JP2004011908A

JP2004011908A - 真空断熱材、および真空断熱材を用いた冷蔵庫

Info

Publication number: JP2004011908A
Application number: JP2003028040A
Authority: JP
Inventors: Yukako Akeyama; 明山　悠香子
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】固体熱伝導率を改善し、初期熱伝導率に優れた真空断熱材を提供する。
【解決手段】真空断熱材１の芯材３は、バインダーを使用して乾式法により無機繊維をボード状に成形してなり、無機繊維の配向方向が伝熱方向に対して垂直であり、かつ長さが１００μｍ以下の短い繊維を、約４０〜７０％含有することにより、繊維による伝熱を抑制し、固体熱伝導率を低減する。これにより、初期断熱性能に優れた真空断熱材を得ることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空断熱材、および真空断熱材を使用した冷蔵庫に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護が大きく叫ばれるなか、家電製品の省エネルギー化は緊急に取り組むべき重要な課題となってきている。この解決方法の一つとして、無駄な熱の授受を防ぐ目的での真空断熱材の適用がある。
【０００３】
真空断熱材とは、発泡樹脂や繊維等を芯材として外被材内に入れて内部を減圧した断熱材で、断熱材内部を真空に保つことにより気体の熱伝導率を著しく低下させたものである。
【０００４】
断熱材の熱伝導率を低減する方法として、断熱材を構成する繊維を伝熱方向に対して垂直に配向した技術がある。これは繊維を伝熱方向に対して垂直に配向することによって、繊維による伝熱を抑制したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、繊維を伝熱方向に垂直に積層しただけでは、繊維を伝わる熱が存在してしまうために固体熱伝導率が大きくなり、真空断熱材において初期熱伝導率の低減に限界があった。
【０００６】
本発明は、真空断熱材の芯材において、固体熱伝導率を改善し、初期熱伝導率に優れた真空断熱材を提供することを目的とするものである。
【０００７】
更にこの真空断熱材を使用した省エネルギーの冷蔵庫を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の真空断熱材の発明は、少なくともガスバリア層および熱溶着層を有する外被材内に、バインダーを使用して乾式法により無機繊維をボード状に成形した芯材を入れて減圧、密封してなり、前記芯材は、前記無機繊維の配向方向が伝熱方向に対して垂直であり、かつ長さが１００μｍ以下の短い繊維を、約４０〜７０％含有するものであり、真空断熱材の芯材は、無機繊維を伝熱方向に対して垂直に配向するだけでなく、短い繊維を含有させることにより、繊維を伝わる熱を途切れさせ、固体熱伝導率を低減できる。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載の冷蔵庫の発明は、外箱と内箱によって形成される空間に請求項１記載の真空断熱材を配設し、前記真空断熱材以外の前記空間に発泡断熱材を充填したものであり、固体熱伝導率が低下することにより冷蔵庫の断熱性能を向上できるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の真空断熱材の実施の形態について説明する。
【００１１】
本発明は、無機繊維を乾式法により加熱加圧成形したボード状芯材と外被材とからなる真空断熱材であり、芯材に短い繊維を含有させることにより、初期熱伝導率を低減した真空断熱材である。
【００１２】
無機繊維としては、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、炭化ケイ素繊維等特に指定するものではない。
【００１３】
また、ボード状に加熱加圧成形する時には、取り扱い性向上のためバインダーを使用するが、使用するバインダーとしては、ホウ酸、酸化ホウ素、リン酸、コロイダルシリカ、水ガラス、アルミナゾル、セッコウ、ケイ酸ナトリウム、アルキルシリケートなどの無機バインダー、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂などの有機バインダーなど特に指定するものではない。
【００１４】
前記外被材は少なくともガスバリア層および熱溶着層を有するものであり、必要に応じて表面保護層等を設けてもよい。
【００１５】
ガスバリア層としては、金属箔が最も適しているが、金属または金属酸化物、あるいはダイヤモンドライクカーボンを蒸着したプラスチックフィルム等を用いることもでき、ガス透過を低減する目的で用いるものであれば特に指定するものではない。
【００１６】
上記金属箔としては、アルミニウム、ステンレス、鉄等を用いることができるが、特に指定するものではない。
【００１７】
プラスチックフィルムへの金属蒸着の材料は、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、銀、あるいはそれらの混合物等を用いることができるが、特に指定するものではない。
【００１８】
また、前記プラスチックフィルム上への金属酸化物蒸着の材料は、シリカ、アルミナ等を用いることができるが、特に指定するものではない。
【００１９】
前記外被材の熱溶着層は、外被材を構成するフィルムの中で最もガス透過度が大きい部分であり、熱溶着層の性質は真空断熱材の経時断熱性能に大きく影響する。熱溶着層の厚さは、減圧封止工程における封止品質の安定性や、熱溶着部端面からのガス侵入の抑制や、ガスバリア層として金属箔を使用した場合における熱伝導による表面からのヒートリークを考慮すると、２５μｍ〜６０μｍが適している。
【００２０】
熱溶着層の材料としては、無延伸ポリプロピレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、直鎖状低密度ポリエチレンフィルム等を用いることができ、特に指定するものではない。
【００２１】
また、ガスバリア層の外側にさらに表面保護層を設けることも可能である。
【００２２】
表面保護層としては、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルム、ナイロンフィルムの延伸加工品などが利用でき、さらに外側にナイロンフィルムなどを用いると、耐折り曲げ性、耐突き刺し性などが向上する。
【００２３】
また、外被材の袋形状は、四方シール袋、ガゼット袋、三方シール袋、ピロー袋、センターテープシール袋等があるが、特に指定するものではない。
【００２４】
また、真空断熱材の初期断熱性能および経時断熱性能をより一層向上させる場合は、ガス吸着剤や水分吸着剤等のゲッター物質を使用することも可能である。
【００２５】
その吸着機構は、物理吸着、化学吸着、および吸蔵、収着等のいずれでもよいが、非蒸発型ゲッターとして作用する物質が良好である。
【００２６】
具体的には、合成ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ドーソナイト、ハイドロタルサイト等の物理吸着剤である。
【００２７】
化学吸着剤としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物や、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物等が利用でき、特に、酸化リチウム、水酸化リチウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化バリウム、水酸化バリウムが効果的に作用する。
【００２８】
また、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、塩化カルシウム、炭酸リチウム、不飽和脂肪酸、鉄化合物等も効果的に作用する。
【００２９】
また、バリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム等の物質を単独、もしくは合金化したゲッター物質を適用するのがより効果的である。
【００３０】
さらには、このような前記ゲッター物質を少なくとも窒素、酸素、水分、二酸化炭素を吸着除去するため、種々混合して適用することも可能である。
【００３１】
次に、本発明の真空断熱材を使用した冷蔵庫について説明する。
【００３２】
真空断熱材を冷蔵庫に適用した場合、冷蔵庫の外箱と内箱とからなる空間の、外箱側または内箱側に真空断熱材を貼付し、残りの空間に樹脂発泡体を充填するのが一般的であるが、真空断熱材と発泡樹脂体とを一体発泡した断熱体を冷蔵庫の外箱と内箱の間の空間に配設しても良い。これらの適用は冷蔵庫本体の他、ドア部、仕切り板部等にもでき、特に指定するものではないが、広範囲に使用するほど使用電力量が低減できるものであり、機械室と内箱との間、あるいは冷凍室の周囲に前記真空断熱材を用いることは、温度差が大きいため特に断熱効率に優れ、より低電力量で冷蔵庫を運転できる。
【００３３】
空間に充填する樹脂発泡体は、例えば硬質ウレタンフォーム、フェノールフォームやスチレンフォーム等を使用することができるが、特に指定するものではない。
【００３４】
また、例えば硬質ウレタンフォームを発泡する際に用いる発泡剤としては、特に指定するものではないが、オゾン層保護、地球温暖化防止の観点から、シクロペンタン、イソペンタン、ｎ−ペンタン、イソブタン、ｎ−ブタン、水（炭酸ガス発泡）、アゾ化合物、アルゴン等が望ましく、特に断熱性能の点からシクロペンタンが望ましい。
【００３５】
また、使用する冷媒は、フロン１３４ａ、イソブタン、ｎ−ブタン、プロパン、アンモニア、二酸化炭素、水等があるが、特に指定するものではない。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について更に詳しく説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
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である。
【００３８】
真空断熱材１は、外被材２と芯材３および吸着材４とから構成されており、あらかじめ三方シールにて製袋した外被材２内に、芯材３および吸着剤４を挿入し、外被材２の内部を減圧後、密封している。
【００３９】
外被材２は保護層、ガスバリア層、熱溶着層を有するラミネートフィルムであり、２枚のラミネートフィルムを四方シールにて封止している。
【００４０】
芯材３は、バインダーを使用して乾式法により加熱加圧成形したグラスウールボードからなるボード状成形体であり、真空断熱材１内部のガス成分は吸着剤４によって取り除かれている。
【００４１】
芯材３は繊維長が短い繊維を含有し、真空断熱材１の熱伝導率を評価したところ、（表１）の実施例１，２，３のようになった。ここでいう圧縮率は芯材３の厚みから真空断熱材１の厚みの比率をあらわすものである。
【００４２】
【表１】

【００４３】
このような真空断熱材１を開封して、芯材２を取り出して撮影した光学顕微鏡写真が図２〜図４であり、写真内における繊維長の確認では、１００μｍ以下の繊維が約４０〜７０％あった。
【００４４】
図２〜図５は光学顕微鏡は常温常圧下で、写真倍率２００倍（対物レンズ倍率×５０）で測定したものの写真で、写真内に繊維全体が収まっているものは繊維長計測を行い、収まっていないものを繊維長１００μｍ以上として本数を数えた結果（表１）のようになった。
【００４５】
なお、比較例は繊維からなる芯材を外被材にて覆って減圧シールした真空断熱材をいい、この時繊維には繊維長１００μｍ以下のものが約３０％含まれるものであり、光学顕微鏡での写真を図５に示している。本願発明と同様線長さをもとに本数を数えると（表１）の比較例のようになった。（表１）のデータを整理して繊維長１００μｍ以下の本数を計算すると（表２）のようになった。
【００４６】
【表２】

【００４７】
すなわち、短い繊維を含有させることにより、繊維による伝熱が途切れたために、優れた初期熱伝導率となった。
【００４８】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における冷蔵庫の本体部分の断面図である。
【００４９】
冷蔵庫本体６は、鋼板からなる外箱７と、ＡＢＳ樹脂からなる内箱８とで構成される空間の片面に真空断熱材１を配設し、真空断熱材１以外の空間を硬質ウレタンフォーム９で発泡充填している。１０は冷蔵室、１１は冷凍室である。また、１２は機械室で、１３は圧縮機である。
【００５０】
真空断熱材１は実施の形態１に示したものと同様の構成のものを設置している。このように構成された冷蔵庫の消費電力量を測定したところ、真空断熱材を装着しない冷蔵庫よりも２０％低下しており、優れた断熱効果による省エネルギーの達成を確認した。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の真空断熱材の発明は、少なくともガスバリア層および熱溶着層を有する外被材内に、バインダーを使用して乾式法により無機繊維をボード状に成形した芯材を入れて減圧、密封してなり、前記芯材は、前記無機繊維の配向方向が伝熱方向に対して垂直であり、かつ長さが１００μｍ以下の短い繊維を、約４０〜７０％含有するものである。
【００５２】
本発明の真空断熱材の芯材は、無機繊維を伝熱方向に対して垂直に配向するだけでなく、長さが１００μｍ以下の短い繊維を約４０〜７０％含有することにより、繊維を伝わる熱が途切れ、固体熱伝導率が下がり、初期熱伝導率を低減することができ、断熱性の向上が図れる。
【００５３】
また、本発明の請求項２に記載の冷蔵庫の発明は、外箱と内箱によって形成される空間に請求項１記載の真空断熱材を配設し、前記真空断熱材以外の前記空間に発泡断熱材を充填したもので、断熱性能に優れた省エネルギーの冷蔵庫を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図
【図２】本発明の実施例１における芯材の光学顕微鏡写真
【図３】本発明の実施例２における芯材の光学顕微鏡写真
【図４】本発明の実施例３における芯材の光学顕微鏡写真
【図５】比較例を示す真空断熱材の芯材の光学顕微鏡写真
【図６】本発明の実施の形態２における冷蔵庫の本体部分の断面図
【符号の説明】
１　真空断熱材
２　外被材
３　芯材
４　吸着材
５　繊維
６　冷蔵庫
７　内箱
８　外箱
９　ウレタンフォーム
１０　冷蔵室
１１　冷凍室
１２　機械室
１３　圧縮機

Claims

少なくともガスバリア層および熱溶着層を有する外被材内に、バインダーを使用して乾式法により無機繊維をボード状に成形した芯材を入れて減圧、密封してなり、前記芯材は、前記無機繊維の配向方向が伝熱方向に対して垂直であり、かつ長さが１００μｍ以下の短い繊維を、約４０〜７０％含有することを特徴とする真空断熱材。
外箱と内箱によって形成される空間に請求項１記載の真空断熱材を配設し、前記真空断熱材以外の前記空間に発泡断熱材を充填した冷蔵庫。