JP2017106526A - 真空断熱体、それを備える断熱機器、及び真空断熱体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスバリア性及び断熱性を充分に確保しつつ、複雑な立体形状に追随することができる真空断熱体を提供することを目的とする。
【解決手段】コア材203と、コア材203が内部に配置され、開口部を有する箱状の第1部材201と、開口部を密閉する第2部材202と、を備え、第1部材201は、熱可塑性樹脂からなる第1樹脂層21及び第2樹脂層22と、第1樹脂層21と第2樹脂層22の間に配置され、有機樹脂と鱗片状無機材を有するガスバリア層23と、を有し、鱗片状無機材の含有量が、ガスバリア層23の総重量に対して、14wt%以下である、真空断熱体。
【選択図】図2
【解決手段】コア材203と、コア材203が内部に配置され、開口部を有する箱状の第1部材201と、開口部を密閉する第2部材202と、を備え、第1部材201は、熱可塑性樹脂からなる第1樹脂層21及び第2樹脂層22と、第1樹脂層21と第2樹脂層22の間に配置され、有機樹脂と鱗片状無機材を有するガスバリア層23と、を有し、鱗片状無機材の含有量が、ガスバリア層23の総重量に対して、14wt%以下である、真空断熱体。
【選択図】図2
Description
本発明は、真空断熱体、それを備える断熱機器、及び真空断熱体の製造方法に関するものである。
近年、地球温暖化防止の観点から省エネルギー化が強く望まれており、家庭用電化製品についても省エネルギー化は緊急の課題となっている。特に、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機等の保温保冷機器では熱を効率的に利用するという観点から、優れた断熱性能を有する断熱材が求められている。
優れた断熱性能を有する断熱体として、熱可塑性樹脂、ガスバリア層、及びヒートシール層を有する多層フィルムの袋に断熱物質を充填した真空断熱構造体が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記特許文献1に開示されている真空断熱構造体では、多層フィルムの袋に断熱物質を充填しているため、複雑な形状を形成することができない。このため、例えば、冷蔵庫の扉のような複雑な立体形状を有する断熱壁内に上記真空断熱構造体を配置する場合、断熱壁内の端部等に真空断熱構造体で埋まらない空隙ができるため、当該空隙に発泡ポリウレタン等を配置する必要があった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ガスバリア性及び断熱性を充分に確保しつつ、複雑な立体形状に追随(整合)することができる真空断熱体、それを備える断熱機器、及び真空断熱体の製造方法を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る真空断熱体は、コア材と、前記コア材が内部に配置され、開口部を有する箱状の第1部材と、前記開口部を密閉する第2部材と、を備え、前記第1部材は、熱可塑性樹脂からなる第1樹脂層及び第2樹脂層と、前記第1樹脂層と前記第2樹脂層の間に配置され、有機樹脂と鱗片状無機材を有するガスバリア層と、を有し、前記鱗片状無機材の含有量が、前記ガスバリア層の総重量に対して、14wt%以下である。
これにより、ガスバリア性及び断熱性を充分に確保しつつ、複雑な立体形状に追随することができる。
また、本発明に係る断熱機器は、上記真空断熱体を備える。
さらに、本発明に係る真空断熱体の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる第1樹脂層及び第2樹脂層の間に、有機樹脂とその含有量が2〜14wt%である鱗片状無機材とを有するガスバリア層を配置して、ガスバリアシートを製造する(A)と、前記ガスバリアシートを真空成形により、開口部を有する箱状の第1部材を製造する(B)と、前記第1部材の内部空間にコア材を配置し、前記開口部に第2部材を配置して、前記第1部材の内部空間を真空引きして、前記第1部材を密閉する(C)と、を備える。
これにより、ガスバリア性及び断熱性を充分に確保しつつ、複雑な立体形状に追随することができる真空断熱体を製造することができる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施形態の詳細な説明から明らかにされる。
本発明の真空断熱体、それを備える断熱機器、及び真空断熱体の製造方法によれば、ガスバリア性及び断熱性を充分に確保しつつ、複雑な立体形状に追随することができる。
以下、本発明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、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、全ての図面において、本発明を説明するための構成要素を抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略する場合がある。さらに、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
本実施の形態1に係る真空断熱体は、コア材と、コア材が内部に配置され、開口部を有する箱状の第1部材と、開口部を密閉する第2部材と、を備え、第1部材は、熱可塑性樹脂からなる第1樹脂層及び第2樹脂層と、第1樹脂層と第2樹脂層の間に配置され、有機樹脂と鱗片状無機材を有するガスバリア層と、を有し、鱗片状無機材の含有量が、ガスバリア層の総重量に対して、14wt%以下である。
本実施の形態1に係る真空断熱体は、コア材と、コア材が内部に配置され、開口部を有する箱状の第1部材と、開口部を密閉する第2部材と、を備え、第1部材は、熱可塑性樹脂からなる第1樹脂層及び第2樹脂層と、第1樹脂層と第2樹脂層の間に配置され、有機樹脂と鱗片状無機材を有するガスバリア層と、を有し、鱗片状無機材の含有量が、ガスバリア層の総重量に対して、14wt%以下である。
また、本実施の形態1に係る真空断熱体では、鱗片状無機材の含有量が、ガスバリア層の総重量に対して、2wt%以上であってもよい。
また、本実施の形態1に係る真空断熱体では、有機樹脂が、エチレン−ビニルアルコール共重合体又はポリビニルアルコール重合体であってもよい。
さらに、本実施の形態1に係る真空断熱体では、コア材が、連続気泡ウレタンフォームで構成されていてもよい。
また、本実施の形態1に係る断熱機器は、上記実施の形態1に係る真空断熱体のうち、いずれかの真空断熱体が収容された断熱壁を備える。
以下、本実施の形態1に係る真空断熱体及びそれを備える断熱機器の一例について、図1〜図5を参照しながら説明する。
[断熱機器の構成]
図1は、本実施の形態1に係る断熱機器の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図1において、断熱機器の上下方向を図における上下方向として表している。
図1は、本実施の形態1に係る断熱機器の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図1において、断熱機器の上下方向を図における上下方向として表している。
図1に示すように、本実施の形態1に係る断熱機器100として、冷蔵庫を例示している。断熱機器100は、複数の貯蔵室を有する冷蔵庫本体101と、圧縮器102と、蒸発器103と、各貯蔵室を開放又は閉鎖する扉104と、を備えている。
冷蔵庫本体101の内部空間は、仕切壁111〜113によって複数の貯蔵室に区画されている。具体的には、冷蔵庫本体101の上部に、冷蔵室121が設けられていて、冷蔵室121の下方に貯蔵室(図示せず)と製氷室122が横並びに設けられている。また、貯蔵室と製氷室122の下方には、冷凍室123が設けられていて、冷凍室123の下方には、野菜室124が設けられている。
また、冷蔵庫本体101の正面は、開放されていて、扉104が設けられている。具体的には、冷蔵室121には、回転式の扉104が配置されていて、製氷室122、冷凍室123、及び野菜室124には、それぞれ、レール等を有する引き出し式の扉104が配置されている。
冷蔵庫本体101の上部の背面側には、圧縮器102が配置されている。なお、本実施の形態1においては、圧縮器102を上部に配置する形態を採用したが、これに限定されず、中央部又は下部に配置する形態を採用してもよい。
また、冷蔵庫本体101の中央部の背面側には、冷却室125が設けられている。冷却室125は、仕切壁111と仕切壁113とを接続する仕切壁114により区画されている。冷却室125には、蒸発器103が配設されている。
蒸発器103は、圧縮器102から供給された冷媒と、冷却室125内に存在する空気との間で熱交換するように構成されている。これにより、蒸発器103周辺の空気が冷却され冷却された空気は、図示されないファン等により、冷蔵室121等に供給される。
そして、本実施の形態1に係る断熱機器100においては、冷蔵庫本体101、仕切壁111〜114、及び扉104のうち、少なくとも1の部品が、本実施の形態1に係る真空断熱体200が収容された断熱壁を備えている。
なお、以下においては、断熱壁の一例として、扉104の構造について説明する。冷蔵庫本体101の壁、又は仕切壁111〜114が、本実施の形態1に係る真空断熱体200を備える場合には、下記扉104の構成と同様の構成となるため、その詳細な説明は省略する。
[真空断熱体の構成]
図2は、図1に示す断熱機器の扉の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図2において、図1に示す断熱機器の上下方向を図における上下方向として表している。
図2は、図1に示す断熱機器の扉の概略構成を模式的に示す断面図である。なお、図2において、図1に示す断熱機器の上下方向を図における上下方向として表している。
図2に示すように、扉104は、外板141と、真空断熱体200と、当該真空断熱体200を収納する内箱142と、を備えている。外板141と、内箱142及び真空断熱体200と、は、接着剤143により接着されている。
外板141は、平板状に形成されていて、ガラス板又はプリコート鋼板等で構成されている。接着剤143は、例えば、変性シリコーンなどで構成されている。なお、本実施の形態1においては、接着剤143により、外板141と、内箱142及び真空断熱体200と、を接着する形態を採用したが、これに限定されず、外板141、内箱142、又は真空断熱体200に変性ポリオレフィン等で構成される接着剤を塗布することにより、これらを接着する形態を採用してもよい。
内箱142は、正面が開放されていて、外板141により閉鎖されている。また、内箱142の背面には、ガスケット144が配置されている。内箱142の底面は、段状に形成されていて、真空断熱体200と内箱142が対向する面には、接着剤145が配置されている。なお、接着剤145は対向面の全面に塗布してもよいし、部分的に塗布してもよい。
部分的な場合は、少なくともガスケット144と対向する部分に塗布することが望ましい。これにより、真空断熱体200と内箱142の空間と外部との連通(空気の出入り)を阻止することができ、断熱機器(冷蔵庫)の吸熱負荷をさらに低減することができる。
接着剤145は、例えば、変性シリコーンなどで構成されている。
真空断熱体200は、第1部材201と、第2部材202と、コア材203と、を有していて、第1部材201と第2部材202で形成される筐体の内部空間が所定の真空度になるように構成されている。
第1部材201の外周縁はフランジ部201Aを有し、フランジ部201Aを介して第1部材201と第2部材202は接着シールされている。これにより、第1部材201と第2部材202は面で圧接可能となり、強固な接着シールが可能となる。
第1部材201は、内箱142の内面形状に併せて作製された成形品であり、開口部を有する箱状に形成されている。第1部材201は、第1樹脂層21と、第2樹脂層22と、第1樹脂層21と第2樹脂層22の間に配置されているガスバリア層23と、から構成されている。
第1樹脂層21及び第2樹脂層22は、熱可塑性樹脂で構成されていて、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィンであってもよい。なお、第1樹脂層21及び第2樹脂層22は、同一の材質であってもよく、異なる材質であってもよい。
ガスバリア層23は、有機樹脂と鱗片状無機材を有している。ガスバリア層23を構成する有機樹脂としては、例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体又はポリビニルアルコール重合体であってもよい。また、鱗片状無機材としては、例えば、天然の粘土鉱物ベントナイトの主成分であるモンモリロナイト、イオン交換処理がなされたモンモリロナイト、合成シリカ等であってもよい。さらに、鱗片状無機材は、ガスバリア層23のガスバリア性を充分に担保する観点(酸素透過度を充分に抑制する観点)から、その厚みが1nm以上、又は平均粒子径が100nm以上であってもよく、ガスバリア層23を構成しるシートを真空成形により所定の形状を有するように加工する観点から、その厚みが3nm以下、又は平均粒子径が300nm以下であってもよい。
また、ガスバリア層23は、鱗片状無機材の含有量が、ガスバリア層23の総重量に対して、2〜14wt%であってもよい。ここで、図3及び図4を参照しながら、鱗片状無機材の含有量について、説明する。
図3は、有機樹脂(ここでは、エチレン−ビニルアルコール共重合体)に鱗片状無機材(ここでは、モンモリロナイト)を添加して、製造したシートの酸素透過度と、鱗片状無機材の添加量と、の関係を示すグラフである。図4は、有機樹脂(ここでは、エチレン−ビニルアルコール共重合体)に鱗片状無機材(ここでは、モンモリロナイト)を添加して、製造したシートを真空成形するための加熱温度と、鱗片状無機材の添加量と、の関係を示すグラフである。なお、図3及び図4においては、ガスバリア層23を構成するシートの膜厚が200μmとなるように、シートを製造している。
図3に示すように、鱗片状無機材の含有量を増加させると、酸素透過度が低くなり、酸素の透過を充分に抑制することができることがわかる。ここで、真空断熱体200の断熱性能を10年以上維持するために必要な酸素透過度を0.026ml/m2・day・atm(23℃)とすると、図3に示すように、鱗片状無機材の含有量が、ガスバリア層の総重量に対して、2wt%以上であればよいことがわかる。
また、図4に示すように、鱗片状無機材の含有量を増加させると、シートを真空成形により加工するために必要な加熱温度が増加することがわかる。ここで、ポリプロピレンを真空成形するための加熱温度は、例えば、155〜172℃である。このため、第1樹脂層21又は第2樹脂層22をポリプロピレンで構成する場合、172℃以上に加熱すると、第1部材201を所定の形状に加工することが困難となるおそれがある。
このため、図4に示すように、第1部材201を真空成形により所定の形状に加工する観点から、鱗片状無機材の含有量が、ガスバリア層の総重量に対して、14wt%以下であればよいことがわかる。
なお、真空断熱体200の断熱性能を10年以上維持するため、ガスバリア層23の厚みは100〜300μmとしている。これは、ガスバリア層23は厚くするほどガスバリア性能は高まるが、材料コストも高く、鱗片状無機材の適正な含有によって選定したものである。
第2部材202は、第1部材201の開口部を密閉するように構成されている。第2部材202としては、例えば、ラミネートフィルムであってもよい。ラミネートフィルムの材質としては、低密度ポリエチレンフィルム、直鎖低密度ポリエチレンフィルム、中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、又はポリアクリロニトリルフィルム等の熱可塑性樹脂、或いはそれらの混合体を使用してもよい。
また、ラミネートフィルムは、アルミニウム又はステンレス等の金属層を有していてもよい。この場合、金属層は、ラミネートフィルムの内部に形成されていてもよく、ラミネートフィルムの表面に形成されていてもよい。また、金属層は、アルミニウム箔等の金属箔であってもよく、アルミニウム等をラミネートフィルム表面に蒸着させて形成してもよい。
コア材203としては、例えば、連続気泡ウレタンフォームで構成されていてもよい。連続気泡ウレタンフォームは、例えば、特許第5310928号に開示されている特徴を有するものであってもよい。この場合、コア材203は、第1部材201の内面(内部空間)と同一形状に形成される。また、コア材203としては、例えば、ガラス繊維、ロックウール、アルミナ繊維、又はポリエチレンテレフタレート繊維等を用いてもよい。
なお、第1部材201の内部空間には、コア材203のみを配置してもよく、コア材203と吸着剤を配置してもよい。吸着剤としては、水分を吸着除去する水分吸着剤と大気ガス等のガスを吸着する気体吸着剤が挙げられる。
水分吸着剤としては、例えば、酸化カルシウム、又は酸化マグネシウム等の化学吸着物質、或いは、ゼオライトのような物理吸着物質を用いることができる。また、気体吸着剤は、気体中に含まれる非凝縮性気体を吸着できる吸着材料と容器で構成されている。
吸着材料としては、ジルコニウム、バナジウム及びタングステンからなる合金、鉄、マンガン、イットリウム、ランタンと希土類元素の1種の元素を含む合金、Ba−Li合金、並びに、金属イオンとイオン交換したゼオライト等が挙げられる。
[真空断熱体の製造方法]
図5は、本実施の形態1に係る真空断熱体の製造方法を示すフローチャートである。
図5は、本実施の形態1に係る真空断熱体の製造方法を示すフローチャートである。
図5に示すように、まず、ガスバリアシートを製造する(ステップS101)。ここで、ガスバリアシートは、熱可塑性樹脂からなる第1樹脂層21及び第2樹脂層22の間に、有機樹脂とその含有量が2〜14wt%である鱗片状無機材とを有するガスバリア層23が配置されたシートである。
具体的には、第1樹脂層21、第2樹脂層22、及びガスバリア層23を構成するシートを製造し、これらのシートを積層して、熱圧着等により、これらのシートを接合し、ガスバリアシートが得られる。
第1樹脂層21及び第2樹脂層22は、例えば、材質がポリプロピレンである場合には、公知の無延伸ポリプロピレンフィルムを用いてもよい。また、ガスバリア層23は、有機樹脂の一例であるエチレン−ビニルアルコール共重合体に、鱗片状無機材の一例であるモンモリロナイトを2〜14wt%添加して、公知の製造方法に従って、シート又はフィルムを製造する。なお、モンモリロナイトは、厚みが1〜3nm、平均粒子径が100〜300nmのものを用いてもよい。
次に、ステップS101で製造したガスバリアシートを真空成形、又は圧空成型、熱プレス成型などにより、内箱142の内面(内部空間)と同一形状になるように加工して、開口部を有する箱状の第1部材201を製造する(ステップS102)。
次に、真空断熱体200を製造する(ステップS103)。具体的には、ステップS102で製造した第1部材201の内部空間にコア材203を配置して、第1部材201の開口部を覆うように、第2部材202を配置して、第1部材201と第2部材202とを熱溶着させる。ついで、第1部材201の内部空間を真空引きして、真空断熱体200を製造する。
なお、コア材203として、連続気泡ウレタンフォームを用いる場合には、第1部材201の内部空間と同一形状を有するように、予めコア材203を成形し、成形されたコア材203を第1部材201に収納すればよい。また、コア材203として、例えば、ガラス繊維、ロックウール、アルミナ繊維、又はポリエチレンテレフタレート繊維等を用いる場合には、これらを加熱圧縮成型した後、第1部材201の内部空間に配置すればよい。このとき、吸着剤を配置してもよい。
このように構成された、本実施の形態1に係る真空断熱体200及びそれを備える断熱機器100では、第1樹脂層21、第2樹脂層22、及びガスバリア層23から構成されるガスバリアシートを真空成形により加工して、第1部材201を製造することにより、複雑な立体形状に追随することができる。このため、従来の真空断熱構造体が配置されている冷蔵庫等に比して、製造工程を簡略することができ、製造工ストを低減することができる。
また、ガスバリア層23を構成する鱗片状無機材を、ガスバリア層23の総重量に対して2〜14wt%とすることで、ガスバリア性を充分に確保しつつ、複雑な立体形状に追随できるように、ガスバリアシートを加工することができる。
さらに、鱗片状無機材の厚みを1〜3nmとし、平均粒子径が100〜300nmとすることにより、2wt%という少量の添加で高いガスバリア性能をすることができる。
また、本実施の形態1に係る真空断熱体200では、第1部材201は、有機樹脂に鱗片状無機材を添加して構成したガスバリア層23の両面にポリプロピレン等で構成した第1樹脂層21及び第2樹脂層22を備えている。このため、水分透過度の低いポリプロピレン等で構成した第1樹脂層21及び第2樹脂層22が、ガスバリア層23の水分に弱い有機樹脂を保護し、第1部材201の耐久性を高めることができる。
なお、本実施の形態1に係る真空断熱体200では、第1部材201が開口部を有する箱状に形成される態様を採用したが、当該形状に限定されるものではない。例えば、第1部材201をブロー成形等で真空断熱体200のほぼ全面となる、所定の形状を有する筐体として成形し、当該筐体内部にコア材となる連続気泡ウレタンフォームを充填し、内部を真空排気して開口部をシールすることで、真空断熱体200を構成してもよい。この場合、両面が凹凸形状を有する断熱壁等に適用することができ、真空断熱体200の断熱機器への適用自由度を高めることができる。
また、本実施の形態1に係る断熱機器100では、真空断熱体200を別部材である内箱142で覆う態様を採用したが、これに限定されない。例えば、真空断熱体200の第1部材201を金型にインサートして内箱142を射出成形で構成してもよい。この場合、接着剤145は不要になるとともに、真空断熱体200の第2樹脂層22を内箱142で代用することができる。
以上、説明したように、本実施の形態1に係る断熱容器100では、扉104の凹凸形状に合わせて真空断熱体200を配置したことにより、従来のように平板の真空断熱材と発泡ウレタンを複合する必要がなく、扉104の断熱性能を高めることができる。
また、真空断熱体200を従来と同等の断熱性能とする場合には、扉104の厚みを薄くすることができ、断熱機器(冷蔵庫)の内容積を大きくすることができる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
本発明に係る真空断熱体、それを備える断熱機器、及び真空断熱体の製造方法では、真空断熱体のガスバリア性及び断熱性を充分に確保しつつ、複雑な立体形状に追随することができるため、有用である。
21 第1樹脂層
22 第2樹脂層
23 ガスバリア層
100 断熱機器
101 冷蔵庫本体
102 圧縮器
103 蒸発器
104 扉
111 仕切壁
114 仕切壁
121 冷蔵室
122 製氷室
123 冷凍室
124 野菜室
125 冷却室
141 外板
142 内箱
143 接着フィルム
144 ガスケット
145 接着剤
200 真空断熱体
201 第1部材
201A フランジ部
202 第2部材
203 コア材
22 第2樹脂層
23 ガスバリア層
100 断熱機器
101 冷蔵庫本体
102 圧縮器
103 蒸発器
104 扉
111 仕切壁
114 仕切壁
121 冷蔵室
122 製氷室
123 冷凍室
124 野菜室
125 冷却室
141 外板
142 内箱
143 接着フィルム
144 ガスケット
145 接着剤
200 真空断熱体
201 第1部材
201A フランジ部
202 第2部材
203 コア材
Claims (6)
- コア材と、
前記コア材が内部に配置され、開口部を有する箱状の第1部材と、
前記開口部を密閉する第2部材と、を備え、
前記第1部材は、熱可塑性樹脂からなる第1樹脂層及び第2樹脂層と、前記第1樹脂層と前記第2樹脂層の間に配置され、有機樹脂と鱗片状無機材を有するガスバリア層と、を有し、
前記鱗片状無機材の含有量が、前記ガスバリア層の総重量に対して、14wt%以下である、真空断熱体。 - 前記鱗片状無機材の含有量が、前記ガスバリア層の総重量に対して、2wt%以上である、請求項1に記載の真空断熱体。
- 前記有機樹脂が、エチレン−ビニルアルコール共重合体又はポリビニルアルコール重合体である、請求項1又は2に記載の真空断熱体。
- 前記コア材が、連続気泡ウレタンフォームで構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の真空断熱体。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の真空断熱体が収容された断熱壁を備える、断熱機器。
- 熱可塑性樹脂からなる第1樹脂層及び第2樹脂層の間に、有機樹脂とその含有量が2〜14wt%である鱗片状無機材とを有するガスバリア層を配置して、ガスバリアシートを製造する(A)と、
前記ガスバリアシートを真空成形により加工して、開口部を有する箱状の第1部材を製造する(B)と、
前記第1部材の内部空間にコア材を配置し、前記開口部に第2部材を配置して、前記第1部材の内部空間を真空引きして、前記第1部材を密閉する(C)と、を備える、真空断熱体の製造方法。
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