JP2014052104A - 冷蔵庫 - Google Patents

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Abstract

【課題】結露防止配管に冷媒を通す状態とバイパスさせる状態との間での切替、並列に設けられたキャピラリチューブのどちらに冷媒を通すかの切替の両方の機能を設ける場合に、冷却機能の構造を簡単にするとともに、冷媒を効率良く循環させる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】冷蔵庫1は、コンデンサ6と蒸発器9との間に配置された切替弁13と、切替弁13と蒸発器9との間に配置され、結露防止配管7と結露防止配管7に接続された第1キャピラリチューブ8aとを有する第1経路C1と、切替弁13と蒸発器9との間に第1経路C1と並列に配置され、第1キャピラリチューブ8aより流量抵抗の大きい第2キャピラリチューブ8bを有する第2経路C2とを備え、第1経路を導通させ第2経路を遮断させた第1状態、第2経路を導通させ第1経路を遮断させた第2状態、又は第1経路及び第2経路を導通させた第3状態に切り替える構成とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、冷却機構を備えた冷蔵庫に関する。
従来、冷媒を循環させる冷却機構を備えた冷蔵庫が、広く利用されている。このような冷蔵庫の冷却機構は、一般的に、圧縮機、コンデンサ(凝縮器)、キャピラリチューブ、蒸発器などを含む循環経路を有しており、冷媒を循環させることにより、冷蔵庫の貯蔵室内を継続的に冷却することが可能である。
また冷蔵庫の冷却機構には、冷媒の放熱を利用して冷蔵庫の結露を抑えるための結露防止配管(DPコンデンサ)が設けられることがある。結露防止配管は、結露の生じやすい冷凍室の開口周縁部などに配設され、その中を冷媒が通ることにより結露が抑えられる。
ただし、結露防止配管に冷媒を通す場合には、冷媒の放熱の影響が貯蔵室におよびやすくなるため、貯蔵室内の冷却効率は低下しやすい。そのため結露防止配管を有する冷却機構は、結露防止配管に冷媒を通す状態とバイパスさせる状態との間での切替(以下、便宜的に「第1の状態切替」とする)が可能とされることがある。これにより、結露防止がより重視される状況では、冷媒が結露防止配管を通るようにし、一方貯蔵室内の冷却効率がより重視される状況では、冷媒が結露防止配管を通らないようにすることができる。
また、冷蔵庫に設けられる圧縮機は、回転数が広い範囲で可変となっていることがある。そのため冷蔵庫の冷却機構は、2本のキャピラリチューブが並列に設けられ、どのキャピラリチューブに冷媒を通すかの切替(以下、便宜的に「第2の状態切替」とする)が可能とされることがある。これにより、圧縮機の回転数等に応じて、冷媒の減圧の度合を調節することができる。
特開平8−189753号公報 特開2000−65461号公報 特開2009−275964号公報 特開2011−158251号公報
上述したように、第1或いは第2の状態切替が可能であれば、冷蔵庫の冷却機構の状態を、そのときの状況に応じて適切な状態とすることができる。また冷蔵庫の冷却機構には、第1の状態切替と第2の状態切替の両方の機能を設けることも可能である。
しかしながら、第1の状態切替と第2の状態切替の両方の機能を設ける場合には、冷却機構の構造が複雑となりやすい。例えば弁の個数に着目すると、第1の状態切替を行うための弁と第2の状態切替を行うための弁の二つの弁が必要となり、その分、冷却機構の構造が複雑になって、製造コストの増大等を招くことになる。
本発明は、結露防止配管に冷媒を通す状態とバイパスさせる状態との間での切替、並列に設けられたキャピラリチューブのどちらに冷媒を通すかの切替、の両方の機能を設ける場合に、冷却機能の構造を簡単にするとともに、冷媒を効率良く循環させる冷蔵庫を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、圧縮機、凝縮器及び蒸発器を順に有する冷却機構と、該冷却機構を制御する制御部とを備えた冷蔵庫において、前記凝縮器と前記蒸発器との間に配置された切替弁と、前記切替弁と前記蒸発器との間に配置され、結露防止配管と該結露防止配管に接続された第1キャピラリチューブとを有する第1経路と、前記切替弁と前記蒸発器との間に前記第1経路と並列に配置され、第1キャピラリチューブより流量抵抗の大きい第2キャピラリチューブを有する第2経路と、を備え、前記制御部は前記切替弁を制御し、第1経路を導通させ第2経路を遮断させた第1状態、第2経路を導通させ第1経路を遮断させた第2状態、又は第1経路及び第2経路を導通させた第3状態に切り替えることを特徴とする。
この構成によれば、1つの切替弁で第1〜第3状態に切り替えることができるとともに、第1経路と第2経路の流量抵抗を適正に調節できる。理由としては、圧縮機回転数が大きい場合には、流量抵抗を小さくするために、第3状態に切り替える必要がある。圧縮機回転数が大きい場合は、周囲温度が高い場合が多く、空気中の水分量が高くなりやすい(絶対湿度が大きな値となりやすい)。その場合には、第1経路の方に冷媒が少なく流れてしまうと結露防止ができなくなるため、第2経路側の流量抵抗をやや小さくすることが望ましい。また、周囲温度が低すぎる場合(たとえば10℃以下)には、流量抵抗を小さくすることが望ましい。これは、周囲温度が低いと、凝縮器の内部の冷媒温度が低くなり、凝縮器内部の冷媒の圧力が低くなる。凝縮器内部の冷媒の圧力が低くなると、キャピラリチューブを通って冷媒が流れにくくなり、冷媒の循環量が減りすぎてしまい、冷却性能が落ちてしまうからである。
具体的には、第1キャピラリチューブの流量抵抗が第2キャピラリチューブの流量抵抗の80%以上、100%以下であることが好ましい。
そのためには、第1キャピラリチューブの内径と第2キャピラリチューブの内径が等しく、第1キャピラリチューブの長さが第2キャピラリチューブの長さより短いことが好ましい。
また上記の冷蔵庫において、前記制御部は前記切替弁を制御し、第1経路及び第2経路を遮断させた第4状態に切り替え可能であることが好ましい。
この構成によれば、切替弁に閉止(第4状態)の機能をもたせることで、より消費電力量を低減することができる。
また上記の冷蔵庫において、前記圧縮機の停止中は前記切替弁を第4状態に維持することが好ましい。
この構成によれば、高温・高圧の冷媒が蒸発器に流入することを抑制できる。その結果、圧縮機の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。
また上記の冷蔵庫において、前記冷却機構を第1状態で運転している場合、第4状態にした後に前記圧縮機を停止させるようにしてもよい。
この構成によれば、圧縮機が停止したときに、結露防止配管内に冷媒が残らないので、高温・高圧の冷媒が蒸発器に流入することを抑制できる。その結果、圧縮機の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。
また上記の冷蔵庫において、前記冷却機構を第1状態で運転している場合、第2状態にした後に前記圧縮機を停止させるようにしてもよい。
この構成によれば、圧縮機が停止したときに、結露防止配管内に冷媒が残らないので、高温・高圧の冷媒が蒸発器に流入することを抑制できる。その結果、圧縮機の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。
また上記の冷蔵庫において、前記凝縮器と前記切替弁との間にドライヤを配置することが好ましい。
この構成によれば、ドライヤにより製造時に冷却機構内部に微少に存在する水分が除去される。また、ドライヤは冷媒溜まりになるため、ドライヤを切替弁より前に配置することにより、切替弁を動作させた後の制御時間遅れを小さくすることができる。
また上記の冷蔵庫において、前記ドライヤがストレーナを有することが好ましい。
この構成によれば、切替弁にゴミが噛み込んで、切替弁の動作が不良となることを抑制できる。
また上記の冷蔵庫において、切替弁と前記第2キャピラリチューブとの溶接点を前記切替弁の近傍に配置することが好ましい。
この構成によれば、切替弁と第2キャピラリチューブとの間の冷媒溜まりを抑制でき、切替弁を動作させた後の制御時間遅れを小さくすることができる。
本発明によると、1つの切替弁で第1〜第3状態に切り替えるので、冷却機能の構造を簡単にすることができる。また、第1経路と第2経路の流量抵抗を適正に調節できるので、冷媒を効率良く循環させることができる。
本発明の一実施形態に係る冷蔵庫の縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る冷却機構の構成図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の各判断条件における循環経路の切替状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るドライヤの断面図である。 本発明の一実施形態に係るキャピラリチューブと蒸発器との溶接部付近の断面図である。
本発明の実施形態について、各図面を参照しながら以下に説明する。
[冷蔵庫および冷却機構の構成]
図1は、本実施形態に係る冷蔵庫1の縦断面図である。冷蔵庫1の外観部は、主に断熱箱体2と各断熱扉(17a〜17d)によって構成されている。断熱箱体2は内部に貯蔵室として、冷蔵室30、第1冷凍室31、第2冷凍室32、および野菜室33を有している。
これらの貯蔵室(30〜33)は、各仕切(40〜42)が設けられることにより、別々に形成されている。また各断熱扉(17a〜17d)は、各貯蔵室(30〜33)の前側を開閉するように設けられている。なお各断熱扉(17a〜17d)にはドアパッキン21が設けられており、断熱扉(17a〜17d)が閉じられたときには、貯蔵室(30〜33)は略密閉状態となる。また冷蔵庫1には、各貯蔵室(30〜33)を冷却するための冷却機構RSが備えられている。
図2は、冷却機構RSの構成図である。本図に示すように冷却機構RSは、圧縮機5、コンデンサ(凝縮器)6、結露防止配管7、第1キャピラリチューブ8a、第2キャピラリチューブ8b、ドライヤ10、蒸発器9、サクションパイプ11、および切替弁13などを有している。
圧縮機5は、断熱箱体2の背面下方に形成された機械室18に設けられており、冷媒を圧縮して高温高圧のガス状とし、コンデンサ6側へ送出する。なお圧縮機5は、例えばインバータコンプレッサとして形成されており、回転数が広い範囲で可変となっている。圧縮機5の回転数が高いほど消費電力は大きくなるが、冷媒の送出流量が多くなるため、冷却機構RSの冷却能力は高くなる。圧縮機5の回転数は、例えば貯蔵室(30〜33)の温度、冷蔵庫周辺の温度、扉開閉の頻度等が考慮され、冷却をより強くする必要がある状況では、より高くなるように調節される。
コンデンサ6は、圧縮された冷媒を放熱させる。なおコンデンサ6としては、冷蔵庫1の背面側に配置されるバックコンデンサ6aや、冷蔵庫1の左右両側に配置されるサイドコンデンサ6b等が設けられている。冷媒は、コンデンサ6を通る過程で放熱しながら液化し、ドライヤ10等を介して切替弁13へ送られる。
すなわち、ドライヤ10はコンデンサ6と切替弁13との間に配置される。ドライヤ10は冷媒溜まりになるため、ドライヤ10を切替弁13より後ろに配置すると、切替弁13を動作させた後に制御時間遅れ(弁を閉じてからもしばらくキャピラリチューブ内を冷媒が通ること)が生じる。また図4に示すように、ドライヤ10はストレーナ10a、10bを有することが好ましい。これにより、切替弁13にゴミが噛み込むことを抑制できる。
切替弁13は、入口13a、第1出口13b1、第2出口13b2を有している弁であり、機械室18に設けられている。切替弁13の状態は、例えばステッピングモータを利用して、入口13aが第1出口13b1だけに繋がる状態、入口13aが第2出口13b2だけに繋がる状態、入口13aが第1出口13b1と第2出口13b2の双方に繋がる状態、および全ての出入口が閉止される状態の間で切替えられる。
なお、このような切替弁13の状態の切替は、機械室18に設けられている制御装置(制御部)100によって制御される。制御装置100が行う制御の内容については、改めて説明する。コンデンサ6側から送られてきた冷媒は、入口13aへ流入するようになっている。また、第1出口13b1は結露防止配管7に繋がり、第2出口13b2は第2キャピラリチューブ8bに繋がっている。
結露防止配管7(DPコンデンサ)は、冷媒の放熱を利用して冷蔵庫1の結露を抑える役割を果たす。結露防止配管7は、結露が発生しやすい第1冷凍室31および第2冷凍室32の開口周縁部、すなわち、仕切(40〜42)の前面および断熱箱体2の前面の一部に配設されている。結露防止配管7を通った冷媒は、第1キャピラリチューブ8aへ送られる。
第2キャピラリチューブ8bは、切替弁13の近傍に配置することが好ましい。これには、例えば、第2キャピラリチューブ8bの一端を切替弁13の第2出口13b2に溶接すればよい。これにより、切替弁13と第2キャピラリチューブ8bとの間の冷媒溜まりを抑制でき、切替弁13を動作させた後の制御時間遅れを小さくすることができる。
各キャピラリチューブ(8a、8b)から先の冷媒の経路は、図5に示すように連結点Pにおいて一本化され、蒸発器9へと繋がっている。このように切替弁13と連結点Pの間においては、結露防止配管7と第1キャピラリチューブ8aを通る第1経路C1、および、結露防止配管7を通らずに第2キャピラリチューブ8bを通る第2経路C2が、並列に設けられている。
キャピラリチューブによる冷媒の減圧の度合は、キャピラリチューブの形状(主に断面積や長さ、キャピラリチューブとサクションパイプの半田付け長さ)等によって変わる。このことを利用して各キャピラリチューブ(8a、8b)は、適切な減圧が実現されるように、形状等が調節される。これにより、冷媒を効率良く循環させるように、第1経路C1の流量抵抗(冷媒の流れやすさ)と第2経路C2の流量抵抗とが調節される。
例えば、第2キャピラリチューブ8bの流量抵抗を第1キャピラリチューブ8aの流量抵抗より大きくする。具体的には、第1キャピラリチューブ8aの流量抵抗が第2キャピラリチューブ8bの流量抵抗の80%以上、100%以下であることが好ましい。この場合、例えば、第1キャピラリチューブ8aの内径と第2キャピラリチューブ8bの内径を等しくし、第1キャピラリチューブ8aの長さを第2キャピラリチューブ8bの長さより短くするとよい。
例えば、第1及び第2キャピラリチューブ(8a、8b)の内径を0.55mmとし、第1キャピラリチューブ8aを2050mm、第2キャピラリチューブ8bを2500mmとすれば、第1キャピラリチューブ8aの流量抵抗が第2キャピラリチューブ8bの流量抵抗の約80%であり、第1キャピラリチューブ8aの内径と第2キャピラリチューブ8bの内径が等しく、第1キャピラリチューブ8aの長さが第2キャピラリチューブ8bの長さより短いという条件を満たす。
このように、結露防止配管7の流量抵抗を考慮して第1経路C1と第2経路C2にそれぞれ適正な量の冷媒が流れるようにすることができる。
蒸発器9は、断熱箱体2の背面側に設けられており、減圧された冷媒を気化させて貯蔵室(30〜33)を冷却する役割を果たす。蒸発器9はサクションパイプ11を介して圧縮機5に繋がっている。蒸発器9において気化した冷媒は、サクションパイプ11を通って圧縮機5に戻り、再び圧縮されることになる。
上述の説明から明らかである通り、切替弁13は、第1経路C1を導通させ第2経路C2を遮断させた第1状態St1、第2経路C2を導通させ第1経路C1を遮断させた第2状態St2、第1経路C1と第2経路C2を導通させた第3状態St3、および第1経路C1と第2経路C2を遮断させた第4状態St4の何れかに、冷媒の循環経路の状態を切替る役割を果たす。
[循環経路の状態の切替制御]
上述した循環経路の状態を切替える制御の形態は、手動制御と自動制御の何れであってもよく、また、これらが組み合わさった形態であってもよい。手動制御の場合には、例えばユーザに操作されるスイッチが設けられ、制御装置100は当該スイッチの操作に応じて、循環経路の状態を各状態(St1〜St3)の間で切替える。この場合ユーザは、各状態(St1〜St3)の利点等を考慮し、循環経路を所望の状態に設定することができる。
また自動制御の場合には、例えば冷蔵庫1の周囲の温度や湿度を検出するセンサが設けられ、制御装置100は当該センサの検出結果に応じて、循環経路の状態を各状態(St1〜St4)の間で切替える。
一例としては、制御装置100は図3に示す判断条件に従って、循環経路の状態を切替える。なおこの例では、冷蔵庫1に設定される結露防止設定情報が、ユーザの指示等に応じて「強」と「弱」の間で切替可能となっている。
そして制御装置100は、循環経路の状態が第1状態St1以外であるときに、『周囲温度が10〜32℃であって圧縮機5の回転数が基準値より低く、かつ、結露防止設定情報が「強」である』という判断条件が満たされれば、循環経路の状態を第1状態St1に切替える。また制御装置100は、循環経路の状態が第2状態St2以外であるときに、『周囲温度が10〜32℃であって圧縮機5の回転数が基準値より低く、かつ、結露防止設定情報が「弱」である』という判断条件が満たされれば、循環経路の状態を第2状態St2に切替える。また制御装置100は、循環経路の状態が第3状態St3以外であるときに、これらの何れの判断条件も満たされない場合には、循環経路の状態を第3状態St3に切替える。
また、冷却機構RSを停止する際には、例えば以下の各実施形態のように制御することができる。
<第1実施形態>
第1実施形態では、圧縮機5の停止中は切替弁13を第4状態に維持することとする。運転中の圧縮機5を停止させると、その時点では圧縮機5とコンデンサ6の内部に高温・高圧の冷媒が多量に滞留している。この高温・高圧の冷媒は切替弁13、結露防止配管7、第1キャピラリチューブ8a、第2キャピラリチューブ8b、などを通じて蒸発器9に流入する。キャピラリチューブ(8a、8b)は高圧の冷媒を減圧するというのが本来の役割であるが、圧縮機5を停止させたときには単に圧力差をなくす均圧要素として振る舞うことになる。高温・高圧の冷媒が蒸発器9に流入すれば貯蔵室の温度が上昇し、それにより圧縮機5の運転再開までの時間が短くなる。したがって、圧縮機5を運転している時間が長くなり、電力消費量が増大する。
そこで、上記のように圧縮機5の停止中は切替弁13を第4状態に維持することにより、高温・高圧の冷媒が蒸発器9に流入することを抑制できる。その結果、圧縮機5の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機5の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機5を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。また、高温・高圧の冷媒が蒸発器9に流入することを防止するために、結露防止配管7の下流側に逆止弁を配置する必要もない。
<第2実施形態>
第2実施形態では、上記冷却機構RSを第1状態St1で運転している場合、第4状態St4にした後に圧縮機5を停止させることとする。これにより、圧縮機5が停止したときに、結露防止配管7内に冷媒が残らないので、高温・高圧の冷媒が蒸発器9に流入することを抑制できる。その結果、第1実施形態と同様に、圧縮機5の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機5の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機5を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。
例えば、第4状態St4にして所定時間経過後に圧縮機5を停止させることとする。ここで所定時間が長すぎると、この間は圧縮機5を運転しているので消費電力量が増える。一方、所定時間が短すぎると、蒸発器9に液相の冷媒が十分に溜まらない。よって、これらを考慮して所定時間(例えば2分)を決定する。
切替弁13を閉止した状態で圧縮機5の運転が継続されることにより、蒸発器9内部の冷媒圧力が一層低下する。このように冷媒圧力を一段と下げてから圧縮機5の運転を停止するので、蒸発器9内部に気相の冷媒と液層の冷媒とが混在する場合、気圧が上昇して平衡状態に達するまでの時間がそれだけ長くなり、蒸発器9はより長い時間、液相の冷媒の潜熱で貯蔵室から熱を奪い続ける。このため、冷却能力が向上し、圧縮機5の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機5を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。
なお、第2実施形態において、圧縮機5を停止させた後、つまり圧縮機5の停止中は、第1実施形態のように切替弁13を第4状態に維持することが好ましい。
<第3実施形態>
第3実施形態では、冷却機構RSを第1状態St1で運転している場合、第2状態St2にした後に圧縮機5を停止させることとする。例えば、第2状態St2にして所定時間経過後に圧縮機5を停止させることとする。本実施形態によっても、第2実施形態と同様の作用、効果が得られる。
なお、第3実施形態においても、圧縮機5を停止させた後、つまり圧縮機5の停止中は、第1実施形態のように切替弁13を第4状態に維持することが好ましい。
1 冷蔵庫
2 断熱箱体
5 圧縮機
6 コンデンサ(凝縮器)
7 結露防止配管
8a 第1キャピラリチューブ
8b 第2キャピラリチューブ
9 蒸発器
13 切替弁
13a 入口
13b1 第1出口
13b2 第2出口
17a〜17d 断熱扉
18 機械室
31〜33 貯蔵室
40〜42 仕切
100 制御装置(制御部)
C1 第1経路
C2 第2経路
RS 冷却機構

Claims (10)

  1. 圧縮機、凝縮器及び蒸発器を順に有する冷却機構と、該冷却機構を制御する制御部とを備えた冷蔵庫において、
    前記凝縮器と前記蒸発器との間に配置された切替弁と、
    前記切替弁と前記蒸発器との間に配置され、結露防止配管と該結露防止配管に接続された第1キャピラリチューブとを有する第1経路と、
    前記切替弁と前記蒸発器との間に前記第1経路と並列に配置され、第1キャピラリチューブより流量抵抗の大きい第2キャピラリチューブを有する第2経路と、を備え、
    前記制御部は前記切替弁を制御し、第1経路を導通させ第2経路を遮断させた第1状態、第2経路を導通させ第1経路を遮断させた第2状態、又は第1経路及び第2経路を導通させた第3状態に切り替えることを特徴とする冷蔵庫。
  2. 第1キャピラリチューブの流量抵抗が第2キャピラリチューブの流量抵抗の80%以上、100%以下であることを特徴とする請求項1記載の冷蔵庫。
  3. 第1キャピラリチューブの内径と第2キャピラリチューブの内径が等しく、
    第1キャピラリチューブの長さが第2キャピラリチューブの長さより短いことを特徴とする請求項1又は2記載の冷蔵庫。
  4. 前記制御部は前記切替弁を制御し、第1経路及び第2経路を遮断させた第4状態に切り替え可能であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の冷蔵庫。
  5. 前記圧縮機の停止中は前記切替弁を第4状態に維持することを特徴とする請求項4記載の冷蔵庫。
  6. 前記冷却機構を第1状態で運転している場合、第4状態にした後に前記圧縮機を停止させることを特徴とする請求項4又は5記載の冷蔵庫。
  7. 前記冷却機構を第1状態で運転している場合、第2状態にした後に前記圧縮機を停止させることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の冷蔵庫。
  8. 前記凝縮器と前記切替弁との間にドライヤを配置したことを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の冷蔵庫。
  9. 前記ドライヤがストレーナを有することを特徴とする請求項8記載の冷蔵庫。
  10. 前記切替弁と第2キャピラリチューブとの溶接点を前記切替弁の近傍に配置したことを特徴とする請求項1〜9の何れかに記載の冷蔵庫。
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