(57)【要約】【課題】冷蔵庫の機械室において、省エネルギー化が可能であり、かつ冷蔵庫内容積を大きくする技術を提供するものである。【解決手段】圧縮機７と、圧縮機７と接続される凝縮器８と、凝縮器８と接続され、冷媒を気化させる蒸発器とを備え、冷蔵庫上部背方に圧縮機７と、凝縮器８と、圧縮機７及び凝縮器８を、凝縮器８、圧縮機７の順に冷却するファン９を収納する機械室と、凝縮器８、ファン９、圧縮機７を冷蔵庫の左右方向に隣接して固定するベースパネル１７と、凝縮器８、ファン９、圧縮機７を上部から覆う金属カバー板１８と、圧縮機７に対向する部分に金属カバー凸形状１９を有する金属カバー板１８と圧縮機７に対向する部分に曲面形状２０を有するベースパネル１７と、凝縮器８に対向する部分にベースパネル凸形状２７を有するベースパネル１７と、凝縮器側の背面と上部に空気吸込み口２と、圧縮機側の背面と上部に空気吐出し口３とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、
前記圧縮機と接続される凝縮器と、
前記凝縮器と接続され、冷媒を気化させる蒸発器と、
前記圧縮機と前記凝縮器とを冷却するファンと、
前記圧縮機と前記凝縮器と前記蒸発器と前記ファンとを載置するベースパネルと、
前記ベースパネルを上方から覆う金属カバー板と、を備え、
前記金属カバー板は前記圧縮機よりも上流側に空気吸込み口と下流側に空気吐出口とを有すると共に、前記圧縮機に対向する部分に凸形状を有することを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
前記金属カバー板の凸形状はその幅が前記圧縮機幅の１／５以上、１／２以下とし、その長さが圧縮機幅の１／２以上、２／３以下であり、その厚みが前記圧縮機と前記金属カバー板間の１／４以上、１／２以下とする請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記圧縮機周辺での局所レイノルズ数が２０００以上の乱流条件を有する請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項４】
前記圧縮機に対向するベースパネル形状が前記圧縮機と平行な曲面形状を有する請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項５】
前記凝縮器に対向する前記ベースパネルに凸形状を設け、その凸形状と前記凝縮器の最短距離が前記凝縮器のフィン直径の少なくとも１／２以上である請求項１に記載の冷蔵庫。
【請求項６】
前記ファンの回転中心位置を前記圧縮機の中心位置よりも下方に位置した請求項１に記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は省エネルギー効果の高い家庭用電気冷蔵庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
家庭用電気冷蔵庫は他の電気機器と異なり、通常２４時間連続的に通電されることが一般的であるため、一般家庭で用いられる電気機器の中でもその消費電力量は上位を占めている。
【０００３】
電気冷蔵庫には一般的に冷媒を循環させる圧縮機が搭載されている。電気冷蔵庫の消費電力量の中でも、圧縮機が占める割合は大きく、圧縮機の高効率化が電気冷蔵庫の省エネルギー化に大きく寄与する。
【０００４】
図９〜１１に冷蔵庫機械室の冷却サイクルユニットの従来例を説明する。図９は従来の冷蔵庫の冷却ユニットを模式的に表した図であり、図１０は従来の機械室内の冷却ユニット構成機器を模式的に示す図であり、図１１は従来の冷却ユニット構成機器である圧縮機の概略断面図である。
【０００５】
図９に示すように、従来の冷蔵庫の場合、冷却サイクルを構成する圧縮機７や凝縮器８は一般的に冷蔵庫の背面方向の機械室に左右方向に並べて配置される。圧縮機７や凝縮器８は放熱部位であり、機械室内の放熱部位は通常、機械室内に構成されるファン９によって強制冷却される。
【０００６】
また、図１０に示すように、ファン９は凝縮器８と圧縮機７の間に構成されており、ファン９によって吸込み口２から機械室に給気された吸込み空気４は凝縮器８を冷却し、ファン９を通過し、そして圧縮機７を冷却して機械室外へと吐出し口３を通って吐出し空気５は排気される構成であった（例えば、特許文献１）。
【０００７】
また、吸込み口２と吐出し口３は縦リブ１０にて仕切られている構造であり、機械室の底面部はベース板６にて基本構成されている。
【０００８】
また、図１０に示すように、凝縮器８の形状にスパイラルフィンを用いて、機械室のスペースを有効に活用するだけでなく、埃に対しても性能劣化しにくく、凝縮器８の熱交換効率を最大限に活かすことが出来るようにした冷蔵庫も存在していた（例えば、特許文献２）
また、図１１は圧縮機７の一例を示しており、密閉容器１４、シャフト１３、溝部１１、潤滑油１５などから構成されている。
【０００９】
なお、従来の冷蔵庫にあっては省エネルギー化を行うために機械室内を通過する風量を増加させて機械室内の部品を放熱していた。そのために機械室内の空間を大きくとり、風路抵抗を低減して、風量を確保するものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１１４６５６号
【特許文献２】特開２００８−１０１８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の構成では圧縮機を十分に冷却することができず、一方で、十分な冷却性能を確保しようとすれば、空気の吸込み口２、吐出し口３を大きくとるような構成にせざるを得ず、機械室の前後方向の寸法が大きくなり、冷蔵庫内容積を小さくしてしまうという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、その目的とするところは、複雑な構成を有することなく、圧縮機や凝縮器周辺での風速を向上し、レイノルズ数を増加させることで、乱流境界層を薄くし、境膜物質移動係数を増加させることで、放熱部品の放熱をさらに促進した機械室を有する冷蔵庫を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷蔵庫は、圧縮機と、前記圧縮機と接続される凝縮器と、前記凝縮器と接続され、冷媒を気化させる蒸発器とを備え、冷蔵庫上部背方に前記圧縮機と、前記凝縮器と、前記圧縮機及び前記凝縮器を、前記凝縮器、前記圧縮機の順に冷却するファンを収納する機械室と、前記凝縮器、前記ファン、前記圧縮機を冷蔵庫の左右方向に隣接して固定するベースパネルと、前記凝縮器、前記ファン、前記圧縮機を上部から覆う金属カバー板と、前記圧縮機に対向する部分に凸形状を有する前記金属カバー板と、前記凝縮器側の背面と上部に空気吸込み口と、前記圧縮機側の背面と上部に空気吐出し口とを備えた構成としている。
【００１４】
上記の構成により、複雑な構成を有することなく、圧縮機や凝縮器周辺での風速を向上し、レイノルズ数を増加させることで、乱流境界層を薄くし、境膜物質移動係数を増加させることで、放熱部品の放熱をさらに促進した機械室を有する冷蔵庫を実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、複雑な構成を有することなく、圧縮機や凝縮器周辺での風速を向上し、レイノルズ数を増加させることで、乱流境界層を薄くし、境膜物質移動係数を増加させることで、放熱部品の放熱をさらに促進した機械室を実現することによって、冷凍サイクルの効率化、そして省エネルギーに寄与する冷蔵庫を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における冷蔵庫機械室の概略斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における冷蔵庫機械室の横方向概略断面図
【図３】本発明の実施の形態１における冷蔵庫機械室の縦方向概略断面図
【図４】本発明の実施の形態２におけるファン周辺の概略斜視図
【図５】本発明の実施の形態２におけるファン周辺の横方向の空気流れ断面図
【図６】本発明の実施の形態３におけるファン周辺のベースパネルの形状を示す概略斜視図
【図７】本発明の実施の形態３におけるベースパネルと凝縮器の縦方向断面図
【図８】本発明の実施の形態４におけるファン周辺とファン中心位置を示す概略斜視図
【図９】従来の冷蔵庫の冷却ユニットを模式的に示す図
【図１０】従来の機械室内の冷却ユニット構成機器を模式的に示す図
【図１１】従来の冷却ユニット構成機器である圧縮機の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、圧縮機に対向する金属カバー板に凸形状を設けたものである。これによ
り流路幅が狭くなる。幅が狭くなることで圧縮機周辺の風速向上、乱流境界層を薄くするものである。境界層が薄くなることで、圧縮機表面での流体抵抗を低減化し、圧縮機の放熱に寄与することができる。
【００１８】
第２の発明は、凸形状の範囲を指定するものである。この範囲とすることにより、より効率的に圧縮機の冷却を実現することができる。
【００１９】
第３の発明は、圧縮機周辺での局所レイノルズ数が２０００以上の乱流条件を有するようにしたものである。これにより、さらに効率的に圧縮機の放熱を促進することができる。
【００２０】
第４の発明は、圧縮機と対向するベースパネルの表面形状を圧縮機と平行にしたものである。これにより、ベースパネル表面での風路抵抗を減少させることが可能となり圧縮機周辺の風速向上、放熱に寄与し、省エネルギー化を実現する冷蔵庫を提供することができる。
【００２１】
第５の発明は、凝縮器に対向するベースパネルに凸形状を設け、その凸形状と凝縮器の最短距離が凝縮器のフィン直径の少なくとも１／２以上であるようにしたものである。これにより、凝縮器周辺の風速を向上させることができ、冷蔵庫の凝縮能力向上、省エネルギー化を実現する冷蔵庫を提供することができる。
【００２２】
第６の発明は、ファンの回転中心位置を圧縮機中心位置よりも下方に位置したものである。これにより、圧縮機下部を積極的に冷却することが可能となり、より大きな省エネを実現することができる。
【００２３】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷蔵庫機械室の概略斜視図、図２は本実施の形態における冷蔵庫機械室の横方向概略断面図、図３は本実施の形態における冷蔵庫機械室の縦方向概略断面図を示すものである。
【００２４】
図１から図３に示すように、冷蔵庫機械室１６は、空気吸込み口２と空気吐出し口３を有するベースパネル１７と金属カバー板１８によって覆われており、その内部に冷却ユニット機器を有する。また、冷蔵庫機械室１６内部には冷却ユニットである凝縮器８とファン９と圧縮機７と、金属カバー板１８には金属カバー凸形状１９を有する。また、冷蔵庫機械室１６内部には金属カバー板１８表面に金属カバー凸形状１９を有する構成としてある。ここで、金属カバー板１８に構成された金属カバー凸形状１９は、圧縮機７に対向するように配置される。また、金属カバー凸形状１９の反対側（本体側）には、圧縮機７に沿うようにして平行に設けられた曲面形状２０が設けられている。
【００２５】
以上のように構成された冷蔵庫機械室１６について、以下その動作、作用を説明する。
【００２６】
まず、冷蔵庫機械室１６内を冷却する空気はファン９の回転によって空気吸込み口２を通って冷蔵庫機械室１６内へと吸い込まれ、凝縮器８と接触する。次にファン９を通過し、圧縮機７と接触する。そして、空気吐出し口３から冷蔵庫機械室１６外へと排気される。
【００２７】
冷蔵庫機械室１６を通過する空気は凝縮器８と圧縮機７の表面近傍を流れ、その際に熱を奪いながら空気吐出し口３から放熱を行う。このとき、通過する空気は、金属カバー凸
形状１９側と、曲面形状２０側との両方を流れることになる。
【００２８】
次に、冷蔵庫機械室１６の風量を決めるファン９と風路抵抗について述べる。
【００２９】
ファン９は冷蔵庫機械室１６のような風路抵抗の大きい風路を冷却する場合には一般的にプロペラファンが用いられ、ファンのＰ−Ｑ特性によって、つまり、風路の抵抗によって冷蔵庫機械室１６の風量は決定される（Ｐ；圧力  Ｑ；風量）。
【００３０】
冷蔵庫機械室１６の放熱量は以下の式で表される。
【００３１】
Ｑ＝Ｖ・ρ・Ｃｐ・△Ｔ
（Ｑ；機械室放熱量  Ｖ；体積流量  ρ；流体密度  Ｃｐ；流体比熱  △Ｔ；入り口、出口温度差）
なお、冷蔵庫機械室１６の放熱量Ｑは体積流量と入り口出口温度差に比例するため、いかにして風路抵抗を小さくしながらも、発熱体の熱を奪うような流体の流れ方を実現するかが、冷蔵庫の省エネルギー化へのポイントとなる。
【００３２】
次に、発熱体表面の流体抵抗に関係する物体表面の空気の境界層厚みについて述べる。物体周辺に流体が流れる場合、その境界層厚みは以下の式にて表される。
【００３３】
δ≒√(ρＵＬ/Ｒｅ)
（δ；境界層厚み  ρ；流体密度  Ｕ；流体速度  Ｌ；物体代表長さ  Ｒｅ；レイノルズ数）
境界層は粘性項と慣性項の比である無次元数レイノルズ数が大きい程、つまり流体が乱流状態に有るほど、その境界層厚みは薄くなる。円管内の臨界レイノルズ数は約２３００であり、今回の風路での乱流へと遷移する臨界レイノルズ数もその値に準ずると考えられる。
【００３４】
冷蔵庫機械室１６の圧縮機７周辺のレイノルズ数は約２００００であり、今回の風路では十分乱流状態を実現している。
【００３５】
境界層が薄いほど、風路表面の摩擦抗力係数は小さくなり、物体表面での摩擦抵抗が小さくなり、風路抵抗の減少に繋がる。
【００３６】
次に、乱流熱伝達率について述べる。
【００３７】
乱流状態での物体の熱伝達率は以下の式にて表される。
【００３８】
ｈｒ＝６（Ｕ／Ｌ＾０．２５）＾０．８
（ｈｒ；乱流熱伝達率  Ｕ；流体速度  Ｌ；物体代表長さ）
乱流状態においても流体速度が大きい、つまりレイノルズ数が大きい場合においてその熱伝達率は大きくなり、物体の放熱を促進する。
【００３９】
今回設けた金属カバー凸形状１９は圧縮機７周辺の空気断面積を小さくするものであり、冷蔵庫機械室１６としての全体風路抵抗は落とさずに圧縮機７周辺の風速向上を実現し、以上に述べた境界層厚みの薄肉化、熱伝達率の向上に寄与するものであり、圧縮機７の放熱を促進する。
【００４０】
ここで、本実施の形態で示した金属カバー凸形状幅寸法２１は５０ｍｍであり、圧縮機７の幅の５/１３とし、金属カバー凸形状奥行き寸法２２は１３ｍｍであり、圧縮機７と
金属カバー間の最短距離の幅の１/３とし、金属カバー凸形状高さ寸法２３は９０ｍｍであり、圧縮機の高さの３/５であるが、幅寸法は圧縮機幅の１/５以上、１/２以下であり、その奥行きは圧縮機と金属カバー板との間の１/４以上、１/２以下であり、高さ寸法は圧縮機高さの１/２以上、２/３以下であるとよい。
【００４１】
これは、奥行き寸法が２０ｍｍ以上の場合や高さ寸法が１３０ｍｍ以上の場合や幅寸法が１００ｍｍ以上の場合には、圧縮機周辺の空気が通過する断面積が６８００ｍｍ２よりも小さくなり、機械室の風路抵抗が０．５ｍｍＨ２Ｏよりも大きくなり、ファン風量が圧力−風量特性から大きく減少する領域に入ってしまう。機械室を通過する空気の風量を保持しつつ、圧縮機周囲の風速を向上させるためには以上のような寸法範囲が望ましい。
【００４２】
このように、上記の数値の範囲において、適切なレイノルズ数を確保することができ、圧縮機の放熱量を向上し、冷却能力を向上させることで、省エネルギー化を実現できる。
【００４３】
なお、本実施の形態で示した金属カバー凸形状１９の寸法は一例であり、本発明はこの寸法に限られるものではない。
【００４４】
また、本実施の形態で示したレイノルズ数は約２００００であるが、金属カバー凸部などを用いて圧縮機周辺で２０００以上の値を得られれば冷却効果が得られる。
【００４５】
また、本実施の形態では、曲面形状２０を設けていることによってより効率的に冷却が行われているが、当該構成を必須とするものではない。
（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態におけるファン周辺の概略斜視図、図５は本実施の形態におけるファン周辺の横方向の空気流れ断面図である。
【００４６】
図４に示すようにファンはファンリング２４によって固定されており、前記ファンの吸込み側には空気流れのショートカットを防止し、凝縮器８に風を流す目的でファンガイダー２５が取り付けられている。
【００４７】
本発明では、図５のようにファンガイダー２５の寸法を適正化し、逆流する風量を抑制しながらも、凝縮器８に風を流していくものであり、機械室としての風量の増加、そして圧縮機７へ流れる風の温度低下に寄与し、省エネルギー化した冷蔵庫を提供できる。
【００４８】
本実施の形態で示したファンガイダー２５の幅寸法２６は１２ｍｍである。
【００４９】
ファン９は一般的にプロペラファンが用いられ、Ｐ−Ｑ特性によってその風量が決まるため、機械室としての風量を同等に維持する場合にはファンの回転数を抑制することが可能であり、省エネルギー化した冷蔵庫を提供できる。
【００５０】
なお、本実施の形態で示したファンガイダー２５の幅寸法２６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。
【００５１】
また、ファンガイダー２５を通過した空気は金属カバー凸形状幅寸法２１に到達することになる。
【００５２】
平面状の流れから受ける摩擦抗力は摩擦抗力係数を用いて表現することができる。摩擦抗力係数Ｃｆは流れの状態に応じて変化するが、この場合には次のように形状の長さを代表長さとするレイノルズ数ＲｅＬを用いて流れの状態を判断する。
【００５３】
ＲｅＬ＝Ｕ・Ｌ/ν
（ＲｅＬ；形状の長さを代表とするレイノルズ数  Ｕ；流速  Ｌ；形状の長さ）
このレイノルズ数を指標として、摩擦抗力係数Ｃｆを与える式は以下である。
【００５４】
層流境界層
Ｃｆ＝１．３２８/（ＲｅＬ^０．５）  （ＲｅＬ＜５０００００）
乱流境界層
Ｃｆ＝０．０７２/（ＲｅＬ^０．２）  （５０００００＜ＲｅＬ＜１０００００００）
今回の形状の長さを代表とするレイノルズ数は金属カバー凸形状１９が圧縮機７の横幅寸法の１/５以上の時に乱流境界層を実現できる。一方で、圧縮機の横幅寸法が１/２よりも大きくなると、風路抵抗が増加し、機械室の風量が低下してしまう。
【００５５】
このようにして、ファンガイダー２５と金属カバー凸形状１９とによって複雑な構成を有することなく、また、不要な空間を確保することなく、凝縮器と圧縮機との両方を適切に冷却することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態で示したファンガイダー２５の幅寸法２６は１２ｍｍであるが、この幅寸法は８ｍｍ以上、２４ｍｍ以下であればよい。これは、ファンガイダー２５の幅寸法２６が８ｍｍ未満の場合は、機械室後方より給気された空気が凝縮器と到達することなく、ファン側へと通過してしまう課題があるからである。また、ファンガイダー２５の幅寸法２６が２４ｍｍよりも大きい場合には、このファンガイダーが風路抵抗として大きな障害となってしまい、給気風量の低下を招いてしまうという課題が存在する。
【００５７】
このように、上記の数値の範囲において、適切な風量と共に、凝縮器へと接触する空気を確保することができ、凝縮器の放熱量を維持し、風量を向上させることで、省エネルギー化を実現できる。
（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態におけるファン周辺のベースパネルの形状を示す概略斜視図、図７は本実施の形態におけるベースパネルと凝縮器８の縦方向断面図である。
【００５８】
図６、図７に示すように前記ベースパネル上にはベースパネル凸形状２７が設けられており、凝縮器との最短距離を短くすることによって、前記凝縮器８近傍での風速を向上し、凝縮器８の凝縮能力を高めて、省エネルギー化した冷蔵庫を提供できる。
【００５９】
凝縮器８と前記ベースパネルの最短距離について述べる。
【００６０】
凝縮器８は冷蔵庫の冷却システムを構成する部品であり、圧縮機７を通過した冷媒の温度はこの凝縮器８の中で大きく温度を下げる役割を果たす。
【００６１】
凝縮器８は圧縮機７と同じ機械室内に配置されていることが一般的であり、圧縮機の運転振動や音は配管を伝わってこの凝縮器に伝わることが多い。
【００６２】
ただし、この場合であっても、凝縮器８とベースパネルの最短距離があまりにも小さいと、凝縮器８がベースパネルと接触し、大きな音を出してしまう可能性がある。ここで、本実施の形態では、ベースパネル凸形状高さ寸法２８を６ｍｍとして、凝縮器８とベースパネル凸形状との距離を４ｍｍとしている。
【００６３】
これは、圧縮機７の振動幅が約２００μｍであり、また凝縮器のフィン半径が８ｍｍであるため、安全率を４０倍とって、最短距離寸法をフィン直径の１/２以上としたものである。このようにすることで、冷却性能を損なうことなく、騒音も防止することが可能と
なる。
【００６４】
このように、上記の数値の範囲において、適切な風量と共に、凝縮器へと接触する空気を確保することができ、凝縮器の放熱量を維持し、風量を向上させることで、騒音などの問題を起こすことなく省エネルギー化を実現できる。
（実施の形態４）
図８は本発明の第４の実施の形態におけるファン９周辺の概略斜視図である。図８に示すように、ファン９を通過した空気は圧縮機７を冷却する。
【００６５】
本実施の形態では、ファン中心２９の位置を圧縮機７中心位置よりも下方に配置したものである。このようにすることで、圧縮機７による空気の圧力損失を低減化する効果が得られる。
【００６６】
すなわち、実験を重ねた結果、ファン９と同心状に圧縮機７が存在する場合には、ファン９を通過した風はスポット状に圧縮機７と接触し、その部分において圧力損失が生じている点を見出した。
【００６７】
これに対し、ファン中心２９の位置を圧縮機７の中心位置よりも下方に設置することで、ファン９を通過後の風が圧縮機７にスポット状に当たるのを防ぎ、圧力損失の低下量を少なくすることが可能となり、圧縮機７周辺の風速を高速のまま維持することが可能となることがわかった。
【００６８】
このようにして、上記の構成によって機械室風路抵抗の低減化を実現することができるのである。
【００６９】
また、中心位置よりも下方にした意義について、圧縮機７内には摺動部を潤滑させながら圧縮機７外部へと放熱するための潤滑油が存在するが、圧縮機７内の潤滑油が存在する圧縮機７下部の冷却を向上させることによって圧縮機７の冷却能力の向上し、そして圧縮機７の放熱を向上する点も見出している。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、冷蔵庫内の容量を増やしながら、効率よく冷却を行う冷蔵庫を提供することができる。従って、本発明は、家庭用及び業務用など様々な種類及び大きさの冷蔵庫に有用である。
【符号の説明】
【００７１】
２  吸込み口
３  吐出し口
４  吸込み空気
５  吐出し空気
６  ベース板
７  圧縮機
８  凝縮器
９  ファン
１０  縦リブ
１６  冷蔵庫機械室
１７  ベースパネル
１８  金属カバー板
１９  金属カバー凸形状
２０  曲面形状
２１  金属カバー凸形状幅寸法
２２  金属カバー凸形状奥行き寸法
２３  金属カバー凸形状高さ寸法
２４  ファンリング
２５  ファンガイダー
２７  ベースパネル凸形状
２８  ベースパネル凸形状高さ寸法
２９  ファン中心
【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】
2014206351.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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