特開 2025-9370 真空断熱体並びにそれを用いた機器及び冷蔵庫

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025009370

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】真空断熱体並びにそれを用いた機器及び冷蔵庫

(51)【国際特許分類】

   F16L 59/065 20060101AFI20250110BHJP

   F25D 23/06 20060101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

F16L59/065

F25D23/06 W

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023112336

(22)【出願日】2023-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】399048917

【氏名又は名称】日立グローバルライフソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】河井 良二

(72)【発明者】

【氏名】河野 竜治

(72)【発明者】

【氏名】田口 翔一

(72)【発明者】

【氏名】関谷 禎夫

(72)【発明者】

【氏名】井関 崇

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓愛

(72)【発明者】

【氏名】塩家 洋一

(72)【発明者】

【氏名】新井 祐志

【テーマコード（参考）】

3H036

3L102

【Ｆターム（参考）】

3H036AA08

3H036AB18

3H036AB33

3H036AB44

3H036AC01

3L102JA01

3L102LB01

3L102MA02

3L102MA03

3L102MB23

3L102MB24

(57)【要約】

【課題】安定した高い断熱性能の発揮に貢献する真空断熱体並びにそれを備えた機器及び冷蔵庫を提供する。
【解決手段】第一端板と、第一端板と厚み方向で対向する第二端板と、第一端板と第二端板との間に配置された支持部材と、複数のフィルム材を含む積層体と、外包材と、を備えた真空断熱体であって、外包材は、第一端板、第二端板、支持部材及びフィルム材の周囲を覆い、外包材の内部は、減圧空間であり、支持部材は、前記フィルム材の厚み方向への移動よりも面方向への移動を規制する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一端板と、
該第一端板と厚み方向で対向する第二端板と、
前記第一端板と前記第二端板との間に配置された支持部材と、
複数のフィルム材を含む積層体と、
外包材と、を備え、
前記外包材は、前記第一端板、前記第二端板、前記支持部材及び前記フィルム材の周囲を覆い、
前記外包材の内部は、減圧空間であり、
前記支持部材は、前記フィルム材の厚み方向への移動よりも面方向への移動を規制する、真空断熱体。

【請求項2】

前記支持部材は、面方向に複数が並んで配されており、
隣接する２つの前記支持部材の間において、前記第一端板及び前記第二端板の離間距離Ｈ２及び前記積層体の厚み寸法Ｈ１との間には、不等式Ｈ２＞Ｈ１が成立する、請求項１に記載の真空断熱体。

【請求項3】

前記支持部材は、面方向に複数が並んで配されており、
隣接する２つの前記支持部材の間において、前記積層体は中央側が前記第一端板及び／又は前記第二端板に接触し、両端側が離間する、請求項１に記載の真空断熱体。

【請求項4】

当該真空断熱体の厚み方向における、前記支持部材の寸法Ｈ３と、前記積層体の寸法Ｈ１と、下記式（１）で表される前記減圧空間の圧力Ｐにおける平均自由行程Ｍとの間に、不等式Ｈ３－Ｈ１－Ｍ＞０が成立する、請求項１に記載の真空断熱体。

【数1】

（式中、ｋはボルツマン定数（＝１．３８１×１０^－２３［Ｊ／Ｋ］）、Ｔは絶対温度［Ｋ］、ｄは分子直径［ｍ］である。）

【請求項5】

前記積層体を形成する前記フィルム材のそれぞれは、前記支持部材が挿通される開口を有し、
前記開口のそれぞれは、前記支持部材に非接触であることができる形状である、請求項１に記載の真空断熱体。

【請求項6】

複数の離間部材を更に備え、
前記フィルム材としての金属箔又は金属蒸着層と前記離間部材とが交互に積層されている、請求項１に記載の真空断熱体。

【請求項7】

前記離間部材は、不織布で形成されている、請求項６に記載の真空断熱体。

【請求項8】

前記真空断熱体の厚さ方向の総投影面積から前記フィルム材の総投影面積と前記支持部材の総投影面積とを差し引いた面積は、前記真空断熱体の厚さ方向の前記総投影面積の１０％以下である、請求項１に記載の真空断熱体。

【請求項9】

前記真空断熱体の厚さ方向の総投影面積から前記フィルム材の総投影面積と前記支持部材の総投影面積とを差し引いた面積は、前記真空断熱体の厚さ方向の前記総投影面積の０％超である、請求項８に記載の真空断熱体。

【請求項10】

前記積層体を形成する前記フィルム材のそれぞれは、前記支持部材が挿通される開口を有し、
前記支持部材のうちの一つの断面積は、前記開口のうちの一つの面積よりも小さい、請求項１に記載の真空断熱体。

【請求項11】

前記積層体を形成する前記フィルム材のそれぞれは、前記支持部材が挿通される開口を有し、
前記支持部材の断面形状は、前記開口の形状と異なる、請求項１に記載の真空断熱体。

【請求項12】

断熱壁で囲まれた室を有し、
前記断熱壁は、真空断熱体を含み、
前記真空断熱体は、
第一端板と、
該第一端板と厚み方向で対向する第二端板と、
前記第一端板と前記第二端板との間に配置された支持部材と、
複数のフィルム材を含む積層体と、
外包材と、を備え、
前記外包材は、前記第一端板、前記第二端板、前記支持部材及び前記フィルム材の周囲を覆い、
前記外包材の内部は、減圧空間であり、
前記支持部材は、前記フィルム材の厚み方向への移動よりも面方向への移動を規制する、機器。

【請求項13】

前記真空断熱体を複数備え、
前記断熱壁に配置された前記真空断熱体のうち、略垂直に設置されたものの面積は、略水平に設置されたものの面積より大きい、請求項１２に記載の機器としての冷蔵庫。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、真空断熱体並びにそれを用いた機器及び冷蔵庫に関する。

【背景技術】

【0002】

冷蔵庫等においては、断熱機能の向上のため、真空断熱体が用いられている。

【0003】

特許文献１には、第１シート３２ｓ１、第２シート３２ｓ２、及び第３シート３２ｓ３が、第１スペーサ３６６ａ、第２スペーサ３６６ｂ、第３スペーサ３６６ｃにそれぞれ設けられた段差部３６６ａ３、３６６ｂ３、及び結合部３５６ｃによって互いにＹ軸方向（厚み方向）で離隔される真空断熱体が開示されている（０１１３～０１１５、図１４～１７）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２２／０９２９４６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の真空断熱体が、例えば常温の外気と冷凍又は冷蔵温度帯の低温空間の間に配された場合、スペーサ３６６の両端には例えば２０～５０℃程度の温度差が生じてスペーサ３６６に主要な熱流が生じる。すると、各シート３２ｓに対して段差部３６６ａ３、３６６ｂ３や結合部３５６ｃでの接触を通じて熱伝達してしまい、断熱性能に改善の余地があると考えられる。

【0006】

また、スペーサ３６６の外気側が熱膨張してシート３２を撓ませて密着したり、スペーサ３６６の低温空間側が熱収縮して段差部３６６ａ３、３６６ｂ３や結合部３５６ｃからシート３２が脱落したりする虞がある。この虞は、真空断熱体に対して押圧のような外力が作用した場合も同様である。

【0007】

本開示の目的は、安定した高い断熱性能の発揮に貢献する真空断熱体並びにそれを備えた機器及び冷蔵庫を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の真空断熱体は、第一端板と、第一端板と厚み方向で対向する第二端板と、第一端板と第二端板との間に配置された支持部材と、複数のフィルム材を含む積層体と、外包材と、を備え、外包材は、第一端板、第二端板、支持部材及びフィルム材の周囲を覆い、外包材の内部は、減圧空間であり、支持部材は、前記フィルム材の厚み方向への移動よりも面方向への移動を規制する。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、安定した高い断熱性能の発揮に貢献する真空断熱体並びにそれを備えた機器及び冷蔵庫を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１に係る冷蔵庫を示す正面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】実施例１に係る真空断熱体の外観を示す正面図である。

【図4】図３のＢ－Ｂ断面図である。

【図5】実施例１に係る真空断熱体を示す分解斜視図である。

【図6】実施例１に係る真空断熱体を示す部分拡大縦断面図である。

【図7】実施例１に係る真空断熱体を示す部分拡大横断面図である。

【図8】実施例２に係る真空断熱体を示す縦断面図である。

【図9】実施例２に係る真空断熱体を示す分解斜視図である。

【図10】実施例２に係る真空断熱体を示す部分拡大横断面図である。

【図11】実施例１の変形例に係る真空断熱体を示す部分拡大縦断面図である。

【図12A】実施例１の変形例の真空断熱体を示す部分拡大横断面図である。

【図12B】実施例１の変形例の真空断熱体を示す部分拡大横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示に係る真空断熱体及びそれを備えた冷蔵庫について、図面を参照して説明する。

【実施例0012】

まず、実施例１に係る冷蔵庫の基本構成を図１及び図２を参照しながら説明する。

【0013】

図１は、本実施例に係る冷蔵庫を示す正面図である。図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。

【0014】

図１に示すように、冷蔵庫１の冷蔵庫本体１０は、上方から冷蔵室２、左右に並設された製氷室３と上段冷凍室４、下段冷凍室５、野菜室６の順に貯蔵室を備えている。以下では、製氷室３、上段冷凍室４及び下段冷凍室５は、まとめて冷凍室７と呼ぶ。

【0015】

冷蔵室２の前方の開口は、左右に分割された回転式の冷蔵室扉５０ａ、５０ｂにより開閉されるようになっている。製氷室３、上段冷凍室４、下段冷凍室５、野菜室６の前方の開口は、引き出し式の製氷室扉６０、上段冷凍室扉７０、下段冷凍室扉８０、野菜室扉９０によってそれぞれ開閉されるようになっている。冷蔵室２の上部及び下部には、扉ヒンジ（図示せず）が設けられている。上部の扉ヒンジは、扉ヒンジカバー１６で覆われている。

【0016】

図２に示すように、冷蔵庫本体１０は、外箱１０ａと、内箱１０ｂと、外箱１０ａと内箱１０ｂとの間に配置された真空断熱体２５と、外箱１０ａと内箱１０ｂとの間に充填された発泡断熱材２１と、を含む。冷蔵庫１の庫外と庫内とは、これらの冷蔵庫本体１０の構成要素により隔てられている。発砲断熱材としては、例えば発泡ウレタンが用いられている。真空断熱体２５は、冷蔵庫本体１０の天井面、背面、底面及び両側面並びに下段冷凍室扉８０に配置されている。冷蔵庫本体１０の天井面及び底面の真空断熱体２５は、略水平に配置されている。また、冷蔵庫本体１０の背面及び両側面並びに下段冷凍室扉８０の真空断熱体２５は、略垂直に配置されている。

【0017】

したがって、冷蔵庫１は、断熱壁で囲まれた貯蔵室を有し、断熱壁は、真空断熱体２５を含む構成を有する。そして、冷蔵庫１は、真空断熱体２５を複数備えている。断熱壁に配置された真空断熱体２５のうち、略垂直に設置されたものの面積は、略水平に設置されたものの面積より大きいことが望ましい。

【0018】

冷蔵室２と、製氷室３及び上段冷凍室４とは、断熱仕切壁２８によって隔てられている。下段冷凍室５と野菜室６とは、断熱仕切壁２９によって隔てられている。また、製氷室３及び上段冷凍室４と、下段冷凍室５との間の前面側には、断熱仕切壁３０が配置されている。断熱仕切壁３０は、製氷室扉６０及び上段冷凍室扉７０の下面と、下段冷凍室扉８０の上面との間に生じる隙間を塞ぎ、庫内外の空気の流通を防ぐためのものである。製氷室扉６０と上段冷凍室扉７０との間には、断熱仕切壁３１（図１参照）が配置されている。断熱仕切壁３１は、製氷室扉６０と上段冷凍室扉７０との間に生じる隙間を塞ぎ、庫内外の空気の流通を防ぐためのものである。また、冷蔵室扉５０ａの冷蔵室扉５０ｂ側の庫内側（図１において右端庫内側）には、断熱仕切壁３６が回動可能に取り付けられている。断熱仕切壁３６は、冷蔵室扉５０ａ、５０ｂを閉じた状態において冷蔵室扉５０ａ、５０ｂの間に生じる隙間を塞ぎ、庫内外の空気の流通を防ぐためのものである。

【0019】

冷蔵室２の略背部の庫内側には、冷蔵用蒸発器１４ａ及び冷蔵用ファン９ａが配置され、これらにより冷蔵室２に冷却空気が供給されるようになっている。

【0020】

冷凍室７の略背部の庫内側には、冷凍用蒸発器１４ｂ及び冷凍用ファン９ｂが配置され、これらにより冷凍室７に冷却空気が供給されるようになっている。

【0021】

冷蔵庫１の下部の庫外側には、圧縮機２４が配置されている。

【0022】

次に、本実施例に係る冷蔵庫に配置された真空断熱体について説明する。

【0023】

図３は、本実施例の真空断熱体の外観を示す正面図である。

【0024】

図３に示す真空断熱体２５は、図２に示す冷蔵庫１の底面に用いられているものであり、幅３００ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの板状である。外表面を外包材２５１で覆うことで、内部の減圧状態が維持さている。外包材２５１は、ラミネートフィルムであり、少なくとも一層のガスバリア層（金属箔層または金属蒸着層等）を有している。具体的な構成の一例としては、外包材２５１を四層ラミネートフィルムとする。外包材２５１において、最も外側の第一層はポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルムを用いた表面保護層、第二層はアルミニウム蒸着付きのポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた第一ガスバリア層、第三層はアルミニウム蒸着付きのエチレンビニルアルコール共重合体樹脂フィルム、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、又はアルミニウム箔を用いた第二ガスバリア層とし、最も内側の第四層は未延伸タイプのポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂フィルムを用いた熱溶着層とすることができる。

【0025】

外包材２５１は、予め矩形状に切断され、熱溶着層を対向させて３辺を熱溶着することで袋状に形成される。これに後述する内蔵物を収容し、真空排気後に残りの１辺を熱溶着して封止される。したがって、真空断熱体２５の外周部には、封止部である外包材端部２５１ａが残っている。外包材端部２５１ａは、真空断熱体２５の上面側または下面側に折り曲げて、テープ等により固定した状態で冷蔵庫１の所定の位置に配置される（図２参照）。

【0026】

図４は、図３のＢ－Ｂ断面図である。

【0027】

図４に示すように、真空断熱体２５の内部には、第一端板２５２と、第二端板２５３と、支持部材である複数の支柱２５４と、が配置されている。第一端板２５２と第二端板２５３は何れもステンレス鋼製であるが、これに限らず、鉄、アルミニウム等の合金で形成されたものを用いてもよい。支柱２５４は、第一端板２５２と第二端板２５３との間に配置され、第一端板２５２と第二端板２５３との間の減圧空間（真空空間）の体積を保っている。支柱２５４は、フェノール樹脂製であるが、これに限らず、他の樹脂材で形成されたものを用いてもよい。

【0028】

また、減圧空間内には、フィルム材２５６及び離間部材２５７が交互に積層されて積層体を形成している。フィルム材２５６は、少なくとも一層にアルミニウム蒸着層を有するフィルムを採用する。本実施例においては、両面にアルミ蒸着層を備えた厚さが０．０２５ｍｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用いている。アルミ蒸着層を備えた面の放射率は、０．１以下の低放射率であり、具体的には０．０３である。離間部材２５７は、直径０．１ｍｍ以下の繊維を集積することで形成される不織布である。本実施例では、不織布は、直径が０．０５ｍｍのポリエチレンテレフタレート繊維を集積した厚さ２．５ｍｍのものを用いている。フィルム材２５６と離間部材２５７はそれぞれ、互いに自由であり、特に接着などされていない。

【0029】

なお、真空断熱体２５においては、フィルム材２５６を５枚以上積層した構成が望ましく、１０枚以上が更に望ましく、１５枚以上が特に望ましい。減圧空間における熱移動は、輻射伝熱の割合が大きいからである。また、離間部材２５７の枚数は、フィルム材２５６の枚数に応じて決定する。通常は、離間部材２５７の枚数は、フィルム材２５６の枚数と同数、またはフィルム材２５６の枚数±１枚として、フィルム材２５６と離間部材２５７とが１枚ずつ交互に積層されていることが望ましい。

【0030】

第一端板２５２の外周部には、第一端板２５２の主平面（図４における水平面）に対して略直角に曲げられた曲げ部２５２ａが設けられている。また、減圧空間内には、図示しない吸着材を備えている。真空排気後に外包材２５１を透過して減圧空間内に流入するガスや、第一端板２５２、第二端板２５３、支柱２５４、フィルム材２５６及び離間部材２５７から発生するガスを吸着材により吸着するようにしている。吸着材としては、一例として、生石灰や結晶性ゼオライトなどを用いることができる。

【0031】

したがって、外包材２５１の内部には、第一端板２５２、第二端板２５３、支柱２５４、フィルム材２５６、離間部材２５７及び吸着材が内蔵物として収容されている。なお、外包材端部２５１ａの熱溶着部２５５は、内蔵物の端部から距離Ｌ（本実施例におけるＬは１０ｍｍ）だけ離れた位置に形成する。熱溶着部２５５と内蔵物との距離を確保せずゼロとした場合は、真空断熱体２５の外周面に大気圧がかかることによって内側に引き込まれるように変形し、熱溶着部２５５を引き剥がすように引っ張り応力が作用し、熱溶着部２５５が破断する場合がある。熱溶着部２５５を内蔵物の端部から距離Ｌだけ離すように設けることで、破断を防止することができ、信頼性の高い真空断熱体が得られる。

【0032】

また、第一端板２５２に曲げ部２５２ａを設けることで、真空排気後に外包材２５１を熱溶着して減圧空間を封止した際に、熱溶着部２５５が減圧空間内に過度に引き込まれることを防止でき、熱溶着部２５５が破断しにくくすることができる。

【0033】

また、第一端板２５２に設けられた曲げ部２５２ａは、第二端板２５３から離れた状態となるように、支柱２５４よりも寸法を短くしている。これにより、第一端板２５２と第二端板２５３との間の熱移動を低減することができる。

【0034】

図５は、図４の真空断熱体２５の外包材２５１を除いた部分を示す分解斜視図である。

【0035】

図５に示すように、第一端板２５２の曲げ部２５２ａは、第一端板２５２の外周部に所定の間隔を空けて離散的に設けられている。これにより、第一端板２５２と第二端板２５３との間の熱移動をより低く抑えるようにしている。第一端板２５２と第二端板２５３との間には、フィルム材２５６と離間部材２５７とが交互に配されている。これにより、フィルム材２５６が互いに接触することを回避している。また、第二端板２５３には、支柱２５４が固定して設けられている。本実施例では、支柱２５４は接着により固定されているが、支柱２５４の固定方法はこれに限らない。例えば、支柱２５４と第二端板２５３とをネジにより締結して固定してもよい。

【0036】

フィルム材２５６と離間部材２５７は、それぞれ、支柱２５４を挿通するための開口２５６ａ、２５７ａ（開口部）を備えている。第二端板２５３に固定された支柱２５４は、開口２５６ａ、２５７ａに挿通され、フィルム材２５６及び離間部材２５７が横ずれしないようになっている。フィルム材２５６及び離間部材２５７は、積層された状態で第二端板２５３と第一端板２５２との間に配置され、図４に示すように外包材２５１内に収容される。

【0037】

図６は、本実施例の真空断熱体の減圧状態を示す部分拡大断面図である。真空断熱体２５は、厚み方向が重力加速度と平行になるように載置されている状態で説明する。

【0038】

本実施例においては、真空断熱体２５の内部は、１Ｐａに減圧されている。真空断熱体２５の内部は、１０Ｐａ以下とすることが望ましい。

【0039】

本図に示すように、第一端板２５２及び第二端板２５３の外面側には大気圧が作用するため、第一端板２５２と第二端板２５３には、支柱２５４で支持されていない部分にたわみが生じ、第一端板２５２と第二端板２５３との間隔が小さくなる。本実施例では、真空断熱体２５を減圧させたことで生じる、第一端板２５２と第二端板２５３との最小間隔Ｈ２は１７ｍｍである。一方、積層されたフィルム材２５６及び離間部材２５７（積層体）の総厚さＨ１は１３．５ｍｍであり、Ｈ２＞Ｈ１を満足するようにしている。Ｈ２は、減圧状態における第一端板２５２と第二端板２５３との最小間隔とすることができる。Ｈ２は簡便に、任意の隣接する２つの支柱２５４の間において、第一端板２５２及び第二端板２５３が真空断熱体２５の内部方向へ最も凹んでいる部分の厚み方向の距離（外寸）を計測して、その値から第一端板２５２及び第二端板２５３と外包材２５１の厚さを差し引くことで間接的に求めてもよい。Ｈ２＞Ｈ１とすることで、減圧状態において第一端板２５２及び第二端板２５３が撓んだ状態となっても、第一端板２５２及び第二端板２５３にかかる面圧（略大気圧）によって積層体（フィルム材２５６及び離間部材２５７）が圧縮されて断熱性が低下することを回避できる。なお、Ｈ２＞Ｈ１の関係を得るための構成は本実施例の構成に限らず、第一端板２５２と第二端板２５３の剛性、積層体の総厚さＨ１、支柱２５４の配置をＨ２＞Ｈ１の関係が得られる範囲で適宜選択すればよい。

【0040】

また、図６に例示するように厚み方向が重力加速度方向に平行になるように載置した場合は、真空断熱体２５を減圧させたことで、第一端板２５２と第二端板２５３それぞれに撓みが生じ、積層されたフィルム材２５６及び離間部材２５７は、隣接する２つの支柱２５４の間において、中央側が第二端板２５３によって支持され、両端側は支持されず離間する。一方、厚み方向が重力加速度方向に垂直になるように載置した場合は、積層されたフィルム材２５６及び離間部材２５７は、隣接する２つの支柱２５４の間において、中央側が第一端板２５２及び／又は第二端板２５３が真空断熱体２５の内部方向に最も凹んでいる部分の近傍に略接触して、両端側は接触せずに離間する。すなわち、第一端板２５２及び第二端板２５３の撓みよりもフィルム材２５６及び離間部材２５７の撓みが小さい。上記説明したように、フィルム材２５６及び離間部材２５７は、少なくとも自然状態において、好ましくは重力加速度が大きく加わる向きで載置された場合であっても、第一端板２５２及び第二端板２５３の撓みよりも小さくなるように製造されていることが好ましい。これにより第一端板２５２及び／又は第二端板２５３と積層体の間の接触面積が小さくなり伝熱が抑制されるので、断熱性能を高めることができる。

【0041】

また、支柱２５４の高さ（厚み方向寸法）Ｈ３は１８ｍｍであり、フィルム材２５６及び離間部材２５７（積層体）の総厚さＨ１との差（Ｈ３－Ｈ１＝４．５ｍｍ）が、真空断熱体の内部圧力（本実施例では１Ｐａ）における平均自由行程Ｍ（本実施例では６．６ｍｍ）より小さくなるようにしている。すなわち、Ｈ３－Ｈ１－Ｍ＞０としている。Ｈ３をＨ２に代えたＨ２－Ｈ１－Ｍ＞０が成立するとさらに好ましい。内部圧力Ｐ［Ｐａ］における平均自由行程Ｍ［ｍ］は、下記式（１）で与えられる。

【0042】

【数1】

【0043】

ここで、ｋはボルツマン定数（＝１．３８１×１０^－２３［Ｊ／Ｋ］）、Ｔは絶対温度［Ｋ］、ｄは分子直径［ｍ］である。空気の場合、分子直径ｄ＝０．３７６×１０^－９［ｍ］として平均自由行程を求めることができる。

【0044】

図７は、図３のＣ－Ｃ断面の一部を示す図である。

【0045】

本図においては、支柱２５４の外径Ｄ１は５ｍｍであり、支柱２５４の間隔Ｐ１、Ｐ２はともに５０ｍｍである。フィルム材２５６と離間部材２５７には、支柱２５４と同数の例えば略円形の開口２５６ａ、２５７ａが支柱２５４の位置と一致するように設けられている。開口２５６ａ、２５７ａの直径Ｄ２は６ｍｍであり、支柱２５４の外形Ｄ１より大きく、Ｄ１＜Ｄ２を満足するようにしている。このように、開口２５６ａ、２５７ａそれぞれの形状は、同一の支柱２５４に非接触であることができる形状である。

【0046】

また、フィルム材２５６は、縦（前後方向）の長さが２９８ｍｍ、横（左右方向）の長さが２９８ｍｍの矩形であり、２５個の開口２５６ａ（図５参照）を除いた面積（厚さ方向の投影面積）Ａｆは８８０９７ｍｍ^２である。真空断熱体２５の厚さ方向の投影面積Ａｖは９００００ｍｍ^２であり、２５本の支柱２５４（図５参照）の厚さ方向（軸方向）の総投影面積Ａｐは４９１ｍｍ^２である。真空断熱体２５の厚さ方向の投影面積Ａｖから、フィルム材２５６の面積Ａｆと、支柱２５４の投影面積Ａｐとを差し引くと、真空断熱体２５の厚さ方向で、フィルム材２５６や支柱２５４で遮られることがない非遮断部の面積Ａｕ（＝Ａｖ－Ａｆ－Ａｐ）が求まり、Ａｕは１４１２ｍｍ^２となる。本実施例では、真空断熱体２５の厚さ方向の投影面積Ａｖに対する非遮断部の面積Ａｕは、１．６％である。Ａｕ／Ａｖは、１０％以下が望ましく、５％以下が更に望ましい。一方、フィルム材２５６と支柱２５４との密着の回避の観点から、非遮断部の面積Ａｕは、０％超、例えば０．５％以上とすることができる。なお、支柱２５４が面方向に突出する段差部を備える場合、段差部の厚さ方向（軸方向）の投影面積もまた、Ａｐの一部に含まれるものとすることができる。

【0047】

このような構成としたことで、支柱２５４は、フィルム材２５６や離間部材２５７の厚さ方向（軸方向）への移動は特に規制せず、面方向（フィルム材２５６や離間部材２５７の延在方向）への移動を規制する。すなわちフィルム材２５６や離間部材２５７は、第一端板２５２と第二端板２５３との間において、厚さ方向（軸方向）には自由に動くことができる。例えば、積層体が自由に動ける厚み方向寸法と面方向寸法の関係として、不等式Ｈ３－Ｈ１＞Ｄ２－Ｄ１や、不等式Ｈ２－Ｈ１＞Ｄ２－Ｄ１が成立する。厚さ方向（軸方向）の隙間寸法となるＨ３－Ｈ１やＨ２－Ｈ１は輻射による伝熱量に影響しない。一方、面方向隙間寸法となるＤ２－Ｄ１が大きいと真空断熱体２５の厚さ方向で、フィルム材２５６や支柱２５４で遮られることがない非遮断部が大きくなって輻射による伝熱量が増加する。すなわち厚さ方向（軸方向）に動ける寸法を大きくしても輻射による断熱性能低下は伴わないが、面方向に動ける寸法を大きくすると輻射による断熱性能低下を伴う。したがって、不等式Ｈ３－Ｈ１＞Ｄ２－Ｄ１や、不等式Ｈ２－Ｈ１＞Ｄ２－Ｄ１とすることで、輻射による断熱性能の低下を抑えて、フィルム材２５６や離間部材２５７が自由に動くことができるようにしている。

【0048】

以上で、本実施例の真空断熱体及び冷蔵庫の構成を説明したが、次に、本実施例の真空断熱体と機器の一例としての冷蔵庫の奏する効果について説明する。

【0049】

本実施例の真空断熱体２５は、減圧空間の一端側に設けられた第一端板２５２と、減圧空間の他端側に設けられた第二端板２５３と、第一端板２５２と第二端板２５３との間に備えられた支持部材である支柱２５４と、第一端板２５２の主平面の法線方向に積層されたフィルム材２５６と、を備えている。そして、フィルム材２５６は、面方向への移動を支持部材である支柱２５４で制限され、軸方向への移動は第一端板２５２及び第二端板２５３の間で自由に動くことができる。言い換えると、フィルム材２５６は、面方向の移動に関して、若干の余裕を持たせ、軸方向に移動可能な構成となっている。これにより、安定した高い断熱性能を発揮する真空断熱体とすることができる。理由を以下で説明する。

【0050】

本実施例の真空断熱体２５においては、フィルム材２５６が支柱２５４と離間した状態、または、支柱２５４と小さい面積で接触した状態となる。このため、支柱２５４とフィルム材２５６との間には十分大きな熱抵抗が確保される。したがって、支柱２５４からフィルム材２５６に熱が移動し、真空断熱体２５の断熱性能が低下することを抑制できる。また、支柱２５４の外気側が熱膨張したり、低温空間側が熱収縮した場合や、押圧のような外力が作用した場合においても、フィルム材２５６が軸方向に移動可能となっているため、フィルム材２５６が支柱２５４と離間した状態、または、支柱２５４と小さい面積で接触した状態が維持されることから、安定した断熱性能を発揮することができる。

【0051】

本実施例の真空断熱体２５においては、減圧空間の内部に積層されたフィルム材２５６に金属箔または金属蒸着層を設けている。これにより、フィルム材２５６の少なくとも一方の面を低放射率面としている。このため、複数の低放射率面により輻射による伝熱量を低減でき、真空断熱体２５の断熱性能を高めることができる。

【0052】

本実施例の真空断熱体２５においては、フィルム材２５６の間に離間部材２５７を配置している。これにより、フィルム材２５６が互いに接触することを回避し、フィルム材２５６同士が直接接触することによる熱伝達を抑制することができ、真空断熱体２５の断熱性能を高めることができる。

【0053】

本実施例の真空断熱体２５は、離間部材２５７として不織布を用いている。不織布は、多数の繊維を集積することで形成されるため、フィルム材２５６との間の接触状態が点接触又は線接触となる。これにより、フィルム材２５６や離間部材２５７の厚さ方向の熱伝達を抑制することができ、真空断熱体２５の断熱性能を高めることができる。

【0054】

本実施例の真空断熱体２５においては、離間部材２５７の厚さよりフィルム材２５６の厚さを小さくしている。フィルム材２５６は、金属箔または金属蒸着層を含むために、これらを含まない離間部材２５７より熱伝導率が高くなる。したがって、フィルム材２５６の厚さを離間部材２５７より小さくすることで、真空断熱体２５の厚さ方向の総括熱伝達率を低くすることができる。

【0055】

本実施例の真空断熱体２５においては、柱状部材である支柱２５４を用い、フィルム材２５６に開口２５６ａを設け、支柱２５４を開口２５６ａに挿通している。このため、支柱２５４とフィルム材２５６とにずれが生じることなく、容易に両者を一体化することができる。

【0056】

本実施例の真空断熱体２５においては、フィルム材２５６と離間部材２５７との総厚さＨ１が、支柱２５４の高さＨ３より低くなるようにしている。これにより、第一端板２５２を支柱２５４の一端に設置する際にフィルム材２５６や離間部材２５７の位置がずれることを防止でき、真空断熱体２５の歩留まりを高めることができる。

【0057】

本実施例の真空断熱体２５においては、フィルム材２５６と離間部材２５７との総厚さＨ１より、減圧空間を減圧した後の第一端板２５２と第二端板２５３との最小間隔Ｈ２の方が大きくなるようにしている。これにより、真空排気後に大気圧により端板にたわみが生じても、フィルム材２５６及び離間部材２５７に面圧が作用して、フィルム材２５６及び離間部材２５７を介した熱流が増加して真空断熱体の性能が低くなることを回避できる。

【0058】

本実施例の真空断熱体２５においては、投影面積Ａｖに対する非遮断部の面積ＡｕであるＡｕ／Ａｖは、１０％以下である。このように非遮断部の面積Ａｕを小さく抑えることで、輻射による伝熱性能の低下を抑制した断熱性能が高い真空断熱体を得ることができる。

【0059】

本実施例の冷蔵庫１は、真空断熱体２５を用いているため、熱の侵入量を低減でき、省エネルギー性能を高くすることができる。

【0060】

本実施例の冷蔵庫１においては、断熱壁内に略垂直な状態で設置した真空断熱体２５の総面積（背面、両側面及び下段冷凍室扉に設置した真空断熱体２５の総面積）が２７１７０００ｍｍ^２であり、冷蔵庫の略水平な状態で設置した真空断熱体２５の総面積３４００００ｍｍ^２より大きくなるようにしている。

【0061】

真空断熱体２５を水平に設置した場合、減圧空間内に配されたフィルム材２５６及び離間部材２５７は、自重によって下部のフィルム材２５６及び離間部材２５７を圧縮する。一方で、真空断熱体２５を垂直に設置した場合、フィルム材２５６及び離間部材２５７は、自重による圧縮作用は受けない。フィルム材２５６と離間部材２５７とは微小な面積で互いに接触するが、水平に設置した場合の方が、圧縮作用によりフィルム材２５６と離間部材２５７との接触面積がわずかに大きくなる。このため、フィルム材２５６及び離間部材２５７の厚さ方向の熱抵抗が小さくなり、断熱性能が低くなる。したがって、断熱性能が高い状態となる略垂直に設置する真空断熱体２５の総面積を、略水平に設置する真空断熱体２５の総面積より大きくすることで、部品のコストに対する効果が高い冷蔵庫１を得ることができる。

【実施例0062】

次に、実施例２に係る真空断熱体について図８～図１０を用いて説明する。なお、実施例１と同様の構成については説明を省略することがある。

【0063】

図８は、実施例２に係る真空断熱体を示す断面図であり、図３のＢ－Ｂ断面図に対応するものである。

【0064】

本図においては、真空断熱体２５は、第一端板２５２と第二端板２５３の間に、支持部材である支持枠２５９を備えている。これにより、第一端板２５２と第二端板２５３との間の減圧空間（真空空間）が保持されるようにしている。支持枠２５９は、フェノール樹脂製であるが、これに限らず、他の樹脂で形成されたものを用いてもよい。

【0065】

図９は、図８の真空断熱体２５の外包材２５１を除いた部分を示す分解斜視図である。

【0066】

本図に示すように、第二端板２５３には、支持枠２５９が固定して設けられている。本実施例では、支持枠２５９は接着により固定されているが、支持枠２５９の固定方法はこれに限らない。例えば、支持枠２５９と第二端板２５３とをネジにより締結して固定してもよい。第一端板２５２と第二端板２５３との間には、フィルム材２５６と離間部材２５７とが交互に配されており、フィルム材２５６が互いに接触することを回避している。フィルム材２５６と離間部材２５７は、支持枠２５９により区画された９つの領域に積層された状態で収納されている。

【0067】

図１０は、実施例２に係る真空断熱体を示す部分拡大断面図であり、図３のＣ－Ｃ断面図に対応するものである。

【0068】

図１０に示すように、支持枠２５９に囲まれた領域にフィルム材２５６と離間部材２５７が収容されている。支持枠２５９の厚さｔは２ｍｍである。支持枠２５９は、真空排気をスムーズに行うための幅２ｍｍの開口２５９ａを備えている。支持枠２５９により区画される領域は、縦（前後方向）の長さＬ１が９９ｍｍ、横（左右方向）の長さＬ２が９９ｍｍである。また、フィルム材２５６は縦（前後方向）の長さＬ３が９８ｍｍ、横（左右方向）の長さＬ４が９８ｍｍであり、何れも支持枠２５９により区画される領域の縦、横の寸法より小さい（Ｌ１＞Ｌ３、Ｌ２＞Ｌ４）。

【0069】

また、真空断熱体２５の厚さ方向の投影面積Ａｖは９００００ｍｍ^２であり、フィルム材２５６の厚さ方向の総投影面積Ａｆは８６４３６ｍｍ^２、支持枠の厚さ方向の投影面積Ａｐは７３６ｍｍ^２である。これらから、真空断熱体２５の厚さ方向で、フィルム材２５６や支持枠２５９で遮られることがない非遮断部の面積Ａｕ（＝Ａｖ－Ａｆ－Ａｐ）が求まり、Ａｕは３３７２ｍｍ^２となる。本実施例では、真空断熱体２５の厚さ方向の投影面積Ａｖのうち、非遮断部の面積Ａｕは、３．７％である。Ａｕ／Ａｖは、１０％以下が望ましく、５％以下が更に望ましい。このように輻射を遮ることがない非遮断部の面積Ａｕを小さく抑えることで、輻射による伝熱性能の低下を抑制した断熱性能が高い真空断熱体を得ることができる。

【0070】

（変形例）
図１１は、実施例１の変形例を示す真空断熱体の部分拡大断面図である。真空断熱体２５は、厚み方向が重力加速度と平行になるように載置されている状態である。

【0071】

本変形例では、支柱２５４は面方向に延在する外径がＤ３の円板状の突起２５４ａを備えている。第一端板２５２と突起２５４ａの間と、突起２５４ａと第二端板２５３の間に、積層されたフィルム材２５６及び離間部材２５７からなる積層体を備えている。すなわち、突起２５４ａによって積層体が突起２５４ａを超えて厚み方向へ移動することを規制して、積層体を２つに分けている。積層体の分割数は２つに限らず、支柱２５４の突起２５４ａを厚み方向にｎ個（ｎは２以上の整数）設けて、積層体をｎ＋１個に分けてもよい。また、突起２５４ａの形状は円板状に限らず、積層体が厚み方向へ移動することを規制できれば他の形状であってもよい。

【0072】

このように積層体を２つ以上に分けた場合は、最も第一端板２５２に近い積層体について、積層厚み寸法をＨ１、支柱２５４の突起２５４ａから積層体が在る側の第一端板２５２までの厚み寸法をＨ３、第一端板２５２のたわみを考慮した突起２５４ａからの最小厚み寸法をＨ２、最も第二端板２５３に近い積層体について、積層厚み寸法をＨ１’、支柱２５４の突起から積層体が在る側の第二端板２５３までの厚み寸法をＨ３’、第二端板２５３のたわみを考慮した突起からの最小厚み寸法をＨ２’として、これらがＨ２＞Ｈ１、Ｈ３－Ｈ１－Ｍ＞０、Ｈ３－Ｈ１＞Ｄ２－Ｄ１、Ｈ２－Ｈ１＞Ｄ２－Ｄ１、Ｈ２’＞Ｈ１’、Ｈ３’－Ｈ１’－Ｍ＞０、Ｈ３’－Ｈ１’＞Ｄ２－Ｄ１、Ｈ２’－Ｈ１’＞Ｄ２－Ｄ１の各不等式を満足するようにすればよい。ここで、Ｍは上記式（１）により求まる平均自由行程、Ｄ１は支柱２５４の外径、Ｄ２はフィルム材２５６と離間部材２５７の開口の直径である。なお、突起２５４ａの外径Ｄ３と、フィルム材２５６と離間部材２５７の開口の直径Ｄ２の関係は、Ｄ３＞Ｄ２として確実に積層体が厚み方向へ移動することを規制できるようにすることが望ましい。以上のように、積層体を２つ以上に分けることで、安定した高い断熱性能を発揮する真空断熱体とすることができる。

【0073】

図１２Ａは、実施例１の変形例の真空断熱体を示す部分拡大横断面図である。

【0074】

本図においては、支柱２５４の断面を正方形状とし、フィルム材２５６の開口２５６ａ及び離間部材２５７の開口２５７ａを円形状としている。この構成により、支柱２５４が開口２５６ａ、２５７ａに接触したとしても、点で接触するようになるため、支柱２５４とフィルム材２５６との間及び支柱２５４と離間部材２５７との間における熱移動を抑制することができる。

【0075】

図１２Ｂは、実施例１の別の変形例の真空断熱体を示す部分拡大横断面図である。

【0076】

本図においては、支柱２５４の断面を円形状とし、フィルム材２５６の開口２５６ａ及び離間部材２５７の開口２５７ａを正方形状としている。この構成により、支柱２５４が開口２５６ａ、２５７ａに接触したとしても、点で接触するようになるため、支柱２５４とフィルム材２５６との間及び支柱２５４と離間部材２５７との間における熱移動を抑制することができる。

【0077】

なお、支柱２５４の断面形状と開口２５６ａ、２５７ａの形状との組み合わせは、上記の例に限定されるものではなく、接触したとしても点で接触するような構成であればよい。例えば、多角形、くの字型、星形等と、円形、楕円形等との組み合わせ、頂点の数が異なる多角形同士の組み合わせ、くの字型、星形等と多角形との組み合わせ等でもよい。

【0078】

まとめると、フィルム材２５６と支柱２５４との間及び離間部材２５７と支柱２５４との間における熱移動を抑制する観点から、真空断熱体の横断面における支柱２５４の断面積は、開口２５６ａ、２５７ａの面積よりも小さいことが望ましい。このことは、フィルム材２５６の開口２５６ａ及び支柱２５４の横断面がともに円形状である場合並びに離間部材２５７の開口２５７ａ及び支柱２５４の横断面がともに円形状である場合も同様である。

【0079】

以上が具体的な実施例及び変形例であるが、本開示は、前述した実施例に限定されるものではなく、上記以外にも様々な変形例が含まれる。例えば、実施例では冷蔵庫の底面に用いられる真空断熱体の構成を詳細に説明しているが、他の面に用いられる真空断熱体においても同様の構成を採用することで、断熱性能を十分高めた真空断熱体を得ることができる。また、実施例では、離間部材とフィルム材とを一層ずつ交互に積層する方式を示しているが、フィルム材の間に離間部材を複数挿入する方式を採用してもよい。

【0080】

さらに、支持部材の例として、円形断面の支柱（実施例１）と、減圧空間を矩形に区画する支持枠（実施例２）とを示したが、支柱は円形断面に限らず他の断面形状であってもよく、支持枠も矩形状に限らず他の形状に区画する構成としてもよい。すなわち、実施例は、本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0081】

なお、本明細書においては、真空断熱体を冷蔵庫に適用する場合について説明しているが、本開示の真空断熱体は、冷蔵庫以外の機器にも、大容量の貯湯タンクを有するヒートポンプ式の給湯器等にも適用することができる。