ВАКУУМИРОВАННЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ КАМЕРА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАКУУМИРОВАННОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
VACUUM THERMAL INSULATING MATERIAL, THERMAL INSULATING CAMERA AND METHOD OF MANUFACTURE OF VACUUM THERMAL INSULATING MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к вакуумированному теплоизоляционному материалу, теплоизоляционной камере и к способу изготовления вакуумированного теплоизоляционного материала.
Предпосылки создания изобретения
[0002] Существует обычный вакуумированный теплоизоляционный материал, используемый в качестве теплоизоляционного материала для холодильника и других устройств, в котором сердцевинный материал, изготовленный из неорганического волокна, и адсорбент, адсорбирующий воду, покрыты наружным оберточным материалом, обладающим газонепроницаемостью, а внутренняя сторона наружного оберточного материала вакуумирована и герметически запечатана (см., например, патентный документ 1). Адсорбент обернут оберточным материалом, изготовленным из ламинированной пленки, содержащим японский пергамент и полиэтилен.
[0003] Кроме того, существует способ заворачивания адсорбента, согласно которому используют обычный оберточный материал и адсорбент вводят в стеклянный контейнер (см., например, патентный документ 2).
[0004] Существует другой способ заворачивания адсорбента, согласно которому используют обычный оберточный материал и липкую ленту или клеящее вещество (см., например, патентный документ 3).
Перечень цитируемых документов
Патентные документы:
[0005] Патентный документ 1: Японский патент № 3507776
Патентный документ 2: Японская выложенная заявка на патент № H7-269780
Патентный документ 3: Японская выложенная заявка на патент № H11-325386
Сущность изобретения
Техническая проблема
[0006] Вакуумированный теплоизоляционный материал имеет структуру, содержащую сердцевинный материал, изготовленный из: комплекса волокон; адсорбента, адсорбирующего по меньшей мере воду; и наружного оберточного материала, который покрывает сердцевинный материал, причем внутренняя сторона наружного оберточного материала не находится под давлением и герметически запечатана. Сам адсорбент используют в виде порошка или гранул и в состоянии, при котором он обернут оберточным материалом для более легкого с ним обращения. Требуется, чтобы оберточный материал пропускал большое количество газа, подлежащего адсорбции, в единицу времени, т.е. требуется, чтобы он обладал высокой воздухопроницаемостью.
[0007] Однако, как описано в патентном документе 1, требуется, чтобы основной оберточный материал был сформирован из ламинированной пленки, содержащей герметизирующий слой, изготовленный из полиэтилена или полипропилена, для герметичного запечатывания адсорбента посредством термосваривания. Таким образом, не существует выбора, кроме использования оберточного материала, сформированного из ламинированной пленки с низкой воздухопроницаемостью, при использовании которой уменьшается скорость абсорбирования газа внутри вакуумированного теплоизоляционного материала. Соответственно, существует проблема, заключающаяся в сложности получения вакуумированного теплоизоляционного материала с высокими теплоизоляционными характеристиками.
[0008] В патентном документе 2 адсорбент введен в стеклянный контейнер. Также в этом случае запечатываемая часть контейнера термически запечатана, как показано на фиг.3 патентного документа 2.
[0009] Кроме того, при запечатывании адсорбента в оберточном материале с использованием липкой ленты или клеящего вещества без использования термосваривания, как описано в патентном документе 3, низкомолекулярные компоненты, содержащиеся в липкой ленте или клеящем веществе, испаряются внутри вакуумированного теплоизоляционного материала. Таким образом, существует проблема, заключающаяся в том, что испарение ведет к уменьшению степени разрежения внутри вакуумированного теплоизоляционного материала и это, соответственно, приводит к снижению теплоизоляционных характеристик вакуумированного теплоизоляционного материала.
[0010] Настоящее изобретение было создано для решения указанных выше проблем, и целью настоящего изобретения является создание вакуумированного теплоизоляционного материала, теплоизоляционной камеры и способа изготовления вакуумированного теплоизоляционного материала, согласно которому используют оберточный материал, обладающий высокой воздухопроницаемостью, для увеличения скорости абсорбирования газа внутри вакуумированного теплоизоляционного материала и улучшения его теплоизоляционных характеристик.
Решение проблемы
[0011] Для решения описанной выше проблемы и достижения цели, вакуумированный теплоизоляционный материал согласно настоящему изобретению содержит: сердцевинный материал, изготовленный из комплекса волокон; адсорбент, адсорбирующий по меньшей мере воду; оберточный материал, выполненный с использованием воздухопроницаемого листового элемента, который обертывает адсорбент; и наружный оберточный материал, который покрывает адсорбент, обернутый оберточным материалом, и сердцевинный материал. Внутренность наружного оберточного материала вакуумирована и герметически запечатана, причем в качестве оберточного материала использован только японский пергамент, и адсорбент обернут оберточным материалом без использования термосваривания. Адсорбент (30) может быть запечатан в оберточном материале (31) посредством обертывания с перекручиванием или обертывания с подгибанием.
Полезные эффекты изобретения
[0012] Согласно настоящему изобретению, посредством использования оберточного материала, обладающего высокой воздухопроницаемостью, скорость абсорбирования газа внутри вакуумированного теплоизоляционного материала увеличивается; и, таким образом, могут быть созданы вакуумированный теплоизоляционный материала, теплоизоляционная камера и способ изготовления вакуумированного теплоизоляционного материала, обладающего улучшенными характеристиками.
Краткое описание чертежей
[0013] На фиг.1 изображено поперечное сечение схематической конфигурации вакуумированного теплоизоляционного материала согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2 изображена диаграмма схематической конфигурации обертывания с закручиванием оберточного материала;
на фиг.3 изображена диаграмма схематической конфигурации обертывания с подворачиванием оберточного материала;
на фиг.4 изображена диаграмма схематической конфигурации обертывания путем перевязывания оберточного материала;
на фиг.5 изображено поперечное сечение схематической конфигурации теплоизоляционной камеры согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Описание вариантов осуществления изобретения
[0014] Приведенные в качестве примеров варианты осуществления вакуумированного теплоизоляционного материала, теплоизоляционной камеры и способа изготовления вакуумированного теплоизоляционного материала согласно настоящему изобретению пояснены ниже подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. Настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления.
Первый вариант осуществления изобретения
[0015] На фиг.1 изображено поперечное сечение схематической конфигурации вакуумированного теплоизоляционного материала 1 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. На следующих чертежах, включая фиг.1, соотношения размеров составляющих элементов, форма каждого из составляющих элементов и т.п. могут иногда отличаться от действительных параметров. Конкретные размеры соответствующих составляющих элементов и т.п. следует определять с учетом следующих описаний.
[0016] Как показано на фиг.1, вакуумированный теплоизоляционный материал 1 содержит: сердцевинный материал 10, изготовленный из комплекса волокон; наружный оберточный материал 20, который покрывает сердцевинный материал 10 и который обладает газонепроницаемостью; адсорбент 30, введенный во внутренность наружного оберточного материала 20 и адсорбирующий по меньшей мере воду; и оберточный материал 31, которым обернут адсорбент 30.
[0017] Внутреннее пространство наружного оберточного материала 20 вакуумировано и герметически запечатано в вакуумированном состоянии до степени разрежения, составляющей приблизительно от 1 Па до 3 Па, посредством герметичного запечатывания отверстия в этом внутреннем пространстве. Например, вакуумированный теплоизоляционный материал 1 имеет в целом форму по существу прямоугольной плоской пластины.
[0018] Сердцевинный материал 10 имеет структуру, в которой комплексы волокон, например, стекловаты, например, ламинированы. Обычно, если комплекс волокон представляет собой стекловату, то ее изготавливают, используя способ центрифугирования, а если комплекс волокон состоит из полимерного волокна, то его изготавливают, используя способ «спанбонд». Однако тип комплекса волокон и способ изготовления комплекса волокон особенно не ограничены. Сердцевинный материал 10 может содержать связующее вещество, которым связаны вместе волокна в комплексе волокон.
[0019] Например, в существующих вакуумированных теплоизоляционных материалах используют наружный оберточный материал 20, где он представляет собой ламинированную пленку, обладающую многослойной структурой. Например, эта многослойная структура имеет состав, в котором с самой внутренней стороны (со стороны сердцевинного материала 10) слой полиэтилена, слой напыленного алюминия, слой полиэтилентерефталата и слой растянутого нейлона наложены на самый наружный слой посредством ламинирования в указанном прядке. Состав наружного оберточного материала 20 не ограничен составом, описанным выше. Наружный оберточный материал 20 может содержать слой напыленной окиси алюминия, слой напыленной окиси кремния, слой этилена и винилового спирта и слой полипропилена. Состав наружного оберточного материала 20 не особенно ограничен, пока он обладает газонепроницаемостью.
[0020] Адсорбент 30 может адсорбировать по меньшей мере воду, и его используют в виде порошка или гранул. Адсорбент 30 представляет собой, например, оксид кальция. Адсорбент 30 не ограничен применением оксида кальция, и адсорбент 30 может содержать силикагель или цеолит. Кроме того, адсорбент 30 не особенно ограничен пока он обладает по меньшей мере способностью водопоглощения. Адсорбент 30 может быть выполнен посредством сочетания адсорбентов, обладающих различными составами пока адсорбент 30 содержит материал, обладающий по меньшей мере водопоглощающей способностью.
3
2
3
2
3
2
3
2
[0021] Оберточный материал 31 формируют из материала, обладающего высокой воздухопроницаемостью, например, из бумаги, нетканого материала или пористой пластиковой пленки; и в него заворачивают адсорбент 30 без использования термосваривания. Конфигурация оберточного материала 31 не особенно ограничена, пока он обладает воздухопроницаемостью. Предпочтительно, чтобы воздухопроницаемость оберточного материала 31 составляла не менее 5 см/см/с и не более 50 см/см/с. Более предпочтительно, чтобы воздухопроницаемость оберточного материала 31 составляла не менее 10 см/см/с и не более 30 см/см/с.
[0022] Способ заворачивания адсорбента 30 согласно первому варианту осуществления описан ниже. На фиг.2-4 представлены диаграммы, на которых проиллюстрированы способы, согласно которым адсорбент 30 завернут в оберточный материал 31.
[0023] На фиг.2 представлена диаграмма, на которой проиллюстрирован схематически способ заворачивания путем закручивания в оберточный материал 31. Как показано на фиг.2, адсорбент 30 запечатан в оберточном материале 31 посредством заворачивания путем закручивания. Оберточный материал 31 выполнен в виде пакета, закрученного со сторон отверстия для запечатывания. Способ заворачивания путем закручивания не ограничен способом закручивания одной стороны оберточного материала 31, как показано на фиг.2. Может быть альтернативно использован способ закручивания обеих сторон оберточного материала 31. В последнем случае оберточный материал 31 в виде листа закручивают с обеих сторон для запечатывания.
[0024] На фиг.3 представлена диаграмма, на которой проиллюстрирован схематически способ заворачивания путем складывания оберточного материала 31. Как показано на фиг.3, адсорбент 30 запечатан в оберточном материале 31 посредством заворачивания путем складывания. Вид заворачивания путем складывания не ограничен тем способом, который проиллюстрирован на фиг.3. Может быть использован любой способ, пока адсорбент 30 запечатывают в оберточный материал 31.
[0025] На фиг.4 представлена диаграмма, на которой проиллюстрирован схематически способ заворачивания путем перевязывания оберточного материала 31. Как показано на фиг.4, оберточный материал 31 перевязан закрепляющим средством 32, с помощью которого запечатан адсорбент 30. Закрепляющим средством 32 может быть материал для связывания, например, отрезок нити, ленты или корда. Однако закрепляющее средство 32 не особенно ограничено, пока с его помощью можно зажимать отверстие оберточного материала 31. После выполнения заворачивания путем закручивания, оберточный материал 31 может быть дополнительно закреплен с помощью закрепляющего средства 32.
[0026] Способ изготовления вакуумированного теплоизоляционного материала согласно первому варианту осуществления описан ниже. Адсорбент 30 заранее заворачивают в виде порций определенного размера (например, 10 г) в оберточный материал 31, используя обычную машину для фасования и заворачивания, без использования термосваривания. Адсорбент 30, завернутый в оберточный материал 31, хранят в герметичном состоянии в пакете, ламинированном алюминием, в виде порций по одной штуке или по множеству штук с целью предотвращения абсорбции по меньшей мере воды, до тех пор, пока адсорбент 30 не используют. В это время, с целью дополнительного подавления абсорбции по меньшей мере воды, внутренность пакета, ламинированного алюминием, может быть вакуумирована и герметически запечатана. Способ герметичного хранения адсорбента 30, завернутого в оберточный материал 31, не ограничен способом, согласно которому используют пакет, ламинированный алюминием. В качестве воздухонепроницаемого контейнера для хранения адсорбента 30, может быть использовано, например, ведро (бочка). Адекватным также может быть расположение описанной выше машины для фасования и заворачивания вблизи машины для заворачивания под вакуумом, на которой снижают давление во внутреннем пространстве наружного оберточного материала 20 до степени разрежения, составляющей приблизительно от 1 Па до 3 Па, и на которой герметически запечатывают отверстие для того, чтобы непосредственно до вакуумирования внутреннего пространства наружного оберточного материала 20, адсорбент 30 был завернут в оберточный материал 31 без использования термосваривания, а затем используют адсорбент 30, завернутый в оберточный материал 31.
[0027] Далее, сердцевинный материал 10 и наружный оберточный материал 20 сушат для удаления из них воды. Сушку производят в состоянии, при котором сердцевинный материал 10 покрыт наружным оберточным материалом 20 при условии, когда вода может быть удалена из сердцевинного материала 10 и наружного оберточного материала 20 (например, посредством нагрева до 100°C в течение двух часов). Условия сушки не ограничены указанными выше, и могут быть любыми, пока воду можно удалять из сердцевинного материала 10 и наружного оберточного материала 20. Адекватным является также способ, включающий покрытие сердцевинного материала 10 наружным оберточным материалом 20 после раздельной сушки сердцевинного материала 10 и наружного оберточного материала 20 (отдельно друг от друга).
[0028] Далее, адсорбент 30, завернутый в оберточный материал 31, вводят во внутренность наружного оберточного материала 20. Этап введения адсорбента 30, завернутого в оберточный материал 31, во внутренность наружного оберточного материала 20, не ограничен выполнением после сушки сердцевинного материала 10 и наружного оберточного материала 20. Этот этап может быть выполнен до сушки.
[0029] Далее, машину для заворачивания под вакуумом, описанную выше, используют для снижения давления во внутренности наружного оберточного материала 20 до разрежения, составляющего приблизительно от 1 Па до 3 Па. В вакуумированном состоянии термозапечатанную часть формируют около отверстия наружного оберточного материала 20 посредством использования термосваривания или других способов. Таким образом, во внутреннем пространстве наружного оберточного материала 20 обеспечивают вакуум и наружный оберточный материал 20 запечатывают. Посредством выполнения описанных выше этапов получают вакуумированный теплоизоляционный материал 1.
[0030] Благоприятные характеристики первого варианта осуществления описаны ниже. Вакуумированный теплоизоляционный материал 1 согласно первому варианту осуществления содержит: сердцевинный материал 10, изготовленный из комплекса волокон; адсорбент 30, адсорбирующий по меньшей мере воду; оберточный материал 31, в который завернут адсорбент 30 и который сформирован из воздухопроницаемого листового элемента; и наружный оберточный материал 20, которым покрыты сердцевинный материал 10 и адсорбент 30, завернутый в оберточный материал 31, где внутренность наружного оберточного материала 20 вакуумирована и герметически запечатана. Адсорбент 30 обернут оберточным материалом 31 без использования термосваривания.  Благодаря такой конфигурации воздухопроницаемый листовой элемент, например, из бумаги, нетканого материала или пористой пластиковой пленки, каждый из которых обладает высокой воздухопроницаемостью, можно использовать самостоятельно в качестве оберточного материала 31 для адсорбента 30. Таким образом повышают скорость абсорбирования газа внутри вакуумированного теплоизоляционного материала 1. Соответственно может быть получен вакуумированный теплоизоляционный материал 1 с высокими теплоизоляционными характеристиками.
3
2
3
2
[0031] Было произведено сравнение случая, в котором использовали японский пергамент в качестве оберточного материала 31 согласно первому варианту осуществления, со случаем, в котором использовали ламинированную пленку из японского пергамента и полиэтилена в качестве основного оберточного материала. При использовании японского пергамента в качестве оберточного материала 31 согласно первому варианту осуществления воздухопроницаемость японского пергамента составляла 28 см/см/с. В противоположность этому, при использовании ламинированной пленки из японского пергамента и полиэтилена в качестве основного оберточного материала воздухопроницаемость ламинированной пленки из японского пергамента и полиэтилена составляла 3 см/см/с. При использовании японского пергамента в качестве оберточного материала 31 согласно первому варианту осуществления большее количество газа могло пройти сквозь него в единицу времени. Благодаря этому могла быть увеличена скорость абсорбции адсорбентом 30. В случаях, при которых использовали тот же сердцевинный материал, тот же наружный оберточный материал и тот же адсорбент, вакуумированный теплоизоляционный материал 1, в котором японский пергамент использовали в качестве оберточного материала 31 согласно первому варианту осуществления, обладал теплопроводностью 1,8 мВт/(м·K), тогда как вакуумированный теплоизоляционный материал, в котором использовали ламинированную пленку из японского пергамента и полиэтилена в качестве основного оберточного материала, обладал теплопроводностью 2,0 мВт/(м·K). Таким образом может быть получен вакуумированный теплоизоляционный материал 1 согласно первому варианту осуществления с высокой теплоизоляционной способностью.
[0032] Кроме того, при использовании вакуумированного теплоизоляционного материала 1 согласно первому варианту осуществления можно сократить уменьшение его теплоизоляционной способности, происходящее со временем. Принимая, что при использовании вакуумированного теплоизоляционного материала 1, содержащего тот же сердцевинный материал, тот же наружный оберточный материал и тот же адсорбент, в котором используют японский пергамент в качестве оберточного материала 31 согласно настоящему варианту осуществления, его хранят в течение 30 дней при условиях окружающей среды, при которых температура воздуха составляет 25°C, а относительная влажность - 60%, теплопроводность увеличивается на 0,1 мВт/(м·K); тогда как при использовании вакуумированного теплоизоляционного материала, в котором используют ламинированную пленку из японского пергамента и полиэтилена в качестве основного оберточного материала, хранят в течение 30 дней при условиях окружающей среды, при которых температура воздуха составляет 25°C, а относительная влажность - 60%, теплопроводность увеличивается на 0,2 мВт/(м·K). Таким образом может быть получен вакуумированный теплоизоляционный материал 1 согласно настоящему варианту осуществления с высокой теплоизоляционной способностью, которая может сохраняться в течение продолжительного периода времени.
Второй вариант осуществления изобретения
[0033] Ниже описана теплоизоляционная камера согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. В первом варианте осуществления, описанном выше, представлены вакуумированный теплоизоляционный материал и способ его изготовления. Теплоизоляционная камера с высокими теплоизоляционными характеристиками может быть получена посредством использования вакуумированного теплоизоляционного материала 1 согласно первому варианту осуществления.
[0034] На фиг.5 изображено поперечное сечение схематической конфигурации теплоизоляционной камеры 2 согласно второму варианту осуществления. Во втором варианте осуществления описана в качестве примера теплоизоляционная камера холодильника.
[0035] Как показано на фиг.5, теплоизоляционная камера 2 содержит внутреннюю камеру 40 и наружную камеру 41. В пространстве между внутренней камерой 40 и наружной камерой 41 проложен вакуумированный теплоизоляционный материал 1. Вакуумированный теплоизоляционный материал 1 проложен в плотном контакте, например, с наружными поверхностями стенок внутренней камеры 40. В остальной части пространства между внутренней камерой 40 и наружной камерой 41, за исключением вакуумированного теплоизоляционного материала 1, введен теплоизоляционный материал 42 из пеноуретана. Другие части теплоизоляционной камеры 2 идентичны теплоизоляционным камерам обычного холодильника и, таким образом, их изображения и описания здесь опущены.
[0036] Во втором варианте осуществления используют вакуумированный теплоизоляционный материал 1 с высокими теплоизоляционными характеристиками, описанный в первом варианте осуществления, и, таким образом, может быть получена теплоизоляционная камера 2 с высокими теплоизоляционными характеристиками. Во втором варианте осуществления используют вакуумированный теплоизоляционный материал 1 с более высокими теплоизоляционными характеристиками, чем пеноуретановый теплоизоляционный материал 42 или другие материалы. Таким образом, может быть получена теплоизоляционная камера 2 с более высокими теплоизоляционными характеристиками, чем теплоизоляционная камера, в которой в качестве теплоизоляционного материала использован только пеноуретановый теплоизоляционный материал. Соответственно, при использовании холодильника, содержащего теплоизоляционную камеру 2, может быть сокращено потребления энергии.
[0037] В теплоизоляционной камере 2 согласно второму варианту осуществления вакуумированный теплоизоляционный материал 1 находится в плотном контакте с наружными поверхностями стенок внутренней камеры 40. Однако вакуумированный теплоизоляционный материал 1 может находиться в плотном контакте с внутренними поверхностями стенок наружной камеры 41. Кроме того, посредством использования проставки или других устройств, вакуумированный теплоизоляционный материал 1 может быть введен в пространство между внутренней камерой 40 и наружной камерой 41 таким образом, чтобы он не находился в плотном контакте ни с внутренней камерой 40, ни с наружной камерой 41.
[0038] Настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления, и могут быть осуществлены его различные модификации. Например, во втором варианте осуществления, описанном выше, конфигурация описана в качестве примера, в котором вакуумированный теплоизоляционный материал 1 использован в теплоизоляционной камере 2 холодильника, содержащего источник холода. Однако настоящее изобретение не ограничено этим. Например, вакуумированный теплоизоляционный материал 1 можно также использовать в теплоизоляционной камере для сохранения тепла, содержащей источник тепла, или в теплоизоляционной камере, которая не содержит источник холода или источник тепла (например, в кулере).
[0039] Вакуумированный теплоизоляционный материал 1 можно также использовать в качестве теплоизоляционного элемента охлаждающего устройства или нагревательного устройства в кондиционере воздуха, кондиционере воздуха транспортного средства, водонагревателе и в других устройствах, а также в теплоизоляционной камере. Кроме того, вакуумированный теплоизоляционный материал 1 можно использовать не только в камере предварительно определенной формы, например, в теплоизоляционной камере, но можно также использовать в деформируемой теплоизоляционной сумке, содержащей наружную оболочку и внутреннюю емкость, или в других теплоизоляционных контейнерах.
[0040] Варианты осуществления и модификации, описанные выше, можно комбинировать друг с другом.
Промышленная применимость
[0041] Настоящее изобретение пригодно для использования в качестве вакуумированного теплоизоляционного материала, теплоизоляционной камеры и способа изготовления вакуумированного теплоизоляционного материала.
Пояснение ссылочных позиций на чертежах
[0042]
1 - Вакуумированный теплоизоляционный материал
2 - Теплоизоляционная камера
10 - Сердцевинный материал
20 - Наружный оберточный материал
30 - Адсорбент
31 - Оберточный материал
32 - Закрепляющее средство
40 - Внутренняя камера
41 - Наружная камера
42 - Пеноуретановый теплоизоляционный материал