JP4745462B2 - 真空断熱材及び真空断熱材を用いた断熱箱及び冷蔵庫及び冷凍・空調装置及び給湯装置及び機器 - Google Patents
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Description
本発明は、真空断熱材およびこの真空断熱材を用いた断熱箱、特に冷熱機器への使用に好適な真空断熱材および断熱箱、冷蔵庫、機器、住宅(壁面など)などに関する。本発明の機器とは、自動販売機、保冷庫、冷蔵庫、温水器、家庭用あるいは業務用の給湯装置(給湯機)、家庭用あるいは業務用の冷凍・空調装置、ショーケース、ジャーポットなど真空断熱材が使用可能な機器を含む。
従来、例えば冷蔵庫などの断熱箱に使用される断熱材としては、ウレタンフォームが用いられてきた。近年は、省エネや省スペース大容量化に対する市場要請から、ウレタンフォームよりも断熱性能がよい真空断熱材をウレタンフォーム中に埋設して併用する形態が用いられるようになってきている。かかる真空断熱材は、冷蔵庫などにも使用されるものである。
真空断熱材は、ガスバリア層にアルミ箔を使用したプラスチックラミネートフィルムなどでできた外包材の中に、粉末、発泡体、繊維体などを芯材として挿入して構成される。真空断熱材の内部は、数Pa(パスカル)以下の真空度に保たれている。
また、真空断熱材の断熱性能の低下要因となる真空度劣化を抑制するために、ガスや水分を吸着する吸着剤が外包材の中に配置されている。真空断熱材の芯材としては、シリカなどの粉末、ウレタンなどの発泡体、繊維体などが用いられる。現状は、断熱性能に優れるガラス繊維のものが真空断熱材の芯材の主流になっている。
繊維の素材としては、ガラス繊維、セラミック繊維などの無機繊維(例えば、特許文献1及び特許文献8参照)がある。
また、ポリプロピレン繊維、ポリ乳酸繊維、アラミド繊維、LCP(液晶ポリマー)繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、セルロース繊維などの有機繊維(例えば、特許文献2及び特許文献7参照)がある。
繊維体の形状には、綿状のもの、シートを積層したもの(例えば、特許文献3及び特許文献4参照)や、シートを繊維配向が交互になるように積層したもの(例えば、特許文献5及び特許文献6参照)がある。
真空断熱材の加工に関しては、開口部を設けたもの(例えば、特許文献9参照)や、芯材の凹部を設けて曲げ加工を行うもの(例えば、特許文献10参照)がある。
このように、現在の真空断熱材には、主にガラス繊維が芯材として使用されている。しかし、ガラス繊維は硬くて脆いため、真空断熱材の製造時に粉塵が飛び散り作業者の皮膚・粘膜などに付着すると刺激を受ける可能性があり、その取り扱い性、作業性が課題となっている。
また、リサイクルの観点からみた場合、例えば冷蔵庫では、リサイクル工場で製品ごと粉砕される。このとき、ガラス繊維は、ウレタン屑などに混じってサーマルリサイクルに供される。ガラス繊維は、燃焼効率を落としたり、残渣となるなど、リサイクル性が良くないという課題がある。
一方、ポリエステル繊維を芯材として用いたものは、取り扱い性、リサイクル性に優れる。しかし、ポリエステル繊維を芯材として用いたものは、断熱性能を表す指標である熱伝導率が0.0030[W/mK](例えば、特許文献7参照)程度である。ポリエステル繊維を芯材として用いたものは、ガラス繊維を芯材として用いた一般的な真空断熱材(熱伝導率0.0020[W/mK]程度)に比べて断熱性能に劣るという難点がある。
このため、有機繊維の層を薄くし繊維の配向を伝熱方向と垂直にし断熱性能を向上させることもできる。しかし、それでは積層枚数が数百枚以上になり、生産性が悪い。また、穴あけ加工や切り欠き加工などを行う場合には、積層枚数が多いため、シート状の有機繊維集合体の積層体の穴あけ加工や切り欠き加工が容易でない。また、曲げ加工も積層枚数が多いため、曲げにくく、取り扱い性・生産性が悪い。
また、芯材に有機繊維集合体を使用した場合に、シート一枚の厚さ(目付けで表される)が薄いと、真空成形時の真空圧による圧縮力や温度により繊維が変形する。繊維が変形すると、厚さが大幅に小さくなり、積層枚数が大幅に増加する恐れがあった。
また、ガラス繊維を芯材に使用した真空断熱材は断熱性能に優れる。しかし、穴あけ加工や切り欠き加工などを行う場合には、穴加工や切り欠き加工部分の周囲にガラス繊維の加工粉が飛び散り、穴加工回りの外包材の密封・溶着シールを行っても、ガラス繊維の加工粉がシール部分に入り込み、シールが不完全となり真空度が悪くなっていた。
また、有機繊維を芯材にした場合でも、繊維長が短い短繊維を使用すると、芯材に穴あけ加工や切り欠き加工などを行うときに、穴加工や切り欠き加工部分の周囲に繊維の加工粉がはみ出したり飛び散ったりする。このはみ出した繊維粉が、穴や切り欠き加工部分の内側で外包材の密封・溶着シールを行うシール部分に入り込み、シールが不完全となり真空度が悪くなり断熱性能が低下する恐れがあった。また、同様に芯材の端面の加工部分(切断部分)からも周囲に繊維の加工粉がはみ出したり飛び散ったりして外包材の密封・溶着シールを行うシール部分に入り込み、シールが不完全となり真空度が悪くなり断熱性能が低下する恐れがあった。
ここで、特許文献9に記載の真空断熱材は、芯材の大きさが200mm×200mmで、芯材に繊維長が10〜150mm、好ましくは20〜80mmと短い短繊維の有機繊維からなるシート状の繊維集合体を使用している。そしてシートの中央部分を、100mm×100mmの大きさで切り抜いて貫通穴を設けている。しかし、繊維長が短い短繊維を使用しているので、貫通穴の切り抜きにより繊維が切断される。このときにシート側に残る残存繊維の繊維長が極端に短くなる可能性がある。残存繊維の繊維長が短い場合には、シートに存在する既存繊維とからまることができず、貫通穴周囲から残存繊維がはみだしたり、飛び散ったりして貫通穴周辺の外包材のシール部分に入り込んでシール不良を起こす恐れがあった。
例えば、初期繊維長が80mmであったとする。100mm×100mmの貫通穴を切断して切り抜いた場合に、初期繊維長80mmのうちの75mmが貫通穴の切断で切り抜かれた場合、シートに残る残存繊維は5mmとなる。残存繊維が5mmと短い場合には、シートの既存繊維とからまってシートに保持されることができず、貫通穴周辺からシート外にはみ出したり、飛び出したりする恐れがある。同様に芯材に短繊維を使用した場合、芯材を所定の大きさのシートにするために芯材あるいは繊維集合体の端面を切断した場合にシートに残る残存繊維が芯材の端面からはみ出したり、飛び出したりする恐れがあり、外包材に挿入してシールする場合にシール部分に挟まってシール不良が発生する恐れがある。そのため、シール長さを長くする必要があり、コストUPになっていた。
また、ガラス繊維を芯材に使用した真空断熱材の場合、ガラス繊維は断熱性能に優れる。しかし、ガラス繊維は、硬くて脆いため、真空後に曲げ加工を行うのが困難であった。
また、ガラス繊維を芯材に使用した真空断熱材の場合、ガラス繊維は断熱性能に優れる。しかし、ガラス繊維は、硬くて脆いため、凝縮パイプなどの配管を真空断熱材と真空断熱材の間に挟みこんで断熱しようとしても配管形状に変形できず、真空断熱材間にパイプの直径に相当する分だけのすきまが存在する。そのため、真空断熱材間のすきまから熱漏れが発生し、断熱性能が大幅に悪化していた。
また、有機繊維を芯材に使用する場合で、一枚のシートを複数積層して芯材にするときも、真空断熱材の積層枚数が多いほど硬くなる。そのため、真空後に曲げ加工を行なう場合、曲げが必要な部分で曲げにくく、曲げたくない部分まで変形してしまうという課題があった。
ここで、特許文献10に記載の真空断熱材は、コア材に、シリカ、パーライト等の微粉末、及び、グラスファイバ(ガラス繊維)あるいは連続気泡の発泡ウレタン断熱材を使用している。そして、真空断熱材のコア材に凹溝を形成して、この凹溝から屈曲させることが記載されている。しかし、この場合、コア材にシリカ、パーライト等の微粉末、グラスファイバなどを使用しているので、上述したように取扱い性が悪く、また、リサイクル時などに課題があった。
また、凹溝の製造方法の記載がないので、コア材にシリカ、パーライト等の微粉末、及びグラスファイバ(ガラス繊維)を使用した場合に、コア材にどうやって所望の凹溝を設けることができるのかが不明である。特にグラスファイバの場合には、凹溝の製造事態が困難であった。
また、発泡ウレタンの場合には、製造するのが大変であり、製造コストが高くなり、しかも断熱性能が劣るという課題があった。また、曲げの大きさにより凹部寸法を変更しなければならないが、発泡ウレタンの場合には、型変更などが必要であり、製造時間、製造コストが大幅に上昇していた。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、少なくとも以下に示す特性のいずれかを有する真空断熱材及びこの真空断熱材を用いた断熱箱及びこの断熱箱を用いた自動販売機、保冷庫、冷蔵庫、給湯機、冷凍・空調装置などの機器を提供することを目的とする。
(1)断熱性能が良く、しかも取り扱い性やリサイクル性に優れる。
(2)断熱性能が良く、生産性にも優れる。
(3)芯材に有機繊維集合体を使用した場合に、生産性に優れ、また真空成形時の圧縮力や温度による芯材の変形が少ない。
(4)穴加工や切り欠き加工や曲げ加工が容易でシール性も良好で低コストであり、断熱性能が良く、取り扱いが容易である。
(5)曲げ加工の曲げの大きさに合わせて凹溝の形状を変更でき、製造が容易である。
(6)配管形状に沿った凹みを備える。
(1)断熱性能が良く、しかも取り扱い性やリサイクル性に優れる。
(2)断熱性能が良く、生産性にも優れる。
(3)芯材に有機繊維集合体を使用した場合に、生産性に優れ、また真空成形時の圧縮力や温度による芯材の変形が少ない。
(4)穴加工や切り欠き加工や曲げ加工が容易でシール性も良好で低コストであり、断熱性能が良く、取り扱いが容易である。
(5)曲げ加工の曲げの大きさに合わせて凹溝の形状を変更でき、製造が容易である。
(6)配管形状に沿った凹みを備える。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維をシート状に形成し所定の長さに端面がカットされて形成された有機繊維集合体の積層構造で構成され、あるいは有機繊維をシート状に形成した有機繊維集合体を積層した後に所定の長さに端面がカットされて構成され、貫通穴や切り欠きなどがカットして設けられた芯材開口部を有する芯材と、
芯材を内部に収納し、シート状の有機繊維集合体の積層構造で構成された芯材の周囲及び芯材開口部の周囲をシールするシール部を有し、シール部をシールすることで内部を略真空状態で密封するガスバリア性の外包材と、
シート状の芯材の周囲及び芯材開口部の周囲に設けられたシール部がシールされた状態の外包材に設けられ、芯材開口部よりもシール分だけ小さい貫通穴や切り欠きなどの外包材開口部と、を備え、
有機繊維に芯材の長さと同等かそれ以上の長さの長繊維を使用するようにしたことを特徴とする。
芯材を内部に収納し、シート状の有機繊維集合体の積層構造で構成された芯材の周囲及び芯材開口部の周囲をシールするシール部を有し、シール部をシールすることで内部を略真空状態で密封するガスバリア性の外包材と、
シート状の芯材の周囲及び芯材開口部の周囲に設けられたシール部がシールされた状態の外包材に設けられ、芯材開口部よりもシール分だけ小さい貫通穴や切り欠きなどの外包材開口部と、を備え、
有機繊維に芯材の長さと同等かそれ以上の長さの長繊維を使用するようにしたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維をシート状に形成した有機繊維集合体の積層構造で構成され、所定の長さになるように端面がカットされたカット部を有する芯材と、
芯材を内部に収納し、芯材のカット部よりもシール長さ分だけ大きい範囲で、カット部の周囲をシールするシール部を有するガスバリア性の外包材と、
外包材のシール部をシールすることで外包材の内部を略真空状態で密封する真空断熱材と、を備え、
有機繊維に芯材の長さと同等かそれ以上の長さの長繊維を使用するようにしたことを特徴とする。
芯材を内部に収納し、芯材のカット部よりもシール長さ分だけ大きい範囲で、カット部の周囲をシールするシール部を有するガスバリア性の外包材と、
外包材のシール部をシールすることで外包材の内部を略真空状態で密封する真空断熱材と、を備え、
有機繊維に芯材の長さと同等かそれ以上の長さの長繊維を使用するようにしたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維集合体の厚さが、ガスバリア性外包材の内部に略真空状態で収容された際、有機繊維の直径の3倍以上18倍以下であることを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維集合体は、連続した有機繊維を加熱溶着してシート状に形成されたものであり、加熱溶着部の面積がシートの面積の20%以下となるようにしたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維集合体は、連続した有機繊維を加熱溶着してシート状に形成されたものであり、有機繊維集合体である不織布の重量目付けが4.7g/m2以上70g/m2以下、あるいは140g/m2以上198g/m2以下であり、加熱溶着部が有機繊維集合体の表面から裏面へ貫通するようにしたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維集合体は、連続した有機繊維を加熱溶着してシート状に形成されたものであり、有機繊維集合体である不織布の重量目付けが4.7g/m2以上100g/m2以下であり、加熱溶着部が有機繊維集合体の表面から裏面へ貫通しないようにしたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維集合体である不織布の重量目付けが85g/m2以上198g/m2以下として、真空成形時の圧縮力による有機繊維集合体の変形を小さくするようにしたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、加熱溶着部に加熱溶着部の大きさよりも小さく、有機繊維集合体の加熱溶着が維持できる程度の貫通穴や凹部を有機繊維集合体の厚さ方向に設けたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維をシート状に形成して加熱溶着が施された有機繊維集合体の積層構造で構成され、所定の長さになるように端面がカットされたカット部を有する芯材と、
芯材を内部に収納し、芯材のカット部よりもシール長さ分だけ大きい範囲で、カット部の周囲をシールするシール部を有するガスバリア性の外包材と、
外包材のシール部をシールすることで外包材の内部が略真空状態で密封された真空断熱材と、を備え、
有機維繊維集合体の厚さを有機繊維の平均繊維径の3倍以上18倍以下、有機繊維集合体の重量目付けを4.7g/m2以上70g/m2以下、有機繊維集合体に加熱溶着部を設ける範囲をシート状の有機繊維集合体の面積の20%以下になるようにしたことを特徴とする。
芯材を内部に収納し、芯材のカット部よりもシール長さ分だけ大きい範囲で、カット部の周囲をシールするシール部を有するガスバリア性の外包材と、
外包材のシール部をシールすることで外包材の内部が略真空状態で密封された真空断熱材と、を備え、
有機維繊維集合体の厚さを有機繊維の平均繊維径の3倍以上18倍以下、有機繊維集合体の重量目付けを4.7g/m2以上70g/m2以下、有機繊維集合体に加熱溶着部を設ける範囲をシート状の有機繊維集合体の面積の20%以下になるようにしたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維集合体を構成する繊維の断面形状を略三角形状やC形形状などの異形断面形状とすることを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、芯材は、重量目付けの異なる複数種類の芯材を組み合わせて積層したことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、芯材は、折り畳まれて積層された第1の有機繊維集合体と、折り畳まれて積層された第2の有機繊維集合体とから形成され、
第1の有機繊維集合体と第2の有機繊維集合体とが、互いに交わるように折り重ねられていることを特徴とする。
第1の有機繊維集合体と第2の有機繊維集合体とが、互いに交わるように折り重ねられていることを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維は有機繊維集合体の長さ方向あるいは幅方向に連続していることを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材は、有機繊維集合体の有機繊維が、ポリエステル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、アラミド、および液晶ポリマーのいずれかであることを特徴とする。
この発明に係る断熱箱は、外箱と、外箱の内部に配置された内箱とを備え、
外箱と内箱との隙間、あるいは外箱と内箱との隙間の外箱表面、あるいは外箱と内箱との隙間の内箱表面に請求項1乃至14のいずれかに記載の真空断熱材を配設したことを特徴とする。
外箱と内箱との隙間、あるいは外箱と内箱との隙間の外箱表面、あるいは外箱と内箱との隙間の内箱表面に請求項1乃至14のいずれかに記載の真空断熱材を配設したことを特徴とする。
この発明に係る断熱箱は、外箱と真空断熱材との間にスペーサを配設したことを特徴とする。
この発明に係る冷蔵庫は、貯蔵室の扉、あるいは、圧縮機を収容する機械室と冷気を生成する冷却器を収容する冷却器室との間の断熱壁に上記真空断熱材を配設したことを特徴とする。
この発明に係る冷蔵庫は、真空断熱材に貫通穴あるいは切り欠きなどの開口部を設けて開口部を圧縮機と冷却器を接続する配管位置に配置して配管が真空断熱材を通過するようにしたことを特徴とする。
この発明に係る冷凍・空調装置は、略直方体状の形状をした筐体と、筐体内をファンが収容されるファン室と圧縮機が収容される機械室とを仕切る仕切り壁と、機械室の内部あるいは外部の少なくとも一部に配設された上記真空断熱材と、を有する室外機を備えたことを特徴とする。
この発明に係る給湯装置は、略直方体状や略円筒形状をした筐体と、筐体内に収納されて水やお湯を溜める略円筒形の貯湯タンクと、を備え、筐体内面壁の全部、あるいは少なくとも一部に上記真空断熱材を配置したことを特徴とする。
この発明に係る機器は、圧縮機やタンクなどの略円筒形の容器を備え、芯材に芯材の長さと同等かそれ以上の有機繊維の長繊維を使用した上記真空断熱材を容器の回りに配設したことを特徴とする。
この発明に係る機器は、冷蔵庫や冷凍・空調装置などの機器本体の背面や側面や電源ボックスなどに機器の断面図や展開図や立体図や斜視図などの全体図や部分表示図を表示し、全体図や部分表示図に上記真空断熱材の配置位置も表示するようにしたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材の製造方法は、加熱溶融した樹脂を横一列に並んだ複数のノズルから連続した状態で押し出して複数の有機繊維としてコンベア上で捕集する捕集工程と、コンベアを所定の速度で送り、複数の有機繊維をローラーで加圧しながら加熱溶着して巻き取りシート状の有機繊維集合体を製造する巻き取り工程と、巻き取り工程にて製造された有機繊維集合体の端面を裁断して所定の大きさの芯材に加工する芯材加工工程と、芯材を外包材内に挿入口より挿入して内部を略真空状態に減圧する減圧工程と、減圧工程にて内部が略真空状態まで減圧された状態の外包材の挿入口をシールする外包材シール工程と、を備えたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材の製造方法は、捕集工程が、加熱されて溶融した樹脂を所定の幅で横一列に並んだ複数のノズルから連続して押し出す押し出し工程と、押し出し工程にてノズルから連続して押し出された樹脂を空気などで冷却した後に圧縮空気などで延伸して繊維化する繊維化工程、あるいは、ノズルから押し出された樹脂にノズルの押し出し穴近傍から樹脂の溶融温度と略同等の高温の空気を吹き付けることで繊維化する繊維化工程と、繊維化工程にて繊維化された複数の有機繊維をコンベア上で捕集する繊維捕集工程と、を備えたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材の製造方法は、芯材加工工程が、有機繊維集合体を複数積層した後に端面を裁断して所定の大きさの芯材に加工することを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材の製造方法は、加熱溶着を施す範囲をシート全体の20%以下の範囲としたことを特徴とする。
この発明に係る真空断熱材の製造方法は、有機繊維集合体の重量目付けが4.7g/m2以上26g/m2以下であることを特徴とする。
この発明の真空断熱材によれば、芯材に長繊維の有機繊維集合体を使用しているので、不織布シートのカット部(例えば、シートの端面のカット部や穴加工のカット部や切り欠き加工部のカット部など)にカットにより発生した残存繊維がはみ出して出てくるのを抑制でき、芯材に短繊維を使用した場合に発生するカット部よりのカットにより発生した残存繊維のはみ出しなどが発生しない。したがって、芯材を外包材に挿入してシールするときにはみ出した残存繊維によりシール性が損なわれることがない。
また、有機繊維の不織布シートを芯材に使用しているので、加工性、取り扱い性、断熱性能や生産性に優れた真空断熱材、およびこの真空断熱材を備えた断熱箱、自動販売機、保冷庫、冷蔵庫、給湯機、冷凍・空調装置、ショーケースなどの機器を提供できる。
実施の形態1.
図1乃至図4は実施の形態1を示す図で、図1は真空断熱材7の模式図であって、不織布シートを複数積層した真空断熱材7の芯材5の斜視図、図2は真空断熱材7の模式図であって、不織布シート1枚における繊維の配向を表した側面図、図3は真空断熱材7の模式図であって、芯材5に厚みがある場合の繊維の配向具合を示す側面図、図4は真空断熱材7の構成を示す分解斜視図である。
図1乃至図4は実施の形態1を示す図で、図1は真空断熱材7の模式図であって、不織布シートを複数積層した真空断熱材7の芯材5の斜視図、図2は真空断熱材7の模式図であって、不織布シート1枚における繊維の配向を表した側面図、図3は真空断熱材7の模式図であって、芯材5に厚みがある場合の繊維の配向具合を示す側面図、図4は真空断熱材7の構成を示す分解斜視図である。
(積層構造)
図1において、芯材5は、シート状有機繊維集合体(以下、「有機繊維集合体1」と称す)を積層した積層構造を有している。
図1において、芯材5は、シート状有機繊維集合体(以下、「有機繊維集合体1」と称す)を積層した積層構造を有している。
図2において、有機繊維集合体1は、所定の間隔を空けて配置された複数本の有機繊維2xと、有機繊維2xと略直交する方向で、所定の間隔をあけて配置された複数本の有機繊維2yと、から形成されている。
このとき、有機繊維2xと有機繊維2yとは、ほぼ点接触している。有機繊維2y間には、断熱空間である空気層3が形成されている。
有機繊維2xと有機繊維2yとの総称として、有機繊維2とする。
ここで、図3に示されるように、一枚のシート(有機繊維集合体1)の厚さが厚くなると、繊維が伝熱方向である厚さ方向を向くように配向されやすくなる。特に有機繊維2(単に、繊維と呼ぶ場合もある)が、繊維長の短い短繊維(繊維長が例えば5〜150mm程度)の場合には、短繊維が伝熱方向である厚さ方向を向くように配向されやすくなる。この短繊維を介してシートの表側から裏側へ熱が伝達されて(図3に矢印で示す)断熱性能が悪化する。
したがって、有機繊維集合体1を薄く積層して厚さの薄いシート状にすることで、繊維が伝熱方向(有機繊維集合体1の繊維の積層方向、シート状の有機繊維集合体1の厚さ方向)へ向いて配向されるのを抑えることができる。それにより、伝熱方向へ向いて配向された繊維を熱が伝わって断熱性能が低下するのを抑制できる。そのため、芯材5の熱伝導率を、小さくでき、断熱性能を向上させることができる。
図2において、実線矢印と点線矢印が、熱の伝わる方向を示している。有機繊維2xと有機繊維2yとが略直交しているため、有機繊維2xと有機繊維2yとの接触部分が点接触になり熱抵抗が増加して断熱性能が向上する。
なお、以上は、有機繊維2xと有機繊維2yとが互いに略直交する場合を示しているが、本実施の形態は、これに限定するものではない。有機繊維2xと有機繊維2yとが、互い直角でない角度で交わってもよい。有機繊維2xと有機繊維2yとが、平行配置でなければよい。伝熱方向へ向いて配向された繊維を熱が伝わって断熱性能が低下するのを若干でも抑制できれば、断熱性能を向上させることができる。
図4において、真空断熱材7は、空気遮断性を有するガスバリア性容器(以下、「外包材4」と称す)と、外包材4の内部に封入された芯材5および吸着剤6(例えばガス吸着剤や水分吸着剤(CaO)など)と、を有している。そして、外包材4の内部は、所定の真空度(数Pa(パスカル)〜数百Pa程度)に減圧されている。
(有機繊維)
真空断熱材7の芯材5を形成する有機繊維2に用いる材料として、ポリエステルや、その他に、ポリプロピレン、ポリ乳酸、アラミド、LCP(液晶ポリマー)、PPS、ポリスチレンなどを用いることができる。また、芯材5の耐熱性を向上させたい場合は、有機繊維2にLCP(液晶ポリマー)やPPSなど耐熱性のある樹脂を使用すれば良い。また、圧縮クリープ特性を向上させたい場合は、繊維径の大きなものを使用すれば良い。また、上記の樹脂を混合させて使用すれば、圧縮クリープ特性の優れた耐熱性が高く断熱性の高い真空断熱材7が得られる。ポリスチレンは、固体熱伝導率が小さく断熱材の断熱性能の向上が期待でき、しかも安価に製造できる。
真空断熱材7の芯材5を形成する有機繊維2に用いる材料として、ポリエステルや、その他に、ポリプロピレン、ポリ乳酸、アラミド、LCP(液晶ポリマー)、PPS、ポリスチレンなどを用いることができる。また、芯材5の耐熱性を向上させたい場合は、有機繊維2にLCP(液晶ポリマー)やPPSなど耐熱性のある樹脂を使用すれば良い。また、圧縮クリープ特性を向上させたい場合は、繊維径の大きなものを使用すれば良い。また、上記の樹脂を混合させて使用すれば、圧縮クリープ特性の優れた耐熱性が高く断熱性の高い真空断熱材7が得られる。ポリスチレンは、固体熱伝導率が小さく断熱材の断熱性能の向上が期待でき、しかも安価に製造できる。
ポリプロピレンは、吸湿性が低いため、乾燥時間や真空引き時間を短縮でき生産性の向上が可能である。また、ポリプロピレンは、固体熱伝導が小さいので真空断熱材7の断熱性能の向上が期待できる。
また、ポリ乳酸には生分解性があるので、製品の使用後に解体、分別された芯材は埋め立て処理を行うこともできる。
また、アラミドやLCPは剛性が高いので、真空包装されて大気圧を受けたときの形状保持性が良く、空隙率を高めることができ断熱性能の向上が期待できるなどのメリットがある。
芯材5は、例えば、プラスチックラミネートフィルムを外包材4に用いる真空断熱材7においては、大気圧を支えて真空断熱材7内の空間を確保する役割と、空間を細かく分割してガスの熱伝導などを低減する役割を担っている。なお、ガスの熱伝導抑制の観点から、この空間の距離をその真空度における空気分子の自由行程距離より小さくなるようにすることが望ましい。
本実施の形態では、真空断熱材7の芯材5には、有機繊維2を使用しているので、従来のように硬くて脆いガラス繊維が芯材として使用されている場合に比べて、真空断熱材7の製造時に粉塵が飛び散り作業者の皮膚・粘膜などに付着して刺激を与えるということも無くなり取り扱い性、作業性が向上する。
(繊維集合体)
芯材5を形成する有機繊維集合体1(有機繊維集合体、シート状集合体に同じ)は、製造したい幅に対して横一列に並んだいくつものノズルから加熱溶融したポリエステル樹脂やポリスチレン樹脂などの樹脂を、コンベア上に自由落下させ、コンベアを任意の速度で動かしながらローラーで加圧し巻き取って製造する。有機繊維集合体1の嵩密度は、溶融樹脂の吐出量とコンベアの速度により調整し、厚さの異なる繊維集合体を得ることができる。
芯材5を形成する有機繊維集合体1(有機繊維集合体、シート状集合体に同じ)は、製造したい幅に対して横一列に並んだいくつものノズルから加熱溶融したポリエステル樹脂やポリスチレン樹脂などの樹脂を、コンベア上に自由落下させ、コンベアを任意の速度で動かしながらローラーで加圧し巻き取って製造する。有機繊維集合体1の嵩密度は、溶融樹脂の吐出量とコンベアの速度により調整し、厚さの異なる繊維集合体を得ることができる。
また、有機繊維集合体1である長繊維不織布は、押出機で溶融させて紡糸ノズルから押出した連続繊維を、コンベア上に捕集し、コンベアを任意の速度で送り、巻き取り可能な長繊維不織布が得られる。
また、紡糸には、ノズル直下で樹脂を冷風などで冷却した後、圧縮空気などで延伸を行って繊維化する方法や、ノズル穴脇から樹脂の溶融温度と同等の高温エアで吹いて繊維化する方法を用いることができる。
なお、上記の方法で得た有機繊維集合体1は、有機繊維2同士がばらばらなため真空断熱材7の製造時の取り扱い性が悪い場合がある。そこで、加圧時に、有機繊維2同士を加熱溶着しても良い。この際、過度の加圧、加熱溶着は、有機繊維2間の接触面積を増大し、伝熱の増加を招き、溶着部からの熱伝導が発生して断熱性能の低下を引き起こす。そのため、有機繊維2間の接触面積をできるだけ少なくした方が良い。有機繊維2間の接触面積は、全面積(シート面積)の20%以下、好ましくは15%以下、さらに好ましくは8%以下に抑えることが望ましい。
加熱溶着の占める割合が全面積(シート面積)の20%を超えると熱伝導率が大きくなり、断熱性能が悪くなっていくことが確認できたため、加熱溶着の占める割合は全面積(シート面積)の20%以下にした方が好ましい。ここで、全面積(シート面積)に対して加熱溶着の占める割合を小さくすれば、断熱性能が格段に向上するので、加熱溶着の占める割合を全面積(シート面積)の15%以下、さらには全面積(シート面積)の8%以下に抑えることが望ましい。
加熱溶着は、熱ローラなどで、例えばドット状の溶着部をつけるエンボス加工110を行うことで、取り扱い強度を確保しながら巻き取り可能で断熱性能の良い長繊維不織布(有機繊維集合体1)が得られる。なお、本実施の形態では、熱ローラの温度は約195℃とした。
次に、得られたシート状の有機繊維集合体1を、例えば所定の大きさであるA4サイズ(幅210mm×長さ297mm)になるように端面1aをカット(裁断)する。これらを、複数層(例えば25層)に積層して端面5aがカットされた所定の大きさと厚さの芯材5を形成した。(芯材5は、シート状の有機繊維集合体1を複数積層した後に端面5aをカットして所定の大きさに形成しても良い。)なお、積層する枚数は、得られた有機繊維集合体1の厚さと製造したい真空断熱材7の厚さを元に任意に設定して良い。
(繊維径)
本実施の形態1では、有機繊維集合体1の繊維径は、これを成形するノズル径により調整し、約15μmとした。断熱性能上は、繊維径はより細い方が良い。理論的に繊維径は、真空断熱材7の内部真空度と繊維で細分化される空間距離、気体分子の自由行程距離の関係から小さいほうが好ましい。繊維径は、15μm以下が望ましく、好ましくは10μm以下が良く、平均繊維径が9μm程度のものを使用すれば良い。
本実施の形態1では、有機繊維集合体1の繊維径は、これを成形するノズル径により調整し、約15μmとした。断熱性能上は、繊維径はより細い方が良い。理論的に繊維径は、真空断熱材7の内部真空度と繊維で細分化される空間距離、気体分子の自由行程距離の関係から小さいほうが好ましい。繊維径は、15μm以下が望ましく、好ましくは10μm以下が良く、平均繊維径が9μm程度のものを使用すれば良い。
平均繊維径の測定は、マイクロスコープを用いて数箇所〜数十箇所(例えば十箇所)測定し、平均値を使用するようにすれば良い。また、重量目付け(1m2あたりの繊維の重量(g))は、シート1枚の面積と重量を測定して、シート1枚の単位面積あたりの重量として求めればよい。
本実施の形態では、断熱方向である厚さ方向に対して略垂直となる方向に繊維の配向方向を整えて、有機繊維集合体1を複数重ねた多層構造としている。
また、有機繊維集合体1に短繊維不織布を使用すると繊維の長さが短いため有機繊維2xや有機繊維2yが断熱方向(シートの厚さ方向)へ向いて配向されやすくなる。断熱方向へ向いて配向された繊維を熱が伝わって断熱性能が低下するのを抑制するために、長繊維を使用した長繊維不織布としている。
本実施の形態では、繊維の長さはシートの長さと略同等以上のものを使用するようにしているので、シートの途中で繊維が切れて繊維の一部(途中)や端部が断熱方向に配向されにくくなるようにして断熱性能が低下しないようにしている。
(繊維集合体の積層)
図5、図6は実施の形態1を示す図で、図5は真空断熱材7を形成する芯材5の積層要領を模式的に示す斜視図、図6は真空断熱材7を形成する芯材5の積層要領を模式的に示す斜視図である。
図5、図6は実施の形態1を示す図で、図5は真空断熱材7を形成する芯材5の積層要領を模式的に示す斜視図、図6は真空断熱材7を形成する芯材5の積層要領を模式的に示す斜視図である。
図5において、芯材5が、有機繊維集合体1を裁断せずに連続したシート状のまま折り畳みながら積層して形成される様子が示されている。
図6において、裁断せずに連続しているシート状の第1の有機繊維集合体1xと、裁断せずに連続しているシート状の第2の有機繊維集合体1yとを用い(両者をまとめて「有機繊維集合体1」と称す場合がある)、両者が交わるように(第1の有機繊維集合体1xと、第2の有機繊維集合体1yの折り曲げ方向が略直交するように)交互に配置される。それぞれの折り目に挟まれた範囲が、一折り毎に第1の有機繊維集合体1xと第2の有機繊維集合体1yとが交互に重なるように、連続して積層して形成されている。
すなわち、有機繊維集合体1を折りながら連続して積層することで、裁断する手間が省け短時間で効率的に低コストな芯材5を製造でき、引いては低コストの真空断熱材7を製造することができる。
ここで用いた有機繊維集合体1は、上述した製造方法で作ったものであるので、有機繊維2は長尺方向(長さ方向や幅方向)に配向されており、断熱性能が良い。さらに、上述のようにシート状の有機繊維集合体1同士(第1の有機繊維集合体1xと第2の有機繊維集合体1y)が交互に交わるように積層するとさらにシートとシートの間も点接触に近づき断熱性能がより向上する。
(外包材)
真空断熱材7の外包材4(図4)には、厚さ5μm以上100μm以下のラミネートフィルムを使用している。本実施の形態では、例えば、ナイロン(6μm)、アルミ蒸着PET(ポリエチレンテレフタレート)(10μm)、アルミ箔(6μm)、高密度ポリエチレン(50μm)で構成されるガスバリア性のあるプラスチックラミネートフィルムを使用している。
真空断熱材7の外包材4(図4)には、厚さ5μm以上100μm以下のラミネートフィルムを使用している。本実施の形態では、例えば、ナイロン(6μm)、アルミ蒸着PET(ポリエチレンテレフタレート)(10μm)、アルミ箔(6μm)、高密度ポリエチレン(50μm)で構成されるガスバリア性のあるプラスチックラミネートフィルムを使用している。
真空断熱材7の外包材4に、その他に、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンの構成などのアルミ箔を含まないラミネートフィルムを用いると、ヒートブリッジによる断熱性能の低下を抑制できる。なお、外包材4の四辺のうち三辺がシール包装機によってヒートシールされている。残りの一辺は芯材5を挿入後にヒートシールされる。
(真空断熱材7の製造方法)
真空断熱材7の製造は、先ず袋である外包材4に所定の大きさと厚さの芯材5を挿入し、残りの一辺の口(開口部)4aが閉まらないように固定して恒温槽にて約105℃の温度下で半日(約12時間)乾燥を行った。その後、真空包装後の残存ガスや経時的に放出される芯材5からのアウトガス、外包材4のシール層を通して進入する透過ガスを吸着するための吸着剤6(ガス吸着剤や水分吸着剤など)をフィルム袋(外包材4)内に挿入し、柏木式真空包装機(NPC社製;KT−650)にて真空引きを行った。真空引きは、チャンバ内真空度が1〜10Pa程度になるまで行い、そのままチャンバ内でフィルム袋の開口部4aをヒートシールして板状の真空断熱材7を得た。
真空断熱材7の製造は、先ず袋である外包材4に所定の大きさと厚さの芯材5を挿入し、残りの一辺の口(開口部)4aが閉まらないように固定して恒温槽にて約105℃の温度下で半日(約12時間)乾燥を行った。その後、真空包装後の残存ガスや経時的に放出される芯材5からのアウトガス、外包材4のシール層を通して進入する透過ガスを吸着するための吸着剤6(ガス吸着剤や水分吸着剤など)をフィルム袋(外包材4)内に挿入し、柏木式真空包装機(NPC社製;KT−650)にて真空引きを行った。真空引きは、チャンバ内真空度が1〜10Pa程度になるまで行い、そのままチャンバ内でフィルム袋の開口部4aをヒートシールして板状の真空断熱材7を得た。
(断熱性能1)
(繊維集合体の厚さ)
ここで、有機繊維集合体1の厚さの断熱性能に及ぼす影響をについて、本実施の形態の有機繊維集合体1を積層した芯材5を使用した真空断熱材7を実施例1〜4として、比較例1(綿状芯材)との比較を行った。その比較結果について説明する。
(繊維集合体の厚さ)
ここで、有機繊維集合体1の厚さの断熱性能に及ぼす影響をについて、本実施の形態の有機繊維集合体1を積層した芯材5を使用した真空断熱材7を実施例1〜4として、比較例1(綿状芯材)との比較を行った。その比較結果について説明する。
比較例1は、本実施の形態の有機繊維集合体1を使用した実施例1〜4の繊維径(約15μm)と略同等の径である綿状ポリエステルを芯材に用い、上述した製造方法で実施例1〜4と同様の方法で真空断熱材7を製造した。
製作した実施例1〜4および比較例1(いずれも真空断熱材7)は、熱伝導率計「AutoΛ HC−073(英弘精機(株)製)」を用いて、上温度37.7℃、下温度10.0℃の温度差における熱伝導率を測定した。なお、測定は真空引き工程を実施し、その後外包材内のガスや水分が吸着剤6に吸着されて真空断熱材(外包材内)の熱伝導率が安定するまで1日程度放置してから測定した。
ここで、有機繊維集合体1の一枚の厚さは、真空断熱材7の厚さから外包材4の厚さの2倍を引いた後、積層枚数で割った値である。
また、平均繊維径は、マイクロスコープを用いて測定した100箇所の測定値の平均値とした。真空引き後の一枚の厚さを平均繊維径で割った結果を表1に示す。
図7は実施の形態1を示す図で、真空断熱材7の断熱性能を説明する相関図である。図7の横軸は有機繊維集合体1の厚さを平均繊維径で割った数値、縦軸は断熱性能比である。なお、断熱性能比は、比較例1の熱伝導率を実施例1〜4の熱伝導率で、それぞれ割った数値(実施例1〜4の熱伝導率を比較例の熱伝導率で割った値の逆数に同じ)である。すなわち、この断熱性能比は、数値が大きいほど断熱性能が良いことを表す。
図7より、有機繊維集合体1の厚さが平均繊維径の18倍未満(図の[断熱性能比]が略1[繊維集合体の厚さ/平均繊維径]に相当)になると、綿状繊維を芯材にした比較例1の場合よりも断熱性能が向上していることがわかる。これは、有機繊維集合体1の厚さが小さいほど、繊維が断熱方向(シート状繊維集合体の厚さ方向)と略直角方向である面方向(シート状の有機繊維集合体1の長さや幅方向)に配向しやすく、すなわち断熱方向への真空断熱材7内の固体伝熱のパスが長くできるので、断熱性能が向上できたと考えられる。
また、有機繊維集合体1の厚さは、平均繊維径の1倍に近づけば近づくほど断熱性能がよくなる。よって、有機繊維集合体1の厚さは平均繊維径の1〜18倍がよいことがわかった。
なお、有機繊維集合体1の厚さが、繊維径の8倍以下になると断熱性能が急に(極端に)向上する。そのため、有機繊維集合体1の厚さは、平均繊維径の1〜8倍であることがより望ましい。ここで、有機繊維集合体1の厚さに対して平均繊維径は小さいほど断熱性能は向上することが分かったが、有機繊維集合体1の厚さが平均繊維径の1倍では製造困難となることから、平均繊維径は有機繊維集合体1の厚さの3倍以上が望ましい。
ここで、有機繊維集合体1の厚さが平均繊維径の3倍未満では有機繊維集合体1の生産性が悪くなり製造時のラインスピードを極端に遅くしなければならなくなり生産効率が極端に低下するので、有機繊維集合体1の厚さは平均繊維径の3倍以上が好ましい。
以上より、有機繊維集合体1の厚さが、平均繊維径の1倍以上18倍以下になるように製造された有機繊維集合体1を真空断熱材7の芯材5に使用すれば、綿状繊維を芯材に使用した場合よりも断熱性能が向上する。
特に、有機繊維集合体1の厚さが、平均繊維径の1倍以上8倍以下になるように製造された有機繊維集合体1を真空断熱材7の芯材5に使用すれば、さらに断熱性能が向上する。
また、有機繊維集合体1の厚さが、平均繊維径の3倍以上18倍以下(好ましくは平均繊維径の3倍以上8倍以下)になるように製造された有機繊維集合体1を真空断熱材7の芯材5に使用すれば、上記断熱性能向上の効果に加えて生産性が向上し、生産コストが安価にでき、低コストで高性能で信頼性の高い真空断熱材7が得られる。
(断熱性能2)
(繊維直径と繊維間距離)
次に有機繊維2の直径と繊維間距離とが断熱性能に及ぼす影響について説明する。
(繊維直径と繊維間距離)
次に有機繊維2の直径と繊維間距離とが断熱性能に及ぼす影響について説明する。
図8は実施の形態1を示す図で、真空断熱材7に使用される芯材5の縦断面構成を拡大して示す概略図である。図8に基づいて、芯材5の構成について詳細に説明する。図8に示すように、芯材5は、有機繊維集合体1の各層を、繊維がシート状不織布の厚さ方向への重なりがないように一方向に配向した状態にし、上下に積層される各層は繊維を略直交するように重ねることで構成されている。
具体的には、芯材5は、紡糸した繊維を繊維同士の重なりがないように一方向へ配向して並べて形成した有機繊維集合体1を、繊維の方向が略直交するように交互に積層して形成されている。ここで、平均繊維径をd、平均繊維間隔(平均繊維間距離、繊維と繊維との間の間隔)をPとしている。
有機繊維集合体1の各層は、フィルムを延伸して分子配向させた後に、割り裂くようにして製造してもよい。このような方法を用いれば、フィルムを割り裂く際、繊維を完全に分離させずに、部分的に繊維間の連結部を残すようにすることができる。割り裂き後のシートを、繊維方向と略直交する方向に引き伸ばして、繊維と繊維との間に間隔Pを持つようにすることで有機繊維集合体1を製造することができる。それにより、芯材5の取り扱い性が向上する。なお、有機繊維集合体1を構成する繊維の材質には、例えばポリエステル等を使用するとよい。
次に、得られた芯材5を、プラスチックラミネートフィルムの外包材4に挿入する。それから、芯材5を挿入した外包材4を、温度100℃で5hr程度乾燥させる。その後、不織布袋に入ったCaO(吸着剤6)を5(g)程度、外包材4内に配置してから、芯材5及び吸着剤6が収容された外包材4を真空チャンバ内にセットする。そして、真空チャンバ中で3Pa程度まで真空引きし、そのまま真空チャンバ内で開口部をヒートシールして真空断熱パネルとしての真空断熱材7が完成する。
図9、図10は実施の形態1を示す図で、図9は真空断熱材7の熱伝導率の測定結果を示す図、図10は図9で示した測定結果をグラフ化した図である。図9及び図10に基づいて、上記方法で得られた真空断熱材7の断熱性能評価として行った熱伝導率の測定結果について説明する。
図9及び図10は、各層内の平均繊維間隔(P)/真空断熱材7の平均繊維径(d)と、熱伝導率[W/mK]との関係を示している。なお、図9には、比較例として綿状繊維(例えば、ポリエステル繊維)を芯材5に用いた真空断熱材7の熱伝導率を合わせて示している。また、図10において、横軸は平均繊維間隔/平均繊維径(P/d)、縦軸は熱伝導率[W/mK]である。
図9及び図10に示す測定結果から、平均繊維間隔(P)が平均繊維径(d)の2.5倍乃至8.5倍の範囲(P/dが2.5倍以上8.5倍以下の範囲)で、比較例である綿状芯材を使用した真空断熱材7の熱伝導率0.0030[W/mK]よりも、この実施の形態1に係る真空断熱材7の熱伝導率は小さくなる。すなわち、この実施の形態1に係る真空断熱材7が、断熱性能に優れていることが分かる。
これは、比較例の綿状繊維を芯材5に用いた真空断熱材7では、繊維の配列が不規則なため繊維が伝熱方向(断熱方向)である厚さ方向に向かっている箇所がある。この繊維が厚さ方向に向かっている部分から熱が伝わって漏洩して断熱性能が悪化する。それに対し、この実施の形態1に係る真空断熱材7は、伝熱方向である厚さ方向には、別の繊維との接点を介して点接触でしか伝熱することがないので、接触熱抵抗の効果が得られる。
この実施の形態1に係る真空断熱材7は、伝熱方向である厚さ方向の熱の漏洩が少なく、それに伴って芯材5を伝わる固体伝熱を低減できる。そのため、この実施の形態1に係る真空断熱材7は、熱伝導率を低減でき、すなわち断熱性能が向上する。
一方、平均繊維間隔(P)が平均繊維径(d)の2.5倍より小さい場合(P/dが2.5倍未満の場合)には、小さくなればなるほど比較例である綿状繊維を芯材5に用いたものよりも、この実施の形態1に係る真空断熱材7の熱伝導率が急激に大きくなり、すなわち断熱性能が急激に悪化していくことが分かる。
これは、比較例である綿状繊維を芯材5に用いたものに比べて、この実施の形態1に係る真空断熱材7の繊維が密になるためであり、伝熱の経路が短くなり、また真空断熱材7中での固体の体積分率が高くなったからであると考えられる。
ここで、平均繊維間隔(P)を広く、すなわち平均繊維径(d)の2.5倍以上(P/dが2.5倍以上)にしていくと、真空断熱材7中の固体の体積分率を小さくでき、また伝熱距離を長くすることができるので、熱伝導率が次第に小さくなったということからも理解できる。
また、平均繊維間隔(P)が平均繊維径(d)の4倍乃至7倍の範囲(P/dが4倍以上7倍以下)では、ほとんど熱伝導率が0.0020[W/mK]程度で変わらない。熱伝導率がガラス繊維を芯材5に用いた従来の一般的な真空断熱材7の熱伝導率である0.0020[W/mK]程度と同等となり、優れた断熱性能を発揮することができる。平均繊維間隔(P)が平均繊維径(d)が7倍を越えたところ(P/dが7倍より大きくなったところ)から熱伝導率が急激に大きくなる。すなわち、この実施の形態1に係る真空断熱材7の伝熱性能が急激に悪化してくることが分かる。これは、平均繊維間隔(P)を広くするにつれて、繊維どうしの接点を支点とする繊維のたわみが大きくなり、厚さ方向へ繊維が向いてしまい、各層の間をまたいで繊維同士の接触が発生してしまったからだと推定される。
以上より、この実施の形態1に係る真空断熱材7は、平均繊維間隔(P)が平均繊維径(d)の2.5倍乃至8.5倍の範囲(P/dが2.5倍以上8.5倍以下の範囲)で、従来の綿状芯材を使用した真空断熱材7の熱伝導率0.0030[W/mK]よりも熱伝導率が小さくなり、すなわち断熱性能に優れる。
また、この実施の形態1に係る真空断熱材7は、平均繊維間隔(P)が平均繊維径(d)の4倍乃至7倍の範囲(P/dが4倍以上7倍以下)で使用すれば、熱伝導率がガラス繊維を芯材5に用いた従来の一般的な真空断熱材7の熱伝導率である0.0020[W/mK]と略同等となり、優れた断熱性能を発揮することができる。
したがって、平均繊維間隔(P)が平均繊維径(d)の2.5倍以上8.5倍以下に設定すれば断熱性能の優れた真空断熱材7を得ることができる。好ましくは、平均繊維間隔(P)が平均繊維径(d)の4倍以上7倍未満に設定すれば、更なる断熱性能の向上が見込める。
(断熱性能3)
(加熱溶着の影響)
次に芯材5に有機繊維集合体1を使用し、有機繊維集合体1がエンボス加工110による熱溶着を施した不織布である場合の目付けの断熱性能への影響を説明する。
(加熱溶着の影響)
次に芯材5に有機繊維集合体1を使用し、有機繊維集合体1がエンボス加工110による熱溶着を施した不織布である場合の目付けの断熱性能への影響を説明する。
上述したように、有機繊維集合体1である長繊維不織布は、押出機で溶融させて紡糸ノズルから押出した連続繊維を、コンベア上に捕集し、コンベアを任意の速度で送り、熱ローラで例えばドット状の熱溶着部をつけるエンボス加工110を行うことで、シートを構成する繊維がばらけたり繊維がはがれたりしにくくなるため不織布シートの取り扱い性が向上し、取り扱い強度を確保しながら巻き取り可能な長繊維不織布が得られる。
図11は実施の形態1を示す図で、真空断熱材7の有機繊維集合体1である不織布の断面図である。図11において、シート状の有機繊維集合体1には、適宜、エンボス加工110が設けられて熱溶着されている。この図では、エンボス加工110は、シート状の有機繊維集合体1の表面から裏面まで貫通(シートの厚さ方向へ貫通)して設けられている。
エンボス加工110による熱溶着工程では、エンボス加工110の熱溶着部が表面から裏面、つまり厚さ方向へ貫通するように、捕集コンベアの速度などの製造条件を調整し、重量目付け(単位面積あたりの繊維の重量)を変えることで有機繊維集合体1である長繊維不織布を製造できる。ここで、エンボス加工110については、シートに熱溶着が確実に行えるようにその大きさ(略円形の場合は直径、多角形の場合は一辺の長さ))は、0.3mm程度以上必要である。またエンボス加工110を伝わって熱伝導が発生して断熱性能が低下しないように、エンボス加工110の大きさは、5mm程度以下が望ましい。
例えば、エンボス加工110が円形の場合は直径が0.3mm以上5mm程度以下、多角形の場合は一辺が0.3mm以上5mm程度以下となるように設定した方が良く、好ましくは0.5mm以上1.5mm以下が良い。
本実施の形態では、エンボス加工110を、略円形で直径0.5〜1mm程度となるように設定して断熱性能が向上し、熱溶着が確実に実施できる仕様とした。シートに占めるエンボス加工110の占める割合は、断熱性能の低下の少ない8%程度とした。また、平均繊維径の測定は、マイクロスコープを用いて数箇所〜数百箇所(例えば十箇所)測定し、平均値を使用するようにすれば良い。また、重量目付け(1m2あたりの繊維の重量(g))は、シート1枚の面積と重量を測定して、シート1枚の単位面積あたりの重量として求めればよい。
次に、得られた不織布を例えば、それぞれ300枚積層して芯材5とし、アルミ箔ラミネートフィルムの外包材4に挿入して約100℃で、約5時間乾燥させる。乾燥後、芯材5の入った外包材4内に、通気性袋に入った水分吸着剤(CaO)5gやガス吸着剤などの吸着剤6を配置して、チャンバ式の真空包装機内にセットし、真空引きを行った。真空引きは、チャンバ内が3Paになるまで行い、真空チャンバ内で開口部をヒートシールして真空断熱パネルとして真空断熱材7を製造した。
得られた真空断熱材7の熱伝導率測定結果を図12、図13のグラフに示す。図12、図13は実施の形態1を示す図で、図12は真空断熱材7の重量目付けと熱伝導率の相関を表す図、図13は真空断熱材7の重量目付けと熱伝導率の相関を表す図である。
図12、図13において、縦軸は熱伝導率[W/mK]、横軸は重量目付け[g/m2]である。通常、目付けは、1m2あたりの繊維の重量(g)を示す重量目付け[g/m2]で表される。また、繊維の材質が比重の異なるその他の材質でも比較できるように、1m2あたりの繊維の占める体積(cc)を示す体積目付け[cc/m2]で表すこともできる。ここで体積目付け[cc/m2]で表す場合には、繊維の体積は、重量を測定して比重(ととえばPETの場合は自重は1.34)より換算するなどして求めれば良い。
図12は表2に示す実施例5〜8の有機繊維を芯材5として使用した場合の重量目付けと熱伝導率の関係を表している。
図12より、70[g/m2]以下の重量目付けで、従来の綿状の芯材5を用いた場合の真空断熱材7の熱伝導率0.003[W/mK]と、本実施の形態の有機繊維集合体1を使用した不織布を芯材5とした場合の熱伝導率が同等となる。従って、重量目付けを70[g/m2]以下とすれば、従来の綿状の芯材5を用いた場合の真空断熱材7の熱伝導率0.003[W/mK]よりも、本実施の形態1に係る真空断熱材7の熱伝導率を小さくでき、すなわち断熱性能が高くなることが分かった。
これは、目付けを低くすることで、繊維の占める割合が少なくなり、不織布の厚さが薄くなり、不織布中の繊維が断熱方向と略直交する方向である面方向(長さ方向や幅方向)により向きやすくなる。したがって繊維が厚さ方向(断熱方向)に向きにくくなるため、繊維の厚さ方向への熱伝導が抑制されるためであると考えられる。したがって、本実施の形態では、綿状芯材の場合の熱伝導率0.003[W/mK]よりも小さくなる範囲で製造バラツキ等を考慮して重量目付けの上限を70[g/m2](以下)としている。そのため、断熱性能が損なわれず、製造容易でリサイクル性に優れた真空断熱材7が得られる。
70[g/m2]を超える重量目付けでは、繊維の配向方向が断熱方向である厚さ方向に向きやすいことと、エンボス加工110の熱溶着部が厚さ方向への伝熱経路となってエンボス加工110の熱溶着部の影響が増加し断熱性能が低下したためと考えられる。
ここで、図12より、重量目付けが26[g/m2]より高くなると、急激に熱伝導率が0.002[W/mK]程度より大きくなるので、重量目付けは26[g/m2]以下が好ましい。重量目付けを26[g/m2]以下にすれば、熱伝導率がガラス繊維を芯材5にした従来の一般的な真空断熱材7の熱伝導率である0.002[W/mK]程度と同等以下にできるので、断熱性能の高い真空断熱材7が得られる。
なお、目付けは小さくするほど不織布中の繊維が面方向(長さ方向や幅方向)に向きやすくなり、また、熱溶着部の影響も小さくできると考えられる。しかし、目付けを低くしすぎると製造しにくくなるとともに、また不織布の均一性が低下するなどの要因で強度が弱くなり、重量目付けが4.7[g/m2]より低い目付けでは不織布として巻き取ることができず途中で繊維が切れてしまう場合が発生する。
したがって、本実施の形態では、真空断熱材7として、エンボス加工110を施こす場合は、不織布の重量目付けを不織布の巻き取り可能限界である4.7[g/m2]以上70[g/m2]以下となるようにすれば、芯材5の取り扱い性が良く、断熱性能の高い真空断熱材7が得られる。好ましくは重量目付けを4.7[g/m2]以上26[g/m2]以下となるようにすれば、更なる断熱性能の向上が見込める。
したがって、本実施の形態で説明したような熱伝導率が小さく、断熱性能が高い真空断熱材7を用いた断熱箱や断熱壁は、断熱性能が良い分だけ箱や壁の厚みを薄くすることができる。従って、外形が同じ従来の断熱箱と比べ、内容積を大きくすることができるので、大容量の冷蔵庫などの機器が提供できる。また、内容積を従来と同じにすれば、外形を小さくすることができるので、小形でコンパクトな冷蔵庫などの機器が得られる。
ここで、図13は表3に示す実施例5〜実施例9の有機繊維2を芯材5に使用したものの重量目付けと熱伝導率の相関を表している。
図13において、横軸は重量目付けを表し、縦軸は熱伝導率を表している。図13より重量目付け70[g/m2]以下、および140[g/m2]以上で熱伝導率が従来の綿状芯材の熱伝導率である0.0030[W/mK]より小さくなり、断熱性能が向上することがわかった。
ここで、重量目付けが所定値である140[g/m2]以上になればなるほど熱伝導率が小さくなり断熱性能が向上するのは、繊維に連続した長繊維を用いたため、製造時に伝熱方向と垂直な方向(シートの巻き取り方向、シートの長さ方向、幅方向)に繊維を配向しやすくなったと考えられる。
また、重量目付けが高くなるとシート一枚当たりの厚みが厚くなり、シートが厚い分だけ積層時にシートが折り曲がりにくくなり伝熱方向と垂直な方向(シートの巻き取り方向、シートの長さ方向、幅方向)に繊維が配向しやすくなる。そのため伝熱方向の熱伝導率が小さくなり、断熱性能が向上したものと思われる。
逆に、重量目付けが所定値である70[g/m2]以下になるにつれ断熱性能が向上するのは、シート一枚当たりの厚みが小さくなり伝熱方向(厚さ方向)に繊維が配向されにくくなり、伝熱方向と垂直な方向(シートの巻き取り方向、シートの長さ方向、幅方向)に繊維が配向しやすくなり伝熱方向の熱伝導率が小さくなり、断熱性能が向上する効果が大きくなったためと思われる。
したがって、本実施の形態では、真空断熱材7として、エンボス加工110を施こす場合は、不織布の重量目付けを不織布の巻き取り可能限界以上である4.7[g/m2]以上70[g/m2]以下となるようにすれば、芯材の取り扱い性が良く、断熱性能の高い真空断熱材7が得られる。好ましくは重量目付けを4.7[g/m2]以上26[g/m2]以下となるようにすれば、更なる断熱性能の向上が見込める。また、不織布の重量目付けを140[g/m2]以上198[g/m2]以下となるようにすれば、芯材5の取り扱い性が良く、断熱性能の高い真空断熱材7が得られる。重量目付け198[g/m2]以下としたのは、表3の実施例9の測定結果であり、ここまでは測定により断熱性能が従来の綿状芯材よりも良いことが確認できているためである。
したがって、本実施の形態で説明したような熱伝導率が小さく、断熱性能が高い真空断熱材7を用いた断熱箱や断熱壁は、断熱性能が良い分だけ箱や壁の厚みを薄くすることができる。そのため、外形が同じ従来の断熱箱と比し、内容積を大きくすることができるので、大容量の冷蔵庫などの機器が提供できる。また、内容積を従来と同じにすれば、外形を小さくすることができるので、小形でコンパクトな冷蔵庫などの機器が得られる。
(断熱性能4)
(長繊維、短繊維)
ここで、連続した長繊維を用いたために重量目付けが140[g/m2]以上で断熱性能がよくなることを実証するため、比較例2のような仕様の短繊維を芯材5とした真空断熱材7を作成して比較した。ここで、比較例2の芯材5に使用した有機繊維2は、繊維長が1枚のシート厚さよりも長く積層後のシートの厚さ(5mm〜10mm程度)と同等程度以下である5〜7mm程度の短い繊維長の短繊維を使用した。
(長繊維、短繊維)
ここで、連続した長繊維を用いたために重量目付けが140[g/m2]以上で断熱性能がよくなることを実証するため、比較例2のような仕様の短繊維を芯材5とした真空断熱材7を作成して比較した。ここで、比較例2の芯材5に使用した有機繊維2は、繊維長が1枚のシート厚さよりも長く積層後のシートの厚さ(5mm〜10mm程度)と同等程度以下である5〜7mm程度の短い繊維長の短繊維を使用した。
表3より重量目付けが同等の長繊維の実施例9と短繊維の比較例2を比較した結果、短繊維の有機繊維集合体1を芯材5に使用した場合の比較例2での熱伝導率(0.0045[W/mK])よりも連続した長繊維の有機繊維集合体1を芯材5に使用した場合の実施例9での熱伝導率(0.0025[W/mK])の方が断熱性能が約1.8倍も良いことが分かった。したがって、連続した長繊維を用いると、重量目付けが140[g/m2]で熱伝導率が向上すること分かった。この場合、重量目付けが高いため、製造しやすく製造ラインのスピードを早くでき、生産効率が上昇する。
ここで、本実施に形態では、長繊維としてシートの長さ方向、あるいは幅方向などシートの最短長さ以上の連続した繊維長の繊維を使用しており、シートの長さ方向、あるいは幅方向などシートの最短長さよりも短い短繊維を使用した場合よりも断熱性能が向上する。また、繊維長としては、連続した長繊維の方が好ましい。有機繊維集合体1の製造過程で繊維が途中で切れてしまうことが考えられる。また、シートの長さ方向、あるいは幅方向などシートの最短長さ以上に連続しない繊維長の短い繊維も混入することが考えられる。本実施の形態では、連続した繊維長の繊維のシート内に占める割合が50%以上含まれれば、断熱性能が向上する。そのため、本実施の形態では、シートの長さ方向、あるいは幅方向などシートの最短長さ以上に連続した長繊維のシートに占める割合が、50%以上(好ましくは70%以上)である長繊維で構成された有機繊維集合体1を使用するようにしている。
比較例2のような短繊維を使用した場合は、繊維長が短く繊維が傾きやすいため、高目付け(シートの厚さを厚く)にするに従って、繊維が伝熱方向に配向しやすくなり、断熱性能が悪くなったと考えられる。
逆に、有機繊維集合体1の繊維長が長いと、繊維が断熱方向(厚さ方向)と略直角方向である面方向(巻き取り方向、長さ方向、幅方向)に配向しやすくなる。すなわち断熱方向(厚さ方向)への真空断熱材7内の固体伝熱のパスが長くできるので、断熱性能が向上する。さらに目付が高いことで、シートが厚いので積層時にシートが折り曲がりにくくなり伝熱方向と垂直な方向(シートの巻き取り方向、シートの長さ方向、幅方向)に繊維が配向しやすくなる。そのため伝熱方向の熱伝導率が小さくなり、断熱性能が向上できたものと考えられる。よって、短繊維ではなく、長さ方向に連続した有機繊維2から形成された有機繊維集合体1を芯材5に用いた真空断熱材7のほうが、短繊維を芯材5に使用した場合よりも断熱性能が優れる。
(断熱性能5)
(加熱溶着貫通、非貫通)
次にエンボス加工110が厚さ方向に貫通する場合と貫通しない場合での断熱性能の比較を行ったので、その結果を説明する。上述の真空断熱材7では、エンボス加工110が貫通した場合に低目付け(70[g/m2]以下が良く、好ましくは26[g/m2]以下)にすることで断熱性能を向上することができることを説明した。ここでは、エンボス加工110が一枚のシートの厚さ方向に貫通する場合と、シートの厚さ方向に貫通しない場合(シートの表裏面のみにエンボス加工を設ける場合)とで、断熱性能が変化するかの確認を行った。
(加熱溶着貫通、非貫通)
次にエンボス加工110が厚さ方向に貫通する場合と貫通しない場合での断熱性能の比較を行ったので、その結果を説明する。上述の真空断熱材7では、エンボス加工110が貫通した場合に低目付け(70[g/m2]以下が良く、好ましくは26[g/m2]以下)にすることで断熱性能を向上することができることを説明した。ここでは、エンボス加工110が一枚のシートの厚さ方向に貫通する場合と、シートの厚さ方向に貫通しない場合(シートの表裏面のみにエンボス加工を設ける場合)とで、断熱性能が変化するかの確認を行った。
そこで、エンボス加工110の熱溶着部が厚さ方向へ貫通しないように、熱ローラの温度、熱ローラ間のクリアランスを調整して、目付けを変えて不織布(有機繊維集合体1)を製造した。ここでは、熱ローラの温度を180℃とし、熱ローラ間のクリアランスは熱溶着を施す前の不織布の厚さの1/2となるように設定した。
図14は実施の形態1を示す図で、真空断熱材7の有機繊維集合体1である不織布の断面図である。図14において、シート状の有機繊維集合体1には、適宜、エンボス加工110が厚さ方向に貫通しないで表面(表面と裏面)のみに設けられて熱溶着されている。尚、「表面(表面と裏面)」とは、「おもて面とうら面の少なくとも一方の面」という意味である。
得られた不織布(有機繊維集合体1)は上述と同様の方法で真空断熱材7に製造した。そして、エンボス加工110の熱溶着部が厚さ方向へ貫通しない(厚さ方向に連続して設けられていない)ものと貫通したもの(厚さ方向に連続して設けられたもの)(比較例)との間で断熱性能の比較を行った。ここで、不織布は、エンボス加工110を施したものは、エンボス加工110の大きさや同一面積に設けられるエンボス加工110の個数は同等となるように製造した。
得られた真空断熱材7の断熱性能の評価結果を、図15のグラフに示す。図15は実施の形態1を示す図で、真空断熱材7の重量目付けと熱伝導率の関係を表す図である。図15においても、前述の図12と同様、縦軸は熱伝導率[W/mK]、横軸は重量目付け[g/m2]である。図15において、実線で示されるのはエンボス加工110が貫通したもの(図12で実線で示したもの)を表す。また、点線で示したものが、エンボス加工110がシート1枚の厚さ方向に貫通しないもの(表面のみ)を表す。
ここで、図15において、エンボス加工110の熱溶着部を有機繊維集合体1の厚さ方向へ貫通した場合は、重量目付けが約26[g/m2]を超えるあたりから急激に熱伝導率が上昇して断熱性能が悪化し始める。重量目付けが、約70[g/m2]を超えると従来の綿状芯材の熱伝導率である0.003[W/mK]を超えて断熱性能が極端に悪化する。しかし、点線で示すようにエンボス加工110の熱溶着部を不織布の厚さ方向へ貫通しない構造としたものは、重量目付けが50[g/m2]程度までは熱伝導率が0.002[W/mK]程度でほぼ一定で断熱性能が良い。点線で示すエンボス加工110の熱溶着部を不織布1の厚さ方向へ貫通しない構造としたものは、重量目付けが50[g/m2]程度を超えると、急激に熱伝導率が上昇し始めるが、重量目付けが約100[g/m2](熱伝導率約0.0028[W/mK])程度までは、綿状の繊維芯材の熱伝導率0.003[W/mK]を超えないので、従来の綿状繊維よりも断熱性能に優れた真空断熱材7を得ることができる。
以上より、エンボス加工110の熱溶着部がシート状の不織布の厚さ方向に貫通しない場合には、重量目付けを約4.7[g/m2]以上約100[g/m2]以下にすれば、熱伝導率を従来の綿状芯材の熱伝導率0.003[W/mK]以下にできる。そのため、必要な断熱性能を確保でき、しかも製造しやすく、リサイクル性が良好な不織布、真空断熱材7、断熱箱、真空断熱材7を使用した冷蔵庫や給湯機やジャーポットなどの機器が得られる。なお、重量目付けを約4.7[g/m2]以上約50[g/m2]以下にすれば、熱伝導率がガラス繊維を芯材5とした従来の一般的な真空断熱材7の熱伝導率である0.002[W/mK]と同等程度にできる。従って、断熱性能が良好で、高効率でしかも製造しやすく、リサイクル性が良好な不織布、真空断熱材7、断熱箱、真空断熱材7を使用した冷蔵庫や給湯機やジャーポットなどの機器が得られる。
また、エンボス加工110の熱溶着部がシート状の不織布の厚さ方向に貫通する場合には、重量目付けを約4.7[g/m2]以上約70[g/m2]以下にすれば、熱伝導率を従来の綿状芯材の熱伝導率0.003[W/mK]以下にできる。従って、必要な断熱性能を確保でき、しかも製造しやすく、リサイクル性が良好な不織布、真空断熱材7、断熱箱、真空断熱材7を使用した冷蔵庫や給湯機やジャーポットなどの機器が得られる。なお、重量目付けを約4.7[g/m2]以上約26[g/m2]以下にすれば、熱伝導率がガラス繊維を芯材とした従来の一般的な真空断熱材7の熱伝導率である0.002[W/mK]と同等程度にできるので、更に断熱性能が良好で、高効率でしかも製造しやすく、リサイクル性が良好な不織布、真空断熱材、断熱箱、真空断熱材7を使用した冷蔵庫や給湯機やジャーポットなどの機器が得られる。
また、エンボス加工110の熱溶着部がシート状の不織布の厚さ方向に貫通する場合や貫通しない場合において、上述した目付けの範囲内で目付けを大きくすることで不織布シート一枚の厚さが厚くできる。それにより、所望の厚さ(必要な所定の厚さ)の真空断熱材7を得るための有機繊維集合体1である不織布の積層枚数を低減できるので、生産性が向上する。
なお、重量目付けが4.7[g/m2]以上26[g/m2]以下の範囲では、エンボス加工110の熱溶着部がシート状の有機繊維集合体1の厚さ方向に貫通する場合と貫通しない場合で熱伝導率との差は小さい。よって、生産性に支障がなければ低目付けの不織布を用いることで、エンボス加工110の熱溶着部がシート状の不織布の厚さ方向に貫通しても貫通しなくても、断熱性能に殆ど差がなく良好となる。したがって、生産性に支障がなければ、重量目付けはできるだけ小さい4.7[g/m2]以上26[g/m2]以下の範囲に設定すれば、エンボス加工110の自由度が増え断熱性能も良好となる。
なお、生産性を考慮する場合は、目付けはできるだけ大きい方が良い。その場合は、エンボス加工110の熱溶着部がシート状の不織布の厚さ方向に貫通しないようにし、製造バラツキ等を考慮して綿状の芯材の熱伝導率約0.003[W/mK]よりも小さくなる範囲として重量目付けの範囲を約4.7[g/m2]以上100[g/m2]以下とすれば良い。
また、このように熱伝導率が小さく、断熱性能が高い本実施の形態の真空断熱材7を用いた断熱箱や断熱壁は、断熱性能が良い分だけ箱や壁の厚みを薄くすることができる。従って、外形が同じ従来の断熱箱と比し、内容積を大きくすることができるので、大容量の冷蔵庫などの機器が提供できる。また、内容積を従来と同じにすれば、外形を小さくすることができるので、小形でコンパクトな冷蔵庫などの機器が得られる。
ここで、芯材5のエンボス加工などの熱溶着部にシートの厚さ方向に貫通する穴加工(たとえば貫通穴)をレーザー加工などで施すと加熱溶着部の実質的な大きさ(伝熱面積)が穴加工分だけ小さくなるため、加熱溶着部を通っての熱伝導が低減できるので、断熱性能を向上できる。シートに施された加熱溶着部の大きさよりも小さな貫通穴を施すことで加熱溶着部に穴加工がない場合に比べて断熱性能が向上する。例えば、加熱溶着部の大きさが直径約2mmの略円形の場合、貫通穴の大きさを直径約1mmとすればよい。加熱溶着部の大きさよりも貫通穴の方が小さいので、貫通孔を開けても有機繊維集合体1を構成する有機繊維2は溶着された状態を維持できるので、シートの取り扱い性は良好のままである。
すなわち、シートの厚さ方向に施されたエンボス加工などの加熱溶着部に有機繊維集合体であるシートを構成する有機繊維2同士が溶着された状態を維持できる程度(加熱溶着が維持できる程度)の小さな貫通穴を施せば、シートの取り扱い性や生産性は良好のままで、しかも断熱性能を向上できる真空断熱材を得ることができる。エンボス加工などの熱溶着部はシートの厚さ方向に貫通していても貫通していなくても加熱溶着部に穴加工を施すことで断熱性能は向上できる。また、穴加工としては貫通穴でなくても良く凹部加工でも断熱性能向上の効果は得られる。よって、加熱溶着部に加熱溶着部の大きさよりも小さく、有機繊維集合体の加熱溶着が維持できる程度の小さな貫通穴や凹部を有機繊維集合体であるシーとの厚さ方向に設ければ、シートの取り扱い性や生産性は良好のままで、しかも断熱性能を向上できる真空断熱材を得ることができる。
(断熱性能6)
(加熱溶着なし)
ここで、芯材5の取り扱い性の問題から、有機繊維集合体1のシートを形成した後に、有機繊維2x、有機繊維2y同士を熱ローラーなどで加熱溶融(エンボス加工110)をする場合が多い。エンボス加工110を行う場合は、上述のように低目付けで断熱性能が良くなることを説明したが、低目付けの不織布では、一枚のシートの厚さが薄くなり、所定の厚さの真空断熱材7を得るための積層枚数が多くなってしまう。そのため、不織布製造ラインのスピードが不足したり、積層工程の時間が長くなるなど、生産性が低下する。したがって、本実施の形態に係る有機繊維集合体1は、ここでは、エンボス加工110などによる加熱溶着をしない場合の断熱性能について説明する。エンボス加工110などによる加熱溶着をしていない場合は、伝熱パスを減らせるため、断熱性能が向上すると考えられる。
(加熱溶着なし)
ここで、芯材5の取り扱い性の問題から、有機繊維集合体1のシートを形成した後に、有機繊維2x、有機繊維2y同士を熱ローラーなどで加熱溶融(エンボス加工110)をする場合が多い。エンボス加工110を行う場合は、上述のように低目付けで断熱性能が良くなることを説明したが、低目付けの不織布では、一枚のシートの厚さが薄くなり、所定の厚さの真空断熱材7を得るための積層枚数が多くなってしまう。そのため、不織布製造ラインのスピードが不足したり、積層工程の時間が長くなるなど、生産性が低下する。したがって、本実施の形態に係る有機繊維集合体1は、ここでは、エンボス加工110などによる加熱溶着をしない場合の断熱性能について説明する。エンボス加工110などによる加熱溶着をしていない場合は、伝熱パスを減らせるため、断熱性能が向上すると考えられる。
ここで、有機繊維集合体1にエンボス加工110などで加熱融着しない場合には、有機繊維集合体1である長繊維不織布は、押出機で溶融させて紡糸ノズルから押出した連続繊維を、コンベア上に捕集し、コンベアを任意の速度で送りながら巻き取って製造すれば良い。有機繊維集合体1の繊維密度は、溶融樹脂の吐出量とコンベアの速度により調整し、厚さの異なる有機繊維集合体1を製造することができる。
そして、得られた有機繊維集合体1を、例えばA4サイズに裁断し、芯材5を形成する。積層する枚数は、得られた有機繊維集合体1の厚さと、製造したい真空断熱材7の厚さとを基準に任意に設定する。有機繊維2は、断熱性能上は繊維径がより細い方が良い。理論的に繊維径は、10μm以下が望ましい。なお、要求される芯材5の厚さによっては、有機繊維集合体1である不織布シートを積層しなくてもよく、1枚でも良い。
次に、有機繊維集合体1の熱溶着の有無による断熱性能への影響を説明する。なお、使用した有機繊維2は、約10μm〜13μmの直径のポリエステルである。また、上述した製造方法と同等の製造工程にて真空断熱材7を製造した。
この際、熱溶着なしの不織布を製造する場合は、製造工程において熱溶着を施さず、長尺方向に連続した有機繊維2から形成されたシート状の有機繊維集合体1からなる真空断熱材7の2つのサンプルa、サンプルbを製造した。比較例として熱溶着ありの不織布を製造する場合は、製造工程において熱溶着処理を施し、長尺方向に連続した有機繊維2から形成されたシート状の有機繊維集合体1からなる真空断熱材7を製造した。なお、芯材5は、有機繊維集合体1を裁断せずに、長尺方向に連続したシート状のまま形成した。
そして、製作したサンプルa、サンプルb及び比較例の有機繊維集合体1は、熱伝導率計「AutoΛ HC−073(英弘精機(株)製)」を用いて、上温度37.7℃、下温度10.0℃の温度差における熱伝導率を測定した。なお、測定は、真空引き工程を実施し、その後に外包材4内のガスや水分が吸着剤6に吸着されて真空断熱材7の熱伝導率が安定するまで1日程度時間をおいて測定を行った。ここで、平均繊維径は、マイクロスコープを用いて測定した10箇所の測定値の平均値とした。
ここでは、エンボス加工110による加熱溶着の有無による断熱性能を、単位面積当たりの重量である重量目付け[g/m2]で比較した。
エンボス加工110による熱溶着が無い場合の真空断熱材7について、重量目付けが異なる2つのサンプルで確認した。長繊維を使用したエンボス加工110なしの場合のサンプルの重量目付けは、サンプルaが約70[g/m2]、サンプルbが約924[g/m2]である。サンプルa、サンプルbのいずれの場合も、熱伝導率は0.0019〜0、0020[W/mK]である。サンプルa、サンプルbは、比較例である長繊維を使用したエンボス加工110ありの場合(表3の実施例5〜9、図13参照)に比較して断熱性能が向上した。したがって、エンボス加工110による熱溶着が無い方が、エンボス加工110による熱溶着がある場合よりも断熱性能が良好となることがわかった。
この理由は、有機繊維集合体1の有機繊維2同士の熱溶着がないため、その分、熱のパスが短くなっているためと考えられる。ここで、長繊維の有機繊維2を芯材5に使用した真空断熱材7では、重量目付けが924[g/m2]と極端に高くても熱伝導率が小さく断熱性能が向上している。従って、重量目付けを増やしてシート状不織布の一枚の厚さを厚くすることで、芯材5の積層枚数を減らすことができ、生産スピードを早くでき、また、生産性も向上する。
以上より、真空断熱材7の芯材5には、エンボス加工110による熱溶着が施されてなく、シートの長さ以上に連続した長繊維を芯材5に使用した有機繊維集合体1で真空断熱材7を製造した方が断熱性能が良好となる。もちろん、エンボス加工110による熱溶着が施されている場合でも、シートの長さ以上に連続した長繊維で有機繊維集合体1を製造した方が短繊維を芯材5に使用した場合よりも断熱性能が良好となることは言うまでもない。
(断熱性能7)
(繊維の断面形状)
次に、有機繊維2の断面形状と断熱性能の関係について説明する。上述した有機繊維2の断面形状は略円形であったが、有機繊維集合体1を構成する有機繊維2の断面形状を略円形以外の異形断面である三角形断面とした場合について説明する。異形断面の有機繊維2を用いて有機繊維集合体1を製造し、300枚積層して芯材5を得、上述の方法と同様の方法で真空断熱材7を製造した場合を例に説明する。
(繊維の断面形状)
次に、有機繊維2の断面形状と断熱性能の関係について説明する。上述した有機繊維2の断面形状は略円形であったが、有機繊維集合体1を構成する有機繊維2の断面形状を略円形以外の異形断面である三角形断面とした場合について説明する。異形断面の有機繊維2を用いて有機繊維集合体1を製造し、300枚積層して芯材5を得、上述の方法と同様の方法で真空断熱材7を製造した場合を例に説明する。
異形断面、例えば三角形断面の有機繊維2を用いた有機繊維集合体1を適用した真空断熱材7の断熱性能評価として、熱伝導率の測定を行った。比較例として略同等の断面積を有する略円形断面の有機繊維2を芯材5に用いた真空断熱材7の熱伝導率も測定した。略三角形断面を有する有機繊維2を用いた有機繊維集合体1を適用した真空断熱材7では、熱伝導率が0.0017[W/m2]であった。それに対し、略円形断面を有する有機繊維2を用いた有機繊維集合体1を適用した真空断熱材7の熱伝導率は、0.0020[W/m2]であった。したがって、略円形断面の有機繊維2を用いるよりも、略円形断面の繊維と同等の断面積を有した断面形状が略三角形断面の有機繊維2の方が断熱性能が向上できることが分かった。
真空断熱材7の内部は略真空状態にあるので、芯材5を構成する有機繊維集合体1は外包材4を介して大気圧を受けている。接触している有機繊維2同士の任意の接点を基準にして見てみると、有機繊維2は他の繊維とも接しているので他の繊維との接点を支点として圧力を受けて撓んで多くの他の繊維と接触するようになり、熱伝導率が大きくなり断熱性を悪化する。
したがって、異形断面にして伝熱性能が向上したのは、有機繊維2の断面形状を、略円形断面の繊維と略同等の断面積を有する略三角形形状としたことにより、略同等の断面積を有する略円形断面を有する繊維に比べて剛性が向上し、大気圧を受けた時の繊維の撓みが減少したことによると考えられる。
このことから、有機繊維2の断面形状は略円形でなく異形断面(例えば略三角形形状)にした方が、断熱性能が向上する。また、略円形断面の繊維と略同等の断面積でしかも断面二次モーメントが大きくなるような異形の断面形状(例えば略三角形や多角形形状など)の有機繊維2であれば、真空断熱材7中で大気圧を受けた時の変形を小さくでき、真空断熱材7中の固体の体積分率を低減できるため、断熱性能が向上した真空断熱材7を得ることができる。
また、真空引き前の有機繊維2の断面形状を略C形形状とし、真空引き後には圧力により変形してつぶれてC形の開口部が閉じた中空のパイプ形状(C形の開口部が閉じた状態の該径が略円形の外径と略同等)となるような有機繊維2を使用すれば、略円形断面の繊維を使用するよりも断面がパイプ形状(中心部が中空の略円形形状)のため熱伝達が悪くなり、断熱性能が向上する。
この場合、初期の繊維に中空のパイプ状のものを使用すると、中空部の空気が真空引きを行なっても抜けにくく、真空引きに時間がかかる。また、中空部の真空度が低下しないという課題が発生するが、本実施の形態では、真空引き前の有紀繊維2の断面形状を、開口部を有する略C形形状とし、真空引き後には圧力により変形してつぶれてC形の開口部が閉じた中空のパイプ形状(C形の開口部が閉じた状態の該径が略円形の外径と略同等)となるような有機繊維2を使用するので、真空引き時間が低減でき、所定の真空到達度が得られ、しかも断熱性の良い真空断熱材7を得ることができる。
ここで、C形断面の有機繊維2を使用した場合、真空引き後には圧力により変形してつぶれてC形の開口部が閉じた中空のパイプ形状(C形の開口部が閉じた状態の該径が略円形の外径と略同等)となる。このつぶれてC形の開口部が閉じた中空のパイプ形状においては、C形の開口部が閉じた状態で内径に対する外径の比率(この比率が0%の場合は内径が0であり、内部に開口や中空部のない中実の円形断面であることを表す)が30%〜70%の範囲で熱伝導率が0.0016〜0.0019(W/mK)と小さく、断熱性能が向上することが分かった。内径に対する外径の比率が20%以下の場合と、80%以上の場合でも確認したが、30%〜70%の場合に比べて熱伝導率が大きく、断熱性能が悪くなった。
(断熱性能8)
(貫通穴、切り欠きなどの開口部)
次に真空断熱材7の製造工程でのクリープによる歪の大きさや変形などを比較するために、上述した方法で真空断熱材7を作成した後、真空断熱材7の厚みを測定した。そして約60℃の恒温槽に入れた後、約11時間温度加熱してから取り出し、再度真空断熱材7の厚みを測定した。
(貫通穴、切り欠きなどの開口部)
次に真空断熱材7の製造工程でのクリープによる歪の大きさや変形などを比較するために、上述した方法で真空断熱材7を作成した後、真空断熱材7の厚みを測定した。そして約60℃の恒温槽に入れた後、約11時間温度加熱してから取り出し、再度真空断熱材7の厚みを測定した。
図16は実施の形態1を示す図で、真空断熱材7の重量目付けと圧縮歪の関係を表した相関図である。圧縮歪σは、例えば下記のようにして求めることができる。
圧縮歪σ=(tB−tA)/tA
ここで、
tA:加熱する前の真空断熱材7の厚み
tB:60℃、11時間加熱した後の真空断熱材7の厚み
圧縮歪σ=(tB−tA)/tA
ここで、
tA:加熱する前の真空断熱材7の厚み
tB:60℃、11時間加熱した後の真空断熱材7の厚み
図16より圧縮歪[%]に関しては、重量目付けが13[g/m2]から85[g/m2]程度までは重量目付けが増加するにしたがって、圧縮歪が急激に減少する。また、重量目付けが85[g/m2]程度以上からは重量目付けが増加するにしたがって、圧縮歪の減少がゆっくりとなる。重量目付けが110[g/m2]以上では、圧縮歪がほぼ一定となり、余り変化しないようになることが分かる。すなわち、重量目付けが、85[g/m2]程度で圧縮歪の減少度合いが変化しており、変極点が存在する。
これは重量目付けが小さいほうが薄いシートの積層となるので、重量目付けが小さければ小さいほどやわらかく、圧縮に対する剛性が小さく剛性を保ちにくくなり変形しやすくなるため歪が大きくなると思われる。
逆に重量目付けが85[g/m2]程度(あるいは110[g/m2]程度)を超えると、一枚のシートの厚さもそこそこ厚くなり、圧縮に対する剛性が得られ、変形しにくく歪にくくなるためと考えられる。
したがって、有機繊維集合体1である不織布の重量目付けを、85g/m2以上198g/m2以下にすれば、一枚のシートの厚さが厚くなり歪にくくなるため圧縮に対する剛性が得られ、真空成形時に変形しにくくなる。そのため、変形による形状不良などが発生せず信頼性の高い真空断熱材7が得られる。
図17は実施の形態1を示す図で、真空断熱材7の重量目付けと積層枚数(真空断熱材の厚みが所定の厚さ、例えば真空引き後の厚さが所定の厚さのときの積層枚数)の関係を表した線図である。目付けが高いほど、積層枚数が少なくなっている。つまり、目付けが高ければ積層枚数が少なく生産性に優れるので、図17における線の傾きが小さく(ゆるやかに)なってくる重量目付けである98[g/m2]以上が望ましい。
ここで、重量目付けの上限値は特に記載しないが、積層枚数一枚となる目付けが好ましい。積層枚数が少なければ少ないほど、生産中に積層工程を省けるため、生産性が良いので、可能な限り目付けを高くして積層枚数を減らした方が生産性は向上する。
以上より生産性の観点から重量目付けが98[g/m2]以上が望ましいことが分かる。一方、断熱性能向上の観点からは、重量目付けが4.7[g/m2]以上70[g/m2]以下、あるいは重量目付けが140[g/m2]以上で積層枚数一枚となる目付け以下が良い。また、圧縮歪を考慮したクリープ特性の観点からは、重量目付けが85[g/m2]以上が良く、望ましくは110[g/m2]以上で積層枚数一枚となる目付け以下である方が良い。
また、長繊維を使用して重量目付けを98[g/m2]以上198[g/m2]以下にすれば、断熱性能を維持したまま、圧縮歪を小さく抑えることができるので、変形の少ない高信頼性の真空断熱材7を得る事が出来る。
また、重量目付けや体積目付けの高い第1の芯材と、重量目付けや体積目付けの低い第2の芯材とを組み合わせて積層(例えば、第1の芯材と第2の芯材とを交互に組み合わせる)すれば、同じ厚さのものを積層した場合に比べて、積層後の厚さが同じ厚さであれば、芯材5全体としても歪を小さくでき、しかも目付けの高いものを同じ枚数だけ積層した場合よりも厚さを薄くできる。従って、断熱性能が良く、積層厚さが薄く、歪による変形の少ない信頼性の高い真空断熱材7が得られる。
さらに、目付けの低いものを同じ枚数だけ積層した場合よりも必要な断熱性能を確保できるとともに、所定の剛性が得られるので断熱性能が良く、変形の少ない高性能で信頼性の高い真空断熱材7が得られる。ここでは第1の芯材と第2の芯材との組合わせ例について説明したが、目付けの異なる複数のシート状の芯材5を組合わせて積層させても同様の効果が得られる。
例えば、図6のように、第1の有機繊維集合体1xに目付けが高く(例えば、圧縮歪の小さい範囲である重量目付けが110[g/m2]以上198[g/m2]以下)、圧縮歪の小さいシートを使用し、第2の有機繊維集合体1yに目付けが低く(例えば、断熱性能比が4.7[g/m2]以上70[g/m2]以下)、圧縮歪が若干大きいシートを使用して交互に重ねて一枚の芯材5を構成する。このようにすれば、目付けが高い第1の有機繊維集合体1xにより圧縮歪が抑制され、目付けの低く断熱性能の良い第2の有機繊維集合体1yにより芯材5のトータルの厚さを薄くでき、しかも曲げやすくなる。したがって、一枚のシートの厚さが異なる複数種類のシートを混合して積層した真空断熱材7の厚さを一枚のシート厚さが同じものを積層した真空断熱材7と同等厚さにすれば、断熱性能の良い第2の有機繊維集合体1yが積層されるので、芯材5の断熱性能が向上し、剛性も小さくなるので、曲げ加工なども行いやすくなる。また、圧縮歪の小さい第1の有機繊維集合体1xが積層されるので、圧縮歪が小さく剛性も高くなるので、使い勝手が良く、断熱性能の良い真空断熱材7が得られる。
以上より、真空断熱材7の芯材5には、エンボス加工110による熱溶着が施されてなく、シートの長さ以上に連続した長繊維で有機繊維集合体1を製造した方が断熱性能が良好となる。もちろん、エンボス加工110による熱溶着が施されている場合でも、シートの長さ以上に連続した長繊維で有機繊維集合体1を製造した方が断熱性能が良好となることは言うまでもない。
(断熱性能9)
(貫通穴、切り欠き)
本実施の形態では、真空断熱材7に貫通穴や切り欠きなどの貫通する開口部70を設けるようにしている。図18は実施の形態1を表す図であり、開口部を有する真空断熱材7の正面図、図19は芯材5に従来の短繊維を使用した場合の真空断熱材7の芯材5の開口部の様子を表す図、図20は実施の形態1を表す図であり、真空断熱材7の芯材5の開口部外周周辺にエンボス加工110などの熱溶着部を設ける例を示す図である。
(貫通穴、切り欠き)
本実施の形態では、真空断熱材7に貫通穴や切り欠きなどの貫通する開口部70を設けるようにしている。図18は実施の形態1を表す図であり、開口部を有する真空断熱材7の正面図、図19は芯材5に従来の短繊維を使用した場合の真空断熱材7の芯材5の開口部の様子を表す図、図20は実施の形態1を表す図であり、真空断熱材7の芯材5の開口部外周周辺にエンボス加工110などの熱溶着部を設ける例を示す図である。
図18乃至図20において、所定の大きさ(たとえばA4サイズ)に端面1a,5aがカットされた芯材5に予め芯材5の大きさよりも小さく必要な大きさ以上の、所定の大きさの貫通穴や切り欠きなどの芯材5を貫通する芯材開口部51が設けられている。
ここで、図18に示すように、使用される芯材5や有機繊維2などは本実施の形態で説明した上述の芯材5や有機繊維2などを使用しているので、断熱性能が優れる。
芯材5を外包材4に挿入して乾燥、真空引きして外包材4の挿入口のシール部分45を熱溶着などによりシールする。その後に、真空引きして貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51の内側部分(真空断熱材開口部シール部分78)を熱溶着してシールし、必要な所定のシール長さ分である真空断熱材開口部シール代75分だけ芯材開口部51と略相似形状で芯材開口部51よりも小さな大きさでカットして貫通穴である外包材開口部41を設ける。それにより、最終的に真空断熱材7に貫通穴や切り欠きなどの真空断熱材開口部71を設けるようにしている。
ここで、外包材4に、芯材5が挿入されたときに芯材5の芯材開口部51と略同等位置に芯材開口部51の大きさよりも真空断熱材開口部シール代75分だけ小さな外包材開口部41を設けておいて、芯材5を外包材4に挿入して外包材4と芯材5との間の真空断熱材開口部シール部分78(真空断熱材開口部シール代75の長さ分)を熱溶着してから乾燥、真空引きして、外包材4の挿入口のシール部分45(挿入部)をシールしても良い。
ここで、図19に示すように、従来のように芯材5に使用する繊維2に所定の大きさのシートの長さや幅よりも短い短繊維(例えば5〜150mm程度の繊維長の繊維)を使用すると、芯材5に貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51を設ける場合には、貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51がカット(切り取り)により有機繊維集合体1(シート)から取り除かれるときに、芯材開口部51にまたがる(カットされて取り除かれる部分と取り除かれずにシートに残る部分にまたがる)有機繊維2は、カットにより残存繊維2aと切断繊維2bとに分離され、残存繊維2aはシートに残り、切断繊維2bがシートより取り除かれることになる。
切断された切断繊維2b以外(取り除かれる部分以外)でシート側に残る残存繊維2aはカット(切断)されているため、初期の繊維長X(短繊維であり、例えば5〜150mm程度)よりも短い長さYとなる。
特に初期の繊維長Xが短い場合には、シート部分に残った残存繊維2aの繊維長Yが極端に短くなる恐れもある。この場合には、残存繊維2aは繊維長Yが短いためにシート部分の既存繊維とからまることができず、貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51の内側周辺にほつれて飛び出してくる可能性がある。そうすると芯材開口部51周辺の外包材4の真空断熱材開口部シール代75を熱溶着などでシールした場合、このほつれて飛び出した残存繊維2aが真空断熱材開口部シール代75にはさまりシール不良が発生し、断熱性能が著しく低下する可能性がある。
例えば、初期の繊維長Xが55mmの短繊維を使用し、芯材開口部51である貫通穴を直径略50mmとした場合、初期の繊維長Xの55mmのうちの50mmが貫通穴で切断されて取り除かれる場合も想定できる。この場合には、貫通穴以外で芯材5である有機繊維集合体1(シート)に残る部分の残存繊維2aの繊維長Y(長さ)は約5mmとなる。繊維長が5mmではシート内部の既存繊維とからまることができず、芯材開口部51である貫通穴周辺にほつれて飛び出してくる可能性がある。貫通穴51周辺の外包材4を熱溶着などでシールした場合、ほつれて芯材開口部51である貫通穴部分に飛び出した繊維が真空断熱材開口部シール代75に飛び出してはさまり、シール不良が発生し、断熱性能が著しく低下する。また、真空引き工程で、切断されて繊維長が短くなった残存繊維2a(繊維長がYになった残存繊維2a)が真空引きにより飛び出しやすくなっており、真空ポンプに吸込まれて真空ポンプが故障する恐れもある。
しかしながら、本実施の形態では、有機繊維集合体1(不織布シート)に連続した有機繊維2の長繊維を用いているので、芯材5が所定の大きさ(例えばA4サイズ)にカット(切断)された状態で初期の繊維長Xが不織布シートの長さ(例えばA4サイズの長辺あるいは短辺の長さ)以上あることになる。そのため、有機繊維集合体1の幅(例えば短辺の長さ)以下の貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51をカットしても、繊維長が長いため(連続しているため)、芯材開口部51でカット(切り取り)されても切り取りにより取り除かれる部分の切断繊維2b以外のシート側に残った残存繊維2aの繊維長Yが長く確保できるため、残存繊維2aが有機繊維集合体1内部の既存繊維とからまって芯材開口部51からはみ出して出て来ることはない。
すなわち、長繊維(例えば連続した繊維や、シートの長さと同等かそれ以上の長さを有する繊維)を使用する場合には、貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51をカットすることにより設けたとしても、貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51のカット部分の残存繊維2aの繊維長Yが長く確保できる。したがって、貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51のカット部分の内側周辺にカットしたことによりシートに残った部分の残存繊維2aの繊維くずがでてくることがないので、シール不良が発生せず、時間が経過しても断熱性能の低下しない真空断熱材7、真空断熱材7を用いた断熱箱、機器などが得られる。
また、本実施の形態では、初期の繊維長Xが有機繊維集合体1(不織布シート)の長さ(あるいは幅)と同等以上の長繊維を使用するようにしているので、真空断熱材7に貫通穴や切り欠きなどの真空断熱材開口部71を設けても、シール不良などが発生せず、断熱性能が劣化しにくい真空断熱材7が得られる。
ここでは、繊維長として有機繊維集合体1(不織布シート)の長さ(あるいは幅)と同等以上の長さのものを使用するようにしたが、長繊維の繊維長としては、残存繊維2aの繊維長Yが真空断熱材7に貫通穴や切り欠きなどの真空断熱材開口部71を設けた場合に、ほつれなどにより貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51の内側(外部)などに飛び出しにくい繊維長であれば良い。貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51よりも十分に長い繊維長(繊維長は貫通穴の直径や切り欠きの大きさよりも長ければ長い方が良く、例えば、残存繊維2aの繊維長Yが芯材開口部51である貫通穴の直径や切り欠きの大きさよりも10mm程度以上(好ましくは15mm以上)長い繊維長)であれば貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51を設けても、芯材開口部51で取り除かれた場合に芯材開口部51以外に芯材5に残る部分の残存繊維2aの長さYが少なくとも10mm以上(好ましくは15mm以上)となり、貫通穴周辺にほつれて飛び出してくる可能性が減少するので、シール性が悪化しにくくなり、シール不良による断熱性能の低下も抑制できる。
また、本実施の形態では、真空断熱材7の芯材開口部51をカット(切断)する場合について説明したが、別に芯材開口部51でなくてもよく、シールする部分の芯材5のシート端面(たとえば所定の大きさに端面5a(あるいは1a)がカットされた有機繊維集合体1の少なくとも1つの端面)などに適用すればシール不良が発生せず、断熱性能の低下を抑制できることはいうまでもない。
例えば、端面がカットされて所定の大きさ(たとえばA4サイズ)となった芯材5を外包材4に挿入して外包材の挿入口4aをシールする場合において、外包材4の挿入口4aに対応する芯材5や有機繊維集合体1(不織布シート)のカット面(切断面)である端面1a,5aへ適用しても良い。外包材4の芯材5を挿入する挿入口4aも、芯材5を挿入した後は熱溶着などでシール部分45がシールされる。そのため、本実施の形態のように長繊維(例えば、端面5a(あるいは1a、あるいは芯材開口部51)がカットされた有機繊維集合体1(不織布シート)の長さや幅と同等以上の初期繊維長の繊維、好ましくは端面を5a(あるいは1a、あるいは芯材開口部51)を切断したあとにシートに残る残存繊維2aの繊維長Yが10mm以上(好ましく15mm以上、さらに好ましくは20mm以上)となる初期繊維長の繊維)を使用するようにしているので、芯材5をカットして所定長さの芯材5や有機繊維集合体1を製造しても残存繊維2aの繊維長Yが所定の長さ(例えば、切断したあとにシートに残る残存繊維2aの繊維長が10mm以上(好ましく15mm以上、さらに好ましくは20mm以上))を確保できる。従って、芯材5や有機繊維集合体1の切断面から残存繊維2aがはみ出してくることがなくなり、シール不良などが発生せず、長期間に渡って断熱性能が劣化しにくい信頼性の高い真空断熱材7が得られる。
ここで、長有機繊維の繊維長は、例えば、カット(切断)したあとにシートに残る残存繊維2aの繊維長Yが10mm以上(好ましく15mm以上、さらに好ましくは20mm以上)となる初期繊維であれば良い。好ましくは、不織布シートの長さ(あるいは幅)と同等かそれ以上の長繊維が良く、更に好ましくは、シートの長さ(あるいは幅)の一端から他端まで連続した長繊維の方が好ましい。
したがって、有機繊維2は端面がカットされて所定の大きさと幅を有する有機繊維集合体1の長さ方向あるいは幅方向に連続している長繊維を使用しているので、有機繊維集合体1(不織布シート)のカット部(たとえば、芯材5や有機繊維集合体1のシート端面のカット部である端面1a,5aや穴加工のカット部51や切り欠き加工のカット部51など)にカットにより発生した残存繊維2aの長さを長く確保できるため、芯材5に従来のような短繊維を使用した場合に発生するカット部である端面1a,5a、51よりのカットにより発生した残存繊維のはみ出しだしなどを抑制できるので、従来の短繊維を使用した場合のように残存繊維のはみ出しを考慮してシール部分45や開口部シール部分78のシール長さを長くする必要がなくなり、したがって外包材4のシール部45、78のシール長さを短くできるので、コンパクトで低コストの真空断熱材を得ることができる。また、外包材4の大きさが同じであれば、従来の短繊維を使用した場合に比べて残存繊維2aのはみ出し分の長さ分(たとえば1mm〜10mm程度)だけ、芯材5の大きさ(シートの長さや幅)を大きくでき、断熱できる面積が大きく取れるため断熱性能が向上する。
また、図20に示すように芯材5の切断される貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51の切断されない部分(例えば、切断される部分が芯材開口部51であり、芯材開口部51の内側部分が切断により取り除かれるのであれば芯材開口部51の外周)の周辺に連続して、または所定の間隔を設けてエンボス加工110などの熱溶着部を設けるようにすれば、残存繊維のはみ出しが抑制出来る。また、切断される部分が有機繊維集合体1の端面の場合は、切断される部分でなく切断されずに残るシート部分(有機繊維集合体1を形成する部分)の端面の切断面近傍に連続してエンボス加工110などの熱溶着部を設けるようにするか、または所定の間隔を設けてエンボス加工110などの熱溶着部を設けるようにすれば、エンボス加工110などによる熱溶着によって切断部分近傍がくっつき繊維2同士がばらけにくくなるため残存繊維のはみ出しが抑制出来る。このようにエンボス加工110などを設けることにより、さらなるシール不良が低減でき、更なる断熱性能の抑制効果が向上する。ここで、エンボス加工110などによる熱溶着部は、切断部近傍のみ設けても良いが、切断部近傍に集中して設ける必要はなく、シート状の有機繊維集合体1全体に所定の間隔で複数設けるようにしても効果が得られる。また、エンボス加工110などの熱溶着部は有機繊維集合体1の厚さを貫通して設けた方が効果が大きく、熱溶着部の大きさは大きい方が効果が大きいが、貫通しなくても実験などにより熱溶着部の厚さ方向の長さについて熱溶着部の大きさとともにシール不良が発生しない範囲で適宜設定すれば良い。
ここで、本実施に形態では、シートの長さ方向、あるいは幅方向などシート(有機繊維集合体1)の最短長さ以上の連続した繊維長の長繊維を使用するようにした方が、シートの長さ方向、あるいは幅方向などシートの最短長さよりも短い短繊維を使用した場合よりも断熱性能が向上し、また、連続した長繊維を使用した方が好ましいことを説明したが、有機繊維集合体1の製造過程で繊維が途中で切れてしまうことが考えられ、シートの長さ方向、あるいは幅方向などシートの最短長さ以上に連続しない繊維も混入することが考えられる。本実施の形態では、シートの長さ方向、あるいは幅方向などシートの最短長さ以上に連続した繊維がシートを形成する全繊維に占める割合が50%以上含まれれば、断熱性能が向上する。従って、本実施の形態では、シートの長さ方向、あるいは幅方向などシートの最短長さ以上に連続した長繊維のシートに占める割合が50%以上(好ましくは70%以上)である長繊維で構成された有機繊維集合体1を使用するようにしている。
(断熱箱)
次に本発明の真空断熱材7の冷蔵庫への適用の一実施例について説明する。
次に本発明の真空断熱材7の冷蔵庫への適用の一実施例について説明する。
図21は実施の形態1を示す図で、断熱箱を説明するものであって、冷蔵庫への適用例を模式的に示す正面視の側断面図である。ここで使用される真空断熱材7や芯材5や有機繊維集合体1などは本実施の形態で説明した上述の真空断熱材7や芯材5や有機繊維集合体1などを使用しているので、断熱性能が優れる。
図21において、冷蔵庫100は、外箱9と、外箱9の内部に配置された内箱10と、外箱9と内箱10との間の隙間に配置された真空断熱材7およびポリウレタンフォームなどの発泡断熱材11と、内箱10内に冷熱を供給する圧縮機などを有する冷凍ユニット(図示しない)と、を有している。なお、外箱9および内箱10によって形成される断熱箱体には、前面に開口部が形成され、当該開口部に開閉扉が設置されている(何れも図示しない)。
ここで、真空断熱材7の外包材4に、アルミ箔を含んでいる外包材4を使用すると、アルミ箔を含んでいるため、該アルミ箔を通って熱が回り込むヒートブリッジが生じて断熱性能が低下するおそれがある。このため、該ヒートブリッジの影響を抑制するため、真空断熱材7は樹脂成形品であるスペーサ8を用いて、外箱9の塗装鋼板から離して配設するようにしている。なお、スペーサ8は後工程で断熱壁内に注入されるポリウレタンフォームにボイドが残らないように、流動を阻害しないための孔が、適宜設けられている。
すなわち、冷蔵庫100は、真空断熱材7、スペーサ8および発泡断熱材11によって形成された断熱壁12を有している。なお、真空断熱材7を含む断熱壁12が配置される範囲は限定されるものではなく、外箱9と内箱10との間に形成される隙間の全範囲であっても一部であってもよく、また、前記開閉扉の内部に配置されてもよい。
冷蔵庫100は、使用済みとなった場合、家電リサイクル法に基づき、各地のリサイクルセンターで解体・リサイクルされる。このとき、本実施の形態の冷蔵庫100は、有機繊維集合体1(有機繊維2によって形成されている)からなる芯材5にて形成された真空断熱材7を有している。そのため、サーマルリサイクルに際して燃焼効率を下げたり、残渣となったりすることがなく、リサイクル性が良いので、真空断熱材7を取り外すことなく破砕処理を行うことができる。
また、真空断熱材7を断熱箱に配設した冷蔵庫100において、当該真空断熱材7の芯材5が無機粉末である真空断熱パネルの場合には、粉末が飛散してしまうため、箱体のまま破砕処理は行えず、大変な手間をかけて冷蔵庫箱体から真空断熱材7を取り外さなければならない。
また、芯材5がガラス繊維である真空断熱パネルの場合には、箱体のまま破砕処理は行えるものの、破砕後のガラス繊維はポリウレタンフォームの粉砕物に混じって、サーマルリサイクルに供される。この際、燃焼効率を低下させたり、燃焼後の残渣になったりするなどリサイクル性に難点がある。
本実施の形態では、芯材5にガラス繊維などの無機繊維を含有していないので、破砕してもガラスなどの粉末が発生しない。そのため、ガラス粉などによる人体への悪影響を抑制でき、しかも大変な手間をかけて冷蔵庫箱体から真空断熱材7を取り外さなくても良いので、解体時間が大幅に短縮でき、リサイクル性も良好であり、リサイクル効率が格段に向上する。
なお、以上は、断熱箱として冷蔵庫100を例示しているが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。保温庫、車両空調機、給湯器、貯湯タンクなどの冷熱機器あるいは温熱機器に適用しても上述したさまざまな効果が得られる。さらには、所定の形状を具備する箱体に替えて、変形自在な外袋および内袋を具備する断熱袋(断熱容器)であってもよい。
(冷蔵庫)
図22乃至図24は実施の形態1を示す図で、図22は冷蔵庫100の断面図、図23は図22に示す冷蔵庫100の断熱仕切りに使用される真空断熱材7の芯材5を表す模式図、図24は冷蔵庫100の断熱仕切りに使用される真空断熱材7を表す模式図図である。
図22乃至図24は実施の形態1を示す図で、図22は冷蔵庫100の断面図、図23は図22に示す冷蔵庫100の断熱仕切りに使用される真空断熱材7の芯材5を表す模式図、図24は冷蔵庫100の断熱仕切りに使用される真空断熱材7を表す模式図図である。
ここで使用される真空断熱材700や芯材5や有機繊維集合体2などは本実施の形態で説明した上述の真空断熱材7,700や芯材5や有機繊維集合体1などを使用しているので、断熱性能が優れる。
図において、冷蔵庫100の食品貯蔵室は、最上部に開閉ドアである冷蔵室扉160を備えて配置される冷蔵室150、冷蔵室150の下方に冷凍温度帯(−18℃)から冷蔵、野菜、チルド、ソフト冷凍(−7℃)などの温度帯に切り替えることのできる引き出しドア式の切替室扉210を備える切替室200、切替室200と並列に引き出しドア式の製氷室扉510を備える製氷室500、最下部に配置される引き出しドア式の冷凍室扉310を備えた冷凍室300、冷凍室300と切替室200及び製氷室500との間に引き出しドア式の野菜室扉410を備えた400等から構成される。冷蔵庫100の冷蔵室扉160の前面側表面には、各室の温度や設定を調節する操作スイッチと、そのときの各室の温度を表示する液晶などから構成される操作パネル180が設けられている。
冷蔵庫100の背面側には、下部に冷凍サイクルを構成する圧縮機600を配置する機械室601及び冷却器650、および冷却器650により冷却された冷気を冷蔵室150や切替室200に送風するためのファン660などが配置される冷却器室640が設けられる。
この冷却器室640から、冷却器650により冷却された冷気を冷蔵室150内に導入するための冷却風路680や冷却器650により冷却された冷気を冷凍室300内に導入するための風路690などが設けられている。
また、冷蔵庫100の上部で冷蔵室150の背面の断熱壁背面において、制御基板収納室910に制御基板900が収納される。この制御基板900には、圧縮機600や冷却風路の開閉を行なうダンパなどと接続されて圧縮機600や冷却風路の開閉制御を行って冷蔵室150や冷凍室300などの貯蔵室内の温度制御を行うための制御用のリード線や電源線などが設けられている。
なお、切替室200には収納ケース201が、冷凍室300には収納ケース301が、野菜室400には収納ケース401が、それぞれ設置されており、それらのケース内に食品を収納することができる。
ここで、冷蔵庫100下部の機械室601と冷却器室640との間の断熱壁には、真空断熱材700が設けられている。この真空断熱材700は単独でも、あるいは発泡断熱材11中に埋め込まれたり、配置される構成であっても良い。
すなわち、本実施の形態の冷蔵庫100は、開閉式の冷蔵室扉160備えた冷蔵室150や、引き出し式の切替室扉210、冷凍室扉310、野菜室扉410、製氷室扉510を備えた切替室200、冷凍室300、野菜室400、製氷室500などを含む複数の貯蔵室と、貯蔵室の背面側に仕切り壁を介して配置され、貯蔵室に冷気を生成する冷却器と650、冷却器650及び冷却器650で生成された冷気を各貯蔵室へ送風する庫内ファン660と、貯蔵室の背面側に仕切り壁を介して配置され、冷却器と庫内ファンを収容する冷却器室640と、冷蔵庫本体100の下部あるいは上部に設けられ、冷凍サイクルを構成する圧縮機600を収容する機械室601と、機械室601と冷却器室640との間に設けられた第1の断熱壁と、機械室と貯蔵室の間に設けられた第2の断熱壁と、貯蔵室の扉あるいは第1の断熱壁あるいは第2の断熱壁に設けられ、有機繊維2をシート状に形成した有機繊維集合体1の積層構造で構成され、端面がカットされたカット部を有する芯材5を外包材4内に挿入してシート周囲の外包材のシール部をシールすることで内部が略真空状態で密封して形成された真空断熱材7,700と、を備え、有機繊維2に有機繊維集合体1の長さと同等かそれ以上の長繊維を使用するようにしている。
この機械室601と冷却器室640との間の断熱壁に設けられる真空断熱材700は、図22に示すように二箇所で折れ曲がったZ字状の複雑な構造をしている。真空断熱材700は、外包材4内に長繊維で形成された有機繊維集合体1が積層された芯材5が端面がカット(切断)された所定の大きさのシート状態で挿入されており、乾燥、真空引き後に外包材4の挿入部分が熱溶着などによりシールされて完成する。
本実施の形態では、芯材5に有機繊維集合体1を使用し、少なくとも折り曲げたい側の面にレーザー加工などにより複数の貫通しない程度で断熱性能が得られる程度の浅い小さな穴加工や連続した溝加工などの曲げ加工部55,56(例えば溶融による穴加工や溝加工など)が設けられている。従って、真空断熱材700が完成後に芯材5の曲げ加工部55,56より容易に必要な所定角度で折り曲げることができる。
このとき、曲げ加工部55,56の大きさ、溝幅、深さなどは、折り曲げる角度や折り曲げ量などに基づいて実験などで適宜決定される。
また、折り曲げ部の両面に貫通しな範囲で曲げ加工部55,56を設けると、折り曲げやすくなるので、大きな角度での曲げ加工が可能となり、しかも曲げ加工部55,56が芯材5を貫通しないので、断熱性能も維持できる。また、芯材5に所定の大きさのシートの長さ(シートの長辺あるいは短辺長さ)よりも長い長繊維を使用しているので、断熱性能が良い。また、芯材5に有機繊維を使用しているので、ガラス繊維を芯材に使用した場合に比べて、人体への悪影響がなく、リサイクル性も良好である。
レーザー加工を使用すれば、複雑な形状の穴加工であっても容易に加工でき、また、溶融時の温度上昇も抑制可能なので必要な部分だけ必要な大きさや幅や深さの穴加工や連続溝加工ができる。このレーザー加工をエンボス加工にも適用すれば、熱ローラを別途準備する必要がなくなり、設備投資が低減でき、低コストの真空断熱材7、冷蔵庫100が得られる。本実施の形態では、冷蔵庫についての適用事例について説明したが、冷蔵庫以外の給湯機や冷凍・空調装置などの機器であっても適用できる。また、本実施の形態では、二箇所で折れ曲がった「Z」状の複雑な構造をした真空断熱材700について説明したが、一箇所で折れ曲がった「L」状でも良く、また、2箇所で折れ曲がった「コ」状や複数箇所で折れ曲がった「C」状や「J」状や「W」状であっても容易に適用できる。したがって、本実施の真空断熱材は、今まで曲げ加工や穴加工などが困難であったため真空断熱材の搭載が困難であった複雑な形状の箇所(「Z」状、「コ」状、「C」状、「J」状や「W」状などの箇所やあるいは突起や配管などがあるような箇所)にも適用可能であり、あらゆる機器に搭載可能である。本実施の真空断熱材を搭載した冷蔵庫などの機器は、リサイクル性が良好で人体への悪影響もなく、断熱性能の向上が見込める。
ここで、機械室601と冷却器室640との間の断熱壁は、圧縮機600と冷却器650とを接続する配管が貫通する場合がある。この場合は、図25に示すように真空断熱材700に貫通穴72(真空断熱材開口部71)を設けるようにすれば良い。
図25は実施の形態1を示す図で、冷蔵庫100の断熱仕切りに使用される真空断熱材700を表す模式図である。この場合には、芯材5に芯材開口部51を設け、外包材4には芯材開口部51よりもシールに必要なシール代分だけ小さな外包材開口部41を設けることで、真空断熱材開口部71を備えた真空断熱材7が得られる。このとき、真空断熱材700の真空断熱材開口部71である貫通穴72は、断熱壁を貫通させたい吸入配管や吐出配管などの配管や制御用や電源用のリード線などの貫通させたい大きさよりも大きな穴径の貫通穴であればよく、切り欠き形状であってもよい。
また、本実施の形態の真空断熱材700では、折り曲げ加工部55,56と真空断熱材開口部71である貫通穴72は別の箇所に設けた例を示しているが、折り曲げ加工部55,56に配管などを貫通させる貫通穴72を設けても良い。この場合、芯材5の曲げ加工部55,56の部分に芯材開口部51である芯材貫通穴52を設ければ容易に貫通穴を備えた真空断熱材7を得ることができる。
すなわち、本実施の形態の冷蔵庫100は、開閉式、あるいは引き出し式の扉160、210、310、410、510を備えた冷蔵室150や冷凍室300などを含む複数の貯蔵室150、200、300、400、500と、貯蔵室の背面側に仕切り壁を介して配置され、貯蔵室に冷気を生成する冷却器と650、冷却器650及び冷却器650で生成された冷気を各貯蔵室へ送風する庫内ファン660と、貯蔵室の背面側に仕切り壁を介して配置され、冷却器と庫内ファンを収容する冷却器室640と、冷蔵庫本体100の下部あるいは上部に設けられ、冷凍サイクルを構成する圧縮機600を収容する機械室601と、機械室601と冷却器室640との間に設けられた断熱壁と、貯蔵室の扉あるいは断熱壁に設けられ、有機繊維2をシート状に形成した有機繊維集合体1の積層構造で構成され、端面がカットされたカット部を有する芯材5を外包材4内に挿入してシート周囲の外包材4のシール部をシールすることで内部が略真空状態で密封して形成された真空断熱材7、700と、を備え、有機繊維2にシート1の長さと同等かそれ以上の長繊維を使用するようにしている。したがって、真空断熱材7、700の断熱性能が良く、リサイクル性に優れ、シール不良などが発生せず信頼性が高いので、この真空断熱材を適用した冷蔵庫などの機器も長期間にわたり高性能でリサイクル性が良い。
ここでは、真空断熱材700を機械室601と冷却器室640との間の断熱壁に設ける例を示したが、真空断熱材開口部71を冷却風路に適用しても良く、この場合は、冷却風路を有する区画壁や仕切り壁や断熱壁に真空断熱材700を使用すれば良い。また、冷却器室640を構成する断熱壁に設けても良い。
また、冷蔵庫背面や側面の断熱壁内に真空断熱材700を配置して、熱溶着やレーザー加工などで凝縮パイプなどの配管が収納可能な凹溝(凝縮パイプなどの配管の直径程度の幅と深さを有する連続した凹溝)を設け、この凹溝内に凝縮パイプなどの配管を配置させて凝縮パイプなどの断熱をおこなっても良い。
特に凝縮パイプの直径程度(直径以下でも良い)の幅と直径の略半分程度(直径以下でも良い)の深さを有する連続した凹溝を設けた真空断熱材700を少なくとも二つ使用して、この二つの真空断熱材7の凹溝間に凝縮パイプなどの配管を挟み込むように固定すれば、凝縮パイプなどの配管の更なる断熱性能を向上させることができ、凝縮パイプなどの配管の放熱や吸熱による貯蔵室内への温度上昇の影響を低減でき少エネルギーな冷蔵庫100が得られる。
機械室601と冷却器室640との間の断熱壁など冷却器650から落下してくる除霜水を受けて除霜水を冷蔵庫100の外部や機械室601に排出する排水口を備えたドレンパン機能を有する場合であっても、本発明の真空断熱材701は、開口部71を備えるので、排水口の一に開口部71の位置が略一致するように真空断熱材700を配置すれば良い。
ここで、一般に発泡樹脂を外箱9と内箱10の間に充填する場合には、発泡樹脂の充填のためにガス抜き孔が必要であるが、従来は真空断熱パネルを外箱と内箱との間などの断熱壁に配設すると外箱のガス抜き孔は真空断熱パネルの配置エリアを避けて設けなくてはならず、発泡樹脂が断熱箱体内を上手く回らなくなり製造不良が生じる。そこで、内箱にもガス抜き孔を設けることが考えられるがこれでも不十分であるため、真空断熱財を内箱に貼り付けることも考えられるが、凹凸のある内箱内面に真空断熱材を貼り付けるのが困難となる。よって、真空断熱材7,700と外箱の間にガス抜き孔を確保する必要から、ガス抜き孔を塞がないように真空断熱材を外箱から浮かせるためのスペーサを設けることも考えられているが、この場合は、スペーサが必要であるし、コストアップにもなり、さらに組立性が悪くなる。
これに対し、本発明では、真空断熱材7,700の貫通穴や切り欠きなどの真空断熱材開口部71を設けることが容易であり、この真空断熱材開口部71を外箱のガス抜き孔と略同等位置に配置すれば良いので、外箱に真空断熱材7,700をスペーサなどを設けなくてもガス抜き孔を塞ぐことが無いように外箱と内箱との隙間の外箱表面に貼り付けることが可能となる。また、本発明の真空断熱材7,700は、複雑な形状に折り曲げ可能なので、凹凸のある外箱と内箱との隙間の内箱内表面にも容易に貼り付けることができる。したがって、本発明の真空断熱材7、700は、外箱9と真空断熱材7,700との間にも、内箱10と真空断熱材7,700との間にもにもスペーサなどを設けないで真空断熱材7,700を直接貼り付けることができ、低コストで断熱性能の良い真空断熱材を備えた断熱箱、冷蔵庫を得ることができる。
ここで、本発明の真空断熱材7,700は、冷蔵室扉160、切替室扉210、冷凍室扉310、野菜室扉410、製氷室扉510などの貯蔵室扉の断熱材に設けても良い。この場合、貯蔵室扉に設けられたハンドルなどの手掛け部を固定するネジ等が断熱材を貫通する場合であっても、ハンドル固定用のネジ部の位置と略同等位置に真空断熱材700の開口部71が配置されるようにすれば良い。また、本発明の真空断熱材7、700は断熱性能が良いので薄く製造することが可能であり、冷蔵庫100の天板の断熱にも適用できる。
ここで、真空断熱材開口部71は、芯材開口部51の周囲の外包材4がシール部(シール代75)でシールされ、その後に外包材4のシール部(シール代75)の内側の芯材5の無い不要部分がカットされることで形成され、その結果真空断熱材7、700に貫通穴72が形成される。このとき、真空断熱材7、700は、外包材4のシール部(シール代75)の内側の芯材5の無い不要部分をカットせずそのまま残して真空断熱材開口部71としても良い。この場合には、真空断熱材7、700には真空断熱材開口部71に貫通穴72は存在しないが、外包材4のシール部(シール代75)の内側の芯材5の無い不要部分が真空断熱材開口71に相当する。
したがって、芯材開口部51は有するが真空断熱材開口部72を有さない真空断熱材7、700を、貫通穴72を設けずにそのまま断熱箱や冷蔵庫などの機器に使用して断熱箱や冷蔵庫などの機器に組み込んだ状態でシール部75のシール性に影響を与えない範囲に組み込んだ後から穴加工やネジ止めなどを行うことが可能となり、外包材4の貫通穴加工が不要になり、低コストな真空断熱材や断熱箱、冷蔵庫などの機器が得られる。
したがって、本実施の形態の芯材には芯材開口部51を有するが真空断熱材としては真空断熱材開口部72を有さない真空断熱材7、700を住宅の壁面の断熱材として使用する場合おいては、通常、エアコンの冷媒配管やドレン配管用の貫通穴は住宅完成後にエアコンの取り付け時にエアコンの取り付位置に合わせて穴加工する場合が多いが、エアコンの取り付位置や冷媒配管やドレン配管の取り出し位置は予めある程度想定できるので、予め想定される冷媒配管やドレン配管の取り出し位置近傍に芯材には芯材開口部51を有するが真空断熱材としては真空断熱材開口部72を有さない真空断熱材7、700の真空断熱材開口部72を配置させておけば、冷媒配管やドレン配管の取り出しを住宅完成後に真空断熱材7、700の真空断熱材開口部72の部分に穴加工を行なえば良い。このようにすれば、もしもその場所にエアコンを取り付けなかったとしても真空断熱材開口部72には包装材4が存在するので住宅の内外が貫通することがなくなり断熱性能などを著しく損なうことはない。
本実施の形態の真空断熱材700では、折り曲げ加工部55、56と芯材開口部71である貫通穴72を同時に一枚の真空断熱材に設けることができるので、冷蔵庫100の機械室601と冷却器室640との間の断熱壁や仕切り壁など複雑な形状をしている壁面形状であっても、容易に加工でき、また、断熱壁を貫通して設けられる配管やリード線や排水口などの貫通穴部や手掛け部固定用のネジ部などがあっても容易に適用できる。この場合、芯材5に曲げ加工部55、56と真空断熱材開口部51の両方を設ければ、容易に開口部を備えた折り曲げ加工が容易な真空断熱材7を得ることができ、したがって、断熱効率が良く冷却効率が良くしかも取り扱いや加工性も良く、少エネルギーで低コストの冷蔵庫、機器を得ることができる。
図26、図27は実施の形態1を示す図で、図26は真空断熱材701の芯材5を表す模式図、図27は圧縮機600や給湯機の貯湯タンクなどの断熱に使用される真空断熱材701を表す模式図である。
ここで使用される真空断熱材701や芯材5や有機繊維集合体1などは、本実施の形態で説明した上述の真空断熱材7、700や芯材5や有機繊維集合体1などを使用しているので、断熱性能が優れる。
図において、真空断熱材701に使用される芯材5は有機繊維集合体1である不織布シートの積層構造より構成されている。芯材5には、エンボス加工110などの熱溶着部が設けられた熱ローラあるいはレーザー加工などにより複数の貫通しない程度で断熱性能が得られる程度の浅い小さな穴加工(あるいは連続した溝加工)などの曲げ加工部55(例えば溶融などによる穴加工や溝加工など)が所定の間隔あるいは必要な間隔で複数設けられている。そのため、真空断熱材701が完成後に芯材5の曲げ加工部55より容易に必要な所定角度で折り曲げることができるので、曲げたい部分で確実に曲げることができ、曲げたくない部分が曲がったり変形したりするのが抑制できる。
本実施の形態では、芯材5に幅方向にある程度密な間隔(折り曲げ可能な間隔と深さを有する)で複数の穴加工(あるいは連続した溝加工)が設けられた曲げ加工部55が芯材5の長さ方向に所定の間隔あるいは必要な長さを有した間隔で複数設けられている。この曲げ加工部55より折り曲げることで略円筒形の真空断熱材701が得られる。この真空断熱材701は、冷蔵庫100や冷凍・空調装置などの圧縮機600の密閉容器外周部まわりの断熱や給湯機の貯湯タンクの外周部まわりの断熱など略円筒形の容器の断熱などに使用される。
このとき、曲げ加工部55の大きさ、溝幅、深さなどは、折り曲げる角度や折り曲げ量などに基づいて実験などで適宜決定される。また、折り曲げたい位置の芯材5の両面に貫通しない範囲で曲げ加工部55を設けると、折り曲げやすくなるので、大きな角度での曲げ加工が可能となる。しかも曲げ加工部55が芯材5を貫通しないので、断熱性能も維持できる。レーザー加工を使用すれば、複雑な形状の曲面加工や穴加工であっても容易にでき、また、溶融時の温度上昇も抑制可能なので必要な部分だけ必要な大きさや幅や深さの穴加工や連続溝加工ができる。このレーザー加工をエンボス加工110にも適用すれば、熱ローラを別途準備する必要がなくなり、設備投資が低減でき、低コストの真空断熱材701、冷蔵庫100、冷凍空調装置、給湯装置などの機器が得られる。
また、本実施の形態の真空断熱材701では、芯材5に設けられた折り曲げ加工部55と真空断熱材開口部71である貫通穴72は別の箇所に設けた例を示しているが、折り曲げ加工部55,56に配管などを貫通させる貫通穴72を設けても良い。この場合、芯材5の曲げ加工部55,56の部分に芯材開口部51である芯材貫通穴52を設ければ容易に貫通穴を備えた真空断熱材701を得ることができる。
ここで、本実施の形態の真空断熱材700は、圧縮機600と冷却器650との間の断熱壁でなくても良く、制御基板900などが収容された制御基板収納室910と冷蔵室150などの貯蔵室との間の断熱壁に配設しても良い。この場合には、加工性が容易で配設の自由度が大きく高断熱性能の真空断熱材7,700を使用できるので、制御基板収納室910内に露がつくことが無くなり、高性能で高信頼性の冷蔵庫100が得られる。また、断熱性能が必要な貯蔵室間や冷却器室640と貯蔵室間の断熱壁や仕切り壁に配設しても効果が得られる。また、本実施の形態の真空断熱材7,700は断熱性能が良いので薄くでき、しかも曲げ加工た開口部の加工が容易なため、冷蔵庫100の天板や仕切り板や風路のも適用できる。
ここで、本実施の形態では、図25乃至図27に示すように芯材5に芯材開口部51である芯材貫通穴52と切り欠き53が設けられており、真空断熱材701に真空断熱材開口部71である貫通穴72と切り欠き73が設けられている。この場合、芯材5に芯材貫通穴52や切り欠き53を設け、外包材4には芯材貫通穴52や切り欠き53よりもシールに必要なシール代分だけ小さな外包材開口部41である貫通穴72や切り欠き73を設けることで、真空断熱材開口部71である真空断熱材貫通穴や真空断熱材切り欠きを備えた真空断熱材701が得られる。ここで、本実施の形態では、上述したように芯材5に長繊維な有機繊維で形成された有機繊維集合体1の積層構造を使用して端面をカットして所定の大きさのシートとしているので、端面のカットによる残存繊維2aのはみ出しや飛び出しなどが発生しにくいので、外包材4のシール部に残存繊維2aが飛び出して挟まってシール不良を起こすことがなくなるので、外包材4のシール代75を短くでき、低コストでシール不良の発生しない信頼性の高い真空断熱材が得られる。また、同様に、貫通穴52、72や切欠き73のシール代75も短くできるので、断熱箱、冷蔵庫などの機器に組み込む場合に貫通穴52、72を大きく使用できるので、使い勝手の良い真空断熱材が得られる。また、逆に外包材4のシール代75を小さくできるため、芯材開口部51である貫通穴52、72の穴径や切欠き53、73の開口幅(長さ)を小さくできるので、貫通穴52、73や切欠き53、73を有する真空断熱材7、700、701であっても芯材5を大きく取れ断熱性能の高い真空断熱材が得られる。
この真空断熱材701は、冷蔵庫100や冷凍・空調装置などの圧縮機600の密閉容器外周部まわりの断熱や給湯機の貯湯タンクの外周部まわりの断熱など略円筒形の容器の断熱などに使用される。(略円筒形の容器回りの少なくとも一部を覆うように真空断熱材7、700、701が配置される。)このとき、真空断熱材701の真空断熱材開口部71である貫通穴72や切り欠き73は、真空断熱材701を貫通させたい吸入配管や吐出配管などの配管や制御用リード線や電源用リード線など、貫通させたい配管やリード線などの大きさよりも大きな穴径の貫通穴や切り欠き形状であれば良い。
また、略直方体状や略円筒形状をした筐体と、筐体内に収納されて水やお湯を溜める略円筒形の貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を加熱する冷凍サイクル(例えば、圧縮機、第1熱交換器(水加熱用熱交換器)、絞り装置、第2熱交換器(蒸発器)を環状に接続した冷凍サイクル)を備えた熱源機と、を備えたヒートポンプ式給湯装置においては、貯湯タンクの周りに直接真空断熱材7、700、701を覆うように配置しなくても良く、筐体内面壁の全部、あるいは少なくとも一部に本発明の真空断熱材7、700、701を配置して筐体内壁を覆うことによって、筐体内の断熱効果が向上し、貯湯タンク内のお湯の温度を長期間所定温度に維持することが可能となり省エネルギーな給湯装置(給湯機)が得られる。また、騒音低減が可能となり、また、リサイクル性も良好となる。
また、冷媒にR410Aや二酸化炭素(CO2)や可燃性冷媒(HC冷媒など)や微燃性である低GWP冷媒(R32やHFO冷媒など)などが使用され、圧縮機、凝縮器(あるいはガスクーラ)、減圧装置、蒸発器を順次接続して構成される冷凍・空調装置や給湯装置などの室外機や熱源機などは略直方体状の形状をした筐体内をファンが収容されるファン室と圧縮機が収容された機械室とを仕切る仕切り壁が設けられている構造の場合には、機械室内面に本発明の真空断熱材7、700、701を貼り付けたり、筐体と一体で形成しても良い。この場合、真空断熱材7、700、701を筐体の内面前面に貼った方が良いが、底面を除く5面(前面、2側面(仕切り壁含む)、背面、上面)に貼っても良いし、少なくとも筐体の1面に貼り付けても良いし、1面の中での一部に適用しても良い。このとき、圧縮機の吸入配管や吐出配管、室内機や貯湯タンクと接続される冷媒配管や給湯配管、圧縮機の制御や給湯温度の制御などを行う制御用リード線などの配管やリード線などは、従来の真空断熱材では取り出すことが困難であったが、本発明では真空断熱材700、701の開口部71から筐体の外部に取り出すことが容易となっている。このようにすることで、圧縮機の断熱性能の向上や騒音防止の効果が得られる。
また、微燃性である低GWP冷媒(R32やHFO冷媒など地球温暖化係数の小さな冷媒)を使用する場合であっても本実施の形態の真空断熱材の外包材4に着火しにくく難燃性の材料を使用すれば、冷媒漏れが発生しても真空断熱材には着火しにくいため装置への着火などが抑制でき安全な給湯機や冷凍・空調装置などの機器が得られる。
また、略直方体状の形状をした筐体内をファンが収容されるファン室と圧縮機が収容された機械室とを仕切る仕切り壁が設けられて、機械室内部(あるいは外部)の少なくとも一部が本発明の真空断熱材7、700で覆ったり、あるいは略円筒形の圧縮機の周りの全てあるいは少なくと一部を覆っているので、温水温度や暖房能力を向上させることができ、エネルギー効率の良い冷蔵庫、冷凍・空調装置、機器を提供できる。
また、略円筒形の圧縮機を有する冷蔵庫や自動販売機や保冷庫や給湯機や冷凍・空調装置などの機器については、略円筒形の圧縮機の周りの全てあるいは少なくと一部を本発明の真空断熱材7、700で覆うことによって、断熱効果が向上し、しかも騒音低減が可能となり、また、リサイクル性も良好となる。
また、略円筒形の圧縮機を有する冷蔵庫や自動販売機や保冷庫や給湯機や冷凍・空調装置などの機器については、略円筒形の圧縮機の周りの全てあるいは少なくと一部を本発明の真空断熱材7、700で覆うことによって、断熱効果が向上し、しかも騒音低減が可能となり、また、リサイクル性も良好となる。
また、冷凍サイクルを備えたヒートポンプ式給湯装置の熱源機においては、上記のように略直方体状の形状をした筐体内をファンが収容されるファン室と圧縮機が収容された機械室とを仕切る仕切り壁が設けら、筐体内部のたとえばファン室や機械室の下部や側部にガスクーラが配置されている構造の場合であっても、機械室内部の内面すべてや機械室内部(あるいは外部)の少なくとも一部に本発明の真空断熱材7、700を設けて覆ったり、あるいは、略円筒形の圧縮機の周りの全てあるいは少なくと一部を覆うようにしているので、圧縮機で圧縮した高圧の冷媒ガスを熱損失無くガスクーラや凝縮器に送り込むことができ、温水温度や暖房能力を向上させることができ、エネルギー効率の良いヒートポンプ式給湯機や温水器を提供できる。また、筐体内部に本発明の真空断熱材7、700を設けることで、ファンや圧縮機の騒音を低減できる効果も有する。
また、本発明の真空断熱材7、700を、ジャーポットなどの略円筒形の容器の断熱材として使用しても断熱性能が向上することから長時間の保温が可能でさり、エネルギー効率の良いジャーポットなどの機器が得られる。
ここで、真空断熱材700,701の外包材4に、絶縁性のプラスチックラミネートフィルムを使用するようにすれば、制御用リード線や電源用リード線近傍の断熱材として使用する場合や真空断熱材開口部71に制御用リード線や電源用リード線などを貫通させて断熱材として使用する場合に、絶縁材としても機能するので、安全で断熱性能の大きな真空断熱材700,701、およびこの真空断熱材700,701を備えた断熱箱、圧縮機600、自動販売機、保冷庫、冷蔵庫100、給湯機、冷凍・空調装置などの機器が得られる。特に電源接続部近傍や制御基板近傍など電気部品が配置された部分の近傍の断熱材に使用すれば、更なる安全な機器が得られる効果が得られる。
また、本実施の形態の冷蔵庫100や給湯機や冷凍・空調装置などの機器には、真空断熱材が配置されている部位が分解時やリサイクル時に目視にて簡単に分かるように機器本体の背面や側面(冷蔵庫100であれば冷蔵庫本体の裏面や側面、給湯機であれば、熱源機側面や裏面、貯湯タンクの周面、電気温水器ではタンク周面など)や電源ボックスなどに機器全体の断面図や展開図や立体図や斜視図などの全体図や部分表示図を表示し、この全体図や部分表示図に真空断熱材の配置位置やゲッター剤の配置位置や吸着剤の配置位置などを表示するようにして分解時やリサイクル時に有用となる情報を表示して目視にて即座に理解してもらえるようにしている。
また、使用されている真空断熱材の大きさや厚さ、真空断熱材の芯材の種類や目付けなども表示するようにすれば、リサイクル時に再利用可能な芯材の量や種類が容易に把握できる。
また、機器に使用されている真空断熱材7の芯材5の材料名や使用量を表示し、芯材5がガラス繊維でなく有機繊維である旨も表示するようにしている。例えば、「本製品に使用されている真空断熱材の芯材には、ガラス繊維は使用されていません。芯材には有機繊維(例えばPET)が使用されていますので、分解時やリサイクル解体時にガラス繊維の破砕粉が発生しません。」などの表示を行うことで、分解や解体が容易に行える冷蔵庫100や給湯機や機器が得られる。したがって、リサイクル時に真空断熱材7の芯材5(有機繊維)がウレタン屑などに混じってサーマルリサイクルに供されても燃焼効率を落とすことがなく、また残渣の発生を抑制できるので、リサイクル性に優れる冷蔵庫100や給湯機や電気温水器や冷凍・空調装置などの機器が得られる。また、分解時や解体時にガラス繊維の破砕粉による粉塵も発生しないので、吸込んだり皮膚に刺さったりすることがなくなり人体への悪影響も抑制できる。
以上説明したように、本実施の形態は、芯材5に連続した長繊維の有機繊維集合体1を使用しているので、不織布シートのカット部(例えば、シート端面のカット部や穴加工のカット部や切り欠き加工のカット部など)にカットにより発生した残存繊維の長さがを長く確保できる。そのため残存繊維がカット部端面よりはみ出してくるのを抑制でき、芯材に短繊維を使用した場合に発生するカット部よりのカットにより発生した残存繊維のはみ出しだしなどが発生しない。したがって、芯材5を外包材4に挿入してシールするときにはみ出した残存繊維によりシール性が損なわれることがない。また、有機繊維2の不織布シートを芯材5に使用しているので、加工性、取り扱い性、断熱性能や生産性に優れた真空断熱材7、およびこの真空断熱材7を備えた断熱箱、自動販売機、保冷庫、冷蔵庫100、給湯機、冷凍・空調装置などの機器を提供できる。
また、本実施の形態では、真空断熱材7の芯材5に、有機繊維2を使用しているので、従来のように硬くて脆いガラス繊維が芯材5として使用されている場合に比べて、真空断熱材7の製造時に粉塵が飛び散り作業者の皮膚・粘膜などに付着して刺激を与えるということも無くなり取り扱い性、作業性が向上する。
また、本実施の形態では、有機繊維集合体1の不織布シートを複数積層して芯材5に使用した場合に、積層枚数が多くて硬くなり真空後に曲げにくくなっても、曲げが必要な部分に曲げ加工部55,56を設けて曲げやすくしている。そのため、曲げたい部分のみを曲げることができ、曲げたくない部分が変形してしまうということがなくなる。従って、信頼性の高い真空断熱材7、およびこの真空断熱材7を備えた断熱箱、自動販売機、保冷庫、冷蔵庫100、給湯機、冷凍・空調装置などの機器が得られる。
また、真空断熱材7の芯材5に、有機繊維2を使用しているので、従来のように硬くて脆いガラス繊維が芯材として使用されている場合に比べて、真空断熱材7の製造時に粉塵が飛び散り作業者の皮膚・粘膜などに付着して刺激を与えるということも無くなり取り扱い性、作業性が向上する。
また、本実施の形態では、長繊維を使用した有機繊維集合体1の不織布シートを複数積層して芯材5に使用しているので、真空断熱材7に穴加工や切り欠き加工を設けても、繊維くずがシール部分に侵入したり入り込んだりしない。従って、芯材5に穴加工や切り欠き加工が容易でシール性も良好で取り扱いが容易な真空断熱材7、および該真空断熱材7を具備する断熱箱、自動販売機、保冷庫、冷蔵庫100、給湯機、冷凍・空調装置などの機器を提供できる。
また、本実施の形態では、真空断熱材7の芯材5に熱ローラやレーザー加工などで配管形状に略相似形状の凹溝(断面略半円形状の凹溝)を設けて、この凹溝に配管を配置するようにしたので、配管からの熱漏洩の少ない真空断熱材7、真空断熱材7を具備する断熱箱、自動販売機、保冷庫、冷蔵庫100、給湯機、冷凍・空調装置などの機器を得ることができる。
本発明の真空断熱材は、住宅や店舗などの壁面や天井や床面などに設けても良い。本発明の真空断熱材7,700は、芯材5にガラス繊維を使用していないので、住宅の建設時や解体時にガラス繊維の粉塵が飛び散り作業者の皮膚・粘膜などに付着して刺激を与えるということも無くなり取り扱い性、作業性、安全性、リサイクル性が向上する。また、真空断熱材開口部71を設けることが可能なので、エアコンなどの冷凍・空調装置用の冷媒配管や制御用リード線の取り出し部や換気用の穴部や、電源線や給水配管や排水配管の取り出し用穴部や、電話やインターネット用の配線の取り出し用穴部などにも容易に配置・設置することができる。また、折り曲げ加工も容易なため、曲面や折曲がった部位への設置も容易である。
以上より、本実施の形態では、有機繊維2をシート状に形成した有機繊維集合体1の積層構造で構成され、所定の長さが得られるように端面がカットされたカット部(たとえば端面5a)を有する芯材5(たとえば、有機繊維2をシート状に形成し、所定の長さに端面1aがカットされて形成された有機繊維集合体1の積層構造で構成された芯材5、あるいは有機繊維2をシート状に形成した有機繊維集合体1を積層した後に所定の長さ(あるいは幅)に端面5aがカットされて構成された芯材5など)と、芯材5を内部に収納し、芯材5のカット部(たとえば端面5a)よりもシール長さ分だけ大きい範囲で、カット部の周囲をシールするシール部45を有するガスバリア性の外包材4と、外包材4のシール部45をシールすることで外包材4の内部が略真空状態で密封される真空断熱材7、700、701と、を備え、有機繊維2に端面がカットされた芯材5(あるいは端面がカットされたシート)の長さ(あるいは幅)と同等かそれ以上の長さ(あるいは幅)の長繊維を使用するようにしたので、シール部45に対向する芯材5のシート端面のカット面(端面5a)から残存繊維2aがはみ出してくることがなくなり、シール不良などが発生せず、リサイクル性が良好で断熱性能が劣化しにくい高性能で信頼性の高い真空断熱材7、700、701が得られる。
また、有機繊維2をシート状に形成し、所定の長さに端面1aがカットされて形成された有機繊維集合体1の積層構造で構成され、あるいは有機繊維2をシート状に形成した有機繊維集合体1を積層した後に所定の長さ(あるいは幅)に端面5aがカットされて構成され、貫通穴52や切り欠き53などの開口部がカットして設けられた芯材開口部51を有する芯材5と、芯材5を内部に収納し、芯材5(あるいはシート状の有機繊維集合体1)の端面1a,5aの周囲及び芯材開口部51の周囲をシールするシール部45、78を有し、シール部78をシールすることで内部を略真空状態で密封するガスバリア性の外包材4と、芯材5(あるいはシート状の有機繊維集合体1)の端面1a,5aの周囲及び芯材開口部51の周囲に設けられたシール部45、78がシールされた状態の外包材4に設けられ、芯材開口部51よりもシール代75の長さ分だけ開口部の穴径(たとえば直径)や長さ(あるいは幅)が小さい貫通穴や切り欠きなどの外包材開口部41と、を備え、有機繊維2に端面1a,5aがカットされた芯材5のシートの長さ(あるいは幅)と同等かそれ以上の長さの長繊維を使用するようにしたので、長繊維(例えば連続した繊維や、シートの長さと同等かそれ以上の長さを有する繊維)を使用しているため、貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51をカット(切断)により設けたとしても、貫通穴や切り欠きなどの芯材開口部51のカット部分の内側周辺にカットにより切断された切断繊維2bやシートに残った部分の残存繊維2aの繊維くずが飛び出してでてくることがなくなり、シール不良が発生せず、リサイクル性が良好で断熱性能の低下しない真空断熱材7、700、701、真空断熱材7、700、701を用いた断熱箱、機器などが得られる。
また、有機繊維集合体1の厚さが、ガスバリア性容器(外包材4)の内部に略真空状態(減圧状態)で収容された際、有機繊維2の繊維直径の3倍以上18倍以下であるので、綿状繊維を芯材5に使用した場合よりも断熱性能が向上する。また、生産性も向上するので、低コストで高性能で信頼性の高い真空断熱材7が得られる。
また、有機繊維集合体1は、連続した有機繊維2を加熱溶着してシート状に形成されたものであり、加熱溶着部の面積がシートの面積の20%以下、好ましくは15%以下となるようにしたので、取り扱い強度を確保しながら巻き取り可能で断熱性能の良い長繊維不織布、及び真空断熱材7が得られる。
また、有機繊維集合体1は、連続した有機繊維2を加熱溶着してシート状に形成されたものであり、有機繊維集合体1である不織布の重量目付けが4.7g/m2以上70g/m2以下、あるいは140g/m2以上198g/m2以下であり、加熱溶着部が有機繊維集合体1の表面から裏面へシートの厚さ方向へ貫通するようにしたので、必要な断熱性能を確保でき、しかも製造しやすく、リサイクル性が良好な不織布、真空断熱材7、断熱箱、真空断熱材7を使用した冷蔵庫100や給湯機やジャーポットなどの機器が得られる。また、芯材5の取り扱い性が良く、断熱性能の高い真空断熱材7が得られる。
また、有機繊維集合体1は、連続した有機繊維2を加熱溶着してシート状に形成されたものであり、有機繊維集合体1である不織布の重量目付けが4.7g/m2以上100g/m2以下であり、加熱溶着部が有機繊維集合体1の表面から裏面へシートの厚さ方向へ貫通しないようにしたので、必要な断熱性能を確保でき、しかも製造しやすく、リサイクル性が良好な不織布、真空断熱材7、断熱箱、真空断熱材7を使用した冷蔵庫100や給湯機やジャーポットなどの機器が得られる。また、芯材5の取り扱い性が良く、断熱性能の高い真空断熱材7が得られる。
また、有機繊維集合体1である不織布の重量目付けが85g/m2以上198g/m2以下として、真空成形時の温度や圧縮力による有機繊維集合体1の変形を小さくするようにしたので、一枚のシートの厚さが厚くなり歪にくくなるため圧縮に対する剛性が得られ、真空成形時に変形しにくくなるため、変形による形状不良などが発生せず信頼性の高い真空断熱材7が得られる。
また、断熱性能を重視する場合(熱伝導率を従来のガラス繊維が芯材に使用されているものと同等である0.002[W/mK]以下にしたい場合)は、不織布シート(有機繊維集合体1)の重量目付けを4.7[g/m2]以上26[g/m2]以下となるようにすればよく、断熱性能の向上が見込める。また、不織布シートの変形(圧縮ひずみ)を抑制したい場合は、不織布シートの重量目付けを110[g/m2]以上で積層枚数1枚となる目付け以下(たとえば198[g/m2]以下)とすればよく、変形が小さく取り扱い性の良い真空断熱材が得られる。また、不織布シートの変形(圧縮ひずみ)を抑制し、しかも断熱性能もある程度良くしたい場合(熱伝導率を従来の綿状繊維が芯材に使用されているものと同等である0.003[W/mK]以下にしたい場合)は、不織布シートの重量目付けを140[g/m2]以上198[g/m2]以下となるようにすれば、変形(圧縮歪)の少なく、芯材の取り扱い性が良く、断熱性能の高い真空断熱材が得られる。
また、有機繊維をシート状に形成して加熱溶着が施された有機繊維集合体1の積層構造で構成され、所定の長さになるように端面5aがカットされたカット部を有する芯材5と、芯材5を内部に収納し、芯材5のカット部よりもシール長さ(シール代75)分だけ大きい範囲で、カット部の周囲をシールするシール部78を有するガスバリア性の外包材4と、外包材4のシール部45、78をシールすることで外包材4の内部が略真空状態で密封された真空断熱材7、700、701と、を備え、繊維集合体(不織布シート)1の厚さを平均繊維径の3倍以上18倍以下、繊維集合体(不織布シート)の重量目付けを4.7g/m2以上70g/m2以下、繊維集合体(不織布シート)に加熱溶着部を設ける範囲をシート面積の20%以下(好ましくは8%以下)になるようにすれば、熱伝導率が小さく高断熱性能で、しかも生産性が良好で製造しやすくシートの取り扱い性が良好で、リサイクル性が良好な不織布、真空断熱材、真空断熱材を使用した断熱箱、冷蔵庫、給湯機、ジャーポット、冷凍・空調装置、ショーケースなどの機器が得られる。また、有機繊維2同士を加熱溶着しているので、有機繊維集合体1がばらばらになりにくくなり取り扱い性が向上し、さらに適度の加圧、加熱溶着を施すため、有機繊維2間の接触面積の増大を抑制でき、伝熱の増加による加熱溶着部からの熱伝導を抑制して断熱性能の低下を抑制できる。また、断熱性能向上の効果に加えて生産性が向上し、生産コストが安価にでき、低コストで高性能で信頼性の高い真空断熱材、真空断熱材を使用した断熱箱、冷蔵庫、給湯機、ジャーポット、冷凍・空調装置、ショーケースなどの機器が得られる。
また、有機繊維集合体1(不織布シート)の厚さを平均繊維径の3倍以上18倍以下、有機繊維集合体1(不織布シート)の重量目付けを98[g/m2]以上(好ましくは140[g/m2]以上)198[g/m2]以下、繊維集合体(不織布シート)に加熱溶着部を設ける範囲をシート面積の20%以下(好ましくは8%以下)になるようにすれば、所定の断熱性能が得られ、しかも変形が少なく生産性が良好で製造しやすくシートの取り扱い性が良好で、信頼性が高くリサイクル性が良好な不織布、真空断熱材、真空断熱材を使用した断熱箱、冷蔵庫、給湯機、ジャーポット、冷凍・空調装置、ショーケースなどの機器が得られる。また、有機繊維2同士を加熱溶着しているので、有機繊維集合体1がばらばらになりにくくなり取り扱い性が向上し、さらに適度の加圧、加熱溶着を施すため、有機繊維2間の接触面積の増大を抑制でき、伝熱の増加による加熱溶着部からの熱伝導を抑制して断熱性能の低下を抑制できる。また、断熱性能向上の効果に加えて生産性が向上し、生産コストが安価にでき、低コストで高性能で信頼性の高い真空断熱材、真空断熱材を使用した断熱箱、冷蔵庫、給湯機、ジャーポット、冷凍・空調装置、ショーケースなどの機器が得られる。
また、有機繊維集合体1を構成する繊維の断面形状を略三角形状やC形形状などの異形断面形状としたので、有機繊維2の断面形状を略円形断面の繊維と略同等の断面積を有する略三角形形状としたことにより、略同等の断面積を有する略円形断面を有する繊維に比べて断面二次モーメントが大きく剛性が向上し、大気圧を受けた時の繊維の撓みが減少し真空断熱材7の断熱性能が向上する。
また、有機繊維2の断面がC形断面の場合は、成形時の圧力によりつぶれたときの断面形状がパイプ形状(中心部が中空の略円形形状)になるため、略円形断面の繊維を使用するよりも断面がパイプ形状のため熱伝達が悪くなり、真空断熱材7、700,701の断熱性能が向上する。
また、芯材5は、有機繊維集合体1が折り畳まれて積層されてなるので、折り畳まれた部分は裁断(カット)する必要がなく裁断が必要な端面箇所が少なくて済むので、裁断する手間が省け短時間で効率的に低コストな芯材5を製造できる。引いては低コストの真空断熱材7、700、701を製造することができる。
また芯材5は、目付けの異なる複数種類の芯材5を組み合わせて積層したので、同じ厚さのものを積層した場合に比べて、積層後の厚さが同じ厚さであれば、芯材5全体としても歪を小さくでき、しかも目付けの高いものを同じ厚さに積層した場合よりも、断熱性能が良く、歪による変形の少ない信頼性の高い真空断熱材7が得られる。さらに目付けの低いものを同じ厚さに積層した場合よりも必要な断熱性能を確保でき、しかも所定の剛性が得られるので断熱性能が良く、変形の少ない高性能で信頼性の高い真空断熱材7、700、701が得られる。
また、芯材5は、折り畳まれて積層された第1の有機繊維集合体1xと、折り畳まれて積層された第2の有機繊維集合体1yとから形成され、第1の有機繊維集合体1xと第2の有機繊維集合体1yとが、互いに交わるように折り重ねられているので、シートとシートの間も点接触に近づき断熱性能がより向上する。また、第1の有機繊維集合体1xと第2の有機繊維集合体1yを異なる目付けのものとすれば、同じ厚さのものを積層した場合に比べて同じ厚さであれば、芯材5全体としても歪を小さくでき、しかも目付けの高いものを同じ枚数だけ積層した場合よりも厚さを薄くできるので、断熱性能が良く、積層厚さが薄く、歪による変形の少ない信頼性の高い真空断熱材7が得られる。さらに目付けの低いものを同じ枚数だけ積層した場合よりも必要な断熱性能を確保できながらしかも所定の剛性が得られるので断熱性能が良く、変形の少ない高性能で信頼性の高い真空断熱材7、700,701が得られる。
また、有機繊維2は有機繊維集合体1の長さ方向あるいは幅方向に連続しているので、有機繊維集合体1の不織布シートのカット部(例えば、シート端面のカット部である端面1a,5aや穴加工のカット部52や切り欠き加工のカット部53など)にカットにより発生した残存繊維2aの長さがを長く確保できる。そのため残存繊維2aがカット部端面よりはみ出してくるのを抑制でき、芯材5に短繊維を使用した場合に発生するカット部よりのカットにより発生した残存繊維2aのはみ出しだしなどが発生しない。したがって、芯材5を外包材4に挿入してシールするときにはみ出した残存繊維2aによりシール性が損なわれることがない。
また、本発明では、有機繊維2は有機繊維集合体1の長さ方向あるいは幅方向に連続している長繊維を使用しているので、有機繊維集合体1(不織布シート)のカット部(たとえば、芯材5や有機繊維集合体1のシート端面のカット部1a,5aや穴加工のカット部52や切り欠き加工のカット部53など)にカットにより発生した残存繊維2aの長さがを長く確保できるため、芯材に短繊維を使用した場合に発生するカット部よりのカットにより発生した残存繊維のはみ出しだしなどを抑制できるので、従来の短繊維を使用した場合のように残存繊維のはみ出しを考慮してシール長さを長くする必要がなくなり、したがって外包材4のシール部のシール長さを短くできるので、コンパクトで低コストの真空断熱材を得ることができる。また、外包材4の大きさが同じであれば、従来の短繊維を使用した場合に比べて残存繊維のはみ出し分の長さ分(たとえば1mm〜10mm程度)だけ、芯材5の大きさ(シートの長さや幅)を大きくでき、断熱できる面積が大きく取れるため断熱性能が向上する。
また、有機繊維集合体1の有機繊維2が、ポリエステル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、アラミド、および液晶ポリマーのいずれかであるので、加工性、取り扱い性、断熱性能や生産性に優れる。
また、外箱9と、外箱9の内部に配置された内箱10とを備え、外箱9と内箱10との隙間に上述した本実施の形態の真空断熱材7を配設したので、加工性、取り扱い性、断熱性能や生産性に優れ、しかも断熱性能の良い真空断熱材7を備えた断熱箱、断熱箱を備えた冷蔵庫100が得られる。
また、外箱9と真空断熱材7との間にスペーサ8を配設したので、外部よりの熱の進入をスペーサ8を介して真空断熱材7で断熱するので、断熱効率が向上する。また、内箱10への熱の進入もウレタンなどを介するので、真空断熱材7で断熱した後にさらにウレタンなどで断熱できるので庫内に侵入する熱量が低減でき、断熱効率が向上する。また、外箱9、内箱10、発泡断熱材11(ウレタン)、スペーサ8により箱体の強度も確保できる。
また、圧縮機600を収容する機械室601と冷気を生成する冷却器650を収容する冷却器室640との間の断熱壁に二箇所で折れ曲がったZ字状、あるいは3箇所以上で折れ曲がった複雑な形状(たとえばW形状や曲面形状など)であり、芯材5に本実施の形態の真空断熱材7,700を配設したので、冷蔵庫100の断熱壁など折れ曲がった形状であっても低コストでリサイクル性が良好で高断熱性能の真空断熱材を容易に配設できる。
また、真空断熱材700を完成後に芯材5の曲げ加工部55,56より容易に必要な所定角度で折り曲げることができ、加工が容易で断熱性能の良い真空断熱材700を配設できるので、低コストで高断熱性能の冷蔵庫100を提供できる。
また、所定の長さ(あるいは幅)が得られるように端面5aがカットされたシート状の芯材5に端面がカットされた状態での芯材シートの長さ(あるいは幅)と同等かそれ以上の長さの有機繊維2の長繊維を使用し、真空断熱材7,700に貫通穴72あるいは切り欠き73などの真空断熱材開口部71を設けて真空断熱材7、700の真空断熱材開口部71を圧縮機600と冷却器650を接続する配管が真空断熱材7,700の真空断熱材開口部71を通過するように真空断熱材7,700を配設したので、吸入配管や吐出配管などの配管や制御用や電源用のリード線などの真空断熱材7,700を配設する上で障害となるものがあっても低コストで貫通穴72や切り欠き73などの開口部の加工が容易な真空断熱材7,700を配設できるので、低コストで配設の自由度が高く、高断熱性能を有する冷蔵庫100を提供できる。
また、本実施の形態の空気調和機などの冷凍・空調装置は、室内に据え付けられ、室内の空調を行う室内機と、略直方体状の形状をした筐体と、筐体内をファンが収容されるファン室と圧縮機が収容される機械室とに仕切る仕切り壁と、を有する室外機と、を備え、筐体と仕切り壁とで構成される機械室の内部(機械室内の仕切り壁や筐体、あるいは圧縮機周りなど)あるいは外部(機械室を構成する筐体や仕切り壁の外壁など)の少なくとも一部に本実施の形態の真空断熱材7、700、701を配設したので、機械室や圧縮機の断熱が行えるため、暖房能力を向上させることができ、エネルギー効率の良い冷凍・空調装置や機器を提供できる。
また、圧縮機600やタンクなどの略円筒形の容器を備え、芯材5に端面がカットされた芯材シート(あるいは有機繊維集合体1)の長さと同等かそれ以上の有機繊維2の長繊維を使用した上述の本実施の形態の真空断熱材を略円筒形の容器の回りに配設したので、断熱性能の良い機器が得られる。
また、吸入配管や吐出配管や給湯配管などの配管や制御用や電源用のリード線などの真空断熱材を配設する上で障害となるものがあっても、低コストで貫通穴72や切り欠き73などの開口部の加工が容易な真空断熱材を配設できるので、低コストで配設の自由度が高く、リサイクル性が良好で高断熱性能を有する機器を提供できる。
また、本実施の形態の真空断熱材の製造方法によれば、加熱されて溶融したポリエステルやポリスチレンなどの有機質の樹脂を所定の幅で横一列に並んだ複数のノズルから連続した状態で押し出して複数の有機繊維(繊維直径が3μm以上15μm以下程度の繊維)としてコンベア上で捕集する捕集工程と、コンベアを所定の速度で送り、複数の有機繊維をローラーで加圧しながら加熱溶着(たとえばエンボス加工)して巻き取りシート状の有機繊維集合体1を製造する巻き取り工程と、巻き取り工程にて製造された有機繊維集合体1の端面を裁断して所定の大きさの芯材5に加工する芯材加工工程と、芯材5を外包材4内に挿入口4aより挿入して内部を略真空状態に減圧する減圧工程と、減圧工程にて内部が略真空状態まで減圧された状態の外包材4の挿入口4aのシール部分45をシールする外包材シール工程と、を備えているので、有機繊維の連続成形が容易に行え、有機繊維が連続した長繊維による有機繊維集合体1も容易に成形できる。また、溶融樹脂の押し出し量(吐出量)とコンベアの速度を調整することで、容易に厚さの異なる繊維集合体1や重量目付けの異なる繊維集合体1を製造できる。また、ノズルの穴直径を変更することで、容易に有機繊維の繊維直径を変更できる。また、芯材5あるいは有機繊維集合体1に長繊維の有機繊維を使用しているため、端面を裁断しても端面から残存繊維2aが外包材4のシール部分45にはみ出したり飛び出したりすることがなくなり、シール不良の発生しにくい長期間に渡って真空度の低下しにくい信頼性の高い真空断熱材を得ることができる。
また、本実施の形態の真空断熱材の製造方法によれば、加熱されて溶融したポリエステルやポリスチレンなどの有機質の樹脂を所定の幅で横一列に並んだ複数のノズルから連続して押し出す押し出し工程と、押し出し工程にてノズルから連続して押し出された樹脂を冷却空気などで冷却した後に圧縮空気などで延伸して繊維化する繊維化工程、あるいは、ノズルから押し出された樹脂にノズルの穴近傍(たとえばノズルの押し出し穴の脇)から樹脂の溶融温度と略同等の高温の空気を前記ノズルの穴近傍(穴脇)から吹き付けることで樹脂を繊維化する繊維化工程と、繊維化工程にて繊維化された複数の有機繊維(繊維直径が3μm以上15μm以下程度の繊維)をコンベア上で捕集する繊維捕集工程と、を備えるので、簡単構成で溶融樹脂を連続した有機繊維の長繊維として製造できる。また、溶融樹脂の押し出し量(吐出量)とコンベアの速度を調整することで、容易に厚さの異なる繊維集合体1や重量目付けの異なる繊維集合体1を製造できる。また、ノズルの穴直径を変更することで、容易に有機繊維の繊維直径を変更できる。
また、本実施の形態の真空断熱材の製造方法によれば、芯材加工工程が、有機繊維集合体1を複数積層した後に端面を裁断して所定の大きさの芯材5に加工することにしたので、有機繊維集合体1を複数積層するだけで簡単に所定の大きさの連続した有機繊維を使用した有機繊維集合体1を製造できる。
また、本実施の形態の真空断熱材の製造方法によれば、芯材加工工程が、有機繊維集合体1を略円筒形のローラーで巻き取った筒状の状態のままの有機繊維集合体1をシート状に成形した後に端面を裁断して所定の大きさの芯材に加工することにしたので、芯材5を製造する場合に筒状の開口端面のみを切断すればよくなり、切断箇所が少なくて済むので低コストで作業性の改善が行える真空断熱材が得られる。
また、本実施の形態の真空断熱材の製造方法によれば、加熱溶着を施す面積範囲を有機繊維集合体1の全面積の20%以下(好ましくは15%以下、さらに好ましくは8%以下)の範囲としたので、有機繊維2同士を加熱溶着しており、有機繊維集合体1がばらばらになりにくくなり取り扱い性や取り扱い強度が向上し、さらに適度の加圧、加熱溶着を施すため、有機繊維2間の接触面積の増大を抑制でき、伝熱の増加による加熱溶着部からの熱伝導を抑制して断熱性能の低下を抑制できる。
また、本実施の形態の真空断熱材の製造方法によれば、有機繊維集合体1の重量目付けが4.7g/m2以上26g/m2以下となるように芯材を製造しているので、連続した有機繊維の有機繊維集合体1が容易に製造できる。また、重量目付けを4.7g/m2以上としているので、有機繊維2をローラーで巻き取っても有機繊維2が切れたりすることなく信頼性の高い連続した有機繊維の長繊維が得られる。また、重量目付けを26g/m2以下としているので、熱伝導率がガラス繊維を芯材5にした従来の一般的な真空断熱材7の熱伝導率である0.002[W/mK]程度と同等以下にできるので、断熱性能の高い真空断熱材7が得られる。
1 有機繊維集合体、1a 端面、1x 第1の有機繊維集合体、1y 第2の有機繊維集合体、2 有機繊維、2a 残存繊維、2b 切断繊維、2x 有機繊維、2y 有機繊維、3 空気層、4 外包材、5 芯材、5a 端面、6 吸着剤、7 真空断熱材、8 スペーサ、9 外箱、10 内箱、11 発泡断熱材、12 断熱壁、41 外包材開口部、45 シール部分、51 芯材開口部、52 貫通穴、53 切り欠き、55 曲げ加工部、56 曲げ加工部、71 真空断熱材開口部、72 貫通穴、73 切り欠き、75 真空断熱材開口部シール代、100 冷蔵庫、110 エンボス加工、150 冷蔵室、160 冷蔵室扉、200 切替室、201 収納ケース、210 切替室扉、300 冷凍室、301 収納ケース、310 冷凍室扉、400 野菜室、401 収納ケース、410 野菜室扉、500 製氷室、510 製氷室扉、600 圧縮機、601 機械室、640 冷却器室、650 冷却器、660 ファン、680 冷却風路、690 風路、700 真空断熱材、701 真空断熱材、900 制御基板、910 制御基板収納室。
Claims (19)
- 有機繊維をシート状に形成した有機繊維集合体の積層構造で構成され、所定の長さになるように端面がカットされたカット部を有する芯材と、
前記芯材を内部に収納し、前記芯材のカット部よりもシール長さ分だけ大きい範囲で、前記カット部の周囲をシールするシール部を有するガスバリア性の外包材と、を備え、
前記外包材の前記シール部をシールすることで前記外包材の内部を略真空状態で密封し、
前記有機繊維に前記芯材の長さと同等かそれ以上の長さの長繊維を使用するようにし、
前記有機繊維集合体は、連続した前記有機繊維を加熱溶着してシート状に形成されたものであり、前記有機繊維集合体である不織布の重量目付けが4.7g/m 2 以上70g/m 2 以下、あるいは140g/m 2 以上198g/m 2 以下であり、前記加熱溶着部が前記有機繊維集合体の表面から裏面へ貫通するようにしたことを特徴とする真空断熱材。 - 有機繊維をシート状に形成した有機繊維集合体の積層構造で構成され、所定の長さになるように端面がカットされたカット部を有する芯材と、
前記芯材を内部に収納し、前記芯材のカット部よりもシール長さ分だけ大きい範囲で、前記カット部の周囲をシールするシール部を有するガスバリア性の外包材と、を備え、
前記外包材の前記シール部をシールすることで前記外包材の内部を略真空状態で密封し、
前記有機繊維に前記芯材の長さと同等かそれ以上の長さの長繊維を使用するようにし、
前記有機繊維集合体は、連続した前記有機繊維を加熱溶着してシート状に形成されたものであり、前記有機繊維集合体である不織布の重量目付けが4.7g/m 2 以上100g/m 2 以下であり、前記加熱溶着部が前記有機繊維集合体の表面から裏面へ貫通しないようにしたことを特徴とする真空断熱材。 - 前記有機繊維集合体の厚さが、前記ガスバリア性外包材の内部に略真空状態で収容された際、前記有機繊維の直径の3倍以上18倍以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空断熱材。
- 前記有機繊維集合体は、連続した前記有機繊維を加熱溶着してシート状に形成されたものであり、前記加熱溶着部の面積が前記シートの面積の20%以下となるようにしたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の真空断熱材。
- 前記有機繊維集合体である不織布の重量目付けが85g/m2以上198g/m2以下として、真空成形時の圧縮力による前記有機繊維集合体の変形を小さくするようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の真空断熱材。
- 前記加熱溶着部に前記加熱溶着部の大きさよりも小さく、前記有機繊維集合体の加熱溶着が維持できる程度の貫通穴や凹部を前記有機繊維集合体の厚さ方向に設けたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の真空断熱材。
- 前記有機繊維集合体を構成する繊維の断面形状を略三角形状やC形形状などの異形断面形状とすることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の真空断熱材。
- 前記芯材は、重量目付けの異なる複数種類の芯材を組み合わせて積層したことを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の真空断熱材。
- 前記芯材は、折り畳まれて積層された第1の有機繊維集合体と、折り畳まれて積層された第2の有機繊維集合体とから形成され、
前記第1の有機繊維集合体と前記第2の有機繊維集合体とが、互いに交わるように折り重ねられていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の真空断熱材。 - 前記有機繊維は前記有機繊維集合体の長さ方向あるいは幅方向に連続していることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の真空断熱材。
- 前記有機繊維集合体の有機繊維が、ポリエステル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、アラミド、および液晶ポリマーのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の真空断熱材。
- 外箱と、前記外箱の内部に配置された内箱とを備え、
前記外箱と内箱との隙間、あるいは前記外箱と内箱との隙間の外箱表面、あるいは前記外箱と内箱との隙間の内箱表面に請求項1乃至11のいずれかに記載の真空断熱材を配設したことを特徴とする断熱箱。 - 前記外箱と前記真空断熱材との間にスペーサを配設したことを特徴とする請求項12に記載の断熱箱。
- 貯蔵室の扉、あるいは、圧縮機を収容する機械室と冷気を生成する冷却器を収容する冷却器室との間の断熱壁に請求項1乃至11のいずれかに記載の真空断熱材を配設したことを特徴とする冷蔵庫。
- 前記真空断熱材に貫通穴あるいは切り欠きなどの開口部を設けて前記開口部を前記圧縮機と前記冷却器を接続する配管位置に配置して前記配管が前記真空断熱材を通過するようにしたことを特徴とする請求項14に記載の冷蔵庫。
- 略直方体状の形状をした筐体と、前記筐体内をファンが収容されるファン室と圧縮機が収容される機械室とを仕切る仕切り壁と、前記機械室の内部あるいは外部の少なくとも一部に配設された請求項1乃至11のいずれかに記載の真空断熱材と、を有する室外機を備えたことを特徴とする冷凍・空調装置。
- 略直方体状や略円筒形状をした筐体と、前記筐体内に収納されて水やお湯を溜める略円筒形の貯湯タンクと、を備え、前記筐体内面壁の全部、あるいは少なくとも一部に請求項1乃至11のいずれかに記載の真空断熱材を配置したことを特徴とする給湯装置。
- 圧縮機やタンクなどの略円筒形の容器を備え、芯材に前記芯材の長さと同等かそれ以上の有機繊維の長繊維を使用した請求項1乃至11のいずれかに記載の真空断熱材を前記容器の回りに配設したことを特徴とする機器。
- 冷蔵庫や冷凍・空調装置などの機器本体の背面や側面や電源ボックスなどに前記機器の断面図や展開図や立体図や斜視図などの全体図や部分表示図を表示し、前記全体図や部分表示図に請求項1乃至11のいずれかに記載の真空断熱材の配置位置も表示するようにしたことを特徴とする機器。
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