JP2023079334A

JP2023079334A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2023079334A
Application number: JP2021192753A
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: CN116182451A

Abstract

【課題】本開示は、蓄冷材を備えた冷蔵庫において、蓄冷運転時により速く蓄冷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、減圧手段と、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貯蔵室と、蒸発器で生成した冷気を貯蔵室内に循環させる冷却ファンと、蒸発器と熱的に接触した蓄冷材と、蒸発器の温度を検知する温度検知手段と、を備え、温度検知手段で検知した蒸発器の温度を、蓄冷材の凝固温度以下となるように、制御する【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、減圧手段と、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貯蔵室と、蒸発器で生成した冷気を貯蔵室内に循環させる冷却ファンと、蒸発器と熱的に接触した蓄冷材と、蒸発器の温度を検知する温度検知手段と、温度検知手段で検知した蒸発器の温度を、蓄冷材の凝固温度以下となるように制御する制御手段と、を備える。

本開示における冷蔵庫は、制御手段により、蒸発器の温度を、蓄冷材の凝固温度以下とすることにより、庫内負荷の増加により庫内温度が上昇しても、蒸発器の温度が上昇することはなく、効率よく蓄冷することができる。そのため、蓄冷速度を向上させることができ、省エネ性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における冷蔵庫の冷却システム図実施の形態１における冷蔵庫の冷蔵蒸発器の斜視図実施の形態１における冷蔵庫の蓄放冷運転時のフローチャート実施の形態１における冷蔵庫の通常冷却運転時のフローチャート実施の形態１における冷蔵庫の各部の温度を示すタイミングチャート

（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が、デマンドレスポンス要請を受けて蓄冷し、デマンドレスポンスで指定された需要側の電力を抑制する時刻に放冷することにより対応可能である。

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、蒸発器の温度が直接蓄冷材に伝わらない。さらに、庫内負荷の上昇などにより、蒸発器温度が蓄冷材の凝固温度以上に上昇した際には、蓄冷材が凝固せず、蓄冷に時間を要する。この結果、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、さらに蒸発器温度により蓄冷の効率も変化すると考え、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。

そこで、本開示は、蒸発器と蓄冷材を熱的に接触させ、さらに蒸発器の温度を常に蓄冷材の凝固温度より低く保つことにより、蓄冷材の蓄冷効率を向上させ、蓄冷速度の速い冷蔵庫を提供する。

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及び図２において、冷蔵庫１は、仕切り２により上下に仕切られた断熱箱体３から構成されており、仕切り２より上方を、室内を約４℃の冷蔵温度帯に維持した冷蔵室４、仕切り２より下方を、室内を約－１８℃の冷凍温度帯に維持した冷凍室５とし、前面が断熱扉６、７によって開閉自在に閉塞されている。

冷蔵室４と冷凍室５の背面には、例えばイソブタンなどを冷媒とした、圧縮機８、凝縮器９、三方弁１０、減圧手段である冷蔵キャピラリ１２、冷凍キャピラリ１３、逆止弁１４と接続して冷却システム１１を構成する冷蔵蒸発器１５及び冷凍蒸発器１６と、冷蔵蒸発器１５で生成した冷気を冷蔵室４内に循環させる冷蔵ファン１７と、冷凍蒸発器１６で生成した冷気を冷凍室５内に循環させる冷凍ファン１８と、を備えている。

冷蔵室４と冷凍室５内部には、それぞれの貯蔵室内の温度を測定する冷蔵室センサ１９と冷凍室センサ２０とを、備えている。

冷蔵蒸発器１５は、冷蔵蒸発器１５の温度を検知する蒸発器温度検知手段２１と、冷蔵蒸発器１５と熱的に接触した蓄冷材２２と、を備えている。

冷蔵蒸発器１５と蓄冷材２２の具体構成について図３を用いて説明する。

図３に示すように、本開示の冷蔵蒸発器１５は、後述する冷媒の入口部となる入口ヘッダ２３と、出口部となる出口ヘッダ２４と、入口ヘッダ２３内部空間と出口ヘッダ２４内部空間を連通する、内部に後述する冷媒が流れる複数の流路を備え、蛇行型に折れ曲がった扁平管２５と、波上のフィン２６と蓄冷材２２を蛇行した扁平管２５の直管部の間に交互に密着させた構成となっている。蓄冷材２２は、例えば、凝固温度が－５℃の高吸水性樹脂を、樹脂ケース内に充填した構成となっている。

冷凍蒸発器１６は、フィンチューブ型熱交換器となっている（詳細は図示せず）。

また、断熱箱体３外部の背面上部には、デマンド信号を受信する受信部２７と、冷蔵庫の運転を制御する制御部２８と、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、以下その動作を説明する。

図１から図６に基づいて、冷蔵庫１の動作を説明する。

冷却運転を開始すると、冷蔵室センサ１９、冷凍室センサ２０の検知した温度に基づいて、制御部２８によって三方弁１０の冷媒の流れを冷蔵キャピラリ１２、冷凍キャピラリ１３、どちらにも連通しない全閉に切り替えることにより、冷蔵室４の冷却と冷凍室５の冷却を以下のように切り替える。

冷凍室５冷却時、圧縮機８により圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器９で冷却され、低温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、三方弁１０により、冷凍キャピラリ１３を流れ、低温低圧の気液二層冷媒となって冷凍蒸発器１６へと流れる。

冷凍蒸発器１６へと流れた冷媒は、冷凍室５内の空気と熱交換することで蒸発し、蒸発気化熱により冷気を生成し、低温低圧のガス冷媒となり、逆止弁１４を流れた後に、再び圧縮機８へと吸い込まれる。

この時生成した冷気は、冷凍ファン１８により、冷凍室５内を循環し、冷凍室５を冷却し、冷凍室センサ２０がある一定の温度以下になると冷凍室５の冷却運転は終了する。

次に、冷蔵室４冷却時、圧縮機８により圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器９で冷却され、低温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、三方弁１０により、冷蔵キャピラリ１２を流れ、低温低圧の気液二層冷媒となって冷蔵蒸発器１５へと流れる。

冷蔵蒸発器１５へと流れた冷媒は、冷蔵室４内の空気と熱交換することで蒸発し、蒸発気化熱により冷気を生成し、低温低圧のガス冷媒となり、再び圧縮機８へと吸い込まれる。

この時生成した冷気は、冷蔵ファン１７により、冷蔵室４内を循環し、冷蔵室４を冷却し、冷蔵室センサ１９がある一定の温度以下になると、冷蔵室４の冷却運転は終了する。

次に、受信部がデマンド信号を受信した時の動作について説明する。

以下、詳細な運転について、図４及び図５を用いて説明する。

冷蔵庫運転を開始すると、まずステップＳ１で、制御部２８が、受信部２７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Ｓ１０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Ｓ１１で、制御部２８が、冷凍室センサ２０により、冷凍室５内の温度がＴｆ１より高いかどうかを比較し、低い場合はステップＳ１１の処理を繰り返し、高い場合はステップＳ１２へと移行する。

ステップＳ１２では冷蔵室冷却運転を開始し、制御部２８により、圧縮機８を運転、三方弁１０を冷蔵キャピラリ１２側へ開、冷凍ファン１８を停止、冷蔵ファン１７を運転し、ステップＳ１３へと移行する。

ステップＳ１３では、制御部２８で冷蔵室センサ１９により、冷蔵室４内の温度がＴｒ２より低いかどうかを比較し、高い場合はステップＳ１３の処理を繰り返し、低い場合はステップＳ１４へと移行する。

ステップＳ１４では冷凍室冷却運転を開始し、制御部２８により、圧縮機８を引き続き運転、三方弁１０を冷凍キャピラリ１３側へ、冷凍ファン１８を運転、冷蔵ファン１７を停止し、ステップＳ１５へと移行する。

ステップＳ１５では、制御部２８が、冷蔵室センサ１９により、冷蔵室４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へと移行し、低い場合はステップＳ１６へと移行する。

ステップＳ１６では、制御部２８が、冷凍室センサ２０により、冷凍室５内の温度がＴｆ２より低いかどうかを比較し、高い場合はステップＳ１６の処理を繰り返し、低い場合はステップＳ１７へと移行する。

ステップＳ１７では、圧縮機、冷蔵ファン１７、冷凍ファン１８を停止し、冷却運転を停止するとともに、ＳＴＡＲＴへと戻る。

以上の動作により、冷蔵室４、冷凍室５を一定の温度範囲に維持する。

［蓄放冷運転］
蓄放冷運転時、まずステップＳ２で蓄冷冷凍運転を開始し、制御部２８により、圧縮機８を運転、三方弁１０を冷凍キャピラリ１３側へ、冷凍ファン１８を運転、冷蔵ファン１７を停止し、ステップＳ３へと移行する。

ステップＳ３では、制御部２８が、冷凍室センサ２０により、冷凍室５内の温度がＴｆ２より低い温度であるＴｆ３より低いかどうかを比較し、高い場合はステップＳ３の処理を繰り返し、低い場合はステップＳ４へと移行する。

ステップＳ４では、蓄冷冷蔵運転を開始し、制御部２８により、圧縮機８を引き続き運転、三方弁１０を冷蔵キャピラリ１２側へ、冷凍ファン１８を停止、冷蔵ファン１７を運転し、ステップＳ５へと移行する。

ステップＳ５では、制御部２８が、蒸発器温度検知手段２１により、冷蔵蒸発器１５の温度が蓄冷材の凝固温度であるＴｃより低い温度からＴｃを超えないかどうかを比較し、超える場合（冷蔵室４の熱負荷が大きい場合）はＳ６へと移行し、圧縮機８の回転数を増加させることにより、冷蔵蒸発器１５の温度を低下させ、ステップＳ５へと移行し、超えない場合はステップＳ７へと移行する。

ステップＳ７では、制御部２８が、冷蔵室センサ１９により、冷蔵室４内の温度がＴｒ２より低いかどうかを比較し、高い場合はステップＳ７の処理を繰り返し、低い場合はステップＳ８へと移行する。

ステップＳ８では、放冷運転を開始し、圧縮機８を停止、冷凍ファン１８を運転、冷蔵ファン１７を運転し、ステップＳ９へと移行する。

ステップＳ９では、制御部２８が、冷凍室センサ２０により、冷凍室５内の温度がＴｆ１より高いかどうかを比較し、低い場合はステップＳ１０の処理を繰り返し、高い場合はステップＳ１０へと移行し通常冷却を開始する。

以上の説明における、蓄冷運転、放冷運転をした時の、圧縮機８、三方弁１０、冷蔵ファン１７、冷凍ファン１８の動作と、冷蔵室センサ１９、冷凍室センサ２０、蒸発器温度検知手段２１、蓄冷材２２の温度変化の一例を、図６に基づいて説明する。

ここで、冷蔵室センサ１９と冷蔵室４、冷凍室センサ２０と冷凍室５、蒸発器温度検知手段２１と冷蔵蒸発器１５の温度はほぼ同等と考えてよい。

まず蓄冷運転について、時刻ｔ１からｔ３の温度変化に基づいて説明する。

時刻ｔ１において、電力会社からのデマンド信号を受信部２７が受信した時に（Ｓ１がＹＥＳ）、制御部２８により、圧縮機８を回転数Ｒ１で運転し、三方弁１０を冷凍キャピラリ１３側に開とし、冷蔵ファン１７を停止し、冷凍ファン１８を運転する。これにより、冷凍室５へと冷気が供給され、冷凍室５の温度が低下する。

次に時刻ｔ２において、冷凍室センサ２０の温度が通常冷却時の下限温度であるＴｆ２より低いＴｆ３に到達したことを検知し（Ｓ３がＹＥＳ）、制御部２８により、三方弁１０を冷蔵キャピラリ１２側に開とし、冷蔵ファン１７を運転し、冷凍ファン１８を停止する。これにより、冷蔵室４へと冷気が供給され、冷蔵室４の温度が低下する。

この時、冷蔵室４内の食品の入れ替えなどにより断熱扉６が開閉され、熱負荷が増加していると、冷蔵室４内の空気温度が高く、冷蔵蒸発器１５の温度も高くなってしまう。さらに、ｔ３において、冷蔵蒸発器１５の温度が蓄冷材２２の凝固温度Ｔｃより高くなると（Ｓ５がＮＯ）、蓄冷材２２が凝固せず、蓄冷の効果が小さくなってしまうため、制御部２８により、圧縮機８の回転数をＲ２に増加させる。圧縮機８の回転数が増加すると、冷却システム１１の冷却能力が高くなるため冷蔵蒸発器１５の温度が低下する。これにより、蒸発器温度検知手段２１の検知する温度がＴｃより低くなり、蓄冷材２２を凝固させることができ、蓄冷の効果を向上させることができる。

次に、放冷運転について、時刻ｔ４からｔ５の温度変化に基づいて説明する。

時刻ｔ４において、冷蔵室センサ１９の温度が下限値であるＴｒ２に到達したことを検知し（Ｓ７がＹＥＳ）、制御部２８により、圧縮機８を停止し、三方弁１０を閉とし、冷蔵ファン１７を運転し、冷凍ファン１８を運転する。これにより、冷蔵室４は蓄冷材２２の放冷作用により、圧縮機８を運転することなく冷却することができる。

この時、冷凍室５は、通常の温度である－１８℃より低い温度となっており、放冷運転中に温度がＴｆ１を超えることなく放冷運転を継続することができる。

さらに、時刻ｔ５において、冷凍室センサ２０の温度が上限値であるＴｆ１を超えると、放冷運転を終了し、通常冷却へと移行する（Ｓ１０）。

尚、本実施の形態において、冷蔵蒸発器１５の温度を低下させる手段としては、圧縮機８を能力可変とし、圧縮機８の能力を増加させるとして説明したが、例えば冷蔵ファン１７を能力可変とし、冷蔵ファン１７の能力を低下させたり、冷蔵キャピラリ１２を絞り量可変な膨張弁とし、膨張弁の絞り量を増加させることで代用しても同様の効果が得られる。

［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、冷蔵室４と、冷凍室５と、圧縮機８と、凝縮器９と、三方弁１０と、冷蔵キャピラリ１２と、冷凍キャピラリ１３と、冷蔵蒸発器１５と、冷凍蒸発器１６と、冷蔵ファン１７と、冷凍ファン１８と、蓄冷材２２と、蒸発器温度検知手段２１と、制御部２８と、を備える。圧縮機８、凝縮器９、三方弁１０、冷蔵キャピラリ１２、冷凍キャピラリ１３、冷蔵蒸発器１５、冷凍蒸発器１６は、環状に接続され、冷却システム１１を構成する。冷蔵ファン１７、冷凍ファン１８は、それぞれ冷蔵蒸発器１５及び冷凍蒸発器１６で生成された冷気を冷蔵室４及び冷凍室５内に循環させる。蓄冷材２２は、冷蔵蒸発器１５と熱的に接触する。蒸発器温度検知手段２１は、冷蔵蒸発器１５の温度を検知する。制御部２８は、冷蔵蒸発器１５の温度が蓄冷材２２の凝固温度Ｔｃより高くならないように冷却システム１１を制御する。

これにより、蓄冷材２２を蓄冷する際に、蓄冷速度を向上させることができる。そのため、蓄冷運転の時間を短縮することができ、効率の良い蓄放冷運転を行うことができる。

本実施の形態のように、冷蔵庫１は、デマンド信号を受信する受信部２７を備えるようにしてもよい。

これにより、電力会社のデマンド信号を受信した際に、速やかに蓄冷を行うことができる。そのため、確実にデマンドレスポンスに対応できる冷蔵庫とすることができる。

また、本実施の形態のように、冷蔵庫１は、圧縮機８を能力可変な圧縮機とし、蒸発器温度検知手段２１の検知する温度が蓄冷材２２の凝固温度Ｔｃより高くなった時に、圧縮機８の能力を増加させ、冷蔵蒸発器１５の温度を低下させることができる。

また、本実施の形態において、冷蔵蒸発器１５の温度を低下させる手段として、能力可変な圧縮機８の能力を増加させることとして説明したが、冷蔵ファン１７を能力可変な冷却ファンとし、蒸発器温度検知手段２１の検知する温度が蓄冷材２２の凝固温度Ｔｃより高くなった時に、冷蔵ファン１７の能力を低下させ、冷蔵蒸発器１５の温度を低下させる構成としてもよい。

また、冷蔵キャピラリ１２を、絞り量可変な膨張弁とし、蒸発器温度検知手段２１の検知する温度が蓄冷材２２の凝固温度Ｔｃより高くなった時に、絞り量を増加させ、冷蔵蒸発器１５の温度を低下させる構成としてもよい。

（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。

実施の形態１では、蓄冷材２２を、冷蔵蒸発器１５と熱的に接触させ、蓄冷した冷気を冷蔵室４の冷却のみに使用する構成として説明した。蓄冷材は、追加で凝固温度がＴｆ１以下のものを使用して、冷凍室５内に設け、冷凍蒸発器１６と熱的に接触させ、蓄冷した冷気を冷凍室５の冷却に使用することで、冷凍室５の蓄冷量を増加させることができるので、より蓄冷効果を向上させることができる。

実施の形態１では、蓄冷運転時に、冷蔵室４内の温度は通常冷却時と同じとして説明した。冷蔵室４内の温度は、蓄冷運転時にＴｒ２より低い温度に下げることにより、より大きな蓄冷効果を得ることができる。

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、蒸発器と熱的に接触した蓄冷材を用いて蓄放冷する冷蔵庫において、より速く蓄冷材を凝固させ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
４冷蔵室
５冷凍室
８圧縮機
９凝縮器
１１冷却システム
１５冷蔵蒸発器
１６冷凍蒸発器
１７冷蔵ファン
１８冷凍ファン
２１蒸発器温度検知手段
２２蓄冷材
２７受信部
２８制御部

Claims

圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、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貯蔵室と、前記蒸発器で生成した冷気を前記貯蔵室内に循環させる冷却ファンと、
前記蒸発器と熱的に接触した蓄冷材と、
前記蒸発器の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段で検知した前記蒸発器の温度を、前記蓄冷材の凝固温度以下となるように制御する制御手段と、を備えた冷蔵庫。
デマンド信号を受信する受信部を備え、
前記受信部がデマンド信号を受信した際に、前記制御手段は前記蒸発器の温度を、前記蓄冷材の凝固点以下となるように制御する請求項１に記載の冷蔵庫。
前記圧縮機は、能力可変な圧縮機であり、
前記温度検知手段により前記蒸発器の温度が前記蓄冷材の凝固点以上となったことを検知した時に、前記制御手段によって前記圧縮機の能力を増加させることを特徴とした請求項１または２に記載の冷蔵庫。
前記冷却ファンは、能力可変な冷却ファンであり、
前記温度検知手段により前記蒸発器の温度が前記蓄冷材の凝固点以上となったことを検知した時に、前記制御手段によって前記冷却ファンの能力を低下させることを特徴とした請求項１または２に記載の冷蔵庫。
前記減圧手段は、減圧量可変な減圧手段であり、
前記温度検知手段により前記蒸発器の温度が前記蓄冷材の凝固点以上となったことを検知した時に、前記制御手段によって前記減圧手段の減圧量を増加させることを特徴とした請求項１または２に記載の冷蔵庫。