JP2012159240A - 断熱箱体及び冷凍冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱性能の優れた断熱箱体を提供する。
【解決手段】断熱箱体は、外箱１０２と内箱１０３との間に発泡ポリウレタン樹脂１０４を有し、発泡ポリウレタン樹脂１０４中に１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の大きさの中空状のシリカ１１０を有する。この発泡ポリウレタン樹脂１０４は、液状の二酸化炭素１０８と、液状のシクロペンタン１０６と、中空状のシリカ１１０とを、ポリオール１０７とポリイソシアネート１１２に混合させて充填発泡したものである。中空状のシリカ１１０の大きさを、発泡ポリウレタン樹脂１０４の気泡を構成するウレタン樹脂の膜厚より小さい５００ｎｍ以下にしたので、中空状のシリカ１１０は発泡ポリウレタン樹脂１０４の気泡の独立性を維持したまま樹脂部分に存在する。これにより発泡ポリウレタン樹脂１０４の固定熱伝導率を低減でき、断熱箱体の断熱性能を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、外箱と内箱との間に発泡ポリウレタン樹脂を有する断熱箱体と、それを用いた冷凍冷蔵庫等に関するものである。

近年、地球環境保護の観点から、熱エネルギーを効率的に利用する技術開発に対する社会的要望が高まっている。このような背景から、産業界では積極的に省エネルギー対策が組織的に実施されている。

一方、一般家庭では各種啓蒙活動など、省エネルギーへの関心や理解が広まりつつあり、家庭電化製品や自動車に関して省エネルギー性能が、機器の本質的な性能や価格などとともに商品選択理由の重要な因子になっている。

冷蔵庫は、家庭電化製品の中で空気調和機とともに代表的な熱エネルギー消費製品であり、これらの製造者は、これら製品の省エネルギー化を図るべく、改良設計や筐体の断熱性能向上に注力している。

一般的に筐体の断熱を図るために、断熱材料として発泡ポリウレタンを使用しており、発泡ポリウレタンの断熱性能の向上を図っている。

発泡ポリウレタンの断熱性能を向上するには、フォーム気泡内ガス成分の気体熱伝導率を低減することと、フォーム樹脂部分の固体熱伝導率を低減することが重要である。

そこで、独立気泡内部のガス成分の中から気体熱伝導率の大きい炭酸ガスを取り除く方法が効果的であり、炭酸ガス吸着試験薬で炭酸ガス成分を除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

炭酸ガス吸着性能に優れたアルカリ金属水酸化物を１００センチポイズ〜１０００センチポイズの範囲内の粘度を２５℃で有している担体液体により懸濁質としたものを原料中にあらかじめ添加混合してある。

これにより、生成した炭酸ガスを吸着除去し、気泡内を発泡剤ガスで満たすことにより断熱性能を向上させることが特徴となっている。

特開平８−８１５７４号公報

しかしながら、この構成では、ウレタン原料と混合過程において、アルカリ金属水酸化物とウレタン原料が反応し、フォーム密度やウレタン反応の反応性に悪影響を与える。

すなわち、アルカリ金属水酸化物は、吸水性が高く、原料と直接接触することにより、原料中の水分を吸収するため、発泡効率が低下し、その結果フォーム密度が増大する。

よって、発泡断熱材の独立気泡内部の炭酸ガスは、アルカリ金属水酸化物によって吸着
除去され、実質的に独立気泡内部のガス組成中の揮発性発泡剤の比率は高くなり、気体熱伝導率は低下するが、フォーム密度の増加による樹脂熱伝導率の悪化が予測され、全体として熱伝導率の低減が図れない課題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、断熱性能の優れた断熱箱体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の断熱箱体は、外箱と内箱との間に発泡形成される発泡ポリウレタン樹脂中に中空状のシリカを有するのである。

上記構成において、中空状のシリカは、発泡ポリウレタン樹脂の樹脂部分よりも熱伝導率が低いので、中空状のシリカを樹脂部分に存在させることにより、外箱と内箱との間の断熱材の固定熱伝導率を低減でき、外箱と内箱との間に発泡ポリウレタン樹脂を有する断熱箱体の断熱性能を向上させることができる。

本発明は、発泡ポリウレタン樹脂の樹脂部分よりも熱伝導率が低い中空状のシリカを、発泡ポリウレタン樹脂の樹脂部分に存在させるものであり、外箱と内箱との間の断熱材の固定熱伝導率を低減でき、外箱と内箱との間に発泡ポリウレタン樹脂を有する断熱箱体の断熱性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における断熱箱体の概略斜視図 同実施の形態の断熱箱体への発泡ポリウレタン樹脂の充填発泡工程を示す概略構成図 同実施の形態の断熱箱体の発泡ポリウレタン樹脂の気泡を示す概略断面図 本発明の実施の形態２における冷凍冷蔵庫の概略縦断面図

第１の発明は、外箱と内箱との間に発泡ポリウレタン樹脂を有する断熱箱体であって、前記発泡ポリウレタン樹脂中に中空状のシリカを有するのである。

上記構成において、中空状のシリカは、発泡ポリウレタン樹脂の樹脂部分よりも熱伝導率が低いので、中空状のシリカを樹脂部分に存在させることにより、外箱と内箱との間の断熱材の固定熱伝導率を低減でき、外箱と内箱との間に発泡ポリウレタン樹脂を有する断熱箱体の断熱性能を向上させることができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記中空状のシリカの大きさを、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下としたものであり、中空状のシリカの大きさを、発泡ポリウレタン樹脂の気泡を構成するウレタン樹脂の膜厚より小さい５００ｎｍ以下にしたので、中空状のシリカは発泡ポリウレタン樹脂の気泡の独立性を維持したまま樹脂部分に存在することができ、中空状のシリカの大きさを１０ｎｍ以上にしたので、中空状のシリカの大きさが１０ｎｍ未満のものより生産性（実用性）と断熱性の両方に優れ、外箱と内箱との間の断熱材の固定熱伝導率を低減でき、外箱と内箱との間に発泡ポリウレタン樹脂を有する断熱箱体の断熱性能を向上させることができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記発泡ポリウレタン樹脂が、略大気圧で沸点が零度以下の第１の発泡剤と炭化水素からなる第２の発泡剤と前記中空状のシリカとをポリウレタン樹脂の原料に混合させて充填発泡したものである。

ポリウレタン樹脂の発泡剤として、従来の発泡剤または第２の発泡剤だけを用いた場合は、ポリウレタン樹脂の原料であるポリオール成分とポリイソシアネート成分との発熱反応による熱や外部から加えられた熱を気化熱源として気化して、気体となり膨張する。

そのため、外箱と内箱との間の閉空間に発泡ポリウレタン樹脂の原料が注入されてから発泡開始まで時間がかかり、充填する空間の隅々に達するまでに発泡ポリウレタン樹脂の硬化が進み、未充填部が発生する可能性が出てくる。

これに対して、ポリウレタン樹脂の発泡剤として、炭化水素からなる第２の発泡剤の他に略大気圧で沸点が零度以下の第１の発泡剤を用いた場合は、発泡ポリウレタン樹脂の原料に混合された後、直ちに、その混合物や周囲から気化熱源を得て気化して、気体となり膨張する。

そのため、外箱と内箱との間の閉空間に、発泡ポリウレタン樹脂の原料を注入した直後の低粘度状態から発泡が始まっており、発泡ポリウレタン樹脂の原料は低粘度の泡で均一に広がり、従来よりも早く低粘度状態で充填を完了でき、未充填部の発生を抑制でき、原料の充填量を減らすことができる。

さらに、第１の発泡剤より熱伝導率が低い第２の発泡剤を第１の発泡剤と併用することにより、発泡成形された発泡ポリウレタン樹脂の熱伝導率が低くなることにより、断熱体の断熱性能を向上できる。

したがって、ポリウレタン樹脂の発泡剤として、略大気圧で沸点が零度以下の第１の発泡剤と炭化水素からなる第２の発泡剤を用いることにより、発泡ポリウレタン樹脂の低密度と高流動性と高強度と断熱性を、容易に両立でき、原料の管理や入手、製造が簡単で、製造コストの増加を低く抑えることができる。

第４の発明は、特に第３の発明において、前記第１の発泡剤に二酸化炭素を用いるものである。

二酸化炭素は、略大気圧での沸点が氷点下７９℃であり、発泡力が非常に高く、化学的に安定し、耐環境性にも優れた物質である。そのため、第１の発泡剤に二酸化炭素を用いることで、環境性に優れた断熱箱体を提供することができる。

第５の発明は、前面を開口した断熱箱体と、前記断熱箱体の開口部を開閉可能に前記断熱箱体の前面に設けられた扉と、前記断熱箱体と前記扉とから形成される密閉空間を冷却する冷却装置とからなる冷凍冷蔵庫において、前記断熱箱体が第１から第４のいずれかの発明の断熱箱体である。

この冷凍冷蔵庫によれば、断熱性能の優れた断熱箱体を使用しているので、断熱性能の高い冷凍冷蔵庫を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における断熱箱体の概略斜視図である。図２は、同実施の形態の断熱箱体への発泡ポリウレタン樹脂の充填発泡工程を示す概略構成図である。図３は、同実施の形態の断熱箱体の発泡ポリウレタン樹脂の気泡を示す概略断面図である。

図１、図２、図３に示すように、本実施の形態の前面に開口部を有する断熱箱体１０１は、外箱１０２と内箱１０３との間に発泡ポリウレタン樹脂１０４を有し、発泡ポリウレタン樹脂１０４中に１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の大きさの中空状のシリカ１１０を有している。

また、発泡ポリウレタン樹脂１０４は、略大気圧で沸点が零度以下（氷点下７９℃）の二酸化炭素１０８（第１の発泡剤）と、シクロペンタン１０６（炭化水素）からなる第２の発泡剤と、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の大きさの中空状のシリカ１１０とを、ポリウレタン樹脂の原料（ポリオール１０７とポリイソシアネート１１２）に混合させて充填発泡したものである。

外箱１０２と内箱１０３との間の閉空間に発泡ポリウレタン樹脂１０４を充填発泡する工程では、発泡ポリウレタン樹脂１０４の発泡圧で、内箱１０３と外箱１０２とが変形しないように、内箱１０３と外箱１０２とを、外側から治具１０５で固定している。

断熱箱体１０１の製造方法は、まず予め炭化水素からなる第２の発泡剤であるシクロペンタン１０６が混合されたポリオール１０７に、略大気圧で沸点が零度以下の第１の発泡剤である二酸化炭素１０８を液状で添加し、スタティックミキサー１０９により混合する。その際に液状の二酸化炭素１０８の中に中空状のシリカ１１０を混合しておき、ポリオール１０７に均一に混合する。

なお、シクロペンタン１０６とポリオール１０７の相溶性が低く分離し易い場合には、スタティックミキサーの上流側に同様の混合手段を用いて、シクロペンタン１０６とポリオール１０７を混合しても構わない。

次に、ミキシングヘッド１１１において、シクロペンタン１０６と二酸化炭素１０８とが混合されたポリオール１０７にポリイソシアネート１１２を混合する。二酸化炭素１０８はポリオール１０７とポリイソシアネート１１２の重量の和に対して０．５ｗｔ％添加してある。

次に、断熱箱体１０１の背面の注入口（図示せず）から治具１０５により固定された内箱１０３と外箱１０２との間の空間に発泡ポリウレタン樹脂１０４の原料を注入し、シクロペンタン１０６及び二酸化炭素１０８が発泡することで充填される。

ポリオール１０７には、予めシクロペンタン１０６以外に水、整泡剤、触媒などが混合されている。なお、二酸化炭素１０８は超臨界状態、亜臨界状態で混合しても構わない。また、二酸化炭素１０８をポリイソシアネート１１２側に混合しても構わない。

以上のように本実施の形態の断熱箱体１０１の製造方法は、内箱１０３と外箱１０２とを両箱１０２，１０３間に発泡ポリウレタン樹脂１０４を充填するための空間が形成されるように配置し、発泡ポリウレタン樹脂１０４の発泡時に内箱１０３と外箱１０２とが変形しないように内箱１０３と外箱１０２とを治具１０５で固定した状態で、内箱１０３と外箱１０２との間の空間に、ポリウレタン樹脂の原料（ポリオール１０７、ポリイソシアネート１１２、水、整泡剤、触媒）と、少なくとも略大気圧で沸点が零度以下の液状の第１の発泡剤（二酸化炭素１０８）と炭化水素からなる第２の発泡剤（シクロペンタン１０６）と中空状のシリカ１１０との混合物を注入して発泡させるものである。

図３に発泡ポリウレタン樹脂１０４の１つのセル１１３を示す。上記の製造方法により気泡１１４の周囲を覆う樹脂１１５の部分に中空状のシリカ１１０を存在させることがで
きる。

以上のように本実施の形態の断熱箱体１０１は、中空状のシリカ１１０が発泡ポリウレタン樹脂１０４の樹脂部分よりも熱伝導率が低いので、中空状のシリカ１１０を樹脂部分に存在させることにより、外箱１０２と内箱１０３との間の断熱材（発泡ポリウレタン樹脂１０４）の固定熱伝導率を低減でき、外箱１０２と内箱１０３との間に発泡ポリウレタン樹脂１０４を有する断熱箱体１０１の断熱性能を向上させることができる。

中空には例えば空気が存在しており、発泡ポリウレタン樹脂１０４の樹脂１１５の部分の熱伝導率より１桁小さいので、中空状のシリカ１１０の熱伝導率と合わせても、発泡ポリウレタン樹脂１０４の樹脂部分の熱伝導率より低減することができる。

また、予め中空状のシリカ１１０をポリオール１０７に混合しておくと偏ってしまい均一に分散させるのが困難であるが、液状の二酸化炭素１０８に混ぜてポリオール１０７に添加することで均一に分散させることができ、発泡ポリウレタン樹脂１０４の熱伝導率を低減することができる。

本実施の形態では、第１の発泡剤に二酸化炭素１０８を用いているが、二酸化炭素１０８は略大気圧での沸点が氷点下７９℃であり、発泡力が非常に高く、化学的に安定し、耐環境性にも優れた物質である。これを発泡剤として用いることで、環境性に優れた断熱箱体１０１を製造することができる。

本実施の形態では、中空状のシリカ１１０の大きさを、発泡ポリウレタン樹脂１０４の気泡１１４を構成するウレタン樹脂の膜厚より小さい５００ｎｍ以下にしたので、中空状のシリカ１１０は発泡ポリウレタン樹脂１０４の気泡１１４の独立性を維持したまま樹脂部分に存在することができ、中空状のシリカ１１０の大きさを１０ｎｍ以上にしたので、中空状のシリカ１１０の大きさが１０ｎｍ未満のものより生産性（実用性）と断熱性の両方に優れ、外箱１０２と内箱１０３との間の断熱材（発泡ポリウレタン樹脂１０４）の固定熱伝導率を低減でき、外箱１０２と内箱１０３との間に発泡ポリウレタン樹脂１０４を有する断熱箱体１０１の断熱性能を向上させることができる。

ところで、ポリウレタン樹脂の発泡剤として、従来の発泡剤または炭化水素からなる第２の発泡剤（シクロペンタン１０６）だけを用いた場合は、ポリウレタン樹脂の原料であるポリオール成分とポリイソシアネート成分との発熱反応による熱や外部から加えられた熱を気化熱源として気化して、気体となり膨張する。

そのため、外箱１０２と内箱１０３との間の閉空間に発泡ポリウレタン樹脂１０４の原料が注入されてから発泡開始まで時間がかかり、充填する空間の隅々に達するまでに発泡ポリウレタン樹脂１０４の硬化が進み、未充填部が発生する可能性が出てくる。

これに対して、本実施の形態では、ポリウレタン樹脂の発泡剤として、炭化水素からなる第２の発泡剤（シクロペンタン１０６）の他に略大気圧で沸点が零度以下（氷点下７９℃）の二酸化炭素１０８（第１の発泡剤）を用いたので、発泡ポリウレタン樹脂１０４の原料（ポリオール１０７とポリイソシアネート１１２）に混合された後、直ちに、その混合物や周囲から気化熱源を得て気化して、気体となり膨張する。

そのため、外箱１０２と内箱１０３との間の閉空間に、発泡ポリウレタン樹脂１０４の原料を注入した直後の低粘度状態から発泡が始まっており、発泡ポリウレタン樹脂１０４の原料は低粘度の泡で均一に広がり、従来よりも早く低粘度状態で充填を完了でき、未充填部の発生を抑制でき、原料の充填量を減らすことができる。

したがって、ポリウレタン樹脂の発泡剤として、略大気圧で沸点が零度以下（氷点下７９℃）の二酸化炭素１０８（第１の発泡剤）を用いることにより、発泡ポリウレタン樹脂１０４の低密度と高流動性と高強度と断熱性を、容易に両立でき、原料の管理や入手、製造が簡単で、製造コストの増加を低く抑えることができる。

また、本実施の形態では、第１の発泡剤（二酸化炭素１０８）の他に、第１の発泡剤（二酸化炭素１０８）よりも熱伝導率の低い炭化水素からなる液状の第２の発泡剤（シクロペンタン１０６）を添加しているので、発泡ポリウレタン樹脂１０４の熱伝導率を下げることができ、断熱性能に優れた断熱箱体１０１を製造することができる。

また、本実施の形態では、第１の発泡剤（二酸化炭素１０８）の添加量が第２の発泡剤（シクロペンタン１０６）の添加量の１０％以下であり、第２の発泡剤（シクロペンタン１０６）の添加量に比べて第１の発泡剤（二酸化炭素１０８）の添加量が少ないので、第１の発泡剤（二酸化炭素１０８）による発泡ポリウレタン樹脂１０４の熱伝導率の悪化を大幅に抑えて断熱箱体１０１を製造することができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における冷凍冷蔵庫の概略縦断面図である。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図４に示すように、本実施の形態の冷凍冷蔵庫１１６は、前面を開口した断熱箱体１０１と、断熱箱体１０１の開口部を開閉可能に断熱箱体１０１の前面に設けられた断熱扉１１７と、圧縮機１１８ａと凝縮器１１８ｂと膨張手段（図示せず）と蒸発器１１８ｃとから構成され断熱箱体１０１と断熱扉１１７とから形成される密閉空間（収納室１１９）を冷却する冷却装置とから構成されている。

断熱箱体１０１と断熱扉１１７とから形成される密閉空間（収納室１１９）は、野菜室、冷蔵室、冷凍室として使用される。断熱扉１１７は断熱箱体１０１の前面の開口部を閉じるように複数枚（本実施の形態では３枚）配設されており複数の収納室１１９が形成されている。

凝縮器１１８ｂと蒸発器１１８ｃとの間の膨張手段には、キャピラリーチューブや膨張弁などが配設される。圧縮機１１８ａ、凝縮器１１８ｂ、膨張手段、蒸発器１１８ｃは、順次環状に冷媒配管で環状に連接されて冷凍サイクルを構成している。この冷凍サイクルの蒸発器１１８ｃとの熱交換で冷却された冷気が、図示しない送風機により各収納部１１９へ供給されて各収納部１１９を冷却する。

図示しないが、断熱箱体１０１（冷凍冷蔵庫１１６）の背面には、発泡ポリウレタン樹脂１０４の原料を注入するための注入口が設けられている。

実施の形態２の冷凍冷蔵庫１１６の断熱箱体１０１の製造方法は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態の冷凍冷蔵庫１１６は、実施の形態１と同様の構成の断熱性能の優れた断熱箱体１０１を用いているので、断熱性能が高く省エネ性能に優れる。

本発明の断熱箱体は、外箱と内箱との間の断熱材の固定熱伝導率を低減でき、外箱と内
箱との間に発泡ポリウレタン樹脂を有する断熱箱体の断熱性能を向上させることができるので、家庭用の冷凍冷蔵庫（冷凍庫や冷蔵庫を含む）の他に、業務用の冷凍冷蔵庫（冷凍庫や冷蔵庫を含む）や、農作物や薬品を所定温度で保存、保管する保温庫、保冷庫に適している。

１０１ 断熱箱体
１０２ 外箱
１０３ 内箱
１０４ 発泡ポリウレタン樹脂
１０６ シクロペンタン
１０７ ポリオール
１０８ 二酸化炭素
１１０ 中空状のシリカ
１１２ ポリイソシアネート
１１６ 冷凍冷蔵庫
１１７ 断熱扉
１１８ａ 圧縮機
１１８ｂ 凝縮器
１１８ｃ 蒸発器
１１９ 収納室

Claims (5)

1. 外箱と内箱との間に発泡ポリウレタン樹脂を有する断熱箱体であって、前記発泡ポリウレタン樹脂中に中空状のシリカを有する断熱箱体。
2. 前記中空状のシリカの大きさが１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である請求項１に記載の断熱箱体。
3. 前記発泡ポリウレタン樹脂は、略大気圧で沸点が零度以下の第１の発泡剤と炭化水素からなる第２の発泡剤と前記中空状のシリカとをポリウレタン樹脂の原料に混合させて充填発泡したものである請求項１または２記載の断熱箱体。
4. 前記第１の発泡剤は二酸化炭素である請求項３に記載の断熱箱体。
5. 前面を開口した断熱箱体と、前記断熱箱体の開口部を開閉可能に前記断熱箱体の前面に設けられた扉と、前記断熱箱体と前記扉とから形成される密閉空間を冷却する冷却装置とからなる冷凍冷蔵庫において、前記断熱箱体が請求項１から４のいずれか１項に記載の断熱箱体である冷凍冷蔵庫。

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