JP4895707B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、コンプレッサから、コンデンサ、デハイドレータ、減圧手段、冷却器が順次冷媒配管で接続されて再びコンプレッサに戻る冷凍サイクルを具備し、この冷凍サイクルの冷却器により庫内を冷却する冷蔵庫に関する。

家庭用冷蔵庫などの冷蔵庫では、減圧手段として、キャピラリーチューブが一般的に使用されている。

この様に、減圧手段として、キャピラリーチューブが採用されていると、減圧量が略一定で、適宜変更することができない。そのため、庫内温度の制御を的確かつ精度良く行うことができず、省エネを効果的に行うことができない。

そこで、省エネ能力をより向上させるために、減圧手段として、キャピラリーチューブとともに膨張弁を使用したものが、たとえば、特開平２００２−３７２３１９号公報（特許文献１）に記載されている。
ところで、冷蔵庫は、扉の開閉や温かい食品の庫内への収納などが頻繁に行われるため、エアコンなどと比較して負荷変動が大きく、この負荷変動に対応して、冷却能力を効率よくかつ安定して制御する必要がある。しかしながら、減圧手段として、キャピラリーチューブとともに膨張弁を採用すると、時として不安定になる現象が発生することがある。
特開平２００２−３７２３１９号公報

解決しようとする問題点は、安定して庫内を冷却することができないことがある点である。

本発明の冷蔵庫は、コンプレッサ（７）から、コンデンサ（８）、デハイドレータ（１１）、減圧手段（１２）、冷却器（６）が順次冷媒配管（１６）で接続されて再びコンプレッサに戻る冷凍サイクルを具備し、この冷凍サイクルの冷却器により庫内（２）を冷却する。そして、前記減圧手段が膨張弁で構成され、この膨張弁は庫内の上部に断熱材（１７）で隔離されて収納され、前記デハイドレータと膨張弁との間の冷媒配管であるコンデンサ出口側パイプ（１６ａ）と、前記冷却器とコンプレッサとの間の冷媒配管であるエバ出口側パイプ（１６ｂ）とを密着させて熱交換する熱交換部（２１）が形成されて、この熱交換部の上端部には膨張弁への冷媒配管および冷却器からの冷媒配管が接続され、熱交換部の下端部にはデハイドレータからの冷媒配管およびコンプレッサへの冷媒配管が接続され、前記熱交換部は前記庫内の外郭を形成する断熱箱体（１）の背面断熱壁（１ａ）の内部に配置され、その熱交換部の上端の位置が前記膨張弁の位置よりも下方であるとともに、冷却器の上端の位置よりも上方であり、かつ、熱交換部の下端の位置が冷却器の下端の位置よりも下方であり、前記熱交換部から膨張弁への冷媒配管は、断熱壁内の熱交換部の上端部から断熱壁内を上方に延在し、ついで庫内側に導出されて前記膨張弁に接続され、コンデンサから出た冷媒は、ぼぼ一定の圧力を維持して、前記膨張弁に流入する。

また、前記デハイドレータの出口側に接続される冷媒配管の内径と、デハイドレータの入口側に接続される冷媒配管の内径との比は、１：１から１：２の間の値であることがある。
さらに、前記デハイドレータの出口側に接続される冷媒配管の内径と、デハイドレータの入口側に接続される冷媒配管の内径との比は、１：１から１：１．５の間の値であることがある。

そして、前記デハイドレータの出口側に接続される冷媒配管の内直径が、２ｍｍ以上であることがある。
また、前記熱交換部のエバ出口側パイプはコンデンサ出口側パイプよりも庫内側に位置していることがある。

さらに、前記デハイドレータの出口または、デハイドレータの出口に接続される冷媒配管の一方の端部が拡張されて、デハイドレータの出口に冷媒配管が接続されていることがある。

本発明によれば、デハイドレータと膨張弁との間のコンデンサ出口側パイプと、冷却器とコンプレッサとの間のエバ出口側パイプとを密着させて熱交換する熱交換部が形成されているとともに、コンデンサから出た冷媒は、ぼぼ一定の圧力を維持して、膨張弁に流入する。したがって、冷媒は、熱交換部で気液混合状態から安定した液体状態になった後に、膨張弁に流入する。その結果、膨張弁の絞り量の制御が、安定した液体状態の冷媒の環境下で行われ、冷却制御が安定化する。

また、デハイドレータの出口側に接続される冷媒配管の内径と、デハイドレータの入口側に接続される冷媒配管の内径との比は、１：１から１：２の間の値である場合には、コンデンサから出た冷媒を、ぼぼ一定の圧力に維持することが確実にできる。
さらに、デハイドレータの出口側に接続される冷媒配管の内径と、デハイドレータの入口側に接続される冷媒配管の内径との比は、１：１から１：１．５の間の値である場合には、コンデンサから出た冷媒を、ぼぼ一定の圧力に維持することがより確実にできる。

そして、デハイドレータの出口側に接続される冷媒配管の内直径が、２ｍｍ以上である場合には、コンデンサから出た冷媒を、ぼぼ一定の圧力に維持することが確実にできる。
また、庫内の外郭を形成する断熱箱体の背面断熱壁の内部に、熱交換部が配置され、この熱交換部のエバ出口側パイプがコンデンサ出口側パイプよりも庫内側に位置している場合には、冷却器からでた低温の冷媒が流れるエバ出口側パイプが、コンデンサ出口側パイプよりも庫内側に配設されているので、庫外の外気からエバ出口側パイプへの熱侵入を極力小さくでき、冷却効率が向上する。

さらに、デハイドレータの出口または、デハイドレータの出口に接続される冷媒配管の一方の端部が拡張されて、デハイドレータの出口に冷媒配管が接続されている場合には、接続部での冷媒の減圧が少なくなり、より安定して冷媒の圧力を一定に維持することができる。
特に、デハイドレータの出口に接続される冷媒配管の端部が拡張され、この冷媒配管がデハイドレータの出口に接続されている場合には、冷媒配管の端面に冷媒の流れが衝突することがなく、冷媒がより円滑に流れる。その結果、より確実に安定して冷媒の圧力を一定に維持することができる。

膨張弁を使用して省エネ能力をより向上させるとともに、安定して庫内を冷却するという目的を、デハイドレータと膨張弁との間のコンデンサ出口側パイプと、冷却器とコンプレッサとの間のエバ出口側パイプとを密着させて熱交換する熱交換部が形成されているとともに、コンデンサから出た冷媒を、ぼぼ一定の圧力に維持して、膨張弁に流入させることで実現した。

次に、本発明における冷蔵庫の一実施例について、図１ないし図６を用いて説明する。図１は本発明における冷蔵庫の一実施例の概略の説明図である。図２は熱交換部の説明図で、（ａ）が断熱箱体の断面図、（ｂ）がコンデンサ出口側パイプとエバ出口側パイプの密着部分の斜視図である。図３はデハイドレータの出口と冷媒配管との接続を説明するための説明図で、（ａ）が要部断面図、（ｂ）が（ａ）のＢ部拡大図である。図４は図１の冷蔵庫の冷凍サイクルの P-h線図である。図５はデハイドレータの出口と冷媒配管との接続部の変形例の図である。図６は従来のデハイドレータとキャピラリーチューブとの接続部を説明するための説明図で、（ａ）が要部断面図、（ｂ）が（ａ）のＢ部拡大図である。なお、図１において、熱交換部２１は、冷媒回路が分かりやすいように、断熱箱体１の右側壁内に配設されているように記載されているが、実際は、断熱箱体１の背面壁１ａの内部に配設されている。

まず始めに、冷蔵庫の全体構成を説明する。
図１において、冷却貯蔵庫である冷蔵庫の本体は、前面が開口している断熱箱体１で構成されている。断熱箱体１の内部空間すなわち庫内２は、略水平な断熱仕切り壁３で複数に仕切られている。そして、断熱箱体１の前面開口は、断熱扉（図示せず）で開閉自在に閉塞されている。

また、庫内２は冷却器６で冷却されている。この冷却器６は、断熱箱体１の後部下側の機械室に配置されているコンプレッサ７などとともに冷凍サイクルを構成している。この冷凍サイクルは、図１に図示するように、コンプレッサ７から、コンデンサ８、結露防止パイプ９、デハイドレータ１１、減圧手段としての膨張弁１２、冷却器６、アキュームレータ１３が順次冷媒配管１６で接続されて再びコンプレッサ７に戻るように構成されている。そして、コンプレッサ７が稼働すると、冷媒が冷凍サイクル内を循環して、冷却器６の温度が低下する。

膨張弁１２の温度は高くなるため、庫内２に断熱材１７で隔離されて収納されている。デハイドレータ１１と膨張弁１２とを接続する冷媒配管１６であるコンデンサ出口側パイプ１６ａは、アキュームレータ１３を介して冷却器６とコンプレッサ７とを接続する冷媒配管１６であるエバ出口側パイプ１６ｂと、図２（ｂ）に図示するように密着して溶接されており熱交換部２１が形成されている。この熱交換部２１は、断熱箱体１の背面断熱壁１ａ内に、図２（ａ）に図示するように、エバ出口側パイプ１６ｂが前側で、コンデンサ出口側パイプ１６ａが背面側となるように前後に配設されている。そして、この熱交換部２１のコンデンサ出口側パイプ１６ａおよびエバ出口側パイプ１６ｂは、断熱箱体１の壁内に充填された断熱材により断熱されている。

コンプレッサ７が稼働すると、コンプレッサ７で加圧された冷媒がコンデンサ８に吐出される。そして、冷媒は、このコンデンサ８において外気（すなわち、冷蔵庫の外の空気）で冷却され、ついで、結露防止パイプ９においてさらに冷却される。また、冷媒はこの結露防止パイプ９を流れる際に、断熱箱体１の前面などを加熱して、結露を防止している。そして、冷媒は結露防止パイプ９からデハイドレータ１１に流れ、水分が除去され、熱交換部２１に流入する。この熱交換部２１で冷却器６からの冷媒と熱交換して、膨張弁１２に流れる。この膨張弁１２の絞量は、図示しないマイコンなどの制御装置で、最適な冷却制御となるように制御される。膨張弁１２で減圧された冷媒は低温となって、冷却器６に流入し、庫内２を冷却した後に、アキュームレータ１３を介して、熱交換部２１に流入する。冷媒は、この熱交換部２１で、前述のように、コンデンサ８からの冷媒と熱交換した後に、コンプレッサ７に戻る。

図４の P-h線図で説明すると、コンプレッサ７が稼働すると、冷媒の圧力は、図４に図示するコンプレッサ７の吸込口７ａの位置から吐出口７ｂの位置へ増大する。ついで、冷媒は、コンデンサ８、結露防止パイプ９、デハイドレータ１１および熱交換部２１（コンデンサ出口側パイプ１６ａ）を略一定の圧力を維持して流れる。デハイドレータ１１は、図４のＡ点の位置である。そして、図４のＡ−Ｂ間であるＸ（熱交換部２１のコンデンサ出口側パイプ１６ａ）と、図４図示のＹ（熱交換部２１のエバ出口側パイプ１６ｂ）とが熱交換を行う。このＸの部分で、冷却能力が向上する。また、熱交換部２１のコンデンサ出口側パイプ１６ａを出た冷媒は、膨張弁１２で圧力がＢからＢ２に向かって低下する。ついで、冷却器６を流れて、熱交換部２１（図４のＹの部分）を介してコンプレッサ７の吸込口７ａに流れる。

ところで、熱交換部２１のコンデンサ出口側パイプ１６ａをキャピラリーチューブにして、減圧手段を、キャピラリーチューブおよび膨張弁１２の両者で構成すると、膨張弁１２の能力を小さくでき、コンパクトになる。しかしながら、キャピラリーチューブの減圧により、冷媒は、図４において、Ａ点から、たとえばＢ１点に向かって減圧される。そして、Ａ点とＢ１点とを結ぶ曲線は、冷媒が気液混合状態と液体状態との境目を示しており、この曲線よりも右側では気液混合状態で、左側では液体状態である。冷媒の状態がこの曲線に近づくと、外部環境などの微妙な変化で、気液混合状態になったり、また、液体状態になったりする。そして、気液混合状態になったり、また、液体状態になったりする不安定な環境下で、膨張弁１２の絞り量を制御すると、負荷変動が大きな冷蔵庫では、冷却制御が不安定となることがある。そのため、本願発明では、膨張弁１２に入る冷媒は、図４のＢの状態すなわち、安定した液体状態にしており、冷却制御を安定して行うことができるようにしている。

また、デハイドレータ１１の出口と冷媒配管１６（すなわち、膨張弁１２の入口側に接続されるコンデンサ出口側パイプ１６ａ）との接続部で、冷媒が極力減圧されないように、この接続部は、図３に図示するような構造となっている。

デハイドレータ１１の出口の内径は、接続される冷媒配管１６の内径と略同じ大きさである。そして、図３（ａ）に図示するように、冷媒配管１６の接続部の端部を拡径して、冷媒配管１６の端部の内径を、デハイドレータ１１の出口の外径と略同じ大きさにして、デハイドレータ１１の出口の外側に、冷媒配管１６の端部を嵌め込んで溶接して接続する。

この様に構成されているので、デハイドレータ１１から流れだす冷媒は、図３（ｂ）に図示するように、冷媒配管１６の端部などに妨げられずに、円滑に流れることができ、冷媒圧力が低下することを防止することができる。

ところで、従来は、図６に図示するように、デハイドレータ０１には、細いキャピラリーチューブ０２が接続されている。このデハイドレータ０１の出口の内径は、キャピラリーチューブ０２の外径と略同じ大きさである。そして、デハイドレータ０１の出口に、キャピラリーチューブ０２の端部が挿入され、その端部がデハイドレータ０１の内部に突出している。したがって、図６（ｂ）に図示するように、冷媒の流れが、キャピラリーチューブ０２の端面に衝突したりして、流れが乱れ、冷媒圧力が低下する。

次に、デハイドレータ１１の出口と冷媒配管１６との接続部の変形例を、図５で説明する。
図３の実施例と同様に、デハイドレータ１１の出口の内径は、接続される冷媒配管１６の内径と略同じ大きさであるが、その出口の端部は拡径されている。すなわち、デハイドレータ１１の出口は、一旦、デハイドレータ１１の本体に近い部分において、接続される冷媒配管１６の内径と略同じ大きさまで内径が絞られ、ついで、デハイドレータ１１の出口の先端部は、その内径が冷媒配管１６の外径と略同じ大きさになるまで拡径されている。
そして、冷媒配管１６の端部の外側に、デハイドレータ１１の出口側端部を嵌め込んで溶接して接続する。

この様に、実施例では、減圧手段として膨張弁１２のみを使用する（すなわち、キャピラリーチューブを使用しない）ことにより、膨張弁１２の絞り量を変化させて、冷凍サイクルをより的確かつ精度良く制御することができる。また、膨張弁１２に流入する冷媒は安定した液体状態であり、冷却制御を安定して行うことができる。

なお、この明細書において、「コンデンサから出た冷媒は、ぼぼ一定の圧力を維持する」とは、図４の P-h線図において、熱交換部２１のコンデンサ出口側パイプ１６ａ（すなわち、Ｘの部分）における冷媒の圧力変化の傾きが、コンデンサ８における冷媒の圧力変化の傾斜（殆ど水平）と略同じで、Ａ点において殆ど角が形成されていない状態を言う。そして、熱交換部２１のコンデンサ出口側パイプ１６ａにおける冷媒圧力の低下は１０％以下である。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）熱交換部２１のコンデンサ出口側パイプ１６ａは、冷媒圧力が極力低下しない太さであれば良い。すなわち、コンデンサ出口側パイプ１６ａの内直径は２ｍｍ以上であることが好ましい。ただし、あまり太いと、冷媒の必要量が増大するので、コンデンサ出口側パイプ１６ａの内直径は４ｍｍ以下が好ましい。また、熱交換部２１のコンデンサ出口側パイプ１６ａの内径と、コンデンサ８や結露防止パイプ９などのデハイドレータ１１の上流側の冷媒配管の内径とを比較すると、その比は、１：１〜１：１．５の間の値であることが好ましく、より好ましくは、１：１から１：１．２の間の値である。

減圧手段として、膨張弁を採用しており、膨張弁の絞り量を変化させて、冷凍サイクルをより的確に制御して、省エネを的確に行うことができる。しかも、膨張弁に流入する冷媒は安定した液体状態であり、冷却制御を安定して行うことができる。したがって、家庭用などの冷蔵庫に適用することが最適である。

図１は本発明における冷蔵庫の一実施例の概略の説明図である。 図２は熱交換部の説明図で、（ａ）が断熱箱体の断面図、（ｂ）がコンデンサ出口側パイプとエバ出口側パイプの密着部分の斜視図である。 図３はデハイドレータの出口と冷媒配管との接続を説明するための説明図で、（ａ）が要部断面図、（ｂ）が（ａ）のＢ部拡大図である。 図４は図１の冷蔵庫の冷凍サイクルの P-h線図である。 図５はデハイドレータの出口と冷媒配管との接続部の変形例の図である。 図６は従来のデハイドレータとキャピラリーチューブとの接続部を説明するための説明図で、（ａ）が要部断面図、（ｂ）が（ａ）のＢ部拡大図である。

符号の説明

１ 断熱箱体
１ａ 背面壁
２ 庫内
６ 冷却器
７ コンプレッサ
８ コンデンサ
１１ デハイドレータ
１２ 膨張弁（減圧手段）
１６ 冷媒配管
１６ａ コンデンサ出口側パイプ
１６ｂ エバ出口側パイプ
２１ 熱交換部

Claims (7)

1. コンプレッサから、コンデンサ、デハイドレータ、減圧手段、冷却器が順次冷媒配管で接続されて再びコンプレッサに戻る冷凍サイクルを具備し、この冷凍サイクルの冷却器により庫内を冷却する冷蔵庫であって、
   前記減圧手段が膨張弁で構成され、この膨張弁は庫内の上部に断熱材で隔離されて収納され、
   前記デハイドレータと膨張弁との間の冷媒配管であるコンデンサ出口側パイプと、前記冷却器とコンプレッサとの間の冷媒配管であるエバ出口側パイプとを密着させて熱交換する熱交換部が形成されて、この熱交換部の上端部には膨張弁への冷媒配管および冷却器からの冷媒配管が接続され、熱交換部の下端部にはデハイドレータからの冷媒配管およびコンプレッサへの冷媒配管が接続され、
   前記熱交換部は前記庫内の外郭を形成する断熱箱体の背面断熱壁の内部に配置され、その熱交換部の上端の位置が前記膨張弁の位置よりも下方であるとともに、冷却器の上端の位置よりも上方であり、かつ、熱交換部の下端の位置が冷却器の下端の位置よりも下方であり、
   前記熱交換部から膨張弁への冷媒配管は、断熱壁内の熱交換部の上端部から断熱壁内を上方に延在し、ついで庫内側に導出されて前記膨張弁に接続され、
   コンデンサから出た冷媒は、ぼぼ一定の圧力を維持して、前記膨張弁に流入することを特徴としている冷蔵庫。
2. 前記デハイドレータの出口側に接続される冷媒配管の内径と、デハイドレータの入口側に接続される冷媒配管の内径との比は、１：１から１：２の間の値であることを特徴としている請求項１記載の冷蔵庫。
3. 前記デハイドレータの出口側に接続される冷媒配管の内径と、デハイドレータの入口側に接続される冷媒配管の内径との比は、１：１から１：１．５の間の値であることを特徴としている請求項２記載の冷蔵庫。
4. 前記デハイドレータの出口側に接続される冷媒配管の内直径が、２ｍｍ以上であることを特徴としている請求項１ないし３の何れか１項記載の冷蔵庫。
5. 前記熱交換部のエバ出口側パイプはコンデンサ出口側パイプよりも庫内側に位置していることを特徴としている請求項１ないし４の何れか１項記載の冷蔵庫。
6. 前記デハイドレータの出口または、デハイドレータの出口に接続される冷媒配管の一方の端部が拡張されて、デハイドレータの出口に冷媒配管が接続されていることを特徴としている請求項１ないし５の何れか１項記載の冷蔵庫。
7. デハイドレータの出口に接続される冷媒配管の端部が拡張され、この冷媒配管がデハイドレータの出口に接続されていることを特徴としている請求項６記載の冷蔵庫。

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