JP6089222B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

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Description

本発明は、冷却器で生成された冷気をファンによって循環することで冷却する冷蔵庫に関するものである。
近年、冷蔵庫の省エネルギー化が進む中、冷蔵庫の消費電力量を低減するには冷却効率の効率向上を行うだけでなく、ドア開閉などの実使用において冷却器に霜が付着した状態においても冷却効率の低下を抑制させることが重要である。
その中で、冷蔵庫の消費電力量を低減するために、冷却器に付着する霜による冷却効率の低下を抑制する方法として従来の冷蔵庫では、例えば、特開平11−183011公報(特許文献1)のように、湿度の高い冷蔵室庫内から冷却器へ戻す冷気を、冷却器下部に配置した案内板を通して下から通すことで、冷却器の着霜の均一化を図り、能力劣化抑制する方法や、特開2011−38714号公報(特許文献2)のように、庫内からの戻り冷気を冷却器下部の断熱仕切り壁の内部を通過させることで、冷却器の下側から冷却器の幅と略同一に通過させることで、冷却器の着霜均一化の効果を得る方法や、特開平7−270028公報(特許文献3)のように、庫内から冷却器へと戻す冷気を出来るだけ冷却器中央に通すための流通路、遮蔽板、ガイド部材を設けることで、戻り冷気が拡散され冷却器の着霜均一化を図ると共に、霜の偏着霜による目詰まりを抑制できるため、冷却効率の低下を抑制させた方法に開示されたものがある。
以下、図面を参照しながら上記従来の冷蔵庫を説明する。
図7は特許文献1に記載されている冷蔵庫の、冷却器周囲の冷蔵室戻り冷気27の案内板28を示す斜視図を示すものである。冷却器7には冷却器7で生成された冷気が庫内を循環した後の庫内からの戻り冷気が流入する。冷蔵室2からの戻り冷気は右側面側の戻りダクト29の出口から、除霜ヒータ32とドレンパン34との間に案内板28が冷却器下部の左側面側まで延びており、案内板28とドレンパン34との間にダクト状の空間を形成している。更に、この案内板表面には開口部30aが設けて有り、該開口部30aから冷蔵室の戻り冷気が冷却器下部に分散し、案内板28と冷却器下端の間に流入する冷凍室14からの戻り冷気と混合して冷却器下部に一様に吸入される。
本構成により、冷蔵庫内の湿度の高い冷蔵室2からの冷蔵室戻り冷気27を戻りダクト29の延長として除霜ヒータ32とドレンパン34の間に案内板28を設置することにより、冷凍室14からの戻り冷気と混合させて冷却器7に一様に霜を付着させることができ、着霜によるフィン間の目詰まりの偏りを防止して冷却性能を長時間維持すると共に、除霜ヒータ32による除霜時間が短縮されるため、消費電力量を低減することができる。また、案内板28を冷却器7の下部に設置することで、除霜ヒータ32により融解した除霜水を容易にドレンパン34に導くことができると共に、案内板28は冷却器7の上下方向に設置されているため、奥行き方向の寸法が減少することがなく、内容積を減少させることがないなどの効果を有する。
図8の左右の図8(a)と図8(b)は特許文献2に記載されている冷蔵庫の冷却器周囲の正面断面詳細図と冷蔵室運転時の冷気の流れを示すものである。冷蔵庫の構成としては、冷凍室14の背面には冷却器7を備えており、冷凍室14の上段に冷蔵室2、冷凍室14の下段に野菜室6を備える構成となっている。冷蔵室2を冷却し庫内を循環した冷気は、冷蔵室からの戻りダクト29(冷蔵室−野菜室連通ダクト)を介して、野菜室6に送
り、野菜室6からの戻り冷気は、断熱仕切壁13内に備えた野菜室戻りダクト31を介して、冷気が冷却器7の幅とほぼ等しい幅で流入するように設けられた野菜室戻り吐出口15aから、冷却室23に流入するようにしている。すなわち、冷凍室14の上段に位置する冷蔵室2の戻り冷気をそのまま冷却室内に送らずに、一旦野菜室6に流入させ、野菜室6の戻り冷気として、冷却器7の幅とほぼ等しい幅で流入するように設けられた野菜室戻り吐出口15aから、冷却室23に流入する構成としている。
これにより、庫内有効内容積の減少を抑えると共に、冷却器7への着霜均一化の効果を得ることが出来るため、冷却器7の熱交換効率を向上させ省エネ性に優れているという効果を有する。
図9は特許文献3に記載されている冷蔵庫の、冷却室内を示す斜視図である。
冷却器7が冷凍室背面に配置されており、冷凍室14の上部には冷蔵室2が配置された構成の冷蔵庫である。冷蔵室2を冷却した後の冷蔵室戻り冷気27は、冷却器側部のリターンダクト29を通して冷却室23に導かれるが、冷却器前面と冷却器カバー20との間に流通路47を設けることで、湿度の高い冷蔵室戻り冷気27を拡散させ、冷却器7に付着する霜が一様となるようにしている。
本構成により、冷却器7に付着する霜が分散されるため、着霜し目詰まりによる冷却器7の冷却効率低下を低減できると共に、冷却器7に付着する霜層の高さを低く出来るため、除霜時の効率も向上する。
特開平11−183011号公報 特開2011−38714号公報 特開平7−270028号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載されている従来の冷蔵庫では、冷蔵室から冷却器に流れる戻り冷気が案内板を通じて下部から通すことで冷却器に付着する霜の付着状態を均一にし、着霜時の冷却効率低下を抑制することで、省エネを行う効果はあるものの、案内板を付属することでのコストUP、及び庫内容量の減少も招く。更に、冷却器近傍の案内板は極低温となり案内板で構成するダクト内部に霜残りがし易くなる。そのため、概ね10年程度の使用期間である冷蔵庫の長期使用時を考慮すると霜残りによる風路阻害で冷却性能が低下するという問題があった。また、案内板は除霜ヒータの下面に近傍まで配置されているため、除霜時の除霜ヒータの発熱による温度影響を受ける。除霜時の除霜ヒータの発熱によって、除霜ヒータの表面は概ね摂氏300℃程度まで上昇する。この結果、除霜ヒータの近傍に設けた案内板表面も概ね摂氏100℃以上に上昇するため、熱による変形を防止するためにはアルミ箔などの金属で表面を覆う等の部材が必要となり、材料費や工数のコストUPとなるという問題があった。
また、上記特許文献2に記載されている従来例の冷蔵庫では、冷却器への戻り冷気を一旦野菜室に流入させた後、冷却器下部の断熱仕切り壁の内部を通過させて戻すことで、冷却器の下側から冷却器の幅とほぼ同一に冷気を通過させることが出来る。そのため、冷却器の熱交換効率を最大限に発揮することができることで省エネ性に優れていると共に、冷却器への霜の付着を均一化に出来るという効果はあるものの、野菜室の冷却は冷蔵室を冷却した後の戻り冷気によって行う風路構成であり、冷蔵室の温度変動の影響を受けやすく
、外気温が高く冷蔵室のドア開閉が多い夏場では、野菜室温度も高くなり保鮮性が劣化するという問題があった。また、冷却器への戻り風路は、断熱仕切り板の内部を通過する構成であるため、風路を構成するために断熱仕切り板の厚み大型化による庫内容量の減少や部品コストが上昇するという問題があった。
また、上記特許文献3に記載されている従来例の冷蔵庫では、冷蔵室から冷却器に流れる戻り冷気が流通路、遮蔽板、ガイド部材を通じて冷却器中央部分に導かれることで冷却器に付着する霜の付着状態を均一にし、着霜時の冷却効率低下を抑制することで、省エネを行う効果はあるものの、流通路、遮蔽板、ガイド部材を構成するために無効空間が多くなり庫内容量の減少を招くという問題があった。また、冷却器に接触する遮蔽板が除霜時に除霜ヒータからの輻射熱による熱変形で、材質の線膨張係数が異なることにより、冷却器との間で異音が発生するという問題もあった。
このようなことから、本発明は、上記課題に鑑み、着霜均一化による霜付着時での冷却効率向上と除霜効率向上により省エネ性能の高い冷蔵庫で、且つ無効空間を抑制した、安価で大容量の冷蔵庫を提供するものである。
上記従来の課題を解決するために、本発明の冷蔵庫は、断熱壁で区画形成された冷凍室と、前記冷凍室の上方に配置した冷蔵室と、前記冷凍室の背面に備えた冷却室と、前記冷却室内でフィンを有する冷媒管を上下方向に積層した冷却器と、前記冷却器の前面を覆う冷却器カバーと、前記冷却器の側面で前記冷蔵室からの冷気を前記冷却室に戻す冷蔵室戻りダクトと、を備えた冷蔵庫において、前記冷却器の冷媒管は上部より下部の幅寸法を短くしたもので、幅寸法を短くした冷媒管は前記冷却器の最下部で前後方向に3列の冷媒管の前側2列であり、前記冷蔵室戻りダクトから前記冷却器への流入部分とするものである。
これによって、庫内からの戻り冷気が冷却器に流入する際に、流入部の空間が拡大されているため風路圧損(通風抵抗)の低減が図れる。故に、戻り冷気の通風抵抗を下げることで循環風量も増加でき、冷却器での熱交換量が増えて蒸発温度が上昇し、冷凍サイクル効率の向上によって省エネを図ることができる。
また、循環風量が増加することは、冷却器の熱交換量の向上となり、庫内を冷却する時間を減らすことができるため、冷却運転時間の短縮による冷却器への着霜量も減らすことができる。これによって、冷却器の除霜周期を延ばす事が可能となり、除霜ヒータの入力回数低減と除霜による庫内温度上昇後の庫内冷却に要する入力低減が図れ、更なる省エネを行うことができる。
また通常、冷却器に付着する霜は、冷却器に流入する庫内からの戻り冷気の流入口に多く付着するが、冷却器の冷媒管の幅寸法を短くしているため、例えば夏場などの湿度が高く、且つ、ドア開閉が多い条件で冷媒管やフィンに霜が付着し易い場合でも、霜による閉塞がしにくい状態となる。即ち、霜の付着する部分を分散し、冷却器に均一的に霜を付着させることができる。
本発明の冷蔵庫は、庫内冷気の戻り部分の空間拡大で風路圧損の低減が図れ、冷却効率が向上すると共に、霜の付着する部分を分散させることが出来るため、高湿な条件で着霜のし易い場合でも霜による性能劣化の抑制及び、霜の分散での除霜効率の向上が図れるため、省エネ性が高く、庫内容量を確保した冷蔵庫を提供することが可能となる。
本発明の実施の形態1における冷蔵庫の斜視図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の縦断面図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の冷却器周辺の正面断面図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の冷却器周辺の縦断面詳細図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の冷却器詳細図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の冷却器を示す斜視図 従来技術による冷蔵庫を説明する冷蔵庫の、冷却器周囲の冷蔵室戻り冷気の案内板を示す斜視図 従来技術による冷蔵庫を説明する冷蔵庫の冷却器周囲の正面断面詳細図と冷蔵室運転時の冷気の流れ図 従来技術による冷蔵庫を説明する冷蔵庫の冷却器室内を示す斜視図
第1の発明は、断熱壁で区画形成された冷凍室と、前記冷凍室の上方に配置した冷蔵室と、前記冷凍室の背面に備えた冷却室と、前記冷却室内でフィンを有する冷媒管を上下方向に積層した冷却器と、前記冷却器の前面を覆う冷却器カバーと、前記冷却器の側面で前記冷蔵室からの冷気を前記冷却室に戻す冷蔵室戻りダクトと、を備えた冷蔵庫において、前記冷却器の冷媒管は上部より下部の幅寸法を短くしたもので、幅寸法を短くした冷媒管は前記冷却器の最下部で前後方向に3列の冷媒管の前側2列であり、前記冷蔵室戻りダクトから前記冷却器への流入部分とするものである。
これによって、材料費低減によるコストダウンのみならず、庫内からの戻り冷気が冷却器に流入する際に、冷媒管の下部を幅方向で短くしているため、流入部の空間拡大による風路圧損(通風抵抗)の低減が図れる。よって、戻り冷気の通風抵抗を下げることで循環風量も増加でき、冷却器での熱交換量が増えて蒸発温度が上昇し、冷凍サイクル効率の向上によって省エネを図ることができる。
また、循環風量が増加することは、冷却器の熱交換量の向上となり、庫内を冷却する時間を減らすことができるため、冷却運転時間の短縮による冷却器への着霜量も減らすことができる。これによって、冷却器の除霜周期を延ばす事が可能となり、除霜ヒータの入力回数低減と除霜による庫内温度上昇後の庫内冷却に要する入力低減が図れ、更なる省エネを行うことができる。
また、除霜時における除霜ヒータの入力回数や入力時間を低減できるということは、非冷却運転時間短縮での温度上昇抑制や、除霜ヒータ自身の発熱による温度上昇抑制となることが、庫内で保存されている食品にも該当する。庫内に保存されている冷凍食品は、除霜時の非冷却運転時間での温度上昇や除霜ヒータ自身の温度からの伝熱、及び除霜時の暖気の庫内流入等により、霜焼けや熱の変動による影響で劣化していくが、本発明による効果で長期間保存した場合でも食品の劣化を抑えることが出来る。
また通常、冷却器に付着する霜は、冷却器に流入する庫内からの戻り冷気の流入口に多く付着するが、冷媒管の下部を幅方向で短くしているため、湿度が高く冷媒管やフィンに霜が付着し易い場合でも霜による閉塞がしにくい状態となる。よって、梅雨時や夏場の高湿な条件においても、霜の付着する部分を分散し、着霜による性能劣化を抑制できるため製品の品質向上となる。
また、冷却器の中でも戻り冷気の流入部分の入口に配設されている冷媒管と最初に熱交換し、除湿することで霜が付着するが、湿度の高い冷蔵室から冷蔵室戻りダクトを通して流入する冷蔵室戻り冷気が流入する部分は霜が付着しやすい。本発明では冷蔵室戻り冷気が流入する部分の冷媒管を短くしたことで、霜の付着と成長による風路阻害を抑制できる。よって、夏場等の高温多湿の条件におけるドア開閉等で庫内に侵入した水分による過負荷な条件においても、霜の成長による風路阻害での鈍冷となることはない。
また、冷蔵室の戻りダクトから冷却器への流入部分の冷媒管を短くしているため、流入部の空間拡大による風路圧損(通風抵抗)の低減が図れる。よって、戻り冷気の通風抵抗を下げることで循環風量も増加でき、冷却器での熱交換量が増えて蒸発温度が上昇し、冷凍サイクル効率の向上によって省エネを図ることができる。
更に、冷蔵室戻り冷気の冷却器への流入部分に冷媒管が無いことと循環風量の増加とあわせ、冷蔵室戻り冷気は範囲を拡大して冷却器と熱交換できる。よって、冷蔵室戻り冷気は冷蔵庫の中でも冷却器との温度差が大きいため、冷却器の熱交換効率を高めて省エネを図ることができると共に、熱交換面積が拡大することは除湿面積即ち、冷却器に着霜させる面積も拡大することであるため、着霜時の冷却能力の劣化も抑制することができる。これによって、冷蔵庫を運転し除霜を必要とするまでの時間を延ばす事が可能となり、除霜ヒータの入力回数低減と除霜による庫内温度上昇後の庫内冷却に要する入力低減が図れ、更なる省エネを行うことができる。
の発明は、第の発明において、冷媒管の幅寸法を短くした部分の上部のフィンを間引いたものである。
これにより、冷却器はフィンを有する冷媒管を上下方向に積層しているため、戻り冷気の上流側で霜による風路閉塞が生じると下流側部分は熱交換しない状態となり冷却効率のロスが発生する。そのため、フィンを間引くことにより、戻り冷気の通風抵抗を下げて循環風量を増加させるだけでなく、着霜時の霜による風路閉塞を軽減させ、霜の付着時の性能劣化を抑制することが出来るため着霜耐力性能の向上を図ることが出来る。
の発明は、第1または第2の発明において、冷蔵室戻りダクトの開口部の上端を冷却器の下端より上方に配置したものである。
これにより、冷蔵室戻りダクトの開口部が拡大されるため、冷却器への風路圧損の更なる低減が図れることでの循環風量増加による冷蔵室を主とした冷却性能の向上と、熱交換効率向上による省エネ性の向上を図ることが出来る。また、冷却器の下端よりも上方に冷蔵室戻りダクトの開口部の上端を配置することで、戻り冷気を冷却器に導きやすくなるだけでなく、冷却器側面の一部を風路として活用できるため無効空間を減少させ、庫内容量を確保することが出来る。
の発明は、第1から第3のいずれかの発明において、冷却器カバーの下部に冷凍室からの冷気を冷却室に戻す冷凍室冷気戻り口を備え、冷凍室冷気戻り口の上端を冷却器の下端より上方に配置したものである。
これによって、戻り冷気の冷却器に対する熱交換面積を大きく取ることができると共に、戻り冷気の通風抵抗を下げることで循環風量も増加でき、冷却器での熱交換量が増えて蒸発温度が上昇し、冷凍サイクル効率の向上によって省エネを図ることができる。
また、冷却器の熱交換量の向上と循環風量の増加によって、庫内を冷却する時間を減らすことができるため、冷却運転時間の短縮による冷却器への着霜量も減らすことができる。これによって、冷却器の除霜周期を延ばす事が可能となり、除霜ヒータの入力回数低減と除霜による庫内温度上昇後の庫内冷却に要する入力低減が図れ、更なる省エネを行うことができる。
また、風路の改善により冷却器の熱交換面積を大きく取れることは、冷却器に着霜させる面積を大きくすることであるため、着霜時の冷却能力の劣化も抑制することができる。これによって、冷蔵庫を運転し除霜を必要とするまでの時間を延ばす事が可能となり、除霜ヒータの入力回数低減と除霜による庫内温度上昇後の庫内冷却に要する入力低減が図れ、更なる省エネを行うことができる。
の発明は、第1から第のいずれかの発明において、冷蔵室戻りダクトから前記冷却器への冷気の進行方向に対して左右の前記冷媒管のフィンを間引いたものである。
これによって、冷気の進行方向に対してフィンを間引いているので、戻り冷気の通風抵抗を更に下げて循環風量を増加させるだけでなく、特に、冷蔵室や野菜室の湿度の高い戻り冷気に対しての着霜時の霜による風路閉塞を軽減させ、霜の付着時の性能劣化を更に抑制することが出来るため、着霜耐力性能の更なる向上を図ることが出来る。着霜耐力性能を向上させるには、冷却器に霜が均一に付着させることが必要である。単位時間当たりに循環する冷気に含まれる水分量が同じと仮定すると、冷却器への均一着霜によって、着霜による風路阻害が遅延されると共に、霜の厚みは概ね同等となるため除霜時に霜を融解させる除霜効率が向上し、除霜時間は短縮される。
の発明は、第1から第のいずれかの発明において、前記冷却器の下方に除霜用ガラス管ヒータを備え、前記ガラス管ヒータの中心高さは前記冷凍室の基本底面より上方に位置するものである。
これによって、冷凍室底基本面と一体となったドレンパンの形状を、略水平とすることが出来、除霜ヒータを設置するための無効空間を減少させることが可能となるため内容積の増加を図ることが出来る。また、ドレンパンの深さを浅く出来ることは、構成する部品を成型する際の金型費用を抑えることが出来るため、コストダウンにも繋がる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成及び差異がない部分については、詳細な説明を省略する。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態1による冷蔵庫の斜視図である。図2は本発明の実施の形態1による冷蔵庫の縦断面図である。図3は本発明の実施の形態1による冷蔵庫の冷却器周辺の正面断面図である。図4は本発明の実施の形態1における冷蔵庫の冷却器周辺の縦断面詳細図である。図5は本発明の実施の形態1による冷蔵庫の冷却器詳細図である。
図1から図5に示すように、冷蔵庫本体101は、前方に開口する金属製(例えば鉄板)の外箱124と硬質樹脂製(例えばABS)の内箱125と、外箱124と内箱125の間に発泡充填された硬質ウレタンフォーム126からなる断熱本体で、この冷蔵庫本体101の上部に設けられた冷蔵室102と、冷蔵室102の下に設けられた上段冷凍室103と、冷蔵室102の下で上段冷凍室103に並列に設けられた製氷室104と、本体下部に設けられた野菜室106と、並列に設置された上段冷凍室103及び製氷室104と野菜室106の間に設けられた下段冷凍室105で構成されている。上段冷凍室103と製氷室104と下段冷凍室105と野菜室106の前面部は引き出し式の図示しない扉により開閉自由に閉塞されると共に、冷蔵室102の前面は、例えば観音開き式の図示しない扉により開閉自由に閉塞される。
冷蔵室102は冷蔵保存のために凍らない温度を下限に通常1〜5℃で設定されている。野菜室106は冷蔵室102と同等もしくは若干高い温度設定の2℃〜7℃とすることが多い。低温にすれば葉野菜の鮮度を長期間維持することが可能である。
上段冷凍室103と下段冷凍室105は冷凍保存のために通常−22から−18℃で設定されているが、冷凍保存状態の向上のために、たとえば−30から−25℃の低温で設定されることもある。
冷蔵室102や野菜室106は庫内をプラス温度で設定されるので、冷蔵温度帯を呼ばれる。また、上段冷凍室103や下段冷凍室105や製氷室104は庫内をマイナス温度で設定されるので、冷凍温度帯と呼ばれる。また、上段冷凍室103は切替室として、ダンパ機構等を用いることで、冷蔵温度帯から冷凍温度帯まで選択可能な部屋としても良い。
冷蔵庫本体101の天面部は、冷蔵庫の背面方向に向かって階段状に凹みを設けて機械室119があり、第一の天面部108と第二の天面部109で構成されている。この階段状の凹部に配置された圧縮機117と、水分除去を行うドライヤ(図示せず)と、コンデンサ(図示せず)と、放熱用の放熱パイプ(図示せず)と、キャピラリーチューブ118と、冷却器107とを順次環状に接続してなる冷凍サイクルに冷媒を封入し、冷却運転を行う。前記冷媒には近年、環境保護のために可燃性冷媒を用いることが多い。なお、三方弁や切替弁を用いる冷凍サイクルの場合は、それらの機能部品を機械室内に配設することも出来る。
また、冷蔵室102と製氷室104および上段冷凍室103とは第一の断熱仕切り部110で区画されている。また、製氷室104と上段冷凍室103とは第二の断熱仕切り部111で区画されている。また、製氷室104および上段冷凍室103と、下段冷凍室105とは第三の断熱仕切り部112で区画されている。
第二の断熱仕切り部111および第三の断熱仕切り部112は、冷蔵庫本体101の発泡後組み立てられる部品であるため、通常断熱材として発泡ポリスチレンが使われるが、断熱性能や剛性を向上させるために硬質ウレタンフォームを用いてもよく、更には高断熱性の真空断熱材を挿入して、仕切り構造のさらなる薄型化を図ってもよい。
また、ドアフレームの稼動部を確保して第二の断熱仕切り部111および第三の断熱仕切り部112の形状の薄型化や廃止を行うことで、冷却風路を確保でき冷却能力の向上を図ることもできる。また、第二の断熱仕切り部111および第三の断熱仕切り部112の内部をくりぬき、風路とすることで材料の低減にもつながりコストダウンが可能となる。
また、下段冷凍室105と野菜室106とは第四の仕切り部113で区画されている。
次に、本実施の形態での冷却器周囲の構成について説明する。
冷蔵庫本体101の背面には冷却室123が設けられ、冷却室123内には、代表的なものとしてフィンアンドチューブ式の冷気を生成する冷却器107が断熱仕切壁である第二および第三の仕切り部111、112の後方領域を含めて下段冷凍室105の背面に上下方向に縦長に配設されている。冷却室123の前面庫内側には、冷凍室を冷却した冷気が冷却器へ戻るための冷気戻り口135を備えた冷却器107を覆う冷却器カバー120が配置されている。また、冷却器107の材質は、アルミや銅が用いられる。
冷却器カバー120は、庫内側の冷却器前側カバー137と冷却器側の冷却器後側カバ
ー138で構成されており、冷却器後側カバー138の冷却器側には、金属製の伝熱促進部材140を配置している。本実施の形態では、コストを考慮して除霜時の伝熱促進用としてはt=8μmのアルミ箔を、上下寸法は冷却器107の下端から上端まで、左右寸法は冷却器107のフィン間から+15mm程度までの大きめの寸法で貼り付けることで、除霜時の伝熱を促進し除霜効率向上での除霜時間短縮効果を得ている。なお、更なる効果を得るために、冷却器107の背面側の内箱125にアルミ箔を配置しても良い。更には、アルミ箔よりも厚みが大きいアルミプレート板や、アルミよりも熱伝導率の高い材料(例えば銅)で構成すると伝熱促進としての効果を更に発揮する。
冷却器107の近傍(例えば上部空間)には強制対流方式により冷蔵室102、製氷室104、上段冷凍室103、下段冷凍室105、野菜室106の各貯蔵室に冷却器107で生成した冷気を送風する冷気送風ファン116が配置され、冷却器107の下方には冷却時に冷却器107や冷気送風ファン116に付着する霜を除霜する除霜ヒータとしてガラス管製のガラス管ヒータ132が設けられている。ガラス管ヒータ132の上方には、ガラス管ヒータ132を覆うカバーヒータ133が配置され、除霜時に冷却器107から滴下した水滴が除霜によって高温になったガラス管表面に直接落ちることで、ジュージューといった音が発生しないようにガラス管径および幅と同等以上の寸法としている。
ガラス管ヒータ132の下方には、冷却器107に付着した霜が解けて落下する除霜水を受ける冷凍室下面である第四の仕切り部113の上面と一体となったドレンパン134が配置されている。
ここで、第四の仕切り部113の上面と一体となったドレンパン134には、冷凍室下面に庫内側に向かって突起部136があり、冷却器カバー120の下部を引っ掛けて固定している。突起部136は、冷気戻り口135の下端とガラス管ヒータ132の間に配置されているため、庫内への赤熱も見えなくするとともに、庫内側から見たときに突起部136は冷却器カバー120の冷気戻り口下端に隠れるため、見栄えも良く外観品位の向上に繋がる。
ここで、近年の冷凍サイクルの冷媒としては、地球環境保全の観点から地球温暖化係数が小さい可燃性冷媒であるイソブタンが使用されている。この炭化水素であるイソブタンは空気と比較して常温、大気圧下で約2倍の比重である(2.04、300Kにおいて)。これにより従来に比して冷媒充填量を低減でき、低コストであると共に、可燃性冷媒が万が一に漏洩した場合の漏洩量が少なくなり安全性をより向上できる。
本実施の形態では、冷媒にイソブタンを用いており、防爆対応として除霜時のガラス管ヒータ132の外郭であるガラス管表面の最大温度を規制している。そのため、ガラス管表面の温度を低減させるため、ガラス管を2重に形成された2重ガラス管ヒータを採用している。このほか、ガラス管表面の温度を低減させる手段としては、ガラス管表面に放熱性の高い部材(例えばアルミフィン)を巻きつけることも出来る。このとき、ガラス管を1重とすることで、ガラス管ヒータ132の外形寸法を小さく出来る。
除霜時の効率を向上させる手段としては、ガラス管ヒータ132に加えて、冷却器107に密着したパイプヒータを併用しても良い。この場合、パイプヒータからの直接の伝熱によって冷却器107の除霜は効率的に行われると共に、冷却器107の周囲のドレンパン134や冷気送風ファン116に付着した霜をガラス管ヒータ132で溶かすことが出来るため、除霜時間の短縮が図れ、省エネや除霜時間における庫内温度の上昇を抑制することが出来る。
なお、ガラス管ヒータ132とパイプヒータを組み合わせた場合、お互いのヒータ容量
を適正化することで、ガラス管ヒータ132の容量を低くすることが可能となる。ヒータ容量を低くすると除霜時のガラス管ヒータ132の外郭の温度も低くすることが出来るため、除霜時の赤熱も抑制できる。
次に、冷蔵庫の冷却について説明する。例えば冷凍室が外気からの侵入熱およびドア開閉などにより、庫内温度が上昇して冷凍室センサ(図示せず)が起動温度以上になった場合に、圧縮機117が起動し冷却が開始される。圧縮機117から吐出された高温高圧の冷媒は、最終的に機械室119に配置されたドライヤ(図示せず)まで到達する間、特に外箱124に設置される放熱パイプ(図示せず)において、外箱124の外側の空気や庫内の硬質ウレタンフォーム126との熱交換により、冷却されて液化する。
次に液化した冷媒はキャピラリーチューブ118で減圧されて、冷却器107に流入し冷却器107周辺の庫内冷気と熱交換する。熱交換された冷気は、近傍の冷気送風ファン116により庫内に冷気が送風され庫内を冷却する。この後、冷媒は加熱され、ガス化して圧縮器117に戻る。庫内が冷却されて冷凍室センサ(図示せず)の温度が停止温度以下になった場合に圧縮機117の運転が停止する。
冷気送風ファン116は、内箱125に直接配設されることもあるが、発泡後に組み立てられる第二の仕切り部111に配設し、部品のブロック加工を行うことで製造コストの低減を図ることもできる。また、冷気送風ファン116前には冷却器前側カバー137で構成されたディフューザー(図示しない)が配置されており、冷気送風ファン116からの静圧の高くなった風を、そのままロスすることなく庫内へ吐出される。
以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用について説明する。
本実施の形態のように、野菜室106が下方に設置され、真ん中に下段冷凍室105が設置され、冷蔵室102が上方に設置された冷蔵庫のレイアウト構成が使い勝手と省エネの観点からよく用いられている。また、庫内容量の観点や、冷凍食品の使用量増加傾向に伴い、下段冷凍室105の庫内ケース寸法を大きく取って容量を向上させた冷蔵庫も発売されている。
この場合の風路構成としては、まず、冷却器107で生成された冷気は冷却器近傍の冷気送風ファン116により、冷蔵室102、冷凍室103、105に冷気が送風される。冷凍室103、105には冷却器カバー120を介して送風された冷気が冷凍室庫内を循環冷却し、冷却器カバー下部の冷気戻り口135から冷却室123に冷気が戻る。一方、冷蔵室102に向かって送風された冷気は、ダンパ(図示せず)によって、庫内温度に同等となるようにダンパを開閉しながら制御される。ダンパを通過後、冷気は冷蔵室102に送風され、冷蔵室庫内を冷却循環した後、冷却器側面を通過する冷蔵室戻りダクト129を通って冷却室123に戻る。また、野菜室106は冷蔵室102に送風される冷気の一部を分流させ、冷却器側面を通過する野菜室吐出ダクト(図示せず)を通って野菜室106に流入する。野菜室106を冷却循環した後、冷却室123に冷気が戻る構成となっている。なお、野菜室106の冷却については、本実施の形態では、冷蔵室102への冷気の一部を野菜室106の冷却用として分流させたが、野菜室冷却用のダンパを用いて独立して冷却する方法を用いても良い。
一般的に、冷凍室の背面に冷却室があり、上部の冷蔵室からの冷気を冷却室に戻す際、ダクトが必要となる。ダクトは無効空間であるため、内容積の減少抑制には冷却室側面にダクトを配設することが一般的であるが、この場合、湿度の高い冷蔵室戻り冷気127の流入は冷却器側面からとなるため、着霜の均一化は難しく、冷却器107への偏着霜が課題となる。
その中で、本実施の形態での冷却器107は、一般的に使用される冷却器107と同様に、代表的なフィンアンドチューブ式の冷却器107であり、フィン146を有する冷媒管145を上下方向に積層した冷却器107である。冷却器107は、概ね上下方向に10段の冷媒管145と、前後方向に3列の冷媒管145からの30本の冷媒管145が冷却器107に配置した構成としており、本実施の形態での冷却器107での冷媒管は上部より下部の幅寸法を短くした構成としている。
これによって、通常、冷却器107に付着する霜は、冷却器107に流入する庫内からの戻り冷気の流入口に多く付着し、特に、湿度の高い冷蔵室から冷蔵室戻りダクト129を通して流入する冷蔵室戻り冷気127の流入する部分に霜が付着しやすい。本実施の形態では冷媒管145を短くしたことで、霜の付着と成長による風路阻害を抑制できる。よって、夏場等の高温多湿の条件におけるドア開閉等で庫内に侵入した水分による過負荷な条件においても、霜の成長による風路阻害での鈍冷になりにくく、製品の品質向上という効果を有する。
また、冷蔵室戻りダクト129から冷却器107への流入部分の冷媒管145を短くしているため、流入部の空間拡大による風路圧損(通風抵抗)の低減が図れる。よって、戻り冷気の通風抵抗を下げることで循環風量も増加でき、冷却器107での熱交換量が増えて蒸発温度が上昇し、冷凍サイクル効率の向上によって省エネを図ることができる。加えて、冷蔵室戻り冷気127の冷却器107への流入部分に冷媒管145が無いことと循環風量の増加とあわせ、冷蔵室戻り冷気127は範囲を拡大して冷却器107と熱交換できることとなる。一般的に、冷却器の能力:Qは、Q=K*A*△Tで表せる。ここで、K:熱通過率、A:伝熱面積、△T:冷却器と通過空気の温度差である。そのため、冷蔵庫の中でも冷却器との温度差が大きい冷蔵室戻り冷気127は、冷却器107の熱交換効率を高めて省エネを図ることができると共に、熱交換面積が拡大することは除湿面積即ち、冷却器107に着霜させる面積も拡大することであるため、着霜時の冷却能力の劣化も抑制することができる。これによって、冷蔵庫を運転し除霜を必要とするまでの時間を延ばす事が可能となり、ガラス管ヒータ132の入力回数低減と除霜による庫内温度上昇後の庫内冷却に要する入力低減が図れ、更なる省エネを行うことができるのである。
更に、除霜時におけるガラス管ヒータ132の入力回数や入力時間を低減できるということは、非冷却運転時間短縮での温度上昇抑制や、ガラス管ヒータ自身の発熱による温度上昇抑制となることが、庫内で保存されている食品にも該当する。庫内に保存されている冷凍食品は、除霜時の非冷却運転時間での温度上昇やガラス管ヒータ自身の温度からの伝熱、及び除霜時の暖気の庫内流入等により、霜焼けや熱の変動による影響で劣化していくが、本実施の形態において、長期間保存した場合でも食品の劣化を抑えることが出来る。
また、冷蔵庫を冷却運転すると、時間経過と共に、ドア開閉時に侵入した空気中の水分や、庫内に投入された食品に付着している水分、さらに野菜室106に保存されている野菜からの水分等で冷却器107には、霜が付着する。この霜が成長を遂げると冷却器107と循環冷気との間で熱交換効率が低下し庫内を十分に冷却できず、最終的に鈍冷や不冷状態となる。よって、冷蔵庫では、冷却器107に付着した霜を定期的に除霜する必要がある。
本実施の冷蔵庫でも、冷蔵庫を運転し、一定時間経過後に自動的に除霜を行っている。除霜時には、圧縮機117、冷気送風ファン116の運転を停止し、除霜ヒータであるガラス管ヒータ132を通電する。冷却器107は、冷却器107の内部に滞留している冷媒や冷却器107に付着した霜の融解によって、概ね、−30℃から0℃への顕熱変化、0℃での潜熱変化、0℃からの顕熱変化を介し、昇温していく。ここで、冷却器に107
は、除霜センサー(図示せず)が取り付けられており、所定の温度になるとガラス管ヒータ132の通電を停止するようにしている。本実施の形態では、除霜センサーが10℃を検知した時点でガラス管ヒータ132の通電を停止するようにしている。
このとき、ガラス管ヒータ132の通電によって、ガラス管表面が高温となり、輻射熱によって冷却器107や冷却器周囲の冷却器107の周囲のドレンパン134や冷気送風ファン116に付着した霜を溶かすことで、冷却器107をリフレッシュしている。
なお、例えば外気温5℃程度や以下の低外気では、冷却器107の霜が十分に除霜されていても、外気の影響で除霜時に除霜センサー(図示せず)の温度が十分に昇温しにくく、除霜時間が長くなる傾向にある。この場合には、0℃以上の顕熱変化の状態をみて、一定時間以上経過していれば除霜を終了する制御を組み合わせることも出来る。これによって、十分に除霜されているにもかかわらず、低外気での冷却器107の昇温不足で除霜時間が長くなってしまい、不必要なヒータ入力や庫内への輻射熱での昇温、更には、除霜時の冷却停止による昇温を抑制することが出来る。
本実施の冷却器107でも、除霜周期の間隔の間で着霜による霜の影響で徐々に冷却能力が低下していくため、霜の付着しやすい部分の、冷蔵室戻りダクト129から冷却器107への冷気流入部分である冷媒管145の幅寸法を短くした上部のフィン146を間引くことで、戻り冷気の通風抵抗を下げて循環風量を増加させるだけでなく、着霜時の霜による風路閉塞を軽減させ、霜の付着時の性能劣化を抑制することが出来るため着霜耐力性能の向上を図っている。
更に、冷気の進行方向に対してフィン146を間引くことで、通風抵抗を更に下げて循環風量を増加させるだけでなく、着霜時の霜による風路閉塞を軽減させて霜の付着時の性能劣化を更に抑制する効果を有している。
なお、本実施の形態での冷却器107のフィン146は、上下方向で積層された冷媒管145に対して分割したフィンを用いているが、フィン枚数が多くなるため、冷却器107の製造工程でのフィン取り付けの工数が必要である。そのため、上下方向で1体となったフィンを用いても良い。これにより、冷却器に付属されるフィンの枚数が低減できるため、工数低減による生産性向上でコストダウンを図ることが出来る。
なお、本実施の形態での冷却器107の冷媒管145は、管内がベア管と呼ばれる管内の加工のされていない冷媒管145である。そのため、管内の熱伝達率を向上させるため、例えば溝付き管を用いても良い。溝付管には、ストレート溝や螺旋溝で構成されたものがあり、溝付き管を用いることで冷却器の性能向上が図れ、更なる省エネとなる。
なお、本実施の形態での冷却器の冷媒管145は、アルミ材質を用いている。近年の材料費高騰によるコストダウンの観点からアルミが使われることが多いが、銅を用いても良い。この場合、熱伝導率が向上するため、冷媒管145の内外での熱交換効率が向上し更なる省エネとなる。
また、冷却器側面に配設された冷蔵室戻りダクト129の冷却器107への開口において、冷蔵室戻りダクト開口部上端143は、冷却器下端144より上方に配置している。これにより、冷蔵室戻りダクト129の開口部が拡大され、冷却器107への風路圧損の更なる低減が図れることでの循環風量増加による冷蔵室102を主とした冷却性能の向上と、熱交換効率向上による省エネ性の向上を図ることが出来る。また、冷却器下端144よりも上方に冷蔵室戻りダクト開口部上端143を配置することで、戻り冷気を冷却器107に導きやすくなるだけでなく、冷却器側面の一部を風路として活用できるため無効空
間を減少させ、庫内容量を確保することが出来る。
また、冷却器カバー120は、下部に冷凍室冷気戻り口135を備えており、冷凍室冷気戻り口上端139は冷却器下端144より上方に配置しているため、庫内を循環した戻り冷気は冷却器107に対して熱交換面積を大きく取ることができるため、冷却器107での熱交換量が増え、冷却器107の能力向上を図ることができる。
また、冷却器107の熱交換量の向上と循環風量の増加によって、庫内を冷却する時間を減らすことができるため、冷却運転時間の短縮による冷却器への着霜量も減らすことができる。これによって、冷却器の除霜周期を延ばす事が可能となり、ガラス管ヒータ132の入力回数低減と除霜による庫内温度上昇後の庫内冷却に要する入力低減が図れ、更なる省エネを行うことができる。
また、風路の改善により冷却器107の熱交換面積を大きく取れることは、冷却器107に着霜させる面積を大きくすることであるため、着霜時の冷却能力の劣化も抑制することができる。これによって、冷蔵庫を運転し除霜を必要とするまでの時間を延ばす事が可能となり、ガラス管ヒータ132の入力回数低減と除霜による庫内温度上昇後の庫内冷却に要する入力低減が図れ、更なる省エネを行うことができる。
なお、冷気戻り口135には風向ガイド部122が設けられている。この風向ガイド部122の間隔は、5mmであり、指の侵入防止や、金型及び冷却器カバー120の強度確保に配慮している。なお、風向ガイド部122も庫内側から冷却器側に向かって上向きの角度を付けている。
なお、風向ガイド部122の傾きが上方向であるため、戻り冷気の吸込み風路の通風抵抗を下げることに加えて、流れの均一化も出来、冷却効率の向上で更なる省エネも図れる。
また、本実施の形態でガラス管ヒータ132の中心は冷凍室底基本面よりも上に位置している。これによって、冷凍室底基本面と一体となったドレンパン134の形状を、略水平とすることが出来、ガラス管ヒータ132を設置するための無効空間を減少させることが可能となるため内容積の増加を図ることが出来る。また、ドレンパン134の深さを浅く出来ることは、構成する部品を成型する際の金型費用を抑えることが出来るため、コストダウンにも繋がる。
なお、本実施の形態では、冷凍室基本面を構成する第四の仕切り部113は別部品として構成している。サブ工程として第四の仕切り部113のみを構成し、後工程にて内箱に挿入し組み立てることで作業工程の分担化が図れ、生産効率が向上する方法を取っている。本構成以外でも、第四の仕切り部113を内箱によって構成することも出来る。その場合は、内箱材料であるABSシートを成型機で延ばし、内箱と仕切り部を含めた一体成型として作成する方法がある。この方法は、内箱の奥行き(深さ)が小さいものによく適用させるが、シートの延びによる厚み均一化を図ることで、奥行きの深い冷蔵庫の作成にも展開できる。これにより、仕切り部を作成する材料費、作業工数、管理費、運送費等が減減らすことが出来、大幅なコストダウンが図れると共に、生産効率も向上するので製品としてのコストダウンを図れ、販売価格の低下にも繋がり、販売率の向上を図ることが出来る。
以上のように、本発明にかかる冷蔵庫は、フィンを有する冷媒管を上下方向に積層した冷却器と、冷却器を覆う冷却器カバーと、冷却器の側面に位置し冷蔵室からの戻り冷気を
冷却室に戻す冷蔵室戻りダクトを備えた冷蔵庫で、上部より下部の幅寸法を短くした冷却器の冷媒管としたことで、庫内風路圧損の低減による冷却効率向上と、霜の均一着霜による除霜効率向上が図れるため、省エネ性や冷凍保鮮性能の向上、庫内容量拡大を目的とする家庭用冷蔵庫などに利用ができる。
102 冷蔵室
105 下段冷凍室
107 冷却器
120 冷却器カバー
123 冷却室
129 冷蔵室戻りダクト
132 ガラス管ヒータ
135 冷気戻り口
139 冷凍室冷気戻り口上端
143 冷蔵室戻りダクト開口部上端
144 冷却器下端
145 冷媒管
146 フィン

Claims (6)

  1. 断熱壁で区画形成された冷凍室と、前記冷凍室の上方に配置した冷蔵室と、前記冷凍室の背面に備えた冷却室と、前記冷却室内でフィンを有する冷媒管を上下方向に積層した冷却器と、前記冷却器の前面を覆う冷却器カバーと、前記冷却器の側面で前記冷蔵室からの冷気を前記冷却室に戻す冷蔵室戻りダクトと、を備えた冷蔵庫において、前記冷却器の冷媒管は上部より下部の幅寸法を短くしたもので、幅寸法を短くした冷媒管は前記冷却器の最下部で前後方向に3列の冷媒管の前側2列であり、前記冷蔵室戻りダクトから前記冷却器への流入部分とすることを特徴とする冷蔵庫。
  2. 前記冷媒管の幅寸法を短くした部分の上部のフィンを間引いたことを特徴とする請求項に記載の冷蔵庫。
  3. 前記冷蔵室戻りダクトの開口部の上端は、前記冷却器の下端より上方に配置したことを特徴とする請求項1または2に記載の冷蔵庫。
  4. 前記冷却器カバーの下部に前記冷凍室からの冷気を前記冷却室に戻す冷凍室冷気戻り口を備え、前記冷凍室冷気戻り口の上端は前記冷却器の下端より上方に配置したことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
  5. 前記冷蔵室戻りダクトから前記冷却器への冷気の進行方向に対して左右の前記冷媒管のフィンを間引いたことを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の冷蔵庫。
  6. 前記冷却器の下方に除霜用ガラス管ヒータを備え、前記ガラス管ヒータの中心高さは前記冷凍室の基本底面より上方に位置することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の冷蔵庫。
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