JP5513920B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、切替弁を用いて蒸発器へ冷媒流入を制御する冷蔵庫に関する。

冷凍貯蔵室および冷蔵貯蔵室をそれぞれ専用に冷却する蒸発器を設け、切替弁によって冷凍用蒸発器および冷蔵用蒸発器に交互に切り換えて冷媒を供給することで、冷凍貯蔵室および冷蔵貯蔵室を所定温度に冷却する冷蔵庫が従来より知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

このような冷蔵庫では、貯蔵室の庫内温度に応じた適切な能力で各蒸発器を冷却するため、弁の開度が調節可能に設けられた切替弁を設け、各蒸発器に供給する冷媒流量を調整しつつ、各蒸発器へ切り換えて冷媒を供給する場合がある。

特開２００１−１２４４５４号公報

しかしながら、上記のような弁の開度が調節可能に設けられた切替弁を備えた冷蔵庫では、切替弁の開度を絞ると凝縮器から供給された冷媒が減圧され低温化するため、次のような問題がある。

すなわち、切替弁は、圧縮機や凝縮器などとともに冷蔵庫本体に設けられた機械室内に配設され、圧縮機や凝縮器により昇温した空気に曝されるため、切替弁から流出する低温下した冷媒が暖められることとなり、冷却効率が悪化するという問題がある。

なお、上記特許文献１において、冷媒の流路を切り換える切替弁を断熱材内に配設して、圧縮機や凝縮器の放熱による熱影響が切替弁に及ぶのを防止する点が開示されている。しかしながら、上記特許文献１では、切替弁全体が断熱材に埋設され断熱材で被覆されているため、凝縮器から供給された高温の冷媒の熱が切替弁にこもり高温の冷媒を放熱できず、冷却効率が悪化する問題がある。

本発明は、上記問題を考慮してなされたものであり、弁の開度が調節可能に設けられた切替弁を備えた冷蔵庫において、冷却効率を向上させ消費電力を低減することができる冷蔵庫を提供することを目的とする。

本発明にかかる冷蔵庫は、圧縮機と、凝縮器と、冷蔵貯蔵室を冷却する冷蔵用蒸発器と、冷凍貯蔵室を冷却する冷凍用蒸発器と、前記冷凍用蒸発器および前記冷凍用蒸発器へ冷媒を切り換えて流す切替弁とを備え、前記切替弁は、前記圧縮機を収納する機械室内に設けられ、前記冷蔵用蒸発器側へ冷媒が流れ出る流出口と、前記冷凍用蒸発器側へ冷媒が流れ出る流出口とのうち、少なくとも一方の流出口が開度調節可能に設けられ、前記開度調節可能に設けられた流出口に接続された出口配管が断熱材で被覆され、前記切替弁へ冷媒が流れ込む流入口に接続された入口配管が、断熱材で被覆されていないことを特徴とする。

本発明の冷蔵庫では、上記構成により、冷却効率を向上させ冷蔵庫の消費電力を低減することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる冷蔵庫の断面図である。 図１の冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図である。 図１の冷蔵庫の機械室を背面からみた斜視図である。 図１の冷蔵庫の機械室部分の断面図である。 図１の冷蔵庫の機械室部分にカバー体を取り付けた状態を示す斜視図である。 図１の冷蔵庫の切替弁の要部を示す平面図である。 冷蔵冷却モードから冷凍冷却モードへの移行時の運転制御タイミングチャート図である。 本発明の第２の実施形態にかかる冷蔵庫の機械室を概略的に示す平面図である。 本発明の第３の実施形態にかかる冷蔵庫の機械室部分の断面図である。

（第１の実施形態）
以下、図面に基づき本発明の第１の実施形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る冷蔵庫１は、断熱箱体の内部に貯蔵空間を形成してなるものであり、仕切壁により、冷凍室や製氷室の冷凍貯蔵室２、冷蔵室や野菜室の冷蔵貯蔵室３など複数の貯蔵室に区分されている。貯蔵空間の後部には、冷凍貯蔵室２を冷却するための冷凍用蒸発器４と、冷凍貯蔵室２の冷気を循環するための冷凍用ファン６と、冷蔵貯蔵室３を冷却するための冷蔵用蒸発器５と、冷蔵貯蔵室３の冷気を循環するための冷蔵用ファン７が設けられている。各貯蔵室は、これら冷凍用蒸発器４や冷蔵用蒸発器５、及び冷凍用や冷蔵用ファン６，７によってそれぞれ所定の設定温度に冷却保持されるものであり、各蒸発器４，５は、冷蔵庫本体背面下部の機械室８に設置した圧縮機９から供給される冷媒によって冷却される。

冷蔵庫１の冷凍サイクルは、図２に示すように、高温高圧の冷媒ガスを吐出する圧縮機９と、該圧縮機９から吐出される冷媒ガスを受けて放熱液化する凝縮器１０と、該凝縮器１０の出口側に設けられて冷媒流路を切り替える切替弁１１と、上記冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５と、これら蒸発器４，５のための絞り手段としての冷凍用減圧装置１２及び冷蔵用減圧装置１３と、逆止弁１４とを備え、これらを配管で接続してなる。

詳細には、圧縮機９と凝縮器１０と切替弁１１を直列に接続し、切替弁１１の一方の出口と冷凍用減圧装置１２と冷凍用蒸発器４と逆止弁１４を直列に接続し、切替弁１１の他方の出口と冷蔵用減圧装置１３と冷蔵用蒸発器５を直列に接続する。そして、逆止弁１４の出口側に接続された配管と冷蔵用蒸発器５の出口側に接続された配管とを合流し、吸い込み管１５として圧縮機９へ戻すことにより冷媒回路が構成されている。従って、切替弁１１から冷凍用減圧装置１２を介して接続された低温側の冷凍用蒸発器４と、切替弁１１から冷蔵用減圧装置１３を介して接続された高温側の冷蔵用蒸発器５とは、並列に接続されている。

機械室８に設置された圧縮機９は、図３に示すように、冷蔵庫本体の幅方向にわたって設けたコンプ台１６上にクッション体を介して取り付けられている。

機械室８は、冷蔵庫本体の背面下部に冷凍貯蔵室２側に突出する段部１７を形成し、この段部１７によって幅方向に亙る所定の奥行きと高さ寸法を有する平面視において略矩形状の空間をなしている。機械室８の幅方向の一方に寄せて圧縮機９を設置し、幅方向の他方側を放熱ダクトとして外気を機械室８内に導入する冷却ファン１８、凝縮器１０、及び除霜水を蒸発させる蒸発皿１９などを設置している。

冷却ファン１８は、段部１７との間に若干の間隙を形成し、周縁を機械室８の上下面に、左右部分を段部１７に当接するように設置され機械室８内と外部とを区画したファンケーシング２０に取り付けられており、軸流が機械室８の前後方向となるように配置されている。

この冷却ファン１８を取り付けたファンケーシング２０の下端前方のコンプ台１６には、図４に示すように、ファンケーシング２０幅に亙って複数の開口からなる外気の吸気口２１を穿設している。冷却ファン１８の後方には、下端部を冷却ファン１８に対向させて凝縮器１０が配置されている。この凝縮器１０は、冷蔵庫本体背面に形成され機械室８より上方へ延出する凹部２２に沿うように立設されている。

図５に示すように、機械室８の背面は、カバー体２３で覆われている。カバー体２３は、冷却ファン１８から吹き出された空気が冷蔵庫１本体幅のやや中心方向に向かって流れるような形状をなしており、圧縮機９の後方に排気口２４が穿設されている。つまり、外部から機械室８へ空気を導入する吸気口２１と、機械室８内に配設された圧縮機９を冷却した空気を排出する排気口２４とが、機械室８の対角する隅角部にそれぞれ配設されている。また、カバー体２３は、凝縮器１０の上端部まで覆うように延設されており、凹部２２のとの間に形成されるダクトに連なる排気口２５が穿設されている。

冷却ファン１８が回転することで吸気口２１から機械室８内に吹き出され後方に送流され空気は、カバー体２３に衝突することで、その一部が本体幅の中央方向に分流され、他の一部が上方に分流される。本体幅の中央方向に分流された空気は、圧縮機９と熱交換してこれを冷却した後、カバー体２３に穿設された排気口２４から外部に流出する。また、上方に分流された空気は、凹部２２とカバー体２３で形成されるダクト内に流入し、凝縮器１０と熱交換してこれを冷却して、カバー体２３上部の排気口２５から外部に流出する。

切替弁１１は、凝縮器１０の出口側に設けられて冷凍用蒸発器４および冷蔵用蒸発器５への冷媒流路の切り替えとともに流量を絞り制御できる膨張弁としても機能するものである。

具体的には、図６に示すように、切替弁１１は、弁ケース３１の底部に設けられた弁座３２と、この弁座３２の上部に配置される弁体３３とを備える。

弁座３２には、冷蔵用蒸発器５側へ冷媒が流れ出る冷蔵側流出口３２ａと、冷凍用蒸発器４側へ冷媒が流れ出る冷凍側流出口３２ｂと、凝縮器１０から入口配管３７を介して冷媒が流れ込む流入口３４とが形成されている。

弁体３３は、弁座３２に形成された冷蔵側流出口３２ａおよび冷凍側流出口３２ｂを覆うように弁座３２の上部に配置され、パルス制御されたステッピングモータ（不図示）によって角度制御可能に回動される。また、弁体３３には、冷蔵側凹溝３３ａおよび冷凍側凹溝３３ｂが、互いに回転軸３３ｃからの距離を相違させ、かつ、周方向の位置をずらして肉厚段部３３ｄの下面に形成されている。

そして、ステッピングモータによって弁体３３を所定方向（本実施形態では図６における矢符Ａで示す方向）へ所定角度回動させることで、冷蔵側凹溝３３ａおよび冷蔵側流出口３２ａ、あるいは冷凍側凹溝３３ｂおよび冷凍側流出口３２ｂが上下に重なり連通したり、いずれの凹溝３３ａ，３３ｂも流出口３２ａ，３２ｂに重なり合わず流出口３２ａ，３２ｂが弁体３３によって閉鎖されたりする。

冷蔵側凹溝３３ａと冷蔵側流出口３２ａとが連通すると、流入口３４から弁ケース３１内に流入した冷媒が、肉厚段部３３ｄの開放端縁から冷蔵側凹溝３３ａの内に進入し、冷蔵側流出口３２ａから流出して冷蔵側出口配管３５を介して冷蔵用減圧装置１３および冷蔵用蒸発器５に導入される。

冷凍側凹溝３３ｂと冷凍側流出口３２ｂとが連通すると、流入口３４から弁ケース３１内に流入した冷媒が、肉厚段部３３ｄの開放端縁から冷凍側凹溝３３ｂの内に進入し、冷凍側流出口３２ｂから流出して冷凍側出口配管３６を介して冷凍用減圧装置１２および冷凍用蒸発器４に導入される。

両流出口３２ａ，３２ｂが弁体３３の肉厚段部３３ｄによって閉鎖されると両蒸発器４，５への冷媒供給を遮断する。

さらに、冷蔵側凹溝３３ａは、回転方向の前端から後端に向かうにしたがって断面積が漸次拡大するように形成されており、ステッピングモータによって弁体３３の回動角度を制御することで、冷蔵側凹溝３３ａと冷蔵側流出口３２ａとが重なり合う面積を変更できる。これにより、冷蔵側流出口３２ａの開度を調整して冷蔵用蒸発器５に供給する冷媒流量を絞り調整することができる。

また、冷凍側凹溝３３ｂについても、冷蔵側凹溝３３ａと同様、回転方向の前端から後端に向かうにしたがって断面積が漸次拡大するように形成されており、テッピングモータによって弁体３３の回動角度を制御することで、冷凍側流出口３２ｂの開度を調整して冷蔵用蒸発器５に供給する冷媒流量を絞り調整することができる。

このような構成の切替弁１１は、例えば、図４に示すように、吸気口２１から冷却ファン１８までの風路内に配設されており、圧縮機９および凝縮器１０より風上側に配設されている。

また、切替弁１１に接続された出口配管３５，３６のうち、冷媒流量が調整可能に設けられた冷蔵側流出口３２ａおよび冷凍側流出口３２ｂに接続された出口配管３５，３６には、断熱材３８，３８によって被覆されている。一方、入口配管３７は断熱材によって被覆されておらず、吸気口２１から冷却ファン１８までの風路内に露出している。

このような構成の冷蔵庫１では、冷凍貯蔵室２や冷蔵貯蔵室３に設けられた不図示の温度センサの検知温度に基づいて、不図示の制御手段で切替弁１１を切り替え制御することにより、冷蔵用蒸発器５に冷媒を流すことで冷蔵貯蔵室３のみを冷却する冷蔵冷却モードと、冷凍用蒸発器４に冷媒を流すことで冷凍貯蔵室２のみを冷却する冷凍冷却モードと、冷蔵用蒸発器５と冷凍用蒸発器４の双方に冷媒を流すことで冷蔵貯蔵室３と冷凍貯蔵室２を同時に冷却する同時冷却モードとの３つの冷却モードで冷却運転を行う。

冷却運転は、冷蔵冷却モード→同時冷却モード→冷凍冷却モードの順に行われ、その際、切替弁１１の冷蔵側流出口３２ａの開度を、冷蔵冷却モードよりも同時冷却モードにおいて小さくすることにより、同時冷却モードでの冷蔵用蒸発器５への流路抵抗を冷蔵冷却モードでの流路抵抗よりも大きくする。

詳細には、図７に示すように、冷蔵冷却モードでは、切替弁１１は冷凍用蒸発器４側が全閉、冷蔵用蒸発器５側が全開とされ、冷凍用ファン６が停止、冷蔵用ファン７が運転となっている。この状態から同時冷却モードに移行して、切替弁１１の冷凍用蒸発器４側の開度が全開とされ、冷凍用ファン６が運転となる。その際、冷蔵用蒸発器５への冷媒流量を絞るように、切替弁１１の冷蔵用蒸発器５側の開度を全開状態よりも小さくする。その後、冷凍冷却モードに移行して、切替弁１１の冷蔵用蒸発器５側の開度が全閉とされ、冷蔵用ファン７が停止する。

また、冷凍冷却モードでは、冷凍貯蔵室２に設けられた温度センサの検知温度に基づいて、切替弁１１の冷蔵側流出口３２ａの開度を調節し、冷凍用蒸発器４に供給する冷媒流量を調整する。これにより、冷凍冷却モード時に冷凍貯蔵室２内の温度状況に応じた適切な冷却強度によって冷却運転を行うことができる。

以上のように本実施形態の冷蔵庫１では、切替弁１１の出口側に接続された出口配管３５，３６のうち、開度調整可能に設けられた流出口３２ａ，３２ｂに接続された出口配管３５，３６が断熱材３８で被覆されている。そのため、切替弁１１において減圧され低温下した冷媒が、出口配管３５，３６内を流通している間に、機械室８内に配置された圧縮機９や凝縮器１０からの熱によって暖められにくくなり、熱損失を抑えることができ、冷却効率を向上させることができる。

また、切替弁１１に冷媒を導入する入口配管３７が断熱材で被覆されていないため、
凝縮器１０から吐出され減圧前の高温の冷媒を、入口配管３７の流通過程において冷却することができ、冷却効率を向上させ冷蔵庫の消費電力を低減することができる。

しかも、本実施形態では、圧縮機９および凝縮器１０より冷却ファン１８の送風方向の風上側に切替弁１１が配設されているため、より一層、圧縮機９および凝縮器１０から放出される熱の影響をうけにくくなり、更なる冷却効率の向上を図ることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態と切替弁１１の配置が異なる。すなわち、本実施形態では、図８に示すように、切替弁１１が、圧縮機９の前方に位置する機械室８の隅角部に配置されていることを特徴とする。

このように、機械室８において吸気口２１および排気口２４が配設された隅角部と異なる隅角部の一方に凝縮器１０、他方に切替弁１１を配置することにより、冷却ファン１８からの風が当たりにくく、切替弁１１は圧縮機９および凝縮器１０によって昇温された空気と接触しにくい。そのため、切替弁１１に接続された出口配管３５，３６や入口配管３７内を流通する冷媒が暖められにくくなり、冷却効率の向上を図ることができる。なお、その他の構成及び作用効果は第１の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、図９に示すように、切替弁１１が傾斜して機械室８内に配設されている点で第１の実施形態と相違する。すなわち、冷凍用蒸発器４へ冷媒を導入する冷凍側出口配管３６を接続した冷凍側流出口３２ｂが、冷蔵用蒸発器５へ冷媒を導入する冷蔵側出口配管３５を接続した冷蔵側流出口３２ａより低くなるように切替弁１１は傾斜して配設されていることを特徴とする。

第３の実施形態においても上記した第１の実施形態と同様、冷蔵冷却モード→同時冷却モード→冷凍冷却モードの順に冷却運転を行い、切替弁１１の冷蔵側流出口３２ａの開度を、冷蔵冷却モードよりも同時冷却モードにおいて小さくすることにより、同時冷却モードでの冷蔵用蒸発器５への流路抵抗を冷蔵冷却モードでの流路抵抗よりも大きくする。

このように、冷凍側流出口３２ｂが冷蔵側流出口３２ａより低くなるように切替弁１１を傾斜させるとともに、上記のような冷却運転を行うことにより、次のような作用効果がある。

すなわち、一般に、冷蔵冷却モードの終盤では、冷蔵貯蔵室３の温度低下に伴い庫内空気と冷蔵用蒸発器５との温度差が小さくなるので、熱交換量が小さくなって非効率となる。これに対し、本実施形態では、切替弁１１の傾斜により冷凍側流出口３２ｂが冷蔵側流出口３２ａより低い位置あるため、冷蔵側流出口３２ａおよび冷凍側流出口３２ｂが開放される同時冷却モードにおいて、減圧され軽くなったガス冷媒は上方の冷蔵側流出口３２ａから冷蔵用蒸発器５側へ流出し、比較的重い液冷媒は下方の冷凍側流出口３２ｂから冷凍用蒸発器４側へ流出する。つまり、減圧された冷媒を選択的に冷蔵用蒸発器５へ供給することができる。そのため、冷蔵用蒸発器５の圧力を冷蔵冷却モード時よりも下げて蒸発温度を低くすることができ、冷蔵貯蔵室３の空気温度が低くなる冷蔵冷却終盤において、冷蔵用蒸発器５とその周りの空気の温度差を確保することができるので、冷蔵用蒸発器５における熱交換量が増加し、効率的な省エネルギー運転が可能となる。

また、このように冷蔵用蒸発器５での冷却効率を向上しつつ、同時冷却モードとして冷凍用蒸発器４にも冷媒を流すので、冷凍貯蔵室２も冷却することができる。以上より、冷蔵冷却モードから冷凍冷却モードへの移行時における冷却効率を向上して、切り替え時の省エネルギー化を図ることができる。

１…冷蔵庫 ２…冷凍貯蔵室 ３…冷蔵貯蔵室
４…冷凍用蒸発器 ５…冷蔵用蒸発器 ６…冷凍用ファン
７…冷蔵用ファン ８…機械室 ９…圧縮機
１０…凝縮器 １１…切替弁 １７…段部
１８…冷却ファン ２０…ファンケーシング ２１…吸気口
２２…凹部 ３２ａ…冷蔵側流出口 ３２ｂ…冷凍側流出口
３３…弁体 ３４…流入口 ３５…冷蔵側出口配管
３６…冷凍側出口配管 ３７…入口配管 ３８…断熱材

Claims (4)

1. 圧縮機と、凝縮器と、冷凍貯蔵室を冷却する冷凍用蒸発器と、冷蔵貯蔵室を冷却する冷蔵用蒸発器と、前記冷凍用蒸発器および前記冷蔵用蒸発器へ冷媒を切り換えて流す切替弁とを備え、
   前記切替弁は、前記圧縮機を収納する機械室内に設けられ、前記冷蔵用蒸発器側へ冷媒が流れ出る流出口と、前記冷凍用蒸発器側へ冷媒が流れ出る流出口とのうち、少なくとも一方の流出口が開度調節可能に設けられ、
   前記開度調節可能に設けられた流出口に接続された出口配管が断熱材で被覆され、
   前記切替弁へ冷媒が流れ込む流入口に接続された入口配管が断熱材で被覆されていないことを特徴とする冷蔵庫。
2. 前記圧縮機と前記凝縮器と前記切替弁とを収納する機械室を有し、
   前記機械室内に配設され外部の空気を導入して前記機械室内を冷却する冷却ファンを備え、
   前記切替弁は、前記圧縮機および前記凝縮器の風上側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 前記圧縮機と前記凝縮器と前記切替弁とを収納する平面視矩形状の機械室を有し、
   外部から前記機械室へ空気を導入する吸気口と、前記機械室内を冷却した空気を排出する排気口とが、平面視において前記機械室の対角する隅角部にそれぞれ配設され、他の隅角部の一方に凝縮器が配設され、他方の隅角部に前記切替弁が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
4. 前記切替弁は、前記冷凍用蒸発器側へ冷媒が流れ出る流出口が、前記冷蔵用蒸発器側へ冷媒が流れ出る流出口より低くなるように傾斜させて配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷蔵庫。

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