JP2013002580A

JP2013002580A - 真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫

Info

Publication number: JP2013002580A
Application number: JP2011135871A
Authority: JP
Inventors: Yushi Arai; 祐志新井; Kuninari Araki; 邦成荒木; Hisashi Echigoya; 恒越後屋; Takashi Izeki; 崇井関; Yasuto Terauchi; 康人寺内
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】ヒートブリッジの影響を低減して、断熱性能を向上した真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫を提供する。
【解決手段】無機繊維を積層した芯材５１と、該芯材５１を収納する内包材５２と、該内包材５２を収納する外被材５３と、を有する真空断熱材５０において、前記芯材５１は大きさの異なる複数の積層体で構成されて、該積層体の一部は前記外被材５３端部付近まで配置した。また、前記外被材５３端部付近まで配置された積層体は、前記内包材５２と前記外被材５３との間に配置した。
【選択図】図３

Description

本発明は真空断熱材及び真空断熱材を適用した冷蔵庫に関するものである。

地球温暖化防止に対する社会の取り組みとして、ＣＯ₂の排出抑制を図るため、様々な分野で省エネ化が推進されている。近年の電気製品、特に冷熱関連の家電製品においては消費電力量低減の観点から、真空断熱材を採用して断熱性能を強化したものが主流になっている。また、各種原材料から製品の製造工程に至るまでのあらゆるエネルギー消費量を抑制するため、原材料についてはリサイクル化の推進，製造工程においては燃料代や電気代の抑制等、省エネ化が推進されている。そのため、より断熱性能の高い断熱材や、使用する用途に沿った形状の断熱材を用いることでより、断熱面積を大きくすることができる優れた真空断熱材が求められている。

一般に用いられる真空断熱材の芯材は無機繊維であり、大気圧の状態では嵩が大きくそのまま真空断熱材の芯材として使用するには、外被材を芯材の嵩を考慮した大きいものを使用するか、芯材にバインダを付着させ、圧縮プレス等によりボード化しなければならない。しかし、外被材を大きくすることにより、外被材からが熱の回りが大きくなり断熱性能が低下することや、製造費においても高くなってしまう。そのため、特許文献１に示された真空断熱材では、芯材となるガラス繊維の集合体を熱圧縮することで、ガラス繊維が塑性変形して形状を保持するものである。これによりガラス繊維の集合体の嵩を小さい芯材とすることで、断熱ボードが得られるものである。

特許文献２に示された真空断熱材では、グラスウール等の繊維質材の芯材を圧縮し内包材で収納することで、芯材の嵩を内包材で保持することにより小さくすることができる。これにより、外袋材の大きさを最小限にすることができることから、外被材の耳を小さくすることができる。

特開２００５−２２０９５４号公報特開平４−３３７１９５号公報

特許文献１では、芯材であるガラス繊維を加熱プレスすることにより、ガラス繊維を塑性変形することで嵩の小さい芯材としているが、芯材に用いられるガラス繊維は耐熱性が高く、塑性変形温度以上で熱プレスするには膨大な熱量が必要となる。また、ガラス繊維の塑性変形温度以下で形状を保持するには、結合材を用いる必要があるが、結合材を用いることで、芯材となるガラス繊維同士が結合材により結合するため、熱の伝達が大きくなり真空断熱材としたときに断熱性能が悪化する虞がある。

特許文献２に示された真空断熱材では、芯材を内包材で収納して圧縮することで、外袋材に収納することができるが、無機繊維の反発力が高く、内包材に収納しても一定以上嵩を小さくすることができない。そのため外袋材の寸法を大きくしなければならず、最終シール部においてはシワの発生、又はシワを発生させないために外袋材の幅寸法を大きくしなければならない。更には、外袋材の幅寸法が大きいことで、余った端部を折り返して接着した耳部において、ヒートブリッジによって熱が回り込み、断熱性能が低下する。

そこで本発明は、ヒートブリッジの影響を低減して、断熱性能を向上した真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、無機繊維を積層した芯材と、該芯材を収納する内包材と、該内包材を収納する外被材と、を有する真空断熱材において、前記芯材は大きさの異なる複数の積層体で構成されて、該積層体の一部は前記外被材端部付近まで配置した。

本発明によれば、ヒートブリッジの影響を低減して、断熱性能を向上した真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫を得ることができる。

本発明の実施例における冷蔵庫の正面図。図１の冷蔵庫のＡ−Ａ縦断面図。本発明の実施例における真空断熱材の概略断面図。本発明の実施例における真空断熱材の樹脂繊維内包材の構成説明図。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本実施形態を示す冷蔵庫の正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図を示している。

図１に示す本実施形態を備えた冷蔵庫１は、図２に示すように、上から冷蔵室２，貯氷室３（及び切替え室），冷凍室４，野菜室５を有している。図１の符号は、上記各室の前面開口部を閉塞する扉であり、上から冷蔵室扉６ａ，６ｂ，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。これらの引き出し式扉６〜９は扉を引き出すと、各室を構成する容器が扉と共に引き出されてくる。

冷蔵室扉６ａ，６ｂは、ヒンジ１０等を中心に回動する回転式扉であり、貯氷室扉７ａ，上段冷凍室扉７ｂ，下段冷凍室扉８，野菜室扉９は、引き出し式の扉である。

各扉６〜９には、冷蔵庫１と密閉するためのパッキン１１を備え、各扉６〜９の室内側外周縁に取り付けられている。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を配置している。この仕切断熱壁１２は厚さ３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム，発泡断熱材（硬質ウレタンフォーム），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作られている。

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、仕切断熱壁１２と同様に３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム、或いは発泡断熱材（硬質ウレタンフォーム），真空断熱材等で作られている。基本的に冷蔵，冷凍等の貯蔵温度帯の異なる部屋の仕切りには仕切断熱壁を設置している。尚、箱体２０内には上から冷蔵室２，製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ，下段冷凍室４，野菜室５の貯蔵室をそれぞれ区画形成しているが、各貯蔵室の配置については特にこれに限定するものではない。また、冷蔵室扉６ａ，６ｂ，製氷室扉７ａ，上段冷凍室扉７ｂ，下段冷凍室扉８，野菜室扉９に関しても回転による開閉、引き出しによる開閉及び扉の分割数等、特に限定するものではない。

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と内箱２２の間の空間に真空断熱材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については図３で説明するが、後述する固定部材７０，支持部材８０等で固定支持されている。

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３０ａ、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。

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５０ｃで構成されている。この断熱仕切り１２，１４については硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填しても良く、特に発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０ｃに限定するものではない。

また、箱体２０の天面後方部には冷蔵庫１の運転を制御するための基板や電源基板等の電気部品４１を収納するための凹部４０が形成されており、電気部品４１を覆うカバー４２が設けられている。カバー４２の高さは外観意匠性と内容積確保を考慮して、外箱２１の天面とほぼ同じ高さになるように配置している。特に限定するものではないが、カバー４２の高さが外箱の天面よりも突き出る場合は１０mm以内の範囲に収めることが望ましい。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、断熱厚さを確保するため必然的に内容積が犠牲になってしまう。内容積をより大きくとると凹部４０と内箱２２間の断熱材２３の厚さが薄くなってしまう。このため、凹部４０の断熱材２３中に真空断熱材５０ａを配置して断熱性能を確保，強化している。本実施例では、真空断熱材５０ａを前述の庫内灯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としている。尚、前記カバー４２は外部からのもらい火や何らかの原因で発火した場合等を考慮し鋼板製としている。

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５０ｄを配置している。

ここで、真空断熱材５０について、図３を用いてその構成を説明する。真空断熱材５０は、芯材５１と該芯材５１を圧縮状態に保持するための内包材５２、内包材５２で圧縮状態に保持した芯材５１を被覆するガスバリヤ層を有する外被材５３から構成してある。該外被材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の稜線から一定の幅の部分を熱溶着により貼り合わせた袋状で構成されている。なお、本実施例において、芯材５１についてはバインダ等で接着や結着していない無機繊維の積層体として平均繊維径４μｍのグラスウールを用いた。

芯材５１については、無機系繊維材料の積層体を使用することによりアウトガスが少なくなるため、断熱性能的に有利であるが、特にこれ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，グラスウール以外のガラス繊維等の無機繊維等でもよい。

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，ガスバリヤ層ａ，ガスバリヤ層ｂ，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ａは樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、ガスバリヤ層ｂ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ａとガスバリヤ層ｂ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ａ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ｂ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、熱溶着層を未延伸タイプのポリエチレン，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ａやｂ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ａ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ｂ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、外被材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、内包材５２については本実施例では熱溶着可能なポリエチレンフィルム，吸着剤は図示していないが、本実施例には物理吸着タイプの合成ゼオライトを用いている。しかし、いずれもこれらの材料に限定するものではなく、内包材５２についてはポリプロピレンフィルム，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、吸湿性が低く熱溶着でき、アウトガスが少ないものであれば良く、吸着剤については水分やガスを吸着するもので、物理吸着，化学反応型吸着のどちらでも良い。

（実施例１）
本発明の実施の形態１について図４を参照しながら説明する。図４は本発明の実施形態の冷蔵庫１の外箱２１に設けた真空断熱材５０の断面図である。真空断熱材５０の構成は、芯材５１を形成する無機繊維のグラスウールと、内包材５２である有機繊維のポリスチレン繊維から成っている。本実施例においては無機繊維グラスウールの目付量２８００ｇ／ｍ²，寸法３００mm×３００mmを用いている。無機繊維グラスウールは大気圧では嵩が３００〜４００mmとなるが、内包材５２に包み込み、鉄板で圧縮プレスすることでグラスウール内部のガスを脱気することができ、内包材５２を圧縮プレスした状態で周囲４辺をヒートシールする。これにより、芯材５１の無機繊維のグラスウールを内包材５２で保持することにより嵩を３０〜５０mmとすることができる。

この内包材５２で包んだ芯材５１は嵩が３０〜５０mmであるため、大気圧の無機繊維のグラスウールよりも容易に外被材に挿入することができる。ただし、外被材寸法は、芯材５１の寸法と内包材５２で包んだ芯材の嵩を考慮した寸法であり、さらに挿入性を考慮し＋２０〜３０mmする必要がある。これにより、真空断熱材としたときの厚さは、本発明で用いている無機繊維グラスウールの目付量２８００ｇ／ｍ²では１０〜１３mmとなる。そのため、内包材５２で包んだ芯材５１の嵩は３０〜５０mmあることから、４０mm外被材の寸法を大きくする必要があり、挿入性を考慮し３０mm大きくすると、真空断熱材としたときに７０mmの耳が発生することになる。そこで、芯材５１を包んだ内包材５２と、それを挿入した外被材５３との間に、真空断熱材としたときの芯材５１の厚さよりも薄い低嵩幅広芯材５４を配置することにより、真空断熱材としたときに端部まで芯材を配置することができる。また、低嵩幅広芯材５４を外被材５３の端部にまで配置することから、真空断熱材としたときに位置ズレなく配置することができる。

芯材５１とそれを包んだ内包材５２と低嵩幅広芯材５４を外被材５３に挿入し、内部を減圧して外被材５３を熱溶着する最終シール部を設けることで真空断熱材を得ることができるが、外被材５３を熱溶着するときには外被材のヨレ等によるシワを発生させないために外袋材の幅寸法を大きくしなければならない。

この芯材５１と最終シール部においても低嵩幅広芯材５４を設けることで、端部まで芯材を配置することができる。以上により得た真空断熱材５０を断熱材として冷蔵庫に配置することで、ヒートブリッジを低減することができる。

本実施例においては、低嵩幅広芯材５４として、目付量１１０ｇ／ｍ²厚さ１mmのポリスチレンの樹脂繊維を用いている。低嵩幅広芯材５４を樹脂繊維とすることで、芯材５１に用いているグラスウールを塑性変形温度以上での熱プレスしガラス繊維同士が結合するよりも、熱量が少なく容易に厚さを薄くすることができる。また、低嵩幅広芯材５４を樹脂繊維とすることで、ガラス繊維よりも柔らかいことから曲げることができ、芯材５１よりも大きい低嵩幅広芯材５４を耳折することができる。また、低嵩幅広芯材５４にグラスウールを用いて耳折を行うこともできるが、一度曲げてしまうと繊維の破損するため、グラスウールでは再利用することはできないが、樹脂繊維においては繊維が破損しないことから、一度使用した繊維をリサイクルとして再度使用することができる。

本実施例は樹脂繊維としてポリスチレン樹脂を用いたが、ポリエチレンテレフタレート，ポリプロピレン等をメルトブローン法やスパンボンド法等で１〜３０μｍ程度の繊維径になるように繊維化するのが一般的であるが、繊維化できる有機系樹脂や繊維化方法であれば特に問うものではない。

（実施例２）
本発明の実施の形態２について説明する。本実施例の真空断熱材５０においては、低嵩幅広芯材５４を加熱工程で熱板プレスを行うことにより、平面性を向上したものである。ポリスチレンの樹脂繊維に１１０℃の熱板を５分間プレスすることで、ポリスチレンの樹脂繊維の表面層を溶着することができる。このポリスチレンの樹脂繊維を真空断熱材５０の内包材５２と外被材５３の間に配置することにより、無機繊維のグラスウールよりも平滑性の良い真空断熱材を得ることができる。また、樹脂繊維の表面層のみを溶着していることから、芯材５１よりも大きい低嵩幅広芯材５４を耳折することも可能である。

以上の各実施例によれば、無機繊維を積層した芯材と、該芯材を収納する内包材と、該内包材を収納する外被材と、を有する真空断熱材において、前記芯材は大きさの異なる複数の積層体で構成されて、該積層体の一部は前記外被材端部付近まで配置した。

また、前記外被材端部付近まで配置された積層体は、前記内包材と前記外被材との間に配置した。

また、前記外被材端部付近まで配置された積層体は前記外被材とともに折り曲げられた。

また、前記外被材端部付近まで配置された積層体の大気圧での厚さが５mm以下である。

また、前記外被材端部付近まで配置された積層体は樹脂繊維である。

また、外箱面又は内箱面に真空断熱材を配置した冷蔵庫において、前記真空断熱材は、無機繊維を積層した芯材と、該芯材を収納する内包材と、該内包材を収納する外被材と、を有する真空断熱材であって、前記芯材は大きさの異なる複数の積層体で構成されて、該積層体の一部は前記外被材端部付近まで配置して、且つ前記外箱面又は前記内箱面に接する側に設けた。

これにより、ヒートブリッジの影響を低減して、断熱性能を向上した真空断熱材及びそれを用いた冷蔵庫を得ることができる。

１冷蔵庫
５０真空断熱材
５１芯材
５２内包材
５３外被材
５４低嵩幅広芯材

Claims

無機繊維を積層した芯材と、該芯材を収納する内包材と、該内包材を収納する外被材と、を有する真空断熱材において、前記芯材は大きさの異なる複数の積層体で構成されて、該積層体の一部は前記外被材端部付近まで配置したことを特徴とする真空断熱材。
請求項１記載の真空断熱材において、前記外被材端部付近まで配置された積層体は、前記内包材と前記外被材との間に配置したことを特徴とする真空断熱材。
請求項１又は２記載の真空断熱材において、前記外被材端部付近まで配置された積層体は前記外被材とともに折り曲げられたことを特徴とする真空断熱材。
請求項１乃至３のいずれかに記載の真空断熱材において、前記外被材端部付近まで配置された積層体の大気圧での厚さが５mm以下であることを特徴とする真空断熱材。
請求項１乃至４のいずれかに記載の真空断熱材において、前記外被材端部付近まで配置された積層体の真空包装後の収縮が０〜５０％であることを特徴とした真空断熱材。
請求項１乃至５のいずれかに記載の真空断熱材において、前記外被材端部付近まで配置された積層体は樹脂繊維であることを特徴とする真空断熱材。
外箱面又は内箱面に真空断熱材を配置した冷蔵庫において、
前記真空断熱材は、無機繊維を積層した芯材と、該芯材を収納する内包材と、該内包材を収納する外被材と、を有する真空断熱材であって、前記芯材は大きさの異なる複数の積層体で構成されて、該積層体の一部は前記外被材端部付近まで配置して、且つ前記外箱面又は前記内箱面に接する側に設けたことを特徴とする冷蔵庫。