JP4785414B2 - 冷蔵庫 - Google Patents
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Description
(I)多孔質で親水性のある透湿板を設置して、水分を吸湿・放湿するもの(例えば、特許文献1参照)、
(II)多孔質シリカからなる調質部材を野菜室内に設置して、結露を防ぎ、高湿度状態を維持するもの(例えば、特許文献2参照)、
(III)冷蔵庫運転時の除霜時に熱交換冷却器から発生する除霜水を回収し、超音波加湿装置により微細な水滴として放出し、野菜ケース内の加湿を行ったりするもの(例えば、特許文献3参照)などが開示されている。
図1は本発明の実施の形態1に係る冷蔵庫を説明する外観斜視図である。図2は図1に示す冷蔵庫の縦断面図である。図3は図1に示す冷蔵庫に設置された加湿装置(デシカントロータ)を示す野菜室上部から見た断面図である。図4は図1に示す冷蔵庫に設置されたデシカントロータの吸着特性を示す平衡吸着線図である。なお、以下の説明において同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図1および図2において、冷蔵庫1000は全容量450L(リットル)クラスを例示したものであって、断熱材で包囲された筐体の内部に上から下に向かって、冷蔵室100と、切替室400および製氷室500と、野菜室300と、冷凍室200と、送風室600と、が配置されている。さらに、該筐体の内部の空気(以下「庫内空気」と称する)を冷却するための空気冷却手段700と、野菜室300の湿度を高めるための加湿装置800が設置されている。
冷蔵室100は容量240Lで、約0〜10℃程度で食品を保存するものであり、冷蔵室開閉扉101を備えている。
冷凍室200は容量90Lで、冷凍温度帯(約−16から−22℃)で食品を冷凍保存するものであり、冷凍用ケース210が設置され、引き出し扉201を備えている。
野菜室300は容量90L程度で、引き出し扉301を備え、フルーツケース310および野菜ケース320が設置され、野菜などの食品を整理して収納することができるようになっている。また、野菜室湿度センサ21が設置され、約3〜10℃程度で高い湿度に調整されている(これについては別途詳細に説明する)。
製氷室500は、氷を製造して製造された氷を保存するもので、引き出し扉501を備えている。
送風室600は仕切り壁601によって仕切られた前記筐体の背面側(図2において右側)のスペースであって、その内部に、庫内空気を循環するための循環送風機13(以下「循環ファン13」と称す)と、空気冷却手段700を構成する冷却器12と、霜取り用ヒータ16とが配置されている。
空気冷却手段700は公知の冷凍サイクルを実行するものであって、送風室600に設置された冷却器12と、前記筐体の外部に設置された圧縮器22とを具備している。なお、冷却器12に霜が付着した際、これを除去するための霜取り用ヒータ16が冷却器12に並設され、溶けた霜を前記筐体の外部に排出する排水パイプ18が設置されている。
また、放熱手段に接続された冷媒(約35℃)℃が流れる放熱パイプ20が、野菜室300の天面303内に配置されている。
次に冷蔵庫の動作について説明する。冷却器12によって作られた冷却された庫内空気(以下「冷気」と称する場合がある)は循環ファン13によって循環風路を循環する。すなわち、冷蔵室100および切替室400に設けられた温度センサ(図示省略)により各室内空気の温度を検知し、該検知温度が設定した温度になるように冷蔵室開閉弁611および切替室開閉弁641の開け閉めを行なう。
図3は図1に示す冷蔵庫に設置された加湿装置を示す野菜室上部から見た断面図である。 図3において、加湿装置800は、野菜室300の野菜室天面303に設けられて凹部305に配置された箱体810に収納され、箱体810は、吸着室820と脱着室830とに隔壁840によって仕切られている。そして、デシカントロータ50が吸着室820と脱着室830とを跨ぐように回転自在に設置されている。すなわち、デシカントロータ50は隔壁840を貫通して、隔壁840と略平行する回転軸でもってモータ51によって回転されるものである。
図4は図3示す加湿装置に設置されたデシカントロータの平衡吸着特性を示す吸着線図である。図4において、横軸は相対湿度を、縦軸は平衡吸着量を示している。なお、相対湿度を飽和水蒸気圧に対する検知した水蒸気圧の割合を、平衡吸着量はデシカントロータ50を形成する固体吸着材の単位重量(1kg)あたりの水分吸着量(kg)を示している。
すなわち、実施形態1で用いているデシカントロータ50は、1.5〜2.5ナノメートルの穴径の細孔が多数設けられたケイ素材料で構成され、相対湿度が30%から40%に変化した際、平衡吸着量がたとえば0.1kg/kgから0.4kg/kgまで急激に増大する特性を示すものである。なお、平衡吸着量の値はデシカントロータ50の製造方法により変更できるが、平衡吸着量が相対湿度は約30%から約40%の範囲で大幅に増大する特性は変化しないものである。
図5は図4のデシカントロータの動作を説明する湿り空気線図である。図5において、野菜室300内に設置された野菜室湿度センサ21により検知された湿度と予め設定された湿度との差により、吸着側ファン52および脱着側ファン53をそれぞれ駆動するとともに、電気ヒータ54によって庫内空気(正確には野菜室300内の空気)の加熱を行うように制御されている。
加湿装置800の吸着室820において、温度25℃、相対湿度60%(絶対湿度0.012kg/kg)の庫外空気は、吸着側吸気口55より吸着側吸気風路821に吸い込まれ、デシカントロータ50を通過する際の等エンタルピ変化によって、水分を吸着され、32.0℃、相対湿度30%(絶対湿度0.009kg/kg)にまで除湿される。そして、吸着側排気風路822を経由して吸着側排気口55から再び庫外に排気される。
デシカントロータ50は、モータ51によって5〜20rpm程度の回転速度で回転されるため、デシカントロータ50の特定位置は、吸着室820と脱着室830との間を交互に行き来する。すなわち、デシカントロータ50の特定位置は、吸着室820に滞在する間に、庫外空気に含まれた水分を吸着して、脱着室830に移動する。
加湿装置800の脱着室830において、10℃、相対湿度90%程度(絶対湿度0.007kg/kg)、エンタルピ27.3kJ/kgの庫内空気が、脱着側吸気口57より脱着側吸気風路831に吸い込まれ、電気ヒータ54によって加熱されて、27.5℃、30%程度(絶対湿度0.007kg/kg)、エンタルピ45.1kJ/kgになる。そして、その状態でデシカントロータ50に流入する。
このとき、デシカントロータ50の内部に蓄えられた水分(吸着室820において吸着した水分)は通過する空気側に移動(脱着)する。すなわち、デシカントロータ50を通過した庫内空気は、21℃、60%程度(絶対湿度0.009kg/kg)に加湿され、脱着側排気風路832を経由して脱着側排気口58から野菜室300内に排気される。
なお、吸着室820においてデシカントロータ50を通過する庫外空気の流量が0.0002kg/秒の場合、吸着量は21g/時間となり、脱着室830においてデシカントロータ50を通過する庫内空気の流量が0.0003kg/秒の場合、脱着量(加湿量)は3.6g/時間となる。着脱側のヒータ入力をヒータの効率を100%として算出する。通過風量0.0003kg/秒にエンタルピ差17.8kJ/kg(=45.1kJ/kg−27.3kJ/kg)を乗じて得られ、約5.3Wと算出される。また、通過風量は吸着側と脱着側とで水分の移動量が同じになるように調整している。さらに、加湿量は通過する面積の割合を調整したり、デシカントロータの回転速度を調整したりして制御しても良い。
また、デシカントロータ50が相対湿度30%で脱着を可能にする特性を具備するため、比較的低温の空気によってデシカントロータ50が脱着されるから、加湿のために電気ヒータ54を使用しても、野菜室300の庫内空気を上昇させることが殆どなく、省エネにも好適である。
また、以上はデシカントロータの吸着側を野菜室側に、脱着側を冷蔵庫の外側にして冷蔵庫外から野菜室内に水分を取り込んでいるが、吸着側と脱着側とを入れ替えて、野菜室内の水分を冷蔵庫外に放出するように動作させてもよい。
図6は本発明の実施の形態2に係る冷蔵庫における加湿装置(デシカントロータ)を示す野菜室上部から見た断面図である。なお、実施の形態1(図3)と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図5において、加湿装置900は、実施の形態1の加湿装置800における電気ヒータ54に替えて、脱着側吸気風路831に放熱パイプ20を配置したものである。
図7は本発明の実施の形態3に係る冷蔵庫を説明する縦断面図である。なお、実施の形態1(図2)と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図7において、冷蔵庫3000は、加湿装置800が野菜室300の上部に設置され、吸着側吸気口55および吸着側排気口56が調湿用風路308に開口し、調湿用風路308は中部戻り風路603(仕切り壁601と野菜室300の背面302との隙間)に連通している。したがって、冷蔵室100を経由した庫内空気が加湿装置800の吸着室820に吸引され、該庫内空気に含まれる水分が野菜室300に放出され、野菜室300内を高湿度にすることができる。
次に冷蔵庫の動作について説明する。冷却器12によって作られた冷却された庫内空気(以下「冷気」と称する場合がある)は循環ファン13によって循環風路を循環する。すなわち、冷蔵室100および切替室400に設けられた温度センサ(図示省略)により各室内空気の温度を検知し、該検知温度が設定した温度になるように冷蔵室開閉弁611および切替室開閉弁641の開け閉めを行なう。
なお、実施の形態3におけるデシカントロータ50の動作は実施の形態1に同じであるから、説明を省略する。また、冷蔵室100は冷蔵室開閉扉101を開閉する回数が多いため、常に湿度を持った庫外空気からの水分が取り込まれているから、継続した野菜室300の加湿が可能である。
図8は図7のデシカントロータの動作を説明する湿り空気線図である。図8において、加湿装置800の吸着室820において、冷蔵室100を経由した後の中部戻り風路603における庫内空気は、温度5℃、相対湿度80%(絶対湿度0.0047kg/kg)であって、調湿用風路308を経由して吸着側吸気口55より吸着側吸気風路821に吸い込まれ、デシカントロータ50を通過する際の等エンタルピ変化によって、水分を吸着され、6.2℃、相対湿度30%(絶対湿度0.0017kg/kg)にまで除湿される。そして、吸着側排気風路822を経由して吸着側排気口55から再び中部戻り風路603に排気される。
デシカントロータ50は、モータ51によって5〜20rpm程度の回転速度で回転されるため、デシカントロータ50の特定位置は、吸着室820と脱着室830との間を交互に行き来する。すなわち、デシカントロータ50の特定位置は、吸着室820に滞在する間に、庫内空気に含まれた水分を吸着して、脱着室830に移動する。
加湿装置800の脱着室830において、10℃、相対湿度90%程度(絶対湿度0.007kg/kg)の庫内空気が、脱着側吸気口57より脱着側吸気風路831に吸い込まれ、電気ヒータ54によって加熱されて、27.5℃、30%程度(絶対湿度0.007kg/kg)になる。そして、その状態でデシカントロータ50に流入する。
このとき、デシカントロータ50の内部に蓄えられた水分(吸着室820において吸着した水分)は通過する空気側に移動(脱着)する。すなわち、デシカントロータ50を通過した庫内空気は、17℃、90%程度(絶対湿度0.011kg/kg)に加湿され、脱着側排気風路832を経由して脱着側排気口58から野菜室300内に排気される。
なお、吸着室820においてデシカントロータ50を通過する庫外空気の流量が0.0003kg/秒の場合、吸着量は3.24g/時間となり、脱着室830においてデシカントロータ50を通過する庫内空気の流量が0.00025kg/秒の場合、脱着量(加湿量)は3.24g/時間となる。
さらに、冷蔵室100を経由した庫内空気の水分が野菜室300に放出され、その分、下部戻り風路612を経由して冷却器12に戻る庫内空気の水分が低下する。このため、冷却器12への着霜を抑えることができ、霜取りのためのヒータ16への通電時間を減らすことができるので、消費電力量を抑えることが可能である。
図9は本発明の実施の形態4に係る冷蔵庫を説明する縦断面図である。なお、実施の形態1(図2)と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図9において、冷蔵庫4000は、冷蔵室100の冷蔵室開閉扉101に加湿装置800が設置されている。すなわち、加湿装置800の吸着側吸気口55および吸着側排気口56が冷蔵室開閉扉101の外側(庫外)に連通し、脱着側吸気口57および脱着側排気口58が冷蔵室開閉扉101の内側(庫内)に連通している。
図10は本発明の実施の形態5に係る冷蔵庫を説明する縦断面図である。なお、実施の形態1(図2)と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。図10において、冷蔵庫5000は、冷蔵室100の冷蔵室天面103に加湿装置800が設置されている。すなわち、加湿装置800の吸着側吸気口55および吸着側排気口56が筐体の上側(庫外)に連通し、脱着側吸気口57および脱着側排気口58が冷蔵室開閉扉101の内側(庫内)に連通している。
以上、本発明を、冷蔵室100と、切替室400および製氷室500と、野菜室300と、冷凍室200とが上から下に向かって配置された容量240Lの冷蔵庫を例に説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、容量や室数や室の配置形態等は限定するものではない。
たとえば、冷蔵室100の直下に野菜室300が配置されてもよい。このとき、加湿装置800の吸着側吸気口55および吸着側排気口56を冷蔵室100の底面に開口してもよい。また、たとえば、冷凍室200、切替室400または製氷室500を具備しないもの、あるいは、冷蔵室100または野菜室300の一方のみ具備するもの(1室のみの冷蔵庫)であってもよい。
Claims (5)
- 庫内空気を冷却する空気冷却手段と、該空気冷却手段によって冷却された庫内空気が供給される第1冷蔵室と、前記第1冷蔵室を経由した庫内空気の一部が供給される第2冷蔵室と、庫内空気を循環させる循環風路および循環送風機と、前記第1冷蔵室内の庫内空気に含まれる水分または前記第1冷蔵室を経由した庫内空気に含まれる水分を吸着し、かつ、該水分を前記第2冷蔵室内に脱着するデシカントロータと、を有することを特徴とする冷蔵庫。
- 前記第1冷蔵室または第2冷蔵室の一方または両方に、庫内空気の相対湿度を検知する湿度検知手段が設置され、該湿度検知手段の検知結果に基づいて前記デシカントロータの水分吸着量または水分脱着量の一方または両方が制御されることを特徴とする請求項1記載の冷蔵庫。
- 前記デシカントロータは、相対湿度が略30〜40%の範囲において水分の平衡吸着率が急激に変動する固体吸着材を具備することを特徴とする請求項1または2記載の冷蔵庫。
- 前記固体吸着材は、1.5〜2.5ナノメートルの穴径の細孔を多数具備するケイ素材料で構成されることを特徴とする請求項3記載の冷蔵庫。
- 前記デシカントロータが、水分を吸着するための空気が流れる吸着風路と水分を脱着するための空気が流れる脱着風路とを跨いで回転自在に配置され、
前記脱着風路におけるデシカントロータの上流側に、空気を加熱するための電気ヒータまたは前記空気冷却手段に接続された放熱パイプが設置されることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の冷蔵庫。
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