JP6109520B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、冷蔵庫に関する。

冷蔵庫には冷却貯蔵室の開口部近傍の露付対策として、冷凍サイクルにおける圧縮機からの高温ガス冷媒が流れる放熱パイプを冷蔵庫の前面開口部周縁などの露付を防止したい箇所に配設し、高温の放熱パイプからの熱伝導により、冷蔵庫本体における開口部周縁の温度を露点温度以上の高い温度にすることで露付の防止を実現している。

ただし、上記の構成では、冷凍サイクルを構成する圧縮機が運転状態の場合には、放熱パイプに温度の上昇した冷媒が流れるため防露が実現されるが、冷却貯蔵室が所定温度以下に冷却されると圧縮機が運転を停止し、この状態が長く続くと、放熱パイプに高温冷媒が長時間流れないため、放熱パイプの温度が下がって開口部周縁の温度が低下し、露点温度以下になった場合は、露付が引き起こされてしまう。

この問題への対策として、防露を実現しつつ省エネ性能を高めるために、放熱パイプを通らないバイパス管を別に設け、周囲温度と湿度に応じて放熱パイプとバイパス管のそれぞれの冷媒流路を弁により切換え制御する構成が提案されている（特許文献１参照）。

しかし、放熱パイプにバイパス管を設け、冷媒流路を弁により切換え制御する機構では、バイパス管と弁および弁の制御機構を設ける必要があるため、冷蔵庫の構成が複雑になり、コストが高くなるという問題が生じていた。

特開２００９−１７４７６７号公報

本発明は上記の問題を考慮してなされたものであり、バイパス管や弁あるいは放熱ヒータを設けることなく、低消費電力の防露を実現することができる冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本実施形態の冷蔵庫は、圧縮機と凝縮器と冷却貯蔵室を冷却する冷却器とを環状に連結して冷凍サイクルを形成し、前記凝縮器の下流側に、冷蔵庫本体の前面開口部周縁の露付きを防止する放熱パイプを接続した冷蔵庫において、庫内温度を検出する温度センサと、温度センサの動作温度幅を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶させた動作温度幅の上下限値に沿って圧縮機を運転制御する運転制御部と、庫外湿度を検出する湿度センサと、湿度センサから検出した湿度情報に基づいて、温度センサの動作温度幅を変更する動作温度幅制御部とを備え、前記動作温度幅制御部は、庫外湿度があらかじめ設定された値よりも高い場合に、動作温度幅を小さな値に設定する制御を行う。また、他の本実施形態の冷蔵庫は、圧縮機と凝縮器と冷却貯蔵室を冷却する冷却器とを環状に連結して冷凍サイクルを形成し、前記凝縮器の下流側に、冷蔵庫本体の前面開口部周縁の露付きを防止する放熱パイプを接続した冷蔵庫において、庫内温度を検出する温度センサと、前記温度センサの動作温度幅を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶させた動作温度幅の上下限値に沿って前記圧縮機を運転制御する運転制御部と、庫外湿度を検出する湿度センサと、前記湿度センサから検出した湿度情報に基づいて、前記温度センサの動作温度幅を変更する動作温度幅制御部と、を備え、前記動作温度幅制御部は、庫外湿度があらかじめ設定された値よりも低い場合に、動作温度幅を大きな値に設定する制御を行う。

本実施形態の冷蔵庫全体の概略構成を示す縦断面図である。 本実施形態の冷蔵庫における冷凍サイクルを示す模式図である。 本実施形態の圧縮機の運転制御機構のブロック図である。 本実施形態の庫外湿度に基づく動作温度幅制御のフローチャート図である。 本実施形態の庫外湿度と外気温とに基づく動作温度幅制御のフローチャート図である。 本実施形態の湿度変化に応じた動作温度幅変化と放熱パイプの平均温度変化のタイミングチャート図である。

以下、実施形態を図面に基づき説明する。冷蔵庫の概略的な全体構成を示す図１に示すように、冷蔵庫本体１は鋼板製の外箱２ａと真空成形により設けられる合成樹脂製の内箱２ｂとの間隙にウレタンフォームなどの断熱材２ｃを発泡充填し、前面を開口し内部を貯蔵空間とした縦長の断熱箱体２からなり、貯蔵空間を上方の冷蔵貯蔵空間と下方の冷凍貯蔵空間に断熱区画している。

単一の内箱２ｂで形成された冷蔵貯蔵空間には、複数の載置棚を設けた冷蔵室３と貯蔵容器である下部ケースと上部ケースを備えた野菜室４とを隣接状態で上下に区分配置している。

野菜室４の下方には断熱壁を介して自動製氷装置と貯氷箱を設けた製氷室５と、図示しない小冷凍室とを左右に併置するとともに、最下段には、貯蔵容器である下部ケースと上部ケースを備えた主冷凍室６を配置して、−１８〜−２０℃に冷却保持する冷凍貯蔵空間としている。

前記各貯蔵室の前面開口部は各々独立した断熱扉で閉塞されており、冷蔵室３の前面開口部は左右両側の上下部に設けたヒンジにより観音開き式の冷蔵室扉３ａが回動自在に支持されている。野菜室４および製氷室５と小冷凍室、主冷凍室６は、貯蔵容器を引き出し式の扉４ａ、５ａ、６ａに連結保持し、貯蔵室内に設けたレール機構により引き出し式で閉塞されている。また、冷蔵室扉３ａの前面中央には操作パネル７と外気温センサ８を設置し、冷蔵室扉３ａの前面下部には庫外の湿度を検出する湿度センサ９を設置している。

冷蔵室３と野菜室４に跨る冷蔵貯蔵空間の背部には、冷蔵用冷却器１０と冷蔵用送風機１１が配設されるとともに、冷気ダクト１２と冷却器カバー１３と送風機カバー１４によって冷却貯蔵室内と区画している。また、製氷室５や小冷凍室および主冷凍室６の背面にわたっては、冷凍用冷却器１５と冷凍用送風機１６が配設され、冷気ダクトを形成するカバー体１７によって冷却貯蔵室内と区画している。

なお、冷蔵用冷却器１０の除霜は、冷蔵用冷却器１０への冷媒の流入を停止させた状態で、冷蔵用送風機１１を運転することで、冷蔵室３並びに野菜室４の０℃以上の温度の空気を循環させて行う。

また、冷凍用冷却器１５の下方には、除霜ヒータ１８と除霜水を受ける排水樋が配設される。冷凍用冷却器１５の除霜は、除霜ヒータ１８による輻射熱で冷凍用冷却器１５を加熱することで行う。この時、融解した除霜水は排水樋により、外部に排出される。

断熱箱体２の背面下部の外側には内方に凹陥する機械室１９を形成し、冷凍サイクルの一環をなす圧縮機２０や凝縮器２１、放熱ファン、除霜水を蒸発させる蒸発皿２２を配設している。

また機械室１９の上部には、冷蔵庫の運転を制御するマイコンなどを実装した制御装置２３を設置している。

制御装置２３には、外気温センサ８と湿度センサ９からの検出信号と、冷蔵室３、野菜室４、主冷凍室６の各室内に設けた庫内温度センサ２４、２５、２６からの検出信号と、冷蔵室３や主冷凍室６の扉開閉を検出する各検出スイッチからの検出信号が入力される。また、冷蔵室扉３ａの前面に設置した操作パネル７への使用者の操作による冷却モードの切換えなどの信号が入力され、事前に備えた制御プログラムに基づき、圧縮機２０や冷蔵用送風機１１、冷凍用送風機１６の運転や、冷蔵用冷却器１０と冷凍用冷却器１５への冷媒切換え、操作パネル７の表示などの制御をおこなう。

次に冷凍サイクルについて説明する。図２に示すように、圧縮機２０を起動することで冷媒が圧縮され、高温高圧となった冷媒ガスは蒸発皿２２の下面に配した蒸発パイプ２７に導かれる。高温となった蒸発パイプ２７は、蒸発皿２２に溜まっている除霜水の蒸発を促す。さらに、蒸発パイプ２７には凝縮器２１が接続され、高温のガス冷媒は凝縮器２１でその熱を放出させながら冷却される。

その後冷媒は、冷蔵庫本体１背面の周縁に配された凝縮器２１の一部を成す放熱パイプ２８ａに導かれ、さらに、冷蔵庫側面下部を通って冷蔵庫前面下部に回りこみ、最下段に位置する主冷凍室６の開口部周縁から順に各冷却貯蔵室の開口部周縁における外箱２ａの鍔部の裏面などの露付を防止したい箇所に配した放熱パイプ２８を流下する。なお、各冷却貯蔵室の仕切部においては、放熱パイプ２８をＵ字状に折り返すことで、開口部周縁に連続する加熱体を形成する。したがって、冷凍サイクルを運転する間、放熱パイプ２８には高温の冷媒が流れるため、熱伝導により放熱パイプ２８近傍の外箱２ａの温度が上昇し、露点以上の温度を保持することで防露を実現する。

放熱パイプ２８を通過した冷媒は機械室１９に位置する三方弁２９に導かれ、制御装置２３の指令に基づき、この三方弁２９によって冷蔵用キャピラリチューブ３０と冷凍用キャピラリチューブ３１のそれぞれに冷媒流路を切換える。キャピラリチューブを通過することで減圧され、液状となった冷媒は冷蔵庫奥面に配される冷蔵用冷却器１０と冷凍用冷却器１５のそれぞれの冷却器へと向かい、冷却器で気化することで気化熱によって冷蔵用と冷凍用冷却器１０、１５を低温化し、冷気を生成して冷却室を冷却する。この熱交換により冷媒は気体となる。その後、冷却器を通過したガス冷媒がサクションパイプ３２を通って再び圧縮機２０に吸入され、一連の冷凍サイクルが繰り返される。

次に冷却運転の制御機構について説明する。図３は、圧縮機の運転制御機構のブロック図であって、制御装置２３は、圧縮機２０の運転制御を行う運転制御部３３と、冷蔵室３内あるいは主冷凍室６内の冷却目標温度に対して設定される動作温度幅を、庫外湿度または庫外湿度と外気温の両方の情報から変更制御する動作温度幅制御部３４と、動作温度幅を記憶する記憶手段３５とを備えている。

さらに、制御装置２３には各庫内温度センサ２４、２５、２６と外気温センサ８と湿度センサ９が接続され各検出信号が送られるとともに、制御対象である圧縮機２０が接続される。

運転制御部３３による圧縮機２０の制御は、記憶手段３５に記憶された動作温度幅に基づいて行う。すなわち、冷蔵室３の庫内温度が設定された動作温度幅の上限であるオン点に達すると、圧縮機２０を駆動して冷蔵用冷却器１０により冷蔵室３内を冷却し、冷蔵室３の庫内温度が動作温度幅の下限であるオフ点に達すると圧縮機２０の運転を停止する。同様に、主冷凍室６の庫内温度が設定された動作温度幅の上限であるオン点に達すると、圧縮機２０を駆動して冷凍用冷却器１５により主冷凍室６内を冷却し、主冷凍室６の庫内温度が動作温度幅の下限であるオフ点に達すると圧縮機２０の運転を停止する。冷蔵室３と主冷凍室６の庫内温度が動作温度幅内におさまるように圧縮機２０を運転し、冷却貯蔵室の庫内温度を目標とする温度範囲内に保持するように運転制御する。

例えば、冷蔵室３内の冷却目標温度が２℃で、設定される動作温度幅が±１℃の場合、運転制御される動作温度の範囲は１℃から３℃となる。従って、庫内温度が動作温度の上限である３℃に達すると、運転制御部３３により圧縮機２０を駆動し、動作温度の下限である１℃に達するまで冷却運転が継続される。

同様に、主冷凍室６内の冷却目標温度が−２０℃で、設定される動作温度幅が±２℃の場合、運転制御される動作温度の範囲は−２２℃から−１８℃となる。従って、庫内温度が動作温度の上限である−１８℃に達すると、運転制御部３３により圧縮機２０を駆動し、動作温度の下限である−２２℃に達するまで冷却運転が継続される。

そして、動作温度幅制御部３４による動作温度幅の変更制御は、庫外雰囲気が露付現象を引き起こしやすい高温高湿であるほど動作温度幅を小さく設定し、低温低湿であるほど動作温度幅を大きく設定する。

図４は庫外湿度に基づく動作温度幅制御のフローチャート図である。ただし図４においてＷ１＜Ｗ２である。本実施形態では庫外湿度に応じて、動作温度幅の値を変えるように制御する。すなわち、庫外湿度があらかじめ設定した湿度より高い場合には、外箱２ａ外表面の露付を起こしやすいため、動作温度幅を小さく設定する。一方、庫外湿度が設定値より低い場合には、露付を起こしにくいため、動作温度幅を大きく設定する。

図５は庫外湿度と外気温とに基づく動作温度幅制御のフローチャート図であり、図４と同様、Ｗ１＜Ｗ２の関係にある。前述のとおり、外気温が高いほど、冷却貯蔵室の庫内温度との温度差が大きくなるため露付を起こしやすい。従って、外気温および庫外湿度がともに設定値よりも低い低温且つ、低湿の状態のみ動作温度幅を大きく設定し、設定値より高い高温または、高湿時には動作温度幅を小さく設定する。

図４と図５のフローチャートに対応する具体的数値は、例えば、庫外の設定湿度を８０％、庫外の設定温度を１５℃としたとき、冷蔵室３内の冷却目標温度が２℃であればＷ１＝±１℃、Ｗ２＝±２℃である。また、主冷凍室６内の冷却目標温度が−２０℃であればＷ１＝±２℃、Ｗ２＝±４℃である。ただし、ここで示したＷ１とＷ２の値はあくまで一例であり、冷蔵庫の性能や使用環境などの条件により適宜変更が必要となる。

図６は湿度変化に応じた動作温度幅変化と放熱パイプ２８の平均温度変化のタイミングチャート図である。湿度が設定値である８０％に達したことで、動作温度幅が小さく設定される。すなわち、庫内温度において圧縮機２０を駆動する温度であるオン点が低く、圧縮機２０の運転を停止する温度であるオフ点が高く設定される。これにより、圧縮機２０が頻繁に駆動され、放熱パイプ２８を高温冷媒が流れる度合が増加するため、放熱パイプ２８の平均温度が上昇する。

上述した実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。

冷蔵庫前面の開口部周縁などに放熱パイプ２８を配して防露を実現した冷蔵庫において、湿度センサ９により庫外湿度を検出し、湿度が８０％以上と高く、露付を引き起こしやすい場合には、動作温度幅を小さく設定し、圧縮機２０を頻繁に運転することによって、放熱パイプ２８を冷媒が頻繁に流れることで、放熱パイプ２８の温度が高い状態が維持されやすくなり、外箱２ａ面への露付を防止できる。一方、湿度が８０％以下と低く、露付を引き起こしにくい場合には、動作温度幅を大きく設定し、放熱パイプ２８の温度が過度に高くなることを防ぐ。また、湿度センサ９に併せて外気温センサ８により外気温を検出し、外気温が高い、すなわち庫内温度との温度差が大きく露付を起こしやすい場合には、動作温度幅を小さく設定し、放熱パイプ２８の温度を高く保つ。一方、外気温が低い場合には、露付を起こしにくいため、動作温度幅を大きく設定し、放熱パイプ２８の高温化を防止する。これにより、庫外湿度と外気温のふたつの情報に基づいて、確実な防露作用を実現しつつ、放熱パイプ２８の温度が高くなり過ぎ、外箱２ａ温度の上昇による庫内への熱の移動による庫内の貯蔵品への悪影響を抑え、消費電力量を低減することができる。

また、上記構成では、防露を実現する機構が放熱パイプ２８のみで済むので、冷蔵庫の部品点数が削減でき、製造性の向上やコストダウンが期待できるとともに、防露を目的とした冷媒流路の切換え機構や管路を必要としないので、液冷媒が冷凍サイクルの管路から分離された放熱パイプ２８内に滞留するようなことがない。すなわち、冷凍サイクル全体としての冷媒量が不足する現象が起こらないため、安定した冷凍サイクル運転とともに、冷却性能を得ることができる。

以上において、放熱パイプ２８以外の防露手段を備えていない冷蔵庫、すなわち、放熱ヒータや、バイパス管を用いて冷媒流路を弁により切換え制御する機構などを備えていない冷蔵庫について説明を行ったが、防露手段として放熱パイプ２８以外の部品を備えた冷蔵庫に適用してもよい。その場合、庫外湿度や外気温に基づいて、放熱ヒータの制御や放熱パイプ２８を流れる冷媒の流量の制御など、複数の防露手段を制御することになるので、防露の精度をさらに高めることができる。

変形例として、あらかじめ設定された湿度と実際の庫外湿度との差の大きさから動作温度幅の変更制御を決定するのではなく、庫外湿度と外気温情報から露点温度を算出して、放熱パイプ２８により防露したい箇所が露点温度以上の温度になるように動作温度幅を決定してもよい。

また、冷凍サイクルとしては、冷蔵用と冷凍用など複数の冷却器を備えたものに限られず、単一の冷却器を備えた冷蔵庫の場合でもよい。

以上のように本実施形態の冷蔵庫によると、露付を防止するため放熱パイプ２８を冷蔵庫の前面開口部周縁に配した冷蔵庫において、検出した庫外湿度の情報から圧縮機２０の動作温度幅を変更し、放熱パイプ２８の温度を制御することで、冷媒流路制御弁や放熱ヒータなどの防露のための部品を設けることなく、放熱パイプ２８のみで露付きを防止できるばかりでなく、庫外が高湿時や高温時以外は、放熱パイプ２８の過度な高温化を防ぐことで、庫内温度への悪影響を防ぐことができ、低消費電力の防露が実現できる。また、この構成では、防露を実現する機構が放熱パイプ２８のみで済むので、冷蔵庫の部品点数が削減でき、製造性の向上やコストダウンが期待できる。

また、防露を目的として冷媒の流路を切換えることがないので、不足冷媒現象が起こらず、安定した冷凍サイクル運転とともに、安定した冷却性能を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２は断熱箱体、２ａは外箱、２ｂは内箱、２ｃは断熱材、８は外気温センサ、９は湿度センサ、１０は冷蔵用冷却器、１５は冷凍用冷却器、２０は圧縮機、２１は凝縮器、２３は制御装置、２８は放熱パイプ、２９は三方弁、３０は冷蔵用キャピラリチュ−ブ、３１は冷凍用キャピラリチュ−ブ、３２はサクションパイプ、３３は運転制御部、３４は動作温度幅制御部、３５は記憶手段を示す。

Claims (5)

1. 圧縮機と凝縮器と冷却貯蔵室を冷却する冷却器とを環状に連結して冷凍サイクルを形成し、前記凝縮器の下流側に、冷蔵庫本体の前面開口部周縁の露付きを防止する放熱パイプを接続した冷蔵庫において、
   庫内温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの動作温度幅を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶させた動作温度幅の上下限値に沿って前記圧縮機を運転制御する運転制御部と、
   庫外湿度を検出する湿度センサと、
   前記湿度センサから検出した湿度情報に基づいて、前記温度センサの動作温度幅を変更する動作温度幅制御部と、
   を備え、
   前記動作温度幅制御部は、庫外湿度があらかじめ設定された値よりも高い場合に、動作温度幅を小さな値に設定する制御を行う冷蔵庫。
2. 圧縮機と凝縮器と冷却貯蔵室を冷却する冷却器とを環状に連結して冷凍サイクルを形成し、前記凝縮器の下流側に、冷蔵庫本体の前面開口部周縁の露付きを防止する放熱パイプを接続した冷蔵庫において、
   庫内温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの動作温度幅を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶させた動作温度幅の上下限値に沿って前記圧縮機を運転制御する運転制御部と、
   庫外湿度を検出する湿度センサと、
   前記湿度センサから検出した湿度情報に基づいて、前記温度センサの動作温度幅を変更する動作温度幅制御部と、
   を備え、
   前記動作温度幅制御部は、庫外湿度があらかじめ設定された値よりも低い場合に、動作温度幅を大きな値に設定する制御を行う冷蔵庫。
3. 前記動作温度幅制御部は、庫外湿度があらかじめ設定された値よりも低い場合に、動作温度幅を大きな値に設定する制御を行う請求項１に記載の冷蔵庫。
4. 庫外温度を検出する外気温センサを備え、湿度センサ情報と前記外気温センサの情報に基づいて、動作温度幅を変更制御し、
   前記動作温度幅制御部は、庫外湿度があらかじめ設定された値よりも低い場合であっても、庫外温度があらかじめ設定された値よりも高い場合に、動作温度幅を小さな値に設定する制御を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷蔵庫。
5. 庫外温度を検出する外気温センサを備え、湿度センサ情報と前記外気温センサの情報に基づいて、動作温度幅を変更制御し、
   前記動作温度幅制御部は、庫外湿度があらかじめ設定された値よりも低く、かつ、庫外温度があらかじめ設定された値よりも低い場合に、動作温度幅を大きな値に設定する制御を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷蔵庫。

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