(57)【要約】【課題】冷媒としてＲ２９０（プロパン）を用いた冷凍冷蔵庫において、年間を通じて圧縮機が常に、最高効率付近で運転できるようにする。【解決手段】冷媒としてＲ２９０（プロパン）を用いる冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルは回転数制御が可能な密閉型往復動式の圧縮機を有し、この圧縮機の気筒内で冷媒を圧縮することにより、庫内を冷却する冷凍冷蔵庫において、庫内温度が所定の温度範囲に安定して制御される安定運転状態時における圧縮機の積算平均回転数が３０〜４０ｒｐｓとなるように圧縮機の気筒容積を選定する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒としてＲ２９０（プロパン）を用いる冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルは回転数制御が可能な密閉型往復動式の圧縮機を有し、この圧縮機の気筒内で前記冷媒を圧縮することにより、庫内を冷却する冷凍冷蔵庫において、
前記庫内温度が所定の温度範囲に安定して制御される周囲温度３０度±１℃における安定運転状態時における前記圧縮機の積算平均回転数が３０〜４０ｒｐｓとなるように前記圧縮機の気筒容積を選定したことを特徴とする冷凍冷蔵庫。
【請求項２】
自動霜取制御を行う制御手段を備え、
前記安定運転状態は、ＪＩＣ Ｃ ９８０１（２００６）「家庭用電気冷蔵庫及び電気冷凍庫の特性及び試験方法」の第１５項「消費電力量試験」における周囲温度＋３０℃±１℃の試験において、消費電力量の測定開始後、霜取り開始前７時間〜２時間の間における運転状態であることを特徴とする請求項１記載の冷凍冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒としてＲ２９０（プロパン）を用いる冷凍冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、家庭用の冷凍冷蔵庫においては、冷媒としてＲ６００ａ（イソブタン）が主に使用されており、圧縮機としては回転数制御が可能な密閉型圧縮機が使用されている。また、冷媒としては、Ｒ２９０（プロパン）を用いることも検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２６７３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来においては、冷媒としてＲ２９０（プロパン）を用いた場合の圧縮機の効率の良い回転数制御については、検討されていない。
【０００４】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、冷媒としてＲ２９０（プロパン）を用いた冷凍冷蔵庫において、年間を通じて圧縮機が常に、最高効率付近で運転できるようにした冷凍冷蔵庫を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１記載のものは、冷媒としてのＲ２９０（プロパン）を用いる冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルは回転数制御が可能な密閉型往復動式の圧縮機を有し、この圧縮機の気筒内で前記冷媒を圧縮することにより、庫内を冷却する冷凍冷蔵庫において、前記庫内温度が所定の温度範囲に安定して制御される周囲温度３０度±１℃における安定運転状態時における前記圧縮機の積算平均回転数が３０〜４０ｒｐｓとなるように気筒容積を選定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、消費電力量を必要最小限に留めることができるようになるとともに、騒音を増大することなしに、現在、主流となっている冷媒Ｒ６００ａ（イソブタン）を用いた家庭用の冷凍冷蔵庫に対し、年間消費電力量を大幅に低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。  
図１は本発明の一実施の形態である家庭用の冷凍冷蔵庫を示す側断面図、図２はその冷却系統図である。
【０００８】
冷凍冷蔵庫１は、断熱箱体２と内箱３で構成されている。冷凍冷蔵庫１の内部は、断熱仕切壁４によって上下に仕切られ、上部側が冷蔵室３０、下部側が冷凍室４０となっている。断熱仕切壁４により、冷蔵室３０の冷気と冷凍室４０の冷気とは完全に独立し、各冷気が混合することがない。
【０００９】
冷蔵室３０の庫内は、冷蔵仕切板５によって冷蔵貯蔵室６と野菜室７とに仕切られている。冷凍室４０の庫内は、第１冷凍室８と第２冷凍室９とから構成されている。各室６〜９には開閉扉５１〜５４それぞれが設けられている。
【００１０】
野菜室７の背面側には冷蔵室蒸発器１０と冷蔵室冷却ファン１１が配置され、冷蔵室冷却ファン１１は庫内温度変動や扉開閉によって任意に運転される。冷蔵貯蔵室６の背面側は、冷気を冷蔵室３０内に供給するための冷気循環路１２となっている。
【００１１】
第１冷凍室８の背面側には冷凍室冷却ファン１４、第２冷凍室９の背面側には冷凍室蒸発器１３が配置され、冷気を循環させることによってこれら第１及び第２冷凍室８，９を冷却する。
【００１２】
冷凍冷蔵庫１の背面下部側には機械室１５が設けられ、この機械室１５には、図２に示すような冷凍サイクルを構成する圧縮機１６と凝縮器１７が配置され、圧縮機１６から吐出された冷媒が凝縮器１７を通った後、三方弁１８の冷媒切替機構によって切替られた流路を通流するようにしてある。
【００１３】
三方弁１８の一方の出口には冷蔵キャピラリ１９と冷蔵室蒸発器１０が順次接続され、三方弁の他方の出口には冷凍キャピラリ２０と冷凍室蒸発器１３とアキュムレータ２１が順次接続されている。そして、アキュムレータ２１の出口配管には、機械室１５内において逆止弁２２が接続され、この逆止弁２２の出口側は冷蔵室蒸発器１０の出口配管と合流して圧縮機１６の吸込側に接続されている。
【００１４】
三方弁１８は、冷蔵室冷却系と冷凍室冷却系との流路を交互に切替えることが可能であると同時に、両流路を同時に遮断する全閉モードと同時に解放する全開モードの切替えも可能である。
【００１５】
圧縮機１６、冷却ファン１１，１４、三方弁１８、凝縮器ファン２３等の機械系の制御は、コントローラ６０によって行われる。このコントローラ６０は各所に設置されている冷媒温度センサや圧力センサ、圧縮機回転数センサの信号を入力し、それらの信号に基づき必要な制御、例えば、自動霜取り制御などを行う。
【００１６】
次に、上記したように構成される冷凍冷蔵庫１の冷却制御動作について説明する。
【００１７】
冷凍室冷却モードの場合、冷媒は冷凍キャピラリ２０で減圧されて冷凍室蒸発器１３に入り、冷凍室４０を冷却した後、再び圧縮機１６に戻る。すなわち、冷媒は冷凍キャピラリ２０、冷凍室蒸発器１３、アキュムレータ２１、逆止弁２２の順に流れ、冷凍室冷却ファン１４の運転によって冷気が庫内を循環し、第１及び第２冷凍室８，９を冷却する。
【００１８】
一方、三方弁１８が切替り、冷蔵室冷却モードになった場合、冷媒は冷蔵キャピラリ１９で減圧され、冷蔵室蒸発器１０に入り、冷蔵室３０を冷却した後、再び圧縮機１６に戻る。すなわち、冷媒は冷蔵キャピラリ１９、冷蔵室蒸発器１０の順に流れ、冷蔵室ファン１１の運転によって冷蔵貯蔵室６と野菜室７を冷却する。
【００１９】
ところで、上記した冷凍冷蔵庫１においては、冷媒としては、Ｒ２９０（プロパン）が用いられ、圧縮機１６としては回転数制御が可能なＤＣモータ搭載の密閉小型往復動用ののものが使用されている。
【００２０】
以下、この密閉小型往復動用圧縮機のカロリメータ試験特性について説明する。なお、圧縮機１６の気筒容積は約５ｃｃである。
【００２１】
図３中Ａは、凝縮温度を３８℃（冷凍冷蔵庫の周囲温度約３０℃に相当）、図中Ｂは、凝縮温度を２１℃（冷凍冷蔵庫の周囲温度約１５℃に相当）、蒸発温度はいずれも−２３．３℃とし、圧縮機１６の回転数を変化させたときのＣＯＰ（成績係数）の測定結果を示すものである。
【００２２】
図３中Ａでは、３０ｒｐｓ以上でＣＯＰが高く４０ｒｐｓ付近で最高効率を示す。３０ｒｐｓ未満では効率が低く、特に、２５ｒｐｓ以下での効率低下が著しい。低速側での効率低下が著しくなるのは、モータ効率の低下に加え、Ｒ２９０（プ口パン）は凝縮圧力がＲ６００ａ（イソブタン）の２．５倍以上にもなる高圧冷媒であるため、本質的にピストン・シリンダ間の漏れ損失が大きい。したがって、１回転当たりの漏れ時間が長くなる低速ほどその影響が顕著に出てくるためと考えられる。気筒容積を３．８ｃｃ、４．６ｃｃ、５．５ｃｃに変えて試験を行なっても同様で、この傾向は変らなかった。なお、４０ｒｐｓを超えると、ＣＯＰが徐々に低下するとともに、騒音が増大する。
【００２３】
したがって．本条件（夏場想定）におけるＲ２９０（プ口パン）用圧縮機の省電力上の好ましい使い方としては、実使用時の冷蔵庫は熱負荷変動を受けることを考慮すると、夜間等扉開閉がなく熱負荷が小さい時には最高効率点（４０ｒｐｓ付近）を含む低速側の３０〜４０ｒｐｓで運転し、かつ扉開閉が激しく熱負荷が大きくなった場合でも最高効率点から高速側に大きくずれないよう、好ましくは５０ｒｐｓ以下で運転することが望ましいと言える。
【００２４】
図３中Ｂは、２５〜３０ｒｐｓ付近で最高効率を示し、効率低下が大きくなるのは，２０ｒｐｓ以下となっている。Ａに対し最高効率点が低速側に移動するのは、凝縮器温度、すなわち圧縮機吐出圧力が低い条件であることにより、ピストン・シリンダ間の圧縮機漏れ損失が減少するためである。すなわち、Ａと同等の漏れ損失となる回転数が低速側に移動することと、低速になるほど機械損失が小さくなって行くことによる。
【００２５】
本条件（冬場想定）におけるＲ２９０（プ口パン）用圧縮機の省電力上の好ましい使われ方としては、２０〜３５ｒｐｓの間で運転されることが望ましいと言える。
【００２６】
ＡＢ間の条件におけるＣＯＰ曲線については、以上より、図中矢印線上を最高効率点とする曲線として移動して行くことが容易に推定される。
【００２７】
図３中Ｃは、気筒容積１０ｃｃクラスの冷媒Ｒ６００ａ（イソブタン）用圧縮機を、冷媒をＲ６００ａ（イソブタン）としてＡと同条件で測定した時の特性である。
【００２８】
Ａとは異なり、低速側での落込みはなく低速側ほど効率が良い。これは、Ｒ６００ａ（イソブタン）の凝縮圧力がＲ２９０（プ口バン）の４０％以下と非常に低いため、基本的に圧縮機の漏れ損失自体が小さく、低速でも漏れ損失がそれほど大きくならないためと考えられる。したがって、本条件（夏場想定）におけるＲ６００ａ（イソブタン）用圧縮機の省電力上の好ましい使い方としては、できるだけ低速側で運転することが望ましいと言うことになる。
【００２９】
図４は、図３中のＡおよびＣを、横軸を冷凍能力にとって比較したものである。
【００３０】
周囲温度（室温）３０℃における冷凍冷蔵庫での必要冷凍能力を２００〜３００Ｗとすると、Ｒ２９０（プ口パン）用の気筒容積５ｃｃクラスで３５〜５０ｒｐｓでの運転になる。これと同等能力をＲ６００ａ（イソブタン）用１０ｃｃクラスで出すためには、概ね５５〜８０ｒｐｓでの運転が必要であり、そのＣＯＰを比較すると、Ｒ２９０（プ口パン）用のほうが１０％以上良好となっている。
【００３１】
すなわち、本例２機種の圧縮機を必要冷凍能力を２００〜３００Ｗとする冷凍冷蔵庫に搭載した場合、Ｒ２９０（プ口パン）用のほうが圧倒的に省電力になると言うこと示している。
【００３２】
なお、Ｒ６００ａ（イソブタン）用の気筒容積を１５〜２０ｃｃとして低速でも同等能力の出るような運転をすれば、効率の良い運転は可能である。
【００３３】
しかし、Ｒ６００ａ（イソブタン）用の外形は、おおよそ１０から１１ccクラスまでは、Ｒ２９０（プロパン）用５ｃｃクラスの外形とほぼ同じ大きさで構成可能であるが、１５〜２０ｃｃとなれば（現状に比べ非常に大きなものとなり、経済的間題（コストアップ）もさることながら、冷凍冷蔵庫仕様上も、機械室容積が増大することになり有効内容積の大幅減少、という基本的なデメリットが生じ、現実的とは言えない。
【００３４】
ところで、上記した冷凍冷蔵庫１の圧縮機１６としては、以下に示す条件において、圧縮運転中の積算平均回転数が３０〜４０ｒｐｓとなるような気筒容積のものが選定されている。
【００３５】
条件：ＪＩＳ Ｃ ９８０１（２００６）「家庭用電気冷蔵庫及び電気冷凍庫の特性及び試験方法」の第１５項「消費電力量試験」で、室温３０℃±１℃での試験において、測定開始から、扉開閉、負荷投入終了以降に到達（出現）する安定運転状態時（除霜時前後を除く）。
【００３６】
図５は上記ＪＩＳ Ｃ ９８０１（２００６）に規定されている「消費電力量試験」の方法を示すものである。
【００３７】
この試験では、運転開始から少なくとも２４時間運転を継続したのち、消費電力量の測定を２４時間行なう。自動霜取り方式の場合には、上記運転開始から少なくとも２４時間運転を継続したのちに最初に行われる霜取制御の終了から消費電力量を測定開始し、少なくとも２４時間測定する。
【００３８】
また、冷却方式が、冷気強制循環方式の場合には、冷蔵庫扉と冷凍庫扉の開閉、及び負荷投入を上記測定開始後、２時間経過した時点から行なう。冷蔵庫扉は８分ごとに１回、計３５回開閉する。この冷蔵庫扉の開閉角度は９０°±５°、開放時間１０秒間（全開放時間５秒以上）とする。また、冷凍庫扉は４０分ごとに１回、計８回開閉する。この冷凍庫扉の開閉角度は９０°±５°、開放時間１０秒間（全開放時間５秒以上）とする。
【００３９】
ここで、安定運転状態時とは、消費電力量の測定開始後の霜取り制御の制御開始前７時間〜２時間における運転状態時である。
【００４０】
図６は、上記した冷蔵冷凍庫１の「消費電力量試験」を室温３０℃±１℃にて行った時、圧縮機１６の運転回転数が時間的にどのように変化するのかの一例を示すものである。
【００４１】
本試験は、一般家庭での夏場の実使用状態を模擬（想定）したものであり、冷凍冷蔵庫１が、年間の通常使用状態の中で最も熱負荷が大きくなる夏場において、圧縮機１６の運転回転数がどのように変化するかを示すものである。
【００４２】
圧縮機１６の回転数は安定時の３５ｒｐｓから扉開閉、負荷投入時の概ね５０ｒｐｓの間を行き来している。これは図３中Ａに示すように、圧縮機１６の最高効率点４０ｒｐｓ付近を含み、常に効率の頂上付近（効率低下が少ない状態）で運転されるということであり、省電力上最も好ましい運転パターンの内のーつとなっていることが分かる。
【００４３】
すなわち、この冷凍冷蔵庫１は、少なくとも、年間を通じ通常使用状態の中で最も熱負荷が大きくなる夏場において、最も効率の良い運転をすることができるということを意味している。
【００４４】
また，騒音的にも、圧縮機１６の回転数が６０ｒｐｓを越えるような高速運転の出現が見られず、夏場以外はさらに回転数が落ちることより、年間を通してより静粛な運転が可能となる。
【００４５】
一方、この冷凍冷蔵庫１を、室温１５℃±１℃にて前述の「消費電力量試験」を行った場合、
その圧縮機１６の運転回転数は（図は省略）、概ね２０〜３５ｒｐｓの間を行き来する。これは図３中Ｂに示すように、圧縮機１６の最高効率点２５〜３０ｒｐｓを含み、常に効率の頂上付近（効率低下が少ない状態）で運転されるということであり、省電力上最も好ましい運転パターンの内のーつになっていることが分かる。
【００４６】
本試験は、一般家庭での冬場の実使用状態を模擬（想定）したものであり、冷凍冷蔵庫１は、年間を通じ通常使用状態の中で最も熱負荷が小さくなる冬場においても、最も効率の良い運転をすることができるということを意味している。
【００４７】
冷凍冷蔵庫１が、室温３０℃（夏場）〜室温１５℃（冬場）の間で運転された場合、室温が低下すると熱負荷が減少するため、圧縮機１６の回転数は低速側に移動する。しかし、この圧縮機１６の回転数の低速側への移動にともなって凝縮器１７の温度が低下するため、圧縮機１６の吐出圧力が減少する。これにより、ピストン・シリンダ間の圧縮機漏れ損失が減少することになり、また摺動速度の低下にともない機械損失も減少するため、最高効率点は低速側に移動することになる。
【００４８】
すなわち、室温が低下するとともに、圧縮機１６の回転数は低速側に移動して行くが、この移動にともなって圧縮機１６の最高効率点も図３中の矢印線上を低速側に移動して行くことにより、効率の頂上付近（効率低下が少ない状態）での運転状態は継続されることになる。
【００４９】
以上のように、夏場の実使用状態を想定した室温３０℃の「消費電力量試験」において、安定運転状態時における圧縮機の積算平均回転数が、圧縮機の最高効率点（４０ｒｐｓ付近）よりも低速側にあたる３０〜４０ｒｐｓとなるように圧縮機の気筒容積を選定するため、通常使用状態において、年間を通じ圧縮機が常に最高効率付近で運転されるようになり、冷凍冷蔵庫１の消費電力量を必要最小限に留めることができるようになるとともに、現在主流となっている冷媒Ｒ６００ａ（イソブタン）を用いた家庭用冷蔵庫に対しても、特に大型タイプになるほど年間消費電力量を大幅に低減することが可能となる。
【００５０】
また、特殊モード（急速冷凍、急速製氷等）を除き、夏場でも圧縮機の（回転数が６０ｒｐｓを越えるような）高速運転の出現が押さえられ、年間を通してより静粛運転が可能となる。
【００５１】
さらに、上記した冷凍冷蔵庫１の圧縮機１６としては、上記ＪＩＳ Ｃ ９８０１（２００６）の条件に限らず、例えば、以下に示す条件において、圧縮運転中の積算平均回転数が３０〜４０ｒｐｓとなるような気筒容積のものが選定されても良い。
【００５２】
室温３０℃±１℃で、冷凍冷蔵庫の庫内に負荷を入れない状態で運転を開始し、運転開始後、扉を開閉することなく、２４時間経過後の霜取り制御終了後、４時間経過後から次回の霜取り開始前２時間における運転状態。
【００５３】
この場合にも、通常使用状態において、年間を通じ圧縮機が常に最高効率付近で運転されるようになり、冷凍冷蔵庫１の消費電力量を必要最小限に留めることができる。
【００５４】
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態である冷凍冷蔵庫の内部構成を概略的に示す図。
【図２】図１の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクル装置を示す図。
【図３】消費電力量試験時を想定して行なった圧縮機単体のカロリーメータ試験の結果を示す図。
【図４】図１のＲ２９０（プロパン）を用いる冷凍冷蔵庫と、冷媒としてＲ６００ａ（イソブタン）を用いる冷凍冷蔵庫の冷凍能力を比較して示す図。
【図５】消費電力量の試験方法を示す図。
【図６】消費電力量試験を室温３０℃で行なったときの圧縮機の運転回数の変化を示す図。
【符号の説明】
【００５６】
1…冷凍冷蔵庫、１６…圧縮機、６０…制御手段
【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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