JP2008116100A - 物品貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも２温度を利用する２元冷凍サイクルを搭載した冷蔵庫等の物品貯蔵装置において、より低温の冷凍負荷を軽減するとともに、通常の冷凍温度から低温に切替えた際の冷却速度を改善することを目的とする。
【解決手段】通常の冷凍温度を実現する冷凍室とは独立してより低温を実現する低温室３３を備えることによって、低温室３３の冷凍負荷を低減して消費電力量の増大を抑制することができる。また、冷凍用蒸発器２０とカスケード熱交換器２１を一体で構成することにより、低元サイクルを稼動した際に高元サイクルの冷凍能力に加えて冷凍室３０全体の冷熱源を利用することができ、短時間により大きい冷凍能力が得られるので通常の冷凍温度から低温に切替えた際の冷却速度を大幅に改善することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、通常の冷凍温度（例えば、−１８℃〜−２５℃）を実現する冷凍用蒸発器とは独立してより低温（例えば、−３０℃〜−８０℃）を実現する低温用蒸発器を備えた冷蔵庫等の如く物品貯蔵装置に関するものである。

従来、食品の急速凍結、急速製氷、あるいは低温での食品等の長期保存を目的に、通常の冷凍温度よりも低い−３０℃〜−８０℃の低温を実現する冷蔵庫が提案されている。しかしながら、このような低温を実現した場合には冷凍サイクルの冷凍効率が著しく低下することから、消費電力量の増大が懸念される。

そこで、比較的冷凍効率の高い通常の冷凍温度を実現する冷凍用蒸発器とともに、この冷凍用蒸発器とは独立し、前記冷凍温度よりもさらに低い冷凍温度を実現する低温用蒸発器を備え、必要に応じて冷却する温度を切替えることが可能な冷凍装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる冷凍装置は、所定の室内を冷凍温度に保つ場合に、高元サイクルで冷凍用蒸発器を稼動しながら低元サイクルを停止し、またより低温を実現する場合は、冷凍用蒸発器を停止しながら高元サイクルと低元サイクルの両方で低温用蒸発器を稼動することができるため、通常の冷凍温度よりさらに低温にする必要がない場合に、高元サイクル単独運転に切替えて効率的な運転が実現できる。

これは、家庭用冷蔵庫等のように、省エネ性能を特に要求される貯蔵装置においても望ましい構成である。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷蔵庫について説明する。

図５は、従来の冷蔵庫の冷媒回路図である。

図５に示すように、従来の冷蔵庫は、高元用圧縮機１と、高元用圧縮機１を駆動するインバータ２、凝縮器３、冷凍用膨張弁４、冷凍用蒸発器５からなる高元サイクルと、低元用圧縮機６と、カスケード熱交換器７、低温用膨張弁８、低温用蒸発器９からなる低元サイクルを具備している。

また、前記高元サイクル単独運転と、前記高元サイクルおよび低元サイクルの両方を稼動する２元冷凍サイクル運転を切替えるために、開閉弁１０と開閉弁１１および２元冷凍用膨張弁１２を有する。

ここで、冷凍用蒸発器５と低温用蒸発器９は、同一の被冷却室（図示せず）に配置されている。

また、前記高元サイクルにおいては、冷凍温度を実現するために適した沸点（−１０℃〜−５０℃）の冷媒、例えばＲ１３４ａやＲ６００ａ、Ｒ２９０等が使用される。

一方、低元サイクルにおいては、より低温を実現するために適した沸点（−４０℃〜−９０℃）の冷媒、例えばＲ５０７ＡやＲ２９０、Ｒ１２７０、Ｒ１７０、Ｒ７４４等が使用される。

以上のように構成された従来の冷蔵庫について、その動作を説明する。

被冷却室（図示せず）を冷凍温度で冷却する場合、開閉弁１０を開、開閉弁１１を閉としながら、低元用圧縮機６を停止し、インバータ２を用いて高元用圧縮機１を低速で運転する。

高元用圧縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器３で冷却されて凝縮した後、開閉弁１０を通って冷凍用膨張弁４で減圧され、冷凍用蒸発器５で蒸発する。そして、冷凍用蒸発器５で完全に気化して高元用圧縮機１に還流する。このとき、冷凍用蒸発器５で生成された冷気が前記被冷却室内を対流することで、前記被冷却室は冷凍温度に保たれる。

前記被冷却室をより低温の温度で冷却する場合は、開閉弁１０を閉、開閉弁１１を開としながら、低元用圧縮機６を運転し、インバータ２を用いて高元用圧縮機１を高速で運転する。

これにより、高元用圧縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器３で冷却されて凝縮した後、開閉弁１１を通って２元冷凍用膨張弁１２で減圧されて、カスケード熱交換器７で蒸発する。そして、カスケード熱交換器７で完全に気化して高元用圧縮機１に還流する。

一方、低元用圧縮機６から吐出された冷媒は、カスケード熱交換器７で冷却されて凝縮した後、低温用膨張弁１２で減圧されて、低温用蒸発器９で蒸発する。そして、低温用蒸発器９で完全に気化して低元用圧縮機６に還流する。

ここで、カスケード熱交換器７では、高元サイクルの冷媒と低元サイクルの冷媒が熱交換しながら、高元サイクルの冷媒が蒸発するとともに、低元サイクルの冷媒が凝縮する。このとき、低温用蒸発器９で生成された冷気が、被冷却室内を対流し、その結果、前記被冷却室がより低温の温度に保たれる。

上述のように、従来技術の冷蔵庫は、前記被冷却室を比較的高い通常の冷凍温度（−１８℃〜−２５℃）に保つ場合は、高元サイクルを単独で運転し、より低温（−３０℃〜−８０℃）に保つ場合は、高元サイクルと低元サイクルの両方を運転することができ、また前記被冷却室を比較的高い通常の冷凍温度に切替えた際に不要となる低元サイクルの稼動を停止することで、効率的な運転が実現できる。
特開２００２−３４６４０３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、通常の冷凍温度よりも低い低温を実現する場合、前記被冷却室全体を低温に切替える必要があり、省エネルギーの観点から非効率であるとともに、通常の冷凍温度から低温に到達するまでにかなりの待ち時間が必要であった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、少なくとも２温度を利用する２元冷凍サイクルを搭載した冷蔵庫等の物品貯蔵装置において、低温室を冷凍室と同等の保存温度とする場合の冷凍負荷を軽減するとともに、通常の冷凍温度から低温に切替えた際の冷却速度を改善することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明の物品貯蔵装置は、冷凍室とは独立し、前記冷凍室の温度よりもさらに低温の貯蔵温度を実現する低温室を備えるとともに、前記冷凍室を冷却する冷凍用蒸発器と、前記低温室を冷却する低温用蒸発器と、前記冷凍用蒸発器の冷気を前記低温室に循環する循環風路を備え、低温を実現する場合は、低温用蒸発器を用いて前記低温室を冷却し、前記冷凍室と同等の冷凍温度を実現する場合は、前記低温用蒸発器を停止するとともに、循環風路を使用して低温室を冷却するものである。

また、本発明の物品貯蔵装置は、前記冷凍用蒸発器とカスケード熱交換器を一体で構成するものである。

本発明の物品貯蔵装置は、通常の冷凍温度を維持する冷凍室とは独立して、より低温の保存温度の維持が可能な低温室を備え、前記低温室を前記冷凍室と同等の保存温度とする場合に、前記低温室の保存温度を上昇させて冷凍負荷を低減するため、消費電力量の増大を抑制することができる。

また、冷凍用蒸発器とカスケード熱交換器を一体構成とすることにより、低元サイクルを稼動した際に高元サイクルの冷凍能力に加えて冷凍室全体の冷熱源を利用することができ、短時間により大きい冷凍能力が得られ、通常の冷凍温度から低温に切替えた際の冷却速度を大幅に改善することができる。

請求項１に記載の発明は、少なくとも２温度を利用する２元冷凍サイクルを搭載した物品貯蔵装置において、冷凍温度域にある第一の温度を維持する冷凍室と、前記冷凍室と独立して設けられ、前記第一の温度よりも低い第二の温度を維持する低温室を備え、さらに前記低温室の第二の温度を前記第一の温度に切替える風路切替え手段を設けたものである。

かかる構成とすることにより、前記低温室を、前記冷凍室と同等の第一温度に維持する場合、前記低温室の保存温度を上昇させて冷凍負荷を低減し、風路切替え手段にて冷凍室の冷気を供給するため、消費電力量の増大を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、前記冷凍室を冷却する冷凍用蒸発器と、前記低温室を冷却する低温用蒸発器と、前記冷凍用蒸発器の冷気を前記低温室に循環する循環風路を備え、前記低温室において、前記第二の温度に維持する場合は、前記低温用蒸発器を用いて前記低温室を冷却し、前記第一の温度に維持する場合は、前記低温用蒸発器を停止するとともに、前記循環風路を使用して前記低温室を冷却するものである。

かかることにより、前記低温室の温度を、前記冷凍室の温度もしくはそれに近い冷凍温度まで上昇させるに際し、前記２元冷凍サイクルの低元サイクルの運転を停止するため、消費電力の低減化をはかることができるものである。

請求項３に記載の発明は、高元冷媒の蒸発潜熱を利用して低元冷媒を凝縮させるカスケード熱交換器と前記冷凍用蒸発器を一体構成とした一体型熱交換器を具備するものである。

かかることにより、前記カスケード熱交換器と冷凍用蒸発器による熱交換作用が行え、その結果、低元サイクルを稼動した際に、高元サイクルの冷凍能力に加えて冷凍室全体の冷熱源を利用することができ、短時間により大きな冷凍能力が得られ、通常の冷凍温度からさらに低温の保存温度（冷凍温度）に切替えた際の冷却速度を大幅に改善することができる。

請求項４に記載の発明は、前記一体型熱交換器を、複数の放熱フィンと、前記複数の放熱フィンを連通する２系統の冷媒配管を備えたフィンチューブ熱交換器を具備する構成とし、さらに前記一方の冷媒配管を高元サイクルの蒸発配管とし、他方の冷媒配管を低元サイクルの凝縮配管としたものである。

かかる構成とすることにより、高元サイクルを停止した低元サイクル単独運転を実現することで、不要な動力を削減することができ、消費電力量の増大を抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、前記低元サイクルの流路を切替えて、低温室を冷却と加温に切替え可能とする流路切替え手段を設けたものである。

かかる構成とすることにより、低温室を、一般的に用いられる冷蔵温度よりも高い保存温度に維持することができ、また前記低温室を加温する際の冷排熱を冷凍室で回収することができる。その結果、電熱ヒータ等を用いて低温室を加温する場合に比べてより効率的な運転が可能となる。

請求項６に記載の発明は、前記高元サイクルを停止し、前記低元サイクルを稼動することで前記一体型熱交換器の除霜を行うようにしたものである。

かかることにより、前記一体型熱交換器の除霜の際に生じる冷排熱を低温室で回収することができ、電熱ヒータ等を用いて冷凍室を除霜する構成との比較においてより効率的な運転をすることができるものである。

以下、本発明による冷蔵庫の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図５に示す従来と同一の構成要件については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の冷媒回路図、図２は、同冷蔵庫における庫内風路の模式図、図３は、同冷蔵庫における一体型熱交換器の模式図である。

図１に示すように、冷蔵庫は、高元用圧縮機１と、この高元用圧縮機１を駆動するインバータ（図示せず）、凝縮器３、冷凍用膨張弁４、冷凍用蒸発器２０を環状に連結した高元サイクルと、低元用圧縮機６と、カスケード熱交換器２１、低温用膨張弁８、低温用蒸発器９を環状に連結した低元サイクルを具備している。

ここで、前記高元サイクルにおいては、冷凍温度域にある第一の温度（以下、通常の冷凍温度と称す）を実現するために適した沸点（例えば、−１０℃〜−５０℃）の冷媒が使用される。その冷媒としては、例えばＲ１３４ａやＲ６００ａ、Ｒ２９０等が該当する。また、通常の冷凍温度としては、家庭用の冷凍冷蔵庫等で用いられる例えば、−１８℃〜−２５℃の温度範囲が好ましい。

一方、低元サイクルにおいては、上記冷凍温度よりさらに低温の第二の温度（以下、説明の便宜上冷凍低温度と称す）を実現するために適した沸点（例えば、−４０℃〜−９０℃）の冷媒が使用される。その冷媒としては、例えばＲ５０７ＡやＲ２９０、Ｒ１２７０、Ｒ１７０、Ｒ７４４等が該当する。また、冷凍低温度としては、−３０℃〜−８０℃の温度範囲が好ましい。

さらに、前記冷媒回路は、低温用蒸発器９の冷気を送風する低温用送風ファン２２と、冷凍用蒸発器２０の冷気を送風する冷凍用送風ファン２３を具備している。

また、前記冷蔵庫は、通常の冷凍温度に維持された冷凍室３０と、前記通常の冷凍温度より高い冷蔵温度に維持された冷蔵室３１および野菜室３２と、前記通常の冷凍温度よりも低い冷凍低温度に維持された低温室３３を備えている。

図２に示すように、冷凍用送風ファン２３は、冷凍用ダクト４０内に設けられた冷凍用蒸発器２０の冷気を冷凍室３０へ循環させるとともに、分岐ダクト４１と冷蔵用ダンパー４２を介して冷凍用蒸発器２０の冷気を冷蔵室３１に循環させるものである。

また、低温用送風ファン２２は、低温用ダクト４３内に設けられた低温用蒸発器９の冷気を低温室３３へ循環させるものである。

ここで、冷凍用ダクト４０は、低温室３３を挟む位置に設けられた循環風路Ａ４４と循環風路Ｂ４５を介して低温室３３に接続されている。さらに、循環風路Ａには、冷凍用ダクト４０と低温用ダクト４３の連通を制御する低温用ダンパー４６が設けられている。

ここで、循環風路４４、４５および低温用ダンパー４６は、後述する低温室３３内を通常の冷凍温度に維持する場合に機能するもので、本発明の風路切替え手段に相当するものである。

さらに、野菜室３２は、冷凍室３０と低温室３３に挟まれる位置に設けられており、冷凍室３０と低温室３３からの熱伝導で冷却される構成となっている。

図３に示すように、冷凍用蒸発器２０とカスケード熱交換器２１は、フィンチューブ熱交換器型の一体型熱交換器５０で構成されている。さらに詳述すると、点線矢印で示す如く、冷凍用蒸発器２０の冷媒が通過する蒸発配管５１と、実線矢印で示す如く、カスケード熱交換器２１の冷媒が通過する凝縮配管５２は、放熱フィン５３を共有している。

前述の如く放熱フィン５３を共有する構成としたことにより、冷凍用蒸発器２０およびカスケード熱交換器２１は、それぞれ単独で一体型熱交換器５０を矢印Ｘで示す方向に通過する空気と熱交換するとともに、冷凍用蒸発器２０とカスケード熱交換器２１が放熱フィン５３を介して熱交換することで、蒸発配管５１を通過しながら蒸発する高元サイクルの冷媒の蒸発潜熱を用いて、凝縮配管５２を通過する低元サイクルの冷媒を凝縮させることができる。

以上のように構成された実施の形態１の冷蔵庫について、その動作を説明する。

低温室３３を通常の冷凍温度以上に保つ場合は、図２に示す庫内風路において低温用ダンパー４６を開状態とする。

そして、低元用圧縮機６を停止状態とし、冷凍用送風ファン２２と高元用圧縮機１を稼動する。このとき、高元用圧縮機１はインバータを用いて低速で運転される。

したがって、高元用圧縮機１から吐出された冷媒は、図１の実線矢印で示す如く、凝縮器３で冷却されて凝縮した後、冷凍用膨張弁４で減圧されて、冷凍用蒸発器２０で蒸発する。そして、冷凍用蒸発器２０で最適な熱負荷バランスの場合であれば完全に気化して高元用圧縮機１に還流する。

その結果、高元サイクルの冷凍用蒸発器２０は、通常の冷凍温度に設定される冷凍室３０の保存温度より５℃〜１０℃程度低い蒸発温度に達する。

一方、冷凍用蒸発器２０の冷気は、図２の実線矢印で示す如く、冷凍用ダクト４０および分岐ダクト４１を介してそれぞれ冷凍室３０および冷蔵室３１を循環するとともに、循環風路Ａ４４から低温用ダンパー４６を介して低温室３３へ流れ、循環風路Ｂ４５から冷凍用ダクト４０へと循環する。

したがって、低温室３３は、上述の気流により、通常の冷凍温度以上の保存温度を維持することができる。

次に、低温室３３内の保存温度を冷凍低温度で冷却維持する場合は、低温用ダンパー４６を閉とし、冷凍用送風ファン２２と低温用送風ファン２３、低元用圧縮機６を稼動するとともに、インバータを用いて高元用圧縮機１を高速で運転し、低温用膨張弁８を所定の開度に調整する。

したがって、高元用圧縮機１から吐出された冷媒は、図１の実線矢印で示す如く凝縮器３で冷却されて凝縮した後、冷凍用膨張弁４で減圧されて、冷凍用蒸発器２０で蒸発する。そして、冷凍用蒸発器２０で最適な熱負荷バランスの場合であれば完全に気化して高元用圧縮機１に還流する。

また、低元用圧縮機６から吐出された冷媒は、図１の破線矢印で示す如く図３の放熱フィン５３を介して冷凍用蒸発器２０と熱交換することにより、カスケード熱交換器２１で冷却されて凝縮した後、低温用膨張弁８で減圧されて、低温用蒸発器９で蒸発する。そして、低温用蒸発器９で最適な熱負荷バランスの場合であれば完全に気化して低元用圧縮機６に還流する。

この結果、高元サイクルの冷凍用蒸発器２０は、通常の冷凍温度に設定される冷凍室３０の設定温度より５℃〜１０℃程度低い蒸発温度に達するとともに、カスケード熱交換器２１を冷却する。

さらに、低元サイクルを構成する低温用蒸発器９は、カスケード熱交換器２１が冷却されることにより、より低温の冷凍低温度を実現する低温室３３の設定温度より５℃〜１０℃程度低い蒸発温度を実現することができる。

そして、冷凍用蒸発器２０の冷気は、図２の実線矢印で示す如く冷凍用ダクト４０および分岐ダクト４１を介してそれぞれ冷凍室３０および冷蔵室３１を循環し、冷却する。さらに、冷蔵用ダンパー４２を開閉制御することで冷蔵室３１の温度調整が行われる。

一方、低温用蒸発器９の冷気は、図２の破線矢印で示す如く低温用ダクト４３を介して低温室３３を循環し、低温室３３を冷却する。

ここで、低温室３３の保存温度を、冷凍低温度とする場合において、低温室３３を冷凍低温度まで冷却する前に、予め冷凍室３０を所定の冷凍温度に保っておくことにより、低温室３３の低温化を速やかに行うことができる。すなわち、冷凍用送風ファン２２を稼動することにより、冷凍室３０内に蓄積された冷熱を循環させてカスケード熱交換器２１を速やかに冷却することができ、その結果、高元サイクルが立ち上がる前に低元サイクルによる低温室３３の冷却を行うこととなり、低温室３３の低温化のための冷却速度を高めることができる。

次に、高元用圧縮機１が運転中で、冷凍室３０が所定の冷凍温度の下限にあり、冷凍低温度に保たれた低温室３３のみに食品投入等によって熱負荷が発生した場合についての動作を説明する。

低温室３３に熱負荷が発生すると、低温用ダンパー４６を閉とし、低温用膨張弁８を所定の開度に調整して、冷凍用送風ファン２２と低温用送風ファン２３、低元用圧縮機６を稼動するとともに、高元用圧縮機１を停止する。このとき、低元用圧縮機６から吐出された冷媒は、冷凍用送風ファン２２により循環する冷凍室３０内に蓄積された冷熱と熱交換することにより、カスケード熱交換器２１で冷却されて凝縮した後、低温用膨張弁８で減圧されて、低温用蒸発器９で蒸発する。そして、低温用蒸発器９で気化して低元用圧縮機６に還流する。

この結果、高元用圧縮機１を停止したまま、冷凍室３０内に蓄積された冷熱によりカスケード熱交換器２１が冷却され、前記低元サイクルの低温用蒸発器９は、冷凍低温度を実現する低温室３３の設定温度より５℃〜１０℃程度低い蒸発温度を実現することができる。そして、低温用蒸発器９の冷気は低温用ダクト４３を介して低温室３３を循環し、低温室３３内の保存温度を冷凍低温度に維持する。

また、低元用圧縮機６が運転中で、低温室３３が所定の低温の下限にあり、冷凍室３０のみに食品投入等によって熱負荷が発生した場合についての動作を説明する。

冷凍室３０に熱負荷が発生すると、低温用ダンパー４６を閉とし、低元用圧縮機６を停止するとともに、冷凍用送風ファン２２と高元用圧縮機１を稼動する。この場合、高元用圧縮機１は、インバータを用いて低速で運転される。

したがって、高元用圧縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器３で冷却されて凝縮した後、冷凍用膨張弁４で減圧されて、冷凍用蒸発器２０で蒸発する。そして、冷凍用蒸発器２０で完全に気化して高元用圧縮機１に還流する。

この結果、高元サイクルの冷凍用蒸発器２０は、通常の冷凍温度に設定される冷凍室３０の設定温度より５℃〜１０℃程度低い蒸発温度に達する。そして、冷凍用蒸発器２０の冷気は冷凍用ダクト４０および分岐ダクト４１を介してそれぞれ冷凍室３０および冷蔵室３１を循環し、冷凍室３０および冷蔵室３１を冷却する。

また、冷凍用蒸発器２０を除霜する場合は、低温用ダンパー４６を閉とし、低温用膨張弁８を所定の開度に調整して、低温用送風ファン２３と低元用圧縮機６を稼動するとともに、冷凍用送風ファン２２と高元用圧縮機１を停止する。

このとき、低元用圧縮機６から吐出された冷媒は、冷凍用蒸発器２０に蓄積された霜と熱交換することにより、冷凍用蒸発器２０を除霜しながらカスケード熱交換器２１で冷却されて凝縮した後、低温用膨張弁８で減圧されて、低温用蒸発器９で蒸発する。そして、低温用蒸発器９で気化して低元用圧縮機６に還流する。

この結果、冷凍用送風ファン２２と高元用圧縮機１を停止したまま低元サイクルを運転することにより、冷凍用蒸発器２０を除霜しながらその冷排熱を利用して低温用蒸発器９は、冷凍低温度を実現する低温室３３の設定温度より５℃〜１０℃程度低い蒸発温度を実現することができる。そして、低温用蒸発器９の冷気は、図２の破線矢印で示す如く低温用ダクト４３を介して低温室３３を循環し、低温室３３を冷却する。

以上のように、本実施の形態１において、低温室３３の保存温度を通常の冷凍温度に維持した貯蔵室として使用する場合は、低温用蒸発器９を停止するとともに、循環風路４４、４５を使用して低温室３３を冷却する構成としているため、通常の冷凍温度を実現するために、低元サイクルを頻繁に断続運転する等の非効率的な運転を行う必要が無い。したがって、貯蔵空間の大きさ（容積）と稼働時間を限定し、低温室３３の冷凍負荷を低減して消費電力量の増大を抑制することができる。

また、冷凍用蒸発器２０とカスケード熱交換器２１を一体型熱交換器５０で構成することにより、低元サイクルを稼動した際に高元サイクルの冷凍能力に加えて冷凍室３０全体の冷熱源を利用することができ、短時間でより大きな冷凍能力を得ることができる。

その結果、通常の冷凍温度から低温に切替えた際の冷却速度を大幅に改善することができる。

さらに、冷凍室３０あるいは低温室３３のどちらか一方にのみ負荷が投入された場合においても、それぞれ高元サイクルあるいは低元サイクルを単独運転することで対応することができ、不要な動力を削減することで消費電力量の増大を抑制することができる。

また、高元サイクルを停止したまま低元サイクルを運転することにより、冷排熱を利用しながら冷凍用蒸発器２０を除霜することができるので、電熱ヒータを利用して冷凍用蒸発器２０を除霜する場合に比べて不要な電力を削減することができ、消費電力量の増大を抑制することができる。また、前記電熱ヒータを補助的に用いることにより、消費電力の若干の増加となる点を除き、同様の作用効果が期待できる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における冷蔵庫の冷媒回路図である。なお、先の実施の形態１と同一の構成要件については同一の番号を付して、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、実施の形態２の冷蔵庫は、高元用圧縮機１と、高元用圧縮機１を駆動するインバータ（図示せず）、凝縮器３、冷凍用膨張弁４、冷凍用蒸発器２０を具備する高元サイクルと、低元用圧縮機６と、四方弁６０、カスケード熱交換器２１、低温用膨張弁８、低温用蒸発器９を具備する低元サイクルを備えている。

ここで、四方弁６０は、本発明の流路切替え手段に相当し、周知の原理に基づく構成で、冷媒の流れを切替えることにより、冷却モードと加温モードを形成することができる。

前記冷却モードでは、低元用圧縮機６から吐出された冷媒を、カスケード熱交換器２１へ供給し、低温用蒸発器９からの冷媒を、低元用圧縮機６へ還流させる回路が形成される。

また、加温モードでは、低元用圧縮機６から吐出される冷媒を、低温用蒸発器９へ供給し、カスケード熱交換器２１からの冷媒を低元用圧縮機６へ還流させる回路が形成される。

さらに、低温用蒸発器９の冷気を送風する低温用送風ファン２２と、冷凍用蒸発器２０の冷気を送風する冷凍用送風ファン２３を具備している。

また、本実施の形態２の冷蔵庫は、高い通常の冷凍温度に保つ冷凍室３０と、より高い冷蔵温度に維持された冷蔵室３１および野菜室３２と、冷凍温度よりも低温の冷凍低温度から前述の冷蔵温度よりも高温の貯蔵温度に亘って貯蔵温度が制御される低温室３３ａを備えている。

ここで、低温室３３ａは、低元サイクルの四方弁６０を冷却モードで稼動することにより、冷凍温度よりも低温の冷凍低温度を実現する一方、低元サイクルの四方弁６０を加温モードで稼動することにより、冷蔵温度よりも高温の例えば、１０℃〜６０℃の貯蔵温度を実現することができる。

以上のように構成された実施の形態２の冷蔵庫について、その動作を説明する。ここで、冷凍室３０、冷蔵室３１、野菜室３２、低温室３３ａを循環する気流については、図２を援用して説明する。

まず、低温室３３ａを低温まで冷却する場合、四方弁６０を冷却モードとし、低温用ダンパー４６を閉とする。

そして、冷凍用送風ファン２２と低温用送風ファン２３、低元用圧縮機６を稼動するとともに、インバータを用いて高元用圧縮機１を高速で運転し、低温用膨張弁８を所定の開度に調整する。

したがって、高元用圧縮機１から吐出された冷媒は、図４の実線矢印で示す如く流れ、凝縮器３で冷却されて凝縮した後に、冷凍用膨張弁４で減圧されて、冷凍用蒸発器２０で蒸発する。そして、冷凍用蒸発器２０で最適な熱負荷バランスの場合であれば完全に気化して高元用圧縮機１に還流する。

一方、低元用圧縮機６から吐出された冷媒は、図４の破線矢印で示す如く四方弁６０を経由してカスケード熱交換器２１へ流れ、放熱フィン５３を介して冷凍用蒸発器２０と熱交換することにより、カスケード熱交換器２１で冷却されて凝縮した後に、低温用膨張弁８で減圧され、低温用蒸発器９で蒸発する。そして、低温用蒸発器９で最適な熱負荷バランスの場合であれば完全に気化した後、四方弁６０を経由して低元用圧縮機６に還流する。

この結果、高元サイクルの冷凍用蒸発器２０は、通常の冷凍温度に設定される冷凍室３０の設定温度より５℃〜１０℃程度低い蒸発温度に達する。また、低元サイクルの低温用蒸発器９は、冷凍用蒸発器２０によりカスケード熱交換器２１が冷却されているため、この冷却作用によって、より低温の冷凍低温度を実現する低温室３３ａの設定温度より５℃〜１０℃程度低い蒸発温度を実現することができる。

そして、冷凍用蒸発器２０の冷気は、冷凍用ダクト４０および分岐ダクト４１を介してそれぞれ冷凍室３０および冷蔵室３１を循環するとともに、冷蔵用ダンパー４２を開閉制御することで冷蔵室３１の温度調整が行われる。

また、低温用蒸発器９の冷気は、低温用ダクト４３を介して低温室３３ａを循環する。

このように、四方弁６０を冷却モードに切替えて低元サイクルを稼動することにより、実施の形態１と同様に、低温室３３ａを冷凍温度より低温の冷凍低温度にまで冷却することができる。

一方、低温室３３を加温する場合、四方弁６０を加温モードとし、低温用ダンパー４６を閉とし、冷凍用送風ファン２２と低温用送風ファン２３、低元用圧縮機６を稼動して低温用膨張弁８を所定の開度に調整する。

したがって、低元用圧縮機６から吐出された冷媒は、図４の点線矢印で示す如く流れ、四方弁６０を経由して低温用蒸発器９へ供給され、低温用送風ファン２３で循環される低温室３０内の空気と熱交換して凝縮した後、低温用膨張弁８で減圧されて、カスケード熱交換器２１で蒸発する。

そして、カスケード熱交換器２１で気化した後、四方弁６０を経由して低元用圧縮機６に還流する。

この結果、低元サイクルの低温用蒸発器９は、冷蔵温度より高温を実現する低温室３３ａ内の空気温度より５℃〜１０℃程度高い凝縮温度を実現することができる。

一方、低元サイクルのカスケード熱交換器２１で発生する冷排熱は、冷凍用送風ファン２２で冷凍室３０あるいは冷蔵室３１に供給される。

このように、四方弁６０を加温モードに切替えて低元サイクルを稼動することにより、低温室３３ａを加温しながら、その冷排熱を冷凍室３０あるいは冷蔵室３１の冷却に利用する効率的な運転が実現できる。

以上のように、本実施の形態２においては、四方弁６０を用いて低元サイクルの流路を切替え、低温室３３ａを冷却と加温に切替え可能とすることによって、低温室３３ａを冷蔵温度よりも高い貯蔵温度に維持することができる。また、この場合、低温室３３ａを加温する際の冷排熱を、冷凍室３０で回収することができ、電熱ヒータ等を用いて低温室を加温する場合に比べてより効率的な運転が実現できる。さらに、前記電熱ヒータを補助的に用いることにより、消費電力の若干の増加となる点を除き、同様の作用効果が期待できる。

本発明にかかる物品貯蔵装置は、少なくとも２温度を利用する２元冷凍サイクルを搭載し、通常の冷凍温度を実現する冷凍室とは独立してより低温の冷凍低温度を実現する低温室を備えることによって、低温室の冷凍負荷を低減し、消費電力量の増大を抑制することができるとともに、冷凍用蒸発器とカスケード熱交換器を一体構成とすることにより、低元サイクルを稼動した際に高元サイクルの冷凍能力に加えて冷凍室全体の冷熱源を利用することができ、短時間でより大きな冷凍能力が得られるもので、同様に省エネルギー化や大きな低温化能力あるいは迅速な冷却速度が要求されるショーケースや業務用冷凍冷蔵庫等の冷凍機器にも適用できるものである。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫の冷媒回路図 同実施の形態１における冷蔵庫の庫内風路の模式図 同実施の形態１における冷蔵庫の一体型熱交換器の模式図 本発明の実施の形態２における冷蔵庫の冷媒回路図 従来の冷蔵庫の冷媒回路図

符号の説明

９ 低温用蒸発器
２０ 冷凍用蒸発器
２１ カスケード熱交換器
２２ 低温用送風ファン
２３ 冷凍用送風ファン
３０ 冷凍室
３１ 冷蔵室
３３ 低温室
３３ａ 低温室
４０ 冷凍用ダクト
４３ 低温用ダクト
４４ 循環風路Ａ（風路切替え手段）
４５ 循環風路Ｂ（風路切替え手段）
４６ 低温用ダンパー（風路切替え手段）
５０ 一体型熱交換器
５１ 蒸発配管
５２ 凝縮配管
５３ 放熱フィン
６０ 四方弁（流路切替え手段）

Claims (6)

1. 少なくとも２温度を利用する２元冷凍サイクルを搭載した物品貯蔵装置において、冷凍温度域にある第一の温度を維持する冷凍室と、前記冷凍室と独立して設けられ、前記第一の温度よりも低い第二の温度を維持する低温室を備え、さらに前記低温室の第二の温度を前記第一の温度に切替える風路切替え手段を設けた物品貯蔵装置。
2. 前記冷凍室を冷却する冷凍用蒸発器と、前記低温室を冷却する低温用蒸発器と、前記冷凍用蒸発器の冷気を前記低温室に循環する循環風路を備え、前記低温室において、前記第二の温度に維持する場合は、前記低温用蒸発器を用いて前記低温室を冷却し、前記第一の温度に維持する場合は、前記低温用蒸発器を停止するとともに、前記循環風路を使用して前記低温室を冷却する請求項１に記載の物品貯蔵装置。
3. 高元冷媒の蒸発潜熱を利用して低元冷媒を凝縮させるカスケード熱交換器と前記冷凍用蒸発器を一体構成とした一体型熱交換器を具備する請求項１または２に記載の物品貯蔵装置。
4. 前記一体型熱交換器を、複数の放熱フィンと、前記複数の放熱フィンを連通する２系統の冷媒配管を備えたフィンチューブ熱交換器を具備する構成とし、さらに前記一方の冷媒配管を高元サイクルの蒸発配管とし、他方の冷媒配管を低元サイクルの凝縮配管とした請求項３に記載の物品貯蔵装置。
5. 前記低元サイクルの流路を切替えて、低温室を冷却と加温に切替え可能とする流路切替え手段を設けた請求項４に記載の物品貯蔵装置。
6. 前記高元サイクルを停止し、前記低元サイクルを稼動することで前記一体型熱交換器の除霜を行うようにした請求項４に記載の物品貯蔵装置。

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