図1は実施例1に係わる冷蔵庫の正面図、図2は図1の断面図である。冷蔵庫1は、上方に冷凍室3、下方に冷蔵室2の2つの貯蔵室を備えるトップフリーザ冷蔵庫である。冷凍室3は、基本的に庫内を冷凍温度帯(0℃未満)の例えば平均的にー18℃程度にした貯蔵室であり、冷蔵室2は庫内を冷蔵温度帯(0℃以上)の例えば平均的に4℃程度にした貯蔵室である。冷蔵室2、冷凍室3は、それぞれ回転式の冷蔵室ドア2a、冷凍室ドア3aを備えている。
図2に示すように、外箱10aと内箱10bとの間に発泡断熱材、例えば発泡ウレタンを充填して形成される箱体10により、冷蔵庫1の庫外と庫内は隔てられている。冷蔵室2と冷凍室3の間は断熱仕切壁28によって隔てられている。
冷蔵室2内の上部には貯蔵室35、下部には貯蔵室36を設けており、本実施の形態例では貯蔵室35は、冷蔵室2の中で低め(例えば1℃)に設定されたチルドルーム、貯蔵室36は、冷蔵室2の中で高め(例えば6℃)に設定された野菜室としている。貯蔵室35は冷蔵室2の最上部、すなわち冷蔵室2と低温の冷凍室3を隔てる断熱仕切壁28の下部に設けることで、冷凍室3による冷却で冷蔵室2の中で低めの温度に制御しやすくしている。また、冷蔵室2の下部は前後左右の壁面と、底面からの熱侵入により加熱される個所で比較的温度が高くなりやすいため、貯蔵室36を冷蔵室2の最下部に設けることで、ヒータ等による加熱を抑え、冷蔵室2の中で高めの温度の貯蔵室を実現している。
貯蔵室35、貯蔵室36以外の冷蔵室2には棚2cが設置され,また冷蔵室ドア2aにはドアポケット56が設置されている。これらにより,冷蔵室2を区画することで収納性を高めている。同様に,冷凍室3には棚3cが設置され,冷凍室ドア3aにはドアポケット57が設置され,冷凍室3の収納性が高められている。
実施例1の冷蔵庫1では、冷蔵用蒸発器7bと冷凍用蒸発器7aの2つの蒸発器を備えている。冷蔵用蒸発器7bは冷蔵室2の略背部に備えた冷蔵用蒸発器室8b内に設け、冷凍用蒸発器7aは冷凍室3の略背部に備えた冷凍用蒸発器室8a内に設けている。冷凍室3の下部に冷蔵室2を配設していることから、冷蔵用蒸発器7bは冷凍用蒸発器7aよりも下部に位置している。なお、本実施の形態例では冷凍用蒸発器7a、冷蔵用蒸発器7bを、それぞれ冷蔵室2、冷凍室3の略背部に設けているが、例えば各貯蔵室の側面側や天井側、底面側等に設けてもよい。
冷凍用蒸発器7a、冷蔵用蒸発器7bの下部には、それぞれに付着した霜を加熱して解かす冷凍用蒸発器加熱ヒータ22a、冷蔵用蒸発器加熱ヒータ22bが設けられている。なお、本実施の形態例では、各蒸発器7a、7b周囲の壁面に付着した霜も加熱できるよう、冷凍用蒸発器加熱ヒータ22a、冷蔵用蒸発器加熱ヒータ22bはラジアントヒータを用いている。除霜時に発生したドレン水(融解水)はそれぞれの排水口(図示せず)を介して圧縮機24の上部に設けた蒸発皿32に排出される。圧縮機24及び蒸発皿32は冷蔵庫1の背面下部に設けた機械室39内に配設されている。
冷蔵室2、冷凍室3の庫内背面側には、それぞれ冷蔵室温度センサ41、冷凍室温度センサ42を設け、冷蔵用蒸発器7b、冷凍用蒸発器7aの上部にはそれぞれ冷蔵用蒸発器温度センサ40b、冷凍用蒸発器温度センサ40aを設けている。これらのセンサにより、冷蔵室2、冷凍室3、冷蔵用蒸発器7b、及び冷凍用蒸発器7aの温度を検知している。また、後述する制御基板31には、外気(庫外空気)の温度を検知する外気温度センサ(図示せず)を設けている。その他のセンサとして、ドア2a、3aの開閉状態をそれぞれ検知するドアセンサ(図示せず)も設けている。
冷蔵庫1の背面上部には、制御装置の一部である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を配置している。制御基板31は、各温度センサ40a、40b、41、42等と接続され、前述のCPUは、これらの出力値や前述のROMに予め記録されたプログラム等を基に、圧縮機24や冷蔵用ファン9a、冷凍用ファン9bの制御等を行っている。なお、本実施の形態例の圧縮機24、冷蔵用ファン9a、冷凍用ファン9bは、それぞれ回転数の制御が可能である。
以下,図2を用いて冷蔵室2,及び冷凍室3を冷却する際のそれぞれの風路構成,及び空気の流れについて説明する。
まず,冷蔵室2を冷却する場合について説明する。冷蔵室2を冷却する際は、冷蔵用蒸発器7bの上部で,冷蔵室2の中央より上側に設けた冷蔵用ファン9bを駆動させる。冷蔵用蒸発器7bと熱交換して低温になった空気は、冷蔵用ファン9bにより冷蔵室2に送風され、冷蔵室2は冷却される。冷蔵室2を冷却した後の空気は、冷蔵室2下部に設けた冷気戻り口13を介して冷蔵用蒸発器7bに戻され、冷蔵用蒸発器7bにより空気は再び冷却される。
この時,冷蔵用ファン9bを通過した空気の一部は,第一の冷蔵室送風ダクト52から第一の冷蔵室吐出口52aを介して冷蔵室2に送風される。冷蔵用ファン9bを通過した残りの空気は,第一の冷蔵室送風ダクト52から,断熱仕切壁28内に設けた第二の冷蔵室送風ダクト53,第二の冷蔵室吐出口53aを介して冷蔵室2に送風される。
第一の冷蔵室吐出口52aは冷蔵室2の背面側に設けた吐出口であり,第一の冷蔵室吐出口52aから吐出した空気は,主に棚2c上の貯蔵物と,貯蔵室35,36内の貯蔵物を冷却する。
第二の冷蔵室吐出口53aは冷蔵室2の天井部である断熱仕切壁28の前面側に設けた吐出口であり,第二の冷蔵室吐出口53aから吐出した空気は,主に冷蔵室ドア2aに設けたドアポケット56,特に最も上段の冷蔵室ドアポケット56a上の貯蔵物を冷却する。第二の冷蔵室送風ダクト53を,冷蔵室2と冷凍室3とを仕切る断熱仕切壁28内部に設けたことで,外気と冷蔵室2を仕切る断熱箱体10内部に設ける場合に比べ,空気の温度の上昇を抑えて冷蔵室ドアポケット56に送風することができる構成としている。
第二の冷蔵室吐出口53を天井部(断熱仕切壁28)に設け,冷蔵室ドアポケット56のうち最も上段のドアポケット56aに送風することにより,冷蔵室2の上部を冷却しやすい構成にしている。加えて,冷蔵用ファン9bを冷蔵室2中央より上側に設けたことで,冷蔵室2の下側に設けた場合に比べ,冷蔵用ファン9bから吐出口52a及び第二の冷蔵室吐出口53aへの送風ダクトの距離が短くなり,吐出口52a及び第二の冷蔵室吐出口53aから吐出する風量が多くなる。すなわち,より冷蔵室2の上部を冷却しやすい構成にしている。
なお,詳細は図4以降にて述べるが,本実施の形態例の冷蔵庫1では,冷蔵用ファン9bを停止させると,冷蔵室2の上部に比べ,冷蔵室2の下部が低温になりやすいため,上記したように冷蔵用ファン9bを駆動させた際は,冷蔵室2の上部を冷却しやすい構成として,冷蔵室2内の温度分布を抑制している。
次に,冷凍室3を冷却する場合について説明する。冷凍室3を冷却する際は、冷凍用蒸発器7aの上部で,冷凍室3の中央より上側に設けた冷凍用ファン9aを駆動させる。冷凍用蒸発器7aと熱交換して低温になった空気は、冷凍用ファン9aにより冷凍室3に送風され、冷凍室3は冷却される。冷凍室3を冷却した後の冷気は、冷凍室3下部に設けた冷気戻り口16を介して冷凍用蒸発器7aに戻され、再び冷却される。
この時,冷凍用ファン9aを通過した空気の一部は,第一の冷凍室送風ダクト54から第一の冷凍室吐出口54aを介して冷凍室3に送風される。冷凍用ファン9aを通過した残りの空気は,第一の冷凍室送風ダクト54から第二の冷凍室送風ダクト55,第二の冷凍室吐出口55aを介して冷凍室3に送風される。第一の冷凍室吐出口54aは冷凍室3の背面側に設けた吐出口で,第一の冷凍室吐出口54aから吐出した空気は,主に棚3c上の貯蔵物を冷却する。第二の冷凍室吐出口55aは冷蔵室2の天井部である断熱箱体10の前面側に設けた吐出口であり,第二の冷凍室吐出口から吐出した空気は,主に冷凍室ドア3aに設けた冷凍室ドアポケット57,特に最も上段の冷凍室ドアポケット57a上の貯蔵物を冷却する。トップフリーザ冷蔵庫である本実施の形態例の冷蔵庫1では,冷凍室ドアポケット57a上の貯蔵物は,冷蔵室ドア3a,及び天井の断熱箱体10を介して外気により加熱され,また,冷凍用ファン9aを停止させると,自然対流により低温の空気が冷凍室3の下部へと流れるため,最も上段の冷凍室ドアポケット57a上の貯蔵物は温度が上がりやすい。これに対し,冷凍室ドアポケット57aに送風する第二の冷凍室吐出口55aを設けることで,冷凍室ドアポケット57a上の貯蔵物を冷却しやすい構成として,冷凍室3内の温度分布を抑制している。
図3は実施例1の冷蔵庫の冷凍サイクル構成を示す概略図である。実施例1の冷蔵庫1は、冷凍サイクルによる冷媒の循環を利用して冷蔵用蒸発器7bと冷凍用蒸発器7aを冷却することで、冷蔵室2と冷凍室3を冷却している。なお、本実施の形態例の冷凍サイクルでは、例えば60gのイソブタン(可燃性冷媒)を冷媒として用いている。
実施例1の冷凍サイクルは、前述の冷蔵用蒸発器7bと冷凍用蒸発器7a、冷媒を圧縮する圧縮機24、外気に放熱する放熱器50、冷媒の減圧手段であるキャピラリチューブ67、液冷媒とガス冷媒を分離する気液分離器51、及びそれらを接続する配管70、71、72、73、74、75により構成している。冷媒は、圧縮機24から順に、配管70、放熱器50、配管71、キャピラリチューブ67、配管72、冷凍用蒸発器7a、配管73、冷蔵用蒸発器7b、配管74、気液分離器51、配管75を経て、圧縮機24に流れる。なお、配管75はキャピラリチューブ67と熱交換させて、冷凍サイクルの成績係数を高めている。
本実施の形態例の冷蔵庫1は、蒸発器として冷凍用蒸発器7aと冷蔵用蒸発器7bの2つ備えているが、冷凍用蒸発器7aと冷蔵用蒸発器7bを直列に接続することで、キャピラリチューブ67、気液分離器51、配管75等をそれぞれ1つで構成でき、また冷媒を制御するバルブを設ける必要がなく、低コスト、省スペースな構成となっている。
図4は実施例1の冷蔵庫の冷却制御を示すタイムチャートの一例である。ここでは外気が比較的高温、例えば32℃の場合を表している。なお、図4に示す(a)〜(f)は下記に示す各運転の記号(a)〜(f)を表す。また圧縮機24、冷凍用ファン9a、冷蔵用ファン9bのONはそれぞれ駆動状態、OFFはそれぞれ停止状態を表し、(L)、(H)は、それぞれ低速回転、高速回転で駆動させていることを表す。なお本実施の形態例では、圧縮機24はON(L)では例えば1分あたり1200回転、ON(H)ではON(L)の1.5倍以上、例えば1分あたり2000回転で駆動させ、冷凍用ファン9a、冷蔵用ファン9bはON(L)では例えば1分あたり500回転、ON(H)ではON(L)の2倍以上、例えば1分あたり1200回転で駆動させている。
本実施の形態例の冷蔵庫1では、冷凍室3の冷却が終了し、圧縮機24を停止させる(時刻t0)と、送風運転(a)を開始する。送風運転(a)は圧縮機24停止中に冷蔵用ファン9bを駆動させることで、冷凍運転(e)の間に低温になった冷蔵用蒸発器7bと、冷蔵用蒸発器7bを通過した空気とを熱交換させ、低温になった空気により冷蔵室2を冷却する運転である。この圧縮機24停止中に冷蔵用ファン9bを駆動させる送風運転(a)を備えることで、圧縮機24による消費電力量を抑えて冷蔵室2を冷却して省エネルギー性能を高めている。送風運転(a)中の冷蔵用蒸発器7bは、冷媒による冷却が行われずに空気との熱交換で加熱されるため、冷蔵用蒸発器7bの温度は上昇していく。送風運転(a)中に冷蔵用蒸発器センサ40bにより検知する冷蔵用蒸発器温度がTEに到達すると、冷蔵用蒸発器7bと冷蔵室2との温度差が小さく冷蔵室2を冷却できなくなるため、冷蔵用ファン9bを停止させた状態(b)に移行する。状態(b)中に冷凍室温度センサ41により検知する冷凍室温度がTF1まで上昇する(時刻t2)と、圧縮機24を駆動させ、冷蔵運転(c)を実施する。
冷蔵運転(c)では、圧縮機24を駆動させて冷媒を循環させることで冷蔵用蒸発器7bを低温にし、送風運転(a)と同様に冷蔵用ファン9bを運転することで、冷蔵用蒸発器7bを通過して低温になった空気により冷蔵室2を冷却する。図5を用いて後述するが、蒸発器の温度が高い状態で冷却した方が成績係数(消費電力量に対する冷却する熱量の割合)が高くなることから、冷蔵用蒸発器7bの温度が高くなるよう、後述する冷凍運転(e)よりも圧縮機24を低速(L)で駆動させている。
なお,図2を用いて示したように,冷蔵室2の上部を冷却しやすい構成とし,冷蔵運転(c)終了時,冷蔵室2の下部に比べて上部の方が低温になるようにしている。
この間、冷凍室3の温度が上昇し、冷凍室温度がTF0以上になる(時刻t3)と、運転(d)へと移行する。運転(d)は冷凍用ファン9a、冷蔵用ファン9bのいずれも停止させ、冷凍用蒸発器7aを低温にする運転である。短時間で冷凍用蒸発器7aを低温にするため、圧縮機24は冷蔵運転(c)よりも高速(H)で駆動させている。
運転(d)で所定時間、例えば2分経過すると(時刻t4)、冷蔵用ファン9aと冷凍用ファン9bを駆動させて冷蔵室2と冷凍室3を冷却する冷蔵冷凍運転(e)を実施する。冷蔵室2よりも低温な冷凍室3を冷却するため、冷蔵冷凍運転(e)では冷蔵運転(c)よりも圧縮機24を高速(H)で駆動させ、冷凍用蒸発器7aを低温にしている。
冷蔵室2の温度が低下し、冷蔵室温度センサ42により検知する冷蔵室温度がTRになる(時刻t5)と、冷蔵用ファン9aを低速(L)にし、冷凍室3を冷却する冷凍運転(f)に移行する。なお、冷凍運転(f)中に冷蔵用ファン9aを停止状態にすると、低温の冷蔵用蒸発器7bにより冷却された空気が自然対流により冷気戻り口13(図2参照)から冷蔵室2に流出し、冷蔵室2の下部を過度に冷却する恐れがある。従って、本実施の形態例の冷蔵庫1では冷凍運転(f)中も冷蔵用ファン9bを低速(L)で駆動させ、この自然対流の影響を緩和している。加えて,前述したように,冷蔵運転(c)では冷蔵室2の下部に比べて上部を低温にしている。すなわち冷蔵運転(c)終了時,冷蔵室2の下部を上部に比べて高い温度にしておくことで,冷凍運転(f)中に冷蔵室2の下部が過度に低温になることを抑制している。
その後、冷凍室温度がTF2に到達する(時刻t6)と冷凍運転(f)を終了し、圧縮機24を停止し、再び送風運転(a)に戻す。これらの運転により、冷蔵室2、冷凍室3を冷却して所定の温度に維持している。
図5は蒸発器の温度と成績係数の関係を示すモリエル線図であり、一例として蒸発器の温度が高い場合と低い場合を示している。成績係数とは消費電力量に対する冷却する熱量の割合であり、成績係数が高いほど省エネルギー性能が高い。なお、圧縮機24による損失はゼロとして説明する。蒸発器の温度が高い場合、圧縮機24で消費電力量W2を要し、蒸発器で熱量Q2を冷却する。この時の成績係数COP2はQ2/W2となる。一方、蒸発器の温度が低い場合は、消費電力量W1を要して熱量Q1の冷却を行うため成績係数COP1はQ1/W1となる。図5に示すように、冷却する熱量Q1とQ2の差は小さいが、冷却する際の消費電力量はW1に比べ、蒸発器の温度が高い場合のW2の方が少ないため、成績係数を比較するとCOP2>COP1となる。すなわち、蒸発器の温度が高い方が成績係数が高く、省エネルギー性能が高くなる。
従って、冷蔵室2のみを冷却する冷蔵運転(c)時には、図4で示したように蒸発器(冷蔵用蒸発器7b)の温度を冷蔵冷凍運転(e)及び冷凍運転(f)時の蒸発器(冷凍用蒸発器7a)の温度よりも高くし、これにより成績係数を高めて省エネルギー性能を向上させ、消費電力量を抑えている。
図6は実施例1の冷凍用蒸発器7a及び冷蔵用蒸発器7b周辺の配管構成を示す概略図である。図中の矢印は圧縮機24駆動中の冷媒の流れ方向を表す。点線で示す冷媒配管は断熱箱体10内(図2に示した内箱10bと外箱10aの間)に埋設されている。本実施の形態例では、冷凍用蒸発器7a、冷蔵用蒸発器7bは何れもフィンチューブ式の熱交換器であり、図6中に点線内に位置するフィン設置部である。冷凍用蒸発器7aは例えば奥行き77mm、高さ30mmのフィンを、幅350mmで3段と、幅250mmで1段設けた構成で、空気側伝熱面積約0.9m2としている。冷蔵用蒸発器7bは例えば奥行き30mm、高さ30mmのフィンを、幅260mmで2段と、幅160mmで1段設けた構成で、空気側伝熱面積約0.2m2としている。一般的に,蒸発器の空気側伝熱面積が大きい方が冷却する際の効率は良くなるため,冷凍用蒸発器7aの伝熱面積は比較的大きくしている。一方,冷蔵用蒸発器7bの伝熱面積を過度に大きくすると,図9を用いて後述する,冷凍運転(r)中における冷蔵室2の過度な冷却が生じやすくなるため,冷蔵用蒸発器7bは冷凍用蒸発器7aに比べ空気側の伝熱面積が小さくなるようにしている。
なお、冷凍用蒸発器7a、冷蔵用蒸発器7bはフィンチューブ式の熱交換器の他に、ワイヤー、伝熱板など、冷媒配管の空気側伝熱面積を拡大させたものでもよい。この場合、ワイヤー、伝熱板を設けた箇所の冷媒配管を冷凍用蒸発器7aまたは冷蔵用蒸発器7bと呼ぶ。
ここで、冷凍用蒸発器7aと接続する冷媒配管で流入側と流出側の最も高さが高い配管箇所をそれぞれ流入側最上部A、流出側最上部Bとする。本実施の形態例では、流入側最上部A、流入側最上部Bを、冷凍用蒸発器7aよりも上部に配設している。つまり、冷凍用蒸発器7a前後の冷媒配管である配管72、73は、それぞれ少なくとも一部が冷凍用蒸発器7aより高い位置に設けられている。また、冷凍用蒸発器7aの流出側の冷媒配管である配管73は、上下反転したU字型の流出側最上部Bを備えたベンド部を設け、下部の冷蔵用蒸発器7bに接続している。加えて、本実施の形態例では流入側最上部A及び流出側最上部Bを断熱箱体10内に配設している。従って圧縮機24駆動中の冷媒は、断熱箱体10内の流入側最上部Aから冷凍用蒸発器室8aに流入し、冷凍用蒸発器7aを流れた後、冷凍用蒸発器室8aから流出して断熱箱体10内の流出側最上部Bに至る。この間、冷媒は下向きに流れた後(A→冷凍用蒸発器7a)、上向きに流れ(冷凍用蒸発器7a→B)ていく。その後、冷媒はベンド部にて下向きに転向し、冷媒は冷蔵用蒸発器7bへと流れていく。
また、流入側最上部Aまたは流出側最上部Bの低い方(図6に示す実施例1ではB)の高さ位置より下方の配管の内容積を、冷凍用蒸発器室7aの配管内容積とすると、本実施の形態例の冷凍用蒸発器室7aの配管内容積は、同配管内容積内に収納可能な最大の冷媒量(冷媒の質量)が、冷凍サイクル内に封入した全冷媒量よりも大きくなるようにしている。本実施の形態例は、冷媒としてイソブタンを60g封入しており、また冷凍用蒸発器7a内の配管内容積を1.2×10−4 m3としている。0℃以下のイソブタンの液冷媒の密度は580kg/m3以上であることから、冷凍用蒸発器室7a(0℃未満)の配管内に([1.2×10−4 m3]×[580kg/m3]=)67g以上収納可能である。
以上の構成により、本実施の形態例の冷蔵庫1は、圧縮機24を停止した状態における冷蔵用蒸発器7bと冷凍用蒸発器7a間の熱の輸送を低減し、省エネルギー性能の高い冷蔵庫となっている。以下でこの理由を説明する。
圧縮機24を停止した場合について考える。図2に示すように、冷蔵用蒸発器室8bは冷蔵温度帯の冷蔵室2の背部に設けられており、冷凍用蒸発器室8aは冷凍温度帯の冷凍室2の背部に設けられているため、冷蔵用蒸発器室8bの方が冷凍用蒸発器室8aに比べて温度が高い。また、図6等にて示したように、冷蔵用蒸発器7bと冷凍用蒸発器7a内の配管は連通しており、配管内部は凝縮・蒸発が生じる冷媒が充填されている。このため、圧縮機24を停止させると、周囲(冷蔵用蒸発器室8b)の温度が相対的に高い冷蔵用蒸発器7bでは、配管内に残った液状態の冷媒が蒸発し、周囲(冷凍用蒸発器室8a)の温度が低い冷凍用蒸発器7aでは、配管内で放熱しながら凝縮する現象が生じる。冷媒は蒸発する際に吸熱し、凝縮する際に放熱するため、この現象によって、冷媒を介して冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aに熱が輸送される。
冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへの熱輸送が生じると、図4で示した送風運転(a)、冷蔵運転(c)及び冷蔵冷凍運転(e)にて冷蔵用蒸発器7bを用いて冷却する熱量は少なくなり、冷蔵冷凍運転(e)及び冷凍運転(f)にて冷凍用蒸発器7aを用いて冷却する熱量は増加する。
一般的に、冷凍温度帯に維持される冷凍室3を冷却する際の成績係数に比べ、相対的に温度が高い冷蔵温度帯に維持される冷蔵室2を冷却する際の成績係数の方が高い。従って、高い成績係数の冷蔵室2の冷却運転で冷却する熱量の割合、すなわち冷蔵用蒸発器7bで冷却する熱量の割合を大きくすることで、運転全体における平均的な成績係数は高くなる。従って、冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへの熱輸送を抑えることで、冷蔵用蒸発器7bで冷却する熱量の割合は大きくなり、平均的な成績係数が高くなるため、省エネルギー性能を向上させることができる。
加えて、図4及び図5で示したように、本実施の形態例の冷蔵庫1は、冷蔵運転(c)時の蒸発器(冷蔵用蒸発器7b)の温度がより高くなるよう、冷凍用ファン9bを停止し、圧縮機24の回転速度を低速にして、冷蔵室2を冷却する際の成績係数をさらに高めている。従って、冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへの熱輸送を抑えることで得られる、平均成績係数の向上効果がさらに高まる。すなわち省エネルギー性能の向上効果はさらに大きくなる。
ここで、冷凍用蒸発器7aで凝縮し、液化した冷媒が重力により流下して冷凍用蒸発器7aの下方に位置する冷蔵用蒸発器7bに供給されると、冷媒は再び蒸発する。すなわち冷媒が循環し、前述の熱輸送が継続される。一方、本実施の形態例では、図6を用いて示したように冷媒を上向きから下向きに転向するベンド部を配管73に設け、配管73の一部が冷凍用蒸発器7aより高い位置に配設されている。つまり、流出側最上部Bが冷凍用蒸発器7aよりも上部に位置する構成としている。これにより、圧縮機24の駆動中に、冷凍用蒸発器7aが冷凍用蒸発器室8a内の空気と熱交換し、冷凍用蒸発器7a内の冷媒が凝縮しても、凝縮した冷媒は流出側最上部Bよりも下部に位置する冷凍用蒸発器7a内に集まり、冷蔵用蒸発器7b側への冷媒の流下が抑制される。従って、圧縮機24停止時における冷凍用蒸発器7aと冷蔵用蒸発器7b間の冷媒の循環を抑制できるため、冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへの熱輸送を低減し、省エネルギー性能を向上させることができる。
なお,冷凍用蒸発器室8aは外気と熱交換する放熱器50内の配管とも,配管71,72及びキャピラリチューブ67を介して連通している。従って,圧縮機24停止時,放熱器50内に残った液状態の冷媒も,高温の外気によって蒸発し、低温の冷凍用蒸発器7aで凝縮する。冷媒を介して外気(放熱器50)から冷凍用蒸発器7aに熱が輸送されると,冷凍用蒸発器7aで冷却する熱量が増加するため,この熱輸送を抑えることも省エネルギー性能向上に有効である。ここで,冷凍用蒸発器7aで凝縮し、液化した冷媒が重力により流下して放熱器50に供給されると、冷媒は再び蒸発し,冷媒が循環して熱輸送が継続される。これに対し,本実施の形態例の冷蔵庫1では,冷凍用蒸発器室8aの流入側の配管である配管72も,一部が冷凍用蒸発器7aより高い位置に配設されている。つまり、流入側最上部Aが冷凍用蒸発器7aよりも上部に位置する構成としている。これにより,冷凍用蒸発器7a内で凝縮した冷媒が放熱器50へと流下することを抑制し,圧縮機24停止時における冷凍用蒸発器7aと放熱器50間の冷媒の循環を抑制している。従って,外気(放熱器50)から冷凍用蒸発器7aへの熱輸送が低減され、省エネルギー性能を向上させることができる。
また、図6で示したように、流入側最上部Aと流出側最上部Bを断熱箱体10内に設けている。すなわち、冷凍用蒸発器室8a内の全冷媒配管よりも流入側最上部A及び流出側最上部Bが上部に位置する。従って、前述した冷凍用蒸発器7aに加え、冷凍用蒸発器7a以外の冷凍用蒸発器室8a内の配管で冷媒が凝縮しても、凝縮箇所よりも流入側最上部Aと流出側最上部Bが上部に位置するため、冷媒が流出側最上部Bの下流側に設けた冷蔵用蒸発器7b側へ流下することを抑制でき、さらに省エネルギー性能を向上させることができる。
なお、図6で示すように流出側最上部Bの前後をU字のベンドとすることで、冷媒を上向きから下向きへスムーズに転向させることができ、転向による冷媒の圧力損失を抑えることができる。
加えて、本実施の形態例では、冷凍用蒸発器室7aの配管内容積内に収納可能な冷媒量(質量)が、冷凍サイクル内に封入した全冷媒量よりも大きくしている。これにより、冷凍用蒸発器7a内の液冷媒が多くなっても、冷凍用蒸発器7aから漏れて冷蔵用蒸発器7bへと流れることがない。すなわち、冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへ輸送される熱量をさらに低減することができ、省エネルギー性能向上効果を高めることができる。
なお、上記した効果は、圧縮機24停止時の冷蔵用蒸発器7bと冷凍用蒸発器7a間の冷媒循環を抑制する、冷媒循環抑制手段を備えることにより得られたものである。前述した、配管72、73の少なくとも一部を冷凍用蒸発器7aよりも上部に配設し、流入側最上部A及び流入側最上部Bを冷凍用蒸発器7aよりも上部に配設する構成も、冷媒循環抑制手段の一つである。その他の冷媒循環抑制手段として、例えば配管73に冷媒流路の閉塞が可能な冷媒制御弁(例えば二方弁)を設けてもよい。圧縮機24の停止時に冷媒制御弁を閉塞させることで、冷蔵用蒸発器7bと冷凍用蒸発器7a間の冷媒の移動を抑制することができ、前述した熱輸送低減による省エネルギー性能向上効果を得ることができる。
なお、流入側最上部A及び流入側最上部Bを冷凍用蒸発器7aよりも上部に配設した実施例1の冷蔵庫1では、流入側最上部A及び流入側最上部Bを冷凍用蒸発器7aよりも上部に配設することで、駆動機構を用いることなく冷媒循環を抑制でき、また冷凍用蒸発器7aの取り付け性が向上するといった効果も得られる。
また、図4で示したように、本実施の形態例の冷蔵庫1では、圧縮機24停止中に冷蔵用ファン9bを駆動させる送風運転(a)を備えている。図4を用いて説明したように、送風運転(a)は圧縮機24を駆動させることなく冷蔵室2を冷却し、圧縮機24による消費電力量を抑えて省エネルギー性能を高める運転である。この間、冷蔵用ファン9bを駆動させて、冷蔵用蒸発器7bと周囲(冷蔵用蒸発器8b)の空気の熱交換を促進しているため、冷蔵用蒸発器7bの配管内に液の冷媒があると、その冷媒は蒸発しやすくなる。一方、本実施の形態例は、前述したように冷蔵用蒸発器7bの配管内の液の冷媒を少なくしているため、冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへの熱輸送を低減することができ、送風運転(a)による省エネルギー性能向上効果を十分に得ることができる。
また、本実施の形態例の冷蔵庫1は、図3等で示したように、圧縮機24を駆動させている際に冷凍用蒸発器7a、冷蔵用蒸発器7bの順に冷媒が流れる構成にすることで、冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへの熱輸送をさらに低減している。図7を用いてこの理由を説明する。
図7は冷凍運転(f)における冷凍用蒸発器7a及び冷蔵用蒸発器7b内の冷媒の状態を示す概略図である。図中の矢印は冷媒の流れ方向を示す。冷凍運転(f)は、図3に示した、圧縮機24を駆動させ、冷凍用ファン9aを高速、冷蔵用ファン9bを低速で駆動させた運転であり、圧縮機24停止前の運転である(図3参照)。圧縮機24を駆動させている間、キャピラリチューブ67を通過して低温となった冷媒は、冷凍用蒸発器7a内で冷凍用蒸発器室8a内の空気と熱交換して蒸発するため、徐々に液冷媒101からガス冷媒102に変化し、ガス冷媒102の割合が増加していく。配管73を経て冷蔵用蒸発器7b内に至った冷媒は、冷蔵用蒸発器室8b内の空気と熱交換して蒸発し、ガス冷媒102の割合がさらに増加していくため、上流に比べて下流の方が液冷媒101の割合が少なくなる。
従って、冷蔵用蒸発器7b、冷凍用蒸発器7aの順に冷媒を流す場合に比べ、本実施の形態例のように冷凍用蒸発器7a、冷蔵用蒸発器7bの順に冷媒を流すことで、冷蔵用蒸発器7b内の液冷媒101の割合を少なく抑えることができる。図8で示した冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへの熱の輸送は冷蔵用蒸発器7b内の液冷媒101により生じていることから、圧縮機24駆動中の冷蔵用蒸発器7b内の液冷媒101を少量に抑えることで、圧縮機24停止後、短時間で冷蔵用蒸発器7b内の液冷媒101を全て蒸発させられ、前述の熱輸送を低減することができる。すなわち、冷凍用蒸発器7a、冷蔵用蒸発器7bの順に冷媒を流すことで、圧縮機24停止中に生じる冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへの熱輸送が抑えられ、省エネルギー性能をさらに向上させることができる。
また、圧縮機24駆動中、上流に比べて下流の方が液冷媒101の割合が少なくなることから、冷凍用蒸発器7aを冷蔵用蒸発器7bの上流に設け、圧縮機24駆動中における冷凍用蒸発器7a内の液冷媒の割合を多くしている。これにより、圧縮機24駆動中に冷凍用蒸発器7aの途中で液冷媒が全て蒸発することが抑えられ、冷凍用蒸発器7aを低温に維持しやすくなり、より確実に冷凍室3を冷却することができるという効果も得られる。
また、本実施の形態例の冷蔵庫1では、圧縮機24停止前の運転を、冷凍用ファン9aを高速、冷蔵用ファン9bを低速で駆動させる冷凍運転(f)にしている。冷凍用ファン9aにより冷凍用蒸発器7aと冷蔵用蒸発器8aの空気の熱交換を促進し、冷蔵用ファン9bにより冷蔵用蒸発器7bと冷蔵用蒸発器室8bの空気の熱交換を抑制しているため、冷蔵用蒸発器7bに比べ、冷凍用蒸発器7aの方が冷媒の蒸発量が多くなる。これにより、圧縮機24停止前の運転を、例えば冷凍用ファン9aを低速で駆動または停止させた運転、あるいは冷蔵用ファン9bを高速で駆動させた運転とする場合に比べ、冷蔵用蒸発器7b内の液冷媒101の量が少ない状態で圧縮機24を停止させることができる。従って、冷凍用ファン9aを冷蔵用ファン9bよりも高速で駆動させることで、圧縮機24停止後に冷蔵用蒸発器7b内の液冷媒101をより短い時間で全て蒸発させることができ、圧縮機24停止中に生じる冷蔵用蒸発器7bから冷凍用蒸発器7aへの熱輸送をより低減することができる。
図8は実施例1の冷蔵庫の除霜制御を示すタイムチャートの一例である。なお,図8に示す(g)〜(m)は下記で示す各運転の記号(g)〜(m)を表す。
本実施の形態例では,冷凍用蒸発器7aと冷蔵用蒸発器7bを同時に除霜する。冷凍用蒸発器7aと冷蔵用蒸発器7bは直列で,いずれの蒸発器を除霜する際にも圧縮機24を停止することが必要になるため,同時に除霜運転を行うことで圧縮機24の停止時間を抑え,冷蔵室2及び冷凍室3を冷却できない時間を短く抑えている。
例えば冷蔵室ドア2aと冷凍室ドア3aの開閉回数,及び圧縮機24の合計駆動時間等から判断される除霜運転の開始条件を満足する(時刻td0)と,本実施の形態例の冷蔵庫1は,除霜運転に移行する前に冷凍室3のみを冷却するプリクール運転(g)を行う。冷凍室3の温度が除霜運転中に過度に上昇すると冷凍食品や氷の融解の恐れがある一方,冷蔵室2は除霜運転中も冷却が行えるため,冷凍用ファン9aは高速で駆動させ,冷蔵用ファン9bは停止(または冷凍用ファン9aよりも低速で駆動)させ,除霜運転前は冷凍室3を集中して冷却するようにしている。プリクール運転を所定の時間,例えば20分間行った後(時刻td1),本実施の形態例の冷蔵庫1は除霜運転に移行する。
本実施の形態例の除霜運転では,冷凍用蒸発器7aと冷蔵用蒸発器7bは,それぞれ別の制御で除霜する。冷凍用蒸発器7aの除霜は,除霜運転開始直後(時刻td1)より,冷凍用ファン9bを停止させ,冷凍用蒸発器加熱ヒータ22aに通電(ON)する。冷凍用蒸発器7aの除霜は,この状態で冷凍用蒸発器温度センサ40aにより検知する冷凍用蒸発器7aの温度がTFend,例えば8℃に到達するまで行い(時刻td5),冷凍用蒸発器加熱ヒータ22aの通電を止め,冷凍用蒸発器7aの除霜を終了する。
冷蔵用蒸発器7bの除霜は,図8中の(h),(i),(j)の3種類の制御を行う。除霜(h)では,冷蔵用蒸発器加熱ヒータ22bに通電しない状態で,冷蔵用ファン9bのみを駆動させる。冷蔵温度帯の冷蔵室2の空気と冷蔵用蒸発器7b間で熱交換が行われるため,冷蔵室2は冷却され,冷蔵用蒸発器7bは加熱される。除霜(h)を行うことで,電気ヒータを用いることなく冷蔵用蒸発器7bを加熱でき,加えて冷蔵室2を冷却することもできるため,省エネルギー性能を向上させることができる。
除霜(h)を所定の時間,例えば10分間行った後(時刻td2),冷蔵用ファン9bを駆動させたまま,冷蔵用蒸発器加熱ヒータ22bに通電する除霜(i)に移行する。除霜(i)は,冷蔵用蒸発器加熱ヒータ22bに通電し,除霜(h)よりも冷蔵用蒸発器7bの加熱量を増やして除霜時間の短縮を図りつつ,除霜(h)と同様の冷蔵用蒸発器7bと冷蔵室2間の熱交換による省エネルギー性能向上効果も得られる除霜運転である。
除霜(i)の状態で冷蔵用蒸発器温度センサ40bにより検知する冷蔵用蒸発器7bの温度がT(i)end,例えば―1℃に到達する(時刻td3)と,冷蔵用蒸発器7bと冷蔵室2の温度差が少なく交換熱量も小さくなるため,冷蔵用ファン9bを停止させた除霜(k)に移行する。なお,除霜(j)は冷蔵用ファン9bを停止させているため,除霜(i)よりも冷蔵用蒸発器加熱ヒータ22bの温度が高くなり,冷蔵用蒸発器加熱ヒータ22b近くの加熱,特に冷蔵用蒸発器加熱ヒータ22b下部に設けた排水口(図示せず)の加熱に有効であり,冷蔵用蒸発器7bから落下した除霜水をより確実に排水口から排出できる効果も得られる。除霜(j)の状態で,冷蔵用蒸発器7bの温度がTRend,例えば9℃に到達する(時刻td4)と,冷蔵用蒸発器加熱ヒータ22bの通電を止め,冷蔵用蒸発器7bの除霜を終了する。
以上の冷凍用蒸発器7aの除霜と冷蔵用蒸発器7bの除霜がいずれも終了する(時刻td5)と,冷却運転(k)に移行する。なお,図8に示した例では冷凍用蒸発器7aの除霜の方が除霜終了までの時間が長かったため,冷凍用蒸発器7aの除霜終了時に冷却運転(k)に移行しているが,冷蔵用蒸発器7bの除霜の方が時間が長かった場合は,冷蔵用蒸発器7bの除霜終了時に冷却運転(k)に移行する。
なお,冷却運転(k)以降後は除霜水が排出されるよう,例えば除霜終了2分後に圧縮機24を駆動させる。その後,例えば圧縮機24駆動した2分後に冷蔵用ファン9bを駆動させ,例えばその10分後に冷凍用ファン9aを駆動させる。圧縮機24に対し,冷蔵用ファン9b,冷凍用ファン9aの駆動開始時刻を遅らせることで,冷凍用蒸発器7a,冷蔵用蒸発器7bを低温にした後に送風することができ,冷蔵室2,冷凍室3の加熱を抑えることができる。
図9は外気低温時における実施例1の冷蔵庫の冷却制御を示すタイムチャートの一例である。外気が比較的低温,例えば15℃の場合を表している。なお,図9に示す(p)〜(r)は下記で示す各運転の記号(p)〜(r)を表す。図9では,冷蔵室温度センサ42により検知する冷蔵室2の温度がTR2,例えば0℃以下になることで,圧縮機24と冷凍用ファン9bを停止させる(時刻tL0)。圧縮機24が停止すると,冷蔵用ファン9bを低速で駆動させる運転(p)を所定時間,例えば10分間行う。運転(p)が終了する(時刻tL1)と,冷蔵用ファン9bも停止させた状態(q)に移行する。その後,冷凍室温度センサ41により検知する冷凍室3の温度がTF1,例えばー16℃以上かつ,冷蔵室2の温度がTR1,例えば2℃以上になる(時刻tL2)と,圧縮機24を駆動させて冷凍運転(r)に移行する。この時,冷蔵用ファン9bは低速(L),冷凍用ファン9aは高速(H)で駆動させる。その後,冷蔵室2の温度がTR2以下になると,圧縮機24を停止させ,再び運転(p)に戻る。
ここで,図3に示したように本実施の形態例の冷凍サイクルは,冷凍用蒸発器7aと冷蔵用蒸発器7bを直列に接続しているため,圧縮機24を駆動させて冷凍用蒸発器7aを冷却すると,冷蔵用蒸発器7bも低温になる。従って,冷凍運転(r)中も,冷蔵室2の空気は冷蔵用蒸発器7bにより冷却される。この時,周囲が低温で,冷蔵室2に侵入する熱量が少ないと,冷蔵用蒸発器7bにより冷却される熱量の方が冷蔵室2に侵入する熱量が多くなり,冷蔵室2の温度が低下することが考えられる。冷蔵室2の温度が過度に低下すると,外気から侵入する熱量が増加し,省エネルギー性能が低下する。
一方,本実施形態の冷蔵庫1では,図4の冷凍運転(f)の場合と同様,冷蔵用蒸発器7bにより生じる自然対流を緩和させるために冷凍運転(r)中に冷蔵用ファン9bを低速(L)で駆動させている。自然対流を緩和させることで,冷蔵用蒸発器7b周囲の流速を低下させ,冷蔵用蒸発器7bと周囲の空気との熱交換量を低下させることができる。すなわち,前述した冷凍運転(r)中における冷蔵用蒸発器7bによる冷蔵室2の過度な冷却が抑えられ,省エネルギー性能を向上させることができる。また,図4(周囲が高温)の場合と同様,自然対流による冷蔵室2の下部の過度の冷却を緩和する効果も得られる。なお,運転(p)で冷蔵用ファン9bを低速(L)で駆動させている理由も,自然対流による冷蔵室2の下部の過度の冷却を緩和するためである。
加えて,本実施の形態例では,冷蔵室温度センサ42により検知する冷蔵室2の温度で冷凍運転(r)の終了(圧縮機24の停止)を判断している。これにより,より確実に冷蔵室2の温度が過度に低下することを抑えることができる。
なお,本実施の形態例の冷蔵庫1では,冷凍運転(r)において,冷蔵室2の温度がTR2以下になる前に冷凍室温度センサ41により検知する冷凍室3の温度がTF2以下になった場合も,圧縮機24を停止する。これにより,冷蔵室2の過度な冷却を抑えつつ,冷凍室3の温度の過度な低下も抑えられ,省エネルギー性能を向上させることができる。また,冷蔵室2の温度と冷凍室3の温度の両方で判断することで,周囲の温度によらずに冷蔵室2と冷凍室3のいずれも適切な温度帯に維持することが可能となる。
また,本実施形態の冷蔵庫1では,状態(q)から冷凍運転(r)に移行する,すなわち圧縮機24を駆動させる際も,冷蔵室温度センサ42により検知する冷蔵室2の温度で判断している。これにより,より確実に冷蔵室2の過度な冷却を抑えることができる。なお,本実施形態の冷蔵庫1では,冷蔵室2の温度がTR1以上になっても,冷凍室3の温度がTF1未満だった場合は圧縮機24を停止させたままとする。これにより,冷凍室3の過度な冷却を抑えて省エネルギー性能の低下を抑制することができ,かつ,冷蔵室2の温度と冷凍室3の温度の両方で判断することで,周囲の温度によらずに冷蔵室2と冷凍室3のいずれも適切な温度帯に維持することが可能となる。
以上が、本実施の形態例を示す実施例である。なお、本発明は前述した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、前述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。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。