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JP2010043750A - 冷凍冷蔵庫 - Google Patents

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JP2010043750A
JP2010043750A JP2008205964A JP2008205964A JP2010043750A JP 2010043750 A JP2010043750 A JP 2010043750A JP 2008205964 A JP2008205964 A JP 2008205964A JP 2008205964 A JP2008205964 A JP 2008205964A JP 2010043750 A JP2010043750 A JP 2010043750A
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Masahiro Nishiyama
正洋 西山
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Sharp Corp
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Abstract

【課題】冷却能力を向上できる冷凍冷蔵庫を提供する。
【解決手段】貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室2と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室4と、第1冷媒が流通する第1冷凍サイクル10を運転する第1圧縮機11と、第1冷凍サイクル10の低温部に配されて冷蔵室2を冷却する第1蒸発器14と、第2冷媒が流通する第2冷凍サイクル20を運転する第2圧縮機21と、第2冷凍サイクル20の低温部に配されて冷凍室4を冷却する第2蒸発器24とを備え、第1蒸発器14が冷蔵室2の壁面を覆う金属製の冷却板14bを冷媒管14aに固着して成り、冷却板14bにより冷蔵室2を輻射冷却した。
【選択図】図2

Description

本発明は、冷蔵室及び冷凍室をそれぞれ冷却する第1、第2蒸発器を備えた冷凍冷蔵庫に関する。
従来の冷凍冷蔵庫は特許文献1に開示されている。この冷凍冷蔵庫は冷凍サイクルを運転する圧縮機に並列に接続された第1、第2蒸発器を有している。第1、第2蒸発器は冷凍サイクルの低温部に配され、切替手段によって冷媒の流通が切り替えられる。第1蒸発器は冷媒が流通する冷媒管に冷却板が取り付けられる。冷却板は冷蔵室の背面の広い範囲を覆って露出する。第2蒸発器は冷凍室の背後に設けたダクト内に配され、冷媒が流通する冷媒管に多数のフィンが取り付けられる。ダクト内には送風機が設けられる。
冷媒の流路を第1蒸発器側に切り替えると第1蒸発器が降温され、冷却板から輻射される冷熱によって冷蔵室内が冷却される。冷媒の流路を第2蒸発器側に切り替えると第2蒸発器が降温される。送風機の駆動によってダクトを流通する空気と第2蒸発器とが熱交換して冷気が生成され、該冷気を冷凍室に吐出して冷凍室が冷却される。
冷蔵室内の貯蔵物は冷却板によって輻射冷却されるため、冷気が直接当たらず貯蔵物の乾燥を防止することができる。また、冷却板から一様に冷熱が放出されるため、冷蔵室内の温度分布を均一にすることができる。
特開2000−356445号公報(第3頁−第6頁、第1図)
しかしながら、上記従来の冷凍冷蔵庫によると、第1、第2蒸発器に択一的に冷媒が流通するため、冷蔵室と冷凍室とを同時に冷却することができない。このため、貯蔵物を収納した直後の高負荷時等に冷蔵室及び冷凍室で同時に十分な冷却能力を得ることができない問題があった。特に、冷蔵室は輻射冷却のため降温に時間が掛かり、冷蔵室の高負荷時に冷凍室が冷却不足となる。
本発明は、冷却能力を向上できる冷凍冷蔵庫を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室と、第1冷媒が流通する第1冷凍サイクルを運転する第1圧縮機と、第1冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷蔵室を冷却する第1蒸発器と、第2冷媒が流通する第2冷凍サイクルを運転する第2圧縮機と、第2冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷凍室を冷却する第2蒸発器とを備え、第1蒸発器が前記冷蔵室の壁面を覆う金属製の冷却板を冷媒管に固着して成り、前記冷却板により前記冷蔵室を輻射冷却したことを特徴としている。
この構成によると、第1、第2圧縮機によって第1、第2冷凍サイクルが運転され、第1、第2冷媒がそれぞれ流通して第1、第2冷凍サイクルの低温部及び高温部が形成される。第1冷凍サイクルの低温部の第1蒸発器の冷媒管には低温低圧の第1冷媒が流入し、冷却板から冷熱が輻射されて冷蔵室が冷却される。第2冷凍サイクルの低温部の第2蒸発器には低温低圧の第2冷媒が流入し、第2蒸発器により降温された冷気によって冷凍室が冷却される。
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記冷蔵室の扉の開閉を検知する扉開閉検知部と、前記冷蔵室の温度を検知する温度センサと、前記冷蔵室の湿度を検知する湿度センサとを備え、前記扉を開いて閉じた際に前記温度センサ及び前記湿度センサの検知により前記冷蔵室の露点温度を取得し、第1蒸発器が該露点温度以下になるように第1冷凍サイクルを運転することを特徴としている。
この構成によると、扉開閉検知部により扉を開いて閉じたことが検知されると、温度センサ及び湿度センサによって冷蔵室の温度及び湿度が検知される。温度センサ及び湿度センサの検知結果から冷蔵室の露点温度が演算等により取得され、露点温度以下に第1蒸発器が維持される。これにより、扉開閉により流入した外気の水分が冷却板の表面に結露する。
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第1冷凍サイクルの低温部と第2冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器を設けたことを特徴としている。この構成によると、第1冷凍サイクルの低温部の第1蒸発器及び中間熱交換器には低温低圧の第1冷媒が流入する。第2冷凍サイクルの高温部は高温高圧の第2冷媒が流入して中間熱交換器により吸熱されて放熱する。尚、第1蒸発器と中間熱交換器とは直列に配置してもよく並列に配置してもよい。
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記冷蔵室の下部に上部よりも低温の隔離室を設け、第1蒸発器の前記冷媒管は下方から上方に冷媒が流通することを特徴としている。この構成によると、冷蔵室の下部にはチルド室や氷温室等の低温の隔離室が設けられる。第1蒸発器下部の冷却板は低温の冷媒管と接し、隔離室を冷却する。
本発明によると、第1、第2圧縮機によってそれぞれ第1、第2冷凍サイクルを運転して第1、第2蒸発器により冷蔵庫及び冷凍室を冷却するとともに、第1蒸発器が冷却板を有するので、貯蔵物の乾燥を防止して貯蔵物を収納した直後の高負荷時等に冷蔵庫及び冷凍室の十分な冷却能力を得ることができる。特に、冷蔵室の高負荷時に第2蒸発器を降温することができ、冷凍室の冷却不足を防止することができる。また、冷凍室の高負荷時に第1蒸発器を降温することができ、冷却板に結露を保持して冷蔵室内の湿度を維持することができる。これにより、冷凍室が高負荷となった場合でも冷蔵室の貯蔵物の乾燥を低減することができる。
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は第1実施形態の冷凍冷蔵庫を示す正面図である。冷凍冷蔵庫1は本体部を形成する断熱箱体6の上部に貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室2が配される。冷蔵室2の下方には貯蔵物を冷凍保存する冷凍室4が断熱壁8を介して配される。冷蔵室2の前面は回動式の扉(不図示)により開閉される。冷凍室4の前面は収納ケース(不図示)と一体の引き出し式の扉(不図示)により開閉される。
冷凍室4の後方には機械室5が設けられる。機械室5内には詳細を後述する第1、第2冷凍サイクル10、20をそれぞれ運転する第1、第2圧縮機11、21(図2参照)が配される。
冷蔵室2の下部には仕切壁2aにより上部と隔離される隔離室7a、7bが設けられる。隔離室7a、7bは冷蔵室2の上部よりも低温に維持される氷温室やチルド室から成っている。冷蔵室2の背面は金属製の冷却板14bで覆われる。詳細を後述するように、冷却板14bは第1蒸発器14(図2参照)を形成して冷熱を輻射する。
冷凍室4の背後にはダクト(不図示)が形成され、ダクト内に第2蒸発器24が配される。第2蒸発器24の上方には送風機25が設けられる。送風機25の駆動によって第2蒸発器24と熱交換した冷気が上部の吐出口4aから冷凍室4に吐出される。冷凍室4内の冷気は下部の戻り口4bを介して第2蒸発器24に戻される。
図2は冷蔵庫1の冷凍サイクルの配管を示す正面断面図である。冷凍冷蔵庫1は第1圧縮機11により運転される第1冷凍サイクル10と、第2圧縮機21により運転される第2冷凍サイクル20とを有している。第1冷凍サイクル10は冷媒管10aにより接続される第1凝縮器12、第1減圧装置13、第1蒸発器14を有している。冷媒管10a内にはイソブタン等の第1冷媒が矢印S1の方向に流通する。即ち、第1冷媒は第1圧縮機11、第1凝縮器12、第1減圧装置13、第1蒸発器14、第1圧縮機11の順に通って循環する。
第2圧縮機21により運転される第2冷凍サイクル20は冷媒管20aにより接続される第2凝縮器22、第2減圧装置23、第2蒸発器24を有している。冷媒管20a内にはイソブタン等の第2冷媒が矢印S2の方向に流通する。即ち、第2冷媒が第2圧縮機21、第2凝縮器22、第2減圧装置23、第2蒸発器24、第2圧縮機21の順に通って循環する。
第1蒸発器14は冷媒が流通する冷媒管14aに冷却板14を固着して形成されている。冷却板14bは熱伝導率の高い金属板から成り、正面形状が略矩形に形成される。冷却板14bの材料として、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、黄銅、メッキ鋼板等を選択することができる。熱伝導率、防錆性、強度、軽さ、価格等を考慮して冷却板14bをアルミニウムにより形成するとより望ましい。また、冷却板14bの厚みは0.5mm〜1mmに形成される。これにより、十分な熱伝導性能を有することができるとともに、安価で高い強度を得ることができる。
また、第1蒸発器14の冷媒管14aは冷媒の流入側が下方に配されて流出側が上方に配され、第1冷媒が下方から上方に向かって流通する。冷却板14bは熱伝導率が高いため温度がほぼ均一化されるが、冷媒の流入側が流出側よりも低温になる。このため、隔離室7a、7bに面した冷媒管14aの温度が低く、隔離室7a、7bを確実に低温に維持することができる。
第2蒸発器24は冷媒管に多数のフィンを接合して形成される。冷凍室4背面のダクト(不図示)を流通する冷気がフィンと熱交換して冷気が生成され、冷凍室4に吐出される。
第1、第2凝縮器12、22は断熱箱体6の背面を覆う金属製の背面板(不図示)に接合して設けられる。また、第1、第2凝縮器12、22は断熱箱体6内を延びて断熱壁8の前部に配される。これにより、十分な放熱面積を確保するとともに、冷蔵室2及び冷凍室4の扉近傍の結露を防止することができる。
図3は冷凍冷蔵庫1の構成を示すブロック図である。冷凍冷蔵庫1は各部を制御する制御部32を備えている。制御部32には第1、第2圧縮機11、21、送風機25、操作パネル33、扉開閉検知部17、温度センサ16、26、湿度センサ18が接続される。操作パネル33は冷蔵室2の扉に設けられ、冷蔵室2及び冷凍室4の室内温度を設定する。
扉開閉検知部17は冷蔵室2の扉の開閉を検知する。温度センサ16、26はそれぞれ冷蔵室2及び冷凍室4の室内温度を検知する。温度センサ16、26の検知温度に基づいて制御部32により第1、第2圧縮機11、21を駆動し、冷蔵室2及び冷凍室4が設定温度に維持される。湿度センサ18は冷蔵室2内の湿度を検知する。
上記構成の冷凍冷蔵庫1において、冷蔵室2及び冷凍室4の冷却時には第1、第2圧縮機11、21の駆動によって冷媒管10a、20aを第1、第2冷媒が流通する。第1、第2圧縮機11、21は第1、第2冷媒を圧縮して高温高圧にし、第1、第2減圧装置13、23は第1、第2冷媒を減圧、膨張して低温低圧にする。
従って、第1、第2冷媒が第1、第2圧縮機11、21を流出して第1、第2減圧装置13、23に流入するまでの間は第1、第2冷凍サイクル10、20の高温部となる。第1、第2冷媒が第1、第2減圧装置13、23を流出して第1、第2圧縮機11、21に流入するまでの間は第1、第2冷凍サイクル10、20の低温部となる。
第1圧縮機11で圧縮された高温高圧の第1冷媒は第1凝縮器12で周囲空気に熱を奪われて凝縮する。第1凝縮器12で液化した第1冷媒は第1減圧装置13に流入する。第1冷媒は第1減圧装置13で減圧、膨張し、乾き度が低い低温の湿り蒸気となる。
低温の湿り蒸気となった第1冷媒は第1蒸発器14に流入し、冷却板14bが冷蔵室2内の冷気から熱を奪って蒸発して更に乾き度の高い湿り蒸気となる。第1蒸発器14から流出した湿り蒸気状態の第1冷媒は第1圧縮機11に戻る。これにより、第1冷媒が循環して第1冷凍サイクル10が運転される。
冷蔵室2は背面を覆う冷却板14b全体から冷熱が輻射されて輻射冷却される。これにより、冷蔵室2内の貯蔵物に直接冷気が当たらず、貯蔵物の乾燥を防止することができる。
第2圧縮機21で圧縮された高温高圧の第2冷媒は第2凝縮器22で周囲空気に熱を奪われて凝縮する。第2凝縮器22で液化した第2冷媒は第2減圧装置23に流入する。第2冷媒は第2減圧装置13で減圧、膨張し、乾き度が低い低温の湿り蒸気となる。
低温の湿り蒸気となった第2冷媒は第2蒸発器24に流入し、冷凍室4のダクトを流通する冷気から熱を奪って蒸発して更に乾き度の高い湿り蒸気となる。第2蒸発器24から流出した湿り蒸気状態の第2冷媒は第2圧縮機21に戻る。これにより、第2冷媒が循環して第2冷凍サイクル10が運転される。冷凍室4は第2蒸発器24で熱交換した冷気が吐出されて冷却される。
また、冷蔵室2の扉を開いて閉じられると、冷蔵室2内に湿った外気が流入する。扉の開閉が扉開閉検知部17により検知されると、温度センサ16及び湿度センサ18によって冷蔵室2内の温度及び湿度が検知される。制御部32は冷蔵室2内の温度及び湿度から露点温度を演算により導出する。そして、冷蔵室2内が露点温度以下になるように第1圧縮機11を所定期間駆動する。
これにより、湿った外気の水分が冷却板14bの表面に結露して冷却板14bが曇った状態になる。湿度センサ18の検知によって冷蔵室2内の湿度が所定値よりも低下すると、第1圧縮機11は冷蔵室2が設定温度になるように制御される。この時、冷却板14bの表面の結露が徐々に蒸発し、冷蔵室2内に貯蔵物の乾燥がより防止される。
冷却板14bの表面に結露を保持するため、再度扉を開いた際に水分を流出させずに外気の水分が流入する。これにより、扉を開く毎に湿った外気の水分を結露させて冷却板14bにより保持し、冷蔵室2の保湿効果を向上することができる。
本実施形態によると、第1、第2圧縮機11、21によってそれぞれ第1、第2冷凍サイクル10、20を運転して第1、第2蒸発器14、24により冷蔵庫2及び冷凍室4を冷却し、第1蒸発器14が冷却板14bを有する。これにより、冷気を貯蔵物に直接当てずに貯蔵物の乾燥を防止するとともに冷蔵室2の壁面を覆う冷却板14bから一様に冷熱を輻射して冷蔵室2内の温度分布を均一にできる。
また、貯蔵物を収納した直後の高負荷時等に冷蔵室2及び冷凍室4が十分な冷却能力を得ることができる。特に、冷蔵室2の高負荷時に第2蒸発器24を降温させることができ、冷凍室4の冷却不足を防止することができる。また、冷凍室4の高負荷時に第1蒸発器14を降温することができ、冷却板14bに結露を保持して冷蔵室2内の湿度を維持することができる。これにより、冷凍室4が高負荷となった場合でも冷蔵室2の貯蔵物の乾燥をより低減することができる。
また、圧縮機の断熱圧縮効率は圧縮比が小さいほど高くなる。このため、第1、第2圧縮機11、21でそれぞれ第1、第2冷凍サイクル10、20を運転することにより、圧縮比を下げ、第1、第2圧縮機11、21を高い効率で作動できる。
また、冷蔵室2の扉を開いて閉じた際に第1蒸発器が該露点温度以下になるように第1冷凍サイクル10を運転するので、冷却板14bによって外気の水分を結露させて保持し、貯蔵物の乾燥を更に低減することができる。
また、冷蔵室2の下部に上部よりも低温の隔離室7a、7bを設け、第1蒸発器14の冷媒管14aが下方から上方に冷媒が流通する。金属板から成る冷却板14bは熱伝導率が高いため温度が均一化されるが、冷媒の流入側が流出側よりも低温になる。このため、隔離室7a、7bに面した冷媒管14aの温度が低く、隔離室7a、7bを確実に低温に維持することができる。
次に、図4は第2実施形態の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルの配管を示す正面断面図である。また、図5は冷凍サイクルを示している。説明の便宜上、前述の図1〜図3に示す第1実施形態と同一の部分は同一の符号を付している。
冷凍冷蔵庫1の冷凍サイクル35は第1、第2冷凍サイクル10、20が中間熱交換器31により連結されたカスケード式の二元冷凍サイクルになっている。その他の部分は第1実施形態と同様である。
中間熱交換器31は第1冷凍サイクル10に設けた熱交換部31aと第2冷凍サイクル20に設けた熱交換部31bとを隣接し、互いに壁面を介して熱交換可能に形成される。熱交換部31aは第1蒸発器14の後段に配され、熱交換部31bは第2凝縮器22の後段に配される。従って、中間熱交換器31によって第1冷凍サイクル10の低温部と第2冷凍サイクル20の高温部との間で熱交換が行われる。
上記構成の冷凍冷蔵庫1において、第1、第2圧縮機11、21の駆動によって冷媒管10a、20aを第1、第2冷媒が流通する。第1、第2圧縮機11、21は第1、第2冷媒を圧縮して高温高圧にし、第1、第2減圧装置13、23は第1、第2冷媒を減圧、膨張して低温低圧にする。
第1圧縮機11で圧縮された高温高圧の第1冷媒は第1凝縮器12で周囲空気に熱を奪われて凝縮する。第1凝縮器12で液化した冷媒は第1減圧装置13に流入する。第1冷媒は第1減圧装置13で減圧、膨張し、乾き度が低い低温の湿り蒸気となる。
低温の湿り蒸気となった第1冷媒は第1蒸発器14に流入し、冷蔵室2の冷気から熱を奪って蒸発して更に乾き度の高い湿り蒸気となる。第1蒸発器14から流出した湿り蒸気状態の第1冷媒は中間熱交換器31に流入し、第2冷凍サイクルの高温部の第2冷媒から熱を奪いながら蒸発して過熱蒸気となる。過熱蒸気となった第1冷媒が第1圧縮機11に戻る。これにより、第1冷媒が循環して第1冷凍サイクル10が運転される。
第2圧縮機21で圧縮された高温高圧の第2冷媒は第2凝縮器22で周囲空気に熱を奪われる。第2凝縮器22で降温された第2冷媒は中間熱交換器31に流入し、第1冷凍サイクル10の低温部の第1冷媒に熱を奪われて更に冷却されて凝縮する。液化した第2冷媒は第2減圧装置23に流入する。
第2冷媒は第2減圧装置23で減圧、膨張し、低温の湿り蒸気となる。低温の湿り蒸気となった第2冷媒は第2蒸発器24に流入し、冷凍室4の冷気から熱を奪って蒸発して湿り蒸気となる。第2蒸発器24から流出した湿り蒸気状態の第2冷媒は第2圧縮機21に戻る。これにより、第2冷媒が循環して第2冷凍サイクル20が運転される。
尚、第2圧縮機21は第1圧縮機11の駆動してから中間熱交換器31の温度が低下した後に駆動される。そして、冷蔵室2及び冷凍室4の温度、中間熱交換器31の熱交換部31a、31bの温度差を監視し、これらが所定値になるようにインバータ制御によって第1、第2圧縮機11、21の回転数が制御される。
本実施形態によると、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、中間熱交換器31を設けたので、中間熱交換器31によって第2冷凍サイクル20の高温部の熱が吸熱される。これにより、第2蒸発器24を中間熱交換器31よりも更に降温して容易に低温の冷気を生成することができる。
本実施形態において、第1、第2冷凍サイクル10、20を流通する第1、第2冷媒はイソブタンから成っているが、異なる冷媒を用いてもよい。この時、第2冷媒の沸点を第1冷媒の沸点よりも低くするとより望ましい。これにより、第2冷媒が第1冷媒よりも蒸気密度が高くなり、第2冷凍サイクル20の性能をより向上することができる。例えば、第1冷媒としてイソブタン(沸点−12℃)を用い、第2冷媒としてプロパン(沸点−40.09℃)または二酸化炭素(沸点−78.5℃)を用いると容易に実現することができる。
また、第1、第2実施形態において、第1凝縮器12を流出した第1冷媒と第1蒸発器14を流出した第1冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を設けてもよい。これにより、第1蒸発器14に流入前の第1冷媒のエンタルピーを低下させることができ、第1蒸発器14に流入する第1冷媒の冷却能力をさらに向上することができる。同様に、第2凝縮器22を流出した第2冷媒と第2蒸発器24を流出した第2冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を設けてもよい。
本発明によると、冷蔵室及び冷凍室をそれぞれ冷却する第1、第2蒸発器を備えた冷凍冷蔵庫に利用することができる。
本発明の第1実施形態の冷凍冷蔵庫を示す正面図 本発明の第1実施形態の冷凍冷蔵庫の配管を示す正面断面図 本発明の第1実施形態の冷凍冷蔵庫の構成を示すブロック図 本発明の第2実施形態の冷凍冷蔵庫の配管を示す正面断面図 本発明の第2実施形態の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図
符号の説明
1 冷凍冷蔵庫
2 冷蔵室
4 冷凍室
7a、7b 隔離室
10 第1冷凍サイクル
10a、14a、20a 冷媒管
11 第1圧縮機
12 第1凝縮器
13 第1減圧装置
14 第1蒸発器
14b 冷却板
16、26 温度センサ
17 扉開閉検知部
18 湿度センサ
20 第2冷凍サイクル
21 第2圧縮機
22 第2凝縮器
23 第2減圧装置
24 第2蒸発器
25 送風機
32 制御部
33 操作パネル

Claims (4)

  1. 貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室と、第1冷媒が流通する第1冷凍サイクルを運転する第1圧縮機と、第1冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷蔵室を冷却する第1蒸発器と、第2冷媒が流通する第2冷凍サイクルを運転する第2圧縮機と、第2冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷凍室を冷却する第2蒸発器とを備え、第1蒸発器が前記冷蔵室の壁面を覆う金属製の冷却板を冷媒管に固着して成り、前記冷却板により前記冷蔵室を輻射冷却したことを特徴とする冷凍冷蔵庫。
  2. 前記冷蔵室の扉の開閉を検知する扉開閉検知部と、前記冷蔵室の温度を検知する温度センサと、前記冷蔵室の湿度を検知する湿度センサとを備え、前記扉を開いて閉じた際に前記温度センサ及び前記湿度センサの検知により前記冷蔵室の露点温度を取得し、第1蒸発器が該露点温度以下になるように第1冷凍サイクルを運転することを特徴とする請求項1に記載の冷凍冷蔵庫。
  3. 第1冷凍サイクルの低温部と第2冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の冷凍冷蔵庫。
  4. 前記冷蔵室の下部に上部よりも低温の隔離室を設け、第1蒸発器の前記冷媒管は下方から上方に冷媒が流通することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
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