JP2011236953A - 真空断熱材、これを用いた断熱箱体及び冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱性能が高く低コストの真空断熱材、これを用いた断熱箱体及び冷蔵庫を提供する。
【解決手段】本発明に関わる真空断熱材は、無機系或いは有機系の繊維積層体の繊維径が平均３μｍ以上８μｍ以下であるとともに繊維長が平均２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成される芯材５１と、芯材５１を覆うガスバリヤ性フィルム５３とを有する真空断熱材５０であって、真空断熱材５０は、その広がる方向である延在方向断面の空隙率が８０％以上８５％以下であり、かつ、その断熱方向である厚さ方向断面の空隙率が８５％以上１００％未満である。
【選択図】図４

Description

本発明は、断熱性能を向上させた真空断熱材、これを用いた断熱箱体及び冷蔵庫に関する。

地球温暖化防止に対する社会の取り組みとして、ＣＯ２の排出抑制を図るため、様々な分野で省エネ化が推進されている。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の観点から、断熱性に優れる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、省エネ化が推進されている。

現在市場に流通している省エネ製品に採用されている真空断熱材の従来例としては特許文献１に開示されたものがあるが、この真空断熱材は、ガラス繊維であるグラスウールを芯材とし、ガスバリヤ性の外被材で覆って、内部を減圧して真空状態としたものである。芯材であるグラスウールは一定の厚みになるように、ガラス繊維が熱変形し始める高温で加圧プレスを実施して成形するものであり、芯材にバインダを含まないため、余計な物質が発生することなく断熱性能が良好な真空断熱材が得られるものである。この真空断熱材の適用例として、冷蔵庫等でウレタン発泡断熱材と共に使用される例が記載されている。

真空断熱材の断熱性能を向上させるにあたり、真空断熱材に使用する材料について多々検討されている。例えば、真空断熱材の芯材に用いる材料としては、無機系の粉末材料を圧縮成形したもの（特許文献２）や、孔が連通化したウレタンフォームパネルを用いた例（特許文献３）、或いは有機系や無機系の繊維積層体の例（特許文献４）が挙げられる。また、外包(外被)材については、金属容器（特許文献５）をはじめとし、プラスチック材料のラミネートフィルムや、アルミ箔をはじめとする金属層を持つもの、アルミ蒸着のような蒸着層を設けるもの（特許文献６）等、材料選択やラミネート層数選択を含めると数多くの種類の構成が検討され適用されてきている。さらには、真空中での水分やガスを低減させるための吸着材も物理吸着剤、化学吸着剤含め数多く検討されてきている。

特開２００５−２２０９５４号公報 特開昭６１−１４４４９２号公報 特開平１０−１６９８８９号公報 特許第４０１２９０３号公報 特開昭６１−６６０６９号公報 特開２００８−２５６１２５号公報

前記の経緯を経て、現在高性能真空断熱パネルとして幅広く適用されている構成としては、芯材としてグラスウールの積層体、外包材としてアルミ箔やアルミ蒸着層を配置した３〜４層のプラスチックラミネートフィルム、吸着剤としては、生石灰やモレキュラーシーブ１３Ｘなどが汎用的に使用されている。
このような状況のなかで、真空断熱材の断熱性能である熱伝導率の低下は頭打ちになっている状況にあるが、冷蔵庫等の省エネ競争は厳しく、真空断熱材の高性能化は必要不可欠の技術となっている。

本発明は上記実状に鑑み、断熱性能が高く低コストの真空断熱材、これを用いた断熱箱体及び冷蔵庫の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる真空断熱材は、無機系或いは有機系の繊維積層体の繊維径が平均３μｍ以上８μｍ以下であるとともに繊維長が平均２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成される芯材と、前記芯材を覆うガスバリヤ性フィルムとを有する真空断熱材であって、前記真空断熱材は、その広がる方向である延在方向断面の空隙率が８０％以上８５％以下であり、かつ、その断熱方向である厚さ方向断面の空隙率が８５％以上１００％未満としている。

第２の本発明に関わる断熱箱体は、外装を成す外箱と貯蔵物を収容する内箱との間に形成される空間に、第１の本発明の真空断熱材を少なくとも設置している。
第３の本発明に関わる断熱箱体は、貯蔵物を収容する内箱における冷凍室と冷蔵室との間の第１仕切り部材または冷凍室と野菜室との間の第２仕切り部材に、第１の本発明の真空断熱材を設置している。

第４の本発明に関わる断熱箱体は、外装を成す外箱または貯蔵物を収容する内箱に、第１の本発明の真空断熱材を設置している。
第５の本発明に関わる冷蔵庫は、第２〜第４の本発明の何れかの断熱箱体を備えている。

本発明によれば、断熱性能が高く低コストの真空断熱材、これを用いた断熱箱体及び冷蔵庫を実現できる。

本実施形態に係る冷蔵庫を示す正面図である。 (ａ)は図１のＡ−Ａ線断面図であり、(ｂ)は(ａ)のＢ部拡大図である。 (ａ)は真空断熱材を示す斜視図であり、(ｂ)は(ａ)のＣ−Ｃ線断面図である。 真空断熱材を水平面上に置いた場合の真空断熱材の空隙率を測定する際に裁断する位置を示した図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は実施形態に係る冷蔵庫１を示す正面図である。図２(ａ)は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図２(ｂ)は図２(ａ)のＢ部拡大図である。
実施形態の冷蔵庫１は、上から冷蔵温度で冷却する冷蔵室２、製氷した氷を貯蔵する製氷(貯氷)室３ａ、冷凍温度で冷却する上段冷凍室(切替え室)３ｂおよび下段冷凍室４、野菜を入れる野菜室５を有している。

冷蔵室扉６ａ、６ｂ、製氷(貯氷)室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９は、それぞれ冷蔵室２、製氷室３ａ、上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４、野菜室５の各室の手前側の前面開口部を開閉する。
図１に示す冷蔵室扉６ａ、６ｂは、ヒンジ１０等を中心に回動する扉であり、これ以外の製氷室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９は、全て引き出し式の扉である。

引き出し式の製氷室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９を引き出すと、各室を構成する容器が扉と共に引き出されてくる。
各冷蔵室扉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には、冷蔵庫本体１Ｈ(図２(ａ)参照)との間を密閉するためのパッキン(図示せず)が、冷蔵庫本体１Ｈ側の外周縁部に取り付けられている。
冷蔵温度の冷蔵室２と冷凍温度の製氷(貯氷)室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間には、それぞれを区画して断熱するための仕切断熱壁１２を配置している。仕切断熱壁１２は厚さ３０〜５０ｍｍ程度の断熱壁で、スチロフォーム、発泡断熱材(硬質ウレタンフォーム)、真空断熱材等、それぞれを単独使用したり、或いは、これらの複数の断熱材を組み合わせて形成されている。

製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４との間は、同じ冷凍の温度帯であり温度差が同じまたは小さいため、区画して断熱する仕切り断熱壁ではなく、パッキン受面を形成した仕切り部材１３を設けている。
冷凍温度の下段冷凍室４と野菜保存温度の野菜室５の間には、それぞれを区画して断熱するための仕切断熱壁１４を設けている。仕切断熱壁１４は、仕切断熱壁１２と同様に３０〜５０ｍｍ程度の断熱壁であり、同様に、スチロフォーム、或いは発泡断熱材(硬質ウレタンフォーム)、真空断熱材等で作られている。このように、基本的に冷蔵温度と冷凍温度との貯蔵温度帯が異なる室の仕切りには断熱性がある仕切断熱壁１２、１４を設置している。
仕切断熱壁１２、１４は、図２(ａ)に示すように、発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０ｂとを用いて構成してもよく、特に限定されない。

なお、冷蔵庫本体１Ｈの内部は、図１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、特に限定されない。

図２(ａ)に示す冷蔵庫本体１Ｈは、ＰＣＭ(Pre-Coated-Metal)鋼板等の鋼板製の外箱２１と、ＡＢＳ(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂等の樹脂製の内箱２２とを備えている。内箱２２は、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を形成している。
外箱２１と内箱２２との間に形成される空間は、断熱空間１ｓとして断熱部を設け、冷蔵庫本体１Ｈ内の各貯蔵室と外部空間とを断熱している。
この外箱２１と内箱２２との間の断熱空間１ｓに、真空断熱材５０を配置し、真空断熱材５０以外の断熱空間１ｓには硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填している。真空断熱材５０については後記するが、図示しない固定部材、支持部材等で外箱２１または内箱２２に固定支持されるか、接着剤で外箱２１または内箱２２に固定されている。

また、冷蔵室２、製氷室３ａ、上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４、野菜室５等の各室を所定の温度に冷却するために製氷室３ａ、下段冷凍４の背側には冷却器２８(図２(ａ)参照)が備えられている。
この冷却器２８と、圧縮機３０と、凝縮機３１と、図示しないキャピラリーチューブとを接続し、冷凍サイクルを構成している。
冷却器２８の上方には、冷却器２８にて冷却された冷気を冷蔵庫１の内部を循環させて所定の低温温度に保持する送風機２７が配設されている。

また、図２(ａ)に示す冷蔵庫本体１Ｈの天面１Ｈ１の後方部には冷蔵庫１の運転を制御するための電気部品４１が実装される電源基板等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(図２(ｂ)参照)が設けられている。カバー４２の高さは外観意匠性と冷蔵庫１の内容積確保を考慮して、冷蔵庫本体１Ｈの天面１Ｈ１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の高さが冷蔵庫本体１Ｈの天面１Ｈ１よりも外側に突き出る場合は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は発泡断熱材２３側(庫内側)に電気部品４１を収納する空間の凹部４０だけ窪んだ状態で配置されるため、断熱厚さを確保しようとする場合、庫内側に突き出し、必然的に冷蔵庫１の内容積が犠牲になってしまう。一方、冷蔵庫１の内容積をより大きくとる場合には凹部４０と内箱２２間の発泡断熱材２３の厚さが薄くなってしまう。このため、図２(ｂ)に示すように、凹部４０に対向する発泡断熱材２３の中に真空断熱材５０ａを配置して断熱性能を確保、強化している。本実施形態では、真空断熱材５０ａを図示しない庫内灯のケースと電気部品４１に跨るように略Ｚ形状に成形した１枚の真空断熱材５０ａとしている。なお、カバー４２は、耐火性を有する鋼板製として、外部からのもらい火や何らかの原因での発火を防止している。

また、図２(ａ)に示す冷蔵庫本体１Ｈの背面下部(図２(ａ)の冷蔵庫本体１Ｈの右下)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、庫内の内箱２２への熱侵入を防止するため、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５０ｃを配置している。

＜真空断熱材５０＞
次に、真空断熱材５０(５０ａ、５０ｂ、５０ｃ)の構成について、図３を用いて説明する。図３(ａ)は、真空断熱材５０の斜視図であり、図３(ｂ)は、図３(ａ)のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図３(ｂ)において吸着剤５４を強調して示している。
真空断熱材５０は、真空のスペースを形成するための芯材５１と、該芯材５１を圧縮状態に保持するための内包材５２と、水分やガス等を吸着する吸着剤５４と、内包材５２で圧縮状態に保持した芯材５１を被覆するガスバリヤ層を有する外被材５３とを有し構成している。

外被材５３は真空断熱材５０の両面外側に配置され、同じ大きさのラミネートフィルムの外縁から一定の幅の部分を熱溶着により貼り合わせた袋状で構成されている。なお、貼り合わせ箇所５０ｈは、中央側に折り返して熱ブリッジを形成するのを防止している。
真空断熱材５０の芯材５１については、バインダ等で接着や結着していない無機繊維の積層体として平均繊維径４μｍのグラスウールを用いている。
芯材５１については、無機系繊維材料の積層体を使用することによりアウトガス(ガスの発生)が少なくなるため、断熱性能的に有利であるが、特にこれに限定するものではなく、例えばセラミック繊維やロックウール、グラスウール以外のガラス繊維等の無機繊維等でもよい。芯材５１の種類によっては内包材５２が不要の場合もある。

また、芯材５１については、無機系繊維材料の他に、有機系樹脂繊維材料を用いることができる。有機系樹脂繊維の場合、耐熱温度等の芯材５１としての性能をクリヤしていれば特に使用に際しては制約されるものではない。具体的には、ポリスチレンやポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等をメルトブローン法やスパンボンド法等で１〜３０μｍ程度の繊維径になるように繊維化するのが一般的であるが、繊維化できる有機系樹脂や繊維化方法であれば特に限定されない。
外被材５３のラミネート構成についてはガスバリヤ性を有し、熱溶着可能であれば特に限定するものではないが、本実施形態においては、表面(保護)層、ガスバリヤ層１、ガスバリヤ層２、熱溶着層の４層構成からなるラミネートフィルムとする。

表面層は保護材の役割を持つ樹脂フィルムとし、ガスバリヤ層１は樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、ガスバリヤ層２は酸素バリヤ性の高い樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、ガスバリヤ層１とガスバリヤ層２は金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせている。熱溶着層については表面層と同様に吸湿性の低いフィルムを用いた。
具体的には、外被材５３は、表面層を二軸延伸タイプのポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の各フィルム、ガスバリヤ層１をアルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ガスバリヤ層２をアルミニウム蒸着付きの二軸延伸エチレンビニルアルコール共重合体樹脂フィルム又はアルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリビニルアルコール樹脂フィルム、或いはアルミ箔とし、熱溶着層を未延伸タイプのポリエチレン、ポリプロピレン等の各フィルムとした。

この４層構成のラミネートフィルムの層構成や材料については特にこれらに限定するものではない。例えばガスバリヤ層１、２として、金属箔、或いは樹脂系のフィルムに無機層状化合物、ポリアクリル酸等の樹脂系ガスバリヤコート材、ＤＬＣ(ダイヤモンドライクカーボン)等によるガスバリヤ膜を設けたものや、熱溶着層には例えば酸素バリヤ性の高いポリブチレンテレフタレートフィルム等を用いても良い。表面層についてはガスバリヤ層１の保護材であるが、真空断熱材５０の製造工程における真空排気効率を良くするためにも、好ましくは吸湿性の低い樹脂を配置するのが良い。

また、通常、ガスバリヤ層２に使用する金属箔以外の樹脂系フィルムは、吸湿することによってガスバリヤ性が著しく悪化してしまうため、熱溶着層についても吸湿性の低い樹脂を配置することで、ガスバリヤ性の悪化を抑制すると共に、ラミネートフィルム全体の吸湿量を抑制するものである。これにより、先に述べた真空断熱材５０の真空排気工程においても、外被材５３が持ち込む水分量を小さくできるため、真空排気効率が大幅に向上し、断熱性能の高性能化につながる。
なお、各フィルムのラミネート(貼り合せ)は、二液の反応熱で硬化させる二液硬化型ウレタン接着剤を介してドライラミネート法によって貼り合わせるのが一般的であるが、接着剤の種類や貼り合わせ方法は特にこれに限定するものではなく、ウェットラミネート法、サーマルラミネート法等の他の方法によるものでも良い。

また、内包材５２については本実施形態では熱溶着可能なポリエチレンフィルムを用い、吸着剤５４については物理吸着タイプの合成ゼオライトを用いたが、いずれもこれらの材料に限定するものではない。内包材５２については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であれば良い。
吸着剤５４については、水分やガスを吸着するものであり、物理吸着、化学反応型吸着のどちらでも良い。

＜真空断熱材５０の空隙率測定方法＞
前記のように作製された真空断熱材５０において、真空断熱材５０の断面における内包材５２の内部の芯材５１と芯材５１以外の真空状態となるスペースのうち当該スペースが占める割合である空隙率の測定方法を以下に示す。
まず、所定の繊維径、繊維長に調製したグラスウール繊維を作製し、それらをコア材(芯材５１)として用いた空隙率測定用の真空断熱材５０（コア材サイズ 20×20×10ｔ(ｍｍ)）を作製する。次に、内部を観察する際に真空断熱材５０の形状変形を防止するため、エポキシ樹脂中に真空断熱材を埋め、その後切断して、研磨を行い空隙率測定用試料を作製する。

作製した試料について、走査型電子顕微鏡（日立製 型式S-4200）を用いて二次電子像撮影を実施し、撮影した二次電子像について画像解析を行い、内包材５２の内部における一定面積中においてグラスウール繊維が存在しない面積(スペース面積)を百分率で算出し空隙率とした。
真空断熱材５０の切断位置については、図４に示す。図４は、真空断熱材５０の空隙率を測定する際に裁断する位置を示した図である。なお、図４において吸着剤５４を強調して示している。
図４において、真空断熱材５０のＤ−Ｄ断面、すなわち真空断熱材５０が広がる方向である延在方向の断面を“水平方向”と称し、真空断熱材５０の熱を遮断する断熱方向である厚さ方向の断面のＥ−Ｅ断面を“断面方向”として以下表記する。

また、コア材(芯材５１)を形成するガラス繊維のヤング率測定については以下の手段にて実施する。各実施形態１〜６、比較例１〜３において、グラスウールを粉砕し、白金製坩堝に入れ１７００℃で溶融したのち黒鉛製の鋳型に流し込み、ガラスブロックを作製する。作製したブロックはひずみを除去するため、再度５５０℃まで加熱したのち３００℃まで毎分４℃で冷却を行い、その後室温まで炉内で冷却した。ひずみを除去したガラスブロックを、切断機を用いて４×３×４０ｍｍの大きさに切断したのち、表面を研磨（JIS B 0601 0.8S以下）しヤング率測定用試料とした。ヤング率の測定は、ＲＩＴＥＣ社製 バースト波音速測定装置（型式：RAM-5000型）を用いて超音波法にて行った。超音波法は固体中に伝わる超音波の横波と縦波の速度から、固体のヤング率を求める方法である。
また、それぞれの真空断熱材の熱伝導率を測定した。測定に使用したのは英弘精機製オートラムダHC-074-630であり、中央部のセンサによる測定値において比較することとした。

以下、実施形態１〜６、比較例１〜３の上述の方法で測定した測定結果について、説明する。
表１に、上述の方法で測定した実施形態１〜６、比較例１〜３の測定値を示す。

（実施形態１）
真空断熱材５０の芯材５１の諸物性について、前記の方法で測定したところ、真空断熱材５０の水平方向(延在方向断面)の空隙率が８５％、断面方向(厚さ方向断面)の空隙率が８６％であった。また、芯材５１の強度、反発力を示すヤング率は７７ＭＰａ(メガパスカル)であった。
この真空断熱材５０について、５００×１５００×１０ｍｍのサイズについて中央部の熱伝導率を測定したところ，１．１ｍ(ミリ)Ｗ／ｍ・Ｋと熱伝導率が低い良好な値となった。

実施形態１によれば、真空断熱材５０の水平方向(延在方向断面)の空隙率が８５％、断面方向(厚さ方向断面)の空隙率が８６％、芯材５１のヤング率が７７ＭＰａの条件で、高い断熱性能をもつ真空断熱材５０が得られた。

（実施形態２）
真空断熱材５０の芯材５１の諸物性について、前記の方法で測定したところ、表１に示すように、真空断熱材５０の水平方向(延在方向断面)の空隙率が８３％、断面方向(厚さ方向断面)の空隙率が９１％であった。また、芯材５１のヤング率は７８ＭＰａであった。この真空断熱材５０について、５００×１５００×１０ｍｍのサイズについて中央部の熱伝導率を測定したところ、１．０ｍＷ／ｍ・Ｋと熱伝導率が低い良好な値となった。

実施形態２によれば、真空断熱材５０の水平方向(延在方向断面)の空隙率が８３％、断面方向(厚さ方向断面)の空隙率が９１％、芯材５１のヤング率が７８ＭＰａの条件で、高い断熱性能の真空断熱材５０が得られた。

（実施形態３）
真空断熱材５０の芯材５１の諸物性について、前記の方法で測定したところ、表１に示すように、真空断熱材５０の水平方向の空隙率が８０％、断面方向の空隙率が８５％であった。また、芯材５１のヤング率は７５ＭＰａであった。この真空断熱材５０について、５００×１５００×１０ｍｍのサイズについて中央部の熱伝導率を測定したところ、１．０ｍＷ／ｍ・Ｋと熱伝導率が低い良好な値となった。

実施形態３によれば、真空断熱材５０の水平方向(延在方向断面)の空隙率が８０％、断面方向(厚さ方向断面)の空隙率が８５％、芯材５１のヤング率が７５ＭＰａの条件で、高い断熱性能の真空断熱材５０が得られた。

（実施形態４）
真空断熱材５０の芯材５１の諸物性について、前記の方法で測定したところ、表１に示すように、真空断熱材５０の水平方向の空隙率が８２％、断面方向の空隙率が９２％であった。また、芯材５１のヤング率は８０ＭＰａであった。この真空断熱材５０について、５００×１５００×１０ｍｍのサイズについて中央部の熱伝導率を測定したところ、１．０ｍＷ／ｍ・Ｋと熱伝導率が低い良好な値となった。
実施形態４によれば、真空断熱材５０の水平方向(延在方向断面)の空隙率が８２％、断面方向(厚さ方向断面)の空隙率が９２％、芯材５１のヤング率が８０ＭＰａの条件で、高い断熱性能の真空断熱材５０が得られた。

（実施形態５）
真空断熱材５０の芯材５１の諸物性について、前記の方法で測定したところ、表１に示すように、真空断熱材５０の水平方向の空隙率が８４％、断面方向の空隙率が９０％であった。また、芯材５１のヤング率は７９ＭＰａであった。この真空断熱材５０について、５００×１５００×１０ｍｍのサイズについて中央部の熱伝導率を測定したところ、１．０ｍＷ／ｍ・Ｋと熱伝導率が低い良好な値となった。

実施形態５によれば、真空断熱材５０の水平方向(延在方向断面)の空隙率が８４％、断面方向(厚さ方向断面)の空隙率が９０％、芯材５１のヤング率が７９ＭＰａの条件で、高い断熱性能の真空断熱材５０が得られた。

（実施形態６）
真空断熱材５０の芯材５１の諸物性について、前記の方法で測定したところ、表１に示すように、真空断熱材５０の水平方向の空隙率が８１％、断面方向の空隙率が８８％であった。また、芯材５１のヤング率は７７ＭＰａであった。この真空断熱材５０について、５００×１５００×１０ｍｍのサイズについて中央部の熱伝導率を測定したところ、１．０ｍＷ／ｍ・Ｋと熱伝導率が低い良好な値となった。
実施形態６によれば、真空断熱材５０の水平方向(延在方向断面)の空隙率が８１％、断面方向(厚さ方向断面)の空隙率が８８％、芯材５１のヤング率が７７ＭＰａの条件で、高い断熱性能の真空断熱材５０が得られた。

なお、前記の実施形態１〜６については、何れもリサイクルガラス１００％のガラス原材料を用いて、ホウ酸成分を含まないように調製し、平均繊維径が３μｍ以上８μｍ以下、平均繊維長が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように調整した。なお、繊維径については、JIS A 9504；人造鉱物繊維保温材による繊維の平均太さ測定方法による。ここで、リサイクルガラス１００％が低コスト化、資源保護の観点から最も望ましいが、リサイクルガラス９５〜９９％でも良い。
繊維長分布の測定については、ガラス繊維を４００〜５００℃程度の温度で熱し、不純物を焼き飛ばす。その後、液体中に均一分散させ一部を取り出し、ガラス繊維の全数について繊維長を測定することとした。

実施形態1〜６、後記の比較例1〜３の結果から、真空断熱材５０の水平方向(延在方向断面)の空隙率が８０％以上８５％以下であり、かつ真空断熱材５０の断面方向(厚さ方向断面)の空隙率が８５％以上１００％未満であることが、真空断熱材５０の断熱性能を向上させる上で、好ましい。また、真空断熱材５０の芯材５1として用いられている無機系或いは有機系の繊維積層体を形成する繊維のヤング率は、７５ＭＰａ以上８５ＭＰａ以下であることが、真空断熱材５０の断熱性能を向上させる上で、好ましい。

＜実施形態1〜６の効果＞
実施形態1〜６によれば、繊維長が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の最適範囲のため、繊維の配向性が向上する。例えば、説明した実施形態1〜６と異なり、繊維長が短いと繊維が立ち易くなり、真空断熱材５０の厚み方向(図４の真空断熱材５０の上下方向)に対して平行な繊維の割合が大きくなる。その場合、真空断熱材５０の表面５０ｏからの熱を裏面５０ｕに伝える経路または真空断熱材５０の裏面５０ｕからの熱を表面５０ｏに伝える経路、すなわち厚み方向に対して平行な繊維が増えることから、断熱性能が悪くなる。

また、繊維径を細く最適化することにより、内包材５２の内部における繊維が占める容積が減少して真空断熱材５０における空隙率(断熱性が高い真空が占める容積の割合)が向上する。これにより、真空断熱材５０の熱伝導率の低減が可能となり、真空断熱材５０の断熱性能が向上する。
また、通常、廃ガラスのカレット(粉砕物)を使用する際は、ホウ酸等の添加剤を加えて調製し、紡糸時の繊維の延伸性等を確保し、繊維の細径化や配向性を向上する。これに対し、本実施形態1〜６のような繊維長や空隙率を確保することにより、リサイクルガラス等の廃ガラス９５〜１００％での繊維化が可能となり、材料費用の低減の効果も併せて得ることが出来る。また、少資源化が可能である。

また、芯材５１の繊維の配向を整え、空隙率を前記の所定値にすることにより、ホウ酸等の添加剤がいらなくなり、コストの低減が可能である。
また、内箱２２または外箱２１に真空断熱材５０を接着剤、固定部材を用いて設置することにより、冷蔵庫８の断熱性能が向上し、省電力化が図れる。
以上より、真空断熱材５０を用いた冷蔵庫８の断熱性能が改善され、断熱性能に優れた消費電力量の少ない低コストの真空断熱材５０、これを用いた冷蔵庫本体(断熱箱体)１Ｈ及び冷蔵庫１を提供できる。

なお、ここでの廃ガラスとは、真空断熱材５０の芯材５１として使用されていたガラス繊維をはじめとし、びん等の一般的に使用されているガラス材料の廃棄品も含める。
また、真空断熱材５０の芯材５１として用いられている無機系或いは有機系の繊維積層体を形成する繊維の原材料にホウ素を含まないことにより、アウトガス(ガスの発生)や水分の発生が抑制できる。そのため、真空断熱材５０の真空状態の維持が可能で、真空断熱材５０の断熱性能の劣化を抑制できる。
なお、前記実施形態1〜６においては、断熱材として発砲断熱材２３を例示して説明したが、発砲断熱材以外の適宜選択した断熱材を用いてもよい。

次に、比較例１〜３について、前記の方法で測定した結果を、実施形態１〜６と比較して説明する。
（比較例１）
比較例１の真空断熱材の芯材の諸物性について、前記の方法で測定したところ、表１に示すように、真空断熱材の水平方向(真空断熱材の延在方向断面)の空隙率が７５％、断面方向(真空断熱材の厚さ方向断面)の空隙率が８０％であった。また、芯材のヤング率は９０ＭＰａであった。この真空断熱材について、５００×１５００×１０ｍｍのサイズについて中央部の熱伝導率を測定したところ、１．７ｍＷ／ｍ・Ｋであり、実施形態１〜６の真空断熱材５０の熱伝導率１．０〜１．１ｍＷ／ｍ・Ｋに比較し、悪い値となった。すなわち、比較例１の真空断熱材は、実施形態１〜６の真空断熱材５０より熱伝導率が高いため、真空断熱材の断熱性能が劣る。

これの原因については、まず水平方向の空隙率が低すぎることから、繊維方向が水平でなく、真空断熱材の厚み方向に立っている繊維が多いことが推測される。よって、真空断熱材の厚み方向に繊維を伝わる熱が多く厚み方向の熱伝導が大きくなり、断熱性能が劣るものと考えられる。
また、芯材のヤング率が９０ＭＰａと実施形態１〜６のヤング率７５〜８０ＭＰａに比べ、比較的大きいことから、比較例１の真空断熱材の芯材は硬い繊維状態になっていると推測される。そのため、比較例１の真空断熱材の作製時の減圧から大気圧負荷に至る過程の圧力に、芯材の繊維自体が持ち堪えられず折れてしまい、繊維の配向性が悪くなる傾向にあると推察される。

（比較例２）
比較例２の真空断熱材の芯材の諸物性について、前記の方法で測定したところ、表１に示すように、真空断熱材の水平方向(真空断熱材の延在方向断面)の空隙率が７９％、断面方向(真空断熱材の厚さ方向断面)の空隙率が８３％であった。また、芯材のヤング率は７３ＭＰａであった。この真空断熱材について、５００×１５００×１０ｍｍのサイズについて中央部の熱伝導率を測定したところ、１．４ｍＷ／ｍ・Ｋであり、後記の比較例３と同様な従来並みの値であった。

比較例２の真空断熱材の熱伝導率１．４ｍＷ／ｍ・Ｋは、実施形態１〜６の真空断熱材５０の熱伝導率１．０〜１．１ｍＷ／ｍ・Ｋに比較し、熱伝導率が高い。従って、比較例２の真空断熱材は、実施形態１〜６の真空断熱材５０に比べ、断熱性能が劣る。
比較例２の熱伝導率が高い原因は、まず水平方向(真空断熱材の延在方向断面)の空隙率が低く繊維方向が水平でなく、厚み方向(断熱方向)に立っている繊維が多いことが推測される。よって、熱が真空断熱材の厚み方向に立つ繊維を伝わり厚み方向の熱伝導が大きくなり、断熱性能が劣っていると推測される。

（比較例３）
比較例３の従来の真空断熱材の芯材の諸物性について、前記の方法で測定したところ、表１に示すように、真空断熱材の水平方向(真空断熱材の延在方向断面)の空隙率が９０％、断面方向(真空断熱材の厚さ方向断面)の空隙率が９０％であった。また、芯材のヤング率は７０ＭＰａであった。この真空断熱材について、５００×１５００×１０ｍｍのサイズについて中央部の熱伝導率を測定したところ、１．５ｍＷ／ｍ・Ｋであった。

比較例３の真空断熱材の熱伝導率１．５ｍＷ／ｍ・Ｋは、実施形態１〜６の真空断熱材５０の熱伝導率１．０〜１．１ｍＷ／ｍ・Ｋに比べて熱伝導率が高く、熱が伝わり易い。従って、比較例３の真空断熱材は、実施形態１〜６の真空断熱材５０に比べ、断熱性能が劣ることが分る。

１ 冷蔵庫
１Ｈ 冷蔵庫本体(断熱箱体)
２ 冷蔵室
３ａ 製氷室(冷凍室)
３ｂ 上段冷凍室(冷凍室)
４ 下段冷凍室(冷凍室)
５ 野菜室
１２ 仕切断熱壁(第１仕切り部材)
１４ 仕切断熱壁(第２仕切り部材)
２１ 外箱
２２ 内箱
２３ 発泡断熱材(断熱材)
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 真空断熱材
５１ 芯材
５３ 外被材(ガスバリヤ性部材)

Claims (9)

1. 無機系或いは有機系の繊維積層体の繊維径が平均３μｍ以上８μｍ以下であるとともに繊維長が平均２ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成される芯材と、前記芯材を覆うガスバリヤ性フィルムとを有する真空断熱材であって、
   前記真空断熱材は、その広がる方向である延在方向断面の空隙率が８０％以上８５％以下であり、かつ、その断熱方向である厚さ方向断面の空隙率が８５％以上１００％未満であることを特徴とする真空断熱材。
2. 前記芯材として用いられている前記繊維積層体を形成する繊維のヤング率は、７５ＭＰａ以上８５ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
3. 前記芯材として用いられている前記繊維積層体を形成する繊維の原材料は、廃ガラスのカレットが９５％以上１００％以下である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。
4. 前記芯材として用いられている前記繊維積層体を形成する繊維の原材料にホウ素を含まない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。
5. 外装を成す外箱と貯蔵物を収容する内箱との間に形成される空間に、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の真空断熱材を少なくとも設置したことを特徴とする断熱箱体。
6. 前記空間に、前記真空断熱材を設置するとともに発泡断熱材を充填することを特徴とする請求項５に記載の断熱箱体。
7. 貯蔵物を収容する内箱における冷凍室と冷蔵室との間の第１仕切り部材または冷凍室と野菜室との間の第２仕切り部材に、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の真空断熱材を設置したことを特徴とする断熱箱体。
8. 外装を成す外箱または貯蔵物を収容する内箱に、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の真空断熱材を設置したことを特徴とする断熱箱体。
9. 請求項５から請求項８の何れか一項に記載の断熱箱体を備える冷蔵庫。

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