JP2018136063A - 冷蔵庫及びその運転方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】除霜ヒータの電力量を安定的に削減し、冷蔵庫の省エネルギー化を図ること。【解決手段】冷蔵庫は、圧縮機１９と、蒸発器２０と、主凝縮器２１と、防露パイプ４１と、主凝縮器２１から防露パイプ４１への第一流路と並列に設けられ、蒸発器２０に接続されるバイパス４３と、主凝縮器２１の下流側に設けられ、第一流路と、主凝縮器２１からバイパス４３への第二流路とを開閉する切換部４０と、圧縮機１９の運転中に、第一流路および第二流路を閉塞することで、蒸発器２０、防露パイプ４１、及びバイパス４３に滞留する冷媒を主凝縮器２１に回収し、その後、圧縮機１９を停止させ、第二流路を開放することで、主凝縮器２１に回収された高圧冷媒を、バイパス４３を介して蒸発器２０に供給する制御部と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、冷蔵庫及びその運転方法に関し、除霜用電気ヒータの出力を削減する冷蔵庫及びその運転方法に関する。
＜概要＞
従来、省エネルギーの観点から、圧力差により蒸発器に流入した冷凍サイクル内の高圧冷媒がその蒸発器を加温するエネルギーを利用することにより、除霜用電気ヒータの出力を削減する冷蔵庫が知られている（例えば特許文献１参照）。
このような冷蔵庫では、圧縮機が停止した後でも冷凍サイクルの凝縮器内部に貯留する高圧冷媒が外気温度付近に維持される一方、蒸発器が−３０℃〜−２０℃の低温状態にある。そのため、高圧冷媒が圧力差により蒸発器に流入する量を増大させたり、流入する高圧冷媒のエンタルピーを増大させて流入する熱量を増大させたりすることで、除霜用電気ヒータの出力を積極的に削減し、省エネルギー化を図っている。
＜構成＞
以下、図６〜図８を参照しながら従来の冷蔵庫を説明する。
図６は、従来の冷蔵庫の縦断面図である。図７は、従来の冷蔵庫の冷凍サイクル構成図である。図８は、従来の冷蔵庫の除霜時の制御を示した図である。
図６に示すように、冷蔵庫１１は、筐体１２、扉１３、筐体１２を支える脚１４、筐体１２の下部に設けられた下部機械室１５、筐体１２の上部に配置された冷蔵室１７、筐体１２の下部に配置された冷凍室１８を有している。
また、図６及び図７に示すように、冷蔵庫１１は、冷凍サイクルを構成する部品として、下部機械室１５に収容された圧縮機５６、冷凍室１８の背面側に収容された蒸発器２０、下部機械室１５内に収容された主凝縮器２１を有している。
また、図６に示すように、冷蔵庫１１は、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、圧縮機５６の上部に設置された蒸発皿５７、下部機械室１５の底板２５を有している。
また、図６に示すように、冷蔵庫１１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と筐体１２の上部を繋ぐ連通風路２８を有している。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、風下側に圧縮機５６と蒸発皿５７を収容している。
また、図７に示すように、冷蔵庫１１は、冷凍サイクルを構成する部品として、主凝縮器２１の下流側に位置し、冷凍室１８の開口部周辺の筐体１２の外表面と熱結合された防露パイプ６０、防露パイプ６０の下流側に位置し、循環する冷媒を乾燥するドライヤ３７、ドライヤ３７と蒸発器２０を結合し、循環する冷媒を減圧する絞り４２を有している。そして、冷蔵庫１１は、蒸発器２０を除霜する際に、防露パイプ６０の出口を閉塞する二方弁４６、蒸発器２０を加熱する除霜ヒータ（図示略）を有する。
また、図６に示すように、冷蔵庫１１は、蒸発器２０で発生する冷気を冷蔵室１７と冷凍室１８に供給する蒸発器ファン５０、冷凍室１８に供給される冷気を遮断する冷凍室ダンパー５１、冷蔵室１７に供給される冷気を遮断する冷蔵室ダンパー５２、冷蔵室１７に冷気を供給するダクト５３、冷凍室１８の温度を検知するＦＣＣ温度センサ５４、冷蔵室１７の温度を検知するＰＣＣ温度センサ５５、蒸発器２０の温度を検知するＤＥＦ温度センサ５８を有している。
＜動作＞
次に、以上のように構成された従来の冷蔵庫の動作について説明する。
ファン２３、圧縮機５６、及び蒸発器ファン５０を停止している冷却停止状態（以下、この動作を「ＯＦＦモード」という）において、ＦＣＣ温度センサ５４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＮ温度まで上昇するか、あるいは、ＰＣＣ温度センサ５５が検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＮ温度まで上昇すると、冷蔵庫１１の制御部（図示略）は、冷凍室ダンパー５１を閉とし、冷蔵室ダンパー５２を開として、圧縮機５６、ファン２３、及び蒸発器ファン５０を駆動する（以下、この動作を「ＰＣ冷却モード」という）。
ＰＣ冷却モードでは、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から外部の空気が吸引され、圧縮機５６と蒸発皿５７側が正圧となり、下部機械室１５内の空気が複数の排出口２７から外部へ排出される。
一方、圧縮機５６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、防露パイプ６０へ供給される。防露パイプ６０を通過する冷媒は、冷凍室１８の開口部を暖めながら、筐体１２を介して放熱して凝縮する。防露パイプ６０で凝縮した液冷媒は、二方弁４６を通過した後、ドライヤ３７で水分除去され、絞り４４で減圧されて蒸発器２０で蒸発しながら冷蔵室１７の庫内空気と熱交換して冷蔵室１７を冷却しながら、気体冷媒として圧縮機５６に還流する。
ＰＣ冷却モード中に、ＦＣＣ温度センサ５４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降上昇するとともに、ＰＣＣ温度センサ５５が検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降すると、冷蔵庫１１の制御部は、ＰＣ冷却モードからＯＦＦモードに遷移させる。
また、ＰＣ冷却モード中に、ＦＣＣ温度センサ５４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＦＦ温度より高い温度を示すとともに、ＰＣＣ温度センサ５５が検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降すると、冷蔵庫１１の制御部は、冷凍室ダンパー５１を開とし、冷蔵室ダンパー５２を閉とし、圧縮機５６、ファン２３、及び蒸発器ファン５０を駆動する。
以降、冷蔵庫１１の制御部は、ＰＣ冷却モードと同様に冷凍サイクルを稼動させることにより、冷凍室１８の庫内空気と蒸発器２０を熱交換して冷凍室１８を冷却する（以下、この動作を「ＦＣ冷却モード」という）。
ＦＣ冷却モード中に、ＦＣＣ温度センサ５４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降するとともに、ＰＣＣ温度センサ５５が検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＮ温度以上を示すと、冷蔵庫１１の制御部は、ＦＣ冷却モードからＰＣ冷却モードに遷移させる。
また、ＦＣ冷却モード中に、ＦＣＣ温度センサ５４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降するとともに、ＰＣＣ温度センサ５５が検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＮ温度より低い温度を示すと、冷蔵庫１１の制御部は、ＦＣ冷却モードからＯＦＦモードに遷移させる。
＜制御＞
ここで、図８を参照しながら、従来の冷蔵庫１１の除霜時の制御について説明する。
圧縮機５６の積算運転時間が所定時間に達すると、蒸発器２０の着霜を加温して融解する除霜モードに移行する。冷蔵庫１１の制御部は、除霜モードの区間ｐにおいて、まず、冷凍室１８の温度上昇を抑制するために、ＦＣ冷却モードと同様に冷凍室１８を所定時間冷却する。
次に、冷蔵庫１１の制御部は、区間ｑにおいて、圧縮機５６を運転しながら二方弁４６を閉塞することによって、ドライヤ３７及び蒸発器２０に滞留する冷媒を主凝縮器２１と防露パイプ６０へ回収する。
そして、冷蔵庫１１の制御部は、区間ｒにおいて、圧縮機５６を停止させ、圧縮機５６内部の高圧側と低圧側を仕切るバルブ（図示略）などのシール部を介して、主凝縮器２１と防露パイプ６０に回収された高圧冷媒を蒸発器２０に逆流させる。蒸発器２０は、圧縮機５６の廃熱でさらに加熱された高圧冷媒によって加温される。
その後、冷蔵庫１１の制御部は、区間ｓにおいて、蒸発器２０に取り付けられた除霜ヒータ６２に通電して除霜を完了する。
そして、冷蔵庫１１の制御部は、区間ｔにおいて、二方弁４６を開放して冷凍サイクル内を均圧して、区間ｕから通常運転を再開する。
以上説明したように、冷蔵庫１１では、冷凍サイクルの高圧冷媒及び圧縮機の廃熱を利用して蒸発器を加温することにより、除霜ヒータの電力量を削減することができ、冷蔵庫の省エネルギー化を図ることができる。
特開平４−１９４５６４号公報
しかしながら、上述した従来の冷蔵庫の構成では、主凝縮器と防露パイプに回収された高圧冷媒を蒸発器の除霜に利用する際に、冷凍室の開口部周辺と熱結合された防露パイプの温度が低下して、ほぼ外気温度で維持される主凝縮器内の高圧冷媒が防露パイプ内部で凝縮する。
その結果、高圧圧力が低下して蒸発器に流入する冷媒量が減少し、除霜ヒータの電力量を十分削減することができない。
従って、回収された高圧冷媒を蒸発器の除霜に利用する際に、高圧圧力を維持することで、除霜ヒータの電力量を安定的に削減することが望まれる。
また、上述した従来の冷蔵庫の構成では、圧縮機の停止後に高圧冷媒を蒸発器に逆流させ、圧縮機の廃熱で加熱された高圧冷媒によって蒸発器を加温するが、圧縮機内部の高圧側と低圧側を仕切るバルブなどのシール部の漏れによる逆流を想定している。そのため、流量を調整することが困難であり、蒸発器に流入する冷媒量が減少し、除霜ヒータの電力量を十分削減することができない原因となる。
従って、回収された高圧冷媒を蒸発器の除霜に利用する際に、高圧冷媒が蒸発器に流入する際の流路抵抗を維持することで、除霜ヒータの電力量を安定的に削減することが望まれる。
本発明は、除霜ヒータの電力量を安定的に削減し、冷蔵庫の省エネルギー化を図ることを目的とする。
本発明に係る冷蔵庫は、圧縮機と、蒸発器と、主凝縮器と、防露パイプと、前記主凝縮器から前記防露パイプへの第一流路と並列に設けられ、前記蒸発器に接続されるバイパスと、前記主凝縮器の下流側に設けられ、前記第一流路と、前記主凝縮器から前記バイパスへの第二流路とを開閉する切換部と、前記蒸発器を除霜する場合、前記圧縮機の運転中に、前記第一流路および前記第二流路を閉塞することで、前記蒸発器、前記防露パイプ、及び前記バイパスに滞留する冷媒を前記主凝縮器に回収し、その後、前記圧縮機を停止させ、前記第二流路を開放することで、前記主凝縮器に回収された高圧冷媒を、前記バイパスを介して前記蒸発器に供給する制御部と、を含む。
本発明に係る冷蔵庫の運転方法は、圧縮機と、蒸発器と、主凝縮器と、防露パイプとを備えた冷蔵庫の運転方法であって、前記冷蔵庫には、前記主凝縮器から前記防露パイプへの第一流路と並列に設けられ、前記蒸発器に接続されるバイパスが設けられており、前記蒸発器を除霜する場合、前記圧縮機の運転中に、前記の第一流路と、前記主凝縮器から前記バイパスへの第二流路とを閉塞することで、前記蒸発器、前記防露パイプ、及び前記バイパスに滞留する冷媒を前記主凝縮器に回収し、その後、前記圧縮機を停止させ、前記第二流路を開放することで、前記主凝縮器に回収された高圧冷媒を、前記バイパスを介して前記蒸発器に供給する。
本発明によれば、除霜ヒータの電力量を安定的に削減でき、冷蔵庫の省エネルギー化を図ることができる。
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における冷蔵庫の除霜時の制御を示した図 本発明の実施の形態２における冷蔵庫のサイクル構成図 本発明の実施の形態２における冷蔵庫の除霜時の制御を示した図 従来の冷蔵庫の縦断面図 従来の冷蔵庫のサイクル構成図 従来の冷蔵庫の流路切換バルブの動作を示した図
まず、本発明の概要について説明する。
第１の発明は、少なくとも圧縮機、蒸発器、主凝縮器、防露パイプを有する冷凍サイクルを備え、主凝縮器の下流側に接続した流路切換バルブと、流路切換バルブの下流側に接続した防露パイプと、防露パイプと並列に接続したバイパスとを有し、蒸発器を除霜する際に、圧縮機を運転中に流路切換バルブを全閉にすることで、蒸発器及び防露パイプ内の滞留冷媒を回収した後、圧縮機を停止するとともに流路切換バルブをバイパス側に開放して回収した高圧冷媒を蒸発器に供給し、その所定時間後、除霜ヒータに通電するものである。
第１の発明によれば、冷凍サイクル内の冷媒を主凝縮器に回収して蒸発器の加温に利用する際に、流路抵抗の変動を抑制することで、除霜ヒータの電力量を安定的に削減することができ、冷蔵庫の省エネルギー化を図ることができる。
第２の発明は、第１の発明において、バイパス出口と防露パイプ出口の間に接続された流路抵抗を有し、流路切換バルブをバイパス側に開放して高圧冷媒を蒸発器に供給しながら蒸発器を除霜する際に、バイパス内の圧力を防露パイプ内よりも高い圧力に維持するものである。
第２の発明によれば、冷凍サイクル内の冷媒を主凝縮器に回収して蒸発器の加温に利用する際に、流路抵抗と高圧圧力の変動を抑制することで、除霜ヒータの電力量を安定的に削減することができ、冷蔵庫の省エネルギー化を図ることができる。
第３の発明は、第１または第２のいずれかの発明において、バイパス経路の一部と圧縮機を熱結合する熱交換部を有し、流路切換バルブをバイパス側に開放して高圧冷媒を蒸発器に供給しながら蒸発器を除霜する際に、圧縮機の廃熱を利用して高圧冷媒を加温するものである。
第３の発明によれば、冷凍サイクル内の冷媒を主凝縮器に回収して蒸発器の加温に利用する際に、圧縮機の廃熱を回収して蒸発器の加温に利用することで、除霜ヒータの電力量をさらに削減することができ、冷蔵庫の省エネルギー化を図ることができる。
第４の発明は、第３の発明において、熱交換部の上流側バイパスの流路抵抗を下流側バイパスよりも大きくするものである。
第４の発明によれば、バイパスを介して蒸発器に高圧冷媒を供給する際に、圧縮機と熱結合した熱交換部の冷媒温度を低下させることができ、圧縮機との温度差が拡大し、圧縮機の廃熱をより多く冷媒で受取ることができる。このため、蒸発器をより加温することが可能となり、除霜ヒータの電力量を更に削減することができ、冷蔵庫の省エネルギー化を図ることができる。
第５の発明は、第４の発明において、熱交換部の上流側バイパスをキャピラリチューブで構成するものである。
第５の発明によれば、熱交換部での冷媒温度を低下させ圧縮機との温度差の拡大による熱交換効率の向上とともに、熱交換部の上流のバイパスを小径化することで断熱壁内に容易に埋設することができ、配管外壁の温度低下による発汗のリスクを低減することができる。
第６の発明は、第４の発明において、熱交換部の上流側バイパスの入口に接続する流路切替バルブに、流路口径を調整可能とする絞り機能を内蔵するものである。
第６の発明によれば、熱交換部での冷媒温度を低下させ圧縮機との温度差の拡大による熱交換効率の向上とともに、絞り量を可変にすることで外気温度の変動によらず熱交換に最適な冷媒温度に調整することが可能となる。
第７の発明は、圧縮機と、蒸発器と、主凝縮器と、防露パイプとを備えた冷蔵庫の運転方法であって、前記冷蔵庫には、前記主凝縮器から前記防露パイプへの第一流路と並列に設けられ、前記蒸発器に接続されるバイパスが設けられており、前記蒸発器を除霜する場合、前記圧縮機の運転中に、前記の第一流路と、前記主凝縮器から前記バイパスへの第二流路とを閉塞することで、前記蒸発器、前記防露パイプ、及び前記バイパスに滞留する冷媒を前記主凝縮器に回収し、その後、前記圧縮機を停止させ、前記第二流路を開放することで、前記主凝縮器に回収された高圧冷媒を、前記バイパスを介して前記蒸発器に供給する。
第７の発明によれば、冷凍サイクル内の冷媒を主凝縮器に回収して蒸発器の加温に利用する際に、流路抵抗の変動を抑制することで、除霜ヒータの電力量を安定的に削減することができ、冷蔵庫の省エネルギー化を図ることができる。
以上、本発明の概要について説明した。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる各図において、図６、図７に示した構成要素と同一のもの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。また、本発明は、以下の実施の形態によって限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る冷蔵庫について、図１〜図３を用いて説明する。
図１は、実施の形態１の冷蔵庫の縦断面図である。図２は、実施の形態１の冷蔵庫のサイクル構成図である。図３は、実施の形態１の冷蔵庫の除霜時の制御を示した図である。
＜全体構成＞
図１に示すように、冷蔵庫１は、筐体１２、扉１３、筐体１２を支える脚１４、筐体１２の下部に設けられた下部機械室１５、筐体１２の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冷蔵室１７、筐体１２の下部に配置された冷凍室１８を有する。
また、図１及び図２に示すように、冷蔵庫１は、冷凍サイクルを構成する部品として、上部機械室１６に収容された圧縮機１９、冷凍室１８の背面側に収容された蒸発器２０、下部機械室１５内に収容された主凝縮器２１を有している。
また、図１に示すように、冷蔵庫１は、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、隔壁２２の風下側に設置された蒸発皿２４、下部機械室１５の底板２５を有している。
＜圧縮機１９＞
ここで、圧縮機１９は可変速圧縮機であり、２０〜８０ｒｐｓから選択された６段階の回転数を使用する。これは、配管などの共振を避けながら、圧縮機１９の回転数を低速〜高速の６段階に切り換えて冷凍能力を調整するためである。
圧縮機１９は、起動時は低速で運転し、冷蔵室１７あるいは冷凍室１８を冷却するための運転時間が長くなるに従って増速する。これは、最も高効率な低速を主として使用するとともに、高外気温や扉開閉などによる冷蔵室１７あるいは冷凍室１８の負荷の増大に対して、適切な比較的高い回転数を使用するためである。
この時、冷蔵庫１の冷却運転モードとは独立して圧縮機１９の回転数は制御されるが、蒸発温度が高く比較的冷凍能力が大きいＰＣ冷却モード（詳細は後述）の起動時の回転数をＦＣ冷却モード（詳細は後述）よりも低く設定してもよい。また、冷蔵室１７あるいは冷凍室１８の温度低下に伴って、圧縮機１９を減速しながら冷凍能力を調整してもよい。
＜機械室給排気＞
図１に示すように、冷蔵庫１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を有している。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を収容している。
＜冷凍サイクルの構成＞
また、図２に示すように、冷蔵庫１は、冷凍サイクルを構成する部品として、主凝縮器２１の下流側に位置し、循環する冷媒を乾燥するドライヤ３８、ドライヤ３８の下流側に位置し、冷媒の流れを制御する流路切換バルブ４０（切換部の一例）、流路切換バルブ４０の下流側に位置し、冷凍室１８の開口部周辺の筐体１２の外表面と熱結合された防露パイプ４１、防露パイプ４１と蒸発器４２とを接続する絞り４２、防露パイプ４１と並列に設けられ、流路切換バルブ４０の下流側と蒸発器２０とを接続するバイパス４３、バイパス４３の経路内で圧縮機１９と熱結合する熱交換部４４、熱交換部４４の上流側に位置する流路抵抗部７０を有している。
ここで、流路切換バルブ４０は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路（第一流路の一例）および主凝縮器２１からバイパス４３への流路（第二流路の一例）それぞれを開閉することができる。通常、流路切換バルブ４０は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を開の状態に、主凝縮器２１からバイパス４３への流路を閉の状態に維持しており、後に説明する除霜時のみ流路の開閉を行う。
＜庫内構成及び冷気の流れ＞
また、図１に示すように、冷蔵庫１は、蒸発器２０で発生する冷気を冷蔵室１７と冷凍室１８に供給する蒸発器ファン３０、冷凍室１８に供給される冷気を遮断する冷凍室ダンパー３１、冷蔵室１７に供給される冷気を遮断する冷蔵室ダンパー３２、冷蔵室１７に冷気を供給するダクト３３、冷凍室１８の温度を検知するＦＣＣ温度センサ３４、冷蔵室１７の温度を検知するＰＣＣ温度センサ３５、蒸発器２０の温度を検知するＤＥＦ温度センサ３６を有している。
ここで、ダクト３３は、冷蔵室１７と上部機械室１６が隣接する壁面に沿って形成されている。ダクト３３は、ダクト３３を通過する冷気の一部を、冷蔵室１７の中央付近から排出する。また、ダクト３３は、ダクト３３を通過する冷気の多くを、上部機械室１６に隣接する壁面を冷却しながら通過させた後、冷蔵室１７の上部から排出する。
また、図示は省略するが、冷蔵庫１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリなどを含む制御部を有する。制御部は、上述した各構成要素を制御し、後述する動作を実行する。
＜動作＞
以下、上述した冷蔵庫１の動作を説明する。
＜ＯＦＦモード、ＰＣ冷却モード、ＦＣ冷却モードについて＞
ファン２３、圧縮機１９、及び蒸発器ファン３０が停止している冷却停止状態（以下、この動作を「ＯＦＦモード」という）において、ＦＣＣ温度センサ３４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＮ温度まで上昇するか、あるいは、ＰＣＣ温度センサ３５が検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＮ温度まで上昇すると、冷蔵庫１の制御部（以下、単に制御部という）は、冷凍室ダンパー３１を閉とし、冷蔵室ダンパー３２を開とし、圧縮機１９、ファン２３、及び蒸発器ファン３０を駆動する（以下、この動作を「ＰＣ冷却モード」という）。
ＰＣ冷却モードでは、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から外部の空気が吸引され、蒸発皿２４側が正圧となり、下部機械室１５内の空気が複数の排出口２７から外部へ排出される。
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、ドライヤ３８で水分除去され、流路切換バルブ４０を介して防露パイプ４１へ供給される。防露パイプ４１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を介して放熱して凝縮した後、絞り４２で減圧される。そして、減圧された冷媒は、蒸発器２０で蒸発しながら冷蔵室１７の庫内空気と熱交換を行い、冷蔵室１７を冷却しながら、気体冷媒として圧縮機１９に還流される。
ＰＣ冷却モード中に、ＦＣＣ温度センサ３４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降上昇するとともに、ＰＣＣ温度センサ３５の検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降すると、制御部は、ＰＣ冷却モードからＯＦＦモードに遷移させる。
また、ＰＣ冷却モード中に、ＦＣＣ温度センサ３４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＦＦ温度より高い温度を示すとともに、ＰＣＣ温度センサ３５が検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降すると、制御部は、冷凍室ダンパー３１を開とし、冷蔵室ダンパー３２を閉とし、圧縮機１９、ファン２３、および蒸発器ファン３０を駆動する。
以降、制御部は、ＰＣ冷却モードと同様に冷凍サイクルを稼動させることにより、冷凍室１８の庫内空気と蒸発器２０を熱交換させて冷凍室１８を冷却する（以下、この動作を「ＦＣ冷却モード」という）。
ＦＣ冷却モード中に、ＦＣＣ温度センサ３４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降するとともに、ＰＣＣ温度センサ３５が検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＮ温度以上を示すと、制御部は、ＦＣ冷却モードからＰＣ冷却モードに遷移させる。
また、ＦＣ冷却モード中に、ＦＣＣ温度センサ３４が検知する温度が所定値のＦＣＣ＿ＯＦＦ温度まで下降するとともに、ＰＣＣ温度センサ３５が検知する温度が所定値のＰＣＣ＿ＯＮ温度より低い温度を示すと、制御部は、ＦＣ冷却モードからＯＦＦモードに遷移させる。
次に、図３を参照しながら、実施の形態１の冷蔵庫１の除霜時の制御について説明する。
図３において、流路切換バルブ４０の状態を示す「開閉」は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を開放して、主凝縮器２１からバイパス４３への流路を閉塞することを意味する。
また、図３において、流路切換バルブ４０の状態を示す「閉開」は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を閉塞して、主凝縮器２１からバイパス４３への流路を開放することを意味する。
また、図３において、流路切換バルブ４０の状態を示す「閉閉」は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を閉塞して、主凝縮器２１からバイパス４３への流路を閉塞することを意味する。
圧縮機１９の積算運転時間が所定時間に達すると、蒸発器２０の着霜を加温して融解する除霜モードに移行する。
制御部は、除霜モードの区間ａにおいて、まず、冷凍室１８の温度上昇を抑制するために、ＦＣ冷却モードと同様に、冷凍室１８を所定時間冷却する。
次に、制御部は、区間ｂにおいて、圧縮機１９を運転しながら流路切換バルブ４０を全閉することによって、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路と主凝縮器２１からバイパス４３への流路を両方とも閉塞させ、防露パイプ４１、蒸発器２０、及びバイパス４３に滞留する冷媒を、主凝縮器２１へ回収する。
そして、制御部は、区間ｃにおいて、圧縮機１９を停止するとともに、流路切換バルブ４０を切換えて主凝縮器２１からバイパス４３への流路を開放することで、バイパス４３を介して主凝縮器２１に回収された高圧冷媒を蒸発器２０に供給する。
この時、バイパス４３に設けられた流路抵抗部７０と熱交換部４４で高圧冷媒が停止中の圧縮機１９の廃熱によって加温され、乾き度が増大する。これは、区間ｂにおいて高圧冷媒が主凝縮器２１に回収される際に外気に放熱して大部分が凝縮するためである。従って、区間ｃにおいて高圧冷媒が熱交換部４４で加温されずに蒸発器２０に供給される場合に比べて、外気温度に維持された高圧冷媒の顕熱に加えて凝縮潜熱による熱量を蒸発器２０に加えることができる。
次に、制御部は、区間ｄにおいて、蒸発器２０に取り付けられた除霜ヒータ（図示略。以下同様）に通電して除霜を完了する。除霜の完了は、ＤＥＦ温度センサ３６が検知する温度が所定温度に達したことで判断される。
そして、制御部は、区間ｅにおいて、流路切換バルブ４０を切換えて主凝縮器２１からバイパス４３への流路を閉塞するとともに、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を開放して冷凍サイクル内を均圧し、区間ｆから通常運転を再開する。
以上のように、実施の形態１の冷蔵庫１は、除霜の際に蒸発器２０及び防露パイプ４１に滞留する冷媒を主凝縮器２１に回収し、バイパス４３を介して蒸発器２０に高圧冷媒を供給する際に、熱交換部４４の上流の流路抵抗部７０により冷媒温度を低下させる。これにより、圧縮機１９との温度差が拡大し、圧縮機１９と熱結合する熱交換部４４での熱交換効率が向上し、圧縮機１９の廃熱をより多くの冷媒が受け取り、蒸発器２０を加温できる。よって、冷蔵庫１は、除霜ヒータの電力量を削減することができ、省エネルギー化を図ることができる。
なお、実施の形態１の冷蔵庫１では、主凝縮器２１が強制空冷タイプの凝縮器である場合を例に挙げて説明したが、主凝縮器２１として、筐体１２の側面や背面に熱結合される防露パイプを用いてもよい。冷蔵室１７や冷凍室１８の開口部周辺と熱結合される防露パイプと異なり、筐体１２の側面や背面に熱結合される防露パイプは、圧縮機１９が停止中でも外気温度近傍に維持されるので、主凝縮器２１として利用しても同様の効果が期待できる。
また、実施の形態１の冷蔵庫１では、流路切換バルブ４０と蒸発器２０をバイパス４３で接続する場合を例に挙げて説明したが、除霜の際に蒸発器２０へ供給する高圧冷媒の流速が速すぎて流動音が発生する場合、流速を調整するための流路抵抗をバイパス４３と直列に接続してもよい。
また、実施の形態１の冷蔵庫１では、除霜の際に高圧冷媒を防露パイプ４１と絞り４２を経由せずに蒸発器２０へ直接供給することで、圧縮機１９が停止した際に主凝縮器２１よりも低温となる防露パイプ４１の影響で高圧冷媒の温度が低下することを回避する構成としたが、除霜の進行により蒸発器２０の温度が防露パイプ４１よりも高くなると、絞り４２を介して高圧冷媒が蒸発器２０から防露パイプ４１へ逆流する可能性がある。よって、防露パイプ４１の出口から蒸発器２０の入口の経路内に逆流を防止する逆止弁または二方弁を設けてもよい。
また、実施の形態１の冷蔵庫１において、流路抵抗部７０に替えて、熱交換部４４の上流側のバイパスを、キャピラリチューブを用いて構成してもよい。これにより、熱交換部４４での冷媒温度を低下させ、圧縮機１９との温度差の拡大によって熱交換効率を向上させることができるとともに、熱交換部４４の上流のバイパスを小径化することで断熱壁内に容易に埋設することができ、配管外壁の温度低下による発汗のリスクを低減することができる。
また、実施の形態１の冷蔵庫１において、流路抵抗部７０に替えて、熱交換部４４の上流側のバイパスの入口に接続する流路切替バルブ４０に、流路口径を調整可能とする絞り機能を内蔵してもよい。絞り機能を内蔵する流路切換バルブとしては、例えば特開２００２−１２２３６６号公報に開示されているものを適用してもよい。これにより、熱交換部４４での冷媒温度を低下させ、圧縮機１９との温度差の拡大によって熱交換効率を向上させることができるとともに、絞り量を可変にすることで外気温度の変動によらず熱交換に最適な冷媒温度に調整することが可能となる。
また、実施の形態１の冷蔵庫１では、除霜のために冷媒が受け取る熱源を圧縮機１９の廃熱としたが、これに限定されない。例えば、流路抵抗部７０の口径を調整することにより、バイパス４３を固定する筐体１２や主凝縮器２１など、圧縮機１９以外も外気温度近傍の部材であれば、熱源として利用することができる。
また、流路抵抗部７０の口径を調整することにより、圧縮機１９が長時間停止して外気温度や凝縮器２０に滞留する冷媒との温度差が小さくなった場合でも、熱交換に最適な冷媒温度に調整することが可能となる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、冷蔵庫１が備える冷凍サイクルが図２に示す構成である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。本実施の形態では、冷蔵庫１が図２と異なる冷凍サイクルを備えるものとし、その例について、図４、図５を用いて以下に説明する。なお、本実施の形態の冷蔵庫１の全体構成は、図１と同様であるので、ここでの説明は省略する。
図４は、実施の形態２の冷蔵庫のサイクル構成図である。図５は、実施の形態２の冷蔵庫の除霜時の制御を示した図である。なお、図４及び図５において、実施の形態１で説明した構成要素（図１〜図３に示した構成要素）と同一の構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４に示す構成は、図２に示す構成と比べて、流路切換バルブ４０の代わりに流路切換バルブ（例えば、二方弁）４５を備える点と、第二の防露パイプ４７及び第二の絞り４８を備える点とが異なる。
第二の防露パイプ４７及び第二の絞り４８は、防露パイプ４１及び絞り４２と並列に設けられ、かつ、バイパス４３と並列に設けられている。そして、第二の防露パイプ４７及び第二の絞り４８は、流路切換バルブ４５の下流側と蒸発器２０とを接続する。
流路切換バルブ４５は、ドライヤ３８の下流側に位置し、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路、主凝縮器２１からバイパス４３への流路、及び主凝縮器２１から第二の防露パイプ４７への流路それぞれを開閉することができる。ＰＣ冷却モード、ＦＣ冷却モード、及びＯＦＦモードにおいては、流路切換バルブ４５は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路あるいは主凝縮器２１から第二の防露パイプ４７への流路を開閉するとともに、主凝縮器２１からバイパス４３への流路を閉の状態に維持しており、除霜モードにおいてのみバイパス４３への流路の開閉を行う。
ここで、第二の防露パイプ４７は、筐体１２の背面と熱結合されるものであり、ＰＣ冷却モードやＦＣ冷却モードなどの通常運転中に、防露パイプ４１及び絞り４２の経路と、第二の防露パイプ４７及び絞り４８の経路とを切換えながら、冷媒を流通させるものである。
防露パイプ４１は、冷蔵庫１１の外表面で最も低温となる冷凍室１８の開口部周辺の筐体１２の外表面と熱結合している。そのため、外気が高湿度である場合、防露パイプ４１を常時使用する必要があるが、第二の防露パイプ４７に比べて冷蔵庫１１の庫内に熱侵入する割合が高く、冷蔵庫１１の熱負荷量を増大させる要因となる。そこで、外気が低湿度である場合は、防露パイプ４１の使用頻度を下げて、代わりに第二の防露パイプ４７を利用することで熱負荷量を抑制することができる。
＜動作＞
以下、上述した冷蔵庫１の動作を説明する。
ＰＣ冷却モード及びＦＣ冷却モードの場合、制御部は、圧縮機１９が起動した時刻から所定時間毎に複数の区間に分け、１つの区間の外気の湿度に応じて、防露パイプ４１を使用する割合と第二の防露パイプ４７を使用する割合を変更する。
例えば、ある区間において外気が相対湿度５０％である場合、制御部は、その区間の前半６０％の時間では防露パイプ４１を使用し、後半４０％の時間では第二の防露パイプ４７を使用するように、流路切換バルブ４５を切換えながら冷凍サイクルを動作させる。
ＯＦＦモードの場合、制御部は、常に防露パイプ４１の流路を開放するように流路切換バルブ４５の状態を固定する。
次に、図５を参照しながら、実施の形態２の冷蔵庫１の除霜時の制御について説明する。
図５において、流路切換バルブ４５の状態を示す「開閉閉」は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を開放して、主凝縮器２１から第二の防露パイプ４１への流路を閉塞して、主凝縮器２１からバイパス４３への流路を閉塞することを意味する。
また、図５において、流路切換バルブ４５の状態を示す「閉開閉」は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を閉塞して、主凝縮器２１から第二の防露パイプ４１への流路を開放して、主凝縮器２１からバイパス４３への流路を閉塞することを意味する。
また、図５において、流路切換バルブ４５の状態を示す「閉閉開」は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を閉塞して、主凝縮器２１から第二の防露パイプ４１への流路を閉塞して、主凝縮器２１からバイパス４３への流路を開放することを意味する。
また、図５において、流路切換バルブ４５の状態を示す「閉閉閉」は、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を閉塞して、主凝縮器２１から第二の防露パイプ４１への流路を閉塞して、主凝縮器２１からバイパス４３への流路を閉塞することを意味する。
圧縮機１９の積算運転時間が所定時間に達すると、蒸発器２０の着霜を加温して融解する除霜モードに移行する。
制御部は、除霜モードの区間ａ２において、まず、冷凍室１８の温度上昇を抑制するために、ＦＣ冷却モードと同様に冷凍室１８を所定時間冷却する。
次に、制御部は、区間ｂ２において、圧縮機１９を運転しながら流路切換バルブ４５を全閉することによって、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路、主凝縮器２１から第二の防露パイプ４７への流路、及び、主凝縮器２１からバイパス４３への流路をいずれも閉塞し、防露パイプ４１、第二の防露パイプ４７、バイパス４３及び蒸発器２０に滞留する冷媒を主凝縮器２１へ回収する。
そして、制御部は、区間ｃ２において、圧縮機１９を停止するとともに、流路切換バルブ４５を切換えて主凝縮器２１からバイパス４３への流路を開放することで、バイパス４３を介して主凝縮器２１に回収された高圧冷媒を蒸発器２０に供給する。
この時、バイパス４３に設けられた流路抵抗部７０と熱交換部４４で高圧冷媒が停止中の圧縮機１９の廃熱によって加温され、乾き度が増大する。これは、区間ｂ２において高圧冷媒が主凝縮器２１に回収される際に外気に放熱して大部分が凝縮するためである。従って、区間ｃ２において高圧冷媒が熱交換部４４で加温されずに蒸発器２０に供給される場合に比べて、外気温度に維持された高圧冷媒の顕熱に加えて凝縮潜熱による熱量を蒸発器２０に加えることができる。
次に、制御部は、区間ｄ２において、蒸発器２０に取り付けられた除霜ヒータに通電して除霜を完了する。除霜の完了は、ＤＥＦ温度センサ３６が検知した温度が所定温度に達したことで判断される。
そして、制御部は、区間ｅ２において、流路切換バルブ４５を切換えて主凝縮器２１からバイパス４３への流路を閉塞するとともに、主凝縮器２１から防露パイプ４１への流路を開放し、冷凍サイクル内を均圧し、区間ｆ２から通常運転を再開する。
以上のように、実施の形態２の冷蔵庫１は、通常運転中に防露パイプ４１と第二の防露パイプ４７を切換えながら使用することで、熱負荷量を抑制することができる。また、実施の形態２の冷蔵庫１は、除霜の際に防露パイプ４１、第二の防露パイプ４７及び蒸発器２０に滞留する冷媒を主凝縮器２１に回収し、圧縮機１９と熱結合する熱交換部４４を有するバイパス４３を介して蒸発器２０に高圧冷媒を供給して蒸発器２０を加温する。よって、冷蔵庫１は、除霜ヒータの電力量を削減することができ、冷蔵庫の省エネルギー化を図ることができる。
なお、実施の形態２の冷蔵庫１では、主凝縮器２１が強制空冷タイプの凝縮器である場合を例に挙げて説明したが、主凝縮器２１として、筐体１２の側面や背面に熱結合される防露パイプを用いてもよい。冷蔵室１７や冷凍室１８の開口部周辺と熱結合される防露パイプと異なり、筐体１２の側面や背面に熱結合される防露パイプは圧縮機１９が停止中でも外気温度近傍に維持されるので、主凝縮器２１として利用しても同様の効果が期待できる。
なお、実施の形態２の冷蔵庫１では、流路切換バルブ４５と蒸発器２０をバイパス４３で接続する場合を例に挙げて説明したが、除霜の際に蒸発器２０へ供給する高圧冷媒の流速が早すぎて流動音が発生する場合、流速を調整するための流路抵抗をバイパス４３と直列に接続してもよい。
また、実施の形態２の冷蔵庫１では、除霜の際に高圧冷媒を防露パイプ４１と絞り４２を経由せずに蒸発器２０へ直接供給することで、圧縮機１９が停止した際に主凝縮器２１よりも低温となる防露パイプ４１の影響で高圧冷媒の温度が低下することを回避する構成としたが、除霜の進行により蒸発器２０の温度が防露パイプ４１よりも高くなると、絞り４２を介して高圧冷媒が蒸発器２０から防露パイプ４１へ逆流する可能性がある。よって、防露パイプ４１の出口から蒸発器２０の入口の経路内に逆流を防止する逆止弁または二方弁を設けてもよい。
以上説明したように、本発明の実施の形態１、２に係る冷蔵庫は、蒸発器に加えて、冷凍室の開口部周辺と熱結合された防露パイプに滞留する冷媒も同時に回収して主凝縮器に回収するとともに、回収された高圧冷媒を蒸発器の除霜に利用する際に、バイパス回路を介して蒸発器に供給することを特徴とするものである。これによって、回収された高圧冷媒を蒸発器の除霜に利用する際に、高圧圧力や流路抵抗の変動を抑制することで、除霜ヒータの電力量を安定して削減することができる。
また、本発明の実施の形態１、２に係る冷蔵庫は、回収された高圧冷媒を蒸発器の除霜に利用する際に、バイパス回路を介して蒸発器に供給するとともに、バイパス回路と圧縮機を熱結合することを特徴とするものである。これによって、高圧冷媒を蒸発器に供給する際に圧縮機の廃熱を回収して蒸発器の加温に利用することで、除霜ヒータの電力量をさらに削減することができる。
本発明は、上記実施の形態の説明に限定されず、種々の変形が可能である。
本発明にかかる冷蔵庫は、蒸発器及び防露パイプに滞留する冷媒を主凝縮器に回収し、冷凍サイクル内の高圧冷媒が圧力差により蒸発器に流入して蒸発器を加温するエネルギーを利用して、除霜用電気ヒータの出力を削減する冷蔵庫（家庭用冷蔵庫、または、スーパーマーケットや飲食店などの業務用冷蔵庫など）に適用できる。
１、１１ 冷蔵庫
１２ 筐体
１３ 扉
１４ 脚
１５ 下部機械室
１６ 上部機械室
１７ 冷蔵室
１８ 冷凍室
１９、５６ 圧縮機
２０ 蒸発器
２１ 主凝縮器
２２ 隔壁
２３ ファン
２４、５７ 蒸発皿
２５ 底板
２６ 吸気口
２７ 排出口
２８ 連通風路
３０、５０ 蒸発器ファン
３１、５１ 冷凍室ダンパー
３２、５２ 冷蔵室ダンパー
３３、５３ ダクト
３４、５４ ＦＣＣ温度センサ
３５、５５ ＰＣＣ温度センサ
３６、５８ ＤＥＦ温度センサ
３７、３８ ドライヤ
４０、４５ 流路切換バルブ
４１、６０ 防露パイプ
４２ 絞り
４３ バイパス
４４ 熱交換部
４６ 二方弁
４７ 第二の防露パイプ
４８ 第二の絞り
７０ 流路抵抗部

Claims (7)

  1. 圧縮機と、
    蒸発器と、
    主凝縮器と、
    防露パイプと、
    前記主凝縮器から前記防露パイプへの第一流路と並列に設けられ、前記蒸発器に接続されるバイパスと、
    前記主凝縮器の下流側に設けられ、前記第一流路と、前記主凝縮器から前記バイパスへの第二流路とを開閉する切換部と、
    前記蒸発器を除霜する場合、前記圧縮機の運転中に、前記第一流路および前記第二流路を閉塞することで、前記蒸発器、前記防露パイプ、及び前記バイパスに滞留する冷媒を前記主凝縮器に回収し、その後、前記圧縮機を停止させ、前記第二流路を開放することで、前記主凝縮器に回収された高圧冷媒を、前記バイパスを介して前記蒸発器に供給する制御部と、
    を含む冷蔵庫。
  2. 前記バイパスは、流路抵抗部を有し、
    前記制御部は、前記高圧冷媒を前記主凝縮器から前記バイパスを介して前記蒸発器に供給する際に、前記バイパス内の圧力を前記防露パイプ内の圧力よりも高い圧力に維持する、
    請求項１に記載の冷蔵庫。
  3. 前記バイパスは、前記圧縮機と熱結合する熱交換部を有し、
    前記制御部は、前記高圧冷媒を前記主凝縮器から前記バイパスを介して前記蒸発器に供給する際に、前記圧縮機の廃熱を利用して前記高圧冷媒を加温する、
    請求項１または２に記載の冷蔵庫。
  4. 前記バイパスにおいて、前記熱交換部の上流側の流路抵抗は、前記熱交換部の下流側の流路抵抗よりも大きい、
    請求項３に記載の冷蔵庫。
  5. 前記バイパスにおいて、前記熱交換部の上流側をキャピラリチューブで構成する、
    請求項４に記載の冷蔵庫。
  6. 前記切替部は、前記第二流路の口径を調整可能とする絞り機能を備える、
    請求項４に記載の冷蔵庫。
  7. 圧縮機と、蒸発器と、主凝縮器と、防露パイプとを備えた冷蔵庫の運転方法であって、
    前記冷蔵庫には、前記主凝縮器から前記防露パイプへの第一流路と並列に設けられ、前記蒸発器に接続されるバイパスが設けられており、
    前記蒸発器を除霜する場合、前記圧縮機の運転中に、前記の第一流路と、前記主凝縮器から前記バイパスへの第二流路とを閉塞することで、前記蒸発器、前記防露パイプ、及び前記バイパスに滞留する冷媒を前記主凝縮器に回収し、
    その後、前記圧縮機を停止させ、前記第二流路を開放することで、前記主凝縮器に回収された高圧冷媒を、前記バイパスを介して前記蒸発器に供給する、
    冷蔵庫の運転方法。
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