(57)【要約】【課題】  断熱特性に優れる真空断熱材およびそれを備えた機器を提供する。【解決手段】  本発明は、ガスバリア性を有する外包材中に繊維状芯材をいれ、内部を減圧した真空断熱材において、前記芯材の一部もしくは全部が異型断面形状を有する真空断熱材を特徴とする。このように、繊維状芯材の繊維断面形状を円形以外とすることで、繊維同士が接触する際の接触面積を低減し、接触熱抵抗を増大させ、熱伝導率の低い真空断熱材を提供することができる。【選択図】図２
2010084805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバリア性を有する外包材中に繊維状芯材をいれ、内部を減圧した真空断熱材において、前記芯材の一部もしくは全部が異型断面形状を有することを特徴とする真空断熱材。
【請求項２】
請求項１に記載の真空断熱材において、前記異型断面形状を有する芯材がガラスまたは有機樹脂の少なくとも一種類であることを特徴とする真空断熱材。
【請求項３】
請求項１に記載の真空断熱材において、前記異型断面形状を有する芯材が有機樹脂からなることを特徴とする真空断熱材。
【請求項４】
請求項３に記載の真空断熱材において、前記有機樹脂がポリスチレン，ポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレートの少なくともひとつからなることを特徴とする真空断熱材。
【請求項５】
請求項１に記載の真空断熱材において、前記異型断面を有する芯材の繊維径が５〜５０μｍであることを特徴とする真空断熱材。
【請求項６】
被保温部と、前記被保温部の温度状態を保つための断熱部材とを有する断熱箱体であって、前記断熱部材に請求項１に記載の真空断熱材を用いたことを特徴とする断熱箱体。
【請求項７】
被保温部と、前記被保温部の温度状態を保つための断熱箱体とを有する断熱箱体であって、断熱箱体に請求項１に記載の真空断熱材を用いたことを特徴とする断熱箱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱影響を遮断する真空断熱材に関し、特に断熱性能の優れる真空断熱材と、それを用いた機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化に対する観点から、家電品を含め種々の製品に対し消費電力等のエネルギー削減が望まれている。例えば、冷蔵庫の消費電力は庫内の負荷量が一定であれば、冷却用圧縮機の効率や熱漏洩量に関与する断熱材の断熱性能を向上させることにより、消費するエネルギーが削減できる。
【０００３】
これまで、熱伝導率を低減した真空断熱材が開発され、冷蔵庫や冷凍庫等に多く使用されてきた。特に、真空断熱材は発泡ウレタン等の断熱材に比べ熱伝導率が非常に優れる。真空断熱材は、形状を保持するための芯材とアウトガスを吸着するゲッター剤を外包材に入れ、内部を減圧して作製するものである。現在用いられている外包材は、有機フィルムを用いてガスバリア層の全面に接着剤で接着したラミネート法により作製している。ガスバリア層としてアルミ箔，アルミ蒸着，エバールフィルム，ポリエステルフィルム等を貼り合わせ、オーバーコート層にナイロンフィルムを貼り付けるものである。溶着層にはポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムが用いられている。ガスバリア性の高い有機樹脂としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ），ポリエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ），ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）等があげられる。また、給湯器，電気温水器，保温浴槽，インバータモジュール，太陽集熱装置等の高温（１００℃）部分へも真空断熱材の適用が望まれている。これらの高温部分向けの真空断熱材については、２軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）を溶着層とした外包材が用いられている。形状を保持するための芯材としては、気泡を連続させた連通ウレタン，グラスウール，ポリエチレンテレフタレート繊維等が用いられている。
【０００４】
近年、冷蔵庫の内容積は増加の傾向を示しており、真空断熱材にはより優れた断熱性が要求されるようになってきている。冷蔵庫の内容積は外形寸法を同一とした場合、断熱材すなわち壁の厚さを薄くすることで大きくなるが、壁の厚さを薄くすると断熱性能が低くなってしまう、この断熱性能の低下を補うため真空断熱材にはより低い熱伝導率が求められている。
【０００５】
特許文献１は、ガラス繊維を芯材に使用した真空断熱材が記載されている。
【０００６】
特許文献２は、樹脂繊維を絡み合わせた断熱材が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５５０８２号公報
【特許文献２】特開２００１−３２９６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、冷蔵庫，断熱箱体に使用する真空断熱材は熱伝導率を小さくすることが必要である。また、その熱伝導率を長時間保持する必要があるためガスバリア層としてアルミの蒸着層または薄箔を用いることが必要となる。しかし、アルミニウム金属は熱伝導率が非常に大きいため、熱がアルミニウム部分を伝わって移動するところでヒートブリッジが発生し、断熱性能の熱漏洩量に悪影響を及ぼすことが知られている。一方、真空断熱材の熱伝導は外包材内部の固体の熱伝導とガスの熱伝導の和であらわされる。真空断熱材内部は減圧されていることから、ガスの熱伝導はほぼ無視できる状態にあるため、固体の熱伝導が重要となる。従来の真空断熱材に用いられる芯材は繊維の集合体であることから、繊維の接触状態により熱伝導が変化するが、繊維の断面形状が円形であるため接触面積が大きく、接触熱抵抗が低くなることから、固体の熱伝導が大きくなるという課題を有している。
【０００９】
特許文献１記載の真空断熱材は、芯材として円形断面を有するガラス繊維および吸着剤を外被材で覆い、内部を減圧したものである。繊維断面の形状は円形であり、接触熱抵抗が低いという課題を有している。
【００１０】
特許文献２記載の断熱材は、再生熱可塑性樹脂を線状，螺旋状に無秩序に絡まり合い部分的に熱溶着した三次元網目構造を有するものである。繊維を形成する際の口金形状は円形となっており、繊維断面の形状も円形となることから、接触熱抵抗が低いという課題を有している。
【００１１】
本発明は、このような従来の構成が有していた課題を解決するものであり、その目的の一つは、冷蔵庫，断熱箱体等へ用いるため熱伝導率を低くした真空断熱材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明は、ガスバリア性を有する外包材中に繊維状芯材をいれ、内部を減圧した真空断熱材において、前記芯材の一部もしくは全部が異型断面形状を有することを特徴とする真空断熱材である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、優れた熱伝導率を有する真空断熱材を実現すると共に、該真空断熱材を冷蔵庫，断熱箱体に採用することで、熱漏洩量を低減することができる。また、冷蔵庫以外にも給湯器，電気温水器，保温浴槽，インバータモジュール等の機器または機器内発熱部の熱影響を遮断することにより、消費電力量を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の真空断熱材および真空断熱材を挿入した機器例の構造と作製方法について、図面を参照して説明する。図１（ａ）は、従来の真空断熱材の構造、図１（ｂ）は従来の真空断熱材に用いられている、繊維状芯材の断面形状および繊維の接触状態を示す。断面形状が円形の繊維状芯材とゲッター剤を袋状外包材に入れ減圧封止される構成の真空断熱材である。
【００１５】
図２（ａ）は本発明の真空断熱材の構造、図２（ｂ）に本発明の繊維状芯材の断面形状および繊維の接触状態を示す。繊維状芯材とゲッター剤を袋状外包材に入れ減圧封止される構成の真空断熱材である。
【００１６】
その一手段として、繊維状芯材の断面形状を異形断面とすることである。真空断熱材中の伝熱は断熱材中の固体および気体によりおこる。通常、真空断熱材中は減圧されており気体による伝熱は無視できることから、固体中を伝わる熱に大きな影響を受ける。真空断熱材は内部を減圧して作製することから、大気による圧力を受けている。圧力を受けた状態では、芯材内部では繊維同士が接触し支えあって大気による圧力に反発している。このとき、繊維断面形状が円形であると繊維同士の接触面積が大きくなり、熱の伝達が起こる。繊維断面形状を円形以外とすることで、繊維同士が接触する際の接触面積を低減し、接触熱抵抗を増大させることが可能となると推察し、繊維状芯材の検討を行った。繊維の断面形状としては、円形，偏平等以外で接触面積を低減可能な形状が好ましく、特に繊維作製が比較的容易なＹ形，Ｔ形または＋形等の繊維中心から放射線状に突起が張り出した形状を用いることが望ましい。繊維状芯材の材質は問わないが、ガラス繊維，樹脂繊維等が挙げられ、特に熱伝導率の小さい材質が好ましく、これらを複合して用いることも可能である。そこで、本発明ではガラスおよび有機樹脂を用いて異形断面を有する繊維を作製し、真空断熱材を作製した。その結果、繊維状芯材を形成する繊維が異形断面を有することで熱伝導率を低減できることを見出した。
【００１７】
このことから、本発明では繊維状芯材を形成する繊維の断面形状を異形断面としている。なお、異形断面を有する繊維を形成する際には、ガラス，有機樹脂を溶融紡糸する際のノズル形状を異形形状とすることで比較的容易に実施することが可能である。上記の構成により作製した繊維状芯材は繊維同士の接触面積が減少し結果として、接触熱抵抗を増大させ、真空断熱材の熱伝導率を低くすることができた。
【００１８】
繊維状芯材の断面形状は円形，偏平等以外で接触面積を低減可能な形状が好ましく、特に繊維作製が比較的容易なＹ形，Ｔ形または＋形等の繊維中心から放射線状に突起が張り出した形状を用いることが望ましい。また、これらの形状に限定されるものではなく、円形，偏平以外で繊維同士の接触面積を低下させることができる形状であれば適用することができる。作製した繊維の断面については、光学顕微鏡，走査型電子顕微鏡等で形状を確認することが可能である。また、繊維状芯材を構成する繊維の繊維径は５〜５０μｍが好ましく、これ以上細いと作製が困難となる。逆にこれ以上太い場合は、繊維による熱伝導が増大することから好ましくない。
【００１９】
繊維を形成する材料については、任意に設定することが可能であるが、溶融紡糸が可能でかつ、熱伝導率の低い材料が挙げられる。特に、有機樹脂としてはポリスチレン，ポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレート等が挙げられる。
【００２０】
繊維状芯材は、材料を紡糸して得られるものである。有機樹脂を紡糸する方法としては、溶融紡糸法が挙げられ、紡糸に用いるノズルを加工することで、任意の断面形状を作製することが可能である。ガラスを紡糸する方法としては、溶融遠心法が挙げられ、この際にも、ノズルを加工することで任意の断面形状を作製することが可能である。
【００２１】
外包材はガスバリア性を有するフィルム材を用いることが望ましい。有機樹脂フィルムにアルミを蒸着した後、複数のフィルムを積層ラミネートして作製することが可能である。ガスバリア性を付与するため、アルミ箔を用いることも可能であるが、アルミ箔を用いると熱の回り込みが発生することがあることから、アルミ蒸着を施した有機樹脂フィルムを用いることが好ましい。
【００２２】
ゲッター剤は真空工程以前の乾燥により、水分やガス成分を除去することが熱伝導率の低減に寄与することが知られており、外部からの水分等が再び吸着しにくい疎水性モリキュアシーブスが好ましい。また、適宜、モレキュラーシーブス，シリカゲル，酸化カルシウム，合成ゼオライト，活性炭等を混合して使用することもできる。
【００２３】
以上を纏めると、第１に本発明は、ガスバリア性を有する外包材中に繊維状芯材をいれ、内部を減圧した真空断熱材において、前記芯材の一部もしくは全部が異型断面形状を有することを特徴とする真空断熱材である。
【００２４】
第２に本発明は、前記異型断面形状を有する芯材がガラスまたは有機樹脂の少なくとも一種類であることを特徴とする真空断熱材である。
【００２５】
第３に本発明は、前記異型断面形状を有する芯材が有機樹脂からなることを特徴とする真空断熱材である。
【００２６】
第４に本発明は、前記有機樹脂がポリスチレン，ポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレートの少なくともひとつからなることを特徴とする真空断熱材である。
【００２７】
第５に本発明は、前記異型断面を有する芯材の繊維径が５〜５０μｍであることを特徴とする真空断熱材である。
【００２８】
第６に本発明は、被保温部と、前記被保温部の温度状態を保つための断熱部材とを有する断熱箱体であって、前記断熱部材に第１から第５の真空断熱材を用いたことを特徴とする断熱箱体および冷蔵庫である。
【００２９】
本発明の真空断熱材は冷蔵庫にも使用できるが、その他に給湯器，電気温水器，保温浴槽等にも使用可能であり、その例を以下に示す。
【００３０】
図３は、本発明の真空断熱材を挿入した冷蔵庫の断面模式図を示す。冷蔵庫の庫内スペースの周辺に使用した例である。
【００３１】
図４は、本発明の真空断熱材を挿入した給湯器の断面模式図を示す。給湯器の庫内スペースの周辺に使用した例である。
【００３２】
図５は、本発明の真空断熱材を挿入した電気温水器の断面模式図を示す。電気温水器の庫内スペースの周辺に使用した例である。
【００３３】
図６は、本発明の真空断熱材を挿入した保温浴槽の断面模式図を示す。保温浴槽の周辺に使用した例である。
【００３４】
本発明の実施例として使用した繊維状芯材の断面形状，真空断熱材の作製および熱伝導率の評価、それを用いた機器等について以下詳細に説明する。
【００３５】
実施例においては、熱伝導指数は英弘精機（株）製のＡＵＴＯ−Λを用いて２０℃の条件で測定した熱伝導率を指数で示す。
【実施例１】
【００３６】
本発明の繊維状芯材として、スパンボンド法を用いて溶融紡糸したポリプロピレン樹脂を用いた。繊維の断面形状はＹ形とした。
【００３７】
上記方法で作製した繊維状芯材（サイズ：３００×３５０×５０mm）と、ゲッター剤としてモレキュラーシーブを袋状外包材に挿入後、真空チャンバー内に設置してチャンバー内の圧力が１.３Ｐａになるまで真空包装機のロータリーポンプで１０分間、拡散ポンプで１０分間排気させた。その後、端部をヒートシールで封止した。
【００３８】
また、比較として同様にポリプロピレン樹脂で円形断面を有する繊維状芯材を作製し、真空断熱材を作製した。
【００３９】
このようにして得られた真空断熱材（厚み：約１０mm）の熱伝導率を測定したところ、円形断面を有する場合の熱伝導指数を１００とした場合、Ｙ形断面を有する繊維状芯材の熱伝導指数は７５となった。このように、円形以外の断面形状を有する繊維状芯材を用いると熱伝導率を低くすることが可能であることが明らかとなった。
【００４０】
（実施例１の真空断熱材を用いた冷蔵庫例）
冷蔵庫の箱体中に、実施例１の真空断熱材を冷蔵庫の断熱部に挿入して使用した。真空断熱材を設けない場合と比較して、消費電力量が約１５％削減された。また、真空断熱材を用いることにより、従来の断熱材よりも断熱層を薄くでき、装置容積に対して庫内スペースを広くすることができた。
【実施例２】
【００４１】
本発明の繊維状芯材として、スパンボンド法を用いて溶融紡糸したポリスチレン樹脂を用いた。繊維の断面形状はＴ形とした。
【００４２】
上記方法で作製した繊維状芯材（サイズ：３００×３５０×５０mm）およびゲッター剤としてモレキュラーシーブを袋状外包材に挿入後、真空チャンバー内に設置してチャンバー内の圧力が１.３Ｐａになるまで真空包装機のロータリーポンプ１０分間、拡散ポンプで１０分間排気させた。その後、端部をヒートシールで封止した。
【００４３】
また、比較として同様にポリスチレン樹脂で円形断面を有する繊維状芯材を作製し、真空断熱材を作製した。
【００４４】
このようにして得られた真空断熱材（厚み：約１０mm）の熱伝導率を測定したところ、円形断面を有する場合の熱伝導指数を１００とした場合、Ｙ形断面を有する繊維状芯材の熱伝導指数は７４となった。このように、円形以外の断面形状を有する繊維状芯材を用いると熱伝導率を低くすることが可能であることが明らかとなった。
【００４５】
（実施例２の真空断熱材を用いた冷蔵庫例）
冷蔵庫の箱体中に、実施例２の真空断熱材を冷蔵庫の断熱部に挿入して使用した。真空断熱材を設けない場合と比較して、消費電力量が約１５％削減された。また、真空断熱材を用いることにより、従来の断熱材よりも断熱層を薄くでき、装置容積に対して庫内スペースを広くすることができた。
【実施例３】
【００４６】
本発明の繊維状芯材として、遠心法を用いて紡糸したガラスを用いた。繊維の断面形状は＋形とした。
【００４７】
上記方法で作製した繊維状芯材（サイズ：３００×３５０×５０mm）と、ゲッター剤としてモレキュラーシーブを袋状外包材に挿入後、真空チャンバー内に設置してチャンバー内の圧力が１.３Ｐａになるまで真空包装機のロータリーポンプ１０分間、拡散ポンプで１０分間排気させた。その後、端部をヒートシールで封止した。
【００４８】
また、比較として同様に円形断面を有する繊維状芯材を作製し、真空断熱材を作製した。
【００４９】
このようにして得られた真空断熱材（厚み：約１０mm）の熱伝導率を測定したところ、円形断面を有する場合の熱伝導指数を１００とした場合、Ｙ形断面を有する繊維状芯材の熱伝導指数は７２となった。このように、円形以外の断面形状を有する繊維状芯材を用いると熱伝導率を低くすることが可能であることが明らかとなった。
【００５０】
（実施例３の真空断熱材を用いた給湯器，電気温水器例）
給湯器の貯湯タンク辺部に、実施例３で作製した真空断熱材を配置して使用した。
【００５１】
真空断熱パネルを設けない場合と比較して、消費電力量が約５％削減された。また、真空断熱材を用いることにより、従来の断熱材よりも断熱層を薄くでき、装置容積に対して貯湯タンクの容量を大きくすることが可能となった。
【００５２】
更に、電気温水器の貯湯タンク辺部に、実施例３で作製した真空断熱材を配置して使用した。真空断熱材を設けない場合と比較して、消費電力量が約５％削減された。また、真空断熱材を用いることにより、従来の断熱材よりも断熱層を薄くでき、装置容積に対して貯湯タンクの容量を大きくすることが可能となった。
【実施例４】
【００５３】
本発明の繊維状芯材として、スパンボンド法を用いて溶融紡糸したポリエチレンテレフタレート樹脂を用いた。繊維の断面形状はＹ形とした。
【００５４】
上記方法で作製した繊維状芯材（サイズ：３００×３５０×５０mm）およびゲッター剤としてモレキュラーシーブを袋状外包材に挿入後、真空チャンバー内に設置してチャンバー内の圧力が１.３Ｐａになるまで真空包装機のロータリーポンプ１０分間、拡散ポンプで１０分間排気させた。その後、端部をヒートシールで封止した。
【００５５】
また、比較として同様に円形断面を有する繊維状芯材を作製し、真空断熱材を作製した。
【００５６】
このようにして得られた真空断熱材（厚み：約１０mm）の熱伝導率を測定したところ、Ｙ形断面を有する繊維状芯材の熱伝導指数は７４となった（円形断面を有する場合の熱伝導指数を１００とした場合）。このように、円形以外の断面形状を有する繊維状芯材を用いると熱伝導率を低くすることが可能であることが明らかとなった。
【００５７】
（実施例４の真空断熱材を用いた冷蔵庫例）
冷蔵庫の箱体中に、真空断熱材実施例４を冷蔵庫の断熱部に挿入して使用した。真空断熱材を設けない場合と比較して、消費電力量が約１８％削減された。また、真空断熱材を用いることにより、従来の断熱材よりも断熱層を薄くでき、装置容積に対して庫内スペースを広くすることができた。
【００５８】
〔比較例１〕
比較例１の外包材として、ナイロンフィルム（厚さ１５μｍ），アルミ蒸着ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ），エチレンビニルアルコール共重合体フィルム（厚さ１５μｍ），高密度ポリエチレンフィルム（厚さ１００μｍ）をラミネートして作製した外包材を用いた。
【００５９】
真空断熱材は、上記外包材の３辺部をヒートシーラーで熱溶着後、平均繊維径３μｍのグラスウール（サイズ：２５０mm×２５０mm×１００mm）およびゲッター剤としてモレキュウラシーブを挿入後、真空チャンバー内に設置してチャンバー内の圧力が１.３Ｐａになるまで真空包装機のロータリーポンプ１０分間、拡散ポンプで１０分間排気させた。その後、端部をヒートシールで封止した。
【００６０】
このようにして得られた真空断熱材（厚み：約１０mm）の熱伝導率を測定したところ、熱伝導指数は１００であった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、繊維状芯材の繊維断面形状を円形以外とすることで接触熱抵抗を増大し、熱伝導率の優れる真空断熱材が作製可能となる。さらに、前記真空断熱材を機器に適用することで、熱影響を遮断し、消費電力量を低減した省エネ機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来真空断熱パネルの断面模式図。
【図２】本発明真空断熱パネルの断面模式図。
【図３】本発明の真空断熱パネルを備えた冷蔵庫。
【図４】本発明の真空断熱パネルを備えた給湯機。
【図５】本発明の真空断熱パネルを備えた電気温水器。
【図６】本発明真空断熱パネルを備えた保温浴槽。
【符号の説明】
【００６３】
１  従来真空断熱材
２  外包材
３  従来繊維状芯材
４  ゲッター剤
５  真空断熱材
６  繊維状芯材
７  硬質ウレタンフォーム
８  箱体
９  冷蔵庫内箱
１０  貯湯タンク
１１  逃し弁
１２  漏電遮断器
１３  逃し弁操作バルブ
１４  排水操作バルブ
１５  排水管
１６  元栓
１７  給水管
１８  止水バルブ
１９  給湯配管
２０  ヒートポンプユニット
２１  貯湯タンクユニット
２２  浴槽
【図１】
2010084805.tif 000003
【図２】
2010084805.tif 000004
【図３】
2010084805.tif 000005
【図４】
2010084805.tif 000006
【図５】
2010084805.tif 000007
【図６】
2010084805.tif 000008