JP4580844B2 - 真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫に関する。

（従来技術１）
従来の真空断熱材としては、特開２００２−８１５９６号公報（特許文献１）に示されたものがある。この特許文献１に記載の真空断熱材は、繊維径分布のピーク値が１μｍかつ以下０．１μｍ以上である無機繊維芯材と、ガスバリア性を有する外皮材とからなる真空断熱材であって、前記芯材がＳｉＯ２を主成分とし、かつ繊維材料を固形化するための結合材を含まない構成としたことにより、真空断熱材として可撓性を有するようにしていた。
（従来技術２）
また、従来の真空断熱材としては、特開２００２−３１０３８４号公報（特許文献２）に示されたものがある。この特許文献２に記載の真空断熱材は、繊維径分布のピークが１μｍ以下かつ０.１μｍ以上である無機繊維集合体の一方または両方の面に補強材を積層した芯材とガスバリア性を有する外被材とからなり、無機繊維集合体が繊維材料を固形化するための結合材を含まない無機繊維と無機粉体の成形体や無機繊維シートからなるものである。

特開２００２−８１５９６号公報 特開２００２−３１０３８４号公報

近年、地球温暖化に対する観点から、家電品の消費電力量削減の必要性が望まれている。そして、冷蔵庫は家電品の中で特に消費電力量の多い製品であるため、冷蔵庫の断熱箱体中に真空断熱材を採用して、この断熱箱体の熱漏洩量を低減することが提案されている。この真空断熱材の応用展開を推進するためには、コストアップや断熱性能の低下を招くことなく、被取付け部の形状に沿って真空断熱材を配設できるように折り曲げ性を付与することが重要な課題となっている。曲げ可能な真空断熱材として、例えば、上述した特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。

しかしながら、特許文献１の真空断熱材では、繊維径分布のピーク値が１μｍ以下かつ０．１μｍ以上の超極細無機繊維を用いるため、単品でも生産性が低く高価であると共に、繊維集合体を重ねて厚みを稼ぐ必要があり、真空断熱材のコストアップを招いていた。また、特許文献１の真空断熱材では、折り曲げ性が良好でないという問題があると共に、被取付け部の形状に沿って折り曲げても、時間が経過するに従って形状が元に戻ってしまう問題がある。例えば、被取付け部の曲面が小さい場合、貼り付けた真空断熱材が元に戻ろうとする力によって剥がれたり、真空断熱材と貼り付けた部位の間に間隙ができたりすることから、真空断熱材を貼り付ける直前に折り曲げ加工しなければならなかった。従って、特許文献１の真空断熱材では、未だ、折り曲げ性及び形状保持性の確保と熱伝導率の向上とを両立できるようにすることが課題となっている。

また、特許文献２の真空断熱材では、繊維径分布のピーク値が１μｍ以下かつ０．１μｍ以上の超極細無機繊維を用いるため、単品でも生産性が低く高価であると共に、繊維集合体を重ねて厚みを稼ぐ必要があり、真空断熱材のコストアップを招いていた。また、特許文献２のように無機繊維集合体の一方または両方の面に補強材を入れた真空断熱材では、表面性及び剛性を改善することは可能であるが、折り曲げ性や熱伝導率の低減には補強材の影響が大きく、特に熱伝導率の向上が難しいという問題があった。更に、特許文献２の真空断熱材では、被取付け部の形状に沿って折り曲げても、時間が経過するに従って形状が元に戻ってしまう問題がある。例えば、被取付け部の曲面が小さい場合、貼り付けた真空断熱材が元に戻ろうとする力によって剥がれたり、真空断熱材と貼り付けた部位の間に間隙ができたりすることから、真空断熱材を貼り付ける直前に折り曲げ加工しなければならなかった。従って、特許文献２の真空断熱材でも、未だ、折り曲げ性及び形状保持性の確保と熱伝導率の向上とを両立できるようにすることが課題となっている。

本発明の目的は、折り曲げ性及び形状保持性の確保と熱伝導率の向上とを両立できるとともに地球環境に優しい真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、ガスバリア性を有する外被材中に芯材を真空封止した真空断熱材であって、前記芯材を平均繊維径が２μｍ以上で且つ結合材を含まない繊維重合体で形成すると共に、前記外被材内の前記芯材の間に変形可能で且つ曲げ荷重を加えて曲げ変形した後の前記曲げ荷重が解除された状態での芯材形状を保持可能な変形保持部材を配置し、前記変形保持部材をネット状又は繊維状のもので形成したものである。

また、前述の目的を達成するための本発明の第２の態様は、ガスバリア性を有する外被材中に芯材を真空封止した真空断熱材であって、前記芯材を平均繊維径が２μｍ以上で且つ結合材を含まない繊維重合体で形成すると共に、前記外被材内の前記芯材の間に変形可能で且つ曲げ荷重を加えて曲げ変形した後の前記曲げ荷重が解除された状態での芯材形状を保持可能な変形保持部材を配置し、前記変形保持部材を金属板からなるもので形成したものである。

係る本発明の第１の態様または第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記芯材の繊維重合体が３〜５μｍの平均繊維径を有するものであること。
（２）前記ネット状又は繊維状の変形保持部材がポリオレフィン系、ポリエステル系のものであること。
（３）前記金属板からなる変形保持部材が金網状又は板状のものであること。

さらには、本発明の第３の態様は、ガスバリア性を有する外被材中に芯材を真空封止した真空断熱材を外箱と内箱とによって形成される空間に配設すると共に、その真空断熱材の周囲の前記空間に発泡断熱材を充填してなる冷蔵庫であって、前記芯材を平均繊維径が２μｍ以上で且つ繊維重合体で形成すると共に、前記外被材内の前記芯材の間に変形可能で且つ曲げ荷重を加えて曲げ変形した後の前記曲げ荷重が解除された状態での芯材形状を保持可能な変形保持部材を配置し、前記変形保持部材をネット状又は繊維状のもので形成して前記真空断熱材を構成し、前記真空断熱材を前記外箱または前記内箱の変形部に沿って変形して配置したものである。

さらには、本発明の第４の態様は、ガスバリア性を有する外被材中に芯材を真空封止した真空断熱材を外箱と内箱とによって形成される空間に配設すると共に、その真空断熱材の周囲の前記空間に発泡断熱材を充填してなる冷蔵庫であって、前記芯材を平均繊維径が２μｍ以上で且つ繊維重合体で形成すると共に、前記芯材の間に変形可能で且つ曲げ荷重を加えて曲げ変形した後の前記曲げ荷重が解除された状態での芯材形状を保持可能な変形保持部材を配置し、前記変形保持部材を金属板からなるもので形成して前記真空断熱材を構成し、前記真空断熱材を前記外箱または前記内箱の変形部に沿って変形して配置したものである。

係る本発明の第３の態様または第４の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記芯材の繊維重合体が３〜５μｍの平均繊維径を有するものであり、前記ネット状又は繊維状の変形保持部材がポリオレフィン系、ポリエステル系のもの、または前記金属板からなる変形保持部材が金網状又は板状のものであること。

本発明によれば、折り曲げ性及び形状保持性の確保と熱伝導率の向上とを両立できるとともに地球環境に優しい真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態の真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫を図１から図３を用いて説明する。

まず、本実施形態の冷蔵庫の全体に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態の真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫を示す縦断面図である。

冷蔵庫は、箱状に形成された冷蔵庫の箱体２０と、冷蔵庫の箱体２０の前面開口を開閉する扉６とを備えて構成されている。冷蔵庫の箱体２０は、鉄板をプレス成形した外箱２３と、ＡＢＳ樹脂を真空成形した内箱２１と、外箱２３と内箱２１とがフランジを介して構成される断熱壁中に設置された真空断熱材３０，８０と、前記外箱２３や内箱２１および前記真空断熱材３０，８０と接着可能な、それ自身に接着力を有するウレタン等の発泡断熱材２２とにより構成されている。この断熱壁は、底壁、両側壁、上壁及び背壁から構成されている。真空断熱材３０，８０はパネル状に形成されている。

最下部の扉６は、外箱と、内箱と、外箱と内箱とによって形成される断熱壁中に設置された真空断熱材８０と、外箱や内箱および前記真空断熱材８０と接着可能な、それ自身に接着力を有するウレタン等の発泡断熱材とにより構成されている。上部の扉６に真空断熱材８０を設置しても良い。

また、冷蔵庫の箱体２０は、温度の異なる貯蔵室１０〜１２を複数形成しており、各貯蔵室１０〜１２間には区画壁（図示せず）が設けられている。貯蔵室１０は、温度の低い貯蔵室（具体的には冷凍室）であり、複数の貯蔵室における最下部に配置されている。貯蔵室１１は、温度の低い貯蔵室１０より温度が高い貯蔵室（具体的には野菜室）であり、複数の貯蔵室における中間部に配置されている。貯蔵室１２は、温度の低い貯蔵室１０より温度が高い貯蔵室（具体的には冷蔵室）であり、複数の貯蔵室における最上部に配置されている。貯蔵室１０〜１２は、圧縮機１３、凝縮器１４、減圧装置及び冷却器１５などからなる冷凍サイクル及び冷却ファン１６などを用いて冷却される。

内箱２１は、貯蔵室１０〜１２を形成する壁面を構成するものであり、底面、両側面、上面及び背面からなっている。外箱２３は、冷蔵庫の箱体２０の外観を形成する壁面を構成するものであり、底面、両側面、上面及び背面からなっている。なお、冷蔵庫の箱体２０の底壁の背面側には、圧縮機を収納する機械室を形成するための段部を有しており、内箱２１及び外箱２３の底面はこれに伴う段部を有している。

真空断熱材３０は、断熱壁の曲げ部２４に沿って配設した真空断熱材であり、曲げ部２４の内箱２１側に設置する場合は、内箱２１の形状に沿って内箱２１に密着するように設置してある。また、真空断熱材３０は、曲げ部２４の外箱２３側に設置する場合は、外箱２３の形状に沿って設置してある。

前記断熱壁の曲げ部２４は断熱壁の変形部を構成する部分である。そして、断熱壁の変形部は、内箱２１または外箱２３における二つの面が交差する角部である曲げ部２４の他に、内箱２１または外箱２３における凹凸部などである変形部が含まれる。

真空断熱材８０は、断熱壁の平面部に配設した真空断熱材であり、真空断熱材３０を折り曲げることをしないで、平面形状のままで、断熱壁内に配設した真空断熱材である。外箱２３の一面（背面）に沿って設置された真空断熱材８０の端部は、内箱２１の一面（上面または底面）から曲げ部２４を経て他の面（背面）に沿って延びる真空断熱材３０の端部と投影面で重合している。係る構成によって、発泡断熱材２２の充填性を確保しつつ、真空断熱材３０、８０の設置面積を増大することができ、断熱性能を向上することができる。

次に、本実施形態における曲げ部２４へ適用する真空断熱材を図２及び図３により説明する。図２は図１のＣ部を拡大した断面図、図３は図２の真空断熱材の折り曲げる前の断面図である。図２では真空断熱材３０の理解を容易にするため、真空断熱材３０を図１より強調して示してある。

図２において、真空断熱材３０は断熱壁の曲げ部２４の内箱面２１ａの形状に沿って該内箱面２１ａに密着するように配設された真空断熱材であり、ガスバリア性を有する外被材３１中に、結合剤を含まない無機繊維重合体にて形成された芯材を３２と、ガスを吸着するゲッター剤３４を内蔵した変形保持部材３３と共に収納し、所定の真空度にて真空封止して構成してある。

芯材３２を構成する無機繊維重合体は、平均繊維径３μｍから５μｍの汎用性の高いものが用いられており、従来技術３の真空断熱材に用いられる繊維径分布のピーク値が１μｍ以下かつ０.１μｍ以上の超極細無機繊維と比較して、格段に安価なものとすることができると共に、折り曲げ性が格段に良好である。なお、芯材３２として、無機繊維重合体の代わりに有機繊維重合体を用いてもよい。

真空断熱材３０は、その製造時は、真空断熱材３０自身の生産性の向上が図れるように、図３に示すように略平面形状として製造される。そして、略平面形状として製造された真空断熱材３０を冷蔵庫の箱体２０に組み込む際には、前述したように、曲げ部２４の内箱面２１ａの形状に沿って密着するように、真空断熱材３０を曲げた状態で設置する。

従って、本実施形態においては、略平面形状として製造された真空断熱材３０を、図２に示すように、所定の曲面半径で、所定の角度に曲げられるように、且つ、曲げた形状を保持できるように、無機繊維重合体にて形成された芯材３２の間に、生分解性物からなる繊維状マットで形成した変形保持部材３３或いは生分解性物からなる粉体を不織布の袋に詰めて形成した変形保持部材３３を介在させてある。変形保持部材３３として生分解性物を用いることにより、地球環境に優しいものとすることができる。

所定の厚さを有する芯材３２を複数の層３２ａ、３２ｂで作り、該複数の層３２ａと３２ｂとの間に、変形保持部材３３を設置することにより、真空断熱材３０を所定の曲面半径で、所定の角度に曲げても、芯材３２の層３２ａ、３２ｂを構成する無機繊維重合体が破壊する程度が少なく、且つ、該無機繊維重合体による外被材３１の損傷が少なくなるように構成されている。

つまり、変形保持部材３３を芯材３２の間に設置しない場合は、芯材３２の内面半径の部分において強制的に圧縮されるか、或いは、芯材３２の外面半径の部分において強制的に引っ張り力を受けるので、芯材３２を形成する無機繊維重合体が有る程度の割合で破壊してしまう恐れがある。

これに対して、本実施形態では、変形保持部材３３により芯材３２が複数の層３２ａ、３２ｂに分離されているので、真空断熱材３０を曲げた場合には、複数の層３２ａ或いは３２ｂがそれぞれ単独に曲がるので、層３２ａの内面半径の部分或いは外面半径の部分において強制的に圧縮される圧縮量が、変形保持部材３３を設置しない場合と比較して小さくなり、或いは、層３２ｂの内面半径の部分或いは外面半径の部分において強制的に引っ張られる量が、変形保持部材３３を設置しない場合と比較して少なくなる。これによって、層３２ａや層３２ｂを形成する無機繊維重合体が破壊する程度が少なくなり、該無機繊維重合体による外被材３１の損傷が少なくなるように構成されている。

次に、表１を参照しながら説明する。表１は本実施形態の真空断熱材である実施例１〜５及びその比較例１の各種試験データ説明表である。

（実施例１）
実施例１の真空断熱材３０は、平均繊維径が３μｍのグラスウール中にポリエチレンネット（メッシュ寸法（ｍｍ）：８×１４×０.８Φ）を挟みこみ、更に、各々エージング処理を行って作製した。その後、外被材３１に５種類の大きさ（５００ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍ、２２０ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ、３００ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ、２５０ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ、４００ｍｍ×２５０ｍｍ×１０ｍｍ）の芯材と更にガスを吸着するゲッター剤４（モレキュラーシーブス１３Ｘ／活性炭）を詰め、真空包装機のロータリーポンプで１０分、拡散ポンプで１０分、真空断熱材の内部圧力が１.３Ｐａになるまで排気した後、端部をヒートシールで封止した。

このようにして得られた真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）の熱伝導率について、英弘精機（株）製のＡＵＴＯ−Λを用いて１０℃で測定した。また、折り曲げ性は、曲げ試験機を用いて、試験条件（速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ、支点間距離：１００ｍｍ（支持台及び圧子はΦ２０ｍｍの丸棒）、変位量：４０ｍｍ）での最大曲げ荷重（Ｎ）を測定し評価した。更に、形状保持性は４ｈ経過後の保持状態を見た。その結果、表１に示すように、折り曲げ性は９５Ｎで、形状保持性は良好であった。また、熱伝導率が２．９ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。このことから、実施例１の真空断熱材３０は折り曲げ性と形状保持性及び熱伝導率の両立化が図れ、冷蔵庫箱体２０に本発明の真空断熱材を挿入することにより熱漏洩量の低減及び省エネ化が期待できる。

次に、実施例１の真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に挿入し、更に冷蔵庫箱体２０にポリオールとイソシアネートを、高圧発泡機を用いて注入充填して冷蔵庫の断熱材を作製した。発泡断熱材の硬質ポリウレタンフォ−ム６は、ポリオ−ルとして、平均水酸基価が４５０のｍ−トリレンジアミンにプロピレンオキサイドを付加したポリエ−テルポリオ−ルを４０重量部、平均水酸基価が４７０のｏ−トリレンジアミンにプロピレンオキサイドを付加したポリエ−テルポリオ−ルを３０重量部、平均水酸基価が３８０のｏ−トリレンジアミンにプロピレンオキサイドを付加したポリエ−テルポリオ−ルを３０重量部の混合ポリオ−ル成分１００重量部に、シクロペンタン１５重量部に水１．５部及び反応触媒としてテトラメチルヘキサメチレンジアミン１．２重量部とトリメチルアミノエチルピペラジン２部、整泡剤として有機シリコ−ン化合物Ｘ−２０−１６１４を２重量部、イソシアネ−ト成分としてミリオネ−トＭＲのジフェニルメタンイソシアネ−ト多核体を１２５部用いて発泡充填した。

その後、冷蔵庫の熱漏洩量及び消費電力量を測定した。冷蔵庫の熱漏洩量は、冷蔵庫の動作状態と反対の温度条件を設定し庫内からの熱漏洩量として測定を行った。具体的には、−１０℃の恒温室内に冷蔵庫を設置し、庫内温度を所定の測定条件（温度差）になるようヒータにそれぞれ通電し冷蔵庫の消費電力と冷却性能を比較する温度条件下で測定した。冷蔵庫の消費電力量はＪＩＳ Ｃ９８０１測定基準により測定を行った。その結果、表１に示すように、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて、熱漏洩量で２０％、消費電力量で１３％低減できる冷蔵庫が得られた。
（実施例２）
実施例１と同様の製作方法で実施例２の真空断熱材３０を作製した。用いたグラスウール材は平均繊維径が３.５μｍの結合剤を含まないものである。更に、エチレンービニルアルコール共重合体のネット（メッシュ寸法（ｍｍ）：７×１４×０.９Φ）をグラスウール中に挟みこみ、芯材１３のエージング処理を各々行い、外被材３１に更にガスを吸着するゲッター剤４（モレキュラーシーブス１３Ｘ／活性炭）と共に挿入封止して真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、実施例２の真空断熱材３０の形状曲げ折り性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、表１に示すように、折り曲げ性は９２Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持され良好であった。また、熱伝導率は３．０ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。

次に、実施例２の真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、表１に示すように、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で１８％、消費電力量で１２％低減でき省エネ化が可能となった。
（実施例３）
実施例１と同様の製作方法で実施例３の真空断熱材３０を作製した。用いたグラスウール材は平均繊維径が４μｍの結合剤を含まないものである。更に、ポリプロピレン繊維（ニードルパンチング加工品、マット厚５ｍｍ）をグラスウール中に挟みこみ、芯材１３のエージング処理を各々行い、外被材３１にゲッター剤と共に挿入封止して実施例３の真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、実施例３の真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）の形状曲げ折り性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、表１に示すように、折り曲げ性は９８Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持され良好であった。また、熱伝導率は２．９ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。

次に、実施例３の真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、表１に示すように、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で１９％、消費電力量で１３％低減でき省エネ化が可能となった。
（実施例４）
実施例１と同様の製作方法で実施例４の真空断熱材３０を作製した。用いたグラスウール材は平均繊維径が４.５μｍの結合剤を含まないものである。更に、ポリエステル繊維（ニードルパンチング加工品、マット厚５ｍｍ）をグラスウール中に挟みこみ、芯材１３のエージング処理を各々行い、外被材３１にゲッター剤と共に挿入封止して真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、実施例４の真空断熱材３０の形状曲げ折り性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、表１に示すように、折り曲げ性は９９Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持され良好であった。また、熱伝導率は３.３ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。

次に、実施例４の真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、実施例４の真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、表１に示すように、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で１４％、消費電力量で８％低減でき省エネ化が可能となった。
（実施例５）
実施例１と同様の製作方法で実施例５の真空断熱材３０を作製した。用いたグラスウール材は平均繊維径が５μｍの結合剤を含まないものである。更に、ポリエステル繊維（ニードルパンチング加工品、マット厚８ｍｍ）の変形保持部材３３をグラスウール中に挟みこみ、芯材１３のエージング処理を各々行い、外被材３１にゲッター剤と共に挿入封止して真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、実施例５の真空断熱材３０の折り曲げ性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、表１に示すように、折り曲げ性は９２Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持され良好であった。また、熱伝導率は３.５ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。

次に、実施例５の真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、実施例５の真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、表１に示すように、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で１１％、消費電力量で６％低減でき省エネ化が可能となった。

次に、表２を参照しながら説明する。表２は本実施形態の真空断熱材である実施例６〜１０及びその比較例１の各種試験データ説明表である。

（実施例６）
実施例６の真空断熱材３０は、結合剤を含まない平均繊維径が３μｍのグラスウール中に変形保持部材３３であるエキスパンドメタル（メッシュ寸法（ｍｍ）：７×１４×０.５Φ）を挟み、更に１８０℃で１時間のエージング処理を行って作製した。その後、外被材３１に５種類の大きさ（５００ｍｍ×３００ｍｍ×１０ｍｍ、２２０ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ、３００ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ、２５０ｍｍ×２００ｍｍ×１０ｍｍ、４００ｍｍ×２５０ｍｍ×１０ｍｍ）の芯材と更にガスを吸着するゲッター剤４（モレキュラーシーブス１３Ｘ／活性炭）を詰め、真空包装機のロータリーポンプで１０分、拡散ポンプで１０分、真空断熱材の内部圧力が１.３Ｐａになるまで排気した後、端部をヒートシールで封止して真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、実施例５の真空断熱材３０の折り曲げ性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、表１に示すように、折り曲げ性は９２Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持され良好であった。また、熱伝導率は２．０ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。このことから、実施例６の真空断熱材は折り曲げ性と形状保持性及び熱伝導率の両立化が図れ、冷蔵庫箱体２０に実施例６の真空断熱材を挿入することにより熱漏洩量の低減及び省エネ化が期待できる。
次に、実施例５の真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、実施例５の真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、表１に示すように、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で２３％、消費電力量で１６％低減でき省エネ化が可能となった。
（実施例７）
実施例１と同様の製作方法で実施例７の真空断熱材３０を作製した。用いたグラスウール材は平均繊維径が３.５μｍの結合剤を含まないものである。更に、エキスパンドメタル（メッシュ寸法（ｍｍ）：５×１０×０.５Φ）の変形保持部材３３をグラスウール中に挟み、芯材１３のエージング処理を行い、外被材３１に更にガスを吸着するゲッター剤４（モレキュラーシーブス１３Ｘ／活性炭）と共に挿入封止して真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、真空断熱材３０の形状曲げ折り性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、折り曲げ性は９５Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持され良好であった。また、熱伝導率は２．１ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。

次に、実施例７の真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、実施例７の真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で２０％、消費電力量で１５％低減でき省エネ化が可能となった。
（実施例８）
実施例１と同様の製作方法で実施例８の真空断熱材３０を作製した。用いたグラスウール材は平均繊維径が４μｍの結合剤を含まないものである。更に、エキスパンドメタル（メッシュ寸法（ｍｍ）：１５×３０×０.５Φ）の変形保持部材３３をグラスウール中に挟み、芯材１３のエージング処理を行い、外被材３１にゲッター剤と共に挿入封止して真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、真空断熱材３０の形状曲げ折り性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、折り曲げ性は９０Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持され良好であった。また、熱伝導率は２．２ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。

次に、実施例８の真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、実施例８の真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で１９％、消費電力量で１４％低減でき省エネ化が可能となった。
（実施例９）
実施例１と同様の製作方法で実施例９の真空断熱材３０を作製した。用いたグラスウール材は平均繊維径が４.５μｍの結合剤を含まないものである。更に、アルミ薄板厚：０.１ｍｍの変形保持部材３３をグラスウール中に挟み、芯材１３のエージング処理を行い、外被材３１にゲッター剤と共に挿入封止して実施例９の真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、真空断熱材３０の曲げ特性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、折り曲げ性は９９Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持され良好であった。また、熱伝導率は２.６ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。

次に、実施例９の真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、実施例９の真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で１８％、消費電力量で１４％低減でき省エネ化が可能となった。
（実施例１０）
実施例１と同様の製作方法で実施例１０の真空断熱材３０を作製した。用いたグラスウール材は平均繊維径が５μｍの結合剤を含まないものである。更に、金網（メッシュ寸法（ｍｍ）：１０×２０×０.５Φ）の変形保持部材３３をグラスウール中に挟み、芯材１３のエージング処理を行い、外被材３１にゲッター剤と共に挿入封止して真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、実施例１０の真空断熱材３０の折り曲げ性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、折り曲げ性は９２Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持され良好であった。また、熱伝導率は２.７ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。

次に、実施例１０真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で１７％、消費電力量で１３％低減でき省エネ化が可能となった。
（比較例１）
実施例１と同様の製作方法で、変形保持部材３３を用いない比較例１の真空断熱材３０を作製した。用いたグラスウール材は平均繊維径が６μｍである。更に、グラスウール芯材１３のエージング処理を行い、外被材３１に挿入封止して比較例１の真空断熱材３０（厚み：約１０ｍｍ）を作製した。その後、真空断熱材３０の折り曲げ性と形状保持性及び熱伝導率を測定した。その結果、表１に示すように、折り曲げ性は１２５Ｎで、４ｈ経過後の形状は保持されず不良であった。また、熱伝導率は４.３ｍＷ／ｍ・Ｋを示した。

次に、比較例１の真空断熱材３０を実施例１と同様に冷蔵庫箱体２０に挿入して実機冷蔵庫の特性評価を行った。冷蔵庫箱体２０中には、比較例１の真空断熱材３０を冷蔵庫で温度差が大きいコンプレッサー周辺部及び冷蔵庫背面の内箱５の外面側に５枚挿入し、実施例１と同様にポリオールとイソシアネートを発泡充填して冷蔵庫の断熱材を作製し、熱漏洩量及び消費電力量を評価した。その結果、表１に示すように、真空断熱材３０を挿入しなかった冷蔵庫と比べて熱漏洩量で９％、消費電力量で４％しか低減できず、省エネ効果が小さかった。

以上説明したように、本実施形態によれば、芯材３２を平均繊維径が２μｍ以上の結合材を含まない繊維重合体で形成すると共に、芯材３２の間に変形可能で且つ変形後の芯材形状を保持可能な変形保持部材３３を配置し、変形保持部材３３を有機物からなるネット状又は繊維状のもの或いは金属板からなるもので形成し、これらをガスバリア性外被材３１中に入れて、真空封止した真空断熱材３０としているので、折り曲げ性と形状保持性及び断熱特性を両立することが可能な高性能真空断熱材３０を提供することができる。

また、本実施形態によれば、芯材３２の無機繊維重合体が３〜５μｍの平均繊維径を有するグラスウールであることを特徴とする真空断熱材３０である。ここで、結合剤を含まないグラスウールの径が３〜５μｍであることが好ましい。無機繊維重合体は、平均繊維径により熱伝導率特性やコストが大きく変わる。例えば、平均繊維径が５μｍ以上のグラスウール等はコストの点では安価であるため実用化しやすい素材であるが熱伝導率が大きく劣る。その理由は、繊維が同一方向に配列して繊維の接触が線に近く、このため接触熱抵抗が小さくなり熱伝導率が高くなると考えられる。一方、平均繊維径が２μｍ未満の繊維は単品でも生産性が低く高価であると共に、繊維集合体を重ねて厚みを稼ぐ必要があり、真空断熱材３０のコスト高騰や生産性の点から断熱材としての使用は難しい。また、接触抵抗の他に熱流路がジグザクとなり、熱抵抗が増大して熱伝導率が低くなる多くの繊維材の中から、平均繊維径が３〜５μｍで且つ結合材を含まないグラスウールを選定し、折り曲げ性と形状保持性及び断熱性を両立した真空断熱材３０を見出した。

無機繊維重合体としては、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ、シリカアルミナ、シリカ、ロックウール、炭化ケイ素等の結合剤を含まない繊維を使用できる。

本実施形態では、有機物からなるネット状又は繊維状の変形保持部材３３がポリオレフィン系、ポリエステル系のものであり、金属板からなる変形保持部材３３が金網状又は板状のものである。ここで、ネット又は繊維としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等のガス発生の少ない素材を選定することが好ましく、ネットの厚みは薄い程、繊維径も細いほど熱伝導率の点で好ましい。また、金属板の変形保持部材３３としてはアルミ、ステンレス、チタン、鉄、銅、合金等の素材が好ましく、特に、アルミ素材のエキスパンドメタルや金網を用いた真空断熱材が軽量で使いやすく目的を達成するのに好ましい。
また、芯材の脱水、脱ガスを目的として、ガスバリア性フィルムの挿入前に芯材等をエージング処理を施すことも有効である。この時の加熱温度は、最低限脱水が可能であることから前記有機物は１１０℃であることが望ましく、グラスウールは１８０℃以上がより好ましい。

更に、外被材３１としては、内部に気密部を設けるために芯材３２を覆うものであり、材料構成としては特に限定されるものではない。例えば、最外層にポリエチレンテレフタレート樹脂、中間層にアルミニウム箔、最内層に高密度ポリエチレン樹脂からなるプラスチックラミネートフィルム、例えば、最外層にポリエチレンテレフタレ−ト樹脂、中間層にアルミニウム蒸着層を有するエチレンービニルアルコール共重合体樹脂、最内層に高密度ポリエチレン樹脂からなるプラスチックラミネートフィルムとを袋状にしたものなどが例示される。外被材３１のこれら各層、最外層は衝撃などに対応するためであり、中間層はガスバリア性を確保するためであり、最内層は熱融着によって密閉するためである。従って、これらの目的にあうものであれば、全ての公知材料が使用可能であり、更に改善する手段として、最外層にポリアミド樹脂等を付与することで耐突き刺し性を向上させたり、中間層にアルミニウム蒸着層を有するエチレンービニルアルコール共重合体樹脂を２層設けたりしてよい。熱融着する最内層としては、シール性やケミカルアタック性等から高密度ポリエチレン樹脂が好ましいが、この他に、ポリプロピレン樹脂やポリアクリルニトリル樹脂等を用いても良い。外被材３１の材料の具体的構成としては、例えば、最外層にポリアミド、第２層目にポリエチレンテレフタレ−ト樹脂、第３層目にアルミ箔、最内層に高密度ポリエチレン樹脂からなるアルミラミネートフィルムである。

また、真空断熱材の信頼性を更に向上させるために、ゲッター剤として必要に応じてドーソナイト、ハイドロタルサイト、金属水酸化物等のガス吸着剤、あるいはモレキュラーシーブス、シリカゲル、酸化カルシウム、ゼオライト、活性炭、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等の水分吸着剤を使用する。

真空断熱材３０の外形や厚さなどの形状は、特に限定されず、適用される個所と作業性に応じて各種外形及び厚さのものが適用可能である。

本実施形態は、外箱２３と内箱２１からなる空間内に硬質樹脂フォーム２２を充填した冷蔵庫断熱箱体２０または断熱扉体６において、上記本実施形態のいずれかに記載の真空断熱材３０と硬質樹脂フォーム２２を断箱体２０または断熱扉体６の内部の断熱材として用いた冷蔵庫である。

本実施形態は、硬質樹脂フォーム２２がシクロペンタン及び水を混合発泡剤とするポリウレタンフォームであることを特徴とする冷蔵庫である。

ここで、硬質樹脂フォーム２２としては、例えば硬質ウレタンフォーム、フェノールフォームやスチレンフォーム等が例示される。この中で、シクロペンタン及び水を混合発泡剤とする硬質ポリウレタンフォームが好ましい。

本実施形態の硬質ポリウレタンフォームは、ポリオールを基本原料として、発泡剤、整泡剤、反応触媒の存在下でイソシアネートを反応させて得られるものである。ポリオールとしては、ｍ−トリレンジアミン（２，４−トリレンジアミン、２，６−トリレンジアミン）及びｏ−トリレンジアミン（２，３−トリレンジアミン、３，４−トリレンジアミン）から成る開始剤のプロピレンオキサイド付加物を主に用いた。他の開始剤は、２価アルコ−ルのプロピレングリコ−ル，ジプロピレングリコ−ル、３価アルコ−ルのグリセリン，トリメチロ−ルプロパン、多価アルコ−ルのジグリセリン、メチルグルコシド、ソルビト−ル、シュ−クロ−ズ、アルキレンポリアミンのエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、アルカノールアミンのモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、イソプロパノールアミンその他のジアミノジフェニルメタン、ビスフェノールＡ、ポリメチレンポリフェニルポリアミンを種々のアルキレンオキサイドで付加物としたポリオールを用いた。イソシアネートは、ジフェニルメタンジイソシアネート多核体を主に使用する。ジフェニルメタンジイソシアネート多核体を用いたイソシアネートは、ポリエーテルポリオール溶液と粘度差が小さいので、ポリエ−テルポリオールとの相溶性が向上する。ジフェニルメタンジイソシアネート多核体を用いることによって、初期反応は比較的速くなりゲル化や硬化が遅くなるので、脱形時のフォーム膨れ量を小さくなる。少量であればトリレンジイソシアネート異性体混合物、２，４−体１００部、２，４−体／２，６−体＝８０／２０、６５／３５（重量比）はもちろん、商品名三井コスモネートＴＲＣ、武田薬品のタケネート４０４０プレポリマーのウレタン変性トリレンジイソシアネート，アロファネート変性トリレンジイソシアネート、ビウレット変性トリレンジイソシアネート、イソシアヌレ−ト変性トリレンジイソシアネート等も使用できる。４，４′―ジフェニルメタンジイソシアネートとしては、主成分とする純品の他３核体以上の多核体を含有する商品名三井コスモネートＭ−２００、武田薬品製のミリオネートＭＲのジフェニルメタンイソシアネート多核体を使用できる。また、発泡剤としては、炭化水素系発泡剤のシクロペンタン及び水を用いる。ポリオール混合物１００重量部に対し、１２〜１８重量部のシクロペンタン及び１．８重量部未満の水を組み合わせる。一般にシクロペンタンと水を多く用いれば容易に低密度化できるが、水が多いと気泡セル内の炭酸ガスの分圧が増加して膨れ量が大きくなり、シクロペンタンが多いと圧縮強度や寸法安定性が劣ってくる。反応触媒としては、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、３量化触媒を併用して高速反応化とキュア−性を高められる。反応触媒の配合量は、ポリオール成分１００重量部に対し、２〜５重量部が好ましい。それ以外に、第３級アミンのトリメチルアミノエチルピペラジン、トリエチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、３量化触媒のトリス（３−ジメチルアミノプロピル）ヘキサヒドロ−Ｓ−トリアジン、遅効性触媒のジプロピレングリコール、酢酸カリジエチレングリコール等、反応性が合致すれば使用することができる。整泡剤としては、低表面張力の方が気泡セルの大きさがそろうので、フォームは一様に膨れ、一様な強度を有する。整泡剤の配合量は、ポリオール成分が１００重量部あたり１．５〜４重量部である。例えばゴ−ルドシュミット製のＢ−８４６１，Ｂ−８４６２，信越化学製のＸ−２０−１６１４，Ｘ−２０−１６３４，日本ユニカ製のＳＺ−１１２７，ＳＺ−１６７１を用いる。上記材料を用いて、硬質ポリウレタンフォームを発泡する。発泡機は、例えばプロマ−ト社製ＰＵ−３０型発泡機が用いられる。発泡条件は、発泡機の種類によって多少異なるが通常は液温１８〜３０℃、吐出圧力８０〜１５０ｋｇ／ｃｍ^２、吐出量１５〜３０ｋｇ／ｍｉｎ、型箱の温度は３５〜４５℃が好ましい条件である。

本発明でいう冷蔵庫には、家庭用及び業務用の冷蔵・冷凍庫の他に、自動販売機、商品陳列棚、商品陳列ケース、保冷庫、クーラーボックス、冷蔵・冷凍庫等が含まれる。

内箱と外箱とから構成される箱体内部に有する断熱箱体及び／又は断熱扉体内部に、真空断熱材３０と硬質樹脂フォームを挿入する方法としては、あらかじめ内箱と外箱とで形成した空間に真空断熱材３０を配設しておき、その後硬質樹脂フォームを注入して一体成型する方法、あるいは真空断熱材３０と硬質樹脂フォームをあらかじめ一体成型した断熱ボードを作製しておき、その断熱ボードを内箱あるいは外箱に貼り付け又は両者で挟持する等、様々な方法があるが、本発明はこれらに特に限定されるものではない。

本実施形態は、芯材３２が結合剤を含まない無機繊維中に有機物からなるネット状又は繊維状の変形保持部材３３を挟み、芯材３２が結合剤を含まない無機繊維中に有機物からなるネット状又は繊維状の変形保持部材３３を挟み、芯材が結合剤を含まない無機繊維中に金属板からなる変形保持部材３３を挟み、ガスバリア性フィルム中にゲッター剤と共に入れて真空引きし、開口部を封止することを特徴とする真空断熱材３０の製造方法である。

本発明の一実施形態の真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫を示す縦断面図である。 図１のＣ部を拡大した断面図である。 図２の真空断熱材の曲げる前の状態を示す断面図である。

符号の説明

６…扉、１０〜１２…貯蔵室、２０…冷蔵庫の箱体、２１…内箱、２２…発泡断熱材、２３…外箱、２４…曲げ部（変形部）、３０…真空断熱材、３１…外被材、３２（３２ａ、３２ｂ）…芯材、３３…変形保持部材、３４…ゲッター剤、８０…真空断熱材。

Claims (8)

1. ガスバリア性を有する外被材中に芯材を真空封止した真空断熱材であって、
   前記芯材を平均繊維径が２μｍ以上で且つ結合材を含まない繊維重合体で形成すると共に、
   前記外被材内の前記芯材の間に変形可能で且つ曲げ荷重を加えて曲げ変形した後の前記曲げ荷重が解除された状態での芯材形状を保持可能な変形保持部材を配置し、
   前記変形保持部材をネット状又は繊維状のもので形成した
   ことを特徴とする真空断熱材。
2. ガスバリア性を有する外被材中に芯材を真空封止した真空断熱材であって、
   前記芯材を平均繊維径が２μｍ以上で且つ結合材を含まない繊維重合体で形成すると共に、
   前記外被材内の前記芯材の間に変形可能で且つ曲げ荷重を加えて曲げ変形した後の前記曲げ荷重が解除された状態での芯材形状を保持可能な変形保持部材を配置し、
   前記変形保持部材を金属板からなるもので形成した
   ことを特徴とする真空断熱材。
3. 請求項１または２に記載の真空断熱材において、前記芯材の繊維重合体が３〜５μｍの平均繊維径を有するものであることを特徴とする真空断熱材。
4. 請求項１に記載の真空断熱材において、前記ネット状又は繊維状の変形保持部材がポリオレフィン系、ポリエステル系のものであることを特徴とする真空断熱材。
5. 請求項２に記載の真空断熱材において、前記金属板からなる変形保持部材が金網状又は板状のものであることを特徴とする真空断熱材。
6. ガスバリア性を有する外被材中に芯材を真空封止した真空断熱材を外箱と内箱とによって形成される空間に配設すると共に、その真空断熱材の周囲の前記空間に発泡断熱材を充填してなる冷蔵庫であって、
   前記芯材を平均繊維径が２μｍ以上で且つ繊維重合体で形成すると共に、
   前記外被材内の前記芯材の間に変形可能で且つ曲げ荷重を加えて曲げ変形した後の前記曲げ荷重が解除された状態での芯材形状を保持可能な変形保持部材を配置し、前記変形保持部材をネット状又は繊維状のもので形成して前記真空断熱材を構成し、
   前記真空断熱材を前記外箱または前記内箱の変形部に沿って変形して配置した
   ことを特徴とする冷蔵庫。
7. ガスバリア性を有する外被材中に芯材を真空封止した真空断熱材を外箱と内箱とによって形成される空間に配設すると共に、その真空断熱材の周囲の前記空間に発泡断熱材を充填してなる冷蔵庫であって、
   前記芯材を平均繊維径が２μｍ以上で且つ繊維重合体で形成すると共に、前記芯材の間に変形可能で且つ曲げ荷重を加えて曲げ変形した後の前記曲げ荷重が解除された状態での芯材形状を保持可能な変形保持部材を配置し、前記変形保持部材を金属板からなるもので形成して前記真空断熱材を構成し、
   前記真空断熱材を前記外箱または前記内箱の変形部に沿って変形して配置した
   ことを特徴とする冷蔵庫。
8. 請求項６または７に記載の冷蔵庫において、前記芯材の繊維重合体が３〜５μｍの平均繊維径を有するものであり、前記ネット状又は繊維状の変形保持部材がポリオレフィン系、ポリエステル系のもの、または前記金属板からなる変形保持部材が金網状又は板状のものであることを特徴とする冷蔵庫。

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