JP2007113903A - 冷蔵庫 - Google Patents

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相寄 諸
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Abstract

【課題】複数の保存室に冷媒を分配するバルブの構造を単純にすることによって、部品の費用を節減するとともに、バルブの制御を容易にする冷蔵庫を提供する。
また、本発明は、複数の保存室の温度を正確に制御できる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】複数の保存室11,12,13と、該保存室11,12,13に冷媒を供給するためのバルブ20と、を含み、該バルブ20は、ステップモータ21と、少なくとも一つの流入口54及び複数の流出口51,52,53を備えたバルブプレート50と、前記バルブプレート50に回転可能に結合され、その回転によって前記複数の流出口51,52,53を開閉する開閉部材60と、を含み、該開閉部材60は、前記複数の流出口51,52,53のうち一つのみを常に開放できるように、当該開閉部材60の内側に向かって所定距離だけ湾入した少なくとも一つ以上の湾入部61,62を含むように冷蔵庫を構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、冷蔵庫に関するものであって、詳しくは、複数の保存室に供給される冷媒を制御するためのステップモータバルブを備えた冷蔵庫に関するものである。
冷蔵庫は、冷凍サイクルによって生成された冷気を保存室に供給し、各種食品の新鮮度を長い間維持するための装置である。一般に、冷蔵庫は、圧縮機、凝縮器、膨脹バルブ及び蒸発器を備えており、冷媒の相変化による熱の移動を用いて保存室を冷却する。
一部の冷蔵庫は、複数の保存室を備えており、これら保存室に相異なる保存温度を有する食品を保存できるように冷媒サイクルを制御する。このような冷媒サイクルの制御のために、冷媒サイクルを形成する冷媒配管には、冷媒の流れを制御する冷媒制御バルブが設置される。
複数個の保存室を有する従来の冷蔵庫においては、冷媒制御バルブとして主に三方バルブを用いている。例えば、二つの保存室を有する冷蔵庫では、一つの流入口及び二つの流出口を有する一つの三方バルブを用いて各保存室に冷媒を分配できる。最近は、三つ以上の保存室を有する冷蔵庫が量産されており、このような冷蔵庫では、二つの三方バルブを用いるか、一つの流入口及び三つの流出口を有する一つの四方バルブを用いて冷媒の流れを制御する。
しかしながら、二つの三方バルブを用いる場合には、その設置のためには広い空間が要求されるので、冷蔵庫の全容積が増大し、ひいては材料費の増加によって製品の価格も上昇する。さらに、二つの三方バルブを用いる場合には、一つのバルブを用いる場合よりも開放/閉鎖の組み合せが多くなり、バルブの制御方法も複雑になる。
一つの四方バルブを用いる場合には、上記の問題点をある程度は解消できるが、従来の四方バルブは、三つの流出口のうち二つの流出口及び残りの一つの流出口が相異なる二つの開閉部材によって開閉されるため、バルブの内部構造が複雑になり、各流出口を制御するアルゴリズムも複雑になるという問題点があった。
さらに、従来の二つの三方バルブや一つの四方バルブを用いた冷蔵庫では、複数の保存室の全てを冷却するためにバルブの全ての流出口を同時に開放する場合に、各保存室の温度を正確に制御できないという問題点があった。すなわち、バルブの全ての流出口を同時に開放する場合には、各流出口を通して冷媒が均一に分配されるのではなく、様々な理由から、例えば、各保存室に延在された冷媒配管の抵抗差によって、各保存室に供給される冷媒量が不均一になる。このような冷媒量の不均一により、バルブの開放時間に基づいて冷媒供給量を判断するシステムにおいて冷媒供給量を正確に測定できなくなり、その結果、各保存室の温度を正確に制御できないという問題点があった。
本発明は、上記の問題点を解決するために、複数の保存室に冷媒を分配するバルブの構造を単純にすることによって、部品の費用を節減するとともに、バルブの制御を容易にする冷蔵庫を提供することを目的とする。
また、本発明は、複数の保存室の温度を正確に制御できる冷蔵庫を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明による冷蔵庫は、複数の保存室と、該保存室に冷媒を供給するためのバルブと、を含み、該バルブは、ステップモータと、少なくとも一つの流入口及び複数の流出口を備えたバルブプレートと、該バルブプレートに回転可能に結合され、その回転によって前記複数の流出口を開閉する開閉部材と、を含み、該開閉部材は、前記複数の流出口のうち一つのみを常に開放できるように、当該開閉部材の内側に向かって所定距離だけ湾入した少なくとも一つ以上の湾入部を含むこと徴とする
のは、当該流出口動作ってされ、転径内に
前記は、のをそれぞれすの有し湾入部のうちいずれかは、各でののうちいずれかをように構成される
前記湾入部は、ののうちを交互にすることによって、ののうちをす前記を交互にするとき、前記うち一部の開放時間は、残りの流出口の開放時間と相異なる。
また、本発明による冷蔵庫は、第1乃至第3保存室と、該第1乃至第3保存室に冷媒を供給するためのバルブと、を含み、該バルブは、ステップモータと、少なくとも一つの流入口及び第1乃至第3流出口を備えたバルブプレートと、回転軸を通して前記バルブプレートに回転可能に結合され、その回転によって前記第1乃至第3流出口を開閉する開閉部材と、を含み、該開閉部材は、前記回転軸側に所定距離だけ湾入した二つの湾入部と、これら二つの湾入部の間に形成される二つの遮断部と、を含み、前記第1乃至第3流出口のうち一つのみを常に開放することを特徴とする。
前記第1乃至第3流出口は、当該流出口の開閉動作が一つの開閉部材によって制御されるように、前記遮断部の回転半径内に配置される。
前記ステップモータは、前記第1乃至第3保存室にそれぞれ冷媒を供給するための第1乃至第4制御ステップを有し、前記二つの湾入部のうちいずれか一つは、前記各制御ステップで前記第1乃至第3流出口のうちいずれか一つを開放する。
前記二つの湾入部のうちいずれか一つが前記三つの流出口のうちいずれか一つを開放するとき、前記二つの遮断部は、他の二つの流出口をそれぞれ閉鎖する。
前記二つの湾入部は、前記各制御ステップで前記流出口を交互に開放する。このとき、前記二つの湾入部のうちいずれか一つは、前記第1制御ステップ及び第3制御ステップで前記第1流出口及び第3流出口をそれぞれ開放し、他の湾入部は、前記第2制御ステップ及び第4制御ステップで前記第2流出口及び第1流出口をそれぞれ開放する。
前記ステップモータは、前記第1制御ステップと第2制御ステップとの間、第2制御ステップと第3制御ステップとの間、または、前記第3制御ステップと第4制御ステップとの間で前記開放部材のスイング運転を行い、前記二つの湾入部が前記三つの流出口のうち二つを交互に開放することによって、前記三つの保存室のうち二つに冷媒を供給する。
また、前記ステップモータは、前記第1制御ステップと前記第3制御ステップとの間で前記開放部材のスイング運転を行い、前記二つの湾入部が前記三つの流出口を交互に開放することによって、前記三つの保存室に冷媒を供給する。このとき、前記開閉部材の前記第2制御ステップで留まる時間を、他の制御ステップで留まる時間の半分にすると、全ての保存室に冷媒を均一に供給できるようになる。
本発明による冷蔵庫は、複数の保存室に冷媒を分配するバルブの構造を単純にすることによって、材料費を節減するとともに、バルブの制御を容易にするという効果を有する。
また、本発明による冷蔵庫は、バルブの複数の流出口のうちいずれか一つのみを開放して冷媒を供給することによって、各保存室の温度を簡単な方法で正確に制御できるという効果がある。
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明による冷蔵庫を冷凍サイクルに基づいて示した図である。
図1に示すように、本発明による冷蔵庫は、三つの保存室、すなわち、第1保存室11、第2保存室12及び第3保存室13を備えている。第1保存室11、第2保存室12及び第3保存室13の周囲には、各保存室11,12,13を冷却するための蒸発器1が設置される。このとき、蒸発器から生成された冷気を別途のファンを通して保存室に供給するファン式冷蔵庫の蒸発器1は、保存室の後方に設置される。その反面、キムチ冷蔵庫などの直冷式冷蔵庫の蒸発器1は、保存室をなすキャビネットの外壁に接して設置される。
一方、本発明による冷蔵庫において、圧縮機2、凝縮器3、膨脹バルブ4及び蒸発器1は、冷媒管5によって順に連結されて閉回路を形成する。すなわち、圧縮機2では気体状態の冷媒が高温・高圧に圧縮され、この圧縮された冷媒は、凝縮器3を通過しながら、周囲の空気と熱交換して高圧の液体状態の冷媒に凝縮される。次いで、この凝縮された冷媒は、膨脹バルブ4を通過しながら減圧され、この減圧された冷媒は、蒸発器1を通過しながら保存室11,12,13の熱を吸収して各保存室11,12,13を冷却する。次いで、蒸発器1を通過しながら低温・低圧の気体状態になった冷媒は、圧縮機2に再び流入させられる。上記のようにして、冷凍サイクルが完成される。
また、本発明による冷蔵庫は、第1保存室11乃至第3保存室13への冷媒供給を制御するためのバルブ20を備えている。このバルブ20は、一つの流入口及び三つの流出口を有する四方ステップバルブであり、三つの流出口のうち一つのみを開放するように構成される。
図2は、本発明による冷蔵庫に適用されるバルブの構成を示した断面図であり、図3は、図2のバルブに含まれるバルブプレートを示した平面図であり、図4は、図2のバルブに含まれる開閉部材を示した斜視図である。図2乃至図4に示すように、バルブ20は、バルブ本体30と、このバルブ本体30を取り囲む外部ケース40と、バルブ本体30の下端に結合されたバルブプレート50と、を備えている。
本発明による冷蔵庫にステップモータ21を適用する際、バルブ本体30の内部には、ロータ31がロータ回転軸31aに回転可能に嵌合され、外部ケース40の内部には、円筒状のステータ41がロータ31の周囲に結合される。ステップモータ21のステータ41は、鉄心42aと、この鉄心42aに巻かれたリード線42bと、が備わったコイル部42を有し、このコイル部42は、制御回路(図示せず)からパルス電流を受けてロータ31の回転運動を正確に制御する。一方、ロータ31の下端には、ロータ31と一緒に回転しながら開閉部材60に動力を伝達するピニオン32が形成される。
バルブプレート50の一側には、バルブ本体30の内部に冷媒を流入するための一つの流入口54が形成され、他側には、相異なる流路を通して冷媒をバルブ本体30の外部に排出するための三つの流出口51,52,53が形成される。三つの流出口51,52,53は、バルブ回転軸55を中心に同心円をなすように等間隔に配置され、バルブ回転軸55には、流出口51,52,53を開閉する開閉部材60が設置される。このように三つの流出口51,52,53をバルブ回転軸55を中心に同心円上に配置すると、一つの開閉部材によって全ての流出口51,52,53の開閉動作を制御できる。以下、説明の便宜上、最も左側にあり、流入口54に最も近い流出口を第1流出口51とし、時計方向に沿って第2流出口52及び第3流出口53とする。一方、流入口54には、バルブ本体30に冷媒を供給する流入管54aが挿入され、三つの流出口51,52,53には、各保存室11,12,13に冷媒を供給するための三つの流出管51aがそれぞれ挿入される。
バルブ本体30の内部には、ロータ31の下端とバルブプレート50との間に冷媒流路33が形成されるが、この冷媒流路33の一側は流入口54に連結され、他側は三つの流出口51,52,53に連結される。また、流出口51,52,53に連結される冷媒流路33の他側にバルブ回転軸55が位置することによって、開閉部材60は、このバルブ回転軸55を通してバルブプレート50に回転可能に結合される。その結果、開閉部材60は、バルブ回転軸55と一緒に回転しながら、流出口51,52,53を開閉できるようになる。
特に、開閉部材60の下面には、二つの湾入部61,62が形成されている。これら二つの湾入部61,62は、バルブプレート50の三つの流出口51,52,53のうちいずれか一つのみを開放できるように、開閉部材60の内側、すなわち、バルブ回転軸55側に所定距離だけ湾入している。二つの湾入部61,62の間には、これらのうちいずれか一つの湾入部が一つの流出口を開放するとき、残りの二つの流出口をそれぞれ閉鎖するようになっている二つの遮断部63,64が形成されている。
このような開閉部材60の外周面にはギア65が一体に形成されており、このギア65がロータ31によって回転するピニオン32と噛み合うことによって、ロータ31の回転によって開閉部材60が回転し、所定の制御ステップでいずれか一つの流出口を開放する。その結果、冷媒は、この開放された流出口を通って各保存室に供給される。
以下、本発明による冷蔵庫の動作を説明する。図5は、本発明による冷蔵庫に適用されたステップモータの制御ステップを示した図であり、図6は、本発明の冷蔵庫において、各制御ステップでの開閉部材の動作を説明するための図である。
図5及び図6に示すように、初期状態(0ステップ)では、全ての流出口51,52,53が開閉部材60によって閉鎖される。このような初期状態で、ステップモータ21のコイル部42にパルス電流が印加されると、ロータ回転軸31aを中心にロータ31が時計方向に回転する。次いで、このロータ31の時計方向回転は、ピニオン32及びギア65を通して開閉部材60に伝達され、開閉部材60が反時計方向に回転する。以下、説明の便宜上、初期状態で第1流出口51の近くに位置した開閉部材の湾入部を、第1湾入部61とし、初期状態で第1流出口51を閉鎖する遮断部を第1遮断部63とする。そして、残りの湾入部及び遮断部を、それぞれ第2湾入部62及び第2遮断部64とする。
本発明のステップモータ21は、第1制御ステップ(24ステップ)、第2制御ステップ(64ステップ)、第3制御ステップ(104ステップ)及び第4制御ステップ(144ステップ)を含む四つの制御ステップによって開閉部材60を制御する。第1制御ステップで開閉部材60が所定角度だけ回転すると、開閉部材60の第1湾入部61が第1流出口51のみを開放する。このとき、第2流出口52及び第3流出口53は、第2遮断部64及び第1遮断部63によってそれぞれ閉鎖される。よって、流入口54を通してバルブ本体30に流入された冷媒は、第1流出口51を通して第1保存室11のみに供給される。これと同様に、第2制御ステップで開閉部材60がさらに回転すると、第2湾入部62が第2流出口52のみを開放し、第1流出口51及び第3流出口53は、第2遮断部64及び第1遮断部63によってそれぞれ閉鎖される。よって、冷媒は、第2保存室12のみに供給される。また、第3制御ステップでは、第1湾入部61が第3流出口53を開放し、第1流出口51及び第2流出口52が第2遮断部64及び第1遮断部63によってそれぞれ閉鎖される。よって、冷媒は、第3保存室13のみに供給される。最後に、第4制御ステップでは、第2湾入部62によって再び第1流出口51が開放される。ここで、第4制御ステップで第1流出口51が再び開放される理由は、後述する。
図7は、本発明による冷蔵庫において、第1保存室および第2保存室に冷媒を供給する動作を説明するための図である。図7に示すように、ステップモータ21が、第1制御ステップと第2制御ステップとの間で開閉部材60のスイング運転を行い、二つの湾入部61,62が第1流出口51及び第2流出口52を交互に開放することによって、第1保存室11及び第2保存室12の全てに冷媒が供給される。その結果、一つの制御ステップで一つの流出口のみが開放されるにもかかわらず、第1保存室11及び第2保存室12の全てを冷却できる。このとき、第3流出口53は、第1遮断部63によって継続的な閉鎖状態にあるので、第3保存室13には冷媒が供給されない。図7は、三つの保存室のうち二つに冷媒を供給する一例を説明する図である。上記と同様に、ステップモータ21が、第2制御ステップと第3制御ステップとの間で開閉部材60のスイング運転を行うことによって、第2保存室12及び第3保存室13に冷媒が供給される。
一方、第1保存室11及び第3保存室13に冷媒を供給するために、ステップモータ21が第1制御ステップと第3制御ステップとの間で開閉部材60のスイング運転を行うと、それら第1制御ステップと第3制御ステップとの間の第2制御ステップで、第2流出口52も開放される。したがって、ステップモータ21が第4制御ステップと第3制御ステップとの間で開閉部材60のスイング運転を行うことによって、意図しない第2流出口52の開放を防止できる。
図8は、本発明による冷蔵庫において、第1保存室乃至第3保存室に冷媒を供給する動作を説明するための図である。図8に示すように、ステップモータ21が第1制御ステップと第3制御ステップとの間で開閉部材60のスイング運転を行い、二つの湾入部61,62が第1流出口51乃至第3流出口53を交互に開放することによって、第1保存室11乃至第3保存室13に冷媒が供給される。すなわち、ステップモータ21が、第1制御ステップ、第2制御ステップ、第3制御ステップ、第2制御ステップ、第1制御ステップの順にスイング運転を行うと、開閉部材60の二つの湾入部61,62が、第1流出口51、第2流出口52、第3流出口53、第2流出口52、第1流出口51の順に流出口を交互に開放し、三つの保存室11,12,13の全てを冷却できる。
ただし、上記のようにスイング運転を行う場合、制御ステップの一周期Tの間、第1流出口51及び第3流出口53が一回の開放周期Tを有するように開放されるが、第2流出口52は、二回の開放周期1/2Tを有するように開放される。よって、各保存室に冷媒を均一に供給するには、第2流出口52の開放時間を第1及び第3流出口の開放時間の半分とするべきである。
本発明の特徴は四方バルブに限定されるものではなく、冷蔵庫に設けられた保存室の数に応じて、四つ以上の流出口を有するバルブにも、同一原理に基づいて適用されうる。
本発明による冷蔵庫を冷凍サイクルに基づいて示した図である。 本発明による冷蔵庫に適用されるバルブの構成を示した断面図である。 図2のバルブに含まれるバルブプレートを示した平面図である。 図2のバルブに含まれる開閉部材を示した斜視図である。 本発明による冷蔵庫に適用されたステップモータの制御ステップを示した図である。 本発明による冷蔵庫において、各制御ステップでの開閉部材の動作を説明するための図である。 本発明による冷蔵庫において、第1保存室及び第2保存室に冷媒を供給する動作を説明するための図である。 本発明による冷蔵庫において、第1保存室乃至第3保存室に冷媒を供給する動作を説明するための図である。
符号の説明
20 バルブ
21 ステップモータ
30 バルブ本体
31a ロータ回転軸
32 ピニオン
33 冷媒流路
40 外部ケース
42 コイル部
50 バルブプレート
51a 流出管
54 流入口
54a 流入管
55 バルブ回転軸
60 開閉部材
61,62 湾入部
65 ギア

Claims (19)

  1. 複数の保存室と、該保存室に冷媒を供給するためのバルブと、を含む冷蔵庫において、
    前記バルブは、ステップモータと、少なくとも一つの流入口及び複数の流出口を備えたバルブプレートと、該バルブプレートに回転可能に結合され、その回転によって前記複数の流出口を開閉する開閉部材と、を含み、
    前記開閉部材は、前記複数の流出口のうち一つのみを常に開放できるように、当該開閉部材の内側に向かって所定距離だけ湾入した少なくとも一つ以上の湾入部を含むことを特徴とする冷蔵庫。
  2. 前記複数の流出口は、当該流出口の開閉動作が一つの開閉部材によって制御されるように、該開閉部材の回転半径内に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の冷蔵庫。
  3. 前記ステップモータは、前記複数の保存室に冷媒をそれぞれ供給するための複数の制御ステップを有し、前記湾入部のうちいずれか一つは、各制御ステップで前記複数の流出口のうちいずれか一つを開放するようになっていることを特徴とする請求項1に記載の冷蔵庫。
  4. 前記少なくとも一つ以上の湾入部は、前記複数の流出口のうち少なくとも二つを交互に開放することによって、前記複数の保存室のうち少なくとも二つに冷媒を供給するようになっていることを特徴とする請求項3に記載の冷蔵庫。
  5. 少なくとも二つの前記流出口を交互に開放するとき、少なくとも二つの前記流出口うち一部の開放時間は、残りの流出口の開放時間と相異なることを特徴とする請求項4に記載の冷蔵庫。
  6. 第1乃至第3保存室と、該第1乃至第3保存室に冷媒を供給するためのバルブと、を含み、
    前記バルブは、ステップモータと、少なくとも一つの流入口及び第1乃至第3流出口を備えたバルブプレートと、回転軸を通して前記バルブプレートに回転可能に結合され、その回転によって前記第1乃至第3流出口を開閉する開閉部材と、を含み、
    前記開閉部材は、前記回転軸側に所定距離だけ湾入した二つの湾入部と、これら二つの湾入部の間に形成される二つの遮断部と、を含み、前記第1乃至第3流出口のうち一つのみを常に開放するようになっていることを特徴とする冷蔵庫。
  7. 前記第1乃至第3流出口は、当該流出口の開閉動作が一つの開閉部材によって制御されるように、前記遮断部の回転半径内に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の冷蔵庫。
  8. 前記ステップモータは、前記第1乃至第3保存室にそれぞれ冷媒を供給するための第1乃至第4制御ステップを有し、前記二つの湾入部のうちいずれか一つは、前記各制御ステップで前記第1乃至第3流出口のうちいずれか一つを開放するようになっていることを特徴とする請求項6に記載の冷蔵庫。
  9. 前記二つの湾入部のうちいずれか一つが前記三つの流出口のうちいずれか一つを開放するとき、前記二つの遮断部は、他の二つの流出口をそれぞれ閉鎖するようになっていることを特徴とする請求項8に記載の冷蔵庫。
  10. 前記二つの湾入部は、前記各制御ステップで前記流出口を交互に開放するようになっていることを特徴とする請求項8に記載の冷蔵庫。
  11. 前記二つの湾入部のうちいずれか一つは、前記第1制御ステップ及び第3制御ステップで前記第1流出口及び第3流出口をそれぞれ開放し、他の湾入部は、前記第2制御ステップ及び第4制御ステップで前記第2流出口及び第1流出口をそれぞれ開放するようになっていることを特徴とする請求項10に記載の冷蔵庫。
  12. 前記ステップモータは、前記第1制御ステップと第2制御ステップとの間、前記第2制御ステップと第3制御ステップとの間、または、前記第3制御ステップと第4制御ステップとの間で前記開放部材のスイング運転を行い、前記二つの湾入部が前記三つの流出口のうち二つを交互に開放することによって、前記三つの保存室のうち二つに冷媒を供給するようになっていることを特徴とする請求項11に記載の冷蔵庫。
  13. 前記ステップモータは、前記第1制御ステップと前記第3制御ステップとの間で前記開放部材のスイング運転を行い、前記二つの湾入部が前記三つの流出口を交互に開放することによって、前記三つの保存室に冷媒を供給するようになっていることを特徴とする請求項11に記載の冷蔵庫。
  14. 前記開閉部材の前記第2制御ステップで留まる時間は、他の制御ステップで留まる時間の半分であることを特徴とする請求項13に記載の冷蔵庫。
  15. 冷蔵庫の複数の保存室に冷媒を供給するためのバルブにおいて、
    モータと、一つの流入口及び保存室の数に対応する複数の流出口を備えたバルブプレートと、前記バルブプレートに回転可能に結合され、その回転によって前記複数の流出口を開閉する開閉部材と、を含み、
    前記開閉部材は、前記複数の流出口のうち一つのみを常に開放できるように、前記開閉部材の内側に向かって所定距離だけ湾入した少なくとも一つ以上の湾入部を含むことを特徴とするバルブ。
  16. 前記複数の流出口は、当該流出口の開閉動作が一つの開閉部材によって制御されるように、該開閉部材の回転半径内に配置されていることを特徴とする請求項15に記載のバルブ。
  17. 前記モータは、複数の制御ステップを有するステップモータであり、
    前記湾入部のうちいずれか一つは、各制御ステップで前記複数の流出口のうちいずれか一つを開放するようになっていることを特徴とする請求項15に記載のバルブ。
  18. 前記一つ以上の湾入部は、前記複数の流出口のうち少なくとも二つを交互に開放することによって、前記複数の保存室のうち少なくとも二つに冷媒を供給するようになっていることを特徴とする請求項17に記載のバルブ。
  19. 少なくとも二つの前記流出口を交互に開放するとき、少なくとも二つの前記流出口うち一部の開放時間は、残りの流出口の開放時間と相異なることを特徴とする請求項18に記載のバルブ。
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