JP2016173146A - 真空断熱パネル、コア材、冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】コア材を樹脂繊維で構成する場合であっても真空度の低下を抑える。【解決手段】樹脂繊維からなるコア材と、前記コア材に添加され、前記樹脂繊維由来の低分子を吸着する低分子吸着材と、を備え、前記コア材は溝部を有し、前記溝部を含む所定領域に、他の領域よりも前記低分子吸着材の添加量を少なくした少添加量領域を設けている。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、真空断熱パネル、この真空断熱パネルを構成するコア材、並びに、この真空断熱パネルを備える冷蔵庫に関する。

例えば冷蔵庫などといった各種の機器や設備に、断熱材として真空断熱パネルを用いることが考えられている。この種の真空断熱パネルでは、内部を減圧した後にガスが発生するという課題がある。例えば特許文献１には、減圧後の総ガス量の大部分が水分であることに着目し、このようなガスや水蒸気を吸着する吸着剤を備えることが開示されている。ところで、近年では、真空断熱パネルのコア材を樹脂繊維で構成することが考えらえている。そして、このような樹脂繊維を備える場合、減圧後に、樹脂繊維から低分子が発生する。そのため、水分を吸着する吸着剤だけでは、このような樹脂繊維由来の低分子に対応することができない。そのため、真空断熱パネルの真空度が損なわれてしまうおそれがある。

特開２０１０−５３９８０号公報

本実施形態は、コア材を樹脂繊維で構成する場合であっても真空度の低下を抑えることができる真空断熱パネル、この真空断熱パネルを構成するコア材、並びに、この真空断熱パネルを備える冷蔵庫を提供する。

本実施形態に係る真空断熱パネルは、樹脂繊維からなるコア材と、前記コア材に添加され、前記樹脂繊維由来の低分子を吸着する低分子吸着材と、を備える。前記コア材は溝部を有する。そして、前記溝部を含む所定領域に、他の領域よりも前記低分子吸着材の添加量を少なくした少添加量領域が設けられている。

実施形態による真空断熱パネルのコア材および不織布を示す模式図 実施形態による真空断熱パネルを示す模式的な断面図 実施形態による真空断熱パネルのコア材を示す模式図であって、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は側面視を示す概略図 実施形態による真空断熱パネルのコア材の側面視を示す模式図 溝部に放熱パイプを備える真空断熱パネルの模式的な断面図 少添加量領域および多添加量領域の配置例を模式的に示すコア材の斜視図（その１） 少添加量領域および多添加量領域の配置例を模式的に示すコア材の斜視図（その２） 少添加量領域および多添加量領域の配置例を模式的に示すコア材の斜視図（その３） 少添加量領域および多添加量領域の配置例を模式的に示すコア材の斜視図（その４） 実施形態による冷蔵庫の断熱箱体を示す模式的な斜視図 実施形態による冷蔵庫の真空断熱パネル組を示す模式的な斜視図

以下、一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すようにコア材１０は、不織布１１が複数層に積層されている。この不織布１１は、ランダムに絡み合った樹脂繊維１２で形成されている。樹脂繊維１２は、エレクトロスピニング法で形成されている。エレクトロスピニング法で形成された樹脂繊維１２は、その平均繊維径が約１μｍ程度の細繊維であり、長さが外径の１０００倍以上の長繊維である。また、この樹脂繊維１２は、全体的に直線状ではなく、ランダムに湾曲した縮れ状である。そのため、樹脂繊維１２は、互いに絡み合いやすく、容易に複数の層が形成される。エレクトロスピニング法を利用することにより、樹脂繊維１２の紡糸と、不織布１１の形成とを同時に行なうことができる。その結果、コア材１０は、短い工数で容易に形成することができる。

また、不織布１１を構成する樹脂繊維１２は、エレクトロスピニング法を利用することにより、ナノメートルからマイクロメートルの極細い外径が容易に確保される。そのため、不織布１１は１枚あたりの厚さが非常に薄くなり、コア材１０の厚さも薄くなる。従来のガラス繊維の場合、繊維長が短く、繊維同士の絡み合いが少ない。そのため、ガラス繊維を用いると、不織布の形状の維持が困難となる。また、ガラス繊維の場合、ガラス繊維の紡糸と不織布の形成とを同時に行なうことは一般に困難である。従来のガラス繊維を用いる場合、ガラス繊維を水に分散させた状態で紙漉の要領で不織布が形成される。仮にガラス繊維の紡糸と不織布の形成とを同時に行なうと、厚さの大きな綿状の不織布が形成され、厚さの小さな薄い不織布の形成は困難である。

このように、本実施形態の場合、コア材１０は、積層された複数の層からなる不織布１１で形成されている。コア材１０は、例えば数百層から数千層以上の不織布１１が積層される。本実施形態の不織布１１を形成する樹脂繊維１２は、断面がほぼ均一な円形または楕円形に形成されている。

不織布１１を形成する樹脂繊維１２は、ガラスよりも密度の小さな有機系のポリマーで形成されている。樹脂繊維１２をガラスよりも密度の小さなポリマーで形成することにより、樹脂繊維１２の軽量化を図ることができる。不織布１１は、２種類以上の樹脂繊維１２を混紡してもよい。混紡によって形成される不織布１１の一例として、ポリスチレンの繊維と芳香族ポリアミド系樹脂（登録商標：ケプラー）などが用いられる。他にも不織布１１は、上記に加え、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリサルファン、ポリエーテルサルファン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンエーテル、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、ポリフェノール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂やこれらを含む共重合体などから選択される１種類、または２種類以上のポリマーの混紡によって形成することができる。

樹脂繊維１２をエレクトロスピニング法で形成する場合、上記ポリマーを溶液化する。溶媒としては、例えば、イソプロパノール、エチレングリコール、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸エチル、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ヘキサン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジンなどの揮発性の有機溶剤や水を用いることができる。また、溶媒としては上記溶媒より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもよい。なお、本実施形態に適用可能な溶媒は、上記溶媒に限定されるものではない。上記溶媒は、あくまでも例示である。

この場合、混紡される樹脂繊維１２は、いずれも外径ｄがｄ＜１μｍとなるように設定されている。このように複数種類の樹脂繊維１２を混紡することにより、不織布１１の断熱性と軽量化および強度の向上を図ることができる。不織布１１は、絡み合った樹脂繊維１２の相互間に形成される空隙の体積が小さくなると、これに反してその空隙の数が増加する。樹脂繊維１２の相互間の空隙の数は、多くなるほど断熱性の向上が図られる。そこで、不織布１１は、これを構成する樹脂繊維１２の繊維の外径ｄをｄ＜１μｍとナノメートルオーダーに小径化することが好ましい。このように樹脂繊維１２の外径ｄを小径化することにより、樹脂繊維１２の相互間に形成される空隙の体積が小さくなりつつ数が増加する。このように小径化することにより、絡み合った樹脂繊維１２の相互間に形成される空隙の体積がより小さくなりその数がより増加し、不織布１１の断熱性の向上が図られる。

樹脂繊維１２は、例えばケイ素酸化物、金属の水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩など各種の無機フィラーを添加してもよい。このように樹脂繊維１２に無機フィラーを添加することにより、不織布１１の断熱性を維持しつつ強度の向上を図ることができる。具体的には、添加する無機フィラーとしては、ウォラスナイト、チタン酸カリウム、ゾノトライト、石膏繊維、アルミニウムポレート、ＭＯＳ（塩基性硫酸マグネシウム）、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、タルク、マイカ、ガラスフレークなども用いることができる。

不織布１１で形成されたコア材１０は、図２に示すように袋状の外包材１３に収容される。外包材１３は、例えば１層または２層以上の樹脂フィルムに金属または金属酸化物を蒸着させることにより、気体の透過性を無くした気密性のシート材からなる。コア材１０を収容した外包材１３は、コア材１０とともに内部を真空に近い圧力まで減圧した後、密封される。これにより、コア材１０を収容した外包材１３は、真空断熱パネル１４として形成される。この場合、真空断熱パネル１４は、形成した真空断熱パネル１４の潰れを低減するために、外包材１３の内側に骨格となる骨格部材を収容していてもよい。

コア材１０は、図３に示すように積層された一方の面側にアルミニウム箔１５を備えてもよい。上述のように不織布１１で形成したコア材１０は、外包材１３へ収容した後、外包材１３の内部を減圧することにより真空断熱パネル１４として形成される。そのため、真空断熱パネル１４は、外包材１３の内部の減圧によって潰れや変形を生じるおそれがある。不織布１１の一方の面側にアルミニウム箔１５を備えることにより、コア材１０は強度が向上する。これにより、減圧による潰れや変形を低減することができる。また、コア材１０は、図４に示すように不織布１１とともに積層されるガラス繊維層１６を備えていてもよい。ガラス繊維層１６は、微細な樹脂繊維１２で形成された不織布１１よりも強度が高い。そのため、不織布１１とガラス繊維層１６とを積層することにより、不織布１１のみでコア材１０を形成する場合よりも厚みや重量は増すものの、減圧による潰れや変形を低減することができる。なお、ガラス繊維層１６は、図４に示す２層に限らず、１層または３層以上でもよい。

そして、本実施形態に係る真空断熱パネル１４のコア材１０には、低分子吸着材と水分吸着材が添加されている。低分子吸着材は、樹脂繊維１２から発生する低分子を吸着する。この場合、低分子吸着材は、合成ゼオライトで構成されており、低分子を物理的に吸着する。このような物理的な吸着方式による吸着作用は可逆的であり、低分子吸着材に吸着された低分子は、例えば、ある程度の熱が加わることで低分子吸着材から離れやすくなる。なお、低分子吸着材は、ゼオライトに限られるものではない。一方、水分吸着材は、水分を吸着する。この場合、水分吸着材は、酸化カルシウムで構成されており、水分を化学的に吸着する。このような化学的な吸着方式による吸着作用は不可逆的であり、水分吸着材に吸着された水分は、ある程度の熱が加わった程度では、水分吸着材から離れにくい。なお、水分吸着材は、酸化カルシウムに限られるものではない。

特に、コア材１０を収容した外包材１３内部を減圧した後においては、樹脂繊維１２から低分子が発生しやすくなる。本実施形態に係る真空断熱パネル１４によれば、このような樹脂繊維１２由来の低分子が低分子吸着材により吸着される。従って、コア材１０を樹脂繊維１２で構成する場合であっても、真空断熱パネル１４内の真空度の低下を抑えることができる。さらに、真空断熱パネル１４によれば、水分吸着材により内部の水分も吸着される。従って、真空断熱パネル１４内の真空度の低下を一層抑えることができる。なお、真空断熱パネル１４は、水分吸着材を備えない構成としてもよい。

また、特に、コア材１０を収容した外包材１３内部を減圧した後においては、外包材１３を構成する樹脂フィルムからも低分子が発生しやすくなる。真空断熱パネル１４によれば、このような外包材１３由来の低分子も低分子吸着材により吸着される。従って、真空断熱パネル１４内の真空度の低下を抑えることができる。

そして、本実施形態に係る真空断熱パネル１４は、低分子吸着材の配置位置に特徴を有している。即ち、図２に例示するように、真空断熱パネル１４の本体部を構成するコア材１０は、その表面に溝部２０を有する。そして、コア材１０は、その溝部２０を含む所定領域に、他の領域よりも低分子吸着材の添加量を少なくした少添加量領域１００を設けている。少添加量領域１００の大きさや形状は、適宜変更して実施することができる。即ち、真空断熱パネル１４は、溝部２０の近傍に、他の領域よりも低分子吸着材の添加量が少ない領域を設けた構成であればよい。

図５に例示するように、例えば真空断熱パネル１４を冷蔵庫に適用する場合には、この溝部２０部分に放熱パイプ３０が備えられる。この放熱パイプ３０は、冷蔵庫が備える冷凍サイクルの一部を構成するものであり、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が流れることにより熱を放出する。この放熱パイプ３０からの放熱を利用することにより結露などの不具合を回避することができる。しかし、上述した通り、低分子吸着材の吸着作用は可逆的であり、放熱パイプ３０からの熱の影響を受けると、吸着した低分子が再放出されてしまうおそれがある。

本実施形態に係る真空断熱パネル１４によれば、例えば放熱パイプ３０などといった熱源が備えられる溝部２０の周辺においては、他の部位に比べ、低分子吸着材の添加量が少なくなっている。即ち、熱源からの熱の影響を受けるおそれがある領域では、低分子吸着材の添加量を少なくした。この構成によれば、熱源からの熱の影響により低分子を再放出してしまう低分子吸着材の量を少なくすることができ、その結果、真空断熱パネル１４内で遊離する低分子を少なくすることができる。そのため、コア材１０を樹脂繊維１２で構成する場合であっても真空度の低下を抑えることができる。

なお、図６から図９に例示するように、真空断熱パネル１４のコア材１０は、少添加量領域１００のほか、さらに、少添加量領域１００よりも低分子吸着材の添加量を多くした多添加量領域２００を設けてもよい。図６に示す構成では、コア材１０は、全体としてほぼ平板状をなし、溝部２０は、コア材１０の一面のほぼ中央部に設けられている。そして、多添加量領域２００は、溝部２０と同一面の両端部に設けられている。なお、コア材１０のうち少添加量領域１００および多添加量領域２００以外の領域は、低分子吸着材の添加量が少添加量領域１００の添加量よりも多く、且つ、多添加量領域２００の添加量よりも少ない中添加量領域３００を構成する。また、多添加量領域２００は、溝部２０と同一面の一端部のみに設ける構成としてもよい。また、真空断熱パネル１４は、少添加量領域１００および多添加量領域２００以外の領域には低分子吸着材を添加しない構成としてもよい。

図７に例示する構成では、コア材１０は、全体としてほぼ平板状をなし、溝部２０は、コア材１０の一面の端部に設けられている。そして、多添加量領域２００は、溝部２０と同一面において溝部２０とは反対側の端部に設けられている。図８に例示する構成では、コア材１０は、全体としてほぼ平板状をなし、溝部２０は、コア材１０の一面のほぼ中央部に設けられている。そして、多添加量領域２００は、溝部２０が設けられている面とは反対側の面の両端部に設けられている。なお、多添加量領域２００は、溝部２０が設けられている面とは反対側の面の一端部のみに設ける構成としてもよい。

図９に例示する構成では、コア材１０は、全体としてほぼ平板状をなし、溝部２０は、コア材１０の一面の端部に設けられている。そして、多添加量領域２００は、溝部２０が設けられている面とは反対側の面において溝部２０とは反対側の端部に設けられている。なお、例えば図６と図８の構成例を組み合わせて、コア材１０は、溝部２０と同一面の両端部あるいは一端部、および、溝部２０とは反対側の面の両端部あるいは一端部に多添加量領域２００を設ける構成としてもよい。また、例えば図７と図９の構成例を組み合わせて、コア材１０は、溝部２０と同一面において溝部２０とは反対側の端部、および、溝部２０が設けられている面とは反対側の面において溝部２０とは反対側の端部に多添加量領域２００を設ける構成としてもよい。

以上の通り、多添加量領域２００の配置位置は、コア材１０における溝部２０の位置に応じて適宜変更して実施することができる。即ち、溝部２０を含む少添加量領域１００から極力離れた位置に多添加量領域２００を設けることで、溝部２０に備えられる熱源からの熱の影響を受けにくい低分子吸着材の量を増やすことができる。これにより、より多くの低分子を吸着できるとともに、一旦吸着した低分子の再放出を抑えることができる。

なお、樹脂繊維１２は、例えば、溶融紡糸法により成形してもよい。溶融紡糸法は、樹脂繊維１２の原料を加熱溶融し、それをノズルから空気中あるいは水中に押し出して冷却することにより樹脂繊維１２を得る製法である。

次に、上記の真空断熱パネル１４を用いた冷蔵庫について図１０および図１１に基づいて説明する。
冷蔵庫４０は、図１０に示すように前面が開口した断熱箱体４１を備えている。冷蔵庫４０は、この断熱箱体４１に図示しない冷凍サイクルが取り付けられている。また、冷蔵庫４０は、断熱箱体４１を複数の貯蔵室に仕切る図示しない仕切板、貯蔵室の前面を覆う図示しない断熱扉、および貯蔵室の内部を前後へ移動する図示しない引き出しなどを備えている。冷蔵庫４０の断熱箱体４１は、外箱４２、内箱４３、およびこれら外箱４２と内箱４３との間に挟まれた真空断熱パネル組５０を有している。外箱４２は鋼板で形成され、内箱４３は合成樹脂で形成されている。

真空断熱パネル組５０は、冷蔵庫４０の断熱箱体４１の各壁部に対応して分割されている。具体的には、真空断熱パネル組５０は、図１１に示すように左壁パネル５１、右壁パネル５２、天井パネル５３、後壁パネル５４および底壁パネル５５に分割されている。これら左壁パネル５１、右壁パネル５２、天井パネル５３、後壁パネル５４および底壁パネル５５は、いずれも上述の真空断熱パネル１４で構成されている。左壁パネル５１、右壁パネル５２、天井パネル５３、後壁パネル５４および底壁パネル５５は、真空断熱パネル組５０として組み立てられ、外箱４２と内箱４３との間に挟み込まれる。外箱４２と内箱４３との間において真空断熱パネル組５０を構成する左壁パネル５１、右壁パネル５２、天井パネル５３、後壁パネル５４および底壁パネル５５の相互間に形成される隙間は、図示しない断熱性のシール部材で封止される。シール部材は、例えば発泡性の樹脂などで形成される。そして、冷凍サイクルの一部を構成する放熱パイプ３０は、真空断熱パネル１４に設けられた溝部２０に備えられる。

冷蔵庫４０は、断熱箱体４１を構成する真空断熱パネル組５０を有している。真空断熱パネル組５０は、上述の真空断熱パネル１４で構成されている。従って、厚みや重量をさらに軽減しつつ、高い断熱性能を確保することができる。また、真空断熱パネル１４の溝部２０の周辺では低分子吸着材の添加量が少なくなっている。そのため、溝部２０に備えられる放熱パイプ３０からの熱により低分子が再放出されてしまうことを回避することができ、真空断熱パネル１４の真空度を維持して断熱性能の低下を抑えることができる。

本実施形態に係る真空断熱パネルは、樹脂繊維からなるコア材と、前記コア材に添加され、前記樹脂繊維由来の低分子を吸着する低分子吸着材と、を備える。前記コア材は溝部を有する。そして、前記溝部を含む所定領域には、他の領域よりも前記低分子吸着材の添加量を少なくした少添加量領域が設けられている。この構成によれば、低分子吸着材に吸着された低分子の再放出を回避することができ、コア材を樹脂繊維で構成する場合であっても真空度の低下を抑えることができる。

本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１０はコア材、１２は樹脂繊維、１４は真空断熱パネル、２０は溝部、３０は放熱パイプ、４０は冷蔵庫、１００は少添加量領域、２００は多添加量領域を示す。

Claims (15)

1. 樹脂繊維からなるコア材と、
   前記コア材に添加され、前記樹脂繊維由来の低分子を吸着する低分子吸着材と、
   を備え、
   前記コア材は溝部を有し、
   前記溝部を含む所定領域に、他の領域よりも前記低分子吸着材の添加量を少なくした少添加量領域を設けた真空断熱パネル。
2. 前記少添加量領域よりも前記低分子吸着材の添加量が多い多添加量領域を設けた請求項１に記載の真空断熱パネル。
3. 前記コア材は平板状をなし、
   前記溝部は、前記コア材の一面に設けられており、
   前記多添加量領域は、前記溝部と同一面に設けられている請求項２に記載の真空断熱パネル。
4. 前記溝部は、前記コア材の一面の端部に設けられており、
   前記多添加量領域は、前記溝部と同一面において前記溝部とは反対側の端部に設けられている請求項３に記載の真空断熱パネル。
5. 前記溝部は、前記コア材の一面の中央部に設けられており、
   前記多添加量領域は、前記溝部と同一面の両端部または一端部に設けられている請求項３に記載の真空断熱パネル。
6. 前記コア材は平板状をなし、
   前記溝部は、前記コア材の一面に設けられており、
   前記多添加量領域は、前記溝部が設けられている面とは反対側の面に設けられている請求項２から５の何れか１項に記載の真空断熱パネル。
7. 前記溝部は、前記コア材の一面の端部に設けられており、
   前記多添加量領域は、前記溝部が設けられている面とは反対側の面において前記溝部とは反対側の端部に設けられている請求項６に記載の真空断熱パネル。
8. 前記溝部は、前記コア材の一面の中央部に設けられており、
   前記多添加量領域は、前記溝部が設けられている面とは反対側の面の両端部または一端部に設けられている請求項６に記載の真空断熱パネル。
9. 前記樹脂繊維は、ポリスチレンからなる請求項１から８の何れか１項に記載の真空断熱パネル。
10. 前記樹脂繊維の平均繊維径は、１μｍよりも小さい請求項１から９の何れか１項に記載の真空断熱パネル。
11. 前記樹脂繊維は、エレクトロスピニング法により成形されている請求項１から１０の何れか１項に記載の真空断熱パネル。
12. 前記樹脂繊維は、溶融紡糸法により成形されている請求項１から１０の何れか１項に記載の真空断熱パネル。
13. 請求項１から１２の何れか１項に記載の真空断熱パネルに備えられるコア材。
14. 請求項１から１２の何れか１項に記載の真空断熱パネルを備える冷蔵庫。
15. 前記溝部に放熱パイプを備える請求項１４に記載の冷蔵庫。

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