JP2008215786A - 除霜ヒータ付き冷却器と除霜ヒータ付き冷却器を備えた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器およびアキュームレータの除霜効果を大幅に改善し、除霜時の消費電力を低減した上で、冷却器および除霜ヒータの省スペース化が実現する除霜ヒータ付き冷却器を提供する。
【解決手段】貯蔵室を形成する断熱箱体である冷蔵庫本体１００内に配設された冷却器１２０は、冷却管１２１とフィン１２３とアキュームレータ１２２とからなり、冷却器１２０の下方に位置するアキュームレータ１２２に、抵抗体からなるヒータ線１３３とヒータ線１３３を覆うガラス管１３４とガラス管１３４を覆う金属管１３５とで構成された二重管ヒータである除霜ヒータ１３０が密着固定されているので、アキュームレータ１２２からの熱伝導と管内対流の大幅な向上が図られ、除霜を効率良く行うことが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、除霜ヒータを有する冷蔵庫等の冷却器及びこの冷却器を備えた冷蔵庫に関するものである。

近年、冷蔵庫における省エネが市場において強く求められる中、除霜用ヒータの消費電力も見直されようしている。また、冷凍サイクル中の冷媒は、フロンガスによるオゾン層破壊や地球温暖化問題に対応するため、従来使用されていたハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）から、オゾン層の破壊がなく、地球温暖化係数の低いイソブタン（Ｒ６００ａ）など炭化水素系冷媒（以下、「ＨＣ冷媒」という。）への切換え採用が進んでいる。

このＨＣ冷媒、例えばイソブタンは可燃性冷媒であることから、冷媒漏れを生じた場合には火花などで引火し火災に発展する可能性があり、ＨＣ冷媒を使用する冷蔵庫では、電気部品やリレーなどの接点、除霜ヒータの発熱などにより着火して発火する可能性があるため、様々な防爆対応が考えられている。

このような従来からの除霜ヒータの省エネ性や安全性に関わる問題点を解消する目的のために、冷却器と除霜ヒータの構成について改善を図った冷蔵庫が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

加えて、従来の冷蔵庫は、最下部に配設された貯蔵室の庫外側後方領域に機械室を形成し、この機械室内に冷凍サイクルの圧縮機を収容するものが一般的であるが、このような構成であると、機械室に最下部の貯蔵室の収納スペースが侵害されて収納容積が減少し、また収納スペースの空間形状も機械室の突出部を除いた複雑な形状となって収納性がよくないものとなっていた。これに対し、断熱箱体の貯蔵室内最上部の後背部が下がるように窪ませた凹部を設け、その凹部に冷凍サイクルの圧縮機などの高圧側の構成機器を収納するという冷蔵庫が提案されており、冷却器および除霜用ヒータの収納スペースは奥行き方向に薄く、かつ高さ方向を低く制限し、貯蔵室の収納量を大きく確保した冷蔵庫が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来の冷蔵庫の冷却器周辺の拡大断面図を示すものである。

図６に示すように、長尺の冷却管１２に所定ピッチでアルミニウムの薄肉小片からなるフィン１３を積重ねて嵌入し、その後冷却管を蛇行曲折して各貯蔵室内の背面幅に対応する所定幅とフィンの奥行き寸法と曲折による高さ寸法を有する直方体としたものである。

フィン１３は冷却管１２の直管部のみに配設しており、パイプ端部の曲成部には、冷却管の上下に亙る比較的厚肉の短冊状の剛体からなる端板１５を配置し、この端板１５に穿設した嵌入孔１５ａを曲成部に合致させるとともに、両側から冷却管１２とフィン１３部を挟持固定することで冷却器８を形成している。

端板１５は、フィン１３の最下縁からさらに下方に延設しており、延設部の両端板間には冷却器８の霜取りをおこなう除霜ヒータ１６を架設するように構成する。

輻射ヒータ１６と冷却器８のフィン最下端部との間には、ヒータカバー２３を配置する。ヒータカバー２３は、輻射ヒータ１６の上方部を保護するとともに、除霜時に冷却器８に付着した霜が融解し水滴となって落下する際、高温のガラス管１７の表面に触れて蒸発音を発生させないためのものであり、輻射ヒータ１６と同様に、端板１５に形成したスリット状の係止溝１５ｃ（図示せず）に側方から嵌め込んで保持している。

なお、ヒータカバー２３は、前述した冷却器８の組立時に蛇行成形した冷却管１２およびフィン１３とともに端板１５間に挟み込んで固定すればよく、その断面形状は、フィン１３から落下してくる除霜水を受けて下方の排水樋２５へ流れ易くするように山形に形成するとともに、中央の頂部近傍の斜面部には、庫内幅方向に亙って開口する複数のスリット２３ａを穿設している。

ここで、除霜動作に入ると、発熱した輻射ヒータ１６により生じた暖気と輻射の効果により、まずヒータカバー２３を加熱し、さらにスリット２３ａを通って冷却器８を加熱する。

また、暖気により加熱されたヒータカバー２３からの熱伝導により、端板１５が加熱されることでも除霜が促進される。

図７は、特許文献２に記載された従来の冷蔵庫の縦断面図を示すものである。

図７に示すように、断熱箱体１は、上から順に、冷蔵室２、冷凍室３、野菜室４を有し、冷蔵室２の前面開口には、冷蔵室回転扉５を設けている。また、断熱箱体１の中央から下方部に位置する冷凍室３と野菜室４は収納性と使い勝手を考慮して、簡易に取り出しが行える引き出しタイプの冷凍室引き出し扉６と野菜室引き出し扉７を設けてある。冷蔵室２の庫内には複数の収納棚８が設けられており、冷凍室３と野菜室４には上面開口形状の収納容器９ａ，９ｂが取り付けてある。この収納容器９ａ，９ｂは前後方向のレール（図示せず）に、ローラで前後方向へ移動可能に支持されている。

断熱箱体１に設けた凹部１０は、外箱上面１１と外箱背面１２に渡る天面後背部を冷蔵室２の最上部の後背部が下がるように窪ませた箇所である。凹部１０はその左右が断熱箱体１の左右壁にて塞がれ上方および背方に開放しており、この凹部１０の開放部は、上板１３とこれにほぼ直角な背板１４とからなる凹部カバー１５にて覆われている。また、凹部カバー１５はネジなどにて断熱箱体１に取外し可能に固定されている。

冷凍サイクルの構成機器である圧縮機１６と凝縮器１７は機械室ファン１８と共に凹部１０内に収まるように配設され、上板１３と背板１４で構成された凹部カバー１５にて覆われている。

冷凍サイクルの構成機器である冷却器２０および除霜ヒータ（図示せず）は冷凍室３の背面の限られたスペースに構成されている。
特開２００４−１９０９５９号公報 特開２００１−９９５５２号公報

しかしながら、上記従来の構成では、スリットを通過する暖気の影響により、主に輻射ヒータの表面温度の低減に有効であるが、除霜ヒータの有効活用による省エネ効果が充分でないという課題を有していた。

また、通常冷却器上方に配置されるアキュームレータは、除霜ヒータからの距離が遠く、冷媒を保持する機能および、外径や肉厚が大きいことから昇温しにくく、除霜時間が長くなる、また霜残りが発生するなどの課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、アキュームレータを積極的に過熱して冷却管の熱伝導およびアキュームレータ内の冷媒の対流効果すなわちサーモサイフォン効果を向上させることにより、除霜時の消費電力を大幅に低減でき、かつアキュームレータの除霜効果を大幅に改善できる除霜ヒータ付き冷却器を提供することを目的とする。

また、上記従来の構成では、冷却器と除霜ヒータの距離を縮めるに至っておらず、限られた高さ空間内部に収納するには適していないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷却器と除霜ヒータの総合高さを低く抑えることで、限られた空間への配置が可能となる。

上記従来の課題を解決するために、本発明の除霜ヒータ付き冷却器は、複数のフィンと前記フィンを貫通する冷却管とからなる冷却器と、前記冷却器の冷媒出口側に配置され液冷媒を一時的に保持するアキュームレータと、前記冷却器を除霜するための除霜ヒータと、を備え、前記除霜ヒータは前記アキュームレータと密着固定させたものである。

これによって、アキュームレータを積極的に過熱して冷却管の熱伝導を向上させ、かつアキュームレータ内の冷媒のサーモサイフォン効果の向上が可能となるので、除霜時の消費電力を大幅に低減できる。

また、除霜ヒータの表面の熱は、冷却管へ熱伝導するため、除霜ヒータの表面温度を低下させることができる。

本発明の除霜ヒータ付き冷却器は、アキュームレータへの熱伝導により除霜効率を向上させることができ、除霜時の消費電力を大幅に低減できる。

また、可燃性冷媒を使用した場合においては、除霜ヒータの熱は、除霜ヒータと接触させたアキュームレータへ熱伝導する為、ヒータ線の熱容量を低下させることなく、除霜ヒータの表面温度を可燃性冷媒の発火温度以下に抑えることができる。

請求項１に記載の発明は、複数のフィンと前記フィンを貫通する冷却管とからなる冷却器と、前記冷却器の冷媒出口側に配置され液冷媒を一時的に保持するアキュームレータと、前記冷却器を除霜するための除霜ヒータと、を備え、前記除霜ヒータは前記アキュームレータと密着固定させたものであり、アキュームレータを積極的に過熱して、アキュームレータに接続される冷却管自身を過熱させるとともにアキュームレータ内の冷媒のサーモサイフォン効果を活用することができ、除霜効率を向上させることができるため、除霜時の消費電力を大幅に低減できる。また、アキュームレータ自身を加熱することで、アキュームレータの除霜効果を大幅に向上させることができるので、冷蔵庫のアキュームレータへの霜残りによる冷却不良を防止できる。また、除霜ヒータをアキュームレータに密着固定させることで、省スペース化が図られ機械室の小型化が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記アキュームレータは、前記冷却器の下方に配置したものであり、アキュームレータ内の加熱された冷媒によるサーモサイフォン効果、すなわち冷却器下方のアキュームレータが直接加熱されることで加熱された冷媒が冷却器下方から上方へ向けて効率よく加熱していくことから、冷却器の除霜効率を向上させることができ、除霜時の消費電力を大幅に低減できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記除霜ヒータは、抵抗体からなるヒータ線と、前記ヒータ線を覆うガラス管と、前記ガラス管を覆う金属管と、で構成された多重管ヒータとしたものであり、外側の金属管の表面温度はヒータ線を１つの管で覆った除霜ヒータと比べて表面温度を低くできるうえに、外側の金属管表面の熱を冷却管を経由して熱交換器へ効率よく熱伝導できることから、さらに表面温度を低くできる。また、外側が金属管で構成されていることから、霜や氷の成長によるガラス管割れが防止できることから安全確保ができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記金属管は、アルミニウムで成形したことにより、アルミニウムの高い熱伝導性を利用して金属管の熱を効率よくアキュームレータへ熱を伝えることができるので、より除霜効率を向上させることができる。また、アルミニウムは成形性が良いことから、安価で自由な断面形状を成形することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明において、前記金属管の断面形状は、前記アキュームレータの断面形状に合わせるように凹形状または凸形状としたことにより、金属管とアキュームレータの位置決めが容易にできることとなり、生産性の向上を図ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の発明において、前記金属管と前記アキュームレータとはアルミろう付けで密着固定されたことにより、金属管とアキュームレータとが、別部品である固定用部材を必要とすることなく密着固定できることとなり、部品点数削減が図られ、低コスト化が実現できる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却管内を流動する冷媒を可燃性冷媒としたものであり、金属管表面の熱が冷却管へ熱伝導することから、除霜ヒータの熱容量を低下させること無く、金属管の表面温度を可燃性冷媒の発火温度以下に抑えることができるため、万が一可燃性冷媒が冷蔵庫内に漏洩した状況で除霜ヒータが発熱しても、表面温度が冷媒の発火温度未満であるので漏洩した冷媒に引火することはなく安全である。

また、除霜効率が高く除霜時の消費電力を大幅に低減した冷蔵庫が提供できる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の側面図である。図２は、同実施の形態における冷蔵庫の要部構成図である。図３は、同実施の形態における冷却器の正面図である。図４は、同実施の形態における冷却器の側面図である。図５は、同実施の形態における除霜ヒータ周辺部の拡大図である。

図１から図５において、断熱箱体である冷蔵庫本体１００の天井部後方には、圧縮機１１０が配設されており、冷蔵庫本体１００内部には複数の貯蔵室が区画形成されており、最下部には第一の貯蔵室である冷凍室１０１が、冷凍室１０１の上部には第二の貯蔵室である野菜室１０２が区画形成されている。

ここで、冷凍サイクルには、可燃性冷媒であるイソブタンが封入されている。

冷却室１０３は、冷凍室１０１と野菜室１０２の後方に２つの貯蔵室にまたがるように区画形成されている。

ここで、本実施の形態のように圧縮機１１０を天井部後方に配置し、冷凍室１０１および野菜室１０２の奥行き寸法の拡大を図った冷蔵庫においては、冷却器１２０は、奥行き方向の寸法規制もさることながら、高さ寸法に対しても可能な限りのサイズダウンが要求される。

冷却器１２０は、冷却室１０３内に配設されたオールアルミ熱交換器であり、冷却管１２１と、アキュームレータ１２２と、フィン１２３と、から構成されている。

冷却管１２１は、アルミ管を千鳥形状に蛇行させている。下部に位置する入口管１２１ａから流入した冷媒が熱交換した後、出口管１２１ｂから流出することになる。

アキュームレータ１２２は、冷却器１２０の冷媒の流れ方向において下流側に位置し、冷却器１２０の最下部に配設されている。

フィン１２３は、冷却管１２１が貫通して上下方向に構成されたアルミプレートであり、冷却管１２１をメカニカル拡管または液圧拡管することで、冷却管１２１とフィン１２３とが密着固定している。

除霜ヒータ１３０は、金属抵抗体をコイル状に形成したヒータ線１３３と、ヒータ線１３３を覆うガラス管１３４と、ガラス管１３４を覆うアルミニウムで成型された金属管１３５と、開口部を覆うキャップ１３６と、からなる２重管ヒータであり、金属管１３５はアキュームレータ１２２と密着固定されている。

なお、金属管１３５は熱伝導性、電食などの腐食の面からアキュームレータ１２２と同じ種類の純アルミニウム系を用いるのが最適であるが、他のアルミニウム合金を用いてもよい。

また、金属管１３５の断面形状は、製造コスト面より略円形が望ましいが、アキュームレータ１２２と金属管１３５の接触面積増加、あるいは、位置決めの点での固定作業性向上などから、楕円形、略四角形、略多角形もしくは、アキュームレータ１２２の表面形状に合わせた凹形状または凸形状を有した断面形状としてもよい。

また、金属管１３５とアキュームレータ１２２の密着固定方法は、アキュームレータ１２２の側面下部へ金属管１３５を接触させたあと、接触面をアルミろう付けする方法が別部品での固定用部材を不要とできることから生産コスト面より望ましい。ろう付け方法は炉中ろう付、トーチろう付けのどちらを用いても同様の効果を得られる。なお、固定用部材を不要とする他の方法としては、ＴＩＧ溶接がある。

したがって、除霜ヒータ１３０はアキュームレータ１２２を介して冷却器１２０に密着固定されており、従来の技術にくらべて、冷却器１２０と除霜ヒータ１３０の総合高さが低減されている。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を説明する。

まず、冷却運転により、冷却器１２０全体が着霜して行く。ここで、除霜ヒータ１３０の金属管１３５は、アキュームレータ１２２に密着固定されているので、冷却管１２１やフィン１２３と同様に着霜することになる。

この時、金属管１３５が着霜することは、異常事態を想定すれば成長した霜、氷により強い外部圧力を受けることが考えられるが、本実施の形態のようにアルミニウム材で成形された金属管１３５を用いることで、従来技術のように一重管ヒータを使用するのに比べて、ガラス管割れや電熱線の露出を抑制することができる。

また、冷却運転時に除霜ヒータ１３５の金属管１３５が同様に冷却されることで、金属管１３５は冷却器１２０の一部として伝熱外面積を増加させることになるため、冷却器１２０の冷却能力を増大させることができる。

ここで、本実施の形態においては、制御部（詳細の説明を省く）が圧縮機の積算運転時間によりデフロスト運転に突入すると、除霜ヒータ１３０に所定の電圧が印加される。

除霜ヒータ１３０に所定の電圧が印加されることで、ヒータの表面温度が上昇し、まず除霜ヒータ１３０の金属管１３５の表面に付着した霜が融解する。さらに除霜ヒータ１３０からの熱は、金属管１３５から密着固定されているアキュームレータ１２２に効率良く熱伝達さる。アキュームレータ１２２内には冷媒が一時的保持されていることからその冷媒を積極的に過熱することができる。

つぎに、アキュームレータ１２２を介して冷却管１２１の熱伝導により、冷却器１２０全体が下方より上方に向けて加熱されて効率良く除霜が行われる。

加えて、アキュームレータ１２２が加熱されることにより、内部の冷媒も加熱されることになり、アキュームレータ１２２内の従来除霜時に活用されていない大量の冷媒を加熱された冷媒の対流効果、すなわち冷媒のサーモサイフォン効果として効率的に活用でき、除霜効果を大幅に向上できることから冷却器１２０の上部をすばやく加熱することができる。

したがって、除霜困難なアキュームレータ１２２を冷却器１２０下部に配置し、かつアキュームレータ１２２を効率良く加熱することで、冷却管１２１の熱伝導と管内対流の向上が図られ、冷却器１２０の除霜を効率良く行うことが可能となる。

また、従来の技術に比べて冷却器１２０と除霜ヒータ１３０の相対的距離が小さくなっていることから機械室の小型化が図られる。

また、融解した霜や水はアキュームレータ１２２の下方から落下することになるが、除霜ヒータ１３０の金属管１３５の熱は、アキュームレータ１２２へ伝熱しており、金属管１３５の表面温度は低下していることから、霜や水が金属管１３５の表面に付着しても突沸現象などによる異音発生を防止することができる。

なお、金属管１３５の表面温度をさらに下げる方法としては、金属管１３５表面に放熱用のリブやフィンを設けることも効果的である。

また、金属管１３５の採用により従来技術のように一重管ヒータを使用するのに比べて、霜や水の付着による熱膨張率によるガラス管割れも防止することができる。

以上のように本実施の形態の冷蔵庫の除霜ヒータ付き冷却器は、冷蔵庫本体１００内に配設され、冷却管１２１とフィン１２３と冷却器１２０の下方に配設されたアキュームレータ１２２に密着固定された金属管１３５を有した除霜ヒータ１３０とからなり、冷却器１２０のアキュームレータ１２２には、金属管１３５を介して除霜ヒータ１３０が密着固定されているので、アキュームレータ１２２の熱伝導と管内対流の向上が図られ、除霜を効率良く行うことが可能となる。

さらに、除霜ヒータ１３０が、金属管１３５を用いた二重管式ヒータであることにより、異常着霜時でも、二重の安全構造となっており、ヒータ線の露出防止およびガラス割れを抑制することができる。

さらに、圧縮機１１０が天井部後方に配置され、第一の貯蔵室である冷凍室１０１と第二の貯蔵室である野菜室１０２の後方に２つの貯蔵室にまたがるように区画形成された冷却室１０３内に、冷却器１２０と冷却器１２０と一体化された除霜ヒータ１３０を配設したことで、従来の技術に比べて冷却器１２０と除霜ヒータ１３０の総高さ寸法を低減したことにより、収納スペースの拡大が可能となる。

また、第一の貯蔵室である冷凍室１０１のほぼ底部から第二の貯蔵室である野菜室１０２のほぼ天部までの二つの貯蔵室にまたがった背面のほぼ全高を上下方向に冷却器１２０を収容する冷却室１０３として活用することができるので、この冷却室１０３の高さを生かして冷却器１２０の高さ寸法を大きくするとともに冷却器１２０の奥行き寸法を短縮させれば冷却能力を維持しながら冷却器１２０の薄型化が図れる。その結果、冷却室１０３の厚みを薄くすることができ、圧縮機１１０が冷凍室１０１および野菜室１０２の二つの貯蔵室の領域外にあるため二つの貯蔵室内を複雑な空間形状とならずに拡大して収納容積を増大し、収納性を高めて使い勝手を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、冷凍室１０１および野菜室１０２二つの貯蔵室にまたがった背面のほぼ全高を上下方向に冷却器１２０を収容する冷却室１０３としたが、圧縮機が第一の貯蔵室である冷凍室１０１以外の領域にある冷蔵庫において、冷凍室１０１の背面のほぼ全高に冷却室１０３を備えることもでき、その場合では冷凍室１０１を複雑な空間形状とならずに拡大して収納容積を増大し、収納性を高めて使い勝手を向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる除霜ヒータ付き冷却器は、除霜効率を向上させて省エネを図ることができるので、冷蔵庫、自販機の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫の側面図 同実施の形態における冷蔵庫の要部構成図 同実施の形態における冷却器の正面図 同実施の形態における冷却器の側面図 同実施の形態における除霜ヒータ周辺部の拡大図 従来の冷蔵庫の冷却器周辺の拡大断面図 従来の冷蔵庫の縦断面図

符号の説明

１００ 冷蔵庫本体
１２０ 冷却器
１２１ 冷却管
１２２ アキュームレータ
１２３ フィン
１３０ 除霜ヒータ
１３３ ヒータ線
１３４ ガラス管
１３５ 金属管

Claims (7)

1. 複数のフィンと前記フィンを貫通する冷却管とからなる冷却器と、前記冷却器の冷媒出口側に配置され液冷媒を一時的に保持するアキュームレータと、前記冷却器を除霜するための除霜ヒータと、を備え、前記除霜ヒータは前記アキュームレータと密着固定した除霜ヒータ付き冷却器。
2. 前記アキュームレータは、前記冷却器の下方に配置した請求項１に記載の除霜ヒータ付き冷却器。
3. 前記除霜ヒータは、抵抗体からなるヒータ線と、前記ヒータ線を覆うガラス管と、前記ガラス管を覆う金属管と、で構成された多重管ヒータとした請求項１または２に記載の除霜ヒータ付き冷却器。
4. 前記金属管は、アルミニウムで成形した請求項３に記載の除霜ヒータ付き冷却器。
5. 前記金属管の断面形状は、前記アキュームレータの断面形状に合わせるように凹形状または凸形状とした請求項３または４に記載の除霜ヒータ付き冷却器。
6. 前記金属管と前記アキュームレータとはアルミろう付けで密着固定された請求項４または５に記載の除霜ヒータ付き冷却器。
7. 前記冷却管内を流動する冷媒を可燃性冷媒とした請求項１から６のいずれか一項に記載の除霜ヒータ付き冷却器を備えた冷蔵庫。

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