JP5926154B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、冷却機構を備えた冷蔵庫に関する。

従来、冷媒を循環させる冷却機構を備えた冷蔵庫が、広く利用されている。このような冷蔵庫の冷却機構は、一般的に、圧縮機、コンデンサ（凝縮器）、キャピラリチューブ、蒸発器などを含む循環経路を有しており、冷媒を循環させることにより、冷蔵庫の貯蔵室内を継続的に冷却することが可能である。

また冷蔵庫の冷却機構には、冷媒の放熱を利用して冷蔵庫の結露を抑えるための結露防止配管（ＤＰコンデンサ）が設けられることがある。結露防止配管は、結露の生じやすい冷凍室の開口周縁部などに配設され、その中を冷媒が通ることにより結露が抑えられる。

ただし、結露防止配管に冷媒を通す場合には、冷媒の放熱の影響が貯蔵室におよびやすくなるため、貯蔵室内の冷却効率は低下しやすい。そのため結露防止配管を有する冷却機構は、結露防止配管に冷媒を通す状態とバイパスさせる状態との間での切替（以下、便宜的に「第１の状態切替」とする）が可能とされることがある。これにより、結露防止がより重視される状況では、冷媒が結露防止配管を通るようにし、一方貯蔵室内の冷却効率がより重視される状況では、冷媒が結露防止配管を通らないようにすることができる。

また、冷蔵庫に設けられる圧縮機は、回転数が広い範囲で可変となっていることがある。そのため冷蔵庫の冷却機構は、２本のキャピラリチューブが並列に設けられ、どのキャピラリチューブに冷媒を通すかの切替（以下、便宜的に「第２の状態切替」とする）が可能とされることがある。これにより、圧縮機の回転数等に応じて、冷媒の減圧の度合を調節することができる。

特開平８−１８９７５３号公報 特開２０００−６５４６１号公報 特開２００９−２７５９６４号公報 特開２０１１−１５８２５１号公報

上述したように、第１或いは第２の状態切替が可能であれば、冷蔵庫の冷却機構の状態を、そのときの状況に応じて適切な状態とすることができる。また冷蔵庫の冷却機構には、第１の状態切替と第２の状態切替の両方の機能を設けることも可能である。

しかしながら、第１の状態切替と第２の状態切替の両方の機能を設ける場合には、冷却機構の構造が複雑となりやすい。例えば弁の個数に着目すると、第１の状態切替を行うための弁と第２の状態切替を行うための弁の二つの弁が必要となり、その分、冷却機構の構造が複雑になって、製造コストの増大等を招くことになる。

本発明は、結露防止配管に冷媒を通す状態とバイパスさせる状態との間での切替、並列に設けられたキャピラリチューブのどちらに冷媒を通すかの切替、の両方の機能を設ける場合に、冷却機能の構造を簡単にするとともに、結露が生じやすい環境でも結露を防止できる冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、圧縮機、凝縮器及び蒸発器を順に有する冷却機構と、該冷却機構を制御する制御部とを備えた冷蔵庫において、前記凝縮器と前記蒸発器との間に配置された切替弁と、前記切替弁と前記蒸発器との間に配置され、結露防止配管と該結露防止配管に接続された第１キャピラリチューブとを有する第１経路と、前記切替弁と前記蒸発器との間に前記第１経路と並列に配置され、第２キャピラリチューブを有する第２経路と、周囲の湿度を検出する湿度センサと、を備え、前記制御部は前記切替弁を制御し、第１経路を導通させ第２経路を遮断させた第１状態、第２経路を導通させ第１経路を遮断させた第２状態、又は第１経路及び第２経路を導通させた第３状態に切り替え、結露が生じやすい環境の場合、前記切替弁を第３状態に維持することを特徴とする。

この構成によれば、１つの切替弁で第１〜第３状態に切り替えることができるとともに、結露が生じやすい環境の場合、切替弁を第３状態に維持することで流量抵抗が低減される。

上記の冷蔵庫において、結露が生じやすい環境の場合、前記圧縮機の停止中も前記切替弁を第３状態に維持することが好ましい。

この構成によれば、結露防止配管内での冷媒の過冷却度が低減された状態を維持することができ、結露が防止される。

また上記の冷蔵庫において、前記制御部は前記切替弁を制御し、第１経路及び第２経路を遮断させた第４状態に切り替え可能であることが好ましい。

この構成によれば、切替弁に閉止（第４状態）の機能をもたせることで、より消費電力量を低減することができる。

また上記の冷蔵庫において、結露が生じやすい環境でない場合、前記圧縮機の停止中は前記切替弁を第４状態に維持することが好ましい。

この構成によれば、高温・高圧の冷媒が蒸発器に流入することを抑制できる。その結果、圧縮機の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。

また上記の冷蔵庫において、前記冷却機構を第１状態で運転している場合、第４状態にした後に前記圧縮機を停止させるようにしてもよい。

この構成によれば、圧縮機が停止したときに、結露防止配管内に冷媒が残らないので、高温・高圧の冷媒が蒸発器に流入することを抑制できる。その結果、圧縮機の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。

また上記の冷蔵庫において、前記冷却機構を第１状態で運転している場合、第２状態にした後に前記圧縮機を停止させるようにしてもよい。

この構成によれば、圧縮機が停止したときに、結露防止配管内に冷媒が残らないので、高温・高圧の冷媒が蒸発器に流入することを抑制できる。その結果、圧縮機の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。

また上記の冷蔵庫において、前記凝縮器と前記切替弁との間にドライヤを配置することが好ましい。

この構成によれば、ドライヤにより製造時に冷却機構内部に微少に存在する水分が除去される。また、ドライヤは冷媒溜まりになるため、ドライヤを切替弁より前に配置することにより、切替弁を動作させた後の制御時間遅れを小さくすることができる。

また上記の冷蔵庫において、前記ドライヤがストレーナを有することが好ましい。

この構成によれば、切替弁にゴミが噛み込んで、切替弁の動作が不良となることを抑制できる。

また上記の冷蔵庫において、切替弁と前記第２キャピラリチューブとの溶接点を前記切替弁の近傍に配置することが好ましい。

この構成によれば、切替弁と第２キャピラリチューブとの間の冷媒溜まりを抑制でき、切替弁を動作させた後の制御時間遅れを小さくすることができる。

本発明によると、１つの切替弁で第１〜第３状態に切り替えるので、冷却機能の構造を簡単にすることができる。また、結露が生じやすい環境の場合、切替弁を第３状態に維持することで流量抵抗が低減され、結露防止配管内での冷媒の過冷却度が低減され、結露防止に必要な熱量が得られるので結露が防止される。

本発明の一実施形態に係る冷蔵庫の縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る冷却機構の構成図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の各判断条件における循環経路の切替状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るドライヤの断面図である。 本発明の一実施形態に係るキャピラリチューブと蒸発器との溶接部付近の断面図である。

本発明の実施形態について、各図面を参照しながら以下に説明する。

［冷蔵庫および冷却機構の構成］
図１は、本実施形態に係る冷蔵庫１の縦断面図である。冷蔵庫１の外観部は、主に断熱箱体２と各断熱扉（１７ａ〜１７ｄ）によって構成されている。断熱箱体２は内部に貯蔵室として、冷蔵室３０、第１冷凍室３１、第２冷凍室３２、および野菜室３３を有している。

これらの貯蔵室（３０〜３３）は、各仕切（４０〜４２）が設けられることにより、別々に形成されている。また各断熱扉（１７ａ〜１７ｄ）は、各貯蔵室（３０〜３３）の前側を開閉するように設けられている。なお各断熱扉（１７ａ〜１７ｄ）にはドアパッキン２１が設けられており、断熱扉（１７ａ〜１７ｄ）が閉じられたときには、貯蔵室（３０〜３３）は略密閉状態となる。また冷蔵庫１には、各貯蔵室（３０〜３３）を冷却するための冷却機構ＲＳが備えられている。

また、冷蔵庫１には、冷蔵庫１の周囲の温度を検出する温度センサ（不図示）及び周囲の湿度を検出する湿度センサ（不図示）も備えられている。温度や湿度の検出結果は、後述する制御装置１００が冷却機構ＲＳの切替弁１３を切り替える制御等に用いられる。

図２は、冷却機構ＲＳの構成図である。本図に示すように冷却機構ＲＳは、圧縮機５、コンデンサ（凝縮器）６、結露防止配管７、第１キャピラリチューブ８ａ、第２キャピラリチューブ８ｂ、ドライヤ１０、蒸発器９、１１、および切替弁１３などを有している。

圧縮機５は、断熱箱体２の背面下方に形成された機械室１８に設けられており、冷媒を圧縮して高温高圧のガス状とし、コンデンサ６側へ送出する。なお圧縮機５は、例えばインバータコンプレッサとして形成されており、回転数が広い範囲で可変となっている。圧縮機５の回転数が高いほど消費電力は大きくなるが、冷媒の送出流量が多くなるため、冷却機構ＲＳの冷却能力は高くなる。圧縮機５の回転数は、例えば貯蔵室（３０〜３３）の温度、冷蔵庫周辺の温度、扉開閉の頻度等が考慮され、冷却をより強くする必要がある状況では、より高くなるように調節される。

コンデンサ６は、圧縮された冷媒を放熱させる。なおコンデンサ６としては、冷蔵庫１の背面側に配置されるバックコンデンサ６ａや、冷蔵庫１の左右両側に配置されるサイドコンデンサ６ｂ等が設けられている。冷媒は、コンデンサ６を通る過程で放熱しながら液化し、ドライヤ１０等を介して切替弁１３へ送られる。

すなわち、ドライヤ１０はコンデンサ６と切替弁１３との間に配置される。ドライヤ１０は冷媒溜まりになるため、ドライヤ１０を切替弁１３より後ろに配置すると、切替弁１３を動作させた後に制御時間遅れ（弁を閉じてからもしばらくキャピラリチューブ内を冷媒が通ること）が生じる。また図４に示すように、ドライヤ１０はストレーナ１０ａ、１０ｂを有することが好ましい。これにより、切替弁１３にゴミが噛み込むことを抑制できる。

切替弁１３は、入口１３ａ、第１出口１３ｂ１、第２出口１３ｂ２を有している弁であり、機械室１８に設けられている。切替弁１３の状態は、例えばステッピングモータを利用して、入口１３ａが第１出口１３ｂ１だけに繋がる状態、入口１３ａが第２出口１３ｂ２だけに繋がる状態、入口１３ａが第１出口１３ｂ１と第２出口１３ｂ２の双方に繋がる状態、および全ての出入口が閉止される状態の間で切り替えられる。

なお、このような切替弁１３の状態の切替は、機械室１８に設けられている制御装置（制御部）１００によって制御される。制御装置１００が行う制御の内容については、改めて説明する。コンデンサ６側から送られてきた冷媒は、入口１３ａへ流入するようになっている。また、第１出口１３ｂ１は結露防止配管７に繋がり、第２出口１３ｂ２は第２キャピラリチューブ８ｂに繋がっている。

結露防止配管７（ＤＰコンデンサ）は、冷媒の放熱を利用して冷蔵庫１の結露を抑える役割を果たす。結露防止配管７は、結露が発生しやすい第１冷凍室３１および第２冷凍室３２の開口周縁部、すなわち、仕切（４０〜４２）の前面および断熱箱体２の前面の一部に配設されている。結露防止配管７を通った冷媒は、第１キャピラリチューブ８ａへ送られる。

第２キャピラリチューブ８ｂは、切替弁１３の近傍に配置することが好ましい。これには、例えば、第２キャピラリチューブ８ｂの一端を切替弁１３の第２出口１３ｂ２に溶接すればよい。これにより、切替弁１３と第２キャピラリチューブ８ｂとの間の冷媒溜まりを抑制でき、切替弁１３を動作させた後の制御時間遅れを小さくすることができる。

各キャピラリチューブ（８ａ、８ｂ）から先の冷媒の経路は、図５に示すように連結点Ｐにおいて一本化され、蒸発器９へと繋がっている。このように切替弁１３と連結点Ｐの間においては、結露防止配管７と第１キャピラリチューブ８ａを通る第１経路Ｃ１、および、結露防止配管７を通らずに第２キャピラリチューブ８ｂを通る第２経路Ｃ２が、並列に設けられている。

蒸発器９は、断熱箱体２の背面側に設けられており、減圧された冷媒を気化させて貯蔵室（３０〜３３）を冷却する役割を果たす。蒸発器９はサクションパイプ１１を介して圧縮機５に繋がっている。蒸発器９において気化した冷媒は、サクションパイプ１１を通って圧縮機５に戻り、再び圧縮されることになる。

上述の説明から明らかである通り、切替弁１３は、第１経路Ｃ１を導通させ第２経路Ｃ２を遮断させた第１状態Ｓｔ１、第２経路Ｃ２を導通させ第１経路Ｃ１を遮断させた第２状態Ｓｔ２、第１経路Ｃ１と第２経路Ｃ２を導通させた第３状態Ｓｔ３、および第１経路Ｃ１と第２経路Ｃ２を遮断させた第４状態Ｓｔ４の何れかに、冷媒の循環経路の状態を切替る役割を果たす。

なお、キャピラリチューブによる冷媒の減圧の度合は、キャピラリチューブの形状（主に断面積や長さ、キャピラリチューブとサクションパイプの半田付け長さ）等によって変わる。このことを利用して各キャピラリチューブ（８ａ、８ｂ）は、適切な減圧が実現されるように、形状等が調節されている。

［循環経路の状態の切替制御］
上述した循環経路の状態を切替える制御の形態は、手動制御と自動制御の何れであってもよく、また、これらが組み合わさった形態であってもよい。手動制御の場合には、例えばユーザに操作されるスイッチが設けられ、制御装置１００は当該スイッチの操作に応じて、循環経路の状態を各状態（Ｓｔ１〜Ｓｔ３）の間で切替える。この場合ユーザは、各状態（Ｓｔ１〜Ｓｔ３）の利点等を考慮し、循環経路を所望の状態に設定することができる。

自動制御の場合には、制御装置１００は温度センサや湿度センサの検出結果に応じて、循環経路の状態を各状態（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）の間で切替える。

一例としては、制御装置１００は図３に示す判断条件に従って、循環経路の状態を切替える。なおこの例では、冷蔵庫１に設定される結露防止設定情報が、ユーザの指示等に応じて「強」と「弱」の間で切替可能となっている。

そして制御装置１００は、循環経路の状態が第１状態Ｓｔ１以外であるときに、『周囲温度が１０〜３２℃、周囲湿度が８０％ＲＨ未満であって、圧縮機５の回転数が基準値より低く、かつ、結露防止設定情報が「強」である』という判断条件が満たされれば、循環経路の状態を第１状態Ｓｔ１に切替える。また制御装置１００は、循環経路の状態が第２状態Ｓｔ２以外であるときに、『周囲温度が１０〜３２℃、周囲湿度が８０％ＲＨ未満であって、圧縮機５の回転数が基準値より低く、かつ、結露防止設定情報が「弱」である』という判断条件が満たされれば、循環経路の状態を第２状態Ｓｔ２に切替える。また制御装置１００は、循環経路の状態が第３状態Ｓｔ３以外であるときに、これらの何れの判断条件も満たされない場合には、循環経路の状態を第３状態Ｓｔ３に切替える。

この循環経路の状態を第３状態Ｓｔ３に切替える場合の一例としては、湿度が８０％ＲＨ以上の場合に第３状態に切替える。湿度が８０％ＲＨ以上とは、結露が生じやすい環境（高湿環境）を意味しており、その数値には特に限定はなく、８５％ＲＨ以上や７５％ＲＨ以上など設計者によって適宜決定される。また、他の例として、相対湿度ではなく、絶対湿度で設定することもできる。具体的には絶対湿度が０．０２０ｇ／ｇ（周囲温度３０℃では相対湿度７５％ＲＨに相当し、周囲温度３５℃では相対湿度５７％ＲＨに相当する）を超えたときに、第３状態Ｓｔ３に切り替えるようにしてもよい。この場合は空気中の水分量で決定されるので、低い周囲温度のときには第３状態Ｓｔ３になる頻度が、相対湿度による評価を行う場合よりも少なくすることができる。

このように、通常、第１状態Ｓｔ１においては、結露防止配管７内で冷媒が過冷却状態となり、凝縮温度よりも数度（例えば２〜４度）低くなる。そのため、高湿環境下においては結露防止に必要な熱量が得られず、結露が生じるおそれがある。そこで、上述したように高湿環境（結露が生じやすい環境）の場合に循環経路の状態を第３状態Ｓｔ３に切替えることにより、循環経路の流量抵抗が低減され、結露防止配管７内での冷媒の過冷却度が低減（例えば０．５〜２度程度低減）され、結露防止に必要な熱量（熱源）が得られるので結露が防止される。

また、冷却機構ＲＳを停止する際には、例えば以下の各実施形態のように制御することができる。

＜第１実施形態＞
第１実施形態では、結露が生じやすい環境でない場合、圧縮機５の停止中は切替弁１３を第４状態に維持することとする。運転中の圧縮機５を停止させると、その時点では圧縮機５とコンデンサ６の内部に高温・高圧の冷媒が多量に滞留している。この高温・高圧の冷媒は切替弁１３、結露防止配管７、第１キャピラリチューブ８ａ、第２キャピラリチューブ８ｂ、などを通じて蒸発器９に流入する。キャピラリチューブ（８ａ、８ｂ）は高圧の冷媒を減圧するというのが本来の役割であるが、圧縮機５を停止させたときには単に圧力差をなくす均圧要素として振る舞うことになる。高温・高圧の冷媒が蒸発器９に流入すれば貯蔵室の温度が上昇し、それにより圧縮機５の運転再開までの時間が短くなる。したがって、圧縮機５を運転している時間が長くなり、電力消費量が増大する。

そこで、上記のように結露が生じやすい環境でない場合、圧縮機５の停止中は切替弁１３を第４状態に維持することにより、高温・高圧の冷媒が蒸発器９に流入することを抑制できる。その結果、圧縮機５の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機５の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機５を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。また、高温・高圧の冷媒が蒸発器９に流入することを防止するために、結露防止配管７の下流側に逆止弁を配置する必要もない。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、結露が生じやすい環境の場合、圧縮機５の停止中も切替弁１３を第３状態Ｓｔ３に維持することとする。これにより、結露防止配管７内での冷媒の過冷却度が低減された状態を維持することができ、結露が防止される。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、上記冷却機構ＲＳを第１状態Ｓｔ１で運転している場合、第４状態Ｓｔ４にした後に圧縮機５を停止させることとする。これにより、圧縮機５が停止したときに、結露防止配管７内に冷媒が残らないので、高温・高圧の冷媒が蒸発器９に流入することを抑制できる。その結果、第１実施形態と同様に、圧縮機５の運転停止中の貯蔵室の温度上昇が抑制され、圧縮機５の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機５を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。

例えば、第４状態Ｓｔ４にして所定時間経過後に圧縮機５を停止させることとする。ここで所定時間が長すぎると、この間は圧縮機５を運転しているので消費電力量が増える。一方、所定時間が短すぎると、蒸発器９に液相の冷媒が十分に溜まらない。よって、これらを考慮して所定時間（例えば２分）を決定する。

切替弁１３を閉止した状態で圧縮機５の運転が継続されることにより、蒸発器９内部の冷媒圧力が一層低下する。このように冷媒圧力を一段と下げてから圧縮機５の運転を停止するので、蒸発器９内部に気相の冷媒と液層の冷媒とが混在する場合、気圧が上昇して平衡状態に達するまでの時間がそれだけ長くなり、蒸発器９はより長い時間、液相の冷媒の潜熱で貯蔵室から熱を奪い続ける。このため、冷却能力が向上し、圧縮機５の運転再開までの時間が長くなる。したがって、圧縮機５を運転している時間が短くなり、消費電力量が低減する。

なお、第３実施形態において、圧縮機５を停止させた後、つまり圧縮機５の停止中は、第１実施形態のように切替弁１３を第４状態に維持することが好ましい。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、冷却機構ＲＳを第１状態Ｓｔ１で運転している場合、第２状態Ｓｔ２にした後に圧縮機５を停止させることとする。例えば、第２状態Ｓｔ２にして所定時間経過後に圧縮機５を停止させることとする。本実施形態によっても、第３実施形態と同様の作用、効果が得られる。

なお、第４実施形態においても、圧縮機５を停止させた後、つまり圧縮機５の停止中は、第１実施形態のように切替弁１３を第４状態に維持することが好ましい。

１ 冷蔵庫
２ 断熱箱体
５ 圧縮機
６ コンデンサ（凝縮器）
７ 結露防止配管
８ａ 第１キャピラリチューブ
８ｂ 第２キャピラリチューブ
９ 蒸発器
１３ 切替弁
１３ａ 入口
１３ｂ１ 第１出口
１３ｂ２ 第２出口
１７ａ〜１７ｄ 断熱扉
１８ 機械室
３１〜３３ 貯蔵室
４０〜４２ 仕切
１００ 制御装置（制御部）
Ｃ１ 第１経路
Ｃ２ 第２経路
ＲＳ 冷却機構

Claims (9)

1. 圧縮機、凝縮器及び蒸発器を順に有する冷却機構と、該冷却機構を制御する制御部とを備えた冷蔵庫において、
   前記凝縮器と前記蒸発器との間に配置された切替弁と、
   前記切替弁と前記蒸発器との間に配置され、結露防止配管と該結露防止配管に接続された第１キャピラリチューブとを有する第１経路と、
   前記切替弁と前記蒸発器との間に前記第１経路と並列に配置され、第２キャピラリチューブを有する第２経路と、
   周囲の湿度を検出する湿度センサと、を備え、
   前記制御部は前記切替弁を制御し、第１経路を導通させ第２経路を遮断させた第１状態、第２経路を導通させ第１経路を遮断させた第２状態、又は第１経路及び第２経路を導通させた第３状態に切り替え、前記湿度センサが検出する周囲の湿度が所定の値以上の場合、前記切替弁を第３状態に維持することを特徴とする冷蔵庫。
2. 前記湿度センサが検出する周囲の湿度が前記所定の値以上の場合、前記圧縮機の停止中も前記切替弁を第３状態に維持する
   ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
3. 前記制御部は前記切替弁を制御し、第１経路及び第２経路を遮断させた第４状態に切り替え可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の冷蔵庫。
4. 前記湿度センサが検出する周囲の湿度が前記所定の値未満の場合、前記圧縮機の停止中は前記切替弁を第４状態に維持することを特徴とする請求項３記載の冷蔵庫。
5. 前記冷却機構を第１状態で運転している場合、第４状態にした後に前記圧縮機を停止させることを特徴とする請求項３又は４記載の冷蔵庫。
6. 前記冷却機構を第１状態で運転している場合、第２状態にした後に前記圧縮機を停止させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の冷蔵庫。
7. 前記凝縮器と前記切替弁との間にドライヤを配置したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の冷蔵庫。
8. 前記ドライヤがストレーナを有することを特徴とする請求項７記載の冷蔵庫。
9. 前記切替弁と第２キャピラリチューブとの溶接点を前記切替弁の近傍に配置したことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の冷蔵庫。

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