JP2009036358A - 真空断熱材及びこれを備えた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で、初期熱伝導率が良好で且つその熱伝導率の経時劣化が少なく、断熱性能に優れた真空断熱材を提供すること。
【解決手段】真空断熱材２０は、超臨界状態の気体を含む発泡剤で発泡成形した連続気泡の樹脂発泡体からなる芯材２１と、ガスバリア性を有すると共に芯材２１を収納して内部を減圧した袋体とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空断熱材及びこれを備えた冷蔵庫に係わり、特に樹脂発泡体を芯材とする真空断熱材及びこれを備えた冷蔵庫に好適なものである。

従来の真空断熱材としては、水発泡剤を用いて発泡成形した連続気泡の硬質ウレタンフォームからなる芯材と、ガスバリア性を有すると共に芯材を収納して内部を減圧した袋体とから構成されたものがある。なお、これに係わる特許文献としては、特開昭５７−１３３８７０号公報（特許文献１）が挙げられる。

特開昭５７−１３３８７０号公報

しかし、従来の真空断熱材では、水発泡剤を用いて発泡成形した連続気泡の硬質ポリウレタンフォームである芯材の気泡径が大きくなってしまうために、真空断熱材の熱伝導率が大きくなってしまう、という課題があることが分かった。また、水発泡剤を用いた芯材である硬質ポリウレタンフォームから発生するガスにより、真空断熱材の真空度が低下し、熱伝導率が経時的に大きく劣化してしまう、という課題があることが分かった。さらには、水発泡剤を用いた芯材である硬質ポリウレタンフォームは、ガラス繊維集合体などの芯材に比較して軽量であるものの、多数使用したり、多数を同時に取り扱ったりする場合にその重量が問題となり、さらなる軽量化が望まれている。特に、冷蔵庫では安全性や取扱性の面からその軽量化が望まれるが、最近では冷蔵庫の断熱性能向上のために多数枚の真空断熱材が使用されるようになってきており、これらの真空断熱材の軽量化が重要な課題となってきている。

本発明の目的は、軽量で、初期熱伝導率が良好で且つその熱伝導率の経時劣化が少なく、断熱性能に優れた真空断熱材及びそれを備えた冷蔵庫を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、超臨界状態の気体を含む発泡剤で発泡成形した連続気泡の樹脂発泡体からなる芯材と、ガスバリア性を有すると共に、前記芯材を収納して内部を減圧した袋体と、を備えたことにある。

また、本発明の第２の態様は、超臨界状態の窒素ガスまたは炭酸ガスを含む発泡剤で発泡成形した連続気泡の樹脂発泡体からなる芯材と、前記芯材が発生するガス成分を吸着する吸着剤と、前記芯材及び前記吸着剤を収納して内部を減圧した袋体とを備え、前記袋体は、前記芯材及び前記吸着剤を収納し内部を減圧して密封した内袋と、前記内袋を収納し内部を減圧して密封すると共に内部と外部とのガス透過置換を抑制するガスバリア性を有する外袋と備えたことにある。

係る本発明の第１または第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記芯材は超臨界状態の窒素ガスまたは炭酸ガスを発泡剤として発泡成形した連続気泡のポリスチレン樹脂発泡体からなること。
（２）前記ポリスチレン樹脂発泡体の連通化率が９９％以上であること。
（３）前記樹脂発泡体は超臨界状態の炭酸ガスまたは窒素ガスと水との混合発泡剤で発泡成形されたものであること。

また、本発明の第３の態様は、外板と内板とによって形成される空間の外板側または内板側に多数の真空断熱材を配設し、前記真空断熱材以外の前記空間に発泡断熱材を充填した冷蔵庫において、前記真空断熱材は、超臨界状態の気体を含む発泡剤で発泡成形した連続気泡の樹脂発泡体からなる芯材と、前記芯材の水分およびガス成分を吸着する吸着剤と、ガスバリア性を有すると共に、前記芯材及び前記吸着剤を収納して内部を減圧した袋体とを備えたことにある。

本発明によれば、軽量で、初期熱伝導率が良好で且つその熱伝導率の経時劣化が少なく、断熱性能に優れた真空断熱材及びそれを備えた冷蔵庫を提供することができる。

以下、本発明の実施形態の真空断熱材及び冷蔵庫について図面を参照しながら説明する。

まず、図１を参照しながら、本実施形態の冷蔵庫について説明する。図１は本発明の一実施形態の真空断熱材２０を備えた冷蔵庫の縦断面図である。

冷蔵庫は、箱体１２と、この箱体１２の開口を開閉する複数の扉体１３とを備えて構成されている。箱体１２内には、冷蔵室１４ａ、野菜室１４ｂ、製氷室１５ａ、冷凍室１５ｂ等が区画形成されている。箱体１２は、外板１２ｅと、内板１２ｆと、断熱壁１２ａとを備えて構成されている。

断熱壁１２ａは、真空断熱材２０と、発泡断熱材１２ｂとから構成されている。この真空断熱材２０は、外板１２ｅと内板１２ｆとによって形成される空間内の、外板１２ｅ側または内板１２ｆ側に配設されている。この真空断熱材２０は空間内に多数設置されている。発泡断熱材１２ｂは、これらの真空断熱材２０の周囲の空間に、接着力を有する硬質ポリウレタンフォーム等を充填することで形成されている。発泡断熱材１２ｂの接着力により、真空断熱材２０が固定されて断熱壁１２ａが形成されている。

扉体１３は、外板１３ｅと、内板１３ｆと、断熱壁１３ａとから構成されている。断熱壁１３ａは、真空断熱材２０と、発泡断熱材１３ｂとから構成されている。この真空断熱材２０は、外板１３ｅと内板１３ｆとによって形成される空間の、外板１３ｅ側または内板１３ｆ側に配設されている。発泡断熱材１３ｂは、この真空断熱材２０の周囲の空間に、接着力を有する硬質ポリウレタンフォーム等を充填することで形成されている。発泡断熱材１３ｂの接着力により、真空断熱材２０が固定されて断熱壁１３ａが形成されている。

次に、図２を参照しながら、本実施形態の真空断熱材２０について説明する。図２は図１の冷蔵庫に用いられる真空断熱材を強調して表す図である。

真空断熱材２０は、超臨界状態の窒素ガスまたは炭酸ガスを含む発泡剤で発泡成形した連続気泡の樹脂発泡体からなる芯材２１と、芯材２１が発生するガス成分を吸着する吸着剤２１と、芯材２１及び吸着剤２２を収納して内部を減圧した袋体２５とを備えて構成されている。

芯材２１は、超臨界状態の窒素ガスまたは炭酸ガスを含む発泡剤で発泡成形した連続気泡の硬質ポリウレタン樹脂発泡体パネルまたはポリスチレン樹脂発泡体パネルを所定寸法に切断して形成されたものである。芯材２１は連続気泡の樹脂発泡体で形成されているので、気体の流通が可能である。その樹脂発泡体の連通化率は９９％以上であることが望ましい。気体の流通がある芯材２１を使用したので、吸着剤２１との流通がよく、内袋２３内に含まれる水分やガスの吸着率が向上する。超臨界状態の気体を発泡剤として発泡成形した樹脂発泡体からなる芯材２１を用いるので、軽量化された真空断熱材を提供できる。特に超臨界状態の気体を発泡剤として成形する所謂超臨界発泡成形によるものであるため、発泡倍率の変更が容易であり、軽量化の推進が容易である。

吸着剤２２は、芯材２１から発生する水分およびガス成分を吸着するためのものであり、例えば、合成ゼオライトであるモレキュラシーブ１３Ｘ等で構成されている。吸着剤２２は芯材２１に設けた吸着剤収納部２１ａ内に充填されているので、吸着剤２２が真空断熱材２０の外面に突出することが防止できる。なお、図２では、吸着剤２２の一部を示してあるが、吸着剤２２は吸着剤収納部２１ａ内に満たされるように充填されている。

袋体２５は、芯材２１及び吸着剤２２を収納し内部を減圧して密封した内袋２３と、内袋２３を収納し内部を減圧して密封すると共に内部と外部とのガス透過置換を抑制するガスバリア性を有する外袋２４と備えて構成されている。図２では、芯材２１と内袋２３との間、内袋２３と外袋２４との間にそれぞれ隙間を有するように示してあるが、真空断熱材２０はこれらの隙間がない状態で構成されている。

また、吸着剤収納部２１ａから吸着剤２２が出ないようにするために、吸着剤２２を芯材２２に充填した後に、内袋２３内に芯材２１を収納し、内袋２１内を脱気しながら芯材２１を圧縮して、吸着剤収納部２１ａの挿入部２１ｂを狭めるように構成してある。換言すれば、吸着剤収納部２１ａの開口した挿入部２１ｂから吸着剤２２を充填した後、挿入部２１ｂの開口を閉じるように、芯材２１を収納した内袋２３を脱気しながら圧縮している。係る構成によって、吸着剤２２の設置作業時間を短縮できると共に、芯材２１に外部よりの水分やガス成分が付着し難い真空断熱材を提供できる。

また、内袋２３は、ガスバリア性を有し且つ熱溶着可能な合成樹脂フィルム、例えば、高密度ポリエチレン樹脂や、エチレン−ビニルアルコール樹脂等で形成された袋が用いられる。内袋２３は、芯材２１の気泡内の発泡ガスと真空断熱材２０の外部の空気との透過・置換の抑制、加えて外部よりの水分やガス成分が浸入しないように構成されている。換言すれば、芯材２１内の超臨界発泡ガスは空気とのガス透過による置換が起きやすい傾向があり、発泡ガスより空気の方が熱伝導率が劣るため、真空断熱材２０の断熱性能の劣化を招かないように内袋２３を用いる。加えて、芯材２１や吸着剤２２は、大気中に含まれる水分やガス成分を吸着しやすいものであり、特に吸着剤２２はその周辺から比較的早く且つ強力に水分やガス成分を吸着できるように構成されている。このため、芯材２１や吸着剤２２が製造工程上で必要とされる組み込みの作業中や、仕掛品として保管期間中に、外部の水分やガス成分を吸着しないようにすることが必要であり、芯材２１や吸着剤２２をガスバリア性を有する内袋２３で覆う構成にしてある。外袋２４は、内袋２３を覆うものであり、ガスバリア性を有するラミネートフィルムで構成されている。

次に、図３を参照しながら、芯材の製造方法について説明する。図３は連続気泡の樹脂発泡体を超臨界状態の窒素ガスまたは炭酸ガスを含む発泡剤を用いて発泡成形する製造方法の説明図である。

ウレタン樹脂原料は、ポリエーテルポリオールとイソシアネートに大きく分けられる。別々の容器に貯留されたポリオール３１とイソシアネート３２のうち、ポリオール３１に超臨界状態にある炭酸ガスや窒素ガスを完全に溶解させる。なお、この溶解させるガスは超臨界ガス発生装置３４で超臨界状態のガスを作り出して供給されるが、そのガス量は最終的な気泡に影響を与えるため、実施例１〜４のいずれにおいても同じ条件でガスを溶解させるようにしている。

その後、これらの２液をミキシングヘッド３３によって攪拌し、攪拌したウレタン原液４を注入ヘッド３５より対象とする金型３６に注入する。金型３６に注入する場合、図３に示すように、重力に従い下方へ落下させた後、発泡により容積を増加させながら金型３６内で上方に立ち上がっていく。このとき、反応、発熱、減圧などによりガスの溶解度が急速に降下し、溶解していたガスが過飽和状態となり遊離し始め、気泡核を形成していく。その後、核は気泡へと成長していく。このように気泡の成長途中に反応が進行するため、それを利用し成長を制御することが可能であり、気泡径を制御することが可能である。これによって、微細な気泡を得ることができる。このようにウレタン樹脂は金型３６内全体へ流動して行き、金型３６に充填され発泡断熱体が成形されるのである。

上述した連続気泡とは、フォーム中の気泡が壁によって完全には取り囲まれていないもの、他の気泡または外部と互いに連結している状態をいう。また、連通化率（連続気泡率）の算出については、ＡＳＴＭ Ｄ２８５６に準拠する。

次に、従来例及び実施例１〜４の真空断熱材について、初期熱伝導率、その熱伝導率の経時変化、重量をそれぞれ比較した結果を示す表１を参照しながら説明する。実施例１〜４の真空断熱材の構造は図２に示すものと同じであるが、従来例は内袋を備えていない構造である。

［従来例］
水発泡剤を用いて成形した硬質ポリウレタンフォームを芯材とした真空断熱材について、作製時（初期）と１年経過後の熱伝導率を熱伝導率測定装置で測定したところ、初期熱伝導率が５．５ｍＷ／ｍ・Ｋ、１年後の熱伝導率が９．０ｍＷ／ｍ・Ｋとなり、初期熱伝導率が大きく、しかも劣化が大きい傾向があることが分かった。これは、水発泡を用いたこと、芯材である硬質ポリウレタンフォームの内部から発生するガスにより、真空断熱材内の真空度が低下するため熱伝導率が悪化しているためである。また、この従来例の真空断熱材の重量を測定した値を１００として、以降の実施例１〜４における真空断熱材の重量とを比較している。
［実施例１］
超臨界状態の二酸化炭素ガスを発泡剤として発泡成形した硬質ポリウレタン樹脂発泡体を連通化したものを芯材とし、内袋として高密度ポリエチレン樹脂を用いて成形した真空断熱材について、作製時（初期）と１年経過後の熱伝導率を熱伝導率測定装置で測定したところ、初期熱伝導率が３．２ｍＷ／ｍ・Ｋ、１年後の熱伝導率が５．３ｍＷ／ｍ・Ｋと何れについても従来例の数値より顕著に良好であった。また、この実施例１の真空断熱材の重量を測定したところ、従来例の真空断熱材の重量を１００としたとき、９０の比率となり、軽量化が確認できた。以上より、実施例１によれば、熱伝導率においても、重量においても従来例より良好な数値が得られており、軽量且つ断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
［実施例２］
超臨界状態の二酸化炭素ガスを発泡剤として発泡成形した硬質ポリウレタン樹脂発泡体を連通化したものを芯材とし、内袋としてエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂を用いて成形した真空断熱材について、作製時（初期）と１年経過後の熱伝導率を熱伝導率測定装置で測定したところ、初期熱伝導率が３．２ｍＷ／ｍ・Ｋ、１年後の熱伝導率が５．１ｍＷ／ｍ・Ｋと何れについても従来例の数値より顕著に良好であった。また、この実施例２の真空断熱材の重量を測定したところ、従来例の真空断熱材の重量を１００としたとき、９０の比率となり、軽量化が確認できた。以上より、実施例２によれば、熱伝導率においても、重量においても従来例より良好な数値が得られており、軽量且つ断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
［実施例３］
超臨界状態の窒素ガスを発泡剤として発泡成形したポリスチレン樹脂発泡体を連通化したものを芯材とし、内袋としてエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂を用いて成形した真空断熱材について、作製時（初期）と１年経過後の熱伝導率を熱伝導率測定装置で測定したところ、初期熱伝導率が３．０ｍＷ／ｍ・Ｋ、１年後の熱伝導率が５．１ｍＷ／ｍ・Ｋと何れについても従来例の数値より顕著に良好であった。また、この実施例３の真空断熱材の重量を測定したところ、従来例の真空断熱材の重量を１００としたとき、５０の比率であり、従来例より顕著に軽量化が確認できた。以上より、実施例３によれば、熱伝導率においても、重量においても従来例より大幅に良好な数値が得られており、軽量且つ断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
［実施例４］
超臨界状態の二酸化炭素ガスを発泡剤として発泡成形したポリスチレン樹脂発泡体を連通化したものを芯材とし、内袋として高密度ポリエチレン樹脂を用いて成形した真空断熱材について、作製時（初期）と１年経過後の熱伝導率を熱伝導率測定装置で測定したところ、初期熱伝導率が３．０ｍＷ／ｍ・Ｋ、１年後の熱伝導率が５．３ｍＷ／ｍ・Ｋと何れについても従来例の数値より顕著に良好であった。またこの実施例４の真空断熱材の重量を測定したところ、従来例の真空断熱材の重量を１００としたとき、５０の比率となり顕著な軽量化が確認できた。以上より、実施例４によれば、熱伝導率においても、重量においても従来例より良好な数値が得られており、軽量且つ断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。

本発明の一実施形態の真空断熱材を備えた冷蔵庫の縦断面図である。 図１の冷蔵庫に用いられる真空断熱材を強調して表す図である。 連続気泡の樹脂発泡体を超臨界状態の窒素ガスまたは炭酸ガスを含む発泡剤を用いて発泡成形する製造方法の説明図である。

符号の説明

１２ａ…冷蔵庫箱体の断熱壁、１２ｅ…箱体の外板、１２ｆ…箱体の内板、１３ａ…冷蔵庫扉体の断熱壁、１３ｆ…扉体の内板、２０…真空断熱体、２１…芯材、２１ａ…吸着剤収納部、２１ｂ…挿入部、２２…吸着剤、２３…内袋、２４…外袋、２５…袋体、３１…ポリオール、３２…イソシアネート、３３…ミキシングヘッド、３６…金型。

Claims (6)

1. 超臨界状態の気体を含む発泡剤で発泡成形した連続気泡の樹脂発泡体からなる芯材と、
   ガスバリア性を有すると共に、前記芯材を収納して内部を減圧した袋体と、を備えたことを特徴とする真空断熱材。
2. 超臨界状態の窒素ガスまたは炭酸ガスを含む発泡剤で発泡成形した連続気泡の樹脂発泡体からなる芯材と、
   前記芯材が発生するガス成分を吸着する吸着剤と、
   前記芯材及び前記吸着剤を収納して内部を減圧した袋体とを備え、
   前記袋体は、前記芯材及び前記吸着剤を収納し内部を減圧して密封した内袋と、前記内袋を収納し内部を減圧して密封すると共に内部と外部とのガス透過置換を抑制するガスバリア性を有する外袋と備えたことを特徴とする真空断熱材。
3. 請求項１または２において、前記芯材は超臨界状態の窒素ガスまたは炭酸ガスを発泡剤として発泡成形した連続気泡のポリスチレン樹脂発泡体からなることを特徴とする真空断熱材。
4. 請求項３において、前記ポリスチレン樹脂発泡体の連通化率が９９％以上であることを特徴とする真空断熱材。
5. 請求項１または２において、前記樹脂発泡体は超臨界状態の炭酸ガスまたは窒素ガスと水との混合発泡剤で発泡成形されたものであることを特徴とする真空断熱材。
6. 外板と内板とによって形成される空間の外板側または内板側に多数の真空断熱材を配設し、前記真空断熱材以外の前記空間に発泡断熱材を充填した冷蔵庫において、
   前記真空断熱材は、超臨界状態の気体を含む発泡剤で発泡成形した連続気泡の樹脂発泡体からなる芯材と、前記芯材の水分およびガス成分を吸着する吸着剤と、ガスバリア性を有すると共に、前記芯材及び前記吸着剤を収納して内部を減圧した袋体とを備えたことを特徴とする冷蔵庫。

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