JP6844418B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、除霜ヒータを備えた冷蔵庫に関する。

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や、冷却器に付着した霜を溶かす際の除霜効率を向上させる方法がある。

その中で、冷蔵庫の消費電力量を低減する従来の冷蔵庫としては、例えば、特許文献１のように、除霜ヒータで暖められた空気の庫内流入を抑制し、庫内の温度上昇を抑制することで省エネ効果を得る方法がある。また、特許文献２のように、除霜ヒータからの放射熱を伝熱板により冷却器に伝えることで加熱効率を高める方法が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６は特許文献１に記載されている冷蔵庫の冷却器周囲の断面図を示す。冷却器６０１は、冷却室６０３内に設置されている。冷却室６０３は、冷凍室６０２の背面に冷却器カバー６０４により形成された領域である。

冷却器６０１の前面下側には、冷却器カバー６０４にて構成される冷気入口６０５が開口しており、冷気の循環をしている。この冷却器カバー６０４の庫内側と冷却器６０１側の間の下方には開口して除霜ヒータで暖められた空気が流入する暖気流入空間６０６が設けられている。

本構成により、除霜時の除霜ヒータ６０７によって暖められた空気は、庫内よりも暖気流入空間６０６に多く流入するため庫内の温度上昇を抑制できると共に、除霜時に庫内を暖めていた熱エネルギー分を低減できるため省エネ性が高くなる。

図７は特許文献２に記載されている冷蔵庫の冷却気周辺の側面断面詳細図を示す。除霜ヒータ７０２からの放射熱を直接受ける吸熱部７０３Ａと、冷却器７０１の背面を覆うように冷却器７０１に密着して配置される放熱部７０３Ｂとを有する熱伝導率の高い金属からなる伝熱板７０３を備える。

除霜ヒータ７０２からの放射熱を吸収する放射熱吸収手段７０４を吸熱部７０３Ａの除霜ヒータ７０２と対向する面に設けたので、冷却器７０１における除霜ヒータ７０２から離れた部分にも、除霜ヒータ７０２からの放射熱を効率良く伝える。このことで、冷却器７０１の霜を効率よく融解することができ、除霜時間の短縮や、除霜ヒータ７０２の低容量化により、除霜装置（冷蔵庫）の省エネ性を向上できる。

特開２０１０−６０１８８号公報 特開２０１２−５７９１０号公報

特許文献１に記載されている従来の冷蔵庫では、除霜時に除霜ヒータから加熱された空気の庫内流入を抑制することでの熱エネルギー低減で、省エネを行う効果はある。

しかし、暖気流入空間自体の温度上昇は避けられないため、温度上昇した暖気流入空間から庫内への熱伝導によって、特に庫内背面側の温度は影響を受ける。

また、冷蔵庫庫内からの冷気の戻り口は閉じられていない為、冷気が冷却器室へ流入した分、加熱された空気が冷凍室へ流出する為、庫内温度上昇が避けられないという問題もあった。

その為、保存されている食品は温度変動を受けるため、食品が温められ、除霜の度に食品内部は凍結・融解に近い状態が繰り返され鮮度劣化が起こるという問題があった。

また、特許文献２に記載されている従来例の冷蔵庫では、除霜ヒータからの放射熱を効率的に吸収して輸送する効果はある。

しかし、伝熱板で除霜に必要な熱量を熱輸送するには伝熱板の厚みが必要となる。この為、除霜終了後に、加熱された伝熱板の冷却に大きなエネルギーを与える必要があるという問題がある。さらに、冷蔵庫庫内からの冷気の戻り口は閉じられていない為、冷却室へ流入する冷気により伝熱板が冷却されてしまう問題がある。さらに、冷気が冷却器室へ流入した分、加熱された空気が冷凍室へ流出する為、庫内温度上昇が避けられないという問題があった。

よって、本発明は、上記課題に鑑み、除霜時のエネルギー効率を高め、省エネルギー化した冷蔵庫を提供する。

上記目的を達成するために、冷気を生成する冷却器と、上記冷却器の下方に配置した除霜ヒータと、上記冷却器と、上記冷却器への入口側空間と、上記冷却器からの出口側空間と、上記入口側空間と上記出口側空間とをつなぐ接続空間と、を覆う冷却器カバーと、上記入口側空間を開閉する入口ダンパーと、上記接続空間を開閉する接続ダンパーと、を有する冷蔵庫を用いる。

以上のように、本発明の冷蔵庫によれば、冷蔵庫の冷却器の除霜におけるエネルギー効率を高め、省エネルギー化をすることができる。

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縦断面図 本発明の実施の形態２における冷蔵庫の冷却器周辺の縦断面図 本発明の実施の形態３における冷蔵庫の冷却器周辺の縦断面図 特許文献１に記載された従来の冷蔵庫の冷却器周辺の縦断面図 特許文献２に記載された従来の冷蔵庫の冷却器周辺の縦断面図

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。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）
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縦断面図である。

＜冷蔵庫本体＞
図１から図３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１０７と、硬質樹脂製（例えばＡＢＳ）の内箱１０８と、外箱１０７と内箱１０８の間に発泡充填された硬質ウレタンフォームと、からなる断熱本体である。

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と、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との前面部は、引き出し式扉（図示せず）により開閉自由に閉塞される。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２１０があり、第一の天面部２０２と第二の天面部２０３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２０８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２０９と、冷却器２０１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。

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２１０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２０４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１０９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２０５で区画されている。

また、下段冷凍室１０５と野菜室１０６とは第四の断熱仕切り部２０６で区画されている。

＜冷却器２０１周囲＞
次に、実施の形態１での冷却器２０１周囲の構成について図３を用いて説明する。冷蔵庫本体１０１の背面には冷却室２１１が設けられ、冷却室２１１内には、冷気を生成する冷却器２０１が配設されている。冷却室２１１の前面庫内側には、冷却器２０１を覆う冷却器カバー３０２が配置されている。冷却器カバー３０２は下部に、冷凍室を冷却した冷気が冷却器２０１へ戻るための冷気が戻る冷気入口３０１を備える。

冷却器カバー３０２には、接続空間３０５が配置されている。接続空間３０５は、上部空間３０８と下部空間３０９とを繋ぐ通路であり、冷却器２０１が存在する空間とは異なった位置で上部空間３０８と下部空間３０９とを繋ぐ。つまり、接続空間３０５と冷却器２０１と並行して並んでいる。

なお、上部空間３０８と下部空間３０９との間で、空気が移動できるところは、接続空間３０５と冷却器２０１のみである。

上部空間３０８と下部空間３０９とは、それぞれ、冷却室２１１において、冷却器２０１の上部の空間と下部の空間とである。

また、冷気入口３０１と接続空間３０５とには、それぞれ入口ダンパー３０７ａと接続ダンパー３０７ｂとが配置され、ダンパー駆動部３０７により冷気入口３０１と接続空間３０５を開閉可能である。

また、冷却器カバー３０２の接続空間３０５側の面に、冷却器カバー３０２の材質よりも断熱性能の高いシート状の断熱材３０６を貼り付けている。この断熱材３０６として、シリカエアロゲルを繊維シートの空隙に埋め込んだ断熱シートを用いることが好ましい。これは、熱伝導率が低く、他の断熱材より薄くして用いることができるためである。ただし、これ以外のシート状の断熱材を使用してもよい。

また、冷却器２０１の近傍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２０１で生成した冷気を送風する冷気送風ファン２０７が配置されている。

この例では、冷気送風ファン２０７を、冷却器カバー３０２に設けている。冷却器２０１で冷やされた冷気が、上部空間３０８に行く。この冷気を冷凍室へ冷気送風ファン２０７で送る。冷気を送るための冷気送風ファン２０７である。

冷却器２０１の下部空間３０９には、冷却時に冷却器２０１や冷気送風ファン２０７に付着した霜を除霜する除霜ヒータとしてガラス管製の除霜ヒータ２１２が設けられている。

除霜ヒータ２１２の上方には、除霜ヒータ２１２を覆うヒータカバー３０３が配置されている。除霜時に冷却器２０１から滴下した水滴は、除霜動作によって高温になったガラス管表面に直接落ちる。この時、水滴による蒸発音が発生しないように、ヒータカバー３０３は、ガラス管径および幅と同等以上の寸法としている。

除霜ヒータ２１２の下方には、冷却器２０１に付着した霜が解けて落下する水を受けるドレンパン３０４が配置されている。ドレンパン３０４は、冷凍室下面である第四の断熱仕切り部２０６の上面と一体化され配置されている。

ここで、本実施の形態１では、入口ダンパー３０７ａと接続ダンパー３０７ｂとが同一のダンパー駆動部３０７により駆動されているが、個別の機構を設けて駆動させてもよい。

＜冷蔵庫の除霜時のプロセス＞
冷蔵庫の除霜時のプロセスについて説明する。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２０１には、霜が付着する。

この霜が成長を遂げると、冷却器２０１と循環する冷気との間で熱交換効率が低下する。そのため、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２０１に付着した霜を定期的に除霜する必要がある。

本実施の形態の冷蔵庫でも、冷蔵庫を運転し、一定時間経過後に自動的に除霜を行う。

除霜開始前の通常の冷蔵庫の運転時は、入口ダンパー３０７ａが冷気入口３０１を開き、接続ダンパー３０７ｂが接続空間３０５を閉じた状態となるようにダンパー駆動部３０７により位置決めされている。下段冷凍室１０５から冷気入口３０１を通って戻った冷気は、冷却器２０１により冷やされる。その後、冷気送風ファン２０７により、各部屋へ送風され各部屋の温度を調節している。

そして、除霜開始時に、入口ダンパー３０７ａが冷気入口３０１を閉じ、接続ダンパー３０７ｂが接続空間３０５を開いた状態となるようにダンパー駆動部３０７により位置決めされる。さらに、圧縮機２０８、冷気送風ファン２０７の運転を停止し、除霜ヒータである除霜ヒータ２１２を通電する。

除霜ヒータ２１２の通電によって、除霜ヒータ２１２表面が高温となり、周辺空気を加熱する。また、除霜ヒータ２１２の放射により、周辺部材を加熱する。

一般的に冷却器２０１はアルミ製であり、放射率が非常に高い為、放射での直接的な加熱は期待できない。その為、加熱された空気による熱伝達が主となる。加熱された空気は上昇気流となり、冷却器２０１内を通って上昇する。その後、空気は、上部空間３０８に進む。上部空間３０８で空気は冷やされ、接続空間３０５を通って下降する。そして、再度、除霜ヒータ２１２により加熱され上昇気流となる。これを繰り返し、冷却の霜取りをする。ここで、冷却器カバー３０２と入口ダンパー３０７ａと冷蔵庫本体１０１の壁とにより、上部空間３０８と冷却器２０１と接続空間と下部空間３０９と除霜ヒータ２１２とを密閉している。密閉することで空気を循環している。

つまり、冷却器カバー３０２と入口ダンパー３０７ａと冷蔵庫本体１０１の壁とで囲まれた空間内、上部空間３０８と冷却器２０１と接続空間と下部空間３０９と除霜ヒータ２１２とが位置している。

別途ファンなどの動力を使用しないので省エネルギーである。なお、空気を循環させるため、小型のファンを別途使用することも可能である。

この時に、接続空間３０５の幅を狭くする等の手段により、接続空間３０５を通過する空気抵抗を、冷却器２０１を通過する空気抵抗より小さくする。

このことで、上部空間３０８で空気は冷やされた空気は、冷却器２０１でなく、接続空間３０５を通過する。

この際に、冷却器カバー３０２の接続空間３０５側の面に配置されたシート状の断熱材３０６により、除霜ヒータ２１２により加熱され対流している空気による下段冷凍室１０５への熱伝導を抑制することが可能となる。

そして、冷却器２０１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除霜ヒータ２１２の通電を停止することで終了する。上記の、除霜プロセスにより、冷却器２０１やドレンパン３０４や冷気送風ファン２０７に付着した霜を溶かすことで、冷却器２０１をリフレッシュしている。特に、上記のように密閉しているので、
上記の構成およびプロセスにより、除霜時に除霜ヒータ２１２により加熱された空気が下段冷凍室１０５へ流出することを防止しながら霜を溶かすことが可能となり、除霜時のエネルギー効率が向上し省エネルギーとなる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図４を用いて説明する。実施の形態１との差異を説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。

図４は本実施の形態２における冷蔵庫の冷却器２０１周辺の縦断面図を示した。実施の形態１の構成に対し、以下２点が異なる。

１点目は、冷却器２０１の下段冷凍室１０５側の外面に、冷却器２０１側からグラファイトシートとシリカエアロゲルを繊維シートの空隙に埋め込んだ断熱シートとを積層した積層体４０１を設けている点である。

２点目は、冷却器２０１の冷却室２１１背面側（冷蔵庫の背面側）の外面に、冷却器２０１側からグラファイトシートとシリカエアロゲルを繊維シートの空隙に埋め込んだ断熱シートとを積層した積層シート４０２を設けている点である。

これにより、除霜ヒータ２１２による加熱の影響が他の部位へ影響を及ぼすのを防止することで、除霜時のエネルギー効率が向上し省エネルギーとなる。

ここで、本実施の形態２において、積層体４０１と積層シート４０２は、グラファイトシートと、シリカエアロゲルを繊維シートの空隙に埋め込んだ断熱シートとの積層体を使用している。

グラファイトシート、シリカエアロゲルを繊維シートの空隙に埋め込んだ断熱材料が好ましい。しかしこれに限定したものではなく、それぞれ、高熱伝導材料、高断熱材料であればよい。

また、本実施の形態２では積層体４０１、積層シート４０２を配置している。しかし、積層体４０１のみ配置する、もしくは積層シート４０２のみを配置することができる。また、伝熱材料のみ、断熱材料のみを使用することもできる。冷却器２０１の構成や除霜ヒータ２１２の位置や発熱量条件により、いろいろな選択が可能である。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図５を用いて説明する。実施の形態２との差異を説明する。説明しない事項は実施の形態２と同様である。

図５は本実施の形態３における冷蔵庫の冷却器周辺の縦断面図を示した。実施の形態１の構成に対し、接続空間３０５の通路が狭くなっている。この場合、冷却器カバー３０２の冷却器２０１側の面が、冷却器２０１側に向かって鉛直方向に凹形状として配置している。冷却器２０１の下段冷凍室１０５側の面が凸状となってもよい。

これにより、除霜ヒータ２１２による放射熱による電磁波を、冷却器２０１や周辺部材により反射された後も、外部へ逃げにくくすることができる。結果、除霜時のエネルギー効率が向上し省エネルギーとなる。

ここで、本実施の形態３において冷却器カバー３０２の冷却器２０１側の面が冷却器２０１側に向かって鉛直方向に凹形状として配置している。しかし、鉛直方向に限らず水平方向に凹形状でもよく、鉛直や水平方向に限らず球形状等の三次元形状にて凹形状を構成してもよい。

少なくとも、接続空間３０５の空気が通過する断面積は、一定でなく変化している必要がある。

（全体として）
実施の形態は、組み合わせることが可能である。

本発明の冷蔵庫は、冷蔵庫のエネルギー効率を高めた冷却器の除霜機能を有し、その他冷凍サイクルを活用する空調システム等の除霜時のエネルギー効率向上の用途にも適用できる。

１０１ 冷蔵庫本体
１０２ 冷蔵室
１０３ 上段冷凍室
１０４ 製氷室
１０５ 下段冷凍室
１０６ 野菜室
１０７ 外箱
１０８ 内箱
１０９ 第二の断熱仕切り部
２０１ 冷却器
２０２ 第一の天面部
２０３ 第二の天面部
２０４ 第一の断熱仕切り部
２０５ 第三の断熱仕切り部
２０６ 第四の断熱仕切り部
２０７ 冷気送風ファン
２０８ 圧縮機
２０９ キャピラリーチューブ
２１０ 機械室
２１１ 冷却室
２１２ 除霜ヒータ
３０１ 冷気入口
３０２ 冷却器カバー
３０３ ヒータカバー
３０４ ドレンパン
３０５ 接続空間
３０６ 断熱材
３０７ ダンパー駆動部
３０７ａ 入口ダンパー
３０７ｂ 接続ダンパー
３０８ 上部空間
３０９ 下部空間
４０１ 積層体
４０２ 積層シート
６０１ 冷却器
６０２ 冷凍室
６０３ 冷却室
６０４ 冷却器カバー
６０５ 冷気入口
６０６ 暖気流入空間
６０７ 除霜ヒータ
７０１ 冷却器
７０２ 除霜ヒータ
７０３ 伝熱板
７０３Ａ 吸熱部
７０３Ｂ 放熱部
７０４ 放射熱吸収手段

Claims (2)

1. 冷気を生成する冷却器と、
   前記冷却器の下方に配置した除霜ヒータと、
   前記冷却器と、前記冷却器への入口側空間と、前記冷却器からの出口側空間と、前記入口側空間と前記出口側空間とをつなぐ接続空間と、を覆う冷却器カバーと、
   前記入口側空間を開閉する入口ダンパーと、
   前記接続空間を開閉する接続ダンパーと、を有し、
   前記入口ダンパーと前記接続ダンパーとを駆動する同一の駆動部があり、前記駆動部は、前記入口ダンパーと前記接続ダンパーとの相対位置を保ったまま移動させることで、
   前記入口側空間の開と前記接続空間の閉との状態と、
   前記入口側空間の閉と前記接続空間の開との状態と、を切り替える冷蔵庫。
2. 冷気を生成する冷却器と、
   前記冷却器の下方に配置した除霜ヒータと、
   前記冷却器と、前記冷却器への入口側空間と、前記冷却器からの出口側空間と、前記入口側空間と前記出口側空間とをつなぐ接続空間と、を覆う冷却器カバーと、
   前記入口側空間を開閉する入口ダンパーと、
   前記接続空間を開閉する接続ダンパーと、を有し、
   前記入口ダンパーと前記接続ダンパーとの間に、駆動部がある冷蔵庫であり、
   前記冷却器カバーと前記入口ダンパーと前記冷蔵庫の壁とにより囲まれた空間に、
   前記冷却器と、前記入口側空間と、前記出口側空間と、前記接続空間とが位置し、
   前記駆動部が、冷却器カバーに位置し、
   前記駆動部は、前記入口ダンパーと前記接続ダンパーとの相対位置を保ったまま移動させることで、
   前記入口側空間の開と前記接続空間の閉との状態と、
   前記入口側空間の閉と前記接続空間の開との状態と、を切り替える冷蔵庫。

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