冷蔵庫
【課題】必要な冷却能力に応じた凝縮熱を維持しつつ、冷蔵庫内の冷却負荷の増加を抑制して消費電力量を低減させることのできる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】冷凍サイクル全体の冷却負荷である全体負荷を検出する全体負荷検出手段と、貯蔵室における冷却負荷である個別負荷を検出する個別負荷検出手段とを備え、凝縮流路切替弁２８は、全体負荷が閾値Ｑａ以下であり、かつ、個別負荷が閾値Ｐａ以下である場合には、バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替え、その他の場合には、キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替える。
【解決手段】冷凍サイクル全体の冷却負荷である全体負荷を検出する全体負荷検出手段と、貯蔵室における冷却負荷である個別負荷を検出する個別負荷検出手段とを備え、凝縮流路切替弁２８は、全体負荷が閾値Ｑａ以下であり、かつ、個別負荷が閾値Ｐａ以下である場合には、バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替え、その他の場合には、キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビネットの開口部周縁にキャビネットパイプが設けられた冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷蔵庫は、内箱と外箱によって形成される充填空間に断熱材を充填発泡し、冷蔵庫と外部の断熱を図るようにしたキャビネットと、このキャビネットの前面開口部に設けられた断熱扉とを備えている。このような冷蔵庫では、キャビネットと断熱扉との間から冷気が漏れて、この付近の表面温度が冷蔵庫の外気温度より低下し、さらに露点温度以下になると結露が発生してしまう。このため、冷蔵庫のキャビネットの開口部周縁に高圧冷媒が流れるキャビネットパイプ（結露防止パイプ、防露パイプなどともいう）を設け、キャビネットパイプを流れる冷媒の凝縮熱によりキャビネットの開口部周縁を加熱することで、結露の発生を抑制していた。ところが、キャビネットパイプが必要以上に加熱されると、キャビネットパイプから冷蔵庫内に凝縮熱の一部が侵入し、冷蔵庫内の冷却負荷を増加させるという問題が生じる。
【０００３】
そこで従来、キャビネットパイプを備えた冷蔵庫として、「バイパス管と、結露防止コンデンサの圧力を検知する圧力検知装置と、圧力検知装置の出力により冷媒流量を分配する冷媒流量分配装置と、を備えることにより、冷蔵庫本体開口部周縁に結露が生じない必要最小限の冷媒流量を結露防止コンデンサに流入し、残りの冷媒はバイパス管に流入するように冷媒流量を分配する」という冷蔵庫が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、この特許文献１には、圧力検知装置に代えて、結露防止コンデンサ（キャビネットパイプ）の温度を検知する温度検知装置を設けることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８５４２６号公報（第３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の冷蔵庫では、圧力検知装置や温度検知装置により結露防止コンデンサ（キャビネットパイプ）の圧力や温度を検知し、キャビネットパイプによって必要以上の加熱を行わないとされている。
しかしながら、キャビネットパイプは、凝縮器としての機能も有しており、凝縮器における放熱量が少ないと冷却能力不足になる一方で、必要な冷却能力が少ない場合には凝縮器における放熱量も少なくてすむなどの特性もある。このため、冷蔵庫にて必要な冷却能力に応じた凝縮器としての機能をキャビネットパイプに発揮させつつも、キャビネットパイプに高温の冷媒が通ることによる冷却負荷の増加を抑制することのできる冷蔵庫が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、必要な冷却能力に応じた凝縮熱を維持しつつ、冷蔵庫内の冷却負荷の増加を抑制して消費電力量を低減させることのできる冷蔵庫を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る冷蔵庫は、内部が複数の貯蔵室に区画されたキャビネットと、圧縮機、第一凝縮器、前記キャビネットの前面開口縁に内装されたキャビネットパイプからなる第二凝縮器、絞り装置、及び冷却器を有する冷凍サイクルと、前記第一凝縮器と前記絞り装置との間に、前記キャビネットパイプと並列に接続されたバイパスパイプと、前記第一凝縮器からの冷媒の流路を前記キャビネットパイプ又は前記バイパスパイプに切り替える凝縮流路切替手段と、前記冷凍サイクル全体の冷却負荷である全体負荷を検出する全体負荷検出手段と、前記貯蔵室における冷却負荷である個別負荷を検出する個別負荷検出手段とを備え、前記凝縮流路切替手段は、前記全体負荷が第一閾値以下であり、かつ、前記個別負荷が第二閾値以下である場合には、前記バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替え、その他の場合には、前記キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、全体負荷が第一閾値以下であり、かつ、個別負荷が第二閾値以下である場合には、バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるようにし、その他の場合には、キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるようにした。このため、冷蔵庫の負荷に合わせて凝縮側の放熱量を確保しつつ、キャビネットパイプから貯蔵室内への熱侵入を抑制して庫内負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る冷蔵庫の構造を説明する図である。
【図２】実施の形態１に係る冷蔵庫の機能ブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成を説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る冷蔵庫のキャビネットパイプの設置例を説明する図である。
【図５】実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルをイソブタンのＰ−Ｈ線図上に記載したものである。
【図６】実施の形態１に係る冷蔵庫の冷媒流路切り替え動作を説明するフローチャートである。
【図７】実施の形態１に係る冷蔵庫の冷却負荷と、圧縮機、凝縮流路切替弁、及び絞り流路切替弁の動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】実施の形態１に係る冷凍サイクルの構成の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る冷蔵庫を、図面を参照して説明する。なお、この図面の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷蔵庫の構造を説明する図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は概略断面図、図１（ｃ）は扉を除いた状態の正面図である。図２は、実施の形態１に係る冷蔵庫の機能ブロック図である。
図１に示すように、冷蔵庫１００は、前面側が開口した箱状のキャビネット１を備えている。キャビネット１は、冷蔵庫本体の外郭を形成する外箱１１と、本体の内壁を形成する内箱１２とを有し、その間に例えばウレタンなどの断熱材が設けられている。キャビネット１の内部には、キャビネット１の内部空間を複数の貯蔵室に仕切るディバイダ（仕切り壁）２が設けられている。本実施の形態１では、貯蔵室として、冷蔵室３、製氷室４、切替室５、冷凍室６、野菜室７が設けられている。また、冷蔵庫１００の背面上部には、この冷蔵庫１００の運転を制御するマイコン等を備えた制御装置１０が設けられている。
【００１２】
冷蔵室３は、冷蔵庫１００の最上部に設けられており、前面は断熱構造を有する両開き式の扉３１により開閉自在に覆われる。製氷室４及び切替室５は、冷蔵室３の下側の左右に並んで設けられており、それぞれの前面は断熱構造を有する引出し式の扉４１、扉５１により開閉自在に覆われる。冷凍室６は、製氷室４及び切替室５の下側に設けられており、前面は断熱構造を有する引出し式の扉６１により開閉自在に覆われる。野菜室７は、冷凍室６の下側、冷蔵庫１００の最下部に設けられており、前面は断熱構造を有する引出し式の扉７１により開閉自在に覆われる。各貯蔵室の扉には、その開閉状態を検出する扉開閉センサー３５、４５、５５、６５、７５が設けられている（図２参照）。制御装置１０は、各扉開閉センサーからの出力を受けて各扉の開閉状態を検出し、例えば扉が長時間開放されたままの場合には、後述する操作パネル８や音声出力装置により、その旨を使用者に報知することができる。
【００１３】
各貯蔵室は、設定可能な温度帯（設定温度帯）によって区別されており、例えば、冷蔵室３は約０℃〜４℃、野菜室７は約３℃〜１０℃、製氷室４は約−１８℃、冷凍室６は約−１６℃〜−２２℃にそれぞれ設定可能となっている。また、切替室５は、チルド（約０℃）やソフト冷凍（約−７℃）などの温度帯に切り替えることが可能である。
このように、冷蔵室３及び野菜室７の設定温度帯は、製氷室４、切替室５及び冷凍室６より高い温度帯となるように設定されている。
なお、各貯蔵室の設定温度はこれに限るものではない。
【００１４】
各貯蔵室の背面には、それぞれ、当該貯蔵室に冷気を吹き出すための吹出口３２、４２、５２、６２、７２が開口している。この吹出口３２、４２、５２、６２、７２は、風路１４と連通している。また、各貯蔵室には、それぞれ、当該貯蔵室の温度を検出するための庫内温度センサー３３、４３、５３、６３、７３が設けられている。各吹出口３２、４２、５２、６２、７２の風路１４側には、ダンパー３４、４４、５４、６４、７４が設けられている（図２参照）。制御装置１０は、各ダンパーの開度を調節することで各吹出口の開度を調節し、各貯蔵室への冷気の流量を調節する。
【００１５】
冷蔵室３の扉３１の表面には、各貯蔵室の温度や設定を調節する操作スイッチと、そのときの各貯蔵室の温度を表示する液晶などから構成される操作パネル８が設けられている。この操作パネル８には、冷蔵庫１００の周囲の外気の温度を検出する外気温度センサー９が設けられている。制御装置１０は、各貯蔵室に配置された庫内温度センサーの検出値が、操作パネル８により設定された設定温度となるように、冷凍サイクルの運転やダンパー開閉を含め各部の動作を制御する。
【００１６】
各貯蔵室の背面側には、背面壁１３が設けられている。背面壁１３の裏面（背面）と、キャビネット１の内箱１２の前面との間には、風路１４と冷却器室１５とが形成されている。風路１４は、例えば、冷蔵室３、製氷室４、切替室５、冷凍室６、及び野菜室７の背面と対向する範囲に設けられている。風路１４は、冷却器室１５で生成された冷気を各貯蔵室に供給するための冷気の供給風路である。冷却器室１５は、例えば冷凍室６の背面と対向する範囲に設けられている。
【００１７】
［冷凍サイクルの構成］
図３は、実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成を説明する図である。以下、図１、図２、図３を参照して、冷蔵庫１００に搭載された冷凍サイクルの構成を説明する。
【００１８】
冷蔵庫１００の冷凍サイクルは、圧縮機２１と、第一凝縮器としてのコンデンサ２２と、第二凝縮器としてのキャビネットパイプ２３と、絞り装置としての第一キャピラリー２４及び第二キャピラリー２５と、冷却器２６とが、配管にて接続されている。また、圧縮機２１と絞り装置（第一キャピラリー２４及び第二キャピラリー２５）との間には、キャビネットパイプ２３と並列に、バイパスパイプ２７が接続されている。コンデンサ２２とキャビネットパイプ２３との分岐部には、冷媒の流路を切り替える凝縮流路切替手段として、凝縮流路切替弁２８が設けられている。また、第一キャピラリー２４と第二キャピラリー２５との分岐部には、絞り流路切替弁２９が設けられている。キャビネットパイプ２３の出口側と絞り流路切替弁２９との間には、キャビネットパイプ２３への冷媒の逆流を防ぐ逆止弁３０が設けられている。
【００１９】
圧縮機２１は、冷蔵庫１００の背面下部に設けられた機械室内に配置されている。
【００２０】
コンデンサ２２は、冷蔵庫１００のキャビネット１の底面、背面、側面、及び天面のいずれか一箇所以上の断熱壁に埋設されている。コンデンサ２２は、要求される冷却能力に応じて、キャビネット１の複数箇所に設けてもよい。
【００２１】
キャビネットパイプ２３は、キャビネット１の前面部分における露付き防止用に設けられた凝縮器である。
凝縮流路切替弁２８は、例えば三方弁であり、制御装置１０に制御されて、キャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７のうち少なくともいずれか一方の流路を連通させる。なお、本実施の形態１では、キャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７の分岐部に例えば三方弁からなる凝縮流路切替弁２８を設ける例を示したが、コンデンサ２２からの冷媒の流路をキャビネットパイプ２３又はバイパスパイプ２７に切り替え可能な構成であれば、他の構成を採用することもできる。例えば、キャビネットパイプ２３及びバイパスパイプ２７の入口側に、それぞれ、制御装置１０によって開閉制御される弁を設け、いずれか一方を開放し他方を閉塞することにより、冷媒の流路を切り替えるようにしてもよい。
【００２２】
第一キャピラリー２４及び第二キャピラリー２５は、互いに流路径又は管の長さが異なる（すなわち、流路抵抗が異なる）キャピラリーチューブである。本実施の形態１では、流路抵抗は、第一キャピラリー２４に対して第二キャピラリー２５の方が小さい。絞り流路切替弁２９は、制御装置１０に制御されて、第一キャピラリー２４又は第二キャピラリー２５の流路を連通させる。本実施の形態１では、絞り装置として流路抵抗の異なる第一キャピラリー２４及び第二キャピラリー２５を設け、絞り流路切替弁２９により冷媒流路を切り替えることで絞り量を切り替えるようにした（絞り量切替手段）。しかし、これらに代えて、絞り装置の流路断面積を多段階あるいは無段階に調節可能な弁を設けて絞り量を切り替えるようにしてもよい。
【００２３】
冷却器２６は、冷蔵庫１００の背面側に設けられた冷却器室１５内に設定されている。冷却器２６の入口側（空気流れ上流側）には、冷却器２６へ戻る空気の温度を検出する冷却器入口側温度センサー１７が設けられ、出口側（空気流れ下流側）には、冷却器２６から出る空気の温度を検出する冷却器出口側温度センサー１８が設けられている（図２参照）。
【００２４】
冷却器２６の上方には、循環ファン１６が設けられている。循環ファン１６は、冷却器２６周辺で冷却された冷気を、風路１４を介して各貯蔵室へと送風する。
【００２５】
［キャビネットパイプの設置例］
図４は、実施の形態１に係る冷蔵庫のキャビネットパイプの設置例を説明する図である。図４に示すように、キャビネットパイプ２３は、キャビネット１の前面開口の周縁部及びディバイダ２の前面側の縁に、折り曲げて配置されている。このキャビネットパイプ２３は、ブチルゴムなどの熱容量の大きい弾性部材を介して、キャビネット１やディバイダ２に設置されている。図４（ａ）に示すように、キャビネット１とディバイダ２のすべての前面側の縁にキャビネットパイプ２３を配設してもよい。また、図４（ｂ）に示すように、製氷室４、切替室５、及び冷凍室６に隣接するキャビネット１及びディバイダ２の前面側の縁（冷凍温度帯の冷気が漏れ出しうる領域）にのみ、キャビネットパイプ２３を配設してもよい。キャビネットパイプ２３の配置は、図示のものに限定されず、低温冷気が外部に漏れ出すことによる露付きを抑制可能な任意の場所に配置することができる。
【００２６】
［冷凍サイクルの動作及び庫内空気流れ］
次に、実施の形態１に係る冷蔵庫１００の冷凍サイクルの基本的な動作と、庫内の空気流れを説明する。
図５は、実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルをイソブタンのＰ−Ｈ線図上に記載したものであり、図中の符号は、図１〜図３と同じものを示している。図５において、横軸はエンタルピ、縦軸は圧力である。また、外気温を３０℃と想定している。
以下、図１〜図３、図５を参照して説明する。
【００２７】
基本的には、制御装置１０は、各貯蔵室に設けられた庫内温度センサーの出力に基づいて、圧縮機２１の運転制御を行う。すなわち、庫内温度センサー６３により検出される冷凍室６内の温度が設定温度（例えば約−１８℃）の上限温度を超えて上昇すると、制御装置１０は圧縮機２１を駆動する。これにより、冷媒が圧縮機２１にて圧縮されて高温高圧となり、圧縮機２１から吐出される。圧縮機２１から吐出された高温高圧の冷媒は、コンデンサ２２において凝縮される。
【００２８】
そして、本実施の形態１の冷蔵庫１００は、後述する条件に応じて凝縮流路切替弁２８及び絞り流路切替弁２９により冷媒の流路を切り替えて、冷却運転を行うものである。
【００２９】
凝縮流路切替弁２８によってキャビネットパイプ２３が連通状態である場合、冷媒は、キャビネットパイプ２３を通過する過程においてさらに凝縮される（図５のＡの状態）。そして、キャビネットパイプ２３における冷媒の凝縮熱により、キャビネットパイプ２３が配設されたキャビネット１及びディバイダ２の前面側の縁が加熱される。これにより、各貯蔵室と扉との隙間から漏れる冷気によって発生する結露を抑制することができる。
凝縮流路切替弁２８によりキャビネットパイプ２３が連通状態である場合には、絞り流路切替弁２９は、第一キャピラリー２４を連通状態にしており、キャビネットパイプ２３から流出した冷媒は膨張機構である第一キャピラリー２４に流入して減圧される（図５のＢ参照）。
【００３０】
一方、凝縮流路切替弁２８によってバイパスパイプ２７が連通状態である場合、冷媒は、バイパスパイプ２７を通る。この場合、冷媒は、コンデンサ２２でのみ凝縮されることとなる（図５のＣの状態）。凝縮流路切替弁２８によってバイパスパイプ２７が連通状態である場合には、絞り流路切替弁２９は、第二キャピラリー２５を連通状態にしており、バイパスパイプ２７から流出した冷媒は膨張機構である第二キャピラリー２５に流入して減圧される（図５のＤ参照）。
【００３１】
第一キャピラリー２４又は第二キャピラリー２５を通過した冷媒は、低圧となり、冷却器２６にて蒸発する。この蒸発時の吸熱作用により冷却器２６の周辺は冷却される。冷却器２６にて蒸発した冷媒は、再び圧縮機２１に吸入される。
【００３２】
循環ファン１６は、冷却器２６の周辺で冷却された冷気を、各貯蔵室へと送風する。循環ファン１６により送風された冷気は、風路１４を通って各貯蔵室に設けられた吹出口より各貯蔵室へと供給される（図１参照）。
【００３３】
このような基本構成において、制御装置１０は、冷凍室６に設けられた庫内温度センサー６３により冷凍室６内の温度を検出し、その検出温度が目標とする設定温度となるように、圧縮機２１の能力（回転数）及び循環ファン１６の回転数を制御する。このとき、冷却負荷が大きいほど回転数が大きくなるように、圧縮機２１の回転数が制御される。そして、庫内温度センサー６３により検出される冷凍室６内の温度が設定温度に達すると、圧縮機２１の運転を停止し、また、冷凍室６内の温度が設定温度の上限温度を超えて上昇すると、圧縮機２１の運転を開始する。また、制御装置１０は、冷蔵室３、製氷室４、切替室５、及び野菜室７に設けられた庫内温度センサー３３、４３、５３、７３により各貯蔵室内の温度を検出し、その検出温度が目標とする設定温度となるように、各貯蔵室の吹出口近傍に設けられたダンパー（図示せず）の開閉動作を制御する。
【００３４】
［冷媒流路の切り替え動作］
上述のようにキャビネットパイプ２３に冷媒を流して加熱することで、キャビネット１及びディバイダ２と扉との隙間における結露を抑制することができるのであるが、一方で、キャビネットパイプ２３の熱は、貯蔵室内に進入して庫内の冷却負荷を上昇させることに繋がりうる。貯蔵室に熱が侵入して庫内負荷が上昇すると、圧縮機２１の運転時間が長くなって消費電力が大きくなる。このため、キャビネットパイプ２３に起因する庫内負荷の上昇を抑制することを目的として、本実施の形態１では、凝縮流路切替弁２８により冷媒流路を切り替える。
【００３５】
次に、本実施の形態１に係る凝縮流路切替弁２８による冷媒流路の切り替え動作とその作用を説明する。図６は、実施の形態１に係る冷蔵庫の冷媒流路切り替え動作を説明するフローチャートである。
【００３６】
ここでは、初期状態として、凝縮流路切替弁２８によりバイパスパイプ２７が連通状態であるとともに、絞り流路切替弁２９により第二キャピラリー２５が連通状態であるものとして説明する。
【００３７】
図６に示すように、圧縮機２１の運転を開始すると（Ｓ１）、制御装置１０は、全体負荷を検出する（Ｓ２）。ここで、全体負荷とは、概念的には、冷蔵庫１００の冷凍サイクル全体の冷却負荷（必要とされる冷却能力）をいう。なお、全体負荷の具体例については後述する。全体負荷が閾値Ｑａ（第一閾値）よりも大きい場合には（Ｓ２；Ｎｏ）、キャビネットパイプ２３を連通状態にする（Ｓ３）。このようにすると、キャビネットパイプ２３に冷媒が流れ、その周辺のキャビネット１及びディバイダ２が加熱されて結露の発生が抑制される。また、ステップＳ３でキャビネットパイプ２３を連通状態にするのと同期して、絞り流路切替弁２９は、冷媒の流路を第一キャピラリー２４が連通状態となるように切り替える（Ｓ４）。
【００３８】
そして、圧縮機２１の運転中において、制御装置１０は、所定タイミングで全体負荷を検出する（Ｓ５）。そして、全体負荷が閾値Ｑａよりも大きい場合には（Ｓ５；Ｎｏ）、キャビネットパイプ２３を連通状態としたまま運転を継続する。このようにすることで、結露の抑制に加え、冷凍サイクルにおける必要凝縮熱量を確保し続けることができる。すなわち、冷蔵庫１００に必要な冷却能力は、予め定められている冷蔵庫の内容積や断熱仕様に依存する固定分のほか、貯蔵室の扉の開閉状態や外気温度に依存する変動分がある。そして、必要な冷却能力に応じて、凝縮器（コンデンサ２２及びキャビネットパイプ２３）にて冷媒が放熱する必要がある。必要な冷却能力に対して凝縮器の放熱量が少ないと、冷却能力不足となり、冷蔵庫１００内を目標温度まで低下させることができないか、あるいは長時間を要してしまうためである。本実施の形態１の場合、冷媒がキャビネットパイプ２３を流れる場合の凝縮熱量に対し（図５のＡ、Ｂ参照）、冷媒がコンデンサ２２のみを流れる場合の凝縮熱量の方が小さくなる（図５のＣ、Ｄ参照）。このため、必要な冷却能力（全体負荷）が大きい場合には、キャビネットパイプ２３に冷媒を流すようにすることで、コンデンサ２２に加えてキャビネットパイプ２３において冷媒を凝縮させることができるので、必要な凝縮熱量を確保し続けることが可能となる。
【００３９】
ステップＳ５において、冷蔵庫１００の全体負荷が閾値Ｑａ以下であれば（Ｓ５；Ｙｅｓ）、制御装置１０は、個別負荷を検出する（Ｓ６）。ここで、個別負荷とは、概念的には、冷蔵庫１００を構成する各貯蔵室の冷却負荷（各貯蔵室で必要とされる冷却能力）のことをいう。なお、個別負荷の具体例については後述する。そして、個別負荷が、閾値Ｐａ（第二閾値）を超えている場合（冷却が不足している場合）には（Ｓ６；Ｎｏ）、キャビネットパイプ２３を連通状態としたまま運転を継続する。このように、本実施の形態１では、全体負荷が閾値Ｑａ以下となった場合でも、個別負荷が閾値Ｐａを超えている場合には、キャビネットパイプ２３に冷媒を流すようにしているので、前述の通り必要な凝縮熱量を確保し続けることができる。
【００４０】
ステップＳ６において、個別負荷が閾値Ｐａ以下である場合には（Ｓ６；Ｙｅｓ）、制御装置１０は、凝縮流路切替弁２８を制御して、バイパスパイプ２７を連通状態とする（Ｓ７）。
【００４１】
このように、全体負荷と個別負荷の双方が低下した場合には、必要とされる冷却能力が相対的に低下している状態であるため、キャビネットパイプ２３における凝縮を停止しても必要な冷却能力の維持が可能となる。言い替えると、キャビネットパイプ２３に冷媒を流すか否かにより凝縮熱量を変化させて、これによって冷却能力を変化させることができる。例えば、必要とされる冷却能力が低下した場合、圧縮機２１の運転周波数を低下させることで冷媒流量を減少させることも可能であるが、圧縮機２１の運転周波数が最低周波数であればそれ以上冷媒流量を低下させることができない。また、圧縮機２１が一低速圧縮機であれば、圧縮機２１の運転によって冷媒流量を減少させることができない。しかしながら、本実施の形態１によれば、圧縮機２１によって冷媒流量を減少させることができない場合であっても、キャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７との冷媒流路切り替えによって凝縮熱量を変化させることで、冷却能力を可変することができる。
【００４２】
また、キャビネットパイプ２３への冷媒の流通を停止することで、キャビネットパイプ２３によるキャビネット１やディバイダ２の加熱も停止される。このようにすることで、キャビネットパイプ２３から貯蔵室への熱侵入を停止させることができ、キャビネットパイプ２３が配設された貯蔵室の庫内負荷を軽減させることができる。このため、キャビネットパイプ２３が配設された貯蔵室は速やかに冷却され、圧縮機２１の運転時間を短縮することができる。
【００４３】
例えば、冷凍室６に加えて冷蔵室３にも冷気が供給されている（冷蔵室３のダンパーが開）状態のときに、冷蔵室３へのキャビネットパイプ２３からの熱侵入が停止すると、冷蔵室３の冷却負荷が減って冷蔵室３が設定温度に冷却されるまでの時間が短縮される。このため、冷蔵室３の吹出口３２に設けられたダンパー（図示せず）が閉じられるまでの時間が短縮されることとなる。冷蔵室３のダンパーが閉じられると、それまで冷蔵室３に供給されていた冷気は冷凍室６に供給されることになるため、冷凍室６はより速やかに冷却されて設定温度まで低下し、圧縮機２１の運転時間を短縮することができる。ここでは、冷蔵室３を例に説明したが、他の貯蔵室であっても同様のことがいえる。
【００４４】
また、例えば、冷凍室６にのみ冷気が供給されている状態のときに、冷凍室６へのキャビネットパイプ２３からの熱侵入が停止すると、冷凍室６の冷却負荷が減って冷凍室６が設定温度に冷却されるまでの時間が短縮されるため、圧縮機２１の運転時間を短縮することができる。
【００４５】
このように、圧縮機２１の運転時間を短縮することで、冷蔵庫１００の消費電力を軽減することができる。一般に、冷蔵庫における消費電力量の大部分が、圧縮機への入力であるため、圧縮機２１の運転時間を短くすることで冷蔵庫の消費電力の軽減効果が大きい。
【００４６】
また、ステップＳ６にてバイパスパイプ２７を連通状態にするのと同期して、絞り流路切替弁２９は、冷媒の流路を第二キャピラリー２５が連通状態となるように切り替える（Ｓ８）。バイパスパイプ２７を連通状態とした直後は、凝縮熱量が変化（低減）し、膨張機構の入口の冷媒状態は、それまでキャビネットパイプ２３を通っていたときよりも低密度となる。この低密度の冷媒を必要な低圧圧力まで低下させるため、流路抵抗の小さい第二キャピラリー２５に冷媒を通す。このようにすることで、速やかに冷媒を低圧圧力とすることができる。なお、冷媒の流路をキャビネットパイプ２３からバイパスパイプ２７へ切り替えた直後には、上述のように第二キャピラリー２５に冷媒を通すことが必要であるが、十分時間が経過した後は第一キャピラリー２４に流路を戻してもよい。
【００４７】
その後は、圧縮機２１の運転を継続し、庫内温度センサー６３が設定温度を検出すると、圧縮機２１の運転を停止する。なお、図６で示した処理の途中において、庫内温度センサー６３が冷凍室６の設定温度を検出した場合には、その段階で、圧縮機２１の運転を停止する。圧縮機２１の運転停止中には、凝縮流路切替弁２８は、バイパスパイプ２７側へ流路を切り替えておくとともに、絞り流路切替弁２９は、第二キャピラリー２５へと流路を切り替えておくとよい。このようにすることで、圧縮機２１の停止中において、冷媒がキャビネットパイプ２３に溜まる状態（いわゆる冷媒の寝込み状態）を抑制することができる。なお、キャビネットパイプ２３の出口側には、逆止弁３０が設けられているため、キャビネットパイプ２３へ冷媒が逆流することもない。圧縮機２１の停止中にキャビネットパイプ２３内に冷媒が溜まるのを抑制することで、圧縮機２１の運転再開時の冷却不良を低減することができる。
【００４８】
また、ステップＳ２において、全体負荷が閾値Ｑａ以下である場合には（Ｓ２；Ｙｅｓ）、個別負荷を検出する（Ｓ９）。そして、個別負荷が閾値Ｐａよりも大きい場合には（Ｓ９；Ｎｏ）、ステップＳ３に進み、個別負荷が閾値Ｐａ以下であれば（Ｓ９；Ｙｅｓ）、バイパスパイプ２７、第二キャピラリー２５のままで運転を継続する。
【００４９】
次に、図６で説明した冷蔵庫１００の冷媒流路切り替え動作について、図７のタイミングチャートを参照してさらに説明する。図７は、実施の形態１に係る冷蔵庫の冷却負荷と、圧縮機、凝縮流路切替弁、及び絞り流路切替弁の動作を説明するタイミングチャートである。なお、図７は、冷蔵庫１００の連続運転の一部を抜粋して例示したものである。
【００５０】
図７（ａ）は、扉の開閉状態や外気温度等の要因によって冷蔵庫の冷却負荷（全体負荷）が変動する様子を例示している。
庫内温度センサー６３により検出される冷凍室６の温度が設定温度の上限値を超えると、図７（ｂ）に示すように、圧縮機２１が運転を開始する（Ａ１）。このとき、全体負荷が閾値Ｑａを超えているため、キャビネットパイプ２３に冷媒流路が切り替えられるとともに（Ｂ１）、第一キャピラリー２４に冷媒流路が切り替えられる（Ｃ１）。全体負荷が閾値Ｑａを超えていて必要な冷却能力が大きい場合には、キャビネットパイプ２３に冷媒を流して凝縮熱量を確保するとともに、キャビネットパイプ２３でその周囲を加熱して結露を抑制する。
【００５１】
そして、図７（ａ）に示すように全体負荷が閾値Ｑａ以下となり、かつ、個別負荷が所定値を超えているものがなくなると（個別負荷については図７に図示せず）、図７（ｃ）に示すように、バイパスパイプ２７へ冷媒流路が切り替えられるとともに（Ｂ２）、第二キャピラリー２５へ冷媒流路が切り替えられる（Ｃ２）。このようにすることで、圧縮機２１の運転中における期間Ｘ（図７（ｃ）参照）の間は、キャビネットパイプ２３による加熱が停止するので、キャビネットパイプ２３に由来する冷蔵庫の庫内負荷を低減することができる。なお、キャビネットパイプ２３への冷媒の供給を停止した場合でも、キャビネットパイプ２３とキャビネット１やディバイダ２との間に介在するブチルゴムなどの弾性材の蓄熱作用により、ある程度の時間はキャビネット１やディバイダ２が保温される。このため、キャビネットパイプ２３の加熱が停止した後も、ある程度の時間は、その周囲の温度を外気の露点温度以上に保つことができる。また、結露が発生しやすいのは、外気温度が高く、かつ、湿度が高い環境条件のときであるが、このような条件のときには、圧縮機２１はほぼ連続運転を行っているので、上記の手法で流路を切り替えることで、キャビネット１やディバイダ２を露点温度以上に維持することが可能である。
【００５２】
また、図７（ｂ）では、（Ａ３）にて圧縮機２１が運転を開始しているが、凝縮流路切替弁２８は冷媒流路を切り替えず、バイパスパイプ２７が連通状態のままであるとともに（Ｂ２）、第二キャピラリー２５が連通状態のままとなっている（Ｃ２）。これは、（Ａ２）にて圧縮機２１が運転を開始したときに、全体負荷が閾値Ｑａ以下であって、かつ、個別負荷が閾値Ｐａ以下となっている場合である。このようなケースにおいては、キャビネットパイプ２３による加熱を行わないことで、冷蔵庫内の冷却負荷を増加させることがなく、圧縮機２１の運転時間を短縮することができる。
【００５３】
［全体負荷］
次に、全体負荷の検出例を説明する。
【００５４】
（１−１）圧縮機の運転状態に基づく全体負荷の検出
前述のように、本実施の形態１の圧縮機２１は、冷凍室６の庫内温度センサー６３によって検出される温度に基づいて、運転／停止を制御されるとともに、運転中においては、冷凍室６の温度と設定温度との乖離状態において、その回転数が制御される。このため、圧縮機２１の運転状態は、冷蔵庫１００の冷凍サイクルの全体的な冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、全体負荷として、圧縮機２１の回転数ｆ、又は圧縮機２１への入力電力Ｗを用いることができる。圧縮機２１の回転数ｆが大きい場合（入力電力Ｗが大きい場合）には、全体負荷が高い状態であり、圧縮機２１の回転数が小さい場合（入力電力Ｗが小さい場合）には、全体負荷が低い状態である。制御装置１０は、圧縮機２１の運転を制御する際に取得する回転数ｆ又は入力電力Ｗを取得し、その値と予めマイコンに記憶された閾値とを比較することにより、全体負荷が閾値Ｑａ以下であるか否かを判定する。この場合、制御装置１０が、本発明の全体負荷検出手段に相当する。
【００５５】
（１−２）冷却器の出入り口温度差による全体負荷の検出
冷却器２６へ戻る空気温度が高いということは、庫内負荷が大きい状態であることを示しており、この場合には、冷却器２６の出口側と入口側で温度差ΔＴｅが生じる。このため、冷却器２６の出口側と入口側の温度差ΔＴｅは、冷蔵庫１００の冷凍サイクルの全体的な冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、全体負荷として、冷却器２６の出口側と入口側の温度差ΔＴｅを用いることができる。制御装置１０は、冷却器２６の冷却器入口側温度センサー１７と冷却器出口側温度センサー１８からの出力を取得し、これらの温度差ΔＴｅと、予めマイコンに記憶された閾値とを比較することにより、全体負荷が閾値Ｑａ以下であるか否かを判定する。この場合、制御装置１０、冷却器入口側温度センサー１７、及び冷却器出口側温度センサー１８が、本発明の全体負荷検出手段に相当する。
【００５６】
［個別負荷］
次に、個別負荷の検出例を説明する。
【００５７】
（２−１）冷蔵室の扉開閉回数Ｒｒ
冷蔵室３の扉を開放すると、外気が冷蔵室３に流入するとともに冷気が外部へと流出し、冷蔵室３の温度が上昇して冷却負荷が大きくなる。このため、冷蔵室３の扉開閉回数Ｒｒは、冷蔵室３の冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、冷蔵室３の個別負荷として、単位時間当たりの扉開閉回数Ｒｒを用いることができる。制御装置１０は、扉３１の扉開閉センサーからの出力を受けて単位時間当たりの扉開閉回数Ｒｒをカウントし、予めマイコンに記憶された所定の閾値と扉開閉回数Ｒｒとを比較することにより、冷蔵室３の個別負荷が閾値Ｐａ以下であるか否かを判断する。この場合、冷蔵室３に設けられた扉開閉センサー３５及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００５８】
（２−２）冷凍室の扉開閉回数Ｒｆ
同様にして、冷凍室６の扉開閉回数Ｒｆも、冷凍室６の冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、冷蔵室３における扉開閉回数Ｒｒと同様にして、冷凍室６の個別負荷として、単位時間当たりの扉開閉回数Ｒｆを用いることができる。この場合、冷凍室６に設けられた扉開閉センサー６５及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００５９】
（２−３）冷蔵室の扉開放時間τｒ
前述のように、冷蔵室３の扉を開放すると、冷蔵室３の温度が上昇して冷却負荷が大きくなる。このため、冷蔵室３の扉開放時間τｒ（単位時間当たりに扉が開放されていた時間の累積時間）は、冷蔵室３の冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、冷蔵室３の個別負荷として、冷蔵室３の扉開放時間τｒを用いることができる。制御装置１０は、扉３１の扉開閉センサーからの出力を受けて、扉３１が開放されている時間をカウントし、累積する。そして、単位時間当たりの扉開放時間τｒと、予めマイコンに記憶された所定の閾値とを比較することにより、冷蔵室３の個別負荷が閾値Ｐａ以下であるか否かを判断する。この場合、冷蔵室３に設けられた扉開閉センサー３５及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００６０】
（２−４）冷凍室の扉開放時間τｆ
同様にして、冷凍室６の扉開放時間τｆも、冷凍室６の冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、冷蔵室３における扉開放時間τｒと同様にして、冷凍室６の個別負荷として、単位時間当たりの扉開放時間τｆを用いることができる。この場合、冷凍室６に設けられた扉開閉センサー６５及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００６１】
（２−５）冷蔵室温度Ｔｒ
冷蔵室３に設けられた庫内温度センサー３３の検出温度が高温であるほど、冷蔵室３の庫内負荷が大きい状態であるといえる。そこで、冷蔵室３の個別負荷として、冷蔵室温度Ｔｒを用いることができる。制御装置１０は、冷蔵室３の庫内温度センサー３３からの出力を受けて、冷蔵室温度Ｔｒと、予めマイコンに記憶された所定の閾値とを比較することにより、冷蔵室３の個別負荷が閾値Ｐａ以下であるか否かを判断する。この場合、冷蔵室３に設けられた庫内温度センサー３３及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００６２】
（２−６）冷凍室の温度低下量
冷凍室６に、比較的温度が高くて大きな食材が投入されている場合には、冷凍室６の温度低下の速度は遅くなる傾向にある。このような場合には、冷凍室６における冷却負荷が大きい状態であるといえる。そこで、冷凍室６の個別負荷として、単位時間当たりの冷凍室６の温度低下量を用いることができる。制御装置１０は、冷凍室６の庫内温度センサー６３からの出力を受けて単位時間当たりの温度低下量を算出し、その温度低下量と、予めマイコンに記憶された所定の閾値とを比較することにより、冷凍室６の個別負荷が閾値Ｐａ以下であるか否かを判断する。この場合、冷凍室６に設けられた庫内温度センサー６３及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００６３】
以上説明した全体負荷及び個別負荷の検出例は、いずれも、キャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７との冷媒流路の切り替えのために追加部品を設けることなく実現可能なものであり、冷蔵庫１００の部品点数を増加させることもない。
【００６４】
なお、ここで例示した個別負荷を複数組み合わせて用いてもよく、判定対象としている個別負荷のうち、すべてが閾値Ｐａ以下である場合にキャビネットパイプ２３からバイパスパイプ２７に流路を切り替えるようにしてもよい。また、上記説明では、冷蔵室３と冷凍室６の個別負荷を説明したが、同様にして他の貯蔵室（製氷室４、切替室５、野菜室７）の個別負荷を検出し、冷媒流路の切り替え条件として用いてもよい。
【００６５】
また、全体負荷の閾値Ｑａ及び個別負荷の閾値Ｐａを決定するに際しては、第一凝縮器としてのコンデンサ２２の放熱量を考慮する必要がある。すなわち、凝縮流路切替弁２８によりバイパスパイプ２７に冷媒流路を切り替えると、コンデンサ２２でのみ凝縮が行われることとなるため、凝縮熱量はコンデンサ２２の放熱量に依存することになる。したがって、バイパスパイプ２７に冷媒流路を切り替えた場合に、コンデンサ２２の凝縮熱量によって得られる冷却能力と、閾値Ｑａと閾値Ｐａとでバランスをとる必要がある。
【００６６】
次に、全体負荷と個別負荷に基づいて冷媒流路を切り替えることによる作用について説明する。
例えば、上述の（１−１）、（１−２）のようにして検出された全体負荷が閾値Ｑａ以下である場合であっても、ある貯蔵室の個別負荷が閾値Ｐａよりも大きい場合には、当該貯蔵室の温度が設定温度に低下するまでの間、圧縮機２１が運転し続けることとなる。このようなときに、キャビネットパイプ２３からバイパスパイプ２７へ冷媒流路を切り替えると、凝縮熱量が減少してしまうために圧縮機２１の運転時間が長引いて消費電力も増大しうる。本実施の形態１では、全体負荷が閾値Ｑａ以下であっても、個別負荷が閾値Ｐａよりも大きい場合には、キャビネットパイプ２３に冷媒を流すようにしているので、凝縮熱量を減少させることがなく、圧縮機２１の運転時間が長引くのを抑制することができる。
【００６７】
なお、上記説明では、凝縮流路切替弁２８による流路切り替えに合わせて、絞り装置における絞り量を可変するようにした。しかし、凝縮流路切替弁２８によりキャビネットパイプ２３からバイパスパイプ２７へ冷媒流路が切り替えられた際に、バイパスパイプ２７を通過する冷媒が必要な低圧圧力まで低下可能であれば、必ずしも上述のような絞り量を可変しなくともよい。例えば、図８に示す実施の形態１に係る冷凍サイクルの構成の変形例のように、冷媒流路がキャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７のいずれであっても、同じ絞り量の絞り装置１２４を用いるようにしてもよい。
【００６８】
以上のように、本実施の形態１によれば、全体負荷が閾値Ｑａ（第一閾値）以下であり、かつ、個別負荷が閾値Ｐａ（第二閾値）以下である場合には、バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるようにし、その他の場合には、キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるようにした。このため、冷蔵庫の負荷に合わせて凝縮側の放熱量を確保しつつ、キャビネットパイプから貯蔵室内への熱侵入を抑制して庫内負荷を軽減することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ キャビネット、２ ディバイダ、３ 冷蔵室、４ 製氷室、５ 切替室、６ 冷凍室、７ 野菜室、８ 操作パネル、９ 外気温度センサー、１０ 制御装置、１１ 外箱、１２ 内箱、１３ 背面壁、１４ 風路、１５ 冷却器室、１６ 循環ファン、１７ 冷却器入口側温度センサー、１８ 冷却器出口側温度センサー、２１ 圧縮機、２２ コンデンサ、２３ キャビネットパイプ、２４ 第一キャピラリー、２５ 第二キャピラリー、２６ 冷却器、２７ バイパスパイプ、２８ 凝縮流路切替弁、２９ 絞り流路切替弁、３０ 逆止弁、３１ 扉、３２ 吹出口、３３ 庫内温度センサー、３４ ダンパー、３５ 扉開閉センサー、６３ 庫内温度センサー、１００ 冷蔵庫。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビネットの開口部周縁にキャビネットパイプが設けられた冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷蔵庫は、内箱と外箱によって形成される充填空間に断熱材を充填発泡し、冷蔵庫と外部の断熱を図るようにしたキャビネットと、このキャビネットの前面開口部に設けられた断熱扉とを備えている。このような冷蔵庫では、キャビネットと断熱扉との間から冷気が漏れて、この付近の表面温度が冷蔵庫の外気温度より低下し、さらに露点温度以下になると結露が発生してしまう。このため、冷蔵庫のキャビネットの開口部周縁に高圧冷媒が流れるキャビネットパイプ（結露防止パイプ、防露パイプなどともいう）を設け、キャビネットパイプを流れる冷媒の凝縮熱によりキャビネットの開口部周縁を加熱することで、結露の発生を抑制していた。ところが、キャビネットパイプが必要以上に加熱されると、キャビネットパイプから冷蔵庫内に凝縮熱の一部が侵入し、冷蔵庫内の冷却負荷を増加させるという問題が生じる。
【０００３】
そこで従来、キャビネットパイプを備えた冷蔵庫として、「バイパス管と、結露防止コンデンサの圧力を検知する圧力検知装置と、圧力検知装置の出力により冷媒流量を分配する冷媒流量分配装置と、を備えることにより、冷蔵庫本体開口部周縁に結露が生じない必要最小限の冷媒流量を結露防止コンデンサに流入し、残りの冷媒はバイパス管に流入するように冷媒流量を分配する」という冷蔵庫が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、この特許文献１には、圧力検知装置に代えて、結露防止コンデンサ（キャビネットパイプ）の温度を検知する温度検知装置を設けることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８５４２６号公報（第３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の冷蔵庫では、圧力検知装置や温度検知装置により結露防止コンデンサ（キャビネットパイプ）の圧力や温度を検知し、キャビネットパイプによって必要以上の加熱を行わないとされている。
しかしながら、キャビネットパイプは、凝縮器としての機能も有しており、凝縮器における放熱量が少ないと冷却能力不足になる一方で、必要な冷却能力が少ない場合には凝縮器における放熱量も少なくてすむなどの特性もある。このため、冷蔵庫にて必要な冷却能力に応じた凝縮器としての機能をキャビネットパイプに発揮させつつも、キャビネットパイプに高温の冷媒が通ることによる冷却負荷の増加を抑制することのできる冷蔵庫が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、必要な冷却能力に応じた凝縮熱を維持しつつ、冷蔵庫内の冷却負荷の増加を抑制して消費電力量を低減させることのできる冷蔵庫を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る冷蔵庫は、内部が複数の貯蔵室に区画されたキャビネットと、圧縮機、第一凝縮器、前記キャビネットの前面開口縁に内装されたキャビネットパイプからなる第二凝縮器、絞り装置、及び冷却器を有する冷凍サイクルと、前記第一凝縮器と前記絞り装置との間に、前記キャビネットパイプと並列に接続されたバイパスパイプと、前記第一凝縮器からの冷媒の流路を前記キャビネットパイプ又は前記バイパスパイプに切り替える凝縮流路切替手段と、前記冷凍サイクル全体の冷却負荷である全体負荷を検出する全体負荷検出手段と、前記貯蔵室における冷却負荷である個別負荷を検出する個別負荷検出手段とを備え、前記凝縮流路切替手段は、前記全体負荷が第一閾値以下であり、かつ、前記個別負荷が第二閾値以下である場合には、前記バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替え、その他の場合には、前記キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、全体負荷が第一閾値以下であり、かつ、個別負荷が第二閾値以下である場合には、バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるようにし、その他の場合には、キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるようにした。このため、冷蔵庫の負荷に合わせて凝縮側の放熱量を確保しつつ、キャビネットパイプから貯蔵室内への熱侵入を抑制して庫内負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る冷蔵庫の構造を説明する図である。
【図２】実施の形態１に係る冷蔵庫の機能ブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成を説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る冷蔵庫のキャビネットパイプの設置例を説明する図である。
【図５】実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルをイソブタンのＰ−Ｈ線図上に記載したものである。
【図６】実施の形態１に係る冷蔵庫の冷媒流路切り替え動作を説明するフローチャートである。
【図７】実施の形態１に係る冷蔵庫の冷却負荷と、圧縮機、凝縮流路切替弁、及び絞り流路切替弁の動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】実施の形態１に係る冷凍サイクルの構成の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る冷蔵庫を、図面を参照して説明する。なお、この図面の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷蔵庫の構造を説明する図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は概略断面図、図１（ｃ）は扉を除いた状態の正面図である。図２は、実施の形態１に係る冷蔵庫の機能ブロック図である。
図１に示すように、冷蔵庫１００は、前面側が開口した箱状のキャビネット１を備えている。キャビネット１は、冷蔵庫本体の外郭を形成する外箱１１と、本体の内壁を形成する内箱１２とを有し、その間に例えばウレタンなどの断熱材が設けられている。キャビネット１の内部には、キャビネット１の内部空間を複数の貯蔵室に仕切るディバイダ（仕切り壁）２が設けられている。本実施の形態１では、貯蔵室として、冷蔵室３、製氷室４、切替室５、冷凍室６、野菜室７が設けられている。また、冷蔵庫１００の背面上部には、この冷蔵庫１００の運転を制御するマイコン等を備えた制御装置１０が設けられている。
【００１２】
冷蔵室３は、冷蔵庫１００の最上部に設けられており、前面は断熱構造を有する両開き式の扉３１により開閉自在に覆われる。製氷室４及び切替室５は、冷蔵室３の下側の左右に並んで設けられており、それぞれの前面は断熱構造を有する引出し式の扉４１、扉５１により開閉自在に覆われる。冷凍室６は、製氷室４及び切替室５の下側に設けられており、前面は断熱構造を有する引出し式の扉６１により開閉自在に覆われる。野菜室７は、冷凍室６の下側、冷蔵庫１００の最下部に設けられており、前面は断熱構造を有する引出し式の扉７１により開閉自在に覆われる。各貯蔵室の扉には、その開閉状態を検出する扉開閉センサー３５、４５、５５、６５、７５が設けられている（図２参照）。制御装置１０は、各扉開閉センサーからの出力を受けて各扉の開閉状態を検出し、例えば扉が長時間開放されたままの場合には、後述する操作パネル８や音声出力装置により、その旨を使用者に報知することができる。
【００１３】
各貯蔵室は、設定可能な温度帯（設定温度帯）によって区別されており、例えば、冷蔵室３は約０℃〜４℃、野菜室７は約３℃〜１０℃、製氷室４は約−１８℃、冷凍室６は約−１６℃〜−２２℃にそれぞれ設定可能となっている。また、切替室５は、チルド（約０℃）やソフト冷凍（約−７℃）などの温度帯に切り替えることが可能である。
このように、冷蔵室３及び野菜室７の設定温度帯は、製氷室４、切替室５及び冷凍室６より高い温度帯となるように設定されている。
なお、各貯蔵室の設定温度はこれに限るものではない。
【００１４】
各貯蔵室の背面には、それぞれ、当該貯蔵室に冷気を吹き出すための吹出口３２、４２、５２、６２、７２が開口している。この吹出口３２、４２、５２、６２、７２は、風路１４と連通している。また、各貯蔵室には、それぞれ、当該貯蔵室の温度を検出するための庫内温度センサー３３、４３、５３、６３、７３が設けられている。各吹出口３２、４２、５２、６２、７２の風路１４側には、ダンパー３４、４４、５４、６４、７４が設けられている（図２参照）。制御装置１０は、各ダンパーの開度を調節することで各吹出口の開度を調節し、各貯蔵室への冷気の流量を調節する。
【００１５】
冷蔵室３の扉３１の表面には、各貯蔵室の温度や設定を調節する操作スイッチと、そのときの各貯蔵室の温度を表示する液晶などから構成される操作パネル８が設けられている。この操作パネル８には、冷蔵庫１００の周囲の外気の温度を検出する外気温度センサー９が設けられている。制御装置１０は、各貯蔵室に配置された庫内温度センサーの検出値が、操作パネル８により設定された設定温度となるように、冷凍サイクルの運転やダンパー開閉を含め各部の動作を制御する。
【００１６】
各貯蔵室の背面側には、背面壁１３が設けられている。背面壁１３の裏面（背面）と、キャビネット１の内箱１２の前面との間には、風路１４と冷却器室１５とが形成されている。風路１４は、例えば、冷蔵室３、製氷室４、切替室５、冷凍室６、及び野菜室７の背面と対向する範囲に設けられている。風路１４は、冷却器室１５で生成された冷気を各貯蔵室に供給するための冷気の供給風路である。冷却器室１５は、例えば冷凍室６の背面と対向する範囲に設けられている。
【００１７】
［冷凍サイクルの構成］
図３は、実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの構成を説明する図である。以下、図１、図２、図３を参照して、冷蔵庫１００に搭載された冷凍サイクルの構成を説明する。
【００１８】
冷蔵庫１００の冷凍サイクルは、圧縮機２１と、第一凝縮器としてのコンデンサ２２と、第二凝縮器としてのキャビネットパイプ２３と、絞り装置としての第一キャピラリー２４及び第二キャピラリー２５と、冷却器２６とが、配管にて接続されている。また、圧縮機２１と絞り装置（第一キャピラリー２４及び第二キャピラリー２５）との間には、キャビネットパイプ２３と並列に、バイパスパイプ２７が接続されている。コンデンサ２２とキャビネットパイプ２３との分岐部には、冷媒の流路を切り替える凝縮流路切替手段として、凝縮流路切替弁２８が設けられている。また、第一キャピラリー２４と第二キャピラリー２５との分岐部には、絞り流路切替弁２９が設けられている。キャビネットパイプ２３の出口側と絞り流路切替弁２９との間には、キャビネットパイプ２３への冷媒の逆流を防ぐ逆止弁３０が設けられている。
【００１９】
圧縮機２１は、冷蔵庫１００の背面下部に設けられた機械室内に配置されている。
【００２０】
コンデンサ２２は、冷蔵庫１００のキャビネット１の底面、背面、側面、及び天面のいずれか一箇所以上の断熱壁に埋設されている。コンデンサ２２は、要求される冷却能力に応じて、キャビネット１の複数箇所に設けてもよい。
【００２１】
キャビネットパイプ２３は、キャビネット１の前面部分における露付き防止用に設けられた凝縮器である。
凝縮流路切替弁２８は、例えば三方弁であり、制御装置１０に制御されて、キャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７のうち少なくともいずれか一方の流路を連通させる。なお、本実施の形態１では、キャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７の分岐部に例えば三方弁からなる凝縮流路切替弁２８を設ける例を示したが、コンデンサ２２からの冷媒の流路をキャビネットパイプ２３又はバイパスパイプ２７に切り替え可能な構成であれば、他の構成を採用することもできる。例えば、キャビネットパイプ２３及びバイパスパイプ２７の入口側に、それぞれ、制御装置１０によって開閉制御される弁を設け、いずれか一方を開放し他方を閉塞することにより、冷媒の流路を切り替えるようにしてもよい。
【００２２】
第一キャピラリー２４及び第二キャピラリー２５は、互いに流路径又は管の長さが異なる（すなわち、流路抵抗が異なる）キャピラリーチューブである。本実施の形態１では、流路抵抗は、第一キャピラリー２４に対して第二キャピラリー２５の方が小さい。絞り流路切替弁２９は、制御装置１０に制御されて、第一キャピラリー２４又は第二キャピラリー２５の流路を連通させる。本実施の形態１では、絞り装置として流路抵抗の異なる第一キャピラリー２４及び第二キャピラリー２５を設け、絞り流路切替弁２９により冷媒流路を切り替えることで絞り量を切り替えるようにした（絞り量切替手段）。しかし、これらに代えて、絞り装置の流路断面積を多段階あるいは無段階に調節可能な弁を設けて絞り量を切り替えるようにしてもよい。
【００２３】
冷却器２６は、冷蔵庫１００の背面側に設けられた冷却器室１５内に設定されている。冷却器２６の入口側（空気流れ上流側）には、冷却器２６へ戻る空気の温度を検出する冷却器入口側温度センサー１７が設けられ、出口側（空気流れ下流側）には、冷却器２６から出る空気の温度を検出する冷却器出口側温度センサー１８が設けられている（図２参照）。
【００２４】
冷却器２６の上方には、循環ファン１６が設けられている。循環ファン１６は、冷却器２６周辺で冷却された冷気を、風路１４を介して各貯蔵室へと送風する。
【００２５】
［キャビネットパイプの設置例］
図４は、実施の形態１に係る冷蔵庫のキャビネットパイプの設置例を説明する図である。図４に示すように、キャビネットパイプ２３は、キャビネット１の前面開口の周縁部及びディバイダ２の前面側の縁に、折り曲げて配置されている。このキャビネットパイプ２３は、ブチルゴムなどの熱容量の大きい弾性部材を介して、キャビネット１やディバイダ２に設置されている。図４（ａ）に示すように、キャビネット１とディバイダ２のすべての前面側の縁にキャビネットパイプ２３を配設してもよい。また、図４（ｂ）に示すように、製氷室４、切替室５、及び冷凍室６に隣接するキャビネット１及びディバイダ２の前面側の縁（冷凍温度帯の冷気が漏れ出しうる領域）にのみ、キャビネットパイプ２３を配設してもよい。キャビネットパイプ２３の配置は、図示のものに限定されず、低温冷気が外部に漏れ出すことによる露付きを抑制可能な任意の場所に配置することができる。
【００２６】
［冷凍サイクルの動作及び庫内空気流れ］
次に、実施の形態１に係る冷蔵庫１００の冷凍サイクルの基本的な動作と、庫内の空気流れを説明する。
図５は、実施の形態１に係る冷蔵庫の冷凍サイクルをイソブタンのＰ−Ｈ線図上に記載したものであり、図中の符号は、図１〜図３と同じものを示している。図５において、横軸はエンタルピ、縦軸は圧力である。また、外気温を３０℃と想定している。
以下、図１〜図３、図５を参照して説明する。
【００２７】
基本的には、制御装置１０は、各貯蔵室に設けられた庫内温度センサーの出力に基づいて、圧縮機２１の運転制御を行う。すなわち、庫内温度センサー６３により検出される冷凍室６内の温度が設定温度（例えば約−１８℃）の上限温度を超えて上昇すると、制御装置１０は圧縮機２１を駆動する。これにより、冷媒が圧縮機２１にて圧縮されて高温高圧となり、圧縮機２１から吐出される。圧縮機２１から吐出された高温高圧の冷媒は、コンデンサ２２において凝縮される。
【００２８】
そして、本実施の形態１の冷蔵庫１００は、後述する条件に応じて凝縮流路切替弁２８及び絞り流路切替弁２９により冷媒の流路を切り替えて、冷却運転を行うものである。
【００２９】
凝縮流路切替弁２８によってキャビネットパイプ２３が連通状態である場合、冷媒は、キャビネットパイプ２３を通過する過程においてさらに凝縮される（図５のＡの状態）。そして、キャビネットパイプ２３における冷媒の凝縮熱により、キャビネットパイプ２３が配設されたキャビネット１及びディバイダ２の前面側の縁が加熱される。これにより、各貯蔵室と扉との隙間から漏れる冷気によって発生する結露を抑制することができる。
凝縮流路切替弁２８によりキャビネットパイプ２３が連通状態である場合には、絞り流路切替弁２９は、第一キャピラリー２４を連通状態にしており、キャビネットパイプ２３から流出した冷媒は膨張機構である第一キャピラリー２４に流入して減圧される（図５のＢ参照）。
【００３０】
一方、凝縮流路切替弁２８によってバイパスパイプ２７が連通状態である場合、冷媒は、バイパスパイプ２７を通る。この場合、冷媒は、コンデンサ２２でのみ凝縮されることとなる（図５のＣの状態）。凝縮流路切替弁２８によってバイパスパイプ２７が連通状態である場合には、絞り流路切替弁２９は、第二キャピラリー２５を連通状態にしており、バイパスパイプ２７から流出した冷媒は膨張機構である第二キャピラリー２５に流入して減圧される（図５のＤ参照）。
【００３１】
第一キャピラリー２４又は第二キャピラリー２５を通過した冷媒は、低圧となり、冷却器２６にて蒸発する。この蒸発時の吸熱作用により冷却器２６の周辺は冷却される。冷却器２６にて蒸発した冷媒は、再び圧縮機２１に吸入される。
【００３２】
循環ファン１６は、冷却器２６の周辺で冷却された冷気を、各貯蔵室へと送風する。循環ファン１６により送風された冷気は、風路１４を通って各貯蔵室に設けられた吹出口より各貯蔵室へと供給される（図１参照）。
【００３３】
このような基本構成において、制御装置１０は、冷凍室６に設けられた庫内温度センサー６３により冷凍室６内の温度を検出し、その検出温度が目標とする設定温度となるように、圧縮機２１の能力（回転数）及び循環ファン１６の回転数を制御する。このとき、冷却負荷が大きいほど回転数が大きくなるように、圧縮機２１の回転数が制御される。そして、庫内温度センサー６３により検出される冷凍室６内の温度が設定温度に達すると、圧縮機２１の運転を停止し、また、冷凍室６内の温度が設定温度の上限温度を超えて上昇すると、圧縮機２１の運転を開始する。また、制御装置１０は、冷蔵室３、製氷室４、切替室５、及び野菜室７に設けられた庫内温度センサー３３、４３、５３、７３により各貯蔵室内の温度を検出し、その検出温度が目標とする設定温度となるように、各貯蔵室の吹出口近傍に設けられたダンパー（図示せず）の開閉動作を制御する。
【００３４】
［冷媒流路の切り替え動作］
上述のようにキャビネットパイプ２３に冷媒を流して加熱することで、キャビネット１及びディバイダ２と扉との隙間における結露を抑制することができるのであるが、一方で、キャビネットパイプ２３の熱は、貯蔵室内に進入して庫内の冷却負荷を上昇させることに繋がりうる。貯蔵室に熱が侵入して庫内負荷が上昇すると、圧縮機２１の運転時間が長くなって消費電力が大きくなる。このため、キャビネットパイプ２３に起因する庫内負荷の上昇を抑制することを目的として、本実施の形態１では、凝縮流路切替弁２８により冷媒流路を切り替える。
【００３５】
次に、本実施の形態１に係る凝縮流路切替弁２８による冷媒流路の切り替え動作とその作用を説明する。図６は、実施の形態１に係る冷蔵庫の冷媒流路切り替え動作を説明するフローチャートである。
【００３６】
ここでは、初期状態として、凝縮流路切替弁２８によりバイパスパイプ２７が連通状態であるとともに、絞り流路切替弁２９により第二キャピラリー２５が連通状態であるものとして説明する。
【００３７】
図６に示すように、圧縮機２１の運転を開始すると（Ｓ１）、制御装置１０は、全体負荷を検出する（Ｓ２）。ここで、全体負荷とは、概念的には、冷蔵庫１００の冷凍サイクル全体の冷却負荷（必要とされる冷却能力）をいう。なお、全体負荷の具体例については後述する。全体負荷が閾値Ｑａ（第一閾値）よりも大きい場合には（Ｓ２；Ｎｏ）、キャビネットパイプ２３を連通状態にする（Ｓ３）。このようにすると、キャビネットパイプ２３に冷媒が流れ、その周辺のキャビネット１及びディバイダ２が加熱されて結露の発生が抑制される。また、ステップＳ３でキャビネットパイプ２３を連通状態にするのと同期して、絞り流路切替弁２９は、冷媒の流路を第一キャピラリー２４が連通状態となるように切り替える（Ｓ４）。
【００３８】
そして、圧縮機２１の運転中において、制御装置１０は、所定タイミングで全体負荷を検出する（Ｓ５）。そして、全体負荷が閾値Ｑａよりも大きい場合には（Ｓ５；Ｎｏ）、キャビネットパイプ２３を連通状態としたまま運転を継続する。このようにすることで、結露の抑制に加え、冷凍サイクルにおける必要凝縮熱量を確保し続けることができる。すなわち、冷蔵庫１００に必要な冷却能力は、予め定められている冷蔵庫の内容積や断熱仕様に依存する固定分のほか、貯蔵室の扉の開閉状態や外気温度に依存する変動分がある。そして、必要な冷却能力に応じて、凝縮器（コンデンサ２２及びキャビネットパイプ２３）にて冷媒が放熱する必要がある。必要な冷却能力に対して凝縮器の放熱量が少ないと、冷却能力不足となり、冷蔵庫１００内を目標温度まで低下させることができないか、あるいは長時間を要してしまうためである。本実施の形態１の場合、冷媒がキャビネットパイプ２３を流れる場合の凝縮熱量に対し（図５のＡ、Ｂ参照）、冷媒がコンデンサ２２のみを流れる場合の凝縮熱量の方が小さくなる（図５のＣ、Ｄ参照）。このため、必要な冷却能力（全体負荷）が大きい場合には、キャビネットパイプ２３に冷媒を流すようにすることで、コンデンサ２２に加えてキャビネットパイプ２３において冷媒を凝縮させることができるので、必要な凝縮熱量を確保し続けることが可能となる。
【００３９】
ステップＳ５において、冷蔵庫１００の全体負荷が閾値Ｑａ以下であれば（Ｓ５；Ｙｅｓ）、制御装置１０は、個別負荷を検出する（Ｓ６）。ここで、個別負荷とは、概念的には、冷蔵庫１００を構成する各貯蔵室の冷却負荷（各貯蔵室で必要とされる冷却能力）のことをいう。なお、個別負荷の具体例については後述する。そして、個別負荷が、閾値Ｐａ（第二閾値）を超えている場合（冷却が不足している場合）には（Ｓ６；Ｎｏ）、キャビネットパイプ２３を連通状態としたまま運転を継続する。このように、本実施の形態１では、全体負荷が閾値Ｑａ以下となった場合でも、個別負荷が閾値Ｐａを超えている場合には、キャビネットパイプ２３に冷媒を流すようにしているので、前述の通り必要な凝縮熱量を確保し続けることができる。
【００４０】
ステップＳ６において、個別負荷が閾値Ｐａ以下である場合には（Ｓ６；Ｙｅｓ）、制御装置１０は、凝縮流路切替弁２８を制御して、バイパスパイプ２７を連通状態とする（Ｓ７）。
【００４１】
このように、全体負荷と個別負荷の双方が低下した場合には、必要とされる冷却能力が相対的に低下している状態であるため、キャビネットパイプ２３における凝縮を停止しても必要な冷却能力の維持が可能となる。言い替えると、キャビネットパイプ２３に冷媒を流すか否かにより凝縮熱量を変化させて、これによって冷却能力を変化させることができる。例えば、必要とされる冷却能力が低下した場合、圧縮機２１の運転周波数を低下させることで冷媒流量を減少させることも可能であるが、圧縮機２１の運転周波数が最低周波数であればそれ以上冷媒流量を低下させることができない。また、圧縮機２１が一低速圧縮機であれば、圧縮機２１の運転によって冷媒流量を減少させることができない。しかしながら、本実施の形態１によれば、圧縮機２１によって冷媒流量を減少させることができない場合であっても、キャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７との冷媒流路切り替えによって凝縮熱量を変化させることで、冷却能力を可変することができる。
【００４２】
また、キャビネットパイプ２３への冷媒の流通を停止することで、キャビネットパイプ２３によるキャビネット１やディバイダ２の加熱も停止される。このようにすることで、キャビネットパイプ２３から貯蔵室への熱侵入を停止させることができ、キャビネットパイプ２３が配設された貯蔵室の庫内負荷を軽減させることができる。このため、キャビネットパイプ２３が配設された貯蔵室は速やかに冷却され、圧縮機２１の運転時間を短縮することができる。
【００４３】
例えば、冷凍室６に加えて冷蔵室３にも冷気が供給されている（冷蔵室３のダンパーが開）状態のときに、冷蔵室３へのキャビネットパイプ２３からの熱侵入が停止すると、冷蔵室３の冷却負荷が減って冷蔵室３が設定温度に冷却されるまでの時間が短縮される。このため、冷蔵室３の吹出口３２に設けられたダンパー（図示せず）が閉じられるまでの時間が短縮されることとなる。冷蔵室３のダンパーが閉じられると、それまで冷蔵室３に供給されていた冷気は冷凍室６に供給されることになるため、冷凍室６はより速やかに冷却されて設定温度まで低下し、圧縮機２１の運転時間を短縮することができる。ここでは、冷蔵室３を例に説明したが、他の貯蔵室であっても同様のことがいえる。
【００４４】
また、例えば、冷凍室６にのみ冷気が供給されている状態のときに、冷凍室６へのキャビネットパイプ２３からの熱侵入が停止すると、冷凍室６の冷却負荷が減って冷凍室６が設定温度に冷却されるまでの時間が短縮されるため、圧縮機２１の運転時間を短縮することができる。
【００４５】
このように、圧縮機２１の運転時間を短縮することで、冷蔵庫１００の消費電力を軽減することができる。一般に、冷蔵庫における消費電力量の大部分が、圧縮機への入力であるため、圧縮機２１の運転時間を短くすることで冷蔵庫の消費電力の軽減効果が大きい。
【００４６】
また、ステップＳ６にてバイパスパイプ２７を連通状態にするのと同期して、絞り流路切替弁２９は、冷媒の流路を第二キャピラリー２５が連通状態となるように切り替える（Ｓ８）。バイパスパイプ２７を連通状態とした直後は、凝縮熱量が変化（低減）し、膨張機構の入口の冷媒状態は、それまでキャビネットパイプ２３を通っていたときよりも低密度となる。この低密度の冷媒を必要な低圧圧力まで低下させるため、流路抵抗の小さい第二キャピラリー２５に冷媒を通す。このようにすることで、速やかに冷媒を低圧圧力とすることができる。なお、冷媒の流路をキャビネットパイプ２３からバイパスパイプ２７へ切り替えた直後には、上述のように第二キャピラリー２５に冷媒を通すことが必要であるが、十分時間が経過した後は第一キャピラリー２４に流路を戻してもよい。
【００４７】
その後は、圧縮機２１の運転を継続し、庫内温度センサー６３が設定温度を検出すると、圧縮機２１の運転を停止する。なお、図６で示した処理の途中において、庫内温度センサー６３が冷凍室６の設定温度を検出した場合には、その段階で、圧縮機２１の運転を停止する。圧縮機２１の運転停止中には、凝縮流路切替弁２８は、バイパスパイプ２７側へ流路を切り替えておくとともに、絞り流路切替弁２９は、第二キャピラリー２５へと流路を切り替えておくとよい。このようにすることで、圧縮機２１の停止中において、冷媒がキャビネットパイプ２３に溜まる状態（いわゆる冷媒の寝込み状態）を抑制することができる。なお、キャビネットパイプ２３の出口側には、逆止弁３０が設けられているため、キャビネットパイプ２３へ冷媒が逆流することもない。圧縮機２１の停止中にキャビネットパイプ２３内に冷媒が溜まるのを抑制することで、圧縮機２１の運転再開時の冷却不良を低減することができる。
【００４８】
また、ステップＳ２において、全体負荷が閾値Ｑａ以下である場合には（Ｓ２；Ｙｅｓ）、個別負荷を検出する（Ｓ９）。そして、個別負荷が閾値Ｐａよりも大きい場合には（Ｓ９；Ｎｏ）、ステップＳ３に進み、個別負荷が閾値Ｐａ以下であれば（Ｓ９；Ｙｅｓ）、バイパスパイプ２７、第二キャピラリー２５のままで運転を継続する。
【００４９】
次に、図６で説明した冷蔵庫１００の冷媒流路切り替え動作について、図７のタイミングチャートを参照してさらに説明する。図７は、実施の形態１に係る冷蔵庫の冷却負荷と、圧縮機、凝縮流路切替弁、及び絞り流路切替弁の動作を説明するタイミングチャートである。なお、図７は、冷蔵庫１００の連続運転の一部を抜粋して例示したものである。
【００５０】
図７（ａ）は、扉の開閉状態や外気温度等の要因によって冷蔵庫の冷却負荷（全体負荷）が変動する様子を例示している。
庫内温度センサー６３により検出される冷凍室６の温度が設定温度の上限値を超えると、図７（ｂ）に示すように、圧縮機２１が運転を開始する（Ａ１）。このとき、全体負荷が閾値Ｑａを超えているため、キャビネットパイプ２３に冷媒流路が切り替えられるとともに（Ｂ１）、第一キャピラリー２４に冷媒流路が切り替えられる（Ｃ１）。全体負荷が閾値Ｑａを超えていて必要な冷却能力が大きい場合には、キャビネットパイプ２３に冷媒を流して凝縮熱量を確保するとともに、キャビネットパイプ２３でその周囲を加熱して結露を抑制する。
【００５１】
そして、図７（ａ）に示すように全体負荷が閾値Ｑａ以下となり、かつ、個別負荷が所定値を超えているものがなくなると（個別負荷については図７に図示せず）、図７（ｃ）に示すように、バイパスパイプ２７へ冷媒流路が切り替えられるとともに（Ｂ２）、第二キャピラリー２５へ冷媒流路が切り替えられる（Ｃ２）。このようにすることで、圧縮機２１の運転中における期間Ｘ（図７（ｃ）参照）の間は、キャビネットパイプ２３による加熱が停止するので、キャビネットパイプ２３に由来する冷蔵庫の庫内負荷を低減することができる。なお、キャビネットパイプ２３への冷媒の供給を停止した場合でも、キャビネットパイプ２３とキャビネット１やディバイダ２との間に介在するブチルゴムなどの弾性材の蓄熱作用により、ある程度の時間はキャビネット１やディバイダ２が保温される。このため、キャビネットパイプ２３の加熱が停止した後も、ある程度の時間は、その周囲の温度を外気の露点温度以上に保つことができる。また、結露が発生しやすいのは、外気温度が高く、かつ、湿度が高い環境条件のときであるが、このような条件のときには、圧縮機２１はほぼ連続運転を行っているので、上記の手法で流路を切り替えることで、キャビネット１やディバイダ２を露点温度以上に維持することが可能である。
【００５２】
また、図７（ｂ）では、（Ａ３）にて圧縮機２１が運転を開始しているが、凝縮流路切替弁２８は冷媒流路を切り替えず、バイパスパイプ２７が連通状態のままであるとともに（Ｂ２）、第二キャピラリー２５が連通状態のままとなっている（Ｃ２）。これは、（Ａ２）にて圧縮機２１が運転を開始したときに、全体負荷が閾値Ｑａ以下であって、かつ、個別負荷が閾値Ｐａ以下となっている場合である。このようなケースにおいては、キャビネットパイプ２３による加熱を行わないことで、冷蔵庫内の冷却負荷を増加させることがなく、圧縮機２１の運転時間を短縮することができる。
【００５３】
［全体負荷］
次に、全体負荷の検出例を説明する。
【００５４】
（１−１）圧縮機の運転状態に基づく全体負荷の検出
前述のように、本実施の形態１の圧縮機２１は、冷凍室６の庫内温度センサー６３によって検出される温度に基づいて、運転／停止を制御されるとともに、運転中においては、冷凍室６の温度と設定温度との乖離状態において、その回転数が制御される。このため、圧縮機２１の運転状態は、冷蔵庫１００の冷凍サイクルの全体的な冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、全体負荷として、圧縮機２１の回転数ｆ、又は圧縮機２１への入力電力Ｗを用いることができる。圧縮機２１の回転数ｆが大きい場合（入力電力Ｗが大きい場合）には、全体負荷が高い状態であり、圧縮機２１の回転数が小さい場合（入力電力Ｗが小さい場合）には、全体負荷が低い状態である。制御装置１０は、圧縮機２１の運転を制御する際に取得する回転数ｆ又は入力電力Ｗを取得し、その値と予めマイコンに記憶された閾値とを比較することにより、全体負荷が閾値Ｑａ以下であるか否かを判定する。この場合、制御装置１０が、本発明の全体負荷検出手段に相当する。
【００５５】
（１−２）冷却器の出入り口温度差による全体負荷の検出
冷却器２６へ戻る空気温度が高いということは、庫内負荷が大きい状態であることを示しており、この場合には、冷却器２６の出口側と入口側で温度差ΔＴｅが生じる。このため、冷却器２６の出口側と入口側の温度差ΔＴｅは、冷蔵庫１００の冷凍サイクルの全体的な冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、全体負荷として、冷却器２６の出口側と入口側の温度差ΔＴｅを用いることができる。制御装置１０は、冷却器２６の冷却器入口側温度センサー１７と冷却器出口側温度センサー１８からの出力を取得し、これらの温度差ΔＴｅと、予めマイコンに記憶された閾値とを比較することにより、全体負荷が閾値Ｑａ以下であるか否かを判定する。この場合、制御装置１０、冷却器入口側温度センサー１７、及び冷却器出口側温度センサー１８が、本発明の全体負荷検出手段に相当する。
【００５６】
［個別負荷］
次に、個別負荷の検出例を説明する。
【００５７】
（２−１）冷蔵室の扉開閉回数Ｒｒ
冷蔵室３の扉を開放すると、外気が冷蔵室３に流入するとともに冷気が外部へと流出し、冷蔵室３の温度が上昇して冷却負荷が大きくなる。このため、冷蔵室３の扉開閉回数Ｒｒは、冷蔵室３の冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、冷蔵室３の個別負荷として、単位時間当たりの扉開閉回数Ｒｒを用いることができる。制御装置１０は、扉３１の扉開閉センサーからの出力を受けて単位時間当たりの扉開閉回数Ｒｒをカウントし、予めマイコンに記憶された所定の閾値と扉開閉回数Ｒｒとを比較することにより、冷蔵室３の個別負荷が閾値Ｐａ以下であるか否かを判断する。この場合、冷蔵室３に設けられた扉開閉センサー３５及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００５８】
（２−２）冷凍室の扉開閉回数Ｒｆ
同様にして、冷凍室６の扉開閉回数Ｒｆも、冷凍室６の冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、冷蔵室３における扉開閉回数Ｒｒと同様にして、冷凍室６の個別負荷として、単位時間当たりの扉開閉回数Ｒｆを用いることができる。この場合、冷凍室６に設けられた扉開閉センサー６５及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００５９】
（２−３）冷蔵室の扉開放時間τｒ
前述のように、冷蔵室３の扉を開放すると、冷蔵室３の温度が上昇して冷却負荷が大きくなる。このため、冷蔵室３の扉開放時間τｒ（単位時間当たりに扉が開放されていた時間の累積時間）は、冷蔵室３の冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、冷蔵室３の個別負荷として、冷蔵室３の扉開放時間τｒを用いることができる。制御装置１０は、扉３１の扉開閉センサーからの出力を受けて、扉３１が開放されている時間をカウントし、累積する。そして、単位時間当たりの扉開放時間τｒと、予めマイコンに記憶された所定の閾値とを比較することにより、冷蔵室３の個別負荷が閾値Ｐａ以下であるか否かを判断する。この場合、冷蔵室３に設けられた扉開閉センサー３５及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００６０】
（２−４）冷凍室の扉開放時間τｆ
同様にして、冷凍室６の扉開放時間τｆも、冷凍室６の冷却負荷を示す指標の一つであるといえる。そこで、冷蔵室３における扉開放時間τｒと同様にして、冷凍室６の個別負荷として、単位時間当たりの扉開放時間τｆを用いることができる。この場合、冷凍室６に設けられた扉開閉センサー６５及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００６１】
（２−５）冷蔵室温度Ｔｒ
冷蔵室３に設けられた庫内温度センサー３３の検出温度が高温であるほど、冷蔵室３の庫内負荷が大きい状態であるといえる。そこで、冷蔵室３の個別負荷として、冷蔵室温度Ｔｒを用いることができる。制御装置１０は、冷蔵室３の庫内温度センサー３３からの出力を受けて、冷蔵室温度Ｔｒと、予めマイコンに記憶された所定の閾値とを比較することにより、冷蔵室３の個別負荷が閾値Ｐａ以下であるか否かを判断する。この場合、冷蔵室３に設けられた庫内温度センサー３３及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００６２】
（２−６）冷凍室の温度低下量
冷凍室６に、比較的温度が高くて大きな食材が投入されている場合には、冷凍室６の温度低下の速度は遅くなる傾向にある。このような場合には、冷凍室６における冷却負荷が大きい状態であるといえる。そこで、冷凍室６の個別負荷として、単位時間当たりの冷凍室６の温度低下量を用いることができる。制御装置１０は、冷凍室６の庫内温度センサー６３からの出力を受けて単位時間当たりの温度低下量を算出し、その温度低下量と、予めマイコンに記憶された所定の閾値とを比較することにより、冷凍室６の個別負荷が閾値Ｐａ以下であるか否かを判断する。この場合、冷凍室６に設けられた庫内温度センサー６３及び制御装置１０が、本発明の個別負荷検出手段に相当する。
【００６３】
以上説明した全体負荷及び個別負荷の検出例は、いずれも、キャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７との冷媒流路の切り替えのために追加部品を設けることなく実現可能なものであり、冷蔵庫１００の部品点数を増加させることもない。
【００６４】
なお、ここで例示した個別負荷を複数組み合わせて用いてもよく、判定対象としている個別負荷のうち、すべてが閾値Ｐａ以下である場合にキャビネットパイプ２３からバイパスパイプ２７に流路を切り替えるようにしてもよい。また、上記説明では、冷蔵室３と冷凍室６の個別負荷を説明したが、同様にして他の貯蔵室（製氷室４、切替室５、野菜室７）の個別負荷を検出し、冷媒流路の切り替え条件として用いてもよい。
【００６５】
また、全体負荷の閾値Ｑａ及び個別負荷の閾値Ｐａを決定するに際しては、第一凝縮器としてのコンデンサ２２の放熱量を考慮する必要がある。すなわち、凝縮流路切替弁２８によりバイパスパイプ２７に冷媒流路を切り替えると、コンデンサ２２でのみ凝縮が行われることとなるため、凝縮熱量はコンデンサ２２の放熱量に依存することになる。したがって、バイパスパイプ２７に冷媒流路を切り替えた場合に、コンデンサ２２の凝縮熱量によって得られる冷却能力と、閾値Ｑａと閾値Ｐａとでバランスをとる必要がある。
【００６６】
次に、全体負荷と個別負荷に基づいて冷媒流路を切り替えることによる作用について説明する。
例えば、上述の（１−１）、（１−２）のようにして検出された全体負荷が閾値Ｑａ以下である場合であっても、ある貯蔵室の個別負荷が閾値Ｐａよりも大きい場合には、当該貯蔵室の温度が設定温度に低下するまでの間、圧縮機２１が運転し続けることとなる。このようなときに、キャビネットパイプ２３からバイパスパイプ２７へ冷媒流路を切り替えると、凝縮熱量が減少してしまうために圧縮機２１の運転時間が長引いて消費電力も増大しうる。本実施の形態１では、全体負荷が閾値Ｑａ以下であっても、個別負荷が閾値Ｐａよりも大きい場合には、キャビネットパイプ２３に冷媒を流すようにしているので、凝縮熱量を減少させることがなく、圧縮機２１の運転時間が長引くのを抑制することができる。
【００６７】
なお、上記説明では、凝縮流路切替弁２８による流路切り替えに合わせて、絞り装置における絞り量を可変するようにした。しかし、凝縮流路切替弁２８によりキャビネットパイプ２３からバイパスパイプ２７へ冷媒流路が切り替えられた際に、バイパスパイプ２７を通過する冷媒が必要な低圧圧力まで低下可能であれば、必ずしも上述のような絞り量を可変しなくともよい。例えば、図８に示す実施の形態１に係る冷凍サイクルの構成の変形例のように、冷媒流路がキャビネットパイプ２３とバイパスパイプ２７のいずれであっても、同じ絞り量の絞り装置１２４を用いるようにしてもよい。
【００６８】
以上のように、本実施の形態１によれば、全体負荷が閾値Ｑａ（第一閾値）以下であり、かつ、個別負荷が閾値Ｐａ（第二閾値）以下である場合には、バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるようにし、その他の場合には、キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替えるようにした。このため、冷蔵庫の負荷に合わせて凝縮側の放熱量を確保しつつ、キャビネットパイプから貯蔵室内への熱侵入を抑制して庫内負荷を軽減することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１ キャビネット、２ ディバイダ、３ 冷蔵室、４ 製氷室、５ 切替室、６ 冷凍室、７ 野菜室、８ 操作パネル、９ 外気温度センサー、１０ 制御装置、１１ 外箱、１２ 内箱、１３ 背面壁、１４ 風路、１５ 冷却器室、１６ 循環ファン、１７ 冷却器入口側温度センサー、１８ 冷却器出口側温度センサー、２１ 圧縮機、２２ コンデンサ、２３ キャビネットパイプ、２４ 第一キャピラリー、２５ 第二キャピラリー、２６ 冷却器、２７ バイパスパイプ、２８ 凝縮流路切替弁、２９ 絞り流路切替弁、３０ 逆止弁、３１ 扉、３２ 吹出口、３３ 庫内温度センサー、３４ ダンパー、３５ 扉開閉センサー、６３ 庫内温度センサー、１００ 冷蔵庫。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が複数の貯蔵室に区画されたキャビネットと、
圧縮機、第一凝縮器、前記キャビネットの前面開口縁に内装されたキャビネットパイプからなる第二凝縮器、絞り装置、及び冷却器を有する冷凍サイクルと、
前記第一凝縮器と前記絞り装置との間に、前記キャビネットパイプと並列に接続されたバイパスパイプと、
前記第一凝縮器からの冷媒の流路を前記キャビネットパイプ又は前記バイパスパイプに切り替える凝縮流路切替手段と、
前記冷凍サイクル全体の冷却負荷である全体負荷を検出する全体負荷検出手段と、
前記貯蔵室における冷却負荷である個別負荷を検出する個別負荷検出手段とを備え、
前記凝縮流路切替手段は、
前記全体負荷が第一閾値以下であり、かつ、前記個別負荷が第二閾値以下である場合には、前記バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替え、
その他の場合には、前記キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替える
ことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
前記全体負荷は、前記圧縮機の回転数又は前記圧縮機の入力電力に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記全体負荷は、前記冷却器の出口側の空気と入口側の空気との温度差に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項４】
前記個別負荷は、前記貯蔵室の扉の単位時間当たりの開閉回数に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項５】
前記個別負荷は、前記貯蔵室の扉の単位時間当たりの累積開放時間に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項６】
前記貯蔵室の一つは冷凍室であり、
前記個別負荷は、前記冷凍室の単位時間当たりの温度低下量に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項７】
前記貯蔵室の一つは冷蔵室であり、
前記個別負荷は、前記冷蔵室の温度に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項８】
前記絞り装置の絞り量を切り替える絞り量切替手段を備え、
前記絞り量切替手段は、
前記凝縮流路切替手段により冷媒の流路が前記キャビネットパイプから前記バイパスパイプに切り替えられた場合には、前記絞り量を低減する方向に切り替える
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項９】
前記絞り装置として、第一キャピラリーチューブと、前記第一キャピラリーチューブと並列に配置され前記第一キャピラリーチューブよりも流路抵抗の小さい第二キャピラリーチューブとを備え、
前記絞り量切替手段は、前記凝縮流路切替手段により冷媒の流路が前記キャビネットパイプから前記バイパスパイプに切り替えられた場合には、前記第一キャピラリーチューブから前記第二キャピラリーチューブに冷媒の流路を切り替える
ことを特徴とする請求項８記載の冷蔵庫。
【請求項１０】
前記絞り量切替手段は、前記絞り装置の流路断面積を多段階あるいは無段階に調節可能な弁を備えた
ことを特徴とする請求項８記載の冷蔵庫。
【請求項１１】
前記圧縮機は、前記複数の貯蔵室のうちいずれか一つの貯蔵室内温度に基づいて、運転と停止とが制御される
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項１】
内部が複数の貯蔵室に区画されたキャビネットと、
圧縮機、第一凝縮器、前記キャビネットの前面開口縁に内装されたキャビネットパイプからなる第二凝縮器、絞り装置、及び冷却器を有する冷凍サイクルと、
前記第一凝縮器と前記絞り装置との間に、前記キャビネットパイプと並列に接続されたバイパスパイプと、
前記第一凝縮器からの冷媒の流路を前記キャビネットパイプ又は前記バイパスパイプに切り替える凝縮流路切替手段と、
前記冷凍サイクル全体の冷却負荷である全体負荷を検出する全体負荷検出手段と、
前記貯蔵室における冷却負荷である個別負荷を検出する個別負荷検出手段とを備え、
前記凝縮流路切替手段は、
前記全体負荷が第一閾値以下であり、かつ、前記個別負荷が第二閾値以下である場合には、前記バイパスパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替え、
その他の場合には、前記キャビネットパイプに冷媒が流れるように冷媒の流路を切り替える
ことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
前記全体負荷は、前記圧縮機の回転数又は前記圧縮機の入力電力に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記全体負荷は、前記冷却器の出口側の空気と入口側の空気との温度差に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項４】
前記個別負荷は、前記貯蔵室の扉の単位時間当たりの開閉回数に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項５】
前記個別負荷は、前記貯蔵室の扉の単位時間当たりの累積開放時間に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項６】
前記貯蔵室の一つは冷凍室であり、
前記個別負荷は、前記冷凍室の単位時間当たりの温度低下量に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項７】
前記貯蔵室の一つは冷蔵室であり、
前記個別負荷は、前記冷蔵室の温度に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項８】
前記絞り装置の絞り量を切り替える絞り量切替手段を備え、
前記絞り量切替手段は、
前記凝縮流路切替手段により冷媒の流路が前記キャビネットパイプから前記バイパスパイプに切り替えられた場合には、前記絞り量を低減する方向に切り替える
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【請求項９】
前記絞り装置として、第一キャピラリーチューブと、前記第一キャピラリーチューブと並列に配置され前記第一キャピラリーチューブよりも流路抵抗の小さい第二キャピラリーチューブとを備え、
前記絞り量切替手段は、前記凝縮流路切替手段により冷媒の流路が前記キャビネットパイプから前記バイパスパイプに切り替えられた場合には、前記第一キャピラリーチューブから前記第二キャピラリーチューブに冷媒の流路を切り替える
ことを特徴とする請求項８記載の冷蔵庫。
【請求項１０】
前記絞り量切替手段は、前記絞り装置の流路断面積を多段階あるいは無段階に調節可能な弁を備えた
ことを特徴とする請求項８記載の冷蔵庫。
【請求項１１】
前記圧縮機は、前記複数の貯蔵室のうちいずれか一つの貯蔵室内温度に基づいて、運転と停止とが制御される
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の冷蔵庫。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９６６１４（Ｐ２０１３−９６６１４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８２７２（Ｐ２０１１−２３８２７２）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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