JP2007093112A

JP2007093112A - 冷却貯蔵庫

Info

Publication number: JP2007093112A
Application number: JP2005283142A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Aoki; 均史青木; Kiyoshi Katagai; 清片貝
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】冷媒としてＣＯ_２を用いる冷蔵庫では、冷凍回路の冷媒の高温配管を冷蔵庫の開口縁の近傍に配置して、結露防止用パイプとして兼用させることが出来ない。
【解決手段】本発明は、一面が開口された断熱箱体にて構成された本体と、この一面側に設けられる断熱扉と、この本体に形成された機械室と、この機械室内に配置され冷凍回路の一部を形成する圧縮機と、断熱箱体の一面が開口縁部に配置される結露防止用パイプとを備える冷却貯蔵庫において、冷凍回路の冷媒はＣＯ_２であり、結露防止用パイプは、圧縮機を冷却するためのサーモサイフォン管の一部であり、このサーモサイフォン管内には気液２相流体として循環する作動流体が封入されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒としてＣＯ_２を採用した冷凍冷蔵庫等の冷却貯蔵庫に関するものである。

従来より家庭用冷凍冷蔵庫においては、断熱箱体にて本体を構成し、この本体の奥方下部（又は奥方上部）に機械室を構成すると共に、この機械室内に冷凍回路の一部を構成する圧縮機を設置している。

この圧縮機の吐出側には凝縮器、減圧装置（一般的にはキャピラリーチューブ）、蒸発器（冷却器）等が順次環状に配管接続され、周知の冷凍回路を構成している。

そして、圧縮機が運転されると、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒は凝縮器に流入しそこで放熱して凝縮液化される。凝縮液化された冷媒は、キャピラリーチューブで減圧された後に蒸発器に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することにより冷却作用を発揮すると共に、蒸発器を出た冷媒は元の圧縮機に吸い込まれる循環を繰り返す。

冷蔵庫の本体開口縁には複数の扉が取り付けられており、庫内が冷却されると本体開口縁も冷却されるので、外気と接触すると結露等が発生する。

そこで、この冷凍冷蔵庫の開口縁部に結露防止用の加熱手段を設けている。

この開口縁部の加熱手段としては、凝縮器の一部として作用する高温の高圧側冷媒配管を配設するのが一般的である。つまり、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒により本体開口縁部を加熱して結露の発生を防止している（特許文献１，２，３参照）。

このような構成であれば、凝縮器の一部として作用する高温の高圧側冷媒配管が結露防止用の加熱手段も兼ねているので、消費電力、冷凍冷蔵庫のコンパクト化等において有利である。

また、前述の開口縁部の加熱手段として、圧縮機を冷却するサーモサイフォン管を採用することも提案されている（特許文献４参照）。しかしながら、このような構成は複雑である。つまり、前述の如く、開口縁部の加熱手段として高圧側冷媒配管を採用した冷凍冷蔵庫において、この高温冷媒配管の代わりにサーモサイフォン管を採用すると、この代替えされた高圧側冷媒配管の部分だけ凝縮能力が低下するので、この低下分だけ凝縮器の凝縮作用を向上させなくてはならない。従って、現実的には、圧縮機の冷却にサーモサイフォン管を採用するにしても、開口縁部の加熱手段としては従来からの高圧側冷媒配管を用い、サーモサイフォン管は配設しやすい他の部分に配置するのが一般的である。

ところで、冷凍冷蔵庫の冷凍回路の冷媒としては、Ｒ１３４又はＲ６００ａ（炭化水素のイソブタン）が一般的であるが、この冷媒として、ＣＯ_２を採用することが提案されている（特許文献５参照）。
特開２００２−１０７０４４号公報特開平１０−３００３１９号公報特開２００１−１２８４１号公報特開平９−２９２１７４号公報特開２００４−８５１０６号公報

ＣＯ２を冷媒として採用した冷凍冷蔵庫において、冷凍回路の圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒を凝縮器の一部として作用する高圧側冷媒配管に流し、この高圧側冷媒配管を結露防止用として本体開口縁部に配設したところ、本体開口縁部の温度がバラついて良好に加熱できないという問題が生じた。

従来の冷媒であるＲ６００ａ採用した冷凍冷蔵庫では、高圧側冷媒配管内の冷媒は気液２相の飽和状態であり、気体が多くの潜熱（転移熱、気化熱、蒸発熱）を持っているため、高圧側冷媒配管外に熱を放出しても、高圧側冷媒配管内の冷媒の温度はあまり変化せず本体開口縁部を一様に暖めることができたものと推察される。

しかしながら、冷媒にＣＯ_２を採用した冷凍冷蔵庫では、このような状況とは異なってしまう。異なる状況としては、まず、圧力が異なる。Ｒ６００ａの場合の一例としては、低圧側が約０．０５ＭＰａ程度にあり、高圧側は約０．５ＭＰａ程度である。ＣＯ_２の場合の一例としては、低圧側が約１．５ＭＰａ程度であり、高圧側は約８ＭＰａ程度である。

一般に、圧力が高い雰囲気中では、物質のもつ潜熱は小さくなる。

ＣＯ_２冷媒を採用した冷凍冷蔵庫の場合は、高圧側の冷媒は非常に圧力が高く潜熱は小さくなる。また、状態によっては、超臨界状態になることもある。この様に高圧側冷媒配管内の冷媒の潜熱は小さく、高圧側冷媒配管の周辺を一様に暖めることは非常に困難である。実際の冷凍冷蔵庫の試作においては、高圧側冷媒配管が配設された部分の温度が一様にならず、暑すぎて手で触った使用者の不興を惹起したり、熱量が足らずに結露が生じたりした。

このように、冷凍回路にＣＯ_２冷媒を採用した冷凍冷蔵庫においては、冷凍回路の高圧冷媒配管を結露防止用として採用するには十分ではないという欠点がある。

本発明の冷凍冷蔵庫（冷却貯蔵庫）は、冷凍回路にＣＯ_２冷媒を採用した冷凍冷蔵庫において、圧縮機のサーモサイフォン管を本体開口縁部に配設して結露防止を行うことを特徴とする。

本発明は、一面が開口された断熱箱体にて構成された本体と、この一面側に設けられる断熱扉と、この本体に形成された機械室と、この機械室内に配置され冷凍回路の一部を形成する圧縮機と、前記断熱箱体の前記一面の開口縁部に配置される結露防止用パイプとを備える冷却貯蔵庫において、前記冷凍回路の冷媒はＣＯ_２であり、前記結露防止用パイプは、前記圧縮機を冷却するためのサーモサイフォン管の一部であり、このサーモサイフォン管内には気液２相流体として循環する作動流体が封入されていることを特徴とする。

本発明によれば、冷凍回路にＣＯ_２冷媒を採用した冷蔵庫（冷却貯蔵庫）においても、本体開口縁部を一様に暖めることが出来、結露を防止出来る。

本発明は、一面が開口された断熱箱体にて構成された本体と、この一面側に設けられる断熱扉と、この本体下部に形成された機械室と、この機械室内に配置され冷凍回路の一部を形成する圧縮機と、前記断熱箱体の前記一面の開口縁部に配置される結露防止用パイプ
とを備える冷却貯蔵庫において、前記冷凍回路の冷媒はＣＯ_２であり、前記結露防止用パイプは、前記圧縮機を冷却するためのサーモサイフォン管の一部であり、このサーモサイフォン管内には気液２相流体として循環する作動流体が封入されている。

図１〜図３を参照しつつ、本発明を冷凍冷蔵庫に採用した実施例１を説明する。図１は冷凍冷蔵庫の冷凍回路等を説明するための概念図である。図２は、実施例１の冷凍冷蔵庫の制御回路を説明するための図である。図３は、実施例１の冷凍冷蔵庫のサーモサイフォン管の配設を説明するための概略図である。

図１を参照しつつ各部を説明する。図１において、１は冷凍冷蔵庫である。この冷凍冷蔵庫１は、一面に開口を備えた断熱箱体からなる本体と、この一面の開口を塞ぐ断熱扉（図示せず）を備えている。そして、断熱箱体は、仕切壁により、上部の冷蔵室Ｒと下部の冷凍室Ｆに分割されている。

２は圧縮機であり、冷凍回路の一部を形成している。この圧縮機２は２酸化炭素冷媒用の２段圧縮機である。この圧縮機２は、断熱箱体の下部に形成された機械室１５内に配置される。この圧縮機２の中間段は外部凝縮器３に接続されており、この外部凝縮器３は中間段の冷媒を冷却して、再び圧縮機２に戻している。圧縮機２からの冷媒は、主凝縮器４で凝縮される。その後、冷蔵室Ｒ用と冷凍室Ｆ用に分岐される。この冷凍冷蔵庫の減圧手段は、キャピラリーチューブではなく、ステッピングモータ駆動により開度が調整される電動膨張弁を採用している。前述したようにＣＯ２冷媒の冷凍冷蔵庫は、従来のＲ６００ａの冷媒に比べ、大きな減圧が必要であり、これをキャピラリーチューブのみで行うと、非常に長いキャピラリーチューブを冷凍冷蔵庫の断熱材中に引き廻すこととなり、現実的ではない。なお、キャピラリーチューブと膨張弁の併用も従来から提案されているが、この実施例１では、実質的には膨張弁のみで減圧している。

７は冷蔵室用冷却器である。冷蔵室Ｒ用の冷媒は冷媒パイプ５ａ及び冷蔵室用膨張弁６（冷蔵室用減圧手段）を介して冷蔵室用冷却器７に流入する。冷蔵室用膨張弁６は、冷蔵室用冷却器７での蒸発（冷却）が、良好に行われるようにその開度が制御されている。

５ｂは冷蔵室用冷却器７からの冷媒を圧縮機２に戻す冷媒パイプである。この冷媒パイプ５ｂは、前記冷媒パイプ５ａと接合され熱交換器５を形成しており、両者５ａ，５ｂの間で熱交換を行う。

１０は冷凍室用冷却器である。冷凍室Ｆ用の冷媒は冷媒パイプ８ａ及び冷凍室用膨張弁９（冷凍室用減圧手段）を介して冷凍室用冷却器１０に流入する。冷凍室用膨張弁９は、冷凍室用冷却器１０での蒸発（冷却）が、良好に行われるようにその開度が制御されている。

８ｂは冷凍室用冷却器１０からの冷媒を圧縮機２に戻す冷媒パイプである。この冷媒パイプ８ｂは、前記冷媒パイプ８ａと接合され熱交換器８を形成しており、両者８ａ，８ｂの間で熱交換を行う。

１１は冷蔵室用冷却器７のための除霜用ガラス管ヒータである。１２は冷凍室用冷却器１０のための除霜用ガラス管ヒータである。１３は逆止弁である。１５は、冷凍冷蔵庫の本体下部に形成された機械室である。

１６は外気温度センサーであり、冷凍冷蔵庫の周囲環境温度を測定している。１７は冷蔵室内に設けられ冷蔵室の温度を測定する冷蔵室温度センサーである。１８は冷凍室内に
設けられ冷凍室の温度を測定する冷凍室温度センサーである。

１９は冷蔵室用冷却器７の入口温度を測定するＲ入口温度センサーである。２０は冷蔵室用冷却器７の出口温度を測定するＲ出口温度センサーである。このＲ入口出口温度センサーからの検出値は、冷蔵室用膨張弁６の開度制御に使用される。また、このＲ入口出口温度センサー１９、２０は、冷蔵室の除霜終了検出用の温度センサーとしても兼用されている。

２１は冷凍室用冷却器１０の入口温度を測定するＦ入口温度センサーである。２２は冷凍室用冷却器１０の出口温度を測定するＦ出口温度センサーである。このＦ入口出口温度センサーからの検出値は、冷凍室用膨張弁９の開度制御に使用される。また、このＦ入口出口温度センサー２１、２２は、冷凍室の除霜終了検出用の温度センサーとしても兼用されている。

２３は冷蔵室用の冷気循環ファンである。冷蔵室Ｒの冷却時にＯＮされて冷蔵室用冷却器７の冷気を冷蔵室内に循環させている。

２４は冷凍室用の冷気循環ファンである。冷凍室Ｆの冷却時にＯＮされて冷凍室用冷却器１０の冷気を冷凍室内に循環させている。

２５は機械室内の主凝縮器４、圧縮機２、外部凝縮器３等を冷却する機械室ファンである。冷凍冷蔵庫の冷却時に圧縮機１と共にＯＮされて機械室内を冷却する。

図２を参照しつつ各部を説明する。尚、図１と同一部分には同一符号を付してある。図２において、２６は冷凍冷蔵庫を制御する制御回路である。

次に、図３を参照しつつ各部を説明する。尚、図１、図２と同一部分には同一符号を付してある。

図３において、２７はサーモサイフォン管である。このサーモサイフォン管２７は、冷凍冷蔵庫１の下部の機械室１５内の圧縮機２を冷却するものである。圧縮機２にはサーモサイフォン管２７が取り付けられている。このサーモサイフォン管２７は銅或いはアルミニウム等のパイプで構成されており、圧縮機２の密閉容器周囲に熱交換関係に接触巻回されて熱伝導パテや半田等により固定されると共に、冷凍冷蔵庫１の本体開口縁に引き回されている。つまり、この実施例１では、圧縮機２を冷却するためのサーモサイフォン管２７の一部２７ａが、結露防止用パイプとして利用されている。このサーモサイフォン管２７内には気液２相流体として循環する作動流体が封入され熱輸送回路が構成されている。このサーモサイフォン管２７は、本体開口縁の下方から上方にそれぞれの扉の周縁に対応してターンしながら配設された後、冷凍冷蔵庫１の開口縁上方右側より下方に配設され開口縁に沿って圧縮機２に戻る閉回路を構成している。冷凍冷蔵庫１の開口縁に設けられた部分をサーモサイフォン管２７の放熱側２７ａとすると共に、圧縮機２側のサーモサイフォン管２７を受熱側２７ｂとする。このサーモサイフォン管２７内において飽和状態となっている作動流体は、受熱側２７ｂで熱を吸収して蒸気リッチ方向に移行し、放熱側２７ａに移動して熱を放出し凝縮して液リッチ方向に移行し、再び受熱側２７ｂに戻る自然循環を行う。

この冷凍冷蔵庫の動作を図１及び図２を参照しつつ説明する。まず、この冷凍冷蔵庫のプルダウン冷却時の初期の動作を説明する。

冷蔵庫の購入設置後に冷凍冷蔵庫１の電源を投入すると、冷蔵庫の制御部２６は、電源
投入を検知するとともに、冷凍室Ｆの庫内温度がマイナス５℃以上であることを検知して、プルダウン冷却制御を行う。

つまり、圧縮機２、機械室ファン２５、冷気循環ファン２３，２４をＯＮし、冷凍回路をＯＮ状態とする。そして、冷凍室用膨張弁９及び冷蔵室用膨張弁６の両方を開けて、冷媒を両方に流す。圧縮機２から吐出された冷媒は、主凝縮器４で凝縮される。その後、冷蔵室Ｒ用と冷凍室Ｆ用に分岐される。冷蔵室Ｒ用の冷媒は、冷媒パイプ５ａ及び冷蔵室用膨張弁６（冷蔵室用減圧手段）を介して冷蔵室用冷却器７に流入する。そして、冷蔵室用冷却器７を出て、冷媒パイプ５ｂを介して、冷凍室側の冷媒と合流し、逆止弁１３を介して圧縮機２に戻る。この冷蔵室用冷却器７へ冷媒を流入させるための冷媒パイプ５ａと冷蔵室用冷却器７からの冷媒が流出するための冷媒パイプ５ｂは接合されて熱交換器５を形成しており、両者の間で熱交換を行う。

冷凍室Ｆ用の冷媒は、冷媒パイプ８ａ及び冷凍室用膨張弁９（冷凍室用減圧手段）を介して冷凍室用冷却器１０に流入する。そして、冷凍室用冷却器１０を出て、冷媒パイプ８ｂを介して、冷蔵室側の冷媒と合流し、逆止弁１３を介して圧縮機２に戻る。この冷凍室用冷却器１０へ冷媒を流入させるための冷媒パイプ８ａと冷凍室用冷却器１０からの冷媒が流出するための冷媒パイプ８ｂは接合されて熱交換器８を形成しており、両者の間で熱交換を行う。

この冷媒の流量の制御はシビアなものとなる。本実施例１では、両冷却器７，１０の冷媒の入口、出口の温度差から膨張弁６，９の開放度（開度）を制御している。

まず、冷凍室用膨張弁９の制御は、冷凍室用冷却器１０の冷媒入口と冷媒出口温度をＦ入口温度センサー２１とＦ出口温度センサー２２から測定し、その温度差（過熱度、スーパーヒート）を求める。そして、この温度差が、７度以下の場合、冷凍室用膨張弁９を１ステップ閉じる（絞る）。この温度差が、７度〜２０度の場合、冷凍室用膨張弁９をそのままとする。この温度差が、２０度以上の場合、冷凍室用膨張弁９を１ステップ開ける。

冷蔵室用膨張弁６の制御は、冷蔵室用冷却器７の冷媒入り口と冷媒出口温度をＲ入口温度センサー１９とＲ出口温度センサー２０から測定し、その温度差を求める。そして、この温度差が１０度以下の場合、冷蔵室用膨張弁６を１ステップ閉じる。この温度差が、１０度〜２５度の場合、冷蔵室用膨張弁６をそのままとする。この温度差が、２５度以上の場合、冷蔵室用膨張弁６を１ステップ開ける。

このような制御を９０分間続けた後、冷凍室Ｆと冷蔵室Ｒを２０分毎に交互冷却する。

まず、冷凍室Ｆの冷却を継続し、冷蔵室Ｒの冷却を終了するため、冷蔵室用膨張弁６を全閉し冷気循環ファン２３をＯＦＦして、冷凍室冷却器１０側にのみに冷媒を流す。この時の、冷凍室用膨張弁９の制御は、まず、冷凍室用冷却器１０の冷媒入り口温度と冷媒出口温度を測定し、その温度差を求める。そして、この温度差が、２度以下の場合、冷凍室用膨張弁９を１ステップ閉じる。この温度差が、２度〜１０度の場合、冷凍室用膨張弁９をそのままとする。この温度差が、１０度以上の場合、冷凍室用膨張弁９を１ステップ開ける。

２０分後、冷蔵室Ｒを冷却するため、冷凍室用膨張弁９を全閉し冷気循環ファン２４をＯＦＦし、冷気循環ファン２３をＯＮして冷蔵室用膨張弁６を所定値に開いて、冷蔵室冷却器７側にのみに冷媒を流す。この時の、冷蔵室用膨張弁６の制御は、まず、冷蔵室用冷却器７の冷媒入り口と冷媒出口温度を測定し、その温度差を求める。そして、この温度差が、２度以下の場合、冷蔵室用膨張弁６を１ステップ閉じる。この温度差が、２度〜１０
度の場合、冷蔵室用膨張弁６をそのままとする。この温度差が、１０度以上の場合、冷蔵室用膨張弁６を１ステップ開ける。

この冷凍室冷却制御と冷蔵室冷却制御を前述の如く、２０分毎に交互に行う。そして、庫内の温度が目標温度まで下がれば、圧縮機２、冷気循環ファン２３、２４、機械室ファン２５をＯＦＦとして、膨張弁６、９を全閉状態としてプルダウン制御を終了する。

次に通常冷却について説明する。

冷凍室Ｆの温度が上昇して使用者が設定した冷凍室温度（たとえば、マイナス２０度）より２℃上昇（たとえば、マイナス１８度）すると、冷凍室温度センサー１８により、制御回路２６が、これを検知する。そして、制御回路２６は、この冷凍室Ｆを冷却する。制御回路２６は、圧縮機２、冷気循環ファン２４、機械室ファン２５をＯＮし、冷凍室用膨張弁９を所定値に開けて、冷凍室冷却器１０側にのみに冷媒を流す。この時の、冷凍室用膨張弁９の制御は、まず、冷凍室用冷却器１０の冷媒入り口と冷媒出口温度を測定し、その温度差を求める。そして、この温度差が、１度以下の場合、冷凍室用膨張弁９を１ステップ閉じる。この温度差が、１度〜５度の場合、冷凍室用膨張弁９をそのままとする。この温度差が、５度以上の場合、冷凍室用膨張弁９を１ステップ開ける。また、この温度差が、１０度以上の場合、冷凍室用膨張弁９を２ステップ開ける。冷凍室Ｆ内の温度が使用者が設定した冷凍室温度より２℃下降した温度（たとえば、マイナス２２℃。）まで下がれば、圧縮機２、冷気循環ファン２４、機械室ファン２５をＯＦＦとし冷凍室用膨張弁９を全閉する。

冷蔵室Ｒの温度が上昇して使用者が設定した冷蔵室温度（たとえば、３℃）より１℃上昇（たとえば、４℃）すると、冷蔵室温度センサー１７により、制御回路２６が、これを検知する。そして、制御回路２６は、この冷蔵室Ｒを冷却する。制御回路２６は、圧縮機２、冷気循環ファン２３、機械室ファン２５をＯＮし、冷蔵室用膨張弁６を所定値に開ける。これにより、冷蔵室冷却器７側にのみに冷媒を流す。この時の、冷蔵室用膨張弁７の制御は、冷蔵室用冷却器７の冷媒入り口と冷媒出口温度を測定し、その温度差を求める。そして、この温度差が、１度以下の場合、冷蔵室用膨張弁６を１ステップ閉じる。この温度差が、１度〜５度の場合、冷蔵室用膨張弁６をそのままとする。この温度差が、５度以上の場合、冷蔵室用膨張弁６を１ステップ開ける。この温度差が、１０度以上の場合、冷蔵室用膨張弁９を２ステップ開ける。冷蔵室Ｒ内の温度が使用者が設定した冷凍室温度より１℃下降した温度（たとえば、２℃。）まで下がれば、圧縮機２、冷気循環ファン２３、機械室ファン２５をＯＦＦとし冷蔵室用膨張弁６を全閉する。

次に、図３を参照しつつ、圧縮機２の冷却と開口縁の結露防止について説明する。
冷凍冷蔵庫１の機械室１５の圧縮機２の密閉容器周囲に、サーモサイフォン管２７が熱交換関係に接触巻回されている。この部分２７ｂにより圧縮機２の熱をサーモサイフォン管２７内の冷媒で吸収する。そして、サーモサイフォン管２７は、本体開口縁の下方から上方にそれぞれの扉の周縁に対応してターンしながら配設された後、冷凍冷蔵庫の開口縁上方右側より下方に配設され、開口縁に沿って圧縮機２に戻る。この冷凍冷蔵庫１の本体
開口縁に引き回されている部分２７ａが結露防止用パイプとして利用されている。このように、サーモサイフォン管２７内には気液２相流体として循環する作動流体が封入され熱輸送回路が構成され、圧縮機２を冷却しながら、開口縁を加熱している。

なお、実施例１では家庭用の冷凍冷蔵庫について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。

本発明の実施例１の冷凍冷蔵庫の冷凍回路の概略を説明するための図である。実施例１の冷凍冷蔵庫の各部の制御を説明するための図である。実施例１の冷凍冷蔵庫のサーモサイフォン管の配置を説明するための図である。

符号の説明

１冷凍冷蔵庫
Ｒ冷蔵室
Ｆ冷凍室
２圧縮機
４凝縮器
６冷蔵室用膨張弁
７冷蔵室用冷却器
９冷凍室用膨張弁
１０冷凍室用冷却器
１４サーモサイフォン管
１５機械室。

Claims

一面が開口された断熱箱体にて構成された本体と、この一面側に設けられる断熱扉と、この本体下部に形成された機械室と、この機械室内に配置され冷凍回路の一部を形成する圧縮機と、前記断熱箱体の前記一面の開口縁部に配置される結露防止用パイプとを備える冷却貯蔵庫において、
前記冷凍回路の冷媒はＣＯ_２であり、
前記結露防止用パイプは、前記圧縮機を冷却するためのサーモサイフォン管の一部であり、
このサーモサイフォン管内には気液２相流体として循環する作動流体が封入されていることを特徴とする冷却貯蔵庫。