以下、本発明の実施形態である。
<実施例1>
本発明に関する冷蔵庫の実施例1について説明する。図1は実施例1に係わる冷蔵庫の正面図、図2は図1のA−A断面図、図3は図2のB−B断面図である。冷蔵庫1の箱体10は、上方から冷蔵室2、左右に併設された製氷室3と上段冷凍室4、下段冷凍室5、野菜室6の順番で貯蔵室を有している。冷蔵庫1はそれぞれの貯蔵室の開口を開閉するドアを備えている。これらのドアは、冷蔵室2の開口を開閉する、左右に分割された回転式の冷蔵室ドア2a、2bと、製氷室3、上段冷凍室4、下段冷凍室5、野菜室6の開口をそれぞれ開閉する引き出し式の製氷室ドア3a、上段冷凍室ドア4a、下段冷凍室ドア5a、野菜室ドア6aである。以下では、製氷室3、上段冷凍室4、下段冷凍室5は、まとめて冷凍室7と呼ぶ。
冷凍室7は、基本的に庫内を冷凍温度帯(0℃未満)の例えば平均的に−18℃程度にした貯蔵室であり、冷蔵室2及び野菜室は庫内を冷蔵温度帯(0℃以上)とし、例えば冷蔵室2は平均的に4℃程度、野菜室は平均的に7℃程度にした貯蔵室である。
ドア2aには庫内の温度設定の操作を行う操作部26を設けている。冷蔵庫1とドア2a、2bを固定するためにドアヒンジ(図示せず)が冷蔵室2上部及び下部に設けてあり、上部のドアヒンジはドアヒンジカバー16で覆われている。
図2に示すように、外箱10aと内箱10bとの間に発泡断熱材(例えば発泡ウレタン)を充填して形成される箱体10により、冷蔵庫1の庫外と庫内は隔てられている。箱体10には発泡断熱材に加えて複数の真空断熱材25を、鋼板製の外箱10aと合成樹脂製の内箱10bとの間に実装している。冷蔵室2と、上段冷凍室4及び製氷室3は断熱仕切壁28によって隔てられ、同様に下段冷凍室5と野菜室6は断熱仕切壁29によって隔てられている。また、製氷室3、上段冷凍室4、及び下段冷凍室5の各貯蔵室の前面側には、ドア3a、4a、5aの隙間から冷凍室7内の空気が庫外へ漏れ、庫外の空気が各貯蔵室に侵入しないよう、断熱仕切壁30を設けている。
冷蔵室2のドア2a、2bの庫内側に複数のドアポケット33a、33b、33cを設け、また複数の棚34a、34b、34c、34dを設けることで、冷蔵室2内は複数の貯蔵スペースに区画されている。冷凍室7及び野菜室6には、それぞれドア3a、4a、5a、6aと一体に引き出される製氷室容器(図示せず)、上段冷凍室容器4b、下段冷凍室容器5b、野菜室容器6bを備えている
断熱仕切壁28の上方には、冷蔵室2の温度帯よりも低めに設定されたチルドルーム35を設けている。本チルドルームは、例えば後述するR蒸発器14aとRファン9aの制御、及び断熱仕切壁28内に設けたヒータ(図示せず)により、冷蔵温度帯の例えば約0〜3℃にするモードと冷凍温度帯の例えば約−3〜0℃にするモードに切換えることができる。
冷蔵用蒸発器であるR蒸発器14aは冷蔵室2の略背部に備えた冷蔵用蒸発器室であるR蒸発器室8a内に設けてある。R蒸発器14aと熱交換して低温になった空気は、R蒸発器14aの上方に設けた冷蔵用ファンであるRファン9aにより、冷蔵室風路11、冷蔵室吐出口11aを介して冷蔵室2に送風され、冷蔵室2内を冷却する。冷蔵室2に送風された空気は冷蔵室戻り口15a及び15b(図3参照)からR蒸発器室8aに戻り、再びR蒸発器14aにより冷却される。
冷凍用蒸発器であるF蒸発器14bは冷凍室7の略背部に備えた冷凍用蒸発器室であるF蒸発器室8b内に設けてある。F蒸発器14bと熱交換して低温になった空気は、F蒸発器14bの上方に設けた冷凍用ファンであるFファン9bにより、冷凍室風路12、冷凍室吐出口12aを介して冷凍室7に送風し、冷凍室7内を冷却する。冷凍室7に送風された空気は冷凍室戻り口17からF蒸発器室8bに戻り、再びF蒸発器14bにより冷却される。
本実施例の冷蔵庫1では、野菜室6もF蒸発器14bで低温にした空気で冷却する。F蒸発器14bで低温になったF蒸発器室8bの空気は、Fファン9bにより野菜室風路(図示せず)、野菜室ダンパ(図示せず)を介して野菜室6に送風し、野菜室6内を冷却する。野菜室6が低温の場合は、野菜室ダンパを閉じることで野菜室6の冷却を抑える。なお、野菜室6に送風された空気は断熱仕切壁29の下部前方に設けた野菜室側の冷気戻り部18aから野菜室冷気戻りダクト18を介してF蒸発器室8bの下部に戻る。
冷蔵室2、冷凍室7、野菜室6の庫内背面側には、それぞれ冷蔵室温度センサ41、冷凍室温度センサ42、野菜室温度センサ43を設け、R蒸発器14aの上部にはR蒸発器温度センサ40a、F蒸発器14bの上部にはF蒸発器温度センサ40bを設け、これらのセンサにより、冷蔵室2、冷凍室7、野菜室6、R蒸発器14a、及びF蒸発器14bの温度を検知している。また、冷蔵庫1の天井部のドアヒンジカバー16の内部には、外気(庫外空気)の温度を検知する外気温度センサ37と湿度を検知する湿度センサ38を設けている。その他のセンサとして、ドア2a、2b、3a、4a、5a、6aの開閉状態をそれぞれ検知するドアセンサ(図示せず)等も設けている。
図2及び図3に示すように、F蒸発器室8bの下部には、F蒸発器14bを加熱する除霜ヒータ21を設けている。除霜ヒータ21は、例えば50W〜200Wの電気ヒータで、本実施例では90Wのラジアントヒータとしている。F蒸発器14bの除霜時に発生した除霜水(融解水)はF蒸発器室8bの下部に設けたトイ23bに落下し、排水口22b、F排水管27bを介して圧縮機24の上部に設けた蒸発皿32に排出される。
また、R蒸発器14aの除霜方法については図8を用いて後述するが、R蒸発器14aの除霜時に発生した除霜水は、R蒸発器室8aの下部に設けたトイ23aに落下し、排水口22a、R排水管27aを介して圧縮機24の上部に設けた蒸発皿32に排出される。
図3に示すように、トイ23aにはトイ23aでの除霜水が凍結した際に除霜水を融解させるトイヒータ101を設けている。また、R排水管27aには排水管上部ヒータ102及び排水管下部ヒータ103を設けている。なお各ヒータ101、102,103は、例えば消費電力20W以下と、除霜ヒータ21よりも消費電力が低い電気ヒータであり、本実施例ではトイヒータ101が6W,排水管上部ヒータ102が3W、排水管下部ヒータ103が1Wのヒータとしている。
図4はR排水管27aの構成を示す図である。図中の201、202は、図3に示す201、202と同じ高さ位置を示し、範囲201は冷凍室7及びF蒸発器室8bの高さ範囲を表し、範囲202は断熱仕切壁28から断熱仕切壁29の下端までの高さ範囲を表す。
R排水管27aは、上部は冷凍室7及びF蒸発器室8bから離れるよう排水口22aから外箱10a側に向かうよう外向きに傾斜しながら下方に向けて設けられており、この区間に排水管上部ヒータ102を設けている。その下部のR排水管27aは外箱10aの略近傍に設けられており、断熱仕切壁29の下端まで排水管下部ヒータ103を設けている。その下部(断熱仕切壁29よりも下部)のR排水管27aは蒸発皿32に除霜水が排出されるよう内向きに傾斜している。なお、本実施例では、排水管上部ヒータ102と排水管下部ヒータ103は何れも熱伝導率の高いアルミシールによりR排水管27aに固定しており、これにより、ヒータ線が直接触れていない箇所もアルミシールによる熱伝導で加熱できる構成にしている。
上記のように排水管上部ヒータ102と排水管下部ヒータ103を配設したことで、排水管上部ヒータ102と排水管下部ヒータ103の上端は、範囲201の上端よりも高い位置まで設けられ、また下端は範囲201の下端よりも低い位置まで設けられている。範囲201内のR排水管27aは、冷凍温度帯の冷凍室7及びF蒸発器室8bにより冷却されるため、R排水管27a内がマイナス温度となり、R排水管27a内で除霜水が凍結する可能性がある。一方、範囲201に排水管上部ヒータ102と排水管下部ヒータ103を設けることで、排水管内で水が凍結した場合も融解させることができ、すなわちR排水管27aから蒸発皿32(図3参照)に排水することができる。
さらに、排水管上部ヒータ102の上端は、範囲202の上端と同等または又はそれよりも高い位置となるよう設けられ、排水管下部ヒータ103の下端は範囲202の下端と同等またはそれよりも低い位置となるよう設けられている。断熱仕切壁28及び断熱仕切壁29は、冷凍温度帯の冷凍室7及びF蒸発器室8bと接しており、少なくとも一部はマイナス温度になる。従って、断熱仕切壁28及び断熱仕切壁29の高さ範囲のR排水管27a内もマイナス温度となる可能性があるが、範囲202と同等以上の範囲まで排水管上部ヒータ102と排水管下部ヒータ103を設けることで、より確実にR排水管27aから蒸発皿32(図3参照)に排水することができる。なお、R排水管27aのうち断熱仕切壁28内部の箇所は、直接断熱仕切壁28により冷却されて低温になり易いため、特にこの箇所に排水管上部ヒータ102を設けることが有効である。
ここで、図2、図3に示すように、トイ23aにはRファン9aを駆動させると冷蔵室2から冷蔵室蒸発器14aへの戻り空気が流れる構成にしている。後述するR蒸発器14aの除霜運転時はRファン9aを駆動させるため、このプラス温度の戻り空気でトイ23aを加熱することができる。これにより、トイ23aでの除霜水の凍結を抑制し、また凍結した場合も融解に必要なトイヒータ101の加熱量を抑制することができ省エネルギー性能を高めることができる。
また、排水管27a下部(排水管下部ヒータ103を設けた箇所)は、冷凍室7及びF蒸発器室8bよりも外箱10aに近接させている。これにより、特に外気高温時、外箱10aを介して外気により加熱することができるため、排水管27a下部での凍結を抑制し、また凍結した場合も排水管下部ヒータ103の加熱量を抑制することができ省エネルギー性能を高めることができる。一方、外気が低温の場合は排水管下部ヒータ103を加熱して除霜水が確実に排出できるようにしている。加えて、R排水管27aは約0℃の除霜水が流れるため、R排水管27aに近接した外箱10aが除霜水により冷却され、露点温度よりも低温になる可能性があるが、排水管下部ヒータ103を設けたことで、外気が高湿の場合は後述するR第一除霜運転とR第二除霜運転時に排水管下部ヒータ103に通電して外箱10aの温度低下を抑え、外箱10aへの結露を抑制することができる。
冷蔵庫1の上部(図2参照)には、制御装置の一部であるCPU、ROMやRAM等のメモリ、インターフェース回路等を搭載した制御基板31を配置している。制御基板31は、冷蔵室温度センサ41、冷凍室温度センサ42、野菜室温度センサ43、蒸発器温度センサ40a、40b等と接続され、前述のCPUは、これらの出力値や操作部26の設定、前述のROMに予め記録されたプログラム等を基に、圧縮機24やRファン9a、冷蔵用ファン9b、前述の各ヒータ21、101、102、103、及び後述する冷媒制御弁52の制御等を行っている。
図5は、実施例1の冷蔵庫における電気ヒータ配線を示す回路図である。除霜ヒータ21、トイヒータ101、排水管上部ヒータ102、排水管下部ヒータ103は制御基板31に接続されており、制御基板31により加熱の制御がなされる。ここで、除霜ヒータ21は制御基板31のピンP1とP4に接続され、トイヒータ101はピンP2とP4、排水管下部ヒータ103はピンP3とP4に接続されており、これらは独立して制御することができる。一方、排水管上部ヒータ102は除霜ヒータ21と同様に制御基板31のピンP1とP4に接続しており、除霜ヒータ21と同期して駆動する。排水管上部ヒータ102を、トイヒータ101、排水管下部ヒータ103と独立して制御することができ、後述する省エネルギー性能向上効果を得ながら排水管上部ヒータ102用のピンを削減でき、制御基板31のコストの低減と設置スペースの抑制が可能になる。
図6は、実施例1に関わる冷蔵庫の冷凍サイクル(冷媒流路)である。本実施例の冷蔵庫1では、圧縮機24、冷媒の放熱を行う放熱手段である庫外放熱器50aと壁面放熱配管50b、仕切り壁28、29、30の前面部への結露を抑制する結露防止配管50c、冷媒を減圧させる減圧手段である冷蔵用キャピラリチューブ53aと冷凍用キャピラリチューブ53b、冷媒と庫内の空気を熱交換させて、庫内の熱を吸熱するR蒸発器14aとF蒸発器14bを備え、これらにより庫内を冷却している。また、冷凍サイクル中の水分を除去するドライヤ51と、液冷媒が圧縮機24に流入するのを防止する気液分離器54a、54bを備え、さらに冷媒流路を制御する三方弁52、逆止弁56、冷媒流を接続する冷媒合流部55も備えており、これらを冷媒配管により接続することで冷凍サイクルを構成している。
なお本実施例の冷蔵庫1は、冷媒に可燃性冷媒のイソブタンを用いている。また、本実施例の圧縮機24はインバータを備えて回転速度を変えることができる。
三方弁52は、52a、52bで示す2つの流出口を備え、流出口52a側に冷媒を流す冷蔵モードと、流出口52b側に冷媒を流す冷凍モードを備え、これらを切換えることができる部材である。また、本実施例の三方弁52は、流出口52aと流出口52bの何れも冷媒が流れないようにする全閉、また何れも冷媒が流れるようにする全開のモードも備え、これらにも切換え可能である。
本実施例の冷蔵庫1では、冷媒は以下のように流れる。圧縮機24から吐出した冷媒は、庫外放熱器50a、庫外放熱器50b、結露防止配管50c、ドライヤ51の順に流れ、三方弁52に至る。三方弁52の流出口52aは冷媒配管を介して冷蔵用キャピラリチューブ53aと接続され、流出口52bは冷媒配管を介して冷凍用キャピラリチューブ53bと接続されている。
流出口52a側に冷媒が流れるようにすると、流出口52aから流出した冷媒は、冷蔵用キャピラリチューブ53a、R蒸発器14a、気液分離機54a、冷媒合流部55の順に流れた後、圧縮機24に戻る。冷蔵用キャピラリチューブ53aで低圧低温になった冷媒がR蒸発器14aを流れることでR蒸発器14aが低温となり、R蒸発器室8aの空気を冷却することができ、すなわち冷蔵室2を冷却することができる。
また三方弁52を流出口52b側に冷媒が流れるようにした場合は、流出口52bから流出した冷媒は、冷凍用キャピラリチューブ53b、F蒸発器14b、気液分離機54b、逆止弁56、冷媒合流部55の順に流れた後、圧縮機24に戻る。逆止弁56は気液分離機54bから冷媒合流部55側には冷媒が流れ、冷媒合流部55から気液分離機54b側へは流れないように配設している。冷凍用キャピラリチューブ53bで低圧低温になった冷媒がF蒸発器14bを流れることでF蒸発器14bが低温となり、R蒸発器室8aの空気を冷却することができ、すなわち冷凍室7を冷却することができる。
図7は、実施例1の冷蔵庫における冷却運転制御を示すタイムチャートの一例である。ここでは外気が比較的高温(例えば32℃)で、低湿でない(例えば60%RH)場合を表している。
時刻t0は冷蔵室2を冷却する冷蔵運転を開始した時刻である。冷蔵運転では、三方弁52を流出口52a側にし、圧縮機24を駆動させてR蒸発器14aに冷媒を流して、R蒸発器14aを低温にする。この状態でRファン9aを運転することで、R蒸発器14aを通過して低温になった空気により冷蔵室2を冷却する。ここで、冷蔵運転中のR蒸発器14aの温度は、後述する冷凍運転中のF蒸発器14bよりも高くしている。一般的に蒸発器の温度が高い方が、COP(圧縮機24の入力に対する冷却する熱量の割合)が高く、省エネルギー性能が高い。従って、蒸発器の温度を低温にする必要がある冷凍室7に比べ、高い蒸発器の温度でも冷却できる冷蔵室2を冷却する際は、蒸発器の温度を高めて省エネルギー性能を高めている。なお、本実施例の冷蔵庫1では、冷蔵運転中のR蒸発器14a温度が高くなるよう、冷蔵運転中の圧縮機24の回転速度を冷凍運転中よりも低速にしている。
冷蔵運転により冷蔵室2が冷却され、冷蔵室温度センサ42により検知する冷蔵室温度がTRoffまで低下する(時刻t1)と、冷蔵運転から冷媒回収運転に切換える。冷媒回収運転では三方弁52を全閉状態で圧縮機24を駆動させ、R蒸発器14a内の冷媒を回収する。これにより、次の冷凍運転での冷媒不足を抑制する。なお、この際Rファン9aを駆動させており、これによりR蒸発器14a内の残留冷媒を冷蔵室2の冷却に活用できるとともに、R蒸発器14a内の冷媒が蒸発して圧縮機24へ到達しやすくなり、比較的短い時間で多くの冷媒を回収できるため、冷却効率を高めることができる。
冷媒回収運転が終わると(時刻t2)、冷凍室7を冷却する冷凍運転に切換える。冷凍運転では、三方弁52を流出口52b側にし、F蒸発器14bに冷媒を流して、F蒸発器14bを低温にする。この状態でFファン9bを運転することで、F蒸発器14bを通過して低温になった空気により冷凍室7を冷却する。この冷凍運転を冷凍室温度センサ41により検出する冷凍室温度がTFoffになる(時刻t5)まで行う。また、冷凍運転中に野菜室ダンパ(図示せず)も開け、野菜室温度センサ43により検出する野菜室温度がTRoffになる(時刻t3)まで野菜室6を冷却する。
さらに、本実施例の冷蔵庫1では、この冷凍運転中にR蒸発器14aの第一除霜運転(以下、R第一除霜運転)も行う。R第一除霜運転は、Rファン9aを駆動させることで行う。冷凍運転中はR蒸発器14aに冷媒が流れないようにしているため、冷蔵室2の空気がR蒸発器14aを通過すると、R蒸発器14aよりも温度の高い冷蔵室2との熱交換によりR蒸発器14a及びR蒸発器14aに付着した霜は加熱される。R蒸発器14aの除霜はこの加熱により行われる。なお、R蒸発器14a及びR蒸発器14aに付着した霜により空気は冷却され、この空気がRファン9aにより冷蔵室2に送風されるため、冷蔵室2を冷却する(温度の上昇を抑える)ことができる。従って、ヒータを用いることなくR蒸発器14aに付着した霜を融解することができ、加えて冷蔵室2の冷却も行えるため、本実施例のR第一除霜運転は、省エネルギー性能が高い除霜運転である。このR第一除霜運転は冷蔵用蒸発器温度センサ40aにより検出する冷蔵用蒸発器温度がTDRになる(時刻t4)まで行われる。
R第一除霜運転及び冷凍運転の何れも終了条件が満足すると(時刻t5)、再び三方弁52を全閉状態で圧縮機24を駆動させる冷媒回収運転を行い、F蒸発器14b内の冷媒を回収し、次の冷蔵運転での冷媒不足を抑制する。なお、この際Fファン9bを駆動させており、これによりF蒸発器14b内の残留冷媒を冷凍室7の冷却に活用できるとともに、F蒸発器14b内の冷媒が蒸発して圧縮機24へ到達しやすくなり、比較的短い時間で多くの冷媒を回収できるため、冷却効率を高めることができる。
時刻t6になると再び冷蔵運転に戻り、前述した運転を繰り返す。以上が本実施例の冷蔵庫の基本的な冷却運転及びR蒸発器14aの第一除霜制御である。これらの運転により、冷蔵室2、冷凍室7及び野菜室6を冷却して所定の温度に維持しつつ、R蒸発器14aの霜成長を抑えている。
なお、R第一除霜運転の終了条件(冷蔵用蒸発器温度がTDRになる)が満たされる前に、冷凍運転の終了条件(冷凍室温度がTFoffになる)を満たした場合はR第一除霜運転を継続したまま圧縮機24をOFFにする。その後、R第一除霜運転の終了条件が満たされれば圧縮機24をONにして冷蔵運転に移行する。これにより、融解途中のR蒸発器14aに付着した霜及び除霜水が冷蔵運転で再び冷却されて再凍結することが抑えられ、R蒸発器14aの除霜をより確実に行うことができる。
また、時刻t1及び時刻t2において冷凍室温度が所定値(例えばTFOFF+1℃)よりも低い場合、また時刻t5及び時刻t6において冷蔵室温度が所定値(例えばTROFF+1℃)よりも低い場合も圧縮機24を停止する。これにより、庫内の過度な冷却を抑えることができる。
なお、R第一除霜運転は冷凍運転時に必ず実施する必要はなく、冷蔵室扉2a,2bの開閉が少なく、周囲が低湿(例えば50%RH以下)の場合は、R蒸発器14aに付着する霜の量が少ないことから、本実施例の冷蔵庫1ではR第一除霜運転を冷凍運転3回に1回実施する。これにより、R第一除霜運転の頻度を減らすことで、Rファン9aを駆動させるために用いる電力を抑えて省エネルギー性能を向上させることができる。一方、冷蔵室扉2a,2bの開閉が多い、或いは周囲が高湿な場合は、R蒸発器14aに付着する霜の量が多く、冷却効率が低下する可能性があることから、本実施例の冷蔵庫1では冷凍運転毎にR第一除霜運転を行う。これにより、冷却効率の低下を抑え、省エネルギー性能を向上させることができる。
図8は、実施例1の冷蔵庫におけるRF除霜運転制御を示すタイムチャートの一例である。ここでは外気が比較的高温(例えば32℃)で、高湿でない(例えば60%RH)場合を表している。このRF除霜運転とは、R蒸発器14aとF蒸発器14bの両方の除霜を行う運転である。
本実施例の冷蔵庫1では、例えばドア2a、2b、3a、4a、5a、6aの開閉回数、及び圧縮機24の合計駆動時間等から判断される除霜運転の開始条件を満足する(時刻td0)と、本実施例の冷蔵庫1では冷凍運転を行う。これにより、RF除霜運転中の冷凍室7の温度上昇による冷凍食品や氷等の融解を抑制する。また、この間にR第一除霜運転(Rファン9aをON)を行い、R蒸発器14a及びR蒸発器14aに付着した霜を加熱し、後述するR第二除霜運転が短時間で終わるようにしている。
この冷凍運転を所定の時間、例えば30分間行った後(時刻td1)、本実施例の冷蔵庫1はF蒸発器14bの除霜運転(以下、F除霜運転)とR蒸発器14aの第二除霜運転(以下、R第二除霜運転)を行う。
まずF除霜運転に関する制御について説明する。圧縮機24とFファン9bをOFFとし、除霜ヒータ21をONにする。F蒸発器14b及びF蒸発器14bに付着した霜は除霜ヒータ21により加熱され、徐々に温度が上昇し、融解温度(0℃)以上になると、F蒸発器14bに付着した霜が融解する。冷凍用蒸発器温度センサ40bにより検出する冷凍用蒸発器温度が霜の融解温度よりも十分に高いTDF(例えば10℃)になる(時刻td4)と、F除霜運転を終了し、除霜ヒータ21をOFFにする。これにより、F蒸発器14bの除霜を行う。
次にR第二除霜運転に関する制御について説明する。R第二除霜運転は、R第一除霜運転と同じく、Rファン9aを駆動させ、R蒸発器14aよりも温度の高い冷蔵室2との熱交換により、R蒸発器14a及びR蒸発器14aに付着した霜を加熱して除霜する。加えて、RF除霜運転中に行うR第二除霜運転では、トイヒータ101、排水管上部ヒータ102をONにする(時刻td1)。このRファン9aと、トイヒータ101、排水管上部ヒータ102がONの運転を,冷蔵用蒸発器温度がTDR2になる(時刻td2)まで行う。なお、R第二除霜運転では、より確実にR蒸発器14aの霜の融解・排出が行えるよう、終了温度TDR2は、R第一除霜運転終了温度TDRよりも高い温度としている。冷蔵用蒸発器温度がTDR2になる(時刻td2)と、本実施例ではRファン9aをOFFにする。トイヒータ101はRファン9aがOFFになった後も通電を続け、時間Δtd5後にOFFにする。R第二除霜運転で生じる除霜水はトイ23a、R排水管27aを伝って流れ、冷蔵用蒸発器14bの除霜終了と、排水管27a部の下部(排水管下部ヒータ103を設けた箇所)への除霜水の到達には時間遅れが生じるため、冷蔵用蒸発器温度がTDR2になった後も所定の時間加熱しておくことで、より確実に除霜水を排出することができる。なお、図9を用いて後述するが時間Δtd5は外気や扉開閉によって変化する。
F除霜運転の終了条件(冷凍用蒸発器温度がTDF以上)と、R第二除霜運転の終了条件(R蒸発器14aがTDR2以上)の両方を満たす(時刻td3)と、RF除霜運転を終了し、圧縮機24を再びONにして冷却運転制御を開始する。なお、RF除霜運転終了直後の冷却運転は、冷凍運転から開始する。これにより、冷凍室7内の冷凍食品や氷等の融解を抑制している。また、冷凍運転から冷蔵運転の最初の切換え(正確には冷蔵運転前の冷媒回収運転への切換え)は、冷凍室温度が図7で示した冷却制御時のTFoffよりも高いTFoff2になる(時刻td3)と行う。これにより、冷凍室7内の冷凍食品や氷等の融解を抑制しつつ、冷蔵室2の過度な温度上昇も抑制している。
以上が本実施例の冷蔵庫1の構造及び基本的な制御である。以下でこの詳細な効果を説明する。
本実施例の冷蔵庫1では、冷蔵用冷却器14aの除霜運転を2種類設けている。すなわち、図7で示した冷却運転制御中に実施するR第一除霜運転と、図8で示したRF除霜運転中に実施するR第二除霜運転を設けている。
冷却運転中に行うR第一除霜運転は、図7で示したように冷凍室7及びF蒸発器室8bが低温の状態で行う。図3に示すR排水管27aの上部及びトイ23aは、近接している冷凍室7及びF蒸発器室8bと熱交換が生じる。従って、R第一除霜運転中にトイヒータ101、排水管上部ヒータ102を加熱しても、冷凍室7及びF蒸発器室8bを加熱することになる。また、冷凍室7及びF蒸発器室8bにより冷却されるためにトイ23a及びR排水管27aの温度も上昇し難くなるため、加熱量を第二除霜運転よりも多くする必要がある。従って、R第一除霜運転中にトイヒータ101、排水管上部ヒータ102に通電すると、トイ23a及びR排水管27aをプラス温度まで加熱するために必要なヒータの消費電力が多く、加えて冷凍室7及びF蒸発器室8bを加熱することになるため、冷凍運転で冷却する熱量も増加するため、省エネルギー性能が低下する。
一方、R第二除霜運転では、RF除霜運転中に行うため、図8に示すように冷凍室7及びF蒸発器室8bの冷却が抑えられており、加えてF蒸発器14bをプラス温度まで加熱するため、特にF蒸発器室8bは高温となっている。トイ23a及びR排水管27aに対する冷凍室7及びF蒸発器室8bによる冷却が抑えられるため、少ない加熱量でトイ23a及びR排水管27aの温度をプラス温度とし、すなわちトイ23a及びR排水管27aの温度にて凍結した除霜水を融解させ、排出することができる。従って、R第二除霜運転中にトイヒータ101、排水管上部ヒータ102に加熱することで、消費電力量を抑えながら、確実に除霜水の排出を行うことができる。
また、R第一除霜運転は冷却運転中に行い、例えば本実施例では約80分毎に1回と高頻度で行うのに対し、R第二除霜運転はRF除霜運転中に行うため、12時間〜数日に1回と頻度は少ない。トイヒータ101、排水管上部ヒータ102を加熱して除霜水を融解させる場合、除霜水の融解に用いる熱量に加え、冷凍室7及びF蒸発器室8bにより低温になったトイ23a、R排水管27aをプラス温度まで加熱するための熱量が必要になる。除霜水の融解に用いる熱量は、加熱の頻度によらず凍結した除霜水の量によって決まるが、トイ23a、R排水管27aをプラス温度まで加熱する熱量は加熱する回数によって決まるため、加熱する頻度が多くなれば必要な熱量も増加する。従って、除霜水を融解させる頻度を少なくし、R第二除霜運転でトイヒータ101、排水管上部ヒータ102に集中して加熱して除霜水を排出することで、トイヒータ101、排水管上部ヒータ102の加熱時間を抑え、消費電力量を低減することができる。
以上のように、冷却運転制御中に実施するR第一除霜運転とRF除霜運転中に実施するR第二除霜運転でヒータの通電制御を変え、主にRF除霜運転中にトイヒータ101、排水管上部ヒータ102に通電することで、確実に除霜水の排出を行いながら、省エネルギー性能の高い冷蔵庫を得られる。
なお、本制御による省エネルギー性能向上効果は排水管上部ヒータ102の通電制御において特に有効である。図2、図3を用いて前述したように、トイ23a及びR排水管27aの下部(排水管下部ヒータ103を設けた箇所)は、冷蔵室2の空気及び外気により加熱しており、ヒータによる加熱が除霜水を排出するために必須ではなく、また加熱が必要な場合も必要な加熱量は小さい。一方、排水管上部ヒータ102を設けた箇所は、図3に示すように冷凍室7、F蒸発器室8bに近い箇所に設けられているため、マイナス温度になりやすい箇所となる。従って、周囲環境によらず、排水管上部ヒータ102はR第二除霜運転時に加熱して、除霜水が確実に排出できるようにしている。すなわち、R第二除霜運転で排水管上部ヒータ102に通電することで、確実に除霜水の排出を行いながら、省エネルギー性能の高い冷蔵庫を得られる。
また本実施例では、周囲環境によらずR第二除霜運転時には排水管上部ヒータ102を加熱することから、排水管上部ヒータ102と除霜ヒータ21の制御を連動する制御としてもよい。このため本実施例では、図5に示したように、除霜ヒータ21と排水管上部ヒータ102を制御するピンを何れもP1,P4と共通化させている。これにより、ピン数を抑制して制御基板31のコストを低減しつつ、上述した効果を得ることができる。
一方、その他のトイヒータ101及び排水管下部ヒータ103は異なる制御ピンを用いることで、より高い省エネルギー性能を得られる。以下でこの理由を説明する。
図9は本実施例1のRF除霜運転時における各ヒータ101,102、103の加熱制御をまとめたものである。(a)は外気が高温の場合、(b)は外気が低温の場合である。トイヒータ101はR第二除霜運転時に基本的に加熱を行うが、外気が高温高湿の場合、また冷蔵室扉2a、2bの開閉が多い場合はΔtd5を長くして、トイヒータ101の加熱量を多くする。これは、上記の場合、冷蔵運転中にR蒸発器14aに多量の着霜が生じ、トイ23aに除霜水が多く溜まっている可能性があるため、除霜水の融解に必要な熱量が多くなることが考えられるためである。すなわち、トイ23aの除霜水量に応じてトイヒータ101の加熱量を制御することで、R第一除霜運転で生じた除霜水がトイ23aで凍結していた場合も除霜水を融解、排出することができ、また除霜水量が少ない場合はヒータの加熱を抑制できる。従って、確実に除霜水の排出を行いながら、さらに省エネルギー性能を高めることができる。加えて、外気が低温低湿かつ冷蔵室扉2a、2bの開閉も少ない場合は、冷却負荷が少なくR蒸発器14aを低温にする冷蔵運転が少ないため、図9(b)に示すようにトイヒータ101の加熱をゼロとして、さらにヒータの入力を抑えて省エネルギー性能を高める。
また、本実施例の排水管下部ヒータ103は、外気の温度が比較的高い場合はOFFとする。排水管下部ヒータ103を設けた箇所は、図3を用いて示したように、外箱10aを介して外気により加熱でき凍結の可能性が低いため、ヒータの加熱を抑制して省エネルギー性能を高めている。一方、温度が比較的低い場合は外気による加熱が少ないため、排水管下部ヒータ103をONとして、確実に除霜水を排出することができる。
また、排水管下部ヒータ103は、外気が高湿の場合(例えば相対湿度80%)も通電する。図3を用いて前述したように、除霜時にはR排水管27aは約0℃の除霜水が流れることから、R排水管27aに近接した外箱10aは除霜水により冷却され、高湿時には露点温度よりも外箱10aの表面が低温になる可能性があるため、排水管下部ヒータ103に通電して外箱10aの結露を抑制する。なお、この現象はR第一除霜時とR第二除霜時のいずれの場合も生じる可能性があることから、湿度が比較的高い場合はR第二除霜とR第一除霜のいずれの場合も排水管下部ヒータ103に通電することで、より確実に外箱10aの結露を抑制する。
このように、トイヒータ23a、排水管上部ヒータ102、排水管下部ヒータ103は加熱を行う条件、及び加熱量を変化させる条件がそれぞれ異なることから、本実施例ではヒータを3つに分け、また、異なる制御ピンを用いてそれぞれ独立して制御できるようにしている。これにより、それぞれに応じた条件でヒータの通電を制御することができ、確実に除霜水の排出を行いつつ、不要なヒータの加熱を抑制し、省エネルギー性能を向上させることができる。特にトイヒータ101は、ヒータ101〜103の中で最も消費電力が高いことから、排水管下部ヒータ103と独立して制御することが省エネルギー性能向上に有効である。
なお、図3、図4で示したように、本実施例の排水管上部ヒータ102と、排水管下部ヒータ103は、排水口22aから外箱10a側に向かうよう外向きに傾斜しながら下方に向けている区間と、その下部で外箱10aの略近傍に設けられている区間で分けているが、排水管上部ヒータ102と排水管下部ヒータ103の分割位置はこの条件に限定されるものではなく、RF除霜運転中に加熱する排水管上部ヒータ102は外気よりもF蒸発器室8b又は冷凍室7に熱的に近接している箇所に設ければよい。
ここで、F蒸発器室8b等に熱的に近接しているとは、R排水管27aの温度が、外気よりもF蒸発器室8b又は冷凍室7の温度に影響する場合である。すなわち、外気とR排水管27a間の断熱性能の方が、F蒸発器室8b又は冷凍室7とR排水管27a間の断熱性能よりも高くなるように配すことである。例えば、R排水管27aを外箱10aよりも内箱10bに近い側に配置した状態である。
図10は外箱10a、内箱10bとR排水管27aの配設関係を示す断面図である。(a)は排水管上部ヒータ102を配設する図3のC−C断面図、(b)は排水管下部ヒータ103を配設する図3のD−D断面図である。F蒸発器室8b又は冷凍室7と接する内箱1b、R排水管27a、外箱1a間を繋ぐ直線区間の熱伝導率がほぼ一定の場合、R排水管27aから外箱10a間の距離L1に対し、R排水管27aから内箱10b間の距離L2が短い場合、外気(外箱1a)よりもF蒸発器室8b又は冷凍室7の影響を受けやすい。従って、図10(a)に示すL1>L2となっている区間は排水管上部ヒータ102を設けることが有効である。また、図10(a)に示すように、R排水管27aの上部は、R排水管27aと外箱1a間に熱伝導率が断熱部材10低い真空断熱材25が配されている。従って、R排水管27aから外箱1a間の熱抵抗が大きいため、よりF蒸発器室8b又は冷凍室7の影響を受けやすいことから、真空断熱材25より内側の箇所は排水管上部ヒータ102を設けることが有効である。
一方、図10(b)に示すように、R排水管27aの下部はL1<L2となるよう外箱10aに近接させて配設している。これにより、外気の影響を受けやすくしている。加えて、R排水管27aと外箱1a間に真空断熱材25が設けられないようにして、より外気の影響を受けやすい構造にしている。これらにより、外気の熱によるR排水管27aに対する加熱量を増加させることができ、R排水管27a内の除霜水の凍結抑制及び融解に必要なヒータの入力を抑えることができる。従って、R排水管27aの一部を内箱1bよりも外箱1aに近接させて配設し、R排水管27aから外気側の断熱性能よりもR排水管27aからF蒸発器室8b又は冷凍室7間の断熱性能が高くなるようR排水管27aを配設することで、R排水管27aを加熱することができ、すなわちヒータを用いず、或いはヒータの加熱量を抑えることができ、確実に除霜水の排出を行いながら、省エネルギー性能の高い冷蔵庫を得られる。
なお、例えばR排水管27aよりも内箱10b側に真空断熱材25を配す構成としてもよい。R排水管27aから外気側の断熱性能よりもR排水管27aからF蒸発器室8b又は冷凍室7間の断熱性能が高くなるため、前述の効果が得られる。
さらに、本実施形態では、R排水管27aのうち、外箱10a側へ傾斜する上部領域と、略鉛直方向に配置される下部領域と、の境界地点を、F蒸発器14bの上端よりも高い位置としている。このため、F蒸発器14bの影響を受けてマイナス温度になりやすい高さでは、R排水管27aを蒸発器14bから遠い箇所に配置でき、除霜水を確実に排出できる。このとき、R排水管27aの上部領域よりも下部領域の方を長くし、外箱10aに近接した状態の割合を高くするのが効果的である。
また、本実施形態では、排水管上部ヒータ102と排水管下部ヒータ103とを別個のヒータでそれぞれ独立して制御する構成を示したが、排水管上部ヒータ102と排水管下部ヒータ103共通の1個のヒータで構成しても良い。その場合、冷凍室7、F蒸発器室8bに近くてマイナス温度になりやすいR排水管27a上部の方のヒータ密度を、R排水管27a下部のヒータ密度より高くするのが望ましい。
以上が、本実施の形態例を示す実施例である。なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。