JP5124214B2 - 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。

近年、地球温暖化防止の観点から省エネルギーが強く望まれており、家庭用電化製品についても省エネルギー化は緊急の課題となっている。特に、冷蔵庫では熱を効率的に利用するという観点から、優れた断熱性能を有する断熱材が求められている。

冷蔵庫の一般的な断熱体としては、外箱と内箱との間にポリウレタンフォームなどの発泡断熱材を充填した断熱体が広く用いられている。かかる断熱体において断熱能力を増大するためには、発泡断熱材の厚さを増すことが必要であるが、冷蔵庫では省スペースや空間の有効利用が強く求められており、発泡断熱材を充填できる空間を増大することが困難であった。

そこで、高性能な断熱材である真空断熱材と発泡断熱材とを併用して断熱体とすることが提案されている。ここで用いられる真空断熱材は、スペーサの役割を持つ芯材を、ガスバリア性を有する外包材中に挿入し、外包材の内部を減圧すると共に外包材の周縁部を封止した断熱材である。

真空断熱材の歴史としては、特開平４−３３７１９５号公報においては、断熱性の優れたグラスウールマットを芯材に用い、真空断熱材用容器のしわを防止するためプラスチックフィルム製の内袋内にグラスウールマットを挿入して減圧することで真空断熱材用容器内とほぼ同じ形まで圧縮させ、さらにこの内袋に詰めているグラスウールマットの寸法に合致した真空断熱材用容器を用いることで容器のしわを少なくする手法が提案されている。

他には、さらなる断熱性能の向上や生産性向上を目的に、特開平４−２９７７７５号公報における、熱伝導率の低い粉末からなるスペーサー材と、連通ウレタンフォームで成形され、上記スペーサー材を中空部に充填する中空成形体と、この中空成形体とともに上記スペーサー材を真空密封する外被材とを備えたことを特徴とする真空断熱材が提案されている。しかし、連通ウレタンフォームを芯材とした真空断熱材では芯材の空隙率の限界と、芯材からの経時的な有機ガスの発生による真空度の低下のため、より一層の熱伝導率の低減は困難であった。

近年の真空断熱材においては、その熱伝導率を大幅に低減すべく、繊維系を極細にしたグラスウール等の無機繊維集合体を用いることが主流となっている。例えば、特開平９−１３８０５８号公報に開示されたものがある。この真空断熱材は、グラスウール等の無機繊維重合体を有機系バインダーで固め成形してなる芯材と、活性炭またはゼオライトからなる吸着剤と、芯材及び吸着剤を覆う金属箔の層を積層してなるラミネートフィルム（外被材）とを備え、このラミネートフィルムの内部を減圧すると共にラミネートフィルムの縁部を封止して構成したものが挙げられる。

しかし、この手法では有機系バインダーから発生するガスにより外被材内の真空度が落ちていき、真空断熱材の断熱性能が経時的に劣化していくことが考えられる。それに対応すべく、バインダーを用いずに無機繊維集合体を用いた真空断熱材の成形方法も提案されている。例えば、特開２００６−１１２４３８号公報に開示された真空断熱材は、空気の流通がある芯材と、前記芯材の水分およびガス成分を吸着する吸着剤と、前記芯材と吸着剤とを収納する内袋と、この内袋を収納する外袋とから構成し、前記芯材の表面に設けられた切込み部内に吸着剤を充填し、該切込み部内に吸着剤を充填し、該切込み開口部から吸着剤が出ないように内袋内を脱気し、且つ内袋と芯材を圧縮して、前記切込み開口部入口を狭めるようにしている。これにより、長期信頼性にも優れた真空断熱材の提供が可能となったのである。

特開平４−３３７１９５号公報 特開平４−２９７７７５号公報 特開平９−１３８０５８号公報 特開２００６−１１２４３８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な形状を実現することが課題となっている。

これについては、圧縮成形により真空断熱材に厚み方向に垂直な側面部に溝を形成し、厚さ方向に薄くなった溝部で真空断熱材を折り曲げるような手法などが提案されているが、真空断熱材としての厚さが溝部で薄くなり、この溝部での断熱性能が低下してしまう点や、折り曲げ後の真空断熱材の復元力により、被取付け部の取付け面から離れてしまうという問題がある。

また、家電品においても環境に配慮した製品設計が求められているが、従来の手法による真空断熱材においては、再利用可能な材料が少なく、そのリサイクル性が危惧されていた。例えば、無機系の繊維集合体については、その廃材や端材を再び真空断熱材に再使用可能となるような手法も紹介されているが、廃棄時に冷蔵庫から真空断熱材の芯材を抽出する作業は困難であり、これよりは他の部品と同様に破砕廃棄可能となるような材料のみで形成された真空断熱材が望まれていた。

本発明は、従来の材料及び製造法により作製される真空断熱材と比較して、断熱性能を維持した上での材料コスト及び製造コストの低減と、リサイクル可能な構成とし環境負荷の小さな真空断熱材を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、リサイクル可能なガラス発泡体の芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したラミネートフィルムからなる外包材と、を備え、前記ガラス発泡体は、発泡により成形した微細な気泡セルの壁が隣の気泡セルの壁と部分的に連続して空気の流通が可能な微細連続気泡を有し、前記芯材は内袋内に収納されて、前記内袋は空気層を保持した円柱形状のクッション部材を複数並べた構成であって、前記外包材の内部を減圧密封する際に前記芯材の端面角部が前記内袋により保護されるものである。

また、本発明の第２の態様は、外箱と内箱とによって形成される断熱空間に真空断熱材を配設した冷蔵庫において、前記真空断熱材は、プラスチックフィルムからなる内袋内にリサイクル可能なガラス発泡体を収納して形成した芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したラミネートフィルムからなる外包材とを備え、前記内袋または前記外包材に水分やガス成分などを吸着する能力を保持させて、前記ガラス発泡体は、発泡により成形した微細な気泡セルの壁が隣の気泡セルの壁と部分的に連続して空気の流通が可能な微細連続気泡を有し、前記芯材は内袋内に収納されて、前記内袋は空気層を保持した円柱形状のクッション部材を複数並べた構成であって、前記外包材の内部を減圧密封する際に前記芯材の端面角部が前記内袋により保護されるものである。

本発明によれば、安価な構成で断熱性能に優れ、かつリサイクル性に富み環境負荷の軽減可能な真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について以下、図１と実施例を用いて説明する。

図１は本発明の実施例における真空断熱材の断面図である。

図１において、真空断熱材１は、連続気泡を持つ発泡成形体からなる芯材２と、外包材３，吸着剤４及び芯材２と吸着剤４を内包する内袋５で構成するものである。連続気泡を持つ発泡成形体からなる芯材２は、ガラス，ポリエチレン樹脂，ポリスチレン樹脂，ポリプロピレン樹脂，ポリエチレンテレフタレート樹脂，アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリメタクリレート樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，ポリエーテルイミド樹脂，ポリアリレート樹脂，ポリフェニレンスルフィド樹脂，ポリスルフォン樹脂，ポリエーテルスルフォン樹脂，ポリアミド樹脂，ポリオキシメチレン樹脂の何れかの発泡体が好適である。

ここで、芯材２の成形方法について述べる。

ガラス発泡体については、次に示す。まず、廃ガラスを破砕しミリオーダーのガラスカレットとし、そのガラスカレットに炭酸カルシウムや炭化珪素等の発泡剤を添加し、微粉砕装置でミクロンオーダーに微粉砕したものを原材料とする。それらを、所定の芯材サイズに作製した型枠内に充填し、７００〜１０００℃で焼成することで発泡過程を誘発することにより、ガラス発泡体が得られるのである。ここで従来、冷蔵庫で用いられている真空断熱材の芯材は、無機繊維集合体、特にガラス繊維が主流であるが、本発明によれば、廃棄冷蔵庫から採取できる真空断熱材のガラス繊維，真空断熱材のリーク不良等の単体での不良品から採取できるガラス繊維、或いは真空断熱材作製時に排出される寸足らずのガラス繊維等、従来処分していたガラス繊維について、本発明により再び真空断熱材の芯材として再使用できることが可能となる。

次に樹脂発泡体について示す。

連続気泡を持つ樹脂発泡体を得る方法としては、樹脂と溶剤とを均一に溶解混合させた後、冷却もしくは反応により系を相分離させ、その状態で必要に応じて凍結し溶剤を抽出して多孔質体を得る、いわゆる相分離法で多孔質体を得る方法（特開昭６３−１７９０４）、オレフィン系樹脂等を押出機にて溶融し、さらに発泡剤を注入した後、解圧して発泡させる、いわゆる押出発泡技術を応用して連続気泡発泡体を得る方法（特開昭６３−３０９５３５号公報，特開平４−１７０４４３号公報）が知られている。しかしながら、相分離法は発泡体の気泡径に相当する樹脂骨格部分が数μｍ程度以下の均一微細な連続孔が得られるものの、その孔形状は気泡壁に相当する部分が少なく、単に樹脂は多孔質体骨格の支柱をなしている程度にしかすぎない。また樹脂部分は溶液中から相分離後析出させ形成されたものであり、延伸配向等による強度向上寄与はまったくなく、この種の低密度多孔質体の全体としての強度は弱く、そのためその用途は限られていると紹介されている。押出発泡技術法については、連続的に生産できるものの、その気泡径は１００〜２００μｍ程度であり、その気泡径を微細化することは技術的に高難度であった。

以上のような連続気泡を有する発泡体において、従来の技術では、気泡径，気泡形状及び発泡体密度にはそれぞれその製法からくる制限があった。その中でも特に、微細な気泡構造を有し、しかもその気泡壁を残存させたまま連続気泡となるような樹脂発泡体は実現しないものであった。

そこで、本発明では超臨界発泡成形を用いた押出発泡技術とした。超臨界発泡成形技術は、超臨界状態の二酸化炭素や窒素等を発泡剤として用いることで、従来の物理発泡や化学発泡と比較して環境にやさしく、流動性を向上させ、また微細な発泡気泡径を有する成形品を製造することができる。具体的には、炭酸ガスあるいは窒素ガスを樹脂中に溶解し、圧力や温度を急激に変化させることでガス溶解度の低下や化学反応によるガス溶解度の降下、反応熱による急速な温度変化を起こし、より多くの気泡核形成を促進させ、均一微細な樹脂発泡体を成形するのである。

本発明においては、押出発泡技術を用いて、特に成形温度を高くすることにより発泡効率を向上し、気泡壁の薄肉化を図り、それを圧縮することにより物理的に気泡壁を破壊し連続気泡化を図ることに成功した。発泡効率の向上による気泡サイズの増加については、超臨界発泡技術で対応することで、気泡径の微細化が可能となり、連続気泡を保持し且つ微細な気泡構造を有する樹脂発泡体の芯材が実現できる。

外包材３は、内側に設けられた溶着用プラスチック層と外側に設けられた金属層とを有するラミネートフィルムで構成されている。外包材３の金属層は、安価で軽量なアルミ箔層で構成されている。必要に応じて、このアルミ箔層の代わりに、アルミ蒸着層或いは他の金属箔層・金属蒸着層で構成してもよい。

吸着剤４については、例えば合成ゼオライトであるモレキュラーシーブ１３ｘ等が好適である。この吸着剤４は、芯材中から出る水分及びガス成分を吸着する。

内袋５としては、ポリエチレンやポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレート等のプラスチックフィルムや、不織布、またはアルミニウム等の金属箔の単層やラミネートしたフィルムで構成されているものであり、芯材２の外包材３内への傷つけ防止や挿入性向上を図るものである。とりわけ、ガラス発泡体や、熱硬化樹脂の発泡体においては、そのコーナー部が鋭利になる可能性があり、内袋５で芯材２を内包することにより、外包材３への直接の傷付けを防ぐ目的がある。

ここで、内袋５については、クッション性を保持する形状がより好ましい。その代表例について図２に示す。当該内袋は空気層を保持した円柱形状のクッション材６を内袋の内側あるいは、芯材のコーナー部に接触する部分に設け、直接の傷付けを防止する役割を持つ。より好ましくは、図２に示すように円柱形状のクッション部材と円柱形状のクッション部材の間の部分にも円柱形状のクッション部材を設置し、２重構造とすることにより、より芯材に対する傷付け防止性が向上する。クッション性を保持する方策としては、この他にシリコン材料やゴム材料等の可撓性を保持するフィルムや薄肉材を内袋内部や、芯材のコーナー部に接触する部分に設ける等の方法が挙げられる。

以上の樹脂発泡体については、廃棄時に再生ペレット化が可能であり、つまり本発明によれば、廃棄冷蔵庫から採取できる真空断熱材の樹脂発泡体芯材、真空断熱材のリーク不良等の単体での不良品から採取できる樹脂発泡体芯材、樹脂発泡体芯材成形時の不良品等、従来処分していた樹脂発泡体芯材について、本発明により再び真空断熱材の芯材として再使用できることが可能となる。

また、押出発泡手法であれば、金型形状を変更することにより、従来の方法では実現できなかった複雑な立体形状を芯材とする真空断熱材の作製も実現する。

これにより、例えば冷蔵庫などに真空断熱材を設置する際、冷蔵庫外板面に取り付けるが、従来見られた真空断熱材の復元力により、被取付け部の取付け面から離れてしまうという問題が解消された。

表１に示す従来例、実施例においては、同一の外包材３と同一同量の吸着剤４と同一の内袋５を用いて、芯材２の乾燥条件や真空包装工程における真空度，真空引き時間も同一とする。

（従来例１）
繊維径３μｍのグラスウール積層体に合成ゼオライトを一定量設置し、内袋内で真空脱気して作製した芯材を、プラスチックラミネートフィルムからなる外包材内に挿入し真空排気して作製した真空断熱材について、測定温度条件１０℃において熱伝導率を測定したところ、２.５ｍＷ／ｍ・Ｋであった。

（従来例２）
発泡ポリウレタンフォームの気泡を連続気泡化して成形した芯材を、内袋内に一定量の合成ゼオライトと芯材とを挿入して真空脱気した芯材を、プラスチックラミネートフィルムからなる外包材内に挿入し真空排気して作製した真空断熱材について、測定温度条件１０℃において熱伝導率を測定したところ、５.５ｍＷ／ｍ・Ｋであった。また、芯材として使用した発泡ポリウレタンフォームの気泡径についてランダムに気泡セルを選択し、走査型電子顕微鏡を用いて気泡径を測定したところ、平均２５０μｍであった。

（実施例１）
廃ガラスからリサイクルして発泡成形した発泡ガラス成形体を芯材とし、図２に示す形状のクッション性を保持した内袋内に一定量の合成ゼオライトと芯材とを挿入して真空脱気した芯材を、プラスチックラミネートフィルムからなる外包材内に挿入し真空排気して作製した真空断熱材について、測定温度条件１０℃において熱伝導率を測定したところ、２.３ｍＷ／ｍ・Ｋであった。

（実施例２）
超臨界押出発泡したポリスチレン樹脂を連通化した芯材を、内袋内に一定量の合成ゼオライトと芯材とを挿入して真空脱気した芯材を、プラスチックラミネートフィルムからなる外包材内に挿入し真空排気して作製した真空断熱材について、測定温度条件１０℃において熱伝導率を測定したところ、２.２ｍＷ／ｍ・Ｋであった。また、芯材として使用した発泡ポリスチレン樹脂の気泡径についてランダムに気泡セルを選択し、走査型電子顕微鏡を用いて気泡径を測定したところ、平均９０μｍであった。

（実施例３）
超臨界押出発泡したポリスチレン樹脂を連通化した芯材を、内袋内に一定量の合成ゼオライトと芯材とを挿入して真空脱気した芯材を、プラスチックラミネートフィルムからなる外包材内に挿入し真空排気して作製した真空断熱材について、測定温度条件１０℃において熱伝導率を測定したところ、２.０ｍＷ／ｍ・Ｋであった。また、芯材として使用した発泡ポリスチレン樹脂の気泡径についてランダムに気泡セルを選択し、走査型電子顕微鏡を用いて気泡径を測定したところ、平均８０μｍであった。

本発明の実施例における真空断熱材の断面図。 クッション性を保持した内袋形状の代表例。

符号の説明

１ 真空断熱材
２ 芯材
３ 外包材
４ 吸着剤
５ 内袋
６ クッション材

Claims (2)

1. リサイクル可能なガラス発泡体の芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したラミネートフィルムからなる外包材と、を備え、
   前記ガラス発泡体は、発泡により成形した微細な気泡セルの壁が隣の気泡セルの壁と部分的に連続して空気の流通が可能な微細連続気泡を有し、
   前記芯材は内袋内に収納されて、前記内袋は空気層を保持した円柱形状のクッション部材を複数並べた構成であって、前記外包材の内部を減圧密封する際に前記芯材の端面角部が前記内袋により保護されることを特徴とする真空断熱材。
2. 外箱と内箱とによって形成される断熱空間に真空断熱材を配設した冷蔵庫において、前記真空断熱材は、プラスチックフィルムからなる内袋内にリサイクル可能なガラス発泡体を収納して形成した芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したラミネートフィルムからなる外包材とを備え、前記内袋または前記外包材に水分やガス成分などを吸着する能力を保持させて、前記ガラス発泡体は、発泡により成形した微細な気泡セルの壁が隣の気泡セルの壁と部分的に連続して空気の流通が可能な微細連続気泡を有し、前記芯材は内袋内に収納されて、前記内袋は空気層を保持した円柱形状のクッション部材を複数並べた構成であって、前記外包材の内部を減圧密封する際に前記芯材の端面角部が前記内袋により保護されることを特徴とする冷蔵庫。

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