JP6689219B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

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Description

本発明は,冷蔵庫に関する。
冷蔵庫は,複数の貯蔵室を仕切るために開口縁を設けた断熱箱体と,貯蔵室ごとに断熱扉を備え,圧縮機,放熱手段,減圧手段,蒸発器から構成される冷凍サイクルによって,貯蔵室内の空気を冷却する。
このような冷蔵庫では,貯蔵室と開閉扉との間から熱のリークが生じて,この付近にある開口縁の表面温度が外気温度より低下し,更に露点温度以下になると結露してしまう不具合があった。そのため,冷蔵庫の開口縁に高圧配管(以下,結露防止パイプという)を這わせ,温めることで結露の発生を防止していた。
従来の結露防止の例として,たとえば特開2007−78282号公報には『開口縁に冷媒の往復経路を構成し,かつ冷媒を対向して流す』と記載されている。特許文献1に開示された冷蔵庫では,冷媒配管を往復経路で対向して流している。1方向の配管経路とすると,開口縁に這わせた配管の下流域では冷媒が2相状態から液状態となり,冷媒配管温度が低下することで,開口縁の温度が露点以下となり結露が生じてしまうため,特許文献1では,4つの流路を並列とすることで開口縁の温度分布の均一化を図り,確実に結露を防止している。
特開2007−78282号公報
しかし,特許文献1記載の冷蔵庫では,複数の配管を並列して配置するために開口縁スペースを拡大する必要があり,貯蔵室容量が小さくなる課題があった。また,開口縁スペースを変えずに複数の配管を配置しようとすると,直径の小さいものを使用する必要があるため管摩擦による圧力損失が増大し,省エネルギ性の低下を招くという課題があった。
そこで本発明は,省エネルギ性を極力損なわず,限られた開口縁スペースで確実に結露を防止する冷蔵庫を提供することを課題とする。
このような課題を解決するために,本発明に係る冷蔵庫は,前方に開口縁を備えた断熱箱体と,前記開口縁を開閉可能な扉と,該扉と前記断熱箱体によって形成された貯蔵室と,圧縮機と,放熱手段と,前記開口縁を加熱する結露防止配管と,減圧手段と,蒸発器とを備えた冷蔵庫において,前記圧縮機の吐出口から吐出される冷媒を,前記放熱手段,前記結露防止配管,前記減圧手段,前記蒸発器,前記圧縮機の吸込口の順に流す冷媒流路を備え,前記結露防止配管の上流側で前記冷媒配管を分岐し,かつ前記結露防止配管の下流側で合流し,分岐流路の一方と合流流路が近接して流れることを特徴とする。
本発明によれば,省エネルギ性を極力損なわず,限られた開口縁スペースで確実に結露を防止することができる。
実施例1に係る冷蔵庫の正面図である。 実施例1に係る冷蔵庫のA−A断面図である。 実施例1に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図である。 実施例1に係る冷蔵庫の放熱器の実装配置図である。 実施例1に係る断熱仕切り壁11bの前面側における断面図である。 実施例1に係る配管内部における冷媒の状態を模式的に表した図である。 実施例1に係る第四の放熱器26dを冷蔵庫正面から見た構成図である。 実施例1に係る第四の放熱器26dの冷媒温度分布を示す図である。 図7のB−B断面図である。 実施例1に係る冷蔵庫のモリエル線図である。 実施例2に係る第四の放熱器26dを冷蔵庫正面から見た構成図である。 実施例3に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図である。
以下,本発明の実施例について,適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係る冷蔵庫の実施例1を,図1から図10を参照して説明する。
図1は実施例1に係る冷蔵庫の正面図である。図1に示すように,本実施例の冷蔵庫1は,上方から冷蔵室2,左右に併設された製氷室3と上段冷凍室4,下段冷凍室5,野菜室6の順番で構成されている。冷蔵室2は左右に分割され,観音開きする回転式の冷蔵室ドア2aを備え,製氷室3,上段冷凍室4,下段冷凍室5,野菜室6は,それぞれ引き出し式の製氷室ドア3a,上段冷凍室ドア4a,下段冷凍室ドア5a,野菜室ドア6aを備えている。 以下では,冷蔵室ドア2a,製氷室ドア3a,上段冷凍室ドア4a,下段冷凍室ドア5a,野菜室ドア6aを,単にドア2a,3a,4a,5a,6aと以下で呼ぶ。 また,製氷室3,上段冷凍室4,下段冷凍室5は,まとめて冷凍室7と呼ぶ。
図2は,実施例1に係る冷蔵庫のA−A断面図である(図1参照)。冷蔵庫1の庫外と庫内は,外箱9aと内箱9bとの間に発泡断熱材を充填して形成される,断熱箱体9によって隔てられている。 断熱箱体9には発泡断熱材に加えて複数の真空断熱材10を,外箱9aと内箱9bとの間に実装し,高断熱化を図っている。各貯蔵室は断熱仕切壁11a,11b,11c,11dによって隔てられている。また,断熱仕切壁11a,11b,11c,11dの前方には仕切りカバー12が備わっている。 ドア2aの庫内側には複数のドアポケット13と,冷蔵室2には複数の棚14が上下方向に設けてあり,複数の貯蔵スペースに区画されている。
上段冷凍室4,下段冷凍室5及び野菜室6には,それぞれの前方に備えたドア4a,5a,6aと一体に移動する収納容器4b,5b,6bがそれぞれ設けられており,ドア4a,5a,6aを手前側に引き出すことにより,収納容器4b,5b,6bも引き出せるようになっている。製氷室3(図示なし)にもドア3aと一体に移動する収納容器が設けられ,ドア3aを手前側に引き出すことにより,収納容器3bも引き出せる。
冷却器15は下段冷凍室5の後方に設けてあり,冷却器15の上方に設けた庫内プロペラファン16により,冷却器15と熱交換した冷気が冷蔵室冷気ダクト17,冷凍室冷気ダクト18,野菜室送風ダクト(図示なし)を介して冷蔵室2,製氷室3,上段冷凍室4,下段冷凍室5,野菜室6へ送られる。
各貯蔵室への冷気の送風は,ダンパ20の開閉により制御される。ダンパ20にはバッフルプレート21を備えており,バッフルプレート21はモータ駆動によって開閉角度が調整され,送風量を調整している。
各貯蔵室に送られた空気は冷却器15の下方(流入口)に戻ることで連続的に冷却することができる。
冷却器15の下方にはラジアントヒータ22を設けている。冷却器15の表面に霜が成長し,風路が狭まった場合は,ラジアントヒータ22を動作させることで除霜している。
冷蔵庫1の上壁後方には制御基板23が配置されており,制御基板23に記憶された制御手段に従って圧縮機25,庫内プロペラファン16のON/OFFや回転数の制御,ダンパ20の開閉制御が実施される。
冷蔵庫1の下方に設けた機械室24内には,圧縮機25の他に第一の放熱器26a(図2中に図示なし)と庫外プロペラファン27(図2中に図示なし)が配置されている。
図3は,第1の実施例に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図である。庫内には,冷却器15と,庫内プロペラファン16を備えている。庫外または断熱壁9内部には,冷媒を圧縮するための圧縮機25と,庫外プロペラファン27を備えた第一の放熱器26a,第二の放熱器26b,第三の放熱器26c,第四の放熱器26d,および冷媒を膨張させる減圧手段であるキャピラリチューブ28を備えている。また,圧縮機24,第一の放熱器26a,第二の放熱器26b,第三の放熱器26c,第四の放熱器26d,キャピラリチューブ28,冷却器15は配管29で接続され,冷媒が循環できるようになっている。
図3に示す冷凍サイクルでは,減圧手段としてはキャピラリチューブを一例にして挙げているが,膨張弁や,膨張弁とキャピラリチューブを組み合わせた場合でも良い。また,本実施例では送風手段として庫内プロペラファン16,庫外プロペラファン27を備えているが,後ろ向きファンや多翼ファンといった遠心ファンなどの他の形態でも良く,複数のファンを備えても良い。
庫内空気は,庫内プロペラファン16によって吸引されて,冷却器15を通過することにより,冷媒と熱交換して冷却できるようになっている。庫外空気は,第一の放熱器26a,第二の放熱器26b,第三の放熱器26c,第四の放熱器26dを通過することにより冷媒と熱交換して放熱できるようになっている。第一の放熱器26aは,庫外プロペラファン27によって庫外空気を吸引するため,第二から第四の放熱器に比べて放熱しやすい構成となっている。
図4は,第1の実施例に係る冷蔵庫の放熱器の実装配置図である。第一の放熱器26a(図4中に図示なし)は,例えば機械室24に配置したフィンチューブ式の熱交換器で,第二の放熱器26b,第三の放熱器26c,第四の放熱器26dは,いずれも冷蔵庫1の外表面の内側に沿って配置した放熱パイプである。また,第二の放熱器26bと第三の放熱器26cは冷蔵庫1の外箱9aに熱を伝導させるように外箱9の内側に放熱パイプを設けている。第四の放熱器26dは各貯蔵室を分割する断熱仕切り壁11a,11b,11c,11d(図2参照)の前方の仕切りカバー12に熱を伝導させるように仕切りカバー12の内側に放熱パイプを設けている。また,第四の放熱器26dは,放熱をするだけでなく,仕切りカバー12の結露防止の役割もある。
図5は第1の実施例に係る断熱仕切り壁11bの前方の断面図である。断熱仕切り壁11bの前方には仕切りカバー12を設け,仕切りカバー12に接触するように,第四の放熱器26dを設けている。なお、放熱パイプと仕切りカバー12の接触状態を確保して熱を確実に伝えられるように、放熱パイプと仕切りカバーの間にゴム材やグリース材を介入させても良い。また,ドア4aと5aの間には隙間があり,庫外空気が仕切りカバー12まで侵入してくる。仕切りカバー12は庫内空気によって冷やされているため,仕切りカバー12表面では,庫外空気が冷やされて露点以下になり結露してしまう恐れがある。そのため,仕切りカバー12の表面温度は,仕切りカバー12の表面温度を露点以上とすることで,結露を防いでいる。
一方で,仕切りカバー12の表面温度を上げると庫内に入る熱(熱の流れ30)が増加し、省エネルギ性が低下する。そのため,露点以上に保ちつつ,省エネルギ性を極力損なわないように第四の放熱器26dを設けることが必要である。
図6は,第1の実施例に係る配管内部における冷媒の状態を模式的に表した図である。図では,圧縮機25からキャピラリチューブ28の間の配管内部の冷媒状態を説明する。一般に圧縮機で圧縮されて高温高圧になったガス冷媒は,放熱器を通して庫外に熱を放出し,気相域,相変化中の気液二相域,液相域と冷媒の状態が変化する。 本実施例の冷蔵庫においては,最下流にある第四の放熱器26dでは,上流側が気液二相流となり,下流側が液域となる構成をしている。
一般的に,気液二相状態の冷媒は,庫外空気との交換熱量は状態変化に使われるため温度変化は小さい。一方で液単相状態の冷媒は,庫外空気と熱交換することで,冷媒温度が下がる。このため、第四の放熱器26dにより加熱される仕切りカバー12の温度も下がり,仕切りカバー12の表面で結露しやすくなる。 従って,冷媒が液単相状態である第四の放熱器26d下流周辺の仕切りカバー12の温度を,露点以上に保つことが課題となる。
図7は,第1の実施例に係る第四の放熱器26dを冷蔵庫正面から見た構成図である。第四の放熱器26dは,ドア2aの下面,そして,ドア3a,4a,5a,6aの周囲に備えられている。これにより,ドアとドアの隙間に侵入してくる庫外空気が仕切りカバー12の表面で冷やされて結露することを防止している。
第四の放熱器26dの流入側(ガス側)には分配器31を備え,2つの流路に分岐し,分岐流路32aは左方へ,もう一方の分岐流路32b(点線で図示)は上方へ進むように構成している。さらに,右上方にある合流器33で合流し,合流流路34の流出側(液側)は,分岐流路32bと近接するように構成している。合流流路34の流出側と近接するように分岐流路32bを備えることで,合流流路34内の液単相冷媒による温度低下に伴う仕切りカバー12の温度低下を,分岐流路32b内の一定温度である気液二相冷媒により抑制することができる。ここで、近接とは流路同士の距離が近いだけでなく、加熱対象が同一であることを指している。本実施例では同一の仕切りカバー12を加熱していれば、流路の間に仕切り等があったとしても同一の効果が得られる。
図8は,第1の実施例に係る第四の放熱器26dの冷媒温度分布である。分配器31と合流器33を備えた効果を,図8(a) (b)にわけて詳細に説明する。
図8(a)は,分岐と合流のない冷媒流路構成での冷媒温度分布を表す比較例である。 第四の放熱器26dの流入側(ガス側)は気液二相状態のため,冷媒温度はほぼ一定である。 冷媒の状態が液単相状態になると,冷媒の温度は急激に下がり,第四の放熱器26dの流出側(液側)では,庫外空気の露点温度に近くなる。そのため,第四の放熱器26dの最低温度が露点温度に近い場合は,同様に仕切りカバー12の最低温度も露点温度に近く,結露する恐れがあった。
図8(b)は,実施例1の冷媒温度分布である。分岐流路32aは,分岐により冷媒量は少ないため,従来に比べて短い距離で液単相状態となる。一方で,分岐流路32bは距離が短く,管内の圧力損失が小さいため気液二相状態を維持したまま合流器33に流入しやすい。分流流路32aあるいは32bどちらか一方が気液二相状態であれば,合流流路34の上流側では気液二相状態であり,庫外空気との熱交換が進むと,やがて液単相となり温度が低下する。
ここで,合流流路34の出口は液単相であり,庫外空気の露点温度に近くなるが,合流流路34に接触する仕切りカバー12には,気液二相状態の分岐流路32bも接触しているため,仕切りカバー12の最低温度は,分岐流路32bの流入側と合流流路34の流出側との間の温度となる。そのため,庫外空気の露点温度と仕切りカバーの最低温度との温度差は比較例の構成(図8(a))よりも大きくなり,確実に結露を防止することができる。また,第四の放熱器26dの温度を高める必要がないため,庫内への加熱量も最小限となり,省エネルギ性を極力損なわずに結露を確実に防止することができる。
さらには,比較例に示す分流器と合流器のない構成に対して,仕切りカバー12のスペース(開口縁)内の最大配管本数は変わらず,かつ右方にある一部の領域のみ配管が増える構成のため,限られた仕切りカバー12のスペース内で構成可能である。
図7において,分岐流路32bの管内径は,分岐流路32aのそれより細くしている。分岐流路32bは長さが短いため圧力損失が小さくガス冷媒が流れやすいため,分岐流路32bにガス冷媒が多量に流れることで,分岐流路32aは早い段階で液単相冷媒となり,合流器に到達する前に露点以下まで冷えて結露してしまう恐れがある。一方で,分岐流路32bに流れるガス冷媒が少ない場合は,分岐流路32bの下流で液単相冷媒となり温度低下する恐れがあるが,合流流路34の中間領域と近接しているため,仕切りカバー12の温度が露点以上に保たれやすい。そのため,分岐流路32aの圧力損失ΔPaが大きくなりすぎない,言い換えると分岐流路32bの圧力損失ΔPbが小さくなりすぎないようにΔPa≦ΔPbとすることが望ましい。本実施例では、分岐流路32aの管内径をDa,分岐流路32bの管内径をDbとした場合,Da≧DbとすることでΔPa≦ΔPbを満足するようにしている。
本実施例では,配管形状を円管として構成しているが,例えば扁平管や四角形状の管でも同様な考え方が成り立つ。分岐流路32aの断面積をAa,分岐流路32bの断面積をAbとした場合,Aa≧Abとなっていれば同様な効果が得られる。
また,本実施例では,管内の圧力損失を管内径により調整し,冷媒の分配を調整する構成としたが,分配器形状により調整しても,あるいは,管内径あるいは断面積による調整と分配器による調整を組み合せても構わない。
分配器31の構成により調整する場合は,例えば,分配器31内の分岐流路32aに接続する流路面積をBa,分配器31内の分岐流路32bに接続する流路面積をBbとした場合,Ba≧Bbとなることが望ましい。
なお、ΔPa≦ΔPbの関係は、単相状態の液体を分岐流路32a及び分岐流路32bに流した際の圧力損失を比較することで確認できる。
図9は,第1の実施例に係る冷蔵庫のB−B断面図である(図7参照)。図において,庫内側に分配流路32bを,庫外側に合流流路34を配置している。仕切りカバー12は庫内によって冷やされるため,庫外側に対して庫内側の温度が低くなり,庫外空気が冷やされて結露しやすい。そのため,冷媒の状態が気液二相状態で,温度が露点以上に保たれやすい分配流路32bを庫内側に配置し,冷媒の状態が液単相状態となり,温度が露点以下になりやすい合流流路34を庫外側に配置することで,仕切りカバー12内の温度分布が均一化され,局所的に温度が低下することによる庫外空気の結露を防止することができる。
本実施例では、加熱対象として仕切りカバー12としたが、加熱対象は仕切りカバー12に限定されなく、例えばドア開閉の機構部品や金属の板など、冷蔵庫の構造によって変更でき、いずれの場合でも同様の効果が得られる。
また,図9において,分岐流路32bと合流流路34は近接しつつも,直接接触しないように構成している。直接接触させないことによる効果を図10より説明する。
図10は,実施例1に係る冷蔵庫のモリエル線図を示している。図10の横軸は比エンタルピで,縦軸は圧力を示している。冷媒の状態は,圧縮機により圧縮され(a)から(b)の状態になり、放熱器により放熱されて(c)になり,キャピラリチューブにより減圧されて(d)となって冷却器に入る。
ここで,放熱器出口の温度が高い,言い換えると分岐流路32bと合流流路34が直接接触している場合は,放熱器の出口における比エンタルピ(c)が高くなり(c‘)となる。そのため,冷却器の入口の比エンタルピも(d)から(d’)になり,冷却器入口と出口の比エンタルピ差が小さくなるため,エンタルピ差(a)−(d)から(a)−(d’)に低下することによって、省エネルギ性が低下する恐れがある。分岐流路32bと合流流路34を非接触とすることで,このような省エネルギ性の低下を最小限に抑えることができる。
次に本発明の実施例2に係る冷蔵庫について,図11を用いて説明する。実施例2に係る冷蔵庫においても,実施例1に係る冷蔵庫と同様に,第四の放熱器26dに分流器31と合流器33を備え,合流流路34が分岐流路32bの一方と近接するように構成されているが,実施例1とは分岐流路および合流流路の流路長さが異なっている。なお,その他の構成は同様であり,重複する説明は省略する。
図11は,第四の放熱器26dを冷蔵庫正面から見た構成図である。第四の放熱器26dの流入側(ガス側)には分配器31を備え,2つの流路に分岐し,分岐流路32aは左方へ,もう一方の分岐流路32bは上方に進むように構成している。さらに,右上方にある合流器33で合流し,合流流路34は,分岐流路32bと近接するように構成している。
第2の実施例では,第1の実施例に対して分岐流路32bの長さを伸ばしている。 分岐流路32bは分岐流路32aよりも長さが短いため,ガス冷媒が流れやすい。そのため,冷媒流路32bの長さを伸ばすことで,分岐後の圧力損失の差を縮めて,分岐流路32bにガス冷媒が流れすぎることを防止している。このように,分岐流路の長さを調節することで,冷媒の分配を最適化することができる。
次に本発明の実施例3に係る冷蔵庫について,図12を用いて説明する。実施例3に係る冷蔵庫においても,実施例1に係る冷蔵庫と重複する説明は省略する。
図12は,実施例3の冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図である。第3の実施例では,第三の放熱器26cと第四の放熱器26dの間に弁35を設けている。弁35により、第四の放熱器26dを経由しない経路(a)と、第四の放熱器26dを経由する経路(b)を切り替えることができる。
これにより,冷蔵庫の仕切りカバー12の表面が庫外空気の露点温度より十分に高い場合は,第四の放熱器26dに冷媒を流さずに済むため,必要以上に庫内を加熱することがなく省エネ化を図ることができる。
このような弁のある冷凍サイクルにおいても,実施例1の図7のように分流器および合流器を配置することで,第四の放熱器26dに冷媒を流して結露防止する時間と,同様に庫内を加熱してしまう時間が短くなり,省エネルギ性を損なうことなく結露防止できる。
実施例1〜3では分配器34を第四の放熱器26dの流入側に設けたが,第四の放熱器26dよりもさらに上流側である第三の放熱器26c,第二の放熱器26b,あるいは第一の放熱器26aに備えても同様な効果が得られる。
1 ・・・ 冷蔵庫
2 ・・・ 冷蔵室
3 ・・・ 製氷室
4 ・・・ 上段冷凍室
5 ・・・ 下段冷凍室
6 ・・・ 野菜室
7 ・・・ 冷凍室
9 ・・・ 断熱箱体
11・・・ 断熱仕切壁
12・・・ 仕切りカバー
13・・・ ドアポケット
14・・・ 棚
15・・・ 冷却器
16・・・ 庫内プロペラファン
17・・・ 冷蔵室冷気ダクト
18・・・ 冷凍室送風ダクト
20・・・ ダンパ
21・・・ バッフルプレート
22・・・ ラジアントヒータ
23・・・ 制御基板
24・・・ 機械室
25・・・ 圧縮機
26・・・ 放熱器
27・・・ 庫外プロペラファン
28・・・ キャピラリチューブ
29・・・ 配管
30・・・ 熱の流れ
31・・・ 分流器
32・・・ 分流流路
33・・・ 合流器
34・・・ 合流流路
35・・・ 弁

Claims (5)

  1. 前方に開口縁を備えた断熱箱体と,前記開口縁を開閉可能な扉と,該扉と前記断熱箱体によって形成された貯蔵室と,圧縮機と,放熱手段と,前記開口縁を加熱する結露防止配管と,減圧手段と,蒸発器とを備えた冷蔵庫において,前記圧縮機の吐出口から吐出される冷媒を,前記放熱手段,前記結露防止配管,前記減圧手段,前記蒸発器,前記圧縮機の吸込口の順に流す冷媒流路を備え,前記結露防止配管の上流側で前記冷媒配管を分岐し,かつ前記結露防止配管の下流側で合流し,分岐流路の一方と合流流路が近接して流れることを特徴とする冷蔵庫。
  2. 請求項1記載の冷蔵庫において,前記分岐流路のうち、前記合流流路と近接しない分岐流路の圧力損失をΔPaとし,前記合流流路と近接して流れる分岐流路の断面積をΔPbとした場合,ΔPa≦ΔPbとなることを特徴とする冷蔵庫。
  3. 請求項1ないし2記載の冷蔵庫において,前記分岐流路のうち、前記合流流路と近接しない分岐流路の断面積をAaとし,前記合流流路と近接して流れる分岐流路の断面積をAbとした場合,Aa≧Abとなることを特徴とする冷蔵庫。
  4. 請求項1ないし3記載の冷蔵庫において,前記合流流路に対して,前記合流流路と近接して流れる分岐流路を庫内側に備えることを特徴とする冷蔵庫。
  5. 請求項1ないし4記載の冷蔵庫において,前記合流流路と,前記合流流路と近接して流れる分岐流路は,直接接触していないことを特徴とする冷蔵庫。
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