JPH08303685A

JPH08303685A - 真空断熱体

Info

Publication number: JPH08303685A
Application number: JP7105476A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Miyaji; 法幸宮地; Yasuaki Tanimoto; 康明谷本
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ラミネートフィルムを用いた真空
断熱体の断熱性能を、外被材からの熱伝導による悪化を
もたらすこと無く、長期に亘って維持することを目的と
する。【構成】芯材２と熱容着層が50μｍ以上150μｍ以下
の厚さの樹脂層である外被材３とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷蔵庫などの断熱材と
して使用可能な真空断熱体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】将来のエネルギー規制などに対し、冷蔵
庫の省エネ化は避けられない問題であり断熱性能を向上
させることが重要である。一方、現在オゾン層保護の観
点から冷蔵庫の断熱材の発泡剤にはＨＣＦＣ−１４１ｂ
やシクロペンタンなどの代替発泡剤が使用されている。
これらの代替発泡剤を用いた断熱材は、従来のＣＦＣ−
１１発泡断熱材に較べて断熱性能が低下する。

【０００３】このような二つの相反する課題を解決する
一手段として、真空断熱体がある。真空断熱体は、上記
のような発泡剤を用いることなく、断熱性能を向上する
ものである。

【０００４】真空断熱体はシリカ、パーライトなどの無
機粉末、ガラス繊維などの繊維材料、発泡ポリウレタン
などの有機材料を減圧状態に維持するものであり、これ
らを外被する外被材はガス遮断性の良いものでなければ
ならない。

【０００５】例えば、冷凍庫などの極低温保冷材に使わ
れている二重壁構成のパーライト真空断熱体は、外被材
としてガスを完全に遮断する1mm以上の金属製材料を用
いている。しかし、非常に熱伝導率の大きな金属で外周
を構成するため、外被材を通して伝わる熱伝導が大き
く、真空断熱体の熱伝導率を悪化させる欠点がある。

【０００６】この対策として、真空断熱体の外被材に金
属膜とプラスチックのラミネートフィルムを使用するこ
とが提案されている。例えば、特開昭６２ー１０５７９
号公報には、金属膜とプラスチックラミネートフィルム
で構成される外被材において内層周縁の熱溶着部にのみ
プラスチックフィルムをラミネートする構成が提案され
ている。

【０００７】その内容は、断熱材料からなる芯材を、プ
ラスチックフィルムと金属層を交互に積層したガス透過
度の小さい外被材で被い、内部を減圧密封して真空断熱
体を得ようとするものであり、外被材の内層が金属層と
なるように構成し、周縁の熱溶着部にのみ更にその内層
にプラスチックフィルムを積層するものである。

【０００８】特に、周縁部の最内層にプラスチックフィ
ルムを積層することによって上面フィルムの金属層と下
面フィルムの金属層を非接触とするため、外被材を通し
て伝わる熱伝導を小さくすることができ、真空断熱体の
断熱性能を大きく損なわないことを特徴としている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例において、
非ガス透過性の外被材に積層する金属層には、工業的に
安価なアルミ箔やアルミ蒸着膜を用いることが考えられ
る。しかし、アルミ蒸着膜を用いた場合、外被材のガス
透過度は蒸着する基材樹脂の膨張係数や寸法収縮率に依
存するため、真空断熱体の外被材に求められるガス透過
度以下に抑えることは困難である。したがって、金属層
には金属箔を用いるのが妥当である。

【００１０】しかしながら、金属箔を用いた場合、樹脂
に比べて金属の熱伝導率が極端に大きいことから、外被
材を伝わる熱伝導を小さくするためには金属箔の厚さを
できるだけ薄くする必要がある。しかし、現状の工業的
レベルで厚さを４μｍ以下にするとピンホール、クラッ
クが多発するため５μｍ以上とする必要があり、金属箔
の厚さを薄くすることによって外被材からの熱伝導を小
さくすることは困難である。

【００１１】以上のように、金属層の薄肉化には限界が
あるため、外被材から伝わる熱伝導を真空断熱体に対し
て悪影響を及ぼさない大きさに抑える為には、熱溶着層
の厚さを限定することが必要となる。

【００１２】しかし、上記引例特許では外被材の熱溶着
層の存在を指定したのみであるので外被材を伝わる熱伝
導が管理できず、真空断熱体の断熱性能に悪影響を及ぼ
す。また、外被材からの熱伝導を抑えるため無作為に熱
溶着層の厚さを厚くすれば、熱溶着層からのガス透過を
大きくし真空断熱体の断熱性能を経時的に劣化させるこ
とにもなる。

【００１３】本発明は、ラミネートフィルムを用いた真
空断熱体の断熱性能を、外被材からの熱伝導による悪化
をもたらすこと無く、長期に亘って維持することを目的
とし、熱溶着層の厚さを限定したものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】従来の課題を解決するた
め、本発明の真空断熱体は、芯材が充填された外被材の
内部を減圧密封してなる真空断熱体において、前記外被
材が少なくとも表面保護フィルムと、金属層と、厚さが
50μｍ以上150μｍ以下の内層フィルムとより構成され
てなるラミネートフィルムであることを特徴とする。

【００１５】また、本発明の真空断熱構造体は、内層フ
ィルムがポリアクリロニトリル樹脂である真空断熱体の
周囲に、硬質ウレタンを発泡充填したことを特徴とす
る。

【００１６】また、本発明の真空断熱構造体は、内層フ
ィルムがポリアクリロニトリル樹脂とナイロン樹脂を積
層した真空断熱体の周囲に、硬質ウレタンを発泡充填し
たことを特徴とする。

【００１７】また、本発明の断熱箱体は、内層フィルム
がポリアクリロニトリル樹脂とナイロン樹脂を積層した
真空断熱体の周囲に、硬質ウレタンを発泡充填したこと
を特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明は外被材を伝わる熱伝導と内層フィルム
から侵入するガス透過の二つの観点から、芯材を減圧密
封する外被材の内層フィルムの厚さを制限し、実用的な
外被材を得ることを目的とするものである。

【００１９】内層フィルム中の金属箔は真空断熱体の断
熱性能に大きく影響を与える。金属箔を伝わる熱伝導
は、例えばアルミの場合熱伝導率は１９０ｋｃａｌ／ｍ
ｈ℃であり、樹脂や他の固体に比べて非常に大きい。

【００２０】従って金属箔間の熱の移動が大きいため、
内層フィルムを挟んでいる金属箔が接近すればするほど
上面から下面へ伝わる熱伝導は著しく大きくなり、真空
断熱体の断熱性能に悪影響を及ぼす。

【００２１】逆に、樹脂の熱伝導率は０．２〜０．４ｋ
ｃａｌ／ｍｈ℃でアルミ箔に比べてかなり小さく、金属
箔と金属箔の間に位置する内層フィルムを厚くすること
によって、上面から下面へ伝わる熱伝導は効果的に減少
する。

【００２２】その割合は金属箔と金属箔の距離つまり２
枚の内層フィルムの厚さによって定まり、その厚さの２
乗に比例して減少する。

【００２３】従って、内層フィルムの厚さを制限するこ
とが重要な因子となり、本発明では５０μｍ以上の厚さ
を有する樹脂を使用しているので、外被材からの金属に
よる熱伝導を著しく抑えることができる。

【００２４】そして、外被材を伝わる熱伝導は、内層フ
ィルムの厚さが５０μｍ以上となった時１０^-4オーダー
となり、真空断熱体の断熱性能に影響を及ぼさない大き
さとなる。

【００２５】一方、内層フィルムを通して真空断熱体内
へ透過してくるガス量は、金属箔がガスを完全に遮断す
るのに対してかなり多く、熱溶着可能な樹脂のほとんど
が１０００ｃｃ／ｍ²・日・atm・30℃・20μｍ以上のガス透
過度である。

【００２６】したがって、内層フィルムの厚さを薄くす
ればするほど、内層フィルムからのガス透過を小さくす
る。侵入したガスによって引き起こされる内部圧力の上
昇のため真空断熱体の断熱性能に経時的劣化をもたらす
が、侵入するガス量を少なくすることにより断熱性能の
劣化を抑えることができる。その割合は熱溶着層が外部
雰囲気に曝されている面積に比例し、同じサイズの真空
断熱体においては熱溶着層の厚さに比例する。

【００２７】従って、内層フィルムの厚さを制限するこ
とが重要な因子となり、本発明では１５０μｍ以下の厚
さに抑えた樹脂を使用しているので、内層フィルムから
のガス透過を効果的に抑えることができる。

【００２８】そして、内層フィルムの厚さが１５０μｍ
以下となった時、ガス透過度が１０００ｃｃ／ｍ²・日・a
tm・30℃・20μｍ以上の樹脂を使用しても侵入してくるが
しによって変化する内圧が０．５ｔｏｒｒ以下となり、
真空断熱体の断熱性能に影響を及ぼさない大きさとな
る。

【００２９】本発明では、真空断熱体の外被材を構成す
る内層フィルムの厚さを５０μｍ以上としているので、
熱伝導率の大きな金属箔を伝わってきた熱は、熱溶着層
を形成する内層フィルム樹脂によって効果的に分散さ
れ、外被材からの熱伝導を小さくする。したがって、真
空断熱体の断熱性能を大きく悪化することがない。

【００３０】また、真空断熱体の外被材を構成する内層
フィルムの厚さを１５０μｍ以下としているので、外部
からのガス侵入が起こり得る内層フィルムからのガス侵
入を微量に保つことができ、真空断熱体の断熱性能の経
時的劣化を少なくすることができる。その結果、長期間
に亘って優れた断熱性能を有する真空断熱体を提供する
ことができるのである。

【００３１】また、本発明の真空断熱構造体は、内層フ
ィルムがポリアクリロニトリル樹脂である真空断熱体の
周囲に硬質ウレタンを発泡充填しているので、硬質ウレ
タンが緩衝材の効果を果たし、外部からの衝撃によって
真空断熱体が破袋することがない。

【００３２】また発泡充填する硬質ウレタンの発熱によ
る物性変化をもたらすことがないので、安定した真空断
熱構造体を得ることができる。また、内層フィルム周縁
部からのガス侵入量を小さくし、長期間の使用によって
ガス透過による断熱性能の劣化を防ぐことができる。

【００３３】また、本発明の真空断熱構造体は、内層フ
ィルムにナイロン樹脂を積層した真空断熱体の周囲に、
硬質ウレタンを発泡充填しているので、内層フィルムの
ガス透過に対する物性変化を引き起こすこと無く、硬質
ウレタン発泡体に埋設しても応力によってクラック、皺
等の発生を起こさないため、真空断熱構造体の断熱性能
を長期間維持することができる。

【００３４】また、本発明の断熱箱体では、上記真空断
熱構造体を使用しているので、長期間に亘って箱体の断
熱性能を維持することが可能となる。また、箱体適用時
の接着に硬質ウレタンを用いても、発泡熱による断熱構
造体の劣化が起こらない。また、箱体適用時の接着に硬
質ウレタンを用いた場合においても、外被材の端部に硬
質ウレタン発泡体が既に形成されているため、外被材の
熱溶着のためのひだが表出しておらず発泡ウレタンの流
れ方向を左右する阻害因子となることがないので、真空
断熱体周辺にボイドを形成することを防止することがで
きる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３を用い
て説明する。

【００３６】図において１は真空断熱体であり、芯材２
と外被材３により構成されている。真空断熱体１は、１
２０℃で２時間真空乾燥した連続気泡の硬質ウレタンフ
ォームを外被材３に充填し、内部を減圧密封して得たも
のである。尚、芯材は湿式シリカ、パーライト粉末、珪
酸カルシウム発泡体でも良い。

【００３７】外被材３は、内層フィルムがポリプロピレ
ン４、金属層がアルミニウム箔５、表面保護フィルムが
ポリエチレンテレフタレート６で構成されている。内層
は、ポリプロピレン等の熱溶着可能な樹脂とした。

【００３８】また、７は断熱構造体であり、真空断熱体
１を硬質ウレタン８の内部に埋設した構造をしている。

【００３９】

【表１】

【００４０】（表１）は、本発明の一実施例における真
空断熱体（３０×３０×２ｃｍのパネル）の熱伝導率と
樹脂層の厚さの関係を示したものである。連続気泡硬質
ウレタンフォーム（平均気泡径２００μｍ）を、表面保
護フィルムがポリエチレンテレフタレート（１２μ
ｍ）、金属層がアルミニウム箔（６μｍ）、内層フィル
ムがポリプロピレン２５μｍ、５０μｍ、７５μｍ、１
００μｍ、１２５μｍ、１５０μｍ、１７５μｍ、２０
０μｍの厚みからなる外被材に充填し、熱溶着装置を備
えた真空チャンバー内で０．０５ｔｏｒｒの内圧で減圧
密封した。

【００４１】得られたそれぞれの真空断熱体について、
初期熱伝導率、室温で６０日間放置後の熱伝導率、６０
℃×８５％ＲＨ雰囲気中で３０日間放置したときの熱伝
導率を表１に示した。

【００４２】表１の結果から、初期の熱伝導率は、内層
フィルムの厚さが２５μｍでは、５０μｍ以上と比較し
て２倍以上であり、内層フィルムの厚さが５０μｍ以上
ではほぼ一定となっていることから、内層フィルムの厚
さが５０μｍ以上であれば真空断熱体の断熱性能に影響
を与えないことが判る。また、熱伝導率の経時変化を６
０℃×８５％ＲＨ雰囲気中、３０日間放置後で比較して
みると、内層フィルムの厚さが５０μｍでは０．０００
７ｋｃａｌ／ｍｈ℃の変化であるのに対し、１７５μｍ
では０．００１９ｋｃａｌ／ｍｈ℃と次第に大きくなっ
ているのが判る。したがって、１５０μｍ以下では経時
変化が非常に小さく真空断熱体の断熱性能を長期間維持
することができる。なお、内層フィルムの厚さが２２５
μｍ以上ではシール不良が発生し、真空断熱体を造るの
は困難であった。

【００４３】したがって、内層フィルムの厚さは、５０
〜１５０μｍが望ましい。熱伝導率は英弘精機社製Ａｕ
ｔｏ−Λ、ＨＣ−０７２によって、平均温度２４℃で測
定した。

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】（表２）は、表面保護フィルムがポリエチ
レンテレフタレート（１２μｍ）、中層がアルミニウム
箔（６μｍ）、内層フィルムを種々の熱溶着可能な樹脂
ラミネートフィルムを用いて、（表１）と同様の方法で
減圧密封した真空断熱体（３０×３０×２ｃｍのパネ
ル）の初期熱伝導率、室温で６０日間放置後の熱伝導
率、６０℃×８５％ＲＨ雰囲気中で３０日間放置したと
きの熱伝導率を示したものである。

【００４７】結果には、比較のため、それぞれの内層フ
ィルムの２４℃における酸素ガス透過度を付与した。ま
た、（表３）は、（表２）のそれぞれの真空断熱体を熱
伝導率が約０．０１４０ｋｃａｌ／ｍｈ℃である硬質ウ
レタンフォームと共に、内径寸法が３３×３３×３ｃｍ
の冶具内で発泡充填した試料について初期熱伝導率、室
温で６０日間放置後の熱伝導率、６０℃×８５％ＲＨ雰
囲気中で３０日間放置したときの熱伝導率を示したもの
である。

【００４８】また、（表３）には、比較のため各内層フ
ィルムの融点、１４０℃における寸法変化率を物性値と
して示した。

【００４９】（表２）から明らかなように、内層フィル
ムとしてポリアクリロニトリルを用いたものが室温６０
日後、６０℃×８５％ＲＨ雰囲気中３０日後のいずれに
おいても熱伝導率の経時変化が小さかった。

【００５０】この結果は、酸素ガス透過度とうまく相関
しており、内層フィルムの酸素ガス透過度が小さいもの
ほど経時変化が小さかった。

【００５１】これに対し、外部からのストレスやショッ
クに対して保護するため、真空断熱体を硬質ポリウレタ
ンに埋設した（表３）の結果では、（表２）の相関以上
に経時変化が大きかった。

【００５２】特に、融点の低いポリエチレン、ポリプロ
ピレンで経時変化が大きかった。これは、硬質ポリウレ
タンを発泡充填したときの発泡熱によって、融点の低い
内層フィルムの物性に変化が生じガス透過が大きくなっ
たため、真空断熱構造体の断熱性能に大きな経時変化を
もたらしたのである。

【００５３】したがって、内層フィルムにポリアクリロ
ニトリルのような耐熱性の良い材料を用いることによ
り、発泡充填する硬質ウレタンの発熱による物性変化を
もたらすことなく、安定した真空断熱構造体を得ること
ができる。

【００５４】しかしながら、（表３）のポリアクリロニ
トリルの経時変化も（表２）の経時変化より大きくなっ
ていることが判る。その原因を調べるため、試料の硬質
ウレタンを取り除き、中の真空断熱体の外観を詳細に調
べたところ、ナイロンを含まない試料において真空断熱
体の形状が若干変化し、部分的に応力が掛かり、皺が入
っていることが判った。

【００５５】この応力は、硬質ウレタン発泡時の発泡圧
によって引き起こされるため、発泡熱によって高温とな
る状態で既に応力が掛かっている。したがって、高温に
おける樹脂の寸法変化が問題となり、１４０℃における
寸法変化率の大きいものが皺の発生を引き起こしてい
る。また、寸法変化が小さくても樹脂の剛性が大きいも
のではクラックが入るなどの弊害があるため、内層樹脂
には高温での寸法変化率が小さく柔軟性を有する材料が
良いことが判る。

【００５６】このように、内層フィルムにポリアクリロ
ニトリルとナイロンを組み合わせたものを使用すること
により、内層フィルムのガス透過に対する物性変化を引
き起こすこと無く、硬質ウレタン発泡体に埋設しても応
力によってクラック、皺等の発生を起こさないため、真
空断熱構造体の断熱性能を長期間維持することができ
る。

【００５７】これらの外被材を用いて得られた真空断熱
体をポリウレタン発泡断熱体と複層化して用いることに
より、真空断熱体表面にウレタンのスキン層が形成さ
れ、外被材表面を更に樹脂膜で覆うことになる。また、
予め硬質ウレタンに埋設した構造体の形状で更に硬質ウ
レタンを発泡充填し、断熱箱体を形成するため、真空断
熱体の熱溶着層が折れ曲がった部分などへの充填不良を
起こすことがない。したがって、断熱箱体の断熱性能を
更に長期間維持することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上のように、本発明の真空断熱体は、
芯材が充填された外被材の内部を減圧密封してなる真空
断熱体において、前記容器が少なくとも表面保護フィル
ムと、金属層と、厚さが50μｍ以上150μｍ以下の内層
フィルムとより構成されてなるラミネートフィルムであ
ることによって長期間に亘って初期の優れた断熱性能を
維持することができる。

【００５９】また、本発明の真空断熱体は、内層フィル
ムがポリアクリロニトリル樹脂であるので、硬質ウレタ
ンに埋設したときの発泡熱によるガスバリヤ性の劣化が
起こらない真空断熱構造体を得ることができる。

【００６０】また、本発明の真空断熱体は、内層フィル
ムがナイロン樹脂を含むことにより、硬質ウレタンに埋
設したときの発泡熱と発泡圧によって生じる応力によっ
て内層フィルムのガスバリヤ性の劣化が起こらない真空
断熱構造体を得ることができる。

【００６１】また、本発明の断熱箱体は、芯材が充填さ
れた外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱体におい
て、前記容器が少なくとも表面保護フィルムと、金属層
と、厚さが50μｍ以上150μｍ以下の内層フィルムとよ
り構成されてなるラミネートフィルムである真空断熱体
をポリウレタン発泡断熱材と複層化しているため、断熱
箱体の断熱性能を更に長期間維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における真空断熱体の断面図

【図２】本発明の一実施例における真空断熱体の拡大断
面図

【図３】本発明の真空断熱体を硬質ウレタンで覆った状
態を示す断面図

【符号の説明】

１真空断熱体２芯材３外被材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材が充填された外被材の内部を減圧密
封してなる真空断熱体において、前記外被材が少なくと
も表面保護フィルムと、金属層と、厚さが50μｍ以上15
0μｍ以下の内層フィルムとより構成されてなるラミネ
ートフィルムであることを特徴とする真空断熱体。
【請求項２】芯材が充填された外被材の内部を減圧密
封してなる真空断熱体の前記外被材を少なくとも表面保
護フィルムと、金属層と、厚さが50μｍ以上150μｍ以
下のポリアクリロニトリル樹脂である内層フィルムとよ
り構成し、この真空断熱体の周囲に、硬質ウレタンを発
泡充填したことを特徴とする真空断熱構造体。
【請求項３】内層フィルムがナイロン樹脂を積層した
ことを特徴とする請求項２記載の真空断熱構造体。
【請求項４】芯材が充填された外被材の内部を減圧密
封してなる真空断熱体の前記外被材を少なくとも表面保
護フィルムと、金属層と、厚さが50μｍ以上150μｍ以
下のポリアクリロニトリル樹脂とナイロン樹脂を積層し
た内層フィルムとより構成し、この真空断熱体の周囲
に、硬質ウレタンを発泡充填した真空断熱構造体を用い
たことを特徴とする断熱箱体。