JP2005106454A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】貯蔵室の上部に圧縮機を配置する業務用冷蔵庫で、冷蔵室と冷凍室の温度制御を適温に維持しながら、省エネ化した冷蔵庫を提供する。
【解決手段】冷凍室２４と冷蔵室２５を冷却する冷却ユニット２８、２９をそれぞれ冷蔵庫本体２０の上部に配置し、独立した冷凍サイクルを形成すると共に、それぞれにインバータ圧縮機３０、３５を配置することで、消費電力量の低減を図り、また圧縮機の回転数可変域を大きくすることで、冷凍室２４を冷蔵温度帯に設定したり、冷蔵室２５を冷凍温度帯に設定可能にし、使用者の使い勝手を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、架台上部に冷却システムの圧縮機や凝縮器を設置し、架台下部に蒸発器を設置する冷凍冷蔵ユニットと、本体上部に前記冷凍冷蔵ユニットを設けた業務用の大型冷凍冷蔵庫に関するものである。

従来、５００Ｌを越える業務用の大型冷凍冷蔵庫では、３００Ｗ以上の高能力の圧縮機を用いた冷凍冷蔵ユニットが用いられている。また、特に冷凍室を冷却するシステムでは、蒸発温度が低くても高い冷凍能力が出せるＲ２２やＲ４０４Ａ等の低沸点冷媒を用いている。

しかしながら、近年、地球温暖化防止の観点から温暖化係数の高いＲ２２やＲ４０４Ａ等のフロン系冷媒からＲ２９０やＲ６００ａ等の自然冷媒への転換が望まれるとともに、二酸化炭素の排出量削減のために消費電力量の大きい業務用の大型冷凍冷蔵庫についても、早急に省エネルギ化を図ることが望まれている。

従来の業務用冷蔵庫として、高能力が確保できるもの（例えば特許文献１参照）がある。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷蔵庫を説明する。

図２は従来の冷蔵庫の断面図、図３は従来の冷蔵庫に用いられる凝縮器の斜視図、図４は従来の冷蔵庫に用いられる蒸発器の斜視図である。

図２において、１は冷凍室、２は扉、３はキャビネットである。キャビネット３の上部には、冷凍冷蔵ユニット４を固定するユニットベース５と、冷凍室１を冷却する冷却室６が設置される。

冷凍冷蔵ユニット４は、レシプロ型の圧縮機構を有する圧縮機７、凝縮器８、減圧手段であるキャピラリ９、蒸発器１０、圧縮機７の吸入管１１、凝縮用ファン１２、蒸発用ファン１３からなる。また、キャビネット３の背面には冷却室６内の除霜水を排出するドレイン１４が埋設されている。

図３において、８は凝縮器、８０１は凝縮器８の入口配管である。冷媒は、ガス状態で入口配管８０１から流入し、順に配管８０２、配管８０３、配管８０４、配管８０５、配管８０６、配管８０７を通過しながら凝縮し、凝縮器８の出口配管８０８から排出される。また、８０９は凝縮器８のフィンである。

通常、業務用冷蔵庫においては、空気中の埃や飛沫状油分が凝縮器８のフィン８０９間に付着して目詰まりを起こしやすいことから、凝縮器８の間口である幅寸法Ａと高さ寸法Ｂを十分大きく確保して、目詰まりの影響を小さくするとともに、凝縮器８の間口にフィルター（図示せず）を装着する。

図４において、１０は蒸発器、１００１は蒸発器１０の入口配管である。冷媒は、ガス液混合状態で入口配管１００１から流入し、順に配管１００２、配管１００３、配管１００４、配管１００５、配管１００６、配管１００７、配管１００８、配管１００９を通過しながら蒸発し、蒸発器１０の出口配管１０１０から排出される。また、１０１１は蒸発器１０のフィンである。

通常、業務用冷蔵庫においては、冷凍室１の天面に蒸発器１０を設置することから、冷凍室１を有効に利用するため蒸発器１０の高さ寸法Ｑを抑えた構成とし、能力を確保するために幅寸法Ｐと奥行き寸法Ｒを十分大きく確保する。

次に冷凍冷蔵ユニット４の動作を説明する。冷媒は低沸点冷媒であるＲ４０４Ａを用いる。冷媒Ｒ４０４Ａは圧縮機７で圧縮され、凝縮器８で凝縮された後、キャピラリ９で減圧されて、蒸発器１０へ送られる。そして、蒸発器１０で蒸発された後、吸入管１１を通って圧縮機７へ還流する。このとき、キャピラリ９と吸入管１１は熱交換されて、圧縮機７へ還流する冷媒の冷廃熱が回収される。

このとき、周囲温度３０℃、冷凍室１の室内温度−２０℃の通常運転中における、冷媒Ｒ４０４Ａの凝縮温度は約４０℃（約１８気圧）、蒸発温度は約−３０℃（約２．１気圧）である。
特開平１１−２８１２２６号公報

しかしながら、上記従来の冷蔵庫は、圧縮比が低く圧縮機７の耐久性確保が容易であり、圧縮機７の気筒容積当りの冷凍能力（以下体積能力という）が高く高能力が出せる反面、冷媒の理論効率および圧縮機７の実効効率が低いという欠点があった。

また、圧縮比が低く体積能力が高い反面、効率が低いという特徴は、フロン系冷媒Ｒ４０４Ａ、Ｒ２２および炭化水素冷媒Ｒ２９０など、蒸発温度―４０℃以下の低沸点冷媒共通の欠点である。業務用冷蔵庫の周囲温度３０℃の一般的な運転状態である凝縮温度４０℃、蒸発温度―３０℃、過冷却０℃、吸入ガス温度３２℃における圧縮比、高圧圧力、低圧圧力、および理論効率と体積能力の相対値を高沸点冷媒であるＲ１３４ａ、Ｒ６００ａと比較した結果を（表１）に示す。

（表１）に示したように、高沸点冷媒Ｒ１３４ａ、Ｒ６００ａに比べて低沸点冷媒であるＲ２２、Ｒ２９０、Ｒ４０４Ａは、圧縮比が低く体積能力が高い反面、理論効率が低いことがわかる。また、低沸点冷媒であるＲ２２、Ｒ２９０、Ｒ４０４Ａは、比較的高圧圧力が高く圧縮機７の摺動損失が大きく、理論効率に比べて圧縮機７の実効効率がさらに悪くなるとともに、低圧圧力が大気圧以上であり冷凍室１内への冷媒リークの危険性が高いという欠点もある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷媒の理論効率および圧縮機の実効効率が高い高沸点冷媒であるＲ１３４ａ、Ｒ６００ａなどを用いながら、圧縮比の上昇を抑制するとともに体積能力の低い点を補って高能力を維持した冷蔵庫を提供するものである。

また、前述のように地球温暖化防止の観点から温暖化係数の高いＲ２２やＲ４０４Ａ等のフロン系冷媒からＲ２９０やＲ６００ａ等の自然冷媒への転換が望まれる背景にあっては、これらの冷媒が可燃性冷媒であるが故に、万一の冷媒漏洩時の安全性確保のために極力冷媒量を抑えながら冷蔵庫として所望の冷却能力を発揮させる工夫が求められている。

本発明は上記課題をも解決するものであり、冷却システムへの可燃性冷媒適用時に、安全性を維持しながら冷却能力を確保することができる冷蔵庫を提供するものである。

本発明は、それぞれに独立した温度調整を行う複数の貯蔵室を有する冷蔵庫において、回転数可変型の圧縮機と凝縮器と前記圧縮機を駆動するインバータ制御回路と前記貯蔵室を独立に冷却する蒸発器とからなる冷却システムを、前記貯蔵室ごとに備えるものであり、各貯蔵室を独立した冷却システムで能力制御することが可能となり、負荷変動に対しても高精度の温度制御が可能な冷却能力を得ることができる。

また、可燃性冷媒の適用時においては、冷媒封入されたそれぞれの冷却システムの能力制御が可能となるため、システム機器の大型化による冷媒量増に依存せず所望の冷却能力を発揮でき、万一の冷媒漏洩時の安全性を高めることができる。

本発明は、それぞれに独立した温度調整を行う複数の貯蔵室を有する冷蔵庫において、回転数可変型の圧縮機と凝縮器と圧縮機を駆動するインバータ制御回路と複数の貯蔵室を独立に冷却する蒸発器とからなる冷却システムを、貯蔵室ごとに備えるものであり、負荷変動に対しても温度制御の精度を高め、貯蔵室の温度帯設定の幅を広げることができる。

また、可燃性冷媒を適用する場合でもインバータによる能力可変制御で各貯蔵室の負荷変動や温度帯範囲をカバーできるため、少ない可燃性冷媒量で安全性を高めながら冷蔵庫の冷却能力を維持し、かつ温暖化係数の低い可燃性冷媒の採用により地球環境保護に寄与することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、それぞれに独立した温度調整を行う複数の貯蔵室を有する冷蔵庫において、回転数可変型の圧縮機と凝縮器と前記圧縮機を駆動するインバータ制御回路と前記貯蔵室を独立に冷却する蒸発器とからなる冷却システムを、前記貯蔵室ごとに備えるものであり、負荷変動に対しても温度制御の精度を高め、貯蔵室の温度帯設定の幅を広げることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、冷却システムの冷媒に可燃性冷媒を用いたものであり、冷媒封入されたそれぞれの冷却システムの能力制御が可能となるため、予め当該貯蔵室の最も冷却能力を要する温度設定に合わせて圧縮機，蒸発器等の容量の大型化を図る必要がなく、このため封入する可燃性冷媒量を増大させることなく所望の冷却能力を発揮でき、万一の冷媒漏洩時の安全性を高めることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明おいて、冷蔵庫本体の上部にすべての圧縮機を配置し、前記圧縮機は同じ冷媒と潤滑油を使用するものであり、製造工程での生産性の向上及びサービス性を向上することができる。

また、可燃性冷媒適用時においては、冷媒漏洩に対する安全面の設計上の対応や管理が容易になる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、凝縮器を圧縮機と同様に冷蔵庫本体の庫外上部に配置し、蒸発器を冷蔵庫本体の庫内上部に配置したものであり、複数の冷却システムの各機器が冷蔵庫本体の上部に集約されるために冷媒配管長が短縮されて可燃性冷媒の封入量もより抑制することが可能となるほか、冷媒漏れに至る不測の事態発生の機会も減少し、安全性が高められる。

請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、使用する最高回転数が最低回転数の２倍以上である圧縮機を備えたものであり、回転数可変幅が大きく、貯蔵室の冷却設定温度範囲を拡大することができる。

また、可燃性冷媒の適用時には能力可変範囲が広いと少ない冷媒量で所望の冷却能力が得られ、少冷媒化による安全性の向上が期待できる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、各貯蔵室は冷蔵温度帯から冷凍温度帯まで温度制御を行えるものであり冷蔵室を冷凍温度帯室として設定し活用することができる。

また、可燃性冷媒の適用時には冷凍設定時を考慮して冷却システムを大型化する必要がなく、少冷媒化による安全性の向上が期待できる。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、最高回転数より低い回転数で圧縮機を起動する制御を備えたものであり、起動時の圧縮機にかかる負荷を必要以上に上げることを防止することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、複数の圧縮機を起動する時、起動する時間をずらして順に起動させるものであり、起動時に複数の圧縮機が振動し、共振により振動音が大きくなることを防止することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、圧縮機を駆動するインバータ制御回路をそれぞれが駆動する圧縮機の近傍に配置したものであり、ノイズによる機器の誤動作を低減することができる。

以下、本発明による業務用の大型冷蔵庫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による冷蔵庫の断面図である。

図１において、冷蔵庫本体２０は外箱２１と内箱２２で形成され、内部に発泡断熱材２３を有し、冷凍室２４と冷蔵室２５を断熱仕切板２６で左右に仕切り、形成されている。また本体２０の庫外上部には、機械室２７を有し、冷凍室２４を冷却する冷凍冷却ユニット２８と、冷蔵室２５を冷却する冷蔵冷却ユニット２９をそれぞれ備えている。

冷凍冷却ユニット２８は回転数が３０〜８０ｒｐｓに可変できるインバータ圧縮機３０と凝縮器３１を機械室２７内に備え、減圧手段のキャピラリ３２を通って冷凍室２４の上部に備えた冷凍室冷却器３３に接続して冷凍サイクルを形成している。また圧縮機３０を駆動制御するインバータ制御回路３４は圧縮機３０の側部に配置されている。

また冷蔵冷却ユニット２９は回転数が３０〜８０ｒｐｓに可変できるインバータ圧縮機３５と凝縮器３６を機械室２７内に備え、減圧手段のキャピラリ３７を通って冷蔵室２５の上部に備えた冷蔵室冷却器３８に接続して冷凍サイクルを形成している。また圧縮機３５を駆動制御するインバータ制御回路３９は圧縮機３５の側部に配置されている。

また、冷凍室２４側と冷蔵室２５側のそれぞれの圧縮機３０、３５で使用する冷媒は可燃性冷媒で高沸点冷媒であるＲ６００ａと潤滑油は鉱油を用いている。またこれに限らず例えば冷媒Ｒ１３４ａとエステル油、低沸点冷媒のＲ２９０と潤滑油として鉱油を用いてもよい。

次に冷蔵庫の動作について説明する。

冷凍冷却ユニット２８の冷凍サイクルにおいて、インバータ圧縮機３０の起動時の回転数は最高回転数８０ｒｐｓより低い回転数、例えば６２ｒｐｓで起動させ、圧縮機にかかる負荷を低減し省エネルギ化を行うことができる。

例えばドア開閉などが頻繁に行われて冷凍室２４の室内温度が大きく上昇した場合でもインバータ圧縮機３０は６２ｒｐｓで駆動され、冷媒Ｒ６００ａはインバータ圧縮機３０でそれぞれ圧縮され、凝縮器３１で凝縮された後、キャピラリ３２でそれぞれ減圧されて、冷凍室冷却器３３へ送られる。そして、吸入管（図示しない）を通ってそれぞれインバータ圧縮機３０へ還流する。また冷蔵冷却ユニット２９の冷凍サイクルでも同様である。

その後、各貯蔵室はそれぞれの負荷変動に応じてインバータ圧縮機３０，３５の回転数制御が行われ適切な冷凍能力で温度制御の精度を高めることができる。

予め各貯蔵室の負荷増大時や低温設定時の冷却能力に見合った能力，容量を有する大型の圧縮機，蒸発器等を用意することがないため、無駄な動力損失がなく電力消費も低減することができる。

また、インバータ圧縮機３５の回転数の可変域は３０〜８０ｒｐｓで最高回転数は最低回転数の２倍以上の回転数を有している。冷蔵室２５は外気温度３０℃、庫内温度５℃設定で、インバータ圧縮機３５は回転数２７〜３２ｒｐｓで運転率５０％で所定温度まで冷却することができる。このためインバータ圧縮機３５により冷蔵室２５の温度設定を５〜−２０℃域まで可変することができ冷蔵室２５を冷凍温度帯室に切り替えることができる。また冷凍室２４も同様に冷蔵温度帯室に維持することができ、収納する食品の状況に応じて庫内の温度帯を自由に切り替えることができる。

また、インバータ圧縮機３０と３５は冷凍室２４と冷蔵室２５の庫内温度によってそれぞれ独立して運転、停止を行うが、圧縮機３０と３５の起動を庫内温度条件にかかわらず常にずらせて起動させることで起動時の圧縮機３０、３５による共振を防止し異音を低減することができる。

また、圧縮機３０，３５を駆動するインバータ制御回路３４，３９をそれぞれが駆動する圧縮機３０，３５の近傍に配置しているので、ノイズによる誤動作を低減することができる。

また、冷却システムの冷媒にＲ６００ａ，Ｒ２９０などの可燃性冷媒を用いた場合においては、各貯蔵室２４，２５の設定温度帯幅や負荷変動をカバーするために最も冷却量を必要とする条件に合わせた圧縮機の気筒容積、冷却器容量等の選定を強いられて必要冷媒量を増量させることがなく、インバータ制御回路３４，３９による能力可変制御で各貯蔵室２４，２５の温度帯範囲や負荷変動をカバーできるため、少ない可燃性冷媒量で安全性を高めながら冷蔵庫の冷却能力を維持することができ、このため温暖化係数の低い可燃性冷媒の採用により地球環境保護に寄与することができる。

可燃性冷媒適用時においては、特に冷媒漏洩に対する安全設計上の対応や安全管理のし易さの面から、複数の圧縮機を用いる場合であっても、すべてのインバータ圧縮機３０，３５を凝縮器３１，３６とともに冷蔵庫本体２０の庫外上部に設置し、蒸発器３３，３８を冷蔵庫本体２０の庫内上部に設置して冷却システムを集約配置することにより、冷媒配管長が極力短縮化されて冷媒封入量もさらに削減でき安全性が高まる。

また、冷媒配管の引き回しが少なくなるため不測の事態による冷媒漏れ発生の確率が低減され合わせて安全性をより高めることができる。

また、冷蔵庫本体の上部にすべての圧縮機３０，３５を配置した場合に、それぞれの圧縮機には同じ冷媒と潤滑油を使用することにより、製造工程での生産性の向上とサービス性の向上を図ることができる。

そして、可燃性冷媒の適用時には冷媒漏洩に対する安全面の設計上の対応や管理が容易になる。

以上のように本発明は、回転数可変型の圧縮機と複数の貯蔵室を独立に冷却する蒸発器とを備えた冷却システムを貯蔵室ごとに備えるので、温度制御の精度を高め、冷媒量を増やすことなく冷却能力を確保でき、業務用を初めとした大型の冷蔵庫等の冷却機器へ適用できるほか、可燃性冷媒適用時の安全性と冷却能力の両立確保の手段としても有用である。

本発明による冷蔵庫の断面図 従来の冷蔵庫の断面図 従来の冷蔵庫の凝縮器の斜視図 従来の冷蔵庫の蒸発器の斜視図

符号の説明

２０ 冷蔵庫本体
２４ 冷凍室
２５ 冷蔵室
３１，３６ 凝縮器
３３ 冷凍室冷却器
３８ 冷蔵室蒸発器
３０、３５ インバータ圧縮機
３４、３９ インバータ制御回路

Claims (9)

1. それぞれに独立した温度調整を行う複数の貯蔵室を有する冷蔵庫において、回転数可変型の圧縮機と凝縮器と前記圧縮機を駆動するインバータ制御回路と前記貯蔵室を独立に冷却する蒸発器とからなる冷却システムを、前記貯蔵室ごとに備えることを特徴とする冷蔵庫。
2. 冷却システムの冷媒に可燃性冷媒を用いたことを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
3. 冷蔵庫本体の庫外上部にすべての圧縮機を配置し、前記圧縮機には同じ冷媒と潤滑油を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の冷蔵庫。
4. 凝縮器を圧縮機と同様に冷蔵庫本体の庫外上部に配置し、蒸発器を冷蔵庫本体の庫内上部に配置したことを特徴とする請求項２に記載の冷蔵庫。
5. 使用する最高回転数が最低回転数の２倍以上である圧縮機を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷蔵庫。
6. 各貯蔵室は冷蔵温度帯から冷凍温度帯まで温度制御を行えることを特徴とする請求項５に記載の冷蔵庫。
7. 最高回転数より低い回転数で圧縮機を起動する制御を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
8. 複数の圧縮機を起動する時、起動する時間をずらして順に起動させることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
9. 圧縮機を駆動するインバータ制御回路をそれぞれが駆動する圧縮機の近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。

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