JP2002162151A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 新冷媒Ｒ１３４ａを用いることにより、圧縮
機に生じる各種問題について調査、検討し、その問題点
を解決して、最適な冷蔵庫を提供すること。 【解決手段】 電動要素とこの電動要素で回転駆動され
る圧縮要素とから構成される圧縮機を備え、この圧縮機
の運転能力を変えて庫内の温度を設定温度付近に制御す
る冷蔵庫において、圧縮要素で圧縮される冷媒にＲ１３
４ａを使用し、電動要素３の回転子３１に希土類磁石３
５を備えかつ回転子３１の回転位置に基づいて電力を供
給する電動要素３の巻線３３を換えると共に電力を庫内
の温度及び設定温度に基づいて変える制御部４３を備え
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷蔵庫に係わり、特
に冷蔵庫の冷却能力の可変に好適な回転型の圧縮機の運
転に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より圧縮機、特に冷蔵庫用の圧縮機
としては、経済性を考え電動機に交流電動機を使用する
一方、冷媒は冷凍効果、相溶性に優れたＲ２２を使用し
ていた。

【０００３】しかし、その冷媒Ｒ２２は、オゾン層を破
壊し、地球温暖化作用があることから、モントリオール
議定書で西暦２０２０年には全廃することが決められて
いる。そこで、Ｒ２２の代替冷媒として、各社いろいろ
模索しているが、環境面から考えて冷蔵庫用としては塩
素を含まない冷媒Ｒ１３４ａが最も有望視されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この新
冷媒Ｒ１３４ａは、従来の冷媒Ｒ２２に比べて比容積が
大きい。この比容積が大きいと言うことは、単位体積あ
たりの冷媒量が少ないことを意味する。このため、Ｒ１
３４ａは、冷媒Ｒ２２に比べて同体積の圧縮室で圧縮さ
れる冷媒量が少なくなるため、冷凍効果が低下する問題
点がある。

【０００５】そこで、新冷媒Ｒ１３４ａを用いて、冷凍
効果を低下させないようにするためには、圧縮室の容積
を増やすようにすればよいが、そうすると今度は圧縮機
自体が大きくなり、冷蔵庫に使用した場合に収容量を減
少させる問題が生じる。

【０００６】一方、圧縮機内部には、各摺動部の潤滑と
冷媒のシールを兼ねて潤滑油が封入されている。しか
し、潤滑油の存在する個所は冷媒の通る空間とも連通さ
れているため、潤滑油は圧縮された冷媒と共に徐々に冷
凍回路に漏れ出し、やがては圧縮機内部で潤滑油不足を
生じることになる。この圧縮機内部での潤滑油不足を防
ぐためには、圧縮機から冷媒と共に冷凍回路に流出した
潤滑油をさらに冷媒と共に循環させて再び圧縮機内に戻
すようにすれば良く、そのためには、新冷媒Ｒ１３４ａ
と相溶性のある潤滑油が必要になる。

【０００７】さらに、新冷媒Ｒ１３４ａと相性の良い潤
滑油が得られた場合に、今度はその潤滑油も含めて、圧
縮機内部に配設されている各部材に与える影響について
も検証して不具合を見つけたときに必要な対策を講じな
ければならない。

【０００８】このように、新冷媒１３４ａを用いた場合
には、種々の問題が発生して、従来の圧縮機の構成では
対応しきれず、新冷媒１３４ａに適応した新規な圧縮機
の開発が望まれていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明は、新冷媒１３
４ａを用いたときに生じる各種問題について調査、検討
し、その問題点を解決するために実験、研究を重ね、冷
凍効果を低下させないなど、特に冷蔵庫用として最適な
圧縮機を開発したもので、請求項１に係る発明は電動要
素とこの電動要素で回転駆動される圧縮要素とから構成
される圧縮機を備え、この圧縮機の運転能力を変えて庫
内の温度を設定温度付近に制御する冷蔵庫において、圧
縮要素で圧縮される冷媒にＲ１３４ａを使用し、電動要
素の回転子に希土類磁石を備えかつ回転子の回転位置に
基づいて電力を供給する電動要素の巻線を換える共に電
力を庫内の温度及び設定温度に基づいて変える制御部を
用いて構成したことを特徴とするものである。

【００１０】さらに、圧縮機内には、エステル系油が収
容されていることを特徴とするものである。

【００１１】さらに、電動要素の巻線への電力供給の切
換えはインバータ回路で行われるものである。

【００１２】さらに、巻線へ供給される電力はさらに少
なくとも冷蔵庫の庫外温度、扉の開閉状態、霜の状態に
基づいて変えられるものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１〜３は、本発明による圧縮機
の一例を示し、図１はその縦断面図、図２はその圧縮部
の構成を示す横断面図、図３はその回転子部分の横断面
図である。

【００１４】これらの図において、１は上下に壁面２
ａ、２ｂが配設されて成る円筒状の密閉ケースである。
当該密閉ケース１内部には、電動要素としてのモータ３
及び圧縮要素としての圧縮部４が当該密閉ケース１の中
心軸と軸線を平行にして配設されている。また、密閉ケ
ース１の側壁５には、吸入管６、吐出管７、モータ３へ
の給電用ターミナル８等が取り付けられている。

【００１５】圧縮部４は、シリンダ１３、シャフト１８
を具備してシリンダ１３内でシャフト１８と一体的に回
動するローラ１９、そのシャフト１８を回転自在に枢支
するスラスト軸受１６、ラジアル軸受１７、ローラ１９
の周面に当接してシリンダ１３内を吸入側Ａと吐出側Ｂ
とに区画するベーン２１、該ベーン２１をローラ１９側
に付勢するバネ２２、ベーン２１を出入り自在に収納す
るベーン収納穴２３、ラジアル軸受１７の底部を覆うよ
うにして配設された吐出マフラ２４等を有している。

【００１６】従って、モータ３によりシャフト１８が回
転駆動され、ローラ１９が回転すると、シャフト１８は
ローラ１９に偏心して固着されていることにより、当該
ローラ１９は偏心して回動する。このとき、ローラ１９
の回動に伴いベーン２１はベーン収納穴から出入りす
る。これにより、シリンダ１３内の吸入側空間Ａと吐出
側空間Ｂとの空間容積が変化し、吸入管６を経てシリン
ダ１３の吸込口６ａに吸い込まれた冷媒ガスが圧縮され
る。

【００１７】本実施例では、冷媒としてＲ１３４ａを使
用している。この冷媒Ｒ１３４ａは、従来の冷媒Ｒ２２
に比べて比容積が大きく、冷凍効果が悪い。例えば、凝
縮温度５４．４℃、蒸発温度−２３．３℃、過冷却温度
３２．２℃、吸入温度３２．２℃の条件で冷媒の単位体
積あたりの理論冷凍効果を比較すると、従来の冷媒Ｒ２
２が１５８であるのに対して新冷媒Ｒ１３４ａは９３で
冷凍効果がかなり低下する。この冷凍効果の低い新冷媒
Ｒ１３４ａを使用することによる圧縮機の冷凍能力（運
転能力）の低下を補って、従来冷媒Ｒ２２と同等の冷凍
能力を発揮させるため、本実施例ではモータ３をインバ
ータ回路で駆動される直流電動機構成としている。

【００１８】即ち、このモータ３は、密閉ケース１を焼
ばめしてケースの内壁に固定した固定子３０と、シャフ
ト１８に焼ばめされて固着される回転子３１とから構成
される。その固定子３０は、固定子積層コア３２に巻線
３３が巻回される一方、回転子３０は、回転子積層コア
３４に４枚の磁石板３５を埋設した構成として、インバ
ータ回路から巻線３３に流す励磁電流（電力）を変化さ
せることにより、回転数が可変に構成されている。この
際、励磁電流が供給される巻線３３は制御回路４３が回
転子３０の回転位置を判断しインバータ回路を介して切
換えられるものである。

【００１９】図４は、そのモータ３を駆動するための駆
動制御ブロック図を示したもので、商用電源４０からの
交流は直流変換回路４１で安定化した電圧の直流に変換
されて三相ブリッジを構成するインバータ回路４２に印
加される。インバータ回路４２はその直流（励磁電流）
を供給する巻線３３の組み合わせを回転子の回転位置に
基づき制御回路４３から出力される切換指令信号（スイ
ッチング信号）で予め定められた順に切換えるものであ
り、一般に知られている動作である。

【００２０】また制御回路４３は、庫内の温度を設定温
度に近づけるように巻線３３に供給される励磁電流の大
きさを制御する。この励磁電量の大きさはインバータ回
路４２に与えられる切換指令信号（スイッチング信号）
をチョッピングする方法又は直流変換回路４１で安定化
される電圧を変える方法などが一般に知られている。

【００２１】さらに制御回路４３は庫外温度センサ４
４、扉開閉スイッチ４５からの信号に基づいてインバー
タ回路４２から巻線３３に供給される励磁電流の大きさ
を変えてモータ３の回転数を変えても良い。

【００２２】このように、モータ３をＤＣ化しインバー
タ回路で駆動することにより、冷凍負荷が増して大きな
冷凍能力を要するときには、モータ３の回転数を上げ
て、単位体積あたりの圧縮量を増やし、従来の冷媒同等
の冷凍能力を圧縮機に持たせることができる。従って、
従来のように圧縮室の容積を増やすなどして圧縮機自体
の嵩を増加させることなく、圧縮機のコンパクト化が可
能である。

【００２３】この場合、単に圧縮機の回転速度を上げる
だけなら、何もモータ３をＤＣインバータモータとする
必要はない。ところが、回転数を上げればそれだけ消費
電力が増し、やはり省エネの点から問題となる。従っ
て、この問題を解決するため本実施例では、モータ３を
インバータ制御してその回転数を可変とする構成を採用
している。

【００２４】即ち、冷蔵庫の扉の開閉を行わない低負荷
時に、モータ３の速度を最低にして圧縮機を低速回転さ
せた場合、確かに圧縮機の冷凍効果は低下するが、消費
電力は抑えられる。しかも、圧縮機の回転速度を一定に
してオン、オフ制御する場合に比べてインバータを用い
た可変制御方式を採用する方が、オン、オフの回数を減
らすことができるため、起動電力にかかる消費電力を軽
減することができる。従って、高負荷時には高速回転さ
せる一方、低負荷時には低速回転させるインバータ制御
による方が、トータル的に見た場合の消費電力の上昇を
抑えることができるようになる。

【００２５】しかも、インバータ制御方式を採用した場
合は、庫内温度を常に設定温度近辺に制御することがで
き、冷凍冷蔵食品に対しても好ましい結果が得られる。

【００２６】本実施例では、２極の誘導電動機を用いた
際の印加交流の周波数３５Ｈｚ、４３Ｈｚ、４８Ｈｚ、
５８Ｈｚの４つの特定周波数の同期回転数に対応する回
転数でモータ３を回転させるようにしている。（３５Ｈ
ｚ＝２１００ｒｐｍ、４３Ｈｚ＝２５４０ｒｐｍ、４８
Ｈｚ＝２８８０ｒｐｍ、５８Ｈｚ＝３４８０ｒｐｍに対
応する）４８Ｈｚ、５８Ｈｚは商用周波数との共鳴を避
け、３５Ｈｚでは圧縮機に振動が発生しない下限（３０
Ｈｚ）以上とし、４３Ｈｚはその中間としている。この
周波数値は圧縮機各部品の固有振動数の計測を行って、
それを避けるために適宜変更してもよい。即ち、圧縮機
各部の固有振動数とモータ回転周波数の整数倍が一致し
たとき、圧縮機の騒音レベルを押し上げることになる。
特に軸受の振動とモータコイルの振動が顕著に現れる傾
向にある。

【００２７】これら４つの特定周波数の選択は、例え
ば、外気温度が高く、かつ庫内に新たに多くのものを詰
め込んで冷凍負荷が増し、庫内温度が上昇した場合には
５８Ｈｚを選択して庫内を急速冷凍する。一方、庫外温
度も低く扉が長時間閉じたままで冷凍負荷が小さい時は
３５Ｈｚを選択して消費電力を節約するなど、冷蔵庫の
仕様に合わせて適宜設定する。

【００２８】例えば、図５は、庫外温度センサ４４、扉
開閉スイッチ４５、霜取センサ４７等からの各検出信号
を入力してインバータ回路４２に特定周波数の切換え信
号を出力する制御回路４３の処理のフローチャートの一
例を示したもので、庫外温度が所定温度より低いとき、
この処理を実行して特定周波数を選択する。

【００２９】即ち、このフローでは、先ず、扉開閉スイ
ッチ４５からの信号状態を調べて（Ｓ）、冷蔵庫の扉が
開いている時には、圧縮機の回転速度を４８Ｈｚの常用
周波数とする周波数切換信号をインバータ回路４２に出
力する（Ｓ１２）。冷蔵庫が閉状態の時は、Ｔ１時間を
カウントし（Ｓ２）、Ｔ１時間が経過したか否か判断す
る（Ｓ３）。

【００３０】Ｔ１時間経過するまでこのＳ１からＳ３ま
での処理を繰り返し、経過すれば今度はＴ２時間を設定
し（Ｓ４）、周波数切換信号をインバータ回路４２に出
力して、圧縮機の回転周波数を１ランク下げて４３Ｈｚ
とする（Ｓ５）と共に、Ｔ２時間のカウントを開始する
（Ｓ６）。そして、設定したＴ２時間が経過したか否か
を調べ（Ｓ７）、経過すれば圧縮機の回転周波数をさら
に１ランク下げて３５Ｈｚとする（Ｓ８）が、このＴ２
時間の経過の如何に拘わらず、その間常に扉が開いたか
否か（Ｓ９）と、圧縮機のオンしている時間がトータル
６０分を経過したか否か（Ｓ１０）、及び霜取センサ４
７からの信号を調べ冷蔵庫が霜取り動作に入ったか否か
（Ｓ１１）をチェックして、もしこれらの状態に入れ
ば、直ちに圧縮機の回転周波数を元の常用周波数に戻し
て（Ｓ１２）、Ｔ１時間を設定し（Ｓ１３）、Ｓ１の処
理に戻る。

【００３１】勿論、図５に示した制御回路４３での処理
はほんの一例であって、種々の制御方式が取りうるが、
圧縮機の回転数を予め決められた特定周波数を段階的に
選択制御する構成とすることにより、周波数を連続的に
変化させる制御方式に比べて、周波数の変化が抑制され
周波数の変化にともなうドレミ音等の騒音の抑制に効果
が得られる。

【００３２】圧縮機の運転能力（回転数）の変更には、
モータ３に交流電動機の使用も考えられるが、交流電動
機を使用した場合は、回転子に電流が流れて、そこで熱
損失が発生する。これに対して、直流電動機の場合は、
回転子に永久磁石を使用しているためこの損失が少なく
効率が向上する。

【００３３】また、交流電動機では、通常回転子にロー
ターバーを設けるため大きくて重いアルミダイキャスト
が用いられている。それに対して、永久磁石を使用する
直流電動機では、最近の磁性材料の進歩により、小型軽
量化が可能となる。本実施例では、回転子３１は電磁鋼
板を積層した積層コア３４の内部に溝を掘って、４枚の
磁石板３５を埋設すると共に、その磁石板３５として希
土類磁石を使用しているため、通常使用されるフェライ
トに比べて磁石寸法を小さくでき回転子、すなわち、電
動機さらには圧縮機を小型化することが可能となる。

【００３４】さらに、積層コア３４の上下端面にはバラ
ンサとフライホィールを兼ねた端面部材３７と３８を配
置してかしめピン３９により一体的に固定して回転子３
０を構成することにより、安定した回転が得られるよう
にしている。

【００３５】このように、本実施例では、新冷媒Ｒ１３
４ａを使用する圧縮機のモータ３を直流電動機としさら
にインバータ回路で駆動することによって、圧縮機を小
型化することが可能となり、余分な電力消費を抑えて効
率が改善され、課題の解決が図られる。

【００３６】このように構成される圧縮機において、圧
縮された冷媒ガスは、軸受１７に設けられた図示しない
吐出孔及び吐出弁を経て吐出マフラ２４に吐出される。
これにより冷媒ガスの脈動音が減衰され、その後空間２
８に吐出されてエアギヤツブ２９及び隙間３０を経て吐
出管７から高圧冷媒ガスとして機外の冷凍サイクル（図
示せず）に供給される。

【００３７】吐出マフラ２４で脈動音が減衰された冷媒
ガスは、霧化した多量の油滴を含んでおり、その油はエ
アギヤツブ２９及び隙間３０を上昇する時に分離されて
通常は油溜３１に回収されることになるが、少しずつ冷
凍回路中に洩れ出して圧縮機内部で潤滑油不足を来す。
このような不具合を無くして、冷凍回路に洩れ出した潤
滑油が再び圧縮機内部に戻ってくるようにするため、本
実施例では、使用する新冷媒Ｒ１３４ａと相溶性がよい
潤滑油として、ポリオールエステル油等のエステル系油
を用いている。又、ペンタン等の添加剤を用いれば、Ｒ
１３４ａと相溶性のないハードアルキルベンゼン油（Ｈ
ＡＢ）を用いることも可能である。

【００３８】しかし、新冷媒Ｒ１３４ａは塩素を含まな
いため、従来冷媒に比べて粘度が低く、そのためどうし
ても摺動部材への潤滑が不足がちになる。このような問
題を解決するため、本実施例ではベーン２１に耐摩耗性
の優れたＰＶＤ窒化処理を施すと共に、ローラ１９は合
金ターカロイを用いて形成している。この合金ターカロ
イはモリブデン、ニッケル、クロム、ボロンを所定成分
比で結合させた合金であり、ＰＶＤ窒化処理されたベー
ン２１と最適な組合せができ、両部材の摩耗を防止す
る。

【００３９】即ち、鉄系等の母材にＰＶＤ窒化処理する
と非常に硬度を増すが、互いに擦れ合う部材双方を共に
ＰＶＤ窒化処理して硬度を増すと、硬いもの同士の擦れ
合いとなりやはり摩耗が進む。そうかと言って、一方を
金属のままにするとＰＶＤ窒化処理材により削られてし
まう。従って、ある程度の硬度が必要となるが、実験を
繰り返した結果、鉄系等の母材にＰＶＤ窒化処理された
ベーン２１と組み合わせるに最適なローラ１９の材質と
して合金ターカロイが得られた。勿論、このローラ１９
とベーン２１の材質即ち合金ターカロイとＰＶＤ窒化処
理部材は互いに入れ替えて構成しても何ら支障ない。

【００４０】冷媒中に粉塵等の不純物が混じると圧縮機
の圧縮室を損傷させるため、圧縮機の吸入側にはフィル
タが設けられているが、モータ３の固定子側に配設され
るウェッジ、スロット絶縁紙、スロットライナー絶縁紙
等に用いられる絶縁材料の材質によっては、オリゴマ
（oligomer)が多量に発生し、これが冷媒と一緒に冷凍
回路中を回り、そのフィルタを目詰まりさせる原因とな
る。このオリゴマは高分子樹脂を使用した場合に必ず発
生するものであるが、今回使用する新冷媒Ｒ１３４ａに
対して最もオリゴマの少ない絶縁材料として、実験を繰
り返すことにより、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレー
ト）が得られた。

【００４１】このように、本願発明では、新冷媒Ｒ１３
４ａを用いることにより、圧縮機に生じる各種問題につ
いて調査、検討し、その問題点を解決するために実験、
研究を重ねた結果、上記に詳述したように、特に冷蔵庫
用として最適で、従来と品質面では勝るとも劣らず、且
つ自然環境に優しい圧縮機の提供を可能としたものであ
る。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、冷凍効果の悪い新冷媒
Ｒ１３４ａを用いても、冷凍能力を落とすことなく電力
消費を抑え、コンパクトにして、高性能な冷蔵庫が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回転型圧縮機の縦断面
図である。

【図２】図１に示す回転型圧縮機の圧縮部分の横断面図
である。

【図３】図１に示す回転型圧縮機の回転子部分の横断面
図である。

【図４】図１に示す回転型圧縮機のモータを駆動制御す
る制御装置のブロック図である。

【図５】図４の制御装置のインバータ回路を制御する制
御回路の処理の一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

３ モータ ３０固定子 ３１回転子 １９ローラ ２１ベーン ３５磁石 ４２インバー回路 ４３制御回路

フロントページの続き (72)発明者 飯塚 敏之 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 伊藤 亨 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松▲崎▼ 章 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3H003 AA05 AB04 AC03 AD03 CF01 CF04 3H045 AA05 AA09 AA12 AA27 BA32 CA24 CA25 DA07 3L045 AA02 BA01 CA02 DA02 LA06 LA14 MA02 MA05 MA15 NA15 PA03 PA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動要素とこの電動要素で回転駆動され
   る圧縮要素とから構成される圧縮機を備え、この圧縮機
   の運転能力を変えて庫内の温度を設定温度付近に制御す
   る冷蔵庫において、前記圧縮要素で圧縮される冷媒にＲ
   １３４ａを使用し、前記電動要素の回転子に希土類磁石
   を備えかつ前記回転子の回転位置に基づいて電力を供給
   する前記電動要素の巻線を換えると共に前記電力を前記
   庫内の温度及び設定温度に基づい変える制御部を備える
   ことを特徴とする冷蔵庫。
2. 【請求項２】 前記圧縮機内には、エステル系油が収容
   されていることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
3. 【請求項３】 前記電動要素の巻線への電力供給の切換
   えはインバータ回路で行われることを特徴とする請求項
   ２に記載の冷蔵庫。
4. 【請求項４】 前記巻線へ供給される電力はさらに少な
   くとも冷蔵庫の庫外温度、扉の開閉状態、霜の状態に基
   づいて変えられることを特徴とする請求項３に記載の冷
   蔵庫。