JP2006207980A - 冷凍装置及び冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる温度帯で機能する複数の吸熱器と中間圧部を有する圧縮機を冷凍サイクル中に設けた場合に高効率の運転を実現できる冷凍装置及びこの冷凍装置を備えた冷蔵庫を提供する。
【解決手段】 冷凍装置３０は、中間圧部を有する圧縮機１と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器２と、を備え、前記放熱器２の出口側の冷媒配管を分岐し、この分岐された一方の冷媒配管には第１の減圧手段６５と第１の吸熱器５７とを含む第１の吸熱手段１０が備えられ、前記分岐された他方の冷媒配管には第２の減圧手段６６と第２の吸熱器５８とを含む第２の吸熱手段１１が備えられる。また、前記一方の冷媒配管は前記圧縮機１の中間圧部に接続され、前記他方の冷媒配管は前記圧縮機１の前記中間圧部より低圧側の吸い込み部に接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蒸発温度の異なる複数の吸熱器を有する冷凍装置及びこの冷凍装置を備えた冷蔵庫に関する。

一般に、複数の吸熱器を有しこれらの吸熱器を異なる温度帯で運転することにより、温度の異なる複数の冷却負荷に対して高効率運転を図る冷凍装置が知られている。

このような冷凍装置の一例として、特許文献１には、圧縮機と凝縮器を共有すると共に２つの吸熱器を並列に接続し、これらの吸熱器を切り替えて冷凍室と冷蔵室を互いに独立して冷却する冷蔵庫が開示されている。
特開２０００−２３０７６７号公報

ところで、この種の冷凍装置において、中間圧部を有する圧縮機、例えば多段圧縮機構を持つ圧縮機を適用する場合がある。

このような中間圧部を有する圧縮機を上記の如き冷凍装置や冷蔵庫に適用する場合には、当該中間圧部の利用に適した冷凍サイクルを構築することで、更に高効率な運転が可能な冷凍装置を実現できる場合がある。

そこで、本発明は、異なる温度帯で機能する複数の吸熱器と中間圧部を有する圧縮機を、冷凍サイクル中に設けた場合、いずれの温度帯においてもより高効率の運転を実現できる冷凍装置及びこの冷凍装置を備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。

本発明の冷凍装置は、中間圧部を有する圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、を備え、前記放熱器の出口側の冷媒配管を分岐し、この分岐された一方の冷媒配管には第１の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段が備えられ、前記分岐された他方の冷媒配管には第２の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段が備えられる冷凍装置において、前記一方の冷媒配管は前記圧縮機の中間圧部に接続され、前記他方の冷媒配管は前記圧縮機の前記中間圧部より低圧側の吸い込み部に接続されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍装置において、前記第１の吸熱器から出た冷媒と、前記放熱器から出て且つ前記分岐する前の冷媒と、を熱交換可能な熱交換器を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置において、前記第１の吸熱手段と前記第２の吸熱手段とは異なる温度帯で機能することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の冷凍装置において、前記第１の吸熱手段よりも前記第２の吸熱手段の方が低い温度帯で機能することを特徴とする。

本発明の冷蔵庫は、請求項１乃至請求項４に記載の発明の冷凍装置を備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の冷蔵庫において、冷蔵室と、この冷蔵室よりも低い温度で運転される冷凍室と、を備え、前記第１の吸熱手段により前記冷蔵室を冷却し、前記第２の吸熱手段により前記冷凍室を冷却することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項４に記載の冷凍装置及び請求項５又は請求項６に記載の冷蔵庫において、冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする。

本発明では、異なる温度帯で機能する吸熱手段を備えたことにより、高効率の運転が可能な冷凍装置が提供される。更に本発明によれば、高効率で運転可能な冷蔵庫が提供される。

以下、本発明の冷凍装置及び当該冷凍装置を備えた冷蔵庫の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の一実施例を図面に基づき詳述する。図１は、本発明の一実施例としての冷凍装置の冷媒回路図を示している。冷凍装置３０は、圧縮機１と、この圧縮機１の吐出側に接続される放熱器２と、この放熱器２の出口側に接続される第１の吸熱手段１０及び第２の吸熱手段１１と、冷却熱交換器３２と、を備え、第１の吸熱手段１０の出口側が圧縮機１の中間圧部に、第２の吸熱手段１１の出口側が圧縮機１の吸い込み側に接続され冷凍サイクルが構成されている。

第１の吸熱手段１０は、分岐点９Ａからの冷媒が流通する第１膨張弁６５と、冷蔵用の吸熱器５７と、を含む。また第２の吸熱手段１１は、分岐点９Ａからの冷媒が流通する第２膨張弁６６と、冷凍用の吸熱器５８と、を含む。

第１の吸熱手段１０と第２の吸熱手段１１とは、異なる温度帯で機能するものであり、放熱器２からの冷媒配管が分岐点９Ａにて分岐し、一方が第１の吸熱手段１０、他方が第２の吸熱手段１１として接続され、夫々圧縮機１の中間圧部及び吸い込み口に導入される。

ここで第１膨張弁６５及び第２膨張弁６６は、絞りの程度を可変に構成される。この絞りの程度を変えることで、冷媒が吸熱器５７、５８に至るまでに所定の圧力に低下させ、同吸熱器５７、５８における冷媒の蒸発温度を制御することができる。

また本実施例の冷凍装置３０は、第１の吸熱手段１０と圧縮機１の中間圧部との間には、冷却熱交換器３２と、逆止弁７、とを備え、第２の吸熱手段１１と圧縮機１の吸い込み側との間には、逆止弁５２を備える。

冷却熱交換器３２は、放熱器２から出た冷媒と吸熱器５７を出た冷媒とを熱交換するために設けられるものであり、吸熱器５７を出た冷媒は当該冷却熱交換器３２を出た後、圧縮機１の中間圧部に接続されている冷媒導入管６を介して、前記中間圧部に導入される。また、冷媒導入管６には逆止弁７が備えられる。

尚、上記の如く第１膨張弁６５は絞りの程度を可変に構成され、この第１膨張弁６５の絞りの程度を変えることで、分岐点９Ａから第１の吸熱手段１０に流入した冷媒は冷却熱交換器３２に至るまでに所定の圧力に低下に低下させられる。そして、第１膨張弁６５を出た冷媒は、冷却熱交換器３２において、放熱器２を出た冷媒と熱交換して温められ、ガス冷媒となり、冷媒導入管６を経由して圧縮機１の中間圧部に戻されることとなる。

圧縮機１は２段圧縮機であり、密閉容器内に１段圧縮部１Ａと２段圧縮部１Ｂとを含み、１段圧縮部１Ａと２段圧縮部１Ｂとを接続する前記密閉容器外の冷媒配管上に中間冷却器１Ｃが備えられる。また、上記冷媒導入管６は、冷却熱交換器３２を出たガス冷媒を、圧縮機１の中間圧部、即ち中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間に導入可能に接続される。尚、冷却熱交換器３２を出たガス冷媒は冷媒導入管６内の差圧により破線矢印で示すように圧縮機１の中間圧部に導入される。また、この圧縮機１は２段圧縮機に限定するものではなく、例えば、１段圧縮機であれば冷媒導入管６は１段圧縮機の中間圧部に戻せばよい。また、複数台の圧縮機を接続した構成でも可能でよい。

また本実施例では、吸熱器５７を経た冷風が吸熱器５７付近に設けられたファン６３によりダクト５７Ａを経て冷蔵室２１に送られ、吸熱器５８を経た冷風が吸熱器５８付近に設けられたファン６４によりダクト５８Ａを経て冷凍室２２に送られる。

ここで、本実施例の冷凍装置３０には冷媒として環境負荷の小さい、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素冷媒（ＣＯ₂）を使用しており、圧縮機２の潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＯＥ（ポリオールエステル）等が使用される。

以上の構成により、本実施例における冷凍装置３０の動作について、図１及び図２を参照して説明する。図２は、本実施例における冷凍サイクルのエンタルピ・圧力（ｐｈ）線図である。

本実施例の冷凍装置３０は、第２の吸熱手段１１を主として機能させる冷凍運転と、第１の吸熱手段１０及び第２の吸熱手段１１とにより冷凍及び冷蔵を行う冷凍冷蔵運転と、が必要に応じて選択される。

まず冷凍運転につき、図２にて実線で示されるサイクル線図を用いて説明する。尚、この冷凍運転とは、上述した吸熱器５８を所定の温度（例えば、−２６℃付近）で機能させて冷凍室２２を集中的に冷却する運転である。

本実施例において圧縮機１が運転されると、圧縮機１から吐出された冷媒は、放熱器２で放熱して冷却される。即ち、まず冷媒は（１）１段圧縮部１Ａの吸い込み、（２）１段圧縮部１Ａの吐出、（３）２段圧縮部１Ｂの吸い込み、（４）２段圧縮部１Ｂの吐出、の順に流通される。その後冷媒は、（５）放熱器２の出口であり、冷却熱交換器３２の入口、（７）冷却熱交換器３２の出口、から分岐点９Ａに至りここで分岐して、一部が第１の吸熱手段１０に、残りが第２の吸熱手段１１に流通する。尚、放熱器２を出た冷媒は、冷却熱交換器３２により過冷却された状態で分岐点９Ａに至ることになるが詳細は後述する。

分岐点９Ａから第１の吸熱手段１０に流通した冷媒は、（６）第１膨張弁６５の出口に至り、ガス／液体の２相混合体になる。そしてこの冷媒は、２相混合体の状態で吸熱器６３に流入するが、本冷凍運転においては当該吸熱器５７付近に設けられたファン６３を図示しない制御装置により停止させることにより、吸熱器５７の吸熱作用を略停止する。これにより、第１膨張弁６５から出た冷媒は吸熱器５７では周囲からほとんど吸熱することなく冷却熱交換器３２に至り、この冷却熱交換器３２において放熱器２から出た冷媒と熱交換して温められ、ガス冷媒となり冷媒導入管６を介して圧縮機１の中間圧部、即ち中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間に導入される。即ち、（６）は第１膨張弁６５の出口、（２１）は冷却熱交換器３２の出口、であり、ここを経た冷媒は、（３）の２段圧縮部１Ｂの吸い込みに至り、２段圧縮部１Ｂで圧縮される。尚、上記冷却熱交換器３２での熱交換により、放熱器２を出た冷媒は過冷却される。

一方、分岐点９Ａから第２の吸熱手段１１側に流通する冷媒は、上述の如く冷却熱交換器３２で上記第１の吸熱手段１０側に流通した冷媒と熱交換して過冷却された状態で第２膨張弁６６に至ることになる。即ち、第２の吸熱手段１１側に流通した冷媒は、（７）第２膨張弁６６の入口、（８）第２膨張弁６６の出口であり、吸熱器５８の入口、（２２）吸熱器５８の出口の順に流通される。尚、吸熱器５８に入った液冷媒は、図示しない制御装置によりファン６４が運転されているため、当該吸熱器５８にて蒸発し周囲から熱を吸収した後、圧縮機１の吸い込みに戻る。即ち、（１）は１段圧縮部１Ａの吸い込みである。

これに対して、冷凍冷蔵運転では、図２にて破線で示すサイクルが形成される。尚、この冷凍冷蔵運転とは、吸熱器５７及び吸熱器５８を所定の温度（例えば、吸熱器５７を−５℃付近、吸熱器５８を−５℃付近）で機能させて冷蔵室２１及び冷凍室２２を冷却する運転である。この場合も圧縮機１が運転されると、圧縮機１から吐出された冷媒は、放熱器２で放熱して冷却される。即ちまず冷媒は、（１）１段圧縮部１Ａの吸い込み、（２）１段圧縮部１Ａの吐出、（３）２段圧縮部１Ｂの吸い込み、（４）２段圧縮部１Ｂの吐出、の順に流通される。その後冷媒は、（５）放熱器２の出口であり、冷却熱交換器３２の入口、（１８）冷却熱交換器３２の出口、から分岐点９Ａに至りここで分岐して、一部が第１の吸熱手段１０に、残りが第２の吸熱手段１１に流通する。尚、放熱器２を出た冷媒は、上記冷凍運転時と同様に冷却熱交換器３２により過冷却された状態で分岐点９Ａに至ることになり、またその過冷却度は冷凍運転時よりも小さいものとなるが詳細は後述する。

分岐点９Ａから第１の吸熱手段１０に流通した冷媒は、（１６）第１膨張弁６５の出口に至り、ガス／液体の２相混合体になる。そしてこの冷媒は、２相混合体の状態で吸熱器６３に流入するが、本冷凍冷蔵運転においては上記冷凍運転時と異なり吸熱器５７付近に設けられたファン６３を図示しない制御装置により運転させることにより、吸熱器５７を機能させるものとする。これにより、第１膨張弁６５から出た冷媒は吸熱器５７で蒸発し周囲から吸熱した後、冷却熱交換器３２に至り、この冷却熱交換器３２で放熱器２から出た冷媒と熱交換して温められ、ガス冷媒の状態で冷媒導入管６を介して圧縮機１の中間圧部、即ち中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間に導入される。即ち、（１６）は第１膨張弁６５の出口であり、吸熱器５７の入口、（２１）は吸熱器５７の出口であり、冷却熱交換器３２の入口、（２５）は冷却熱交換器３２の出口であり、ここを経た冷媒は、（３）の２段圧縮部１Ｂの吸い込みに至り、２段圧縮部１Ｂで圧縮される。尚、上記冷却熱交換器３２での熱交換により、放熱器２を出た冷媒は過冷却されるが、本冷凍冷蔵運転では、上記冷凍運転時と異なり吸熱器５７の吸熱作用を機能させているため、冷却熱交換器３２での熱交換量は冷凍運転時よりも小さいものとなり、これにより放熱器５を出た後の冷媒の過冷却度は冷凍運転時よりも小さくなる。

一方、分岐点９Ａから第２の吸熱手段１１側に流通する冷媒は、上述の如く冷却熱交換器３２で上記第１の吸熱手段１０側に流通した冷媒と熱交換して過冷却された状態で第２膨張弁６６に至ることになる。即ち、第２の吸熱手段１１側に流通した冷媒は、（１８）第２膨張弁６６の入口、（１５）第２膨張弁６６の出口であり、吸熱器５８の入口、（２２）吸熱器５８の出口の順に流通される。吸熱器５８に入った液冷媒は、図示しない制御装置によりファン６４が運転されているため、当該吸熱器５８にて蒸発し周囲から熱を吸収した後、圧縮機１の吸い込みに戻る。即ち、（１）は１段圧縮部１Ａの吸い込みである。冷凍運転時、冷凍冷蔵運転時共に以上の如く冷媒が循環して状態が変化し、冷凍サイクルが形成される。

ここで、本実施例では冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、放熱器２周辺での雰囲気温度、即ち図２中の（５）放熱器２出口、における温度が本実施例の如く＋２２℃程度の場合でも、従来のフロン系冷媒やＨＣ系冷媒に用いられる冷媒回路、即ち放熱器２の直後に膨張弁６５、６６を設けるような冷媒回路では、膨張弁６５、６６に流入する冷媒の乾き度が高すぎるため、冷媒中のガス冷媒の割合が高く、十分な冷却性能を得ることが困難である。

そこで、本実施例では、分岐点９Ａにて冷媒配管を分岐しその一方に第１の吸熱手段１０を備えると共に冷却熱交換器３２を備え、この冷却熱交換器３２により第１及び第２の吸熱手段１０、１１に流入する冷媒を過冷却する構成としたことにより、上記の如き特性を持つ二酸化炭素冷媒を用いた場合でも高い冷却効果を得ることができる。またこのとき、第１の吸熱手段１０側を出た冷媒はガス冷媒として圧縮機１の中間圧部に導入するため、圧縮機１における圧縮効率をも向上させることができ、より一層冷凍装置３０の効率を向上することができる。

また冷凍運転時は、冷凍冷蔵運転時と異なり、吸熱器５７の付近に設けられたファン６３を停止して冷却熱交換器３２での熱交換量を増大させる構成としたため、第２の吸熱手段１１に流入する冷媒の過冷却をより大きくすることができ、より高効率な冷凍運転を行うことが可能になる。

次に本実施例の冷凍装置３０の冷蔵庫への適用例について図３を参照して説明する。

図３は本実施例の冷凍装置３０を備えた冷蔵庫の概略構成図を示している。この冷蔵庫４０は、上段に冷蔵室４１を備え、下段に冷凍室４２を備えて構成されている。そして、各室４１、４２の奥部には、夫々庫内仕切り壁６１、６２が設けられ、この庫内仕切り壁６１、６２で仕切られた風路４４内には、上述した吸熱器５７、５８、並びにファン６３、６４が設置される。

本実施例の冷蔵庫４０は、上記の如き構成の冷凍装置３０を備えるため、冷媒に二酸化炭素を用いた場合にも高い冷却性能と高効率運転が可能となる。

次に図４を参照して、本発明の他の実施例を説明する。図４はこの場合の冷凍装置５０の冷媒回路図を示している。本実施例では、上記実施例１と比較した場合、冷却熱交換器３２と圧縮機１の中間圧部との間の冷媒導入管６の途中で分岐点９Ｂを設け、一方の配管６Ａは上記実施例１と同様に圧縮機１の中間圧部、即ち圧縮機１における中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂと間に接続されると共に、他方の配管６Ｂを圧縮機１における１段圧縮部１Ａの吸い込み側に接続し、これら配管６Ａ及び６Ｂに電磁弁８Ａ及び８Ｂを備えた点が相違する。

これにより、本実施例の冷凍装置５０においては上記実施例１における冷凍運転、冷凍冷蔵運転に加えて、冷蔵運転を実行することができる。即ち、冷凍装置５０の冷蔵運転では、第２の吸熱手段１１の第２膨張弁６６を閉じて、電磁弁８Ａを閉じ且つ電磁弁８Ｂを開くことにより、第１の吸熱手段１０側のみに冷媒を流通させると共に、吸熱器５７の付近に設けられたファン６３を図示しない制御装置により運転することにより、冷蔵室２１を冷却する。尚、この場合には、冷蔵室２１の冷却負荷等の状態によっては、必要に応じて圧縮機１の回転数を低下させても良いものとする。また本実施例の冷凍運転時、冷凍冷蔵運転時には、上記冷蔵運転の場合と異なり、電磁弁８Ａを開き、電磁弁８Ｂを閉じるものとする。

尚、本実施例の冷凍装置５０は上記実施例１の冷凍装置３０と同様に、冷蔵庫に適用することが可能であることは云うまでもない。

以上、上記各実施例により本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、上記各実施例では、冷媒回路中に二酸化炭素冷媒を封入しているが、これに限定されるものではなく、それ以外のフロン系冷媒等を封入したものにも適用可能である。

また、上記各実施例における膨張弁６５、６６は必要に応じてキャピラリチューブに変更可能である。

本発明の冷凍装置の一実施例を示す冷媒回路図である。 本発明の冷凍装置の一実施例における冷凍サイクルのエンタルピ・圧力線図である。 本発明の一実施例における冷凍装置の冷蔵庫への適用例を示す概略構成図である。 本発明の冷凍装置の別の実施例を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
６ 冷媒導入管
７、５２ 逆止弁
８Ａ、８Ｂ 電磁弁
１０ 第１の吸熱手段
１１ 第２の吸熱手段
２１、４１ 冷蔵室
２２、４２ 冷凍室
３０、５０ 冷凍装置
３２ 冷却熱交換器
４０ 冷蔵庫
５７、５８ 吸熱器
６３、６４ ファン
６５ 第１膨張弁
６６ 第２膨張弁

Claims (7)

1. 中間圧部を有する圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、を備え、
   前記放熱器の出口側の冷媒配管を分岐し、この分岐された一方の冷媒配管には第１の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段が備えられ、前記分岐された他方の冷媒配管には第２の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段が備えられる冷凍装置において、
   前記一方の冷媒配管は前記圧縮機の中間圧部に接続され、前記他方の冷媒配管は前記圧縮機の前記中間圧部より低圧側の吸い込み部に接続されることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記第１の吸熱器から出た冷媒と、前記放熱器から出て且つ前記分岐する前の冷媒と、を熱交換可能な熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記第１の吸熱手段と前記第２の吸熱手段とは異なる温度帯で機能することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記第１の吸熱手段よりも前記第２の吸熱手段の方が低い温度帯で機能することを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置。
5. 請求項１乃至請求項４に記載の冷凍装置を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
6. 冷蔵室と、この冷蔵室よりも低い温度で運転される冷凍室と、を備え、
   前記第１の吸熱手段により前記冷蔵室を冷却し、前記第２の吸熱手段により前記冷凍室を冷却することを特徴とする請求項５に記載の冷蔵庫。
7. 冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の冷凍装置及び請求項５又は請求項６に記載の冷蔵庫。
   
   
   
   

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