JP5424929B2 - 真空断熱材、及びこの真空断熱材を備えた断熱箱体 - Google Patents

Description

本発明は、真空断熱材及びこの真空断熱材を備えた断熱箱体に係り、特に、冷熱機器へ使用して好適な真空断熱材、及びこの真空断熱材を備えた断熱箱体に関する。

近年、地球温暖化防止の観点から、家電製品の電力消費量の削減が求められている。特に一般家庭における冷蔵庫が占める電力消費量の割合は大きく、その削減は必要不可欠である。冷蔵庫の電力消費量削減のためには、圧縮機の高効率化と、断熱材の高性能化が重要になっている。

従来、断熱材としてポリウレタンフォーム（以下、ＰＵＦと称す）が用いられていたが、近年、ＰＵＦよりも断熱性能に優れた真空断熱材がＰＵＦと併用して使用されるようになっている。かかる真空断熱材は冷蔵庫に用いられるほか、保温庫、車両空調機、給湯器などの冷熱機器にも用いられている。

真空断熱材は、ガスバリア性（空気遮断性）のアルミ箔ラミネートフィルムなどからなる外包材の中に、粉末、発泡体、繊維体などが芯材として挿入され、内部が数Ｐａの真空度に保持されている。

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、ガラスなどの繊維体があるが、現在では断熱性能が最も優れた繊維体が主流になっている。

従来の一般的な冷蔵庫箱体は、真空断熱材を例えばホットメルトなどを用いて外箱を構成する鋼板に貼り付け、鋼板を折り曲げ加工したのち内箱と組み合わせ、これらの間にウレタンフォームを発泡注入して製造されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−１６０２９８号公報（第１頁−第２頁、第３図）

特許文献１の真空断熱材は、冷蔵庫箱体の各平面ごとに１枚ずつ別々の真空断熱材を配設している。冷蔵庫の断熱性能を向上させるためには、真空断熱材の配設面積を増加させることが好ましいが、冷蔵庫箱体のコーナー部まで真空断熱材を配設すると、冷蔵庫箱体内にウレタンフォームを注入する際に流路確保が困難となり、箱体強度を確保することができなくなるという問題があった。

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あって、断熱箱体において、繊維体を芯材として用いた真空断熱材の配設面積を増加して断熱性能に優れた真空断熱材、及びこの真空断熱材を備えた断熱箱体を提供することを目的とする。

本発明に係る真空断熱材は、ガスバリア性の外包材に芯材を封入して内部を減圧状態にした真空断熱材であって、芯材は、シート状の繊維集合体が内周から外周に向かって連続して巻き付けられて積層構造とされ、断熱箱体の外殻の一部が芯材を封入した外包材の一部を兼ね、芯材は、シート状の繊維集合体を複数並列して、合わせ目部分を有するシート状の複数繊維集合体によって形成し、シート状の複数繊維集合体の合わせ目部分は、外包材の一部を兼ねる断熱箱体の外殻の折り曲げ部と重なるように配設したものである。

また、本発明に係る断熱箱体は、外箱と、外箱の内部に配置された内箱とを備えた断熱箱体であって、断熱箱体の外箱の一部が上記の真空断熱材の外包材の一部を兼ねるようにしたものである。

断熱箱体の外郭の一部が芯材を封入した外包材の一部を兼ねるようにして、断熱箱体のコーナー部にも真空断熱材を配設するようにしたので、取り扱い性、断熱性、生産性に優れた真空断熱材、及びこの真空断熱材を備えた断熱箱体を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る断熱箱体の要部の縦断面図である。 本発明に係る真空断熱材の芯材構造の一部を断面で示した斜視図である。 図２の芯材の製造方法を示す説明図である。 図２の芯材の合わせ目間のラップ面積が小さい場合と大きい場合の真空断熱材の斜視図である。 本発明に係る真空断熱材と一体となった外箱の展開図である。 鋼板とラミネートフィルムとで構成される真空断熱材の外包材に芯材を挿入する際の模式図である。

本発明の一実施の形態を示す図１において、断熱箱体（例えば冷蔵庫の箱体）の外箱１は鋼板により構成されており（以下、鋼板１ａともいう）、その内壁は熱可塑性樹脂１ｂをラミネート加工などによってコーティングしてある。そして、コーティングされた熱可塑性樹脂１ｂの上（鋼板１ａの内側）には、アルミ箔や金属蒸着、無機蒸着などによりガスバリア性を有するプラスチックラミネートフィルム２（以下、ラミネートフィルムという）が設けられ、鋼板１ａとラミネートフィルム２の間には、ガスや水分を吸着する吸着剤５とともに、芯材３が封入されて所定の真空度に減圧されており、鋼板１ａと一体となった真空断熱材４を構成している。すなわち、断熱箱体の外殻の一部が真空断熱材４の外包材の一部を兼ねるようにしたものである。そして、芯材３の合わせ目部分（後述）を鋼板１ａの折り曲げ部分に合わせて配設し、断熱箱体のコーナー部にも真空断熱材４を配設できるようにしてある。
鋼板１ａ（外箱１）と一体となった真空断熱材４の内側には所定の間隔を隔てて内箱６が配設されており、これらの空隙部には硬質ウレタンフォーム７が発泡注入されている。

鋼板１ａの内壁に設けた熱可塑性樹脂１ｂはポリエチレンからなり、ラミネートフィルム２は、ナイロン、アルミ蒸着ＰＥＴ、アルミ箔、ポリエチレンによって構成されている。また、吸着剤５はＣａＯからなり、シール層を通過して侵入する水分、および芯材３を構成する有機繊維集合体の飽和吸水量を吸収することができる量としてある。

芯材３は、図２に示すように、シート状（帯状）の有機繊維集合体、例えば第１の複数繊維集合体１００（例えば４個の個別繊維集合体１０ａ〜１０ｄからなる複数繊維集合体）、第２の複数繊維集合体１１０（例えば４個の繊維集合体１１ａ〜１１ｄからなる複数繊維集合体）を内周から外周に向かって連続して巻き付けて積層した樹脂の長繊維不織布であり、例えば熱エンボス加工が施されたポリエステルの長繊維不織布である。

以下に、芯材３の構成について、製造方法も含め、さらに詳述する。
図３に示すように、まず、所望の真空断熱材４の幅寸法よりも小さい寸法Ａの長繊維不織布のロール１０（図３（ａ））を、例えば４個並列させ、第１の長繊維不織布ロール集合体１００ａを得る（図３（ｂ））。同様にして、第２の長繊維不織布のロールを、例えば４個並列させ、第２の長繊維不織布ロール集合体１１０ａを得る（図３（ｃ））。そして、それぞれの第１、第２の合わせ目部分１２、１３が重ならないように、幅方向イにずらして配置し、折り曲げ巻枠２００に巻き取って積層する（図３（ｄ））。
こうして、第１の複数繊維集合体１００（１０ａ〜１０ｄ）、及び第２の複数繊維集合体１１０（１１ａ〜１１ｄ）が、内周から外周に向かって連続して巻き付けられて積層される（図２）。

なお、各長繊維不織布のロール１０の幅は同一でなくてもよい。また、長繊維不織布ロール集合体を２組（第１、第２の長繊維不織布ロール集合体１００ａ、１１０ａ）でなく３組以上使用すれば、所望の真空断熱材４の厚さを得るための巻き回数を削減することができ、生産性を向上することができる。さらに、所望の幅寸法の長繊維不織布のロール１０を加えると、積層後、巻き枠２００を取り外して得られた芯材３の取り扱い性をさらに向上することができる。

こうして、内周から外周に向かって連続して巻き付けられて積層され、巻き枠２００を取り外して得られた芯材３は、図２に示すように、第１の複数繊維集合体１００（１０ａ〜１０ｄ）の第１の合わせ目部分１２と、第２の複数繊維集合体１１０（１１ａ〜１１ｄ）の第２の合わせ目部分１３とは、それぞれにおいて、上下の同じ位置にある。しかしながら、第１の合わせ目部分１２と第２の合わせ目部分１３とは重ならないようにずらしており、このため第１、第２の複数繊維集合体１００、１１０が交互に重なるので、第１、第２の合わせ目部分１２、１３は交互にずれた構造となっている。

折り曲げ加工を要する部分では、第１、第２の合わせ目部分１２、１３のずれ量（間隔）を、１０ｍｍ以下に狭く設定すると、上下の層の合わせ目間のラップ面積が小さくなり（図４（ａ）参照）、この間の幅方向イに作用する摩擦力が小さくなる。このため、図５に示すように、１０ｍｍ以下に近接した２本の溝の部分（折り曲げ部分１４）で、真空断熱材４を容易に折り曲げることができ、折り曲げ部分１４の包装材には無理な負荷がかからないため破損しにくい。しかしながら、第１、第２の複数繊維集合体１００、１１０の第１、第２の合わせ目部分１２、１３は、重なってしまうと、この合わせ目部分１２、１３で芯材３が分離してしまい、取り扱い性が悪くなってしまうので、加工バラツキ等を考慮し、第１、第２の合わせ目部分１２、１３のずれ量（間隔）は５ｍｍ以上であることが望ましい。

一方、折り曲げを要しない部分では、第１、第２の合わせ目部分１２、１３のずれ量（間隔）を２０ｍｍ以上に広く設定すると、上下の層の合わせ目間のラップ面積が大きくなり（図４（ｂ）参照）、この間の幅方向イに作用する摩擦力が大きくなる。このため、真空包装時の取り扱いや減圧パック時のずれなどが小さくなるので、真空断熱材４の表面に現れる合わせ目は僅かとなり、強度的に、合わせ目のないシート状のものを積層して作成した真空断熱材と比較して、同等の真空断熱材４を得ることができる。

上記のように構成した芯材３は、図６に示すように、折り曲げ加工する前の、平板状の鋼板１ａ上に、ラミネートフィルム２の３辺２ａをあらかじめヒートシールしておき、ヒートシールした中に、水分吸着剤として通気性の袋に入ったＣａＯ（吸着剤５）とともに入れる。そして、シートヒール内の全体を真空チャンバー中で真空引きして、所望の真空度に到達後、開口部２ｂをヒートシールして、鋼板１ａを外殻の一部とした真空断熱材４を得る。この際、芯材３のずれ量を５ｍｍ〜１０ｍｍとした合わせ目部分（折り曲げ部分１４）が、鋼板１ａの折り曲げ加工位置１ｃにくるように、ロール幅および合わせ目部分のずらし量を調整しておくようにする。

上記のようにして得られた真空断熱材４は、ラミネートフィルム２の表面に、第１、第２の複数繊維集合体１００、１１０同士の合わせ目部分１２、１３が若干線状に現れるが、表面平滑性は、所望する真空断熱材の寸法にあわせた有機繊維集合体を積層して得られる真空断熱材と比べて大差ないものであった。
また、この真空断熱材４の断熱性能を熱伝導率で評価した。熱伝導率は、英弘精機社製熱伝導率測定機で測定を行った。従来の所望する真空断熱材の幅寸法にあわせた有機繊維集合体を積層して得られる真空断熱材の熱伝導率２．２６ｍＷ／ｍ・Ｋと比較して、２．２８ｍＷ／ｍ・Ｋとほぼ同等の値が得られた。

次に、鋼板１ａは、断熱箱体の外箱１として必要な箇所に折り曲げ加工を施すが、前述の通り、鋼板１ａと一体となった真空断熱材４は、芯材３の折り曲げ加工に適したずれ量の合わせ目部分１２、１３（折り曲げ部分１４）が鋼板１ａの折り曲げ加工位置１ｃに合わせてあるので、容易に折り曲げ加工することができる。
このようにして得られた真空断熱材４と一体となった外箱１を内箱６と組み合わせ、これらの間にウレタンフォーム７を注入発泡して断熱箱体を形成する。

従来の断熱箱体は、本発明のように断熱箱体の外殻の一部が芯材を封入した外包材の一部を兼ねるのではなく、各面ごとに真空断熱材を配設していたので、断熱箱体のコーナー部まで真空断熱材を大きくすると、ウレタンフォームの流路が狭くなって、未充填部分が生じるなど、箱体強度が低下するおそれがあったが、本発明に係る断熱箱体のコーナー部は、真空断熱材４が分離せずに連続して存在するので、ウレタンフォームの未充填がなくなり、箱体強度を低下させることがない。こうして、従来は真空断熱材の配設が困難であった断熱箱体のコーナー部にも真空断熱材４を配設することができ、断熱箱体への真空断熱材４の配設面積を増加させて、断熱箱体の断熱性能を向上させることができる。
また、鋼板１ａ（外箱１）の曲げ加工と同時に芯材３を容易に折り曲げ加工することができ、さらに、長繊維不織布のロールを無駄なく使用することができるので、生産性を向上することができる。

１ 外箱、１ａ 鋼板（ガスバリア性の外包材）、１ｂ 外箱の内壁、１ｃ 鋼板の折り曲げ加工位置（折り曲げ部）、２ ラミネートフィルム（ガスバリア性の外包材）、３ 芯材、４ 真空断熱材、６ 内箱、７ ウレタンフォーム、１０ａ〜１０ｄ、１１ａ〜１１ｄ 個別繊維集合体（シート状の繊維集合体）、１２、１３ 第１、第２の合わせ目部分、１００、１１０ 第１、第２の複数繊維集合体（シート状の繊維集合体）。

Claims (7)

1. ガスバリア性の外包材に芯材を封入して内部を減圧状態にした真空断熱材であって、
   前記芯材は、シート状の繊維集合体が内周から外周に向かって連続して巻き付けられて積層構造とされ、
   断熱箱体の外殻の一部が前記芯材を封入した外包材の一部を兼ね、
   前記芯材は、
   シート状の繊維集合体を複数並列して、合わせ目部分を有するシート状の複数繊維集合体によって形成し、
   前記シート状の複数繊維集合体の合わせ目部分は、前記外包材の一部を兼ねる断熱箱体の外殻の折り曲げ部と重なるように配設した
   ことを特徴とする真空断熱材。
2. 前記芯材は、複数枚のシート状の繊維集合体が内周から外周に向かって連続して巻き付けられて積層構造とされたものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
3. 前記シート状の複数繊維集合体の合わせ目部分が、
   上下のシート状の複数繊維集合体の合わせ目部分と重ならないようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
4. 前記シート状の複数繊維集合体の合わせ目部分のずれ量が、１０ｍｍ〜５ｍｍである
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空断熱材。
5. 前記断熱箱体の外殻の内壁に熱可塑性樹脂をラミネート加工してガスバリア性の外包材を形成し、該ガスバリア性の外包材に前記芯材を封入した
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空断熱材。
6. 外箱と、該外箱の内部に配置された内箱とを備えた断熱箱体であって、
   前記断熱箱体の外箱の一部が請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空断熱材の外包材の一部を兼ねる
   ことを特徴とする断熱箱体。
7. 前記外箱と内箱との間にウレタンフォームが充填されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の断熱箱体。

Images