(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、放熱手段と、減圧手段と、冷却器とを順次接続した冷媒回路と、複数の貯蔵室と、該複数の貯蔵室をそれぞれ隔てる仕切壁と、を有する冷蔵庫において、
前記放熱手段は、庫外への放熱を行う第一の放熱手段と、前記仕切壁を加熱する第二の放熱手段と、前記第一の放熱手段の下流で冷媒の流れを切り替える流路切替手段と、を備え、
前記圧縮機により圧縮された前記冷媒は、前記第一の放熱手段を流れ、
前記流路切替手段は、前記第二の放熱手段に流す第一の冷媒流路と、該第一の冷媒流路をバイパスさせる第二の冷媒流路と、のいずれかに流すように切り換え、
前記第一の冷媒流路及び前記第二の冷媒流路の内容積は前記第一の放熱手段の内容積よりも小さいことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
前記第一の放熱手段を流れる前記冷媒の温度は、所定範囲内で変化しないように流れた後、温度が次第に低下し始める変曲点を有するように流れることを特徴とする、請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記第一の冷媒流路に冷媒を流す第一のモードと、前記第二の冷媒流路に冷媒を流す第二のモードと、前記第一の冷媒流路と第二の冷媒流路のいずれにも冷媒を流さない第三のモードとを備え、
前記第一のモード又は前記第二のモードの少なくともいずれかを所定時間実施した場合、前記圧縮機稼働状態で前記第三のモードを実施することを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷蔵庫。
【請求項４】
温度及び湿度を検知する検知手段を備え、該検知手段によって検出される温度と湿度に応じて前記第一のモードの時間と前記第二のモードの時間を変化させることを特徴とする、請求項３に記載の冷蔵庫。
【請求項５】
前記第一の冷媒流路と前記第二の冷媒流路が合流した位置よりも下流であって、前記減圧手段の上流に冷媒流路開閉手段を設けたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷蔵庫。
【請求項６】
前記流路切換手段は前記冷蔵庫の貯蔵室外に設けた三方弁であって、該三方弁の開閉出口部を下部に位置するように配置したことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷蔵庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷蔵庫として、貯蔵室の開口縁部に結露防止配管を配置した冷蔵庫が知られている。冷蔵庫本体を構成する断熱箱体には、複数の貯蔵室が設けられ、貯蔵室前方の開口を開閉する断熱性の扉が取り付けられている。開口と扉との接触部、すなわち貯蔵室の開口縁部は、庫内の冷気により冷やされて、その表面は外気との温度差により結露が発生し易くなる。この結露発生現象を抑制するために、冷凍サイクルの放熱パイプを利用した結露防止配管が、貯蔵室の開口縁部に埋設してある。
【０００３】
特許文献１に記載の冷蔵庫では、複数に分割された凝縮器の途中に切換え弁を設けて結露防止配管を効率良く加熱し、更に冷凍サイクルの冷媒不足現象を引き起こすことなく結露防止配管をバイパスさせる手段を備えて消費電力量の低減を図っている。
【０００４】
また、結露防止配管に冷媒を流通させる加熱モードと、結露防止配管をバイパスさせて冷媒を流通させるモードのいずれかを、切換え弁によって切り換える構成が記載されている。結露防止配管への冷媒の流通を停止した際、結露防止配管内に残留する冷媒によって冷凍サイクル全体としての冷媒不足が発生する。それを回避する手段として、特許文献１では、結露防止配管を圧縮機と凝縮器との間に接続して、結露防止配管を気相域の冷媒で満たすことで、結露防止配管内に閉じ込められる冷媒量を少なくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７４７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の冷蔵庫では、圧縮機、第一凝縮器、結露防止配管、第二凝縮器、絞り、冷却器の順に接続されて冷凍サイクルが構成されている。結露防止配管では主に気相域での放熱を利用するために、第一凝縮器と第二凝縮器の間に結露防止配管を設けている。圧縮機から放出される冷媒ガスは、第一凝縮器、結露防止配管、第二凝縮器を通過する際に、外部に熱を放出して過熱ガス域（気相域）、気液二相域、液相域へと順番に相変化していく。
【０００７】
第一凝縮器は冷蔵庫背面側、第二凝縮器は冷蔵庫側面に設けた放熱パイプからそれぞれの壁面を介して外気に熱を放出する方式である。この構成において、例えば、第二凝縮器が設置されている冷蔵庫側壁付近に暖房器具（加熱源）が置かれた場合、第二凝縮器内の冷媒は外部の熱を吸熱して、冷媒の一部が気化してガス（気相）となる。
【０００８】
第二凝縮器を流出した冷媒は絞りを経て冷却器に流入するが、冷却器出入り口におけるエンタルピ差が小さくなるので結果的に吸熱量が少なくなり、庫内の冷却性能が悪化して消費電力量が増加する（図１１参照）。
【０００９】
特許文献１では、上記の課題に関する配慮が不十分である。
【００１０】
更に、第一凝縮器と第二凝縮器の間に、切換え弁を配置しているが、切換え弁内部の冷媒の状態は、気相域あるいは気液二相域になっているので、切換え弁を通過する際に冷媒流動音が発生する恐れがある。
【００１１】
また、切換え弁によって結露防止配管と、結露防止配管をバイパスさせる配管を切り換えているが、切換え弁からの冷媒漏れを一定量許容している。そのため、例えば、切換え弁を結露防止配管側に固定した場合、結露防止配管のバイパス側に冷媒が滞留するため、冷媒不足を引き起こすことがある。また、一般に冷凍サイクル内の配管に冷媒が滞留する場合、圧縮機吐出側に全閉機能を有する切換え弁で全閉状態にして、冷凍サイクル内の冷媒を回収することが行われている。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の冷凍サイクルの場合、結露防止配管とそれをバイパスする配管内に滞留する冷媒を、切換え装置によって切り換える度に回収すると、圧縮機の効率低下により消費電力量が増加してしまう恐れがある。
【００１３】
ここで、可燃性冷媒ガスを用いた強制循環方式の冷蔵庫における冷媒封入量は、日本では１００ｇと上限値が決められている。日本国内の冷蔵庫は電気部品が多く、また除霜時に電気ヒータ（一例として、ガラス管ヒータ）を用いているため、可燃性冷媒を用いる時の冷媒封入量の上限値が低く抑えられている。
【００１４】
一方、欧州の冷蔵庫では冷気自然対流式が多く、電気ヒータを用いずに霜を解かす製品が多いため、冷媒封入量の上限値が日本国内よりも多く、欧州のＩＥＣ規格で１５０ｇになっている。
【００１５】
日本国内の内容積４００〜５００Ｌクラスの冷蔵庫では、冷媒封入量は８０〜９０ｇ程度であるため、凝縮器側を切り換える冷凍サイクルの冷媒不足を解消するために、冷媒封入量を増やそうとしても既に上限値に近いため、冷媒不足を解消することは容易ではない。
【００１６】
そこで本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、冷媒配管を切り換える際に発生する配管内の残留冷媒による冷媒不足を解消して消費電力量の低減を図ることを目的とする。また、切換弁を冷媒が通過する際に発生する冷媒流動音を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求項の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、圧縮機と、放熱手段と、減圧手段と、冷却器とを順次接続した冷媒回路と、複数の貯蔵室と、該複数の貯蔵室をそれぞれ隔てる仕切壁と、を有する冷蔵庫において、前記放熱手段は、庫外への放熱を行う第一の放熱手段と、前記仕切壁を加熱する第二の放熱手段と、前記第一の放熱手段の下流で冷媒の流れを切り替える流路切替手段と、を備え、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒は、前記第一の放熱手段を流れ、前記流路切替手段は、前記第二の放熱手段に流す第一の冷媒流路と、該第一の冷媒流路をバイパスさせる第二の冷媒流路と、のいずれかに流すように切り換え、前記第一の冷媒流路及び前記第二の冷媒流路の内容積は前記第一の放熱手段の内容積よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、冷媒配管を切り換える際に発生する配管内の残留冷媒による冷媒不足を解消して消費電力量の低減を図ることができる。また、切換弁を冷媒が通過する際に発生する冷媒流動音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る冷蔵庫の正面外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷蔵庫の庫内断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る冷蔵庫の放熱器の配置図である。
【図５】本発明の実施形態に係る冷蔵庫の仕切壁の断面模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る冷蔵庫の機械室の内部構造を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係る冷蔵庫の機械室に機械室カバーを取り付けた状態の外観図である。
【図８】結露防止配管を切り換える場合の制御イメージを説明する図である。
【図９】本発明の実施形態に係る冷蔵庫の冷却運転の一例を示すタイムチャートである。
【図１０ａ】放熱器配管内部における冷媒の状態を模式的に表した図である。
【図１０ｂ】本発明の実施形態に係る放熱器配管内部における冷媒の状態を模式的に表した図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る冷蔵庫の運転状況を表すモリエル線図である。
【図１２ａ】三方弁の内部の冷媒の状態を模式的に示した図である。
【図１２ｂ】三方弁の内部の冷媒の状態を模式的に示した図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図である。
【図１４】図１３の他の実施形態における冷却運転の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る冷蔵庫の正面外観図である。図２は、本発明の実施形態に係る冷蔵庫の庫内断面図である。図１に示すように、本実施の形態例に係る冷蔵庫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。なお、製氷室３、上段冷凍室４は左右に並べて配置されている。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。以下では、冷蔵室扉２ａ、２ｂ、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、単に扉と呼ぶ場合がある。また、冷蔵庫１には各扉の開閉状態をそれぞれ検知する扉センサ（図示せず）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（図示せず）、冷蔵室２や冷凍室５の温度設定をする温度設定器（図示せず）等を備えている。扉２ａ、２ｂを回動可能に冷蔵庫１に固定する扉ヒンジが冷蔵庫上部に設けてあり、扉ヒンジは扉ヒンジカバー８０で覆われている。各貯蔵室のそれぞれの開口縁、すなわち図２に示す断熱性を有する仕切壁２８、２９、４０には、結露防止配管４３が埋設されている（図４、図５参照）。
【００２２】
本実施形態の冷蔵庫１は、上側の仕切壁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、図２中で製氷室３は図示されていない）とが断熱的に隔てられ、下側の仕切壁２９により、下段冷凍室５と野菜室６とが断熱的に隔てられている。また、図２に示すように、下段冷凍室５の上部には、仕切壁４０を備えている。仕切壁４０は、製氷室３及び上段冷凍室４と、下段冷凍室５とを上下方向に仕切っている。また、仕切壁４０の上部には、製氷室３と上段冷凍室４との間を左右方向に仕切る縦仕切部（図示せず）を備えている。
【００２３】
仕切壁４０は、仕切壁２８前面及び左右側壁前面とともに、下段冷凍室扉５ａの貯蔵室側の面に設けたシール部材（図示せず）を受けて、下段冷凍室扉５ａとの間での気体の移動を抑制する。また、製氷室扉３ａ及び上段冷凍室扉４ａの貯蔵室側の面に設けたシール部材（図示せず）は、仕切壁４０、縦仕切部、仕切壁２８及び冷蔵庫１の左右側壁前面と接することで、各貯蔵室と各扉との間での気体の移動をそれぞれ抑制する（詳細構造は後述）。
【００２４】
なお、製氷室３、上段冷凍室４及び下段冷凍室５は、いずれも冷凍温度帯なので、仕切壁４０及び縦仕切部は、各扉のシール部材を受けるために、少なくとも冷蔵庫の前側にあればよい（図２参照）。すなわち、冷凍温度帯の各貯蔵室間で気体の移動があってもよく、断熱区画しない場合であってもよい。一方、上段冷凍室４を温度切換室とする場合は、断熱区画する必要があるため、仕切壁４０及び縦仕切部は、冷蔵庫１の前側から後壁まで延在させる。
【００２５】
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には、複数の真空断熱材２５を実装している。庫内は仕切壁２８により、冷蔵室２と上段冷凍室４及び製氷室３が隔てられている。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。扉２ａ、２ｂ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、仕切壁４０が設けてある。
【００２６】
図１、図２に示したように、製氷室３、上段冷凍室４、下段冷凍室５及び野菜室６は、それぞれの冷却室の前方に備えられた扉３ａ、４ａ、５ａ、６ａと一体に移動する収納容器３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂがそれぞれ設けられており、それぞれの扉４ａ、５ａ、６ａを手前側に引き出すことにより、収納容器４ｂ、５ｂ、６ｂがそれぞれ引き出せるようになっている。
【００２７】
また、庫外の湿度及び温度を検知する湿度センサー８１、温度センサー８２は、例えば、冷蔵庫１の天井壁上側の扉ヒンジカバー８０の内部に設けている。本実施例で扉ヒンジカバー８０の内部に湿度センサー８１、温度センサー８２設けているのは、冷蔵庫１本体からの温度影響を直接受けにくくして、周囲湿度及び周囲温度を検知するためである。なお、湿度センサー８１、温度センサー８２の設置箇所はこれに限るものではないが、冷蔵庫１本体からの温度影響を直接受けずに、冷蔵庫１設置環境の周囲湿度及び周囲温度を適切に検知できる場所であればよい。
【００２８】
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送風機９（一例として、プロペラファン）により冷却器７と熱交換した冷気が、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。
【００２９】
各貯蔵室への送風は冷蔵室ダンパ２０と、冷凍室ダンパ３４の開閉により制御される。具体的には冷蔵室ダンパ２０が開状態、冷凍室ダンパ３４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７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。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。本願においては、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、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。
【００３０】
冷凍室に送り込まれた冷気は、上段冷凍室４、下段冷凍室５、及び製氷室３を冷却した後、冷凍室戻り口１７から冷却器７に戻される。冷却器７の下部には除霜ヒータ２２を設けてあり、除霜時に発生したドレン水は樋２３に一旦落下し、ドレン孔２７を通じて圧縮機２４の上部に設けた蒸発皿２１に放出される。冷蔵庫１の天井壁上面にはメモリー、インターフェース回路を搭載した制御装置である制御基板３３が配置されており、制御基板３３に従って冷凍サイクル、及び送風系の制御が実施される。制御基板３３は基板カバー８３で覆われている。
【００３１】
次に、図３は本発明の実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図である。圧縮機２４の吐出側のパイプ６６には、機械室ファン４５（庫外送風機）を備えた第一の放熱器４６と、第二の放熱器４１ａ、４１ｂ、第三の放熱器４２を順番に接続している。前記第三の放熱器４２に接続したパイプ５１の他端には、三方弁４８（流路切換手段）のＣ側（流入側）に接続している。冷却運転時には、前記三方弁４８はその出口側となるサイクルＡ側とサイクルＢ側の２方向に分岐して、そのうち１方向に流すことができ、また必要に応じてサイクルＡ側とサイクルＢ側の両方の出口を閉じて冷媒の流動を止めることもできる。更に、冷凍サイクルに冷媒を封入する際には、前記三方弁４８のサイクルＡ側、サイクルＢ側の両方を開放することも可能である。
【００３２】
三方弁４８のＡ側にはパイプ５２を接続し、パイプ５２の他端には第四の放熱器４３、すなわち結露防止配管が接続されている。また、三方弁４８のＢ側にはパイプ５３、すなわち結露防止配管バイパスパイプを接続している。
【００３３】
圧縮機２４と三方弁４８の間に設けた、第一の放熱器４６、第二の放熱器４１ａ、４１ｂ、第三の放熱器４２をまとめて第一の放熱手段とし、圧縮機２４の吐出口から三方弁４８のＣ側（三方弁４８入口）までを冷媒流路配管ａとする。三方弁４８の下流側に分岐して設けて、第四の放熱器４３側を第二の放熱手段とし、三方弁４８のＡ側（三方弁４８出口）に接続する第四の放熱器４３の出口側パイプ５４の他端と合流する合流管５６（第一の冷媒流路）と、三方弁４８のＢ側（三方弁４８出口）に接続するパイプ５３の他端と合流する合流管５６（第二の冷媒流路）を冷媒流路配管ｂとする。
【００３４】
第四の放熱器４３と合流管５６の間には、逆止弁５５を設けている。合流管５６にはパイプ５７を接続し、パイプ５７の途中にはドライヤ５８、二方弁４９の順に設けてある。二方弁４９の他端にはパイプ６０を接続し、絞り６１、庫内送風機９を備えた冷却器７の順番に接続している。冷却器７の出口側にはパイプ６４を接続し、その途中に絞り６１との熱交換部６５を設け、パイプ６４の他端は圧縮機２４の吸込側に接続されている。第四の放熱器４３のパイプは仕切壁２８、２９、４０（図２参照）に埋設されているため、冷凍温度帯室からの影響により冷却される。三方弁４８によって、第四の放熱器４３（サイクルＡ側）とパイプ５３（サイクルＢ側）が所定の時間ごとに切り換わる。パイプ５３（サイクルＢ側）に冷媒を流している時には、第四の放熱器４３には冷媒が流れていないため、冷凍室からの影響により第四の放熱器４３の温度は低下する。従って、三方弁４８によってパイプ５３（サイクルＢ側）に固定されていても、合流管５６を介してパイプ５３を流れる冷媒の一部が第四の放熱器４３に逆流してしまい、第四の放熱器４３のパイプ内に冷媒が残留し、サイクルＢ側で運転している場合に冷媒不足を引き起こす可能性がある。従って、第四の放熱器４３と合流管５６の間に逆止弁５５を設けて、サイクルＢ側で運転している場合に第四の放熱器４３の配管内に冷媒が流入しないようにしている。
【００３５】
図４は、本発明の実施形態に係る冷蔵庫の放熱器の配置図である。図５は、本発明の実施形態に係る冷蔵庫の断熱仕切り壁の断面模式図である。
【００３６】
第一の放熱器４６は、冷蔵庫１の背面側下部に設けた機械室４４内に設置してある（図６参照）。第二の放熱器４１ａ、４１ｂは冷蔵庫１の側面断熱壁内（図４中に破線で記載）、第三の放熱器４２は冷蔵庫１の背面断熱壁内に埋設している（図４中に点線で記載）。なお、第二の放熱器４１ａ、４１ｂ及び第三の放熱器４２は、冷蔵庫１の外観を形成する金属製の外板に接触又は近接して、放熱するように配置されている。第四の放熱器４３、すなわち結露防止配管は、各貯蔵室を分割する仕切壁２８、２９、４０に埋設されている（図４に実線で記載）。
【００３７】
図５は仕切壁２８、２９、４０の断面模式図である。仕切壁に設けた仕切カバー８４（一例として、高熱伝導性の金属板）と接触又は近接するように、第四の放熱器４３のパイプを設けている。冷蔵庫周囲の温度が例えば３０℃の場合、定常運転時の第四の放熱器４３のパイプ温度は約３３℃となり、仕切壁２８、２９、４０に近接した約−２０℃の冷凍温度帯室（製氷室３、上段冷凍室４、下段冷凍室５）に対して大きな温度差を形成する。仕切カバー８４の表面とその周囲空気は、冷凍温度帯室によって冷やされるため温度が低下し、仕切カバー８４近傍の空気中の水分によって仕切カバー８４の表面に結露が発生する場合がある。それを回避するために、第四の放熱器４３に冷媒を流して仕切カバー８４を加熱しているが（図５に符号８６で示す熱の流れ）、第四の放熱器４３から放出される熱は、温度差が大きい冷凍温度帯室に対しても加熱していることになり（図５に符号８５で示す熱の流れ）、省エネ性の悪化、つまり消費電力量の増加原因になっている。
【００３８】
図６は本発明の実施形態に係る冷蔵庫の機械室４４の内部構造を示す模式図である。図７は本発明の実施形態に係る冷蔵庫の機械室４４に機械室カバー８７を取り付けた状態の外観図である。
【００３９】
機械室４４の機械室ベース４７には、第一の放熱器４６、機械室ファン４５（庫外送風機）、圧縮機２４の順番に風上側から配置されている。圧縮機２４の上部には冷却器７の霜が解けた際に生じるドレン水を受ける蒸発皿２１を設けている。三方弁４８、二方弁４９はそれぞれ予め固定具５０に固定しているので、機械室４４内でパイプと接続した後でも弁の姿勢をほぼ垂直に保持することができる。機械室４４には通常、機械室カバー８７（図７参照）を取り付けた状態になっているため、機械室カバー８７に設けた空気吸入口６２、空気排出口６３を利用して第一の放熱器４６、圧縮機２４の熱を放出している。また、機械室ベース４７にも空気吸入口、排出口（図示なし）が設けられている。
【００４０】
図８は本発明の実施形態に係る冷凍サイクルにおいて、三方弁４８で第四の放熱器４３（結露防止配管）を切り換える場合の制御イメージを説明する図である。
【００４１】
先に説明したように、結露防止配管、すなわち第四の放熱器４３に冷媒を流して仕切カバー８４を加熱して、仕切カバー８４の表面に空気中の水分が結露することを防止している。
【００４２】
サイクルＡ側、すなわち第四の放熱器４３に冷媒を流す場合と、サイクルＢ側、すなわち第四の放熱器４３をバイパスさせてパイプ５３に冷媒を流す場合のいずれかに三方弁４８で切り換える制御は、冷蔵庫１に設けた庫外湿度センサー８１、庫外温度センサー８２で得られた冷蔵庫周囲の温度及び湿度によって制御する。仕切壁２８、２９、４０の表面を覆う仕切カバー８４に直接温度センサーと湿度センサー、すなわち検知手段を取り付け、その検出温度及び湿度に応じて仕切カバー８４の表面に結露が生じないように、三方弁４８によって切換え制御を行うことが考えられる。しかしながら、仕切カバー８４の表面や仕切壁内に検知手段を取り付けることは設置スペースの問題や、仕切カバー８４と接触するドアパッキンとの干渉による熱侵入量の増加が懸念される。そのため、実際には冷蔵庫１の天井面に設けた庫外湿度センサー８１、庫外温度センサー８２の検出温度及び検出湿度によって、サイクルＡ側とサイクルＢ側の切り換え時間を予め決めた値に従って制御する。
【００４３】
図８は庫外湿度センサー８１、庫外温度センサー８２で検出された、ある周囲温度の場合の、三方弁切換え制御の一例を示している。横軸は相対湿度、縦軸は結露防止配管の加熱割合である。例えば、相対湿度が高いＲＨ２の場合、仕切カバー８４の表面で結露する可能性が高くなるので、サイクルＡ側に冷媒を流す時間の割合（ｔＡ２）を長く、サイクルＢ側に冷媒を流す時間の割合（ｔＢ２）を短くする。反対に湿度が低いＲＨ１の場合、仕切カバー８４の表面で結露する可能性が低くなるので、サイクルＡ側に冷媒を流す時間の割合（ｔＡ１）を短く、サイクルＢ側に冷媒を流す時間の割合（ｔＢ１）を長くすると良い。図５で説明したように、仕切カバー８４の表面を冷媒で加熱することにより結露防止を図っているが、結露防止配管の加熱割合、すなわちサイクルＡ側の時間の割合が長いほど冷凍温度帯室への熱侵入が多くなり、その結果、省エネルギー性が悪化する傾向にある。実際の冷却運転では圧縮機２４がＯＮの時に、サイクルＡ側、サイクルＢ側の時間を予め決めておき、その時間に従って三方弁４８で冷媒流路を切り換えるように運転する。なお、三方弁４８のような流路切換手段を持たない冷蔵庫では常時サイクルＡ側となるので、結露防止配管の加熱割合は１００％となる。
【００４４】
図９は本発明の実施形態に係る冷蔵庫の冷却運転の一例を示すタイムチャートである。庫内が所定の温度に到達した後の安定状態における冷却運転は、冷蔵温度帯室を冷却する冷蔵運転、冷凍温度帯室を冷却する冷凍運転、圧縮機が停止するＯＦＦからなる運転パターンを基本とし、周囲温度の変動や食品等の投入が行われない限り、これらの運転を繰り返す。すなわち、圧縮機停止中に冷凍室温度ＴＦ１まで上昇した時に圧縮機２４がＯＮになる。冷蔵室温度が低下して温度ＴＲ２になると冷蔵運転が終了し、引き続き冷凍室温度がＴＦ２になるまで冷凍運転を実施する。ここでは主に三方弁４８、二方弁４９の動作を圧縮機２４に関連付けて説明する。圧縮機２４が停止中の場合、放熱器側、すなわち、第一の放熱器４６から第四の放熱器４３、及びパイプ５３内の冷媒は冷却器７よりも高温高圧となるため、それらの圧力差によって放熱器側の冷媒が冷却器側に流入する。これにより冷却器７の温度が上昇して、庫内熱負荷が増加するため、消費電力量の増加につながる。従って、圧縮機停止中は、この冷媒の流動を止めるために二方弁４９を閉にする。また、本実施例の冷蔵庫では、庫内送風機９をＯＮ、冷蔵室ダンパ２０を開、冷凍室ダンパ３４を閉にして、冷却器７に成長した霜の潜熱により冷気を発生させて冷蔵室２を冷却できるので、圧縮機２４が停止中に二方弁４９を閉にすると、冷却器７及び霜の温度上昇を抑制することができ、霜を冷熱源とした冷蔵室２の冷却効率が高まることになり、消費電力量の低減に寄与する。
【００４５】
圧縮機２４が運転中の場合、三方弁４８は図８に示した温度及び湿度に応じたサイクルＡ側（第四の放熱器４３；結露防止配管）とサイクルＢ側（パイプ５３）の切換え時間（ｔＡ、ｔＢ）を予め決めておき、それに従って三方弁４８を切り換える。例えば、湿度及び温度が高いＲＨ２の場合、予め決めたサイクルＡ側の時間の割合ｔＡ２、サイクルＢ側の時間の割合ｔＢ２を繰り返し動作させる。切り換える時間は冷蔵庫によって異なるが、例えば、外気３０℃、相対湿度７０％では、サイクルＡ側は１５分、サイクルＢ側は３０分程度となる。
【００４６】
図９に示す冷却運転では、一例として、圧縮機２４が停止する前に、三方弁４８をサイクルＡ側に固定している。これは、圧縮機停止中では第四の放熱器４３の温度が低温になり易いので、圧縮機停止前に第四の放熱器４３によって仕切カバー８４の表面温度を高めて結露防止をするためである。圧縮機停止中は、その直前に三方弁４８をサイクルＡ側に固定しているので、圧縮機停止中も継続してサイクルＡ側にしてある。
【００４７】
三方弁４８はサイクルＡ側（第四の放熱器４３；結露防止配管）とサイクルＢ側（パイプ５３）の切り換え時間に応じて冷媒の流れを制御しているが、サイクルＢ側に切り換えた後にはサイクルＡ側に、またサイクルＡ側に切り換えた後にはサイクルＢ側に冷媒が滞留することになる。
【００４８】
しかしながら、サイクルを切り換えた後の冷媒不足を解消するために、サイクルを切換える前のパイプ内に滞留している冷媒をサイクルが切り換わる度に回収することは、圧縮機の効率低下により結果的に消費電力量の増加を招くことになる。従って、サイクルを切り換える度に冷媒を回収することなく冷媒不足を解消するために、第四の放熱器４３、パイプ５３のパイプ容積を小さくし、液相域となるパイプ容積を小さくすることが良い。
【００４９】
そこで本実施の形態では冷媒流路配管ｂのパイプ容積を、冷媒流路配管ａのパイプ容積に比べて小さくしている。これにより、液相域で満たされるパイプ容積が小さくなり、消費電力量を抑制しつつ、冷媒不足を解消することが可能となる。
【００５０】
なお、野菜室の冷却方法は三方弁４８、二方弁４９の動作に直接関係していないので、図示していない。
【００５１】
図１０ａは放熱器配管内部における冷媒の状態を模式的に表した図である。圧縮機２４の吐出側パイプ６６に接続される第一の放熱器４６（区間ａｃ）、第二の放熱器４１ａ、４１ｂ及び第三の放熱器４２（区間ｃｄ）、第四の放熱器４３及びパイプ５３（区間ｄｆ）で構成される放熱器の、配管内部の冷媒状態を説明する。本実施例の冷蔵庫には、第一の放熱器４６、第二の放熱器４１ａ、４１ｂ、第三の放熱器４２をまとめて第一の放熱手段（冷媒流路配管ａ）とし、冷媒流路切換手段を設けた第四の放熱器４３側を第二の放熱手段とする。そして、三方弁４８のＡ側（三方弁４８出口）に接続する第四の放熱器４３の出口側パイプ５４の他端と合流する合流管５６（第一の冷媒流路）と、三方弁４８のＢ側（三方弁４８出口）に接続するパイプ５３の他端と合流する合流管５６（第二の冷媒流路）を冷媒流路配管ｂとする。
【００５２】
圧縮機２４で圧縮されて高温高圧になったガス冷媒は、第一の放熱器４６、第二の放熱器４１ａ、４１ｂ、第三の放熱器４２の順に庫外に熱を放出し、気相域、相変化中の気液二相域、液相域と冷媒の状態は変化していく。気相域（気相成分）を符号６７、液相域（液相成分）を符号６８とすると、気相域６７は区間ａｂ、気液二相域（気相域６７と液相域６８）は区間ｂｅ、液相域６８は区間ｅｆとなる。第四の放熱器４３、あるいはパイプ５３のいずれかを切り換える三方弁４８を図中の位置ｄに設けた場合、区間ｄｅでは気相成分６９が存在する気液二相域となる。
【００５３】
図１０ｂは本発明の実施形態に係る放熱器配管内部における冷媒の状態を模式的に表した図である。三方弁４８で切り換える冷媒流路、すなわち第四の放熱器４３、パイプ５３の領域では、冷媒の状態は液相域６８が大部分であるため（図１１参照）、第四の放熱器４３、またはパイプ５３には三方弁４８で切り換える度に液冷媒が残留し易くなる。すなわち、図１０ａで示した三方弁４８で分岐される第四の放熱器４３、パイプ５３のそれぞれのパイプ容積を小さくすると、三方弁４８によって切換え制御を行う度にパイプ内に液冷媒が残留する。よって、第四の放熱器４３、またはパイプ５３の冷媒の気相域を残すことなく（図１０ａの気相域６９）、液相域６８で満たすことができるようになる。
【００５４】
第四の放熱器４３、パイプ５３のパイプ容積を小さくする手段としては、例えばパイプ径を小さくすることやパイプ長さを短くすることである。第四の放熱器４３、パイプ５３のパイプ内径をφ４.０mmからφ３.６mmに小さくすると約２０％体積を小さくすることが可能となる。図１０ｂに示すように第二の放熱手段、すなわち第四の放熱器４３、またはパイプ５３の領域ｄｆを液相域６８で満たしておくことにより、冷凍サイクルの運転状況によらず第二の放熱手段に残留する液冷媒量がこれ以上増えることはない。第二の放熱手段を切り換える手段を有する冷蔵庫では、液冷媒が溜まる第二の放熱手段のパイプ容積を、第一の放熱手段を構成するパイプ容積よりも小さくすることで、冷凍サイクルの運転状況によらず、第二の放熱手段を切り換えても冷媒不足が起こり難くすることができる。
【００５５】
上記のように、第四の放熱器４３、パイプ５３の配管内が液相域で満たされるようにしているので、例えば、図３に示すサイクルＡ側に三方弁４８を切り換えると、サイクルＢ側のパイプ５３内は液封状態となり、急激な温度変化によりパイプが破損する恐れがある。これを回避するために、三方弁４８をサイクルＡ側に固定した場合にはサイクルＢ側へ、サイクルＢ側に固定した場合はサイクルＡ側への冷媒漏れ量を許容している。
【００５６】
図１１は本発明の実施形態に係る冷蔵庫の運転状況を表すモリエル線図である。これにより図１０ａ、図１０ｂで説明した放熱側、すなわち、第一から第四の放熱器の冷媒の状態をモリエル線図上で説明する。圧縮機２４で圧縮された冷媒は、パイプ６６に接続している第一の放熱器４６、第二の放熱器４１ａ、４１ｂ、第三の放熱器４２、第四の放熱器４３の順に冷媒が流れ（三方弁４８をサイクルＡ側に固定の場合）、その間、パイプ内の冷媒は外気に放熱するために、気相域（区間ａｂ）、気液二相域（区間ｂｅ）、液相域（区間ｅｆ、または区間ｄｆ）の順にその状態は変化する。第四の放熱器４３から流出する冷媒は、絞り６１で減圧されて冷却器７に流入する。冷却器７を通過する際に冷媒が庫内空気からの熱を吸熱し、庫内の空気は冷却されるが、冷却能力は冷却器７の出入り口のエンタルピ差で表すことができる。従って、状態ｆから減圧して冷却器７に冷媒が流入する場合の冷却能力はΔｈ１で表すことができる。
【００５７】
一方、特許文献１に示す冷凍サイクルの構成の場合、結露防止配管（本発明では第四の放熱器４３）の下流側に、冷蔵庫の側壁面に埋設して別の放熱器が接続されている構成が開示されている。通常、結露防止配管、結露防止配管の下流側に設けた放熱器の順番に庫外の空気に放熱する。しかしながら、結露防止配管の下流側の放熱器の近くに例えば、暖房器具が置かれた場合、冷媒は暖房器具によって加熱され配管内の冷媒が蒸発するため、状態ｆの冷媒が気液二相域である状態ｇに変化することがある。この場合、前記放熱器の下流側に別の放熱器を設けていないため、状態ｇから減圧することになる。従って、冷却器７における冷却能力はΔｈ２となり、冷却能力が低下する恐れがある。結露防止配管は、通常、貯蔵室開口縁部に埋設されているので、その部分を外部から加熱される心配はなく、複数の放熱器を備えた冷蔵庫の場合には、上記の現象を回避するために、結露防止配管を配置する順番は最後にした方が良い。
【００５８】
図１２ａ、１２ｂは、それぞれ三方弁４８の内部の冷媒の状態を模式的に示した図である。三方弁４８の内部に設けた弁体７０、７２を駆動させるステッピングモータ等は省略してある。入口側開口部７１にはパイプ５１（Ｃ側）、出口側にはパイプ５２（Ａ側：サイクルＡ側）、パイプ５３（Ｂ側：サイクルＢ側）をそれぞれ接続してある。パイプ５２とパイプ５３の開閉を制御するために弁体７０、７２を設けてあり、パイプ５２（Ａ側：サイクルＡ側）に冷媒を流す時には弁体７０を開、弁体７２は閉、パイプ５３（Ｂ側：サイクルＢ側）に冷媒を流す時には弁７０を閉、弁体７２を開にする。パイプ５２、パイプ５３いずれにも冷媒を流さない場合には弁体７０、７２を閉、パイプ５２、パイプ５３いずれにも冷媒を流す場合には弁体７０、７２を開にすることができ、その制御は制御基板３３に設置したメモリー回路によって行われる。
【００５９】
図１０ａに示すように、三方弁４８を放熱器の途中、すなわち第四の放熱器４３の上流側に設けているため、三方弁４８内部の冷媒は、図１２ａに示すように気液二相流（気相域６７、液相域６８）になる場合がある。気相域６７と液相域６８が複雑に混ざりあって三方弁４８の弁体７０、７２、入口側開口部７１を通過する場合、三方弁４８の内部には、三方弁４８と接続するパイプ５１、５２、５３よりも径が小さい流路が一般的に存在するので、冷媒流路の縮小や拡大によって冷媒流動音が発生する場合がある。従って、図１０ｂで説明した通り、第一の放熱手段となる放熱器のパイプ容積に対し、第二の放熱手段となる第四の放熱器４３、またはパイプ５３のパイプ容積を小さくして、液相域を三方弁４８の設置場所まで拡大させると、図１２ｂに示すように三方弁４８の内部は液相域６８で満たされるので、弁体７０、７２、入口側開口部７１を冷媒が通過する際の冷媒流動音を低減することができる。
【００６０】
冷凍サイクルの運転状況によっては、三方弁４８内を通過する冷媒が気液二相域となる場合もありうる。万が一そのような状態になった場合には、パイプ５１から流入した冷媒を、パイプ５１の内径よりも大きい三方弁４８の内部で一旦拡大し、気相域６７と液相域６８を重力方向に対して上下に二分割させてから、三方弁４８の下面に設けた弁体７０（Ａ側：サイクルＡ側）、あるいは弁体７２（Ｂ側：サイクルＢ側）から冷媒を流出させれば良い。気相域６７と液相域６８を上下に二分割して（図１２ａ参照）、三方弁４８の下面に設けた弁体７０、７２、入口側開口部７１側に液相域となるように、機械室４４の内部に取り付ける際の三方弁４８の姿勢は、予め固定具５０に三方弁４８を取り付けることによって、機械室に取り付ける際の姿勢を一義的に決めることができる。
【００６１】
以上より、流路切換手段によって該流路切換手段の後流側の放熱手段を分岐した後、再び合流するまでの間に形成される第二の放熱手段となる放熱器のパイプ容積を、圧縮機と冷媒流路切換手段との間に形成される第一の放熱手段となる放熱器のパイプ容積よりも小さくすることによって、三方弁４８の設置場所まで液相域を拡大して、三方弁４８を通過する際に発生する冷媒流動音を低減することができ、更に三方弁４８の取り付け姿勢によっても、三方弁４８を通過する際に発生する冷媒流動音を抑えた冷却運転も実現できる。
【００６２】
図１３は本発明の他の実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成図である。
【００６３】
図３に示す冷凍サイクルに対して、絞り６１の手前に二方弁を設けずに、全閉機能を有した三方弁４８によって、第二の放熱手段となる、第四の放熱器４３とパイプ５３を切り換えることを特徴とした冷凍サイクルである。二方弁４９、三方弁４８の設置場所は、図６に示したように例えば機械室４４内であるが、冷蔵庫１の幅が小さい場合、二方弁４９と三方弁４８の両方を設置するスペースを確保することが困難なことがあるため、三方弁４８のみで第二の放熱手段となる第四の放熱器４３と、パイプ５３を切り換える制御を行うこともできる。
【００６４】
図１４は、図１３の他の実施形態における冷却運転の一例を示すフローチャートである。すなわち、図１３に示す冷凍サイクルに関して、第四の放熱器４３とパイプ３を切り換える制御である。図９に示した制御と同様に、庫内が所定の温度に到達し、安定状態における冷蔵庫の運転は、冷蔵運転、冷凍運転、圧縮機ＯＦＦからなる運転が基本となり、周囲温度の変動や食品等の投入が行われない限り、これらの運転を繰り返す。ここでは主に、三方弁４８の動作を圧縮機２４に関連付けて説明する。
【００６５】
圧縮機２４が停止中の場合、放熱器側、すなわち、第一の放熱器４６から第四の放熱器４３、及びパイプ５３内の冷媒は、冷却器７よりも高温高圧となるため、それらの圧力差によって放熱器側の冷媒が冷却器側に流入する。これにより冷却器７を介して庫内への熱負荷が増加することになり、消費電力量の増加につながる。従って、圧縮機停止中に発生する冷媒の流動を止めるために、圧縮機２４が停止する前に放熱器側の冷媒を回収する。三方弁４８には第四の放熱器４３に固定するサイクルＡ側と、パイプ５３側に固定するサイクルＢ側に加えて、サイクルＡ側とサイクルＢ側の両方を閉状態、または両方を開状態とすることができる。それぞれの所定の時間、サイクルＡ側、あるいはサイクルＢ側に固定して冷蔵庫を運転すると、冷却器７に対して高温高圧側となるサイクルＡ側とサイクルＢ側それぞれに冷媒が残留することになる。圧縮機停止中にこの冷媒が冷却器７に流入しないように、圧縮機２４を停止する前に三方弁４８を全閉にして第一の放熱器４６、第二の放熱器４１ａ、４１ｂ、第三の放熱器４２内に冷媒を移動させる冷媒回収運転を時間ｔcloseだけ実施する。冷媒回収時間は３、４分程度で、圧縮機停止中も三方弁４８は継続して閉状態にしておく。
【００６６】
以上のように二方弁がない場合でも、三方弁４８の全閉機能を活用することによって圧縮機停止時の冷却器７への冷媒流入を抑制することができるが、第二の放熱手段を構成する第四の放熱器４３、またはパイプ５３のパイプ容積を小さくし、液相域となるパイプ容積を小さくすれば冷媒回収時間も短くすることができ、消費電力量を小さくした冷蔵庫の運転が可能である。
【００６７】
以上より、本発明の冷蔵庫は、圧縮機と、放熱手段と、減圧手段と、冷却器とを順次接続した冷媒回路と、複数の貯蔵室と、該複数の貯蔵室をそれぞれ隔てる仕切壁と、を有する冷蔵庫において、前記放熱手段は、庫外への放熱を行う第一の放熱手段と、前記仕切壁を加熱する第二の放熱手段と、前記第一の放熱手段の下流で冷媒の流れを切り替える流路切替手段と、を備え、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒は、前記第一の放熱手段を流れ、前記流路切替手段は、前記第二の放熱手段に流す第一の冷媒流路と、該第一の冷媒流路をバイパスさせる第二の冷媒流路と、のいずれかに流すように切り換え、前記第一の冷媒流路及び前記第二の冷媒流路の内容積は前記第一の放熱手段の内容積よりも小さくする。
すなわち、冷媒流路配管ｂ（図３参照）の内容積を、冷媒流路配管ａ（図３参照）の内容積よりも小さくして第二の放熱手段の配管内部に残留する冷媒量を少なくしている。従って、冷媒不足による冷却性能の悪化を回避することができ、消費電力量を低減する冷却運転が実施できる。
【００６８】
また、前記第一の放熱手段を流れる前記冷媒の温度は、所定範囲内で変化しないように流れた後、温度が次第に低下し始める変曲点を有するように流れることを特徴とする。これにより、流路切換手段（三方弁４８）の設置場所まで液相域を拡大して、流路切換手段を通過する際に発生する冷媒流動音を低減することができる。
【００６９】
また、前記第一の冷媒流路に冷媒を流す第一のモードと、前記第二の冷媒流路に冷媒を流す第二のモードと、前記第一の冷媒流路と第二の冷媒流路のいずれにも冷媒を流さない第三のモードとを備え、前記第一のモード又は前記第二のモードの少なくともいずれかを所定時間実施した場合、前記圧縮機稼働状態で前記第三のモードを実施する。これにより、冷媒流路配管ｂ（図３参照）の配管内に残留した冷媒を圧縮機に回収する運転を実施するので、冷媒不足による冷却性能の悪化を回避して消費電力量の削減を図ることができる。
【００７０】
また、温度及び湿度を検知する検知手段を備え、該検知手段によって検出される温度と湿度に応じて前記第一のモードの時間と前記第二のモードの時間を変化させる。これのより、モードの切り換え時間を予め決めた値に従って制御することができる。
【００７１】
また、前記第一の冷媒流路と前記第二の冷媒流路が合流した位置よりも下流であって、前記減圧手段の上流に冷媒流路開閉手段を設ける。これにより、圧縮機停止時の冷却器への冷媒流入を抑制することができる。
【００７２】
また、前記流路切換手段は前記冷蔵庫の貯蔵室外に設けた三方弁であって、該三方弁の開閉出口部を下部に位置するように配置する。これにより、三方弁の取り付け姿勢によっても、三方弁を通過する際に発生する冷媒流動音を抑えた冷却運転も実現できる。
【符号の説明】
【００７３】
１  冷蔵庫
９  庫内送風機
２０  冷蔵室ダンパ
２８、２９、４０  仕切壁
３４  冷凍室ダンパ
４１ａ、４１ｂ  第二の放熱器
４２  第三の放熱器
４３  第四の放熱器（結露防止配管）
４５  庫外送風機（機械室ファン）
４６  第一の放熱器
４８  三方弁（流路切換手段）
４９  二方弁（冷媒流路開閉手段）
５１、５２、５３、５４、５７、５９、６０、６４、６６  パイプ
５５  逆止弁
５６  合流管
５８  ドライヤ
６１  絞り
６５  熱交換部
６７、６９  気相域（気相成分）
６８  液相域（液相成分）
７０、７２  弁体
７１  入口側開口部
８０  扉ヒンジカバー
８１  湿度センサー（検知手段）
８２  温度センサー（検知手段）
８３  基板カバー
８４  仕切カバー
８５、８６  熱の流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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