JP6870985B2 - 真空断熱材 - Google Patents
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Description
前記蓄熱材が、密封されており、
前記芯材、前記吸着剤及び前記密封された蓄熱材が、前記ガスバリア性フィルム内に減圧密封されている、
ことを特徴とする、真空断熱材。
芯材は公知であり、市場において容易に入手できるか、又は調製可能である。
本発明の真空断熱材は、芯材を、真空断熱材の総質量に対して、好ましくは20〜95質量%、より好ましくは40〜80質量%含む。芯材の量が上記範囲内であれば、断熱材としての機能を損なう事なく蓄熱効果を効果的に発揮する事ができるである。
蓄熱材としては、例えば、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、チオ硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物、酸化バナジウム、パラフィン、エリスリトール等が挙げられる。これらの蓄熱材は単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
蓄熱材は公知であり、市場において容易に入手することができるか、又は調製可能である。
本発明の真空断熱材は、蓄熱材を、真空断熱材の総質量に対して、好ましくは80質量%未満、より好ましくは20〜60質量%含む。蓄熱材の量が上記範囲内であれば、断熱性能を維持しながら、真空断熱材に蓄熱性能を付与することができるである。
T=T1−{(T1−T2)/L}*d (I)
T:蓄熱材を配置する位置の温度
T1:高温側の温度
T2:低温側の温度
d:真空断熱材の高温側の面から蓄熱材を配置する位置までの距離
L:真空断熱材の厚さ
蓄熱材としては、蓄熱材を配置する位置の温度に近い潜熱温度を有する蓄熱材を用いることが好ましい。具体的には、蓄熱材の層を、真空断熱材の厚み方向の中心か又は中心よりも低温側に配置する場合には、蓄熱材の潜熱温度T’は、低温側の温度以上かつ中心温度+10℃以下(T2≦T’≦(T1+T2)/2+10℃)であることが好ましい。例えばディープフリーザーのような内部を−80℃に維持するための断熱容器の場合、外気温が20℃であれば、断熱材の中心温度は−30℃になるため、−80℃以上−20℃以下で潜熱するような蓄熱材を選定することが好ましい。また、例えば内部を0℃で保冷する断熱容器の場合、外気温が30℃であれば、断熱材の中心温度が15℃になるため、0℃以上25℃以下で潜熱できる蓄熱材を選定することが好ましい。潜熱温度が上記範囲内であれば、蓄熱材の潜熱効果がより効率的に発揮され、断熱ボックスの保温性能が向上する。
蓄熱材入り真空断熱材
(1)蓄熱材入り真空断熱材の製造
潜熱温度25℃のパラフィン(潜熱量242J/g)をメラミンカプセルに密封した。蓄熱材入りのカプセル100gをポリエステル繊維の不織布に入れて熱シールし、層状にした。蓄熱材の層をガラス繊維芯材の層の上に積層又は2つの芯材の層の間に挟み、水分吸着剤(酸化カルシウム)とともにガスバリア性フィルム(ガスバリア層としてアルミ箔を含む多層ラミネートフィルム)内に減圧密封して、ガスバリア性フィルム内において二層構造又は三層構造を有する、蓄熱材入り真空断熱材(長さ300mm、幅300mm、厚さ10mm)を製造した。
蓄熱材を含まない1.22mW/mK、2.18mW/mK及び3.30mWの熱伝導率を有する真空断熱材において、英弘精機製熱伝導率チェッカー(HC−120)の出力値を測定した。結果を表1及び図1に示す。
図1において直線で示される熱伝導率と出力値との関係に基づき、ガスバリア性フィルム内において二層構造を有する蓄熱材入り真空断熱材(5サンプル)について、HC−120のセンサーヘッドを真空断熱材の芯材層側の面に接触させて、熱伝導率を測定した。熱伝導率が3mW/mK以下である場合に、良好な断熱性能を有する(○)と判定した。結果を表2に示す。
蓄熱材入り真空断熱材からなる断熱ボックス
(1)蓄熱材の選択
外部温度60℃、内部温度20℃で使用される断熱ボックスを想定し、使用する潜熱材の種類を決定した。潜熱材の層を、真空断熱材の厚み方向の中心か又は中心よりも低温側配置する場合、潜熱材の潜熱温度T’は、低温側の温度以上かつ中心温度+10℃以下、すなわち20℃〜50℃であることが好ましい。従って、25℃の潜熱温度を有するパラフィン(蓄熱材25)(潜熱量242J/g)及び32℃の潜熱温度を有するパラフィン(蓄熱材32)(潜熱量247J/g)を、真空断熱材内部に含める蓄熱材として選択した。パラフィンは熱を吸収する際、液体又は気体へ相変化する為、SiO2を主成分とする無機カプセルで密封し、ガス化しないようにした。
(1)の蓄熱材入りカプセルをポリエステル繊維の不織布に入れて熱シールし、蓄熱材層を作製した。蓄熱材層としては、蓄熱材25入りカプセルのみを含む層(蓄熱材25層)、蓄熱材32入りカプセルのみを含む層(蓄熱材32層)及び蓄熱材25入りカプセルと蓄熱材32入りカプセルとを質量比1:1で含む層(MIX層)の3種類の蓄熱材層を作製した。また、真空断熱材の材料として、芯材(ガラス繊維マット)、ガスバリア性フィルム(バリア層としてアルミ箔を含む多層ラミネートフィルム)及び吸着剤(酸化カルシウム)を用意した。
(a)蓄熱材を含まない真空断熱材(比較VIP)の製造
芯材を200℃で1時間乾燥し、表面に付着する水分を除いた。ガスバリア性フィルムについては、内側のシール層が溶融しないように80℃で2時間乾燥した。乾燥したガスバリア性フィルムの内側に芯材及び吸着剤を挿入し、真空チャンバーを用いて最終到達圧0.5Paにて減圧密封を行った。
(b)ガスバリア性フィルム内において二層構造を有する真空断熱材の製造
乾燥したガスバリア性フィルムの内側に芯材及び吸着剤を挿入する際に、蓄熱材25層、蓄熱材32層又はMIX層を芯材の上に積層した以外は比較VIPと同様にして、ガスバリア性フィルム内において二層構造を有する真空断熱材を製造した。得られた真空断熱材における蓄熱材の含有量は、40質量%であった。
(c)ガスバリア性フィルム内において三層構造を有する真空断熱材の製造
乾燥したガスバリア性フィルムの内側に芯材及び吸着剤を挿入する際に、2つの芯材の層の間に蓄熱材25層又は蓄熱材32層を、蓄熱材25層又は蓄熱材32層の厚み方向の中心が積層体の厚み方向の中心に位置するように挟んだ以外は比較VIPと同様にして、ガスバリア性フィルム内において三層構造を有する真空断熱材を製造した。得られた真空断熱材における蓄熱材の含有量は、40質量%であった。
(2)(a)で製造した比較VIP6枚を、ポリプロピレンテープを用いて箱状に固定し、比較ボックスを製造した。
(2)(b)で製造したガスバリア性フィルム内において二層構造を有する各真空断熱材6枚を、ポリプロピレンテープを用いて箱状に固定し、蓄熱材25層が内部側に配置されている断熱ボックス(蓄熱材25内側)、蓄熱材32層が内部側に配置されている断熱ボックス(蓄熱材32内側)及びMIX層が内部側に配置されている断熱ボックス(MIX内側)を製造した。
(2)(c)で製造したガスバリア性フィルム内において三層構造を有する各真空断熱材6枚を、ポリプロピレンテープを用いて箱状に固定し、蓄熱材25層が真空断熱材の真ん中に配置されている断熱ボックス(蓄熱材25真ん中)及び蓄熱材32層が真空断熱材の真ん中に配置されている断熱ボックス(蓄熱材32真ん中)を製造した。
下記試験条件において、(3)で製造した各断熱ボックスの内部温度上昇について測定を行った。GRAPHTEC社のGL240をデータロガーとして用いた。
(i)断熱ボックスを、蓋を開けた状態で20℃に余熱した。
(ii)ボックス内部(中央)及びボックス外側壁面の2か所に熱電対を取り付けて、蓋を閉めた。
(iii)20℃で1時間保温し、その後、20℃から60℃まで20分かけて昇温した。昇温開始時を、測定開始時(0分)とした。
(iv)60℃の温度を維持した。
結果を表4及び図2に示す。
Claims (17)
- 芯材、吸着剤、蓄熱材及びガスバリア性フィルムを含む真空断熱材であって、
前記蓄熱材が、無機カプセル、メラミンカプセル及び金属カプセルからなる群から選択されるカプセル、フィルム又はバインダーによって密封されており、
前記芯材、前記吸着剤及び前記密封された蓄熱材が、前記ガスバリア性フィルム内に減圧密封されている、
ことを特徴とする、真空断熱材。 - 前記蓄熱材が、カプセルによって密封されており、前記カプセルが、無機カプセル又はメラミンカプセルからなる、請求項1に記載の真空断熱材。
- 前記蓄熱材が、フィルムによって密封されており、前記フィルムが、金属箔層を含むフィルム又は金属蒸着層を含むフィルムからなる、請求項1に記載の真空断熱材。
- 前記蓄熱材が、バインダーによって密封されており、前記バインダーが、樹脂又は無機化合物からなる、請求項1に記載の真空断熱材。
- 前記ガスバリア性フィルム内において、前記芯材と前記蓄熱材とがそれぞれ層状であり、前記芯材の層と前記蓄熱材の層とが積層されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の真空断熱材。
- 前記ガスバリア性フィルム内において、前記芯材の層と、前記蓄熱材の層とからなる二層構造を有する、請求項5に記載の真空断熱材。
- 前記ガスバリア性フィルム内において、2つの前記芯材の層と、前記2つの芯材の層の間に挟まれた前記蓄熱材の層とからなる三層構造を有する、請求項5に記載の真空断熱材。
- 前記芯材が層を形成しており、前記蓄熱材が前記芯材の層の一方の面の面積の70%以上を被覆している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の真空断熱材。
- 真空断熱材の総質量に対して、80質量%未満の前記蓄熱材を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の真空断熱材。
- 前記蓄熱材の潜熱温度が、−60〜100℃である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の真空断熱材。
- 前記蓄熱材の潜熱量が、60〜350J/gである、請求項1〜10のいずれか1項に記載の真空断熱材。
- 前記蓄熱材が、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、チオ硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物、酸化バナジウム、パラフィン、エリスリトール及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の真空断熱材。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の真空断熱材を含む、断熱ボックス。
- ボックス内部を外部よりも低温に保つための、請求項6に記載の真空断熱材を含む断熱ボックスであって、前記蓄熱材の層が、ボックス内部側に配置されている、前記断熱ボックス。
- ボックス内部を外部よりも低温に保つための、請求項7に記載の真空断熱材を含む断熱ボックスであって、前記蓄熱材の層が、前記真空断熱材の厚み方向の中心に配置されているか、又は中心よりもボックス内部側に配置されている、前記断熱ボックス。
- ボックス内部を外部よりも高温に保つための、請求項6に記載の真空断熱材を含む断熱ボックスであって、前記蓄熱材の層が、ボックス外部側に配置されている、前記断熱ボックス。
- ボックス内部を外部よりも高温に保つための、請求項7に記載の真空断熱材を含む断熱ボックスであって、前記蓄熱材の層が、前記真空断熱材の厚み方向の中心に配置されているか、又は中心よりもボックス外部側に配置されている、前記断熱ボックス。
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