JP2003279219A - 冷凍冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍冷蔵庫において地球温暖化の防止やオゾ
ン層破壊の抑制を目的として地球環境に悪影響を及ぼす
フロンガスを使用せずに、地球環境にやさしく効率のよ
い冷蔵庫を得る。 【解決手段】 スターリングサイクルにより冷却を行う
スターリング冷凍機によって庫内の貯蔵物を冷却する冷
凍冷蔵庫において、前記スターリング冷凍機の吸熱部と
放熱部を入れ替える逆スターリングサイクルを備えるよ
うにしたことにより、効率の良い除霜運転を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は冷凍冷蔵庫に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】従来の家庭用冷蔵庫の冷媒回路図を図１
２に、側面断面図を図１３にそれぞれ示す。図におい
て、１３は圧縮機、１４は凝縮器、１５は絞り手段であ
る毛細管、２０は冷蔵庫本体、２５は冷蔵室、２６は野
菜室、２７は冷凍室、３４はダンパー、３８は庫内ファ
ン、５０は冷却器である。冷蔵室、野菜室および冷凍室
を備えた従来の家庭用冷蔵庫では、冷凍室に設置した冷
却器により冷却された空気を各室に循環させて、それぞ
れ冷蔵室、野菜室および冷凍室を冷却している。冷凍室
の温度制御は圧縮機の制御により行なわれ、冷蔵室は循
環する空気の量により制御される。通常、圧縮機の運転
と同時に冷蔵室と冷凍室は同時に冷却され、冷蔵室が先
に設定温度に到達し、その後冷凍室が設定温度に到達
し,圧縮機が停止する。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来の冷蔵庫は蒸気圧
縮式冷凍サイクルによって庫内を冷却し、低温に保って
いる。この冷凍サイクルにはフロン系冷媒や可燃性の自
然冷媒などが用いられている。近年、地球温暖化の防止
やオゾン層破壊の抑制を目的としたフロンガスの漏洩防
止や使用量削減を始め、家庭電化製品等の廃棄物処理や
リサイクル性向上が強く求められている。 【０００４】本発明は上記のような従来の冷蔵庫の課題
を解決するためになされたもので、地球環境に悪影響を
与えない冷蔵庫を得ることを目的とする。また、効率が
高く、低消費電力量の冷蔵庫を得ることを目的とする。
また、地球温暖化に殆ど影響を及ぼさないヘリウムガス
などを用いたスターリング冷凍機を用いた信頼性が高く
効率のよい除霜運転の行なえる冷凍冷蔵庫を得ることを
目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】この発明に係わる冷凍冷
蔵庫は逆スターリングサイクルにより冷却を行うスター
リング冷凍機よって庫内の貯蔵物を冷却する冷凍冷蔵庫
において、前記スターリング冷凍機の吸熱部と放熱部を
入れ替えることができるようにしたものである。 【０００６】 【発明の実施の形態】発明の実施の形態１．図1はこの
発明の実施の形態の一例を示す冷凍冷蔵庫の正面図、図
２は側面断面図、図３は正面断面図、図４は背面図、図
５はスターリング冷凍機の拡大図である。この冷凍冷蔵
庫のスターリング冷凍機の作動媒体には地球温暖化に殆
ど影響がないヘリウムを用いている。従来装置と同様の
部分は同一符号で表している。図において１０はスター
リング冷凍機、２０は冷蔵庫本体、２５は冷蔵室、２９
は切替室、７０は製氷室、２６は野菜室、２７は冷凍室
であり、本実施例の冷凍冷蔵庫を構成している。 【０００７】５０はスターリング冷凍機１０の吸熱部に
接続された冷却器、３４ａは冷凍室用ダンパー、３４ｂ
は冷蔵室用ダンパー、３８は庫内送風機、３０は冷却器
で冷却された庫内空気の送り風路、３１は戻り風路、３
２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２
ｇ、３２ｈは各室の冷気吹出し口、３３ａ、３３ｂ、３
３ｃ、３３ｄは各室の冷気吸込み口であり、これらによ
り庫内を効率良く冷却する。 【０００８】５９はスターリング冷凍機などを設置する
機械室、６２はスターリング冷凍機の放熱部に２次媒体
と熱的に接続され、スターリング冷凍機の上部に設置さ
れたた放熱器、６０は機械室送風機、６１はドレン蒸発
皿、６３は機械室への外気吸込み口である。本実施例で
は放熱器とスターリング冷凍機は連続した銅配管で接続
され内部には二酸化炭素が封入されている。 【０００９】また、４０はスターリング冷凍機の冷却器
５０とそれ以外の部分を熱的に遮断する真空パネルであ
る。従来の断熱材を用いるより、真空パネルを用いたの
で、厚みを薄くすることができ、冷蔵庫の庫内容積を広
げることが可能となる。 【００１０】次に、本実施の形態の冷蔵庫の冷却動作を
説明する。最初に図４および図５に示すスターリング冷
凍機拡大図を基に放熱について説明する。スターリング
冷凍機が動作すると放熱部８で発生した熱は、その周囲
に巻きつけられた銅配管に熱伝導で伝わり、内部の二酸
化炭素が蒸発する。蒸発した二酸化炭素は液より密度が
小さいため配管を通って、スターリング冷凍機上部に設
置された放熱器内に流れ込む。放熱器では機械室送風機
６０で外気吸込み口６３から導入された蒸気より温度が
低い外気と熱交換し、放熱しながら凝縮して再び液に戻
る。 【００１１】放熱部８から接続された配管は放熱器６０
の最上部の伝熱管に接続されているため、液に戻った二
酸化炭素は自重により放熱器下部へ流れ出し、放熱器の
伝熱管内を通って再びスターリング冷凍機の放熱部に巻
きつけられた銅配管に流れ込み蒸発を繰り返す自然循環
サイクルを形成して、スターリング冷凍機で発生した熱
を外部空気へと放熱する。前記のように、スターリング
冷凍機の放熱部から熱を自然循環サイクルで奪うため、
効率良く放熱することが可能となり、スターリング冷凍
機の効率を向上させることができる。 【００１２】また、図１０に示すように、スターリング
冷凍機の放熱部の構造を二重管構造とする構成にすれ
ば、放熱部全体で二酸化炭素と熱交換を可能とするの
で、更に放熱効率を向上させることができる。 【００１３】また、配管内に水等、本実施の形態の冷蔵
庫の運転範囲で上昇する温度範囲では沸騰しないような
液体を用いる場合は、図１１に示すように、スターリン
グ冷凍機の放熱部と放熱器を接続する配管に、強制循環
用のポンプを設置しても構わない。 【００１４】次に、図２および図３に基づいて庫内冷却
動作について説明する。スターリング冷凍機の吸熱部７
と熱的に接続された冷却器５０はスターリング冷凍機に
よって低温に冷却されている。冷却器５０の上部に設置
された庫内送風機３８により庫内の空気は冷却器５０の
下方より冷却器に流れ込む。庫内空気は冷却器により冷
却・除湿されながら庫内送風機に吸い込まれ、送り風路
３０とダンパー３４を介して、各室へ流れ込む。低温の
冷気は各室を冷却し冷気吸込み口３３より戻り風路３１
を介して再び冷却器へと流れ込み冷却される。これら一
連の動作により、本実施の形態の冷蔵庫はスターリング
冷凍機により庫内が冷却される。また、冷蔵庫内の水分
は冷却器に霜として付着することになる。その結果、徐
々に冷却器は霜で覆われ、冷却器を通過する風量が減少
していく。さらに、霜が冷却器に付着すると冷却器全体
が霜で覆われて、冷却器を庫内空気は通過することがで
きなくなり、冷却性能が低下する。そこで、その状態を
検知もしくは定期的に霜を融かす運転、除霜運転を実施
する必要が生じる。 【００１５】次に本実施の形態の冷蔵庫制御について説
明する。スターリング冷凍機動作中、各室に設置された
温度検知手段により検知された温度が各室の設定温度に
達した場合に各室に設置されたダンパーは開状態から閉
状態となり、冷却を停止する。全ての部屋が設定値に達
した場合に,スターリング冷凍機を停止させ、庫内送風
機および機械室送風機も停止させる。また、各室の何れ
かが予め設定された温度以上になった場合にスターリン
グ冷凍機、庫内送風機および機械室送風機は動作を開始
し、設定された温度以上になった室のダンパーは閉状態
から開状態となり冷却を開始する。 【００１６】次に本実施の形態の冷蔵庫の除霜運転につ
いて図６および図７に基づいて説明する。図において、
１はピストン、２はディスプレーサー、３はピストン支
持バネ、４はディスプレーサー支持バネ、５は膨張空
間、６は圧縮空間、７は吸熱部、８は放熱部、９は蓄熱
材、１０はスターリング冷凍機、１１は流路切替手段、
１２はバイパス流路である。 【００１７】冷却運転時は流路切替手段は蓄熱材と連通
させる位置に固定されている。ディスプレーサー２はピ
ストン１から最も離れた位置にある。その状態からピス
トンはヘリウムを高温の状態で等温圧縮を開始し、放熱
部で外部に熱を放熱する。その後,ディスプレーサー２
がピストン１に近接するように移動し、高温のヘリウム
は蓄熱材を通過し、熱を蓄熱材に移動させ、低温となる
等容変化を行う。そこで、さらにディスプレーサーはピ
ストンに近接することにより、ヘリウムは等温膨張し庫
内の熱を奪うことにより冷却を行う。次に、ディスプレ
ーサー２が再びピストンから離れる方向に動作すること
により、容積は同じままに低温のヘリウムが蓄熱材を通
過し高温へ変化し、元の状態に戻る。これら一連の動作
によりスターリング冷凍機は冷却運転を実施する。 【００１８】次に、除霜運転について説明する。流路切
替手段は蓄熱材と連通させない位置に固定されており、
バイパス流路１２側と連通している。ディスプレーサー
２は中央の位置にある。その状態からピストンはヘリウ
ムを高温の状態で等温圧縮を行う。そのとき、バイパス
流路が開いているために、冷却運転時の吸熱部が放熱部
となる。その後,流路ディスプレーサー２がピストン１
に近接するように移動し、高温のヘリウムは蓄熱材を通
過し、冷却運転時の放熱部で低温となる等容変化を行
う。そこで、さらにピストンは右方に移動し、ヘリウム
は等温膨張し外気の熱を奪うことにより冷却を行う。次
に、ディスプレーサー２が再びピストンに近い方向に動
作することにより、容積は同じままに低温のヘリウムが
蓄熱材を通過し高温へ変化し、元の状態に戻る。これら
一連の動作によりスターリング冷凍機は除霜運転を実施
する。この流路切替手段は圧縮過程のときのみ回路を開
くように制御されている。このように、流路切替弁を設
け、スターリング冷凍機を制御するため、電気ヒータよ
り効率良い運転が可能となる。さらに、電気ヒータを用
いた場合は外部からの対流および輻射による熱伝達によ
る除霜運転となるが、本実施の形態によれば内部より熱
伝導で直接除霜動作ができるため効率良い運転が可能と
なる。 【００１９】本実施の形態ではスターリング冷凍機が冷
蔵庫の下部に設置された場合について説明したが、図８
に示すように冷蔵庫の上部に設置しても構わない。図８
において、３８ａは冷蔵室用庫内ファン、３８ｂは切替
室用庫内ファン、３８ｃは冷凍室用庫内ファン、４２は
冷却器用循環ポンプ、５０ａは冷蔵室用冷却器、５０ｂ
は切替室用冷却器、５０ｃは野菜室用冷却器、５０ｄは
冷凍室用冷却器、６４は放熱器用循環ポンプである。 【００２０】放熱器６２は冷蔵庫の上部に設置してあ
り、スターリング冷凍機の放熱部と配管で接続されてお
り、内部には二次媒体である水が封入されている。ま
た、各室に設置された冷却器はスターリング冷凍機の吸
熱部と配管で冷蔵室冷却器５０ａ、切替室冷却器５０
ｂ、野菜室冷却器５０ｃ、冷凍室冷却器５０ｄと直列に
接続されており、内部には不凍液が封入されている。放
熱器用循環ポンプで循環する水はスターリング冷凍機の
放熱部で加熱され高温の水として、放熱器へ運ばれ放熱
器で機械室ファンで導入された外部空気により冷却され
冷蔵庫開口部の周囲に設置された配管を介して、再びス
ターリング冷凍機の放熱部へ流れ込みスターリング冷凍
機で発生する熱を放熱する。また、冷蔵庫周囲に設置さ
れた配管を図９に示す。このように放熱部の一部を冷蔵
庫開口部に設置することにより、開口部周囲に生じる結
露を防止することができる。 【００２１】冷却器用循環ポンプで循環する不凍液はス
ターリング冷凍機の吸熱部で冷却され、冷蔵室、切替
室、野菜室及び冷凍室に設置された冷却器で庫内の熱を
奪い温度を上昇させ再びスターリング冷凍機の吸熱部に
流れ込み冷却される。このとき、各室の冷却用ファンは
各室の温度が設定温度より高い場合のみ運転動作を行
う。また、各室の温度が設定温度以下であればスターリ
ング冷凍機、各室庫内ファン、冷却用循環ポンプ、放熱
用循環ポンプおよび機械室ファンは停止するように制御
されている。 【００２２】 【発明の効果】以上説明した通りこの発明によれば、逆
スターリングサイクルにより冷却を行うスターリング冷
凍機によって庫内の貯蔵物を冷却する冷凍冷蔵庫におい
て、前記スターリング冷凍機の吸熱部と放熱部を入れ替
えることを可能としたので、冷却器に付着した霜を外部
のヒータを用いることなくスターリング冷凍機自身で除
霜が可能となり、省エネかつコスト削減および信頼性を
も向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】 【図１】 実施の形態１による冷凍冷蔵庫の正面図であ
る。 【図２】 実施の形態１に係わる冷凍冷蔵庫の側面断面
図である。 【図３】 実施の形態１に係わる冷凍冷蔵庫の正面断面
図である。 【図４】 実施の形態１に係わる冷凍冷蔵庫の背面図で
ある。 【図５】 実施の形態１に係わる冷凍冷蔵庫のスターリ
ング冷凍機の拡大図である。 【図６】 実施の形態１に係わるスターリング冷凍機の
冷却運転時の動作図である。 【図７】 実施の形態１に係わるスターリング冷凍機の
除霜運転時の動作図である。 【図８】 実施の形態１に係わるその他の冷凍冷蔵庫の
側面断面図である。 【図９】 実施の形態１に係わるその他の冷凍冷蔵庫の
正面断面図である。 【図１０】 実施の形態１に係わるその他の冷凍冷蔵庫
のスターリング冷凍機拡大図である。 【図１１】 実施の形態１に係わるその他の冷凍冷蔵庫
のスターリング冷凍機拡大図である。 【図１２】 従来の冷凍冷蔵庫の冷媒回路図である。 【図１３】 従来の冷凍冷蔵庫の側面断面図である。 【符号の説明】 １ ピストン、２ ディスプレーサー、３ ピストン支
持バネ、４ ディスプレーサー支持バネ、５ 膨張空
間、６ 圧縮空間、７ 吸熱部、８ 放熱部、９蓄熱
材、１０ スターリング冷凍機、１１ 流路切替弁、１
２ バイパス流路、１３ 圧縮機、１４ 凝縮器、１５
毛細管、２０ 冷蔵庫本体、２５ 冷蔵室、２６ 野
菜室、２７ 冷凍室、２８ 機械室ユニット、２９ 切
替室、３０送り風路、３１ 戻り風路、３２ 冷気吹出
し口、３３ 冷気吸込み口、３４ダンパー、３８ 庫内
ファン、４０ 真空パネル、４１ 冷却用循環ポンプ、
５０ 冷却器、５９ 機械室、６０ 機械室ファン、６
１ ドレン蒸発皿、６２放熱器、６３ 外気吸込み口、
６４ 放熱用循環ポンプ、７０ 製氷室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 等 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3L045 AA01 AA02 AA03 BA01 CA02 DA01 EA01 LA14 PA04 PA05 3L046 AA01 AA02 AA03 BA01 CA04 JA05 LA15 LA19 MA04 MA05

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】スターリングサイクルにより冷却を行うス
   ターリング冷凍機によって庫内の貯蔵物を冷却する冷凍
   冷蔵庫において、前記スターリング冷凍機の吸熱部と放
   熱部を入れ替える逆スターリングサイクルを備えるよう
   にしたことを特徴とする冷凍冷蔵庫。