JP4969555B2

JP4969555B2 - 真空断熱材及び断熱箱

Info

Publication number: JP4969555B2
Application number: JP2008293482A
Authority: JP
Inventors: 修一岩田; 京子野村; 司高木; 雅法辻原; 尚平安孫子
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-11-17
Also published as: JP2010121652A

Description

本発明は、真空断熱材及び断熱箱、特に冷熱機器への使用に好適な真空断熱材に関するものである。

従来、冷蔵庫の断熱材としてはウレタンフォームが用いられてきたが、近年、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、冷蔵庫のほかに保温庫、車両用空調機、給湯器などの冷熱機器にも使用されるものである。

真空断熱材は、ガスバリア性のアルミ箔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、内部が数Ｐａ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ための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、繊維体等のものがあるが、現状は断熱性能に優れるガラス繊維のものが主流になっている。

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１、２参照）や、シートを繊維配向が交互になるように積層したもの（特許文献３参照）が示されている。

また、繊維の素材には、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が示されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００５−３４４８３２号公報（第３−４頁、図１）特開２００６−３０７９２１号公報（第５−６頁、図２）特公平７−１０３９５５号公報（第２頁、図２）特開平２００６−２８３８１７号公報（第５−８頁）

先に述べた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が、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、その取扱性、作業性が問題となっている。
また、リサイクルの場面を考えた場合、例えば、冷蔵庫ではリサイクル工場で製品ごと粉砕され、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が、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欠点がある。

一方、ポリエステル繊維を芯材として用いたものは、上記特許文献４に示されるように、取扱性、リサイクル性に優れるものの、断熱性能を表す指標である熱伝導率が、0.0030[W/mK]程度であり、ガラス繊維を芯材として用いた一般的な真空断熱材の熱伝導率0.0020[W/mK]に比べて断熱性能に劣るという欠点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、断熱性能に優れた真空断熱材を得ることを目的とするものである。

本発明に係る真空断熱材は、芯材と、該芯材を被覆するガスバリア性を有する外包材とからなり、内部を減圧密封した真空断熱材において、芯材は、熱可塑性樹脂の長繊維集合体を使用し、その長繊維集合体で繊維間溶着がない層の上下を長繊維集合体で繊維間溶着がある層で挟んだものを１層とし、１層又は複数層重ねて形成したものである。

本発明によれば、ガスバリア性を有する外包材で被覆される芯材は、熱可塑性樹脂の長繊維集合体を使用し、その長繊維集合体で繊維間溶着がない層の上下を長繊維集合体で繊維間溶着がある層で挟んだものを１層とし、１層又は複数層重ねて形成したので、断熱方向への繊維の配向を抑制でき、断熱性能を向上させることができ、シートとしての強度が得られる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の真空断熱材の断面模式図、図２は同真空断熱材の芯材の長繊維集合体を上面から見た模式図、図３は同真空断熱材の芯材の長繊維集合体の断面図である。
図１に示す如く、本発明の実施の形態１に係る真空断熱材は、芯材２と、芯材２を被覆するガスバリア性を有する外包材１とからなり、内部を減圧密封して構成されている。その外包材１の内部には真空度の経時劣化を抑制するための水分吸着剤３が配置されている。

外包材１はプラスチックラミネートフィルムであり、最内層のシール層にポリエチレンを使用し、そのシール層の外側のガスバリヤ層に約６μｍのアルミ箔を使用し、アルミ箔の外側にポリエチレンテレフタレートを使用し、最外層にポリアミドを使用して構成されている。
また、外包材１の内部に配置される水分吸着剤２は、不織布袋に入ったＣａＯである。
さらに、芯材２は大気圧を支えて真空断熱材内の空間を確保する役割と、真空断熱材内の空間を細かく分割してガスの熱伝導等を低減する役割を担っており、樹脂の長繊維集合体により形成されている。

その芯材２を形成する長繊維集合体は、樹脂の長繊維で構成されており、図３の断面図に示すように層状構造としている。この芯材３である層状の長繊維集合体は以下のようにして製造される。
まず、原料である樹脂ペレットは押出機で加熱溶融される。
その樹脂ペレットの材質はポリエステル、ポリプロピレン、ナイロン、ＰＰＳ（ポリフェニレンフルフィド樹脂）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＬＡ（ポリ乳酸樹脂）等の熱可塑性の樹脂であれば良いが、ここではポリエステルを用いている。

溶融した熱可塑性樹脂であるポリエステルは異物を取り除くためのフィルターを通した後、ギアポンプで紡糸ノズルへ送られる。紡糸ノズルの多数のノズル孔から押出されたポリエステルは、圧縮エアー、ホットエアーまたは機械的に延伸して所望の繊維径のものとするが、この際、樹脂の温度や冷却、延伸の条件を調整して、１本１本の繊維が切断せず連続繊維となるようにすることが肝要である。
紡糸は縦（重力方向）に行っており、所望の繊維径となった連続繊維は、紡糸ノズルの下に設置したコンベア上に捕集する。この際、おのおのの繊維は概ね楕円を描くようにコンベア上に落下し、コンベアを任意の速度で送って積層することで、図２の模式図や図３の断面図に示すような構造のポリエステルの長繊維集合体を得ることができる。

従って、ここでいう長繊維集合体とはコンベア上に落下して積層された長い連続繊維の集合体をいう。
なお、コンベアを任意の速度で送ることで、長繊維集合体の厚さを調整できる。
得られた長繊維集合体の芯材２を用いて真空断熱材を製造し、その真空断熱材の熱伝導率を測定した結果を表１に示す。比較としてポリエステル短繊維の綿状芯材を用いた真空断熱材の結果を併記する。

表１を見ると分かるように、真空断熱材をこのような長繊維集合体の芯材２を用いた構造とすることで、断熱方向への繊維の配向を抑制でき、断熱方向である厚さ方向への繊維１本１本の固体伝熱の経路を長く取ることができるので、断熱性能を向上できた。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２の真空断熱材の芯材の断面図である。
上記実施の形態１で得られた芯材２を構成する層状の長繊維集合体は、溶着など繊維間の接合がないため、接触熱抵抗により断熱性能を向上できるが、反面、シートとしての強度がないため取り扱いが困難である。

そこで、シートとしての強度を得て、取り扱い性を良くする方法として、バインダーを用いる方法（特開２００４−５２７４４号公報参照）やドット状などの熱プレス加工を行う方法が考えられるが、前者では、厚さ方向へのバインダー含浸程度を調整することが難しく、後者では部分的に溶融箇所を設けることで、いずれも厚さ方向への伝熱が増加してしまうというデメリットがある。

そこで、この実施の形態２では、図４に示すように、前述の繊維間溶着がない層である長繊維集合体２ｂの上下に、長繊維集合体２ｂと同じ材質でハンドリングに耐えうるシート強度を持つ繊維間溶着がある層である薄い繊維集合体２ａ、２ｃを形成した。
製造方法としては、コンベア上の紡糸ユニットを３列とし、１列目で２ａ層、２列目で２ｂ層、３列目で２ｃ層を形成する。
２ａ、２ｃ層は、ホットエアーで延伸を行う方式を用いて、温度やエアー圧力を調整し、繊維間に溶着を生じさせた。これら２ａ、２ｃ層は紡糸時に繊維が切れて短繊維となっても問題がない。
２ｂ層は上記実施の形態１で述べた方法で形成している。

薄い繊維集合体２ａ、２ｃは、繊維間の溶着を持たせることでシート強度を得たため、目付けが大きいと厚くなって断熱方向である厚さ方向への伝熱を増加させ、断熱性能の低下を来たすため、２ａ、２ｃの目付けは低い方が好ましく、５g/ｍ²とした。
２ｂ層の目付けを２ａ、２ｃ層に対して変えて製造した長繊維集合体を用い、真空断熱材に製造した断熱性能の評価を行った結果を表２に示す。
なお、目付けとは、単位面積あたりの重量で、単位はg/ｍ²。繊維径が同じなら目付けに比例して繊維集合体の厚さも変化するため、真空断熱材とした時の、厚さが１０mm程度になるように長繊維集合体を積層して使用した。

表２に示す結果により、真空断熱材における芯材２とした際、２ｂ層の目付けは、２ａ、２ｃ層の厚さ方向に占める割合が大きくなると、断熱性能に悪影響を来たす。一方、２ｂ層は厚い方が好ましく２ａ層と２ｃ層を足した目付けの５倍以上であれば２ａ層、２ｃ層の影響はほとんど現れないため、断熱性能を悪化させずに、長繊維集合体の取扱性を向上できる。
さらに、取扱性を向上するために、２ａ層、２ｃ層のシートの両端を熱プレスにより溶着することとが望ましいが、芯材２として用いる領域の端の方で溶着面積は小さいほうが良く、５％以下が好ましい。

図５は同実施の形態１又は２の真空断熱材を有する断熱箱を用いた冷凍冷蔵庫の断面図である。
図５に示すように、冷蔵庫３１は、冷蔵庫の筐体を形成する断熱箱３２と冷凍サイクルとからなる。
断熱箱３２は、鉄板をプレス成形した外箱３３と、ＡＢＳ樹脂等を成型した内箱３４とが、フランジ（図示せず）を介して構成している。その断熱箱体３２の内部には、真空断熱材１０を予め配設し、真空断熱材１０以外の空間部を、硬質ウレタンフォーム３５にて発泡充填したものである。

断熱箱３２は、仕切り板３６にて仕切られており、上部が冷蔵室３７，下部が冷凍室３８となっている。
また、冷蔵庫３１にはドア体３９が取り付けられており、ドア体３９の内部には真空断熱材１０が配設され、真空断熱材１０以外の空間部は硬質ウレタンフォーム３５にて発泡充填されている。
上記真空断熱材１０は実施の形態１又は２に示したものと同様の構成のものを用いている。
従って、断熱性能が向上した真空断熱材１０を有する断熱箱３２は断熱性能が向上し、その断熱箱３２を用いた冷凍冷蔵庫も断熱性能が向上することとなった。

本発明の実施の形態１の真空断熱材の断面図。同真空断熱材の芯材の長繊維集合体を上面から見た模式図。同真空断熱材の芯材の長繊維集合体の断面図。本発明の実施の形態２の真空断熱材の芯材の断面図。同実施の形態１又は２の真空断熱材を有する断熱箱を用いた冷凍冷蔵庫の断面図。

符号の説明

１外包材、２芯材、２ａ、２ｃ繊維間溶着のある層、２ｂ繊維間溶着のない層、３吸着剤。

Claims

芯材と、該芯材を被覆するガスバリア性を有する外包材とからなり、内部を減圧密封した真空断熱材において、
前記芯材は、熱可塑性樹脂の長繊維集合体を使用し、その長繊維集合体で繊維間溶着がない層の上下を前記長繊維集合体で繊維間溶着がある層で挟んだものを１層とし、１層又は複数層重ねて形成したことを特徴とする真空断熱材。
前記繊維間溶着がある層の目付けが５g/ｍ²以下であることを特徴とする請求項１記載の真空断熱材。
前記繊維間溶着がない層の目付けが、前記繊維間溶着のある層の目付けの合計の５倍以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の真空断熱材。
請求項１〜３のいずれかに記載の真空断熱材を有することを特徴とする断熱箱。