JP7164291B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、冷蔵庫に関する。

従来、冷蔵庫では、コンプレッサ、凝縮器や蒸発器等の熱交換器を備えた冷凍サイクルを用いて各貯蔵室の冷却が行われている。このような熱交換器には、空気と熱交換を行う面積を増やすためのフィンが設けられている。そして、例えば特許文献１のように熱交換性能を向上させる場合には、空気をフィンの部分に集中的に流すために、熱交換器の周囲つまりは熱交換器の外側をシール部材等によりシールすることが行われてきた。

特開２０１６－３８３１号公報

しかしながら、マルチフロー型の熱交換器の場合、熱交換器の外縁部に位置する扁平管や熱交換器の外縁部を構成するフィンなどの外縁部材の表面等、熱交換器の外側においても伝熱に寄与する部分が存在する。そのため、従来のように単純に熱交換器の外側をシールしてしまうと、その部分に空気が流れないことから熱交換性能が悪化してしまう。
そこで、マルチフロー型の熱交換器を用いる場合において、熱交換性能の悪化を抑制することができる冷蔵庫を提供する。

実施形態の冷蔵庫は、冷凍サイクルを備えたものであって、冷凍サイクルに用いる熱交換器を、内部に冷媒が流れる流路が複数形成されている扁平管と、扁平管の表面に設けられたフィンとを有するマルチフロー型のものとし、熱交換器の周囲に空気が流れる風路を形成したことを特徴とする。

実施形態の熱交換器、およびその設置態様を模式的に示す図 扁平管の構造を模式的に示す図 扁平管折り返されている部位に設けられるシール部材を模式的に示す図 熱交換器の他の構成を模式的に示す図その１ 熱交換器の他の構成を模式的に示す図その２

以下、実施形態について、図１から図５を参照しながら説明する。
冷蔵庫は、図示は省略するが、周知のように前面が開口した矩形箱状の本体内に、複数の貯蔵室を備えている。貯蔵室としては、冷蔵温度帯の冷蔵室や野菜室、冷凍温度帯の製氷室や冷凍室等が設けられている。なお、冷蔵庫の構成は一例であり、貯蔵室の数や配置は適宜設定することができる。

このような冷蔵庫は、圧縮機、凝縮器および蒸発器等を備えた冷凍サイクルを備えており、冷凍サイクルを稼動させることにより生成した冷気を庫内で循環させることにより、各貯蔵室を冷却している。
図１は、凝縮器または蒸発器として用いられる熱交換器１の構成および配置態様を模式的に示している。本実施形態では、熱交換器１を凝縮器および蒸発器の双方に用いている。熱交換器１は、扁平管２、フィン３、および冷媒の出入口となるヘッダ４を備えている。

扁平管２は、図２に示すように外形が扁平形状に形成されており、その内部には、冷媒が流れる流路２ａが複数形成されている。つまり、本実施形態では、熱交換器１としていわゆるマルチフロー型のものを採用している。このようなマルチフロー型のものは、従来のフィンチューブ型の熱交換器１に比べて熱交換性能が高いことから、同性能であれば小型化を図ることができる。

この熱交換器１として、図１に示すように１本の扁平管２を長手方向の複数箇所で折り返した蛇行式のものであり、両端部にヘッダ４が設けられている。ヘッダ４は、概ね中空の円筒状に形成されて図１の場合には紙面に垂直方向に延びており、図示しない配管部材に接続されている。また、ヘッダ４は、中空部が扁平管２の流路２ａに連通している。

フィン３は、折り返されることで互いに平行になっている扁平管２の間に設けられている。このフィン３は、いわゆるコルゲートフィンであり、各頂点において扁平管２の表面に接続している。つまり、フィン３は、扁平管２との間で伝熱可能に設けられており、空気と接触する面積を増やしている。なお、図１ではフィン３の形状が三角形状のものを例示しているが、矩形状や台形状あるいは滑らかな曲面状等を適宜設定することができる。

このような熱交換器１は、概ね図１に示す正面視において外形が概ね矩形状に形成されているとともに、紙面に垂直方向に厚みを有する薄い直方体状に形成されている。この熱交換器１においては、扁平管２の扁平方向は熱交換器１の厚み方向であり、フィン３は熱交換器１の厚みと同程度の幅に形成されている。

この熱交換器１の内部では、一方のヘッダ４から扁平管２に流入した冷媒が、凝縮器であれば凝縮し、蒸発器であれば蒸発した後、他方のヘッダ４から流出する。そして、熱交換器１は、熱交換性能を向上させるために、冷蔵庫内に配設されているダクト５内に設置され、ダクト５を流れる空気と扁平管２およびフィン３の表面との間で熱交換が行われる。

熱交換器１が配設されるダクト５は、熱交換器１を収容したり熱交換器１を収容する作業等を可能としたりするために、熱交換器１の外形よりも大きく形成されている。このとき、熱交換器１に対してダクト５が大きすぎると、熱交換器１との間で十分な熱交換がされないおそれがあることから、一般的に、熱交換器１の周囲にはシール部材６が設けられている。これにより、ダクト５内の空気が主に熱交換器１を通過するようになり、熱交換性能が低下することを防止できる。

ところで、熱交換器１は、図１にも示すように、最外縁が扁平管２によって構成されている。そして、この扁平管２の内部には上記したように冷媒が流れていることから、最外縁に位置する扁平管２も、空気と接触することで熱交換が可能になっている。換言すると、最外縁に位置する扁平管２の外側（以下、熱交換器１の外側とも称する）にシール部材６が接触した状態では、最外縁に位置する扁平管２の外側での熱交換が阻害されることになる。そして、熱交換が阻害されれば、熱交換性が悪化することになる。

そこで、本実施形態の場合、熱交換器１の外側、より厳密には、熱交換器１の周囲に、シール部材６との間に隙間を設けることで、熱交換器１の周囲にも空気が流れる風路を形成している。なお、図１には示していないが、熱交換器１を固定する固定部位においては、熱交換器１の外側がシール部材６あるいはダクト５そのものと接触していてもよい。

この場合、熱交換器１の周囲の隙間が大きすぎると、上記したように十分な熱交換がされない状態の空気、つまりは、熱交換に寄与しない空気の流れが生じてしまう。その一方で、風路を小さくしすぎると、熱交換器１の中央部分に空気の流れが集中してしまい、相対的に熱交換器１の周囲で熱交換が阻害されるおそれがある。

そのため、本実施形態では、熱交換器１の周囲に、フィン３の２ピッチ分（ｐ）以下、つまり、扁平管２の表面において隣り合う頂点間の距離以下となる幅（ｄ）の風路を形成している。これにより、熱交換器１の周囲においても熱交換可能となり、熱交換性能を向上させることができる。また、空気が流れる部分の総面積が増えるため、圧力損失を低減でき、冷気の循環量や循環効率の改善を図ることができる。

また、風路をフィン３の２ピッチ分以下の大きさに設定したことにより、熱交換器１の周囲と熱交換器１の中央部分とにおける空気の流れがほぼ同程度になり、空気の流れが偏ることを防止することができ、熱交換性能が低下することを防止できる。このように、風路の大きさは、必要とされる風量や想定される熱交換量に基づいて設定することができる。

ところで、蛇行式の熱交換器１の場合、平行になっている部位間にフィン３を設ける構成であり、製造時にはコルゲート加工されたフィン３を溶接等により接続されている。そのため、図３に示すように、扁平管２が折り返されている部位の内側には、フィン３が存在しない部位が存在することがある。また、扁平管２が折り返されている部位の外側には、シール部材６までの距離が他の部位よりも相対的に大きくなってくる。

この場合、フィン３が存在しない部位やシール部材６までの距離が大きくなると、その部位に空気が流れ易くなることから、熱交換に偏りが生じるおそれがある。そのため、扁平管２が折り返されている部位の外側であればシール部材６との間、あるいは、当該部位の内側であればフィン３との間の隙間がフィン３の２ピッチ分以下となるように補填シール部材６ａを設けることができる。
また、扁平管２が折り返されている部位の内側において最も折り返されている部位に近いフィン３の外側に、フィン３の２ピッチ分以下となるように補填シール部材６ａを設けることもできる。

これにより、扁平管２が折り返されている部位の外側および内側と、他の部位例えば熱交換器１の中央部分とにおいて同程度の大きさの隙間が形成されることになり、空気の流れが偏ることを抑制できるとともに、熱交換性能が低下するおそれを低減できる。また、熱交換されないまま空気が周囲を流れていってしまうことを抑制でき、熱交換性能を更に改善することができる。

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
冷蔵庫は、冷凍サイクルに用いる熱交換器１を、内部に冷媒が流れる流路２ａが複数形成されている扁平管２と、扁平管２の表面に設けられたフィン３とを有するマルチフロー型のものとし、空気が流れる風路を熱交換器１の周囲に形成した。これにより、マルチフロー型の熱交換器１を用いる場合において、熱交換性能の悪化を抑制することができる。
また、冷蔵庫は、マルチフロー型の熱交換器１を凝縮器に用いている。これにより、凝縮器の小型化つまりは貯蔵室の容積の増加を図ることができる。
また、冷蔵庫は、マルチフロー型の熱交換器１を蒸発器に用いている。これにより、蒸発器の小型化つまりは貯蔵室の容積の増加を図ることができる。

冷蔵庫は、熱交換器１の最外縁を構成する扁平管２の外側に、フィン３の２ピッチ分以下の隙間を設けている。これにより、熱交換器１の周囲において熱交換に寄与しない空気の流れが生じることを抑制でき、熱交換性能を向上させることができる。

また、冷蔵庫は、１本の扁平管２を複数回折り返した蛇行式の熱交換器１において、扁平管２が折り返されている部位の外側に、フィン３の２ピッチ分以下の隙間を設けている。これにより、折り返されていることでシール部材６との間の距離が他の部位に比べて相対的に大きくなっている部位を他の部位と同等の隙間とすることができ、空気の流れが偏ることを防止できる。

また、冷蔵庫は、１本の扁平管２を複数回折り返した蛇行式の熱交換器１において、扁平管２が折り返されている部位の内側に、フィン３の２ピッチ分以下の隙間を設けている。これにより、折り返されていることでフィン３が設けられておらず、他の部位に比べて相対的に大きな隙間が形成されている部位を他の部位と同等の隙間とすることができ、空気の流れが偏ることを防止できる。

また、冷蔵庫は、１本の扁平管２を複数回折り返した蛇行式の熱交換器１において、扁平管２が折り返されている部位の内側に最も近いフィン３の外側に、当該フィン３の２ピッチ分以下の隙間を設けることもできる。このような構成によっても、他の部位に比べて相対的に大きな隙間が形成されている部位を他の部位と同等の隙間とすることができ、空気の流れが偏ることを防止できる。

さて、ここまでは熱交換器１の最外縁が扁平管２となる例を示したが、熱交換器１は、図４に示すように、扁平管２よりも外側にフィン３や金属製の補強板７等が設けられていることがある。この場合、熱交換器１の図示上下の最外縁は、補強板７によって構成されることになる。この補強板７は、外縁部材に相当する。

このような熱交換器１を採用する場合には、熱交換器１の最外縁を構成する外縁部材の外側に、フィン３の２ピッチ分以下の隙間を設けることができる。具体的には、補強板７の外側にフィン３の２ピッチ分以下の隙間を設けることで、熱交換器１の周囲に空気が流れる風路を形成することができる。

このような構成によっても、熱交換器１の周囲において熱交換が可能となることから、熱交換性能を向上させることができるとともに、空気が流れる部分の総面積が増えるため圧力損失を低減でき、冷気の循環量や循環効率の改善を図ることができる。なお、図４では図示は省略しているが、上記した補填シール部材６ａを設けることで、熱交換性能を更に改善することができる。

また、図５に示すように、ヘッダ４間に複数の扁平管２を並列に配置した並行式のマルチフロー型の熱交換器１を採用する場合であっても、熱交換器１の周囲にフィン３の２ピッチ分以下の隙間を設けることで、熱交換器１の周囲に空気が流れる風路を形成することができる。このような構成によっても、熱交換器１の周囲において熱交換が可能となることから、熱交換性能を向上させることができるとともに、空気が流れる部分の総面積が増えるため圧力損失を低減でき、冷気の循環量や循環効率の改善を図ることができる。

また、熱交換器１の周囲や扁平管２が折り返されている部位の外側や内側に形成する風路を、扁平管２の厚みよりも小さく設定することができる。これにより、フィン３のピッチが大きい場合や部位によって異なる場合等であっても、適切に風路の大きさを設定することができる。なお、フィン３のピッチが異なる場合とは、冷媒の入口側と出口側とでは冷媒の温度が異なることから、より熱交換が必要な部位に空気を偏って流すために、敢えて圧力損失を変えている場合等が相当する。

実施形態では凝縮器と蒸発器の双方をマルチフロー型の熱交換器１とする例を示したが、凝縮器あるいは蒸発器の一方をマルチフロー型の熱交換器１とすることができる。また、例えば冷蔵温度帯と冷凍温度帯の冷気を生成するために複数の蒸発器が設けられている場合には、それぞれをマルチフロー型の熱交換器１とすることもできるし、いずれか１つをマルチフロー型の熱交換器１とすることもできる。

各実施形態は、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。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および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。

図面中、１は熱交換器、２は扁平管、２ａは流路、３はフィン、７は補強板（外縁部材）を示す。

Claims (6)

1. 冷凍サイクルを備えた冷蔵庫であって、
   前記冷凍サイクルに用いる熱交換器を、内部に冷媒が流れる流路が複数形成されている扁平管と、前記扁平管の表面に設けられたフィンとを有するマルチフロー型のものとし、
   前記熱交換器は、その全体がダクト内に配置されており、
   前記熱交換器の周囲に、空気の流れを当該熱交換器に向けるシール部材を配置し、
   前記シール部材は、前記ダクトに接触している一方、前記熱交換器との間には隙間を有する状態で配置されており、前記熱交換器の外縁に空気が流れる風路を形成しており、
   前記熱交換器は、１本の前記扁平管を複数回折り返した蛇行式のものであり、前記扁平管が折り返されている部位の外側に、前記シール部材との間に前記フィンの２ピッチ分以下の隙間を設けるとともに、前記扁平管が折り返されている部位の内側に、当該折り返されている部位に最も近い前記フィンとの間に前記フィンの２ピッチ分以下の隙間を設けた冷蔵庫。
2. 前記熱交換器は、前記冷凍サイクルを構成する凝縮器である請求項１記載の冷蔵庫。
3. 前記熱交換器は、前記冷凍サイクルを構成する蒸発器である請求項１または２記載の冷蔵庫。
4. 前記熱交換器の最外縁を構成する前記扁平管の外側に、前記シール部材との間に前記フィンの２ピッチ分以下の隙間を設けた請求項１から３のいずれか一項記載の冷蔵庫。
5. 前記熱交換器の最外縁を構成する外縁部材の外側に、前記シール部材との間に前記フィンの２ピッチ分以下の隙間を設けた請求項１から３のいずれか一項記載の冷蔵庫。
6. 前記風路は、前記扁平管の厚みよりも小さく設定されている請求項１から５のいずれか一項記載の冷蔵庫。

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