JP2007093127A

JP2007093127A - 冷却貯蔵庫

Info

Publication number: JP2007093127A
Application number: JP2005283824A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mukoyama; 洋向山; Hitoshi Aoki; 均史青木; Masahiro Kikukawa; 政宏菊川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】冷凍回路にＣＯ２冷媒を採用した冷凍冷蔵庫において、プルダウン始動時の冷却不良を防止する。
【解決手段】本発明は、２段圧縮機と、凝縮器と、冷却器と、この冷却器の前段に設けられ前記冷却器の入口側温度と出口側温度の温度差が所定の温度差の範囲に収まるように開度が調整される膨張弁とを備えるＣＯ_２冷媒の冷却貯蔵庫において、プルダウン運転始動時に所定時間、前記膨張弁をほぼ全開放状態とすることを特徴とする。
【選択図】図２

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。

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１参照）。
特開２００４−８５１０６号公報

冷媒にＣＯ_２を採用した冷凍冷蔵庫では、高圧側と低圧側の圧力が従来の冷媒に比べ大きく異なってしまう。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。

このように、冷凍回路にＣＯ２冷媒を採用した冷凍冷蔵庫の試作機において、プルダウン始動時に、冷却不良が発生する。

この冷却不良は、冷凍回路採用された２段圧縮機に起因するものであると類推される。２段圧縮機では、低圧から中圧の前段圧縮と、中圧から高圧への後段圧縮を行っている。前段圧縮により中圧側に適量の冷媒が存在しないと、後段圧縮が良好に行われない。このため、適量の冷媒が圧縮機から吐出されず、冷却不良が発生するものと類推される。

プルダウン時以外においては、冷媒は適切に冷媒回路に分散して存在している（または、そうなるように冷却運転を行っている）。しかし、プルダウン運転を行う前の冷凍冷蔵庫においては、冷媒の冷凍回路内での分散状況は不明であり、圧縮の低圧側の冷媒が不足気味であるかもしれない。

本願発明は、２段圧縮機を採用した冷凍冷蔵庫（冷却貯蔵庫）において好適な対策を提案するものである。

本発明は、２段圧縮機と、凝縮器と、冷却器と、この冷却器の前段に設けられ前記冷却器の入口側温度と出口側温度の温度差が所定の温度差の範囲に収まるように開度が調整される膨張弁とを備えるＣＯ_２冷媒の冷却貯蔵庫において、プルダウン運転始動時に所定時間、前記膨張弁をほぼ全開放状態とすることを特徴とする。

本発明によれば、冷凍回路に２段圧縮機を採用した冷凍冷蔵庫（冷却貯蔵庫）において、プルダウン起動時に低圧側の冷媒が不足気味になることを防止できる。

本発明は、２段圧縮機と、凝縮器と、冷却器と、この冷却器の前段に設けられ前記冷却器の入口側温度と出口側温度の温度差が所定の温度差の範囲に収まるように開度が調整される膨張弁とを備えるＣＯ_２冷媒の冷却貯蔵庫において、プルダウン運転始動時に所定時
間、前記膨張弁をほぼ全開放状態とすることを特徴とする。

図１〜図２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４ａで凝縮される。この主凝縮器４ａは、放熱フィンを備えた熱交換器で構成されている。次に、冷媒は、蒸発皿２８のドレン水の蒸発促進用の冷媒パイプ部分４ｂを介して、冷凍冷蔵庫の開口縁に沿って引き回された冷媒パイプ部分４ｃに流れる。この冷凍冷蔵庫１の凝縮器は、主凝縮器４ａ，冷媒パイプ部分４ｂ、４ｃにより構成される。なお、冷媒パイプ部分４ｃは、この冷凍冷蔵庫の開口縁の結露防止用パイプである。

その後、冷媒は、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。

また、この膨張弁の開度は、０ステップ〜４８０ステップの間で開閉可能である。この実施例では、０ステップ〜７０ステップの間で制御をしている。これは、この膨張弁は、元々他の冷凍装置用に設計されたものを改造して、ＣＯ２冷媒の冷凍冷蔵庫に採用したため、実際の冷媒の流量調整には、０ステップ〜７０ステップの間でしか冷媒の流量調整の効果がなく、７１ステップ〜４８０ステップの間では機械的には開度は変更されるが、冷媒の流量はほとんど変わらないからである。

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。このガラス管ヒータ１１，１２は、冷却器７，１０の除霜時にＯＮとなり、冷却器７，１０の霜を加熱により溶かす。この除霜水は、それぞれ断熱材中のドレンホース（図示せず）を介して、蒸発皿２８に集められる。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の入口側温度を測定するＲ入口温度センサーである。２０は冷蔵室用冷却器７の出口側温度を測定する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１９，２０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の入口側温度を測定するＦ入口温度センサーである。２２は冷凍室用冷却器１０の出口側温度を測定する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２１，２２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。２９は、冷凍冷蔵庫の冷凍室の開口縁部に引き回された電気ヒータである。

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、冷蔵庫の制御回路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。

制御回路２６は、まず、冷凍室用膨張弁９及び冷蔵室用膨張弁６の両方を初期値とする。つまり、冷凍室用膨張弁９及び冷蔵室用膨張弁６の両方を、閉じる方向に４８０ステッ
プ回す（実際には、１６０ステップほどで実用上問題無いと推察する）。これにより、冷凍室用膨張弁９及び冷蔵室用膨張弁６の両方を閉じた状態（初期値）とすることができる。

制御回路２６は、冷凍室用膨張弁９及び冷蔵室用膨張弁６の両方を全開放状態とすために、冷凍室用膨張弁９及び冷蔵室用膨張弁６の両方を、開ける方向に７０ステップ回す。これにより、低圧側に冷媒が少ない場合は、低圧側に冷媒が流れ込む。

そして、この後、３０秒経過した時点で、冷凍室用膨張弁９及び冷蔵室用膨張弁６の両方をプルダウン運転用の所定開度に戻し、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。

圧縮機２から吐出された冷媒は、凝縮器４ａ，４ｂ，４ｃ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の冷却を開始する。制御回路２６は、冷凍室用膨張弁９を所定値に開けて、冷凍室冷却器１０側の冷媒の流れを許容する。これにより、高圧側と低圧側の圧力差が緩和される。この開放の５秒後に、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する。この後、制御回路２６は、冷凍室用膨張弁９の開度の制御を行う。

この制御は、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。

なお、上述の説明では、制御回路２６は、冷凍室冷却運転始動時に前記圧縮機の起動に先立つ５秒前に前記膨張弁を開けて、高圧側と低圧側の圧力差を減少させている。しかし、これは、外気温に応じて変更している。つまり、制御回路２６は、外気温度センサー１６で検出した外気温度が、３３℃以上であれば、冷凍室冷却運転始動時に前記圧縮機の起動に先立つ３０秒前に前記膨張弁９を開けて、高圧側と低圧側の圧力差を減少させている。

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の冷却を開始する。制御回路２６は、冷蔵室用膨張弁６を所定値に開けて、冷蔵室冷却器７側の冷媒の流れを許容する。これにより、高圧側と低圧側の圧力差が緩和される。この開放の５秒後に、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する。なお、冷凍室の冷却と同様に、制御回路２６は、外気温度センサー１６で検出した外気温度が、３３℃以上であれば、冷蔵室冷却運転始動時に前記圧縮機の起動に先立つ３０秒前に前記膨張弁６を開けて、高圧側と低圧側の圧力差を減少させている。

冷蔵室用膨張弁７の開度の制御は、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。

次に除霜運転について説明する。

制御回路２６は、圧縮機２の運転時間を積算処理している。そして、冷凍冷蔵庫１の通常冷却の運転終了時に、この積算時間と予め設定してある所定時間とを比較する。この積算時間が所定時間を超えていると、除霜開始チェックを行う。このチェックは、冷蔵室Ｒ及び冷凍室Ｆの両室が、十分に冷却されていることをチェックするものであり、十分に冷却されている場合は、除霜モードとなる。なお、十分に冷却されていない（どちらかの室の温度が冷却開始温度に非常に近い）場合は、この室の冷却を強制的開始する。そして、この冷却の終了後、再度、前述の除霜開始チェックを行う。

除霜モードでは、ガラス管ヒータ１１，１２に通電して、冷却器７，１０を加熱する。そして、Ｒ入口温度センサー１９とＲ出口温度センサー２０からの測定温度が、冷蔵用の除霜終了所定温度になるとガラス管ヒータ１１の通電を止める。同様に、Ｆ入口温度センサー２１とＦ出口温度センサー２２からの測定温度が、冷凍用の除霜終了所定温度になるとガラス管ヒータ１２の通電を止める。これにより、除霜モードを終了する。

この時の除霜水は、ドレンホース（図示せず）を介して、蒸発皿２８に集められ、この蒸発皿２８の除霜水は、高温冷媒の冷媒パイプ４ｂの熱により、蒸発が促進される。

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。

また、この実施例１では、３３℃を境に、通常冷却時の先立つ開放時間を５秒と３０秒に切り替えたが、これは、ＣＯ２冷媒の臨界温度（３１．１℃）付近の温度帯（例えば、２９℃〜３５℃）から適当値を選択することとなる。つまり、実際の冷凍冷蔵庫の外気温度センサー１６の検出温度が少しの狂いもなく、そのまま冷媒の状況を判定するための温度として流用することできないからである。

また、この実施例１では、３３℃を境に、先立つ開放時間を５秒と３０秒で切り替えたが、本願は、これに限定されるものではなく、外気温度に応じて比例して先立つ開放時間を設定すると共に、３３℃以上の場合はこの先立つ開放時間を更に増加するようにしてもよい。

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概略回路図である。

符号の説明

１冷凍冷蔵庫（冷却貯蔵庫）
Ｒ冷蔵室
Ｆ冷凍室
２圧縮機
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
１５機械室
１６外気温度センサー
２６制御回路。

Claims

２段圧縮機と、凝縮器と、冷却器と、この冷却器の前段に設けられ前記冷却器の入口側温度と出口側温度の温度差が所定の温度差の範囲に収まるように開度が調整される膨張弁とを備えるＣＯ_２冷媒の冷却貯蔵庫において、
プルダウン運転始動時に所定時間、前記膨張弁をほぼ全開放状態とすることを特徴とする冷却貯蔵庫。