JP2005300005A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 断熱空間への真空断熱パネルの配設において、断熱壁内外の温度差が大きく、且つ形状が平面でない機械室壁部へ設置する真空断熱パネルを、良好な断熱性能が得られるとともに、破損しにくく経時安定性に優れた構成とした冷蔵庫を提供する。
【解決手段】 冷蔵庫キャビネット１の断熱空間にポリウレタンフォームを発泡充填したもの、あるい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、内部を真空排気した断熱パネル体５を冷蔵庫キャビネット１の断熱空間に取り付け、残余の断熱空間にポリウレタンフォーム６を発泡充填して埋設したものにおいて、前記ガスバリア容器を金属で形成するとともに、この真空断熱パネル体15を冷蔵庫本体１の機械室８を形成する壁面９に設置したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、グラスウールをコア材とした真空断熱パネルを用いた冷蔵庫に関する。

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体とな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８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ため、１〜数１００Ｐａ程度の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通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、図９に示すように、パーライト等無機質の微粉末をコア材としたものは、微粉末固体自体の熱伝導が大きく断熱のための空間容積が少ないことから、また、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、０．００５〜０．００６Ｗ／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グラスウールがあり、繊維径が数μｍ以下のグラスウール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る。

これらの真空断熱パネル（55）は、ポリオレフィン等をシール層とする前記ラミネートフィルムをヒートシールして真空封止する方法が一般的であるが、樹脂によるシールであるために耐熱性に問題がある。すなわち、高温の使用環境ではシール強度が保持できず、シール強度に問題がない場合でも、シール層からのガス透過が大きくなり、ゲッタ剤の種類の選択と量によって対処しても経時劣化を抑えることができない欠点がある。

また、真空断熱パネルの配設構造は、前述したように、平板状の真空パネル（55）と注入発泡させたウレタンフォームとの複合構造であり、冷蔵庫本体の側面や背面、天井面や扉等の平面部分への配設は比較的容易であるが、圧縮機を収納した機械室を形成している底板部等への採用は、該部分の形状が複雑であることから真空断熱パネルを折り曲げたり曲面に沿わせて変形させる必要があるため、パネルへの機械的ダメージが大きく、リークの原因になっていた。

パネルの破損によるリークを防ぐために、配設面の形状に合わせてパネルを小分割して用いると、小形化したパネル端面からのヒートブリッジによる熱リークの影響が大きくなり、特に、前記機械室周囲は、構造が複雑であるばかりでなく、圧縮機の高温影響で庫内外の温度差が大きくなって熱リークが大きくなる場所でもあり、冷蔵庫全体としての断熱効果が目減りしてしまう問題があった。

そして、例えば、特許文献１には、結合材により平板状に形成した無機繊維集合体をコア材とした真空断熱パネルを、冷蔵庫における機械室と庫内の仕切り部の設けた構成が示されており、また、特許文献２には、無機質細径繊維とステンレス製の真空パネル容器からなり、パネル容器は、樹脂シールによらず溶接により気密とした真空断熱パネルの構成が開示されている。
特開２００３−３１４９５１号公報 特開平７−１０３９５５号公報

しかしながら、特許文献１記載の構成における真空容器であるガスバリア性ラミネートフィルムは、金属箔や金属蒸着層と樹脂フィルムから形成されており、樹脂によりシールされていることから、圧縮機の熱影響の大きい機械室近傍での使用は、耐熱性に問題があり、長期に亙る経時劣化を抑えることができないものであり、また、真空断熱パネルは平板状であることから、複雑な機械室構造に適合した形状を意図しているとは言えないものであった。

特許文献２の場合は、真空パネル容器はステンレスで形成され、且つその接合部は溶接により密着結合されているが、真空断熱パネルは平板状であって、機械室部等の複雑な形状部に配設されたものではなく、且つ、機械室壁内外の温度差が大きくなってより効果的な断熱作用を必要とする部分への適用を考慮されたものではない。

本発明は上記点を考慮してなされたものであり、断熱空間への真空断熱パネルの配設において、断熱壁内外の温度差が大きく、且つ形状が平面でない機械室壁部へ設置する真空断熱パネルを、良好な断熱性能が得られるとともに、破損しにくく経時安定性に優れた構成と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、冷蔵庫キャビネットの断熱空間にポリウレタンフォームを発泡充填したもの、あるい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、内部を真空排気した断熱パネル体を冷蔵庫キャビネットの断熱空間に取り付け、残余の断熱空間にポリウレタンフォームを発泡充填して埋設したものにおいて、前記ガスバリア容器を金属で形成するとともに、この真空断熱パネル体を冷蔵庫本体の機械室を形成する壁面に設置したことを特徴とする。

この構成によって、冷蔵庫本体の機械室部の断熱壁面における真空断熱パネルを、機械室壁面に沿った形状で小分割することなく、高温の機械室部に対して良好な断熱性能を保有した状態で配置することができるとともに、冷蔵庫の製造工程等でパネル体への外的ダメージを受けてもガスバリア容器として破損しにくく、冷蔵庫としての断熱性能と経時安定性を長期に亙って保持することができる。

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鋼板からなる外箱（２）と貯蔵室を形成する内箱（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）の両側面、背面および天井面の内面には、断熱体として詳細を後述する真空断熱パネル（５）を貼り付けるとともに、本体下部の圧縮機（４）等を収納する機械室（８）を形成する外箱底板（９）の内面には真空断熱パネル（15）を設置しており、残余の内箱（３）との間隙には、ポリウレタンフォームからなる発泡断熱材（６）の原液を注入し、発泡充填して前記内外箱（３）（２）と真空断熱パネル（５）、および底板（９）と真空断熱パネル（15）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。

しかして、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、容器の開口を閉塞してヒートシール（５ｃ）し、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）をさらに２分の１程度に圧縮し、最終的に容器内部を真空減圧状態に保持した厚みが１０〜１２ｍｍの真空断熱パネル（５）が形成される。

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２〜６μｍ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すことも可能としている。

ニードリング加工は、側面に小さな釣り針状のハーブを複数備えたニードルを積層したグラスウールに対して厚み方向に高速で抜き刺しすることで、ハーブの引っ掛かりにより繊維同士を絡めて一体化するものである。

短繊維グラスウールへのニードリングは、長繊維に比べて繊維の絡みがほぐれ易い欠点があって有効ではないとされており、一般的には採用されない方法であったが、発明者らは、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に着目して、これにニードリングを施す研究をおこない、その結果、厚さ５０ｍｍの原綿マットに対してニードリングをおこなうとともに、ニードリング加工後の所定サイズのカットや水分除去のための乾燥工程等を手早くおこなうことで、所定サイズのグラスウールマットを形成することに成功した。

そして、前記繊維径と繊維長により、グラスウール繊維のランダム配向は維持され、ニードリング加工により繊維が厚み方向で絡まり合うことで、厚み方向の熱伝導率が低くなって断熱効果が大きくなり、原綿状態で５０ｍｍの厚みのものが１０〜２０ｍｍ程度の厚みに圧縮されて表面も平滑になり、さらにマットとして弾力や粘りのある、いわゆる腰の強いマット状コア材（５ａ）を得ることができた。

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、従来に比較してその厚みは数分の１に薄くなっており、そのうえ腰が強いため、容器（５ｂ）への挿入作業が容易にできるとともに、嵩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としての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。

また、前記実施例におけるグラスウールコア材（５ａ）は、バインダーを使用しないことを特徴としている。バインダーは断熱性能の確保や形状維持に対して有効である反面、コア材への付着や固化工程に高温処理が必要であったが、本実施例においてはバインダーを使用しないために前記処理を必要とせず、当然真空パック後のアウトガスの発生もきわめて少なくなる。

上記については、真空排気前のコア材の充分な乾燥が必要であることは言うまでもないが、アウトガスの発生を抑えることによって、初期断熱性能を確保できるだけでなく、内圧上昇による断熱性能の経時劣化を最小限に抑えることができ、さらに、ゲッター剤の量を低減したり、より安価なゲッター剤（５ｄ）を採用でき、コストの低減をはかることができる。

コア材であるグラスウールは、繊維長が１０ｍｍ程度の短繊維材を５０％以上用い、その他３０ｍｍ以上の繊維長のものも混入させて使用している。繊維長を短くするには、開繊したり、切断する方法が開示されているが、本発明では、ガラスを溶融して綿菓子と同じ原理で、遠心力によってノズルから噴出させて固化させる方法により形成する。これは「遠心紡糸法」として超極細繊維を製造する際に採用されている方法であるが、極細の短繊維グラスウールを効率的に形成する方法として有効であり、この遠心紡糸法による短繊維材、ノーバインダー、およびマット状コア材へのニードリング加工によって形成したグラスウール製コア材により、好適な真空断熱パネルを得ることができるものである。

次に、機械室（８）を形成する外箱底板（９）の内面に配設した真空断熱パネル（15）について説明する。図４に一部を破断した斜視図で示す真空断熱パネル（15）におけるグラスウールのコア材（15ａ）は前記実施例に記載した構成と同一であり、ここではこのコア材（15ａ）を収納するガスバリア容器（16）について説明する。

ガスバリア容器（16）は、厚さが３０〜１００μｍ程度のステンレスシートをあらかじめ絞り加工して開口周囲に壁部（17ａ）および鍔部（17ｂ）を設けて皿状に形成するとともに、機械室（８）を形成する底板（９）に沿わせて、断面をほぼＬ字状、あるいは他の折曲段部等の成形部（17ｃ）を有するようにプレス成形した容器（17）と、この皿状容器（17）の開口面の鍔部（17ｂ）に配設した前記成形部（17ｃ）に合致する形状に折曲成形したステンレスシートによる板体（18）とからなり、板体（18）によって容器の開口を閉塞したものである。

そして、この成形部を有する皿状容器（17）内にグラスウールのコア材（15ａ）を押し込んで収納した後、前記皿状容器の鍔部（17ｂ）と板体（18）の周縁とを当接させ、溶接（19）、あるいは鑞付けにより容器の内部空間を密封結合することで断熱パネル（15）を形成する。

上記構成によれば、グラスウールのコア材（15ａ）は、前述のようにプレス成形によってマット状に形成されており、ガスバリア容器（16）は、ステンレス等の金属シートで形成されているため、形状保持が容易であり、一般的におこなわれているグラスウールのバインダー処理は不要である。

したがって、バインダー処理工程に必要な高温乾燥が不要となるだけでなく、バインダー処理時に無機系、有機系を問わず系内に残存する未反応物や反応副生成物等によるガスの発生がないため真空度維持がより容易となるものであり、このようにして結合したガスバリア容器（16）の一部に設けた開口部から、前述の真空断熱パネル（５）の場合と同様に真空チャンバー（７）内で内部空気を排気し、その後に、その開口部を溶接（19）、あるいは鑞付けにより密封し、真空断熱パネル（15）を形成するものである。

以上のように構成した真空断熱パネル（５）は、図１に示すように、冷蔵庫本体（１）の外箱（２）の両側壁内面や天井面、さらには必要に応じて背面等に、所定のパネル間隔を形成してホットメルト接着剤（10）や両面テープで所定位置に貼り付けるものであり、また、外箱の底板（９）部においては、金属製のガスバリア容器（16）からなる真空断熱パネル（15）が配置される。

そして、取り付け後の真空断熱パネル（５）および（15）と内箱（３）との空間には、現場発泡方式によりポリウレタンフォーム断熱材（６）の原液を注入発泡し、充填固化することでパネル（５）と内箱（３）、外箱（２）とを一体化し、５０ｍｍ〜６５ｍｍの断熱壁厚にしている。

このとき、外箱（２）の両側面、背面および天井面における真空断熱パネル（５）は平板状で凹凸や反りが少なく平滑であるため、外箱（２）面への固定もボイドを生じることなく確実に、且つ容易におこなうことができるものである。

しかして、機械室（８）に対向していることから高温部の熱影響を受けやすく、さらに、表面形状が複雑化している傾向の強い底板（９）への配設に際しては、真空断熱パネル（15）のガスバリア容器（16）が、剛性の高い金属で形成されているとともに、底板（９）形状に沿わせた折曲段部等の成形部（17ｃ）を有していることから、その取り付けは簡単、且つ確実におこなうことができ、製造工程中における搬送時に外力を受けても破損しにくく、経時安定性も長期に亙って保持することができる効果を奏する。

しかも断熱力の大きな真空断熱パネルであることから、機械室（８）における圧縮機（４）等高温部材の熱や庫内外の大きな温度差による悪影響に対しても充分に熱遮断することができ、貯蔵室内の冷却効率を向上させて消費電力の低減に貢献できるものである。

なお、ガスバリア容器（16）を前記のような成形部を設けた形状でなく、同一符号を附した図５のように平板状の金属パネル（16）で形成し、図６に示すように、機械室（８）を形成する外箱底板（９）部に配設してもよいことは言うまでもない。

また、前記各実施例では、断熱キャビネットの両側板や天井面に真空断熱パネル（５）を配設したもので説明したが、機械室（８）を形成する底板（９）部以外は真空断熱パネルを使用せず、ポリウレタンフォームを発泡充填することで断熱壁を形成したものに適用してもよい。

そしてまた、前記実施例においては、ガスバリア容器（16）を別部材として形成し、冷蔵庫本体の外箱底板（９）部分に貼り付ける構成としたが、これに限らず、図７に示すように、前記鋼板製の底板（29）内面のほぼ全面に亙ってあらかじめガスバリア容器となる容器状部（27）を形成し、この容器状部（27）にグラスウールのコア材（25ａ）を収納するとともに、開口周縁の鍔部（27ｂ）によってこれも鋼板からなる板体（28）を接合し、内部を真空排気して断熱パネル体（25）を形成するようにしてもよい。

そして、真空断熱パネル（25）を一体的に組み込んだ底板（29）を、外箱（２）の側板、背面板と溶接合して外箱本体として一体化し、これに内箱（３）を組み合わせて外箱（２）との間隙内にウレタンフォーム（６）を注入し発泡することで、高温となる機械室（８）側に位置する真空断熱パネル（25）部分を外内箱の断熱空間内に埋設し、トータルとして充分な断熱性能を保持した冷蔵庫本体としての断熱キャビネットを構成することができる。

また、真空断熱パネル（25）を底板（29）と一体化した上記構成によれば、高温状態となる機械室（８）の対向面の断熱性能を大きくできるとともに、底板とパネルとが別部材であることによる形状合わせが不要となり、組み立て工程を簡単にすることができる。

なお、冷蔵庫は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、良好な断熱性能を有して消費電力量が少ない真空断熱パネルを用い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。 図１の機械室部に設置した真空断熱パネルの一部を切欠した斜視図である。 図１の機械室部に設置した平板状の真空断熱パネルを示す断面図である。 図５の真空断熱パネルを機械室部に設置した図１と同一部分の断面図である。 本発明のさらに他の実施例を示す機械室部分の断面図である。 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。

符号の説明

１ 冷蔵庫本体 ２ 外箱 ３ 内箱
４ 圧縮機 ５ 真空断熱パネル ５ａ マット状コア材
５ｂ ガスバリア容器 ５ｃ ヒートシール ６ 断熱材
７ 真空チャンバー ７ａ ベース ７ｂ ステージ
７ｃ 真空ポンプ ８ 機械室 ９、29 外箱底板
10 ホットメルト 15、25 真空断熱パネル 15ａ、25ａ コア材
16 ガスバリア容器 17、27 皿状容器 17ａ、27ａ 周壁部
17ｂ、27ｂ 鍔部 17ｃ 成形部 18、28 板体
19 溶接部

Claims (5)

1. 冷蔵庫キャビネットの断熱空間にポリウレタンフォームを発泡充填したもの、あるい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、内部を真空排気した断熱パネル体を冷蔵庫キャビネットの断熱空間に取り付け、残余の断熱空間にポリウレタンフォームを発泡充填して埋設したものにおいて、前記ガスバリア容器を金属で形成するとともに、この真空断熱パネル体を冷蔵庫本体の機械室を形成する壁面に設置したことを特徴とする冷蔵庫。
2. 断熱パネルは、機械室を形成する底板形状に沿わせた折曲段部等の成形部を有していることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
3. 断熱パネルは、機械室を形成する底板と一体的に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
4. ガスバリア容器は絞り加工した皿状の金属容器と、この容器の上面開口を閉塞する金属板とからなり、前記金属容器と金属板との接合部は、溶接、あるいは鑞付けにより容器内を密封して結合したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷蔵庫。
5. グラスウールマットは、短繊維グラスウールであり、バインダーを使用しないことを特徴とする請求項１記載の真空断熱パネル。
   

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