JP2007205681A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却運転を開始する際には、圧力バランスをはかって圧縮機を良好に起動させ得るとともに、圧縮機停止中における冷却器の温度上昇を抑制して冷凍サイクルの冷却効率を高め、省電力効果が得られる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】圧縮機11、凝縮器12、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置13、14および各冷却器６、７を環状に連結した冷凍サイクル10を有し、各絞り装置への冷媒流を制御する切替弁15、圧縮機の吐出側と吸込み側とを連結し第１開閉弁17を設けたバイパス回路16、吐出管18のバイパス回路との接続点より下流側に設けた第２開閉弁19、各冷却器の下流側で吸込管20のバイパス回路との接続点より冷却器側に設けた逆止弁21とを配設してなり、圧縮機運転中は第１開閉弁を閉じるとともに第２開閉弁を開いて冷却運転をおこない、圧縮機の停止直後には切替弁によって各絞り装置への冷媒流通を遮断するとともに第２開閉弁を閉じ、第１開閉弁を開くようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の冷却器を有する冷凍サイクルの起動を良好にしてサイクル効率を向上した冷蔵庫に関する。

一般の家庭用冷蔵庫においては、図５に示す冷凍サイクル（50）によって各貯蔵室を所定温度に冷却する運転がなされるものであり、各貯蔵室の冷却運転が終了した場合は、圧縮機（51）の駆動停止後の時間経過により冷凍サイクル内の高圧側と低圧側との圧力がバランスするが、これにともなう低圧側の圧力上昇によって冷却器（46）（47）の温度も上昇することになる。

その後、冷却貯蔵室内の温度上昇により、圧縮機（51）は再び起動して冷却運転が再開されるが、温度上昇した冷却器（46）（47）の温度が再び貯蔵室内冷却が可能な所定温度まで低化するには、長時間を要するものであり、ここに冷却ロスが発生する。

この冷却ロスを減少するためには、圧縮機（51）の停止時に、三方切替弁（55）により冷媒流路を閉塞して、冷凍サイクル（50）における高圧側である凝縮器（52）部分と、低圧側である冷却器（46）（47）部分とをそれぞれホールドし、冷媒流通を遮断することで冷却器（46）（47）の温度を低温のまま保持する方法があるが、この方式では、冷凍サイクル（50）内の冷媒が移動せず、圧力分布が変わらないので高圧側と低圧側の圧力がバランスせず、圧縮機（51）の起動時の負荷が大きくなって起動不良となる問題が発生する。これに対しては、インバータ制御などにより圧縮機（51）を低速低能力で連続運転し、運転を継続させることによって上記問題を回避する方法がある。

しかしながら、前記インバータを利用する圧縮機の制御方法においては、中高速の高能力運転の場合は効率がよいが、低速運転では効率が低く効果がほとんど得られないため、低速運転での効率が高い特異な圧縮機を採用する必要があり、コストアップになる問題があった。

本発明は上記点を考慮してなされたものであり、冷却運転を開始する際には、圧力バランスをはかって圧縮機を良好に起動させ得るとともに、圧縮機停止中における冷却器の温度上昇を抑制して冷凍サイクルの冷却効率を高め、省電力効果が得られる冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の冷蔵庫は、圧縮機、凝縮器、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置および各冷却器を環状に連結した冷凍サイクルを有し、前記各絞り装置への冷媒流を制御する切替弁、前記圧縮機をバイパスしてその吐出側と吸込み側とを連結したバイパス回路、およびこのバイパス回路に設けた第１開閉弁、圧縮機の吐出管の前記バイパス回路との接続点より下流側に設けた第２開閉弁、前記冷凍用と冷蔵用各冷却器の下流側で圧縮機の吸込管の前記バイパス回路との接続点より冷却器側に設けた逆止弁とを配設してなり、圧縮機の運転中は第１開閉弁を閉じるとともに第２開閉弁を開いて通常の冷媒循環冷却をおこない、圧縮機の停止直後には切替弁によって各絞り装置への冷媒流通を遮断するとともに第２開閉弁を閉じ、さらに第１開閉弁を開くようにしたことを特徴としている。

また、請求項２記載の冷蔵庫は、ケース内圧力を低圧とした圧縮機、凝縮器、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置と各冷却器を環状に連結した冷凍サイクルを有し、前記各絞り装置への冷媒流を制御する切替弁、前記圧縮機のケース内に一端を開放し他端をケース内の高圧側吐出管に接続したバイパス回路、およびこのバイパス回路に設けた第１開閉弁、圧縮機の吐出管の前記バイパス回路との接続点より下流側に設けた第２開閉弁、前記冷凍用および冷蔵用冷却器の下流側で圧縮機吸込管に設けた逆止弁とを配設してなり、圧縮機の運転中は第１開閉弁を閉じるとともに第２開閉弁を開いて通常の冷媒循環冷却をおこない、圧縮機の停止直後には切替弁によって各絞り装置への冷媒流通を遮断するとともに第２開閉弁を閉じ、さらに第１開閉弁を開くようにしたことを特徴とする。

さらに、請求項３記載の冷蔵庫は、圧縮機、凝縮器、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置と各冷却器を環状に連結した冷凍サイクルを有し、前記各絞り装置への冷媒流を制御する切替弁と、前記冷凍用あるいは冷蔵用冷却器のいずれか一方の下流側で双方の冷却器の合流点までの間に設けた逆止弁とを配設してなり、圧縮機の運転中は切替弁により通常の冷媒循環冷却をおこない、圧縮機の停止直前には切替弁によって前記一方の冷却器へ冷媒を流すようにし、圧縮機の停止直後には切替弁によって前記一方の冷却器への冷媒流通を遮断するとともに他方側冷却器への通路を開くようにしたことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、圧縮機の起動前に高圧側と低圧側との圧力をバランスさせて良好に起動させることができるとともに、圧縮機の停止中における冷却器の温度上昇を抑制して冷凍サイクル効率を高め、消費電力量を低減することができる。また請求項２の発明によれば、請求項１記載の効果とともに、バイパス回路や第１開閉弁を圧縮機のケース内に設置したので、圧縮機周りの配管構成を簡素化して機械室内の配管スペースを確保でき、また配管設計の容易化をはかることができるものであり、請求項３の発明によれば、機械室における配管スペースをさらに拡大することができる。

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。実施例１として図１に縦断面図を示す冷蔵庫本体（１）は、断熱箱体（２）内に貯蔵空間を形成し、仕切壁により冷蔵室（３）や野菜室（４）、冷凍室（５）など複数の貯蔵室に区分するとともに、その前面開口部にはそれぞれ開閉扉を設けている。

前記各貯蔵室は、冷凍空間や冷蔵空間毎に配置した冷凍用冷却器（６）や冷蔵用冷却器（７）およびファン（８）（８）によってそれぞれ所定の設定温度に冷却保持されるものであり、各冷却器（６）（７）は、冷凍サイクル（10）の一環をなし、冷蔵庫本体（１）の背面下部の機械室（９）に設置した圧縮機（11）から冷媒を受けて冷却される。

冷凍サイクル（10）は、図２に示すように、圧縮機（11）、凝縮器（12）、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置（13）（14）、および冷凍用冷却器（６）と冷蔵用冷却器（７）とを環状に連結して構成されており、前記冷凍用絞り装置（13）および冷却器（６）と、冷蔵用絞り装置（14）および冷却器（７）とは並列に配置され、各絞り装置（13）（14）の上流側に設けた三方切替弁（15）により、冷凍用冷却器（６）と冷蔵用冷却器（７）側に交互に冷媒流を切り替えて流すことで冷凍空間および冷蔵空間を所定温度に冷却するものであり、また必要に応じて双方へ同時に流したり、圧縮機（11）の停止時には冷媒の流れを遮断するように切替え制御される。

なお、冷凍サイクル（10）内には、オゾン層を破壊せず、地球温暖化係数の少ないプロパンやイソブタンなどの炭化水素系冷媒を封入している。

圧縮機（11）部分には、圧縮機（11）をバイパスして吐出側と吸込み側を連結したバイパス回路（16）を接続しており、このバイパス回路（16）には回路内の冷媒流通を開放あるいは遮断する第１の開閉弁（17）を設けている。前記第１開閉弁（17）は、圧縮機（11）の運転中は回路を閉塞し、停止時には開放して圧縮機（11）の高圧側である吐出側と低圧側である吸込み側とを連通させ双方の圧力をバランスさせるようにしている。

また、圧縮機（11）の吐出管（18）には、前記バイパス回路（16）との接続点より冷媒流の下流側に設けた第２開閉弁（19）を設け、さらに、前記冷凍用と冷蔵用各冷却器（６）（７）の合流点より下流側には、圧縮機（11）の吸込管（20）における前記バイパス回路（16）との接続点より上流側、すなわち冷却器（６）（７）側に逆止弁（21）を設置している。

そして、圧縮機（11）の運転中には、第１開閉弁（17）を閉じ、第２開閉弁（19）を開いて冷媒循環をおこなうとともに、三方切替弁（15）により冷媒流を冷凍側あるいは冷蔵側に交互に切り替え、冷凍用あるいは冷蔵用の各絞り装置（13）（14）の作用によって冷凍用冷却器（６）あるいは冷蔵用冷却器（７）を冷却し、冷凍室（５）や冷蔵室（３）、野菜室（４）をそれぞれ個々の設定温度まで冷却する。

冷凍および冷蔵空間の各室が所定温度まで冷却された場合には、圧縮機（11）はその運転を停止するものであり、同時に、三方切替弁（15）は流路を遮蔽して各冷却器（６）（７）側への冷媒流を遮断するとともに、第２開閉弁（19）も遮蔽し、圧縮機のバイパス回路（16）中の第１開閉弁（17）を開放する。

圧縮機（11）の停止にともなう上記各弁の開閉動作の結果、図２中の２点鎖線で示す三方切替弁（15）による流路遮断と第２開閉弁（19）の閉塞によって、高圧側の冷媒は凝縮器（12）部に封止される。また、第２開閉弁（19）の閉塞と第１開閉弁（17）の開放によるバイパス回路（16）の連通によって、圧縮機（11）の吐出側と吸込み側との圧力はバランスすることになり、バランスすることによって、圧縮機（11）吸込み側の圧力が高くなり、この圧力を受けて逆止弁（21）が閉塞状態になるため、三方切替弁（15）と逆止弁（21）間に冷凍用冷却器（６）および冷蔵用冷却器（７）内の低圧側冷媒は封止されることになる。

上記圧縮機（11）の運転停止中における各開閉弁の作用により、停止中にいずれかの貯蔵室温度が上昇し、温度センサーがこれを検知して冷却運転を再開すべく、再び圧縮機（11）に起動信号を付与した場合には、圧縮機（11）の吐出側と吸込み側との圧力はその時点でバランスしていることから、スムーズな起動をおこなうことができるものである。

また、圧縮機（11）の停止中における冷却器（６）（７）は、冷媒を低温状態のままホールドしているものであり、その状態から次の冷却運転をスタートするので、温度上昇した状態からの再び冷却させるための重複運転を避けることができ、無駄がなく効率のよい冷却運転を開始させることができ、消費電力量を低減する効果がある。

なお、上記冷凍サイクルはプロパンやイソブタンなどの炭化水素系冷媒を使用しており、このプロパンやイソブタンは、従来のＨＦＣ冷媒に比べて地球環境に対するオゾン層の破壊や地球温暖化係数に対しては有効であるが、反面、沸点が低く可燃性であることから、冷凍サイクル外への冷媒洩れの際には爆発の危険があり、特に、上記冷凍サイクル（10）にように、冷凍サイクルを構成する部品数が多く、配管中に開閉弁などの部品が多く存在して接続箇所が多い場合は、その分、製造工程や輸送時における衝撃などから、冷媒漏洩の可能性が大きいものであり、修理溶接の場合も含めて爆発する危険性が増加するものである。

本発明の第２の実施例は、上記事情を考慮してなされたものであって、以下、前記図２と同一部分に同一符号を附した図３に沿って説明する。

冷凍サイクル（10′）は、図２と同様に、圧縮機（11）、凝縮器（12）、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置（13）（14）、および冷凍用と冷蔵用冷却器（６）（７）とを環状に、且つ並列に連結しており、前記冷凍用と冷蔵用絞り装置（13）（14）の上流側にも同様に三方切替弁（15）を配置し、各冷却器（６）（７）への冷媒流を切替え制御している。

圧縮機（11′）はケース内圧力を低圧としており、前記実施例１における圧縮機外部のバイパス回路（16）ではなく、圧縮機（11′）のケース（22）内に配置した第１開閉弁（17′）に接続したパイプ（16′）の一端をケース（22）内に開放するとともに、パイプ（16′）の他端をケース（22）内における圧縮機（11′）の高圧側吐出管（18′）に接続することでこのパイプ（16′）をバイパス回路としている。

前記第１開閉弁（17′）は、前記実施例１の場合と同様に、圧縮機（11′）の運転中は閉塞し、停止時には開放して圧縮機（11′）の高圧側である吐出管（18′）側と低圧側である吸込管（20′）側とを連通させ双方の圧力をバランスさせるようにしている。

また、圧縮機（11′）の吐出管（18′）には、前記バイパス回路（16′）との接続点より冷媒流の下流側に第２開閉弁（19）を設け、さらに、前記冷凍用と冷蔵用各冷却器（６）（７）の合流点より下流側の吸込管（20′）に逆止弁（21）を設置している。

そして、圧縮機（11′）の運転中には、前記実施例１と同様に、第１開閉弁（17′）を閉じ、第２開閉弁（19）を開いて冷媒循環をおこなうとともに、三方切替弁（15）の切り替えにより、冷凍用冷却器（６）あるいは冷蔵用冷却器（７）に交互に冷媒を流下して冷凍室（５）や冷蔵室（３）などをそれぞれの設定温度まで冷却させるものである。

冷凍および冷蔵空間の各々の貯蔵室が所定温度まで冷却された場合には、圧縮機（11′）は冷却運転を停止するものであり、同時に、図３に２点鎖線で示すように、三方切替弁（15）は流路を遮蔽して各冷却器（６）（７）側への冷媒流を遮断するとともに、第２開閉弁（19）も遮蔽し、圧縮機ケース（22）内のバイパス回路（16′）の第１開閉弁（17′）を開放する。

圧縮機（11′）の停止にともなう上記各弁の開閉動作の結果、前記実施例１と同様に、高圧側の冷媒は凝縮器（12）部に封止され、また、ケース内のバイパス回路（16′）の連通によって圧縮機（11′）の吐出側と吸込み側との圧力はバランスすることになり、バランスにより高くなった圧縮機（11′）の吸込み側の圧力を受けて逆止弁（21）が閉塞し、三方切替弁（15）と逆止弁（21）間に冷凍用冷却器（６）および冷蔵用冷却器（７）内の低圧側冷媒は封止されることになる。

そして、冷却運転を再開し、圧縮機（11′）を起動させた場合には、圧縮機（11′）の吐出側と吸込み側との圧力はバランスしていることから、その起動をスムーズにおこなうことができるものであり、冷却器（６）（７）は、圧縮機（11′）の停止中には冷媒を低温状態のままホールドして次の冷却運転をスタートするので、効率のよい冷却運転を開始させることができ、冷却器が温度上昇した状態から再冷却のための重複運転を避けることで消費電力量を低減することができる。

なお、プロパンやイソブタンなどの可燃性冷媒に対しては、実施例１のバイパス回路が圧縮機（11）の外部に配設されているのに対して、本実施例２においては、圧縮機（11′）のケース（22）内にバイパス回路（16′）と第１開閉弁（17′）が配置されていることから、数カ所、実施例１に対しては具体的には４箇所に亙る溶接部が外部に露出せず、万一冷媒が漏洩した場合の引火爆発の危険性を大幅に低減することができるものであり、また、圧縮機（11′）周りの配管構成が簡素化されて機械室（９）内の配管スペースを確保できることから、配管設計の容易化をはかることができる。

続いて、本発明の第３の実施例につき、前記図２、図３と同一部分に同一符号を附した図４に沿って説明する。

本実施例３における冷凍サイクル（10″）は、前記各実施例と同様に、圧縮機（11″）、凝縮器（12）、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置（13）（14）、および冷凍用と冷蔵用冷却器（６）（７）とを環状に、且つ並列に連結しており、前記冷凍用と冷蔵用絞り装置（13）（14）の上流側には、三方切替弁（15）を配置し、各冷却器（６）（７）への冷媒流を切替え制御している。

しかして、本実施例３においては、前記実施例１および２に比較して、圧縮機（11″）の吐出側と吸込み側とを連通するバイパス回路（16）（16′）および第１開閉弁（17）（17′）を配設せず、バイパス回路（17）（17′）と凝縮器（12）との間の第２開閉弁（19）も設置していない。

逆止弁（21）は、前記並列に配置した２つの冷却器（６）（７）の中の一方、例えば、より冷却温度の低い冷凍用冷却器（６）の下流側で双方の冷却器（６）（７）の合流点までの間に配設しており、圧縮機（11″）の運転中は三方切替弁（15）により冷媒流を切り替える通常の冷却制御をおこなうとともに、圧縮機（11″）の停止直前には、下流に逆止弁（21）を備えた冷凍用冷却器（６）の冷却運転をおこなうようにする。

そして、圧縮機（11″）の停止時には、図４の２点鎖線に示すように、前記冷凍用冷却器（６）側への冷媒流通を遮断するとともに冷蔵用冷却器（７）への通路を開くように三方切替弁（15）の冷媒流路を切り替えるものである。

三方切替弁（15）の切り替えにより凝縮器（12）と冷蔵用冷却器（７）との間が開放され、高圧の冷媒が凝縮器（12）側から冷却器（７）側に流入することによって、逆止弁（21）の下流側における圧縮機（11″）の吸込管（20″）側の圧力は上昇する。

この吸込み側の圧力上昇によって圧縮機（11″）の吸込み側と吐出管（18″）側とは圧力バランスするものであり、再起動を容易にすると同時に、圧力上昇で逆止弁（21）を閉塞させることから、冷凍用冷却器（６）内の冷媒は三方切替弁（15）と逆止弁（21）間にホールドされ、圧縮機（11″）の起動時には、冷媒が低温状態で保持されている冷凍用冷却器（６）から冷却運転を開始することで、圧縮機（11″）が停止している間に冷却器（６）の温度が上昇してしまうことによる再冷却ロスを低減することができる。

前記圧縮機（11″）の運転停止時には、他方の冷却器、この場合は、冷蔵用冷却器（７）の温度は上昇することになるが、停止直前の段階では、冷凍用冷却器（６）が冷却運転されているので冷蔵用冷却器（７）内における冷媒滞留量は少量であり、温度上昇の程度は、通常の冷凍側と冷蔵側冷却器の交互冷却運転時の切り替えロス程度のレベルであることから大きな冷却ロスにはならないものであり、さらに、本実施例構成によれば、第２開閉弁（19）を有しないので、機械室（９）内における配管用スペースをさらに拡大することができる。

なお、上記実施例３においては、圧縮機（11″）の停止時に冷媒流通を遮断する冷却器を、冷凍用冷却器（６）の例で説明したがこれに限らず、冷蔵用冷却器（７）側を遮断するようにしてもよいものである。

本発明の１実施形態を示す冷蔵庫の縦断面図である。 本発明の実施例１を示す図１の冷蔵庫の冷凍サイクルの概略図である。 本発明の実施例２を示す冷蔵庫の冷凍サイクルの概略図である。 本発明の実施例３を示す冷蔵庫の冷凍サイクルの概略図である。 従来の冷蔵庫用冷凍サイクルの概略図である。

符号の説明

１ 冷蔵庫本体 ２ 断熱箱体 ３ 冷蔵室
４ 野菜室 ５ 冷凍室 ６ 冷凍用冷却器
７ 冷蔵用冷却器 ８ ファン ９ 機械室
10、10′、10″ 冷凍サイクル 11、11′、11″ 圧縮機
12 凝縮器 13 冷凍側絞り装置 14 冷蔵側絞り装置
15 三方切替弁 16、16′バイパス回路 17、17′ 第１開閉弁
18、18′、18″ 吐出管 19 第２開閉弁 20、20′、20″ 吸込管
21 逆止弁 22 圧縮機ケース

Claims (4)

1. 圧縮機、凝縮器、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置および各冷却器を環状に連結した冷凍サイクルを有し、前記各絞り装置への冷媒流を制御する切替弁、前記圧縮機をバイパスしてその吐出側と吸込み側とを連結したバイパス回路、およびこのバイパス回路に設けた第１開閉弁、圧縮機の吐出管の前記バイパス回路との接続点より下流側に設けた第２開閉弁、前記冷凍用と冷蔵用各冷却器の下流側で圧縮機の吸込管の前記バイパス回路との接続点より冷却器側に設けた逆止弁とを配設してなり、圧縮機の運転中は第１開閉弁を閉じるとともに第２開閉弁を開いて通常の冷媒循環冷却をおこない、圧縮機の停止直後には切替弁によって各絞り装置への冷媒流通を遮断するとともに第２開閉弁を閉じ、さらに第１開閉弁を開くようにしたことを特徴とする冷蔵庫。
2. ケース内圧力を低圧とした圧縮機、凝縮器、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置と各冷却器を環状に連結した冷凍サイクルを有し、前記各絞り装置への冷媒流を制御する切替弁、前記圧縮機のケース内に一端を開放し他端をケース内の高圧側吐出管に接続したバイパス回路、およびこのバイパス回路に設けた第１開閉弁、圧縮機の吐出管の前記バイパス回路との接続点より下流側に設けた第２開閉弁、前記冷凍用および冷蔵用冷却器の下流側で圧縮機吸込管に設けた逆止弁とを配設してなり、圧縮機の運転中は第１開閉弁を閉じるとともに第２開閉弁を開いて通常の冷媒循環冷却をおこない、圧縮機の停止直後には切替弁によって各絞り装置への冷媒流通を遮断するとともに第２開閉弁を閉じ、さらに第１開閉弁を開くようにしたことを特徴とする冷蔵庫。
3. 圧縮機、凝縮器、冷凍用と冷蔵用の各絞り装置と各冷却器を環状に連結した冷凍サイクルを有し、前記各絞り装置への冷媒流を制御する切替弁と、前記冷凍用あるいは冷蔵用冷却器のいずれか一方の下流側で双方の冷却器の合流点までの間に設けた逆止弁とを配設してなり、圧縮機の運転中は切替弁により通常の冷媒循環冷却をおこない、圧縮機の停止直前には切替弁によって前記一方の冷却器へ冷媒を流すようにし、圧縮機の停止直後には切替弁によって前記一方の冷却器への冷媒流通を遮断するとともに他方側冷却器への通路を開くようにしたことを特徴とする冷蔵庫。
4. 冷媒としてプロパン、イソブタンなどの炭化水素系冷媒を使用したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷蔵庫。
   

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