JP4177321B2

JP4177321B2 - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP4177321B2
Application number: JP2004343969A
Authority: JP
Inventors: 明弘佐々木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: JP2006153350A

Description

この発明は、庫内に電子基板の設置された冷蔵庫に関するものである。

通常冷蔵庫には様々な制御を行う為に制御用電子基板が付いているが、冷蔵庫が作動中に電源コードを通じてその電子基板に異常電圧又は雷サージが印加して電子基板に侵入すると、電子基板の部品が故障することがある。電子基板故障時に、電子基板交換というコストの高いサービスを行わず電子基板を保護する目的で、冷蔵庫の電子基板には異常電圧の印加や雷サージの侵入に対し発熱・破壊して他の電子部品を保護する特性をもつバリスタ素子が付いている。雷サージの侵入に対しバリスタ素子のみが破壊するため、バリスタ素子を交換すれば容易に修理することが可能である。

従来、中〜大型の冷蔵庫は背面上部に電子基板の収納ボックスがある機種が多いが、小形の冷蔵庫ではコスト上及びサービス上の観点から庫内に基板が収納されているタイプが多い。

また、中〜大型の冷蔵庫は重量が重い為、底面に移動用のキャスターが付いている。一方、小形の冷蔵庫では重量が大型に比べて軽いこととコストを下げる為大型の冷蔵庫と違い移動用のキャスターが付いていない。冷蔵庫は通常の家庭では、冷蔵庫背面を壁に沿わせる様に配置するが、キャスターが付いていれば大型冷蔵庫の基板交換等のサービスを１人で行う際にも冷蔵庫を容易に手前に引き出すことが可能である。

一方キャスターが付いていない冷蔵庫の背面に回りこむには、冷蔵庫を持ち上げるか冷蔵庫を引きずるかしかなく、１人のサービス作業の場合、冷蔵庫の脚を引きずって床を傷つける恐れが多大にある。そのためキャスターの付いていない冷蔵庫では、基板交換等のサービスを容易にする為に庫内に電子基板を配置しているタイプの冷蔵庫が多く存在し、特にプラスチック部品の庫内の背面壁を基板収納部付きの制御ボックスとして使用しているタイプが多い。

電子基板は庫内にあるが、電子基板は発熱するものであり、庫内の低外気と触れると露が付いてショート・発火する恐れがあり、また基板の故障により発火することも有り得るため、電子基板と基板収納部の開口部とを覆うように難燃性のテープにて電子基板を略密封している構造となっている。

このタイプの冷蔵庫は、現在まで冷媒はフロンガスの一種であるＲ１３４ａ冷媒（不燃性）を使用していた為、例え冷却器の配管折れ等によりガスが庫内に漏れてさらに略密封構造の基板収納部内にガスが侵入して、同時に異常電圧の印加等によりバリスタ素子が破壊し、スパークが起きたとしても、冷媒は不燃性であるため冷媒に着火・爆発・庫内での火災等に至ることは無かった。

近年は、フロンガスによるオゾン層破壊や地球温暖化問題に対応するものとして、冷凍サイクルにおける冷媒を可燃性冷媒である炭化水素系冷媒（以下、ＨＣ冷媒）に変更した冷蔵庫が増えている。ＨＣ冷媒は、環境には優しいガスであるが、ある濃度範囲で、ある温度以上に達すると燃焼する特性をもっているため注意が必要である。

従来大型冷蔵庫等の背面上部に基板の収納ボックスがある冷蔵庫では、基板収納ボックスは冷蔵庫内部に収納されており、また外気とも壁によって分断されて、ほとんど侵入しない構造になっている。さらに、基板収納ボックスが高い位置にあるため、ガスが外気に漏洩しても基板収納ボックス位置の外気の濃度が燃焼濃度以上になることはまず考えられないため、ガスへの発火はないといえる。

従来のＨＣ冷媒を使用した冷蔵庫において、背面下部の機械室内にガス漏れが発生した場合は、機械室内の電気接点部が漏出ガスの充満部から隔離されていることでガスへの発火は無いことが示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来のバリスタ素子は、バリスタ素子を不燃性材料で作られた中空のケース内に収容して封止し、また密封とすることでバリスタ素子が発熱・破壊しても、他の部品・機器類へは引火せず、甚大な被害は防止されることが示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−３６４９７０号公報実開平６−３１１０２号公報

電子基板を庫内背面壁のプラスチック部品である制御ボックスの基板収納部内に配置しているタイプの冷蔵庫にＨＣ冷媒を使用する場合は、冷却器の配管折れ等からガス漏れが発生すると庫内にガスが侵入し、制御ボックスの基板収納部内にもガスが侵入する恐れがある。ガスの侵入と同時に、異常電圧の印加によって起こるバリスタ素子の破壊によるスパークが起きた場合には、漏れたガスへのスパークによる着火・爆発や他の電子部品への引火等により庫内の火災等に至る危険がある。

特許文献１は、冷蔵庫背面下部の機械室に圧縮機を設置し、その上方に冷却器からの除霜水を排水口から受ける蒸発皿を設置したものにおいて、この蒸発皿により機械室空間を蒸発皿上部の排水口側と、下部の圧縮機等の電気的接点を有する側に区分したことを特徴としている。ＨＣ冷媒は空気より重く、また庫内より漏れたＨＣ冷媒は排水口からしか庫外の機械室に漏出しないことことを想定し、そのガスを蒸発皿内部に溜め、ガスが満杯になると背面カバー上部開口部から外方へ抜けていくことにより、下部の圧縮機等の電気的接点には漏洩ガスが充満せずＨＣ冷媒が燃焼下限濃度以上にならないという対策である。よって、冷蔵庫庫内の中央〜上部側にあり、しかも漏れたガスの侵入口を特定できない構造である冷蔵庫背面壁の制御ボックスの基板収納部内に電子基板を配置しているタイプでは、制御ボックス内部でのバリスタ素子のスパークによるＨＣ冷媒発火対策としては、本対策は実施できない問題点があった。

さらに、特許文献２の不燃性材料の中空ケース内に収められたバリスタ素子では、不燃性材料を用いた中空ケース内で密封構造としているため、ケース付きのバリスタ素子自体のコストが高いことが問題である。ＨＣ冷媒を使用しない機種とのバリスタ素子の共通化を図る意味でも低コストのバリスタ素子を使用する必要があり、この不燃性材料ケース内に収められたバリスタ素子は使用することが出来ないという問題点があった。

この発明は、上記のよう問題点を解決するためになされたもので、電子基板が冷蔵庫内の制御ボックス内の基板収納部に設置された冷蔵庫に対し、ＨＣ冷媒ガスが庫内に漏れ、さらに庫内背面壁である制御ボックスの基板収納部内に漏れた際に、同時に異常電圧の印加等によりバリスタ素子が破壊してスパークが発生しても、そのスパークが庫内に漏れたガスに着火・爆発等することのない安全な冷蔵庫を安価に得ることを目的とする。

この発明に係る冷蔵庫は、冷蔵室等を有する冷蔵庫本体と、庫内へ供給する冷気を生成する冷却器を含み、可燃性冷媒を冷媒として使用する冷媒回路と、異常電圧の印加に対し発熱・破壊することで他の電子部品を保護する特性を有するバリスタを備えた制御用の電子基板と、冷蔵室内の背面に設けられ、電子基板を収納する基板収納部を有する制御ボックスと、バリスタを電子基板と共に囲み、バリスタの空間を略密封構造とするバリスタ収納部と、基板収納部の開口部を覆う密封部材とを備えたことを特徴とする。

この発明の冷蔵庫は、上記構成により、バリスタは略２重密封構造となっているので、例え可燃性冷媒ガスが冷却器等の配管折れにより庫内に漏れ、同時に異常電圧の印加等によりバリスタが破壊しスパークしても、バリスタ収納部内での燃焼はあっても、外の基板収納部内への着火は無い。
さらに、基板収納部も壁と密封部材によって囲われた構成となっており、冷蔵庫庫内への着火・爆発等は起こら無いという効果を有する。

実施の形態１．
図１〜１３は実施の形態１を示す図で、図１は冷蔵庫の庫内正面図、図２は冷蔵庫の縦断面図、図３は冷蔵庫の冷媒回路図、図４は冷却器付近の拡大図、図５は炭化水素系冷媒と現状フロンの特性を比較した図、図６は制御ボックスを正面側から見た斜視図、図７は制御ボックスを背面側から見た斜視図、図８は図７より不燃性テープとダクトを取り外した斜視図、図９は図８のＺ−Ｚ断面図、図１０は図８より基板を取り外した斜視図、図１１はバリスタの構造図、図１２はバリスタの電流−電圧特性を示す図、図１３は基板におけるバリスタ付近の回路図である。

図１、２に示すように、冷蔵庫は、冷蔵庫本体１が、上が冷凍室２、下が冷蔵室３の上下２室に分けられ、冷蔵室３の最上部に通常の冷蔵室３より温度の低いチルド室４のある構成の冷蔵庫である。チルド室４の背面には、プラスチック部品の庫内の背面壁である制御ボックス５が設置されている。

冷蔵庫の冷媒回路を構成は図３に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機１４、高温・高圧の冷媒ガスを液化させる凝縮器として作用するキャビネットパイプ１５、ドライヤ１６、液化冷媒を減圧して二相冷媒にするキャピラリーチューブ１７、庫内の空気と熱交換を行う冷却器１８、サクションパイプ１９、マフラー２０が順次接続されたものである。

図４に示すように、冷却器１８は配管を接続するＵ管が溶接により接続されている。また、マフラー２０まわりにも溶接箇所があり、これらが何らかの原因により破損する恐れがある。

また、冷媒は可燃性冷媒の一種である炭化水素冷媒イソブタン（ＨＣ冷媒Ｒ６００ａ）を使用している。図５に現状フロン（ＨＦＣ１３４ａ）とＲ６００ａの特性を示す。Ｒ６００ａは、冷気自然対流方式が主流の欧州では１９９０年代から採用され、北ヨーロッパを中心に広く使われている。冷気自然対流方式に対し、日本で一般的な霜取りのためのヒーターや冷気循環用のファンモータが必要な冷気強制循環方式を用いる冷蔵庫では安全性に対しての技術の構築が必要となる。

図６〜８に示すように、制御ボックス５の背面には冷凍室２から冷蔵室３へ冷気を送るスチロール製のダクト９が取り付けてあり、冷気はダクト９の吸い込み口９ａよりダクト９内に入り、冷たい冷気が制御ボックス５の冷気吹き出し口５ａよりチルド室４へ、また残りの冷気を吹き出し口５ｂ〜５ｄより冷蔵室３へと振り分けて送られる構成となっている。

また、制御ボックス５にはリブで周囲を囲んでいる基板収納部７があり、ここに電子基板１０を収納している。さらに電子基板１０を外気と触れないように電子基板１０と基板収納部７の開口部とを覆うように難燃性テープ８（密封部材）にて略密封している構造である。電子基板１０は発熱するものであり、冷蔵庫内の低外気と触れると露がつきショートして発火する恐れがあり、また基板の故障により発火することも有り得るため、電子基板１０と基板収納部７の開口部とを覆うように難燃性テープ８にて略密封している構造となっている。

そして、基板収納部７に取り付けている電子基板１０に温度調整ダイアル６が制御ボックス５の面をはさむような形で取り付けられている。基板収納部７はこのような構成になっているため、難燃性テープ８の貼り方温度調整ダイアル６の取り付き方により、完全に密封することは困難であるため、庫内の冷気が微量ながら侵入することもある。

図８、１０に示すように、基板収納部７の電子基板固定用爪７ａや電子基板固定用リブ７ｂにより、電子基板１０を基板収納部７に取り付けるが、冷蔵庫の仕向け先には様々な国があり、国によって電圧が違うことや電力事情の悪い国、落雷等により、電子基板１０に異常電圧が印加する恐れがある。基板交換というコストの高いサービスを行わずにすむよう、電子基板１０を保護する目的で、冷蔵庫の電子基板１０には異常電圧の印加または雷サージの侵入に対し発熱・破壊して他の電子部品を保護する特性をもつバリスタ１１という部品が付いている（図９）。雷サージの侵入に対しバリスタ１１のみが破壊するため、バリスタ１１を交換すれば容易に修理することが可能になるためである。

バリスタ１１の構成の一例を、図１１に示す。また、バリスタ１１の電流−電圧特性の一例を図１２に示す。さらに、電子基板１０でのバリスタ１１部分の回路を図１３に示す。
バリスタとは、“ｖｏｌｔａｇｅｖａｒｉａｂｌｅｒｅｓｉｓｔｏｒ”（電圧で抵抗値が変化するという意味）の略語である。半導体や電子セラミックスの中には、加えられる電圧によって抵抗値が非線形に変化する性質をもつものがあり、例えばある電圧までは高い抵抗値を示し、その電圧を超えるといきなり抵抗値が下がって大電流を流す。バリスタはこの性質を利用した素子である。電子セラミックスは、微細な結晶粒が多数集合した多結晶体で、バリスタに多用されるのは酸化亜鉛を主成分とするセラミックスである。結晶粒を取り巻く粒界は高抵抗の絶縁層となっていて、ある電圧までは電流は流れないが、その電圧を超えると量子力学的なトンネル効果によって大電流を流す。従って、交流電源２１より異常電圧が印加されると、バリスタ１１に大電流が流れ、ヒューズ２２が切断されてバリスタ１１以降の回路には電圧が印加されないため、他の部品を保護することができる。

図９、１０のように、基板収納部７内にバリスタ１１の周囲を囲んで、収納するバリスタ収納用リブ１２（バリスタ収納部）があり、その収納するバリスタ収納用リブ１２と電子基板１０により、バリスタ１１は略密封構造となっている。つまり、バリスタ１１のついた電子基板１０が冷蔵庫内背面壁である制御ボックス５の囲われた基板収納部７に設置され、その制御ボックス５の基板収納部７内部にバリスタ１１を囲って収納するバリスタ収納用リブ１２を形成しており、さらに電子基板１０と基板収納部７の開口部とを難燃性テープ８にて略密封しているため、バリスタ１１は略密封構造であるものが、略２重構造となっている構成となる。

また、図１０に示すように、基板収納部７において、バリスタ１１を収納するバリスタ収納用リブ１２は温度調整ダイアル取付け部１３よりも上方にある。よって、仮にＨＣ冷媒が温度調整ダイアル取付け部１３より基板収納部７内に侵入しても、ＨＣ冷媒は空気より重いことから下に行くため、上部にあるバリスタ１１を収納するバリスタ収納用リブ１２内にＨＣ冷媒が侵入しずらく、爆発濃度にならない。

次に動作について説明する。
このようにバリスタ収納用リブ１２と難燃性テープ８にて略密封構造で構成された基板収納部７内部であるが、サービスでの温度調整ダイアル６交換等人的行為により庫内の冷気が侵入しやすい状態にしてしまう場合もありえるため、仮に庫内の冷却器１８等の配管折れによりＨＣ冷媒が庫内に漏れると、基板収納部７内部に継続的に侵入してしまう。そうなると、時間が経つにつれて基板収納部７内部にＨＣ冷媒が充満してＨＣ冷媒の燃焼濃度にあることもある。それと同時に異常電圧の印加等によりバリスタ１１が破壊し、スパークが起きることもある。バリスタ１１は基板収納部７内で収納するバリスタ収納用リブ１２と電子基板１０よって収納されている上に温度調整ダイアル取付け部１３より上方にあるため、バリスタ収納用リブ１２内での燃焼はまず起こらない。万一バリスタ収納用リブ１２内での燃焼があっても、その燃焼がバリスタ収納用リブ１２外の電子基板収納部７へ着火することはない。まして略２重構造であり、略密封構造となっている冷蔵室３内への着火・爆発等が起こる恐れは少ない。

ＨＣ冷媒は濃度１．８５〜８．５％、理論的発火温度は、４９４℃にてガス発火するが、（基準値は３９４℃）、隣の部屋と通じる開口面積・通路長さ及びガス燃焼噴出速度（閉鎖空間の酸素量・ガス量の絶対量等で決まる）の影響等にて隣室への着火の可否が決まるため、バリスタ１１がバリスタ収納用リブ１２内に囲われていれば、冷蔵室３への着火は無い。

以上のように、冷媒は可燃性冷媒（Ｒ６００ａ）を使用する冷蔵庫において、異常電圧の印加に対し発熱・破壊することで他の電子部品を保護する特性をもつバリスタ１１が接続された制御用の電子基板１０を、庫内の背面壁である制御ボックス５内に形成した基板収納部７に収納して難燃性テープ８にて略密封している冷蔵庫であるため、基板不良の際はキャスターの無い小形冷蔵庫でも背面に回りこむことなく基板交換が前面側で容易にできる。

また電子基板１０にバリスタ１１が付いているため、冷蔵庫の作動中に電源コードより異常電圧が印加して侵入した際には、バリスタ１１が発熱・破壊することで他の電子部品を保護するので、壊れたバリスタ１１のみを交換すれば容易に修理することが可能であり、基板交換というコストの高いサービスを行わずに修理することが可能となる。

また、バリスタ１１を囲うバリスタ収納用リブ１２を制御ボックス５内の基板収納部７内部に一体に形成しているため、バリスタ１１はバリスタ収納用リブ１２と電子基板１０によって略密封構造となっており、さらに電子基板１０と基板収納部７の開口部とを難燃性テープ８にて略密封しているため、バリスタ１１は略２重の密封構造となっている。例え可燃性冷媒ガスが冷却器１８等の配管折れにより庫内に漏れ、同時に異常電圧の印加等によりバリスタ１１が破壊しスパークしても、バリスタ１１の周りは制御ボックス５内部の１重目のバリスタ収納用リブ１２と基板自体とで閉じられた空間となっており、制御ボックス５内の他の基板収納部７とは隔離されているため、１重目の隔壁内での燃焼はあっても、隔壁外の基板収納部７内への着火は無い。

さらに、基板収納部７も壁と難燃性テープ８によって囲われた構成となっており、バリスタ１１からは２重目の隔壁となっているため基板収納部外である冷蔵庫庫内への着火・爆発等は起こら無いという効果を有する。

このように制御ボックス５内部の基板収納部７内にバリスタ収納用リブ１２を備えるだけの構成なので、制御ボックス５の容易な金型製作を安価に実行できる利点がある。

また、ＨＦＣ１３４ａ冷媒の冷蔵庫をＨＣ冷媒の冷蔵庫に使用する際には、ＨＦＣ１３４ａ冷媒の冷蔵庫においても冷蔵庫内背面壁である制御ボックス５内部の基板収納部７は、基板が庫内の低外気による露つきからのショートによる発火や、基板の故障による発火を防ぐ目的で、基板と基板収納部開口部とを覆うように難燃性テープ８にて封じているので、略密封構造となっている。つまり、制御ボックス５内部の基板収納部７内にバリスタ収納用リブ１２を備える変更だけでできる構成なので、容易な金型改造で安価・短期間で実行できる効果を有する。

また、冷媒は可燃性冷媒の中でもノンフロン冷媒の主流である炭化水素冷媒のイソブタン（Ｒ６００ａＨＣ冷媒）を使用する冷蔵庫であるため、炭化水素冷媒の特性の通り、大気中での寿命が短く・温暖化係数３以下（二酸化炭素（ＣＯ_２）を１とした時の相対値）の優れた冷却源であり、地球環境にやさしいノンフロンの冷蔵庫を安価に得ることができる。

また、バリスタ１１を囲う収納部は、基板収納部７内部で、前方より庫内の空気が侵入しうる温度調整ダイアル取付け部１３より上方に形成しているため、基板収納部７において、バリスタ１１を収納するバリスタ収納用リブ１２は温度調整ダイアル取付け部１３よりも上方にあり、仮にＨＣ冷媒が温度調整ダイアル取付け部１３より基板収納部７内に侵入しても、ＨＣ冷媒は空気より重いことから下に行くため、上部にあるバリスタ１１を収納するバリスタ収納用リブ１２内にＨＣ冷媒が侵入しずらく、爆発濃度にならない効果を有する。

実施の形態１を示す図で、冷蔵庫の庫内正面図である。実施の形態１を示す図で、冷蔵庫の縦断面図である。実施の形態１を示す図で、冷蔵庫の冷媒回路図である。実施の形態１を示す図で、冷却器付近の拡大図である。実施の形態１を示す図で、炭化水素系冷媒と現状フロンの特性を比較した図である。実施の形態１を示す図で、制御ボックスを正面側から見た斜視図である。実施の形態１を示す図で、制御ボックスを背面側から見た斜視図である。実施の形態１を示す図で、図７より不燃性テープとダクトを取り外した斜視図である。実施の形態１を示す図で、図８のＺ−Ｚ断面図である。実施の形態１を示す図で、図８より基板を取り外した斜視図である。実施の形態１を示す図で、バリスタの構造図である。実施の形態１を示す図で、バリスタの電流−電圧特性を示す図である。実施の形態１を示す図で、基板におけるバリスタ付近の回路図である。

符号の説明

１冷蔵庫本体、２冷凍室、３冷蔵室、４チルド室、５制御ボックス、５ａ〜５ｄ冷気吹き出し口、６温度調整ダイアル、７基板収納部、７ａ電子基板固定用爪、７ｂ電子基板固定用リブ、８難燃性テープ、９ダクト、９ａ吸い込み口、１０電子基板、１１バリスタ、１１ａ絶縁塗装、１１ｂ電極、１１ｃバリスタ素子、１１ｄリード線、１２バリスタ収納用リブ、１３温度調整ダイアル取付け部、１４圧縮機、１５キャビネットパイプ、１６ドライヤ、１７キャピラリーチューブ、１８冷却器、１９サクションパイプ、２０マフラー。

Claims

冷蔵室等を有する冷蔵庫本体と、
庫内へ供給する冷気を生成する冷却器を含み、可燃性冷媒を冷媒として使用する冷媒回路と、
異常電圧の印加に対し発熱・破壊することで他の電子部品を保護する特性を有するバリスタを備えた制御用の電子基板と、
前記冷蔵室内の背面に設けられ、前記電子基板を収納する基板収納部を有する制御ボックスと、
前記バリスタを前記電子基板と共に囲み、該バリスタの空間を略密封構造とするバリスタ収納部と、
前記基板収納部の開口部を覆う密封部材とを備えたことを特徴とする冷蔵庫。
前記バリスタ素子を囲うバリスタ収納部を前記基板収納部内部に一体に形成したことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
前記可燃性冷媒は、炭化水素系冷媒を使用することを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
前記制御ボックスは、前記電子基板に取り付けられ、庫内の温度調節を行う温度調整ダイアルの取付部を有し、前記バリスタ収納部を前記温度調整ダイアル取付部よりも上方に位置させることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。