(57)【要約】【課題】  高い真空度を効率的に達成し、断熱性能を向上した真空断熱材を提供することを目的とする。【解決手段】  繊維集合体の芯材３と、ガスバリア性を有し、芯材３を収納する外包材４とを有し、外包材４の内部を減圧密閉した真空断熱材において、芯材３の内部に設置された管状部材２を有し、管状部材２の先端が芯材３の外部に露出した構成を備える真空断熱材を特徴とする。管状部材２を設置することにより、減圧密閉時に管状部材２の内部空間でガス分子の移動を促進させることで、真空断熱材の真空度および断熱特性の向上を図ることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維集合体の芯材と、ガスバリア性を有し、前記芯材を収納する外包材とを有し、前記外包材の内部を減圧密閉した真空断熱材において、
前記芯材の内部に設置された管状部材を有し、前記管状部材の先端が前記芯材の外部に露出していることを特徴とする真空断熱材。
【請求項２】
請求項１において、前記管状部材の側壁に複数の孔が形成されていることを特徴とする真空断熱材。
【請求項３】
請求項２において、前記管状部材は、前記芯材の長さ方向に沿って配置されていることを特徴とする真空断熱材。
【請求項４】
請求項１において、前記管状部材は、管の内部空間が潰れた板状の形状であ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を用いた冷凍冷蔵庫。
【請求項６】
請求項１に記載の真空断熱材を用いた貯湯式給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱材及びそれを用いた冷凍冷蔵庫、貯湯式給湯器等の機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点また省エネルギー化の観点から家電製品や産業機器の断熱性向上が検討されている。機器を断熱する断熱材としては、樹脂フォームや有機、無機の繊維が用いられているが、断熱性を向上しようとした場合、断熱材の厚さを厚くする必要がある。断熱材の厚さが厚くなると機器全体の容積が増大し、機器全体の容積を変更しない場合には部品等を実装できるスペースの割合が低くなってしまう等の課題が生じる。このような課題を解決するために、樹脂フォームや無機繊維などより断熱性に優れる真空断熱材が提案されている。真空断熱材はガスバリア性を有する外包材を袋状にし、内部に芯材およびガス吸着用のゲッター剤を入れ、袋内部を減圧した後、袋の端部を封止して作製する。従来の樹脂フォームや無機繊維等の断熱材と比較して、２０から４０倍の断熱性を持つことから、断熱材の厚さを薄くしても十分な断熱を行うことが可能である。
【０００３】
このような真空断熱材の断熱性向上には、減圧後の袋内部の残存ガスを少なくして内部の真空度を高めることが重要である。しかしながら、真空断熱材の芯材内部のガスの排気は、排気抵抗が高く十分な排気には長時間を要するとともに、ガス吸引口から離れた箇所の芯材内部のガスを確実に排気することは困難である。これに対して、例えば、特許文献１には連通気泡を有する発泡ウレタンを芯材とし、芯材を加工して排気流路を形成した真空断熱材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１５９６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の手法によれば、流路の形成により排気に要する時間は短縮されるが、真空断熱材の作製後も排気用流路の空間がそのままの形状となる。このような状態となると、空間中で残存ガスによる熱の伝搬が発生し熱伝導率の低下が懸念される。
【０００６】
本発明の目的は、高い真空度を効率的に達成し、断熱性能を向上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】
【０００７】
本発明の真空断熱材は、繊維集合体の芯材と、ガスバリア性を有し、芯材を収納する外包材とを有し、外包材の内部を減圧密閉した真空断熱材であって、芯材の内部に設置された管状部材を有し、管状部材の先端が芯材の外部に露出していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、高い真空度を効率的に達成し、断熱性能を向上した真空断熱材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の真空断熱材の断面模式図である。
【図２】本発明の真空断熱材の減圧密閉前後の状態を説明する模式図である。
【図３】本発明の真空断熱材を備えた冷凍冷蔵庫の断面模式図である。
【図４】本発明の真空断熱材を備えたヒートポンプ給湯器の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に本発明の真空断熱材の断面模式図の一例を示す。本発明の真空断熱材１は、繊維集合体で構成される芯材３、ゲッター剤５が、ガスバリア性を有する外包材４に収納され、外包材４の内部が減圧密閉された構成である。ここで、本発明の真空断熱材１は、芯材３の内部に管状部材２が設置されていることを特徴とする。管状部材２は芯材内部のガスを排気するための流路を形成するためのものである。減圧時に芯材内部のガスを吸引口から効率的に排出するために管状部材の先端は、芯材の外部に露出するように配置している。この際、吸引口に近い側の一方の先端が芯材の外部に露出していればよく、管状部材の両端が芯材の外部に露出している必要はない。
【００１１】
管状部材２としては、塑性変形可能な材質を用いることが望ましく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の有機樹脂、アルミ、スチール等の金属を用いることができる。部材の形状としては、管状であればよく、管の断面形状は円形、楕円形、四角、多角形を選択することができる。管の側壁にはガスの排気を助けるため、管の直径と同程度の大きさの孔を設けることができ、孔の形状、配置、数等は必要に応じて任意に設定することができる。また、管状部材の厚さは真空断熱材作製後に加わる大気の圧力で変形する程度の薄さにすることが望ましい。
【００１２】
芯材３は繊維集合体で構成されており、次の様なものが挙げられる。グラスウール、グラスファイバー、アルミナ、シリカアルミナ、シリカ、ロックウール、炭化ケイ素等の無機材料からなる繊維や有機樹脂を紡糸した樹脂繊維等、あるいは、これらを複合した繊維を用いることもできる。繊維集合体はその内部に管状部材が配置可能な構造になっていることが望ましく、この点から繊維同士をバインダー等で結着していないもの、または熱プレス等で繊維が溶着していない構造であることが望ましい。また、繊維径については細い方が好ましいが、人体への影響、工業的な生産性を考慮し１０μｍ以下であることが望ましく、更には５μｍ以下であることがより好ましい。
【００１３】
外包材４は、表面保護層、ガスバリア層、および、熱溶着層の多層構造で構成され、それぞれ１種類以上のフィルムを積層して用いることができる。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、ナイロンフィルム、ポリプロピレンフィルム等の延伸加工品、ガスバリア層としては、金属蒸着フィルム、無機質蒸着フィルム、金属箔等、熱溶着層としては、低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、無延伸ポリエチレンレテレフタレートフィルム等を用いることができる。
【００１４】
ゲッター剤５は減圧密閉後の残存ガスおよび水分を吸着する機能を備え、例えば、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、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等を用いることができる。
【００１５】
真空断熱材は、袋状の外包材に芯材であるグラスウールなどの繊維集合体を入れて内部を減圧した後、端部を熱により溶着することで作製される。内部を減圧することでガスによる熱の伝搬が抑制され、高い断熱特性が発現する。このことから、内部の圧力が低くなると断熱特性が高くなると言える。一方、ガス分子の平均自由行程は圧力とともに増大することから、圧力の増大とともに排気抵抗が増加する。芯材に用いる繊維集合体であるグラスウール中でのガス分子の動きを考えた場合、繊維により形成される空間サイズより、ガス分子の平均自由行程が大きくなると排気抵抗が大きくなり排気が困難となる。すなわち、圧力を低くしようとした際には効率的な排気が行いづらい状態となってしまう。
【００１６】
このような状態の所に、ガス分子の平均自由行程より大きな空間を備えた管状部材２を配置すると、ガス分子の移動を促進し結果として内部の真空度が向上することから、真空断熱材の断熱特性を向上することが可能となる。
【００１７】
この際、管状部材２は芯材３とは異なる材質で形成されていることが望ましい。管状部材２を芯材３と異なる材質で形成することで、排気流路に繊維が入り込むことが抑制される。このため、芯材３そのもので排気流路を形成した場合よりも、確実に排気流路を確保することが可能となり排気効率を高めることが可能となる。排気効率を高めることで、真空断熱材内部の真空度が向上し真空断熱材の断熱特性を向上することが可能となる。
【００１８】
さらに、管状部材２は芯材３の長さ方向に沿って配置されていることが望ましい。管状部材２を芯材３の長さ方向に沿って配置することで、ガスの移動距離が長くなる長辺方向の排気を効率的に行うことが可能となる。これにより、真空断熱材内部の真空度が向上し真空断熱材の断熱特性を向上することが可能となる。
【００１９】
さらに、管状部材２の一部に孔を設けることが望ましい。管状部材２の側壁の一部に孔を設けることで、芯材から排気流路である管状部材へのガスの移動が容易となり、排気効率を高めることが可能となる。これにより、真空断熱材内部の真空度が向上し真空断熱材の断熱特性を向上することが可能となる。
【００２０】
さらに、図１の拡大図に示したように減圧密閉された後の管状部材２は板状に変形していることが望ましい。管状部材が板状に変形することで、減圧密閉された後に排気流路の空間を閉塞しガスの移動を抑制することが可能となる。これにより、ガスの移動による熱の伝達を抑制でき真空断熱材の断熱特性を向上することが可能となる。
【００２１】
以下、本発明の実施例について図を用いて詳細に説明する。なお、この実施例によって発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
図２に本実施例の真空断熱材の減圧密閉前後の状態を説明する模式図を示す。図２（ａ）、（ｂ）が減圧密閉前の状態であり、図２（ａ）が側面からみた断面模式図、図２（ｂ）が図２（ａ）のＡ−Ａ断面を上面からみた断面模式図である。また、図２（ｃ）は減圧密閉後の側面からみた断面模式図である。以下、図２を用いて本実施例の真空断熱材１の作製方法を説明する。
【００２３】
芯材としてグラスウールからなる繊維集合体（大きさ：５００ｍｍ×１０００ｍｍ×１００ｍｍ）を用いた。このグラスウールを２００℃で３０分間乾燥した後、グラスウールを厚さ方向に３分割し、図２（ａ）のように、分割したグラスウールの間に管状部材２を配置した。ここで、図２（ｂ）のように、管状部材２の先端はグラスウールの端部から３〜５ｍｍ程度突き出した状態とし、管状部材２の先端から吸引口にガスを流しやすいようにした。管状部材２はポリエチレンテレフタレートを用いて成形し、形状は壁の厚さを０．５ｍｍ、内径１０ｍｍの円筒、長さ１０１０ｍｍとし、側壁には直径９ｍｍの孔２３を複数個開けた。グラスウールの内部に配置した管状部材２の数は全部で６本である。その後、３方を綴じ袋状にした外包材４の中にゲッター剤（ユニオン昭和製：モレキュラーシーブス１３Ｘ）とともに入れ、袋の内部をロータリーポンプで１０分、拡散ポンプで１０分真空引きした後、端部をヒートシールで封止した。図２（ｃ）に示したように減圧密閉後の真空断熱材１内の管状部材２は、管の内部空間が潰れて板状に変形していた。
【００２４】
作製した真空断熱材１（厚み：約１０ｍｍ）について、英弘精機（株）製のＡＵＴＯ−Λを用いて１０℃で断熱特性を測定した。その結果、断熱特性は１２０（指数）であった。断熱特性は指数で示しており、高くなるほど断熱特性は良好となる。この結果より、非常に断熱性に優れる真空断熱材を作製できることが明らかとなった。
【００２５】
更に同様の方法で種々の大きさの真空断熱材を作製し、これを用いて冷凍冷蔵庫６を作製した。断面模式図を図３に示す。冷蔵庫外箱１０または、冷蔵庫内箱８に真空断熱材を張り付けた後、冷蔵庫外箱と冷蔵庫内箱を組合せ、形成された隙間に発泡ウレタン７を注入し冷蔵庫箱体を作製した。扉についても同様に作製した。作製した冷蔵庫箱体および扉とコンプレッサー、熱交換機等の部品とを用いて冷凍冷蔵庫を作製し消費電力を測定した所、従来の真空断熱材を用いて作製した場合と比較して、約３％低い結果となった。このことより、本発明の真空断熱材を用いることで、機器の消費電力を低く抑えることができることが明らかとなった。
【実施例２】
【００２６】
本実施例では、管状部材２としてアルミニウムを用いて成形した部材を使用した。ここで、管状部材２の形状は壁の厚さを０．２５ｍｍ、長径１０ｍｍ、短径７ｍｍの楕円形、長さ１０１０ｍｍとし、側壁に直径９．５ｍｍの孔を複数個開けたものである。
【００２７】
管状部材２を変更した以外は実施例１と同様の条件で真空断熱材１を作製した。作製した真空断熱材（厚み：約１０ｍｍ）について、実施例１と同様の条件で断熱特性を測定した。その結果、断熱特性は１１８（指数）であった。この結果より、非常に断熱性に優れる真空断熱材を作製できることが明らかとなった。
【００２８】
更に同様の方法で大きさ８００ｍｍ×１２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍの真空断熱材を作製し、ヒートポンプ給湯器の貯湯タンクの断熱材として適用した。断面模式図を図４に示す。ヒートポンプ給湯器の貯湯タンクにはヒートポンプユニットで暖められたお湯が貯められており、お湯を使用しない場合にタンク内の湯温が低下すると沸かし直しを行う必要があるため、給湯器の成績係数（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）が低下してしまう。本実施例の真空断熱材を適用した場合と、従来の管状部材２を用いない真空断熱材を用いた場合のＣＯＰを比較した所、約１０％の改善が確認された。このことから、機器の消費電力を低く抑えられることが明らかとなった。
【実施例３】
【００２９】
管状部材２の形状として側壁に孔を設けないものを使用したこと以外は実施例１と同様の条件で真空断熱材１を作製した。作製した真空断熱材１（厚み：約１０ｍｍ）について、実施例１と同様の条件で断熱特性を測定した。その結果、断熱特性は１１０（指数）であった。この結果より、非常に断熱性に優れる真空断熱材を作製できることが明らかとなった。
【比較例１】
【００３０】
繊維集合体であるグラスウール（大きさ：５００ｍｍ×１０００ｍｍ×１０ｍｍ）を２００℃で３０分間乾燥した後、袋状に成形した外包材中にゲッター剤（ユニオン昭和製：モレキュラーシーブス１３Ｘ）とともに入れ、袋の内部をロータリーポンプで１０分、拡散ポンプで１０分真空引きした後、端部をヒートシールで封止し、本比較例の真空断熱材を作製した。作製した真空断熱材（厚み：約１０ｍｍ）について、実施例１と同様の条件で断熱特性を測定した。その結果、断熱特性は１００（指数）であった。この結果より、実施例１〜３と比較して断熱特性は劣る結果となり、管状部材をグラスウール内に配置して真空断熱材を作製することで、断熱特性が向上することが明らかとなった。
【比較例２】
【００３１】
繊維集合体であるグラスウール（大きさ：５００ｍｍ×１０００ｍｍ×１０ｍｍ）を２００℃で３０分間乾燥した。乾燥したグラスウールを厚さ方向に３分割し、グラスウールの対向する面を治具で成形し、グラスウールに溝を形成した後、袋状に成形した外包材中にゲッター剤（ユニオン昭和製：モレキュラーシーブス１３Ｘ）とともに入れ、袋の内部をロータリーポンプで１０分、拡散ポンプで１０分真空引きした後、端部をヒートシールで封止し、本比較例の真空断熱材を作製した。作製した真空断熱材（厚み：約１０ｍｍ）について、実施例１と同様の条件で断熱特性を測定した。その結果、断熱特性は１００（指数）であった。この結果より、実施例１〜３と比較して断熱特性は劣る結果となったことから、グラスウール溝を形成しても断熱特性の向上は確認されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明による真空断熱材は断熱が必要な種々の機器また、建築部材等への特に壁材等への適用も可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  本発明の真空断熱材
２  管状部材
３  芯材
４  外包材
５  ゲッター剤
６  冷凍冷蔵庫
７  発泡ウレタン
８  冷蔵庫内箱
９  コンプレッサー
１０  冷蔵庫外箱
１１  貯湯タンク
１２  逃し弁
１３  漏電遮断器
１４  逃し弁操作バルブ
１５  排水操作バルブ
１６  排水管
１７  元栓
１８  給水管
１９  止水バルブ
２０  給湯配管
２１  ヒートポンプユニット
２２  貯湯タンクユニット
２３  孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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