JP5193713B2

JP5193713B2 - 冷凍冷蔵庫

Info

Publication number: JP5193713B2
Application number: JP2008185465A
Authority: JP
Inventors: 崇井関; 恒越後屋; 邦成荒木; 俊光鶴賀; 大五郎嘉本
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: KR20110033203A; WO2010007706A1; KR101277389B1; JP2010025182A; CN102089563A

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。

近年の真空断熱材においては、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（特許文献１）に開示されたものがある。また、芯材同士を固着するバインダーを用いずにグラスウールを積層した真空断熱材の成形方法も特開２００６−１１２４３８号公報（特許文献２）で提案されている。

このように、断熱性能と価格から需要が高いグラスウールであるが、ガラスはリサイクル性に乏しく、廃棄に問題がある。

リサイクル性を重視した繊維としては高分子樹脂を繊維化したものが考えられ、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂繊維を芯材とした真空断熱材が特開２００７−２３９７６４号公報（特許文献３）で提案されている。

特開平９−１３８０５８号公報特開２００６−１１２４３８号公報特開２００７−２３９７６４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が望まれており、特に冷蔵庫は家電品の中で消費電力量の多い製品であることから、冷蔵庫の断熱箱体中に真空断熱材を積極的に採用し、断熱箱体の熱漏洩量低減を試みている。

しかし、現在汎用的に用いられている真空断熱材の芯材は、グラスウール等の無機繊維集合体がほとんどである。しかし、グラスウールはリサイクル性に乏しく、廃棄時にその廃棄方法が問題となる。グラスウールを再度ガラスに戻すには高温化での再生加工が必要となり、地球温暖化対策のために投入した真空断熱材が原因で、環境に対して多大に熱負荷を与えるのでは本末転倒である。

グラスウール代替材としては、高分子樹脂を繊維化したものが考えられ、ポリエチレンテレフタレート樹脂繊維等が提案されている。

しかしながら、ポリエチレンテレフタレート樹脂繊維を積層し芯材とした真空断熱材の断熱性能はグラスウールを芯材とした真空断熱材並みには及ばないことが分かった。これらの樹脂繊維では真空排気後大気圧が掛かった際に繊維自体の強度が不足しているため、繊維同士が密着している面積が大きくなり、熱流通が多くなることが影響していると考えられる。これらの樹脂繊維を芯材とする場合、空隙率の確保が課題となることが分かった。

高分子樹脂といえば、冷蔵庫・エアコン・テレビ・洗濯機等の家電品では、ポリプロピレンやポリスチレン等の汎用的な樹脂が多く使われている。これらの樹脂は再利用可能であり、環境負荷軽減のためにも同一製品に再び戻すクローズドリサイクルが注目されていることからも、これらの汎用リサイクル樹脂を用いて繊維化し芯材を得ることが望まれる。

特に昨今は原油価格の高騰からこれらの樹脂のバージン材料の価格も上昇しており、リサイクル材の適用によりコストダウンが見込みやすい状況にあるためなおさらである。

しかし、例えばポリスチレン樹脂はガラス転移温度が低く、耐熱性の観点から真空断熱材の芯材への適用は困難であった。例えば、冷蔵庫箱体の断熱空間内に真空断熱材を設置する場合、発泡ウレタンフォームが真空断熱材周辺を流動する際に、その発泡熱による影響で表面付近のポリスチレン樹脂繊維が一部溶融し、繊維同士の固着が見られ、断熱性能の悪化に繋がる。

また、ポリプロピレン樹脂では、先述のポリエチレンテレフタレート樹脂繊維同様に、繊維自体の強度が小さいことから繊維同士が潰れてお互いに接触する面積が増加し、断熱性能の悪化に繋がるという問題があった。

上記従来の課題を解決する為に、本発明の目的は、リサイクル性を向上して環境負荷を軽減し、かつ材料費を低減する真空断熱材を得ることである。

上記課題を解決するために、本発明の冷凍冷蔵庫は、外箱と内箱間に充填された発泡断熱材中に外被材と芯材を有する真空断熱材を配設し、該真空断熱材の芯材は曲げ弾性率が３０００ＭＰａ以上の高分子樹脂を紡糸した繊維の積層体で構成され、前記高分子樹脂を紡糸した繊維はポリスチレン繊維を８０％以上含有し、前記ポリスチレン繊維以外は該ポリスチレン繊維よりもガラス転移温度が高い高分子樹脂を紡糸した繊維積層体であり、前記ポリスチレン樹脂よりも耐熱温度の高いポリプロピレン樹脂を前記発泡断熱材と接する側に配置したことを特徴とする。

また、前記芯材は１種類以上３種類以下の高分子樹脂繊維で構成され、前記ポリスチレン繊維以外は該ポリスチレン繊維よりもガラス転移温度が高い高分子樹脂を紡糸した繊維積層体であることを特徴とする。

本発明によれば、リサイクル性を向上して環境負荷を軽減し、かつ材料費を低減する真空断熱材を得ることができる。

本実施形態の真空断熱材を図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る真空断熱材１の断面図であり、図２は図１における要部の拡大断面図である。

真空断熱材１は、ガスバリヤ性を有する外被材１１の内部と、芯材２０を圧縮して収納した内袋１２の内部とを所定の真空度に減圧封止して、真空断熱としての断熱性能を具備するように構成されている。

芯材２０は例えば、ポリプロピレン樹脂やポリスチレン樹脂等の繊維材料を使用して作製された、数μｍから数十μｍの外径を有する繊維２１の集合体からなっている。

これらの樹脂の繊維化技術としては、世の中に公知な技術を応用できる。例えば不織布製造時に用いられるスパンボンド方式やメルトブローン方式が挙げられ、吐出量や風量，コレクター速度を調整して、３〜３０μｍの範囲内で繊維径を調整した樹脂繊維を使用する。

使用する樹脂は、ペレット形状でも粉砕品からのダイレクト成形でも問題は無い。また、廃家電等からのリサイクル樹脂も使用できる。リサイクル樹脂を使用する際は、物性改善のために高分子添加剤を併用しても良い。また、メルトフローレートを向上させるために、流動パラフィン等の滑剤を併用することもある。

この芯材２０は、その内部応力が例えば２０Ｐａ以下の高真空度に長時間保持されても、冷蔵庫等の外板等に感圧性接着剤等によって貼付した場合に押付け荷重が加わっても、或いは発泡ウレタン等を断熱材中に充填する場合に加わる圧縮荷重等に長時間晒されても、芯材２０及び後述する繊維２１が潰れないように、その曲げ弾性率を３０００ＭＰａ以上としてある。

換言すれば、真空断熱材１０が高断熱性能を長時間保持できるように、繊維２１の集合体が有する所定の空隙率が、長時間、設定通りに保持できるように、芯材２０の曲げ弾性率を３０００ＭＰａ以上としてある。

なお、実験によると、上記密度が３０００ＭＰａ未満の場合は、高真空度にした場合に芯材２０の潰れによる変形が大きくなり、断熱性能が不十分となった。

また、図に示すように内袋１２を使用しても良い。内袋１２は、芯材２０を脱気しながら圧縮して収納してあり、ガスバリヤ性を有し、且つ、熱溶着可能な合成樹脂フィルム、例えば高密度ポリエチレン樹脂等で形成されているので、内袋１２内には、外部よりの水分やガス成分が侵入しない。換言すれば、繊維２１の集合体からなる芯材２０は、大気中に含まれる水分やガス成分を吸着しないように、ガスバリヤ性を有する内袋で封止する構成にしてある。

また、内袋１２は、製造工程上のハンドリング時に、万一発生した真空度不良等の部品不良の場合、芯材２０を内包した内袋１２ごと外被材１１より離脱可能な構造に構成してある。

次に、芯材材質，曲げ弾性率、及び構成比率を変化させた各種実験例の真空断熱材における熱伝導率について、表１を参照しながら説明する。

（従来例）表１の従来例の真空断熱材１０は、次のように製作されて構成されている。芯材２０として、バインダーを含まないグラスウールからなる平均繊維径約４μｍ、中実で中空部が無い繊維２１の重合体を用いる。この繊維２１の重合体を所定の形状に切断した後、高密度ポリエチレンフィルムからなる内袋１２内に挿入し、圧縮して内部を脱気して密封する。この状態のものを、表面保護層がポリアミドフィルム，第一のガスバリヤ層をアルミ蒸着したポリエチレンテレフタレートフィルム，第二のガスバリヤ層をアルミ箔、熱溶着層を高密度ポリエチレンフィルムとした４層ラミネートフィルムからなる外被材１１に入れ、内袋１２の一端を開放して密封を解除した後、外被材１１内部を真空度２．２Ｐａとなるように真空引きして密封する。この真空断熱材１０では、芯材密度を従来の冷蔵庫に一般的に用いられている約２５０kg／ｍ³となるようにしている。

この従来例の真空断熱材１０における熱伝導率を１００と設定し、以下の比較例ならびに実施例における真空断熱材の熱伝導率と比較する。

（比較例１）表１の比較例１の真空断熱材１０は、芯材材質をポリプロピレン繊維とし、ポリプロピレン繊維の曲げ弾性率を１８８０ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この比較例１の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して２５０と大幅に上回る（断熱性能が劣る方向）結果となった。

（比較例２）表１の比較例２の真空断熱材１０は、芯材材質をポリカーボネート繊維とし、ポリカーボネート繊維の曲げ弾性率を２８００ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この比較例２の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して１９０となり、比較例１ほどではないが大きく上回る（断熱性能が劣る方向）結果となった。

（比較例３）表１の比較例３の真空断熱材１０は、芯材材質をポリスチレン繊維が７０％とポリプロピレン繊維が３０％の混合成分とし、平均繊維曲げ弾性率を２８７４ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この比較例３の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して１７５と、比較例１や比較例２よりは小さくなったが、従来例より値が上回る結果となった。

（比較例４）表１の比較例４の真空断熱材１０は、芯材材質をポリスチレン繊維が７０％とポリカーボネート繊維が３０％の混合成分とし、平均繊維曲げ弾性率を２９１５ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この比較例４の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して１６０と、比較例１〜比較例３よりは小さくなったが、従来例より値が上回る結果となった。

（実施例１）表１の実施例１の真空断熱材１０は、芯材材質をポリスチレン繊維とし、ポリスチレン繊維の曲げ弾性率を３３００ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この実施例１の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して８５となり、断熱性能が向上する結果となった。

（実施例２）表１の実施例２の真空断熱材１０は、芯材材質をポリスチレン繊維が９０％とポリプロピレン繊維が１０％の混合成分とし、平均繊維曲げ弾性率を３１５８ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この実施例２の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して９０となり、実施例１ほどではないが、断熱性能が向上する結果となった。

（実施例３）表１の実施例３の真空断熱材１０は、芯材材質をポリスチレン繊維が８０％とポリプロピレン繊維が２０％の混合成分とし、平均繊維曲げ弾性率を３０１０ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この実施例３の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して９５となり、従来例に対して、断熱性能が向上する結果となった。

（実施例４）表１の実施例４の真空断熱材１０は、芯材材質をポリスチレン繊維が９０％とポリカーボネート繊維が１０％の混合成分とし、平均繊維曲げ弾性率を３１４５ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この実施例４の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して９１となり、従来例に対して、断熱性能が向上する結果となった。

（実施例５）表１の実施例５の真空断熱材１０は、芯材材質を廃家電から採取したポリスチレンから作製したポリスチレン繊維、所謂リサイクルポリスチレン繊維とし、平均繊維曲げ弾性率を３１２０ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この実施例５の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して８８となり、断熱性能が大きく向上する結果となった。

（実施例６）表１の実施例６の真空断熱材１０は、芯材材質を廃家電から採取したポリスチレンから作製したポリスチレン繊維、所謂リサイクルポリスチレン繊維９０％と、廃家電から採取したポリプロピレンから作製したポリプロピレン繊維、所謂リサイクルポリプロピレン繊維１０％との混合成分とし、平均繊維曲げ弾性率を３０８０ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この実施例６の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して９２となり、断熱性能が大きく向上する結果となった。

（実施例７）表１の実施例７の真空断熱材１０は、芯材材質を廃家電から採取したポリスチレンから作製したポリスチレン繊維、所謂リサイクルポリスチレン繊維８０％と、廃家電から採取したポリプロピレンから作製したポリプロピレン繊維、所謂リサイクルポリプロピレン繊維２０％との混合成分とし、平均繊維曲げ弾性率を３０１５ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この実施例７の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して９７となり、断熱性能が大きく向上する結果となった。

（実施例８）表１の実施例８の真空断熱材１０は、芯材材質を廃家電から採取したポリスチレンから作製したポリスチレン繊維、所謂リサイクルポリスチレン繊維を積層した積層体と、廃家電から採取したポリプロピレンから作製したポリプロピレン繊維、所謂リサイクルポリプロピレン繊維を積層した積層体とを積層させて構成したものであり、それぞれの配分を表面からリサイクルポリプロピレン繊維１０％、次にリサイクルポリスチレン繊維８０％、そしてリサイクルポリプロピレン繊維１０％とし、平均繊維曲げ弾性率を３０１８ＭＰａとした点で、従来例と相違し、その他の点は従来例と同じである。

この実施例８の真空断熱材１０の熱伝導率比率は従来例に対して９８となり、断熱性能が大きく向上する結果となった。

なお、本発明による真空断熱材を冷凍冷蔵庫に搭載する場合について、それに係る冷蔵庫を図３を参照しながら説明する。図３は本発明の実施形態に係る冷凍冷蔵庫の縦断面図である。

冷蔵庫の箱体３０は、その外箱３０ａと内箱３０ｂとからなる断熱壁３０ｃ内にウレタン等の発泡断熱材３１と真空断熱材３２，３３とを設けて構成されている。箱体３０内は、上から順に、冷蔵室３４，野菜室３５，製氷室３６，冷凍室３７にそれぞれ区画形成されている。各室３４〜３７の前面開口を開閉可能に閉塞するように、冷蔵室扉３４ａ，野菜室扉３５ａ，製氷室扉３６ａ，冷凍室扉３７ａがそれぞれ設けられている。

上述の通り、真空断熱材１０は、冷蔵庫壁内に配置し、その周囲を発泡断熱材３１で覆うため、真空断熱材表面は発泡断熱材の発泡熱や発泡圧に晒されることになる。とりわけ、汎用的なポリスチレンは耐熱温度が低いため、厚い壁中に設置する際は、発泡熱による変形収縮等の影響も考えられる。

しかし、実施例８のように、ポリスチレン樹脂よりは耐熱温度の高いポリプロピレン樹脂繊維を発泡断熱材と接する側に配置することにより、発泡熱の影響を抑制することが可能となるような副次的な効果も期待できる。

そして、冷蔵庫の重心位置の高さより上方に位置する断熱壁内には、発泡断熱材３１と、真空断熱材３２とを設けて、外部の熱漏洩量を低減すると共に、冷蔵庫の重心位置の高さより上に位置する断熱壁の軽量化を図る構成である。

なお、上記冷蔵庫の重心位置の高さより下方に位置する断熱壁内に設ける真空断熱材３３は、従来方式の真空断熱材を使用しても良いが、冷蔵庫全体の軽量化のために、実施例に記載の真空断熱材を使用してもよい。

以上の構成としたことにより、本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫は、冷蔵庫自体の軽量化が可能であると共に、上部が軽い冷蔵庫を提供できるので、万一、地震や運搬時に横揺れが発生しても転倒し難い冷凍冷蔵庫を提供できる効果もある。

上述した実施形態の真空断熱材における構成と効果を纏めると、次の通りである。

（１）少なくとも外被材と芯材とからなる真空断熱材において、芯材がポリスチレン，ポリプロピレン，ポリカーボネート等の家電製品等で日常的に汎用的に使われている樹脂のバージン材料或いは廃棄物から採取・精製されたリサイクル樹脂材料を繊維化ものの集合体からなり、前記繊維の曲げ弾性率を３０００ＭＰａ以上とすることで、芯材が高真空度に長時間耐える強度を有すると共に比較的軽量な真空断熱材を提供できる。

（２）芯材の曲げ弾性率が３０００ＭＰａ以上を確保することにより、繊維自体が軽量で且つ高真空度に長期間耐える強度を有する。逆に３０００ＭＰａ未満の場合、大気圧により繊維が潰れる傾向になり、芯材密度と固体熱伝導部の熱移動面積が共に大きくなり、断熱性能が著しく悪化してしまう。

（３）芯材を構成する繊維の曲げ弾性率を３０００ＭＰａ以上とすることにより、繊維積層状態あるいは真空断熱材としての使いやすい腰の強さと曲げ強さを有し、ハンドリング性の良い真空断熱材を提供できる。

（４）芯材を構成する繊維が、有機繊維材料からなるので、形状や大きさを任意に製造し易い真空断熱材を提供できる。また、有機繊維材料なので、廃棄時のリサイクル性が向上する真空断熱材を提供できる。

（５）芯材を構成する繊維として、廃家電由来のリサイクル樹脂を使用できるので、クローズドリサイクルが可能となり、またグラスウールと比較してもその製造工程に要する総エネルギー量ならびに炭酸ガス排出量が小さく、地球環境にやさしい真空断熱材が提供できる。

（６）真空断熱材を、ポリスチレンやポリカーボネート等の有機繊維且つ曲げ弾性率が３０００ＭＰａ以上の繊維からなる芯材を脱気圧縮して収納する内袋と、前記内袋を離脱可能に被覆する外被材とから構成し、前記内袋を、熱溶着可能で、且つ、大気中の水分やガス成分が透過しない合成樹脂フィルムで形成したので、前記芯材に、外部よりの水分やガス成分が付着し難い真空断熱材を提供できる。

また、芯材を内包した内袋ごと保管でき，製造工程中の仕掛品の保管ができるので、作業工程上の自由度が上がり、全体としての効率アップができる真空断熱材を提供できる。また、前記芯材に、外部よりの水分やガス成分が微量しか付着しないため、該芯材内を高真空度にするときの真空排気時間を短くできるので、製造コスト上有利な真空断熱材を提供できる。

（７）前記内袋が芯材と共に、外被材より離脱可能にしたので、製造工程上のハンドリング時に、万一発生した真空度不良等の部品不良の場合、芯材を内包した内袋ごと取り出して、再利用できるので、原材料のリサイクル率が向上する真空断熱材を提供できる。

以上のように、芯材に高分子樹脂繊維を用いることにより廃棄時に外被材や内袋、吸着剤と同時に破砕可能となり、再生可能となり、またリサイクル樹脂を用いて繊維を成形することも可能となり、環境負荷を大幅に軽減することが可能で且つ、材料費も低減可能な真空断熱材を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る真空断熱材１０の断面図である。図１における要部の拡大断面図である。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の縦断面図である。

符号の説明

１０，３２真空断熱材
１１外被材
１２内袋
２０芯材
２１繊維
３０箱体
３０ａ外箱
３０ｂ内箱
３０ｃ断熱壁
３１発泡断熱材
３４ａ冷蔵室扉
３５ａ野菜室扉
３７ａ冷凍室扉

Claims

外箱と内箱間に充填された発泡断熱材中に外被材と芯材を有する真空断熱材を配設し、該真空断熱材の芯材は曲げ弾性率が３０００ＭＰａ以上の高分子樹脂を紡糸した繊維の積層体で構成され、前記高分子樹脂を紡糸した繊維はポリスチレン繊維を８０％以上含有し、前記ポリスチレン繊維以外は該ポリスチレン繊維よりもガラス転移温度が高い高分子樹脂を紡糸した繊維積層体であり、前記ポリスチレン樹脂よりも耐熱温度の高いポリプロピレン樹脂を前記発泡断熱材と接する側に配置したことを特徴とする冷凍冷蔵庫。