JP6948991B2

JP6948991B2 - 真空断熱材およびそれを用いた冷蔵庫

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Publication number: JP6948991B2
Application number: JP2018135480A
Authority: JP
Inventors: 祐志新井; 越後屋　恒; 恒越後屋; 井関　崇; 崇井関
Original assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: JP2020012523A

Description

本発明は、真空断熱材およびそれを用いた冷蔵庫に関する。

地球温暖化防止の観点から、社会の取り組みとして二酸化炭素(CO₂)の排出抑制を図るため、発電の自然エネルギー化等が進められている。一般家庭においても太陽光パネル設置による自家発電や省エネタイプの家電製品への買い替え等、電力消費を抑制する意識が高まっており、年間を通じて通電される冷蔵庫については真空断熱材を採用したものが主流となっている。一般的に真空断熱材は、断熱性能を表す熱伝導率が、従来から冷蔵庫の断熱材として使用されている硬質ウレタンフォームよりも１桁小さいため、硬質ウレタンフォームと真空断熱材を組み合わせることにより、冷蔵庫からの熱漏洩を抑制することができる。

そして、真空断熱材に使用される芯材は、芯材より発生する水分やガス成分が高真空度を低下させないように、長期間の間に芯材を構成する材料から微量に発生する水分やガス成分を吸着するために、合成ゼオライトや活性炭等の吸着剤を真空断熱材中に設置することも良く知られている。
例えば、特許文献１では、無機繊維を加熱及び加圧成形によりボード化した複数枚の芯材ボードのうち、少なくとも一枚の芯材ボードの接合面に吸着剤を収納する凹部を形成して、吸着剤を入れたことに依って生じる突起で真空断熱材が破袋することを防止していた。

さらに、特許文献２では、上面と下面が相対向する二平面を構成する略板状の芯材を、外被材で包んだ真空断熱材であって、芯材の端面から芯材の略中心方向に向かって途中まで設けられる第１の縦の切れ目と、芯材を途中まで左右に分割することができるように所定間隔あけて設けられる第２の縦の切れ目と、芯材を上下に分割することができるように横の切れ目とを有し、吸着剤は、横の切れ目内に配置させることで、真空包装時に吸着剤破断面が内側から外被材を突き刺すことを防止していた。

特開2004-3534号公報特許第3465713号公報

しかしながら、特許文献１に記載の真空断熱材の場合、吸着剤を収納するための凹部は、凸部を有する金属製の押さえ板を用いて形成しなければならず、作業が容易ではない。また、特許文献２に記載の真空断熱材では、横の切れ目内に吸着剤を収納したものであって、吸着剤を収納するための十分な空間が形成されていないため、真空排気したときに吸着剤のある部分が膨らんでしまい、外被材の表面性が低下したり、内側から外被材が突き刺されて断熱性能が低下する可能性がある。
本発明は、芯材への水分若しくはガス成分の吸着を少なくすることができる吸着剤の組み込み作業を容易化するとともに、外被材の表面性や断熱性能の劣化を抑制した真空断熱材、およびそれを用いた冷蔵庫を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の真空断熱材は、繊維集合体からなる芯材と、前記芯材のガス成分を吸着する吸着剤と、前記芯材を収納するガスバリア性を有する外包材とを備え、前記芯材は、厚み方向に貫通する切り込みを連続的に形成した貫通部と、前記貫通部によって囲まれた部分のうち厚み方向の内側を刳ることで前記吸着剤の厚さ分だけ刳り貫いた空間となるように形成した刳り部と、を有し、前記刳り部に前記吸着剤が収納され、前記芯材は、前記貫通部および前記刳り部を有する第１の層と、前記貫通部および前記刳り部を有しない第２の層と、を積層し、前記外包材は、ラミネートフィルムを向かい合わせ、各辺の端部を熱溶着して袋状にし、且つ、前記端部を前記第１の層の側に折り曲げたことを特徴とする。

本発明によれば、吸着剤の組み込み作業を容易化するとともに、外被材の表面性や断熱性能の劣化を抑制した真空断熱材真空断熱材およびこれを用いた冷蔵庫を提供することができる。

本発明の一実施例を示す冷蔵庫の正面図本発明の一実施例の冷蔵庫のＡ-Ａ切断面図本発明の一実施例の冷蔵庫のＢ-Ｂ切断面図本発明の一実施例の真空断熱材の構成を説明する概略断面図本発明の一実施例の真空断熱材用芯材（貫通部）の上面図

本発明の実施形態にかかる真空断熱材を備えた冷蔵庫について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。本発明の実施形態については図１〜図５を用いてそれぞれ説明する。

＜実施形態＞
本発明にかかる冷蔵庫の実施形態として、図１は真空断熱材を備えた冷蔵庫１の正面図、図２は冷蔵庫１の縦断面図（Ａ−Ａ矢視の切断面図）である。図３は図２の冷蔵庫１のＢ−Ｂ矢視の切断面図である。

図１に示す冷蔵庫１は、図２の断面図より、上から冷蔵室２、貯氷室３ａと上段冷凍室３ｂ、冷凍室４、野菜室５を有し、各室の前面開口部を閉塞する扉を示している。また、上からヒンジ１０等を中心に回動する冷蔵室扉６ａ、６ｂ、冷蔵室扉６ａ、６ｂ以外は全て引き出し式の扉であり、貯氷室扉７ａと上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９を配置する。各扉６〜９には冷蔵庫１を密閉するためのパッキン１１を備え、扉の室内側外周縁に設けられている。各扉６〜９の表面材として強化処理をしたガラスを用いたが、これに限定することではなく、従来から用いられている鋼板等でも良い。

尚、冷蔵室扉６ａの冷蔵室扉６ｂ側には冷蔵室扉６ｂのパッキン１１の受面となる回転仕切り６ｃが設置され、冷蔵室扉６ａと６ｂを閉じたときに、庫内の冷気が漏れない構造であればこれに限定することではなく、別の構造や手段であっても構わない。

また、冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間を区画断熱するために仕切断熱壁１２を配置し、厚さ３０〜５０mm程度の壁厚で、スチロフォーム、発泡断熱材（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も問題はない。

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断熱壁ではなく、パッキン１１受面を形成した仕切り部材１３を設けている。下段冷凍室４と野菜室５の間には区画断熱するための仕切断熱壁１４を設けており、上述の仕切断熱壁１２と同等の３０〜５０mm程度の壁厚で、これまたスチロフォーム、或いは発泡断熱材（ウレタンフォーム）、真空断熱材５０等が配置されている。

箱体２０は、外箱２１と内箱２２とを備え、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側または内箱２２側のいずれかに、少なくとも真空断熱材５０を配置し、真空断熱材５０以外の空間には、外箱２１もしくは内箱２２側のどちらか一方側に少なくとも真空断熱材５０を接着固定できるウレタン等の断熱材２３を設けてある。

また、冷蔵庫の冷蔵室２、冷凍室３ａ、４、野菜室５等の各室を所定の温度に冷却するために冷凍室３ａ、４の背面側には冷却器２８が備えられており、この冷却器２８と圧縮機３０と凝縮機３１、図示しないキャピラリーチューブとを接続し、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内に循環して所定の低温温度を保持する送風機２７が配設されている。本実施形態においては、１つの冷却器28で冷蔵室２、冷凍室３ａ、４、野菜室５等の各室を所定の温度に冷却する例を示したが、これに限定するものではなく、例えば冷蔵室２用の冷却器(図示なし)と冷凍室３ａ、４及び野菜室５用の冷却器(図示なし)、或いは、冷蔵室２、冷凍室３ａ、４、野菜室５、それぞれ専用の冷却器、等、複数の冷却器もしくは、ユーザー操作によって、任意に冷蔵室２、冷凍室３ａ、４、野菜室５を全室同一もしくは、複数同室などを操作パネルや、外部通信端末などで選択することができる切り替え制御手段を備えた冷蔵庫であっても構わない。

また、冷蔵庫の冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ、冷凍室４と野菜室５を区画する断熱材として、それぞれ断熱仕切り１２、１４を配置し、発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０ｊで構成されている。

また、内箱２２の天面の扉開口側から庫内向かって照射するようにケース４５ａを有する庫内灯４５を配置し、ＬＥＤ、電球、蛍光灯、キセノンランプ等、光源を特に限定するものではない。

庫内灯４５の配置により、ケース４５ａと外箱２１との間の断熱材２３の厚さが薄くなるため真空断熱材５０ａを配置して断熱性能を確保している。この庫内灯４５については特に図示位置に配置することを規定したものではない。

また、箱体２０の天面後方部には冷蔵庫１のメイン制御基板等の電気部品４１を収納するための凹部４０が形成され、覆うカバー４２を設けている。

これに伴って、凹部４０は断熱材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、内容積を大きくとると凹部４０と内箱２２間の断熱材２３の厚さが薄くなるので、凹部４０の裏面に真空断熱材５０ａを配置し、さらに庫内灯４５のケース４５ａと電気部品４１に跨るように略Ｚ形状に成形した１枚の真空断熱材５０ａとした。

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５０ｃを配置している。

ここで冷蔵庫１に備えた真空断熱材５０の配置は、外箱21の天面２１ａと背面２１ｂ、左右側面21ｄ、21ｅの真空断熱材５０ａ、５０ｂ、５０ｄ、５０ｅと、野菜室５の底面部の内箱２２外面(断熱材２３側)の真空断熱材５０ｃと、左右側面21ｄ、２１ｅの冷室２と冷凍室３ａ、３ｂ、４及び野菜室５に跨って配置された真空断熱材５０ｄ、５０ｅと、冷蔵室扉６ａ、６ｂ、冷凍室扉８、野菜室扉９の外箱２２(本実施例ではガラス板)内面等に真空断熱材５０ｆ、５０ｇ，５０ｈを配置している。その他、各仕切り断熱１２と１４にも真空断熱材５０ｊ、５０ｋを配置している。尚、真空断熱材５０の配置や使用数については特に限定するものではない。

ここで、真空断熱材５０について図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は本実施形態の真空断熱材５０の概略断面図を示したものであり、２枚以上で複数積層された芯材５１（５１ａ〜５１ｈ）と、芯材５１を覆うガスバリヤ性を有する外被材５３及び吸着剤５４とから構成している。

外被材５３は真空断熱材５０の両面に配置され、同じ大きさのラミネートフィルムを向い合わせ、各辺の端部から一定の幅部分を熱溶着した袋状で構成されている。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、熱溶着可能で減圧雰囲気に耐えるもの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、第一のガスバリヤ層、第二のガスバリヤ層、熱溶着層の４層構成からなるラミネートフィルムとした。表面層には吸湿性の低い樹脂フィルム、第一のガスバリヤ層は金属蒸着層を設けた樹脂フィルム、第二の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、第一と第二のガスバリヤ層については金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせた。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、表面層を二軸延伸ポリプロピレン、第一のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着付きのポリエチレンテレフタレート、第二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とし、熱溶着層を直鎖状低密度ポリエチレンフィルムとした。外被材５３については特にこの構成に限定するものではない。表面層はポリアミド(ナイロン)やポリエチレンテレフタレート等でもよく、第一及び第二のガスバリヤ層についても金属箔や樹脂系フィルムに無機層状化合物や樹脂系ガスバリヤコート材等のガスバリヤ膜を設けたものでもよい。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や、汎用性の高いポリプロピレンフィルム、高密度、中密度、低密度等のポリエチレンフィルムを用いても良い。また、真空断熱材５０のそれぞれの外箱側と内箱側の面でフィルム構成が違っていてもよい。例えば、第二のガスバリヤ層として、一方の面がアルミ蒸着フィルム、別の面がアルミ箔という組み合わせであっても何ら問題ない。尚、各層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られるが、接着剤、貼り合わせ方法については特にこれに限定するものではない。

表面層と熱溶着層に吸湿性の低い樹脂を配置する目的は、酸素バリヤ性の高い上記のガスバリヤ層フィルムは吸湿によりガスバリヤ性が悪化するため、表面層と熱溶着層で挟むことで、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、真空断熱材５０の真空排気工程においても、外被材５３が持ち込む水分量が小さいため、真空排気効率が良く、真空断熱材５０の内部圧力を減圧しやすい。

また、吸着剤５４については物理吸着タイプの合成ゼオライトや、化学吸着タイプの酸化カルシウム（生石灰，ＣａＯ）に限定せずに、併用することにも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良く、真空断熱材５０の内部圧力を更に下げる目的で空気成分を吸着する材料、例えば物理吸着タイプであればZSM５型等の疎水性ゼオライトや、化学吸着タイプであれば、酸化カルシウムを主成分としたものに、少量の金属系成分(ＭｎＯ、ＰｄＯ、ＣｕＯ、Ａｇ_２Ｏ等、但しこれらに限定するものではない)を含ませても良い。吸着剤５４の形状等に関しては特に限定することなく、例えば、顆粒状や粉末状及びシート状でも良く、通気性を有する袋に入れてもよい。

なお、本実施形態において、芯材５１（５１ａ〜５１ｈ）については、バインダ等で接着や結着していないグラスウール(ガラス短繊維)や、連続フィラメント法からなるガラス長繊維等の繊維系材料を用いた。

グラスウールについては、平均繊維径４μｍで目付け量1,400ｇ/ｍ2のものを高温(600℃)の雰囲気内で約10分間加圧保持して密度を70〜120kg/m3に高めた状態に成形し、これを2枚重ねて用いた。重ねる枚数については所望の真空断熱材の板厚により2枚以上の場合もあるため、これに限定するものではない。グラスウールの平均繊維径についても４μｍに限定するものではなく、断熱性能の面から２〜６μｍが好ましく、経済的な面も考慮すると３〜５μｍがより好ましい。グラスウールの目付け量や加圧保持温度についてもそれぞれ前記数値に限定するものではない。

一方ガラス長繊維ついては、一般的にＥガラスを連続フィラメント法で糸状に繊維化したものを集束剤を添加して複数本束ねたものである。本実施形態においては平均繊維径９μｍの集束繊維を用い、平均繊維長17〜25mmに切断したチョップドストランドに、繊維長5〜20mmのバインダ繊維（ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート）をなるべく均一になるように混合させて、不織布を作製する。そして、所望の厚さに相当する重量になるように積層させた後、250〜300℃の雰囲気内で3〜10分間圧縮保持して密度を高めた状態(1枚)に成形し、これを2枚重ねて用いた。バインダ繊維の繊維径は3〜20μｍであり特にこれに限定するものではない。ガラス長繊維の平均繊維径については９μｍに限定するものではなく、断熱性能の面から平均繊維径は３〜２０μｍが好ましく、経済的な面も考慮すると６〜１１μｍがより好ましい。平均繊維長についてはバインダ繊維とほぼ均一に混合できればよく、特に限定するものではないが、混合後の平均繊維長が17〜25mmとなるような組合せが好ましい。

尚、前記グラスウールと前記ガラス長繊維を混在させた芯材であってもよく、それぞれの製法についても乾式、湿式のいずれであっても良く、バインダ成分においても限定するものではない。

ここで、本実施形態である芯材５１に吸着剤５４を備える空間について、図４と図５を用いて説明をする。図４（ａ）の芯材５１ａに吸着剤５４を備える空間を設ける場合、例えば、図５（ａ）の芯材５１（図４、芯材の断面（５１ａ））を配置し、上面側から吸着剤５４を配置するのに必要な空間寸法と同等の図示しないコ字状５２に貫通できる冶具を用いて、垂直に図４（ａ）の断面を貫通部５２ａに形成する。この時、図５（ａ）の貫通部５２ａの位置は、特に限定をせずに、貫通部を複数個所に設けても問題はない。また貫通部５２ａの形状も例えば、図５（ａ）のコ字状５２や、図５（ｂ）のロ字状６２を示したが、Ｕ字状やＶ字状、円形、三角形以上の多角形など形状に限定をしない。

そして、コ字状５２の貫通部５２ａの範囲内の繊維を、配置する吸着剤５４の厚さ分だけ刳り貫いた空間（刳り部）に、水分やガスを吸着させていない吸着剤５４を備えてから、速やかに他の（貫通部および刳り部を有しない）芯材５１ｂで蓋をするように重ね合わせる。これにより、真空断熱材５０の真空排気工程においても、外被材５３が持ち込む水分量が小さいため、真空排気効率が良く、真空断熱材５０の内部圧力を減圧しやすく、吸着剤が所定の空間位置から移動せず、他芯材５１ｂによって蓋状に固定ができるため、内側から芯材５１ａ、５１ｂが外被材５３を突き刺すことがない。また、吸着剤５４を収納するための刳り部が真空形成後に芯材５１ａ側が突出することなく吸着剤側(内側)に圧縮されるため、芯材の厚みが刳り部で吸収されるので、外被材５３の表面性も優れ、吸着剤の吸着性能劣化を抑制し、長期にわたり優れた断熱性能を有することができる。

さらに、図４（ｂ）、（ｃ）の芯材５１ｃと芯材５１ｇの貫通部５２ｂにおいても、上述にて説明した内容の通りであり、また、吸着剤５４を備える貫通部を設けた芯材の積層の関係や、積層枚数においても、特に限定されない。

また、図４の真空断熱材５０の形状や配置は、図２に示す真空断熱材５０のとおりに適用部位に合わせて、曲げ、溝、段付き、凹み等の形状に加工することができ、組合せも自由に設定することができるが、これに限定するものではない。

１冷蔵庫
２冷蔵室
３ａ貯氷室
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貯氷室扉
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
２２内箱
２３発泡断熱材
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
４５庫内灯
４５ａケース
５０（５０a 〜５０ｈ, ５０j, ５０k）真空断熱材
５１（５１a 〜５１ｈ）芯材
５２（５２a,５２ｂ）,６２（６２a,６２ｂ）貫通部
５３外被材
５４吸着剤

Claims

繊維集合体からなる芯材と、前記芯材のガス成分を吸着する吸着剤と、前記芯材を収納するガスバリア性を有する外包材とを備え、
前記芯材は、厚み方向に貫通する切り込みを連続的に形成した貫通部と、前記貫通部によって囲まれた部分のうち厚み方向の内側を刳ることで前記吸着剤の厚さ分だけ刳り貫いた空間となるように形成した刳り部と、を有し、
前記刳り部に前記吸着剤が収納され、
前記芯材は、前記貫通部および前記刳り部を有する第１の層と、前記貫通部および前記刳り部を有しない第２の層と、を積層し、
前記外包材は、ラミネートフィルムを向かい合わせ、各辺の端部を熱溶着して袋状にし、且つ、前記端部を前記第１の層の側に折り曲げたことを特徴とする真空断熱材。
請求項１に記載の真空断熱材において、
前記ラミネートフィルムは、表面保護層、第一のガスバリヤ層、第二のガスバリヤ層、熱溶着層の４層構成からなり、
前記表面保護層は、二軸延伸ポリプロピレン、ポリアミドまたはポリエチレンテレフタレートであり、
前記第一のガスバリヤ層は、金属蒸着層を設けた樹脂フィルムであり、
前記第二のガスバリヤ層は、酸素バリヤ性を有する樹脂フィルムに金属蒸着層を設けたものであり、
前記熱溶着層は、直鎖状低密度ポリエチレンフィルム、ポリブチレンテレフタレートまたはポリプロピレンフィルムであり、
前記第一のガスバリヤ層と前記第二のガスバリヤ層とは、前記金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせたことを特徴とする真空断熱材。
箱体内に断熱壁で囲まれた貯蔵室を有する冷蔵庫において、
前記断熱壁は外板と内板との間に真空断熱材を備え、
この真空断熱材は、繊維集合体からなる芯材と、前記芯材のガス成分を吸着する吸着剤と、前記芯材を収納するガスバリア性を有する外包材とを備え、
前記芯材は、厚み方向に貫通する切り込みを連続的に形成した貫通部と、前記貫通部によって囲まれた部分のうち厚み方向の内側を刳ることで前記吸着剤の厚さ分だけ刳り貫いた空間となるように形成した刳り部と、を有し、
前記刳り部に前記吸着剤が収納され、
前記芯材は、前記貫通部および前記刳り部を有する第１の層と、前記貫通部および前記刳り部を有しない第２の層と、を積層し、
前記外包材は、ラミネートフィルムを向かい合わせ、各辺の端部を熱溶着して袋状にし、且つ、前記端部を前記第１の層の側に折り曲げたことを特徴とする冷蔵庫。