JP2007078282A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷媒回路の高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒を使用する冷蔵庫において、冷媒回路の高圧側配管を用いて、結露を確実に防止する。
【解決手段】 開口縁４Ａに冷媒回路２０の高圧側配管としてのフレームパイプ３０を添設して成る冷蔵庫１において、冷媒回路２０は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、開口縁４Ａのフレームパイプ３０により冷媒の往復経路（往路の配管３０Ｆと復路の配管３０Ｒ）が構成され、且つ、往路と復路とで冷媒を対向して流す。
【選択図】図２

Description

本発明は、開口縁に冷媒回路の高圧側配管を添設して、当該高圧側配管を流れる冷媒の熱により開口縁の結露を防止する冷蔵庫に関するものである。

従来より、この種冷蔵庫は、食品等を保存する貯蔵室を有する断熱箱体と、この断熱箱体の前面開口を開閉自在に閉塞する断熱扉とから本体が構成されており、貯蔵室内を仕切により区画することにより冷凍室や冷蔵室を形成し、冷却装置からの冷気によって各室を冷却していた。

冷却装置は、圧縮機、放熱器、減圧手段及び冷却器を順次配管接続することにより冷媒回路が構成される。そして、圧縮機が運転されると、当該圧縮機に冷媒が吸い込まれて圧縮され、高温高圧のガスとなり、放熱器に流入する。冷媒は当該放熱器を流れる過程で周囲の空気と熱交換して放熱し、凝縮する。放熱器で凝縮した冷媒は減圧手段にて減圧された後、冷却器に流入して蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮する。冷却器にて冷媒と熱交換して冷却された空気は送風機にて冷蔵庫の前記冷凍室や冷蔵室などの各室内に循環され、各室内に収納された食品を冷却する。尚、冷却器から出た低温低圧の冷媒ガスは圧縮機に吸い込まれる循環を繰り返すものであった。

このような冷蔵庫では、前記断熱箱体と断熱扉との間から熱のリークが生じて、この付近の表面温度が冷蔵庫の設置されている周囲の温度（外気温度）より低下し、更には露点温度以下になると、空気中の水分が付着する所謂結露の発生する不都合が生じていた。そのため、当該冷蔵庫の結露が発生しやすい箇所にヒータを設置して加熱することにより、係る結露の発生を防止していた。

しかしながら、上述のようにヒータを設置した場合、当該ヒータの熱により冷却性能が低下したり、消費電力が増大する不都合が生じていた。そこで、冷媒回路の放熱器から出た高圧側冷媒配管を結露の発生しやすい箇所に配設して、当該高圧側冷媒配管内を流れる冷媒にて加熱することにより、結露の発生を防止する冷蔵庫が開発された。具体的には、例えば、断熱箱体の開口縁に高圧側冷媒配管（以降、フレームパイプと称する）を添設して、放熱器から出た冷媒が当該フレームパイプを流れるように構成し、圧縮機にて圧縮された高温高圧の冷媒ガスを放熱器及びフレームパイプにて凝縮させる。冷媒は凝縮する過程では温度が一定（温度変化することなく所定の凝縮温度）であるため、フレームパイプにて冷媒の凝縮熱で開口縁を加熱し、結露を防止することが可能となった（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開平７−２３９１７８号公報 特開平１０−１９７１２２号公報

ところで、近年このような冷蔵庫では、地球環境破壊の問題から従来使用されてきたフロン冷媒が使用できなくなり、二酸化炭素（ＣＯ₂）などの自然冷媒を使用する試みがなされている。

しかしながら、二酸化炭素冷媒は圧縮により冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となり、放熱器及びフレームパイプにおいて冷媒が凝縮せず、超臨界状態を維持したままであるため、係る放熱により冷媒の温度低下が生じることとなる。これにより、放熱器から出てフレームパイプに流入して直ぐ（フレームパイプ入口付近）とフレームパイプから出る直前（フレームパイプ出口付近）とでは冷媒温度に著しく温度差が生じてしまう。即ち、フレームパイプ入口付近では冷媒温度が高温となり過ぎて、冷蔵庫の冷却能力を低下させる恐れがある。逆に、出口付近では冷媒温度が低温となり過ぎて、露点温度以下に低下し、結露の発生を招く問題が生じていた。

このように、高圧側が超臨界状態となる冷媒では、放熱により温度低下するので、フレームパイプ経路内で冷媒の温度差が生じてしまい、フレームパイプによる結露防止の機能を充分に発揮させることができなかった。

本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力で運転される冷蔵庫において、冷媒回路の高圧側配管を用いて、結露を確実に防止することを目的とする。

本発明の冷蔵庫は、開口縁に冷媒回路の高圧側配管を添設して成るものであって、冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、開口縁の高圧側配管により冷媒の往復経路が構成され、且つ、往路と復路とで冷媒が対向して流れることを特徴とする。

請求項２の発明の冷蔵庫では、上記発明において冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする。

本発明によれば、開口縁に冷媒回路の高圧側配管を添設して成る冷蔵庫において、冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、開口縁の高圧側配管により冷媒の往復経路が構成され、且つ、往路と復路とで冷媒が対向して流れるので、往路を流れる冷媒と復路を流れる冷媒とを熱交換させることができる。これにより、開口縁における冷媒の温度差を極力低減して、適切な温度に加熱することができる。

従って、冷媒回路の高圧側が超臨界圧力となる冷媒、例えば、請求項２の如く冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を用いた冷蔵庫において、当該冷媒回路の高圧側配管を流れる冷媒により、冷蔵庫の開口縁を適切温度に加熱することが可能となり、当該冷蔵庫の冷却能力の改善を図りながら、開口縁の結露発生を防止することができる。総じて、高圧側が超臨界圧力となる冷媒を用いた冷蔵庫における性能及び信頼性の向上を図ることができる。

本発明は、高圧側が超臨界圧力で運転される冷媒回路を備えた冷蔵庫において、冷蔵庫の開口縁に結露が発生する不都合を解消するために成されたものである。高圧側が超臨界圧力で運転される冷蔵庫において、開口縁の結露を防止するという目的を、高圧側配管により冷媒の往復経路を構成し、往路と復路とで冷媒を対向して流すことで実現した。以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の冷蔵庫を備えた一実施例の冷媒回路図、図２は冷蔵庫１の断熱箱体４の開口縁４Ａに添設されたフレームパイプ３０の経路の概略図をそれぞれ示している。実施例の冷蔵庫１は、前方に開口する鋼板製の外箱２と、肉薄硬質樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）製の内箱３間に発砲ポリウレタン断熱材Ｐを充填して成る断熱箱体４と、当該断熱箱体４の前面開口を開閉自在に閉塞する図示しない断熱扉にて本体が構成されている。

内箱３は図３に示すように前端の開口縁４Ａに外向きフランジ３Ａを有する。また、内箱３の先端がＬ字状になった外向きフランジ３Ａは外箱２の後述する溝８内へ挿入され、これによって外箱２と内箱３とが間隔を存して嵌合される。即ち、内外両箱２、３が嵌合された状態で溝８が閉じられる。外箱２は一枚の塗装鋼板を折り曲げて形成され、外箱２の天面、左右側壁に対応する門構状の外箱本体と、この外箱本体の背部に取り付けられ外箱の背面に対応する背面板と、外箱底部に取り付けられ外箱の底部に対応する底面板とからなり、前面に開口を有する。特に、外箱本体はその前端の開口縁４Ａに後述するフレームパイプ３０及び内箱の外向きフランジ３Ａを収納するための内向きの前述した溝８を有する。また、外箱２本体の外壁２Ａの前面側（溝８と反対側）は、ガスケットなどのシール部材を介して前記断熱扉と当接する。

一方、前記断熱箱体４内は、仕切壁５にて上下に区画され、仕切壁５の上方を凍結温度（例えば、−２０℃程度）に冷却される冷凍室６、仕切壁５の下方を冷蔵温度（例えば、＋５℃程度）に維持される冷蔵室７としている。

冷凍室６内には当該冷凍室６内の温度を検出するための室内温度センサ１０が設けられている。また、冷蔵室７内には当該冷蔵室７内の温度を検出するための室内温度センサ１１が設けられており、これら各室内温度センサ１０、１１はそれぞれ後述するコントローラ５０に接続されている。

そして、仕切壁５の前面内側には図示しない断熱扉の開閉を検出するためのドアスイッチが設けられ、このドアスイッチの近傍には冷蔵庫１周囲の外気温度を検出するための外気温度センサ１２が設けられている（図２では図示せず）。当該外気温度センサ１２は前記コントローラ５０に接続される。

本発明の冷蔵庫１の冷却装置は、図１に示すように圧縮機２１、放熱器２２、フレームパイプ３０、減圧手段としてキャピラリチューブ２３、冷却器２５等を配管接続することにより冷媒回路２０が構成される。即ち、圧縮機２１の吐出側に接続された冷媒配管４０は放熱器２２の入口に接続される。尚、２２Ｆは放熱器のファンである。

また、放熱器２２の出口に接続された冷媒配管４１は、冷蔵庫１の外箱２と内箱３との間に形成された前記溝８内に収納された開口縁４Ａの高圧側冷媒配管としての前述したフレームパイプ３０に接続される。このフレームパイプ３０は、断熱箱体４の開口縁４Ａに添設された冷媒回路２０の高圧側配管である。

当該フレームパイプ３０は、銅又はアルミニウムなどの材料で製作され、圧縮機２１から放熱器２２を経た高温高圧の冷媒ガスが内部を流れる。この場合、フレームパイプ３０により冷蔵庫１の開口縁４Ａを流れる冷媒の往路復路が構成されている。即ち、本実施例のフレームパイプ３０は当該フレームパイプ３０を構成する配管の中間地点（折り返し点）Ｃを折曲し、一方を往路の配管３０Ｆ、他方を復路の配管３０Ｒとしている。そして、両配管３０Ｆ、３０Ｒを熱交換可能に並べて固着することで、フレームパイプ３０の往復経路を構成している。

具体的には、本実施例のフレームパイプ３０は、冷蔵庫１の開口縁４Ａの外箱２の溝８内の外壁２Ａ（外壁２Ａの前面には図示しないガスケットを介して断熱扉が当接する）に当接する位置に以下のように添設される。即ち、フレームパイプ３０の往路の配管３０Ｆは、図２及び図３に示すように外壁２Ａと当接する溝８内の最も奥の角部において、外箱２の右下端から左下端側に水平方向に延出し、左端にてＵ字状にターンして前記右下端から左下端に延出したパイプに沿って右側に延出する。そして、右端にて上方向に起立して延在し、仕切壁５にて左方向に９０°折曲して、水平方向に延出し、左端にてＵ字状にターンして当該仕切壁５を右側から左側に延出したパイプに沿って右側に延出する。更に、右端にて上方向に起立して、上端のまで延在し、そこで左方向に９０°折曲して左方向に延在する。そして、左上端にて下方向に９０°折曲して、左下端の折り返し点Ｃに至る。

また、フレームパイプ３０の復路は配管３０Ｒを前記往路の配管３９Ｆと同様に外壁２Ａと当接させると共に、上記往路の配管３０Ｆの上端に当接するように沿って配置することで形成され、両配管３０Ｒ、３０Ｆを図４の如く当接した状態で固着することにより、フレームパイプ３０の全往復経路が構成される。このように、フレームパイプ３０の往路の配管３０Ｆと復路の配管３０Ｒとを当接して固着することで、往路の配管３０Ｆを流れる冷媒と復路の配管３０Ｒを流れる冷媒とを対向して流し、且つ、熱交換させることができるようになる。

尚、冷媒は当該フレームパイプ３０を通過する過程で超臨界状態を維持したまま周囲と熱交換して放熱する。従って、フレームパイプ３０を通過する過程で、冷媒は周囲と熱交換することにより、状態変化すること無しに、温度のみが低下することとなる。

他方、フレームパイプ３０の復路の配管３０Ｒの出口に接続された冷媒配管４２は、内部熱交換器２７を通過して減圧手段としてのキャピラリチューブ２３に接続される。この内部熱交換器２７は、冷媒回路２０の高圧側の冷媒配管４２を流れる冷媒と低圧側の冷媒配管４５を流れる冷媒とを熱交換させるためのものであり、当該内部熱交換器２７にて高圧側の冷媒を冷却することができる。これにより、冷却器２５において冷媒をより低温で蒸発させることが可能となり、冷却器２５における冷却能力が向上する。更に、低圧側の冷媒を高圧側の冷媒にて加熱することで、圧縮機２１に吸い込まれる冷媒を加熱して、完全に気体とすることができ、圧縮機２１における液圧縮の発生を解消できる。

そして、キャピラリチューブ２３を出た冷媒配管４４は冷却器２５に至る。この冷却器２５の近傍には当該冷却器２５にて冷媒と熱交換して、冷却された空気を前記冷凍室６及び冷蔵室７に送風するための送風機としてのファン２５Ｆが設けられている。当該冷却器２５を出た冷媒配管４５は前記内部熱交換器２７を経由して圧縮機２１の吸込側に接続される。

尚、図１において５０は、本実施例の冷蔵庫１の制御を司る制御手段としての前述したコントローラであり、当該コントローラ５０は、汎用のマイクロコンピュータにて構成されている。そして、コントローラ５０の入力側には前記各室内温度センサ１０、１１及び外気温度センサ１２が接続され、出力側には圧縮機２１、冷却器２５のファン２５Ｆ等が接続される。そして、コントローラ５０は、前記各室内温度センサ１０、１１にて検出される冷凍室６及び冷蔵室７内の温度に基づき、圧縮機２１の運転及び冷却器２５のファン２５Ｆの回転数を制御している。

更に、本実施例の冷蔵庫１の冷媒としては、地球環境にも優しく自然冷媒である二酸化炭素を用い、冷媒回路２０の高圧側は超臨界圧力にて運転されるものとする。

以上の構成で、次に本発明の冷蔵庫１の動作を説明する。基本的にコントローラ５０は室内温度センサ１０、１１の出力に基づいて圧縮機２１を運転する。特に、室内温度センサ１０にて検出される冷凍室６内の温度に基づいて、圧縮機２１をＯＮ−ＯＦＦ制御することにより、各室６、７内を目標温度の上下に設けられた上限温度と下限温度の範囲内となるように運転している。

そして、冷凍室６内の温度が前記目標温度（例えば、目標温度−２０℃）の上限温度を超えて上昇すると、コントローラ５０は圧縮機２１を駆動して、圧縮運転を開始する。これにより、圧縮機２１に二酸化炭素冷媒が吸い込まれて圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなって圧縮機２１から冷媒配管４０に吐出される。このとき、二酸化炭素冷媒は超臨界圧力まで圧縮される。

冷媒配管４０に吐出された超臨界状態の冷媒は、放熱器２２内に流入して、ファン２２Ｆにより送風される空気と熱交換して放熱する。このとき、放熱器２２において冷媒は超臨界状態を維持したまま放熱する。従って、放熱器２２において、冷媒は状態変化すること無しに、温度のみが低下する。

放熱器２２から出た冷媒は、次に冷媒配管４１を経て往路の配管３０Ｆ入口から冷蔵庫１の断熱箱体４の開口縁４Ａの溝８内に添設されたフレームパイプ３０内に流入する。そして、当該フレームパイプ３０を通過する過程で、冷媒は更に放熱して温度低下する。このとき、放熱器２２から出てフレームパイプ３０に流入して直ぐの往路の配管３０Ｆ入口付近では冷媒温度は非常に高い。一方、フレームパイプ３０を通過してフレームパイプ３０から出る直前である復路の配管３０Ｒ出口付近では放熱により冷媒温度が著しく低下し過ぎる恐れがある。

この場合、図６に示すような従来のフレームパイプ１３０を使用した場合、フレームパイプ１３０の入口付近では、冷媒温度が高すぎるため、当該冷媒の熱により冷蔵庫１の冷却能力が低下する問題が生じていた。他方、フレームパイプ１３０出口付近では、係るフレームパイプ１３０を流れる過程で冷媒が放熱し過ぎて、冷媒温度が著しく低下し、露点温度に低下して、冷蔵庫１の周囲の空気中水分が付着する所謂結露を引き起こす問題が生じていた。

そこで、本発明の如くフレームパイプ３０の往路の配管３０Ｆと復路の配管３０Ｒとを熱交換可能に固着し、往路と復路とで冷媒を対向して流すことで、往路と復路を流れる冷媒を熱交換させて、開口縁４Ａ全体の温度を低すぎたり高すぎたりすること無く、適切な温度に加熱することが可能となる。即ち、往路の配管３０Ｆの高温冷媒は、復路の配管３０Ｒの低温冷媒と熱交換して、冷却される。同様に、復路の配管３０Ｒを流れる低温冷媒は、往路の配管３０Ｆを流れる高温冷媒と熱交換して加熱される。従って、両配管３０Ｆ、３０Ｒを前述の如く共に外壁２Ａと接するように配置することで、外壁２Ａを両配管３０Ｆ、３０Ｒを流れる冷媒の熱交換により、適切な温度に加熱することができる。これにより、当該冷蔵庫１の冷却能力を改善しながら、開口縁４Ａの結露の発生を防止することができるようになる。総じて、本実施例の二酸化炭素冷媒のように高圧側が超臨界圧力となる冷媒を用いた冷蔵庫における性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。

他方、フレームパイプ３０を出た冷媒は内部熱交換器２７を通過する。当該内部熱交換に２７において、高圧側の冷媒配管４２を流れる冷媒は低圧側の冷媒配管４５を流れる冷媒と熱交換して、更に冷却され、キャピラリチューブ２３に至る。尚、冷媒は内部熱交換器２７を出てキャピラリチューブ２３の手前、若しくは、キャピラリチューブ２３における圧力低下により凝縮して、冷却器２５に流入する。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮する。当該冷却器２５にて冷媒と熱交換して冷却された空気はファン２５Ｆにて冷蔵庫１の各室６、７内に循環され、各室６、７内に収納された食品等を冷却する。他方、冷却器２５から出た低温低圧の冷媒は前記内部熱交換器２７にて高圧側の前記冷媒配管４２を流れる冷媒と熱交換して加熱された後、内部熱交換器２７から出て、圧縮機２１に吸い込まれるサイクルを繰り返す。このような運転を繰り返すことで、各室６、７内は徐々に冷却されて行く。

以上詳述する如く、本発明により高圧側が超臨界圧力となる二酸化炭素冷媒を使用した冷蔵庫１において、冷媒回路２０の高圧側配管からなるフレームパイプ３０により開口縁４Ａの結露の発生を未然に回避することができる。これにより、当該冷蔵庫１の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。

尚、上記実施例では、フレームパイプ３０を折り返し点Ｃで折曲し、往路の配管３０Ｆと復路の配管３０Ｒとして、往路の配管３０Ｆと復路の配管３０Ｒを熱交換可能に並べて固着することで、往復経路を構成するものとしたが、これに限らず、例えば、図５に示すように一本の配管７０の内部を仕切って一方を往路７０Ｆ、他方を復路７０Ｒとしても良い。

この場合、往路７０Ｆと復路７０Ｒを共に外壁２Ａに当接させて、且つ、前記実施例の往路の配管３０Ｆと同様に開口縁４Ａに当該配管７０を配置し、前記折り返し点Ｃの位置に相当する開口縁４Ａ（図２に示す冷蔵庫１の左下端）にて配管７０の先端を封止部材、若しくは、ピンチするなどにより完全に閉塞し、当該先端付近にて往路７０Ｆと復路７０Ｒとを連通する連通孔を仕切に形成して、往路７０Ｆの冷媒が連通孔を経て復路７０Ｒに流れるように構成する。

これにより、往路７０Ｆと復路７０Ｒとで冷媒を対向して流すことができ、フレームパイプ７０の往路７０Ｆと復路７０Ｒを流れる冷媒を熱交換させて、開口縁４Ａ全体を適切な温度に加熱することができる。従って、本実施例においても、前記実施例同様に、冷蔵庫１の冷却能力を改善しながら、開口縁４Ａの結露の発生を防止することができる。総じて、本実施例の二酸化炭素冷媒のように高圧側が超臨界圧力となる冷媒を用いた冷蔵庫における性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。

尚、上記各実施例では、高圧側配管を冷蔵庫１の断熱箱体４の開口縁４Ａに添設したフレームパイプ３０或いはフレームパイプ７０としたが、当該フレームパイプ３０に限らず、冷蔵庫１の結露が発生しやすい箇所に冷媒回路２０の高圧側配管により冷媒の往復経路を構成し、且つ、往路と復路とで冷媒が対向して流すものとしても構わない。

また、上記各実施例では冷媒回路２０の冷媒として二酸化炭素を用いるものとしたが、請求項１の発明では二酸化炭素冷媒に限らず、圧縮により超臨界圧力となる冷媒であればどのような冷媒であっても有効である。

本発明の冷蔵庫の一実施例の冷媒回路図である。 本発明の冷蔵庫の一実施例のフレームパイプの経路を示す概略図である。 図２のフレームパイプを溝内に添設した状態を示す部分断面図である。 図２のフレームパイプの往復経路の断面図である。 他の実施例のフレームパイプの往復経路の断面図である。 従来の冷蔵庫のフレームパイプの経路を示す概略図である。

符号の説明

Ｃ 折り返し点
１ 冷蔵庫
２ 外箱
３ 内箱
４ 断熱箱体
４Ａ 開口縁
６ 冷凍室
７ 冷蔵室
９ 溝
１０、１１ 室内温度センサ
１２ 外気温度センサ
２１ 圧縮機
２２ 放熱器
２２Ｆ ファン
２３ キャピラリチューブ
２５ 冷却器
２５Ｆ ファン
２７ 内部熱交換器
３０、７０ フレームパイプ
３０Ｆ、７０Ｆ 往路
３０Ｒ、７０Ｒ 復路
５０ コントローラ

Claims (2)

1. 開口縁に冷媒回路の高圧側配管を添設して成る冷蔵庫において、
   前記冷媒回路は高圧側が超臨界圧力で運転されると共に、前記開口縁の高圧側配管により冷媒の往復経路が構成され、且つ、往路と復路とで冷媒が対向して流れることを特徴とする冷蔵庫。
2. 前記冷媒回路の冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。

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