真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫、機器
【課題】吸着剤の吸着性能を向上して断熱性能が高い真空断熱材及び冷蔵庫を提供することを目的とする。
【解決手段】繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備えた真空断熱材において、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを顆粒化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％とする。
【解決手段】繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備えた真空断熱材において、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを顆粒化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱材及び真空断熱材を適用した冷蔵庫、機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止に対する社会の取り組みとして、ＣＯ2の排出抑制を図るため、様々な分野で省エネルギー化が推進されている。近年の電気製品、特に冷熱関連の家電製品においては消費電力量低減の観点から、真空断熱材を採用して断熱性能を強化したものが主流になっている。
【０００３】
一般に用いられる真空断熱材には、真空断熱材を構成する芯材や内包材が持ち込む水分や、長期間使用する間に外被材の外側から侵入する水分やガスによる断熱性能の劣化を抑制するために、吸着剤が用いられている。吸着剤には、化学吸着剤や物理吸着剤が用いられている。化学吸着剤においては、吸着性能として水分の吸湿量が多く、吸湿は化学反応であるため、真空断熱材として内部に投入しても、一度吸湿した水分は真空状態でも吸着剤から出てくることはない。
【０００４】
しかし、化学吸着剤は吸着原理が化学反応であるため、吸着時に大量の熱が発生することから取り扱い時や、リサイクルの解体時に水分が付着すると発熱する。また、化学吸着剤では、吸着できるガスは限定されており、主に水分しか吸湿できない。
【０００５】
一方、物理吸着剤では、化学吸着剤よりも水分の吸湿量は劣るが、水分以外にも窒素や酸素等のガスを吸湿することができ、吸着原理も吸着剤の孔部にガスを吸着させることから反応熱も少ないといった利点がある。
【０００６】
しかし、物理吸着剤では孔部にガスを吸着させることから、雰囲気の温度や真空度等で吸着性能が低下してしまう。
【０００７】
特許文献１に示された真空断熱材では、吸着剤に疎水性吸着剤と親水性吸着剤の複数の物理吸着剤を用いている。複数の吸着剤を用いることで、疎水性吸着剤がガス成分を吸着し、親水性吸着剤が水分を吸湿し真空断熱材の性能を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２９３７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の構成では、真空断熱材の性能は高くなるものの、複数の吸着剤を用いていることから、大幅に製造コストが高くなる。また、複数の吸着剤を用いる場合には、それぞれを真空断熱材に投入しなければならず、投入量の調整等から製造工程で手間がかかった。さらに、吸着剤の量が多くなるほど、真空断熱材としたときに吸着剤の体積分が芯材を押し上げることで、表面に吸着剤の凸部が発生してしまい、真空断熱材を平面にするために圧縮ロール工程を行っても表面性が凹凸形状になってしまう虞があった。
【００１０】
そこで本発明は、吸着剤の吸着性能を向上して断熱性能が高い真空断熱材及び冷蔵庫を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。その一例を挙げるならば、繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備えた真空断熱材において、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、吸着剤の吸着性能を向上して断熱性能が高い真空断熱材及び冷蔵庫を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例における冷蔵庫の正面図。
【図２】本発明の実施例１を示す冷蔵庫の縦断面図（図１のＡ−Ａ断面図）。
【図３】本発明の実施例１を示す真空断熱材の概略断面図。
【図４】本発明の実施例１、２と比較例１との比較表図。
【図５】本発明の実施例における冷蔵庫の側断面図。
【図６】吸着剤を真空断熱材の芯材間に配置する製造方法の一例を示す図。
【図７】吸着剤を真空断熱材の芯材間に配置する製造方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本実施形態を示す冷蔵庫の正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図を示している。
【００１５】
図１に示す本実施形態を備えた冷蔵庫１は、図２に示すように、上から冷蔵室２、左右に並置した製氷室３ａと上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４、野菜室５を有している。図１の符号は、上記各室の前面開口部を閉塞する扉であり、上からヒンジ１０等を中心に回動する冷蔵室扉６ａ、６ｂ、引き出し式の製氷室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９を配置する。これらの引き出し式扉６〜９は扉を引き出すと、各貯蔵室を構成する容器が扉と共に引き出されてくる。各扉６〜９には、扉閉鎖時に冷蔵庫１本体と密着するパッキン１１が、各扉６〜９の室内側外周縁に取り付けられている。
【００１６】
また、冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間を区画断熱するために断熱仕切１２を配置している。この断熱仕切１２は厚さ３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム、発泡断熱材（硬質ウレタンフォーム）、真空断熱材等、それぞれを単独使用又は複数の断熱材を組み合わせて作られている。製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の間は、温度帯が同じであるため区画断熱する仕切り断熱壁ではなく、パッキン１１受面を形成した仕切部材１３を設けている。また、下段冷凍室４と野菜室５の間には区画断熱するための断熱仕切１４を設けており、断熱仕切１２と同様に３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム、或いは発泡断熱材（硬質ウレタンフォーム）、真空断熱材等で作られている。
【００１７】
基本的に冷蔵、冷凍等の貯蔵温度帯の異なる部屋の仕切りには断熱仕切を設置している。尚、箱体２０内には上から冷蔵室２、製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４、野菜室５の貯蔵室をそれぞれ区画形成しているが、各貯蔵室の配置については特にこれに限定するものではない。また、冷蔵室扉６ａ、６ｂ、製氷室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９に関しても回転による開閉、引き出しによる開閉及び扉の分割数等、特に限定するものではない。
【００１８】
箱体２０は、外箱２１と内箱２２とを備え、外箱２１と内箱２２とによって形成される空間に断熱部を設けて箱体２０内の各貯蔵室と外部とを断熱している。この外箱２１と内箱２２の間の空間に真空断熱材５０を配置し、真空断熱材５０以外の空間には硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填してある。
【００１９】
また、冷蔵庫の各貯蔵室を所定の温度に冷却するために製氷室３ａ、上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４の背側には冷却器２８が備えられている。この冷却器２８と圧縮機３０と凝縮機３０ａ、図示しないキャピラリーチューブとを接続し、冷凍サイクルを構成している。冷却器２８の上方にはこの冷却器２８にて冷却された冷気を冷蔵庫内に循環して所定の低温温度を保持する送風機２７が配設されている。
【００２０】
また、箱体２０の天面後方部には冷蔵庫１の運転を制御するための基板や電源基板等の電気部品４１を収納するための凹部４０が形成されており、電気部品４１を覆うカバー４２が設けられている。カバー４２の高さは外観意匠性と内容積確保を考慮して、外箱２１の天面とほぼ同じ高さになるように配置している。特に限定するものではないが、カバー４２の高さが外箱の天面よりも突き出る場合は１０mm以内の範囲に収めることが望ましい。これに伴って、凹部４０は断熱材２３側に電気部品４１を収納する空間だけ窪んだ状態で配置されるため、断熱厚さを確保するため必然的に内容積が犠牲になってしまう。内容積をより大きくとると凹部４０と内箱２２間の断熱材２３の厚さが薄くなってしまう。
【００２１】
このため、凹部４０の断熱材２３中に真空断熱材５０ａを配置して断熱性能を確保、強化している。本実施例では、真空断熱材５０ａを前述の庫内灯４５のケース４５ａと電気部品４１に跨るように略Ｚ形状に成形した１枚の真空断熱材５０ａとしている。尚、前記カバー４２は耐熱性を考慮し鋼板製としている。
【００２２】
また、箱体２０の背面下部に配置された圧縮機３０や凝縮機３１は発熱の大きい部品であるため、庫内への熱侵入を防止するため、内箱２２側への投影面に真空断熱材５０ｄを配置している。
【００２３】
ここで、真空断熱材５０について、図３を用いてその構成を説明する。真空断熱材５０は、芯材５１と、芯材５１内に配置した吸着剤５４と、芯材５１を圧縮状態に保持するための内包材５２と、内包材５２で圧縮状態に保持した芯材５１を被覆するガスバリヤ層を有する外被材５３から構成されている。
【００２４】
外被材５３は真空断熱材５０の両面に配置され、同じ大きさのラミネートフィルムの稜線から一定の幅の部分を熱溶着により貼り合わせた袋状で構成されている。
【００２５】
なお、本実施例において、芯材５１についてはバインダ等で接着や結着していない繊維集合体の積層体として平均繊維径４μｍのグラスウールを用いた。芯材５１については、無機系繊維材料の積層体を使用することによりアウトガスが少なくなるため、断熱性能的に有利であるが、特にこれに限定するものではなく、例えばセラミック繊維やロックウール、グラスウール以外のガラス繊維等の繊維集合体等でもよい。本実施例においては繊維集合体を用いているが、有機系樹脂繊維材料とすることも可能である。有機系樹脂繊維の場合、耐熱温度等をクリヤーしていれば特に使用に際しては制約されるものではない。具体的には、ポリスチレンやポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等をメルトブローン法やスパンボンド法等で１〜３０μｍ程度の繊維径になるように繊維化するのが一般的であるが、繊維化できる有機系樹脂や繊維化方法であれば特に問うものではない。
【００２６】
内包材５２には低密度ポリエチレンから成るフィルムを用いているが、芯材を覆い熱溶着可能であればポリプロピレンやポリエステル等も使用可能であり、特に限定するものではない。
【００２７】
外被材５３のラミネート構成についてはガスバリヤ性を有し、熱溶着可能であれば特に限定するものではないが、本実施形態においては、表面保護層、第一のガスバリヤ層、第二のガスバリヤ層、熱溶着層の４層構成からなるラミネートフィルムとし、表面層は保護材の役割を持つ樹脂フィルムとし、第一のガスバリヤ層は樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、第二のガスバリヤ層は酸素バリヤ性の高い樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、第一のガスバリヤ層と第二のガスバリヤ層は金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせている。
【００２８】
熱溶着層については表面層と同様に吸湿性の低いフィルムを用いた。具体的には、表面層を二軸延伸タイプのポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の各フィルム、第一のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、第二のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着付きの二軸延伸エチレンビニルアルコール共重合体樹脂フィルム又はアルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリビニルアルコール樹脂フィルム、或いはアルミ箔とし、熱溶着層を未延伸タイプのポリエチレン、ポリプロピレン等の各フィルムとした。
【００２９】
この４層構成のラミネートフィルムの層構成や材料については特にこれらに限定するものではない。例えば第一のガスバリヤ層及び第二のガスバリヤ層として、金属箔、或いは樹脂系のフィルムに無機層状化合物、ポリアクリル酸等の樹脂系ガスバリヤコート材、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等によるガスバリヤ膜を設けたものや、熱溶着層には例えば酸素バリヤ性の高いポリブチレンテレフタレートフィルム等を用いても良い。
【００３０】
表面層については、第一のガスバリヤ層の保護材であるが、真空断熱材の製造工程における真空排気効率を良くするためにも、好ましくは吸湿性の低い樹脂を配置するのが良い。また、通常、第二のガスバリヤ層に使用する金属箔以外の樹脂系フィルムは、吸湿することによってガスバリヤ性が著しく悪化してしまうため、熱溶着層についても吸湿性の低い樹脂を配置することで、ガスバリヤ性の悪化を抑制すると共に、ラミネートフィルム全体の吸湿量を抑制するものである。これにより、先に述べた真空断熱材５０の真空排気工程においても、外被材５３が持ち込む水分量を小さくできるため、真空排気効率が大幅に向上し、断熱性能の高性能化につながっている。尚、各フィルムのラミネート（貼り合せ）は、二液硬化型ウレタン接着剤を介してドライラミネート法によって貼り合わせるのが一般的であるが、接着剤の種類や貼り合わせ方法には特にこれに限定するものではなく、ウェットラミネート法、サーマルラミネート法等の他の方法によるものでも何ら構わない。
【００３１】
吸着剤５４は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有する。
【００３２】
（実施例１）
本発明の実施の形態１について図３を参照しながら説明する。
図３は本発明の実施形態の真空断熱材５０の断面図である。真空断熱材５０の構成は、芯材５１を形成する繊維集合体のグラスウール繊維と、芯材５１の表面に配置された吸着剤５４である物理吸着剤と、芯材５１と吸着剤５４を包む内包材５２である低密度ポリエチレンと、内包材５２を収納する外被材５３で構成されている。
【００３３】
本実施例における芯材５１は、繊維集合体であるグラスウールを目付量１１５５ｇ／ｍ2として３層重ねて使用し、寸法は縦３００mm×横３００mmを用いる。
【００３４】
吸着剤の作製方法の一例としては、アルミン酸カルシウム水溶液にシリカゾルを入れ撹拌して混ぜ合わせる。混ぜ合わせた溶液を、１１０℃で５時間乾燥したものを熱水洗浄して、さらに乾燥することで得ており、本実施例においては、吸着剤５４を顆粒化したものを使用している。
【００３５】
吸着剤の細孔径については０.３ｎｍよりも大きくすることで、水分やヘリウム等のガスを吸着することができる。ただし、０.３ｎｍ以下では二酸化炭素等のガスを吸着できないことから、０.３ｎｍよりも大きくすることが好ましく、０.５ｎｍ以上とすることがより好ましい。
【００３６】
また、細孔径が吸着物質に対して大きい場合には、より多くのガス種類を吸着することが可能であるが、細孔径が大きい場合には水分等の分子の小さいガスは抜けやすくなることがある。細孔径を大きくする理由としては、芯材５１から発生するガスや、外被材５３をラミネートするときに使用する接着剤から発生するガスを吸着するためである。
【００３７】
しかし、芯材５１はバインダを含まない無機繊維層であることから、バインダで溶着した芯材と比較すると発生するガスの量は極端に少なくすることができる。また、芯材５１を真空包装前に乾燥することで水分やガスの持ち込み量を低減でき、同様に外被材においても乾燥工程を設けることで、水分やガスの持ち込み量を低減することができる。本実施例においては芯材５１を２００℃で３０分乾燥し、外被材５３を１００℃で２時間乾燥している。これにより、バインダや外被材から発生するガスを少なくすることができ、細孔径を最小限の大きさとすることで、水分等の分子の小さいガスが抜けやすくなることを抑制できる。
【００３８】
また、芯材５１に使用する無機繊維とは異なる場合においては、細孔径を変えることが好ましい。たとえば、繊維集合体に樹脂の繊維を用いる場合においては、樹脂繊維からはガスが発生する虞がある。樹脂繊維としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等がある。そのため、樹脂繊維から発生するガスを吸着するために、ゼオライトの細孔径を大きくすることが必要である。細孔径を大きくすることでより多種のガスを吸着することが可能となり、真空断熱材としたときの真空度劣化を抑制することができる。一方、繊維集合体にバインダを含有させた場合においても、ゼオライトの細孔径を変更することが必要となる。例えば、バインダとしてホウ酸を用いた場合においては、バインダのホウ酸が水分を吸湿しやすいことから、真空断熱材５０としたときに水分が残存する量が多くなる。そのため、吸着剤の細孔径を水分が吸湿できる０.３ｎｍに近づけることで、ガス成分を吸湿しにくくなるが、より多くの水分を吸湿することができるようになる。また、バインダ成分としてフェノールを用いた場合においてはガス成分も発生することから、吸着剤５４の細孔径は１.０ｎｍに近づけることが好ましい。
【００３９】
また、吸着剤と水分やガスを結びつけるために、カチオンとしてカルシウムイオンを用いている。細孔径を０.５ｎｍとし、酸化カルシウムを主成分としたバインダで成形し、吸着剤の酸化カルシウムの重量比を１６.６ｗｔ％とした。
【００４０】
従来、固形化としては、顆粒化やペレット状に成形あるいは、ゼオライトを圧縮し成形したタブレット状やシート状に成形することが一般的であり、固形化するために吸着剤のバインダとしては２０％前後の原料粉末を使用していた。ここで、吸着剤の基となる原料の粉末は、粉末のまま使用することで、良好な性能を得ることができるが、吸着剤が粉末のため表面積が大きくなる。すると、外気との接触面積が多くなり、吸湿が速く真空断熱材製造時に吸湿してしまう。また、真空断熱材の製造時や真空包装する真空パック時に粉末が舞ってしまう等で取り扱いが困難である。そのため、吸着剤の固形化が必要となる。しかし、バインダとして２０％使用した場合、固形化した吸着剤の８０％でしかガスを吸着することができない。そこで、バインダの２０％にガス吸着物質として酸化カルシウムを入れることにより、従来の吸着剤よりも吸着能力を向上させている。
【００４１】
図４に示すように、細孔径が０.５ｎｍ、酸化カルシウム（ＣａＯ）が１６.６ｗｔ％の吸着剤を真空断熱材に５ｇ投入した時の熱伝導率を測定したところ、初期が１.８ｍＷ／ｍ・Ｋという結果であった。また、７０℃の環境に放置し加速試験を行ったところ、７日経過後の熱伝導率は２.３ｍＷ／ｍ・Ｋ、１４日後の熱伝導率は２.７ｍＷ／ｍ・Ｋであった。
【００４２】
（実施例２）
図４に示すように、細孔径が０.８ｎｍ、酸化カルシウム（ＣａＯ）が１０.４ｗｔ％の吸着剤を真空断熱材に５ｇ投入した時の熱伝導率を測定したところ、初期が１.９ｍＷ／ｍ・Ｋという結果であった。また、７０℃の環境に放置し加速試験を行ったところ、７日経過後の熱伝導率は２.７ｍＷ／ｍ・Ｋ、１４日経過後の熱伝導率は３.０ｍＷ／ｍ・Ｋであった。
【００４３】
（実施例３）
図５は冷蔵庫１に側面配置される真空断熱材５０を、側面から見た図である。この真空断熱材５０の吸着剤５４を配置する方法として、図３に示すように、芯材５１と芯材５１との間であって、吸着剤５４を真空断熱材５０の上部の冷蔵室側面に配置している。
【００４４】
ここで、吸着剤５４が配置されている場所には、通常のガラス繊維の他に吸着剤５４があることで、熱の伝わりが良くなり真空断熱材５０の熱伝導率が高くなってしまう。よって、冷蔵庫１における最も室外との温度差が大きい上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の側面の断熱は重要となってくる。上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の断熱部分に吸着剤５４が配置された場合には、真空断熱材５０の断熱性能が高くなってしまうことから、室外との熱移動がし易くなり、より上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の温度が上がりやすくなり冷蔵庫１の冷却効率が悪くなってしまう。
【００４５】
そのため、吸着剤５４を配置する位置は室外との温度差が少ない野菜室５の断熱側に配置することが好ましい。ただし、野菜室５の背面には圧縮機３０があることから、真空断熱材５０の形状は切り欠き部を設けた五角形の形状となっている。そのため、野菜室５の側面に吸着剤５４を配置できる面積が少なくなっていることから、吸着剤５４を少ない面積に配置すると真空断熱材５０の表面に吸着剤５４の凸形状が出てしまう。
【００４６】
そこで、野菜室５の次に室外との温度差が少なく冷蔵室２の側面に配置することが好ましい。冷蔵室２の側面にすることで吸着剤５４を配置する面積が大きく表面に凸形状となることを少なくできる。
【００４７】
また、吸着剤５４を真空断熱材３０の芯材５１と芯材５１の間に配置する製造方法の一例として、図６を示す。この例においては、ゼオライトを粒状にした吸着剤５４を、吸着剤投入ホース６０に吸着剤５４が投入できる穴部６１を設けて投入する方法である。これは、ホースの先端に行くほど穴部６１の穴数、穴径を大きくすることにより、一度に吸着剤５４を芯材５１に配置することができる。
【００４８】
また、異なる配置手段として、図７に示すような吸着剤投入ホース６０の先端に分散手段６２を設けることも可能である。これにより、通常の投入手段であるホースの先端から投入する方法や、スプーンで計量して投入するような方法では、投入したときに吸着剤５４が山状となり重なり合うのを防止することができる。また、山状となった吸着剤５４をそのまま真空断熱材５０とした場合には凸形状となってしまうが、吸着剤５４を分散させる工程として、図６や図７の製造方法を用いることで吸着剤５４を投入後に分散する工程を省くことができる。
【００４９】
なお、本実施例においては顆粒化したゼオライトを使用しているが、ペレット状とすることもできる。粒形状の大きさとしては、より小さい方が吸着できる表面積が大きくなることから、小さい方が好ましい。また、粒形状が大きいと芯材５１と芯材５１の間に配置しても表面に吸着剤５４の凸形状が出てしまう虞がある。そのためゼオライトの粒形状はゼオライトを配置する真空断熱材５０としたときの芯材５１の厚さの半分以下とすることが好ましい。これは、芯材５１の厚さ方向の中間に配置したときに芯材５１が吸着剤５４の大きさを吸収しきれなくなり、表面に凸形状が出るのを防ぐためである。
【００５０】
また、芯材５１がバインダを含まないことにより、吸着剤５４が芯材５１のガラス繊維の間に入り込むことができるため、より表面への影響を少なくすることができる。本実施例においては、真空断熱材５０の厚さが１５mmに対し、吸着剤５４を顆粒化した直径が２.５mm以下のものを使用している。これらにより、冷蔵庫１の断熱影響の少ないところに、表面凹凸が少なく貼り付け面との隙間を抑制することができる真空断熱材を作製、配置することができ、冷蔵庫１の箱体としての断熱性能を向上することができる。
【００５１】
また、真空断熱材５０においては、曲げや溝加工を行うものもあることから、前記製造方法にすることで、曲げや溝部を避けて配置することが可能である。曲げや溝部に吸着剤５４が配置された場合、加工時に吸着剤５４が外面に押し出されて外被材５３が破れてしまうことがある。また、吸着剤５４が配置された場所に曲げや溝加工を行うことで、吸着剤５４が押され破壊されてしまい性能が低下してしまう虞があることや、芯材５１に用いている繊維も砕けることにより繊維が短くなり熱伝導をする要因となり真空断熱材５０としての性能が低下してしまう。
【００５２】
また、本実施例には冷蔵庫１へ用いた時の真空断熱材５０に配置される吸着剤５４の位置を室外との温度差の少ないところに配置するものとしているが、冷蔵庫以外に用いられる真空断熱材５０においても同様に適用できる。例えば、給湯器の給湯タンクに真空断熱材を貼り付けて用いる場合においても、室外との温度差が少ない場所に吸着剤５４を配置することが好ましい。また、給湯タンクの場合においては、通常、タンクの底から湯を使用するため、タンク上部には湯が満タンの状態以外には湯が無い状態となる。そのため、貼り付ける真空断熱材５０の吸着剤５４をタンク上部の位置に配置することが好ましい。
【００５３】
このような例の他にも、車両、建築建材、自動車、医療用機器等に用いられる真空断熱材５０にも室外との温度差が最も高い箇所以外に設置することで、同様の効果を得ることができる。特に、熱交換部を含み断熱性が必要な機器全般に有効である。冷蔵庫等には、家庭用や業務用の冷蔵冷凍庫、自動販売機、商品陳列棚、保冷庫、クーラーボックス等が含まれ、吸着剤の配置を室外との温度差の小さい場所に配置する等の最適化することにより断熱影響を抑制することができる。
【００５４】
（実施例４）
本実施例においては、冷蔵庫１の断熱部分に真空断熱材５０を貼り付けて使用している。そのため、冷蔵庫側面の断熱材部分には、圧縮機３０からの熱交換を行った冷媒配管が配置され、高温（４０〜５０℃）の冷媒が通る構造となっている。そのため、冷蔵庫側面の断熱材部分は、冷蔵庫内部は冷えているものの、断熱外側は熱くなり、外側に貼り付けている真空断熱材５０も同様に加熱されることになる。真空断熱材５０が加熱されることにより、芯材５１の内部や外被材５３からガスが発生することがあることから、実際に配置される温度環境により吸着剤５４を変更することが好ましい。これは、温度が高いほど芯材５１の内部や外被材５３から発生するガスが多種類になるため、吸着剤５４の細孔径を大きくすることが好ましく、０.８〜１.０ｎｍにすることでより多種類のガスを吸着することができ、より好ましくは細孔径を１.０ｎｍとすることでガスを吸着することができる。
【００５５】
（比較例１）
細孔径が１.０ｎｍであり、アルミと鉄を主成分としたバインダで成形して酸化カルシウム（ＣａＯ）が０.９Ｗｔ％とした吸着剤を、真空断熱材に５ｇ投入した時の熱伝導率を測定したところ、初期が１.９ｍＷ／ｍ・Ｋという結果であった。また、７０℃の環境に放置し加速試験を行ったところ、７日経過後の熱伝導率は２.９ｍＷ／ｍ・Ｋ、１４日経過後の熱伝導率は３.４ｍＷ／ｍ・Ｋであった。
【００５６】
以上により、繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備えた真空断熱材において、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％とする。
【００５７】
これにより、吸着剤のバインダに酸化カルシウムを含有することで、吸着剤のバインダがガスを吸着することができる。また、吸着剤の吸湿量を向上することができ、複数の吸着剤を用いることなく、吸着剤の吸着性能を向上することができる。また、酸化カルシウムが水分を吸湿することにより、真空断熱材の真空下でも吸着剤の吸着性能を維持することができる。
【００５８】
また、一般的な天然ゼオライトとされる、採掘された状態の鉱物には１〜５％の酸化カルシウムが含有されており、細孔径は０.５〜０.８ｎｍ程度である。前記ゼオライトを用いることで真空断熱材の熱伝導率を低減することができる。しかし、天然ゼオライトは不純物が多いことから、合成ゼオライトとすることで、不純物を低減し粒子や構造を一様とすることができる。この吸着剤のバインダに酸化カルシウムを含み、細孔径を０.３〜１.０ｎｍ程度とすることで、真空断熱材の初期熱伝導率を低くすることができる。また、高温条件下に放置した場合においても熱伝導率の悪化を抑制することができることから、より断熱性能が高く、性能劣化の少ない真空断熱材を提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 冷蔵庫
２ 冷蔵室
３ａ 製氷室
３ｂ 上段冷凍室
４ 下段冷凍室
５ 野菜室
２０ 箱体
２１ 外箱
２２ 内箱
５０ 真空断熱材
５１ 芯材
５２ 内包材
５３ 外被材
５４ 吸着剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱材及び真空断熱材を適用した冷蔵庫、機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止に対する社会の取り組みとして、ＣＯ2の排出抑制を図るため、様々な分野で省エネルギー化が推進されている。近年の電気製品、特に冷熱関連の家電製品においては消費電力量低減の観点から、真空断熱材を採用して断熱性能を強化したものが主流になっている。
【０００３】
一般に用いられる真空断熱材には、真空断熱材を構成する芯材や内包材が持ち込む水分や、長期間使用する間に外被材の外側から侵入する水分やガスによる断熱性能の劣化を抑制するために、吸着剤が用いられている。吸着剤には、化学吸着剤や物理吸着剤が用いられている。化学吸着剤においては、吸着性能として水分の吸湿量が多く、吸湿は化学反応であるため、真空断熱材として内部に投入しても、一度吸湿した水分は真空状態でも吸着剤から出てくることはない。
【０００４】
しかし、化学吸着剤は吸着原理が化学反応であるため、吸着時に大量の熱が発生することから取り扱い時や、リサイクルの解体時に水分が付着すると発熱する。また、化学吸着剤では、吸着できるガスは限定されており、主に水分しか吸湿できない。
【０００５】
一方、物理吸着剤では、化学吸着剤よりも水分の吸湿量は劣るが、水分以外にも窒素や酸素等のガスを吸湿することができ、吸着原理も吸着剤の孔部にガスを吸着させることから反応熱も少ないといった利点がある。
【０００６】
しかし、物理吸着剤では孔部にガスを吸着させることから、雰囲気の温度や真空度等で吸着性能が低下してしまう。
【０００７】
特許文献１に示された真空断熱材では、吸着剤に疎水性吸着剤と親水性吸着剤の複数の物理吸着剤を用いている。複数の吸着剤を用いることで、疎水性吸着剤がガス成分を吸着し、親水性吸着剤が水分を吸湿し真空断熱材の性能を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２９３７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の構成では、真空断熱材の性能は高くなるものの、複数の吸着剤を用いていることから、大幅に製造コストが高くなる。また、複数の吸着剤を用いる場合には、それぞれを真空断熱材に投入しなければならず、投入量の調整等から製造工程で手間がかかった。さらに、吸着剤の量が多くなるほど、真空断熱材としたときに吸着剤の体積分が芯材を押し上げることで、表面に吸着剤の凸部が発生してしまい、真空断熱材を平面にするために圧縮ロール工程を行っても表面性が凹凸形状になってしまう虞があった。
【００１０】
そこで本発明は、吸着剤の吸着性能を向上して断熱性能が高い真空断熱材及び冷蔵庫を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。その一例を挙げるならば、繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備えた真空断熱材において、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、吸着剤の吸着性能を向上して断熱性能が高い真空断熱材及び冷蔵庫を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例における冷蔵庫の正面図。
【図２】本発明の実施例１を示す冷蔵庫の縦断面図（図１のＡ−Ａ断面図）。
【図３】本発明の実施例１を示す真空断熱材の概略断面図。
【図４】本発明の実施例１、２と比較例１との比較表図。
【図５】本発明の実施例における冷蔵庫の側断面図。
【図６】吸着剤を真空断熱材の芯材間に配置する製造方法の一例を示す図。
【図７】吸着剤を真空断熱材の芯材間に配置する製造方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本実施形態を示す冷蔵庫の正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図を示している。
【００１５】
図１に示す本実施形態を備えた冷蔵庫１は、図２に示すように、上から冷蔵室２、左右に並置した製氷室３ａと上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４、野菜室５を有している。図１の符号は、上記各室の前面開口部を閉塞する扉であり、上からヒンジ１０等を中心に回動する冷蔵室扉６ａ、６ｂ、引き出し式の製氷室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９を配置する。これらの引き出し式扉６〜９は扉を引き出すと、各貯蔵室を構成する容器が扉と共に引き出されてくる。各扉６〜９には、扉閉鎖時に冷蔵庫１本体と密着するパッキン１１が、各扉６〜９の室内側外周縁に取り付けられている。
【００１６】
また、冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間を区画断熱するために断熱仕切１２を配置している。この断熱仕切１２は厚さ３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム、発泡断熱材（硬質ウレタンフォーム）、真空断熱材等、それぞれを単独使用又は複数の断熱材を組み合わせて作られている。製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の間は、温度帯が同じであるため区画断熱する仕切り断熱壁ではなく、パッキン１１受面を形成した仕切部材１３を設けている。また、下段冷凍室４と野菜室５の間には区画断熱するための断熱仕切１４を設けており、断熱仕切１２と同様に３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム、或いは発泡断熱材（硬質ウレタンフォーム）、真空断熱材等で作られている。
【００１７】
基本的に冷蔵、冷凍等の貯蔵温度帯の異なる部屋の仕切りには断熱仕切を設置している。尚、箱体２０内には上から冷蔵室２、製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４、野菜室５の貯蔵室をそれぞれ区画形成しているが、各貯蔵室の配置については特にこれに限定するものではない。また、冷蔵室扉６ａ、６ｂ、製氷室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９に関しても回転による開閉、引き出しによる開閉及び扉の分割数等、特に限定するものではない。
【００１８】
箱体２０は、外箱２１と内箱２２とを備え、外箱２１と内箱２２とによって形成される空間に断熱部を設けて箱体２０内の各貯蔵室と外部とを断熱している。この外箱２１と内箱２２の間の空間に真空断熱材５０を配置し、真空断熱材５０以外の空間には硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填してある。
【００１９】
また、冷蔵庫の各貯蔵室を所定の温度に冷却するために製氷室３ａ、上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４の背側には冷却器２８が備えられている。この冷却器２８と圧縮機３０と凝縮機３０ａ、図示しないキャピラリーチューブとを接続し、冷凍サイクルを構成している。冷却器２８の上方にはこの冷却器２８にて冷却された冷気を冷蔵庫内に循環して所定の低温温度を保持する送風機２７が配設されている。
【００２０】
また、箱体２０の天面後方部には冷蔵庫１の運転を制御するための基板や電源基板等の電気部品４１を収納するための凹部４０が形成されており、電気部品４１を覆うカバー４２が設けられている。カバー４２の高さは外観意匠性と内容積確保を考慮して、外箱２１の天面とほぼ同じ高さになるように配置している。特に限定するものではないが、カバー４２の高さが外箱の天面よりも突き出る場合は１０mm以内の範囲に収めることが望ましい。これに伴って、凹部４０は断熱材２３側に電気部品４１を収納する空間だけ窪んだ状態で配置されるため、断熱厚さを確保するため必然的に内容積が犠牲になってしまう。内容積をより大きくとると凹部４０と内箱２２間の断熱材２３の厚さが薄くなってしまう。
【００２１】
このため、凹部４０の断熱材２３中に真空断熱材５０ａを配置して断熱性能を確保、強化している。本実施例では、真空断熱材５０ａを前述の庫内灯４５のケース４５ａと電気部品４１に跨るように略Ｚ形状に成形した１枚の真空断熱材５０ａとしている。尚、前記カバー４２は耐熱性を考慮し鋼板製としている。
【００２２】
また、箱体２０の背面下部に配置された圧縮機３０や凝縮機３１は発熱の大きい部品であるため、庫内への熱侵入を防止するため、内箱２２側への投影面に真空断熱材５０ｄを配置している。
【００２３】
ここで、真空断熱材５０について、図３を用いてその構成を説明する。真空断熱材５０は、芯材５１と、芯材５１内に配置した吸着剤５４と、芯材５１を圧縮状態に保持するための内包材５２と、内包材５２で圧縮状態に保持した芯材５１を被覆するガスバリヤ層を有する外被材５３から構成されている。
【００２４】
外被材５３は真空断熱材５０の両面に配置され、同じ大きさのラミネートフィルムの稜線から一定の幅の部分を熱溶着により貼り合わせた袋状で構成されている。
【００２５】
なお、本実施例において、芯材５１についてはバインダ等で接着や結着していない繊維集合体の積層体として平均繊維径４μｍのグラスウールを用いた。芯材５１については、無機系繊維材料の積層体を使用することによりアウトガスが少なくなるため、断熱性能的に有利であるが、特にこれに限定するものではなく、例えばセラミック繊維やロックウール、グラスウール以外のガラス繊維等の繊維集合体等でもよい。本実施例においては繊維集合体を用いているが、有機系樹脂繊維材料とすることも可能である。有機系樹脂繊維の場合、耐熱温度等をクリヤーしていれば特に使用に際しては制約されるものではない。具体的には、ポリスチレンやポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等をメルトブローン法やスパンボンド法等で１〜３０μｍ程度の繊維径になるように繊維化するのが一般的であるが、繊維化できる有機系樹脂や繊維化方法であれば特に問うものではない。
【００２６】
内包材５２には低密度ポリエチレンから成るフィルムを用いているが、芯材を覆い熱溶着可能であればポリプロピレンやポリエステル等も使用可能であり、特に限定するものではない。
【００２７】
外被材５３のラミネート構成についてはガスバリヤ性を有し、熱溶着可能であれば特に限定するものではないが、本実施形態においては、表面保護層、第一のガスバリヤ層、第二のガスバリヤ層、熱溶着層の４層構成からなるラミネートフィルムとし、表面層は保護材の役割を持つ樹脂フィルムとし、第一のガスバリヤ層は樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、第二のガスバリヤ層は酸素バリヤ性の高い樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、第一のガスバリヤ層と第二のガスバリヤ層は金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせている。
【００２８】
熱溶着層については表面層と同様に吸湿性の低いフィルムを用いた。具体的には、表面層を二軸延伸タイプのポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の各フィルム、第一のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、第二のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着付きの二軸延伸エチレンビニルアルコール共重合体樹脂フィルム又はアルミニウム蒸着付きの二軸延伸ポリビニルアルコール樹脂フィルム、或いはアルミ箔とし、熱溶着層を未延伸タイプのポリエチレン、ポリプロピレン等の各フィルムとした。
【００２９】
この４層構成のラミネートフィルムの層構成や材料については特にこれらに限定するものではない。例えば第一のガスバリヤ層及び第二のガスバリヤ層として、金属箔、或いは樹脂系のフィルムに無機層状化合物、ポリアクリル酸等の樹脂系ガスバリヤコート材、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等によるガスバリヤ膜を設けたものや、熱溶着層には例えば酸素バリヤ性の高いポリブチレンテレフタレートフィルム等を用いても良い。
【００３０】
表面層については、第一のガスバリヤ層の保護材であるが、真空断熱材の製造工程における真空排気効率を良くするためにも、好ましくは吸湿性の低い樹脂を配置するのが良い。また、通常、第二のガスバリヤ層に使用する金属箔以外の樹脂系フィルムは、吸湿することによってガスバリヤ性が著しく悪化してしまうため、熱溶着層についても吸湿性の低い樹脂を配置することで、ガスバリヤ性の悪化を抑制すると共に、ラミネートフィルム全体の吸湿量を抑制するものである。これにより、先に述べた真空断熱材５０の真空排気工程においても、外被材５３が持ち込む水分量を小さくできるため、真空排気効率が大幅に向上し、断熱性能の高性能化につながっている。尚、各フィルムのラミネート（貼り合せ）は、二液硬化型ウレタン接着剤を介してドライラミネート法によって貼り合わせるのが一般的であるが、接着剤の種類や貼り合わせ方法には特にこれに限定するものではなく、ウェットラミネート法、サーマルラミネート法等の他の方法によるものでも何ら構わない。
【００３１】
吸着剤５４は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有する。
【００３２】
（実施例１）
本発明の実施の形態１について図３を参照しながら説明する。
図３は本発明の実施形態の真空断熱材５０の断面図である。真空断熱材５０の構成は、芯材５１を形成する繊維集合体のグラスウール繊維と、芯材５１の表面に配置された吸着剤５４である物理吸着剤と、芯材５１と吸着剤５４を包む内包材５２である低密度ポリエチレンと、内包材５２を収納する外被材５３で構成されている。
【００３３】
本実施例における芯材５１は、繊維集合体であるグラスウールを目付量１１５５ｇ／ｍ2として３層重ねて使用し、寸法は縦３００mm×横３００mmを用いる。
【００３４】
吸着剤の作製方法の一例としては、アルミン酸カルシウム水溶液にシリカゾルを入れ撹拌して混ぜ合わせる。混ぜ合わせた溶液を、１１０℃で５時間乾燥したものを熱水洗浄して、さらに乾燥することで得ており、本実施例においては、吸着剤５４を顆粒化したものを使用している。
【００３５】
吸着剤の細孔径については０.３ｎｍよりも大きくすることで、水分やヘリウム等のガスを吸着することができる。ただし、０.３ｎｍ以下では二酸化炭素等のガスを吸着できないことから、０.３ｎｍよりも大きくすることが好ましく、０.５ｎｍ以上とすることがより好ましい。
【００３６】
また、細孔径が吸着物質に対して大きい場合には、より多くのガス種類を吸着することが可能であるが、細孔径が大きい場合には水分等の分子の小さいガスは抜けやすくなることがある。細孔径を大きくする理由としては、芯材５１から発生するガスや、外被材５３をラミネートするときに使用する接着剤から発生するガスを吸着するためである。
【００３７】
しかし、芯材５１はバインダを含まない無機繊維層であることから、バインダで溶着した芯材と比較すると発生するガスの量は極端に少なくすることができる。また、芯材５１を真空包装前に乾燥することで水分やガスの持ち込み量を低減でき、同様に外被材においても乾燥工程を設けることで、水分やガスの持ち込み量を低減することができる。本実施例においては芯材５１を２００℃で３０分乾燥し、外被材５３を１００℃で２時間乾燥している。これにより、バインダや外被材から発生するガスを少なくすることができ、細孔径を最小限の大きさとすることで、水分等の分子の小さいガスが抜けやすくなることを抑制できる。
【００３８】
また、芯材５１に使用する無機繊維とは異なる場合においては、細孔径を変えることが好ましい。たとえば、繊維集合体に樹脂の繊維を用いる場合においては、樹脂繊維からはガスが発生する虞がある。樹脂繊維としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等がある。そのため、樹脂繊維から発生するガスを吸着するために、ゼオライトの細孔径を大きくすることが必要である。細孔径を大きくすることでより多種のガスを吸着することが可能となり、真空断熱材としたときの真空度劣化を抑制することができる。一方、繊維集合体にバインダを含有させた場合においても、ゼオライトの細孔径を変更することが必要となる。例えば、バインダとしてホウ酸を用いた場合においては、バインダのホウ酸が水分を吸湿しやすいことから、真空断熱材５０としたときに水分が残存する量が多くなる。そのため、吸着剤の細孔径を水分が吸湿できる０.３ｎｍに近づけることで、ガス成分を吸湿しにくくなるが、より多くの水分を吸湿することができるようになる。また、バインダ成分としてフェノールを用いた場合においてはガス成分も発生することから、吸着剤５４の細孔径は１.０ｎｍに近づけることが好ましい。
【００３９】
また、吸着剤と水分やガスを結びつけるために、カチオンとしてカルシウムイオンを用いている。細孔径を０.５ｎｍとし、酸化カルシウムを主成分としたバインダで成形し、吸着剤の酸化カルシウムの重量比を１６.６ｗｔ％とした。
【００４０】
従来、固形化としては、顆粒化やペレット状に成形あるいは、ゼオライトを圧縮し成形したタブレット状やシート状に成形することが一般的であり、固形化するために吸着剤のバインダとしては２０％前後の原料粉末を使用していた。ここで、吸着剤の基となる原料の粉末は、粉末のまま使用することで、良好な性能を得ることができるが、吸着剤が粉末のため表面積が大きくなる。すると、外気との接触面積が多くなり、吸湿が速く真空断熱材製造時に吸湿してしまう。また、真空断熱材の製造時や真空包装する真空パック時に粉末が舞ってしまう等で取り扱いが困難である。そのため、吸着剤の固形化が必要となる。しかし、バインダとして２０％使用した場合、固形化した吸着剤の８０％でしかガスを吸着することができない。そこで、バインダの２０％にガス吸着物質として酸化カルシウムを入れることにより、従来の吸着剤よりも吸着能力を向上させている。
【００４１】
図４に示すように、細孔径が０.５ｎｍ、酸化カルシウム（ＣａＯ）が１６.６ｗｔ％の吸着剤を真空断熱材に５ｇ投入した時の熱伝導率を測定したところ、初期が１.８ｍＷ／ｍ・Ｋという結果であった。また、７０℃の環境に放置し加速試験を行ったところ、７日経過後の熱伝導率は２.３ｍＷ／ｍ・Ｋ、１４日後の熱伝導率は２.７ｍＷ／ｍ・Ｋであった。
【００４２】
（実施例２）
図４に示すように、細孔径が０.８ｎｍ、酸化カルシウム（ＣａＯ）が１０.４ｗｔ％の吸着剤を真空断熱材に５ｇ投入した時の熱伝導率を測定したところ、初期が１.９ｍＷ／ｍ・Ｋという結果であった。また、７０℃の環境に放置し加速試験を行ったところ、７日経過後の熱伝導率は２.７ｍＷ／ｍ・Ｋ、１４日経過後の熱伝導率は３.０ｍＷ／ｍ・Ｋであった。
【００４３】
（実施例３）
図５は冷蔵庫１に側面配置される真空断熱材５０を、側面から見た図である。この真空断熱材５０の吸着剤５４を配置する方法として、図３に示すように、芯材５１と芯材５１との間であって、吸着剤５４を真空断熱材５０の上部の冷蔵室側面に配置している。
【００４４】
ここで、吸着剤５４が配置されている場所には、通常のガラス繊維の他に吸着剤５４があることで、熱の伝わりが良くなり真空断熱材５０の熱伝導率が高くなってしまう。よって、冷蔵庫１における最も室外との温度差が大きい上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の側面の断熱は重要となってくる。上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の断熱部分に吸着剤５４が配置された場合には、真空断熱材５０の断熱性能が高くなってしまうことから、室外との熱移動がし易くなり、より上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の温度が上がりやすくなり冷蔵庫１の冷却効率が悪くなってしまう。
【００４５】
そのため、吸着剤５４を配置する位置は室外との温度差が少ない野菜室５の断熱側に配置することが好ましい。ただし、野菜室５の背面には圧縮機３０があることから、真空断熱材５０の形状は切り欠き部を設けた五角形の形状となっている。そのため、野菜室５の側面に吸着剤５４を配置できる面積が少なくなっていることから、吸着剤５４を少ない面積に配置すると真空断熱材５０の表面に吸着剤５４の凸形状が出てしまう。
【００４６】
そこで、野菜室５の次に室外との温度差が少なく冷蔵室２の側面に配置することが好ましい。冷蔵室２の側面にすることで吸着剤５４を配置する面積が大きく表面に凸形状となることを少なくできる。
【００４７】
また、吸着剤５４を真空断熱材３０の芯材５１と芯材５１の間に配置する製造方法の一例として、図６を示す。この例においては、ゼオライトを粒状にした吸着剤５４を、吸着剤投入ホース６０に吸着剤５４が投入できる穴部６１を設けて投入する方法である。これは、ホースの先端に行くほど穴部６１の穴数、穴径を大きくすることにより、一度に吸着剤５４を芯材５１に配置することができる。
【００４８】
また、異なる配置手段として、図７に示すような吸着剤投入ホース６０の先端に分散手段６２を設けることも可能である。これにより、通常の投入手段であるホースの先端から投入する方法や、スプーンで計量して投入するような方法では、投入したときに吸着剤５４が山状となり重なり合うのを防止することができる。また、山状となった吸着剤５４をそのまま真空断熱材５０とした場合には凸形状となってしまうが、吸着剤５４を分散させる工程として、図６や図７の製造方法を用いることで吸着剤５４を投入後に分散する工程を省くことができる。
【００４９】
なお、本実施例においては顆粒化したゼオライトを使用しているが、ペレット状とすることもできる。粒形状の大きさとしては、より小さい方が吸着できる表面積が大きくなることから、小さい方が好ましい。また、粒形状が大きいと芯材５１と芯材５１の間に配置しても表面に吸着剤５４の凸形状が出てしまう虞がある。そのためゼオライトの粒形状はゼオライトを配置する真空断熱材５０としたときの芯材５１の厚さの半分以下とすることが好ましい。これは、芯材５１の厚さ方向の中間に配置したときに芯材５１が吸着剤５４の大きさを吸収しきれなくなり、表面に凸形状が出るのを防ぐためである。
【００５０】
また、芯材５１がバインダを含まないことにより、吸着剤５４が芯材５１のガラス繊維の間に入り込むことができるため、より表面への影響を少なくすることができる。本実施例においては、真空断熱材５０の厚さが１５mmに対し、吸着剤５４を顆粒化した直径が２.５mm以下のものを使用している。これらにより、冷蔵庫１の断熱影響の少ないところに、表面凹凸が少なく貼り付け面との隙間を抑制することができる真空断熱材を作製、配置することができ、冷蔵庫１の箱体としての断熱性能を向上することができる。
【００５１】
また、真空断熱材５０においては、曲げや溝加工を行うものもあることから、前記製造方法にすることで、曲げや溝部を避けて配置することが可能である。曲げや溝部に吸着剤５４が配置された場合、加工時に吸着剤５４が外面に押し出されて外被材５３が破れてしまうことがある。また、吸着剤５４が配置された場所に曲げや溝加工を行うことで、吸着剤５４が押され破壊されてしまい性能が低下してしまう虞があることや、芯材５１に用いている繊維も砕けることにより繊維が短くなり熱伝導をする要因となり真空断熱材５０としての性能が低下してしまう。
【００５２】
また、本実施例には冷蔵庫１へ用いた時の真空断熱材５０に配置される吸着剤５４の位置を室外との温度差の少ないところに配置するものとしているが、冷蔵庫以外に用いられる真空断熱材５０においても同様に適用できる。例えば、給湯器の給湯タンクに真空断熱材を貼り付けて用いる場合においても、室外との温度差が少ない場所に吸着剤５４を配置することが好ましい。また、給湯タンクの場合においては、通常、タンクの底から湯を使用するため、タンク上部には湯が満タンの状態以外には湯が無い状態となる。そのため、貼り付ける真空断熱材５０の吸着剤５４をタンク上部の位置に配置することが好ましい。
【００５３】
このような例の他にも、車両、建築建材、自動車、医療用機器等に用いられる真空断熱材５０にも室外との温度差が最も高い箇所以外に設置することで、同様の効果を得ることができる。特に、熱交換部を含み断熱性が必要な機器全般に有効である。冷蔵庫等には、家庭用や業務用の冷蔵冷凍庫、自動販売機、商品陳列棚、保冷庫、クーラーボックス等が含まれ、吸着剤の配置を室外との温度差の小さい場所に配置する等の最適化することにより断熱影響を抑制することができる。
【００５４】
（実施例４）
本実施例においては、冷蔵庫１の断熱部分に真空断熱材５０を貼り付けて使用している。そのため、冷蔵庫側面の断熱材部分には、圧縮機３０からの熱交換を行った冷媒配管が配置され、高温（４０〜５０℃）の冷媒が通る構造となっている。そのため、冷蔵庫側面の断熱材部分は、冷蔵庫内部は冷えているものの、断熱外側は熱くなり、外側に貼り付けている真空断熱材５０も同様に加熱されることになる。真空断熱材５０が加熱されることにより、芯材５１の内部や外被材５３からガスが発生することがあることから、実際に配置される温度環境により吸着剤５４を変更することが好ましい。これは、温度が高いほど芯材５１の内部や外被材５３から発生するガスが多種類になるため、吸着剤５４の細孔径を大きくすることが好ましく、０.８〜１.０ｎｍにすることでより多種類のガスを吸着することができ、より好ましくは細孔径を１.０ｎｍとすることでガスを吸着することができる。
【００５５】
（比較例１）
細孔径が１.０ｎｍであり、アルミと鉄を主成分としたバインダで成形して酸化カルシウム（ＣａＯ）が０.９Ｗｔ％とした吸着剤を、真空断熱材に５ｇ投入した時の熱伝導率を測定したところ、初期が１.９ｍＷ／ｍ・Ｋという結果であった。また、７０℃の環境に放置し加速試験を行ったところ、７日経過後の熱伝導率は２.９ｍＷ／ｍ・Ｋ、１４日経過後の熱伝導率は３.４ｍＷ／ｍ・Ｋであった。
【００５６】
以上により、繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備えた真空断熱材において、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％とする。
【００５７】
これにより、吸着剤のバインダに酸化カルシウムを含有することで、吸着剤のバインダがガスを吸着することができる。また、吸着剤の吸湿量を向上することができ、複数の吸着剤を用いることなく、吸着剤の吸着性能を向上することができる。また、酸化カルシウムが水分を吸湿することにより、真空断熱材の真空下でも吸着剤の吸着性能を維持することができる。
【００５８】
また、一般的な天然ゼオライトとされる、採掘された状態の鉱物には１〜５％の酸化カルシウムが含有されており、細孔径は０.５〜０.８ｎｍ程度である。前記ゼオライトを用いることで真空断熱材の熱伝導率を低減することができる。しかし、天然ゼオライトは不純物が多いことから、合成ゼオライトとすることで、不純物を低減し粒子や構造を一様とすることができる。この吸着剤のバインダに酸化カルシウムを含み、細孔径を０.３〜１.０ｎｍ程度とすることで、真空断熱材の初期熱伝導率を低くすることができる。また、高温条件下に放置した場合においても熱伝導率の悪化を抑制することができることから、より断熱性能が高く、性能劣化の少ない真空断熱材を提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 冷蔵庫
２ 冷蔵室
３ａ 製氷室
３ｂ 上段冷凍室
４ 下段冷凍室
５ 野菜室
２０ 箱体
２１ 外箱
２２ 内箱
５０ 真空断熱材
５１ 芯材
５２ 内包材
５３ 外被材
５４ 吸着剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備えた真空断熱材において、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％であ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、固形化された前記ゼオライトは、顆粒状やペレット状やタブレット状、あるいはシート状に成形されることを特徴とする真空断熱材。
【請求項３】
請求項１において、前記吸着剤の細孔径が０.３〜１.０ｎｍであることを特徴とした真空断熱材。
【請求項４】
外箱と、内箱と、前記外箱と前記内箱との間に設けられた真空断熱材と、を備えた冷蔵庫において、
前記真空断熱材は、繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備え、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％であることを特徴とする冷蔵庫。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の真空断熱材を配置した機器において、室外との温度差が最も高い位置以外に、前記吸着剤を配置した機器。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の真空断熱材を配置した機器において、曲げや溝部以外に、前記吸着剤を配置した機器。
【請求項１】
繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備えた真空断熱材において、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％であ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、固形化された前記ゼオライトは、顆粒状やペレット状やタブレット状、あるいはシート状に成形されることを特徴とする真空断熱材。
【請求項３】
請求項１において、前記吸着剤の細孔径が０.３〜１.０ｎｍであることを特徴とした真空断熱材。
【請求項４】
外箱と、内箱と、前記外箱と前記内箱との間に設けられた真空断熱材と、を備えた冷蔵庫において、
前記真空断熱材は、繊維集合体の芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、芯材を収納する外被材とを備え、前記吸着剤は、アルミナとシリカを主成分とした天然もしくは合成のゼオライトと、該ゼオライトを固形化するためのバインダを有し、該バインダは酸化カルシウムを含み、該酸化カルシウムの含有量は１０.４〜１６.６ｗｔ％であることを特徴とする冷蔵庫。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の真空断熱材を配置した機器において、室外との温度差が最も高い位置以外に、前記吸着剤を配置した機器。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の真空断熱材を配置した機器において、曲げや溝部以外に、前記吸着剤を配置した機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７６４５９（Ｐ２０１３−７６４５９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１４６５（Ｐ２０１２−２１４６５）
【出願日】平成２４年２月３日（２０１２．２．３）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月３日（２０１２．２．３）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
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