JP2011153630A

JP2011153630A - 真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫

Info

Publication number: JP2011153630A
Application number: JP2010013729A
Authority: JP
Inventors: Yushi Arai; 祐志新井; Kuninari Araki; 邦成荒木; Hisashi Echigoya; 恒越後屋; Takashi Izeki; 崇井関; Daigoro Kamoto; 大五郎嘉本; Toshimitsu Tsuruga; 俊光鶴賀
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】表面平滑性を向上し且つ断熱性能の高い真空断熱材及びこれを備えた断熱性能の高い冷蔵庫を提供することを目的とする。
【解決手段】繊維集合体の芯材（５１）と、芯材（５１）を収納する内袋材（５３）と、内袋材（５３）を収納する外被材（５４）とを有する真空断熱材（５０）において、芯材（５１）は樹脂繊維層（５２ａ）を備え、樹脂繊維層（５２ａ）の繊維同士が融着した融着部を有することを特徴とする。また、樹脂繊維層（５２ａ）の表面に融着部を有することを特徴とする。また、樹脂繊維層（５２ａ）の繊維の直径は５μｍから３０μｍであり、繊維同士が１０μｍから２００μｍの束状の融着部を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は真空断熱材及び真空断熱材を適用した冷蔵庫に関するものである。

近年の電気製品、特に冷熱関連の家電製品においては、消費電力量低減及びＣＯ₂排出量抑制の観点から、真空断熱材を採用して断熱性能を強化したものが主流になっている。また、各種原材料から製品の製造工程に至るまでのあらゆるエネルギー消費量を抑制するため、原材料についてはリサイクル化の推進，製造工程においては燃料代や電気代の抑制等、省エネルギー化が推進されている。

特許文献１には、真空断熱材において、ガラス繊維が積層された芯材と外被袋の間にシート状物を設けることで、真空断熱材の表面平滑性を得ることが記載されている。

特開２００６−１２５６３１号公報

従来、芯材を外袋材で包み内部を減圧状態にした場合、外気からの圧力によって芯材の凹凸がそのまま真空断熱材の表面形状となって現れる。そうすると、真空断熱材の表面が凹凸状態のまま箱体に貼り付けた場合、隙間が生じて断熱性能が低下する、という問題があった。また、凹凸が大きすぎると、貼付力が弱くなり、位置ずれが生じるおそれがある。

特許文献１記載の真空断熱材では、ガラス繊維とシート状物の積層ずれが発生し表面に段差が生じる、という問題があった。

また、シート状物が水分を吸湿していると、真空包装時に真空度が高くならず、真空包装時間が長くなる。そのため、シート状物を乾燥する工程が必要になる、という問題があった。

また、シート状物を挿入する手間がかかり、コスト的にも高くなる、という問題があった。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明は、表面平滑性を向上し且つ断熱性能の高い真空断熱材及びこれを備えた断熱性能の高い冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の真空断熱材は、繊維集合体の芯材と、該芯材を収納する内袋と、該内袋を収納する外被材とを有する真空断熱材において、前記芯材は有機繊維層を備え、該有機繊維層の繊維同士が融着した融着部を有することを特徴とする。

また、前記有機繊維層の表面に前記融着部を有することを特徴とする。

また、前記有機繊維層の繊維の直径は５μｍから３０μｍであり、該繊維同士が１０μｍから２００μｍの束状の前記融着部を有することを特徴とする。

また、本発明の冷蔵庫は、繊維集合体の芯材と、該芯材を収納する内袋と、該内袋を収納する外袋材と、を有する真空断熱材を内箱と外箱との間に配設し、且つ前記真空断熱材の周囲に発泡断熱材が充填された冷蔵庫において、前記真空断熱材の前記芯材は有機繊維層を備え、該有機繊維層の繊維同士が融着した融着部を有することを特徴とする。

また、前記真空断熱材は前記有機繊維層が前記外箱又は前記内箱への貼り付け面側に位置することを特徴とする。

本発明によれば、表面平滑性を向上し且つ断熱性能の高い真空断熱材及びこれを備えた断熱性能の高い冷蔵庫を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る真空断熱材を示す構成図である。本発明の一実施形態に係る真空断熱材の使用例を示す図である。本発明の一実施形態に係る真空断熱材を適用した冷蔵庫の正面図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。

以下本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る真空断熱材を示す構成図である。図２は、本発明の一実施形態に係る真空断熱材の使用例を示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係る真空断熱材を適用した冷蔵庫の正面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。

真空断熱材５０の構成は、芯材５１となる有機繊維集合体である樹脂繊維層５２ａと無機繊維集合体であるグラスウール層５２ｂと吸着剤（図示無し）を内袋材５３で包み、ガスバリヤ性を有する外袋材５４で真空包装されている。本実施例においては、芯材５１の樹脂繊維層５２ａとしてポリスチレン繊維を用いたが、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート等の樹脂繊維を用いることもできる。

内袋材５３については、ポリエチレンフィルムを用いたが、ポリプロピレンフィルム，ポリエチレンテレフタレートフィルム，ポリブチレンテレフタレートフィルム等、吸湿性が低く熱溶着でき、アウトガスが少ないものを用いることもできる。吸着剤には物理吸着タイプの合成ゼオライトを用いたが、水分やガスを吸着するものであれば良く、シリカゲルや酸化カルシウム，塩化カルシウム，酸化ストロンチウム等の化学反応型吸着剤を用いることもできる。

外袋材５４については、表面層として吸湿性が低いポリプロピレンフィルムを、防湿層としてポリエチレンテレフタレートフィルムにアルミ蒸着層を設け、ガスバリヤ層はエチレンビニルアルコール共重合体フィルムにアルミ蒸着層を設けて、防湿層のアルミ蒸着層と向かい合わせるように貼り合せた。外袋材５４のラミネート構成については、前記材質の４層構成としたが、同等のガスバリヤ性，耐熱，突き刺し強度を有したポリアミドフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルム等であれば前記構成に限定するものではない。

真空断熱材５０は、芯材５１となる樹脂繊維層５２ａ表面の繊維に融着部を設けたものである。ポリスチレン樹脂を２９０℃で溶融してメルトブローン法にて繊維化したものである。この繊維化するときに、樹脂の押出し量を調整することで、融着部を設けた樹脂繊維を製造することができる。樹脂繊維の繊維径が５〜３０μｍ、好ましくは５〜１０μｍであり、繊維同士の融着部は１０〜２００μｍ、好ましくは２０〜４０μｍである。なお、樹脂繊維の融着部が多くなり、繊維径が太すぎると真空断熱材としたときに、繊維の接触部があまり多くなると熱伝導率が高くなり、性能が悪化する。また、融着部を２００μｍ以上にすると樹脂が融着しすぎて、紡糸時に樹脂を延伸することができず繊維化できなくなる。また、繊維径を細くしすぎると、紡糸時直後に冷却されることで融着部を作ることができなくなるため、繊維集合体として積層している。

樹脂繊維に繊維同士が１０μｍから２００μｍの束状の融着部を設けることで、真空断熱材としたときに融着部の剛性が増すため、収縮しても表面平滑性を向上することができる。また、融着部を設ける方法として、繊維化時に押出し量を調整する他、繊維集合体の積層する目付量を多くすることによって繊維集合体中間に融着部を設けることができる。具体的に、目付量を２００〜８００ｇ／ｍ²とすることで、樹脂繊維の積層時に熱が放出されずに蓄積されて、層の中央部に融着部を設けることができる。さらに好ましくは、目付量を３００〜４００ｇ／ｍ²とする。これは、目付量が多くなりすぎると熱が蓄積され過ぎて、真空断熱材としたときに繊維の接触部が多くなり、熱伝導率が高くなるためである。また、目付量が少なくなりすぎると、積層ズレが発生するためである。

樹脂繊維の表面に融着部を設ける方法として、加熱圧縮をすることも可能である。樹脂繊維の軟化温度よりも高い温度にした熱板で、片側を加熱圧縮することで、表面の樹脂繊維を溶融させることで、真空断熱材としたときに表面平滑性を向上させることができる。なお、加熱温度が高すぎると、融着部が多くなりすぎ、真空断熱材としたときに繊維の接触部が多くなり、熱伝導率が高くなる。そこで、樹脂繊維が溶融して収縮することを抑えるため、加熱温度は樹脂繊維の軟化温度よりも２０〜５０℃高い温度が好ましい。

（実施例１）
図２は、本発明の一実施形態に係る真空断熱材の使用例を示す図である。真空断熱材５０の芯材５１となる樹脂繊維層５２ａの繊維には、融着部を設けてある。樹脂繊維層５２ａの繊維は、ポリスチレン樹脂を２９０℃で溶融してメルトブローン法にて繊維化したものである。この繊維化時、樹脂の押出し量を調整することで融着部を設けた樹脂繊維を製造することができる。このときの押出し量は５kg／ｈとし、繊維径８〜１０μｍとすることで、融着部を２２〜１２８μｍとした。

これらの構成で樹脂繊維層５２ａとグラスウール層５２ｂと吸着剤を内袋材５３で包み、ガスバリヤ性を有する外袋材５４で真空包装機にセットして真空度２.２Ｐａに減圧し、真空度２.２Ｐａ以下で一定時間保持後外袋材５４を封止して真空断熱材とした。これにより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、２.１〜２.４mw／ｍ・ｋであり、表面平滑性も良好な値が得られた。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例２では、実施例１と同様に、真空断熱材５０の芯材５１となる樹脂繊維層５２ａの繊維に融着部を設けたものである。樹脂繊維層５２ａの繊維は、ポリスチレン樹脂を２９０℃で溶融してメルトブローン法にて繊維化したものである。この繊維化するときに、目付量を調整することで融着部を設けた樹脂繊維を製造することができる。このときの押出し量は５kg／ｈ、繊維層の繊維径が８〜１２μｍ、融着部の１６〜３０μｍとし、目付量を３５０〜４００とすることで、融着部を繊維層の中間に設けることができる。

これらの構成で芯材５１となる樹脂繊維層５２ａとグラスウール層５２ｂと吸着剤を内袋材５３で包み、ガスバリヤ性を有する外袋材５４で真空包装機にセットして真空度２.２Ｐａに減圧し、真空度２.２Ｐａ以下で一定時間保持後外袋材５４を封止して真空断熱材とした。これにより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、１.９〜２.１mw／ｍ・ｋであり、表面平滑性も良好な値が得られた。

（実施例３）
次に、実施例３について説明する。実施例３では、実施例１と同様に、真空断熱材５０の芯材５１となる樹脂繊維層５２ａの繊維に融着部を設けたものである。樹脂繊維層５２ａの繊維は、ポリスチレン樹脂を２９０℃で溶融してメルトブローン法にて繊維化したものである。この繊維化するときに、樹脂の押出し量を調整することで融着部を設けた樹脂繊維を製造することができる。このときの押出し量は５kg／ｈ、繊維化した繊維径を８〜１２μｍとした有機繊維層の片側表面に、軟化温度よりも高い温度で圧力を加えることで、有機繊維層の表面に融着部を設けることができる。本実施例においては１５０℃に熱した熱板で１０Ｎ／cm²の圧力をかけ融着部を設けた。これにより融着部を２０〜８０μｍとすることができる。これらの構成で芯材５１となる樹脂繊維層５２ａとグラスウール層５２ｂと吸着剤を内袋材５３で包み、ガスバリヤ性を有する外袋材５４で真空包装機にセットして真空度２.２Ｐａに減圧し、真空度２.２Ｐａ以下で一定時間保持後外袋材５４を封止して真空断熱材とした。これにより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、２.２〜２.５mw／ｍ・ｋであり、表面平滑性も良好な値が得られた。

（比較例１）
次に、比較例１について説明する。比較例１では、芯材に融着部を設けない繊維径７〜１１μｍの樹脂繊維層を用い、この構成で芯材となる樹脂繊維層とグラスウール層と吸着剤を内袋材で包み、ガスバリヤ性を有する外袋材で真空包装機にセットして真空度２.２Ｐａに減圧し、真空度２.２Ｐａ以下で一定時間保持後、外袋材を封止して真空断熱材とした。これにより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、１.８〜２.０mw／ｍ・ｋという良好な値が得られたが、表面平滑性においては凹凸がみられた。

（適用例）
次に、本発明の実施形態に係る真空断熱材を、冷蔵庫に適用した適用例について、図３及び図４を参照して説明する。

鋼板製の外箱２１に真空断熱材５０を貼付け、冷蔵庫の内箱２２との間に硬質ウレタンフォームの断熱材２３を充填して真空断熱材５０が配設されている。真空断熱材５０の表面に凹凸があると、外箱２１との間に隙間が生じそこから熱漏洩が発生してしまうことや、凹凸があると、外箱２１との接着力が弱くなり、剥がれの原因ともなる。

図３に示す冷蔵庫１は、図４に示すように、上から冷蔵室２，製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ，下段冷凍室４，野菜室５を有している。なお、以下の説明中、製氷室３ａ，上段冷凍室３ｂ及び下段冷凍室４を、総称して冷凍温度帯室３という場合がある。

図３において、各貯蔵室は前面開口を有し、この前面開口を閉塞する扉がそれぞれ設けられている。冷蔵室２には、ヒンジ１０等を中心に回動する冷蔵室扉６ａ，６ｂが設けられている。冷蔵室扉６ａ，６ｂ以外は引き出し式の扉であり、製氷室扉７ａ，上段冷凍室扉７ｂ，下段冷凍室扉８，野菜室扉９を配置している。これらの引き出し式扉を引き出すと、各貯蔵室に設けた貯蔵容器が共に引き出される。また、冷蔵庫本体と密着して前面開口を密閉するためのパッキン１１が、各扉の室内側外周縁に取り付けられている。

また、冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間を区画断熱するために、断熱仕切り１２を配置している。この断熱仕切り１２は、厚さ３０〜５０mm程度の断熱壁で、発泡ポリスチレン，発泡断熱材（発泡ウレタン），真空断熱材等で構成されており、それぞれを単独使用又は複数の断熱材を組み合わせて設けられている。製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の間は、温度帯が同じであるため、区画断熱する仕切り断熱壁ではなく、パッキン１１受面を形成した仕切り部材１３を設けている。下段冷凍室４と野菜室５の間には、区画断熱するための断熱仕切り１４を設けており、断熱仕切り１２と同様に３０〜５０mm程度の断熱壁で、同様に発泡ポリスチレン、或いは発泡断熱材（発泡ウレタン）、真空断熱材等で構成されている。すなわち、冷蔵，冷凍等の貯蔵温度帯の異なる部屋の仕切りには仕切断熱壁を設置している。

なお、箱体２０内には上から冷蔵室２，製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ，下段冷凍室４，野菜室５の貯蔵室をそれぞれ区画形成しているが、各貯蔵室の配置については特にこれに限定するものではない。また、冷蔵室扉６ａ，６ｂ，製氷室扉７ａ，上段冷凍室扉７ｂ，下段冷凍室扉８，野菜室扉９に関しても回転による開閉，引き出しによる開閉及び扉の分割数等について、特に限定するものではない。

次に、箱体２０は、外箱２１と内箱２２とを備える。外箱２１と内箱２２とによって形成される空間には、断熱部を設けて箱体２０内の各貯蔵室と外部とを断熱している。この外箱２１と内箱２２の間に真空断熱材５０を配置し、真空断熱材５０以外の空間には、断熱材２３を充填する。真空断熱材５０は、樹脂繊維層５２ａが外箱２１又は内箱２２への貼り付け面側に位置するように配置する。これにより、平面平滑性が高い面が外箱２１又は内箱２２と接するので、外観意匠性を向上することができる。また、貼り付け性が向上して、信頼性を向上することができる。

また、冷蔵庫１の冷蔵室２，冷凍温度帯室３，野菜室５等の各室を所定の温度に冷却するために、冷凍温度帯室３の背側には冷却器２８が備えられている。冷却器２８，圧縮機３０，凝縮機３１、及び図示しないキャピラリーチューブを接続し、冷凍サイクルを構成している。冷却器２８の上方には、この冷却器２８にて冷却された冷気を冷蔵庫１内に循環して所定の低温温度を保持する送風機２７が配設されている。また、冷蔵庫１の冷蔵室２と冷凍温度帯室３，冷凍温度帯室３と野菜室５とを夫々区画する断熱材として、断熱仕切り１２，１４を夫々配置する。断熱仕切り１２，１４は、発泡ポリスチレン３３と、その内部に真空断熱材５０が配置される構成である。この断熱仕切り１２，１４については、所望の断熱性能を発揮するものであれば、発泡ウレタンの断熱材２３を充填しても良く、特に発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０に限定するものではない。

また、内箱２２の天面の一部に、断熱材２３側に突き出したケース４５ａを有する庫内灯４５を配置し、冷蔵庫の扉を開けたときの庫内を明るく、見えやすくしたものである。庫内灯４５については、電球，蛍光灯，キセノンランプ等、特に限定するものではない。庫内灯４５の配置により、ケース４５ａと外箱２１との間の断熱材２３の厚さが薄くなってしまうため、真空断熱材５０を配置して断熱性能を確保している。この庫内灯４５については特に図示位置に配置することを規定したものではない。

さらに、図４には不図示であるが、箱体２０の天面側にある外箱２１下面には放熱パイプが取り付けられている。そうすると、上述した庫内灯ケース４５ａによる占有スペースと天面側外箱２１下面に配設される放熱パイプによる占有スペース及び熱放出影響とを考慮して、ケース４５ａと外箱２１天面側との間に真空断熱材を配置して断熱性能を確保する。

また、箱体２０の天面後方部には冷蔵庫１の運転を制御するための基板や電源基板等の電気部品４１を収納するための凹部４０が形成されており、電気部品４１を覆うカバー４２が設けられている。カバー４２の高さは外観意匠性と内容積確保を考慮して、外箱２１の天面とほぼ同じ高さになるように配置している。特に限定するものではないが、カバー４２の高さが外箱の天面よりも突き出る場合は１０mm以内の範囲に収めることが望ましい。これに伴って、凹部４０は断熱材２３側に電気部品４１を収納する空間だけ窪んだ状態で配置されるため、断熱厚さを確保するため必然的に内容積が犠牲になってしまう。内容積をより大きくとると凹部４０と内箱２２間の断熱材２３の厚さが薄くなってしまう。このため、凹部４０の断熱材２３側の面に真空断熱材５０を配置して断熱性能を確保，強化している。

図４に示す適用例では、真空断熱材５０を前述の庫内灯４５のケース４５ａと電気部品４１に跨るように略Ｚ形状に成形した１枚の真空断熱材５０とした。尚、カバー４２は耐熱性を考慮し鋼板製としている。

また、箱体２０の背面下部に配置された圧縮機３０や凝縮機３１は発熱の大きい部品であるため、庫内への熱侵入を防止するため、内箱２２側への投影面に真空断熱材５０を配置している。

本適用例における真空断熱材５０については、先に述べた実施例１の真空断熱材５０を用いた。本適用例では、上述した不図示の放熱パイプや電気部品４１を配置した凹部４０等の高温部側とウレタン断熱側に樹脂繊維層５２ａが配置されるようにして、熱影響を受けないようにした。

配置部位については特にこれに限定するものではなく、圧縮機３０や凝縮機３１から発生する熱が庫内に侵入するのを抑制するため、圧縮機３０や凝縮機３１の内箱２２側への投影面に真空断熱材５０を配置することもできる。真空断熱材５０の被覆面積を大きくするため、内箱２２の底面から圧縮機３０と冷却器２８の間まで一体に成形した立体形状にすることも可能である。尚、圧縮機３０と冷却器２８の間に位置する真空断熱材５０の形状については図示しないドレンパイプを逃げるための切欠きを設けたものとした。切欠きの有無、或いはその形状については特に限定するものではない。

本適用例における真空断熱材５０は、芯材５１の全体厚みを１０mm、密度を約２５０（kg／ｍ³）に設定したものを使用した。天面部の真空断熱材５０の配置により、電気部品４１及び放熱パイプによる庫内への熱侵入を低減でき、更には放熱パイプの放熱特性を向上でき、また、底面の真空断熱材５０の配置により、圧縮機３０及び凝縮機３１から発生する熱の庫内への侵入を抑制できるため、壁厚を増やすことなく断熱性能を改善することができた。

本発明の実施形態の概要について纏めると、次のとおりである。

従来、グラスウール等の無機繊維の芯材を用いた真空断熱材は、断熱性能面では優れているが、真空断熱材としたときに表面に凹凸が発生し貼り付け部材との間に隙間が生じて、そこから熱漏洩するという課題があった。表面性を向上するためにバインダや加熱プレスにより成形した芯材を用いることで上記課題はある程度解決できるが、製造工程において消費されるエネルギーが増加し、製造面においても環境配慮性が不足しているという課題があった。

この課題を解決すべく、本実施形態では、以上説明した如き構成を有するものであり、次の如き効果を有する物である。即ち、有機繊維集合体に繊維融着部を設けることで、真空断熱材としたときに繊維の剛性が増し、表面の凹凸を少なくし、表面平滑性を向上させることができる。また、貼付け面に真空断熱材を貼り合わせたときに、真空断熱材と貼付け部との隙間を低減し、熱漏洩が少なく、高い断熱性能を有した冷蔵庫を提供することができる。

１冷蔵庫
２冷蔵室
３ａ製氷室
３ｂ上段冷凍室
４下段冷凍室
５野菜室
１２，１４断熱仕切り
２０箱体
２１外箱
２２内箱
２３断熱材
５０真空断熱材
５１芯材
５２ａ樹脂繊維層
５２ｂグラスウール層
５３内袋材
５４外被材

Claims

繊維集合体の芯材と、該芯材を収納する内袋と、該内袋を収納する外被材とを有する真空断熱材において、
前記芯材は有機繊維層を備え、該有機繊維層の繊維同士が融着した融着部を有することを特徴とする真空断熱材。
前記有機繊維層の表面に前記融着部を有することを特徴とする、請求項１記載の真空断熱材。
前記有機繊維層の繊維の直径は５μｍから３０μｍであり、該繊維同士が１０μｍから２００μｍの束状の前記融着部を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の真空断熱材。
繊維集合体の芯材と、該芯材を収納する内袋と、該内袋を収納する外袋材と、を有する真空断熱材を内箱と外箱との間に配設し、且つ前記真空断熱材の周囲に発泡断熱材が充填された冷蔵庫において、
前記真空断熱材の前記芯材は有機繊維層を備え、該有機繊維層の繊維同士が融着した融着部を有することを特徴とする冷蔵庫。
前記真空断熱材は前記有機繊維層が前記外箱又は前記内箱への貼り付け面側に位置することを特徴とする、請求項４記載の冷蔵庫。