JP2003287333A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒封入量が少ない炭化水素系冷媒、特に
冷凍機油に溶け込み易い冷媒を用いても、電源投入後な
ど初期の冷却性能の高い冷蔵庫を得る。 【解決手段】 冷蔵庫本体内に、能力を可変する圧縮
機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器などを順次接続
し、冷媒に炭化水素系冷媒を用いた冷凍サイクルを備
え、電源投入後、前記圧縮機を高速回転に駆動させ（Ｓ
３）、所定時間経過後（Ｓ４）圧縮機を通常制御に切替
える（Ｓ５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機と、凝縮器
と、絞り機構と、蒸発器とを順次接続した冷凍サイクル
を備え、冷媒に炭化水素系冷媒を用いた冷蔵庫に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、オゾン層保護や地球温暖化問題に
対する関心が世界的に高まっており、冷蔵庫やエアコン
等の冷凍サイクルに使用されている冷媒の改善が求めら
れている。現在、市販されている冷蔵庫の大多数はＨＦ
Ｃ（ハイドロフルオロカーボン）を冷媒として使用して
いるが、ＨＦＣ冷媒は地球温暖化係数が依然として高い
ため、オゾン層破壊がなく、地球温暖化係数の低い炭化
水素系冷媒、例えばＨＣ（ハイドロカーボン）冷媒の使
用が検討されている。

【０００３】このＨＣ冷媒は、可燃性冷媒であるため発
火の危険性が指摘されているが、ＨＦＣ冷媒と比べ体積
流量が大きいことから、冷凍サイクルに封入する必要冷
媒封入量はＨＦＣ冷媒の半分以下とすることができるた
め、冷媒が冷凍サイクルから漏洩しても発火濃度になる
可能性は少なく、電気部品等の防爆対応を施した冷蔵庫
などでは、その安全性は高いものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＨＣ冷
媒はＨＦＣ冷媒や他の冷媒と比較して、冷凍機油、例え
ば、鉱油に溶け込み易い特性を有しているため、冷凍サ
イクルの循環冷媒量が減少する問題があり、特に冷凍機
油に溶け込んでいる冷媒が多い電源投入後については冷
却性能を低下させる恐れがある。

【０００５】一般的にＨＣ冷媒は低温、高圧であると冷
凍機油に溶け込む冷媒の溶け込み量は多くなることが知
られている。このため、冬場に冷蔵庫を据付けた場合、
圧縮機等は低温状態であるため、据付後電源を投入して
も冷凍機油に溶け込んでいる溶け込み量は多く、また、
雰囲気温度も低温であることから圧縮機の温度は上昇し
難いために、溶け込んだ冷媒は冷凍機油から離脱しよう
としないため、特に電源投入後は冷凍サイクルの循環冷
媒量が少なく、初期の冷却性能の立ち上がりは著しく悪
化していた。

【０００６】さらに、ＨＣ冷媒は封入量が少ないことか
ら、冷凍機油の溶け込みによる影響比率が高く冷却性能
が低下しする。これは、ＨＦＣ冷媒と同量の溶け込みが
生じても、ＨＣ冷媒は、ＨＦＣ冷媒と比べその封入量は
半分以下であるため、溶け込みによる循環冷媒量の減少
率は倍以上となり、その減少率に応じて冷却性能が低下
するからである。

【０００７】一方、高圧であると冷凍機油への溶解性が
高いＨＣ冷媒は、電源投入後から冷凍サイクルの圧力が
均一化して圧縮機内の圧力が下がるまで、圧縮機内は通
常運転時と比較して高圧であるため、冷凍機油に溶け込
んでいる溶け込み量が多く、この間の冷却性能は特に低
い。

【０００８】本発明は、上記問題点に着眼してなされた
ものであり、冷媒封入量が少なく、冷凍機油に溶け込み
易い炭化水素系冷媒を用いても、電源投入後など初期の
冷却性能の高い冷蔵庫を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、冷蔵
庫本体内に、能力を可変する圧縮機と、凝縮器と、絞り
機構と、蒸発器とを順次接続し、冷媒に炭化水素系冷媒
を用いた冷凍サイクルを備え、電源投入後から所定時間
は前記圧縮機を高速回転で駆動させることを特徴とする
ものである。

【００１０】本発明によれば、雰囲気温度が低く圧縮機
内が高圧であるため冷凍機油に溶け込む冷媒量が多くな
る電源投入後でも、圧縮機を高回転にすることにより、
圧縮機のモータ発熱量が増加し、圧縮機内の温度を上昇
させると共に、迅速に冷凍サイクルの圧力を均一化して
圧縮機内の圧力を低下させることができるため、冷媒の
溶け込み量を減少させることができ、初期の冷却性能の
立ち上がりを向上させることができる。

【００１１】また、溶解性の高い炭化水素系冷媒、例え
ばＨＣ冷媒を用いた冷蔵庫において、安全性や冷却性能
のために冷媒封入量を少なくしても、冷媒の冷凍機油中
への溶け込み量を減少させることができるため、冷却性
能の高い冷蔵庫を得ることができる。

【００１２】請求項２の発明は、冷蔵庫本体内に、圧縮
機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とを順次接続して
冷媒に炭化水素系冷媒を用いた冷凍サイクルと、圧縮機
または凝縮器を放熱する冷却ファンとを備え、電源投入
後から所定時間の間、冷却ファンを停止させておくこと
を特徴とするものである。

【００１３】本発明によれば、ファンを停止させておく
ことにより、圧縮機の温度上昇が早くなり、電源投入後
の圧縮機内温度を迅速に上昇させることができ、溶け込
んでいる冷媒の冷凍機油からの離脱を促進させることが
できる。この場合、冬場など外気温、圧縮機等の温度が
低温のときに特に効果的に圧縮機の温度上昇を促すこと
ができる。

【００１４】請求項３の発明は、冷蔵庫本体内に、圧縮
機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とを順次接続し、
前記凝縮器の出口側には切替弁を設け、この切替弁と圧
縮機の吸込側との間を連通させるバイパス管を配設し、
冷媒に炭化水素系冷媒を用いた冷凍サイクルを備え、電
源投入後から所定時間の間、切替弁の操作により前記凝
縮器から吐出した冷媒を切替弁およびバイパス管を介し
て圧縮機の吸込側に流すことを特徴とするものである。

【００１５】本発明によれば、圧縮機から吐出した高温
のガス冷媒を再び圧縮機に吸い込ませることにより、圧
縮機および冷凍機油の温度を迅速に上昇させることがで
きるため、電源投入後の冷凍機油に溶け込んだ冷媒の離
脱を促進させることができる。

【００１６】請求項４の発明は、冷蔵庫本体内に、圧縮
機と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とを順次接続し、
前記凝縮器の出口側には開閉弁を設け、冷媒に炭化水素
系冷媒を用いた冷凍サイクルを備え、電源投入後から所
定時間の間、開閉弁を閉状態にさせることを特徴とする
ものである。

【００１７】本発明によれば、開閉弁が閉状態となって
いるため、圧縮機から冷媒を吐出していくと、圧縮機内
の圧力は著しく低下するため、短期間で冷凍機油に溶け
込んでいる冷媒の溶け込み量を減少させることができ
る。

【００１８】請求項５の発明は、冷蔵庫本体内に、直流
ブラシレスモータを電力制御して能力を可変する圧縮機
と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とを順次接続し、冷
媒に炭化水素系冷媒を用いた冷凍サイクルを備え、電源
投入後から所定時間の間、前記圧縮機の直流ブラシレス
モータの２相のみに通電し、直流ブラシレスモータを回
転させないことを特徴とするものである。

【００１９】本発明によれば、圧縮機のモータを駆動さ
せずに２相間のみに通電をおこなうため、巻線の抵抗に
よりモータが温度上昇しヒータとして圧縮機内を温度上
昇させることができるため、電源投入後の溶け込んだ冷
媒の冷凍機油からの離脱を促進させることができる。

【００２０】また、別途圧縮機を温度上昇させるために
ヒータを設けなくとも、モータ通電制御により温度上昇
をさせることができるため、コストアップすることな
く、迅速に圧縮機の温度を上昇させることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図面に基づいて説明する。図２に示すように冷蔵庫
本体１内には、冷蔵室２、野菜室３、製氷室４、冷凍室
５が上から順に設けられている。なお、製氷室４の隣に
は、各温度帯に切替可能な切替室を横に並ぶように配設
している。

【００２２】冷蔵室２の前面には、ヒンジ開閉式の断熱
性の扉６を設け、野菜室３、製氷室４、冷凍室５のそれ
ぞれの前面には、引出し式の断熱性の扉７，８，９を設
けている。

【００２３】野菜室３の背部には、冷蔵室２および野菜
室３の冷却器を構成するＲ蒸発器１４、冷蔵用冷気循環
ファンを構成するＲファン１３、およびＲ蒸発器１４に
着霜した霜を除霜するＲ除霜ヒータ１７などを配設して
いる。このＲファン１３が駆動すると、Ｒ蒸発器１４に
より冷却された冷気は、ダクト１２を介して冷蔵室２室
内に供給された後、野菜室３を経て循環することによ
り、冷蔵室２および野菜室３を冷却する構成となってい
る。

【００２４】製氷室４、切替室、および冷凍室５の背部
には、上から順に冷凍用冷気循環ファンを構成するＦフ
ァン１５、製氷室４、切替室および冷凍室５の冷却器を
構成するＦ蒸発器１６、およびＦ蒸発器１６に着霜した
霜を除霜するＦ除霜ヒータ１８などを配設している。こ
の場合、Ｆファン１５が駆動されると、Ｆ蒸発器１６に
より冷却された冷気は、製氷室４および冷凍室５内に供
給、循環されることにより、製氷室４および冷凍室５を
冷却する構成となっている。

【００２５】冷蔵庫本体１の底部には、機械室２２を形
成している。後述する圧縮機２０、ワイヤコンデンサか
らなる凝縮器２７、圧縮機２０および凝縮器２７を冷却
するＣファン１９、各蒸発器を除霜した排水を貯水して
蒸発させる蒸発皿２１などを配設している。

【００２６】機械室２２の前方には、空気を機械室２２
内に吸い込む吸込口２３を設け、機械室２２の背面に
は、機械室２２内の空気を排出する排気口２５を備えて
おり、Ｃファン１９の駆動によって、凝縮器２７を冷却
しながら、外気を吸込口２３から機械室に吸い込み、圧
縮機２０に吹き当てた排気を排気口２５より排出するよ
うになっている。また、Ｃファン１９は圧縮機２０と同
期して駆動するが、外気温が低温、例えば１０℃以下の
場合には、圧縮機２０が駆動していても過冷却を防止す
るため停止状態にさせている。

【００２７】圧縮機２０は、直流ブラシレスモータで駆
動する低圧型のレシプロコンプレッサーであり、三相巻
線を有するステータと永久磁石を有するロータより構成
された直流ブラシレスモータをケース内に備え、２相通
電を行うと共に残り１つの非通電相巻線に生じる誘起電
圧からロータの回転位置を検出して２相通電を順次切替
えてモータを回転させる。また、圧縮機２０の回転数
は、モータに印可する電圧をＰＷＭにより可変させるこ
とにより変化する。このとき目標回転数は庫内温度、ま
たは冷凍サイクルの切替え、除霜などのタイミングに応
じて変更するようになっており、例えば、庫内温度が高
いときには高速回転、庫内温度が低いときは停止または
低速回転とするよう制御される。

【００２８】一方、図３に示すように冷凍サイクルは、
圧縮機２０、凝縮器２７、冷媒の流れを切り替えたり、
全閉、全開動作をする切替弁２６を直列に接続し、Ｒキ
ャピラリチューブ２９、Ｒ蒸発器１４とを接続した連結
配管と、Ｆキャピラリチューブ３０、Ｆ蒸発器１６、ア
キュームレータ３４、逆止弁３３とを接続した連結配管
とが並列となるよう接続されており、冷媒に炭化系水素
冷媒、例えばＨＣ冷媒などを用いている。

【００２９】上記構成の場合、冷蔵室２および冷凍室５
の室内温度を検知する温度センサなどにより、Ｆキャピ
ラリチューブ３０、Ｆ蒸発器１６、アキュームレータ３
４、逆止弁３３とを接続した連結配管に冷媒を供給する
Ｆ流しと、Ｒキャピラリチューブ２９、Ｒ蒸発器１４と
を接続した連結配管に冷媒を供給するＲ流しとを、切替
弁２６を操作して交互に切り替えて貯蔵室内における冷
蔵温度帯と冷凍温度帯とを冷却する。

【００３０】次に、電源投入後の圧縮機およびＣファン
の運転制御方法について説明する。図１に示すようにス
テップ１では、電源投入後、圧縮機２０を駆動させる。
この場合、安全性を考慮して電源の投入と同時に起動さ
せなくてもよく、例えば１，２分経過してから駆動させ
てもよい。

【００３１】ステップ２では、圧縮機２０の起動に同期
して駆動しないように、Ｃファン１９を停止させてお
く。これは、圧縮機２０の温度上昇を促し、冷凍機油に
溶け込んでいる冷媒を迅速に油中から離脱させて冷凍サ
イクル内に循環させるためであり、特に冬場など外気が
低温で圧縮機２０の温度が上昇し難い場合に有効であ
る。

【００３２】ステップ３では、圧縮機２０を高速回転さ
せる。起動と同時に高速回転させてもよいが、冷凍サイ
クルと圧縮機との圧力差が大きく圧縮機２０に掛かる負
荷が大きいため、起動から２，３分間は低速運転させ、
冷凍サイクルと圧縮機２０との圧力差を下げてから高速
回転させてもよい。

【００３３】そして、ステップ４では、電源投入から所
定時間、例えば１０分が経過したか否かを判断する。１
０分経過していなければ、圧縮機２０の温度が低いと見
做し、１０分経過していれば、圧縮機２０の温度が上昇
し機内の圧力が下降したため冷凍機油に溶け込んだ冷媒
の溶け込み量が減少したと見做して、ステップ５に進
み、通常の圧縮機２０の運転に移行する。このとき、庫
内温度が高く圧縮機２０に高速回転を要求している場合
には、継続して高速回転をすることになる。

【００３４】ステップ６では、電源投入後から４〜６時
間の所定時間が経過したか否かを判断し、経過していれ
ばステップ７に進みＣファン１９を通常の運転に切替え
る。所定時間Ｃファン１９を停止させておく理由は、低
外気温時での立ち上がりの４〜６時間は、圧縮機２０の
温度が上昇してもＣファン１９の駆動により圧縮機２０
や凝縮器２７が過冷却となり、冷凍機油に溶け込んだ冷
媒が離脱しないため冷凍サイクル中に循環せず、冷却性
能を低下させてしまうからである。

【００３５】上述で説明したように本発明の構成によれ
ば、電源投入後から所定の時間、圧縮機を高速回転させ
ることにより、冷凍機機油に溶け込んでいる冷媒が多い
電源投入後でも、圧縮機のモータ発熱量が増加し、圧縮
機内の温度を上昇させると共に、迅速に冷凍サイクルの
圧力を均一化し、圧縮機内の圧力を低下させることがで
きるため、冷凍機油に溶け込んでいる冷媒量を減少させ
ることができ、立ち上がりの冷却性能を向上させること
ができる。

【００３６】また、冷凍サイクルの封入冷媒として冷凍
機油への溶解性の高い炭化水素系冷媒、例えばＨＣ冷媒
を用いた場合でも、冷媒の溶け込み量を減少させること
ができるため、溶け込みによる循環冷媒減少率を大幅に
改善することができ、もってその安全性や冷却性能のた
めに封入量を減少させることができる。

【００３７】一方、Ｃファンを電源投入後から所定時間
停止させているため、圧縮機の温度上昇を促し、迅速に
冷凍機油に溶け込んでいる冷媒量を減少させることがで
きると共に、圧縮機等を過冷却することなくＣファンを
停止させておくため、Ｃファンを省エネ運転とすること
ができる。

【００３８】次に、本発明の他の制御動作について説明
する。電源を投入すると、圧縮機２０を低速で運転する
と共に、切替弁２６を全閉に切替えて、冷凍サイクル内
の冷媒の流れを遮断する。

【００３９】この場合、圧縮機２０から吐出した冷媒ガ
スは、圧縮機２０の吐出側と切替弁２６との間で滞留す
る。逆に切替弁２６から圧縮機２０の吸込側までは、そ
の管内の冷媒ガスが圧縮機２０に吸込まれて吐出されて
いくため、圧縮機２０内の圧力は低下していく。よっ
て、冷凍機油中に溶け込んだ冷媒は、圧縮機２０内が低
圧になっているため、冷凍機油から離脱して冷凍サイク
ル内に吐出されていく。

【００４０】そして、冷凍機油に溶け込んだ冷媒の溶け
込み量が減少した所定時間、ここでは３分を経過すると
切替弁２６をＦ流しに切替えて、通常の冷却運転を開始
するようになっている。

【００４１】このような構成によれば、電源投入後から
所定時間、冷凍サイクルの配管の一部を遮断し圧縮機を
回転さて、圧縮機内の圧力を短時間で下げることによ
り、迅速に冷凍機油中に溶け込んだ冷媒量を減少させる
ことができ、もって、通常の冷却運転開始後の循環冷媒
量を多くすることができるため、立ち上がりの冷却性能
を向上させることができる。

【００４２】また、電源投入後の他の圧縮機通電制御に
ついて説明する。通常圧縮機２０の回転は直流ブラシレ
スモータの２相間通電を順次切替えておこなうが、電源
投入後から圧縮機内の温度が上昇するまでの所定時間、
例えば１０分間は切替を行わずに一つの２相間のみに通
電をおこなう。この場合、通電は切替わらないので、直
流ブラシレスモータは回転せずに停止した状態である
が、通電はおこなわれている為、巻線の抵抗により直流
ブラシレスモータ自体が発熱し、冷凍機油および圧縮機
２０の温度が上昇することになる。

【００４３】このため、電源投入直後に冷凍サイクル内
の圧力の関係により、圧縮機２０を瞬時に起動できない
場合において、モータをヒータの代替として使用するこ
とにより冷凍機油および圧縮機２０の温度を迅速に上昇
させることができ、冷凍機油に溶け込んでいる冷媒量を
著しく減少させることができる。また、温度を上昇させ
るためのヒータを別途設ける必要がないため、安価に製
造することができる。

【００４４】なお、圧縮機２０の回転中では、一定の周
期で切替わる２相間通電を損出が大きくなるように、ス
イッチングのタイミングやパルス幅を変化させることに
よって、損出による熱エネルギーが増大し、冷凍機油お
よび圧縮機の温度上昇を図ることも可能である。

【００４５】次に、他の実施例について説明する。図４
は、凝縮器の吐出側と圧縮機の吸込側とを連通するバイ
パス管を配設した他の冷凍サイクル構成を示す説明図で
ある。凝縮器２７の吐出側と切替弁２６の間には、三方
弁４０を配設しており、三方弁４０の他の一方を圧縮機
２０の吸込側の配管と連通するバイパス管４３に接続し
ており、吸込管との接続部付近には、冷媒がバイパス管
４３内を逆流しないように逆止弁４２を配設している。
この逆止弁４２は冷媒の流れを遮断する開閉弁などであ
ってもよい。

【００４６】この冷凍サイクルの冷媒の流れは、電源投
入後、三方弁４０の操作により凝縮器２７から吐出した
冷媒をバイパス管４３に流し、圧縮機２０の吸込側に戻
すように制御する。このとき、圧縮機２０に吸込まれる
冷媒は高温ガスであり、この高温ガスが圧縮機２０およ
び冷凍機油の温度を上昇させるものである。

【００４７】そして、所定時間、例えば１０分間経過す
ると、圧縮機２０および冷凍機油の温度上昇に伴い、冷
凍機油に溶け込んだ冷媒は離脱して冷凍サイクルに循環
するようになるため、三方弁４０を操作し、バイパス管
４３への流れを遮断すると共に、各蒸発器へ冷媒を流し
て通常の冷却運転を行う。

【００４８】このように上述した構成によれば、電源投
入後、圧縮機から吐出した高温の冷媒を圧縮機に吸い込
ませることにより、圧縮機および冷凍機油の温度を迅速
に上昇させることができるため、冷凍機油に溶け込んだ
冷媒の溶け込み量を著しく減少させることができるた
め、立ち上がり時の冷却性能を向上させることができ
る。なお、上述では、三方弁４０と切替弁２６を別部品
として説明したが、４方弁など一体形成してもよい。

【００４９】以上、本発明の構成について説明したが、
圧縮機の温度上昇または圧力低下に掛かる所定時間は、
冷凍サイクル構成、能力、容量、外気温等により最適値
は変化するため、適宜好適な所定時間を設定することは
言うまでもない。

【００５０】

【発明の効果】冷媒封入量が少なく、特に冷凍機油に溶
け込み易い炭化水素系冷媒を用いても、電源投入後など
初期の冷却性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態を示すフローチャートであ
る。

【図２】 本発明の実施形態を示す冷蔵庫本体の縦断面
図である。

【図３】 本発明の実施形態を示す冷凍サイクルの説明
図である。

【図４】 本発明の他の実施形態を示す冷凍サイクルの
説明図である。

【符号の説明】

１…冷蔵庫本体 ２…冷蔵室
３…野菜室 ４…製氷室 ５…冷凍室
６,７,８,９…扉 １３…Ｒファン １４…Ｒ蒸発器
１５…Ｆファン １９…Ｃファン １６…Ｆ蒸発器
２０…圧縮機 ２２…機械室 ２６…切替弁
２７…凝縮器 ４０…三方弁 ４３…バイパス管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷蔵庫本体内に、能力を可変する圧縮機
   と、凝縮器と、絞り機構と、蒸発器とを順次接続し、冷
   媒に炭化水素系冷媒を用いた冷凍サイクルを備え、電源
   投入後から所定時間は前記圧縮機を高速回転で駆動させ
   ることを特徴とする冷蔵庫。
2. 【請求項２】 冷蔵庫本体内に、圧縮機と、凝縮器と、
   絞り機構と、蒸発器とを順次接続し、冷媒に炭化水素系
   冷媒を用いた冷凍サイクルと、圧縮機または凝縮器を放
   熱する冷却ファンとを備え、電源投入後から所定時間は
   冷却ファンを停止させておくことを特徴とする冷蔵庫。
3. 【請求項３】 冷蔵庫本体内に、圧縮機と、凝縮器と、
   絞り機構と、蒸発器とを順次接続し、前記凝縮器の出口
   側には切替弁を設け、この切替弁と圧縮機の吸込側との
   間を連通させるバイパス管を配設して冷媒に炭化水素系
   冷媒を用いた冷凍サイクルを備え、電源投入後から所定
   時間の間、切替弁の操作により前記凝縮器から吐出した
   冷媒を切替弁およびバイパス管を介して圧縮機の吸込側
   に流すことを特徴とする冷蔵庫。
4. 【請求項４】 冷蔵庫本体内に、圧縮機と、凝縮器と、
   絞り機構と、蒸発器とを順次接続し、前記凝縮器の出口
   側には開閉弁を設け、冷媒に炭化水素系冷媒を用いた冷
   凍サイクルを備え、電源投入後から所定時間の間、開閉
   弁を閉状態にさせることを特徴とする冷蔵庫。
5. 【請求項５】 冷蔵庫本体内に、直流ブラシレスモータ
   を電力制御して能力を可変する圧縮機と、凝縮器と、絞
   り機構と、蒸発器とを順次接続し、冷媒に炭化水素系冷
   媒を用いた冷凍サイクルを備え、電源投入後から所定時
   間の間、前記圧縮機の直流ブラシレスモータの２相のみ
   に通電し、直流ブラシレスモータを回転させないことを
   特徴とする冷蔵庫。