JP4218771B2

JP4218771B2 - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP4218771B2
Application number: JP2006202714A
Authority: JP
Inventors: 崇井関; 邦成荒木; 恒越後屋
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: JP2006292361A

Description

本発明は真空断熱材を使用した冷蔵庫に関するものである。

真空断熱材は、断熱材料からなる芯材を外被材で覆い、内部を減圧密封して構成されるものが知られている。

特許文献１には、外被材を表面保護フィルムと金属層と内層フィルムとにより構成し、
内層フィルムが５０μｍ以上１５０μｍ以下としたものが開示されている。この内層フィルムは熱溶着可能な樹脂で構成され、この厚さによって熱伝導率が異なるため、熱伝導率が真空断熱材の断熱性能に影響を与えない程度の厚さ、すなわち、５０μｍ以上１５０
μｍ以下とすることとしている。

一方、特許文献２には、芯材の周縁部で外被材の表面側フィルムと裏面側フィルムとが
接合される真空断熱材であって、この接合部分における表面側フィルムのアルミニウム箔
と裏面側フィルムのアルミニウム箔の離間距離を定めたものが開示されている。外被材の
ガスバリア性と、表面側フィルムと裏面側フィルムの熱的な絶縁とを考慮して上記の離間
距離を定めている。

特開平８−３０３６８５号公報特開平１０−１８５４１７号公報

上記従来技術では、真空断熱材の表面性に起因する問題や真空断熱材の製造時における
芯材による外被材の傷付き防止について考慮されていなかった。特に無機繊維系材料から
なる芯材を用いる場合には、硬質ウレタンフォームを芯材に用いる場合と比較して、表面
性に問題がある。無機繊維系材料からなる芯材を外被材に組み込む場合には以下のような
問題が生ずる。以下、図６〜図８を用いてこの問題について説明する。

図６は芯材の拡大断面図を示したものである。芯材３１の表面３１ａには、芯材を構成する素材のうち径や粒の大きい素材粒３１ｂや異物３１ｃあるいは皺３１ｄが生じ、この素材粒３１ｂや異物３１ｃあるいは皺３１ｄが表面３１ａよりＴ₁寸法やＴ₂寸法あるいはＴ₃ 寸法だけ突出するために、外被材を傷付けて、長期間経過するとこの傷付き部よりガス透過量が増加するが、その防止策についての考慮がなされていなかった。

図７は、芯材と外被材の組み込み斜視図である。図７に示すように、三辺が熱溶着された外被材３２内に芯材３１を挿入する際に、外被材の入り口で芯材より落下する微細屑
３６がある場合には、芯材挿入後に減圧密封するときに熱溶着部となる３２ａに微細屑
３６が付着する。このとき、熱溶着部３２ａのガス透過量が増大する原因となる。

すなわち、図８に示すように、外被材の熱溶着部に芯材より落下した微細屑３６が挟持されると、熱溶着部のシール寸法が所定の寸法より小さくＴ₁₀となるので、長期間経過するとこの挟持部よりガス透過量が増加することとなる。上記の従来技術では、これらの防止策についての考慮がなされていなかった。

以上のことから、本発明は、無機繊維系材料からなる芯材の表面に素材粒等が生じても
長期間に亘って優れた断熱性能を維持することのできる真空断熱材を採用した冷蔵庫を提
供することを目的とする。また、外被材の熱溶着部に微細屑等が挟持されない真空断熱材
の構成及びそれを使用した冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、外箱と内箱間に充填された発泡断熱材中に真空断熱材が配設される冷蔵庫であって、
この真空断熱材は無機系繊維の芯材とこの芯材を被覆する外被材とを備え、
この外被材は、最外面を構成する表面保護フィルムと、この表面保護フィルムよりも内側に位置し金属によって形成されるガスバリア層と、外被材を熱溶着して内部を密封する熱溶着層とを備えて構成され、
前記熱溶着層と前記芯材表面との間に前記熱溶着層を被覆し前記芯材を覆う有機材層を介在し、
前記熱溶着層の厚さと前記有機材層の厚さの合計厚さを４０μｍ以上とし、かつ前記熱溶着層の厚さを２０〜２５μｍとしたことを特徴とする。

また、上記の冷蔵庫において、有機材層は前記芯材の表面にコーティングして形成したことを特徴とする。

本発明によれば、無機繊維系材料からなる芯材の表面に素材粒等が生じても長期間に亘
って優れた断熱性能を維持することのできる真空断熱材を採用した冷蔵庫を提供すること
ができる。また、外被材の熱溶着部に微細屑等が挟持されない真空断熱材の構成及びそれ
を使用した冷蔵庫を提供することができる。

以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例を示す冷蔵庫の縦断面図である。
図１に示す如く、冷蔵庫箱体１は、外箱２と内箱４と、外箱２と内箱４との間に充填されたウレタン等の発泡断熱材３とより構成されている。冷蔵庫箱体１は、その内部に冷蔵室（野菜室）５と、製氷室（セレクト室）６および冷凍室７とをそれぞれ区画形成している。８は冷蔵室（野菜室）５を所定の温度に冷却する冷却器であり、９は製氷室（セレクト室）６および冷凍室７を所定の温度に冷却する冷却器である。冷却器８および９は圧縮機１０にて循環される冷媒を蒸発して、所定の低温温度を保持するために冷蔵庫の中では比較的低温に維持されている。従って、冷蔵庫の省エネ観点より、冷蔵庫中で比較的熱漏洩の大きい冷却器８および９の背面投影面の発泡断熱材３中に、ウレタン等の発泡断熱材３より熱伝導率の小さい真空断熱材１１を配設してある。

図２は、本発明の実施例を示す真空断熱材の断面模式図である。真空断熱材１１は図２に示す如く、ガスバリヤ性を有する外被材２０で覆われた内部に、芯材１７を設置し、外被材２０および芯材１７内を所定の真空度に減圧して真空断熱としての断熱性能を具備するように構成されている。外被材２０は外側表面に、ナイロン樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂等で形成された表面保護フィルム１２を有し、その内側にガスバリヤ性の良好なアルミニウム等の金属箔１５を有し、更にその内側に高密度ポリエチレン樹脂やポリアクリロニトリル樹脂等の熱溶着可能な内層フィルム１６を一体に構成している。すなわち、表面保護フィルム１２は、外被材２０の表面を保護すべく強度のあるナイロン樹脂，ポリエチレンテレフタラート樹脂によって形成され、金属箔１５は、外被材２０内部の真空度を維持するためガスバリア性に優れたアルミニウム等の金属によって形成され、内層フィルム１６は、外被材２０内を密封すべく熱溶着可能な熱溶着層として配されるものであり、高密度ポリエチレン樹脂やポリアクリロニトリル樹脂等によって形成される。

なお、本実施例では、表面保護フィルム１２と金属箔１５との間に、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリプロピレン樹脂等の支持層１４にアルミニウム等の金属を蒸着した金属蒸着膜１３を介在させて強度とともにガスバリヤ性をより良好としている。

図３は本発明の一実施例を示す真空断熱材の拡大断面模式図である。図３に示すように
、内層フィルム１６の厚さＴ₆ は、後述する有機材層フィルムあるいは有機材層コーティングの厚さＴ₅ と合わさって、芯材の表面に現れる素材粒や異物あるいは皺（この素材粒や異物あるいは皺を代表して、以下の記述では素材粒等として表示する）等が、ガスバリヤ性の良好なアルミニウム等の金属箔１５を傷つけない寸法に設定してある。つまり、図３に示すように芯材１７の表面１７ａに現われる素材粒等１７ｆの最大突出寸法をＴ₄ とすると、該素材粒等の突出部該当位置の金属箔１５ａが局部的に変形しても、該局部的な変形部分１５ａの伸び率が、金属箔１５自身の引張り伸び率の許容範囲になるように、前記の内層フィルム１６の厚さＴ₆ と有機材層フィルムあるいは有機材層コーティングの厚さＴ₅の合計厚さＴ₇を設定してある。

換言すれば、芯材の表面に現れる素材粒等１７ｆが大気圧や製造時の加圧圧力により、有機材層フィルムあるいは有機材層コーティングを局部的に圧縮変形し、その後、さらに内層フィルム１６を局部的に圧縮変形しても、金属箔１５のガスバリヤ性を損なうことのないように、厚さＴ₅と厚さＴ₆の合計厚さＴ₇を設定してある。

なお、発明者らの実験によれば、後述するように、合計厚さＴ₇ を４０μｍ以上とすれば長期的にも金属箔１５のガスバリヤ性を損なうことのないことが判明した。

図２の１８は芯材１７の表面を覆う有機材層フィルムあるいは有機材層コーティングであり、その厚さは前述したＴ₅となるように設定してある。

なお、芯材側の有機材層１８を有機材層フィルムとした場合、図４に示すように後述する芯材１７の製造時、芯材の原料となるバインダーを含浸させた人造鉱物繊維保温材を、加熱圧縮する際の金型より離型するための離型フィルム２３が不要となる。

また、このように芯材１７の表面を有機材層フィルムあるいは有機材層コーティングで覆うことによって、図７及び図８に示すような、芯材の外被材への組み込み時において、芯材１７からの微細屑３６の落下を防止することができ、ガス透過量の増加を防ぐことができる。

図５は外被材２０の内層フィルム１６の内面を被覆するように有機材層フィルムあるいは有機材層コーティングで覆った例を示すものである。１９は外被材の内層フィルム１６の内面を被覆する有機材層フィルムあるいは有機材層コーティングであり、その厚さＴ₅は前述したように設定してある。

ここで芯材１７の製造例を図４により説明する。図４は本実施例の芯材の製造過程図である。２４は芯材１７（図２及び図３の１７）の原料となる「人造鉱物繊維保温材」
（ＪＩＳＡ９５０４）やウレタン微粉砕物等に珪酸ソーダやフェノール樹脂粉末等のバインダー材を配合した芯材原料であり、芯材原料２４を複数枚重ね合わせ、上金型２１と下金型２２で加熱圧縮して所定の厚さにする。金型で加熱圧縮する際に、この金型にバインダー材等が付着すると芯材が離型し難いために、離型フィルム２３を芯材の原料と金型間に挿入するが、離型フィルム２３を使用せずに前述の有機材層フィルムを流用すれば、離型フィルム２３が不要となり製造コスト上有利になる。

なお、発明者らの実験によれば、芯材１７の原料として「人造鉱物繊維保温材」(JIS Ａ９５０４)とバインダーとして「珪酸ナトリウム(珪酸ソーダ)」(ＪＩＳＫ１４０８)を使用した場合表１および表２の如くであった。つまり、バインダー原液を珪酸ソーダ１号，２号，３号として、各珪酸ソーダの濃度を重量パーセントで３％，５％，１０％，
２０％とした場合の所定大きさの真空断熱材の初期熱伝導率は、表１に示すように珪酸ソーダ３号が最も良好であった。また、初期熱伝導率は珪酸ソーダの濃度が５％以下のほうが良好であったので、珪酸ソーダ３号について詳細実験をしたところ表２に示すように、珪酸ソーダの濃度が１％から５％の間では初期熱伝導率はほぼ良好であった。なお、珪酸ソーダの濃度が２％未満では、柔らかすぎて芯材原料としてのハンドリング性に難点が生じた。

ここで、前述の図３に示した芯材１７の表面１７ａに現れる素材粒等１７ｆの最大突出寸法Ｔ₄の実例を表３により説明する。

表３は、芯材１７の原料として前述の「人造鉱物繊維保温材」を使用したものであるが、この「人造鉱物繊維保温材」の製造方法によっても、素材粒等の大きさ分布が異なる。製造方法としては、火炎挿入法とロータリー法がよく知られている。ここでは、火炎挿入法とロータリー法の両方について、かつ、３つの区分Ａ，Ｂ，Ｃに分けて、その比率をパーセント（％）で表示してある。

前述のＴ₄寸法が１０μｍ未満のものを区分Ｃとし、Ｔ₄寸法が１０μｍ〜２０μｍのものを区分Ｂとし、Ｔ₄ 寸法が２０μｍを越えるものを区分Ａとして表示してある。表１に示すように、火炎挿入法，ロータリー法はともに、素材粒等の最大突出寸法Ｔ₄ は１０
μｍ未満の区分Ｃが最も多い。また、Ａ，Ｂ，Ｃの分布としては、製造工程が簡単で更に安価である火炎挿入法と比較すると、ロータリー法の方が凹凸の少ないものが製造できると考えられる。

しかし、火炎挿入法であっても、区分Ｂに属するものを芯材として使用できれば、生産
効率，生産コストを考慮すると有利である。すなわち、製造工程が簡単で安価に製作でき
る火炎挿入法にて製作した「人造鉱物繊維保温材」であってＴ₄ 寸法が２０μｍ以下のものを使用すれば真空断熱材の製造コスト低減が図れることとなる。

従って、次に火炎挿入法にて製作した原料の区分Ｂの芯材について、長期的にも金属箔１５のガスバリヤ性を損なうことのない実施例について表４により説明する。

表４の実施例１は、前述の表面保護フィルムとして１５μｍのナイロン樹脂を使用し、アルミ金属蒸着膜を３μｍとし、このアルミ金属蒸着膜の支持層として１０μｍのポリエチレンテレフタレート樹脂を使用し、アルミ金属箔を６μｍとし、内層フィルムとして
２０μｍの高密度ポリエチレン樹脂を使用した。また、外被材とは別に、芯材を覆う有機材フィルムとして２０μｍのポリエチレンテレフタレート樹脂を使用した。

また、長期的にもガスバリヤ性を損なうことのない検証として、熱伝導率の経時劣化で
判断できるように、熱伝導率の初期値と試料を６０℃の空気中に４ヶ月間放置した後の値を計測した。計測は英弘精機社製の熱伝導測定装置ＨＣ−０７１形を用いて平均温度２４℃で測定した。

実施例２は、内層フィルムとして２５μｍの高密度ポリエチレン樹脂を使用し、有機材フィルムとして２５μｍのポリエチレンテレフタレート樹脂を使用し、それ以外は実施例１と同一条件とした。

表４に示すように、６０℃，４ヶ月、加熱後の計測値は実施例１，実施例２とも７〜８ｍＷ／ｍ・Ｋであり、比較例１の９〜１１ｍＷ／ｍ・Ｋと比較して良好であった。長期間の使用に耐え得る境界として、冷蔵庫に真空断熱材を使用とする場合には、８ｍＷ／ｍ・Ｋが目安となり、この実施例１，２ともに良好であるといえる。

また、有機材層を設けることによって、熱溶着層である内層フィルムの層厚さを薄くす
ることが可能となった。本例では２５μｍ以下、さらには２０μｍ以下とできることが確認された。

以上、本実施例によれば、真空断熱材１１の芯材１７を被覆する外被材２０表面保護フィルム１２と、金属蒸着膜１３と、金属箔１５と、内層フィルム１６とを備えて構成されており、この内層フィルム１６と芯材１７の表面との間に有機材層１８を介在させたことによって、真空断熱材の芯材表面に現われる、径や粒の大きい素材粒や異物あるいは皺等が生じても、ガスバリヤ性を持つ金属箔１５が傷つかないので、長期間経過しても熱伝導率の優れた真空断熱材を含む冷蔵庫を提供できる。

また、つまり、内層フィルムと有機材フィルムとの厚さ合計値を実施例１のように４０
μｍ以上にすれば、真空断熱材の芯材表面に現われる、径や粒の大きい素材粒や異物ある
いは皺等が生じても、ガスバリヤ性をもつ金属箔が傷つかないので、長期間経過しても熱
伝導率の優れた真空断熱材を含む冷蔵庫構造を提供できる。また、万が一、金属箔１５が傷ついても、その外覆として金属蒸着膜１３を有しているので、長期間経過後も真空度の維持ができ、従って、熱伝導率の優れた真空断熱材を含む冷蔵庫を提供できる。

また、芯材１７の表面に有機材層をコーティングして、外被材２０の金属箔１５内面を被覆する内層フィルムの肉厚を薄くした。この層は外被材内部を密封する際に熱溶着するために必要な層であるが、ガスバリア性を持つ金属箔を芯材表面の凹凸から保護するほどの強度を持たず、それ自身も十分なガスバリア性を持たないため、熱溶着層である内層フィルム１６からのガス透過量を減少できるので、長期間真空度の高い真空断熱材を含む冷蔵庫を提供できる。

また、芯材１７を外被材２０内に挿入するときに、芯材の表面にコーティングされた有機材層が、芯材より落下しようとするガラス繊維の微細屑を覆っているので、この微細屑が外被材２０入り口に付着しないので、長期間真空度の高い真空断熱材を含む冷蔵庫を提供できる。

また、芯材１７の表面を有機材層フィルムで覆って、外被材２０の金属箔１５内面を被覆する内層フィルム１６の肉厚を薄くしたので、芯材１７を製造するときに、芯材の原料となるバインダーを含浸させたグラスウールを、加熱圧縮する際の金型より離型するための離型フィルム２３を削除できるので製造コスト上有利な真空断熱材を含む冷蔵庫を提供できる。

また、芯材１７の表面を有機材層フィルムと外被材の内層フィルム１６で二重に覆っているので、芯材表面に現われる、径や粒の大きい素材粒や異物あるいは皺等が生じても、フィルム層が傷つき辛い真空断熱材を含む冷蔵庫を提供できる。また、内層フィルム１６の内面を、有機材層フィルムあるいは有機材層コーティングで被覆したので、芯材１７と金属箔１５の内面を被覆する内層フィルム１６とが直接接触しないので、芯材と内層フィルムとの相性が問題にならない。従って、芯材原料や内層フィルム原料を任意に選択でき、製造コスト上有利な真空断熱材を含む冷蔵庫を提供できることとなる。

本発明の実施例を示す冷蔵庫の縦断面図。本発明の実施例を示す真空断熱材の断面模式図。本発明の実施例を示す真空断熱材の拡大断面模式図。本発明の実施例を示す芯材の製造過程図。本発明の実施例を示す真空断熱材の断面模式図。従来の問題点を示す芯材の拡大断面模式図。従来の問題点を示す外被材と芯材の組み込み斜視模式図。従来の問題点を示す真空断熱材の部分拡大断面模式図。

符号の説明

１…冷蔵庫箱体、２…外箱、３…断熱材、４…内箱、８，９…冷却器、１０…圧縮機、１１…真空断熱材、１２…表面保護フィルム、１３…金属蒸着膜、１４…支持層、１５…金属箔、１６…内層フィルム、１７…芯材、１８…芯材側の有機材層（フィルムあるいはコーティング）、１９…外被材側の有機材層（フィルムあるいはコーティング）、２０…外被材、２１…上金型、２２…下金型、２３…離型フィルム、２４…芯材原料。

Claims

外箱と内箱間に充填された発泡断熱材中に真空断熱材が配設される冷蔵庫であって、
この真空断熱材は無機系繊維の芯材とこの芯材を被覆する外被材とを備え、
この外被材は、最外面を構成する表面保護フィルムと、この表面保護フィルムよりも内
側に位置し金属によって形成されるガスバリア層と、外被材を熱溶着して内部を密封する
熱溶着層とを備えて構成され、
前記熱溶着層と前記芯材表面との間に前記熱溶着層を被覆し前記芯材を覆う有機材層を
介在し、
前記熱溶着層の厚さと前記有機材層の厚さの合計厚さを４０μｍ以上とし、かつ前記熱溶着層の厚さを２０〜２５μｍとした冷蔵庫。
請求項１において、
前記有機材層は前記芯材の表面にコーティングして形成した冷蔵庫。