JP2009541673A - 断熱要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、
ａ）０．２〜１．０ｍｍの厚さを有する被覆層と、
ｂ）ａ）に配置される少なくとも１枚の真空断熱パネルと、
ｃ）他の断熱材料と、
ｄ）他の被覆層と、
を含む断熱要素に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、真空断熱パネルを含む断熱要素、かかる断熱要素から製造される冷凍装置、及び断熱要素の製造方法、更には、断熱要素から製造される冷凍装置の製造方法に関する。

冷凍装置は、多くの分野で重要な役割を果たしている。冷凍装置としては、例えば、冷凍機、冷凍収納庫、直立冷凍庫、冷却容器又は冷凍自動車の上部構造を含む。冷凍装置は、通常、断熱要素によって囲まれる中空の空間を含み、その中に、冷却されるべき材料が配置される。断熱要素は、２層の被覆層を含むのが一般的であり、その間に、断熱材料、通常は、硬質ポリウレタンフォームを配置する。

冷凍装置のエネルギー消費を削減することが絶えず必要とされている。これを達成する１つの考え得る方法は、使用される断熱材料の熱伝導率を低減することである。これをもたらす１つの考え得る方法は、真空断熱パネルの使用であり、以下、ＶＩＰｓと称する。

例えば、ＶＩＰｓを使用した場合、省エネの可能性は、一般的な、独立気泡硬質ポリウレタンフォームと比較して、約１０〜４０％である。

かかる真空断熱構成部分は、断熱コア材料、例えば連続気泡硬質ポリウレタン（ＰＵＲ）フォーム、連続気泡押出ポリスチレンフォーム、シリカゲル、ガラス繊維、ポリマー粒子のルース床、圧縮粉砕された硬質ＰＵＲフォーム若しくは半硬質ＰＵＲフォーム又はパーライトを含むのが一般的であり、かかる材料は、気密となるように気密フィルムで梱包され、排気され、そして熱融着される。

冷凍装置におけるＶＩＰｓの使用は、知られており、何度も記載されている。例えば、ＷＯ９７／３６１２９は、少なくとも４０ｃｍの縁部長さを有し、冷凍装置に設置され得るＶＩＰｓを記載している。

ＥＰ４３４２２５は、ＶＩＰｓ及びその、冷凍装置への設置法を記載している。この場合、ＶＩＰは、被覆層の間に配置され、フォームで囲まれる。

ＷＯ９９／６１５０３は、冷凍装置に設置されるＶＩＰｓを記載している。この場合、ＶＩＰｓは、冷凍装置の内部に対向する側に、接着剤によって固定され、その後、被覆層の間における中空の空間に硬質ポリウレタンフォーム組成物を充填する。

冷凍装置の製造において材料の使用量を低減することが、更に継続して求められている。ＶＩＰｓの使用により、その低い熱伝導率に起因して、冷凍装置の断熱材の厚さを低減することが可能である。このようにして、内部空間を増大させることにより、冷凍装置の有効体積を増大することが、冷凍装置の同一の寸法条件下で可能である。

被覆層の厚さを低減することによって、更に節約することが可能であった。しかしながら、これは、限られた程度だけ可能である。

ＷＯ９７／３６１２９ ＥＰ４３４２２５ ＷＯ９９／６１５０３

冷凍装置の中空の空間に液体のポリウレタンフォーム組成物を充填する場合、割れ目及び条溝を形成するのが一般的である。被覆層の厚さを余りに少なくする場合、かかる割れ目は、外側に現れる。これにより、冷凍装置の美的価値観を損ない、これは、不利益であると見なされる。

従って、本発明の目的は、低いエネルギー消費量及び高い品質／欠陥のない外観を有し、製造が簡単であり、そして問題なく再利用することが可能である冷凍装置を効率的に製造することにある。

上記の目的は、以下に更に詳細に記載され、冷凍装置を製造することが可能な断熱要素によって達成され得る。

上記の目的は、
ａ）０．２〜１．０ｍｍの厚さを有する被覆層と、
ｂ）ａ）に配置される少なくとも１枚の真空断熱パネルと、
ｃ）他の断熱材料と、
ｄ）他の被覆層と、
を含む断熱要素によって達成され得る。

被覆層ａ）は、金属、例えばスチールシートを含んでいても良い。本発明の断熱要素に関する他の実施形態において、被覆層ａ）は、ポリマー、特に熱可塑性ポリマーを含む。ポリマーとしてポリスチレン又はＡＢＳポリマーを使用するのが好ましい。上述したように、金属被覆層は、０．２〜０．５ｍｍ、好ましくは少なくとも０．２５ｍｍ、特に０．３ｍｍで、且つ０．４ｍｍ以下の厚さを有する。ポリマーの場合、０．７〜１．０ｍｍの厚さが好ましい。

被覆層ａ）の領域の少なくとも６０％、特に好ましくは少なくとも７０％、特に少なくとも８０％を真空断熱パネルで被覆するのが好ましい。被覆層ａ）を完全に被覆しても良いが、それは望ましくない。なぜなら、隅をフォームで充填することにより、断熱要素から製造される冷凍装置を安定にする必要があるからである。更に、真空断熱パネルが、他の断熱要素ｃ）を更に充填することができない中空の空間と隣接し、そして中空の空間を形成する領域は、冷凍装置の製造において隅又は縁部に形成されることを保証することができない。

被覆層ａ）は、複数の真空断熱パネルで被覆され得るものの、１枚の真空断熱パネルのみで被覆されるのが好ましい。この場合、真空断熱パネルは、少なくとも４０ｃｍ、好ましくは６０±２０ｃｍ×１６０±４０ｃｍの縁部長さ、及び少なくとも５ｍｍで且つ５０ｍｍ以下の厚さを有するのが好ましい。真空断熱パネルの寸法は、冷凍装置の寸法に適合させ、上述したように、被覆層ａ）の少なくとも６０％を、１枚の真空断熱パネルのみで被覆するように構成されるのが好ましい。

断熱要素に対して１枚の真空断熱パネルｂ）のみを使用する利点は、特に、被覆層ａ）の気体非含有被覆の結果として、水蒸気の拡散及び熱伝導率を低減することが可能であり、そして２枚の真空断熱パネルの間における境界の外皮で生じる可能性のある間隙を回避するという点である。寸法に起因して、かかる実施形態を、特に、断熱要素を冷凍機又は冷凍収納庫の製造に使用する場合に用いることが可能である。

真空断熱パネルの製造方法、及びそのために使用される材料は、公知である。コア材料として、上述したように、連続気泡硬質ポリウレタンフォーム又は発泡メラミン−ホルムアルデヒド縮合生成物を使用するのが好ましい。

発泡メラミン−ホルムアルデヒド縮合生成物の製造方法は、例えば、ＥＰ２２０５０６に記載されている。

発泡メラミン−ホルムアルデヒド縮合生成物は、５０質量％以下の、共縮合された他の熱硬化性フォーマー（thermoset former）を含んでいても良い。かかるフォーマーは、アミン、アミド、ヒドロキシル及び／又はカルボキシル基を含む化合物と、アルデヒド、特にホルムアルデヒドと、の縮合生成物であるのが好ましい。好ましい熱硬化性フォーマーは、置換メラミン、尿素、ウレタン、脂肪族アミン、アミノアルコール、フェノール及びこれらの誘導体とアルデヒドとの縮合生成物である。アルデヒドとして、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、アクロレイン、テレフタルアルデヒド等の他のアルデヒドを、ホルムアルデヒドとの混合物で、又はホルムアルデヒドに代えて使用することが可能である。

更に、発泡メラミン−ホルムアルデヒド縮合生成物は、他の添加剤、例えば有機又は無機フィラーを含んでいても良い。添加剤として、繊維、無機粉末、例えば金属粉末、カオリン、石英、白亜、他の染料及び顔料を使用することが可能である。

発泡メラミン−ホルムアルデヒド縮合生成物が、セルの支柱だけ有し、セルの壁部を有さないことから、かかる生成物は、脱気するのが極めて簡単である。硬質メラミン−ホルムアルデヒド縮合生成物を使用するのが好ましい。

発泡メラミン−ホルムアルデヒド縮合生成物は、公知であり、例えば、Basotect（登録商標）という商標名でＢＡＳＦ社から販売されている。かかる生成物は、通常、微粒子状のメラミン−ホルムアルデヒド縮合生成物を、塩又は界面活性剤を含む水に部分的に溶解し、これにより得られるペースト様の中間体を、好ましくは押出器において発泡剤と混合し、これにより得られる生成物を、例えば熱風炉での加熱により発泡させることによって製造される。次に、フォームを、熱処理装置において熱処理することが可能である。発泡は、１２０〜１８０℃の温度範囲において行われるのが好ましく、そして熱処理は、２００〜２５０℃の温度範囲において行われるのが好ましい。

好適な硬質ポリウレタンフォームは、例えば、ＥＰ１５１２７０７に記載されている。連続気泡硬質ポリウレタンフォームの製造において、水及び／又は炭化水素を発泡剤として使用するのが好ましい。

本発明の特定の実施形態において、１００μｍ未満のセル寸法を有する、イソシアネートを基礎とする連続気泡フォームは、真空断熱パネルのコア材料として使用される。かかるフォームは、エーロゲルを介して得ることが可能である。

硬質ポリウレタンフォームを使用する真空断熱パネルの製造において、フォームは、最初に、それ自体公知の方法で製造される。その後、これにより得られるフォームは、かかるフォームが所望の寸法を有する成形品として既に製造されなかった場合、真空断熱パネルのコアとして有する形状とされる。これは、適当なボードサイズに鋸挽くことによって達成されるのが好ましい。その後、成形品を、気密被覆、好ましくは複合フィルムにて梱包し、脱気し、そして熱融着して、気密にする。

後にガス放出する揮発性物質によって、真空を損なわないようにゲッター材料をコア材料と一緒に熱融着するのが一般的である。使用される得るゲッター材料は、例えば、ゼオライト、活性炭、強い吸湿性の材料である。

フィルムは、真空断熱パネルの被覆材料として使用されるのが一般的である。好ましいフィルムは、複合フィルム、特に蒸着した又は積層された、例えばアルミニウムの層を有する多層複合フィルムである。好適なフィルムは、例えば、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、例えばポリエチレン若しくはポリプロピレン又はポリビニルアルコールを含む。

連続気泡硬質ポリウレタンフォームを真空断熱パネルのコア材料として使用することは、上述したように、望ましい。利点は、第１に、このようにして製造される冷凍装置が完全に再利用可能なことである。なぜなら、かかる系に無関係の構成要素が冷凍装置に含まれていないからである。第２に、真空断熱パネルの製造において、微粒子状の材料と比較して、ボードを更に簡単に取り扱うことが可能である。

真空断熱パネルｂ）を、接着剤又は接着テープによって被覆層ａ）に固定することが可能である。

上述したように、本発明の断熱要素は、主として冷凍装置の製造に使用される。冷凍装置は、例えば、冷凍機、冷凍収納庫、直立冷凍庫、冷却容器又は冷凍自動車の上部構造である。本発明の断熱要素は、壁部要素とドア要素の両方として使用され得る。

冷凍装置は、種々の方法で製造されうる。

冷凍装置を製造する一の実施形態において、断熱要素は、平坦な要素と別個に製造され、その後に一緒にあわせて、冷凍装置を製造する。かかる実施形態は、特に、極めて大きな冷凍装置、例えば冷却容器又は冷凍自動車の上部構造を製造する場合に望ましい。この場合、被覆層ａ）とｂ）を、所望の間隔で適切に固定することが可能であり、そして断熱材料ｃ）を導入することが可能である。断熱材料ｃ）として、特に、硬質ポリウレタンフォームを使用することが可能であり、フォームの液体の出発成分を中空の空間に導入し、そこで成分が硬化して、ポリウレタンを形成すると同時に、被覆層ａ）及びｂ）を相互に強固に接合させる。

また、原則として、連続二重プレート法（continuous double plate process）によって断熱要素を製造することも可能である。この場合、真空断熱パネルｂ）を移動式下側被覆層ａ）に配置し、これらに対して、硬質ポリウレタンフォーム用液体の出発成分を配置し、その後、上側被覆層ｄ）を施す。その後、これにより得られる断熱要素を、導入された真空断熱パネルｂ）の長さに応じて、真空断熱パネルｂ）の間で切断することが可能である。

冷凍機又は冷凍収納器の製造において、外側被覆層ａ）及び内側被覆層ｄ）を成形して、装置のハウジングを形成し、そして断熱材料として使用される硬質ポリウレタンフォームの液体出発成分を、被覆層の間における中空の空間に導入するのが好ましい。

硬質ポリウレタンフォームは、被覆層に強固に接合するので、ハウジングを安定にする。

冷凍機に関する一の実施形態において、被覆層ａ）が厚紙又はポリオレフィン、例えばポリエチレン又はポリプロピレンを含む断熱要素を、審美的な考慮が、本来、主要な役割を担わない後ろ側に使用する。そうでなければ、かかる断熱要素は、上述した構造と同一の構造を有する。

冷凍装置を製造する他の実施形態において、上述したように、断熱要素を連続二重プレート装置で製造し、ＥＰ１０７５６３４に記載のように、長さに切断し、留め継ぎにし、そして折り曲げて、冷凍装置のハウジングを形成することが可能である。この場合、導入される真空断熱パネルｂ）に損傷を与えないように注意すべきである。

断熱材料ｃ）として使用されるのが好ましい硬質ポリウレタンフォームは、例えば、Kunststoff-Handbuch, 第7巻 "Polyurethane", 第3版 1993, Carl Hanser Verlag, Munich, Viennaに記載のように、一般的で且つ公知の化合物であるのが好ましい。かかる化合物は、通常、ポリイソシアネート、好ましくはジフェニルメタンジイソシアネート及びジフェニルメタンジイソシアネートとポリフェニレン−ポリメチレンポリイソシアネートの混合物（以下、粗なＭＤＩと称する）を、イソシアネート基に対して反応性である少なくとも２個の水素原子を有する化合物と反応させることによって製造される。イソシアネート基に対して反応性である少なくとも２個の水素原子を有する化合物は、通常、ポリエーテルアルコール及び／又はポリエステルアルコール、好ましくは、少なくとも３の官能価を有するアルコールである。ポリエステルアルコールは、通常、多官能性カルボン酸と多官能性アルコールの反応生成物である。ポリエーテルアルコールは、通常、少なくとも３個の活性水素原子を有する化合物とアルキレンオキシド、好ましくはエチレンオキシド及び／又はプロピレンオキシドの反応生成物である。少なくとも３個の活性水素原子を有する化合物として、通常、多官能性アルコール、例えばグリセロール、トリメチロールプロパン又は糖アルコール、例えばスクロース又はソルビトール、脂肪族アミン、例えばエチレンジアミン又は芳香族アミン、例えばトリレンジアミン（ＴＤＡ）又はジフェニルメタンジアミン（ＭＤＡ）を、一般的には、これらの高給同族体との混合物にて使用することが可能である。

反応は、触媒、発泡剤及び助剤及び／又は添加剤の存在下で進行するのが一般的である。発泡剤として、水を使用するのが一般的であり、殆どの場合、室温条件下で液体であり、ポリウレタン形成の反応条件下で蒸発し、物理発泡剤として知られている不活性化合物と組み合わせて使用する。一般的な物理発泡剤は、アルカン、フルオロアルカン及びギ酸メチルである。アルカンの中で、ペンタン、特にシクロペンタンは、工業的に最も重要である。

真空断熱パネルのコア材料として使用される硬質ポリウレタンフォームの場合、原則として、断熱材料ｃ）として使用されるポリウレタンの製造と同一の出発材料を使用することが可能である。しかしながら、水及び炭化水素、好ましくはシクロペンタンを主として発泡剤として使用する。

真空断熱パネルを使用しない断熱要素に対して本発明の断熱要素の利点は、熱伝導率が十分に低く、ガスの拡散が少なく、そして断熱層の厚さを低減することにより、材料を節約することが可能であるという点にある。また、驚くべきことに、本発明の方法により、冷凍装置の審美性、安定性及び使用特性に関して不利益をもたらすことなく、炭素層の厚さを低減可能である。更に、硬質ポリウレタンフォームを、適当な構成のｃ）として使用する場合に、残りの断熱層ｃ）の厚さを低減した結果、金型における滞留時間を５０％まで削減可能である。更に、層の厚さと同時に、外部の寸法を低減することによって、更に有用な空間を利用可能となる。

本発明の断熱要素の製造において、器具又は金型の温度を、２３℃まで低下させることが可能である。

Claims (15)

1. ａ）０．２〜１．０ｍｍの厚さを有する被覆層と、
   ｂ）ａ）に配置される少なくとも１枚の真空断熱パネルと、
   ｃ）他の断熱材料と、
   ｄ）他の被覆層と、
   を含む断熱要素。
2. 被覆層ａ）が、金属を含む請求項１に記載の断熱要素。
3. 被覆層ａ）が、ポリマーを含む請求項１に記載の断熱要素。
4. 真空断熱パネルｂ）が、フィルムによって覆われ、脱気され、そして密閉される連続気泡硬質ポリウレタンフォームのコアを含む請求項１に記載の断熱要素。
5. 真空断熱パネルｂ）が、接着手段で被覆層ａ）に固定される請求項１に記載の断熱要素。
6. 真空断熱パネルｂ）が、被覆層ａ）の少なくも６０％の領域を被覆する請求項１に記載の断熱要素。
7. 被覆層ａ）における少なくとも７０％の領域が、真空断熱パネルｂ）によって覆われる請求項１に記載の断熱要素。
8. 他の断熱材料ｃ）が、ポリマーフォームである請求項１に記載の断熱要素。
9. 他の断熱材料ｃ）が、硬質ポリウレタンフォームである請求項１に記載の断熱要素。
10. 真空断熱パネルｂ）が、発泡メラミン−ホルムアルデヒド縮合生成物のコアを含む請求項１に記載の断熱要素。
11. 他の被覆層ｄ）が、金属又はポリマーを含む請求項１に記載の断熱要素。
12. 請求項１に記載の断熱要素を、冷凍装置のドア要素又は壁部要素として使用する方法。
13. シート様断熱要素で囲まれる中空の空間を含む冷凍装置であって、
    少なくとも１種のシート様断熱要素が、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の断熱要素であることを特徴とする冷凍装置。
14. 被覆層ａ）が冷凍装置の外表面を形成するように、断熱要素が配置される請求項１３に記載の冷凍装置。
15. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の断熱要素の製造方法であって、
    以下の工程：
    ａｉ）真空断熱パネルｂ）を被覆層ａ）に固定する工程と、
    ｂｉ）被覆層ｄ）を固定する工程と、
    ｃｉ）液体の硬質ポリウレタンフォーム組成物を、工程ｂｉ）で形成された中空の空間に導入する工程と、
    ｄｉ）工程ｃｉ）で形成された硬質ポリウレタンフォームを硬化する工程と、
    を含む製造方法。