JP2021071272A

JP2021071272A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2021071272A
Application number: JP2019199759A
Authority: JP
Inventors: 慎一郎岡留; Shinichiro Okadome; 良二河井; Ryoji Kawai; 晴樹額賀; Haruki Nukaga; 暢志郎小池; Nobushiro Koike; 拳司伊藤; Kenji Ito
Original assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2039-11-01
Also published as: JP7389615B2; CN112781296B; CN112781296A

Abstract

【課題】冷凍温度帯と冷蔵温度帯に設定可能な切替室を、冷凍温度帯に設定した際の冷却効率を高めた冷蔵庫を提供する。【解決手段】庫内を冷蔵温度帯の範囲で制御する冷蔵貯蔵室と、冷蔵温度帯と冷凍温度帯を切り替え可能な切替室と、蒸発器と、該蒸発器により低温にした空気を昇圧して、前記冷蔵貯蔵室と前記切替室に送風するファンと、該ファンにより昇圧された空気の前記冷蔵貯蔵室への送風を抑える冷蔵貯蔵室ダンパと、前記ファンにより送風される空気の前記切替室への送風を抑える切替室ダンパと、を備え、前記切替室に比べ、前記冷蔵貯蔵室の方が内容積が大きく、前記冷蔵貯蔵室と前記切替室を冷却する空気は同一の前記蒸発器により冷却される冷蔵庫において、前記冷蔵貯蔵室ダンパと前記切替室ダンパの両方を開けた場合に、前記冷蔵貯蔵室よりも前記切替室に送風される風量が多くなる。【選択図】図４

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。

特許文献１（特開２０１５−１１７８８２号公報）には、「圧縮機、凝縮器、膨張装置及び冷却器が配管で接続され、冷媒が流通する冷媒回路と、内部の温度が冷蔵温度帯に設定された冷蔵室と、前記冷蔵室の下段に設けられ、内部の温度が前記冷蔵温度帯よりも低い冷凍温度帯に設定された冷凍室と、前記冷凍室の下段に設けられ、内部の温度が前記冷蔵温度帯から前記冷凍温度帯までの範囲で切り替え自在に設定された切替室と、を有することを特徴とする冷蔵庫」（特許文献１の請求項１）が記載されている。また、該特許文献１には「前記冷蔵室、前記冷凍室及び前記切替室に空気を送風する送風機と、前記切替室に流入する前記送風機の風量を調節して、前記切替室の温度を調節するダンパと、を更に有すること」（特許文献１の請求項７）が記載されている。

特開２０１５−１１７８８２号公報

特許文献１では、前述のように、切替室に流入する風量をダンパにより調節して、切替室の温度を調節することが記載されている。

しかしながら、切替室を冷蔵温度帯から冷凍温度帯に切り替えると冷却負荷が大きく増加するが、この高い負荷に対する冷却効率についての配慮がなされておらず、省エネルギー性能が低くなることや、また冷凍に要する時間が長くなることが考えられる。なお、この空気の流れが変わる影響は、切替室の容量が比較的大きいもの（例えば、切替室における幅方向の長さが、冷蔵室と同一のもの）ほど、大きくなる。

本発明はこうした課題を解決するもので、冷凍温度帯と冷蔵温度帯に設定可能な切替室を、冷凍温度帯に設定した際の冷却効率を高めた冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を鑑みてなされた本発明は、庫内を冷蔵温度帯の範囲で制御する冷蔵貯蔵室と、冷蔵温度帯と冷凍温度帯を切り替え可能な切替室と、蒸発器と、該蒸発器により低温にした空気を昇圧して、前記冷蔵貯蔵室と前記切替室に送風するファンと、該ファンにより昇圧された空気の前記冷蔵貯蔵室への送風を抑える冷蔵貯蔵室ダンパと、前記ファンにより送風される空気の前記切替室への送風を抑える切替室ダンパと、を備え、前記切替室に比べ、前記冷蔵貯蔵室の方が内容積が大きく、前記冷蔵貯蔵室と前記切替室を冷却する空気は同一の前記蒸発器により冷却される冷蔵庫において、前記冷蔵貯蔵室ダンパと前記切替室ダンパの両方を開けた場合に、前記冷蔵貯蔵室よりも前記切替室に送風される風量が多くなる。

本発明によれば、冷凍温度帯と冷蔵温度帯に設定可能な切替室を、冷凍温度帯に設定した際の冷却効率を高めた冷蔵庫を提供することができる。

実施例に係わる冷蔵庫の正面図図１のＡ−Ａ断面図実施例に係わる冷蔵庫の冷凍サイクル構成を示す概略図実施例に係わる冷蔵庫の風路構成を示す正面図実施例に係わる冷蔵庫の風路構成を示す概略図冷蔵室の風量を測定方法の一例を示す模式図切替室ダンパの単体を示す図実施例に係わる冷蔵庫における庫外と庫内を断熱する真空断熱材の配設位置を示す概略図

本発明に関する冷蔵庫の実施例について説明する。図１は本実施例に係わる冷蔵庫の正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

図１に示すように、冷蔵庫１の断熱箱体１０は、上方から冷蔵室２、左右に併設された製氷室３と副切替室４、切替室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、副切替室４、切替室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、副切替室ドア４ａ、切替室ドア５ａ、野菜室ドア６ａである。

冷蔵室ドア２ａには代表的な庫内の設定や状態を示す表示部１９を設けている。冷蔵室ドア２ａ、２ｂを冷蔵庫１に固定するために、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１７で覆われている。

冷蔵室２は庫内を冷蔵温度帯（０℃以上）の例えば平均的に４℃程度にした冷蔵貯蔵室である。製氷室３は、製氷皿３ｃ（図４参照）上の水を凍らせ、また製氷皿３ｃにより生成した氷が収納される製氷室容器３ｂ内の氷が溶けないよう、庫内を冷凍温度帯（０℃未満）の例えば平均的に−１８℃程度にした冷凍貯蔵室である。野菜室６は庫内を冷蔵温度帯の例えば平均的に６℃程度の冷蔵貯蔵室で、後述する間接的な冷却により、食品の乾燥を抑えた冷蔵貯蔵室である。副切替室４、及び切替室５は冷凍温度帯もしくは冷蔵温度帯に設定可能な切替貯蔵室で、例えば、平均的に４℃程度にする冷蔵モードと、平均的に−２０℃程度にする冷凍モードとを切り替えられる。本実施例の冷蔵庫１では、さらに冷蔵モードと冷凍モードの間の温度となる強冷蔵モードや弱冷凍モード、また冷蔵モードよりも高温にする弱冷蔵モード、冷凍モードよりも低温にする強冷凍モードといった、複数の運転モードを設けており、これらの運転モードは、冷蔵室２内に設けた操作部１８によってユーザーが選択できる。なお、冷蔵庫１が無線通信回線によりスマートフォン等と接続される場合には、スマートフォン等を介してユーザーが切替貯蔵室の温度帯を設定できるようにしても良い。

本実施例では、冷蔵室２と野菜室６、及び切替室５は幅方向（図１中の左右方向）の長さを同一とし、製氷室３や副切替室４に比べて大きな貯蔵室としている。具体的には、本実施例の各貯蔵室の内容積は冷蔵室２が３００Ｌ、製氷室３が２５Ｌ、副切替室４が４０Ｌ、切替室５が１００Ｌ、野菜室６が１１０Ｌ（合計５７５Ｌ）で、冷蔵室２＞野菜室６≒切替室５＞副切替室４≒製氷室３としている。なお、２つの貯蔵室の内容積の比が１／２〜２の貯蔵室を、内容積同等（≒）としている。冷蔵室２は一般的に貯蔵する食品が多くなりやすいことから内容積を各貯蔵室の最大とし、本実施例では全体内容積５７５Ｌの５０％以上としている。切替室５及び野菜室６は、冷蔵室２よりは小さいが、内容積が冷蔵室２の１／４以上で、それぞれ冷蔵庫１の全体内容積の１５％以上を占める、比較的大きな貯蔵室である。また、切替室５と野菜室６の内容積は同等（切替室５は野菜室６の１／２以上）としている。副切替室４は、内容積を切替室５の内容積の１／２以下と大きく差をつけることで、冷蔵温度帯の貯蔵室と冷凍温度帯の貯蔵室の割合を調整しやすくしている。すなわち、副切替室４及び切替室５を共に冷凍とした場合と、共に冷蔵にした場合と、副切替室４を冷凍／切替室５を冷蔵にした場合と、副切替室４を冷蔵／切替室５を冷凍にした場合と、の４段階の設定を可能としている。このため、冷蔵温度帯と冷凍温度帯の貯蔵室の内容積の割合を有意に変えることができ、様々な場面に対応できるカスタマイズ性を提供している。

冷蔵庫１は、外箱１０ａ（鋼板製）と内箱１０ｂ（合成樹脂製）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断熱箱体１０により、庫外と庫内は隔てられて構成されている。断熱箱体１０には発泡断熱材に加えて、発泡断熱材よりも熱伝導率の低い真空断熱材２５ａ、２５ｂ（図８参照）を外箱１０ａと内箱１０ｂとの間に実装することで、食品収納容積を低下させることなく断熱性能を高めている。ここで、真空断熱材は、グラスウールやウレタン等の芯材を、外包材で包んで構成される。外包材はガスバリア性を確保するために金属層（例えばアルミニウム）を含む。

冷蔵室２と、製氷室３及び副切替室４は断熱仕切壁２７によって隔てられている。また、製氷室３及び副切替室４と、切替室５は断熱仕切壁２８によって隔てられ、切替室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、副切替室４を冷蔵モードにした際に、副切替室４が製氷室３の冷気によって低温にならないよう製氷室３及び副切替室４間に断熱仕切壁２６を設けている。切替室５の後方には後述する蒸発器２０及び蒸発器送風路１１ａ、蒸発器戻り風路１１ｂが設けられ、切替室５と蒸発器２０及びその周辺風路の間には断熱仕切壁３０が設けられている。

ここで、図２に示すように、断熱仕切壁３０の背面側は、蒸発器２０及び、蒸発器２０を通過した直後の低温空気（蒸発器送風路１１ａの空気）と接し、前面側は切替室５が冷蔵モード時は冷蔵温度帯の空気と接するため、この温度差による熱交換が生じる。なお、この温度差による熱交換が生じると、断熱仕切壁３０を介して切替室５が冷却され、冷蔵モードの切替室５が冷え過ぎてしまうことがあるため、断熱仕切壁３０は発泡断熱材により構成し、さらに特に低温となる蒸発器２０の略前面には真空断熱材２５ｄを設けている。なお、後述する切替室吐出口１５ａは、真空断熱材２５ｄではなく、発泡断熱材の部分に形成される。

また、冷蔵モードの切替室５と、製氷室３及び冷凍モードの副切替室４の断熱仕切壁２８を介した熱交換で、冷蔵モードの切替室５が冷え過ぎないように断熱仕切壁２８には真空断熱材２５ｅを設けている。なお、断熱仕切壁２６、２７、２９に真空断熱材を設けて、断熱仕切壁２６、２７、２９の断熱性能を高める、或いは断熱厚さを薄くしてもよい。

冷蔵室ドア２ａ、２ｂの庫内側には複数のドアポケット３３を設け、また複数の棚を設けることで、冷蔵室２内は複数の貯蔵スペースに区画されている。製氷室ドア３ａ、副切替室ドア４ａ、切替室ドア５ａ、野菜室ドア６ａには、一体に引き出される製氷室容器３ｂ、副切替室容器４ｂ、切替室容器５ｂ、野菜室容器６ｂを備えている。なお、引き出し式の貯蔵室の中で、内容積の比較的大きい切替室５、野菜室６の切替室容器５ｂ、野菜室容器６ｂは、収納しやすさを考慮して複数の容器（本実施例では上下に２つ）を設けている。

冷蔵室２、副切替室４、切替室５、野菜室６の庫内背面側には、それぞれ冷蔵室温度センサ４２、副切替室温度センサ４４、切替室温度センサ４５、野菜室温度センサ４６を設け、蒸発器２０の上部には蒸発器温度センサ４１を設けている。そして、これらのセンサにより、冷蔵室２、副切替室４、切替室５、野菜室６、蒸発器２０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１７の内部には、外気温度センサ４７と外気湿度センサ４８を設け、外気（庫外空気）の温度と湿度を検知している。その他、製氷皿３ｃの温度を検知する製氷皿温度センサ（図示せず）、冷蔵室ドア２ａ、２ｂ、製氷室ドア３ａ、副切替室ドア４ａ、切替室ドア５ａの開閉状態をそれぞれ検知するドアセンサ（図示せず）を設けている。

冷蔵庫１の上部には、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、外気温度センサ４７、外気湿度センサ４８、冷蔵室温度センサ４２、副切替室温度センサ４４、切替室温度センサ４５、野菜室温度センサ４６、蒸発器温度センサ４１等と電気配線（図示せず）で接続されている。

制御基板３１では、各センサの出力値や操作部１８の設定、ＲＯＭに予め記録されたプログラム等を基に、後述する圧縮機２４や庫内ファン９、冷蔵室ダンパ１０２、副切替室ダンパ１０４、切替室ダンパ１０５、野菜室ダンパ１０６、表示部１９の制御を行っている。

加えて、本実施例の冷蔵庫１では外部機器と接続できる通信基部（図示なし）を設けており、冷蔵庫１の情報をスマートフォン等のモバイルデバイスやパーソナルコンピュータ等に提供することや、これらの操作により操作部１８と同様にモード等の設定変更も行うことができるようにしている。

図３は実施例に係わる冷蔵庫の冷凍サイクル構成図である。本実施例の冷蔵庫１は、冷凍サイクルによる冷媒の循環を利用して蒸発器２０を冷却することで、冷蔵庫１内の各貯蔵室を冷却している。なお、本実施の形態例の冷媒はイソブタンであり、冷媒量は８０ｇである。

圧縮機２４により圧縮されて吐出した冷媒は、機械室３９内に設けて機械室ファン４０を用いた強制対流で放熱する第一の放熱器５０ａ、外箱１０ａと接するように設けて外箱１０ａを介して放熱する第二の放熱器５０ｂ、冷蔵庫１の開口縁に設けて結露を抑制する第三の放熱器５０ｃの順に流れ、この間に放熱される。その後、ドライヤ５１を介してキャピラリチューブ５２により減圧される。

キャピラリチューブ５２により減圧されて低温低圧となった冷媒は、蒸発器２０に流れ、蒸発器２０を低温にする。この低温の蒸発器２０により、蒸発器２０周囲の庫内空気を冷却する。蒸発器２０を通過した冷媒は、液冷媒を分離する気液分離器５３へと流れる。気液分離器５３を通過したガス冷媒は、戻り配管５５を流れ、圧縮機２４の吸込側へと戻り、再び圧縮機２４により圧縮される。なお、戻り配管５５は、キャピラリチューブ５２と隣接させ、キャピラリチューブ５２を流れる冷媒と熱交換する熱交換部５４を有しており、これにより冷却効率を高めている。

図４は実施例に係わる冷蔵庫の風路構成を示す正面図で、（ａ）は庫内ファン９から各吐出口までの風路、（ｂ）は各戻り口から庫内ファン９までの風路を示している。図５は実施例に係わる冷蔵庫の風路構成を示す概略図である。図４、図５、及び図２を用いて本実施例の冷蔵庫１の風路構成を説明する。

庫内を冷却する際は、圧縮機２４と庫内ファン９を駆動させる。圧縮機２４を駆動させることで蒸発器２０により蒸発器２０周囲の空気が冷却される。この低温空気は、庫内ファン９により昇圧され、蒸発器送風路１１ａを介して、冷蔵室ダンパ１０２、副切替室ダンパ１０４、切替室ダンパ１０５、野菜室ダンパ１０６、及び製氷室吐出口１３ａへと送風される。

冷蔵室２を冷却する際は冷蔵室ダンパ１０２を開ける。低温空気が冷蔵室ダンパ１０２を通過し、冷蔵室送風路１２、冷蔵室吐出口１２ａを介して冷蔵室２へと送風される。冷蔵室２を冷却した空気は、冷蔵室戻り口１２ｂから冷蔵室戻り風路１２ｃ、蒸発器戻り風路１１ｂを介して蒸発器２０へと戻り、再び冷却される。

製氷室吐出口１３ａから製氷室３に流入した低温空気は、製氷室３内の製氷皿３ｃ上の水と製氷室容器３ｂ内の氷を冷却した後、製氷室戻り口１３ｂから製氷室戻り風路１３ｃ、蒸発器戻り風路１１ｂを介して蒸発器２０へと戻り、再び冷却される。なお、本実施例では製氷室３への送風路にダンパを備えていないことから、庫内ファン９を駆動させている間、製氷室３へは常時送風される。

副切替室４を冷却する際は副切替室ダンパ１０４を開ける。副切替室ダンパ１０４を通過した低温空気は、副切替室吐出口１４ａを介して副切替室４へと送風される。副切替室４を冷却した空気は、副切替室戻り口１４ｂから冷蔵室戻り風路１２ｃに合流し、蒸発器戻り風路１１ｂを介して蒸発器２０へと戻り、再び冷却される。

切替室５を冷却する際は、切替室ダンパ１０５を開ける。切替室ダンパ１０５を通過した低温空気は、切替室送風路１５、切替室吐出口１５ａを介して切替室５へと送風される。切替室５を冷却した空気は、切替室戻り口１５ｂ、蒸発器戻り風路１１ｂを介して蒸発器２０へと戻り、再び冷却される。

野菜室６を冷却する際は、野菜室ダンパ１０６を開ける。低温空気が野菜室ダンパ１０６、野菜室送風路１６、野菜室吐出口１６ａを介して野菜室６へと送風される。野菜室６を冷却した空気は、野菜室戻り口１６ｂから、蒸発器戻り風路１１ｂを介して蒸発器２０へと戻り、再び冷却される。ここで、野菜室６は冷蔵温度専用の部屋で、切替室のように貯蔵する食品が大きく変わることがなく、野菜室６に収納される食品（野菜など）は一般的に短時間での冷却は求められない一方、乾燥による鮮度低下が課題となる。そのため、野菜室６では、野菜室吐出口１６ａから吐出される低温空気を野菜室容器６ｂの外に向けて送風し、野菜室容器６ｂを介して野菜室容器６ｂ内の食品を間接的に冷却している。これにより、低温低湿な空気による食品の乾燥を抑えながら、所定の冷蔵温度を維持することができる。また、前述のように野菜室容器６ｂ内へ低温空気を流入させないことから、例えば図５の副切替室容器４ｂ、切替室容器５ｂに設けている空気流入部（図中右上に設けている切り欠き部）が不要となり、製造コストを抑えている。加えて本実施例では野菜室カバー６ｃを設けることで、野菜室容器６ｂ内を略密閉状態としており、野菜室容器６ｂ内への低温冷気の侵入をさらに抑制し、食品をより乾燥し難くくし、高い鮮度を維持することができるようにしている。

ここで、本実施例では、何れの貯蔵室も冷却する時、すなわち何れのダンパも開とした時は、各ダンパを通過する風量のうち、切替室ダンパ１０５を通過する風量（切替室５への送風量）が最大になるようにしている。具体的には、切替室ダンパ１０５を通過する風量が、冷蔵室ダンパ１０２を通過する風量（冷蔵室２への送風量）に対して１．２倍以上となるようにしており、具体的には１．５倍にしている。また、切替室ダンパ１０５を通過する風量が、野菜室ダンパ１０６を通過する風量（野菜室６への送風量）に対して３．４倍以上となるようにしており、具体的には４．０倍にしている。なお、切替室５は冷蔵室２及び野菜室６と同様に冷蔵温度帯に設定可能な貯蔵室であり、また本実施例では、前述したように切替室５の内容積は冷蔵室２と野菜室６よりも小さい。しかし、切替室５は冷凍温度帯に設定可能であるため、上記のように切替室５への送風量が多くなるよう設定することで、冷凍温度帯の冷却効率を高めている。以下で、この理由を説明する。

風量が少ないと、風量が多い場合に比べ、少ない空気でも冷却できるよう庫内に送風する空気をより低温にする必要があり、そのためには蒸発器２０を流れる冷媒をより低温にする必要がある。一般的に冷媒を低温にすると、冷却効率（圧縮機２４で消費する電力量に対する冷却量）が低下することから、省エネルギー性能が低下する。一方で、風量を多くするためには、一般的に風路を広く、短くする必要があり、冷蔵室２、野菜室６への風量も多くなるよう、冷蔵室２、野菜室６への風路も広く確保すると、風路に要するスペースが多くなる。加えて、冷蔵室２、野菜室６は庫内ファン９からの距離が長いことから、風路が長く、より風路を広くとる必要がある。従って、冷蔵室２、野菜室６への風量を多くするためには、風路の体積が大きくなり、冷蔵庫の体積の割に食品を収納する内容積が少なくなりやすい。一方、切替室５の風量が多くなるよう切替室５の風路を優先して確保することで、冷蔵庫１全体の設置スペースに対する風路のスペースを抑え、食品を収納する内容積を多く確保しながら、冷却効率の高い冷蔵庫を提供することができる。

ここで、具体的な必要冷却量として、１日当たりの食品の入れ替え（取り出し、収納）を行う食品量は各貯蔵室の内容積に比例するとし、外気温Ｔ_ｏｕｔ［℃］時の常温の食品を内容積の１０％分、新たに収納したときを考える。この食品を各貯蔵室の所定温度に冷却するための必要冷却量（目標温度に対する食品の熱容量）は、平均温度Ｔ_ｒ［℃］の冷蔵貯蔵室の場合の必要冷却量Ｑ_ｒは式１、Ｔｆ［℃］の冷凍貯蔵室の場合の必要冷却量Ｑ_ｆは式２により求められる。なお、一般的に食品は水分を多く含んでいるため、熱容量の計算に用いる各物性と特性は水（Ｈ_２０）で仮定し、比熱は水、氷それぞれで一定としている。

ρは投入時の密度、Ｖ_ｒは冷蔵貯蔵室の内容積、Ｖ_ｆは冷凍貯蔵室の内容積、Ｃｐ_ｗは水状態の比熱、Ｃｐ_ｉｃｅは氷状態の比熱、Δｈは潜熱である。式２に示すように、Ｔｆ［℃］の冷凍貯蔵室の場合は、潜熱のΔｈも考慮する必要がある。ここで、各物性値は、Ｃｐ_ｗ＝４．２［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］、Ｃｐ_ｉｃｅ＝２．０［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］、Δｈ＝３３５［ｋＪ／ｋｇ］とする。また、Ｔ_ｏｕｔはＩＥＣ６２５５２−３及びＪＩＳＣ９８０１−３記載の消費電力量試験等で採用されている高めの外気温の基準である３２［℃］、Ｔ_ｒは冷蔵室の基準となる４［℃］、Ｔ_ｆは４スター冷凍室の基準となる−１８［℃］とする。この場合、内容積当たりの必要冷却量Ｑｆ／ＶｆはＱｒ／Ｖｒの３．７倍となる。本実施例の冷蔵庫１は、冷蔵室２の内容積が切替室５の３．０倍（＝Ｖｒ／Ｖｆ）であることから、必要な吸熱量の比Ｑｆ／Ｑｒは１．２（＝３．７／３．０）となり、よって、切替室ダンパ１０５を通過する風量を、冷蔵室ダンパ１０２を通過する風量の１．２倍以上としている。同様に野菜室６との内容積比Ｖｒ／Ｖｆが１．１で、Ｑｆ／Ｑｒが３．４であることから、切替室ダンパ１０５を通過する風量を、野菜室ダンパ１０６を通過する風量の３．４倍以上としている。これにより、各貯蔵室の必要な冷却量に応じて低温冷気を適切な分量で送風することができ、設置スペースに対する風路のスペースを抑えながら、冷却効率の高い冷蔵庫となる。なお、切替室５を冷蔵温度帯に設定する際は、切替室ダンパ１０５により送風を抑制することで、冷え過ぎを防止することができる。

以上のように、切替室５よりも内容積の大きい冷蔵温度帯専用の冷蔵貯蔵室（冷蔵室２、野菜室６）に対し、切替室５の方が風量が多くなるようにすることで、冷凍温度帯にも設定可能な切替室５の必要な冷却量を効率よく得られる冷蔵庫を提供できる。なお、本実施例では、切替室ダンパ１０５を開けているときは、常に、切替室５へ送風される風量が冷蔵室２や野菜室６よりも多くなるようにしているが、一時的に、切替室５へ送風される風量が冷蔵室２等よりも少なくなる瞬間があっても良い。

なお、各室の風量は、例えば、以下のように判別すればよい。

図６は切替室５の風量を測定する方法の一例を示す模式図である。切替室戻り口１５ｂを流れる風量を測定することで、切替室５を循環する風量を測定する。なお、図中には表現されていないが、切替室ダンパ１０５を含む各ダンパを開けた状態で、庫内ファン９を駆動させて測定する。

ここでは、図６に示すような風量測定装置を用いて風量を測定する。具体的には、まず切替室ドア５ａを開放して、ダクト２００が切替室戻り口１５ｂを覆うように設置する。さらに、ダクト２００の内部の圧力と外部の圧力（大気圧）の差圧を測定する第一差圧計２０３と、上流側と下流側の差圧に基づいて風量を算出できるオリフィス２０２と、オリフィス２０２の上流側と下流側の差圧を測定する第二差圧計２０４と、オリフィスの上流側に位置する送風機２０１と、を設置する。そして、第一差圧計２０３の差圧がゼロになるように送風機２０１を調整し、その際の第二差圧計２０４に基づいて切替室戻り口１５ｂを流れる風量を測定する。なお、切替室ドア５ａは開放状態となるが、第一差圧計の差圧がゼロとなるように調整しているので、切替室ドア５ａを閉鎖した状態とほぼ同等の状態とみなせる。

同様に、冷蔵室２の風量を測定する場合はダクト２００を冷蔵室戻り口１２ｂ、副切替室４の風量を測定する場合はダクト２００を副切替室戻り口１４ｂ、野菜室６の風量を測定する場合はダクト２００を野菜室戻り口１６ｂを覆うように設置し、それぞれの戻り口を流れる風量を測定する。

これらにより測定した風量により、各貯蔵室を循環する風量を比較することができる。なお、ここでは、各戻り口を流れる風量により各貯蔵室を循環する風量を測定したが、吐出口を流れる風量により各貯蔵室を循環する風量を測定しても良い。なお、一つの貯蔵室へ送風する吐出口が複数ある場合は、これらの合計値で比較する必要がある。例えば、冷蔵室２へ送風する風量を測定する場合には、各冷蔵室吐出口１２ａからの送風を導くようにダクト２００を設置して、第一差圧計２０３の差圧がゼロになるように送風機２０１を調整し、第二差圧計２０４の差圧に基づいて、全ての冷蔵室吐出口１２ａからの吐出風量を測定する。そして、各冷蔵室吐出口１２ａからの吐出風量を合計することにより、冷蔵室２を循環する風量とみなしてもよい。また、ここでは絞り機構による風量測定方法の一例を説明したが、例えば熱式流量計等の他の手段を用いて風量を測定してもよい。

以上のように、本実施例の冷蔵庫１は、切替室５への風量が他の貯蔵室よりも多くなるようにしている。本実施例では、そのために以下のような構造的配慮がなされている。

図４に示すように、本実施例では、庫内ファン９を切替室５の高さ範囲内の背面側に設け、庫内ファン９から切替室５の切替室吐出口１５ａまでの風路長さを、庫内ファン９から他の貯蔵室の吐出口（冷蔵室吐出口１２ａ、製氷室吐出口１３ａ、副切替室吐出口１４ａ、野菜室吐出口１６ａ）までの風路長さよりも短くしている。すなわち、切替室５の送風路の圧力損失係数（「圧力損失／風量」：風量に対する圧力損失の生じやすさ）を、他の貯蔵室の送風路よりも小さく抑え、風量が多くなるようにしている。同様に切替室戻り口１５ｂから蒸発器２０までの風路長さも、他の貯蔵室の戻り口（冷蔵室戻り口１２ｂ、製氷室戻り口１３ｂ、副切替室戻り口１４ｂ、野菜室戻り口１６ｂ）から蒸発器２０までの風路長さよりも短くし、他の貯蔵室の送風路よりも圧力損失係数を抑えて、風量が多くなるようにしている。なお、庫内ファン９や蒸発器２０は、切替室５の高さ範囲内に完全に収まるよう配置するのが望ましいが、庫内ファン９や蒸発器２０の水平投影が、前記切替室の水平投影と、少なくとも一部で重なるような配置であっても良い。

また、切替室５は冷蔵温度帯にも設定可能とするため、切替室ダンパ１０５を通過させて送風する必要があり、この切替室ダンパ１０５についても配慮している。各貯蔵室への送風を制御するダンパは各貯蔵室へ送風される空気が集約されるため、流速が高く、圧力損失が大きくなりやすい箇所である。

図７は切替室ダンパ１０５の単体を示す図で、（ａ）は切替室ダンパ１０５を閉じた状態、（ｂ）は開けた状態である。本実施例の冷蔵庫は、切替室５への送風を制御する切替室ダンパ１０５の開口面積（図７（ａ）ではバッフル１０５ａで閉じられ、（ｂ）では開いている箇所の面積）を、他のダンパ（冷蔵室ダンパ１０２、野菜室ダンパ１０６）よりも大きくして圧力損失係数を抑えている。具体的には、前述のＱｆ／Ｑｒの比に合わせ、切替室ダンパ１０５の開口面積を、冷蔵室ダンパ１０２に対して１．２倍以上、野菜室ダンパ１０６に対して３．４倍以上としている。

さらに、開口面積に加えて、等価直径にも配慮しており、切替室ダンパ１０５の等価直径を、他のダンパ（冷蔵室ダンパ１０２、野菜室ダンパ１０６）よりも大きくしている。圧力損失係数に比例する摩擦係数は、層流・乱流で遷移する場合を除き、レイノルズ数（＝流速×代表長さ／動粘性係数）が大きいほど小さくなる。また、管内の流れにおいて、代表長さを等価直径（「等価直径＝４×断面積／ぬれ縁長さ」、ぬれ縁長さは断面周囲の長さ）として表すことが一般的に行われる。従って、等価直径を大きくすることで、同じ流速でもレイノルズ数が高くなり、摩擦係数を抑えることができる。

なお、等価直径を大きくするため、切替室ダンパ１０５開口の縦横比（Ｌ_Ａ／Ｌ_ｂまたはＬ_Ｂ／Ｌ_Ａの大きい方）は２．５以下にしている。等価直径の算出式（等価直径＝４×断面積／ぬれ縁長さ）から、断面積が同じ場合、円では正円、四角形では正方形と、縦横比が小さい形状ほど、ぬれ縁長さは小さくなる。具体的には、四角形では縦横比が２．５を上回ると、正方形に対して等価直径が１０％以上小さくなる。従って、開口の縦横比を２．５以下にし等価直径（＝４×（Ｌ_Ａ・Ｌ_Ｂ）／（２×［Ｌ_Ａ＋Ｌ_Ｂ］）を比較的大きくすることで、摩擦係数を抑え、圧力損失係数を抑えている。

以上の構成により、切替室５への風量が、他の貯蔵室よりも多くなるようにし、必要な冷却性能が満足できる構成とした。

また、切替室５は冷蔵温度帯にも設定するため、本実施例では、切替室５の冷え過ぎに対しても以下の配慮を行っている。

図２に示すように、切替室５の冷蔵設定時、断熱仕切壁３０と同様に、切替室ダンパ１０５の背面側は蒸発器２０を通過した直後の低温空気（蒸発器送風路１１ａの空気）と接し、切替室ダンパ１０５の前面側は切替室５内の冷蔵温度帯の空気と接するため、切替室ダンパ１０５の前後では温度差が生じている。すなわち切替室ダンパ１０５を介して、冷凍温度（蒸発器送風路１１ａ）の空気と切替室５内の空気との温度差で熱交換が生じ、切替室５が冷却される。

ここで、ダンパを構成する部材は、開閉時に接触／非接触が生じる図７に示すバッフル１０５ａの表面を除いて、強度を維持するために樹脂（正確には発泡されていない樹脂）等が用いられることが一般的である。樹脂は断熱仕切壁３０を構成する発泡断熱材及び真空断熱材２５ｂに比べて断熱性能が低い（熱伝導率が高い）ため、切替室ダンパ１０５のサイズを大きくすると、このダンパを介した熱交換も大きくなり、冷蔵温度帯に設定した切替室５が過度に冷却される恐れがある。一方で前述の通り、冷凍温度に設定することを考えると切替室ダンパ１０５の圧力損失は低く抑えることが望まれる。

そこで、本実施例では、切替室ダンパ１０５の開口面積を、以下の指標を用い、適正な範囲で抑えている。まず、切替室ダンパ１０５の開口面積は、蒸発器２０と切替室５間の循環風路の最小風路断面積（循環風路のうち、最も断面積が小さい箇所）よりも大きくしており、具体的には切替室吐出口１５ａよりも切替室ダンパ１０５の開口面積を大きくしている。最小風路断面積よりも大きくしたことで、蒸発器２０と切替室５間の循環風路にしめる切替室ダンパ１０５で生じる圧力損失の割合を小さく抑え、すなわち冷凍設定時における切替室ダンパ１０５を設けることで生じる風量の低下を相対的に抑えている。

一方、切替室ダンパ１０５を介した冷却を抑えるため、切替室ダンパ１０５が過度に大きくならないよう以下の配慮を行っている。蒸発器２０及び庫内ファン９は全ての貯蔵室の空気が合流して流れるので、流れる風量が多い。これに対し、切替室ダンパ１０５を流れる空気は切替室５へ送風される分岐後の空気のみであり、圧力損失係数が同等であれば蒸発器２０等に比べて切替室ダンパ１０５で生じる圧力損失は小さくなるため、本実施例では、蒸発器２０へ空気が流入する部分の断面積よりも、切替室ダンパ１０５の開口面積を小さくしている。また、蒸発器２０と切替室５間の循環風路のうち、切替室５への空気のみが流れる箇所（切替室送風路１５、切替室吐出口１５ａ、切替室戻り口１５ｂ）の中での最大風路断面積に対して、切替室ダンパ１０５の開口面積を同等以下にしている。すなわち、蒸発器２０と切替室５間の循環風路中において、切替室ダンパ１０５の圧力損失の割合が大きくならない範囲で切替室ダンパ１０５の開口面積を小さくしている。特に、切替室５の循環空気が集約される切替室戻り口１５ｂに対して、切替室ダンパ１０５の開口面積を同等以下にしており、これにより切替室ダンパ１０５の圧力損失の割合を抑えながら、過度に切替室ダンパ１０５が大きくならないようにしている。

以上の構成により、冷蔵温度に設定できるよう切替室ダンパ１０５を設け、また切替室ダンパ１０５の開口面積を適正な範囲に抑えることで、冷蔵設定時の切替室５の過度な冷却を抑えつつ、切替室ダンパ１０５を設けることで生じる圧力損失を抑えて冷凍設定時に必要な風量を確保している。

また、切替室ダンパ１０５の枠部（バッフル１０５ａを除いた箇所）は、上記のように断熱性能が低く、この箇所を介した熱交換により切替室５が過度に冷却される可能性があるため、この枠部の占める面積を小さくするのが望ましい。そこで、本実施例では、切替室ダンパ１０５のうち切替室５に露出する面の面積全体に対して、開口面積（バッフル１０５ａが閉める面積）が７０％以上となるようにしている。なお、切替室ダンパ１０５の枠部のうち切替室５に露出する面の少なくとも一部を、断熱材で覆うことにより、切替室５の過度な冷却を防ぐことも可能である。

次に、切替室５を備えた冷蔵庫において、本実施例のレイアウトによる効果、特に冷蔵室２よりも下部に切替室５を設け、切替室５よりも下部に野菜室６を設けた効果を示す。

図８は本冷蔵庫における庫外と庫内を断熱する真空断熱材の配設位置を示す概略図である。本実施例では、断熱箱体１０の背面に真空断熱材２５ａを、断熱箱体１０の両側部に真空断熱材２５ｂを設けることで、冷蔵庫１の断熱性能を高めている。同様に、本実施例では、切替室ドア５ａに真空断熱材２５ｃを設けることで、冷蔵庫１の断熱性能を高めている。なお、真空断熱材は、複雑な形状が難しく、四角形、または真空断熱材２５ｂのように端部を折り返した形状が一般的であり、本実施例では、真空断熱材２５ｂを機械室３９を避けた折り返し形状としている。そのため、野菜室６の側面のうち、真空断熱材２５ｂが設けられていない面積の割合が副切替室４、切替室５等よりも多くなっている。

この断熱構成は、切替室５の冷凍モードに対して配慮した構成である。壁面を介して庫内に侵入する熱量Ｑ_ｗは、式３、式４により求められる。

ここで、Ｋは熱通過率、λは断熱壁の熱伝導率、ｔは断熱壁の厚さ、ｈは熱伝達率、Ａは伝熱面積、Ｔは温度、ΔＴは外気と貯蔵室の温度差で、添え字ｏｕｔは外気、ｉｎは貯蔵室内を表す。冷凍モードの切替室５は、冷蔵室２や野菜室６に比べて外気と切替室５との温度差ΔＴが大きく、また製氷室３及び、副切替室４に比べて外気と接触する伝熱面積Ａが大きいことから、外気から侵入する熱量Ｑ_ｗが多くなりやすい。これに対し、本実施例では、切替室５の両側面及び前面（切替室ドア５ａ）に真空断熱材２５ｂ、２５ｃを設けて熱伝導率λを低くし、加えて野菜室６等に比べて側面、前面（ドア５ａ）の断熱厚さｔも厚くして、熱通過率Ｋを小さくすることで、侵入する熱量Ｑ_ｗを抑えている。侵入する熱量Ｑ_ｗが多いと、冷却に必要なエネルギーが多くなり、すなわち省エネルギー性能が低下する。このように、冷凍モードに設定した際に省エネルギー性能への影響が大きい切替室５の周囲の断熱性能を向上させることで、高効率に省エネルギー性能を向上させることができる。

一方、野菜室６は、冷蔵温度帯専用の貯蔵室で、加えて冷蔵庫１の中で最も温度の高い貯蔵室であるため、他の貯蔵室、特に冷凍温度帯の貯蔵室に比べて庫外との温度差ΔＴが小さい。ここで、冷蔵庫１の最下段は、両側面と前面とともに、底面からも外気と熱交換するため、切替室５等に比べて伝熱面積Ａが大きくなる。さらに、底面の一部は圧縮機２４の排熱等で冷蔵庫の周囲よりも高温な機械室３９と熱交換するため、Ｔ_ｏｕｔが高く、すなわちΔＴが大きくなりやすい。また、前述のように野菜室６の側面は真空断熱材２５ｂが設けられていない面積の割合が多く、Ｋも大きくなりやすい。従って、最下段の貯蔵室は、外気の熱侵入に対する配慮が重要となるが、冷蔵庫１の下段にＴ_ｉｎが比較的高い野菜室６を設けることで、庫外との温度差ΔＴを抑え、これにより熱侵入を抑え省エネルギー性能低下を抑えている。すなわち冷蔵庫１全体としての省エネルギー性能を高めることができる。

さらに、切替室５の下面に野菜室６を設けたことで、断熱仕切壁２９の省スペース性向上、または低コスト化にもつながっている。冷蔵モードに設定した切替室５は、前述したように、上面を製氷室３と副切替室４、背面を蒸発器２０及び蒸発器送風路１１ａによって冷却され、過度に低温になることが考えられる。切替室５の下部が冷凍温度の貯蔵室であると、切替室５は下面からも冷却され、さらに低温になるやすくなるため、断熱仕切壁２９による断熱性能の確保が必要となり、すなわち断熱仕切壁２９の断熱厚さを厚くすることや、真空断熱材を設ける必要が生じる。一方、本実施例では、切替室５の下部に、冷凍温度になることがない冷蔵温度帯専用の貯蔵室、さらにその中でも温度の高めな野菜室６を設けたことで、断熱仕切壁２９に対する断熱性能の配慮が少なくて済み、すなわち断熱仕切壁２９の厚みの増加や真空断熱材によるコスト増加を抑えることができる。

また、前述した断熱性能は、省エネルギー性能に加えて、冷蔵庫１の外表面の結露にも影響する。断熱壁は隣接する貯蔵室により冷却され、外気と接する外箱１０ａの外表面が低温となり、この温度が露点を下回ると、外表面に結露が生じる。この冷却による外表面温度Ｔ_{ｗａｌｌ＿ｏｕｔ}は式５により求められる。

切替室５は冷蔵モードに加えて冷凍モードにおいても結露を抑制する必要があり、冷凍モードの方が庫内が低温でΔＴが大きく、Ｑ_ｗが大きくなり易いことから、Ｔ_{ｗａｌｌ＿ｏｕｔ}が低温になって露点を下回ることを防ぐするためには、高い断熱性能（ｔ／λ）が必要である。すなわち、切替室５は冷凍モードを考慮した断熱設計が必要で、真空断熱材の実装や、断熱厚さを厚くするなどして高い断熱性能を確保する必要がある。一方、冷蔵温度帯専用で、冷蔵庫１の中で最も温度の高い野菜室６は、比較的断熱性能が低くてもＱ_ｗが大きくなり難く、すなわちＴ_{ｗａｌｌ＿ｏｕｔ}が低温になり難いので、真空断熱材の使用抑制や、切替室５の壁面に比べて断熱厚さを薄くして、低コスト化や省スペース性向上が図れる。

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。

１冷蔵庫
２冷蔵室
２ａ、２ｂ冷蔵室ドア
３製氷室
３ａ製氷室ドア
３ｂ製氷室容器
３ｃ製氷皿
４副切替室
４ａ副切替室ドア
４ｂ副切替室容器
５切替室
５ａ切替室ドア
５ｂ切替室容器
６野菜室
６ａ野菜室ドア
６ｂ野菜室容器
６ｃ野菜室カバー
６ｄ野菜室仕切り
７チルド室
９庫内ファン
１０断熱箱体
１０ａ外箱
１０ｂ内箱
１１ａ蒸発器送風路
１１ｂ蒸発器戻り風路
１２冷蔵室送風路
１２ａ冷蔵室吐出口
１２ｂ冷蔵室戻り口
１２ｃ冷蔵室戻り風路
１３製氷室送風路
１３ａ製氷室吐出口
１３ｂ製氷室戻り口
１３ｃ製氷室戻り風路
１４副切替室送風路
１４ａ副切替室吐出口
１４ｂ副切替室戻り口
１５切替室送風路
１５ａ切替室吐出口
１５ｂ切替室戻り口
１６野菜室送風路
１６ａ野菜室吐出口
１６ｂ野菜室戻り口
１６ｃ野菜室戻り風路
１７ドアヒンジカバー
１８操作部
１９表示部
２０蒸発器
２１ラジアントヒータ
２２排水管
２４圧縮機
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ真空断熱材
２６、２７、２８、２９、３０断熱仕切壁
３１制御基板
３２蒸発皿
３３ドアポケット
３４棚最下段
３７製氷タンク
３９機械室
４０機械室ファン
４１蒸発器温度センサ
４２冷蔵室温度センサ
４３製氷温度センサ
４４副切替室温度センサ
４５切替室温度センサ
４６野菜室温度センサ
４７外気温度センサ
４８外気湿度センサ
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ第一〜第三の放熱器
５１ドライヤ
５２キャピラリチューブ
５３気液分離器
５４熱交換部
５５戻り配管
１０２冷蔵室ダンパ
１０４副切替室ダンパ
１０５切替室ダンパ
１０５ａバッフル
２００ダクト
２０１送風機
２０２オリフィス
２０３第一差圧計
２０４第二差圧計

Claims

庫内を冷蔵温度帯の範囲で制御する冷蔵貯蔵室と、冷蔵温度帯と冷凍温度帯を切り替え可能な切替室と、蒸発器と、該蒸発器により低温にした空気を昇圧して、前記冷蔵貯蔵室及び前記切替室に送風するファンと、該ファンにより昇圧された空気の前記冷蔵貯蔵室への送風を抑える冷蔵貯蔵室ダンパと、前記ファンにより昇圧された空気の前記切替室への送風を抑える切替室ダンパと、を備え、
前記切替室に比べ、前記冷蔵貯蔵室の方が内容積が大きく、前記冷蔵貯蔵室及び前記切替室に送風する空気は同一の前記蒸発器により冷却される冷蔵庫において、
前記冷蔵貯蔵室ダンパと前記切替室ダンパの両方を開けた場合に、前記冷蔵貯蔵室よりも前記切替室に送風される風量が多くなることを特徴とする冷蔵庫。
請求項１において、
前記切替室における幅方向の長さが、前記冷蔵貯蔵室における幅方向の長さと同一である、
又は、前記冷蔵貯蔵室が複数ある場合に、最大の前記冷蔵貯蔵室の内容積に対して、前記切替室の内容積が１／４以上である、
又は、前記冷蔵貯蔵室が複数ある場合に、最小の前記冷蔵貯蔵室の内容積に対して、前記切替室の内容積が１／２以上である、
又は、前記切替室の内容積が全ての貯蔵室の合計内容積の１５％以上であることを特徴とする冷蔵庫。
請求項１乃至２のいずれかにおいて、
少なくとも一つの前記冷蔵貯蔵室と前記切替室の内容積の比がｘ：１のとき、前記冷蔵貯蔵室ダンパと前記切替室ダンパの両方を開けた場合の前記切替室の風量が、冷蔵貯蔵室の風量に対して３．７／ｘ倍以上であることを特徴とする冷蔵庫。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記冷蔵貯蔵室よりも、前記切替室の方が外気に対する断熱性能を高くしたことを特徴とする冷蔵庫。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
少なくとも一つの前記冷蔵貯蔵室と前記切替室の内容積の比がｘ：１のとき、前記切替室ダンパの開口面積が、前記冷蔵貯蔵室ダンパの開口面積に対して３．７／ｘ倍以上であることを特徴とする冷蔵庫。
請求項1乃至５のいずれかにおいて、
前記蒸発器及び前記ファンの水平投影が、前記切替室の水平投影と、少なくとも一部で重なることを特徴とする冷蔵庫。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記切替室の高さ範囲内の背面側に、前記蒸発器を設けたことを特徴とする冷蔵庫。
請求項1乃至７のいずれかにおいて、
前記切替室ダンパの開口面積を、前記蒸発器と前記切替室との間の循環風路の最小風路断面積よりも大きくしたことを特徴とする冷蔵庫。
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記切替室ダンパの開口面積を、前記切替室へ送風する吐出口の開口面積よりも大きくしたことを特徴とする冷蔵庫。
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記切替室ダンパの開口面積を、前記蒸発器と前記切替室との間の循環風路の最大風路断面積と同等以下にしたことを特徴とする冷蔵庫。
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記切替室ダンパの開口面積を、前記切替室を冷却した空気が戻る戻り口の開口面積と同等以下にしたことを特徴とする冷蔵庫。
請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
前記冷蔵貯蔵室は複数設けられ、この複数の冷蔵貯蔵室のうちの少なくとも一つは、食品を収納する容器を備え、この容器の外に向けて冷気が送風される野菜室であることを特徴とする冷蔵庫。
請求項１２において、
前記野菜室は、前記切替室の下部に設けたことを特徴とする冷蔵庫。