JP2014119079A - 真空断熱材及び真空断熱材を用いた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲あるいは湾曲し易い真空断熱材を提供する。また、屈曲あるいは湾曲し易い真空断熱材を用いることで、真空断熱材の貼付面の密着性を向上して熱漏洩を低減した冷蔵庫を提供する。
【解決手段】繊維集合体の芯材５１と、芯材５１を覆う外被材５３と、を有する真空断熱材５０であって、繊維集合体の引張強度が６．１Ｎ以下であり、平均繊維長さが７〜１８ｃｍである。また、外箱２１と内箱２２との間に真空断熱材５０と発泡断熱材２３とを配置した冷蔵庫１において、真空断熱材５０は繊維集合体の引張強度が６．１Ｎ以下であり、平均繊維長さが７〜１８ｃｍである、少なくとも外箱２１又は内箱２２に沿う曲げ形状を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、真空断熱材及び真空断熱材を用いた冷蔵庫に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００９−０２４９２１号公報（特許文献１）がある。この公報には、「冷蔵庫において、真空断熱材を立体形状に曲げて放熱パイプと制御基板，電源基板等の電気部品に跨って配置すること」が記載されている（要約欄）。

特開２００９−０２４９２１号公報

しかしながら、特許文献１記載の構成では、平板状の真空断熱材を部分的に屈曲若しくは湾曲させた場合、元の平板形状に戻ろうとするスプリングバックを抑制する必要があり、屈曲若しくは湾曲の範囲が限定的になる場合があった。

そこで本発明は、屈曲あるいは湾曲し易い真空断熱材を提供することを目的とする。また、屈曲あるいは湾曲し易い真空断熱材を用いることで、真空断熱材の貼付面の密着性を向上して熱漏洩を低減した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、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、繊維集合体の芯材と、前記芯材を覆う外被材と、を有する真空断熱材であって、芯材に用いられる繊維集合体は短繊維であり、前記繊維集合体の引張強度が６．１Ｎ以下である。また、繊維集合体にはガラス繊維を用いる。

本発明によれば、屈曲あるいは湾曲し易い真空断熱材を提供することができる。また、屈曲あるいは湾曲し易い真空断熱材を用いることで、真空断熱材の貼付面の密着性を向上して熱漏洩を低減した冷蔵庫を提供することができる。

本発明の実施例１に係る冷蔵庫の正面図である 図１のＡ−Ａ断面図である 本発明の実施例に係る真空断熱材の外観図正面図である 図３のＢ−Ｂ断面図である 本発明の実施例に係る真空断熱材を曲げた状態の一例を示す縦断面図である 本発明の実施例１乃至４、及び比較例１乃至３を示す比較表図である

以下、本発明の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。まず、図１は、本発明の実施例１に係る冷蔵庫の正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態の冷蔵庫１は、図２に示すように、上から冷蔵室２、下段冷凍室４、野菜室５を有している。また、冷蔵室２と下段冷凍室４の間には、左右に製氷室３ａと上段冷凍室３ｂを有している。冷蔵室２、製氷室３ａ、上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４、及び野菜室５は、それぞれの前面開口を閉塞する扉を備えている。すなわち、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、及び野菜室扉９を配置する。冷蔵室扉６ａ、６ｂは、ヒンジ１０等を中心に回動する回転式のフレンチ扉である。製氷室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、及び野菜室扉９は、引き出し式の扉であり、各扉を引き出すと、各貯蔵室を構成する容器が扉と共に引き出される。各扉には、冷蔵庫本体１ａと密閉するためのパッキン等のシール部材１１を備え、一例として、各扉の貯蔵室内側外周縁に取り付けられている。

冷蔵室２と、製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間を上下に区画断熱するために、仕切断熱壁１２を配置している。この仕切断熱壁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）、及び真空断熱材を、それぞれ単独又は複数組み合わせて構成されている。一例として、本実施形態では、発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０ｃで構成されているが、硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材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５０ｃに限定するものではない。

製氷室３ａ、上段冷凍室３ｂ、及び下段冷凍室４の間は、上下左右で温度帯が同じであるため、区画断熱する仕切断熱壁ではなく、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、上下に区画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、スチロフォーム、発泡断熱材（硬質ウレタンフォーム）、及び真空断熱材を、それぞれ単独又は複数組み合わせて構成されている。一例として、本実施形態では、発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０ｃで構成されているが、硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材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５０ｃに限定するものではない。

本実施形態では、冷蔵、冷凍等のように、貯蔵温度帯の異なる貯蔵室間の仕切りには、仕切断熱壁を設置して、同様の温度帯の貯蔵室間の仕切りには、仕切り部材を設置している。

本実施形態では、冷蔵庫本体１ａを構成する箱体２０内に、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。公知の冷蔵庫の形態に基づき、上下方向や左右方向に配置や貯蔵容量等、レイアウトを適宜変更可能である。

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、特に限定するものではない。

箱体２０は、外箱２１と内箱２２とを備え、外箱２１と内箱２２とによって形成される空間に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。外箱２１は、鋼板製であり、内箱２２は樹脂製である。この外箱２１と内箱２２の間の空間に真空断熱材５０を配置し、真空断熱材５０以外の空間には硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填してある。真空断熱材５０については図３で説明する。なお、本実施形態では、真空断熱材５０の配置箇所を特定するために、符号ａ乃至ｄを付して説明する。

冷蔵庫１の各貯蔵室を所定の温度に冷却するために冷凍室３ａ、４の背側には冷却器２８が備えられている。この冷却器２８と圧縮機３０と凝縮機３１、キャピラリーチューブ（図示せず）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にて熱交換した冷気を冷蔵庫１の各貯蔵室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、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が形成されている。さらに、凹部４１の上方には、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の上面２１ａ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２１の上面２１ａよりも突出する場合は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間の発泡断熱材２３の厚さが薄くなってしまう。このため、凹部４０の発泡断熱材２３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。本実施例では、真空断熱材５０ａを冷蔵室２内の庫内灯ケース（図示せず）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。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の背面下部には、外箱２１の底面２１ｄを折り曲げて形成された空間に、圧縮機３０や凝縮機３１が配置されている。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、外箱２１の底面２１ｄ又は底面２１ｄの内箱２２側への投影面に真空断熱材５０ｄを配置している。

また、箱体２０の後面２１ｂ内面には、真空断熱材５０ｂを配置している。

次に、真空断熱材５０について、図３、図４を用いてその構成を説明する。図３は、本発明の実施例に係る真空断熱材の外観図正面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。真空断熱材５０は、芯材５１と、吸着剤５５と、吸着剤５５を内材させた芯材５１を圧縮状態に保持するための内包材５２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、で構成している。なお、内包材５２は必ずしも必要ではなく、芯材５１を外被材５３で覆う構成としてもよい。

外被材５３は、真空断熱材５０の両面に配置され、同じ大きさのラミネートフィルムの稜線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。

本実施例において、芯材５１はバインダ等で接着や結着していない繊維集合体の積層体として平均繊維径４μｍのグラスウールを用いた。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が少なくなる。

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、第一ガスバリヤ層、第二ガスバリヤ層、熱溶着層の４層構成からなるラミネートフィルムとしている。表面保護層は保護材の役割を持つ樹脂フィルムとし、第一ガスバリヤ層は樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、第二ガスバリヤ層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、第一ガスバリヤ層と第二ガスバリヤ層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、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、第一ガスバリヤ層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、第二ガスバリヤ層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、第一ガスバリヤ層の保護材であるが、真空断熱材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、第二ガスバリヤ層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っている。

尚、各フィルムのラミネート（貼り合せ）は、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に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よい。

本発明の実施例１について、図１から図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施例に係る真空断熱材を曲げた状態の一例を示す縦断面図である。図６は、本発明の実施例１乃至４、及び比較例１乃至３を示す比較表図である。

真空断熱材５０に用いる芯材５１は、繊維集合体のグラスウールを用いている。グラスウールは、バインダを用いることなく、柔軟性と、所定の圧縮荷重に対する反発力を有する状態のまま、内包材５２となる高密度ポリエチレンに包まれて脱気される。芯材５１を含む内包材５２は外被材５３に挿入されて、真空包装することで真空断熱材５０を形成している。なお、実施例２から実施例４についても、実施例１と同様の構成の真空断熱材を採用する。

グラスウールにバインダを用いることで、取扱い性が容易になるが、バインダでグラスウールの繊維同士を結合させることで硬度が高くなる。この真空断熱材５０を成形するために曲げ加工を行うと、バインダで結着した繊維が割れて砕けてしまう。また、バインダを用いることで繊維同士が結合し硬度が高くなっていることから、曲げ成形をすることが困難である。

さらに、繊維が割れて砕けた部分では、熱伝導が高くなり、バインダの結合部から熱が伝わることで、真空断熱材５０としての性能が低下してしまう。そのため、グラスウールにバインダを用いない芯材５１を用いた真空断熱材５０とすることで、繊維同士が結合していないため、真空断熱材５０を成形するために曲げ加工をしても、真空断熱材５０内で繊維が移動しやすくなり、曲げ加工での応力も少なく、成形が容易となる。

実施例１では、真空断熱材５０の芯材５１となる繊維集合体として、平均繊維径を６．８μｍ、平均繊維長１８ｃｍの繊維集合体を用いた。すなわち、芯材５１に用いられる繊維集合体は短繊維である。

繊維径の測定方法は、繊維を紡糸して繊維集合体となったものを、顕微鏡で拡大し３０本の測定の平均値とした。本実施例においては、顕微鏡にて拡大測定を行った。なお、この測定方法の他にも、マイクロネア測定機によって、一定量の繊維に圧力をかけて通過する空気量から繊維径を測定する方法もある。

繊維長の測定は、繊維紡糸時に繊維化装置から繊維化された直後に治具を1秒間通過させ、採取した繊維を測定することで繊維長とした。繊維採取としては棒状の治具を用いて、繊維長さは治具から繊維先端までの距離の最短部と、最長部を各3箇所以上測定する。以上の測定により得られた繊維長さの平均値を平均繊維長とした。

また、本実施例においては、繊維採取治具としてφ５ｍｍ、先端形状がＬ字型の棒冶具を用いて採取を行った。

実施例１の繊維集合体において、引張強度を測定したところ４．３Ｎの測定結果が得られた。引張強度の測定方法においては、引張試験機を用いて評価を行った。繊維集合体のグラスウールを評価サンプルサイズの５０ｍｍ×２００ｍｍにカットし、目付量を１１５５ｇ／ｍ²となるものを用いた。このサンプルを引張試験機に引張間距離１００ｍｍとなるように上下５０ｍｍを引張試験機に装着し、引張速度を１５０ｍｍ/ｍｉｎで引張試験を行い、サンプルに負荷された最大引張強さを引張強度とした。引張試験機には、ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製のＡＵＴＯＧＲＡＰＦＨ、ＡＧ-Ｘ１０ｋＮを用いて試験をした。

次に、このサンプルを用いて作製した真空断熱材において、曲げ強度を確認した。曲げ強度の測定方法においては、真空断熱材の寸法として、幅２８５ｍｍ、長さ４８５ｍｍ、厚さ１５ｍｍの真空断熱材を、支点間距離２１０ｍｍの冶具で支える。支点間距離の中央に１０ｍｍ/ｍｉｎで圧力を加え、押し込み深さを２５ｍｍとしたときの最大圧力を曲げ強度とした。この曲げ試験から得られた試験結果は、２．６ＭＰａとなった。

曲げ強度の圧力は２．６ＭＰａと小さいことから、曲げ用の治具を用いなくても真空断熱材５０を曲げ加工することが可能である。

また、本実施例においては、引張強度の低い繊維集合体を用いることで、真空断熱材内の繊維が移動し易い。このことから、真空断熱材５０に曲部５４を成形加工することも容易である（図５参照）。

また、屈曲や湾曲に成形を行う際、本実施形態の真空断熱材５０は曲げ易くなるとともに、表面の凹凸を低減でき平滑度を高めることができる。

曲がり形状の他にも段付き形状とすることも可能である。段付き形状とするためには、ローラによる圧縮や、プレスによる段付き形状加工がある。本実施形態の真空断熱材５０は、引張強度が小さく、曲げ強度が小さいことで、真空断熱材５０内の繊維が移動し易い。このことから、ローラやプレス加工による段付き形状の加工も容易に行うことができ、段付き部のグラスウール繊維の割れや破断を防止できる。グラスウール繊維の割れや破断を防止できることから、真空断熱材５０としての断熱性能を低下させることなく、曲げ形状を有することができる。

図６に示すように、実施例２の真空断熱材５０は、平均繊維径を６．２μｍ、平均繊維長を７ｃｍとした繊維集合体のグラスウールを用いたものである。なお、平均繊維径、平均繊維長、引張強度、及び曲げ強度の測定方法は、実施例１記載の方法と同様である。

本実施例では、実施例１よりも平均繊維径を細くし、平均繊維長を短くすることで、グラスウールの引張強度を２．１Ｎと小さくすることができる。これは、平均繊維長を短くすることで、引張強度が小さくなったためである。これにより、曲げ強度は１．２ＭＰａとなり曲げ性の良い真空断熱材５０を得ることができる。

また、取扱い性に関して、グラスウールを真空断熱材５０とする規定寸法にカットする工程や、グラスウールを搬送する工程、外被材５３に挿入する工程において、本実施例の芯材５１の引張強度は小さいことから、繊維が裂けてしまうことがある。そこで、本実施例はグラスウールを規定寸法にカット直後に内包材５２でグラスウールを包むことで、繊維が裂けるのを防止した状態で搬送することができる。これにより、曲げ性の良い真空断熱材５０を得ることができる。

図６に示すように、実施例３の真空断熱材５０は、繊維径を６．０μｍ、繊維長を７ｃｍとし、実施例２よりも繊維径を細くした繊維集合体のグラスウールを用いたものである。なお、平均繊維径、平均繊維長、引張強度、及び曲げ強度の測定方法は、実施例１記載の方法と同様である。

本実施例のグラスウールの引張強度は、２．０Ｎとなり、曲げ強度は１．３ＭＰａとなる。これにより、繊維径を細くしたことによる引張強度と曲げ強度の差はほとんど無く、曲げ強度が低いことから、曲げ性の良い真空断熱材５０を得ることができる。

図６に示すように、実施例４の真空断熱材５０は、繊維径を３．７μｍ、繊維長を１８ｃｍとした繊維集合体のグラスウールを用いたものである。なお、平均繊維径、平均繊維長、引張強度、及び曲げ強度の測定方法は、実施例１記載の方法と同様である。

このグラスウール繊維の引張強度は６．１Ｎとなり、曲げ強度は４．５ＭＰａとなる。
実施例１よりも繊維径を細くすることで、繊維同士か絡み合い引張強度は高くなっている。すなわち、繊維同士が絡み合うことにより曲げ強度が高くなっている。引張強度、曲げ強度が高くなっているが、容易に屈曲や湾曲加工が可能であり、曲げ性の良い真空断熱材５０を得ることができる。また、製造工程においては引張強度が６．１Ｎであることから、製造時にグラスウールが繊維間で裂けることが抑制されて、取扱い性が良好である。

（比較例１）
図６に示すように、比較例１の真空断熱材は、繊維径を４．２μｍ、繊維長を２５ｃｍとした繊維集合体のグラスウールを用いたものである。なお、平均繊維径、平均繊維長、引張強度、及び曲げ強度の測定方法は、実施例１記載の方法と同様である。

このグラスウール繊維の引張強度は３０Ｎとなった。これは繊維長を長くしたことにより、繊維同士が絡み合い引張強度が高くなったためである。これにより、曲げ強度においても９．６ＭＰａと高い値となる。真空断熱材の曲げ強度が高くなったことから、曲げ加工しにくい真空断熱材となる。比較例１の真空断熱材は、バインダで結着していない芯材である繊維集合体であっても、曲げ性が低く、複雑な立体形状へ適用するための曲げ加工が十分にできない。

（比較例２）
図６に示すように、比較例２の真空断熱材は、平均繊維径を４．５μｍ、平均繊維長を２５ｃｍとした繊維集合体のグラスウールを用いたものである。なお、平均繊維径、平均繊維長、引張強度、及び曲げ強度の測定方法は、実施例１記載の方法と同様である。

この繊維集合体の引張強度は１９Ｎとなり、曲げ強度は７．７ＭＰａとなる。比較例１と比較すると繊維径を太くすることで、繊維同士の絡みが少なくなり、繊維集合体の引張強度が低く、曲げ強度も高くなった。比較例２の真空断熱材は、バインダで結着していない芯材である繊維集合体であっても、曲げ性が低く、複雑な立体形状へ適用するための曲げ加工が十分にできない。

（比較例３）
図６に示すように、比較例３の真空断熱材は、平均繊維径を３．５μｍ、平均繊維長を３５ｃｍとした繊維集合体を用いたものである。なお、平均繊維径、平均繊維長、引張強度、及び曲げ強度の測定方法は、実施例１記載の方法と同様である。

平均繊維長を３５ｃｍと長くすると繊維同士が絡み合い引張強度を強くすることができるが、平均繊維径が３．５μｍと細いことから、引張強度は結果として低くなり、砕けやすくなる。しかし、曲げ強度は１１．０ＭＰａと高くなった。比較例３の真空断熱材は、バインダで結着していない芯材である繊維集合体であっても、曲げ性が低く、複雑な立体形状へ適用するための曲げ加工が十分にできない。

１ 冷蔵庫
１ａ 冷蔵庫本体
２０ 箱体
２１ 外箱
２１ａ 上面
２１ｂ 後面
２１ｄ 底面
２１ｅ 側面
２２ 内箱
２３ 発泡断熱材
３３ 発泡ポリスチレン
５０ 真空断熱材
５１ 芯材
５２ 内包材
５３ 外被材
５４ 曲部
５５ 吸着剤

Claims (5)

1. 繊維集合体の芯材と、前記芯材を覆う外被材と、を有する真空断熱材であって、
   芯材に用いられる繊維集合体は短繊維であり、前記繊維集合体の引張強度が６．１Ｎ以下であることを特徴とする真空断熱材。
2. 請求項１記載の真空断熱材において、平均繊維長さは７〜１８ｃｍであることを特徴とした真空断熱材。
3. 請求項１又は２記載の真空断熱材において、前記繊維集合体の平均繊維径が３．７〜６．８μｍであることを特徴とする真空断熱材。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の真空断熱材において、前記繊維集合体にガラス繊維を用いることを特徴とする真空断熱材。
5. 外箱と内箱との間に真空断熱材と発泡断熱材とを配置した冷蔵庫において、前記真空断熱材は請求項１乃至４のいずれかに記載の構成であって、前記真空断熱材は少なくとも前記外箱又は前記内箱に沿う曲げ形状を有することを特徴とする冷蔵庫。