JP2015094442A - 真空断熱材およびそれを用いた機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】真空断熱材に用いる芯材中に残存するガスの対流による熱伝達を低減することで断熱性能を向上できる真空断熱材を提供する。【解決手段】真空断熱材1Aは、芯材2をガスバリア性を有する外包材3で包み、外包材3の内部空間を減圧して封止し、芯材2の内部に芯材よりガス透過性の低いセパレータ5を設けてあり、該セパレータは金属材を除く無機材又は有機材で形成される。芯材2は、グラスウール等の繊維集合体で形成され、外包材は、樹脂フィルムをベースとして形成され、表面保護層、ガスバリア層、および熱溶着層を積層して構成され、外包材3の内部空間にガス吸着剤4を配置し、セパレータ5は芯材2の中間位置に配置される。【選択図】図1

Description

本発明は、冷蔵庫等に使用する真空断熱材に係り、例えば、高い断熱性を有する真空断熱材と、それを用いた冷凍冷蔵庫、貯湯式給湯器等の機器に関する。
近年、地球環境保護の観点、また省エネルギー化の観点から家電製品や産業機器の断熱性向上が検討されている。機器を断熱する断熱材としては、樹脂フォームや有機、無機の繊維が用いられているが、断熱性を向上しようとした場合、断熱材の厚さを厚くする必要がある。断熱材の厚さが厚くなると機器全体の容積が増大し、容積を変更しない場合には部品等を実装できるスペースの割合が低くなってしまう等の課題が生じる。
このような課題を解決するために、樹脂フォームや無機繊維などより断熱性に優れる真空断熱材が提案されている。真空断熱材はガスバリア性を有する外包材を袋状にし、内部に繊維集合体からなる芯材およびガス吸着用のゲッター剤を入れ、袋内部を減圧した後、袋の端部を封止して作製する。従来の樹脂フォームや無機繊維等の断熱材と比較して、20から40倍の断熱性を持つことから、断熱材の厚さを薄くしても十分な断熱を行うことが可能であり、家庭用の冷凍冷蔵庫等の断熱として適用されている。
断熱材の伝熱は、固体と気体成分の熱伝導、輻射、対流熱伝達により引き起こされる。常温以下の温度領域での使用においては、輻射の寄与がほとんどないことから、固体成分の熱伝導を抑制することが重要となり、芯材に極細の無機繊維を用いた真空断熱材が開発されている。真空断熱材は内部を減圧して作製されるが、内部に残存した気体による対流熱伝達があると考えられる。また、低減された内部の圧力を保持し、断熱性能を保つためガス吸着剤を内包した真空断熱材の開発も進められている。
従来の真空断熱材として、芯材を積層フィルムからなる外被材で覆い、内部を減圧密閉してなるものがある。この真空断熱材は、芯材としてガラス短繊維からなる積層体等を用いる構造となっており、良好な断熱特性を示すものである(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−56922号公報
しかしながら、このような手法で作製した前記特許文献1に記載の真空断熱材の内部には、減圧によって除去しきれなかったガスが残存しており、残存したガスが芯材を構成する繊維で形成される空間中を対流する。ガス対流することで熱の伝達が発生し、断熱特性が悪化するという課題を有している。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、真空断熱材に用いる芯材中に残存するガスによる、芯材を構成する繊維で形成される空間内のガス対流を抑制し、対流による熱伝達を低減することで断熱性能を向上できる真空断熱材を提供することにある。また、断熱性能を向上した真空断熱材を用いた機器を提供することにある。
前記目的を達成すべく、本発明に係る真空断熱材は、芯材をガスバリア性を有する外包材で包み、該外包材の内部空間を減圧して封止し、前記芯材の内部に該芯材よりガス透過性の低いセパレータを設け、該セパレータは金属材を除く無機材又は有機材で形成されることを特徴とする。ガスバリア性とは気体を透過させにくい性質であり、ガス透過性が低いとは気体透過率の低いことである。
前記のごとく構成された本発明の真空断熱材は、外包材の内部空間を減圧しても残存する気体が存在するが、外包材の内部に残存する気体は芯材の内部に設けられたガス透過性の低いセパレータで対流することが抑制されると共に、セパレータは金属材を除く無機材又は有機材で形成され熱伝導が抑制されるため、ガス対流による熱の伝熱を防止でき、断熱特性を向上させることができる。
本発明の真空断熱材によれば、芯材の内部に残存するガスは、芯材の内部に設けられた金属材を除く無機材又は有機材で形成されるセパレータで対流が抑制され、ガス対流による熱の伝熱が防止され、断熱性を向上させることができる。
本発明に係る真空断熱材の第1の実施形態の断面を示す模式図。 本発明に係る真空断熱材の第2の実施形態の断面を示す模式図。 図1に示す真空断熱材を用いた冷凍冷蔵庫の断面を示す模式図。 図1に示す真空断熱材を用いたヒートポンプ給湯器の断面を示す模式図。 本発明に係る真空断熱材と従来の真空断熱材の断熱特性の比較を示す表図。 従来の真空断熱材の断面を示す模式図。
以下、本発明に係る真空断熱材の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は、真空断熱材の第1の実施形態の断面を示す模式図、図2は、第2の実施形態の断面を示す模式図である。
図1において、第1の実施形態に係る真空断熱材1は、繊維集合体からなる2層の芯材2,2をガスバリア性を有する外包材3で包み、外包材3の内部空間を減圧して封止したものであり、外包材3の内部空間にガス吸着剤4を配置している。そして、芯材2の内部に該芯材よりガス透過性の低いセパレータ5を設けたものである。セパレータ5は金属材を除く無機材又は有機材で形成される1枚の板であり、2層の芯材2,2の中間に位置している。この構成により、芯材2,2により形成される空間はセパレータ5で2つに分割され、真空断熱材1の外包材3中に残存したガスが、芯材2を構成する繊維で形成される空間内でガス対流を起こすのを抑制し、対流による熱伝達を低減することで真空断熱材1の断熱性能を向上することができる。この実施形態に係る真空断熱材1は全体の厚みが、15〜18mmに設定されることが好ましい。
図2において、第2の実施形態に係る真空断熱材1’は、繊維集合体からなる3層の芯材2,2…をガスバリア性を有する外包材3で包み、外包材3の内部空間を減圧して封止したものであり、外包材3の内部空間にガス吸着剤4を配置している。そして、芯材2の内部に該芯材よりガス透過性の低いセパレータ5を設けたものである。セパレータ5は金属材を除く無機材又は有機材で形成される2枚の板で構成され、3層の芯材2,2…の間に位置している。この構成により、芯材2,2…により形成される空間はセパレータ5で3つに分割され、真空断熱材1’の外包材3中に残存したガスが、芯材2を構成する繊維で形成される空間内でガス対流を起こすのを抑制し、対流による熱伝達を低減することで真空断熱材1’の断熱性能を向上することができる。この実施形態に係る真空断熱材1’は全体の厚みが、40mm程度に設定されることが好ましい。
芯材2として用いる繊維集合体に用いる繊維は、真空断熱材1,1’とした際にかかる大気の圧力に対抗するスペーサ材となれば良いが、特に高性能な真空断熱材を得る場合には、繊維用材料としてガラス繊維を用いたグラスウールとすると良い。ガラス繊維の形成方法としては、溶融遠心法、火炎法等を用いることが可能であるが、繊維径の均一性、未繊維化のガラス粒の混入を考慮すると溶融遠心法が特に好ましい。ガラス繊維の繊維径はマイクロネア繊度または走査型電子顕微鏡等により測定され、繊維径の平均値は人体への影響、工業的な生産性を考慮して10μm以下であることが望ましく、更には、平均繊維径で5μm以下であることがより好ましい。
前記、種々の方法で繊維化されたガラス繊維は、吸引機能つきのコンベア上に積層集綿されグラスウールマットとなる。グラスウールマットは所定の形状に切断され断熱材、真空断熱材用芯材となるが、ぞれぞれの用途に用いる前に熱プレスによる成形等の工程を加えて、形を整えることも可能である。
真空断熱材1,1’の芯材2を包む外包材3にはガスバリア性を有する、すなわちガス透過率の低い樹脂フィルムをベースとした外包材を使用する。外包材3は表面保護層、ガスバリア層、および熱溶着層を積層して構成することが好ましく、それぞれ1種類以上のフィルムを積層して用いることができる。表面保護層としては、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリアミドフィルム、ポリプロピレンフィルム等の延伸加工品、ガスバリア層としては、金属蒸着フィルム、無機質蒸着フィルム、金属箔等、熱溶着層としては、低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、無延伸ポリエチレンレテレフタレートフィルム、直鎖状低密度ポリエチレンフィルム等を用いることができる。
芯材2中に配置されるセパレータ5は、芯材2が2層の場合は肉厚の中間部に設置されることが好ましい。すなわち、芯材2の厚さの半分の位置にセパレータ5が設置され、芯材2が形成する空間を2等分すると好適である。また、セパレータ5は、芯材2が3層の場合は均等な間隔で設置されることが好ましい。すなわち、3枚の芯材2の厚さが均等になるように設置され、芯材2が形成する空間を3等分すると好適である。
セパレータ5は、芯材2が形成する空間内に残存するガスの移動を抑制できれば良く、そのため芯材2よりガス透過性の低い材料であれば良い。ガス透過性の低い材料としては、無機材として無機粒子の圧縮成形体等のものがあげられる。例えば、グラスウールを粉砕後、所定の形状に圧縮成形し作製することができる。微小なガラス粒子を成形し、ガス透過性の低い材料とすることができる。また、薄いガラス板を用いることも可能である。このように、セパレータ5は金属等と比較して熱伝導率の低い無機材から形成することが好ましく、芯材2内の熱伝導や熱の対流を抑制することができる。
このような、無機成分からなるセパレータ5の厚さは薄い方が好ましく、特に、真空断熱材1,1’の圧縮封止後の厚さに対して、一定の厚さを超えるとセパレータ自体が熱を伝搬する固体となるため薄いものであることが好ましい。さらに、セパレータ5としては、有機材として有機物をフィルム化したものを用いることもできる。
有機フィルムの種類としては、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリアミドフィルム、ポリプロピレンフィルム等の延伸フィルム、低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、無延伸ポリエチレンレテレフタレートフィルム、直鎖状低密度ポリエチレンフィルム等が挙げられる。さらには、これらの有機フィルム表面に金属蒸着、無機蒸着等の蒸着膜を形成したものを用いることもでき、蒸着膜を形成することによりガス透過性を非常に低いものとすることができる。このように、セパレータ5は金属等と比較して熱伝導率の低い有機材から形成することが好ましく、芯材2内の熱伝導や熱の対流を抑制することができる。
真空断熱材1,1’の外包材3の減圧封止後の残存ガスおよび水分を吸着する吸着剤としては、モレキュラーシーブス、シリカゲル、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、合成ゼオライト、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等のものを使用することができる。ガス吸着剤4は、図1の真空断熱材1では、外包材3中の下層の芯材2中に配置されているが上層の芯材中に配置してもよく、両方の芯材中に配置してもよい。
本実施形態に係る真空断熱材1,1’は、芯材2中に配置されたセパレータ5として金属材を除く無機材又は有機材で形成されるものとしたため、断熱性に優れた真空断熱材1,1’を形成することができた。セパレータの材質を、例えば厚さ0.5mm程度の金属板とした場合、真空断熱材の厚さ方向すなわち断熱方向に対して熱伝導の高い物質を配置することとなり、真空断熱材の断熱特性を悪化させてしまう。本発明では、セパレータ材質を粉体成形品などの無機材料、PETフィルム(金属蒸着品を含む)などの有機物としており、セパレータ自体の熱伝導は芯材に用いる無機繊維と同等かそれ以下となり、真空断熱材の熱伝導率を悪化させることはない。
以下、本発明による真空断熱材の実施例について図1の形態について詳細に説明する。なお、この実施例によって発明が限定されるものではない。
[実施例1]
実施例1の真空断熱材1Aは芯材として繊維集合体2を用いている。組成を調整したガラスを溶融炉で約1200℃の温度で溶融した後、金属製スピナーを用い遠心法で紡糸を行った。紡糸した繊維は吸引機構を有するコンベア上に目付けが1200g/mとなるように集めた。目付けとは、単位からわかるように集めた繊維を1mの大きさにした際の重量を規定したものである。また、紡糸した繊維の太さを調べるため、マイクロネア繊度を測定したところ、平均繊維径は4.9μmであった。作製したグラスウールを幅500mm×長さ1000mmの大きさに切断した。
切断したグラスウールを複数枚重ね、その中間にセパレータ5を配置した。セパレータ5はグラスウールを粉砕した粉末を圧縮成形により作製した無機材のシートで、厚さは0.5mmである。セパレータ5のガス透過性は、芯材2であるグラスウールのガス透過性を100として10であり、芯材2のガス透過率よりセパレータ5のガス透過率が低いものであった。次に、グラスウールを200℃の乾燥炉で30分間乾燥した後、ガス吸着剤4(ユニオン昭和製、モレキュラシーブス5A)を入れ、さらにグラスウール全体を3辺が封止された四辺形の袋状の外包材3中に入れ、外包材3の内部をロータリーポンプで10分間真空引きした後、拡散ポンプで5分真空引きし、外包材3の他の1辺の開口部をヒートシールで封止し、真空断熱材1Aとした。
真空断熱材1A(厚み:約15mm)について断熱特性を、英弘精機(株)製のAUTO−Λを用いて10℃で測定した。断熱特性は110(指数)であった。断熱特性は指数で示し、高くなるほど断熱特性は良好となる。本実施例の真空断熱材1Aはセパレータを配置していない後述の比較例1で作製した真空断熱材6Aの断熱特性(100)と比較して高い値となっており、非常に断熱性に優れる真空断熱材である。
更に同様の方法で種々の大きさの真空断熱材1Aを作製し、これを用いて冷凍機器として冷凍冷蔵庫7を作製した。冷凍冷蔵庫7の断面模式図を図3に示す。冷蔵庫内箱9または、冷蔵庫外箱10に真空断熱材1Aを張り付けた後、冷蔵庫外箱と冷蔵庫内箱を組合せ、形成された隙間に発泡ウレタン8を注入し冷蔵庫箱体を作製した。扉については必要な箇所に真空断熱材1Aを張り付けて同様に作製した。作製した冷蔵庫箱体および扉とコンプレッサー11、熱交換機等の部品とを用いて冷凍冷蔵庫を作製し消費電力を測定した所、真空断熱材1Aを用いない場合と比較して、約30%低い結果となった。このことより、本発明の真空断熱材1Aを用いることで、機器の消費電力を低く抑えることができることが明らかとなった。
[実施例2]
実施例2の真空断熱材1Bは、実施例1の真空断熱材1Aと同様に、組成を調整したガラスを溶融炉で約1200℃の温度で溶融した後、金属製スピナーを用い遠心法で紡糸を行い、紡糸した繊維は吸引機構を有するコンベア上に目付けが1200g/mとなるように集めた繊維集合体の芯材2を用いている。そして、マイクロネア繊度を測定したところ、実施例1と同様に、平均繊維径は4.9μmであった。
作製した、グラスウールを幅500mm×長さ1000mmの大きさに切断した。切断したグラスウールを複数枚重ね、その中間にセパレータ5を配置した。セパレータ5は有機材として、ポリエチレンテレフタレートを延伸してフィルム状とした有機フィルムであり、厚さは50×10−3mmである。そして、このセパレータ5のガス透過性は芯材2であるグラスウールのガス透過性を100として1.0以下であった。
次に、実施例1と同様に、グラスウールを200℃の乾燥炉で30分間乾燥した後、ガス吸着剤4(ユニオン昭和製、モレキュラシーブス5A)を入れ、さらにグラスウール全体を3辺が封止された四辺形の袋状の外包材3中に入れ、外包材3の内部をロータリーポンプで10分間真空引きした後、拡散ポンプで5分真空引きし、外包材3の他の1辺の開口部をヒートシールで封止し、真空断熱材1Bとした。
実施例1と同様に、実施例2の真空断熱材1B(厚み:約15mm)について断熱特性を、英弘精機(株)製のAUTO−Λを用いて10℃で測定したところ、断熱特性は111(指数)であった。実施例2の真空断熱材1Bは、実施例1の真空断熱材1Aと比較して、さらに高い値となっており、実施例2ではセパレータ5の厚さが薄く、ガス透過性が低いものであり、非常に断熱性に優れる真空断熱材である。
更に同様の方法で大きさ800mm×1200mm、厚さ15mmの真空断熱材1Bを作製し、給湯機器としてヒートポンプ給湯器の貯湯タンクの断熱材として適用した。ヒートポンプ給湯器の断面模式図を図4に示す。ヒートポンプ給湯器15の貯湯タンク16にはヒートポンプユニット17で暖められたお湯が貯められており、貯湯タンク16の外周を真空断熱材1Bで覆っており、外側の外装ケースと共に貯湯タンクユニット18を構成している。
貯湯タンク16の上部に逃し弁19が設けられている。貯湯タンク16の側面には漏電遮断器20が設置され、上部には逃し弁操作バルブ21が設置されている。貯湯タンク16の下部には排水操作バルブ22が設置され、ヒートポンプユニット17の下部に連結された排水管23からの排水操作を行う。元栓24が連結された給水管25から止水バルブ26を通して貯湯タンク16に給水され、貯湯タンク内の温水は給湯配管27を通して各種給湯機器に供給される構成となっている。
貯湯タンク16内のお湯を使用しない場合にタンク内の湯温が低下すると沸かし直しを行う必要があるため、給湯器の成績係数(COP:Coefficient of Performance)が低下してしまう。本発明の真空断熱材1Bを適用した場合と、従来の断熱を用いた場合のCOPを比較した所、約10%の改善が確認された。このことから、機器の消費電力を低く抑えられることが明らかとなった。
[実施例3]
実施例3の真空断熱材1Cは、実施例1、実施例2の真空断熱材と同様に、組成を調整したガラスを溶融炉で約1200℃の温度で溶融した後、金属製スピナーを用い遠心法で紡糸を行い、紡糸した繊維は吸引機構を有するコンベア上に目付けが1200g/mとなるように集めた繊維集合体の芯材2を用いている。そして、マイクロネア繊度を測定したところ、実施例1,2と同様に、平均繊維径は4.9μmであった。
作製した、グラスウールを幅500mm×長さ1000mmの大きさに切断した。切断したグラスウールを複数枚重ね、その中間にセパレータ5を配置した。セパレータ5は、グラスウールを粉砕した粉末を圧縮成形により作製した無機材で、厚さは0.8mmである。セパレータ5のガス透過性は、芯材2であるグラスウールのガス透過性を100として10であった。次に、グラスウールを200℃の乾燥炉で30分間乾燥した後、ガス吸着剤4(ユニオン昭和製、モレキュラシーブス5A)を入れ、さらにグラスウール全体を3辺が封止された四辺形の袋状の外包材3中に入れ、外包材3の内部をロータリーポンプで10分間真空引きした後、拡散ポンプで5分真空引きし、外包材3の他の1辺の開口部をヒートシールで封止し、真空断熱材1Cとした。
真空断熱材1C(厚み:約15mm)について断熱特性を、英弘精機(株)製のAUTO−Λを用いて10℃で測定した。断熱特性は102(指数)であった。本実施例3の真空断熱材1Cはセパレータを配置していない比較例1で作製した真空断熱材6Aの断熱特性(100)と比較して高い値となっており、断熱性に優れる真空断熱材であるが、セパレータの厚さが厚いため実施例1と比較すると断熱特性が低くなっている。
[実施例4]
実施例4の真空断熱材1Dは、実施例1〜3の真空断熱材と同様に、組成を調整したガラスを溶融炉で約1200℃の温度で溶融した後、金属製スピナーを用い遠心法で紡糸を行い、紡糸した繊維は吸引機構を有するコンベア上に目付けが1200g/mとなるように集めた繊維集合体の芯材2を用いている。そして、マイクロネア繊度を測定したところ、実施例1〜3と同様に、平均繊維径は4.9μmであった。
作製した、グラスウールを幅500mm×長さ1000mmの大きさに切断した。切断したグラスウールを複数枚重ね、その中間にセパレータ5を配置した。セパレータ5は有機材として、ポリエチレンテレフタレートを延伸してフィルム状とした有機フィルム表面にアルミを蒸着した金属蒸着膜付き有機フィルムであり、厚さは50×10−3mmである。そして、このセパレータ5のガス透過性は芯材であるグラスウールのガス透過性を100として1.0以下であった。
次に、実施例1と同様に、グラスウールを200℃の乾燥炉で30分間乾燥した後、ガス吸着剤4(ユニオン昭和製、モレキュラシーブス5A)を入れ、さらにグラスウール全体を3辺が封止された四辺形の袋状の外包材3中に入れ、外包材3の内部をロータリーポンプで10分間真空引きした後、拡散ポンプで5分真空引きし、外包材3の他の1辺の開口部をヒートシールで封止し、真空断熱材1Dとした。
実施例1と同様に、実施例4の真空断熱材1D(厚み:約15mm)について断熱特性を、英弘精機(株)製のAUTO−Λを用いて10℃で測定したところ、断熱特性は111(指数)であった。本実施例4の真空断熱材1Dは、セパレータを配置していない比較例1で作製した真空断熱材6Aの断熱特性(100)と比較して高い値となっており、非常に断熱性に優れる真空断熱材である。
[実施例5]
実施例5の真空断熱材1Eは、実施例1の真空断熱材1Aと同様に、組成を調整したガラスを溶融炉で約1200℃の温度で溶融した後、金属製スピナーを用い遠心法で紡糸を行い、本実施例5では紡糸した繊維は吸引機構を有するコンベア上に目付けが1400g/mとなるように集めた繊維集合体の芯材2を用いている。そして、マイクロネア繊度を測定したところ、平均繊維径は4.9μmであった。
作製した、グラスウールを幅500mm×長さ1000mmの大きさに切断した。切断したグラスウールを複数枚重ね、その中間にセパレータ5を配置した。セパレータ5は有機材として、ポリエチレンテレフタレートを延伸してフィルム状とした有機フィルム表面にアルミを蒸着した金属蒸着膜付き有機フィルムであり、厚さは50×10−3mmである。そして、このセパレータ5のガス透過性は芯材であるグラスウールのガス透過性を100として1.0以下であった。
次に、実施例1と同様に、グラスウールを200℃の乾燥炉で30分間乾燥した後、ガス吸着剤4(ユニオン昭和製、モレキュラシーブス5A)を入れ、さらにグラスウール全体を3辺が封止された四辺形の袋状の外包材3中に入れ、外包材3の内部をロータリーポンプで10分間真空引きした後、拡散ポンプで5分真空引きし、外包材3の他の1辺の開口部をヒートシールで封止し、真空断熱材1Eとした。
実施例1と同様に、実施例5の真空断熱材1E(厚み:約18mm)について断熱特性を、英弘精機(株)製のAUTO−Λを用いて10℃で測定したところ、断熱特性は111(指数)であった。本実施例5の真空断熱材1Eは、セパレータを配置していない比較例1で作製した真空断熱材6Aの断熱特性(100)と比較して高い値となっており、非常に断熱性に優れる真空断熱材である。
更に同様の方法で種々の大きさの真空断熱材1Eを作製し、これを用いて実施例1と同様に図3に示す冷凍冷蔵庫7を作製した。実施例5の真空断熱材1Eを冷蔵庫内箱9または、冷蔵庫外箱10に張り付けるとともに、扉の必要箇所に張り付けた冷凍冷蔵庫7の消費電力を測定した所、真空断熱材を用いない場合と比較して、約30%低い結果となった。このことより、本実施例5の真空断熱材1Eを用いることで、機器の消費電力を低く抑えることができることが明らかとなった。
[比較例1]
比較例1の真空断熱材6Aは、図6に示されるように、繊維集合体からなる芯材2を外包材3で包み、外包材3の内部空間を減圧して封止したものであり、基本的には本発明に係る真空断熱材1からセパレータ5を除去した構成となっており、芯材2は1層構成となっている。この構成により、比較例1の真空断熱材6Aの芯材2はセパレータで分割されない1つの空間となっている。
真空断熱材6Aは、芯材2として繊維集合体を用いており、この繊維集合体は組成を調整したガラスを溶融炉で約1200℃の温度で溶融した後、金属製スピナーを用い遠心法で紡糸を行い、紡糸した繊維は吸引機構を有するコンベア上に目付けが1400g/mとなるように集めたものである。この芯材2を構成する繊維集合体の紡糸した繊維の太さを調べるため、マイクロネア繊度を測定したところ、平均繊維径は5.0μmであった。
作製した、グラスウールを幅500mm×長さ1000mmの大きさに切断した。切断したグラスウールを複数枚重ね、セパレータのない状態で200℃の乾燥炉で30分間乾燥した後、ガス吸着剤4(ユニオン昭和製、モレキュラシーブス5A)を入れ、さらにグラスウール全体を3辺が封止された四辺形の袋状の外包材3中に入れ、外包材3の内部をロータリーポンプで10分間真空引きした後、拡散ポンプで5分真空引きし、外包材3の他の1辺の開口部をヒートシールで封止し、真空断熱材6Aとした。
比較例1の真空断熱材6A(厚み:約15mm)について断熱特性を、英弘精機(株)製のAUTO−Λを用いて10℃で測定した。断熱特性は100(指数)であった。すなわち、比較例1の真空断熱材6Aでは、芯材2の繊維で構成される空間にセパレータのない構成であるため、外包材3の内部に残存したガスが芯材2の空間内でガス対流を起こし、このガス対流で熱の伝達が発生し断熱性能が低下したと考えられる。
[比較例2]
比較例2の真空断熱材6Bは、図6に示されるように、芯材2として繊維集合体を用いており、この繊維集合体は組成を調整したガラスを溶融炉で約1200℃の温度で溶融した後、金属製スピナーを用い遠心法で紡糸を行い、紡糸した繊維は吸引機構を有するコンベア上に目付けが1400g/mとなるように集めた。この芯材2を構成する繊維集合体の紡糸した繊維の太さを調べるため、マイクロネア繊度を測定したところ、平均繊維径は5.0μmであった。
作製した、グラスウールを幅500mm×長さ1000mmの大きさに切断した。切断したグラスウールを複数枚重ね、セパレータのない状態で200℃の乾燥炉で30分間乾燥した後、ガス吸着剤4(ユニオン昭和製、モレキュラシーブス5A)を入れ、さらにグラスウール全体を3辺が封止された四辺形の袋状の外包材3中に入れ、外包材3の内部をロータリーポンプで10分間真空引きした後、拡散ポンプで5分真空引きし、外包材3の他の1辺の開口部をヒートシールで封止し、真空断熱材6Bとした。
比較例2の真空断熱材6B(厚み:約18mm)について断熱特性を、英弘精機(株)製のAUTO−Λを用いて10℃で測定した。断熱特性は98(指数)であった。比較例2の真空断熱材6Bでも、芯材2の繊維で構成される空間にセパレータのない構成であるため、外包材3の内部に残存したガスが芯材2の空間内でガス対流を起こし、このガス対流で熱の伝達が発生して断熱性能が低下したと考えられる。
このように、比較例1,2の真空断熱材6A,6Bの断熱特性が98乃至100であったのに対して、実施例1の真空断熱材1Aの断熱特性は110であり、実施例2の真空断熱材1Bの断熱特性は111であり、実施例3の真空断熱材1Cの断熱特性は102であり、実施例4の真空断熱材1Dの断熱特性は111であり、実施例5の真空断熱材1Eの断熱特性は111であり、比較例1,2に比べて断熱特性が向上したものとなっている。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、芯材として繊維集合体からなる芯材の例を示したが、これに限られるものでなく、真空断熱材の外包材の内部に空間を形成できるものであれば他の材質のものでもよい。繊維集合体としてグラスウールの例を示したが、セラミックウール等の他の繊維体を用いることもできる。
また、セパレータとして、グラスウールを粉砕した粉末を圧縮成形により作製した圧縮成形無機粉体の例、及びポリエチレンテレフタレートを延伸してフィルム状とした有機フィルム表面にアルミを蒸着した金属蒸着膜着き有機フィルムの例を示したが、金属薄膜を形成していない有機フィルムや、アルミニウム以外の金属薄膜を形成したフィルム等、芯材内部のガス対流を抑制できれば種々のものを用いることができる。
セパレータは芯材の内部に1枚設ける例を示したが、芯材を3層に形成し、中間に2枚のセパレータを設ける等、複数枚のセパレータを用いて芯材内のガス対流を抑制するように構成してもよい。また、セパレータの形状は平板状に限られるものでなく、断熱を必要とする部品に合わせた形状に形成してもよい。例えば、図4に示される給湯機器の貯湯タンクの外周面に合わせてセパレータを湾曲面で形成すると好適である。
本発明による真空断熱材は断熱が必要な種々の機器や、住宅、倉庫等の断熱が必要な建築部材等への適用、例えば屋根材、壁材等への適用も可能である。
1,1’,1A,1B,1C,1D,1E…本発明の真空断熱材、2…芯材(グラスウール繊維集合体)、3…外包材、4…ゲッター剤(ガス吸着剤)、5…セパレータ、6…従来の真空断熱材、7…冷凍冷蔵庫、8…発泡ウレタン、9…冷蔵庫内箱、10…冷蔵庫外箱、11…コンプレッサー、15…ヒートポンプ給湯器、16…貯湯タンク、17…ヒートポンプユニット、18…貯湯タンクユニット、19…逃し弁、20…漏電遮断器、21…逃し弁操作バルブ、22…排水操作バルブ、23…排水管、24…元栓、25…給水管、26…止水バルブ、27…給湯配管

Claims (11)

  1. 芯材をガスバリア性を有する外包材で包み、該外包材の内部空間を減圧して封止した真空断熱材であって、
    前記芯材の内部に該芯材よりガス透過性の低いセパレータを設け、該セパレータは金属材を除く無機材又は有機材で形成されることを特徴とする真空断熱材。
  2. 前記芯材は、繊維集合体で形成されることを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
  3. 前記外包材は、樹脂フィルムをベースとして形成されることを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
  4. 前記外包材は、表面保護層、ガスバリア層、および熱溶着層を積層して構成されることを特徴とする請求項3に記載の真空断熱材。
  5. 前記外包材の内部空間に、ガス吸着剤を配置したことを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
  6. 前記セパレータは、前記芯材の中間位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
  7. 前記セパレータは、圧縮成形無機粉体からなることを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
  8. 前記セパレータは、有機フィルムまたは金属蒸着層を含む有機フィルムからなることを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
  9. 前記真空断熱材は、減圧封止後の厚さが15mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の真空断熱材を用いたことを特徴とする冷蔵機器。
  11. 請求項1〜9のいずれかに記載の真空断熱材を用いたことを特徴とする給湯機器。
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