WO2015159646A1 - 真空断熱材、及びそれを備えた保温体 - Google Patents

真空断熱材、及びそれを備えた保温体 Download PDF

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fiber sheet
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俊雄 篠木
慶和 矢次
俊圭 鈴木
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vacuum heat insulating material that can be easily bent, and a heat insulator provided with the same.
  • glass wool is used as a heat insulating material used for a hot water supply system, a heating system, and a cooling / heating device, but a vacuum heat insulating material has been proposed from the viewpoint of energy saving.
  • the vacuum heat insulating material can reduce the thermal conductivity by one digit or more as compared with the glass wool heat insulating material, and has higher heat insulating performance than the glass wool heat insulating material.
  • the object to which the vacuum heat insulating material such as a cooling / heating device is attached includes not only a surface on which the vacuum heat insulating material is attached, but also a curved surface. Therefore, there is a need to process and use the vacuum heat insulating material so as to have a curved surface, and various vacuum heat insulating materials that facilitate bending are proposed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
  • Patent Document 1 facilitates bending of a three-dimensional shape of a vacuum heat insulating material by forming grooves or irregularities in the vacuum heat insulating material.
  • the outer packaging material into which the core material is inserted is clamped with a mold from above and below in a vacuum to form grooves or irregularities in the vacuum heat insulating material.
  • Patent Document 2 facilitates bending by forming grooves in the vacuum heat insulating material.
  • the technique described in Patent Document 2 forms a groove in a side surface perpendicular to the thickness direction of the heat insulating material by compressing the vacuum heat insulating material.
  • the core material made of a lump of fiber such as glass wool is vacuum-sealed in the jacket material, and in order to improve the heat insulation performance of the vacuum insulation material, the fiber orientation of the core material Are arranged so as to be orthogonal to or substantially orthogonal to the thickness direction of the vacuum heat insulating material.
  • the core material (core material) is vacuum-sealed with an outer packaging material (covering material), and the core material and the outer packaging material are clamped with a mold to form protrusions. ing. Due to the process of forming the protrusions, the fibers of the core material (core material) sometimes face the thickness direction of the vacuum heat insulating material. When the fibers of the core material are oriented in the thickness direction of the vacuum heat insulating material, there is a problem that the heat conduction through the fibers of the core material increases and the heat insulating performance of the vacuum heat insulating material decreases.
  • the core material is vacuum-sealed with an outer packaging material, and the core material and the outer packaging material are compression-molded to form a groove. Due to the process of forming the grooves, the fibers of the core material (core material) are directed in the thickness direction of the vacuum heat insulating material, and there is a problem that the heat insulating performance of the vacuum heat insulating material is deteriorated.
  • the present invention was made in order to solve the above-described problems, and while being easy to form a curved surface or to facilitate bending, a vacuum heat insulating material that can suppress a decrease in heat insulating performance, And it aims at providing the heat insulating body provided with it.
  • the vacuum heat insulating material according to the present invention includes a core material configured by a single layer or a plurality of laminated fiber sheets having heat insulating fibers extending in a plane direction, and a jacket material that houses the core material. It is a vacuum heat insulating material that can be formed and bent at least partially into a curved shape, and the fiber sheet is formed by extending a part of the heat insulating fiber in the thickness direction of the fiber sheet. And having a plurality of fiber holes formed on at least one surface.
  • the vacuum heat insulating material according to the present invention is easy to bend because the concave fiber hole is formed. Moreover, since it has the thickness direction fiber which cross
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a vacuum heat insulating material 10 according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of a fiber sheet 11 of the vacuum heat insulating material 10 according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view obtained by bending the vacuum heat insulating material 10 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the vacuum heat insulating material 10 according to the first embodiment includes a core material 3 made of a fiber sheet 11 having heat insulating fibers 5 made of glass as a laminate, and a resin or metal foil, for example. And a covering material 4 that seals the core material 3 with the covering sheet 4a.
  • the vacuum heat insulating material 10 has a planar shape before bending (bending).
  • the fiber sheet 11 has the heat insulation fiber 5 extended in the surface direction (sheet shape), and the thickness direction fiber 6 which regulates the motion of the heat insulation fiber 5 as shown in FIG.
  • the thickness direction fibers 6 are formed so as to extend in the thickness direction of the fiber sheet 11 (up and down direction in FIG. 2) and are distributed on the surface of the fiber sheet 11.
  • the heat insulating fibers 5 and the thickness direction fibers 6 intersect so as to be orthogonal to each other, but are not necessarily orthogonal. , May be deviated from orthogonal.
  • the thickness direction fiber 6 is formed, for example, by inserting a needle used in the needle punch manufacturing method into the fiber sheet 11. And the concave fiber hole 7 dented in the thickness direction of the fiber sheet 11 is formed by forming the thickness direction fiber 6. That is, the thickness direction fibers 6 and the concave fiber holes 7 are obtained as a result of the heat insulating fibers 5 extending in the thickness direction of the fiber sheet 11 by inserting a needle into the fiber sheet 11.
  • the concave fiber hole 7 is formed as a result of the heat insulation fiber 5 arrange
  • the concave fiber hole 7 is formed on the inner peripheral side (inner side) when the fiber sheet 11 is bent, and is not formed on the outer peripheral side (outer side) opposite to the inner peripheral side. That is, the thickness direction fiber 6 is formed in a convex shape whose inner peripheral side is opened as a concave fiber hole 7.
  • the concave fiber hole 7 is preferably formed so that its diameter is, for example, about 0.3 to 1.0 mm. Moreover, the concave fiber hole 7 may or may not penetrate both surfaces of the fiber sheet 11 in the process of formation. However, in the fiber sheet 11 after penetration molding, the concave fiber hole 7 is formed on the surface on the entry side of the needle, but the fiber curved in a convex shape is formed on the surface opposite to the entry side.
  • the concave fiber hole 7 corresponds to the “fiber hole” of the present invention.
  • the core material 3 is formed by laminating a plurality of fiber sheets 11 cut in advance to a desired size from the lower side (in FIG. 1) to the upper side.
  • the core material 3 is enclosed (vacuum sealed) in the jacket material 4.
  • the number and thickness of the fiber sheets 11 are set so that the vacuum heat insulating material 10 has a desired thickness, assuming, for example, a compressive strain due to a pressure difference between atmospheric pressure and vacuum.
  • seat structure may be sufficient without laminating
  • E glass is employed as the material for the heat insulating fibers 5 and the thickness direction fibers 6, for example.
  • a filament having a diameter of about 6 to 20 ⁇ m is manufactured by using a continuous filament manufacturing method.
  • chopped fibers are produced by cutting the filaments so that the average length is about 30 mm or more.
  • the chopped fiber is dispersed in a flat shape while being opened. Thereby, the sheet-like member with which the axial direction of the heat insulation fiber 5 is substantially parallel to a plane can be manufactured.
  • the fiber sheet 11 can be manufactured through these steps.
  • the manufactured fiber sheet 11 is wound up, for example, on a roll.
  • the fiber of the fiber sheet 11 does not necessarily need to be a chopped fiber, and may be a continuous fiber in which continuous filaments are once bundled into a plurality of fibers and then spread to form a plane, or these continuous fibers and chopped fibers. And may be blended.
  • the fiber sheet 11 does not need to be wound up by a roll, for example, may be cut
  • the jacket material 4 accommodates the core material 3 in which a plurality of fiber sheets 11 in which the thickness direction fibers 6 are formed are stacked in two jacket sheets 4a.
  • the jacket material 4 is a laminate structure.
  • the ON (stretched nylon) layer is 25 ⁇ m
  • the PET (polyester) layer is 12 ⁇ m
  • the AL (aluminum) foil layer is 7 ⁇ m
  • the envelope material 4 made into a bag in advance with the two envelope sheets 4a is prepared, and the core material 3 is dried, and then inserted into the envelope material 4 together with the gas adsorbent. This is then placed in a vacuum chamber. Then, the vacuum chamber is depressurized to a preset pressure, for example, a vacuum pressure of about 0.1 to 3 Pa. In this state, the remaining opening of the jacket material 4 is sealed by heat sealing. Finally, the vacuum heat insulating material 10 is obtained by returning the inside of the vacuum chamber to the atmospheric pressure and taking it out of the vacuum chamber.
  • the core material 3 is disposed in the vacuum chamber so as to be sandwiched between the two outer cover sheets 4a, and after the vacuum chamber is depressurized, the upper and lower outer cover sheets 4a are sealed by heat sealing. May be. Moreover, in order to remove the moisture contained in the fiber sheet 11, in addition to the process of heating the fiber sheet 11 before and after sheet cutting, a process of heating in a vacuum process may be provided to remove this moisture. Moreover, you may heat-process the jacket material 4 in advance.
  • gas adsorbents for example, those made of calcium oxide (CaO), those made of zeolite, those made of molecular sieves, those made of iron powder, those made of lithium, Those using barium as a material may be used alone, or a plurality of them may be used in combination so as to share functions according to the target gas species to be adsorbed, the adsorption speed, and the like.
  • CaO calcium oxide
  • zeolite those made of zeolite, those made of molecular sieves, those made of iron powder, those made of lithium
  • iron powder those made of lithium
  • the thickness direction fibers 6 when considered in a first direction parallel to the surface of the fiber sheet and a second direction parallel to the surface and perpendicular to the first direction, the thickness direction fibers 6 are arranged so as to be aligned in the first direction. While forming, the thickness direction fiber 6 is formed so that it may line up also in a 2nd direction. And the space
  • the fiber diameter ⁇ of the heat insulating fiber 5 (and the thickness direction fiber 6) is 6 ⁇ m
  • the fiber basis weight of the fiber sheet is about 240 g / m 2
  • the average thickness of the fiber sheet is about 3 mm.
  • the needle punching process was performed only from one side of the fiber sheet. Then, regardless of which surface of the produced fiber sheet the concave fiber hole 7 is formed, 15 fiber sheets are randomly stacked, and three kinds of vacuum heat insulating materials are produced by the above-described method, and heat conduction is performed. Each rate was measured.
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material having a distance between the thickness direction fibers 6 of about 1.5 mm is 0.0034 W / (m ⁇ K)
  • the distance between the thickness direction fibers 6 is approximately
  • the heat conductivity of the vacuum heat insulating material of 3 mm is 0.0022 W / (m ⁇ K)
  • the heat conductivity of the vacuum heat insulating material where the distance between the fibers 6 in the thickness direction is about 4 mm is 0.0017 W / (m ⁇ K).
  • the interval between the thickness direction fibers 6 is widened, the number of glass fibers facing the fiber stacking direction is reduced, so that solid heat conduction (heat conduction by the fibers) is suppressed and heat insulation performance can be improved.
  • the distance between the fibers 6 in the thickness direction is wider than 4 mm, the binding force between the fibers is insufficient, and it becomes difficult to form a sheet (fabrication of the fiber sheet).
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material with the distance between the thickness direction fibers 6 of about 1.5 mm is 0.0041 W / (m ⁇ K)
  • the distance between the thickness direction fibers 6 is about
  • the heat conductivity of the vacuum heat insulating material of 3 mm is 0.0029 W / (m ⁇ K)
  • the heat conductivity of the vacuum heat insulating material in which the distance between the thickness direction fibers 6 is about 4 mm is 0.0023 W / (m ⁇ K). K)
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material 10 according to the first embodiment Therefore, the above-described three types of vacuum heat insulating material 10 according to Embodiment 1 were produced and performance evaluation was performed.
  • the fiber sheet 11 was laminated
  • the vacuum heat insulating material 10 is curved-surface shape with a curvature radius of about 190 mm like Comparative Example 2 so that all the concave fiber holes 7 of the laminated fiber sheets 11 are distributed on the inner peripheral side.
  • the thermal conductivity was measured for each.
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material 10 in which the distance between the thickness direction fibers 6 is about 1.5 mm is 0.0038 W / (m ⁇ K)
  • the distance between the thickness direction fibers 6 is The heat conductivity of the vacuum heat insulating material 10 of about 3 mm is 0.0026 W / (m ⁇ K)
  • the heat conductivity of the vacuum heat insulating material 10 in which the distance between the fibers 6 in the thickness direction is about 4 mm is 0.0021 W / (M ⁇ K).
  • the heat insulating performance could be greatly improved. This is related to the fact that the fiber sheet 11 bent so that the concave fiber holes 7 are distributed on the outer peripheral side is deformed along the thickness direction fibers 6 in the direction in which the concave fiber holes 7 are opened.
  • the fiber sheet 11 in the fiber sheet laminated so that the concave fiber hole 7 is on the outer peripheral side, the fiber sheet 11 is bent to act so that the space of the concave fiber hole 7 is widened.
  • the remaining gas molecules easily move in the stacking direction, that is, in the heat transfer direction.
  • the vacuum heat insulating material according to the comparative example 2 in which the fiber sheets 11 are randomly laminated includes the fiber sheet 11 in which the concave fiber holes 7 are distributed on the outer peripheral side, so that it is assumed that the thermal conductivity is increased. Is done.
  • the vacuum heat insulating material 10 according to the first embodiment in which the surface on which the concave fiber hole 7 is formed is on the inner peripheral side of the fiber sheet 11 has the concave fiber hole 7 due to the inner / outer peripheral difference generated during bending. It is thought that the performance improvement was achieved because it acted in the direction of blocking and gas heat conduction could be suppressed.
  • FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view of a fiber sheet 11a of a vacuum heat insulating material according to Comparative Example 3.
  • Comparative Example 3 will be described with reference to FIG.
  • the concave fiber hole 7 is formed on one surface of the fiber sheet 11a, and the second concave fiber hole 7a is formed on the other surface.
  • the fiber sheet 11a has a thickness direction fiber 6 that is recessed from one surface side to the other surface side, and a second thickness direction fiber 6a that is recessed from the other surface side to the one surface side, respectively. Is formed.
  • the needle punch process was performed on both surfaces of the fiber sheet 11a.
  • a fiber sheet 11a having a specification according to (2) of comparative example 1 was produced. Specifically, since the needle punching process was performed from both sides, the thickness direction fiber 6 spacing on one side was set to about 6 mm. The needle punching process was performed only on one side, and the thickness direction fiber 6 spacing was set to about 3 mm. The specifications were almost the same as the ones made.
  • the thermal conductivity of the flat-plate-shaped vacuum heat insulating material 10 was 0.0022 W / (m ⁇ K), which was almost the same as the result of trial manufacture in the first embodiment.
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material 10 is 0.0028 W / (m ⁇ K), and as described in Comparative Example 2, it is close to the result of randomly laminating fiber sheets, and vacuum A decrease in heat insulation performance related to the thermal conductivity of the heat insulating material was observed.
  • the concave fiber hole 7 is on the outer peripheral side, it is presumed that a space in which gas is easily moved when bent is formed, gas heat conduction is increased, and heat insulation performance is lowered.
  • the thermal conductivity of the flat plate vacuum heat insulating material was a thermal conductivity meter manufactured by Eihiro Seiki Co., Ltd.
  • the heat conductivity of the curved vacuum heat insulating material is the same as that of the thermal conductivity meter, and the vacuum heat insulating material is sandwiched by a curved heat flux sensor, with one of the heating section and the other.
  • a device with a cooling part was manufactured and obtained from the relationship between the amount of heat transfer and the thickness by a steady method.
  • the vacuum heat insulating material with a fiber sheet thickness of about 8 mm has a thermal conductivity of 0.0027 W / (m ⁇ K), and the vacuum heat insulating material with a fiber sheet thickness of about 11 mm has a heat conductivity.
  • the rate was 0.0030 W / (m ⁇ K). This is considered to be because when the thickness of the fiber sheet is thick, the heat insulating fibers 5 constituting the fiber sheet are easily inclined in the stacking direction (thickness direction), and solid heat conduction from the heat insulating fibers 5 is increased.
  • the relationship between the thickness t of the fiber sheet 11, the distance Px between the thickness direction fibers 6, and the thermal conductivity is arranged, and the thermal conductivity is 0.0025 W / (m ⁇ K) or less.
  • the thermal conductivity is 0.0025 W / (m ⁇ K) or less.
  • the vacuum heat insulating material 10 according to the first embodiment, not only can a low thermal conductivity be achieved in a flat plate shape, but also deterioration of the thermal conductivity can be suppressed even when the curved surface shape is formed. Can do. Therefore, for example, it is possible to suppress heat dissipation from the circumference of a curved hot water storage tank used in a hot water supply system, a heating system, and the like, and a highly efficient system can be realized.
  • the concave fiber holes 7 of the fiber sheet 11 are distributed is formed so as to be on the inner peripheral side of the vacuum heat insulating material 10, so as to be on the inner peripheral side of the vacuum heat insulating material 10, the concave fiber holes 7 become smaller when the vacuum heat insulating material 10 is bent. It acts like this, and the fall of the heat insulation performance by gas heat conduction can be controlled.
  • Embodiment 2 FIG.
  • the second embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the first embodiment. Further, (part of) the description overlapping with that of the first embodiment is omitted, and the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as those of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view when the core material 3 of the vacuum heat insulating material 20 according to Embodiment 2 of the present invention is configured by a single-layer fiber sheet 21.
  • the core material 3 of the vacuum heat insulating material 20 according to Embodiment 2 is composed of a single-layer fiber sheet 21 in which the thickness direction fibers 6 are formed as shown in FIG.
  • the vacuum heat insulating material 20 according to the second embodiment has the following effects in addition to the same effects as the vacuum heat insulating material 10 according to the first embodiment.
  • the vacuum heat insulating material 20 which concerns on this Embodiment 2 since the fiber sheet 21 is produced by desired thickness and the core material 3 is comprised with the single-layer fiber sheet 21, the lamination process of the fiber sheet 21 is unnecessary. Become.
  • the heat insulation fiber 5 may incline in the heat transfer direction (thickness direction) as the thickness of the fiber sheet 21 is large, the curved vacuum heat insulating material 20 can be manufactured at a lower cost.
  • Embodiment 3 FIG.
  • the third embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first and second embodiments. Further, (part of) the description overlapping with those in the first and second embodiments is omitted, and the same or corresponding parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals.
  • FIG. 6 is an inclined schematic diagram showing a curved vacuum heat insulating material 30 according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. 7 shows a fiber sheet 31 of the vacuum heat insulating material 30 according to Embodiment 3 of the present invention. It is a surface schematic diagram.
  • the direction in which the curved vacuum heat insulating material 30 is bent is the H direction
  • the direction orthogonal to the H direction is the V direction. 4 is indicated by a broken line.
  • FIG. 6 is an inclined schematic diagram showing a curved vacuum heat insulating material 30 according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. 7 shows a fiber sheet 31 of the vacuum heat insulating material 30 according to Embodiment 3 of the present invention. It is a surface schematic diagram.
  • the direction in which the curved vacuum heat insulating material 30 is bent is the H direction
  • the direction orthogonal to the H direction is the V direction. 4 is indicated by a broken line.
  • the concave fiber holes 7 shows a state in which the concave fiber holes 7 are distributed on the surface of the fiber sheet 31, and a plurality of the concave fiber holes 7 are formed at intervals P in one of two directions orthogonal to each other. In the other direction, a plurality are formed at intervals R, and R ⁇ P.
  • the direction in which the concave fiber holes 7 are formed at the interval R is the feeding direction of the fiber sheet 31 using a conveyor and a roll winding device when performing the needle punching process, the sheet is formed. It was possible.
  • the fiber sheet 31 thus formed into a sheet was laminated so that the surfaces on which the concave fiber holes 7 were formed were in the same direction to form the core material 3, and the vacuum heat insulating material 30 was produced.
  • the vacuum heat insulating material 30 was bent with a radius of curvature of 190 mm so that the concave fiber holes 7 were on the inner peripheral side of the curved vacuum heat insulating material 30. Furthermore, (1) the vacuum heat insulating material 30 in which the direction in which the concave fiber holes 7 are formed at the interval R is the H direction, and the direction in which the concave fiber holes 7 are formed at the interval P is the V direction; (2) Two types of the vacuum heat insulating material 30 in which the direction in which the concave fiber holes 7 are formed at the interval R is the V direction and the direction in which the concave fiber holes 7 are formed at the interval P is the H direction. Samples were prepared and the thermal conductivity of each was measured. At this time, the number of the concave fiber holes 7 per unit area of the fiber sheet 31 is constant.
  • the heat conductivity of the vacuum heat insulating material 30 of (1) is 0.0018 W / (m ⁇ K)
  • the heat conductivity of the vacuum heat insulating material 30 of (2) is 0.0020 W / (m ⁇ K).
  • the concave fiber holes 7 are arranged at different intervals in the bending direction (H direction) of the fiber sheet 31 and the direction (V direction) orthogonal to the bending direction, and the core material 3 is included in the interval of the concave fiber holes 7. It can be seen that the vacuum heat insulating material 30 should be formed in a curved shape so that the narrower one becomes the bending direction (H direction) of the fiber sheet 31.
  • the concave fiber hole 7 is formed so that R ⁇ P, the direction in which the concave fiber hole 7 is formed at the interval P is aligned with the V direction, and the direction in which the concave fiber hole 7 is formed at the interval R By matching with the H direction, higher heat insulation performance can be obtained.
  • the vacuum heat insulating material 30 according to the third embodiment has a thickness direction per unit area of the fiber sheet 31 as compared with the vacuum heat insulating material 10 in which the distance between the thickness direction fibers 6 according to the first embodiment is about 3 mm. This is probably because solid heat conduction was suppressed due to the decrease in the number of fibers 6.
  • the vacuum heat insulating material 30 when the vacuum heat insulating material 30 is formed into a curved shape, the deep wrinkles formed on the inner peripheral side are suppressed by bending the fibers in the thickness direction 6 as a base point, and the fibers constituting the core material 3 This is probably because the proportion of the heat insulating fibers 5 of the sheet 31 inclined in the heat transfer direction (thickness direction or lamination direction) is reduced, and solid heat conduction is suppressed. Therefore, even if the vacuum heat insulating material 30 according to the third embodiment is formed in a curved surface shape, the thermal conductivity is unlikely to decrease and is a high performance one.
  • the vacuum heat insulating material 30 to which the fiber sheet 31 satisfying R ⁇ P is formed into a curved surface shape having a curvature radius of 85 mm the vacuum heat insulating material 30 having a curved surface shape with very few wrinkles on the inner peripheral surface is obtained.
  • the vacuum heat insulating material 30 having a curved surface shape with very few wrinkles on the inner peripheral surface is obtained.
  • high heat insulating performance can be ensured.
  • the vacuum heat insulating material 30 according to the third embodiment has the following effects in addition to the same effects as the vacuum heat insulating material 10 according to the first embodiment.
  • the concave fiber holes 7 are arranged on the surface of the fiber sheet 31 in the V direction orthogonal to the H direction that is the bending direction of the vacuum heat insulating material 30 (rather than the interval R). A plurality are formed at a wide interval P. By doing so, the number of the thickness direction fibers 6 per unit area of the fiber sheet 31 is reduced, and a decrease in heat insulation performance due to solid heat conduction can be suppressed.
  • the vacuum heat insulating material 30 when the vacuum heat insulating material 30 is formed into a curved surface shape, the fiber forming the core material 3 is suppressed because deep wrinkles formed on the inner peripheral side are suppressed because the thickness direction fiber 6 is bent as a base point. The rate at which the heat insulating fibers 5 of the sheet 31 are inclined in the heat transfer direction is reduced, and a decrease in heat transfer efficiency can be suppressed. Furthermore, since the vacuum heat insulating material 30 is bent using the thickness direction fibers 6 as a base point, the vacuum heat insulating material 30 can be formed into a curved surface shape with a large curvature such as a curvature radius of 85 mm.
  • Embodiment 4 FIG.
  • a fourth embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first to third embodiments. Further, (part of) the description overlapping with the first to third embodiments is omitted, and the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as the first to third embodiments.
  • Embodiment 4 when producing a fiber sheet, when the filament bundle is opened and the fibers are spread in a planar laminated structure, the direction in which the heat insulating fibers 5 face is parallel to the surface of the fiber sheet.
  • the ratio in which the fibers face is different between the direction and the second ratio direction parallel to the surface of the fiber sheet and orthogonal to the first ratio direction.
  • the core material 3 is comprised by laminating
  • a vacuum heat insulating material was produced by the same method as in the third embodiment, and the vacuum heat insulating material was formed into a curved shape so as to have a curvature radius of 190 mm.
  • the direction in which the ratio of facing fibers is small is the direction in which the fiber is easily bent. Therefore, in the vacuum heat insulating material, the H direction shown in FIG. 6 is a direction in which the ratio of fibers is small, and the V direction is a direction in which the ratio of fibers is large.
  • 0.0017 W / (m ⁇ K) was obtained.
  • the vacuum heat insulating material according to the fourth embodiment has the following effects in addition to the same effects as the vacuum heat insulating material 10 according to the first embodiment.
  • the core material 3 is configured by laminating fiber sheets so that the first ratio direction and the second ratio direction are aligned between the fiber sheets, and the fibers
  • the direction in which the ratio of facing is small was defined as H direction
  • the direction in which the ratio of facing fiber was large was defined as V direction.
  • Embodiment 5 FIG.
  • the fifth embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first to fourth embodiments. Further, (part of) the description overlapping with the first to fourth embodiments is omitted, and the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as those of the first to fourth embodiments.
  • FIG. 8 is an inclined schematic view of a hemispherical vacuum heat insulating material 50 according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 9 is a fiber sheet of the hemispherical vacuum heat insulating material 50 according to Embodiment 5 of the present invention
  • FIG. 10 is a surface schematic diagram of the fiber sheet 51a of the vacuum heat insulating material 50a different from FIG.
  • the vacuum heat insulating material 50 according to the fifth embodiment is formed and installed in a hemispherical shape (hemispherical shell shape) so as to cover the end plate portion of the heat retaining body 16 that stores the heat medium as shown in FIG. ing. That is, the core material 3 of the vacuum heat insulating materials 50 and 50a is formed in a hemispherical shape. Further, the heat retaining body 16 and the vacuum heat insulating material 50 constitute a heat retaining body.
  • concave fiber holes 7 are formed radially from the center as shown in FIG. 9 or concave fiber holes 7 as shown in FIG. It is distributed concentrically from the center.
  • the concave fiber holes 7 of the fiber sheets 51 and 51a are distributed radially or concentrically around the top of the hemisphere.
  • the radius of the hemisphere at this time was about 190 mm.
  • wet glass fiber sheets made by making short glass fibers, dry glass fiber sheets made by spinning glass with a spinner using a spinner, etc. have a smooth end plate shape. I could't.
  • both samples could be formed in a hemispherical shape along the curved surface.
  • the concave fiber hole 7 was formed in a hemispherical shape so as to be on the outer peripheral side, but compared with the case where the concave fiber hole 7 was on the inner peripheral side, the vacuum heat insulating materials 50, 50a The wrinkles on the inner circumference became deeper. This is considered to be because the space of the concave fiber hole 7 has an effect of absorbing the inner and outer peripheral differences of the vacuum heat insulating materials 50 and 50a during bending. Further, as shown in the first embodiment, it is possible to suppress the movement of the gas remaining inside the vacuum heat insulating materials 50 and 50a when the concave fiber hole 7 is formed on the inner peripheral side. The above is also considered preferable.
  • the vacuum heat insulating materials 50 and 50a according to the fifth embodiment have the following effects in addition to the same effects as the vacuum heat insulating material 10 according to the first embodiment. According to the vacuum heat insulating materials 50 and 50a according to the fifth embodiment, they are formed in a hemispherical shape, and the concave fiber holes 7 of the fiber sheets 51 and 51a are distributed radially or concentrically around the top of the hemisphere. Yes. Even if it is such a shape, the fall of the heat insulation performance of the vacuum heat insulating materials 50 and 50a can be suppressed.
  • the vacuum heat insulating materials 50 and 50a can be attached to the end plate part which becomes the ceiling part of the to-be-heated body 16 where temperature tends to be high, and effective heat radiation suppression of the to-be-heated body 16 can be achieved.
  • the to-be-heated body 16 comprises a part of hot water supply system, for example, the high efficiency of a hot water supply system can be achieved.
  • the concave fiber holes 7 on the surfaces of the fiber sheets 51 and 51a have a radial shape or a concentric circular shape, but these are combined, that is, the concave fiber holes 7 on the surfaces of the fiber sheets 51 and 51a.
  • Embodiment 6 FIG.
  • the sixth embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first to fifth embodiments. Further, (part of) the description overlapping with the first to fifth embodiments is omitted, and the same or corresponding parts as those of the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals.
  • FIG. 11 is an enlarged schematic cross-sectional view of the fiber sheet 61 of the vacuum heat insulating material 60 according to Embodiment 6 of the present invention.
  • the sliding film 12 that reduces friction is inserted between the inner peripheral surface of the core material 3 and the outer cover sheet 4a.
  • it is the same as that of the vacuum heat insulating material 10 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 11 is the same as that of the vacuum heat insulating material 10 which concerns on Embodiment 1.
  • the slip film 12 is provided between the inner peripheral surface (fiber sheet 11 on the inner peripheral side) of the core material 3 and the outer cover material 4, so that the bending film has a high porosity and a stretchable laminate.
  • the made fiber sheet 11 and the outer covering material 4 having little stretchability are less likely to be restrained from each other.
  • the sliding film 12 is composed of a single film having a small coefficient of friction such as a PET film or a laminate of a plurality of films, and the thickness of the sliding film 12 may be 100 ⁇ m or less.
  • the friction (stress) generated between the fiber sheet 61 and the jacket material 4 during bending can be reduced by sliding the film single films.
  • fibers of the fiber sheet 61 may rise at the wrinkles generated by bending the vacuum heat insulating material 60, but by arranging the sliding film 12 between the fiber sheet 61 and the jacket material 4. In addition, the rising of the fibers of the fiber sheet 61 can be suppressed.
  • the heat insulating performance of the vacuum heat insulating material 60 according to the sixth embodiment manufactured in this manner was evaluated in the same manner as in the first embodiment.
  • the vacuum heat insulating material without the sliding film 12 was inserted into the inner peripheral surface of the bending process while the core material 3 was bent in the entire radial direction. This was not seen in the vacuum heat insulating material 60 that has been used.
  • the vacuum heat insulating material 60 according to the sixth embodiment has the following effects in addition to the same effects as the vacuum heat insulating material 10 according to the first embodiment.
  • the vacuum heat insulating material 60 according to the sixth embodiment since the sliding film 12 having a small friction coefficient is provided between the inner peripheral surface of the core material 3 and the outer covering material 4, the vacuum heat insulating material 60 has a large curvature. In the case of bending, the friction between the core material 3 and the jacket material 4 is reduced and it becomes easy to slip, so that the formation of a large bent portion can be suppressed.
  • the same effect can be acquired using the vacuum heat insulating material 60 also to a site
  • Embodiment 7 FIG.
  • the seventh embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first to sixth embodiments. Further, (part of) the description overlapping with those in the first to sixth embodiments is omitted, and the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as in the first to sixth embodiments.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the heat retention tank 13 according to Embodiment 7 of the present invention.
  • a cylindrical vacuum heat insulating material 70a is wound around the outer periphery of the tank body portion 14a of the cylindrical heat retaining tank 13 that stores the heat medium.
  • the tank upper end plate portion 14b is covered with a curved vacuum heat insulating material 70b
  • the tank lower end plate portion 14c is covered with a curved non-vacuum heat insulating material 15.
  • the heat insulating tank 13 and the vacuum heat insulating materials 70a and 70b (and the non-vacuum heat insulating material 15) constitute a heat insulating body.
  • the vacuum heat insulating materials 70a and 70b have the same specifications as those shown in the third and fifth embodiments, and the manufacturing method was performed according to the procedure shown in the first embodiment.
  • the non-vacuum heat insulating material 15 is an EPS (bead method expanded polystyrene) heat insulating material, and is formed according to the shape of the tank lower end plate portion 14 c in the lower part of the heat retaining tank 13.
  • the inside of the heat insulation tank 13 is filled with water and is boiled up by a heating source (not shown).
  • a heating source a method of directly heating from an electric heater provided inside the heat retaining tank 13, or an indirect heating by circulating water from another heat source, for example, an exhaust heat recovery system such as a fuel cell power generation system, etc. There is a technique.
  • the heat retaining tank 13 having a body diameter of 600 mm and a capacity of 370 L, the inside of the heat retaining tank 13 was filled with warm water of 90 ° C. with an electric heater, and the heat radiation was evaluated in an environment where the outside air was set to 4 ° C.
  • the heat radiation amount of the heat insulating tank 13 was measured before and after 8 hours.
  • the tank upper end plate part 14b was changed to the non-vacuum heat insulating material 15 (others were not changed), and the heat release amount of the heat retaining tank 13 was measured before and after 8 hours, and the heat release amounts of both were compared.
  • the heat insulating material of the tank upper end plate portion 14b was the vacuum heat insulating material 70b
  • the total heat radiation amount was reduced by about 10% compared to the case where the heat insulating material was the non-vacuum heat insulating material 15. .
  • the heat insulating tank 13 according to the seventh embodiment can apply the vacuum heat insulating material 70b to the tank upper end plate portion 14b, and the cylindrical heat insulating tank 13 having high heat insulation with the outside air by reducing the heat radiation amount. Can be realized.
  • the arrangement of the heat insulating material is not limited to this, and it is desirable to separately arrange the heat insulating material at a necessary portion in order to prevent heat leakage from a gap serving as a joint between the heat insulating materials.
  • the non-vacuum heat insulating material 15 is not limited to this, and may be a heat insulating material such as glass wool.
  • the fibers of the fiber sheet do not necessarily have to be glass fibers, and high fiber such as polyester, polypropylene, polystyrene, etc. It may be a fiber of molecular material.
  • the fiber of the fiber sheet is a polymer material such as these, for example, using a spunbond manufacturing method, resin pellets are melted and extruded from a nozzle, and then cooled using an ejector while spinning and spinning. Good. The spun fibers are accumulated on a belt conveyor to form a low weight sheet (thin sheet). Thereafter, a fiber sheet is formed by a needle punch manufacturing method to form a sheet roll.
  • the fiber of the fiber sheet is a polymer material, it can be similarly produced.
  • Embodiment 8 FIG.
  • an eighth embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first to seventh embodiments. Further, (part of) the description overlapping with the first to seventh embodiments is omitted, and the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as those of the first to seventh embodiments.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the radius of curvature and the amount of heat release during bending of the vacuum heat insulating material according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a prediction of the relationship between the amount of heat release with respect to the ratio between the interval Pi between the concave fiber holes 7 in the bending direction (H direction) of the vacuum heat insulating material and the curvature radius Ra when the vacuum heat insulating material is bent. is there.
  • the interval between the concave fiber holes 7 in the V direction of the concave fiber holes 7 is constant. That is, at the time of bending the vacuum heat insulating material, the number of the concave fiber holes 7 per unit area of the fiber sheet 11 is not constant.
  • the vacuum heat insulating material when the vacuum heat insulating material is bent and formed into a curved shape as shown in FIG. 6, in a region where Pi / Ra is approximately larger than 0.03, if the radius of curvature is small, the concave fiber hole 7 It can be seen that if the interval is not narrowed, the amount of heat release increases and the heat insulation performance tends to decrease. This is because when the vacuum heat insulating material is bent with a small radius of curvature, it is bent into a polygonal shape when the interval between the concave fiber holes 7 is wide as compared with the case of bending with a large radius of curvature. It is thought that the main factor is that heat transfer proceeds with a gap between the body and the body.
  • the portion near the polygonal bent portion is inclined in the radial direction (the thickness direction of the vacuum heat insulating material) to which the vacuum heat insulating material is attached, so that the solid heat conduction via the fiber inside the vacuum heat insulating material.
  • the main factor is considered to be large.
  • Pi / Ra exceeds 0.2, these influences are more exerted and the heat radiation amount is increased.
  • the amount of heat release is increased even in a region where Pi / Ra is small, and particularly in a region where Pi / Ra is smaller than 0.005, the amount of heat dissipation increases rapidly. This is because solid heat conduction from the thickness direction fibers 6 of the vacuum heat insulating material increases as the number of concave fiber holes 7 per unit area increases. Therefore, when Pi / Ra is set to 0.005 or more and 0.2 or less, a heat-radiating amount can be suppressed, and a bent vacuum heat insulating material having high heat insulating performance can be realized. In order to obtain higher heat insulation performance, it is preferable to take a margin and set Pi / Ra to be 0.007 or more and 0.15 or less.
  • the fiber sheet 11 can be produced with a constraint that enables binding to the interval between the concave fiber holes 7 depending on the sheet thickness and fiber length. That is, the range of Pi / Ra shown here does not indicate a range in which the fiber sheet 11 can be manufactured.
  • Embodiment 9 FIG.
  • the ninth embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the first to eighth embodiments. Further, (part of) the description overlapping with the first to eighth embodiments is omitted, and the same reference numerals are given to the same or corresponding parts as those of the first to eighth embodiments.
  • FIG. 14 is an enlarged schematic cross-sectional view obtained by bending the vacuum heat insulating material 90 according to Embodiment 9 of the present invention.
  • the core material 3 is configured by laminating a plurality of fiber sheets 91, and the interval between the concave fiber holes 7 in the bending direction is such that the fiber sheet 91 located on the outer peripheral side is on the inner peripheral side. It is wider than the fiber sheet 11 located in the area.
  • the radius of curvature differs between the fiber sheet 11 on the inner peripheral side and the fiber sheet 11 on the outer peripheral side during bending. . Therefore, in the ninth embodiment, the interval between the concave fiber holes 7 in the bending direction in the fiber sheet 91 on the outer peripheral side during bending is such that the concave fiber holes 7 in the bending direction in the fiber sheet 91 on the inner peripheral side in bending. It was made wider than the interval.
  • the distance between the concave fiber holes 7 in the bending direction in the fiber sheet 91 on the outer peripheral side during bending is such that the bending in the fiber sheet 91 on the inner peripheral side during bending is performed. It was made wider than the interval between the concave fiber holes 7 in the direction. Therefore, when the vacuum heat insulating material 90 is bent, the angle formed by the adjacent concave fiber holes in the bending direction can be made closer to the same angle in all the fiber sheets 11 having different circumferential lengths in the laminated structure. Therefore, bending is easy. Moreover, since the number of the thickness direction fibers 6 of the fiber sheet 91 which becomes an inner peripheral side at the time of a bending process can be reduced, the heat insulation performance can be improved.

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Abstract

 真空断熱材は、面方向に延びている断熱繊維(5)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(3)と、芯材(3)を収納する外被材(4)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、繊維シートは、断熱繊維(5)の一部が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(6)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ものである。

Description

真空断熱材、及びそれを備えた保温体
 本発明は、曲げ加工を容易にした真空断熱材、及びそれを備えた保温体に関するものである。
 給湯システム、暖房システム、及び冷熱機器などに用いられる断熱材としては、たとえばグラスウールなどが用いられるが、省エネ性の観点から真空断熱材が提案されている。
 真空断熱材は、グラスウールの断熱材と比較すると、熱伝導率を一桁以上小さくすることができるものであり、グラスウールの断熱材よりも断熱性能が高い。ここで、冷熱機器などの真空断熱材を取り付ける対象には、真空断熱材の取付面が平面形状を有するものだけでなく、曲面形状を有するものもある。そのため、真空断熱材を、曲面を有するように加工して使用するニーズが存在しており、曲げ加工を容易にした真空断熱材が各種提案されている(たとえば、特許文献1、2参照)。
 特許文献1に記載の技術は、真空断熱材に溝または凹凸を形成することにより、真空断熱材の立体形状の曲げ加工を容易にしたものである。なお、特許文献1に記載の技術では、たとえばコア材を挿入した外包材を真空中で上下から金型にてクランプすることによって、真空断熱材に溝または凹凸を形成している。
 特許文献2に記載の技術は、真空断熱材に溝を形成することにより、曲げ加工を容易にしたものである。なお、特許文献2に記載の技術は、真空断熱材を圧縮成形することにより、断熱材の厚み方向に直交する側面部に溝を形成している。
特開2007-205530号公報 特開2001-336691号公報
 一般的な真空断熱材においては、グラスウールのような繊維のかたまりでできた芯材が外被材に真空密閉されており、真空断熱材の断熱性能を向上させるために、芯材の繊維の向きは真空断熱材の厚さ方向と直交するように、あるいは概ね直交するように配置されている。
 しかし、特許文献1に記載された真空断熱材においては、芯材(コア材)を外包材(外被材)で真空密閉し、芯材及び外包材を金型でクランプして突起を形成している。この突起を形成する加工により、芯材(コア材)の繊維が、真空断熱材の厚さ方向に向いてしまう場合があった。芯材の繊維が真空断熱材の厚さ方向に向いてしまうと、芯材の繊維を介した熱伝導が増加し、真空断熱材の断熱性能が低下するという課題があった。
 また、平板形状の真空断熱材を曲げ加工すると、真空断熱材の外周側(外側)と内周側(内側)との間に周長差が生じ、この周長差を吸収するために曲げの内周側の外被材及びこれに隣接する芯材にシワが発生する場合があった。芯材にシワが発生すると、芯材の繊維が真空断熱材の厚さ方向に向いてしまい、芯材の繊維を介した熱伝導が増加し、真空断熱材の断熱性能が低下するという課題があった。
 特許文献2に記載された真空断熱材についても、芯材を外包材で真空密閉し、芯材及び外包材を圧縮成形して溝を形成している。この溝を形成する加工により、芯材(コア材)の繊維が、真空断熱材の厚さ方向に向いてしまい、真空断熱材の断熱性能が低下するという課題があった。
 本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、曲面状に形成しやすいながらも又は曲げ加工を容易にしつつも、断熱性能の低下を抑制することができる真空断熱材、及びそれを備えた保温体を提供することを目的としている。
 本発明に係る真空断熱材は、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ものである。
 本発明に係る真空断熱材によれば、凹型繊維孔が形成されているため曲げ加工が容易である。また、断熱繊維の積層面と交差する厚み方向繊維を有するため、断熱繊維の動きが厚み方向繊維に規制され、断熱繊維の向きが積層面からずれて、断熱繊維が真空断熱材の厚さ方向に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。
本発明の実施の形態1に係る真空断熱材を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態1に係る真空断熱材の繊維シートの拡大断面模式図である。 本発明の実施の形態1に係る真空断熱材を曲げ加工した拡大断面模式図である。 比較例3に係る真空断熱材の繊維シートの拡大断面模式図である。 本発明の実施の形態2に係る真空断熱材の芯材を単層の繊維シートで構成した場合の断面模式図である。 本発明の実施の形態3に係る曲面形状の真空断熱材を示す傾斜模式図である。 本発明の実施の形態3に係る真空断熱材の繊維シートの表面模式図である。 本発明の実施の形態5に係る半球形状の真空断熱材の傾斜模式図である。 本発明の実施の形態5に係る半球形状の真空断熱材の繊維シートの表面模式図である。 図9とは異なる真空断熱材の繊維シートの表面模式図である。 本発明の実施の形態6に係る真空断熱材の繊維シートの拡大断面模式図である。 本発明の実施の形態7に係る保温タンクの断面模式図である。 本発明の実施の形態8に係る真空断熱材の曲げ加工時の曲率半径と放熱量との関係図である。 本発明の実施の形態9に係る真空断熱材を曲げ加工した拡大断面模式図である。
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
 実施の形態1.
 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。
 繊維シート11は、図2に示すように面方向(シート状)に延びている断熱繊維5と、断熱繊維5の動きを規制する厚み方向繊維6と、を有している。厚み方向繊維6は、繊維シート11の厚み方向(図2の上下方向)に延びるように形成され、繊維シート11の面に分布するように形成されている。なお、厚み方向繊維6は繊維シート11の厚み方向に延びているものであるため、断熱繊維5と厚み方向繊維6とは直交するように交差しているが、必ずしも直交している必要はなく、直交からずれていてもよい。
 厚み方向繊維6は、たとえばニードルパンチ製法で用いるニードルを繊維シート11に挿入することで形成されたものである。そして、厚み方向繊維6が形成されたことによって、繊維シート11の厚み方向に凹んだ凹型繊維孔7が形成されている。すなわち、厚み方向繊維6及び凹型繊維孔7は、繊維シート11にニードルが挿入されることで、断熱繊維5が繊維シート11の厚み方向に延びるように形成された結果として得られるものである。
 そして、繊維シート11の面のうち、ニードルが侵入する側の面(図2の下側)に配置された断熱繊維5が、ニードルの侵入によって押し込まれた結果として、凹型繊維孔7が形成される。凹型繊維孔7は、繊維シート11が曲げられたときの内周側(内側)に形成され、その内周側の反対側の外周側(外側)には形成されていない。すなわち、厚み方向繊維6は、内周側が凹型繊維孔7として開口した凸型に形成されている。
 なお、凹型繊維孔7は、その直径が、たとえば0.3~1.0mm程度となるように形成されるとよい。また、凹型繊維孔7は、形成する過程で繊維シート11の両面を貫通していても、していなくてもよい。ただし、貫通成形後の繊維シート11は、ニードルの侵入側の面に凹型繊維孔7が形成されるが、その侵入側とは反対側の面には凸型に湾曲した繊維が形成される。
 なお、凹型繊維孔7は、本発明の「繊維孔」に相当する。
 芯材3は、図1に示すように、予め所望のサイズに切断された繊維シート11が、(図1の)下側から上側にかけて複数積層されて構成されたものである。そして、芯材3は、外被材4内に封入(真空密閉)されている。なお、繊維シート11の積層数及び厚みは、たとえば、大気圧と真空との圧力差による圧縮歪みを想定して、真空断熱材10が所望の厚みとなるように設定される。なお、所望の真空断熱材の厚みと繊維シート11の厚みとから、繊維シート11を積層せずに1枚構成であってもよい。
 断熱繊維5及び厚み方向繊維6の材質には、たとえばEガラスが採用される。断熱繊維5及び厚み方向繊維6は、たとえば連続フィラメント製法を利用して、直径6~20μm程度のフィラメントを製造する。次にそのフィラメントを、平均長が約30mm以上となるように切断したチョップド繊維(ガラス長繊維)を作製する。そしてそのチョップド繊維を開繊させながら平面状に分散させる。これにより、断熱繊維5の軸方向が平面とほぼ平行であるシート状部材を製造することができる。
 その後、ニードルパンチ製法を用いて断熱繊維5の一部が厚み方向繊維6となるように形成して断熱繊維5の動きを規制するとともに、シート状部材に凹型繊維孔7を形成する。これらの工程を経ることによって繊維シート11を製造することができる。製造された繊維シート11は、たとえばロールに巻き取られる。
 なお、繊維シート11の繊維は、必ずしもチョップド繊維である必要はなく、連続フィラメントを一旦複数に束ね、これを開繊して平面状に広げられた連続繊維でもよいし、これら連続繊維とチョップド繊維とが配合されたものでもよい。また、繊維シート11はロールに巻き取られなくてもよく、たとえば予め設定されたサイズに切断されてもよい。
 外被材4は、2枚の外被シート4a内に、厚み方向繊維6が形成された繊維シート11が複数積層された芯材3を収納しているものである。外被材4は、ラミネート構造体であり、たとえば、外側から内側に向かって、ON(延伸ナイロン)の層を25μm、PET(ポリエステル)の層を12μm、AL(アルミ)箔の層を7μm、及びCPP(未延伸ポリプロピレン)の層を30μm有するものである。
 次に、芯材3を外被材4に挿入して真空断熱材10を製造する方法について説明する。
 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。
 なお、芯材3を、2枚の外被シート4aによって挟み込まれる様に真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を減圧した後に、上下の外被シート4aの周囲をヒートシールにより密閉するようにしてもよい。また、繊維シート11に含有される水分を除去するために、シート裁断前後などで繊維シート11を加熱する工程以外に、真空過程で加熱する工程を設けてこの水分を除去してもよい。また、外被材4を事前に加熱処理してもよい。さらに、ガス吸着剤として、たとえば酸化カルシウム(CaO)を材料とするもの、ゼオライトを材料とするもの、モルキュラーシーブを材料とするもの、鉄粉を材料とするもの、リチウムを材料とするもの、バリウムを材料とするもの、などを単独で、または、吸着させる対象ガス種、吸着速度、などに応じて機能分担させるように、それらを複数組み合わせて用いてもよい。
[比較例1(繊維シートの積層方法について)]
 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。
 なお、本比較例では、繊維シートの面と平行な第1方向と、面と平行かつ第1方向と直交する第2方向とで考えた場合、第1方向に並ぶように厚み方向繊維6を形成するとともに、第2方向にも並ぶように厚み方向繊維6を形成している。そして、第1方向における隣接する厚み方向繊維6の間隔、及び第2方向における隣接する厚み方向繊維6の間隔が、同一となるようにした。
 また、本比較例では、断熱繊維5(及び厚み方向繊維6)の繊維径φを6μmとし、繊維シートの繊維目付量を約240g/mとし、繊維シートの平均厚みを約3mmとしている。ここで、ニードルパンチ処理は、繊維シートの片面側からのみ行った。そして、作製した繊維シートのどちらの面に凹型繊維孔7が形成されているかの区別なく、繊維シートをランダムに15枚積層し、上述の方法で3種類の真空断熱材を作製し、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0.0034W/(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。
 厚み方向繊維6の間隔を広くすると、繊維の積層方向を向くガラス繊維が少なくなることから、固体熱伝導(繊維による熱伝導)が抑制され、断熱性能を向上できると考えられる。しかし、厚み方向繊維6の間隔を4mmより広くすると、繊維同士の結着力が不足したために、シート化(繊維シートの作製)が困難になった。
[比較例2(真空断熱材を曲げ加工したときの熱伝導率について)]
 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。
[本実施の形態1に係る真空断熱材10の熱伝導率について]
 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。
 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10の熱伝導率が0.0038W/(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10の熱伝導率が0.0026W/(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10の熱伝導率が0.0021W/(m・K)であった。
 ここで、凹型繊維孔7が外周側と内周側とでランダムになるように繊維シート11を積層した比較例2に係る真空断熱材と比較すると、断熱性能を大きく改善することができた。これは、凹型繊維孔7が外周側に分布するように曲げられた繊維シート11では、厚み方向繊維6に沿って、凹型繊維孔7が開く方向に変形することに関係する。
 比較例2において、凹型繊維孔7が外周側となるように積層された繊維シートでは、繊維シート11が曲げられることで凹型繊維孔7の空間が広がるように作用し、外被材4内に残存するガス分子が積層方向、つまり伝熱方向に移動しやすくなる。これにより、比較例2に係る真空断熱材では、気体熱伝導の作用が大きくなり、熱伝導率が増大したと考えられる。
 つまり、繊維シート11をランダムに積層した比較例2に係る真空断熱材は、凹型繊維孔7が外周側に分布する繊維シート11が(多く)含まれていたため、熱伝導率が大きくなったと推察される。一方、凹型繊維孔7が形成されている面が繊維シート11の内周側となるようにした本実施の形態1に係る真空断熱材10は、曲げ加工時に生じる内外周差によって凹型繊維孔7が塞がる方向に作用し、気体熱伝導を抑制できたために性能改善が図れたと考えられる。
[比較例3(凹型繊維孔7の形成面について)]
 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。
 その結果、平板形状の真空断熱材10の熱伝導率は、0.0022W/(m・K)となり、実施の形態1で試作した結果とほぼ同一であった。しかし、曲面形状に形成したところ、真空断熱材10の熱伝導率は0.0028W/(m・K)となり、比較例2で述べたように、繊維シートをランダムに積層した結果に近く、真空断熱材の熱伝導率に係る断熱性能の低下が見られた。これは、前述したように、凹型繊維孔7が外周側にある場合、曲げ加工したときに気体が移動しやすい空間を作り、気体熱伝導が大きくなって断熱性能を低下させたものと推察される。
 なお、平板形状の真空断熱材の熱伝導率は、英弘精機株式会社製の熱伝導率計を用いた。また、曲面形状の真空断熱材の熱伝導率については、前記熱伝導率計と測定原理は同じで、真空断熱材を曲面形状の熱流束センサで狭持して、その一方に加熱部、他方に冷却部を設けた装置を製作し、定常法にて熱移動量と厚みとの関係から求めた。
[比較例4(繊維シートの目付量について)]
 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。
 その結果、平板形状の状態において、繊維シートの厚みが約8mmの真空断熱材は熱伝導率が0.0027W/(m・K)となり、繊維シートの厚みが約11mmの真空断熱材は熱伝導率が0.0030W/(m・K)となった。これは、繊維シートの厚みが厚いと、繊維シートを構成する断熱繊維5が積層方向(厚み方向)に傾斜し易くなり、断熱繊維5からの固体熱伝導が増加したためであると考えられる。
 次に、繊維シートの厚みが約8mmとなるようにして、厚み方向繊維6の間隔が8mmとなる繊維シートの作製を試みた。比較例1で述べたように、繊維シートの厚みが3mmであって凹型繊維孔7の間隔が8mmの場合にはシート化が困難であったが、繊維シートの厚みが約8mmで厚み方向繊維6の間隔が8mmの場合にはシート化を実現することができた。この繊維シートを用いて真空断熱材を試作して熱伝導率を測定した結果、平板形状で、熱伝導率0.0023W/(m・K)の真空断熱材が得られた。これは、繊維シートの厚みを大きくしたことで、繊維を結束させる厚み方向繊維6の間隔を広くできたためと考えられる。
 そこで、これらの結果より、繊維シート11の厚みtと、厚み方向繊維6の間隔Pxと、熱伝導率と、の関係を整理し、また、熱伝導率0.0025W/(m・K)以下を性能基準とした場合、t/Px≦1にすることで高性能化が図れることが認められた。
 以上のことにより、本実施の形態1に係る真空断熱材10によれば、平板形状で低い熱伝導率が実現できるのみならず、曲面形状に形成しても熱伝導率の悪化を抑制することができる。したがって、たとえば給湯システム、暖房システムなどに用いられる曲面形状の貯湯タンクの胴回りなどからの放熱を抑制でき、高効率なシステムが実現できる。
[本実施の形態1に係る真空断熱材10の有する効果]
 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。
 また、本実施の形態1に係る真空断熱材10によれば、繊維シート11の厚みtと厚み方向繊維6の間隔Pxとの関係が、t/Px≦1を満たすように構成されているため、より断熱性能が向上したものとなっている。
 実施の形態2.
 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。
 図5は、本発明の実施の形態2に係る真空断熱材20の芯材3を単層の繊維シート21で構成した場合の断面模式図である。
 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の有する効果]
 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。
 実施の形態3.
 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。
 図6は、本発明の実施の形態3に係る曲面形状の真空断熱材30を示す傾斜模式図であり、図7は、本発明の実施の形態3に係る真空断熱材30の繊維シート31の表面模式図である。なお、図6において、曲面形状の真空断熱材30が曲げられる方向(真空断熱材30の曲げ方向)をH方向、H方向と直交する方向(円筒の軸方向)をV方向とし、外被材4を破線で示している。また、図7では、繊維シート31の表面に凹型繊維孔7が分布している様子を示しており、凹型繊維孔7は、互いに直交する二方向のうち、一方の方向に間隔Pで複数形成されており、もう一方の方向に間隔Rで複数形成されており、R<Pとなっている。
 本実施の形態3では、実施の形態1と同じ条件である、ガラス繊維径φ6μm、目付量約240g/m、平均厚み3mmの繊維シート31に、ニードルパンチ処理を、間隔P=約6mm、間隔R=約3mmで、繊維シート31の片面側からのみ行うサンプル試作を試みた。ここで、間隔Rで凹型繊維孔7が形成されている方向を、ニードルパンチ処理を行うときのコンベヤ及びロール巻取り装置などを利用した、繊維シート31の送り方向とした場合は、シート化が可能であった。
 一方、間隔Pで凹型繊維孔7が形成されている方向を、繊維シート31の送り方向とした場合は、繊維結束が不足したために、シート化ができなかった。そこで、このシート化できた繊維シート31を、凹型繊維孔7が形成された面が同じ向きとなるように積層して芯材3とし、真空断熱材30を作製した。
 次に、凹型繊維孔7が曲面形状の真空断熱材30の内周側になるように、真空断熱材30を曲率半径190mmで曲げ加工した。さらに、このとき(1)間隔Rで凹型繊維孔7が形成されている方向がH方向であり、間隔Pで凹型繊維孔7が形成されている方向がV方向である真空断熱材30、及び、(2)間隔Rで凹型繊維孔7が形成されている方向がV方向であり、間隔Pで凹型繊維孔7が形成されている方向がH方向である真空断熱材30の、二種類のサンプルを作製し、それぞれの熱伝導率を測定した。このとき、繊維シート31の単位面積当たりの凹型繊維孔7の個数は一定である。
 その結果、(1)の真空断熱材30の熱伝導率が0.0018W/(m・K)で、(2)の真空断熱材30の熱伝導率が0.0020W/(m・K)であった。したがって、凹型繊維孔7は、繊維シート31の曲げ方向(H方向)と曲げ方向と直交する方向(V方向)とで異なる間隔で配置され、芯材3は、凹型繊維孔7の間隔のうちの狭い方が繊維シート31の曲げ方向(H方向)となるように、真空断熱材30を曲面形状に形成するとよいことがわかる。
 すなわち、R<Pとなるように凹型繊維孔7を形成し、間隔Pで凹型繊維孔7が形成されている方向をV方向と一致させ、間隔Rで凹型繊維孔7が形成されている方向をH方向と一致させることで、より高い断熱性能が得ることができる。
 これは、本実施の形態3に係る真空断熱材30が、実施の形態1に係る厚み方向繊維6の間隔が約3mmの真空断熱材10と比べて、繊維シート31の単位面積当たりの厚み方向繊維6の本数が少なくなったことによる、固体熱伝導が抑制されたためであると考えられる。さらには、真空断熱材30を曲面形状に形成時に、厚み方向繊維6が基点となって曲げ加工されたことで、内周側に形成される深いシワが抑制され、芯材3を構成する繊維シート31の断熱繊維5が伝熱方向(厚み方向または積層方向)に傾斜する割合が少なくなり、固体熱伝導が抑制されたためだと考えられる。したがって、本実施の形態3に係る真空断熱材30は、曲面形状に形成しても、熱伝導率が低下しにくく、高性能なものである。
 さらに、R<Pとなる繊維シート31を適用した真空断熱材30を、曲率半径85mmの曲面形状に形成する加工を実施したところ、内周面に非常にシワの少ない曲面形状の真空断熱材30が実現できた。この結果、大曲率の曲面形状の真空断熱材30を作製しても、高い断熱性能を確保することができる。
[本実施の形態3に係る真空断熱材30の有する効果]
 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。
 また、真空断熱材30を曲面形状に形成するときに、厚み方向繊維6が基点となって曲げ加工されるため、内周側に形成される深いシワが抑制され、芯材3を構成する繊維シート31の断熱繊維5が伝熱方向に傾斜する割合が少なくなり、熱伝達効率の低下を抑制することができる。さらには、真空断熱材30は、厚み方向繊維6が基点となって曲げ加工されるため、たとえば曲率半径85mmといったような、大曲率の曲面形状に形成することができる。
 実施の形態4.
 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では、繊維シートを作製するに当たり、フィラメント束を開繊し、平面状の積層構造に繊維を広げる際に、断熱繊維5の向く方向が、繊維シートの面と平行な第比率方向と、繊維シートの面と平行かつ第1比率方向と直交する第2比率方向とで、繊維の向く比率が異なるようにしたものである。そして、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いる。
 本実施の形態4では、実施の形態3と同様の方法で真空断熱材を作製し、真空断熱材を曲率半径190mmとなるように曲面形状に形成した。ここで、繊維の向く比率が少ない方向が、曲がりやすい方向となる。したがって、真空断熱材は、図6に示したH方向が繊維の向く比率が少ない方向であり、V方向が繊維の向く比率が多い方向である。この曲面形状の真空断熱材の熱伝導率を測定した結果、0.0017W/(m・K)が得られた。
[本実施の形態4に係る真空断熱材の有する効果]
 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。
 実施の形態5.
 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。
 図8は、本発明の実施の形態5に係る半球形状の真空断熱材50の傾斜模式図であり、図9は、本発明の実施の形態5に係る半球形状の真空断熱材50の繊維シート51の表面模式図であり、図10は、図9とは異なる真空断熱材50aの繊維シート51aの表面模式図である。
 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。
 繊維シート51、51aの表面には、それが曲げられたときの内周側に、図9に示すように凹型繊維孔7が中心から放射状に、または図10に示すように凹型繊維孔7が中心から同心円状に分布している。なお、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。これらを用いて、まず凹型繊維孔7の積層方向が同じ向きになるように積層し、平板形状の真空断熱材50を試作した。次に、凹型繊維孔7が内周側になるように半球形状にプレス加工を実施した。
 このときの半球の半径は、約190mmとした。従来の一般的な真空断熱材、たとえば、ガラス短繊維を抄紙させて作製した湿式ガラス繊維シート、溶融ガラスをスピナによる遠心法でガラス繊維を作製した乾式ガラス繊維シートなどでは、滑らかな鏡板形状にすることができなかった。しかし、本実施の形態5では、どちらのサンプルとも、曲面に沿った半球形状に形成することができた。
 また、参考として、凹型繊維孔7が外周側となるように半球形状に形成してみたが、凹型繊維孔7が内周側となるようにした場合と比べて、真空断熱材50、50aの内周側のシワが深くなった。これは、凹型繊維孔7の有する空間が、曲げ加工時における真空断熱材50、50aの内外周差を吸収する効果があったためであると考えられる。
 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の有する効果]
 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。
 なお、本実施の形態5では、繊維シート51、51aの表面の凹型繊維孔7を放射形状、または同心円形状としたが、これらを合わせた、つまり繊維シート51、51aの表面の凹型繊維孔7を放射形状と同心円形状とを併せ持つ形状としてもよい。そして、そうすることによっても、繊維シート51、51aの表面の凹型繊維孔7を放射形状、または同心円形状とした場合と同等の効果が得られるとともに、高い柔軟性が実現できる。
 実施の形態6.
 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。
 図11は、本発明の実施の形態6に係る真空断熱材60の繊維シート61の拡大断面模式図である。
 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。
 滑りフィルム12は、芯材3の内周面(内周側の繊維シート11)と外被材4との間に設けられていることで、曲げ加工において、空隙率が高く伸縮性のある積層された繊維シート11と、伸縮性のほとんどない外被材4とが、互いに拘束されにくくするものである。この滑りフィルム12が設けられていることにより、真空断熱材60のように大曲率に曲げ加工しても、繊維シート61の局部的な屈曲が発生することを抑制することができる。
 滑りフィルム12は、PETフィルムなどの小摩擦係数のフィルム単膜を1枚、または複数枚積層したもので構成されており、滑りフィルム12の厚さは100μm以下などであればよい。なお、滑りフィルム12を複数枚積層した場合は、フィルム単膜同士が滑ることにより、曲げ加工時に繊維シート61と外被材4との間で発生する摩擦(応力)を緩和することができる。また、真空断熱材60を曲げ加工して発生したシワの折れ目で繊維シート61の繊維が立ち上がる場合があるが、繊維シート61と外被材4との間に滑りフィルム12を配置することにより、繊維シート61の繊維の立ち上がりを抑制することができる。
 このようにして作製した本実施の形態6に係る真空断熱材60の断熱性能を、実施の形態1と同様に評価した。繊維シート61の、凹型繊維孔7が形成された曲げ加工時に内周側となる面に、繊維シート11と同一平面サイズで、厚さ50μmのPETフィルムを1枚挿入した真空断熱材60を作製した。曲率半径50mmとなるまで曲げ加工したところ、滑りフィルム12なしの真空断熱材は、曲げ加工時の内周面に芯材3が半径方向全体に屈曲が発生したのに対し、滑りフィルム12が挿入されている真空断熱材60は、これが見られなかった。
[本実施の形態6に係る真空断熱材60の有する効果]
 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。
 実施の形態7.
 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。
 図12は、本発明の実施の形態7に係る保温タンク13の断面模式図である。
 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。
 真空断熱材70a、70bは、実施の形態3および5で示したものと同じ仕様であり、また製法は、実施の形態1で示した手順で行った。非真空断熱材15は、EPS(ビーズ法発泡ポリスチレン)断熱材で、保温タンク13の下の部分のタンク下部鏡板部14cの形状に合わせて形成されている。
 保温タンク13の内部には水が満たされており、加熱源(図示せず)により沸き上げられたものである。加熱源としては、保温タンク13の内部に設けられた電気ヒータから直接加熱する手法、また、他の加熱源である、たとえば燃料電池発電システムなどの排熱回収系統からの循環水による間接加熱などの手法がある。
 実際、胴径600mmで容量370Lの保温タンク13を用いて、電気ヒータにて保温タンク13の内部を90℃の温水で満たし、外気を4℃に設定した環境にて放熱評価を実施した。まず、保温タンク13の断熱材として、厚み8mmの真空断熱材70a、70bと、厚み50mmの非真空断熱材15とを用いて、8時間経過した前後で保温タンク13の放熱量を測定した。次に、タンク上部鏡板部14bを非真空断熱材15に変えて(他は変えない)、8時間経過した前後で保温タンク13の放熱量を測定し、両者の放熱量を比較した。その結果、タンク上部鏡板部14bの断熱材を、真空断熱材70bとした場合の方が、非真空断熱材15とした場合に比べ、全放熱量が約10%低減されることが確認された。
 これにより、本実施の形態7に係る保温タンク13は、タンク上部鏡板部14bへ真空断熱材70bが適用可能になり、放熱量低減によって、外気との高い断熱性を有する円筒形状の保温タンク13が実現できる。
 なお、断熱材の配置はこれに限定されるものではなく、断熱材同士の繋ぎ目となる隙間からの熱漏洩を防止するために、必要な部位に別途断熱材を配置しておく方が望ましい。
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。
 なお、上述した実施の形態1~6においても、繊維シートの繊維がガラス繊維である例を説明したが、繊維シートの繊維は必ずしもガラス繊維である必要はなく、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの高分子材料の繊維であってもよい。繊維シートの繊維がこれらのような高分子材料である場合は、たとえばスパンボンド製法を用い、樹脂ペレットを溶融させノズルから押出した後、冷却しながらエジェクタなどを利用して延伸させて紡糸すればよい。紡糸された繊維は、ベルトコンベアに集積して低目付シート(薄肉シート)にする。その後、ニードルパンチ製法によって繊維シート化してシートロールを形成する。このように、繊維シートの繊維が高分子材料であっても、同様に作製することができる。
[本実施の形態7に係る保温タンク13の有する効果]
 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。
 実施の形態8.
 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。
 図13は、本発明の実施の形態8に係る真空断熱材の曲げ加工時の曲率半径と放熱量との関係図である。なお、図13は、真空断熱材の曲げ方向(H方向)の凹型繊維孔7の間隔Piと真空断熱材を曲げ加工した場合の曲率半径Raとの比に対する放熱量の関係を予測したものである。ここでは、凹型繊維孔7のV方向の凹型繊維孔7の間隔は一定とした。つまり、真空断熱材の曲げ加工時において、繊維シート11の単位面積当たりの凹型繊維孔7の数量は一定ではない。
 たとえば、真空断熱材を図6に示すように曲げ加工して曲面形状に形成した場合、Pi/Raが概ね0.03より大きい領域においては、曲率半径が小さい場合には、凹型繊維孔7の間隔を狭くしなければ放熱量が増加してしまい、断熱性能が低下する傾向があることが分かる。これは、真空断熱材を曲率半径が小さい曲げ加工をした場合、曲率半径が大きい曲げ加工をした場合に比べ、凹型繊維孔7の間隔が広いと、多角形の形状に折れ曲がることから、被断熱体との間に隙間ができて熱移動が進むことが主要因であると考えられる。ならびに、多角形状の折れ部に近い部分は、繊維が真空断熱材を取り付ける対象の半径方向(真空断熱材の厚み方向)に傾斜することから、真空断熱材の内部の繊維を経由した固体熱伝導が大きくなることが主要因と考えられる。
 また、さらにPi/Raが0.2を超えると、これらの影響がより大きく作用し、放熱量が増大する。一方、Pi/Raが小さい領域でも放熱量が増大しており、特にPi/Raが0.005より小さい領域では急激に増大している。これは、単位面積当たりの凹型繊維孔7が増加することによって、真空断熱材の厚み方向繊維6からの固体熱伝導が増加するためである。したがって、Pi/Raを、0.005以上0.2以下とすることで、放熱量を抑制し、高い断熱性能を有する曲げ形状の真空断熱材が実現できる。そして、さらに高い断熱性能得るには、マージンをとり、Pi/Raを、0.007以上0.15以下とすることが好ましい。
 なお、繊維シート11の作製には、前述したようにシート厚みおよび繊維長さによって、凹型繊維孔7の間隔に結束可能な制約条件ができる。つまり、ここで示したPi/Raの範囲は、繊維シート11が製造可能な範囲を示しているものではない。
[本実施の形態8に係る真空断熱材の有する効果]
 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。
 実施の形態9.
 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。
 図14は、本発明の実施の形態9に係る真空断熱材90を曲げ加工した拡大断面模式図である。
 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。
 芯材3が積層体構造(繊維シート91が複数積層されて構成された構造)の場合、曲げ加工時に内周側となる繊維シート11と外周側となる繊維シート11とで、曲率半径が異なる。そこで、本実施の形態9では、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。
[本実施の形態9に係る真空断熱材90の有する効果]
 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。
 なお、本発明の説明に用いた図2、図3、図4、図5、図11、図14は、厚み方向の繊維分布を分かりやすくするために一部分を拡大したものであり、特に縦横の比率はこれに限定されるものではない。また、図7、図9ならびに図10における凹型繊維孔の間隔についても、寸法上の制約を受けるものではない。
 3 芯材、4 外被材、4a 外被シート、5 断熱繊維、6 厚み方向繊維、6a 第2厚み方向繊維、7 凹型繊維孔、7a 第2凹型繊維孔、10 真空断熱材、11 繊維シート、11a 繊維シート、12 滑りフィルム、13 保温タンク、14a タンク胴部分、14b タンク上部鏡板部、14c タンク下部鏡板部、15 非真空断熱材、16 被保温体、20 真空断熱材、21 繊維シート、30 真空断熱材、31 繊維シート、50 真空断熱材、50a 真空断熱材、51 繊維シート、51a 繊維シート、60 真空断熱材、61 繊維シート、70a 真空断熱材、70b 真空断熱材、90 真空断熱材、91 繊維シート。

Claims (12)

  1.  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。
  2.  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。
  3.  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。
  4.  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。
  5.  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。 
  6.  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。
  7.  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。
  8.  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。
  9.  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。
  10.  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。
  11.  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。
  12.  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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