JP2010276309A - 断熱箱体及びこれを備えた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】内箱と外箱の間に配置する真空断熱パネルによりウレタンフォームの流動をガス抜き穴の近傍まで案内してポリウレタンフォームの未充填部の発生を防止する。
【解決手段】外箱１と内箱２の間に真空断熱パネル７を配置する断熱箱体において、外箱にポリウレタン樹脂を注入する注入口９を設け、注入されたポリウレタン樹脂により生成されて立ち上がるポリウレタンフォーム１５が発生する発泡ガスを外部に排出するガス抜き穴１１を、外箱と内箱にそれぞれ設け、真空断熱パネル７は、立ち上がるポリウレタンフォームをそれぞれのガス抜き穴まで誘導案内する折り曲げ形状からなる構造を有する。真空断熱パネルは外箱と内箱の空間内にスペーサ１２により固定配置され、側板３と背面板５に沿ってガス抜き穴１１近傍に至る断面Ｌ字の折り曲げ形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空断熱パネルの配置された断熱箱体に係り、特に冷蔵庫、冷凍庫、冷蔵ショーケースおよび自動販売機などに用いる断熱箱体に関する。

近年、地球温暖化防止の観点から省エネルギーが強く望まれており、いずれの分野においても省エネルギー化は課題となっており、熱を効率的に利用するという観点から、優れた断熱性能を有する断熱箱体が求められている、
そこで、硬質ポリウレタンフォームと熱伝導率の低い真空断熱パネルとを併用して断熱層とする断熱箱体が、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に提案されている。特許文献１〜３に提示された断熱箱体の製造方法は、外箱及び内箱からなる箱体を形成し、この箱体の外箱と内箱との間に形成される空間に真空断熱パネルを配置した状態で硬質ポリウレタンフォームを充填して形成した断熱箱体である、
従来、真空断熱パネルは、冷蔵庫外箱に接着剤にて貼り付けているが、この手法においては、放熱パイプ等の部品によって、真空断熱パネルの貼付け領域が制約され、効果が目減りすることがあった。さらに、外箱鋼板に直接に真空断熱パネルを貼り付けることにより、この真空断熱パネルの外被材を通して熱移動が促進されること（ヒートブリッジ効果）となってしまい、想定した断熱性能が得られないことがあった。

そこで、冷蔵庫外箱と内箱間の空隙部においてスペーサを介在させて浮かせた状態で真空断熱パネルを設置する手法が、例えば特許文献４で提案されている。

特開２０００−２８３３８５号公報 特開２００１−９９３９２号公報 特開２００２−９００４８号公報 特開２００５−５５０８６号公報

しかしながら、特許文献４に開示されたように、真空断熱パネルを外箱と内箱間の空隙部に設置する場合、硬質ポリウレタン樹脂が流動する空隙が非常に小さくなり、流動抵抗が大きくなることから未充填部（ポリウレタンフォームの形成ルートの差異によって発生するポリウレタンフォームの存在しない空洞部）が発生する課題があった。また、薄肉部ではポリウレタンフォーム表面層近傍にスキン層の発生が顕著となり（ポリウレタンフォームが形成される中央部分に比べてその周辺部分ではフォーム形成速度が低下し発泡状態が良くない層ができる）、断熱性能の悪化に繋がった。

これらの課題を解決するためには、硬質ポリウレタン樹脂自体の特性を高流動タイプにする等の原料側からの改善のアプローチがあるが、断熱性能と流動性を共に満足する処方の構築には限界がある。逆に、冷蔵庫の箱体構造からの改善アプローチもあるが、断熱厚さを大きくすることは冷蔵庫内容積の縮小に繋がり、冷蔵庫自体の使い勝手が悪くなる。

また、スペーサによる真空断熱パネルの設置方法についても課題があった。真空断熱パネルの固定が不十分であると、ポリウレタン樹脂の流動により真空断熱パネルが波打ち現象を起こし、ウレタン流動空隙が不均一となり、真空断熱パネルを挟んだ左右でポリウレタンフォームの形成速度が大きく異なり、一方からの発泡樹脂圧による真空断熱パネルの剥がれ、ずれ、流れ等の課題が生じた。

また、外箱と内箱の間で、真空断熱パネルの設置していない通常の肉厚のある部分においては、ポリウレタン樹脂の流動は、真空断熱パネルの設置部位よりも優勢であり、部分によっては、パネル非設置部位で先に立ち上がったポリウレタンフォームが、パネル設置部位で後から立ち上がってくる真空断熱パネル部分のポリウレタンフォームの上から蓋をするような形で行く手を阻み、発泡時に発生するガスの抜け道を遮ることからエアパック状態（ガスでパッキングした状態、すなわち空洞部）となり、未充填部が発生する課題があった。

本発明は、内箱と外箱の間に配置する真空断熱パネルによりウレタンフォームの流動をそのガス抜き穴の近傍まで案内し、または真空断熱パネルを内箱と外箱の略中間位置に配置することで、ポリウレタンフォームの未充填部の発生を防止する断熱箱体及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
外箱と内箱の間に真空断熱パネルを配置する断熱箱体において、前記外箱と前記真空断熱パネルとの間にポリウレタン樹脂を注入する注入口を設け、前記注入されたポリウレタン樹脂により生成されて立ち上がるポリウレタンフォームが発生する発泡ガスを外部に排出するガス抜き穴を、前記外箱と前記内箱にそれぞれ設け、前記真空断熱パネルは、前記立ち上がるポリウレタンフォームを前記それぞれのガス抜き穴まで誘導案内する折り曲げ形状からなる構造を有する構成とする。

また、前記断熱箱体において、前記外箱と前記内箱は、その断面がそれぞれ背面板と両側の側板とで形成されたコの字形状であり、前記ガス抜き穴は前記外箱と前記内箱のそれぞれの背面板に設けられ、前記真空断熱パネルは、前記外箱と前記内箱の間に形成される空間内に固定部材により固定配置され、前記側板と前記背面板に沿って前記ガス抜き穴近傍に至る断面Ｌ字の折り曲げ形状である構成とする。さらに、前記外箱と前記内箱は、その断面がそれぞれ背面板と両側の側板とで形成されたコの字形状であり、前記真空断熱パネルは、前記ポリウレタンの立ち上がり部位において前記外箱と前記内箱のそれぞれの側板の間に配置されるとともに、前記立ち上がり部位の反対側において前記真空断熱パネルの端部が前記内箱の側板に貼り付け固定される、折り曲げ形状の構造であり、前記ガス抜き穴は、前記貼り付け固定された前記真空断熱パネルの端部近傍における前記内箱の側板に設けられる構成とする。

本発明によれば、内箱と外箱の間に配置する真空断熱パネルがウレタンフォームの流動のガイド機能を果たし、発泡ガスがガス抜き穴へと移動することによって、ポリウレタンフォームの未充填部の発生を防止し、また、真空断熱パネルを内箱と外箱の略中間位置に配置することで真空断熱パネルの両側におけるポリウレタンフォームがガス抜き穴に到達する時間が略等しくなることによって、ポリウレタンフォームの未充填部の発生を防止して、断熱性能に優れた断熱箱体及びこれを備えた冷蔵庫を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る断熱箱体におけるポリウレタンフォームの流動状態を真空断熱パネルの配置状況とともに図示する断面図である。 本発明の実施形態に係る断熱箱体に用いる真空断熱パネルの断面構造を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る断熱箱体におけるポリウレタンフォームの流動状態を真空断熱パネルの配置構造例とともに図示する断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る断熱箱体におけるポリウレタンフォームの初期立ち上がり流動状態を真空断熱パネルの構造例とともに図示する断面図である。

本発明の実施形態に係る断熱箱体について、図１〜図４を参照しながら以下詳細に説明する。図面において、１は外箱、２は内箱、３は側板、４は天板、５は背面板、６は底板、７は真空断熱パネル、８はポリウレタンフォーム、９はウレタン注入口、１０はフランジ面、１１はガス抜き穴、１２は固定部材、１３は突起部材、１４はポリウレタン樹脂、１５はポリウレタンフォーム、２１は吸着剤、２２は芯材、２３は内包材、２４は外包材、Ａ，Ｂはウレタンフォーム初期立ち上がり距離、をそれぞれ表す。

図１において、本発明の第１の実施形態に係る断熱箱体は、前面（図１の図示例で図面下側）が開口した形状を形成し、外箱１と内箱２からなり、外箱１は鋼板でできた側板３、天板４、背面板５、底板６から成る。

内箱２は、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等から成る成形品から成り、仕切によって複数の部屋に分割されており、真空断熱パネル７は外箱１と内箱２間に固定部材１２によって設置され、残りの空隙部分に硬質ポリウレタン樹脂（ポリウレタンフォーム）８が充填されている。真空断熱パネル７は曲げ加工が施してあり、断熱箱体の側板３部と背面板５部の一部を覆っている。

次に、真空断熱パネル７の構造について図２に示すが、ガス成分や水分を吸着する吸着剤２１を保持しバインダを含まないグラスウールの積層体が有機フィルムから形成される内包材２３に挿入され、内包材２３内のグラスウール積層体を真空脱気して成形した芯材２２がガスバリヤ性を有する外包材２４内に挿入された後に真空引きが行われて所定時間後に封止することによって、真空断熱パネル７が作製される。ここで、積層体を形成する材料は、グラスウールに限らず樹脂繊維やセラミックス繊維等でもよい。また、内包材２３の有無には拘らない。

本発明の第１の実施形態の場合においては、注入口９から注入された液状のポリウレタン樹脂１４（図１で点線）は断熱箱体のフランジ面１０に滴下され、その後ポリウレタン樹脂１４がクリーム状態の間にフランジ面１０を液状態で流動し、その後泡化し、ポリウレタンフォーム１５が立ち上がりとともに樹脂化し固化していく（図１で実線）。その際、ポリウレタンフォーム１５は真空断熱パネル７の両側に沿って発泡ガスを巻き込みながら立ち上がっていく。続いて、ポリウレタンフォーム８は、L字状に曲げられた真空断熱パネル７がガイドとなってガス抜き穴１１，１１に向かって強制的に流動する。それにより発泡ガスの排出がスムーズに行われ、エアパックによる未充填部の発生が抑制されるとともに、スキン層の発生が少ないポリウレタンフォームが形成され、断熱性能の改善が図られる。

図１に示すポリウレタンフォームの流動に際して、真空断熱パネル７を挟んで両側を流動するポリウレタンフォームの流速は、フランジ面１０から立ち上がり、最初に真空断熱パネル７の曲がり部に衝突し、それぞれ両側の肉厚内に流入する際、その流動空隙厚で決まる。つまり、空隙厚が狭い場合はウレタン流動抵抗が大きくなって、ウレタン流入量も少なくなり、全体的に樹脂化の速度は遅くなる。他方、流動空隙厚が大きい方には流動抵抗が小さいことからポリウレタンフォーム（ゲル状）が多く流入して、流動速度は速くなる。

真空断熱パネル７の両側に流れるポリウレタンフォームの速度差が大きい場合、先に真空断熱パネル７の端部に到達した場合、その勢いが持続していることから、ポリウレタンフォームは反対側の空隙に回り込んで当該空隙に蓋をする格好となり、反対側のウレタン流動を妨げ、発泡ガスが抜けなくなり未充填部（未充填ボイド）の発生を促す結果となってしまう。第１の実施形態では、ポリウレタンフォームの流動速度が均一となるように、もしくは、ガス抜き孔１１，１１又は真空断熱パネル端部に到達する時間が等しくなるように、真空断熱パネル１０を設置することによって、真空断熱パネル７両側の空隙を配分していることから、良好な状態のポリウレタンフォームが形成され、未充填部の発生等を抑制し、断熱性能に優れた断熱箱体を提供できるのである。

次に、本発明の第２の実施形態に係る断熱箱体について、図３を参照しながら以下説明する。第２の実施形態の場合においては、真空断熱パネル７の一部分が内箱２に固定設置されているが（図３の例では内箱２に貼り付け固定されている）、２箇所（図示のａとｂの箇所）にて曲げ加工が施してあり、真空断熱パネル７の大部分が、外箱１と内箱２間の空隙の略中央部分に位置するように設置してある。

図３において、注入口９から注入された液状のポリウレタン樹脂１４は断熱箱体のフランジ面１０に滴下され（図３で点線）、その後ポリウレタン樹脂１４がクリーム状態の間にフランジ面１０を液状態で流動し、その後泡化し、ポリウレタンフォーム１５が立ち上がりとともに樹脂化し固化していく。その際、ポリウレタンフォーム１５は真空断熱パネル７の両側を発泡ガスを巻き込みながら立ち上がっていくが（図３で実線）、真空断熱パネル７と内箱２間を流動するウレタンフォーム１５は、曲げ加工された真空断熱パネル７がガイドとなってガス抜き穴１１に向かって強制的に流動するようになっており、それにより発泡ガスの排出がスムーズに行われ、エアパックによる未充填部の発生が抑制されるとともに、スキン層の発生が少ないウレタンフォームが形成され、断熱性能の改善を図ることができる。

このように、図３に示すように真空断熱パネル７を設置することにより、例えば内箱２部に突起部材１３のような物が存在する場合、従来は内箱２側への貼付けは不可能であったが、真空断熱パネル７の曲げ加工によりその部分を逃げることが可能となり、真空断熱パネル７の占有率向上、つまり断熱性能の向上に繋がる。また、従来の内箱２への全面貼付け時に必要であった接着剤の使用量も大幅に削減可能であり、また、第１の実施形態のように固定部材１２が必要ないため、原価低減の効果も期待できる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る断熱箱体について、図４を参照しながら以下説明する。第３の実施形態の場合においては、真空断熱パネル７は固定部材１２によって、外箱１に固定設置されている。ところで、第１の実施形態においては、真空断熱パネル７の固定位置を外箱１と内箱２の中間相当の位置において想定しているが、冷蔵庫実機においては、放熱パイプや機内配線等の影響により、中間部分に設置できない場合も想定されるのである。

そして、上述した中間相当位置ではない設置条件において、注入口９から注入されたポリウレタン樹脂１４は断熱箱体のフランジ面１０に滴下され、その後ポリウレタン樹脂１４がクリーム状態の間にフランジ面１０を液状態で流動し、その後泡化し、ポリウレタンフォーム１５（ゲル状）が立ち上がりとともに樹脂化し固化していく。その際に、真空断熱パネル７と外箱１間の距離Ａ或いは真空断熱パネル７と内箱２間の距離Ｂが大きく異なると、ポリウレタンフォーム１５は、空間の広い方に積極的に流動を開始する結果、ポリウレタンフォーム１５の流動量に偏りが生じ、広い空間の方から充填が進捗し、発泡圧によって真空断熱パネル７が固定部材１２から剥がれたり、或いは外箱１側に押付けられたりすることが想定される。

そこで、第３の実施形態では、図４に示すように、ポリウレタンフォーム１５の立ち上がり部位において、部分的な曲げ加工を施した真空断熱パネル７を設置することによって、真空断熱パネル７の両側でのポリウレタンフォーム１５の流動量に偏りが生じないようにしている。すなわち、特に、真空断熱パネル７における、ポリウレタンフォーム１５が立ち上がってくるフランジ面１０に対面する部分を曲げて、真空断熱パネル７と外箱１の距離Ａと、真空断熱パネル７と内箱２間の距離Ｂを均等とすることでそれらの断面積を略同一とし、ポリウレタンフォーム１５の流動量の偏りを抑制することが可能となり、真空断熱パネルが片側に押付けられたり、流れたりする不良を防ぐことが可能となる。

真空断熱パネル７を挟んだその端部の両側における断面積を略同一とすることで、ポリウレタンフォーム１５の立ち上がり初めの流動量を略均等にすることができる。図４でポリウレタンフォームのその後の形成部位（図４で真空断熱パネル端部よりも上方の位置）でパネル両側の断面積が均等でなくても、ウレタンフォームの立ち上がり初期の部位における断面積がポリウレタンフォームの流動量を左右するのである。なお、不図示ではあるが、外箱１と内箱２のそれぞれの背面板５にはガス抜き穴が設けられている。

以上説明したように、本発明の実施形態の特徴は次のような課題達成のための構成を備え、顕著で特有な作用効果を奏するものである。すなわち、真空断熱パネルを外箱と内箱の空隙部分に設置した場合に生じる、ウレタン発泡圧による真空断熱パネルの固定部材からの剥がれや流れ、ウレタン未充填部（未充填ボイド）の発生を抑制するために、基本的には真空断熱パネルを外箱と内箱の略中間位置に配置し、具体的には、真空断熱材を挟んだ両側のポリウレタンフォームが流動してガス抜き孔に到達する時間が略等しくなるような（ポリウレタンフォームの流動速度を同等としてもよい）真空断熱パネルの構造と配置を特徴とする。また、さらに具体的には、ポリウレタンフォームが立ち上がり始めるフランジ面に対面する真空断熱パネルの端部において、外箱と真空断熱パネル間の距離と内箱と真空断熱パネル間の距離（それぞれの距離に相当するそれぞれの断面積）が同等となるように真空断熱パネルに部分的な曲げ加工を施すことを特徴とする。

このように、本実施形態に係る断熱箱体において、曲げ加工した真空断熱パネルがポリウレタンフォーム流動のガイドの役割を果たし、発泡ガスが積極的にガス抜き穴へと移動することにより、エアパックによる未充填部の発生が防止可能となり、また、真空断熱材を挟んで両側のポリウレタンフォーム流動の速度が均一化されるため、フォーム形成がスムーズに進行することから、ウレタンフォーム表面のスキン層の発生も抑制され、全体的な断熱性能の向上と、ポリウレタン樹脂の低注入量化に繋がる。さらに、冷蔵庫フランジ側のポリウレタンフォームが立ち上がる最初の部分において、真空断熱パネルの左右両側における空隙の厚みが均等であると、ウレタンフォーム立ち上り速度が均一化し、一方に偏った場合のような真空断熱パネルのスペーサからの剥がれや流れ等の不良は無くなる。

１ 外箱
２ 内箱
３ 側板
４ 天板
５ 背面板
６ 底板
７ 真空断熱パネル
８ ポリウレタンフォーム
９ ウレタン注入口
１０ フランジ面
１１ ガス抜き穴
１２ 固定部材
１３ 突起部材
１４ ポリウレタン樹脂
１５ ポリウレタンフォーム
２１ 吸着剤
２２ 芯材
２３ 内包材
２４ 外包材
Ａ，Ｂ ウレタンフォーム初期立ち上がり距離

Claims (5)

1. 外箱と内箱の間に真空断熱パネルを配置する断熱箱体において、
   前記外箱と前記真空断熱パネルとの間にポリウレタン樹脂を注入する注入口を設け、
   前記注入されたポリウレタン樹脂により生成されて立ち上がるポリウレタンフォームが発生する発泡ガスを外部に排出するガス抜き穴を、前記外箱と前記内箱にそれぞれ設け、
   前記真空断熱パネルは、前記立ち上がるポリウレタンフォームを前記それぞれのガス抜き穴まで誘導案内する折り曲げ形状からなる構造を有する
   ことを特徴とする断熱箱体。
2. 請求項１において、
   前記外箱と前記内箱は、その断面がそれぞれ背面板と両側の側板とで形成されたコの字形状であり、
   前記ガス抜き穴は前記外箱と前記内箱のそれぞれの背面板に設けられ、
   前記真空断熱パネルは、前記外箱と前記内箱の間に形成される空間内に固定部材により固定配置され、前記側板と前記背面板に沿って前記ガス抜き穴近傍に至る断面Ｌ字の折り曲げ形状である
   ことを特徴とする断熱箱体。
3. 請求項１において、
   前記外箱と前記内箱は、その断面がそれぞれ背面板と両側の側板とで形成されたコの字形状であり、
   前記真空断熱パネルは、前記ポリウレタンの立ち上がり部位において前記外箱と前記内箱のそれぞれの側板の間に配置されるとともに、前記立ち上がり部位の反対側において前記真空断熱パネルの端部が前記内箱の側板に貼り付け固定される、折り曲げ形状の構造であり、
   前記ガス抜き穴は、前記貼り付け固定された前記真空断熱パネルの端部近傍における前記内箱の側板に設けられる
   ことを特徴とする断熱箱体。
4. 外箱と内箱の間に真空断熱パネルを配置する断熱箱体において、
   前記外箱と前記真空断熱パネルとの間にポリウレタン樹脂を注入する注入口を設け、
   前記注入されたポリウレタン樹脂により生成されて立ち上がるポリウレタンフォームが発生する発泡ガスを外部に排出するガス抜き穴を、前記外箱と前記内箱にそれぞれ設け、
   前記外箱と前記内箱は、その断面がそれぞれ背面板と両側の側板とで形成されたコの字形状であり、
   前記真空断熱パネルは、前記外箱と前記内箱の間に形成される少なくとも前記側板の空間内に固定部材により固定配置され、
   さらに、前記真空断熱パネルは、前記ポリウレタンフォームの立ち上がり部位に対応する前記真空断熱パネル端部が折り曲げ形状の構造を有し、
   前記折り曲げ形状の構造の前記真空断熱パネル端部を挟んでその両側における前記外箱との距離と前記内箱との距離を同等とする
   ことを特徴とする断熱箱体。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載された断熱箱体を備えたことを特徴とする冷蔵庫。

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