JP5372029B2 - 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
(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。
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、を備え、
外包材の前記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し、
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
(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。
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
(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。
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。
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。
Claims (20)
- 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、前記有機繊維集合体の長さ方向あるいは幅方向に連続し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したことを特徴とする真空断熱材。 - 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したものであり、
前記有機繊維集合体の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大きさの貫通穴又は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1に記載の真空断熱材。 - 前記芯材は、貫通穴又は切り欠きである芯材開口部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の真空断熱材。
- 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したものであり、前記有機繊維集合体の加熱溶着部の面積が前記有機繊維集合体の面積の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4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を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が小さくなるようにしたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか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のいず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9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、
前記外箱と前記内箱との隙間、あるいは前記外箱と前記内箱との隙間の外箱表面、あるいは前記外箱と前記内箱との隙間の内箱表面に請求項1乃至10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11に記載の断熱箱。
- 発泡樹脂を外箱と内箱との間に充填する冷蔵庫において、
前記外箱あるいは前記内箱に設けられた、前記発泡樹脂を充填するためのガス抜き孔と、
請求項1乃至10のいずれかに記載の真空断熱材と、を備え、
前記真空断熱材に開口部を設けて前記開口部が前記ガス抜き孔と略同等位置に配置されるようにしたことを特徴とする冷蔵庫。 - 貯蔵室の背面側に設けられ、冷却器が設けられた冷却器室と、
前記冷却器から落下する除霜水を受けて除霜水を外部に排出する排水口と、
前記排水口が設けられた断熱壁に設けられた請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の真空断熱材と、を備え、
前記真空断熱材に開口部を設けて前記開口部が前記排水口の位置と略一致するように前記真空断熱材を配置したことを特徴とする冷蔵庫。 - 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10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。
- 前記真空断熱材に開口部を設けて前記開口部を前記圧縮機と前記冷却器とを接続する配管が通過するようにしたことを特徴とする請求項15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に仕切る仕切り壁と、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10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。
- 略直方体状又は略円筒形状をした筐体と、前記筐体内に収納されて水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10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。
- 略円筒形の容器を備え、請求項1乃至10のいずれかに記載の真空断熱材を前記容器の周りに配設したことを特徴とする機器。
- 機器本体に機器の全体図又は部分表示図を表示し、前記全体図又は前記部分表示図に請求項1乃至10のいずれかに記載の真空断熱材の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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