(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連通気泡構造を有する多孔質材料層と繊維が熱流方向に対して概略垂直方向に延びるように配設されている繊維質材料層とが熱流方向に交互に積層されてなる積層体と、
上記積層体が収納され、内部が減圧された容器
とを備えた断熱体において、
隣接する上記多孔質材料層間に所定の厚さを有するスペーサが配設され、上記繊維質材料層は、上記多孔質材料層間に形成された空隙に繊維質材料が充填されて形成されていることを特徴とする断熱体。
【請求項２】
上記スペーサは、上記多孔質材料層の主面に一体に突設されていることを特徴とする請求項１に記載の断熱体。
【請求項３】
上記スペーサには、上記繊維質材料層内の空気が吸引されるための連通口が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の断熱体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫などの保温、保冷装置に用いる断熱体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は例えば特開昭６１−２３５６７１号公報に記載された従来の断熱体の断面図である。所定の大きさの連通気泡構造内に収納された気体は、所定の圧力以下に減圧されると、希薄気体効果により熱伝導率が急激に低下することが知られている。従来の断熱体は、この希薄気体効果を利用して作製されており、連通気泡構造を有する硬質ウレタンフォームである多孔質材料層１が、金属−プラスチックラミネートフィルムで作製された容器３に収納され、さらに容器３の内部の空気が所定圧力以下に減圧されて作製されている。
【０００３】
そして、さらに断熱性能を高めるため、上記特開昭６１−２３５６７１号公報に記載された断熱体においては、多孔質材料層１は、高い温度から低い温度への温度の移動方向すなわち熱流方向に垂直に切断されて複数枚の薄板にされ、この薄板が積層されて収納されている。各々の薄板の接合面では、熱抵抗が増大するため、断熱体の断熱性能が向上する。
【０００４】
図１２は積層された多孔質材料層１の接合面部分の模式図である。容器３内の空気の真空度が所定値以下の場合には、熱は連通気泡部を殆ど伝わることがなく、図１２の矢印で示されるように多孔質材料層１の骨格１０に沿って伝導される。したがって、断熱体の断熱性能は、骨格１０を形成するウレタン自身の熱伝導率と、骨格１０の断面積および伝熱経路の長さとに依存する。そのため、骨格１０の断面積が小さいほど、また骨格１０の伝熱経路の総計長さが長いほど断熱性能が向上する。
【０００５】
一方、同時に発泡された一連の多孔質材料層１では、内部に形成された骨格１０は、途中でとぎれることなく等方的に網の目状に分布している。したがって、巨視的には多孔質材料層１の厚み方向（熱流方向）に流れる熱の伝熱経路の長さは、多孔質材料層１の厚みか、またはこれより若干長い長さとなり、これを大きく越えることはない。
【０００６】
さて、多孔質材料層１を薄板状に切断して積み重ねた上記特開昭６１−２３５６７１号公報に記載された従来技術は、この骨格１０を介した熱移動を途中で一部遮断させることによって、断熱性能を向上させることに成功している。接合面（遮断部分）での熱移動は、希薄空気を介して伝導されるか、あるいは骨格１０の接触している部分を介して行われるが、希薄空気を介して伝導される熱は若干であり、その多くは、骨格１０の接触部分を介して伝導される。そのため、接触していない部分に達した熱は、迂回して接触部分から伝導されることになり、伝熱経路の長さが長くなるので、断熱性能が向上する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成の従来の断熱体においては、接合面にて、伝熱経路が迂回する長さは、格段に長くなるわけではなく、断熱性能の向上度合いはせいぜい２０％程度であり、大幅な断熱性能の向上は期待できなかった。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高い断熱性能を有する断熱体を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の断熱体においては、連通気泡構造を有する多孔質材料層と繊維が熱流方向に対して概略垂直方向に延びるように配設されている繊維質材料層とが熱流方向に交互に積層されてなる積層体と、積層体が収納され、内部が減圧された容器とを備え、さらに隣接する多孔質材料層間に所定の厚さを有するスペーサが配設され、繊維質材料層は、多孔質材料層間に形成された空隙に繊維質材料が充填されて形成されている。
【００１２】
請求項２の断熱体においては、スペーサは、多孔質材料層の主面に一体に突設されている。
【００１３】
請求項３の断熱体においては、スペーサには、繊維質材料層内の空気が吸引されるための連通口が形成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の断熱体を示す断面図である。本実施の形態の断熱体は、連通気泡構造の硬質ウレタンフォームからなる多孔質材料層１と繊維質材料からなる繊維質材料層２が交互に積み重ねられた積層体４が、袋状の容器３に収容され、さらに容器３の内部の空気が減圧されて作製されている。容器３は、減圧時の真空度が長時間保たれるようにアルミラミネートされた樹脂シートが袋状に形成されたものが用いられている。
【００１５】
多孔質材料層１の周辺部には、図２に示すように、大気圧に対して挫屈等を起こさない強度を有する硬質材料で作製されたスペーサ７が、所定の間隔をあけて等間隔に配設されている。スペーサ７は、積み重ねられた各々の多孔質材料層１間に空間を形成している。繊維質材料層２は、この空間に繊維質材料が充填されて形成されている。繊維質材料としては、パルプ等の熱伝導率の低い材料が用いられている。そして、繊維質材料の繊維の方向は、多孔質材料層１の主面に概略平行となるように、すなわち、熱流方向に対して概略垂直方向に延びるように配設されている。また、スペーサ７の材質としては、大気圧に対して挫屈等を起こさない強度を有すると共に、断熱性能が良好である材料が好ましく、例えば多孔質材料層１と同一の連通気泡構造を有する硬質ウレタンフォームで構成されるのが好ましい。
【００１６】
図３は多孔質材料層１と繊維質材料層２が交互に積層された積層体４の斜視図である。隣接するスペーサ７間に形成された間隙は、積層時には繊維質材料層２と外部が連通する為の連通口６になる。積層体４が容器３内に収納され、その後減圧される際に、繊維質材料層２内部の空気は、連通口６から吸引されて減圧される。このため、連通口６の大きさを適当なものとすることにより、繊維質材料層２内部の空気を良好に吸引することができ、所定の真空度を短時間で得ることができる。これは、断熱体の製造時間を短縮させる。
【００１７】
次に、この断熱体の断熱機構について説明する。図４は多孔質材料層１と繊維質材料層２の接合面部分を拡大した模式図である。巨視的な熱流の方向を図４中太い白抜きの矢印１３で示し、また微視的な熱流を黒い矢印１４で示す。連通気泡構造を有する多孔質材料層１は、拡大すると図４のように骨格１０と連通気泡１１からなる。
【００１８】
多孔質材料層１において、隣接する２個の骨格１０同士の距離Ｌ[m]が気体の平均自由工程Ｌｆ[m]と指数的に等しい大きさであると、希薄気体効果により、連通気泡１１内に存在する気体の熱伝導率は急激に低下する。連通気泡１１内の気体が空気である場合、空気の熱伝導率λ[W/mK]は、距離Ｌ[m]と空気の平均自由工程Ｌｆ[m]とから以下のように計算される。
λ＝0.0261／（1＋15／4×Ｌｆ／Ｌ）[W/mK]
【００１９】
一方、気体分子の平均自由工程Ｌｆ[m]は、圧力Ｐ[Torr]に反比例する。そして気体が空気の場合、以下の式で求められる。
Ｌｆ＝0.07×10-6×760／Ｐ
したがって、上記空気の熱伝導率λ[W/mK]は、
λ＝0.0261／｛1＋15／4×0.07×10-6×760／（Ｐ×Ｌ）[W/mK]
によって求められる。
この式より求められる熱伝導率λ[W/mK]と、圧力Ｐ[Torr]および距離Ｌ[m]の関係を図５に示す。一般に、工業的に効率よく生産可能な真空度は、１Torr前後である。図５によると、真空度１Torr付近において、急激に熱伝導率が低下する距離Ｌ[m]は１００μｍである。したがって、骨格１０間の距離Ｌ[m]を１００μｍ以下とすれば、効率良く断熱効果を得ることが出来る。この効果は、繊維質材料層２においても同様であり、繊維１２間の距離が、１００μｍ以下であれば、効率良く断熱効果を得ることが出来る。
【００２０】
本実施の形態においては、連通気泡１１におよび繊維質材料層２の繊維間の距離Ｌ[m]は、概略１００μｍ以下とされている。また真空度は、概略１Torr以下とされている。そのため、希薄空気を介して伝達される熱は極めて少なく、熱は主に骨格１０および繊維１２を介して伝導される。
【００２１】
多孔質材料層１から繊維質材料層２への熱の伝導は、骨格１０と繊維１２の接触部分を介して行われる。両者の間には、接触熱抵抗が存在するので断熱性能が向上する。さらに、繊維質材料層２の内部では、熱は、繊維１２の長さ方向に沿って流れ、各繊維１２が接触している部分で次々に隣接する繊維１２に伝達される。繊維質材料層２内部の各々の繊維１２は、概ね熱流方向に垂直に横たわるように配置されている。そのため、断熱体の厚さに比較して伝熱経路が非常に長くなり断熱性能が向上する。さらにまた、各繊維１２は、互いに接触している部分で熱を伝えるが、各接触部分には各々接触熱抵抗が存在し、接触部分を通過する毎に接触熱抵抗が大きくなるので、断熱性能がさらに向上する。
【００２２】
一方、断熱体が繊維質材料層２のみで構成されると、容器３内が減圧されたとき、大気圧のために繊維１２が圧迫され厚み方向に収縮してしまい隣接する繊維１２同士の接触面積が増大してしまう。接触面積が増えると接触熱抵抗が大きくなるので、所望の断熱性能が得られない。本実施の形態では、多孔質材料層１の主面にスペーサ７が設けられ、繊維質材料層２は２枚の多孔質材料層１の間にスペーサ７によって形成される隙間に配設されるため、スペーサ７により空間の大きさが保持され、繊維質材料層２が大気圧による圧縮を受けることがない。このため、繊維質材料層２は厚み方向に収縮してしまうことがなく、隣接する繊維１２の接触面積は小さく保たれ、高い断熱性能を維持する。
【００２３】
このような構成の断熱体においては、繊維質材料層２での熱流は、繊維１２に沿って大きく迂回して流れるため、伝熱経路が増大し断熱性能が向上する。また、隣接する多孔質材料層１間に所定の厚さを有するスペーサ７が配設され、繊維質材料層２は、この空間に繊維質材料が充填されて形成されている。そのため、大気圧による圧縮を受けることがなく、厚み方向に収縮してしまうことがないので、隣接する繊維１２の接触面積は小さく保たれ、高い断熱性能を維持することができる。
【００２４】
尚、本実施の形態においては、多孔質材料層１として、連通気泡構造の硬質ウレタンフォームが用いられているが、多孔質材料層１は、スチレンフォームやセラミックス系多孔質材料などの連通気泡構造を有する多孔質材料でも良い。また容器３には、アルミラミネートされた樹脂シートの袋が用いられているが、気密性を有する容器であれば、如何なるものでもよい。
【００２５】
また、本実施の形態では、スペーサ７は、多孔質材料層１の周辺部に等間隔に配設されているが、スペーサ７の大きさ、個数および設置間隔は任意であり、大きさおよび個数が異なっても良いことは言うまでもない。そして、スペーサ７間に形成される連通口６の位置は、例えば、容器３に減圧する為に形成された吸引口に近い位置であれば、繊維質材料層２内部の空気がさらに良好に吸引され有効である。また、スペーサ７の設置位置は、本実施の形態では、多孔質材料層１の周辺部のみであるが、強度を増強する目的で図６に示すように中央部に追加して配設されてもよい。
【００２６】
実施の形態２．
図７はこの発明の断熱体の他の例を示す多孔質材料層および繊維質材料層の斜視図である。本実施の形態の多孔質材料層１は、周辺部に所定の幅の縁部１ａを残して、中央部に概ね平らなくぼみ部１ｂが形成されている。繊維質材料層２は、このくぼみ部１ｂ内に繊維１２が充填されて形成されている。多孔質材料層１は、例えば金型発泡成形により一体に成形されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２７】
このような構成の断熱体においては、スペーサを削減することができるので、部品点数が減り、コストダウンすることができる。また製造の時間を短縮することができる。
【００２８】
実施の形態３．
図８はこの発明の断熱体の他の例を示す多孔質材料層の斜視図である。また図９は多孔質材料層および繊維質材料層が積層された状態を示す斜視図である。本実施の形態の多孔質材料層１は、周辺部に所定の幅の縁部１ａを残して、中央部に概ね平らなくぼみ部１ｂが形成され、そして縁部１ａにはさらに、くぼみ部１ｂと外部を連通する連通溝１ｃが形成されている。連通溝１ｃは、多孔質材料層１が積層された状態で、隣接する多孔質材料層１の裏面と共同して連通口６を構成する。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００２９】
このような構成の断熱体においては、スペーサを削減することができるので、部品点数が減り、コストダウンすることができる。また製造の時間を短縮することができる。また、繊維質材料層２内部の空気を良好に吸引することができ、所定の真空度を短時間で得ることができる。これは、断熱体の製造時間を短縮させる。
【００３０】
尚、本実施の形態では、連通溝５は、多孔質材料層１の各辺に１つずつ設けられ、その大きさも同一であるが、個数が異なっても、また大きさが異なってもよいことは言うまでもない。また、多孔質材料層１として、連通気泡構造の硬質ウレタンフォームが用いられているが、多孔質材料層１は、スチレンフォームやセラミックス系多孔質材料など連通気泡構造を有する多孔質材料であれば良い。
【００３１】
実施の形態４．
図１０はこの発明の断熱体の他の例を示す多孔質材料層の斜視図である。本実施の形態の多孔質材料層１は、周辺部に所定の幅の縁部１ａを残して、中央部に概ね平らなくぼみ部１ｂが形成されている。そして縁部１ａには、くぼみ部１ｂと外部を連通する連通孔１ｄが形成されている。連通孔１ｄは、繊維質材料層２内部の空気を吸引する連通口を構成している。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００３２】
このような構成の断熱体においては、スペーサを削減することができるので、部品点数が減り、コストダウンすることができる。また製造の時間を短縮することができる。さらに、繊維質材料層２内部の空気を良好に吸引することができ、所定の真空度を短時間で得ることができる。これは、断熱体の製造時間を短縮させる。
【００３３】
なお、本実施形態では、連通口６の個数は、各辺に１個であるが、必要に応じて増減されてもよい。また、連通孔の断面形状は、円形に限らず、例えば矩形など異なる形状であっても同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の断熱体においては、連通気泡構造を有する多孔質材料層と繊維が熱流方向に対して概略垂直方向に延びるように配設されている繊維質材料層とが熱流方向に交互に積層されてなる積層体と、積層体が収納され、内部が減圧された容器とを備え、さらに隣接する多孔質材料層間に所定の厚さを有するスペーサが配設され、繊維質材料層は、多孔質材料層間に形成された空隙に繊維質材料が充填されて形成されている。そのため、多孔質材料層と繊維質材料層との接合面の接触熱抵抗は大きく断熱性能が向上する。また繊維質材料層での熱流は繊維に沿って大きく迂回して流れるため、伝熱経路が増大し断熱性能が向上する。また、繊維質材料層は大気圧による圧縮を受けることがなく、厚み方向に収縮してしまうことがないので、各繊維間の接触面積を小さく保つことができ、高い断熱性能を維持することができる。
【００３７】
請求項２の断熱体においては、スペーサは、多孔質材料層の主面に一体に突設されている。そのため、部品点数を減らすことができ、コストダウンすることができる。また製造の時間を短縮することができる。
【００３８】
請求項３の断熱体においては、スペーサには、繊維質材料層内の空気が吸引されるための連通口が形成されている。そのため、繊維質材料層内部の空気を良好に吸引することができ、所定の真空度を短時間で得ることができるので、断熱体の製造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の断熱体を示す断面図である。
【図２】  多孔質材料層および多孔質材料層の主面に配設されたスペーサのの斜視図である。
【図３】  多孔質材料層と繊維質材料層が積層された積層体の斜視図である。
【図４】  多孔質材料層と繊維質材料層の接合部分を拡大した模式図である。
【図５】  空気の熱伝導率、圧力および骨格あるいは繊維間の距離の関係を表すグラフである。
【図６】  多孔質材料層の主面の中央部にスペーサを配設した例を示す斜視図である。
【図７】  この発明の断熱体の他の例を示す多孔質材料層および繊維質材料層の斜視図である。
【図８】  この発明の断熱体の他の例を示す多孔質材料層の斜視図である。
【図９】  多孔質材料層が積層された状態を示す斜視図である。
【図１０】  この発明の断熱体の他の例を示す多孔質材料層の斜視図である。
【図１１】  従来の断熱体の断面図である。
【図１２】  積層された多孔質材料層の接合部分の模式図である。
【符号の説明】
１  多孔質材料層、１ｃ  連通溝（連通口）、１ｄ  連通孔（連通口）、２  繊維質材料層、３  容器、４  積層体、６  連通口、７  スペーサ、１２  繊維。
【図１】
0004097096.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004097096.tif 000004
【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】
0004097096.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004097096.tif 000011
【図１１】
0004097096.tif 000012
【図１２】
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