JP2004340415A

JP2004340415A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2004340415A
Application number: JP2003134978A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Yoshida; 隆明吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】断熱性能が高くかつ取り扱い性に優れる断熱材を使用して、消費電力量の大幅な削減を図ることができるとともに製造性に優れる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】エアロゲル前駆体に繊維構造物を浸漬して超臨界乾燥によりエアロゲルを生成せしめてなるエアロゲルと繊維構造物との複合体断熱材（１）を、冷蔵庫本体（２）の外箱（２１）と内箱（２２）との間の空隙（２３）及び／又は扉外側材（３１）と扉内側材（３２）との間の空隙（３３）に設置する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫に関し、特に冷蔵庫における断熱構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷蔵庫の断熱材としては、一般的には、ポリウレタンフォームが用いられている。ポリウレタンフォームは、冷蔵庫本体の外箱と内箱との間の空隙や、扉外側材と扉内側材との間の空隙に、発泡原液を注入して発泡させることで、これらの隙間を充填した状態に成形することができるため、製造が容易であるという長所があるが、熱伝導率は０．０２０〜０．０２２Ｗ／ｍ・Ｋ程度にとどまるのが一般的である。
【０００３】
近年、地球温暖化問題や原油価格の上昇による電気代の上昇に伴って、冷蔵庫には製品としての消費電気量削減の要求が大きくなってきている。かかる要求に応えるために、例えば断熱層を厚くしたのでは、冷蔵庫内部の収容量が少なくなってしまうという問題がある。すなわち、特に家庭用の冷蔵庫では、限られた設置面積で、より大きな収容量が要求されており、断熱層を厚くしたのでは、この要求に応えることができない。上記ポリウレタン系の断熱材では理論的にも断熱性能の限界に達しており、そのため、より高い断熱性を発揮する高性能の断熱材の使用が求められている。
【０００４】
ところで、従来より、熱伝導率の小さい材料として、シリカエアロゲルが知られており、断熱材としての使用が提案されている。例えば、下記特許文献１には、モノリシックシリカエアロゲル成形体を真空断熱材のコア材として使用することが開示されている。
【０００５】
シリカエアロゲルは、極度に高い多孔性を持つ二酸化ケイ素のゲルであり、非常に軽量で低熱伝導による高い断熱性を示すものであるが、従来のものは非常に崩れやすく、取り扱いにくいものであった。そのため、冷蔵庫の製造ラインに載せることは極めて困難であり、シリカエアロゲルを断熱材として使用した断熱性に優れる冷蔵庫は未だ実現されていない。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２８１０８９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、断熱性能が高くかつ取り扱い性に優れる断熱材を使用して、消費電力量の大幅な削減を図ることができるとともに製造性に優れる冷蔵庫を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷蔵庫は、エアロゲル前駆体に繊維構造物を浸漬して超臨界乾燥によりエアロゲルを生成せしめてなるエアロゲルと繊維構造物との複合体断熱材を、冷蔵庫本体の外箱と内箱との間の空隙及び／又は扉外側材と扉内側材との間の空隙に設置したものである。
【０００９】
このように冷蔵庫の断熱材として、エアロゲルからなる断熱材を使用することにより断熱性能を高めて消費電力量の大幅な削減が可能となる。また、上記複合体断熱材はエアロゲルが繊維構造物で補強されているため、取り扱い性に優れ、そのため断熱性能に優れる冷蔵庫を製造性良く提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の冷蔵庫において断熱材として使用する上記複合体断熱材は、エアロゲルと繊維構造物との複合体であり、エアロゲル前駆体に繊維構造物を浸漬し、該繊維構造物の存在下で超臨界乾燥により前記エアロゲル前駆体からエアロゲルを生成させることにより得られるものである。
【００１１】
エアロゲルは、微細な空孔を多数持つ極めて空隙率（好ましくは空隙率９９％以上）の高い固体である。より詳細には、二酸化ケイ素などを数珠状に結合した構造を持ち、ナノメータレベル（例えば２〜５０ｎｍ）の空隙を多数持つ物質である。このようにナノメータレベルの細孔と格子状構造を持つため、気体分子の平均自由行程を縮小することができ、常圧でも気体分子同士の熱伝導が非常に少なく、熱伝導率が非常に小さいものである。
【００１２】
エアロゲルとしては、ケイ素、アルミニウム、鉄、銅、ジルコニウム、ハフニウム、マグネシウム、イットリウムなどの金属酸化物からなる無機エアロゲルの使用が好ましく、より好ましくは二酸化ケイ素からなるシリカエアロゲルである。
【００１３】
繊維構造物は、エアロゲルを補強し、また支持するための補強材ないし支持体として作用するものであり、フレキシブルな複合体断熱材を得るためにフレキシブルな織布、編布、不織布などが用いられ、より好ましくはフェルト又はブランケット状のものが用いられる。繊維構造物の材質としては、ポリエステル繊維等の有機繊維の他、ガラス繊維などの無機繊維を用いることもできる。
【００１４】
上記複合体断熱材は、無機エアロゲルの場合、次のようにして得ることができる。まず、テトラエトキシシランなどの金属アルコキシドを、有機溶媒、例えばアルコール（エタノール）に溶かし、アルコキシド−アルコール溶液を調製する。これに水を加えて金属アルコキシドを加水分解させて、金属ヒドロキシドを含んでなるエアロゲル前駆体を形成する。このエアロゲル前駆体に繊維構造物を浸漬し、各繊維の周りに液体状のエアロゲル前駆体が染み渡るようにする。その後、エアロゲル前駆体には縮合反応（金属ヒドロキシドが金属酸化物となる反応）が起こり、そして、超臨界乾燥することによりエアロゲルが形成される。超臨界乾燥は、例えばオートクレーブを用いて、圧力をかけた状態で上記溶媒の臨界点よりも高い温度に加熱することにより行うことができる。このようにして繊維構造物で補強されたエアロゲルからなる複合体断熱材、より詳細には繊維構造物を補強材として繊維の隙間にエアロゲルを充填してなるエアロゲルと繊維構造物との複合体断熱材が得られる。
【００１５】
本発明においては、該エアロゲル前駆体に繊維構造物を浸漬した後、十分な時間をかけて熟成させて上記縮合反応を完了させ、その後、超臨界乾燥してもよいが、より好ましくは、米国特許第６０６８８８２号公報に記載されているように、浸漬後、縮合反応が始まった段階で、かつ熟成する前に、浸漬した繊維構造物をオートクレーブに入れて、超臨界乾燥を行うことである。このように熟成させることなく超臨界乾燥を行うことにより、繊維−繊維間の接触がほとんどなく、各繊維間にエアロゲルが介在し、該エアロゲルを介して熱が伝達するような構造にすることができ、断熱性をより高めることができる。
【００１６】
上記複合体断熱材の具体例としては、アスペンエアロジェル社の「スペースロフトＡＲ３１００」（商品名）や「パイロゲルＡＲ３２００」（商品名）などのガラス繊維やポリエステル繊維で補強されたシリカエアロゲルが好適なものとして挙げられる。これらの断熱材は、従来のポリウレタンフォームからなる断熱材の熱伝導率０．０２０〜０．０２２Ｗ／ｍ・Ｋに対して、熱伝導率が０．０１０〜０．０１２Ｗ／ｍ・Ｋと低く、優れた断熱性能を有する。そのため、例えば、これを冷蔵庫本体及び扉の断熱材としてその空隙全体に使用した場合、従来のポリウレタンフォームを断熱材として使用した冷蔵庫に対し、ヒートリークを約４５％改善することができ、また消費電力量を２６０Ｋｗｈ／ｙのものであれば１６６Ｋｗｈ／ｙと約３５％改善することができる。また、部分的に使用した場合でも、それに応じた改善効果が得られる。
【００１７】
上記複合体断熱材は、冷蔵庫本体や該本体の前面開口部を閉塞する扉の断熱材として使用される。詳細には、冷蔵庫本体は、庫内壁面を形成する合成樹脂製の内箱と、該内箱を所定の隙間をおいて取り囲む金属製の外箱とからなるため、これら両者の間の空隙に、複合体断熱材を設置する。また、扉は、庫内側に配される合成樹脂製の扉内側材と、扉表面を形成して扉内側材との間に所定の隙間を形成する金属製の扉外側材とからなるため、これら両者の間の空隙に、複合体断熱材を設置する。
【００１８】
以下に、該複合体断熱材の設置態様について例示する。
【００１９】
図１は、上記複合体断熱材（１）を冷蔵庫本体（２）と扉（３）の空隙全体に充填した例を図示したものである。
【００２０】
詳細には、冷蔵庫本体（２）の外箱（２１）と内箱（２２）との間の空隙（２３）、及び、扉（３）の扉外側材（３１）と扉内側材（３２）との間の空隙（３３）には、それぞれ、全体にわたって上記したエアロゲルと繊維構造物とからなる複合体断熱材（１）が充填されている。このように空隙（２３）（３３）の全体に複合体断熱材（１）を充填することにより、高い断熱性を確保しながら断熱層の厚みをより薄くすることができる。
【００２１】
図２は、上記複合体断熱材（１）を、冷蔵庫本体（２）と扉（３）の空隙内の厚み方向における外側寄り部分に配して、残りの空隙部分にポリウレタンフォーム（４）を発泡充填した例を図示したものである。
【００２２】
この例の構造は、冷蔵庫本体（２）を構成する外箱（２１）の内側面に、上記したエアロゲルと繊維構造物とからなる複合体断熱材（１）を貼り付けておき、この外箱（２１）を内箱（２２）と組み合わせるとともに、両者の間の空隙（２３）にポリウレタンフォーム（４）の発泡原液を注入して発泡充填させることにより、形成することができる。扉（３）についても同様に、扉外側材（３１）の背面に上記複合体断熱材（１）を貼り付けておき、この扉外側材（３１）を扉内側材（３２）と組み合わせるとともに、両者の間の空隙（３３）にポリウレタンフォーム（４）の発泡原液を注入して発泡充填させることにより、製造することができる。なお、上記複合体断熱材（１）は、ポリウレタンフォーム（４）によって空隙（２３）（３３）内に固定一体化されるため、上記の貼り付けは仮止め程度でもよい。
【００２３】
このように外箱（２１）や扉外側材（３１）に複合体断熱材（１）を貼り付けておいて、残りの空隙をポリウレタンフォーム（４）で充填するものであるため、従来の製造工程に殆ど変更を加えることなく、高性能の断熱化を図ることができる。特に、複合体断熱材（１）はフレキシブルで取り扱いやすいものであるため、外箱（２１）や扉外側材（３１）への貼付作業も容易であり、また、複合体断熱材（１）は軽量であるため、冷蔵庫本体（２）や扉（３）を組み立てるときの作業性も何ら損なわれない。
【００２４】
図３は、上記複合体断熱材（１）を、冷蔵庫本体（２）と扉（３）の空隙内の厚み方向における内側寄り部分に配して、残りの空隙部分にポリウレタンフォーム（４）を発泡充填した例を図示したものである。
【００２５】
この例の構造は、冷蔵庫本体（２）を構成する内箱（２２）の外側面に、上記複合体断熱材（１）を貼り付けておき、この内箱（２２）を外箱（２１）と組み合わせるとともに、両者の間の空隙（２３）にポリウレタンフォーム（４）の発泡原液を注入して発泡充填させることにより形成することができる。扉（３）についても同様に、扉内側材（３２）の前面に上記複合体断熱材（１）を貼り付けておき、これを扉外側材（３１）と組み合わせるとともに、両者の間の空隙（３３）にポリウレタンフォーム（４）の発泡原液を注入して発泡充填させることにより、製造することができる。
【００２６】
この例でも、上記した図２に示す例と同様、従来の製造工程に殆ど変更を加えることなく、高性能の断熱化を図ることができる。特に、複合体断熱材（１）はフレキシブルで取り扱いやすいものであるため、複雑な形状を有する内箱（２２）や扉内側材（３２）に対してもその形状に沿って貼り付けることができ、不所望なヒートリークを防止することができる。
【００２７】
図４は、冷蔵庫本体（２）や扉（３）の空隙（２３）（３３）に部分的に厚みが薄い部分（２４）（３４）がある場合に、その薄い部分（２４）（３４）に上記複合体断熱材（１）を配置した例を図示したものである。このように冷蔵庫の構造上、断熱層の厚みが他の部分よりも薄くなってしまう部分（２４）（３４）に、断熱性の高い上記複合体断熱材（１）を配置することにより、このような薄い部分でも他の部分と同様の断熱性を確保することができる。
【００２８】
なお、この例において、複合体断熱材（１）の配置方法としては、冷蔵庫本体（２）の場合、上記薄い部分（２４）における外箱（２１）の内側面又は内箱（２２）の外側面に複合体断熱材（１）を貼り付けておき、両者を組み合わせてからポリウレタンフォーム（４）の発泡原液を注入すればよい。扉（３）の場合も同様に、上記薄い部分（３４）における扉外側材（３１）又は扉内側材（３２）に複合体断熱材（１）を貼り付けておけばよい。この場合、これら薄い部分（２４）（３４）において、上記図２や図３のように、複合体断熱材（１）とポリウレタンフォーム（４）との２層構造としてもよい。また、図４の例では、薄い部分（２４）を除くその他の部分では、合成樹脂発泡断熱材、即ちポリウレタンフォーム（４）単独を発泡充填しているが、この部分においても上記複合体断熱材（１）を設置しても構わない。
【００２９】
上記図２〜図４に示す例において、複合体断熱材（１）と併用するポリウレタンフォーム（４）は、特に限定されないが、好ましくは、発泡剤として、シクロペンタンなどの炭化水素や、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）２４５ｆａ、ＨＦＣ３６５ｍｆｃなどを用いて発泡成形されるものである。
【００３０】
なお、上記実施形態では、冷蔵庫本体（２）と扉（３）の双方に複合体断熱材（１）を用いた例を挙げたが、いずれか一方にのみ用いることもできる。また、複合体断熱材（１）の設置態様について、冷蔵庫本体（２）では図２の外側貼り付けとしながら、扉（３）では図３の内側貼り付けとして、冷蔵庫本体（２）と扉（３）とで異なる態様としても構わない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の冷蔵庫であると、エアロゲルからなる断熱材を使用しているので断熱性能に優れ、消費電力量ひいては電気代の大幅な削減が可能となる。また、該断熱材は、エアロゲルを繊維構造物で補強してなる複合体断熱材であるため、取り扱い性に優れ、そのため、かかる断熱性能に優れる冷蔵庫を製造性良く提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷蔵庫の水平断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の他の実施形態に係る冷蔵庫の縦断面図、（ｂ）はその水平断面図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態に係る冷蔵庫の水平断面図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態に係る冷蔵庫の水平断面図である。
【符号の説明】
１……複合体断熱材
２……冷蔵庫本体
２１……外箱
２２……内箱
２３……空隙
２４……薄い部分
３……扉
３１……扉外側材
３２……扉内側材
３３……空隙
３４……薄い部分
４……ポリウレタンフォーム

Claims

エアロゲル前駆体に繊維構造物を浸漬して超臨界乾燥によりエアロゲルを生成せしめてなるエアロゲルと繊維構造物との複合体断熱材を、冷蔵庫本体の外箱と内箱との間の空隙及び／又は扉外側材と扉内側材との間の空隙に設置したことを特徴とする冷蔵庫。
前記複合体断熱材を前記空隙全体に充填したことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
前記複合体断熱材を前記空隙内の厚み方向における外側寄り部分に配して、残りの空隙部分に合成樹脂発泡断熱材を発泡充填してなる請求項１記載の冷蔵庫。
前記複合体断熱材を前記空隙内の厚み方向における内側寄り部分に配して、残りの空隙部分に合成樹脂発泡断熱材を発泡充填してなる請求項１記載の冷蔵庫。
前記合成樹脂発泡断熱材が、発泡剤として炭化水素、ＨＦＣ２４５ｆａ又はＨＦＣ３６５ｍｆｃを用いて発泡成形されるポリウレタンフォームであることを特徴とする請求項３又は４記載の冷蔵庫。
前記空隙にはその厚みが周りの部分よりも薄い部分があり、この薄い部分に前記複合体断熱材を配置したことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。