JP2014066441A - 断熱箱体 - Google Patents

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Abstract

【課題】断熱箱体の断熱材として利用されるウレタン発泡体は、温蔵温度が60℃以上になるとウレタン発泡体自体が二次発泡して断熱機能を失活するという課題があった。
【解決手段】筐体外郭と筐体内郭の間をウレタン発泡体で充填した倉庫室と、前記倉庫室の上端に設けられ、前記倉庫室内と連通する送風取入口と、前記送風取入口に送風する送風口と送風する空気を吸引する吸引口を有する送風手段と、前記倉庫室の上部に配置され、前記吸引口に隣接して配置された温熱冷熱発生装置と、前記送風取入口に配置された温度センサーと、前記温度センサーと、前記送風手段と、前記温熱冷熱発生装置と接続され、前記温度センサーからの信号に応じて、少なくとも前記送風手段と前記温熱冷熱発生装置のいずれか一方の運転状態を制御する制御装置を有することを特徴とする断熱箱体で二次発泡する温度以下で運転する。
【選択図】図1

Description

本発明は、業務用の冷蔵庫と温蔵庫等を兼ねた断熱箱体および断熱扉の構造に関するもので、区画された同一の庫内を冷蔵・冷凍または温蔵として用いることができる断熱箱体を提供する。
従来の冷凍・冷蔵庫と温蔵庫を兼ねた断熱箱体は、それぞれが別々に区画された倉庫を持ち、その倉庫内の温度を維持する為に温熱冷熱源を有する技術が開示されている。特許文献1では、断熱箱体を車載用とするために、温熱・冷熱発生体にペルチェ素子を使用し、その電源に車載用の蓄電池を利用できるようにした発明が開示されている。
特許文献2では、主として食事の配膳用の温冷蔵庫が開示されている。ここでは、断熱材で構成された収納室は、温蔵室と冷蔵室に分けられており、ごはんや味噌汁といった暖かい状態で配膳するものを温蔵室に、冷奴や野菜といった冷たい状態で配膳するものを冷蔵室に収納することができる。特許文献2でも温熱・冷熱発生源はペルチェ素子を利用し、温蔵室、冷蔵室をそれぞれペルチェ素子の発熱側、吸熱側を利用して暖めそして、冷やしている。
特許第3137944号公報 特開2008−25920号公報
上記の特許文献では、温蔵室と冷蔵室を各倉庫室にそれぞれ設けられた温度計及び温度制御装置と、温熱を発生させる温熱源及び冷熱を発生させる冷熱源としてペルチェ素子を有し、各倉庫室にそれぞれ着脱自在に設けられて各倉庫室に温熱又は冷熱を供給する温熱・冷熱発生体(装置)を具備している。そして、温食保存の適温として60〜80℃で保存することが、記載されている。しかし、用いる断熱材をウレタン発泡体とした場合は、温蔵温度を60℃以上にすると、ウレタン発泡体自体が、二次発泡して断熱の機能を保持できないという課題があった。
すなわち、60℃以上の温蔵庫として長時間使用するのであれば、断熱方法として真空断熱、ロックウール断熱、グラスウール断熱といった方法がある。しかし、断熱箱体を構成する壁材にこれらの方法を用いた場合、重量の増加やコストの増大といった問題が発生する。
本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、冷凍・冷蔵庫と温蔵庫を同じ倉庫室で構成でき、60℃以上の温蔵庫として利用しても、ウレタン発泡体が二次発泡しにくい断熱箱体を提供するものである。
より具体的に本発明の断熱箱体は、
筐体外郭と筐体内郭の間をウレタン発泡体で充填した倉庫室と、
前記倉庫室の上端に設けられ、前記倉庫室内と連通する送風取入口と、
前記送風取入口に送風する送風口と送風する空気を吸引する吸引口を有する送風手段と、
前記倉庫室の上部に配置され、前記吸引口に隣接して配置された温熱冷熱発生装置と、
前記送風取入口に配置された温度センサーと、
前記温度センサーと、前記送風手段と、前記温熱冷熱発生装置と接続され、前記温度センサーからの信号に応じて、少なくとも前記送風手段と前記温熱冷熱発生装置のいずれか一方の運転状態を制御する制御装置を有することを特徴とする。
また、上記の断熱箱体は、前記送風取入口に連通し、前記倉庫内の複数の位置に吹出し口を有する送風路が形成されていることを特徴とする。
また、上記の断熱箱体では、前記制御装置は、前記温熱冷熱発生装置に温熱を発生させている際には、前記温度センサーの計測値が160℃を越えない様に制御することを特徴とする。
また、上記の断熱箱体では、前記ウレタン発泡体は、ウレタン結合とイソシアヌレート結合を有することを特徴とする。
また、上記の断熱箱体では、前記ウレタン発泡体は、少なくとも2種類の主剤と発泡剤を混合した液状剤を前記筐体外郭と前記筐体内郭の間に所定の注入圧力で注入し、発泡させた後ガス抜きをして形成されたことを特徴とする。
また、前記注入圧力は100kg/cmから150kg/cmであり、前記液状剤はポリオールを主成分とし、シクロペンタンと水を発泡剤とし、整泡剤を混合したA液と、イソシアネートを主成分とするB液を混合したものであることを特徴とする。
この構成により、温蔵庫として使用した際に、ウレタンの二次発泡を防止でき、温蔵庫兼冷凍・冷蔵庫さらに消毒保管庫として使用できる。
また、温蔵庫と冷凍・冷蔵庫を同一の筐体を用いることができ、部品点数の削減ができる。
さらに、温蔵庫と冷凍・冷蔵庫を同一の筐体を用いるため、ウレタン発泡の治具が、温蔵庫と冷凍・冷蔵庫ともに共有で使用できることで、ウレタン発泡時のタクト時間、治具切替時間を短縮することができる。
また、少なくともポリオールを主成分とし、シクロペンタンと水を発泡剤として混合したA液と、イソシアネートを主成分とするB液を混合した液状剤を100kg/cmから150kg/cmの注入圧力で筐体外郭と筐体内郭の隙間に注入することで、発泡体中にイソシアネートの三量体から構成されるイソシアヌレート結合が含まれるので、耐熱性に優れるようになり、高熱環境にさらされた際に、黒色化が抑制されるとともに、二次発泡の程度が低くなる。
本発明に係る断熱箱体の外観を示す図である。 図1のA−A断面図を表す図である。 断熱箱体の制御関係の結線図を示す図である。 ウレタン発泡体を充填する様子を示す図である。
以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明するが、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するのであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更することができる。
図1に本発明に係る断熱箱体1を示す。本発明に係る断熱箱体1は、筐体外郭11と筐体内郭12を有する。筐体外郭11と筐体内郭12は、その間に所定の隙間13が設けられる。隙間13は、一定の大きさを有することが望ましいが、部位によって、薄くなったり厚くなったりしてもよい。筐体外郭11および筐体内郭12は、略直方体をしており、扉14が取り付けられる一面は、開放面としている。
以後、扉14が取り付けられる筐体外郭11の開放面を正面とし、筐体外郭11の上部の面を筐体外郭上面11uとし、筐体外郭11の下部の面を筐体外郭下面11dとする。また、開放面と対向する筐体内郭12の面は、奥面12a(図2参照)と呼び、その他の面はそれぞれ筐体内郭側面、筐体内郭下面と呼ぶ。筐体外郭11と筐体内郭12の間の隙間13には、断熱材としてウレタン発泡体が充填されている。筐体外郭11と筐体内郭12との隙間13にウレタン発泡体が充填された断熱箱体1の内部(筐体内郭12の内部)を倉庫室15と呼ぶ。
筐体内郭12には、棚16が配置されていてもよい。商品を段分けして保存するためである。棚16は1つであってもよいし、複数あってもよい。棚16は、作り込みで形成されていてもよいし、棚部材を別途作製しておき、後から筐体内郭12に固定するようにしてもよい。なお、図1では、棚16の開放面側に貫通孔16hが形成されている。これは後述する送風路21のためである。送風路21を本実施の形態以外のパスで設定する場合は、貫通孔16hは無くてもよい。
筐体外郭11の上部には、温熱冷熱発生装置33、送風手段31、制御装置32等を配置するために、延設枠18が設けられる。延設枠18は断熱材が配置されていなくてもよい。また、延設枠18の上部開口を塞ぐ蓋体17が配置される。蓋体17には、外部の空気を導入する、若しくは温熱冷熱発生装置33から発生する熱を放出するために、開閉可能な換気口17aが設けられていてもよい。換気口17aの開閉は制御装置32が制御することができる。
筐体外郭上面11uには、筐体内郭12に連通する送風取入口20が形成されている。図2に図1のA−A断面を示す。図2を参照して、送風取入口20は、筐体外郭上面11uと筐体内郭12を貫通する孔である。送風取入口20は、筐体外郭上面11uの温熱冷熱発生装置33で生成された温熱風若しくは冷熱風を筐体内郭12内に送るために形成される。筐体外郭11と筐体内郭12の隙間13に充填されるウレタン発泡体の部分には、筐体外郭11若しくは筐体内郭12と同じ板材で、送風取入口20の側面20sが形成される。したがって、送風取入口20は、筐体外郭上面11uから筐体内郭12に向けて形成されたトンネル構造と言ってもよい。また、送風取入口20は、断熱箱体1の筐体内郭幅12w(図1参照)に渡って形成されていてもよく、また筐体内郭12の側面に形成されていてもよい。
筐体内郭12には、送風取入口20の下方に流路形成壁21wが配置されてもよい。筐体内郭12の奥面12aとの間で送風路21を形成するためである。流路形成壁21wには、吹き出し口22が設けられる。
筐体内郭12に棚16が形成されている場合は、送風取入口20から各棚で仕切った区画15aに対して、吹き出し口22を有する送風路21が形成されるのが好ましい。また、筐体外郭上面11uであって、送風取入口20から離れた位置には、送風取出口25が設けられてもよい。送風取入口20から送った温熱風若しくは冷熱風を循環させるためである。送風取入口20、送風路21、送風取出口25をどのように構成するかは、特に限定されないが、筐体外郭上面11uの温熱冷熱発生装置33で生成した温熱風若しくは冷熱風をできるだけ倉庫室15内の隅々まで届けた後、送風取出口25に戻ってくるようなルートにするのが望ましい。
筐体外郭上面11uの送風取入口20に近い部分には、送風手段31が配置される。送風手段31には、吸入口31iと送風口31oを有する。つまり、送風手段31は、吸入口31iから空気を取り入れ、送風口31oから空気を吐き出すように動作する。なお、この時吸入口31iおよび送風口31oが明確に存在していなくてもよい。送風取入口20に向かって後述する温熱冷熱発生装置33で生成された温熱風若しくは冷熱風を送風できればよいからである。送風手段31は例えばファンであってもよい。
また、送風口31oには、送風取入口20との間にフード31fを配置してもよい。送風手段31で送る温熱風若しくは冷熱風を効果的に送風取入口20に送るためである。
送風手段31をはさんで、送風取入口20の反対側には、温熱冷熱発生装置33が配置される。温熱冷熱発生装置33は、ペルチェ素子で構成してもよい。ペルチェ素子は電流の流す方向によって温熱源33Hにも冷熱源33Cにもなり得るので、断熱箱体1の小型化に寄与する。
また、温熱冷熱発生装置33は、温熱源33Hと冷熱源33Cが分かれていてもよい。具体的には、温熱源33Hとしては、電熱器等の自己発熱体が好適に利用できる。また冷熱源33Cとしては、凝集熱を利用した冷凍機などが利用できる。また、熱ポンプを利用してもよい。
送風取入口20には、温度センサー34が配置される。温度センサー34も特に限定されるものではないが、熱電対を利用した温度センサー34が好適に利用できる。本発明に係る断熱箱体1は、倉庫室15内の温度を後述する制御装置32で制御するので、送風温度をデジタル化しやすい出力で得ることができれば都合がよいからである。
また、筐体外郭上面11uには、制御装置32(図1参照)も配置される。制御装置32は、MPU(Micro Processor Unit)とメモリから構成されるコンピュータが好適に利用できるが、これ以外の方法であってもよい。制御装置32は、少なくとも温度センサー34、送風手段31、温熱冷熱発生装置33、指示手段36(図1参照)と連結される。換気口17a(図1参照)が開閉可能であれば、換気口17aと接続されていてもよい。制御装置32は、温度センサー34からは信号Stを受信し、送風手段31には制御信号Cp、温熱冷熱発生装置33に対しては、運転モードを指示する制御信号Cmと温度を制御する制御信号Ctを送信することができる。
図3には、これらの結線関係を示す。指示手段36(図1も参照)は断熱箱体1の表面に取り付けられる操作パネルである。図1では、扉14の表面に配置させた場合を示した。この操作パネルでは、少なくとも、温蔵庫として使用するか、冷凍・冷蔵庫として使用するかといった運転モードを切り替える運転モード切替スイッチ36mと、内部温度を何度にするかといった温度設定スイッチ36tの2種類のスイッチを有する。これらのスイッチによって、使用者は、制御装置32に、運転モードおよび設定温度を指示する。この時、指示手段36である操作パネルから制御装置32には、運転モードの指示信号Msと温度設定の指示信号Tsが送られる。
次に筐体の製造方法について説明する。図4には、筐体外郭11と筐体内郭12および流路形成壁21wだけを示した。また、図4は、まだ筐体外郭11と筐体内郭12の間に、ウレタン発泡体が充填されていない状態を示す。筐体外郭11と筐体内郭12は、所定の隙間13を有したまま治具(図示せず)によって固定されている。使用するウレタン発泡体は、ポリオールを主成分とし、発泡剤および整泡剤を混合した所謂A液と、イソシアネートを主成分とするB液を混合した液状剤を用いて形成する。すなわち、液状剤は少なくとも2種類の主剤と発泡剤を混合したものである。発泡剤には、シクロペンタンと水を混合したものが好適に利用できる。フロンのようにオゾン層の破壊もなく、環境破壊の原因にならないからである。
液状体は、100kg/cmから150kg/cmの間の圧力をかけながら筐体外郭11と筐体内郭12との隙間13に注入する(図4の矢印)。この時、ウレタン結合が生じる熱によってシクロペンタンが沸騰することによって生じる物理発泡と、イソシアネートと水が反応してウレア結合と二酸化炭素が発生する化学発泡が同時に起こる。閉鎖区内でこのような発泡が起こることにより圧力がかかり、その圧力は約5t/mになる。
また、この条件で液状剤を発泡させることで、出来上がりのウレタン発泡体には、イソシアネートとポリオールによるウレタン結合の他に、イソシアネートの三量体から構成されるイソシアヌレート結合が含まれる。イソシアヌレート結合が多くなると、耐熱性に優れるようになり、高熱環境にさらされた際に、黒色化が抑制されるとともに、二次発泡の程度が低くなる。
発泡処理が終了したら、しばらく放置して発泡に用いられたガス抜きを行う。発泡ガスは、ウレタン発泡体が形成された後は、内部に残留し、断熱材の熱伝導特性を決める要因の一部となる。しかし、発泡によって抜けるガスも多数ある。このガス抜きを行わないまま、断熱箱体1を形成すると、温蔵庫として使用した際に、これらのガスが膨張し、筐体外郭11と筐体内郭12に大きな応力がかかったまま使用されることとなる。長期にわたってこのような応力が加わると、断熱箱体1の変形といった不具合をまねく可能性がある。
また、同様にイソシアヌレート結合を含む発泡を行わせる条件として、液状剤の投入前に、筐体外郭11と筐体内郭12を予熱しておく方法がある。予熱は、35℃乃至45℃に設定しておくのが好適である。シクロペンタンの沸点はおよそ50℃であるので、沸点以上の温度に予熱しておくと、筐体外郭11および筐体内郭12の隙間13の隅々まで液状剤を注入できなくなるからである。
液状剤を注入後、反応熱により発泡が始まる。その後筐体部分を35℃乃至45℃、好ましくは40℃乃至45℃に加熱することで、反応を安定化させる。このように予熱しておいた部分に液状剤を注入することで、一部にイソシアヌレート結合を有し、主としてウレタン結合からなるウレタン発泡体を筐体外郭11と筐体内郭12の隙間13に形成することができる。
このように形成した倉庫室15には、図1で示すように正面の開口に扉14が蝶番19を介して取り付けられる。扉14は、外板14sと内板14tの間にウレタン発泡体が充填された断熱材を用いるのが好適である(図2参照)。なお、倉庫室15に使用したウレタン発泡体と、扉14に用いたウレタン発泡体は同一のものでなくてもよい。また、扉14と筐体外郭11および筐体内郭12との密閉性を高めるために、扉14の内板14tにはOリング等を配置してもよい。
次に本発明に係る断熱箱体1の動作について説明する。図3を再度参照して、使用者は指示手段36である操作パネルの運転モード切替スイッチ36mで温蔵庫として使用するか、冷蔵庫として使用するかの選択を行う。この選択は指示信号Msとして制御装置32に送られる。制御装置32では、この指示信号Msに基づいて、温熱冷熱発生装置33に温熱風若しくは冷熱風のいずれを送風するかを指示する。
ここで、断熱箱体1が温蔵庫として運転された場合について説明する。制御装置32は、制御信号Cmにより、温熱源33H(例えばヒータ)に通電させ、高温の空気を生成させる。温熱源33Hへの通電量は、指示手段36である操作パネルからの温度を指定する指示信号Tsに基づいて定めてもよい。そして、温熱源33Hへの通電と同時に送風手段31にも制御信号Cpを送信し駆動させる。
次に制御装置32は、温度センサー34からの信号Stによって現在の送風温度(Twとする)を検出し、指示信号Tsによって指示された設定温度(T1とする)と比較する。そして、設定温度であるT1より送風温度Twが高ければ温熱源33Hへの通電量を減少させる、若しくは送風量を減らす。また、開閉可能な換気口17aが設けてあれば、換気口17aの開度を調節し、送風手段31にある程度の外気を流すことで、送風温度Twを低くしてもよい。また、設定温度T1より温度センサー34によって検知した送風温度Twが低ければ、温熱源33Hへの通電量を増やす、若しくは送風量を増やす。
もちろん、倉庫室15は一定の体積を有する空間であるので、温熱源33Hが生成する温熱風の温度上昇や温度下降が倉庫室15内全体の温度を変化させるには時間がかかる。したがって、ある程度のタイムラグを見た制御を行ってよい。例えば、PID制御のような制御を制御装置32が行ってもよい。すなわち、倉庫室15内の温度を所定の温度にするために、倉庫室15内の温度は、オーバーシュートやアンダーシュートがあってもよい。
また、温蔵庫として利用する場合は、所定の温度以上の温度にはならないように温度制御を行う必要がある。これは、断熱材として利用しているウレタン発泡体が、所定の温度以上では二次発泡を生じ、断熱効果を失活するおそれがあるからである。この温度はおよそ160℃である。
筐体外郭上面11uで生成された温風は、送風手段31によって送風取入口20に送られる。そして、送風取入口20からは、送風路21を伝って、倉庫室15内に温熱風は流れる。倉庫室15内に区画15aが設けられている場合は、区画15a毎の吹き出し口22から温風は吹き出し、区画15a内を昇温させる(図2参照)。各区画15aに流れた温熱風は、他の送風路21を通じて、筐体外郭上面11uの送風取出口25に返る。このようにして、温熱源33Hで生成された温風は、倉庫室15内を1周して再び温熱源33Hのある筐体外郭上面11uに戻ってくる。
このように温熱源33Hで高温にした空気を倉庫室15内に循環させることで、倉庫室15内は所定の温度に制御することができる。
次に冷蔵庫として使用する場合について説明する。指示手段36である操作パネルからの指示信号Msによって冷蔵庫として運転が制御装置32に指示される。倉庫室15内の設定温度T1も、操作パネルからの指示信号Tsで指示される。制御装置32では、これらの信号に基づいて、まず、制御信号Cmによって温熱冷熱発生装置33に冷熱風を発生させることを指示する。
温熱冷熱発生装置33では、冷熱源33Cを稼働させ、冷熱風を発生させる。また、制御装置32は同時に制御信号Cpによって送風手段31を稼働させる。冷熱源33Cによって発生させられた冷熱風は温熱風の場合と同様に、送風取入口20から送風路21を通り、送風取出口25から、筐体外郭上面11uに戻ってくる。
以上のように、本発明の断熱箱体1では、筐体外郭11と筐体内郭12の隙間13に充填するウレタン発泡体にイソシアヌレート結合を一部導入し、さらに、断熱箱体1を温蔵庫として利用する際に、温熱風がウレタン発泡体の二次発泡が起こらない所定温度以下に制御するので、断熱材の二次発泡による断熱性能の失活を回避することができる。
本発明は、温蔵庫、消毒保管庫、および冷蔵庫、およびこれらを兼用する断熱箱体に広く利用することができる。
1 断熱箱体
11 筐体外郭
11u 筐体外郭上面
11d 筐体外郭下面
12 筐体内郭
12w 筐体内郭幅
12a 奥面
13 隙間
14 扉
15 倉庫室
15a 区画
16 棚
16h 貫通孔
17 蓋体
17a 換気口
18 延設枠
19 蝶番
20 送風取入口
20s 側面
21 送風路
21w 流路形成壁
22 吹き出し口
25 送風取出口
31 送風手段
31i 吸入口
31o 送風口
31f フード
32 制御装置
33 温熱冷熱発生装置
33H 温熱源
33C 冷熱源
34 温度センサー
36 指示手段
36m 運転モード切替スイッチ
36t 温度設定スイッチ

Claims (6)

  1. 筐体外郭と筐体内郭の間をウレタン発泡体で充填した倉庫室と、
    前記倉庫室の上端に設けられ、前記倉庫室内と連通する送風取入口と、
    前記送風取入口に送風する送風口と送風する空気を吸引する吸引口を有する送風手段と、
    前記倉庫室の上部に配置され、前記吸引口に隣接して配置された温熱冷熱発生装置と、
    前記送風取入口に配置された温度センサーと、
    前記温度センサーと、前記送風手段と、前記温熱冷熱発生装置と接続され、前記温度センサーからの信号に応じて、少なくとも前記送風手段と前記温熱冷熱発生装置のいずれか一方の運転状態を制御する制御装置を有することを特徴とする断熱箱体。
  2. 前記送風取入口に連通し、前記倉庫内の複数の位置に吹出し口を有する送風路が形成されていることを特徴とする請求項1に記載された断熱箱体。
  3. 前記制御装置は、前記温熱冷熱発生装置に温熱を発生させている際には、前記温度センサーの計測値が160℃を越えない様に制御することを特徴とする請求項1又は2の何れかの請求項に記載された断熱箱体。
  4. 前記ウレタン発泡体は、ウレタン結合とイソシアヌレート結合を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1の請求項に記載された断熱箱体。
  5. 前記ウレタン発泡体は、少なくとも2種類の主剤と発泡剤を混合した液状剤を前記筐体外郭と前記筐体内郭の間に所定の注入圧力で注入し、
    発泡させた後ガス抜きをして形成されたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1の請求項に記載された断熱箱体。
  6. 前記注入圧力は100kg/cmから150kg/cmであり、
    前記液状剤はポリオールを主成分とし、シクロペンタンと水を発泡剤とし、整泡剤を混合したA液と、イソシアネートを主成分とするB液を混合したものである
    ことを特徴とする請求項5に記載された断熱箱体。
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