JP2005147591A - 冷蔵庫 - Google Patents

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Abstract

【課題】キャビネットの断熱空間に対する真空断熱パネルの効果的な配設により、断熱性能を大幅に向上して省電力効果を増大、若しくは貯蔵室の収納容積効率を向上するとともに、断熱効果の大きいキャビネットを容易に製造できるようにした冷蔵庫を提供する。
【解決手段】グラスウールマットをコア材にして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5、6を冷蔵庫キャビネット1の断熱空間内面に貼り付け、残余の空間にポリウレタンフォーム8を発泡充填してこれを埋設するものにおいて、前記真空断熱パネルを断熱空間の厚み方向に対して2枚以上重ね合わせて配設したことを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、真空断熱パネルをキャビネットの断熱空間内に貼り付けて発泡断熱材とともに断熱層を形成する冷蔵庫に関する。
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性を有す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7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続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、パーライト等無機質の微粉末をコア材としたものは、微粉末固体自体の壁厚が大きく断熱のための空間容積が少ないことから、また、図8に示すように、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、0.005〜0.007W/mK程度が限界である。
それ以下の熱伝導率を得ることができる材料としては、繊維径が数μm以下のグラスウールがあり、これをコア材とした場合には小空間を多数形成できるため、0.002W/mK程度の低い熱伝導率を実現することができ、このグラスウールをコア材とした真空断熱パネルをテープ固定や両面テープ、あるいはホットメルトによる接着固定で冷蔵庫や扉の各内面に配設するとともに、硬質ウレタンフォームと併用することで箱体強度を保持して高い断熱性能を有するようにしたものがある。(例えば、特許文献1参照)
特開2003−28562号公報
真空断熱パネル(55)は、図9に示すように、冷蔵庫(51)の外箱(52)や内箱(53)、さらには扉(60)(61)などの断熱空間(58)側の面に配設されており、真空断熱パネルの断熱性能を改善する方法としては、真空断熱パネルの厚みを厚くする方法があるが、パネル厚を厚くするには、真空引きの前段階におけるコア材であるグラスウールマットが、原綿状態で最終形態の5〜10倍の厚みであることから非常にかさ高くなり、量産工程中に大きな待機スペースを必要であった。
かさを減らすためにはバインダーを用いて加熱および加圧成形する方法があるが、処理工程が必要となったり、また単にパネル厚を厚くするとヒートブリッジ作用により、厚みにともなって熱伝導率が大きくなることから、実用に供する真空断熱パネルとしての厚み寸法は15mm程度が限界であった。
本発明は上記点を考慮してなされたものであり、キャビネットの断熱空間に対する真空断熱パネルの効果的な配設により、断熱性能を大幅に向上して省電力効果を増大、若しくは貯蔵室の収納容積効率を向上するとともに、断熱効果の大きいキャビネットを容易に製造できるようにし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、本発明の冷蔵庫は、グラスウールマットをコア材にして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を冷蔵庫キャビネットの断熱空間内面に貼り付け、残余の空間にポリウレタンフォームを発泡充填してこれを埋設するものにおいて、前記真空断熱パネルを断熱空間の厚み方向に対して2枚以上重ね合わせて配設したことを特徴とするものである。
この構成によって、真空断熱パネルを使用したキャビネットの断熱効果を発現でき、冷蔵庫として大幅な省電力効果を奏することができるとともに、断熱キャビネット製造工程における真空断熱パネルのための大規模な待機スペースを削減することができる。
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1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(2)と貯蔵室を形成する合成樹脂製の内箱(3)との間に断熱空間を設けて冷蔵庫本体(1)を構成している。
前記断熱空間を形成する外箱(2)両側壁(2a)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(5)(6)を貼り付け、残余の内箱(3)との間隙には、現場発泡方式によりポリウレタンフォームからなる発泡断熱材(8)の原液を注入し、発泡充填して前記内外箱(2)(3)と真空断熱パネル(5)とを一体に接着固化して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(5)は、図2およびパネルの真空引き状態を示す図3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(5a)とし、これをマット状に形成するとともに、このコア材(5a)を、アルミニウム箔と合成樹脂のラミネートフィルムを製袋した厚みが80〜100μmのガスバリア容器(5b)に挿入したものであり、コア材の挿入後に、容器(5b)をベース(7a)上に配置した真空チャンバー(7)内に設けた2段式のステージ(7b)上に設置し、真空ポンプ(7c)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(5c)することで、容器内部を真空減圧状態に保持したパネル状に形成する。
グラスウールのコア材(5a)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3〜5μm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た。さらに短繊維材には通常おこなわないニードリング加工を施して、短繊維グラスウールが保有する良好な断熱性能や形状維持特性を活用している。
上記のように形成したマット状コア材(5a)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(5b)に挿入されるものであるが、従来に比較してニードリング加工によってその厚みは数分の1に薄くなる。そのうえ腰が強いため、ガスバリア容器(5b)への挿入作業が容易にできるとともに、かさ高い従来マット形状に比べてガスバリア容器(5b)自体の大きさを小さくできることで、真空パネル形成前のマット状態での量産工程ラインにおける待機スペースも削減でき、さらにマットを収納する真空チャンバー(7)自体の大きさも縮小することができるものである。
そして、コア材(5a)を挿入したガスバリア容器(5b)は真空チャンバー(7)内で真空引きされた後にその開口部をヒートシール(5c)され、その後チャンバー(7)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(5a)はさらに2分の1程度に圧縮されるため、最終的な厚みは10〜15mmとなる。
本実施例の場合は、厚み寸法を12mm、縦と横の寸法をそれぞれ500mm、1400mmに形成しており、この真空断熱パネル(5)は、前記ヒンジ部(7d)を支軸としてチャンバー外套(7e)を上方の矢印方向に回動させ、同様に上下動するヒートシールバー(7f)の開放させた開口から摺動して取り出される。
前記により形成された真空断熱パネル(5)は、パネル面の中央部で0.003W/mK以下の熱伝導率とすることができるものであり、取り出された真空断熱パネル(5)は、片側面のほぼ全面に亙ってゴム系の熱可塑性樹脂であるホットメルト粘着剤(9)を均一に塗布し、これを冷蔵庫の組立ラインコンベア上を移動する平板状態の外箱(2)内壁面の上方部に供給し載置して加圧することで、ホットメルト粘着剤(9)の接着力により、平面状に形成した外箱(2)両側壁の断熱空間側に、外箱の前後および上下端から所定間隔を設けて貼り付けている。
真空断熱パネル(5)が接着され、以降の工程で上面と両側面を形成するように逆U字状に折り曲げられた外箱(2)は、さらに底面板や背面板を取り付けて箱状に形成するとともに、貯蔵室を形成する内箱(3)と組み合わされてウレタンシール処理が施され、内外箱間の残余に空間に対するポリウレタンフォームからなる発泡断熱材(8)の発泡充填工程により、前記内外箱(3)(2)と真空断熱パネル(5)とを一体に接着固化し、冷蔵空間で50mm、冷凍空間で65mmの断熱壁厚と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(5)と冷蔵庫の外箱(2)との間に空間が存在すると、外箱外表面がべこつき、外観のみでなくキャビネット剛性が弱くなる原因となり、また、断熱空間側においてはウレタン原液の流れが阻害されてウレタンフォーム断熱材(8)の未充填部分、すなわちボイドが形成されて断熱性能が低下する要因となるため、前記真空断熱パネル(5)の冷蔵庫の外箱への固着に際しては、平らな外箱内面に隙間が発生しないように注意する必要がある。
このとき、真空断熱パネル(5)の表面には凹凸や反りが少なく平滑であるため、外箱(2)内面への固定もホットメルト(9)との間に空隙部分を生じることなく確実に密着させることができるものである。
真空断熱パネル(5)は、上記外箱(2)の両側壁(2a)内面のほか、図4の冷蔵庫縦断面図で示すように、本体背面(2b)および冷蔵室(10)、野菜室(11)、冷凍室(12)の各扉(10a)(11a)(12a)の外面材の内面側などに配設しており、平板状で比較的大きな面積を有する面に使用すれば、設置も容易であり良好な断熱効果を得ることができる。
しかして、前記外箱(2)や扉外面板の内側は、その詳細構成を図5に示すように、断熱壁(8)の厚み方向に配設した真空断熱パネル(5)と同一構成体からなるもう1枚の真空断熱パネル(6)を重ね合わせた状態で貼り付けているものであり、例えば、外箱(2)の側壁内面などの平面部に加圧して貼り付けた真空断熱パネル(5)に対して、0.5mm程度の厚みの樹脂シート(15)による熱絶縁層を設け、この樹脂シート(15)の外面に2枚目の真空断熱パネル(6)を載置して、1枚目のパネル(5)と同様にホットメルト粘着剤(9)によって貼り付け、1枚目のパネル(5)面に押圧することで密着固定している。
これは、前述したごとく、真空引き前段階の量産工程中において、グラスウールマットの厚みによりかさ高くなるマットの待機スペースの関係から、15mmの厚みが限界となる真空断熱パネル(5)による断熱効果をより大きくするための構成であり、厚さ15mm以下、本実施例では12mm厚の真空断熱パネル(5)および(6)を2枚重ね合わせて断熱壁を形成することによって、量産製造ライン中に待機マットのための大きなスペースを準備することなく、断熱壁からの熱漏洩量を少なくすることができるものである。
そして、真空パネル(5)(6)を2枚重ね合わせても熱絶縁物で形成した樹脂シート(15)を介在させることにより、壁面側パネル(5)から内側パネル(6)への熱伝導を防止し、外箱(2)外表面の熱がパネル(5)のラミネートフィルム製のガスバリア容器(5b)の周縁部を介して断熱壁の厚み方向に伝導する熱の回り込み現象、いわゆるヒートブリッジを防ぐことができ、真空断熱パネル(5)(6)による断熱効果を有効に保持することができる。
前記パネル(5)(6)間の熱絶縁は、前記樹脂シート(15)に限るものではなく、厚さ5mm程度のウレタンフォーム成型品の断熱板体を介在させれば、熱絶縁効果が大きくなってヒートブリッジをより確実に解消することができる。
本発明者の実験によれば、前記のように、12mm厚の真空断熱パネル(5)(6)を2枚重ね合わせて配設した場合の熱伝導率(λ)は、0.0037W/mKで、従来の真空断熱パネルを使用しないものに比べて約18%の熱漏洩防止効果の改善が得られた。
この値は、厚みを24mm厚として1枚のパネルで真空断熱パネルを形成した場合の熱伝導率(0.0047W/mK)と比較しても20%強改善されており、この結果、同じ厚み寸法であっても2枚以上パネルを重ね合わせた方がヒートブリッジを解消して熱漏洩に効果があることが明らかとなった。
それゆえ、熱伝導率の低い12mm厚の真空断熱パネルを厚さ50mmの断熱空間に2枚使用した場合でも、残空間の厚みが26mmとなって充分なウレタンフォームの流動空間を確保することができるとともに、庫内外の熱漏洩量もより少なくなって効果的な断熱作用を得ることができるものである。
真空断熱パネル(5)は、前述のように、外箱(2)などの外面板内側に2枚重ね合わせるだけでなく、パネルの貼り付けパターンを示す図6におけるA部のように、外箱(2)内面に貼り付けたパネル(5)の厚み方向に対向する内箱(3)壁面の断熱空間側にパネル(6)を貼り付けるようにしてもよく、また、同じく図6のB部のように、2枚目のパネル(6)を外箱(2)と内箱(3)の中間に位置する断熱空間内に配置し、最終的に断熱空間内に注入発泡されるウレタンフォーム断熱材(8)中に埋設するようにしてもよい。
上記構成の場合は、2枚のパネル(5)(6)が密着状態とはならず、パネル間に現場発泡によるウレタンフォーム断熱材(8)が充填され、パネルは発泡断熱材中に埋設されることになり、パネルが芯となり冷蔵庫キャビネットとして剛性が増大する効果が得られるが、この場合は、パネル間に発泡過程のウレタンフォームが流動できる最低10mm程度の間隙を確保する必要がある。
また、貼り付けたパネル(1)の断熱空間側に凹凸がないように形成すれば、ウレタン原液の流れがよりスムーズとなって、ボイドが形成されることなく充填することができ、最終的に、良好な断熱性能を保有するとともに、発泡断熱材(8)と内箱(3)や外箱(2)、および真空断熱パネル(5)との密着も強固になって、大きな剛性を有するキャビネット(1)を構成することができる。
なお、上記実施例においては真空断熱パネル(5)(6)を2枚重ねた構成について説明したが、重ね合わせるパネル数は2枚に限らず、より数多く重ね合わせてもよいことは勿論であり、重ね合わせを採用する箇所についても、冷蔵庫を据え付けている場所との外気温度差が大きい冷凍空間(12)や温度切替室(13)部分、および冷却器の設置部分に採用し、冷蔵室(10)の側壁部など外気との温度差が比較的少ない箇所については、図6のC部のように、1枚貼りにするなど、配設箇所を選択して採用すると効果的である。
また、外箱側で温度が高くなる機械室(16)や放熱パイプ部へ採用しても、重ね合わせたパネル(5)(6)の断熱効果は有効であるが、特に背面下部の機械室近傍への配設に際しては、複雑化している構造部品との緩衝を避けた位置に設置すべきであり、前述したように、外箱面を介しての熱伝導によって断熱効果が劣化しないように熱遮断を考慮する必要がある。
上記実施例においては、真空断熱パネルはホットメルト粘着剤(9)で貼り付ける構成で説明したが、接着手段についてはホットメルト粘着剤に限らず両面粘着テープにより密着させて貼り付けるようにしてもよく、この場合も粘着テープはほぼ全面に貼り付け、キャビネット面に対して均一に密着するようにする。
また、冷蔵庫も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、断熱性能を向上して消費電力を低減し、あるいは貯蔵室容積の拡大をはかるために真空断熱パネルを配設した冷蔵庫に利用することができる。
本発明の1実施形態を示す冷蔵庫の正面からの概略断面図である。 図1に設置した真空断熱パネルの断面詳細図である。 図2の真空断熱パネルの真空引き状態を示す概略図である。 真空断熱パネルを配設状態を示す図1の縦断面図である。 真空断熱パネルの重ね合わせ状態の詳細を示す断面図である。 真空断熱パネルの貼り付けパターンを示す冷蔵庫の概略正面図である。 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。 従来の真空断熱パネルを使用した冷蔵庫の例を示す縦断面図である。
符号の説明
1 冷蔵庫本体 2 外箱 2a 外箱側壁 2b 背面 3 内箱 5 真空断熱パネル
5a コア材 5b ガスバリア容器 5c ヒートシール
6 2枚目の真空断熱パネル 7 真空チャンバー
8 ウレタンフォーム断熱材 9 ホットメルト粘着剤
10 冷蔵室 10a 冷蔵室扉 11 野菜室
11a 野菜室扉 12 冷凍室 12a 冷凍室扉
13 温度切替室 15 樹脂シート 16 機械室

Claims (6)

  1. グラスウールマットをコア材にして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を冷蔵庫キャビネットの断熱空間内面に貼り付け、残余の空間にポリウレタンフォームを発泡充填してこれを埋設するものにおいて、前記真空断熱パネルを断熱空間の厚み方向に対して2枚以上重ね合わせて配設したことを特徴とする冷蔵庫。
  2. 真空断熱パネルを重ね合わせ、それぞれのガスバリア容器間に熱伝導性の小さい物質を介在させたことを特徴とする請求項1記載の冷蔵庫。
  3. 真空断熱パネルの片側面にホットメルト粘着剤を塗布、あるいは両面接着テープを貼り付けて断熱パネル同士を重ね合わせたことを特徴とする請求項1または2に記載の冷蔵庫。
  4. 真空断熱パネル間に薄肉厚の断熱体ボードを介在させたことを特徴とする請求項2または3記載の冷蔵庫。
  5. 真空断熱パネルの一方は断熱空間の外箱の内面に取り付け、他方は内箱の外面あるいは断熱空間の中間部分に配置したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の冷蔵庫。
  6. 重ねて配設した真空断熱パネルを冷凍室周辺の断熱空間に設置したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の冷蔵庫。
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