JP2001201227A

JP2001201227A - 冷凍冷蔵庫

Info

Publication number: JP2001201227A
Application number: JP2000006424A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Harakawa; 信義原川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】可燃性冷媒を用いた冷凍冷蔵庫において、何
らかの原因で冷媒漏れが生じた場合でも爆発限界に達す
る可能性を低減し危険性を小さくするために冷媒封入量
を低減させる。【解決手段】断熱材により断熱壁を構成するととも
に、この断熱壁で囲まれた少なくとも１つ以上の部屋を
有する冷蔵庫において、圧縮機と前記圧縮機と凝縮器と
を接続する接続配管と複数の部位に分かれる凝縮器と絞
り機構を有する部分と蒸発器とからなる冷凍サイクルを
有し、前記接続配管及び複数の部位に分かれる凝縮器を
冷媒の流れる順に従って順次内径を細くするようにした
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は可燃性冷媒を用いた
冷凍冷蔵庫の凝縮器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、冷凍冷蔵庫の冷媒には、フロン系
冷媒が使用されている。中でもＣＦＣ系およびＨＣＦＣ
系冷媒はオゾン層を破壊するため、ＨＦＣ系冷媒への移
行がなされている。家庭用冷凍冷蔵庫ではＨＦＣ１３４
ａが広く用いられている。しかしＨＦＣ系冷媒も地球温
暖化を促す物質であり、地球環境を悪化させない炭化水
素系冷媒やアンモニアなどの自然冷媒を冷媒に用いるこ
とが検討されている。

【０００３】これらを用いた冷凍冷蔵庫としては、例え
ば特開平８−１７８４８１号公報に示されたものがあ
る。この冷凍冷蔵庫の冷媒としては地球温暖化に対する
影響の非常に小さいプロパンやブタンが用いられてい
る。しかし、これら物質は可燃性であり、ある濃度範囲
（以後爆発限界と呼ぶ）で存在するとき、同時にスパー
クなどの着火源が存在すると爆発の危険性が指摘されて
いる。

【０００４】このような危険性を低減するための検討は
広く行われており、冷蔵庫に封入される冷媒量を低減す
ることもその一つである。

【０００５】図７は、従来の一般的なフロン系冷媒を用
いた冷凍冷蔵庫の冷凍サイクル図を示す。図において、
２１は圧縮機、２２は冷蔵庫底面に配置されたドレン蒸
発用パイプ、２３は断熱材中に埋められ冷蔵庫側板の内
側に貼り付けられたコンデンサパイプ、２４は冷蔵庫の
扉と接する面の本体外周部に設けられた防露パイプ、２
５は毛細管、２６は蒸発器、２７は吸入パイプで順次接
続され冷凍サイクルを構成する。尚、前記ドレン蒸発用
パイプ２２、コンデンサパイプ２３、防露パイプ２４は
同じ内径のパイプで構成されている。また、前記毛細管
２５と吸入パイプ２７は互いに例えばハンダ付け等によ
り密接して設置され、熱交換が行えるようになってい
る。

【０００６】上記構成でドレン蒸発用パイプ２２、コン
デンサパイプ２３、防露パイプ２４は冷凍サイクル上、
冷媒の凝縮を担う役割を持っていて、それぞれの機能ご
とに分けられて配置されている。つまり、前記蒸発器２
６と庫内空気が熱交換する際、空気中に含まれる水分は
蒸発器２６に付着し霜として存在し、付着した霜の量が
増えると霜取り回路(図示せず)が働き、ヒータ(図示せ
ず)などによって解かされドレン水として庫外に排出さ
れる。このドレン水を蒸発させる方法として、圧縮機２
１から吐出されドレン蒸発用パイプ２２を通る高温の冷
媒の熱を使って蒸発させる。この時冷媒は凝縮を行う。
また、コンデンサパイプ２３では、庫外の空気と熱交換
して冷媒は凝縮を行う。また、冷蔵庫の扉(図示せず)と
本体の間に設けられているパッキン(図示せず)が、冷蔵
庫の壁面などに比べ断熱性能に劣り、パッキン表面など
が庫内の冷気によって冷やされ露点以下になることもあ
る。このため、凝縮パイプの一部として防露パイプ２４
をこの近傍に配置して、この防露パイプ２４を通る冷媒
の熱を使ってパッキン表面などが露点以下になるのを防
いでいる。この時冷媒は凝縮を行う。以上のドレン蒸発
用パイプ２２、コンデンサパイプ２３、防露パイプ２４
での凝縮量が冷凍冷蔵庫の必要な凝縮量となる。

【０００７】上記構成において、圧縮機２１を運転する
と圧縮機２１から吐出された高温高圧の冷媒は、ドレン
蒸発用パイプ２２、コンデンサパイプ２３、防露パイプ
２４を通って凝縮し、凝縮された冷媒は毛細管２５に入
り減圧され、蒸発器２６で庫内の空気と熱交換して低温
低圧のガスとなって吸入パイプ２７を通って圧縮機２１
に戻る。

【０００８】また、図８及び図９は、冷媒量の低減の一
例として例えば特開平８−２８５４３７号公報に示され
た小型冷却装置を示し、図８は小型冷却装置の断面図、
図９は冷凍サイクルを示す。図において、３１は本体、
３２は内箱、３３は圧縮機、３４は出口に向かうにつれ
て管の内径を細くした管内径異形式凝縮器、３５はキャ
ピラリーチューブ、３６は蒸発器、３７はサクションパ
イプで順次接続され冷凍サイクルを構成する。前記キャ
ピラリーチューブ３５とサクションパイプ３７は、熱交
換的に例えばハンダ付け等により密接して設置されてい
る。そして冷凍サイクルにはＨＣ冷媒３８が封入されて
いる。３９は放熱フィンである。

【０００９】上記構成において、圧縮機３３を運転する
と圧縮機３３から吐出された高温高圧のＨＣ冷媒３８
は、管内径異形式凝縮器３４で外気と熱交換して凝縮液
化し、キャピラリーチューブ３５に流入する。キャピラ
リーチューブ３５で減圧され、蒸発器３６で内箱３２の
内側の空気と熱交換して蒸発気化してサクションパイプ
３７を通り、圧縮機３３へと戻る。このとき、サクショ
ンパイプ３７内の気化した温度の低いＨＣガス冷媒３８
と、キャピラリーチューブ３５内の液化した温度の高い
ＨＣ液冷媒３８は熱交換を行い、ＨＣ液冷媒３８は過冷
却方向へ、ＨＣガス冷媒３８は加熱方向へとそれぞれエ
ンタルピが減少、増加する。これにより、冷凍能力は向
上し、そして、管内径異形式凝縮器３４は、通常の凝縮
器に比較して内容積を小さくできかつ同等の能力を得
て、結果として可燃性のＨＣ冷媒３８の封入量を削減で
きる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の冷
凍冷蔵庫は、冷蔵庫が運転している最中のある時間に冷
凍サイクル内に分布している冷媒量を考えた場合、複数
の部位に分かれる凝縮器中には高温高圧の冷媒が存在
し、該複数の部位に分かれる凝縮器は同径パイプで構成
され管内容積も大きいため比較的多量の冷媒が存在す
る。したがって、従来の冷凍冷蔵庫に即可燃性冷媒を用
いた場合、何らかの原因により冷媒漏れが生じた場合、
爆発限界に達する可能性が高く危険性を有する問題があ
った。

【００１１】また、図８、図９の従来の小型冷却装置で
は、危険性を低減するための１つとして、民生用ではあ
まり一般的ではない管内径異形式凝縮器を使うなどし
て、ＨＣ冷媒の封入量を低減するといったことも提案さ
れているが、材料費、加工費ともコストアップにつなが
り、また特別な製造方法なども必要とする問題があっ
た。

【００１２】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、圧縮機と該圧縮機と凝縮器とを
接続する接続配管と複数の部位に分かれる凝縮器と絞り
機構と蒸発器とを順次接続してなる冷凍サイクルを有す
る冷凍冷蔵庫の冷媒封入量を減らすことができる冷凍冷
蔵庫を提供することを目的とする。また、可燃性冷媒で
何らかの原因で冷媒漏れが生じた場合でも爆発限界に達
する可能性を低減することで危険性を小さくできる冷凍
冷蔵庫を提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる請求項１
記載の冷凍冷蔵庫は、断熱材により断熱壁を構成すると
ともに、この断熱壁で囲まれた少なくとも１つ以上の部
屋を有する冷凍冷蔵庫において、圧縮機と該圧縮機と凝
縮器とを接続する接続配管と複数の部位に分かれる凝縮
器と絞り機構を有する部分と蒸発器とからなる冷凍サイ
クルを有し、前記接続配管及び複数の部位に分かれる凝
縮器を冷媒の流れる順にしたがって順次内径を細くした
ものである。

【００１４】また、請求項２記載の冷凍冷蔵庫は、断熱
材により断熱壁を構成するとともに、この断熱壁で囲ま
れた少なくとも１つ以上の部屋を有する冷凍冷蔵庫にお
いて、圧縮機と該圧縮機と凝縮器とを接続する接続配管
と複数の部位に分かれる凝縮器と絞り機構を有する部分
と蒸発器とからなる冷凍サイクルを有し、前記複数の部
位に分かれる凝縮器中、冷媒の流れる順の最も下流に位
置する凝縮器の内径を他の凝縮器の内径より細くしたも
のである。

【００１５】また、請求項３記載の冷凍冷蔵庫は、冷媒
を可燃性冷媒としたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下この発明の実
施の形態の一例を図１〜図５を用いて説明する。図１は
冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示す。図において、３は圧
縮機、４、５、６はそれぞれ凝縮器としての役割を担う
ドレン蒸発用パイプ、コンデンサパイプ、防露パイプ、
７は前記圧縮機３とドレン蒸発用パイプ４との接続配
管、８は毛細管、９は蒸発器、１０は吸入パイプで順次
接続され冷凍サイクルを構成する。尚、前記接続配管
７、ドレン蒸発用パイプ４、コンデンサパイプ５、防露
パイプ６は冷媒の流れる順にしたがって順次内径が細く
なっている。また、前記毛細管８と吸入パイプ１０は互
いに例えばハンダ付け等により密接して設置され、熱交
換が行えるようになっている。

【００１７】上記構成でドレン蒸発用パイプ４、コンデ
ンサパイプ５、防露パイプ６は冷凍サイクル上、冷媒の
凝縮を担う役割を持っていて、それぞれの機能ごとに分
けられて図２〜図５に示すように冷凍冷蔵庫に配置され
ている。図２にドレン蒸発部の斜視図を、図３にコンデ
ンサ斜視図を、図４に防露パイプ斜視図をそれぞれ示
す。

【００１８】図２においては、冷蔵庫本体１の底面部に
配置され、ドレン水が流れ込むドレンパン１１が金属板
１２の上に設けられ、前記金属板１２にはドレン蒸発用
パイプ４がかしめてある。該ドレン蒸発用パイプ４は接
続配管７を介して圧縮機３と接続されている。そして、
前記蒸発器９と庫内空気が熱交換する際、空気中に含ま
れる水分が蒸発器９に付着し霜として存在し、付着した
霜の量が増えると霜取り回路(図示せず)が働き、ヒータ
(図示せず)などによって解かされドレン水として前記ド
レンパン１１に排出される。このドレン水を蒸発させる
方法として、前記圧縮機３から吐出された高温の冷媒が
接続配管７を介してドレン蒸発用パイプ４を通るとき、
このドレン蒸発用パイプ４の熱が金属板１２に伝わり、
前記ドレンパン１１にあるドレン水を蒸発させる。この
時冷媒は凝縮を行う。

【００１９】図３においては、冷蔵庫本体１の側板１３
の内側にアルミテープ１４などによって貼り付けられた
前記コンデンサパイプ５が、ウレタンによって発泡され
た断熱材(図示せず)中に存在する。そして、前記ドレン
蒸発用パイプ４を出た冷媒は、前記コンデンサパイプ５
に入り庫外の空気と熱交換して凝縮を行う。冷蔵庫に必
要な凝縮量のうち、前述のドレン蒸発用パイプ４と後述
の防露パイプ６で凝縮される熱量を差し引いた分がここ
で凝縮される。

【００２０】図４においては、冷蔵庫本体１の扉(図示
せず)と接する面の本体１外周部に防露パイプ６が配置
されている。そして、図５のＡ−Ａ′要部断面図に示す
ように、冷蔵庫扉２と接する面の本体１外周部との間に
はパッキン１５が設けられているが、この部分は本体１
の壁面などに比べ断熱性能に劣るため、パッキン表面な
どは庫内の冷気によって冷やされ、露点以下になること
もある。このため、前記防露パイプ６をこの近傍に配置
している。そして、前記コンデンサパイプ５を出た冷媒
は防露パイプ６に入り、この防露パイプ６を通る冷媒の
熱を使ってパッキン表面などが露点以下になるのを防い
でいる。この時冷媒は凝縮を行う。

【００２１】上記構成において、圧縮機３を運転すると
圧縮機３から吐出された高温高圧の冷媒は、接続配管７
を通って、冷蔵庫本体１の底面に配置されたドレン蒸発
用パイプ４、断熱材中に埋められ本体側板の内側に貼り
付けられたコンデンサパイプ５、冷蔵庫扉と接する面の
本体１外周部に設けられた防露パイプ６を通って凝縮
し、凝縮された冷媒は毛細管８に入り減圧され、蒸発器
９で庫内の空気と熱交換して低温低圧のガスとなって吸
入パイプ１０を通って圧縮機３に戻る。

【００２２】一般に可燃性冷媒は爆発限界というものが
あり、ある濃度範囲でのみ着火源が存在する場合引火、
爆発する恐れがある。例えばイソブタン(Ｒ６００a)の
場合は１．８〜８．５ｖｏｌ％である。最初から冷蔵庫
に封入されている可燃性冷媒の封入量が少なければ、そ
れだけこの爆発限界に達する時間を遅くすることができ
るばかりか、空間容積によっては爆発限界に達しなくて
すむ場合も出てくる。すなわち、封入冷媒量を低減する
ことで危険性も低減することができる。

【００２３】冷蔵庫が運転している最中のある時間に冷
凍サイクル内に分布している冷媒量を凝縮器中について
考えた場合、入り口付近はガス単相もしくはガスリッチ
の２相域であるため、単位長さ中に存在する冷媒質量
は、出口付近の液リッチの２相域のそれに比べ少ないと
考えられる。すなわち、出口付近の内径を小さくするこ
とである時間に存在している冷媒質量は低減することが
可能となる。

【００２４】一方、凝縮器中の圧力損失を考えた場合、
下式に示されるように密度と内径の５乗に反比例する。ここでΔＰｓは圧力損失、ｆは係数、ρは密度、Ｕは流
速、Ｄは内径、Ｌは長さ、Ｇは質量流量である。またＵ
＝Ｇ／（ρ・Ａ）の関係がある。ここでＡは通過断面積
である。

【００２５】例えば可燃性冷媒としてイソブタン(Ｒ６
００a)を考えた場合、４０℃での飽和液密度と飽和ガス
密度はそれぞれ５３１ｋｇ／ｍ³、１３．６ｋｇ／ｍ³で
ある。このように密度差が非常に大きいため、液部では
内径を小さくしても圧力損失の過大な増加を抑えること
が出来る。また、密度の高い液部の内径を小さくするこ
とで液部に存在する冷媒量を少なくすることも可能とな
る。

【００２６】したがって、前述の冷蔵庫の凝縮器はドレ
ン蒸発用パイプ４、コンデンサパイプ５、防露パイプ６
からなるため、これらの配管径を変更することにより液
部では内径を小さく、ガス部では内径を大きくするとい
った仕様が容易に実現できる。つまり、圧縮機３から接
続配管７を通して、ドレン蒸発用パイプ４、コンデンサ
パイプ５、防露パイプ６の冷媒の流れる順にしたがって
順次内径を細くすることができる。例えば、ドレン蒸発
用パイプ４を内径φ３．３ｍｍとし、コンデンサパイプ
５を内径φ２．６ｍｍ、防露パイプ６を内径φ２．０ｍ
ｍとそれぞれ２０％程度ずつ内径を小さくする。

【００２７】以上により、冷蔵庫の冷媒封入量を減らす
ことが可能となり、何らかの原因で冷媒漏れが生じた場
合でも爆発限界に達する可能性を低減することで危険性
を小さくすることができる。また、上記の順次内径を細
くするにあたって、特別な製造方法を必要としないもの
で、径の違う配管を溶接等で接続してもよいし、可燃性
冷媒の漏れ対策として同一径のパイプを順次拡管し径を
変更してもよい。これによって、コストアップを必要最
小限に抑えることができる。

【００２８】尚、上記の実施の形態においては、ドレン
蒸発用パイプ４、コンデンサパイプ５、防露パイプ６の
各々の凝縮器間に接続配管を入れない形態を示したが、
各々の凝縮器間を接続配管にて接続した場合には、該接
続配管も含めて冷媒の流れる順にしたがって順次内径を
細くしてもよい。

【００２９】また、上記実施の形態では、可燃性冷媒と
してＲ６００aの他にＲ２９０、Ｒ７１７、Ｒ３２、Ｒ
１４３a、Ｒ１５２a等も適用可能である。

【００３０】また、冷凍機油としては、ナフテン系鉱
油、パレフィン系鉱油、植物油、アルキルベンゼン油、
オレフィンオリゴマー、エステル油、エーテル油、シリ
コーン油、フッ素油、リン酸エステル、ＤＯＰ等が適用
可能である。

【００３１】実施の形態２．図６は実施の形態２の冷凍
冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図である。尚、実施の形態
１と同様部分には同一符号を付して、ここでの説明を省
略する。

【００３２】この実施の形態２においては、上記の実施
の形態１で説明したように、冷蔵庫が運転している最中
のある時間に冷凍サイクル内に分布している冷媒量や圧
力損失を凝縮器中について考えた場合、液部では内径を
小さく、ガス部では内径を大きくするといった仕様が容
易に可能なことから、複数の部位に分かれる凝縮器とし
てのドレン蒸発用パイプ４、コンデンサパイプ５、防露
パイプ６のうち凝縮器出口に位置する防露パイプ６の内
径を小さくすることで、冷媒封入量の低減を図ったもの
である。それによって、実施の形態１と同様の効果が得
られるものである。更に設計上、管内圧力損失と冷媒低
減量との関係から凝縮器出口に位置する防露パイプ６の
内径が決定されれば、他の凝縮器の内径はこれより大き
くすれば良いので、例えば一番上流の凝縮器だけ太くな
り過ぎ、曲げ形状の制約や工作性を悪化させるなどとい
った不便がなくなる。

【００３３】尚、接続配管７、ドレン蒸発用パイプ４及
び中間に位置するコンデンサパイプ５は、使用する素材
の流通量などによって径を選ぶことがあるため、ドレン
蒸発用パイプ４の内径が場合によってはコンデンサパイ
プ５の内径と同じもしくはそれ以下になることも考えら
れる。このような場合でも、実施の形態１と同様の効果
が得られるものである。

【００３４】また、実施の形態２においても実施の形態
１と同様の可燃性冷媒及び冷凍機油が適用可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る請求項１の
冷凍冷蔵庫は、断熱材により断熱壁を構成するととも
に、この断熱壁で囲まれた少なくとも１つ以上の部屋を
有する冷蔵庫において、圧縮機と該圧縮機と凝縮器とを
接続する接続配管と複数の部位に分かれる凝縮器と絞り
機構を有する部分と蒸発器とからなる冷凍サイクルを有
し、前記接続配管及び複数の部位に分かれる凝縮器を冷
媒の流れる順にしたがって順次内径を細くしたので、冷
媒封入量を減らすことが可能となる。

【００３６】また、請求項２の冷凍冷蔵庫は、断熱材に
より断熱壁を構成するとともに、この断熱壁で囲まれた
少なくとも１つ以上の部屋を有する冷蔵庫において、圧
縮機と該圧縮機と凝縮器とを接続する接続配管と複数の
部位に分かれる凝縮器と絞り機構を有する部分と蒸発器
とからなる冷凍サイクルを有し、前記複数の部位に分か
れる凝縮器中、冷媒の流れる順の最も下流に位置する凝
縮器の内径を他の凝縮器の内径より細くしたので、上記
請求項１と同様の効果を得ることが出来る。更に設計
上、管内圧力損失と冷媒低減量との関係から最も下流に
位置する凝縮器の内径が決定されれば、他の凝縮器の内
径はこれより大きくすれば良いので、例えば一番上流の
凝縮器だけ太くなり過ぎ、曲げ形状の制約や工作性を悪
化させるなどといった不便がなくなる。

【００３７】また、請求項３の冷凍冷蔵庫は、上記請求
項１または請求項２の冷媒を可燃性冷媒としたので、何
らかの原因で冷媒漏れが生じた場合でも爆発限界に達す
る可能性を低減することで危険性を小さくすることがで
きる。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の冷凍冷蔵庫の冷凍
サイクルを示す図である。

【図２】この発明の実施の形態１のドレン蒸発部を示
す斜視図である。

【図３】この発明の実施の形態１のコンデンサを示す
斜視図である。

【図４】この発明の実施の形態１の防露パイプを示す
斜視図である。

【図５】図４のＡ−Ａ′要部断面図である。

【図６】この発明の実施の形態２の冷凍冷蔵庫の冷凍
サイクルを示す図である。

【図７】従来の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図で
ある。

【図８】他の従来の小型冷却装置の断面図である。

【図９】図８の冷凍サイクルを示す図である。

【符号の説明】

１冷蔵庫本体、２扉、３圧縮機、４ドレ
ン蒸発用パイプ、５コンデンサパイプ、６防露パ
イプ、７接続配管、８毛細管、９蒸発器、
１０吸入パイプ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断熱材により断熱壁を構成するととも
に、この断熱壁で囲まれた少なくとも１つ以上の部屋を
有する冷凍冷蔵庫において、圧縮機と該圧縮機と凝縮器
とを接続する接続配管と複数の部位に分かれる凝縮器と
絞り機構を有する部分と蒸発器とからなる冷凍サイクル
を有し、前記接続配管及び複数の部位に分かれる凝縮器
を冷媒の流れる順にしたがって順次内径を細くすること
を特徴とした冷凍冷蔵庫。
【請求項２】断熱材により断熱壁を構成するととも
に、この断熱壁で囲まれた少なくとも１つ以上の部屋を
有する冷凍冷蔵庫において、圧縮機と該圧縮機と凝縮器
とを接続する接続配管と複数の部位に分かれる凝縮器と
絞り機構を有する部分と蒸発器とからなる冷凍サイクル
を有し、前記複数の部位に分かれる凝縮器中、冷媒の流
れる順の最も下流に位置する凝縮器の内径を他の凝縮器
の内径より細くすることを特徴とした冷凍冷蔵庫。
【請求項３】冷媒を可燃性冷媒としたことを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の冷凍冷蔵庫。