JP5094654B2

JP5094654B2 - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP5094654B2
Application number: JP2008233485A
Authority: JP
Inventors: 誠岡部; 章西澤; 貴紀谷川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP2010065946A

Description

本発明は、冷蔵庫に係り、より詳しくは、冷凍サイクル内において冷媒の逆流に起因する冷媒音の発生を防止するようにした冷蔵庫に関するものである。

従来の冷蔵庫の冷凍サイクルに、低圧シェルレシプロ圧縮機、コンデンサ、ドライヤ、毛細管、蒸発器、アキュムレータ及び吸入管が順次接続され、吸入管の上流側に逆止弁を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このような冷凍サイクルにおいて、圧縮運転中は圧縮機の下流側は高圧になり、上流側は冷媒が毛細管を通って低圧となる。一方、庫内温度が所定温度まで冷えて圧縮機が停止すると、コンデンサの高圧側の冷媒は毛細管を通って蒸発器に流れ込み、圧縮機の下流側と上流側の圧力は均衡する。このとき、圧縮機は低圧シェルレシプロタイプのため、液冷媒が圧縮機の高圧側から低圧側へ流れることはない。

また、圧縮機の停止時及び霜取運転中には、高圧側から低圧側の吸入管に液冷媒が流入し、その液冷媒が吸入管内で偶発的な蒸発を生じることにより、冷媒が激しく吸入管内を流動してアキュムレータ内に逆流しようとするが、その液冷媒は逆止弁によってアキュムレータ内に逆流しないので、そのことに起因する冷媒音は発生しない。

特開２００２−５５５７号公報（第４−６頁、図２、図５）

上記のような特許文献１の冷蔵庫によれば、アキュムレータ内に冷媒が逆流することに起因する冷媒音の発生を抑制して静音な冷蔵庫を得ることができるが、冷媒音の発生を抑制するために吸入管に逆止弁を設けているため、コストアップになるという問題があった。
また、若し逆止弁に異常が生じた場合、冷媒音の発生を抑制できないばかりでなく、冷凍サイクルが異常となって冷蔵庫冷却異常を生じるおそれがあった。

さらに、アキュムレータは冷媒が下部から流入し、上部から流出するようになっているので、主として運転中又は長期霜取り運転中に、アキュムレータ内に溜った液冷媒中をガス冷媒が通過し、気液界面において気泡がはじけるポコポコという不快音が発生するという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、コストを低減すると共に、冷媒音の発生を確実に防止することができ、また、アキュムレータに不快音が発生することのない信頼性の高い冷蔵庫を提供することを目的としたものである。

本発明に係る冷蔵庫は、圧縮機から吐出された冷媒が、コンデンサ、毛細管、蒸発器、アキュムレータ、吸入管を通って再び前記圧縮機に戻る冷凍サイクルを備え、前記圧縮機に低圧シェル圧縮機を用いると共に、冷蔵庫外郭の断熱材内に前記毛細管と吸入管を熱伝導材で接合して熱交換を行う熱交換範囲を設け、前記圧縮機の停止直前の運転状態において、前記熱交換範囲の吸入管の入口における冷媒温度が、前記蒸発器の入側、内部、及び出側のそれぞれの位置での温度の平均より１０℃以上高くなるように、前記冷媒の循環量を調整するものである。

本発明によれば、運転停止時又は霜取り運転中に吸入管に流入した液冷媒を徐々に蒸発させることができるので、偶発的な蒸発によって冷媒が吸入管からアキュムレータに激しく逆流し、これに起因して大きな冷媒音が発生するのを防止することができる。
また、弁等の機能部品を用いることなく冷凍サイクルを構成したのでコストを低減することができ、さらに、弁等の異常に起因して冷凍サイクルに異常を生ずるおそれもないので、信頼性の高い冷蔵庫を安価で提供することができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成説明図、図２は図１の冷凍サイクルにおける冷媒量と温度との関係を示すグラフ、図３は図１の冷凍サイクルの運転中及び運転中止又は霜取り運転開始から数分後の冷媒（液冷媒及びガス冷媒）の分布状態を示す説明図である。

本発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルは、図１に示すように、低圧シェル圧縮機１（以下の説明では、単に圧縮機と記すことがある）、コンデンサ（凝縮機）２、毛細管３、蒸発器４、アキュムレータ５及び吸入管６を順次接続して再び圧縮機１に戻るように構成したものである。
図１の破線で囲んだ部分１０は、金属板からなる外箱２２、樹脂成型品からなる内箱２３及び両者の間に充填された断熱材２４からなる冷蔵庫外郭２１の背面側の断熱材２４内に配設され、毛細管３と吸入管６とが例えばはんだなどの熱伝導の良好な材料（以下、熱伝導材という）で接合されて熱交換を行う範囲を示す（以下の説明では、この範囲を熱交換範囲１０という）。

このような構成において、配管の取り回しや溶接作業性の問題などから、吸入管６のアキュムレータ５から熱交換範囲１０までは、約５００ｍｍ前後の長さを要する。また、毛細管３及び吸入管６の全長は２５００ｍｍ〜３０００ｍｍ程度であり、そのうち、熱交換範囲１０の長さは２０００ｍｍ前後である。そして、この熱交換範囲１０内の毛細管３と吸入管６とは、冷蔵庫の製造時の断熱材２４の発泡の際の位置ずれなどを防止するために、内箱２３に粘着テープ等により固定されている。

上記のように構成した本実施の形態に係る冷蔵庫においては、冷媒量を図２の横軸に示すようにＡ量とすることにより、冷凍サイクル運転中の熱交換範囲１０の吸入管６の入口における冷媒温度Ｔｓ（具体的には吸入管６の温度を測定することになる）を、蒸発器４の平均蒸発温度Ｔｅ（図１の蒸発器４の入側、内部、出側の冷媒温度Ｔｅ₁，Ｔｅ₂，Ｔｅ₃の平均）よりも１０℃以上高くなるようにしたものである。なお、この場合、吸入管６の入口における冷媒温度Ｔｓの上限は、外気温度以下であることが望ましい。また、図２には、参考までに、冷媒量に対する熱交換範囲１０内における吸入管６のほぼ中間部における冷媒温度Ｔｓ₁及び圧縮機１の入側の冷媒温度Ｔｓ₂も記載してある。

本実施の形態はこのように構成したことにより、図３（ａ）に示すように、冷凍サイクル運転中は、吸入管６内はほぼガス冷媒ｒ₂で満されており、この状態で運転が停止され又は霜取り運転が開始された場合、高圧側の蒸発器４からアキュムレータ５を介して低圧側の吸入管６に液冷媒ｒ₁が流入するが、図３（ｂ）に示すように、吸入管６の入口付近（アキュムレータ５の出口付近）において徐々に蒸発、気化されて、ガス冷媒ｒ₂となる。

本実施の形態と比較するために、図２の冷媒量がＢの場合についてみると、熱交換範囲１０の吸入管６の入口における冷媒温度Ｔｓと、蒸発器４の平均蒸発温度Ｔｅとの差が１０℃より小さい。
このような場合、図４（ａ）に示すように、冷凍サイクル運転中は、吸入管６内は、アキュムレータ５の出口から熱交換範囲１０の入口、及び熱交換範囲１０内の一部にかけて液冷媒ｒ₁であるため、熱交換範囲１０内の吸入管６の入口における冷媒温度が低くなっている。

そして、この状態で運転を停止し又は霜取り運転が開始されると、高圧側の蒸発器４からアキュムレータ５を介して吸入管６に液冷媒ｒ₁が流入するが、温度が低いために吸入管６の上流側に滞留する。この間、蒸発器４での気化が継続するため、アキュムレータ５及び吸入管６へ気液二相の冷媒が流入し、吸入管６の上流側付近にガス冷媒が圧縮された二相状態で滞留する。

この状態で液冷媒ｒ₁の先頭が吸入管６の中流付近の高温部に到達すると偶発的な蒸発が生じ、この蒸発による体積の膨張から冷媒が吸入管６内を激しく流動し、図４（ｂ）に示すように、アキュムレータ５に逆流して圧縮されたガス冷媒ｒ₂がアキュムレータ５内で開放されるときに、大きな音（冷媒音）が発生する。

本実施の形態は、前述のように冷媒量を調整して、熱交換範囲１０の吸入管６の入口の冷媒温度Ｔｓが、蒸発器４の平均蒸発温度Ｔｅより１０℃以上高くなるように冷凍サイクルを構成したので、図４で説明したような現象を生じることがなく、このため、大きな冷媒音を発することもない。

本実施の形態によれば、冷媒量を調整することにより、圧縮機１の運転停止直前の状態において、熱交換範囲１０の吸入管６の入口における冷媒温度Ｔｓが、蒸発器４の平均蒸発温度Ｔｅより１０℃以上高くなるように構成したので、運転停止時又は霜取り運転中に吸入管６に流入した液冷媒を徐々に蒸発させることができ、偶発的な蒸発によって冷媒が吸入管６からアキュムレータ５に激しく逆流し、これに起因して大きな冷媒音が発生するのを防止することができる。

また、本発明においては、弁等の機能部品を設けることなく冷凍サイクルを構成したのでコストを低減することができ、さらに、弁等の異常に起因して冷凍サイクルに異常を生ずるおそれもないので、信頼性の高い冷蔵庫を安価で提供することができる。

［実施の形態２］
図５は本発明の実施の形態２に係る冷蔵庫の風路構成を示す説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付してある。
冷蔵庫２０を構成する冷蔵庫外郭２１の背面側の内箱２３の前面側には、すき間を隔てて隔壁２５が設けられており、その下部には仕切り板２７ａを介して内箱２３との間に冷却器室２７が形成され、隔壁２５と内箱２３及び仕切り板２７ａとの間には、冷却用風路２６が形成されている。また、隔壁２５の上部には、冷却用風路２６から冷蔵室２８に冷却風を吹き出す吹出し口２５ａ，２５ｂが設けられており、冷却用風路２６の下端部は冷凍室３０に開口している。なお、２９は野菜室、３１は各室の前面開口部を開閉するドアである。

冷却器室２７内には、蒸発器４及び蒸発器４によって冷却された空気を冷却用風路２６に送り出す庫内送風機１１等が設けられており、また、冷却用風路２６の途中（庫内送風機１１と吹出し口２５ａ，２５ｂとの間）には、冷蔵室２８に送る冷却風の風量を制御する冷蔵ダンパ１２が設けられている。なお、図示してないが、冷蔵庫外郭２１の背面側の断熱材２４内には、毛細管３と吸入管６を熱伝導材で接合した熱交換範囲１０が設けられており、また、冷蔵室２８内には冷蔵室温度センサが、冷凍室３０内には冷凍室温度センサがそれぞれ設けられている。

そして、冷蔵ダンパ１２は、冷蔵室温度センサの検出温度に基いて制御部（図示せず）により開閉が制御され、圧縮機１は、冷凍室温度センサの検出温度に基いて、制御部により運転の開始及び停止が制御される。このような構成において、制御部は圧縮機１の運転停止前の一定時間、冷蔵ダンパ１２を開放した状態で運転するように圧縮機１及び冷蔵ダンパ１２を制御する。具体的には、例えば冷凍室温度センサの検出温度が、制御部に設定された圧縮機停止温度を超えると、所定時間冷蔵ダンパ１２を開放するような制御方法が行われる。

本実施の形態においては、圧縮機１の運転により、蒸発器４によって冷却された冷却器室２７内の空気が、庫内送風機１１により冷却風となって冷却用風路２６に送られ、その一部は冷蔵ダンパ１２を経て吹出し口２５ａ，２５ｂから冷蔵室２８に吹き出し、冷蔵室２８内を冷却したのち破線で示すように野菜室２９を冷却し、その下部から冷却器室２７に戻る。このとき、冷蔵ダンパ１２は、冷蔵室温度センサの検出温度に基いてその開度が調節される。また、庫内送風機１１により冷却用風路２６に送られた空気の一部は、冷凍室３０に導入されて冷凍室３０を冷却したのち、破線で示すように冷却器室２７に戻る。

冷凍室温度センサによって検出された冷凍室２９の温度が、例えば圧縮機停止温度を超えた場合は圧縮機１の運転が停止されるが、その直前に、一定時間冷蔵ダンパ１２を全開にすると共に、蒸発器４における冷媒気化が促進され、熱交換範囲１０の吸入管６の入口の冷媒温度Ｔｓが蒸発器４の平均蒸発温度Ｔｅより１０℃以上高い状態を作り出し、その状態で圧縮機１を停止させる。これにより、運転停止中又は霜取り運転中の吸入管６内における液冷媒の偶発的な蒸発に起因する冷媒音の発生を防止することができる。なお、本実施の形態は単独で実施してもよく、実施の形態１と合わせて実施してもよい。
本実施の形態によれば、実施の形態１の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。

［実施の形態３］
本実施の形態は、図５の庫内送風機１１の回転数を制御部により段階的に制御しうるように構成し、圧縮機１の運転停止直前の一定時間、庫内送風機１１を高速回転させるようにしたものである。

このように、圧縮機１の運転停止直前の一定時間、庫内送風機１１を高速回転させることにより、蒸発器４における冷媒気化が促進され、熱交換範囲１０の吸入管６の入口温度Ｔｓが、蒸発器４の平均蒸発温度Ｔｅより１０℃以上高い状態を作り出し、その状態で圧縮機１を停止させる。これにより、運転停止中又は霜取り運転中の吸入管６内における液冷媒の偶発的な蒸発に起因する音の発生を防止することができる。なお、本実施の形態は単独で実施してもよく、あるいは実施の形態１及び２の両者又はいずれか一方と合わせて実施してもよい。
本実施の形態によれば、実施の形態１の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。

［実施の形態４］
本実施の形態は、実施の形態１〜３のいずれかの冷蔵庫において、圧縮機１の回転数を制御部により段階的に制御しうるように構成し、圧縮機１の運転停止の直前の一定時間、圧縮機１を低速回転させるようにしたものである。

このように、圧縮機１の運転停止直前の一定時間、圧縮機１を低速回転させることにより蒸発器４からの冷媒流出量を低減し、蒸発器４内で気化されたガス冷媒の熱交換範囲１０の吸入管６の入口の冷媒温度Ｔｓが、蒸発器４の平均蒸発温度Ｔｅより１０℃以上高い状態を作り出し、その状態で圧縮機１の運転を停止する。これにより、運転停止中又は霜取運転中の吸入管６内における液冷媒の偶発的な蒸発に起因する冷媒音の発生を防止することができる。なお、上記の説明では、実施の形態１〜３のいずれかの冷蔵庫に本実施の形態を実施する場合を示したが、本実施の形態単独でも実施することができる。
本実施の形態によれば、実施の形態１とほぼ同様の効果を得ることができる。

上記の説明では、吸入管６の冷媒の入口温度Ｔｓを、蒸発器４の平均蒸発温度Ｔｅより１０℃以上高くするために、冷媒量の調整、冷蔵ダンパ１２の開度の調整、送風機１１の回転数（送風量）の調整、及び圧縮機１の回転の調整を行う場合を示したが、上記の温度を１０℃以上高くするための手段はこれらに限定するものではなく、例えば、送風機の羽根の径、蒸発器の配管内容積、凝縮器の配管内容積、毛細管の内径（絞り量）、アキュムレータの貯留内容積、外郭の断熱材内における吸入管の配置などの調整によっても実現することができる。

［実施の形態５］
図６は本発明の実施の形態５に係る冷蔵庫のアキュムレータの説明図である。
本実施の形態は、実施の形態１〜４のいずれかの冷蔵庫において、図６に示すようなアキュムレータ５を用いたものである。

本実施の形態に係る冷蔵庫のアキュムレータ５は、蒸発器４からの液冷媒ｒ₁がアキュムレータ５の上部に設けた流入口５ａから流入し、下部に設けた流出口５ｂから吸入管６に流出するように構成したものである。
アキュムレータ５をこのように構成したことにより、吸入管６内における液冷媒ｒ₁の偶発的な蒸発による音の発生を防止できるばかりでなく、従来技術のように、アキュムレータ５内に滞留している液冷媒ｒ₁中を、ガス冷媒が下方から通過することによるポコポコという不快音の発生を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成説明図である。図１の冷凍サイクルにおける冷媒量と温度との関係を示すグラフである。図１の冷凍サイクルの運転中及び運転中止又は霜取り運転開始から数分後の冷媒の分布状態を示す説明図である。図３の他の例の説明図である。本発明の実施の形態２に係る冷蔵庫の説明図である。本発明の実施の形態５に係る冷蔵庫のアキュムレータの説明図である。

符号の説明

１圧縮機（低圧シェル圧縮機）、２コンデンサ、３毛細管、４蒸発器、５アキュムレータ、６吸入管、１０熱交換範囲、１１庫内送風機、１２冷蔵ダンパ、２０冷蔵庫、２１冷蔵庫外郭、２４断熱材、２５隔壁、２５ａ，２５ｂ吹出し口、２６冷却用風路、２７冷却器室、２８冷蔵室、３０冷凍室。

Claims

圧縮機から吐出された冷媒が、コンデンサ、毛細管、蒸発器、アキュムレータ、吸入管を通って再び前記圧縮機に戻る冷凍サイクルを備え、
前記圧縮機に低圧シェル圧縮機を用いると共に、冷蔵庫外郭の断熱材内に前記毛細管と吸入管を熱伝導材で接合して熱交換を行う熱交換範囲を設け、
前記圧縮機の停止直前の運転状態において、前記熱交換範囲の吸入管の入口における冷媒温度が、前記蒸発器の入側、内部、及び出側のそれぞれの位置での温度の平均より１０℃以上高くなるように、前記冷媒の循環量を調整することを特徴とする冷蔵庫。
圧縮機から吐出された冷媒が、コンデンサ、毛細管、蒸発器、アキュムレータ、吸入管を通って再び前記圧縮機に戻る冷凍サイクルを備え、
前記圧縮機に低圧シェル圧縮機を用いると共に、冷蔵庫外郭の断熱材内に前記毛細管と吸入管を熱伝導材で接合して熱交換を行う熱交換範囲を設け、
前記圧縮機の停止直前の運転状態において、前記熱交換範囲の吸入管の入口における冷媒温度が、前記蒸発器の入側、内部、及び出側のそれぞれの位置での温度の平均より１０℃以上高くなるように、前記冷蔵庫の冷却用風路に風量調節用の冷蔵ダンパを設け、前記圧縮機の停止前の所定時間前記冷蔵ダンパを全開して庫内送風機を運転することを特徴とする冷蔵庫。
圧縮機から吐出された冷媒が、コンデンサ、毛細管、蒸発器、アキュムレータ、吸入管を通って再び前記圧縮機に戻る冷凍サイクルを備え、
前記圧縮機に低圧シェル圧縮機を用いると共に、冷蔵庫外郭の断熱材内に前記毛細管と吸入管を熱伝導材で接合して熱交換を行う熱交換範囲を設け、
前記圧縮機の停止直前の運転状態において、前記熱交換範囲の吸入管の入口における冷媒温度が、前記蒸発器の入側、内部、及び出側のそれぞれの位置での温度の平均より１０℃以上高くなるように、前記冷蔵庫の庫内送風機を、前記圧縮機の停止前の所定時間高速で運転することを特徴とする冷蔵庫。
前記圧縮機の回転数を段階的に調節可能に構成し、圧縮機の停止前の所定時間該圧縮機を低速で運転することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷蔵庫。
前記の技術をそれぞれ単独で実行することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の冷蔵庫。
前記アキュムレータを、前記蒸発器からの冷媒が上部から流入し、下部から前記吸入管に流出するように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の冷蔵庫。