JP5968942B2 - 断熱バリア - Google Patents

Description

本発明はクローズドセルを備えるタイプの断熱バリアに関するものである。断熱バリアは、例えば、商業的住居や家庭的住居の断熱に用いられる。

断熱製品は、エネルギーの伝達を防止するまたは削減させるために多くの用途で物理的な断熱バリアとして用いられている。用途によっては、断熱バリアが熱の伝達を防ぐよう働く場合もあれば、用途によっては、バリアが音の強度を下げるための防音材または遮音材として用いられる場合もある。

熱エネルギーを断熱するための複数の形態には、熱エネルギーを反射する反射材料を用いて達成される放射断熱、壁の如き物体を通り抜ける熱を防止する伝導断熱、および壁の如き物体の一方側の空気または他の媒体を加熱することにより熱の移動を削減する対流断熱が含まれる。

発泡体、繊維ガラス、ウールまたはポリエステルの如き材料を使用した断熱バット（batts）が建築物内で用いられている一般的なタイプの断熱材である。これらは、熱伝導を削減するには効果的であるが、対流および放射による熱の移動を削減するには必ずしも効果的ではない。断熱バットに反射用ホイルを設けることにより、放射による熱の移動を削減するための断熱バットの有効性を向上させることができる。

さらなるタイプの断熱には、クローズドエアセルを有する構造のシート（a sheet of closed air cells structure、物を包装するために用いられる「バブルパック」としても知られている）を使用することが含まれる。クローズドセルシートの両側に反射ホイルを設けることにより、シートの放射熱に対する断熱性能が向上する。

上述のような断熱バリアは、断熱バリアを横断する熱の移動を削減させるのに有効であり、クローズドエアセルのサイズが大きければ大きいほど、断熱バリアのいわゆる「Ｒ等級」を尺度として表される断熱性が向上する。このようなクローズドエアセルを有する断熱バリアに関する問題は、エアセルのサイズをあまり大きくすることができないという点にある。というのは、ドエアセルは自立していないので、セルメンブレンの崩壊を引き起こし、断熱バリアの有効断熱能力を低下させてしまうからである。それに加えて、大きなエアセルは、対流による熱移動に対する断熱がそれほど効果的（有効）ではない。というのは、大きなエアセルの内部の気体の体積が大きいと、乱流を生じ、対流による熱移動を促進させてしまうからである。

本発明の断熱バリアは、これらの問題に対処するために開発されたものである。

本発明によれば、断熱バリアは複数のクローズドセルを有するセル層を備えている。セル層は補強層に取り付けられ、また、複数のクローズドセルは複数のセルグループ内に形成されている。各セルグループ内のクローズドセルは少なくとも１つの隔壁により分離されている。

好ましくは、集合的に、各セルグループは実質的に環状構造を形成している。この環状構造は長円形状から円形状までを含むことができる。セルグループの環状構造は、約２０〜３５ｍｍの幅を有することができる。好ましくは、この幅は２０〜３５ｍｍの直径のことである。さらに好ましくは、環状構造の直径は、約２５〜３５ｍｍであり、一実施形態では、２８ｍｍである。

好ましくは、クローズドセルとは、閉じられたエアセル（air cell）、すなわち空気で満たされているクローズドセルのことである。ただし、クローズドセルを満たすために空気以外の気体を用いられ得ることは明らかである。例えば、クローズドセルを満たすために二酸化炭素が用いられてもよい。二酸化炭素は、空気と比べて熱伝導率が低く、火事の際に酸素に取って代わることができる不燃性の気体であるので、断熱バリアの火災等級を格上げすることができる。

各セルグループは、合理的な数の別個のクローズドセルを備えることができる。一実施形態では、この合理的な数とは、２つ、すなわち１対のクローズドセルのことである。しかしながら、実施形態によっては、偶数個のクローズドセルまたは奇数個のクローズドセルを設けることが可能な場合もある。いうまでもなく、各セルグループは、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個またはそれより多い数のクローズドセルを含み得る。

１つのセルグループ内のクローズドセルの数に応じて、クローズドセルの形状は、半円形状、四半円形状、またはさまざまなセクター角度を有する扇形状であってもよい。１つのセルグループが、２つのセルと、実質的に環状の構造とを有している実施形態では、クローズドセルは、幅よりも大きな長さを有している。実施形態によっては、１つのセルグループ内の別個のクローズドセルの数に応じて、クローズドセルが異なる形状に形成される場合もある。１つのセルグルー内では、各クローズドセルは他のクローズドセルから１つ以上の隔壁により分離されるようになっている。

隔壁は、クローズドセル間の壁として形成され、隔壁の厚みは、約１．０〜４．０ｍｍであり、このようにして、クローズドセル間の分離距離が規定される。隔壁は、複数のクローズドセルを有するセル層構造の成形プロセス中に形成される。この成形プロセスは、真空吸引押出成形プロセス（vacuum suction extrusion forming process）であってもよい。複数のクローズドセルを有するセル層は、プラスチック材料を用いて造られてもよく、一実施形態では、ポリエチレンから造られる。もっと具体的にいえば、複数のクローズドセルを有するセル層（クローズドセル層）は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）と、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）と、ナノクレイとの混合物であってもよい。

本発明の断熱バリアの利点は、複数の別個のクローズドセルを有するセルグループが大きなクローズドセル構造体を効果的に造るという点にある。「有効」で大きなクローズドセル構造体により、クローズドセルの「有効」空気容積が大きくなり、次いで、クローズドセル層による断熱性能が向上する。各セルグループ中の少なくとも１つの隔壁がセルグループを強化するので、セルが崩壊する恐れが減少する。

複数のセルグループ同士は、２〜５ｍｍだけ分離されている。好ましくは、各セルグループは他のセルグループから３．０ｍｍの距離だけ分離されている。

好ましくは、セル層の１つの側面に補強層が積層されている。好ましい実施形態では、セル層の両側に１つずつ２つの補強層が設けられ、これら２つの補強層によりセル層が挟まれている。一実施形態では、補強層はホイル層（foil layer）の如き反射層のみであってもよい。好ましくは、反射層である２つの層がセル層の両側に設けられる。反射特性は、一方のまたは両方の補強層にアルミホイルまたはその他の適切な金属製ホイルを設けることによりもたらすことができる。他の実施形態ではまたは本実施形態に加えて、補強層は、織布製品の如きもっと構造的な基板であってもよい。補強層は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）製織布製品から造られ、その耐久性を向上させるためにガラス繊維または繊維糸で強化されてもよい。

以下には、本発明のすべての態様が組み込まれた実施形態が、添付の図面を参照しながら例示のみを意図して記載されている。

本発明のある実施形態に係る断熱バリアを示す概略図である。 図１に記載の断熱バリアの「領域Ａ」を拡大して示す平面図である。 断熱バリアを示す側断面図である。 断熱バリアの形成に用いられるモールド型を示す概略平面図である。

図１〜図３には、複数のクローズドセル２０を有するセル層１２（図３を参照）を備えた断熱バリア１０が示されている。セル層１２は、２つの補強層１４の間に配置されている。

複数のクローズドセル２０は複数のセルグループ３０内に形成され、各セルグループ内の複数のクローズドセルは隔壁２２により分離されている。クローズドセルは、エアセル、すなわち空気で満たされていてもよい。ただし、クローズドセルを満たすために空気以外の気体を用いることもできれば、気体／空気に添加物を混入させることもできる。

複数のクローズドセルを集めてグループ化し、これらのクローズドセルを隔壁で分離することにより、大きな単一のエアセルの場合のような乱流の如き欠点を有することなく、高さを含むサイズが効果的に拡大された断熱セル構造体（insulating cell structure）が形成される。大きくかつ有効なセルを複数のセグメントに分割することにより、この「有効」で大きなセル内、すなわち１群のセル内の層流を維持しながら、高さおよび有効なセルサイズを拡大させることができる。それ故に、小さなクローズドセルが均等に分布されているようなシートと比較して耐熱性、すなわちＲ等級を格上げすることができる。セル構造体の有効なサイズが拡大されると、断熱バリアの厚み、換言すれば補強層と補強層との間のギャップが増大する。このことにより、各セルグループにより達成可能な耐熱性の程度が向上する。

１つのグループ内のクローズドセル２０間の隔壁２２は、そのセルグループに構造的剛性を付与する柱（pillar）として働く。各セルグループには少なくとも１つの隔壁が設けられている。ただし、セルグループの構造に応じて、２つ以上の隔壁が用いられてもよい。

したがって、セル構造体の「有効性」が向上すると、断熱バリア１０の断熱性が向上する。隔壁は、セルグループに剛性を付与し、セルが崩壊する可能性を減少させる。

図１および図２には、各セルグループ３０がセル構造体３５を形成し、セル構造体３５の形状が実質的に環状であり、各セルグループが２つのクローズドセル２０を有していることが示されている。各セルグループ３０の環状の構造体は、「有効」で大きなエアセルに相当する。環状の構造体３５は、楕円形、長円形、円形、またはそれらの間の形状を有しており、この環状の形状により、環状の周縁全体に実質的に一定の圧力が分配され、セル構造体が形成される。

図示されている実施形態では、各セルグループ３０は、１対の別個の隣接するクローズドセル２０を有している。ここで、用語“別個”は、これらのセルが別々のセルではあるがそれらの間での空気の移動が許されないクローズドセルであることを意味する。

１つのセルグループ３０内のクローズドセル２０同士は、異なるグループのクローズドセル間の間隔に比べてより接近した間隔で配置されている。

隔壁２２は、１つのセルグループ内の一対のクローズドセルの隣接する面同士、換言すれば隣接するセル壁同士の間に配置されている。図３に記載のような隔壁２２は、隣接するクローズドセル２０のセル壁２４間のギャップの形態を有している。当該ギャップはそれ自体、セル層成形プロセス中に故意にまたは偶然に満たされた空気／気体を含んでいてもよい。それに代えて、隔壁は、隣接するセル間の中実壁（solid wall）として形成されてもよい。

セルグループは、約２０ｍｍ〜３５ｍｍの幅を有している。そのセルグループは、図示されているような環状の構造を有し、その幅は２０ｍｍ〜３５ｍｍの直径ｄである。

直径の測定値ｄは、各セルグループ３０の複数の外側セル壁２４を外側から測定した値である。静止時、セルは、約５ｍｍ〜１５ｍｍ、さらに詳細には８ｍｍ前後の高さｈを有している。

静止状態（すなわち、圧縮も拡張も無い時）での断熱バリアの製造許容範囲および測定許容範囲を考慮に入れると、図示されている実施形態のセルグループの環状構造の直径は、約２５ｍｍ〜３０ｍｍ、さらに詳細には約２８ｍｍである。

１つのグループ内のクローズドセルの数に応じて、クローズドセルの形状およびサイズは変わる。図示されている実施形態における一対の半円形のクローズドセル２０では、各半円形のセルの長さはその幅よりも大きくなっている。

セル壁２４のほぼ中心から測定される隔壁２２の厚みｔは、約２．０〜３．０ｍｍ、さらに詳細には２．５ｍｍ前後である。

セルグループ同士の間の分離距離は、異なっていてもよいが、理想的には、Ｒ等級を格上げするために相互にできるだけ接近するものの他のセルグループ３０を干渉しない距離である。したがって、セルグループ同士の間の距離は１ｍｍ〜６ｍｍの間が適している。添付の図面では、セルグループ同士の間の分離距離ｇが約２．０ｍｍとして示されている。

隔壁は、セル層１２の成形プロセス中、１つのセルグループ内において相互に隣接するクローズドセル間の壁として形成される。用いられる成形プロセスは、クローズドエアセルまたはバブルラップ（bubble wrap）を形成するためのいかなる公知のプロセスであってもよいが、プラスチック材料を用いる真空吸引押出成形プロセスである場合が多い。

図４は、セル層１２をシート形状に形成するために用いられるモールド型４０を示す概略平面図である。プラスチック材料、例えばポリエチレンが第一のメンブレン２５として複数のモールド凹部４２を有するモールド４０上に押し出され、空気がセル凹部から真空穴部４３を通して真空吸引され、このことにより、第一のメンブレン２５が、モールド凹部４２の中に引き込まれ、クローズドセル２０の「泡」形状に一致するモールド凹部４２の形状に形作られる。第一のメンブレン２５は、クローズドセルの構造の相当の部分を形成する。

次に、ポリエチレン製の第二のメンブレン２７が、モールド型上に押し出され、モールド凹部４２を塞いで第一の層に貼り付けられ、このことにより、空気／気体が閉じ込められた複数のクローズドセルが形成される。

断熱バリア１０を形成するプロセスでは、モールド凹部４２を横断して配置されている仕切り壁４５が、各セルグループ３０内の隔壁２２を形成する。このことは、第一のメンブレン２５をモールド凹部４２の中へ真空吸引するにつれて、当該第一のメンブレン２５を仕切り壁４５上にぴったりと付着させることにより達成される。したがって、モールド成型後の製品を冷却し、モールド型から取り除けば、相互に隣接するクローズドセル間に仕切り用の隔壁が形成される。仕切り壁４５は、モールド凹部４２を２つの別個のセクションに分割し、各セクションはそれ自体の真空吸引穴部４３を有しており、各セクションは、セルグループ３０内において隣接するクローズドセルを形成する。

上述のプロセスによりセル層１２が形成された後、断熱バリアの最終製品に骨組みおよび補強を与えるために、補強層が、セル層１２の両側面の一方または双方に形成される。具体的に、補強層１４は、セル層の両側面に積層され、補強層１４のうちの一方または両方が、断熱バリア１０の放射断熱性を向上させるための反射材または反射層１６を有してもよい。

補強層１４の反射特性は、一方または両方の補強層に設けられたアルミホイルまたは他の金属製ホイル１６によって提供することができる。これらの補強層は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）製の織布製品から形成され、その耐久性を向上させるためにガラス繊維または繊維糸で強化されてもよい。

最も単純な形態のセル層１２は、ポリエチレンから形成することができるものの、ポリエチレン混合物から形成されてもよい。一実施形態では、ポリエチレン混合物は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）と、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）と、ナノクレイ（nanoclay）とを含んでいる。ナノクレイは、穿刺および引裂からセル層をさらに保護する。

好ましい実施形態では、断熱バリアは、以下の複数層を備える。これらの層は、セル層１２、セル層に補強層を貼り付けるために補強層１４上に被膜されるＬＤＰＥ層（図示せず）、ＨＤＰＥ製の織布基板の形態を有している補強層１４、およびＨＤＰＥ製の織布層１４を反射層１６に貼り付けるための添加物が混合されたＬＤＰＥを含む結合層（tie layer、図示せず）である。

図面には、各セルグループ３０内に１対のクローズドセル２０が示されているものの、それよりも多い数のクローズドセルが各セルグループ３０内に形成されてもよい。クローズドセルの数は、セルグループのサイズに依存するが、クローズドセルの数が各グループにつき最小値である２つに加えて、クローズドセルの数が各セルグループにつき、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、またはそれ以上の数であってもよい。したがって、１つのセルグループ内において、相互に隣接するクローズドセル同士の間にそれぞれ１つずつの隔壁が設けられることになり、このことは、モールド型４０内の複数の凹部４２が複数の仕切り壁４５を有して複数の隔壁を形成するということを意味する。また、クローズドセルは、各グループ内のクローズドセルの数に応じて、その形状およびサイズが変わり、形状の点では、四半円形状〜さまざまなセクター角度を有する扇形状を有しうる。

断熱バリアの耐火性を向上させるため、セル層１２の第一のメンブレンおよび第二のメンブレンを形成するプラスチックの押出品に難燃剤添加物を加えることも可能である。それに加えて、ＨＤＰＥ製織布補強層１４上に難燃剤が被膜されてもよい。ここでは、難燃剤はＬＤＰＥに難燃剤添加物を加えた混合物からなる。

それに代えて、ＨＤＰＥ製織布補強層を織るために用いられるＨＤＰＥ製糸に難燃剤添加物を添加してもよい。

さらに上述のように、クローズドエアセルに気体として二酸化炭素を注入すると、火事の際、二酸化炭素が酸素に取って代わるので難燃剤／消火剤としても作用する。

断熱バリア１０は複数のセル層１２を備えていてもよい。断熱バリア１０は例えば２つのセル層を備え、一方のセル層が他方のセル層を覆うことにより二重セル層が形成され、この二重セル層の両側には補強層１４が設けられる。このことにより、断熱バリアのＲ等級がさらに格上げされることとなる。

本明細書に記載の断熱バリアは、各グループのクローズドセルにより広くて有効な断熱領域が提供されるので、優れた断熱特性を提供する。さらに、クローズドセルが安定し、剛構造を有しているので、当該断熱バリアは使用に際して信頼でき、かつ確実である。当該断熱バリアは、伝導、対流および放射により熱が伝達されるのを効果的に防止することができる。

Claims (3)

1. 断熱バリアであって、
   略円形状の輪郭を有する複数のセルグルーブを含む、補強層に取り付けられるセル層を備えており、
   前記複数のセルグループのそれぞれは、少なくとも１つの隔壁により互いに分離された複数の密閉セルにより形成されている、断熱バリア。
2. 各セルグループは、２個、３個、４個、５個、６個、７個または８個の数の密閉セルにより形成されている、請求項１に記載の断熱バリア。
3. 前記略円形状の輪郭が、約２０〜３５ｍｍの直径を有している、請求項１または請求項２に記載の断熱バリア。

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