JP2004101179A - 冷蔵庫 - Google Patents

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吉永 悦子
Kazuhisa Ichimoto
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Abstract

 【課題】代替冷媒の物性特性差および代替断熱材の熱侵入増加による、冷凍能力の低下、および消費電力量の増加を補う冷凍サイクルを備えた冷蔵庫を提供する。
 【解決手段】冷蔵庫本体の後方下部に機械室9を有し、この機械室9内に圧縮機10を含む冷凍サイクルの一部を配設して構成され、冷媒HFC−134a,HCFC−22等の規制対象外冷媒を作動流体とする冷蔵庫において、帯状の薄板フィン19を螺旋状に巻きつけたパイプ20すなわちフィン付きパイプ18よりなる熱交換器を備え、このフィン付きパイプ18を圧縮機10の左右もしくはその一方、または上方向の空間領域に配設した。
【選択図】 図1

Description

 本発明は、冷蔵庫に係り、特に、HFC−134a,HCFC−22等の規制対象外冷媒を作動流体とし、冷媒の物性特性差による冷凍能力の低下および消費電力量の増加を補う冷凍サイクルの配置構成を備えた冷蔵庫に関するものである。
従来の冷蔵庫は、例えば、特開平1−189476号公報(特許文献1)の中で従来技術として示されているものがあるが、その基本的な構成について、図10ないし図12を参照して説明する。図10は、従来の冷蔵庫の本体を示す正面図、図11は、図10のA−A局部断面図、図12は、従来の冷蔵庫の冷凍サイクルを示す透視図である。
 図10に示す冷蔵庫本体は、外箱2、内箱3およびこれら両箱間に充填した断熱材4(図11参照)で構成され、中仕切り壁5によって、内箱3を、上部に冷凍室6、下部に冷蔵室7に区画成形されている。図11は、外箱2と内箱3との間を示す断面図で、前記冷蔵庫の外箱2の内側の表面に例えばアルミ箔17等の熱伝導材を用いて密着させ上下方向に蛇行させた凝縮器8が配設されている。
 図12に示す冷蔵庫の冷凍サイクルの透視図によれば、冷蔵庫本体の後方下部にある機械室9に圧縮機10が配置されており、この圧縮機10で冷媒が圧縮される。圧縮された気化冷媒(冷媒ガス)は、圧縮機10に接続されたパイプ12により吐出され、再度圧縮機10へ戻る(以下このパイプを、オイルクーラーまたはラジエータと呼ぶ)。圧縮機10から再び吐出された気化冷媒は、凝縮器8に流れ、ドライヤー(図示せず)、キャピラリーチューブ(図示せず)を経て蒸発器16に入る。ここで、気化蒸発した冷媒ガスは、さらに圧縮機10に戻る。
 ところで、従来から地球上の大気へ放出されていた冷媒、特にCFC−11,CFC−12,CFC−113,CFC−114,CFC−115等は、その冷媒の持つ特有の性質からオゾン層を破壊し、地球表面に到達する紫外線量が増加するため、人類の医学上および環境上の問題になっていた。そこで、1995年末以降に新規生産する冷蔵庫については、上記したCFCの使用が禁止されることになった。このため、CFCの代替冷媒、断熱材発泡用の代替冷媒としてオゾン破壊係数の低いHFC−134a,HCFC−22,HCFC−141b等を採用することで実用化が進められている。
特開平1−189476号公報
 従来の冷蔵庫の冷凍サイクルに、単に、冷媒CFC−12等の代替冷媒、断熱材用代替冷媒であるHFC−134a,HCFC−22,HCFC−141b等を入れ替えた場合、冷凍能力不足となる問題がある。また、断熱材用代替冷媒HCFC−141b等では、従来の断熱材に比べ、冷蔵庫庫内への熱漏洩量が大きいため、庫内温度に大きな影響を及ぼし、冷却効率の低下、冷凍能力の不足、さらに、消費電力量の増加という問題があった。
 これらの問題を解決するために、前記特開平1−189476号公報記載の如く、圧縮機を2個設け、2つの冷凍サイクルを配設した場合、冷凍能力不足は解決できるが、消費電力量は低減できず、却って増加する傾向になってしまう。また、一般に凝縮器の容積を大きくする方法として、冷蔵庫本体の外箱内側の凝縮器の長さを長くすることが有効である。図12のような構成の冷蔵庫では、側面および底面に凝縮器が配設済みであるので、背面に追加配設することができる。但し、この場合は、放熱量が多くなり、凝縮器温度を低下することはできるが、断熱材から庫内への熱侵入も多くなってしまう。また、機械室内に凝縮器を配設する場合、機械室内には、圧縮機、電気品、それに伴うパイプ、配線等が配置されており、凝縮器を設置する場所が限られてしまうという問題があった。
 本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、代替冷媒の物性特性差および代替断熱材の熱侵入増加による、冷凍能力の低下、および消費電力量の増加を補う冷凍サイクルを備えた冷蔵庫を提供することにある。
 上記目的を達成するために、本発明の冷蔵庫に係る第一の発明の構成は、冷蔵庫本体の後方下部に機械室を有し、この機械室内に圧縮機を含む冷凍サイクルの一部を配設して構成され、冷媒HFC−134a,HCFC−22等の規制対象外冷媒を作動流体とする冷蔵庫において、帯状の薄板フィンを螺旋状に巻きつけたパイプよりなる熱交換器を備え、このフィン付きパイプを圧縮機の左右もしくはその一方、または上方向の空間領域に配設したものである。より詳しくは、フィンを螺旋状に巻きつけたパイプよりなる熱交換器における主要な前記パイプが、ほぼ水平方向に配設され、前記フィンが上下方向になるように配設されたものである。
 また、上記目的を達成するために、本発明の冷蔵庫に係る第二の発明の構成は、冷蔵庫の機械室内に、圧縮機と、フィン付きパイプと、前記両者を冷却する冷却ファンとを設け、フィンを螺旋状に巻きつけたパイプよりなる熱交換器の主要な前記パイプを、前記冷却ファンの回転軸方向にほぼ直角になるように配設させたものである。
 さらに、上記目的を達成するために、本発明の冷蔵庫に係る第三の発明の構成は、上記の冷蔵庫において、フィン付きパイプのフィンを、直接もしくはフィンの一部を折り曲げて、機械室のベースに面接触させるように配設させ、前記ベースにはスリットを設けたものである。
 さらに、上記目的を達成するために、本発明の冷蔵庫に係る第四の発明の構成は、上記の冷蔵庫において、フィン付きパイプを、圧縮機から吐出して再度圧縮機に戻る経路に配設し、冷媒の流れを、圧縮機、前記フィン付きパイプ、さらに前記圧縮機に戻り、凝縮器、ドライヤー、キャピラリーチューブ、蒸発器、前記圧縮機と循環するように配管系を構成したものである。
 さらに、上記目的を達成するために、本発明の冷蔵庫に係る第五の発明の構成は、上記の冷蔵庫において、フィン付きパイプを、圧縮機と凝縮器の間の吐出パイプに配設し、冷媒の流れを、圧縮機、前記フィン付きパイプ、凝縮器、ドライヤー、キャピラリーチューブ、蒸発器、前記圧縮機と循環するように配管系を構成したものである。
 上記各技術的手段による働きは次のとおりである。まず、第一の発明の技術的手段による働きを説明する。従来のワイヤーコンデンサーあるいはプレートコンデンサーに対して、第一の発明では、帯状の薄板フィンをパイプに螺旋状に巻きつけて熱交換器を構成しており、フィンとパイプの接触面をロー付け等により金属的に固定している。したがって、全体の表面積を大きくできる効果があるほか、フィンとパイプとの接合面積を大きくできるため、伝熱効率が高くなるという効果がある。そのため、従来のワイヤーコンデンサーあるいはプレートコンデンサーよりも、小さな容積で同一の放熱性能が得られ、機械室内に占める凝縮器の容積の割合を小さくすることができる。
 また、ワイヤーコンデンサーおよびプレートコンデンサーは、平面的に設置するには容易であるが、機械室のような立体的空間領域へ設置することは難しいため、機械室への配置にはコンパクトで立体的な形状の形成が可能なフィン付きパイプの方が適している。したがって、ワイヤーコンデンサーあるいはプレートコンデンサーに比べ、第一の発明におけるフィン付きパイプの方が、単一体積で伝熱面積を増大でき、さらに、機械室内の限られた空間領域に納めることが可能である。
 さらに、フィン付きパイプのうち主な部分のパイプをほぼ水平方向に配設することによって、圧縮機等で温められた空気が機械室内を下方から上方へ上昇するドラフト効果により、フィンとフィンとの間に風が流れ、フィン部で効率良く熱交換させることができる。またさらに、風の流れを止めることなく、該フィンの下流フィンに風を当てることができる。
 第二の発明の技術的手段による働きを説明する。冷却フィンを用いる強制対流の場合、フィン付きパイプのうち主な部分のパイプを冷却ファンのファンの回転軸方向にほぼ直角になるように配設することで、冷却ファンから送り出される風がフィンとフィンとの間に流れ、フィンを効率良く熱交換させることができる。すなわち、冷却ファンにより、圧縮機、フィン付きパイプの両方を冷却することができる。
 次に、第三の発明の技術的手段による働きを説明する。フィン付きパイプのフィンを、直接もしくはフィンの一部を機械室のベースに面接触させ、該ベースにスリットを設けることによって、ベース自身が凝縮器の放熱板の一部として利用される。また、床面の風がドラフト効果により機械室内に取り込まれ、フィン付きパイプ、圧縮機、機械室内温度等が下がる。
 次に、第四の発明の技術的手段による働きを説明する。ガス冷媒と外気温度との差が最も大きいところ、すなわち、オイルクーラーあるいはラジエータパイプ等に、フィン付きパイプを配設することによって、効率良く冷却された低温度のガス冷媒を圧縮機に戻すので、圧縮機が冷却が可能である。これより、吐出圧力が低下し、圧縮効率が向上するため、冷却力が増大し、消費電力量も低減できる。
 さらに、第五の発明の技術的手段による働きを説明する。圧縮機と凝縮器との間の吐出パイプにおいても、ガス冷媒と外気温度の差が大きいので、フィン付きパイプを配設した場合、上記第四の発明の場合と同様、吐出圧力が下がり、圧縮機効率が向上するため、冷却力が増大し、消費電力量も低減できる。
 本発明によれば、代替冷媒の物性特性差および代替断熱材の熱侵入増加による、冷凍能力の低下、および消費電力量の増加を補う冷凍サイクルを備えた冷蔵庫を提供することができる。
 以下本発明の各実施例を図1ないし図9を参照して説明する。なお、冷蔵庫箱体の構成等については、従来例と同一構造であるので、その説明を省略し、冷凍サイクル構成について以下説明する。図1ないし図3を参照して第一の発明の実施例を説明する。
 〔実施例 1−1〕まず、図1は、第一の発明の一実施例に係る冷蔵庫の、圧縮機の左右にフィン付きパイプを配設した機械室の正面図である。図1において、2は、箱体を構成する外箱、9は機械室、23は、機械室9のベース、10は、機械室9に配置した圧縮機、14は、冷凍サイクル部品の一つであるドライヤー、18はフィン付きパイプである。
 図1に示す機械室では、フィン付きパイプ18を圧縮機10の左右方向に配設させている。このフィン付きパイプ18は、5〜20mm巾の帯状の薄板フィンをパイプに螺旋状に巻き付け、フィン19とパイプ20との接触面をロー付けなどで金属的に接触させた構成となっている。ここで、巻き付けピッチは2〜8mmとし、後述する従来のワイヤーコンデンサー等の放熱面積比較においては、2倍以上の放熱面積を確保できるように設計されている。また、この帯状フィンをパイプに巻き付けるに当っては、上記帯状フィンの根本部(パイプ側)の曲率半径を合わせるように変形させたものである。
 このような冷蔵庫機械室の構成によれば、フィン19とパイプ20との接触面をロー付けなどで金属的に接触させた該接触面面積が、従来のワイヤーコンデンサーあるいはプレートコンデンサーに比べて大きいため伝熱効率が高い。また、全体の表面積も、従来のワイヤーコンデンサーあるいはプレートコンデンサーに比べて大きい。そのため、従来のワイヤーコンデンサーあるいはプレートコンデンサーよりも小さな容積で、同一の放熱性能が得られ、機械室9内に占める熱交換器の容積の割合を小さくすることが可能である。特に、図1に示すように、その圧縮機10の縦幅が横幅に比べて長い形式の圧縮機10においては、圧縮機10の左右方向に空間領域が確保でき、その左右方向の空間領域もしくはその一方にフィン付きパイプ18を配置させている。
 〔実施例 1−2〕図2は、第一の発明の他の実施例に係る冷蔵庫の、圧縮機の上方にフィン付きパイプを配設した機械室の正面図である。図中、図1と同一符号は同等部分を示す。図2に示す機械室9Aでは、ベース23上に設置された圧縮機10Aの上方向の空間領域にフィン付きパイプ18Aを配設させている。図2に示すように、横幅が縦幅に比べて長い形式の圧縮機10Aにおいては、圧縮機10Aの上方向に空間領域が確保できるため、その上方向の空間領域にフィン付きパイプ18Aを配置するのが好適である。なお、図2において、21は冷却ファンである。
 〔実施例 1−3〕図3は、第一の発明のさらに他の実施例に係る冷蔵庫の、フィン付きパイプのフィンの面を自然対流の風の煙突効果の方向とほぼ平行となるように配設した機械室の正面図である。図中、図1と同一符号は同等部分を示す。図3に示す機械室9では、フィン付きパイプ18におけるパイプ20の大部分がほぼ水平方向に配設され、フィン19が上下方向になるように配設されている。このような構成によれば、圧縮機10等で機械室9内の空気が温められ、機械室9内を下方から上方に上昇する、いわゆるドラフト効果による風が、フィン19とフィンと19との間に流れ、フィン19で効率良く熱交換させることができる。
 また、フィン19は、パイプ18に対しほぼ直角に接続されているため、ドラフト効果の風の流れに対してほぼ平行になる。そのため、風の流れを止めることなく、次のフィン19に風を通過させることができる。したがって、全てのフィン19に風が当てられ、十分に放熱効果が得られる。
 次に、第二の発明の実施例を図4および図5を参照して説明する。
〔実施例 2−1〕図4は、第二の発明の一実施例に係る冷蔵庫の、冷却ファンの強制対流の風の方向にフィン付きパイプ、圧縮機を配設した機械室の正面図である。図中、図1と同一符号は同等部分を示す。
 図4に示す機械室9内には、圧縮機10と前記フィン付きパイプ18との両者を冷却する冷却ファン21を設け、前記フィン付きパイプ18の主要なパイプ20を、冷却ファン21の回転軸方向にほぼ直角になるように配設させている。また、各機器の配列を、機械室9の側面から、冷却ファン21、フィン付きパイプ18、圧縮機10の順に配置させている。
 このような構成によれば、フィン19とフィン19との間に、冷却ファン21から送り出された風が流れ、フィン19部で効率良く熱交換させることができる。また、上記と同じく、フィン19はパイプ18にほぼ直角に接続されているため、冷却ファンの風の流れに対し、フィン19はほぼ平行になる。そのため、風の流れを止めることなく、次のフィン19に風を通過させ、さらに、圧縮機10まで到達させることができる。したがって、全てのフィン19に風が当てられ、放熱効果が得られ、さらに、圧縮機10も冷却することができる。
 〔実施例 2−2〕図5は、第二の発明の他の実施例に係る冷蔵庫の、冷却ファンの強制対流の風の方向に圧縮機、フィン付きパイプを配設した機械室の正面図である。図中、図1と同一符号は同等部分を示す。図5に示す機械室9内には、フィン付きパイプ18の配設を図4と同様にし、各機器の配列を、機械室9の側面から、冷却ファン21、圧縮機10、フィン付きパイプ18の順に配置させている。
 このような構成によれば、冷却ファン21から送り出された風が、圧縮機10を冷却し、圧縮機周辺より流れた風が、フィン付きパイプ18のフィン19とフィン19との間を流れて放熱させる。
 〔実施例 3〕次に、第三の発明の一実施例を図6および図7を参照して説明する。図6(a)は、第三の発明の一実施例に係る冷蔵庫の、フィン付きパイプのフィンの一部を折り曲げてベースに圧接させて配設した機械室の正面図、図6(b)は、図6(a)のB部に係るフィン折り曲げ部を示す拡大斜視図、図7は、フィン付きパイプのフィンを直接ベースに接触させた状態を示す要部斜視図である。図中、図1と同一符号は同等部分を示す。
 図6に示す機械室9B内には、フィン付きパイプ18Bのフィン19Bの一部を機械室9Bのベース23Bとほぼ平行に折り曲げて、その折り曲げ部19cの面を、機械室9Bのベース23Bに接触させ、ベース23Bには、図7に示すようにスリット24を設けている。また、図7に示すフィン付きパイプ18Bは、フィン19Bを直接ベース23Bに接触させた例を示している。
 このような構成によれば、フィン付きパイプ18Bのフィン19Bの一部を折り曲げてベース23Bに圧接した面に、伝熱効果が生じ、ベース23B自身が凝縮器の放熱板の一部として利用できる。したがって、放熱面積が増加することになり、フィン付きパイプ18Bの温度が低下する。また、ベース23Bにスッリト24を設けることで、機械室9B内より低温である床面の風を、ドラフト効果により、機械室9B内に取り込むことができ、フィン付きパイプ18Bはもちろん、圧縮機10、機械室9B内温度等も下げることが可能となり、冷凍能力の向上に役立つ。
 〔実施例 4〕次に、第四の発明の一実施例を図8を参照して説明する。図8は、第四の発明の一実施例に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの系統図である。図8に示す冷凍サイクルでは、フィン付きパイプ18をオイルクーラーあるいはラジエータパイプに配設し、冷媒の循環するサイクルを、圧縮機10、フィン付きパイプ18、さらに前記圧縮機10に戻り、凝縮器8、ドライヤー14、キャピラリーチューブ15、蒸発器16、前記圧縮機10の順で配管系を構成する。
 このような配管系により、パイプ中のガス冷媒温度と外気温度の差が最も大きいところに、放熱効果の優れたフィン付きパイプ18を配置させることで、効率良く冷却された低温度のガス冷媒を圧縮機10に戻すので圧縮機10が冷却できる。したがって、吐出圧力は低下し、圧縮効率が向上することになるため、冷却力が増大し、消費電力量も低減することができる。
 〔実施例 5〕次に、第五の発明の一実施例を図9を参照して説明する。図9は、第五の発明の一実施例に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの系統図である。図9に示す冷凍サイクルでは、フィン付きパイプ18を圧縮機10と凝縮器8との間の吐出パイプに配設し、冷媒の循環するサイクルを、圧縮機10、オイルクーラーあるいはラジエータ12、さらに前記圧縮機10に戻り、前記フィン付きパイプ18、凝縮器8、ドライヤー14、キャピラリーチューブ15、蒸発器16、前記圧縮機10の順で配管系を構成する。
 このような配管系により、オイルクーラーあるいはラジエータ12により、ガス冷媒は冷却され温度が下げられてはいるものの、まだ十分でなく、フィン付きパイプ18に流れ込むガス冷媒と外気温度の差は大きい。この状態に放熱効果の優れたフィン付きパイプ18を配置させることで、凝縮温度が下がり、吐出圧力が低くなり圧縮機効率が向上する。その結果、冷凍能力が向上し、消費電力量が低減する。
 以上説明したように、上記各実施例によれば、機械室内にフィン付きパイプを配設することで、フィン付きパイプの構成上、従来のワイヤーコンデンサーあるいはプレートコンデンサーに比べ、伝熱効率が高く、従来のワイヤーコンデンサーあるいはプレートコンデンサーよりも、小さな容積で、同一の放熱性能が得られ、機械室内に占める熱交換器の容積の割合を小さくすることができる。また、上記各実施例のフィン付きパイプはコンパクトで立体的な形状とすることが可能であるため、機械室内の限られた狭い空間領域に納めることが可能となる。
 さらに、放熱効果の優れたフィン付きパイプを機械室内に配設することで、冷凍能力が向上され、消費電力量の低減を図ることができる。したがって、CFC規制により、冷媒CFC−12使用の代替冷媒HFC−134a,HCFC−22、および、断熱材用代替冷媒HCFC−141b等を用いた冷蔵庫の冷凍サイクルにおいて、冷媒の物性特性差、および断熱材の熱漏洩量増加による、冷凍能力の低下、および消費電力量の増加を補うことができる。
第一の発明の一実施例に係る冷蔵庫の、圧縮機の左右にフィン付きパイプを配設した機械室の正面図である。 第一の発明の他の実施例に係る冷蔵庫の、圧縮機の上方にフィン付きパイプを配設した機械室の正面図である。 第一の発明のさらに他の実施例に係る冷蔵庫の、フィン付きパイプのフィンの面を自然対流の風の煙突効果の方向とほぼ平行となるように配設した機械室の正面図である。 第二の発明の一実施例に係る冷蔵庫の、冷却ファンの強制対流の風の方向にフィン付きパイプ、圧縮機を配設した機械室の正面図である。 第二の発明の他の実施例に係る冷蔵庫の、冷却ファンの強制対流の風の方向に圧縮機、フィン付きパイプを配設した機械室の正面図である。 第三の発明の一実施例に係る冷蔵庫の、フィン付きパイプのフィンの一部を折り曲げてベースに圧接させて配設した機械室の説明図である。 フィン付きパイプのフィンを直接ベースに接触させた状態を示す要部斜視図である。 第四の発明の一実施例に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの系統図である。 第五の発明の一実施例に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの系統図である。 従来の冷蔵庫の本体を示す正面図である。 図9のA−A局部断面図である。 従来の冷蔵庫の冷凍サイクルを示す透視図である。
符号の説明
2…外箱、3v内箱、8…凝縮器、9,9A,9B…機械室、10,10A…圧縮機、12…オイルクーラー(ラジエータ)、14…ドライヤー、15…キャピラリーチューブ、16…蒸発器、18,18A,18B…フィン付きパイプ、19,19B…フィン、19c…折り曲げ部、20…パイプ、21…冷却ファン、23,23B…ベース、24…スリット。

Claims (6)

  1.  冷蔵庫本体の後方下部に機械室を有し、この機械室内に圧縮機を含む冷凍サイクルの一部を配設して構成され、冷媒HFC−134a,HCFC−22等の規制対象外冷媒を作動流体とする冷蔵庫において、帯状の薄板フィンを螺旋状に巻きつけたパイプよりなる熱交換器を備え、このフィン付きパイプを圧縮機の左右もしくはその一方、または上方向の空間領域に配設したこを特徴とする冷蔵庫。
  2.  フィンを螺旋状に巻きつけたパイプよりなる熱交換器における主要な前記パイプが、ほぼ水平方向に配設され、前記フィンが上下方向になるように配設させたことを特徴とする請求項1記載の冷蔵庫。
  3.  機械室内に、圧縮機と、フィン付きパイプと、前記両者を冷却する冷却ファンとを設け、フィンを螺旋状に巻きつけたパイプよりなる熱交換器の主要な前記パイプを、前記冷却ファンの回転軸方向にほぼ直角になるように配設させたことを特徴とする請求項1記載の冷蔵庫。
  4.  フィン付きパイプのフィンを、直接もしくはフィンの一部を折り曲げて、機械室のベースに面接触させるように配設させ、前記ベースにはスリットを設けたことを特徴とする請求項1ないし3記載のいずれかの冷蔵庫。
  5.  フィン付きパイプを、圧縮機から吐出して再度圧縮機に戻る経路に配設し、冷媒の流れを、圧縮機、前記フィン付きパイプ、さらに前記圧縮機に戻り、凝縮器、ドライヤー、キャピラリーチューブ、蒸発器、前記圧縮機と循環するように配管系を構成したことを特徴とする請求項1ないし4記載のいずれかの冷蔵庫。
  6.  フィン付きパイプを、圧縮機と凝縮器との間の吐出パイプに配設し、冷媒の流れを、圧縮機、前記フィン付きパイプ、凝縮器、ドライヤー、キャピラリーチューブ、蒸発器、前記圧縮機と循環するように配管系を構成したことを特徴とする請求項1ないし4記載のいずれかの冷蔵庫。
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