JPH07239088A - 真空断熱体および断熱箱体 - Google Patents

真空断熱体および断熱箱体

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JPH07239088A
JPH07239088A JP6026970A JP2697094A JPH07239088A JP H07239088 A JPH07239088 A JP H07239088A JP 6026970 A JP6026970 A JP 6026970A JP 2697094 A JP2697094 A JP 2697094A JP H07239088 A JPH07239088 A JP H07239088A
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JP
Japan
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heat insulating
powder
vacuum
vacuum heat
box body
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Pending
Application number
JP6026970A
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English (en)
Inventor
Yasuaki Tanimoto
康明 谷本
Kenichi Nakamura
健一 中村
Kunio Kimura
邦夫 木村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07239088A publication Critical patent/JPH07239088A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00Thermal insulation in general
    • F16L59/04Arrangements using dry fillers, e.g. using slag wool which is added to the object to be insulated by pouring, spreading, spraying or the like

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)
  • Refrigerator Housings (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 初期断熱性能に優れ、圧力依存性の低い真空
断熱体を提供する。 【構成】 気相容積率が30%以上であり、0.1μm
以上1000μm以下の細孔範囲において全細孔容積が
5.7ml/g以上で、かつ比表面積が45.5m2
g以上である粉末を外装材中に充填する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、冷蔵庫などの断熱材と
して使用可能な真空断熱体および断熱箱体に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、地球環境保護の観点から、冷蔵庫
の断熱材の発泡剤として使用されているCFC11によ
るオゾン層破壊が世界的規模で注目されている。このよ
うな背景から、新規発泡剤を用いた断熱材の研究が行わ
れており、代替フロンとしてはHCFC141b、非フ
ロン系ではシクロペンタンなどが候補として選ばれつつ
ある。しかしながら、これらの新規発泡剤は、いずれも
CFC11より気体熱伝導率が大きく、冷蔵庫の断熱性
能の低下は避けられない状況である。一方、将来のエネ
ルギー規制などに対し、冷蔵庫の省エネ化は避けられな
い問題であり、断熱性能を向上させることが重要であ
る。以上のように、代替フロン対応による断熱性能の低
下と省エネ化達成のための断熱性能の向上という相反す
る課題を現状の冷蔵庫は抱えている。
【0003】このような相反する課題を解決する一手段
として、特開昭57ー173689号公報に無機粉末を
用いた真空断熱体が提案されている。その内容は、フィ
ルム状プラスチック容器に単粒子径が1μm以下の粉末
を充填し、内部を減圧後密閉することにより真空断熱体
を得るというものである。効果としては、実用化が容易
な0.1〜1mmHgの真空度で製造することができ、
単粒子の粒径がより小さい微粉末を使用することによっ
て、同じ真空度の場合、真空断熱体の熱伝導率がより向
上することを見いだしたものである。特に、単粒子径が
1μm以下の微粒子を用いることにより、真空断熱体の
熱伝導率の向上が図れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】真空断熱体の断熱原理
は、熱を伝える空気を排除することである。しかしなが
ら、工業的レベルで高真空にすることは困難であり、実
用的に達成可能な真空度は0.1〜10mmHgであ
る。したがって、この真空度で目的とする断熱特性が得
られなければならない。空気が介在して熱伝導が行われ
る場合の断熱特性に影響をおよぼす物性に、平均自由行
程がある。平均自由行程とは、空気を構成する分子の一
つが別の分子と衝突するまでに進む距離のことで、形成
されている空隙が平均自由行程よりも大きい場合は、空
隙内において分子同士が衝突し、空気による熱伝導が生
じるため、真空断熱体の熱伝導率は大きくなる。逆に平
均自由行程よりも空隙が小さい場合は、真空断熱体の熱
伝導率は小さくなる。これは、空気の衝突による熱伝導
がほとんどなくなるためである。
【0005】したがって、空気の平均自由行程よりも空
隙を小さくすることが圧力依存性を低くする上で重要と
なる。圧力依存性とは、長年に亘り使用して真空度が次
第に低下した場合の断熱特性の圧力依存を示したもの
で、真空断熱体の寿命を推測する指標となり、非常に重
要な特性の一つである。しかし、上で述べた提案は、粉
末の単粒子径を1μm以下に限定することによって、断
熱特性を向上させようとしたものである。限定している
物性が単粒子径の大きさのみであるため、単粒子同士が
集まって凝集粒子が形成される場合などにおいては、単
粒子径の大きさの限定だけでは目的とする断熱特性が得
られないことになる。
【0006】真空断熱体の特性を評価する上で重要な項
目として、圧力依存性以外に初期断熱性能がある。初期
断熱性能とは、製造時の真空度における断熱性能のこと
であり、通常0.1mmHgの真空度における真空断熱
体の熱伝導率を表す。0.1mmHgの真空度における
空気の平均自由行程は約500μm(25℃)であり、
粉末の凝集粒子によって形成される空隙よりも十分に長
いため、気体分子の衝突による熱伝導は無視できる。し
たがって、0.1mmHgの真空度における熱伝導を支
配するのは、粉末同士の接触による伝導伝熱であり、初
期断熱性能を向上させるためには、粉末同士の接触をで
きるだけ少なくする必要がある。しかし、上で述べた提
案は、限定している物性が単粒子径の大きさのみである
ため、粉末同士の接触を少なくすることができず、目的
とする断熱特性が得られないことになる。
【0007】本発明は、初期の断熱特性および圧力依存
性に影響をおよぼす粉体の物性を明確にし、必要な物性
の適正化を図ることにより、優れた断熱性を有する真空
断熱体を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め本発明は、気相容積率が30%以上の粉末を外装材中
に充填して真空断熱体を構成する。また、前記粉末とし
て、0.1μm以上1000μm以下の細孔範囲におい
て、全細孔容積が5.7ml/g以上であり、かつ比表
面積が45.5m2/g以上であるものを用いる。さら
に、本発明の断熱箱体は、箱体によって形成される空間
に発泡断熱材と上記の真空断熱体とを複層に形成したも
のである。
【0009】
【作用】本発明では、気相容積率という新しい概念を導
入することによって、粉末同士の接触の割合を限定する
ものである。粉末の気相容積率を30%以上とすること
により、粉末同士の接触による固体の熱伝導が少なくな
り、発泡断熱材との併用による複合断熱性能を低下させ
ることなく目的とする断熱特性が得られる。空気分子の
平均自由行程は、常圧下では0.06μmであるが、減
圧下では気体分子の衝突する機会が少なくなるので、
0.1mmHgでは約500μm、1mmHgでは約5
0μm(いずれも25℃)となる。したがって、これら
の波長よりも短い距離に障害物である粉末がある場合
は、気体分子の衝突に起因する熱伝導が阻止され、圧力
の影響を受けにくくなる。重要なことは、粒径の大きさ
ではなく、粒子同士の集合によって形成される空隙の大
きさが上記平均自由行程より小さいことである。
【0010】したがって本発明によると、粉末の物性と
して全細孔容積と比表面積を限定することにより、粉末
同士の集合によって形成される空隙の大きさを小さくす
ることができる。すなわち、0.1μm以上1000μ
m以下の細孔範囲において、全細孔容積が5.7ml/
g以上であり、かつ比表面積が45.5m2/g以上で
ある粉末を用いることにより、目的とする断熱特性が得
られる。また、上記した真空断熱体と発泡断熱材を複層
にした断熱箱体においては、前記真空断熱体の圧力依存
性が非常に低いので、長期間使用しても断熱性能の低下
が少ない。したがって、急激な断熱性能の低下によりコ
ンプレッサーの運転率が過剰になり、断熱箱体としての
信頼性が低下するといった問題が解決される。
【0011】
【実施例】以下に、本発明の一実施例を図1、図2を用
いて説明する。真空断熱体1は、合成シリカからなる粉
末2を外装材としての金属−プラスチックラミネートフ
ィルムからなる容器3内に充填した後、内部を減圧密閉
して構成したものである。容器3を構成するプラスチッ
クラミネートフィルムは3層構造で、外層4は厚さ20
0μmのポリプロピレン樹脂、中間層5は厚さ9μmの
アルミニウム箔、内層6は厚さ20μmの高密度ポリエ
チレン樹脂である。
【0012】上記の構成において、粉末2として表1に
示す物性を有する合成シリカを用いた真空断熱体につい
て初期断熱性能と圧力依存性を測定した結果を表2に示
す。また、粉末の気相容積率と真空断熱体の初期断熱性
能の関係を図4に示す。なお、気相容積率は、測定した
粉末の物性をもとに以下の式を用いて算出した。
【0013】 気相容積率(%)=全細孔容積×嵩密度/10 ・・・・・ (1)
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】表2の結果から、単粒子径と初期断熱性能
および圧力依存性は相関がないことがわかる。一方、図
4の結果から、0.1mmHgにおける初期断熱性能
は、気相容積率に比例しており、気相容積率が高いほど
初期断熱性能が優れていることがわかる。これは、0.
1mmHg/25℃における空気の平均自由行程が50
0μmであり、合成シリカ粉末のような微粉末の場合、
凝集粒子によって形成される細孔の方が十分に短いた
め、気体分子の衝突に起因した熱伝導がほぼゼロになる
ことを表している。
【0017】したがって、粉末粒子の接触による固体の
熱伝導が支配的となるため、気相容積率が高いほど粉末
粒子の接触が少なくなり、初期断熱性能が優れるのであ
る。初期断熱性能が0.0070kcal/mh℃より
も低下すると、発泡断熱材との併用時における複合断熱
性能が低下してしまうことが経験的にわかっており、初
期断熱性能を0.0070kcal/mh℃よりも低下
させないためには、気相容積率は30%以上必要であ
る。
【0018】次に、断熱性能の圧力依存性について説明
する。図5は、粉末の細孔直径とdKf/dPとの関係
を示している。ここで、細孔直径は、圧力依存性を評価
するために新しく導入した概念であり、次式により算出
したものである。
【0019】 細孔直径(μm)=4×全細孔容積/比表面積 ・・・・・ (2)
【0020】また、dKf/dPは、真空断熱体の真空
度が1.0mmHgから10mmHgまで変化した場合
の断熱性能の変化の割合を表す指数であり、この値が大
きければ真空断熱体の圧力依存性が大きいことになる。
dKf/dPは次式により算出した。
【0021】 dKf/dP={(10mmHgでのKf)−(1mmHgでのKf)}/ {(10mmHg)−(1mmHg)} ・・・・・ (3)
【0022】図5より、細孔直径が小さくなるにしたが
って圧力依存性も小さくなり、細孔直径が0.5μmに
なると圧力依存性は一定になっていることがわかる。こ
の理由は、粉末が有する細孔が小さいため、圧力が高く
なり気体分子の平均自由工程が短くなったとしても、細
孔内における気体分子同士の衝突が少ないためである。
したがって、断熱性能の圧力依存性を小さくするには、
細孔直径を0.5μm以下にする必要があり、そのため
の粉末物性としては式(2)から算出すると式(4)の
関係が必要となる。
【0023】 比表面積=8×全細孔容積 ・・・・・ (4)
【0024】図6は粉末の細孔容積と比表面積との関係
を示したものであり、圧力依存性を小さくできる粉末物
性値は式(4)との交点より大きい値である。この交点
を求めると、全細孔容積が5.7ml/g、比表面積が
45.5m2/gとなり、これらの値よりも大きな全細
孔容積と比表面積を有する粉末が、真空断熱材の圧力依
存性を小さくできるといえる。以上のように、本発明で
限定した物性を有する粉末を使用することにより、初期
断熱性能に優れ、かつ圧力依存性の低い真空断熱体を得
ることができる。なお、粉末は合成シリカに限定される
ものでなく、パーライト、けいそう土、アルミナなどの
無機粉末や、ウレタン、ポリエチレンなどの有機粉末を
用いることも可能で、同様の効果が得られる。
【0025】次に、図3により断熱箱体を説明する。こ
の断熱箱体7は、上記の真空断熱体1と、硬質ウレタン
フォームからなる発泡断熱材8と、外箱9と、内箱10
によって構成されている。真空断熱体1は内箱10の内
面に取り付けてあるが、外箱に取り付けることも可能で
ある。真空断熱体1の大きさは、例えば1m×0.5m
×0.02mである。以上のような構成からなる断熱箱
体は、真空断熱体1の初期断熱性能が優れており、かつ
圧力依存性が非常に低いため、長期間使用しても急激な
断熱性能の低下によりコンプレッサーの運転率過剰を招
き、冷蔵庫の品質が低下するといった問題が解決され
る。
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明の真空断熱体は、
粉末の気相容積率が30%以上であることから、粉末同
士の接触が少なく、固体の熱伝導が低減する。その結
果、固体の熱伝導が支配的である0.1mmHgの真空
度においても断熱性能の向上が図れる。また、本発明の
真空断熱体は、0.1μm以上1000μm以下の細孔
範囲において、全細孔容積が5.7ml/g以上であ
り、かつ比表面積が45.5m2/g以上である粉末を
用いるので、圧力が高くなり気体分子の平均自由行程が
短くなったとしても、粉末の集合によって形成される空
間が非常に小さいので、気体分子の衝突がなく、圧力依
存性が低くなる。
【0027】また、本発明の断熱箱体は、箱体によって
形成される空間に発泡断熱材と上記した真空断熱体とを
複層に形成したので、長期間使用しても急激な断熱性能
の低下によりコンプレッサーの運転率過剰を招き、冷蔵
庫の品質が低下するといった問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における真空断熱体の断面図
である。
【図2】同要部の拡大断面図である。
【図3】本発明の一実施例における断熱箱体の断面図で
ある。
【図4】粉末の気相容積率と真空断熱体の初期断熱性能
の関係を示す図である。
【図5】粉末の細孔直径と真空断熱体のdKf/dPの
関係を示す図である。
【図6】粉末の細孔容積と比表面積との関係を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 真空断熱体 2 粉末 3 容器(外装材) 4 外層 5 中間層 6 内層 7 断熱箱体 8 発泡断熱材 9 外箱 10 内箱

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外装材中に気相容積率が30%以上の粉
    末を充填してなる真空断熱体。
  2. 【請求項2】 前記粉末は、0.1μm以上1000μ
    m以下の細孔範囲において、全細孔容積が5.7ml/
    g以上であり、かつ比表面積が45.5m2/g以上で
    ある請求項1記載の真空断熱体。
  3. 【請求項3】 箱体によって形成される空間に発泡断熱
    材と請求項2記載の真空断熱体とを複層したことを特徴
    とする断熱箱体。
JP6026970A 1994-02-24 1994-02-24 真空断熱体および断熱箱体 Pending JPH07239088A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009058130A (ja) * 1996-09-27 2009-03-19 Cabot Corp 熱伝導率が低い組成物と断熱体
JP2014504253A (ja) * 2010-12-15 2014-02-20 サン−ゴバン・イソベール 断熱材料を製造するための方法

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