JP4608790B2 - 冷蔵庫 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍室と冷蔵室とを互いに独立に冷却を行う冷却サイクルを有する冷蔵庫の冷媒量不足の解消に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、地球温暖化防止の観点より冷凍冷蔵庫等の冷凍装置の省エネルギー化が進められている。従来、冷凍室と冷蔵室のように異なる温度で冷却する冷凍冷蔵庫においては、単独の蒸発器を冷凍室温度以下まで下げて庫内空気と熱交換を行い、庫内の温度調整は熱交換量で制御していた。これに対して、冷凍室と冷蔵室の蒸発器を独立させて、２つの蒸発器を冷凍室温度と冷蔵室温度で運転することにより、比較的圧縮比が低く理論効率の高い冷蔵室冷却サイクルを利用して省エネルギー化を図る試みが為されている。
【０００３】
例えば特開平５８−８８５５９号公報において、２つの蒸発器を切り替えて冷蔵室と冷凍室を交互に冷却する冷却サイクルを有する冷蔵庫が提案されている。また、２つの蒸発器を切り替える直前に蒸発器に滞留した冷媒を回収して、循環冷媒量不足の問題を解消する方法が特開２０００−２６６４４３号公報において提案されている。以下、図面を参照しながら冷蔵室と冷凍室を交互に冷却する冷却サイクルを用いた従来の冷蔵庫の特徴について説明する。
【０００４】
従来の冷蔵庫のサイクル構成を図１８に示す。図１８において、１は冷蔵庫、２は冷蔵室、３は冷凍室、４は能力制御可能な圧縮機、５は凝縮器、６は流路切替弁、７は冷蔵室２内に設置された第一の膨張機構、８は冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器、９は冷蔵室２内に設置された冷蔵室２内に設置された第一のアキュームレータ、１０は冷凍室３内に設置された第二の膨張機構、１１は冷凍室３内に設置された第二の蒸発器、１２は冷凍室３内に設置された第二のアキュームレータ、１３は第二のアキュームレータ１２の下流側に設置された逆止弁、１４は冷蔵室２および冷凍室３を形成しながら外部と断熱する冷蔵庫箱体、１５は圧縮機４と凝縮器５と流路切替弁６が配置された機械室である。
【０００５】
以上のように構成された従来の冷蔵庫について、以下その動作を説明する。
【０００６】
冷蔵室２を冷却する場合、凝縮器５から第一の膨張機構７への流路が開となり、第二の膨張機構１０への流路が閉となるように、流路切替弁６が動作する。そして、圧縮機４で圧縮された気体冷媒が凝縮器５で凝縮液化し、第一の膨張機構７で減圧され、第一の蒸発器８で蒸発する。このとき、第一の送風ファン１６により循環している冷蔵室２内の空気が、第一の蒸発器８と熱交換して冷蔵室２内が冷却される。第一の蒸発器８で蒸発した冷媒は、第一のアキュームレータ９で残る液体冷媒と分離され、気体冷媒が圧縮機４へ戻る。また、冷凍室３内に設置された第二の蒸発器１１内の圧力は第一の蒸発器８より低くなるが、逆止弁１３が閉状態となるため、圧縮機４へ還流する気体冷媒が第二の蒸発器１１内に滞留することはない。
【０００７】
同様に、冷凍室３を冷却する場合、凝縮器５から第二の膨張機構１０への流路が開となり、第一の膨張機構７への流路が閉となるように、流路切替弁６が動作する。そして、圧縮機４で圧縮された気体冷媒が凝縮器５で凝縮液化し、第二の膨張機構１０で減圧され、第二の蒸発器１１で蒸発する。このとき、第二の送風ファン１７により循環している冷凍室３内の空気が、第二の蒸発器１１と熱交換して冷凍室３内が冷却される。第二の蒸発器１１で蒸発した冷媒は、第二のアキュームレータ１２で残る液体冷媒と分離され、気体冷媒が逆止弁１３を通過して圧縮機４へ戻る。また、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８内の圧力は第二の蒸発器より高くなるため、第一の蒸発器８内に滞留している冷媒は蒸発して圧縮機４へ還流していく。
【０００８】
一般に、冷蔵室２は０〜５℃、冷凍室３は−１８℃前後、に設定されることから第一の蒸発器８の蒸発温度は−１０℃程度、第二の蒸発器１１の蒸発温度は−３０℃程度に制御される。この結果、冷蔵室２を冷却する際に蒸発温度が高く効率の良い運転が可能となり、冷蔵庫１の消費電力を低減することができる。
【０００９】
また、冷却サイクルを切り替える際に蒸発器内に冷媒が死蔵される問題を解消する方法として、ポンプダウン（以下ＰＤという）が提案されている。以下に、この冷媒が死蔵される問題と、その解消方法であるＰＤについて説明する。
【００１０】
冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える場合、第二の蒸発器１１の蒸発温度に比べて第一の蒸発器８の蒸発温度が高いために、冷凍室３の冷却時に第二の蒸発器１１や第二のアキュームレータ１２内に滞留した液体冷媒が冷蔵室２の冷却中も滞留したままとなり、結果として冷蔵室２の冷却中に循環冷媒量が不足する問題が発生する。同様に、電源投入時や負荷変動時に第二の蒸発器１１の蒸発温度が第一の蒸発器８の蒸発温度より高くなった場合も、冷凍室３の冷却中に循環冷媒量が不足する問題が発生する。
【００１１】
そこで、冷却サイクルを切り替える際に、凝縮器５から第一の蒸発器８及び凝縮器５から第二の蒸発器１１への流路を閉塞しながら、圧縮機４を運転させて第一の蒸発器と第一のアキュームレータ９、あるいは第二の蒸発器１１と第二のアキュームレータ１２に滞留する冷媒を凝縮器５に回収する方法であるＰＤが提案されている。また、ＰＤを行うことで冷却サイクルに過剰な冷媒を封入する必要がなくなり、炭化水素等の可燃性冷媒を用いた冷却サイクルにおいて冷媒封入量が削減でき、安全性が向上する効果も期待される。
【００１２】
ＰＤを用いた冷却サイクルの切り替え動作の一例と、このときの圧縮機４の吸入圧力変化を図１９に示す。図１９に示した動作は、比較的負荷が大きい場合の運転状態であり、圧縮機４を１００％出力で連続運転しながら冷蔵室２の冷却と冷凍室３の冷却を交互に行うものである。冷蔵室２の冷却モードでは、流路切替弁６の冷蔵室側を開とし、第一の送風ファン１６で冷蔵室２内の空気を冷却しながら、冷却ファン１８で凝縮器５の熱を外部へ放熱している。このとき、圧縮機４の吸入圧力は、第一の蒸発器８の蒸発温度に相当する圧力で安定する。次のＰＤモードでは、流路切替弁６の冷蔵室側及び冷凍室側をともに閉とし、圧縮機４を運転する。このとき、第一の蒸発器８と第一のアキュームレータ９内に滞留する液体冷媒が蒸発しながら圧縮機４へ還流されるとともに、圧縮機４の吸入圧力は急激に低下していく。冷凍室３の冷却モードでは、流路切替弁６の冷凍室側を開とし、第二の送風ファン１７で冷凍室３内の空気を冷却しながら、冷却ファン１８で凝縮器５の熱を外部へ放熱している。このとき、圧縮機４の吸入圧力は、第二の蒸発器１１の蒸発温度に相当する圧力で安定する。次のＰＤモードでは、流路切替弁６の冷蔵室側及び冷凍室側をともに閉とし、圧縮機４を運転する。このとき、第二の蒸発器１１と第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒が蒸発しながら圧縮機４へ還流されるとともに、圧縮機４の吸入圧力は急激に低下していく。このように運転モードを切り替えながら冷蔵室２と冷凍室３を交互に冷却することで、循環冷媒量不足の問題が生じることなく高効率な運転が可能となり、冷蔵庫１の消費電力が低減できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の損失により消費電力低減の効果が相殺されるだけでなく、ＰＤ動作時の圧縮機４の吸入圧力が許容範囲を越えて異常に低下し耐久性が維持できなくなる可能性があった。
【００１４】
そこで、ＰＤ動作の時間を抑制するとともに、ＰＤ動作時の吸入圧力に異常低下を根本的に回避する施策が望まれている。
【００１５】
本発明は、冷却サイクル切り替え時に死蔵される冷媒量およびＰＤ動作時の冷媒回収挙動を詳細に検討し、蒸発器構成と吸入圧力との関係を明らかにすることでＰＤ動作の改善を図り、ＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題の解消を目指すものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の冷蔵庫は、あらゆる条件下で冷凍室の冷却を優先して行い、冷蔵室冷却時の蒸発温度に比べて冷凍室冷却時の蒸発温度が低くなる状態になってから冷却サイクルの切り替えを行うとともに、冷凍室冷却サイクルから冷蔵室冷却サイクルに切り替える直前のみＰＤ動作を行う制御方法を用いるものである。
【００１７】
この発明によれば、冷蔵室冷却サイクルから冷凍室冷却サイクルに切り替える際のＰＤ動作を省略し、ＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、冷蔵室と冷凍室を備えた冷蔵庫であって、圧縮機と、凝縮器と、流路切替弁と、第一の膨張機構と、前記冷蔵室内に設置された第一の蒸発器と、前記冷蔵室内に設置された第一のアキュームレータと、第二の膨張機構と、前記冷凍室内に設置された第二の蒸発器と、前記冷凍室内に設置された第二のアキュームレータと、前記第二のアキュームレータの表面に配置されたヒータとを備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記流路切替弁と前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータとで閉ループを形成すると共に、前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータに並列になるように前記第二の膨張機構と前記第二の蒸発器と前記第二のアキュームレータと逆止弁とを接続し、前記流路切替弁により冷媒の流れを切り替えることで前記冷蔵室と前記冷凍室の冷却を互いに独立して行うものであり、前記冷凍室の冷却を優先するとともに、前記冷凍室の冷却から前記冷蔵室の冷却に切り替わる直前に、前記流路切替弁あるいは前記第二の膨張機構を用いて前記第二の蒸発器への冷媒の流入を遮断した状態で前記ヒータに通電しながら前記圧縮機を運転（すなわちＰＤ動作）する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
そして、以上の構成により、あらゆる条件下で冷凍室の冷却を優先して行い、冷蔵室冷却時の蒸発温度に比べて冷凍室冷却時の蒸発温度が低くなる状態になってから冷却サイクルの切り替えを行うことで、冷蔵室冷却サイクルから冷凍室冷却サイクルに切り替える際のＰＤ動作を省略し、冷凍室冷却サイクルから冷蔵室冷却サイクルに切り替える場合にのみＰＤ動作を行い、ＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００２９】
本発明の請求項２に記載の発明は、冷蔵室と冷凍室を備えた冷蔵庫であって、圧縮機と、凝縮器と、流路切替弁と、第一の膨張機構と、前記冷蔵室内に設置された第一の蒸発器と、前記冷蔵室内に設置された第一のアキュームレータと、第二の膨張機構と、前記冷凍室内に設置された第二の蒸発器と、前記冷凍室内に設置された第二のアキュームレータとを備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記流路切替弁と前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータとで閉ループを形成すると共に、前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータに並列になるように前記第二の膨張機構と前記第二の蒸発器と前記第二アキュームレータと逆止弁とを接続し、前記流路切替弁により冷媒の流れを切り替えることで前記冷蔵室と前記冷凍室の冷却を互いに独立して行うものであり、前記冷凍室の冷却を優先するとともに、前記冷凍室の冷却から前記冷蔵室の冷却に切り替わる直前に、前記流路切替弁あるいは前記第二の膨張機構を用いて前記第二の蒸発器への冷媒の流入を遮断した状態で前記圧縮機を運転するもので、前記流路切替弁あるいは前記第一の膨張機構を用いて前記第一の蒸発器へ少量の冷媒を流入させながら前記圧縮機を運転する制御手段を備えたものであり、滞留する液体冷媒への伝熱量に見合う速度で蒸発させることで、滞留する液体冷媒を回収する際の温度低下を抑制し、ＰＤ動作時の吸入圧力の低下を抑制することにより、さらにＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００３０】
ここで、冷蔵室冷却サイクルから冷媒を流入することにより冷媒回収速度が低下するため、必要冷媒量を回収するＰＤ動作時間は長くなるが、吸入圧力の低下が抑制できることからＰＤ動作に必要な所要動力は削減できる。また、この方法は圧縮機の低能力化による冷媒回収速度の低減に比べて制約条件がなく、滞留する液体冷媒への伝熱量に見合う速度に冷媒回収速度を自由に設定することが可能であるだけでなく、ＰＤ動作中に冷蔵室冷却サイクルから流入する冷媒は第一の蒸発器の冷却に寄与することから、冷蔵室冷却サイクルの立ち上がりが早くなる効果も期待できる。
【００４９】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図１７を用いて説明する。これらの図において、図１８、図１９で示した従来例と同一の構成および運転動作についてはその詳細な説明を省略し、同一符号を付す。
【００５０】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図２は同実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００５１】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、図１８で示した従来例と同一である。本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図２に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。
【００５２】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、流路切替弁６を用いて凝縮器５からの流路を切り替えたが、第一の膨張機構７と第二の膨張機構１０に閉塞機構を持たせれば、流路切替弁６を用いず流路を切り替えることができる。また、第一の膨張機構７と第二の膨張機構１０の流路抵抗はキャピラリ等の一定の抵抗でもよいし、膨張弁等の可変抵抗でもよい。
【００５４】
（実施の形態２）
図３は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００５５】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態１と同一である。
【００５６】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図３に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図３に示したようにＰＤ動作中に第二の送風ファン１７を運転するものである。
【００５７】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、ＰＤ動作中に第二の送風ファン１７を運転することにより、第二の蒸発器１１を冷凍室３内の空気で加温し第二の蒸発器１１内に滞留する液体冷媒が蒸発する際の液体冷媒の温度低下を抑制することができ、図３に示したようにＰＤ動作中の吸入圧力の低下が抑制できる。
【００５８】
ここで、図３のＡ点は第二の蒸発器１１に滞留する液体冷媒がすべて蒸発した時点であり、このポイントまで吸入圧力の低下が抑制できることを示している。
【００５９】
図３のＡ点を過ぎると、第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発が始まり液体冷媒の温度低下とともに吸入圧力が低下し、Ｂ点においてＰＤ動作が終了する。これは、第二のアキュームレータ１２が液体冷媒を貯留する目的で設計されるため冷凍室３内の空気の熱交換効率が悪く、第二の送風ファン１７を運転するだけでは第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の温度低下が防止できないためである。しかしながら、ＰＤ開始からＡ点までの間、主として第二の蒸発器１１に滞留する液体冷媒が蒸発した結果、第二の送風ファン１７を停止する場合に比べて第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発及び温度低下が抑制される。
【００６０】
なお、第二の送風ファン１７の運転に伴う発熱量を抑制するために、図３のＡ点において第二の送風ファン１７を停止させる方が望ましい。Ａ点からＢ点の間で第二の送風ファン１７を運転しても第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒を蒸発させる効果はほとんどない上に、第二の送風ファン１７の運転に伴う発熱量によって冷凍室３内の空気温度が上昇する問題が発生する。
【００６１】
（実施の形態３）
図４は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図５は同実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、第二のアキュームレータ１２を直接加温するためにその表面にアキュームヒータ１９を設置した点である。
【００６２】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図５に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図５に示したようにＰＤ動作中にのみアキュームヒータ１９をＯＮするものである。
【００６３】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、ＰＤ動作中にアキュームヒータ１９をＯＮすることにより、第二のアキュームレータ１２を直接加温し第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒が蒸発する際の液体冷媒の温度低下を抑制することができ、図５に示したようにＰＤ動作中の吸入圧力の低下が抑制できる。
【００６４】
ここで、図５のＣ点は、第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の一部が蒸発してＰＤ動作が終了した点であり、アキュームヒータ１９がＯＦＦのまま同量の液体冷媒を蒸発させた場合に比べて、第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発及び温度低下が抑制される。
【００６５】
なお、アキュームヒータ１９に替えて、第二の蒸発器１１の近傍に通常設置される除霜用ヒータ（図示せず）を用いても同様の効果は期待できるが、構造上冷凍室３内の空気との熱交換効率が悪い第二のアキュームレータ１２を間接的に加温すると冷凍室３内の空気温度が上昇する問題が発生するため、固体熱伝導を主に第二のアキュームレータ１２を加温する手段を用いる方が望ましい。
【００６６】
（実施の形態４）
図６は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態１と同一である。
【００６７】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図６に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図６に示したようにＰＤ動作中に圧縮機４の出力を４０％に低減するものである。
【００６８】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへの還流していくことで循環冷媒量が確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、ＰＤ動作中の圧縮機４の出力を４０％に低減することにより、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒が蒸発する速度を低減し、その結果として液体冷媒の温度低下を抑制することができ、図６に示したようにＰＤ動作中の吸入圧力の低下が抑制できる。
【００６９】
ここで、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒の温度変化は、蒸発によって失われる蒸発潜熱と冷凍室３内空気あるいは構成部品からの熱伝導によって供給される熱とのバランスによって決まることから、液体冷媒が蒸発する速度を低減することで液体冷媒の温度低下が抑制できるものである。図６のＤ点は、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の一部が蒸発してＰＤ動作が終了した点であり、圧縮機４の出力を１００％のまま同量の液体冷媒を蒸発させた場合に比べて、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発及び温度低下が抑制される。
【００７０】
なお、本実施の形態ではＰＤ動作中の圧縮機４の出力を４０％としたが、一般に家庭用冷蔵庫に用いられるロータリ型圧縮機あるいはレシプロ型圧縮機の場合、圧縮機の回転数を低減して任意に出力を抑制しても同様の効果が期待できる。
【００７１】
このとき、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発速度を５ｇ／１０ｓ程度以下に制御すると、滞留冷媒の温度低下がかなり抑制できる。また、滞留冷媒の蒸発速度低減と合わせて、実施の形態２〜３で示した方法で加温すると、滞留冷媒の温度がより安定することが期待される。
【００７２】
（実施の形態５）
図７は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００７３】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態１と同一である。
【００７４】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図７に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図７に示したようにＰＤ動作中に第一の膨張機構７を３０％開とするとともに流路切替弁６の冷蔵側の流路を開とするものである。
【００７５】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらにＰＤ動作中に第一の膨張機構７を３０％開とするとともに流路切替弁６の冷蔵側の流路を開として、冷蔵室２の冷却サイクルに少量の冷媒を供給することにより、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒が蒸発する速度を低減し、その結果として液体冷媒の温度低下を抑制することができ、図７に示したようにＰＤ動作中の吸入圧力の低下が抑制できる。
【００７６】
ここで、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒の温度変化は、蒸発によって失われる蒸発潜熱と冷凍室３内空気あるいは構成部品からの熱伝導によって供給される熱とのバランスによって決まることから、液体冷媒が蒸発する速度を低減することで液体冷媒の温度低下が抑制できるものである。図７のＥ点は、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の一部が蒸発してＰＤ動作が終了した点であり、冷蔵室２の冷却サイクルを閉じたまま同量の液体冷媒を蒸発させた場合に比べて、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発及び温度低下が抑制される。
【００７７】
なお、本実施の形態ではＰＤ動作中の第一の膨張機構７の開度を３０％としたが、冷蔵室２の冷却サイクル単独運転時の蒸発温度が冷凍室３の空気温度より低い温度になるように第一の膨張機構７の開度を調整すれば、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発を維持しながらその蒸発速度を抑制することができ同様の効果が期待できる。このとき、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発速度を５g／１０ｓ程度以下に制御すると、滞留冷媒の温度低下がかなり抑制できる。また、滞留冷媒の蒸発速度低減と合わせて、実施の形態２〜３で示した方法で加温すると、滞留冷媒の温度がより安定することが期待される。
【００７８】
また、本実施の形態においては、第一の膨張機構７は膨張弁等の可変抵抗が望ましいが、ＰＤ動作中の少量の冷媒を流すために開閉動作を繰り替えして流量制御しても、ＰＤ動作のために抵抗の大きいキャピラリに切り替えて流量制御してもよい。
【００７９】
（実施の形態６）
図８は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００８０】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態１と同一である。
【００８１】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図８に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図８に示したようにＰＤ動作中に冷却ファン１８を運転するものである。
【００８２】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、ＰＤ動作中に冷却ファン１８を運転することにより、凝縮器５の熱交換を促進して凝縮温度を低減して、結果としてＰＤ動作中の圧縮比を低減することができる。また、凝縮温度を低減と合わせて、実施の形態２〜５で示した方法で吸入圧力の低減を抑制すると、圧縮比がより低く安定することが期待される。
【００８３】
なお、吸入圧力の低下に伴う電力損失の増大は、再膨張ガスの圧縮に伴うことから圧縮比に比例して顕著になる、と同時に耐久性低下も再膨張ガスの圧縮に伴う挙動変化に起因し特定の圧縮比以上で顕著となることから、ＰＤ動作中の圧縮比に上限を設定することが望ましい。一般の冷蔵庫用レシプロ型圧縮機においては、ＰＤ動作中の圧縮比は１５〜２０程度が上限であり、この圧縮比を超えると効率の著しい低下が起こるとともに、吐出ガス温度の上昇や軸受け部の摩耗が発生して耐久性低下の問題が発生する。
【００８４】
（実施の形態７）
図９は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図１０は同実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、第二のアキュームレータ１２にその温度を検知する温度検知器２０を設置した点である。
【００８５】
本実施の形態における運動動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図１０に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図１０に示したようにＰＤ動作中に温度検知器２０が所定の値以下になった時点でＰＤ動作を中止し、冷蔵室冷却モードに移行するものである。
【００８６】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷却室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒の温度が低下して第二のアキュームレータ１２の表面温度が低下した時に、その温度を温度検知器２０が検知してＰＤ動作を中止することによりＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００８７】
なお、吸入圧力の低下に伴う電力損失の増大は、再膨張ガスの圧縮に伴うことから圧縮比に比例して顕著になる、と同時に耐久性低下も再膨張ガスの圧縮に伴う挙動変化に起因し特定の圧縮比以上で顕著となることから、ＰＤ動作中の圧縮比に上限を設定することが望ましい。一般の冷蔵庫用レシプロ型圧縮機においては、ＰＤ動作中の圧縮比は１５〜２０程度が上限であり、この圧縮比を超えると効率の著しい低下が起こるとともに、吐出ガス温度の上昇や軸受け部の摩耗が発生して耐久性低下の問題が発生する。
【００８８】
（実施の形態８）
図１１は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図１２は同実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００８９】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、冷蔵室２及び冷凍室３内に液体冷媒を貯留するアキュームレータを設置していない点である。本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷凍室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図１２に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図１２に示すようにＰＤ動作中に第二の送風ファン１７を運転するとともに、吸入圧力の低下がほとんどない範囲の時間でＰＤ動作を終了するものである。
【００９０】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００９１】
さらに、第二の送風ファン１７を運転することで第二の蒸発器１１内に滞留する液体冷媒を加温して温度低下及び吸入圧力の低下を防止するとともに、第二の蒸発器１１内の液体冷媒がなくなる程度の時間のみＰＤ動作を行うことで時間短縮が図れることによりＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００９２】
ここで、図１２のＨ点は第二の蒸発器１１内の液体冷媒がなくなり冷蔵室冷却モードに移行する時点であり、第二の蒸発器１１の大きさと圧縮機４の能力によって所定の時間に規定することができる。また、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内に設置する場合に比べて、ＰＤ動作時間を１／１０程度に短縮することができる。
【００９３】
なお、冷凍室冷却サイクルと冷蔵室冷却サイクルの内容積に大きな差がなく、冷凍室３内にアキュームレータを設置しない場合は、冷蔵室２内にもアキュームレータを設置しない方が望ましい。冷蔵室冷却サイクルのみ過剰な冷媒が生じることがないため、冷蔵室２内にアキュームレータを設置する必要がないとともに、冷蔵室冷却モードから冷凍室冷却モードへ移行する際に第一の蒸発器８内に貯留された液体冷媒を回収する時間が短縮できる。
【００９４】
（実施の形態９）
図１３は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示す図である。
【００９５】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態８と同一である。
【００９６】
また、本実施の形態における運動動作の特徴は、図１３に示すように、冷蔵室冷却モードから冷凍室冷却モードに移行する際、及び冷凍室冷却モードから冷蔵室冷却モードに移行する際ともにＰＤ動作を行わない点である。
【００９７】
この結果、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内及び冷蔵室２内に設置せず、冷却モード移行時に発生する循環冷媒量不足を軽減することでＰＤ動作を廃止し、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を解決することができる。
【００９８】
（実施の形態１０）
図１４は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図１５は同実施の形態における電源投入時の運動動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００９９】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、冷蔵室２及び冷凍室３内に液体冷媒を貯留するアキュームレータを設置していない点と、第二の膨張機構１０と並列に冷凍室冷却サイクルを形成するように起動用膨張機構２２を設置した点である。また、本実施の形態における運動動作の特徴は、図１５に示すように、電源投入後の初期に冷凍室冷却モードにおいて、凝縮器５から第二の膨張機構１０につながる冷凍側流路を閉じて、凝縮器５から起動用膨張機構２２につながる起動用流路を開けるように三流路切替弁２１を動作させる点である。
【０１００】
この結果、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内及び冷蔵室２内に設置せず、冷却モード移行時に発生する循環冷媒量不足を軽減することでＰＤ動作を廃止し、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を解消することができる。さらに、電源投入後の初期に比較的抵抗の小さい起動用膨張機構２２を用いて冷凍室３を冷却することで、図１５の吸入圧力変化の実線に示したように、蒸発温度を上げて冷凍能力を増大させプルダウン時間を短縮することができる。また、冷凍室３内の空気温度が上昇するような過負荷時において、電源投入後の初期と同じように起動用膨張機構２２を用いると、蒸発温度を上げて冷凍能力を増大させて冷凍室３内の空気温度を速やかに低下させることも期待できる。
【０１０１】
なお、本実施の形態においては、三流路切替弁２１を用いて凝縮器５からの流路を切り替えたが、第一の膨張機構７と第二の膨張機構１０および起動用膨張機構２２に閉塞機構を持たせれば、三流路切替弁２１を用いずに流路を切り替えることができる。また、第一の膨張機構７と第二の膨張機構１０および起動用膨張機構２２の流路抵抗はキャピラリ等の一定の抵抗でもよいし、膨張弁等の可変抵抗でもよい。さらに、第二の膨張機構１０の抵抗可変範囲を拡大して、電源投入時や過負荷時に抵抗を下げて起動用膨張機構２２を代用してもよい。
【０１０２】
（実施の形態１１）
図１６は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の蒸発器及びその周辺の冷凍サイクル図である。本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成、及び運転動作と吸入圧力変化は実施の形態９と同一である。
【０１０３】
本実施の形態における蒸発器の構成の特徴は、第一の蒸発器８及び第二の蒸発器１１の能力を過大に設計するとともに、図１６に示すように、冷媒流路となる直管部１１ａとコーナー部１１ｂ、及び冷凍室３内の空気との熱交換を行う冷却フィン１１ｃ、出口側配管である立ち上げ管１１ｄから構成された第二の蒸発器１１を用いる点である。
【０１０４】
この結果、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内及び冷蔵室２内に設置せず、冷却モード移行時に発生する循環冷媒量不足を軽減することでＰＤ動作を廃止し、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を解消することができる。さらに、図１６に示すように、第二の蒸発器１１の冷媒流路を冷凍室３内の空気の流れと対向させた流れにし、かつ入口側となる第二の膨張機構１０と出口側配管である立ち上げ管１１ｄとを離すことで、第二の蒸発器１１の出口での冷媒の乾き度を１００％近くに保つことで、圧縮機４の吸入配管でのスーパーヒートの確保が容易となり、吸入配管の露つきや液体冷媒の吸入による圧縮機４の耐久性低下を防止することができる。
【０１０５】
ここで、図１６に示した第二の蒸発器１１の構成では、第二の送風ファン１７によって冷凍室３内の空気が下方から供給され、主に第二の蒸発器１１の下部で熱交換することから、入口側となる第二の膨張機構１０の近傍の温度が最も低くなる。そこで、出口側配管である立ち上げ管１１ｄを第二の膨張機構１０と反対の側に設置することで第二の膨張機構１０近傍で冷却されることを防止して、出口での冷媒の乾き度を１００％近くに保つようにしたものである。また、出口側配管を立ち上げ管１１ｄとしたことで、冷媒流量の変動によって液体冷媒が圧縮機４の吸入配管へ進入することが防止できる。
【０１０６】
なお、本実施の形態では、第二の蒸発器１１の構成についてのみ記述したが、第一の蒸発器８についても同じ構成で同様の効果が期待できる。また、圧縮機４の吸入配管部でのスーパーヒートを確保するため、吸入配管部と冷却サイクルの高温部との熱交換を行うことが望ましい。
【０１０７】
（実施の形態１２）
図１７は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図である。本実施の形態における運転動作と吸入圧力変化は実施の形態９と同一である。
【０１０８】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、圧縮機４の吸入配管部にコンプアキューム２４を設けた点である。
【０１０９】
この結果、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内及び冷蔵室２内に設置せず、冷却モード移行時に発生する循環冷媒量不足を軽減することでＰＤ動作を廃止し、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を解消することができる。さらに、図１７に示すように、圧縮機４の吸入配管部にコンプアキューム２４を設けたことで、冷媒流量の変動によって液体冷媒が圧縮機４の吸入配管へ進入した場合にコンプアキューム２４内に一時貯留することができ、防止吸入配管の露つきや液体冷媒の吸入による圧縮機４の耐久性低下を防止することができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、蒸発温度の異なる複数の蒸発器を有し、それらの蒸発器を切り替えて冷却を行う冷却サイクルを用いた冷凍冷蔵庫等において、あらゆる条件下で冷凍室の冷却を優先して行い、冷蔵室冷却時の蒸発温度に比べて冷凍室冷却時の蒸発温度が低くなる状態になってから冷却サイクルの切り替えを行うとともに、冷凍室冷却サイクルから冷蔵室冷却サイクルに切り替える直前のみＰＤ動作を行う制御方法を用いることにより、冷蔵室冷却サイクルから冷凍室冷却サイクルに切り替える際のＰＤ動作を省略し、ＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図２】本発明の実施の形態１の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態２の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図４】本発明の実施の形態３の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図５】本発明の実施の形態３の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図６】本発明の実施の形態４の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図７】本発明の実施の形態５の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図８】本発明の実施の形態６の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図９】本発明の実施の形態７の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図１０】本発明の実施の形態７の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図１１】本発明の実施の形態８の冷蔵庫の冷凍のサイクル図
【図１２】本発明の実施の形態８の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図１３】本発明の実施の形態９の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図１４】本発明の実施の形態１０の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図１５】本発明の実施の形態１０の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図１６】本発明の実施の形態１１の冷蔵庫の要部冷凍サイクル図
【図１７】本発明の実施の形態１２の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図１８】従来の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図１９】従来の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【符号の説明】
４ 圧縮機
５ 凝縮器
６ 流路切替弁
７ 第一の膨張機構
８ 第一の蒸発器
９ 第一のアキュームレータ
１０ 第二の膨張機構
１１ 第二の蒸発器
１２ 第二のアキュームレータ
１３ 逆止弁
１４ 冷蔵庫箱体
１５ 機械室
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍室と冷蔵室とを互いに独立に冷却を行う冷却サイクルを有する冷蔵庫の冷媒量不足の解消に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、地球温暖化防止の観点より冷凍冷蔵庫等の冷凍装置の省エネルギー化が進められている。従来、冷凍室と冷蔵室のように異なる温度で冷却する冷凍冷蔵庫においては、単独の蒸発器を冷凍室温度以下まで下げて庫内空気と熱交換を行い、庫内の温度調整は熱交換量で制御していた。これに対して、冷凍室と冷蔵室の蒸発器を独立させて、２つの蒸発器を冷凍室温度と冷蔵室温度で運転することにより、比較的圧縮比が低く理論効率の高い冷蔵室冷却サイクルを利用して省エネルギー化を図る試みが為されている。
【０００３】
例えば特開平５８−８８５５９号公報において、２つの蒸発器を切り替えて冷蔵室と冷凍室を交互に冷却する冷却サイクルを有する冷蔵庫が提案されている。また、２つの蒸発器を切り替える直前に蒸発器に滞留した冷媒を回収して、循環冷媒量不足の問題を解消する方法が特開２０００−２６６４４３号公報において提案されている。以下、図面を参照しながら冷蔵室と冷凍室を交互に冷却する冷却サイクルを用いた従来の冷蔵庫の特徴について説明する。
【０００４】
従来の冷蔵庫のサイクル構成を図１８に示す。図１８において、１は冷蔵庫、２は冷蔵室、３は冷凍室、４は能力制御可能な圧縮機、５は凝縮器、６は流路切替弁、７は冷蔵室２内に設置された第一の膨張機構、８は冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器、９は冷蔵室２内に設置された冷蔵室２内に設置された第一のアキュームレータ、１０は冷凍室３内に設置された第二の膨張機構、１１は冷凍室３内に設置された第二の蒸発器、１２は冷凍室３内に設置された第二のアキュームレータ、１３は第二のアキュームレータ１２の下流側に設置された逆止弁、１４は冷蔵室２および冷凍室３を形成しながら外部と断熱する冷蔵庫箱体、１５は圧縮機４と凝縮器５と流路切替弁６が配置された機械室である。
【０００５】
以上のように構成された従来の冷蔵庫について、以下その動作を説明する。
【０００６】
冷蔵室２を冷却する場合、凝縮器５から第一の膨張機構７への流路が開となり、第二の膨張機構１０への流路が閉となるように、流路切替弁６が動作する。そして、圧縮機４で圧縮された気体冷媒が凝縮器５で凝縮液化し、第一の膨張機構７で減圧され、第一の蒸発器８で蒸発する。このとき、第一の送風ファン１６により循環している冷蔵室２内の空気が、第一の蒸発器８と熱交換して冷蔵室２内が冷却される。第一の蒸発器８で蒸発した冷媒は、第一のアキュームレータ９で残る液体冷媒と分離され、気体冷媒が圧縮機４へ戻る。また、冷凍室３内に設置された第二の蒸発器１１内の圧力は第一の蒸発器８より低くなるが、逆止弁１３が閉状態となるため、圧縮機４へ還流する気体冷媒が第二の蒸発器１１内に滞留することはない。
【０００７】
同様に、冷凍室３を冷却する場合、凝縮器５から第二の膨張機構１０への流路が開となり、第一の膨張機構７への流路が閉となるように、流路切替弁６が動作する。そして、圧縮機４で圧縮された気体冷媒が凝縮器５で凝縮液化し、第二の膨張機構１０で減圧され、第二の蒸発器１１で蒸発する。このとき、第二の送風ファン１７により循環している冷凍室３内の空気が、第二の蒸発器１１と熱交換して冷凍室３内が冷却される。第二の蒸発器１１で蒸発した冷媒は、第二のアキュームレータ１２で残る液体冷媒と分離され、気体冷媒が逆止弁１３を通過して圧縮機４へ戻る。また、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８内の圧力は第二の蒸発器より高くなるため、第一の蒸発器８内に滞留している冷媒は蒸発して圧縮機４へ還流していく。
【０００８】
一般に、冷蔵室２は０〜５℃、冷凍室３は−１８℃前後、に設定されることから第一の蒸発器８の蒸発温度は−１０℃程度、第二の蒸発器１１の蒸発温度は−３０℃程度に制御される。この結果、冷蔵室２を冷却する際に蒸発温度が高く効率の良い運転が可能となり、冷蔵庫１の消費電力を低減することができる。
【０００９】
また、冷却サイクルを切り替える際に蒸発器内に冷媒が死蔵される問題を解消する方法として、ポンプダウン（以下ＰＤという）が提案されている。以下に、この冷媒が死蔵される問題と、その解消方法であるＰＤについて説明する。
【００１０】
冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える場合、第二の蒸発器１１の蒸発温度に比べて第一の蒸発器８の蒸発温度が高いために、冷凍室３の冷却時に第二の蒸発器１１や第二のアキュームレータ１２内に滞留した液体冷媒が冷蔵室２の冷却中も滞留したままとなり、結果として冷蔵室２の冷却中に循環冷媒量が不足する問題が発生する。同様に、電源投入時や負荷変動時に第二の蒸発器１１の蒸発温度が第一の蒸発器８の蒸発温度より高くなった場合も、冷凍室３の冷却中に循環冷媒量が不足する問題が発生する。
【００１１】
そこで、冷却サイクルを切り替える際に、凝縮器５から第一の蒸発器８及び凝縮器５から第二の蒸発器１１への流路を閉塞しながら、圧縮機４を運転させて第一の蒸発器と第一のアキュームレータ９、あるいは第二の蒸発器１１と第二のアキュームレータ１２に滞留する冷媒を凝縮器５に回収する方法であるＰＤが提案されている。また、ＰＤを行うことで冷却サイクルに過剰な冷媒を封入する必要がなくなり、炭化水素等の可燃性冷媒を用いた冷却サイクルにおいて冷媒封入量が削減でき、安全性が向上する効果も期待される。
【００１２】
ＰＤを用いた冷却サイクルの切り替え動作の一例と、このときの圧縮機４の吸入圧力変化を図１９に示す。図１９に示した動作は、比較的負荷が大きい場合の運転状態であり、圧縮機４を１００％出力で連続運転しながら冷蔵室２の冷却と冷凍室３の冷却を交互に行うものである。冷蔵室２の冷却モードでは、流路切替弁６の冷蔵室側を開とし、第一の送風ファン１６で冷蔵室２内の空気を冷却しながら、冷却ファン１８で凝縮器５の熱を外部へ放熱している。このとき、圧縮機４の吸入圧力は、第一の蒸発器８の蒸発温度に相当する圧力で安定する。次のＰＤモードでは、流路切替弁６の冷蔵室側及び冷凍室側をともに閉とし、圧縮機４を運転する。このとき、第一の蒸発器８と第一のアキュームレータ９内に滞留する液体冷媒が蒸発しながら圧縮機４へ還流されるとともに、圧縮機４の吸入圧力は急激に低下していく。冷凍室３の冷却モードでは、流路切替弁６の冷凍室側を開とし、第二の送風ファン１７で冷凍室３内の空気を冷却しながら、冷却ファン１８で凝縮器５の熱を外部へ放熱している。このとき、圧縮機４の吸入圧力は、第二の蒸発器１１の蒸発温度に相当する圧力で安定する。次のＰＤモードでは、流路切替弁６の冷蔵室側及び冷凍室側をともに閉とし、圧縮機４を運転する。このとき、第二の蒸発器１１と第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒が蒸発しながら圧縮機４へ還流されるとともに、圧縮機４の吸入圧力は急激に低下していく。このように運転モードを切り替えながら冷蔵室２と冷凍室３を交互に冷却することで、循環冷媒量不足の問題が生じることなく高効率な運転が可能となり、冷蔵庫１の消費電力が低減できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の損失により消費電力低減の効果が相殺されるだけでなく、ＰＤ動作時の圧縮機４の吸入圧力が許容範囲を越えて異常に低下し耐久性が維持できなくなる可能性があった。
【００１４】
そこで、ＰＤ動作の時間を抑制するとともに、ＰＤ動作時の吸入圧力に異常低下を根本的に回避する施策が望まれている。
【００１５】
本発明は、冷却サイクル切り替え時に死蔵される冷媒量およびＰＤ動作時の冷媒回収挙動を詳細に検討し、蒸発器構成と吸入圧力との関係を明らかにすることでＰＤ動作の改善を図り、ＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題の解消を目指すものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の冷蔵庫は、あらゆる条件下で冷凍室の冷却を優先して行い、冷蔵室冷却時の蒸発温度に比べて冷凍室冷却時の蒸発温度が低くなる状態になってから冷却サイクルの切り替えを行うとともに、冷凍室冷却サイクルから冷蔵室冷却サイクルに切り替える直前のみＰＤ動作を行う制御方法を用いるものである。
【００１７】
この発明によれば、冷蔵室冷却サイクルから冷凍室冷却サイクルに切り替える際のＰＤ動作を省略し、ＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、冷蔵室と冷凍室を備えた冷蔵庫であって、圧縮機と、凝縮器と、流路切替弁と、第一の膨張機構と、前記冷蔵室内に設置された第一の蒸発器と、前記冷蔵室内に設置された第一のアキュームレータと、第二の膨張機構と、前記冷凍室内に設置された第二の蒸発器と、前記冷凍室内に設置された第二のアキュームレータと、前記第二のアキュームレータの表面に配置されたヒータとを備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記流路切替弁と前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータとで閉ループを形成すると共に、前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータに並列になるように前記第二の膨張機構と前記第二の蒸発器と前記第二のアキュームレータと逆止弁とを接続し、前記流路切替弁により冷媒の流れを切り替えることで前記冷蔵室と前記冷凍室の冷却を互いに独立して行うものであり、前記冷凍室の冷却を優先するとともに、前記冷凍室の冷却から前記冷蔵室の冷却に切り替わる直前に、前記流路切替弁あるいは前記第二の膨張機構を用いて前記第二の蒸発器への冷媒の流入を遮断した状態で前記ヒータに通電しながら前記圧縮機を運転（すなわちＰＤ動作）する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
そして、以上の構成により、あらゆる条件下で冷凍室の冷却を優先して行い、冷蔵室冷却時の蒸発温度に比べて冷凍室冷却時の蒸発温度が低くなる状態になってから冷却サイクルの切り替えを行うことで、冷蔵室冷却サイクルから冷凍室冷却サイクルに切り替える際のＰＤ動作を省略し、冷凍室冷却サイクルから冷蔵室冷却サイクルに切り替える場合にのみＰＤ動作を行い、ＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００２９】
本発明の請求項２に記載の発明は、冷蔵室と冷凍室を備えた冷蔵庫であって、圧縮機と、凝縮器と、流路切替弁と、第一の膨張機構と、前記冷蔵室内に設置された第一の蒸発器と、前記冷蔵室内に設置された第一のアキュームレータと、第二の膨張機構と、前記冷凍室内に設置された第二の蒸発器と、前記冷凍室内に設置された第二のアキュームレータとを備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記流路切替弁と前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータとで閉ループを形成すると共に、前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータに並列になるように前記第二の膨張機構と前記第二の蒸発器と前記第二アキュームレータと逆止弁とを接続し、前記流路切替弁により冷媒の流れを切り替えることで前記冷蔵室と前記冷凍室の冷却を互いに独立して行うものであり、前記冷凍室の冷却を優先するとともに、前記冷凍室の冷却から前記冷蔵室の冷却に切り替わる直前に、前記流路切替弁あるいは前記第二の膨張機構を用いて前記第二の蒸発器への冷媒の流入を遮断した状態で前記圧縮機を運転するもので、前記流路切替弁あるいは前記第一の膨張機構を用いて前記第一の蒸発器へ少量の冷媒を流入させながら前記圧縮機を運転する制御手段を備えたものであり、滞留する液体冷媒への伝熱量に見合う速度で蒸発させることで、滞留する液体冷媒を回収する際の温度低下を抑制し、ＰＤ動作時の吸入圧力の低下を抑制することにより、さらにＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００３０】
ここで、冷蔵室冷却サイクルから冷媒を流入することにより冷媒回収速度が低下するため、必要冷媒量を回収するＰＤ動作時間は長くなるが、吸入圧力の低下が抑制できることからＰＤ動作に必要な所要動力は削減できる。また、この方法は圧縮機の低能力化による冷媒回収速度の低減に比べて制約条件がなく、滞留する液体冷媒への伝熱量に見合う速度に冷媒回収速度を自由に設定することが可能であるだけでなく、ＰＤ動作中に冷蔵室冷却サイクルから流入する冷媒は第一の蒸発器の冷却に寄与することから、冷蔵室冷却サイクルの立ち上がりが早くなる効果も期待できる。
【００４９】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図１７を用いて説明する。これらの図において、図１８、図１９で示した従来例と同一の構成および運転動作についてはその詳細な説明を省略し、同一符号を付す。
【００５０】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図２は同実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００５１】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、図１８で示した従来例と同一である。本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図２に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。
【００５２】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、流路切替弁６を用いて凝縮器５からの流路を切り替えたが、第一の膨張機構７と第二の膨張機構１０に閉塞機構を持たせれば、流路切替弁６を用いず流路を切り替えることができる。また、第一の膨張機構７と第二の膨張機構１０の流路抵抗はキャピラリ等の一定の抵抗でもよいし、膨張弁等の可変抵抗でもよい。
【００５４】
（実施の形態２）
図３は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００５５】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態１と同一である。
【００５６】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図３に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図３に示したようにＰＤ動作中に第二の送風ファン１７を運転するものである。
【００５７】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、ＰＤ動作中に第二の送風ファン１７を運転することにより、第二の蒸発器１１を冷凍室３内の空気で加温し第二の蒸発器１１内に滞留する液体冷媒が蒸発する際の液体冷媒の温度低下を抑制することができ、図３に示したようにＰＤ動作中の吸入圧力の低下が抑制できる。
【００５８】
ここで、図３のＡ点は第二の蒸発器１１に滞留する液体冷媒がすべて蒸発した時点であり、このポイントまで吸入圧力の低下が抑制できることを示している。
【００５９】
図３のＡ点を過ぎると、第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発が始まり液体冷媒の温度低下とともに吸入圧力が低下し、Ｂ点においてＰＤ動作が終了する。これは、第二のアキュームレータ１２が液体冷媒を貯留する目的で設計されるため冷凍室３内の空気の熱交換効率が悪く、第二の送風ファン１７を運転するだけでは第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の温度低下が防止できないためである。しかしながら、ＰＤ開始からＡ点までの間、主として第二の蒸発器１１に滞留する液体冷媒が蒸発した結果、第二の送風ファン１７を停止する場合に比べて第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発及び温度低下が抑制される。
【００６０】
なお、第二の送風ファン１７の運転に伴う発熱量を抑制するために、図３のＡ点において第二の送風ファン１７を停止させる方が望ましい。Ａ点からＢ点の間で第二の送風ファン１７を運転しても第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒を蒸発させる効果はほとんどない上に、第二の送風ファン１７の運転に伴う発熱量によって冷凍室３内の空気温度が上昇する問題が発生する。
【００６１】
（実施の形態３）
図４は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図５は同実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、第二のアキュームレータ１２を直接加温するためにその表面にアキュームヒータ１９を設置した点である。
【００６２】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図５に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図５に示したようにＰＤ動作中にのみアキュームヒータ１９をＯＮするものである。
【００６３】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、ＰＤ動作中にアキュームヒータ１９をＯＮすることにより、第二のアキュームレータ１２を直接加温し第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒が蒸発する際の液体冷媒の温度低下を抑制することができ、図５に示したようにＰＤ動作中の吸入圧力の低下が抑制できる。
【００６４】
ここで、図５のＣ点は、第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の一部が蒸発してＰＤ動作が終了した点であり、アキュームヒータ１９がＯＦＦのまま同量の液体冷媒を蒸発させた場合に比べて、第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発及び温度低下が抑制される。
【００６５】
なお、アキュームヒータ１９に替えて、第二の蒸発器１１の近傍に通常設置される除霜用ヒータ（図示せず）を用いても同様の効果は期待できるが、構造上冷凍室３内の空気との熱交換効率が悪い第二のアキュームレータ１２を間接的に加温すると冷凍室３内の空気温度が上昇する問題が発生するため、固体熱伝導を主に第二のアキュームレータ１２を加温する手段を用いる方が望ましい。
【００６６】
（実施の形態４）
図６は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態１と同一である。
【００６７】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図６に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図６に示したようにＰＤ動作中に圧縮機４の出力を４０％に低減するものである。
【００６８】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへの還流していくことで循環冷媒量が確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、ＰＤ動作中の圧縮機４の出力を４０％に低減することにより、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒が蒸発する速度を低減し、その結果として液体冷媒の温度低下を抑制することができ、図６に示したようにＰＤ動作中の吸入圧力の低下が抑制できる。
【００６９】
ここで、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒の温度変化は、蒸発によって失われる蒸発潜熱と冷凍室３内空気あるいは構成部品からの熱伝導によって供給される熱とのバランスによって決まることから、液体冷媒が蒸発する速度を低減することで液体冷媒の温度低下が抑制できるものである。図６のＤ点は、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の一部が蒸発してＰＤ動作が終了した点であり、圧縮機４の出力を１００％のまま同量の液体冷媒を蒸発させた場合に比べて、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発及び温度低下が抑制される。
【００７０】
なお、本実施の形態ではＰＤ動作中の圧縮機４の出力を４０％としたが、一般に家庭用冷蔵庫に用いられるロータリ型圧縮機あるいはレシプロ型圧縮機の場合、圧縮機の回転数を低減して任意に出力を抑制しても同様の効果が期待できる。
【００７１】
このとき、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発速度を５ｇ／１０ｓ程度以下に制御すると、滞留冷媒の温度低下がかなり抑制できる。また、滞留冷媒の蒸発速度低減と合わせて、実施の形態２〜３で示した方法で加温すると、滞留冷媒の温度がより安定することが期待される。
【００７２】
（実施の形態５）
図７は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００７３】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態１と同一である。
【００７４】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図７に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図７に示したようにＰＤ動作中に第一の膨張機構７を３０％開とするとともに流路切替弁６の冷蔵側の流路を開とするものである。
【００７５】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらにＰＤ動作中に第一の膨張機構７を３０％開とするとともに流路切替弁６の冷蔵側の流路を開として、冷蔵室２の冷却サイクルに少量の冷媒を供給することにより、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒が蒸発する速度を低減し、その結果として液体冷媒の温度低下を抑制することができ、図７に示したようにＰＤ動作中の吸入圧力の低下が抑制できる。
【００７６】
ここで、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒の温度変化は、蒸発によって失われる蒸発潜熱と冷凍室３内空気あるいは構成部品からの熱伝導によって供給される熱とのバランスによって決まることから、液体冷媒が蒸発する速度を低減することで液体冷媒の温度低下が抑制できるものである。図７のＥ点は、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の一部が蒸発してＰＤ動作が終了した点であり、冷蔵室２の冷却サイクルを閉じたまま同量の液体冷媒を蒸発させた場合に比べて、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発及び温度低下が抑制される。
【００７７】
なお、本実施の形態ではＰＤ動作中の第一の膨張機構７の開度を３０％としたが、冷蔵室２の冷却サイクル単独運転時の蒸発温度が冷凍室３の空気温度より低い温度になるように第一の膨張機構７の開度を調整すれば、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発を維持しながらその蒸発速度を抑制することができ同様の効果が期待できる。このとき、第二の蒸発器１１及び第二のアキュームレータ１２に滞留する液体冷媒の蒸発速度を５g／１０ｓ程度以下に制御すると、滞留冷媒の温度低下がかなり抑制できる。また、滞留冷媒の蒸発速度低減と合わせて、実施の形態２〜３で示した方法で加温すると、滞留冷媒の温度がより安定することが期待される。
【００７８】
また、本実施の形態においては、第一の膨張機構７は膨張弁等の可変抵抗が望ましいが、ＰＤ動作中の少量の冷媒を流すために開閉動作を繰り替えして流量制御しても、ＰＤ動作のために抵抗の大きいキャピラリに切り替えて流量制御してもよい。
【００７９】
（実施の形態６）
図８は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００８０】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態１と同一である。
【００８１】
本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図８に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図８に示したようにＰＤ動作中に冷却ファン１８を運転するものである。
【００８２】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、ＰＤ動作中に冷却ファン１８を運転することにより、凝縮器５の熱交換を促進して凝縮温度を低減して、結果としてＰＤ動作中の圧縮比を低減することができる。また、凝縮温度を低減と合わせて、実施の形態２〜５で示した方法で吸入圧力の低減を抑制すると、圧縮比がより低く安定することが期待される。
【００８３】
なお、吸入圧力の低下に伴う電力損失の増大は、再膨張ガスの圧縮に伴うことから圧縮比に比例して顕著になる、と同時に耐久性低下も再膨張ガスの圧縮に伴う挙動変化に起因し特定の圧縮比以上で顕著となることから、ＰＤ動作中の圧縮比に上限を設定することが望ましい。一般の冷蔵庫用レシプロ型圧縮機においては、ＰＤ動作中の圧縮比は１５〜２０程度が上限であり、この圧縮比を超えると効率の著しい低下が起こるとともに、吐出ガス温度の上昇や軸受け部の摩耗が発生して耐久性低下の問題が発生する。
【００８４】
（実施の形態７）
図９は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図１０は同実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、第二のアキュームレータ１２にその温度を検知する温度検知器２０を設置した点である。
【００８５】
本実施の形態における運動動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷蔵室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図１０に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図１０に示したようにＰＤ動作中に温度検知器２０が所定の値以下になった時点でＰＤ動作を中止し、冷蔵室冷却モードに移行するものである。
【００８６】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷却室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。さらに、第二のアキュームレータ１２内に滞留する液体冷媒の温度が低下して第二のアキュームレータ１２の表面温度が低下した時に、その温度を温度検知器２０が検知してＰＤ動作を中止することによりＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００８７】
なお、吸入圧力の低下に伴う電力損失の増大は、再膨張ガスの圧縮に伴うことから圧縮比に比例して顕著になる、と同時に耐久性低下も再膨張ガスの圧縮に伴う挙動変化に起因し特定の圧縮比以上で顕著となることから、ＰＤ動作中の圧縮比に上限を設定することが望ましい。一般の冷蔵庫用レシプロ型圧縮機においては、ＰＤ動作中の圧縮比は１５〜２０程度が上限であり、この圧縮比を超えると効率の著しい低下が起こるとともに、吐出ガス温度の上昇や軸受け部の摩耗が発生して耐久性低下の問題が発生する。
【００８８】
（実施の形態８）
図１１は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図１２は同実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００８９】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、冷蔵室２及び冷凍室３内に液体冷媒を貯留するアキュームレータを設置していない点である。本実施の形態における運転動作の特徴は、冷蔵室２の冷却に対して冷凍室３の冷却を優先し、冷凍室３内の空気温度が冷凍室２内よりも高くなっている間は常に冷凍室３のみを冷却するとともに、図１２に示すように冷凍室３の冷却から冷蔵室２の冷却に切り替える時のみＰＤ動作を行うものである。また、図１２に示すようにＰＤ動作中に第二の送風ファン１７を運転するとともに、吸入圧力の低下がほとんどない範囲の時間でＰＤ動作を終了するものである。
【００９０】
この結果、冷蔵室２の冷却から冷凍室３の冷却に切り替えた時に、冷蔵室２内に設置された第一の蒸発器８や第一のアキュームレータ９に滞留した液体冷媒が、蒸発温度が低い冷凍室３の冷却中に蒸発して圧縮機４に回収されて、冷却サイクルへ還流していくことで循環冷媒量を確保するとともに、ＰＤ動作を約半分にすることでＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００９１】
さらに、第二の送風ファン１７を運転することで第二の蒸発器１１内に滞留する液体冷媒を加温して温度低下及び吸入圧力の低下を防止するとともに、第二の蒸発器１１内の液体冷媒がなくなる程度の時間のみＰＤ動作を行うことで時間短縮が図れることによりＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を軽減することができる。
【００９２】
ここで、図１２のＨ点は第二の蒸発器１１内の液体冷媒がなくなり冷蔵室冷却モードに移行する時点であり、第二の蒸発器１１の大きさと圧縮機４の能力によって所定の時間に規定することができる。また、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内に設置する場合に比べて、ＰＤ動作時間を１／１０程度に短縮することができる。
【００９３】
なお、冷凍室冷却サイクルと冷蔵室冷却サイクルの内容積に大きな差がなく、冷凍室３内にアキュームレータを設置しない場合は、冷蔵室２内にもアキュームレータを設置しない方が望ましい。冷蔵室冷却サイクルのみ過剰な冷媒が生じることがないため、冷蔵室２内にアキュームレータを設置する必要がないとともに、冷蔵室冷却モードから冷凍室冷却モードへ移行する際に第一の蒸発器８内に貯留された液体冷媒を回収する時間が短縮できる。
【００９４】
（実施の形態９）
図１３は本発明の一実施の形態における運転動作と吸入圧力変化を示す図である。
【００９５】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成は、実施の形態８と同一である。
【００９６】
また、本実施の形態における運動動作の特徴は、図１３に示すように、冷蔵室冷却モードから冷凍室冷却モードに移行する際、及び冷凍室冷却モードから冷蔵室冷却モードに移行する際ともにＰＤ動作を行わない点である。
【００９７】
この結果、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内及び冷蔵室２内に設置せず、冷却モード移行時に発生する循環冷媒量不足を軽減することでＰＤ動作を廃止し、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を解決することができる。
【００９８】
（実施の形態１０）
図１４は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図、図１５は同実施の形態における電源投入時の運動動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャートである。
【００９９】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、冷蔵室２及び冷凍室３内に液体冷媒を貯留するアキュームレータを設置していない点と、第二の膨張機構１０と並列に冷凍室冷却サイクルを形成するように起動用膨張機構２２を設置した点である。また、本実施の形態における運動動作の特徴は、図１５に示すように、電源投入後の初期に冷凍室冷却モードにおいて、凝縮器５から第二の膨張機構１０につながる冷凍側流路を閉じて、凝縮器５から起動用膨張機構２２につながる起動用流路を開けるように三流路切替弁２１を動作させる点である。
【０１００】
この結果、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内及び冷蔵室２内に設置せず、冷却モード移行時に発生する循環冷媒量不足を軽減することでＰＤ動作を廃止し、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を解消することができる。さらに、電源投入後の初期に比較的抵抗の小さい起動用膨張機構２２を用いて冷凍室３を冷却することで、図１５の吸入圧力変化の実線に示したように、蒸発温度を上げて冷凍能力を増大させプルダウン時間を短縮することができる。また、冷凍室３内の空気温度が上昇するような過負荷時において、電源投入後の初期と同じように起動用膨張機構２２を用いると、蒸発温度を上げて冷凍能力を増大させて冷凍室３内の空気温度を速やかに低下させることも期待できる。
【０１０１】
なお、本実施の形態においては、三流路切替弁２１を用いて凝縮器５からの流路を切り替えたが、第一の膨張機構７と第二の膨張機構１０および起動用膨張機構２２に閉塞機構を持たせれば、三流路切替弁２１を用いずに流路を切り替えることができる。また、第一の膨張機構７と第二の膨張機構１０および起動用膨張機構２２の流路抵抗はキャピラリ等の一定の抵抗でもよいし、膨張弁等の可変抵抗でもよい。さらに、第二の膨張機構１０の抵抗可変範囲を拡大して、電源投入時や過負荷時に抵抗を下げて起動用膨張機構２２を代用してもよい。
【０１０２】
（実施の形態１１）
図１６は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の蒸発器及びその周辺の冷凍サイクル図である。本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成、及び運転動作と吸入圧力変化は実施の形態９と同一である。
【０１０３】
本実施の形態における蒸発器の構成の特徴は、第一の蒸発器８及び第二の蒸発器１１の能力を過大に設計するとともに、図１６に示すように、冷媒流路となる直管部１１ａとコーナー部１１ｂ、及び冷凍室３内の空気との熱交換を行う冷却フィン１１ｃ、出口側配管である立ち上げ管１１ｄから構成された第二の蒸発器１１を用いる点である。
【０１０４】
この結果、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内及び冷蔵室２内に設置せず、冷却モード移行時に発生する循環冷媒量不足を軽減することでＰＤ動作を廃止し、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を解消することができる。さらに、図１６に示すように、第二の蒸発器１１の冷媒流路を冷凍室３内の空気の流れと対向させた流れにし、かつ入口側となる第二の膨張機構１０と出口側配管である立ち上げ管１１ｄとを離すことで、第二の蒸発器１１の出口での冷媒の乾き度を１００％近くに保つことで、圧縮機４の吸入配管でのスーパーヒートの確保が容易となり、吸入配管の露つきや液体冷媒の吸入による圧縮機４の耐久性低下を防止することができる。
【０１０５】
ここで、図１６に示した第二の蒸発器１１の構成では、第二の送風ファン１７によって冷凍室３内の空気が下方から供給され、主に第二の蒸発器１１の下部で熱交換することから、入口側となる第二の膨張機構１０の近傍の温度が最も低くなる。そこで、出口側配管である立ち上げ管１１ｄを第二の膨張機構１０と反対の側に設置することで第二の膨張機構１０近傍で冷却されることを防止して、出口での冷媒の乾き度を１００％近くに保つようにしたものである。また、出口側配管を立ち上げ管１１ｄとしたことで、冷媒流量の変動によって液体冷媒が圧縮機４の吸入配管へ進入することが防止できる。
【０１０６】
なお、本実施の形態では、第二の蒸発器１１の構成についてのみ記述したが、第一の蒸発器８についても同じ構成で同様の効果が期待できる。また、圧縮機４の吸入配管部でのスーパーヒートを確保するため、吸入配管部と冷却サイクルの高温部との熱交換を行うことが望ましい。
【０１０７】
（実施の形態１２）
図１７は本発明の一実施の形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図である。本実施の形態における運転動作と吸入圧力変化は実施の形態９と同一である。
【０１０８】
本実施の形態における冷蔵庫のサイクル構成の特徴は、圧縮機４の吸入配管部にコンプアキューム２４を設けた点である。
【０１０９】
この結果、多量の液体冷媒を貯留するアキュームレータを冷凍室３内及び冷蔵室２内に設置せず、冷却モード移行時に発生する循環冷媒量不足を軽減することでＰＤ動作を廃止し、ＰＤ動作に伴う圧縮機４の入力損失や吸入圧力低下に伴う耐久性低下の問題を解消することができる。さらに、図１７に示すように、圧縮機４の吸入配管部にコンプアキューム２４を設けたことで、冷媒流量の変動によって液体冷媒が圧縮機４の吸入配管へ進入した場合にコンプアキューム２４内に一時貯留することができ、防止吸入配管の露つきや液体冷媒の吸入による圧縮機４の耐久性低下を防止することができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、蒸発温度の異なる複数の蒸発器を有し、それらの蒸発器を切り替えて冷却を行う冷却サイクルを用いた冷凍冷蔵庫等において、あらゆる条件下で冷凍室の冷却を優先して行い、冷蔵室冷却時の蒸発温度に比べて冷凍室冷却時の蒸発温度が低くなる状態になってから冷却サイクルの切り替えを行うとともに、冷凍室冷却サイクルから冷蔵室冷却サイクルに切り替える直前のみＰＤ動作を行う制御方法を用いることにより、冷蔵室冷却サイクルから冷凍室冷却サイクルに切り替える際のＰＤ動作を省略し、ＰＤ動作に伴う電力損失や耐久性低下の問題を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図２】本発明の実施の形態１の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態２の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図４】本発明の実施の形態３の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図５】本発明の実施の形態３の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図６】本発明の実施の形態４の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図７】本発明の実施の形態５の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図８】本発明の実施の形態６の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図９】本発明の実施の形態７の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図１０】本発明の実施の形態７の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図１１】本発明の実施の形態８の冷蔵庫の冷凍のサイクル図
【図１２】本発明の実施の形態８の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図１３】本発明の実施の形態９の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図１４】本発明の実施の形態１０の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図１５】本発明の実施の形態１０の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【図１６】本発明の実施の形態１１の冷蔵庫の要部冷凍サイクル図
【図１７】本発明の実施の形態１２の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図１８】従来の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【図１９】従来の冷蔵庫の運転動作と吸入圧力変化を示すタイミングチャート
【符号の説明】
４ 圧縮機
５ 凝縮器
６ 流路切替弁
７ 第一の膨張機構
８ 第一の蒸発器
９ 第一のアキュームレータ
１０ 第二の膨張機構
１１ 第二の蒸発器
１２ 第二のアキュームレータ
１３ 逆止弁
１４ 冷蔵庫箱体
１５ 機械室
Claims (2)
- 冷蔵室と冷凍室を備えた冷蔵庫であって、圧縮機と、凝縮器と、流路切替弁と、第一の膨張機構と、前記冷蔵室内に設置された第一の蒸発器と、前記冷蔵室内に設置された第一のアキュームレータと、第二の膨張機構と、前記冷凍室内に設置された第二の蒸発器と、前記冷凍室内に設置された第二のアキュームレータと、前記第二のアキュームレータの表面に配置されたヒータとを備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記流路切替弁と前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータとで閉ループを形成すると共に、前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータに並列になるように前記第二の膨張機構と前記第二の蒸発器と前記第二アキュームレータと逆止弁とを接続し、前記流路切替弁により冷媒の流れを切り替えることで前記冷蔵室と前記冷凍室の冷却を互いに独立して行うものであり、前記冷凍室の冷却を優先するとともに、前記冷凍室の冷却から前記冷蔵室の冷却に切り替わる直前に、前記流路切替弁あるいは前記第二の膨張機構を用いて前記第二の蒸発器への冷媒の流入を遮断した状態で前記ヒータに通電しながら前記圧縮機を運転する制御手段を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
- 冷蔵室と冷凍室を備えた冷蔵庫であって、圧縮機と、凝縮器と、流路切替弁と、第一の膨張機構と、前記冷蔵室内に設置された第一の蒸発器と、前記冷蔵室内に設置された第一のアキュームレータと、第二の膨張機構と、前記冷凍室内に設置された第二の蒸発器と、前記冷凍室内に設置された第二のアキュームレータとを備え、前記圧縮機と前記凝縮器と前記流路切替弁と前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータとで閉ループを形成すると共に、前記第一の膨張機構と前記第一の蒸発器と前記第一のアキュームレータに並列になるように前記第二の膨張機構と前記第二の蒸発器と前記第二アキュームレータと逆止弁とを接続し、前記流路切替弁により冷媒の流れを切り替えることで前記冷蔵室と前記冷凍室の冷却を互いに独立して行うものであり、前記冷凍室の冷却を優先するとともに、前記冷凍室の冷却から前記冷蔵室の冷却に切り替わる直前に、前記流路切替弁あるいは前記第二の膨張機構を用いて前記第二の蒸発器への冷媒の流入を遮断した状態で前記圧縮機を運転するもので、前記流路切替弁あるいは前記第一の膨張機構を用いて前記第一の蒸発器へ少量の冷媒を流入させながら前記圧縮機を運転する制御手段を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
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