JP5909623B2 - 冷蔵庫 - Google Patents

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Description

本発明は省エネ効果の高い冷蔵庫に関するものである。
図7は、従来の冷蔵庫の冷凍室の基本構造の縦断面図である。
図7に示すように、冷蔵庫の箱体10は、外箱11と内箱13とによって形成される断熱壁中に配置される真空断熱材50、52、53、55と、外箱11、内箱13および真空断熱材50、52、53、55を接着可能であり、それ自身に接着力を有するウレタン等の発泡断熱材12とを有して構成されている。
内箱10内には、図示しない野菜室やチルド室を有する設定温度10℃以下の冷蔵温度室14と、製氷室や急冷凍室を有する設定温度−16℃から−30℃程度の冷凍温度室15とが設けられており、各室の間は前仕切り16や仕切壁17により区画されている。
冷蔵温度室14の開口前面には、この開口前面を開閉可能に閉塞する扉体30を備えている。この扉体30は、外箱31と内箱33とによって形成される断熱壁中に設置された真空断熱材52と、外箱31、内箱33および真空断熱材50と接着可能であり、それ自身に接着力を有するウレタン等の発泡断熱材32とを有して構成されている。
冷凍温度室15の開口前面には、この開口前面を開閉可能に閉塞する扉体35を備えている。この扉体35は、外箱36と内箱38とによって形成される断熱壁中に設置された真空断熱材54と、外箱36、内箱38および真空断熱材54と接着可能であり、それ自身に接着力を有するウレタン等の発泡断熱材37を有して構成されている。
なお、図7では省略しているが、上記の各貯蔵室は独立した扉によって前面が閉塞されており、例えば、製氷室と急冷凍室との間は前仕切16に相当する部材によって仕切られ、この前仕切16相当部材によって扉体を受ける構成としている。また、温度帯の異なる貯蔵室の間は、仕切壁17に相当する部材によって仕切られており、仕切壁17相当部材は断熱構造を有している。
また、冷凍温度室15の下部には断熱壁を介して下部機械室が構成されており、圧縮機40が設置されている。
これらの真空断熱材50、52、52、53、54、55は、発泡断熱材12、32、37より高い断熱性能が実現可能であり、例えば、箱体10側の発泡断熱材12の熱伝導率が0.016W/mK程度、扉体側の発泡断熱材32、37の熱伝導率が0.018W/mK程度であるのに対し、真空断熱材50、52、52、53、54、55の熱伝導率は0.002W/mKから0.003W/mK程度とすることができる。
したがって、熱漏洩の生ずる断熱壁面積を一定と仮定すれば、ウレタン等の発泡断熱材のみで形成した断熱壁厚さの約1/5から1/9程度の厚さ寸法を有する真空断熱材を使用すれば、断熱壁からの熱漏洩量を同等に設定できるということになる。
なお、真空断熱材50、52、52、53、54、55は、図7に示すように、冷蔵温度室14周囲の断熱壁内および冷凍温度室15周囲の断熱壁内の各面に設置している。
これらの真空断熱材は、冷蔵庫の庫内温度と箱体外表面周囲温度との温度差の大きい部分ほど、外箱11と内箱13とによって形成される断熱壁体積に占める真空断熱材の体積率を大きく設定してある。
例えば、冷蔵温度室14周囲の断熱壁面積と冷凍温度室15周囲の断熱壁面積とを同一面積と仮定し、冷蔵温度室14周囲の断熱壁厚さTr内に設置される真空断熱材50、52、52の厚さをtr寸法とし、冷凍温度室16周囲の断熱壁厚さTf内に設置する真空断熱材53、54、55の厚さをtf寸法とすると、
tf/Tf>tr/Tr
となるように構成してある。
つまり、庫内の温度と箱体外表面周囲温度との温度差の大きい部分ほど、外箱11と内箱13とによって形成される断熱壁体積に占める真空断熱材の体積率を大きく設定してある。
このように、庫内温度と箱体外表面周囲温度との温度差の大きい部分ほど、外箱と内箱とによって形成される断熱壁体積に占める真空断熱材の体積率を大きく設定することで省エネ運転を促進でき、全体として省エネ性が向上する冷蔵庫を提供することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−189207号公報
しかしながら、上記従来の構成は、外気と外箱表面とで熱交換して吸熱した熱を、いかに断熱性を高めて庫内へ到達させないかに特化しており、外箱表面で外気との熱交換、すなわち外箱表面から吸熱量そのものを低減する配慮がなされていない。特に、冷蔵庫下部に構成されている下部機械室内に設置された凝縮器は冷却運転中に外気より高温になるために空冷ファンによって空冷されるが、その際の排気が、外箱表面に沿って上方へ流れる。その高温の上昇気流が外箱表面と熱交換するため、外箱表面からの吸熱量は大きい。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、外箱表面での熱交換を抑制して吸熱量を低減することで、冷却効率を向上させ、消費電力量を低減した冷蔵庫を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明の冷蔵庫は、内箱と外箱で構成され、前記内箱と前記外箱との間に断熱材を備えた断熱箱体と、前記断熱箱体の下部に構成された下部機械室と、前記下部機械室内の設置された凝縮器と、前記凝縮器を空冷する空冷ファンと、前記断熱箱体の開口部前面を開閉する断熱扉と、前記断熱箱体と前記断熱扉とで形成される異なった複数の温度帯の貯蔵室とを備えて、運転中に外気より高温となる前記凝縮器を前記空冷ファンによって空冷し、高温となった排気が流通する前記断熱箱体の前記外箱
表面に、高温の排気からの吸熱を抑制する吸熱抑制形状を設けたもので、前記吸熱抑制形状は、前記断熱箱体の前記外箱底部表面と、冷却器が配設された冷却室と対向する外箱表面に、外気側に向かって凸形状を有し、下部機械室内の前記空冷ファンの作動で生じる負圧により生じる上方の流れと垂直となる幅方向に前記凸形状を設け、上昇気流の下流において、流速が遅くなる領域を発生させ、熱伝達率を減少させたものである。
これによって、外箱表面からの吸熱量を低減することができる。
本発明の冷蔵庫は、外箱表面からの吸熱量を低減することで、冷却効率を向上させ、消
費電力量を低減した冷蔵庫を提供できる。
本発明の実施の形態1における冷蔵庫の縦断面図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の冷凍室断面図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の冷却室拡大断面図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の外箱表面の凸形状拡大断面図 本発明の実施の形態1における冷蔵庫の外箱表面の凸形状の寸法を示す拡大断面図 本発明の実施の形態2における冷蔵庫の冷凍室の下部拡大断面図 従来の冷蔵庫の冷凍室の断面図
請求項1に記載の発明は、内箱と外箱で構成され、前記内箱と前記外箱との間に断熱材を備えた断熱箱体と、前記断熱箱体の下部に構成された下部機械室と、前記下部機械室内の設置された凝縮器と、前記凝縮器を空冷する空冷ファンと、前記断熱箱体の開口部前面を開閉する断熱扉と、前記断熱箱体と前記断熱扉とで形成される異なった複数の温度帯の貯蔵室とを備えて、運転中に外気より高温となる前記凝縮器を前記空冷ファンによって空冷し、高温となった排気が流通する前記断熱箱体の前記外箱表面に、高温の排気からの吸熱を抑制する吸熱抑制形状を設けたもので、前記吸熱抑制形状は、前記断熱箱体の前記外箱底部表面と、冷却器が配設された冷却室と対向する外箱表面に、外気側に向かって凸形状を有し、下部機械室内の前記空冷ファンの作動で生じる負圧により生じる上方の流れと垂直となる幅方向に前記凸形状を設け、上昇気流の下流において、流速が遅くなる領域を発生させ、熱伝達率を減少させたことにより、外箱表面からの吸熱量を低減することができ、冷却効率を向上させ、消費電力量を低減した冷蔵庫を提供できる。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記凸形状は、前記断熱箱体の前記外箱表面の同一表面に複数形成するにより、凸形状の後方において流速が遅くなる領域をより多く発生させることができ、流速が遅くなった領域の熱伝達率は減少するため、外箱表面からの吸熱量を低減できることとなり、冷却効率を向上させ、その結果、消費電力量を低減することができる。
請求項に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記凸形状の少なくとも一部は、前記貯蔵室の中で最も設定温度が低い貯蔵室に対向する前記外箱表面に設けることで、より大きな吸熱量低減効果を得られることができ、冷却効率を向上させ、その結果、消費電力量を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例と同一構成については、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における冷蔵庫の縦断面図である。図2は、本発明の実施の形態1における冷蔵庫の冷凍室断面図である。図3は、本発明の実施の形態1における冷蔵庫の冷却室拡大断面図である。図4は、本発明の実施の形態1における冷蔵庫の外箱表面の凸形状拡大断面図である。図5は、本発明の実施の形態1における冷蔵庫の外箱表面の凸形状の寸法を示す拡大断面図である。
図1において、冷蔵庫100の断熱箱体101は、主に鋼板を用いた外箱102と、ABSなどの樹脂で成型された内箱103と、を備え、その内部には例えば硬質発泡ウレタンなどの発泡断熱材が充填されて、周囲と断熱され、複数の貯蔵室に区分されている。最上部に冷蔵室104、その冷蔵室104の下方に野菜室105、そして最下部に冷凍室106が配置される構成となっている。
各貯蔵室には、冷蔵庫本体に回転自在に枢支した断熱扉117、118、119によってその前面開口部を閉塞している。
冷蔵室104は冷蔵保存のために凍らない温度を下限に通常1℃〜5℃とし、野菜室105は冷蔵室104と同等もしくは若干高い温度設定の2℃〜7℃としている。冷凍室106は冷凍温度帯に設定されており、冷凍保存のために通常−22℃〜−15℃で設定されているが、冷凍保存状態の向上のために、例えば−30℃や−25℃の低温で設定されることもある。
断熱箱体101の最下部の冷凍室106の後方領域に下部機械室107を形成して、凝縮器108a、凝縮器108aを空冷するための空冷ファン108b、圧縮機(図示せず)、水分除去を行うドライヤ(図示せず)等の冷凍サイクルの高圧側構成部品が収容されている。
図2において、冷凍室106の背面には冷気を生成する冷却室109が設けられ、その間には、断熱性を有する各室への冷気の搬送風路と、各室と断熱区画するために構成された奥面仕切壁110とが構成されている。冷却室109内には、冷却器111が配設されており、冷却器111の上部空間には強制対流方式により冷却器111で冷却した冷気を冷蔵室104、野菜室105、冷凍室106に送風する冷却ファン112が配置され、冷却器111の下部空間には、冷却時に冷却器111やその周辺に付着する霜や氷を除霜するためのガラス管製のラジアントヒータ113が設けられ、さらにその下部には除霜時に生じる除霜水を受けとめ庫外に排水するためのドレンパン114が構成され、その下流側の庫外に蒸発皿116が構成されている。なお、本実施の形態では、冷凍サイクルの内部には可燃性冷媒であるイソブタンが封入されている。
奥面仕切壁110には冷却器111で生成された冷気を冷却ファン112によって冷凍室106へと供給するための冷気吐出口124と、冷気吐出口124の下方に、冷凍室106内を循環した冷気を冷却器111へ戻すための冷気吸込み口125と、を設けている。
また、冷凍室106内には引き出し機構に保持されて引き出されるとともに、食品類を貯蔵する収納ケースを配置している。本実施の形態では、冷凍室内には収納ケースは3つ配置している。具体的には、上段の収納ケース126、中段の収納ケース127、下段の収納ケース128を配置している。
断熱扉119の内面の端部には全周にわたり扉ガスケット121が設けられており(冷蔵室104、野菜室105においても同様に扉ガスケットが設けられている)、野菜室1
05と冷凍室106とを区切る外周を樹脂部で構成している仕切壁122の前面に設けた金属受け部材123と扉ガスケット121とを密着させて冷気が外部に漏れるのを防止している。
また、金属受け部材123には貯蔵室外側面に結露することを防止するために、金属受け部材123の貯蔵室内側面に密着するように放熱パイプ131を配設している。この放熱パイプ131は冷凍サイクル(図示せず)における高温冷媒パイプを利用しており、その熱によって金属受け部材123を高温に加温している。
図3および4において、冷却室109と対向する外箱102の表面には、凸形状129が、外気側に向かって、設けられている。具体的には、冷蔵庫の幅方向(図1の紙面の奥側から手前側に向かって)に、凸形状129が設けられている。なお、冷却室109と対向する外箱102の表面は、外箱102表面の一例である。
また、より具体的には、凸形状129は、冷蔵庫100の高さ方向(図3の上下方向)に対して、冷却室109と対向する外箱102表面に、一定の間隔(等ピッチ)をあけて、複数本設けられている。
また、凸形状129は、冷蔵庫の幅方向に連続的に設けている。
また、本実施の形態では、凸形状の詳細は、以下の通りである。図5に示すように、隣り合う凸形状129の間隔(A寸法)は45mm、凸形状129の幅寸法(B寸法)は5mm、凸形状129の高さ寸法(D寸法)は3mm、角度Eは120度である。
以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を説明する。
まず、下部機械室107周辺の外気の流れについて説明する。
一般的に冷蔵庫100は、キッチンなどの壁と背面側の外箱102との間に適切な空間を設けて設置される。冷蔵庫100内を冷却中、凝縮器108aおよび圧縮機の表面は外気温より高温となる。放熱性能を高めるために、空冷ファン108bによって凝縮器108aおよび圧縮機の表面を空冷する。凝縮器108aおよび圧縮機表面を空冷した後の高温の空気は、お客様が不快に感じないように図2および3の実線矢印で示すように冷蔵庫100の背面側に排気され、キッチンなどの壁と外箱102との間の空間を風路として、下部機械室107から冷却室109と対向する外箱102表面に沿って冷蔵庫100の上方へと流れていく。
それと同時に、空冷ファン108bの作動によって下部機械室107内が負圧になるため、図2および3の破線矢印で示すような冷蔵庫100の底部の外気が下部機械室107内に引き込まれ、キッチンなどの床面と外箱102の間の空間を風路として流れが生じる。
全体的に見ると、冷蔵庫100内を冷却中は、断熱扉119の下部から冷蔵庫100背面上方への大きな流れが発生している。
上記のように、凝縮器108aおよび圧縮機を空冷した後の高温の排気が冷却室109と対向する外箱102表面に沿って流れる際に、冷却室109と対向する外箱102表面が排気との熱交換により加温される。特に、冷却室109は蒸発器111を備えているため冷蔵庫100の中で最も低温であり、吸熱量が大きくなる。
さらに、冷蔵庫100内に一度に多量の商品を収納した場合など、急激に冷却能力が必要になる際には、同時に放熱能力も必要となるため凝縮器108aおよび圧縮機表面が更に高温となる。この時、空冷ファン108bの回転数を上昇させ、大風量により凝縮器108aおよび圧縮機表面を空冷するため、排気される空気は大風量かつ高温となるため、外箱102表面からの吸熱量が大きくなる。
しかしながら、本発明のように上昇気流と垂直になるように凸形状129を設けることで、図4の矢印に示すように、凸形状129の後方において流速が遅くなる領域を発生させることができ、流速が遅くなった領域の熱伝達率は減少するため、冷却室109と対向する外箱102表面からの吸熱量を抑制できることとなり、これによって、冷却効率を向上させ、その結果、消費電力量を低減することができる。
また、冷気の加温を抑制できることにより、冷気が低い温度のまま循環するため冷凍室106内全体の温度分布をより均一に保つことができる。
ここで、吸熱量の抑制に関して、詳細を述べる。
一般に、熱の通過量Qは、次式で表される。
Q=K*A*Δt K=1/(1/αo+1/αi+1/λ)
(Q:熱の通過量、A:熱通過面積、K:熱通過率、Δt:温度差、αo:外表面熱伝達率、αi:貯蔵室内面熱伝達率、λ:断熱壁熱伝導率(断熱材λ1と内箱樹脂λ2と外箱鋼板λ3の複合熱伝導率))
本実施の形態のように、冷却室109と対向する外箱102表面に凸形状を設けて、外箱102表面の形状を凹凸型にすることにより、凸形状直後の凹面で上昇気流の流通方向に対して外表面熱伝達率αoが小さくなり、Kが小さくなり、その結果、吸熱量を抑制できる。
以上のように、本実施の形態においては、内箱103と外箱102で構成され、内箱103と外箱102との間に断熱材を備えた断熱箱体101と、断熱箱体101の下部に構成された下部機械室107と、下部機械室107内の設置された凝縮器108aと、凝縮器108aを空冷する空冷ファン108bと、断熱箱体101の開口部前面を開閉する断熱扉119と、断熱箱体101と断熱扉119とで形成される異なった複数の温度帯の貯蔵室106とを備えて、運転中に外気より高温となる凝縮器108aを空冷ファン108bによって空冷し、高温となった排気が流通する断熱箱体101の外箱102表面に、高温の排気からの吸熱を抑制する凸形状129を設けたことにより、外箱102表面からの吸熱量を低減することができ、冷却効率を向上させ、消費電力量を低減した冷蔵庫を提供できる。
また、外箱102表面に外気側に向かって凸形状を有していることにより、複雑な加工を行うことなく、簡易な加工を行うだけで、凸形状129の後方において流速が遅くなる領域を発生させることができ、流速が遅くなった領域の熱伝達率は減少するため、外気からの吸熱量を抑制できることとなり、これによって、冷却効率を向上させ、その結果、消費電力量を低減することができる。
また、凸形状129を外箱102表面の同一表面に複数設けることにより、流速が遅くなる領域をより多く発生させることができ、外箱102表面からの吸熱量をより抑制できることとなり、冷却効率を向上させ、消費電力量を低減した冷蔵庫を提供できる。
また、凸形状129は外箱102表面と一体で形成していることにより、別部品は必要
なく、非常に安価でかつ組立工数も増加することはなく、外箱の剛性強度も向上できる。
また、凸形状129を、凝縮器108aを空冷ファン108bによって空冷し、高温となった排気が外箱102表面に最も早く到達する部分であり、かつ冷蔵庫100の中で最も温度が低い冷却室109と対向する外箱102表面に設けることで、最も温度差が生じる部分での吸熱量を抑制することができ、より一層冷却効率を高めることができる。
具体的には、図3に示すように、凸形状129の少なくとも一部は、冷却室109内の最下部に設けたドレンパン114の取り付け面(X部分)とラジアントヒータ113の設置位置(Y部分)との間に設けている。
すなわち、外箱102に沿ってほぼ平行に自然対流が流れ始める地点の近傍に凸形状129を設けている。
さらに、冷凍室106以外の貯蔵室に、例えば、冷蔵室104と対向する外箱102表面に、凸形状129を設けても、同様の効果を得ることができる。
なお、本実施の形態では、凸形状129は、外箱102の高さ方向に対して、一定の間隔(等ピッチ)をあけて設けたが、この間隔は不等ピッチとしてもよい。
なお、本実施の形態では、凸形状129は、冷蔵庫100の幅方向に連続的に設けているものとしたが、冷蔵庫100の幅方向において間欠的に設けたもの(すなわち、冷蔵庫100の幅方向において凸形状を設けていない箇所があるもの)でもよい。
なお、冷却手段としては、本実施の形態では、強制対流で冷却するものとしたが、自然対流で冷却するもの(いわゆる直冷式)としてもよい。
なお、本実施の形態で示した凸形状寸法は一例であり、本発明はこの寸法に限られるものではない。
(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2における冷蔵庫の下部拡大断面図である。
図6に示すように、冷蔵庫100の底部の外箱102表面に凸形状129を備えている。
以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を説明する。なお、実施の形態1と同様である動作・作用についての説明は省略する。
空冷ファン108bの作動によって下部機械室107内が負圧になるため、図6の破線矢印で示すような冷蔵庫100の底部の外気が下部機械室107内に引き込まれ、冷蔵庫100の底部の外箱102に沿った流れが生じる。外箱102表面に流れと垂直となる方向に凸形状129を設けることにより、凸形状129の後方において流速が遅くなる領域を発生させることができ、流速が遅くなった領域の熱伝達率は減少するため、吸熱量を抑制できることとなり、これによって、冷却効率を向上させ、その結果、消費電力量を低減することができる。
また、冷気の加温を抑制できることにより、冷気が低い温度のまま循環するため冷凍室106内全体の温度分布をより均一に保つことができる。
また、外箱102表面に外気側に向かって凸形状を有していることにより、複雑な加工を行うことなく、簡易な加工を行うだけで、凸形状129の後方において流速が遅くなる領域を発生させることができ、流速が遅くなった領域の熱伝達率は減少するため、外気からの吸熱量を抑制できることとなり、これによって、冷却効率を向上させ、その結果、消費電力量を低減することができる。
また、凸形状129を外箱102表面の同一表面に複数設けることにより、流速が遅くなる領域をより多く発生させることができ、外箱102表面からの吸熱量をより抑制できることとなり、冷却効率を向上させ、消費電力量を低減した冷蔵庫を提供できる。
また、凸形状129は外箱102表面と一体で形成していることにより、別部品は必要なく、非常に安価でかつ組立工数も増加することはない。
なお、実施の形態1で示した外箱102に凸形状を設けることと、実施の形態2で示した外箱102に凸形状を設けることとを合わせることで、より一層、吸熱量を抑制できることとなり、冷却効率を向上させ、消費電力量をより一層低減した冷蔵庫を提供できる。
以上のように、本発明にかかる冷蔵庫は、家庭用又は業務用冷蔵庫もしくは野菜専用庫に対しても適用できる。
100 冷蔵庫
101 断熱箱体
102 外箱
103 内箱
106 冷凍室(貯蔵室)
107 下部機械室
108a 凝縮器
108b 空冷ファン
117、118、119 断熱扉
129 凸形状

Claims (3)

  1. 内箱と外箱で構成され、前記内箱と前記外箱との間に断熱材を備えた断熱箱体と、前記断熱箱体の下部に構成された下部機械室と、前記下部機械室内の設置された凝縮器と、前記凝縮器を空冷する空冷ファンと、前記断熱箱体の開口部前面を開閉する断熱扉と、前記断熱箱体と前記断熱扉とで形成される異なった複数の温度帯の貯蔵室とを備えて、運転中に外気より高温となる前記凝縮器を前記空冷ファンによって空冷し、高温となった排気が流通する前記断熱箱体の前記外箱表面に、高温の排気からの吸熱を抑制する吸熱抑制形状を設けたもので、前記吸熱抑制形状は、前記断熱箱体の前記外箱底部表面と、冷却器が配設された冷却室と対向する外箱表面に、外気側に向かって凸形状を有し、下部機械室内の前記空冷ファンの作動で生じる負圧により生じる上方の流れと垂直となる幅方向に前記凸形状を設け、上昇気流の下流において、流速が遅くなる領域を発生させ、熱伝達率を減少させた冷蔵庫。
  2. 前記凸形状は、前記断熱箱体の前記外箱表面の同一表面に複数形成している請求項1に記載の冷蔵庫。
  3. 前記凸形状の少なくとも一部は、前記貯蔵室の中で最も設定温度が低い貯蔵室と対向する前記外箱表面に設けた請求項1または2に記載の冷蔵庫。
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