JP6910975B2

JP6910975B2 - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP6910975B2
Application number: JP2018020650A
Authority: JP
Inventors: 祐志新井; 越後屋　恒; 恒越後屋; 隆之川野邉
Original assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2038-02-08
Also published as: JP2019138508A; CN110131941A

Description

本発明は冷蔵庫に関するものである。

地球温暖化防止に対する社会の取り組みとして、ＣＯ_２の排出抑制を図るため、様々な分野で省エネ化が推進され、冷蔵庫においては、消費電力量の小さくするために、高断熱性能の真空断熱材を有したものが主流となっている。また、冷蔵庫に求められる機能としては、消費電力量だけでなく、少スペースかつ内容積の大きいものがニーズとなっていることから、冷蔵庫の壁厚を小さくし外形寸法を維持したままで内容積を拡大する手法がとられている。そのため、高断熱性能の真空断熱材の充填率を増やし、ウレタンフォームの比率を少なくし、ウレタンフォームの曲げ弾性率を１５MPa以上とするものが提案されている（特許文献１）。また、断熱厚の一部に真空断熱材を設けず、ウレタンフォームのみの部分を設けることで、箱体強度を維持するものも提案されている（特許文献２）。

特許第６１９２６３４号公報

特許第５９８５２７３号公報

しかし、従来技術においては、ウレタンフォームと真空断熱材の各断熱材単体の曲げ弾性率しか考慮がされていない。実際の箱体においては、ウレタンフォームと真空断熱材とを組み合わせた状態となるため、各断熱材単体の曲げ弾性率を高めたとしても、断熱壁全体としての強度もそのまま対応して高くなるとは限らない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、壁厚を小さくしても、箱体強度を低下させずに断熱性能を維持した冷蔵庫を提供することにある。

前記課題を解決するため本発明は、外箱と内箱との間に、真空断熱材と発泡断熱材が配置された断熱壁を有し、前記真空断熱材は、繊維集合体から成るグラスウールの芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、前記芯材を収納する外被材と、を備えた冷蔵庫であって、前記断熱壁における、前記真空断熱材と前記発泡断熱材の合計厚みが３０ｍｍ以下であり、前記芯材は、前記グラスウールの歪点よりも高い温度で加熱成形し、前記真空断熱材の表面硬度を７５以上とした。

本発明によれば、壁厚が小さくても、断熱性能が高く、強度の高い箱体の冷蔵庫を提供できる。

本発明の実施例に係る冷蔵庫の正面図本発明の実施例に係る冷蔵庫の縦断面図（図１のＡ−Ａ断面図）本発明の実施例に係る真空断熱材の概略断面図本発明の実施例に係る断熱壁の概略断面図（図２のＣ−Ｃ断面図）本発明の実施例に係る断熱壁の概略断面図（図２のＢ−Ｂ断面図）真空断熱材の表面硬度と曲げ応力の関係を示すグラフ真空断熱材の曲げ応力と、断熱材全体としての曲げ最大応力との関係を示すグラフ

以下、本発明の実施例について説明する。図１は、本実施例を示す冷蔵庫の正面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図を示している。

本実施例の冷蔵庫１は、図２に示すように、上から冷蔵室２、貯氷室３(と切替え室)、冷凍室４、野菜室５を有している。また、各室の前面には、図１に示すように、開口部を閉塞する扉を有しており、上からヒンジ１０等を中心に回動する冷蔵室扉６ａ、６ｂ、冷蔵室扉６ａ、６ｂ以外は全て引き出し式の扉であり、貯氷室扉７ａと上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９が配置されている。これらの引き出し式扉６〜９は扉を引き出すと、各室を構成する容器が扉と共に引き出されてくる。各扉６〜９には冷蔵庫本体１と密閉するためのパッキン１１を備え、各扉６〜９の室内側外周縁に取り付けられている。

また、冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間を区画断熱するために仕切断熱壁１２を配置している。この仕切断熱壁１２は厚さ３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム、発泡断熱材(硬質ウレタンフォーム)、真空断熱材等、それぞれを単独使用又は複数の断熱材を組み合わせて作られている。製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂと下段冷凍室４の間は、温度帯が同じであるため区画断熱する仕切り断熱壁ではなく、パッキン１１受面を形成した仕切り部材１３を設けている。下段冷凍室４と野菜室５の間には区画断熱するための仕切断熱壁１４を設けており、仕切断熱壁１２と同様に３０〜５０mm程度の断熱壁で、これまたスチロフォーム、或いは発泡断熱材(硬質ウレタンフォーム)、真空断熱材等で作られている。基本的に冷蔵、冷凍等の貯蔵温度帯の異なる部屋の仕切りには仕切断熱壁を設置している。

なお、箱体２０内には上から冷蔵室２、製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室４、野菜室５の貯蔵室をそれぞれ区画形成しているが、各貯蔵室の配置については特にこれに限定するものではない。また、冷蔵室扉６ａ、６ｂ、製氷室扉７ａ、上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９に関しても回転による開閉、引き出しによる開閉及び扉の分割数等、特に限定するものではない。

箱体２０は、外箱２１と内箱２２とを備え、外箱２１と内箱２２とによって形成される空間に断熱部を設けて箱体２０内の各貯蔵室と外部とを断熱している。この外箱２１と内箱２２の間の空間に真空断熱材５０を配置し、真空断熱材５０以外の空間には硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填してある。

また、冷蔵庫の冷蔵室２、冷凍室３ａ、４、野菜室５等の各室を所定の温度に冷却するために冷凍室３ａ、４の背側には冷却器２８が備えられており、この冷却器２８と圧縮機３０と凝縮機３０ａ、図示しないキャピラリーチューブとを接続し、冷凍サイクルを構成している。冷却器２８の上方にはこの冷却器２８にて冷却された冷気を冷蔵庫内に循環して所定の低温温度を保持する送風機２７が配設されている。

また、冷蔵庫の冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂ、冷凍室４と野菜室５を区画する断熱材として、それぞれ断熱仕切り１２、１４を配置し、発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０ｃで構成されている。この断熱仕切り１２、１４については硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填しても良く、特に発泡ポリスチレン３３と真空断熱材５０ｃに限定するものではない。

また、箱体２０の天面後方部には冷蔵庫１の運転を制御するための基板や電源基板等の電気部品４１を収納するための凹部４０が形成されており、電気部品４１を覆うカバー４２が設けられている。カバー４２の高さは外観意匠性と内容積確保を考慮して、外箱２１の天面とほぼ同じ高さになるように配置している。特に限定するものではないが、カバー４２の高さが外箱の天面よりも突き出る場合は１０ｍｍ以内の範囲に収めることが望ましい。これに伴って、凹部４０は発泡断熱材２３側に電気部品４１を収納する空間だけ窪んだ状態で配置されるため、断熱厚さを確保するため必然的に内容積が犠牲になってしまう。内容積をより大きくとると凹部４０と内箱２２間の発泡断熱材２３の厚さが薄くなってしまう。このため、凹部４０の発泡断熱材２３中に真空断熱材５０ａを配置して断熱性能を確保、強化している。本実施例では、真空断熱材５０ａを前述の庫内灯４５のケース４５ａと電気部品４１に跨るように略Ｚ形状に成形した１枚の真空断熱材５０ａとしている。なお、カバー４２は外部からのもらい火や何らかの原因で発火した場合等を考慮し鋼板製としている。

また、箱体２０の背面下部に配置された圧縮機３０や凝縮機３１は発熱の大きい部品であるため、庫内への熱侵入を防止するため、内箱２２側への投影面に真空断熱材５０ｄを配置している。

ここで、真空断熱材５０について、図３を用いてその構成を説明する。真空断熱材５０は、芯材５１と、芯材５１を被覆するガスバリヤ層を有する外被材５２と、を有している。外被材５２は、真空断熱材５０の両面に配置され、同じ大きさのラミネートフィルムの稜線から一定の幅の部分を熱溶着により貼り合わせた袋状で構成されている。なお、本実施例において、外被材５２のラミネート構成についてはガスバリヤ性を有し、熱溶着可能であれば特に限定するものではないが、本実施形態においては、表面保護層、ガスバリヤ層１、ガスバリヤ層２、熱溶着層の４層構成からなるラミネートフィルムとし、表面層は保護材の役割を持つ樹脂フィルムとし、ガスバリヤ層１は樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、ガスバリヤ層２は酸素バリヤ性の高い樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、ガスバリヤ層１とガスバリヤ層２は金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせている。熱溶着層については表面層と同様に吸湿性の低いフィルムを用いている。

次に、本実施例における断熱壁について説明する。図４，図５に示すように、断熱壁は、内側にプラスチック製の内箱２３を有し、外側に金属製の外箱２１とを有しており、これら内箱２３と外箱２１との間に、真空断熱材５０および発泡断熱材２３が配置されている。また、真空断熱材５０は、ゴム系接着剤あるいは両面テープにより外箱２１側に貼り付けられ、発泡断熱材２３は、内箱２３と真空断熱材５０との間に充填される。

ここで、図４は、冷凍温度帯室（製氷室３ａ、上段冷凍室３ｂ、下段冷凍室）の側面あるいは背面における断熱壁を示しており、図５は、冷蔵温度帯室（冷蔵室２、野菜室５）の側面あるいは背面における断熱壁を示している。本実施例では、冷凍温度帯室の発泡断熱材２３の厚みを、冷蔵温度帯室の発泡断熱材２３の厚みよりも大きくしている。なお、真空断熱材５０の厚みは、それぞれの温度帯室で共通となっている。このため、冷凍温度帯室の断熱厚６１（真空断熱材５０と発泡断熱材の合計厚み）は、冷蔵温度帯室の断熱厚６１と比べて、厚くなっている。このように、本実施例では、冷蔵温度帯室に関しては薄壁化により内容積を拡大する一方、冷凍温度帯室に関しては外気温との差が大きいため断熱厚を大きくして断熱性能を向上させている。なお、断熱壁における、真空断熱材５０と発泡断熱材２３の断熱厚方向の占有比率に関しては、冷蔵温度帯室では、図４のように発泡断熱材２３の方が大きく、冷凍温度帯室では、図５のように真空断熱材５０の方が大きくなっている。

真空断熱材５０は、芯材５１を形成する繊維集合体のグラスウール繊維層と、芯材５１の中間に配置された吸着剤（芯材の中間層に配置しているが図示なし）と、これらを包む外被材５２と、で構成されている。このような構成からなるものを、真空包装機によって芯材５１を真空引きした状態のままで、外被材５２をヒートシールすることで、最終的に真空断熱材５０を得ることができる。また、芯材５１は、加熱加圧することでシート状に成形する。

無機繊維の集合体とは、任意の製造方法で製造された無数の無機繊維が絡み合って一体的に形成された原綿をいう。原綿の形状は、例えば、所定の厚みを有するシート状とするのが好ましいが、これに限定されない。無機繊維の集合体は、製造方法の都合上、原綿を一つのみを用いてもよいし、複数個用いてもよい。つまり、シート状の原綿である場合は、一層のみとしてもよいし、複数層重ねてもよい。また、無機繊維は、例えば、平均繊維径２〜６μｍのものを好適に用いることができるが、この範囲外のものも問題なく用いることができる。このような無機繊維は、例えば、遠心法によって得ることができる。なお、本実施例の繊維集合体は、バインダを含んでいない。

シート状芯材５１を得る工程において、加熱した後に加熱加圧することで熱成形している。このように、芯材５１を熱成形すると、繊維どうしが絡み合い、接触している部分が一部溶着することで、真空断熱材としたときの曲げ応力が高くなり、結果として真空断熱材の強度が向上する。

本実施例では、ガラス繊維の歪点よりも高い温度で熱成形を行っている。本実施例に用いているガラス繊維においてはＳｉＯ２を主成分とし、ＳｉＯ２が５７.０〜７７.２％、Ｂ２Ｏ３を４.９％未満としている。Ｂ２Ｏ３の含有量によってガラス繊維の歪点が異なり、含有量が多いほど歪点は高くなる。ただし、Ｂ２Ｏ３が多くなるとほどガラス繊維が軟化しやすくなることから、本実施例においてはＢ２Ｏ３の含有量を４.９％未満とし、そのときのガラス繊維の歪点は４９８℃であった。本実施例においては、無機繊維集合体を熱成形することで、芯材の嵩を小さくしていて、加熱成形の条件としは、歪点よりも低い４００℃、歪点の５００℃、５５０℃、６００℃で１０分間加熱成形することで、嵩の小さいシート状芯材５１としている。熱成形の温度と時間については、４００℃から６００℃としているが、４００℃よりも低い３５０℃や、６００℃よりも高い６５０℃〜７００℃で熱成形することは可能である。ただし、熱成形の温度を４００℃よりも低くした場合においては、熱成形の時間を長くすることで、嵩の小さい芯材を得ることはできる。例えば、３５０℃で６０分加熱することで、４００℃で１０分加熱した芯材嵩と近いものを得ることができるが、熱成形の時間が長くなると、真空断熱材の製造時におけるコストが大幅に増加することから好ましくない。また、６００℃よりも高い６５０℃でも熱成形が可能であり、６００℃で１０分よりも短い時間で熱成形することができるが、ガラス繊維の融点を超えると、繊維同士の接着部が結着するだけでなく、複数の繊維が融け合い、玉状のガラスの塊となってしまう。これにより、芯材の嵩は小さくなり、表面硬度も高くなるものの、真空断熱材としたときに、ガラスの塊が熱伝導してしまうため、熱伝導率が低下してしまう。そのため、熱成形温度は歪点よりも高い５００℃から融点よりも低い６００℃の範囲で行うことが好ましい。

これらにより得られた真空断熱材５０を用いて、冷蔵庫の断熱壁を想定した真空断熱材とウレタンフォームの応力測定用パネルを作製した。曲げ応力測定においては、ＪＩＳ-Ｋ７１７１の測定方法を基準として測定を行った。まず、幅８０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚み１８ｍｍの真空断熱材を用いて、真空断熱材単体の曲げ応力を測定した。

図６は、真空断熱材の曲げ応力と表面硬度との関係を示している。サンプルサイズの幅８０ｍｍ×長さ２００ｍｍについては、ＪＩＳ−Ｋ７１７１の測定方法により、支点間距離１５０ｍｍとするためのサイズとしている。試験機には島津製作所製ＡＵＴＯＧＲＡＰＨＡＧ-Ｘ１０ＫＮを用い、試験速度１０ｍｍ／ｍｉｎの速度にて測定した。厚みの１８ｍｍについては、一例であり、この厚みに限定するものではないが、実際の冷蔵庫に用いられる断熱厚を想定して設定している。

室外との温度差が小さい冷蔵温度帯室は、その側面や背面の断熱厚が薄くても箱体熱漏洩量への影響が少ないため、その断熱厚を３０ｍｍ以下とし、薄壁化を図っている。特に、野菜室５の容器を前後方向にスライドさせるレールに対向する部分は、金属製の補強部材などが配置され、断熱厚６１が約２５ｍｍ程度まで薄くなる可能性がある。このように断熱厚６１が２５ｍｍの場合、真空断熱材５０の厚みを１８ｍｍとしたとき、発泡断熱材２３の厚みは７ｍｍとなる。発泡断熱材２３の厚みを７ｍｍよりも小さくした場合、発泡断熱材２３の厚みが薄くなるほど、ウレタンを発泡させて充填するときに流動抵抗が高くなり、ウレタンフォームが流動し難くなる。仮に、内箱２３と真空断熱材５０との隙間を５ｍｍ以下とした場合、ウレタンフォームの充填性にばらつきが生じ、ウレタンの未充填や高密度化により脆くなってしまう。そのため、発泡断熱材２３の厚み、すなわち、内箱２３と真空断熱材５０との隙間は７ｍｍ以上としている。

このサンプルから真空断熱材の曲げ応力を測定した結果を、図６に示す。また、表面硬度においては、ＡＳＴＭＤ２２４０に準拠したテクロック社製のＧＳ-７５４Ｇを用いて評価をしている。図６の試験結果の各点は、表面硬度の異なる真空断熱材Ａ〜Ｅについて、上記の試験速度で測定した曲げ応力を示している。具体的に述べると、Ａ点は、熱成形していない無機繊維の芯材を用いた真空断熱材、Ｂ点は、４００℃×１０分で熱成形した芯材を用いた真空断熱材、Ｃ点は、５００℃×１０分で熱成形した芯材を用いた真空断熱材、Ｄ点は、５５０℃×１０分で熱成形した芯材を用いた真空断熱材、Ｅ点は、６００℃×１０分で熱成形した芯材を用いた真空断熱材、の曲げ応力（Mpa）を示している。この結果から、熱成形していない芯材を用いた真空断熱材（Ａ）に対し、熱成形した芯材を用いた真空断熱材（Ｂ〜Ｅ）では、真空断熱材の表面硬度と曲げ応力が高いことが分かる。つまり、真空断熱材の表面硬度が高くなるほど、真空断熱材の曲げ応力も高くなることが分かる。

次に、上述した各真空断熱材について、実際の冷蔵庫の断熱壁に適用することを想定し、真空断熱材と発泡断熱材とを組み合わせてた状態で、最大応力を測定した試験結果が、図７である。ここでの最大応力とは、真空断熱材と発泡断熱材を合わせたサンプル寸法を、幅１５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍとし、このサンプルに荷重を加えて撓ませていき、発泡断熱材が破壊したときの曲げ応力のことを指している。この図７のうち、断熱厚３５ｔの結果は、従来の冷蔵庫と同等レベルの断熱厚３５ｍｍ（発泡断熱材の厚み１７ｍｍ）の結果を示しており、断熱厚２５ｔの結果は、本実施例の冷蔵庫の断熱厚２５ｍｍ（発泡断熱材の厚み７ｍｍ）の結果を示している。なお、真空断熱材については、図６の試験のときと、同じサンプルサイズ（厚み１８ｍｍ等）、同じ熱成形の温度と時間、としている。

図７によれば、熱成形していない芯材を用いた真空断熱材と発泡断熱材を組み合わせたＡ２（断熱厚３５ｔ）とＡ３（断熱厚２５ｔ）とを比較すると、断熱厚の薄いＡ３の方が、曲げの最大応力が小さく、断熱壁としての強度が低いことが分かる。しかし、真空断熱材を熱成形して表面硬度を高くすることで、真空断熱材と発泡断熱材とを組み合わせた全体として、曲げの最大応力が大きくなることも分かる。したがって、薄壁化により断熱厚を３５ｔから２５ｔとした場合であっても、真空断熱材の曲げ応力を０．７５Mpa（図７のＣ３に相当）以上とすれば、従来レベルの断熱厚３５ｔであって熱成形をしていない芯材を用いた真空断熱材（Ａ２）の場合と同等以上の最大曲げ応力にできる。ここで、図７のＣ３で用いる真空断熱材は、５００℃×１０分で熱成形した芯材を用いており、図６のＣと同じ真空断熱材となっている。つまり、表面硬度が７５以上の真空断熱材と、発泡断熱材とを組み合わせれば、発泡断熱材の厚みが小さくなっても、断熱壁の全体としての強度は、従来と比べて向上することが分かる。

１冷蔵庫
２冷蔵室
３ａ製氷室
３ｂ上段冷凍室
４下段冷凍室
５野菜室
６ａ冷蔵室扉
６ｂ冷蔵室扉
７ａ製氷室扉
７ｂ上段冷凍室扉
８下段冷凍室扉
９野菜室扉
１０扉用ヒンジ
１１パッキン
１２，１４断熱仕切り
１３仕切り部材
２０箱体
２１外箱
２１ａ天板
２１ｂ後板
２１ｄ底板
２１ｅ側面
２１ｆ前面
２２内箱
２３発泡断熱材
２７送風機
２８冷却器
３０圧縮機
３１凝縮機
３３発泡ポリスチレン
４０凹部
４１電気部品
４２カバー
５０真空断熱材
５１芯材
５２外被材
６１断熱厚

Claims

外箱と内箱との間に、真空断熱材と発泡断熱材が配置された断熱壁を有し、
前記真空断熱材は、繊維集合体から成るグラスウールの芯材と、ガスを吸着する吸着剤と、前記芯材を収納する外被材と、を備えた冷蔵庫であって、
前記断熱壁における、前記真空断熱材と前記発泡断熱材の合計厚みが３０ｍｍ以下であり、
前記芯材は、前記グラスウールの歪点よりも高い温度で加熱成形され、
前記真空断熱材の表面硬度が７５以上であることを特徴とした冷蔵庫。
請求項１に記載の冷蔵庫において、
前記真空断熱材のＪＩＳ−Ｋ７１７１の測定方法による曲げ応力が０．７５MPa以上であることを特徴とした冷蔵庫。
請求項１に記載の冷蔵庫において、
前記芯材は、バインダを含まない無機繊維の集合体から成ることを特徴とした冷蔵庫。
請求項１に記載の冷蔵庫において、
冷蔵温度帯室の側面あるいは背面は、前記真空断熱材の占有比率が前記発泡断熱材よりも大きく、
冷凍温度帯室の側面あるいは背面は、前記発泡断熱材の占有比率が前記真空断熱材よりも大きいことを特徴とした冷蔵庫。