JP5487053B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００６−１８３８９７号公報（特許文献１）及び特開２０１０−６０１８８号公報（特許文献２）がある。

特許文献１に記載の冷蔵庫では、着霜がない状態において通風抵抗の増加を伴わずに熱交換性能を向上させ、着霜が生じた場合であっても実使用状態における熱交換性能を確保できる冷却器形状と、その周囲風路構造について述べている。すなわち、冷却器よりも上方部に設けた貯蔵室（冷蔵室，野菜室）の拡大を主な目的として、従来冷却器よりも奥行きを大きくして高さ方向を低くした冷却器を採用している。

特許文献２に記載の冷蔵庫では、除霜時に貯蔵室の温度上昇を抑えた省エネ性が高い冷蔵庫について述べている。冷却器の前方に冷凍室を設けた冷蔵庫では、除霜ヒータ設置位置よりも上方に冷凍室冷気戻り口を設けている場合が多く、除霜ヒータで加熱された空気が冷凍室冷気戻り口から冷凍室に流出し易くなる。加熱された空気が冷凍室に直接流出することがないように、冷凍室背面部材と冷却器前面側に設けた冷却器カバーとの間に空間を設けて、冷凍室へ直接加熱空気が流出しないように、加熱空気の抑制を行っている。

以上のように通常冷却時と除霜時の省エネルギー化を図るために、冷蔵庫の冷却器形状やその周囲構造に関する特許文献が複数ある。

特開２００６−１８３８９７号公報 特開２０１０−６０１８８号公報

特許文献１では、冷却器よりも上方部に設けた貯蔵室（冷蔵室，野菜室）の拡大を主な目的として、従来冷蔵庫で使われている冷却器よりも奥行き方向を大きくし、高さ方向を低くした冷却器を採用している。貯蔵室の配置は上から順番に冷蔵室，野菜室，冷凍室であり、真ん中に野菜室を配置している。冷却器前方に設けた冷凍室の冷気戻り口は、冷却器下部に設けた除霜ヒータの設置位置よりも下に設けられている。

除霜時、除霜ヒータで加熱された冷却器周囲の空気は、密度が小さくなるため、冷却器上部に向かって上昇流が発生する。冷却器を上昇した空気は、冷却器の霜を解かしながら冷凍室冷気吐出口から冷凍室に流出し、その後は冷凍室内を下降して再び冷凍室冷気戻り口に向かう。すなわち、自然対流による循環流が形成される。循環流が強い方が、冷却器に成長した霜を素早く解かすことができる。

しかしながら、特許文献１に記載の冷蔵庫では、冷凍室冷気戻り口は除霜ヒータ設置位置よりも低い位置に設けた構造である。この構造と、冷凍室冷気戻り口が除霜ヒータ設置位置よりも高い位置に設けてある場合と比較すると、除霜ヒータの加熱によって生じる循環流は、冷凍室冷気戻り口部の通風抵抗により弱まる。従って、冷凍室冷気戻り口が除霜ヒータ設置位置よりも低い位置に設けられているために、循環流を積極的に発生させることが難しく、除霜時間短縮についての配慮はなされていない。

特許文献２では、貯蔵室の配置は上から順番に冷蔵室，冷凍室，野菜室であり、冷却器の前方に冷凍室を設けた真ん中冷凍室冷蔵庫である。このような冷蔵庫では、構造上、除霜ヒータ設置位置よりも高い位置に冷凍室冷気戻り口を設けている場合が多く、除霜ヒータで加熱された空気は、通風抵抗が少ない冷凍室冷気戻り口から冷凍室に流出し易くなる。そのため、冷凍室背面部材と冷却器前面側に設けた冷却器カバーとの間に空間を設けて、冷凍室へ加熱空気の流出を防止して冷凍室の熱負荷増加の抑制を行っている。

しかしながら、特許文献２に記載の冷蔵庫では、除霜ヒータによって加熱された冷却器周囲の空気を、冷却器上方に向かって流れ易くして、除霜時間を短縮させる構造的な配慮はなされていない。特に可燃性冷媒を使った冷蔵庫では、可燃性冷媒を使っていない冷蔵庫の除霜ヒータ表面温度よりも低く抑える必要がある。これは可燃性冷媒が庫内に漏れた場合を想定し、除霜ヒータ表面温度を発火点温度以下にするためである。従って、可燃性冷媒を使用する冷蔵庫では、除霜ヒータ表面温度を従来よりも低くする必要があるため、除霜ヒータの加熱によって生じる空気の上昇流は弱くなる傾向があり、また省エネルギーの観点からヒータ入力を上げて表面温度を高くすることは得策ではない。

そこで本発明は、除霜時間を短縮して省エネルギー性が高い冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。その一例としては、冷蔵温度帯及び冷凍温度帯の貯蔵室と、該冷凍温度帯の貯蔵室の後方に設けた冷却器収納室と、前記冷却器収納室内に設けられ冷媒が通る冷媒パイプを有する冷却器と、前記冷却器収納室から前記貯蔵室へ冷気を送風する送風機と、前記冷却器の下方に設けた発熱部と、前記冷凍温度帯の貯蔵室へ送風した冷気を前記冷却器収納室へ戻す冷凍温度帯室冷気戻り口と、冷気風路を開閉することで前記冷蔵温度帯の貯蔵室及び冷凍温度帯の貯蔵室への冷気の供給量を制御する冷気制御手段と、を備えた冷蔵庫において、前記冷凍温度帯室冷気戻り口は前記発熱部よりも上方に設け、前記冷媒パイプは前記発熱部の上方投影面よりも前方及び後方にそれぞれ位置するように間隔をあけて配置して、前記送風機を運転した状態で前記発熱部を発熱させて、前記冷気制御手段は前記冷蔵温度帯の貯蔵室への前記冷気風路を開、前記冷凍温度帯の貯蔵室への前記冷気風路を閉として、前記送風機を停止した状態で前記発熱部を発熱させて、前記冷気制御手段は前記冷蔵温度帯の貯蔵室への前記冷気風路を閉、前記冷凍温度帯の貯蔵室への前記冷気風路を開とする。

本発明によれば、除霜時間を短縮して省エネルギー性が高い冷蔵庫を提供することができる。

本発明の実施形態に係る冷蔵庫の正面外観図である。 本発明の実施形態に係る冷蔵庫の側面縦断面図である。 冷却器の周辺部を冷蔵庫正面から見た図である。 除霜ヒータの詳細図である。 除霜ヒータのＡ‐Ａ断面図の例である。 除霜ヒータのＡ‐Ａ断面図の他の例である。 除霜時の除霜センサで検出される温度と、冷凍室温度の経時変化の一例である。 冷却器の周囲の側断面拡大図である。 本発明の実施形態に係る冷却器の冷却時の着霜に関する模式図である。 フィンの板厚を変えた場合の着霜時の様子を模式的に示した図である。 フィン厚さと冷却性能の関係を説明する図である。 本発明の実施形態に係る冷却器の除霜時の様子を模式的に示した図である。 冷却器の周辺部と冷凍室の拡大断面図である。 本発明の他の実施例に係る冷却器の除霜時の様子を模式的に示した図である。 本発明の他の実施例に係る冷却器の除霜時の様子を模式的に示した図である。 本発明の実施形態に関する他の除霜方式の除霜センサ温度の経時変化の説明図である。 本発明の実施形態に関する他の除霜方式の制御である。

図１に示すように本実施形態の冷蔵庫１は、上方から冷蔵室２，製氷室３，上段冷凍室４，下段冷凍室５，野菜室６から構成されている。冷蔵室２は左右に分割された冷蔵室扉２ａ，２ｂを備え、製氷室３，上段冷凍室４，下段冷凍室５，野菜室６は、それぞれ引き出し式の製氷室扉３ａ，上段冷凍室扉４ａ，下段冷凍室扉５ａ，野菜室扉６ａを備えている。また、冷蔵庫１は各扉の開閉状態をそれぞれ検知する扉センサ（図示なし）と、扉開放状態と判定された状態が所定時間、例えば、１分間以上継続された場合に使用者に報知するアラーム（図示なし）、冷蔵室２や冷凍室５の温度設定をする温度設定器（図示なし）等を備えている。

図２に示すように、冷蔵庫１の庫外と庫内は、発泡断熱材を充填することにより形成される断熱箱体１０により隔てられている。冷蔵庫１の断熱箱体１０は、複数の真空断熱材２５を実装している。庫内は断熱仕切壁２８により、冷蔵室２と上段冷凍室４及び製氷室３（図１参照）が隔てられており、断熱仕切壁２９により、下段冷凍室５と野菜室６が隔てられている。冷蔵室扉２ａ，２ｂ（図１参照）の庫内側には、複数の扉ポケット３２が備えられ、冷蔵室２は複数の棚３６により縦方向に複数の貯蔵スペースに区画されている。上段冷凍室４と下段冷凍室５の間には、冷凍室前面仕切り４０が設けてある。

上段冷凍室４，下段冷凍室５及び野菜室６は、それぞれの前方に備えられた扉と一体に収納容器３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂがそれぞれ設けられており、各扉の取手部（図示なし）に手を掛けて手前側に引き出すことにより、収納容器４ｂ，５ｂ，６ｂが引き出せるようになっている。図１に示す製氷室３にも製氷室扉３ａと一体に収納容器３ｂが設けられ、製氷室扉３ａの取手部に手を掛けて手前側に引き出すことにより収納容器３ｂが引き出せるようになっている。

冷却器７は下段冷凍室５の略背部に備えられた冷却器収納室８内に設けられており、冷却器７の上方に設けられた庫内ファン９（送風機）により冷却器７と熱交換して冷やされた空気（以下、「冷気」と称する）が、冷蔵室送風ダクト１１，上段冷凍室送風ダクト１２，下段冷凍室送風ダクト１３、及び製氷室送風ダクト（図示なし）を介して、冷蔵室２，上段冷凍室４，下段冷凍室５，製氷室３の各貯蔵室へ送られる。

各貯蔵室への送風は、冷気制御手段である冷蔵室ダンパ２０（以下、「Ｒダンパ」と称する）及び冷凍室ダンパ５０（以下、「Ｆダンパ」と称する）の開閉により制御される。
具体的にはＲダンパ２０が開状態、Ｆダンパ５０が閉状態の時には、冷気は冷蔵室送風ダクト１１を経て多段に設けられた吹き出し口２ｃから冷蔵室２に送られる。冷蔵室２の冷却を終えた後に、冷蔵室２下部に設けた冷蔵室戻り口（図示なし）に冷気が流入し、その後冷却器収納室８に戻される。

野菜室６の冷却手段については種々の方法があるが、例えば、冷蔵室２を冷却した後に野菜室６に冷気を直接送る方法や、冷却器７で発生した冷気を、冷蔵室２を経由しないで野菜室６に単独で送る方法が考えられる。但し、この場合には、野菜室６に供給する冷気を制御するために、野菜室専用のダンパが必要になる。本実施例においては、野菜室６への冷気の供給方法についてはいずれの場合でも良い。図２に記載の例では、野菜室６に流入した冷気は、断熱仕切壁２９の下部前方に設けられた、野菜室戻り口６ｄから野菜室戻りダクト１８を介して、野菜室戻り吐出口１８ａから冷却器７に流入する。

冷却器収納室８から上段冷凍室送風ダクト１２，下段冷凍室送風ダクト１３，製氷室ダクト（図示なし）を通って送風されて、上段冷凍室４，下段冷凍室５、及び製氷室３を冷却した後の冷気は、冷凍室戻り口１７から冷却器７に戻される。冷却器７の下部には発熱部である除霜ヒータ２２が設けてあり、除霜時に発生したドレン水はトイ２３に一旦落下し、ドレン孔２７を通じて圧縮機２４の頭部に設けた蒸発皿２１に放出される。

次に、図３は冷却器７の周辺部を冷蔵庫正面から見た図である。図４は、除霜ヒータ２２の詳細図である。図５，図６は、除霜ヒータ２２のＡ‐Ａ断面図である。冷却器７の上部には除霜センサ４１が設置されており、除霜センサ４１で検出される温度によって除霜に関する判定を行っている。除霜センサ４１は、冷却器７を下部から加熱する場合、通常、冷却器７上段側に設けることが一般的である。

除霜ヒータ２２は、図５に示すように、電気ヒータ（図示省略）を内部に設けたガラス管４４とガラス管４４の外周に設けた金属フィン４５（放熱フィン）から構成されるものや、図６に示すように、電気ヒータ線（図示省略）を内部に設けたガラス管４４とその外周のガラス管５９で構成される二重ガラス管の構造がある。これらは、可燃性冷媒を使用する冷蔵庫で採用されている除霜ヒータ２２の一例あり、庫内で可燃性冷媒が漏れた場合を想定して、外側のガラス管表面温度を可燃性冷媒の発火点温度（イソブタンの場合４９４℃）よりも１００℃程度低くする工夫がなされている。除霜ヒータ２２には、ヒータ両端部に接続したコード５７で電源を供給する。除霜時には除霜水が除霜ヒータ２２の上部から滴下してくるので、ガラス管４４，５９の上部には、除霜水滴下防止部４３を設けている。高温に加熱されたガラス管４４，５９に除霜水が直接滴下すると、急激な温度変化によりガラスが破損するおそれがあるためである。この現象を防止するために、除霜水滴下防止部４３の幅Ｂは、少なくとも除霜ヒータ２２の外径Ｃ以上にしている。また、冷却運転時の通風抵抗を考慮すると、概ね幅Ｂと直径Ｃは等しくすることが好ましい。可燃性冷媒を用いた除霜ヒータ２２は、例えば金属フィン４５の外径Ｃがφ２８mm、ガラス管４４の外径がφ１０mmである。

可燃性冷媒を採用している冷蔵庫の除霜ヒータ２２は、ガラス管４４の外周部に設けた金属フィン４５又はガラス管５９，除霜水滴下防止部４３から構成される場合が一般的である。ヒータ線を内部に設けたガラス管４４に近接して金属フィン４５（又はガラス管５９），除霜水滴下防止部４３を設けているので、それぞれの表面温度は霜を解かすのに十分高く、ガラス管４４，金属フィン４５，ガラス管５９、及び除霜水滴下防止部４３を含めて発熱部（除霜ヒータ２２）と定義できる。また、冷却器７の下部には除霜ヒータ２２の過熱を防止する温度ヒューズ４２を設けている。

冷蔵室２に送られた冷気を、野菜室６を経由せずに直接冷却器７に戻す場合は、図３に示すように、冷蔵室冷気戻り風路４６が冷却器７の横に設けてあり、冷蔵室戻り冷気は冷却器７の横から流入する構造になっている。

次に、図７は除霜時の除霜センサ４１で検出される温度（以下、「除霜センサ温度」と称する）と、除霜時の冷凍室温度の経時変化の一例である。除霜開始時（時刻ｔ０）の除霜センサ温度をＴＤ０とすると、除霜開始後から徐々に温度が上昇する。そして、霜が解けている間は相変化中であるため約０℃で推移する。霜が解け終わると除霜センサ温度は再び上昇して、予め決められている除霜終了温度ＴＤ１に到達した時点（時刻ｔ１）で除霜ヒータ２２の通電を止めて除霜が終了する。

霜は冷却器７の下部から上部に向かって解けるので、除霜センサ４１で検出される温度は、冷却器７の下部の温度経時変化とは異なり、冷却器７の下部の霜が先に解ける。そのため、約０℃を推移する時間帯は、冷却器７の下部で先に終了している。

除霜中は冷凍温度帯室（製氷室３，上段冷凍室４，下段冷凍室５）の冷却を行っていないので、冷凍室温度はＴＦ０（除霜開始時刻ｔ０）からＴＦ１（除霜終了時刻ｔ１）に上昇する。例えば、着霜量が同じであっても除霜ヒータ２２の加熱により生じる空気の上昇流によって除霜時間が変化することがある。除霜終了温度ＴＤ１に到達する時刻がｔ１からｔ２になった場合、除霜時間が長くなる（グラフの破線）ため除霜ヒータで消費される電力量が多くなり、除霜ヒータ２２で加熱した分だけ庫内への熱負荷が増加することになる。これは、除霜終了後の再冷却時の電力量増加に影響することになる。また、冷凍温度帯室の温度がＴＦ２まで上昇してしまうため、冷凍食品の保存性にも影響を及ぼすことになる。従って、除霜ヒータ２２による庫内への熱負荷増加を抑制するために、少ないヒータ加熱量で除霜時間を短くすることが、省エネルギー性向上と冷凍食品の保存性向上に役立つことになる。

次に、図８は冷却器７の周囲の断面図である。冷却器７は断熱箱体１０の庫内側背面壁６５と、冷却器カバー６２とで前後が区画された冷却器収納室８に設置されている。冷却器カバー６２の前面側には、冷凍温度帯室背面部材５８を設けており、冷却器カバー６２と冷凍温度室背面部材５８との間には、下段冷凍室送風ダクト１３（または上段冷凍室送風ダクト１２）を形成している。冷却器７の前面側には、バイパス風路６０，冷却器７の背面側にはバイパス風路６１がそれぞれ設けている。これらのバイパス風路６０，６１は、冷却器７の下段部に多量の霜が成長した場合であっても、冷却性能が所定の時間、維持できるように設けたものである。バイパス風路６０，６１の形状は、冷却器７の形態や冷気風路に応じて決定される。バイパス風路６０，６１を設けない場合は、冷却器カバー６２と冷却器７，庫内側背面壁６５と冷却器７の間に、隙間はほとんど形成されない。

除霜開始直後においては、除霜ヒータ２２で加熱された空気が冷却器７の最下段に成長した霜の通風抵抗により、冷凍温度帯室冷気戻り口１７の方向へ流れが発生する可能性がある。冷却器カバー６２と冷凍温度帯室背面部材５８との間には、下方が開口した加熱空気流入空間６４を設けてある。すなわち、下段冷凍室５と冷却器収納室６１との間に、下方が開口して前記発熱部で加熱された空気が流入する空間を有する。これにより、除霜ヒータ２２で加熱された空気は、一旦、加熱空気流入空間６４に導入することができるので、冷凍温度帯室への熱負荷流入を最小限に防ぐことができる。

以上のように、除霜ヒータ２２で加熱された空気の流れは、霜や冷却器を通過する際の通風抵抗に大きく影響されることが分かる。特に除霜ヒータ２２よりも高い位置に冷凍温度帯室冷気戻り口１７を設け、可燃性冷媒を使用するために除霜ヒータ２２の表面温度の上限に制限がある冷蔵庫では、その流れが除霜効率に大きく影響する。

次に、除霜ヒータ２２と加熱された空気の流れについて説明する。図８から図１５では、前後に隣接する冷却器パイプ５４ａ，５４ｂの外表面間の水平方向の距離をＡ１、冷却器カバー６２と冷却器カバー６２側に対向する冷却器パイプ５４ａの外表面との水平方向の距離をＡ２、対向する冷却器パイプ５４ｂの外表面と庫内側背面壁６５の水平方向の距離をＡ３、除霜ヒータ２２の直径をＣとする。また、霜は破線で表した領域にそれぞれ成長しているものとする。

まず、霜が成長する段階について説明する。図９は本発明の実施例で、隣接する冷却器パイプ５４ａ，５４ｂの外表面間の水平距離Ａ１が除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きい場合の冷却時の着霜について示した模式図である。図９（ａ）は、距離Ａ１が除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも小さい場合であって、図９（ｂ）は、距離Ａ１が除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きい場合であり、冷却器７の最下段部における着霜の様子を示す。冷却器７は最下段部の着霜が最も多く、着霜の仕方が除霜時間に大きく影響するので、最下段部の着霜に着目する。

冷却器７のフィン横幅をＦ、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの周囲に成長する霜の高さをＬｆ１、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの外表面との水平方向の距離をＤ、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの外表面とフィン端部までの水平方向の距離をＥ、フィンピッチをＰｆとする。

図９（ａ），（ｂ）共に、冷却器７の最下段には、冷却器７の最下段の下側と前側（図９の左側）から冷気が戻ってくるため、フィンの前縁部の霜７１が多くなる傾向がある。
冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの表面は、最も温度が低くなっているが、フィン前縁部に流入した戻り冷気の水分は霜になるため除湿され、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂ周囲の霜７０は、フィン前縁部の霜の高さと同じか、又はそれ以下の高さとなる。冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの周囲に成長する霜７０は、戻り冷気が進入する側に多くの霜が成長する傾向がある。フィンピッチＰｆを５mmにした場合、冷蔵庫１ではフィン間が閉塞する前に除霜が行われるので、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂ周囲に成長する霜の高さＬｆ１は高くても２.５mm以下である。

例えば、図９（ａ）に示す距離Ａ１が除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも小さい場合、フィン幅Ｆ＝６０mm、Ａ１＝１６.６mm、Ｃ＝２８mm、Ｅ＝１３.３mm、Ｌｆ１＝２.５mmとして、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの周囲に成長した霜の外表面間の水平距離をＧとすると、Ｇ＝１１.６mmとなる。従って、着霜量が冷媒パイプ５４ａ，５４ｂ周囲よりも少ない場所となる水平方向の距離Ｇは、除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも小さくなり、着霜７０によって除霜時に加熱されて生じる上昇流の妨げになり易い。

一方、図９（ｂ）示す距離Ａ１が除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きい場合、フィン幅Ｆ＝７７mm、Ａ１＝４１.６mm、Ｃ＝２８mm、Ｅ＝９.３mm、Ｌｆ１＝２.５mmとして、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの周囲に成長した霜の外表面間の距離をＧとすると、Ｇ＝３６.６mmとなる。この場合、冷媒パイプ５４ａと対向する除霜ヒータ２２との水平距離Ｄは６.８mmとなり、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂ周囲に成長する霜の高さＬｆ１が３mmになったとしても、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂ周囲に成長する霜の先端が除霜ヒータ２２に到達することはない。従って、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂ周囲よりも相対的に着霜量が少ない場所となる水平距離Ｇは、除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きくなり、除霜時に加熱されて生じる上昇流を促進し易くなる。

フィン前縁部は熱伝達が促進されるので霜が成長し易く、通風抵抗になり易いが、水平距離Ａ１を長くすることにより水平距離Ｇも長くなり、水平距離Ｇ部分を通過する風速Ｕを遅くすることができるので、隣接する冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの外表面間の水平距離Ａ１を長くすることで、冷却器全体の通風抵抗の低減に寄与する。

次に、図１０はフィンの板厚さを変えた場合の、着霜時の様子を模式的に示したものである。一般的に、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂのパイプ間ピッチを大きくすると（隣接する冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの外表面間の水平距離Ａ１を長くすることと同等）、その間のフィン効率が低下するため、冷却器全体の性能が低下する。従って、図１０（ａ）に示す従来フィン厚さ７２の場合、水平距離Ａ１を長くすると、冷媒パイプ間のフィン効率が低下する。そのため、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの中心に向かうに従い、フィン表面に成長する霜Ｌｆ２の高さが低くなる。これは、フィン効率低下に伴う冷却性能の低下のためである。一方、図１０（ｂ）に示す従来よりもフィンを厚くしたフィン厚さ７３の場合、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂ間のフィン効率を高めることができるので、冷却性能が高くなり、その結果としてフィン表面に成長する霜Ｌｆ２の高さが高くなることが分かる。

以上の現象について、図１１でさらに説明する。図１１はフィン厚さと冷却性能の関係を表したものである。庫内ファン９の回転数を一定とした場合、フィン厚さを厚くするとフィン効率が高くなるので、冷却性能が高くなる。また、距離Ａ１を従来よりも長くすると冷媒パイプ間のフィン効率が低下するので、それを補うためにフィンを厚くした方がよい。フィン厚さに関しては、フィン効率が１００％となるフィン厚さが存在し、それ以上フィンを厚くしても、冷却性能を向上させることはできない。必要以上にフィンを厚くすると、フィン間距離が小さくなり、また霜による閉塞の影響により冷却性能は悪化してしまう。

以上をまとめると、隣接する冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの外表面間の水平距離Ａ１を除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きくすることにより、冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの周囲よりも着霜量が少ない場所に除霜ヒータ２２の直径Ｃが位置するように配置できる。除霜時には除霜ヒータ２２の直径Ｃの真上を加熱された空気が上昇するので、除霜現象が促進されて、除霜時間の短縮につながる。

次に、霜が解ける段階について説明する。図１２は、隣接する冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの外表面間の水平距離Ａ１が除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きい場合の、霜の解け方について模式的に示したものである。図１２では、冷却器７の全体の除霜の様子を説明するため、図９で示した冷媒パイプ周囲の霜は省略しているが、着霜分布に関しては図９に従う。冷媒パイプ５４ａ，５４ｂにフィンを固定する際には、フィンカラーを設ける場合が多く、その部分は冷却器パイプの外径よりもフィン厚さ分だけ厚くなるが、その厚さは水平距離Ａ１よりも十分小さいため、フィンカラー部については考慮しないこととする。

なお、上昇流５５の流れと霜の解け方を中心に説明するため、冷却器７の周辺の構造は簡略化しているが、冷却器７は図８に示した部分に設けてある。図１２（ａ）は、除霜開始（時刻ｔ０）、図１２（ｄ）は除霜終了（時刻ｔ１）で、図１２（ｂ），（ｃ）はその間の除霜過程を模式的に示してある。

冷却器７に成長する霜５２は、冷凍温度帯室冷気戻り口１７側に近い冷却器７の最下段に多く成長し、冷却器７のフィン前縁部に多く霜が成長する。図１２（ａ）の除霜開始では、除霜ヒータ２２により周囲の空気が加熱されて、冷却器７の最下段に向かう上昇流５５が発生する。この上昇流５５は、除霜ヒータ２２の真上、すなわち水平距離Ｃ（除霜ヒータの直径Ｃ）の真上が最も強く発生する。上昇流５５によって徐々に霜が加熱されて解け始めるが、除霜初期段階で、冷却器７の最下段に成長した霜が多い場合は、上昇流５５が冷凍温度帯室冷気戻り口１７側に流出する流れ５６（図８参照）が発生する場合もあり、加熱空気流入空間６４により直接冷凍温度帯室に流出し難くしてある。

冷却器７の最下段の霜が解けるに従い、水平距離Ａ１が除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きいため、除霜ヒータ２２の真上の霜は解け易くなり、図１２（ｂ）のように、除霜促進部６６が見られるようになる。これは、除霜ヒータ２２の上に形成される上昇流５５は、水平距離Ａ１が除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きくしているため、上昇流５５が冷媒パイプ５４ａ，５４ｂからの通風抵抗を受け難くなり、水平距離Ａ１部の霜の融解促進が行われることによる。

また、図９に示すように、除霜ヒータ２２の直径Ｃが設置されている真上の各段のフィン部分の霜は相対的に少なくなっているので、除霜過程において水平距離Ａ１部を上昇流５５が流れ易くなり、冷却器７の最下段部から最上段部に向かって流れが積極的に生じ、冷却器７の各段のフィンに熱が伝わり易くなって（図１２（ｂ）の矢印で示す伝熱経路６７）、霜が素早く解ける。除霜センサ４１の設置場所は、強い上昇流５５が発生し易くなる、水平距離Ａ１以外（前後に位置する冷媒パイプの間よりも外側）の場所で冷却器７の上方がよい。

次に、図１３は冷却器７と冷凍温度帯室（上段冷凍室４，下段冷凍室５）の近傍の断面図である。図９では、除霜過程について冷却器を中心に模式的に説明したが、ここでは、除霜時に発生する空気の上昇流５５の冷凍温度帯室内を含めた経路について説明する。除霜ヒータ２２の加熱によって生じた上昇流５５は、水平距離Ａ１が除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きくしてあるので、水平距離Ａ１部を流れ易くなる。

上昇流５５が冷却器７の最上段を通過した後、庫内ファン９，冷凍室ダンパ５０を通過し、主に冷凍室吐出口５１ａから上段冷凍室４に流出する。冷凍室ダンパ５０を備えた冷蔵庫では、上昇流５５が冷凍室吐出口５１ａから上段冷凍室４に流出するように、冷凍室ダンパ５０を開にする方がよい。冷凍室ダンパ５０を閉状態にすると上昇流５５が発生し難くなるため、冷凍温度帯室冷気戻り口１７からの加熱空気の流出や、除霜時間の延長により必要以上に冷却器７の下段部の加熱が行われることになる。上段冷凍室４に流出した上昇流５５は、その後、上段冷凍室４，下段冷凍室５によって冷却されるので、下降流６３となって上段冷凍室４，下段冷凍室５を降下し、再び冷凍温度帯室冷気戻り口１７から冷却器収納室８に流入する。

このように、冷却器７を下から上に向う上昇流５５と、上段冷凍室４，下段冷凍室５を上から下に向う下降流６３によって循環流が形成される。

強い上昇流５５が発生すると、除霜ヒータ２２の熱が速く冷却器７の上部まで伝わる（図１２（ｂ）の伝熱経路６７）ので霜が解け易くなる。同時に下降流６３も強くなるので、下降流６３と逆向きの冷凍温度帯室冷気戻り口１７から下段冷凍室５に流出する加熱空気５６の流れは抑制される。

以上のように冷媒パイプ４ａ，５４ｂは発熱部（除霜ヒータ２２）の上方投影面よりも前方及び後方にそれぞれ位置するように間隔をあけて配置しているので、除霜ヒータ２２の直径Ｃの範囲の強い上昇流５５が距離Ａ１部を通過することにより、引き起こす循環流で除霜時間を短縮することができ、省エネルギー化を図ることができる。

次に図１４は、本発明に係る他の実施例である。図１４（ａ）は除霜開始（時刻ｔ０）、図１４（ｂ）は除霜過程を模式的に示したものである。冷却器カバー６２に対向する冷媒パイプ５４ａの外表面と冷却器カバー６２の水平距離Ａ２、除霜ヒータ２２の直径Ｃとする。水平距離Ａ２を除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きくすることで、冷却時には冷却器５４ａのパイプ周囲に霜が成長し易いが、水平距離Ａ２を大きくしているため、フィン前側（冷凍室側）に成長する霜を抑えることができる。従って、除霜時には水平距離Ａ２を上昇流５５が、冷却器７の最下段部から最上段部へと流れ易くなる。図１４（ｂ）に示すように、冷却器７に成長した霜５２は徐々に解けて、水平距離Ａ２部に除霜促進部６６が現れる。これにより、除霜促進部６６は徐々に冷却器７の最上部に進み、上昇流５５と、冷凍室４，５内に発生する下降流６３によって循環流が形成され、冷却器７の各段の霜の融解が促進される。除霜センサ４１の設置場所は、強い上昇流５５が発生し易い、水平距離Ａ２以外の場所で、冷却器７の上方がよい。

次に図１５は、本発明に係る他の実施例である。図１５（ａ）は除霜開始（時刻ｔ０）、図１５（ｂ）は除霜過程を模式的に示したものである。庫内側背面壁６５に対向する冷媒パイプ５４ｂの外表面と庫内側背面壁６５の水平距離Ａ３、除霜ヒータ２２の直径Ｃとすると、水平距離Ａ３を除霜ヒータ２２の直径Ｃよりも大きくする。これにより、冷却時には冷却器５４ｂのパイプ周囲に霜が成長し易いが、水平距離Ａ３を大きくしているため、フィン後側（背面側）に成長する霜を抑えることができる。従って、除霜時には水平距離Ａ３を上昇流５５が、冷却器７の最下段部から最上段部へと流れ易くなる。図１５（ｂ）に示すように、冷却器７に成長した霜５２は徐々に解けて、水平距離Ａ３部に除霜促進部６６が現れるようになる。

これにより、除霜促進部６６は徐々に冷却器７の最上部に進み、上昇流５５と、冷凍室４，５内に発生する下降流６３によって循環流が形成され、冷却器７の各段の霜の融解が進行し易くなる。この場合も同様に、除霜センサ４１の設置場所は、強い上昇流５５が発生し易くなる水平距離Ａ３以外の場所で冷却器７の上方がよい。

次に図１６は、本発明の実施形態に関する他の除霜方式の除霜センサ温度の経時変化の説明図である。Ｆダンパ５０，Ｒダンパ２０を備えた冷蔵庫では、冷却器７に成長した霜を解かすだけでなく、同時に霜（主に霜の潜熱）によって冷蔵室２や野菜室６を冷やすことができる。除霜開始（時刻ｔ０、除霜センサ温度ＴＤ０）から除霜センサ温度がＴＤＡ（例えばＴＤＡは３℃、時刻ｔＡ）になるまでの除霜を区間Ａ、除霜センサ温度ＴＤＡからＴＤ１（時刻ｔ１）に到達するまでの除霜を区間Ｂとした、区間Ａと区間Ｂを組み合せた除霜となる。Ｆダンパ５０を設けていない冷蔵庫では、除霜ヒータ２２のみによる区間Ｂの除霜となる。

図１７は、本発明に関する他の除霜方式の制御である。圧縮機の運転時間や外気温度の条件を満たした場合、除霜運転がスタートし（Ｓ１）、図１６の区間Ａの除霜が実施される（Ｓ２）。区間Ａでは、庫内ファン９，除霜ヒータ２２がＯＮとなり、Ｒダンパ２０が開、Ｆダンパ５０が閉となる。除霜ヒータ２２で加熱された空気は、冷却器７を通過する際に霜の冷熱エネルギーによって冷やされて冷蔵室（冷蔵温度帯の野菜室含む）にその冷気が供給され、同時に霜の融解が進行する。除霜ヒータ２２の通電量は、庫内ファン９を運転しているため、冷蔵室２、あるいは野菜室６の庫内熱負荷を利用した分だけ、除霜ヒータ２２だけで行う除霜よりも省エネルギー化を図ることができる。区間Ａの除霜は、除霜センサ温度がＴＤＡになるまで実施され（Ｓ３）、除霜センサ温度がＴＤＡ（時刻ｔＡ）以上になると区間Ｂの除霜（Ｓ４）に切り替わる。

区間Ｂでは、庫内ファン９はＯＦＦ、除霜ヒータ２２はＯＮ、Ｒダンパ２０は閉、Ｆダンパ５０は開となる。区間Ｂは除霜ヒータ２２だけを用いた従来の除霜方式であり、除霜センサ温度がＴＤ１になるまで除霜ヒータ２２で加熱し（Ｓ５）、除霜ヒータ温度がＴＤ１に到達した時点（時刻ｔ１）で除霜が終了する（Ｓ６）。霜の潜熱を利用した冷却を行いながら除霜するため、除霜センサ温度ＴＤＡは少なくとも０℃以上が望ましい。除霜センサ温度がＴＤＡ以上で実施される区間Ｂでは、霜がほとんど残っていない場合が多いが、区間Ｂでは信頼性のため除霜センサ温度がＴＤ１になるまで冷却器７を加熱している。

区間Ａでは庫内ファン９を運転しているため、冷却器７を通過する空気は強制対流となるが、区間Ｂでは従来通り除霜ヒータ２２による上昇流５５の作用によって冷却器７の最下段部から最上段部へ熱を伝えることになる。

前述のように、冷却器７を通過する上昇流５５，上段冷凍室４，下段冷凍室５を下降する下降流６３からなる循環流の強さが除霜終了時間に影響する。従って、Ｆダンパ５０を備えた冷蔵庫では、区間ＢにおいてＦダンパ５０を開にして循環流を形成し易くした方が良い。Ｒダンパ２０，冷蔵室吐出口２ｃ，冷蔵室戻りダクト４６を通過して冷却器７に戻る風路は、冷凍室を中心とする上昇流５５と下降流６３からなる循環経路よりも風路が長くなるため通風抵抗が大きく、Ｒダンパ２０を開にして冷蔵室に循環流を発生させることは困難である。従って、除霜終了時間はＦダンパ５０の開閉に影響する。区間Ｂの除霜ヒータ２２による除霜時には、Ｆダンパ５０は開にした方が除霜時間は早く終了し（図１６の実線）、Ｆダンパ５０を閉にすると循環流が形成されないため、除霜時間は長くなる（図１６の破線）。

以上のように、Ｆダンパ５０を有する冷蔵庫では、除霜ヒータ２２のみで加熱する区間ではＦダンパ５０を開とする条件を加え、隣接する冷媒パイプ５４ａ，５４ｂの外表面間の水平距離Ａ１、冷媒パイプ５４ａの外表面と冷却器カバー６２の水平距離Ａ２、冷媒パイプ５４ｂの外表面と庫内側背面を形成する壁面６２の水平距離Ａ３、除霜ヒータ２２の直径Ｃとして、前述の条件とする。これにより、上昇流５５と下降流６３からなる循環流を、Ｆダンパ５０を開にすることで更に強くすることが可能となる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。まず、冷蔵温度帯及び冷凍温度帯の貯蔵室と、該冷凍温度帯の貯蔵室の後方に設けた冷却器室と、前記冷却器室内に設けられ冷媒が通る冷媒パイプを有する冷却器と、前記冷却器室から前記貯蔵室へ冷気を送風する送風機と、前記冷却器の下方に設けた発熱部と、前記冷凍温度帯の貯蔵室へ送風した冷気を前記冷却器室へ戻す冷凍温度帯室冷気戻り口と、を備えた冷蔵庫において、前記冷凍温度帯室冷気戻り口は前記発熱部よりも上方に設け、前記冷媒パイプは前記発熱部の上方投影面よりも前方及び後方にそれぞれ位置するように間隔をあけて配置する。

これにより、発熱部（除霜ヒータ）で加熱された空気の上昇流を強くすることができるので、冷却器の隣接する冷媒パイプ間に流れて除霜が促進され、除霜時間を短縮することができる。また、この上昇流により冷凍温度帯室内では下降流が発生するので、冷却器と冷凍温度帯室を流れる循環流が形成され、冷凍温度帯室冷気戻り口が発熱部よりも上にある場合であっても、加熱空気の上昇流が直接冷凍温度帯室冷気戻り口から流出することが抑制でき、冷凍温度帯室の熱負荷増加防止に役立つ。

次に、前記冷却器収納室の前面壁（冷却器カバー６２）と前記冷媒パイプの外径端との距離は前記発熱部の幅よりも大きい。これにより、冷却器カバー６２の冷却器側壁面に対向する冷媒パイプ外表面との間を、除霜ヒータで加熱された空気の上昇流を強くすることができるので除霜が促進され、除霜時間を短縮することができ、省エネルギー効果が得られる。

次に、前記冷却器収納室の背面壁（庫内側背面壁６５）と前記冷媒パイプの外径端との距離は前記発熱部の幅よりも大きい。これにより、庫内側背面壁６５に対向する冷媒パイプ外表面との間を除霜ヒータで加熱された空気の上昇流を強くすることができるので、除霜が促進され、除霜時間を短縮することができ、省エネルギー効果が得られる。

次に、冷気風路を開閉することで前記冷凍温度帯の貯蔵室への冷気の供給量を制御する冷気制御手段を備え、前記送風機を停止した状態で前記発熱部を発熱させて、前記冷気制御手段は前記冷気風路を開とする。これにより、除霜ヒータの加熱による空気の上昇流を冷凍温度帯室内に流入させ、冷凍温度帯室冷気戻り口に向かって下降する循環流を更に形成し易くする。よって、省エネルギー効果が得られる。

次に、前記発熱部の上方且つ前記冷却器収納室と前記貯蔵室の間に下方が開口して前記発熱部で加熱された空気が流入する空間を有する。これにより、冷却器下部の着霜量が多い除霜開始直後では、霜による通風抵抗が大きくなり易く、除霜ヒータで加熱されて生じる上昇流が冷凍室冷気戻り口から流出し易くなるため、加熱空気流入空間を設けることにより冷凍室への熱負荷増加を抑制する。

１ 冷蔵庫
２ 冷蔵室
４ 上段冷凍室
５ 下段冷凍室
７ 冷却器
８ 冷却器収納室
９ 庫内ファン（送風機）
１１ 冷蔵室送風ダクト
１２ 上段冷凍室送風ダクト
１３ 下段冷凍室送風ダクト
１７ 冷凍温度帯室冷気戻り口
２０ 冷蔵室ダンパ（Ｒダンパ，冷気制御手段）
２２ 除霜ヒータ（発熱部）
４１ 除霜センサ
４２ 温度ヒューズ
４３ 除霜水滴下防止部
４４，５９ ガラス管
４５ 金属フィン（放熱フィン）
５０ 冷凍室ダンパ（Ｆダンパ，冷気制御手段）
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 冷凍室吐出口
５２ 霜
５３ 除霜水
５４ａ，５４ｂ 冷媒パイプ
５５ 上昇流
５６ 冷凍室冷気戻り口１７の方向への流れ
５８ 冷凍温度帯室背面部材
６０，６１ バイパス風路
６３ 下降流
６４ 加熱空気流入空間
６５ 庫内側背面壁
６６ 除霜促進部
６７ 伝熱経路

Claims (2)

1. 冷蔵温度帯及び冷凍温度帯の貯蔵室と、該冷凍温度帯の貯蔵室の後方に設けた冷却器収納室と、前記冷却器収納室内に設けられ冷媒が通る冷媒パイプを有する冷却器と、前記冷却器収納室から前記貯蔵室へ冷気を送風する送風機と、前記冷却器の下方に設けた発熱部と、前記冷凍温度帯の貯蔵室へ送風した冷気を前記冷却器収納室へ戻す冷凍温度帯室冷気戻り口と、冷気風路を開閉することで前記冷蔵温度帯の貯蔵室及び冷凍温度帯の貯蔵室への冷気の供給量を制御する冷気制御手段と、を備えた冷蔵庫において、
   前記冷凍温度帯室冷気戻り口は前記発熱部よりも上方に設け、前記冷媒パイプは前記発熱部の上方投影面よりも前方及び後方にそれぞれ位置するように間隔をあけて配置して、
   前記送風機を運転した状態で前記発熱部を発熱させて、前記冷気制御手段は前記冷蔵温度帯の貯蔵室への前記冷気風路を開、前記冷凍温度帯の貯蔵室への前記冷気風路を閉として、
   前記送風機を停止した状態で前記発熱部を発熱させて、前記冷気制御手段は前記冷蔵温度帯の貯蔵室への前記冷気風路を閉、前記冷凍温度帯の貯蔵室への前記冷気風路を開とすることを特徴とする冷蔵庫。
2. 前方及び後方の前記冷媒パイプの外表面間の水平距離Ａ１は、前記発熱部の直径Ｃよりも大きく、前方及び後方の前記冷媒パイプの周囲に成長した霜の外表面間距離Ｇは、前記発熱部の直径Ｃよりも大きいことを特徴とする、請求項１記載の冷蔵庫。

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