(57)【要約】      （修正有）【課題】消費電力量を低減し、さらに静音化を達成した冷蔵庫を得る。【解決手段】冷蔵庫１００は、圧縮機１０、放熱器１２、凝縮パイプ１６および冷却器２４を有する冷凍サイクルと、放熱器１２での放熱を促進する放熱用ファン１４と、凝縮パイプ１６での放熱を促進させる放熱部材と、を備える冷蔵庫であって、放熱用ファン１４は、圧縮機１０の駆動開始とともに駆動を開始して、冷凍サイクルを流れる冷媒の状態が安定する時間以降であって、且つ、放熱部材の温度が均一になる時間以前に駆動を停止する。【選択図】図１
2015114015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、凝縮パイプおよび冷却器を有する冷凍サイクルと、
前記放熱器での放熱を促進する放熱用ファンと、
前記凝縮パイプでの放熱を促進させる放熱部材と、を備える冷蔵庫であって、
前記放熱用ファンは、前記圧縮機の駆動開始とともに駆動を開始して、前記冷凍サイクルを流れる冷媒の状態が安定する時間以降であって、且つ、前記放熱部材の温度が均一になる時間以前に駆動を停止することを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
前記放熱部材は、当該冷蔵庫の表面板であり、
前記凝縮パイプは、前記表面板に当接させてあることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記圧縮機の駆動開始から、前記冷凍サイクル内を流れる冷媒の状態が安定するまでの時間は、
前記冷凍サイクル内の冷媒容量をＭとして、冷媒流量をＧｒとしたときに、
以下の数式１で求まる時間ｔ１であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷蔵庫。
ｔ１＝Ｍ／Ｇｒ・・・（数式１）
【請求項４】
前記凝縮パイプは、当該冷蔵庫の長手方向に沿って平行に配置された複数の直線部を有し、
前記冷媒の状態が安定してから、前記放熱部材の温度が均一になるまでの時間は、
前記凝縮パイプの隣り合う直線部の間隔をＬとして、
前記放熱部材の熱拡散係数をａとしたときに、
以下の数式２で求まる時間ｔ２であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の冷蔵庫。
ｔ２＝Ｌ２／２ａ・・・（数式２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷蔵庫としては、圧縮機が配置された機械室内の空気を循環させるために、冷却ファンを備えるものが知られている。従来では、冷蔵庫の内部温度が高いとき、または、冷蔵庫の外部温度が高いときに、冷却ファンを駆動して、凝縮器の放熱量を増加させていた。従来では、このようにファンを駆動させることによって、冷蔵庫の消費電力量を低減させていた。また、従来では、冷蔵庫の内部の温度が低いとき、または、冷蔵庫の外部の温度が低いときには、ファンを停止していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０１５２９号公報（第８頁、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来では、冷蔵庫の冷却運転中に、凝縮器の凝縮能力が低い場合であっても、冷蔵庫の内部の温度が低いとき、または、冷蔵庫の外部の温度が低いときには、冷却ファンを停止していた。このため、従来の冷蔵庫では、凝縮器の凝縮能力が低いときに、冷蔵庫の消費電力量が増加していた。
【０００５】
さらに、従来では、冷蔵庫の冷却運転中に、凝縮器の凝縮能力が高い場合であっても、冷蔵庫の内部の温度が高いとき、または、冷蔵庫の外部の温度が高いときには、冷却ファンを駆動していた。このため、従来では、凝縮器の凝縮能力が高いときに、冷蔵庫の消費電力量が増加し且つ騒音が発生する問題があった。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、消費電力量を低減し、さらに静音化を達成することができる冷蔵庫を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る冷蔵庫は、圧縮機、放熱器、凝縮パイプおよび冷却器を有する冷凍サイクルと、前記放熱器での放熱を促進する放熱用ファンと、前記凝縮パイプでの放熱を促進させる放熱部材と、を備える冷蔵庫であって、前記放熱用ファンは、前記圧縮機の駆動開始とともに駆動を開始して、前記冷凍サイクルを流れる冷媒の状態が安定する時間以降であって、且つ、前記放熱部材の温度が均一になる時間以前に駆動を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、消費電力量を低減し、さらに静音化を達成した冷蔵庫を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の冷媒回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルを説明する模式図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図４に示す冷蔵庫の側面板について、凝縮パイプからの距離と側面板の温度との関係を示すグラフである。
【図６】この発明の実施の形態１に係る冷蔵庫のファンの動作の一例を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。
【００１１】
実施の形態１．
図１に示す冷蔵庫１００は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用して、冷蔵庫１００の庫内温度（内部温度）を目標温度まで冷却する。冷蔵庫１００は、圧縮機１０と、放熱器１２と、凝縮パイプ１６と、結露防止パイプ１８と、ドライヤ２０と、キャピラリーチューブ２２と、冷却器２４とを配管によって接続した冷媒回路を有する。また、冷蔵庫１００は、冷蔵庫１００全体の制御を行う制御部３０を有する。制御部３０は、例えば、マイコンまたは専用回路を含み、図２に示す冷蔵庫１００の背面板５４側上部に配置される。
【００１２】
図１に示す圧縮機１０は、冷媒を圧縮する。圧縮機１０は、例えば、図２に示す冷蔵庫１００の背面板５４側下部に設けられた機械室１０２内に配置される。圧縮機１０は、図示を省略してあるインバータによって駆動され、その回転数を変化させることができる。
【００１３】
機械室１０２内には、さらに、図１に示す放熱器１２および放熱用ファン１４が配置される。放熱器１２は、圧縮機１０で圧縮された高温・高圧の冷媒の放熱を行う。放熱用ファン１４は、例えば、放熱器１２に空気を送風することによって、放熱器１２での放熱を促進させる。なお、放熱用ファン１４は、機械室１０２内の空気を循環させて、機械室１０２および機械室１０２に連通する部屋に配置される構成の放熱を促進させても良い。例えば、放熱用ファン１４は、機械室１０２内の空気を機械室１０２外に排出し、または、機械室１０２内に機械室１０２外からの空気を供給するように配置される。
【００１４】
凝縮パイプ（放熱パイプ）１６は、図１に示すように、放熱器１２と結露防止パイプ１８との間に配置される。放熱器１２にて放熱された冷媒は、凝縮パイプ１６によって、さらに放熱される。凝縮パイプ１６は、例えば、図２に示すように、冷蔵庫１００の側面板５２および背面板５４の内側に埋設される。なお、図２では、理解を容易にするために、凝縮パイプ１６を実線で記載したが、実際には、凝縮パイプ１６は、冷蔵庫１００の側面板５２および背面板５４よりも内側に埋設されている。
【００１５】
凝縮パイプ１６は、冷蔵庫１００の庫内側に断熱材を介して配置される。また、凝縮パイプ１６は、冷蔵庫１００の庫外側では、放熱部材を構成する冷蔵庫１００の側面板５２および背面板５４を介して、凝縮パイプ１６を流れる冷媒の熱を庫外側に放熱させるように設置されている。例えば、凝縮パイプ１６は、冷蔵庫１００の側面板５２および背面板５４に当接させてある。凝縮パイプ１６を流れる冷媒の熱は、冷蔵庫１００の側面板５２および背面板５４を介して放熱される。なお、凝縮パイプ１６は、冷蔵庫１００の上面板、底面板、および側面板５２に対向する側面の内側に配置してあっても良い。
【００１６】
凝縮パイプ１６は、冷蔵庫１００の側面板５２および背面板５４の限られた面積を介して、効率よく放熱が行われるように配置されている。例えば、凝縮パイプ１６は、図２に示すように、蛇行するように配置される１本の配管であり、冷蔵庫１００の長手方向に沿って延びる複数の直線部を有する。なお、凝縮パイプ１６は、ドレン蒸発のためのホットパイプを含んでも良い。
【００１７】
冷蔵庫１００の側面板５２および背面板５４を含む表面板は、冷蔵庫１００の外側表面を構成し、且つ、凝縮パイプ１６の熱を冷蔵庫１００の庫外側に放出する放熱部材を構成する。冷蔵庫１００の表面板を構成する側面板５２および背面板５４は、その強度および熱伝導率等の要請から、例えば、ステンレス鋼で構成される。
【００１８】
結露防止パイプ１８は、図１に示すように、凝縮パイプ１６とドライヤ２０との間に配置される。結露防止パイプ１８は、冷蔵庫１００の前面部分に配置され、冷蔵庫１００本体の前面部分での露付きを防止する。
【００１９】
ドライヤ２０は、結露防止パイプ１８とキャピラリーチューブ２２との間に配置される。ドライヤ２０は、圧縮機１０へのゴミまたは金属粉等の流入を防止するフィルター、および冷凍サイクル内の水分を吸着する吸着部材を含む。
【００２０】
キャピラリーチューブ２２は、ドライヤ２０と冷却器２４との間に配置される。キャピラリーチューブ２２は、冷媒を減圧する。
【００２１】
冷却器２４は、キャピラリーチューブ２２と熱交換部分２６との間に配置される。冷却器２４は、たとえば冷蔵庫１００の庫内の空気と熱交換を行って、冷蔵庫１００の庫内を冷却する。冷却器２４の上方には、図示を省略してあるファンが設けられており、このファンによって冷却器２４に庫内空気が送風され、冷却器２４で冷却された冷気が冷蔵庫１００の庫内（各貯蔵室）に送風される。
【００２２】
熱交換部分２６では、キャピラリーチューブ２２を流れる冷媒と、冷却器２４と圧縮機１０との間の配管（吸入パイプ）を流れる冷媒と、の間で熱交換が行われる。
【００２３】
次に、図３を用いて、この実施の形態に係る冷蔵庫１００の冷凍サイクルについて説明する。図３では、この実施の形態の理解を容易にするために、イソブタンのモリエル線図上に、冷蔵庫１００の冷凍サイクルを記載したが、この実施の形態における冷媒の種類を限定するものではない。また、図３に示す例では、冷蔵庫１００の庫外の外気温度を３０℃とし、冷却器２４への流入空気温度を−１５℃とした。
【００２４】
図３に示すように、圧縮機１０にて圧縮された高温・高圧のガス冷媒は、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８にて放熱されて、キャピラリーチューブ２２に流れ込む。キャピラリーチューブ２２に流れ込んだガス冷媒は、減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、冷却器２４へ流入して、冷蔵庫１００内の空気と熱交換を行う。熱交換が行われて気化したガス冷媒は、圧縮機１０へ流入し、再び圧縮される。
【００２５】
図３に示す例において、冷却器２４での冷却を維持するために必要なサイクル放熱量ＱＨは、冷却器２４での吸熱量ＱＣと圧縮機１０の入力Ｗとの和によって決まる。ここで、サイクル放熱量ＱＨは、冷蔵庫１００の使用状況によって変化する。例えば、夏場に冷蔵庫１００の外気温度が３５℃以上の高温になって冷蔵庫１００の扉が開閉されたときには、冷却器２４での負荷が大きくなる。冷却器２４での負荷が大きくなると、冷却器２４での吸熱量ＱＣおよび圧縮機１０の入力Ｗが増えるので、冷却器２４での冷却を維持するために必要なサイクル放熱量ＱＨが増加する。このように冷却器２４での負荷が大きくなった場合でも、冷蔵庫１００が安定運転を行っているときには、サイクル放熱量ＱＨを十分に確保できるように、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８が設置されている。
【００２６】
しかしながら、例えば、圧縮機１０を駆動した直後には、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８のみでは、サイクル放熱量ＱＨを確保できない。なぜなら、圧縮機１０を駆動した直後には、冷媒回路を流れる冷媒の状態が安定しておらず、且つ、放熱部材を構成する側面板５２および背面板５４の温度が不均一である。したがって、この実施の形態では、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８のみで、サイクル放熱量ＱＨを確保できるまでは、放熱用ファン１４を駆動して、放熱を促進させる。そして、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８のみで、サイクル放熱量ＱＨを確保できるようになったときに、放熱用ファン１４の駆動を停止する。
【００２７】
具体的には、冷媒回路を流れる冷媒の状態が過渡的に変化する間は、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８にて、あらかじめ見込んだサイクル放熱量ＱＨが確保できない。したがって、少なくとも、圧縮機１０の駆動開始から、冷媒状態が安定するまでの時間ｔ１以上は、放熱用ファン１４を駆動する。
【００２８】
圧縮機１０の駆動開始から、冷媒状態が安定するまでの時間ｔ１は、冷媒回路を流れる冷媒流量Ｇｒと冷媒量Ｍによって、以下の数式１で表される。
ｔ１＝Ｍ／Ｇｒ・・・（数式１）
【００２９】
例えば、外気温度３０℃での安定運転時において、冷蔵庫１００の冷媒流量Ｇｒは、１ｋｇ／ｈ程度である。なお、外気温度が、３０℃よりも低い外気温度である場合には、凝縮温度の低下によって、圧縮比が減少するので、冷媒流量Ｇｒは、１ｋｇ／ｈ以下になる。また、例えば、この実施の形態に係る冷蔵庫１００の冷媒量Ｍは８０ｇ程度である。
上記の例においては、圧縮機１０の駆動開始から、冷媒状態が安定するまでの時間ｔ１は、２８８秒（およそ５分）である。冷媒状態が安定した時間ｔ１以降では、凝縮パイプ１６を流れる冷媒の熱が、凝縮温度に到達して安定する。また、冷媒状態が安定した時間ｔ１以降では、凝縮パイプ１６を流れる冷媒の圧力は、凝縮圧力に到達して安定する。
【００３０】
凝縮パイプ１６を流れる冷媒の熱が、側面板５２および背面板５４に伝達して、側面板５２および背面板５４での温度分布が均一化してくると、側面板５２および背面板５４での放熱面積が増加して、側面板５２および背面板５４での放熱量が増加する。
【００３１】
図２に示す冷蔵庫１００の側面板５２および背面板５４で構成される放熱部材の温度が均一になるまでの時間ｔ２について説明する。図４は、図２に示す冷蔵庫１００の側面板５２のＡ−Ａ断面についての部分断面図である。図４では、この実施の形態の理解を容易にするために、側面板５２および凝縮パイプ１６の部分を拡大した。なお、以下の説明では、側面板５２に関しての説明を行うが、背面板５４についても同様であるので、その説明については省略する。
【００３２】
図４に示すように、隣り合う凝縮パイプ１６は間隔Ｌを隔てて配置されている。側面板５２（放熱部材）の温度が均一になるまでの時間ｔ２は、隣り合う凝縮パイプ１６の間隔をＬとして、側面板５２の熱拡散係数をａとしたときに、以下に示す数式２にて表される。
ｔ２＝Ｌ２／２ａ・・・（数式２）
【００３３】
数式２に示すように、隣り合う凝縮パイプ１６の間隔Ｌを短くすることによって、側面板５２の温度が均一になるまでの時間ｔ２を短縮することができる。しかしながら、隣り合う凝縮パイプ１６のピッチを短くするように凝縮パイプ１６を形成すると、冷蔵庫１００の製品コストが増加する。なぜなら、凝縮パイプ１６自体のコストが増加し、さらには、冷媒回路が必要とする冷媒の量が増加する。したがって、図２に示すこの実施の形態の例では、側面板５２側において、６本の凝縮パイプ１６（凝縮パイプ１６の直線部）が、冷蔵庫１００の長手方向に沿って、平行に延びるように配置されている。また、背面板５４側では、２本の凝縮パイプ１６が、冷蔵庫１００の長手方向に沿って、平行に延びるように配置されている。
【００３４】
図２および図４に示す例では、隣り合う凝縮パイプ１６の間隔Ｌは１００ｍｍである。また、側面板５２は、ステンレス鋼で構成されており、その熱拡散係数ａは、通常の外気温度において、４．０ｍｍ２／ｓである。したがって、この実施の形態に係る例では、側面板５２の全面の温度が均一になるまでの時間ｔ２は、１２５０秒（およそ２０分）である。
【００３５】
側面板５２の全面の温度が均一になると、冷蔵庫１００が安定運転状態になって、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８での放熱量が、サイクル放熱量ＱＨよりも十分に大きくなる。したがって、好適には、側面板５２の全面の温度が均一になる前であって、サイクル放熱量ＱＨが確保できたときに、放熱用ファン１４の駆動を停止する。すなわち、好適には、冷媒状態が安定するまでの時間ｔ１以降であって、側面板５２（放熱部材）の全面の温度が均一になるまでの時間ｔ２以前に、放熱用ファン１４の駆動を停止する。なお、側面板５２の全面の温度が均一になったときに、放熱用ファン１４の駆動を停止しても良い。
【００３６】
通常外気（外気温度３０℃）下での冷蔵庫１００の運転周期（圧縮機１０の起動から停止までの時間、または、冷蔵庫１００の庫内温度が、設定温度以下になるまでの時間）は、３０分から６０分である。冷蔵庫１００の運転周期は、冷蔵庫１００内の冷媒状態が安定するまでの時間ｔ１および側面板５２（放熱部材）全面の温度が均一になるまでの時間ｔ２よりも十分に長い。したがって、時間ｔ１および時間ｔ２が経過した後に、放熱用ファン１４の駆動を停止することによって、冷蔵庫１００の消費電力量を低減することができる。
【００３７】
図５に示すのは、側面板５２における温度変化の解析結果である。この側面板５２の温度変化の解析は、以下の条件にて行った。すなわち、図４に示す隣り合う凝縮パイプ１６の間隔Ｌを１００ｍｍとして、側面板５２の熱拡散係数ａを４．０ｍｍ２／ｓとして、凝縮パイプ１６からの距離をｘとして、ｘ＝０ｍｍからｘ＝５０ｍｍまでの温度解析を行った。また、図４に示す例では、冷蔵庫１００の庫外温度を３０℃として、凝縮パイプ１６の温度（凝縮パイプ１６を流れる冷媒の温度）を３５℃とした。図５に示すように、時間の経過とともに、側面板５２の温度分布が均一化する。
【００３８】
次に、放熱用ファン１４の動作の一例を図６に示すタイムチャートを用いて説明する。時刻Ｔ０にて、圧縮機１０の駆動開始とともに、放熱用ファン１４の駆動を開始する。時刻Ｔ０から時刻Ｔ１にかけて、凝縮パイプ１６の温度が上昇し、時刻Ｔ１にて、冷媒回路を流れる冷媒の状態が安定する。すなわち、時刻Ｔ１にて、凝縮パイプ１６を流れる冷媒の温度が冷媒の凝縮温度に到達して、時刻Ｔ１以降では、凝縮パイプ１６の温度が安定する。
【００３９】
また、時刻Ｔ０から時刻Ｔ２にかけて、放熱部材（側面板５２）の放熱面温度（放熱部材での最低温度）が上昇し、時刻Ｔ２にて、放熱部材の放熱面温度が冷媒凝縮温度に達して一定になる。すなわち、時刻Ｔ２にて、放熱部材の放熱面温度が冷媒の凝縮温度に到達して、時刻Ｔ２以降では、放熱部材の放熱面温度が均一である。
【００４０】
時刻Ｔ２以降では、冷蔵庫１００が安定運転状態になって、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８での放熱量が、サイクル放熱量ＱＨよりも十分に大きくなる。したがって、時刻Ｔ０以降であって時刻Ｔ２以前に、放熱用ファン１４の駆動を停止する。例えば、図６に示すように、時刻Ｔ２になったときに、放熱用ファン１４の駆動を停止する。また、放熱部材の放熱面温度がｃ１以上になった時刻Ｔ３にて、サイクル放熱量ＱＨが確保されたときは、時刻Ｔ２よりも前の時刻Ｔ３にて放熱用ファン１４の駆動を停止する。なお、時刻Ｔ１よりも前に、放熱部材の放熱面温度がｃ１以上になったときには、時刻Ｔ１にて、サイクル放熱量ＱＨが確保されているので、時刻Ｔ１になったときに、放熱用ファン１４の駆動を停止する。
【００４１】
上記のように、この実施の形態では、圧縮機１０の駆動開始後に、サイクル放熱量ＱＨを確保できないときには、放熱用ファン１４を駆動して、放熱を促進している。その結果、この実施の形態では、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８での放熱を促進させて、冷蔵庫１００の消費電力量を低減することができる。
【００４２】
さらに、この実施の形態では、放熱器１２、凝縮パイプ１６および結露防止パイプ１８での放熱量が、サイクル放熱量ＱＨを確保できたときには、放熱用ファン１４の駆動を停止しているので、冷蔵庫１００の消費電力量を低減し、且つ静音化を達成することができる。
【００４３】
この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  圧縮機、１２  放熱器、１４  放熱用ファン、１６  凝縮パイプ、１８  結露防止パイプ、２０  ドライヤ、２２  キャピラリーチューブ、２４  冷却器、２６  熱交換部分、３０  制御部、５２  側面板、５４  背面板、１００  冷蔵庫、１０２  機械室、Ｇｒ  冷媒流量、Ｍ  冷媒量、ＱＣ  吸熱量、ＱＨ  サイクル放熱量、Ｗ  圧縮機の入力、ａ  熱拡散係数。
【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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