JP7036698B2 - 冷凍冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫に関する。特に、除霜機能を有する冷凍冷蔵庫に関するものである。

従来の冷凍冷蔵庫の除霜として、圧縮機を運転した状態で、蒸発器に冷媒が流入するのを防ぐための流入防止弁を閉じ、蒸発器内の冷媒を強制的に減少させた状態で、霜取り用のヒータの発熱にて除霜を行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来の冷凍冷蔵庫の除霜方法を示す冷凍サイクル配管図である。

図７の冷凍冷蔵庫は、圧縮機１０１、凝縮器１０２、ドライヤ１０３、減圧器１０４（キャピラリチューブ）、蒸発器１０５、霜取り用のヒータ１０６を有する。凝縮器１０２とドライヤ１０３の間に流入防止弁１０７が設置されている。圧縮機１０１を運転した状態で、流入防止弁１０７を閉じ、蒸発器１０５内の冷媒を強制的に減少させた状態とする。その状態で、霜取り用のヒータ１０６の発熱にて除霜を行う。このことにより、霜取り用のヒータ１０６の熱が蒸発器１０５内の冷媒の気化熱に使用されないようにすることができる。

特開平１０－３８４５３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、除霜時に蒸発器１０５内より冷媒が減少するため、冷媒による蒸発器１０５の上下の均熱化の効果が得にくくなくなる。そのような効果が得にくくなると、蒸発器１０５上部の昇温遅れや、霜が多く付着している蒸発器１０５の入口箇所の昇温不足など、温度バラつきが発生する。結果、蒸発器１０５全体の除霜が完了するまでの時間は長くなり、冷蔵・冷凍庫内が温まり、再び冷却するために電力を要するようになる。

加えて除霜時間も長くなるため、霜取り用のヒータ１０６の通電時間も長くなりヒータの消費電力も増加する。また温度バラつきのため部分的に霜が残った状態で除霜が終了し、除霜終了後の冷却負荷が増大するおそれがあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、霜取り用のヒータの熱を無駄なく効率的に使用するための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、本発明の冷凍冷蔵庫は、
冷媒サイクルを構成する圧縮機、凝縮器、ドライヤ、減圧器及び蒸発器と、
前記蒸発器の入口配管を含む第１配管と、
前記蒸発器の出口配管を含む第２配管と、
前記減圧器と前記第２配管とを熱結合する第１熱結合部と、
前記第１配管と前記第２配管とを熱結合する第２熱結合部と、
を備える。

本構成によって、蒸発器下部で霜取り用のヒータの熱で気化した冷媒の凝縮潜熱により暖められた出口側配管によって、蒸発器上部の昇温することが困難な蒸発器入口側のフィンのない部分の入口配管も昇温することが出来る。

以上のように、本発明の冷凍冷蔵庫の蒸発器の構成によれば、除霜時の霜取り用のヒータの熱を無駄なく効率的に使用することができる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクルの配管図 本発明の実施の形態１における蒸発器の正面図 本発明の実施の形態１における蒸発器の側面図 本発明の実施の形態１における第２熱結合部の一例を示す図 本発明の実施の形態１における第２熱結合部の一例を示す図 本発明の実施の形態１における第２熱結合部の一例を示す図 本発明の実施の形態１における第２熱結合部の一例を示す図 本発明の実施の形態１における第２熱結合部の一例を示す図 本発明の実施の形態１における第２熱結合部の一例を示す図 本発明の実施の形態１における第２熱結合部の一例を示す図 本発明の実施の形態１における第２熱結合部の一例を示す図 本発明の実施の形態２における蒸発器の入口配管とアキュムレータの熱結合を示す正面図 本発明の実施の形態３における蒸発器の入口配管がアキュムレータ内を通過する構成を示す正面図 特許文献１に記載された従来の冷凍冷蔵庫の除霜方法を示す冷凍サイクル配管図

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍サイクルの配管とその構成部品を表した図である。図２Ａは、蒸発器５の正面図である。図２Ｂは、蒸発器５の側面図である。

図１では、冷凍冷蔵庫は、圧縮機１、凝縮器２、ドライヤ３、減圧器４（例えば、キャピラリチューブ）、蒸発器５、霜取り用のヒータ６、第１熱結合部９、第２熱結合部８、および、配管１６を有する。圧縮機１、凝縮器２、ドライヤ３、減圧器４、および、蒸発器５は、配管１６により接続されている。配管１６の中を冷媒が通過する。配管１６は、第１配管１６ａおよび第２配管１６ｂを有する。第１配管１６ａは、減圧器４の冷媒の出口と蒸発器５の冷媒の入口とを接続する。第２配管１６ｂは、蒸発器５の冷媒の出口と圧縮機１の入口とを接続する。なお、ここでは、第１配管１６ａには、蒸発器５の入口配管１２ａが含まれる。また、第２配管１６ｂには、蒸発器５の出口配管１２ｂが含まれる。

圧縮機１は冷凍サイクル内の気相の冷媒を圧縮すると共に、冷凍サイクル内の冷媒を循環させる役割をする。

凝縮器２は、圧縮された気相の冷媒を凝縮、液化し、冷媒の凝縮潜熱を放出させる。

ドライヤ３は、冷凍サイクル内の水分を吸着する。

減圧器（例えば、キャピラリチューブ）４は、液相の冷媒の圧力を下げる。

蒸発器５は、減圧された液相の冷媒を気化させることで、冷媒の気化潜熱を用い、庫内の冷却を行う。

霜取り用のヒータ６は、蒸発器５に付いた霜を溶かすためのもので、本実施の形態では蒸発器５下部に配置されている。

第１熱結合部９は、減圧器４と第２配管１６ｂとを熱結合する。圧縮機１が稼働している冷却運転時に、減圧器４を通過している高温冷媒と、蒸発器５の出口から排出された低温冷媒とで、熱交換を行い、冷却性能を向上させている。第１熱結合部９は、配管同士を連結し熱を伝達する部材である。第１熱結合部９の材質は、金属、炭素材料などである。

図２Ａに示すように、入口配管１２ａの上流の配管には、拡管箇所１３が設けられている。拡管箇所１３で配管の径が大きくなり、そのままの径で、蒸発器５の配管１２に繋がっている。拡管箇所１３は、第１配管１６ａにおいて、管径が大きくなっている部分である。拡管箇所１３の下流側の管径は、拡管箇所１３の上流側の管径より大きい（たとえば、断面積で約２～５倍程度大きい）。拡管箇所１３は、減圧器４内を流れる冷媒を膨張させるためのものである。

図２Ａに示すように、第２熱結合部８は、拡管箇所１３の下流側の配管と出口配管１２ｂとを熱結合する。圧縮機１が停止し霜取り用のヒータ６に通電している除霜運転時に、霜取り用のヒータ６の熱が出口配管１２ｂから拡管箇所１３の下流側の配管（入口配管１２ａに設けられる）に伝わるため、ヒータ６から遠い蒸発器５上部の昇温遅れがなく、また、霜が多く付着している蒸発器５の入口箇所の昇温不足などもないため、温度バラつきの発生を抑えることができる。これにより、霜取り用のヒータ６の熱を効率的に使用するという効果がある。なお、第２熱結合部８は、第１熱結合部９と同様に、配管同士を連結し熱を伝達する部材である。第２熱結合部８の材質は、金属、炭素材料などである。

上記のように構成された冷凍サイクルを冷却運転させ、蒸発器５にて作られた冷気を、ファンを用いて熱交換し冷凍・冷蔵庫内を循環させることにより食品を冷凍・冷却保存する。

その際、食品より奪われた水分は霜として蒸発器５に付着し、この霜が成長するに従って蒸発器５の熱交換性能が低下する。この熱交換性能の低下をリセットするため一時的に冷却運転を停め（すなわち、圧縮機１停止）、霜取り用のヒータ６に通電し、蒸発器５を加熱することで霜取りを行う。この一連の動作を除霜運転という。この除霜運転時は蒸発器５内の液冷媒も気化させている。

＜蒸発器５の構造＞
図２Ａは、実施の形態１における蒸発器５を正面から見た図である。蒸発器５は１本の配管１２を上下方向１０段、水平方向に蛇行させた水平配管を、前後方向に１列配列している。配管１２には、熱交換促進フィンを取り付けている。蒸発器５は、フィン・アンド・チューブ方式の熱交換器で、図２Ａでは、正面の配管１２を表示している。減圧器４からの入口に、入口配管１２ａがある。入口配管１２ａは、配管１２に繋がり、配管１２は、上記のように、下方へ蛇行する。配管１２の最終端の端部の配管１９は、下方に位置する。端部の配管１９は、垂直方向（下から上）に蛇行などせず延在する戻り垂直配管１１に繋がる。戻り垂直配管１１は、出口配管１２ｂに繋がる。

図２Ｂは、別の例の蒸発器５の側面図である。図２Ａでは、配管１２の塊である配管列１８が、１列であったが、図２Ｂでは、配管列１８が前後方向に３列ある。１列目の配管列１８の下部と、２列目の配管列１８の下部とで配管１２が繋がる。２列目の配管列１８の上部と、３列目の配管列１８の上部とで配管１２が繋がる。

配管列１８が奇数列である場合、下部に位置する蒸発器５の出口配管１２ｂと、蒸発器５の上部に配置される入口配管１２ａとは、上下方向に大きく離間する。本実施の形態では、下部に位置する蒸発器５の出口側の端部の配管１９は、垂直方向（下から上）に延在する戻り垂直配管１１に繋がる。戻り垂直配管１１は、出口配管１２ｂに繋がる。その結果、入口配管１２ａ（拡管箇所１３の下流側の配管）と出口配管１２ｂとの両者は相互に近傍に位置し、両者が相互に熱結合された第２熱結合部８が設けられる。

戻り垂直配管１１の一部と入口配管１２ａの一部とは、第２熱結合箇所８（本発明の「結合部」に対応）にて互いに溶接して熱結合されている。

図３Ａから図３Ｃは、第２熱結合部８の一例を示す図である。図３Ａの上側に、第２熱結合部８を、冷媒の流通方向に対して直交する平面で切断した断面図を示し、図３Ａの下側に第２熱結合部８の斜視図を示す。

第２熱結合部８は、溶接部１５を有している。溶接部１５は、図３Ａに示すように、出口配管１２ｂと入口配管１２ａとを接合するものである。溶接部１５は、出口配管１２ｂと入口配管１２ａとの接線に沿って棒状に設けられる。

また、第２熱結合部８は、溶接部１５を有してもよい。溶接部１５は、図３Ｂに示すように、出口配管１２ｂと入口配管１２ａとの接線に沿って棒状に設けられる部分と、その両脇に設けられる三角柱状の部分とを有する。溶接部１５は、肉盛りをすることで設けられる。溶接部１５を介して出口配管１２ｂと入口配管１２ａとが接触する面積が増えるため、熱交換の効果を上げることができる。

また、第２熱結合部８は、溶接部１５を有してもよい。溶接部１５は、出口配管１２ｂを径方向に潰すことで作られた平坦面と、入口配管１２ａを径方向に潰すことで作られた平坦面とを接合するものである。溶接部１５を介して出口配管１２ｂと入口配管１２ａとが接触する面積が、増えるため、熱交換の効果を上げることができる。

図４Ａから図４Ｂは、第２熱結合部８の他の例を示す図である。
図４Ａ又は図４Ｂに示す第２熱結合部８は、熱伝導の良い部材（銅など）により出口配管１２ｂと入口配管１２ａとを機械的に熱結合する。

図４Ａに示す第２熱結合部８は、熱伝導部材１４で出口配管１２ｂと入口配管１２ａとを束ねることによって、出口配管１２ｂと入口配管１２ａとを熱結合するものである。

図４Ｂに示す第２熱結合部８は、出口配管１２ｂと入口配管１２ａとの間の隙間を含む領域を熱伝導部材１４で満たすことによって、出口配管１２ｂと入口配管１２ａとを熱結合するものである。

図４Ｃから図４Ｅは、第２熱結合部８の他の例を示す図である。
図４Ｃは、第２熱結合部８の側面図である。図４Ｃに示す第２熱結合部８は、直線状に延在する入口配管１２ａの外周に、出口配管１２ｂを巻き付けることによって、出口配管１２ｂと入口配管１２ａとを熱結合するものである。

図４Ｄは、第２熱結合部８の平面図である。図４Ｅは、第２熱結合部８の断面図である。図４Ｄおよび図４Ｅに示す第２熱結合部８は、直線状に延在する入口配管１２ａを、出口配管１２ｂで覆うことで、出口配管１２ｂと入口配管１２ａとを熱結合するものである。換言すれば、出口配管１２ｂの中を、直線状に延在する入口配管１２ａが配置されたものである。なお、上記の図３Ａから図４Ｅに示す熱結合部８を組み合わせてもよい。

＜効果＞
かかる構成によれば、除霜運転時に、冷媒は、蒸発器５下部に液状態で溜まり、霜取り用のヒータ６の熱により気化する。気化した冷媒が、戻り垂直配管１１を通過して出て行くため、比較的出口側の配管の温度は冷媒の飽和温度と同等である。出口側に比べ蒸発器５上部の入口配管１２ａのフィンのない部分は、霜取り用のヒータ６の熱が届きにくく、また最も低温の箇所のため、着霜量も多く昇温が遅い。この入口配管１２ａの部分を気化冷媒により温められる出口配管１２ｂと、第２熱結合部８で熱結合することにより昇温を促進するこができる。このことで、蒸発器５の全体の温度バラつきを抑制することができる。このようにすることで、霜取り用のヒータ６の熱を無駄にすることがなく、かつ従来加熱することが困難であった蒸発器５の入口配管１２ａを冷媒の凝縮潜熱で加熱することができる。

なお、本実施の形態では入口配管１２ａを上部、出口配管１２ｂを下部に配置して、蒸発器５の配管経路を構成したが、逆の構成においても効果を得ることが出来る。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の蒸発器５を正面から見た配管図である。図５において、図１および図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。記載しない部分は、実施の形態１と同様である。

蒸発器５は、フィン・アンド・チューブ方式の上下方向１０段、前後方向１列の熱交換器で、本図ではフィン１０を簡略化して表記している。冷却運転時には、液冷媒は重力により、戻り垂直配管１１の下部にたまる。この液状の冷媒が圧縮機１に戻ることによって、液の圧縮が発生してしまうことを防ぐため、アキュムレータ７が配置されている。アキュムレータ７の外枠と入口配管１２ａの一部とが、第２熱結合部８にて熱結合されている。

なお、第２熱結合部８としては、アキュムレータ７の外枠と入口配管１２ａを溶接したものでもよく、また、アキュムレータ７の外枠に入口配管１２ａを巻き付けたものでもよく、また、それらの組み合わせたものでもよい。

＜効果＞
かかる構成によれば、除霜運転時に、蒸発器５下部に液状態で溜まり、霜取り用のヒータ６の熱により気化した冷媒が、戻り垂直配管１１を通過し、アキュムレータ７にて凝縮される。このため比較的出口側の配管及びアキュムレータ７の昇温は冷媒の飽和温度と同等である。出口側に比べ蒸発器５上部の入口側配管のフィンのない部分は、ヒータの熱が届きにくく、また最も低温の箇所のため着霜量も多く昇温が遅い。この部分を気化冷媒により温められ配管部より熱容量の大きいアキュムレータ７と熱結合して昇温を促進することで、蒸発器５全体の温度バラつきを抑制することができる。

このようにすることで冷媒の気化に用いた霜取り用のヒータ６の熱を無駄にすることがなく、かつ従来加熱することが困難であった蒸発器５入口部を冷媒の凝縮潜熱で加熱することができる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３の蒸発器５を正面から見た配管図である。図６において、図１および図２、３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。記載しない部分は、実施の形態１、２と同様である。

蒸発器５は、フィン・アンド・チューブ方式の上下方向１０段、前後方向１列の熱交換器で、本図ではフィン１０を簡略化して表記している。戻り垂直配管１１には液冷媒が圧縮機１に戻るのを防ぐアキュムレータ７が配置されている。アキュムレータ７の内部を入口配管１２ａの一部が通過している。

＜効果＞
かかる構成によれば、除霜運転時に蒸発器５下部に液状態で溜まり霜取り用のヒータ６の熱により気化した冷媒が、戻り垂直配管１１を通過し、アキュムレータ７にて凝縮される。このため比較的出口側の配管及びアキュムレータ７の昇温は冷媒の飽和温度と同等である。出口側に比べ蒸発器５上部の入口側配管のフィンのない部分は、ヒータの熱が届きにくく、また最も低温の箇所のため着霜量も多く昇温が遅い。この部分を気化冷媒により温められ配管部より熱容量の大きいアキュムレータ７内を通過させることにより冷却運転時は着霜を抑制し、除霜運転時は昇温を促進することで、除霜時の蒸発器全体の温度バラつきを抑制することができる。このようにすることで冷媒の気化に用いた霜取り用のヒータ６の熱を無駄にすることがなく、かつ従来加熱することが困難であった蒸発器５入口部を冷媒の凝縮潜熱で加熱することができる。

上記の各実施の形態では、上下方向所定段数の水平配管が前後方向所定数列に配列された熱交換器において、入口配管１２ａと出口配管１２ｂとが熱結合される結合部を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、前後方向所定列数の水平配管が上下方向所定段数に配列された熱交換器において、入口配管１２ａと出口配管１２ｂとが熱結合される結合部
でもよい。

本願の冷凍冷蔵庫は、家庭用冷凍冷蔵庫、だけでなく、業務用冷凍冷蔵庫としても広く使用される。さらに、自動車、船などの移動体用冷凍冷蔵庫としても使用される。

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ ドライヤ
４ 減圧機（キャピラリチューブ）
５ 蒸発器
６ 霜取り用のヒータ
７ アキュムレータ
８ 第２熱結合部
９ 第１熱結合部
１０ フィン
１１ 戻り垂直配管
１２ 配管
１２ａ 入口配管
１２ｂ 出口配管
１３ 拡管箇所
１４ 熱伝導部材
１５ 溶接部
１６ 配管
１６ａ 第１配管
１６ｂ 第２配管
１８ 配管列
１９ 端部の配管
１０１ 圧縮機
１０２ 凝縮器
１０３ ドライヤ
１０４ 減圧器（キャピラリチューブ）
１０５ 蒸発器
１０６ 霜取り用のヒータ
１０７ 流入防止弁

Claims (5)

1. 冷媒サイクルを構成する圧縮機、凝縮器、ドライヤ、減圧器及び蒸発器と、
   前記蒸発器の入口配管を含む第１配管と、
   前記蒸発器の出口配管を含む第２配管と、
   前記減圧器と前記第２配管とを熱結合する第１熱結合部と、
   前記第１配管と前記第２配管とを熱結合する第２熱結合部と、
   を備え、
   前記第２熱結合部全体は前記蒸発器全体の上部に配置され、
   前記蒸発器の配管は、前記蒸発器の最も出口側に配置される端部の配管と繋がる、下部から上部へ向かうとともに、前記出口配管に繋がる戻り垂直配管を備え、
   前記蒸発器の配管は、１本の配管を上下方向に所定の段数分、水平方向に蛇行させた配管列が、前記上下方向および前記水平方向に直交する前後方向に３列以上の奇数列、配列され、前記配管に熱交換促進フィンが取り付けられ、
   前記入口配管が、前記前後方向における複数の前記配管列の一方側に位置する最も入口側の前記配管列に設けられ、前記出口配管が、前記前後方向における複数の前記配管列の他方側に位置する最も出口側の前記配管列に設けられ、
   前記入口配管及び前記出口配管は、前記前後方向に、奇数列の前記配管列における中央配管列側に傾斜することにより相互に近傍に位置し、
   前記中央配管列の真下には、前記蒸発器を加熱するためのヒータが前記水平方向に沿って設けられている冷凍冷蔵庫。
2. 前記第１配管は拡管箇所を有し、前記拡管箇所より下流側の管径は、前記拡管箇所より上流側の管径より大きい請求項１記載の冷凍冷蔵庫。
3. 前記第２熱結合部は、前記拡管箇所以降の前記蒸発器側に位置する請求項２記載の冷凍冷蔵庫。
4. 前記第２熱結合部は、前記蒸発器の出口配管に設けられたアキュムレータと、前記蒸発器の入口配管とを熱結合する請求項１から３のいずれか１項記載の冷凍冷蔵庫。
5. 前記第２熱結合部は、前記蒸発器の出口配管に設けられたアキュムレータと、前記アキュムレータの内部を通過する前記蒸発器の入口配管とによって構成されている請求項１から３のいずれか１項記載の冷凍冷蔵庫。
   

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