JP2005249282A

JP2005249282A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2005249282A
Application number: JP2004059935A
Authority: JP
Inventors: Keiji Fujiwara; 啓司藤原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】冷却効率を向上できる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】鉱物系潤滑油により潤滑される圧縮機２の駆動により炭化水素系の冷媒が循環して冷凍サイクルを運転する冷蔵庫１において、冷凍サイクルを構成する蒸発器５の上方に傾斜して配されるアキュームレータ６に下方から冷媒が流入するインナーパイプ６ｆを設け、インナーパイプ６ｆの下方の下面側に穴径が２．５ｍｍ〜３ｍｍの油戻し穴６ｃを設けた。
【選択図】図５

Description

本発明は、冷凍サイクルを循環する気液混合した冷媒を分離するアキュームレータを備えた冷蔵庫に関する。

従来の冷蔵庫は圧縮機と凝縮器と蒸発器と絞り装置とアキュームレータとを有している。圧縮機を駆動すると気体の冷媒が圧縮され、凝縮器で凝縮される。液化した冷媒は絞り装置を経て蒸発器で蒸発し、アキュームレータを介して圧縮機に戻る。これにより、圧縮機及び凝縮器が高温側となり、蒸発器が低温側となる冷凍サイクルが運転される。

蒸発器から流出する冷媒は気液混合状態になっており、液体の冷媒が圧縮機のシリンダに流入すると圧縮効率の低下や液圧縮による圧縮機の故障が生じる。このため、アキュームレータにより気液分離して気体の冷媒を圧縮機に導く。

特許文献１には従来の冷蔵庫のアキュームレータが開示されている。アキュームレータは密閉された容器の下端から内部に突出して冷媒が流入するインナーパイプが設けられ、上端に冷媒が流出する流出口が設けられる。気液混合した冷媒はインナーパイプから流入し、液体の冷媒が重力により容器内に貯溜されるとともに気体の冷媒が流出口から流出する。この時、ミスト状の冷媒も流出口から流出し、高温側となる圧縮機の近傍で気化して圧縮機に流入する。

冷凍サイクル内には冷媒に加えて圧縮機内の駆動機構を潤滑する潤滑油が循環している。インナーパイプからアキュームレータに流入する潤滑油はミスト状になって流出口から流出するとともに一部が容器内に貯溜される。インナーパイプの下部の周面には油戻し穴が設けられる。容器内に貯溜された潤滑油及び冷媒は油戻し穴からインナーパイプに流入し、一部がミスト状になって流出口から流出する。この動作を繰り返すことによってアキュームレータ内に多量の潤滑油及び冷媒が停留することなく冷凍サイクル内を循環するようになっている。
特許第３２１４２２１号（第１頁−第２頁、第１図）

従来冷媒として広く用いられたフロンは環境上使用が減少傾向であり、近年炭化水素系の可燃性冷媒が用いられる。しかし、フロンは比較的液密度の高い物質であり、例えば代表的なフロンであるＨＦＣ−１３４ａと代表的な可燃性冷媒であるＨＣ−６００ａ（イソブタン）の−３０℃における液相密度はそれぞれ１．３９３g/cm³と０．６１６g/cm³である。

アキュームレータ内で共存する潤滑油の物性や圧力など差異はあるもののの、従来のフロン冷媒用に設計された油戻し穴を通過してインナーパイプに戻すためには、ＨＣ−６００ａは密度が小さいためにアキュームレータ内に大量に溜める必要がある。このため、非フロン冷媒においてはアキュームレータ内に高い液位で液冷媒および潤滑油が溜まる傾向となる。

その結果、冷媒や潤滑油がアキュームレータからオーバーフローして圧縮機に流入し、圧縮機が損傷する場合が生じる。この問題を解決するために、流出口から流出する冷媒量とバランスがとれるようにアキュームレータに冷媒を流入させると、冷凍サイクルを循環する冷媒量が少なくなる。従って、冷凍サイクルを循環する冷媒量を増加して冷却効率を向上させることができず、冷媒量が少ないため冷却効率が低い問題があった。

本発明は、圧縮機の損傷を防止するとともに冷却効率を向上できる冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、冷凍サイクルを運転する圧縮機と、前記圧縮機に接続して冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器の後段に配される絞り装置と、前記絞り装置の後段に配されて冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に配されるとともに気液分離を行うアキュームレータとを備え、冷媒とともに前記圧縮機の潤滑油を循環させる冷蔵庫において、前記アキュームレータは冷凍サイクル運転中に冷媒及び潤滑油が流入するインナーパイプを有し、前記インナーパイプの下方に穴径が２．５ｍｍ〜３ｍｍの油戻し穴を設けたことを特徴としている。

この構成によると、圧縮機により圧縮された気体の冷媒は凝縮器で凝縮して放熱し、絞り装置を経て減圧され、蒸発器で蒸発して吸熱する。蒸発器から流出する冷媒は気液混合状態でインナーパイプを介してアキュームレータに流入し、冷媒及び潤滑油が気体またはミスト状になって圧縮機に送られる。これにより、冷媒が循環して冷凍サイクルが運転される。液状の冷媒及び潤滑油はアキュームレータに貯溜され、インナーパイプの下方に設けられた油戻し穴からインナーパイプに再度流入して一部の冷媒及び潤滑油がミスト状になって圧縮機に送られる。この時、油戻し穴の穴径を２．５ｍｍ〜３ｍｍにしているため冷媒及び潤滑油が油戻し穴からインナーパイプに容易に流入し、アキュームレータに貯溜される冷媒及び潤滑油の量が少なくなる。油戻し穴を１個にするとより望ましく、油戻し穴を平面的に見て楕円または長円にするとよい。

また本発明は、上記構成の冷蔵庫において、前記冷凍サイクルを循環する冷媒が可燃性冷媒から成ることを特徴としている。この構成によると、可燃性冷媒が循環して冷凍サイクルが運転され、アキュームレータに貯溜される可燃性冷媒を少なくすることができる。

また本発明は、上記構成の冷蔵庫において、前記冷凍サイクルを循環する冷媒が炭化水素系冷媒から成るとともに、前記潤滑油が鉱物系潤滑油から成ることを特徴としている。この構成によると、炭化水素系冷媒は相溶性の高い鉱物系潤滑油に溶解してアキュームレータに貯溜され、油戻し穴からインナーパイプに流入する。

また本発明は、上記構成の冷蔵庫において、前記アキュームレータは冷媒の流入側が下方で流出側が上方に配置されることを特徴としている。この構成によると、冷媒及び潤滑油は重力によりアキュームレータ内に貯溜される。

また本発明は、上記構成の冷蔵庫において、前記インナーパイプを鉛直方向に対して傾斜して配置し、前記油戻し穴を前記インナーパイプの下面側に設けたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の冷蔵庫において、前記アキュームレータの下方に前記蒸発器を配置し、前記蒸発器を昇温して除霜する除霜手段を設けたことを特徴としている。この構成によると、圧縮機が停止され、冷媒が油戻し穴を介してアキュームレータから蒸発器に流下した状態で除霜手段により蒸発器を昇温して除霜される。

また本発明は、上記構成の冷蔵庫において、前記蒸発器を複数設けたことを特徴としている。この構成によると、液体の冷媒は複数の蒸発器に分岐して導かれ、各蒸発器で蒸発して気液混合状態の冷媒がアキュームレータに流入する。

本発明によると、アキュームレータに冷媒及び潤滑油が流入するインナーパイプの下方に径が２．５ｍｍ〜３ｍｍの油戻し穴を設けたので、アキュームレータに貯溜される冷媒を容易にインナーパイプに導いて停留する冷媒を減少させることができる。従って、冷凍サイクルを循環する冷媒量を増加して冷却効率を向上させることができる。

また本発明によると、冷凍サイクルを循環する冷媒が可燃性冷媒から成るので、アキュームレータに停留する冷媒の減少によって安全性を向上させることができる。

また本発明によると、冷凍サイクルを循環する冷媒が炭化水素系冷媒から成るとともに、圧縮機の潤滑油が鉱物系潤滑油から成るので、鉱物系潤滑油に炭化水素系冷媒が溶解した液体を容易に油戻し穴からインナーパイプに導くことができる。

また本発明によると、アキュームレータは冷媒の流入側が下方で流出側が上方に配置されるので、自重により液状の冷媒を貯溜して容易に気液分離することができる。

また本発明によると、インナーパイプを鉛直方向に対して傾斜して配置し、油戻し穴をインナーパイプの下面側に設けたので、インナーパイプの流入側端部から離れて簡単に形成される油戻し穴を鉛直方向の下方に容易に配置できる。

また本発明によると、アキュームレータの下方に設置された蒸発器を除霜する除霜手段を設けた冷蔵庫において、アキュームレータに停留する冷媒が少ないため圧縮機を停止した除霜時に油戻り穴から蒸発器に流入する冷媒量が少ない。このため、除霜手段により蒸発器を昇温した際に冷媒の蒸発に使われる熱量を低減することができ、除霜効率を向上することができる。

また本発明によると、油戻し穴を１個にしたので、アキュームレータに貯溜される冷媒を容易にインナーパイプに導くことができるとともに、冷媒の逆流による圧力損失の増加を防止することができる。

また本発明によると、油戻し穴を平面的に見て楕円または長円にしたので容易に形成することができる。

また本発明によると、複数の蒸発器を有するので、アキュームレータに停留する冷媒量が少ないため冷媒の流通量の少ない高温側の蒸発器の冷媒不足による冷却能力低下を防止することができる。また、一部の蒸発器に多量に流れて未蒸発の液冷媒がアキュームレータに多量に流入しても、穴径が２．５〜３ｍｍの油戻り穴によりインナーパイプに冷媒を導いて液冷媒が圧縮機に流入することを防止できる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の冷蔵庫の冷凍サイクルを示す回路図である。冷蔵庫１は気体の冷媒を圧縮して送出し、矢印Ｄの方向に冷媒を循環して冷凍サイクルを運転する圧縮機２を有している。冷媒として環境に対する影響の少ない炭化水素系の可燃性冷媒が用いられる。圧縮機２には凝縮器３が接続される。凝縮器３は圧縮された気体の冷媒を外気との熱交換によって凝縮する。これにより、圧縮機２及び凝縮器３が冷凍サイクルの高温側となる。

凝縮器３の後段には減圧により冷媒を気化する絞り装置４が配される。絞り装置４の後段には蒸発器５が配される。蒸発器５は更に液体の冷媒を気化する。これにより、絞り装置４及び蒸発器５が冷凍サイクルの低温側となる。

蒸発器５は冷蔵室を冷却する冷気を生成する冷蔵室蒸発器５ａと、冷凍室を冷却する冷気を生成する冷凍室蒸発器５ｂとから成っている。絞り装置４を通過した冷媒はバルブ（不図示）によって所定の配分で分岐して冷蔵室蒸発器５ａ及び冷凍室蒸発器５ｂに送られる。これにより、冷蔵室及び冷凍室が独立に冷却されるようになっている。また、冷蔵室蒸発器５ａ及び冷凍室蒸発器５ｂをそれぞれ除霜する除霜ヒータ７（除霜手段）が設けられている。

蒸発器５と圧縮機２との間にはアキュームレータ６が配される。アキュームレータ６は冷蔵室蒸発器５ａ及び冷凍室蒸発器５ｂにそれぞれ連結されるアキュームレータ６ａ、６ｂから成っている。アキュームレータ６は蒸発器５から流出した気液混合状態の冷媒を気液分離する。これにより、液体の冷媒が圧縮機２に流入することによる圧縮効率の低下や液圧縮による圧縮機２の故障を防止する。

蒸発器５及びアキュームレータ６は冷蔵庫１の背面に配される。図２、図３、図４は蒸発器５及びアキュームレータ６の接続状態を示す背面図、上面図、側面図である。尚、これらの図において冷凍室蒸発器５ｂとアキュームレータ６ｂの接続状態を示しているが、冷凍室蒸発器５ａとアキュームレータ６ａの接続状態も同様になっている。

蒸発器５は冷媒が流入する流入部５ｅを上部に有した冷媒管５ｃを蛇行し、下端で上方に戻るように前後２列に形成される。冷媒管５ｃには多数の放熱フィン５ｆが設けられている。アキュームレータ６は蒸発器５の上方に設けられる。アキュームレータ６の下部は蒸発器５ｃの流出側に接続され、上部を圧縮機２（図１参照）に接続される。冷媒の流入部と上部の流出部とは傾斜して配置されている。

図５はアキュームレータ６の構成を示す断面図である。傾斜して配されるアキュームレータ６は筒状の容器６ｅの上部に冷媒が流出する流出口６ｄが設けられる。容器６ｅの下部には傾斜したインナーパイプ６ｆが容器６ｅの内部に突出して設けられる。インナーパイプ６ｆは容器６ｅ内部に配される先端を開口する。

矢印Ａに示すようにインナーパイプ６ｆの下方から気液混合状態の冷媒が流入すると、先端から吐出され（矢印Ｂ）、気体の冷媒が流出口６ｄから流出する。また、液体の冷媒が重力により容器６ｅ内に貯溜される（矢印Ｃ）。これにより気液分離が行われる。尚、気体の冷媒と微細な液体の冷媒とが混合したミスト状の冷媒は流出口６ｄから流出し、高温となる圧縮機２の近傍で液体の冷媒が蒸発して圧縮機２に送られる。

冷凍サイクル内には冷媒に加えて圧縮機２内の駆動機構を潤滑する潤滑油が循環している。潤滑油として鉱物系潤滑油が用いられる。炭化水素系冷媒は鉱物系潤滑油と相溶性が高く潤滑油に冷媒が溶解した状態で冷凍サイクル内を循環する。インナーパイプ６ｆからアキュームレータ６に流入する潤滑油は冷媒とともにミスト状になって流出口６ｄから流出する。これにより、圧縮機２が潤滑される。また一部の潤滑油は冷媒とともに容器６ｅ内に貯溜される。

インナーパイプ６ｆには下方の下面側に直径３ｍｍの油戻し穴６ｃが形成される。容器６ｅ内に貯溜される冷媒及び潤滑油は油戻し穴６ｃを介してインナーパイプ６ｆに再度流入し、ミスト状になって流出口６ｄから流出する。一部の冷媒及び潤滑油は容器内に再度貯溜され、油戻し穴６ｃを介してインナーパイプ６ｆに流入する。この動作が繰り返し行われる。

容器６ｅ内に貯溜される液（冷媒及び潤滑油）はその重量による圧力によって油戻し穴６ｃからインナーパイプ６ｆに流入する。このため、油戻し穴６ｃからインナーパイプ６ｆに流入する液量は油戻し穴６ｃに対する液面の高さＨ及び穴径に依存する。そして、インナーパイプ６ｆから容器６ｅに貯留される液量と油戻し穴６ｃからインナーパイプ６ｆに流入する液量が均衡して容器６ｅ内に一定量の液が停留する。このため、油戻し穴６ｃの穴径が大きいと液面の高さＨが低くなり、穴径が小さいと液面の高さＨが高くなる。

図６は、油戻し穴６ｃの穴径及び数量をパラメータとして冷凍サイクルを循環する冷媒量と冷却能力との関係を実験により得た結果を示す図である。縦軸は冷凍室の温度（単位：℃）を示しており、横軸は冷媒量（単位：ｇ）を示している。図中、Ｅ１は直径が３ｍｍの油戻し穴６ｃを１個設けた本実施形態の場合を示している。Ｅ２は直径１．４ｍｍの油戻し穴６ｃを１個設けた場合を示している。Ｅ３は直径２ｍｍの油戻し穴６ｃを２個設けた場合を示している。

尚、容積５００Ｌタイプの大型冷蔵庫を用い、外気温３０℃で冷蔵室温度を一定にした状態で圧縮機２を一定速度で連続運転している。冷媒は炭化水素系のイソブタン、潤滑油は鉱物系潤滑油である。

Ｅ２の場合は油戻し穴６ｃの穴径が小さいため、油戻し穴６ｃからインナーパイプ６ｆに流入する液量が少なくなる。このため、容器６ｅに停留する冷媒量が増加して冷却効率が低い。更に、冷媒量を増加して６５ｇを超えるとオーバーフローする。

これに対して、本実施形態（Ｅ１）の場合は油戻し穴６ｃからインナーパイプ６ｆに流入する液量が多くなり、容器６ｅに停留する冷媒量が少ないため冷却効率を向上することができる。また、冷媒量が６０ｇ付近で冷凍室温度が極小となるため、製造工程のバラツキによって冷媒量がプラスマイナス５ｇ程度変動しても安定した冷却能力を提供することができる。尚、冷媒量が適正量（この場合は６０ｇ）を超えるとミスト状の液冷媒が圧縮機に戻り始めるため、圧縮機のシリンダの圧縮効率が低下して冷凍室温度が上昇する。

また、Ｅ３の場合はＥ２の場合よりも冷却効率が向上する。しかし、Ｅ１の場合に比して油戻し穴６ｃの総開口面積が約１２％低減しただけに過ぎないが、Ｅ１の場合よりも著しく冷却効率が低い。従って、小径の油戻し穴６ｃを複数設けても油戻し穴６ｃからインナーパイプ６ｆに流入する液量が少なく、冷却効率の改善効果が低い。

これは、油戻し穴６ｃの穴１個あたりの開口面積がＥ１より小さく、冷媒を含む潤滑油がインナーパイプ６ｆに戻る抵抗が大きいために容器６ｅに停留する冷媒量が増加して冷却効率が低下するからである。小径の油戻し穴６ｃを複数設けた場合は冷却効率の改善効果が小さく有効ではない。

図示しないが、直径が２．５ｍｍの油戻し穴６ｃを１個設けた場合は本実施形態と同様に冷媒量が６０ｇ付近で冷凍室温度が極小となるとともにＥ１、Ｅ２よりも冷却能力が向上する。また、直径が３ｍｍを超える油戻し穴６ｃを１個設けた場合は油戻し穴６ｃからインナーパイプ６ｆに流入する液による騒音が大きくなる。従って、油戻し穴６ｃの穴径を２．５ｍｍ以上３ｍｍ以下にすると冷却能力が高く騒音の低い冷蔵庫を得ることができる。

また、穴径が２．５ｍｍ以上３ｍｍ以下の油戻し穴６ｃを複数設けるとインナーパイプ６ｆ流入した冷媒が重力により逆流して圧力損失が増加する。このため、油戻し穴６ｃを１個設けるとよい。尚、油戻し穴６ｃの穴形状を楕円や長円にしてもよい。この場合は短径及び長径を２．５ｍｍ以上３ｍｍ以下にすればよい。これにより、油戻し穴６ｃを平面的に見て真円に加工するよりも打ち抜きにより簡単に形成することができる。

また、油戻し穴６ｃはインナーパイプ６ｆの端部に近接すると加工が困難になる。このため、インナーパイプ６ｆの端部から所定の距離Ｌ（図５参照）だけ離れて形成した油戻し穴６ｃを傾斜したインナーパイプ６ｆの下面側に配置することによって油戻し穴６ｃの位置をより下方に配置することができる。このことによっても、容器６ｅ内に停留する冷媒量を減少して冷却効率を向上することができる。

蒸発器５を除霜する際には圧縮機２が停止され、除霜ヒータ７が駆動される。この時、蒸発器５の上方に配されるアキュームレータ６から油戻し穴６ｃを介して冷媒が蒸発器５に流入する。除霜ヒータ７による熱量は除霜とともに冷媒の蒸発にも使用される。本実施形態ではアキュームレータ６に停留する冷媒量が少ないため蒸発器５に流入する冷媒が少なく、冷媒の蒸発に用いられる熱量を削減して除霜効率を向上することができる。

また、冷蔵室蒸発器５ａと冷凍室蒸発器５ｂとを有して冷媒が分岐して流通するため、それぞれに流通する冷媒量にバラツキが生じ易い。このため、冷凍室蒸発器５ｂの未蒸発冷媒がアキュームレータ６ｂに大量に流入する場合がある。この時、冷媒と潤滑油との相溶性が高いため、液冷媒がアキュームレータ６ｂ内の潤滑油に優先的に溶け込む。その結果、冷凍サイクルの見かけ上の冷媒循環量が減少して、冷凍室蒸発器５ｂよりも冷媒流通量が少ない冷蔵室蒸発器５ａが冷媒不足となり冷却能力が低下する。

本実施形態では油戻り穴６ｃの穴径を２．５〜３ｍｍとすることでアキュームレータ６に停留する潤滑油の量が少ない。従って、潤滑油に溶け込む冷媒の絶対量が少量となるため、冷媒循環量の減少を抑制して冷蔵室蒸発器５ａの冷却能力の低下を防止することができる。

また、一方の蒸発器に冷媒が多量に流入して未蒸発の液体の冷媒が多量にアキュームレータ６に流入しても、径が２．５〜３ｍｍの油戻り穴６ｃにより気体またはミスト状にして圧縮機２に送出できるため液冷媒が圧縮機２に流入することを防止できる。

は、本発明の実施形態の冷蔵庫の構成を示すブロック図である。は、本発明の実施形態の冷蔵庫の要部を示す背面図である。は、本発明の実施形態の冷蔵庫の要部を示す上面図である。は、本発明の実施形態の冷蔵庫の要部を示す側面図である。は、本発明の実施形態の冷蔵庫のアキュームレータを示す断面図である。は、本発明の実施形態の冷蔵庫の冷媒量と冷却能力との関係を示す図である。

符号の説明

１冷蔵庫
２圧縮機
３凝縮器
４絞り装置
５蒸発器
６、６ａ、６ｂアキュームレータ
６ｃ油戻り穴
６ｅ容器
６ｆインナーパイプ
７除霜ヒータ

Claims

冷凍サイクルを運転する圧縮機と、前記圧縮機に接続して冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器の後段に配される絞り装置と、前記絞り装置の後段に配されて冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器と前記圧縮機との間に配されるとともに気液分離を行うアキュームレータとを備え、冷媒とともに前記圧縮機の潤滑油を循環させる冷蔵庫において、前記アキュームレータは冷凍サイクル運転中に冷媒及び潤滑油が流入するインナーパイプを有し、前記インナーパイプの下方に穴径が２．５ｍｍ〜３ｍｍの油戻し穴を設けたことを特徴とする冷蔵庫。
前記冷凍サイクルを循環する冷媒が可燃性冷媒から成ることを特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫。
前記冷凍サイクルを循環する冷媒が炭化水素系冷媒から成るとともに、前記潤滑油が鉱物系潤滑油から成ることを特徴とする請求項２に記載の冷蔵庫。
前記アキュームレータは冷媒の流入側が下方で流出側が上方に配置されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷蔵庫。
前記インナーパイプを鉛直方向に対して傾斜して配置し、前記油戻し穴を前記インナーパイプの下面側に設けたことを特徴とする請求項４に記載の冷蔵庫。
前記アキュームレータの下方に前記蒸発器を配置し、前記蒸発器を昇温して除霜する除霜手段を設けたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の冷蔵庫。
前記油戻し穴を１個にしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の冷蔵庫。
前記油戻し穴を平面的に見て楕円または長円にしたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の冷蔵庫。
前記蒸発器を複数設けたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の冷蔵庫。