WO2005061946A1 - 真空断熱材、および、それを用いた冷凍機器 - Google Patents

真空断熱材、および、それを用いた冷凍機器 Download PDF

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WO2005061946A1
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heat insulating
insulating material
vacuum heat
core material
fibers
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Akiko Yuasa
Yasuaki Tanimoto
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a vacuum heat insulating material, and a refrigerator and a refrigerator using the vacuum heat insulating material.
  • a fibrous body such as glass wool or a foam such as urethane foam is used as the heat insulating material.
  • a fibrous body such as glass wool or a foam such as urethane foam is used as the heat insulating material.
  • a vacuum heat insulating material composed of a core material for holding a space and a jacket material for shutting off the space and the outside air.
  • the core material powder materials, fiber materials, interconnected foams, etc. are generally used, but with the increasing demand for energy savings in recent years, higher-performance vacuum insulation materials have been required.
  • heat conduction is represented by the sum of gas heat conduction, solid heat conduction, radiant heat conduction, and convective heat conduction.
  • gas heat conduction and convective heat conduction are almost negligible.
  • radiant heat conduction hardly contributes.
  • Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 11-5066708 discloses a low melting glass composition and boric acid.
  • a vacuum heat insulating material using, as a core material, an aggregate of fiber materials in which an inorganic binder material having thermoplastic properties as described above is diffused throughout the fiber material is disclosed.
  • the fiber material of the conventional example is characterized in that two adjacent glass fibers 1 and 2 are fixed by an inorganic binder material 3 at an intersection 4 via a binder 5. I do.
  • an inorganic binder material as the binder, the individual fibers of the fiber aggregate are held together and formed into aggregates to maintain a formed product such as a blanket, mat, insulation, or panel of insulating material. It discloses that it can be integrated.
  • unlike general organic binders there is no generation of gas from the binder under vacuum conditions in the jacket material, and there is no deterioration in heat insulation performance over time. ing.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-167736 discloses that inorganic fibers having an average fiber diameter of 2 m or less, and preferably 1 m or less, are subjected to an acidic aqueous solution treatment and a compression dehydration treatment to dissolve components of the inorganic fibers.
  • the present invention discloses a vacuum heat-insulating material using a material obtained by collecting inorganic fibers at intersections of inorganic fibers, using the collected fibers as a binder, and binding the inorganic fibers to each other as a core material.
  • the effect of the same configuration is that it does not contain a binder that binds the fibers together, so there is no gas generated from the binder under vacuum conditions in the jacket material, and there is no deterioration in thermal insulation performance over time.
  • it has excellent heat insulation performance.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-139691 discloses that a plurality of papers obtained by acid-making inorganic fibers having an average fiber diameter of 2 / zm or less, preferably 1 m or less are laminated in an acidic atmosphere. Thereafter, a vacuum heat insulating material using a core material obtained by performing a compression treatment and binding inorganic fibers at each intersection with components eluted from the fibers is disclosed. With this structure, there is no deterioration in heat insulation performance over time, and the fiber direction is perpendicular to the heat transfer direction, so solid heat conduction is reduced and vacuum heat insulation with excellent heat insulation performance is achieved. It is said that materials can be provided.
  • the solid heat transfer component is suppressed, but it is flocculent and very difficult to handle.
  • the formed body such as a blanket, mat, and panel cannot be maintained, when used as a core material of a vacuum heat insulating material, the appearance and surface properties are impaired due to atmospheric compression. Disclosure of the invention
  • the vacuum heat insulating material of the present invention is a vacuum heat insulating material comprising: a core material made of inorganic fibers; and a jacket material having a gas barrier property, wherein the inside of the jacket material is decompressed, and the inorganic fibers are made of silicon oxide.
  • a core material is a vacuum heat insulating material having an intersection where fibers are in close contact with each other through intermolecular interaction.
  • FIG. 1 is a sectional view of a vacuum heat insulating material according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of an intersection of core materials according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view of a refrigerator-freezer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a core material of a conventional example. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the core material is mainly composed of silicon oxide, and the adhesion of the surface layer of the inorganic fiber is improved, so that the fibers are inter-molecularly interacted with each other. It is characterized by close contact. In other words, due to the intermolecular interaction caused by the molecular structure, the fibers are brought into close contact with each other by attractive force.
  • the binder bound at the intersection of inorganic fibers and the elution of inorganic fibers Since no solids are present and solid heat conduction between fibers is not promoted, solid heat conduction as a fibrous body can be reduced, and a vacuum heat insulating material having excellent heat insulating performance can be provided.
  • the core material means a fibrous body formed in a plate shape.
  • the gas thermal conductivity can be reduced.
  • the eccentrically formed maximum voids formed in the core material manufacturing process often remain even after the vacuum heat insulating material is manufactured and the compressive force due to the atmospheric pressure is applied. It is thought that this has caused the deterioration of gas heat conduction.
  • the fiber is compressed to the atmosphere so that the void diameter becomes substantially uniform over the entire fibrous body. As a result, it is considered that the voids were uniformly miniaturized without the generation of the maximum voids, and the gas thermal conductivity was further reduced.
  • the fibers are in close contact with each other by being attracted to each other by an intermolecular interaction, it is possible to obtain sufficient strength to maintain a formed body which is easy to handle. As a result, when used as a core material for vacuum insulation, the appearance is not impaired by atmospheric compression.
  • the inorganic fiber containing silicon oxide as a main component in the present invention refers to an inorganic fiber such as glass wool or silica fiber having the highest ratio of silicon oxide to the whole. ing.
  • alumina, sodium oxide, shelf oxide, and the like may be included as accessory components.
  • industrially inexpensive glass wool is preferable.
  • the finer the diameter of the inorganic fiber the better the heat insulating performance can be obtained.
  • the heat insulation performance could be secured only when the fiber diameter of the core material made of inorganic fibers was 2 im or less.
  • the vacuum heat insulating material of the present invention sufficient heat insulating performance can be obtained even if a core material having a fiber diameter of 3 m or more is used. Therefore, a fiber diameter of 3 to 4 / m is desirable in order to satisfy both requirements of low cost and high heat insulation performance. Note that the technical concept of the present invention can be applied to fibers having any fiber diameter.
  • jacket material of the present invention a material having gas barrier properties can be used for the jacket material of the present invention, a laminated film composed of a surface protective layer, a gas barrier layer, and a heat welding layer is preferred.
  • the vacuum heat insulating material of the present invention may be a physical adsorbent such as synthetic zeolite, activated carbon, activated alumina, silica gel, dawsonite, and hydrated talcite, and metal and metal earth.
  • a chemical adsorbent such as a simple metal or its oxides and hydroxides, a water adsorbent, and a gas adsorbent may be enclosed in the jacket material.
  • the present invention is characterized in that the intermolecular interaction is caused by the Si—OH group, and the ratio of Si—O HZ Si—0 on the surface of the inorganic fiber is 0.1 or more and 20 or less. It is assumed that: By utilizing the hydrogen bond caused by the Si-OH group as the intermolecular interaction, it is possible to obtain a sufficient intermolecular interaction force for the inorganic fibers to adhere to each other, making it easy to handle. Sufficient strength to maintain the body is obtained. In order to make the Si-OH / Si- ⁇ ratio of the inorganic fiber surface to be 0.1 or more and 20 or less, it is necessary to apply a suitable material to the fiber surface before sealing it under reduced pressure as a core material of vacuum heat insulating material.
  • Water should be supplied.
  • a core material having good external appearance surface properties of the vacuum heat insulating material is produced. That is, on the surface S i _ ⁇ ?
  • a fiber body comprising inorganic fibers having a 1 group Oyobi 3 i one H 3 0+ group, by compressing or heat-compressing the fiber body, and an easy molding of the handle, the core and the molded article Used as a material.
  • the core material having good appearance surface properties is a core material capable of smoothing the surface of the heat insulating material.
  • the core material be capable of smoothing the surface of the heat insulating material.
  • the core material be capable of smoothing the surface of the heat insulating material.
  • the S i -OH / S i O ratio on the surface of the inorganic fiber can be determined using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR).
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • FT-IR Fourier transform infrared spectroscopy
  • the peak areas of the two are measured by measuring the Si 2 p spectrum and the O 1 s spectrum.
  • FT-IR the spectrum can be obtained by measuring the spectrum of SioH and the spectrum of Sio and comparing the areas of the spectrum with each other.
  • the fiber density of the core material composed of inorganic fibers is 150 kg Zm 3 or more and 300 kg / m 3 or less.
  • the fiber density refers to the apparent density of a core material which is an aggregate of fibers.
  • a refrigerator and a refrigerator according to the present invention are provided with the vacuum heat insulating material according to the present invention.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The vacuum heat insulating material of the present invention has excellent heat insulation performance of at least 10 times that of a conventional rigid urethane foam, thereby achieving high heat insulation of refrigerators and refrigerators and contributing to energy saving.
  • the surface of the vacuum heat insulating material is good, the workability of the installation is good, and the smoothness of the surface of the box of the refrigerator and the refrigerator is also good.
  • the heat insulation performance does not deteriorate due to an increase in internal pressure due to gas generated from the binder. Therefore, the thermal insulation performance does not deteriorate over time, and it is possible to continuously contribute to energy saving.
  • the vacuum heat insulating material of the present invention uses inorganic fibers due to an attractive force caused by intermolecular interaction. They adhere to each other using the phenomenon that they are attracted to each other. Since the adhesion of the surface layer of the inorganic fiber is improved, there is no deterioration in the heat insulation performance due to the gas generated from the binder, and the increase in the solid thermal conductivity through the binding at the fiber intersection is suppressed. Thus, a high-performance vacuum heat insulating material having excellent heat insulating performance can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a vacuum heat insulating material according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the vacuum heat insulating material 6 is a material in which the core material 8 is filled in the jacket material 7 under reduced pressure.
  • the core material 8 contains silicon oxide as a main component, and the inorganic fibers adhere to each other by being attracted to each other by an attractive force due to a molecular interaction.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating intersections where inorganic fibers can be placed in close contact by being attracted to each other by an attractive force due to intermolecular interaction.
  • Two adjacent inorganic fibers 9 and inorganic fibers 10 are in close contact with each other by intermolecular interaction. Since the fibers are in close contact with each other via the intermolecular force, no binder is observed at the intersection point 11. Nevertheless, in handling It is possible to maintain a sufficient strength of the compact.
  • the vacuum heat insulating material of Example 1 has no binder or a dissolved component of the inorganic fiber as a binder at the intersection of the inorganic fibers, and has no solid heat transfer at the fiber intersection. It is possible to exhibit excellent heat insulating performance.
  • the fibers adhere to each other by being attracted to each other by intermolecular interaction, sufficient strength to maintain the formed body can be obtained, easy to handle, and used as a core material of vacuum heat insulating material. In such a case, the appearance is not impaired by atmospheric compression.
  • Examples 1 to 7 show the results of evaluating the vacuum heat insulating material by changing the Si-OH / Si-0 ratio and the fiber density of the core material composed of inorganic fibers.
  • the performance evaluation was based on bending strength and compressive strength in terms of the handleability of the core material and the surface properties of the vacuum insulation material. It has been determined from conventional experience values that the bending strength is sufficient if the bending strength is not less than 0.3 MPa and the compressive strength is not less than 0.05 MPa.
  • the Si-OH / Si— i ratio calculated from the peak area ratio of the Si 2 p spectrum and the O 1 s spectrum by XPS is 0.1
  • the fiber density of the core material is 250 kg Zm 3 glass wool molded body, metal coating film as jacket material
  • a vacuum heat insulating material was manufactured using a laminated film having a thermopolymer layer and a thermoplastic polymer layer.
  • the average fiber diameter of the core material was 4 m.
  • the compressive strength of the core material was 0.06 MPa
  • the bending strength was 0.04 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.001 SWZmK.
  • the ratio of Si_ ⁇ H / Si-0 on the surface of the inorganic fiber is 0.1 or more and 20 or less, the fibers are attracted to each other by an intermolecular interaction, and firmly adhere to each other. Since it was possible to obtain sufficient adhesion strength to maintain the formed body, it was easy to handle, and when it was used as a core material of a vacuum insulation material, its appearance was not impaired by atmospheric compression.
  • the solid thermal conductivity does not increase due to the binding at the fiber intersections.Furthermore, since there is no binding of the fibers at the fiber intersections, the air is compressed so that the void diameter becomes almost uniform, and the voids are reduced. Due to the effect of reducing the gas thermal conductivity due to the uniform miniaturization, compared to Comparative Examples 1 to 3, it showed excellent heat insulating performance.
  • the ratio of S i -OH / S i— ⁇ calculated from the peak area ratio of S i 2 p spectrum and ⁇ 1 s spectrum by XPS is 0.6
  • the fiber density of the core material is A vacuum heat insulating material was prepared using a glass wool molded product having a thickness of 250 kgZm 3 and a laminate film having a metal-deposited film layer and a thermoplastic polymer layer as a jacket material.
  • the average fiber diameter of the core material was 4 m.
  • the compressive strength of the core material was 0.07 MPa
  • the bending strength was 0.05 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.0013 W ZmK.
  • Example 1 A slight increase in compressive strength and bending strength was confirmed from Example 1. It is estimated that this is due to an increase in the ratio of S i — OHZS i.
  • the peak of Si 2 p spectrum and 1 s spectrum by XP S S i -OH / S i ten ratio calculated from the click area ratio is 0.9, the fiber density of the core material with a glass wool molded product of 250 kg Roh m 3, metallized fill beam layer as envelope material
  • a vacuum heat insulating material was produced using a laminated film having a thermoplastic film and a thermoplastic polymer layer. The average fiber diameter of the core material was 4 m.
  • the compressive strength of the core material was 0.07 MPa
  • the bending strength was 0.06 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.013 WZmK.
  • Example 1 A slight increase in compressive strength and bending strength was confirmed from Example 1. It is presumed that this is due to an increase in the S i — OH / S i — O ratio. The strength is almost the same level as in Example 2.
  • the Si-OH / Si-O ratio calculated from the peak area ratio of the Si 2 p spectrum and the 01 s spectrum by XPS is 0.6
  • the fiber density of the core material is using glass wool molded product of 150 k gZm 3
  • the fiber density of the core material is using glass wool molded product of 150 k gZm 3
  • the average fiber diameter of the core material was 4 m.
  • the compressive strength of the core material was 0.05 MPa
  • the bending strength was 0.03 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.0012 WZmK.
  • Example 2 A slight reduction in thermal conductivity was confirmed from Example 2 having the same S i -OH / S i- ⁇ ratio. Probably due to the decrease in solid thermal conductivity due to the decrease in density. If the density is 150 k gZm 3, compressive strength and flexural strength is strong enough to handle to maintain easy formers.
  • the core material has a Si-OH / Si ratio of 0.6, which is calculated from the peak area ratio of the Si 2 p spectrum and the O 1 s spectrum by XPS, and the core fiber
  • a vacuum heat insulating material was manufactured using a glass wool compact having a density of 300 kgZm 3 and using a laminate film having a metal-deposited film layer and a thermoplastic polymer layer as a jacket material.
  • the average fiber diameter of the core material was 4 ⁇ m.
  • the compressive strength of the core material was 0.08 MPa
  • the bending strength was 0.07 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum insulation material was 0.0014 WZmK.
  • Example 2 having the same Si-OH / Si_0 ratio, an increase in compressive strength and bending strength was confirmed. This is presumed to be due to the increase in density. On the other hand, a slight increase in thermal conductivity is observed, but this difference does not affect the deterioration of solid thermal conductivity.
  • the Si-OH / Si ratio calculated from the peak area ratio of the Si 2 p spectrum and the 1 s spectrum by XPS, is 0.6, and the core material fiber density using a glass wool molded product of 350 k gZm 3, to produce a vacuum heat insulating material using the laminated film having a jacket metallized fill beam layer as wood and the thermoplastic polymer layer.
  • the average fiber diameter of the core material was as follows.
  • the compressive strength of the core material was 0.08 MPa
  • the bending strength was 0.07 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.0015 W / mK. It showed the same compressive strength and bending strength as in Example 5.
  • an increase in thermal conductivity was confirmed. This is due to the increase in density, and the tendency to increase solid heat conduction has begun to appear, but the numerical value of solid heat conduction is at the level of a good product.
  • the Si-OH / Si-O ratio calculated from the peak area ratio of the Si 2 p spectrum and the 1 s spectrum by XPS is 0.6
  • the fiber density of the core material is
  • glass wool molded product of 380 k gZm 3 to produce a vacuum heat insulating material using the laminated film having a jacket metallized fill beam layer as wood and the thermoplastic polymer layer.
  • the average fiber diameter of the core material was 4 m.
  • the compressive strength of the core material was 0.08 MPa
  • the bending strength was 0.07 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.0015 WZmK.
  • Example 5 Compressive strength and bending strength equivalent to those of Example 5 and Example 6 were exhibited. On the other hand, an increase in thermal conductivity was confirmed. Due to the increase in density The effect of the heat effect has begun to appear, but the numerical value of the solid heat conduction is at the level of a good product.
  • the ratio of Si-OH / Si-O calculated from the peak area ratio of Si 2 p spectrum and 1 s spectrum by XPS is 0.6
  • the fiber of the core material is A vacuum heat insulating material was produced using a glass wool molded body having a density of 80 kg / m 3 and using a laminated film having a metal-deposited film layer and a thermoplastic polymer layer as a jacket material.
  • the compressive strength of the core material was 0.1 MPa or less, the bending strength was 0.01 MPa or less, and the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.0015 W / mK. This is because the core material density was 80 kg / m 3 , and the strength of the molded body was low. Therefore, although the thermal conductivity was excellent, the handleability and the surface properties of the vacuum insulation material deteriorated.
  • the core material has a Si-OH / Si ratio of 0.07 calculated from the peak area ratio of the Si 2 p spectrum and the 1 s spectrum by XPS, and the core fiber
  • a vacuum heat insulating material was manufactured using a glass wool compact having a density of 150 kg / m 3 and using a laminate film having a metal-deposited film layer and a thermoplastic polymer layer as a jacket material.
  • the compressive strength of the core material was 0.03 MPa
  • the bending strength was 0.02 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.0015 WZmK.
  • Table 1 shows the results of an experiment using the same measurement method as in the example.
  • a boric acid binder is dispersed to form a bond at the intersections. ⁇ degree with glass wool molded product of 250 k gZm 3, to prepare a vacuum sectional heat material using the laminated film having a metallized film layer and a thermoplastic polymer further as envelope material.
  • the average fiber diameter of the core material was 4 / m.
  • the compressive strength of the core material was 0.07 MPa
  • the bending strength was 0.06 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.0022 W / mK.
  • the thermal conductivity is larger than that of the example. This is due to the fact that the dispersed boric acid binder forms a binder at the intersections, so that the solid heat conduction increases through the binder.
  • an inorganic fiber with an average fiber length of 1 m is subjected to an acidic aqueous solution treatment and compression dewatering treatment.
  • a glass wool molded product having a thickness of 250 kgZm 3 a vacuum heat insulating material was produced using a laminate film having a metal-deposited film layer and a thermoplastic polymer layer as a covering material.
  • the compressive strength of the core material was 0.07 MPa
  • the bending strength was 0.06 MPa
  • the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.0033 WZ mK.
  • the thermal conductivity shows an extremely large value as compared with the examples. This is because the dissolved component of the inorganic fibers acts as a binder at the intersection, and the thermal conductivity between the inorganic fibers is performed through the binder, thereby increasing the solid thermal conductivity. . Therefore, the effect of the fine fiber diameter is offset.
  • a core material As a core material, a plurality of papers obtained by acid-making inorganic fibers with an average fiber of 1 are laminated in an acidic atmosphere, and then subjected to compression treatment. The inorganic fibers are separated from each other by the components eluted from the fibers at each intersection.
  • a vacuum heat insulating material was produced using a bonded glass wool having a core material having a fiber density of 250 kgZm 3 and using a laminated film having a metal-deposited film layer and a thermoplastic polymer layer as a jacket material. Evaluation As a result, the compressive strength of the core material was 0.07 MPa, the bending strength was 0.06 MPa, and the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was 0.222 W / mK.
  • the thermal conductivity is an extremely large value as compared with the examples. This is because the inorganic fibers are bound at each intersection by components eluted from the fibers.
  • the thermal conductivity is lower than that of Comparative Example 2 due to the effect that the fiber direction is oriented perpendicular to the heat transfer direction.
  • FIG. 3 is a sectional view of the refrigerator-freezer of the present invention.
  • the vacuum heat insulating material 6 according to Embodiment 1 is previously disposed inside a box constituted by the inner box 13 and the outer box 14, and the space other than the vacuum heat insulating material is hardened. It is characterized by being foam-filled with urethane foam 15.
  • the refrigerator-freezer thus configured has excellent heat insulation performance, which is at least 10 times higher than that of conventional rigid urethane foam, and thus achieves high heat insulation and can contribute to energy saving.
  • the internal pressure increases due to the gas generated from the binder, so that the heat insulation performance does not deteriorate.Therefore, the heat insulation performance does not deteriorate over time, contributing to continuous energy saving. It is possible to do.
  • the refrigerator-freezer and the refrigerator according to the present invention refer to devices utilizing hot / cold heat in a range from the operating temperature range of 130 ° C. to normal temperature and higher temperature, such as vending machines. It is not limited to electrical equipment, but also includes gas equipment. Industrial applicability
  • the vacuum heat insulating material according to the present invention has significantly reduced solid heat conduction and gas heat conduction, and has excellent heat insulation performance of 10 times or more of the conventional rigid urethane foam.
  • the use of the vacuum heat insulating material of the present invention makes it possible to efficiently use hot and cold heat, thereby contributing to energy saving in refrigerators and refrigerators and other equipment, and also protects against heat and cold. It can be applied to all kinds of thermal insulation applications, such as the object you want to do.

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Abstract

無機繊維からなる芯材と、芯材を収容する外被材を有する真空断熱材であって、無機繊維が酸化珪素を主成分としており、無機繊維表面のＳｉ−ＯＨ／Ｓｉ−Ｏ比が０．１以上、２０以下であり、繊維同士がＳｉ−ＯＨ基に起因する分子間相互作用により密着した交点を有する真空断熱材。

Description

明細書
真空断熱材、 および、 それを用いた冷凍機器 技術分野
本発明は、 真空断熱材、 および真空断熱材を用いた冷凍冷蔵庫および冷凍機器 に関するものである。
背景技術
近年、 地球環境問題である温暖化を防止することの重要性から、 省エネルギー 化が望まれており、 民生用機器についても省エネルギー化が進展している。 特に 冷凍冷蔵庫において、 冷熱を効率的に利用するという観点から、 優れた断熱性を 有する断熱材が求められている。
一般的に、 断熱材としては、 グラスウールなどの繊維体やウレタンフォームな どの発泡体が用いられている。 これらの断熱材の断熱性を向上するためには断熱 材の厚さを増す必要があるが、 断熱材を充填できる空間に制限があって省スぺー スゃ空間の有効利用が必要な場合には適用することができない。
このような課題を解決する一手段として、 空間を保持する芯材と、 空間と外気 を遮断する外被材によって構成される真空断熱材がある。 その芯材としては、 一 般に、 粉体材料、 繊維材料、 連通化した発泡体などが用いられているが、 近年の 省エネルギー化の要求拡大に伴い、 一層高性能な真空断熱材が求められている。 通常、 熱伝導は、 気体熱伝導と固体熱伝導、 輻射熱伝導、 対流熱伝導の総和で 示される。 外被材め内部が減圧にされた形態の真空断熱材においては、 気体熱伝 導と対流熱伝導の影響は、 ほとんど無視できるほど小さい。 また、 常温以下の温 度領域では、 輻射熱伝導の寄与もほとんどない。
よって、 常温以下の冷凍冷蔵庫に適用する真空断熱材においては、 固体熱伝導 の低減を考慮することが必要となる。 これまで、 断熱性能に優れる真空断熱用芯 材として、 種々の繊維材料が報告されている。
例えば、 特表平 1 1一 5 0 6 7 0 8号公報には、 低溶融ガラス組成物やホウ酸 のような熱可塑性の性質を有する無機バインダー材料を繊維材料全体にわたって 拡散させた繊維材料の集合物を芯材として用いた真空断熱材が開示されている。 図 4に示すように、 従来例の繊維材料は、 2本の隣接するガラス繊維 1とガラス 繊維 2が無機バインダー材料 3により、 交点 4で、 結合材 5を介して固着される ことを特徴とする。 結合材として無機バインダー材料を用いることにより、 繊維 集合物の個々の繊維を一緒に保持して、 絶縁材料のブランケット、 マット、 断熱 材、 又はパネルのような形成製品を維持するために集合物に一体性をもたせるこ とが可能であることを開示している。 また、 一般的な有機バインダーのように、 外被材中の真空状態下でバインダーからの気体の発生がなく、 経時的な断熱性能 の劣化がないため、 断熱性能に優れていることがあげられている。
また、 特開平 7— 1 6 7 3 7 6号公報は、 平均繊維径 2 m以下、 好ましくは 1 m以下の無機質繊維に酸性水溶液処理、 および、 圧縮脱水処理を施し、 無機 質繊維の溶出成分を無機質繊維の交点に集め、 それを結合材 （binder) として作 用させ、 無機質繊維同士を結着 （bind) させたものを芯材として用いた真空断熱 材を開示する。 同構成の効果としては、 繊維同士を結着させる結合材を含まない ため、 外被材中の真空状態下で結合材から発生する気体がなく、 経時的な断熱性 能の劣化がないため、 断熱性能に優れていると説明する。
また、 特開平 7 _ 1 3 9 6 9 1号公報は、 平均繊維径 2 /z m以下、 好ましくは 1 m以下の無機質繊維を酸性抄造して得られたペーパーを酸性雰囲気下で複数 枚積層した後、 圧縮処理を施し、 それら繊維より溶出した成分により無機質繊維 同士を各交点で結着した芯材を用いた真空断熱材を開示する。 同構成により、 経 時的な断熱性能の劣化がないことに加え、 繊維の方向が伝熱方向に垂直に配向し ていることから、 固体熱伝導が低減し、 優れた断熱性能を有する真空断熱材を提 供できるとしている。
しかしながら、 上記の従来例はいずれも、 無機質繊維同士がバインダーを用い て結着されるか、 無機質繊維からの溶出成分を結合材として結着されることを特 徴とする。 そのため、 結着された交点を介して、 各繊維間の固体熱伝導が増加す る結果、 結着成分のない繊維体に比較して、 固体伝熱成分が増大することが確認 された。
一方、 交点が結着されていない繊維体の場合、 固体伝熱成分は抑制されるが、 綿状であり、 非常に取り扱いが困難である。 また、 ブランケットやマット、 パネ ルのような形成体を維持することができないため、 真空断熱材の芯材として用い た場合には、 大気圧縮により外観表面性が損なわれる。 発明の開示
本発明の真空断熱材は、 無機繊維からなる芯材と、 ガスバリア性を有する外被 材とを備え、 前記外被材の内部を減圧してなる真空断熱材であって、 無機繊維が 酸化珪素を主成分とする繊維であって、 かつ、 芯材が、 分子間相互作用を介して 繊維同士が密着した交点を有する真空断熱材である。
これにより、 優れた断熱性能を有する高性能な真空断熱材を提供することがで き、 冷凍冷蔵庫および冷凍機器の省エネルギー化に貢献できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施の形態における真空断熱材の断面図。
図 2は、 本発明の一実施の形態における芯材の交点の概略図。
図 3は、 本発明の一実施例である冷凍冷蔵庫の断面図。
図 4は、 従来例の芯材を説明する概略図。 発明を実施するための最良の形態
本発明の真空断熱材は、 芯材が酸化珪素を主成分とするものであって、 かつ、 無機繊維の表層部の密着性が向上していることにより、 繊維同士が分子間相互作 用により密着することを特徴とするものである。 すなわち、 分子構造に起因する 分子間相互作用により、 繊維同士が引き合う引力により密着する構造となってい る。 従来例のように、 無機繊維の交点に結着したバインダーや無機繊維の溶出成 分が存在せず、 繊維間の固体熱伝導を促進することがないため、 繊維体としての 固体熱伝導を低減することが出来、 優れた断熱性能を有する真空断熱材を提供で きる。 ここで芯材とは、 繊維体が板状に形成されたものをいう。
また、 結合材から発生する気体により内圧が増加し、 断熱性能が劣化すること がないため、 高性能な真空断熱材を提供することができる。
さらに、 気体熱伝導率を低減することも出来る。 従来の芯材では、 芯材製造ェ 程で形成され、 偏在している極大空隙が、 真空断熱材を作製し、 大気圧による圧 縮力が加えられた後においても残存することが多く、 これが気体熱伝導の悪化を 招いていると考える。 これに対し、 本構成においては、 繊維交点における繊維の 結着がないため、 繊維体全体で空隙径がほぼ均一になるよう大気圧縮される。 そ の結果、 極大空隙が発生することなく、 空隙が均一に微細化され、 気体熱伝導率 のさらなる低減が得られたと考える。
以上の作用により、 従来の硬質ウレタンフォームの 1 0倍以上の優れた断熱性 能を有する真空断熱材を提供することが可能となった。
また、 分子間相互作用により互いに引かれ合うことにより繊維同士が密着して いるため、 取り扱いが容易な形成体を維持するために十分な強度を得ることがで きる。 それにより、 真空断熱材の芯材として用いた場合に、 大気圧縮により外観 が損なわれることもない。
なお、 顕微鏡などを用いると、 バインダーや無機繊維の溶出成分が無機繊維の 交点において結着した従来例の場合には、 あきらかに繊維表面や交点にバインダ 一や溶出成分の結着物が確認される。 これに対し、 本発明における分子間相互作 用による密着を用いると、 結着に作用する物理的な要因が観察により何ら確認さ れることがないにも拘わらず、 形成体を維持する十分な強度を得ることができる。 この密着は、 水素結合やファンデルワールス力などによる分子間相互作用に起因 するものである。
また、 本発明における酸化珪素を主成分として含む無機繊維は、 グラスウール やシリカファイバーなど酸化珪素が全体に占める割合が最も高い無機繊維を指し ている。 なお、 副成分としてアルミナやナトリウム酸化物、 棚素酸化物などを含 んでいても良い。 特に、 工業的に安価なグラスウールが好ましい。
無機繊維の繊維径は、 微細な方がより優れた断熱性能が得られることは従来例 に開示されている。 しかしながら、 従来例では、 無機繊維からなる芯材の繊維径 が 2 i m以下の場合にのみ断熱性能が確保できた。 これに対し、 本発明の真空断 熱材の場合には、 3 m以上の繊維径の芯材を用いても十分な断熱性能を得るこ とができる。 従って、 安価であることと、 高性能な断熱性能が得られることの両 方の要求を満たすためには、 3 から 4 / mの繊維径が望ましい。 なお、 本発 明の技術的思想は、 どのような繊維径の繊維に対しても適用できる。
本発明の外被材には、 ガスバリア性を有する材料が利用できるが、 表面保護層、 ガスバリァ層、 および熱溶着層によつて構成されるラミネートフィルムが好まし い。
また、 本発明の真空断熱材は、 芯材以外にも、 合成ゼォライト、 活性炭、 活性 アルミナ、 シリカゲル、 ドーソナイト、 ハイド口タルサイトなどの物理吸着剤、 および、 アル力リ金属やアル力リ土類金属単体やその酸化物および水酸化物など の化学吸着剤、 水分吸着剤やガス吸着剤を外被材中に、 封入しても良い。
本発明は、 分子間相互作用が、 S i— OH基に起因するものであり、 無機繊維 表面の S i— O HZ S i— 0比が 0 . 1以上、 2 0以下であることを特徴とする ものである。 分子間相互作用として、 S i— OH基に起因する水素結合を利用す ることにより、 無機繊維同士が密着するために十分な分子間相互作用力を得るこ とができ、 取り扱いが容易な形成体を維持する十分な強度が得られるものである。 無機繊維表面の S i—OH/ S i —〇比を 0 . 1以上、 2 0以下とするために は、 真空断熱材の芯材として減圧下で封止するまでに、 繊維表面に適切な水分を 供給すればよい。 水分の供給により、 繊維表面の S i 一 02基は、 S i一〇H基 へ、 さらに一部は S i— H3〇+基へ化学変化する。 この変化は、 繊維が比較的高 温で化学的に不安定である繊維化直後に行うことが望ましい。
次いで、 真空断熱材の外観表面性が良好な芯材を作製する。 すなわち、 表面に S i _〇？1基ぉょび3 i 一 H30+基を有する無機繊維からなる繊維体を作製し、 その繊維体を圧縮または加熱圧縮することにより、 取り扱いの容易な成形体とし、 その成形体を芯材として用いる。 ここで外観表面性が良好な芯材とは、 断熱材表 面を平滑に出来る芯材のことである。 冷蔵庫の断熱箱体の外箱内面に真空断熱材 を貼り付けて、 内箱と外箱との間の空間に発泡断熱材を充填する場合は、 真空断 熱材の表面の凸凹が冷蔵庫の外箱の凸凹になって現れやすい。 一方、 凹凸のある 真空断熱材の表面の凹凸がなくなるまで接着剤を厚くすると、 断熱箱体の断熱性 が悪くなる。 従って、 断熱材表面を平滑に出来る芯材であることが好ましい。 繊 維体を適当な密度に加熱圧縮することにより、 近接する繊維同士が水素結合によ り密着し、 成形体が得られるものである。 圧縮の際に加熱する際に、 脱水反応に より S i— H30+基が S i—OH基へ変化することも考えられるので、 得られた 芯材における S i— OH/ S i— O比を 0. 1以上、 2 0以下にすることが好ま しい。 以上の処理により、 取り扱いが容易な形成体を維持するに十分な強度が得 られるものである。
なお、 無機繊維表面の S i - OH/ S i O比は、 X線光電子分光法 （X P S ) やフーリエ変換赤外分光分析 （F T— I R) を用いて求めることが出来る。 X P Sの場合には、 S i 2 pスぺクトルおよび O 1 sスぺクトルを測定して両者のピ —ク面積を対比する。 F T— I Rを用いる場合には、 S i— O Hのスペクトルと S i Oのスぺクトルを測定して、 それらのスぺクトルの面積を相対比較すること により求めることが出来る。
また、 本発明は、 無機繊維からなる芯材の繊維密度が、 1 5 0 k g Zm3以上、 3 0 0 k g /m3以下であることが好ましい。 ここで、 繊維密度とは、 繊維の集 合体である芯材の見かけの密度を言う。
このような密度を有する芯材を用いることにより、 芯材に硬度を与えることが 出来る。 その結果、 良好な取り扱い性が確保され、 外被材への挿入工程などでの 作業性が向上し、 かつ、 真空断熱材の表面性も良好となる。 また、 高密度化して も固体熱伝導率が増加することはない。 本発明の冷凍冷蔵庫および冷凍機器は、 本発明の真空断熱材を具備することを 特徴とするものである。 本発明の真空断熱材は、 従来の硬質ウレタンフォームの 1 0倍以上の優れた断熱性能を有するために、 冷凍冷蔵庫および冷凍機器の高断 熱化が達成され、 省エネルギーに貢献できるものである。 また、 真空断熱材の表 面性が良好であるため、 取り付けの作業性が良く、 冷凍冷蔵庫および冷凍機器の 箱体表面の平滑性も良好となる。
さらに、 結合材を用いていないので、 結合材から生じる気体による内圧増加に より断熱性能の劣化を招くことない。 従って、 経時的に断熱性能が劣化すること がなく、 継続して省エネルギーに貢献することが可能である。
従来の真空断熱材が、 結合材を用いて無機繊維同士を結着することにより芯材 を作成しているのに対し、 本発明の真空断熱材は分子間相互作用による引力によ つて無機繊維同士が互いに引かれ合う現象を利用して密着している。 無機繊維の 表層部の密着性が向上しているため、 結合材から生じる気体に起因する断熱性能 の劣化がなく、 また、 繊維交点における結着部を介した固体熱伝導率の増大を抑 制することが出来、 優れた断熱性能を有する高性能な真空断熱材を提供すること ができる。
以下、 本発明の実施の形態に含まれる具体的な実施例を、 図面を参照しながら 説明する。 なお、 これらの実施例によってこの発明が限定されるものではない。
(実施の形態 1 )
図 1は、 本発明の実施の形態 1における、 真空断熱材の断面図を示すものであ る。 真空断熱材 6は、 芯材 8が、 減圧下で外被材 7に充填されているものである。 芯材 8は、 酸化珪素を主成分とし、 かつ、 無機繊維同士が、 分子問相互作用によ る引力で互いに引かれ合うことにより密着している。 図 2は、 無機繊維同士が、 分子間相互作用による引力で互いに引かれ合うことにより、 密着した状態に置け る交点を説明する概略図である。 2本の隣接した無機繊維 9と無機繊維 1 0は、 分子間相互作用により密着している。 繊維同士が分子間力を介して密着している ため、 交点 1 1には結着物は何ら観察されない。 それにも拘らず、 取り扱い性に 十分な成形体強度を保つことができるものである。
実施例 1の真空断熱材は、 無機繊維の交点においてバインダーや無機繊維の溶 出成分を結合材として有しておらず、 繊維交点での固体熱伝達がないため、 固体 熱伝導を低減し、 優れた断熱性能を発現することが可能である。
また、 結合材から生じる気体による内圧増加により、 断熱性能の劣化を招くこ ともない。
さらに、 おそらくは、 繊維交点における繊維の結着がないため、 空隙径がほぼ 均一になるよう大気圧縮され、 極大空隙が消失し、 空隙が均一に微細化されるた め、 気体熱伝導率のさらなる低減が得られるものである。
以上の作用により、 従来の硬質ウレタンフォームの 1 0倍以上の優れた断熱性 能を有する真空断熱材を提供することが可能となった。
また、 分子間相互作用により互いに引かれ合うことにより繊維同士が密着して いるため、 形成体を維持する十分な強度を得ることができ、 取り扱いが容易で、 かつ真空断熱材の芯材として用いた場合に、 大気圧縮により外観が損なわれるこ ともない。
S i - OH/ S i—0比および無機繊維から成る芯材の繊維密度を変えて、 真 空断熱材を評価した結果を実施例 1から実施例 7に示す。
性能評価は、 芯材の取り扱い性、 真空断熱材の表面性の観点においては、 曲げ 強度および圧縮強度を指標とした。 従来の経験値から曲げ強度は 0 . 0 3 M P a 以上であればよく、 圧縮強度は 0 . 0 5 M P a以上であれば、 十分な性能を有す るものであると判断した。
また、 熱伝導率は、 平均温度 2 4 "Cにおける実測値を従来データと比較した。 実験結果を表 1にまとめた。
(実施例 1 )
芯材として、 X P Sによる S i 2 pスペクトルおよび O 1 sスペクトルのピー ク面積比より算出した S i - OH/ S i—〇比が 0 . 1であり、 芯材の繊維密度 が 2 5 0 k g Zm3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィル ム層と熱可塑性ポリマー層とを有するラミネートフィルムを用いて真空断熱材を 作製した。 芯材の平均繊維径は、 4 mであった。 評価の結果、 芯材の圧縮強度 は 0. 06MPa、 曲げ強度は 0. 04MPa、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0 01 SWZmKであった。
無機繊維表面の S i _〇H/S i—0比を 0. 1以上、 20以下にすることに より、 繊維同士が分子間相互作用により互いに引かれ合い、 相互に強固に密着す る。 形成体を維持するのに十分な密着強度を得ることができるため、 取り扱いは 容易であり、 真空断熱材の芯材として用いた場合に、 大気圧縮により外観が損な われることもなかった。
また、 繊維交点における結着形成による固体熱伝導率の増大を招くことがなく、 さらに、 繊維交点における繊維の結着がないために、 空隙径がほぼ均一になるよ う大気圧縮され、 空隙が均一に微細化されることによる気体熱伝導率の低減の効 果により、 比較例 1から比較例 3と比較して、 優れた断熱性能を示すものであつ た。
(実施例 2)
芯材として、 XPSによる S i 2 pスぺクトルおよび〇 1 sスぺクトルのピー ク面積比より算出した S i -OH/S i—〇比が 0. 6であり、 芯材の繊維密度 が 250 k gZm3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィル ム層と熱可塑性ポリマー層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断熱材を 作製した。
芯材の平均繊維径は、 4 mであった。 評価の結果、 芯材の圧縮強度は 0. 0 7MP a、 曲げ強度は 0. 05MPa、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0013W ZmKであった。
実施例 1より若干の圧縮強度、 曲げ強度の増大が確認された。 S i— OHZS i一〇比の増加に起因するものであると推定される。
(実施例 3 )
芯材として、 XP Sによる S i 2 pスぺクトルおよび〇 1 sスぺクトルのピー ク面積比より算出した S i -OH/S i一〇比が 0. 9であり、 芯材の繊維密度 が 250 k gノ m3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィル ム層と熱可塑性ポリマ一層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断熱材を 作製した。 芯材の平均繊維径は、 4 mであった。 評価の結果、 芯材の圧縮強度 は 0. 07MPa、 曲げ強度は 0. 06MPa、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0 013WZmKであった。
実施例 1より若干の圧縮強度、 曲げ強度の増大が確認された。 S i— OH/S i—O比の増加に起因するものであると推定される。 実施例 2とはほぼ同等レべ ルの強度である。
(実施例 4)
芯材として、 XPSによる S i 2 pスぺクトルおよび 01 sスぺクトルのピー ク面積比より算出した S i -OH/S i— O比が 0. 6であり、 芯材の繊維密度 が 150 k gZm3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィル ム層と熱可塑性ポリマー層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断熱材を 作製した。 芯材の平均繊維径は、 4 mであった。 評価の結果、 芯材の圧縮強度 は 0. 05MPa、 曲げ強度は 0. 03MPa、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0 012 WZmKであった。
同等の S i -OH/S i—〇比を有する実施例 2より若干の熱伝導率の低減が 確認された。 おそらく、 密度の低下に起因する固体熱伝導率の低減によるもので あると考える。 密度が 150 k gZm3の場合は、 圧縮強度および曲げ強度は、 取り扱いが容易な形成体を維持する十分な強度である。
(実施例 5)
芯材として、 XP Sによる S i 2 pスぺクトルおよび O 1 sスぺクトルのピー ク面積比より算出した S i -OH/S i一〇比が 0. 6であり、 芯材の繊維密度 が 300 k gZm3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィル ム層と熱可塑性ポリマー層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断熱材を 作製した。 芯材の平均繊維径は、 4^mであった。 評価の結果、 芯材の圧縮強度 は 0. 08MP a、 曲げ強度は 0. 07MPa、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0 014WZmKであった。
同等の S i -OH/S i _0比を有する実施例 2より、 圧縮強度および曲げ強 度の増大が確認された。 これは、 密度の増大に起因するものであると推定する。 一方、 熱伝導率の若干の増加が認められるが、 この程度の差異は、 固体熱伝導の 悪化に影響はしない。
(実施例 6)
芯材として、 XP Sによる S i 2 pスぺクトルおよび〇 1 sスぺクトルのピ一 ク面積比より算出した S i -OH/S i一〇比が 0. 6であり、 芯材の繊維密度 が 350 k gZm3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィル ム層と熱可塑性ポリマー層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断熱材を 作製した。 芯材の平均繊維径は、 であった。 評価の結果、 芯材の圧縮強度 は 0. 08MPa、 曲げ強度は 0. 07MPa、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0 015W/mKであった。 実施例 5と同等の圧縮強度および曲げ強度を示した。 一方、 熱伝導率の増大が確認された。 これは、 密度の増大に起因するものであり、 固体熱伝導を大きくする傾向が現れ始めているが、 固体熱伝導の数値としては良 品のレベルである。
(実施例 7)
芯材として、 XPSによる S i 2 pスぺクトルおよび〇 1 sスぺクトルのピー ク面積比より算出した S i -OH/S i— O比が 0. 6であり、 芯材の繊維密度 が 380 k gZm3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィル ム層と熱可塑性ポリマー層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断熱材を 作製した。 芯材の平均繊維径は、 4 mであった。 評価の結果、 芯材の圧縮強度 は 0. 08MP a、 曲げ強度は 0. 07MPa、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0 015WZmKであった。
実施例 5および実施例 6と同等の圧縮強度および曲げ強度を示した。 一方、 熱 伝導率の増大が確認された。 密度の増大に起因するものであり、 固体熱伝導を大 きくする効果が現れ始めているが、 固体熱伝導の数値としては良品のレベルであ る。
(実施例 8)
芯材として、 XP Sによる S i 2 pスぺクトルおよび〇 1 sスぺクトルのピー ク面積比より算出した S i -OH/S i— O比が 0. 6であり、 芯材の繊維密度 が 80 k g/m3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィルム 層と熱可塑性ポリマー層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断熱材を作 製した。 '
評価の結果、 芯材の圧縮強度は 0. O lMPa以下、 曲げ強度は 0. 01MP a以下、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0015W/mKであった。 これは、 芯材 密度が 80 k g/m3であるため、 成型体強度が低くなつたためである。 よって、 熱伝導率には優れるものの、 取り扱い性や真空断熱材の表面性は悪化した。
(実施例 9 )
芯材として、 XPSによる S i 2 pスぺクトルおよび〇 1 sスぺクトルのピ一 ク面積比より算出した S i -OH/S i一〇比が 0. 07であり、 芯材の繊維密 度が 150 k g/m3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィ ルム層と熱可塑性ポリマ一層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断熱材 を作製した。 評価の結果、 芯材の圧縮強度は 0. 03MPa、 曲げ強度は 0. 02MP a、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0015WZmKであった。 また、 圧 縮成形によっても密度 150 k g η3より大きい成形体を得ることは困難であ つた。 これは、 S i— OHZS i—〇比が 0. 1未満であるため、 分子間相互作 用力による密着力が小さいためであると考える。 よって、 熱伝導率には優れるも のの、 取り扱い性や真空断熱材の表面性は悪化した。
次に本発明の真空断熱材に対する比較例を示す。 実施例と同じ測定方法を用い て実験した結果を表 1に示す。
(比較例 1 )
芯材として、 ホウ酸バインダーを分散させ交点で結合を形成させた、 芯材の繊 維密度が 250 k gZm3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着 フィルム層と熱可塑性ポリマ一層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断 熱材を作製した。 芯材の平均繊維径は、 4 / mであった。 評価の結果、 芯材の圧 縮強度は 0. 07MPa、 曲げ強度は 0. 06MP a、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0022W/mKであった。
圧縮強度および曲げ強度は十分であるが、 熱伝導率が実施例に比べて大きい値 である。 これは、 分散したホウ酸バインダーが交点で結合体を形成しているため、 結合体を介して固体熱伝導が増大していることによるものである。
(比較例 2)
芯材として、 平均繊維 1 mの無機質繊維に酸性水溶液処理、 および、 圧縮脱 水処理を施し、 無機質繊維の溶出成分を無機質繊維の交点に集め、 結合材として 作用させた、 芯材の繊維密度が 250 k gZm3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィルム層と熱可塑性ポリマー層とを有するラミネートフ イルムを用いた真空断熱材を作製した。 評価の結果、 芯材の圧縮強度は 0. 07 MP a、 曲げ強度は 0. 06 MP a、 真空断熱材の熱伝導率は 0. 0033WZ mKであった。
圧縮強度および曲げ強度は十分であるが、 熱伝導率が実施例に比べて極めて大 きい値を示す。 これは、 無機質繊維の溶出成分が交点における結合材として作用 しているため、 無機繊維同士の熱伝導が結合材を介して行われることにより、 固 体熱伝導率が増大しているためである。 よって、 繊維径が微細である効果が相殺 されている。
(比較例 3)
芯材として、 平均繊維 1 の無機質繊維を酸性抄造して得られたペーパーを 酸性雰囲気下で複数枚積層した後、 圧縮処理を施し、 無機質繊維同士をそれら繊 維より溶出した成分により各交点で結着した、 芯材の繊維密度が 250 kgZm 3のグラスウール成形体を用い、 外被材として金属蒸着フィルム層と熱可塑性ポ リマー層とを有するラミネートフィルムを用いた真空断熱材を作製した。 評価の 結果、 芯材の圧縮強度は 0. 07MP a、 曲げ強度は 0. 06MPa、 真空断熱 材の熱伝導率は 0. 0022W/mKであった。
圧縮強度および曲げ強度は十分であるが、 熱伝導率が実施例に比べて極めて大 きい値である。 これは、 無機質繊維同士をそれら繊維より溶出した成分により各 交点で結着されているためである。 酸性抄造して得られたペーパーを酸性雰囲気 下で複数枚積層することにより、 繊維の方向が伝熱方向に垂直に配向させた効果 により、 熱伝導率は比較例 2より低減しているが、 実施例 1〜9と比較して大き な値となっている。
表 1
Figure imgf000016_0001
(実施の形態 2 )
図 3は、 本発明の冷凍冷蔵庫の断面図である。
冷凍冷蔵庫 1 2は、 内箱 1 3と外箱 1 4とで構成される箱体内部にあらかじめ 実施の形態 1における真空断熱材 6を配設し、 前記真空断熱材以外の空間部を硬 質ウレタンフォーム 1 5で発泡充填したことを特徴としている。 このように構成 された冷凍冷蔵庫は、 従来の硬質ウレタンフォームの 1 0倍以上の優れた断熱性 能を有するために、 高断熱化が達成され、 省エネルギーに貢献できるものである。 また、 結合材により結着していないため、 結合材から生じる気体による内圧増加 により、 断熱性能の劣化を招くことないため、 経時的に断熱性能が劣化すること がなく、 継続して省エネルギーに貢献することが可能である。
なお、 本発明の冷凍冷蔵庫および冷凍機器は、 これらの動作温度帯である一 3 0 °Cから常温、 また自動販売機などの、 より高温までの範囲で温冷熱を利用した 機器を指す。 また、 電気機器に限ったものではなく、 ガス機器なども含むもので ある。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかる真空断熱材は、 固体熱伝導および気体熱伝導を 著しく低減したものであって、 従来の硬質ウレタンフォームの 1 0倍以上の優れ た断熱性能を有する。 本発明の真空断熱材を用いることにより、 温冷熱を効率的 に利用することができるため、 冷凍冷蔵庫および冷凍機器をはじめとした機器の 省エネルギー化に貢献でき、 その他にも、 熱や寒さから保護したい物象などのあ らゆる断熱用途に適用できる。

Claims

請求の範囲
1. 無機繊維からなる芯材と、 ガスバリア性を有する外被材とを備え、 前記外被 材の内部を減圧してなる真空断熱材であって、
前記無機繊維が酸化珪素を主成分とする繊維であり、 かつ、
前記芯材が、 分子間相互作用を介して前記繊維同士が密着した交点を有す ることを特徴とする真空断熱材。
2. 前記分子間相互作用が、 前記繊維表面に存在する S i— OH基が関与する水 素結合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. 前記繊維表面の S i— OHZS i— 0比が 0. 1以上、 1. 0以下であるこ とを特徴とする請求項 2に記載の真空断熱材。
4. 前記芯材の密度が、 150kgZm3以上、 300 k gZm3以下であること を特徵とする請求項 1〜 3のいずれかに記載の真空断熱材。
5. 前記芯材の曲げ強度が、 0. 03MPa以上、 0. l OMPa以下であるこ とを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかに記載の真空断熱材。
6. 前記繊維表面への S i— OH基の導入が、 前記繊維表面と水分子との接触に よりなされることを特徴とする請求項 3に記載の真空断熱材。
7. 冷凍機器であって、 すくなくとも真空断熱材を備える冷凍用箱体を有し、 前記真空断熱材が、 無機繊維からなる芯材と、 ガスバリア性を有する外被 材とを有し、 前記外被材の内部が減圧された真空断熱材であって、
前記無機繊維が酸化珪素を主成分とする繊維であり、
かつ前記繊維同士が、 分子間相互作用により接合した交点を有する ことを特徴とする冷凍機器。
8. 前記冷凍装置が冷凍冷蔵庫であり、 前記真空断熱材を少なくとも冷凍庫の断 熱に用いることを特徴とする請求項 7記載の冷凍機器。
9. 前記分子間相互作用が、 前記繊維表面に存在する S i— OH基による水素結 合であることを特徴とする請求項 7記載の冷凍機器。
10. 前記繊維表面の S i— OHZS i— O比が 0. 1以上、 1. 0以下である ことを特徴とする請求項 9記載の冷凍機器。
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