JP4864650B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫に関し、特に冷媒としてＲ２９０を用いた冷凍サイクルを有する冷蔵庫に関する。

一般に、冷蔵庫の冷凍サイクルは、圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器と、サクションパイプを直列に接続し、冷媒を封入することで構成されている。

かかる冷凍サイクルの冷媒として、近年、地球温暖化防止の観点より温暖化係数の高いフロン系冷媒から自然冷媒への転換が望まれている。そのため、自然冷媒の一種であるＲ６００ａ（イソブタン）が冷蔵庫の冷媒として使用されるようになってきている（下記特許文献１，２参照）。しかしながら、Ｒ６００ａは、密度が小さいために、冷凍能力を大きく取ることができない。そのため、他の自然冷媒であるＲ２９０（プロパン）の冷蔵庫への使用についても検討がなされている（下記特許文献３参照）。
特開２００２−３７２３１９号公報 特開２００５−１４０４１１号公報 特開２００６−１０１２６号公報

Ｒ２９０は、Ｒ６００ａに比べて密度が大きく、理論上、Ｒ６００ａに対して約２．７倍の冷凍能力を発揮することができるが、従来のＲ６００ａのための圧縮機の仕様をそのままＲ２９０に適用したのでは、冷蔵庫として実際に使用したときに、Ｒ２９０が本来持っている効率特性が得られないことが判明した。

この点について詳述すると、Ｒ６００ａを封入した圧縮機の冷蔵庫実使用での運転回転数は中速〜高速回転数の頻度が高い。図４は、従来のＲ６００ａを封入した圧縮機の単体でのカロリー性能測定結果を示すものであり、所定の回転数ステップで運転させたときの結果を示している。図４において、Ｗ１で示す範囲が、Ｒ６００ａを封入した圧縮機の冷蔵庫実使用において頻度の高い回転数範囲であり、６０Ｈｚ前後の運転頻度が高いことが分かる。

これに対し、冷媒としてＲ２９０を封入する場合、上記Ｒ６００ａ用の圧縮機をそのまま用いると、Ｒ２９０はＲ６００ａよりも冷凍能力が約２．７倍も高いことから、冷凍能力が高すぎることになる。そのため、圧縮機の排除容積を小さくすることが好ましい。一般に、定格内容積３００Ｌ台〜５００Ｌ台の家庭用冷蔵庫に用いられるＲ６００ａ用の圧縮機の排除容積は１０ｍＬ前後である。かかるＲ６００ａ用の圧縮機と同一回転数でより高い能力を発揮するように、Ｒ２９０用の圧縮機の排除容積を設定する場合、例えば５．５ｍＬとすることが考えられる。そこで、Ｒ２９０用の圧縮機の排除容積を５．５ｍＬとして、上記Ｒ６００ａ用の圧縮機の場合と同様に、圧縮機単体でのカロリー性能を測定したところ、図４に示すように、Ｒ６００ａ用の圧縮機の中速〜高速回転数にあたる冷凍能力域Ｗ１での圧縮機の効率は、Ｒ２９０用の圧縮機の方が有利であった。

しかしながら、Ｒ６００ａ用の圧縮機で予め設定された回転数ステップ（通常、最高回転数が８０Ｈｚ前後）でＲ２９０用の圧縮機を制御した場合、回転数が上昇した場合に過大な冷凍能力で運転される。例えば、図４において、６０Ｈｚの回転数での冷凍能力を比較すると明らかなように、Ｒ２９０用の圧縮機ではΔｘだけ過剰な冷凍能力で運転される。そのため、Ｒ２９０用の圧縮機では、放熱量が不足するなどして、本来の冷却効率・ＣＯＰ（エネルギー消費効率）が発揮できなくなる。このことから、本来十分な冷却能力が得られるはずの回転数を上回る回転数で運転される傾向となり、Ｒ２９０用の圧縮機が本来持っている効率特性が得られないことが判明した。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、能力的に有利なＲ２９０を冷媒として用いることに起因して過剰な冷凍能力で運転されるという事態を防ぎ、圧縮機本来の省エネ効果を冷蔵庫実使用でも引き出すことができる冷蔵庫を提供することを目的とする。

本発明に係る冷蔵庫は、回転数を変えることができる能力可変型圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器とを接続し、冷媒としてＲ２９０を封入した冷凍サイクルを有する冷蔵庫であって、前記圧縮機は、排除容積が３．５〜６．０ｍＬであり、通常運転モードでの最高回転数を６０Ｈｚ以下に設定するとともに、通常運転モードでの最低回転数を圧縮機の下限回転数以上に設定して、前記圧縮機の運転回転数を冷蔵庫の庫内負荷に応じて前記最高回転数と最低回転数との間で変化させて通常運転を行うものであり、前記最高回転数と最低回転数の間に複数の回転数ステップを設定し、前記最高回転数として、高温の庫外温度環境のための高室温用最高回転数と、より低温の庫外温度環境のための最高回転数であって前記高室温用最高回転数よりも回転数の低い低室温用最高回転数とを設定し、低室温用の回転数ステップを高室温用の回転数ステップよりも変化幅を小さく設定したことを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機の排除容積を３．５〜６．０ｍＬとして従来のＲ６００ａ用の圧縮機に比べて小さくした上で、通常運転モードでの最高回転数を６０Ｈｚ以下と、従来のＲ６００ａ用の圧縮機での最高回転数よりも低く設定したことにより、能力的に有利なＲ２９０を冷媒として用いたことに起因して過剰な冷凍能力で運転されることを防ぎ、圧縮機本来の省エネ効果を冷蔵庫実使用でも引き出すことができる。

以下、本発明の実施形態に係る冷蔵庫について図面に基づいて説明する。

（第１実施形態（但し、参考例である。））
図１は、第１実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの図であり、該冷凍サイクルは、圧縮機（コンプレッサ）１０、凝縮器１２、絞り装置としてのキャピラリーチューブ１４、蒸発器１６、及びサクションパイプ１８を順次直列に接続して構成されている。第１実施形態の冷蔵庫は、単一の蒸発器１６にて庫内を冷却する冷蔵庫であり、冷蔵温度帯のみを備えるものであってもよく、あるいはまた、冷蔵室や野菜室等の冷蔵温度帯とともに、冷凍室等の冷凍温度帯を備える冷凍冷蔵庫であってもよい。冷凍サイクルを除くその他の冷蔵庫の構造は従来公知のものを用いることができるため、説明は省略する。

本冷凍サイクルでは、冷媒としてＲ２９０（プロパン）を用いており、Ｒ２９０は、圧縮機１０で圧縮され、凝縮器１２で凝縮された後、キャピラリーチューブ１４にて減圧されて、蒸発器１６で蒸発し、その後、サクションパイプ１８にてキャピラリーチューブ１４と熱交換した後、圧縮機１０に戻るように構成されている。

図１に示すように、凝縮器１２は、ワイヤコンデンサ２０と、冷蔵庫筺体の背面部等に配設される放熱パイプ２２と、冷蔵庫筺体の前面開口周縁部に配設される露付き防止のための防露パイプ２４とからなる。

圧縮機１０は、レシプロ型の圧縮機構を有して回転数を変えることができる能力可変型の圧縮機である。この圧縮機１０は、同じく自然冷媒であるＲ６００ａ用の従来の圧縮機に対して、同じ運転回転数で同等以上の冷凍能力を発揮し、かつ、過剰な冷凍能力での運転を防ぐため、排除容積（シリンダ排除容積）が３．５〜６．０ｍＬに設定されており、この例では５．５ｍＬとされている。冷媒の理論特性から、Ｒ６００ａに対してＲ２９０の冷凍能力は約２．７倍であり、そのため、従来の一般的なＲ６００ａ用の圧縮機の排除容積である１０ｍＬ前後に対し、排除容積を小さくしてその値を３．５〜６．０ｍＬとすることで、上記目的を達成することができる。

この圧縮機１０において、冷蔵庫のその時点での庫内負荷に応じて運転回転数を変化させる際の、回転数ステップ設定については、次のように定められている。すなわち、通常運転モードでの最高回転数を６０Ｈｚ以下に設定するとともに、通常運転モードでの最低回転数を圧縮機１０の下限回転数以上に設定し、更に、これら最高回転数と最低回転数の間に複数の回転数ステップを設定している。そして、冷蔵庫の庫内負荷に応じて不図示の制御部により制御されて、上記最高回転数と最低回転数との間で圧縮機１０の運転回転数を変化させることで通常運転が行われる。

ここで、通常運転モードとは、ユーザー（使用者）が切り替えスイッチなどを操作することで強制的に冷却を行う強制冷却モードとは異なり、庫内負荷に応じた制御部からの自動制御に基づき冷却を行うモードである。

上記回転数ステップ設定の一例を表１に示す。

表１には、実施例に係るＲ２９０用圧縮機と、比較例に係るＲ６００ａ用圧縮機との双方のステップ設定例を示している。この実施例では、Ｒ２９０用圧縮機の排除容積をＲ６００ａ用圧縮機の約５６％としているので、実際の冷凍能力はＲ２９０の方が約５０％高くなる。そのため、Ｒ２９０での最高回転数をＲ６００ａでの８０Ｈｚから５３Ｈｚに下げて、冷凍能力を同等にしている。

一方、最低回転数は、圧縮機１０の下限回転数に従って定められている。すなわち、圧縮機１０は、その回転運動により上部にある摺動部に対して底部に溜まった冷媒を給油する方式となっているため、給油のためにある程度の回転数が必要であり、その回転数が下限回転数として定められている。本実施例では、この下限回転数である２５Ｈｚを上記最低回転数として設定している。

そして、これにより、実施例における圧縮機１０での冷凍能力の変化範囲が定まり、図４におけるＷ２が当該冷凍能力の変化範囲である。この変化範囲Ｗ２において、特に冷蔵庫実使用時にて使用頻度の高い範囲Ｗ１を含む中速〜高速回転数域では、Ｒ２９０用圧縮機の方がＲ６００ａ用圧縮機よりもＣＯＰが高く、省エネ効果に優れている。

最高回転数と最低回転数との間の回転数ステップについては、本実施例では、最大回転数の設定と同じ考え方で、Ｒ６００ａでの各回転数ステップと同等の冷凍能力を発揮する回転数を選定している。

以上の回転数ステップ設定により、Ｒ２９０用圧縮機１０が過剰な冷凍能力で運転されて、圧縮機本来の冷凍能力が冷蔵庫に組み込むことで発揮されにくくなることを防ぐことができ、Ｒ６００ａ用圧縮機よりもＣＯＰが有利なＲ２９０用圧縮機の特性（図４参照）を引き出して、Ｒ６００ａの場合以上の省エネ効果を冷蔵庫実使用時にも引き出すことができる。

（第２実施形態（但し、参考例である。））
図２は、第２実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの図である。この例では、蒸発器として、冷蔵温度帯を冷却する冷蔵温度用蒸発器（Ｒ蒸発器）１６ａと、冷凍温度帯を冷却する冷凍温度用蒸発器（Ｆ蒸発器）１６ｂとが設けられており、これらが並列に接続されている。

詳細には、凝縮器１２の下流に三方弁２６が設けられて、その下流の冷媒流路が該三方弁２６により切り替え可能な２つの流路に分岐している。そして、一方の冷媒流路には冷蔵用キャピラリーチューブ１４ａを介して冷蔵温度用蒸発器１６ａが接続され、他方の冷媒流路には冷凍用キャピラリーチューブ１４ｂを介して冷凍温度用蒸発器１６ｂが接続されている。両蒸発器１６ａ，１６ｂから出た冷媒流路は合流してサクションパイプ１８に接続されており、サクションパイプ１８を経て圧縮機１０に戻るように構成されている。

その他の構成は、圧縮機１０の構成及び回転数ステップ設定を含めて、第１実施形態と同様であり、この実施形態でも第１実施形態と同様の省エネ効果を引き出すことができる。

（第３実施形態（但し、参考例である。））
図３は、第３実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの図である。この例も第２実施形態と同様に２つの蒸発器１６ａ，１６ｂを備えるものであるが、冷蔵温度用蒸発器１６ａの下流に冷凍温度用蒸発器１６ｂが直列に接続されている点で第２実施形態とは異なる。

すなわち、この例では、冷蔵温度用蒸発器１６ａから出た冷媒流路２８が冷凍温度用蒸発器１６ｂの直前で、冷凍用キャピラリーチューブ１４ｂから出た冷媒流路と合流している。そのため、三方弁２６による切り替えにより、冷凍温度用蒸発器１６ｂのみに冷媒を流すモードと、冷蔵温度用蒸発器１６ａを介して冷凍温度用蒸発器１６ｂにも冷媒を流すモードとに切り替えられるように構成されている。

その他の構成は、圧縮機１０の構成及び回転数ステップ設定を含めて、第２実施形態と同様であり、この実施形態でも第２実施形態と同様の省エネ効果を引き出すことができる。

（第４実施形態（但し、参考例である。））
表２は、第４実施形態に係る圧縮機の回転数ステップ設定の一例を示したものである。なお、冷凍サイクルとしては上記各実施形態のものを適用することができる。

表２に示すように、この実施形態では、Ｒ２９０用圧縮機における最高回転数（５３Ｈｚ）と最低回転数（２５Ｈｚ）の間の回転数ステップの数を、Ｒ６００ａ用圧縮機に対して増加させ、より最適な冷凍能力を発揮するようにしている。すなわち、この例では、Ｒ６００ａ用圧縮機の回転数ステップ数＝５に対して、Ｒ２９０用圧縮機の回転数ステップ数＝８として、Ｒ２９０用圧縮機の回転数変化をきめ細かく設定している。これにより、圧縮機の回転数が上昇したときの能力過剰を抑え、Ｒ２９０用圧縮機の省エネ効果をより効果的に発揮させることができる。

（第５実施形態）
低室温、即ち室温（庫外温度）が低い環境では、冷蔵庫からの熱漏洩量（冷気漏れ）が減少し、必要冷凍能力は減少する。従って、高室温、即ち室温が高い環境で適切であった回転数ステップ設定であっても、低室温では能力過剰が発生する。そこで、室温により回転数ステップを変化させ、低室温用の回転数ステップでは高室温用の回転数ステップに対して最高回転数を低下させることで、室温変化からくる負荷変動に応じた能力制御を行うことができる。

表３は、このような観点から回転数ステップ設定を行った一例を示したものである。なお、冷凍サイクルとしては上記第１〜３の各実施形態のものを適用することができる。

表３に示すように、この実施形態では、Ｒ２９０用圧縮機の最高回転数として、高室温用最高回転数と、それよりも回転数の低い低室温用最高回転数とを設定し、低室温用の回転数ステップを高室温用の回転数ステップよりも変化幅を小さく設定している。詳細には、実施例では、室温２０℃以上の高室温用最高回転数＝５３Ｈｚと、室温２０℃未満の低室温用最高回転数＝４５Ｈｚとを設定し、かつ、２０℃未満の回転数ステップの変化幅を、２０℃以上の回転数ステップの変化幅よりも小さく設定している。

このように設定することにより、冷凍能力がより過剰気味となる低室温環境でＲ２９０冷媒の省エネ効果を得やすくすることができる。

（第６実施形態（但し、参考例である。））
第６実施形態の冷蔵庫は、切り替え手段により強制的に冷却を行う急速冷却運転モードを備え、該急速冷却運転モードでの圧縮機の回転数を通常運転モードでの最高回転数よりも高く設定したことを特徴とする。

表４は、本実施形態に係る圧縮機の回転数ステップ設定の一例を示したものである。なお、冷凍サイクルとしては上記第１〜３の各実施形態のものを適用することができる。

表４に示すように、この例では、通常運転モードではＲ２９０用に適切に設定された回転数ステップにて運転するが、不図示の切り替えスイッチをユーザーが操作することによって急速冷却指令が出された場合には、通常運転モードの最高回転数（５３Ｈｚ）を上回る回転数で運転する。かかる急速冷却運転モードでの回転数は、圧縮機の信頼性上の上限回転数に設定することができ、この例では７５Ｈｚに設定している。

このように急速冷却運転モードの回転数を設定することで、通常運転モードでの省エネ効果が得られるとともに、従来のＲ６００ａ冷媒では発揮できなかった急速冷却性能を得ることができる。すなわち、図４に示すように、Ｒ２９０用圧縮機では、通常運転モードの最高回転数を下げることで、通常運転モードでの能力変化範囲Ｗ２よりも高い冷凍能力を発揮する余地を確保することができ、この部分を急速冷却による能力増大幅Δｙとして利用することができる。そのため、通常運転モードの最高回転数を上回る回転数を急速冷却運転モードの回転数として設定することで、従来のＲ６００ａでは発揮不可能であった急速冷却機能を発揮することができる。

第１実施形態の冷蔵庫の冷凍サイクルの概念図である。 第２実施形態の冷蔵庫の冷凍サイクルの概念図である。 第３実施形態の冷蔵庫の冷凍サイクルの概念図である。 Ｒ２９０用圧縮機とＲ６００ａ用圧縮機についての圧縮機単体でのカロリー性能の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１０…能力可変型圧縮機
１２…凝縮器
１４…キャピラリーチューブ（絞り装置）
１６…蒸発器
１６ａ…冷蔵温度用蒸発器
１６ｂ…冷凍温度用蒸発器

Claims (3)

1. 回転数を変えることができる能力可変型圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器とを接続し、冷媒としてＲ２９０を封入した冷凍サイクルを有する冷蔵庫であって、
   前記圧縮機は、排除容積が３．５〜６．０ｍＬであり、通常運転モードでの最高回転数を６０Ｈｚ以下に設定するとともに、通常運転モードでの最低回転数を圧縮機の下限回転数以上に設定して、前記圧縮機の運転回転数を冷蔵庫の庫内負荷に応じて前記最高回転数と最低回転数との間で変化させて通常運転を行うものであり、
   前記最高回転数と最低回転数の間に複数の回転数ステップを設定し、
   前記最高回転数として、高温の庫外温度環境のための高室温用最高回転数と、より低温の庫外温度環境のための最高回転数であって前記高室温用最高回転数よりも回転数の低い低室温用最高回転数とを設定し、低室温用の回転数ステップを高室温用の回転数ステップよりも変化幅を小さく設定した
   ことを特徴とする冷蔵庫。
2. 前記蒸発器として、冷蔵温度用蒸発器と冷凍温度用蒸発器とを備えることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
3. 切り替え手段により強制的に冷却を行う急速冷却運転モードを備え、該急速冷却運転モードでの圧縮機の回転数を前記通常運転モードでの最高回転数よりも高く設定したことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。

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