JP2003156192A

JP2003156192A - 断熱箱体および冷蔵庫

Info

Publication number: JP2003156192A
Application number: JP2002159106A
Authority: JP
Inventors: Tomonao Amayoshi; 智尚天良
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-05-30
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP3488229B2

Abstract

(57)【要約】【課題】真空断熱材を多く使用しても、箱体強度とし
て問題なく、かつ高断熱性能の断熱箱体を提供すると同
時に、消費電力量の少ない高品質な冷蔵庫を提供する。【解決手段】曲げ弾性率が３０ＭＰａ以上を有する真
空断熱材と、密度が６０ｋｇ／ｍ³以下の硬質ウレタン
フォームとからなる断熱箱体を構成することにより、よ
り優れた断熱性能と高剛性の断熱箱体を提供することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硬質ウレタンフォ
ームと真空断熱材とからなる断熱箱体および前記断熱箱
体を適用した冷蔵庫に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保護が大きく叫ばれるな
か、家電製品の省エネルギー化は、緊急に取り組むべき
重要課題となってきている。この解決方法の一つとし
て、無駄な熱の授受を防ぐ目的で断熱材の適用や断熱材
の高性能化が種々検討されている。

【０００３】断熱材の高性能化の一例としては、特公平
２−５４４７９号公報に開示されているように、多孔質
構造の芯材をアルミ箔ラミネートフィルム製の外被材で
覆って内部を減圧封止する真空断熱材がある。このよう
な真空断熱材は、従来グラスウールや従来硬質ウレタン
フォームと比較して３倍〜６倍程度の優れた断熱性能を
有するものであり、各種製品に適用されている。

【０００４】また、このような真空断熱材を家電製品で
ある冷蔵庫に適用した例としては、特開平１０−２０５
９９５号公報に開示されているように、鉄板製の外箱
と、ＡＢＳ樹脂からなる内箱と、前記外箱と前記内箱に
よって形成される空間に充填された発泡断熱材とからな
る断熱壁において、断熱壁内面に、あらかじめ真空断熱
材を貼り付け、発泡断熱材と共に一体構造体とする方法
により適用するものであり、真空断熱材を冷凍室の両側
と背面側に配設することにより、消費電力量を効率的に
低減できるというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷蔵庫
においては、省エネルギーの要請が高まるにつれて、真
空断熱材の使用面積、すなわち断熱箱体の外箱表面積に
対する真空断熱材の使用面積との比である被覆率を大き
くして断熱箱体の断熱性能を向上させていくことが必用
となってきている。

【０００６】従来のように被覆率が３０％程度であれば
影響は小さいが、それ以上に被覆率を高めると、構造体
としての断熱箱体の強度が著しく低下するという問題が
あった。すなわち、断熱箱体は、外箱と内箱との空間部
に充填された硬質ウレタンフォームが、外箱と内箱とに
接着一体化されることにより、箱体の構造強度を発現し
ているが、異物の真空断熱材が断熱壁の内表面の多くを
占有すること、かつ硬質ウレタンフォーム自身の厚みが
薄くなるため、従来の材料構成では断熱箱体が歪んだり
変形するという問題が生じている。

【０００７】特に、断熱箱体のドア枚数が増えると、断
熱箱体のわずかな歪みによってドアのしまりが悪くな
り、ガスケット部の隙間空きによる気密性の低下から断
熱性能が悪化するという問題が発生する。

【０００８】このため、一般的には硬質ウレタンフォー
ムの密度を大幅に高くして、硬質ウレタンフォームの剛
性を高める。すなわち硬質ウレタンフォームの曲げ弾性
率を大きくして適用する方法があるが、密度を大幅に高
めると固体熱伝導が悪化し硬質ウレタンフォームの熱伝
導率が極端に悪化することから、本来の狙いである断熱
箱体の高断熱化が達成されなくなるという重大な問題が
生じる。

【０００９】更に、真空断熱材自体の断熱性能が充分で
ない場合には、上述した複層断熱層のウレタン部分の断
熱性能低下と相まって、真空断熱材の被覆率を高めても
充分な省エネルギー効果を得ることが困難になるという
問題があった。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑み、真空断熱材の
被覆率を高めた場合にも、箱体強度として問題なく、か
つ高断熱性能の断熱箱体を供給すると共に、消費電力量
の少ない冷蔵庫を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
断熱箱体は、曲げ弾性率が３０ＭＰａ以上を有する真空
断熱材と、密度が６０ｋｇ／ｍ³以下の硬質ウレタンフ
ォームとからなるものである。

【００１２】よって、真空断熱材の曲げ弾性率が、硬質
ウレタンフォームの曲げ弾性率を大幅に上回る３０ＭＰ
ａ以上を有しているため、真空断熱材を複層することに
よって生じる箱体強度の低下はなく、収納物の重量に耐
えきれず箱体が変形するなどの問題はない。

【００１３】加えて、剛性アップとウレタン充填性確保
のため硬質ウレタンフォームの密度を高くしているが、
密度を６０ｋｇ／ｍ³以下としているため、固体熱伝導
率の増大の影響による断熱性能の低下もない。よって、
真空断熱材を多量に使用しても断熱箱体の品質としては
問題なく、優れた断熱性能によって省エネルギー化が実
現できるのである。

【００１４】本発明の請求項２に係る断熱箱体は、真空
断熱材の被覆率が外箱表面積の４０％を越えてなるもの
である。

【００１５】よって、真空断熱材の被覆率が、外箱表面
積の４０％を越えてなるものであっても、真空断熱材の
曲げ弾性率が、硬質ウレタンフォームの曲げ弾性率を大
幅に上回る３０ＭＰａ以上を有しているため、真空断熱
材を複層することによって生じる箱体強度の低下はな
く、収納物の重量に耐えきれず箱体が変形するなどの問
題はない。

【００１６】加えて、剛性アップとウレタン充填性確保
のため硬質ウレタンフォームの密度を高くしているが、
密度を６０ｋｇ／ｍ³以下としているため、固体熱伝導
率の増大の影響による断熱性能の低下はない。更には、
真空断熱材の被覆率が、外箱表面積の４０％を越えてな
る断熱箱体であるためその省エネルギー効率はより優れ
たものとなり、効率的に省エネルギー化が実現できるの
である。

【００１７】本発明の請求項３に係る断熱箱体は、真空
断熱材の被覆率が外箱表面積の３０％を越え、かつドア
を３つ以上有するものである。

【００１８】よって、真空断熱材の被覆率が、外箱表面
積の３０％を越え、かつドアを３つ以上有するものであ
っても、真空断熱材の曲げ弾性率が硬質ウレタンフォー
ムの曲げ弾性率を大幅に上回る３０ＭＰａ以上を有して
いるため、真空断熱材を複層することによって生じる箱
体強度の低下はなく、収納物の重量に耐えきれず箱体が
変形するなどの問題はない。特に、箱体剛性が必用とな
るドア枚数３枚以上の場合でも、箱体の歪みや変形は生
じない。

【００１９】加えて、剛性アップとウレタン充填性確保
のため硬質ウレタンフォームの密度を高くしているが、
密度を６０ｋｇ／ｍ³以下としているため、固体熱伝導
率の増大の影響による断熱性能の低下はない。よって真
空断熱材を多量に使用しても断熱箱体の品質としては問
題なく、優れた断熱性能によって省エネルギー化が実現
できるのである。

【００２０】本発明の請求項４に係る断熱箱体は、真空
断熱材が、芯材と前記芯材を覆う外被材とからなり、前
記芯材が無機繊維集合体である。

【００２１】よって、真空断熱材の曲げ弾性率が、硬質
ウレタンフォームの曲げ弾性率を大幅に上回る３０ＭＰ
ａ以上を有しているため、真空断熱材を複層することに
よって生じる箱体強度の低下はなく、収納物の重量に耐
えきれず箱体が変形するなどの問題はない。

【００２２】加えて、剛性アップとウレタン充填性確保
のため硬質ウレタンフォームの密度を高くしているが、
密度を６０ｋｇ／ｍ³以下としているため、固体熱伝導
率の増大の影響による断熱性能の低下はない。

【００２３】更には、真空断熱材の芯材に使用する無機
繊維集合体は、各繊維間の伝熱抵抗が大きいことから固
体熱伝導率が小さく、芯材の密度を増大しても熱伝導率
への影響は軽微であり、芯材の密度増大により容易に曲
げ弾性率を増大することが可能である。よって、真空断
熱材は、熱伝導率を悪化させることなく、曲げ弾性率を
容易に３０ＭＰａ以上とすることが可能となる。

【００２４】よって、真空断熱材を多量に使用しても断
熱箱体の品質としては問題なく、優れた断熱性能によっ
て省エネルギー化が実現できるものである。

【００２５】本発明の請求項５に係る断熱箱体は、真空
断熱材が、芯材と前記芯材を覆う外被材とからなり、前
記芯材が無機繊維集合体をバインダーで結着してなるも
のである。

【００２６】よって、真空断熱材の曲げ弾性率が、硬質
ウレタンフォームの曲げ弾性率を大幅に上回る３０ＭＰ
ａ以上を有しているため、真空断熱材を複層することに
よって生じる箱体強度の低下はなく、収納物の重量に耐
えきれず箱体が変形するなどの問題はない。

【００２７】加えて、剛性アップとウレタン充填性確保
のため硬質ウレタンフォームの密度を高くしているが、
密度を６０ｋｇ／ｍ³以下としているため、固体熱伝導
率の増大の影響による断熱性能の低下はない。

【００２８】更には、真空断熱材の芯材に使用する無機
繊維集合体は、各繊維間の伝熱抵抗が大きいことから固
体熱伝導率が小さく、芯材の密度を増大しても熱伝導率
への影響は軽微であり、芯材の密度増大により容易に曲
げ弾性率を増大することが可能であるが、この無機繊維
集合体をバインダーで結着すると、より一層、真空断熱
材の曲げ弾性率は増大する。よって、真空断熱材は、熱
伝導率を悪化させることなく、曲げ弾性率を容易に３０
ＭＰａ以上とすることが可能となる。

【００２９】よって、真空断熱材を多量に使用しても断
熱箱体の品質としては問題なく、優れた断熱性能によっ
て省エネルギー化が実現できるのである。

【００３０】本発明の請求項６に係る断熱箱体は、真空
断熱材が密度１５０ｋｇ／ｍ³以上のものである。

【００３１】よって、真空断熱材の曲げ弾性率が、硬質
ウレタンフォームの曲げ弾性率を大幅に上回る３０ＭＰ
ａ以上を有しているため、真空断熱材を複層することに
よって生じる箱体強度の低下はなく、収納物の重量に耐
えきれず箱体が変形するなどの問題はない。

【００３２】加えて、剛性アップとウレタン充填性確保
のため硬質ウレタンフォームの密度を高くしているが、
密度を６０ｋｇ／ｍ³以下としているため、固体熱伝導
率の増大の影響による断熱性能の低下はない。

【００３３】更には、真空断熱材の芯材の密度が１５０
ｋｇ／ｍ³以上であるため、真空断熱材の曲げ弾性率は
容易に３０ＭＰａ以上が得られる。

【００３４】よって、真空断熱材を多量に使用しても断
熱箱体の品質としては問題なく、優れた断熱性能によっ
て省エネルギー化が実現できるものである。

【００３５】本発明の請求項７に係る冷蔵庫は、請求項
１から請求項６のうちのいずれか一項記載の断熱箱体
と、前記断熱箱体内に形成される冷却室と、前記冷却室
を冷却する冷却装置よりなるものである。

【００３６】よって、外箱表面積に対して真空断熱材の
被覆率が高い断熱箱体を合理的に実現した冷蔵庫とな
り、優れた断熱性能の断熱箱体によって冷蔵庫の消費電
力量を効率的に削減できると共に、内容積効率が高く、
省スペース化の要求にも応えることができる。

【００３７】また、優れた断熱性能を有する断熱箱体
は、真空断熱材を多量に使用しているが、真空断熱材の
曲げ弾性率が、硬質ウレタンフォームの曲げ弾性率を大
幅に上回る３０ＭＰａ以上を有しているため、真空断熱
材を複層することによって生じる箱体強度の低下はな
く、収納物の重量に耐えきれず箱体が変形するなどの問
題のない優れた品質を有している。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による断熱箱体およ
び冷蔵庫の実施の形態について説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。

【００３９】（実施の形態１）本発明の実施の形態１に
おける一実施例の断熱箱体を図１に示す。１は断熱箱体
で、合成樹脂からなる内箱２と金属からなる外箱３とか
ら形成される空間４に硬質ウレタンフォーム５と真空断
熱材６が複層構造で配設されている。断熱箱体の製造に
あたっては、真空断熱材６をあらかじめ外箱３にホット
メルト等の接着剤により接着固定し、硬質ウレタンフォ
ーム５の原料を注入して一体発泡を行う。なお、真空断
熱材６は、外箱２の表面積の７０％を占めて配設してい
る。

【００４０】真空断熱材６は、密度２００ｋｇ／ｍ
³で、曲げ弾性率は４５ＭＰａであった。このとき、真
空断熱材の熱伝導率は、平均温度２４℃で測定したとこ
ろ、０．００３Ｗ／ｍＫであった。

【００４１】一方、硬質ウレタンフォームは、密度４５
ｋｇ／ｍ³で、曲げ弾性率は７ＭＰａであった。このと
き、硬質ウレタンフォームの熱伝導率は０．０２１Ｗ／
ｍＫであった。

【００４２】このあと、断熱箱体１に収納棚などの部品
（図示せず）や冷却装置（図示せず）を組み込んで冷蔵
庫（図示せず）を完成させる。前記冷蔵庫により、冷蔵
庫筐体の全体冷却テストおよび収納棚に食品を収納させ
たときの加重と繰り返してのドア開閉テストによる筐体
の変形を、ドアの取り付け位置からのズレと、ドア部と
フランジとの隙間とをもとに評価したが、ドアの取り付
け位置からのズレやドア部とフランジ部の隙間は発生せ
ず、問題のない箱体品質を確保していることが判った
（表１に示す）。また、真空断熱材の密度が１５０ｋｇ
／ｍ³以上あれば、箱体の剛性強度や断熱性能は一層良
好なものとなることが判った。

【００４３】

【表１】一方、真空断熱材の曲げ弾性率が３０ＭＰａを下回る場
合は、ドアの取り付け位置からのズレや、ドア部とフラ
ンジ部の隙間が発生し、筐体が変形していることが判っ
た。

【００４４】更に、硬質ウレタンフォームの密度が６０
ｋｇ／ｍ³を越えると、熱伝導率が０．０２７Ｗ／ｍＫ
と極端に悪化した。

【００４５】よって、断熱箱体の剛性強度と断熱性能の
両方を確保するには、真空断熱材の曲げ弾性率が３０Ｍ
Ｐａ以上、かつ硬質ウレタンフォームの密度が６０ｋｇ
／ｍ ³以下であることが必要と判った。更には、真空断
熱材の密度は１５０ｋｇ／ｍ³以上であることがより望
ましい。

【００４６】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
おける一実施例の断熱箱体およびこの断熱箱体を備えた
冷蔵庫を図２から図３に示す。

【００４７】図２、図３において、７は冷蔵庫本体であ
り、７はドア９を含めた断熱箱体８で、合成樹脂からな
る内箱１０と金属からなる外箱１１とから形成される空
間１２に硬質ウレタンフォーム１３と真空断熱材１４が
複層構造で配設されている。断熱箱体８の製造にあたっ
ては、真空断熱材１４をあらかじめ外箱１１に接着固定
し、内箱１０と外箱１１とから形成される空間１２に空
間硬質ウレタンフォーム１３の原料を注入して一体発泡
を行う。

【００４８】真空断熱材１４は、断熱箱体８の両側面、
天面、背面、底面およびドア面の各面に配置され、外箱
１１の表面積の７０％を占めて配設されている。

【００４９】１５は冷凍室、１６は冷蔵室、１７は野菜
室であり、これら３室で冷却室を構成している。冷凍室
１５は概ね−１５℃〜−２５℃の冷凍領域に、冷蔵室１
６、野菜室１７は概ね０℃〜１０℃の冷蔵領域に温度設
定されている。１８は圧縮機、１９は凝縮器、２０は冷
却器であり、これらにより冷却装置を構成している。

【００５０】冷蔵庫本体７は、断熱箱体８と、冷凍室１
５、冷蔵室１６、野菜室１７と、これら冷却室を冷却す
る圧縮機１８、凝縮器１９、冷却器２０を備えた冷却装
置により構成されている。

【００５１】このようにして製造した冷蔵庫は、断熱箱
体の断熱性能に起因する熱負荷が効率的に低減し、省エ
ネルギーとコストパフォーマンスに優れた高品質で高耐
久性を有する冷蔵庫となる。

【００５２】また、本発明の真空断熱材は優れた断熱性
能を有するため、省エネルギーを追求しない場合には、
断熱壁の薄壁化が可能となるため、冷蔵庫の省スペース
化、或いは冷蔵庫の庫内容積向上が達成できる。

【００５３】一方、このとき使用した一実施例の真空断
熱材１４を図４に示す。真空断熱材１４は、芯材２１
と、ガスバリヤ性のラミネートフィルムからなる外被材
２２とから構成されている。前記真空断熱材の製造は、
無機繊維集合体からなる芯材２１を１３０℃で１時間乾
燥後、袋体の外被材２２中に挿入、内部を１０Ｐａまで
減圧し、袋体の外被材開口部を熱融着により封止するこ
とにより行う。

【００５４】以下、真空断熱材１４の構成材料の一例に
ついて説明する。

【００５５】芯材２１は、非晶質構造の珪酸ガラスを主
成分とする平均繊維径０．１μｍ〜１０μｍのシート状
のグラスウールを厚み１５ｍｍのボード状に圧縮成型し
たものである。また、このとき、必用に応じてバインダ
ーや酸を使用してもよい。更には、グラスウールは抄造
法によりシート状に成型してもよい。こうして作製した
芯材の嵩密度は、０．１ｇ／ｃｍ³〜０．３ｇ／ｃｍ³で
あった。なお、前記繊維径はＳＥＭ像をもとに算出し
た。

【００５６】また、芯材の構成材料は特に限定するもの
ではなく、無機繊維としてはグラスウール、セラミック
ファイバー、ロックウール等、無機粉末としては、非晶
質シリカ粉末、乾式シリカ粉末、パーライト、前記粉体
の混合物等、有機発泡体としては、ウレタン連通フォー
ム、ポリスチレン連通フォーム等、真空断熱材の使用用
途に応じて任意に選択して使用することができるが、高
い曲げ弾性率と低い熱伝導率の両方を兼ね備えた真空断
熱材を製造できる無機繊維系の芯材が特に良好である。

【００５７】外被材２２は、片面が表面保護層としてポ
リエチレンテレフタレート（１５μｍ）と、中間層に金
属箔であるアルミ箔（６μｍ）と、熱融着層に高密度ポ
リエチレン（５０μｍ）から形成したラミネートフィル
ムであり、もう一方の面には、表面保護層にポリエチレ
ンテレフタレート（１５μｍ）と、中間層に６００Åの
アルミ蒸着を施したエチレン・ビニルアルコール共重合
体樹脂組成物（１５μｍ）と、熱融着層に高密度ポリエ
チレン（５０μｍ）とから形成したラミネートフィルム
である。更に、外被材の対突き刺し性を向上させるた
め、ポリエチレンテレフタレートの外側にナイロン層を
付与してもよい。

【００５８】一般に、真空断熱材用の外被材の材料構成
は、最外層は衝撃からの保護や剛性を付与させるもので
あり、中間層はガスバリヤ性を確保するものであり、最
内層は熱融着層としてフィルムの熱融着によって密封
（ヒートシール）する機能を有するものである。ここ
で、熱融着層として使用できるプラスチックフィルム
は、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状
低密度ポリエチレンおよびポリプロピレン等があるが、
ヒートシール性、ガスバリヤ性、耐ケミカルアタック性
およびコストなどの観点からトータル的には高密度ポリ
エチレンが好ましい。また、真空断熱材の使用環境温度
が６０℃〜１００℃前後の場合には、ポリプロピレンを
用いるのがより望ましい。また、減圧封止工程における
封止品質の安定性やシール強度を重視する場合には、直
鎖状低密度ポリエチレンを用いるのがより望ましい。ま
た、減圧封止工程における封止品質の安定性や熱融着部
側面からのガス侵入の抑制を考慮した場合、熱融着層の
厚さは２５μｍ〜６０μｍが適している。

【００５９】また、図４には示していないが、必要に応
じて活性炭、ゼオライト、ドーソナイト、ハイドロタル
サイト、塩化カルシウム、塩化リチウム、酸化マグネシ
ウムや酸化カルシウム等の金属酸化物および水酸化マグ
ネシウムや水酸化カルシウム等の金属水酸化物等の化合
物を芯材と共に密封し、ガス吸着剤として使用すること
もできる。より望ましくは、バリウム・リチウム合金を
有するサエスゲッター社製のＣＯＭＢＯＧＥＴＴＥＲ
を適用することにより、より長期に亘って優れた断熱性
能が維持できる。

【００６０】

【発明の効果】以上のように本発明により、硬質ウレタ
ンフォームと真空断熱材からなる断熱箱体において、真
空断熱材の被覆率を大幅に高めた場合にも、真空断熱材
の曲げ弾性率が、硬質ウレタンフォームの曲げ弾性率を
大幅に上回る３０ＭＰａ以上を有しているため、真空断
熱材を複層することによって生じる箱体強度の低下はな
く、収納物の重量に耐えきれず箱体が変形するなどの問
題はない。

【００６１】よって、箱体強度として問題なく、かつ初
期および経時的にも断熱性能に優れた断熱箱体が提供で
きると共に、消費電力量の少ない高品質な冷蔵庫を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における断熱箱体の側面
断面図

【図２】本発明の一実施の形態における冷蔵庫の正面断
面図

【図３】本発明の一実施の形態における冷蔵庫の側面断
面図

【図４】本発明の一実施の形態における真空断熱材の断
面図

【符号の説明】

１断熱箱体５，１３硬質ウレタンフォーム６，１４真空断熱材７冷蔵庫本体８断熱箱体１５冷凍室１６冷蔵室１７野菜室２０冷却器２１芯材２２外被材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】曲げ弾性率が３０ＭＰａ以上を有する真
空断熱材と、密度が６０ｋｇ／ｍ³以下の硬質ウレタン
フォームとからなる断熱箱体。
【請求項２】真空断熱材の被覆率が外箱表面積の４０
％を越えてなる請求項１記載の断熱箱体。
【請求項３】真空断熱材の被覆率が外箱表面積の３０
％を越え、かつドアを３つ以上有する請求項１記載の断
熱箱体。
【請求項４】真空断熱材が芯材と前記芯材を覆う外被
材とからなり、前記芯材が無機繊維集合体である請求項
１から請求項３のうちいずれか一項記載の断熱箱体。
【請求項５】真空断熱材が芯材と前記芯材を覆う外被
材とからなり、前記芯材が無機繊維集合体をバインダー
で結着してなる請求項１から請求項３のうちいずれか一
項記載の断熱箱体。
【請求項６】真空断熱材が密度１５０ｋｇ／ｍ³以上
である請求項１から請求項５のうちいずれか一項記載の
断熱箱体。
【請求項７】請求項１から請求項６のうちいずれか一
項記載の断熱箱体と、前記断熱箱体内に形成される冷却
室と、前記冷却室を冷却する冷却装置よりなる冷蔵庫。