断熱容器及びその製造方法
【課題】 本発明は、製造コストを低減させるとともに十分な断熱効果が得られ、更には異形状の設置スペースに対応可能な断熱容器及びその製造方法を提供することにある。
【解決手段】 液体を保温貯留する断熱容器であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口５を備えた内部容器１と、該内部容器１を収容するシート状の外装材３と、該外装材３と内部容器１との間に断熱材２とガス吸着材４を封入され減圧空間とされた断熱空間とを備え、前期外装材３と内部容器１との接合部７に充填材６を設けた断熱容器とした。
【解決手段】 液体を保温貯留する断熱容器であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口５を備えた内部容器１と、該内部容器１を収容するシート状の外装材３と、該外装材３と内部容器１との間に断熱材２とガス吸着材４を封入され減圧空間とされた断熱空間とを備え、前期外装材３と内部容器１との接合部７に充填材６を設けた断熱容器とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を保温貯留する断熱容器に関するもので、特に車両用エンジンのＬＬＣを保温貯留する断熱容器に適用する。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界的な省エネルギー、環境対策として燃費向上がうたわれ、エンジン始動時のコールドスタートパターン(始動時の燃費)が燃費モードの指標のひとつとなっている。
従来、車両用エンジンのＬＬＣを断熱容器にて保温貯留し、エンジン始動時に保温されたＬＬＣをエンジンに循環させることにより、エンジンの暖機運転を促進することが知られている(特許文献１)。
また、同じく容器を保温する手法として、金属箔または金属蒸着部を有するラミネートフィルムで袋を形成し、内部に空隙を有する断熱材を入れて減圧封止する真空断熱材を容器の周囲に形成したものが知られている(特許文献２)。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０４９７４号公報
【特許文献２】特開２００２−０５８６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両用エンジンの断熱容器には、始動時の燃費を向上させるために、エンジンの予熱で温められたＬＬＣを、次のエンジンスタート時まで保温する高性能な保温性能、さらには製造コストの低減が求められている。また、エンジンルーム内に設置するため、省スペース化、異形状への対応が強く求められている。
【０００５】
特許文献１に示される断熱容器は、金属製の内部容器と金属製の外部容器との間に真空状態の断熱空間が形成され、内部容器と外部容器とは溶接あるいはスピニング加工にて一体成形されている。
しかしながら、内部容器と外部容器とをステンレス等の金属製として製作した場合、製造コストが高く、さらに内部容器と外部容器との金属接合部からは熱橋（ヒートブリッジ効果）により熱が伝わり易く、十分な断熱効果が得られてはいなかった。また、熱橋を制御するため１ｍｍ以下の薄いステンレスが使用され、大気との気圧差での変形をふせぐために、形状も円筒形に限られ、設置スペースに適応した形状への設計には限界があり、搭載車種も制限されていた。
【０００６】
一方、特許文献２に示される断熱構造は、板状の真空断熱材を形成した後、容器側面に巻きつけるため、容器との間に隙間(空気層)が生じやすく、更に、内部に収納される容器が円柱形状の場合、容器の側面に巻きつけた真空断熱材の端部の合わせ面、及び蓋部、底部と側面部の接合部に生じる隙間からの熱損失により、車両用エンジンの断熱容器に求められるような高性能な保温容器への適用は困難であった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を鑑み、製造コストを低減させるとともに十分な断熱効果が得られ、更には異形状の設置スペースに対応可能な断熱容器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、液体を保温貯留する断熱容器であって、液体の流入口及び流出口を備え液体を貯留する内部容器と、内部容器を収容するシート状の外装材と、内部容器と外装材との間に断熱材とガス吸着材が封入され減圧空間とされた断熱空間とを備えたことを特徴とする断熱容器を提供する。
請求項２に記載の発明では、前記内部容器がステンレススチール製、または、樹脂製であり、前記外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであることを特徴とする断熱容器を提供する。
請求項３に記載の発明では、内部容器と外装材との接合部に充填材を設けたことを特徴とする断熱容器を提供する。
請求項４に記載された発明では、断熱材がグラスウール、ロックウール、セラミックファイバーのいずれかの無機繊維であり、吸着剤が酸化カルシウム、バリウム／リチウム合金、及び酸化コバルトからなることを特徴とする断熱容器を提供する。
請求項５に記載された発明では、液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口を備えた内部容器と、内部容器を収容して内部容器との間に断熱空間を形成するシート状の外装材とを備え、断熱空間内に断熱材とガス吸着材を封入して減圧空間とするとともに、前記外装材と内部容器との接合部に充填材を設けて接合することを特徴とした断熱容器の製造方法を提供する。
請求項６に記載された発明では、液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口を備えた内部容器と、該内部容器を収容して内部容器との間に断熱空間を形成するシート状の外装材とを備え、該断熱空間内に断熱材とガス吸着材を封入して減圧空間とするとともに、該外装材と接合する該内部容器の接合部の内側を予備加熱して該接合部を熱溶着することを特徴とした断熱容器の製造方法を提供する。ここで、予備加熱には、補助ヒーターによる加熱方法、あるいは熱風により加熱する方法などを利用することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）シート状の外装材によって内部容器と真空断熱層を一体化するため、高性能な真空断熱層を形成できる。その結果、例えば、車両用エンジンルームに配置された、ＬＬＣ液の容器内部からの熱漏洩を低減し、自動車の燃費向上、特にエンジン始動時の燃費に効果が得られる。
（２）また、シート状の外装材によって内部容器と真空断熱層を一体化するため、様々な形状の内部容器にも対応でき、設置スペースにあわせた内部容器の設計およびその断熱層形成が可能となる。例えば、スペースの限られた車両用エンジンルーム内においても、ＬＬＣ液を保温貯留する断熱容器を配置する設計が可能となる。
（３）さらに、内部容器をステンレス容器とし、外装材には安価なラミネートフィルムを使用することにより、製造コストを大幅に削減することができる。
（４）内部容器と外装材との接合部に充填材を設けることで、断熱空間を容易且つ確実に形成できるようになる。
（５）内部容器の接合部の内側を予備加熱することで、内部容器と外装材との熱融着が確実になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の断熱容器例を図１、図２に示す。本発明では、シート状のラミネートフィルム３を外装材として内部容器１と真空断熱層を一体化するため、様々な形状の内部容器１にも対応し、高性能な真空断熱層を形成することが可能である。また、図３には、内部容器１と外装材３との接合部７に充填材６を設けた断面図を示す。
この構造を実現させるため、本発明ではシート状のラミネートフィルム３を内部容器１の液体流出入口５に直接熱溶着し、断熱層の真空状態を維持している。但し、２枚のラミネートフィルム３と内部容器１の接する３重点では隙間が生じやすく、真空状態を維持することが難しい。そこで、本発明では充填材６を使用することにより隙間のできない熱溶着を可能とした。充填材６とは、ラミネートフィルム３の接着層１１と同材質または異材質の熱可塑性樹脂で作製し、熱溶着時に溶融し隙間を埋めるもの、内部容器１の接合部７を加工して作製した突起、または、異材質で隙間の発生を制御し得る構造体を接合部７に貼り合せたものである。図４〜図６に充填材６の形状例を示す。
【００１１】
次に、内容器材質１は金属製または樹脂製を用いる。保温性能の観点から、熱容量の大きい金属製が好ましく、特に熱伝導率が低いステンレス製が望ましい。しかし、更なるコストダウン、または、金属では対応が困難な容器形状の場合、樹脂で形成することも可能である。樹脂はアクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)、アクリルニトリルスチレン共重合体(AS)、EEA樹脂(EEA)、エポキシ樹脂（EP）、エチレン酢酸ビニルポリマー(EVA)、エチレンビニルアルコール共重合体(EVOH)、液晶ポリマー(LCP)、MBS樹脂(MBS)、メラミンホルムアルデヒド（MMF）、ポリアミド（PA）、ポリブチレンテレフタラート（PBT）、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリエチレン（PE）、ポリエチレンテレフタラート(PET)、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルポリマー(PFA)、ポリイミド（PI）、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリプロピレン（PP）、ポリフタルアミド(PPA)、ポリフェニレンスルフィド樹脂（PPS）、ポリスチレン（PS）、ポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン(PTFE)、ポリウレタン（PU）、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ塩化ビニリデン（PVDC）、等から選択使用される。しかし、樹脂は金属に比べ気体透過量が大きいため、内部容器材質として樹脂を選択した場合、気体透過を制御するためにガスパリア層を形成することが望ましく、メッキ処理による金属層の形成が好適である。それにより、真空断熱層の真空度が長期間維持されることとなる。
【００１２】
外装材であるラミネートフィルム３の模式図を図７に示す。保護層８／保護層(基材層)９／ガスバリア層１０／接着層１１という多層構造であるが、特に接着層１１には接着層同士の接合、及び金属表面との接合が可能で、更には気体透過性の低いエチレン−ビニルアルコール共重合体、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステルが望ましく、特にエチレン−ビニルアルコール共重合体が好適である。また、接着層１１とガスバリア層１０の界面から断熱層への気体漏れを防ぐために、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルムには、予め片面に金属蒸着層を設けておくと真空度の維持に効果がある。
【００１３】
内包する断熱材２はグラスウール、ロックウール、セラミックファイバーのいずれかの無機繊維からなり、特に平均繊維径が５μm以下で、高温雰囲気で吸着水分を乾燥したグラスウールを使用することが望ましい。
また、断熱層は長期使用すると、断熱材２から発生するガス、接合部樹脂を透過するガス等により真空度が低下する恐れがあり、それを防ぐために断熱層内部のガスを吸着するための吸着剤４が不可欠である。吸着剤４は主に水分を吸着する酸化カルシウム、主に酸素、窒素を吸着するバリウム／リチウム合金、主に水素を吸着する酸化コバルトが望ましい。但し、それぞれの吸着剤を単独で封入した場合、バリウム／リチウム合金は断熱材から発生する水分を吸着し、目的である酸素、窒素の吸着能力が低下する問題があるため、バリウム／リチウム合金層を中間層とする、酸化カルシウム層、酸化コバルト層からなる３層構造とすることが好適である（図示省略）。
【００１４】
ラミネートフィルム３を内部容器１に熱溶着するには、内部容器１の接合部７である液体の流入出口５の形状に合わせたシーラーを使用する。金属製の内部容器１を使用する際、内部容器接合部７への接着層１１の熱融着を容易にすること、内部容器１からガスバリア層１０であるアルミ箔までの距離を増やして接合部７の熱抵抗を大きくすることを目的として、予め、内部容器接合部７へ接着層１１と同材質のシートを巻き付けておくことが望ましい。この時巻き付け量が多いほど熱抵抗は大きくなるが、接着層１１樹脂を透過する気体量が増えるため、巻き付け量は５０μm以下が望ましい。
また、２枚のラミネートフィルム３，３と内部容器１の接する３重点では隙間が生じやすいため、予め、充填材６を設置することが望ましい。充填材６とは、前記したようにラミネートフィルム３の接着層１１と同材質で作製したロッドを接合部７に接合、内部容器１と同材質で作製したロッドを接合部７に接合、内部容器１の接合部７を加工して作製した突起、または、異材質で作製したロッドを接合部７に接合するものである（図３）。具体的には、図４の断面円形、図５の断面三角形、図６の接合部全周に形成されたものなどが考えられるが、これに限るものではない。
【００１５】
充填材６を形成した内部容器に対して、グラスウール２を巻き付ける。この時のグラスウール２の巻き付け量は断熱容器に求められる断熱性能から決定される（詳しくは実施例２で説明する）。
グラスウール２を巻き付けた内部容器１の液体の流出入口５に対して、図８に示す通り、接着層１１を対向させた２枚のラミネートフィルム３，３間に、内部容器１を前述の充填材６が３重点の位置となるよう設置し、シーラーで熱溶着する。
前述のシーラーはフッ素製高耐熱ゴム１２を接合部形状に成形し、その上にリボン状の金属ヒーター１３、更にガラスクロス１４を配した構造となっている。また、シーラーによる融着条件は、内部容器１にラミネートフィルム３を押し付けた状態で、接着層１１の融点より２０℃高い温度で６秒以上保持する。但し、金属製内部容器１を使用した場合は、シーラーのヒーターのみでは内部容器１の熱伝導率、熱容量が大きいため、ラミネートフィルム３の内部容器接合部７の温度を接着層の溶着温度と同等にすることは困難であり、補助ヒーターにより内部容器接合部７を予備加熱する必要がある（図９）。なお、図９に示す予備加熱は、内部容器接合部７の内側に熱風ノズル１５を差し込み、熱風１６を送り込むことで内部容器接合部７を加熱するものであるが、電熱ヒーター等の加熱方式を用いることも可能であり、これに限るものではない。
【００１６】
内部容器１とラミネートフィルム３とを熱融着した後、ラミネートフィルム３の両側面を熱溶着する。この時も前述同様、ラミネートフィルム３同士を押し付けた状態で接着層１１の融点より２０℃高い温度で６秒以上保持する。ラミネートフィルム３の両側面が熱融着され、ラミネートフィルム３を袋状に形成した後、ガス吸着剤となるゲッター材４を装填する。
この状態で真空チャンバーに入れ、チャンバー内を真空排気して内部圧力を１０Pa以下とし、残りの１辺である容器底部を前述同様の条件で熱溶着して真空断熱層を形成する。
内部を真空にする目的は、断熱材の熱伝導率を下げ、断熱容器内部からの放散熱量を低減することにある。前述の繊維質断熱材の内部を伝播する熱は、気体を介して伝わる熱、固体を介して伝わる熱、輻射により伝わる熱の和である。減圧し内部の気体を排除することにより、気体を介して伝わる熱を抑制し、全体の熱伝導率を下げ放散熱量を低減させることができる。
【００１７】
［実施例１］
下記に本発明に係る断熱容器の詳細な作製方法を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
内部容器１は、内容積約２．６Ｌ、肉厚８ｍｍの直方体形状のポリエチレン製容器を使用し、内部容器１の一面に外径φ１８．５ｍｍ、内径φ１３ｍｍ、高さ３０ｍｍの液体の流出入口部５を設け、さらに流出入口部５には液体の流出入口の上面から１０ｍｍの位置に高さ１０ｍｍの図５に示す、ポリエチレン製充填材６を形成した。充填材６を除く内部容器１の表面にはＡＢＳ樹脂を形成した後、無電解ニッケルメッキ層、更に電解銅メッキ層を形成してガスバリア層とした。
外装材３となるラミネートフィルムは保護層８となるポリエチレンテレフタラート層(１２μm)／保護層９となるナイロン層(１５μm)／ガスバリア層１０となるアルミ箔(６μm)／接着層１１となるポリエチレン層(５０μm)という多層構成のものを使用した。
繊維質断熱材２とは旭ファイバーグラス製ホワイトウールを用い、ガス吸着剤４（ゲッター材）はサエス・ゲッターズ製ＣＯＭＢＯ３ＧＥＴＴＥＲを使用した。
【００１８】
内部容器１であるポリエチレン製容器の周囲にグラスウールを内部容器１の流出入口部５に設けた充填材６下面の位置となる厚さまで被覆する。このときのグラスウールの密度は、内部容器１の表面積に対して約０．２５g/cm2であった。次に、内部容器１の液体の流出入口部５に設けた充填材６に、２枚の外装材３となるラミネートフィルムの接着面を対向させ、図８に示すようなシーラーで、接合部７の位置を１６０℃に調整し、加圧した状態で６秒間保持した。その後、外装材３となるラミネートフィルムの側面を通常のシーラーを用いて、前述同様１６０℃の温度で６秒間加圧して熱溶着し、内部容器１と熱溶着した２枚の外装材３(ラミネートフィルム)は、底部を除く３方が熱溶着されて袋状とした。更に、１２０℃のオーブン中で２４時間放置しグラスウール中に含まれる水分を蒸発させた。
乾燥後はアルゴン雰囲気としたチャンバーに搬入し、外装材３が開放された底部より、ガス吸着剤４となるゲッター材を１個(約７g)装填した後、チャンバー内を１０Pa迄減圧し、外装材３の開放部を真空チャンバー内に設けたヒーターにより接合させて封止し、厚さ１０mmの真空断熱層を有する断熱容器を製作した。これを実施例１とする。
上記実施例１の断熱容器に約１００℃の温水を注ぎ約１０分間放置した後廃棄し、再度約１００℃の温水を断熱容器内に注ぎ液体の流出入口部から熱電対を挿入して流出入口部をゴム栓で閉じた。断熱容器内の水温が９５℃になった時点をスタートとして１２時間継続して水温を測定した。
【００１９】
［比較例１］
比較例１として、金属製２重管構造であって内部容器及び外部容器ともに厚さ約０．５ｍｍのステンレス板を用いており、内部容器及び外部容器間に真空断熱層を設けた構造のものを使用した。また、比較例１の断熱容器の流体注ぎ口は蓋材により断熱された構造となっており、流体注ぎ口からの放熱が抑えられている。
この比較例１の断熱容器に、実施例１と同じ容量の約１００℃の温水を注ぎ１０分間放置した後廃棄し、再度約１００℃の温水を断熱容器内に注ぎ、断熱容器内に熱電対を挿入した後注ぎ口を閉じた。断熱容器内の水温が９５℃になった時点をスタートとして１２時間継続して水温を測定した。
【００２０】
［測定結果］
実施例１および比較例１の測定結果を図１０に示す。
実施例１（本発明の断熱容器）は９５℃の温水を１２時間経過後に約８３℃を維持し、比較例１では９５℃の温水を１２時間経過させた後の温度は約７８℃であった。この結果、実施例１による断熱容器は、比較例１と同等以上の断熱性能を有することが証明された。尚、上記比較例１として用いた金属製２重管構造の断熱容器は市販の魔法瓶タイプであり、内部容器及び外部容器ともに厚さ約０．５ｍｍのステンレス板を用いており、内部容器及び外部容器間に真空断熱層を設けた構造のものである。また、比較例１の断熱容器の流体注ぎ口は蓋材により断熱された構造となっており、流体注ぎ口からの放熱が抑えられている。
【００２１】
［実施例２］
次に、実施例２として、グラスウール２の巻き付け量が断熱容器に求められる断熱性能から決定される具体例を紹介する。
例えば、０．２５g/cm2の巻き付け量で厚さ１０mmの真空断熱層と、０．１３g/cm2で厚さ５mmの真空断熱層と、０．３８g/cm2で厚さ１５mmの真空断熱層を備えた断熱容器に、それぞれ９５℃の水を入れて１２時間後の水温を測定すると、５mm厚の場合では約７０℃、１０mm厚の場合では約７８℃、１５mm厚の場合では約８２℃の結果となった。
【００２２】
［実施例３］
また、実施例３として、本発明に係る断熱容器の材質の組み合わせ例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
例（Ａ）
・内部容器 ： ステンレス
・充填材 ： ステンレス（加工）
・接着層 ： エチレン−ビニルアルコール共重合体
例（Ｂ）
・内部容器 ： ステンレス
・充填材 ： エチレン−ビニルアルコール共重合体
・接着層 ： エチレン−ビニルアルコール共重合体
例（Ｃ）
・内部容器 ： ポリエチレン
・充填材 ： ポリエチレン
・接着層 ： ポリエチレン
例（Ｄ）
・内部容器 ： ポリプロピレン
・充填材 ： ポリポロピレン
・接着層 ： ポリプロピレン
例（Ｅ）
・内部容器 ： ＡＢＳ樹脂
・充填材 ： ＡＢＳ樹脂（加工）＋金属被膜
・接着層 ： エチレン−ビニルアルコール共重合体
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明によれば、液体を保温貯留する断熱容器として利用でき、特に車両用エンジンのＬＬＣを保温貯留する断熱容器に適用するものである。その他に、電気ポットなどの保温容器あるいは液体ガスなどの保冷容器にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る断熱容器例を示す断面図。
【図２】本発明に係る断熱容器例を示す断面図。
【図３】内部容器と外装材との接合部に充填材を配置した断面図（図１のＡ−Ａ’断面図）。
【図４】充填材の形状例を示す断面図。
【図５】充填材の形状例を示す断面図。
【図６】充填材の形状例を示す断面図。
【図７】外装材であるラミネートフィルムの模式図。
【図８】内部容器と外装材の接合部の接合方法を示す説明図。
【図９】内部容器と外装材の接合部の予備加熱を示す説明図。
【図１０】実施例１および比較例１の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２５】
１：内部容器
２：繊維質断熱材（グラスウール）
３：外装材（ラミネートフィルム）
４：吸着剤（ゲッター材）
５：液体の流出入口
６：充填材
７：接合部
８：保護層（ナイロン層）
９：保護層(基材層)（ポリエチレンテレフタラート層）
１０：ガスバリア層（アルミ箔）
１１：接着層（エチレンビニルアルコール層）
１２：高耐熱ゴム
１３：リボン状の金属ヒーター
１４：ガラスクロス
１５：熱風ノズル
１６：熱風
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を保温貯留する断熱容器に関するもので、特に車両用エンジンのＬＬＣを保温貯留する断熱容器に適用する。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界的な省エネルギー、環境対策として燃費向上がうたわれ、エンジン始動時のコールドスタートパターン(始動時の燃費)が燃費モードの指標のひとつとなっている。
従来、車両用エンジンのＬＬＣを断熱容器にて保温貯留し、エンジン始動時に保温されたＬＬＣをエンジンに循環させることにより、エンジンの暖機運転を促進することが知られている(特許文献１)。
また、同じく容器を保温する手法として、金属箔または金属蒸着部を有するラミネートフィルムで袋を形成し、内部に空隙を有する断熱材を入れて減圧封止する真空断熱材を容器の周囲に形成したものが知られている(特許文献２)。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０４９７４号公報
【特許文献２】特開２００２−０５８６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両用エンジンの断熱容器には、始動時の燃費を向上させるために、エンジンの予熱で温められたＬＬＣを、次のエンジンスタート時まで保温する高性能な保温性能、さらには製造コストの低減が求められている。また、エンジンルーム内に設置するため、省スペース化、異形状への対応が強く求められている。
【０００５】
特許文献１に示される断熱容器は、金属製の内部容器と金属製の外部容器との間に真空状態の断熱空間が形成され、内部容器と外部容器とは溶接あるいはスピニング加工にて一体成形されている。
しかしながら、内部容器と外部容器とをステンレス等の金属製として製作した場合、製造コストが高く、さらに内部容器と外部容器との金属接合部からは熱橋（ヒートブリッジ効果）により熱が伝わり易く、十分な断熱効果が得られてはいなかった。また、熱橋を制御するため１ｍｍ以下の薄いステンレスが使用され、大気との気圧差での変形をふせぐために、形状も円筒形に限られ、設置スペースに適応した形状への設計には限界があり、搭載車種も制限されていた。
【０００６】
一方、特許文献２に示される断熱構造は、板状の真空断熱材を形成した後、容器側面に巻きつけるため、容器との間に隙間(空気層)が生じやすく、更に、内部に収納される容器が円柱形状の場合、容器の側面に巻きつけた真空断熱材の端部の合わせ面、及び蓋部、底部と側面部の接合部に生じる隙間からの熱損失により、車両用エンジンの断熱容器に求められるような高性能な保温容器への適用は困難であった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を鑑み、製造コストを低減させるとともに十分な断熱効果が得られ、更には異形状の設置スペースに対応可能な断熱容器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、液体を保温貯留する断熱容器であって、液体の流入口及び流出口を備え液体を貯留する内部容器と、内部容器を収容するシート状の外装材と、内部容器と外装材との間に断熱材とガス吸着材が封入され減圧空間とされた断熱空間とを備えたことを特徴とする断熱容器を提供する。
請求項２に記載の発明では、前記内部容器がステンレススチール製、または、樹脂製であり、前記外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであることを特徴とする断熱容器を提供する。
請求項３に記載の発明では、内部容器と外装材との接合部に充填材を設けたことを特徴とする断熱容器を提供する。
請求項４に記載された発明では、断熱材がグラスウール、ロックウール、セラミックファイバーのいずれかの無機繊維であり、吸着剤が酸化カルシウム、バリウム／リチウム合金、及び酸化コバルトからなることを特徴とする断熱容器を提供する。
請求項５に記載された発明では、液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口を備えた内部容器と、内部容器を収容して内部容器との間に断熱空間を形成するシート状の外装材とを備え、断熱空間内に断熱材とガス吸着材を封入して減圧空間とするとともに、前記外装材と内部容器との接合部に充填材を設けて接合することを特徴とした断熱容器の製造方法を提供する。
請求項６に記載された発明では、液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口を備えた内部容器と、該内部容器を収容して内部容器との間に断熱空間を形成するシート状の外装材とを備え、該断熱空間内に断熱材とガス吸着材を封入して減圧空間とするとともに、該外装材と接合する該内部容器の接合部の内側を予備加熱して該接合部を熱溶着することを特徴とした断熱容器の製造方法を提供する。ここで、予備加熱には、補助ヒーターによる加熱方法、あるいは熱風により加熱する方法などを利用することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）シート状の外装材によって内部容器と真空断熱層を一体化するため、高性能な真空断熱層を形成できる。その結果、例えば、車両用エンジンルームに配置された、ＬＬＣ液の容器内部からの熱漏洩を低減し、自動車の燃費向上、特にエンジン始動時の燃費に効果が得られる。
（２）また、シート状の外装材によって内部容器と真空断熱層を一体化するため、様々な形状の内部容器にも対応でき、設置スペースにあわせた内部容器の設計およびその断熱層形成が可能となる。例えば、スペースの限られた車両用エンジンルーム内においても、ＬＬＣ液を保温貯留する断熱容器を配置する設計が可能となる。
（３）さらに、内部容器をステンレス容器とし、外装材には安価なラミネートフィルムを使用することにより、製造コストを大幅に削減することができる。
（４）内部容器と外装材との接合部に充填材を設けることで、断熱空間を容易且つ確実に形成できるようになる。
（５）内部容器の接合部の内側を予備加熱することで、内部容器と外装材との熱融着が確実になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の断熱容器例を図１、図２に示す。本発明では、シート状のラミネートフィルム３を外装材として内部容器１と真空断熱層を一体化するため、様々な形状の内部容器１にも対応し、高性能な真空断熱層を形成することが可能である。また、図３には、内部容器１と外装材３との接合部７に充填材６を設けた断面図を示す。
この構造を実現させるため、本発明ではシート状のラミネートフィルム３を内部容器１の液体流出入口５に直接熱溶着し、断熱層の真空状態を維持している。但し、２枚のラミネートフィルム３と内部容器１の接する３重点では隙間が生じやすく、真空状態を維持することが難しい。そこで、本発明では充填材６を使用することにより隙間のできない熱溶着を可能とした。充填材６とは、ラミネートフィルム３の接着層１１と同材質または異材質の熱可塑性樹脂で作製し、熱溶着時に溶融し隙間を埋めるもの、内部容器１の接合部７を加工して作製した突起、または、異材質で隙間の発生を制御し得る構造体を接合部７に貼り合せたものである。図４〜図６に充填材６の形状例を示す。
【００１１】
次に、内容器材質１は金属製または樹脂製を用いる。保温性能の観点から、熱容量の大きい金属製が好ましく、特に熱伝導率が低いステンレス製が望ましい。しかし、更なるコストダウン、または、金属では対応が困難な容器形状の場合、樹脂で形成することも可能である。樹脂はアクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)、アクリルニトリルスチレン共重合体(AS)、EEA樹脂(EEA)、エポキシ樹脂（EP）、エチレン酢酸ビニルポリマー(EVA)、エチレンビニルアルコール共重合体(EVOH)、液晶ポリマー(LCP)、MBS樹脂(MBS)、メラミンホルムアルデヒド（MMF）、ポリアミド（PA）、ポリブチレンテレフタラート（PBT）、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリエチレン（PE）、ポリエチレンテレフタラート(PET)、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルポリマー(PFA)、ポリイミド（PI）、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリプロピレン（PP）、ポリフタルアミド(PPA)、ポリフェニレンスルフィド樹脂（PPS）、ポリスチレン（PS）、ポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン(PTFE)、ポリウレタン（PU）、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ塩化ビニリデン（PVDC）、等から選択使用される。しかし、樹脂は金属に比べ気体透過量が大きいため、内部容器材質として樹脂を選択した場合、気体透過を制御するためにガスパリア層を形成することが望ましく、メッキ処理による金属層の形成が好適である。それにより、真空断熱層の真空度が長期間維持されることとなる。
【００１２】
外装材であるラミネートフィルム３の模式図を図７に示す。保護層８／保護層(基材層)９／ガスバリア層１０／接着層１１という多層構造であるが、特に接着層１１には接着層同士の接合、及び金属表面との接合が可能で、更には気体透過性の低いエチレン−ビニルアルコール共重合体、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステルが望ましく、特にエチレン−ビニルアルコール共重合体が好適である。また、接着層１１とガスバリア層１０の界面から断熱層への気体漏れを防ぐために、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルムには、予め片面に金属蒸着層を設けておくと真空度の維持に効果がある。
【００１３】
内包する断熱材２はグラスウール、ロックウール、セラミックファイバーのいずれかの無機繊維からなり、特に平均繊維径が５μm以下で、高温雰囲気で吸着水分を乾燥したグラスウールを使用することが望ましい。
また、断熱層は長期使用すると、断熱材２から発生するガス、接合部樹脂を透過するガス等により真空度が低下する恐れがあり、それを防ぐために断熱層内部のガスを吸着するための吸着剤４が不可欠である。吸着剤４は主に水分を吸着する酸化カルシウム、主に酸素、窒素を吸着するバリウム／リチウム合金、主に水素を吸着する酸化コバルトが望ましい。但し、それぞれの吸着剤を単独で封入した場合、バリウム／リチウム合金は断熱材から発生する水分を吸着し、目的である酸素、窒素の吸着能力が低下する問題があるため、バリウム／リチウム合金層を中間層とする、酸化カルシウム層、酸化コバルト層からなる３層構造とすることが好適である（図示省略）。
【００１４】
ラミネートフィルム３を内部容器１に熱溶着するには、内部容器１の接合部７である液体の流入出口５の形状に合わせたシーラーを使用する。金属製の内部容器１を使用する際、内部容器接合部７への接着層１１の熱融着を容易にすること、内部容器１からガスバリア層１０であるアルミ箔までの距離を増やして接合部７の熱抵抗を大きくすることを目的として、予め、内部容器接合部７へ接着層１１と同材質のシートを巻き付けておくことが望ましい。この時巻き付け量が多いほど熱抵抗は大きくなるが、接着層１１樹脂を透過する気体量が増えるため、巻き付け量は５０μm以下が望ましい。
また、２枚のラミネートフィルム３，３と内部容器１の接する３重点では隙間が生じやすいため、予め、充填材６を設置することが望ましい。充填材６とは、前記したようにラミネートフィルム３の接着層１１と同材質で作製したロッドを接合部７に接合、内部容器１と同材質で作製したロッドを接合部７に接合、内部容器１の接合部７を加工して作製した突起、または、異材質で作製したロッドを接合部７に接合するものである（図３）。具体的には、図４の断面円形、図５の断面三角形、図６の接合部全周に形成されたものなどが考えられるが、これに限るものではない。
【００１５】
充填材６を形成した内部容器に対して、グラスウール２を巻き付ける。この時のグラスウール２の巻き付け量は断熱容器に求められる断熱性能から決定される（詳しくは実施例２で説明する）。
グラスウール２を巻き付けた内部容器１の液体の流出入口５に対して、図８に示す通り、接着層１１を対向させた２枚のラミネートフィルム３，３間に、内部容器１を前述の充填材６が３重点の位置となるよう設置し、シーラーで熱溶着する。
前述のシーラーはフッ素製高耐熱ゴム１２を接合部形状に成形し、その上にリボン状の金属ヒーター１３、更にガラスクロス１４を配した構造となっている。また、シーラーによる融着条件は、内部容器１にラミネートフィルム３を押し付けた状態で、接着層１１の融点より２０℃高い温度で６秒以上保持する。但し、金属製内部容器１を使用した場合は、シーラーのヒーターのみでは内部容器１の熱伝導率、熱容量が大きいため、ラミネートフィルム３の内部容器接合部７の温度を接着層の溶着温度と同等にすることは困難であり、補助ヒーターにより内部容器接合部７を予備加熱する必要がある（図９）。なお、図９に示す予備加熱は、内部容器接合部７の内側に熱風ノズル１５を差し込み、熱風１６を送り込むことで内部容器接合部７を加熱するものであるが、電熱ヒーター等の加熱方式を用いることも可能であり、これに限るものではない。
【００１６】
内部容器１とラミネートフィルム３とを熱融着した後、ラミネートフィルム３の両側面を熱溶着する。この時も前述同様、ラミネートフィルム３同士を押し付けた状態で接着層１１の融点より２０℃高い温度で６秒以上保持する。ラミネートフィルム３の両側面が熱融着され、ラミネートフィルム３を袋状に形成した後、ガス吸着剤となるゲッター材４を装填する。
この状態で真空チャンバーに入れ、チャンバー内を真空排気して内部圧力を１０Pa以下とし、残りの１辺である容器底部を前述同様の条件で熱溶着して真空断熱層を形成する。
内部を真空にする目的は、断熱材の熱伝導率を下げ、断熱容器内部からの放散熱量を低減することにある。前述の繊維質断熱材の内部を伝播する熱は、気体を介して伝わる熱、固体を介して伝わる熱、輻射により伝わる熱の和である。減圧し内部の気体を排除することにより、気体を介して伝わる熱を抑制し、全体の熱伝導率を下げ放散熱量を低減させることができる。
【００１７】
［実施例１］
下記に本発明に係る断熱容器の詳細な作製方法を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
内部容器１は、内容積約２．６Ｌ、肉厚８ｍｍの直方体形状のポリエチレン製容器を使用し、内部容器１の一面に外径φ１８．５ｍｍ、内径φ１３ｍｍ、高さ３０ｍｍの液体の流出入口部５を設け、さらに流出入口部５には液体の流出入口の上面から１０ｍｍの位置に高さ１０ｍｍの図５に示す、ポリエチレン製充填材６を形成した。充填材６を除く内部容器１の表面にはＡＢＳ樹脂を形成した後、無電解ニッケルメッキ層、更に電解銅メッキ層を形成してガスバリア層とした。
外装材３となるラミネートフィルムは保護層８となるポリエチレンテレフタラート層(１２μm)／保護層９となるナイロン層(１５μm)／ガスバリア層１０となるアルミ箔(６μm)／接着層１１となるポリエチレン層(５０μm)という多層構成のものを使用した。
繊維質断熱材２とは旭ファイバーグラス製ホワイトウールを用い、ガス吸着剤４（ゲッター材）はサエス・ゲッターズ製ＣＯＭＢＯ３ＧＥＴＴＥＲを使用した。
【００１８】
内部容器１であるポリエチレン製容器の周囲にグラスウールを内部容器１の流出入口部５に設けた充填材６下面の位置となる厚さまで被覆する。このときのグラスウールの密度は、内部容器１の表面積に対して約０．２５g/cm2であった。次に、内部容器１の液体の流出入口部５に設けた充填材６に、２枚の外装材３となるラミネートフィルムの接着面を対向させ、図８に示すようなシーラーで、接合部７の位置を１６０℃に調整し、加圧した状態で６秒間保持した。その後、外装材３となるラミネートフィルムの側面を通常のシーラーを用いて、前述同様１６０℃の温度で６秒間加圧して熱溶着し、内部容器１と熱溶着した２枚の外装材３(ラミネートフィルム)は、底部を除く３方が熱溶着されて袋状とした。更に、１２０℃のオーブン中で２４時間放置しグラスウール中に含まれる水分を蒸発させた。
乾燥後はアルゴン雰囲気としたチャンバーに搬入し、外装材３が開放された底部より、ガス吸着剤４となるゲッター材を１個(約７g)装填した後、チャンバー内を１０Pa迄減圧し、外装材３の開放部を真空チャンバー内に設けたヒーターにより接合させて封止し、厚さ１０mmの真空断熱層を有する断熱容器を製作した。これを実施例１とする。
上記実施例１の断熱容器に約１００℃の温水を注ぎ約１０分間放置した後廃棄し、再度約１００℃の温水を断熱容器内に注ぎ液体の流出入口部から熱電対を挿入して流出入口部をゴム栓で閉じた。断熱容器内の水温が９５℃になった時点をスタートとして１２時間継続して水温を測定した。
【００１９】
［比較例１］
比較例１として、金属製２重管構造であって内部容器及び外部容器ともに厚さ約０．５ｍｍのステンレス板を用いており、内部容器及び外部容器間に真空断熱層を設けた構造のものを使用した。また、比較例１の断熱容器の流体注ぎ口は蓋材により断熱された構造となっており、流体注ぎ口からの放熱が抑えられている。
この比較例１の断熱容器に、実施例１と同じ容量の約１００℃の温水を注ぎ１０分間放置した後廃棄し、再度約１００℃の温水を断熱容器内に注ぎ、断熱容器内に熱電対を挿入した後注ぎ口を閉じた。断熱容器内の水温が９５℃になった時点をスタートとして１２時間継続して水温を測定した。
【００２０】
［測定結果］
実施例１および比較例１の測定結果を図１０に示す。
実施例１（本発明の断熱容器）は９５℃の温水を１２時間経過後に約８３℃を維持し、比較例１では９５℃の温水を１２時間経過させた後の温度は約７８℃であった。この結果、実施例１による断熱容器は、比較例１と同等以上の断熱性能を有することが証明された。尚、上記比較例１として用いた金属製２重管構造の断熱容器は市販の魔法瓶タイプであり、内部容器及び外部容器ともに厚さ約０．５ｍｍのステンレス板を用いており、内部容器及び外部容器間に真空断熱層を設けた構造のものである。また、比較例１の断熱容器の流体注ぎ口は蓋材により断熱された構造となっており、流体注ぎ口からの放熱が抑えられている。
【００２１】
［実施例２］
次に、実施例２として、グラスウール２の巻き付け量が断熱容器に求められる断熱性能から決定される具体例を紹介する。
例えば、０．２５g/cm2の巻き付け量で厚さ１０mmの真空断熱層と、０．１３g/cm2で厚さ５mmの真空断熱層と、０．３８g/cm2で厚さ１５mmの真空断熱層を備えた断熱容器に、それぞれ９５℃の水を入れて１２時間後の水温を測定すると、５mm厚の場合では約７０℃、１０mm厚の場合では約７８℃、１５mm厚の場合では約８２℃の結果となった。
【００２２】
［実施例３］
また、実施例３として、本発明に係る断熱容器の材質の組み合わせ例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
例（Ａ）
・内部容器 ： ステンレス
・充填材 ： ステンレス（加工）
・接着層 ： エチレン−ビニルアルコール共重合体
例（Ｂ）
・内部容器 ： ステンレス
・充填材 ： エチレン−ビニルアルコール共重合体
・接着層 ： エチレン−ビニルアルコール共重合体
例（Ｃ）
・内部容器 ： ポリエチレン
・充填材 ： ポリエチレン
・接着層 ： ポリエチレン
例（Ｄ）
・内部容器 ： ポリプロピレン
・充填材 ： ポリポロピレン
・接着層 ： ポリプロピレン
例（Ｅ）
・内部容器 ： ＡＢＳ樹脂
・充填材 ： ＡＢＳ樹脂（加工）＋金属被膜
・接着層 ： エチレン−ビニルアルコール共重合体
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明によれば、液体を保温貯留する断熱容器として利用でき、特に車両用エンジンのＬＬＣを保温貯留する断熱容器に適用するものである。その他に、電気ポットなどの保温容器あるいは液体ガスなどの保冷容器にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る断熱容器例を示す断面図。
【図２】本発明に係る断熱容器例を示す断面図。
【図３】内部容器と外装材との接合部に充填材を配置した断面図（図１のＡ−Ａ’断面図）。
【図４】充填材の形状例を示す断面図。
【図５】充填材の形状例を示す断面図。
【図６】充填材の形状例を示す断面図。
【図７】外装材であるラミネートフィルムの模式図。
【図８】内部容器と外装材の接合部の接合方法を示す説明図。
【図９】内部容器と外装材の接合部の予備加熱を示す説明図。
【図１０】実施例１および比較例１の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２５】
１：内部容器
２：繊維質断熱材（グラスウール）
３：外装材（ラミネートフィルム）
４：吸着剤（ゲッター材）
５：液体の流出入口
６：充填材
７：接合部
８：保護層（ナイロン層）
９：保護層(基材層)（ポリエチレンテレフタラート層）
１０：ガスバリア層（アルミ箔）
１１：接着層（エチレンビニルアルコール層）
１２：高耐熱ゴム
１３：リボン状の金属ヒーター
１４：ガラスクロス
１５：熱風ノズル
１６：熱風
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を保温貯留する断熱容器であって、液体の流入口及び流出口を備え液体を貯留する内部容器と、該内部容器を収容するシート状の外装材と、該内部容器と外装材との間に断熱材とガス吸着材が封入され減圧空間とされた断熱空間とを備えたことを特徴とする断熱容器。
【請求項２】
前記内部容器がステンレススチール製、または、樹脂製であり、前記外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の断熱容器。
【請求項３】
前記内部容器と外装材との接合部に充填材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の断熱容器。
【請求項４】
前記断熱材が、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバーのいずれかの無機繊維であり、前記吸着剤が酸化カルシウム、バリウム／リチウム合金、及び酸化コバルトからなることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の断熱容器。
【請求項５】
液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口を備えた内部容器と、該内部容器を収容して内部容器との間に断熱空間を形成するシート状の外装材とを備え、該断熱空間内に断熱材とガス吸着材を封入して減圧空間とするとともに、前記外装材と内部容器との接合部に充填材を設けて接合することを特徴とした断熱容器の製造方法。
【請求項６】
液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口を備えた内部容器と、該内部容器を収容して内部容器との間に断熱空間を形成するシート状の外装材とを備え、該断熱空間内に断熱材とガス吸着材を封入して減圧空間とするとともに、該外装材と接合する該内部容器の接合部の内側を予備加熱して該接合部を熱溶着することを特徴とした断熱容器の製造方法。
【請求項１】
液体を保温貯留する断熱容器であって、液体の流入口及び流出口を備え液体を貯留する内部容器と、該内部容器を収容するシート状の外装材と、該内部容器と外装材との間に断熱材とガス吸着材が封入され減圧空間とされた断熱空間とを備えたことを特徴とする断熱容器。
【請求項２】
前記内部容器がステンレススチール製、または、樹脂製であり、前記外装材が接着層を備えたラミネートフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の断熱容器。
【請求項３】
前記内部容器と外装材との接合部に充填材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の断熱容器。
【請求項４】
前記断熱材が、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバーのいずれかの無機繊維であり、前記吸着剤が酸化カルシウム、バリウム／リチウム合金、及び酸化コバルトからなることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の断熱容器。
【請求項５】
液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口を備えた内部容器と、該内部容器を収容して内部容器との間に断熱空間を形成するシート状の外装材とを備え、該断熱空間内に断熱材とガス吸着材を封入して減圧空間とするとともに、前記外装材と内部容器との接合部に充填材を設けて接合することを特徴とした断熱容器の製造方法。
【請求項６】
液体を保温貯留する断熱容器の製造方法であって、内部に液体を貯留し液体の流入口及び流出口を備えた内部容器と、該内部容器を収容して内部容器との間に断熱空間を形成するシート状の外装材とを備え、該断熱空間内に断熱材とガス吸着材を封入して減圧空間とするとともに、該外装材と接合する該内部容器の接合部の内側を予備加熱して該接合部を熱溶着することを特徴とした断熱容器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１０５７４８（Ｐ２００８−１０５７４８Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６３０２３（Ｐ２００７−１６３０２３）
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【Ｆターム（参考）】
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