JP5253482B2

JP5253482B2 - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP5253482B2
Application number: JP2010250567A
Authority: JP
Inventors: 毅内田; 舞子柴田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-11-09
Also published as: JP2012102920A

Description

本発明は冷蔵庫、特に冷却器への着霜を抑制するための湿度調整機能を具備する冷蔵庫に関するものである。

冷蔵庫等の冷凍サイクル搭載機器においては、冷却器に付着した霜を除去するために、ヒーターや高温冷媒による除霜運転を行う必要があり、そのためにエネルギーを消費し運転効率が低下するという課題があった。

上記のような課題を解決するために、冷却器への着霜を抑制するための湿度調整機能を具備する冷蔵庫として、「冷蔵庫１は、冷蔵室１００から流出した空気（戻り空気）は切替室４００の背面を通って下降し、野菜室３００を経由して、または経由しないで、野菜室３００の背面の戻り風路を通って冷却器１１へ戻る。野菜室３００の流入出口には、水分を吸脱着するデシカントロータ１９が設けられ、その上流にヒータ２４が設けられている。デシカントロータ１９は、脱着側を通過して野菜室３００に流入する空気を加湿し、脱着側を通過して野菜室３００から流出する空気を除湿する。」というものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２５６２５７号公報（要約、図３−図５）

しかし、特許文献１における冷蔵庫は、冷蔵室内に食品が保管されると湿度が上昇し、冷蔵室からの戻り空気の湿度も上昇する。そのため、デシカントロータにおいて、野菜室と冷蔵室の戻り空気の間で湿度交換ができなくなるため、冷却器へ供給される空気中の水分を吸着できなくなる。そのため、全ての潜熱負荷を冷却器で処理する必要があり、すなわち着霜を低減することができなくなるという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、冷蔵庫内の湿度が上昇しても冷却器への着霜を抑制することができる冷蔵庫を提供するものである。

本発明に係る冷蔵庫は、筐体内に配置された冷蔵室、冷凍室及び野菜室と、前記筐体内の各室に搬送される空気を冷却する冷却器と、前記冷却器により冷却された空気を搬送させる搬送手段と、前記搬送手段により前記各室に搬送される空気が通過する冷却風路と、前記各室の空気が、前記冷却器に搬送される際に通過する戻り風路と、吸着剤が用いられた水分吸着手段と、を備え、前記戻り風路は、第１の戻り風路と、該第１の戻り風路より低い湿度の空気が流入する第２の戻り風路とに分割されており、前記冷却器は、前記第１の戻り風路内に配置され、前記水分吸着手段は、前記戻り風路の前記冷却器の上流において、前記第１の戻り風路と前記第２の戻り風路とに跨るように配置され、前記第１の戻り風路内に位置する領域である第１領域において、通過する空気の水分を吸着し、前記第２の戻り風路内に位置する領域である第２領域において、前記第１領域で吸着した水分を、通過する空気に脱離するものである。

本発明における冷蔵庫は、戻り風路内に水分吸着手段を設置し、湿度の低い空気のみを冷却器に供給するようにしたため、冷蔵庫内の湿度が上昇しても冷却器への着霜を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫の側断面図である。本発明の実施の形態１における冷蔵庫の戻り風路近傍の側断面図である。本発明の実施の形態１における水分吸着手段の動作を示す図である。本発明の実施の形態２における冷蔵庫の戻り風路近傍の側断面図である。

以下、本発明における冷蔵庫の一例について、図面を用いて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の側断面図である。
図１に示すように、冷蔵庫１０００は、最上段に冷蔵室１００が設けられている。冷蔵室１００の下段には、切替室２００と切替室２００の隣に設置された図示しない製氷室とが設けられている。さらにその下段には、冷凍室３００が設けられており、冷凍室３００の下段には野菜室４００が設けられている。

本実施の形態１における冷蔵庫は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒を蒸発させる冷却器２、冷媒を凝縮させる図示しない凝縮器、及び冷媒を膨張させる図示しない絞り装置により、冷凍サイクルが形成されている。そして、圧縮機１は、野菜室４００の背面外側であって冷蔵庫１０００の底面近傍に設置されている。また、冷凍室３００の背面には冷却器２と、冷却器２にて冷却された空気を冷蔵庫１０００の内部に循環させる空気搬送手段３とが設置されている。

次に、冷蔵庫１０００内において、空気を搬送させるための風路について説明する。
冷却風路１０は、冷却器２にて冷却された空気を冷蔵室１００及び切替室２００に搬送するための風路である。また、戻り風路２０は、各室を通過した空気を、冷却器２に搬送するための風路である。また、冷蔵室戻り風路３０は、冷蔵室１００を通過した空気を野菜室４００に搬送するための風路である。
なお、冷蔵庫１０００の構成は上記に限られるものではなく、例えば、各室及び各構成機器の構成及び設置位置等は上記と異なるものでもよい。

図２は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の戻り風路近傍の側断面図である。
戻り風路２０は、戻り風路分割壁２１によって第１の戻り風路２０ａと第２の戻り風路２０ｂとに分割されている。また、冷却器２は、第１の戻り風路２０ａの内部に配置され、空気搬送手段３は、第１の戻り風路２０ａの下流であり、第１の戻り風路２０ａと第２の戻り風路２０ｂのそれぞれを通る空気の合流後の位置に配置されている。

また、戻り風路２０内部には、水分吸着手段４が、第１の戻り風路２０ａと第２の戻り風路２０ｂに跨って配置されている。水分吸着手段４において、第１領域４ａは第１の戻り風路２０ａ側の領域であり、第２領域４ｂは第２の戻り風路２０ｂ側の領域である。また、水分吸着手段４の形状は、例えば円柱形状であり、その軸が空気流れ方向と平行となるように設けられている。また、水分吸着手段４は、回転駆動手段５によって回転自在となっており、その重心を通る軸を回転軸として回転する。また、水分吸着手段４は、多孔質基材を用いており、その多孔質基材に例えばゼオライト、シリカゲル又は活性炭等の吸着剤を塗布、表面処理又は含浸されたものである。

また、湿度検出手段６は、第一の戻り風路２０ａの空気流入口近傍に設置されており、第一の戻り風路２０ａに流入する戻り空気の湿度を検出するものである。なお、本実施の形態１及び実施の形態２において、絶対湿度と相対湿度とを特に区別しない場合は、湿度と記載する。また、湿度制御手段７は、湿度検出手段６の検出値を入力し、その値に基づき回転駆動手段５の運転を制御することで、冷却器２に流入する空気の湿度を制御する。また、この制御方法については、後に詳細に説明する。

なお、本実施の形態及び後述の実施の形態２において、回転駆動手段５、湿度検出手段６及び湿度制御手段７は、必ず設けられているものでなくてもよく、水分吸着手段４は回転するものでなくてもよい。

次に、本実施の形態の冷蔵庫における動作の一例について説明する。
冷蔵庫１０００の各室の扉が開閉されると、食品の収納有無に関わらず、周囲の室内空気が冷蔵庫１０００内部に流入して冷却される。この場合、通常の無負荷状態において２０〜３０％ＲＨ程度である庫内湿度は急激に上昇し、１００％ＲＨに近い状態に到達することもある。特に、水分蒸散の著しいホウレン草等の葉物野菜又は加熱調理後の食品を収納（保管）した場合は、庫内の高湿状態が持続し、高湿空気が戻り風路２０に流入する。

戻り風路２０に流入する空気には、第１の戻り風路２０ａを流れる第１の戻り空気Ａ１と、第２の戻り風路２０ｂを流れる第２の戻り空気Ａ２の２種類の空気がある。第１の戻り空気Ａ１は、冷凍室戻り口３０１や野菜室戻り口４０１からの戻り空気を含む、全室の戻り空気の混合空気である。そして、第２の戻り空気Ａ２は、例えば湿度の低い冷凍室戻り口３０１からの戻り空気の一部が流入したものであり、第１の戻り空気Ａ１と混合しないように風路が分かれている。

なお、第２の戻り空気Ａ２は、第１の戻り空気Ａ１より湿度が低ければよく、例えば、図示しない製氷室又は切替室２００の戻り空気等を流入させてもよい。また、各室の扉の開閉を検出し、扉が閉状態にある室の戻り空気を選択的に流入させてもよい。

そして、第１の戻り空気Ａ１は、水分吸着手段４の第１領域４ａを通過する際に水分吸着手段４に水分が吸着され、湿度の低い吸着後空気Ｂ１となる。そして、水分吸着手段４において、内部の水分量が均一となる力が働くため、第１領域４ａに吸着された水分は、水分量の少ない第２領域４ｂに移動する。そして、第２領域４ｂの下流においては、第２の戻り空気Ａ２に水分吸着手段４の第２領域４ｂの水分が脱離された再生後空気Ｂ２が放出される。

冷却後空気Ｃ１は、吸着後空気Ｂ１が冷却器２を通過した後の空気であり、この冷却後空気Ｃ１と再生後空気Ｂ２は混合され、空気搬送手段３に吸入されて各室に供給される。この混合された空気は、戻り風路分割壁２１によって、第１の戻り空気Ａ１と第２の戻り空気Ａ２とに分割される前の戻り空気と同じ絶対湿度の空気である。つまり、戻り風路分割壁２１がない場合と熱物質収支は変わらず、各室の冷却に影響を与えることがない。

また、水分吸着手段４を、回転駆動手段５によって回転させることで水分吸着手段４において第１領域４ａから第２領域４ｂへの水分の移動を素早く行ってもよい。以下に、水分吸着手段４が回転する場合の動作について、詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態１における水分吸着手段の動作を示す図である。水分吸着手段４は、例えば図３（ａ１）及び（ａ２）に示すように重心を通る軸４ｃを有する円柱形状であり、図１及び図２に示した回転駆動手段５により回転自在である。

第１の戻り空気Ａ１は高湿であるため、（ａ１）に示すように第１領域４ａに水分が吸着される。そして、第１の戻り空気Ａ１は、湿度の低い吸着後空気Ｂ１となって放出される。水分吸着手段４は、回転駆動手段５により軸４ｃを回転軸として、所定時間毎に断続的に回転している。そして、（ａ１）の状態から１８０°回転した時点では、（ａ２）に示すように第２領域４ｂに水分が移動する。そして、湿度の低い第２の戻り空気Ａ２は、第２領域４ｂの水分を吸収して再生後空気Ｂ２として放出される。その後、第１領域４ａは、再び第１の戻り空気Ａ１の水分を吸着し、（ａ１）に示す状態に戻る。このように、水分吸着手段４を断続的に回転させることで、上記の動作を繰り返し、吸着後空気Ｂ１を常に湿度の低い空気とすることができる。なお、上記の所定時間とは、例えば所定の湿度において第１領域４ａの水分が飽和状態となる時間である。また、この回転は断続的でなく連続的であってもよく、同様の効果を奏することができる。また、水分吸着手段４は、円柱形状にすることにより、上記のように連続的な回転が可能となる。また、空気が通過する面において角部がないため、通過する空気の風速のバラつきが小さく全体を有効に使用できる。また、簡単な構造であるため製造が容易であるという効果を奏することができる。さらに、トルクが小さいため駆動性が高いという効果を奏することができる。

また、回転軸が戻り風路分割壁２１の境界面上にあれば、水分吸着手段４の形状は円柱でなくてもよい。例えば図３（ｂ１）及び（ｂ２）に示すように、重心を通り戻り風路分割壁２１と略平行となる分割板４ｄを有し、重心を通る軸４ｃを有する直方体形状の水分吸着手段４であってもよい。この場合、（ｂ１）に示すように略長方形状の第１領域４ａにおいて第１の戻り空気Ａ１の水分を例えば飽和状態まで吸着する。そして、回転駆動手段５により、軸４ｃを回転軸として水分吸着手段４を瞬間的に１８０°回転させ、（ｂ２）に示すように第１領域４ａの水分を第２領域４ｂに移動させる。このような１８０°回転を断続的に繰り返すことにより、水分吸着手段４が円柱形状の場合と同様に、第１の戻り空気Ａ１の水分は再生後空気Ｂ２に放出されるため、吸着後空気Ｂ１を常に湿度の低い空気とすることができる。なお、水分吸着手段４の形状については、上記に示したものに限られず、戻り風路２０の内側断面形状等によって最適な形状を選択してもよい。例えば、戻り風路２０の内側断面形状が円形状であれば、水分吸着手段４を円柱形状とすることで戻り風路２０との隙間を少なくすることができる。

また、湿度制御手段７により、第１の戻り空気Ａ１の湿度に応じて、回転駆動手段５の回転速度を制御してもよい。この場合、湿度検出手段６により検出された湿度が、所定の湿度以下となるように制御を行う。水分吸着手段４において、回転駆動手段５の回転速度を大きくするほど、単位時間当たりの水分移動量が増加する。そのため、湿度検出手段６の検出値が高く、冷却器２に着霜を発生させる危険性がある場合には回転速度を大きくすることで着霜を抑制することができる。

一方、湿度検出手段６の検出値が低ければ、回転駆動手段５の回転速度を小さくするか又は運転を停止して吸着後空気Ｂ１の湿度を調整することにより、無駄な運転を防ぎ消費エネルギーを低減することができる。また、湿度検出手段６の検出値が低くなり、回転駆動手段５を停止する場合、冷却器２への着霜を確実に防ぐために、それまでの運転状態を１０分間維持した後に停止するという制御を行ってもよい。

また、湿度検出手段６により検出された湿度と予め定めた所定湿度とを比較し、その差に応じて回転駆動手段５の回転速度を制御してもよい。この場合、例えば設置場所等に応じて所定湿度を変更することで、着霜を確実に防ぎ、かつ無駄な運転を防ぐことができる適切な制御を行うことができる。

また、図１及び図２では、湿度検出手段６を、第１の戻り風路２０ａにおける水分吸着手段の第１領域４ａの風上側に設置しているが、第１領域４ａと冷却器２の間に設置してもよい。湿度検出手段６を第１領域４ａの風上側に設置した場合、水分吸着前の湿度を検出するため、冷却器２への着霜の危険性を早期に予測できる。一方、湿度検出手段６を、第１領域４ａと冷却器２の間に設置した場合は、水分吸着後の湿度を検出するため、回転駆動手段５の運転を開始する、又は回転速度を大きくする湿度閾値を低めに設定しておくことで、冷却器２への着霜を確実に防ぐことができる。また、第１領域４ａと冷却器２の間に設置した場合、水分吸着手段４が水分を吸着できなくなる限界まで回転させないことにより、水分吸着手段４の吸着能力を最大限利用することができる。

以上のように、本実施の形態１における冷蔵庫において、冷却器２を通過する空気は常に低い湿度となり、冷却器２への着霜を抑制できるため、除霜運転によるエネルギー消費を低減することができるという効果を奏する。また、戻り風路２０に流入する空気は、分割された後再び混合されるため、戻り風路分割壁２１がない場合と熱物質収支は変わらず、各室の冷却に影響を与えることない。つまり、各室内の湿度を適切に保つことができるという効果を奏する。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２における冷蔵庫の戻り風路近傍の側断面図である。なお、冷蔵庫の各室及び各構成機器の構成及び設置位置等、特に説明しない部分については実施の形態１と同一であるものとし、説明を割愛する。
図４に示すように、本実施の形態２においては、第１の戻り風路２０ａにおける、水分吸着手段の第１領域４ａの上流側に、冷却器２の除霜運転を行うための加熱手段８が設置されている。

戻り風路２０において、第１の戻り空気Ａ１の水分を第１領域４ａにて吸着し、冷却器２に吸着後空気Ｂ１を供給することにより、冷却器２への着霜は遅延される。しかし、着霜は徐々に成長し除霜運転が必要になる可能性がある。ここで、除霜運転の必要性は、例えば、圧縮機１の運転積算時間や冷却器２の冷媒配管温度の温度により判定される。この判定により、除霜運転が必要な場合には、加熱手段８が運転され、第１の戻り空気Ａ１を高温にすることで冷却器２の着霜を除去する。また、加熱手段８を通過することで高温となった空気は、水分吸着手段４の水分を蒸発させて除去するため、水分吸着手段４の吸着能力をさらに向上させることができる。

また、湿度制御手段７は、加熱手段８の運転有無の入力信号に基づき、回転駆動手段５に制御信号を送る構成としてもよい。そして、湿度制御手段７は、加熱手段８の運転を検出した場合、回転駆動手段５の運転を停止し、水分吸着手段の第１領域４ａに吸着された水分を全て除去する。そして、除霜運転が解除され、加熱手段８の運転が停止された場合には、湿度制御手段７は回転駆動手段５の運転を再開し、第１領域４ａにて第１の戻り空気Ａ１の水分を吸着し、第２領域４ｂからその水分を放出する。

また、湿度制御手段７は、加熱手段８の運転を検出した場合、回転駆動手段５を停止させずに、回転速度を小さくして回転駆動手段５の運転を継続してもよい。回転駆動手段５の運転を継続しても、回転速度が小さければ水分吸着手段の第１領域４ａに吸着されている残存水分を除去することは可能であり、さらに第２領域４ｂに若干残存している水分も除去することができる。また、回転駆動手段５の運転は、例えば加熱手段８の運転検出後３０分間停止し、その後は回転速度を小さくして運転を継続するなど、停止と減速を組み合わせた制御を行ってもよい。

これにより、加熱手段８は、水分吸着手段の第１領域４ａに吸着されている残存水分も全て除去するので、除霜運転が解除された後に第１の戻り空気Ａ１の水分を確実に吸着する。つまり、水分吸着手段４の吸着能力を向上するので、冷却器２への着霜を遅延し除霜運転を抑制することができるという効果が得られる。また、加熱手段８が運転され、水分吸着手段４にて乾燥空気を生成する必要のない除霜運転期間中は、加熱手段８の運転を検出して回転駆動手段５を停止又は減速しているので、着霜状態に影響なく無駄な運転を省くことができる。

なお、本実施の形態２における冷蔵庫１０００においても、実施の形態１に示したような湿度検出手段６を備えており、それが検出した湿度により回転駆動手段５の回転を制御してもよい。この場合、湿度制御手段７は、加熱手段８が停止中は、実施の形態１と同様に湿度検出手段６を用いた制御を行う。そして、加熱手段８が運転した場合は、上記に示したように加熱手段８の運転に基づいて回転駆動手段５の制御を行う。このような構成とすることで、本実施の形態２においても実施の形態１と同様の効果を得られる。

以上のように本実施の形態２では、第１の戻り風路２０ａにおいて、水分吸着手段の第１領域４ａの上流側に、冷却器２の除霜運転を行うための加熱手段８を設置したため、除霜運転を行うことができ、さらに水分吸着手段４の吸着能力を向上させることで着霜を遅延させることができるという効果を奏する。

１圧縮機、２冷却器、３空気搬送手段、４水分吸着手段、４ａ第１領域、４ｂ第２領域、４ｃ軸、４ｄ分割板、５回転駆動手段、６湿度検出手段、７湿度制御手段、８加熱手段、１０冷却風路、２０戻り風路、２０ａ第１の戻り風路、２０ｂ第２の戻り風路、２１戻り風路分割壁、３０冷蔵室戻り風路、１００冷蔵室、２００切替室、３００冷凍室、３０１冷凍室戻り口、４００野菜室、４０１野菜室戻り口、１０００冷蔵庫、Ａ１第１の戻り空気、Ａ２第２の戻り空気、Ｂ１吸着後空気、Ｂ２再生後空気、Ｃ１冷却後空気。

Claims

筐体内に配置された冷蔵室、冷凍室及び野菜室と、
前記筐体内の各室に搬送される空気を冷却する冷却器と、
前記冷却器により冷却された空気を搬送させる搬送手段と、
前記搬送手段により前記各室に搬送される空気が通過する冷却風路と、
前記各室の空気が、前記冷却器に搬送される際に通過する戻り風路と、
吸着剤が用いられた水分吸着手段と、
を備え、
前記戻り風路は、
第１の戻り風路と、該第１の戻り風路より低い湿度の空気が流入する第２の戻り風路とに分割されており、
前記冷却器は、前記第１の戻り風路内に配置され、
前記水分吸着手段は、
前記戻り風路の前記冷却器の上流において、前記第１の戻り風路と前記第２の戻り風路とに跨るように配置され、
前記第１の戻り風路内に位置する領域である第１領域において、通過する空気の水分を吸着し、
前記第２の戻り風路内に位置する領域である第２領域において、前記第１領域で吸着した水分を、通過する空気に脱離する
ことを特徴とする冷蔵庫。
前記第１の戻り風路における前記水分吸着手段の第１領域の上流側に加熱手段を備え、
前記加熱手段により前記冷却器に流入する空気が加熱されることで、前記冷却器が除霜される
ことを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
前記第２の戻り風路は、前記冷凍室から搬送される空気のみが通過する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の冷蔵庫。
前記第１の戻り風路は、前記冷蔵室、前記冷凍室及び前記野菜室から搬送される空気を混合した空気が通過する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の冷蔵庫。
前記水分吸着手段を、その重心を通る軸を回転軸として回転させる回転駆動手段を備え、
前記回転駆動手段は、前記水分吸着手段を回転させることで、前記第１領域の水分を前記第２領域に移動させる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷蔵庫。
前記第１の戻り風路内に配置された湿度検出手段と、
前記回転駆動手段の回転速度を制御する湿度制御手段と、
を備え、
前記湿度制御手段は、前記湿度検出手段により検出された湿度が、所定の湿度以下になるように前記回転駆動手段を制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の冷蔵庫。
前記湿度検出手段は、
前記第１の戻り風路内における前記水分吸着手段の第１領域の上流側に設置される
ことを特徴とする請求項６に記載の冷蔵庫。
前記湿度制御手段は、
前記湿度検出手段により検出された湿度と所定の湿度との湿度差に応じて、前記回転駆動手段の回転速度を変更する
ことを特徴とする請求項６乃至請求項７に記載の冷蔵庫。
前記湿度制御手段は、
前記加熱手段により、前記冷却器の除霜運転が実施されている場合、
前記湿度検出手段により検出された湿度に関わらず、前記回転駆動手段を停止する、又は前記回転駆動手段の回転速度を小さくする
ことを特徴とする請求項２に従属する請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の冷蔵庫。