JPWO2015159646A1 - 真空断熱材、及びそれを備えた保温体 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る真空断熱材10を示す断面模式図であり、図2は、本発明の実施の形態1に係る真空断熱材10の繊維シート11の拡大断面模式図であり、図3は、本発明の実施の形態1に係る真空断熱材10を曲げ加工した拡大断面模式図である。
本実施の形態1に係る真空断熱材10は、図1に示すように材質がガラスである断熱繊維5を有する繊維シート11を積層体として構成された芯材3と、たとえば樹脂または金属箔などで構成された外被シート4aによって芯材3を密閉する外被材4と、を有している。また、真空断熱材10は、曲げ加工する(曲げる)前は平面形状を有している。
まず、2枚の外被シート4aで予め製袋化した外被材4を作製しておき、芯材3を乾燥させてから外被材4にガス吸着剤とともに挿入する。その後、これを真空チャンバ内に配置する。そして、真空チャンバ内を減圧にして、予め設定された圧力、たとえば0.1〜3Pa程度の真空圧にする。そして、この状態で外被材4の残りの開口部をヒートシールにより密閉する。最後に、真空チャンバ内を大気圧に戻し、真空チャンバ内から取り出すことにより、真空断熱材10が得られる。
低い熱伝導率の実現及びシート化の困難性などの知見を得るために、ニードルパンチ製法で製造した繊維シート11を真空断熱材10の芯材3として適用した場合において、厚み方向繊維6の間隔をパラメータとした試験を行った。本比較例では、厚み方向繊維6の間隔が(1)約1.5mm、(2)約3mm、(3)約4mmとなる三種類の繊維シートを作製した。
その結果は、(1)厚み方向繊維6の間隔が約1.5mmの真空断熱材の熱伝導率が0.0034W/(m・K)であり、(2)厚み方向繊維6の間隔が約3mmの真空断熱材の熱伝導率が0.0022W/(m・K)であり、(3)厚み方向繊維6の間隔が約4mmの真空断熱材の熱伝導率が0.0017W/(m・K)であった。
次に、上述した3種類の真空断熱材を曲げ加工した(曲げた)評価を行った。曲率半径が約190mmの曲面形状になるように三点曲げロールで形成し、作製した曲面形状の真空断熱材の熱伝導率をそれぞれ測定した。
その結果は、(1)厚み方向繊維6の間隔が約1.5mmの真空断熱材の熱伝導率が0.0041W/(m・K)であり、(2)厚み方向繊維6の間隔が約3mmの真空断熱材の熱伝導率が0.0029W/(m・K)であり、(3)厚み方向繊維6の間隔が約4mmの真空断熱材の熱伝導率が0.0023W/(m・K)であり、真空断熱材を曲面形状に形成することによって熱伝導率の悪化が確認された。
そこで、本実施の形態1に係る真空断熱材10を上述の3種類作製して、性能評価を行った。まず、ニードルパンチ処理によって凹型繊維孔7が形成された面が同じ向きとなるように繊維シート11を積層し、これを芯材3とする真空断熱材10を作製した。そして、図3に示すように、積層した繊維シート11の凹型繊維孔7が全て内周側に分布するように、比較例2と同様、真空断熱材10を、曲率半径が約190mmの曲面形状になるように形成し、それぞれ熱伝導率を測定した。
図4は、比較例3に係る真空断熱材の繊維シート11aの拡大断面模式図である。
次に、比較例3について図4を用いて説明する。
図4に示した比較例3は、繊維シート11aの一方の面に凹型繊維孔7が形成され、他方の面に第2凹型繊維孔7aが形成されている。それに対応して、繊維シート11aには、一方の面側から他方の面側に凹んだ厚み方向繊維6と、他方の面側から一方の面側に凹んだ第2厚み方向繊維6aが、それぞれ形成されている。すなわち、本比較例では、繊維シート11aの両面にニードルパンチ処理を行った。本比較例3では、比較例1の(2)に準じた仕様の繊維シート11aを作製した。具体的には、両面側からニードルパンチ処理を行ったので、片面側の厚み方向繊維6間隔を約6mmにしたもので、片側のみにニードルパンチ処理をして、厚み方向繊維6間隔を約3mmにしたものと概ね同じ仕様とした。
繊維シートの結束力は、平面方向の引張力に代表されると仮定すると、厚みが大きいと引張力は大きくなると推定される。そこで、厚み方向繊維6の間隔は(2)の条件と同じ3mmになるように設定し、目付量を変化させて、厚みが約8mm及び約11mmの繊維シートをそれぞれ作製し、これを積層して芯材3とした真空断熱材の熱伝導率を測定した。
本実施の形態1に係る真空断熱材10によれば、凹型繊維孔7が形成されているため曲げ加工が容易である。また、断熱繊維5の積層面と交差する厚み方向繊維6によって断熱繊維5の動きが規制され、断熱繊維5の向きが積層面からずれて、厚さ方向を向いてしまうことが抑制され、断熱性能の低下を抑制することができる。さらには、繊維シート11の凹型繊維孔7が分布する面が、真空断熱材10の内周側になるように形成されているので、真空断熱材10の曲げ加工時に凹型繊維孔7が小さくなるように作用して、気体熱伝導による断熱性能の低下を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態2について、実施の形態1との相違点を中心に説明する。また、実施の形態1と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態2に係る真空断熱材20の芯材3は、図5に示すように厚み方向繊維6が形成された単層の繊維シート21で構成されている。
本実施の形態2に係る真空断熱材20は、実施の形態1に係る真空断熱材10と同様の効果を奏することに加えて次の効果を有する。
本実施の形態2に係る真空断熱材20によれば、繊維シート21を所望の厚みで作製し、単層の繊維シート21で芯材3を構成するので、繊維シート21の積層工程が不要となる。また、繊維シート21の厚みが大きい分、断熱繊維5が伝熱方向(厚み方向)に傾斜する可能性があるものの、より低コストで曲面形状の真空断熱材20を製造することができる。
以下、本発明の実施の形態3について、実施の形態1および2との相違点を中心に説明する。また、実施の形態1および2と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1および2と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態3に係る真空断熱材30は、実施の形態1に係る真空断熱材10と同様の効果を奏することに加えて次の効果を有する。
本実施の形態3に係る真空断熱材30によれば、凹型繊維孔7を、繊維シート31の表面において、真空断熱材30の曲げ方向であるH方向と直交するV方向に(間隔Rよりも広い)間隔Pで複数形成する。そうすることで、繊維シート31の単位面積当たりの厚み方向繊維6の本数が少なくなり、固体熱伝導による断熱性能の低下を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態4について、実施の形態1〜3との相違点を中心に説明する。また、実施の形態1〜3と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1〜3と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態4に係る真空断熱材は、実施の形態1に係る真空断熱材10と同様の効果を奏することに加えて次の効果を有する。
本実施の形態4に係る真空断熱材によれば、芯材3は、各繊維シート間において第1比率方向及び第2比率方向がそれぞれ揃うように繊維シートが積層されて構成されており、繊維の向く比率が少ない方向をH方向、繊維の向く比率が多い方向をV方向とした。
そうすることで、真空断熱材が曲面形状に形成された場合にも、断熱繊維5自体に負荷がかかりにくい曲げ加工となることから、断熱繊維5が伝熱方向に傾斜することが少なくなり、より固体熱伝導が抑制され、断熱性能の低下を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態5について、実施の形態1〜4との相違点を中心に説明する。また、実施の形態1〜4と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1〜4と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態5に係る真空断熱材50は、図8に示すように熱媒体を貯留する被保温体16の鏡板部を被覆するように、半球形状(半球殻形状)に形成されて設置されている。すなわち、真空断熱材50、50aの芯材3は、半球形状に形成されている。また、被保温体16と真空断熱材50とで保温体を構成している。
また、実施の形態1で示したように、凹型繊維孔7を内周側に成形した方が、真空断熱材50、50aの内部に残存する気体の移動を抑制することができることから、断熱性能上も好ましいと考えられる。
本実施の形態5に係る真空断熱材50、50aは、実施の形態1に係る真空断熱材10と同様の効果を奏することに加えて次の効果を有する。
本実施の形態5に係る真空断熱材50、50aによれば、半球形状に形成され、繊維シート51、51aの凹型繊維孔7は、半球の頂部を中心として放射状、または同心円状に分布している。このような形状であっても、真空断熱材50、50aの断熱性能の低下を抑制することができる。これにより、真空断熱材50、50aを、温度が高くなりやすい被保温体16の天井部位になる鏡板部に取り付けることができ、被保温体16の効果的な放熱抑制を図ることができる。このため、被保温体16がたとえば給湯システムの一部を構成している場合には、給湯システムの高効率化が図れる。
以下、本発明の実施の形態6について、実施の形態1〜5との相違点を中心に説明する。また、実施の形態1〜5と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1〜5と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態6に係る真空断熱材60は、図11に示すように芯材3の内周面と外被シート4aとの間に、摩擦を減少させる滑りフィルム12が挿入されている。なお、その他の構成については実施の形態1に係る真空断熱材10と同様である。
本実施の形態6に係る真空断熱材60は、実施の形態1に係る真空断熱材10と同様の効果を有することに加えて次の効果を有する。
本実施の形態6に係る真空断熱材60によれば、芯材3の内周面と外被材4との間に小摩擦係数の滑りフィルム12を設けたので、真空断熱材60を大曲率に曲げ加工する場合にも、芯材3と外被材4との間の摩擦が減少し、滑り易くなるため、大きな屈曲部分が形成されてしまうことを抑制することができる。なお、曲率半径の小さい部位にも真空断熱材60を用いて同様の効果を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態7について、実施の形態1〜6との相違点を中心に説明する。また、実施の形態1〜6と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1〜6と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態7では、図12に示すように熱媒体を貯留する円筒形状の保温タンク13のタンク胴部分14aの外周には、ほぼ全周に渡って円筒形状の真空断熱材70aが巻き付けられている。また、タンク上部鏡板部14bは、曲面形状の真空断熱材70bで被覆されており、タンク下部鏡板部14cは、曲面形状の非真空断熱材15で被覆されている。そして、保温タンク13と真空断熱材70a、70b(及び非真空断熱材15)とで保温体を構成している。
また、非真空断熱材15は何もこれに限定されるものではなく、たとえばグラスウールなどの断熱材であってもよい。
本実施の形態7に係る真空断熱材70a、70bで覆われた保温タンク13(保温体)によれば、実施の形態1〜6と同様の効果を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態8について、実施の形態1〜7との相違点を中心に説明する。また、実施の形態1〜7と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1〜7と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態8に係る真空断熱材によれば、Pi/Raを、0.005以上0.2以下とすることで、放熱量を抑制し、曲げの曲率半径に応じた高い断熱性能を実現できる。
以下、本発明の実施の形態9について、実施の形態1〜8との相違点を中心に説明する。また、実施の形態1〜8と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1〜8と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態9では、芯材3は、繊維シート91が複数積層されて構成されており、また、曲げ方向の凹型繊維孔7の間隔は、外周側に位置する繊維シート91が内周側に位置する繊維シート11より広くなっている。
本実施の形態9に係る真空断熱材90によれば、曲げ加工時に外周側となる繊維シート91における曲げ方向の凹型繊維孔7の間隔が、曲げ加工時に内周側となる繊維シート91における曲げ方向の凹型繊維孔7の間隔よりも、広くなるようにした。そのため、真空断熱材90を曲げ加工した時に、曲げ方向の隣り合う凹型繊維孔同士がつくる角度が、積層構造となっている周長差の異なる全ての繊維シート11で同じ角度に近づけることが可能となることから、曲げ加工が容易である。また、曲げ加工時に内周側となる繊維シート91の厚み方向繊維6の数を減らせることができるので、断熱性能の向上が図れる。
Claims (12)
- 面方向に延びている断熱繊維を有する繊維シートが単層で、または複数積層されて構成された芯材と、
前記芯材を収納する外被材と、を備え、
曲げることにより少なくとも一部を曲面形状に形成することが可能な真空断熱材であって、
前記繊維シートは、
前記断熱繊維の一部が前記繊維シートの厚み方向に延びて形成された複数の厚み方向繊維を備え、少なくとも一方の面に複数の繊維孔が形成されている
真空断熱材。 - 前記繊維シートの前記一方の面は、
前記真空断熱材が曲面形状に形成された際に内周側となる面である
請求項1に記載の真空断熱材。 - 前記繊維シートの厚みをt、前記厚み方向繊維の間隔をPxとしたとき、
t/Px≦1の関係を満たす
請求項1または2に記載の真空断熱材。 - 前記繊維孔は、
前記繊維シートの曲げ方向、及び前記繊維シートの曲げ方向と直交する方向に、それぞれ異なる間隔で形成されており、
前記繊維シートの曲げ方向の前記繊維孔の間隔の方が狭い
請求項1〜3のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 前記芯材は、曲げ方向と、該曲げ方向と直交する方向とで、繊維の向く比率が異なっており、
繊維の向く比率が少ない方向が曲げ方向である
請求項1〜4のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 半球形状に形成される前記真空断熱材であって、
前記繊維シートは、半球の頂部を中心として放射状、半球の頂部を中心として同心円状、または前記放射状と前記同心円状とを併せ持つ形状に、前記繊維孔が複数形成されている
請求項1〜3のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 前記芯材の、前記真空断熱材が曲面形状に形成された際に内周側となる面と、
前記外被材との間に、
前記芯材と前記外被材との間の摩擦を減少させる滑りフィルムを設けた
請求項1〜6のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 前記繊維孔は、
前記繊維シートの曲げ方向の間隔をPi、前記真空断熱材が曲面形状に形成された際の曲率半径をRaとしたとき、
少なくとも一部が0.005≦Pi/Ra≦0.2の関係を満たす
請求項1〜7のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 前記芯材は、前記繊維シートが複数積層されて構成されており、
前記真空断熱材が曲面形状に形成された際、
内周側に位置する前記繊維シートに形成された前記繊維シートの曲げ方向の前記繊維孔の間隔は、外周側に位置する前記繊維シートに形成された前記繊維シートの曲げ方向の前記繊維孔の間隔よりも狭い
請求項1〜8のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 前記厚み方向繊維、及び前記繊維孔は、前記繊維シートにニードルパンチ製法で用いるニードルが挿入されて形成されたものである
請求項1〜9のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 前記繊維孔は、前記繊維シートの一方の前記面にのみ形成されている
請求項1〜10のいずれか一項に記載の真空断熱材。 - 熱媒体を貯留する円筒形状の保温タンクと、
前記保温タンクの外周を覆う請求項1〜11のいずれか一項に記載の真空断熱材と、
を備えた保温体。
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