JPH05502431A - 高絶縁パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高絶縁パネル 技術分野 本発明は、電気製品、輸送車両、及び工業用装置を絶縁するのに適する絶縁物に 関する。特に、本発明は、最小の絶縁物で良好な絶縁品質を提供するために、熱 伝導に対して非常に高い抵抗を有する絶縁物に関する。

背景技術 電気製品、輸送車両、工業用装置のための伝統的な絶縁材料は、鉱物繊維と発泡 材料を含む。冷蔵庫、冷凍庫、又は給湯器の絶縁のために、鉱物繊維の絶縁は、 １インチ当たり約４Ｒ’ｓのＲ−値を出すことがあるが、ここでＲ−値はＩＨｒ Ｆｔ”Ｆ／Ｂｔｕ　（０，３７６ｍ”Ｋ／’１ｌｌａｔｔ）である。発泡セルノ 中に塩素化フルオドカーボンを含有する発泡材料は、１インチ坐たり８Ｒ’　ｓ 　（３，１５Ｒ’ｓ　ｐｅｒ　ｃｍ）のＲ−値をもっことがある。環境からフル オドカーボンを除去する要望のために、かつ、エネルギーを節約するのにより効 率的な絶縁物を作る要望のために、電気製品、輸送装置、工業用装置の製造会社 は、より有効な絶縁物をめている。１つの可能な解決策としては、絶縁物の厚さ を単純に増し、それによって全体のＲ−値を増すことである。これは、絶縁対象 物をより嵩高にするため、望ましくない解決策である。

非常に効率的な絶縁物（“超絶縁″）を作るために、成る極めて複雑化した絶縁 装置が開発されている。これらの装置のいくつかは、ＮＡＳＡや油の米政府機関 の宇宙用途のために開発されている。

従来の超絶縁物の一つは、ボード状の構造物に圧縮され、材料を収容するために 封入された、微細な無機粒状材料である。その材料は、小麦粉のような粉末に似 ている。使用される主な材料は、二酸化珪素又はその種類のもの、特に、ヒユー ムドシリカ又は沈澱シリカである。材料は、結晶ではなく、組織が非インチ当り １５Ｒ’　ｓ　（１ｃｍ当り５．９Ｒ’　ｓ）のＲ−値を有し、封入外被を排気 するとき、４０°Ｆ（４５℃）の温度の押込むカを存するボードに圧縮されるこ とが知られている。

粒状材料は、熱移動の気体伝導成分を止める良好な役目をするが、熱移動の放射 成分を止める役目をしない。又、真空が大きくなればなるほど（すなわち、ゲー ジ圧が低くなればなるほど）粒状材料がより圧縮され、これにより、粒子間の接 触と固体伝導の熱移動の良い進路を作る。従って、圧縮された粒状材料の実質的 な固体伝達の熱移動に応じてＲ−値の上限に達する。真空の更なる増大は、固体 伝導のために、全体に粒状の材料の絶縁のＲ−１ｍを改善しない。

加えて、不透明でない粉末は、放射熱移動を阻止する上において比較的効率的で はない。

他の極めて複雑な超絶縁物は、熱移動の放射成分を止めるために高反射材料の層 を使用している。反射層は、典梨的には、箔であり、これらは、薄いガラス繊維 マット又はガラスピーズのような熱的に効率的なスペーサによって分離されなけ ればならない。その製品を、気体伝導熱移動を防止するため、封入され、かつ排 気されなければならない。これらの箔の欠点は、箔が加工しにくいこと、製品が 高い材料コストを有することである。さらに、排気された絶縁装置の固有の問題 は、パネルの両側に加えられる大気圧の押圧に耐えることができなければならな いことである。真空が大きくなればなるほど、パネルの外側から生しる圧力がよ り大きくなる。箔の薄い層は、たとえスペーサによって分離状態に保たれたとし ても、大気圧によって変形を受ける。結局、箔の層が互いに接触し、固体熱伝導 の進路が生じ、それによって熱ブリッジを作ることになる。

従来技術の超絶縁物は、理想的な製品の望ましい特徴の多くを欠く。これらの特 徴は、製品の長い寿命の間、耐圧縮性、製造の容易さ、比較的低い材料コスト、 扁真空の回避、高いＲ−値の維持、を含む。

発明の開示 本発明は、１立方フイート（“Ｐｃｆ”）当たり８ボンドと２８ポンドの間（１ ２８ｋｇ／ｍ’と４４９ｋｇ／ｍ’の間）の密度を存するボードを形成する主に 鉱物繊維からなる絶縁パネルに関する。粒状材料の５重量％と４０重量％の間、 粒子ボートの隙間に充填される。これらの密度での鉱物繊維は、放射エネルギー の熱移動に対して良好な障壁を作る。粒状材料は、気体伝導による熱移動の良好 な障壁を作る。構造物全体は、パネルが封入され、排気される時、大気の圧力に 対して良好な構造物を作るように、圧縮に十分耐える。材料は、加工か比較的簡 単てあり、本発明の製品に形成しやすい。さらに、材料は、比較的安価である。

最後に、本発明の絶縁物は、一定のＲ−値で長い製品寿命の間安定している。

本発明の好ましい実施例では、粒状材料は、１グラム当たり少なくとも５０立方 メートルの表面積を有する。粒状材料が、非晶シリカ粉末であると更に図４は、 本発明の絶縁パネルの正面の概略断面図である。

図２は、本発明によるガラス繊維及び非晶シリカ粒子の概略拡大図である。

図３は、本発明の絶縁パネルを含む冷蔵庫／冷凍庫であり、正面の概略断面図で 示す。

図４は、本発明の絶縁パネルを作る製造工程の概略側面図である。

発明を実施する最良の方法 本発明を、鉱物繊維としてガラス繊維を有する絶縁パネルに関して説明する。岩 、スラッジ、又は玄武岩から作られた繊維のような池の鉱物繊維を、本発明に用 いてもよいことは理解されるであろう。

図１を参照すると、絶縁パネル１０は、コアーボード１２と外被１４とからなる ことかわかる。外被は、コアーボードを封入し又は包囲するのに適した材料であ ればよい。その材料は、低熱伝導性を有し、希望通りの真空を維持するために気 体を通さないことが好ましい。そのような外被は、当業者に知られている。代表 的な外被は、金属箔の薄い層で作られる。気密性の金属箔の外被は、１／２ミル と４ミルの間（０，０１２７ｎｗｎ−０，１０２ｍｍの間）の厚さを存すること が好ましい。

絶縁パネル内に真空を加える場合には、外被の中にある遊離低分子量の気体を除 去するために、外被の中にゲッター材料を置くことが好ましい。そのようなゲッ ター材料は、当業者によく知られている。

ファーボードは、主にガラス繊維で作られ、好ましくは、１ミクロンと２５ミク ロンの間の直径を有する繊維、最も好ましくは３ミクロンと１２ミクロンの間の １窟を有する繊維で作られる。ボードの密度は、粒状材料を加えない状態で、８ 　ｐｃｆと２８ｐｃｆの間（１２８ｋｇ／ｍ’と４４９　ｋｇ／ｍ’の間）にあ る。密度は、１２ｐｃｆと２０ｐｃｆ　（１９２ｋｇ／ｍ３と３２０　ｋｇ／ｍ ”）の間にあることが好ましい。

図２に示すように、非晶シリカ粒子１６が、コアーボードの繊維１８の隙間の闇 に充填される。図２の繊維は、概略的に示されており、相対的に言うと、実際の ものよりももっと短く示されている。

粒状材料は本発明に適したいくらでもある材料、例えば、非晶シリカ、ヒユーム ドシリカ、ヒユームドシリカ２　グラファイト、でよい。粒状材料は、大きい重 量対表面積比率、１グラム当たり少なくとも５０平方メートル、好ましくは１グ ラム当たり少なくとも１５０平方メートル、最も好ましくは１グラム当たり４０ ０平方メートルを育する。粒状材料の単位重量当りの表面積を測定するための好 ましい実験は、ＢＥＴ　（ブラウン、エミツト＆テラー）実験であり、ＡＳＴＭ 明細書技術公報魚５１、＋９４１．Ｐ９５にある。

ガラス繊維ボードを本発明に使用する密度（８ｐｃｆと２８ｐｃｆ（又は、１２ ８１ぽｍ″と４４９ｋｇ／ｍ”）　’）では、繊維の顕微鏡の図が、繊維間の隙 間に大きな空間又は気孔を示す。これは、図２の概酪的に示される。シリカ粒子 は、これらの空間の中に位置決めされている。これらの粒子は、ボードの陰間の 中に充填されており、すなわち、粒子はガラス繊維の間や繊維上に位置決めされ ている。

ガラス繊維か清潔で、結合剤、特に有機結合剤を含有せず、そのため真空状態の 下で、外被の真空の中に伝導のための気体を形成する有機材料の気体生成かない ことが非常に望ましい。本発明の驚くべき結果の一つは、シリカ粒子自身か、結 合剤の形として作用し、この技術では全く予期しえなかった方法で、ガラス繊維 をボート状の構造物の中に互いに保持することである。シリカ粒子を隙間内に充 填したときには、ボードにシリカ粒子かない時よりも、ボードかより大きな凝集 力を有するので、ガラス繊維と接触しているシリカ粒子か、結合材として作用す ることは明らかである。

本発明の第１実施例では、気体伝導によって熱移動を減らすために、外被がら空 気のいくつか又は全てを、取り除いて、アルゴンのような重い気体と置き換える 。そのような重い気体は、気体酸素の分子量よりも大きい分子量を有し、重いガ スは、外被の中に入れた気体分子の少なくとも５０％を構成することが好ましい 。

図３て示すように、冷蔵庫／冷凍庫は、冷凍部２０及び冷蔵部２２からなる。絶 縁パネルは、冷蔵庫区画室と冷凍庫区画室の両方の外壁２４と内壁２６の間に位 置決めされる。本発明の絶縁パネルを、単純な湾曲パターンに合うように成形し 又は形成してもよい。

冷蔵庫及び冷凍庫の絶縁としての用途に加え、本発明の絶縁パネルを５給湯器、 貨車及び他の輸送車両、液体酸素や液体窒素のような極低温液体をいれるための 容器、宇宙船及び家庭用１ノンジを絶縁するのに使用することができる。

本発明の絶縁バ字ルの池の用途は、鮨業者によってＷ識されるように、工業用装 置の絶縁を含む。

略１０”　Ｔｏｒｒの真空を有する本発明のよる絶縁パネルは、１インチ当たり 略１５Ｒ’ｓ乃至５０Ｒ’　ｓ　（１ｃｍ当り５．９Ｒ’　５−１９．７Ｒ’　 ｓｃｍ）のＲ−値を育する。これは、非晶シリカ粉末の１０重量％を有する１２ ボンド密度（０，１，９２，９ｍ／ｃｃ　）のボードを呈する。商業的に入手可 能な粉末は、ニューシャーシー州、リッチフィールドバークのノースアメリカン 　シリカ　カンパニー、によって提供されているＦＫ５００ＬＳ商標の沈澱シリ カである。ｌｉ＃ノリ力とフユームドンリカも、カボット　コーホ１ノーソヨン によって販売されている。

図４を参照すると、ガラス繊維か、繊維化機械２８の作用によって作られること がわかる。繊維化機械はガラス繊維を作るのに敵する装置、例えば、従来よく知 られているロータリー繊維化機械でもよい。ガラス繊維は、収集室の中で下方に 搬送され、収集コンベヤー３０上に集められる。

繊維化機械から収集コンベヤーに下方に移動している時に、シリカ粉末か繊維に 加えられるのが好ましい。そのような目的のために、ノズル３２か、粒状材料を ５下方に移動している繊維流に吹き付けるように位置決めされている。

粒状材料の微細により、溶液、好ま（パは水溶液中に材料を浮遊させ、下方に移 動している繊維流に溶液を吹きつけるのか好ましい。繊維は、比較的乱流の高温 環境の中を移動し、そして、水溶液中の液体の全てではないとしても、そのほと んどが、繊維が収集コンベヤーに達する時間までに蒸発する。

繊維は、プランケット又はバック３４の形で集められる。次いで、バックは、プ レスステーション３６に通され、こ１：で上側コンベヤー３８と下側コンベヤー ４０かバックを望ましい密度にプレスする。ブｌノス工程中熱を加えるのが好ま しく、ボードの温度を少なくとも６００°Ｆ（３１５’″Ｃ）まで、最も好まし くは、少なくともｉ、ｏｏｏｏＦ（５３８°Ｃ）まで上昇させるのか好ましい繊 維はブｌノスステーションを通過した後、チョッパー４２によって切断さねて絶 縁パネルになる。真空ベーキング作業が、封込に先立ってパネルを洗浄するため にパネル上で行われる。クリーニング手段は、ガス抜き、引ぎ続く真空損失を減 らすのに必要である。その後、絶縁パネルは、外被とともに封ノ＼され、従来知 られた手順により、排気される。

ガラス繊維とシリカ粉末を含むコアーボード中のシリカ粉末の量を測定する好ま しい方法は、多量のスベク］・ロスコピーを使用して、ホー１−中のシリコン原 子の有効百分率を測定することである。ガラスの組成か知られているので、追加 シリコンの量を計算することかでき、それによって、ホード中のシリカ粉末の正 確な百分率を決定する。池の材料の粉末やガラス繊維以外の鉱物繊維について同 様なＪす定を行って良い。

本発明の精神ど忙囲から逸脱しないで、図示し、かつ説明した構造及び方法に、 さまざまな変形をなしても良い。

工業的な適応性 本発明は、電気製品、輸送車両、及び工業用装置の絶縁として有用であると思わ れる。

ＦＩＧ、％ 要約書 １立方フイート当たり８ボンドと２８ボンドの間（０，１２８帥ゾｃｃと０．４ ４９ｇｍ／ｃｃ）の密度を有する鉱物繊維ボード（１２）と、有機結合剤をもた ない繊維（１８）と、ボードの隙間に充填された５重量％と４ｏ重量％の間の粒 状材料（１６）と、ボード（１２）に封入し、排気して１ｏ−４と１ＯＴｏｒｒ の間の真空にした気密性の外被（１４）とを有する絶縁パネル（１ｏ）。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．１立方フィート当たり８ポンドと２８ポンドの間（１２８ｋｇ／ｍ３と４４ ９ｋｇ／ｍ３）の密度し、有機結合剤をもたない鉱物繊維ボードと、、ボードの 隙間に充填された５重量％と４０重量％の間の粒状材料とからなり、繊維は、１ ミクロンと２５ミクロンの間の直径を有し、粒状材料は１グラム当たり少なくと も５０立方メートルの表面積を有する絶縁パネル。
2. ２．さらに、ボードに封入する気密性の外被を有し、その外被は部分的に排気さ れる請求項１記載の絶縁パネル。
3. ３．外被は、気体酸素の分子量よりも大きい分子量を有する気体を入れ、前記無 体は外被の中に入れた気体分子の少なくとも５０％を構成する請求項２に記載の 絶縁パネル。
4. ４．粒状材料は、非晶シリカ粉末である請求項２に記載の絶縁パネル。
5. ５．気密性の外被は、１／２ミルと４ミルの間（０．０１２７ｍｍ−０．１２ｍ ｍの間）の厚さを有する金属箔からなる請求項４に記載の絶縁パネル。
6. ６．繊維は、 ガラス繊維である請求項５に記載の絶縁パネル。
7. ７．データ材料が、気密性の外被の中に位置決めされる請求項６に記載の絶縁パ ネル。
8. ８．真空は、１０−４Ｔｏｒｒと１０Ｔｏｒｒの間にある請求項６に記載の絶縁 パネル。
9. ９．非晶シリカは、１グラム当たり少なくとも１５０平方メートルの表面積を有 する請求項８に記載の絶縁パネル。
10. １０．冷凍庫又は冷凍庫の豊内に位置決めされた請求項９に記載の絶縁パネル。
11. １１．パネル内のガラス繊維の密度は、放射熱の移動の可成りの部分を阻止する のに十分であり、非晶シリカは、気体伝導による熱移動の可成りの部分を阻止す るのに十分である請求項８に記載の絶縁パネル。