5の試料におけるピンホール発生による不良枚数と熱伝導率の増加量を比較した結果である。
このように、ガスバリア性を有する追加層44をガスバリア層42と熱融着層43の境界間に存在させることで、ピンホール不良は抑制され、且つ、経時的な熱伝導率の上昇を更に抑制することができた。
図4は、本実施の形態3に係る断熱箱100の概略構成を示す断面図である。断熱箱100は、長期間にわたる断熱性能が求められる。例えば、冷蔵庫等である。
Claims (7)
- 繊維集合体から構成される芯材と、
少なくとも熱融着層を含む複数層構造を備え、前記芯材を被覆する外包材と、
を備え、
前記芯材は、
第1の面部と、
前記第1の面部の反対側に形成された第2の面部と、
前記第1の面部及び前記第2の面部の周縁に形成された周縁部とを含み、
前記外包材は、
前記第1の面部に対向して設けられた第1の芯材被覆部と、
前記第2の面部に対向して設けられた第2の芯材被覆部と、
前記周縁部に設けられたシール部とを含み、
前記第1の芯材被覆部には、
前記外包材の前記複数層構造を構成する複数層に加え、前記複数層のいずれかの層に重ねられた第1の追加層が設けられ、
前記外包材は、
ガスバリア層と、前記ガスバリア層の内側に設けられた前記熱融着層とを含み、
前記第1の追加層は、
熱可塑性樹脂から成り、前記外包材の前記ガスバリア層と前記熱融着層との間に設けられ、前記シール部には設けられておらず、前記第1の芯材被覆部のみに設けられている
真空断熱材。 - 繊維集合体から構成される芯材と、
少なくとも熱融着層を含む複数層構造を備え、前記芯材を被覆する外包材と、
を備え、
前記芯材は、
第1の面部と、
前記第1の面部の反対側に形成された第2の面部と、
前記第1の面部及び前記第2の面部の周縁に形成された周縁部とを含み、
前記外包材は、
前記第1の面部に対向して設けられた第1の芯材被覆部と、
前記第2の面部に対向して設けられた第2の芯材被覆部と、
前記周縁部に設けられたシール部とを含み、
前記第1の芯材被覆部には、
前記外包材の前記複数層構造を構成する複数層に加え、前記複数層のいずれかの層に重ねられた第1の追加層が設けられ、
前記外包材は、
ガスバリア層と、前記ガスバリア層の内側に設けられた前記熱融着層とを含み、
前記第1の追加層は、
熱可塑性樹脂から成り、前記外包材の前記ガスバリア層と前記熱融着層との間に設けられ、前記シール部には設けられておらず、前記第1の芯材被覆部のみに設けられ、
前記第2の芯材被覆部には、
前記外包材の前記複数層構造を構成する前記複数層に加え、前記複数層のいずれかの層に重ねられた第2の追加層が設けられ、
前記第2の追加層は、
前記シール部には設けられておらず、前記第2の芯材被覆部のみに設けられている
真空断熱材。 - 前記外包材は、
表面保護層と、前記表面保護層の内側に設けられた前記ガスバリア層と、前記ガスバリア層の内側に設けられた前記熱融着層とを含むラミネートフィルムで構成されている
請求項1又は2に記載の真空断熱材。 - 前記第1の追加層は、
弾性率が、前記外包材の前記熱融着層の弾性率よりも大きくなるように構成されている
請求項1〜3のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 前記第1の追加層は、
ガスバリア性を有する
請求項1〜4のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 前記芯材は、
グラスウールである
請求項1〜5のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の真空断熱材を備えた
断熱箱。
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