JP6998509B2

JP6998509B2 - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP6998509B2
Application number: JP2018019716A
Authority: JP
Inventors: 寿和境; 克則堀井
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2038-02-07
Also published as: JP2019138495A

Description

本発明は冷蔵庫に関する。

蒸発器に付着した霜を融解する除霜機能を備える冷蔵庫が知られている。除霜機能は、蒸発器の下方に除霜ヒータを設け、この除霜ヒータに通電することで実現することが一般的である。一方、特許文献１には、圧縮機の出口と、蒸発器に配設される除霜パイプとを接続する経路を設け、圧縮機から吐出される高温の冷媒を除霜パイプに供給して除霜を行う冷蔵庫が開示されている。特許文献１の冷蔵庫は、圧縮機の熱を除霜に利用できる。

特開昭５８－０２４７７４号公報

特許文献１の構成では、除霜時に三方弁を用いて冷媒の流路を除霜パイプに切り換えるが、三方弁を流れる冷媒の流速が速いため、三方弁において音が発生する。冷蔵庫の近くのユーザは、この音を不快に感じる。

そこで本発明は、圧縮機の熱を除霜に利用しつつ、ユーザが不快に感じる音の発生を抑制する冷蔵庫を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明が提供する冷蔵庫は、圧縮機、第１の凝縮器、第２の凝縮器、蒸発器とを少なくとも備え、前記圧縮機から前記第１の凝縮器に冷媒が供給される冷凍サイクルを有する冷蔵庫であって、前記冷凍サイクルは、前記第１の凝縮器の下流側で、冷気を生成するために冷媒を前記蒸発器に供給する冷却経路と、冷媒を加熱し、加熱した冷媒を前記蒸発器に供給することで除霜を行う除霜経路とに分岐し、前記冷却経路において、冷媒は、前記第２の凝縮器を通過したうえで前記蒸発器に供給され、前記除霜経路を流れる冷媒は、前記圧縮機から前記第１の凝縮器に冷媒が供給される経路と熱交換することで加熱され、前記除霜経路において、蓄冷剤と蒸発機構とで構成される蓄冷器が、前記冷蔵庫の貯蔵室の近傍、かつ、前記蒸発器の下流側に設けられ、前記除霜経路において前記蒸発器から吐出した冷媒は、前記蓄冷器において蒸発し、さらに前記蓄冷器から吐出した冷媒は、加熱されて前記圧縮機に戻ることを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機の熱を除霜に利用しつつ、ユーザが不快に感じる音の発生を抑制できる。

冷蔵庫１００の縦断面を示す図である。冷蔵庫１００の冷凍サイクルを示す図である。除霜モードにおける冷蔵庫１００の動作を示す図である。冷蔵庫１００が実行する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
（実施形態）
図１は、冷蔵庫１００の縦断面を示す図である。冷蔵庫１００は、冷蔵室１０１、冷蔵室１０１の下部に設けられた冷凍室１０２、冷蔵庫１００の上部に設けられた第１の機械室１０３、冷蔵庫１００の下部に設けられた第２の機械室１０４とを有する。また、冷蔵庫１００は、冷凍サイクルを構成する部品として、第１の機械室１０３に収容されている圧縮機１０５、冷凍室１０２の背面に収容されている蒸発器１０６、第２の機械室１０４に収容されている第１の凝縮器１０７を有する。

第２の機械室１０４は、隔壁１０８によって２つの区画に分割されている。隔壁１０８には、第１の凝縮器１０７を空冷するファン１０９が設けられている。ファン１０９の風上側に第１の凝縮器１０７が収容されていて、ファン１０９の風下側に蒸発皿１１０が収容されている。

冷凍室１０２には、蒸発器１０６が生成する冷気を冷蔵室１０１と冷凍室１０２に供給する冷却ファン１１１、冷凍室１０２に供給される冷気を遮断するための冷凍室ダンパー１１２が収容されている。また、冷蔵室１０１には、冷蔵室１０１に冷気を供給するダクト１１３、冷蔵室１０１に供給される冷気を遮断するための冷蔵室ダンパー１１４が収容されている。また、冷凍室１０２には、蒸発器１０６の温度を検出するための温度センサ１１５が収容されている。

また、冷凍室１０２の上部の壁（冷凍室１０２と冷蔵室１０１の仕切り壁）には、蓄冷器１１６が埋設されている。蓄冷器１１６は、融点が－２１℃～－３１℃の蓄冷剤と蒸発機構とで構成される。蓄冷器１１６は、後述の除霜経路において、凝縮した冷媒を気化し、更に冷媒が気化した際の冷却エネルギーを貯留する。

なお、図１で説明した構成の他に、冷蔵庫１００は、除霜ヒータ２００や図２で説明する冷凍サイクルを構成する部品を収容している。

次に図２を用いて、冷蔵庫１００の冷凍サイクルを説明する。圧縮機１０５から吐出された冷媒は、第１の凝縮器１０７で外気と熱交換を行い、一部の気体を残して凝縮する。第１の凝縮器１０７を通過した冷媒は、ドライバ２０１によって水分が除去され、流路切り換えバルブ２０２に流入する。流路切り換えバルブ２０２に流入する冷媒は、液相冷媒と気相冷媒が混在する状態である。流路切り換えバルブ２０２によって、冷媒の流路は、冷却経路と除霜経路とに分岐する。冷却経路は、冷気を生成するために冷媒を蒸発器１０６に供給する経路である。一方、除霜経路は、冷媒を加熱し、加熱した冷媒を蒸発器１０６に供給することで除霜を行う経路である。

まず、冷却経路について説明する。冷却経路は、流路切り換えバルブ２０２から第２の凝縮器２０３に冷媒が流れる経路である。第２の凝縮器２０３は、冷蔵庫１００の扉（冷蔵室１０１の扉と冷凍室１０２の扉のいずれか、又は、両方）に這わされている。第２の凝縮器２０３を通過する冷媒は、外部に放熱することで冷蔵庫１００の扉を温め、冷蔵庫１００の扉で結露が発生することを防止する。第２の凝縮器２０３を通過して液化した冷媒は、第１の絞り２０４によって減圧され、蒸発器１０６で蒸発する。冷媒が蒸発器１０６で蒸発することで冷気が生成され、この冷気が冷蔵室１０１と冷凍室１０２の冷却に利用される。なお、第２の凝縮器２０３と第１の絞り２０４との間には、二方弁２０５が設けられている。蒸発器１０６を通過した冷媒は、第１の吸入管２０６を介して圧縮機１０５に戻る。

次に、除霜経路について説明する。除霜経路は、流路切り換えバルブ２０２から第２の絞り２０７に冷媒が流れる経路である。冷媒は第２の絞り２０７によって減圧され、第２の絞り２０７を通過した冷媒は、第１の熱交換部２０８において、圧縮機１０５から第１の凝縮器１０７に冷媒が供給される経路と熱交換することで加熱され、気化する。そして、蒸発器１０６に供給された冷媒が蒸発器１０６を加熱することで、蒸発器１０６の除霜が実現される。

なお、第２の絞り２０７から吐出された冷媒が流れる配管を、圧縮機１０５から第１の凝縮器１０７に冷媒が供給される配管の一部と例えば１ｍ～２ｍ程度はんだ付けすることで、第１の熱交換部２０８が形成される。また、第１の熱交換部２０８を冷蔵庫１００の筐体の外壁面に形成することで、筐体の顕熱を、除霜経路における冷媒の加熱に利用できる。

また、冷媒が第１の凝縮器１０７を通過することで、冷媒の一部が液化して冷媒の体積が減少し、流路切り換えバルブ２０２を流れる冷媒の流速が遅くなる。圧縮機１０５から吐出された、流速が速い気相冷媒がそのまま流路切り換えバルブ２０２を流れる訳ではないため、ユーザが不快に感じる音が流路切り換えバルブ２０２から発生することを抑制できる。

除霜経路について引き続き説明する。蒸発器１０６を加熱しながら凝縮した冷媒は、第３の絞り２０９によって再度減圧され、蓄冷器１１６の蒸発機構によって蒸発する。蓄冷器１１６を通過した冷媒は、第２の吸入管２１０を介して圧縮機１０５に戻る。第２の吸入管２１０を流れる冷媒は、第２の熱交換部２１１において、第１の熱交換部２０８の下流側、かつ、蒸発器１０６の上流側にあたる蒸発経路の一部と熱交換することで加熱される。第２の吸入管２１０を流れる気相冷媒を第２の熱交換部２１１において加熱することで、外気に曝される圧縮機１０５の近傍で第２の吸入管２１０が結露することを抑制できる。なお、冷媒が蓄冷器１１６の蒸発機構によって蒸発する際に発生する冷却エネルギーは蓄冷剤に貯留され、除霜完了後に冷凍室１０２の冷却に利用される。

本実施形態では、蓄冷器１１６を冷凍室１０２の上部の壁に埋設すると説明したが、これは、蓄冷器１１６の蓄冷剤が凝固しないようにするためである。一般的に冷凍室１０２の温度設定をより低温に設定すると、冷凍室１０２は－２２℃～－２５℃になる。一方、冷凍室１０２の上部の壁は冷凍室１０２の中心の温度よりも５℃～１０℃程度高い。従って、蓄冷器１１６を冷凍室１０２の上部の壁に埋設することで、冷凍室１０２の温度設定をより低温に設定した場合であっても、蓄冷器１１６の蓄冷剤が凝固することを防止できる。なお、蓄冷器１１６の蓄冷剤が凝固することを防止できれば、蓄冷器１１６を埋設する場所は冷凍室１０２の上部の壁に限らず、冷凍室１０２の近傍の他の場所であっても良い。また、蓄冷器１１６は、冷凍室１０２とは異なる他の貯蔵室、例えば冷蔵室１０１の近傍に埋設しても良い。

次に図３を用いて、蒸発器１０６の除霜を行う除霜モードにおける、冷蔵庫１００の動作を説明する。図３は、左から右に進むにつれて時間の経過が進むことを示す。

圧縮機１０５の「ＯＮ」は、圧縮機１０５が動作していることを示す。また、圧縮機１０５の「ＯＦＦ」は、圧縮機１０５が停止していることを示す。

流路切り換えバルブ２０２の「冷却」は、流路切り換えバルブ２０２から冷却経路への流路が開放され、流路切り換えバルブ２０２から除霜経路への流路が閉塞されていることを示す。また、流路切り換えバルブ２０２の「除霜」は、流路切り換えバルブ２０２から除霜経路への流路が開放され、流路切り換えバルブ２０２から冷却経路への流路が閉塞されていることを示す。また、流路切り換えバルブ２０２の「全閉」は、流路切り換えバルブ２０２から冷却経路への流路、及び、流路切り換えバルブ２０２から除霜経路への流路の両方が閉塞されていることを示す。

二方弁２０５の「開放」は、二方弁２０５が開放されていることを示す。また、二方弁２０５の「閉塞」は、二方弁２０５が閉塞されていることを示す。

冷却ファン１１１の「ＯＮ」は、冷却ファン１１１が動作していることを示す。また、冷却ファン１１１の「ＯＦＦ」は、冷却ファン１１１が停止していることを示す。

冷凍室ダンパー１１２の「開放」は、冷凍室ダンパー１１２が開放されていることを示す。また、冷凍室ダンパー１１２の「閉塞」は、冷凍室ダンパー１１２が閉塞されていることを示す。

冷蔵室ダンパー１１４の「開放」は、冷蔵室ダンパー１１４が開放されていることを示す。また、冷蔵室ダンパー１１４の「閉塞」は、冷蔵室ダンパー１１４が閉塞されていることを示す。

除霜ヒータ２００の「ＯＮ」は、除霜ヒータが通電され、除霜ヒータによる除霜が行われていることを示す。一方、除霜ヒータ２００の「ＯＦＦ」は、除霜ヒータへの通電が停止し、除霜ヒータによる除霜が行われていないことを示す。

タイミングＴ１は、圧縮機１０５の運転時間の累積が所定時間に達したタイミングである。タイミングＴ１において、冷蔵庫１００は、通常の冷却モードから除霜モードに移行する。除霜によって冷凍室１０２の温度が上昇することが想定されるため、冷蔵庫１００は、冷凍室ダンパー１１２をしばらくの間開放することで、除霜を開始する前に冷凍室１０２の温度を低下させる。

次にタイミングＴ２において、流路切り換えバルブ２０２の状態が「冷却」から「除霜」に切り換わる。タイミングＴ２において冷媒の流路が冷却経路から除霜経路に切り換わることで、加熱された冷媒が蒸発器１０６に供給されるようになり、蒸発器１０６の除霜が開始される。除霜経路による除霜は、蒸発器１０６の上側で行われる。蒸発器１０６の下側の除霜は、後述する除霜ヒータ２００によって行われる。

また、タイミングＴ２において、二方弁２０５の状態が「開放」から「閉塞」に切り換わる。タイミングＴ２において二方弁２０５を閉塞することで、蒸発器１０６による冷気の生成が停止した状態で除霜が開始されることになり、除霜の効率が向上する。また、タイミングＴ２において、冷凍室ダンパー１１２の状態が「開放」から「閉塞」に切り換わり、冷蔵室ダンパー１１４の状態が「閉塞」から「開放」に切り換わる。これは、冷蔵室１０１の内部の空気を循環させながら蒸発器１０６を空気側からも加熱することで、蒸発器１０６の配管に残留する冷媒を蒸発させて圧縮機１０５に戻すためである。

次にタイミングＴ３において、冷却ファン１１１の状態が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り換わり、冷蔵室ダンパー１１４の状態が「開放」から「閉塞」に切り換わる。蔵室ダンパー１１４を閉塞し、かつ、冷却ファン１１１を停止するのは、蒸発器１０６の配管に残留する冷媒が蒸発し、蒸発器１０６の温度が冷蔵室１０１の空気温度に近づいて熱交換が困難になるからである。

次にタイミングＴ４において、冷凍室ダンパー１１２の状態が「閉塞」から「開放」に切り換わり、除霜ヒータ２００の状態が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り換わる。除霜ヒータ２００への通電が開始されることで、蒸発器１０６の下側の除霜が開始される。

タイミングＴ５は、温度センサ１１５が検知する温度が所定の温度に達したタイミングであり、蒸発器１０６の除霜が完了したと冷蔵庫１００が判断するタイミングである。タイミングＴ５において、流路切り換えバルブ２０２の状態が「除霜」から「冷却」に切り換わり、除霜ヒータ２００の状態が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り換わる。タイミングＴ５において、二方弁２０５を閉塞したまま流路切り換えバルブ２０２の状態を「除霜」から「冷却」に切り換えるのは、流路切り換えバルブ２０２を通過する冷媒の流速を抑え、ユーザが不快に感じる音が発生することを抑制するためである。

次にタイミングＴ６において、二方弁２０５の状態が「閉塞」から「開放」に切り換わり、冷却ファン１１１の状態が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り換わり、冷蔵室ダンパー１１４の状態が「閉塞」から「開放」に切り換わる。タイミングＴ６において、冷蔵庫１００は除霜モードから冷却モードに移行する。

図３に示す通り、冷蔵庫１００は、圧縮機１０５を動作させたまま除霜モードから冷却モードに移行する。もし、冷蔵庫１００が除霜モードから冷却モードに移行した直後に圧縮機１０５を停止すると、高圧の冷媒が蓄冷器１１６に流入し、蓄冷器１１６に貯留した冷却エネルギーが失われてしまう。冷蔵庫１００は、圧縮機１０５を動作させたまま除霜モードから冷却モードに移行することで、高圧の冷媒が蓄冷器１１６に流入することを防止できる。

次に、冷蔵庫１００が実行する処理を、図４のフローチャートに示す。図４のフローチャートに示す各ステップは、冷蔵庫１００のＣＰＵが冷蔵庫１００のＲＯＭ等のメモリに格納された制御プログラムを実行することによって実現される。なお、ＣＰＵやＲＯＭは図１には図示されていないが、ＣＰＵやＲＯＭで構成される制御コントローラが冷蔵庫１００の天面に収容されている。

ステップ４０１において、ＣＰＵは、除霜を行うか否かを判定する。本実施形態では、圧縮機１０５の運転時間の累積が所定時間に達した場合に、除霜を行うとＣＰＵが判定し、処理はステップ４０２に進む。

次にステップ４０２において、ＣＰＵは、冷媒の流路を除霜経路に切り換える。ＣＰＵは、冷媒の流路を冷却経路から除霜経路に切り換えるように流路切り換えバルブ２０２を制御する。冷媒の流路が除霜経路に切り換わることで、第１の熱交換部２０８で加熱された冷媒が蒸発器１０６に供給されるようになり、蒸発器１０６の除霜が行われる。なお、除霜経路による除霜は、蒸発器１０６の上側を中心に行われる。

次にステップ４０３において、ＣＰＵは、除霜ヒータ２００の動作を開始する。ＣＰＵが除霜ヒータ２００への通電を開始することで、蒸発器１０６の除霜が行われる。なお、除霜ヒータ２００による除霜は、蒸発器１０６の下側を中心に行われる。

次にステップ４０４において、ＣＰＵは、除霜が完了したか否かを判定する。本実施形態では、温度センサ１１５が検知する温度が所定の温度に達した場合に、除霜が完了したとＣＰＵが判定し、処理はステップ４０５に進む。

次にステップ４０５において、ＣＰＵは、冷媒の流路を冷却経路に戻し、また、除霜ヒータ２００の動作を停止する。ＣＰＵは、冷媒の流路を除霜経路から冷却経路に切り換えるように流路切り換えバルブ２０２を制御する。また、ＣＰＵは、除霜ヒータ２００への通電を停止する。

本実施形態では、１つのＣＰＵが図４のフローチャートに示す各ステップが実現されると説明したが、複数のＣＰＵが協働することで実現される構成にしても良い。また、図３で説明した各タイミングの動作も、冷蔵庫１００のＣＰＵが冷蔵庫１００のＲＯＭ等のメモリに格納された制御プログラムを実行することによって実現される。

本実施形態によれば、除霜経路を流れる冷媒が、第１の熱交換部２０８において圧縮機１０５から吐出された高温の冷媒によって加熱されるため、圧縮機１０５の熱を除霜に利用できる。圧縮機１０５の熱を除霜に利用することで、除霜ヒータ２００に通電する時間を短縮できるため、除霜時の冷蔵庫１００の消費電力を低減できる。また、圧縮機１０５から吐出された冷媒がそのまま流路切り換えバルブ２０２を流れる訳ではないため、ユーザが不快に感じる音が流路切り換えバルブ２０２から発生することを抑制できる。

本発明は、家庭用の冷蔵庫や冷凍庫、業務用の冷蔵庫や冷凍庫に適用できる。

１００冷蔵庫
１０５圧縮機
１０６蒸発器
１０７第１の凝縮器
１１６蓄冷器
２００除霜ヒータ
２０２流路切り換えバルブ
２０８第１の熱交換部

Claims

圧縮機、第１の凝縮器、第２の凝縮器、蒸発器とを少なくとも備え、前記圧縮機から前記第１の凝縮器に冷媒が供給される冷凍サイクルを有する冷蔵庫であって、
前記冷凍サイクルは、前記第１の凝縮器の下流側で、冷気を生成するために冷媒を前記蒸発器に供給する冷却経路と、冷媒を加熱し、加熱した冷媒を前記蒸発器に供給することで除霜を行う除霜経路とに分岐し、
前記冷却経路において、冷媒は、前記第２の凝縮器を通過したうえで前記蒸発器に供給され、
前記除霜経路を流れる冷媒は、前記圧縮機から前記第１の凝縮器に冷媒が供給される経路と熱交換することで加熱され、
前記除霜経路において、蓄冷剤と蒸発機構とで構成される蓄冷器が、前記冷蔵庫の貯蔵室の近傍、かつ、前記蒸発器の下流側に設けられ、
前記除霜経路において前記蒸発器から吐出した冷媒は、前記蓄冷器において蒸発し、さらに前記蓄冷器から吐出した冷媒は、加熱されて前記圧縮機に戻ることを特徴とする冷蔵庫。
前記除霜経路において前記蓄冷器から吐出した冷媒は、前記除霜経路における前記蒸発器に冷媒を供給する経路と熱交換することで加熱されることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
除霜を行う場合に、前記冷蔵庫は、冷媒が流れる流路を前記冷却経路から前記除霜経路に切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載の冷蔵庫。
除霜が完了した場合に、前記冷蔵庫は、冷媒が流れる流路を前記除霜経路から前記冷却経路に戻すことを特徴とする請求項３に記載の冷蔵庫。
冷媒が流れる流路が前記除霜経路に切り換えられた後に、前記冷蔵庫は、除霜ヒータの動作を開始することを特徴とする請求項３に記載の冷蔵庫。
除霜が完了した場合に、前記冷蔵庫は、冷媒が流れる流路を前記除霜経路から前記冷却経路に戻し、かつ、前記除霜ヒータの動作を停止することを特徴とする請求項５に記載の冷蔵庫。
除霜が完了した場合に、前記冷蔵庫は、前記圧縮機を動作させたまま、冷媒が流れる流路を前記除霜経路から前記冷却経路に戻すことを特徴とする請求項４又は６に記載の冷蔵庫。
前記貯蔵室は、冷凍室であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の冷蔵庫。