(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒横置き形圧縮機と放熱用ファンを設置してダクトの機能を有する区画された機械室を備えた冷蔵庫において、圧縮機の円筒部直径に対するファンの回転直径を１．２倍以上とし、圧縮機の円筒部直径に対する機械室のダクト部断面に近似した円の径を１.４〜１.５倍の範囲にある関係に設定したことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
機械室が、それを構成する壁面に吸音材を張り付けて最適なダクト径を形成したことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
円筒横置き形圧縮機と放熱用ファンを設置してダクトの機能を有する区画された機械室を備えた冷蔵庫において、前記圧縮機の円筒部直径を一定として機械室のダクト部断面の大きさに近似した円の直径を変化させてダクト効率が良好となる機械室のダクト部断面の大きさに近似した円の直径を求めるステップと、前記ファンの回転直径を変化させて圧縮機の放熱効率が良好となる前記ファンの回転直径を求めるステップと、を供え、前記圧縮機、前記ファン、および前記機械室ダクト部断面の大きさを適正化するようにしたことを特徴とする冷蔵庫の製造方法。
【請求項４】
前記ダクト効率が、圧縮機の放熱効率と冷蔵庫の内容積効率の積であることを特徴とする請求項３に記載の冷蔵庫の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒横置き形圧縮機（以下、単に「圧縮機」と称す）をファンによって冷却する冷蔵庫に関し、さらに詳しくは該圧縮機とファンとそれらを備えるダクトの大きさを適正化する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷蔵庫の大型化に伴い、消費電力の抑制とともに、設置容積の増加抑制のための有効内容積の向上が求められている。  その一環として、圧縮機などを収納する機械室の省容量化があるが、圧縮機に高出力モータを内蔵することによって小型化と高性能化への対応をすることに伴って、圧縮機からの発熱量が増加して圧縮機自体の温度上昇を来すことになる。  このことは、圧縮機の冷媒ガスの圧縮や流動にかかる効率を低下させることのみならず、圧縮機の構成部材であるモータコイルの絶縁特性や軸受けの摺動特性を低下させ、さらに潤滑油の劣化をも引き起こす要因になりうる。
【０００３】
このため、圧縮機からの放熱による自然対流を効率よく用いることによって、余分な電力を使用することなく圧縮機の温度上昇を抑制する方法が、特開平３−９６６９４号公報によって提案されている。  この方法によれば、圧縮機の円筒状側面に加熱された空気の上昇を妨げないフィンを設けて表面積を増加させることによって放熱向上が達成できるというものである。
【０００４】
しかし、前記の高出力モータを用いた圧縮機には、この様な自然対流による放熱方法のみでは十分な温度の上昇を抑制することができないことから、これら圧縮機に近接した位置に設けたファンからの送風によって強制冷却する方法が採用されている。  例えば、特開平７−１０３６３８号公報では機械室内の他の発熱部との間に遮蔽板を設けて区画された中を一方向に送風して圧縮機の放熱により上昇した周囲温度を下げる方法、さらに、特開平７−９１８１１号公報では圧縮機の外周にダクトを設けた同様方法がある。
【０００５】
例えば、図１１は、特開平６−１０１９０９号公報において示された圧縮機と冷却ファンの設置状態を示す断面構造の説明図である。  ここで、図１１における５は圧縮機であり、その円筒線上に冷却用ファン３が配置されている。  このファンからの送風は、１０の吹き出しノズルを通過することによって整流された５の空気流を確保することになり、これが圧縮機表面を通過して圧縮機本体の熱を低下させる働きをする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの送風の方向や広がり調整して圧縮機の外殻表面の適正な位置に送風を行うためには、前記の吹き出しノズルなどの、方向性を有して収束して整流された流れを形成する部品を備えることを必要とすることから、機械室における設置面積の増加と送風を整流させる部品の追加に伴う価格上昇を余儀なくされるという問題があった。
【０００７】
また、上記問題を回避するために、これら送風の整流化を促す部品を装着しないファンを用いた場合には、円筒形をした圧縮機の端面に風が直接当たることによって、最も発熱量の大きな円筒形の側面部分への送風量が極端に低下するか、逆に、過度に大きなファンを用いて冷却効率を低下させるとともに消費電力の低減を阻害するなどの問題をも生むこととなる。
【０００８】
この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、圧縮機径、機械室の大きさ、ファン径と機械室の容積を調整してダクト内を通過する冷却用送風を圧縮機の温度上昇量を抑制するために、最も効率の良い大きさを得るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の発明に係る冷蔵庫は、円筒横置き形圧縮機と放熱用ファンを設置してダクトの機能を有する区画された機械室を備えた冷蔵庫において、圧縮機の円筒部直径に対するファンの回転直径を１．２倍以上とし、圧縮機の円筒部直径に対する機械室のダクト部断面に近似した円の径を１.４〜１.５倍の範囲にある関係に設定したものである
【００１０】
また、この発明の第２の発明に係る冷蔵庫は、機械室を構成する壁面に吸音材を張り付けて最適なダクト径を形成した。
【００１１】
また、この発明の第３の発明に係る冷蔵庫の製造方法は、円筒横置き形圧縮機と放熱用ファンを設置してダクトの機能を有する区画された機械室を備えた冷蔵庫において、前記圧縮機の円筒部直径を一定として機械室のダクト部断面の大きさに近似した円の直径を変化させてダクト効率が良好となる機械室のダクト部断面の大きさに近似した円の直径を求めるステップと、前記ファンの回転直径を変化させて圧縮機の放熱効率が良好となる前記ファンの回転直径を求めるステップと、を供え、前記圧縮機、前記ファン、および前記機械室ダクト部断面の大きさを適正化するようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の１実施の形態を説明すると、図１は機械室側面を示す断面図である。  図１において、本体１の下部に冷蔵庫の断熱材（図示せず）の形成区域を限定して機械室との区画を行う底板２、圧縮機などの機械室内にある重量物を中心とする運転機器を保持するベッドプレート３、冷蔵庫外部と機械室を区画して内部に埃が入らないようにしたり意匠性を確保する役割をするコンプカバ４にて機械室を形成したうえで、前記ベッドプレート上に圧縮機５、放熱用ファンを設置する。
【００１３】
図２は冷蔵庫の機械室背面における圧縮機と冷却ファンの設置状態の関係を示す説明図である。  ここで、機械室における圧縮機と、その運転時に発せられる熱を冷却するファンの設置状態について説明すると、区画されて成る機械室において、ファンモータ７によって回転するファン６は、圧縮機からの放熱によって暖められた熱を再び取り込まない効果を生む隔壁であるベルマウス８と、ファンの回転からの送風をファンの外周を円筒状に覆うことによって遠心方向に拡散させずに一方向に収束させて整流する効果を生むファンリング９によって保持され、圧縮機の円筒軸方向のベッドプレート３上に配設されている。従って、ファン６による送風は、そのまま図中矢印の如く方向に圧縮機５の外周に添って移動するコアンダ効果を伴って圧縮機５の外殻に蓄積された熱を伝熱、吸収して表面温度を低下させる効果を伴いながら機械室外に排出される。
【００１４】
従って、圧縮機の直径と機械室の横断面の大きさであるダクト径、さらに冷却に用いる風量を決定するファン径の各々の大きさの関係を明確にし、それらの関係を適正化して効率的な冷却を行えるようにすれば、消費電力の低減と有効内容積の拡大に寄与することが出来る。  以下に圧縮機径、ダクト径、ファン径の最適化の検討内容について説明する。  なお、機械室の横断面の大きさであるダクト径は、図１に示すように、一般には多角形断面であるが、この多角形の内接円、外接円または前記内接円から外接円の範囲の円の径と近似した大きさの近似円とする。
【００１５】
［ダクト径の最適化］
まず、ダクト効率のダクト径に対する最適領域を求める。  このダクト効率は、以下の式によって示されるように、冷蔵庫の機械室の大きさによって影響を受ける圧縮機の放熱効率と有効内容積を示す内容積効率の関係において、最も効率の良い機械室の大きさ、つまり最適なダクト径を求めるものである。
ダクト効率＝放熱効率×内容積効率             (式１)
ここで                  放熱効率＝圧縮機放熱量÷ファンモータ入力
内容積効率＝内容積÷機械室容積
であるから、ファンモーターの回転数を下げて効率の良い空冷方法を確保するとともに、それら関連機器を小さな機械室に納めることによって、ダクト効率を高くできることが解る。
【００１６】
さらに、圧縮機放熱量の算出方法は、以下の方法によって行う。  図３は冷蔵庫における冷媒の流れを示す冷媒回路図であり、また図４は冷媒の圧力とエンタルピーの関係を示すモリエル線図である。  図３において圧縮機５、凝縮器１１（冷蔵庫箱体内に埋設）、ドライヤー１２，毛細管１３，蒸発器１４，吸入管を順路とする冷媒回路において（ア）圧縮機の吐出部温度、（イ）凝縮温度を示すドライヤー温度、（ウ）蒸発圧力を示す蒸発器温度、（エ）吸入ガス温度を示す吸入管温度、（オ）圧縮機入力 Ｗ を測定する。  なお、ここでは圧縮機の直径が１１８ｍｍのもの、ファンの直径がダクト径より１０ｍｍ小さいものを各々用い、ダクト径を変化させて得られた各測定値から、以下の式に則って圧縮機放熱量を求めた。
【００１７】
（エ）の状態に対し圧縮機入力が与えられ、その冷媒が放熱する量Ｑは、以下の式で求めることが出来る。
Ｑ＝△ｈ×Ｇ                         (式２)
ここで、△ｈは、圧縮機から放出される冷媒が圧縮機の運転によって保有した熱量として表すことが出来るから、図４のモリエル線図における（エ）から（ア）間におけるエンタルピの差として認められるものであり、各々の温度と冷媒の比熱から求めることが出来る。
また、Ｇは、圧縮機により吐出される冷媒流量（重量）であり、以下の式によって求めることが出来る。
Ｇ＝（Ｓ．Ｖ×ｒｐｍ×６０×η）÷γ           (式３)
ここで、  Ｓ．Ｖ：圧縮機ストロークボリューム
ｒｐｍ：１分当たりの回転数
η  ：圧縮機の体積効率    ＝  実吐出容積÷Ｓ．Ｖ  ≒０．９
γ  ：吸入部における冷媒の比容積
また、ここで示す吸入部における冷媒の比容積（γ）は、圧縮機に戻る冷媒の温度である（エ）および（ア）を求めることによって、モリエル線図（Ｐ−ｈ線図）を用いて求めることが出来る。
【００１８】
従って、圧縮機本体での放熱量（ＱCOMP）である圧縮機放熱量は、圧縮機への入力エネルギーと冷媒の運動とそれに伴って発生するエネルギー（熱量）の総和との差となって現れるので、以下の式で求めることが出来る。
ＱCOMP＝Ｗ−Ｑ                  (式４)
ここで、  Ｗ：圧縮機への入力（ｗ）
【００１９】
図５に放熱効率およびファンモータ入力並びに圧縮機放熱量と、ダクト径の関係を示す。  ここで、圧縮機放熱量は、ダクト径の増加に伴って、僅かではあるが低下の傾向を示す。  これは、風速の低下に伴う熱伝達率の低下、無効送風領域の増加による影響を受けている。  一方、ファンモータ入力は、無限空間内においては周囲からの影響を全く受けることが無いので、本来、一定値を示すものであるが、空気の流動である気流が一方向のみに制限された閉鎖空間内においては、気流における圧損に係る負荷を受けて狭い空間内ほど、ファンモータ入力値が増加することになる。つまり、放熱効率は、圧縮機放熱量に対するファンモータ入力の比で示されるから、両要素の変化の関係から、機械室つまりダクト径を１７０mm以上とする領域で良好とする結果を得た。
【００２０】
次に、内容積効率について述べる。  内容積効率は、内容積効率＝内容積÷機械室容積であり、この値が大きいほど内容積効率が高いことを示している。  つまり、図６に示す機械室容積と内容積効率の関係を示す関係図の如く、機械室容積で示されるダクト径が増加すると内容積効率が悪化するのでダクト径は可能な限り小さい方が好ましい。  しかし、図５に示した圧縮機の放熱効率がダクト径を小さくすることによって低下する傾向を有するので、最適な放熱を行えるダクト径を求める必要がある。
【００２１】
本発明では、最適なダクト径を求めるうえで、それによって影響を受ける内容積効率と放熱効率の何れもがダクト径の大きさに対して好ましい効率値を得ることの出来る関係を把握するために、ダクト効率として示される内容積効率と放熱効率の積によって求めることとし、図７にその結果を示した。  ここでは、近年の冷蔵庫の主流を成す内容積が４５０Ｌの冷蔵庫を例として解析を行った。  図７は、本冷蔵庫に用いる圧縮機の直径は１１８ｍｍとし、ダクトの直径をは１４０〜２００ｍｍの間で変化させた場合の関係を示すものであり、横軸がダクト径を、左軸が内容積効率とダクト効率(Q/P）、右軸が放熱効率である。
【００２２】
図７から解るように、機械室のダクト径が１７０ｍｍにてピークを持つとともに、その安定して高効率が確保できる領域としては１６５ｍｍから１７７ｍｍである。  従って、圧縮機の直径に対するダクト径の比を１.４〜１.５とすることによって、安定して高いダクト効率が確保できる好ましい領域であることがわかった。
【００２３】
［ファン径の最適化］
次に、圧縮機冷却用ファンの最適な大きさを求める。  冷却用ファンの大きさを変えて、(式１)の中で示した放熱効率との関係から最適領域を求めた。
放熱効率＝圧縮機放熱量÷ファンモータ入力
ここでいう圧縮機放熱量Ｑは、既に述べたように、図３における圧縮機、凝縮器、ドライヤー，毛細管，蒸発器，吸入管を順序とする冷媒回路において、図４に示す（ア）圧縮機の吐出部温度（イ）凝縮温度を示すドライヤー温度（ウ）蒸発圧力を示す蒸発器温度（エ）吸入ガス温度を示す吸入管温度（オ）圧縮機入力Ｗ を測定し、その冷媒が放熱する量Ｑを(式２)および(式３)より求め、その放熱量と圧縮機入力値（Ｗ）からの差分を用いて圧縮機本体での放熱量（ＱCOMP）を(式４)から求めた。
Ｑ＝△ｈ×Ｇ                         (式２)
Ｇ＝（Ｓ．Ｖ×ｒｐｍ×６０×η）÷γ           (式３)
ＱCOMP＝Ｗ−Ｑ                               (式４)
ここで、        △ｈ：圧縮機から放出される冷媒の熱量
Ｓ．Ｖ：圧縮機ストロークボリューム
ｒｐｍ：１分当たりの回転数
η  ：圧縮機の体積効率    ＝  実吐出容積÷Ｓ．Ｖ  ≒０．９
γ  ：吸入部における冷媒の比容積
Ｗ  ：圧縮機への入力（ｗ）
【００２４】
圧縮機放熱量の算出方法は、以下の方法によって行う。  要素として圧縮機径は、機械室のダクト径を圧縮機径に対して最適な大きさである１７０mmに固定し、さらに、風量、吸い込み空気温度、ファン径を８０ｍｍ〜１７０ｍｍまで変えた場合について、その結果を図８に示す。
【００２５】
放熱効率とファン径の関係は、ファン径が１４０ｍｍに至るまで急激に向上し、それ以上(圧縮機径比1:1.2以上)で飽和の域に達して良好な効率を持つことが解る。  これは、図９に示す送風ファンからの風量分布を示す概念図の如く、送風分布がファンブレード部１６が送風の主たる領域であることによって、円筒型の圧縮機の直径よりも送風ファンの直径が大きくなる関係以降において、圧縮機による風路抵抗を受ける割合が小さくなる事によってダクト圧損の低下がすると同時に放熱量の低下量への寄与も薄れることによると考えられる。
【００２６】
以上のことから、図８に示すように、機械室FAN径が１３０mm近辺でファン効率が変極し、１４０ｍｍ以上である圧縮機の円筒径との比が１.２以上の領域で良好な効率を持つことが解った。
【００２７】
このことから、円筒横置き形圧縮機と放熱用ファンを設置してダクトの機能を有する区画された機械室を備えた冷蔵庫においては、圧縮機の円筒部直径に対するファンの回転直径と機械室のダクト部断面に近似した円の直径が、それぞれ１.２倍以上、１.４〜１.５倍の範囲内である関係に設定することが、冷蔵庫の有効内容積を十分に確保し、且つ圧縮機の放熱に優れた送風ファンの大きさを備えるうえで、最も好ましいといえる。
【００２８】
【実施例】
実施例１．
圧縮機径を１１８ｍｍ、機械室ダクト径を１７０ｍｍ、ファン径を１４０ｍｍとしたときのダクト効率、放熱効率、容積効率を前記計算式で算出するとともに、この時のファン音、圧縮機外殻表面の温度を測定することによって求めた前記実施の形態における図５における放熱効率を示すグラフから、最適値を求めた。
【００２９】
比較例１．
従来の冷蔵庫における機械室内の圧縮機径：FAN径：ダクト径を測定すると各々、１１８ｍｍ、１１５ｍｍ、１５４ｍｍ（１：０.９７：１.３）であり、これを図５において従来ポイントとして示した。  この時のダクト効率、放熱効率、容積効率を前記計算式で算出するとともに、この時のファン音、圧縮機外殻表面の温度を測定した。
【００３０】
ここで、ファン音の測定は、冷蔵庫のファンのみを運転した状態にて、ＪＩＳ−Ｃ１５０２に基づく方法によって測定した。  また、圧縮機外殻表面の温度は、圧縮機の円筒部上方中央位置の表面に熱電対をアルミテープで固定し、それから発生する起電力を換算する方法にて測定した。
【００３１】
【表１】
0003747600.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003747600.tif 000003
【００３３】
表１および表２の結果から、従来の冷蔵庫は以上のような比としているため、内容積は大きめとなっているが、ダクト圧損が大きく、ファンモータの入力が大く、かつファン騒音きいものであった（ダクト効率、放熱効率ともに芳しく無い）のに対し、本発明品は前記従来品に比較して、圧縮機の表面温度を２.３℃、ファンモータ入力を５.６Ｗで２５５％、ファン音で３dBの低減効果を得た。
【００３４】
なお、適正なるダクトの大きさが確保できない場合には、図１０の機械室側面の断面を示す概念図の如く、適正なるダクト径が得られるように底板に適当な厚さを有する吸音材１７を貼り付けるようにすれば良く、ファンからの送風によって振動するダクト内の部材から発生する音についても抑制することが出来るので好ましい。
【００３５】
この時に用いる吸音材としては、例えば、それを貼り付ける場所や形態に応じて難燃性や耐熱性、自由な形状の付与が容易であり、軟質発泡ウレタンのうち、部分的に発泡体の気泡を形成するセル膜が貫通して連続した気孔を有する、軟質発泡ウレタン（例えば、エバーライトＶＤ：ブリヂストン(株)社製）が好ましい。
【００３６】
なお、本発明では、ロータリー形圧縮機などの円筒横置き型圧縮機を用いたが、これに替えてレシプロ形圧縮機などの球型圧縮機などへも同様にして適用することが出来る。  また、ファンの取り付け位置を圧縮機における円筒中心線上に配置したが、圧縮機の発熱量が多い場合にはファンからの気流の上昇を考慮して前記中心線よりも僅かに下部方向に配設することも、圧縮機の放熱を促して温度上昇を抑制するうえで有効な手段である。
【００３７】
【発明の効果】
この発明にかかる冷蔵庫は、円筒横置き形圧縮機と放熱用ファンを設置してダクトの機能を有する区画された機械室を備えた冷蔵庫において、圧縮機の円筒部直径に対するファンの回転直径を１．２倍以上とし、圧縮機の円筒部直径に対する機械室のダクト部断面に近似した円の径を１.４〜１.５倍の範囲にある関係に設定したので、圧縮機本体の温度上昇を抑制することが可能であるほか、モータへの電気量の削減、ファン音の静音化を達成することが出来た。
【００３８】
また、機械室を構成する壁面に吸音材を張り付けて最適なダクト径を形成したので、機械室の大きさを容易に所望する大きさに調整できるうえ、機械室内部にて発生する騒音を低減する効果をも生む。
【００３９】
また、この発明に係る冷蔵庫の製造方法は、円筒横置き形圧縮機と放熱用ファンを設置してダクトの機能を有する区画された機械室を備えた冷蔵庫において、前記圧縮機の円筒部直径を一定として機械室のダクト部断面の大きさに近似した円の直径を変化させてダクト効率が良好となる機械室のダクト部断面の大きさに近似した円の直径を求めるステップと、前記ファンの回転直径を変化させて圧縮機の放熱効率が良好となる前記ファンの回転直径を求めるステップと、を供え、前記圧縮機、前記ファン、および前記機械室ダクト部断面の大きさを適正化するようにしたので、冷蔵庫の内容積を十分に確保し、圧縮機を効率よく冷却できる圧縮機、ファン、および機械室ダクトの大きさを容易に決定できた。
また、この発明に係る冷蔵庫の製造方法は、前記ダクト効率が、圧縮機の放熱効率と冷蔵庫の内容積効率の積であるので、最適なダクト径を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  機械室側面を示す断面図。
【図２】  機械室背面における圧縮機と冷却ファンの設置状態を示す説明図。
【図３】  冷蔵庫における冷媒の流れを示す冷媒回路図。
【図４】  冷媒の圧力とエンタルピーの関係を示すモリエル線図。
【図５】  ダクト径と放熱効率の関係を示す関係図。
【図６】  機械室容積と内容積効率の関係を示す関係図。
【図７】  放熱効率並びに内容積効率とダクト径の関係を示す関係図。
【図８】  ファン径と放熱効率の関係を示す関係図。
【図９】  送風ファンからの風量分布を示す概念図。
【図１０】  機械室側面の断面を示す概念図。
【図１１】  従来の圧縮機と冷却ファンの設置状態を示す断面構造の説明図。
【符号の説明】
２  底板、  ５  圧縮機、  ６  送風ファン、  １７吸音材、
【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】
0003747600.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
0003747600.tif 000014