JP2019020004A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】１本あたりの結露抑制パイプの熱交換量を少なくすることで，結露抑制パイプの入口から出口にかけての温度低下を防ぎ，結露発生を抑制することができる冷蔵庫を提供する。【解決手段】本発明の冷蔵庫は，結露抑制パイプの上流側に冷媒分配器を設け，結露抑制パイプを複数のパイプに分けて構成したことを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は冷蔵庫に係り、特に貯蔵室の仕切壁に水分が凝縮するのを抑制する結露抑制パイプを備えた冷蔵庫に関するものである。

最近の冷蔵庫では、冷蔵庫を構成する箱体内部の上部に冷蔵室、中間部に冷凍室、下部に野菜室を配置し、それぞれの貯蔵室同士は熱の移動が少ないように断熱仕切壁部により区画されている。つまり、冷凍室と隣接する冷蔵室や野菜室に冷凍室の冷熱が流入しないように、冷凍室と隣接する冷蔵室や野菜室は真空断熱材やポリウレタンフォームが配置された断熱仕切壁部によって区画されている。

そして、冷蔵庫として一般的に主流である間冷式冷蔵庫（冷却器で冷やされた冷気を、送風ファンによって冷凍室、冷蔵室、野菜室に吹き出す方式の冷蔵庫）では、冷蔵庫内部に冷気を生成する冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルの冷却器で生成された冷気を送風機により各貯蔵室に循環させて貯蔵物の冷却を行っている。

ところで、貯蔵室の前面開口部を開閉する貯蔵室扉にはパッキングが設けられ、断熱仕切壁部の前側面とパッキングを密着させて貯蔵室の冷気が外部に漏れるのを防止している。断熱仕切壁部は、断熱仕切壁部を形成する合成樹脂製の筐体内部に発泡スチロールやポリウレタンフォームのような断熱材が配設され、また、この断熱材の前側には断熱仕切壁部を形成する前板が設けられている。この前板は貯蔵扉に設けられたパッキングと磁気的に密着するように鉄板から構成されている。貯蔵室扉のパッキングには、鉄板よりなる前板に密着するように磁石が備え付けられている。この磁石には、一般的にはゴム磁石が使用されておりパッキング内に内蔵されている。

そして、前板はパッキングと密着した際に貯蔵室の内側と外側を仕切る仕切壁となるので、貯蔵室の内側の冷気の温度が前板に伝わり、前板の温度が下がることで前板の表面に結露が発生し易い。このため、前板と断熱材との間に高温の冷媒が流れる結露抑制パイプを設置して前板の温度を高くすることで前板に結露が生じるのを抑制している。このような結露抑制パイプを備えた冷蔵庫は、例えば特開平０８−１８９７５３号公報（特許文献１）、特開２０１２−１７９２０号公報（特許文献２）等に記載されている通りである。

特開平８−１８９７５３号公報 特開２０１２−１７９２０号公報

ところで、結露抑制パイプは、各貯蔵室の間に位置している断熱仕切壁部を蛇行しながら延びており、高温の冷媒が結露抑制パイプを通過する過程で断熱仕切壁部に熱を放出しながら冷却器を介して圧縮機の吸込み側に戻されるものである。そして、この結露抑制パイプを通過する高温の冷媒は、気相状態、或いは気液二相状態で流入し、熱を放出しながら液相の割合が多くなる状態に遷移していく。

しかしながら、液相状態の割合が多くなると冷媒の温度は低いものとなり、結露抑制パイプが熱を断熱仕切壁部に充分なだけ与えることが難しくなり、断熱仕切壁部の前板に結露が発生するようになる。

また，このような現象が発生しやすい要因として，各貯蔵室の間に位置している断熱仕切壁部を蛇行しながら延びている結露抑制パイプが１本の長いパイプで構成されており，結露抑制パイプの熱交換量が多いことが挙げられる。結露抑制パイプは各貯蔵室の間の断熱仕切壁部に熱を放出しているため，結露抑制パイプの入口から出口にかけての熱交換量が多いと，出口付近にて冷媒の温度は低下しやすくなり，結露の発生につながる。

前記課題を解決するために，本発明の冷蔵庫は，結露抑制パイプの上流側に冷媒分配器を設け，結露抑制パイプを複数のパイプに分けて構成した。

本発明によれば、結露抑制パイプに流れる冷媒を冷媒分配器にて複数に分配することにより，１本当たりの結露抑制パイプの熱交換量を少なくすることができ，入口から出口にかけての冷媒温度の低下を防ぐことができる。すなわち，結露の発生をより抑制することができる。

本発明が適用される冷蔵庫の正面外観図である。 図１に示す冷蔵庫の縦断面を示す縦断面図である。 冷蔵庫の凝縮パイプ及び結露抑制パイプの配置を説明する説明図である。 結露抑制パイプを流れる冷媒の温度変化を示す説明図である。 冷媒分配器の概略図である。 合流部の概略図である。 実施例１における，冷蔵庫の冷凍サイクルの構成を示す概略図である。 実施例２における，冷蔵庫の冷凍サイクルの構成を示す概略図である。 凝縮パイプ内部における冷媒の状態を模式的に示した説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

［第１の実施形態］
本発明の具体的な実施例を説明する前に、本発明が適用される冷蔵庫の構成を図１及び図２に基づいて説明する。図１は冷蔵庫の正面外観図であり、図２は図１の縦断面を示す断面図である。尚、図２においては製氷室の断面は示されていない。

図１、及び図２において、冷蔵庫１は、上方から冷蔵室２、製氷室３及び上部冷凍室４、下部冷凍室５、野菜室６を有する。ここで、製氷室３と上部冷凍室４は、冷蔵室２と下部冷凍室５との間に左右に並べて設けている。尚、上部冷凍室４は下部冷凍室５より容積が小さく形成されており、少量の食品が冷凍、貯蔵されるものである。そして、各貯蔵室の温度は、一例として、冷蔵室２はおよそ＋３℃、野菜室６はおよそ＋３℃〜＋７℃の冷蔵温度帯の貯蔵室である。また、製氷室３、上部冷凍室４及び下部冷凍室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式（いわゆるフレンチ型）の冷蔵室扉（貯蔵室扉）２ａ、２ｂを備えている。製氷室３、上部冷凍室４、下部冷凍室５、野菜室６は夫々引き出し式の製氷室扉３ａ、上部冷凍室扉４ａ、下部冷凍室扉５ａ、野菜室扉６ａを備えている。

また、各扉の貯蔵室の前面開口部に向かい合う側の面には、各扉の外縁に沿うように磁石が内蔵されたパッキング（図示せず）を設けており、各扉の閉鎖時、鉄板で形成された冷蔵庫外箱のフランジや後述の前板に密着し、貯蔵室内への外気の侵入、及び貯蔵室からの冷気の漏れを抑制する構成とされている。

ここで、図２に示すように冷蔵庫本体８の下部には機械室９が形成され、この中に圧縮機１０が内蔵されている。冷却器収納室１１と機械室１０には水抜き通路１２によって連通され、冷却器２６の除霜水が排出できるようになっている。

図２に示すように、冷蔵庫本体８の庫外と庫内は、内箱と外箱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１３により隔てられている。また冷蔵庫本体８の断熱箱体１３は複数の真空断熱材１４を実装している。冷蔵庫本体８は、上側断熱仕切壁部１５により冷蔵室２と上部冷凍室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）とが区画され、下側断熱仕切壁部１６により下部冷凍室５と野菜室６とが区画されている。

冷蔵室２の最下端で上側断熱仕切壁部１５の上面には減圧貯蔵室１７が形成されており、この減圧貯蔵室１７内の食品を取り出すために減圧貯蔵室扉を引き出す時に大気圧に戻され、減圧貯蔵室扉を元に戻すと真空ポンプが作動して減圧貯蔵室１７を減圧するものである。また、下部冷凍室５の上部には横仕切部３９を設けている。横仕切部３９は、製氷室３及び上部冷凍室４と下部冷凍室５とを上下方向に仕切っている。また、横仕切部３９の上部には、製氷室３と上部冷凍室４との間を左右方向に仕切る縦仕切部を設けている。

横仕切部３９は、下側断熱仕切壁部１６の前面及び左右側壁前面と共に、下部冷凍室扉５ａの貯蔵室側の面に設けたパッキング（図示せず）と接触する。製氷室扉３ａと上部冷凍室扉４ａの貯蔵室側の面に設けたパッキング（図示せず）は、横仕切部３９、縦仕切部、上側断熱仕切壁部１５及び冷蔵庫本体８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冷気の移動をそれぞれ抑制している。

図２に示すように、上部冷凍室４、下部冷凍室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４ａ、５ａ、６ａが取り付けられている。また、上部冷凍室４には上部冷凍貯蔵容器１８が収納、配置され、下部冷凍室５には上段冷凍貯蔵容器１９、下段冷凍貯蔵容器２０が収納、配置されている。更に、野菜室６には上段野菜貯蔵容器２１、下段野菜貯蔵容器２２が収納、配置されている。

そして、製氷室扉３ａ、上部冷凍室扉４ａ、下部冷凍室扉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、製氷貯蔵容器３ｂ（図示せず）、上部冷凍貯蔵容器１８、下段冷凍貯蔵容器２０、下段野菜貯蔵容器２２が引き出せるようになっている。

詳しくは、下段冷凍貯蔵容器２０は冷凍室扉内壁に取り付けられた支持アームに下段冷凍貯蔵容器２０の側面上部のフランジ部が懸架されており、冷凍室扉５ａを引き出すと同時に下段冷凍貯蔵容器２０のみが引き出される。上段冷凍貯蔵容器１９は冷凍室５の側面壁に形成された凹凸部（図示しない）に載置されており前後方向にスライド可能になっている。

下段野菜貯蔵容器２２も同様にフランジ部が野菜室扉６ａの内壁に取り付けられた支持アームに懸架され、上段野菜貯蔵容器２１は野菜室側面壁の凹凸部に載置されている。また、この野菜室６には断熱箱体１３に固定された電熱ヒータ６ｃが設けられており、この電熱ヒータ６ｃによって野菜室６が冷やし過ぎにならないように、野菜の貯蔵に適した温度になるようにしている。尚、この電熱ヒータ６ｃは必要に応じて設けられれば良いものであるが、本実施例では野菜の貯蔵がより適した雰囲気で行えるように電熱ヒータ６ｃを設けるようにしている。

次に冷蔵庫の冷却方法について説明する。冷蔵庫本体１には冷却器収納室１１が形成され、この中に冷却手段として冷却器２６を備えている。冷却器２６（一例として、フィンチューブ熱交換器）は、下部冷凍室５の背部に備えられた冷却器収納室１１内に設けられている。また、冷却器収納室１１内であって冷却器２６の上方には送風手段として送風ファン２７（一例として、プロペラファン）が設けられている。

冷却器２６で熱交換して冷やされた空気（以下、冷却器２６で熱交換した低温の空気を「冷気」と称する）は、送風ファン２７によって冷蔵室送風ダクト２８、冷凍室送風ダクト２９、及び図示しない製氷室送風ダクトを介して、冷蔵室２、製氷室３、上部冷凍室４、下部冷凍室５、野菜室６の各貯蔵室へそれぞれ送られる。

各貯蔵室への送風は、冷蔵温度帯の冷蔵室２への送風量を制御する冷蔵室ダンパ３０と、冷凍温度帯の冷凍室４、５への送風量を制御する冷凍室ダンパ３１とにより制御される。ちなみに、冷蔵室２、製氷室３、上部冷凍室４、下部冷凍室５、及び野菜室６への各送風ダクトは、冷蔵庫本体８の各貯蔵室の背面側に設けられている。具体的には、冷蔵室ダンパ３０が開状態、冷凍室ダンパ３１が閉状態のときには、冷気は、冷蔵室送風ダクト２８を経て多段に設けられた吹き出し口３２から冷蔵室２に送られる。

また、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から冷蔵室−野菜室連通ダクトを経て、下側断熱仕切壁部１６の下部右奥側に設けた野菜室吹き出し口から野菜室６へ送風される。野菜室６からの戻り冷気は、下側断熱仕切壁部１６の下部前方に設けられた野菜室戻りダクト入口から野菜室戻りダクト３３を経て、野菜室戻りダクト出口から冷却器収納室１１の下部に戻る。

図２に示すように、冷却器収納室１１の前方には、各貯蔵室と冷却器収納室１１との間を仕切る仕切部材３４が設けられている。仕切部材３４には、上下に一対の吹き出し口が形成されており、冷凍室ダンパ３１が開状態のとき、冷却器２６で熱交換された冷気が送風ファン２７により、図示を省略した製氷室送風ダクトや上段冷凍室送風ダクトを経て吹き出し口３５からそれぞれ製氷室３、上部冷凍室４へ送風される。また、下段冷凍室送風ダクトを経て吹き出し口３６から下部冷凍室５へ送風される。

また、冷蔵庫本体１０の天井壁上面側に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装置（図示せず）が設けられており、外気温度センサー（図示せず）、外気湿度センサー（図示せず）、冷却器温度センサー（図示せず）、冷蔵室温度センサー（図示せず）、野菜室温度センサー（図示せず）、冷凍室温度センサー（図示せず）、扉２ａ、２ｂ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａの各扉の開閉状態をそれぞれ検知する扉センサー（図示せず）、冷蔵室２内壁に設けられた図示しない温度設定器等と接続されている。

そして、ＲＯＭに予め搭載されたプログラムにより、圧縮機１０のＯＮ、ＯＦＦ等の制御、冷蔵室ダンパ３０及び冷凍室ダンパ３１を個別に駆動するそれぞれのアクチュエータの制御、送風ファン２７のＯＮ／ＯＦＦ制御や回転速度制御、扉開放状態を報知するアラームのＯＮ／ＯＦＦ制御等を行うようになっている。また、本実施形態になる、機械室冷却ファンの速度制御や、キャピラリチューブの切り換え制御も行うようになっている。

図１に戻って、冷蔵室扉２ａには入力制御部３６が設けられており、この入力制御部３７は上述した制御装置に接続されている。したがって、入力制御部３７からの入力によって冷蔵庫１の各貯蔵室の温度を設定できるようになっている。例えば圧縮機１０の回転数、送風ファン２７の回転数、冷蔵室ダンパ３０及び冷凍室ダンパ３１の開閉や開閉量等を制御することで各貯蔵室の温度を制御するものである。

冷蔵室扉２ａ、２ｂ、製氷室扉３ａ、上部冷凍室扉４ａ、下部冷凍室扉５ａ及び野菜室扉６ａが接する断熱箱体１３の断熱仕切壁部１５、１６、横仕切部３９の前方端部には、それぞれ鉄板で作られた前板４０ａ、４０ｂ、４０ｃを設けてある。また、冷蔵庫１の底面部に設けた断熱仕切壁部４１の前方にも、前板４０ｄを設けている。なお、断熱箱体１３のうち、冷蔵室扉２ａ、２ｂ、製氷室扉３ａ、上部冷凍室扉４ａ、下部冷凍室扉５ａ及び野菜室扉６ａが閉状態で接する箇所を開口縁と称し、前板４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄはこの開口縁に設けられている。

製氷室扉３ａ、上部冷凍室扉４ａ、下部冷凍室扉５ａ及び野菜室扉６ａを開くと、庫外の空気が開口に接触するため結露が生じるおそれがある。このため、これらの扉近くの開口には、冷媒が流れる結露抑制パイプを設けている。結露抑制パイプに高温冷媒を供給することで、開口縁の結露を抑制できる。結露抑制パイプは、前板４０ａ、４０ｂ、４０ｃで覆われている。

図３は冷蔵庫１に設けた凝縮パイプの配置を示す図である。凝縮パイプとしては、例えば断熱箱体１３の表面近傍に配した冷媒が流れる配管を採用できる。第１の凝縮パイプ４２は、冷蔵庫１の背面側下部に設けた機械室９内に設置してある。この第１の凝縮パイプ４２は、機械室９内に設けた機械室冷却ファン（図示せず）によって冷却されている。

第２の凝縮パイプ４３と第３の凝縮パイプ４４は冷蔵庫１の側面断熱壁内に埋設している。結露抑制パイプ４５は、開口縁の一部又は全部に配設されている。第２の凝縮パイプ４３、第３の凝縮パイプ４４は、冷蔵庫１の側面に代えて天面や背面に沿って配置してもよい。また、第１の凝縮パイプ４２、第２の凝縮パイプ４３及び第３の凝縮パイプ４４を全部備えることが好ましいが、何れか一つ以上を備えていれば良いものである。

ここで結露抑制パイプでは冷媒の凝縮が行われているが，結露抑制パイプが１本で構成されている場合，その途中で図４に示すように気液二相域から液相域に遷移することがある。気液二相域では冷媒の温度は一定だが，液相域では冷媒の温度は低下する。すると，露点温度を下回り，結露が発生してしまう。

そこで，図３に示すように第３の凝縮パイプから結露抑制パイプへは冷媒分配器１０１（図５）を介して３本のパイプに分配される構成とする。３本のパイプはそれぞれ野菜室６付近（領域Ａ），下部冷凍室５の中間（領域Ｂ），上部冷凍室４の上部付近（領域Ｃ）へ配置され，高温の冷媒から放熱によって，開口縁を加熱している。その後合流部１０２（図６）へと３本のパイプを流入させ，再び１本のパイプとする。このとき，冷媒流路が３本に分配されているため，１本あたりの冷媒の放熱量は小さくなる。そのため，結露抑制パイプ入口から出口にかけての冷媒の放熱による温度低下を防ぐことができ，結露抑制ができる。

また，配管１本あたりの圧力損失を同等とする必要がある。圧力損失が３本の配管で異なると，圧力損失の小さい配管に冷媒が多量に流れてしまい，結露抑制効果が得られなくなってしまう。圧力損失を同等とする方法としては，それぞれの管の長さおよび管径を同じにする方法や，構造的な制約から長さを同じにできない場合は，管の長さが長い管の管径は太く，短い管の管径は細くするなどの方法が考えられる。

図５に冷媒分配器を正面および側面から見た概略図を示す。冷媒分配器は１つ流入部と３つの流出部を有している。図６に合流部を示している。冷媒分配器とは逆に３つの流入部と１つの流出部を有する構造となっており，いわゆるヘッダ型となっている。なお，冷媒分配器および合流部の形状，分配数は図に示したものに限定するものではなく，どのような形状であってもよい。（例えば合流部形状を冷媒分配器と同様の構造にするなど。）また，冷媒分配器や合流部は配管溶接の作業性を考慮し，圧縮機や冷却ファンが設置してある機械室９内に設置されることが望ましい。

図７にこの冷蔵庫のサイクル外略図を示す。この冷蔵庫には四方弁５４が取り付けられており，圧縮機１０から吐出された冷媒は，第一の凝縮パイプ４２で外気と熱交換を行った後，第二の凝縮パイプ４３および第三の凝縮パイプ４４を通過し，四方弁入口５０へ流入する。四方弁出口５５から流出した冷媒はその後，分配器１０１によって，３本の管に分配され，結露抑制パイプ４５として，冷蔵庫の開口縁を冷媒が流れる。その後，合流部１０２でそれぞれの冷媒が合流し，１本のパイプになって，四方弁入口５７へ流入する。その後，ドライヤ６０を通過した後，キャピラリチューブ６１にて冷媒を低圧低温にし，蒸発器６３にて庫内の空気と熱交換を行い，冷気を庫内に供給している。その後，冷媒は圧縮機１０へと流入している。

このようなサイクル構成とすることにより，結露抑制パイプの冷媒温度低下を抑制することができ，冷蔵庫開口縁の結露を抑制することができる。

［第２の実施形態］
次に第２の実施形態について，図８を参照して説明する。冷蔵庫の基本的な構成は第１の実施形態と同様のため，割愛する。第２の実施形態は冷媒分配器１０１を圧縮機１０と第一の凝縮パイプ４２の間に配置することを特徴とする。

圧縮機から吐出された後の冷媒の状態の模式図を図９に示す。圧縮機１０から吐出された冷媒の状態は気相だが，第一の凝縮パイプ４２，第二の凝縮パイプ４３，第三の凝縮パイプ４４を通過している過程で気液二相となる。この気液二相の状態では気相と液相が混在しているが，その流動様式は顧客の使用方法や環境条件によってさまざまである。冷媒分配を行う場合，気液を均等に分配することが必要となるが，流動様式がさまざまに変化する冷蔵庫では，気液二相での冷媒分配は非常に困難である。

そこで，図８に示すように，圧縮機１０と第一の凝縮パイプ４２の間，つまり冷媒の状態が気相である部分に冷媒分配器１０１を配置することにより，流動様式に関係なく，均等な冷媒分配を行うことができる。このようなサイクル構成とすることにより，結露抑制パイプの冷媒温度低下を抑制することができ，冷蔵庫開口縁の結露を抑制することができる。

尚、本発明は上記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、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。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

２…冷蔵室、２ａ、２ｂ…冷蔵室扉、３…製氷室、３ａ…製氷室扉、４…上部冷凍室、４ａ…上部位冷凍室扉、５…下部冷凍室、５ａ…下部位冷凍室扉、６…野菜室、６ａ…野菜室扉、１１…圧縮機，１５…上側断熱仕切壁部、１６…下側断熱仕切壁部、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…前板、４２…第１の凝縮パイプ、４３…第２の凝縮パイプ、４４…第３の凝縮パイプ、４５…結露抑制パイプ、１０１…冷媒分配器，１０２…冷媒合流部

Claims (4)

1. 断熱箱体の機械室に配置された圧縮機と、前記機械室に設けられ前記圧縮機からの冷媒が流れる第１の凝縮パイプと、前記機械室に設けられ前記第１の凝縮パイプを流れる冷媒を冷却する冷却ファンと、前記第１の凝縮パイプと接続され前記断熱箱体の側面、天面及び背面の一箇所以上に設けた少なくとも第２の凝縮パイプと、前記断熱箱体に形成された貯蔵室を仕切る断熱仕切壁部と、前記断熱仕切壁部の内部に設けられ前記第２の凝縮パイプに接続された結露抑制パイプと、前記結露抑制パイプと接続され前記結露抑制パイプの下流に配置された減圧部とを有する冷蔵庫において、
   前記結露抑制パイプの上流部に冷媒を分配するための冷媒分配器を配置し，前記結露抑制パイプは複数のパイプで構成され，結露抑制パイプの下流部に複数のパイプを合流させる合流部を備えていることを特徴とする冷蔵庫。
2. 請求項１に記載の冷蔵庫において、
   複数で構成された結露抑制パイプはそれぞれのパイプを流れる冷媒の圧力損失が同等となるように配置されることを特徴とする冷蔵庫。
3. 請求項１記載の冷蔵庫において，
   前記冷媒分配器は，冷媒の凝縮過程が始まる前，すなわち冷媒の状態が気相部分であるところに配置されていることを特徴とする冷蔵庫。
4. 請求項１に記載の冷蔵庫において、
   前記冷媒分配器は前記圧縮機や冷却ファンが設置されている機械室内に配置されていることを特徴とする冷蔵庫。

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