JP2006207982A - 冷凍装置及び冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】 選択的に異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備えた場合でも、各吸熱器への高温冷媒の流入による温度上昇を防止可能な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、圧縮機１と、放熱器２と、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と、この第１の吸熱手段１０と並列に設けられ第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と、を備え、前記第１及び第２の吸熱手段１０、１１の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機１の吸い込み側に接続されると共に、前記第１の吸熱器５７の出口側と前記圧縮機１の吸い込み側との間であって前記冷媒配管の合流部よりも前記第１の吸熱器５７側と、前記第２の吸熱器５８の出口側と前記圧縮機１の吸い込み側との間であって前記冷媒配管の合流部よりも前記第２の吸熱器５８側と、に逆止弁５１、５２を備える。
【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選択的に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記載されている。係る冷蔵庫では、冷凍室よりも高温の冷蔵室用の吸熱器から低温の冷凍室用の吸熱器側に冷媒が流れ込むことを防止する目的で、冷凍室用の吸熱器出口側に逆止弁を備えた構成が開示されている。
特開２０００−２３０７６７号公報

しかしながら、このように冷凍室用の吸熱器出口側に逆止弁を備えた場合においても、冷蔵庫の運転が停止している場合には、高温の圧縮機付近の冷媒が、出口側に逆止弁を持たない冷蔵室用の吸熱器に流れ込み、冷蔵室温度が上昇してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、選択的に異なる温度帯で機能する複数の吸熱器を備えた場合においても、各吸熱器への高温冷媒の流入による温度上昇を防止することが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、圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続され第１の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ第２の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続される冷凍装置において、前記第１の吸熱器の出口側と前記圧縮機の吸い込み側との間であって前記冷媒配管の合流部よりも前記第１の吸熱器側と、前記第２の吸熱器の出口側と前記圧縮機の吸い込み側との間であって前記冷媒配管の合流部よりも前記第２の吸熱器側と、に逆止弁を備えたことを特徴とする。

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の吸熱手段と前記第２の吸熱手段とは選択的に異なる温度帯で機能することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、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４に記載の発明は、圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続され第１の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ第２の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続されると共に、前記第１の吸熱器での冷媒の蒸発温度よりも前記第２の吸熱器での冷媒の蒸発温度の方が低温となる冷凍装置において、前記冷媒配管の合流部と前記圧縮機の吸い込み側との間と、前記第２の吸熱器の出口側と前記圧縮機の吸い込み側との間であって前記冷媒配管の合流点よりも前記第２の吸熱器側と、に逆止弁を備えたことを特徴とする。

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。

本発明によれば、異なる温度帯で機能する吸熱手段を備えると共に各吸熱手段への高温冷媒の流入防止用の逆止弁を備えたことより、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３０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と、この第１の吸熱手段１０と並列に設けられた第２の吸熱手段１１と、熱交換回路２０と、を備え、第１の吸熱手段１０及び第２の吸熱手段１１の出口側が圧縮機１の吸い込み口に、熱交換回路２０の出口側が圧縮機１の中間圧部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、上述した如く前記第１の吸熱手段１０と並列に設けられ、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。そして、吸熱器５７の出口側と合流点９Ｂとの間には逆止弁５１が、また吸熱器５８の出口側と合流点９Ｂとの間には逆止弁５２が備えられている。

第１の吸熱手段１０と第２の吸熱手段１１とは、互いに選択的に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として夫々が並列に接続され、圧縮機１の吸い込み口手前の合流点９Ｂにて再び合流する。

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と共に、第１及び第２の膨張弁６５、６６のうちの一方を全閉とすることにより第１の吸熱手段１０又は第２の吸熱手段１１とに選択的に冷媒を流通することが可能となる。

また冷凍装置３０は、第１の吸熱手段１０と第２の吸熱手段１１との合流点９Ｂと圧縮機１の吸い込み口との間には、第１及び第２の吸熱器５７、５８を出た冷媒と上記放熱器２と分岐点９Ａとの間の冷媒とを熱交換可能に設けられた第３熱交換器１９を備える。

熱交換回路２０は、放熱器２の出口側の分岐点９Ｃから分岐した冷媒のうち、上記第１及び第２の吸熱手段１０、１１には流通しない冷媒が流通するものであり、第３膨張弁３１と、冷却熱交換器３２と、を含む。また冷却熱交換器３２の出口側には、当該冷却熱交換器３２から出た冷媒を圧縮機１の中間圧部に導入するための冷媒導入管６が接続されると共に、この冷媒導入管６には逆止弁７が備えられる。尚、第３膨張弁３１は上記第１及び第２膨張弁６５、６６と同様に絞りの程度を可変に構成され、この第３膨張弁３１の絞りの程度を変えることで、冷媒が冷却熱交換器３２に至るまでに所定の圧力に低下させる。そして、第３膨張弁３１を出た冷媒は、冷却熱交換器３２において、分岐点９Ｃから第１及び第２の吸熱手段１０、１１に至る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。

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。

そして、第１及び第２の吸熱手段１０、１１は上述の如き構成を備えるため、例えば第２膨張弁６６を閉じて第１膨張弁６５を開く場合には吸熱器５７側、即ち第１の吸熱手段１０にのみ冷媒が流通し、その逆に第１膨張弁６５を閉じて第２膨張弁６６を開く場合には吸熱器５８側、即ち第２の吸熱手段１１にのみに冷媒が流通する。

ここで、吸熱器５７を経た冷媒は、逆止弁５１を経た後、第３熱交換器１９を経由すると共に、当該第３熱交換器１９で冷却熱交換器３２を出た冷媒と熱交換した後、圧縮機１の吸い込み口に戻される。また、吸熱器５８を経た冷媒は、逆止弁５２を経た後、第３熱交換器１９を経由すると共に、当該第３熱交換器１９で冷却熱交換器３２を出た冷媒と熱交換した後、圧縮機１の吸い込み口に戻される。

更に本実施例では、吸熱器５７を経た冷風が、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、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には冷媒として地球環境にやさしく、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３を参照して説明する。図３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。

まず冷凍運転（例えば、−２６℃付近）につき、図３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側、即ち第２の吸熱手段１１に冷媒を流通させる場合である。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、から分岐点９Ｃに至りここで分岐して、一部が熱交換回路２０に、残りは第２の吸熱手段１１に流通する。

分岐点９Ｃから熱交換回路２０側に流通した冷媒は、（６）第３膨張弁３１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相混合体の状態で冷却熱交換器３２において分岐点９Ｃから第２の吸熱手段１１側に流通する冷媒と熱交換して温められ、ガス冷媒となり圧縮機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３膨張弁３１の出口であり、冷却熱交換器３２の入口、（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。

一方、分岐点９Ｃから第２の吸熱手段１１側に流通した冷媒は、冷却熱交換器３２で上記の如く熱交換回路２０側に流通した冷媒と熱交換して過冷却された後、第３熱交換器１９で更に冷却され、分岐点９Ａで分岐して第２膨張弁６６に至ることになる。（１８）は冷却熱交換器３２の出口であり、第３熱交換器１９の入口、（７）は第３熱交換器１９の出口であり、第２膨張弁６６の入口、（８）は第２膨張弁６６の出口、（２２）は吸熱器５８の出口である。吸熱器５８に入った液冷媒は、蒸発して周囲から熱を吸収した後、逆止弁５２を経て、第３熱交換器１９で冷却熱交換器３２から出た冷媒と熱交換した後、圧縮機１の吸い込みに戻る。即ち、（２３）は第３熱交換器１９の出口であり、（１）は１段圧縮部１Ａの吸い込みである。

これに対して、冷蔵運転時（例えば、−５℃付近）には、図２にて破線で示すサイクルが形成される。尚、この冷蔵運転とは、上述した吸熱器５７側、即ち第１の吸熱手段１０に冷媒を流通させる場合である。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、（９）１段圧縮部１Ａの吸い込み、（１０）１段圧縮部１Ａの吐出、（１１）２段圧縮部１Ｂの吸い込み、（１２）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、から分岐点９Ｃに至りここで分岐して、一部が熱交換回路２０に、残りは第１の吸熱手段１０に流通する。

分岐点９Ｃから熱交換回路２０側に流通した冷媒は、（１６）第３膨張弁３１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相混合体の状態で冷却熱交換器３２において分岐点９Ｃから第１の吸熱手段１０側に流通する冷媒と熱交換して温められ、ガス冷媒となり圧縮機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３膨張弁３１の出口であり、冷却熱交換器３２の入口、（１７）は冷却熱交換器３２の出口であり、ここを経た冷媒は、（１１）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。

一方、分岐点９Ｃから第１の吸熱手段１０側に流通した冷媒は、冷却熱交換器３２で上記の如く熱交換回路２０側に流通した冷媒と熱交換して過冷却された後、第３熱交換器１９で更に冷却され、分岐点９Ａで分岐して第１膨張弁６５に至ることになる。（１３）は冷却熱交換器３２の出口であり、第３熱交換器１９の入口、（１４）は第３熱交換器１９の出口であり、第１膨張弁６５の入口、（１５）は第１膨張弁６５の出口、（２４）は吸熱器５７の出口である。吸熱器５７に入った液冷媒は、蒸発して周囲から熱を吸収した後、逆止弁５１を経て、第３熱交換器１９で冷却熱交換器３２から出た冷媒と熱交換した後、圧縮機１の吸い込みに戻る。即ち、（２５）は第３熱交換器１９の出口であり、（９）は１段圧縮部１Ａの吸い込みである。冷凍運転時、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。

また、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り且つこのようなガス冷媒を圧縮機の吸い込みに戻すことは、圧縮機での圧縮効率を低下させる。

そこで、本実施例では、放熱器２の出口側の冷媒配管を分岐してその一方に熱交換回路２０を備え、この熱交換回路２０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し、また第３熱交換器１９により更に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、熱交換回路２０側の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、冷蔵運転時と比較して、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必要であるが、本実施例では上記の如く熱交換回路２０における第３膨張弁３１の絞りの程度を可変としているため、冷凍運転時には冷蔵運転時よりも大きな過冷却を得ることができ、更に、冷凍運転時、冷蔵用の吸熱器５７よりも低い温度帯で機能する吸熱器５８を用いることにより、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。本構成では、冷蔵運転及び冷凍運転のサーモオン、サーモオフに従い、第１の吸熱手段１０及び第２の吸熱手段１１を上述した如く切り換え、いずれか一方の吸熱器５７、５８に冷媒を流し、それに対応したファン６３、６４を駆動する。吸熱器５７に冷媒が流れる場合には冷蔵室４１に冷風が供給され、吸熱器５８に冷媒が流れる場合には冷凍室４２に冷風が供給される。

以上から本実施例の冷蔵庫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を得ることができる。

尚、本実施例の冷凍装置３０及びこの冷凍装置３０を備えた冷蔵庫４０によれば、吸熱器５８の出口側と合流点９Ｂとの間に逆止弁５２を、吸熱器５７の出口側と合流点９Ｂとの間に逆止弁５１を設けたので、圧縮機１の運転を停止し、冷却運転を停止した場合にも、圧縮機１付近の高温冷媒が吸熱器５７、５８に流入し、これら吸熱器５７、５８、更には冷蔵室２１、４１や冷凍室２２、４２の温度が上昇することを防ぐことが可能になる。また、逆止弁５２により冷蔵運転時に吸熱器５７内の冷媒が、より低温である吸熱器５８内に流入することもできる。

尚、上述した如く、本実施例の冷凍装置３０では、冷凍運転時には第１膨張弁６５を閉じて第２膨張弁６６を開いて第２の吸熱手段１１に冷媒を流通させ、冷蔵運転時には第２膨張弁６６を閉じて第１膨張弁６５を開いて第１の吸熱手段１０に冷媒を流通させるものとしたが、これに限らず、例えば上記冷蔵庫４０において、冷蔵室４１及び冷凍室４２が常温時で急速に冷却が必要な場合、所謂プルダウン時や、圧縮機１が運転停止状態から運転開始される場合や高負荷時、更には冷蔵室４１又は冷凍室４２が所定の温度以上である場合等には、第１膨張弁６５、及び第２膨張弁６６の全てを必要に応じた開度に開くことで、第１の吸熱手段１０及び第２の吸熱手段１１の両側に冷媒を流通させ、各室４１、４２内を急速に冷却することもできる。

次に図４を参照して本発明の第２の実施例を説明する。図４は、本実施例の冷凍装置５０の冷媒回路図を示している。尚、図４において上記実施例１と同符号が付されているものは、同一若しくは同様の機能又は効果を奏するものとする。本実施例の冷凍装置５０は、上記実施例１と比較した場合、熱交換回路２０を有さず、第１及び第２の吸熱手段１０、１１の代わりに、第３及び第４の吸熱手段１０Ｂ、１１Ｂを備えている点が相違する。

第３の吸熱手段１０Ｂと第４の吸熱手段１１Ｂとは、互いに選択的に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９Ｄにて分岐し、一方が第３の吸熱手段１０Ｂ、他方が第４の吸熱手段１１Ｂとして夫々が並列に備えられ、圧縮機１の吸い込み口手前の合流点９Ｅにて再び合流する。

第３の吸熱手段１０Ｂは、分岐点９Ｄからの冷媒が流通する第１キャピラリチューブ１２と、第１キャピラリチューブ１２に直列に設けられた第１膨張弁６５と、冷蔵用の吸熱器５７と、この吸熱器５７から出た冷媒と第１キャピラリチューブ１２付近の冷媒とを熱交換可能に設けられた第１熱交換器１７と、を含む。また、第４の吸熱手段１１Ｂは、前記第３の吸熱手段１０Ｂと並列に設けられ、減圧器３と、気液分離器４と、この気液分離器４からの冷媒が流通する第２キャピラリチューブ１３と、この第２キャピラリチューブ１３に直列に設けられた第２膨張弁６６と、冷凍用の吸熱器５８と、この吸熱器５８から出た冷媒と第２キャピラリチューブ１３付近の冷媒とを熱交換可能に設けられた第２熱交換器１８と、上記気液分離器４と圧縮機１の中間圧部とを接続する冷媒導入管６と、この冷媒導入管６に設けられた逆止弁７と、を含む。そして、吸熱器５７の出口側と第１熱交換器１７との間には逆止弁５１が、また吸熱器５８の出口側と第２熱交換器１８との間には逆止弁５２が備えられている。

ここで減圧器３は、第１膨張弁６５及び第２膨張弁６６と同様に、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、冷媒が気液分離器４に至るまでに所定の圧力に低下させ、ガス冷媒を発生させ、その状態で、気液分離器４に入れることにより、当該気液分離器４での分離効率を変えることが可能になる。

そして、第３及び第４の吸熱手段１０Ｂ、１１Ｂは上述の如き構成を備えるため、例えば減圧器３を全閉して第１膨張弁６５を開いた場合には第１キャピラリチューブ１２側、即ち第３の吸熱手段１０Ｂにのみ冷媒が流通し、その逆に第１膨張弁６５を全閉して減圧器３及び第２膨張弁６６とを開いた場合には第２キャピラリチューブ側、即ち第４の吸熱手段１１Ｂのみに冷媒が流通する。

ここで、吸熱器５７を経た冷媒は、逆止弁５１を経て、上述の第１キャピラリチューブ１２の付近に設置された第１熱交換器１７を経由し、この第１熱交換器１７で第１キャピラリチューブ１２付近の冷媒と熱交換した後、圧縮機１の吸い込み口に戻される。また、吸熱器５８を経た冷媒は、逆止弁５２を経て、上述の第２キャピラリチューブ１３の付近に設置された第２熱交換器１８を経由し、この第２熱交換器１８で第２キャピラリチューブ１３付近の冷媒と熱交換した後に、圧縮機１の吸い込み口に戻される。

以上の構成により、この場合の冷凍装置５０の動作について、図４及び図５を参照して説明する。

図５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。まず冷凍運転（例えば、−２６℃付近）につき、図５にて実線で示されるサイクルを用いて説明する。尚、この冷凍運転とは、上述した第２キャピラリチューブ１３側、即ち第４の吸熱手段１１Ｂに冷媒を流通させる場合である。この場合圧縮機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（３１）１段圧縮部１Ａの吸い込み、（３２）１段圧縮部１Ａの吐出、（３３）中間冷却器１Ｃの出口且つ２段圧縮部１Ｂの吸い込み、（３４）２段圧縮部１Ｂの吐出、の順に流通される。その後冷媒は、（３５）放熱器２の出口であり、減圧器３の入口、（３６）減圧器３の出口に至り、この状態ではガス／液体の２相混合体になる。

ここでのガスと液体の比率は、Ｌ１（ガス）の線分の長さと、Ｌ２（液体）の線分の長さとの比に相当する。この冷媒は２相混合体の状態で気液分離器４に入る。そして、ここで分離されたガス冷媒は、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。（５１）は気液分離器４の出口であり、ここを経た冷媒は、（３３）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。一方、気液分離器４で分離された液冷媒は第２キャピラリチューブ１３に至ることになる。（３７）は気液分離器４の出口であり、第２キャピラリチューブ１３の入口、（３８）は第２膨張弁６６の出口、（５２）は吸熱器５８の出口である。吸熱器５８に入った液冷媒は、蒸発して周囲から熱を吸収した後、第２熱交換器１８で第２キャピラリチューブ１３付近の冷媒と熱交換した後、（３１）の１段圧縮部１Ａの吸い込みに戻る。

これに対し、冷蔵運転時（例えば、−５℃付近）には、図５にて破線で示すサイクルが形成される。尚、この冷蔵運転とは、上述した第１キャピラリチューブ１２側、即ち第３の吸熱手段１０Ｂに冷媒を流通させる場合である。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。即ち冷媒は、（３９）１段圧縮部１Ａの吸い込み、（４０）１段圧縮部１Ａの吐出、（４１）２段圧縮部１Ｂの吸い込み、（４２）２段圧縮部１Ｂの吐出、の順に流通される。その後冷媒は、（３５）放熱器２の出口であり、第１キャピラリチューブ１２の入口、（４５）第１膨張弁６５の出口、の順に流通し、吸熱器５７に至る。吸熱器５７に入った冷媒は、蒸発して周囲から熱を吸収した後、第１熱交換器１７で第１キャピラリチューブ１２付近の冷媒と熱交換した後、（３９）１段圧縮部１Ａの吸い込みに戻る。冷凍運転時、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。

また、上記冷凍運転において、気液分離器４で分離されたガス冷媒は、これを第２キャピラリチューブ１３等の第４の吸熱手段１１Ｂに循環させたとしても、冷却に使用することができず、これを１段圧縮部１Ａの吸い込みに戻すことは、圧縮機１における圧縮効率を低下させる。

そこで、本実施例では、気液分離器４で分離されたガス冷媒を、圧縮機１の中間圧部、即ち、中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間に導入するため、圧縮機１における圧縮効率を向上させることができる。特に、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、気液分離器４で分離されるガス及び液体の比率において、フロン系冷媒に比べ、ガス分（線分Ｌ１）が多くなり、その多くのガス分を、圧縮機１の中間圧部に導入することで、より高い効率向上を図ることができるようになる。

また冷凍運転の場合、冷蔵運転の場合と比較して、気液分離器４で分離されるガス冷媒量が多くなる。従って本実施例では冷凍運転時、冷蔵用の吸熱器５７よりも低い温度帯で機能する吸熱器５８を用いることにより、高効率な冷凍運転を行うことが可能になる。

尚、冷蔵運転時には第３の吸熱手段１０Ｂに冷媒を流通させる構成としたため、気液分離器４で分離されたガス冷媒を、圧縮機１の中間圧部に導入する冷媒導入管６の機能を利用できなくなる。しかしながら、この冷蔵運転時には、冷凍運転時に比較して気液分離器４におけるガス冷媒の発生量が少ないため、減圧器３及び冷媒導入管６等の動作を停止したとしても、運転効率の低下が抑制される。

更に本実施例では、上述した如く使用温度帯に基づき選択的に吸熱器５７及び５８を用いる構成としたことにより、温度帯の異なる冷凍運転及び冷蔵運転において、その温度に適した吸熱器を使用することができるようになり、各運転の運転効率の向上が期待できる。

また本実施例の冷凍装置５０は、冷蔵運転時には第１熱交換器１７により、第１キャピラリチューブ１２付近の冷媒を、吸熱器５７を出た後の冷媒と熱交換させた後第１膨張弁６５に導き絞り動作を行い吸熱器５７に導入し、また冷凍運転時には第２熱交換器１８により、第２キャピラリチューブ１３付近の冷媒を、吸熱器５８を出た後の冷媒と熱交換させた後第２膨張弁６６に導き絞り動作を行い吸熱器５８に導入する構成としたことにより、より一層の冷凍サイクル効率の向上が期待でき、更には圧縮機１の消費電力量の低減もできるようになる。

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。

また本実施例の冷凍装置５０によれば上記実施例１と同様に、吸熱器５８の出口側と第２熱交換器１８との間に逆止弁５２を、吸熱器５７の出口側と第１熱交換器１７との間に逆止弁５１を設けたので、圧縮機１の運転を停止し、冷却運転を停止した場合にも、圧縮機１付近の高温冷媒が吸熱器５７、５８に流入し、これら吸熱器５７、５８、更には冷蔵室２１や冷凍室２２の温度が上昇することを防ぐことが可能になる。また逆止弁５２により、冷蔵運転時、吸熱器５７内の冷媒が、より低温である吸熱器５８内に流入することも防ぐことができる。

以上詳述した如く、上記実施例１及び２によれば、吸熱器５７、５８の出口側に逆止弁５１、５２を設けたので、冷却運転の停止時等での吸熱器５７、５８の温度上昇を防止することができる。しかしながら、上記実施例１及び２の如く逆止弁５１、５２を配置した場合には、冷蔵用の吸熱器５７の出口側の逆止弁５１から異音が生じる可能性がある。

ここで、この逆止弁５１から生じる異音の発生メカニズムにつき、図８を参照して説明する。図８は本実施例の逆止弁の構造を説明するための模式断面図であり、図８（ａ）は逆止弁の逆止作用が機能している状態の断面模式図、図８（ｂ）は逆止弁の逆止作用が機能していない状態の断面模式図、であり、６１は本体、６２は弁体、６３及び６４は冷媒配管、６５は弁体停止部であり、冷媒配管６３側は吸熱器側に、冷媒配管６４は圧縮機側に接続されている。

まず実施例１、２の冷凍装置３０、５０では、例えば冷蔵運転時での吸熱器５７及び逆止弁５１での冷媒圧力は概ね２．０ＭＰａ以上であり、また冷凍運転時での吸熱器５８及び逆止弁５２での冷媒圧力１．５〜１．８ＭＰａ程度である。即ち、冷蔵用の吸熱器５７及び逆止弁５１の方が、冷凍用の吸熱器５８及び逆止弁５２よりも冷媒圧力が高い。そのため、冷蔵運転時には、逆止弁５２に作用する圧縮機１側の圧力は、吸熱器５７及び逆止弁５１での冷媒の圧力と同等になる。即ち、逆止弁５２の本体６１の前後の圧力差により、図８（ａ）に示す如く、弁体６２が弁体停止部６５に押し付けられて、逆止弁５２の逆止作用が機能する。

これに対して、冷蔵運転から冷凍運転に切り換えられた時には、逆止弁５１前後の冷媒圧力は、圧縮機１側の圧力の方が吸熱器５７側の圧力よりも低くなり、これにより、逆止弁５１の逆止作用が機能せず、逆止弁５１の弁体６２が弁体停止部６５に押し付けられずに不安定な状態で本体６１内に存在し、このとき圧縮機１の吸い込み側での吸気脈動の影響を受けると、弁体６２が本体６１内で振動し、この振動による弁体６２と本体６１との接触音が上記した異音として逆止弁５１から生じることとなる。

特に上記実施例１、２では冷媒として二酸化炭素を用いているので、従来のフロン冷媒やＨＣ冷媒と比較して、逆止弁５１、５２での流量が少ないことから、更に上記異音が生じやすいという問題がある。

次に図６を参照して、本発明の第３の実施例を説明する。本実施例では、各吸熱器への高温冷媒の流入による温度上昇を防止し且つ上記実施例１、２で問題となる異音も防止できる冷凍装置につき説明する。図６は、この場合の冷凍装置７０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、逆止弁５１の代わりに合流点９Ｂと第３熱交換器１９との間に逆止弁５３を設けた点が相違する。逆止弁５３は上記逆止弁５１、５２と同様な構造を有するものである。

上記実施例１、２では、冷凍運転時での逆止弁５１前後の冷媒の圧力差に起因して当該逆止弁５１から異音が生じるものであるが、本実施例における逆止弁５３は合流点９Ｂと圧縮機１の吸い込み口との間に設けられているため、冷凍運転時の当該逆止弁５３の前後の冷媒圧力の圧力差は皆無となり、これにより、冷凍運転時における異音が解消される。

また冷凍装置７０において、圧縮機１の運転を停止し、冷却運転を停止した場合においても、圧縮機１付近の高温冷媒が各吸熱器５７、５８に流入することを逆止弁５３により防止できる。

尚、本実施例の冷凍装置７０は上記各実施例の冷凍装置と同様、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。

次に図７を参照して、本発明の第４の実施例を説明する。本実施例の冷凍装置９０においても上記実施例３と同様に、各吸熱器への高温冷媒の流入による温度上昇を防止し且つ上記実施例１、２で問題となる異音も防止できる。図７は、この場合の冷凍装置９０の冷媒回路図を示している。本実施例では、上記実施例２と比較した場合、逆止弁５１の代わりに合流点９Ｅと圧縮機１の吸い込み側との間に逆止弁５３を設けた点が相違する。

本実施例においても上記実施例３と同様、上記実施例１、２において冷凍運転時、逆止弁５１前後の冷媒の圧力差に起因して生じた当該逆止弁５１から異音の問題を解消することが可能となる。

尚、本実施例の冷凍装置９０においても上記各実施例の冷凍装置と同様、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。

次に図９を参照して、本発明の第５の実施例を説明する。図９はこの場合の冷凍装置１１０の冷媒回路図を示している。本実施例では、上記実施例３と比較した場合に、分岐点９Ａの位置に三方弁９１が設けられると共に、第１及び第２の吸熱手段１０、１１の代わりに第５及び第６の吸熱手段１０Ｃ、１１Ｃを備えた点が相違する。

第５の吸熱手段１０Ｃは、第３キャピラリチューブ９２と吸熱器５７とを含み、第６の吸熱手段１１Ｃは、第４キャピラリチューブ９３と吸熱器５８とを含む。

本実施例の冷凍装置１１０は、三方弁９１により、第５の吸熱手段１０Ｃに冷媒を流通させるか、又は第６の吸熱手段１１Ｃに冷媒を流通させるか、を選択することにより冷蔵運転及び冷凍運転が選択可能である。以上から、本実施例の冷凍装置１１０では、各吸熱手段において膨張弁６５、６６の代わりにキャピラリチューブ９２、９３を用いているので、より低コストで本発明の冷凍装置を実現可能である。

尚、上記実施例１、２及び４の冷凍装置３０、５０及び９０においても、本実施例と同様な第５及び第６の吸熱手段１０Ｃ、１１Ｃを適用することが可能であり、また本実施例の冷凍装置１１０においても上記各実施例の冷凍装置と同様に、冷蔵庫に適用可能であることは云うまでもない。

以上、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第３膨張弁３１、減圧器３等は必要に応じてキャピラリチューブに変更可能である。

更に、上記実施例１、２の冷凍装置においては、冷蔵用の吸熱器５７の出口側に設けた逆止弁５１から異音が生じることがあるとしたが、当該冷凍装置の使用形態や設置場所、例えば食品展示用のショーケースや屋外に設置可能な冷凍機器等のように比較的異音の問題が生じにくい場合、若しくは冷蔵庫などにおいても異音による問題が生じにくい場合には適用が可能である。

本発明の第１の実施例の冷凍装置の冷媒回路図である。 本発明の第１の実施例の冷凍装置の冷蔵庫への適用例を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施例の冷凍装置の冷凍サイクルのエンタルピ・圧力線図である。 本発明の第２の実施例の冷凍装置の冷媒回路図である。 本発明の第２の実施例の冷凍装置の冷凍サイクルのエンタルピ・圧力線図である。 本発明の第３の実施例の冷凍装置の冷媒回路図である。 本発明の第４の実施例の冷凍装置の冷媒回路図である。 本発明の各実施例における冷凍装置に用いる逆止弁の構造を示す断面模式図である。 本発明の第５の実施例の冷凍装置の冷媒回路図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 減圧器
４ 気液分離器
６ 冷媒導入管
７、５１、５２、５３ 逆止弁
１０ 第１の吸熱手段
１０Ｂ 第３の吸熱手段
１０Ｃ 第５の吸熱手段
１１ 第２の吸熱手段
１１Ｂ 第４の吸熱手段
１１Ｃ 第６の吸熱手段
１２ 第１キャピラリチューブ
１３ 第２キャピラリチューブ
１７ 第１熱交換器
１８ 第２熱交換器
１９ 第３熱交換器
２０ 熱交換回路
２１、４１ 冷蔵室
２２、４２ 冷凍室
３０、５０、７０、９０、１１０ 冷凍装置
３１ 第３膨張弁
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
９１ 三方弁
９２ 第３キャピラリチューブ
９３ 第４キャピラリチューブ

Claims (7)

1. 圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続され第１の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ第２の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、
   前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続される冷凍装置において、
   前記第１の吸熱器の出口側と前記圧縮機の吸い込み側との間であって前記冷媒配管の合流部よりも前記第１の吸熱器側と、前記第２の吸熱器の出口側と前記圧縮機の吸い込み側との間であって前記冷媒配管の合流部よりも前記第２の吸熱器側と、に逆止弁を備えたことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記第１の吸熱手段と前記第２の吸熱手段とは選択的に異なる温度帯で機能する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２に記載の冷凍装置。
4. 圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続され第１の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ第２の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、
   前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続されると共に、前記第１の吸熱器での冷媒の蒸発温度よりも前記第２の吸熱器での冷媒の蒸発温度の方が低温となる冷凍装置において、
   前記冷媒配管の合流部と前記圧縮機の吸い込み側との間と、前記第２の吸熱器の出口側と前記圧縮機の吸い込み側との間であって前記冷媒配管の合流点よりも前記第２の吸熱器側と、に逆止弁を備えたことを特徴とする冷凍装置。
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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