JP2019132501A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】内箱と真空断熱材との隙間が小さい箇所においても未充填部なくウレタン断熱材を充填させ、未充填部による断熱性能の低下を防止することで、真空断熱材の充填比率を下げることなく、冷蔵庫の薄壁化を実現する。【解決手段】外箱と、内箱と、前記外箱と前記内箱との間に配置された真空断熱材と、前記内箱と前記真空断熱材との間に配置された介在部材と、前記内箱と前記真空断熱材との間に充填されたウレタン断熱材と、を備えた冷蔵庫において、前記内箱と前記介在部材との間の領域、あるいは、前記真空断熱材と前記介在部材との間の領域に、予め発泡された発泡体を設ける。【選択図】図９

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。

近年、冷蔵庫においても省エネ性能の向上が強く望まれている。また、使い勝手や食生活の多様化から、最近では大容量化も強く望まれるようになっている。冷蔵庫の断熱材にはウレタン断熱材と真空断熱材が用いられるが、省エネ性能の向上には、ウレタン断熱材の凡そ１０倍の断熱性能を有す真空断熱材の厚さを大きくするなどの手段が考えられる。一方で、大容量化するには、冷蔵庫の断熱箱体自体の壁厚を薄くする必要があるため、省エネ性能と同時に満足するには、ウレタン断熱材の厚さを薄くする必要がある。しかしながら、ウレタン断熱材を発泡充填する際の隙間が小さくなると、断熱空間内に欠肉部を生じやすくなり、結果的に必要とする断熱性能を満足できなくなる虞がある。よって、そのような場合には、ウレタン断熱材を発泡充填する際の液回りを改善するように、ウレタン断熱材の流路厚さが薄い箇所を避けて真空断熱材を配置するなどが提案されている（特許文献１）。

特開２０１３−２７０４号公報

しかしながら、特許文献１のように、ウレタン断熱材の流路厚さが薄い箇所を避けて真空断熱材を配置する場合、冷蔵庫の断熱箱体の壁厚を全面的に薄く設計することができなくなる懸念がある。例えば、冷蔵庫背面の内箱と外箱、あるいは外箱に配設された真空断熱材との間の隙間、すなわちウレタン断熱材流路を小さくする際に、サクションパイプなどの介在部材によりウレタン断熱材流路厚さが局所的に薄くなる箇所が発生する。このような状況下にて、ウレタン断熱材流路を確保するには、真空断熱材を細かく分割するか、面積を小さくする、あるいは配置しないかのいずれかを選択する必要があり、いずれにしても、冷蔵庫の壁厚が薄くなってウレタン断熱材流路が小さくなった冷蔵庫において省エネ性能を維持向上することが難しくなる。

本発明の目的は、内箱と真空断熱材との隙間が小さい箇所においても未充填部なくウレタン断熱材を充填させ、未充填部による断熱性能の低下を防止することで、真空断熱材の充填比率を下げることなく、冷蔵庫の薄壁化を実現することにある。

外箱と、内箱と、前記外箱と前記内箱との間に配置された真空断熱材と、前記内箱と前記真空断熱材との間に配置された介在部材と、前記内箱と前記真空断熱材との間に充填されたウレタン断熱材と、を備えた冷蔵庫において、前記内箱と前記介在部材との間の領域、あるいは、前記真空断熱材と前記介在部材との間の領域に、予め発泡された発泡体を設けることを特徴とする。

内箱と真空断熱材との隙間が小さい箇所においても未充填部なくウレタン断熱材を充填でき、未充填部による断熱性能の低下を防止できる。その結果、真空断熱材の充填比率を下げなくても、薄壁化した冷蔵庫を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る冷蔵庫の正面図である。 扉を外した冷蔵庫の正面の透視図である。 冷蔵庫のウレタン発泡工程と、ウレタン流動方向を示した図である。 冷蔵庫も背面の透視図であり、特にサクションパイプの位置を示した図である。 サクションパイプとキャピラリーチューブが密着していることを示した図である。 冷蔵庫の背面の断面図であって、サクションパイプとの位置関係を示した図である。 冷蔵庫の背面の断面図であって、サクションパイプの反りやねじれにより、ウレタン流路厚さに大小が存在することを示した図である。 冷蔵庫の背面の断面図であって、外箱（及び真空断熱材）が撓んだときの状態を示した図である。 冷蔵庫の背面の断面図であって、（ａ）はサクションパイプと内箱の間に発泡体を配置したときの図であり、（ｂ）はサクションパイプと真空断熱材の間に発泡体を配置したときの図である。 冷蔵庫の背面の断面図であって、（ａ）は壁厚が薄くウレタンが流動できない状態を示した図であり、（ｂ）は真空断熱材に形成された溝部によってウレタン流路が広く確保された状態を示す図である。 図４において、サクションパイプの経路のうち、複数個所において発泡体を断続的に配置した状態を示す図である。 ウレタンの流路厚さとウレタンの密度の関係を示す図である。

本実施形態の冷蔵庫１は、内箱３と、外箱４と、内箱３と外箱４との間に配置された真空断熱材７と、を有している（図２）。本実施形態においては、真空断熱材７は外箱４側に両面テープやホットメルトなどの接着剤を介して配設されており、真空断熱材７と内箱３との隙間にはウレタン断熱材８が注入発泡され、内箱３と接着あるいは固定されるものである。なお、真空断熱材７は、内箱３側、あるいは内箱３と外箱４の中間、に配置してもよく、そのような場合は、真空断熱材７と外箱４との隙間、あるいは真空断熱材７と内箱３との隙間および真空断熱材７と外箱４との隙間、にウレタン断熱材８が充填される。断熱箱体の断熱性能はウレタン断熱材と真空断熱材が担っており、特に断熱性能の観点では、真空断熱材７の充填比率を高めることが望ましい。

しかしながら、真空断熱材はコストが高く、必要な性能が得られている場合には、真空断熱材の充填比率を減らしても良い。ここで、真空断熱材の充填比率とは、内箱３と外箱４とから形成される空間内における真空断熱材７の比率のことを指し、（真空断熱材の容積）／（真空断熱材の容積＋ウレタン断熱材の容積）の式によって計算される。本実施形態の冷蔵庫における真空断熱材の充填比率は、冷蔵庫の天面、背面、両側面、底面の面および、貯蔵室５の仕切り板６を含めた断熱空間において、３０％以上８０％以下としている。

本実施形態における冷蔵庫１へのウレタン断熱材８の注入発泡方法について図３を用いて説明する。本実施形態の冷蔵庫１におけるウレタン断熱材の注入発泡方法は、冷蔵庫１の背面が上方を向くようにうつ伏せ状態に倒し、冷蔵庫背面に設けられた４点の注入口を介して、冷蔵庫の断熱空間内へ注入発泡される。ウレタン断熱材の注入は冷蔵庫左右に２点ずつ設けられた注入を介してフランジ面へ均等に注入され、その後、側面を駆け上り、背面側へと回り込むようにして、冷蔵庫の壁の中全域にウレタン断熱材は充填固化される。

図４は本実施例における冷蔵庫１背面の透視図であり、冷蔵庫１の内箱３と、外箱４に配設された真空断熱材７との間に介在するサクションパイプを示した図である。

冷蔵庫１の下部には機械室１３と、図示しないが凝縮器が設置され、サクションパイプ１４、１５とキャピラリーチューブ１６は溶接もしくはハンダ付等で密着させ（図５）、熱交換し、この熱交換した熱交換パイプは冷蔵庫１背面の内箱３と外箱４、あるいは真空断熱材７との間に埋設され、上方部は蒸発器、下方部は機械室１３の圧縮機へとそれぞれ連結している。また、圧縮機、凝縮器、キャピラリーチューブ１６、蒸発器、サクションパイプ１４、１５は順次環状に接続し、冷凍サイクルを構成している。

サクションパイプ１４、１５はキャピラリーチューブ１６との接触面積を稼いで熱交換の効率を高めるために、１０００ｍｍ〜３０００ｍｍ程度の長さをもたせており、冷蔵庫背面に曲げられた状態で配置されている。なお、サクションパイプ１４、１５には外径φ３〜φ８程度のものが用いられる。図４に示すサクションパイプＡ１４の上方部は冷蔵庫１上段の貯蔵室５である冷蔵室の背面に配設された蒸発器に接続され、サクションパイプＢ１５の上方部は冷蔵庫１中段の貯蔵室５である冷凍室の背面に配設された蒸発器にそれぞれ接続されている。これらのサクションパイプはいずれも冷蔵庫１の内箱３と、外箱４、あるいは真空断熱材７との間の隙間に配置されており、この隙間にはウレタン断熱材８が発泡充填される。

このとき、背面に設けられるサクションパイプは反りや捩れなどにより、図７のように全ての箇所が平行になっているわけではなく、また、冷蔵庫１背面の内箱３の部分的な凹凸の影響もあり、ウレタン流路厚さは至るところで不均一になっており、局所的に、例えば厚さ５ｍｍ未満のような、ウレタンがほぼ流れることができない部分が発生してしまう。特に、薄壁化された冷蔵庫１の背面には、１０００ｍｍ〜３０００ｍｍ程度の長さをもつサクションパイプが配設されているため、ウレタン流路厚さが不均一な部分が至るところで発生してしまう。このような流路の厚さが不均一な箇所にウレタンを流動させた場合、厚さの大きい部分、例えば厚さ５ｍｍ以上ある部分を流れるウレタンが、厚さ５ｍｍ未満のように厚さの小さい部分を流れるウレタンよりも先に流れてしまうため、ウレタン流路厚さの大きい領域１７の方を流れるウレタンが先行して流れて（先回りし）、ウレタン流路厚さの小さい領域１８の方にウレタンが流れ終えるまでの間に、進行方向にフタをされてしまい、予めウレタン流路内に存在していた空気や、ウレタン発泡過程で生じるガスを封止して未充填部が形成されてしまう。このような未充填部が発生してしまうと、断熱性能の低下のみならず冷蔵庫背面外箱への結露の発生要因にもなってしまう。特に、冷蔵庫の低温帯の貯蔵室（冷凍室）で未充填部が発生すると、その影響は大きい。

さらに、冷蔵庫背面におけるウレタン流路の厚さを均一にすることが難しい要因として、パイプの反りや捩れに加え、図８に示すように、外箱４の撓み１９がある。なぜなら、ウレタン断熱材発泡時に、冷蔵庫１はうつ伏せ状態、すなわち冷蔵庫１の背面が上方にくるようにして配置しているため、冷蔵庫１背面の真空断熱材７が配設された外箱４が、重力により内箱３方向へやや撓んでしまい、当初は図６のような隙間関係であったものが、外箱４の撓みにより真空断熱材７とサクションパイプ１４、１５が接触し、サクションパイプは内箱３側へ押され、その結果、ウレタンの流路厚さが失わて厚さが５ｍｍ未満、最悪の場合は隙間が完全に消失されてしまう虞があり、より一層未充填部の形成を抑えることが難しくなる。なお、発泡時には撓んでいた外箱４の背面についてはウレタンが完全充填した後の発泡圧により、最終的には所定の厚さになるまで戻るが、この作用により、流動過程により生じた未充填部が解消されるわけではなく、未充填部は残存したままとなる。

本実施例は、先述した課題を解決するためのものであり、予め発泡された発泡体２０を、図９（ａ）のようにサクションパイプ１４，１５と内箱３との隙間に配置するものである。発泡体２０の材質には、エチレン単独重合体、エチレンを主成分とする共重合体、または、その混合物から作られたもの、例えば、ポリエチレンフォームなど用いることができるが、軟質ウレタンフォームなど、発泡成形品であればよい。なお、発泡体２０は、潰された際に反発力（復元力）のある独立気泡体であることが望ましいが、連通気泡体であっても問題ない。

発泡体２０は、冷蔵庫１背面に配設されたサクションパイプと内箱３との間の領域に配設され、その後、内箱３と外箱４を嵌合するときに発泡体２０が潰され、サクションパイプと真空断熱材７との隙間がゼロとなってその場に強く固定される。発泡体２０のもともとの厚さは、固定後のサクションパイプと内箱３と隙間を超えるものとなっており、所定の効果を得るにはサクションパイプと内箱３との隙間の１．１倍以上とするのが望ましい。

なお、この発泡体２０は、図９（ｂ）のようにサクションパイプ１４，１５と真空断熱材７との隙間に配置してもよい。この場合、内箱３と外箱４を嵌合するときに発泡体２０が潰されると、サクションパイプと内箱３との隙間がゼロとなってその場に強く固定される。発泡体２０のもともとの厚さは、固定後のサクションパイプと真空断熱材７と隙間を超えるものとなっており、所定の効果を得るにはサクションパイプと真空断熱材７との隙間の１．１倍以上とするのが望ましい。

また、発泡体２０の片面、あるいは両面には粘着面を形成させたほうが好ましく、内箱３、真空断熱材７、サクションパイプのいずれかに接着、固定させておくことにより、発泡体２０配置後に位置ズレが生じないようにできる。発泡体２０の接着、固定手段は特に限定するものではなく、テープなど、接着や固定を目的とした材料であれば何を用いることもできる。なお、位置出しが容易なことから、発泡体２０はサクションパイプに接着、固定するのが望ましい。

ここで、サクションパイプ全域に発泡体２０を配置してしまうと、ウレタン流路を完全に遮ってしまう形になるため、断続的に配置する必要がある。発泡体２０は少なくとも１箇所に配置すれば良いが、よりウレタン流路を均一にするには、サクションパイプの経路のうち複数個所においてを断続的に配置するほうがよい（図１１）。これにより、冷蔵庫１背面に配設されたサクションパイプの反りや捩れによるウレタン流路厚さのバラツキ、また、ウレタン発泡時の冷蔵庫１背面の外箱４撓み等の影響によるウレタン流路厚さのバラツキ、は大きく低減され、一定のウレタン流路厚さが確保される。したがって、ウレタンの流動も均一化され、ウレタン流路内のウレタン厚さ大小により形成される未充填部（空気やガスの封止）を抑制でき、ひいては、冷蔵庫の断熱性能の低下や、冷蔵庫外箱への結露を防止できる。なお、サクションパイプにフォーカスして説明したが、冷蔵庫の背面に配設されているコード類など、厚さをもつ介在部材全てに対して、発泡体を配置してウレタン流路を確保できる。

ここで、発明者らの実験により得られた、ウレタンの流路厚さと、ウレタンの密度（流動性）の関係を図１２に示す。この表より、ウレタン流路厚さが５ｍｍ未満となったとき劇的に密度は上昇し、それに伴い流動性も大きく低下する傾向があることがわかる（密度は流動性の指標としてみることもできる）。したがって、ウレタン流路は望ましくは最低でも５ｍｍ以上確保することが望まれる。

しかしながら、薄壁化を追求していく過程において、内箱３と真空断熱材７との隙間が１０ｍｍ以下で、サクションパイプの外径がφ６ｍｍであったとする。このような構成の場合、サクションパイプのない部分においては、各部品の厚さバラツキがあったとしてもウレタン流路を５ｍｍ以上確保できるが、サクションパイプの配置されている部分、すなわち、内箱３とサクションパイプとの隙間や、サクションパイプと真空断熱材７との隙間は、どちらか一方へサクションパイプが偏って配置されていたとしても最大で４ｍｍしか確保できない。例えば、図１０（ａ）のように、サクションパイプ１４，１５が真空断熱材７側に偏って配置されたとしても、内箱３とサクションパイプ１４，１５との隙間が非常に狭くなり（４ｍｍ以下）ウレタンの流動を大きく阻害する。これに各部品の厚さバラツキなどが含まれると、隙間が完全に閉じられる可能性もあり、ウレタンの未充填部が益々形成されやすい状況をつくってしまう。

そこで、発明者らは図１０（ｂ）のように、内箱３とサクションパイプ１４，１５との隙間に予め発泡された発泡体２０を配置することにより、所定のウレタン流路厚さ（例えば５ｍｍ以上）を確保できるようにしている。冷蔵庫１の断熱箱体製造時に、内箱３とサクションパイプの間の隙間に発泡体２０を配置しておくことで、内箱３と外箱４を嵌合する際に、発泡体２０は所定量潰されその場に固定される（このとき、発泡体２０の反発力（復元力）によりやや外箱４が膨れることがあるが、その後の工程で解消されるため問題ない）。その後、冷蔵庫１の断熱箱体はウレタン発泡工程へと移り、ウレタン発泡時の圧力により断熱箱体が膨張変形しないように、発泡金型２１の中に収容され、内箱３側と外箱４側の双方から頑丈に押さえられる。このとき、冷蔵庫１背面に配置された発泡体２０は完全に一定の厚さとなるまで潰されるが、潰し量が限界を迎えた場合、サクションパイプが真空断熱材７を凹ませて溝部（凹部）２２が形成される。したがって、サクションパイプが真空断熱材７に埋まった状態となるため、溝部２２の深さ分余裕が生じ、ウレタン流路を広く確保できる。

従来、ウレタンの流路を確保するために予め真空断熱材７に溝部２２を設けることなども提案されてきたが、本実施例においてはそのようなことをせずとも、製造工程の中で自然とサクションパイプの形状に沿った溝部２２を形成させることができ、溝部２２の形成によりウレタン流路が容易に確保できる。また、発泡体２０の厚さを変更することで、ウレタン流路は自在に調整することが可能である。このように、本実施例を用いれば、ウレタンが流れないような隙間（例えば５ｍｍ未満）に予め発泡された発泡体２０を配置することにより、ウレタンが流れることのできる隙間（例えば５ｍｍ以上）を容易に作り出すことが可能である。また、冷蔵庫１背面に配置されたサクションパイプと内箱３の間の隙間に発泡体２０を断続的に配置することにより、ウレタン流路厚さも一定にすることが可能となり、冷蔵庫１背面における未充填部の形成は解消され、断熱性能の低下や、冷蔵庫外箱での結露を防止できるようになる。

１・・・冷蔵庫
２・・・扉
３・・・内箱
４・・・外箱
５・・・貯蔵室
６・・・仕切り板
７・・・真空断熱材
８・・・ウレタン断熱材
９・・・ウレタン注入口
１０・・・台板
１１・・・ウレタン注入方向
１２・・・ウレタン流動方向
１３・・・機械室
１４・・・サクションパイプＡ
１５・・・サクションパイプＢ
１６・・・キャピラリーチューブ
１７・・・ウレタン流路厚さの大きい領域
１８・・・ウレタン流路厚さの小さい領域
１９・・・ウレタン発泡時の外箱撓み方向
２０・・・発泡体
２１・・・発泡金型
２２・・・溝部（凹部）

Claims (7)

1. 外箱と、内箱と、前記外箱と前記内箱との間に配置された真空断熱材と、前記内箱と前記真空断熱材との間に配置された介在部材と、前記内箱と前記真空断熱材との間に充填されたウレタン断熱材と、を備えた冷蔵庫において、前記内箱と前記介在部材との間の領域に、予め発泡された発泡体が設けられていることを特徴とする冷蔵庫。
2. 請求項１において、前記内箱と前記真空断熱材との隙間が１０ｍｍ以下であって、前記発泡体のもともとの厚さが前記内箱と前記介在部材との隙間を超える厚さであることを特徴とする冷蔵庫。
3. 外箱と、内箱と、前記外箱と前記内箱との間に配置された真空断熱材と、前記内箱と前記真空断熱材との間に配置された介在部材と、前記内箱と前記真空断熱材との間に充填されたウレタン断熱材と、を備えた冷蔵庫において、前記真空断熱材と前記介在部材との間の領域に、予め発泡された発泡体が設けられていることを特徴とする冷蔵庫。
4. 請求項３において、前記内箱と前記真空断熱材との隙間が１０ｍｍ以下であって、前記発泡体のもともとの厚さが前記真空断熱材と前記介在部材との隙間を超える厚さであることを特徴とする冷蔵庫。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記介在部材は、冷蔵庫の背面側に位置するサクションパイプまたはコードであることを特徴とする冷蔵庫。
6. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記発泡体は、独立気泡を有することを特徴とする冷蔵庫。
7. 請求項１または２において、前記真空断熱材に、前記介在部材の形状に沿った凹部が形成されていることを特徴とする冷蔵庫。

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