本発明に係る冷蔵庫の第一の実施形態例を、図1〜図9を参照して説明する。図1は本実施形態例の冷蔵庫の正面外形図である。図1に示すように本実施形態例の冷蔵庫は、冷蔵庫本体1の上方から、冷蔵室2、製氷室4及び上段冷凍室5、下段冷凍室6、野菜室8を備えている。製氷室4と上段冷凍室5は、冷蔵室2と下段冷凍室6との間に左右に並べて設けられている。冷蔵室2及び野菜室8は、4℃程度の冷蔵温度帯の貯蔵室である。また、製氷室4、上段冷凍室5及び下段冷凍室6は、−18℃程度の冷凍温度帯の貯蔵室である(以下、製氷室4、上段冷凍室5、下段冷凍室6の総称を冷凍室7と呼ぶことがある)。
冷蔵室2には、前方に左右に分割された観音開き型の冷蔵室扉2a、2bが備えられている。製氷室4、上段冷凍室5、下段冷凍室6、野菜室8には、それぞれ引き出し式の製氷室扉4a、上段冷凍室扉5a、下段冷凍室扉6a、野菜室扉8aが備えられている。
図2は本実施形態例の冷蔵庫の庫内の構成を表す断面図であり、図1中に示すA−A断面を矢視方向に見た図である。図2に示すように、本実施形態例の冷蔵庫の庫外と庫内は、鋼板製の外箱1aとABS樹脂製の内箱1bとの間に発泡断熱材(本実施形態例では発泡ポリウレタン)を充填することにより形成される断熱箱体50により隔てられている。また、本実施形態例の冷蔵庫には、背面、両側面に真空断熱材60が実装されている(両側面は不図示)。
冷蔵室扉2a、2bの貯蔵室内側には、複数の扉ポケット47、冷蔵室2内には複数の棚46が備えられている。また、製氷室4、上段冷凍室5、下段冷凍室6及び野菜室8は、それぞれの貯蔵室の前方に備えられた扉4a、5a、6a、8aと一体に前後方向に移動する収納容器4b、5b、6b、8bが備えられている。扉4a、5a、6a、8aは、それぞれ図示しない取手部に手を掛けて手前側に引き出すことにより、収納容器4b、5b、6b、8bが引き出せるようになっている。
冷蔵室2と上段冷凍室5及び製氷室4(図1参照)は、上部断熱仕切壁51によって隔てられ、下段冷凍室6と野菜室8は、下部断熱仕切壁52によって断熱的に隔てられている。なお、冷蔵室2の最下段(上側断熱仕切壁51の上部)には、−1〜+1℃程度に維持されるチルド室3が備えられている。また、冷凍室7の背部に冷却器収納室9を備え、冷却器収納室9内には冷却手段として冷却器21を備えている。また、冷却器21の上方には、送風手段として庫内送風機22(本実施形態例の冷蔵庫ではプロペラファン)を備えている。冷蔵室2、冷凍室7、野菜室8への送風経路には、それぞれ冷蔵室ダンパ24、冷凍室ダンパ26、野菜室ダンパ(不図示)が備えられ、各室への送風が制御される。
冷蔵室ダンパ24が開放状態の場合、庫内送風機22により昇圧された冷気は、冷蔵室送風ダクト11を流れ、冷蔵室吐出口31から冷蔵室2に吹き出す。冷蔵室2を冷却して温度が上昇した冷気は、冷蔵室戻り口(不図示)、冷蔵室戻りダクト(不図示)を介して冷却器収納室9に戻り、冷却器21と熱交換して再び低温冷気となる。
冷凍室ダンパ26が開放状態の場合、庫内送風機22により昇圧された低温冷気は、冷凍室送風ダクト13を流れ、冷凍室吐出口33から冷凍室7に吹き出す。冷凍室7を冷却して温度が上昇した冷気は、冷凍室戻り口36を介して冷却器収納室9に戻り、冷却器21と熱交換して再び低温冷気となる。
野菜室ダンパ(不図示)が開放状態の場合、庫内送風機22により昇圧された低温冷気は、野菜室送風ダクト(不図示)を流れ、野菜室吐出口(不図示)から野菜室8に吹き出す。野菜室8を冷却して温度が上昇した冷気は、野菜室戻り口37、野菜室戻りダクト17を介して冷却器収納室9に戻り冷却器21と熱交換して再び低温冷気となる。
冷蔵室2の背部、冷凍室7の背部、野菜室8の背部には、それぞれ冷蔵室温度センサ41、冷凍室温度センサ42、野菜室温度センサ43を備えており、各室の温度を検知可能である。断熱箱体50の天井面前方には、庫外の温湿度を検知する庫外温湿度センサ(不図示)が備えられている。また、冷蔵室扉2a、2b、製氷室扉4a、上段冷凍室扉5a、下段冷凍室扉6a、野菜室扉8の各扉の開閉状態は、冷蔵室扉センサ(不図示)、製氷室扉センサ(不図示)、上段冷凍室扉センサ(不図示)、下段冷凍室扉センサ(不図示)、野菜室扉センサ(不図示)により検知できる構成である。
なお、断熱仕切壁51の上部のチルド室3の左側(製氷室4の上方投影領域)には、製氷用の水を貯留する製氷水タンク(不図示)が備えられている。製氷水タンク内の水は、ポンプ(不図示)の駆動により、配管(不図示)を介して製氷室4内に備えられた製氷皿(図示せず)に供給される。
冷却運転中に冷却器21に成長した霜は、冷却器21の下方に設置された除霜ヒータ56に通電する除霜運転によって定期的に解かして排除される。霜が融解することで生じた水は、冷却器収納室9の下部に備えられた樋57に流れ落ち、排水管58を介して機械室10に備えられた蒸発皿59に達する。蒸発皿59内の水は、機械室10内に備えられた圧縮機23及び放熱器71(図3参照)の放熱と、機械室10内に備えられた庫外送風機(不図示)による通風作用により蒸発する。なお、除霜ヒータ56の上部にはカバー体(不図示)が備えられている。これにより、融解水や冷却器21から離脱した霜が除霜ヒータ56の抵抗線の周囲を覆うガラス管に当たることを防いでいる。また、除霜の完了は冷却器21の上部の配管に取り付けられた冷却器温度センサ(不図示)の検知温度により判定される。具体的には、氷の融点である0℃より十分高い8℃に到達した時点で除霜完了と判定される。
図3は本実施形態例の冷蔵庫の冷凍サイクル構成を表す図である。図3に示すように、本実施形態例の冷蔵庫の冷凍サイクルは、冷媒圧縮手段である圧縮機23、圧縮され高温高圧になった冷媒を庫外に放熱する手段である放熱器71、断熱箱体50の外箱1aと内箱1bの間であって外箱1a面に接するように設けられる放熱手段である放熱パイプ72、断熱箱体50の前面開口縁近傍の結露を抑制する第1の放熱手段である結露抑制パイプ73(結露抑制手段)、庫内の野菜室8を冷媒からの放熱により加熱する第2の放熱手段である野菜室加熱板74(庫内加熱パイプ)(以下、冷媒の放熱を行う放熱器71、放熱パイプ72、結露抑制パイプ73、野菜室加熱板74の総称として放熱手段70と呼ぶことがある)、冷媒に含まれる水分により凍結が生じるのを防ぐための水分除去手段であるドライヤ90、減圧手段であるキャピラリチューブ75、冷却手段である冷却器21、冷媒の気液分離手段である気液分離器28、及び、冷媒制御手段である四方弁78が冷媒配管77で接続されることで構成される。なお、野菜室加熱板74は、野菜室の温度が所定温度以下に低下したことを野菜室温度センサ43が検知すると、野菜が凍結しないように、野菜室内の空気または構造物を加熱するものである。
四方弁78は4つの接続開口78a〜78dを有し、「接続開口78aと接続開口78bが連通、且つ、接続開口78cと接続開口78dが連通する状態(状態1)」と、「接続開口78bと接続開口78cが連通、且つ、接続開口78aと接続開口78dが連通する状態(状態2)」、及び、「接続開口78dが閉鎖された状態(状態3)」に制御可能な弁体である。
四方弁78の接続開口78aは結露抑制パイプ73の出口側の冷媒配管77bと、接続開口78bは野菜室加熱板74の入口側の冷媒配管77cと、接続開口78cは野菜室加熱板74の出口側の冷媒配管77dと、接続開口78dは野菜室加熱板74の出口側の冷媒配管77dと、キャピラリチューブ75(ドライヤ90)に向かう冷媒配管77eとそれぞれ接続されている。
四方弁78を状態1に制御した場合は、冷媒は結露抑制パイプ73から野菜室加熱板74を流れ、再び開口78cから四方弁に流入し、開口78dからキャピラリチューブ75に向けて流れる状態となり、野菜室の加熱を行うことができる。また、四方弁78を状態2に制御した場合は、冷媒は結露抑制パイプ73からキャピラリチューブ75に向けて流れ、野菜室加熱板74への冷媒流を遮断し、非加熱状態とすることができる。このように野菜室加熱板74を加熱状態と非加熱状態に制御可能とすることで、野菜室8を過度に加熱する状態を避けて、適切な温度に加熱することができる(制御の詳細は後述)。また、四方弁78を状態1とした場合、結露抑制パイプ73と野菜室加熱板が直列の関係となる。したがって、結露抑制パイプ73を流れた冷媒が野菜室加熱板74を流れるために、結露抑制パイプ73と野菜室加熱板74を流れる冷媒の分配により、結露抑制パイプ73と野菜室加熱板74の一方が加熱不足になるといった問題が生じず、信頼性が高くなる。また、四方弁78を状態3に制御した場合は、放熱手段70の冷媒がキャピラリチューブ75を経て冷却器21に向かう流れを遮断する。
なお、冷却器21出口から圧縮機23に向かう配管の一部77aはキャピラリチューブ75と接触させて熱交換するようにしている。
図4は扉を外した状態の断熱箱体を表しており、本実施形態例の冷蔵庫の放熱パイプ72と結露抑制パイプ73の配置を表す図である。図4に示すように、断熱箱体50の左側面、天井面、右側面の順に設置された放熱パイプ72は、外箱1aと内箱1bの間であって外箱1a面に接するように設けられる冷媒配管である。また、図4に示すように、上部断熱仕切壁51、下部断熱仕切壁52、野菜室8の底面、野菜室8と冷凍室7の両側面の前面の開口縁には結露抑制パイプ73を設置しており、管内を流れる高温冷媒による加熱作用で結露を抑制するようにしてある。
図5は結露抑制パイプ73が設置された上部断熱仕切壁51の前縁近傍を表わす拡大断面図(図1におけるA−A断面)である。図5に示すように、冷蔵室扉2b及び上段冷凍室扉5aにはそれぞれパッキン95が取り付けられている。パッキン95内にはマグネット(不図示)が備えられており、上部断熱仕切壁51前縁の鋼板製のカバー体96に吸着することで冷蔵室扉2bや上段冷凍室扉5aが閉止される。カバー体96の内側には結露抑制パイプ73が設けられており、カバー体96表面を加熱するようにしてある。冷蔵室扉2bと上段冷凍室扉5aの間には隙間(本実施形態例では3mm)を設けており、扉開閉時に干渉することなくスムーズに開閉できるようにしている。
カバー体96表面(仕切壁前縁部)は、隙間を介して外気(冷蔵庫が設置される部屋の空気)と接触する一方で、低温の庫内からの熱伝導で冷却されるので、カバー体96の表面温度が外気の露点を下回ると結露が生じる。したがって本実施形態例の冷蔵庫では、結露抑制パイプ73に高温冷媒を流すことで結露を抑制するようにしている。
図6は、図1に示した冷蔵庫のB−B断面図であって、下部断熱仕切壁52を下段冷凍室6側から見た図である。図6に示すように下部断熱仕切壁52下面(野菜室8側の面)には、野菜室加熱板74を設けている。野菜室加熱板74は2枚の金属板(アルミ板)を張り合わせた放熱板であって、一部を膨張させることにより形成した冷媒流路74aと熱拡散部74b(板状部)から成る。冷媒流路74aは、入口接続部74c及び出口接続部74dを介して、冷媒配管77c及び冷媒配管77d(図3参照)にそれぞれ接続される。
冷蔵庫本体1の天井壁上面側にはCPU、ROMやRAM等のメモリ、インターフェース回路等を搭載した制御基板49が配置されている(図2参照)。制御基板49は、前記した冷蔵室温度センサ41、冷凍室温度センサ42、野菜室温度センサ43、庫外温湿度センサ(不図示)、冷却器温度センサ(不図示)、及び、各扉センサ(不図示)、冷蔵室扉2aに設けられた温度設定器(不図示)等と接続される。本実施形態例の冷蔵庫は、冷蔵室2、冷凍室7、野菜室8を強、中、弱の3段階に温度を設定することができる。また、圧縮機23のON/OFFや回転速度制御、冷蔵室ダンパ24、冷凍室ダンパ26、野菜室ダンパ(不図示)、四方弁78を個別に駆動するアクチュエータ(不図示)の制御、庫内送風機22のON/OFF制御や回転速度制御、前記した扉開放状態を報知するアラームのON/OFF等の制御は、前記ROMに予め搭載されたプログラムにより行われる。
図7は本実施形態例の冷蔵庫の制御を表わすフローチャートである。図7に示すように、本実施形態例の冷蔵庫は、電源の投入により(スタート)、四方弁78を状態2(冷媒が野菜室加熱板74に流れない状態)に制御し(ステップS101)、圧縮機23が駆動して冷却運転を開始する(ステップS102)。
野菜室温度センサ43が検知する温度が所定値(例えば野菜室「中」設定の場合は3℃)以下になっているかが判定され(ステップS103)、ステップS103が満足されない場合には(ステップS103がNo)、続いて野菜室温度センサ43が検知する温度が所定値(例えば野菜室「中」設定の場合は7℃)以上になっているかが判定される(ステップS104)。ステップS103が満足された場合には(ステップS103がYes)、野菜室8が冷えすぎていると判断されて四方弁78を状態1(冷媒が野菜室加熱板74に流れる状態)に制御し(ステップS201)、ステップS104の判定に移る。
ステップS104が満足されない場合には(ステップS104がNo)、続いて圧縮機停止条件が満足されているかが判定される(ステップS105)。本実施形態例の冷蔵庫では、圧縮機停止条件は冷凍室温度センサ42が検知する温度が所定値(例えば冷凍室設定が「中」の場合−22℃)以下の場合に成立する。
ステップS104が満足された場合には(ステップS104がYes)、野菜室8の温度が高すぎると判断されて四方弁78を状態2に制御し(ステップS202)、ステップS105の判定に移る。
ステップS105が満足されない場合は(ステップS105がNo)、再びステップS103の判定に戻る。ステップS105が満足された場合(ステップS105がYes)、四方弁78が状態3(結露抑制パイプ73からの冷媒流が遮断される状態)に制御され(ステップS106)、圧縮機23が停止される(ステップS107)。
続いて圧縮機起動条件が満足されているかが判定される(ステップS108)。本実施形態例の冷蔵庫では、圧縮機起動条件は冷凍室温度センサ42が検知する温度が所定値(例えば冷凍室設定が「中」の場合−18℃)以上の場合に成立する。
ステップS108が満足された場合、ステップS101に戻り四方弁78が状態2に制御され、圧縮機23が起動し(ステップS102)、冷却運転が再開される。
なお本実施形態例の冷蔵庫は、図7に示す制御とともに、圧縮機23の回転数制御、庫内送風機22のON/OFF制御や回転数制御と、冷蔵室ダンパ24(図2参照)、野菜室ダンパ(不図示)、冷凍室ダンパ26(図2参照)の開閉状態に基づく5つの運転モードを適宜切り換えることで冷蔵室2、冷凍室7、野菜室8を所望の温度帯に冷却できるようにしている。5つの運転モードとは、冷蔵室2のみに冷気を送風する「冷蔵室単独運転」、野菜室8のみに冷気を送風する「野菜室単独運転」、冷凍室7のみに冷気を送風する「冷凍室単独運転」、冷蔵室2と野菜室8に冷気を送風する「冷蔵野菜運転」、冷蔵室2、野菜室8、冷凍室7の全てに冷気を送風する「冷蔵野菜冷凍運転」である。これらの運転モードでは、冷蔵室2、野菜室8、冷凍室7の各室に備えられた冷蔵室温度センサ41、野菜室温度センサ43、冷凍室温度センサ42の検知情報に基づいて適宜切り替えられる。
次に、図8及び図9を参照しながら本実施形態例の冷蔵庫を運転する際の冷媒状態について説明する。図8は本実施形態例の冷蔵庫の運転状態を表すモリエル線図であり、四方弁78を状態1(冷媒が結露抑制パイプ73から野菜室加熱板74に流れる状態)に制御した場合を表している。図9は本実施形態例の冷蔵庫の放熱手段70内の冷媒の状態(四方弁を状態1に制御)を表す模式図である。なお、図8中のa〜h及び図9中のb〜fは図3に示すa〜hの位置における状態を表す。
圧縮機23は低圧の気相冷媒(状態a)を吸込み、高温高圧の気相冷媒(状態b)を吐出する。状態bの気相冷媒は放熱器71に入り冷却された高乾き度の気液二相冷媒(状態c)となって流出する。続いて放熱パイプ72における冷却によって状態d、結露抑制パイプ73における冷却によって低渇き度の状態eになる。さらに状態eの冷媒は野菜室加熱板74を流れて冷却され(冷媒で野菜室8を加熱して)液相の冷媒となる(状態f)。状態fの冷媒は、キャピラリチューブ75で冷却器21からの戻り冷媒配管77aと熱交換しながら減圧されて状態gとなり、冷却器21に流入する。冷却器21では庫内空気と熱交換することで冷媒が加熱されて状態hとなり流出する。状態hの冷媒は戻り冷媒配管77aでキャピラリチューブ75と熱交換して状態aとなり、再び圧縮機に戻る。
図9に示すように、圧縮機から吐出される高温高圧の気相冷媒は、放熱によって気液二相冷媒を経て液相冷媒へと変化する。冷媒状態が気液二相の場合、冷媒温度は比エンタルピによらずほぼ一定となるが、液相になると比エンタルピが下がるほど(冷却されるほど)温度が低下する。温度が低下する液相は、冷媒封入量に依存し、冷媒封入量が多いほど液相が増える傾向がある。そこで本実施形態例の冷蔵庫では、野菜室加熱板74に冷媒が流れる状態(状態1)において、結露抑制パイプ73内がほぼ気液二相、野菜室加熱板内がほぼ液相となるように、冷媒封入量を80gとしている。なお、冷媒はイソブタンである。
なお、本実施形態例の冷蔵庫で採用する減圧手段は固定絞り(キャピラリチューブ)であり、減圧量を可変させることによる液相域制御が行えないが、減圧手段として減圧量の可変が可能な膨張弁を採用し、結露抑制パイプ73内がほぼ気液二相、野菜室加熱板内がほぼ液相となるように減圧量を制御してもよい。
本実施形態例の冷蔵庫では、結露抑制手段(結露抑制パイプ73)と庫内加熱手段(野菜室加熱板74)を直列に構成(結露抑制パイプ73の下流に野菜室加熱板74を設置)しているので、結露抑制パイプ73と野菜室加熱板74を流れる冷媒の分配により、結露抑制パイプ73と野菜室加熱板74の一方が加熱不足になるといった問題が生じない。また、庫内加熱手段(野菜室加熱板74)への冷媒流を制御する冷媒流制御手段(四方弁78)を備えているため、野菜室加熱板74への冷媒流を制御する冷媒流制御手段により野菜室の加熱状態を調整できるので、ヒータを用いずとも冷媒によって庫内(野菜室8)を過度に加熱せず適切に加熱することができる。このように、本実施形態例によれば、信頼性と省エネルギー性を両立した冷蔵庫となる。
本実施形態例の冷蔵庫では、結露抑制手段(結露抑制パイプ73)の下流に庫内加熱手段(野菜室加熱板74)を配置し、庫内加熱手段(野菜室加熱板74)に液相の冷媒が流れるようにしている。これにより信頼性と省エネルギー性を両立した冷蔵庫となる。理由を以下で説明する。
結露抑制パイプ73は、低温の庫内からの熱伝導によって冷却され温度が下がり易く、且つ、外気と接する壁面の結露を抑制するために設置される。外気温度は庫内温度より高いため、一般的な条件では露点温度も庫内温度より高くなる。例えば、夏季で外気が32℃、相対湿度70%の場合は、露点温度は約26℃、冬季で外気が16℃、冬場で相対湿度55%の場合は、露点温度は約7℃となる。したがって、結露抑制パイプが設置される壁面の温度を露点温度以上に加熱するには、結露抑制パイプを流れる冷媒温度を外気の露点温度より十分高くしなければならない。一方、庫内の貯蔵室である野菜室8は、必要な加熱量(交換熱量)が得られれば温度帯は低くて良く、温度が十分高い冷媒を流すと加熱が過剰になり省エネルギー性が悪化しやすい。
また、一般に気液二相の冷媒が流れる放熱手段の熱交換を促進すると、放熱量の増加に伴って凝縮温度が低下する。したがって、庫内から熱伝導で冷却されやすい壁面に設置される結露抑制パイプ73と、低温の庫内を加熱する目的で設置される野菜室加熱板74の何れにも気液二相冷媒が流れる場合は、凝縮温度が低下し結露抑制パイプ73における加熱温度が維持できなくなる(加熱不足になる)場合があるため、結露抑制パイプ73と野菜室加熱板74の何れかの少なくとも一部には液相冷媒が流れるようにすることが望ましい。
したがって、本実施形態例の冷蔵庫では、結露抑制手段(結露抑制パイプ73)の下流に庫内加熱手段(野菜室加熱板74)を設けて直列に冷媒を流し、下流側の庫内加熱手段(野菜室加熱板74)の少なくとも一部が液相になるように冷媒を封入することで、庫内加熱手段(野菜室加熱板74)における加熱が過剰になることを抑えるとともに、結露抑制手段(結露抑制パイプ73)の凝縮温度が低下して加熱不足になることを抑えることで、省エネルギー性と信頼性を両立している。
ちなみに野菜室加熱板74を流れる冷媒が液相か否かは、野菜室加熱板74の入口部(入口接続部74b)と出口部(出口接続部74c)の配管表面温度T1とT2を測定することで判定できる。具体的にはT1とT2の差が1℃以上(T1−T2≧1)であれば、少なくとも野菜室加熱板74を流れる冷媒の一部は液相であるといえる。
さらに好ましくは、本実施形態例の冷蔵庫のように結露抑制手段(結露抑制パイプ73)内がほぼ気液二相の冷媒、庫内加熱手段(野菜室加熱板74)の冷媒流路74aがほぼ液相の冷媒で満たされるように冷媒を封入することで、庫内加熱手段(野菜室加熱板74)における放熱の影響が結露抑制手段(結露抑制パイプ73)の温度に、より影響しにくくなるので信頼性をさらに高めることができる。
また、本実施形態例の冷蔵庫では、庫内加熱手段(野菜室加熱板74)に熱拡散部74bを備えている。野菜室加熱板74を流れる冷媒が液相になり、冷媒流路74aの下流に向けて温度が降下するが、これにより野菜室の加熱むらを抑えられ、温度分布が少ない野菜室にすることができる。
以上で説明した本実施形態例の冷蔵庫では、野菜室8にヒータを設置していないが、野菜室加熱板74とヒータを併用して、特に野菜室8の温度低下が著しい場合にはヒータによる加熱を実施するようにしても良い。また、冷媒流制御手段として単一の四方弁78を用いているが、野菜室加熱板74への冷媒流を制御できる構成であれば、二方弁や三方弁等の他の制御弁を組み合わせた構成としてもよく、四方弁に限定されるものではない。
本発明に係る冷蔵庫の第三の実施形態例を、図12〜図13を参照しながら説明する。なお、実施例1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図12は本実施形態例の冷蔵庫の庫内の構成を表す断面図、図13は本実施形態例の冷蔵庫の冷凍サイクル構成を表す図である。
図12に示すように本実施形態例の冷蔵庫は、冷蔵庫本体1に上方から、冷蔵室2、製氷室4及び上段冷凍室5、下段冷凍室6、野菜室8を備えている(外観及び貯蔵室の配置は実施例1と同様)。冷蔵室2と、上段冷凍室5及び製氷室4(図1参照)は、上部断熱仕切壁51によって隔てられ、下段冷凍室6と野菜室8は、下部断熱仕切壁52によって断熱的に隔てられている。なお、冷蔵室2の最下段(上側断熱仕切り壁51の上部)には、−1〜+1℃程度に維持されるチルド室3が備えられている。また、冷蔵室2の背部下方(チルド室3の背部)に冷蔵用冷却器収納室9aを備え、冷蔵用冷却器収納室9a内には冷却手段として冷蔵用冷却器21a(第一の冷却手段)を備えている。また、冷蔵用冷却器21aの上方には、送風手段として冷蔵用庫内送風機22aを備えている。なお、冷蔵用庫内送風機22aは軸方向に吸い込んだ空気を径方向に効率良く吹き出す遠心型送風機(ターボファン)を採用している。
冷凍室7の背部には、冷凍用冷却器収納室9bを備え、冷凍用冷却器収納室9b内には冷却手段として冷凍用冷却器21b(第二の冷却手段)を備えている。また、冷凍用冷却器21bの上方には、送風手段として冷凍用庫内送風機22bを備えている。なお、冷凍用庫内送風機22bはプロペラファンである。
冷蔵用庫内送風機22aにより昇圧された冷気は、冷蔵室送風ダクト11を流れ、冷蔵室吐出口31から冷蔵室2に吹き出す。冷蔵室2を冷却して温度が上昇した冷気は、冷蔵室戻り口32から冷蔵用冷却器収納室9aに戻り、冷蔵用冷却器21aと熱交換して再び低温冷気となる。
冷凍用庫内送風機22bにより昇圧された低温冷気は、冷凍室送風ダクト13を流れ、冷凍室吐出口33から冷凍室7に吹き出す。冷凍室7を冷却して温度が上昇した冷気は、冷凍室戻り口36を介して冷凍用冷却器収納室9bに戻り、冷凍用冷却器21bと熱交換して再び低温冷気となる。
本実施形態例の冷蔵庫の各貯蔵室は、圧縮機23を駆動して、冷蔵用冷却器21aに低温冷媒が供給される状態で冷蔵用庫内送風機22aを駆動する「冷蔵運転」、圧縮機23を駆動して、冷凍用冷却器21bに低温冷媒が供給される状態で冷凍用庫内送風機22bを駆動する「冷凍運転」、及び、冷蔵用冷却器21aに冷媒が供給されない状態(圧縮機23停止状態、または、冷凍運転時)で、冷蔵用冷却器21aの霜等の蓄冷熱によって冷蔵室2を冷却する「霜冷却運転」の各運転によって冷却される。なお、野菜室8は、冷凍用冷却器収納室9bと連通する野菜室送風ダクト(不図示)に設けられた野菜室ダンパ(不図示)を開放状態とすることで、冷凍室7からの冷気により冷却される。野菜室8に流入した冷気は、野菜室戻り口37から野菜室戻りダクト17に流入し、冷凍用冷却器収納室9bに戻る。
冷凍用冷却器21bに成長した霜は、冷凍用冷却器21bに供えられた冷凍用冷却器加熱パイプ98(庫内加熱手段)に放熱冷媒を流す「冷却器加熱運転」によって定期的に解かして排除される。冷凍用冷却器21bの霜が融解することで生じた水は、冷凍用冷却器収納室9bの下部に備えられた樋57bに流れ落ち、冷凍用排水管58を介して機械室10に備えられた蒸発皿59に達する。一方、冷蔵用冷却器21aに成長した霜は「霜冷却運転」によって冷蔵室の熱負荷によって融解させられる。冷蔵用冷却器21aの霜が融解することで生じた水は、冷蔵用冷却器収納室9aの下部に備えられた樋57aに流れ落ち、冷蔵用排水管(不図示)を介して機械室10に備えられた蒸発皿59に達する。
蒸発皿59内に到達した水は、機械室10内に備えられた圧縮機23及び放熱器71(図13参照)の放熱と、機械室10内に備えられた庫外送風機(不図示)による通風作用により蒸発する。
図13に示すように、本実施形態例の冷蔵庫の冷凍サイクルは、冷媒圧縮手段である圧縮機23、圧縮され高温高圧になった冷媒を庫外に放熱する手段である放熱器71、断熱箱体50の外箱1aと内箱1bの間であって外箱1a面に接するように設けられる放熱手段である放熱パイプ72、断熱箱体50の前面開口縁の結露を抑制する手段である結露抑制パイプ73(結露抑制手段)、冷媒に含まれる水分により凍結が生じるのを防ぐための水分除去手段であるドライヤ90a、ドライヤ90b、減圧手段である冷蔵用キャピラリチューブ75a、冷凍用キャピラリチューブ75b、冷却手段である冷蔵用冷却器21a、冷凍用冷却器21b、冷凍用冷却器21bを加熱する冷凍用冷却器加熱パイプ98(庫内加熱手段)、冷媒の気液分離手段である冷蔵用気液分離器28a、冷凍用気液分離器28b、及び、冷媒制御手段である四方弁92が冷媒配管77で接続されることで構成される。なお、放熱器71、放熱パイプ72、結露抑制パイプ73、冷凍用冷却器加熱パイプ98を放熱手段70と呼ぶことがある。
四方弁92は4つの接続開口92a〜92dを有し、接続開口92aと接続開口92bが連通する状態(状態1)」、「接続開口92aと接続開口92cが連通する状態(状態2)」、「接続開口92aと接続開口92dが連通する状態(状態3)」及び「接続開口92b、92c、92dが閉鎖した状態(状態4)」に制御可能な弁体である。
四方弁92の接続開口92aは結露抑制パイプ73の出口側の冷媒配管77cと、接続開口92bは冷凍用冷却器加熱パイプ98との冷媒配管77dと、接続開口92cは冷凍用キャピラリチューブ75b(ドライヤ90b)に向かう冷媒配管77eと、接続開口92dは冷凍用キャピラリチューブ75a(ドライヤ90a)に向かう冷媒配管77fとそれぞれ接続している。
四方弁92が状態1(入口92aと出口92bが連通した状態)では、冷媒は冷凍用冷却器21bに設けられた冷却器加熱パイプ98に流れ、冷凍用冷却器21bを加熱する。冷凍用冷却器21bに設けられた冷却器加熱パイプ98を流れた冷媒は冷蔵用キャピラリチューブ75aで減圧され低温低圧冷媒となり、冷蔵用冷却器21aを流れて冷蔵室2の空気と熱交換する。冷蔵用冷却器21aから流れ出た冷媒は、冷蔵用キャピラリチューブ75aとの接触した配管77aを流れることで冷蔵用キャピラリチューブ75a内を流れる冷媒と熱交換して圧縮機23に戻る。すなわち四方弁92を状態1に制御することで、冷凍用冷却器21bを加熱する「冷却器加熱運転」と、冷蔵室2を冷却する「冷蔵運転」が同時に実施される。
四方弁92が状態2(入口92aと出口92cが連通した状態)では、冷媒は冷凍用キャピラリチューブ75bで減圧され低温低圧冷媒となり、冷凍用冷却器21bを流れて冷凍室7の空気と熱交換する。冷凍用冷却器21bから流れ出た冷媒は、冷凍用キャピラリチューブ75bと接触した配管77bを流れることで冷凍用キャピラリチューブ75b内を流れる冷媒と熱交換して圧縮機23に戻る。すなわち四方弁92を状態2に制御することで、冷凍室7を冷却する「冷凍運転」が実施される。
四方弁92が状態3(入口92aと出口92dが連通した状態)では、冷媒は冷蔵用キャピラリチューブ75aで減圧され低温低圧冷媒となり、冷蔵用冷却器21aを流れて冷蔵室2の空気と熱交換する。冷蔵用冷却器21aから流れ出た冷媒は、冷蔵用キャピラリチューブ75aと接触した配管77aを流れることで冷凍用キャピラリチューブ77a内を流れる冷媒と熱交換して圧縮機23に戻る。すなわち四方弁92を状態3に制御することで、冷蔵室2を冷却する「冷蔵運転」が実施される。なお、冷凍用冷却器21bの出口には逆止弁89を設置し、冷蔵運転中に冷媒が冷凍用冷却器21bに流入することを阻止するようにしている。
また、冷凍用冷却器加熱パイプ98に冷媒が流れる状態(四方弁92を状態1に制御)において、結露抑制パイプ73内がほぼ気液二相の冷媒、冷凍用冷却器加熱パイプ98がほぼ液相の冷媒で満たされるように、冷媒封入量を85gとしている。冷媒はイソブタンである。
以上のように本実施形態例の冷蔵庫は、冷蔵温度帯の貯蔵室(冷蔵室2)を冷却する第一の冷却手段(冷蔵用冷却器21a)と、冷凍温度帯の貯蔵室(冷凍室7)を冷却する第二の冷却手段(冷凍用冷却器21b)とを備え、庫内加熱手段(冷凍用冷却器加熱パイプ98)を、第二の冷却手段(冷凍用冷却器21b)を加熱するように設けている。これにより、冷凍サイクルの放熱手段の冷媒によって第二の加熱手段に成長した霜を加熱できるので、省エネルギー性が高い冷蔵庫となる。
また、本実施形態例の冷蔵庫は、結露抑制手段(結露抑制パイプ73)を流れた冷媒が、霜を加熱する庫内加熱手段(冷凍用冷却器加熱パイプ98)を流れるように構成(結露抑制パイプ73の下流に冷凍用冷却器加熱パイプ98を設置)している。一般に、霜は融解潜熱が大きいために融解には大きなエネルギーを要するが、本実施形態例の冷蔵庫では、放熱冷媒配管による結露抑制と、霜の加熱を両立できるので、信頼性と省エネルギー性が高くなる。
本実施形態例の冷蔵庫は、第二の冷却手段(冷凍用冷却器21b)を加熱する庫内加熱手段(冷凍用冷却器加熱パイプ98)を流れた冷媒が、第一の減圧手段(冷蔵用キャピラリチューブ75a)で減圧され、第一の冷却手段(冷蔵用冷却器21a)を流れるようにしている。これにより、第二の冷却手段(冷凍用冷却器21a)を放熱手段70の一部(冷凍用冷却器加熱パイプ98)で加熱しながら第一の冷却手段(冷蔵用冷却器21b)で冷蔵温度帯の貯蔵室(冷蔵室2)を冷却する冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)が成立するので、省エネルギー性が高い冷蔵庫となる。なお、冷蔵室2の温度は、冷蔵用送風機22aのON/OFFや回転数制御により所望の温度範囲に維持されるように制御すればよい。
本実施形態例の冷蔵庫は、冷媒制御手段(四方弁92)を状態1(冷却器加熱パイプ98に冷媒が流れる状態)に制御した場合、庫内加熱手段(冷凍用冷却器加熱パイプ98)内の少なくとも一部の冷媒が液相になるように冷媒を封入している。一般に気液二相の冷媒が流れる放熱手段の熱交換を促進すると、放熱量の増加に伴って凝縮温度が低下する。したがって、庫内から熱伝導で冷却されやすい壁面に設置される結露抑制パイプ73と、より低温の庫内を加熱する目的で設置される冷凍用冷却器加熱パイプ98の何れにも気液二相冷媒が流れる場合は、凝縮温度が低下して結露抑制パイプ73における加熱温度が維持できなくなる(加熱不足になる)場合がある。よって、結露抑制パイプ73と冷却器加熱パイプ98の何れかの少なくとも一部には、液相冷媒が流れるようにすることが望ましい。そこで、本実施形態例の冷蔵庫では、庫内加熱手段(冷凍用冷却器加熱パイプ98)内の少なくとも一部の冷媒が液相になるようにすることで、庫内加熱手段(冷凍用冷却器加熱パイプ98)で、第二冷却手段(冷凍用冷却器21b)を加熱する際に、結露抑制手段(結露抑制パイプ73)における加熱不足が生じ難くして信頼性を高めている。
ちなみに冷凍用冷却器加熱パイプ98を流れる冷媒が液相か否かは、冷凍用冷却器加熱パイプ98の入口部77g(図13参照)と出口部77h(図13参照)の配管表面温度T3とT4を測定することで判定できる。具体的にはT3とT4の差が1℃以上(T3−T4≧1)であれば、少なくとも冷凍用冷却器加熱パイプ98を流れる冷媒の一部は液相であるといえる。
さらに好ましくは、本実施形態例の冷蔵庫のように結露抑制手段(結露抑制パイプ73)内はほぼ気液二相の冷媒、庫内加熱手段(冷凍用冷却器加熱パイプ98)がほぼ液相の冷媒で満たされるように冷媒を封入することで、庫内加熱手段(冷凍用冷却器加熱パイプ98)における放熱の影響が結露抑制手段(結露抑制パイプ73)の温度に、より影響しにくくなるので信頼性をさらに高めることができる。
以上本発明の第一から第三の実施形態例を説明したが、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、第一の実施形態例または第二の実施形態例の冷蔵庫の野菜室加熱板74及び放熱面91の構成を、第三の実施形態例の冷蔵庫に採用しても良い。また、冷媒流制御手段は、第一の実施形態例から第三の実施形態例の冷蔵庫の構成に、結露抑制パイプ73に流入する冷媒を切り替える流路切替弁を設けて、外気温湿度に応じて結露抑制パイプ73の切り替え制御を実施する方式と組み合わせても良い。また、冷媒流制御手段は、庫内加熱手段の冷媒流を制御できれば、庫内加熱手段の上流側または下流側の何れに設置しても良く、さらに第三の実施形態例の冷蔵庫は除霜ヒータを備えていないが、冷蔵用除霜ヒータ、冷凍用除霜ヒータの両方、または、一方を備えて併用しても良い。すなわち、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。