JP2017072317A

JP2017072317A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2017072317A
Application number: JP2015199507A
Authority: JP
Inventors: 悠二東中; Yuji Higashinaka
Original assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2017-04-13

Abstract

【課題】冷凍サイクルの冷却効率の低下を抑えつつ、冷蔵庫の外表面や前面開口部の周縁を冷蔵庫の設置雰囲気に応じた適切な温度に保つことができる冷蔵庫を提供する。【解決手段】圧縮機５６と凝縮器５８と減圧装置と冷却器５２，５４とを配管接続した冷凍サイクル装置と、内箱と外箱との間に断熱空間が形成された断熱箱体２と、外箱の外側に設けられ内部に圧縮機５６を収納する機械室３４とを備え、冷却器５２，５４が断熱箱体２の内部に設けられた貯蔵室１０，１２，１４，１６を冷却する冷蔵庫１において、機械室３４の熱を蓄熱する蓄熱手段１００と、蓄熱手段１００が蓄熱した熱を外箱に伝達する伝熱手段１１０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、冷蔵庫に関する。

従来より、冷蔵庫には外気と冷蔵庫内との温度差による結露を防止するため、冷蔵庫本体の外表面や前面開口部の周縁に防露パイプを設け、冷凍サイクルの圧縮機により圧縮された高温の冷媒を防露パイプに導入する場合がある。

このような防露パイプを備えた冷蔵庫では、冷凍サイクルが外気と冷蔵庫内との温度差に関わらず貯蔵室の温度によって制御されるため、冷蔵庫の設置雰囲気が結露しにくい状況であっても圧縮機を高周波数運転することがあり、このような場合、放熱パイプ内を流れる冷媒の温度が必要以上に加熱され、庫内への熱漏洩が増大して消費電力量が増加する。

そこで、防露パイプの上流側に切替弁を設け、温度センサの検知温度に基づいて切替弁を切り替えて防露パイプへの冷媒導入の有無を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１４３７３号公報

しかし、上記のように防露パイプの上流側に切替弁を設けることで庫内への熱漏洩を抑えることができるが、防露パイプに冷媒を導入しない場合に圧縮機で圧縮された高温の冷媒が充分に放熱されず、冷凍サイクルの冷却効率が低下するおそれがある。

そこで、冷凍サイクルの冷却効率の低下を抑えつつ、冷蔵庫の外表面や前面開口部の周縁を冷蔵庫の設置雰囲気に応じた適切な温度に保つことができる冷蔵庫を提供することを目的とする。

本実施形態に係る冷蔵庫は、圧縮機と凝縮器と減圧装置と冷却器とを配管接続した冷凍サイクル装置と、内箱と外箱との間に断熱空間が形成された断熱箱体と、前記外箱の外側に設けられ内部に前記圧縮機を収納する機械室とを備え、前記冷却器が前記断熱箱体の内部に設けられた貯蔵室を冷却する冷蔵庫において、前記機械室の熱を蓄熱する蓄熱手段と、前記蓄熱手段が蓄熱した熱を前記外箱に伝達する伝熱手段とを備えるものである。

本発明の一実施形態に係る冷蔵庫の断面図である。図１の冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図である。放熱パイプ及び防露パイプの設置構成を背面方向から示す斜視図である。背面から見た機械室の断面図である。図１の冷蔵庫の電気構成を示すブロック図である。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。

本実施形態に係る冷蔵庫１は、図１および図２に示すように、前面に開口する断熱箱体２を備える。断熱箱体２は、鋼板製の外箱４と合成樹脂製の内箱６との間に形成された断熱空間に、真空断熱材や発泡ウレタンなどの断熱材を有して構成されている。断熱箱体２の内部には複数の貯蔵室が設けられており、具体的には、図１に示すように、上段から順に、冷蔵室１０、野菜室１２が設けられ、その下方に製氷室（図示せず）と小冷凍室（図示せず）が左右に並べて設けられ、これらの下方に冷凍室１６が設けられている。

冷蔵室１０の前面開口部は、該開口部を幅方向に区分する観音開き式の左右一対の断熱扉１０ａにより閉塞される。この断熱扉１０ａは、冷蔵庫本体の左右両側に設けたヒンジ５により回動自在に枢支されている。左右の断熱扉１０ａの一方には、冷蔵庫１の設置雰囲気の湿度を検出する湿度センサ１７が設けられている。

野菜室１２の前面開口部には、引出し式の断熱扉１２ａが設けられている。この断熱扉１２ａの背面部には、貯蔵容器を構成する上下２段の収納ケース２２が連結されている。

製氷室、小冷凍室１４、及び冷凍室１６は、いずれも冷凍温度帯（例えば、−１０〜−２０℃）に冷却される貯蔵室であり、野菜室１２と製氷室および小冷凍室１４との間は、内部に断熱材が設けられた断熱仕切壁２８により上下に仕切られている。小冷凍室１４の前面開口部には、引出し式の断熱扉１４ａが設けられており、その断熱扉１４ａの背面部に貯蔵容器３０が連結されている。小冷凍室の前面開口部にも、図示はしないが、製氷容器が連結された引出し式の断熱扉が設けられている。冷凍室１６の前面開口部にも、上下２段の貯蔵容器３２が連結された引出し式の断熱扉１６ａが設けられている。

断熱箱体２の冷蔵温度帯の貯蔵室（冷蔵室１０及び野菜室１２）の奥部には、冷蔵冷却器室３６及びダクト３８が形成されている。冷蔵冷却器室３６には、冷蔵冷却器５２及び冷蔵ファン５３が設けられており、冷蔵ファン５３が、冷蔵冷却器５２で冷却した冷蔵冷却器室３６内の空気をダクト３８を介して冷蔵室１０および野菜室１２に供給することで、これらの貯蔵室を冷却する。

断熱箱体２の冷凍温度帯の貯蔵室（製氷室、小冷凍室１４、冷凍室１６）の奥部には、冷凍冷却器室４０及びダクト４４が設けられている。冷凍冷却器室４０の内部には、冷凍冷却器５４及び冷凍ファン５５が設けられている。冷凍冷却器室４０に設けられた冷凍ファン５５は、冷凍冷却器５４で冷却した冷凍冷却器室４０内の空気をダクト４４を介して製氷室、小冷凍室１４、冷凍室１６に供給することで、これらの貯蔵室を冷却する。

図１に示すように、断熱箱体２の外箱４の外側、この例では、断熱箱体２の背面下端部には、機械室３４が設けられている。この機械室３４内には、各貯蔵室を冷却する冷蔵冷却器５２及び冷凍冷却器５４とともに冷凍サイクル５０を構成する圧縮機５６及び凝縮器５８や、圧縮機５６及び凝縮器５８を冷却する冷却ファン５７や、蓄熱手段１００や、伝熱手段１１０等が配設されている。

冷凍サイクル５０は、図２に示すように、高温高圧のガス状の冷媒を吐出する圧縮機５６の吐出側から順番に、蒸発パイプ６０、凝縮器５８、放熱パイプ６４、防露パイプ６６、ドライヤ６８、及び三方弁７０の入口側が接続されている。

三方弁７０の一方の出口には、キャピラリチューブ等の冷蔵減圧装置７２、冷蔵冷却器５２、冷蔵アキュムレータ７４および冷蔵サクションパイプ７６が、配管により順に接続されている。三方弁７０の他方の出口には、キャピラリチューブ等の冷凍減圧装置７８、冷凍冷却器５４、冷凍アキュムレータ８０、冷凍サクションパイプ８２および逆止弁８４が配管により順に接続されている。そして、逆止弁８４の出口側と冷蔵サクションパイプ７６の出口側が一つになって圧縮機５６の吸入側に接続されている。

圧縮機５６の吐出側から冷蔵減圧装置７２及び冷凍減圧装置７６までに設けられた蒸発パイプ６０、凝縮器５８、放熱パイプ６４、防露パイプ６６、ドライヤ６８、及び三方弁７０は、圧縮機５６で吐出された後、減圧装置７２，７６で減圧される前の高温の液体冷媒が流通する高温側冷媒パイプの一部を構成する。

図４に示すように、機械室３４の幅方向一方側には、防振ゴムを介して能力可変型の圧縮機５６が載置されている。機械室３４の幅方向他方側には、機械室３４の前方を区画する前壁に沿って形成されたダクト４２と、ダクト４２の内部に収納された凝縮器５８と、凝縮器５８の後方に位置する冷却ファン５７とが設けられている。

本実施形態では、冷却ファン５７が回転すると、庫外の空気が、断熱箱体２の前方から断熱箱体２の底面と冷蔵庫１の設置面との隙間を通って後方に流れ、機械室３４の下方に開口する吸込口（不図示）からダクト４２を介して機械室３４へ取り込まれ、凝縮器５８、圧縮機５６、及び蒸発パイプ６０へ送風されこれらを冷却する。

凝縮器６２は、例えば多数の放熱用フィンを有するフィンチューブで構成され、断熱箱体２の背面側に設けられている。

放熱パイプ６４は、外箱４と接触するように断熱箱体２の断熱空間内に埋設され、庫外空気と熱交換することで内部を流れる高温の液体冷媒を冷却するとともに、その凝縮熱により扉周囲の露付きを抑制している。この例では、図３に示すように、放熱パイプ６４は、機械室３４から外箱４を貫通して断熱空間内に進入し、断熱箱体２の背壁、右側壁、天井壁、及び左側壁に設けられている。凝縮器５８から流れ出た高温高圧の冷媒は、断熱箱体２の背壁、右側壁、天井壁、及び左側壁の内部を順番に流れ、その後、防露パイプ６６に流れ込む。

防露パイプ６６は、放熱パイプ６４の冷媒流れ方向下流側に連結され冷媒パイプであり、断熱箱体２に設けられた各貯蔵室１０，１２，１４，１６の前面開口部の周縁部と接触するように断熱箱体２の断熱空間内に配設され、その凝縮熱により扉周囲の露付きを抑制している。

この例では、防露パイプ６６は、断熱箱体２の最下段に位置する冷凍室１６から、製氷室、小冷凍室１４、野菜室１２、冷蔵室１０の前面開口部の周囲に順次配設される。そして、断熱箱体２の最上段に位置する冷蔵室１０の前面開口部に配設された防露パイプ６６は、断熱箱体２の左側壁、天井壁、右側壁のそれぞれの前端部を通って断熱箱体２の右側壁の下前端部に達すると、後方に向かって折れ曲がり右側壁の下端部に沿って後方へ延び機械室３４に進入し、ドライヤ６８に接続されている。

三方弁７０は、凝縮器５８で液化した冷媒を、冷蔵冷却器５２と冷凍冷却器５４に対して交互に供給するように流路を切り替える切替弁であり、圧縮機５６から凝縮器５８及び冷蔵減圧装置７２を介して供給される低温の冷媒を冷蔵冷却器５２に供給する冷蔵冷却運転の状態と、冷蔵冷却器５２に供給せずに冷凍冷却器５４に供給する冷凍冷却運転の状態とに、切り替える。

このような冷凍サイクル５０では、冷媒は、圧縮機５６で圧縮されて高温高圧の気体状の冷媒に変化し、凝縮器５８と放熱パイプ６４と防露パイプ６６で放熱しながら液体状の冷媒となる。液体状の冷媒は、三方弁７０によって冷蔵減圧装置７２又は冷凍減圧装置７８に送られ、各減圧装置７２，７８で気化し易いように減圧され、その後に冷蔵冷却器５２又は冷凍冷却器５４で気化し、周囲から熱を奪うことにより冷気が発生する。周囲から熱を奪った冷媒は、各アキュムレータ７４，８０にそれぞれ流れ、各アキュムレータ７４，８０では気液混合体状の冷媒を気体状の冷媒と液体状の冷媒とにそれぞれ分離し、気体状の冷媒のみが各サクションパイプ７６、８２を経て圧縮機５６へ戻り、再び圧縮され高温高圧の気体状の冷媒となる。

蓄熱手段１００は、凝縮器５８、圧縮機５６、及び蒸発パイプ６０が機械室３４へ放出した熱を蓄熱するもので、蓄熱物質１０２と、蓄熱物質１０２を収容するタンク１０４とを備える。蓄熱物質１０２としては、水等の顕熱蓄熱材や、アルコールやエチレングリコールやグリセリンなどを主成分とする不凍液や、エリスリートルや酢酸ナトリウム３水塩や硫酸ナトリウム１０塩など潜熱蓄熱材が用いることができる。蓄熱手段１００には、伝熱手段１１０が熱交換可能に設けられており、蓄熱物質１０２が貯蔵した熱を伝熱手段１１０へ伝熱するようになっている。

伝熱手段１１０は、環状に設けられた伝熱管１１２と、この伝熱管１１２内に封止された伝熱物質１１４と、伝熱物質１１４を伝熱管１１２内で循環させるポンプ１１６とを備える。

伝熱管１１２は、例えば、鉄製や銅製など金属管からなり、一部が機械室３４に配置され蓄熱手段１００と熱交換可能に設けられ、残部が断熱箱体２の断熱空間内に配設され外箱４と接触している。この例では、伝熱管１１２は、断熱箱体２の断熱空間内において、各貯蔵室１０，１２，１４，１６の前面開口部の周縁部と接触するように防露パイプ６６に沿わせて設けられている。

伝熱物質１１４は、伝熱管１１２内を循環する液体、例えば、アルコールやエチレングリコールやグリセリンなどを主成分とするマイナス温度帯でも凍結しない不凍液からなり、水等の他の混合物との混合比率を調整して、蓄熱手段１００の蓄熱物質１０２より熱容量が小さくなるように設定されている。伝熱物質１１４は、機械室３４に設けられたポンプ１１６によって液送され伝熱管１１２内を循環する。

なお、ポンプ１１６を駆動する駆動電源として、冷蔵庫１の制御部４６から供給される電力を用いたり、ペルチェ素子（不図示）が機械室３４で発生した熱を受けて発電するペルチェ素子（不図示）を設け、当該ペルチェ素子で発電した電力を用いてもよい。

このような伝熱手段１１０では、蓄熱手段１００の蓄熱物質１０２に貯蔵された熱によって加熱された伝熱物質１１４が、ポンプ１１６によって液送され伝熱管１１２内を循環する。これにより、伝熱手段１１０は、蓄熱手段１００で蓄熱した熱を貯蔵室１０，１２，１４，１６の前面開口部の周縁部へ伝達して加熱し、防露パイプ６６とともに扉周囲の露付きを抑制する。

また、断熱箱体２の外側、例えば、断熱箱体２の天井壁の上面後部には、冷蔵庫１を制御するマイコン等を実装した制御基板からなる制御部４６が設けられている。この制御部４６には、図５に示すように、湿度センサ１７、冷蔵ファン５３、冷凍ファン５５、圧縮機５６、冷却ファン５７、三方弁７０、及びポンプ１１６等の断熱箱体２の内側又は外側に設けられた電気部品が電気接続されており、各種センサから入力される信号と予めメモリに記憶された制御プログラムに基づいて、冷蔵ファン５３、冷凍ファン５５、圧縮機５６、冷却ファン５７、三方弁７０、及びポンプ１１６の動作を制御して冷蔵庫１の動作全般を制御する。

このような構成の冷蔵庫１では、制御部４６が、冷蔵室１０を閉塞する断熱扉１０ａに設けられた湿度センサ１７の検出値に基づいて冷蔵庫１の設置雰囲気が結露しやすいか否か検出し、伝熱手段１１０に設けられたポンプ１１６から吐出される伝熱物質１１４の吐出量を制御する。

具体的には、制御部４６は、湿度センサ１７の検出値が９０％以上である時にポンプ１１６に入力するＯＮ／ＯＦＦデューティー比を基準（１００％）として、湿度センサ１７の検出値が５０％以上９０％未満であるとポンプ１１６に入力するＯＮ／ＯＦＦデューティー比を上記基準の８０％とし、湿度センサ１７の検出値が５０％未満であるとポンプ１１６に入力するＯＮ／ＯＦＦデューティー比を上記基準の６０％とする。このように制御部４６は、湿度センサ１７の検出値が小さくなると冷蔵庫１が結露しにくい雰囲気下にあるとして、伝熱手段１１０のポンプ１１６から吐出される伝熱物質１１４の吐出量を減少させる。

以上のような本実施形態の冷蔵庫１では、機械室３４の熱を蓄熱する蓄熱手段１００と、蓄熱手段１００が蓄熱した熱を外箱４へ伝達する伝熱手段１１０とを備えるため、冷蔵庫１の設置雰囲気が結露しやすい状況では、蓄熱手段１００が蓄熱した熱を伝熱手段１１０によって外箱４へ伝達して外箱４に生じる結露を防止することができ、冷蔵庫１の設置雰囲気が結露しにくい状況では、伝熱手段１１０による伝熱を中断することで外箱４が必要以上に加熱されることがない。そのため、冷蔵庫１の外表面や前面開口部の周縁を冷蔵庫１の設置雰囲気に応じた適切な温度に保つことができ、結露の防止と貯蔵室内への熱漏洩の低減を両立することができる。

しかも、蓄熱手段１００は、機械室３４で発生した熱を蓄熱するようになっており、冷凍サイクル５０と接続されておらず別個独立した回路構成となっているため、伝熱手段１１０が蓄熱手段１００の熱を外箱４へ伝熱するのを中断しても冷凍サイクル５０における高温冷媒の放熱量に影響がほとんどなく、冷凍サイクル５０の冷却効率が低下することがない。

また、伝熱手段１１０は、ポンプ１１６によって伝熱物質１１４を伝熱管１１２内を強制的に循環させることができ、効率的に蓄熱手段１００の熱を外箱４へ伝達することができる。

また、本実施形態では、伝熱手段１１０に設けられた伝熱物質１１４が蓄熱手段１００の蓄熱物質１０２より熱容量が小さくなるように設定されているため、蓄熱手段１００で蓄熱した熱を伝熱物質１１４を介して外箱４へ速やかに伝達することができる。しかも、本実施形態では、蓄熱物質１０２は、伝熱物質１１４に比べて熱容量が大きく、蓄熱可能な熱量を大きくすることができるため、結露しやすい状況が長く続いても蓄熱手段１００の熱で外箱４を加熱することができ、結露を防止することができる。

（変更例１）
上記した実施形態では、伝熱手段１１０の伝熱物質１１４が、蓄熱手段１００の蓄熱物質１０４と異なる物質で構成したが、伝熱物質１１４と蓄熱物質１０２とを同一物質で構成してもよい。その場合に、蓄熱手段１００の蓄熱物質１０２が、伝熱手段１１０の伝熱管１１２内を循環するように設け、伝熱物質１１４を兼ねてもよい。このような場合、蓄熱手段１００及び伝熱手段１１０を簡便に構成することができる。

（変更例２）
上記した実施形態では、伝熱手段１１０の伝熱管１１２を防露パイプ６６に沿わせて配置したが、例えば、伝熱管１１２を放熱パイプ６４に沿わせて断熱箱体２の断熱空間内に設けたり、あるいは、防露パイプや放熱パイプと近接しない位置に外箱４と接触させつつ断熱箱体２の断熱空間内に設けてもよい。

（変更例３）
上記した実施形態では、外箱４と接触するように断熱箱体２の断熱空間内に放熱パイプ６４や防露パイプ６６を設けたが、例えば、断熱箱体２の断熱空間内に放熱パイプ６４や防露パイプ６６を設けることなく、伝熱手段１１０の伝熱管１１２を外箱４と接触するように断熱箱体２の断熱空間内に設けてもよい。このような場合、冷凍サイクル５０の高温冷媒の放熱による貯蔵室内への熱漏洩がない。そのため、伝熱手段１１０によって蓄熱手段１００から外箱４へ伝熱する熱量を制御することで、冷蔵庫１の外表面や前面開口部の周縁をより確実に冷蔵庫１の設置雰囲気に応じた適切な温度に保つことができる。

また、冷凍サイクル５０から放熱パイプ６４や防露パイプ６６を省略することにより高温冷媒の放熱量が減少しても、蓄熱手段１００の蓄熱量を大きくしたり、凝縮器５８における放熱性能を向上させることで、高温冷媒の放熱量を確保して冷凍サイクル５０の冷却効率の低下を抑えることができる。

（変更例４）
上記した実施形態では、湿度センサ１７で検出される湿度に基づいて冷蔵庫１が結露しにくい雰囲気下にあるか否か判断する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、庫外温度や、貯蔵室内の温度や、圧縮機の運転周波数を検出し、その検出結果に基づいて冷蔵庫１が結露しにくい雰囲気下にあるか否か判断し、伝熱手段１１０のポンプ１１６から吐出される伝熱物質１１４の吐出量を制御してもよい。

（他の実施形態）
上記した実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…冷蔵庫、２…断熱箱体、４…外箱、６…内箱、１０…冷蔵室、１２…野菜室、１４…小冷凍室、１６…冷凍室、１７…湿度センサ、３４…機械室、３６…冷蔵冷却器室、４０…冷凍冷却器室、４６…制御部、５０…冷凍サイクル、５２…冷蔵冷却器、５３…冷蔵ファン、５４…冷凍冷却器、５５…冷凍ファン、５６…圧縮機、５７…冷却ファン、５８…凝縮器、６０…蒸発パイプ、６４…放熱パイプ、６６…防露パイプ、１００…蓄熱手段、１０２…蓄熱物質、１０４…タンク、１１０…伝熱手段、１１２…伝熱管、１１４…伝熱物質、１１６…ポンプ

Claims

圧縮機と凝縮器と減圧装置と冷却器とを配管接続した冷凍サイクル装置と、内箱と外箱との間に断熱空間が形成された断熱箱体と、前記外箱の外側に設けられ内部に前記圧縮機を収納する機械室とを備え、前記冷却器が前記断熱箱体の内部に設けられた貯蔵室を冷却する冷蔵庫において、
前記機械室の熱を蓄熱する蓄熱手段と、前記蓄熱手段が蓄熱した熱を前記外箱に伝達する伝熱手段とを備える冷蔵庫。
前記伝熱手段は、前記蓄熱手段及び前記外箱と熱交換可能に設けられた伝熱管と、前記伝熱管内を流通し伝熱物質と、前記伝熱物質を前記伝熱管内で循環させるポンプとを備える請求項１に記載の冷蔵庫。
前記蓄熱手段は、熱を蓄熱する蓄熱物質と、前記蓄熱物質を収容するタンクとを備え、
前記蓄熱物質は、前記伝熱物質より熱容量が大きい請求項２に記載の冷蔵庫。
前記蓄熱手段は、熱を蓄熱する蓄熱物質と、前記蓄熱物質を収容するタンクとを備え、
前記蓄熱物質は、前記伝熱物質と同じ物質からなる請求項２に記載の冷蔵庫。
前記伝熱手段を制御する制御部と、冷蔵庫の設置雰囲気が結露しやすいか否か検出するセンサを備え、前記制御部が、前記センサの検出結果に応じて前記ポンプの吐出量を制御する請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷蔵庫。
前記冷凍サイクルは、前記外箱と熱交換可能に設けられ減圧装置で減圧される前の液体冷媒が流通する高温側冷媒パイプを備え、
前記伝熱管が、前記高温側冷媒パイプに沿わせて前記外箱と熱交換可能に設けられている請求項２〜５のいずれか１項に記載の冷蔵庫。
前記冷凍サイクルは、前記外箱と熱交換可能に設けられ減圧装置で減圧される前の液体冷媒が流通する高温側冷媒パイプを備え、
前記伝熱管が、前記高温側冷媒パイプが設けられていない箇所において前記外箱と熱交換可能に設けられている請求項２〜５のいずれか１項に記載の冷蔵庫。