JP2013053822A

JP2013053822A - 断熱箱体

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Publication number: JP2013053822A
Application number: JP2011192683A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Takushima; 司宅島; Kazuto Kamikado; 一登上門
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: JP5899395B2

Abstract

【課題】断熱箱体の使用時は断熱箱体の断熱性能を長期に亘って維持でき、使用済み断熱箱体の廃棄時は断熱箱体から、真空断熱材を回収し易い断熱箱体を提供する。
【解決手段】芯材と水分吸着剤と気体吸着デバイスとをガスバリア性のラミネートフィルム内に減圧密封してなる真空断熱材１０を、外箱２の内面に接着剤で接着して、外箱２と内箱３とで形成される空間にウレタン発泡断熱材４を充填した断熱箱体１であり、接着剤は、外箱２における真空断熱材１０を接着する接着面と真空断熱材１０の芯材部の縁から所定幅以上離れた真空断熱材１０の中央部とが接着されず、外箱２における真空断熱材１０を接着する接着面と真空断熱材１０の中央部との隙間にウレタン発泡断熱材４が入り込まないように、真空断熱材１０の芯材部の縁に沿って真空断熱材１０の外周部を重点的に接着している。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空断熱材とウレタン発泡断熱材とを、外箱と内箱との間に有する断熱箱体に関するものである。

近年、省エネ技術に注目が集まり、真空断熱材を搭載した冷蔵庫や自動販売機等様々な製品が発売され、好評を得ている。この真空断熱材は、グラスウール等の芯材と吸着剤とをガスバリア性の外被材内に減圧密封したものであり、従来のウレタンフォームと比較して、約２０倍の断熱性能を有するため、外形寸法の割に庫内容積が大きいといった冷蔵庫の顧客要望を満たしつつ省エネを図ることができる有力な手段として注目されている。

しかしながら、真空断熱材を搭載した冷蔵庫のリサイクルには、まだまだ課題がある。真空断熱材は、グラスウール等の多孔質の芯材を吸着剤と共に、袋状のアルミラミネートフィルム内に挿入して、減圧密封したものが主流であるため、従来の冷蔵庫リサイクルシステムと同様に、冷蔵庫の断熱箱体をそのまま破砕すると、破砕後にウレタンフォームとグラスウールが混合してしまい、ウレタンの固形化が困難になり、ウレタンの再資源化が難しくなる。

よって、好ましい真空断熱材搭載冷蔵庫のリサイクル方法としては、破砕前に真空断熱材を取り出す必要がある。

そこで、冷蔵庫における真空断熱材の脱着を容易にする方法として、発泡断熱材と密着しない所に、しかも外部より容易に脱着できるところに真空断熱材を適用することで、真空断熱材単体でのサービス交換を容易にし、従来同様断熱材の薄壁化による内容積向上に貢献できることができる冷蔵庫が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３８１１９６３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、冷蔵庫からの真空断熱材の取り外しは容易となるが、真空断熱材がウレタン発泡断熱材中に埋設されている場合と比較し、外箱または内箱の形状が複雑になって、冷蔵庫本体を構成する断熱箱体の製造コストが増加したり、冷蔵庫本体を構成する断熱箱体の強度が低下したり、真空断熱材内にガスが侵入しやすくなって、真空断熱材の断熱性能の劣化が早まり、断熱性能の悪化による省エネ性能の悪化、消費電力量増加による炭酸ガス排出量アップなど環境面の悪化に繋がる課題を有していた。

また、グラスウールからなる芯材を使用する場合、ソーダ石灰等のアルカリ酸化物を含むガラス表面と経時的に侵入する水との接触により、ガラス表面からのアルカリイオンの選択的な溶出がおこり、表面にＳｉ−ＯＨに富む層が形成され、アルカリイオン溶出によって水中の水酸基濃度が増し、ＰＨが９以上になると、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの切断が起こり、劣化が促進される可能性がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、グラスウールからなる芯材を使用して断熱箱体を形成した場合であっても、使用期間中に侵入する気体や水分による劣化を抑制し
、一定期間使用後においても、リサイクル性を向上させることを目的とする。
の使用時は、断熱箱体の断熱性能を長期に亘って維持でき、使用済み断熱箱体の廃棄時は、断熱箱体から真空断熱材を回収、真空断熱材からグラスウールからなる芯材を取り出す際、グラスウールが気体吸着デバイスにより、使用期間中に侵入する水分を吸着するため、水分による風化、劣化が小さく、初期性能を維持した状態で、再利用が可能となる。

また、断熱箱体から真空断熱材を回収し易い断熱箱体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、本発明の冷蔵庫は、外箱と内箱とで形成される空間に真空断熱材と発泡断熱材とを備えた断熱箱体を有し、前記真空断熱材は、外被材で覆われた空間内に、少なくとも芯材と水分吸着剤とを内包して減圧密封した真空断熱材であり、前記断熱箱体は複数の真空断熱材を備え、前記複数の真空断熱材の中で、少なくとも最も面積の大きい真空断熱材は、気体吸着物質を有する気体吸着デバイスを内包しているものである。

これによって、使用済み冷蔵庫の廃棄時、断熱箱体から真空断熱材を回収、真空断熱材からグラスウールからなる芯材を取り出す際、グラスウールが気体吸着デバイスにより、使用期間中に侵入する水分を吸着するため、水分による風化、劣化が小さく、初期性能を維持した状態で、再利用が可能となり、かつ、断熱箱体から真空断熱材を回収し易い断熱箱体を提供することができる。

本発明は、使用済み断熱箱体の廃棄時は、断熱箱体から真空断熱材を回収した状態で、水分による風化、劣化が小さく、初期性能を維持した状態で、再利用が可能となり、環境負荷が小さく、省資源化を図った冷蔵庫を提供することができる。

本発明の実施の形態１における断熱箱体の正面図本発明の実施の形態１における断熱箱体の横断面図本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図本発明の実施の形態１における真空断熱材を接着剤側から見た平面図本発明の実施の形態１における平衡圧の違いにおける水分吸着量を示した図

第１の発明は、外箱と内箱とで形成される空間に真空断熱材と発泡断熱材とを備えた断熱箱体を有し、前記真空断熱材は、外被材で覆われた空間内に、少なくとも芯材と水分吸着剤とを内包して減圧密封した真空断熱材であり、前記断熱箱体は複数の真空断熱材を備え、前記複数の真空断熱材の中で、少なくとも最も面積の大きい真空断熱材は、気体吸着物質を有する気体吸着デバイスを内包しているものである。

これによって、真空断熱材は、芯材と共に水分吸着剤と気体吸着デバイスを減圧密封しているので、外部から侵入する空気や水分を、水分吸着剤と気体吸着デバイスで吸着し、高水吸着平衡圧域において、気体吸着デバイスが水分を吸着して劣化するのを水分吸着剤で抑えて、低水吸着平衡圧域の微量水分を長期に亘って吸着し、減圧状態を維持でき、真空断熱材の高い断熱性能を長期に亘って維持できる。

また、外箱と内箱とで形成される空間内に真空断熱材が配置され、外箱と内箱とで形成される空間の真空断熱材以外の空間はウレタン発泡断熱材が充填されているので、外箱と内箱とで形成される空間の外に真空断熱材を配置する場合と比較して、真空断熱材内に空
気や水分が侵入し難く、真空断熱材内に空気や水分が侵入することによる真空断熱材の内圧の増加と、その内圧増加による真空断熱材の断熱性能の悪化が発生しにくい。

また、使用期間中の真空断熱材の乾燥状態が維持されているので、グラスウールからなる芯材の風化が抑制されるため、廃棄時に取り出した芯材の性能劣化が小さく、真空断熱材への再利用が容易となる。

第２の発明は、前記気体吸着デバイスは、粉末状の前記気体吸着物質を収納する収納容器を有し、前記収納容器と前記芯材とは接着剤を介することなく減圧密封のみによって保持されているものである。

これによって、グラスウールと気体吸着物質とが接着剤等を介して接着されておらず、外皮材内部に接着剤を用いずに減圧密封することで、グラスウールを不純物なしに取出すことができ、より断熱性能を維持したグラスウールを用いた再利用を行うことが可能となる。

第３の発明は、前記真空断熱材は、前記外箱もしくは前記内箱に接着剤によって接着されるものであって、前記接着剤は、前記外箱または前記内箱における前記真空断熱材を接着する接着面と前記真空断熱材の芯材部の縁から所定幅以上離れた前記真空断熱材の中央部とが接着されず前記接着面と前記真空断熱材の中央部との隙間に前記ウレタン発泡断熱材が入り込まないように前記真空断熱材の芯材部の縁に沿って前記真空断熱材の外周部を重点的に接着しているものである。

これによって、真空断熱材を外箱と内箱との中間でウレタン発泡断熱材に埋没させている場合や、真空断熱材の芯材部の片面をほぼ全面を接着剤で外箱の内面または内箱の外面に接着している場合と比べて、真空断熱材を破損せずに回収し易いので、使用済み断熱箱体の廃棄時は断熱箱体から真空断熱材を回収し易く、リサイクル性を向上させた断熱箱体を提供することができる
第４の発明は、特に、第３の発明の接着剤に、熱膨張型接着剤を用いたものであり、熱膨張型接着剤は、高温で膨張して接着力が失われた後に常温冷却しても、その膨張状態が維持されるため、常温で容易に外箱、又は内箱などの被着体と分離することができる。

以下、本発明の断熱箱体の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における断熱箱体の正面図であり、図２は、本発明の実施の形態１における断熱箱体の横断面図であり、図３は、同実施の形態の断熱箱体に用いた真空断熱材のヒレ折り前の断面図であり、図４は、同実施の形態の断熱箱体に用いたヒレ折り後の真空断熱材を接着剤側から見た平面図であり、図５は平衡圧の違いにおける水分吸着量を示した図である。

図１から図４に示すように、本実施の形態の冷蔵庫は、前方に開口する金属製（例えば鉄板）の外箱２と硬質樹脂製（例えばＡＢＳ）の内箱３と、外箱２と内箱３の間に発泡充填された硬質ウレタンフォームからなる発泡断熱材４で形成された断熱箱体で、この断熱箱体１の上部に設けられた冷蔵室２０と、冷蔵室２０の下に設けられた上段冷凍室２１と、冷蔵室２０の下で上段冷凍室２１に並列に設けられた製氷室２２と、本体下部に設けられた野菜室２３と、並列に設置された上段冷凍室２１及び製氷室２２と野菜室２３の間に設けられた下段冷凍室２４で構成されている。

冷蔵室２０は回転式の扉５を備え、回転式の扉５は、片開きで冷蔵室２０を開閉自在に閉塞している。
また、上段冷凍室２１と製氷室２２と下段冷凍室２４と野菜室２３の前面部はそれぞれに対応した引き出し式の扉により開閉自由に閉塞される
断熱箱体１は、複数の真空断熱材１０を備えている。

真空断熱材１０は、少なくともガラス繊維からなる芯材８と酸化カルシウムからなる水分吸着剤６とガスバリア性の２枚のラミネートフィルムからなる外被材９内に減圧密封して構成されている。

断熱箱体１に備えられた真空断熱材の中でも、少なくとも最も面積の大きい真空断熱材１０には、銅イオン交換したＺＳＭ−５型ゼオライトを用いた気体吸着デバイス７を内包しガスバリア性の２枚のラミネートフィルム９内に減圧密封してなる真空断熱材１０としている。

気体吸着デバイス７は、粉末状のＺＳＭ−５型ゼオライトを用いた気体吸着物質を金属製の収納容器１２内に密封して形成している。

この気体吸着デバイス７を芯材とともに外被材９内に減圧密封した後で、外力による破壊等の何らかの方法によって、収納容器１２に貫通孔を開けることで、収納容器１２内部と外被材９内とを連通させている。

断熱箱体１は、真空断熱材１０を鋼板からなる外箱２の内面に接着剤１１で接着した上で、外箱２とＡＢＳなどの樹脂からなる内箱３とで形成される空間にシクロペンタンを発泡剤として適用したウレタン発泡断熱材４を充填している。

そして、接着剤１１は、外箱２における真空断熱材１０を接着する接着面と真空断熱材１０の芯材部（両面のラミネートフィルム９間に芯材８がある部分）の縁から所定幅以上離れた真空断熱材１０の中央部とが接着されず、外箱２における真空断熱材１０を接着する接着面と真空断熱材１０の中央部との隙間にウレタン発泡断熱材４が入り込まないように、真空断熱材１０の芯材部の縁に沿って真空断熱材１０の外周部を重点的に接着している。

また、本願で用いたＺＳＭ−５型ゼオライトは、窒素吸着性能が高いことに加え、水分吸着性能も高いことが特徴である。

図５に本実施の形態で用いたＺＳＭ−５型ゼオライトと他の水分吸着剤との水分吸着量の比較を示す。

図５は、大気圧とされる１３２００Ｐａよりも減圧状態での水分吸着量を示している。この中で、３０００Ｐａでの吸着量は活性炭が大きく７３５ｃｃ／ｇであり、２０００Ｐａまで減圧した状態であっても５００ｃｃ／ｇを上回る高い水分吸着量であることがわかる。一方で、本願発明で気体吸着物質として用いたＺＳＭ−５型ゼオライトは、２０００Ｐａ以上の減圧状態では、活性炭を大きく下回るが、１０００Ｐａ以下の真空度が高くなっている平衡圧においては、１００ｃｃ／ｇを上回り、さらに５００Ｐａであっても、同様の１００ｃｃ／ｇの水分吸着量を維持している。

なお、図５の表で用いたＺＳＭ−５型ゼオライトは、銅１価サイトの割合が、６０％以上であり、銅１価サイトのうち、酸素３配位の銅１価サイトは、７０％以上のものである。

一般に冷蔵庫に適用される真空断熱材は１０年間使用した後であっても平衡圧は５００Ｐａ以下であり、実製品においては、使用期間１０年間を経た後であっても、１００Ｐａ以下といった水吸着平衡圧に芯材の乾燥状態が維持されているような高性能の真空断熱材を用いている。

よって、高い真空度を有する冷蔵庫の真空断熱材においては、本実施の形態のＺＳＭ−５型ゼオライトを用いることで、高い真空度の平衡圧であっても、空気の中で大部分を占める窒素に加え、空気中に含まれる水分を吸着することが可能となる。

また、仮に、何らかの外乱影響を受けた場合であっても２００Ｐａ以下の水吸着平衡圧に芯材の乾燥状態が維持されることが望ましく、その場合には、グラスウールの風化の影響をほとんど受けず、初期の性能を維持することが可能となる。

上記構成において、真空断熱材１０は、芯材８と共に水分吸着剤６と気体吸着デバイス７を減圧密封しているので、外部から侵入する空気や水分を、水分吸着剤６と気体吸着デバイス７で吸着し、気体吸着デバイス７が水分を吸着して劣化するのを水分吸着剤６で抑えて、長期に亘って減圧状態を維持でき、真空断熱材１０の高い断熱性能を長期に亘って維持できる。

また、外箱２と内箱３とで形成される空間内に真空断熱材１０が配置され、外箱２と内箱３とで形成される空間の真空断熱材１０以外の空間はウレタン発泡断熱材４が充填されているので、外箱２と内箱３とで形成される空間の外に真空断熱材１０を配置する場合と比較して、真空断熱材１０内に空気や水分が侵入し難く、真空断熱材１０内に空気や水分が侵入することによる真空断熱材１０の内圧の増加と、その内圧増加による真空断熱材１０の断熱性能の悪化が発生しにくい。

上記のように、真空断熱材１０は、芯材と共に水分吸着剤とＺＳＭ−５型ゼオライトを用いた気体吸着デバイスを減圧密封しているので、外部から侵入する空気や水分を、水分吸着剤に加え、気体吸着デバイスで吸着し、高水吸着平衡圧域において、気体吸着デバイスが水分を吸着して劣化するのを水分吸着剤で抑えて、低水吸着平衡圧域の微量水分を長期に亘って吸着し、減圧状態を維持でき、真空断熱材の高い断熱性能を長期に亘って維持できる。

これによって、使用期間中の真空断熱材の乾燥状態が維持されているので、グラスウールからなる芯材の風化が抑制されるため、廃棄時に取り出した芯材の性能劣化が小さく、真空断熱材への再利用が容易となる。

さらに、真空断熱材は、外箱２の内面または内箱３の外面に接着剤１１で接着され、接着剤１１は、外箱２または内箱３における真空断熱材１０を接着する接着面と真空断熱材１０の芯材部（両面のラミネートフィルム間に芯材がある部分）の縁から所定幅以上離れた真空断熱材の中央部とが接着されず接着面と真空断熱材の中央部との隙間にウレタンの発泡断熱材４が入り込まないように真空断熱材１０の芯材部の縁に沿って真空断熱材１０の外周部を重点的に接着しているので、真空断熱材１０を外箱と内箱との中間でウレタン発泡断熱材４に埋没させている場合や、真空断熱材１０の芯材部の片面をほぼ全面を接着剤で外箱の内面または内箱の外面に接着している場合と比べて、真空断熱材を破損せずに回収し易い。

さらに、真空断熱材の芯材であるグラスウールは空気の進入により、風化が促進されることがわかっている。この際に、芯材の体積が小さく、面積が小さい真空断熱材よりも芯
材の体積が大きく、大きい面積の真空断熱材の方が、空気進入による内圧の上昇が少ない。すなわち、真空断熱材１０の経年劣化が生じにくいが、本実施の形態では最も面積の大きい真空断熱材１０に気体吸着物質７を備えることで、さらにグラスウールの風化を防ぐことができ、１０年間といった長期間使用した後に、リサイクルする場合においても、風化が抑制され、より断熱性能を維持したグラスウールを用いて再利用を行うことが可能となるので、リサイクル性が向上する。

また、リサイクルを行う場合に、本実施の形態のようにグラスウールと気体吸着物質とが接着剤等を介して接着されておらず、外皮材内部に接着剤を用いずに減圧密封することで、グラスウールを不純物なしに取出すことができ、より断熱性能を維持したグラスウールを用いた再利用を行うことが可能となる。

さらに、外被材を破断して内部のグラスウールのみを再利用する場合には、同じ外被材を破断する工数であっても、より多くの芯材を取出すことができ、よりリサイクル効率を高めることが可能となる。

したがって、この真空断熱材１０を有する断熱箱体１の断熱性能を長期に亘って維持できる。

また、真空断熱材１０は、外箱２の内面に接着剤１１で接着され、接着剤１１は、外箱２における真空断熱材１０を接着する接着面と真空断熱材１０の芯材部の縁から所定幅以上離れた真空断熱材１０の中央部とが接着されず外箱２における真空断熱材１０を接着する接着面と真空断熱材１０の中央部との隙間にウレタン発泡断熱材４が入り込まないように真空断熱材１０の芯材部の縁に沿って真空断熱材１０の外周部を重点的に接着しているので、真空断熱材１０を外箱２と内箱３との中間でウレタン発泡断熱材４に埋没させている場合や、真空断熱材１０の芯材部の片面をほぼ全面を接着剤１１で外箱２の内面または内箱３の外面に接着している場合と比べて、真空断熱材１０を破損せずに回収し易い。

本実施の形態では、接着剤１１には、ホットメルト接着剤又は、熱膨張型接着剤を適用する。

ホットメルト接着剤としては、例えば旭化学合成株式会社製ＡＺ７７８５を用いることができる。その他、ウレタン系、ＥＶＡ系のホットメルトを適用しても良いが、真空断熱材１０に塗布してから外箱２への貼り付けまでの時間が異なる。本接着剤は、真空断熱材１０に塗布後、離型紙などで覆うことにより、初期の接着性を維持することができる。

接着剤１１は、点状、または、点状と線状の組み合わせで塗布し、真空断熱材１０を外箱２又は内箱３に貼り付け後、ウレタン発泡断熱材４の充填発泡形成までの間、真空断熱材１０を仮固定するものである。

外箱２における真空断熱材１０を接着する接着面と真空断熱材１０の中央部との隙間にウレタン発泡断熱材４が入り込まないようにすることにより、断熱箱体１の外箱２の外観変形を抑制できる。また、接着剤１１の塗布量を必要最低限としているため、外箱２又は内箱３との離型が容易となり、真空断熱材１０を破袋することなく、取り出すことができる。接着剤１１の塗布面積は、真空断熱材１０の片面の芯材部の表面積の１０％以下の範囲とする。

ラミネートフィルム９は、最内層の熱溶着層として、厚み５０μｍの直鎖低密度ポリエチレンフィルムを、中間層のガスバリア層として、厚み６μｍのアルミニウム箔を、また最外層の表面保護層として、厚み１５μｍと２５μｍのナイロンフィルム２層を積層して
なる。

ガスバリア層は、アルミ蒸着フィルムを適用しても良く、また、アルミ蒸着フィルムとアルミニウム箔を組み合わせて適用しても良い。

本実施の形態の断熱箱体１の真空断熱材１０は、長期に亘って減圧状態を維持でき、真空断熱材１０の高い断熱性能を長期に亘って維持できるので、使用済みの断熱箱体１から取り出した真空断熱材１０の性能に問題がなければ、そのまま再利用することができる。

接着剤１１に、熱膨張型接着剤を適用した場合は、熱膨張型接着剤は、高温で膨張して接着力が失われた後に常温冷却しても、その膨張状態が維持されるため、常温で容易に外箱２、又は内箱３などの被着体と分離することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、断熱箱体１の使用時は断熱箱体１の断熱性能を長期に亘って維持でき、使用済み断熱箱体１の廃棄時は断熱箱体１から真空断熱材１０を回収し易い断熱箱体１を提供することができる。

なお、本実施の形態では、真空断熱材１０を、外箱２の内面に接着したが、内箱３の外面に接着しても構わない。

本発明の断熱箱体は、断熱箱体の使用時は断熱箱体の断熱性能を長期に亘って維持でき、使用済み断熱箱体の廃棄時は断熱箱体から真空断熱材を回収し易いので、冷蔵庫や自動販売機、給湯容器、建造物用断熱材、自動車用断熱材、保冷・保温ボックス等のような用途にも適用できる。

１断熱箱体
２外箱
３内箱
４発泡断熱材
６水分吸着剤
７気体吸着デバイス
８芯材
９外被材
１０真空断熱材
１１接着剤

Claims

外箱と内箱とで形成される空間に真空断熱材と発泡断熱材とを備えた断熱箱体を有し、前記真空断熱材は、外被材で覆われた空間内に、少なくとも芯材と水分吸着剤とを内包して減圧密封した真空断熱材であり、前記断熱箱体は複数の真空断熱材を備え、前記複数の真空断熱材の中で、少なくとも最も面積の大きい真空断熱材は、気体吸着物質を有する気体吸着デバイスを内包していることを特徴とする冷蔵庫。
前記気体吸着デバイスは、粉末状の前記気体吸着物質を収納する収納容器を有し、前記収納容器と前記芯材とは接着剤を介することなく減圧密封のみによって保持されていることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
前記真空断熱材は、前記外箱もしくは前記内箱に接着剤によって接着されるものであって、前記接着剤は、前記外箱または前記内箱における前記真空断熱材を接着する接着面と前記真空断熱材の芯材部の縁から所定幅以上離れた前記真空断熱材の中央部とが接着されず前記接着面と前記真空断熱材の中央部との隙間に前記ウレタン発泡断熱材が入り込まないように前記真空断熱材の芯材部の縁に沿って前記真空断熱材の外周部を重点的に接着していることを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
前記接着剤は熱膨張型接着剤であることを特徴とする請求項３に記載の冷蔵庫。