JP6918462B2 - 真空断熱材及び冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は真空断熱材及び冷蔵庫に関する。

例えば家庭用の冷蔵庫においては、断熱箱体の断熱材として真空断熱材を採用すると共に、冷凍サイクルの一部を構成する放熱パイプを、断熱箱体の断熱壁の内部に配置したものが知られている（例えば特許文献１参照）。前記真空断熱材は、例えば、断熱性の高い繊維材料であるグラスウールを板状に固めたコア材を、外面にアルミ蒸着がなされた合成樹脂フィルムからなる袋状のバリア材に収容し、内部を真空減圧して密封することにより構成されている。

前記放熱パイプは、真空断熱材の外面側に形成された凹部内に配置されるようにして、断熱壁を構成する外箱の内面に取付けられる。この場合、真空断熱材に凹部を形成するにあたっては、密封後の真空断熱材に対し、ローラやプレスにより部分的に加圧して圧縮する加工が行われていた。

特開２０１２−１７７５２号公報

しかしながら、真空断熱材に対し、放熱パイプ配置用の凹部を加圧加工により形成する場合、コア材やバリア材にダメージが加わり、コア材が破断したり、バリア材が延伸されて破れが生じたりする虞がある。

そこで、コア材やバリア材に対するダメージを抑制しながらも、放熱パイプを配置することを可能とする真空断熱材、及び、その真空断熱材を用いた冷蔵庫を提供する。

実施形態の真空断熱材は、袋状のバリア材内に板状のコア材を収容し、内部を減圧状態として密封することにより構成され、冷蔵庫の断熱箱体を構成する断熱壁内に配置されるものであって、前記バリア材の全体を上下に複数に区切った各収容部に対し、前記コア材が夫々収容された形態とされ、前記収容部同士間の境界部で該コア材が分断状態とされており、前記断熱壁内に冷蔵温度帯と冷凍温度帯との間にまたがるように、上下方向に延びて配置されると共に、前記境界部が、前記断熱箱体の内部に上下の貯蔵室を区画するために設けられた断熱仕切壁に対向した位置に配置され、前記複数のコア材は、前記冷蔵温度帯に配置される部分において、前記冷凍温度帯に配置される部分よりも、厚み寸法が小さく構成されているところに特徴を有している。

また、実施形態の冷蔵庫は、断熱箱体を構成する断熱壁内に、冷蔵温度帯と冷凍温度帯との間にまたがるように、上記した構成の真空断熱材を備えていると共に、前記断熱壁内に、前記真空断熱材の収容部同士間の境界部に位置して放熱パイプが配置されているところに特徴を有している。

第１の実施形態を示すもので、冷蔵庫の全体構成を示す正面図 冷蔵庫の縦断側面図 断熱箱体の斜視図 断熱壁の要部の縦断正面図 真空断熱材の製造方法を説明するための図 真空断熱材の縦断面図 第２の実施形態を示すもので、真空断熱材の縦断面図 第３の実施形態を示すもので、真空断熱材の側面図 第４の実施形態を示すもので、断熱壁を分解状態で示す側面図

以下、家庭用の冷蔵庫に適用したいくつかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、複数の実施形態間で共通する部分については、同一符号を付して、新たな図示や繰返しの説明を省略することとする。

（１）第１の実施形態
第１の実施形態について、図１から図６を参照して説明する。まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る冷蔵庫の全体構成について簡単に述べる。冷蔵庫１は、前面が開口した縦長矩形箱状の断熱箱体２内に、複数の貯蔵室を設けて構成されている。詳細については後述するが、断熱箱体２は、内箱と外箱のとの間に、本実施形態に係る真空断熱材を含む断熱材を配置して構成されている。また、断熱箱体２は、左右の側壁部、天井壁部、背壁部、底壁部の５つに分割形態とされた断熱壁を、連結して構成される。

断熱箱体２内の複数の貯蔵室として、具体的には、図２に示すように、上段から順に、冷蔵室３、野菜室４、上冷凍室５、下冷凍室６が設けられている。尚、図３に示すように、断熱箱体２のうち前記上冷凍室５が設けられる部分は左右２室に仕切られており、左側に製氷室７が設けられ、右側に上冷凍室５が設けられている。図示はしないが、製氷室７内には、自動製氷装置が設けられている。

前記冷蔵室３及び野菜室４は、いずれも冷蔵温度帯（例えば、１〜４℃のプラス温度帯）とされ、それらの間は、プラスチック製の仕切壁８により上下に仕切られている。前記上冷凍室５及び製氷室７、下冷凍室６は、いずれも冷凍温度帯（例えば、−１０〜−２０℃のマイナス温度帯）とされている。野菜室５と上冷凍室５及び製氷室７との間は、厚みのある矩形板状をなす断熱仕切壁９により上下に仕切られている。断熱仕切壁９は、例えばプラスチック製の外殻内に、発泡断熱材を充填して構成され、断熱箱体２内に水平状に取付けられている。

図１にも示すように、前記冷蔵室３の前面部には、ヒンジ開閉式（観音開き式）の断熱扉１０、１０が設けられている。前記野菜室４の前面部には、引出し式の断熱扉１１が設けられ、この断熱扉１１の背面部には、貯蔵容器１２が連結されている。上冷凍室５の前面には、貯蔵容器１３が連結された引出し式の断熱扉１４が設けられている。製氷室７の前面には、貯氷容器（図示せず）が連結された引出し式の断熱扉１５が設けられている。下冷凍室６の前面にも、貯蔵容器１６が連結された引出し式の断熱扉１７が設けられている。

全体としての詳しい図示はしないが、冷蔵庫１内には、図２に示すように、前記冷蔵室３及び野菜室４を冷却するための冷蔵室用冷却器１８（図２参照）と、前記上冷凍室５、下冷凍室６及び製氷室７を冷却するための冷凍室用冷却器１９（図２参照）との２つの冷却器を備える冷凍サイクルが組込まれる。図２に示すように、冷蔵庫１の下端部背面側には、冷蔵庫１の背面で開口する機械室２０が設けられている。機械室２０内には、前記冷凍サイクルを構成するコンプレッサ２１や、図示しないコンデンサ、それらを冷却するための冷却ファン装置、除霜水蒸発皿２２等が配設されている。冷蔵庫１の背面下部寄り部分には、コンピュータ等からなり全体を制御する制御ユニット２３が設けられている。

図２に示すように、冷蔵庫１内の背壁部の前記冷蔵室３下部から野菜室４上部にかけての部分には、冷蔵室用冷却器室２４が設けられており、この冷蔵室用冷却器室２４内に、上部に位置して前記冷蔵室用冷却器１８が配設されていると共に、下部に位置して送風ファン２５が配設されている。これにて、送風ファン２５が駆動されると、冷蔵室用冷却器１８により生成された冷気が、吹出しダクト２６を通って冷蔵室３内に供給された後、野菜室４内に供給され、冷蔵室用冷却器室２４内に戻されるといった循環を行うようになっている。

更に、冷蔵庫１内の背壁部の前記上冷凍室５（及び製氷室７）から下冷凍室６の上部にかけての部分には、冷凍室用冷却器室２７が設けられている。この冷凍室用冷却器室２７内には、前記冷凍室用冷却器１９や冷凍室用送風ファン２８等が配設され、前記上冷凍室５、製氷室７及び下冷凍室６に冷気を供給するようになっている。

ここで、前記断熱箱体２について説明する。図３に示すように、断熱箱体２は、左右の側壁部３０、３１、天井壁部３２、背壁部３３、底壁部３４の５つの断熱壁を有している。図４に一部示すように、これら断熱壁３０〜３４は、基本的には、プラスチック製の内箱３５と、鋼板製の外箱３６との間に、真空断熱材を含む断熱材を配設して構成されている。本実施形態では、それら断熱壁３０〜３５のうち、左右の側壁部３０、３１は、内箱３５と外箱３６との間に、本実施形態に係る真空断熱材３７を備えて構成されている。左右の側壁部３０、３１は、対称的な構造とされている。

また、周知のように、断熱箱体２には、要所に這わせるようにして放熱パイプ３８が設けられる。この放熱パイプ３８は、冷凍サイクルのうちコンデンサの下流側の冷媒流路を構成するパイプからなり、高温の冷媒の放熱、及び、断熱箱体２表面における露付き防止を図る。図３に示すように、右側の側壁部３１においては、外箱３６の内面に沿って、放熱パイプ３８が、側壁部３１の前辺側を機械室内から上方に延び、前記断熱仕切壁９に対応した部位で、ほぼ直角に折れ曲がって後方に延び、側壁部３１の後辺側で再びほぼ直角に折れ曲がって下方に延びるように配置されている。

さて、本実施形態に係る真空断熱材３７について、右側の側壁部３１に設けられる真空断熱材３７を代表させて、図４〜図６を参照して述べる。図５、図６に示すように、この真空断熱材３７は、基本的には、やや縦長の長方形状をなす袋状のバリア材３９内に、矩形板状（マット状）のコア材４０、４１を収容し、バリア材３９の内部を真空減圧状態に保持したまま密封してなり、全体として、側壁部３１の形状に応じた薄板状（パネル状）に構成される。尚、図示は省略するが、バリア材３９の内部には、ゲッター剤と称される水分吸着剤が収容されている。

前記バリア材３９は、例えばアルミ箔と合成樹脂フィルムとをラミネートした（或いはアルミ蒸着フィルムからなる）ガスバリア性の高いフィルムを、長方形状に裁断して合成樹脂側を内面にして２枚重ね合せ、一方の短辺（図５（ａ）で上辺）を除く周囲部（三辺）をコ字状に熱シールして袋状としたものからなる。図５では、三辺の熱シール部３９ａを、便宜上ハッチングを付して示す。また、コア材４０、４１は、断熱性能の高い材料、例えば細いガラス繊維の綿状物であるグラスウールを、矩形板状に固めて構成される。

このとき、本実施形態では、真空断熱材３７は、１個のバリア材３９に対し、分割状の複数個例えば２個のコア材４０、４１が収容されるようになっている。バリア材３９の内部には、下と上とに区切られた収容部３９ｂ、３９ｃが設けられると共に、分割状のコア材４０、４１が各収容部３９ｂ、３９ｃに夫々収容される。従って、収容部３９ｂ、３９ｃの境界部４２で、該コア材４０、４１が分断状態とされている。また、本実施形態では、境界部４２において、バリア材３９の両面間が熱溶着されている。バリア材３９の上辺部は、やはり熱溶着され、封止部４３とされている。更に、図６に示すように、境界部４２の上下両側部分には、横方向に延びて保護用テープ４４が貼付けられている。

前記コア材４０、４１は、厚み寸法（例えば８〜１４ｍｍ）や幅寸法は同じであるが、高さ寸法がコア材４１の方がコア材４０よりも大きく構成されている。これにて、境界部４２が、真空断熱材３７全体のやや下寄り部分に水平方向に延びるように設けられている。具体的には、図４に示すように、前記断熱仕切壁９に対応した部分、言い換えると、前記放熱パイプ３８が配置される部位に、境界部４２が来るようにコア材４０、４１の大きさ等が設定されている。尚、図示は省略するが、バリア材３９の内部には、ゲッター剤と称される水分吸着剤が各収容部３９ｂ、３９ｃに夫々設けられている。境界部４２の幅寸法は、例えば１０ｍｍ程度とされている。

上記構成の真空断熱材３７を製造するにあたっては、まず、図５（ａ）に示すように、袋状のバリア材３９の内部に、２個のコア材４０、４１を、位置決め（仮止め）状態で配置する。そして、バリア材３９の内部を減圧（いわゆる真空引き）しながら、境界部４２及び封止部４３のヒートシールを行う。図示はしないが、この後、バリア材３９の外辺部周囲に位置している耳部を折返して粘着テープ等で固定する。これと共に、境界部４２部分に保護テープ４４を貼り付ける。

これにて、図６に示すような、コア材４０、４１が途中で上下に分断された如き状態の境界部４２を有する真空断熱材３７が得られる。図４に示すように、この真空断熱材３７が内箱３６と外箱３６との間に挟まれて接着されることにより、断熱壁である右の側壁部３１が構成される。側壁部３１が断熱箱体２として構成される際には、外箱３６の内面側に放熱パイプ３８が取付けられ、このとき、放熱パイプ３８の水平に延びる部分が、前記断熱仕切壁９に対応した位置である、真空断熱材３７の境界部４２部分を通されるようになっている。

尚、前記左側の側壁部３０については、上記した右側の側壁部３１と対称的な構成を備える。また、図示は省略するが、他の断熱壁即ち天井壁部３２、背壁部３３、低壁部３４においては、例えば、バリア材内に１枚のコア材を収容し、減圧密封してなる真空断熱材、つまり途中に境界部を有しない真空断熱材が採用されている。

次に、上記のように構成された本実施形態の真空断熱材３７及び冷蔵庫１の作用・効果について述べる。即ち、本実施形態の真空断熱材３７によれば、１個の真空断熱材３７において、バリア材３９には、複数この場合２個の収容部３９ｂ、３９ｃが設けられ、各収容部３９ｂ、３９ｃに、分割状のコア材４０、４１が夫々収容される。これにより、コア材４０、４１の存在しない分断部分（境界部４２）が設けられるが、この境界部４２は、元々コア材が存在しないので、その厚みをバリア材３９のみとすることができ、他の部分と比べて十分に薄くすることができる。

従って、真空断熱材３７と外箱３６との間に放熱パイプ３８を設ける場合に、その薄くなった境界部４２に放熱パイプ３８を配置することにより、真空断熱材３７にプレスなどにより凹部を加圧加工する必要がなくなる。この結果、本実施形態によれば、真空断熱材３７における加工に伴うコア材４０、４１やバリア材３９に対するダメージをなくすことができる。

特に本実施形態では、真空断熱材３７の収容部３９ｂ、３９ｃ間の境界部４２において、バリア材３９の両面間が熱溶着されているので、境界部４２の位置が明確になり、境界部４２の強度も高いものとすることができる。また、コア材４０、４１の収容３９ｂ、３９ｃ部からの位置ずれがなくなる。このとき、バリア材３９の外面に境界部４２部分に位置して、保護用テープ４４を貼付けるようにしたので、境界部４２におけるバリア材３９が保護され、破れなど対しに強いものとなる。また、本実施形態では、各収容部３９ｂ、３９ｃに夫々ゲッター剤を設けるようにしたので、ゲッター剤により各収容部３９ｂ、３９ｃにおける水分の吸着を行うことができ、優れた断熱性能を得ることができる。

そして、本実施形態の冷蔵庫１によれば、断熱箱体２を構成する断熱壁としての側壁部３０、３１に真空断熱材３７を備え、真空断熱材３７の境界部４２に位置して放熱パイプ３８を配置するように構成した。これにより、放熱パイプ３８を設ける場合に、真空断熱材３７に対するプレスなどにより凹部を加圧加工する必要がなくなり、ひいては、加工に伴うコア材４０、４１やバリア材３９に対するダメージをなくすことができる。真空断熱材を単純に分割して設ける場合と異なり、全体の真空断熱材３７の使用枚数も少なく済ませることができる。

特に本実施形態では、断熱箱体２の内部に設けられた、貯蔵室を区画するための断熱仕切壁９に対応した位置に前記放熱パイプ３８つまり真空断熱材３７の境界部４２を配置する構成とした。これにより、真空断熱材３７の境界部４２が断熱性に劣るため、放熱パイプ３８の熱が、内箱３５側ひいては貯蔵室内に伝達しやすい事情があっても、境界部４２に接する内箱３５の内側に断熱仕切壁９が存在することによって、熱が貯蔵室内にリークすることを効果的に防止することができる。

（２）第２〜第４の実施形態、その他の実施形態
図７は、第２の実施形態に係る真空断熱材５１を示している。この真空断熱材５１が上記第１の実施形態の真空断熱材３７と異なる点は、バリア材３９の各収容部３９ｂ、３９ｃに収容されるコア材４０、５２に、他と厚み寸法が異なるものが含まれている、つまり、２個のコア材４０、５２の厚みを相違させた構成にある。この場合、収容部３９ｃに収容されるコア材５２の厚みを、収容部３９ｂに収容されるコア材４０の厚みよりも小さく構成している。

この第２の実施形態によれば、１枚の真空断熱材５１でありながら、コア材４０、５２の厚みの異なる２つの部分、言い換えれば断熱性能の相違する部位を容易に設けることができる。この場合、断熱箱体２内の側壁部３０、３１の上部側は冷蔵温度帯の貯蔵室とされ、下部側が冷凍温度帯の貯蔵室とされている。従って、断熱壁としての側壁部３０、３１の上部側は、下部側に比べて断熱性能を下げても良く、その分、コア材５２の厚み、ひいては、側壁部３０、３１の厚みを、上部側で小さくすることが可能となる。上記第１の実施形態と同様の作用・効果が得られることは勿論である。

図８は、第３の実施形態に係る真空断熱材６１を示している。この真空断熱材６１が上記第１の実施形態の真空断熱材３７と異なる点は、真空断熱材６１に境界部４２を設けると共に、境界部４２以外の場所に、放熱パイプ３８を通すための凹部６２、６２を更に形成した構成にある。これら凹部６２、６２は、真空断熱材６１のうち境界部４２よりも下部、つまりコア材４０の収容部分の、前辺部（図で左側）及び後辺部（図で右側）に上下方向に延びて形成されている。各凹部６２の幅寸法は例えば２０ｍｍ、深さ寸法は例えば６ｍｍ程度とされている。

前記放熱パイプ３８は、外箱３６の内面側の、前後の上下方向に延びる部分が夫々凹部６２、６２に配置され、前後方向（図で左右方向）に延びる部分が境界部４２部分に配置される。これにより、凹部６２、６２と、コア材４０、４１が存在しない境界部４２との組み合わせによって、放熱パイプ３８を配置することが可能となる。このように、断熱仕切壁９が存在しない部分など、断熱性を確保するためには、境界部４２を設けることが難しい部分でも、凹部６２を設けて放熱パイプ３８を配置することが可能となる。

図９は、第４の実施形態を示すもので、冷蔵庫の断熱箱体を構成する断熱壁のうち、底壁部７１の構成を示している。この底壁部７１は、内箱７２と外箱７３との間に真空断熱材７４を備えて構成されている。この底壁部７１は、全体として、断熱箱体の底部（機械室２０を除く部分）を構成する部分と、その底部の後辺部から、斜め上方に延びて機械室２０の前の壁部を構成する部分とを一体的に有した形態に構成されている。つまり、側面から見て、逆「へ」の字状をなしている。

このとき、真空断熱材７４は、上下方向の中央部にコア材７６、７６が分断された形態の境界部７５が設けられている。真空断熱材７４は、境界部７５で容易に折曲げることができるので、予め整形された内箱７２と外箱７３との間に挟まれるようにして、例えば接着により取付けられる。このような第４の実施形態の底壁部７１の構成によれば、２枚の別途の真空断熱材を設ける場合に比べて、構成が簡単となり、断熱壁７１の組立性の向上等を図ることができる。

尚、上記した各実施形態では、真空断熱材のコア材の厚み寸法を例えば８〜１４ｍｍとしたが、コア材の厚み寸法を、放熱パイプの直径寸法（例えば４〜５ｍｍ）よりも小さく構成することができる。コア材を十分に薄くして、断熱壁の薄型化、コストダウンなどを図ることができる。この場合、ウレタンフォーム等の他の断熱材（発泡断熱材）と組合せて断熱壁を構成することにより、必要な断熱性を確保するように構成しても良い。また、上記各実施形態では、１個の真空断熱材に２個のコア材（収容部）を設けるようにしたが、３個以上のコア材（収容部）から構成するようにしても良く、この場合、コア材が分断されている境界部の配置や数等も任意に変更することができる。

さらに、冷蔵庫の全体構成としても、例えば、冷蔵室、野菜室、製氷室、冷凍室の各室の配置や個数などについては、様々な変更が可能であり、また、冷蔵庫に組込まれる冷凍サイクルは冷却器が１個のものでも良い。その他、冷蔵庫以外の貯蔵庫の断熱壁に用いられる真空断熱材にも適用することができるなど、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

図面中、１は冷蔵庫、２は断熱箱体、９は断熱仕切壁、３１は側壁部（断熱壁）、３５、７２は内箱、３６、７３は外箱、３７、５１、６１、７４は真空断熱材、３８は放熱パイプ、３９はバリア材、３９ｂ、３９ｃは収容部、４０、４１、５２、７６はコア材、４２、７５は境界部、４４は保護テープ、６２は凹部、７１は底壁部（断熱壁）を示す。

Claims (8)

1. 袋状のバリア材内に板状のコア材を収容し、内部を減圧状態として密封することにより構成され、冷蔵庫の断熱箱体を構成する断熱壁内に配置される真空断熱材であって、
   前記バリア材の全体を上下に複数に区切った各収容部に対し、前記コア材が夫々収容された形態とされ、前記収容部同士間の境界部で該コア材が分断状態とされており、
   前記断熱壁内に冷蔵温度帯と冷凍温度帯との間にまたがるように、上下方向に延びて配置されると共に、前記境界部が、前記断熱箱体の内部に上下の貯蔵室を区画するために設けられた断熱仕切壁に対向した位置に配置され、
   前記複数のコア材は、前記冷蔵温度帯に配置される部分において、前記冷凍温度帯に配置される部分よりも、厚み寸法が小さく構成されている真空断熱材。
2. 前記収容部同士間の境界部において、前記バリア材の両面間が熱溶着されている請求項１記載の真空断熱材。
3. 前記各収容部に夫々ゲッター剤が設けられている請求項１又は２に記載の真空断熱材。
4. 前記バリア材の外面には、前記収容部同士間の境界部分のうち前記コア材に対応した位置に、保護用テープが貼付けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の真空断熱材。
5. 断熱箱体を構成する断熱壁内に、冷蔵温度帯と冷凍温度帯との間にまたがるように、請求項１から４のいずれか一項に記載の真空断熱材を備えていると共に、前記断熱壁内に、前記真空断熱材の収容部同士間の境界部に位置して放熱パイプが配置されている冷蔵庫。
6. 前記断熱箱体の前記断熱仕切壁に対応した位置に前記放熱パイプが配置されている請求項５記載の冷蔵庫。
7. 前記真空断熱材と、発泡断熱材とを組合せて前記断熱壁が構成されている請求項５又は６記載の冷蔵庫。
8. 前記真空断熱材には、前記境界部以外の場所に更に凹部が形成されており、前記放熱パイプは、前記境界部及び凹部に配置されている請求項５から７のいずれか一項に記載の冷蔵庫。

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