JP5093263B2 - 冷蔵庫 - Google Patents
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Description
また、上記問題を解決するため冷却器の着霜量に応じてバイパス風路を開閉させ、冷却器へと流れる空気を減らさない技術がある(例えば、特許文献2参照)。この技術では、冷却器のフィンに着霜したときダンパーが開きバイパス風路に切換えて、空気を着霜していない冷却器のフィンに流している。しかし、この技術では、着霜が50%を越えるまでダンパーが開かないので、ダンパーの開く前後では庫内に送る風量が変化する。また、冷蔵室の空気を冷却器のフィンの中央部だけに送り、冷却するので冷却器の能力を有効に生かしきれない。庫内さらに冷却器のバイパス回路に切換えるためにダンパー等の機構(ダンパーを動かすカム、モーター等)を必要とし、ダンパーの開閉を制御するためにフィンの着霜の状態を検知する霜センサーが必要であった。
前記バイパス風路は前記熱交換器の前後に設けられ、前記可動機構は前記バイパス開閉部の開閉機構を形成する開閉板と前記壁面の間に設けられた弾性材であって、前記開閉板は前記差圧により連続的に前記バイパス風路を開閉するとともに前記開閉版が開く時間は前記開閉版が閉じる時間よりも短く設定されており、且つ樹脂製であって前記バイパス風路の入口部に設置されているものである。
以下本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。図1はこの発明の実施の形態における冷蔵庫の構造図であり、(イ)は冷蔵庫の扉を前面から見た前面図、(ロ)は冷蔵庫の内部を説明する断面図を表す。冷蔵庫の庫内11は扉部12、断熱壁13により庫外(外気)から断熱されている。冷蔵庫は、庫内11のように冷蔵または、冷凍する個別の部屋を備えており、冷却器(熱交換器)15からの冷却された空気を循環ファン16により各庫内に送られ冷却される。庫内11の各冷凍室、冷蔵室は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、目標温度まで冷却される。冷蔵庫の扉部の開閉や断熱壁からも多少の熱侵入があるため、冷蔵庫の冷凍サイクルによる冷却する冷却運転を行うことで庫内温度を維持する。
上記のように構成された冷却器15において、循環ファン16が回転することにより、冷蔵庫内を循環した空気流れ26が冷却器15の入口部(下部)より冷却器15内に入り冷却器風上側から風下側に流れる。冷却運転初期では冷却器15の全体のフィン23には着霜はない。冷却運転を継続すると、庫内を冷却してから冷却器15に流入する空気は、冷却器風上部から風下部を通過しながらフィン23と熱交換を行い、再度冷却されて冷却器15の出口部(上部)から抜けて循環ファン16を通り庫内へと戻る。このとき、流入する空気26とフィン23との熱交換は、主に流入する空気とフィンの温度差の大きい冷却器15の風上部25のフィン23で行われ、冷却器15を通過する。
図4のグラフは、発明者らが冷却器の入口部と出口部の圧力差(差圧)を模擬試験にて測定した試験結果の1例を示すグラフで、冷却器入口部近傍と出口部近傍の圧力差と運転(経過)時間との関係を示している。縦軸は冷却器前後の圧力差で、横軸は運転時間であって、時間経過に伴う着霜によりフィン間の通風面積が縮小するので、圧力差が大きくなっていることを示す図ある。発明者らは、冷却器15の風下側に設置された循環ファン16で、庫内からの空気は冷却器を通して吸い込んでおり、冷却器15のフィン間に着霜が生じると通風面積が縮小し風路が閉塞状態に近くなるので、時間の経過とともに冷却器出口部は入口部に比べて圧力差が増大して行くことを確認している。
図5のグラフは、発明者らが実施した冷却器風上部に設置した風速計の値を模擬試験にて測定した試験結果の1例を示したグラフで、流入空気風速と運転(経過)時間との関係を示している。縦軸は流入空気風速であって、横軸は運転時間である。発明者らは、冷却器21のフィン間が着霜し通風面積が縮小し風路が閉塞状態に近くなるので、冷却器流入空気風速(風量)は時間と共に低下することを確認している。
図6のグラフは、発明者らが実施した2種類の冷蔵庫の冷蔵室に設置した温度計の値を測定した試験結果の1例を示したグラフで、冷蔵室温度と運転(経過)時間との関係を示している。縦軸は冷蔵室温度で、横軸は運転時間である。発明者らは、冷却器21のフィン間が着霜し通風面積が縮小し風路が閉塞状態に近くなるので、図5に示したように風量が低下するために空気との熱交換の量が低下することを確認している。そのために、空気の温度は、冷却器に流入しても下がらなくなるので、結果として冷却能力が低下し、庫内温度は時間と共に上昇することを確認している。
図7のグラフは、発明者らが実施した冷蔵庫実機の冷却器に設置した冷却器温度計の値を測定した試験結果の1例を示したグラフで、冷却器温度と運転(経過)時間との関係を示している。縦軸は冷却器温度で、横軸は運転時間である。発明者らは、冷却器21は着霜することで、空気との熱交換の量が減りに、冷却器に流入する空気との熱交換量が低下するため冷却器の温度は時間と共に低下することを確認している。
さらに、従来のバイパス開閉板を動作させるためのフィンの着霜の状態を検知する霜センサー等も不要となる。また、着霜が発生していないとき、または着霜量が少ないときは、バイパス風路81の入り口が閉じているので冷却器15を通らないで流れる空気がなく、熱交換の量が低下しないので冷却性能の良い冷蔵庫を得ることができる。さらに、本実施の形態によれば、着霜の進行状況に応じて空気との熱交換の効率が落ちて冷却性能を低下することを遅らせることができるので、不必要な除霜運転を行うことなしに冷却性能を維持できるので、不必要なエネルギーの消費を抑え、省エネルギー性能の高い冷蔵庫を得ることができる。
バイパス風路81の入り口が差圧の発生量に応じて外部からの開閉動作信号等がなくとも徐々に連続的に開くので、冷却器風上部84を通過できなくなった空気は、ほぼ同量の空気がバイパス風路81を通って風上部84と風下部85の間の中央部、風下部85に流れる。そのため、風上部84で着霜による風路閉塞が発生して冷却器を通過する空気量が減少した際、図3(イ)のように冷却器15の風上部84を通って風上部84と風下部85の間の中央部、風下部85に流れていた空気を、バイパス風路81で連続的に直接風上部84と風下部85の間の中央部、風下部85に直接送り込むことで、冷却器でのフィンとの熱交換は風上部84と風下部85の間の中央部、風下部85で可能となり、風上部84の着霜時の冷却器の性能低下を回避でき、ほぼ着霜前と同量の冷却空気を冷蔵庫内に送ることが出来る。なお開放部入口の開閉度は風上部に対する風下側の圧力の低下量(図3の差圧の値)に依存するため連続的な変化を行う。そのために、連続的にバイパス開閉板が開くので、バイパス開閉板の開閉の前後の動きによる空気風量の変化なしに庫内に冷却された空気が供給されるので安定した冷却性能を維持できる。
なお上記のバイパス開閉板111は、レール部112上に乗せ、バイパス開閉板111の一部を金属製にし、電磁コイル113a、113bでバイパス風路81を開閉できるように動作する構造となっている。図12は、制御装置116のブロック図である。バイパス開閉板位置検知部117、電磁コイル制御部118、除霜運転制御部119を備える。動作は後で詳述する。
次に動作を説明する。冷却器風上部84に着霜すると図3(ロ)に示すように前縁部32の着霜がフィン23間を閉塞させるため、冷却器前後のバイパス風路側に空気の流れが変化する。変化した空気の流れ34により、バイパス開閉板111が開閉板移動方向110のように動き、バイパス風路81が開く。バイパス開閉板位置検知手段115が、着霜が生じたことをバイパス開閉板111の動きをバイパス開閉板位置検知部117で検知し、電磁コイル制御部118で、電磁コイル114を通電させ、バイパス開閉板111がレール部112上を動き、着霜の進行とともにバイパス風路81を開ける方向110に動かす。そのため、電磁コイル113a、113bでバイパス開閉板111を開くので、風量の微少の変動によるバタツキの発生を抑えられる。バイパス風路81から冷却器の風上部84と風下部85の間の中央部、風下部85へと空気が流れ、冷却器の風上部84と風下部85の間の中央部、風下部85においても再びフィンに着霜が生じ、風路閉塞が生じる。冷却器の風上部84と風下部85の間の中央部、冷却器の風下部85の風路閉塞によりバイパス開閉板111にかかる空気の流れ34はさらに大きくなる。そのため、バイパス開閉板111はさらに方向110に動くので、バイパス開閉板位置検知部117にて、この位置の動きを検知し、閾値を越えた時には、冷却器の風上部84、風上部84と風下部85の間の中央部、風下部85の略全体に着霜が発生しているとして除霜運転制御部119にて除霜運転に入る必要があると判断し、除霜運転を開始する。
除霜運転が開始し、一例として冷却器に設置されたヒーター(図示せず)で冷却器15に発生した霜を除去する。なおヒーターの代わりに、冷媒の流れを制御することで除霜運転を行っても良い。例えば冷媒の流れを停止するオフサイクル方式や冷媒の流れを逆向きに変更するリバース式でも良い。除霜運転は、冷却器の着霜がなくなるまで一定時間経過するまで除霜運転を続ける。除霜運転中は、循環ファンが停止し、冷却されていない空気が冷蔵庫内に流れ込まないようにしている。一定時間除霜運転を行い冷却器15の着霜がなくなると、除霜運転を停止する。除霜運転の停止時に電磁コイル制御部118は、電磁コイル113a、113bの通電を止め、弾性体114によってバイパス開閉板111を閉じる方向に動かすので、バイパス風路81は閉じる。
このように除霜運転の開始を冷却器15への空気の流れの変化で制御できるので、着霜が冷却器全体に発生した時だけに除霜運転を行うことができる。そのため、除霜が必要な時に除霜運転をするので、除霜タイマー等で定期的に除霜運転をする場合と違い、除霜運転の必要時にタイムリーに除霜運転を行うので必要最小限の時間で除霜運転を行い、冷却性能が高く省エネルギー性の高い冷蔵庫が得られる。さらに、空気の流れで除霜運転の開始ができるので、除霜運転のタイマーや霜センサーが必要ない冷蔵庫が得られる。またこの実施例では、バイパス開閉部111を電磁コイル113a、113bを同時に通電する例を説明したが、電磁コイル113a、113bを別々に通電させてバイパス風路81の開閉面積を調整しても良い。この実施例では、電磁コイルが2個の例で説明したが、電磁コイルの数は1個以上あればいくつでも良い。
以上の実施の形態1では、図4に示した着霜によって生じる冷却器前後の差圧を利用してバイパス風路の開閉を行うようにしたが、差圧に加えて図5に示した着霜によって生じる空気量または空気流れの変化を利用してバイパス風路空気を流す構造の実施の形態を示す。
冷却器15の着霜がなくなると、除霜運転が終了し、循環ファン16が回転し、バイパス風路入口部に流れ込んでいた空気が冷却器15に流れるように(図3(ロ)から(イ))なる。このように除霜運転の開始を冷却器15への空気の流れの変化で制御できるので、着霜が冷却器全体に発生した時だけに除霜運転を行うことができる。そのため、除霜が必要な時に除霜運転をするので、除霜タイマー等で定期的に除霜運転をする場合と違い、必要最小限の時間で除霜運転を行い、冷却性能が高く省エネルギー性の高い冷蔵庫が得られる。さらに、空気の流れで除霜運転の開始ができるので、除霜タイマーや霜センサーが必要ない冷蔵庫が得られる。
この実施例では、プロペラファンの実施例で説明したが、他の形状のファンを用いても良い。風路ファンの数は、冷却器の大きさ(幅)に合うように1つ以上の複数の風路ファンを用いても良い。
冷却器15の風上部84の着霜時にのみ風路ファン121を用いてバイパス風路81で風上部84と風下部85の間の中央部、風下部85へと空気を流すことで、着霜が進むにつれて冷却性能が低下することなく、冷却性能を維持する冷蔵庫を得ることができる。また、着霜が発生していないとき、または着霜量が少ないときは、バイパス風路81の入り口に風路ファンの風路抵抗があるので、冷却器15を通らないでバイパス風路を流れる空気が少なく、熱交換の量が低下しないので冷却性能の良い冷蔵庫を得ることができ、着霜による冷却性能を低下することを遅らせることができる。さらに、風路ファンの負荷を検知することにより、冷却器15の着霜状態を把握できるので、必要時に除霜運転を行い、不必要な除霜運転のない、エネルギーの消費を抑えた省エネルギー性能の高い冷蔵庫を得ることができる。
以上の実施の形態1、2では、図3や図4に示した冷却器の着霜により生じる差圧や風速変化(風量変化)を利用してバイパス風路入口部の開閉を行うものであるが、図5に示した冷却器の着霜によって生じる庫内の温度変化を利用することで、図11を用いてバイパス風路へ流れる風量の調整を行う手法を以下に説明する。
以上の実施の形態1、2では、図3や図4に示した冷却器の着霜により生じる差圧や風速変化(風量変化)を利用してバイパス風路入口部の開閉を行うものである。実施の形態3では図5に示した庫内温度の変化を利用してバイパス部の開閉を行う手法である。図6に示した着霜による冷却器の冷媒温度の変化を利用して、図16を用いてバイパス風路の開閉を行う手法を説明する。
そのため、形状記憶合金製の弾性体133によって移動板133はさらに方向134に動くので、移動板位置検知部(図示せず)にて、この位置の動きを検知し、閾値を越えた時には、冷却器の風上部84、風上部84と風下部85の間の中央部、風下部85の略全体に着霜が発生しているとして除霜運転に入る必要があると判断し、除霜運転を開始する。
除霜運転が開始し、一例として冷却器に設置されたヒーター(図示せず)で冷却器15に発生した霜を除去する。なおヒーターの代わりに、冷媒の流れを制御することで除霜運転を行っても良い。例えば冷媒の流れを停止するオフサイクル方式や冷媒の流れを逆向きに変更するリバース式でも良い。除霜運転は、冷却器の着霜がなくなるまで一定時間経過するまで除霜運転を続ける。除霜運転中は、循環ファンが停止し、冷却されていない空気が冷蔵庫内に流れ込まないようにしている。除霜運転を行い冷却器15の着霜がなくなると、除霜運転を停止する。除霜運転が停止すると形状記憶合金製の弾性体133は、
冷却器内を流れる空気との熱交換が開始され熱交換量が上がるため冷媒温度が上昇する。そこで冷却器15に固定された形状記憶合金製の弾性体133の温度がも上昇して収縮ので、移動板132は、再びバイパス風路81を閉じる。
そのため、着霜が発生していないとき、または着霜量が少ないときは、バイパス風路81の入り口が閉じているので冷却器15を通らないで流れる空気がなく、熱交換の量が低下しないので冷却性能の良い冷蔵庫を得ることができる。さらに、本実施の形態によれば、着霜による冷却性能を低下することを遅らせることができるので、不必要な除霜運転を行うことなしに冷却性能を維持できるため、不必要なエネルギーの消費を抑え、省エネルギー性能の高い冷蔵庫を得ることができる。
12 壁
13 断熱壁
14 圧縮機
15 冷却器
16 循環ファン
23 フィン
24 伝熱管
25 風上部
26 空気流れ
31 冷却器を流れる空気の流れ
32 フィン前縁部分
34 空気の流れ(バイパス風路方向)
81 バイパス風路
82 バイパス開閉板
83 可動部
84 冷却器風上部
85 冷却器風下部
86 弾性体
91 バイパス開閉板
92 可動部93 開閉板回転方向
94 弾性体
101 バイパス開閉板
102 弾性体
103 開閉板移動方向
110 開閉板移動方向
111 バイパス開閉板
112 バイパス開閉板ガイドレール部
113 電磁コイル
114 弾性体
115 バイパス開閉板位置検知手段
116 制御装置
117 バイパス開閉板位置検知部
118 電磁コイル制御部
119 除霜運転制御部
121 風路ファン
122 クロスフローファン
123 クロスフローファンモーター124 モータ
125 制御装置
126 ファンモータ回生電圧検知部
127 ファンモータ回転制御部
128 ファンモータ負荷制御部
129 除霜運転制御部
132 移動板
133 形状記憶合金製の弾性体
134 移動板移動方向
135 固定具
Claims (2)
- フィンが設けられるとともに、風上部から風下部に流入する空気が前記フィンと熱交換し冷却される熱交換器と、前記熱交換器に流入した前記空気を前記フィンの間を通して庫内に送風し循環させるファンと、前記熱交換器の空気流入側であって前記熱交換器と前記熱交換器を取り巻く壁面との間にバイパス入口部が配置されて、前記熱交換器の前記風上部と前記風下部の間の中央部から前記風下部にかけて前記フィンに前記空気を流入させるバイパス出口部が配置されたバイパス風路と、前記バイパス風路の前記壁面に設けられ前記風上部の前記フィンに発生した霜により前記バイパス入口部と前記バイパス出口部との間に生じた差圧に応じて可働する可動機構により前記バイパス風路を開閉するバイパス開閉部と、を備え、
前記バイパス風路は前記熱交換器の前後に設けられ、前記可動機構は前記バイパス開閉部の開閉機構を形成する開閉板と前記壁面の間に設けられた弾性材であって、前記開閉板は前記差圧により連続的に前記バイパス風路を開閉するとともに前記開閉版が開く時間は前記開閉版が閉じる時間よりも短く設定され、且つ樹脂製であって前記バイパス風路の入口部に設置されたこと
を備えたことを特徴とする冷蔵庫。 - 前記フィンに発生した霜の量を検出する除霜運転開始手段と、前記開閉板を移動させる電磁コイルと、
前記バイパス風路に配置された前記開閉板の位置を検出する位置検知手段と、
前記位置検知手段からのあらかじめ設定した位置であるという信号により前記電磁コイルをオン制御して前記バイパス通路を開放するとともに、前記除霜運転開始手段からのあらかじめ設定した霜の量であるという信号により前記電磁コイルをオフ制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の冷蔵庫。
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