JP2007092965A

JP2007092965A - 真空断熱材

Info

Publication number: JP2007092965A
Application number: JP2005286351A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Sasaki; 敬治佐々木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】高い断熱効果を長期間維持することのできる真空断熱材を提供する。
【解決手段】スペーサとなる芯材１２と、芯材１２を内包して内部が真空に維持される袋状の外包材１１とを備えた真空断熱材１０において、外包材１１は複数のフィルム状部材を積層した第１ラミネートフィルム２１を有し、第１ラミネートフィルム２１はエチレンビニルアルコール共重合体から成る基台上にアルミニウム蒸着を施した面にポリ塩化ビニル系樹脂をコーティングした第１ガスバリア層２１ｂを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、芯材を覆う外包材の内部が真空に維持される真空断熱材に関する。

従来の真空断熱材は特許文献１に開示されている。この真空断熱材はガラス繊維等の芯材を袋状の外包材で内包し、芯材をスペーサとして外包材の内部が真空に維持される。これにより、真空断熱材が断熱効果を有する。真空断熱材は冷蔵庫の断熱壁等の内部に発泡断熱材とともに配されて広く利用されている。

外包材はポリアミドフィルム、アルミニウム蒸着を施したポリエステル、高密度ポリエチレンフィルム等の複数のフィルム状部材を積層した第１、第２ラミネートフィルムを有している。第１、第２ラミネートフィルムの両端を密着して外包材が袋状に形成されている。

高密度ポリエチレンフィルムは最内層に配されて熱溶着により第１、第２ラミネートフィルムの端部を密着させるシーラント層になっている。アルミニウム蒸着を施したポリエステルは２層積層され、水蒸気や二酸化炭素を遮蔽するガスバリア層になっている。ポリアミドフィルムは最外層に配されて表面を保護する保護層になっている。

発泡断熱材には、シクロペンタン及び水を混合発泡剤としてポリオールにイソシアネートを反応させて得られる硬質ポリウレタンフォームが広く用いられる。イソシアネートは水と反応して二酸化炭素を発生するため、水蒸気及び二酸化炭素の外包材内への侵入がガスバリア層により防止される。これにより、真空断熱材内を高真空に維持して断熱することができる。
特開２００５−１０６３１２号公報（第４頁−第８頁、第２図）

しかしながら、上記従来の真空断熱材によると、アルミニウムの蒸着膜は結晶粒で形成されており、その結晶粒間には隙間がある。これにより、発泡断熱材の発泡時に発生するガス等が期間の経過によって蒸着膜及びポリエステルを介して徐々に外包材内に侵入する。このため、真空断熱材の真空度が経時変化して断熱効果が低下する問題があった。

本発明は、高い断熱効果を長期間維持することのできる真空断熱材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、スペーサとなる芯材と、前記芯材を内包して内部が真空に維持される袋状の外包材とを備えた真空断熱材において、前記外包材は複数のフィルム状部材を積層した第１ラミネートフィルムを有し、第１ラミネートフィルムはエチレンビニルアルコール共重合体から成る基台上にアルミニウム蒸着を施した面にポリ塩化ビニル系樹脂をコーティングした第１ガスバリア層を有することを特徴としている。

この構成によると、芯材が外包材で包まれた真空断熱材は芯材により所定の体積を有して内部が真空に維持される。外包材は第１ガスバリア層を有する第１ラミネートフィルムから成り、二酸化炭素やシクロペンタン等のガスが第１ガスバリア層により遮蔽される。

また本発明は、上記構成の真空断熱材において、ポリエステルから成る基台上にアルミニウム蒸着を施した第２ガスバリア層を第１ガスバリア層に隣設したことを特徴としている。この構成によると、水蒸気等のガスが第２ガスバリア層により遮蔽される。

また本発明は、上記構成の真空断熱材において、アルミニウム箔を含む複数のフィルム状部材を積層した第２ラミネートフィルムと第１ラミネートフィルムの両端の密着により前記外包材を袋状に形成するとともに、前記外包材内に侵入するガスを吸着する吸着材を前記外包材内に設け、前記吸着材を第１ラミネートフィルムから離れた側に配置したことを特徴としている。

この構成によると、真空断熱材内に吸着材が偏って配置され、真空断熱材は吸着材から離れた側が第１ガスバリア層を有する第１ラミネートフィルムで覆われ、吸着材に近い側がアルミニウム箔を有する第２ラミネートフィルムで覆われる。

本発明によると、外包材を形成する第１ラミネートフィルムはエチレンビニルアルコール共重合体から成る基台上にアルミニウム蒸着を施した面にポリ塩化ビニル系樹脂をコーティングした第１ガスバリア層を有するので、ガスの透過量が減少し、真空断熱材の断熱効果を長期間維持することができる。

また本発明によると、ポリエステルから成る基台上にアルミニウム蒸着を施した第２ガスバリア層を第１ガスバリア層に隣設したので、真空断熱材の断熱効果をより長く維持することができる。

また本発明によると、外包材内の吸着材を第１ラミネートフィルムから離れてアルミニウム箔を有する第２ラミネートフィルムに近い側に配置したので、アルミニウム箔によりガスの透過量をより低減することができる。更に、第２ラミネートフィルムを低温となる側に配置することによって、高温となる側からアルミニウム箔を介して吸着材に伝熱されるヒートブリッジを低減し、吸着材の吸着効率の低下を抑制することができる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１、図２は一実施形態の真空断熱材を用いた冷蔵庫を示す側面断面図及び上面断面図である。冷蔵庫１は前面を開口する本体部２を有し、本体部２内を上下に仕切って複数の貯蔵室４が設けられている。各貯蔵室４の前面は開閉扉３により開閉される。

本体部２は鉄板から成る外箱５及び樹脂成形品から成る内箱６の間に発泡断熱材７が充填されている。発泡断熱材７には、シクロペンタン及び水を混合発泡剤としてポリオールにイソシアネートを反応させて得られる硬質ポリウレタンフォームが用いられる。本体部２の天井壁２ａ、背壁２ｂ及び側壁２ｃにはそれぞれ外箱５の内面側に固着した真空断熱材１０が設けられる。

図３は真空断熱材１０を示す側面断面図である。真空断熱材１０は袋状の外装材１１内にガラス繊維等の芯材１２を内包する。外包材１１は５〜６分間の真空引きにより芯材１２がスペーサとなって内部が真空に維持され、端部１１ａを密着して密閉されている。芯材１２には凹部１２ａが形成され、凹部１２ａ内には外包材１１内に侵入したガスを吸着する吸着材１３が嵌設されている。凹部１２ａに吸着材１３を嵌設することにより芯材１２の表面に凹凸が形成されず、外包材１１の破断を防止することができる。

また、真空断熱材１０は吸着材１３が貯蔵室４側になるように配置されている。吸着材１３は低温の方が吸着効率が高いため、吸着材１３を低温となる貯蔵室４側に配置することによって外包材１１に侵入したガスによる真空断熱材１０の真空度の低下を抑制することができる。

図４は図３の一部を拡大した図である。外包材１１は樹脂フィルムや金属箔等の複数のフィルム状部材を積層した第１、第２ラミネートフィルム２１、２２の両端を密着して袋状に形成されている。第１、第２ラミネートフィルム２１、２２は内側からシーラント層２１ａ、２２ａ、第１ガスバリア層２１ｂ、２２ｂ、第２ガスバリア層２１ｃ、２２ｃ、保護層２１ｄ、２２ｄの順に積層されている。

シーラント層２１ａ、２２ａは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から成り、熱溶着により第１、第２ラミネートフィルム２１、２２の端部を密着させる。第１ラミネートフィルム２１の第１ガスバリア層２１ｂはエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）から成る基台上にアルミニウム蒸着を施した面にポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）系樹脂をコーティングして形成されている。これにより、二酸化炭素やシクロペンタン等のガスを遮蔽することができる。

第２ラミネートフィルム２２の第１ガスバリア層２２ｂはアルミニウム箔から成り、水蒸気、二酸化炭素及びシクロペンタン等のガスを遮蔽する。第２ガスバリア層２１ｃ、２２ｃはアルミニウム蒸着を施したポリエステル（ＰＥＴ）から成っている。これにより、水蒸気等のガスを遮蔽するとともに、第１ガスバリア層２１ｂ、２２ｂの表面を保護する。

特に、第１ラミネートフィルム２１の第１ガスバリア層２１ｂに用いられるエチレンビニルアルコール共重合体は水分を吸収し易い。このため、第２ガスバリア層２１ｃにより水蒸気を遮蔽して外包材１１内の真空度低下を防止する。保護層２１ｄ、２２ｄはナイロンから成り、最外層に配されて外包材１１の表面を保護する。尚、第２ガスバリア層２１ｃ、２２ｃを第１ガスバリア層２１ｂ、２２ｂの内側に配置してもよい。

第１ラミネートフィルム２１の第１ガスバリア層２１ｂはアルミニウムの蒸着膜が結晶粒で形成されるため、結晶粒間に隙間が形成される。しかしながら、ポリ塩化ビニル系樹脂のコーティングによりアルミニウム蒸着膜の結晶粒間の隙間が塞がれる。これにより、第１ラミネートフィルム２１はガス透過係数が小さくなっている。

表１は第１ラミネートフィルム２１のヘリウムガスのガス透過係数を測定した結果を示している（参考のためＳＩ単位系の値も記載している）。比較のため、第１ガスバリア層２１ｂにポリ塩化ビニル系樹脂のコーティングを設けていない場合の測定結果を並記する。尚、いずれの場合もシーラント層２１ａの厚みは５０μｍ、第１ガスバリア層２１ｂの厚みは１５μｍ、第２ガスバリア層２１ｃの厚みは１２μｍ、保護層２１ｄの厚みは１５μｍである。

表１によると、ポリ塩化ビニル系樹脂のコーティングを設けていない場合のガス透過係数は０．９ｃｃ／（ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ）である（ＳＩ単位系では１．０３×１０^-14ｃｍ³／（ｃｍ²・ｓ・Ｐａ））。ポリ塩化ビニル系樹脂のコーティングを設けている場合のガス透過係数は０．０７ｃｃ／（ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ）である（ＳＩ単位系では０．０８×１０^-14ｃｍ³／（ｃｍ²・ｓ・Ｐａ））。即ち、ポリ塩化ビニル系樹脂のコーティングを設けた場合は設けていない場合に比してガス透過係数が約１／１２になっている。従って、ポリ塩化ビニル系樹脂のコーティングを設けた第１ガスバリア層２１ｂを有する第１ラミネートフィルム２１は高いガスの遮蔽能力を有している。

また、第１ガスバリア層２２ｂがアルミニウム箔から成る第２ラミネートフィルム２２は第１ラミネートフィルム２１よりもガスの遮蔽能力が高い。しかし、真空断熱材１０は通常一方の面が低温側に面し、他方の面が高温側に面して設置される。高温側に面して第２ラミネートフィルム２２を配置すると、真空断熱材１０の端部から高温側の熱がアルミニウム箔を介して吸着材１３に伝達されるヒートブリッジが発生し、吸着材１３の吸着能力が低下する。このため、吸着材１３を第１ラミネートフィルム２１から離れて第２ラミネートフィルム２２に近い側に配置することによって、低温側に面して配置される吸着材１３に伝達される熱を低減し、吸着能力の低下を抑制することができる。

図５は上記の真空断熱材１０において吸着材１３を省いた状態での熱伝導率の変化を７０℃で加速試験した結果を示している。縦軸は熱伝導率（単位：Ｗ／ｍＫ）、横軸は経過日数（単位：日）である。図中、Ａは本実施形態の真空断熱材１０を示している。また、Ｂ、Ｃ、Ｄは比較のため、他の構成の第１ラミネートフィルム２１を有する真空断熱材について試験した結果を示している。

比較例Ｂは、第１ガスバリア層２１ｂがエチレンビニルアルコール共重合体から成る基台上にアルミニウム蒸着が施されており、アルミニウム蒸着面にはポリ塩化ビニル系樹脂のコーティングが設けられていない。比較例Ｃは、第１ガスバリア層２１ｂがポリエステルから成る基台上にアルミニウム蒸着を施した面にポリ塩化ビニル系樹脂をコーティングして形成されている。比較例Ｄは、第１ガスバリア層２１ｂがポリエステルから成る基台上にアルミニウム蒸着を施した面にポリ塩化ビニル系樹脂をコーティングした層が２層積層されている。

尚、いずれの場合もシーラント層２１ａの厚みは５０μｍ、第１ガスバリア層２１ｂの厚みは１５μｍ（比較例Ｄの場合のみ３０μｍ）、第２ガスバリア層２１ｃの厚みは１２μｍ、保護層２１ｄの厚みは１５μｍである。

同図によると、本実施形態の真空断熱材１０は熱伝導率の変化が最も少ない。従って、真空断熱材１０の断熱効果を長期間高く維持することができる。

本実施形態によると、外包材１１の第１ラミネートフィルム２１がエチレンビニルアルコール共重合体から成る基台上にアルミニウム蒸着を施した面にポリ塩化ビニル系樹脂をコーティングした第１ガスバリア層２１ｂを有するので、ガスの透過量を減少し、断熱効果を長期間維持することができる。

また、第２ラミネートフィルム２２を第１ラミネートフィルム２１と同一の構成にしてもよい。これにより、ヒートブリッジを更に低減することができる。従って、吸着能力低下を更に抑制して真空断熱材１０の断熱性能を向上することができる。

本発明は、内部が真空に維持される外包材内に芯材を有する真空断熱材を用いた冷蔵庫、冷凍庫等の貯蔵庫等に利用することができる。

本発明の実施形態の真空断熱材を備えた冷蔵庫を示す側面断面図本発明の実施形態の真空断熱材を備えた冷蔵庫を示す上面断面図本発明の実施形態の真空断熱材を示す側面断面図本発明の実施形態の真空断熱材の要部を拡大した側面断面図本発明の実施形態の真空断熱材の熱伝導率の変化を示す図

符号の説明

１冷蔵庫
２本体部
３開閉扉
４貯蔵室
５外箱
６内箱
７発泡断熱材
１０真空断熱材
１１外包材
１２芯材
１２ａ凹部
１３吸着材
２１第１ラミネートフィルム
２２第２ラミネートフィルム
２１ａ、２２ａシーラント層
２１ｂ、２２ｂ第１ガスバリア層
２１ｃ、２２ｃ第２ガスバリア層
２１ｄ、２２ｄ保護層

Claims

スペーサとなる芯材と、前記芯材を内包して内部が真空に維持される袋状の外包材とを備えた真空断熱材において、前記外包材は複数のフィルム状部材を積層した第１ラミネートフィルムを有し、第１ラミネートフィルムはエチレンビニルアルコール共重合体から成る基台上にアルミニウム蒸着を施した面にポリ塩化ビニル系樹脂をコーティングした第１ガスバリア層を有することを特徴とする真空断熱材。
ポリエステルから成る基台上にアルミニウム蒸着を施した第２ガスバリア層を第１ガスバリア層に隣設したことを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
アルミニウム箔を含む複数のフィルム状部材を積層した第２ラミネートフィルムの両端と第１ラミネートフィルムの両端とを密着して前記外包材を袋状に形成するとともに、前記外包材内に侵入するガスを吸着する吸着材を前記外包材内に設け、前記吸着材を第１ラミネートフィルムから離れた側に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材。