JP2013044438A

JP2013044438A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2013044438A
Application number: JP2011180104A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Kawai; 良二河井; Akiyoshi Ohira; 昭義大平; Kenji Shiono; 謙治塩野; Yoshiaki Fujiki; 義明藤木; Dai Itakura; 大板倉
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-03-04

Abstract

【課題】庫内有効内容積の減少を伴わずに、省エネルギー性能が高く、断熱箱体の外面の結露を抑制する冷蔵庫を提供することを目的とする。
【解決手段】断熱箱体と、前記断熱箱体の少なくとも一面が周囲壁に近接又は接するように設置する箱体壁面と、圧縮機と、前記箱体壁面内側に配設した第一の放熱手段と、前記断熱箱体の前記箱体壁面以外の外表面内側に配設された第二の放熱手段と、減圧手段と、冷却手段とを備えた冷蔵庫において、前記第一の放熱手段と前記第二の放熱手段を通る第一の放熱冷媒流路と、前記第一の放熱手段をバイパスして前記第二の放熱手段を通る第二の放熱冷媒流路を備え、前記第一の放熱冷媒流路と、前記第二の放熱冷媒流路に流す冷媒量を変えることで、前記第一の放熱手段の放熱量を制御する放熱性能制御手段を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００９−２７５９６４号公報（特許文献１）がある。

特許文献１には、断熱箱体と、機械室内に設置された圧縮機と、機械室内に設置された第一の凝縮器と、流路切替弁と、断熱箱体の外面に設置された第二の凝縮器と、減圧手段と、蒸発器とを接続した第一の冷凍サイクルと、圧縮機と機械室内に設置された第一の凝縮器と、流路切替弁と、機械室内に設置された第三の凝縮器と、減圧手段と、蒸発器とを接続した第二の冷凍サイクルとを備え、第一の冷凍サイクルと第二の冷凍サイクルを切り替えながら運転することで、断熱箱体の外面に設置された第二の凝縮器からの熱侵入を抑えつつ、断熱箱体の外面の結露を抑制する冷蔵庫が開示されている（特許文献１、第１図〜第３図等）。

特開２００９−２７５９６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の冷蔵庫では、第二の冷凍サイクルにおける凝縮能力を十分大きくするためには、機械室内の第三の凝縮器の大型化が必要になり、それに伴って機械室スペースを大きく確保する必要があった。したがってその分だけ庫内有効内容積が減少してしまうという問題が生じていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、庫内有効内容積の減少を伴わずに、省エネルギー性能が高く、断熱箱体の外面の結露を抑制する冷蔵庫を提供することを目的とする。

本発明では、上述の課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の手段を採用する。一例として、断熱箱体と、前記断熱箱体の少なくとも一面が周囲壁に近接又は接するように設置する箱体壁面と、圧縮機と、前記箱体壁面内側に配設した第一の放熱手段と、前記断熱箱体の前記箱体壁面以外の外表面内側に配設された第二の放熱手段と、減圧手段と、冷却手段とを備えた冷蔵庫において、前記第一の放熱手段と前記第二の放熱手段を通る第一の放熱冷媒流路と、前記第一の放熱手段をバイパスして前記第二の放熱手段を通る第二の放熱冷媒流路を備え、前記第一の放熱冷媒流路と、前記第二の放熱冷媒流路に流す冷媒量を変えることで、前記第一の放熱手段の放熱量を制御する放熱性能制御手段を備えた。

本発明によれば、庫内有効内容積の減少を伴わずに、凝縮器からの熱侵入を抑えつつ、断熱箱体の外面の結露を抑制する冷蔵庫を提供することができる。

本発明の実施形態に係る冷蔵庫の正面外形図。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の庫内の構成を表す図１のＸ−Ｘ断面図。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成を表す図。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の放熱パイプの配設位置を表す図。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の設置状態を表す図１のＹ−Ｙ断面図。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の制御を表すフローチャート。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の制御及び温度変化を表すタイムチャート。本発明の実施形態に係る冷蔵庫の壁を介して熱が流入する様子を表す図。

本発明に係る冷蔵庫の第一の実施形態を、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の冷蔵庫の正面外形図である。図２は、冷蔵庫の庫内の構成を表す図１におけるＸ−Ｘ断面図である。図３は、本実施形態の冷蔵庫の冷凍サイクルの構成を表す図である。図４は、本実施形態の冷蔵庫における放熱パイプの配設位置を表す図である。また、図５は、冷蔵庫の設置状態を表す図１におけるＹ−Ｙ断面図である。

図１に示すように、本実施形態の冷蔵庫本体１は、上方から、冷蔵室２、製氷室３及び上段冷凍室４、下段冷凍室５、野菜室６を備えている。なお、製氷室３と上段冷凍室４は、冷蔵室２と下段冷凍室５との間に左右に並べて設けている。冷蔵室２及び野菜室６は、およそ３〜５℃の冷蔵温度帯の貯蔵室である。また、製氷室３、上段冷凍室４及び下段冷凍室５は、およそ−１８℃の冷凍温度帯の貯蔵室である。

冷蔵室２は前方側に、左右に分割された観音開き（いわゆるフレンチ型）の冷蔵室扉２ａ、２ｂを備えている。製氷室３、上段冷凍室４、下段冷凍室５、野菜室６は、それぞれ引き出し式の製氷室扉３ａ、上段冷凍室扉４ａ、下段冷凍室扉５ａ、野菜室扉６ａを備えている。また、各扉の貯蔵室側の面には、各扉の外縁に沿うようにシール部材（図示せず）を設けており、各扉の閉鎖時、貯蔵室内への外気の侵入、及び貯蔵室からの冷気漏れを抑制する。

また、冷蔵庫本体１は、各貯蔵室に設けた扉の開閉状態をそれぞれ検知する扉センサ（図示せず）と、各扉が開放していると判定された状態が所定時間、例えば、１分間以上継続された場合に、使用者に報知するアラーム（図示せず）と、冷蔵室２の温度設定や上段冷凍室４や下段冷凍室５の温度設定をする温度設定器等（図示せず）を備えている。

図２に示すように、冷蔵庫本体１の庫外と庫内は、外箱１ａと内箱１ｂとの間に発泡断熱材（発泡ポリウレタン）を充填することにより形成される断熱箱体１０により隔てられている。また、冷蔵庫本体１の断熱箱体１０は複数の真空断熱材２５を実装している。

冷蔵庫本体１は、上側断熱仕切壁５１により冷蔵室２と、上段冷凍室４及び製氷室３（図１参照、図２中で製氷室３は図示されていない）とが断熱的に隔てられ、下側断熱仕切壁５２により、下段冷凍室５と野菜室６とが断熱的に隔てられている。また、図１中に破線で示すように、下段冷凍室５の上部には、横仕切部５３を設けている。横仕切部５３は、製氷室３及び上段冷凍室４と、下段冷凍室５とを上下方向に仕切っている。また、横仕切部５３の上部には、製氷室３と上段冷凍室４との間を左右方向に仕切る縦仕切部５４を設けている。

横仕切部５３は、下側断熱仕切壁５２前面及び左右側壁前面とともに、下段冷凍室扉５ａの貯蔵室側の面に設けたシール部材（図示せず）を受けて、下段冷凍室５と下段冷凍室扉５ａとの間での気体の移動を抑制する。また、製氷室扉３ａ及び上段冷凍室扉４ａの貯蔵室側の面に設けたシール部材（図示せず）は、横仕切部５３、縦仕切部５４、上側断熱仕切壁５１及び冷蔵庫本体１の左右側壁前面と接することで、各貯蔵室と各扉との間での気体の移動をそれぞれ抑制する。

なお、製氷室３、上段冷凍室４及び下段冷凍室５は、いずれも冷凍温度帯なので、横仕切部５３及び縦仕切部５４は、各扉のシール部材を受けるために、少なくとも冷蔵庫本体１の前側にあればよい（図２参照）。すなわち、冷凍温度帯の各貯蔵室間で気体の移動があってもよく、断熱区画しない場合であってもよい。一方、上段冷凍室４を温度切替室とする場合は、断熱区画する必要があるため、横仕切部５３及び縦仕切部５４は、冷蔵庫本体１の前側から後壁まで延在させる。

冷蔵室扉２ａ、２ｂの貯蔵室内側には、複数の扉ポケット３２が備えられている（図２参照）。また、冷蔵室２は複数の棚３６が設けられている。棚３６により、冷蔵室２は縦方向に複数の貯蔵スペースに区画されている。

図２に示すように、上段冷凍室４、下段冷凍室５及び野菜室６は、それぞれの貯蔵室の前方に備えられた扉と一体に前後方向に移動する。収納容器３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂがそれぞれ設けられている。そして、製氷室扉３ａ、上段冷凍室扉４ａ、下段冷凍室扉５ａ及び野菜室扉６ａは、それぞれ図示しない取手部に手を掛けて手前側に引き出すことにより、収納容器３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂが引き出せるようになっている。

図２及び図３に示すように、本実施形態の冷蔵庫は、冷却手段として蒸発器７を備えている。蒸発器７（一例として、フィンチューブ型熱交換器）は、下段冷凍室５の略背部に備えられた蒸発器収納室８内に設けられている。また、蒸発器収納室８内であって蒸発器７の上方には、送風手段として庫内送風機９（一例として、プロペラファン）が設けられている。

蒸発器７と熱交換して冷やされた空気（以下、蒸発器７で熱交換した低温の空気を「冷気」と称する）は、庫内送風機９によって冷蔵室送風ダクト１１、野菜室送風ダクト（図示せず）、冷凍室送風ダクト１２を介して、冷蔵室２、野菜室６、製氷室３、上段冷凍室４、下段冷凍室５の各貯蔵室へそれぞれ送られる。各貯蔵室への送風は、冷蔵室への送風量を制御する冷蔵室ダンパ８０と、野菜室への送風量を制御する野菜室ダンパ（図示せず）と、冷凍温度帯室への送風量を制御する冷凍室ダンパ８１とにより制御される。

冷蔵室ダンパ８０が開状態で冷蔵室２への送風が行われる場合、冷気は、冷蔵室送風ダクト１１を経て多段に設けられた吹き出し口２ｃから冷蔵室２に送られる。冷蔵室２を冷却した冷気は、冷蔵室２の下部に設けられた冷蔵室戻り口（図示しない）から蒸発器収納室８の側方に配設された冷蔵室戻りダクト（図示しない）を経て、蒸発器収納室８の下部に戻る。

野菜室ダンパが開状態で野菜室６への送風が行われる場合、冷気は、野菜室送風ダクト（図示しない）を経て野菜室吹き出し口（図示しない）から野菜室６に送られる。野菜室６を冷却した冷気は、下側断熱仕切壁５２の下部前方に設けられた野菜室戻りダクト入口１８ｂから野菜室戻りダクト１８を経て、野菜室戻りダクト出口１８ａから蒸発器収納室８の下部に戻る。

図２に示すように、蒸発器収納室８前方には、各貯蔵室と蒸発器収納室８との間を仕切る仕切部材１３が設けられている。仕切部材１３には、吹き出し口３ｃ、４ｃ、５ｃが形成されており、冷凍室ダンパ８１が開状態の場合、冷気は、図示省略の製氷室送風ダクト、上段冷凍室送風ダクト１２、下段冷凍室送風ダクト１６を経て吹き出し口３ｃ、４ｃ、５ｃから上段冷凍室４、下段冷凍室５、製氷室３へ送風される。仕切部材１３には、下段冷凍室５の奥下部の位置に冷凍室戻り口１７が設けられており、冷凍温度帯室（製氷室３、上段冷凍室４、下段冷凍室５）を冷却した冷気は、冷凍室戻り口１７を介して蒸発器収納室８に流入する。なお、冷凍室戻り口１７は蒸発器７の幅とほぼ等しい幅寸法である。

一般に、周囲温度に対して低温の冷気は、上方から下方に向かう下降流を形成する。よって、貯蔵室の上方により多くの冷気を供給することで、下降流の作用で貯蔵室内を良好に冷却できる。本実施形態では、冷凍室ダンパ８１を設けているが、これを庫内送風機９の上方に設置することで、庫内送風機９からの送風をスムーズに製氷室３や上段冷凍室４に送風できるように配慮している。製氷室３、上段冷凍室４及び下段冷凍室５が連通した構成とすれば、下降流による冷却効果を高めることができる。

次に、本実施形態における冷凍サイクルについて、図３〜図５、及び、適宜図２を参照しながら説明する。図３に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機２４と、圧縮機２４から送られた冷媒を放熱する放熱手段６０と、放熱手段６０から送られた冷媒を減圧する減圧手段であるキャピラリチューブ４３と、キャピラリチューブ４３から送られた冷媒が蒸発して空気を冷却する冷却手段である蒸発器７とが、冷媒が流れる管で順次接続されている。

圧縮機２４は、図２に示すように、冷蔵庫本体１の下部後方に設けた機械室１９に設置されている。

図３に示すように、放熱手段６０は、機械室１９（図２参照）内に配設された凝縮器６１（一例としてフィンチューブ型熱交換器）、放熱パイプ６２、６３、６４を有する。機械室１９内には庫外送風機２６が配設されており（図２中には不図示）、庫外送風機２６を稼働させることで、凝縮器６１の放熱を促進することができるようになっている。

放熱パイプ６２（図４中に破線で表示）は、断熱箱体１０の両側面及び天井面の外箱１ａと内箱１ｂとの間であって、外箱１ａ面に接するように配置している。外箱１ａは鋼板製であり外箱１ａ外表面から庫外空気に良好に放熱がなされる（図５参照）。

放熱パイプ６３（図４中に点線で表示）は、断熱箱体１０の背面の外箱１ａと内箱１ｂとの間であって、外箱１ａ面に接するように配置している。図５に示すように、断熱箱体１０の背面は、設置時にキッチンの壁７０に接するように又は近接して設置される。

また、放熱パイプ６４（図４中に実線で表示）は、断熱箱体１０の上側断熱仕切壁５１、下側断熱仕切壁５２、横仕切部５３及び縦仕切部５４のそれぞれの内部前方に配置されている。これらの仕切壁（仕切部）は、貯蔵室に接しているため低温であるが、前方部は各貯蔵室の開口縁となるので、外気に接触しやすい。そのため、前方の開口縁表面において、飽和水蒸気量に達して結露が生じるおそれがある。そこで、冷蔵庫本体１の断熱箱体１０前方開口縁（特に、上側断熱仕切壁５１、下側断熱仕切壁５２、横仕切部５３及び縦仕切部５４の前方部）への結露防止のために、放熱パイプ６４を配している。

機械室１９内には放熱性能制御手段としての三方弁６５が配設されている（図２、図４中には不図示）。放熱パイプ６２の出口部は機械室１９に入り（図４参照）、三方弁６５の入口６５ａに接続されている。三方弁６５は、入口１箇所（６５ａ）、出口２箇所（６５ｂ、６５ｃ）で形成されており、入口６５ａから流入した冷媒を（１）出口６５ｂに流す、（２）出口６５ｃに流す、（３）出口６５ｂ及び出口６５ｃの両方に流すことを切替制御可能な電動弁である。三方弁６５の出口６５ｂは放熱パイプ６３の入口部、三方弁６５の出口６５ｃは放熱パイプ６４の入口部にそれぞれ接続される（図３参照）。また、放熱パイプ６３及び放熱パイプ６４の出口部は、再び機械室１９に入り（図４参照）、放熱パイプ６３及び放熱パイプ６４の出口部の配管に逆止弁６７ａ、６７ｂがそれぞれ配設されている（図３参照）。逆止弁６７ａ、６７ｂの下流にて配管が合流し、ドライヤ４１が設けられている（機械室１９内に設置）。ドライヤ４１は、冷媒中の水分を乾燥吸湿するためのものであり、管６０内が凍結して詰まり、冷媒が循環しなくなることを防ぐ。

図３に示すとおり、ドライヤ４１の下流側には、冷媒流量調整手段としての弁６６（本実施形態の冷蔵庫本体１では二方弁）が設けられている。なお、蒸発器７から圧縮機２４に向かう管６８の一部である管６８ａ部は、キャピラリチューブ４３と近接又は接触させており、キャピラリチューブ４３内の熱が、管６８ａ内の冷媒に移動するようにしてある。また、結露防止用の放熱パイプ６４は、図５に示すように、特に温度差が大きくなる冷凍温度帯の貯蔵室の前方開口縁に重点的に配設されている。

図２に示すとおり、蒸発器収納室８の下方には、除霜ヒータ２２が備えられている。蒸発器７及びその周辺の蒸発器収納室８の壁に成長した霜は、除霜ヒータ２２に通電して加熱することで溶かされる。霜が融解することで生じた除霜水は、図２に示す蒸発器収納室８の下部に備えられた樋２３に流入した後に、排水管２７を介して機械室１９に配された蒸発皿２１に達する。そして、機械室１９内に配設される圧縮機２４及び凝縮器４０ａ（図２中に図示せず）の発熱により蒸発させられる。

また、図２に示すように、蒸発器７の上部には蒸発器７に取り付けられた蒸発器温度センサ３５、冷蔵室２には冷蔵室温度センサ３３、下段冷凍室５には冷凍室温度センサ３４がそれぞれ備えられており、それぞれ蒸発器７の温度、冷蔵室２の温度、下段冷凍室５の温度を検知する。

更に、冷蔵庫本体１は、冷蔵庫の設置した周囲の温湿度環境（外気温度、外気湿度）を検知する図示しない外気温度センサと外気湿度センサ、放熱パイプ６３が配設された断熱箱体１０の背面温度を検知する図示しない背面温度センサ、放熱パイプ６４が配設された断熱箱体１０の前方開口縁温度を検知する図示しない前方開口縁温度センサを備えている。なお、野菜室６にも野菜室温度センサ３３ａが配置してある。なお、冷蔵室温度センサ３３、野菜室温度センサ３３ａ、冷凍室温度センサ３４は、各貯蔵室への吹き出し冷気が直接当たらない場所に設置することで、検知精度を高めている。

冷蔵庫本体１の天井壁上面側にはＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ、インターフェース回路等を搭載した制御基板３１が配置されている（図２参照）。制御基板３１は、前記した外気温度センサ、外気湿度センサ、蒸発器温度センサ３５、冷蔵室温度センサ３３、野菜室温度センサ３３ａ、各貯蔵室扉の開閉状態をそれぞれ検知する扉センサ、冷蔵室２内壁に設けられた図示しない温度設定器、下段冷凍室５内壁に設けられた図示しない温度設定器等と接続する。前記ＲＯＭに予め搭載されたプログラムにより、圧縮機２４のＯＮ／ＯＦＦや、三方弁６５、二方弁６６、冷蔵室ダンパ８０、野菜室ダンパ及び冷凍室ダンパ８１を個別に稼動する図示省略のそれぞれのアクチュエータの制御、庫内送風機９及び庫外送風機２６のＯＮ／ＯＦＦ制御や回転速度制御、前記した扉開放状態を報知するアラームのＯＮ／ＯＦＦ等の制御を行う。

次に、本実施形態の冷蔵庫における冷却運転中の制御について、図６を参照しながら説明する。図６は本実施形態の冷蔵庫の冷却運転中の制御を表す制御フローチャートである。制御は、制御基板３１（図２参照）のＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって行われる。

図６に示すように、冷蔵庫本体１は電源投入により運転が開始され（スタート）、冷蔵庫本体１の各貯蔵室が冷却される。冷却運転中には、外気温度センサと外気湿度センサの検出値に基づいて、断熱箱体の背面（以後「放熱面ｉ」とする）あるいは前方開口縁（以後「放熱面ii」とする）の温度制御範囲（下限温度Ｔ₁と上限温度Ｔ₂）が算出される。具体的には、例えば外気温度が３０℃、外気湿度が６０％の場合、放熱面下限温度Ｔ₁＝２２℃、放熱面上限温度Ｔ₂＝３２℃に設定される（ステップＳ１０１）。

続いて、圧縮機停止条件が満足されているか否かが判定される（ステップＳ１０２）。なお、本実施形態の冷蔵庫では、冷凍室温度センサが検知する温度が−２１℃に到達した場合に、圧縮機停止条件が満足される。ステップＳ１０２が満足されない場合（Ｎｏ）、続いて、放熱面ｉ温度＜Ｔ₁が判定され（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０３が満足されない場合（Ｎｏ）、続いて放熱面ii温度＜Ｔ₁が判定され（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０４が満足されない場合（Ｎｏ）、再びステップＳ１０２の判定に戻る。

ステップＳ１０２及びステップＳ１０３が満足されず（Ｎｏ）（ステップＳ１０２、Ｓ１０３が満足された場合（Ｙｅｓ）は後述）、ステップＳ１０４が満足された場合（Ｙｅｓ）、三方弁出口の６５ｃが開状態となり、三方弁入口６５ａから流入した冷媒が三方弁出口６５ｃから流出する状態（三方弁ａ→ｃ）となる（ステップＳ１０５、図３参照）。これにより、高温冷媒が放熱パイプ６４を流れるので、放熱面iiの温度が上昇する。続いて、圧縮機停止条件が満足されているか否かが判定される（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６が満足されない場合（Ｎｏ）、続いて、放熱面ｉ温度＜Ｔ₁が判定される（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７が満足されない場合（Ｎｏ）、続いて、放熱面ii温度＞Ｔ₂が判定される（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８が満足されない場合（Ｎｏ）、再びステップＳ１０６の判定に戻る。

ステップＳ１０６及びステップＳ１０７が満足されず（Ｎｏ）（ステップＳ１０６、Ｓ１０７が満足された場合（Ｙｅｓ）は後述）、ステップＳ１０８が満足された場合（Ｙｅｓ）、続いて、三方弁出口の６５ｂが開状態となり、三方弁入口６５ａから流入した冷媒が三方弁出口６５ｂから流出する状態（三方弁ａ→ｂ）となる（ステップＳ１０９、図３参照）。これにより、高温冷媒が放熱パイプ６３を流れるので、放熱面ｉの温度が上昇し、一方で、放熱パイプ６４には高温冷媒が流れなくなるため、放熱面iiの温度は低下する。ステップＳ１０９の後は、再びステップＳ１０１に戻る。

次にステップＳ１０３が満足された場合（Ｙｅｓ）について説明する。ステップＳ１０３が満足された場合、続いて、三方弁出口の６５ｂが開状態となり、三方弁入口６５ａから流入した冷媒が三方弁出口６５ｂから流出する状態（三方弁ａ→ｂ）となる（ステップＳ１１０、図３参照）。これにより、高温冷媒が放熱パイプ６３を流れるので、放熱面ｉの温度が上昇する。

続いて、圧縮機停止条件が満足されているか否かが判定される（ステップＳ１１１）。ステップＳ１１１が満足されない場合（Ｎｏ）、続いて、放熱面ii温度＜Ｔ₁が判定される（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２が満足されない場合（Ｎｏ）、続いて、放熱面ｉ温度＞Ｔ₂が判定される（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１３が満足されない場合（Ｎｏ）、再びステップＳ１１１の判定に戻る。

ステップＳ１１１及びステップＳ１１２が満足されず（Ｎｏ）（ステップＳ１１１、Ｓ１１２が満足された場合（Ｙｅｓ）は後述）、ステップＳ１１３が満足された場合（Ｙｅｓ）、続いて、三方弁出口の６５ｃが開状態となり、三方弁入口６５ａから流入した冷媒が三方弁出口６５ｃから流出する状態（三方弁ａ→ｃ）となる（ステップＳ１１４、図３参照）。これにより、高温冷媒が放熱パイプ６４を流れるので、放熱面iiの温度が上昇し、一方で、放熱パイプ６３には高温冷媒が流れなくなるため、放熱面ｉの温度は低下する。ステップＳ１１４の後は、再びステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０７において、放熱面ｉ温度＜Ｔ₁が満足された場合、放熱面ｉの温度が低下しすぎと判断して、三方弁出口６５ｂ、６５ｃを共に開状態として、三方弁入口６５ａから流入した冷媒が、三方弁の二つの出口６５ｂ、６５ｃから流出する状態（三方弁ａ→ｂ、ｃ）とする（ステップＳ２０１）。これにより、放熱パイプ６３にも高温冷媒が流れる状態となるため、放熱面ｉの温度が低下しすぎて結露に至るという事態を回避することができる。ステップＳ２０１の後は、ステップＳ１０６に戻る。

ステップＳ１１２において、放熱面ii温度＜Ｔ₁が満足された場合にも、同様に、三方弁出口６５ｂ、６５ｃを共に開状態として、三方弁入口６５ａから流入した冷媒が、三方弁の二つの出口６５ｂ、６５ｃから流出する状態（三方弁ａ→ｂ、ｃ）とする（ステップＳ２０２、図３参照）。ステップＳ２０２の後は、ステップＳ１１１に戻る。

ステップＳ１０２、ステップＳ１０６、ステップＳ１１１のいずれかのステップで、圧縮機停止条件が満足された場合（Ｙｅｓ）、二方弁６６が閉状態となり、圧縮機が停止する（ステップＳ３０１）。続いて圧縮機起動条件が満足されたか否かが判定され（ステップＳ３０２）、ステップＳ３０２が満足された場合（Ｙｅｓ）、二方弁６６が開状態となり、圧縮機が起動して冷却運転が再開され（ステップＳ３０３）、ステップＳ１０１に戻る。なお、本実施形態の冷蔵庫では、冷凍室温度センサが検知する温度が−１８℃に到達した場合に、圧縮機起動条件が満足される。

次に、図７を参照しながら、本実施形態の冷蔵庫の冷却運転中の放熱面ｉと放熱面iiの温度変化を説明する。

図７は、本実施形態の冷蔵庫の冷却運転中の放熱面ｉの温度（背面温度センサ検知温度）と、放熱面iiの温度（前方開口縁温度センサ検知温度）のそれぞれの変化の様子と、三方弁６５、二方弁６６、圧縮機２４の制御状態を表すタイムチャートである。

図７上段の下限温度Ｔ₁、上限温度Ｔ₂は図６のステップＳ１０１によって算出された値となる（ステップＳ１０１で毎回算出されるが、ここでは、変動はなく一定となっている）。また、図７に示す状態では、放熱面ｉと放熱面iiの温度の関係は、設置条件（密着させる壁の材質や厚さ）や、庫内温度の設定によって変わるが、ここでは、放熱面ｉの温度より放熱面iiの温度が平均的に低くなっており、経過時間ｔ_aで放熱面iiの温度が下限温度Ｔ₁に到達している。この場合、「三方弁：ａ→ｃ、二方弁：ＯＰＥＮ、圧縮機：ＯＮ」の状態となり（図６のステップＳ１０６）、放熱パイプ６４に高温冷媒を流すことで、放熱面iiの温度を上げるように制御している。このとき、放熱パイプ６３には高温冷媒が流れなくなるため、温度が低下する。

続いて、経過時間ｔ_bで放熱面iiの温度が上限温度Ｔ₂に到達している。この場合、「三方弁：ａ→ｂ、二方弁：ＯＰＥＮ、圧縮機：ＯＮ」の状態となり（図６のステップＳ１０９）、放熱パイプ６３に高温冷媒を流すことで、放熱面ｉの温度を上げるように制御している。続いて、経過時間ｔ_cで再び放熱面iiの温度が下限温度Ｔ₁に到達し、「三方弁：ａ→ｃ、二方弁：ＯＰＥＮ、圧縮機：ＯＮ」の状態となっているが、経過時間ｔ_dで、圧縮機停止条件が満足され（図６のステップＳ１０６がＹｅｓ）、「三方弁：ａ→ｃ、二方弁：ＣＬＯＳＥ、圧縮機：ＯＦＦ」の状態となっている（図６のステップＳ３０１）。このときは、放熱パイプ６３と放熱パイプ６４のいずれにも高温冷媒は供給されないため、放熱面ｉと放熱面iiの温度は共に低下している。続いて、経過時間ｔ_eで、圧縮機起動条件が満足され、（図６のステップＳ３０２がＹｅｓ）、「三方弁：ａ→ｃ、二方弁：ＯＰＥＮ、圧縮機：ＯＮ」の状態となっている（図６のステップＳ３０３）。圧縮機が稼働状態となったことによって、再び放熱面ｉの温度が上昇し始め、経過時間ｔ_fで、上限温度Ｔ₂に到達している。

以上で、本実施形態の冷蔵庫の構造と、制御方法の説明をしたが、次に、本実施形態の冷蔵庫の奏する効果について説明する。

本実施形態の冷蔵庫は、略密着状態で設置される冷蔵庫背面壁に配設された放熱手段（放熱パイプ６３）の放熱量を制御する放熱性能制御手段（三方弁６５）によって、放熱性能を可変させている。これにより、庫内有効内容積の減少を伴わずに、省エネルギー性能が高く、断熱箱体の外面の結露を抑制する冷蔵庫とすることができる。理由を図８を参照しながら説明する。

図８（Ａ）は、冷蔵庫の庫内と庫外を仕切る断熱壁（Ｗａｌｌ（ａ））を介して、庫外から庫内に熱が流入する様子を表す図（一次元モデル）である。Ｔ_outは庫外の空気温度［℃］、Ｔ_{Wall(a)_out}は断熱壁庫外側表面温度［℃］、Ｔ_{Wall(a)_in}は断熱壁庫内側表面温度［℃］、Ｔ_inは庫内空気温度［℃］、Ｗａｌｌ（ａ）は伝熱面積［ｍ²］、Ｒ₁は庫外の空気と断熱壁庫外側表面間の熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｒ₂は断熱壁庫外側表面から庫内側表面に至る間の熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｒ₃は断熱壁庫内側表面と庫内空気間の熱抵抗［℃／Ｗ］、Ｑ_inは庫外から庫内に流入する熱流量［Ｗ］を表す。

図８（Ｂ）は、冷蔵庫の庫内と庫外を仕切る断熱壁（Ｗａｌｌ（ａ））の外表面から熱を放熱（外表面の内側に放熱パイプを配設して放熱）する様子を表す図である。図８（Ｂ）では、Ｗａｌｌ（ａ）の外表面から放熱する状態なので、Ｗａｌｌ（ａ）の外表面温度Ｔ_{Wall(a)_out}の温度が最も高くなるため（ここでは、Ｗａｌｌ（ａ）の外表面全面を放熱温度Ｔ_Cndとしている）、庫内にＱ_inの熱が流入し、庫外にはＱ_outの熱を放出する状態となる。

図８（Ｃ）、（Ｄ）は、それぞれ図８（Ａ）及び（Ｂ）の状態の外側に接するように第二の壁（例えばキッチンの壁）が設置された状態を表す。図８（Ｃ）、（Ｄ）におけるＴ_{Wall(b)_out}は第二の壁（Ｗａｌｌ（ｂ））の庫外側表面温度［℃］、Ｒ₄は第二の壁（Ｗａｌｌ（ｂ））庫外側表面から庫内側表面に至る間の熱抵抗［℃／Ｗ］を表す。

図８（Ａ）〜（Ｄ）に示すモデルによって、各状態における壁面温度と熱流量が定まる。一例として、Ｔ_out＝３０.０℃、Ｔ_in＝−２０.０℃（冷凍室温度）、Ｔ_Cnd＝３５.０℃、伝熱面積Ｗａｌｌ（ａ）＝１ｍ²、Ｒ₁＝０.２［℃／Ｗ］（熱伝達率５.０Ｗ／ｍ²Ｋ）、Ｒ₂＝１２.２［℃／Ｗ］（熱伝導率１８ｍＷ／ｍＫ、厚さ４０mmの断熱層（発砲ポリウレタン）と、熱伝導率１ｍＷ／ｍＫ、厚さ１０mmの断熱層（真空断熱材））、Ｒ₃＝０.１［℃／Ｗ］（熱伝達率１０.０Ｗ／ｍ²Ｋ）、Ｒ₄＝２.５［℃／Ｗ］（熱伝導率４０ｍＷ／ｍＫ、厚さ１００mmの壁（グラスウール入り断熱壁を想定））の場合を考える。

この場合、図８（Ａ）の庫外から庫内に流入する熱流量Ｑ_in（ａ）＝４.０［Ｗ］、Ｗａｌｌ（ａ）の外表面温度Ｔ_{Wall(a)_out}（ａ）＝２９.２℃となる。

また図８（Ｂ）では、庫内に流入する熱流量Ｑ_in（ｂ）＝４.２［Ｗ］、庫外への放熱量Ｑ_out（ｂ）＝１０.０［Ｗ］、Ｗａｌｌ（ａ）の外表面温度Ｔ_{Wall(a)_out}（ｂ）＝Ｔ_Cnd＝３５.０℃となる。

同様に、図８（Ｃ）では、Ｑ_in（ｃ）＝３.３［Ｗ］、Ｔ_{Wall(a)_out}（ｃ）＝２１.０℃、図８（Ｄ）では、Ｑ_in（ｄ）＝４.５［Ｗ］、Ｑ_out（ｄ）＝１.９［Ｗ］、Ｔ_{Wall(a)_out}（ｄ）＝Ｔ_Cnd＝３５.０℃となる。

以上より、冷蔵庫の周囲が開放された状態で、断熱壁表面を放熱面として活用した場合（図８（Ｂ））、断熱壁表面を放熱面として活用しない場合（図８（Ａ））に比べて、庫内への熱侵入は増加するが、その増加率は比較的小さく（Ｑ_in（ａ）とＱ_in（ｂ）の比較）、庫外に良好に放熱が行えることがわかる（Ｑ_in（ｂ））とＱ_out（ｂ）の比較）。

一方で、キッチンの壁等（図８（Ｃ）、（Ｄ）の第二の壁）に冷蔵庫の壁面を接触して設置した場合には、接触面を放熱面として活用すると（図８（Ｄ））、接触面を放熱面として活用しない場合（図８（Ｄ））に比べて、庫内への熱侵入の増加率が大きくなり（Ｑ_in（ｃ）とＱ_in（ｄ）の比較）、また、キッチンの壁等によって断熱される影響により、庫外への放熱も良好に行えないことがわかる（Ｑ_in（ｂ）とＱ_out（ｄ）の比較）。なお、冷蔵庫を接触させる壁は様々な材質や厚さがあり得るが、いずれの壁面であっても、図８（Ｃ）（あるいは図８（Ｄ））に示す熱抵抗Ｒ₄が加わることになるため、類似の傾向を示す。

また、第二の壁と冷蔵庫壁面間に空隙があっても、その寸法が小さい場合（目安としては１０mm以下）には、良好な対流が形成されないため、空気断熱層として作用し、図８（Ｃ）あるいは図８（Ｄ）と類似の状態となる。

したがって、冷蔵庫の周囲の設置状態を考慮した場合、キッチンの壁等に接触して設置される冷蔵庫の壁面（接触面）に放熱パイプを配設しても（図８（Ｄ）の状態）、良好な放熱性能が得られず、庫内への熱侵入を増加させる要因となってしまい、省エネルギー性能が低下する。

そこで、接触面には放熱パイプを配設しないで、図８（Ｃ）の状態とすることが考えられる。図８（Ｃ）の状態であれば、キッチンの壁等による断熱効果が加わることで、庫内への熱侵入量が低減される（Ｑ_in（ａ）とＱ_out（ｃ）の比較）効果が期待できるが、接触面における放熱がなくなるため、この場合も、冷蔵庫の放熱性能を十分高くできなくなるために省エネルギー性能は低くなる。

以上から、接触面では放熱性能を十分高くできないため、その分の放熱性能を補う必要があるが、例えば、機械室内に別体の熱交換器（凝縮器）を新たに設置することは、機械室スペースを拡大して設置スペースを確保する必要があることから、庫内有効内容積の減少を伴ってしまう。そこで、本実施形態の冷蔵庫では、三方弁６５によって、略密着状態で設置される冷蔵庫背面壁に配設された放熱パイプへの冷媒流入を制御して、間欠的に放熱パイプからの放熱を行うようにした。これにより、放熱パイプに冷媒を流入させない状態から、冷媒を流入させる状態に切り換えた場合は、図８（Ｃ）の状態（あるいは図８（Ｃ）に近い状態）から、図８（Ｄ）の状態（あるいは図８（Ｄ）に近い状態）に向かって変化し（過渡状態１）、放熱パイプに冷媒を流入させる状態から、冷媒を流入させない状態に切り換えた場合は、図８（Ｄ）の状態（あるいは図８（Ｄ）に近い状態）から、図８（Ｃ）の状態（あるいは図８（Ｃ）に近い状態）に向かって変化する（過渡状態２）。

ここで、過渡状態１の開始時点では、図８（Ｃ）の状態（あるいは図８（Ｃ）に近い状態）となるので、接触面温度Ｔ_{Wall(a)_out}（ｃ）及びその近傍の温度は低下している（上述の一例として挙げた条件ではＴ_{Wall(a)_out}（ｃ）＝２１.０℃）。したがって、過渡状態１の初期段階では放熱パイプ内を流れる冷媒温度（上述の一例として挙げた条件ではＴ_Cnd＝３５.０℃）と、放熱パイプ周辺の壁温度との差が大きいため良好な熱交換が行われる時間帯（第一の時間帯）があり、次第に図８（Ｄ）の状態に近づき放熱性能が低下する。

次に、過渡状態２を考えると、過渡状態２の開始時点では、図８（Ｄ）の状態（あるいは図８（Ｄ）に近い状態）となるので、接触面温度Ｔ_{Wall(a)_out}（ｄ）及びその近傍の温度は冷媒温度に近い温度（上述の一例として挙げた条件ではＴ_Cnd＝３５.０℃）に上昇しているため、庫内への熱侵入量は増加した状態となるが、冷媒が流れないため、次第に図８（Ｃ）に近づき、熱侵入量は低下した状態となる時間帯が生まれる（第二の時間帯）。

したがって、接触面に放熱パイプを配設し、定常的に冷媒を流した場合（常に図８（Ｄ）の状態）に対して、過渡状態１の第一の時間帯があるために、放熱性能が向上でき、且つ、過渡状態２の第二の時間帯があるために、庫内への熱侵入量は同等以下となる。したがって、省エネルギー性能が向上する。また、放熱パイプを配設しない場合（常に図８（Ｃ）の状態）、設置条件（キッチンの壁の材質や厚さなどの条件）によっては、キッチンの壁と冷蔵庫壁面間に微小な隙間がある場合、冷蔵庫壁面の温度が過度に低下して、結露を生じることがある（上述の一例として挙げた条件ではＴ_{Wall(a)_out}（ｃ）＝２１.０℃であり、例えば３０℃では６０％以上の相対湿度の場合に結露が生じる可能性がある）。本実施形態の冷蔵庫では、間欠的に放熱パイプからの放熱が行われるため結露防止効果も得られ、信頼性の高い冷蔵庫となる。

以上のとおり、本実施形態の冷蔵庫は、冷蔵庫の設置条件を考慮することで、冷蔵庫の壁面からの放熱性能を向上させているので、放熱性能向上のために新たな凝縮器を設置する必要がない。したがって、庫内有効内容積の減少を伴わずに、省エネルギー性能が高く、さらに断熱箱体の外面の結露を抑制する冷蔵庫とすることができる。

本実施形態の冷蔵庫は、断熱箱体の前方開口縁に放熱手段（放熱パイプ６４）を備えて、近接又は接するように設置される冷蔵庫背面壁（箱体壁面）に配設された放熱手段（放熱パイプ６３）の放熱量を減少させた際に、前方開口縁からの放熱を向上させるように制御している。これにより、結露防止のために配設される放熱パイプ６４からの庫内への熱侵入を抑えるとともに、冷蔵庫背面壁に配設された放熱手段の放熱性能を高めることができるので、省エネルギー性能が高い冷蔵庫となる。

本実施形態の冷蔵庫は、機械室１９内に、凝縮器６１を備え、圧縮機２４から吐出した冷媒を、凝縮器６１で放熱させている。これにより、圧縮機から吐出する過熱ガスを、機械室１９内の凝縮器６１で冷却して温度を下げて（凝縮温度程度に下げて）から、冷蔵庫の壁に配設された放熱パイプ６２に流入させることができるので、冷蔵庫の壁温度の上昇による熱侵入の増加を抑制できる。したがって省エネルギー性能が高い冷蔵庫となる。

本実施形態の冷蔵庫は、機械室１９内に、凝縮器６１の放熱能力を調整する手段（庫外送風機２６）を備えている。これにより、外気温が高い場合など、熱負荷が大きく圧縮機を高回転で稼働させる場合などに、圧縮機から吐出する過熱ガスを、十分冷却する放熱能力とすることができるので、熱負荷が大きい場合に特に省エネルギー性能が高い冷蔵庫となる。

本実施形態の冷蔵庫は、放熱能力を調整する手段として送風機（庫外送風機２６）を採用している。これにより、回転数を制御することで容易に、且つ、確実に放熱能力を調整することができるため、信頼性が高く、他の放熱能力調整手段（例えば、ダンパ等による空気流の制御）に比べて低コストとなる。

本実施形態の冷蔵庫は、放熱パイプ６２の下流側に放熱パイプ６３を配設している。放熱パイプ６３は、上述のとおり、放熱パイプ６３の周囲が外気温よりも低い状態となる時間帯があるため、冷媒温度が外気温より低い温度にまで冷却されることがある。その場合、放熱パイプ６３の下流側に外気と接する放熱手段があると、冷媒を再加熱してしまい性能を低下させてしまうことがある。したがって、周囲が外気温よりも低い状態となることがある放熱パイプ６３は、放熱パイプ６２の下流側に配設することが、幅広い条件で省エネルギー性能の高い冷蔵庫とするのに有効となる。

本実施形態の冷蔵庫は、放熱パイプ６２の下流側に放熱パイプ６４を配設している。放熱パイプ６４は、断熱箱体の前方開口縁の結露防止の目的で配設されるが、前方開口縁は貯蔵室に接しているため外気温より低温となる。したがって、冷媒の再加熱を防止するために、放熱パイプ６４は放熱パイプ６２の下流側に配設している。これにより幅広い条件で省エネルギー性能の高い冷蔵庫となる。

本実施形態の冷蔵庫は、放熱パイプ６３、６４の上流に三方弁６５を備え、出口部に逆止弁６７ａ、６７ｂを備えている。放熱パイプ６３または放熱パイプ６４に冷媒を流していない場合、パイプ内の冷媒温度は低下し、それに伴ってパイプ内圧力も低下する。したがって、放熱パイプ６３、６４の上流側は三方弁によって冷媒流入が止められていても、出口部が開放されていると、出口部から冷媒が流入して、冷却を行っている冷媒回路の冷媒が不足することがある。したがって、放熱パイプ６３、６４の出口部に逆止弁６７ａ、６７ｂを備えることで出口部からの冷媒流入を抑制している。これにより冷媒量不足による冷却性能低下を防止できるので、省エネルギー性能の高い冷蔵庫となる。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１冷蔵庫本体
２冷蔵室（冷蔵温度帯室）
３製氷室（冷凍温度帯室）
４上段冷凍室（冷凍温度帯室）
５下段冷凍室（冷凍温度帯室）
６野菜室（冷蔵温度帯室）
７蒸発器（冷却手段）
８蒸発器収納室
９庫内送風機（送風手段）
１０断熱箱体
１１冷蔵室送風ダクト
１２冷凍室送風ダクト
１３仕切部材
１７冷凍室戻り口
１８野菜室戻りダクト
１８ａ野菜室戻りダクト出口
１９機械室
２４圧縮機
２６庫外送風機
４１ドライヤ
４３キャピラリチューブ（減圧手段）
５１上側断熱仕切壁
５２下側断熱仕切壁
５３横仕切部
５４縦仕切部
６０放熱手段
６１凝縮器
６２、６３、６４放熱パイプ
６５三方弁（放熱性能制御手段）
６６二方弁（冷媒流量調整手段）
６７ａ、６７ｂ逆止弁
６８管
８０冷蔵室ダンパ
８１冷凍室ダンパ

Claims

断熱箱体と、前記断熱箱体の少なくとも一面が周囲壁に近接又は接するように設置する箱体壁面と、圧縮機と、前記箱体壁面内側に配設した第一の放熱手段と、前記断熱箱体の前記箱体壁面以外の外表面内側に配設された第二の放熱手段と、減圧手段と、冷却手段とを備えた冷蔵庫において、前記第一の放熱手段と前記第二の放熱手段を通る第一の放熱冷媒流路と、前記第一の放熱手段をバイパスして前記第二の放熱手段を通る第二の放熱冷媒流路を備え、前記第一の放熱冷媒流路と、前記第二の放熱冷媒流路に流す冷媒量を変えることで、前記第一の放熱手段の放熱量を制御する放熱性能制御手段を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
前記断熱箱体の前方開口縁に第三の放熱手段を備え、前記第二の放熱冷媒流路に、前記第三の放熱手段を配したことを特徴とする、請求項１記載の冷蔵庫。
前記圧縮機は、前記断熱箱体の外部に設けられた圧縮機収納室に配設し、前記圧縮機収納室内に、第四の放熱手段を備え、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第四の放熱手段に流入させた後に、前記第一の放熱冷媒流路、または、前記第二の放熱冷媒流路に流すようにしたことを特徴とする、請求項１又は２記載の冷蔵庫。
前記圧縮機と、前記第四の放熱手段の能力を調整する放熱能力調整手段を備えたことを特徴とする、請求項３記載の冷蔵庫。
前記放熱能力調整手段として、送風機を用いたことを特徴とする、請求項４記載の冷蔵庫。
前記第二の放熱手段の下流側に前記第一の放熱手段を配したことを特徴とする、請求項１又は２記載の冷蔵庫。
前記第二の放熱手段の下流側に前記第三の放熱手段を配したことを特徴とする、請求項２記載の冷蔵庫。
前記第一の放熱手段の上流に前記放熱性能制御手段として冷媒流路制御手段を備え、前記第一の放熱手段の出口部に前記第一の放熱手段への冷媒流入防止手段を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の冷蔵庫。
前記第三の放熱手段の上流に前記放熱性能制御手段として冷媒流路制御手段を備え、前記第三の放熱手段の出口部に前記第一の放熱手段への冷媒流入防止手段を備えたことを特徴とする、請求項２記載の冷蔵庫。