JP2019219074A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ファンからの風量が少ない環境であっても熱交換器の熱交換性能を十分に得ることができる冷蔵庫を提供する。【解決手段】実施形態の冷蔵庫１は、冷媒が流れる流路２０ａが複数形成されている扁平管２０と、扁平管２０の入口側に設けられている入口側ヘッダ２１および出口側に設けられている出口側ヘッダ２２とを有する熱交換器（８、１２）と、熱交換器を冷却する冷却ファン９と、を備え、熱交換器（８、１２）は、扁平管２０の表面にコルゲートフィン２３が全体的に設けられている標準型熱交換器１００の熱交換性能を標準性能とすると、冷却ファン９を同じ回転数で駆動した場合における熱交換性能が標準性能と同等以上となる範囲でコルゲートフィン２３を削減する、または、コルゲートフィン２３を設けないことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、冷蔵庫に関する。

冷蔵庫は、コンデンサやエバポレータのような熱交換器を有する冷凍サイクルを運転することにより、貯蔵室を冷却している。熱交換器は、従来ではいわゆるフィンチューブ型のものが主流であるものの、近年では、熱交換性能の向上を図るためにいわゆるマルチフロー型の熱交換器を採用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１３１１１号公報

さて、マルチフロー型の熱交換器は、冷媒が流れる流路が複数形成されている扁平管の表面にコルゲートフィンを設けて熱交換面積を相対的に増加させることにより、熱交換性能の向上と熱交換器の小型化とを実現している。

しかしながら、マルチフロー型の熱交換器を冷蔵庫に設ける場合には、熱交換器の性能を十分に発揮できないおそれがある。これは、熱交換器は空気との接触により熱交換を行うものの、標準的なマルチフロー型の熱交換器の場合、コルゲートフィンフィンが比較的狭いピッチで熱交換器の全体に設けられているため、冷却ファンからの風量が少ない場合には、コルゲートフィンによって空気の流れが阻害されてしまい、空気との接触が十分に行われないためである。
そこで、冷却ファンからの風量が少ない環境であっても熱交換器の熱交換性能を十分に得ることができる冷蔵庫を提供する。

実施形態の冷蔵庫は、冷媒が流れる流路が複数形成されている扁平管と、扁平管の入口側に設けられている入口側ヘッダおよび出口側に設けられている出口側ヘッダとを有する熱交換器と、熱交換器を冷却する冷却ファンと、を備え、熱交換器は、扁平管の表面にコルゲートフィンが全体的に設けられている標準型熱交換器の熱交換性能を標準性能とすると、冷却ファンを同じ回転数で駆動した場合における熱交換性能が標準性能と同等以上となる範囲でコルゲートフィンを削減する、または、コルゲートフィンを設けないことを特徴とする。

実施形態による冷蔵庫の構成を模式的に示す図 機械室内を模式的に示す図 参考例としての標準型熱交換器の構成を模式的に示す 扁平管の構造を模式的に示す図 熱交換性能と風量および回転数との関係を模式的に示す図 熱交換器としてのコンデンサの構成を模式的に示す図 熱交換器の他の構成を模式的に示す図その１ 熱交換器の他の構成を模式的に示す図その２ 熱交換器の他の構成を模式的に示す図その３ 熱交換器の他の構成を模式的に示す図その４ 熱交換器の他の構成を模式的に示す図その５ 熱交換器の他の構成を模式的に示す図その６ 熱交換器の他の構成を模式的に示す図その７

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、冷蔵庫１は、前面が開口した矩形箱状の本体２内に、冷蔵温度帯の冷蔵室３や野菜室４あるいは冷凍温度帯の冷凍室５等の複数の貯蔵室を備えている。各貯蔵室は、それぞれ扉３ａ、扉４ａ、扉５ａによって開閉される。なお、冷蔵庫１の構成は一例であり、貯蔵室の数や配置はこれに限定されない。

冷蔵庫１の背面側下部には、機械室６が設けられている。機械室６内には、図２に示すように、冷凍サイクルを構成するコンプレッサ７やコンデンサ８、コンデンサ８を冷却する冷却ファン９、除霜水を貯留する蒸発皿１０、およびそれらを繋ぐ配管部材１１等が設けられている。この配管部材１１は、冷蔵庫１の背面側に設けられているエバポレータ１２（図１参照）に接続されている。コンデンサ８およびエバポレータ１２は、熱交換器に相当する。

なお、冷凍サイクルの構成は周知であるので詳細な説明は省略するが、図２に矢印で示す向きで冷媒が冷媒を流れており、コンプレッサ７で圧縮された後に蒸発皿１０内を経由してコンデンサ８に流れ、配管部材１１によってエバポレータ１２に送られている。そして、エバポレータ１２において冷気が生成され、図示しない循環ファンによって冷気が各貯蔵室に供給されている。このとき、エバポレータ１２に付着した霜は、除霜運転が行われると除霜水となって蒸発皿１０に貯留される。

次に上記した構成の採用について説明する。
まず、図３および図４を参照しながら、標準的なマルチフロー型の熱交換器（以下、便宜的に標準型熱交換器１００と称する）は、図３に参考例１、２として示すように、扁平管２０と、扁平管２０の入口側に設けられている入口側ヘッダ２１および出口側に設けられている出口側ヘッダ２２とを有している。また、標準型熱交換器１００は、扁平管２０の表面にコルゲートフィン２３が設けられている。なお、標準的とは、従来から用いられている一般的な構成を意味している。

参考例１は、入口側ヘッダ２１と出口側ヘッダ２２との間に複数の扁平管２０が並列に設けられている平行式のものであり、参考例２は、入口側ヘッダ２１と出口側ヘッダ２２との間に１本の扁平管２０が蛇行した状態で設けられている蛇行式のものを示している。この扁平管２０は、図４に示すように、断面視において縦横の長さが異なる扁平形状に形成されており、冷媒が流れる流路２０ａが複数形成されている。なお、扁平管２０そのものは、本実施形態の熱交換器と共通しているため、同一符号を付している。また、図４では、コルゲートフィン２３の図示を省略している。

この扁平管２０の表面、特には隣り合う扁平管２０の間には、図３に示すようにコルゲートフィン２３が設けられている。このコルゲートフィン２３は、周知のように波状あるいは三角形状に折り返されたものであり、入口側ヘッダ２１と出口側ヘッダ２２との間において空気との接触面積を増加させている。また、コルゲートフィン２３は、図３では説明のために意図的にピッチを拡大して示しているが、実際のものでは扁平管２０の間の隙間の１／３程度の例えば１．５ｍｍ程度のピッチで標準熱交換器に全体的に設けられている。

ここで、全体的に設けられているとは、少なくとも隣り合う扁平管２０の間に隙間なくコルゲートフィン２３が設けられており、意図的にコルゲートフィン２３を設けない部分がない状態を意味している。つまり、標準熱交換器の場合、紙面に垂直な方向に空気が流れる際、空気が通る範囲のほぼ全面にコルゲートフィン２３が設けられた状態になっている。

さて、このような標準型熱交換器１００は、十分な熱交換が行われれば、より平易に言えば、標準型熱交換器１００を通過する空気の量が十分であれば、同じ大きさのフィンチューブ型のものに比べて熱交換性能が向上し、同じ熱交換性能であれば小型化することができる。これは、図５に熱交換性能と風量との関係（グラフＡ）として示すように、「フィンあり」として示す標準型熱交換器１００の熱交換性能は、風量が大きいほど、より厳密に言えば、十分な風量が確保されている状態では、「フィンなし」として示すコルゲートフィン２３を設けない熱交換器の熱交換性能よりも大きくなるためである。

その一方で、図５に熱交換性能と冷却ファン９の回転数との関係（グラフＢ）として示すように、回転数がＸ（ｒｐｍ）よりも低い場合には、つまりは、風量が相対的に小さい場合には、「フィンあり」として示す標準型熱交換器１００の熱交換性能は、「フィンなし」として示すコルゲートフィン２３を設けない熱交換器の熱交換性能よりも低くなってしまう。

また、図５に性能差と冷却ファン９の回転数との関係（グラフＣ）として示すように、冷却ファン９の回転数がより小さくなると、「フィンあり」として示す標準型熱交換器１００の熱交換性能と「フィンなし」として示すコルゲートフィン２３を設けない熱交換器の熱交換性能との差が顕著になる。

これは、標準型熱交換器１００の場合、上記したようにコルゲートフィン２３フィンが比較的狭いピッチで全体的に設けられていることから、コルゲートフィン２３によって空気の流れが阻害されてしまい、空気との接触が十分に行われずにそのポテンシャルを発揮できないためであると考えられる。

そして、冷蔵庫１用の冷却ファン９は、貯蔵室の容積増加のために小型化が求められ、また、一般家庭に設置されることから騒音を低くする必要があるものであり、例えば定格回転数で駆動した場合には、標準型熱交換器１００の性能を十分に発揮できるだけの風量を供給することができず、図５のグラフＢあるいはグラフＣとして示すようにコルゲートフィン２３を設けない方が熱交換性能が高くなる仕様のものを採用している。

そこで、本実施形態では、図６に示すように、冷媒が流れる流路２０ａが複数形成されている扁平管２０と、扁平管２０の入口側に設けられている入口側ヘッダ２１および出口側に設けられている出口側ヘッダ２２とを有する一方、扁平管２０の表面にコルゲートフィン２３を設けていないコンデンサ８を採用している。

これにより、上記した図５のグラフＢおよびグラフＣに示したように、コルゲートフィン２３が設けられていないことから、風量の損失が小さくなって逆に多くの空気が熱交換器を通過することになり、結果的に熱交換性能が標準型熱交換器１００よりも高くなる。したがって、冷却ファン９からの風量が少ない環境であっても熱交換器の熱交換性能を十分に得ることができる。なお、本実施形態では、標準型熱交換器１００の熱交換性能が、冷蔵庫１に必要とされる熱交換性能であるものとしている。そのため、標準型熱交換器１００の熱交換性能と同等以上であれば、冷蔵庫１には十分な熱交換性能が備わっていることになる。

＜他の構成例＞
以下、上記した実施形態を変形、拡張あるいは組み合わせた他の構成例について説明する。
上記した図５では熱交換性能と回転数との関係を元にしているが、冷却ファン９の回転数の大小は、冷却ファン９に供給される電力の大小に関係すると考えられる。つまり、図５のグラフＢおよびグラフＣの横軸を、回転数の代わりに電力供給量とした場合であっても、同様の傾向を示すと考えられる。

そのため、熱交換器は、扁平管２０の表面にコルゲートフィン２３が全体的に設けられている標準型熱交換器１００の熱交換性能を標準性能とすると、冷却ファン９を同じ電力供給量で駆動した場合における熱交換性能が標準性能と同等以上となる範囲でコルゲートフィン２３を削減する、または、コルゲートフィン２３を設けない構成とすることができる。このような構成によっても、冷却ファン９からの風量が少ない環境であっても熱交換器の熱交換性能を十分に得ることができる。

また、熱交換器としてのコンデンサ８は、図７に構成例Ａとして示すように、平行式のものであって、入口側ヘッダ２１と出口側ヘッダ２２の間の各扁平管２０の長さが異なり、出口側ヘッダ２２が傾いた構成とすることができる。これにより、熱交換器の図示上方側の扁平管２０と図示下方側の扁平管２０とにおいて、冷媒の流量を調整することができる。また、設置スペースの形状に合わせることにより、設置スペースを有効活用することができる。また、コンデンサ８に限らず、エバポレータ１２についても、構成例Ａおよび後述する他の構成例のような形状とすることができる。

この場合、構成例Ｂとして示すように、例えば出口側ヘッダ２２を２つ設け、それぞれ異なる長さの扁平管２０によって入口側ヘッダ２１と接続する構成とすることもできる。また、構成例Ｃとして示すように、コンデンサ８を蛇行式の熱交換器で構成することができる。この場合、構成例Ｄとして示すように、入口側ヘッダ２１と出口側ヘッダ２２との間で扁平管２０を折り返す長さを徐々に、あるいは段階的に異ならせる構成とすることもできる。このような構成によっても、熱交換性能を十分に得ることができるとともに、設置スペースを有効活用することができる。

また、熱交換器としてのコンデンサ８は、図８に構成例Ｅとして示すように、扁平管２０を滑らかな渦巻き状にした渦巻き式の構成とすることができる。また、構成例Ｆとして示すように扁平管２０を直線部分が存在する渦巻き状にした渦巻き式の構成とすることができるし、構成例Ｇとして示すように角部を斜めにした面取りしたような形状の渦巻き式の構成とすることができる。なお、図８では説明の簡略化のために扁平管２０を線で示しているが、扁平管２０は、扁平方向が紙面に垂直になっている。

このような構成によっても、熱交換性能を十分に得ることができるとともに、設置スペースを有効活用することができる。また、他の構成例も含めて、入口側ヘッダ２１と出口側ヘッダ２２の位置は、冷媒な流れや配置スペースあるいは作業効率等に応じて位置が逆であってもよい。

また、熱交換器としてのコンデンサ８は、図９に構成例Ｈとして三面図にて示すように、入口側ヘッダ２１と出口側ヘッダ２２との間において、扁平管２０が蛇行して設けられているとともに、隣り合う扁平管２０が斜めに互いにずれている構成とすることができる。このような構成によっても、熱交換性能を十分に得ることができるとともに、設置スペースを有効活用することができる。

また、図１０に構成例Ｉおよび構成例Ｊとして示すように、平行式あるは蛇行式の熱交換器としてのコンデンサ８において、扁平管２０を、矩形状あるいは波形状に形成した構成とすることができる。これにより、入口側ヘッダ２１と出口側ヘッダ２２との距離が同じであっても、扁平管２０の表面積を増加させることができ、コルゲートフィン２３を設けない構成であっても熱交換性能をより向上させることができる。この場合、上記した構成例Ａ〜Ｈについても、扁平管２０を矩形状あるいは波形状に形成した構成とすることができる。

また、図１１に構成例Ｋとして示すように、扁平管２０の表面に例えば凹凸２０ｂを設ける構成とすることができる。この場合、凹凸２０ｂの形状は、矩形状や球状あるいは波形状等を適宜設定することができる。これにより、コルゲートフィン２３を設けなくても、扁平管２０の表面積を増加させることができ、熱交換性能をより向上させることができる。

また、図１２に構成例Ｌとして示すように、例えば隣り合う扁平管２０の間等、コルゲートフィン２３が設けられていない部位、あるいは、扁平管２０間の隙間を大きく形成した部位を、配管部材１１を配設する配管スペース（Ｓ）として利用することができる。図１に示したように、コンデンサ８とコンプレッサ７との間は配管部材１１により接続されている。このとき、コンデンサ８は面積が比較的大きいことから、上記した標準型熱交換器１００の場合には配管部材１１を迂回させる必要があったものの、コルゲートフィン２３を設けないことにより、扁平管２０の間を配管スペースとして利用することができる。これにより、機械室６内のスペースを有効活用することができる。配管をスムーズに取り回すことができる。

さて、ここまでは、熱交換器にコルゲートフィン２３を設けない構成について説明したが、図５のグラフＣに示すように、回転数がＸ（ｒｐｍ）よりも低い範囲においては、コルゲートフィン２３を設けない場合の熱交換性能と、標準型熱交換器１００の熱交換性能とには差が生じている。このことは、平易に言えば、コルゲートフィン２３が標準型熱交換器１００よりも少なければ、標準型熱交換器１００よりも高い熱交換性能が得られることを示している。

そのため、熱交換器は、冷却ファン９を同じ回転数で駆動した場合における熱交換性能が標準性能と同等以上となる範囲で、あるいは、冷却ファン９を同じ電力供給量で駆動した場合における熱交換性能が標準性能と同等以上となる範囲で、コルゲートフィン２３を標準型熱交換器１００と比べて削減する、コルゲートフィン２３を一部に設けない構成とすることができる。

この場合、図１３に示すように、熱交換器としてのコンデンサ８は、例えば領域（Ｒ１）として示すように、コルゲートフィン２３のピッチを例えば扁平管２０の間隔の１／２以上にする等、標準型熱交換器１００のピッチよりも大きくすることで、熱交換性能が標準性能と同等以上の状態でコルゲートフィン２３を標準型熱交換器１００と比べて削減することができる。あるいは、領域（Ｒ２）として示すように、ピッチそのものは標準型熱交換器１００と同じであっても部分的にコルゲートフィン２３を設けないことで、熱交換性能が標準性能と同等以上の状態でコルゲートフィン２３を標準型熱交換器１００と比べて削減することができる。

このような構成によっても、冷却ファン９からの風量が少ない環境であっても熱交換器の熱交換性能を十分に得ることができる。なお、図１３では２種類の態様を示しているが、いずれか一方のみの態様を採用することもできる。
例えば、コンデンサ８は平行式の熱交換器としてエバポレータ１２は蛇行式の熱交換器としたり、コンデンサ８およびエバポレータ１２の一方をフィンチューブ型の熱交換器としたりする等、コンデンサ８とエバポレータ９とを異なる構成の熱交換器とすることができる。

各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は冷蔵庫、８はコンデンサ（熱交換器）、９は冷却ファン、１１は配管部材、１２はエバポレータ（熱交換器）、２０は扁平管、２０ａは流路、２１は入口側ヘッダ、２２は出口側ヘッダ、２３はコルゲートフィン、１００は標準型熱交換器を示す。

Claims (11)

1. 冷媒が流れる流路が複数形成されている扁平管と、前記扁平管の入口側に設けられている入口側ヘッダおよび出口側に設けられている出口側ヘッダとを有する熱交換器と、
   前記熱交換器を冷却する冷却ファンと、を備え、
   前記熱交換器は、前記扁平管の表面にコルゲートフィンが全体的に設けられている標準型熱交換器の熱交換性能を標準性能とすると、前記冷却ファンを同じ回転数で駆動した場合における熱交換性能が前記標準性能と同等以上となる範囲で前記コルゲートフィンを削減する、または、前記コルゲートフィンを設けないことを特徴とする冷蔵庫。
2. 冷媒が流れる流路が複数形成されている扁平管と、前記扁平管の入口側に設けられている入口側ヘッダおよび出口側に設けられている出口側ヘッダとを有する熱交換器と、
   前記熱交換器を冷却する冷却ファンと、を備え、
   前記熱交換器は、前記扁平管の表面にコルゲートフィンが全体的に設けられている標準型熱交換器の熱交換性能を標準性能とすると、前記冷却ファンを同じ電力供給量で駆動した場合における熱交換性能が前記標準性能と同等以上となる範囲で前記コルゲートフィンを削減する、または、前記コルゲートフィンを設けないことを特徴とする冷蔵庫。
3. 前記熱交換器は、コンデンサであることを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
4. 前記熱交換器は、エバポレータであることを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
5. 前記熱交換器は、前記入口側ヘッダと前記出口側ヘッダとの間に複数の前記扁平管が設けられている平行式のものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の冷蔵庫。
6. 前記熱交換器は、前記入口側ヘッダと前記出口側ヘッダとの間に前記扁平管が蛇行して設けられている蛇行式のものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の冷蔵庫。
7. 前記熱交換器は、前記入口側ヘッダと前記出口側ヘッダとの間に前記扁平管を渦巻き状に設けられている渦巻き式のものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の冷蔵庫。
8. 前記熱交換器は、前記入口側ヘッダと前記出口側ヘッダとの間において、前記扁平管が蛇行して設けられているとともに、隣り合う前記扁平管が斜めにずれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の冷蔵庫。
9. 前記熱交換器は、前記入口側ヘッダと前記出口側ヘッダとの間において、前記扁平管を矩形状あるいは波形状に形成したことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の冷蔵庫。
10. 前記扁平管は、その表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の冷蔵庫。
11. 前記コルゲートフィンを削減した部位、または、前記コルゲートフィンを設けていない部位を、配管スペースとして利用することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の冷蔵庫。

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