JP6742076B2 - 真空断熱材および真空断熱材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空断熱材および真空断熱材の製造方法に関する。

特許文献１は、無機繊維以外の材料を含まず、繊維間結着がなく、無機繊維がシート面に対して水平方向に配列されてなる無機繊維シートを、複数枚積層したものを芯材としている。

特許第４４３８４６６号

特許文献１の真空断熱材は、無機繊維材のみであるため繊維同士の接触が密な状態であり、接触部分から伝熱し易く、断熱性能に改善の余地がある。

上記事情に鑑みた第１の本発明は、無機繊維を主成分とする芯材に前記無機繊維より熱伝導率が低い成分が分布しており、該分布は、前記無機繊維が投入された溶液を乾燥させて得られる針状の結晶の分布である真空断熱材である。
上記事情に鑑みた第２の本発明は、無機繊維を、該無機繊維より熱伝導率の低い成分を溶解した溶液と混合・撹拌してスラリー状の無機繊維を製造する工程と、前記スラリー状の無機繊維を乾燥させて前記成分が分布した芯材を製造する工程と、を含む真空断熱材の製造方法である。

実施例１の真空断熱材の概略断面図 実施例１のガラス繊維の拡大図 実施例２の真空断熱材の断面図 実施例２の吸着剤配置部の説明図 実施例３の冷蔵庫の正面図 実施例３の冷蔵庫の縦断面図

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説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、又、同様の説明は繰り返さない。

図１は真空断熱材の概略断面図、図２は図１の芯材を構成するガラス繊維の拡大図である。真空断熱材５０は、芯材５１、芯材を内側に含む内袋５２、内袋５２を内側に含みガスバリヤ層を有する外袋５３、及び吸着剤５４から構成されている。外袋５３は真空断熱材５０の両面に配置され、それぞれが同じ大きさのラミネートフィルムを向かい合わせて、それぞれの外形各辺を揃えた状態で、端部から一定の幅の部分を熱溶着により貼り合わせた袋状に構成されている。芯材５１については、遠心法により得られた平均繊維径２〜６μｍの無機繊維をシート状に成形したシート状芯材５１ａを複数枚積層したものを用いた。芯材５１に、無機繊維のシート状芯材を使用することによりアウトガスが少なくなることは勿論であるが、厚さの薄いシート状芯材とすることで、無機繊維が断熱方向である板厚方向に向いても各シートの板厚範囲内に留まるため、無機繊維の熱伝導を各シートの板厚範囲内に抑えることができる。したがって断熱性能的に有利である。無機繊維はガラス繊維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等でもよい。

繊維分散剤中にガラス繊維を投入して分散し易くし、混合・撹拌してスラリー状にする。これをメッシュコンベア上に流して、和紙を作るが如く抄造した後乾燥させることで、シート状の芯材５１が得られる。抄造する際に、メッシュコンベアの進行方向に対して、スラリー状の水溶液の流れ方向を略垂直にすることで、ガラス繊維の向きがメッシュコンベアの進行方向に偏るのを抑制し、略ランダムな方向に分布させることができる。繊維分散剤としては、ＰＨ３．０〜３．５に調整した硫黄を含む酸性溶液、例えば硫酸水溶液や、公知の繊維分散剤を使用できる。

硫黄を含む溶液を用いて製造したシート状芯材５１ａには、図２に示すよう、ガラス繊維５１ｂの表面の一部に硫黄成分を含む針状結晶５１ｃが付着する。針状結晶５１ｃにより、ガラス繊維５１ｂ同士が密着することを抑制できるので、ガラス繊維同士の密着による熱伝導を抑制することができる。芯材５１に分布させる針状結晶の大きさは、無機繊維の径より小さいと好ましい。また、硫黄の熱伝導率は無機繊維より低いため、真空断熱材５０の熱伝導率を更に低減できる。以上により得られたシート状芯材５１ａを複数枚重ねたものが芯材５１となる。このように製造した芯材５１は大気圧下での嵩密度が大きくなるため、芯材５１を外袋５３挿入することが難しい場合がある。このため、内袋５２を用いることで挿入作業を容易に行える。

内袋５２は、熱溶着可能な例えば高密度ポリエチレンフィルム(内袋フィルム５２ａ)を採用できる。内袋５２内に芯材５１を挿入した後に圧縮することで、芯材５１を脱気して嵩密度を小さくできる。その後芯材５１周囲の内袋フィルム５２ａを熱溶着することで、芯材５１が圧縮された状態を保持できる。これを外袋５３に挿入し、真空排気前に内袋５２の一端を開封し、芯材５１内部を減圧状態とした後、外袋５３を熱溶着して密封することで真空断熱材５０が得られる。

内袋５２は、例えばポリプロピレンフィルム、高密度以外のポリエチレンフィルム、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、その他、吸湿性が低く熱溶着可能でアウトガスが少ないものを採用できる。実施例１については内袋５２は省略した構成とした。尚、前記芯材シートの目付量については１２０ｇ/ｍ^２に限定するものではなく、所望の目付量を選定して使用することができる。

ここで外袋５３について説明する。外袋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、本実施形態及び実施例１においては、表面保護層、第１のガスバリヤ層、第２のガスバリヤ層、熱溶着層の４層構成からなるラミネートフィルムとし、表面層は保護材の役割を持つ樹脂フィルムとし、ガスバリヤ層１は樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、ガスバリヤ層２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、ガスバリヤ層１とガスバリヤ層２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。熱溶着層については表面層と同様に吸湿性の低いフィルムを用いた。具体的には、表面層を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、ガスバリヤ層１を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、ガスバリヤ層２を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、或いはアルミ箔とし、熱溶着層をポリエチレン、ポリプロピレン等の各フィルムとした。この４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１や２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、熱溶着層には例えば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。表面層についてはガスバリヤ層１の保護材であるが、真空断熱材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、通常ガスバリヤ層２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とで、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。これにより、先に述べた真空断熱材５０の真空排気工程においても、外袋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。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何ら構わない。

また、吸着剤５４については、本実施例においては物理吸着タイプで粒（ビーズ）状の合成ゼオライトを用いたが、これに限定するものではない。吸着剤５４については水分やガスを吸着するものであれば、物理吸着、化学反応型吸着のどちらでも良いが、真空断熱材５０の芯材５１の表面に突出さないものが好ましい。

本実施例の真空断熱材５０の仕様を纏めると、芯材５１はガラス繊維の目付量１２０ｇ/ｍ^２のシート状芯材を３５枚積層し、吸着剤５４を粒状の合成ゼオライト、外袋５３のラミネート構成として、表面層を二軸延伸ポリプロピレン、第１のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着膜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２のガスバリヤ層を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、熱溶着層を直鎖状低密度ポリエチレンフィルムとした。

以上により得られた真空断熱材５０は、芯材５１の表面凹凸が小さく平坦であり、芯材５１の端面も揃っており寸法精度は良好であった。また、真空断熱材５０の断熱性能指標である熱伝導率についても、後述する比較例１の真空断熱材を１００(指数、数値が小さい方が高性能)とした場合、本実施例では平均８５を示した。

実施例２は、下記の点を除き実施例１と同様の構成にできる。図３は真空断熱材１５０の概略断面図である。真空断熱材１５０は、芯材１５１の内部に配置する吸着剤１５４が所定の位置に収まるよう、吸着剤配置部１５５を有している。吸着剤配置部１５５は、シート状芯材１５１ａを１枚或いは複数枚を、図４ａ，ｂ，ｃにそれぞれ示す如く、Ｌ型(２辺)、Ｕ型(３辺)、ロ型(４辺)の縫合、融着等により接合した接合部１５７を設けた袋層１５６としたものである。袋層１５６の袋内を吸着剤配置部１５５として吸着剤１５４を投入できる。袋層１５６は、シート状芯材１５１ａの積層構造の中間層として採用できる。

本実施例の真空断熱材１５０の熱伝導率は実施例１と同様であった。

冷蔵庫１は、真空断熱材を有する機器の一例である。冷蔵庫１は図５に示すように、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を有している。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、真空断熱材５０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のガラス繊維５１ｂの表面に針状結晶５１ｃが存在することにより、ガラス繊維５１ｂの周囲に繊維の可動域が確保され、折り曲げ加工がしやすい。また、ガラス繊維５１ｂの繊維の方向性をランダムにしたため、任意の方向への折り曲げが容易である。
［比較例１］

本発明の比較例１(図示なし)について説明する。図１の真空断熱材５０において、芯材５１を平均繊維径４μｍのバインダーを含まないグラスウールとした。該グラスウール１枚あたりの目付量を１４００ｇ/ｍ^２とし３枚積層して、高密度ポリエチレンフィルムからなる内袋５２で芯材５１を圧縮して熱溶着して密封し、芯材５１が圧縮された状態とした。これを外袋５３に挿入し、真空排気前に内袋５２の一端を開封し、芯材５１内部を減圧状態とした後、外袋５３を熱溶着して密封して真空断熱材５０とした。比較例１の真空断熱材５０については芯材５１にバインダーを含んでいないため、折り曲げ自由度がある。しかしながら、芯材５１の嵩密度が大きいことで、芯材５１の内部が減圧状態になった時点で、芯材５１端部に積層のズレが発生したため、外形寸法精度が悪化した。また、目付量のばらつきについても１４００ｇ/ｍ^２±２０％程度あったことから、芯材５１の表面に凹凸模様が浮き出ており表面性もあまり良いものではなかった。

以上により得られた真空断熱材５０は、芯材５１の表面凹凸が大きく平坦性に欠け、芯材５１の端面についてはズレが発生しており、端部の形状が不安定で寸法精度は良いと言えるものではなかった。また、真空断熱材５０の断熱性能指標である熱伝導率については、前述の通り本比較例１の真空断熱材を１００(指数、数値が小さい方が高性能)とした。

実施例１〜３では真空断熱材及びそれを用いた断熱構造体として主に冷蔵庫を例に述べてきたが、冷蔵庫と同様に真空断熱材を採用した断熱構造を持つ製品や機器についても、本実施例と同様の効果が得られるものと考えられ、広く活用が期待できる。

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 背面板 ２１ｄ 底板
２２ 内箱 ２３ 断熱材
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
５０，５０ａ〜５０ｅ，１５０ 真空断熱材
５１，１５１ 芯材
５１ａ，１５１ａ シート状芯材
５１ｂ，１５１ｂ ガラス繊維
５１ｃ，１５１ｃ 針状結晶
５２ 内袋 ５３，１５３ 外袋 ５４，１５４ 吸着剤
１５５ 吸着剤配置部 １５６ 袋層

Claims (2)

1. 無機繊維を主成分とする芯材に前記無機繊維より熱伝導率が低い成分が分布しており、該分布は、前記無機繊維が投入された溶液を乾燥させて得られる針状の結晶の分布である真空断熱材。
2. 請求項１に記載の真空断熱材（但し、主成分として又は実質的にシリカエアロゲルを含むものを除く）。

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