JP2012241949A - 冷蔵庫 - Google Patents

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Toshikazu Sakai
寿和 境
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Abstract

【課題】主凝縮器の下流側に流路切換バルブを介して複数の防露パイプを並列接続して任意に選択することで、冷蔵庫の設置環境や運転状態によって防露パイプに起因する圧力損失や熱負荷を調整して抑制することを目的とする。
【解決手段】冷媒循環量が大きい高負荷時に複数の防露パイプを同時に並列使用して防露パイプに起因する圧力損失を抑制することができるとともに、冷媒循環量が小さい通常負荷時には使用する防露パイプを減らして、防露パイプに起因する熱負荷を抑制することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、壁面の結露を防止する凝縮器配管(以下「防露パイプ」という)を有する冷蔵庫において、防露パイプに起因する圧力損失を抑制する冷蔵庫に関するものである。
省エネルギーの観点から、家庭用冷蔵庫においては、ファンによって空冷する凝縮器に加えて、筐体外郭の内側に貼り付けられて壁面の結露を防止する防露パイプが併用される。この場合、家庭用冷蔵庫では地球温暖化防止の観点から可燃性冷媒を使用しており、封入冷媒量を削減する目的で配管内径が小さい防露パイプが利用されている。
そこで、防露パイプに起因する圧力損失を抑制するために、必要に応じて防露パイプの構成を変更する冷蔵庫が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
以下、図面を参照しながら従来の冷蔵庫を説明する。
図6は従来の冷蔵庫の冷凍サイクル構成図である。
図6において、60は圧縮機、61は主凝縮器、62は冷凍室用防露パイプ、63は冷蔵室用防露パイプ、64は流路切換バルブである。また、65は冷蔵用絞り、66は冷蔵室蒸発器、67は冷蔵室ファン、68は冷凍用絞り、69は冷凍室蒸発器、70は冷凍室ファンである。
ここで、従来の冷蔵庫は、冷蔵室蒸発器66を用いて冷蔵室(図示せず)を冷却し、冷凍室蒸発器69を用いて冷凍室(図示せず)を冷却するものである。また、冷蔵室用防露パイプ63は冷蔵室(図示せず)の開口部に設置されて壁面の結露を防止するものであり、冷凍室用防露パイプ62は冷凍室(図示せず)の開口部に設置されて壁面の結露を防止するものである。
以上のように構成された従来の冷蔵庫について以下にその動作を説明する。
圧縮機60から吐出された冷媒は主凝縮器61と冷凍室用防露パイプ62で放熱されて液化した後、流路切換バルブ64に供給される。冷蔵室(図示せず)の冷却が必要な場合は、流路切換バルブ64を切り換えて冷蔵室用防露パイプ63で放熱させた後、冷蔵用絞り65で減圧して冷蔵室蒸発器66に冷媒を供給して蒸発させる。このとき、冷蔵室ファン67を駆動することで冷蔵室(図示せず)の冷却を行う。
一方、冷凍室(図示せず)の冷却が必要な場合は、流路切換バルブ64を切り換えて、冷凍用絞り68で減圧して冷凍室蒸発器69に冷媒を供給して蒸発させる。このとき、冷凍室ファン70を駆動することで冷凍室(図示せず)の冷却を行う。
この結果、冷凍室(図示せず)の冷却を行う際には、冷蔵室用防露パイプ63に冷媒を流さずに運転することができ、冷蔵室用防露パイプ63に起因する圧力損失を抑制することができる。また、冷蔵室用防露パイプ63に冷媒を流して放熱した一部の熱が冷蔵室(図示せず)に侵入して熱負荷となることを抑制することができる。
特開2009−264629号公報
しかしながら、従来の冷蔵庫の構成では、冷蔵室の冷却を行う際には、冷凍室用防露パイプ62と冷蔵室用防露パイプ63に直列で冷媒を流す必要があり、防露パイプの圧力損失に起因して消費電力量が増大する原因となる。
また、従来の冷蔵庫の構成では、冷蔵庫の設置環境や運転状態によらず、冷凍室用防露パイプ62に起因する圧力損失や熱負荷を抑制することができない。
従って、冷蔵庫の設置環境や運転状態によって防露パイプに起因する圧力損失や熱負荷を抑制することが課題であった。
本発明は、従来の課題を解決するもので、主凝縮器の下流側に流路切換バルブを介して複数の防露パイプを並列接続することで、冷蔵庫の設置環境や運転状態によって防露パイプに起因する圧力損失や熱負荷を調整して抑制することを目的とする。
従来の課題を解決するために、本発明の冷蔵庫は、主凝縮器の下流側に流路切換バルブを介して複数の防露パイプを並列接続したことを特徴とするものである。
これによって、特に冷媒循環量が大きい高負荷時に複数の防露パイプを同時に並列使用して防露パイプに起因する圧力損失を抑制することができる。ここで、高負荷時とは、例えば比較的外気の温度や湿度が高い夏場に頻繁に扉開閉を行った場合や、温度の高い食品を収納した場合を想定したもので、このような場合、冷凍サイクルの運転率が増大して冷媒循環量が増大するとともに、防露パイプが配設された冷蔵庫筐体の周囲の結露防止が必要となる。このとき、防露パイプを同時に並列使用して1本当りの冷媒循環量を低減することで、防露パイプに起因する圧力損失を抑制することができる。
本発明の冷蔵庫は、主凝縮器の下流側に流路切換バルブを介して複数の防露パイプを並列接続ることで、防露パイプに起因する圧力損失や熱負荷を調整して抑制することができ、冷蔵庫の省エネが図れる。
本発明の実施の形態1における冷蔵庫の縦断面図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫のサイクル構成図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の正面の模式図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の背面の模式図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の制御パターンの模式図 従来の冷蔵庫のサイクル構成図
第1の発明は、強制空冷方式の主凝縮器と、前記主凝縮器の下流側に接続した流路切換バルブと、前記流路切換バルブの下流側に並列に接続した複数の防露パイプとを有し、高負荷時は複数の防露パイプに並列に冷媒を流す冷蔵庫である。
これによって、特に冷媒循環量が大きい高負荷時に複数の防露パイプを同時に並列使用して防露パイプに起因する圧力損失を抑制することができる。ここで、高負荷時とは、例
えば比較的外気の温度や湿度が高い夏場に頻繁に扉開閉を行った場合や、温度の高い食品を収納した場合を想定したもので、このような場合、冷凍サイクルの運転率が増大して冷媒循環量が増大するとともに、防露パイプが配設された冷蔵庫筐体の周囲の結露防止が必要となる。このとき、防露パイプを同時に並列使用して1本当りの冷媒循環量を低減することで、防露パイプに起因する圧力損失を抑制することができる。
第2の発明は、冷凍サイクルが通常条件で運転される場合は使用する防露パイプの数が高負荷時よりも少ないことを特徴とする冷蔵庫である。
これによって、冷媒循環量が小さい通常負荷時には使用する防露パイプを減らして、防露パイプに起因する熱負荷を抑制することができる。ここで、通常負荷時とは、例えば比較的外気の温度や湿度が低い秋〜春に長時間扉開閉を行わない場合を想定したもので、このような場合、冷凍サイクルの運転率が低下して冷媒循環量が低下するとともに、防露パイプが配設された冷蔵庫筐体の周囲の結露防止はほとんど不要となる。このとき、防露パイプの一部を選択して使用することで、防露パイプに起因する熱負荷を抑制することができる。特に、外気の湿度が低く、冷蔵庫の開口部周囲の結露防止が必要ない場合は、冷蔵庫背面のように周囲の壁との隙間に結露が生じやすく、かつ比較的断熱性が高く庫内の熱負荷となりにくい場所に配設された防露パイプを選択することで、より効率的に熱負荷を抑制することができる。
第3の発明は、主凝縮器の配管の内径を4mm以上とし、防露パイプの内径を4mm未満とすることを特徴とする冷蔵庫であるので、気体冷媒の割合が高く比較的流速が速い主凝縮器の配管内径を4mm以上と大きくすることによって圧力損失を低減するとともに、液体冷媒の割合が高い防露パイプの内径を4mm未満として内容積を削減することで冷媒量を抑制することができる。特に、防露パイプ内の内容積を削減することで、複数の防露パイプを不使用状態に切換えた際に不使用防露パイプ内に滞留する冷媒量を削減することで、冷凍サイクルの循環冷媒量不足の問題を回避することができる。
第4の発明は、通常条件で運転される場合に使用する防露パイプを使用者が手動で選択することを特徴とする冷蔵庫であるので、冷蔵庫の設置環境によって、例えば外観上結露が問題となる一部の防露パイプのみを使用することで、より効率的に防露パイプに起因する熱負荷を任意に調整して抑制することができる。
第5の発明は、低外気温条件で運転される場合は主凝縮器の空冷ファンを停止するとともに、複数の防露パイプを使用することを特徴とする冷蔵庫であるので、主凝縮器への冷媒滞留量過多による冷凍サイクルの循環冷媒量不足の問題を回避することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における冷蔵庫の縦断面図、図2は本発明の実施の形態1における冷蔵庫のサイクル構成図、図3は本発明の実施の形態1における冷蔵庫の正面の模式図、図4は本発明の実施の形態1における冷蔵庫の背面の模式図、図5は本発明の実施の形態1における冷蔵庫の制御パターンの模式図である。
図1において、冷蔵庫11は、筐体12は、扉13、筐体12を支える脚14を備えており、筐体12の下部に設けられた下部機械室15、筐体12の背面上部に設けられた上部機械室16、筐体12の上部に配置された貯蔵室である冷蔵室17、筐体12の下部に
配置された冷凍室18が形成されている。
冷凍サイクルは、上部機械室16に納められた圧縮機19、冷凍室18の背面側に収められた蒸発器20、下部機械室15内に納められた凝縮器の中でも放熱量の大きい主凝縮器21を有している。
また、下部機械室15を仕切る隔壁22、隔壁22に取り付けられ主凝縮器21を空冷するファン23、下部機械室15の背面側に納められた蒸発皿24、下部機械室15の底板25を有する。ここで、主凝縮器21は内径約4.5mmの冷媒配管に帯状のフィンを巻き付けたスパイラルフィンチューブからなる。
また、下部機械室15には、底板25に設けられた複数の吸気口26、下部機械室15の背面側に設けられた排出口27、下部機械室15の排出口27と上部機械室16を繋ぐ連通風路28が備えてられている。ここで、下部機械室15は隔壁22によって2室に分けられ、ファン23の風上側に主凝縮器21、風下側に蒸発皿24を収めている。
図2から図4において、凝縮器として、主凝縮器21に加えて冷凍サイクルの高温の熱の放熱を行う副凝縮器として冷凍室18の開口部に配設された防露パイプA30、筐体12の背面側に配設された防露パイプB31が備えられている。
また、主凝縮器21の下流側と防露パイプA30および防露パイプB31を繋ぐ流路切換バルブ32、防露パイプA30の下流側と防露パイプB31の下流側を繋ぐ合流点33、合流点33の下流側に設置されたドライヤ34、ドライヤ34の下流側に設置された絞り35が備えられている。ここで、防露パイプA30と防露パイプB31は内径約3.2mmの冷媒配管からなり、筐体12の外表面と熱結合している。
以上のように構成された本発明の実施の形態1における冷蔵庫について、以下その動作を説明する。
高負荷条件においては、流路切換バルブ32を切換えて、防露パイプA30への接続を開とし防露パイプB31への接続を開とし、圧縮機19の運転と連動して、ファン23を駆動する。ファン23の駆動によって、隔壁22で仕切られた下部機械室15の主凝縮器21側が負圧となり複数の吸気口26から外部の空気を吸引し、蒸発皿24側が正圧となり下部機械室15内の空気を複数の排出口27から外部へ排出する。
一方、圧縮機19から吐出された冷媒は、主凝縮器21で外気と熱交換しながら一部の気体を残して凝縮した後、流路切換バルブ32を介して防露パイプA30と防露パイプB31へ供給される。このとき、主凝縮器21の配管内は冷媒が凝縮する初期段階にあり、防露パイプA30や防露パイプB31よりも気体の冷媒が多く存在し比較的流速が早いため、防露パイプA30や防露パイプB31よりも内径が太い配管、望ましくは内径4mm以上の配管を用いることがよい。
そして、防露パイプA30を通過した冷媒は冷凍室18の開口部を暖めながら、筐体12を介して外部に放熱して凝縮するとともに、防露パイプB31を通過した冷媒は筐体12の背面を暖めながら、筐体12を介して外部に放熱して凝縮する。防露パイプA30と防露パイプB31を通過した液冷媒は、ドライヤ34で水分除去され、絞り35で減圧されて蒸発器20で蒸発しながら冷蔵室17や冷凍室18の庫内空気と熱交換した後、気体冷媒として圧縮機19に還流する。
以上のように、高負荷条件においては、防露パイプA30と防露パイプB31に並列に
冷媒を流すことにより、1本当りの冷媒循環量を低減することで、防露パイプに起因する圧力損失を抑制することができる。
次に、通常条件においては、流路切換バルブ32を切換えて、防露パイプA30への接続を閉とし防露パイプB31への接続を開とする。このとき、圧縮機19から吐出された冷媒は、主凝縮器21で外気と熱交換しながら一部の気体を残して凝縮した後、流路切換バルブ32を介して副凝縮器としての防露パイプB31へ供給される。そして、防露パイプB31を通過した冷媒は筐体12の背面を暖めながら、筐体12を介して外部に放熱して凝縮する。
一方、流路切換バルブ32から冷媒が流入しない防露パイプA30は、放熱せず周囲との温度差がなくなる。このとき、合流点33から高圧冷媒が流入して、防露パイプA30は液冷媒でほぼ満たされた状態となる。このように、冷凍サイクルの高圧側で不使用となった防露パイプA30の配管内には液冷媒が滞留したまま移動せず、冷凍サイクルを循環する冷媒の総量が減少する。従って、防露パイプA30あるいは防露パイプB31を切換えて不使用とする場合、冷凍サイクルを循環する冷媒量の減少を抑制するため、主凝縮器21よりも内径が細い配管を用い、望ましくは内径4mm未満の配管を用いることがよい。
そして、防露パイプB31を通過した液冷媒は、ドライヤ34で水分除去され、絞り35で減圧されて蒸発器20で蒸発しながら冷蔵室17や冷凍室18の庫内空気と熱交換した後、気体冷媒として圧縮機19に還流する。
以上のように、通常負荷条件においては、防露パイプA30を不使用とし、防露パイプB31に冷媒を流すことにより、防露パイプA30に起因する熱負荷を削減することができる。なお、本発明の実施の形態1では、外気の湿度が低く、冷凍室18の開口部周囲の結露防止が必要ない場合を想定して防露パイプA30を不使用としたが、冷蔵庫11の背面側が開放空間にあって結露防止が必要なく、外気の湿度が比較的高い場合には、防露パイプB31を不使用として防露パイプA30に冷媒を流すように選択してもよい。
また、筐体12の周囲の結露状況に応じて、使用者が防露パイプA30および防露パイプB31を選択して使用することで、より設置環境に適合した選択ができ、結露発生の問題を回避しながらより効率的に熱負荷を削減することができる。
次に、低外気温条件においては、凝縮器ファン23を停止するとともに、流路切換バルブ32を切換えて、防露パイプA30への接続を開とし防露パイプB31への接続を開とする。このとき、圧縮機19から吐出された冷媒は、外気とほとんど熱交換せずに主凝縮器21を通過した後、流路切換バルブ32を介して防露パイプA30と防露パイプB31へ供給される。
ここで、凝縮器ファン23を停止する理由は鈍冷状態を回避するためである。低外気温条件において凝縮器ファン23を駆動すると、主凝縮器21ですべての冷媒が凝縮して、蒸発器20に供給される冷媒量が不足して冷凍室18の冷えが鈍くなる鈍冷状態が発生し易くなる。特に、主凝縮器21は高負荷条件や通常負荷条件における圧力損失を抑制する観点から、副凝縮器である防露パイプA30や防露パイプB31に比べて内径の大きい配管を使用しているために、液冷媒が滞留した場合に冷媒量不足が発生しやすい。
そこで、凝縮器ファン23を停止するとともに、防露パイプA30と防露パイプB31に並列に冷媒を流すことにより、圧力損失を抑制しながら冷凍サイクルの凝縮能力を確保している。
そして、防露パイプA30を通過した冷媒は冷凍室18の開口部を暖めながら、筐体12を介して外部に放熱して凝縮するとともに、防露パイプB31を通過した冷媒は筐体12の背面を暖めながら、筐体12を介して外部に放熱して凝縮する。防露パイプA30と防露パイプB31を通過した液冷媒は、ドライヤ34で水分除去され、絞り35で減圧されて蒸発器20で蒸発しながら冷蔵室17や冷凍室18の庫内空気と熱交換した後、気体冷媒として圧縮機19に還流する。
以上のように、低外気温条件においては、凝縮器ファン23を停止するとともに、防露パイプA30と防露パイプB31に並列に冷媒を流すことにより、冷媒量不足による鈍冷状態を回避しながら、防露パイプに起因する圧力損失を抑制することができる。
次に、冷凍サイクルの動作条件である高負荷条件と通常条件、および低外気温条件の範囲について説明する。
図5において、横軸は冷蔵庫11が設置された周囲の外気温度、縦軸は冷凍サイクルの冷媒循環量、枠で囲った範囲は冷凍サイクルの動作範囲を模式的に表したものである。また、PとQ、およびRで示された動作範囲は、それぞれ高負荷条件と通常条件、および低外気温条件の範囲を示す。
一般に、冷媒量不足による鈍冷状態が発生しやすい外気温度は10℃以下であることから、少なくとも外気温度が10℃以下となる範囲を含む動作範囲Rを低外気温条件の範囲と設定することが望ましい。また、動作範囲Rよりも外気温度が高く、かつ冷媒循環量が所定値以上の動作範囲Pを高負荷条件の範囲と設定し、動作範囲Rよりも外気温度が高く、かつ冷媒循環量が所定値未満の動作範囲Qを通常条件の範囲と設定する。
なお、冷媒としてR600aを使用した場合、特に冷媒循環量1.5kg/時間以上では防露パイプA30と防露パイプB31の圧力損失が大きくなるので、少なくとも冷媒循環量1.5kg/時間以上となる範囲を動作範囲Pに含めることが望ましい。
また、可変速型圧縮機を搭載した家庭用冷蔵庫においては、通常の使用条件では圧縮機の回転数が42r/s以上で冷媒循環量が1.5kg/時間を越えるので、回転数が少なくとも42r/s以上である場合に動作範囲Pにあると規定しても同様の効果が期待できる。同様に、可変速型圧縮機を搭載した家庭用冷蔵庫においては、通常の使用条件では圧縮機の回転数が30r/s以下で冷媒循環量が1.5kg/時間未満となるので、回転数が少なくとも30r/s以下である場合に動作範囲Qにあると規定しても同様の効果が期待できる。
そして、外気温度や冷凍サイクルの各部の温度などから、冷凍サイクルの運転状態がPとQ、およびRで示された動作範囲のどこにあるかを推定して、前記した高負荷条件と通常条件、および低外気温条件における制御を実施することで、防露パイプに起因する圧力損失や熱負荷を抑制することができる。
以上のように、本発明の冷蔵庫は、主凝縮器21の下流側に流路切換バルブ32を介して防露パイプA30と防露パイプB31を並列接続して任意に選択することで、冷蔵庫の設置環境や運転状態によって防露パイプA30と防露パイプB31に起因する圧力損失や熱負荷を調整して抑制するものである。これによって、冷媒循環量が大きい高負荷時に防露パイプA30と防露パイプB31を同時に並列使用して冷媒循環量を低減して圧力損失を抑制することができるとともに、冷媒循環量が小さい通常負荷時には防露パイプA30を不使用として、防露パイプA30に起因する熱負荷を抑制することができる。
以上のように、本発明にかかる冷蔵庫は、主凝縮器の下流側に流路切換バルブを介して複数の防露パイプを並列接続することで、冷蔵庫の設置環境や運転状態によって防露パイプに起因する圧力損失や熱負荷を任意に調整して抑制することができるので、業務用冷蔵庫など他の冷凍冷蔵応用商品にも適用できる。
11 冷蔵庫
12 筐体
15 下部機械室
16 上部機械室
19 圧縮機
20 蒸発器
21 主凝縮器
30 防露パイプA
31 防露パイプB
32 流路切換バルブ
33 合流点

Claims (5)

  1. 筐体は、少なくとも圧縮機、蒸発器、凝縮器を有する冷凍サイクルを備え、前記凝縮器は強制空冷方式の主凝縮器と、前記主凝縮器の下流側に接続した流路切換バルブと、前記流路切換バルブの下流側に接続した副凝縮器とを有し、前記副凝縮器は並列に接続した複数の防露パイプを有し、前記冷凍サイクルが高負荷条件で運転される場合は複数の防露パイプに並列に冷媒を流すことを特徴とする冷蔵庫。
  2. 前記冷凍サイクルが通常条件で運転される場合は使用する防露パイプの数が高負荷時よりも少ないことを特徴とする冷蔵庫。
  3. 主凝縮器の配管の内径を4mm以上とし、防露パイプの内径を4mm未満とすることを特徴とする請求項1または2に記載の冷蔵庫。
  4. 前記通常条件で運転される場合に使用する防露パイプを使用者が手動で選択することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
  5. 前記冷凍サイクルが低外気温条件で運転される場合は主凝縮器の空冷ファンを停止するとともに、複数の防露パイプを使用することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
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