JP2002031422A

JP2002031422A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2002031422A
Application number: JP2000214925A
Authority: JP
Inventors: Takashi Doi; 隆司土井; Tsutomu Sakuma; 勉佐久間; Akihiro Noguchi; 明裕野口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】冷蔵庫の凝縮器におけるスリップ現象の発生
を防止して、凝縮能力の向上を図る。【解決手段】圧縮機１４、凝縮器２２、蒸発器１０，
１２を接続して構成した冷凍サイクルを備え、凝縮器２
２としてワイヤーコンデンサ２６とその下流の防露パイ
プ２４を持った冷蔵庫において、ワイヤーコンデンサ２
６の冷媒出口に気液を分離できる気液分離器３２を設
け、この気液分離器３２のガス出口側に防露パイプ２４
を接続し、気液分離器３２の液出口側に防露パイプ２４
をバイパスするバイパス経路３４を接続したもの。防露
パイプ２４内には気液分離器３２によりガスのみが流れ
るため、配管内部がドライとなって凝縮が進む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷蔵庫に関するも
のであり、特に冷凍サイクルにおける凝縮器部分に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷蔵庫における冷凍サイクルの一
例を図１０に示す。この冷凍サイクルでは、圧縮機１４
から出た冷媒は、凝縮器２２、三方弁１６を介して流
れ、冷蔵室を冷却する場合には、三方弁１６から冷蔵用
キャピラリーチューブ１８、冷蔵室用蒸発器（以下、Ｒ
エバという）１２、冷凍室用蒸発器（以下、Ｆエバとい
う）１０を介して流れ、サクションパイプ１９を経て、
圧縮機１４に戻る。また、冷凍室を冷却する場合には、
三方弁１６から冷凍用キャピラリーチューブ２０、Ｆエ
バ１０を介して流れ、サクションパイプ１９を経て、圧
縮機１４に戻る。

【０００３】上記の凝縮器２２は、詳細には、図１２に
も示されるように、冷蔵庫本体７の背面に配された放熱
用の背面パイプ２８と、冷蔵庫本体７の底面に配された
底面コンデンサと呼ばれるワイヤーコンデンサ２６と、
冷蔵庫本体７の前面開口縁部に配された露付き防止用の
防露パイプ２４とで構成されており、これら３つの部材
で圧縮機１４から吐出された冷媒を凝縮している。

【０００４】図１１にこの冷凍サイクルのモリエル線図
を示す。図１１に示すように、ガス状態から２相気液、
液状態へと背面パイプ２８、ワイヤーコンデンサ２６、
防露パイプ２４により凝縮されていき、凝縮器２２の出
口では気液混合の２相冷媒（ガス１、液９の割合）とな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、凝縮器２２
の下流域にある防露パイプ２４は、図１２に示すよう
に、冷蔵庫本体７の下側から入り、上下を繰り返して凝
縮器２２の出口に至っている。そのため、防露パイプ２
４では、重力に反して下から上に冷媒が流れる配管部分
がある。このような配管部分では、圧縮機１４が通常の
運転状態である場合、図１３（ａ）に示すように、防露
パイプ２４の配管内面で凝縮した液３０が重力で滴下し
ようとしても、冷媒の流れの力で液３０が上昇し、配管
内面はドライに近くなるような現象となる。

【０００６】しかしながら、圧縮機１４の運転周波数が
小さく、冷媒循環量が少ない場合には、配管内の冷媒流
速が遅いため、冷媒の流れより重力の方が強くなり、図
１３（ｂ）に示すように、液３０が配管内でそのまま停
滞してしまう場合がある。これをスリップ現象という。

【０００７】このスリップ現象が起こると、図１４に示
すように、冷凍能力の低下や冷媒遅れなどの問題が生じ
る。すなわち、ステップＳ１〜ステップＳ５に示すよう
に、スリップ現象が起こると、凝縮器２２内でのぬれ面
（液体で覆われた面）が多くなり、これにより、液が熱
抵抗となり、凝縮熱量が低下し、その結果、冷凍能力が
低下することになる。また、ステップＳ６〜ステップＳ
８に示すように、ステップＳ２の凝縮器２２内でのぬれ
面が多くなると、配管構成によっては液が出てこなくな
り、冷媒循環量のバランスがくずれ、特に、冷蔵室冷却
と冷凍室冷却の切替時などでは、冷媒遅れが生じること
になる。

【０００８】そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、凝
縮器の途中部分に凝縮した冷媒液を凝縮器出口に戻す冷
媒経路を設け、凝縮していないガスを残りの凝縮器で凝
縮させ、冷凍能力の向上と冷媒遅れを生じさせないよう
にして、凝縮器の能力改善を図るようにした冷蔵庫を提
供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の冷蔵
庫は、圧縮機、凝縮器、蒸発器を接続して構成した冷凍
サイクルを備え、冷媒を凝縮する前記凝縮器部分に凝縮
用の第１コンデンサとその下流の第２コンデンサを持っ
た冷蔵庫において、前記第１コンデンサの冷媒出口に、
気液を分離できる気液分離手段を設け、この気液分離手
段のガス出口側に前記第２コンデンサを接続し、気液分
離手段の液出口側に前記第２コンデンサをバイパスする
バイパス経路を接続したことを特徴とする。

【００１０】請求項１の冷蔵庫であると、第１コンデン
サで凝縮された冷媒液をバイパス経路を介して第２コン
デンサの出口側に戻し、第２コンデンサにはガスのみを
流入されることができる。そのため、第２コンデンサ
は、気液２相の冷媒が流入する場合と比べて、配管内部
がドライとなって凝縮が進み、さらに管内流路をガスが
占有するため流路抵抗も低減できる。従って、凝縮能力
が向上し、冷凍能力も向上する。

【００１１】請求項２の冷蔵庫は、請求項１において、
前記バイパス経路に弁を設けて、圧縮機の運転周波数が
設定周波数よりも大きいときに弁を閉じるよう制御する
ことを特徴とする。

【００１２】圧縮機の運転周波数が大きく、冷媒流量が
多い場合には、第１コンデンサでの凝縮量が低下し、従
って第１コンデンサ出口での液量が少ない。また、冷媒
流速も速いため、凝縮液が配管内を流れやすい。そのた
め、請求項２のように、圧縮機の運転周波数が設定周波
数よりも大きいときには、弁を閉じて第２コンデンサの
みに冷媒が流れるようにしても、スリップ現象は発生し
ない。また、圧縮機の運転周波数が設定周波数より小さ
い場合は、弁を開いて、液をバイパス経路を介して第２
コンデンサの出口側に流し、ガスを第２コンデンサに流
すことにより、凝縮能力及び冷凍能力が向上する。

【００１３】請求項３の冷蔵庫は、請求項１において、
前記第２コンデンサが、冷蔵庫本体の前面開口縁部に配
された露付き防止用の防露パイプであり、前記バイパス
経路に弁を設けて、前記防露パイプの温度が冷蔵庫外の
室温よりも低いときに弁を閉じるよう制御することを特
徴とする。

【００１４】請求項３の冷蔵庫であると、防露パイプの
温度が室温より低い場合には、弁を閉じて防露パイプの
みに冷媒を流すことにより、防露パイプの温度を上げて
扉接合部での結露を防止することができる。

【００１５】請求項４の冷蔵庫は、請求項１において、
前記バイパス経路に弁を設けて、第１コンデンサの温度
と第２コンデンサの出口温度との温度差が所定値よりも
小さいときに弁を開けるよう制御することを特徴とす
る。

【００１６】第１コンデンサの温度と第２コンデンサの
出口温度との温度差が小さいときには、第２コンデンサ
で十分熱交換できていないため、この場合に請求項４の
冷蔵庫のように弁を開けて、第２コンデンサに冷媒を流
れにくくし、液をバイパス経路を介して第２コンデンサ
の出口側に流すことにより、第２コンデンサでの凝縮能
力を高めることができる。

【００１７】請求項５の冷蔵庫は、請求項１において、
前記バイパス経路に弁を設けて、第１コンデンサの温度
と第２コンデンサの出口温度との温度差が所定値よりも
小さく、かつ、圧縮機の運転周波数が設定周波数よりも
小さいときに弁を開けるよう制御することを特徴とす
る。

【００１８】請求項５の冷蔵庫であると、請求項４の制
御に圧縮機の運転周波数も考慮して弁制御を行うので、
凝縮状態の制御の精度をさらに高めることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００２０】（第１の実施例）図１は本発明の第１の実
施例に係る冷蔵庫１の冷凍サイクルの構成図を示し、図
２は冷蔵庫１の縦断面図である。なお、従来例と同じ要
素には同じ番号を付して説明を省略する。

【００２１】まず、冷蔵庫１の構造について図２に基づ
いて説明する。冷蔵庫内部は、上段から冷蔵室２、野菜
室３、製氷室４、冷凍室５が設けられている。冷凍室５
の背面にある機械室６には、運転周波数を連続的に切替
制御できるインバータ制御の圧縮機１４が設けられてい
る。また、製氷室４の背面には、製氷室４と冷凍室５を
冷却するための冷凍室用蒸発器（Ｆエバ）１０が設けら
れている。さらに、野菜室３の背面には、冷蔵室２と野
菜室３を冷却するための冷蔵室用蒸発器（Ｒエバ）１２
が設けられている。

【００２２】この冷蔵庫１の冷凍サイクルの基本構成
は、上記した従来の冷凍サイクルと同様であり、圧縮機
１４、凝縮器２２、冷蔵用キャピラリチューブ１８、Ｒ
エバ１２、Ｆエバ１０及びサクションパイプ１９の順に
接続され、また、冷蔵用キャピラリチューブ１８の手前
に介設した三方弁１６で分岐され、該分岐部が冷凍用キ
ャピラリチューブ２０を通ってＦエバ１０の手前で合流
するように構成されている。また、凝縮器２２は、上述
したように、温度帯と露付き防止などによって分割され
ており、背面パイプ２８、ワイヤーコンデンサ２６、防
露パイプ２４の３つの部材で構成されている。

【００２３】そして、この実施例では、図１に示すよう
に、凝縮器２２を、背面パイプ２８とワイヤーコンデン
サ２６とからなる空気式の第１コンデンサと、防露パイ
プ２４の第２コンデンサとの２つに分離し、その間に気
液を分離できるタンクで構成される気液分離器３２を設
けている。すなわち、気液分離器３２は、特に凝縮が進
むワイヤーコンデンサ２６の出口側に設けられている。
この気液分離器３２のガス出口側に、防露パイプ２４の
入口側が接続され、従って、防露パイプ２４には冷媒ガ
スが優先して流れるように構成されている。また、気液
分離器３２の液出口側には、防露パイプ２４をバイパス
するバイパス経路３４が接続され、従って、気液分離器
３２からの冷媒液がバスパス経路３４を通って防露パイ
プ２４の出口側に冷媒を戻すように構成されている。

【００２４】バイパス経路３４には流れ抵抗３６が設け
られており、該流れ抵抗３６によって、防露パイプ２４
内での圧力損失（ΔＰgas ）と、バイパス経路３４を通
る冷媒液の圧力損失（ΔＰliq ）とが同じになるように
調整されている。

【００２５】以上のように冷凍サイクルを構成すること
により、ワイヤーコンデンサ２６で凝縮された冷媒液を
気液分離器３２でガスから分離し、バイパス経路３４を
介して防露パイプ２４の出口側に戻すことができる。ま
た、防露パイプ２４には気液分離器３２で液から分離さ
れたガスのみを流入されることができるため、気液２相
の冷媒が流入していたときと比べて、配管内部がドライ
となって凝縮が進む。さらに、防露パイプ２４の管内流
路をガスが占有するため、流路抵抗も低減できる。

【００２６】このときのモリエル線図は図３に示すよう
になるため、凝縮器２２出口、即ち防露パイプ２４の出
口では、液が１００％となる。このため、凝縮器２２で
の凝縮能力が向上し、冷媒遅れが生じずに冷凍能力も向
上する。なお、図３において、図中の細線から太線まで
の分が向上した分を示している。

【００２７】（第２の実施例）図４及び図５は第２の実
施例を示し、図４に示すように、気液分離器３２と流れ
抵抗３６との間のバイパス経路３４に全開全閉制御可能
な弁３８を介設したものである。この第２の実施例で
は、圧縮機１４の運転周波数により弁３８の開閉制御を
行なう。

【００２８】すなわち、図５に示すように、ステップＳ
１１で、圧縮機１４の運転周波数を、予め定められた設
定周波数と比較する。運転周波数が設定周波数より高い
場合、冷媒流量が多いため、ワイヤーコンデンサ２６部
分での凝縮量が低下し、従ってワイヤーコンデンサ２６
から流出する冷媒中に占める液量が少ない。また、冷媒
流速も速いため、凝縮液は配管内を流れ易い。そこで、
この場合には、ステップＳ１２に移行して、バイパス経
路３４の弁３８を閉状態とし、ワイヤーコンデンサ２６
からの冷媒をＡ方向（防露パイプ２４側）のみに流すよ
うにする。

【００２９】そして、圧縮機１４の運転周波数が設定周
波数より低い場合は、ステップＳ１３に移行し、バイパ
ス経路３４の弁３８を開状態として、気液分離器３２で
分離された冷媒液をＢ方向（バイパス経路３４）側に流
し、冷媒ガスをＡ方向の防露パイプ２４側に流すように
する。

【００３０】これにより、冷媒循環量が多い場合には、
従来の経路を通る制御としたものでありながら、冷媒循
環量が少なくスリップ現象が生じやすい場合には、液を
分離して凝縮していないガスのみを防露パイプ２４に流
して凝縮させることにより、凝縮能力が向上し、冷凍能
力が向上する。

【００３１】（第３の実施例）第３の実施例を図６及び
図７により説明する。上記したように、防露パイプ２４
は、冷蔵庫本体７の前面開口縁部における扉接合部の結
露を防止するために設置されており、そのため、防露パ
イプ２４の温度は、冷蔵庫外の室温よりも常に高い状態
を保つ必要がある。そこで、防露パイプ２４の温度と室
温の高低に応じて弁３８の開閉を制御するのが本実施例
である。

【００３２】この実施例では、図６に示すように、防露
パイプ２４の温度を検出する温度センサ４０を設けてそ
の検出温度をＴｐとし、また、冷蔵庫本体７に庫外の温
度である室温を検知する温度センサ４２を設けてその検
出温度をＴｒとする。

【００３３】図７に示すように、ステップＳ２１で、室
温Ｔｒと防露パイプ温度Ｔｐとを比較する。なお、本実
施例では、防露パイプ温度Ｔｐが室温Ｔｒよりも確実に
高い状態に保たれるように安全をみて、室温Ｔｒと防露
パイプ温度Ｔｐ−２℃とを比較する。室温Ｔｒが防露パ
イプ温度Ｔｐ−２℃より高い場合には、ステップＳ２２
に移行して、バイパス経路３４の弁３８を閉として、冷
媒をＡ方向である防露パイプ２４のみに流すように制御
する。弁３８を閉じて冷媒を防露パイプ２４に流すと、
冷媒の温度が高いことから、防露パイプ温度Ｔｐが上昇
し、結露を防止することができる。

【００３４】一方、室温Ｔｒよりも防露パイプ温度Ｔｐ
−２℃の方が高い場合には、ステップＳ２３に移行し
て、弁３８を開き、Ａ方向の防露パイプ２４へはガスを
流し、Ｂ方向のバイパス経路３４には液を流すように制
御する。これにより、凝縮能力及び冷凍能力が向上す
る。

【００３５】（第４の実施例）第４の実施例を図８及び
図９により説明する。

【００３６】この実施例では、図８に示すように、バイ
パス経路３４に、絞り量を制御できる弁であるパルスモ
ータバルブ（ＰＭＶ）４４を介設し、また、バイパス経
路３４には補助絞り４６を設けている。なお、補助絞り
４６はパルスモータバルブ４４の制御精度を上げるため
のものであり、特に必須のものではない。

【００３７】また、防露パイプ２４の出口に温度センサ
４０を配設し、この温度センサ４０による検出温度をＴ
ｐとし、また、ワイヤーコンデンサ２６にも温度センサ
４８を配設して、この温度センサ４８の検出温度をＴｗ
としている。

【００３８】図９に示すように、ワイヤーコンデンサ２
６出口の冷媒状態（図９に示すポイントＰ）は、圧縮機
１４の運転周波数や室温、冷蔵庫の庫内温度などによっ
て多少変化する。つまり、配管内の乾き度が多少変化す
る。このため、本実施例では、ワイヤーコンデンサ２６
の温度と防露パイプ２４の出口温度を計測し、その温度
差に応じて、バイパス経路３４に介設した弁４４の絞り
量の制御を行なう。これは、防露パイプ２４の温度が低
いと凝縮がすんでアンダークールがとれている状態と判
断できるからである。

【００３９】ここで、アンダークール（ＵＣ）は、以下
の式で表される。ＵＣ＝Ｔｗ−Ｔｐパルスモータバルブ４４の制御方法は、具体的には表１
に示す通りである。

【００４０】

【表１】表１に示すように、アンダークールＵＣが２℃を越える
場合、パルスモータバルブ４４の絞り量を増大する。こ
の場合、防露パイプ２４の温度が低すぎるため、気液分
離器３２を介してＡ方向の防露パイプ２４に冷媒を流れ
易くして、防露パイプ２４の温度を上げる。

【００４１】また、アンダークールＵＣが２℃の場合
は、ベストの状態であるため、パルスモータバルブ４４
はそのままとする。

【００４２】さらに、アンダークールＵＣが２℃未満の
場合、パルスモータバルブ４４を開く方向（絞り量が減
少する方向）に制御する。この場合、防露パイプ２４で
十分に熱交換ができないため、Ａ方向の防露パイプ２４
に流れにくくし、Ｂ方向のバイパス経路３４に液を流す
ようにして、アンダークールＵＣがとれるようにする。

【００４３】（第５の実施例）次に、第５の実施例を説
明する。本実施例は、第４の実施例の冷蔵庫において、
アンダークールＵＣのみでなく、圧縮機１４の運転周波
数も考慮してパルスモータバルブ４４の弁制御を行なう
ようにしたものである。すなわち、本実施例では、ワイ
ヤーコンデンサ２６の温度と防露パイプ２４の出口温度
の温度差と、圧縮機１４の運転周波数からパルスモータ
バルブ４４の絞り量を制御している。

【００４４】表２に本実施例における制御方法を示す。

【００４５】

【表２】アンダークールＵＣが２℃を越える場合において、圧縮
機１４の運転周波数が設定周波数より低い場合には、パ
ルスモータバルブ４４の状態はそのまま維持する。ま
た、運転周波数が設定周波数と同じ場合には、パルスモ
ータバルブ４４を少し絞って防露パイプ２４に冷媒が流
れやすくする。さらに、運転周波数が設定周波数より高
い場合には、パルスモータバルブ４４を大きく絞って防
露パイプ２４にさらに冷媒が流れやすくする。

【００４６】また、アンダークールＵＣが２℃の場合
は、運転周波数が設定周波数に対して高低に関わらず、
パルスモータバルブ４４の状態をそのまま維持する。

【００４７】さらに、アンダークールＵＣが２℃未満の
場合において、運転周波数が設定周波数より低い場合に
は、パルスモータバルブ４４を大きく開いてバイパス経
路３４に液が多く流れるようにし、運転周波数が設定周
波数と同じ場合には、パルスモータバルブ４４の少し開
いてバイパス経路３４に若干多く液が流れるようにす
る。さらに、運転周波数が設定周波数より高い場合に
は、パルスモータバルブ４４の開き度をそのまま維持す
る。

【００４８】なお、室温Ｔｒが防露パイプ２４の検出温
度Ｔｐより高い場合には、パルスモータバルブ４４を絞
ることを優先させて、防露パイプ温度Ｔｐを上昇させ、
結露を防止するようにする。

【００４９】以上のように、アンダークールＵＣと圧縮
機１４の運転周波数の双方を考慮してパルスモータバル
ブ４４の弁制御を行なうことにより、凝縮状態の制御の
精度をさらに高めることができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の冷蔵庫であると、凝縮器の途中
部分に、凝縮した冷媒液を凝縮器出口に戻すバイパス経
路を設け、凝縮していないガスを残りの凝縮器で凝縮さ
せるようにしたので、冷凍能力の向上と冷媒遅れを生じ
させないようにして、凝縮器の能力改善を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の冷凍サイクルの図であ
る。

【図２】冷蔵庫の縦断面図である。

【図３】第１の実施例の冷凍サイクルにおけるモリエル
線図である。

【図４】第２の実施例の冷凍サイクルの要部回路図であ
る。

【図５】第２の実施例の制御動作を示すフローチャート
である。

【図６】第３の実施例の冷凍サイクルの要部回路図であ
る。

【図７】第３の実施例の制御動作を示すフローチャート
である。

【図８】第４の実施例の冷凍サイクルの要部回路図であ
る。

【図９】第４の実施例の冷凍サイクルにおけるモリエル
線図である。

【図１０】従来例の冷凍サイクルの図である。

【図１１】従来例の冷凍サイクルにおけるモリエル線図
である。

【図１２】従来例の冷凍サイクルを示す構成図である。

【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、従来例における防露パ
イプ内の冷媒の流れを示す断面図である。

【図１４】従来例のスリップ現象が起こった場合におけ
る問題点が生ずる場合の流れを示す図である。

【符号の説明】

１０冷凍室用蒸発器１２冷蔵室用蒸発器１４圧縮機２２凝縮器２４防露パイプ２６ワイヤーコンデンサ２８背面パイプ３２気液分離器３４バイパス経路３８弁４４パルスモータバルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野口明裕大阪府茨木市太田東芝町１番６号株式会社東芝大阪工場内Ｆターム(参考） 3L045 AA03 BA01 CA02 DA02 EA01 GA07 HA02 HA06 JA14 PA03 PA04 PA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、蒸発器を接続して構成し
た冷凍サイクルを備え、冷媒を凝縮する前記凝縮器部分に凝縮用の第１コンデン
サとその下流の第２コンデンサを持った冷蔵庫におい
て、前記第１コンデンサの冷媒出口に、気液を分離できる気
液分離手段を設け、この気液分離手段のガス出口側に前記第２コンデンサを
接続し、気液分離手段の液出口側に前記第２コンデンサをバイパ
スするバイパス経路を接続したことを特徴とする冷蔵
庫。
【請求項２】前記バイパス経路に弁を設けて、圧縮機の
運転周波数が設定周波数よりも大きいときに弁を閉じる
よう制御することを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】前記第２コンデンサが、冷蔵庫本体の前面
開口縁部に配された露付き防止用の防露パイプであり、前記バイパス経路に弁を設けて、前記防露パイプの温度
が冷蔵庫外の室温よりも低いときに弁を閉じるよう制御
することを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項４】前記バイパス経路に弁を設けて、第１コン
デンサの温度と第２コンデンサの出口温度との温度差が
所定値よりも小さいときに弁を開けるよう制御すること
を特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項５】前記バイパス経路に弁を設けて、第１コン
デンサの温度と第２コンデンサの出口温度との温度差が
所定値よりも小さく、かつ、圧縮機の運転周波数が設定
周波数よりも小さいときに弁を開けるよう制御すること
を特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。