JPWO2017002768A1 - 冷蔵庫 - Google Patents
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Abstract
Description
<冷蔵庫の全体構成>
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷蔵庫100の正面図である。冷蔵庫100は、図1に示すように、最上部に冷蔵室1及び最下部に野菜室5を備える。また冷蔵庫100は、野菜室5の上に位置する冷凍室4、冷凍室4と冷蔵室1の間にあって正面右側に位置する切替室2、正面左側に位置する製氷室3を備える。
図2は、本発明の実施の形態1に係る冷蔵庫100の断面図である。冷蔵庫100を側面から見た庫内断面図を示している。冷蔵庫内は、各室の扉部6及び断熱壁7によって、庫外(外気)から断熱されている。
図3は、本発明の実施の形態1に係る冷蔵庫100の冷媒回路図である。冷蔵庫100は、図3に示すように、冷媒回路として圧縮機12、配管群13、膨張機14、プレ冷却器10、及び冷却器9を備える。
図4は、本発明の実施の形態1における冷却器室200の構造概要図である。図4の(a)は正面図であり、(b)は(a)のA−A’で切断した断面図である。なお、図4の(b)は、(a)のA−A’断面を紙面の右から左へ向けて見た図である。冷却器室200は、循環ファン8、冷却器9、プレ冷却器10、及びラジアントヒーター24を収容する部分を意味する。
冷却器9は、図4に示すように、複数のフィン16と複数の冷媒配管17とで構成されている。伝熱面積を拡大して冷却性能を向上させるため、複数のフィン16は、フィン16とフィン16との間隔が一定のフィンピッチとなるように、積載されている。着霜によるフィン間の目詰まり(風路抵抗増加)などに対する品質を考慮し、フィンピッチとしては5mm以上〜10mm以下の範囲が望ましい。例えば、風の流れる風流れ方向においては、冷却器9の下流側と比較して冷却器9の上流側で着霜が顕著に生じ得る。フィン16との熱交換に起因して生じる着霜によって、下流側に進むにつれて戻り空気15に含まれる水分量が減少する。そのため、上流側のフィンピッチを広めに設定してもよい。例えば、下流側のフィンピッチを5mm、上流側のフィンピッチを7.5mm以上〜10mm以下としもよい。
プレ冷却器10は、図4に示すように、冷却器9と同様に複数のフィン16と複数の冷媒配管17とで構成されている。プレ冷却器10が有する複数のフィン16は、冷却器9と同様にフィン16とフィン16との間隔が一定のフィンピッチとなるよう積載されている。プレ冷却器10は、冷却器9よりも風流れ方向で上流側に配置される。そのためプレ冷却器10は、冷却器9と比べて、着霜がより顕著に生じる。したがって、プレ冷却器10のフィンピッチは、冷却器9のフィンピッチ(5mm以上〜10mm以下)よりも大きくしてある。プレ冷却器10のフィンピッチは、例えば、10mm以上〜15mm以下の範囲が望ましい。なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、プレ冷却器10のフィンピッチは特に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、プレ冷却器10が有するフィン16の形状に関しても、特に限定されるものではなく、プレートフィン、コルゲートフィン、ルーバーフィン、スリットフィンなどが挙げられる。冷却器9とプレ冷却器10とは少し間隔をあけて設置すると良い。冷却器室200では下から上に空気が流れる構成であるため、たとえば、プレ冷却器10は冷却器9の下側に少し距離をあけて設置すると良い。
また、プレ冷却器10のフィン形状は冷蔵室空気23の流れに沿うようにフィンの傾き角度を変えたり、フィン下端を菱形にして前縁効果を促進させたり、除霜時にスムーズに水を落下させるようにフィン下端を鋭利にしたりなど、適宜形状を変えてもよい。
冷蔵庫100は、除霜装置として、冷却器9の下部に配置されて除霜に使用されるラジアントヒーター24以外に、冷却器9のフィン16に密着させた複数の電熱線ヒーター、即ちコードヒーター18を備える。ラジアントヒーター24は輻射熱でプレ冷却器10を加熱するもので、たとえば図のようにプレ冷却器10と少し間隔をあけて設置するとよい。コードヒーター18は、冷却器9の前面側と背面側とに配置してある。また、コードヒーター18は、冷却器9のフィン16間などに挿入され、フィン16に密着して主に熱伝導でフィン16を加熱する。
<プレ冷却器と除霜装置の配置>
プレ冷却器10は、除霜ヒーターであるラジアントヒーター24と水平方向で並列に、かつ冷却器室200の背面側に配置されている。これは、冷蔵室空気23が冷却器室200の背面側を主体的に流れるためであり、冷蔵室空気23に含まれる水分を除去する最適な配置となっている。例えば、冷蔵室空気23が冷却器室200の手前側を主体的に流れる場合は、プレ冷却器10を冷却器室の手前側に配置し、除霜ヒーターであるラジアントヒーター24を背面側にするなど、冷蔵室空気23の流れの経路に合わせて、プレ冷却器10を配置するのが望ましい。
また、水平方向でプレ冷却器10とラジアントヒーター24を並列に配置することで、プレ冷却器10が着霜により閉塞した際、ラジアントヒーター24側の空いたスペースに冷蔵室空気23が流れることで、冷蔵室空気23の風量低下を抑制することができる。
本発明の実施の形態1に係る冷蔵庫100では、図4に示すように、冷凍室戻り口20の入口(冷凍室側端部)下縁が冷却器9の下端よりも上方となるように構成してあり、冷蔵室戻り口22が冷凍室戻り口20の入口下端よりも下方となるように構成してあり、冷却器9によって冷却された空気とプレ冷却器10によって冷却された空気とを各庫へ吹き出し口28が冷蔵室戻り口22に対して冷凍室戻り口20を挟む位置に配置してある。冷凍室戻り口20は冷凍室4からの空気が冷却器9の下端に直接向かう位置に設置されている。また、冷蔵室戻り口22は冷蔵室1からの空気が、まずプレ冷却器10に向かった後に冷却器9に向かう位置に設置される。例えば、冷蔵室戻り口22は、プレ冷却器10が冷却器室200の背面側に配置される場合、背面側へ冷蔵室空気23を送り出す為に、冷却器室200の手前から流入させた方が良い。
吹き出し口28下縁と冷凍室戻り口20上縁との距離を縮小した場合、冷凍室空気21のショートサイクルによって冷凍室4の温度上昇が起こる恐れがある。ここでショートサイクルとは、吹き出し口28から吹き出された冷却後空気が庫内を循環せずにそのまま冷凍室戻り口20に流れることを意味する。ショートサイクルが発生した場合、冷却時間(圧縮機運転時間)の延長、冷却効率の悪化、消費エネルギーの増加等を招く虞がある。
図4に示す一例では、プレ冷却器10の幅に対し、冷蔵室戻り口22が部分的に開口している。この場合、その開口部付近のプレ冷却器10から着霜が始まり、局所的な着霜分布が生じる虞がある。
図8は、本発明の実施の形態1におけるラジアントヒーター24及びヒータールーフ25を示す模式図である。図8には、半円弧状のヒータールーフ25と、矢印付実線で示す冷凍室空気21の流れと、矢印破線で示す冷蔵室空気23の流れとが示されている。図のように、プレ冷却器10の下方にラジアントヒーター24およびヒータールーフ25はプレ冷却器10と水平方向ずれた位置に配置されている。ヒータールーフ25はプレ冷却器10よりも冷凍室戻り口20に近い位置にあり、冷凍室戻り口20のすぐ下方となる位置にある。
上記で説明した実施の形態1に係る冷蔵庫100の風路構造における冷凍室空気21及び冷蔵室空気23の流れの把握を行うため、冷凍室戻り口20の上下方向寸法を28mmとして数値解析を行った。数値解析を行うに際し、冷凍室戻り口20及び冷蔵室戻り口22を風量規定(実測結果)とし、循環ファン8の出口を外部開口の静圧0Paとした。また、着霜に寄与する冷蔵室空気23の水蒸気の模擬的に表現して流れをトレースするために、冷蔵室戻り口22の無次元水蒸気濃度(割合)を1[−]とし、冷凍室戻り口20の無次元水蒸気濃度(割合)を0[−]とした。
図10は、本発明の実施の形態1に係る冷凍室戻り口20の上下方向寸法を拡大させた冷却器室200の構造概要図である。図10(a)は、冷却器室200の正面図を示しており、図10(b)は図10(a)のA−A’で切断した冷却器室200の断面図である。図4で示した冷却器室200と比較し、冷凍室戻り口20の上下方向寸法は、図10で示されたように拡大して冷凍室戻り口20の開口面積を大きくした方が望ましい。具体的な上下方向寸法に関しては、冷凍室ショートサイクルを考慮する必要がある。
図11は、冷凍室戻り口の上下方向寸法によるショートサイクル評価結果の説明図である。図11(a)には、ショートサイクル評価の試験方法が示されている。冷凍室戻り口20の上下方向寸法Bを拡大した際の吹き出し口28と冷凍室戻り口20との温度を、図11(a)で示した位置にある熱電対で計測し、吹き出し口28と冷凍室戻り口20との温度差に基づくショートサイクルの影響を評価した。ここでショートサイクルとは、上述したように、吹き出された冷却後空気が庫内を循環せずにそのまま戻り口に流れることを意味する。そのため、ショートサイクルが起こった場合、吹き出し口28と冷凍室戻り口20との温度差が縮まる傾向になる。なお、冷凍室4の吹き出し口28下部に気流制御リブ29を配置し、冷凍室戻り口20上部にも気流制御リブ29を配置し、ショートサイクル抑制を図っている。
冷蔵庫として、600Lのフレンチ型冷蔵庫を使用した。外気条件とし、温度30℃及び相対湿度70%の外気を使用した。定常運転時の消費電力は、温度の計測と同時に計測した。冷凍室戻り口20の上下方向寸法として、28mm、56mm、84mm、100mm、115mm、及び130mmの冷蔵庫を用意した。
図11(b)には、冷凍室戻り口20の上下方向寸法、吹き出し口28と冷凍室戻り口20との温度差、及び定常運転時の1日あたりの消費電力[kWh/d]の関係が示されている。図11(b)に示すように、消費電力は上下方向寸法が84mmで最小値になった。上下方向寸法が100mmよりも大きくなった場合、消費電力は悪化傾向を示した。吹き出し口28と冷凍室戻り口20との温度差は、上下方向寸法が100mmよりも大きいと温度差が縮小し、ショートサイクルの兆候を示した。上下方向寸法が100mmよりも大きい場合にショートサイクルが発生して消費電力悪化につながった、と考えられる。そのため、消費電力に対する悪影響を考慮し、冷凍室戻り口20の上下方向寸法は、冷却器9の下端を基準として100mm以下が望ましい。しかしながら、冷凍室戻り口20の上下方向寸法は100mm以下に特に限定されるものはなく、除霜時における庫内熱侵入、剛性変化によるファン騒音などの品質を考慮し、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更してもよい。
図13は、本発明の実施の形態2における冷却器室200の構造概要図である。図13(a)は、冷却器室200の正面図を示しており、図13(b)は、冷却器室200の断面図を示しており、図13(c)は、冷却器室200のプレ冷却器10周辺における拡大図を示している。実施の形態2では実施の形態1と異なり、図13に示すように、冷蔵室戻り口22を冷却器9に対し側面側に配置してある。そのため実施の形態2では、実施の形態1と異なり、冷蔵室空気23がプレ冷却器10の側面側から流入する。このように、実施の形態2では冷凍室戻り口20は冷却器室200の正面側に配置され、冷蔵室戻り口22は冷却器室200の側面側に配置される。
図14は、本発明の実施の形態3における冷却器室200の断面図である。図14(a)には、冷却器室200の構造概要図の断面図が示してあり、図14(b)には、冷蔵室戻り口22及びプレ冷却器10の近傍を拡大した模式拡大図が示してあり、図14(c)には、冷蔵室戻り口22の変形例を備える冷却器室200の冷蔵室戻り口22及びプレ冷却器10の近傍を拡大した模式拡大図が示してある。
図15は、本発明の実施の形態4における冷却器室200の正面図である。実施の形態4では、実施の形態1と異なり、冷却器9の側面バイパス風路41に気流制御リブ29が配置してある。
本発明による実施の形態1〜4におけるプレ冷却器の除湿能力向上を検討する。冷却器室200の下部で冷凍室空気21と冷蔵室空気23とが合流して流入する比較例1、及び冷凍室空気21と冷蔵室空気23とが分離して流入する本発明に係る実施の形態1〜4を用い、プレ冷却器10における除湿能力(着霜量[g])を試験で測定した。測定結果に基づき、比較例1に対する本発明の除湿能力比の比率を比較した。
図16は、プレ冷却器10における除湿能力試験装置を示す概要図である。除湿能力試験装置及び着霜量測定方法が示されている。図16に示すように、冷蔵室1内に設置したヒーター51の加熱で水を蒸発させて、冷却器9に強制着霜させ、プレ冷却器10における着霜量[g]を測定し、比較した。
図17は、比較例1に対し実施の形態1〜4におけるプレ冷却器10の除湿能力比を表わす棒グラフである。プレ冷却器10における除湿能力測定結果より求めた比較例1に対する本発明の除湿能力の比を示している。
Claims (13)
- 冷蔵室と、冷凍室と、前記冷蔵室から送られてくる冷蔵室空気及び前記冷凍室から送られてくる冷凍室空気を冷却する冷却器が設置された冷却器室と、前記冷却器で冷却された冷却後空気を前記冷蔵室及び前記冷凍室に送風する循環ファンとを備えた冷蔵庫であって、
前記冷却器室は、
前記冷却器の上流側に配置してあり、除湿を行うプレ冷却器と、
前記プレ冷却器を加熱する除霜ヒーターと、
前記冷凍室から前記冷却器室に送られた前記冷凍室空気が直接に前記冷却器へと向かう位置に設けた冷凍室戻り口と、
前記冷蔵室から前記冷却器室に送られた前記冷蔵室空気が前記プレ冷却器へと向かう位置に設けた冷蔵室戻り口と、
を備えている冷蔵庫。 - 前記プレ冷却器は、前記除霜ヒーターと水平方向で同じ高さに配置されており、かつ前記除霜ヒーターよりも前記冷却器室の背面側に配置されている請求項1記載の冷蔵庫。
- 前記冷却器室内では、前記冷凍室からの前記冷凍室空気及び前記冷蔵室からの前記冷蔵室空気が下から上に流れ、
前記冷凍室戻り口下端は、前記冷却器の下端よりも上方に配置され、
前記冷蔵室戻り口は、前記冷凍室戻り口下端よりも下方に配置されている請求項1又は請求項2に記載の冷蔵庫。 - 前記冷凍室空気と前記冷蔵室空気は、前記冷却器に対し同一方向から流入する請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。
- 前記冷凍室戻り口から前記冷却器室へ送られる前記冷凍室空気の風量は前記冷蔵室戻り口から前記冷却器室へ送られる前記冷蔵室空気の風量よりも大きい請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。
- 前記冷却器室は、前記冷却後空気が吹出される吹き出し口を前記冷凍室戻り口の上方に備え、
前記冷凍室戻り口の前記冷凍室側の上部から前記吹き出し口の下部までの間に、前記吹き出し口から吹き出された前記冷却後空気の流れの少なくとも一部を遮る気流制御リブが配置されている請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。 - 前記冷凍室戻り口は、前記冷却器の側が下に傾斜している請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。
- 前記冷蔵室戻り口の幅と前記プレ冷却器の幅とは同等である請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。
- 前記冷凍室戻り口は、前記冷却器室の正面側に配置してあり、
前記冷蔵室戻り口は、前記冷却器室の側面側に配置してある請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。 - 前記除霜ヒーターは、ヒータールーフを備えるラジアントヒーターであり、
前記ヒータールーフは、前記冷凍室戻り口の下方に設置された平坦形状を有し、前記冷凍室戻り口の側が低くなるように傾斜している請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。 - 前記冷凍室戻り口の上下方向寸法は100mm以下である請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。
- 前記プレ冷却器は、前記冷却器室内で前記除霜ヒーターに対し水平方向にずれた位置に配置してあり、
前記冷蔵室戻り口は、前記除霜ヒーターの下方に設置され前記プレ冷却器に接近する風路を備える請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。 - 前記冷却器は、積層フィンと前記積層フィンの積層方向の外側に側板とを備え、
前記側板と前記冷却器室の壁面の間に形成された側面バイパス風路を流れる空気を遮る側部の気流制御リブが設置してある請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載の冷蔵庫。
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