JP2006029686A - 真空断熱パネル、および真空断熱パネルを用いた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空断熱パネルの製造過程における外方からの擦れや当たりによる衝撃でフィルム表面が傷つき、ガスバリア容器の耐久性能が悪化することを防止するとともに、ガスバリア容器を、アルミ箔をラミネートした樹脂フィルムタイプのみでなく、アルミ蒸着タイプのフィルムで形成しても、熱性能の耐久性を向上させて長期の使用に耐えることができ、湿度の高い条件下においても性能維持時間を延ばすことができる真空断熱パネル、およびこのパネルを用いた冷蔵庫を提供する。
【解決手段】 コア材２をガスバリア容器３内に収納し、内部を真空排気してパネル体とした真空断熱パネル１において、ガスバリア容器３をアルミ蒸着フィルム、あるいはアルミ箔などをラミネートした多層の樹脂フィルムで形成するとともに、この樹脂フィルム中に、エチレンビニルアルコール共重合体と無機系材料をハイブリッド混合した補強層を介在させた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、耐久性を改善した真空断熱パネル、およびこの真空断熱パネルを用いた冷蔵庫に関する。

従来、冷蔵庫における断熱キャビネットの断熱材としては、熱伝導率が低く、発泡充填によりキャビネットを構成する外箱や内箱と一体化して剛体となるポリウレタンフォームを使用することが主流であったが、近年、冷蔵庫キャビネットの断熱性能をさらに向上させて熱漏洩を防ぐことで消費電力量を低減させたり、あるいは断熱壁厚を薄くして冷蔵庫としての容積効率の向上をはかるため、断熱材としての真空断熱パネルが一部で実用化されている。

冷蔵庫への採用例として、図５に基本構成を示す真空断熱パネル（55）は、材料コストを抑え、排気や真空度の維持を容易にして長期信頼性を得るため、１〜数１００Ｐａ程度の比較的高い内部圧力で機能させるため、微小空間を形成して大気圧下で形態を保持することができる連通気泡構造の樹脂フォームや無機質の微粉末、繊維をコア材（55ａ）に用いて、このコア材（55ａ）を合成樹脂とアルミニウム箔とのラミネートフィルム製のガスバリア容器（55ｂ）で覆い、容器（55ｂ）内を真空引きした後、開口をヒートシール（55ｃ）して密封した構成である。

また、コア材（55ａ）から発生するアウトガス、およびガスバリア容器（55ｂ）のシール面や表面から内部に侵入する透過ガス等による内圧上昇に起因する経時劣化を抑えて真空度を維持するために、チタン、マグネシウム等の金属、バリウム・リチウム等の合金、酸化コバルト、酸化カルシウム、ゼオライト等の酸化物、活性炭等であって、水分、酸素、窒素等の空気成分、水素等のガスを吸着する物質からなるゲッター剤（55ｅ）を封入するのが一般的である。

断熱性能については、図６に示すように、パーライト等無機質の微粉末をコア材としたものは、微粉末固体自体の熱伝導が大きく断熱のための空間容積が少ないことから、また、連続気泡の樹脂フォームをコア材としたものは、気泡セルの大きさに強度的限界があるため、真空断熱パネルとしての熱伝導率は、０．００５〜０．００６Ｗ／ｍＫ程度が限界である。そして、それ以下の熱伝導率を得るものとしては、繊維径が数μｍ以下のグラスウールをコア材として小空間を多数形成し、０．００２Ｗ／ｍＫ程度の低い熱伝導率を実現することが可能となっており、例えば、特許文献１には、結合体により平板状に形成した無機繊維集合体をコア材とした真空断熱パネルを、冷蔵庫における機械室と庫内の仕切り部に設けた構成が示されている。
特開２００３−３１４９５１号公報

しかしながら、真空パネルの製造過程においては、真空引き後の後加工や冷蔵庫本体への組み込みのための搬送で擦れや当接などの外的ダメージを受けることが多く、ガスバリア容器（53）にクラックが発生した際には、傷がバリア容器の内外層を貫通してリークし、冷蔵庫としての断熱性能が極端に劣化する不具合があり、不良率の増加とともにコストが大幅に上昇する問題があった。

また、パネルの破損によるリークを防ぐために、配設面の形状に合わせてパネルを小分割して用いると、小形化したパネル端面からのヒートブリッジによる熱リークの影響が大きくなり、冷蔵庫全体としての断熱効果が目減りしてしまうものである。

そしてまた、ガスバリア容器（53）として、アルミニウムを真空蒸着（Ｖａｃｕｕｍ ｍｅｔａｌｌｉｚｉｎｇ）させた、いわゆる蒸着タイプの真空断熱パネルは、ガス透過性のため、パネル内部の経時的圧力上昇が早くなるものであり、アルミ箔方式のパネルに比較して、熱伝導率の劣化による耐久性に問題があった。

この耐久性を改善するために、ガスバリア性の良好なＥＶＯＨ（エチレンビニルアルコール共重合体）の採用を検討したが、この場合は、高湿度雰囲気における耐久性が極端に悪化してしまい、さらなる改善が求められていた。

本発明は上記点を考慮してなされたものであり、真空断熱パネルの製造過程における外方からの擦れや当たりによる衝撃でフィルム表面が傷つき、ガスバリア容器の耐久性能が大きく悪化することを防止するとともに、ガスバリア容器を、アルミ箔をラミネートした樹脂フィルムタイプのみでなく、アルミ蒸着タイプのフィルムで形成しても、充分熱性能に対する耐久性を向上させて長期の使用に耐えることができ、湿度の高い条件下においても性能維持時間を延ばすことができる真空断熱パネル、およびこの真空断熱パネルを用いた冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の真空断熱パネルは、コア材をガスバリア容器内に収納し、内部を真空排気してパネル体とするとともに、ガスバリア容器をアルミ蒸着フィルム、あるいはアルミ箔などをラミネートした多層の樹脂フィルムで形成し、この樹脂フィルム中に、ＥＶＯＨと無機系材料をハイブリッド混合した補強層を設けたものであり、また前記真空断熱パネルを断熱壁中の外箱あるいは内箱面に貼り付け、残余の空間にポリウレタンフォームを発泡充填して前記真空断熱パネルを埋設した冷蔵庫を特徴とするものである。

本発明の構成によれば、真空断熱パネルの製造過程における真空引き後の後加工で、擦れや当接などの外的ダメージを受けてガスバリア容器にクラックが発生した際にも、ＥＶＯＨと無機系材料をハイブリッド混合したフィルム層によって破損しにくく耐久性を向上でき、リークによる断熱性能の劣化を防いで、真空断熱パネル製造工程における不良率を大幅に改善し、製造コストを低減することができるものである。また、湿度の高い条件下でも大幅に性能維持時間を長くすることができ、冷蔵庫としての断熱性能と経時安定性を長期に亙って保持し、信頼性を高めることができる。

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。図３は本発明に係る冷蔵庫の概略断面図であり、本体の外形を形成する薄鋼板からなる外箱（９）と貯蔵室を形成する内箱（10）との間に断熱空間を設けて冷蔵庫本体（８）を構成している。

前記断熱空間を形成する外箱（９）の両側面、背面および天井面の内面には、断熱体として詳細を後述する真空断熱パネル（１）を貼り付けており、残余の内箱（10）との間隙には、ポリウレタンフォームからなる発泡断熱材（11）の原液を注入し、発泡充填して前記内外箱（９）（10）と真空断熱パネル（１）とを一体に接着固化することで剛性のある断熱キャビネットを形成している。

前記真空断熱パネル（１）は、図１およびパネルの真空引き装置（４）を示す図２に示すように、細いガラス繊維の綿状物であるグラスウールをコア材（２）とし、これをマット状に形成するとともに、このコア材（２）を、詳細を後述するガスバリア容器（３）に挿入したものであり、コア材の挿入後に、容器（３）をベース（５ａ）上に配置した真空チャンバー（５）内に設けたステージ（５ｂ）上に設置し、真空ポンプ（５ｃ）によって０．０３〜３０Ｐａ程度で真空排気した後、容器の開口を２０〜５０ｍｍの綴じ代を設けて閉塞し、綴じ代の１０ｍｍ幅に亙ってヒートシール（６）することで、容器（３）内部を真空減圧状態に保持したパネル状に形成する。

その後真空チャンバー（５）内を大気圧に開放することによる気圧差によってコア材（２）をさらに２分の１程度に圧縮され、最終的に厚みを１０〜１２ｍｍにした真空断熱パネル（１）が形成されるものであり、真空断熱パネル（１）は、ヒンジ部（５ｄ）を支軸としてチャンバー外套（５ｅ）を上方の矢印方向に回動させ、同様に上下するヒートシールバー（５ｆ）の開放させた開口から摺動して取り出される。

グラスウールのコア材（２）は、繊維径については、一般に真空断熱パネルとしての断熱性能が良好とされる１０μｍ以下のものを選択するが、本実施例では２〜６μｍ径のものを採用し、繊維長については、５０ｍｍ以上の長い繊維体も混入したが、１０ｍｍ程度の短繊維を主体としてさらにニードリング加工を施している。

そして、前記繊維径と繊維長により、グラスウール繊維のランダム配向は維持され、ニードリング加工により繊維が厚み方向で絡まり合うことで、厚み方向の熱伝導率が低くなって断熱効果が大きくなり、原綿状態で５０ｍｍの厚みのものが１０〜２０ｍｍ程度の厚みに圧縮されて表面も平滑になり、さらにマットとして弾力や粘りのある、いわゆる腰の強いマット状コア材（２）を得ることができる。

上記のように形成したマット状コア材（２）は、所定の大きさに切断され、あるいは最終的に必要な厚みになるよう適宜マットを重ねた上で、前記ガスバリア容器（３）に挿入されるものである。

次に、マット状コア材（２）を収納するガスバリア容器（３）について説明する。図４に示すように、ガスバリア容器（３）は、例えば、外層としての１５μｍ厚のナイロン樹脂（３ａ）と、中層の１２μｍ厚のＰＥＴ（ポリエチレン−テレフタラート）樹脂上にアルミニウムを蒸着させたフィルムである蒸着ＰＥＴ（３ｂ）を２枚重ね合わせ、さらに内層として５０μｍのＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）（３ｃ）を設けている。

しかして、前記中層の蒸着ＰＥＴ（３ｂ）と内層のＨＤＰＥ（３ｃ）との間には、前記ＥＶＯＨ（エチレンビニルアルコール共重合体）と無機系材料とをハイブリッド混合させてＰＰ（ポリプロピレン）に塗布した補強層（３ｄ）を介在させたもので形成され、外箱（９）の内面側に貼り付けるように、所定の幅や長さ、厚み寸法からなる平板の袋状に形成しており、長さ方向の少なくとも一端を開口させて前記マット状コア材（２）を挿入し収納するようにしている。

前記補強層（３ｄ）における無機系材料としては、天然モンモリロナイト、天然マイカ、合成マイカ、合成ヘクトライト、あるいは合成サポナイトが適している。前記天然モンモリナイトなどは、粒子のアスペクト比が大きいため、有機材料を通して透過するガスの流路長さが大きくなって、恰もバリア材の厚みが増したような作用を奏するものであり、ガスバリア性が大幅に向上する。

そして、補強層（３ｄ）の位置も前記内層と中層との間のみでなく、中層である２層の蒸着ＰＥＴ（３ｂ）（３ｂ）間に追加して介在させたり、中層を６μｍのアルミ箔として内層のＨＤＰＥ（３ｃ）との間に介在させてもよい。また、パネル形成前の外装体に後加工で前記補強層（３ｄ）を塗布したり、真空断熱パネルとした完成体に後加工で塗布するようにしてもよい。

さらに、シーラントや他の樹脂構成との組み合わせは上記のすべての場合に適応可能であり、蒸着フィルムについてもアルミニウムに限らず、アルミナやシリカなどすべての材料に対して適応が可能である。

前記ガスバリア容器（３）の開口は真空排気後閉塞され、ヒートシール（６）することで真空断熱パネル（１）が形成される。なお、前記ヒートシール部は、ガスバリア容器の開口の閉塞部を重ね合わせた状態でヒートシールし、さらにパネル（１）の端面側に折り畳んで固定するようにしてもよい。

本発明では、前記ガスバリア容器（３）の外装体としてＥＶＯＨにガスバリア性が高いとともに対衝撃性や摩耗性に優れている無機系材料をハイブリッド混合させた補強層（３ｄ）を形成しているため、パネル形成後の製造過程におけるガスバリア容器（３）の外表面に擦れや当接などの外力を受けてクラックが発生した場合でも、補強層（３ｄ）によってダメージを小さくすることができ、アルミ箔タイプに対して熱性能に対する耐久性に劣る真空蒸着タイプのガスバリア容器であっても、極端な断熱性能の劣化を防いで耐久性を大幅に改善することができるものである。

さらに、ＥＶＯＨのみでは高湿度での耐久性が著しく劣化する弱点を、ガスバリア性が非常に高く有機材料に比較してほとんどガスを透過させない無機系材料をハイブリッド混合することによって、対湿度性能を改善することができるとともに、耐久性を高めて長期の使用に対して断熱性能を維持することができる。

以上のように構成した真空断熱パネル（１）は、冷蔵庫の組立製造ラインに運搬され、図３に示すように、冷蔵庫本体（８）の外箱（９）の両側壁内面や天井面、さらには必要に応じて背面等に、所定のパネル間隔を形成してホットメルト接着剤や両面テープで所定位置に貼り付けるものであるが、パネル搬送時や冷蔵庫本体（８）への組み込み時に万一工程設備物と接触して擦ったり突出部に当接して外力を受けても、前記ガスバリア容器（３）の補強層（３ｄ）の存在により外力による破損などのダメージを軽減することができるばかりでなく、クラックが発生しても層内外が貫通することがなく、外部空気のパネル内への侵入を阻止することができる。

また、この真空断熱パネル（１）は、前記したごとく、高湿度雰囲気に対する耐久力が強いため、冷蔵庫における断熱壁の中で湿度の高い雰囲気となる内箱側に配設することも可能となり、パネル配設箇所の許容範囲を広げることができるものである。

そして、取り付け後の真空断熱パネル（１）と内箱（10）との空間には、現場発泡方式によりポリウレタンフォーム断熱材（11）の原液を注入発泡し、充填固化することでパネル（１）と内箱（10）、外箱（９）とを一体化するものであり、ポリウレタンフォーム中への埋設によって外力からはさらに保護されることから、冷蔵庫としての良好な断熱性能と経時安定性を長期に亙って保持し、耐久性を向上して信頼性を高めるとともに、貯蔵室内の冷却効率を向上させて消費電力の低減に貢献できることができる効果を奏するものである。

なお、冷蔵庫は家庭用に限定されるものではなく、業務用やショーケース、自動販売機等の断熱キャビネット構成に対しても同様に適用できるものである。

本発明は、良好な断熱性能を有し耐久性の高い真空断熱パネル、およびこの真空断熱パネルを用いた消費電力量が少ない冷蔵庫に利用することができる。

本発明の１実施形態を示す真空断熱パネルの断面詳細図である。 図１の真空断熱パネルの真空引き状態を示す概略図である。 図１の真空断熱パネルを貼り付けた冷蔵庫の概略断面図である。 図１の真空断熱パネルのガスバリア容器の詳細を示す一部の断面図である。 真空断熱パネルの基本構造を示す断面図である。 コア材による真空度と熱伝導率との差を示す比較グラフである。

符号の説明

１ 真空断熱パネル ２ マット状コア材 ３ ガスバリア容器
３ａ ナイロン樹脂層 ３ｂ 蒸着ＰＥＴ層 ３ｃ ＨＤＰＥ層
３ｄ 補強層 ４ 真空引き装置 ５ 真空チャンバー
６ ヒートシール ８ 冷蔵庫本体 ９ 外箱
10 内箱 11 ウレタンフォーム

Claims (4)

1. コア材をガスバリア容器内に収納し、内部を真空排気してパネル体とした真空断熱パネルにおいて、ガスバリア容器をアルミ蒸着フィルム、あるいはアルミ箔などをラミネートした多層の樹脂フィルムで形成するとともに、この樹脂フィルム中に、エチレンビニルアルコール共重合体と無機系材料をハイブリッド混合した補強層を設けたことを特徴とする真空断熱パネル。
2. ガスバリア容器を形成する多層樹脂フィルムを、ナイロン樹脂、蒸着ＰＥＴ、高密度ポリエチレン、およびエチレンビニルアルコール共重合体と無機系材料をハイブリッド混合した補強層とを積層させて形成したことを特徴とする請求項１記載の真空断熱パネル。
3. 多層樹脂フィルムで形成したガスバリア容器の外表面に、エチレンビニルアルコール共重合体と無機系材料をハイブリッド混合したものを被覆したことを特徴とする請求項１記載の真空断熱パネル。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の真空断熱パネルを断熱壁中の外箱あるいは内箱面に貼り付け、残余の空間にポリウレタンフォームを発泡充填して前記真空断熱パネルを埋設したことを特徴とする冷蔵庫。
   

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