JP2007032622A - 真空断熱材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空断熱材において、芯材のハンドリング性改善、製作時の電気・熱エネルギー削減、及びバインダーを含まない廃材の再利用によるコスト削減を図ること。
【解決手段】真空断熱材２０は、ガスバリア性を有する外包材１内に無機繊維重合体からなる廃材４を有する芯材１０を収納したものである。芯材１０は、バインダーを含まない無機繊維重合体からなる廃材４と、この廃材４を包んだ内包材２とを備えて構成されている。そして、内包材２内を含む外包材１内は減圧されて真空状態となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空断熱材及びその製造方法に係り、特に廃材を用いた真空断熱材及びその製造方法に好適なものである。

繊維材料を用いた真空断熱材の廃材利用については、特開２００４−６０７９４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この特許文献１では、無機繊維集合体を圧縮成型してバインダーで固めた芯材の基になる成型体を形成し、該成型体の端部を除いて必要な大きさのシート状無機繊維集合体とし、成形体から芯材を取り出した後に残る無機繊維集合体の廃材を粉砕し、この粉砕物をシート状無機繊維集合体の中間層として混入させて圧縮成型して再びバインダーで固めたものを芯材とし、この芯材を外包材（外被材）内に収納して外包材内を減圧することにより真空断熱材としたものである。この真空断熱材によれば、廃材の無駄を減らすことができ、資源を有効活用することができる。

特開２００４−６０７９４号公報

しかし、特許文献１の真空断熱材では、積層するシート状無機繊維集合体の間に廃材の粉砕物を中間層として混入したものであるため、この中間層部分の接着が弱く、芯材のハンドリング時に中間層部分で剥離が発生するという問題があった。また、バインダーを噴霧し加熱圧縮成型する際の電気・熱エネルギーは膨大であり、地球温暖化の観点から環境への負荷が大きい真空断熱材となっていた。

一方、バインダーを含まない無機繊維集合体から出た廃材の再利用例はなく、原料に戻してリサイクル処理するか、廃棄処理するか、の何れかが選択されていた。何れの処理の場合でも、バインダーを含まない無機繊維集合体は、見かけの体積が多いわりに質量が少ないために、回収運搬費用及び処理費用が割高となり、その費用負担が大きいものとなっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、芯材のハンドリング性改善、製作時の電気・熱エネルギー削減、及びバインダーを含まない廃材の再利用によるコスト削減を図ることができる真空断熱材及びその製造方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、ガスバリア性を有する外包材内に繊維重合体からなる廃材を有する芯材を収納した真空断熱材であって、前記芯材は、バインダーを含まない繊維重合体からなる廃材と、この廃材を包んだ内包材とを備えて構成されており、前記内包材内を含む前記外包材内は減圧されて真空状態となっているものである。

係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記芯材は、バインダーを含まない無機繊維重合体からなる前記廃材と、バインダーを含まない無機繊維重合体からなる新材と、前記廃材及び前記新材の両方を一緒にあるいはそれぞれ包んだ前記内包材とを備えて構成されていること。
（２）前記芯材全体に対する前記廃材の割合が１０〜８０重量％であること。
（３）前記内包材は、密度０．９１０ｇ／ｃｍ^３以上で且つ厚みが５〜５０μｍである熱溶着可能なポリエチレンフィルムで形成されていること。
（４）前記芯材は、複数層からなる前記廃材と、前記廃材の間に散在された粒状の吸着剤とを備えていること。
（５）前記芯材は前記新材と前記廃材との間に散在された粒状の吸着剤を備えていること。

また、本発明の第２の態様は、ガスバリア性を有する外包材内に繊維重合体からなる廃材を有する芯材を収納した真空断熱材の製造方法において、バインダーを含まない繊維重合体からなる前記廃材を内包材で包み圧縮及び減圧した後に、この内包材を密封して前記芯材とし、この芯材を前記外包材内に収納し且つ前記内包材の密封を解除して前記内包材内を含む前記外包材内を減圧して真空状態とした後に、前記外包材を密閉して真空断熱材とすることである。

係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）バインダーを含まない無機繊維重合体からなる前記廃材と共にバインダーを含まない無機繊維重合体からなる新材を前記内包材で包んで前記芯材を形成すること。
（２）前記新材及び前記廃材からなる無機繊維重合体を初期厚みの５０％以下になるように圧縮及び減圧した後に前記内包材を密封して前記芯材とし、この芯材を前記外包材で包み且つ前記内包材の密封を解除して前記芯材の外周長が前記外包材の内周長と実質的に同じ寸法になるまで復元すること。
（３）前記新材を所定形状に切断する際に生ずる多数の短冊状の廃材を前記新材上に平面状に並置して廃材層を形成すること。

本発明の真空断熱材及びその製造方法によれば、芯材のハンドリング性改善、製作時の電気・熱エネルギー削減、及びバインダーを含まない廃材の再利用によるコスト削減を図ることができる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第1実施形態の真空断熱材及びその製造方法を図１から図５を用いて説明する。

まず、本実施形態の真空断熱材２０の構成に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態の真空断熱材２０の断面図である。

この真空断熱材２０は、芯材１０と、この芯材１０を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したガスバリア性を有する外包材１とを備えて構成されている。この真空断熱材２０は平板状の矩形パネルで構成されている。

この芯材１０は、バインダーを含まない無機繊維重合体からなる新材３と、バインダーを含まない無機繊維重合体からなる廃材４と、粒状の吸着剤５と、新材３、廃材及び吸着剤５を収納した内包材２と、を備えて構成されている。新材３及び廃材４を構成する無機繊維重合体を内包材２内に収納しているので、新材３及び廃材４をバインダーで固める必要がない。従って、バインダーを用いる従来の真空断熱材に比較して、製作時の電気・熱エネルギーを削減することができると共に、バインダーを含まない廃材の再利用によるコスト削減が図れるものである。また、廃材４を内包材２内に収納した芯材１０としているので、芯材１０のハンドリング性を優れたものとすることができる。しかも、吸湿しやすい特性をもつ無機バインダーを使用しないことにより、新材３及び廃材４の水分持ち込みが非常に少なくなり、断熱性能が安定した真空断熱材を提供することができると共に、有機バインダーを使用しないことにより、有機バインダーから発生するガスによる断熱性能の経時劣化を防止することができる。

新材３は平均繊維径４μｍのグラスウールの積層体から構成されている。廃材４はこの新材３の切れ端が用いられている。なお、グラスウール積層体の代わりに、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維等の無機繊維積層体が用いられてもよい。

内包材２は、熱溶着可能な肉厚２０μｍ前後のポリエチレンフィルム等の合成樹脂フィルムで作られている。内包材２は矩形の２枚のフィルムの周縁部を溶着することにより袋状に形成されている。また、内包材２の肉厚を２０μｍ前後とすると、内包材２の柔軟性が確保されると共に、内包材２内に芯材を入れて圧縮減圧した後、内包材２の芯材挿入開口部を熱溶着するのに都合が良く、熱溶着治具も作り易い。また、内包材２は、熱溶着可能な有機フィルムを密度０．９１０ｇ／ｃｍ³以上であるポリエチレンフィルムとし、その厚みを５〜５０μｍにすることで、芯材母材１０Ａを圧縮密封する際の破れによるリーク不良を低減し、また、圧縮密封後の負圧状態を長時間保持できるため、ハンドリング性の良い芯材１０を用いた真空断熱材を提供できる。

外包材１は、気体の透過を防止するガスバリア層と、その内側に設けられた熱溶着用プラスチック層とを備えたラミネートフィルムで構成されている。具体的には、外包材１は、１５μｍのポリアミド系合成繊維樹脂を使用し、アルミ金属蒸着膜を４００〜５００Åとし、該蒸着膜の支持層として１２μｍのポリエチレンテレフタレート樹脂を使用し、アルミ箔を６μｍとし、溶着フィルム層として５０μｍの高密度ポリエチレン樹脂を使用したアルミフィルムで構成されている。

芯材１０は、外包材１に対し隙間なく配設され、外包材１の内周長に実質的に一致する外周長を有するように外包材１内に収納されている。換言すると、外包材１の３辺に作られている耳部１９ａは、芯材１０の側面に近接した短いものとなっている。これにより、３辺の耳部１９ａの耳折りを行なわなくてもよく、大きな耳部があることより誘発される冷蔵庫組立時の諸問題を解消できる真空断熱材２０となっている。

次に、第１実施形態の真空断熱材２０の製造方法について、第１実施形態の各製造工程を示す図２から図５を参照しながら説明する。図２は新材３を切断した状態を示す斜視図、図３は新材３、廃材４及び吸着剤５を組み合わせる状態を示す斜視図、図４は芯材母材１０Ａを内包材２に収納して減圧及び密封する状態を示す断面図、図５は芯材母材１０Ａを内包材２で包み込んだ状態を示す斜視図である。

先ず、図２に示す如く、バインダーで固形化されていない弾力性を有する無機繊維の積層体の素材の端部を切断して新材３を作製する。従って、この新材３はバインダーで固形化されていない弾力性を有する無機繊維の積層体で構成されることになると共に、新材３から切断された廃材４もバインダーで固形化されていない弾力性を有する無機繊維の積層体で構成されることとなる。なお、図２に示す例では、複数枚の素材の端部を切断して複数枚の新材３を同時に作製しているので、生産性が良好であるが、必要に応じて１枚の素材の端部を切断して新材３を作製するようにしてもよい。作製された新材３は矩形状のパネルであり、切断された廃材４は短冊状の切れ端である。

次いで、図３に示す如く、作製した新材３の上面に廃材４を敷き詰めて廃材層６とする。換言すれば、新材３の作製時に発生した切れ端である短冊状の廃材４を新材３の上面に平面状に隙間のないように並置して廃材層６とする。さらにその廃材層６の上面に吸着剤５を散在させて置き、さらにその上面に新材３を設置することにより芯材母材１０Ａとする。換言すれば、上下の新材３の間に廃材層６を挟んで保持すると共に、廃材層６と上側の新材３との隙間に粒状の吸着剤５を広範に散在して保持することにより芯材母材１０Ａとする。このように、見かけの体積が多いわりに質量が少ないという性質のあるバインダーを含まない無機繊維集合体からなる廃材４であっても、容易に再利用することができ、コスト削減が図れるものである。

芯材１０全体に対する廃材４の割合は、１０〜８０重量％の範囲が好ましい。新材３を作製する際に発生する廃材４の割合から考えて、より好ましくは２０〜５０重量％であり、この第１実施形態では２５重量％としている。

上述したように、上下の新材３の間に廃材層６を挟んで保持することにより、芯材１０の表面を平坦なものとすることができ、冷蔵庫などに設置する場合に好都合である。また、廃材層６と新材３との隙間に粒状の吸着剤５を散在して保持することにより、製造工程での吸着剤のこぼれを防止することができると共に、新材３による芯材１０の表面の凹凸を抑制することができる。さらには、広範囲に吸着剤５を散在させることにより、新材３及び廃材層６と吸着剤５との接触する面積を増やし、吸着剤５に水分、ガスの吸着をしやすくすることができ、その結果、真空断熱材２０の断熱性能を安定させることができる。

また、吸着剤５を、短冊状の廃材４の繊維間に充填してその位置を保持することにより、形状や長さが揃っていない廃材４の繊維間の空間に残留するガス成分を吸着でき、長期に渡り断熱性能を維持することが可能な真空断熱材を提供できる。なお、廃材４を切断し、新材３の上に平面状に敷き詰めて使用することも可能である。その場合には、新材３の端の部分にまで敷き詰めることができ、真空断熱材として作成後の表面の凹凸性や完成寸法のバラツキを少なくすることができるが、切断した廃材が２０mmよりも小さくすると繊維方向のバラツキが多くなり真空断熱材２０の断熱性能を安定させることができなくなる。

なお、前記廃材層６を第１廃材層としてその上に新材３の作製時に発生した切れ端である短冊状の廃材４を敷き詰めて第２廃材層としてもよい。

さらには、内包材２で芯材母材１０Ａを圧縮密封する際から吸着剤５を投入するため、真空減圧下で低下する吸着特性に対し、効果的に吸着能力を発揮できる。これによって、熱溶着可能な有機フィルムが持ち込む水分やガス成分などを効果的に吸着することができ、初期の断熱性能を安定させることができる。また、真空断熱材は、一般的に外包材を通して水分やガスが徐々に侵入するため、経時的に劣化して断熱性能が悪化してしまうが、吸着剤５としてモレキュラシーブ１３Ｘを使用することで、長期間において断熱性能の劣化を抑制することができ、信頼性の高い真空断熱材を提供できる。

次いで、上下の新材３の間に廃材層６及び吸着剤５を挟んで保持した状態である芯材母材１０Ａを２００℃の乾燥炉で１０分間乾燥を行なう。これは、新材３及び廃材層６に付着している水分を飛ばすことにより、真空パックの時間を短縮し、真空断熱材２０の断熱性能を安定させるためである。

次いで、図４に示す如く、内包材２を構成する下フィルム２ａの上に芯材母材１０Ａを載せ、その上に内包材２を構成する上フィルム２ｂを被せる。これらを上下に配置したプレス板８でプレス圧縮することにより、新材３及び廃材層６内の空気を押し出し、芯材母材１０Ａの厚さを初期の５０％以下にさせたところで、図５に示す如く、内包材２の周縁部である稜線部分を熱溶着してシール部１１を形成することにより芯材１０とする。プレス板８による圧力を取り除くと、芯材母材１０Ａは元の大きさに戻ろうとするが、芯材母材１０Ａを内包材２で包んでプレスで圧縮し脱気しているため、内包材２内部にはほとんど空気はなく、元の大きさに戻ろうとしても膨らまない。そのため、芯材１０が板状となり、廃材層６の部分からの剥離は発生せず、ハンドリング性の良い芯材１０を用いた真空断熱材２０を提供することができる。

上述したように、芯材母材１０Ａは熱溶着可能な有機フィルムで一時的に圧縮することにより、加熱圧縮などを必要とせずに成形が可能なため、膨大な電気・熱エネルギーを消費せず、環境負荷を軽減させることができる。従って、上述したバインダーを含まない無機繊維集合体からなる廃材４の利用と相俟って、電気・熱エネルギーの消費の削減及びコストの低減を大幅に図ることができ、環境負荷を軽減した真空断熱材を提供できる。

なお、上述した、内包材２を構成する下フィルム２ａの上に芯材母材１０Ａを載せ、その上に内包材２を構成する上フィルム２ｂを被せる作業は、袋状の内包材２内に挿入する場合に比較して、廃材４が新材３からこぼれ落ちるおそれが少なく、作業性が良好である。

次いで、係る圧縮包装した芯材１０を外包材１で覆い、真空パックを行なう。真空パックを行なう前に、図５に示す如く、芯材１０の内包材２の１辺に開放口１２を設けておく。この第１実施形態では、真空パックで２．２Ｐａまで真空引きを行い、真空到達後２分間真空を保持した後に、外包材１の開放口を封止する。

この第１実施形態で得られた真空断熱材の熱伝導率を英弘精機社製熱伝導率測定機オートλＨＣ−０７４で測定したところ、初期値で２．２〜２．３ｍＷ／ｍ・Ｋと良好な値が得られた。また、７０℃雰囲気下での１０年相当経過後の熱伝導率は６．８ｍＷ／ｍ・Ｋという値であった。この熱伝導率を後述する第２実施形態及び比較例と対比して示すと、次の表１の通りである。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６を用いて説明する。図６は本発明の第２実施形態の真空断熱材２０に用いる芯材母材１０Ａの組合せ時の斜視図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態の真空断熱材２０は、バインダーを含まない平均繊維径４μｍのグラスウール積層体から新材３のサイズをカットした時に発生した廃材４を芯材母材１０Ａの全部に用いたものであり、廃材１００％からなる芯材母材１０Ａを内包材２で圧縮包装したものである。換言すれば、廃材層６を３層に構成して廃材層６間に広い範囲で粒状の吸着剤５を散在させたものである。

この第２実施形態で得られた真空断熱材２０の熱伝導率を英弘精機社製熱伝導率測定機オートλＨＣ−０７４で測定したところ、初期値で２．７／ｍ・Ｋと、良好な値が得られた。７０℃雰囲気下での１０年相当経過後の熱伝導率は８．２ｍＷ／ｍ・Ｋという値であり、実施例１よりも劣化しているが、芯材に廃材１００％を使用しても１０年相当後も真空断熱材の断熱効果を十分発揮している。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図８を用いて説明する。図８は本発明の第３実施形態の真空断熱材２０に用いる芯材母材１０Ｂの組み合わせの断面図である。この第３実施形態は次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第３実施形態の真空断熱材２０は、バインダーを含まない無機繊維重合体からなる新材３と、前記廃材４からなる芯材を用いたものであり、前記芯材をそれぞれ圧縮包装したものである。この第３実施形態で得られた真空断熱材２０の熱伝導率を英弘精機社製熱伝導率測定機オートλＨＣ−０７４で測定したところ初期値で２．５ｍＷ／ｍ・Ｋと良好な値が得られた。７０℃雰囲気下での１０年相当経過後の熱伝導率は７，２ｍＷ／ｍ・Ｋという値であり、実施例１よりも劣化しているが、芯材となる層をそれぞれ圧縮包装し・真空断熱材を作成しても１０年相当後も真空断熱材の断熱効果を十分発揮している。
（比較例）
次に、比較例について図７を用いて説明する。図７は比較例の真空断熱材２０に用いる芯材母材１０Ａの組合せ時の斜視図である。この比較例は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この比較例の真空断熱材２０は、バインダーを含まない平均繊維径４μｍのグラスウール積層体から作製した新材３の２層を芯材母材１０Ａの全部に用いたものであり、新材１００％からなる芯材母材１０Ａを内包材２で圧縮包装したものである。

この比較例で得られた真空断熱材２０の熱伝導率を英弘精機社製熱伝導率測定機オートλＨＣ−０７４で測定したところ、初期値で１．７〜２．２／ｍ・Ｋという値が得られた。７０℃雰囲気下での１０年相当経過後の熱伝導率は５．８〜６．３ｍＷ／ｍ・Ｋという値であった。
（廃材料の割合）
新材３と廃材４との割合を種々変えて真空断熱材２０を作製し、その真空断熱材２０の初期熱伝導率を英弘精機社製熱伝導率測定機オートλＨＣ−０７４で測定したところ、次の表２に示す結果が得られた。これらの廃材料と熱伝導率との関係を表及び図に示すと、表１及び図９に示す通りである。この表１及び図９から、廃材料が２５％〜８０％の範囲が廃材４の有効活用を図りつつ初期性能を良好に確保できることが分かった。

本発明の第１実施形態の真空断熱材の断面図である。 図１の真空断熱材の製造工程における新材を切断した状態を示す斜視図である。 同製造工程における新材３、廃材４及び吸着剤５を組み合わせる状態を示す斜視図である。 同製造工程における芯材母材を内包材に収納して減圧及び密封する状態を示す断面図である。 同製造工程における芯材母材Ａを内包材で包み込んだ状態を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の真空断熱材の芯材母材を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態の真空断熱材の芯材母材を示す断面図である。 比較例の真空断熱材の芯材母材を示す斜視図である。 真空断熱材の廃材量に対する初期熱伝導率の関係を示す特性図である。

符号の説明

１…外包材、２…内包材、２ａ…下フィルム、２ｂ…上フィルム、３…新材、４…廃材、５…吸着剤、６…廃材層、８…プレス板、９…シールバー、１０…芯材、１０Ａ…芯材母材、１１…シール部、１２…開放口、２０…真空断熱材。

Claims (10)

1. ガスバリア性を有する外包材内に繊維重合体からなる廃材を有する芯材を収納した真空断熱材であって、
   前記芯材は、バインダーを含まない繊維重合体からなる廃材と、この廃材を包んだ内包材とを備えて構成されており、
   前記内包材内を含む前記外包材内は減圧されて真空状態となっている
   ことを特徴とする真空断熱材。
2. 請求項１に記載の真空断熱材において、前記芯材は、バインダーを含まない無機繊維重合体からなる前記廃材と、バインダーを含まない無機繊維重合体からなる新材と、前記廃材及び前記新材の両方を一緒にあるいはそれぞれ包んだ前記内包材とを備えて構成されていることを特徴とする真空断熱材。
3. 請求項２に記載の真空断熱材において、前記芯材全体に対する前記廃材の割合が１０〜８０重量％であることを特徴とする真空断熱材。
4. 請求項１から３の何れかに記載の真空断熱材において、前記内包材は、密度０．９１０ｇ／ｃｍ^３以上で且つ厚みが５〜５０μｍである熱溶着可能なポリエチレンフィルムで形成されていることを特徴とする真空断熱材。
5. 請求項１に記載の真空断熱材において、前記芯材は、複数層からなる前記廃材と、前記廃材の間に散在された粒状の吸着剤とを備えていることを特徴とする真空断熱材。
6. 請求項２に記載の真空断熱材において、前記芯材は前記新材と前記廃材との間に散在された粒状の吸着剤を備えていることを特徴とする真空断熱材。
7. ガスバリア性を有する外包材内に繊維重合体からなる廃材を有する芯材を収納した真空断熱材の製造方法において、
   バインダーを含まない繊維重合体からなる前記廃材を内包材で包み圧縮及び減圧した後に、この内包材を密封して前記芯材とし、
   この芯材を前記外包材内に収納し且つ前記内包材の密封を解除して前記内包材内を含む前記外包材内を減圧して真空状態とした後に、前記外包材を密閉して真空断熱材とする
   ことを特徴とする真空断熱材の製造方法。
8. 請求項７に記載の真空断熱材の製造方法において、バインダーを含まない無機繊維重合体からなる前記廃材と共にバインダーを含まない無機繊維重合体からなる新材を前記内包材で包んで前記芯材を形成することを特徴とする真空断熱材の製造方法。
9. 請求項８に記載の真空断熱材の製造方法において、前記新材及び前記廃材からなる無機繊維重合体を初期厚みの５０％以下になるように圧縮及び減圧した後に前記内包材を密封して前記芯材とし、この芯材を前記外包材で包み且つ前記内包材の密封を解除して前記芯材の外周長が前記外包材の内周長と実質的に同じ寸法になるまで復元することを特徴とする真空断熱材の製造方法。
10. 請求項８に記載の真空断熱材の製造方法において、前記新材を所定形状に切断する際に生ずる多数の短冊状の廃材を前記新材上に平面状に並置して廃材層を形成することを特徴とする真空断熱材の製造方法。

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