JP2016169823A - Heat insulation material, core material, refrigerator, and manufacturing method of heat insulation material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、断熱材、この断熱材を構成するコア材、この断熱材を備える冷蔵庫、並びに、この断熱材の製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a heat insulating material, a core material constituting the heat insulating material, a refrigerator including the heat insulating material, and a method for manufacturing the heat insulating material.
従来より、断熱機能を有するコア材を外包材内に収容することで構成される断熱材が考えられている(例えば、特許文献1参照)。近年では、この種の断熱材のコア材を、繊維材により構成することが考えられている。そして、コア材を構成する繊維材の繊維径を小さくすることにより、繊維材同士が接触する接触面積が減り、断熱性能の向上を図ることができる。そのため、コア材を構成する繊維材の繊維径を小さくする試みがなされている。しかし、コア材を構成する繊維材の繊維径を小さくすると、繊維材自体の強度が不足し、ひいては、コア材の強度が不足する。そのため、例えばコア材が収容された外包材内を減圧する際に、繊維材が圧縮されて、断熱材の厚みが低下すると同時に、繊維材同士の接触面積が増加し、断熱性能が低下する。 Conventionally, the heat insulating material comprised by accommodating the core material which has a heat insulation function in an outer packaging material is considered (for example, refer patent document 1). In recent years, it has been considered that the core material of this type of heat insulating material is composed of a fiber material. And by reducing the fiber diameter of the fiber material which comprises a core material, the contact area which fiber materials contact decreases, and it can aim at the improvement of heat insulation performance. For this reason, attempts have been made to reduce the fiber diameter of the fiber material constituting the core material. However, if the fiber diameter of the fiber material constituting the core material is reduced, the strength of the fiber material itself is insufficient, and consequently the strength of the core material is insufficient. Therefore, for example, when the inside of the outer packaging material in which the core material is accommodated is decompressed, the fiber material is compressed, the thickness of the heat insulating material is reduced, and at the same time, the contact area between the fiber materials is increased and the heat insulating performance is reduced.
本実施形態は、細い繊維径の繊維材によりコア材を構成する場合であっても、コア材の強度不足を補うことができ、断熱性能の低下を抑えることができる断熱材、この断熱材を備える冷蔵庫、並びに、この断熱材の製造方法を提供する。 Even if this embodiment is a case where a core material is constituted by a fiber material having a thin fiber diameter, a heat insulating material that can compensate for a lack of strength of the core material and suppress a decrease in heat insulating performance, and this heat insulating material A refrigerator provided and a method for producing the heat insulating material are provided.
本実施形態に係る断熱材は、マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されるコア材と、前記コア材の強度を補強する補強手段と、を備える。
本実施形態に係る断熱材の製造方法は、マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されるコア材に、当該コア材の強度を補強する補強手段を備える行程を含む。
The heat insulating material according to the present embodiment includes a core material composed of a fine fiber material having a fiber diameter of micro-order to nano-order, and reinforcing means for reinforcing the strength of the core material.
The manufacturing method of the heat insulating material which concerns on this embodiment includes the process provided with the reinforcement means which reinforces the intensity | strength of the said core material to the core material comprised by the thin fiber material which has a fiber diameter of a micro order to a nano order.
以下、一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に例示する断熱材10は、その主体部を構成するコア材11を外包材12内に収容した構成である。コア材11は、繊維材13により構成されている。外包材12は、断熱材10の表面部を構成する。外包材12は、例えば1層または2層以上の樹脂フィルムに金属または金属酸化物を蒸着させたいわゆるラミネート材であり、気体の透過性が低く、高い気密性を有する。この場合、外包材12は、コア材11を収容可能な袋状に構成されている。コア材11を収容した外包材12は、内部が真空に近い圧力まで減圧された後、密封される。これにより、コア材11を収容した外包材12は、真空断熱材10として形成される。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. A
繊維材13は、ランダムに絡み合った樹脂繊維材で形成されている。この場合、繊維材13は、エレクトロスピニング法で成形されている。エレクトロスピニング法で生成された繊維材13は、その繊維径が0.1nm〜10μm程度となる細い繊維となり、且つ、長さが外径の例えば1000倍以上となる長い繊維となる。また、エレクトロスピニング法で生成された繊維材13は、全体的に直線状ではなく、ランダムに湾曲した縮れ形状をなす。これにより、図2に例示するように、繊維材13は、それぞれ、同じ繊維同士で接触する箇所Cを少なくとも1箇所有する構成となる。そのため、繊維材13は、繊維同士の絡み合いが多くなる。
The
この場合、繊維材13は、ガラスよりも密度の小さな有機系のポリマーで形成されている。繊維材13をガラスよりも密度の小さなポリマーで形成することにより繊維材13の軽量化を図ることができる。繊維材13は、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリサルファン、ポリエーテルサルファン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンエーテル、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、ポリフェノール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂やこれらを含む共重合体などから選択される1種類、または2種類以上のポリマーの混紡によって形成することができる。
In this case, the
繊維材13をエレクトロスピニング法で形成する場合、上記ポリマーを溶液化する。溶媒としては、例えば、イソプロパノール、エチレングリコール、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸エチル、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジンなどの揮発性の有機溶剤や水を用いることができる。また、溶媒としては上記溶媒より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在しても構わない。本願発明は、上記溶媒に限定されるものではなく、上記は例示である。
When the
繊維材13をエレクトロスピニング法で形成する場合、繊維同士の絡み合いを多くすることができるから、紡糸すると同時に、不織布状の繊維シートを形成することが可能である。また、繊維材13をエレクトロスピニング法で形成することによりマイクロオーダからナノオーダの繊維径を得ることができるから、1枚あたりの繊維シートの厚みを非常に薄くすることが可能である。断熱材10は、このように不織布状の繊維シートにした繊維材13を積層することでコア材11を構成している。
When the
なお、絡み合った繊維材の間の空隙の体積を小さくすることで空隙の数が増加し断熱性がより良くなる。そのため、繊維材13の繊維径は約5μm以下とすることが好ましく、さらに好ましくは1μm以下、つまりナノオーダの繊維径とすることが好ましい。また、繊維材13には、例えばケイ素酸化物、金属の水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩など各種の無機フィラーを添加してもよい。繊維材13に無機フィラーを添加することにより、断熱性を維持しつつ強度の向上を図ることができる。添加する無機フィラーとしては、例えば、ウォラスナイト、チタン酸カリウム、ゾノトライト、石膏繊維、アルミニウムポレート、MOS(塩基性硫酸マグネシウム)、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、タルク、マイカ、ガラスフレークなどから1種類もしくは2種類以上を添加してもよい。
In addition, by reducing the volume of the gaps between the intertwined fiber materials, the number of the gaps is increased and the heat insulation is improved. For this reason, the fiber diameter of the
次に、断熱材10のうち特に繊維材13に係る構成例について説明する。図3に例示する構成例では、繊維材13は、シート状の複数の繊維層を構成している。繊維材13は、例えば数百層から数千層以上の繊維層を積層するとよい。この場合、繊維材13は、細径繊維層13Aおよび太径繊維層13Bを構成している。細径繊維層13Aは、マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されたシート状の繊維層である。太径繊維層13Bは、細径繊維材よりも太い太径繊維材により構成されたシート状の繊維層である。この場合、太径繊維材は、少なくとも、細径繊維材の2〜3倍の繊維径を有する。
Next, the structural example which concerns on the
細径繊維材は、上記溶媒に例えばポリアミドイミドを溶解させた溶液を、例えば、10〜40wtパーセントで作成し、図示しないエレクトロスピニング装置により電界の力によって紡糸することにより得ることができる。そして、この紡糸と同時に細径繊維層13Aを得ることができる。また、太径繊維材は、上記溶媒に例えばポリアミドイミドを溶解させた溶液を、例えば、10〜40wtパーセントで作成し、図示しないエレクトロスピニング装置により電界の力によって紡糸することにより得ることができる。そして、この紡糸と同時に太径繊維層13Bを得ることができる。なお、細径繊維材および太径繊維材、並びに、細径繊維層13Aおよび太径繊維層13Bの製法は、これに限られるものではなく、種々の製法を採用することができる。
The fine fiber material can be obtained by preparing a solution in which, for example, polyamideimide is dissolved in the above solvent at, for example, 10 to 40 wt%, and spinning the solution by an electric spinning device (not shown) by an electric field. And the
そして、この場合、断熱材10は、細径繊維層13Aと太径繊維層13Bが1枚ずつ交互に積層された構成となっている。このとき、細径繊維層13Aおよび太径繊維層13Bの積層枚数は、合計で、少なくとも100枚以上とするとよい。太径繊維層13Bは、細径繊維層13Aを構成する細径繊維材よりも太い太径繊維材で構成されていることから、細径繊維層13Aよりも剛性、強度が高くなっている。従って、この太径繊維層13Bは、細径繊維層13A、ひいてはコア材11の剛性、強度を補強する。そして、このようにコア材11の剛性、強度が補強されることにより、断熱材10全体としての剛性、強度も高くなる。そのため、例えばコア材11が収容された外包材12内を減圧する際に、繊維材13が圧縮されにくくなる。従って、繊維材13同士の接触面積の増加を抑えることができ、ひいては、断熱性能を向上させることができる。
In this case, the
この断熱材10は、断熱性能の向上を図るべく、基本的には細径繊維層13Aによりコア材11を構成する構成態様において、さらに太径繊維層13Bを備える。そして、この太径繊維層13Bは、細径繊維材よりも太い太径繊維材により構成されており、コア材11の強度を補強する補強手段としての機能を備える。この構成によれば、細い繊維径の繊維材によりコア材11を構成する場合であっても、コア材11の強度不足を補うことができる。そのため、例えば外包材12内を減圧したとしても、繊維材13が圧縮されにくく、従って、断熱性能を向上させることができる。
In order to improve the heat insulating performance, the
次に、繊維材13の変形構成例について説明する。図4に例示する構成例では、繊維材13は、シート状の複数の繊維層を構成している。この場合、繊維材13は、混合繊維層13Cを構成している。混合繊維層13Cは、上述した細径繊維層13Aに太径繊維材を混合した繊維層である。そして、この場合、断熱材10は、複数の混合繊維層13Cが積層された構成となっている。このような混合繊維層13Cは、例えば、細径繊維材形成用に調整した溶液と太径繊維材形成用に調整した溶液を、図示しないエレクトロスピニング装置が備える異なるノズルからそれぞれ同時に射出して紡糸することにより得ることができる。なお、混合繊維層13Cの製法は、これに限るものではなく、種々の製法を採用することができる。
Next, a modified configuration example of the
混合繊維層13Cは、細径繊維層13Aに太径繊維材を含む構成であることから、単独の細径繊維層13Aよりも剛性、強度が高くなっている。従って、この混合繊維層13Cは、その一部を構成する太径繊維材によりコア材11の剛性、強度を補強する。そして、このようにコア材11の剛性、強度が補強されることにより、断熱材10全体としての剛性、強度も高くなる。
Since the
この断熱材10によれば、断熱性能の向上を図るべく、基本的には細径繊維層13Aによりコア材11を構成する構成態様において、その細径繊維層13Aに太径繊維材を混合することにより混合繊維層13Cを構成している。そして、この混合繊維層13Cは、細径繊維材よりも太い太径繊維材を含んでおり、コア材11の強度を補強する補強手段としての機能を備える。従って、細い繊維径の繊維材によりコア材11を構成する場合であっても、コア材11の強度不足を補うことができる。そのため、例えば外包材12内を減圧したとしても、繊維材13が圧縮されにくく、従って、断熱性能を向上させることができる。
According to this
次に、上述した断熱材10の製造方法の一例について説明する。ここでは、2つの製造方法を説明する。
(積層型断熱材の製造方法)
この製造方法は、細径繊維層13Aと太径繊維層13Bを積層した積層型の断熱材10の製造方法の一例である。図5に例示するように、まず、エレクトロスピニング法により複数枚の細径繊維層13Aおよび複数枚の太径繊維層13Bを形成する(A1)。そして、細径繊維層13Aおよび太径繊維層13Bを交互に積層する(A2)。これにより、細径繊維層13Aおよび太径繊維層13Bが積層されたコア材11が形成される。また、このように形成されるコア材11は、補強手段としての機能を発揮するための太径繊維材を含んだものとなる。即ち、このステップA2は、コア材11に補強手段を備える行程の一例である。次に、このように形成されたコア材11を、袋状の外包材12内に収容する(A3)。そして、断熱材10を真空断熱材として製造するのであれば、外包材12内にコア材11を収容した後に当該外包材12内を減圧する真空化行程が行われる。
Next, an example of the manufacturing method of the
(Manufacturing method of laminated insulation)
This manufacturing method is an example of a manufacturing method of the laminated
なお、細径繊維層13Aおよび太径繊維層13Bは、1枚ずつ交互に積層してもよいし、複数枚ずつ交互に積層してもよい。また、細径繊維層13Aの積層枚数と太径繊維層13Bの積層枚数を異ならせてもよい。また、コア材11に図示しない支持材を備える場合には、その支持材の積層面に、まず、少なくとも1層以上の太径繊維層13Bを積層し、その後、太径繊維層13Bに細径繊維層13Aを積層してもよい。この構成によれば、補強手段としての機能を有する太径繊維層13Bが支持材側に集中的に配置される構成となり、支持材をより強固に補強することができる。
In addition, 13A of small diameter fiber layers and 13B of large diameter fiber layers may be laminated | stacked alternately one by one, and may be laminated | stacked alternately by multiple sheets. Further, the number of the
(混合型断熱材の製造方法)
この製造方法は、混合繊維層13Cを積層した混合型の断熱材10の製造方法の一例である。図6に例示するように、まず、エレクトロスピニング法により混合繊維層13Cを形成する(B1)。そして、複数枚の混合繊維層13Cを積層する(B2)。これにより、混合繊維層13Cが積層されたコア材11が形成される。また、このように形成されるコア材11は、補強手段としての機能を発揮するための太径繊維材を含んだものとなる。即ち、このステップB2は、コア材11に補強手段を備える行程の一例である。次に、このように形成されたコア材11を外包材12内に収容する(B3)。そして、断熱材10を真空断熱材として製造するのであれば、外包材12内にコア材11を収容した後に当該外包材12内を減圧する真空化行程が行われる。
(Manufacturing method of mixed insulation)
This manufacturing method is an example of a manufacturing method of the mixed
以上は、断熱材10の構成の一例および製造方法の一例について説明した。次に、上述した本実施形態に係る思想を冷蔵庫に適用する場合の一実施形態ついて説明する。即ち、図7および図8に例示するように、冷蔵庫100の外殻を構成する本体部101は、外板102と内板103とを組み合わせた構成であり、天井壁部104、底壁部105、背壁部106、左壁部107、右壁部108、機械室壁部109を備える。外板102は例えば金属製であり、内板103は例えば樹脂製である。
The example of the configuration of the
各壁部104〜109には、それぞれ断熱材10が組み込まれている。この場合、断熱材10は、外包材12内が減圧された真空断熱パネルとなっている。天井壁部104、底壁部105、機械室壁部109は、外板102と内板103との間に、断熱材10のほか、例えば発泡ウレタンなどからなる発泡断熱材110を備える。一方、背壁部106、左壁部107、右壁部108は、外板102と内板103との間に、断熱材10のみを備える。機械室壁部109の背面側には、機械室111が形成され、この機械室111には、冷蔵庫100の動作全般を制御する図示しない制御装置や、冷凍サイクルを構成する図示しない圧縮機などが配置される。冷蔵庫100の庫内は、図示しない仕切壁により複数の貯蔵室に区画され、各貯蔵室には図示しない扉が取り付けられる。これにより、冷蔵庫100が構成される。
Each of the
本実施形態に係る断熱材は、マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されるコア材と、前記コア材の強度を補強する補強手段と、を備える。本実施形態によれば、細い繊維径の繊維材によりコア材を構成する場合であっても、コア材の強度不足を補うことができ、断熱性能を向上させることができる。 The heat insulating material according to the present embodiment includes a core material composed of a fine fiber material having a fiber diameter of micro-order to nano-order, and reinforcing means for reinforcing the strength of the core material. According to the present embodiment, even when the core material is constituted by a fiber material having a thin fiber diameter, insufficient strength of the core material can be compensated for and heat insulation performance can be improved.
本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、本実施形態に係る断熱材は、冷蔵庫以外にも適用可能である。また、繊維材は、樹脂繊維材ではなく、ガラス繊維材であってもよい。また、断熱材は、真空化していないものであってもよい。
This embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
For example, the heat insulating material according to the present embodiment can be applied to other than the refrigerator. The fiber material may be a glass fiber material instead of a resin fiber material. Further, the heat insulating material may not be evacuated.
図面中、10は断熱材、11はコア材、13Aは細径繊維層、13Bは太径繊維層(補強手段)、13Cは混合繊維層(補強手段)、100は冷蔵庫を示す。 In the drawings, 10 is a heat insulating material, 11 is a core material, 13A is a thin fiber layer, 13B is a large fiber layer (reinforcing means), 13C is a mixed fiber layer (reinforcing means), and 100 is a refrigerator.
Claims (12)
前記細径繊維材は、シート状の細径繊維層を構成し、
前記太径繊維材は、シート状の太径繊維層を構成し、
前記細径繊維層と前記太径繊維層が積層されている請求項1または2に記載の断熱材。 The reinforcing means is composed of a thick fiber material having a fiber diameter larger than that of the thin fiber material,
The fine fiber material constitutes a sheet-like fine fiber layer,
The thick fiber material constitutes a sheet-shaped thick fiber layer,
The heat insulating material according to claim 1 or 2, wherein the thin fiber layer and the large fiber layer are laminated.
前記細径繊維材は、シート状の細径繊維層を構成し、
前記細径繊維層に前記太径繊維材が混合されている請求項1または2に記載の断熱材。 The reinforcing means is composed of a thick fiber material having a fiber diameter larger than that of the thin fiber material,
The fine fiber material constitutes a sheet-like fine fiber layer,
The heat insulating material according to claim 1 or 2, wherein the thick fiber material is mixed in the thin fiber layer.
前記細径繊維材により、シート状の細径繊維層を構成し、
前記太径繊維材により、シート状の太径繊維層を構成し、
前記細径繊維層と前記太径繊維層を積層する請求項8または9に記載の断熱材の製造方法。 The reinforcing means is composed of a thick fiber material having a fiber diameter larger than that of the thin fiber material,
The thin fiber material constitutes a sheet-like thin fiber layer,
The thick fiber material constitutes a sheet-like thick fiber layer,
The manufacturing method of the heat insulating material of Claim 8 or 9 which laminates | stacks the said small diameter fiber layer and the said large diameter fiber layer.
前記細径繊維材により、シート状の細径繊維層を構成し、
前記細径繊維層に前記太径繊維材を混合する請求項8または9に記載の断熱材の製造方法。 The reinforcing means is composed of a thick fiber material having a fiber diameter larger than that of the thin fiber material,
The thin fiber material constitutes a sheet-like thin fiber layer,
The manufacturing method of the heat insulating material of Claim 8 or 9 which mixes the said large diameter fiber material with the said small diameter fiber layer.
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