JP2001033110A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸発器における冷却能力を最大限に発揮させ
るに足る十分な過冷却をとり得るようにする。 【解決手段】 冷凍装置において、凝縮器２と減圧機構
３との間に、該凝縮器２からの液冷媒を第１の熱媒体に
より過冷却する第１の過冷却熱交換器６と、該第１の過
冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒を第２の熱媒体の蒸
発潜熱によりさらに過冷却する第２の過冷却熱交換器７
とを設けて、第１の過冷却熱交換器６において第１の熱
媒体との熱交換により凝縮器２からの液冷媒に過冷却が
つけられた後、第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液
冷媒に、第２の過冷却熱交換器７において第２の熱媒体
の蒸発潜熱によりさらに過冷却が付けられて蒸発器４に
供給されるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、冷蔵庫等に用い
られる冷凍装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷蔵庫等に用いられる冷凍装置の場合、
蒸発器の冷却能力を最大限に発揮させるために、凝縮器
からの液冷媒に過冷却を付けることが行われている。例
えば、凝縮器の出口側に過冷却熱交換器を設け、該過冷
却熱交換器において、前記凝縮器からの液冷媒と該液冷
媒から分岐された後に減圧された気液混合冷媒とを熱交
換させて蒸発潜熱により過冷却を付けるという方法があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うに過冷却を付ける場合、十分な過冷却を付けるために
は過冷却熱交換器における液冷媒と気液混合冷媒との熱
交換距離（換言すれば、熱交換に要する距離）を大きく
しなければならないし、ガス側に過熱が付くおそれもあ
る。特に、凝縮器を空冷とした場合、外気温度が低く、
庫内温度が高い条件（即ち、高低圧差がなくなり、減圧
機構として用いられる感温膨張弁の能力が足らなくなる
条件）においては、感温膨張弁を有効に使う為に、より
大きな過冷却度が必要となる。

【０００４】本願発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、蒸発器における冷却能力を最大限に発揮させるに
足る十分な過冷却をとり得るようにすることを目的とす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記課題を解決するための手段として、圧縮機１、凝縮器
２、減圧機構３および蒸発器４を冷媒配管を介して順次
接続してなる冷凍装置において、前記凝縮器２と減圧機
構３との間に、該凝縮器２からの液冷媒を第１の熱媒体
（例えば、外部熱媒体）により過冷却する第１の過冷却
熱交換器６と、該第１の過冷却熱交換器６からの過冷却
液冷媒を第２の熱媒体（例えば、気液混合冷媒）の蒸発
潜熱によりさらに過冷却する第２の過冷却熱交換器７と
を設けている。

【０００６】上記のように構成したことにより、第１の
過冷却熱交換器６において第１の熱媒体（例えば、外部
熱媒体）との熱交換により凝縮器２からの液冷媒に過冷
却がつけられた後、第１の過冷却熱交換器６からの過冷
却液冷媒に、第２の過冷却熱交換器７において第２の熱
媒体（例えば、気液混合冷媒）の蒸発潜熱によりさらに
過冷却が付けられて蒸発器４に供給されることとなる。
従って、蒸発器４における冷却能力を最大限に発揮させ
るに足る十分な過冷却が得られる。

【０００７】請求項３の発明におけるように、請求項２
記載の冷凍装置において、前記第２の過冷却熱交換器７
に供給される気液混合冷媒を、前記凝縮器２からの液冷
媒の一部を減圧したものとした場合、二つの過冷却熱交
換器６，７を簡単な回路で構成することができる。

【０００８】請求項４の発明におけるように、請求項２
記載の冷凍装置において、前記凝縮器２と第１の過冷却
熱交換器６との間に、レシーバ５を設けるとともに、前
記第２の過冷却熱交換器７に供給される気液混合冷媒
を、前記レシーバ５の液相部からの液冷媒の一部を減圧
したものとした場合、第２の過冷却熱交換器７において
第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒が飽和状態
の液冷媒の一部を減圧したものと熱交換することとな
り、より大きな過冷却度が得られる。

【０００９】請求項５の発明におけるように、請求項２
記載の冷凍装置において、前記凝縮器２と第１の過冷却
熱交換器６との間に、レシーバ５を設けるとともに、前
記第２の過冷却熱交換器７に供給される気液混合冷媒
を、前記第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒の
一部を減圧したものとした場合、第２の過冷却熱交換器
７において第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒
が該過冷却液冷媒の一部を減圧したものと熱交換するこ
ととなり、より大きな過冷却度が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本
願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。

【００１１】第１の実施の形態 図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装
置の冷媒回路が示されている。

【００１２】この冷凍装置は、並列に接続された一対の
圧縮機１，１、室外ファン８を付設した空冷凝縮器２、
減圧機構として作用する膨張弁３および並列に接続され
た一対の蒸発器４，４を冷媒配管を介して順次接続して
構成されている。

【００１３】前記凝縮器２と膨張弁３との間には、該凝
縮器２の出口側に接続されたレシーバ５と、該レシーバ
５の液相部からの液冷媒を第１の熱媒体である外部熱媒
体（例えば、室外空気）により過冷却する空冷の第１の
過冷却熱交換器６と、該第１の過冷却熱交換器６からの
過冷却液冷媒を第２の熱媒体である気液混合冷媒の蒸発
潜熱によりさらに過冷却する第２の過冷却熱交換器７と
が設けられている。なお、本実施の形態においては、前
記室外ファン８は、凝縮器２と第１の過冷却熱交換器６
とに共用されている。

【００１４】前記第２の過冷却熱交換器７には、前記レ
シーバ５の液相部からの液冷媒の一部が感温膨張弁９に
より減圧して供給されることとなっている。該感温膨張
弁９の感温筒９ａは、前記第２の過冷却熱交換器７と前
記圧縮機１，１の吸入管１０とを接続するガス配管１１
に付設されている。つまり、感温膨張弁９は、ガス配管
１１を流れるガス冷媒の温度に応じて開度制御されるこ
ととなっているのである。なお、図２に示すように、感
温膨張弁９の感温筒９ａを圧縮機１，１の吸入管１０に
付設して、吸入管１０を流れるガス冷媒の温度に応じて
感温膨張弁９の開度制御を行うようにしてもよく、この
場合には、システム全体の運転状態（即ち、湿り運転か
否か）に対応した制御が行える。

【００１５】符号１２はホットガスパイパス回路であ
り、該ホットガスパイパス回路１２には、低圧が低下し
過ぎたときにバキューム運転を防止すべく開作動される
電磁開閉弁１３が介設されている。

【００１６】前記圧縮機１，１の吐出側には、ガス冷媒
中に含まれる潤滑油を分離する油分離器１４が設けられ
ており、該油分離器１４で分離された潤滑油は、油戻し
管１５を介して圧縮機１，１の吸入管１０に戻されるよ
うになっている。符号１６は油戻し時に開作動される電
磁開閉弁である。

【００１７】図面中、符号１７は室内ファン、１８，１
９は蒸発器４，４への冷媒供給を制御する電磁開閉弁、
２０は第２の過冷却熱交換器７への冷媒供給を制御する
電磁開閉弁、２１は吸入圧力を検知する圧力センサー、
２２は吐出管温度を検知する吐出管温度センサー、２３
は外気温度を検知する外気温度センサー、２４は閉鎖弁
である。

【００１８】ところで、本実施の形態における第２の過
冷却熱交換器７は、図３に示すように、内管２５と外管
２６とからなる二重管式熱交換器とされており、前記内
管２５としては、外周面に鋸歯状のフィン２７を形成し
てなるサーモエクセル管（商品名）が採用されており、
内管２５には、第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液
冷媒が供給され、外管２６には、レシーバ５の液相部か
らの液冷媒の一部が感温膨張弁９により減圧されて供給
されることとなっている。内管２５として用いられてい
るサーモエクセル管は、優れた伝熱性能を有するととも
に圧力損失を著しく低減できるところから、過冷却熱交
換器として極めて有効である。

【００１９】ちなみに、サーモエクセル管と外周面に螺
旋状フィンを有するローフィンチューブとにおける熱通
過率Ｋおよび圧力損失ΔＰを比較したところ、図４およ
び図５に示す結果が得られた。この結果から、サーモエ
クセル管が伝熱性能に優れ且つ圧力損失も小さいことが
分かる。

【００２０】上記のように構成された冷凍装置において
は、次のような作用効果が得られる。

【００２１】圧縮機１，１から吐出されたガス冷媒は、
凝縮器２において凝縮液化された後、レシーバ５へ送ら
れる。該レシーバ５の液相部からの液冷媒は、大部分が
第１の過冷却熱交換器６において第１の熱媒体（例え
ば、外部熱媒体である室外空気）との熱交換により過冷
却されるが、さらなる過冷却が必要な場合（即ち、電磁
開閉弁２０が開作動されている場合）には、前記液相部
からの液冷媒の一部は、感温膨張弁９によって減圧され
て第２の過冷却熱交換器７に供給される。

【００２２】第２の過冷却熱交換器７においては、第１
の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒が、第２の熱媒
体である気液混合冷媒（即ち、レシーバ５の液相部から
の液冷媒の一部が減圧されて供給される）の蒸発潜熱に
よりさらに過冷却される。第２の過冷却熱交換器７にお
いて蒸発したガス冷媒は、ガス管１１を介して圧縮機
１，１の吸入管１１に送られる。このとき、感温膨張弁
９は、ガス管１１内を流れるガス冷媒の温度に応じて適
正な開度（即ち、第２の過冷却熱交換器７の出口におけ
るガス冷媒がやや湿りとなる開度）に制御される。

【００２３】第２の過冷却熱交換器７からの過冷却液冷
媒は、膨張弁３で減圧されて蒸発器４，４に供給されて
蒸発し、得られた蒸発潜熱が冷蔵熱源として利用され
る。ここで、蒸発器４，４の能力を最大限に発揮させる
ためには、蒸発器４，４の出口側のガス冷媒が湿り加減
となるように膨張弁３の開度制御が行われるが、第１お
よび第２の過冷却熱交換器６，７により過冷却を付ける
ことで、蒸発器４，４の出口側に流れる冷媒循環量を減
少させることができるので、トータル能力がアップす
る。

【００２４】また、外気温度が低く、庫内温度が高い条
件（即ち、高低圧差がなくなり、膨張弁３の能力が足ら
なくなる条件）においても、十分な過冷却が付けられる
ところから、能力を確保することができる。

【００２５】第２の実施の形態 図６および図７には、本願発明の第２の実施の形態にか
かる冷凍装置の冷媒回路が示されている。

【００２６】この場合、第２の過冷却熱交換器７に供給
される第２の熱媒体である気液混合冷媒は、第１の過冷
却熱交換器６からの過冷却液冷媒の一部を減圧したもの
とされている。このようにすると、第２の過冷却熱交換
器７において第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷
媒が該過冷却液冷媒の一部を減圧したものと熱交換する
こととなり、より大きな過冷却度が得られる。なお、こ
の場合にも、過冷却液冷媒の一部を減圧するための感温
膨張弁９の感温筒９ａを、図６に示すように、ガス管１
１に付設してもよいし、図７に示すように、圧縮機１，
１の吸入管１０に付設して、吸入管１０を流れるガス冷
媒の温度に応じて感温膨張弁９の開度制御を行うように
してもよく、この場合には、システム全体の運転状態
（即ち、湿り運転か否か）に対応した制御が行える。そ
の他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけ
ると同様なので説明を省略する。

【００２７】第３の実施の形態 図８には、本願発明の第３の実施の形態にかかる冷凍装
置の冷媒回路が示されている。

【００２８】この場合、第２の過冷却熱交換器７に供給
される第２の熱媒体である気液混合冷媒は、凝縮器２か
らの液冷媒の一部を減圧したものとされている。このよ
うにすると、二つの過冷却熱交換器６，７を簡単な回路
で構成することができる。なお、この場合にも、過冷却
液冷媒の一部を減圧するための感温膨張弁９の感温筒９
ａを、図８に示すように、ガス管１１に付設してもよい
し、圧縮機１，１の吸入管１０に付設して、吸入管１０
を流れるガス冷媒の温度に応じて感温膨張弁９の開度制
御を行うようにしてもよく、この場合には、システム全
体の運転状態（即ち、湿り運転か否か）に対応した制御
が行える。その他の構成および作用効果は、第１の実施
の形態におけると同様なので説明を省略する。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、圧縮機１、凝
縮器２、減圧機構３および蒸発器４を冷媒配管を介して
順次接続してなる冷凍装置において、前記凝縮器２と減
圧機構３との間に、該凝縮器２からの液冷媒を第１の熱
媒体（例えば、外部熱媒体）により過冷却する第１の過
冷却熱交換器６と、該第１の過冷却熱交換器６からの過
冷却液冷媒を第２の熱媒体（例えば、気液混合冷媒）の
蒸発潜熱によりさらに過冷却する第２の過冷却熱交換器
７とを設けて、第１の過冷却熱交換器６において第１の
熱媒体（例えば、外部熱媒体）との熱交換により凝縮器
２からの液冷媒に過冷却がつけられた後、第１の過冷却
熱交換器６からの過冷却液冷媒に、第２の過冷却熱交換
器７において第２の熱媒体（例えば、気液混合冷媒）の
蒸発潜熱によりさらに過冷却が付けられて蒸発器４に供
給されるようにしたので、蒸発器４における冷却能力を
最大限に発揮させるに足る十分な過冷却が得られること
となり、低外気温度時における能力が確保できるととも
に、トータル能力をアップさせることもできるという効
果がある。

【００３０】請求項３の発明におけるように、請求項２
記載の冷凍装置において、前記第２の過冷却熱交換器７
に供給される気液混合冷媒を、前記凝縮器２からの液冷
媒の一部を減圧したものとした場合、二つの過冷却熱交
換器６，７を簡単な回路で構成することができる。

【００３１】請求項４の発明におけるように、請求項２
記載の冷凍装置において、前記凝縮器２と第１の過冷却
熱交換器６との間に、レシーバ５を設けるとともに、前
記第２の過冷却熱交換器７に供給される気液混合冷媒
を、前記レシーバ５の液相部からの液冷媒の一部を減圧
したものとした場合、第２の過冷却熱交換器７において
第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒が飽和状態
の液冷媒の一部を減圧したものと熱交換することとな
り、より大きな過冷却度が得られる。

【００３２】請求項５の発明におけるように、請求項２
記載の冷凍装置において、前記凝縮器２と第１の過冷却
熱交換器６との間に、レシーバ５を設けるとともに、前
記第２の過冷却熱交換器７に供給される気液混合冷媒
を、前記第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒の
一部を減圧したものとした場合、第２の過冷却熱交換器
７において第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒
が該過冷却液冷媒の一部を減圧したものと熱交換するこ
ととなり、より大きな過冷却度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装置
の冷媒回路図である。

【図２】本願発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装置
の変形例を示す冷媒回路図である。

【図３】本願発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装置
における第２の過冷却熱交換器を示す拡大断面図であ
る。

【図４】サーモエクセル管とローフィンチューブとの熱
通過率を比較した特性図である。

【図５】サーモエクセル管とローフィンチューブとの圧
力損失を比較した特性図である。

【図６】本願発明の第２の実施の形態にかかる冷凍装置
の冷媒回路図である。

【図７】本願発明の第２の実施の形態にかかる冷凍装置
の変形例を示す冷媒回路図である。

【図８】本願発明の第３の実施の形態にかかる冷凍装置
の冷媒回路図である。

【符号の説明】

１は圧縮機、２は凝縮器、３は減圧機構（膨張弁）、４
は蒸発器、５はレシーバ、６は第１の過冷却熱交換器、
７は第２の過冷却熱交換器、９は感温膨張弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植野 武夫 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 竹上 雅章 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１）、凝縮器（２）、減圧機構
   （３）および蒸発器（４）を冷媒配管を介して順次接続
   してなる冷凍装置であって、前記凝縮器（２）と減圧機
   構（３）との間には、該凝縮器（２）からの液冷媒を第
   １の熱媒体により過冷却する第１の過冷却熱交換器
   （６）と、該第１の過冷却熱交換器（６）からの過冷却
   液冷媒を第２の熱媒体の蒸発潜熱によりさらに過冷却す
   る第２の過冷却熱交換器（７）とを設けたことを特徴と
   する冷凍装置。
2. 【請求項２】 前記第１の熱媒体として外部熱媒体を使
   用し、前記第２の熱媒体として気液混合冷媒を使用した
   ことを特徴とする前記請求項１記載の冷凍装置。
3. 【請求項３】 前記第２の過冷却熱交換器（７）に供給
   される気液混合冷媒を、前記凝縮器（２）からの液冷媒
   の一部を減圧したものとしたことを特徴とする前記請求
   項２記載の冷凍装置。
4. 【請求項４】 前記凝縮器（２）と第１の過冷却熱交換
   器（６）との間には、レシーバ（５）を設けるととも
   に、前記第２の過冷却熱交換器（７）に供給される気液
   混合冷媒を、前記レシーバ（５）の液相部からの液冷媒
   の一部を減圧したものとしたことを特徴とする前記請求
   項２記載の冷凍装置。
5. 【請求項５】 前記凝縮器（２）と第１の過冷却熱交換
   器（６）との間には、レシーバ（５）を設けるととも
   に、前記第２の過冷却熱交換器（７）に供給される気液
   混合冷媒を、前記第１の過冷却熱交換器（６）からの過
   冷却液冷媒の一部を減圧したものとしたことを特徴とす
   る前記請求項２記載の冷凍装置。