JP2023079333A

JP2023079333A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2023079333A
Application number: JP2021192752A
Authority: JP
Inventors: 晃一西村; Koichi Nishimura; 元康市場; Motoyasu ICHIBA; 航安部; Ko Abe
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-06-08
Also published as: CN116182452A

Abstract

【課題】本開示は、蓄冷材を備え、デマンド信号に基づいて蓄冷放冷を行う冷蔵庫において、蓄冷及び放冷の速度を向上させることにより、省エネ性の高い冷蔵庫を提供することを目的とする。【解決手段】本開示における冷蔵庫は、圧縮機と、凝縮器と、減圧器と、蒸発器とを環状に接続した冷却システムと、内部に蒸発器を備えた冷却室と、蒸発器と熱的に接触した蓄冷材とを備え、外部からのデマンド信号に基づいて圧縮機の運転を行う制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は蓄冷材を備えた冷蔵庫に関する。

特許文献１には、貯蔵室の内壁面に蓄冷材を設け、貯蔵室内の温度が目標設定温度に保たれるように運転する通常運転と、貯蔵室内の温度が通常運転における目標設定温度よりも低く、かつ、蓄冷材の凝固点よりも低い蓄冷時設定温度に保たれるようにする蓄冷運転とを選択的に実行する冷蔵庫を開示する。

特開２０１２－２４２０６４号公報

本開示は、蓄冷材を用いた冷蔵庫において、蓄冷及び放冷の速度を向上させることにより、省エネ性の高い冷蔵庫を提供する。

本開示における冷蔵庫は、圧縮機と、凝縮器と、減圧器と、蒸発器とを環状に接続した冷却システムと、内部に蒸発器を備えた冷却室と、蒸発器と熱的に接触した蓄冷材とを備え、外部からのデマンド信号に基づいて前記圧縮機の運転を行う制御部と、を備えたことを特徴とする。

本開示における冷蔵庫は、制御手段により、デマンド信号を受信した際に圧縮機を運転することにより、蓄冷材が蒸発器と熱的に接触しているため、素早く蓄冷を完了できる。そのため、自由なタイミングで蓄冷を行うことにより、省エネ性能の高い冷蔵庫とすることができる。

実施の形態１における冷蔵庫の断面図実施の形態１における冷蔵庫の蒸発器の斜視図実施の形態１における冷蔵庫の通常冷却時の各部の温度を示すタイミングチャート実施の形態１のパターン１における冷蔵庫の蓄放冷運転時の各部の温度を示すタイミングチャート実施の形態１のパターン２における冷蔵庫の蓄放冷運転時の各部の温度を示すタイミングチャート実施の形態１における冷蔵庫のフローチャート

（本開示の基礎となった知見等）
冷蔵庫業界では、冷却サイクルによって生成した冷熱を、そのまま冷蔵庫内を冷却するために利用するだけでなく、蓄冷材を用いて冷熱を蓄え、冷却サイクルが運転していない時に冷蔵庫内を冷却するために利用するものも提案されていた。

例えば、庫内に樹脂容器に充填した潜熱蓄冷材を収納し、通常冷却時は、蓄冷材は冷熱を蓄えた状態（蓄冷）で、停電などにより庫内温度が上昇した時に、蓄えた冷熱により庫内の温度上昇を抑制する（放冷）冷蔵庫である。

また、電力会社などでは、電力の需要と供給のバランスを取るため、需要側の電力を制限するよう調整する、デマンドレスポンスも採用されている。

デマンドレスポンスとは、あらかじめ電力会社から使用者にデマンド信号を送信し、ある時間帯に、使用者が電力使用量を抑制することにより、使用者がインセンティブを受け取るという仕組みである。

しかしながら、特許文献１においては、蓄冷材が貯蔵室の壁面に設けられているため、デマンド信号を受信しても、蓄冷が完了するまでに時間がかかり、蓄冷効果を十分得ることが難しかった。

発明者らは、蒸発器と蓄冷材が熱的に接触していないことにより、蒸発器が冷却されても蓄冷材を冷却するまでに時間的なラグが生じると考え、この課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

本開示は、従来技術の課題を解決するために、デマンド信号を受信してから素早く蓄冷を行うことができる冷蔵庫を提供する。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１～図６を用いて、実施の形態１を説明する。

[１－１、構成]
図１において、冷蔵庫１は、前面に開口部２を有し、背面に冷却室３を備えた断熱箱体４と、開口部２を開閉自在に閉塞する扉５とから構成されている。

冷却室３内には、圧縮機６と、凝縮器７と、減圧器８と、が環状に接続され、内部に例えば炭化水素系ガスなどの冷媒を封入した冷却システム９を構成する蒸発器１０を備えている。

図２において、蒸発器１０は、例えばフィン１１とパイプ１２によって構成されたフィンチューブ型の熱交換器であり、例えば凝固温度がＴｃの、高吸水性樹脂などの潜熱蓄冷材をケース内に充填した蓄冷材１３をフィン１１の間に挟み込む構成となっており、両者は熱的に接触している。

図１において、冷却室３内には、冷却室３内で発生した冷気を冷蔵庫１の内部に循環させる冷却ファン１４を備えている。

断熱箱体４の内部には、内部温度を検出する、例えばサーミスタなどのセンサ１５を備えている。

断熱箱体４の外部には、外部からのデマンド信号を受信する受信部１６と、センサ１５の検出する温度と受信部１６の信号に基づいて、圧縮機６及び冷却ファン１４の動作を制御する制御部１７を備えている。

[１－２、動作]
以上のように構成された冷蔵庫１について、以下その動作、作用を説明する。

図３から図６に基づいて、冷蔵庫１の動作を説明する。

冷蔵庫１の運転時、圧縮機６で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器７で冷却され、低温高圧の液冷媒となり、減圧器８へと流れ、減圧され、低温低圧の気液二層流となり蒸発器１０へと流れる。

そして、蒸発器１０と周囲の空気との温度差により、液冷媒が気化し、蒸発気化熱により周りから熱を奪い蒸発し冷気を発生させるとともに、低温低圧のガス冷媒となり、再び圧縮機６へと吸い込まれる。

以下、詳細な運転について、通常冷却運転と、デマンド信号を受け取った場合の蓄放冷運転に分けて説明する。

まず、通常冷却運転について、図３を用いて説明する。通常冷却運転時、制御部１７により、断熱箱体４の内部を、例えば約５℃の冷蔵温度帯に維持すべく、センサ１５の検出する温度が、例えばＴｒ２＝７℃のＯＮ温度以上となった時に（ｔ１、ｔ３、ｔ５）、圧縮機６及び冷却ファン１４を起動し、例えばＴｒ１＝３℃のＯＦＦ温度以下となった時に（ｔ２、ｔ４）、圧縮機６及び冷却ファン１４を停止する。

この時、蓄冷材１３は、常に凝固した状態で、放冷は行われない。

次に、蓄放冷運転について、図４、図５を用いて説明する。

［パターン１］圧縮機６運転中に電力会社から、デマンド信号を受け取ると（ｔ６）、そのまま運転を継続し、蓄冷運転を行う。蓄冷運転中、蒸発器１０に液冷媒が流れ、蒸発することにより、冷媒からパイプ１２、フィン１１へと冷熱が伝わり、蓄冷材１３が蓄冷される。

デマンド信号により受け取った時刻（ｔ７）になると、制御部１７により、圧縮機６を停止し、冷却ファン１４を運転することにより、蓄冷材１３がフィン１１を介して冷蔵庫１庫内と熱交換することにより、圧縮機６を運転する電力を使わずに庫内を冷却することができる。

そして、センサ１５の検出する温度がＴｒ２以上となった時に（ｔ８）、圧縮機６を起動し、通常冷却運転となる。

［パターン２］圧縮機６停止中に電力会社から、デマンド信号を受け取ると（ｔ９）、圧縮機６の運転を開始し、蓄冷運転を行う。蓄冷運転中、蒸発器１０に液冷媒が流れ、蒸発することにより、冷媒からパイプ１２、フィン１１へと冷熱が伝わり、蓄冷材１３が蓄冷される。

デマンド信号により受け取った時刻（ｔ１０）になると、制御部１７により、圧縮機６を停止し、冷却ファン１４を運転することにより、蓄冷材１３がフィン１１を介して冷蔵庫１庫内と熱交換することにより、圧縮機６を運転する電力を使わずに庫内を冷却することができる。この時、蓄冷材１３の凝固温度Ｔｃは、Ｔｒ１以上Ｔｒ２以下の温度となっており、庫内温度をＴｒ１とＴｒ２の間の温度に維持するように作用する。

そして、センサ１５の温度がＴｒ２以上となった時に（ｔ１１）、圧縮機６を起動し、通常冷却運転となる。

以上の通常冷却運転と蓄放冷運転を、図６を用いて詳細に説明する。

冷蔵庫運転を開始すると、まずステップＳ１で、制御部１７が、受信部１６によりデマンド信号を受信したかどうかを判断し、受信した場合はステップＳ２へと移行して蓄放冷運転を開始し、受信していない場合はステップＳ８へと移行して通常冷却運転を開始する。

［通常冷却運転］
通常冷却運転時、まずステップＳ９で、制御部１７がセンサ１５により、庫内の温度がＴｒ２より高いかどうかを比較し、低い場合はステップＳ９の処理を繰り返し、高い場合はステップＳ１０へと移行する。

ステップＳ１０では冷却運転を開始し、制御部１７により、圧縮機６と冷却ファン１４を運転しステップＳ１１へと移行する。

ステップＳ１１では、制御部１７が、受信部１６によりデマンド信号を受信したかどうかを判断し、受信した場合はステップＳ２へと移行して蓄放冷運転を開始し、受信していない場合はステップＳ１２へと移行する。

ステップＳ１２では、制御部１７で、センサ１５により、庫内の温度がＴｒ１より低いかどうかを比較し、高い場合はステップＳ１２の処理を繰り返し、低い場合はステップＳ１３へと移行し、制御部１７により圧縮機６と冷却ファン１４を停止する。

［蓄放冷運転］
蓄放冷運転時、まずステップＳ３で、制御部１７により、圧縮機６と冷却ファン１４を運転しステップＳ４へと移行する。

ステップＳ４では、制御部１７が、センサ１５により、庫内の温度がＴｒ１より低いかどうかを比較し、高い場合はステップＳ４の処理を繰り返し、低い場合はステップＳ５へと移行する。この時、蓄冷材１３の凝固温度Ｔｃは、Ｔｒ１より高く設定されているため、蓄冷材１３は凝固しており、後述する放冷運転において融解潜熱を利用することができるため、高い能力で冷却することができる。

ステップＳ５では、制御部１７により、デマンド信号を受信した時に設定されているデマンド時刻になったかどうかを判断し、デマンド時刻になっていない場合はステップＳ５の処理を繰り返し、デマンド時刻になっている場合はステップＳ６へと移行し放冷運転を開始する。

ステップＳ６では放冷運転を開始し、圧縮機６を停止し、冷却ファン１４を引き続き運転しステップＳ７へと移行する。

放冷運転時、蓄冷材１３による冷却能力は、圧縮機６による冷却能力より低いため、運転初期は庫内の温度が低下するが、その後徐々に上昇する。

そしてステップＳ７では、制御部１７が、センサ１５により、庫内の温度がＴｒ２より高いかどうかを比較し、低い場合はステップＳ７の処理を繰り返し、高い場合は放冷運転を終了し、通常冷却運転（Ｓ１０）に移行する。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、冷蔵庫１は、圧縮機６と、凝縮器７と、減圧器８と、蒸発器１０とを環状に接続した冷却システム９と、内部に蒸発器１０を備えた冷却室３と、蒸発器１０と熱的に接触した蓄冷材１３とを備え、外部からのデマンド信号に基づいて圧縮機６の運転を行う制御部１７と、を備える。

これにより、制御部１７がデマンド信号と圧縮機６による蓄冷運転を連動させることができる。そのため、デマンド信号に対して素早く蓄冷でき、デマンドレスポンスによって設定された時刻に確実に放冷させ、蓄冷の効果を向上させることができる。

また、本実施の形態において、冷蔵庫１は、貯蔵室内に、蒸発器１０で生成した冷気を貯蔵室内へ循環させる冷却ファン１４と、を備える。

これにより、蓄冷材１３に蓄えた冷熱を、冷却ファン１４により貯蔵室内の空気と強制的に熱交換させることができる。そのため、デマンドレスポンスによって設定された時刻になると、冷却ファン１４により、蓄冷材１３の冷熱を貯蔵室内へと伝えることができ、放冷の効果を向上させることができる。

また、本実施の形態において、冷蔵庫１は、デマンド信号を受信した時に、制御部１７によって圧縮機６の運転を開始させることを特徴とした
これにより、デマンド信号を受け取った時には、圧縮機６を運転させ、蓄冷材１３に素早く蓄冷することができる。そのため、デマンド信号に対してさらに素早く蓄冷でき、デマンドレスポンスによって設定された時刻に確実に放冷させ、蓄冷の効果をさらに向上させることができる。

また、本実施の形態において、冷蔵庫１は、デマンド信号に基づいて設定された時刻になると、制御部１７によって圧縮機６を停止させ、冷却ファン１４を運転させることを特徴とした。

これにより、デマンド信号によって設定された時刻になると、蓄冷材１３に蓄えた冷熱を、冷却ファン１４により貯蔵室内の空気と強制的に熱交換させることができる。そのため、冷却ファン１４により、蓄冷材１３の冷熱を素早く貯蔵室内へと伝えることができ、放冷の効果をさらに向上させることができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の事例として、実施の形態１及び２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

本実施の形態１において、冷蔵庫１は貯蔵室が1室の冷蔵庫で説明したが、貯蔵室は２室以上でも、蓄冷材１３と熱的に接触した蒸発器１０、冷却ファン１４を備え、制御部１７により圧縮機６と冷却ファン１４を制御する構成であれば、同様の効果を得られる。

また、本実施の形態においては、デマンド信号は、受信部１６によって受信する構成として説明したが、例えばデマンド信号を入力するスイッチを備え、スイッチのオンオフにより制御を切り替える構成としてもよい。

また、本実施の形態においては、冷蔵庫の貯蔵室を１室として、冷蔵温度帯のみで説明したが、例えば、温度帯の異なる貯蔵室を複数備え、ダンパーなどの風路切替手段により貯蔵室の温度を一定に保つように制御する冷蔵庫においても、蒸発器に蓄冷材を備えることにより、同様の効果を得られる。

また、温度帯の異なる複数の貯蔵室を備えた冷蔵庫において、複数の蒸発器を備えた構成としてもよい。その場合、蓄冷材を、冷蔵温度帯の貯蔵室を冷却する蒸発器に備え、デマンド信号を受信した際に、制御部により、圧縮機を運転し、蓄冷材を備えた蒸発器に冷媒を流すように制御することで、効率よく蓄冷運転を行える。

また、本実施の形態においては。蒸発器は複数のフィンとパイプにより構成されたフィンチューブ型の熱交換器であり、蓄冷材をフィンの間に挟み込んだ構成としたが、例えば複数の流路を備えた扁平管とフィンにより構成された、マイクロチャネル熱交換器のパイプの間に蓄冷材を挟み込んだ構成とすることで、蓄冷材とパイプの接触面積を大きくでき、蓄放冷効果を向上させることができる。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、蒸発器と熱交換する蓄冷材により冷熱を蓄えて、デマンド信号に対応して、自由なタイミングで利用することができるので、家庭用および業務用など様々な種類および大きさの冷蔵庫に適用することができる。

１冷蔵庫
３冷却室
６圧縮機
７凝縮器
８減圧器
９冷却システム
１０蒸発器
１３蓄冷材
１４冷却ファン
１７制御部

Claims

圧縮機と、凝縮器と、減圧器と、蒸発器とを環状に接続した冷却システムと、内部に前記蒸発器を備えた冷却室と、前記蒸発器と熱的に接触した蓄冷材とを備え、外部からのデマンド信号に基づいて前記圧縮機の運転を行う制御部と、を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
前記デマンド信号を受信した時に、前記制御部によって前記圧縮機を運転させることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
貯蔵室内に、前記蒸発器で生成した冷気を前記貯蔵室内へ循環させる冷却ファンを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷蔵庫。
前記デマンド信号に基づいて設定された時刻になると、前記制御部によって前記圧縮機を停止させ、前記冷却ファンを運転させることを特徴とする請求項３に記載の冷蔵庫。