JP4895958B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

この発明は、１つ以上の冷却器を搭載した冷蔵庫に関するものである。

一般的に、冷蔵庫等に使用される冷却器は、扉開閉や庫内食品負荷により、冷却運転中に着霜していくため、電熱線ヒータなどを使用した除霜装置が冷却器周辺に具備されている。しかし、冷却器が多大な霜で閉塞してしまうと冷気が通過できなくなるため熱交換ができなくなり、また庫内各部屋に送り出す冷気量も減少し庫内が冷えなくなってしまう。そのため除霜装置により、所定の時間間隔を以って冷却器に付着した霜を融解させる必要がある。しかしこの除霜装置に通電される霜取り動作中は通常冷却運転を行えず、庫内温度上昇や除霜装置による加熱の周辺部品への熱ロスがあり、除霜効率が必ずしも１００％となっていると言えず、省エネといった観点からも霜取り動作改善の要求がある。

このような課題を解決するために、以下に示す冷蔵庫等の冷却貯蔵庫が提案されている。即ち、高い除霜効率と、庫内スペースの有効活用を両立する熱交換器及び除霜ヒータを含めた熱交換ユニット並びにこれらを備えた冷蔵庫等の冷却貯蔵庫を提供するために、伝熱管に独立した多数の平板状フィンを貫通固定したフィン群を蛇行状に折り曲げて複数列、複数段のフィンブロックを形成し、伝熱管の管軸方向に垂直なフィンブロックの投影断面形状が、矩形の外形から角部のフィンブロックを除去した形状となる熱交換器を形成し、この熱交換器のフィンブロックの除去部分に放射ヒーターを配置することにより、放射ヒーターの対面するフィンブロックが２面となり、除霜効率を高めることができ、放射ヒーターの設置スペースを熱交換器の外形内に吸収して省スペース化を実現できる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１２１０８５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された冷却器（熱交換器）でも、冷却器への着霜は風上側である冷却器下面に集中することは避けられない。また、この冷却器は、フィンブロック同士のフィンは一体ではなく独立であるためフィン同士での熱伝導は期待できない。特に除霜装置が上記のように配置されると、冷蔵庫前後方向および上下方向への熱の移動は、冷媒配管による熱伝導と輻射による熱移動しかない。そのため除霜時に冷却器の温度上昇にムラが発生し、特に前側のフィンブロックに着霜した霜が融解されないまま除霜動作が完了してしまう可能性があった。霜が残ったまま除霜動作が完了してしまうと冷却器の一部が閉塞した状態で冷却運転をすることになり、各部屋に吹き出す冷気量が減少し冷却能力不足といった事態を招く。

また、冷却器の一部のフィンブロックに除霜装置を配置しているため、この部分へ霜は付着するものの他の部位に比較的多くの霜が付着するようになる。そのため冷却器が閉塞するまでの時間が比較的短いものとなり霜取り動作の時間間隔を短く設定しなければならず、省エネの観点からもあまりよいものとは言えない。また除霜装置が冷却器に近接しているとはいえ冷却器への着霜が偏ることにより結果的に霜取り時間は長くなる。

また、冷却器は８つのフィンブロックから構成されているためフィン枚数が非常に多く、フィンに複数本冷媒配管が貫通しているものに対して冷却器１個あたりの製作時間が非常に長いものとなるため生産性がよくないという課題があった。また冷媒配管のパターンもよくなく、立体的に蛇行（上下方向だけでなく奥行き方向にも蛇行）しているためさらに生産性がよくない。生産性が悪いということはコストが高くなることにつながり、省スペース化だけではコスト対効果としてよいものとは言えない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷却器の除霜の信頼性を改善し、且つ省エネ性を改善し、さらに安価な冷蔵庫を提供することを目的とする。

この発明に係る冷蔵庫は、前面側になるファングリルと背面側になる内箱との間に形成され、冷却器及び庫内ファンを有し、底部に庫内からの冷気が戻る冷気戻り口が設置された冷却器室を備えた冷蔵庫において、
冷却器は、
所定の間隔を有して複数の平板状のフィンが固定された冷媒配管を蛇行状に折り曲げて複数段のフィンブロックとした後、フィン積層方向両端部を側板にて固定して構成され、
複数段のフィンブロックが上下に並び、且つフィンが冷蔵庫の奥行き方向に平行になるように、冷却器は冷却器室に設置され、
最下段のフィンブロックのフィンの冷蔵庫の奥行き方向の寸法を、他の段のフィンの冷蔵庫の奥行き方向の寸法よりも短くし、
最下段のフィンブロックのフィンを内箱側に片寄せして、ファングリルと最下段のフィンブロックとの間に着霜スペースを形成し、
冷気戻り口からの冷気が最初に着霜スペースに流入することを特徴とする。

この発明に係る冷蔵庫は、最下段のフィンブロックのフィンの冷蔵庫の奥行き方向の寸法を、他の段のフィンの冷蔵庫の奥行き方向の寸法よりも短くし、最下段のフィンブロックのフィンを内箱側に片寄せして、ファングリルと最下段のフィンブロックとの間に着霜スペースを形成し、冷気戻り口からの冷気が最初に着霜スペースに流入する構成にしたので、着霜スペースが増大し、冷却器が閉塞するまでの耐力がある。また、冷却器下部のフィン前縁部を多くとることができるため省エネ改善という効果も有する。

実施の形態１．
図１乃至図７は実施の形態１を示す図で、図１は冷蔵庫１００の縦断面図、図２は冷却器室１８の縦断面図、図３は冷却器３の正面図、図４は冷却器３の側面図、図５は図３のＡ−Ａ断面図、図６は冷却器３の斜視図、図７は着霜量と庫内温度との関係を示す図である。図８乃至図１１は比較のために示す参考図で、図８は着霜スペースのない冷却器３の正面図、図９は同冷却器３の側面図、図１０は図８のＢ−Ｂ断面図、図１１は同冷却器３の斜視図である。図１２乃至図１９は実施の形態１を示す図で、図１２は変形例１の冷却器３の正面図、図１３は変形例１の冷却器３の側面図、図１４は図１２のＣ−Ｃ断面図、図１５は変形例１の冷却器３の斜視図、図１６は変形例２の冷却器３の正面図、図１７は変形例２の冷却器３の側面図、図１８は図１６のＤ−Ｄ断面図、図１９は変形例２の冷却器３の斜視図である。

図１を参照しながら冷蔵庫１００の全体構成を説明する。尚、本実施の形態は、冷却器３の構成に特徴があり、他の部分については公知の冷蔵庫と同様である。従って、冷却器３以外についての説明は簡単に行う。

冷蔵庫１００の内部は、断熱仕切り壁によって複数の部屋に仕切られている。最上部が冷蔵室１１、冷蔵室１１の下が上部冷凍室１０、上部冷凍室１０の下が野菜室９、野菜室９の下が冷凍室８である。尚、上記は一例であり、冷蔵庫１００の形態は任意である。

各部屋の前面には開閉自在の扉が取り付けられる。冷蔵室１１の扉は、ヒンジ装置により回動する扉である。他の上部冷凍室１０、野菜室９及び冷凍室８の扉は、引出し式の扉である。

冷蔵庫１００の外郭を構成する断熱箱体の断熱材の内部で背面上部に制御基板６が設置されている。制御基板６には、マイコン、記憶装置、入出力ポート等で構成される制御装置が実装されている。そして、制御装置は、冷蔵庫１００の各部屋の温度調節、除霜装置１３（後述）の動作、自動製氷機（図示せず）の動作等の制御を行う。

冷蔵庫１００の各部屋の温度の設定は、冷蔵室１１の扉に設けられた温度操作パネル７でユーザ等が行うことができる。上記制御装置は、冷蔵庫１００の各部屋の温度がその設定値になるように冷凍サイクルの圧縮機１（後述）、ダンパーサーモ５（後述）等を制御する。

断熱箱体を構成する樹脂製の内箱の庫内側で、略野菜室９の背面に冷却器室１８が設けられている。冷却器室１８には、冷凍サイクルを構成する冷却器３が設置される。冷却器３は、低圧・低温の気液二相冷媒を蒸発させて、庫内を循環する空気と熱交換を行い冷気を生成する蒸発器として作用する。また、冷却器３で生成された冷気を庫内へ循環させる庫内ファン４が冷却器室１８に設置されている。さらに、冷却器３には循環する空気中の水分が結露し凍結した霜が付着する。この霜を除くための除霜装置１３が、冷却器３の下に設置される。除霜装置１３は、例えば、電気ヒータが使用される。

ダンパーサーモ５は、冷蔵室１１等への冷気の循環量を制御する。

断熱箱体の外部で、背面下部に機械室１２が設けられる。機械室１２には、冷凍サイクルを構成し、低圧・低温の冷媒を圧縮して高圧・高温の冷媒を吐出する圧縮機１が設置される。圧縮機１は、例えば、低圧シェルレシプロ圧縮機である。

図２により、冷却器室１８の構成を補足する。冷却器室１８は、ファングリル１５と内箱１４とによって仕切られている。冷却器３が冷却器室１８の下部に配置され、その上に庫内ファン４が配置される。冷却器３の下に除霜装置１３が設けられる。冷却器室１８の下部に、冷凍室８等から戻る冷気が通る冷気戻り口２２が設けられる。また、冷却器室１８の上部にダンパーサーモ５が設けられる。

図３乃至図６により、冷却器３の構造について説明する。冷却器３は、平板状のフィン１７が固定された冷媒配管１６を蛇行状に折り曲げて７段のフィンブロックとして構成した後、左右（前記フィン積層方向両端部）を側板１９にて冷却器３の外形を固定している。

冷却器３の上方に液溜め２０が接続される。液溜め２０には霜取りサーミスタ２１が取り付けられている。

図５に示すように、冷却器３は、冷蔵庫１００高さ方向に７段のフィンブロックになっている。そして、各フィンブロックにおいて、最下段以外は冷蔵庫１００の奥行き方向に冷媒配管１６が３列で、最下段のみ冷媒配管１６は２列となっている。フィン１７は、冷媒配管１６の管軸方向に対して互いに間隔をとりながら固定されている。それぞれのフィン１７には複数本（３本又は２本）の冷媒配管１６が貫通している。

また、各フィンブロックのフィン１７間の間隔（フィンピッチ）をそれぞれ変化させている。例えば、冷却器３の上部の１〜４段目は比較的狭くフィンピッチを５ｍｍとする。中段の５、６段目はフィンピッチを７．５ｍｍとする。最下段は他より広くフィンピッチを１０ｍｍとする。各段のフィン１７が空気の流れ方向（冷却器３の下から上）に対して投影面上で重ならないよう各段のフィンブロックを冷蔵庫１００の左右方向にずらしている。

フィン１７の形状は平板状である。寸法は冷却器３の上から１段〜６段目までは、高さ２６ｍｍ×奥行き７７ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍである。最下段の７段目は、高さ２６ｍｍ×奥行き５２ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍである。最下段の７段目は、冷却器３奥側２列が貫通しており、奥側へ片寄せした形で固定され、ファングリル側にはフィン１７がない分スペースができている。

このように構成された冷蔵庫１００において、圧縮機１及び庫内ファン４を運転し、冷却器３で生成された冷気を庫内に循環させると、その冷気に含まれる水分は冷却器３に徐々に付着していく。このとき庫内負荷量や扉開閉回数等により冷却器３への着霜量は変化する。着霜量が多くなると冷却器３が霜で閉塞してしまう。

それを防ぐために、制御基板６に実装された制御装置の制御により、所定の時間間隔で除霜装置１３に通電し除霜する。ここで所定の時間間隔を、圧縮機１の運転積算時間や、扉開閉回数、扉開時間の積算等により時間間隔を段階的に設定している。除霜制御は、霜取りサーミスタ２１の温度が所定の温度Ｔｄに到達することで完了とし、除霜装置１３への通電を終了する。その後圧縮機１が運転し通常の冷却運転を再開する。霜取り時に除霜水は、機械室１２に設置された蒸発皿（図示せず）に排出される。

ファングリル１５下部には庫内を循環した冷気が戻る冷気戻り口２２が設置されている（図２参照）。冷気戻り口２２から冷却器室１８に冷気が流入し、冷却器３低部に最初に触れることになる。この際最初に触れるところ、つまりフィン１７の端面から着霜していく。そのため、本実施の形態では、冷却器３の最下段の７段目のフィンブロックは、奥行き寸法を短くして、且つ奥側に寄せている。それにより、７段目のフィンブロックとファングリル１５との間にスペースができる。このスペースを着霜スペースとして利用することができる。

また、冷却器３の最下段（７段目）のフィンブロックは、奥行き寸法を短くして、且つ奥側に寄せている。そのため、冷気戻り口２２から冷却器室１８に流入する冷気が、冷却器３底部において最初に触れるフィン１７の前縁部が、奥行き寸法を短くしない場合より長くなる。最下段（７段目）のフィンブロックのファングリル１５側端部の分だけ、フィン１７の前縁部が増えるからである。従って、着霜面積が増大することで、冷却器３が霜で閉塞するまでの時間を延長することができる。

図７に本実施の形態の冷却器３（図３乃至図６）と、下部に着霜スペースに無い冷却器３（図８乃至図１１参照）との着霜耐力を比較した試験結果を示す。

図７の横軸が冷却器３の着霜量（ｃｃ）、縦軸が冷却器３、冷凍室８及び冷蔵室１１の温度を示す。そして、細い実線が下部に着霜スペースに無い冷却器３（図８乃至図１１）、太い実線が本実施の形態の冷却器３（図３乃至図６）のデータである。

図７より同じ着霜量であれば本実施の形態の冷却器３（図３乃至図６）の方が、下部に着霜スペースに無い冷却器３（図８乃至図１１）よりも庫内（冷蔵室１１、冷凍室８）が冷えている結果となった。これは、本実施の形態の冷却器３では、冷却器３への霜の付着が着霜スペースがあることで分散し、冷却器３が霜で閉塞しにくく各部屋への風量が確保されることで庫内が冷えていると推測される。これは着霜に対する耐力が改善されていることを示し、本実施の形態の冷蔵庫１００は扉開閉や庫内食品負荷などによる負荷耐力が高いことがわかる。

下部に着霜スペースのない冷却器３（図８乃至図１１）に対し、本実施の形態の冷蔵庫１００に設置される冷却器３（図３乃至図６）は、下部の冷気戻り口２２側付近にフィン１７がない。そのため結果的に最下段のフィン１７端面が、最下段のフィンブロックとファングリル１５との間の空間に対して露出されることになる。そのため熱交換のよいフィン端面（前縁部）が増え、熱伝達率が増大し、冷却器３での熱交換量が増大する。結果、省エネ性の高いものとなる。特に低外気時には、外気と庫内との温度差が縮まるため冷蔵庫箱体の熱漏洩量が比較的小さくなる。その場合、圧縮機１の回転速度や庫内ファン４の回転速度を制御基板６上のインバータ回路で調節したりすることがあり、圧縮機１及び庫内ファン４の両回転速度を低くすることがある。庫内ファン４の回転速度を低くすることは熱交換量にも多大に影響を与えるため、本実施の形態の冷却器３を搭載することで低外気時での冷蔵庫１００の性能悪化を抑制することが可能となる。

また、冷蔵庫１００の容量や熱漏洩量に合わせ、冷媒配管１６が２列のタイプの薄型の冷却器３でも同様に、最下段のフィン１７形状を、図３乃至図６に示す冷却器３と同様に変更させることで同様の効果を得ることができる。

図１２乃至図１５は変形例１の冷却器３を示す。この変形例１の冷却器３は、冷媒配管１６が２列の薄型タイプのものである。そして、図に示すように、最下段フィンブロックのフィン１７のファングリル１５側を斜めに切り欠いて、着霜スペースを形成している。

変形例１の冷却器３も、図３乃至図６に示す冷却器３と同様の効果を奏する。

図１６乃至図１９は変形例２の冷却器３を示す。この変形例２の冷却器３は、冷媒配管１６が２列の薄型タイプのものである。そして、図に示すように、最下段フィンブロックのフィン１７のファングリル１５側を矩形に切り欠いて、着霜スペースを形成している。

変形例２の冷却器３も、図３乃至図６に示す冷却器３と同様の効果を奏する。

実施の形態１を示す図で、冷蔵庫１００の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、冷却器室１８の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、冷却器３の正面図。 実施の形態１を示す図で、冷却器３の側面図。 実施の形態１を示す図で、図３のＡ−Ａ断面図。 実施の形態１を示す図で、冷却器３の斜視図。 実施の形態１を示す図で、着霜量と庫内温度との関係を示す図。 比較のために示す参考図で、着霜スペースのない冷却器３の正面図。 比較のために示す参考図で、同冷却器３の側面図。 比較のために示す参考図で、図８のＢ−Ｂ断面図。 比較のために示す参考図で、同冷却器３の斜視図。 比較のために示す参考図で、変形例１の冷却器３の正面図。 実施の形態１を示す図で、変形例１の冷却器３の側面図。 実施の形態１を示す図で、図１２のＣ−Ｃ断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例１の冷却器３の斜視図。 実施の形態１を示す図で、変形例２の冷却器３の正面図。 実施の形態１を示す図で、変形例２の冷却器３の側面図。 実施の形態１を示す図で、図１６のＤ−Ｄ断面図。 実施の形態１を示す図で、変形例２の冷却器３の斜視図。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 蒸発皿、３ 冷却器、４ 庫内ファン、５ ダンパーサーモ、６ 制御基板、７ 温度操作パネル、８ 冷凍室、９ 野菜室、１０ 上部冷凍室、１１ 冷蔵室、１２ 機械室、１３ 除霜装置、１４ 内箱、１５ ファングリル、１６ 冷媒配管、１７ フィン、１８ 冷却器室、１９ 側板、２０ 液溜め、２１ 霜取りサーミスタ、２２ 冷気戻り口、１００ 冷蔵庫。

Claims (3)

1. 前面側になるファングリルと背面側になる内箱との間に形成され、冷却器及び庫内ファンを有し、底部前面側に庫内からの冷気が戻る冷気戻り口が設置された冷却器室を備えた冷蔵庫において、
   前記冷却器は、所定の間隔で複数の平板状のフィンが固定された冷媒配管が蛇行状に折り曲げられた複数段のフィンブロックを有し、前記複数段のフィンブロックが上下に並び、且つ前記複数の平板状のフィンが当該冷蔵庫の奥行き方向に平行になるように、前記冷却器室に設置され、
   最下段の前記フィンブロックの前記複数の平板状のフィンの当該冷蔵庫の奥行き方向の寸法を、他の段の前記複数の平板状のフィンの当該冷蔵庫の奥行き方向の寸法よりも短くし、且つ最下段の前記フィンブロックの前記複数の平板状のフィンを貫通している冷媒配管の数を、他の段の前記複数の平板状のフィンを貫通している冷媒配管の数よりも少なくし、前記最下段の前記フィンブロックの前記複数の平板状のフィンを前記内箱側に片寄せして、
   前記冷却器室の前記冷気戻り口が設置された底部前面側であって、前記ファングリルと前記最下段の前記フィンブロックとの間に、着霜スペースを形成し、
   前記冷気戻り口からの冷気が最初に前記着霜スペースに流入することを特徴とする冷蔵庫。
2. 最下段の前記フィンブロックの前記複数の平板状のフィンの当該冷蔵庫の奥行き方向の寸法を５２ｍｍとし、他の段の前記複数の平板状のフィンの当該冷蔵庫の奥行き方向の寸法を７７ｍｍとし、
   最下段の前記フィンブロックの前記複数の平板状のフィンを貫通している冷媒配管の数を２本とし、他の段の前記複数の平板状のフィンを貫通している冷媒配管の数を３本としたことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
3. 最下段の前記フィンブロックの前記複数の平板状のフィンのフィンピッチを、他の段の前記複数の平板状のフィンのフィンピッチより広くしたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷蔵庫。

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