JPH06509755A - ガス充填パネル絶縁材 - Google Patents

ガス充填パネル絶縁材

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JPH06509755A
JPH06509755A JP5503845A JP50384592A JPH06509755A JP H06509755 A JPH06509755 A JP H06509755A JP 5503845 A JP5503845 A JP 5503845A JP 50384592 A JP50384592 A JP 50384592A JP H06509755 A JPH06509755 A JP H06509755A
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JP5503845A
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グリフィス ブレント ティー
アラステー ダリウス ケイ
セルコウィッツ スティーヴン イー
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ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア
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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】 ガス充填パネル絶縁材 発明の分野 本発明は、ビルの壁、冷凍機等に配置するのに有用である熱絶縁パネルに関し、 そして詳細には、パネルを横切る放射、対流及び伝導熱伝達を最小にするための コア/外被を利用するパネルに関する。本発明は、ローレンスバークレイ研究所 で実施するため、米国エネルギー省とカリフォルニア大学との間の契約No、  DB −AC03−763FOOO93の下に政府援助により行なわれた。政府 が本発明における一定の権利を有している。
発明の背景 壁等が絶縁される手段は、多くの文献に論述されており、そして伝導、対流及び 放射熱伝達の種々の方法が記述されている。基本的に、すべてのアプローチは、 熱伝達の一定の基本的知識を使用している。これ等の知識は、所定のセットの条 件の下で、最高の可能な絶縁値を与える点で、材料を選択し、そして組合わせる のに応用される。しかし乍ら、常に使用する材料のコスト及び絶縁の見地と製造 の見地の双方から真に有効な絶縁物にそのような材料を製造するのに必要な努力 に関するかね合いがある。エネルギーコストの上昇に従って、特定の絶縁計画の 全実施における比較的価かな改善でも、エネルギー消費設備に対してかなりの節 減を提供できる。同じ絶縁値と仮定すれば、改良した絶縁計画の相対価値は、材 料の厚さ、使用される材料のコスト、これ等の材料を適切な形状に組立てるコス ト、そのような絶縁物を設置場所に輸送するコスト、及び取付はコストを考慮に 入れなければならない。一般的に、単位厚さ当りの良い熱性能(thermal porformance)を有する絶縁材がより望ましい。かさばった大きな及 び/又は重い絶縁計画は、たとえよい絶縁値を提供しても、不利である。また、 クロロフルオロカーボン(CF C)吹込成形フオーム(発泡材)のような公害 のある、及び空気で運ばれる(airborne)ガラス繊維のような重大な健 康に害のある材料もまた不利である。
ある用途に対しては他の特性が望ましい。デエイライトニング(Dayl ig htning)方式は、ビルの外被を通り伝えられる自然の光を使用する。これ 等の用途に対しては、可視スペクトルを部分的に通すが、しかし同時に熱の流れ (heat flow)に対し、良い抵抗を備えている絶縁体を有しているのが 有用である。
改装用には典型的に利用可能なスペースが限定されるか及び/又はこれ等のスペ ースへの出入りが難かしい。そのような場合には、新建築のため現在受は入れら れているレベルの絶縁材に比較できる全性能を達成するため、単位厚さ当りの高 い性能である絶縁体を有しているのが特に望ましい。更に、絶縁体は、例えば、 つぶして挿入し、そして殆んと閉じたスタッド壁キャビティを鵬たすため膨張す ることによって、制限された出入りスペース内に容易に取付けられ、機能しなけ ればならない。
絶縁材の性能は、しばしば、“R”値の使用によって測定される、この場合、R は、熱抵抗率(tharmal resistivity)であり、そしてより 高いR−値がよりよい絶縁性能を示す。R−値/inは異なる絶縁材料の熱性能 を比較するのに使用される。例えば、ガラス繊維は、約3.2hr −ft”  −F/BtuのR−値/inを有し、一方スチレンフォームは、約5hr−(t ” −F/BTIJのR−値/inを有している。
クロロフルオロカーボン(CF C)吹込成型ポリウレタンフォームは、約7. 2hr−ft”−F/BTUの初期R−値/inを有し、これは、CFCがフオ ームセルから拡散するに従って、除々に低下する。
熱絶縁材の主機能は熱伝達を減少することである。熱伝達の3つの形式がある、 即ち伝導、対流及び放射である。伝導は、原子及び分子の直接相互作用の形の材 Uを通る熱の流れを含む。対流は、流体(ガス)の質量伝達と組合せた伝導を含 む。その場合、熱の流れは、異なる温度における流体の相対運動によって高めら れる。放射は、表面が放射線を発しそして吸収するとき、長波赤外線電磁放射線 (光)の形で表面間に(異なる温度で)、直接正味エネルギーを伝達することを 含む。放射線の吸収及び放出量は、材料の特性である表面輻射能に左右される。
低輻射畦表面は、高輻射畦表面よりもはるかに少ない放射線を発し、そして吸収 する。
絶縁材は、これ等の3つの構成要素を異なる方法で減少しようとする。ガラス繊 維絶縁材は、かなり低い伝導率の繊維を、繊維の中に空気を有する積層又はバッ ト(batt)で使用する。繊維は、それ等かバットを横切る方向に整列しない ように多少ランダムに配向され、それによって固体伝導を減少する。繊維内の空 気の対流運動は多数の繊維の存在によって減少される。放射線は、それが繊維を 通過するとき多少散乱され、それが放射熱伝達を減少する。しかし乍ら、閉じた セルフオーム構造は、多くの小さい、殆んど閉じたキャビティを有している重合 体マトリクスで構成されている。伝導は、殆んどの容積が空気(又は吹込作用物 の残り)を含む低伝導率材料を使用することにより減少される。対流は、ガスを 小さい閉じたセル内に封入することによって効果的に除かれる。放射線は、セル が典型的に非常に小さく、そしてキャビテイ壁間の温度差が小さいので低く、従 って放射熱伝達に対する伝動力は低い。
伝導は、真空の場合のようにすべての質量を除去することによってのみなくすこ とができるが、それを作り、維持するのが難かしい。従来の絶縁材は、ガスが固 体又は液体よりもはるかに伝導率が低いので、殆んどの容積に対してガスを利用 している。ガス状絶縁材に対する理想的な限定事例は、対流及び放射線が完全に 抑制され、そして唯一の熱伝達形態のみがガスを通るときである。2つの異なる 温度におけるいくつかのガスに対するR−値/inに関する静止(still) ガス伝導率は例えば: 273k(32F) 300k(80F)空気 6.0 5.5 アルゴン 8.8 8.1 クリプトン 16.6 15.3 これ等の値が、ガス状ベースの絶縁材に最大性能ポテンシャルを構成している。
より高い性能の絶縁材が、空気よりも低い伝導率のガスを使用することによって 得られることはよく知られている。現在の絶縁材は、アルゴン及びクリプトンの ような無害な不活性ガスを利用することができない。これは、現在の絶縁材方式 (scheme)が単位厚さ当り比較的低い熱性能に限定されるので、現在の絶 縁材方式にとって問題である。エネルギー効率がより重要となるに従って、より 厚い層の現在の絶縁材よりもむしろ、単位厚さ当りよりよい性能の絶縁材を使用 するのが望ましい。
本願の発明は、現存の絶縁材と異なるアプローチによって3の形の熱伝達を最小 にする。伝導は、パネルが殆んどガスにより構成されているのみならず、デザイ ンちまた、所望のいかなるタイプのガスをも使用可能とすることによって最小に される。従って、伝導は、空気よりも低い伝導率を有するガスの使用により減少 することができる。対流は、キャビティを作り出している組立体におけるフィル ム又はシートの形の連続固体層の使用によって抑制される。キャビティは、対流 熱伝達が効果的になくなるような大きさに作られ、配置される。放射熱伝達は、 キャビティを形成している層上の低輻射能面の使用によって減少される。対流及 び放射線抑制のこの組合せは、理想的静止ガス伝導率に非常に近いパフォーマン スを達成するよう意図されている。
従って、本発明の課題は、(1)組立体内のフィルム又はシートの形の連続的固 体層を利用することによって対流/質量伝達作用を抑制し、そして(2)低輻射 能面キャビティの使用によって放射熱伝達を抑制することによって、製造に実用 的であり、且つ理想的静止ガスに非常に近くで実施される最適バッフル形状を提 供することである。バッフル形状は、低伝導率ガスを有効に満たすことができ、 且つガスバリヤ−外被がバッフル形状を囲み、従ってパネルを形成するように維 持される有用な絶縁媒となる効果を有している。
本発明の更に他の課題は、現在一般的に使用されているこれ等の方式よりも、は るかに大きい単位厚さ当りの絶縁値を有しており、低伝導率ガスの優れた使用を 可能にし、製造に簡単な形状であって、非常に軽量であり、且つ輸送コストを減 少するためつぶした形状で製造可能である絶縁パネルを提供することである。
絶縁パネルは、建てられた住宅の新しい壁及び天井及び現場建築構造に対する現 在の工法と両立しなければならない。絶縁パネルはまた池の形式の絶縁材が受け 入れられないか、又はあまりにも低い性能である場合に、多くの改装用に使用で きるものでなければならない。
本発明の他の課題は、壁の厚さを増加することなく、あるいは建築技法を大きく 変更することなく、全壁の熱性能のかなりの増加が可能である絶縁パネルを提供 することである。
本発明の池の課題は、ビル及びそれに関連した装置に見られる温度範囲以内の広 い範囲の絶縁用のための有効な絶縁パネル及び技法を提供することである。
本発明の他の課題は、入手可能な材料及び加工技術で製造できる有効な絶縁体を 提供することである。
本発明の他の課題は、取扱いに無害であり、美しい外観を有し、且つさもなくば きたなくない、又は美しい魅力のある絶縁パネルを提供することである。
本発明の他の課題は、長寿命、高性能である冷凍機及びフリーザーのような冷凍 貯蔵コンテナー壁を改装し、又はその中に取付けられ、CFCの使用を避け、そ してCFCを含まないフオームと合せて使用できる堅い絶縁パネルを提供するこ とである。
本発明の他の課題は、構造/バリヤー重合体覆いの中に本発明のバッフル形状体 を使用することによって作られた全冷凍機/フリーザー構成要素のような、耐久 性物品内に組み込まれることができる絶縁技法を提供することである。
本発明の他の課題は、再生された及び再生可能な材料から、重要な部分に形成で きる絶縁材料を製造することである。
本発明の更に池の課題は、可視光線を少くとも部分的に通し、しかも、それにも 不拘高絶縁性であり、且つ不透明なパネルのすべての絶縁特性を保持しているパ ネルを製造することである。
発明の概要 上述の課題を達成するため、本発明は、簡単に製造でき、軽量であって、非常に 有効な絶縁パネルを提供する。このパネルは、ビルの絶縁材として、及びディラ イティング(dayl ighting)装置(それが可視光を透過するから) としてそのような種々の使用に容易に適合される、一方、それにも不拘、望まし くない材料の使用を回避している。このパネルは、再生された及び/又は再生可 能な材料から形成され、且つ理想的静止ガスと同様に90乃至95%で実施する ことができ、しかも、いかなるガスでもその中に充填できる利点を有している。
その殆んどの基本的形状では、本発明のパネルは、成形したコア材料を囲んでい るガスを満たした外被を具備している。コア(又は「バッフル」)は、対流、伝 導及び放射による外被を横切る熱伝達を、(1)固体層又はフィルムの形の非常 に低い伝導率の材料を利用することにより、(2)外被を横切る関連したガスの 対流及び伝導路が最小となるように、低伝導率コア材料を長い固体伝導路内に形 成することによって、そして+310.3以下の赤外線輻射能を有するコア材料 の少くとも1つの表面上に層を設けることによって、最小にするように形づくら れている。コア(又はバッフル)は、それが、支持的に自己支持するか、又は、 スペーサ又はフレームのような追加の要素を必要とせずに自己設置されるように 構成されており、且つ殆んど、大部分、 「ロールストラフ」材料から組立るこ とかできるようになっている。
好ましくは、外被は、アルゴン、クリプトン、キセノン、二酸化炭素及び六フッ 化硫黄のような、良い絶縁体として知られているガス又はガス混合気で満たされ る、しかし乍ら外被及びコアデザインは、空気が使用されるときでも驚くほど良 い絶縁性能を提供する。
パネルは、改装の場合に取扱及び使用の容易さのため、可撓性(又は膨らましで きる)形態に作られるか、あるいは支持体が必要であるか又は望ましい場合には いくつかの構造支持体を設けるため成形された強力なコア材料を用いて作られて もよい。パネルの膨らましできる形態は、パネルが膨らまされたとき、好ましく ない絶縁性能のスペースが外被の周辺及び面に作られないように、長さに沿った バッフルの収縮を最小にするように設計されている。
本発明の更に他の実施態様では、その構造的又は可撓性の形状の場合、パネル外 被及びコア材料は、可視光線を少くとも部分的に通し、一方間時にいくつかの表 面」二に、0.3又はそれ以下の赤外線輻射能を有するバッフル材料を使用して いる。
図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面を参照することにより、よりよく理解されるであろう。
図1は、本発明の膨らますことができる可撓性絶縁パネルの部分的に巻き戻した 長さの斜視図である: 図2は、可撓性外被材料を用いて膨らまし、且つシールしたパネルの斜視図であ る: 図3は、図1のA−A線に沿って切断したときの断面拡大図であり、この図では 、本発明のつぶすことができる形状の好ましい実施態様に使用される外被の特定 の層が詳細に示されている: 図4Aは、膨張した形状で示されている、本発明のコア材料の第2のつぶすこと ができる実施態様の斜視図である; 図4B乃至図4Eは、図4Aに示したタイプのつぶすことができるバッフルが構 成されている種々の方法を示している側面図である;図5は、膨張した形状で示 した、本発明のコア材料のつぶすことができる実施態様の斜視図である: 図6は、膨張した状態の可撓性バリヤー外被の他のタイプ内の、図5のバッフル を示している斜視図である; 図7は、本発明の構造実施態様の斜視図であり、この場合には、熱成形可能な樹 脂が、パネルの外被を形成するのに使用されている;図8乃至図1Oは、本発明 の他の構造バッフル実施態様の斜視図である;図11は、図7に示されたタイプ の透明な外被内の図1Oのバッフルを示している斜視図である; 図12乃至図14は、パネルを満たすのに使用できる弁及び充填ノズルを示し一 般的特性及び用途 本発明を図を参照して説明する。
本発明は、(主として)−次元のヒートフロー抵抗構造体の中にガスを有してい るパンフル形状を利用することより成っている。ドリャー外被は、所望のガスを 、空気以外であれば、バッフル内に入れるのに使用される、バッフルはファイバ ー又はセル/フオーム構造を使用する現在のタイプの絶縁材に優る改良である、 というのはそれは、理想的静止ガス伝導率に対して良い又はよりよい性能を達成 し、材料をより有効に使用し、且ついかなる所望のガスも充填できるからである 。
バッフル要素は、層の平面を通りガスを通過させない連続の薄い材料層から成っ ており、これに反して繊維状の絶縁材は、減少した速さでのみ、ガスを転移可能 にする。このアプローチは、ガスをパネル内の所定の位置に維持し、且つ対流を 抑制するのに十分小さいキャビティを使用し、それによって急な温度勾配、従っ てよりよい熱性能を維持することによってかなりの性能増加を提供する。閉した セルフオーム構造もまたそのようなガス運動を制限するが、しかし乍ら、アルゴ ン及びクリプトンのような、無害な、低伝導率ガスを満たされたフオームキャビ ティを作り出すことは不可能であり、且つガスをそれ等に満たすことは実用的で はない。オーブンセルフオームはガスを充填できるが、しかし乍らそれ等もまた 、対流を抑制しない、従ってまた実施されない。低輻射能表面が、■方のキャビ テイ壁から他方のキャビテイ壁への大きな温度差を維持可能にし、それによって 放射熱伝達による熱性能を減少せずに大きなキャビティを可能にする。低輻射能 表面を利用することによって、より少ない層を使用できる、従って、材料構成要 素の使用を最も有効にするより少ない材料を使用できる。本発明のバッフルは、 構成の複雑化、サーマルブリッジ及び不均一な性能を回避する層を設置又は支持 するためにいかなる追加のフレーム又はスペーサ要素も必要としない。バッフル 材料は、自己支持、支持又は自己設置構造が作られるように配置される。これは 、絶縁材の平面内のガスキャビティをこわし、且つ更に性能及び均一性を増加す るバックルを生ずる。本願で論述されているバッフル及びバッフル/外被パネル は、単位厚さ当りの高性能、均一な性能、製造可能性、輸送、貯蔵、取扱易さ、 環境に無害なこと、重量及び表面上のアピールに関して今までの絶縁材に優る多 くの利点を提供する。
構想においては同しであるが、それ等の用途に関して異なっている本発明の2つ の重要な実施例がある。一方の実施例では、本発明のパネルは、かなりの量の応 力又は圧力に耐えることができる方法及び材料で形成される。[構造Jパネルと 本願では呼んでいるこれ等のパネルは、外部構造が、パネルを囲むのに利用でき ない、そして絶縁材が構造を与えるのに役立たなければならない場合に絶縁用に 有用である。口れ等のパネルはまた、取扱のとき、環境への露出によって、ある いはキャビティのフォーミングに必要な圧力及び温度条件のような手荒い条件に さらされる場合に有用である。本発明の構造実施態様は、パネルがその形状を数 年間保ち、且つ絶縁ガスの損失発生を少くすることをユーザーにより確信させる 。
本発明のための重要な用途は、冷凍機/フリーザー(R/F)の壁及びドアーで ある。一般的に、構造パネルの直接使用は、現在CFCフオームを使用している 用途にある。これ等の用途の殆んとは、構造的強度をフオームに頼っており、従 って絶縁パネルの使用は、これを保証しなければならない。パネルをこれ等の用 途に使用できる2つの基本的アプローチがある。
第1のアプローチは、モジュール構造の高性能パネルが、CFCを含まない吹込 成形フオームと合せて使用し、現在使用されているCFCフオームで得ることが できるよりもよい又はよりよい純熱性能を有している絶縁壁を作ることがもくろ まれている。この使用は、それが製造方法を大きく変更する必要がない「ドロ゛ ツブイン(drop 1n)Jアプローチであるから、有利である。基本的には 、従来のサイズの丈夫なパネルが、CFCを含まないフオーム絶縁壁の熱性能を 高めるのに使用される。剛性な外被(図7)の内側に使用される交互の配向(図 10)を有している堅いハニカムバッフルが、この用途のための好ましい実施態 様である。
構造パネルの第2の用途は、より長い範囲のアプローチであり、従って非常に重 要である。冷凍機及びビルシステムの完全な再設計には、高度の絶縁構造構成要 素を作り出すため、本発明のバッフルのアプローチ及びバッフル設計を組み入れ ることができる。例えば、新プラスチック製造方法が、ガスバリヤ−を組み入れ たエンジニアリングプラスチックから冷凍機/フリーザードアーを作るのに使用 できる。従って、主内部及び外部ドアーパネルがパネルのガスバリヤ−外被を構 成し、従ってそれは追加の支持体及び優れた熱性能の構造バッフルにより完成す るできる。基本的には、これは、冷凍機/フリーザードアーの形状及び機能内に 形成された外被面を有している構造パネルである。ガス充填パネルアプローチと 、耐久力のある物品の新プラスチック加工との結合が、すべてのフオームの必要 性をなくし、そしてすべてのタイプの非常に高い熱性能物を提供する。外被材料 は、高性能ガスバリヤ−でもあり、そして荷重の殆んどを保持し、分布できるよ うに設計されている熱硬化又は熱可塑性プラスチックでもある。部品は、例えば 共射出成型、吹込成型、プロフィール共押出成型又は共押出し成型シートの加熱 成形によって製造される。パネルバッフルは、パネルの構造強度に貢献するが、 必ずしも一次構造構成要素である必要はない。全壁パネルのようなプラスチック 構造建築材料及び構成要素は、このアプローチに使用している例外的な熱特性を 有するように作ることができる。多くの他の用途は、構造バッフル及びパネルに 使用されるアプローチ、例えば、絶縁したガラス張りのためのガラス平面を分離 するためこのアプローチを使用する窓システムで満たすことができる。構造パネ ル実施態様の詳細が以下に述べられている。
本発明の第2の重要な実施態様はまた、長い期間に亘って非常に良い絶縁特性を 備えており、しかも可撓性パネルが望ましい状態に極めて有用である。可撓性パ ネルは、容積を最小にするため膨張しない状態で輸送され、据付けられ、そして 次に絶縁ガスにより膨張される。この実施態様は、新ビル建設並びに改装のとき 、ビルの壁及び天井の絶縁、及び絶縁材が構造強度を加える必要がない設計であ る冷蔵室、フリーザー及び冷凍機の壁においてCFCフオームの代りに使用され る。可撓性パネルは、ガラス繊維バット絶縁材が現在使用されている殆んどの用 途に容易に使用できる。
可撓性実施態様の詳細な説明 本発明の可撓性実施態様の要素が図1乃至図6に示されている。図1を参照する と、パネルは膨張しないで示されており、そして部分的に巻きあげた形状である 。このタイプのパネルは、いかなる特定の長さ、幅及び厚にも作ることができる 、従って出来る限り完全に絶縁されるべき所望のスペースを満たすように、壁土 の支持機の間に適合するようにきっちりと合せて作ることができる。
ロールに巻いたパネルの1端に弁又はチューブIがあり、これは、例えば、パネ ルをふくらます(膨張)ため、ビル工事現場で使用される。一旦パネルが満たさ れると、チューブ開口はシールできる。
図1のパネルは、その側部の周りにシールした縁3を有している(図12も参照 )。これ等の縁は、一旦膨張したとき、ホッチキス又は釘を使用して壁にパネル を取り付けるのに使用してもよい。
図2は、可撓性の多層重合材料で作られた外被5を示しており、これは図4及び 図5に示されたタイプの膨張可能なバッフルの周りに折りたたまれる。図2の外 被5は、内部バッフルを囲んでいるチューブ形状であり、従って折りたたまれて 、縁7に沿ってシールされる。
図3は、可撓性のパネルを形成している多重層の材料を詳細に示している。
図1におけるように、図3はつぶれた形状のパネルを示している。好ましい実施 態様では、外被5は、膨張していないバッフル又はコア層17を囲んでいる3つ の共結合重合層9.11及び13を含む。層9は密封シール可能な材料である。
層11はバリヤー材料である。層13は、耐久力のある、穿刺抵抗層である。層 9.11及び13は1つのフィルムを構成するように一緒に結合される。
可撓性の外被に使用される材料のタイプは、多層ユニットとして、空気が望まし い充填ガスであるときを除き、使用される絶縁ガスの伝達に対して出来る限り不 浸透でなければならない。多重層外被は、充填ガスが空気である場合を除き、0 、05cc/ I 00 in2、日、大気圧以下、好ましくは0.02cc/  l OOin” 、日、大気圧以下の酸素透過率を有しているべきである。ガ ス伝達率は、いかなる場合でも、20年又はそれ以上の程度の期間、外被内に絶 縁ガスを保持し、外被の外側に空気ガスを保つのに十分でなければならない。
低ガス透過性に加えて、外被は、低熱伝導率及び非常に高い水分バリヤー特性を 有していなければならない。図1の可撓性パネル実施態様では、外被材料は、パ ネルがロールに巻かれて、それによって容易に貯蔵され、且つ輸送できるように 、十分可撓性でなければならない。
すべての実施態様において、多重層外被材料は、十分なシールが、例えば熱、ラ ジオ周波数(RF)溶接又は超音波溶接によって、パネル周辺の周りに形成でき るように、シール可能でなければならない。パネルは、ビルの壁及び長寿命が重 要である他の用途に使用されるから、使用される材料は、20年から50年程度 の機能的寿命を有していなければならない。
単一のフィルムを形成するため一緒に融合した又はさもなくば層状にした異なる タイプの重合体の多重層より成る多層重合フィルムを使用するのが好ましい。
これ等のフィルムは、可撓性であり、且つ好ましくは厚さ約2乃至8ミルでなけ ればならない。高いガスバリヤ−樹脂、耐久力のある材料及びシール可能な材料 が、本発明を満足する高性能材料を作るため、多重層に共結合できる。ガスバリ ヤ一層として、エチレンビニールアルコール(EVOH) 、ポリビニールアル コール(PVA)、及び塩化ビニリデン樹脂(PVDC)ベース重合体のような 樹脂が好ましい。更に、ポリエステル及び二輪延伸エチレンビニールアルコール が、優れたガスバリヤ−特性を作るため、真空金属化層によりコーティングでき る。
また3i0x (シリコンオキサイド)コーティングは優れたバリヤー特性を有 し、且っ透明である。しかし乍ら、金属フォイルラミネートは、それ等の比較的 高い熱伝導率のため避けるべきである。
本出願人が特に有用であることが判った共押出し成形フィルムは、ナイロン/タ イ/EVOH/タイ/LLDPEの厚さ約4ミルの5つの層フィルムを含む、こ の場合、ナイロンはその耐久性のために使用され、結合量(tie 1ayer )はエチレンビニールアセテート(EVA)で形成された接着剤として使用され 、EVOHは良いガスバリヤ−であり、そして鎖状低密度ポリエチレンはヒート シール可能である。より多くの層のEVOHと結合層を有している類似のフィル ムがガス不透過性を改善するのに使用できる。最近開発されたフィルムは、たわ み及びガスバリヤ−性能を増加するため、EVOH及びPVAのような延伸(o riented)バリヤー樹脂を使用している。これ等のフィルムは、追加のガ スバリヤ−に対して防水性及び/又は金属化を与えるためPvCをコートできる 。これ等のタイプのバリヤ一層は、一方便、即ち図3の要素9をヒートシールす るためポリエチレンにラミネートし、そして耐久性及び穿刺抵抗のため、他方の 側、即ち図3の要素13上に、ナイロン、ポリプロピレン又は高密度ポリエチレ ンにラミネートできる。
そのようなフィルムは、例えば、延伸ポリエステル及び低密度ポリエチレンにラ ミネートしたPVCをコーティングした延伸PVAバリヤ一層より成っているV ECATと名付けられたフィルムを製造しているペンシルバニャ州、ヌルフォー ドのフレス・コ システムから入手可能である。
図4及び図5は、図1、図2及び図6に示した外被タイプ内にシールして使用さ れるべきバッフルデザインを示している。図5は、ハニカム・タイプの膨張バッ フルを示している。これ等のバッフルは、主として可撓性の膨張するバッフルと して有用であり、従って図1に示したように、巻き上げ実施態様に使用できる。
バッフルは、層19の積み重ねから形成される。層19は、互にほぼ平行に均一 な間隔をあけたラインに沿って、且つバッフルを囲む外被の面にほぼ平行な面が 互に接触している。図5の要素18のこれ等の接触線は、バッフルの層から層に 交互に食い違いになっている。接触線は、溶剤及び水性接着剤、ヒートシーリン グ及び(好ましくは)ホットメルト接着剤を含む公知の接着方法によって作るこ とができる。バッフルを平らな多層積み重ねの長さに沿って連続ロールに組立で きるので、このバッフル実施態様は特に容易に製造できる。バッフルは、一旦膨 張すると、即ち最外部層が引き離されると、ノ\ニカム形状となる。これは、外 部層を外被の内側に接着することによって達成される。バッフルの膨張の際に、 パネルの長さが収縮しないように外部バリヤ一層に接着するのが望ましい。これ は、バッフルをバリヤーに接着する前及び接着中にバッフルを膨張することによ って達成される。この形式のバッフルは簡単に製造でき、軽量であり、そして膨 張したとき、パネルの一方の面から他方の面に間接的伝導路のみを提供する。即 ち、パネルを横切る直線の固体伝導路がなく、それによってパネルを横切る伝導 熱伝達を最小にする。
図4A乃至図4Eは、追加の膨張可能なバッフルデザインを示している。図4の バッフルは、図5のハニカムデザインと異なり、それが膨張したとき、その長さ に沿って(方向“B″)収縮しないので特に好ましい。図4Aのバッフルの組立 は、図4B乃至図4Eに示したように異なる様々な方法で達成できるが、多少他 のものよりも多くの材料を使用し、それによってコスト高となる。図4Dに示し た形式は、製造が容易であるがより多くの材料を使用する連続層の使用を示して いる。公知の接着剤、熱、RF又は超音波シーリングが、バッフル材料を所望の 形状に組立てるのに使用されてもよい。
パネルの縁における熱伝達問題を回避するために、バッフル/外被の組合せ体が 膨張したとき、外被に対して問題となるような収縮をしないバッフル形状を使用 するのが特に好ましい。従って、図4のバッフルは、図5のバッフルよりも製造 が多少難かしくコスト高であるが、バッフル/外被の組立をより簡単にするため 、そのバッフルを使用するのが好ましい。
図4及び図5に示したバッフルを形成する材料は、取扱が容易であり、低熱伝導 率を有し、且つ金属化できる材料から選択される。基本的バッフル材料は、ポリ エステル、ポリプロピレン、ポリビニールクロライド、及びポリエチレンである 。重合体フィルムは可撓性であり、且つ好ましくは厚2ミル以下でなければなら ない。更に、木材から作られた紙又はガラス繊維のようなガス不透過性の薄い材 料が、4ミル以下の厚さで使用できる。少くともいくつか、しかし必づしもすへ てではないが、バッフル材料は、赤外線スペクトル内で低輻射能を有していなけ ればならない。不透明な用途に対しては、低輻射能バッフル面は、例えば厚さ2 00乃至toooオングストローム程度のアルミ層で真空金属化されてもよい。
そのような金属化コーティングは、典型的に約0.04の輻射能を有している。
金属化コーティングは、直接バッフル材料に加えられるか、あるいは金属化フィ ルムの薄層によってバッフル材料に加えることができる。一般的に、バッフルは 、−面(又は出来れば2面)を完全に金属化した金属化ロールストック材料から 組立てられる。可撓性の実施態様に対する最も好ましいバッフル材料は、イリノ イ州、ストリームウッドのクワントム パーフォーマンス フィルム社から入手 可能であるような、−面を真空蒸着した(depos i Led)金属化面を 有している厚さ約0.7ミルの2軸延伸ポリプロピレン(BOPP)フィルムで ある。
透明な絶縁材用には、可視及び太陽スペクトル光線を部分的に通過させ、そして 長波放射線を反射する薄いコーティングが使用できる。基本的なバッフル材料は 、不透明実施態様と同しである。透明な低輻射能コーティングが現在いくつかの 窓用に使用されている。本発明に有用な典型的製品は、カリフォルニヤ州、パロ アルトのサウスウォール テクノロジー社からの製品で、「ヒートミラーJと呼 ばれている。しかし乍ら、窓業界からのフィルムはコストも高く、且つ本願に論 述した絶縁用に必要な以上に高性能である(光学的透明度及び寸法的安定に関し て)。コスト有効性を改善するため、本発明に必要な要求の少ない特性を有して いる価格の安いフィルムが使用される。
バッフルの機能は、勿論、パネルを横切る熱伝達を最小にすることである。伝導 熱伝達を最小にするため、そのデザインは、パネルの厚さに対して長い固体伝導 路を備えている。伝導熱伝達を最小にするように、バッフルによって作り出され たガスキャビティは、対流が抑制されるように大きさが決められている。膨張し たパンフル内の空間のキャビティの大きさは、一方の面から他方の面の方向に、 即ちパネルを横切って(図4の“A”の方向)測ったとき、l/8′から1/2 ′の範囲でなければならない。最適キャビティ空間は、変化し、且つ充填ガスの タイプ、特定の用途の温度差、輻射能及び絶縁された平面上のキャビティの寸法 、並びに所望の性能及び材料の相対コストに左右される。図4及び図5のバッフ ルでは、キャビティ空間は、膨張していないパンフルの層の数を単に変化するこ とによって調整される。厚さ3インチの端部パネルに対しては、典型的なバッフ ル層の数は14である、あるいは0,21インチのキャビティ空間である。
本発明のバッフルデザインは、パネルを横切る(パネル面からパネル面へ)並び にパネルの平面内の絶縁ガスの運動を抑制することによって対流熱伝達を最小に する。熱の流れ(方向“A″)が水平であり、そして“B″が垂直であるように 垂直方向に向けられたパネルでは、バッフルデザインは、1B″方向のrコール (Call) Jサイズが6インチ以下、そして好ましくは2.5インチ以下で あるようにしなければならない。他方において、本出願人は、水平方向(即ち、 パネルの幅を横切る一図4の“C”方向)のガス運動を抑制するため、追加の構 造を設けることが、僅かな追加の絶縁値しか与えないことを発見した。方向“A ”及び“B″が制限されるが、キャビティが第3(方向C)次元に自由に広がる という意味で、キャビティは一次元でなければならない。多くのバッフル形状及 び取付は方向に対して、方向“B”及び“C”は相互に変更可能である。パネル 平面におけるセルサイズのこの細分(breaking up)は、すべての方 位に対する方向″A”に大きいキャビティの大きさを可能にする更に他の対流抑 制を与える。絶縁パネルの平面内を中断せずに延びている面平行キャビティに比 べて、これ等のバッフル形状では、同し性能及びキャビティの大きさの実質的増 加(方向“A”)が可能である。
他のバッフル実施態様は、個々の層が自己支持方式に分離されるように、ランダ ムに構成された層を利用することから成っている。これは、層を「つぶしくCr +unpling ) J 、且つそれ等を積層又はパイルに配置することによ って達成される。
面積を減少し、且つかなり均一な厚さを有している層を得るために、これ等の層 は、例えば50%だけオーバーサイズにして、それからつぶされるか、又はさも なくば織られなければならない。そのような多重層は、外被の内側に使用できる バッフルを具備する。それ等の層では、必ずしも′ランダム(random)  ’である必要はない。基本的バッフル材料は、他の可撓性のバッフル実施態様と 同じであるが、しかし乍ら″0.5ミルポリエステルフィルムにあるような良い [レイフラット(lay flat) J特性が望ましい。各バッフル層は、少 くとも1面上を金属化される。
図6は、他の形状の可撓性バリヤー外被の内側の図5のバッフルを示している。
パネルはその膨張した形状で示されている。バリヤー外被は、図6の周辺のシー ル21の周りにソールされている2部片のバリヤー材料から構成されている。パ ネルは、バッフルを所望の最終厚さに膨張し、そして頂部及び底部バリヤー材料 要素を図6の線20に沿ってバッフルに接着することによって組立てられる。こ の接着は、ホットメルト接着剤及び最も好ましいヒートシーリングにより任意の 公知の方法で行なうことができる。このパネルに対する平らなバッフルの積み重 ねは、従って約1.125のファクターだけ、意図したパネル長さよりも長くな ければならない。バリア材料周辺シール要素21は、バッフルが外被に結合され 、そして組立体がつぶれた後に作ることができる。パネルは、必要なときに長さ 、幅及び厚さを調整することによって任意の典型的なキャビティを満たし、且つ 絶縁するように大きさを定めることができる。バリヤー外被面積が、パネルの最 終容積を決定する、従って、つぶされたとき、バリヤーはバッフルよりも広く広 がる。バッフルは、パネルの縁、内側及び外側でガスの伝達を抑制するため、キ ャビティ内にぴったりと適合するように幅を大きくとっている。厚さ3インチの パネルに対しては、IO乃至14のバッフル層19が適切である。バッフル/バ リヤー組立体は、連続する長さに作られ、それから所望の長さに切断することが できる。バッフル/バリヤーのつぶれた組立体は、接合ライン20の間でトリミ ングできる。バッフルは外被内に押し戻されて、外被がシールされる。必要な場 合には、図1、図6及び図12の短い様式の弁又はチューブ1を含むことができ る。
パネルをンーリング工具を用いてフィールドの長さに切断し易べするため、特殊 エンドキャップ部片を使用できる。
図6のパネルは、一般的に、つぶれたパネルを所望の厚さに最初にふくらますこ とによって取付けられる。それからパネルは、ガラス繊維と全く同じ方法でキャ ビティ内に詰められる。図6のパネル端は、ボックス形状の端部を作るため、平 たい面上への簡単な折たたみを必要とする。パネルは、キャビティ内にぴったり と適合するように大きさを定めることができるが、しかし取付には、スプレー接 着剤、感圧(pressure 5ensitive)テープ、くぎ又はホッチ キスを使用できる。
くぎ及びホッチキスは、長い延びた縁のシール領域を通り使用できる。改装及び 屋根周辺のような制限された出入口領域では、つぶされた絶縁パネルは、必要な 場所に挿入され、それからガスが満たされる。パネルは所望のキャビティを満た すまで膨張し、そして不規則な箇所に一致することができる。パネルは多くの異 なる長さに、且つまたいくつかの様々なサイズの「ブロック」及び同じ3角形形 状部片に作ることができる。これは、様々なサイズ及び形状のビルのキャビティ を煉瓦工事と同じに絶縁可能にできる。
バッフル形状は、実質的に別の絶縁ガスを入れるチャンバー(又はセル)を与え なければならないが、しかし、これ等のチャンバーを完全に囲む必要はない。
パネルの充填を可能にし、一方向時にパネル内の対流を最小にするため、直径1 /16’程度又はそれ以下の穴がバッフル構造内に設けられてもよい。しかし乍 ら、キャビティが′C′の方向に延びており、モしてバッフルのキャビティが縁 に添って開放しているような、図4又は図5のバッフルを使用している可撓性の 膨張パネルには、そのような穴は必要がない。従ってパネルは、パネルの側部が 外部側壁に対してぴったりと当接するように取付けられて、キャビティを有効に 閉鎖し、且つパネルの厚さを横切り縁へのいかなる重大なガスの運動をもなくす 。これは、バッフルの幅を絶縁すべきキャビティよりも僅かに大きくすることに よって達成される、例えば、幅14.5’のスタッド壁キャビティは、幅約15 インチのバッフルを使用できる。
絶縁パネルの熱性能は、パネルに使用されるガス又はガス混合気の静止(st… )ガス伝導率に非常に左右される。本発明に使用される有用な低伝導率ガスは、 アルゴン、二酸化炭素、六フッ化硫黄、クリプトン及びキセノンである。実際問 題として、壁の厚さの値によって、空気、アルゴン及びクリプトンが標準的に使 用される。ガス混合気は、必要とする性能/コスト比に合せて作るのに容易に使 用できる。
よりよい性能が、アルゴン及びクリプトンのような低伝導率ガスによって得るこ とができるが、空気はかなり低伝導率であり、且つ高性能バリヤーフィルムによ って、パネル内に含ませる必要がないという明白な利点を有している。いくつか の用途では、単位厚さ当りの高R−値の追加の値は重要でなく、空気を満たした パネルで十分である。図4.5.8.9及びIOのバッフル形状のどれも、バッ フル内のガス媒体として空気を利用できる。空気を満たした実施態様は、簡単な バリヤー材料外被て構成できる、あるいは、全く外被がなく、単にコア要素のみ から成っている。簡単なバリヤー外被は、ポリウレタン又はポリプロピレンのよ うな均質な低コストフィルムを利用できる、それ等は、良い水分バリヤーではあ るが、高性能ガスバリヤ−ではない。本発明のパネルタイプのどれも、このよう にして製造できる。
バリヤー外被のないパネルは、単に、図4.5.8.9及びlOのタイプの自己 支持又は支持的バッフル/コアより成っている。これ等のバッフルは圧縮できる が、しかし膨張するバリヤー材料がバッフルに置かれている膨張タイプではない 。水分の問題及び金属化した低輻射能表面の酸化/劣化に注意が払われなければ ならない。この理由から、金属化したコーティングを付加した重合体の薄い層よ り成っている[保護した(protected)J低輻射能表面が多分使用され る。この層は、ポリエチレン又はポリプロピレンのような、実質的に赤外線を通 す重合体で作られている。十分薄く、十分な赤外線透過性を備えていて、更に金 属化表面を保護すれば、材料として、他の保護コーティングが使用できる。その ようなコーティングは典型的に輻射能を例えば0.03から0.25に増加する 。これは満足すべきものであるが、しかし、すべてのバッフル表面が、キャビテ ィ当りlよりもむしろそのような輻射能を有していれば、高性能が達成される。
この種の絶縁材は、それがガラス繊維と同様にサイズ及び形状に切断てきるから 特に容易に取付けられる。この種の絶縁材は、多分R−57in又はそれ以上を 達成し、それによってR−3,2/inのガラス繊維に優る実質的改善である。
いくつかの用途では、酸化の問題を回避し、且つガス伝導率を減少するためガス から酸素を除去するのが望ましいこともある。そのようなときには、活性成分が イオンである公知の酸素吸収要素を、非常に低濃度の酸素を保証するため、パネ ル内に使用することができる。本願で論述されている外被バリヤー材料を通る酸 素伝達率は、標準的に使用されている関連したガスの最高である。従って酸素吸 収要素は、バリヤー効率の改善に特に有益である。
ある用途では、水分問題がパネル内に存在しないのを保証するのが望ましいこと がある。そのようなときには、乾燥剤として知られている水分吸叫要素が、パネ ル内の乾燥状態を保証するため、パネル内に使用できる。水蒸気は、いくつかの タイプのガスバリヤ−材料の性能に有害であり、そしてバッフル材料上の金属化 した低輻射能表面の劣化を加速することがある。
不燃性(flame resistance)を高めるため、難燃性要素をパネ ル内に含むのが望ましい。難燃性剤、例えば、ホウ酸又は他の公知の燃焼(fl ame)抑制剤の粉末又は顆粒がバッフル全面に吹き付けることができる。難燃 性剤の粉状体の存在による有効輻射能の可能な増加を防止するため、より低い輻 射畦表面を使用するのが望ましい。あるいはまた、バッフル材料はそれ等の組成 内に難燃性剤を組み入れることができる。
ガス充填問題 本発明のパネル(空気充填実施態様を除く)は、空気がパネルから除去され、そ して所望のガスが内側に入れられる必要がある。基本的に、これを行なうことが できる2つの方法がある。その第1は、真空チャンバーの使用を含む。堅い又は 構造的であるバッフルは、パネルが大気圧によって損傷されないように真空チャ ンバー内の空気を排除する必要がある。それから所望のガスがパネル内に供給さ れ、一方ガスは同時に真空チャンバー内に送られて、パネルの内側及び外側を同 じ圧力に維持する。それからパネルは、チャンバーの開放前に内部の所望のガス によって完全にシールされる。このタイプの適切な方法は、現在特許査定を受け た、共同発明者の前の米国特許出願の1つである出願番号第07/325.74 3号に記載されており、その内容は参照により本願に組み込まれており、そして パネルを充填する手引きは、それから得ることができる。大気圧以下にガスを充 填することによって高価なガスを構造パネル内に保存することが可能である。
そのようなパネルを充填し、シーリングする他の適切な方法は、食品容器が空気 を抜かれ、そして保存のための窒素が充填される食品包装会社においてよく知ら れている。
他の方法は、空気は抜いたときにつぶすことができる可撓性パネルに使用可能で ある。これ等のパネルは、中のガス容積が実際にゼロまで減るように空気が抜か れ、それから所望のガスが充填されたとき再び膨張する。各々の場合にパネルは 、はぼ大気圧に充填されなければならない。
図12は、可撓性パネルに使用できる′弁′lを示している。この簡単なチュー ブ/チャンネルは、外被材料から形成される。パネルを充填するための可能なノ ズル形状が図13及び図14に示されている。図13では、ノズル37は、チュ ーブ内側によくシールされた接合部を達成するのに使用される。一旦パネルのチ ューブl内に挿入されると、カラー・ブレダー(膨らむもの)(図14)が膨張 して気密なシールを形成する。他の方法は、シールが半径方向に膨張して、それ によってシールを形成するような方法でノズルに沿ってソリッド(中実)なシー ルに機械的力を加えるようなシールを達成するのに使用できる。一旦充填される と、チャンネルが閉じてシールされ、そしてチューブlがシールされて、切りと ることができる。ニューヨーク州、プルツクリンのベルトロッド・コーポレーシ ョンから入手可能である、ベルトロッドブランドモデル4Hシーラーがこの目的 のために使用できる。
構造的実施態様の詳細な説明 さて、図7を参照すると、本発明の構造的実施態様に使用される外被構造が示さ れている。図7のパネル外被は、2部片23及び25から成っており(また図1 1にも示されている)、それ等は、パネル面の平面の外方に延びているフレンジ ・タイプのシールを作り出している周辺の周りに、シール(例えば、密封)され ている。部片25は、その中に形成されたボックス形状のくぼみを有している。
この実施態様では、熱成形可能な材料が使用されているから、パネル外被は、外 被材料を加熱し、そして軟化したフィルムを所望の形状に成型又は成形すること によって形成される。第2の平らな部片23は、バッフル材料及び所望の充填ガ スが中に入れられた後、形成された第1の部片にシールされる。前述のように、 シールは熱、RF又は超音波シーリングを用いて作られる。
非常に高度の性能、長期間熱絶縁が要求される場合には、図4に示されたような バッフルが、図7に示したタイプの第1の堅い外被内に保持されるダブル・外被 パネルを形成するのが望ましい。第2の堅い外被がそれから第1の外被の周りに 入れられ、そして第1と第2の外被の間の空間が、より高いガス圧力まで、所望 の低伝導率ガスで満たされ、そしてシールされる。これは、第2のバリヤーを提 供し、そして1次ガス外被に対する部分的圧力伝動力を改善する。
一般的に、構造パネル外被のためのバリヤー材料は、可撓性ノくネルのためのも のと同じである。バリヤー樹脂のより厚い層を考慮に入れいるより堅い材料が使 用される。バリヤー材料は厚さ約5乃至20ミルである。多層アプローチには、 耐久力のある外部層、ガスバリヤ−中間層及びシール可能な第2の外部層(ツク ネルの内側に面した)が使用される。
図8、図9及び図1Oは、本発明の構造実施態に使用される典型的バッフルを示 している。バッフルの強度は、バッフルの面に加えられた力が支持されるように 図8乃至図10に示したように配向された多層のバッフル材料を使用することに より達成される。図8は、層状の構造バッフルを示しており、この場合には、ク ロス部材26が、セパレータシート31によって分離されたガスを含むチャンバ ーを規定するように形造られている。クロス部材26の交互の層は、支持体を作 り、且つパネルを横切るしつかりした伝導路を長くするため、互に90度の方向 に向けられている。ロールに巻かれた縁28は、層から層へのバッフルの縁にお けるより大きな強度及び熱効率を作り出すのに使用できる。このタイプの構造バ ッフルは、一般的に交互波形と言われている。はぼサイン曲線の波形が示されて いるが、′v′及び′方形波′のような他のタイプも使用できることは理解され る。
図8のバッフルを形成するのに使用される材料は、好ましくはポリエステル、ポ リビニールクロライド、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリスチレンのよう な材料であり、すべて厚さ1. 5から15ミルである。再生及び/又は新樹脂 が使用できる。あるいはまた、厚さ3乃至20ミルのクラフト紙又は厚紙原料が 使用されてもよい。材料の正確な標準寸法及びタイプは、意図した用途の構造要 件を満足するように造ることができる。低輻射能面は、直接金属化するか、ある いは材料への薄い金属化したフィルムのラミネートによって材料に付加される。
厚さ200乃至1000オングストロームのアルミニウムの薄い層をデポジット することによって金属化が低輻射能面に与えられる。一般的にバッフルは、−面 に金属化面を有しているロールストック材料から構成される。ポリプロピレン及 びポリエチレンのような部分的に赤外線を通す材料が、金属化されていないバッ フル面の有効性を向上するのに使用される。
図8のバッフルは、一般的に1つのクロス部材26と、1つのセパレータシート 31とから成っている別々の層を一緒に積み重ねることによって組立てられる。
これ等の要素は、連続式に作られ、それから次に図8のバッフルを作り出すため 、−緒に積み重ねられるべき別々の層に分割することができる。連続層要素は、 公知の接着方法によって金属化面を有しているロールストック材料を組立てるこ とにより製造される。この材料を製造する他の方法は、クロス部材26と、セパ レータシート31とから成っている、所望の断面を有する連続層を押出し成形す ることである。それからこのシートは、平らな而(セパレータシート31)上を 金属化できる(又は金属化フィルムをラミネートできる)。そのような連続的波 形層は、[プラスチックカードボード]として日常製造されており、波形プラス チックは、再使用できる容器に波形厚紙の代りに使用されている。
図9に、他の可能なバッフルデザインが示されている、この場合には、カーブし たクロス部材27及び直線のクロス部材29が、パネルを横切って(方向′A′ )食い違いに位置つけされている。隣接する層において、クロス部材27及び2 8は、方向′A′に沿って、即ちパネル面の平面に垂直に、それ等の広い部分力 坊向づけされるように、方向づけされている。これは、パネル面上にかかる重量 を支持する能力を提供し、一方間時に、可撓性バッフル実施態様の場合のように 、対流熱伝達を最小にするように大きさを決めることができるガスチャンバー又 はセルを作り出す。交互の層は、よりよい構造支持体を与え、且つしつかりした 伝導路を妨げ、及び/又は長くするため、90度に方向づけすることができる。
図9の方向′B″及び′C′では、パネルは、必要により、所望の用途に適合す るように寸法を決められる。A方向では、面と面のパネルの厚さもまた、用途、 並びに使用されるガス及び所望の絶縁性能に左右される。典型的には、可撓性ノ くダブルの場合のように、個々の層は′へ′方向に1/8インチからl/2′で ある。′B′又は′C′の方向のセルのサイズも同しように3インチ以下である 。
セパレータシート31は、バッフルの′A′方向の層及び頂部シートはこの図に 示されていないが、外被面の内側に隣接するバッフルの頂部及び底部の層を分離 するのに使用される。シート31は、閉じたセルが作られないように、1/16 インチ以下の穴があけられている。ソート31の少くとも1つの表面は、赤外線 放射光を反射するため低輻射コーティングで表面を仕上げられている。
図1Oの実施態様は、個々の層がハニカム形状の材料33で形成されていること を除いて、すべての点で図9の実施態様に似ている。このハニカムは、材料33 の最も厚い壁がまた′A′方向に方向づけされていて、構造支持体を提供するよ うに、方向づけされている。頂部層シート31もまた示されている。この層は、 ガスをバッフル内のセル内に送るのを可能にする穴35を含む。隣接した層は、 しっかりした伝導層を長くするため移動される。
図9のクロス部材27と28及び図1Oの構造ハニカム33を形成する材料は、 好ましくはクラフト紙又は厚紙原料である。ポリエステル、ポリビニールクロラ イド、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリスチレンのような、すべて厚さ1 、 5乃至2.0ミルの他の材料が使用できる。ハニカム構造で典型的な、樹脂 含浸アラミド繊維及び他の非金属材料の複合材料もまた使用できる。これ等の縦 の要素は、低輻射能面を有していないがしかし、低熱伝導率でなければならない 。
ハニカムバッフルに有用な材料は、カリフォルニア州、ラミラダのハニカムプロ ダクツインコーポレーションから入手可能である。セパレータシート31(又は ハニカム外部化粧材)を形成する材料は、典型的には、縦の支持要素27.28 及び33とは異なる材料である。外部の化粧材の材料は1つの低輻射能面がバッ フル内の各ガスキャビティに露出するように配置されなければならない。セパレ ータシート31(外部化粧材)の材料は、図8のバッフルに対する上記のものと 同じである。
上述の実施態様のとれも可視光線を通す形状体に作られてもよい。そのような実 施態様は、日光照射及び受動的太陽設備に有用である。これ等の用途では、図1 1に示したように、バッフル材料は可視光を通すコーティングを有しているポリ マーフィルムで構成されているが、それは赤外線スペクトルを反射する。バッフ ル及び外被材料は可視光線の50%以上を透過し、且つ0. 3以下の赤外線輻 射能を有していなければならない。パネル全体は可視光線に対し5から50%を 通過させる。前述のように、そのようなコーティングのための基体は、薄い金属 層(即ち、50乃至1000オングストローム)をコーティングしたポリエチレ ン、ポリエステル又はポリプロピレンである。有用な金属は、アルミニウム、銅 、銀及び金である。外被に対して可視光線を透過する材料を有する不透明なバッ フル材料を使用することが可能である。
上記の説明は多くの特定の用途に使用されるものを含むが、これ等は本発明の範 囲の限定として解釈されるべきではなく、むしろ好ましい実施態様の実例として 解釈されるべきである。多くの他の変形も可能である。例えばfil、バッフル は、堅い金属化したシート(デーブエンポリング(deepembossing  ) )内に殆んどいかなる考えられるパターンのセル/キャビティを形成する ことによって製造できる。従って、これ等の層は、バッフルを形成するため積み 重ねられ、それから包まれることができる。あるいは例えば、(2)、バッフル は、低輻射能層の間に、大部分の赤外線を通す開放セル″フオーム(foam)  ’タイプの材料を使用して構成することができる。開放セル構造は、低輻射能 層に対する構造体又は支持体を提供し、且つガスを充填可能である。あるいは例 えば(3)、「つぶした(crumpled) J層のような可撓性バッフルを 使用する組合せアプローチが、性能を増加し、且つより大型の構造要素を使用可 能にするため、構造要素内に使用できる。あるいは例えば(4)、可撓性バッフ ルフオーム(Joa+n)を構造パネルとして作ることができる。
実 例 サンプルが自主的テストのためオークリッジ国立研究所に送られた。テストされ た標本は、 [つぶした(cru+npled) J又はランダムなバッフル層 組立体であった。テストは、ASTM(アメリカ標準規格)C518、構成り( 2つのトランスジューサ、両面)、即ちASTM標準規格、名称C318−85 、[熱流量計装置による定常状態の熱流量測定及び熱伝達特性のための標準試験 方法J、ASTM標準規格の年間発行書、第04.06号に定められたような標 準に適合するように設計されているそれ等のR−マチック(ilatic)装置 上で行なわれた。
0RNL (上記研究所の略称)においてテストされた標本は、全般的ガス充填 パネル(GFP)アプローチをデモンストレーションする意図を有していた。
16インチXI6インチ×1インチの標本が、全テスト厚さ2インチのしっかり したスチレンフオームの両弁体(bivalve )に入れられた。[ブランク (Blank) Jスチレンもまた0RLNて測定され、そして最終結論に達す るため、マスク効果が0RNLによってバックアウトされた(bached o ut)。GFPは、周辺の周りにシールされた2つのフィルムを含む1つの1次 バリヤーで構成されていた。内部は、實l移動(mass transfer) を制限するのに役立つが、密封シールされていないヒートシールした層によって 2つのキャビティに分けられた。各キャビティは、13ミクロン(0,5ミル) の3層と、両面金属化したポリエステルフィルムと2層の[透明な(clear )J l 3ミクロン(0,5ミル)ポリエステルフィルムとより成っているバ ッフル積層で満たされた。透明なフィルムは、60X60cm(24インチ×2 4インチ)にオーバーサイズに作られ、そして透明な層と金属化層を交互にした 層を作り出すため、均等であるがランダム式につぶされた。これによって、1イ ンチに11層を有し、且つ2.5關(1インチ)以下の平均キャビティサイズを 有しているパネルが製作された。[つぶしくcr+u++pl ing)の本質 上キャビティの大きさを正確に計ることは難かしい。これ等のパネルでの意図は 、対流及び放射熊伝達を効果的に除くことであった。超薄膜の使用を除き、固体 伝導の最小化は試みなかった。
0RNLからの結果が、表1に集約されており、そして標本の性能レベルが予言 したレベルに近いことを示している。このテストによって、熱流量増加(hea tflow up)と熱流量減少(heat flow down)との間の差 が1%であることが判明した;即ち、これはR−マチック(matic)の2% 再現性以内にある。この発見は、熱伝達への対流の寄与が、効果的に除かれたこ とを示している。アルゴン及びクリプトンGFPに対する測定したR−値と計画 したR−値との間の差は、主に、多数のバッフル層を通る固体伝導によるもので ある。更に、減少した性能は、100%以下の充填濃度によるものである。しか し乍ら、酸素濃度測定(充填ガスの大体の測定)では、充填濃度が98%よりも よいことを示している。
第1表 0RNLからの測定R−値 0RNLで測定した 計画した 空気GFP 36.+ (5,2) 38 (5,5)アルゴンGFP 49. 3 (7,1) 55 (8)クリプトンGFP 86.7(12,5) +0 5(15)本発明の好ましい実施態様のサンプルは、赤外線サーモグラフィーシ ステムを使用してローレンスバークレイ研究所(L B L)で構成され、テス トされた。赤外線(IR)の映像が、推定熱性能(thermal perfo r+nance)に使用できる表面温度の表示を与える。パネルは、同じ温度条 件の下て同じ厚さの承認された絶縁体の性能と、それ等のパネルの性能の並べた 比較によって分析された。赤外線サーモグラフイーシステムは、剛性フオーム( f oam)内にセットした標本パネルから成っているテスト標本(見本)の温 い側面平均温度を測定するのに使用された。
テストされたパネルの2つの実例及び性能表示は下記に記されている。
図8のようなバッフルが構成され、そしてその性能がポリエチレン剛性フオーム (ダウスチロフォーム)の性能と比較された。バッフルは空気を満たされ、その 厚さは、フオーム(roam)と同じ2インチであった。バッフルはすべて、両 面を金属化された厚さ2.0ミルのポリエステルフィルムから構成された。7つ の同し波形状の層が図8と同し相対的配置で使用された。波形のピッチは16イ ンチであった。パンフルは、フオームボード(foam board)から離し て、8インチ×8インチの部分に直接セットされた。このテスト標(見)本は、 華氏627度の温度差を生ずるため、冷却室上に置かれた。バッフル部分とスチ レンフオーム部分の双方の温い側の平均表面温度が、同じ条件の下で、同じ時間 に測定された。
バッフル部分は、スチレン部分よりも華氏0.2度温だかく、確実に、空気を満 たしたバッフルの部分の熱性能がよりよいことを示している。R−値は、内側及 び周囲の空気温度を組わせて測定した表面温度及び承認された絶縁体のR−値に 基づいて計算できる。この計算では、承認されたR−5,07inに基づいて空 気を満たしたパンフルに対しR−5,4/inを与えている。これ等のテスト結 果は、空気を満たしたパンフルが、スチレンフオームの空気を満たした閉したセ ルフオーム構造よりも、理想的静止ガス性能に近くて実施できることを示してい る。
類似のテストがアルゴンを満たした膨張パネルで実施された。このパネルは、バ リヤー外被で包まれ、且つアルゴンガスを満たされた図4のバッフル構造より成 っていた。このパネルは、厚さ3.25インチに維持され、そして厚さ3.25 インチのCFC吹込成形ポリイソ・シアヌレート剛性フオームボード内にセット された。パネルバッフルは、0.000フインチの金属化した2軸延伸ポリプロ ピレンから構成された。バッフル(図40の)は、1インチ間隔を離した傾斜し た要素を有する12の層であった。バリヤー外被は、基本的構造、ナイロン/タ イ/EVOH/タイ/LDPEを有している厚さ4ミルの共押出し成形フィルム から図2のように構成された。テスト部分は、上述と同じ様式でテストされた。
アルゴンガスを満たしたパネル及びCFCフオーム部分の表面温度は同じであり 、承認されたR−7,27inにおいて熱性能が同じことを示している。
FIG、 I FIG、 2 FIG、 4B FIG、 4C FIG、 4D FIG、 4E FIG、 5 FIG、 6 FIG、 7 FIG、 8 FIG、 9 FIC,10 FIG、 11 FIG、12 FIG、13 手続補正書(方式) %式% l、事件の表示 平成5年特許願第503845号(PCT/US 92106 558) 2発明の名称 ガス充填パネル絶縁材 3、補正をする者 事件との関係 出 願 人 5、?4正命令の目付 自 発 6、補正の対ψ 特許法第184条の5第1項の規定による書面の

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.バッフル手段を囲んでいるガス外被を具備する高絶縁パネルにおいて、A. 前記ガス外被が、縁によって接合された第1及び第2の面を有している重合フィ ルムを具備し;そして B.前記バッフル手段が、約0.3又はそれ以下の赤外線輻射能をもった少くと も1つの表面を有している成形した薄いコア材料を具備し、且つ1.前記ガス外 被面に対してほぼ垂直に測定したとき約1/8インチ乃至1/2インチの平均厚 さを有し、且つ前記ガス外被面に平行な1方向に約5インチ以下である実質的に 別々のガスを含むチャンバーと、2.前記第1の外被面から前記第2の外被面に コア材料を通る径路の大部分が、前記両の間の間隔よりも長い長さを有するよう にした前記コア材料の相対的配置とを備える ことを特徴とする高絶縁パネル。 2.前記バッフルが、層状に積み重ねた前記コア材料の多重シートを具備し、そ してその多重シートが互にほぼ平行なラインに沿って、且つ前記外被面によって 規定された平面にほぼ平行な平面で互に接続されており、そして前記ラインが前 記シートの幅を横切って延びており、その場合に幅が、使用中方向づけされたと き、パネルの水平方向に方向づけされ、そして、前記バッフル手段の前記層が、 自己設置するように、前記外被内へのガスの導入により前記シートを別々に離す とき、前記ガスを含むチャンバーを形成するように、前記ラインが層から層に食 い違いになっている請求項1に記載の高絶縁パネル。 3.前記バッフル手段が、前記シートコア材料を具備し、そしてそれが少くとも 多少堅く、支持している前記バッフルを形成し、そして前記バッフルが、前記チ ャンバーの各層に対して、前記コア材料の支持層が、材料ストリップを具備する ように形成されており、それ等のストリップがそれ等の長さに沿って互に接続さ れていて、そして前記外被に垂直な方向に多少延長して方向づけられ、且つ前記 ストリップの縁に沿って、前記外被面に大部分平行に方向づけされたセパレータ シートに接続されており、そしてその場合に、前記チャンバーが、前記第1の外 被面の平面に平行に測定した少くとも1方向において3インチ以下である請求項 1に記載の高絶縁パネル。 4.ガスが前記外被内に導入されたとき、パネルの長さが大部分同じままであり 、且つ前記バッフルが前記外被面の内側面に接続されたままであるように、前記 バッフルを自己設置式に前記外被面間に膨張可能にするように、前記バッフルが 、前記外被に対して形造られ、且つ組立てられている請求項2に記載の高絶縁パ ネル。 5.前記バッフル手段及び前記ガス外被手段が、可撓性材料から形成されており 、そして前記パネルが、つぶれた状態を得るためガスを抜くことができ、且つ輸 送及び貯蔵に便利であるように、ロールに巻かれ、又は折りたたむことができる 請求項2に記載の高絶縁パネル。 6.前記ガス外被が、空気に対して比較的低熱伝導率のガスで満たされる請求項 1に記載の高絶縁パネル。 7.前記ガス外被が、比較的低熱伝導率のガスで満たされ、且つ華氏32度の平 均温度のとき、前記ガスの理想的静止ガス伝導率によって決定される最高レベル の対応するサーマルパフォーマンスと、R−5.2hr−ft2−°F/Btu −inにおける空気、R−7.1,hr−ft2−°F/Btu−inにおける アルゴン、R−11.5hr−ft2−°F/Btu−inにおけるクリプトン 、R−8.3hr−ft2−°F/Btu−inにおける六フッ化硫黄、R−7 .7hr−ft2−°F/Btu−inにおける二酸化炭素、R−16hr−f t2−°F/Btu−inにおけるキセノン及び線形対応パフォーマンスレベル におけるこれ等のガスの混合気より成っている関連するグループから決定される 最小サーマルパフォーマンスとはを有している請求項2に記載の高絶縁パネル。 8.前記ガス外被が比較的低熱伝導率ガスで満たされ、且つ華氏32度の平均温 度のとき、前記ガスの理想的静止ガス伝導率によって決定される最高の対応する 熱性能と、R−4.2hr−ft2−°F/Btu−inにおける空気、R−6 .1hr−ft2−°F/Btu−inにおけるアルゴンと、R−9.5hr− ft2−°F/Btu−inにおけるクリプトン、 R−7.1hr−ft2−°F/Btu−inにおける六フッ化硫黄、R−6. 4hr−ft2−°F/Btu−inにおける二酸化炭素、R−14hr−ft 2−°F/Btu−inにおけるキセノン及び線形対応パフォーマンスレベルに おけるこれ等のガスの混合気より成っている関連グループから決定される最小熱 性能とを有している請求項3に記載の高絶縁パネル。 9.前記重合体フィルムが多層に重なっており、且つ低ガス透過性材料の第3の 主内部層に接続された重合体フィルムの第1及び第2の外部主層を具備し、そし てその場合に、前記第1の層が実質的に穿刺及び引き裂き抵抗を有し、そして第 2の外部層が密封シール可能である請求項1に記載の高絶縁パネル。 10.前記第1の外部主層が、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン及びポ リエチレンより成るグループから選択され、そしてその場合に、前記第2の外部 主層が、ポリエチレン、イオノマー及びポリプロピレングループから選択され、 そして第3の主内部層が、エチレンビニールアルコール、アクリロニトリル共重 合体、ポリビニールアルコール、金属化したコーティング、シリコンオキサイド コーティング及びビニリデンクロライドベースの重合体より成るグループから選 択される請求項9に記載の高絶縁パネル。 11.前記重合体フィルムが、多層に重ねられており、且つエチレンビニールア ルコール、アクリロニトリル共重合体、ポリビニールアルコール、金属化したコ ーティング、シリコンオキサイドコーティング、及びビニリデンクロライドベー スの重合体から成るグループから選択された低ガス透過性材料の層を具備してい る請求項1に記載の高絶縁パネル。 12.前記重合体フィルムが、実質的に水分不透過性であり、且つ約0.02c c/100平方インチ−24時間・大気圧の酸素透過率を有している請求項1に 記載の高絶縁パネル。 13.前記コア材料が、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、木材及 びガラス繊維紙より成るグループから選択され、そして前記コア材料の1部分が 、コーティング材料の前記コア材料の少くとも1つの表面上に層を有し、それが 、前記コア材料表面に、0.3又はそれ以下の赤外線輻射能を与える請求項1に 記載の高絶縁パネル。 14.前記コーティング材料が、アルミニウム、銅、錫、金及び銀より成るグル ープから選択され、且つ50から1000オングストロームの厚さ及び0.3又 はそれ以下の赤外線輻射能を有している請求項13に記載の高絶縁パネル。 15.前記コア材料が、可視及び太陽スペクトル光線の40%以上、90%以下 を通過できるような方法で、前記コーティング材料の前記層が付加されており、 そして前記重合体外被フィルムが、光を通過できる透明な重合体を具備している 請求項13に記載の高絶縁パネル。 16.パネルの密度が4.0ポンド/立方フィート又はそれ以下である請求項3 に記載の高絶縁パネル。 17.前記パネルが、1.5ポンド/立方フィート以下の密度を有している請求 項2に記載の高絶縁パネル。 18.前記パネルに当る可視光線の5%以上が、パネルを通り伝えられる請求項 1に記載の高絶縁パネル。 19.バッフル手段を具備する高絶縁パネルにおいて、前記バッフル手段が、約 0.3又はそれ以下の赤外線輻射能をもった少くとも1つの表面を有している成 形した薄いシート材料を具備し、そして前記材料が、第1及び第2の外面と、殆 んど大部分ガスで満たされている面の間の容積とを有している組立体内に構成さ れており、且つA.前記外面にほぼ垂直に測った約1/8乃至1/2の平均厚さ を有し、そして前記外面に平行な1方向に約5インチ以下である実質的に別々の 離れたガスを含むチャンバーと、 B.前記第1の外面から前記第2の外面にコア材料を通る径路の大部分が、前記 面の間の距離よりも長い長さを有するような前記コア材料の相対的配置とを備え ている ことを特徴とする高絶縁パネル。 20.前記バッフル手段が前記シートコア材料を具備し、そしてそれが少くとも 多少堅く、支持している前記バッフルを形成し、そして前記バッフルが、前記チ ャンバーの各層に対して、前記コア材料の支持層が、材料ストリップを具備する ように形成されており、それ等のストリップが、それ等の長さに沿って互に接続 されていて、そして前記外被に垂直な方向に多少延長して方向づけられ、且つ前 記ストリップの縁に沿って、前記外被面に大部分平行に方向づけされたセパレー タシートに接続されており、そしてその場合に、前記チャンバーが、前記第1の 外被面の平面に平行に測定した少くとも1方向において3インチ以である請求項 19に記載の高絶縁パネル。 21.前記バッフル手段が前記シートコア材料を具備し、そしてそれが、可撓性 であり、自己支持しており、且つ圧縮できる前記バッフルを形成し、そして前記 バッフルが、前記チャンバーの各層に対し、前記コア材料の支持層が、繰返し特 徴を含むように成形され、且つ前記支持層に前記外面に垂直な方向に延長部を与 えるように、その特徴が、外面に垂直な第1の平面に存在し、そして前記特徴が 、外面に平行な、且つ第1の平面に垂直な第2の方向に連続的に延びており、そ して第2の支持層が、前記第2の方向に、セパレータシートに接続され、前記外 面に垂直な方向に前記支持層の最大延長部の位置において、前記外面に殆んど平 行に方向づけされており、そしてその場合に、前記特徴が、前記外面及び前記第 1の平面に平行な方向に3インチ以下である大きさを有している請求項19に記 載の高絶縁パネル。 22.前記コア材料が、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、木材及 びガラス繊維紙、より成るグループから選択され、そして前記コア材料の少くと も1部分が、コーティング材料の前記コア材料の少くとも1つの表面に層を有し 、それが、前記コア材料面に0.3又はそれ以下の赤外線輻射能を与える請求項 19に記載の高絶縁パネル。 23.前記コーティング材料が、アルミニウム、銅、錫、亜鉛、ニッケル、鋼、 金及び銀から成るグループから選択され、且つ50から1000オングストロー ムの厚さを有し、そして0.3又はそれ以下の赤外線輻射能を有している請求項 22に記載の高絶縁パネル。 24.前記コーティング材料が、赤外線光に対してかなり透明である材料保護層 によってカバーされており、且つポリエチレン及びポリプロピレンより成るグル ープから選択される請求項22に記載の高絶縁パネル。 25.前記コア材料が、可視及び太陽スペクトル光線の40%以上、90%以下 を通すことができるような方法で、前記コーティング材料の前記層が付加されて おり、そしてその場合に、前記パネルに当る可視光線の5%以上がパネルを通っ て伝えられる請求項22に記載の高絶縁パネル。
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