本发明涉及具有在外包覆件的内部以减压密闭状态封入有芯材的结构的真空绝热件、以及使用其的绝热容器、住宅墙壁、运输设备、氢运输船和LNG运输船。
背景技术:
真空绝热件具有在具有阻气性的外包覆件(外包件)的内部以减压密闭状态封入有芯材的结构。作为外包覆件,一般使用叠层有热熔接层、表面保护层和阻气层等功能层的叠层膜。
真空绝热件在电气产品或住宅用材料等民用产品中被广泛使用,但近年来也在研究用于工业用产品。作为工业用产品,例如可以列举气体运输船等船舶、LNG(液化天然气)罐等低温流体保持用的绝热容器以及汽车(例如车体、发动机、变速器或电池等的保温用)。
真空绝热件在外包覆件破损时,阻气性会丧失或下降,因此难以维持真空绝热件的内部的大致真空状态(减压密闭状态)。因此,目前提案了提高外包覆件的强度或耐久性等的技术。例如,在专利文献1中公开了设想一般的冷藏库、冷冻设备和冷热设备等来实现外包覆件的耐针孔性的改善的真空绝热件。在该真空绝热件中,作为外包覆件的热熔接层,使用纵向和横向的拉伸率分别为400%以上且纵向的拉伸率相对于横向的拉伸率为2倍以下的膜。
但是,与民用产品相比,工业用产品存在对真空绝热件所要求的特性更加严格的趋势。例如,在上述的气体运输船等船舶中长时间保持温度大幅低于常温的低温流体,因此真空绝热件要在低温环境下长时间使用。此外,在船舶的维护时,存在暴露于高于常温的温度的情况,因此真空绝热件不仅要在低温环境下而且还要在产生非常大的温差的环境(为了便于说明,称为大温差环境。)下使用。进一步而言,在船舶中,因为设想与民用产品相比更长时间的使用(例如几十年),所以对真空绝热件还要求更长期的可靠性。
此处,在低温环境下,随着外部大气温度的变化等而使外包覆件产生伸缩,因此在外包覆件中产生反复的伸缩应力。此外,在大温差环境下,在外包覆件中产生伴随温差的大的热应力。这样,从实现真空绝热件的长期的可靠性方面考虑,对外包覆件还要求长期的耐久性。
但是,在现有技术中,对于真空绝热件,几乎没有研究为了能够适用于工业用产品,使外包覆件的强度和耐久性中的至少任一项提高、使外包覆件的可靠性更加优化这样的技术。进一步而言,在民用产品中,例如在住宅墙壁中,为了对应极寒地区的使用,也要求能够承受非常低的外部大气温度的特性。但是,在现有技术中,作为对真空绝热件所要求的特性,几乎没有设想比通常更严酷的条件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-036749号公报
技术实现要素:
本发明是为了解决这样的问题而完成的发明,其在真空绝热件中,为了能够适用于工业用产品,使外包覆件的可靠性更进一步优化。
本发明的真空绝热件具有至少包含树脂成分的外包覆件和以减压密闭状态被封入外包覆件的内部的芯材。而且,外包覆件具有阻气性并且满足以下(1)、(2)、(3)、(4)中的至少任一个条件:(1)-130℃以上80℃以下的温度范围内的静态载荷0.05N时的线膨胀系数为80×10-5/℃以下,(2)-140℃以上-130℃以下的温度范围内的静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为65×10-5/℃以上,(3)-140℃以上-110℃以下的温度范围内的静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为20×10-5/℃以上,(4)+50℃以上+65℃以下的温度范围内的静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为13×10-5/℃以上。
根据这样的结构,真空绝热件具备的外包覆件在(1)~(4)中的任一个温度-线膨胀系数条件下,均被限定“基准温度范围”内的规定的静态载荷的、线膨胀系数的上限值或平均值的下限值。由此,在基准温度范围及其附近温度范围内能够良好地控制外包覆件的伸缩的程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期实现外包覆件的良好强度和良好耐久性中的至少任一项。其结果是,在真空绝热件中,为了能够适用于工业用产品,可以使外包覆件的可靠性更进一步优化。
此外,本发明包括一种绝热容器,其具备使用上述结构的真空绝热件的绝热结构体,保持低温物质。
进一步而言,本发明也包括使用上述结构的真空绝热件而构成的住宅墙壁和运输设备。
进一步而言,本发明也包括具备使用上述结构的真空绝热件的绝热容器的氢运输船或LNG运输船。
根据本发明,在真空绝热件中,为了能够适用于工业用产品,可以使外包覆件的可靠性进一步优化。
附图说明
图1是示意地表示本发明的第一实施方式的真空绝热件的代表性结构的截面图。
图2是本发明的第一实施方式的真空绝热件的示意俯视图。
图3A是表示本发明的第二实施方式的、具备作为使用真空绝热件的绝热容器的球形罐的、球形独立罐方式的LNG运输船的概略结构的示意图。
图3B是表示与图3A的线段3B-3B的向视截面对应的球形罐的概略结构的示意图。
图4A是本发明的第三实施方式的、具备作为使用真空绝热件的绝热容器的船内罐的、膜片方式的LNG运输船的概略结构的示意图。
图4B是表示与图4A的线段4B-4B的向视截面对应的船内罐的概略结构的示意图。
图5是表示本发明的第四实施方式的、作为使用真空绝热件的绝热容器的、地上式LNG罐的代表性结构的示意部分截面图。
图6是表示本发明的第四实施方式的、作为使用真空绝热件的绝热容器的、地下式LNG罐的代表性结构的示意截面图。
图7是表示本发明的第五实施方式的、作为使用真空绝热件的绝热容器的、氢罐的代表性结构的示意截面图。
图8是表示本发明的第六实施方式的、使用真空绝热件的住宅墙壁的代表性结构的示意截面图。
图9是表示本发明的第七实施方式的使用真空绝热件的汽车的代表性结构的示意图。
图10是对于本发明的实施例1的真空绝热件具备的外包覆件、表示TD方向和MD方向的线膨胀系数的温度依赖性的图。
图11是对于本发明的实施例2的真空绝热件具备的外包覆件、表示TD方向和MD方向的线膨胀系数的温度依赖性的图。
图12是对于本发明的比较例的真空绝热件具备的外包覆件、表示TD方向和MD方向的线膨胀系数的温度依赖性的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。另外,在以下的说明中,在所有附图中对相同或相当的要素标注相同的参照符号,省略其重复的说明。
(第一实施方式)
首先,对本发明的第一实施方式的真空绝热件10进行说明。
[真空绝热件的基本结构]
如图1所示,本实施方式的真空绝热件10具有作为外包件的外包覆件11和以减压密闭状态(大致真空状态)被封入该外包覆件11的内部的内部部件。内部部件由在外包覆件11破袋(或破损等)而液体的水进入内部、与水分接触时不会发生氢引起的化学反应的材料构成。在本实施方式的真空绝热件10中,作为内部部件具有芯材12和吸附剂13。
真空绝热件10所使用的外包覆件11并不特别限定于具体的结构,而能够适当地使用公知的各种材料。在本发明中,优选外包覆件11至少包含树脂成分。通过使外包覆件11为包含树脂成分的结构,能够对外包覆件11赋予可挠性和柔软性中的至少任一个特性等。根据这样的结构,能够以真空绝热件10追随绝热对象物的表面形状的形式进行固定(例如粘贴),提高真空绝热件10的通用性。
作为外包覆件11的具体结构,例如可以列举使用具有阻气性的、袋状的部件的结构。这样的袋状的结构例如如图1所示那样,通过使两片膜件相对并将其周围密封来实现,但并不限定于该结构。周围的被密封之处、即密封部14在内部不存在芯材12,是膜件彼此接触的状态,形成为从真空绝热件10的主体向外周延伸的鳍状。
构成外包覆件11的膜件并不特别限定于具体的结构。例如,如上述那样至少包含树脂成分、构成为膜状(或片状)即可。具体而言,例如可以列举包含树脂层的多层结构的叠层膜。对于这样的叠层膜,本发明并不特别限定于具体的结构,例如可以列举依次叠层有表面保护层11a、阻气层11b和热熔接层11c的三层的结构。
表面保护层11a是用于保护真空绝热件10的外面(表面)的树脂层,例如可以使用尼龙膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或聚丙烯膜等公知的树脂膜。但是,本发明并不特别限定于这些结构。表面保护层11a既可以仅由一层树脂膜构成,也可以叠层多个树脂膜而构成。例如,在后述的实施例2中,表面保护层11a由尼龙层/尼龙层的二层构成。另外,本发明对表面保护层11a的厚度没有特别限定,只要具有能够保护外包覆件11(和真空绝热件10)的表面的范围的厚度即可。
阻气层11b是用于防止外部气体进入真空绝热件10的内部的层,可以适当地使用具有阻气性的公知的膜。作为具有阻气性的膜,例如可以列举铝箔、铜箔和不锈钢箔等金属箔、具有对作为基材的树脂膜蒸镀金属或金属氧化物而形成的蒸镀层的蒸镀膜、以及在该蒸镀膜的表面进一步实施公知的涂敷处理而得到的膜等。但是,本发明并不特别限定于这些例子。
作为蒸镀膜所使用的基材,可以列举聚对苯二甲酸乙二醇酯膜和乙烯-乙烯醇共聚物膜等,作为金属或金属氧化物,可以列举铝、铜、氧化铝和二氧化硅等。但是,本发明并不特别限定于这些例子。
此外,阻气层11b既可以由一层的膜或箔构成,也可以叠层多层的膜或箔而构成。例如在后述的实施例2中,阻气层11b由聚对苯二甲酸乙二醇酯层/金属蒸镀层/金属蒸镀层/乙烯-乙烯醇共聚物层的四层构成。另外,本发明对阻气层11b的厚度没有特别限定,根据金属箔或蒸镀层等的种类,阻气层11b具有能够发挥阻气性的范围的厚度即可。
热熔接层11c是用于使叠层膜彼此相对贴合的层,并且还作为保护阻气层11b的表面的层发挥作用。即,阻气层11b的一个面(外面、表面)由表面保护层11a保护,另一个面(内面、里面)由热熔接层11c保护。在真空绝热件10的内部封入有芯材12和吸附剂13,因此利用热熔接层11c防止或抑制这些内部的物体对阻气层11b产生的影响。
作为热熔接层11c,例如可以列举由低密度聚乙烯等热塑性树脂形成的膜,但并不特别限定于此。此外,热熔接层11c的厚度也没有特别限定,热塑性树脂等熔接成分为能够在叠层膜的另一个面充分存在的程度,且具有能够保护叠层膜的另一个面的程度的范围的厚度即可。
另外,叠层膜还可以具有表面保护层11a、阻气层11b和热熔接层11c以外的层。此外,如上所述,表面保护层11a、阻气层11b和热熔接层11c各自可以由一层构成,也可以由二层以上的多个层构成。由此,叠层膜只要满足一对的面(表里面)中、一个面为热熔接层11c且在多层结构中具有阻气层11b(或多层结构中的任一层具有阻气性)这样的条件,其具体结构就没有特别限定。
芯材12只要具有绝热性就没有特别限定。具体而言,可以列举纤维材料和泡沫材料等公知的材料。例如在本实施方式中,作为芯材12,使用无机纤维。无机纤维只要为由无机类材料形成的纤维即可,具体而言,例如可以列举玻璃纤维、陶瓷纤维、矿渣棉纤维和石棉纤维等。
此外,芯材12可以成型为板状(board状)而使用。具体而言,例如可以将纤维材料叠层成平板状,将该叠层体载置于夹具内,通过按压等在加压状态下进行加热,以成为规定范围的密度和厚度的方式进行成型,由此获得板状的芯材12。纤维材料的加压条件和加热条件等没有特别限定,可以适当地使用在真空绝热件10的制造领域中公知的条件。此外,在成型板状的芯材12的情况下,除了过渡材料以外,还可以包含公知的粘合材料或粉体等。这些材料有助于芯材12的强度、均匀性和刚性等物性的提高。
关于吸附剂13,在将芯材12减压密封到外包覆件11的内部之后,将从芯材12的细微空隙等释放出的残留气体(也包含水蒸气)和从密封部14等进入的微量外部气体(也包含水蒸气)吸附除去。吸附剂13的具体种类没有特别限定,可以适当地使用包括沸石、氧化钙和硅胶等的公知的材料。另外,真空绝热件10也可以具有外包覆件11、芯材12和吸附剂13以外的部件等。
真空绝热件10的具体制造方法并不限定于特定的方法,可以适当地使用公知的制造方法。在本实施方式中,采用在将外包覆件11构成为袋状之后,在其内部插入芯材12和吸附剂13,在减压环境下(大致真空状态下)将袋状的外包覆件11密闭密封的制造方法。
此外,将外包覆件11构成为袋状的方法并不限定于特定的方法,但可以通过准备两片作为外包覆件11的叠层膜,在使各自的热熔接层11c彼此相对配置的状态下,对周缘部的大部分进行热熔接,从而构成为袋状的方法。具体而言,例如,如图2所示那样,以外包覆件11的周缘部的一部分(图2中相对左侧的上方)为开口部15留下,将除开口部15以外的周缘部的残留部以包围中央部分(收容芯材12的部分)的方式进行热熔接即可。另外,热熔接后的周缘部构成密封部14。
之后,从开口部15将芯材12和吸附剂13插入到外包覆件11的内部,在例如减压腔室等减压设备内进行减压即可。由此,从开口部15,袋状的外包覆件11的内部(袋内部)被充分减压,成为大致真空状态。再之后,如果与其它周缘部一样,通过热熔接将开口部15密闭密封(参照图2的相对右侧),则能够得到外包覆件11的周围成为密封部14的真空绝热件10。
另外,对于热熔接和减压等各项条件,没有特别限定,可以适当采用公知的各种条件。此外,袋状的外包覆件11并不限定于使用两片叠层膜的结构。例如也可以通过将一片叠层膜对半折叠,对双方的侧缘部进行热熔接,而获得具有开口部15的袋状的外包覆件11。或者,也可以通过将叠层膜成型为筒型、将一个开口部15密封,而获得袋状的外包覆件11。
[外包覆件具有的条件]
在本发明的真空绝热件10中,外包覆件11如上述那样,构成为不仅具有阻气性,而且满足以下(1)、(2)、(3)、(4)中的至少任一个条件:(1)-130℃以上80℃以下的温度范围内的静态载荷0.05N时的线膨胀系数为80×10-5/℃以下,(2)-140℃以上-130℃以下的温度范围内的静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为65×10-5/℃以上,(3)-140℃以上-110℃以下的温度范围内的静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为20×10-5/℃以上,(4)+50℃以上+65℃以下的温度范围内的静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为13×10-5/℃以上。即,外包覆件11构成为满足上述(1)~(4)中的任一个温度-线膨胀系数条件。
即,真空绝热件10具备的外包覆件11满足在低温区域或高温区域的“基准温度范围”被特定的、规定的静态载荷的线膨胀系数的上限值或平均值的下限值的条件。由此,在低温区域或高温区域的基准温度范围及其周边温度范围,能够良好地控制外包覆件11的伸缩的程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件也能够长期地使外包覆件11的强度和耐久性中的至少一项良好。
另外,(1)的温度-线膨胀系数条件的基准温度范围(第一基准温度范围)为-130℃以上80℃以下,(2)的温度-线膨胀系数条件的基准温度范围(第二基准温度范围)为-140℃以上-130℃以下。此外,(3)的温度-线膨胀系数条件的基准温度范围(第三基准温度范围)为-140℃以上-110℃以下,(4)的温度-线膨胀系数条件的基准温度范围(第四基准温度范围)为+50℃以上+65℃以下。关于这些基准温度范围,在之后说明。
此外,测定线膨胀系数时的规定的静态载荷在(1)的温度-线膨胀系数条件下为0.05N,在(2)~(4)的温度-线膨胀系数条件下为0.4N。虽然根据材料的种类而有所不同,但是一般在树脂类材料中在线膨胀系数的测定时施加的静态载荷的上限值为0.05N左右。因此,在(1)的温度-线膨胀系数条件下,静态载荷设定为0.05N。此外,在(2)~(4)的温度-线膨胀系数条件下,如后所述,从评价应力缓和或伸缩性等的观点出发,作为静态载荷优选施加0.4N。
此处,在为了便于说明而将上述(1)~(4)的温度-线膨胀系数条件中的至少任一个条件作为“第一条件”时,外包覆件11至少满足第一条件即可。进一步而言,作为“第二条件”,更优选满足-130℃气氛下的拉伸断裂强度为180MPa以上的条件。通过使外包覆件11满足第一条件和第二条件,能够更加优化低温环境下的机械强度。作为第二条件,虽然-130℃气氛下的拉伸断裂强度为180MPa以上即可,但是更优选进一步为190MPa以上。
此外,更优选外包覆件11不仅满足上述的第一条件和第二条件,而且进一步作为“第三条件”,满足膜状的外包覆件11的MD方向(机械拉伸方向,纵向)和TD方向(宽度方向,横向)中的至少一个的线膨胀系数为80×10-5/℃以下的条件。换言之,外包覆件11的第三条件并不限定于外包覆件11的方向等条件,而是至少在任一处、线膨胀系数为80×10-5/℃以下的条件。由此,能够在产生低温环境或大温差环境的使用条件下,长期地使外包覆件11的强度和耐久性中的至少任一项更加良好。
此处,在满足外包覆件11的第三条件的情况下,MD方向的线膨胀系数与TD方向的线膨胀系数之比没有特别限定。但是,在将基准温度范围的TD方向的线膨胀系数的平均值(TD平均线膨胀系数)设为Ctd、将基准温度范围的MD方向的线膨胀系数的平均值(MD平均线膨胀系数)设为Cmd时,如果MD平均线膨胀系数相对于TD平均线膨胀系数的比Cmd/Ctd为3以下,则更加优选。由此,在产生低温环境或大温差环境的使用条件下,能够长期地使外包覆件11的强度和耐久性中的至少任一项进一步良好。为了便于说明,将这样的、满足上述的Cmd/Ctd为规定的值以下的条件作为“第四条件”。
在本发明中,用于使外包覆件11实现第一条件~第四条件的方法并不限定于特定的方法。通过对构成外包覆件11的各层的种类、各层和叠层各层而构成的叠层膜的成型方法或成型条件、以及能够对各层使用的添加成分的种类或添加量等各项条件等进行调整,可以适当实现第一条件~第四条件的各个条件。如上所述,外包覆件11作为叠层膜而构成,但也能够作为仅一层的单层膜而构成。但是,如果外包覆件11为叠层膜,则能够通过对构成该叠层膜的各层调整各项条件而容易地将上述的第一条件~第四条件设定在所期望的范围内。
在本发明中,构成外包覆件11的叠层膜如上述那样优选为表面保护层11a、阻气层11b和热熔接层11c的三层结构,表面保护层11a、阻气层11b和热熔接层11c中的至少任一个层可以形成为多层。换言之,这样的叠层膜能够为至少包含树脂层(表面保护层11a和热熔接层11c)和阻气层11b的多层结构。因此,作为外包覆件11的叠层膜并不限定于表面保护层11a、阻气层11b和热熔接层11c的三层结构。
此外,阻气层11b如上述那样包含至少一层的金属箔层或金属蒸镀层而构成即可。因此,叠层膜也可以仅由在基材层形成有金属蒸镀层的蒸镀膜构成。在这种情况下,蒸镀膜既能够为二层结构的叠层膜,也能够实质上为单层的叠层膜。
在本发明的真空绝热件10,如上述那样,外包覆件11满足上述的第一条件、即(1)~(4)的温度-线膨胀系数条件中的至少任一个条件。因此,本发明的真空绝热件10能够适用于设想该基准温度范围内的使用的用途。作为这样的用途,例如可以列举后述的第二实施方式或第三实施方式中例示的运输液化天然气(LNG)的LNG运输船。
LNG通常为-162℃左右的低温流体,将其保持在内部的LNG罐为了抑制热量向内部的进入而具有绝热结构体。作为LNG运输船运输LNG的期间,例如可以列举四个星期左右,在此期间,绝热结构体的外表面大约成为-130℃左右的温度。此外,运输LNG之后的LNG运输船并不从LNG罐内排出LNG而成为空罐,会残留一部分LNG,由此抑制温度变化。因此,LNG运输船如果在航行中,则绝热结构体的外表面的温度成为-130℃左右的低温。
另一方面,LNG运输船几年一次地在维修码头受到维护。此时,LNG罐有时暴露于超过常温的高温,例如存在绝热结构体的外表面成为+80℃左右的可能性。因此,需要设想LNG罐的绝热结构体在-130℃~+80℃的温差(Δ210℃的温差)中使用的情况。当在绝热结构体产生Δ210℃那样大的温差时,产生与该温差相应的大的热应力。此外,LNG运输船等船舶例如能够设想几十年的长期的使用。因此,对于绝热结构体,要求能够对应大的热应力且即使产生这样的热应力也能够长期地实现可靠性。
因此,在本发明的真空绝热件10中,作为第一条件,限定(1)的温度-线膨胀系数条件、即外包覆件11的第一基准温度范围内(-130℃以上80℃以下的温度范围内)的、静态载荷0.05N时的线膨胀系数的平均值为80×10-5/℃以下。由此,能够在第一基准温度范围及其周边温度范围内良好地抑制外包覆件11的伸缩的程度。
此外,发明人精心研究的结果是,明确了:对于外包覆件11,优选在低温区域,对损耗弹性模量产生应力缓和作用。特别是在-140℃~-130℃的温度范围内,要求为了产生良好的应力缓和作用而使外包覆件11发挥良好的伸缩性。因此,在该温度范围内,外包覆件11优选线膨胀系数更高。
因此,在本发明的真空绝热件10中,作为温度线膨胀系数条件,限定(2)的温度-线膨胀系数条件、即外包覆件11的第二基准温度范围内(-140℃以上-130℃以下的温度范围内)的、静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为65×10-5/℃以上。由此,能够在第二基准温度范围及其周边温度范围内良好地控制外包覆件11的伸缩性。
此外,本发明人精心研究的结果是,明确了:在低温区域中,由于构成外包覆件11的材料全部为玻璃状态,所以外包覆件11容易变脆。特别是在-140℃~-110℃的温度范围内,由于认为玻璃状态引起的脆化的影响大,所以为了缓和脆化而要求外包覆件11发挥良好的伸缩性。因此,在该温度范围内,外包覆件11优选线膨胀系数更高。
因此,在本发明的真空绝热件10中,作为温度线膨胀系数条件,限定(3)的温度-线膨胀系数条件、即外包覆件11的第三基准温度范围内(-140℃以上-110℃以下的温度范围内)的、静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为20×10-5/℃以上。由此,能够在第三基准温度范围及其周边温度范围良好地控制外包覆件11的伸缩性。
另外,(1)~(3)的温度-线膨胀系数条件均为低温区域的温度线膨胀系数条件,在这些条件下,如上述那样,基准温度范围部分重复。因此,在本发明的真空绝热件10中,作为外包覆件11的低温区域的温度-线膨胀系数条件,满足上述的(1)~(3)的温度-线膨胀系数条件中的任一项即可。当然,也可以满足(1)~(3)的温度-线膨胀系数条件的全部。
进一步而言,如上述那样,在LNG运输船的维护时,存在LNG罐成为+80℃左右的可能性。此处,在维护时,有时对LNG罐吹送高温的蒸汽。由于该蒸汽的吹送,外包覆件11可能产生急剧的变形或应力。作为这样的变形或应力的产生影响的温度范围,发明人的精心研究的结果发现是+50℃~+65℃的范围。在该温度范围内,为了缓和变形或应力而要求外包覆件11发挥良好的伸缩性。因此,在该温度范围,外包覆件11优选线膨胀系数更高。
因此,在本发明的真空绝热件10中,作为第一条件,限定(4)的温度-线膨胀系数条件、即外包覆件11的第四基准温度范围内(+50℃以上+65℃以下的温度范围内)的、静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为13×10-5/℃以上。由此,能够在第四基准温度范围及其周边温度范围良好地控制外包覆件11的伸缩性。
另外,在本发明的真空绝热件10中,只要满足作为高温区域的第一条件的(4)的温度-线膨胀系数条件,就可以未必满足作为低温区域的第一条件的、上述(1)~(3)的温度-线膨胀系数条件。当然,可以优选满足低温区域的(1)~(3)的温度-线膨胀系数条件中的至少任一个条件和高温区域的(4)的温度-线膨胀系数条件的两者。可以进一步优选满足(1)~(4)的全部的温度-线膨胀系数条件。
进一步而言,在上述(1)~(4)的温度-线膨胀系数条件中特别是(2)~(4)的温度-线膨胀系数条件下,从更加良好地控制外包覆件11的伸缩性的观点出发,限定更加优选的下限值。
具体而言,在上述(2)的温度-线膨胀系数条件下,第二基准温度范围内的、静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值如上述那样为65×10-5/℃以上即可,更优选为80×10-5/℃以上,进一步优选为110×10-5/℃以上。此外,在上述(3)的温度-线膨胀系数条件下,第三基准温度范围内的、静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值如上述那样为20×10-5/℃以上即可,更优选为25×10-5/℃以上,进一步优选为40×10-5/℃以上。进一步而言,在上述(4)的温度-线膨胀系数条件下,第四基准温度范围内的、静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值如上述那样为13×10-5/℃以上即可,更优选为15×10-5/℃以上,进一步优选为19×10-5/℃以上。
这样,作为外包覆件11的第一条件,只要满足上述(1)~(4)的温度-线膨胀系数条件中的至少任一项,就能够在基准温度范围及其周边温度范围良好地控制外包覆件11的伸缩的程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期地实现外包覆件11的良好的强度和耐久性中的至少任一项。其结果是,在真空绝热件10中,为了能够适用于工业用产品,能够更加优化外包覆件11的可靠性。
另外,在本发明中,还可以进行通过确认真空绝热件具备的外包覆件是否满足至少上述(1)~(3)的任一个温度-线膨胀系数条件来判定其真空绝热件确保具有预先设定的绝热性能的评价。
例如在列举上述(1)的温度-线膨胀系数条件时,根据本发明,如果在整个第一基准温度范围,存在外包覆件的线膨胀系数超过80×10-5/℃的温度区域,基准温度范围及其周边温度范围的外包覆件的伸缩的程度变大,其结果是,明确了:存在真空绝热件的内部的大致真空状态(减压密闭状态)不能有效地维持,真空绝热件的绝热性能降低的担忧。基于该见解,能够在包括基准温度范围的温度范围内,通过测定外包覆件的线膨胀系数,评价真空绝热件的绝热性能。由此,能够针对真空绝热件仅通过对构成部件的一部分测定物性值来简洁地评价真空绝热件的绝热性能。
因此,在本发明中,包括在低于常温的低温环境和高于常温的高温环境的至少任一种环境下使用的真空绝热件的评价方法。具体而言,还包括如下的真空绝热件的评价方法:对于评价对象的真空绝热件具备的外包覆件,在包括基准温度范围的温度范围内一边使温度变化一边测定线膨胀系数,在其整个基准温度范围基于规定的静态载荷的线膨胀系数为规定值以上、或者其平均值为规定值以上时,判定为该真空绝热件在低温环境和高温环境的至少任一种环境下确保具有预先设定的绝热性能。
(第二实施方式)
接着,对本发明的第二实施方式进行说明。
在上述第一实施方式中,对本发明的真空绝热件10的基本结构例进行了说明,在第二实施方式中,作为使用本发明的真空绝热件10的绝热容器的具体例,列举设置在图3A所示的LNG运输用船100A的、LNG用的球形罐101进行说明。
如图3A所示,本实施方式的LNG运输用船100A为球形独立罐方式的运输船,包括多个球形罐101(在图3A中共计5个)。多个球形罐101沿船体102的长度方向排成一列。如图3B所示,各球形罐101包括容器主体104。容器主体104的内部成为储存(或保持)LNG的内部空间(物质保持空间,在物质为流体的情况下为流体保持空间)。此外,球形罐101的大部分由船体102进行外部支承,其上方被罩103覆盖。
如图3B所示,容器主体104具有容器筐体106和将容器筐体106的外侧面绝热的绝热结构体105。容器筐体106以能够保持LNG那样的以低于常温的温度保持的低温物质的方式构成,为不锈钢材料或铝合金等金属制。LNG的温度通常为-162℃,因此作为具体的容器筐体106,可以列举厚度50mm左右的铝合金制的容器。或者,容器筐体106也可以为厚度5mm左右的不锈钢制。
绝热结构体105为具有上述第一实施方式中说明的真空绝热件10的结构即可。作为绝热结构体105的代表性结构例,可以列举在容器筐体106的外侧配置有多个绝热层的多层结构体。这些多个绝热层中的至少一层使用上述真空绝热件10即可。在本实施方式中,真空绝热件10贴合于其它绝热件而作为“绝热面板”构成,但使用真空绝热件10的绝热结构体105和绝热容器的结构并不限定于此。在绝热层由方形的绝热面板构成的情况下,在容器筐体106的外侧,以数千片单位配置并固定方形的绝热面板。
容器主体104由支承体107固定于船体102。支承体107一般称为裙座,具有热阻隔结构。热阻隔结构例如为在铝合金与低温用钢材的中间插入热传导率低的不锈钢的结构,由此,能够实现侵入热的减少。
这样,在本实施方式中,作为绝热容器例示球形罐101,球形罐101具有绝热结构体105,对该绝热结构体105采用第一实施方式中说明的真空绝热件10。由此,即使绝热容器在由于保持LNG那样的-40℃以下的低温物质而暴露于低温环境、且在维护时暴露于高温环境的环境下,即在基准温度范围内那样宽的温度范围内使用,也能够良好地抑制外包覆件11的伸缩的程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期地实现外包覆件11的良好的强度和良好的耐久性中的至少任一项。其结果是,在真空绝热件10中,为了能够适用于工业用产品,能够更加优化外包覆件11的可靠性。
(第三实施方式)
接着,对第三实施方式进行说明。
在第二实施方式中,作为具备本发明的真空绝热件10的绝热容器的代表性的一个例子,例示图3A和图3B所示那样的LNG运输用船100A具备的球形罐101,但本发明并不限定于此。
在第三实施方式中,作为具备本发明的真空绝热件10的绝热容器,如图4A和图4B所示那样,例示膜片方式的LNG运输用船100B具备的LNG用的船内罐110进行说明。
如图4A所示,本实施方式的LNG运输用船100B为膜片方式的船,具有多个船内罐110(图4A中共计4个)。多个船内罐110沿船体111的长度方向排成一列。各船内罐110如图4B所示那样,其内部成为储存(保持)LNG的内部空间(物质保持空间)。此外,船内罐110的大部分由船体111从外部支承,其上方被甲板112密闭。
在船内罐110的内面,如图4B所示,自内侧向外侧依次叠层有一次膜片113、一次绝热箱114、二次膜片115和二次绝热箱116。由此,在船内罐110的内面,形成双重的“绝热槽结构”(或防热结构)。此处所谓的“绝热槽结构”是指由绝热件(防热件)的层(绝热层)和金属制的膜片构成的结构。由一次膜片113和一次绝热箱114构成内侧的“绝热槽结构”(一次防热结构),由二次膜片115和二次绝热箱116构成外侧的“绝热槽结构”(二次防热结构)。
绝热层是防止(或抑制)热量从船内罐110的外部进入内部空间的部件,在本实施方式中,使用一次绝热箱114和二次绝热箱116。换言之,在本实施方式中,一次绝热箱114和二次绝热箱116作为绝热结构体发挥作用。一次绝热箱114和二次绝热箱116为在绝热箱的内部收容绝热件而构成的部件即可,其具体的结构没有特别限定。在本实施方式中,例如一次绝热箱114和二次绝热箱116分别能够作为收容有绝热件的多个绝热箱被一体化而得到的结构(一体化绝热箱)而构成。
在一次绝热箱114和二次绝热箱116中,分别收容有例如粉末绝热件。作为该粉末绝热件,例如可以列举作为无机类的泡沫材料的珍珠岩,但粉末绝热件的种类并不限定于珍珠岩。例如也可以为由苯乙烯泡沫(泡沫苯乙烯)、聚氨酯泡沫或酚醛泡沫等发泡树脂材料构成的绝热件,还可以不是泡沫材料而是玻璃棉等无机纤维,还可以是这些以外的公知的绝热件。在膜片方式的LNG运输用船100B中,一般使用珍珠岩等的泡沫体作为粉末绝热件。
此外,虽然图4B中未图示,但是在二次绝热箱116的底面设置有第一实施方式中说明的真空绝热件10。真空绝热件10是热传导率λ比粉末绝热件低的绝热件(绝热性能优异的绝热件)。因此,通过在位于外侧的二次绝热箱116的外侧设置真空绝热件10作为绝热层,能够抑制或防止来自外部的热移动,并且还能够抑制或防止内部的冷热(冷气)向外部漏出。
收容在二次绝热箱116内的粉末绝热件可以不直接为粉末状,而为成型为面板状的绝热面板。采用该结构,能够对粉末绝热件的绝热面板的外表面粘贴真空绝热件10。由此,作为二次绝热箱116,能够使用第一实施方式中说明的真空绝热件10。因此,在本实施方式中,构成绝热结构体的一次绝热箱114和二次绝热箱116中,二次绝热箱116具备上述真空绝热件10。
膜片作为用于以不从内部空间漏出LNG的方式保持的“槽”发挥作用,包覆于绝热件之上(内侧)使用。在本实施方式中,使用包覆于一次绝热箱114之上(内侧)的一次膜片113和包覆于二次绝热箱116之上(内侧)的二次膜片115。一次膜片113构成绝热容器的内槽,二次膜片115构成绝热容器的中间槽,船体111构成绝热容器的外槽。本发明并不特别限定一次膜片113和二次膜片115的具体的结构,代表性地可以列举不锈钢或因瓦合金(含有36%的镍的镍钢)等的金属膜。
另外,一次膜片113和二次膜片115均为不使LNG漏出的部件,不具有维持作为船内罐110的结构的程度的强度。船内罐110的结构由船体111(和甲板112)支承。换言之,来自船内罐110的LNG的漏出由一次膜片113和二次膜片115防止,LNG的载荷经由一次绝热箱114和二次绝热箱116被船体111支承。因此,在将船内罐110看做绝热容器的情况下,船体111为外槽且构成“容器筐体”。
这样,在本实施方式中,作为绝热容器具备船内罐110,船内罐110具备由一次绝热箱114和二次绝热箱116构成的绝热结构体,在该绝热结构体中的二次绝热箱116中,采用第一实施方式中说明的真空绝热件10。根据这样的结构,即使绝热容器在由于保持LNG那样的-40℃以下的低温物质而暴露于低温环境、且在维护时暴露于高温环境的环境下,即在基准温度范围内那样宽的温度范围内使用,也能够良好地抑制外包覆件11的伸缩程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期地实现外包覆件11的良好的强度和良好的耐久性中的至少任一项。其结果是,在真空绝热件10中,为了能够适用于工业用产品,能够更加优化外包覆件11的可靠性。
(第四实施方式)
接着,对第四实施方式进行说明。
第二实施方式和第三实施方式的绝热容器分别是设置于LNG运输用船100A的球形罐101和设置于LNG运输用船100B的船内罐110。但是,本发明并不限定于这些,绝热容器例如也可以为设置于陆地上的LNG罐。在第四实施方式中,参照图5和图6对这样的LNG罐进行说明。
图5中示出了地上式LNG罐120。该地上式LNG罐120,作为罐主体,与上述第二实施方式的球形罐101同样地具备球形的容器主体124,该容器主体124被支承结构部121支承于地面50上。支承结构部121由在地面50上沿铅直方向设置的多个支柱122和设置于支柱122彼此之间的托架123构成,但并不特别限定于这样的结构。
容器主体124具有保持低温物质的容器筐体126和设置在该容器筐体126的外侧的绝热结构体125。容器筐体126和绝热结构体125的具体结构如在第二实施方式或第三实施方式中说明的那样,绝热结构体125使用第一实施方式中说明的真空绝热件10。
图6示出了地下式LNG罐130。该地下式LNG罐130在埋设于地面50的混凝土结构体131的内部设置有圆筒形的容器主体134。容器主体134具有保持低温物质的容器筐体136和设置在容器筐体136的外侧的绝热结构体135。混凝土结构体131例如由预应力混凝土构成,以其大部分成为地面50的下方的方式设置于地中。混凝土结构体131是支承地下式LNG罐130的罐主体的结构的支承体,并且为了防备罐主体万一破损,还具备防止LNG的漏出的屏障的功能。
此外,在容器主体134的上部开口,设置有与容器主体134分体的屋顶部132。屋根部132的上表面为凸状的弯曲面,下表面为平坦面。在屋顶部132的外侧,与容器主体134同样地设置有绝热结构体135,在其内部设置有纤维状绝热件133。作为纤维状绝热件133,例如可以列举作为真空绝热件10的芯材12使用的无机纤维。容器筐体136和绝热结构体135的具体结构如在第二实施方式或第三实施方式中说明的那样,绝热结构体135使用第一实施方式中说明的真空绝热件10。
这样,在本实施方式中,绝热容器为地上式LNG罐120或地下式LNG罐130,这些地上式LNG罐120和地下式LNG罐130分别具备绝热结构体125、135,关于这些绝热结构体125、135,采用在第一实施方式中说明的真空绝热件10。根据这样的结构,即使绝热容器在由于保持LNG那样的-40℃以下的低温物质而暴露于低温环境、且在维护时暴露于高温环境的环境下,即在基准温度范围内那样宽的温度范围内使用,也能够良好地抑制外包覆件11的伸缩的程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期地实现外包覆件11的良好的强度和良好的耐久性中的至少任一项。其结果是,在真空绝热件10中,为了能够适用于工业用产品,能够更加优化外包覆件11的可靠性。
(第五实施方式)
接着,对第五实施方式进行说明。
在第二实施方式~第四实施方式的任一方式中,保持在绝热容器内的低温物质均为LNG,但本发明并不限定于此,真空绝热件10只要是设想在包括-130℃以上80℃以下的基准温度范围的温度范围内使用的部件即可。即,绝热容器也可以保持与LNG相比为低温的物质。在第五实施方式中,作为这样的、更低温的物质例示氢气。参照图7对将氢气液化保持的氢罐的一个例子进行具体说明。
如图7所示,本实施方式的氢罐140为集装箱型,基本上具有与第二实施方式中说明的球形罐101或第四实施方式中说明的地上式LNG罐120同样的结构。即,氢罐140在框状的支承体141内设置有作为罐主体的容器主体144,该容器主体144具有保持低温物质的容器筐体146和设置在容器筐体146的外侧的绝热结构体145。容器筐体146和绝热结构体145的具体结构如在第二实施方式~第四实施方式中说明的那样,在绝热结构体145中使用第一实施方式中说明的真空绝热件10。
液化氢(液体氢)一般为-253℃那样极低温的液体,并且与LNG相比其易蒸发度为大约10倍。由此,对于液化氢,为了获得与LNG同等蒸发损失水平,需要进一步提高绝热件的绝热性能(热传导率的大小)。与此相对,在本实施方式中,与在第二实施方式~第四实施方式中说明的结构一样,使用具备能够对应宽的温度范围的真空绝热件10的绝热结构体145。由此,对氢罐140,能够实现更高的绝热化,并且能够更加优化绝热性能的可靠性。
在氢罐140为集装箱型的情况下,设想为设置在经受风雨的场所或在经受风雨的环境下运输的情况。此外,作为运输方式,并不限定于卡车或铁路等陆地交通方式,还设想船舶等海上交通方式。即,氢罐140在不仅暴露于雨水中而且还可能暴露于海水中的环境下使用。
另外,在本发明中,在绝热容器内保持的低温物质并不限定于LNG或液化氢,只要是在低于常温的温度保存的物质(优选为在与常温相比低100℃以上的温度具有流动性的流体)即可。如果列举流体的例子,则作为LNG和氢气以外的流体,可以列举液化石油气(LPG)、其它烃气体和含有它们的可燃性气体。此外,也可以为用化学品运输船等运送的各种化合物,且该各种化合物为在低于常温的温度保存的化合物。
这样,在本发明中,低温物质没有特别限定,可以选择各种各样的物质,因此低温物质并不限定于液体或气体等流体,也可以为固体。因此,在本发明应用于船舶的情况下,并不像第二实施方式或第三实施方式中例示的LNG运输用船100A、100B那样,限定为作为低温物质运输LNG的船舶。例如,本发明还能够应用于作为低温物质运输各种化合物的化学品运输船和作为低温物质运输液化氢的氢运输船等船舶。
此处,第二实施方式或第三实施方式的LNG运输用船100A、100B是运输LNG的运输设备。此外,本实施方式的氢罐140是用于运输氢的容器。此外,第四实施方式的地上式LNG罐120和地下式LNG罐130是将LNG运送给最终消费者的途中的储藏用罐。如此,均在物流过程中使用。但是,在本发明中能够应用的绝热容器并不限定于第二实施方式~第四实施方式和本实施方式中例示的物流过程中使用的容器。例如也可以是为了最终消费者使用而采用的容器。作为这样的容器,可以列举为医疗用、工业用或学术研究用等中保存低温物质的容器等。此外,本发明的“常温”为20℃±5℃的范围内(15℃~25℃的范围内)即可。
这样,在本实施方式中,绝热容器为氢罐140,该氢罐140具有绝热结构体145,在该绝热结构体145中采用第一实施方式中说明的真空绝热件10。由此,即使绝热容器暴露于液化氢那样的-100℃以下的低温物质引起的低温、且在维护时暴露于高温环境,也能够良好地抑制外包覆件11的伸缩的程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期地实现外包覆件11的良好的强度和良好的耐久性中的至少任一项。其结果是,在真空绝热件10中,为了能够适用于工业用产品,能够更加优化外包覆件11的可靠性。
另外,在第二实施方式~第五实施方式中,均例示保持LNG或液体氢那样的低温物质的绝热容器来说明本发明的真空绝热件10和使用其的绝热容器。但是,本发明不是仅适用于保持低温物质的绝热容器的发明,至少能够对具备在进入基准温度范围的环境下使用的绝热结构的各种各样的用途广泛适当地应用。
(第六实施方式)
接着,对第六实施方式进行说明。
在第二实施方式~第五实施方式中,作为本发明的真空绝热件10的适用例,例示了绝热容器。但是,本发明并不限定于此,能够广泛而适当地用于以绝热为目的的各种各样的领域。例如,在第六实施方式中,以住宅墙壁20为例进行说明。
如图8所示,本实施方式的住宅墙壁20具有壁体件21、框体22和真空绝热件10。壁体件21在作为建筑物的墙壁而设置时,是具有可抵抗来自铅直方向和水平方向的力的耐力、且能够支承建筑物的墙壁。本发明并不特别限定其具体的结构,可以适当地使用公知的结构。此外,在图8中,为了便于说明,表示成一片板部件,但壁体件21也可以为由支柱件、对角拉条件和复合板材等构成的面板。
壁体件21的表面21a成为建筑物的壁面,在壁体件21的里面21b固定有真空绝热件10。因此,本实施方式的住宅墙壁20为壁体件21与真空绝热件10一体形成的绝热面板材。
框体22是将真空绝热件10固定并支承于壁体件21的里面21b的部件,也可以具有增强壁体件21的耐力的功能。框体22由从壁体件21的表面21a插入的钉部件23固定于壁体件21。在框体22的框内配置有真空绝热件10,由嵌缝件26弥合框体22与真空绝热件10的间隙。
在壁体件21的里面21b中向框体22的外侧露出的部分和框体22的外周面,分别设置有气密件24、25。气密件24、25为了在将面板化的住宅墙壁20安装于建筑物的柱或梁等而进行固定时将柱或梁与住宅墙壁20之间保持气密而发挥作用。在本发明中,气密件24、25和嵌缝件26的具体结构没有特别限定,可以适当地使用公知的结构。
如上所述,本实施方式的住宅墙壁20以真空绝热件10与壁体件21的大部分重叠的状态被固定,因此能够对整个壁体有效地绝热。而且,真空绝热件10在基准温度范围内、线膨胀系数被设定为80×10-5/℃以下。由此,即使在例如极寒地区的住宅等那样住宅墙壁20在-130℃以上80℃以下的温度范围使用那样的情况下,也能够良好地抑制外包覆件11的伸缩的程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期地实现外包覆件11的良好的强度和良好的耐久性中的至少任一项。其结果是,在真空绝热件10中,为了也能够适用于住宅墙壁20,能够更加优化外包覆件11的可靠性。
另外,本实施方式的住宅墙壁20为具有真空绝热件10和壁体件21、在壁体件21的里面21b侧配置有真空绝热件10的结构即可,例如也可以没有框体22等。进一步而言,本实施方式的住宅墙壁20被面板化而成为“绝热面板件”,但作为绝热面板件的具体结构并不限定于本实施方式中公开的结构,能够适用公知的绝热面板件的结构。
此外,在本实施方式中,在将住宅墙壁20面板化之后在壁体件21固定框体22,但框体22的固定方法并不限定于使用钉部件23的方法,也可以为使用钉部件23以外的固定部件的方法,还可以为在壁体件21和框体22分别构成凹部和凸部等(也可以相反),将它们结合起来进行固定的方法。
进一步而言,本实施方式的住宅墙壁20并不一定作为绝热面板件而被面板化,只要在作为住宅的墙壁使用时在壁体件21的里面21b固定真空绝热件10即可。因此,还能够在建筑住宅时,在建筑现场随时组装本实施方式的住宅墙壁20等。
(第七实施方式)
接着,对第七实施方式进行说明。
在第六实施方式中,对将本发明的真空绝热件10用作住宅墙壁20的绝热件的例子进行了说明,但是本发明并不限定于此,还能够适合作为住宅墙壁20以外的绝热件使用。例如在第七实施方式中,以汽车30为例进行说明。
如图9所示,作为本实施方式的汽车30,如果例示一般的乘用车,则本发明的真空绝热件10能够适合作为配置在汽车30的车顶30a、底面30b、后面30c和车内30d与发动机室30e的边界面等各个部分的绝热件而使用。通过在车顶30a、底面30b和后面30c、进一步在未图示的侧面的门等使用真空绝热件10,即使在车内30d与外部气温的温差大时,也能够将车内30d良好地绝热。此外,来自发动机室30e内的未图示的发动机的发热也能够由真空绝热件10良好地绝热。
特别是在汽车30在极寒地区那样-130℃以上80℃以下的温度范围使用这样的情况下,也能够良好地抑制外包覆件11的伸缩的程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期地实现外包覆件11的良好的强度和良好的耐久性中的至少任一项。其结果是,在真空绝热件10中,为了能够适用于汽车30,能够更加优化外包覆件11的可靠性。
另外,在本实施方式中,作为适用本发明的真空绝热件10的汽车30例示了乘用车,但是本发明并不限定于此,也可以为公共汽车和卡车等其它汽车。此外,汽车30并不限定于以汽油、轻油或LNG等为燃料驱动的结构,也可以为电动汽车等。
本实施方式中例示的汽车30是使用本发明的真空绝热件构成的运输设备的一个代表性的例子。作为这样的运输设备,除汽车30(乘用车、公共汽车和卡车等)以外,还包括铁路、航空器和船舶等。进一步而言,还包括由这些运输设备运输的拖车、集装箱和罐等被运输物(因此,第二实施方式或第三实施方式中例示的LNG运输用船100A、100B、第五实施方式中例示的氢罐140作为绝热容器的例子表示,也作为运输设备的例子表示)。
实施例
接着,对于本发明,使用实施例和比较例进行更具体地说明,但本发明并不限定于这些例子。本领域技术人员能够不脱离本发明的范围地进行各种变更、修正和改变。
首先,如下所示那样进行以下的实施例和比较例的线膨胀系数的温度依赖性的评价。
(线膨胀系数的温度依赖性的评价)
将实施例或比较例的外包覆件切出规定的尺寸,作为试样。此时,试样从外包覆件的没有折叠且外包覆件没有附着物的部分采取。作为试验机,在实施例1、实施例2和比较例中使用TA Instruments公司制TMA2940型(产品名),在实施例3中使用TA Instruments公司制Q400EM型(产品名)。而且,以测定模式:静态拉伸、升温速度:5℃/分钟、拉伸应力:0.05N(实施例1、实施例2和比较例)或0.4N(实施例3)、试验前槽内温度保持时间:10分钟的条件,在从-140℃至+150℃的范围内使温度变化来测定试样的线膨胀系数。关于气氛气体种类和气体流量,在TMA2940型时为氮和140mL/分钟,在Q400EM型时为氩和100mL/分钟。另外,试样的MD方向为构成外包覆件的表面保护层中最外层的晶体排列方向。
(实施例1)
作为真空绝热件用的外包覆件,使用具有尼龙层/尼龙层/铝箔层/聚乙烯层的四层结构的叠层膜。另外,在该叠层膜中,尼龙层/尼龙层的二层为表面保护层,铝箔层为阻气层,聚乙烯层为热熔接层。该叠层膜被切出12.5±0.5mm×5mm的尺寸,如上述那样评价热膨胀系数的温度依赖性。该叠层膜的MD方向的线膨胀系数以图10的实线的图形表示,TD方向的线膨胀系数以图10的虚线的图形表示。
另外,关于该叠层膜,-130℃气氛下的拉伸断裂强度为201MPa,MD方向的线膨胀系数的最大值为53.5×10-5/℃,且基准温度范围内的平均值(MD平均线膨胀系数Cmd)为19.9×10-5/℃。此外,TD方向的线膨胀系数的最大值为64.6×10-5/℃,且基准温度范围内的平均值(TD平均线膨胀系数Ctd)为13.7×10-5/℃,Cmd/Ctd为1.45。
(实施例2)
作为真空绝热件用的外包覆件,使用具有尼龙层/聚对苯二甲酸乙二醇酯层/金属蒸镀层/金属蒸镀层/乙烯-乙烯醇共聚物层/聚乙烯层的六层结构的叠层膜。另外,在该叠层膜中,尼龙层为表面保护层,聚对苯二甲酸乙二醇酯层/金属蒸镀层/金属蒸镀层/乙烯-乙烯醇共聚物层的四层为阻气层,聚乙烯层为热熔接层。该叠层膜被切出12.5±0.5mm×5mm的尺寸,如上述那样评价热膨胀系数的温度依赖性。该叠层膜的MD方向的线膨胀系数以图11的实线的图形表示,TD方向的线膨胀系数以图11的虚线的图形表示。
另外,关于该叠层膜,-130℃气氛下的拉伸断裂强度为209MPa,MD方向的线膨胀系数的最大值为48.1×10-5/℃,且基准温度范围内的平均值(MD平均线膨胀系数Cmd)为20.3×10-5/℃,TD方向的线膨胀系数的最大值为43.7×10-5/℃,且基准温度范围内的平均值(TD平均线膨胀系数Ctd)为16.2×10-5/℃,Cmd/Ctd为1.25。
(比较例1)
作为比较用的外包覆件,使用具有尼龙层/聚乙烯层的二层结构的叠层膜。该叠层膜被切出12.5±0.5mm×5mm的尺寸,如上述那样评价热膨胀系数的温度依赖性。该叠层膜的MD方向的线膨胀系数以图12的实线的图形表示,TD方向的线膨胀系数以图12的虚线的图形表示。
另外,关于该叠层膜,-130℃气氛下的拉伸断裂强度为172MPa,MD方向的线膨胀系数的最大值为97.3×10-5/℃,TD方向的线膨胀系数的最大值为48.4×10-5/℃。
(实施例3)
作为真空绝热件用的外包覆件,使用与实施例1相同的叠层膜,该叠层膜被切出8.0±0.1mm×5mm的尺寸,在第二基准温度范围(-140℃以上-130℃以下的温度范围)、第三基准温度范围(-140℃以上-110℃以下的温度范围)和第四基准温度范围(+50℃以上+65℃以下的温度范围)分别计算线膨胀系数的平均值。在表1中表示其结果。
(比较例2)
作为真空绝热件用的外包覆件,使用具有聚对苯二甲酸乙二醇酯层/金属蒸镀层/聚对苯二甲酸乙二醇酯层/金属蒸镀层/聚对苯二甲酸乙二醇酯层/金属蒸镀层/聚乙烯层的七层结构的叠层膜,除此以外,与实施例3相同,在第二基准温度范围、第三基准温度范围和第四基准温度范围分别计算线膨胀系数的平均值。在表1中表示其结果。
[表1]
(实施例和比较例的对比)
如图10~图12所示,实施例1和实施例2的叠层膜(外包覆件)在-130℃~+80℃的基准温度范围中,在MD方向和TD方向,线膨胀系数均低于80×10-5/℃。由此,在使用实施例1和实施例2的叠层膜作为外包覆件的真空绝热件中,在第一基准温度范围(-130℃~+80℃的温度范围)及其周边温度范围中,能够良好地抑制外包覆件的伸缩的程度。因此可知这些叠层膜是即使在低温环境或大温差环境下也能够实现良好的强度和良好的耐久性中的至少任一项的外包覆件。
另一方面,关于比较例1的叠层膜,在MD方向上,在-80℃~-70℃的附近,线膨胀系数显示97×10-5/℃。因此,在该温度附近伸缩变得激烈,因此可知在低温环境或大温差环境下难以实现良好的强度和良好的耐久性中的至少任一项,作为外包覆件并不优选。
此外,如表1所示,实施例3的叠层膜(外包覆件)在第二基准温度范围(-140℃以上-130℃以下的温度范围)、第三基准温度范围(-140℃以上-110℃以下的温度范围)和第四基准温度范围(+50℃以上+65℃以下的温度范围),平均值均高于规定的线膨胀系数的下限值。与此相对,比较例2的外包覆件在第二基准温度范围、第三基准温度范围和第四基准温度范围,平均值均低于规定的线膨胀系数的下限值。只要外包覆件满足(2)~(4)中的任一个温度-线膨胀系数条件,就能够在对应的基准温度范围及其周边温度范围良好地控制外包覆件的伸缩性。
另外,本发明并不限定于上述实施方式的记载,能够在请求保护的范围内进行各种变更,将在不同的实施方式或多个变形例中分别公开的技术方案适当地进行组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
如上所述,本发明的第一方式的真空绝热件具有至少包含树脂成分的外包覆件和以减压密闭状态被封入外包覆件的内部的芯材。而且,外包覆件具有阻气性并且满足以下(1)、(2)、(3)、(4)中的至少任一个条件:(1)-130℃以上80℃以下的温度范围内的静态载荷0.05N时的线膨胀系数为80×10-5/℃以下,(2)-140℃以上-130℃以下的温度范围内的静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为65×10-5/℃以上,(3)-140℃以上-110℃以下的温度范围内的静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为20×10-5/℃以上,(4)+50℃以上+65℃以下的温度范围内的静态载荷0.4N时的线膨胀系数的平均值为13×10-5/℃以上。
根据这样的结构,真空绝热件具备的外包覆件在(1)~(4)中的任一个温度-线膨胀系数条件下均在规定“基准温度范围”被特定规定的静态载荷的线膨胀系数的上限值或平均值的下限值。由此,在基准温度范围及其周边温度范围内,能够良好地控制外包覆件的伸缩的程度。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期间地实现外包覆件的良好的强度和良好的耐久性中的至少任一项。其结果是,在真空绝热件中,为了能够适用于工业用产品,能够进一步优化外包覆件的可靠性。
此外,本发明的第二方式为,在第一方式中,外包覆件也可以构成为-130℃气氛下的拉伸断裂强度为180MPa以上。
根据这样的结构,进一步而言,真空绝热件具备的外包覆件不仅被限定基准温度范围的线膨胀系数的上限值,而且在基准温度范围的下限值也限定拉伸断裂强度的下限值。由此,能够更加优化低温环境时的机械强度,因此能够使外包覆件的强度和耐久性中的至少任一项更加良好。
此外,本发明的第三方式为,在第一方式或第二方式中,外包覆件也可以构成为在MD方向和TD方向中的至少一个方向满足上述(1)~(4)中的至少任一个条件的结构。
根据这样的结构,进一步而言,在外包覆件的机械拉伸方向(MD方向,纵向)和宽度方向(TD方向,横向)中的至少任一个方向、优选两者,限定上述(1)~(4)中的至少任一个条件。由此,在产生低温环境或大温差环境的使用条件下,能够长期地使外包覆件的强度和耐久性中的至少任一项更加良好。
此外,本发明的第四方式为,在第三方式中,外包覆件也可以构成为:在将上述温度范围的TD方向的线膨胀系数的平均值设为Ctd、将上述温度范围的MD方向的线膨胀系数的平均值设为Cmd时,Cmd/Ctd为3以下。
根据这样的结构,进一步限定了Cmd/Ctd的上限值,因此即使在产生低温环境或大温差环境的使用条件下,也能够长期地使外包覆件的强度和耐久性中的至少任一项更加良好。
此外,本发明的第五方式为,在第一方式至第四方式中的任一方式中,外包覆件也可以构成为包含树脂层和阻气层的叠层膜。
根据这样的结构,进一步而言,外包覆件为叠层膜,因此根据各项条件优化多个层中的至少一个,由此能够获得将线膨胀系数限定为上述上限值以下的外包覆件。
此外,本发明的第六方式为,在第五方式中,阻气层也可以构成包含至少一层金属箔层或金属蒸镀层。
根据这样的结构,进一步而言,阻气层为金属制的层,因此能够容易地获得将线膨胀系数限定为上述上限值以下的外包覆件。
此外,本发明的第七方式为,在第五方式或第六方式中,也可以构成为:树脂层包含位于阻气层的外表面侧的至少一层表面保护层和位于阻气层的内表面侧的至少一层热熔接层。
根据这样的结构,进一步而言,外包覆件包含表面保护层和热熔接层,因此能够使外包覆件(和真空绝热件)的表面稳定性良好,并且也容易将芯材封入外包覆件的内部。
此外,本发明的第八方式为一种绝热容器,其具备使用第一方式至第七方式中的任一方式的真空绝热件的绝热结构体,保持低温物质。
根据这样的结构,进一步而言,绝热容器所使用的真空绝热件包括具有能够适用于工业用产品的可靠性的外包覆件。因此,即使为产生低温环境或大温差环境的使用条件,也能够长期地使绝热容器的绝热性良好。
此外,本发明的第九方式为一种住宅墙壁,其使用第一方式至第七方式中的任一方式的真空绝热件而构成。
根据这样的结构,进一步而言,外包覆件具有至少上述上限值以下的线膨胀系数,因此能够适用于设想在严酷环境下的使用的住宅墙壁。
此外,本发明的第十方式为使用第一方式至第七方式中的任一方式的真空绝热件而构成的运输设备。
根据这样的结构,进一步而言,外包覆件具有至少上述上限值以下的线膨胀系数,因此能够适用于设想在严酷的环境下的使用的船舶或汽车等运输设备。
此外,本发明的第十一方式为一种氢运输船,其具备第八方式的绝热容器,低温物质为氢。
进一步而言,本发明的第十二方式为一种LNG运输船,其具备第八方式的绝热容器,低温物质为液化天然气(LNG)。
在这些结构的任一结构中,这些运输船具备的绝热容器均使用具备具有能够适用于工业用产品的可靠性的外包覆件的真空绝热件。因此,这些运输船,即使产生低温环境或大温差环境,也能够长期地使绝热容器的绝热性良好。
工业上的可利用性
如上所述,根据本发明,真空绝热件能够获得为了能够适用于工业用产品而更加优化外包覆件的可靠性的显著效果。由此,本发明能够广泛适用于在低温环境或温度变化激烈的环境中使用的真空绝热件以及使用其的绝热容器、住宅墙壁、运输设备、氢运输船和LNG运输船等,是有用的。
符号说明
10 真空绝热件
11 外包覆件
11a 表面保护层
11b 阻气层
11c 热熔接层
12 芯材
13 吸附剂
14 密封部
15 开口部
20 住宅墙壁
21 壁体件
21a 表面
21b 里面
22 框体
23 钉部件
24、25 气密件
26 嵌缝件
30 汽车
30a 车顶
30b 底面
30c 后面
30d 车内
30e 发动机室
50 地面
100A、100B LNG运输用船
101 球形罐(绝热容器)
102 船体
103 罩
104 容器主体
105 绝热结构体
106 容器筐体
107 支承体
110 船内罐(绝热容器)
111 船体
112 甲板
113 一次膜片
114 一次绝热箱
115 二次膜片
116 二次绝热箱
120 地上式LNG罐(绝热容器)
121 支承结构部
122 支柱
123 托架
124 容器主体
125 绝热结构体
126 容器筐体
130 地下式LNG罐(绝热容器)
131 混凝土结构体
132 屋顶部
133 纤维状绝热件
134 容器主体
135 绝热结构体
136 容器筐体
140 氢罐(绝热容器)
141 支承体
144 容器主体
145 绝热结构体
146 容器筐体