JP2021139591A - 冷蔵庫 - Google Patents

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祐生 池田
Yuki Ikeda
祐生 池田
敦子 船山
Atsuko Funayama
敦子 船山
真子 國分
Masako Kokubu
真子 國分
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Abstract

【課題】蓄冷材によって内部空間の温度変動が抑制された恒温室を有する冷蔵庫を提供する。【解決手段】貯蔵室と、恒温室と、恒温室内の空間と熱交換可能な蓄冷材と、貯蔵室内の空気及び恒温室外の空気と熱交換する冷凍サイクルと、蓄冷材の相変化点よりも低温になることが可能な冷却部と、を有し、蓄冷材の一方側に恒温室が位置し、他方側に冷却部が位置し、冷却部を恒温室の内部空間の方向に投影した場合、投影面は蓄冷材に重なる冷蔵庫。【選択図】図3

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。
温度変動が小さい環境で保存することが好ましい食品が存在する。例えば葉物野菜のような水分量の多い食品では、温度変動によって野菜中の水分が放出されてしまう。損失した水分が野菜内に戻ることはない。
特許文献1は、蒸発器と接触又は近接配置された蓄冷材を設け、蓄冷材と蒸発器の冷熱で冷却される冷蔵室102、冷凍室103,104や変温室107によってエネルギー効率を向上した冷蔵庫を提供する発明を開示する(請求項1、0006,0046)。実施の形態5では、冷凍室103,104の背後に2つの冷却器137,140が配されており、このうち冷却器137には蓄冷材136が巻き付けられている。いずれの冷却器に冷媒を流すかを切替可能な弁139も設けられている(0068−0075、図9,10)。
特許文献2は、冷凍運転の停止に備えて、圧縮機4、凝縮器5、絞り機構6、蒸発器7とにより構成される冷媒回路8の蒸発器7は、コイル状に形成した銅管によりなり、冷凍冷蔵庫本体1内に設けた蓄冷部2の蓄冷剤と密着している構成を開示する(0011,0012,0018、図1)。冷媒回路8の駆動時は必ず蒸発器7に冷媒が流れて蓄冷剤が冷却される。また、冷凍冷蔵庫本体の貯蔵空間は、蓄冷剤(蓄冷材)で冷却される空間のみであるように看取される。
特開2017−172848号公報 特開平5−296641号公報
特許文献1は、蒸発器の補助として蓄冷材が利用されており、蒸発器の温度変動は各室102−104,107の温度に直接影響する。したがって、特許文献1の構成は、目的として明示されているエネルギー効率の向上のためになされており、蓄冷材によってこれら室の温度変動を小さくすることには特に寄与しない。
特許文献2は、設けられているであろう本体の扉によって本体内と外界とが直接面することになり、扉を開放した場合に高温の外気が直接本体内に進入する。また、冷媒回路8が複数の貯蔵室を冷却することは何ら想定しておらず、専ら冷凍運転の停止に備えて蓄冷剤を蓄冷すべきか否か等に応じて冷媒回路8を駆動させると推察される。
上記事情に鑑みてなされた本発明は、
貯蔵室と、
恒温室と、
該恒温室内の空間と熱交換可能な蓄冷材と、
前記貯蔵室内の空気及び前記恒温室外の空気と熱交換する冷凍サイクルと、
前記蓄冷材の相変化点よりも低温になることが可能な冷却部と、を有し、
前記蓄冷材の一方側に前記恒温室が位置し、他方側に前記冷却部が位置し、
前記冷却部を前記恒温室の内部空間の方向に投影した場合、投影面の一部又は略全部は前記蓄冷材に重なる冷蔵庫。
実施形態の冷蔵庫の正面図 図1のA−A断面図 実施形態の恒温室を箱体から取り出した場合の分解斜視図 実施形態の冷蔵庫における冷凍サイクル構成を示す概略図
[冷蔵室レイアウト]
図1は実施形態の冷蔵庫1の正面図、図2は図1のA−A断面図である。冷蔵庫1の箱体10は、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。
冷蔵庫1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として、冷蔵室2の開口を開閉する回転式の2つの冷蔵室ドア2a,2b、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出式の製氷室ドア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。ドア3a、4a、5aそれぞれは、各室の前端側に在る断熱仕切壁30に当接して各室を閉塞自在である。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。
冷蔵室2内には、冷蔵室扉2bを開放してアクセス可能な恒温室35が収容されている。恒温室35の詳細は後述するが、左右寸法をさらに大きくして冷蔵室扉2aも開放してアクセス可能な態様にしてもよい。本実施形態では、冷蔵室2の目標温度は概ね1〜4℃、恒温室35の目標温度は−7〜+1℃であるが、セルシウス温度でプラス帯又はマイナス帯でそれぞれ同一の目標温度としてもよいし本実施形態のように異なる目標温度としてもよい。恒温室35の温度変動を小さくする観点からは、両者の目標温度の差が3℃以下、好ましくは2℃又は1℃以下であることが好ましい。なお、野菜室は平均的に7℃程度にした貯蔵室である。
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る。
箱体10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との間に有している。冷蔵室2並びに上段冷凍室4及び製氷室3を区画する仕切壁352は、内部に蓄冷材が充填されている下蓄冷仕切壁352である。下段冷凍室5及び野菜室6を区画する仕切壁29は、断熱材を主に形成された断熱仕切壁29である。
[冷凍サイクル概略]
冷蔵庫1は、圧縮機24、放熱器50、減圧部53、蒸発器14をこの順で環状に冷媒配管で接続された冷凍サイクルを有する。詳細は図4も参照しつつ後述する。圧縮機24により圧縮された冷媒が放熱器50で放熱され減圧部53で減圧され、蒸発器14で蒸発することで蒸発器14が低温となる。蒸発器14は蒸発器室に収容されており、低温冷気はファンで昇圧されて各貯蔵室に送風される。各貯蔵室を通過して温度上昇した冷気は再び蒸発器室に戻る。
実施形態の冷蔵庫1は、減圧部53及び蒸発器14を2つずつ備えている。図2に例示するように、恒温室35の後側にはR蒸発器14aを収容した蒸発器室が配され、冷凍室5の後側にはF蒸発器14bを収容した蒸発器室が配されている。R蒸発器14aで生成された冷気は、R蒸発器14aの上方に設けた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に吹出されて冷蔵室2を冷却するとともに、恒温室35の外殻のうち冷蔵室2に面しているところを冷却する。冷蔵室2に送風された空気は冷蔵室戻り口からR蒸発器室に戻り、再びR蒸発器14aにより冷却される。
F蒸発器14bは冷凍室7の略背部のF蒸発器室内に設けてある。F蒸発器14bで生成された冷気は、F蒸発器14bの上方に設けた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の空間に吹出されて冷凍室7を冷却する。野菜室6は、冷蔵室2を冷却した空気が供給される構造でもよいし、冷凍室7を冷却した空気が供給される構造でもよい。
F蒸発器14bは冷凍室7の略背部に備えたF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Fファン9bにより、冷凍室風路12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からF蒸発器室に戻り、再びF蒸発器14bにより冷却される。
R蒸発器14aは冷蔵温度帯又はこの近傍(−7℃程度以上)を目標温度とする貯蔵室を冷却し、F蒸発器14bは冷凍温度帯を含む貯蔵室を冷却することから、R蒸発器14aの方がF蒸発器14bに比して高温である。
[恒温室35]
図3は恒温室35を箱体10から取り出した場合の分解斜視図である。恒温室35の内外の境界として、上蓄冷仕切壁351、下蓄冷仕切壁352、左断熱材353、右断熱材354、恒温室蓋355、後蓄冷仕切壁356が配されている。上下壁351,352の面積は、前後壁355,356の面積よりも大きく、また、左右壁352,353の面積それぞれよりも大きい。前後壁355の面積は、上下壁や左右壁の面積よりも小さくし売る。
上蓄冷仕切壁351と後蓄冷仕切壁356とは一体形成されていて、互いに温度差があると熱伝達で熱交換できる。境界内である恒温室35の空間には、蓋355とともに移動する箱状の容器350が収容されている。恒温室35内に、室内の空気を循環させるファン(不図示)を設けてもよい。
蓄冷材仕切壁は、水と高吸水性ポリマーを含み、その他化学品を加えることで恒温室35の目標温度が相変化点(融点)となるよう配合された蓄冷材を収容した壁である。相変化点となっている蓄冷材は固相と液相との相変化にエンタルピを使用するため温度は一定となる。このことから、蓄冷材を略相変化点の固相状態にまで冷却し、その状態に到達したら冷却を停止するということを繰り返せば、恒温室35内の空間温度の変動を小さくできる。
左右の断熱材353,354は、恒温室35の左右寸法や左右位置を調整することで、冷蔵室2の内箱10bの一部によって構成してもよい。
後蓄冷仕切壁356は、R蒸発器室と略当接又は一体形成されている。このため後蓄冷仕切壁356は、冷却部として機能するR蒸発器14aによって相変化点以下にまで冷却されることになる。この冷却の影響は、繋がっている上蓄冷仕切壁351にも及ぶ。下蓄冷仕切壁352は、下面が冷却部として機能する冷凍室7の冷気によって冷却され、内部の蓄冷材が相変化点以下にまで冷却される。下蓄冷仕切壁352は、本実施形態では断熱材を主に構成されている恒温室蓋355、左右の断熱材353,354いずれかに蓄冷材を配するとともにこれと繋げて、熱伝達可能にしてもよい。
恒温室35は、蓄冷材を含む仕切部351,352,356による輻射で熱交換することで、内部空間が冷却される。R蒸発器14aを恒温室35の内部空間に(すなわち前方に)投影すると、R蒸発器14aの投影面積は後蓄冷仕切壁356に略重なる。このため、R蒸発器14aの温度変動の影響は恒温室35に及びにくい。また、下蓄冷仕切壁352の外面に対向する冷凍室3,4を恒温室35の内部空間に(すなわち上方に向けて)投影すると、冷凍室3,4の投影面積は下蓄冷仕切壁352に略重なる。このため、冷凍室3,4の温度変動の影響は恒温室に及びにくい。ここでいう略重なるとは、例えば、冷却部14a、3,4の投影面積の70%以上、好ましくは80%以上、90%以上、さらに好ましくは95%以上が蓄冷材に重なることを指すと解することができる。
冷蔵室2の冷風は上蓄冷仕切壁351や恒温室蓋355に接触するところ、上蓄冷仕切壁351にはR蒸発器14aの影響を受ける蓄冷材が配されているため冷蔵室2の温度変動の影響が及びにくい。恒温室蓋355を断熱材を含めて構成すれば、さらに冷蔵室2の温度変動の影響を及びにくくできる。
さらに、恒温室35内には蒸発器室に連通した通気口がなく、恒温室の内部空間は、蓋355が閉じられると閉塞する。恒温室35内の空気温度と蒸発器で生成される冷気温度が異なっていても、その変動による影響は及びにくい。このように恒温室蓋355を除く壁面351,352,353,354,356で筐体部として機能する。
なお、恒温室35の空間を囲む六方の壁面すべてに蓄冷材を設けなくともよく、本実施形態では実際、左右壁面353,354及び前方の蓋355を断熱材で形成している。
恒温室蓋355は、恒温室35内の空間の前面を開閉自在な蓋として少なくとも機能する。本実施形態では、蓋としての機能に加えて、恒温室35内の空間に配された容器350を引出す引出としても機能している。
恒温室35内には恒温室温度センサ38が配されるとともに、蓄冷材を配した仕切壁351,352,356の一部又は全部には、蓄冷材ヒータ(不図示)が配されている。蓄冷材ヒータそれぞれは、恒温室センサ38が低温の場合、発熱するように制御され得る。恒温室35が低温の場合、蓄冷材が相変化点未満となっていて蒸発器14aの温度に依存して蓄冷材温度が変動してしまっていることが想定されるためである。蓄冷材ヒータは、例えば、R蒸発器室内の前壁、後蓄冷仕切壁356及びR蒸発器室の間に設けることができる。この位置だとヒータの発熱を蓄冷材のエンタルピ上昇にあてやすく、恒温室35の温度変動を招来しにくい。
恒温室35は、蓄冷材の融点に略維持することを理想として設けられた貯蔵室であり、真に「恒温」である必要はない。
[冷凍サイクル詳細]
図4は、実施形態の冷蔵庫1が備える冷凍サイクルである。冷蔵庫1は、圧縮機24、冷媒の放熱を行う放熱器50(庫外放熱器50a、壁面放熱配管50b、断熱仕切壁28、29、30の前面部への結露を抑制する結露防止配管50c)、放熱器50を通過した冷媒を分岐させる第1三方弁52、第1三方弁52を通過した冷媒を減圧させる減圧部53(R減圧部53a、F減圧部53b)、減圧部53を通過した冷媒が蒸発して冷気を生成する蒸発器14(R蒸発器14a、F蒸発器14b)、が環状に冷媒配管で接続されている。
また、冷凍サイクルは、R減圧部53a及びR蒸発器14aの間に配された第2三方弁60と、第2三方弁60の流出口60a及びR蒸発器14aの間であって第2三方弁60で分岐した冷媒流の合流点より上流に配された第1逆止弁56aと、第1三方弁52で分岐した冷媒流の合流点57及びF蒸発器14bの間に配された第2逆止弁56bと、を有する。
三方弁52,60はそれぞれ、1つの流入口と2つの流出口とを備え、流入口から流入した冷媒を流す流出口を切り換えることができる切換弁である。三方弁52,60は、2つの流出口の何れにも冷媒が流れないようにする全閉、また何れにも冷媒が流れるようにする全開にも切換可能にし得る。
第1三方弁52の流出口52aは冷媒配管を介してR減圧部53aと接続され、流出口52bは冷媒配管を介してF減圧部53bと接続されている。
R減圧部53aの下流には、第2三方弁60が接続されている。流出口60aには、後蓄冷仕切壁356と熱交換するように配された冷媒配管(冷却部として機能する。)が接続されている。流出口60bには、後蓄冷仕切壁356と熱交換するように配された冷媒配管をバイパスするよう配された冷媒配管が接続されている。第2三方弁60は、例えば恒温室温度センサ38の出力値によって切換状態が制御される。恒温室温度センサ38の検知状態が目標温度又は相変化点より高温だと流出口60aから冷媒が流れるようにすると好ましい。また、低温だと流出口60bから冷媒が流れるようにすると好ましい。
(冷媒流れ)
圧縮機24から吐出された冷媒は、放熱器50、ドライヤ51を流れて第1三方弁52に至る。
流出口52aから冷媒が流れるようにすると、冷媒はR減圧部53aを経て第2三方弁60に流入する。流出口60aから冷媒が流れるようにすると、冷媒は後蓄冷仕切壁356を冷却する冷媒配管と第1逆止弁56aを経てR蒸発器14aに流入する。この場合、後蓄冷仕切壁356は、冷媒配管を流れる低温冷媒及びR蒸発器14aによって冷却されるため、効率的にエンタルピが低下する。これに対して流出口60bから冷媒が流れるようにすると、冷媒は直接R蒸発器14aに流入する。この場合、後蓄冷仕切壁356は、R蒸発器14aのみによって冷却されるため、比較的エンタルピの低下をゆっくり行うことができるから、蓄冷材の過冷却を抑制できる。
流入した冷媒の蒸発により冷却されたR蒸発器14a近傍の空気は、冷蔵室2の吹出口から冷蔵室2に供給されて、冷蔵室2内を冷却する。R蒸発器14aを通過した冷媒は、合流点57を経て圧縮機24に戻る。
一方、流出口52bから冷媒が流れるようにすると、冷媒はF減圧部53b、F蒸発器14b、第2逆止弁56b、合流点57を経て圧縮機24に戻る。これにより冷却されたF蒸発器14b近傍の空気は、冷凍室7の吹出口から冷凍室7に供給されて、冷凍室7内を冷却する。
上述したが野菜室6は、設計思想に応じていずれかの蒸発器14a,14bと熱交換するようにされてもよく、冷蔵室2又は冷凍室7に冷気の流れが接続される。
後蓄冷仕切壁356を冷却する前提として、第1三方弁52が流出口52aから冷媒を流すように切換えられている必要がある。この点、第1三方弁52は、例えば冷蔵室2の温度センサ41が高温であることを検知すると、流出口52aから冷媒を流すように切り換えるよう設定されている。冷蔵室2の温度上昇は、冷蔵室2への外気侵入が原因であることが多い。恒温室35には恒温室蓋355が設けられているから、冷蔵室2よりは外気が進入しづらいものの恒温室蓋355を開放するには冷蔵室扉2a,2b何れかをも開放しなければならないから、恒温室35の温度上昇と同時に冷蔵室2の温度上昇が生じやすい。したがって、恒温室35の冷却が必要になる場面では先立って又は略同時に冷蔵室2も高温となっていて第1三方弁52は流出口52aから冷媒が流れるように切り換えられている又は切り換えられることが期待される。このように、冷蔵室2内に恒温室35が配されていることで、簡略な制御で効果的に恒温室35の冷却制御が実現できる。
なお、冷凍室7の温度センサ42が低温であることを検知した場合に流出口52aから冷媒を流すように切り換えるよう設定されることもあり得る。また、R蒸発器14a側のサイクルによって後蓄冷仕切壁356を冷却したが、F蒸発器14b側のサイクルによって冷却してもよい。
その他、蓄冷仕切壁352,356と冷却部14a,7との間や、蓄冷仕切壁352,356と恒温室35との間に、熱交換を遮断又は低減(遮断等と呼ぶ。)するシャッタ(不図示。熱交換制御部)を設けてもよい。シャッタを設ける場合、熱交換の遮断等と非遮断等とを切換可能に構成され、好ましくはシャッタは温度センサ38の検知温度によって切り換えられる。
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を設けている。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。
1 冷蔵庫
2 冷蔵室
2a、2b 冷蔵室ドア
3 製氷室
4 上段冷凍室
5 下段冷凍室冷凍室
3a,4a、5a 冷凍室ドア
6 野菜室
6a 野菜室ドア
9a Rファン(Rファン)
9b Fファン(Fファン)
10 断熱箱体
10a 外箱
10b 内箱
11 冷蔵室風路
11a 冷蔵室吐出口
12 冷凍室風路
14a R蒸発器(R蒸発器)
14b F蒸発器(F蒸発器)
16 ヒンジカバー
24 圧縮機
35 恒温室
351 上蓄冷仕切壁
352 下蓄冷仕切壁
353 右断熱壁
354 左断熱壁
355 恒温室蓋(断熱材)
356 後蓄冷仕切壁
38 恒温室温度センサ
40a R蒸発器温度センサ
40b F蒸発器温度センサ
50 放熱器
52,60 三方弁
53a R減圧部(減圧手段)
53b F減圧部(減圧手段)
56a,56b 逆止弁
57 冷媒合流部

Claims (10)

  1. 貯蔵室と、
    恒温室と、
    該恒温室内の空間と熱交換可能な蓄冷材と、
    前記貯蔵室内の空気及び前記恒温室外の空気と熱交換する冷凍サイクルと、
    前記蓄冷材の相変化点よりも低温になることが可能な冷却部と、を有し、
    前記蓄冷材の一方側に前記恒温室が位置し、他方側に前記冷却部が位置し、
    前記冷却部を前記恒温室の内部空間の方向に投影した場合、投影面の一部又は略全部は前記蓄冷材に重なる冷蔵庫。
  2. 前記冷却部を前記恒温室の内部空間の方向に投影した場合、投影面は前記蓄冷材に略重なる請求項1に記載の冷蔵庫。
  3. 前記貯蔵室の一つとして、
    前記恒温室を収容しており、
    前記貯蔵室の内外の境界に設けられた貯蔵室扉を備える冷蔵室を有し、
    前記恒温室の空間を閉塞する恒温室蓋及び筐体部と、を有し、
    該恒温室蓋は、前記貯蔵室内の空間と前記恒温室内の空間との境界に設けられ、該閉塞を解除可能である請求項2に記載の冷蔵庫。
  4. 前記冷凍サイクルは、冷蔵温度帯の貯蔵室にのみ供給される冷気を生成するR蒸発器を有し、
    前記冷却部として該R蒸発器が機能する請求項3に記載の冷蔵庫。
  5. 前記冷凍サイクルは、
    冷媒配管で環状に繋がれて圧縮機、放熱器、R減圧部、及び前記R蒸発器の順に冷媒が流れ、
    前記R減圧部及び前記R蒸発器の間に配され、流入口及び少なくとも2つの流出口を有する第2弁と、
    該流出口の一方及び前記R蒸発器を接続する第1冷媒配管と、
    外流出口の他方及び前記R蒸発器を接続し、前記蓄冷材と熱交換する第2冷媒配管と、
    該第2冷媒配管に設けられた逆止弁と、を有する請求項4に記載の冷蔵庫。
  6. 前記冷凍サイクルは、
    F減圧部と、
    該F減圧部の下流に配されて冷凍温度帯の貯蔵室を含む領域に供給される冷気を生成するF蒸発器と、
    R減圧部及びF減圧部の上流に設けられ、R減圧部及びF減圧部それぞれに繋がる第1弁と、を有し、
    該第1弁及び前記R蒸発器の間に、前記第2弁、前記第1冷媒配管、前記第2冷媒配管、前記逆止弁が配されている請求項5に記載の冷蔵庫。
  7. 前記貯蔵室の一つとして冷凍室を有し、
    該冷凍室が、前記冷却部として機能する請求項1乃至6何れか一項に記載の冷蔵庫。
  8. 前記蓄冷材及び前記冷却部の間の熱交換の程度を変更することが可能な熱交換制御部を有する請求項1乃至7何れか一項に記載の冷蔵庫。
  9. 前記冷却部に対向する前記蓄冷材に繋がり、前記恒温室のうち前記冷却部に対向しない面を形成する別の蓄冷材を有する請求項1乃至8何れか一項に記載の冷蔵庫。
  10. 前記蓄冷材又は前記恒温室の温度を検知する温度センサと、
    前記蓄冷材を加熱可能なヒータを有する請求項1乃至9何れか一項に記載の冷蔵庫。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102348017B1 (ko) * 2021-11-11 2022-01-07 주식회사 나우이엘 과냉각 저장고
CN114593540A (zh) * 2022-03-30 2022-06-07 西安交通大学 一种带恒温室的相变蓄冷冰箱及其控制方法
WO2023068023A1 (ja) * 2021-10-18 2023-04-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 冷蔵庫

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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