(57)【要約】通気性のある芯材（１４）を外包材（１３）で真空封止して構成する。また、芯材（１４）は熱伝導率の異なる少なくとも二層以上の断熱芯材（１６，１７）で構成する。また、芯材（１４）を構成する二層以上の断熱芯材（１６，１７）のうちの少なくとも二つは温度に応じてその熱伝導率の変化勾配が異なり、両者の熱伝導率変化勾配が交差する材料で形成する。熱伝導率の異なる断熱芯材（１６，１７）が真空状態で二層存在することになるから、従来のグラスウール或いはロックウールなどの繊維材料のみの一層単独の断熱芯材を真空封止したものに比べその断熱性は高いものとなり、広い温度領域で高い断熱性能を発揮する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気性のある芯材を外包材で真空封止して構成した真空断熱体であって、前記芯材は熱伝導率の異なる少なくとも二層以上の断熱芯材で構成し、前記芯材を構成する二層以上の断熱芯材のうちの少なくとも二つは温度に応じてその熱伝導率の変化勾配が異なっていて、両者の熱伝導率変化勾配が交差する材料で形成した真空断熱体。
【請求項２】
通気性のある芯材を外包材で真空封止して構成した真空断熱体であって、前記芯材は熱伝導率の異なる少なくとも二層以上の断熱芯材で構成し、前記芯材を構成する二層以上の断熱芯材のうちの少なくとも二つは圧力に応じてその熱伝導率の変化勾配が異なっていて、二つの前記断熱芯材の熱伝導率の大小関係は大気圧の場合と真空状態の場合で入れ替わる真空断熱体。
【請求項３】
前記芯材を構成する前記断熱芯材のうち一方の前記断熱芯材は有機系断熱材で構成するとともに、他方の前記断熱芯材は無機系断熱材で構成した請求項１または２のいずれか一項記載の真空断熱体。
【請求項４】
前記芯材を構成する前記断熱芯材のうち一方の前記断熱芯材は連続気泡樹脂で構成するとともに、他方の前記断熱芯材はグラスウール或いはロックウールなどの繊維材料或いはパーライト等の粉体材料で構成した請求項１または２のいずれか一項記載の真空断熱体。
【請求項５】
繊維材料或いは粉体材料で構成する前記断熱芯材が通気性の袋に装填してある請求項４記載の真空断熱体。
【請求項６】
前記外包材の内部に前記芯材とともに気体吸着材を真空封止し、前記気体吸着材は前記外包材の内部の連続気泡樹脂製の前記断熱芯材側に配置した請求項４記載の真空断熱体。
【請求項７】
前記外包材の内部に前記芯材とともに乾燥剤を真空封止し、前記乾燥剤は前記外包材の内部の排気路が少ない前記断熱芯材側に配置した請求項４記載の真空断熱体。
【請求項８】
前記外包材の内部に前記芯材とともに気体吸着剤を真空封止し、前記気体吸着剤は前記外包材の内部の排気路が少ない前記断熱芯材側に配置した請求項４記載の真空断熱体。
【請求項９】
外包材は金属薄板で構成し、その金属薄板同士の周縁部を固着して内部を真空封止した請求項１または２のいずれか一項記載の真空断熱体。
【請求項１０】
請求項１記載の真空断熱体を用いるとともに、常温よりも１００℃以上低い物質を保持する断熱容器であって、前記真空断熱体は前記断熱容器の低温側に、常温よりも１００℃以上低い温度における熱伝導率の低い前記断熱芯材が位置する様に配置した断熱容器。
【請求項１１】
請求項１記載の真空断熱体を用いるとともに、０℃以下の環境で使用される断熱壁であって、前記真空断熱体は前記断熱壁の低温側に熱伝導率の低い前記断熱芯材が位置する様に配置した断熱壁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空断熱体及びこれを用いた断熱容器、断熱壁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から省エネルギー化が強く望まれており、家庭用電化製品についても省エネルギー化は緊急の課題となっている。特に、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機等の保温保冷機器では熱を効率的に利用するという観点から、優れた断熱性能を有する断熱材が求められている。【０００３】
一般的な断熱材として、グラスウールなどの繊維材やウレタンフォームなどの発泡体が用いられている。しかし、これらの断熱材の断熱性能を向上するためには断熱材の厚さを増す必要があり、断熱材を充填できる空間に制限があって省スペースや空間の有効利用が必要な場合には適用することができない。【０００４】
そこで、高性能な断熱材として、真空断熱材が提案されている。これは、スペーサの役割を持つ芯材を、ガスバリア性を有する外包材中に挿入し内部を減圧して封止した断熱体である。【０００５】
この真空断熱材は、ウレタンフォームと比べると約２０倍の断熱性能を有しており、且つ厚さを薄くしても十分な断熱性能が得られるという優れた特性を有している。【０００６】
したがって、この真空断熱材は、断熱箱体の内容積を大きくしたい顧客要望を満たしつつ、断熱性能の向上による省エネルギー化を図るための有効な部材として注目されている。【０００７】
そして冷蔵庫等では冷蔵庫本体を構成する断熱箱体の内外箱間に真空断熱材を追加設置してウレタンフォームを充填発泡しその断熱性を高め断熱箱体の内容積を大きくしている（例えば、特許文献１参照）。【０００８】
また、最近では冷蔵庫よりも更に低温で保冷する必要のある冷凍コンテナや、更に温度の低い超低温で保存する必要のあるＬＮＧ等のタンクとしても使用が検討され始めている（例えば、特許文献２参照）。【０００９】
上記真空断熱体は、冷凍コンテナに適用すれば、その断熱性の高さから省エネ性を高めることができ、また、ＬＮＧタンク等の断熱容器に適用すれば、断熱容器内への熱の侵入を有効に抑制することが可能となって、ボイルオフガス（ＢＯＧ）の発生を軽減することができる等の効果が期待される。【００１０】
しかしながら、冷凍コンテナでの保冷温度は約−６０℃〜−２５℃、ＬＮＧに至っては−１６２℃と超低温であるため、真空断熱体の断熱性能はできる限り高いものが必要であり、その断熱性能のさらなる向上が要望されている。【００１１】
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、断熱容器等を構成する真空断熱体の断熱性能を高めることを目的としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１３−５３８２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４９１７４号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、通気性のある芯材を外包材で真空封止して構成した真空断熱体であって、芯材は熱伝導率の異なる少なくとも二層以上の断熱芯材で構成し、芯材を構成する二層以上の断熱芯材のうちの少なくとも二つは温度に応じてその熱伝導率の変化勾配が異なっていて、両者の熱伝導率変化勾配が交差する材料で形成した構成としてある。
【００１４】
これにより、真空断熱体は熱伝導率の異なる断熱芯材が真空状態で二層存在することになるから、従来のグラスウール或いはロックウールなどの繊維材料のみの一層単独の断熱芯材を真空封止したものに比べ、広い温度領域でその断熱性が高いものとなり、超低温域でも高い断熱性能を発揮する。よって、冷蔵庫等からＬＮＧまたは水素ガス等の超低温物質を保持する断熱容器等まで幅広い温度領域を効率よく断熱する真空断熱材とすることができる。しかも、断熱性が向上したことによりこの真空断熱体を用いて構成する断熱構造体の壁厚を薄くすることもできる。
【００１５】
このような発明に至った発明者の知見についてまず述べる。
【００１６】
本発明者は、断熱体の断熱性能を高める、という課題のもと、芯材の種類、真空度、外包材、を種々変更、組み合わせる、などの検討を進めてきた。その結果、次のような知見を得た。
【００１７】
すなわち、発泡樹脂、例えば発泡ウレタンを、独立気泡タイプから連続気泡タイプのものにして芯材として用い真空引きすると、独立気泡タイプの発泡樹脂を大気圧中で使用する場合に比べその熱伝導率λが低くなる（断熱性が向上する）とう知見を得た。次に芯材として熱伝導率λが異なる少なくとも二種類の断熱芯材を用いこれらを外包材内に装填して真空引きしたとき、上記二種類の断熱芯材は温度変化に伴う熱伝導率λの変化勾配が異なるものとして、両者の熱伝導率変化勾配が断熱対象の平均温度の変化に伴い交差する材料の組み合わせとすると、低温域の断熱性能が向上するという知見を得た。
【００１８】
本発明はこのような新たな知見に基づいてなしたもので、既に述べたように熱伝導率の異なる少なくとも二層以上の断熱芯材を外包材内に真空封止して真空断熱体を構成する。そして、この真空断熱体は熱伝導率の異なる断熱芯材が真空状態で二層存在していて従来のグラスウール或いはロックウールなどの繊維材料のみの一層単独の断熱芯材を真空封止したものに比べ、広い温度領域で高い断熱性を有する。特にこの真空断熱体は超低温域での断熱性が高いものとなるとともに、断熱性能が向上した分、この真空断熱体を用いて構成する断熱構造体の壁厚も薄いものとすることができ、ＬＮＧまたは水素ガス等の超低温物質を保持する断熱容器等の断熱体として効果的な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における真空断熱体を用いた冷蔵庫の断面図である。
【図２】図２は、本発明の第1の実施の形態における真空断熱体の拡大断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態における真空断熱体の芯材の温度と熱伝導率との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態における真空断熱体からなる冷蔵庫の断熱箱体を示す正面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態における断熱箱体の壁面一部を示す拡大断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態における真空断熱体を用いた船内タンクを備えるメンブレン方式のＬＮＧ輸送タンカーの概略構成を示す概略断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態における船内タンクの内面の二層構造を示す模式的斜視図及びその部分拡大断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態における船内タンクの断熱構造体に用いた真空断熱体の拡大断面図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施の形態における真空断熱体の芯材にかかる圧力と熱伝導率との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施の形態における真空断熱体の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における真空断熱体を用いた冷蔵庫の断面図、図２は本発明の第１の実施の形態における真空断熱体の拡大断面図である。
【００２２】
［冷蔵庫の構成］
まず、冷蔵庫の構成について説明する。
【００２３】
図１において、本実施の形態に係る冷蔵庫は、その断熱箱体１が、金属製（例えば、鉄製）の外箱２と硬質樹脂製（例えば、ＡＢＳ樹脂製）の内箱３とで構成してある。そして、断熱箱体１の外箱２と内箱３とで形成される断熱用空間４に真空断熱体５を配置した状態で硬質発泡ウレタンからなる発泡断熱材６を充填発泡させて形成してある。
【００２４】
断熱箱体１の内部空間は、仕切板７によって冷蔵室８、上段冷凍室９、製氷室１０、下段冷凍室１１、野菜室１２に区画されており、それぞれ扉（図示せず）を備えている。この扉もまた断熱箱体１と同様に構成してある。また、いずれも図示しないが、冷蔵庫には、その冷却原理に応じた部品（圧縮器、蒸発器、凝縮器など）が取り付けられている。
【００２５】
［真空断熱体の構成］
次に断熱用空間４に配置した真空断熱体５の構成について図２を用いて説明する。
【００２６】
図２に示すように、真空断熱体５はその外包材１３内に通気性の芯材１４と気体吸着剤１５とを真空封止して構成してある。ここで真空封止とは、断熱用空間の圧力が大気圧より低い状態を含むものである。
【００２７】
外包材１３は板厚１．５ｍｍのステンレス、アルミ、鉄等の金属材料もしくはエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）等の気体遮断性能の高いガス不透過樹脂からなる薄板凹板１３ｂと平薄板１３ａとの周縁部を溶着して形成してあり、それ自体が剛性を持つ。
【００２８】
また、外包材１３に真空封止した芯材１４は、温度に応じてその熱伝導率が大きく変化する第１の断熱芯材１６とそれほど変化しない第２の断熱芯材１７との二層で構成してあり、更に第１の断熱芯材１６と第２の断熱芯材１７とはその熱伝導率変化勾配が交差する材料で形成してある。
【００２９】
例えばこの実施の形態では第１の断熱芯材１６は連続気泡樹脂であり、第２の断熱芯材１７は繊維材料としてある。
【００３０】
第１の断熱芯材１６となる連続気泡樹脂は、本出願人の特許第５３１０９２８号公報に記載している連続気泡ウレタン等の連続気泡樹脂であり、その詳細構造の説明は上記特許文献１の記載を援用して省略するが、簡単に記載しておくと次のとおりである。
【００３１】
すなわち、連続気泡樹脂は、断熱用空間に一体発泡により充填した例えば共重合反応により形成される連続気泡ウレタンフォームである。断熱用空間の中心部のコア層に存在する多数の気泡は第１の貫通孔で連通し、更に断熱用空間の筐体との界面付近のスキン層に存在する気泡はウレタン樹脂と親和性が低い粉体によって形成される第２の貫通孔により連通している。そして、コア層からスキン層に至る全ての領域の気泡が第１の貫通孔および第２の貫通孔により連通した連続気泡樹脂となっている。
【００３２】
上記構造を持つ連続気泡樹脂、例えば連続気泡ウレタンフォームは、その空隙率が高くなるほど連続気泡ウレタンフォームの内部の表面積が増え、外部からの熱はこの連続気泡ウレタンフォームの表面に沿って伝わることになるから、その表面積が増えることによって断熱性が向上することになる。よって、この特許第５３１０９２８号公報記載の連続気泡樹脂を用いれば箱体内面近傍のスキン層に残る独立気泡も連続気泡化してその表面積が増加しているので、断熱性が一般の独立気泡型ウレタンフォームに比べ高いものとなる。
【００３３】
更に第１の断熱芯材１６を構成する連続気泡樹脂は、真空断熱体５の外包材１３を支持して真空断熱体５の形状を保持し（真空断熱体の強度、剛性等の物性の向上に寄与し）ており、空隙率が高くなるほど連続気泡樹脂の断熱性は向上するが、形状保持力が低下する。したがって断熱性と機械的な強度とを考慮して、連続気泡樹脂の空隙率を定めればよく、この実施の形態では気泡は大きさが３０μｍから２００μｍ、空隙率が９５％以上としてある。
【００３４】
また、第２の断熱芯材１７は、繊維材料で構成してあり、難燃性向上等の面から特に無機系の繊維材料を採用してある。具体的には、例えば、グラスウール繊維、セラミック繊維、スラグウール繊維、ロックウール繊維等であり、本実施の形態では、平均繊維径が４μｍ〜１０μｍの範囲内にあるグラスウール繊維（繊維径が比較的太いガラス繊維）を用い、さらに、焼成して用いている。
【００３５】
さらに加えて、第２の断熱芯材１７を構成する繊維材料は、通気性の包袋材（図示せず）に封入し、断熱用空間４の形状に沿う形としてある。これは繊維材料にバインダー材を混入させればより効果的に断熱用空間４の形状に沿う形とすることができるが、その場合でも繊維材料は少なくとも５％〜９０％占めるように設定しておく。
【００３６】
以上のように構成したこの真空断熱体５は、その第１の断熱芯材１６が断熱箱体１の冷蔵室８等となる内部空間側に面し、第２の断熱芯材１７が外側に面するように配置してある。
【００３７】
［真空断熱体の作用効果］
次に、この真空断熱体５の作用効果について説明する。
【００３８】
真空断熱体５は、その芯材１４を、連続気泡樹脂からなる第１の断熱芯材１６と、従来から用いられているグラスウール或いはロックウールなどの繊維系芯材からなる第２の断熱芯材１７との二層構造としてある。そのため、従来のグラスウール或いはロックウールなどの繊維材料のみの一層単独の芯材を真空封止したものに比べ幅広い温度領域においてその断熱性は高く、特に低温域の断熱性が高いものとなる。
【００３９】
すなわち、まず知見でも述べたように、発泡樹脂、例えば発泡ウレタンを独立気泡タイプから連続気泡タイプのものにして芯材として用い真空引きすると、連続気泡ウレタンの熱伝導率変化勾配はその真空度Ｐａが高くなるほど熱伝導率λが低くなって断熱性が向上する。これは真空引きする前の気泡内の空気断熱が真空断熱に変わり、その真空度が上がると熱伝導率が低下することに由来する。しかも真空断熱作用に加え、これまた既に記載したことではあるが、連続気泡としたことによる内部の気泡表面積（伝熱面積増）が増加したことによる熱伝導率低下効果が加わって、その断熱性が向上する。
【００４０】
図３は、グラスウールと連続気泡ウレタンの温度℃と熱伝導率λとの関係を示している。図３に示すようにグラスウール単層の熱伝導率λは温度℃が変化してもその熱伝導率λはさほど変化しないものの、連続気泡ウレタン単層は熱伝導率λが大きく変化し、両者の熱伝導率変化勾配は異なっている。しかも、連続気泡ウレタン単層の熱伝導率変化勾配がグラスウール単層の熱伝導率変化勾配と交差し、温度℃が低くなるほど連続気泡ウレタン単層の熱伝導率λがグラスウール単層の熱伝導率λよりも低くなっている。そして、超低温域になれば熱伝導率変化勾配の大きな連続気泡ウレタン単層の方が低い熱伝導率λとなって高い断熱性を発揮している。そして、当然ながら連続気泡ウレタン単層の熱伝導率変化勾配はその真空度Ｐａが高くなるほど熱伝導率λが低くなって更に断熱性が向上する。
【００４１】
これを踏まえると、温度℃が低くなるほど連続気泡ウレタン単層の熱伝導率λがグラスウール単層の熱伝導率λよりも低くなって、超低温域になれば熱伝導率変化勾配が大きい連続気泡ウレタン単層の方が断熱性を発揮して高い断熱性能を示すことになる。すなわち、図３に示すグラスウール／連続気泡ウレタン（複層）のようになる。
【００４２】
したがって、冷蔵庫等からＬＮＧまたは水素ガス等の超低温物質を保持する断熱容器等まで幅広い温度領域を効率よく断熱する真空断熱材とすることができる。
【００４３】
しかも、断熱性が向上したことによりこの真空断熱体を用いて構成する断熱構造体の壁厚を薄くすることができ、冷蔵庫や冷凍庫、ＬＮＧタンク等の内容積を大きくすることができる。
【００４４】
また、本実施の形態の真空断熱体５は、芯材１４を構成する断熱芯材のうちの繊維材料或いは粉体材料からなる第２の断熱芯材１７は通気性の袋に装填して外包材１３内に装填し、連続気泡ウレタンを充填発泡させるようにしている。そのため、柔軟性があって型崩れしやすい繊維材料或いは粉体材料からなる第２の断熱芯材１７を容易に外包材１３内に装填することができ、生産性を向上させてコストダウンを図ることができる。
【００４５】
また真空断熱体５内に芯材１４ともに気体吸着剤１５を真空封止してあるから、第１の断熱芯材１６および第２の断熱芯材１７に残存しているガスや第１の断熱芯材１６となる連続気泡樹脂中に含まれていて徐々に放出されるガスを気体吸着剤１５が吸着する。その結果、ガスによる内圧上昇を確実に抑制し、真空断熱体５の変形を防止すると同時にその断熱性を長期にわたって良好に維持することができる。
【００４６】
特に本実施の形態では、気体吸着剤１５は第１の断熱芯材１６を構成する連続気泡樹脂側に配置してあるから、この連続気泡樹脂から時の経過とともに放出されるガスを連続気泡通路経由で効率よく吸着することができ、内圧上昇防止と断熱性低下抑制を効率よく行うことができる。
【００４７】
なお、気体吸着剤１５は、上記したように断熱用空間４のような密閉空間に残存又は侵入する水蒸気や空気等の混合ガスを吸着する役割を果たすものである。特に指定するものではないが、酸化カルシウムや酸化マグネシウム等の化学吸着物質や、ゼオライトのような物理吸着物質、あるいは、それらの混合物を使用することができる。また、化学吸着性と物理吸着性とを併せ持った吸着性能と吸着容量の大きい銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライトも使用することができる。
【００４８】
本実施の形態では銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライトを含む吸着材を用いている。ガスが経時的に放出され続ける傾向のある連続気泡樹脂を芯材として用いていても、銅イオン交換されたＺＳＭ−５型ゼオライトが持つ高い吸着性能と大きな吸着容量とによって長期にわたり確実に気体吸着を続け、断熱箱体１の内圧上昇防止と断熱性低下抑制を長期間に亘って確実に行うことができる。
【００４９】
さらに、第２の断熱芯材１７を構成する繊維材料はグラスウール或いはロックウール等の無機系繊維材料としてあるから、これから発生する水分量を低く維持して断熱性を良好に保持することができる。すなわち、無機系繊維はそれ自体の吸水性（吸湿性）が低いので、断熱箱体１の内部の水分量を低く維持することができる。これにより、気体吸着剤１５の吸着能力が水分吸着によって低減してしまうのを抑制でき、気体吸着剤１５に良好な気体吸着機能を発揮させて断熱性能を良好なものとすることができる。
【００５０】
また、無機系繊維は焼成してあるから、仮に断熱箱体１が何らかの影響で破損した場合であっても、繊維材料が大きく膨らむことがなく、断熱箱体１としての形状を保持することができる。例えば、無機系繊維を焼成せずに真空封止すると、諸条件にもよるが断熱箱体１の破損時の膨らみは破損前の２〜３倍となり得るのに対して、無機系繊維を焼成することで、破損時の膨張を１．５倍以内に抑えることができ、保形性を高めることができる。
【００５１】
以上のように構成した断熱箱体１は、第１の断熱芯材１６が断熱箱体の内部空間、すなわち冷蔵室８等となる内部空間側に面するように配置してあるから、より効率よく断熱することができ、その断熱性を高いものとすることができる。すなわち、真空引きされた第１の断熱芯材１６を構成する連続気泡ウレタンは同じく真空引きされた第２の断熱芯材１７を構成するグラスウール或いはロックウール等よりも熱伝導率λが低い。したがって、前述したような配置構成とすれば、まず熱伝導率λの低い第１の断熱芯材１６が低温下において強力に断熱し、その外側に位置する第２の断熱芯材１７は高温下において断熱することになり、熱伝導率λが若干高い第２の断熱芯材１７であっても強力に断熱でき、それぞれの断熱特性を生かして効率よく真空断熱箱体内の冷気を維持保存することができる。
【００５２】
これまでの説明では、真空断熱体５を構成する芯材１４を、連続気泡樹脂からなる第１の断熱芯材１６と、グラスウール或いはロックウールなどの繊維系芯材からなる第２の断熱芯材１７との二層構造としてきた。この構成の他に有機系断熱材からなる第１の断熱芯材１６と無機系断熱材からなる第２の断熱芯材１７を用いてもよい。そして第１の断熱芯材１６と第２の断熱芯材１７それぞれの熱伝導率λの大小関係がマイナス温度帯とプラス温度帯で入替わる構成としてもよい。すなわち、この構成の他に有機系断熱材からなる第１の断熱芯材１６と無機系断熱材からなる第２の断熱芯材１７の熱伝導率λがある温度（通常はマイナス温度域）で交差する。なお、有機系断熱材の例は連続気泡ウレタンであり、無機系断熱材の例はグラスウールであり、プラス温度帯では有機系断熱材の熱伝導率λが無機系断熱材の熱伝導率λより高く、マイナス温度帯では無機系断熱材の熱伝導率λが有機系断熱材の熱伝導率λより高い。
【００５３】
この構成により、この真空断熱体は高温側と低温側の温度差が大きい使用環境に適用可能であり、例えば環境温度（室温）と庫内温度（−１００℃以下）で温度差が大きい超低温・極低温仕様の冷凍庫用途に最適である。
【００５４】
（第２の実施の形態）
この本発明の第２の実施の形態は、冷蔵庫の断熱箱体自体を真空断熱体としたものである。
【００５５】
図４は本発明の第２の実施の形態における真空断熱体からなる冷蔵庫の断熱箱体を示す正面図である。また、図５は本発明の第２の実施の形態における真空断熱箱体の壁面一部を示す拡大断面図ある。なお、本発明の第１の実施の形態と同じ部分については同一番号を附記して説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００５６】
図４、図５において、断熱箱体２１（以下、真空断熱箱体と称す）の断熱用空間２４自体に芯材１４と気体吸着剤１５とを装填し、真空封止してある。
【００５７】
芯材１４は本発明の第１の実施の形態と同様、温度に応じてその熱伝導率が大きく変化する第１の断熱芯材１６とそれほど変化しない第２の断熱芯材１７との二層で構成してあって、第１の断熱芯材１６と第２の断熱芯材１７とはその熱伝導率変化勾配が交差するものである。
【００５８】
真空断熱箱体２１は先の特許第５３１０９２８号公報に記載している方法で製造するが、簡単に記載しておく。真空断熱箱体２１の断熱用空間２４内に第２の断熱芯材１７となる繊維芯材を入れた包袋材をセットして外箱２あるいは内箱３の適所数か所に設けたウレタン液注入口３１（図４参照）からウレタン液を注入する。そして、発泡硬化させて第１の断熱芯材１６と第２の断熱芯材１７を充填し、その後このウレタン液注入口３１から真空引き或いは真空断熱箱体２１全体を真空チャンバー内に入れて真空引きし、ウレタン液注入口３１等の真空引き口部分を密閉封止して構成してある。なお、上記ウレタン注入時に断熱用空間４内の空気をスムーズに排気するための空気抜き孔３２が外箱２あるいは内箱３の適所に分散配置してあり、ウレタン液注入口３１と同様真空引きした後密閉封止してある。
【００５９】
この時、真空断熱箱体２１の芯材１４は、本実施の形態と同様、その第１の断熱芯材１６が真空断熱箱体２１の冷蔵室２８等となる内部空間側に面し、第２の断熱芯材１７が外側に面するように配置してある。
【００６０】
なお、真空断熱箱体２１の内部空間は、本実施の形態では仕切板２７によって冷蔵室２８と冷凍室３０とに区画しているが、これに限られず、本実施の形態のように用途の異なる複数の貯蔵室（冷蔵室、冷凍室、製氷室、野菜室など）に区画されていてもよい。
【００６１】
また、冷蔵室２８と冷凍室３０はそれぞれ扉（図示せず）を備えていて、その扉もまた真空断熱箱体２１と同様の構成としてある。
【００６２】
上記構成において、この冷蔵庫は、その真空断熱箱体２１が本実施の形態で説明した真空断熱体５と同様の効果を発揮するが、さらに冷蔵庫の壁厚を薄くすることができる。
【００６３】
すなわち、この真空断熱箱体２１は、その芯材１４が連続気泡樹脂からなる第１の断熱芯材１６とグラスウール等の繊維材からなる第２の断熱芯材１７との二層構造となっていて、従来の硬質ポリウレタンフォームからなる断熱層とアルミニウム蒸着ガスバリア層を含む積層外包材で芯材を真空封止した一般的な真空断熱材とを一体化した形となっている。しかも真空断熱箱体２１自体の断熱性も高いものとなっているから、従来の硬質ポリウレタンフォームからなる断熱層を必要とせず、その分断熱構造壁となる断熱用空間４の厚みを薄くすることができ、真空断熱箱体２１の容量の大型化が可能となる。
【００６４】
また、上記第１の断熱芯材１６を構成する連続気泡樹脂は、その気泡が小さい、例えば３０μｍから２００μｍと小さいため、断熱用空間４内を真空引きする際、連続気泡樹脂の通気抵抗（排気抵抗）が大きく、連続気泡樹脂の内部空間を減圧するのに多大な時間を要することになる。
【００６５】
しかしながら本実施の形態の真空断熱箱体２１は、その断熱用空間４内に連続気泡樹脂からなる第１の断熱芯材１６とともに繊維材料からなる第２の断熱芯材１７が装填してあるから、この第２の断熱芯材１７の厚み分だけ第１の断熱芯材１６の厚みを薄くできる。その結果、厚みが薄くなった分、第１の断熱芯材１６を構成する連続気泡樹脂の連続気泡通路が短くなって通気抵抗が減少し、真空引き時間を短縮して生産性を向上させることができる。
【００６６】
また、本実施の形態の真空断熱箱体２１は、通気抵抗の大きな連続気泡樹脂の第１の断熱芯材１６の厚みが薄くなった分とそれによって短くなる連続気泡通路の短縮によって、連続気泡樹脂の内部から徐々に出てくるガス自体も低減できると同時にそのガスを連続気泡で構成される通路全体へと分散させるので、ガスが少なくなった分その断熱性能の低下を抑制できる。さらに、ガスが分散する分局部的な圧力上昇による変形も抑制できる。
【００６７】
しかも、この真空断熱箱体２１は、通気抵抗の大きな連続気泡樹脂からなる第１の断熱芯材１６の厚みが薄くなった分の強度不足を通気抵抗の小さなグラスウール或いはロックウール等の繊維材料からなる第２の断熱芯材１７が補う形となり、内圧上昇による変形防止に加え強度不足に起因する変形も防止することができる。
【００６８】
加えて、第２の断熱芯材１７を構成するグラスウール或いはロックウール等はそれ自体の熱伝導率が低くて断熱性がよいので、第１の断熱芯材１６の厚さを薄くしても真空断熱箱体２１の断熱性は優れたものとすることができる。更に加えてこの真空断熱箱体２１はした如く通気抵抗の大きな連続気泡樹脂等の断熱芯材から出てくるガスの量が少なくなったことによって断熱性の低下も抑制することができる。
【００６９】
一方、真空断熱箱体２１は、その断熱芯材のうちの一方は連続気泡樹脂で構成するとともに、他方の断熱芯材は連続気泡樹脂製の断熱芯材よりも通気抵抗が小さい繊維材料で構成している。そのため、既述したように断熱用空間４に繊維材料を入れた状態で連続気泡樹脂を流し込みこれを一体発泡させて真空引きすればよく、生産性を大幅に向上させて生産コストを低減させさらに安価に提供することができる。
【００７０】
（第３の実施の形態）
この第３の実施の形態は、真空断熱体をＬＮＧ輸送タンカーにおけるＬＮＧ船内タンクの断熱構造体に用いたものである。
【００７１】
図６は第３の実施の形態における真空断熱体を用いた船内タンクを備える、メンブレン方式のＬＮＧ輸送タンカーの概略構成を示す概略断面図、図７は第３の実施の形態における船内タンクの内面の二層構造を示す模式的斜視図およびその部分拡大断面図、図８は第３の実施の形態における船内タンクの断熱構造体に用いた真空断熱体の拡大断面図である。
【００７２】
図６〜図８に示すように、船体自体によって構成される断熱容器４１は、タンクとなる容器の内側に一次防熱，二次防熱と称される内外二重の断熱構造を採用している。
【００７３】
図７、図８において、断熱容器４１は、容器外槽４２と、容器外槽４２の内方に中間槽４３を介して設けた容器内槽４４を備えている。容器内槽４４及び中間槽４３はいずれもステンレス鋼製のメンブレン或いはインバー（３６％のニッケルを含有するニッケル鋼）で構成して、熱収縮に強い構成としてある。
【００７４】
容器内槽４４と中間槽４３との間に配した断熱構造体である第１の断熱箱４５は、一面を開口したベニヤ板等の木製の箱枠体４６と、箱枠体４６内に充填したパーライト等の粉末断熱材４７とで構成してある。なお、上記粉末断熱材４７はパーライトの代わりにグラスウール等で構成してもよく、この実施の形態では粉末断熱材４７の場合で説明する。
【００７５】
また、中間槽４３と容器外槽４２との間に配した第２の断熱箱４８は、第１の断熱箱４５と同様の一面を開口した木製の箱枠体４６の底面に真空断熱体４９を敷設し、その開口側部分に第１の断熱箱４５と同様のパーライト等の粉末断熱材４７を充填して構成してある。また、本実施の形態では、第２の断熱箱４８は真空断熱体４９が外側、すなわち容器外槽４２側に面するように配してある。
【００７６】
この真空断熱体４９は、その芯材１４が第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様、温度に応じてその熱伝導率が大きく変化する第１の断熱芯材１６と、それほど変化しない第２の断熱芯材１７との二層で構成してある。第１の断熱芯材１６と第２の断熱芯材１７とはその熱伝導率変化勾配が交差するものであり、その詳細構造は第１の実施の形態１および第２の実施の形態と同じである。そして、外包材５３は第１の実施の形態と同様に単純な平板状となっていて、ステンレスあるいはこれと同等以下のイオン化傾向の小さい耐腐食性の高い凹状の金属薄板５３ａ、５３ａを嵌め合わせその周囲を溶着して構成してある。
【００７７】
この第３の実施の形態の真空断熱体４９も第１の実施の形態、第２の実施の形態で説明した真空断熱体５および真空断熱箱体２１と同様の効果を奏し、重複する効果の説明は省略する。しかし、この真空断熱体４９をＬＮＧ船内タンクの断熱材として用いた場合は、芯材１４を真空封止する外包材の金属薄板５３ａ，５３ａが従来からある一般的なアルミニウム蒸着層を有する積層シート外包材に比べその耐腐食性能が格段に高い。そのため、例えば海水に曝されることがあっても腐食して破袋または破損するのを防止でき、その信頼性が高いものとなる利点がある。
【００７８】
また、芯材１４を連続気泡樹脂からなる第１の断熱芯材１６とグラスウール等の繊維材からなる第２の断熱芯材１７との二層構造としていて、その断熱性能が高いものとなっている。そのため、この真空断熱体４９を用いる第２の断熱箱４８内の粉末断熱材４７の量を少なくして第２の断熱箱４８自体の厚みを薄くすることができ、その分断熱容器の容量の大型化が可能となる。
【００７９】
さらに、このＬＮＧ船内タンクの断熱材として用いた真空断熱体４９は、その第１の断熱芯材１６が容器内槽４４の内部空間、すなわちＬＮＧ等の物質が貯蔵されている内部空間と面する側になるように配置してあるから、断熱容器４１をより効率よく断熱することができ、その断熱性を高いものとすることができる。すなわち、上記構成とすれば、既述した通り、まず熱伝導率λの低い第１の断熱芯材１６が内部空間からの低温を強力に断熱し、その外側に位置する第２の断熱芯材１７は熱伝導率λの低い第１の断熱芯材１６で強力断熱した後の比較的温度が高い低温領域で断熱する。このことになり、熱伝導率λが若干高い第２の断熱芯材１７であっても強力に断熱でき、それぞれの断熱特性を生かして効率よく容器内の超低温物質を断熱保存することができる。特に断熱容器４１に貯蔵するＬＮＧ等の物質の温度が−１６２℃と超低温であるため効果的である。
【００８０】
さらに、気体吸着剤１５として用いたＺＳＭ−５型ゼオライトは化学吸着作用を有するから、吸着したガスが容易に離脱しないので、真空断熱体４９の内部の真空度を良好に保持することができる。それゆえ、ＬＮＧ等の可燃性燃料等を扱う場合に、何らかの影響で気体吸着剤が可燃性ガスを吸着したとしても、その後の温度上昇等の影響によってガスを再放出することがなく、真空断熱体４９の防爆性を高め安全性を向上させることができる。
【００８１】
（第４の実施の形態）
図９は、中心温度２４℃におけるグラスウールと連続気泡ウレタンの内圧と熱伝導率λとの関係を示している。図９に示すように連続気泡ウレタン単層の熱伝導率λは圧力が変化してもさほど変化しないものの、グラスウール単層は圧力によって熱伝導率λが大きく変化し、両者の熱伝導率変化勾配は異なっている。そして、連続気泡ウレタンは大気圧あるいはそれに近い圧力環境に置かれても熱伝導率λが低く抑えられているので、ある程度の断熱性能を維持することができる。
【００８２】
本実施の形態における真空断熱体では、この二つの材質を真空断熱体の断熱芯材として用いる。すなわち、通気性のある芯材を外包材で真空封止し、その芯材を熱伝導率の異なる少なくとも二層以上の断熱芯材で構成する。また、その芯材を構成する二層以上の断熱芯材のうちの少なくとも二つは圧力に応じてその熱伝導率の変化勾配が異なっていて、二つの断熱芯材の熱伝導率の大小関係が大気圧の場合と真空状態の場合で入れ替わる。
【００８３】
この構成により、仮に外包材が破損した場合であって、真空断熱体が大気圧あるいはそれに近い圧力環境に置かれても、熱伝導率λが低く抑えられている連続気泡ウレタンを断熱芯材の一つとしているため、断熱性能を維持することができる。
【００８４】
なお、図９では、圧力が変化しても熱伝導率λがさほど変化しない材質を連続気泡ウレタンとし、圧力によって熱伝導率λが大きく変化する材質をグラスウールとした。これ以外の組み合わせとして、スチロール繊維とグラスウール、セルロース繊維とシリカ粉末、セルロース繊維とグラスウールの組み合わせでもよい。
【００８５】
（第５の実施の形態）
図２、図４および図５では、気体吸着剤を連続気泡樹脂製の断熱芯材側に配置し芯材とともに真空封止していた。本実施の形態は、乾燥剤あるいは気体吸着剤を真空引きで真空度の下がりにくい断熱芯材側、言い換えると排気路が少ない断熱芯材側に配置する構成とする。
【００８６】
排気路が少なく十分な真空引きが困難な、例えば発泡系有機素材側に乾燥剤あるいは気体吸着剤のいずれかまたは両方を配置することにより、真空引き工程の時間を延長することなく、真空断熱材の内圧を下げることができ、断熱性能を改善することができる。
【００８７】
（その他の実施の形態）
以上説明してきたようにこの発明の真空断熱体は、断熱性能が高く、これを用いた断熱構造体の厚みも薄くできるものであるが、本発明の目的を達成する範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００８８】
例えば、上記各実施の形態では、冷蔵庫の真空断熱箱体２１やＬＮＧ船体タンク用の断熱容器の真空断熱体４９を一例として説明したが、真空断熱体とそれを応用した断熱構造体の構成および形状などはこれに限らない。すなわち、断熱構造体が容器状ではなく、略平板形状とした扉等の断熱壁等であってもよい。また容器であってもＬＮＧ船体用タンクではなく、例えば、携帯用保冷庫の筐体、恒温槽の筐体、貯湯タンクの筐体等であってもよいものである。
【００８９】
また、上記全ての実施の形態では、連続気泡樹脂に連続気泡ウレタンフォームを用いたが、連続気泡樹脂はこれに限らず、例えば、連続気泡フェノールフォーム或いはこれらのいずれか一方を含んだ共重合体樹脂などであってもよい。そして、この連続気泡樹脂は、特許第５３１０９２８号公報に記載されているようなコア層とともにスキン層にも気泡を形成した連続気泡樹脂であれば効果的であるが、スキン層が連続気泡となっていない一般的な連続気泡樹脂のスキン層を切除してコア層のみとしたものであってもよいものである。同様に連続気泡樹脂よりも通気抵抗の小さな断熱材としてグラスウール等の無機系繊維材料を例示したが、無機系繊維以外の公知の有機系繊維を用いてもよいし、パーライト等のような粉体材料であってもよい。
【００９０】
さらに、真空断熱体の外包材は、例えば図１０に示すような従来から用いられている積層シート６１であってもよい。この積層シート６１は、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルム等からなる表面保護層６２、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス箔等の金属箔、基材となる樹脂フィルムに対して金属または金属酸化物を蒸着した蒸着フィルム、この蒸着フィルムの表面にさらに公知のコーティング処理を施したフィルム等からなるガスバリア層６３、低密度ポリエチレン等の熱可塑性樹脂フィルムなどからなる熱溶着層６４を積層一体化したものである。
【００９１】
このように、当業者にとっては、各実施の形態の説明から本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、各実施の形態における説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【００９２】
以上説明したように、本発明は、通気性のある芯材を外包材で真空封止して構成した真空断熱体であって、芯材は熱伝導率の異なる少なくとも二層以上の断熱芯材で構成する。また、芯材を構成する二層以上の断熱芯材のうちの少なくとも二つは温度に応じてその熱伝導率の変化勾配が異なっていて、両者の熱伝導率変化勾配が交差する材料で形成する。
【００９３】
これにより、真空断熱体は熱伝導率の異なる断熱芯材が真空状態で二層存在することになるから、従来のグラスウール或いはロックウールなどの繊維材料のみの一層単独の断熱芯材を真空封止したものに比べその断熱性は幅広い温度領域で高いものとなり、超低温域でも高い断熱性能を発揮する。よって、冷蔵庫等からＬＮＧまたは水素ガス等の超低温物質を保持する断熱容器等まで幅広い温度領域を効率よく断熱する真空断熱材とすることができる。しかも、断熱性が向上したことによりこの真空断熱体を用いて構成する断熱構造体の壁厚を薄くすることもできる。
【００９４】
また、本発明は、通気性のある芯材を外包材で真空封止して構成した真空断熱体であって、芯材は熱伝導率の異なる少なくとも二層以上の断熱芯材で構成する。また、芯材を構成する二層以上の断熱芯材のうちの少なくとも二つは圧力に応じてその熱伝導率の変化勾配が異なっていて、二つの断熱芯材の熱伝導率の大小関係が大気圧の場合と真空状態の場合で入れ替わる。
【００９５】
これにより、何らかの要因で外包材が破損した場合であっても、大気圧において熱伝導率が他の断熱芯材より低い断熱芯材が存在するので、ある程度の断熱性能が維持できる。そのため、この真空断熱体を冷蔵庫に用いた場合、外包材の破損に伴う急激な断熱性能の低下が回避でき、冷蔵庫内の食材全てが悪影響を受けることはない。
【００９６】
また、本発明は、芯材を構成する断熱芯材のうち一方の断熱芯材を有機系断熱材で構成するとともに、他方の断熱芯材を無機系断熱材で構成する。
【００９７】
これにより、幅広い温度領域で断熱性が高いものとなり、広い用途を持つ真空断熱体を提供することができる。
【００９８】
また、本発明は、芯材を構成する断熱芯材のうち一方の断熱芯材は連続気泡樹脂で構成するとともに、他方の断熱芯材はグラスウール或いはロックウールなどの繊維材料或いはパーライト等の粉体材料で構成してある。
【００９９】
これにより、幅広い温度領域で断熱性が高いものとなり、広い用途を持つ真空断熱体を提供することができる。
【０１００】
また、本発明は、芯材を構成する断熱芯材のうちの繊維材料或いは粉体材料は通気性の袋に装填してある。
【０１０１】
これにより、柔軟性があって型崩れしやすい繊維材料或いは粉体材料を容易に外包材内に装填することができ、生産性を向上させてコストダウンを図ることができる。
【０１０２】
また、本発明は、外包材内に芯材とともに気体吸着剤を真空封止し、その気体吸着剤を外包材内の連続気泡樹脂製断熱芯材側に配置する。
【０１０３】
これにより、外包材内に残存しているガスを吸着するに際し真空引きしきれずに気泡内に残っている連続気泡樹脂内のガスを効率よく気体吸着剤で吸着することができ、気泡の吸着効果不足による内圧上昇で断熱体が変形したり断熱性が低下したりするのを防止することができる。
【０１０４】
また、本発明は、外包材の内部に芯材とともに乾燥剤を真空封止し、乾燥剤を外包材の内部の排気路が少ない断熱芯材側に配置する。
【０１０５】
これにより、外包材内に残存しているガスを吸着するに際し真空引きしきれずに気泡内に残っている排気路が少ない断熱芯材の水分を効率よく乾燥剤で吸着することができ、水分の吸着不足による内圧上昇で断熱体が変形したり断熱性が低下したりするのを防止することができる。
【０１０６】
また、本発明は、外包材の内部に芯材とともに気体吸着剤を真空封止し、気体吸着剤を外包材の内部の排気路が少ない断熱芯材側に配置する。
【０１０７】
これにより、外包材内に残存しているガスを吸着するに際し真空引きしきれずに気泡内に残っている排気路が少ない断熱芯材のガスを効率よく気体吸着剤で吸着することができ、ガスの吸着不足による内圧上昇で断熱体が変形したり断熱性が低下したりするのを防止することができる。
【０１０８】
また、本発明は、外包材は金属薄板で構成してその金属薄板同士の周縁部を固着し内部を真空封止した構成としてある。
【０１０９】
これにより、芯材を真空封止している金属薄板製の外包材は従来からある一般的な真空断熱板のアルミニウム蒸着層を含む多層外包材に比べその耐腐食性能が格段に高くなる。そのため、ＬＮＧタンカー等として用いられて海水に曝されることがあっても腐食して破袋または破損するのを防止でき、その耐久性を長期間に亘って高く維持することができる。
【０１１０】
また、本発明は、常温よりも１００℃以上低い物質を保持する断熱容器であって、断熱容器の低温側に常温よりも１００℃以上低い温度における熱伝導率の低い断熱芯材が位置する様に配置する。なお、常温とは大気温度のことである。
【０１１１】
これにより、二層断熱芯材のそれぞれの特性を生かして効率よく容器内の超低温物質を断熱保存することができる。
【０１１２】
また、本発明は、０℃以下の環境で使用される断熱壁であって、断熱壁の低温側に熱伝導率の低い断熱芯材が位置する様に配置する。
【０１１３】
これにより、二層ある断熱芯材の特性を生かして効率よく断熱壁両側の断熱を効率よく行うことができる。
【０１１４】
なお、断熱される空間は、一部を真空断熱体で覆うよりも、壁面の全面を真空断熱体で覆うことにより、最も高い断熱効果を得ることができる。具体的には、例えば、窓がない冷凍コンテナや、照明をつけて照度を確保したコンビニエンスストアのバックヤードや冷凍倉庫などに、適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上のように本発明は、断熱性能が高く、これを用いて構成する断熱構造体の厚みも薄くできる真空断熱体を提供でき、冷蔵庫等の民生用機器、鉄道や船や車両で運搬する冷凍コンテナ、コンビニエンスストアのバックヤードから冷凍倉庫、ＬＮＧ貯蔵タンク等の工業用の真空断熱体及びこれを用いた断熱容器、断熱壁として幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１  断熱箱体
２  外箱
３  内箱
４，２４  断熱用空間
５，４９  真空断熱体
６  発泡断熱材
７，２７  仕切板
８，２８  冷蔵室
９  上段冷凍室
１０  製氷室
１１  下段冷凍室
１２  野菜室
１３，５３  外包材
１４  芯材
１５  気体吸着剤
１６  第１の断熱芯材
１７  第２の断熱芯材
２１  真空断熱箱体
２５  仕切板
３０  冷凍室
３１  ウレタン液注入口
３２  空気抜き孔
４１  断熱容器
４２  容器外槽
４３  中間槽
４４  容器内槽
４５  第１の断熱箱
４６  箱枠体
４７  粉末断熱材
４８  第２の断熱箱
５３ａ，５３ｂ  金属薄板
６１  積層シート
６２  表面保護層
６３  ガスバリア層
６４  熱溶着層
【図１】
2015186358.tif 000003
【図２】
2015186358.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015186358.tif 000012
【国際調査報告】
2015186358.tif 000013
2015186358.tif 000014
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