JP2007078282A - 冷蔵庫 - Google Patents

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Hiroyuki Sai
博之 齋
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Sanyo Electric Co Ltd
三洋電機株式会社
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Abstract

【課題】 冷媒回路の高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒を使用する冷蔵庫において、冷媒回路の高圧側配管を用いて、結露を確実に防止する。
【解決手段】 開口縁4Aに冷媒回路20の高圧側配管としてのフレームパイプ30を添設して成る冷蔵庫1において、冷媒回路20は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、開口縁4Aのフレームパイプ30により冷媒の往復経路(往路の配管30Fと復路の配管30R)が構成され、且つ、往路と復路とで冷媒を対向して流す。
【選択図】図2

Description

本発明は、開口縁に冷媒回路の高圧側配管を添設して、当該高圧側配管を流れる冷媒の熱により開口縁の結露を防止する冷蔵庫に関するものである。
従来より、この種冷蔵庫は、食品等を保存する貯蔵室を有する断熱箱体と、この断熱箱体の前面開口を開閉自在に閉塞する断熱扉とから本体が構成されており、貯蔵室内を仕切により区画することにより冷凍室や冷蔵室を形成し、冷却装置からの冷気によって各室を冷却していた。
冷却装置は、圧縮機、放熱器、減圧手段及び冷却器を順次配管接続することにより冷媒回路が構成される。そして、圧縮機が運転されると、当該圧縮機に冷媒が吸い込まれて圧縮され、高温高圧のガスとなり、放熱器に流入する。冷媒は当該放熱器を流れる過程で周囲の空気と熱交換して放熱し、凝縮する。放熱器で凝縮した冷媒は減圧手段にて減圧された後、冷却器に流入して蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮する。冷却器にて冷媒と熱交換して冷却された空気は送風機にて冷蔵庫の前記冷凍室や冷蔵室などの各室内に循環され、各室内に収納された食品を冷却する。尚、冷却器から出た低温低圧の冷媒ガスは圧縮機に吸い込まれる循環を繰り返すものであった。
このような冷蔵庫では、前記断熱箱体と断熱扉との間から熱のリークが生じて、この付近の表面温度が冷蔵庫の設置されている周囲の温度(外気温度)より低下し、更には露点温度以下になると、空気中の水分が付着する所謂結露の発生する不都合が生じていた。そのため、当該冷蔵庫の結露が発生しやすい箇所にヒータを設置して加熱することにより、係る結露の発生を防止していた。
しかしながら、上述のようにヒータを設置した場合、当該ヒータの熱により冷却性能が低下したり、消費電力が増大する不都合が生じていた。そこで、冷媒回路の放熱器から出た高圧側冷媒配管を結露の発生しやすい箇所に配設して、当該高圧側冷媒配管内を流れる冷媒にて加熱することにより、結露の発生を防止する冷蔵庫が開発された。具体的には、例えば、断熱箱体の開口縁に高圧側冷媒配管(以降、フレームパイプと称する)を添設して、放熱器から出た冷媒が当該フレームパイプを流れるように構成し、圧縮機にて圧縮された高温高圧の冷媒ガスを放熱器及びフレームパイプにて凝縮させる。冷媒は凝縮する過程では温度が一定(温度変化することなく所定の凝縮温度)であるため、フレームパイプにて冷媒の凝縮熱で開口縁を加熱し、結露を防止することが可能となった(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
特開平7−239178号公報 特開平10−197122号公報
ところで、近年このような冷蔵庫では、地球環境破壊の問題から従来使用されてきたフロン冷媒が使用できなくなり、二酸化炭素(CO2)などの自然冷媒を使用する試みがなされている。
しかしながら、二酸化炭素冷媒は圧縮により冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となり、放熱器及びフレームパイプにおいて冷媒が凝縮せず、超臨界状態を維持したままであるため、係る放熱により冷媒の温度低下が生じることとなる。これにより、放熱器から出てフレームパイプに流入して直ぐ(フレームパイプ入口付近)とフレームパイプから出る直前(フレームパイプ出口付近)とでは冷媒温度に著しく温度差が生じてしまう。即ち、フレームパイプ入口付近では冷媒温度が高温となり過ぎて、冷蔵庫の冷却能力を低下させる恐れがある。逆に、出口付近では冷媒温度が低温となり過ぎて、露点温度以下に低下し、結露の発生を招く問題が生じていた。
このように、高圧側が超臨界状態となる冷媒では、放熱により温度低下するので、フレームパイプ経路内で冷媒の温度差が生じてしまい、フレームパイプによる結露防止の機能を充分に発揮させることができなかった。
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力で運転される冷蔵庫において、冷媒回路の高圧側配管を用いて、結露を確実に防止することを目的とする。
本発明の冷蔵庫は、開口縁に冷媒回路の高圧側配管を添設して成るものであって、冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、開口縁の高圧側配管により冷媒の往復経路が構成され、且つ、往路と復路とで冷媒が対向して流れることを特徴とする。
請求項2の発明の冷蔵庫では、上記発明において冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする。
本発明によれば、開口縁に冷媒回路の高圧側配管を添設して成る冷蔵庫において、冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、開口縁の高圧側配管により冷媒の往復経路が構成され、且つ、往路と復路とで冷媒が対向して流れるので、往路を流れる冷媒と復路を流れる冷媒とを熱交換させることができる。これにより、開口縁における冷媒の温度差を極力低減して、適切な温度に加熱することができる。
従って、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となる冷媒、例えば、請求項2の如く冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を用いた冷蔵庫において、当該冷媒回路の高圧側配管を流れる冷媒により、冷蔵庫の開口縁を適切温度に加熱することが可能となり、当該冷蔵庫の冷却能力の改善を図りながら、開口縁の結露発生を防止することができる。総じて、高圧側が超臨界圧力となる冷媒を用いた冷蔵庫における性能及び信頼性の向上を図ることができる。
本発明は、高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒回路を備えた冷蔵庫において、冷蔵庫の開口縁に結露が発生する不都合を解消するために成されたものである。高圧側が超臨界圧力で運転される冷蔵庫において、開口縁の結露を防止するという目的を、高圧側配管により冷媒の往復経路を構成し、往路と復路とで冷媒を対向して流すことで実現した。以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の冷蔵庫を備えた一実施例の冷媒回路図、図2は冷蔵庫1の断熱箱体4の開口縁4Aに添設されたフレームパイプ30の経路の概略図をそれぞれ示している。実施例の冷蔵庫1は、前方に開口する鋼板製の外箱2と、肉薄硬質樹脂(例えばABS樹脂)製の内箱3間に発砲ポリウレタン断熱材Pを充填して成る断熱箱体4と、当該断熱箱体4の前面開口を開閉自在に閉塞する図示しない断熱扉にて本体が構成されている。
内箱3は図3に示すように前端の開口縁4Aに外向きフランジ3Aを有する。また、内箱3の先端がL字状になった外向きフランジ3Aは外箱2の後述する溝8内へ挿入され、これによって外箱2と内箱3とが間隔を存して嵌合される。即ち、内外両箱2、3が嵌合された状態で溝8が閉じられる。外箱2は一枚の塗装鋼板を折り曲げて形成され、外箱2の天面、左右側壁に対応する門構状の外箱本体と、この外箱本体の背部に取り付けられ外箱の背面に対応する背面板と、外箱底部に取り付けられ外箱の底部に対応する底面板とからなり、前面に開口を有する。特に、外箱本体はその前端の開口縁4Aに後述するフレームパイプ30及び内箱の外向きフランジ3Aを収納するための内向きの前述した溝8を有する。また、外箱2本体の外壁2Aの前面側(溝8と反対側)は、ガスケットなどのシール部材を介して前記断熱扉と当接する。
一方、前記断熱箱体4内は、仕切壁5にて上下に区画され、仕切壁5の上方を凍結温度(例えば、−20℃程度)に冷却される冷凍室6、仕切壁5の下方を冷蔵温度(例えば、+5℃程度)に維持される冷蔵室7としている。
冷凍室6内には当該冷凍室6内の温度を検出するための室内温度センサ10が設けられている。また、冷蔵室7内には当該冷蔵室7内の温度を検出するための室内温度センサ11が設けられており、これら各室内温度センサ10、11はそれぞれ後述するコントローラ50に接続されている。
そして、仕切壁5の前面内側には図示しない断熱扉の開閉を検出するためのドアスイッチが設けられ、このドアスイッチの近傍には冷蔵庫1周囲の外気温度を検出するための外気温度センサ12が設けられている(図2では図示せず)。当該外気温度センサ12は前記コントローラ50に接続される。
本発明の冷蔵庫1の冷却装置は、図1に示すように圧縮機21、放熱器22、フレームパイプ30、減圧手段としてキャピラリチューブ23、冷却器25等を配管接続することにより冷媒回路20が構成される。即ち、圧縮機21の吐出側に接続された冷媒配管40は放熱器22の入口に接続される。尚、22Fは放熱器のファンである。
また、放熱器22の出口に接続された冷媒配管41は、冷蔵庫1の外箱2と内箱3との間に形成された前記溝8内に収納された開口縁4Aの高圧側冷媒配管としての前述したフレームパイプ30に接続される。このフレームパイプ30は、断熱箱体4の開口縁4Aに添設された冷媒回路20の高圧側配管である。
当該フレームパイプ30は、銅又はアルミニウムなどの材料で製作され、圧縮機21から放熱器22を経た高温高圧の冷媒ガスが内部を流れる。この場合、フレームパイプ30により冷蔵庫1の開口縁4Aを流れる冷媒の往路復路が構成されている。即ち、本実施例のフレームパイプ30は当該フレームパイプ30を構成する配管の中間地点(折り返し点)Cを折曲し、一方を往路の配管30F、他方を復路の配管30Rとしている。そして、両配管30F、30Rを熱交換可能に並べて固着することで、フレームパイプ30の往復経路を構成している。
具体的には、本実施例のフレームパイプ30は、冷蔵庫1の開口縁4Aの外箱2の溝8内の外壁2A(外壁2Aの前面には図示しないガスケットを介して断熱扉が当接する)に当接する位置に以下のように添設される。即ち、フレームパイプ30の往路の配管30Fは、図2及び図3に示すように外壁2Aと当接する溝8内の最も奥の角部において、外箱2の右下端から左下端側に水平方向に延出し、左端にてU字状にターンして前記右下端から左下端に延出したパイプに沿って右側に延出する。そして、右端にて上方向に起立して延在し、仕切壁5にて左方向に90°折曲して、水平方向に延出し、左端にてU字状にターンして当該仕切壁5を右側から左側に延出したパイプに沿って右側に延出する。更に、右端にて上方向に起立して、上端のまで延在し、そこで左方向に90°折曲して左方向に延在する。そして、左上端にて下方向に90°折曲して、左下端の折り返し点Cに至る。
また、フレームパイプ30の復路は配管30Rを前記往路の配管39Fと同様に外壁2Aと当接させると共に、上記往路の配管30Fの上端に当接するように沿って配置することで形成され、両配管30R、30Fを図4の如く当接した状態で固着することにより、フレームパイプ30の全往復経路が構成される。このように、フレームパイプ30の往路の配管30Fと復路の配管30Rとを当接して固着することで、往路の配管30Fを流れる冷媒と復路の配管30Rを流れる冷媒とを対向して流し、且つ、熱交換させることができるようになる。
尚、冷媒は当該フレームパイプ30を通過する過程で超臨界状態を維持したまま周囲と熱交換して放熱する。従って、フレームパイプ30を通過する過程で、冷媒は周囲と熱交換することにより、状態変化すること無しに、温度のみが低下することとなる。
他方、フレームパイプ30の復路の配管30Rの出口に接続された冷媒配管42は、内部熱交換器27を通過して減圧手段としてのキャピラリチューブ23に接続される。この内部熱交換器27は、冷媒回路20の高圧側の冷媒配管42を流れる冷媒と低圧側の冷媒配管45を流れる冷媒とを熱交換させるためのものであり、当該内部熱交換器27にて高圧側の冷媒を冷却することができる。これにより、冷却器25において冷媒をより低温で蒸発させることが可能となり、冷却器25における冷却能力が向上する。更に、低圧側の冷媒を高圧側の冷媒にて加熱することで、圧縮機21に吸い込まれる冷媒を加熱して、完全に気体とすることができ、圧縮機21における液圧縮の発生を解消できる。
そして、キャピラリチューブ23を出た冷媒配管44は冷却器25に至る。この冷却器25の近傍には当該冷却器25にて冷媒と熱交換して、冷却された空気を前記冷凍室6及び冷蔵室7に送風するための送風機としてのファン25Fが設けられている。当該冷却器25を出た冷媒配管45は前記内部熱交換器27を経由して圧縮機21の吸込側に接続される。
尚、図1において50は、本実施例の冷蔵庫1の制御を司る制御手段としての前述したコントローラであり、当該コントローラ50は、汎用のマイクロコンピュータにて構成されている。そして、コントローラ50の入力側には前記各室内温度センサ10、11及び外気温度センサ12が接続され、出力側には圧縮機21、冷却器25のファン25F等が接続される。そして、コントローラ50は、前記各室内温度センサ10、11にて検出される冷凍室6及び冷蔵室7内の温度に基づき、圧縮機21の運転及び冷却器25のファン25Fの回転数を制御している。
更に、本実施例の冷蔵庫1の冷媒としては、地球環境にも優しく自然冷媒である二酸化炭素を用い、冷媒回路20の高圧側は超臨界圧力にて運転されるものとする。
以上の構成で、次に本発明の冷蔵庫1の動作を説明する。基本的にコントローラ50は室内温度センサ10、11の出力に基づいて圧縮機21を運転する。特に、室内温度センサ10にて検出される冷凍室6内の温度に基づいて、圧縮機21をON−OFF制御することにより、各室6、7内を目標温度の上下に設けられた上限温度と下限温度の範囲内となるように運転している。
そして、冷凍室6内の温度が前記目標温度(例えば、目標温度−20℃)の上限温度を超えて上昇すると、コントローラ50は圧縮機21を駆動して、圧縮運転を開始する。これにより、圧縮機21に二酸化炭素冷媒が吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなって圧縮機21から冷媒配管40に吐出される。このとき、二酸化炭素冷媒は超臨界圧力まで圧縮される。
冷媒配管40に吐出された超臨界状態の冷媒は、放熱器22内に流入して、ファン22Fにより送風される空気と熱交換して放熱する。このとき、放熱器22において冷媒は超臨界状態を維持したまま放熱する。従って、放熱器22において、冷媒は状態変化すること無しに、温度のみが低下する。
放熱器22から出た冷媒は、次に冷媒配管41を経て往路の配管30F入口から冷蔵庫1の断熱箱体4の開口縁4Aの溝8内に添設されたフレームパイプ30内に流入する。そして、当該フレームパイプ30を通過する過程で、冷媒は更に放熱して温度低下する。このとき、放熱器22から出てフレームパイプ30に流入して直ぐの往路の配管30F入口付近では冷媒温度は非常に高い。一方、フレームパイプ30を通過してフレームパイプ30から出る直前である復路の配管30R出口付近では放熱により冷媒温度が著しく低下し過ぎる恐れがある。
この場合、図6に示すような従来のフレームパイプ130を使用した場合、フレームパイプ130の入口付近では、冷媒温度が高すぎるため、当該冷媒の熱により冷蔵庫1の冷却能力が低下する問題が生じていた。他方、フレームパイプ130出口付近では、係るフレームパイプ130を流れる過程で冷媒が放熱し過ぎて、冷媒温度が著しく低下し、露点温度に低下して、冷蔵庫1の周囲の空気中水分が付着する所謂結露を引き起こす問題が生じていた。
そこで、本発明の如くフレームパイプ30の往路の配管30Fと復路の配管30Rとを熱交換可能に固着し、往路と復路とで冷媒を対向して流すことで、往路と復路を流れる冷媒を熱交換させて、開口縁4A全体の温度を低すぎたり高すぎたりすること無く、適切な温度に加熱することが可能となる。即ち、往路の配管30Fの高温冷媒は、復路の配管30Rの低温冷媒と熱交換して、冷却される。同様に、復路の配管30Rを流れる低温冷媒は、往路の配管30Fを流れる高温冷媒と熱交換して加熱される。従って、両配管30F、30Rを前述の如く共に外壁2Aと接するように配置することで、外壁2Aを両配管30F、30Rを流れる冷媒の熱交換により、適切な温度に加熱することができる。これにより、当該冷蔵庫1の冷却能力を改善しながら、開口縁4Aの結露の発生を防止することができるようになる。総じて、本実施例の二酸化炭素冷媒のように高圧側が超臨界圧力となる冷媒を用いた冷蔵庫における性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
他方、フレームパイプ30を出た冷媒は内部熱交換器27を通過する。当該内部熱交換に27において、高圧側の冷媒配管42を流れる冷媒は低圧側の冷媒配管45を流れる冷媒と熱交換して、更に冷却され、キャピラリチューブ23に至る。尚、冷媒は内部熱交換器27を出てキャピラリチューブ23の手前、若しくは、キャピラリチューブ23における圧力低下により凝縮して、冷却器25に流入する。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。当該冷却器25にて冷媒と熱交換して冷却された空気はファン25Fにて冷蔵庫1の各室6、7内に循環され、各室6、7内に収納された食品等を冷却する。他方、冷却器25から出た低温低圧の冷媒は前記内部熱交換器27にて高圧側の前記冷媒配管42を流れる冷媒と熱交換して加熱された後、内部熱交換器27から出て、圧縮機21に吸い込まれるサイクルを繰り返す。このような運転を繰り返すことで、各室6、7内は徐々に冷却されて行く。
以上詳述する如く、本発明により高圧側が超臨界圧力となる二酸化炭素冷媒を使用した冷蔵庫1において、冷媒回路20の高圧側配管からなるフレームパイプ30により開口縁4Aの結露の発生を未然に回避することができる。これにより、当該冷蔵庫1の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
尚、上記実施例では、フレームパイプ30を折り返し点Cで折曲し、往路の配管30Fと復路の配管30Rとして、往路の配管30Fと復路の配管30Rを熱交換可能に並べて固着することで、往復経路を構成するものとしたが、これに限らず、例えば、図5に示すように一本の配管70の内部を仕切って一方を往路70F、他方を復路70Rとしても良い。
この場合、往路70Fと復路70Rを共に外壁2Aに当接させて、且つ、前記実施例の往路の配管30Fと同様に開口縁4Aに当該配管70を配置し、前記折り返し点Cの位置に相当する開口縁4A(図2に示す冷蔵庫1の左下端)にて配管70の先端を封止部材、若しくは、ピンチするなどにより完全に閉塞し、当該先端付近にて往路70Fと復路70Rとを連通する連通孔を仕切に形成して、往路70Fの冷媒が連通孔を経て復路70Rに流れるように構成する。
これにより、往路70Fと復路70Rとで冷媒を対向して流すことができ、フレームパイプ70の往路70Fと復路70Rを流れる冷媒を熱交換させて、開口縁4A全体を適切な温度に加熱することができる。従って、本実施例においても、前記実施例同様に、冷蔵庫1の冷却能力を改善しながら、開口縁4Aの結露の発生を防止することができる。総じて、本実施例の二酸化炭素冷媒のように高圧側が超臨界圧力となる冷媒を用いた冷蔵庫における性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。
尚、上記各実施例では、高圧側配管を冷蔵庫1の断熱箱体4の開口縁4Aに添設したフレームパイプ30或いはフレームパイプ70としたが、当該フレームパイプ30に限らず、冷蔵庫1の結露が発生しやすい箇所に冷媒回路20の高圧側配管により冷媒の往復経路を構成し、且つ、往路と復路とで冷媒が対向して流すものとしても構わない。
また、上記各実施例では冷媒回路20の冷媒として二酸化炭素を用いるものとしたが、請求項1の発明では二酸化炭素冷媒に限らず、圧縮により超臨界圧力となる冷媒であればどのような冷媒であっても有効である。
本発明の冷蔵庫の一実施例の冷媒回路図である。 本発明の冷蔵庫の一実施例のフレームパイプの経路を示す概略図である。 図2のフレームパイプを溝内に添設した状態を示す部分断面図である。 図2のフレームパイプの往復経路の断面図である。 他の実施例のフレームパイプの往復経路の断面図である。 従来の冷蔵庫のフレームパイプの経路を示す概略図である。
符号の説明
C 折り返し点
1 冷蔵庫
2 外箱
3 内箱
4 断熱箱体
4A 開口縁
6 冷凍室
7 冷蔵室
9 溝
10、11 室内温度センサ
12 外気温度センサ
21 圧縮機
22 放熱器
22F ファン
23 キャピラリチューブ
25 冷却器
25F ファン
27 内部熱交換器
30、70 フレームパイプ
30F、70F 往路
30R、70R 復路
50 コントローラ

Claims (2)

  1. 開口縁に冷媒回路の高圧側配管を添設して成る冷蔵庫において、
    前記冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、前記開口縁の高圧側配管により冷媒の往復経路が構成され、且つ、往路と復路とで冷媒が対向して流れることを特徴とする冷蔵庫。
  2. 前記冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項1に記載の冷蔵庫。
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