JP6729269B2 - 冷蔵庫とその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。特に、圧縮機および除霜用ヒータの消費電力量の削減した冷蔵庫に関するものである。

従来の冷蔵庫の除霜時の消費電力量削減の技術としては、水などの液体に圧縮機の廃熱を蓄熱し、除霜時に冷却用の配管とは別系統の配管で、ポンプを用いて庫内を循環させ、蒸発器の除霜を行うものがある（例えば特許文献１参照）。図５は特許文献１に記載された従来の除霜用ヒータの消費電力量削減を示す図である。

図５において、冷媒圧縮用の圧縮機３０を覆うように蓄熱剤が満たされるジャケット３１が設けられ、ジャケット３１には蓄熱剤を循環させるための配管３２が接続されている。配管３２には循環ポンプ３３と、蓄熱タンク３４と、電磁弁３５とが順次接続されて閉じた系を形成している。循環ポンプ３３と電磁弁３５との間に霜取り用の庫内循環配管３６が接続されており、こちらも閉じた系を形成している。

なお蓄熱タンク３４には補助ヒータ３７が設けられている。また電磁弁３５には三方切換弁が用いられている。

冷蔵庫の冷却運転中は、電磁弁３５を開き蓄熱タンク３４とジャケット３１を連通させ、循環ポンプ３３により蓄熱剤（水等の液体）を配管３２中に循環させる。蓄熱剤はジャケット３１において圧縮機３０の発熱により加熱され、蓄熱タンク３４内の蓄熱剤も次第に昇温する。これにより圧縮機３０の廃熱を蓄熱タンク３４に蓄熱する。冷蔵庫が除霜運転に切換った際に圧縮機３０が停止し、電磁弁３５を庫内循環配管３６側に開き、循環ポンプ３３を作動させて、蓄熱剤を庫内循環配管３６内に循環させ霜取りを行う。必要に応じて補助ヒータに通電し蓄熱剤の温度を保つようにする。

また、従来の冷蔵庫の除霜用ヒータの消費電力量削減の技術として、冷却用冷媒を圧縮機側から逆流させるものもある（例えば特許文献２参照）。図６は特許文献２に記載された従来の除霜用ヒータの消費電力削減を示す冷凍サイクルの概略構成図を示す図である。矢印は、冷媒流れ方向（冷却運転時）を示す。

図６において、圧縮機４３、凝縮器４４、キャピラリチューブ４５と二つの蒸発器（Ｆ蒸発器４０、Ｒ蒸発器４２）で構成された冷凍サイクルであり、凝縮器４４とキャピラリチューブ４５の間には差圧弁４６が設けられ、Ｆ蒸発器４０とＲ蒸発器４２の間には電磁弁４１が設けられている。

通常の冷却運転中には、電磁弁４１は開放され、差圧弁４６にて冷媒圧力を制御しながら、冷媒を循環させている。

除霜時（圧縮機停止）には、電磁弁４１は閉じられており、かつ差圧弁４６が閉じられることにより、圧縮機４３内の残留高圧冷媒ガスが、低圧のＲ蒸発器４２内へ、圧力差により逆流し流入する。この冷媒ガスによる凝縮潜熱を利用し除霜を行う。

また、一般的に冷媒を圧縮する圧縮機は冷媒の吸入温度が高くなると運転効率が下がる為、空冷や水冷により効率の低下を抑制している。

特開２０００−３０４４１５号公報 特開平４−１９４５６４号公報

しかしながら、従来の特許文献１の構成では、圧縮機３０を蓄熱剤で満たされたジャケット３１で覆うため、圧縮機３０の放熱が阻害される。その結果、圧縮機３０の温度が上昇し運転効率の低下が起こり、通常の冷却時の消費電力が増大する。加えて、新たに別系統での蓄熱剤の循環のため、蓄熱タンク３４、循環ポンプ３３や配管３２、庫内循環配管３６などのスペースが必要となり、冷蔵庫の庫内容量が低下する。

また、従来の特許文献２の構成では、高圧冷媒ガスを圧縮機４３内の本来逆流を防止するための高低圧を仕切る弁を介して逆流させるため、流量の調整が困難で流入する高圧冷媒ガスの減少が考えられ、除霜ヒータの電力量を十分に削減することが出来ない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小型で、消費電力を削減した効率のよい冷蔵庫とその制御方法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圧縮機と、凝縮器、減圧器、及び、蒸発器と接続されており、かつ、冷媒を循環させる配管と、上記凝縮器から上記蒸発器への上記冷媒を循環させるバイパス配管と、上記配管から上記バイパス配管への流路を切り替える切換弁と、を有する冷蔵庫を用いる。

また、圧縮機と凝縮器と減圧器と蒸発器と間に冷媒を循環させる通常運転と、上記減圧器を除き、上記圧縮機と上記凝縮器と上記蒸発器と間に上記冷媒を循環させる除霜運転と、を有する冷蔵庫の制御方法を用いる。

本発明の冷蔵庫によれば、圧縮機および除霜用ヒータの消費電力を大幅に削減することが出来る。

実施の形態１における冷凍サイクル配管概略図 （ａ）実施の形態１の放熱部材の側面図、（ｂ）実施の形態１の放熱部材の正面図 （ａ）実施の形態１における圧縮機と放熱部材との平面図、（ｂ）実施の形態１における圧縮機と放熱部材の側面図 実施の形態１における各部制御の関係を表す図 特許文献１に記載された従来の蓄熱剤の経路概略図 特許文献２に記載された従来の冷凍サイクル配管概略図

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクルの配管概略図である。

図１では、冷媒を循環する配管１５に順に圧縮機１、凝縮器２、減圧器３（キャピラリチューブ）、蒸発器４を備えている。矢印は、冷媒の流れ方向を示す。また、全体を制御する制御部１６がある。

圧縮機１は冷凍サイクル内の気相の冷媒を圧縮すると共に、冷凍サイクル内の冷媒を循環させる役割をする。

凝縮器２は、圧縮された気相の冷媒を凝縮、液化し、冷媒の凝縮潜熱を放出させる。

減圧器３（キャピラリチューブ）は、液相の冷媒の圧力を下げる。

蒸発器４は、減圧された液相の冷媒を気化させることで、冷媒の気化潜熱を蒸発器４から奪う。これにより、蒸発器４にて冷却を行う。

凝縮器２と減圧器３（キャピラリチューブ）との間には切換弁５を備え、バイパス配管６へ流路を切り換えることが出来る。

切換弁５は、凝縮器２を出た冷媒の流路（配管１５）からバイパス配管６へ切換える。そしてバイパス配管６は、冷媒を圧縮機１へ送る流路を形成する。

また、圧縮機１の外殻（シェル）表面には放熱部材７が取り付けられており、バイパス配管６は放熱部材７を経由して蒸発器４の入口に繋がっている。

放熱部材７は、圧縮機１の駆動にて発生する熱の放散を促進する為に、圧縮機１のシェルに表面に配置される表面積の大きな部材である。

加えて圧縮機１が駆動中に発生する熱によって、圧縮機１の温度が上昇するのを抑制する為に、圧縮機１に向かって送風する為の冷却ファン８がある。

蒸発器４の近傍には通電により発熱することで、蒸発器４を加熱し蒸発器４の表面にて付着する霜を融解する為の霜取りヒータ９が備えられている。

＜放熱部材７＞
図２（ａ）、図２（ｂ）は、放熱部材７の構成の一例で、フィン＆チューブを用いたものである。図２（ａ）は、放熱部材７の側面図である。図２（ｂ）は、放熱部材７の正面図である。矢印は、冷媒の流れの方向を示す。

冷媒流路１２を備えたチューブ１１が放熱用のフィン１０に、ろう付けされている。冷媒流路１２は、バイパス配管６と接続されている。

本実施の形態において冷媒流路１２はチューブ１１にて形成された長方形断面として形成されている。しかし、チューブ１１内部に凹凸形状を設け、冷媒流路１２の内部の表面積を大きくした構成としてもよい。

図３（ａ）と図３（ｂ）に、放熱部材７を圧縮機１に設置した構成を示す。矢印は、冷媒の流れの方向を示す。
図３（ａ）は、放熱部材７と圧縮機１との平面図である。図３（ｂ）は、放熱部材７と圧縮機１との側面図である。

放熱部材７を圧縮機１のシェルの側面に巻き付けるように一体的に設置する。一体的に設置するのが熱伝導性の観点から好ましい。加えて、フィン１０は冷却ファン８の風の向きに対して平行に、冷却ファン８を停止した際の自然対流の向きに対し垂直になるように配置されることが、圧縮機シェルの冷却ファン８運転時の放熱、冷却ファン８停止時の蓄熱の点で好ましい。
＜動作＞
上記のように構成された冷凍サイクルにおいて、通常の冷却運転では、圧縮機１において気相の冷媒を圧縮すると共に、冷凍サイクル内の冷媒を送り出す。そして、凝縮器２において圧縮された気相の冷媒を凝縮、液化し、冷媒の凝縮潜熱を放出させる。そして、減圧器３（キャピラリチューブ）で、液相の冷媒の圧力を下げた後、蒸発器４において減圧された液相の冷媒を気化させる。このことで、冷媒の気化潜熱を蒸発器４から奪う。

これにより、冷却された蒸発器４に対し、蒸発器４表面へ空気を循環させるファン（図示せず）を用いて熱交換し冷凍・冷蔵庫内を循環させることにより食品を冷凍・冷却保存する。この時、冷却ファン８は駆動し、圧縮機１の温度上昇を抑制している。

この冷却運転を継続すると、食品より奪われた水分は霜として蒸発器４に付着し、成長する。これに従って蒸発器４の熱交換性能が低下する為、この熱交換性能の低下をリセットするため一時的に圧縮機１を停止することで冷却運転を停め、除霜運転を行う。

本実施の形態での除霜を、図４を用いて各部制御の関係図を用いて示す。除霜前運転として冷却運転終了前に圧縮機１の停止前に冷却ファン８を停止し、圧縮機１及び放熱部材７の放熱を抑制することで、圧縮機１及び放熱部材７に蓄熱させる。

その後、圧縮機１の停止と共に切換弁５をバイパス配管６に冷媒を流すように切換え除霜運転に移行する。流路を切換えることで、冷媒を放熱部材７に形成された冷媒流路１２に通過させ、圧縮機１と放熱部材７に蓄積した熱を冷媒へ移動することで冷媒を気化させる。この気相冷媒を蒸発器４に流し、蒸発器４内部で凝縮させることで、蒸発器４を加熱し、蒸発器４に付着した霜の融解に利用する。その後、霜取りヒータ９に通電し蒸発器４の霜を完全に融解した後、霜取りヒータ９を停止させ除霜運転を終了する。

そして、切換弁５によりバイパス配管６への流路を閉鎖し通常回路へ流路を切換えた後、圧縮機１と冷却ファン８を駆動させ通常運転へ戻る。

＜効果＞
かかる構成によれば、切換弁５と減圧器３（キャピラリチューブ）に並列に接続されたバイパス配管６を用いることにより、従来の圧縮機の逆流にて生じていた蒸発器に供給する冷媒の減少をなくすことができる。またバイパス配管６を壁内に配置することで、従来の別系統の蓄熱材の循環で生じていた庫内循環配管などを配置しないため庫内容量を減らすことなく霜取りヒータ９の通電時間、出力を低減し、除霜に必要な消費電力を削減することができる。

加えて、冷却運転、除霜前運転、除霜の制御により、冷却運転時にはファンによる強制冷却で圧縮機シェルを冷却し吸入温度を下げ、圧縮機の運転効率を上げ消費電力を削減し、除霜前運転において、ファンを停止し圧縮機シェル温度を上げる。このことで、蒸発器に供給する冷媒との熱交換効率の向上、および供給熱量を増やすことが出来る。

なお、放熱部材７は、必須構成要素でなく、あれば好ましい。また、バイパス配管６は、放熱部材７、または、圧縮機１を通過することも必須ではなく好ましい例である。

本発明の冷蔵庫は、冷却運転時の圧縮機の運転効率を向上による消費電力の削減と、除霜時の圧縮機シェルの廃熱を利用することよる霜取りヒータの消費電力を削減する効果を有し、家庭用や業務用野の冷蔵庫だけでなく、様々な冷凍機器の消費電力削減にも適用できる。

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 減圧器
４ 蒸発器
５ 切換弁
６ バイパス配管
７ 放熱部材
８ 冷却ファン
９ 霜取りヒータ
１０ フィン
１２ 冷媒流路
１５ 配管
１６ 制御部
３０ 圧縮機
３１ ジャケット
３２ 配管
３３ 循環ポンプ
３４ 蓄熱タンク
３５ 電磁弁
３６ 庫内循環配管
３７ 補助ヒータ
４０ 蒸発器
４１ 電磁弁
４２ 蒸発器
４３ 圧縮機
４４ 凝縮器
４５ キャピラリチューブ
４６ 差圧弁

Claims (5)

1. 圧縮機と、凝縮器、減圧器、及び、蒸発器と接続されており、かつ、冷媒を循環させる配管と、
   前記凝縮器から前記蒸発器への前記冷媒を循環させるバイパス配管と、
   前記配管から前記バイパス配管への流路を切り替える切換弁と、
   前記圧縮機と前記バイパス配管を熱交換する廃熱回収部と、を有し、
   前記圧縮機には空冷するファンがあり、
   前記圧縮機駆動中に前記ファンを駆動し、前記切換弁を前記減圧器側に切り替えて前記蒸発器を冷却する冷却運転と、前記蒸発器を除霜する所定時間前に、前記圧縮機駆動中に前記ファンを停止し、前記切換弁を前記減圧器側に切り替えて前記蒸発器を冷却する除霜前運転と、前記圧縮機、前記ファンを停止し、前記切換弁を前記バイパス配管への流路を開放する除霜運転と、を切換える第２制御部を、備える冷蔵庫。
2. 前記バイパス配管は、前記凝縮器の下流側から前記蒸発器へ前記減圧器と並列に接続される請求項１記載の冷蔵庫。
3. 前記切換弁は、前記凝縮器の下流側に位置し、前記減圧器あるいは前記バイパス配管へ流路を切り替える請求項１または２記載の冷蔵庫。
4. さらに、前記蒸発器を除霜する際に、前記圧縮機を停止するとともに前記切換弁をバイパス配管側に開放して、前記凝縮器に滞留する高圧冷媒を前記圧縮機で加温した後、前記蒸発器に供給する第１制御部と、有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷蔵庫。
5. 前記圧縮機の外郭表面に冷媒の流路を有する放熱部材を備え、
   前記放熱部材は前記バイパス配管に接続されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷蔵庫。

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