TWI599737B - 真空隔熱材料、隔熱箱以及真空隔熱材料之製造方法 - Google Patents

Description

真空隔熱材料、隔熱箱以及真空隔熱材料之製造方法

本發明係有關於一種真空隔熱材、隔熱箱以及真空隔熱材之製造方法。

就使用作為冰箱等的隔熱材之先前的真空隔熱材而言，有使用具有氣體阻障性的外包材被覆由玻璃纖維的聚集體所構成之芯材，而且將外包材的內部減壓密閉而成者(例如，參照專利文獻1)。該真空隔熱材係藉由在玻璃纖維的熱變形溫度以上之溫度將玻璃纖維的聚集體加壓成形且塑性變形，而且芯材係能夠保持在加壓時的狀態。該真空隔熱材，係藉由將該芯材裝入已成形為袋狀之外包材且將外包材的內部減壓，而且藉由熱熔接將開口部密閉封裝來製造。

又，作為先前的真空隔熱材，係有具備使用纖維質材而使有機系黏結劑堅固成形的芯材，及將金屬箔之層層積的層疊薄膜，該層疊薄膜的邊緣被密封且內部被減壓(例如，參照專利文獻2)。

而且，作為先前的真空隔熱材，係有具備將無機 纖維聚合物收納在具有柔軟性之內袋而成的芯材，及由將芯材收納且將內部減壓而將周緣部熔接、封裝之層疊薄膜所構成的外包材(例如，參照專利文獻3)。

先前技術文獻

專利文獻

[專利文獻1]日本特開2005-220954號公報(段落[0017]、[0023]、[0029]、[0059]、第1圖)

[專利文獻2]日本特開平9-138058號公報(段落[0013]、第1圖)

[專利文獻3]日本特開2007-9928號公報(申請專利範圍第6至8項、第9圖)

由纖維聚集體所構成之芯材，因為在大氣壓下體積變高，所以在真空隔熱材的製造階段有操作困難的情形。因此，習知的真空隔熱材藉由在減壓密封前預備性地減低芯材的厚度而使其操作容易。

例如，在專利文獻1，藉由將玻璃纖維的聚集體進行加熱加壓成形而減低芯材的厚度。在專利文獻2，藉由使用有機系黏結劑等的結合劑減低芯材的厚度。在專利文獻3，藉由使用柔軟的內袋等的內包材而將芯材預備性地減壓密封，來減低芯材的厚度。

但是，將玻璃纖維的聚集體加熱加壓成形用以減 低芯材的厚度時，因為加熱加壓成形在玻璃纖維的熱變形溫度以上之溫度進行，所以有浪費極大的熱能之課題。而且，因為加熱加壓成形，玻璃纖維產生塑性變形，所以芯材所含的玻璃纖維之密度變高，為了維持芯材所需要的隔熱厚度，而有玻璃纖維的使用量增加之課題。

又，使用有機系黏結劑等的結合劑而使纖維質材(纖維聚集體)結著而成之芯材，以及使用內袋等的內包材而收納無機纖維聚合物(纖維聚集體)之芯材，為了減低芯材的厚度，而有浪費結合劑和內包材的材料之課題。

本發明係為了解決如上述的課題而進行，其目的係提供一種節省能源且節省資源而製造的真空隔熱材、隔熱箱以及真空隔熱材之製造方法。

本發明之真空隔熱材，係具備由纖維聚集體所構成之芯材、及被覆前述芯材之外包材，前述外包材的內部係被減壓密封之真空隔熱材；從前述外包材的內部取出的前述芯材之厚度在大氣壓下壓縮至50%的厚度時之壓縮應力為5kPa以下。

又，本發明之真空隔熱材，係具備由纖維聚集體所構成之芯材、及被覆前述芯材之外包材，前述外包材的內部係被減壓密封之真空隔熱材；前述芯材係以從前述外包材的內部取出、在大氣壓下壓縮至50%的厚度時之壓縮應力為5kPa以下的狀態下被前述外包材被覆。

而且，本發明之真空隔熱材之製造方法，係具備 下述的步驟：使用外包材被覆由纖維聚集體所構成的芯材之步驟；在將前述外包材的內部減壓之前，藉由外力將前述芯材及前述外包材一體地壓縮而使前述芯材成為壓縮狀態之步驟；在前述壓縮狀態下，在前述外包材的周緣部之中至少相對的邊形成熔接密封部之步驟；及在形成前述熔接密封部之後，將前述外包材的內部進行減壓密封而得到真空隔熱材之步驟；被前述外包材被覆之前的前述芯材之厚度在大氣壓下壓縮至50%的厚度時之壓縮應力為5kPa以下。

又，本發明之隔熱箱係具備上述的真空隔熱材。

依照本發明，藉由使用如上述之壓縮應力為5kPa以下的芯材，相較於經加熱加壓成形的芯材及使用結合材結著而成的芯材之先前技術的真空隔熱材，因為能夠降低芯材密度，所以能夠削減玻璃纖維的使用量。又，依照本發明，在製造真空隔熱材時，為了減低芯材的厚度，不使用熱能及材料。因而，能夠得到節省能源且節省資源而製造之真空隔熱材。

1‧‧‧真空隔熱材

2‧‧‧隔熱箱

10‧‧‧芯材

20、21‧‧‧外包材

30‧‧‧水分吸附劑

40‧‧‧熔接密封部

50‧‧‧加工裝置

51‧‧‧壓縮機構

52a、52b‧‧‧熔接機構

60‧‧‧內箱

61‧‧‧外箱

62‧‧‧發泡胺甲酸酯隔熱材

A‧‧‧熔接密封部與芯材之間的距離

T1‧‧‧壓縮前之芯材的厚度

T2‧‧‧壓縮狀態下之芯材的厚度

第1圖係顯示本發明的實施形態1之真空隔熱材1的概略構成之剖面圖。

第2圖係顯示本發明的實施形態1之真空隔熱材1的製造步驟之圖。

第3圖係顯示本發明的實施形態1之真空隔熱材1的製造步驟之圖。

第4圖係顯示本發明的實施形態1之真空隔熱材1的製造步驟之圖。

第5圖係顯示本發明的實施形態2之隔熱箱2的概略構成之剖面圖。

用以實施發明之形態

實施形態1.

說明本發明的實施形態1之真空隔熱材1及其製造方法。第1圖係顯示本實施形態1之真空隔熱材1的概略構成之剖面圖。又，在包含第1圖之以下的圖式，各構成構件的尺寸關係、形狀等係與實際物品有不同之情形。各構成構件的具體尺寸等，應當參考以下的說明而判斷。

如第1圖所顯示，真空隔熱材1係具備：由纖維聚集體所構成的芯材10；具有氣體阻障性且被覆芯材10的兩面的2片外包材20、21；被裝入外包材20、21的內部空間，來抑制因吸附水分致使外包材20、21的內部空間之真空度產生經時劣化的水分吸附劑30。外包材20、21的內部空間，係藉由在1~3Pa左右的真空度之減壓狀態下將開口部密封而減壓密封。開口部的密封，係藉由熱密封等而將外包材20、21的周緣部熔接且形成熔接密封部40來進行。真空隔熱材1就整體而言，具有概略長方形平板狀的形狀。

芯材10，具有將玻璃棉(Glass wool)等的纖維聚集體層積而成之構成。通常，玻璃棉時，纖維聚集體能夠藉由離心法來製造，樹脂纖維時，能夠藉由紡黏(spunbonded)法來製 造，但是纖維聚集體之製造方法係沒有特別限定。

在本實施形態1之真空隔熱材1，不使用減低芯材10厚度用的熱能及材料。例如構成芯材10之纖維聚集體，不進行加熱加壓成形、不使用內包材之密閉封裝、以及不使用結合劑之結著。

外包材20、21係原來在真空隔熱材所使用之外包材，而且是構成多層構造之層疊薄膜。該多層構造，例如具有從內側(芯材10側)依照順序將聚乙烯層、鋁蒸鍍層、聚對酞酸乙二酯層、及最外層的延伸耐綸層層積而成之構成。各層的厚度能夠是10~30μm左右，但是不限於此。

外包材20、21的構成，不被上述構成限定。亦可包含氧化鋁蒸鍍層、乙烯-乙烯醇層、聚丙烯層。又，外包材20、21，係只要具有氣體阻障性者，其構成就沒有特別限定。

在本實施形態1的真空隔熱材1，界定外包材20、21的內部空間之外包材20、21的內表面整體，係直接接觸芯材10的表面整體。亦即，芯材10不被其他構件(例如內包材)被覆。

水分吸附劑30，係例如由被裝入通氣性良好的袋之氧化鈣(CaO)等所構成。水分吸附劑30不被限於只有CaO，亦能夠使用矽膠、沸石等具有水分吸附性者。

熔接密封部40，沒有隙縫地形成在外包材20、21遍及周緣部的全周。在外包材20、21的周緣部之中至少相對之二邊，熔接密封部40與芯材10之間的距離A成為5mm以上且100mm以下。熔接密封部40係沿著芯材10的形狀而被 固定。熔接密封部40的寬度能夠是5~50mm左右，但是不限於此。

說明在本實施形態1的真空隔熱材1中芯材10的材料特性。在本實施形態1，將芯材10從真空隔熱材1的外包材20、21的內部取出，在大氣壓下將所取出的芯材10壓縮至相對於初期厚度成為50%的厚度為止時之平均單位面積的荷重、亦即壓縮應力(以後，稱為「50%壓縮應力」)。測定係藉由使用滿足ISO 5893的規定之條件的萬能試驗機，將切取縱橫100mm四方之芯材10以試驗速度10mm/min壓縮而進行。將在大氣壓下所取出的芯材10之厚度設為h0時，從萬能試驗機的壓縮板之間隔係比h0更充分地離開之間隔(例如h0+100mm)開始試驗，將壓縮應力成為0.01kPa時之厚度設為初期厚度h1。繼續試驗，測定將芯材10壓縮至相對於初期厚度h1為50%時、亦即成為h1×0.5的厚度時之50%壓縮應力。

在厚度20mm之本實施形態1的真空隔熱材1的芯材10，h0、h1係各自為150mm、148mm，50%壓縮應力係成為約0.5kPa。相對於此，在加熱加壓成形而成之厚度20mm之先前技術的真空隔熱材的芯材，h0、h1係各自為50mm、49.6mm，50%壓縮應力係成為約11kPa。

芯材10係在從外包材20、21的內部取出而在大氣壓下壓縮至50%的厚度為止時之壓縮應力成為0.05kPa以上且5kPa以下的狀態下，被外包材20、21被覆。芯材10在此種狀態下被外包材20、21被覆，能夠如上述地藉由將芯材10從外包材20、21的內部取出，測定在大氣壓下測定壓縮至50% 的厚度為止之壓縮應力來確認。因為芯材10係在被外包材20、21被覆之前未進行加熱加壓成形且未使用結合劑結著，所以即便從外包材20、21取出之後，在大氣壓下亦能夠以0.05kPa以上且5kPa以下的力量壓縮至50%的厚度。

其次，說明本實施形態1之真空隔熱材1之製造方法。第2圖至第4圖係顯示真空隔熱材1的製造步驟之圖。又，第2圖至第4圖亦同時顯示在製造步驟所使用的加工裝置50之構成。如第2圖至第4圖所顯示，加工裝置50係具有壓縮機構51及熔接機構52a、52b。壓縮機構51係將芯材10及被覆芯材10之外包材20、21一體地進行加壓壓縮。熔接機構52a、52b係在藉由壓縮機構51將芯材10及外包材20、21加壓壓縮後的狀態下，在外包材20、21的周緣部之中的相對二邊形成熔接密封部40者。熔接機構52a、52b係隔著壓縮機構51而配置在兩側。又，熔接機構52a、52b，係以在藉由壓縮機構51將芯材10及外包材20、21壓縮後的狀態下，能夠接近芯材10而形成熔接密封部40之方式，接近壓縮機構51而設置。例如，熔接機構52a、52b係能夠形成使熔接密封部40與芯材10的端部之間的距離A成為5mm以上且100mm以下而成之熔接密封部40。

在真空隔熱材1的製造步驟，首先如第2圖所顯示，將芯材10加工成為作為真空隔熱材1所必要的寬度和長度，而且在使用2片外包材20、21被覆芯材10的兩面(上面及下面)之狀態下配置在加工裝置50(壓縮機構51)。該步驟係在大氣壓下進行。此時，相較於完成後的真空隔熱材1的厚度 (或芯材10的厚度)，芯材10的厚度T1係5倍以上。又，此時的芯材10之50%壓縮應力為5kPa以下。

其次，如第3圖所顯示，藉由壓縮機構51而從外包材20、21的兩外側表面，將芯材10及外包材20、21一體地進行機械加壓壓縮(加壓壓縮步驟)。加壓壓縮步驟係在大氣壓下進行。壓縮時的壓力係以大氣壓相當的0.10MPa以上為佳，以0.17MPa以上為較佳。壓縮狀態下之芯材10的厚度T2，係成為在大氣壓下壓縮前之芯材10的厚度T1之1/5以下。又，在壓縮狀態之芯材10及外包材20、21的整體厚度，係與完成後之真空隔熱材1的厚度大致相同。

其次，如第4圖所顯示，在藉由壓縮機構51將芯材10及外包材20、21一體地加壓壓縮之壓縮狀態下，藉由熔接機構52a在外包材20、21的周緣部之中的一邊形成熔接密封部40(熔接密封部形成步驟)。又，在該壓縮狀態下，藉由熔接機構52b在外包材20、21的周緣部之中與上述一邊相對的另一邊，形成熔接密封部40。該等落著密封部40亦可以同時形成。又，該等熔接密封部40形成例如與芯材10的端部之間的距離A皆為5mm以上且100mm以下。熔接密封部形成步驟係在大氣壓下進行。藉由在相對的二邊形成熔接密封部40，芯材10及外包材20、21係一體化且即便將藉由壓縮機構51之加壓解除，芯材10亦能夠維持壓縮狀態。在熔接密封部形成步驟，亦能夠以在外包材20、21的周緣部之一部分能夠確保開口部之方式，在外包材20、21的三邊以上形成熔接密封部40。

其次，將藉由壓縮機構51之加壓解除且將一體化 後的芯材10及外包材20、21從加工裝置50取出。隨後，進行乾燥步驟用以將水分從芯材10及外包材20、21除去。乾燥步驟係在能夠將芯材10及外包材20、21的水分之條件下(例如，在100℃加熱2小時)進行。又，乾燥步驟的條件不被限定，能夠將芯材10及外包材20、21的水分除去的條件即可。

其次，將水分吸附劑30裝入外包材20、21的內部空間(水分吸附劑裝入步驟)。又，水分吸附劑裝入步驟，不限定在乾燥步驟之後進行，亦可以在乾燥步驟之前、及在加壓壓縮步驟之前進行。

其次，將外包材20、21的內部減壓至1~3Pa左右的真空度，在該減壓狀態下在開口部(例如，已經形成有熔接密封部40之二邊以外的邊)，藉由熱密封等形成熔接密封部40，而將外包材20、21的內部減壓密封(減壓密封步驟)。在減壓密封步驟所形成的熔接密封部40，亦可以形成與芯材10的距離A為5mm以上且100mm以下。經過以上的步驟而能夠得到真空隔熱材1。

其次，說明本實施形態1的效果。本實施形態1之真空隔熱材1，其由纖維聚集體所構成的芯材10與外包材20、21直接接觸，而且從外包材20、21的內部取出之芯材10的50%壓縮應力為5kPa以下。因而，在本實施形態1之製造真空隔熱材1時，因為不使用減低芯材10的厚度用的熱能及材料，所以，能夠得到節省能源且節省資源的真空隔熱材1。

例如，思考比較本實施形態1的真空隔熱材1、和將芯材加熱加壓成形之先前技術的真空隔熱材。在此，雙方的 真空隔熱材的芯材之重量為5kg，加熱加壓成形用的熱變形溫度設為400℃。先前技術的真空隔熱材消耗2000kJ的熱能，但是本實施形態1的真空隔熱材1能夠節省該2000kJ的熱能消耗。

而且，相對於本實施形態1的真空隔熱材1的芯材10之密度為約240kg/m³，先前技術的真空隔熱材之芯材的密度，因為塑性變形之緣故，密度變高而為約246kg/m³。其結果，在先前技術的真空隔熱材，為了維持與本實施形態1的真空隔熱材1同樣的隔熱厚度，比真空隔熱材1的芯材10消耗更多的玻璃纖維。

相對於此，相較於先前技術的真空隔熱材，本實施形態1之真空隔熱材1能夠減少玻璃纖維的使用量。例如，在本實施形態10真空隔熱材1，寬度為600mm、長度為1700mm、厚度為22mm時，相較於先前技術的真空隔熱材，能夠減少芯材的使用量約150g。

因而，依照本實施形態1，能夠得到節省能源且節省資源的真空隔熱材1。

又，本實施形態1之真空隔熱材1，係不進行加熱加壓成形亦不進行使用結合劑而結著者。因而，因為取出的芯材10中，玻璃纖維未熱變形且不含有玻璃纖維以外的成分(例如，結合劑成分)，所以能夠將使用完畢的真空隔熱材1之玻璃纖維作為再生資源或再生材料再利用。

而且，因為本實施形態1之真空隔熱材1不含有內包材及結合劑，能夠謀求真空隔熱材1的原材料的減量化。

又，本實施形態1之真空隔熱材1，係使前述芯材10的端部與前述外包材20、21的熔接密封部40之間的距離A成為5mm以上且100mm以下時，即便將藉由壓縮機構51之加壓解除，芯材10亦能夠維持減容化狀態、亦即壓縮狀態。因而，能夠將製造步驟中(例如乾燥步驟前、減壓密封前)的真空隔熱材1節省空間而暫時保管，所以能夠縮減包裝容積。

而且，本實施形態1的真空隔熱材1之製造方法，不具備將芯材10加熱加壓成形之步驟，也不具備使用內包材將芯材10密閉封裝之步驟，也不具備將芯材10以結合劑結著之步驟。因而，依照本實施形態1，能夠以更低的成本而效率良好地製造真空隔熱材1。

實施形態2.

說明本發明的實施形態2之隔熱箱2。在本實施形態2，藉由在隔熱箱2使用上述實施形態1之真空隔熱材1，能夠得到節省能源且節省資源而製成之隔熱箱2。第5圖係顯示本實施形態2之隔熱箱2的概略構成之剖面圖。在本實施形態2，舉出冰箱的隔熱箱作為例子而進行說明。

如第5圖所顯示，隔熱箱2係具有內箱60及外箱61。在內箱60與外箱61之間的空間係配置有真空隔熱材1。真空隔熱材1係例如密著在內箱60的外壁面而配置。在內箱60與外箱61之間的空間，真空隔熱材1以外的部分係填充有發泡胺甲酸酯隔熱材62。因為隔熱箱2的其他部分，與通常的冰箱之隔熱箱同樣，所以將圖示及說明省略。

在本實施形態2，因為使用節省能源且節省資源而 製成之真空隔熱材1，所以能夠得到節省能源且節省資源而製成之隔熱箱2。又，在本實施形態2，因為使用相較於發泡胺甲酸酯隔熱材62等具有較高的隔熱性能之真空隔熱材1，所以相較於只有使用發泡胺甲酸酯隔熱材作為隔熱材之隔熱箱，能夠得到隔熱性能較高的隔熱箱2。因而，在具備隔熱箱2之冰箱，能夠削減消耗電力。

又，在本實施形態2的隔熱箱2，真空隔熱材1係密卓在內箱60的外壁面，但是真空隔熱材1亦可以密著在外箱61的內壁面。又，真空隔熱材1亦可以藉由使用間隔物等，而以不與內箱60及外箱61的任一者密著之方式配置在內箱60與外箱61之間的空間。

其他實施形態.

本發明係不限定於上述的實施形態而能夠進行各種變形。例如在上述的實施形態1之製造方法，係在將芯材10加工成為必要的寬度及長度之狀態下，配置在加工裝置50(壓縮機構51)，但是為了整修芯材10的表面狀態之目的，亦可在配置在加工裝置50之前，將芯材10進行預備性壓縮1次以上至成為約10%~40%的厚度為止。

又，在上述的實施形態2，係舉出在具備冷熱源之冰箱的隔熱箱2使用真空隔熱材1之構成作為例子，但是本發明係不被此限定。真空隔熱材1亦能夠使用在具備溫熱源之保溫庫的隔熱箱、及不具備冷熱源及溫熱源之隔熱箱(例如冷卻箱等)。

而且，真空隔熱材1係不僅是隔熱箱，亦能夠使 用作為空調機、車輛用空調機、熱水器等的冷熱機器或溫熱機器之隔熱構件。又，真空隔熱材1係不僅是如隔熱箱之具備預定形狀之箱體，亦能夠使用在具備變形自如的外袋及內袋之隔熱袋、及其他隔熱容器。

又，上述的各實施形態和變形例，係能夠互相組合而實施。

1‧‧‧真空隔熱材

10‧‧‧芯材

20、21‧‧‧外包材

30‧‧‧水分吸附劑

40‧‧‧熔接密封部

A‧‧‧熔接密封部與芯材之間的距離

Claims (9)

1. 一種真空隔熱材，具備由纖維聚集體所構成之芯材、及被覆前述芯材之外包材，前述外包材的內部係被減壓密封之真空隔熱材，從前述外包材的內部取出的前述芯材之厚度在大氣壓下壓縮至50%的厚度時之壓縮應力為5kPa以下，前述芯材在前述大氣壓下之厚度為前述芯材被前述外包材被覆時之厚度的5倍以上。
2. 一種真空隔熱材，具備由纖維聚集體所構成之芯材、及被覆前述芯材之外包材，前述外包材的內部係被減壓密封之真空隔熱材，前述芯材係以從前述外包材的內部取出、在大氣壓下壓縮至50%的厚度時之壓縮應力為5kPa以下的狀態下被前述外包材被覆，前述芯材在前述大氣壓下之厚度為前述芯材被前述外包材被覆時之厚度的5倍以上。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之真空隔熱材，其中前述纖維聚集體係玻璃棉。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之真空隔熱材，其中前述纖維聚集體係不經由結合劑結著者。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之真空隔熱材，其中前述纖維聚集體係不經加熱加壓成形者。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之真空隔熱材，其中前述芯材的端部與前述外包材的熔接密封部之間的距離為5mm 以上且100mm以下。
7. 一種真空隔熱材之製造方法，具備下述的步驟：使用外包材被覆由纖維聚集體所構成的芯材之步驟；在將前述外包材的內部減壓之前，藉由外力將前述芯材及前述外包材一體地壓縮，使前述芯材成為壓縮狀態之步驟；在前述壓縮狀態下，在前述外包材的周緣部之中相對的2邊形成熔接密封部之步驟；以及在形成前述熔接密封部之後，將前述外包材的內部進行減壓密封而得到真空隔熱材之步驟；被前述外包材被覆之前的前述芯材之厚度在大氣壓下壓縮至50%的厚度時之壓縮應力為5kPa以下，前述芯材在前述大氣壓下之厚度為前述芯材被前述外包材被覆時之厚度的5倍以上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之真空隔熱材之製造方法，其中前述熔接密封部係在前述壓縮狀態下，藉由將前述外包材的周緣部之中的1邊熔接，之後將與前述1邊相對的另一邊熔接而形成。
9. 一種隔熱箱，具備如申請專利範圍第1至6項任一項所述之真空隔熱材。