JP2996656B1 - 冷蔵庫用冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷蔵庫用冷凍サイクル装置

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Abstract

【要約】 【課題】 冷蔵庫の急速冷却を実現すると同時に、冷蔵
庫の定常状態時、冷蔵庫の高効率を維持させる。 【解決手段】 冷媒を高温高圧に圧縮する圧縮機８０
と、圧縮機８０で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器８
１と、凝縮器８１で凝縮された冷媒を減圧させる第１及
び第２膨脹装置８２ａ，８２ｂと、膨脹装置８２ａ，８
２ｂで減圧された冷媒を蒸発させて冷凍室を冷凍させる
第１蒸発器８３と、第１蒸発器８３と直列に配置され冷
蔵室を冷却させる第２蒸発器８４と、凝縮器８１から流
出された冷媒を第１蒸発器８３に直接流入させるための
第１流路８５ａと、凝縮器８１から流出された冷媒を第
２蒸発器８４を経て第１蒸発器８３に流入させるための
第２流路８５ｂと、第１流路８５ａと第２流路８５ｂと
の間に設けられて冷媒の流れを第１流路８５ａ又は第２
流路８５ｂに選択的に転換させるための流路転換バルブ
８７とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷蔵庫に係り、特
に、冷蔵庫の急速冷却を実現させると同時に、冷蔵庫の
定常状態時、冷蔵庫の高効率を維持させうる冷蔵庫用冷
凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、冷蔵庫や冷房装置等に設けられ
る冷凍サイクル装置は、液体状態の冷媒が気体状態に変
化しながら周辺の熱を吸収し、気体状態から再び液体状
態に変化しながら熱を放出する原理を用いることであっ
て、すなわち、冷媒の状態変化による熱の授受を通して
冷凍を行うことである。
【０００３】図１は従来の冷蔵庫用冷凍サイクル装置の
構成図であって、これは米国特許第5,406,805に開示さ
れたことである。
【０００４】これに示した冷凍サイクル装置は、圧縮機
２０、凝縮器２１、膨脹装置２２、冷凍室を冷凍させる
ための第１蒸発器２３と、冷蔵室を冷却させるための第
２蒸発器２４が冷媒管２５により順に連結されて閉回路
を構成し、第１及び第２蒸発器２３，２４と凝縮器２１
の付近には周囲の空気を強制循環させるための第１送風
ファン２３ａ、第２送風ファン２４ａ、そして第３送風
ファン２１ａが各々設けられる。特に、第１蒸発器２３
と第２蒸発器２４は直列に配置されて、第１蒸発器２３
を通過した全ての冷媒が第２蒸発器２４を通過するよう
に構成される。冷媒は、矢印で表した通り、冷媒管２５
の内部を流れながら状態変化をするが、特に、第１蒸発
器２３と第２蒸発器２４を通過しながら蒸発されて、周
囲の空気から熱を吸収して冷気を生成する。このように
生成された冷気は第１及び第２送風ファン２３ａ，２４
ａの作動により冷凍室と冷蔵室に供給される。
【０００５】図２は図１の冷蔵室側蒸発器の拡大図であ
って、これに示した通り、冷蔵室側第２蒸発器２４は、
その内部に内管２６ａとこれを取り囲む外管２６ｂが通
過するように構成されるインタークーラー（intercoole
r）蒸発器で具現されるが、凝縮器２１から排出された
液冷媒は内管２６ａを通過して膨脹装置２２に流入され
る一方、冷凍室側第１蒸発器２３から排出される冷媒は
外管２６ｂを通過して圧縮機２０に流入される。この
時、冷凍室側第１蒸発器２３を通過した冷媒は液体状態
と気体状態が混合された二相冷媒であって、この冷媒は
外管２６ｂを通して冷蔵室側第２蒸発器２４の内部に流
入されて冷蔵室の冷却に利用された後、気体状態に変換
されて圧縮機２０に流入される。このようなインターク
ーラー蒸発器の適用により、冷凍室側第１蒸発器２３を
通過した後、冷蔵室側第２蒸発器の外管２６ｂを流れる
冷媒は冷蔵室の冷却に利用されるだけでなく、内管２６
ａを流れる液冷媒と熱交換をして、これを過冷（subcoo
ling）させて膨脹装置２２に流入させることによって冷
凍サイクル装置の効率は高まるようになる。
【０００６】しかし、上述した通り、インタークーラー
蒸発器が適用される冷蔵室側蒸発器では凝縮器から排出
された高温の液冷媒と冷凍室側蒸発器を通過した低温の
冷媒との熱交換が行なわれるので熱負荷が発生し、これ
によって冷蔵室の冷却性能が低下される問題点がある。
言い換えれば、冷蔵庫の最初稼動時や長時間非使用状態
での稼動時高温の冷蔵室温度を所定の温度に下げるまで
長時間所要されることである。また、冷蔵庫ドアの頻繁
な開閉等により冷蔵室の温度が上昇する場合にもこれに
対応して冷蔵室の温度を所定の温度に速かに下げられな
い問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した問題
点を解決するために案出されたもので、その目的は冷蔵
庫の急速冷却を実現すると同時に、冷蔵庫の定常状態
時、冷蔵庫の高効率を維持させうる冷蔵庫用冷凍サイク
ル装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明は、冷凍室と冷蔵室を備える冷蔵庫用冷凍
サイクル装置において、前記冷凍サイクル装置は、冷媒
を高温高圧に圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮され
た冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された
冷媒を減圧させる第１及び第２膨脹装置と、前記膨脹装
置で減圧された冷媒を蒸発させて前記冷凍室を冷凍させ
る第１蒸発器と、前記第１蒸発器と直列に配置され前記
冷蔵室を冷却させる第２蒸発器と、前記凝縮器から流出
された冷媒を前記第１蒸発器に直接流入させるための第
１流路と、前記凝縮器から流出された冷媒を前記第２蒸
発器を経て前記第１蒸発器に流入させるための第２流路
と、前記第１流路と第２流路との間に設けられて冷媒の
流れを前記第１流路又は前記第２流路に選択的に転換さ
せるための流路転換バルブと、から構成されることを特
徴とする。
【０００９】また、前記第１流路上には前記凝縮器と前
記第１蒸発器との間に前記第１膨脹装置が配置され、前
記第２流路上には前記第２蒸発器と前記第１蒸発器との
間に前記第２膨脹装置が配置されることを特徴とする。
【００１０】また、前記冷蔵室の温度が所定温度以上に
なると、前記流路転換バルブにより冷媒は前記第１流路
に沿って流れるようになり、前記冷蔵室の温度が所定温
度以下の状態に維持されると、前記流路転換バルブによ
り冷媒は前記第２流路に沿って流れるように構成される
ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の望ましい実施の形態を詳述する。図３は本発明によ
る冷蔵庫用冷凍サイクル装置の構成図であって、これに
示した通り、本発明による冷凍サイクル装置は、圧縮機
８０、凝縮器８１、第１及び第２膨脹装置８２ａ，８２
ｂ、そして冷凍室を冷凍させるための第１蒸発器８３と
冷却室を冷却させるための第２蒸発器８４が冷媒管８５
により連結されて閉回路を構成し、第１及び第２蒸発器
８３，８４と凝縮器８１の付近には周囲の空気を強制循
環させるための第１送風ファン８３ａ、第２送風ファン
８４ａ、そして第３送風ファン８１ａが各々設けられ
る。特に、第１蒸発器８３と第２蒸発器８４は直列に配
置されて第１蒸発器８３を通過した全ての冷媒が第２蒸
発器８４を通過するように構成される。冷媒は、矢印で
表した通り、冷媒管８５の内部を流れながら状態変化を
するが、特に、第１蒸発器８３と第２蒸発器８４を通過
しながら蒸発されて、周囲の空気から熱を吸収して冷気
を生成し、このような冷気は第１及び第２送風ファン８
３ａ，８４ａの作動により冷凍室と冷蔵室に供給され
る。
【００１２】そして、本発明の特徴的な要素として、凝
縮器８１の排出口側冷媒管８５は、凝縮器８１から流出
された冷媒を第１蒸発器８３に直接流入させるための第
１流路８５ａと、凝縮器８１から流出された冷媒を前記
第２蒸発器８４を経て第１蒸発器８３に流入させるため
の第２流路８５ｂに分岐されている。
【００１３】また、前記第１及び第２流路８５ａ，８５
ｂに分岐される冷媒管８５の分岐点には、流路転換バル
ブ８７が備えられて凝縮器８１から流出される冷媒が第
１及び第２流路８５ａ，８５ｂに選択的に流れるように
なっているが、これは後述する。
【００１４】そして、前記第１流路８５ａ上には凝縮器
８１と第１蒸発器８３との間に前記第１膨脹装置８２ａ
が配置され、前記第２流路８５ｂ上には第２蒸発器８４
と第１蒸発器８３との間に前記第２膨脹装置８２ｂが配
置される。
【００１５】一方、冷蔵室側第２蒸発器８４はインター
クーラー蒸発器で具現されるが、図４に示した通り、第
２蒸発器８４の内部に内管８６ａとこれを取り囲む外管
８６ｂが通過するように構成されている。このようなイ
ンタークーラー蒸発器が備えられた冷凍サイクル装置に
おいて、凝縮器８１から排出された液冷媒は内管８６ａ
を通して第２膨脹装置８２ｂに流入される一方、冷凍室
側第１蒸発器８３から排出される冷媒は外管８６ｂを通
して圧縮機８０に流入される。この時、冷凍室側第１蒸
発器８３を通過した冷媒は液体状態と気体状態が混合さ
れた二相冷媒であって、この冷媒は外管８６ｂを通して
冷蔵室側第２蒸発器８４の内部に流入されて、冷蔵室の
冷却に利用された後、気体状態に変換されて圧縮機８０
に流入される。このようなインタークーラー蒸発器の適
用により、冷凍室側第１蒸発器８３を通過した後、冷蔵
室側第２蒸発器８４の外管８６ｂを流れる冷媒は冷蔵室
の冷却に利用されるだけでなく、内管８６ａを流れる液
冷媒と熱交換をして、これを過冷させて第２膨脹装置８
２ｂに流入させることによって冷凍サイクル装置の効率
は高まるようになる。
【００１６】次に、図５を参照して本発明による冷蔵庫
用冷凍サイクル装置の制御部の構成を説明する。制御部
９０の入力側にはドアスイッチ９１、冷凍室温度センサ
ー９２、冷蔵室温度センサー９３、そして外気温度セン
サー９４が接続されてドアの開閉可否、冷凍室の温度、
冷蔵室の温度を各々検知して電気信号で制御部９０に伝
達する。また、制御部９０の出力側には圧縮機８０，冷
凍室側第１送風ファン８３ａ，冷蔵室側第２送風ファン
８４ａを各々オン／オフさせるための第１スイッチ９５
ａ，第２スイッチ９６ａ，第３スイッチ９７ａが電気接
続されている。すなわち、第１、２及び３スイッチ９５
ａ，９６ａ，９７ａが前記各センサー９１，９２，９
３，９４から入力された信号に応じてそれぞれの制御部
９５，９６，９７により制御されることによって、圧縮
機８０と第１送風ファン８３ａ及び第２送風ファン８４
ａを独立的に制御することができる。
【００１７】また、制御部９０の出力側には前記流路転
換バルブ８７の制御のための流路転換スイッチ９８ａが
バルブ制御部９８により電気接続されているが、この流
路転換バルブ８７は前記各センサー９１，９２，９３，
９４の入力信号に応じて凝縮器８１から流出された冷媒
を第１流路８５ａ又は第２流路８５ｂに選択的に流す役
割をする。
【００１８】上記のような構造の本発明による冷蔵庫用
冷凍サイクル装置の作動を説明すれば、次の通りであ
る。
【００１９】一般に、冷凍室と冷蔵室は各々食品の保管
のための適切な温度として、−１５〜−２１℃，６〜−
１℃を維持するように設定され、このような温度を各々
冷凍室設定温度及び冷蔵室設定温度と称するが、冷蔵庫
を最初作動させたり、長時間非使用状態で作動させる場
合、冷凍室と冷蔵室の温度を短時間内に設定温度範囲内
に下げなければならない。
【００２０】冷凍室と冷蔵室の温度を前記冷凍室温度セ
ンサー９２及び冷蔵室温度センサー９３が感知して制御
部９０に伝達するようになるが、特に、初期稼動時のよ
うに冷蔵室の温度が１０℃以上の場合、冷蔵室側第２蒸
発器８４の冷却能力を増加させることによって冷蔵室の
急速冷却がなされるようにするべきである。このような
状態では、制御部９０が前記流路転換スイッチ９８ａを
作動させて凝縮器８１から流出された冷媒が前記第１流
路８５ａを通して第１膨脹装置８２ａに流入されるよう
に前記流路転換バルブ８７を転換させる。以後、第１膨
脹装置８２ａを通過した冷媒は冷凍室側第１蒸発器８３
を通過しながら一部が蒸発され、冷蔵室側第２蒸発器８
４を通過しながらその残りが蒸発されて圧縮機８０に吸
入される。このように、第１及び第２蒸発器８３，８４
を通過する冷媒が蒸発されながら空気から熱を吸収して
冷気を生成し、この冷気が前記第１及び第２送風ファン
８３ａ，８４ａの作動により冷凍室と冷蔵室を冷却させ
る。
【００２１】このような冷凍サイクル装置の作動により
冷蔵室が冷却されて設定温度に維持される定常状態に到
達すれば、これを感知した冷蔵室温度センサー９３の信
号に応じて制御部９０は凝縮器８１から流出された冷媒
が前記第２流路８５ｂに向うように流路転換バルブ８７
を転換させる。これにより、凝縮器８１から排出された
冷媒は冷蔵室側インタークーラー蒸発器８４の内管８６
ａを通過して過冷された後、第２膨脹装置８２ｂを経て
冷凍室側第１蒸発器８３に流入されて冷凍室の冷凍を遂
行し、以後、冷蔵室側インタークーラー蒸発器８４の外
管８６ｂを通過して圧縮機８０に戻る。これは、冷蔵室
の急速冷却が不要な定常状態ではインタークーラー蒸発
器を適用することによって冷蔵庫の効率を向上させ、こ
れによる節電効果を得るためである。
【００２２】このような冷蔵庫の定常状態で、冷蔵室ド
アを頻繁に開閉する等の理由により冷蔵室の温度が突然
に上昇する場合が発生するようになるが、この時、冷蔵
室の温度が１０℃以上になる場合、冷蔵室温度センサー
９３がこれを感知して制御部９０に電気信号を送ること
によって、再び冷媒が第１流路８５ａを通過するように
前記流路転換バルブ８７が転換されて冷蔵室の急速冷却
がなされる。
【００２３】図６は従来の冷凍サイクル装置と本発明に
よる冷凍サイクル装置の初期冷却速度を比較して示した
グラフであって、本発明による冷凍サイクル装置による
冷蔵室の急速冷却がどのぐらい速い速度でなされるかに
ついて図示してある。
【００２４】この際、初期冷却速度試験というのは、温
度３０℃と、湿度７５％の恒温恒湿槽に冷蔵庫のドアを
開けて置いた状態で冷凍室と冷蔵室の温度が３０℃に一
定になると、冷蔵庫のドアを閉じて強制稼動させて冷凍
室は−１５℃、冷蔵室は５℃になる時間を測定すること
である。
【００２５】図６に示した通り、従来の冷凍サイクル装
置の場合、冷凍室の温度が−１５℃になる時までは９
７．５分の時間が経過し、冷蔵室の温度が５℃になる時
までは２６８．５分の時間が経過している。一方、本発
明による冷凍サイクル装置の場合は、冷凍室の温度が−
１５℃になる時までは１１７．５分の時間が経過し、冷
蔵室の温度が５℃になる時までは１１４分の時間が所要
されることが分かる。
【００２６】これにより、本発明による冷凍サイクル装
置が従来の冷凍サイクル装置に比べて冷凍室の初期冷却
速度は多少遅いが、冷蔵室の初期冷却速度では従来の２
６８．５分から１１４分に５８％程が短縮されるのが分
かる。これは冷蔵庫の初期稼動時だけでなく、定常運転
時ドアを頻繁に開放することによって冷蔵室温度が冷蔵
室設定温度より高まる時にも効果的に対応して上記の通
りに短時間内に冷蔵室温度を所定の冷蔵室設定温度に下
げられる。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による冷凍サ
イクル装置は、凝縮器の排出口側に流路転換バルブを備
えることによって冷蔵室の急速冷却が要求される時には
凝縮器から流出された液冷媒を直ちに膨脹装置に流入さ
せた後、冷凍室側蒸発器と冷蔵室側蒸発器を順に通過さ
せて冷蔵室の急速冷却がなされるようにする一方、冷蔵
室が定常状態を維持する時には凝縮器から流出された液
冷媒を冷蔵室側インタークーラー蒸発器を通過するよう
に流路を変更することによって冷蔵庫の効率を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の冷蔵庫用冷凍サイクル装置の概略構成
図である。
【図２】 図１の冷蔵室側蒸発器の拡大図である。
【図３】 本発明による冷蔵庫用冷凍サイクル装置の概
略構成図である。
【図４】 図３の冷蔵室側蒸発器の拡大図である。
【図５】 本発明による冷蔵庫用冷凍サイクル装置の制
御部の構成図である。
【図６】 従来の冷凍サイクル装置と本発明による冷凍
サイクル装置との初期冷却速度を比較して示したグラフ
である。
【符号の説明】
８０ 圧縮機 ８１ 凝縮器 ８２ａ 第１膨脹装置 ８２ｂ 第２膨脹装置 ８３ 第１蒸発器 ８３ａ 第１送風ファン ８４ 第２蒸発器 ８４ａ 第２送風ファン ８５ 冷媒管 ８５ａ 第１流路 ８５ｂ 第２流路 ８６ａ 内管 ８６ｂ 外管 ８７ 流路転換バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭53−44364（ＪＰ，Ｕ) 特表 平９−509732（ＪＰ，Ａ) 米国特許5406805（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25D 11/02 F25B 5/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷凍室と冷蔵室を備える冷蔵庫用冷凍サ
    イクル装置において、 冷媒を 高温高圧に圧縮する圧縮機と、 前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器の下流側に配置され、 冷媒の流れを第１流路
    又は第２流路に選択的に転換させるための流路転換バル
    ブと、前記凝縮器の下流側に配置されて、 冷媒を減圧させる第
    １及び第２膨脹装置と、 前記冷凍室を冷却するための第１蒸発器と、内管とこれを取り囲む外管とを備えたインタークーラー
    型蒸発器の形態とされ、 前記冷蔵室を冷却するための第
    ２蒸発器と、を備えてなり、 前記第１流路は、前記圧縮機、前記凝縮器、前記流路転
    換バルブ、前記第１膨張装置、前記第１蒸発器、前記第
    ２蒸発器の外管、および前記圧縮機の順に前記冷媒が流
    れる流路であり、 前記第２流路は、前記圧縮機、前記凝縮器、前記流路転
    換バルブ、前記第２蒸発器の内管、前記第２膨張装置、
    前記第１蒸発器、前記第２蒸発器の外管、および前記圧
    縮機の順に前記冷媒が流れる流路である ことを特徴とす
    る冷蔵庫用冷凍サイクル装置。
  2. 【請求項２】 前記冷蔵室の温度が所定温度以上になる
    と、前記流路転換バルブにより冷媒は前記第１流路に沿
    って流れるようになり、前記冷蔵室の温度が所定温度以
    下の状態に維持されると、前記流路転換バルブにより冷
    媒は前記第２流路に沿って流れるように構成されること
    を特徴とする請求項１に記載の冷蔵庫用冷凍サイクル装
    置。
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