JP2009168337A

JP2009168337A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2009168337A
Application number: JP2008007204A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Seki; 和芳関
Original assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Current assignee: Hoshizaki Electric Co Ltd
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】冷媒を気化して熱交換する熱交換部を小型化すると共にコストの低減を図り得る冷却装置を提供する。
【解決手段】気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする熱交換部４６と、液化冷媒を気化させて気化冷媒とする蒸発器ＥＰとを設け、該熱交換部４６と蒸発器ＥＰとの間を冷媒が循環することにより、蒸発器ＥＰが冷却室２８内の空気と熱交換して冷却するよう構成する。更に、熱交換部４６と蒸発器ＥＰとを接続するガス配管５０ａ,５１ａの途中に膨張タンク６０を接続して、該膨張タンク６０内を冷媒が流通するよう構成すると共に、当該膨張タンク６０を冷却室２８内に配置した。
【選択図】図３

Description

本発明は、液化冷媒の気化により熱交換する蒸発器を備えた冷却装置に関するものである。

冷媒回路内に温度勾配を設けることで冷媒に密度差を形成し、密度の不均一によって重力の作用下に生じる自然対流を利用して熱伝達を行なうサーモサイフォンと呼ばれる熱輸送機構が、例えば冷蔵庫等の貯蔵設備や空調設備等の冷却装置として用いられている(例えば、特許文献１参照)。

前記サーモサイフォンを利用した冷却装置は、冷媒を液化する凝縮器と、この凝縮器の下方に配置されて液化冷媒を気化する蒸発器と、凝縮器から蒸発器へ液化冷媒を導く液配管と、蒸発器から凝縮器へ気化冷媒を導くガス配管とから冷却回路が構成される。この冷却装置では、強制的または自然冷却された凝縮器で気化冷媒から熱を奪って液化し、液配管を介して液化冷媒を重力の作用下に蒸発器へ流下させ、蒸発器の周囲雰囲気から熱を奪うことで蒸発器に流入した液化冷媒が気化し、体積膨張により比重が減少した気化冷媒がガス配管を介して凝縮器に還流される。また、蒸発器では液化冷媒の蒸発により圧力が上昇する一方、凝縮器では気化冷媒の凝縮により圧力が降下するので、冷却回路に圧力差が生じる。すなわち、冷却回路では、前述した冷媒の比重差と、蒸発器および凝縮器の間の圧力差との二種類の推進力によって一方向へ自然対流による冷媒の循環サイクルが構築されることで、蒸発器で所要の冷却作用を発揮するようになっている。

このような冷却装置では、装置を停止したときは、蒸発器において周囲雰囲気から熱を奪うことで液化冷媒が気化する一方、凝縮器での冷媒の液化作用が停止することにより、冷却回路の内部圧力が上昇する。このため、前記ガス配管から分岐管を分岐させて膨張タンクを接続することにより回路の内容積を増加するよう構成し、装置停止時における内部圧力の上昇を膨張タンクの内部空間を利用して防止している。
特開２００５−７７０４２号公報

ところで、前述したサーモサイフォンタイプの冷却装置では、蒸発器における外部雰囲気との熱交換効率を高めるために、冷媒流通経路が長くなるよう蒸発管を蛇行状に形成される。このため、蒸発器が大型化してコストの増大に繋がる問題が指摘されている。一方で、前記膨張タンクは、装置停止時における圧力緩衝部材として不可欠であるものの、運転時においては圧力緩衝部材としての機能を発揮せず、装置の大型化に繋がる問題を内在している。

そこで、本発明は、冷媒を気化させる熱交換部を小型化し得ると共にコストの低減を図り得る冷却装置を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る冷却装置は、
気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする第１の熱交換部と、前記第１の熱交換部より下方に設けられ、液化冷媒を気化させて気化冷媒とする第２の熱交換部とを備え、前記第１の熱交換部と第２の熱交換部との間を冷媒が循環するよう構成された冷却装置において、
冷媒の循環経路に膨張部を接続して、該膨張部内を冷媒が流通するよう構成すると共に、該膨張部を前記第１の熱交換部の熱交換領域または第２の熱交換部の熱交換領域に配設したことを要旨とする。

このように、冷媒の循環経路に膨張部を設けると共に第１の熱交換部の熱交換領域または第２の熱交換部の熱交換領域に該膨張部を配設することにより、冷却装置の運転時に膨張部内で冷媒を蒸発させて熱交換領域内の空気との間で熱交換するよう構成することで、冷却装置の運転時には膨張部が熱交換器として機能する。すなわち、第１の熱交換部の熱交換領域または第２の熱交換部の熱交換領域において、前記膨張部を熱交換器として機能させることで、該第１の熱交換部または第２の熱交換部を小型化すると共に、コストの低減を図り得る。また、冷媒の循環経路に膨張部を設けることにより、従来と同様に冷却装置の停止時には膨張部の内部空間を利用して圧力緩衝を図ることができる。

請求項２に係る発明は、一次冷媒を機械的に強制循環する一次回路と、
前記第１の熱交換部および第２の熱交換部を有し、該第１の熱交換部で前記一次回路を循環する一次冷媒との間で熱交換する二次回路とを有し、
空気の流通が許容される開放空間に、前記一次回路が配設されると共に、この開放空間から独立した閉鎖空間に、前記第２の熱交換部と、前記膨張部としての膨張タンクが配設されることを要旨とする。

このように、二次冷媒を自然循環する二次回路では、装置停止時における気相冷媒量の増加が著しいことから、該二次回路中に膨張部を形成することで、二次回路中の圧力上昇を効果的に抑制し得る。

請求項３に係る発明は、前記膨張部における前記第２の熱交換部から冷媒が流入する冷媒流入口は、該膨張部の底面近傍に位置するよう設けられ、膨張部における前記第１の熱交換部へ冷媒が流出する冷媒流出口は、膨張部の天井面近傍に位置するよう設けられることを要旨とする。

これにより、膨張部内に流入した冷媒を、膨張部内で確実に気化させた後に第２の熱交換部に循環させることができ、熱交換効率を最大限まで向上することができる。

請求項４に係る発明は、一次冷媒を機械的に強制循環する一次回路と、
前記第１の熱交換部および第２の熱交換部を有し、該第１の熱交換部で前記一次回路を流通する一次冷媒との間で熱交換する二次回路とを有し、
前記二次回路において、前記一次回路を流通する一次冷媒と前記第１の熱交換部を流通する二次冷媒との熱交換領域に、前記膨張部を設けたことを要旨とする。

本発明によれば、冷媒の気化により熱交換を行なう熱交換器として膨張部が機能するから、同じく冷媒を気化させて熱交換を行なう熱交換部と膨張部とを同じ熱交換領域に設置することで、該熱交換部を小型化してコストの低減を図り得る。

次に、本発明に係る冷却装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。実施例では、店舗等の業務用途に用いられ、野菜や肉等の物品を多量に収納し得る大型の冷蔵庫に設けられる冷却装置を例に挙げて説明する。

図１に示すように、実施例１に係る冷蔵庫１０は、収納室(閉鎖空間)１４を内部画成した断熱構造の箱体１２と、この箱体１２の上方に設けられ、金属パネル１８により外壁を構成したキャビネット１６とを備えている。箱体１２には、前側に開放して物品の出し入れ口となる開口部１２ａが収納室１４に連通して開設される。また箱体１２の前部には、断熱扉２２が図示しないヒンジにより回動可能に配設され、断熱扉２２を開放することで開口部１２ａを介して収納室１４に対する物品の出し入れが許容されると共に、断熱扉２２を閉成することで収納室１４を密閉し得るようになっている。

前記キャビネット１６の内部には、収納室１４を冷却するための冷却装置３２の一部および該冷却装置３２を制御する制御用電装箱Ｃが配設される機械室(開放空間)２０が画成される(図２参照)。機械室２０の底部には、箱体１２の天板１２ｂに載置されて、該機械室２０に配設する機器の共通基板となる台板２４が設置されている。そして、キャビネット１６の外壁をなす金属パネル１８には、機械室２０に連通する空気流通孔(図示せず)が適宜部位に開設され、この空気流通孔を介して機械室２０内の雰囲気と外気とが入替わるようになっている。

前記収納室１４の上部には、箱体１２における天板１２ｂの下面から所定間隔離間して冷却ダクト２６が配設され、この冷却ダクト２６と、箱体１２の天板１２ｂに開設した切欠口１２ｃを介して収納室１４側に臨む台板２４との間に冷却室(熱交換領域)２８が画成される。この冷却室２８は、冷却ダクト２６の底部前側に形成した吸込口２６ａおよび後側に形成した冷気吹出口２６ｂを介して収納室１４に連通して、閉鎖空間としての収納室１４の一部を構成している。吸込口２６ａには送風ファン３０が配設され、該送風ファン３０を駆動することで、吸込口２６ａから収納室１４の空気を冷却室２８に取込み、冷気吹出口２６ｂから冷却室２８の冷気が収納室１４に送出される。天板１２ｂの切欠口１２ｃは、台板２４で気密的に塞がれて、収納室１４(冷却室２８)と機械室２０とは、台板２４で区切られて互いに独立した空間となっている(図１参照)。

図３に示す如く、冷却装置３２は、冷媒を強制循環する機械圧縮式の一次回路３４と、冷媒が自然対流するサーモサイフォンからなる二次回路４４との２系統の回路を、熱交換器ＨＥを介して熱交換するように接続した二次ループ冷凍回路が採用される。熱交換器ＨＥは、一次回路３４を構成する一次熱交換部３６と、この一次熱交換部３６と別系統に形成されて、二次回路４４を構成する二次熱交換部(第１の熱交換部)４６とを備え、熱交換器ＨＥは機械室２０の側方後側に位置して台板２４上に配設されている(図２参照)。すなわち、一次回路３４および二次回路４４には、独立した冷媒循環経路が夫々形成され、二次回路４４を循環する二次冷媒としては、毒性、可燃性および腐食性を有していない安全性の高い二酸化炭素が採用される。これに対し、一次回路３４を循環する一次冷媒としては、蒸発熱や飽和圧等の冷媒としての特性に優れているブタンやプロパン等のＨＣ系の冷媒またはアンモニアなどが採用され、実施例１ではプロパンが用いられている。なお、熱交換器ＨＥとしては、プレート式熱交換器や二重管構造の熱交換器等、一次冷媒と二次冷媒との間で熱交換可能な熱交換器が採用される。

前記一次回路３４は、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機ＣＭと、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器ＣＤと、液相一次冷媒の圧力を低下させる膨張弁ＥＶと、液相一次冷媒を気化する熱交換器ＨＥの一次熱交換部３６とを冷媒配管３８で接続して構成される(図３参照)。圧縮機ＣＭおよび凝縮器ＣＤは、機械室２０において台板２４上に共通的に配設され、凝縮器ＣＤを強制冷却する凝縮器ファンＦＭも、該凝縮器ＣＤに対向して台板２４上に配設されている。ここで、凝縮器ＣＤは、キャビネット１６の前面をなす金属パネル(フロントパネル)１８に近接して機械室２０の前側に配置され、該凝縮器ＣＤの後側に凝縮器ファンＦＭが配置される。また圧縮機ＣＭは、凝縮器ファンＦＭの後側に配置される(図２参照)。このように機械室２０では、凝縮器ＣＤ,凝縮器ファンＦＭおよび圧縮機ＣＭが、機械室２０において凝縮器ファンＦＭにより生起される空気の流通方向に沿って一直線上に並んで配設される。すなわち、凝縮器ファンＦＭの駆動により金属パネル１８に開設した空気流通孔から外気が機械室２０に取込まれ、この外気が機械室２０の前側から後側に流通して凝縮器ＣＤおよび圧縮機ＣＭと熱交換するようになっている。一次回路３４では、圧縮機ＣＭによる一次冷媒の圧縮により、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤ、膨張弁ＥＶ、熱交換器ＨＥの一次熱交換部３６および圧縮機ＣＭの順に、一次冷媒が強制循環され、各機器の作用下に一次熱交換部３６において所要の冷却を行なうようになっている(図３参照)。

前記二次回路４４は、気相二次冷媒(気化冷媒)を液化する熱交換器ＨＥの二次熱交換部４６と、液相二次冷媒(液化冷媒)を気化する蒸発器(第２の熱交換部)ＥＰとを備えている(図３参照)。また、二次回路４４は、二次熱交換部４６と蒸発器ＥＰとを接続する配管として、二次熱交換部４６から蒸発器ＥＰへ重力の作用下に液相二次冷媒を導く液配管４８と、蒸発器ＥＰから二次熱交換部４６へ気相二次冷媒を導くガス配管(冷媒の循環経路)５０,５１とを有している。前述した如く、二次回路４４の二次熱交換部４６は、機械室２０に配設される一方、蒸発器ＥＰは、当該機械室２０の下方に位置する冷却室２８に配設され、台板２４を挟んで二次熱交換部４６より下方に蒸発器ＥＰが配置される。すなわち、二次回路４４には、強制冷却される一次熱交換部３６との熱交換により冷却される二次熱交換部４６と蒸発器ＥＰとの間に温度勾配が形成され、二次冷媒が二次熱交換部４６、液配管４８、蒸発器ＥＰおよびガス配管５０,５１を自然循環して二次熱交換部４６に再び戻る冷媒循環サイクルが形成される。なお、蒸発器ＥＰの下方に位置する冷却ダクト２６は、蒸発器ＥＰから滴下する除霜水等を受容する露受皿としても機能する。

また、前記冷却室２８には、図１または図３に示すように、内部に所定容積の空間部が画成された膨張タンク(膨張部)６０が配設され、該膨張タンク６０に前記ガス配管５０,５１が接続されている。すなわち、前記ガス配管５０,５１は、前記蒸発器ＥＰと膨張タンク６０とを接続する第１ガス配管５０と、前記二次熱交換部４６と膨張タンク６０とを接続する第２ガス配管５１とから構成されて、蒸発器ＥＰを通過した冷媒が第１ガス配管５０を介して膨張タンク６０に導入され、該膨張タンク６０から第２ガス配管５１を介して二次熱交換部４６に至るようになっている。すなわち、前記膨張タンク６０は、二次冷媒が循環する二次回路４４の一部を構成し、該膨張タンク６０内を二次冷媒が流通するようになっている。ここで、二次回路４４に充填される二次冷媒量は、蒸発器ＥＰにおいて液相二次冷媒が完全に気化することなく、液相と気相の二次冷媒が混在した状態で蒸発器ＥＰから膨張タンク６０に流入する量に設定される。

そして、前記膨張タンク６０は、前記送風ファン３０により冷却室２８内を流れる冷気の妨げにならないよう前記蒸発器ＥＰの上方位置に配置されており、冷却室２８内の冷気と、蒸発器ＥＰや膨張タンク６０とが効率的に熱交換し得るよう構成されている。なお、前記二次熱交換部４６(熱交換器ＨＥ)と蒸発器ＥＰとを接続する液配管４８や、該二次熱交換部４６(熱交換器ＨＥ)と膨張タンク６０とを接続する第２ガス配管５１は、前記機械室２０と冷却室２８を画成する台板２４を貫通するよう形成されており、該台板２４における液配管４８および第２ガス配管５１の貫通部位は、シール材等により気密的に封止されている。また、蒸発器ＥＰや膨張タンク６０は、台板２４の下面に固定されて、台板２４と一体的に取扱い可能とされる。

また、図４に示すように、前記第１ガス配管５０は、前記膨張タンク６０内に挿通されて、タンク底面近傍で開口するよう構成され、前記蒸発器ＥＰから二次冷媒が流入する冷媒流入口５０ａが膨張タンク６０の底面近傍に位置するよう構成されている。また、前記第２ガス配管５１は、膨張タンク６０内に挿通されて、タンク天井面近傍で開口するよう構成され、前記二次熱交換部４６へ冷媒が流出する冷媒流出口５１ａが膨張タンク６０の天井面近傍に位置するようになっている。従って、液相と気相が混在した二次冷媒が第１ガス配管５０を介して蒸発器ＥＰから膨張タンク６０に導入された際に、膨張タンク６０の底面近傍で液相二次冷媒が気化し、気相二次冷媒となった後に前記第２ガス配管５１を介して二次熱交換部４６へ流通するようになっている。すなわち、前記膨張タンク６０内で液相二次冷媒が気化することで、該膨張タンク６０が冷却され、熱交換器として機能するようになっている。

〔実施例１の作用〕
次に、実施例１に係る冷却装置の作用について説明する。冷却装置３２では、冷却運転を開始すると、一次回路３４および二次回路４４の夫々で冷媒の循環が開始される。先ず、一次回路３４について説明すると、圧縮機ＣＭおよび凝縮器ファンＦＭが駆動され、圧縮機ＣＭで気相一次冷媒が圧縮されて、この一次冷媒を冷媒配管３８を介して凝縮器ＣＤに供給して、凝縮器ファンＦＭによる強制冷却により凝縮液化する。液相一次冷媒は、膨張手段ＥＶで減圧され、熱交換器ＨＥの一次熱交換部３６において二次熱交換部４６を流通する二次冷媒から熱を奪って(吸熱)一挙に膨張気化する。このように一次回路３４は、熱交換器ＨＥにおいて、一次熱交換部３６により二次熱交換部４６を強制冷却するように機能している。そして、一次熱交換部３６で気化した気相一次冷媒は、冷媒配管３８を経て圧縮機ＣＭに帰還する強制循環サイクルを繰返す。

前記二次回路４４では、二次熱交換部４６が一次熱交換部３６により冷却されているから、二次熱交換部４６で気相二次冷媒から熱が奪われて凝縮し、気相から液相に状態変化することで比重が増加する。二次回路４４では、二次熱交換部４６を機械室２０に配置する一方、蒸発器ＥＰを機械室２０の下方に位置する冷却室２８に配設することで、二次熱交換部４６と蒸発器ＥＰとの間に落差を設けてある。すなわち、液相二次冷媒を、二次熱交換部４６の下部に接続した液配管４８を介して、蒸発器ＥＰへ向けて重力の作用下に自然流下させることができる。液相二次冷媒は、蒸発器ＥＰを流通する過程で該蒸発器ＥＰの周囲雰囲気(冷却室２８内の空気)から熱を奪って気化して気相に移行する。

また、前記蒸発器ＥＰで気化した気相二次冷媒と、該蒸発器ＥＰにおいて気化することなく蒸発器ＥＰの冷媒出口まで流通した液相二次冷媒は、前記第１ガス配管５０を介して膨張タンク６０に流入する。液相のまま膨張タンク６０に流入した二次冷媒は、該膨張タンク６０内において該膨張タンク６０の周囲雰囲気(冷却室２８内の空気)から熱を奪って気化して気相に移行する。そして、膨張タンク６０内の気相二次冷媒は、第２ガス配管５１を介して蒸発器ＥＰから二次熱交換部４６へ還流し、二次回路４４ではポンプやモータ等の動力を用いることなく、簡単な構成で二次冷媒が自然循環するサイクルが繰返される。

そして、前記送風ファン３０により吸込口２６ａから冷却室２８に吸引された収納室１４の空気を、冷却された蒸発器ＥＰに吹付けることで、蒸発器ＥＰや膨張タンク６０と熱交換して冷気となる。そして、冷気吹出口２６ｂを介して冷却室２８から収納室１４に冷気を送出することで、収納室１４が冷却される。冷気は、収納室１４の内部を循環して、吸込口２６ａを介して再び冷却室２８内に戻るサイクルを反復する。ここで、前記蒸発器ＥＰの上方位置に膨張タンク６０を配置して冷却室２８内を流れる冷気の妨げとならないよう構成してあるから、冷却室２８内を流れる冷気と、蒸発器ＥＰや膨張タンク６０との熱交換を効率的に行ない得る。

このように、二次冷媒が循環する二次回路４４(冷媒の循環経路)に膨張タンク６０を設けると共に蒸発器ＥＰが周囲雰囲気との間で熱交換する冷却室２８(熱交換領域)に該膨張タンク６０を配置し、更に冷却室２８内の空気との熱交換により膨張タンク６０内で液相二次冷媒を気化させるよう構成したことにより、冷却装置３２の運転時には膨張タンク６０が熱交換器として機能する。すなわち、冷却室２８内の空気を冷却する熱交換器として膨張タンク６０を機能させることで、冷却室２８内の空気と蒸発器ＥＰとの間における熱交換量を減少しても、冷却室２８内を所定温度まで冷却することができるから、該蒸発器ＥＰの小型化が可能となる。そして、蒸発器ＥＰに比べて構造の簡単な膨張タンク６０を熱交換器として機能させることにより、コストの低減を図り得る。

ここで、前記蒸発器ＥＰと膨張タンク６０とを接続する第１ガス配管５０を、タンク底面近傍まで延在するよう膨張タンク６０内に挿通し、蒸発器ＥＰから流入した二次冷媒の流入口５０ａをタンク底面近傍に位置させたことで、液相二次冷媒は一旦膨張タンク６０の底面近傍に吐出される。一方で、膨張タンク６０と二次熱交換部４６とを接続する前記第２ガス配管５１を、該膨張タンク６０の天井面近傍で開口するよう形成してあるから、膨張タンク６０の底面近傍に吐出された液相二次冷媒が該膨張タンク６０内で気化することなく第２ガス配管５１に流入するのは防止される。すなわち、前述のように、前記第１ガス配管５０を膨張タンク６０のタンク底面近傍まで延在させ、第２ガス配管５１を膨張タンク６０の天井面近傍で開口させることで、膨張タンク６０内に流入した液相二次冷媒を、膨張タンク６０内で確実に気化させた後に第２ガス配管５１から二次熱交換部４６に循環させることができ、熱交換効率を最大限まで向上することができる。

また、冷却装置３２の運転を停止すると、前記蒸発器ＥＰや膨張タンク６０において液相二次冷媒が気化して気相二次冷媒が発生する一方で、前記熱交換器ＨＥにおいて気相二次冷媒が液化されなくなることから、二次回路４４中の気相二次冷媒量が増加する。ここで、実施例１の冷却装置３２では、二次回路４４中に前記膨張タンク６０を配設するよう構成したから、冷却装置３２の停止により増加する気相二次冷媒を膨張タンク６０に逃がすことができる。すなわち、熱交換器として機能する前記膨張タンク６０が、二次回路４４における圧力緩衝用の空間としても機能することで、二次回路４４の各配管４８,５０,５１や熱交換器ＨＥに要求される耐圧性能を抑制でき、コスト削減を図り得る。

次に、実施例２に係る冷却装置につき説明する。なお、実施例２に係る冷却装置は、実施例１で説明した冷却装置３２と基本的に同一構成であり、同一の機能を有する部材・構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。但し、実施例２に係る冷却装置では、冷却室に膨張タンクは設置されていない。

実施例２に係る冷却装置では、図５に示すように、一次冷媒と二次冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器として、一次回路３４に接続される外管７０と、二次回路４４に接続されて外管７０内に挿通された内管(第１の熱交換部)７２とから構成された二重管式熱交換器ＨＥ’が用いられており、該外管７０および内管７２の間を流通する一次冷媒と、内管７２内を流通する二次冷媒とが熱交換するよう構成されている。そして、前記内管７２の上流側(蒸発器ＥＰの二次冷媒流出側)に、該内管７２より大径に形成された膨張管(膨張部)７４が接続されており、該蒸発器ＥＰの二次冷媒流出側にガス配管５０を介して膨張管７４が接続され、蒸発器ＥＰの二次冷媒流入側に液配管４８を介して内管７２が接続される。従って、蒸発器ＥＰで生じた気相二次冷媒は、ガス配管５０を介して膨張管７４に流入して、該膨張管７４から内管７２に流入した後に液配管４８を介して蒸発器ＥＰに流入する。このように、前記膨張管７４は二次回路４４の一部を構成し、該膨張管７４内を二次冷媒が流通するよう構成されている。また、前記膨張管７４は、前記外管７０の内部に挿通されており、膨張管７４と外管７０との間を一次冷媒が、膨張管７４内を流通する二次冷媒との間で熱交換するよう構成されている。このように、実施例２に係る冷却装置では、一次回路３４と二次回路４４との間で熱交換を行なう内管７２の熱交換領域に膨張管７４が設けられている。なお、前記外管７０内を流通する一次冷媒と、内管７２(膨張管７４)内を流通する二次冷媒とは対向流となるよう構成される。

前述した実施例２に係る冷却装置では、蒸発器ＥＰで気化した気相二次冷媒は、ガス配管５０を介して前記膨張管７４へ流入して、該膨張管７４において外管７０を流通する一次冷媒と熱交換して液化し、気相と液相の混在した二次冷媒が膨張管７４から内管７２へ流入する。そして、前記膨張管７４で液化していない二次冷媒は、前記内管７２において外管７０を流通する一次冷媒と熱交換して液化し、重力の作用下に蒸発器ＥＰへ向けて自然流下する。従って、二次回路４４ではポンプやモータ等の動力を用いることなく、簡単な構成で二次冷媒が自然循環するサイクルが繰返される。

このように、二次冷媒が循環する二次回路４４(冷媒の循環経路)に膨張管７４を設けると共に、該膨張管７４を流通する気相二次冷媒の一部を、一次回路３４を構成する外管７０を流通する一次冷媒との間で熱交換させて液化させるよう構成したことにより、膨張管７４が熱交換器として機能する。すなわち、冷却室２８内の空気を冷却する熱交換器として膨張管７４を機能させることで、二重管式熱交換器ＨＥ’を構成する外管７０と内管７２との間における熱交換量を減少させても、熱量の輸送効率が低下するのを防止できる。従って、冷却室２８の冷却効率を低下することなく二重管式熱交換器ＨＥ’の小型化を図り得る。

また、実施例２に係る冷却装置の運転を停止すると、前記蒸発器ＥＰにおいて液相二次冷媒が気化して気相二次冷媒が発生する一方で、前記二重管式熱交換器ＨＥ’(外管７０および内管７２)および膨張管７４において気相二次冷媒が液化なされなくなることから、二次回路４４中の気相二次冷媒が増加する。ここで、実施例２の冷却装置では、二次回路４４中に前記膨張管７４を配設するよう構成したから、冷却装置３２の停止により増加する気相二次冷媒を膨張管７４内に逃がすことができる。すなわち、熱交換器として機能する前記膨張管７４が、冷却装置３２の運転停止時には二次回路４４における圧力緩衝用の空間としても機能することで、二次回路４４の各配管５０,４８や二重管式熱交換器ＨＥ’に要求される耐圧性能を抑制でき、コスト削減を図り得る。

(変更例)
本発明に係る冷却装置としては、前述した各実施例のものに限られるものではなく、種々の変更が可能である。

実施例１および２では、二次冷媒が自然循環する二次回路４４中に膨張部として膨張タンク６０や膨張管７４を設ける構成を示したが、これに限られるものではなく、冷媒を機械的に強制循環する回路中に膨張タンク６０や膨張管７４を設ける構成であってもよい。また、実施例１および２のように、一次回路３４と二次回路４４とを備える必要はなく、冷媒が循環する単一の回路のみを備える冷却装置であってもよい。

実施例１では、蒸発器ＥＰに接続する第１ガス配管５０および二次熱交換部４６に接続する第２ガス配管５１を膨張タンク６０内に挿通するよう構成したが、膨張タンクに独立した２本の配管を設けて、該配管に第１ガス配管５０や第２ガス配管５１を接続するよう構成してもよい。

実施例１では、前記膨張タンク６０における前記蒸発器ＥＰから冷媒が流入する冷媒流入口５０ａを、該膨張タンク６０の底面近傍に位置するよう設けると共に、膨張タンク６０における二次熱交換部４６へ冷媒が流出する冷媒流出口５１ａを、膨張タンク６０の天井面近傍に位置するよう設けたが、これに限定されるものではなく、膨張タンク６０の任意位置で冷媒流入口５０ａや冷媒流出口５１ａが開口するようにすればよい。

実施例２では、二重管式熱交換器ＨＥ’の外管７０内に膨張管７４を挿通して、外管７０内を流通する一次冷媒と、膨張管７４内を流通する二次冷媒との間で直接的に熱交換するよう構成したが、これに限られるものではない。すなわち、二次回路において一次回路と熱交換する第１の熱交換部、または二次回路において外気と熱交換する第２の熱交換部の何れかの熱交換部の熱交換領域に膨張部を設けるようにすればよい。具体的には、例えば膨張部としての膨張タンク６０をプレート式熱交換器ＨＥの外表面に接触させ、一次熱交換部３６と熱交換して冷却された二次熱交換部４６により膨張タンク６０を冷却して、蒸発器ＥＰから膨張タンク６０に流入する気相二次冷媒を液化するよう構成してもよい。

実施例１および２では、冷却装置を冷蔵庫に採用する場合を例にして説明したが、冷凍庫、冷凍・冷蔵庫、ショーケースおよびプレハブ庫等の所謂貯蔵庫、その他空調機器等にも本発明を適用可能である。

実施例１および２では、機械室に配設する機器の共通基板となる台板により、機械室と収納室との間で空気の流通がないように収納室と機械室とを区切る構成であるが、機械室と収納室とを箱体の天板で区切る構成であってもよい。また、本発明は、機械室と収納室とが左右の関係で位置する横型貯蔵庫等にも適用可能である。

本発明の実施例１に係る冷却装置により冷却される冷蔵庫を示す側断面図である。実施例１に係る冷蔵庫における機械室を示す平断面図である。実施例１に係る冷却装置を示す概略回路図である。実施例１に係る蒸発器と膨張タンクとの関係を拡大して示す概略図である。実施例２に係る二重管式熱交換器と膨張管とを模式的に示した説明図である。

符号の説明

１４収納室(閉鎖空間、熱交換領域)，２０機械室(開放空間)
２８冷却室(熱交換領域)，３４一次回路，４６二次熱交換部(第１の熱交換部)
５０第１ガス配管(冷媒の循環経路)，５０ａ冷媒流入口
５１第２ガス配管(冷媒の循環経路)，５１ａ冷媒流出口
６０膨張タンク，７２内管(第１の熱交換部)，７４膨張管(膨張部)
ＥＰ蒸発器(第２の熱交換部)

Claims

気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする第１の熱交換部(46)と、前記第１の熱交換部(46)より下方に設けられ、液化冷媒を気化させて気化冷媒とする第２の熱交換部(EP)とを備え、前記第１の熱交換部(46)と第２の熱交換部(EP)との間を冷媒が循環するよう構成された冷却装置において、
冷媒の循環経路(50,51)に膨張部(60,74)を接続して、該膨張部(60,74)内を冷媒が流通するよう構成すると共に、該膨張部(60,74)を前記第１の熱交換部(46)の熱交換領域または第２の熱交換部(EP)の熱交換領域(14,28)に配設した
ことを特徴とする冷却装置。
一次冷媒を機械的に強制循環する一次回路(34)と、
前記第１の熱交換部(46)および第２の熱交換部(EP)を有し、該第１の熱交換部(46)で前記一次回路(34)を流通する一次冷媒との間で熱交換する二次回路(44)とを有し、
空気の流通が許容される開放空間(20)に、前記一次回路(34)が配設されると共に、この開放空間(20)から独立した閉鎖空間(14)に、前記第２の熱交換部(EP)と、前記膨張部としての膨張タンク(60)が配設される請求項１記載の冷却装置。
前記膨張部(60)における前記第２の熱交換部(EP)から冷媒が流入する冷媒流入口(50a)は、該膨張部(60)の底面近傍に位置するよう設けられ、膨張部(60)における前記第１の熱交換部(46)へ冷媒が流出する冷媒流出口(51a)は、膨張部(60)の天井面近傍に位置するよう設けられる請求項２記載の冷却装置。
一次冷媒を機械的に強制循環する一次回路(34)と、
前記第１の熱交換部(46)および第２の熱交換部(EP)を有し、該第１の熱交換部(46)で前記一次回路(34)を流通する一次冷媒との間で熱交換する二次回路(44)とを有し、
前記二次回路(44)において、前記一次回路(34)を流通する一次冷媒と前記第１の熱交換部(46)を流通する二次冷媒との熱交換領域に、前記膨張部(74)を設けた請求項１記載の冷却装置。