JP5492685B2

JP5492685B2 - 真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫

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Publication number: JP5492685B2
Application number: JP2010153542A
Authority: JP
Inventors: 祐志新井; 邦成荒木; 恒越後屋; 崇井関; 康人寺内; 裕之山崎
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-07-06
Also published as: CN102971571A; JP2012017752A; KR101495127B1; WO2012004901A1; CN102971571B; KR20130018919A

Description

本発明は真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００８−６４３２３号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、外箱と内箱間に発泡断熱材を充填した断熱箱体と、外箱の内面側に配される放熱パイプと、芯材を外被材で覆って内部が減圧されるとともに放熱パイプが嵌められる溝部を設けた真空断熱パネルとを備えた冷蔵庫において、真空断熱パネルは、溝部を形成した面の裏面に溝部に対向して形成されるとともに溝部よりも長手方向に垂直な幅が広い凸部を有する構成が記載されている。

特開２００８−６４３２３号公報

しかしながら、特許文献１では、真空断熱材を形成した後に、金型によりプレス加工を行うことで真空断熱材に溝部を形成している。すると、真空断熱材の性能において加工部における芯材の無機繊維が切断等される。これにより、断熱性能が悪化する。また、外被材がプレス加工により延伸され破れやガスバリヤ性の低下が生じることで、断熱性能が悪化するという問題があった。

そこで本発明は、芯材や外被材への負荷を低減することで、長期に亘って断熱性能を確保できる真空断熱材及びこれを備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、芯材と、該芯材を収納して内部を減圧する外被材とを備えた真空断熱材において、前記芯材は第一の材料に切り欠き部を設け、該第一の材料よりも密度が低く厚み方向の変形率が大きい第二の材料を前記第一の材料の上に重ねて、前記第二の材料は凹部を形成するように前記切り欠き部側に湾曲したことを特徴とする。

芯材や外被材への負荷を低減することで、長期に亘って断熱性能を確保できる真空断熱材及びこれを備えた冷蔵庫を提供することができる。

本発明の実施例に係る冷蔵庫の正面図。図１のＡ−Ａ断面図。本発明に用いた真空断熱材の概略断面図。本発明の実施例１を示す真空断熱材の芯材構成説明図。本発明の実施例２を示す真空断熱材の芯材構成説明図。本発明の実施例３を示す真空断熱材外箱設置説明図。本発明の各実施例に係る芯材材料の評価結果を示す図表。

以下、本発明の実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。図１は本実施形態を示す冷蔵庫の正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図を示している。

本実施形態の冷蔵庫１は、図２に示すように、上部に冷蔵室２、下部に野菜室５を有している。また、冷蔵室２と野菜室５との間には、下段冷凍室４を備えている。下段冷凍室４と冷蔵室２の間には、左右に並べて製氷室３ａと上段冷凍室３ｂを備えている。

上記各貯蔵室には、図１に示すように、前面開口を開閉する扉がそれぞれ設けられている。冷蔵室２には、ヒンジ１０等を中心に回動する回転式の冷蔵室扉６ａ，６ｂが設けられている。

製氷室３ａ，上段冷凍室３ｂ，下段冷凍室４及び野菜室５には、それぞれ引き出し式の製氷室扉７ａ，上段冷凍室扉７ｂ，下段冷凍室扉８，野菜室扉９を配置する。これらの引き出し式の扉を引き出すと、各貯蔵室に収納した貯蔵容器が共に引き出される。

各扉には、冷蔵庫１本体に気密的に密着するためのシール部材１１を備え、各扉の貯蔵室側の開口外周縁に取り付けられている。また、冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間を断熱区画するために、断熱仕切り１２を配置している。この断熱仕切り１２は、厚さ３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム，発泡断熱材（硬質ウレタンフォーム），真空断熱材等、それぞれを単独使用又は複数の断熱材を組み合わせて設けられている。また、同様に、下段冷凍室４と野菜室５の間には、区画断熱するための断熱仕切り１４を設けている。

製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の間は、温度帯が同じであるため区画断熱する仕切りではなく、シール部材１１受面を形成した仕切り部材１３を設けている。

基本的に冷蔵，冷凍等の貯蔵温度帯の異なる部屋の仕切りには断熱仕切りを設置している。なお、箱体２０内には上から冷蔵室２，製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ，下段冷凍室４，野菜室５の貯蔵室をそれぞれ区画形成しているが、各貯蔵室の配置については特にこれに限定するものではない。また、冷蔵室扉６ａ，６ｂ，製氷室扉７ａ，上段冷凍室扉７ｂ，下段冷凍室扉８，野菜室扉９に関しても、回転による開閉，引き出しによる開閉及び扉の分割数等、特に限定するものではない。

箱体２０は、外箱２１と内箱２２とを備え、外箱２１と内箱２２とによって形成される空間に断熱部を設けて箱体２０内の各貯蔵室と外部とを断熱している。この外箱２１と内箱２２との空間に真空断熱材を配置し、真空断熱材以外の空間には硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填してある。真空断熱材５０については後述する。

また、冷蔵庫１の各貯蔵室を所定の温度に冷却するために、製氷室３ａ，上段冷凍室３ｂ，下段冷凍室４（冷凍温度帯室）の背側には、冷却器２８が備えられている。この冷却器２８は、圧縮機３０と凝縮機３１，キャピラリーチューブ（図示せず）とを接続し、冷凍サイクルを構成している。冷却器２８の上方には、この冷却器２８にて冷却された冷気を冷蔵庫１内に循環して所定の低温度を保持する送風機２７が配設されている。

また、冷蔵庫１の冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ、冷凍室４と野菜室５を区画する断熱仕切り１２，１４は、発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０ｃを備えている。断熱仕切り１２，１４については、硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材を充填しても良く、特に発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０ｃに限定するものではない。

また、箱体２０の天面後方部には、冷蔵庫１の運転を制御するための基板や電源基板等の電気部品４１を収納するための凹部４０が形成されている。また、電気部品４１を覆うカバー４２が設けられている。カバー４２の高さは、外観意匠性と内容積確保を考慮して、外箱２１の天面２１ａとほぼ同じ高さになるように配置している。特に限定するものではないが、カバー４２の高さが外箱２１の天面２１ａよりも突き出る場合は、１０mm以内の範囲に収めることが望ましい。

凹部４０は発泡断熱材２３側に電気部品４１を収納する空間だけ窪んだ状態で配置されるため、断熱厚さを確保するため必然的に内容積が犠牲になってしまう。内容積をより大きくとると、凹部４０と内箱２２間の発泡断熱材２３の厚さが薄くなってしまう。このため、凹部４０の発泡断熱材２３中に真空断熱材５０ａを配置して、断熱性能を確保しつつ強化している。本実施例では、真空断熱材５０ａを電気部品４１の下部に跨るように略Ｚ形状に成形した１枚の真空断熱材５０ａとしている。尚、カバー４２は耐熱性を考慮して鋼板製とする。

また、箱体２０の背面下部に配置された圧縮機３０や凝縮機３１は、発熱の大きい部品である。そのため、庫内への熱侵入を防止するため、内箱２２側への投影面に真空断熱材５０ｄを配置している。また、側面２１ｅや背面２１ｂにも、真空断熱材５０ｂ等を配置することで、箱体２０の断熱性を高めている。

次に、本実施形態の真空断熱材５０について、図３を用いてその構成を説明する。真空断熱材５０は、芯材５１と該芯材５１を圧縮状態に保持するための内包材５２、前記内包材５２で圧縮状態に保持した芯材５１を被覆するガスバリヤ層を有する外被材５３、及び吸着剤（図示せず）とを有する。

外被材５３は、真空断熱材５０の外側に配置され、同じ大きさのラミネートフィルムの稜線から一定の幅の部分を熱溶着により貼り合わせた袋状で構成されている。なお、本実施例において、芯材５１についてはバインダー等で接着や結着していない柔軟性を有する無機繊維の積層体としており、平均繊維径４μｍのグラスウールを用いる。芯材５１については、無機系繊維材料の積層体を使用することにより、アウトガスが少なくなるため、断熱性能的に有利であるが、特にこれに限定するものではなく、例えばセラミック繊維やロックウール，グラスウール以外のガラス繊維等の無機繊維等でもよい。芯材５１の種類によっては内包材５２が不要の場合もある。

また、芯材５１については、無機系繊維材料の他に、有機系樹脂繊維材料を用いることができる。有機系樹脂繊維の場合、耐熱温度等を満足していれば特に使用に際して制約されるものではない。具体的には、ポリスチレンやポリエチレンテレフタレート，ポリプロピレン等をメルトブローン法やスパンボンド法等で１〜３０μｍ程度の繊維径になるように繊維化するのが一般的であるが、繊維化できる有機系樹脂や繊維化方法であれば特に問うものではない。

外被材５３のラミネート構成については、ガスバリヤ性を有し、熱溶着可能であれば特に限定するものではないが、本実施形態においては、表面保護層，複層のガスバリヤ層，熱溶着層の３層構成からなるラミネートフィルムとしている。表面保護層は、保護材の役割を持つ樹脂フィルムとしている。

ガスバリヤ層は、樹脂フィルムに金属蒸着層を設けた層と、酸素バリヤ性の高い樹脂フィルムに金属蒸着層を設けた層とを有し、互いの金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせている。

熱溶着層は、表面層と同様に吸湿性の低いフィルムを用いている。

具体的には、表面保護層として、二軸延伸タイプのポリプロピレン，ポリアミド，ポリエチレンテレフタレート等の各フィルムを用いる。

ガスバリヤ層として、アルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムと、アルミニウム蒸着付きの二軸延伸エチレンビニルアルコール共重合体樹脂フィルム又はアルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリビニルアルコール樹脂フィルム、或いはアルミ箔を用いる。

熱溶着層として、未延伸タイプのポリエチレン，ポリプロピレン等の各フィルムとする。

この３層構成のラミネートフィルムの層構成や材料については、特にこれらに限定するものではない。例えばガスバリヤ層として、金属箔、或いは樹脂系のフィルムに無機層状化合物，ポリアクリル酸等の樹脂系ガスバリヤコート材，ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等によるガスバリヤ膜を設けたものや、熱溶着層に酸素バリヤ性の高いポリブチレンテレフタレートフィルム等を用いても良い。

表面保護層は、ガスバリヤ層の保護材であるが、真空断熱材５０の製造工程における真空排気効率を良くするためにも、好ましくは吸湿性の低い樹脂を配置するのが良い。

また、ガスバリヤ層に使用する金属箔以外の樹脂系フィルムは、吸湿することによってガスバリヤ性が著しく悪化してしまうため、熱溶着層についても吸湿性の低い樹脂を配置する。これにより、ガスバリヤ性の悪化を抑制すると共に、ラミネートフィルム全体の吸湿量を抑制するものである。また、真空断熱材５０の真空排気工程においても、外被材５３が持ち込む水分量を小さくできるため、真空排気効率が大幅に向上し、断熱性能の高性能化につながっている。

なお、各フィルムのラミネート（貼り合せ）は、二液硬化型ウレタン接着剤を介してドライラミネート法によって貼り合わせるのが一般的であるが、接着剤の種類や貼り合わせ方法には特にこれに限定するものではなく、ウェットラミネート法，サーマルラミネート法等の他の方法によるものでもよい。

また、内包材５２については、熱溶着可能なポリエチレンフィルム、吸着剤は物理吸着タイプの合成ゼオライトを用いている。

しかし、いずれもこれらの材料に限定するものではなく、内包材５２についてはポリプロピレンフィルム，ポリエチレンテレフタレートフィルム，ポリブチレンテレフタレートフィルム等、吸湿性が低く熱溶着でき、アウトガスが少ないものであれば良く、吸着剤については水分やガスを吸着するもので、物理吸着，化学反応型吸着のどちらでも良い。

（実施例１）
次に、本発明の実施例１について図４を参照しながら説明する。

図４は、実施例１を示す真空断熱材の芯材構成説明図である。真空断熱材５０の芯材は、第一の材料５１ｂに切り欠き部５１ｃを設けている。また、第一の材料５１ｂよりも密度が低く厚み方向の変形率が大きい第二の材料５１ａを、第一の材料５１ｂの上に重ねて、第二の材料５１ａは凹部５４を形成するように切り欠き部５１ｃ側に湾曲した構成である。

第二の材料５１ａは、厚み方向に変形が大きい低密度材料として、無機繊維のグラスウール繊維集合体とする。

第一の材料５１ｂは、厚み方向に変形が小さい高密度材料として、有機繊維のポリスチレン繊維集合体を用いたものである。

第一の材料５１ｂと第二の材料５１ａとを合わせて、内包材５２及び外被材５３で真空包装することで、内部は負圧となり、芯材５１が外部から均等に圧力を受ける。このとき、第一の材料５１ｂは切り欠き部５１ｃを備えており、第一の材料５１ｂよりも密度が低い第二の材料５１ａが押されて、切り欠き部５１ｃに入り込む形状となる。なお、第一の材料５１ｂを第二の材料５１ａよりも小さい形状とすることで、第二の材料５１ａの一端側又は両端側が湾曲して、凹部を構成することもできる。

また、切り欠き部の最大深さを第一の材料５１ｂの圧縮変形後の厚さとほぼ同一とする。この場合、第二の材料５１ａの凹部５４を形成するように湾曲した部分は、第一の材料５１ｂの一側面とほぼ同一面となり、凹部５４の反対側に必要以上に突出することを抑制することができる。

次に、本実施例における第一の材料５１ｂ及び第二の材料５１ａ、すなわち、高密度材料と低密度材料の検討結果を図７に示す。

図７において、Ｎo.１は、高密度材料を密度１０５０kg／ｍ³のＡＢＳ樹脂板、低密度材料を密度１１.５kg／ｍ³のグラスウール繊維集合体とした。

Ｎo.２は、高密度材料を密度８８kg／ｍ³のポリスチレン繊維集合体、低密度材料を密度１１.５kg／ｍ³のグラスウール繊維集合体とした。

Ｎo.３は、高密度材料を密度４４kg／ｍ³のポリスチレン繊維集合体、低密度材料を密度１１.５kg／ｍ³のグラスウール繊維集合体とした。

Ｎo.４は、高密度材料を密度２５kg／ｍ³の連通した発泡ウレタン、低密度材料を密度１１.５kg／ｍ³のグラスウール繊維集合体とした。

Ｎo.５は、高密度材料を密度４４kg／ｍ³のポリスチレン繊維集合体、低密度材料を密度２３kg／ｍ³のプレス圧縮したグラスウール繊維集合体とした。

Ｎo.６は、高密度材料を密度１６kg／ｍ³のポリスチレン繊維集合体、低密度材料を密度１１.５kg／ｍ³のグラスウール繊維集合体とした。

Ｎo.７は、高密度材料及び低密度材料を密度１１.５kg／ｍ³のグラスウール繊維集合体とした。

これらの検討の結果、Ｎo.１のように、高密度材料に対して低密度材料の密度比が１％となっても、凹部形状を形成することができる。しかし、高密度材料の密度が高い場合は、真空断熱材としたときの熱の伝わりが高く、熱伝導率は悪化してしまう。

一方、Ｎo.７のように、高密度材料に対して低密度材料の密度比が１００％になると、凹部形状が安定して形成できない。

これにより、高密度材料に対し低密度材料の密度比が１３〜７２％の場合（Ｎo.２〜Ｎo.６）、凹部形状の成形性が良く、熱伝導率の良好な値が得られる。また、好ましくは高密度材料に対し低密度材料の密度比が２６〜５２％（Ｎo.３〜Ｎo.５）とすることで、より成形性，熱伝導率の良好な真空断熱材を得ることができる。

なお、本実施例の高密度材料として、ポリスチレン繊維集合体を用いたが、ポリエチレンテレフタレート，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリカーボネート，ポリアミド，ポリビニルアルコール繊維集合体や、発泡ウレタン，ポリスチレン等を用いることも可能である。

また、低密度材料として、繊維集合体と同じ種類の繊維集合体でも、バインダーやグラスウールシート等の密度が異なる材料を用いることで凹形状を形成することが可能である。

（実施例２）
次に、図５を参照して実施例２について説明する。図５は、第一の材料５１ｂ（ポリスチレン繊維集合体）の一部の層を、第二の材料５１ａ（グラスウール繊維集合体）の大きさよりも小さくしたものである。すなわち、第二の材料５１ａと重なる第一の材料５１ｂの層に、所定間隔の隙間を設けた構成である。または、第二の材料５１ａと重なる第一の材料５１ｂの層に、第一の材料５１ｂの圧縮変形後の厚さとほぼ同一の切り欠き部を設けた構成とする。

第二の材料５１ａの凹部５４の大きさは、第一の材料５１ｂの厚さにより決まるため、第一の材料５１ｂの層の厚さを少なくすることで、容易に凹部５４の大きさを変えることができる。これにより、第二の材料５１ａの層において、プレス加工等ではスプリングバックにより成形が困難である小さい凹部５４も成形することができる。

（実施例３）
次に、図６を参照して実施例３について説明する。図６は、冷蔵庫の外箱２１と内箱２２との間に、真空断熱材５０を設置した時の断面図である。外箱２１と内箱２２との間には、真空断熱材５０を備えている。さらに、冷媒を放熱する放熱パイプ６０が、鋼板製の外箱２１に接するように、外箱２１と真空断熱材５０との間に配置している。これにより、放熱パイプ６０からの熱が鋼板製の外箱２１を伝わって外部に放熱されるので、庫内に熱影響が及ばないように抑制できる。

また、放熱パイプ６０は、凹部５４に設置する。

これにより、平面状の外箱２１に放熱パイプ６０を配置して、この放熱パイプ６０を覆うように真空断熱材５０を設置できる。また、外箱２１に溝加工等を施さずに、放熱パイプ６０の上から真空断熱材５０を設置することができる。したがって、真空断熱材５０を外箱２１に沿った大きな外径寸法で配置することができるので、真空断熱材５０によるカバー率が大きくなり、熱漏えいの少ない断熱性能の向上した冷蔵庫１が提供できる。

以上より、本発明の実施形態によれば、芯材は第一の材料に切り欠き部を設け、この第一の材料よりも密度が低く厚み方向の変形率が大きい第二の材料を第一の材料の上に重ねて、第二の材料は凹部を形成するように切り欠き部側に湾曲したことを特徴とする。すなわち、真空包装したときに外気からの圧力により、厚み方向に変形が大きい第二の材料が第一の材料の切り欠き部に沿った形状となり、凹部を設けることができる。

これにより、真空断熱材とした後にプレス加工を行う必要がない。よって、芯材の無機繊維が切断されることや、外被材がプレス加工により延伸されて破れやガスバリヤ性が低下する等の断熱性能の低下要因を防ぐことができる。また、冷蔵庫の外箱に設置する放熱パイプ部にも断熱性能を長期維持した真空断熱材を用いることで、冷蔵庫の省エネルギー性を向上できる。

１冷蔵庫
２０箱体
２１外箱
２２内箱
２３発泡断熱材
４０，５４凹部
５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ真空断熱材
５１芯材
５１ａ第二の材料（グラスウール繊維集合体）
５１ｂ第一の材料（ポリスチレン繊維集合体）
５１ｃ切り欠き部
５２内包材
５３外被材
６０放熱パイプ
６１アルミテープ
６２発泡ウレタン

Claims

芯材と、該芯材を収納して内部を減圧する外被材とを備えた真空断熱材において、
前記芯材は第一の材料に切り欠き部を設け、該第一の材料よりも密度が低く厚み方向の変形率が大きい第二の材料を前記第一の材料の上に重ねて、前記第二の材料は凹部を形成するように前記切り欠き部側に湾曲したことを特徴とする真空断熱材。
前記第一の材料として樹脂繊維集合体又は発泡ウレタンを用いることを特徴とする、請求項１記載の真空断熱材。
前記第一の材料に対する前記第二の材料の密度比は１３〜７２％であ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。
前記切り欠き部の最大深さは、前記第一の材料の圧縮変形後の厚さとほぼ同一とな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。
外箱と内箱との間に真空断熱材を備え、
冷媒を放熱する放熱パイプを外箱と真空断熱材との間に配置した冷蔵庫において、
前記真空断熱材は、芯材と、該芯材を収納して内部を減圧する外被材とを備え、
前記芯材は第一の材料に切り欠き部を設け、該第一の材料よりも密度が低く厚み方向の変形率が大きい第二の材料を前記第一の材料の上に重ねて、前記第二の材料は凹部を形成するように前記切り欠き部側に湾曲して、
前記凹部に前記放熱パイプが位置することを特徴とする冷蔵庫。