JP2005121309A - 冷却ユニット、冷却貯蔵庫及び冷凍冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷蔵と冷凍の両方に共通して適用可能な冷却ユニットを形成する。
【解決手段】 キャピラリチューブ３５には冷蔵用と冷凍用の中間の流量特性のものが用いられる。その上で、蒸発器３６の出口の直後にアキュムレータ４２が設けられ、絞り込み効果を得ることで低流量の冷凍領域に適合させ、加えてキャピラリチューブ３５における熱交換部４０Ａを、その入口に寄った側に設定して管内の総抵抗を減じることにより、高流量の冷蔵領域にも適合可能とされる。これにより、冷蔵用と冷凍用の冷却ユニットが共通化できる。また、圧縮機にインバータ圧縮機３２を用いることで、庫内容積の大小等の条件により異なった冷却能力が要求されることに対応でき、さらに共通化の範囲が広がる。その結果、冷却ユニットの設計、生産、管理等の多数の工程が簡略化でき、大幅なコストダウン等が図られる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、冷却貯蔵庫に装備される冷却ユニットに関する。

業務用の冷凍冷蔵庫は、断熱箱体からなる本体内が断熱壁で仕切られて冷凍室と冷蔵室とに分けられ、冷凍室は−２０℃程度、冷蔵室は５℃程度にそれぞれ冷却される。ここで例えば家庭用の冷凍冷蔵庫では、１個の冷却ユニットを備え、冷凍室を循環する冷気の一部を冷蔵室に分配するといった冷却形式が採られるのであるが、業務用の冷凍冷蔵庫は容積が大きく、特に冷蔵室の容積が大きいと効率の悪さが顕著となるため、冷蔵用と冷凍用とに冷却ユニットが別々に準備されて搭載されている（例えば、特許文献１参照）。
実公平８−７３３７号公報

一方、上記のように冷蔵用と冷凍用とに２種類あった冷却ユニットを共通化できれば、設計、生産、管理等にわたってその手間が大幅に削減でき、有用であると考えられるが、以下の理由により実現できないでいた。
それは膨張機構にキャピラリチューブを使用した場合、冷蔵用と冷凍用とでは単純にこれを共通化できない。具体的には、冷蔵用のキャピラリチューブは、特に冷媒の蒸発温度が高い領域で高流量を流すことを主目的とし、言わば高流量特性を重視することから、太く若しくは短いものが使用され、一方、冷凍用のキャピラリチューブは、流量を絞り込むことで、蒸発温度が低い領域で低圧圧力を低く維持することを主目的とし、言わば低流量特性を重視することから、細く若しくは長いものが使用される、といったように、冷蔵用と冷凍用とでは、流量特性すなわち流量抵抗がむしろ相反するものが求められるためである。
もっとも、膨張機構として、流量可変幅の大きい温度式膨張弁を用いれば、共通化も可能かも知れないが、大幅なコスト増を招くばかりでなく、設計の自由度も制限されることから簡単には採択できない。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、共通のキャピラリチューブを用いても冷蔵用と冷凍用の両方に対応可能な冷却ユニットを形成するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、圧縮機、凝縮器、キャピラリチューブ及び蒸発器を冷媒配管で循環接続してなる冷却ユニットであって、前記キャピラリチューブが冷蔵用に適したものと冷凍用に適したものとの中間的な流量特性を有するものとされ、かつ前記蒸発器の出口側にはアキュムレータが設けられるとともに、前記キャピラリチューブの前半領域には、前記蒸発器の出口側の冷媒配管との間で熱交換可能な熱交換部が設けられている構成としたところに特徴を有する。
本発明のキャピラリチューブは、冷蔵に適したキャピラリチューブの流量特性と、冷凍に適したキャピラリチューブの流量特性との中間的な流量特性を持ったキャピラリチューブと定義される。ここで、冷蔵に適したキャピラリチューブとは、断熱箱体と組み合わせて常温で冷却ユニットを運転したときに、庫内均衡温度（冷却ユニットの冷凍能力と、断熱箱体の熱負荷とがバランスする温度）が０〜−１０℃程度となる流量特性を持ったキャピラリチューブをいう。また冷凍に適したキャピラリチューブとは、同庫内均衡温度が−１５〜−２５℃程度となる流量特性を持ったキャピラリチューブをいう。したがって、本発明の冷蔵用と冷凍用の中間的な流量特性を持ったキャピラリチューブとは、同条件で冷却ユニットを運転したときに、例えば同庫内均衡温度が−１０〜−２０℃程度となる流量特性を持ったものであることが好ましい。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記圧縮機が、容量可変式の圧縮機であるところに特徴を有する。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記アキュムレータが、前記冷媒配管における前記キャピラリチューブとの熱交換部よりも上流側に設けられているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
キャピラリチューブについて冷蔵用と冷凍用の中間の流量特性のものを用いた上で、蒸発器の出口側にアキュムレータを設けて絞り込み効果を得ることによって低流量の冷凍領域に適合させ、加えてキャピラリチューブにおける熱交換部を前半領域に設定して管内の総抵抗を減じることにより高流量の冷蔵領域にも適合可能としたから、従来別々であった冷蔵用と冷凍用の冷却ユニットが共通化できる。その結果、冷却ユニットの設計、生産、管理等の多数の工程が簡略化でき、もって大幅なコストダウン等を図ることができる。
＜請求項２の発明＞
庫内容積の大小等の条件によって異なった冷却能力が要求されるところが、容量可変式の圧縮機を使用することで対応できる。冷却ユニットを共通化できる範囲をさらに広めることができる。

＜請求項３の発明＞
アキュムレータを設ける場合に、冷媒配管におけるキャピラリチューブとの熱交換部の下流側に設けると、冷媒配管の熱交換部には冷媒が気液混合状態で流れる可能性があり、このとき液冷媒が蒸発する。これは言い換えると、本来蒸発器で行うべき液冷媒の蒸発を、熱交換部で余分な仕事として行うことになり、冷凍回路全体から見ると冷却能力が低下することに繋がる。
その点この発明では、アキュムレータを熱交換部の上流側に設けたから、冷媒配管の熱交換部にはガス冷媒しか流れず、したがって冷媒配管内で余分な蒸発作用を生じないために、冷凍回路全体として本来の冷却能力を確保することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１ないし図１１によって説明する。この実施形態では、本発明を業務用の冷凍冷蔵庫に適用した場合を例示している。
冷凍冷蔵庫は４ドアタイプであって、図１及び図２に示すように、前面が開口された断熱箱体からなる本体１０を備えており、この前面開口が十字形の仕切枠１１で仕切られて４個の出入口１２が形成されているとともに、正面から見た右上部の出入口１２と対応した略１／４の内部空間が、断熱性の仕切壁１３により仕切られて冷凍室１６が形成され、残りの略３／４の領域が冷蔵室１５とされている。各出入口１２にはそれぞれ断熱性の扉１７が揺動開閉可能に装着されている。

本体１０の上面には、回りにパネル１９（図４参照）が立てられる等によって機械室２０が構成されている。機械室２０の底面となる本体１０の上面には、上記した冷蔵室１５の天井壁、冷凍室１６の天井壁とにそれぞれ対応して、同じ大きさの方形の開口部２１が形成されている。各開口部２１には、冷却ユニット３０が個別に装着されるようになっている。
冷却ユニット３０は、詳しくは後記するが、図３に参照して示すように、圧縮機３２、凝縮器ファン３３Ａ付きの凝縮器３３、ドライヤ３４、キャピラリチューブ３５及び蒸発器３６を冷媒配管３７によって循環接続することで冷凍回路３１を構成したものである。また、上記した開口部２１を塞いで載せられる断熱性のユニット台３８が設けられ、冷却ユニット３０の構成部材のうちの蒸発器３６がユニット台３８の下面側、他の構成部材が上面側に取り付けられている。

一方、冷蔵室１５と冷凍室１６の天井部には、図４に示すように、冷却ダクトを兼ねたドレンパン２２が奥側に向けて下り勾配で張設され、ユニット台３８との間に蒸発器室２３が形成されるようになっている。ドレンパン２２の上部側には吸込口２４が設けられ、冷却ファン２５が装備されているとともに、下部側には吐出口２６が形成されている。
そして基本的には、冷却ユニット３０と冷却ファン２５とが駆動されると、同図の矢線に示すように、冷蔵室１５（冷凍室１６）内の空気が吸込口２４から蒸発器室２３内に吸引され、蒸発器３６を通過する間に熱交換により生成された冷気が、吐出口２６から冷蔵室１５（冷凍室１６）に吹き出されるといったように循環されることで、冷蔵室１５（冷凍室１６）内が冷却されるようになっている。

さて本実施形態では、上記した冷蔵室１５と冷凍室１６とにそれぞれ装着する冷却ユニット３０を共通化することを意図しており、そのため次のような措置が講じられている。
まず、冷却ユニット３０の冷却能力は圧縮機の容量で決まるが、例えば同じ能力の圧縮機では、蒸発温度の低い冷凍側の方が冷蔵側に比べて小さな容積しか冷却できず、また、冷蔵室１５または冷凍室１６同士であれば、容積が大きい方が当然大きな冷却能力が必要となる。
すなわち、冷蔵、冷凍の別、あるいは庫内容積の大小等の条件によって、必要とされる冷却能力は相違するから、圧縮機には、必要とされる最大の容量を有し、かつ回転数を制御可能なインバータ圧縮機３２が用いられている。

次に、キャピラリチューブ３５が共通化されている。キャピラリチューブ３５は詳細には、図３では、ドライヤ３４の出口から蒸発器３６の入口にわたる部分が相当し、中央部分では長さを稼ぐために螺旋部３５Ａが形成されている。この実施形態では、キャピラリチューブ３５の全長が２０００〜２５００mmに設定されている。ちなみに、蒸発器３６の出口からインバータ圧縮機３２の吸引口に至る冷媒配管３７の長さは７００mm程度である。
既述のように、従来キャピラリチューブには、冷蔵用には高流量特性を、冷凍用には低流量特性をそれぞれ重視したものが用いられていたところを、この実施形態では、キャピラリチューブ３５に、冷蔵用と冷凍用との中間の流量特性を有するものが用いられている。
ここで、冷蔵に適したキャピラリチューブとは、断熱箱体と組み合わせて常温で冷却ユニットを運転したときに、庫内均衡温度（冷却ユニットの冷凍能力と、断熱箱体の熱負荷とがバランスする温度）が０〜−１０℃程度となる流量特性を持ったキャピラリチューブをいう。また冷凍に適したキャピラリチューブとは、同庫内均衡温度が−１５〜−２５℃程度となる流量特性を持ったキャピラリチューブをいう。したがって、本発明の冷蔵用と冷凍用の中間的な流量特性を持ったキャピラリチューブとは、同条件で冷却ユニットを運転したときに、例えば同庫内均衡温度が−１０〜−２０℃程度となる流量特性を持つものである。

上記のようにキャピラリチューブ３５を中間流量特性のものとすると、冷蔵領域における液冷媒の流量不足が懸念されるが、それを解消するために以下のような手段が採られている。
この種の冷凍回路では、蒸発器３６の出口側の冷媒配管３７と、キャピラリチューブ３５とをハンダ付けすることによって熱交換装置が形成され、例えば一般的な蒸発性能を上げるとともに、蒸発器３６で蒸発し切れなかったミスト状の液冷媒を気化させる等に機能しているが、この実施形態では、キャピラリチューブ３５と冷媒配管３７との間で熱交換装置４０を形成するに当たり、キャピラリチューブ３５側の熱交換部４０Ａについては、螺旋部３５Ａにおける上流側の端部の所定域に設定されている。この熱交換部４０Ａの位置は、キャピラリチューブ３５の全長から見ると、その入口側に寄った位置と言える。

キャピラリチューブ３５は、入口と出口との間に大きな差圧があるが、図５（Ａ）に示すように、その流量抵抗は管内で液冷媒が沸騰し始める部分（全長のほぼ中央部分）で急激に増加するようになっており、そこから下流（出口側）に向けて大きく圧力降下する。これまではキャピラリチューブ３５の熱交換部は、全長の後半領域でむしろ出口に寄った位置に設定され、したがって管内蒸発（沸騰）を始めた後で熱交換がなされていた。これは、キャピラリチューブ３５は、熱交換位置から下流側が冷却されることになって、結露したり錆付きの原因となるため、熱交換位置を極力出口側に寄せて、冷却状態で露出された部分の長さを極力抑えるためである。

これに対してこの実施形態では、上記のようにキャピラリチューブ３５の熱交換部４０Ａを入口に寄った位置に設定し、すなわち液冷媒が蒸発し始める位置よりも手前に持って行って、過冷却を大きく取ることにより、図５（Ｂ）に示すように、管内の沸騰開始点をキャピラリチューブ３５の下流側にずらすことができる。このことは、キャピラリチューブ３５の総抵抗を減らす結果をもたらし、実質的に液冷媒の流量が増加する。これにより、中間的な流量特性のキャピラリチューブ３５を冷蔵領域に用いた場合の流量不足の問題は解消される。
なお、上記した管内の沸騰開始点をキャピラリチューブ３５の下流側にずらす効果を得るには、キャピラリチューブ３５側の熱交換部４０Ａを、液冷媒が蒸発し始める位置よりも前の少なくとも全長の前半領域に設ければ良く、より好ましくは入口側の１／３の領域（液体状態が多い領域）である。
また、キャピラリチューブ３５の熱交換部４０Ａを入口に寄った位置に設けると、それ以降の長い寸法部分が冷却状態で露出されることになるため、その部分については、冷媒配管３７からは極力離し、かつ断熱チューブ（図示せず）で被包することが望ましい。これにより、結露、錆付きが防止される。

一方、キャピラリチューブ３５を中間流量特性のものとした場合における、冷凍領域での絞り不足については、蒸発器３６の直後にアキュムレータ４２（液分離器）を設けることで対応している。アキュムレータ４２を設けることは、冷凍回路３１内に液冷媒を貯める調整容積をもたらすことになる。
冷凍領域では、プルダウン領域（急速冷却する領域）や冷蔵領域と比較すると、蒸発器３６での冷媒圧力が低く（冷媒の蒸発温度が低い）、冷媒ガスの密度が低いことから、圧縮機３２によってもたらされる冷媒の循環量は少ない。その結果、冷凍回路３１には液冷媒が余ることになるが、その余った液冷媒がアキュムレータ４２で貯められることから、液冷媒がキャピラリチューブ３５等に余分に流通することがなく、実質的にキャピラリチューブ３５には流量の絞り込み効果が出たことになる。これにより、中間的な流量特性のキャピラリチューブ３５を冷凍領域に用いた場合の絞り込み不足の問題は解消される。

キャピラリチューブ３５の共通化については、言い換えると、キャピラリチューブ３５に中間流量特性のものを用いた上で、蒸発器３６の出口の直後にアキュムレータ４２を設けて絞り込み効果を得ることによって液冷媒の流量を落とし、すなわち低流量の冷凍領域に適合させ、加えて、キャピラリチューブ３５における熱交換部４０Ａを入口に寄った側に設定して管内の総抵抗を減じることにより液冷媒の流量を増し、すなわち高流量のプルダウン領域と冷蔵領域に適合させるようになっている。

なお、アキュムレータ４２を設ける場合に、冷媒配管３７における熱交換部４０Ｂの下流側に設けると、熱交換部４０Ｂには冷媒が気液混合状態で流れる可能性があり、このとき液冷媒が蒸発する。これは言い換えると、本来蒸発器３６で行うべき液冷媒の蒸発を、熱交換部４０Ｂで余分な仕事として行うことになり、冷凍回路３１全体から見ると冷却能力の低下に繋がる。
その点この実施形態では、アキュムレータ４２を蒸発器３６の出口の直後、すなわち冷媒配管３７における熱交換部４０Ｂの上流側に設けたから、熱交換部４０Ｂにはガス冷媒しか流れず、したがって熱交換部４０Ｂ内で余分な蒸発作用を生じないために、冷凍回路３１全体として本来の冷却能力を確保できる。

また、キャピラリチューブ３５における熱交換部４０Ａを入口に寄った側に設定したことで、冷凍側でも液冷媒の流量増加が起きることが懸念されるが、以下のようにそのおそれはない。
キャピラリチューブ３５を備えた冷凍回路３１では、基本的に冷媒を高圧側と低圧側とで持ち合う形で成立しており、概念的には、冷蔵領域（プルダウン領域も含む）では、冷媒は凝縮器３３、次に蒸発器３６にあり、冷凍領域では、冷媒は蒸発器３６とアキュムレータ４２にその多くがあり、逆に凝縮器３３では少量である。したがって冷蔵領域では、冷媒は完全に液流としてキャピラリチューブ３５に流れ込むものの、冷凍領域では気液混合で流れるために、流量自体がかなり減量されており、したがってキャピラリチューブ３５の入口に寄った位置で熱交換して過冷却したとしても、流量の増加には大して繋がらない。
逆に、アキュムレータ４２を設けたことで、冷蔵領域（プルダウン領域も含む）でも流量減少が起きることが懸念されるが、上記とは逆の理由により、冷蔵領域（プルダウン領域も含む）では、圧縮機３２によってもたらされる冷媒の循環量が多く、冷凍回路３１に液冷媒が余ることが少なくてアキュムレータ４２に貯められる余地が少なく、よって流量減少が起きるおそれはほとんどないと考えられる。

上記したように、構造的には冷却ユニット３０を冷蔵用と冷凍用とで共通化している一方で、運転の制御に関しては個々に行うようになっている。これはまず、冷却ユニット３０を共通化した場合に、冷蔵、冷凍の別、あるいは庫内容積の大小等の条件によって、例えばプルダウン冷却時の温度特性が大きく変わるおそれがある、といった認識に基づく。
インバータ圧縮機を積んだ冷却ユニットでは、プルダウン冷却時には許容される最大限の高速運転を行うのが普通であるが、庫内に食品を入れない同条件でプルダウン冷却をした場合、断熱箱体（庫内容積）の大きいもの、中間のもの、小さいものでは、図６に示すように、庫内の温度カーブに明確な差ができる。温度降下の度合いの差は、庫内外の温度差が同じ場合、断熱箱体の表面積に比例すること、箱が大きくなるほど庫内の内壁材料や棚網の熱容量が大きいとの理由による。

一方、業務用冷蔵庫（冷凍庫、冷凍冷蔵庫でも同様）では、プルダウン冷却の温度特性は重要視される。例えば、２０℃といった高い庫内温度からの冷却は、設置後の初期運転の他、メンテナンス等で電源を切って数時間後の再運転、食材搬入時の数分間の扉開放、あるいは熱い食品を入れた場合等に、ほぼ限られるのであるが、業務用冷蔵庫は、食材を出し入れすべく扉が頻繁に開閉され、かつ周囲温度も比較的高いことを考慮すると、庫内温度が上昇しやすく、そのときの復帰力として温度降下の特性は十分に考慮される。
それがためにプルダウン冷却時の性能試験は必須であるが、上記のように冷却速度は断熱箱体に依存するところが大きいため、この性能試験については、冷却ユニットとそれが搭載される断熱箱体とを組合せた状態で行う必要がある。そのため、折角冷却ユニットを共通化しても性能試験の煩雑さは解消し得ないという問題がある。

そこでこの実施形態では、プルダウン冷却時に、断熱箱体に依存することなく、庫内を所定の温度カーブに沿って温度制御する手段が講じられている。
その一例を説明すると、図７に示すように、マイクロコンピュータ等を備えて所定のプログラムを実行する制御部４５が備えられ、上記した冷却ユニット３０を搭載したユニット台３８の上面に設けられた電装箱３９内に収納されている。制御部４５の入力側には、庫内温度を検出する庫内温度センサ４６が接続されている。
制御部４５には、クロック信号発生部４８とともにデータ格納部４９が設けられ、このデータ格納部４９には、プルダウン冷却時の理想の温度カーブとして、図８に示すように、一次関数の直線ａが選定されて格納されている。このように理想カーブが直線ａの場合は、目標となる庫内温度降下度（単位時間当たりの温度変化：ΔＴ／Δｔ）は、庫内温度によらず一定値Ａとなる。
制御部４５の出力側には、インバータ回路５０を介してインバータ圧縮機３２が接続されている。

作動としては、庫内温度が庫内設定温度を所定以上上回ったところでプルダウン制御が開始され、所定時間間隔ごとに庫内温度が検出される。
図９に示すように、その検出のタイミングごとに、実際の庫内温度降下度Ｂが算出され、この算出値Ｂが、データ格納部４９から読み出された目標値Ａと比較され、算出値Ｂが目標値Ａ以下であると、インバータ回路５０を介してインバータ圧縮機３２の回転数が増加され、逆に、算出値Ｂが目標値Ａよりも大きいと、圧縮機３２の回転数が減少され、これが所定時間間隔ごとに繰り返されて、理想カーブ（直線ａ）に沿うようにしてプルダウン冷却される。

上記したプルダウン冷却ののち、冷蔵も冷凍も、庫内温度を予め設定された設定温度付近に維持するコントロール冷却が実行されるが、上記のようにインバータ圧縮機３２を備えたことに伴い、以下のような利点が得られる。それは、コントロール冷却を行う際、設定温度の近傍でインバータ圧縮機３２の速度（回転数）を段階的に落とすように制御すると、温度降下が極めてゆっくりとなるため、圧縮機３２の連続オン時間が圧倒的に長くなり、言い換えると圧縮機のオンオフの切り替え回数が大幅に減少し、また低回転で運転されることから、高効率化、省エネルギ化に繋がる。
上記において、インバータ圧縮機３２が低速運転される場合の冷却能力は、想定される標準的な熱負荷を上回るように設定する必要がある。想定熱負荷に満たない冷却能力しかないと、庫内温度が設定温度まで下がることなく、熱的にバランスしてその手前に留まってしまうためである。本実施形態のように、インバータ圧縮機３２を含めて冷却ユニット３０を共通化した場合には、装着される相手の断熱箱体のうち、最も熱侵入量の大きいものを熱負荷として考える必要がある。

ところで特に業務用の冷蔵庫（冷凍庫も同じ）では、食材を一定品質で貯蔵できるように、庫内の温度分布のばらつきを抑えることに特に配慮しており、そのため冷却ファン２５には、風量を大きく取って風循環の機能も果たさせていることから、そのモータの発熱量は比較的大きいという事情がある。それに、食材の熱容量、周囲温度、扉の開閉頻度等の条件が重なると、時として予想以上に熱負荷が大きくなり、インバータ圧縮機３２が低速運転されているにも拘わらず、庫内温度が設定温度の手前に留まってしまったり、あるいは温度降下しても微小変化であるためにオン時間が異常に長くなる可能性がある。
冷蔵庫の機能としては、設定温度に極めて近い温度に留まって維持されれば、何ら問題ないと言う考え方もできるが、冷蔵庫では、インバータ圧縮機３２がオンしたままひたすら運転が継続されるのは余り芳しくない。これは、運転が継続されている間は、扉１７の開閉に伴う庫外から侵入空気や、食材から出る水蒸気によって、蒸発器３６に霜が着き続けるからである。これに対して、適宜にインバータ圧縮機３２がオフになると、蒸発器３６が０℃以上に昇温されて霜取りがなされるため、適度なオフ時間を持つことは、冷蔵庫において蒸発器３６の熱交換機能を維持するためにも好ましいと考えられる。

そこでこの実施形態では、コントロール冷却時において、インバータ圧縮機３２を用いることの利点を活かして省エネルギを実現し、その上で確実にオフ時間が取れるような制御手段が講じられている。
端的には、コントロール領域におけるインバータ圧縮機３２の運転中は、上記したプルダウン領域と同様に、庫内温度が理想の温度カーブに沿うようにインバータ圧縮機３２の駆動が制御される。この温度カーブは例えば、図１０に示すように、プルダウン冷却時の理想カーブ（直線ａ）と比べて、勾配が緩やかとなった直線ａ1 として設定される。この理想カーブａ1 でも、目標となる庫内温度降下度は一定であり、ただし理想カーブａに比べて小さい値となる。
理想カーブａ1 は同様にデータ格納部４９に格納され、同じく制御部４５に格納されたコントロール冷却用のプログラムの実行時に利用される。

コントロール冷却の制御動作は、基本的にはプルダウン冷却時と同様であって、プルダウン冷却によって庫内温度が、設定温度Ｔｏよりも所定値高い上限温度Ｔｕまで下がると、コントロール制御に移行する。ここでは、所定時間間隔を開けて庫内温度が検出されて、そのタイミングごとに、実際の庫内温度降下度が算出されて、理想の温度カーブａ1 における庫内温度降下度の目標値（一定）と比較され、算出値が目標値以下であるとインバータ圧縮機３２の回転数が増加され、逆に、算出値が目標値よりも大きいと圧縮機３２の回転数が減少され、これが所定時間間隔ごとに繰り返されて、理想カーブ（直線ａ1 ）に沿うようにして、ゆっくりと温度降下する。
そして庫内温度が、設定温度Ｔｏよりも所定値低い下限温度Ｔｄまで下がると、インバータ圧縮機３２がオフとなり、庫内温度がゆっくりと上昇に転じ、上限温度Ｔｕまで復帰したら、再び温度カーブａ1 に沿った温度制御が行われ、この繰り返しによって、庫内がほぼ設定温度Ｔｏに維持されることになる。
このコントロール冷却時の制御によれば、インバータ圧縮機３２を利用して省エネルギで冷却でき、なおかつインバータ圧縮機３２の運転停止時間を適宜に確実に取ることができ、蒸発器３６で一種の除霜機能を発揮させて、大量に着霜することを防止できる。

このように例えば冷蔵側では、プルダウン冷却からコントロール冷却にわたり、庫内が理想カーブａ，ａ1 を含む温度特性Ｘ（図１１参照）に倣うようにインバータ圧縮機３２の駆動を制御する運転プログラムが設けられる。
一方冷凍側では、基本的な制御動作は同じであるとしても、庫内設定温度が異なるし、またコントロール冷却中、着霜を極力抑えるべく、インバータ圧縮機３２の運転時間を冷蔵側よりも短くするといったように、理想カーブが自ずと違うものとなるから、冷凍側では、例えば同図の温度特性Ｙに倣うようにインバータ圧縮機３２の駆動を制御する運転プログラムが必要とされる。
したがって制御部４５には、冷蔵用と冷凍用とに、目標とする温度カーブを含めた別々の運転プログラムが格納され、冷却ユニット３０が冷蔵室１５と冷凍室１６とのいずれに設置されるかによって、それぞれに対応した運転プログラムが実行されるようになっている。

本実施形態は上記のような構造であって、設置現場へは、断熱箱体からなる本体１０と、２つの共通化された冷却ユニット３０とが分割されて搬入され、冷蔵室１５と冷凍室１６の天井部の開口部２１にそれぞれ装着される。そののち冷蔵室１５と冷凍室１６について、それぞれ庫内設定温度が入力されるとともに、電装箱３９に備えた図示しないスイッチ等により、冷蔵室１５側に装着された冷却ユニット３０に付設された制御部４５では、冷蔵室１５用の運転プログラムが選択され、一方、冷凍室１６側に装着された冷却ユニット３０に付設された制御部４５では、冷凍室１６用の運転プログラムが選択される。
そして冷蔵室１５と冷凍室１６とは、個別の運転プログラムに基づいて、冷却制御されることとなる。

以上のように本実施形態では、キャピラリチューブ３５について冷蔵用と冷凍用の中間の流量特性のものを用いた上で、蒸発器３６の出口の直後にアキュムレータ４２を設けて絞り込み効果を得ることによって低流量の冷凍領域に適合させ、加えてキャピラリチューブ３５における熱交換部４０Ａを入口に寄った側に設定して管内の総抵抗を減じることにより高流量の冷蔵領域にも適合可能としたから、従来別々であった冷蔵用と冷凍用の冷却ユニット３０が共通化できる。それに加え、庫内容積の大小等の条件によって定まる適正な冷却能力を得るためには、インバータ圧縮機３２を使用することで対応している。
そのため、冷蔵、冷凍の別、あるいは庫内容積の大小等の条件に応じて、従来多数種準備されていた冷却ユニット３０を、相当な範囲まで共通化することが可能となる。その結果、冷却ユニット３０の設計、生産、管理等の多数の工程が簡略化でき、もって大幅なコストダウン等を図ることができる。

＜関連技術＞
上記実施形態の中で、冷蔵室１５側では、庫内設定温度近くでインバータ圧縮機３２が低速運転され、さらに適宜にオンオフが繰り返されることで庫内がほぼ設定温度に維持されるコントロール運転が行われる際、圧縮機３２の停止中にも、冷却ファン２５を定常速度に比べて低速で駆動するようにしてもよい。
すなわち圧縮機３２の運転が停止されると、冷却ファン２５が減速され、その間に蒸発器３６の温度が上昇して付着した霜が溶かされて気化され、冷却ファン２５により湿気を含んだ空気が冷蔵室１５内に吹き込まれて高湿度に維持される。

仮に、圧縮機３２の停止後も冷却ファン２５を定常運転速度で運転し続けていると、蒸発器３６は冷蔵室１５内からの熱（冷蔵室１５内の空気温度は蒸発器３６よりも高い）と、圧縮機３２の停止直後に蒸発器３６内に流入する高温の液冷媒からの熱とによって早期に温度上昇する可能性があるが、冷却ファン２５が減速されているから、高温冷媒から流入する熱は蒸発器３６に付着している霜・氷を融解させる潜熱として消費され、蒸発器３６の温度上昇は少ない。また、冷却ファン２５が減速しているため、モータの発熱が低下し、さらに蒸発器３６で冷やされた冷気が庫内壁に吹き付けられることがなくなって庫内壁が不必要に冷却されないから、庫内壁を通じた熱流入が小さくなる。

その結果、庫内温度の上昇が遅れ、それだけ圧縮機３２の停止時間が長く取れる。すなわち圧縮機３２の稼働率を低く抑えて、省エネルギに寄与し得る。
また圧縮機３２の停止後、冷凍回路３１の高低圧が圧力バランスするのに、３〜５分ほど必要であり、圧縮機３２の停止時間が短いと、圧力差があるままに圧縮機３２が再起動されることとなって、旨く始動できない可能性があるが、上記のように圧縮機３２の停止時間が長く取れることで、圧力バランスが成ったのちに圧縮機３２が再起動されることになり、始動の信頼性が高められる。
なお、上記と同様の効果を得るために、圧縮機３２の停止中には、蒸発器３６に付着した霜が溶けるまでの間は冷却ファン２５の駆動を停止または減速させ、その後に定常速度で駆動を再開するようにしてもよい。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、冷却ユニットの冷却能力を調整する手段として、圧縮機にインバータ圧縮機を用いた場合を例示したが、これに限らず、多気筒で負荷に応じて駆動する気筒数を調整するアンロード機能付きの圧縮機等、他の容量可変式の圧縮機を用いてもよい。
（２）冷却ユニットの冷却能力を調整する他の手段として、冷凍回路の冷媒の量を制御するようにしてもよい。例えばバイパス回路を設けて、凝縮器から出た冷媒を蒸発器を通さず圧縮機へ戻すようにしたり、あるいは圧縮機の吐出側から出た冷媒を蒸発器を通さずに圧縮機の吸込側へ戻すようにすれば、冷却能力を落とすことは可能である。

（３）例えば、冷蔵用と冷凍用に使い分けられる冷却ユニットであっても、装着される相手の断熱箱体の容積等との兼ね合いによっては、同じ冷却能力を持てば良い場合があり、その際は敢えてインバータ圧縮機を用いなくても、定速圧縮機を用いれば足りるから、そのようなものも本発明の技術範囲に含まれる。
（４）アキュムレータを設ける位置は、熱交換部の下流側としてもよい。
（５）その他本発明は、冷蔵庫単体、冷凍庫単体、また他の容積比を持った冷凍冷蔵庫等にも同様に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る冷凍冷蔵庫の斜視図 その分解斜視図 冷凍回路図 冷却ユニットを設置した状態の部分断面図 キャピラリチューブ内の圧力変化を示すグラフ プルダウン領域での温度カーブを示すグラフ インバータ圧縮機の制御機構部のブロック図 プルダウン冷却時の理想の温度カーブを示すグラフ インバータ圧縮機の制御動作を示すフローチャート コントロール領域での温度変化を示すグラフ 冷蔵側と冷凍側の庫内温度特性を比較して示すグラフ

符号の説明

３０…冷却ユニット ３１…冷凍回路 ３２…インバータ圧縮機（圧縮機） ３３…凝縮器 ３５…キャピラリチューブ ３６…蒸発器 ３７…冷媒配管 ４０…熱交換装置 ４０Ａ…（キャピラリチューブ３５の）熱交換部 ４０Ｂ…（冷媒配管３７の）熱交換部 ４２…アキュムレータ

Claims (3)

1. 圧縮機、凝縮器、キャピラリチューブ及び蒸発器を冷媒配管で循環接続してなる冷却ユニットであって、
   前記キャピラリチューブが冷蔵用に適したものと冷凍用に適したものとの中間的な流量特性を有するものとされ、かつ前記蒸発器の出口側にはアキュムレータが設けられるとともに、前記キャピラリチューブの前半領域には、前記蒸発器の出口側の冷媒配管との間で熱交換可能な熱交換部が設けられていることを特徴とする冷却ユニット。
2. 前記圧縮機が、容量可変式の圧縮機であることを特徴とする請求項１記載の冷却ユニット。
3. 前記アキュムレータが、前記冷媒配管における前記キャピラリチューブとの熱交換部よりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の冷却ユニット。

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