JP6609420B2 - 真空断熱材及びそれを用いた機器 - Google Patents

Description

本発明は真空断熱材及び真空断熱材を適用した機器に関する。

関連する技術として、特許文献１が知られている。特許文献１は、真空断熱材の芯材にシート状の繊維を複数枚積層したものを用いている（請求項１）。

特開２００５−２６５０３８号公報

特許文献１の真空断熱材は、シート状の繊維を積層して芯材を構成しているため、製造時の芯材を外被材に挿入時や真空包装時に、積層がずれてしまうおそれがある。また、シート状の繊維を積層した芯材を用いる真空断熱材は、芯材の圧縮比が大きく、作成された真空断熱材の外周部分が固く鋭利になるおそれがある。この外周部分に他の真空断熱材などが接触すると、他の真空断熱材の外被材などを破損するおそれがある。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、互いに対向する２つの辺を上面視における外周としてそれぞれ有する第一の層及び第二の層を上面視方向に積層した芯材を備える真空断熱材であって、
上面視における前記第一の層及び前記第二の層は、互いに略相似形で、前記第一の層の方が大きく、
前記芯材を圧縮したとき、前記第一の層の前記２つの辺は、前記第二の層の上面視における前記２つの辺を挟んで対向することを特徴とする。

第一実施形態における冷蔵庫の正面図 第一実施形態の冷蔵庫の縦断面図(図１のＡ−Ａ断面図) 第一実施形態の真空断熱材の概略断面図 第一実施形態の芯材の概略断面図 第二実施形態の真空断熱材の概略断面図 第二実施形態の芯材の概略断面図

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

＜＜第一実施形態＞＞
＜冷蔵庫１＞
図１は真空断熱材を適用する機器の一例である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。

冷蔵庫１は、図２に示すように、上から冷蔵室２、貯氷室３、冷凍室４、野菜室５を有している。各室の前面開口部は、扉６−９で閉塞される。冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間に仕切断熱壁１２を、下段冷凍室４と野菜室５の間に仕切断熱壁１４を配置している。仕切断熱壁１２、１４は、スチロフォーム、発泡断熱材(硬質ウレタンフォーム)、真空断熱材等を採用できる。各貯蔵室の配置や、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は、特に本実施形態の態様に限定されるものではない。

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真空断熱材５０を配置している。

＜真空断熱材５０＞
［芯材５１］
図３は、真空断熱材５０の断面図である。真空断熱材５０は、芯材５１、芯材５１を収納する外被材５２を有する。芯材５１の中間には吸着剤（不図示）を配している。

芯材５１は、ガラスカレットを溶融炉で溶かしたガラスを延伸法により紡糸したグラスウールの繊維を用いた繊維シートを複数層重ねたものであり、以下のようにして製造できる。まず、グラスウールの繊維を溶液に入れて撹拌した繊維水溶液を、網状の板で均一になるよう取出したものを乾燥することで繊維シートを得る。次に、繊維シートを一層以上積層したものを熱風乾燥炉で乾燥する。乾燥温度や時間は、たとえば２００℃、５分間にできる。

乾燥方式は限定されるものではなく、熱プレス方式や、無風乾燥炉等で乾燥してもよい。繊維シートの積層枚数は少ない方が乾燥の効率が良く、グラスウール繊維シートの中央層まで乾燥することができる。グラスウール繊維シートを複数層重ねて乾燥する場合には、芯材５１の上部と下部から熱風を通過させて乾燥すると好ましい。

グラスウールの繊維径は細いほど繊維集合体としたときの空間層である空隙率が高くなることから、熱伝導率の観点からは細い方が好ましい。しかし、グラスウールの繊維径が細いと真空断熱材５０の製造時に繊維が折れやすく、折れた繊維は短いため断熱方向に向きやすく断熱面から熱が伝わりやすくなってしまう。そのため、グラスウールの繊維径は１．０〜１０．０μｍ、平均繊維径は３．０〜５．０μｍが好ましい。さらに好ましくは、グラスウールの繊維径は２．０〜８．０μｍ、平均繊維径は３〜４μｍが好ましい。本実施例においては、１．８〜８．８μｍのグラスウール繊維を用い、平均繊維径を４．４μｍとしている。
［外被材５２］
外被材５２はラミネートフィルムを熱溶着により貼り合わせた袋状である。外被材５２は、表面保護層、第一ガスバリヤ層、第二ガスバリヤ層、熱溶着層の４層構成からなる。表面保護層及び熱溶着層は低吸湿性の樹脂フィルムとし、ガスバリヤ層は樹脂フィルムに金属蒸着層を設けたものである。第一ガスバリヤ層は酸素バリヤ性の高い樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、第一ガスバリヤ層と第二ガスバリヤ層は金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせている。

具体的には、表面保護層は、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、第一ガスバリヤ層は、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、第二ガスバリヤ層は、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、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、アルミ箔、熱溶着層は、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を採用できる。なお、第一又は第二ガスバリヤ層は、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としてもよい。また、熱溶着層は、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。

表面保護層及び熱溶着層を低吸湿性にすることで、真空断熱材５０を製造する際の真空排気工程において外被材５２が持ち込む水分量を小さくできるため、真空排気効率を向上させて、断熱性能の高性能化が可能になる。尚、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。
［第一の層と第二の層］
上記のようにして得た繊維シートについて、寸法の大きい第一の層５１ａと寸法の小さい第二の層５２ｂの二種を積層して芯材５１を作成する。本実施形態の第二の層５１ｂは、二つの第一の層５１ａの間に位置している。すなわち、第二の層５１ｂに隣接する二つの第一の層５１ａは、芯材５１の上面視（図３中、上方向又は下方向）において、第二の層５１ｂの外周より外側に位置する領域である覆い部６０を有する（図４中では、第一の層５１ａの左右両端側の領域）。覆い部６０は、第二の層５１ｂの厚みの範囲内の領域で、かつ第二の層５１ｂの面方向外側の領域に位置する第一の層５１ａの部分を指す。覆い部６０は、第一の層５１ａ及び第二の層５１ｂの相対移動を抑制できる。

第一の層５１ａは、第二の層５１ｂに対して、上面視において、少なくともいずれかの方向の寸法が大きい。例えば、第一の層５１ａと第二の層５１ｂは、上面視での形状について略相似形で、かつ、第一の層５１ａの方が大きい。

本実施形態では、一つの第二の層５１ｂに対して上面視方向で第一の層５１ａが二つ隣接している。このような場合、隣接する二つの第一の層５１ａのうち、一方又は両方が覆い部６０を有すればよいが、両方が覆い部６０を有すると、より効果的に第一の層５１ａ及び第二の層５１ｂの相対移動を抑制できて好ましい。

覆い部６０は、面方向で第二の層５１ｂを介して対向していると好ましい。そのように覆い部６０を設けることで、芯材５１の各層の移動を効果的に抑制できる。たとえば、芯材５１が長方形状である場合は、第二の相５１ｂの対向する二つの長辺の両方、又は対向する二つの短辺の外側の両方に覆い部６０が含まれると好ましい（例えば、図４参照）。

以下では、説明の便宜のため、芯材５１が略長方形状である、すなわち、対向する二つの長辺と、対向する二つの短辺で第一の層５１ａの外周が構成される場合を説明する。

後述するように、覆い部６０により、芯材５１を製造時の搬送や外被材５２への挿入工程において芯材５１のずれの発生を抑制できる。

大気圧下における第二の層５１ｂの厚みをＬ１とする。また、芯材５１の対向する二つの辺の距離において、第一の層５１ａと第二の層５１ｂとの上面視の寸法差をＬ２とする。このとき、Ｌ１≦Ｌ２の関係が成り立つと好ましく、Ｌ１≦Ｌ２／２の関係が成り立つとさらに好ましい。こうすることで、芯材５１の圧縮時、第二の層５１ｂの対向する二つの辺両者の外側に、覆い部６０を位置させることができる。すなわち、二つの第一の層５１ａが第二の層５１ｂの移動可能な領域を塞ぐように圧縮できる。よって、第二の層５１ｂの移動を抑制できる。なお、図４には、Ｌ１≦Ｌ２／２の関係が成り立つ場合を示している。

大気圧下における芯材５１の高さ寸法をＬ３とする。このとき、Ｌ２／２≦Ｌ３、好ましくはＬ２≦Ｌ３の関係を満たすと良い。Ｌ２が大きすぎると、覆い部６０の面積が大きくなり、第二の層５１ｂの移動を抑制する力が弱くなり、芯材５１のずれが発生しやすくなる。また、芯材５１を圧縮した際に、表面に凹凸が生じたり、芯材５１の外周部分の厚みが小さくなり、断熱性能が低下してしまう。

なお、第二の層５１ｂの層数は一層以上であれば特に制限されず、例えば、第一の層５１ａと第二の層を一層ごとや二層ごとに交互に積層してもよい。

本実施形態のように第二の層５１ｂを設けると、芯材５１の外周の厚みが内周に比べて薄くなる。このため、芯材５１を圧縮して外被材５２に収納して真空断熱材５０を作成すると、真空断熱材５０の外周に丸みが生じる。これにより、真空断熱材５０の端部が鋭利となることを抑制でき、外被材５２の破れを抑制できる。

なお、芯材５１の一般の形状についてのＬ２は、次の様に定義してもよい。芯材５１の上面視において、芯材の重心を通る任意の直線を考えるとき、この直線が通過する覆い部６０の長さの最小値、最大値又はこれらの間の任意の値。但し、直線が通過する覆い部６０の最小値を定義に採用することが好ましい。

＜実施例＞
表１は、各実施例における真空断熱材５０の芯材５１の層ずれの結果を示している。芯材５１の各層、すなわち第一の層５１ａ（第１の芯材寸法）、第二の層５１ｂ（第２の芯材寸法）は略正方形状にした。各実施例及び比較例では、第一の層５１ａの幅寸法を２５０ｍｍ、長さ寸法を２５０ｍｍとした。

まず、比較例について説明する。比較例では、第二の層５１ｂの寸法も第一の層５１ａの寸法と同一の２５０ｍｍ×２５０ｍｍにした。この積層芯材を、直径５０ｍｍの円柱ローラで上面側を押して２０Ｎの荷重を掛けながら搬送し、生じた層ずれ量を測定した。比較例の層ずれ量は、芯材の各層間で異なるものの、５〜７ｍｍであった。

一方、例えば実施例１−１では、第二の層５１ｂの寸法を２４８ｍｍ×２４８ｍｍとした。第二の層５１ｂを、第一の層５１ａの外周から、それぞれ１ｍｍずつ内側に位置するように載置し、比較例と同様に搬送させた。

実施例１の芯材５１の層ずれ量は、２〜４ｍｍと幅寸法となり、比較例以下に低減できた。実施例１−２から１−７についても同様に行った。結果は表１を参照されたい。

Ｌ１≦Ｌ２／２かつＬ２≦Ｌ３の関係を満たす実施例１−２から１−６では、実施例の中で非常に小さいずれ量が得られた。次いで、Ｌ２≦Ｌ３の関係を満たす実施例１−１で小さいずれ量を得、次いで、Ｌ１≦Ｌ２／２の関係を満たす実施例１−７で小さいずれ量を得た。したがって、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の関係は、Ｌ１≦Ｌ２／２かつＬ２≦Ｌ３の関係を満たすことが最も好ましく、Ｌ２≦Ｌ３の関係を満たすことが次いで好ましく、Ｌ１≦Ｌ２／２の関係を満たすことが好ましい。

＜＜第二実施形態＞＞
第二実施形態の構成は、以下の点を除いて第一実施形態と同様にできる。
図５は本実施形態の真空断熱材５０の断面図である。本実施形態では、芯材５１が有する層のうち、最上層又は最下層（以下、最外層という。）に第二の層５１ｂを配置している。芯材５１の最外層に第二の層５１ｂを配置することで、第二の層５１ｂを精度良く配置できる。また、芯材５１は、コンベアにより上下を挟まれて搬送されることがある。最外層に第二の層５１ｂを配置することで、コンベア搬送の際の層ずれをさらに効果的に抑制できる。また、覆い部６０が芯材５１の最外層の面方向外側に位置することになる。このため、芯材５１を圧縮し、外被材に収納して真空断熱材５０を作成したとき、真空断熱材５０の外周部分の段差が小さくなり、さらに丸みを持たせることができる。これにより、真空断熱材５０の端部が鋭利となることをさらに抑制でき、外被材５２の破れを抑制できる。

１ 冷蔵庫 ２ 冷蔵室 ３ａ 製氷室
３ｂ 上段冷凍室 ４ 下段冷凍室 ５ 野菜室
６ａ 冷蔵室扉 ６ｂ 冷蔵室扉 ７ａ 製氷室扉
７ｂ 上段冷凍室扉 ８ 下段冷凍室扉 ９ 野菜室扉
１０ 扉用ヒンジ １１ パッキン
１２，１４ 断熱仕切り １３ 仕切り部材
２０ 箱体 ２１ 外箱 ２１ａ 天板
２１ｂ 後板 ２１ｄ 底板 ２１ｅ 側面
２１ｆ 前面 ２２ 内箱 ２３ 断熱材
２３ａ 注入方向 ２３ｂ 発泡方向 ２５ 注入孔
２７ 送風機 ２８ 冷却器 ３０ 圧縮機
３１ 凝縮機 ３３ 発泡ポリスチレン ４０ 凹部
４１ 電気部品 ４２ カバー
５０ 真空断熱材 ５１ 芯材
５１ａ 寸法の大きい第一の芯材 ５１ｂ 寸法の小さい第二の芯材
５２ 外被材
６０ 覆い部

Claims (4)

1. 互いに対向する２つの辺を上面視における外周の少なくとも一部としてそれぞれ有する第一の層及び第二の層を上面視方向に積層した芯材を備える真空断熱材であって、
   上面視における前記第一の層及び前記第二の層は、互いに略相似形で、前記第一の層の方が大きく、
   前記芯材を圧縮したとき、上面視で、前記第一の層の前記２つの辺は、前記第二の層の前記２つの辺を挟んで対向することを特徴とする真空断熱材。
2. 前記第二の層に隣接する二つの前記第一の層の両方の外周が、前記芯材を圧縮したとき、前記第二の層の外周を挟んで対向することを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
3. 前記第二の層の寸法は、前記２つの辺の対向方向について、前記第一の層の寸法より４ｍｍ以下短いことを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
4. 大気圧下における前記第二の層の厚みをＬ１とし、
   大気圧下における前記第一の層の前記外周が対向する方向の寸法差をＬ２とし、
   大気圧下における前記芯材の高さ寸法をＬ３とするとき、
   Ｌ１≦Ｌ２／２と、Ｌ２≦Ｌ３と、の一方又は両方の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の真空断熱材。

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