(57)【要約】【課題】厚さの増大を抑えつつ断熱性能の向上を図り真空断熱材の表面温度上昇を抑制できる断熱構造体を提供する。【解決手段】断熱構造体１００は、芯材と芯材を真空密閉して覆う外被材とを有する真空断熱材１３０と、真空断熱材１３０に一側面が密着して配置され当該一側面に凹部１１１が形成された第１発泡断熱材１１０と、真空断熱材１３０及び第１発泡断熱材１１０を覆って設けられる第２発泡断熱材１２０と、を備える。第１発泡断熱材１１０には、凹部１１１内に閉じ込められた空気により空気断熱層１０１が形成される。空気断熱層１０１は、真空断熱材１３０よりも高温熱源側に配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と前記芯材を真空密閉して覆う外被材とを有する真空断熱材と、
前記真空断熱材に一側面が密着して配置され、前記一側面に凹部が形成された第１発泡断熱材と、
前記真空断熱材及び前記第１発泡断熱材を覆って設けられる第２発泡断熱材と、を備え、
前記第１発泡断熱材には、前記凹部内に閉じ込められた空気により空気断熱層が形成され、
前記空気断熱層は、前記真空断熱材よりも高温熱源側に配置される断熱構造体。
【請求項２】
前記第１発泡断熱材及び前記第２発泡断熱材は、同質のウレタンフォームからなり、
前記空気断熱層の厚みは、８．５ｍｍ以下である請求項１に記載の断熱構造体。
【請求項３】
前記第１発泡断熱材は、ビーズ法ポリスチレンフォームからなり、
前記空気断熱層の厚みは、１５．５ｍｍ以下である請求項１に記載の断熱構造体。
【請求項４】
芯材と前記芯材を真空密閉して覆う外被材とを有する真空断熱材に、一側面に凹部が形成された第１発泡断熱材を、前記凹部が形成された面が前記真空断熱材の側になるようにして密着させ、
前記真空断熱材及び前記第１発泡断熱材を、前記第１発泡断熱材と別の第２発泡断熱材により覆って一体成形し、
前記第１発泡断熱材に前記凹部内に閉じ込められた空気により空気断熱層を形成する断熱構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第１発泡断熱材を複数の断熱材部品を結合して構成する請求項４に記載の断熱構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、断熱構造体及び構造断熱体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温水を貯留する貯湯タンクを外側から覆う成形断熱材と、成形断熱材の内部に埋設され貯湯タンクに面した内面と外部に面した外面とを有する板状の真空断熱材とを備えた貯湯式給湯機の断熱構造体が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１７５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるような断熱構造体においては、断熱性能を向上させようとすると、熱移動方向における断熱構造体の厚さの増大が避けられない。断熱構造体が有する真空断熱材の外装材として、ヒートブリッジの影響の少ない例えばアルミ蒸着フィルムを用いた場合、真空断熱材の表面温度が上昇すると、アルミ蒸着フィルムの劣化を招く。したがって、断熱構造体が有する真空断熱材の表面温度上昇を抑制するために、断熱構造体の厚さが増大してしまう。
【０００５】
本開示は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、熱移動方向における厚さの増大を抑えつつ、断熱性能の向上を図り、断熱構造体が有する真空断熱材の表面温度上昇を抑制できる断熱構造体及び断熱構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る断熱構造体は、芯材と前記芯材を真空密閉して覆う外被材とを有する真空断熱材と、前記真空断熱材に一側面が密着して配置され、前記一側面に凹部が形成された第１発泡断熱材と、前記真空断熱材及び前記第１発泡断熱材を覆って設けられる第２発泡断熱材と、を備え、前記第１発泡断熱材には、前記凹部内に閉じ込められた空気により空気断熱層が形成され、前記空気断熱層は、前記真空断熱材よりも高温熱源側に配置される。
【０００７】
また、本開示に係る断熱構造体の製造方法は、芯材と前記芯材を真空密閉して覆う外被材とを有する真空断熱材に、一側面に凹部が形成された第１発泡断熱材を、前記凹部が形成された面が前記真空断熱材の側になるようにして密着させ、前記真空断熱材及び前記第１発泡断熱材を、前記第１発泡断熱材と別の第２発泡断熱材により覆って一体成形し、前記第１発泡断熱材に前記凹部内に閉じ込められた空気により空気断熱層を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る断熱構造体及び断熱構造体の製造方法によれば、熱移動方向における厚さの増大を抑えつつ、断熱性能の向上を図り、断熱構造体が有する真空断熱材の表面温度上昇を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る断熱構造体を設けた貯湯タンクを構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る断熱構造体の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る断熱構造体の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係る断熱構造体が備える第１発泡断熱材の凹部の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】実施の形態１に係る高温熱源である貯湯タンクの温度分布の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。
【図８】実施の形態１に係る断熱構造体の真空断熱材の表面温度について説明する図である。
【図９】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱ピッチと第１発泡断熱材の撓み量との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態１に係る断熱構造体が備える第１発泡断熱材の凹部及び凸部の形状を模式的に示す図である。
【図１１】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの下限値との関係を示す図である。
【図１２】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。
【図１３】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。
【図１４】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する図である。
【図１５】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。
【図１６】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。
【図１７】実施の形態１に係る断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する図である。
【図１８】実施の形態１に係る断熱構造体のアルミ蒸着フィルムとアルミ箔フィルムの諸元の一例を示す図である。
【図１９】実施の形態１に係る断熱構造体の変形例の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２０】実施の形態１に係る断熱構造体の変形例の適用例を模式的に示す図である。
【図２１】実施の形態２に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。
【図２２】図２１の要部を拡大して示す図である。
【図２３】実施の形態２に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。
【図２４】実施の形態２に係る断熱構造体の空気断熱ピッチと第１発泡断熱材の撓み量との関係を示す図である。
【図２５】実施の形態２に係る断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する図である。
【図２６】実施の形態２に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。
【図２７】実施の形態２に係る断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。
【図２８】実施の形態２に係る断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示に係る断熱構造体及び構造断熱体の製造方法を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。なお、本開示は以下の実施の形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、又は各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【００１１】
実施の形態１．
図１から図２０を参照しながら、本開示の実施の形態１について説明する。図１は断熱構造体を設けた貯湯タンクを構成を示す断面図である。図２は断熱構造体の構成を模式的に示す斜視図である。図３は断熱構造体の構成を模式的に示す断面図である。図４は断熱構造体が備える第１発泡断熱材の凹部の構成を模式的に示す断面図である。図５は高温熱源である貯湯タンクの温度分布の一例を示す図である。図６は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。図７は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。図８は断熱構造体の真空断熱材の表面温度について説明する図である。図９は断熱構造体の空気断熱ピッチと第１発泡断熱材の撓み量との関係を示す図である。図１０は断熱構造体が備える第１発泡断熱材の凹部及び凸部の形状を模式的に示す図である図１１は断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの下限値との関係を示す図である。図１２は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。図１３は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。図１４は断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する図である。図１５は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。図１６は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。図１７は断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する図である。図１８は断熱構造体のアルミ蒸着フィルムとアルミ箔フィルムの諸元の一例を示す図である。図１９は断熱構造体の変形例の構成を模式的に示す斜視図である。図２０は断熱構造体の変形例の適用例を模式的に示す図である。
【００１２】
図１に示すのは、この実施の形態に係る断熱構造体１００を貯湯タンク１に設けた構成例である。貯湯タンク１の内部には、例えば、電気式給湯装置により加熱された高温の湯が貯蔵される。図示の構成例では、貯湯タンク１は、上端部分が上に凸なドーム状で、下端部分が下に凸なドーム状で、中央部分が円筒状の外形を呈する。貯湯タンク１は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）でできている。
【００１３】
貯湯タンク１の周囲は、断熱材で覆われている。ここでは、貯湯タンク１の側面部分に、この実施の形態の断熱構造体１００が設けられている。貯湯タンク１の上面部分及び下面部分には、発泡断熱材１０が設けられている。そして、これらの断熱構造体１００及び発泡断熱材１０のさらに外側には、外殻部２０が設けられている。外殻部２０は、例えば、鉄、アルミ等の金属でできている。
【００１４】
次に、図２を参照しながら、この実施の形態に係る断熱構造体１００の構成について説明する。この実施の形態の断熱構造体１００は、第１発泡断熱材１１０、第２発泡断熱材１２０及び真空断熱材１３０を備えている。真空断熱材１３０は、芯材と外被材とを有する。芯材は、例えば、グラスウール又は繊維シートを積層構造にしたものである。そして、外被材は、芯材を真空密閉している。
【００１５】
第１発泡断熱材１１０は、真空断熱材１３０に一側面が密着して配置されている。第１発泡断熱材１１０の前述した一側面、すなわち、真空断熱材１３０に密着する面には、凹部１１１が形成されている。図示の構成例では、凹部１１１が複数形成されている。複数の凹部１１１同士の間は、相対的に突出して凸部１１２が形成されている。
【００１６】
第２発泡断熱材１２０は、これらの真空断熱材１３０及び第１発泡断熱材１１０を覆って設けられている。第１発泡断熱材１１０及び真空断熱材１３０は、第２発泡断熱材１２０に周囲を完全に被覆され、外気と接触しないように構成されている。
【００１７】
第１発泡断熱材１１０は、真空断熱材１３０よりも高温熱源側に配置される。すなわち、ここで説明する構成例では、第１発泡断熱材１１０は、真空断熱材１３０よりも貯湯タンク１側に配置される。
【００１８】
前述したように、第１発泡断熱材１１０の凹部１１１が形成された面は、真空断熱材１３０に密着されている。このため、第１発泡断熱材１１０のそれぞれの凹部１１１は、第１発泡断熱材１１０と真空断熱材１３０とに囲まれて密閉される。この密閉されたそれぞれの凹部１１１には、空気が閉じ込められて空気断熱部が形成される。そして、それぞれの凹部１１１において形成される空気断熱部の集合体として、第１発泡断熱材１１０に空気断熱層１０１が形成される。前述したように、第１発泡断熱材１１０は、真空断熱材１３０よりも高温熱源側に配置される。したがって、空気断熱層１０１は、真空断熱材１３０よりも高温熱源側に配置される。
【００１９】
次に、以上のように構成された、この実施の形態の断熱構造体１００の製造方法について説明する。まず、一側面に凹部１１１が形成された第１発泡断熱材１１０を、前述の一側面すなわち凹部１１１が形成された面が真空断熱材１３０の側になるようにして、真空断熱材１３０に密着させる。次に、真空断熱材１３０及び第１発泡断熱材１１０を、第１発泡断熱材１１０と別の第２発泡断熱材により覆って一体成形する。この際、第２発泡断熱材１２０を発泡させる時に、密着させた真空断熱材１３０及び第１発泡断熱材１１０を第２発泡断熱材１２０の内部にインサートして成形することで、一体発泡した断熱構造体１００とする。これにより、凹部１１１内に閉じ込められた空気により空気断熱層１０１を第１発泡断熱材１１０に形成する。
【００２０】
第２発泡断熱材１２０の材料は、例えば、二液混合性の発泡ウレタンフォームとする。また、この実施の形態では、第１発泡断熱材１１０の材料も、第２発泡断熱材１２０と同じ２液混合性の発泡ウレタンフォームとする。
【００２１】
次に、以上のように構成された断熱構造体１００の断熱性評価について、具体例を挙げて説明する。図３に示すのは、断熱構造体１００の断熱性評価に用いる各種の寸法パラメータを示すものである。ここで、「空気断熱ピッチ」とは、図４に示すように、１つの凹部１１１を挟む凸部１１２の中心間の寸法である。また、「空気断熱ブロック寸法」とは、同じく図４に示すように、１つの凸部１１２の幅である。つまり、空気断熱ブロック寸法は、それぞれの空気断熱部間の発泡断熱材の厚さである。
【００２２】
図３に示すように、熱移動方向において、温水、貯湯タンク１の壁部、第２発泡断熱材１２０、空気断熱層１０１を含む第１発泡断熱材１１０、真空断熱材１３０、第２発泡断熱材１２０、外殻部２０、外気の順で並んでいる。貯湯タンク１の壁部の厚さは０．５ｍｍとする。第２発泡断熱材１２０の厚さは、温水（高温熱源）側及び外気（低温熱源側）のそれぞれで４ｍｍとする。外殻部２０の厚さは０．５ｍｍとする。また、空気断熱ブロック寸法を５ｍｍとする。そして、基準とする初期条件において、空気断熱層１０１を含む第１発泡断熱材１１０の厚さを８ｍｍ、空気断熱層１０１の厚さ（空気断熱奥行とも呼ぶ）を４ｍｍ、空気断熱ピッチを５ｍｍとする。空気断熱層間の発泡断熱材厚さ（空気断熱ブロック）は一定（５ｍｍ）とする。
【００２３】
図５に、高温熱源の一例である貯湯タンク１の内部水温の温度分布例を示す。貯湯タンク１内には、上部に高温水、下部に低温水が分布し、かつ高温水領域はいくつかの温度帯に分かれている。満水時の貯湯温度は高温側でおよそ６５℃、低温側でおよそ４０℃である。しかしながら、沸き上げ時には貯湯タンク１内の水温は９０℃前後まで上昇する。このため、貯湯タンク１に用いる断熱構造体１００の評価においては、高温熱源の最高温度を９０℃で考える必要がある。そこで、以降においては、高温熱源の最高温度を９０℃、最低温度を４０℃とした場合において、縦方向の空気断熱ピッチを最大１８０ｍｍとし、等間隔に温度分布を付与するモデルで考える。
【００２４】
図６に、以上のようなモデルにおいて、空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す。図６の横軸は空気断熱奥行寸法（ｍｍ）、縦軸は熱移動量（Ｗ）である。同図からは、空気断熱層１０１の奥行寸法が６ｍｍ以下の場合、空気断熱ピッチが大きいほど熱移動の抑制量も大きいことが見て取れる。ただし、その差は最大でも０．０８％程度でありほぼ差はないといえる。一方、６ｍｍを境に空気断熱ピッチが大きくなると熱移動量が増加する傾向であることが分かる。このことから、空気断熱層１０１を含む第１発泡断熱材１１０の材料が、第２発泡断熱材１２０と同じ発泡ウレタンフォームの場合、空気断熱層１０１の厚みが６ｍｍを境にして、空気断熱層１０１内での対流による影響が顕著に表れるということが示唆される。
【００２５】
図７に示すのは、以上のようなモデルにおいて、空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材１３０の表面温度との関係である。図７の横軸は空気断熱奥行寸法（ｍｍ）、縦軸は真空断熱材１３０の表面温度（℃）である。同図から見て取れるように、空気断熱奥行が小さい領域では、空気断熱ピッチが大きいほど真空断熱材１３０の表面温度は低下する傾向である。また、空気断熱奥行が１０ｍｍ〜２０ｍｍの間では、空気断熱ピッチを変化させた場合の真空断熱材１３０の表面温度差は大きくない。そして、空気断熱奥行が２０ｍｍ以上の領域では、空気断熱ピッチ１５ｍｍで最も温度が低下している。
【００２６】
ここで、真空断熱材１３０の表面フィルムの耐熱温度を１００℃±１０〜１２％とする。表面フィルムの全生産数のうち、不良（耐熱温度超過）の発生確率を１×Ｅ−０５として、安全係数を算出すると１．２１２になる。真空断熱材１３０の表面フィルムの表面温度分布として正規分布を仮定すると、図８に示すように、安全係数１．２１２において目標とすべき真空断熱材１３０の表面温度は、８２．４９℃となる。図７に示されるように、いずれの空気断熱奥行及び空気断熱ピッチにおいても、この真空断熱材１３０の表面温度は目標温度８２．４９℃以下となることが分かる。
【００２７】
この実施の形態の断熱構造体１００においては、第１発泡断熱材１１０と第２発泡断熱材１２０とを一体発泡させるため、空気断熱層１０１を含む第１発泡断熱材１１０には、第２発泡断熱材１２０を発泡させる時の圧力（３００ｇ／ｃｍ＾２）が等分布的に付与される。このため、凹部１１１の底部分が真空断熱材１３０側に近づくように第１発泡断熱材１１０が撓む。図９に示すのは、空気断熱ピッチ（ｍｍ）と、第１発泡断熱材１１０の撓み量（ｍｍ）との関係である。第１発泡断熱材１１０の撓み量は、第１発泡断熱材１１０に外力が作用していない状態から、凹部１１１の底部分が真空断熱材１３０側に近づいた距離で示している。空気断熱ピッチｘにおける第１発泡断熱材１１０の撓み量ｙは、次の近似式（１）により表すことができる。
【００２８】
ｙ＝１．３７３Ｅ−０６ｘ＾４−２．７３５Ｅ−０５ｘ＾３＋１．９９６Ｅ−０４ｘ＾２−５．５５１Ｅ−０４ｘ＋１．４３１Ｅ−０５  ・・・  （１）
【００２９】
第１発泡断熱材１１０の撓み量が空気断熱奥行に達すると、凹部１１１の底部分が真空断熱材１３０に接して空気断熱部が消滅してしまう。同図から、空気断熱奥行が６ｍｍでは空気断熱ピッチが５０〜５１ｍｍ程度が限界となることが見て取れる。また、空気断熱奥行が４ｍｍ（初期値）では空気断熱ピッチが４６ｍｍ程度で限界となることが見て取れる。
【００３０】
次に、空気断熱奥行に対する空気断熱ピッチの下限について説明する。図６において、空気断熱奥行が６ｍｍより大きい場合、空気断熱ピッチが小さいほど熱移動量が小さくなるが、第１発泡断熱材１１０の凹部１１１及び凸部１１２を成型する際に使用する金型の強度、及び、成型時における凸部１１２の先端部分への成型材料の充填状態を考慮すると、実用可能な空気断熱ピッチには下限値が存在する。ここでは、図１０に示すように、第１発泡断熱材１１０の凹部１１１及び凸部１１２を成型する際に使用する金型における抜き勾配を５°、凹部１１１を成型する金型の先端部の最小寸法を５ｍｍ、凸部１１２の先端部の最小寸法を５ｍｍとする。
【００３１】
図１１に、図１０に示す条件を満足する空気断熱奥行と空気断熱ピッチの下限値との関係を示す。空気断熱ピッチの限界値ｙと、空気断熱奥行ｘとの関係は、次の近似式（２）で表される。
【００３２】
ｙ＝０．３５０ｘ＋１０．０００  ・・・  （２）
【００３３】
同図からは、例えば、金型先端部の最小寸法５ｍｍを確保するための、空気断熱奥行の最小値は４ｍｍであり、その際の空気断熱ピッチは１１．４ｍｍであることが見て取れる。図１１に示す線よりも上側の領域における空気断熱奥行及び空気断熱ピッチの組であれば、製造歩留まりに影響を与えることなく、凹部１１１及び凸部１１２が形成された第１発泡断熱材１１０を生産可能である。
【００３４】
図１２及び図１３は、それぞれ、図６及び図７に空気断熱層１０１を設けない場合を比較のために追加して示したものである。これらの図から分かるように、空気断熱奥行が８．５ｍｍを超えると、空気断熱層１０１を設けない場合と比較して、空気断熱層１０１を設けた場合の方が、熱移動量が多くなり、真空断熱材１３０の表面温度も高くなる。したがって、第１発泡断熱材１１０及び第２発泡断熱材１２０が同質のウレタンフォームからなる場合、空気断熱層１０１の厚みは、８．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３５】
以上を踏まえ、図１４を参照しながら、この実施の形態の断熱構造体１００において、採用可能な空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する。まず、前述したように、空気断熱層１０１の厚みすなわち空気断熱奥行の上限は、８．５ｍｍとする。そして、ある空気断熱奥行における空気断熱ピッチの上限は、第１発泡断熱材１１０の撓み量により決まる。また、ある空気断熱奥行における空気断熱ピッチの下限は、第１発泡断熱材１１０の成型に用いる金型の実用限界により決まる。したがって、採用可能な空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせは、図１４中にハッチングしたＡ部とＢ部の領域内となる。このＡ部とＢ部の領域内であれば、断熱構造体１００の断熱性能と生産性との両立が可能である。
【００３６】
ここで、Ｂ部は、空気断熱奥行が６ｍｍ〜８．５ｍｍで、空気断熱ピッチが小さいほど熱移動量が少ない領域である。したがって、Ｂ部においては、空気断熱ピッチを下限に近づけた方が断熱性能としては有利である。
【００３７】
一方、Ａ部は、空気断熱奥行が４ｍｍ〜６ｍｍで、空気断熱ピッチが大きいほど熱移動量が少ない領域である。したがって、Ａ部においては、空気断熱ピッチを上限に近づけた方が断熱性能としては有利である。また、この領域においては、空気断熱奥行については大きくなるほど熱移動量が小さくなる。したがって、空気断熱奥行をなるべく大きく、すなわち、６ｍｍに近づけるとともに、空気断熱ピッチを空気断熱奥行が６ｍｍの時の上限である５１ｍｍに近づけるようにすることで、断熱性能の向上と、発泡断熱材の使用量を削減することによる製造コストの抑制とを両立できる。
【００３８】
図１５及び図１６は、それぞれ、図１２及び図１３において、高温熱源の温度分布モデルにおける縦方向の幅を７２０ｍｍまで拡大し、空気断熱ピッチが２４０ｍｍから７２０ｍｍまでの場合をさらに追加して示したものである。これらの図から分かるように、空気断熱ピッチを２４０ｍｍ以上に大きくしても、空気断熱ピッチが１８０ｍｍ以下の場合と比較して、断熱性能に大きな変化は見られない。このことから、空気断熱ピッチを拡大した際の空気断熱層１０１内の対流による熱移動の影響が、既に飽和に達していることが推測される。ただし、特に空気断熱奥行が小さい場合には空気断熱ピッチを２４０ｍｍ以上に拡大することで熱移動量の多少の変化が見られ、その差は最大で０．６％程度である。
【００３９】
図１５から分かるように、高温熱源の縦方向の幅を７２０ｍｍに拡大した場合、空気断熱奥行が６ｍｍを超えると、空気断熱層１０１を設けない場合と比較して空気断熱層１０１を設けた場合の方が、熱移動量が多くなる。また、図１６から分かるように、高温熱源の縦方向の幅を７２０ｍｍに拡大した場合、空気断熱奥行が８ｍｍを超えると、空気断熱層１０１を設けない場合と比較して空気断熱層１０１を設けた場合の方が、真空断熱材１３０の表面温度が高くなる。したがって、高温熱源の縦方向の幅が大きい場合、空気断熱層１０１の厚みは、６ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４０】
以上を踏まえ、図１７を参照しながら、この実施の形態の断熱構造体１００において、高温熱源の縦方向の幅が大きい場合に採用可能な空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する。まず、前述したように、空気断熱層１０１の厚みすなわち空気断熱奥行の上限は、６ｍｍとする。したがって、この場合に採用可能な空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせは、図１７中にハッチングしたＡ部の領域内となる。このＡ部の領域内であれば、断熱構造体１００の断熱性能と生産性との両立が可能である。
【００４１】
以上をまとめると、第１発泡断熱材１１０の材料がウレタンフォームの場合、少なくとも、空気断熱ピッチを５５ｍｍ以下とし、かつ、空気断熱奥行を８．５ｍｍ以下とすることが望ましい。そして、特に高温熱源が大きい場合、空気断熱ピッチを５１ｍｍ以下にし、かつ、空気断熱奥行を６ｍｍ以下にすることがさらに望ましい。
【００４２】
以上のように構成された断熱構造体１００においては、真空断熱材１３０の高温熱源側に空気断熱層１０１を形成することで、熱移動方向における厚さの増大を抑えつつ、断熱性能の向上を図り、真空断熱材１３０の表面温度上昇を抑制できる。
【００４３】
次に、真空断熱材１３０の表面温度上昇を抑制することによる有利な点の一例について説明する。一般に、真空断熱材１３０の表面は、外装材によりフィルムされている。真空断熱材１３０をフィルムする外装材として、例えばアルミ箔フィルムとアルミ蒸着フィルムとを挙げることができる（図１８）。図１８に（ａ）アルミ蒸着フィルムと（ｂ）アルミ箔フィルムの諸元の一例を示す。同図に示すように、アルミ箔フィルム及びアルミ蒸着フィルムの外装材全体の厚みの差は６ミクロン程度であり、アルミ箔フィルムの方が薄い。一方、トータルの熱伝導率λはアルミ箔フィルムが１９．８８Ｗ／ｍＫであるのに対し、アルミ蒸着フィルムが０．４２Ｗ／ｍＫであって大きな差があり、断熱特性としてはアルミ蒸着フィルムの方が優れている。
【００４４】
この実施の形態に係る断熱構造体１００においては、真空断熱材１３０の表面温度上昇を抑制することで、真空断熱材１３０の外装材を、アルミ箔フィルムからアルミ蒸着フィルムに変更できる。真空断熱材１３０のフィルムを箔から蒸着へ変更することで、ヒートブリッジの影響が軽減され、断熱無効面積領域をおよそ１／３〜１／５まで低減できる。したがって、真空断熱材１３０の断熱性能低下を抑制できる。
【００４５】
なお、この実施の形態に係る断熱構造体１００の変形例として、図１９に示すように、空気断熱層１０１を形成する第１発泡断熱材１１０を、複数の発泡断熱材ブロック１１３から構成するようにしてもよい。発泡断熱材ブロック１１３の一例を模式的に示す。これらの発泡断熱材ブロック１１３を結合した状態で、第２発泡断熱材１２０により一体発泡することで、図１９（ａ）に示すような第１発泡断熱材１１０とする。すなわち、この変形例における断熱構造体１００の製造方法は、複数の断熱材部品である発泡断熱材ブロック１１３を結合して第１発泡断熱材１１０を構成するものである。このようにすることで、例えば図２０に示すように、高温熱源の温度分布に偏りが存在する場合等には、必要な分だけ空気断熱層を追加することが可能となる。また、高温熱源の温度分布に応じて、空気断熱層１０１を構成する空気断熱部のピッチを容易に変えることができる。さらに、生産性の面においても、金型サイズの縮小等による加工費低減を図ることが可能である。
【００４６】
なお、空気断熱層１０１を構成する空気断熱部を、縦の一次元方向に並べるのではなく、縦横の二次元方向に並べて格子状にしてもよい。このようにすることで、第１発泡断熱材１１０の撓みを抑制することができる。
【００４７】
また、以上においては、理解を容易にするため断熱構造体１００が平板状である場合を例に挙げて説明したが、断熱構造体１００の形状は湾曲等した曲率のあるものでもかまわない。高温熱源の外形に合わせて、断熱構造体１００を構成しても同様の効果が得られる。さらに、断熱構造体１００が設けられる対象は貯湯タンク１に限られず、例えば冷蔵庫等であってもよい。
【００４８】
実施の形態２．
図２１から図２８を参照しながら、本開示の実施の形態２について説明する。図２１は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。図２２は図２１の要部を拡大して示す図である。図２３は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。図２４は断熱構造体の空気断熱ピッチと第１発泡断熱材の撓み量との関係を示す図である。図２５は断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する図である。図２６は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す図である。図２７は断熱構造体の空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材の表面温度との関係を示す図である。図２８は断熱構造体の空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する図である。
【００４９】
ここで説明する実施の形態２は、前述した実施の形態１の構成において、空気断熱層を含む第１発泡断熱材をポリスチレンフォームにしたものである。以下、この実施の形態２に係る断熱構造体について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。説明を省略した構成については実施の形態１と基本的に同様である。以降の説明においては、実施の形態１と同様の又は対応する構成について、原則として実施の形態１の説明で用いたものと同じ符号を付して記載する。
【００５０】
この実施の形態に係る断熱構造体１００の基本的な構成及び製造方法は、図１から図５を参照して実施の形態１として説明したものと同様である。ただし、この実施の形態の第１発泡断熱材１１０の材料は、ポリスチレンフォーム（ＰＳ−ＦＯ）、特にビーズ法ポリスチレンフォーム（ＥＰＳ）である。
【００５１】
図２１に、この実施の形態の断熱構造体１００において、空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と熱移動量との関係を示す。図２２は、図２１の要部を拡大して示すものである。図２１及び図２２の横軸は空気断熱奥行寸法（ｍｍ）、縦軸は熱移動量（Ｗ）である。これらの図からは、空気断熱層１０１の奥行寸法が１０ｍｍ以下の場合、空気断熱ピッチが大きいほど熱移動の抑制量も大きいことが見て取れる。ただし、その差はほとんどないといえる。
【００５２】
一方、１０ｍｍを境に空気断熱ピッチが大きくなると熱移動量が増加する傾向であることが分かる。このことから、空気断熱層１０１を含む第１発泡断熱材１１０の材料がポリスチレンフォームの場合、空気断熱層１０１の厚みが１０ｍｍを境にして、空気断熱層１０１内での対流による影響が顕著に表れるということが示唆される。
【００５３】
また、図２１には、比較対象として、第１発泡断熱材１１０をビーズ法ポリスチレンフォームにして空気断熱層１０１を設けない場合と、第１発泡断熱材１１０をウレタンフォームにして空気断熱層１０１を設けない場合とについても示している。第１発泡断熱材１１０が同じビーズ法ポリスチレンフォームで比較した場合、空気断熱奥行が１５ｍｍ〜１５．５ｍｍ程度を超えると、空気断熱層１０１を設けない場合と比較して、空気断熱層１０１を設けた場合の方が、熱移動量が多くなる。したがって、第１発泡断熱材１１０がビーズ法ポリスチレンフォームからなる場合、空気断熱奥行すなわち空気断熱層１０１の厚みは、１５．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００５４】
一方、参考として第１発泡断熱材１１０をウレタンフォームにして空気断熱層１０１を設けない場合と比較すると、空気断熱奥行が６ｍｍを超えると、ウレタンフォームで空気断熱層１０１を設けない場合と比較して、ポリスチレンフォームで空気断熱層１０１を設けた場合の方が、熱移動量が多くなる。
【００５５】
図２３に示すのは、この実施の形態の断熱構造体１００において、空気断熱ピッチを変化させた場合の空気断熱奥行と真空断熱材１３０の表面温度との関係である。図２３の横軸は空気断熱奥行寸法（ｍｍ）、縦軸は真空断熱材１３０の表面温度（℃）である。同図には、比較対象として、第１発泡断熱材１１０をビーズ法ポリスチレンフォームにして空気断熱層１０１を設けない場合と、第１発泡断熱材１１０をウレタンフォームにして空気断熱層１０１を設けない場合とについても示している。
【００５６】
同図から見て取れるように、第１発泡断熱材１１０が同じビーズ法ポリスチレンフォームで比較した場合、空気断熱奥行が以下であれば、空気断熱層１０１を設けない場合と比較して、空気断熱層１０１を設けた場合の方が、真空断熱材１３０の表面温度が低くなる。また、参考として第１発泡断熱材１１０をウレタンフォームにして空気断熱層１０１を設けない場合と比較すると、空気断熱奥行が５．５ｍｍ以下であれば、ウレタンフォームで空気断熱層１０１を設けない場合と比較して、ポリスチレンフォームで空気断熱層１０１を設けた場合の方が、真空断熱材１３０の表面温度が低くなる。
【００５７】
図２４に示すのは、この実施の形態の断熱構造体１００における、空気断熱ピッチ（ｍｍ）と、第１発泡断熱材１１０の撓み量（ｍｍ）との関係である。図２４は、実施の形態１で説明した図９に相当する。空気断熱ピッチｘにおける第１発泡断熱材１１０の撓み量ｙは、次の近似式（３）により表すことができる。
【００５８】
ｙ＝２．９５９Ｅ−０６ｘ＾４−６．５７３Ｅ−０５ｘ＾３＋６．６１６Ｅ−０４ｘ＾２−３．１９２Ｅ−０３ｘ＋７．０８５Ｅ−０４  ・・・  （３）
【００５９】
第１発泡断熱材１１０の撓み量が空気断熱奥行に達すると、凹部１１１の底部分が真空断熱材１３０に接して空気断熱部が消滅してしまう。同図から、空気断熱奥行が１０ｍｍでは空気断熱ピッチが４７〜４８ｍｍ程度が限界となることが見て取れる。また、空気断熱奥行が４ｍｍ（初期値）では空気断熱ピッチが３８〜３９ｍｍ程度で限界となることが見て取れる。なお、図２４では図示の範囲外となってしまうが、空気断熱奥行が１５．５ｍｍでは空気断熱ピッチが５３ｍｍ程度が限界となる。
【００６０】
以上を踏まえ、図２５を参照しながら、この実施の形態の断熱構造体１００において、採用可能な空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する。まず、前述したように、空気断熱層１０１の厚みすなわち空気断熱奥行の上限は、１５．５ｍｍとする。そして、ある空気断熱奥行における空気断熱ピッチの上限は、第１発泡断熱材１１０の撓み量により決まる。また、ある空気断熱奥行における空気断熱ピッチの下限は、第１発泡断熱材１１０の成型に用いる金型の実用限界により決まる。したがって、採用可能な空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせは、図１４中にハッチングしたＡ部、Ｂ部及びＣ部の領域内となる。このＡ部、Ｂ部及びＣ部の領域内であれば、断熱構造体１００の断熱性能と生産性との両立が可能である。
【００６１】
ここで、Ｃ部は、空気断熱奥行が１０ｍｍ〜１５．５ｍｍで、空気断熱ピッチが小さいほど熱移動量が少ない領域である。したがって、Ｃ部においては、空気断熱ピッチを下限に近づけた方が断熱性能としては有利である。また、Ｂ部は、空気断熱奥行が５．５ｍｍ〜１０ｍｍで、空気断熱ピッチが大きいほど熱移動量が少ない領域である。したがって、Ｂ部においては、空気断熱ピッチを上限に近づけた方が断熱性能としては有利である。
【００６２】
そして、Ａ部もＢ部と同様に、空気断熱奥行が４ｍｍ〜５．５ｍｍで、空気断熱ピッチが大きいほど熱移動量が少ない領域である。さらにＡ部は、第１発泡断熱材１１０をウレタンフォームにして空気断熱層１０１を設けない場合と比較しても熱移動量が少ない領域である。したがって、Ａ部の空気断熱奥行と空気断熱ピッチにすることで、第１発泡断熱材１１０がウレタンフォームでも空気断熱層１０１がない従来の断熱構造体と比較しても、熱移動量を抑制することができ、消費エネルギー量の低減を図ることが可能である。
【００６３】
また、空気断熱奥行を５．５ｍｍ以上確保できるのであれば、Ｂ部及びＣ部の空気断熱奥行と空気断熱ピッチにすることで、第１発泡断熱材１１０がポリスチレンフォームで空気断熱層１０１もない場合と比較して、熱移動量を抑制することができる。したがって、断熱性能と経済性とのバランス調整等に有効活用できる。
【００６４】
図２６及び図２７は、それぞれ、図２１及び図２３において、高温熱源の温度分布モデルにおける縦方向の幅を７２０ｍｍまで拡大し、空気断熱ピッチが２４０ｍｍ以上の場合をさらに追加して示したものである。これらの図から分かるように、空気断熱ピッチを２４０ｍｍ以上に大きくしても、空気断熱ピッチが１８０ｍｍ以下の場合と比較して、断熱性能に大きな変化は見られない。このことから、空気断熱ピッチを拡大した際の空気断熱層１０１内の対流による熱移動の影響が、既に飽和に達していることが推測される。ただし、特に空気断熱奥行が小さい場合には空気断熱ピッチを２４０ｍｍ以上に拡大することで熱移動量の多少の変化が見られ、その差は最大で０．７％程度である。
【００６５】
図２６から分かるように、高温熱源の縦方向の幅を７２０ｍｍに拡大した場合、空気断熱奥行が１１ｍｍ以下であれば、空気断熱層１０１を設けない場合と比較して空気断熱層１０１を設けた場合の方が、熱移動量が少なくなる。また、図２７から分かるように、高温熱源の縦方向の幅を７２０ｍｍに拡大した場合、空気断熱奥行が１４ｍｍ以下であれば、空気断熱層１０１を設けない場合と比較して空気断熱層１０１を設けた場合の方が、真空断熱材１３０の表面温度が低くなる。したがって、高温熱源の縦方向の幅が大きい場合、空気断熱層１０１の厚みは、１１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００６６】
以上を踏まえ、図２８を参照しながら、この実施の形態の断熱構造体１００において、高温熱源の縦方向の幅が大きい場合に採用可能な空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせについて説明する。まず、前述したように、空気断熱層１０１の厚みすなわち空気断熱奥行の上限は、１１ｍｍとする。したがって、この場合に採用可能な空気断熱奥行と空気断熱ピッチの組み合わせは、図２８中にハッチングしたＡ部の領域内となる。このＡ部の領域内であれば、断熱構造体１００の断熱性能と生産性との両立が可能である。
【００６７】
以上をまとめると、第１発泡断熱材１１０の材料がビーズ法ポリスチレンフォームの場合、少なくとも、空気断熱ピッチを５３ｍｍ以下とし、かつ、空気断熱奥行を１５．５ｍｍ以下とすることが望ましい。そして、特に高温熱源が大きい場合、空気断熱ピッチを４９ｍｍ以下にし、かつ、空気断熱奥行を１１ｍｍ以下にすることがさらに望ましい。また、空気断熱奥行を５．５ｍｍ以下にすれば、第１発泡断熱材１１０がウレタンフォームでも空気断熱層１０１がない従来の断熱構造体と比較して熱移動量を抑制することができる。その際の空気断熱ピッチは４２ｍｍ以下が望ましい。
【００６８】
以上のように構成された断熱構造体１００においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。したがって、要求される断熱性能、製造コスト等に応じて、第１発泡断熱材１１０の材料、各種寸法等を選択することが可能である。なお、第１発泡断熱材１１０の材料は、以上で説明したウレタンフォーム及びポリスチレンフォームに限られない。他の発泡断熱材を使用してもよい。他の発泡断熱材においても、発泡倍率、撓み量、金型の事情等を勘案して、空気断熱部の厚み及びピッチを決定すればよい。
【符号の説明】
【００６９】
１    貯湯タンク
１０    発泡断熱材
２０    外殻部
１００    断熱構造体
１０１    空気断熱層
１１０    第１発泡断熱材
１１１    凹部
１１２    凸部
１１３    発泡断熱材ブロック
１２０    第２発泡断熱材
１３０    真空断熱材
【図１】
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【図２】
2022001771.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】
2022001771.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2022001771.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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