JP2011241988A - 断熱箱体および冷蔵庫 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に関わる断熱箱体は、真空断熱材1および連通孔をもつ被覆材5を組み合わせた断熱パネル7を断熱に用いる断熱箱体19であって、真空断熱材1は、グラスウールの芯材3と、ゲッター剤4と、芯材3およびゲッター剤4を収納するガスバリア性の外包材2とを有するとともに、外包材2の内部を真空封止し、断熱パネル7は、真空断熱材1および被覆材5を内部に含む外被材6の当該内部を減圧し密封して成る。
【選択図】図1
Description
そのため、外箱からの熱が外包材を回り込み真空断熱材の内箱側へと至るヒートブリッジ現象が起こり、断熱材を介しての熱侵入量が増加することで断熱性能の低下を招く問題がある。
図1(a)は、実施形態の断熱パネル7の斜視図であり、図1(b)は、図1(a)の断熱パネル7のA−A線断面図である。図2は、実施形態の真空断熱材1の断面模式図である。なお、図1、図2において、ゲッター剤4を強調して示している。
本発明に係わる実施形態は、図2に示す真空断熱材1を、連通孔の気泡をもつ連通体の被覆材6で覆った断熱パネル7(図1参照)とし、該断熱パネル7を備えた断熱箱体(冷蔵庫本体19)および冷蔵庫21(図3参照)である。
図1に示すように、真空断熱材1および真空断熱材1を覆う連通孔をもつ被覆材5を外被材6で包み、外被材6の内部を、更に減圧密封することにより断熱パネル7としている。
断熱パネル7は、断熱する物質の間において、ハイバリア性が達成され、長期でも高断熱性能および高強度が得られる断熱パネルである。
一般に、真空断熱材は、初期の熱伝導率が非常に優れるが芯材を包む外包材の溶着部やラミネートフィルムからのガス侵入および真空断熱材の内部に付着する水分等により、時間経過に従って真空度が徐々に低下して熱伝導率が高くなる。
すなわち、この断熱パネル7は、グラスウールの芯材3を備えた高性能な真空断熱材1を連通からなる被覆材5と組み合わせ、更に外被材6で減圧密封する構成としたことで、平面度が高く熱伝導率の経時劣化が少ない高性能な断熱パネル7を配設した断熱箱体(冷蔵庫本体19)および冷蔵庫21が実現できる。
なお、断熱性能に大きな問題が発生しない限り、真空断熱材1を収納する断熱パネル7と単体の真空断熱材1を併用して、断熱箱体および冷蔵庫に使用することが可能である。
芯材3としてのグラスウールの平均繊維径は走査式電子顕微鏡を用い、約10本の繊維を含む視野での繊維直径を測定した。また、芯材3には、バインダの結合剤を含まないものが好ましい。何故なら、バインダからのアウトガスの発生により熱伝導率が高くなるのを避けるためである。
すなわち、ポリウレタンの連通フォームは、ポリオール混合物とポリイソシアネートを触媒、発泡剤、整泡剤、連通化剤の存在下において反応させ、被覆材5のパネルが得られる。被覆材5の密度は、約25〜35kg/m3程で、発泡剤は水を主体に用いイソシアネートと水との反応で発生する炭酸ガスの発泡断熱材であり、地球温暖化やCO2発生量の削減といった環境保護を考慮したものである。
また、真空断熱材1の外包材2および被覆材5を覆う外被材6のガスバリア性を大きく向上するには、ステンレス箔とポリイミド溶着剤の金属箔を使用するのが好ましい。
<<実施形態1>>
図1に示す実施形態1の断熱パネル7は、真空断熱材1および連通孔をもつ連通体の被覆材5を組み合わせたものである。
真空断熱材1は、グラスウールからなる芯材3を有するとともに、真空断熱材1を覆う被覆材5は、連通孔をもつウレタン発泡樹脂若しくはスチレン発泡樹脂等で形成される。真空断熱材1が連通孔をもつ被覆材5の内部に覆われる断熱パネル7を冷蔵庫21(図3参照)に配設したものである。
冷蔵庫21は、図3に示すように、箱状に形成された冷蔵庫本体19と、冷蔵庫本体19の前面側の開口を開閉する扉(図示せず)とを備えて構成されている。
内箱10は、冷蔵庫21(図3参照)に貯蔵する貯蔵物を収容する容器を形成する。内箱10は、両側面壁10b、10b、上面壁10c、背面壁10d、底面壁10aを有し、背面壁10dに対向する前面部は貯蔵物を出し入れするための開口部(図示せず)が形成されている。側面壁10bには、複数の凹段部10e2が形成されている。
外箱11は、冷蔵庫本体19の外観を形成する外装を成す部材であり、その内部に位置する内箱10を覆って、両側部の側面壁11b、11b、上面壁11c、背面壁11d、底面壁11aを有している。
断熱壁19dは、冷蔵庫本体19の底部に形成される底壁19d1、冷蔵庫本体19の両側部に形成される両側壁19d2、19d2、冷蔵庫本体19の上部に形成される上壁19d3、および冷蔵庫本体19の背部に形成される背壁19d4を有し構成されている。
断熱壁19dを構成する両側壁19d2、19d2は、それぞれ薄い部分で30mm程の厚さを有し、厚い部分で50mm程の厚さを有している。
図4に示すように、内箱10の底面の左右両側の内箱コーナ部から上方に延びる範囲(側面壁10b)に平坦部10e1が形成され、それより上方に延びる範囲に凹段部10e2が形成されている。
図5に、実施形態1〜6、比較例1〜4の熱伝導率、圧縮強度等の物性・特性の詳細を示す。
また、真空断熱材1を予め被覆材5(図1(b)参照)で覆い冷蔵庫21の箱体(冷蔵庫本体19(図3参照))内に組み込むようにしているので、外観の外箱11の表面の凹凸や波打ちを抑え、冷蔵庫21の箱体強度の低下が抑制される。また、製造時においても外包材2の損傷を防ぎ、真空断熱材1の歩留まり向上にも寄与する効果を奏する。
実施形態2で用いた断熱パネル7としては、以下のように作製した。
まず、実施形態2の真空断熱材1は、平均繊維径が5.6μmのグラスウールからなる芯材3を、300℃1時間のエージング処理後に実施形態1と同様にラミネートフィルムを用いて作製した。真空断熱材1の10℃の熱伝導率を測定したところ、図5に示すように、1.6mW/m・Kであった。また、真空断熱材1を覆う被覆材5(図1(b)参照)としては、ウレタン発泡体がイソシアネートと水との反応で発生する炭酸ガスを発泡剤とした発泡体であり、ポリオールと、水と、触媒と、整泡剤と、連通化剤とを混合したプレミックス成分とイソシアネートを高圧発泡機で混合撹拌して、成形金型に充填注入させて発泡した連通孔をもつ連通体の連通パネルであり、スキン層部を除去したものである。
また、真空断熱材1を予め被覆材5で覆い冷蔵庫21の箱体(冷蔵庫本体19(図3参照))内に組み込むようにしているので、外観の外箱11の表面の凹凸や波打ちを抑え箱体(冷蔵庫本体19)強度の低下が抑制される。また、製造時においても外包材2の損傷を防ぎ、真空断熱材1の歩留まり向上にも寄与する効果を奏する。
実施形態3で用いた断熱パネル7としては、以下のように作製した。
まず、図2に示す真空断熱材1として、平均繊維径が3.0μmのグラスウールからなる芯材3を250℃で1時間のエージング処理後に、実施形態1と同様に、ラミネートフィルムを用い真空断熱材1を作製した。この真空断熱材1の10℃の初期熱伝導率を測定したところ、図5に示すように、1.3mW/m・Kであった。
そして、冷蔵庫21の断熱箱体の冷蔵庫本体19に断熱パネル7を配設するため、図1に示すように、連通ウレタンの被覆材5のパネル中に真空断熱材1を入れたものを外被材6の内部に入れ、真空包装機のロータリーポンプで8分、拡散ポンプで8分、真空チャンバ内の内部圧力が1.0Paになるまで排気後、外被材6の最終端縁部をヒートシールで減圧封止した。
本実施形態3では、前記の如く形成した真空断熱材1を被覆材5で覆った平面度の高い断熱パネル7(図1参照)を、図3に示す断熱箱体である冷蔵庫本体19の外箱11と内箱10の中間にフォーム片からなるスペーサ材13で挟持して固定させ、水発泡剤を主体とする高流動性の硬質ウレタンフォーム12を充填し冷蔵庫21用の断熱箱体(冷蔵庫本体19)を作製したものである。
また、真空断熱材1を予め被覆材5で覆い冷蔵庫21の箱体(冷蔵庫本体19(図3参照))内に組み込むようにしているので、外観の外箱11の外面の凹凸や波打ちを抑え箱体(冷蔵庫本体19)強度の低下が抑制される。また、製造時においても、外包材2の損傷を防ぎ、真空断熱材1の歩留まり向上にも寄与する効果を奏する。
実施形態4で用いた断熱パネル7としては、以下のように作製した。
まず、図2に示す真空断熱材1の芯材3として、平均繊維径が6.0μmのグラスウールからなる芯材3を、250℃で1時間のエージング処理後に実施形態1と同様にラミネートフィルムを用い真空断熱材1を作製した。この真空断熱材1の10℃の初期熱伝導率を測定したところ、図5に示すように、1.6mW/m・Kであった。
断熱パネル7の初期熱伝導率を測定したところ、図5に示すように、3.9mW/m・Kであった。その後、断熱パネル7を60℃の恒温槽中に約60日間放置後の熱伝導率を再測定したところ、7.3mW/m・Kと劣化が小さいものであった。
また、真空断熱材1を予め被覆材5で覆い冷蔵庫21の箱体内(冷蔵庫本体19)に組み込むようにしているので、外観の外箱11の表面の凹凸や波打ちを抑え箱体強度の低下を防ぐことができる。また、製造時においても外包材2の損傷を防ぎ、真空断熱材1の歩留まり向上にも寄与する効果を奏する。
実施形態5で用いた断熱パネル7は、以下のように作製した。
まず、図2に示す真空断熱材1は、平均繊維径が5.2μmのグラスウールからなる芯材3を、300℃1時間のエージング処理後に実施形態1と同様に、ラミネートフィルムを用い作製した。測定温度条件10℃で、この真空断熱材1の熱伝導率を測定したところ、図5に示すように、1.7mW/m・Kであった。
本実施形態5では、前記の如く形成した真空断熱材1を被覆材5で覆った平面度の高い断熱パネル7を、図3に示す断熱箱体の冷蔵庫本体19の外箱11と内箱10の中間にフォーム片からなるスペーサ材13で挟持して固定させ、水発泡剤を主体とする高流動性の硬質ウレタンフォーム12を充填し冷蔵庫21用の断熱箱体の冷蔵庫本体19を作製したものである。
本実施形態6で用いた断熱パネル7は、以下のように作製した。
まず、図2に示す真空断熱材1は、平均繊維径が4.8μmのグラスウールからなる芯材3を、300℃1時間のエージング処理後に実施形態1と同様にラミネートフィルムを用い、作製した。測定温度条件10℃で、この真空断熱材1の熱伝導率を測定したところ、図5に示すように、1.5mW/m・Kであった。
この被覆材5のパネルを上記の真空断熱材1と同様に外包材に入れ、真空包装機で内部圧力が1.5Paになるまで排気後、外包材の端部をヒートシールにより封止して熱伝導率および圧縮強度を調べたところ、それぞれ3.9mW/m・Kと0.16MPa(図5参照)と優れるものであった。
また、真空断熱材1を予め被覆材5で覆い冷蔵庫21の箱体(冷蔵庫本体19)内に組み込むようにしているので、製造時においても外包材2の損傷を防ぎ、真空断熱材1の歩留まり向上にも寄与する効果を奏する。
実施形態1〜6によれば、平面度が低い真空断熱材1を平面度が高い連通孔をもつ発泡樹脂で形成する被覆材5で覆った断熱パネル7とした。しかも、真空断熱材1と連通孔をもつ被覆材5を外被材6の内部で減圧封止する構成にすることで、ウレタン発泡樹脂の熱伝導率が20mW/m・K以上と高いのに比べて、被覆材5の熱伝導率が10mW/m・K以下と低くなり、断熱パネル7のガスバリア性を向上させると共に熱伝導率の経時劣化が少ない断熱パネル7となる。
断熱パネル7に用いる連通孔をもつ被覆材5の熱伝導率が減圧下で10mW/m・K以下であること。この断熱パネル7によれば、連通孔をもつ被覆材5の熱伝導率がウレタン発泡樹脂に比べ大きく低減することで、高断熱性能の断熱パネル7を配設した断熱箱体(冷蔵庫本体19)ができるようになる。
断熱パネル7が外箱11と内箱10との中間にフォームからなるスペーサ材13により挟持して配設されること。この断熱パネル7を用いた冷蔵庫21によれば、熱が回り込むヒートブリッジ現象が抑えられ熱漏洩量を低減することができる。
比較例1〜4は、実施形態の真空断熱材1を覆う連通孔をもつ外被材5を従来の独立気泡の外被材(図6の独立気泡の発泡ウレタン108)としたものである。
なお、図6、図7において、比較例1〜4の構成要素のうち実施形態1〜6の構成要素と同様な構成要素は、実施形態1〜6の構成要素の符号を100番台の符号として示している。
比較例1では、図6(b)に示すように、繊維径が5.5μmのグラスウールからなる芯材103とガス、水分等を吸着するゲッター剤104を、ラミネートフィルムからなる外包材102の内部に挿入し、真空チャンバ内に入れ、真空包装機のロータリーポンプで10分、拡散ポンプで10分、真空チャンバの内部圧力が1.5Paになるまで排気後、外包材102の端部をヒートシールし真空封止して真空断熱材101を作製した。真空断熱材101を10℃で熱伝導率を測定したところ、図5に示すように、1.7mW/m・Kであった。
実施形態1〜6の断熱パネル7の初期熱伝導率3.8〜4.2mW/m・Kおよび60℃の恒温槽中に60日間放置後の熱伝導率7.2〜8.4mW/m・Kに比較し、比較例1の断熱パネル109の初期熱伝導率8.2mW/m・K、60℃の恒温槽中に60日間放置後の熱伝導率18.2mW/m・Kは大きく劣るものであった。
比較例1の断熱パネル109は、実施形態1〜6の断熱パネル7に比較し、長期間での断熱性能が大きく劣り、寸法変化率・収縮およびヒートブリッジが大きく、冷蔵庫121の熱漏洩量を低減することは困難であった。
比較例2は、図6(b)に示すように、繊維径が7.2μmのグラスウールからなる芯材103とガス、水分等を吸着するゲッター剤104を、ラミネートフィルムからなる外包材102の内部に挿入し、真空チャンバ内に入れ、真空包装機のロータリーポンプで10分、拡散ポンプで10分、真空チャンバの内部圧力が1.5Paになるまで排気後、外包材102の端部をヒートシールし真空封止して真空断熱材101を作製した。この真空断熱材101を10℃で熱伝導率を測定したところ、図5に示すように、2.6mW/m・Kであった。
実施形態1〜6の断熱パネル7の初期熱伝導率3.8〜4.2mW/m・Kおよび60℃の恒温槽中に60日間放置後の熱伝導率7.2〜8.4mW/m・Kに比較し、比較例1の断熱パネル109の初期熱伝導率7.6mW/m・K、60℃の恒温槽中に60日間放置後の熱伝導率17.8mW/m・Kは大きく劣るものであった。
比較例2の断熱パネル109は、実施形態1〜6の断熱パネル7に比較し、長期間での断熱性能が大きく劣り、寸法変化率・収縮およびヒートブリッジの大きい断熱パネルであり、冷蔵庫121の熱漏洩量を低減することが困難であった。
比較例3は、図6(b)に示すように、繊維径が6.1μmのグラスウールからなる芯材103とガス、水分等を吸着するゲッター剤104を、ラミネートフィルムからなる外包材102の内部に挿入し、真空チャンバ内に入れ、真空包装機のロータリーポンプで10分、拡散ポンプで10分、真空チャンバの内部圧力が1.5Paになるまで排気後、外包材102の端部をヒートシールし真空封止して真空断熱材101を作製した。この真空断熱材101を10℃で熱伝導率を測定したところ、2.3mW/m・Kであった。
実施形態1〜6の断熱パネル7の初期熱伝導率3.8〜4.2mW/m・Kおよび60℃の恒温槽中に60日間放置後の熱伝導率7.2〜8.4mW/m・Kに比較し、比較例1の断熱パネル109の初期熱伝導率8.5mW/m・K、60℃の恒温槽中に60日間放置後の熱伝導率18.5mW/m・Kは大きく劣るものであった。
比較例3の断熱パネル109は、実施形態1〜6の断熱パネル7に比較し、長期間での断熱性能が大きく劣り寸法変化率・収縮およびヒートブリッジの大きい断熱パネルであり、冷蔵庫121の熱漏洩量を低減することが困難であった。
比較例4は、図6(b)に示すように、繊維径が2.9μmのグラスウールからなる芯材103とガス、水分等を吸着するゲッター剤104を、ラミネートフィルムからなる外包材102の内部に挿入し、真空チャンバ内に入れ、真空包装機のロータリーポンプで10分、拡散ポンプで10分、真空チャンバの内部圧力が1.5Paになるまで排気後、外包材102の端部をヒートシールし真空封止して真空断熱材101を作製した。この真空断熱材101を10℃で熱伝導率を測定したところ、図5に示すように、1.5mW/m・Kであった。
実施形態1〜6の断熱パネル7の初期熱伝導率3.8〜4.2mW/m・Kおよび60℃の恒温槽中に60日間放置後の熱伝導率7.2〜8.4mW/m・Kに比較し、比較例1の断熱パネル109の初期熱伝導率9.2mW/m・K、60℃の恒温槽中に60日間放置後の熱伝導率19.8mW/m・Kは大きく劣るものであった。
比較例4の断熱パネル109は、実施形態1〜6の断熱パネル7に比較し、長期間での断熱性能が大きく劣り寸法変化率・収縮およびヒートブリッジの大きい断熱パネルであり、冷蔵庫121の熱漏洩量を低減することが困難であった。
2 外包材
3 芯材
4 ゲッター剤
5 被覆材
6 外被材
7 断熱パネル
10 内箱
11 外箱
12 硬質ウレタンフォーム(発泡断熱材、硬質ウレタン発泡樹脂)
13 スペーサ材
14 仕切断熱壁
15 冷蔵室(貯蔵室)
16 冷凍室
17 野菜室(貯蔵室)
19 冷蔵庫本体(断熱箱体)
21 冷蔵庫
Claims (7)
- 真空断熱材および連通孔をもつ被覆材を組み合わせた断熱パネルを断熱に用いる断熱箱体であって、
前記真空断熱材は、グラスウールの芯材と、ゲッター剤と、前記芯材および前記ゲッター剤を収納するガスバリア性の外包材とを有するとともに、前記外包材の内部を真空封止し、
前記断熱パネルは、前記真空断熱材および前記被覆材を内部に含む外被材の当該内部を減圧し密封して成る
ことを特徴とする断熱箱体。 - 請求項1記載の断熱箱体において、
前記断熱パネルに用いる前記連通孔をもつ被覆材の熱伝導率は、減圧下で10mW/m・K以下であることを特徴とする断熱箱体。 - 請求項1または請求項2記載の断熱箱体において、
前記断熱パネルに用いる前記連通孔をもつ被覆材の圧縮強度は、0.15MPa以上であることを特徴とする断熱箱体。 - 請求項1から請求項3のうちの何れか一項記載の断熱箱体において、
前記断熱パネルに用いる前記被覆材を、連通孔をもつ発泡体により形成して成ることを特徴とする断熱箱体。 - 外装を成す外箱と貯蔵物を収容する内箱との間に形成される空間に、真空断熱材および連通孔をもつ被覆材を組み合わせた断熱パネルと、発泡断熱材とを備える冷蔵庫であって、
前記真空断熱材は、グラスウールの芯材と、ゲッター剤と、前記芯材および前記ゲッター剤を収納するガスバリア性の外包材とを有するとともに、前記外包材の内部を真空封止し、
前記断熱パネルは、前記真空断熱材および前記連通孔をもつ被覆材を内部に含む外被材の当該内部を減圧密封して成ることを特徴とする冷蔵庫。 - 請求項5記載の冷蔵庫において、
前記断熱パネルは、前記外箱と前記内箱との間にスペーサ材により挟持して配設されることを特徴とする冷蔵庫。 - 請求項5または請求項6記載の冷蔵庫において、
冷蔵温度の貯蔵室と冷凍温度の冷凍室との間の仕切断熱壁内に、前記断熱パネルが配設されるとともに前記断熱パネルが水発泡剤を主体とする硬質ウレタン発泡樹脂で埋設されることを特徴とする冷蔵庫。
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