JP7445287B2

JP7445287B2 - 冷蔵庫

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Publication number: JP7445287B2
Application number: JP2019236809A
Authority: JP
Inventors: 恭也舘野; 肇小松; 芳彦和田
Original assignee: Aqua Co Ltd
Current assignee: Aqua Co Ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: EP4083547A1; EP4083547A4; CN114867977A; JP2021105483A; CN114867977B; WO2021129654A1

Description

本発明は、冷蔵庫に関し、特に、ホットガスデフロスト方式により除霜する冷蔵庫に関する。

一般的な冷蔵庫では、冷凍サイクルの蒸発器で冷却した空気を各貯蔵室に送風することで、各貯蔵室を所望の冷蔵温度帯域または冷凍温度帯域に冷却している。冷凍サイクルを用いた冷却を続けると、蒸発器の表面に着霜が生じる。蒸発器の表面に厚い着霜が生じると、蒸発器と空気との間の伝熱および送風が妨げられる。よって、冷蔵庫の運転に於いては、蒸発器を除霜する除霜運転を定期的に実行する。

一般的な除霜運転では、蒸発器の下方に配置した除霜ヒータに通電することで、蒸発器の表面に成長した霜を溶融除去する。

一方、冷凍サイクルの圧縮機で圧縮した高温冷媒を蒸発器に供給することで除霜運転を行うホットガスデフロスト方式の冷蔵庫も登場している。ホットガスデフロスト方式の冷蔵庫によれば、通電による発熱が不要なため、冷蔵庫の構成を簡略化でき、更に、除霜に要するエネルギを低減できる。ホットガスデフロスト方式の冷蔵庫は、例えば以下の特許文献１ないし特許文献４に記載されている。

特許第５３６９１５７号公報特許第４８３７０６８号公報特許第５２５３２２３号公報特許第６５４５２５２号公報

しかしながら、上記した一般的なホットガスデフロストによる除霜では、高温冷媒を蒸発器に導入するため、蒸発器で冷却された冷媒が液化してしまい、この液化した冷媒が圧縮機に戻る液戻りが発生し、圧縮機の圧縮効率が低下してしまう恐れがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ホットガスデフロスト方式の除霜方式に於いて液戻りを防止する冷蔵庫を提供することにある。

本発明の冷蔵庫は、貯蔵室と、前記貯蔵室に送風される空気が収納される冷却室と、圧縮機、凝縮器、膨張手段および蒸発器を有し、前記蒸発器により前記冷却室に収納された前記空気を冷却する冷凍サイクルと、前記蒸発器を加熱して除霜する除霜用加熱部と、前記冷凍サイクルおよび前記除霜用加熱部の動作を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記蒸発器の除霜を行う際に、前記除霜用加熱部で前記蒸発器を加熱することにより、前記蒸発器の温度が第１温度以上となった後に、前記圧縮機で圧縮され且つ前記凝縮器を経由しない冷媒を前記蒸発器に供給することを特徴とする。

本発明の冷蔵庫は、貯蔵室と、前記貯蔵室に送風される空気が収納される冷却室と、圧縮機、凝縮器、膨張手段および蒸発器を有し、前記蒸発器により前記冷却室に収納された前記空気を冷却する冷凍サイクルと、前記蒸発器を加熱して除霜する除霜用加熱部と、前記冷凍サイクルおよび前記除霜用加熱部の動作を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記蒸発器の除霜を行う際に、前記除霜用加熱部で前記蒸発器を加熱することにより、前記蒸発器の温度が第１温度以上となった後に、前記圧縮機で圧縮され且つ前記凝縮器を経由しない冷媒を前記蒸発器に供給することを特徴とする。これにより、本発明の冷蔵庫によれば、圧縮機で圧縮された高温の冷媒を蒸発器に供給する際に、除霜用加熱部にて充分に蒸発器を昇温させるため、蒸発器で冷媒が液化してしまうことを防止することができる。

本発明の実施形態に係る冷蔵庫の外観を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の内部構成を示す側方断面図である。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルを示す模式図であり、（Ａ）は冷却運転時を示し、（Ｂ）は除霜運転時を示している。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の接続構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の除霜方法を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の除霜方法を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る冷蔵庫１０を図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。更に、以下の説明では、上下前後左右の各方向を適宜用いるが、左右とは冷蔵庫１０を前方から見た場合の左右を示している。また、本実施形態では、冷蔵庫１０として冷凍室および冷蔵室を有するものを例示するが、冷蔵庫１０としては、冷凍室のみを有するもの、または、冷蔵室のみを有するものも採用できる。

図１は、本発明の実施形態に係る冷蔵庫１０を、前方右側から見た斜視図である。冷蔵庫１０は、断熱箱体１１と、断熱箱体１１の内部に形成された貯蔵室とを有している。貯蔵室として、上方側から、冷蔵室１２および冷凍室１３を有している。冷蔵室１２の前方開口は、上段部分が断熱扉１８で閉鎖され、下段部分が断熱扉１９で閉鎖されている。冷凍室１３の前方開口は、上段部分が断熱扉２０で閉鎖され、下段部分が断熱扉２１で閉鎖されている。断熱扉１８は回転式の扉であり、断熱扉１９、断熱扉２０および断熱扉２１は引出式の扉である。

図２は、冷蔵庫１０を全体的に示す側方断面図である。断熱箱体１１は、所定形状に曲折加工された鋼板からなる外箱１１１と、外箱１１１と離間した内側に配置された合成樹脂板から成る内箱１１２と、外箱１１１と内箱１１２との間に充填された断熱材１１３とから構成されている。

冷凍室１３の奥側には、冷却室１１５が形成されており、冷凍室１３と冷却室１１５とは区画板２９で区画されている。冷却室１１５の内部には、冷却器である蒸発器１６４が配設されている。また、冷蔵庫１０の下端側後方には機械室１４が区画形成され、機械室１４には圧縮機１６１が配置されている。蒸発器１６４および圧縮機１６１は、冷媒圧縮式の冷凍サイクル１６を形成している。具体的には、冷凍サイクル１６は、圧縮機１６１、後述する凝縮器１６２、後述する膨張手段１６３および蒸発器１６４を備えている。冷凍サイクル１６を運転することで、蒸発器１６４により冷却室１１５の内部の冷気を冷却し、この冷気を各貯蔵室に送風し、各貯蔵室の庫内温度を所定の冷却温度帯域とする。冷凍サイクル１６を構成する各構成機器は、銅管などの金属管から成る後述する冷媒配管２３により相互に接続されている。冷媒配管２３の構成は、図３等を参照して説明する。

冷却室１１５の内部に於いて、蒸発器１６４の上方側には送風機２７が配置されている。送風機２７は、軸流送風機または遠心送風機であり、蒸発器１６４が冷却した冷却室１１５の内部の冷気を、冷蔵室１２および冷凍室１３に向けて送風する。

冷却室１１５の内部であって、蒸発器１６４の下方には、除霜用加熱部１１７が配置される。除霜用加熱部１１７は、通電することで発熱する加熱ヒータである。本実施形態では、後述するように、ホットガスデフロストと除霜用加熱部１１７とを組み合わせて用いることで、効果的に蒸発器１６４の除霜処理を行う。また、ここでは図示しないが、送風機２７の近傍には、除霜時に冷却室１１５を閉鎖する遮蔽装置が配設されている。

冷却室１１５から上方に向かって送風路１１８が形成されている。送風路１１８には、冷気を冷蔵室１２に吹き出すための開口が形成されている。冷蔵室１２を冷却した冷気は、ここでは図示しない帰還風路を経由して冷却室１１５に帰還し、これにより冷蔵室１２は所定の冷蔵温度帯域に冷却される。

制御部１７で送風された冷気の一部は、区画板２９の上部に形成された開口を介して冷凍室１３に送風され、冷凍室１３を冷却した冷気は、区画板２９の下部に形成された開口から冷却室１１５に帰還する。これにより、冷凍室１３は所定の冷凍温度帯域に冷却される。

冷凍サイクル１６による冷蔵室１２および冷凍室１３の冷却を継続すると、蒸発器１６４に着霜が生じて蒸発器１６４の伝熱および気流を阻害するので、定期的に蒸発器１６４の除霜運転を行う。除霜運転では、冷凍サイクル１６による冷蔵室１２および冷凍室１３の冷却を停止し、送風機２７による送風を停止し、冷凍サイクル１６によるホットガスデフロストおよび除霜用加熱部１１７による加熱で、蒸発器１６４を除霜する。除霜運転が終了した後は、上記した冷蔵室１２および冷凍室１３の冷却動作を再開する。

図３を参照して、冷凍サイクル１６の構成を説明する。図３（Ａ）は冷却運転時に於ける冷凍サイクル１６を示す模式図であり、図３（Ｂ）は、除霜運転時に於ける冷凍サイクル１６を示す模式図である。

図３（Ａ）を参照して、冷凍サイクル１６の構成を説明する。冷凍サイクル１６は、圧縮機１６１と、凝縮器１６２と、膨張手段１６３と、蒸発器１６４と、を主要に具備している。膨張手段１６３としては、キャピラリーチューブまたは膨張弁を採用できる。冷凍サイクル１６を構成する各機器は、冷媒配管２３で接続されている。

冷媒配管２３には、切替部２２が介装されている。切替部２２は、所謂三方弁であり、冷媒が流入する冷媒取入口２２１、冷媒が選択的に流出する第１冷媒吐出口２２２および第２冷媒吐出口２２３を備えている。

冷媒配管２３は、第１冷媒配管２３１、第２冷媒配管２３２、第３冷媒配管２３３、第４冷媒配管２３４、第５冷媒配管２３５および第６冷媒配管２３６を具備する。第１冷媒配管２３１は、圧縮機１６１と切替部２２の冷媒取入口２２１とを接続する。第２冷媒配管２３２は、切替部２２の第１冷媒吐出口２２２と凝縮器１６２とを接続する。第３冷媒配管２３３は、凝縮器１６２と膨張手段１６３とを接続する。第４冷媒配管２３４は、膨張手段１６３と蒸発器１６４とを接続する。第５冷媒配管２３５は、切替部２２の第２冷媒吐出口２２３と第４冷媒配管２３４の途中部分とをバイパス接続している。第６冷媒配管２３６は、蒸発器１６４と圧縮機１６１とを接続している。ここで、第５冷媒配管２３５は、圧縮機１６１で圧縮された高温冷媒を、凝縮器１６２および膨張手段１６３を経由せずに、蒸発器１６４に供給するための迂回配管である。

第６冷媒配管２３６、第５冷媒配管２３５、第３冷媒配管２３３、膨張手段１６３および第４冷媒配管２３４は、互いに蝋付け等されることで熱的に結合されている。これにより、除霜運転時に、第６冷媒配管２３６を流通する冷媒を、第５冷媒配管２３５を流通する高温冷媒で昇温でき、液戻りを防止できる。

冷却運転時に於いて、冷媒が流れる順番は、圧縮機１６１、第１冷媒配管２３１、切替部２２の冷媒取入口２２１および第１冷媒吐出口２２２、第２冷媒配管２３２、凝縮器１６２、第３冷媒配管２３３、膨張手段１６３、第４冷媒配管２３４、蒸発器１６４、第６冷媒配管２３６、圧縮機１６１である。

図３（Ｂ）を参照して、ホットガスデフロスト方式の除霜運転時に於いて、冷媒は、凝縮器１６２および膨張手段１６３を経由することなく、高温蒸気状態のまま蒸発器１６４に導入される。これは、切替部２２の第１冷媒吐出口２２２を閉鎖すると共に、第２冷媒吐出口２２３を解放することで実現する。冷媒が流れる順番は、圧縮機１６１、第１冷媒配管２３１、切替部２２の冷媒取入口２２１および第２冷媒吐出口２２３、第５冷媒配管２３５、第４冷媒配管２３４、蒸発器１６４、第６冷媒配管２３６、圧縮機１６１である。

このように冷媒を流すことで、凝縮器１６２および膨張手段１６３を経ていない高温冷媒を蒸発器１６４に流すことができ、これにより蒸発器１６４の表面で成長した霜を溶融できる。また、第６冷媒配管２３６と第５冷媒配管２３５が熱的に結合されていることから、蒸発器１６４を冷却して圧縮機１６１に戻る冷媒を、第５冷媒配管２３５を通過する高温冷媒で昇温して気化させることができ、液戻りを防止できる。

図４は、冷蔵庫１０の接続構成を示すブロック図である。

制御部１７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含む演算制御素子である。

制御部１７の入力端子には、タイマ２６、庫内温度センサ２４および蒸発器温度センサ２５が接続されている。タイマ２６は、冷蔵庫１０を構成する各種機器、例えば、圧縮機１６１、切替部２２および除霜用加熱部１１７等の稼働時間や停止時間を計測する。庫内温度センサ２４は、冷蔵室１２や冷凍室１３の庫内温度を計測する。蒸発器温度センサ２５は、蒸発器１６４または冷却室１１５の温度を計測する。

制御部１７の出力端子には、圧縮機１６１、切替部２２および除霜用加熱部１１７が接続されている。圧縮機１６１は冷媒を圧縮し、切替部２２は冷媒が流れる方向を切り替え、除霜用加熱部１１７は蒸発器１６４を加熱する通電式の加熱ヒータである。

制御部１７は、タイマ２６、庫内温度センサ２４および蒸発器温度センサ２５から入力された入力情報に基づいて所定の演算処理を実行し、当該演算処理に基づいて、圧縮機１６１、切替部２２および除霜用加熱部１１７の運転動作や切り替え動作を制御する。

図５および図６を参照して、上記した構成の冷蔵庫１０に於ける除霜運転を説明する。図５は除霜運転を示すフローチャートであり、図６は除霜運転を示すタイミングチャートである。図６では、蒸発器温度センサ２５の温度、第１冷媒吐出口２２２の開閉、第２冷媒吐出口２２３の開閉、通電で発熱する除霜用加熱部１１７のオンオフ、圧縮機１６１の動作回転周波数を示している。

ステップＳ１０では、制御部１７は、除霜運転を開始する。即ち、図２を参照して、送風機２７を停止し、冷凍サイクル１６による冷却運転を停止し、冷却室１１５をダンパなどで閉鎖する。

ステップＳ１１では、制御部１７は、タイマ２６で計測した除霜運転時間が、所定時間、例えば１００分が経過したか否かを判断する。所定時間が経過したら、即ちステップＳ１１がＹＥＳであれば、制御部１７は、ステップＳ２２に移行し、除霜運転を終了する。一方、所定時間が経過していなければ、即ちステップＳ１１がＮＯであれば、制御部１７は、ステップＳ１２に移行し、除霜運転を続行する。

ステップＳ１２では、制御部１７は、除霜用加熱部１１７に通電して発熱させ、切替部２２の第１冷媒吐出口２２２を閉じ、第２冷媒吐出口２２３も閉じる。このとき、圧縮機１６１は停止しているので、蒸発器１６４には冷媒は供給されない。このようにすることで、図２を参照して、除霜用加熱部１１７により冷却室１１５および蒸発器１６４が温められ、蒸発器１６４の着霜が徐々に溶融し、更に蒸発器１６４および冷却室１１５も昇温される。ステップＳ１２は、図６のタイミングチャートにおいてＴ１が該当している。

ステップＳ１３では、制御部１７は、蒸発器温度センサ２５で計測した蒸発器１６４の温度が、０℃以上であるか否かを判断する。蒸発器温度センサ２５の温度が０℃以上であれば、即ちステップＳ１３がＹＥＳであれば、制御部１７は、ステップＳ１４に移行する。一方、蒸発器温度センサ２５の温度が０℃未満であれば、即ちステップＳ１３がＮＯであれば、制御部１７は、ステップＳ１４に移行せず除霜用加熱部１１７による加熱を続行する。ステップＳ１３は、図６のタイミングチャートにおいてＴ１ないしＴ２が該当している。

ステップＳ１４では、制御部１７は、除霜用加熱部１１７の通電を終了し、切替部２２の第１冷媒吐出口２２２を閉じ、第２冷媒吐出口２２３を開く。ステップＳ１４は、図６のタイミングチャートにおいてＴ２が該当している。

ステップＳ１５では、制御部１７は、圧縮機１６１の運転を開始し、圧縮機１６１が運転する周波数をセットする。ここでは、制御部１７は、図６のタイミングチャートに示すように「１」がセットされる。

ステップＳ１６では、制御部１７は、蒸発器温度センサ２５で計測した蒸発器１６４の温度が、２℃以上であるか否かを判断する。蒸発器温度センサ２５の温度が２℃以上であれば、即ちステップＳ１６がＹＥＳであれば、制御部１７は、ステップＳ１７に移行する。一方、蒸発器温度センサ２５の温度が２℃未満であれば、即ちステップＳ１６がＮＯであれば、制御部１７は、ステップＳ１７に移行しない。ステップＳ１６は、図６のタイミングチャートにおいてＴ２ないしＴ３が該当している。

ステップＳ１７では、制御部１７は、圧縮機１６１の運転周波数を設定する。即ち、制御部１７は、上記したステップＳ１５では「１」であった圧縮機１６１の運転周波数を「２」とする。即ち、圧縮機１６１の回転周波数を２倍にし、蒸発器１６４に供給される高温冷媒の流量を増加させ、あるいは、圧縮機１６１の回転周波数を増加させて、蒸発器１６４に供給される高温冷媒の流量を２倍とし、ホットガスデフロスト方式の除霜をより積極的に行う。蒸発器１６４の温度は２℃程度に上昇しているので、蒸発器１６４に供給される冷媒の流量を増大させても、液戻りは抑制されている。ステップＳ１６は、図６のタイミングチャートにおいてＴ３が該当している。

ステップＳ１８では、制御部１７は、蒸発器温度センサ２５で計測した蒸発器１６４の温度が、４℃以上であるか否かを判断する。蒸発器温度センサ２５の温度が４℃以上であれば、即ちステップＳ１８がＹＥＳであれば、制御部１７は、ステップＳ１９に移行する。一方、蒸発器温度センサ２５の温度が４℃未満であれば、即ちステップＳ１８がＮＯであれば、制御部１７は、ステップＳ１９に移行しない。ステップＳ１９は、図６のタイミングチャートにおいてＴ３ないしＴ４が該当している。

ステップＳ１９では、制御部１７は、蒸発器温度センサ２５で計測した蒸発器１６４の温度が、２℃上昇する度に、圧縮機１６１の運転周波数を上昇させる。即ち、蒸発器温度センサ２５で計測した蒸発器１６４の温度が４℃以上になれば、図６に示すＴ４からＴ５に示すように、圧縮機１６１の運転周波数を「３」とする。また、蒸発器温度センサ２５で計測した蒸発器１６４の温度が６℃以上になれば、図６に示すＴ５からＴ６に示すように、圧縮機１６１の運転周波数を「４」とする。このようにすることで、蒸発器１６４に供給される高温冷媒の流量を増大させ、更に積極的にホットガスデフロスト方式の除霜運転を行う。

ステップＳ２０では、制御部１７は、蒸発器温度センサ２５で計測した蒸発器１６４の温度が、８℃以上であるか否かを判断する。蒸発器温度センサ２５の温度が８℃以上であれば、即ちステップＳ２０がＹＥＳであれば、制御部１７は、充分に除霜されていると判断し、ステップＳ２１に移行する。一方、蒸発器温度センサ２５の温度が８℃未満であれば、即ちステップＳ２０がＮＯであれば、制御部１７は、除霜は充分ではないと判断し、ステップＳ１９に戻る。ステップＳ２０は、図６のタイミングチャートにおいてＴ５ないしＴ６が該当している。

ステップＳ２１では、制御部１７は、圧縮機１６１の運転を終了し、切替部２２の第１冷媒吐出口２２２を閉じ、第２冷媒吐出口２２３を閉じ、ステップＳ２２に移行して除霜運転を終了する。ステップＳ２１は、図６のタイミングチャートにおいてＴ６が該当している。

上記により蒸発器１６４の除霜が終了したら、冷凍サイクル１６を冷却運転することで冷蔵室１２および冷凍室１３を冷却する冷却運転を再開する。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。また、上記した各形態は相互に組み合わせることが可能である。

１０冷蔵庫
１１断熱箱体
１１１外箱
１１２内箱
１１３断熱材
１１５冷却室
１１７除霜用加熱部
１１８送風路
１２冷蔵室
１３冷凍室
１４機械室
１６冷凍サイクル
１６１圧縮機
１６２凝縮器
１６３膨張手段
１６４蒸発器
１７制御部
１８断熱扉
１９断熱扉
２０断熱扉
２１断熱扉
２２切替部
２２１冷媒取入口
２２２第１冷媒吐出口
２２３第２冷媒吐出口
２３冷媒配管
２３１第１冷媒配管
２３２第２冷媒配管
２３３第３冷媒配管
２３４第４冷媒配管
２３５第５冷媒配管
２３６第６冷媒配管
２４庫内温度センサ
２５蒸発器温度センサ
２６タイマ
２７送風機
２９区画板

Claims

貯蔵室と、
前記貯蔵室に送風される空気が収納される冷却室と、
圧縮機、凝縮器、膨張手段および蒸発器を有し、前記蒸発器により前記冷却室に収納された前記空気を冷却する冷凍サイクルと、
前記蒸発器を加熱して除霜する除霜用加熱部と、
前記冷凍サイクルおよび前記除霜用加熱部の動作を制御する制御部と、を具備し、
前記制御部は、前記蒸発器の除霜を行う際に、
前記除霜用加熱部で前記蒸発器を加熱することにより、前記蒸発器の温度が第１温度以上となった後に、
前記圧縮機で圧縮され且つ前記凝縮器を経由しない冷媒を前記蒸発器に供給することを特徴とする冷蔵庫。
前記制御部は、前記蒸発器の温度が上昇するに伴い、前記圧縮機の運転周波数を上げることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
前記制御部は、前記圧縮機で圧縮され且つ前記凝縮器を経由しない前記冷媒を前記蒸発器に供給するときに、前記除霜用加熱部をＯＦＦ状態とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷蔵庫。
前記制御部は、前記蒸発器の温度が、前記第１温度よりも高く設定された第２温度以上となれば、前記圧縮機を停止し、前記冷媒の前記蒸発器への供給を停止することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の冷蔵庫。