JPH03164664A - 冷凍システム - Google Patents

冷凍システム

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JPH03164664A
JPH03164664A JP2265316A JP26531690A JPH03164664A JP H03164664 A JPH03164664 A JP H03164664A JP 2265316 A JP2265316 A JP 2265316A JP 26531690 A JP26531690 A JP 26531690A JP H03164664 A JPH03164664 A JP H03164664A
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evaporator
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refrigerant
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 関連出願 本願は、米国特許出願節２８８，８４８号の継続出願で
ある同第３５１，９８８号と技術的に関連する。
技術分野 この発明は、蒸気圧縮サイクルで作動する家庭用冷蔵庫
、特に二段圧縮機および二重蒸発器を有する冷蔵庫に関
する。
発明の背景 現在生産されている家庭用冷蔵庫は、単一蒸気圧縮サイ
クルで作動している。第１図に示す従来のサイクルは、
圧縮機Ａ、凝縮器Ｂ１膨張弁Ｃ１蒸発器りおよび二相冷
媒を含む。図示のサイクルでは、キャピラリチューブが
スロットルとして作用する。キャピラリチューブを圧縮
機の吸込み側と近接配置してキャピラリチューブを冷却
する。
キャピラリチューブ内の冷媒に起こる過冷却により、シ
ステムの単位質量流量当りの冷却能力を増大させてシス
テム効率を上げる。この効率上昇は、圧縮機に供給する
ガスの温度を上げる不利を補って余りある。第１図の蒸
発器は約−１０１：で作動する。冷蔵庫の空気を蒸発器
に吹きつけ、そして得られる空気流を制御して、空気流
の一部を冷凍室に向け、残りの空気流を生鮮食品室に向
ける。
したがって、冷蔵庫サイクルが冷凍作用を行う温度は、
冷凍庫には適切であるが、生鮮食品室に適切な温度より
低い。低い温度への冷却を行うのに必要な機械的エネル
ギーは、それより高い温度への場合より大きいので、単
一蒸気圧縮サイクルは、２つの温度レベルで冷却を行う
のに要する機械的エネルギーより大きな機械的エネルギ
ーを使う。
使用する機械的エネルギーを減少させる周知の方法では
、２つの独立した冷凍サイクルを運転する、すなわち低
温の冷凍庫のためのサイクルと、中間温度の生鮮食品室
のためのサイクルを運転する。しかし、このようなシス
テムは極めて経費がかさむ。
単一蒸気圧縮サイクルでの冷凍庫運転のための冷却の際
に起こる別の問題として、圧縮機の入口温度と出口温度
との温度差が大きいことがある。
圧縮機を出るガスは過熱されており、これは熱力学的に
不可逆なことを表わし、その結果熱力学的効率は比較的
低くなる。過熱量を少なくすれば、機械的エネルギーの
使用量が減少し、したがって効率がよくなる。
この発明の目的は、熱力学的効率を改良した、家庭用冷
蔵庫に用いる冷凍システムを提供することにある。
この発明の別の目的は、圧縮機吐出口のガス温度を低く
した、家庭用冷蔵庫に用いるのに適当な冷凍システムを
提供することにある。
この発明の他の目的は、空気からの水分を圧縮機吸込み
管の上に凝縮させることのない冷凍システムを提供する
ことにある。
発明の要旨 この発明によれば、冷凍室および生鮮食品室を有する家
庭用冷蔵庫に用いるのに適当な冷凍システムが提供され
る。この冷凍システムは、冷媒流れ制御手段と、冷凍室
の冷却を行う第１蒸発器と、二段圧縮機と、凝縮機と、
キャピラリチューブと、生鮮食品室の冷却を行う第２蒸
発器とを含む。配管手段により、前述した要素すべてを
記載した順序で直列にかつ冷媒流れ関係で連結する。相
分離器が１つの入口および２つの出口を有し、そのうち
第１出口は液相冷媒を送り出し、第２出口は気相冷媒を
送り出す。相分離器の入口は配管手段を介して第２蒸発
器に連結され、第１出口は配管手段を介して冷媒流れ制
御手段に冷媒流れ関係で連結される。相分離器の第２出
口は圧縮機の第１段と第２段との間に連結される。キャ
ピラリチューブの第１部分が、相分離器の第２出口を圧
縮機の第１段と第２段との間に連結する配管手段と熱伝
達関係にある。キャピラリチューブの第２部分が、第１
蒸発器を第１段圧縮機の吸込み側に連結する配管手段と
熱伝達関係にある。
発明の要旨は特許請求の範囲に記載した通りである。こ
の発明の構成および実施方法は、他の目的および効果と
ともに、図面を参照した以下の説明から一層明瞭に理解
できるであろう。
実施例の記載 第２図にこの発明の二重蒸発器二段システムの１実施例
を示す。このシステムは、膨張弁１１として図示された
冷媒流れを制御するスロットル、第１蒸発器１３、第１
段１５および第２段１７を有する二段圧縮機１４、凝縮
器２１、キャピラリチューブ２３、および第２蒸発器２
５を記載した順序で直列に冷媒流れ関係で配管または導
管２６により連結した構成である。相分離器２７は、第
３図の断面図に示すように、密閉容器３１を含み、その
上部に液相および気相の冷媒を導入する入口３３を有し
、また２つの出口３５および３７を有する。入口３３か
ら入ってくる冷媒とともに運ばれてくる固体材料を除去
するために、容器３１の上部にスクリーン４４を配置し
である。第１出口３５は容器３１の底部に配置され、液
体冷媒３９を送り出す。第２出口３７は、容器の上部の
内部から外部に延在する配管により形成される。配管は
、容器の上部と流れ連通関係にあり、入口３３を通して
容器の上部に入ってくる液体冷媒が配管の開口端に入ら
ないように配置されている。キャピラリチューブ２３か
らの二相冷媒を相分離器２７の入口３３に供給する。相
分離器２７は液体冷媒を膨張弁１１に供給する。相分離
器２７は飽和冷媒蒸気も供給し、その飽和冷媒蒸気は第
１圧縮機１５の蒸気出力と合一され、−緒に第２圧縮機
１７の入口に供給される。キャピラリチューブ２３は、
その長さの一部分が相分離器２７を第１圧縮機段の出口
と第２圧縮機段の吸込みラインとの接合部に連結する配
管と熱的接触関係にある。キャピラリチューブ２３の残
りの部分は第１圧縮機段の吸込みラインと熱的接触関係
にある。熱的接触は、キャピラリチューブの外面と配管
の外面同士を互いに並べてはんだ付けすることによって
達成できる。第２図では、キャピラリチューブ２３を配
管２６のまわりに巻つけている。しかし、これは熱伝達
関係の線図的な表示に過ぎない。熱伝達は、キャピラリ
チューブの流れが配管の冷媒流れとは反対の方向に進む
向流配置で行って、熱交換効率を最大にする。第１圧縮
機段１５および第２圧縮機段１７を単一モータ（図示せ
ず）により駆動される単一ユニット１４内に配置するの
が好ましい。
作動時には、第１蒸発器１３には冷凍室を冷却するため
に温度約−１０＠Ｆの冷媒が入っている。
第２蒸発器２５には、生鮮食品室を冷却するために温度
約２５＠Ｆの冷媒が入っている。
膨張弁１１を、蒸発器１３の出口に仁かに乾いたガス流
を得るように調節する。あるいは適当な内腔（ボア）寸
法および長さを有するキャピラリチューブを用いてもよ
い。蒸発器１３から第１圧縮機段１５に入ってくるガス
を圧縮する。第１圧縮機段１５から吐き出されたガスを
相分離器２７からの飽和温度のガスと混合し、これら２
つのガスを第２圧縮機段１７によりさらに圧縮する。第
２圧縮機段１７からの高温高圧排出ガスを凝縮器２１で
凝縮する。キャピラリチューブ２３は、凝縮器２１から
出てくる液体をある程度過冷却する寸法とする。キャピ
ラリチューブ２３はある長さの小径の管である。小径で
あるので、キャピラリチューブの長さに沿って大きな圧
力降下が起こり、液体冷媒の圧力がその飽和圧以下に下
がり、冷媒がガスに変わる。キャピラリチューブ２３は
冷媒の流れを計量しながら供給し、凝縮器と蒸発器の間
の圧力差を維持する。凝縮器２１からの暖かい凝縮液体
が入る暖かいキャピラリチューブの外側と、相分離器２
７からの飽和蒸気ラインの外側とが直接に接触している
ため、低温側の蒸気ラインは暖まり、キャピラリチュー
ブは冷たくなる。この実施例での第１および第２段の圧
縮機吸込みライン温度は約−１０丁および２５′Ｆであ
るので、キャピラリチューブからの吸込みライン加熱が
なければ、室温空気からの水分がこれらのライン上に凝
縮して、冷媒への寄生熱取得の原因となり、効率を下げ
る。凝縮する水分は液滴となって滴下する傾向もあり、
別の聞届が生じる。キャピラリチューブによる吸込みラ
イン加熱は、吸込みラインを凝縮を避けるのに十分な温
度に加温し、また蒸発器に流れるキャピラリチューブ内
の冷媒を冷却する。吸込みライン中の冷媒蒸気の加温は
、効率に悪影響を持つが、キャピラリチューブ中の冷媒
の冷却の効果と組み合わさると、システムの全体効率は
上昇する。キャピラリチューブでの液体冷媒の膨張によ
り、液体の一部が蒸発し、残りが第２蒸発器の温度に冷
却される。液相および気相冷媒が相分離器２７に入る。
液体冷媒は容器の下部に溜り、一方ガスは上部に溜る。
相分離器は、ガス部分を送り出して、第１段圧縮１ｌ１
１５から出てくるガスと合一する。相分離器からのガス
は約２５′Ｆで、第１段圧縮機から出てくるガスを冷却
し、これにより第２圧縮機１７に入るガス温度を中間冷
却なしの場合より下げる。第２蒸発器２５からの二相混
合物の液体は相分離器２７から第１スロツトル１１へ流
れ、冷媒はさらに低い圧力に下がる。残りの液体は第１
蒸発器１３で蒸発し、蒸発器を約−１０″Ｆに冷却する
。システムに十分な量の冷媒を装入し、相分離器内に所
望の液体レベルを維持できるようにする。
２つの圧縮機段の圧力比は、使用する冷媒の種類および
蒸発器を作動させるべき温度によって決まる。第１圧縮
機１５への入口での圧力は、冷媒が一１０′Ｆで二相平
衡状態で存在する圧力によって決まる。第１圧縮機段の
出口での圧力は、２５丁での冷媒の飽和圧力によって決
まる。凝縮器２１の温度は、広い範囲の作動条件下で熱
交換器として機能するために、周囲温度より高くなけれ
ばならない。凝縮器をたとえば１０５＠Ｆで作動させる
予定であれば、飽和時の冷媒の圧力を決定することがで
きる。２つの圧縮機の体積押しのけ能力は２つの温度レ
ベルそれぞれでシステムに必要な冷却容量の大きさによ
って決まり、これにより２つの圧縮機段を通る冷媒の質
量流量が決まる。
二重蒸発器二段サイクルに必要な機械的エネルギーは、
同じ冷却容量の単一蒸発器単一圧縮機サイクルと比べて
少ない。このような効率上の利点が得られるのは、相対
的に高温の蒸発器から出るガスは、相対的に低温の蒸発
器から出るガスの場合の低い圧力からではなく、中間圧
力から圧縮されるという事実による。相分離器からの飽
和温度に冷却されたガスを加えることにより、第１圧縮
機から出てくるガスを冷却することも、同じく効率の向
上に貢献している。第２圧縮機に入るガスを冷却するこ
とにより、第２圧縮機に必要な機械的エネルギーの量が
少なくなる。
この発明の別の実施例を第４図に示す。本システムは、
第２図に用いたのと同じ構成要素を同じように相互連結
した構成からなるが、第２図の膨張弁１１の代わりにキ
ャピラリチューブ５１を使用する。キャピラリチューブ
５１を、第２９図の場合と同様に、相分離器の液体出口
ボートと第１蒸発器への入口との間に冷媒流れ関係で連
結するが、さらに第１蒸発器１３から出てくる冷媒ライ
ンと熱伝達関係で配置する。キャピラリチューブ５１は
第１蒸発器からの配管に向流配置にてはんだ付けするの
が好ましい。キャピラリチューブ５１の該当部分をはん
だ付けしたところより第１圧縮機段１５の入口に近い第
１蒸発器からの配管の部分に、キャピラリチューブ２３
をはんだ付けする。
作動時には、まずキャピラリチューブ２３の第１部分を
、相分離器から第２段圧縮機の入口まで延在する蒸気ラ
インとの接触により冷却する。この蒸気ラインとの接触
による冷却の後の第１キャピラリチューブ２３は、第１
蒸発器からの出口配管と接触する前の第２キャピラリチ
ューブ５１より暖かい。したがって、第２キャピラリチ
ューブ５１は第１蒸発器から第１圧縮機段の入口まで延
在する配管の、まだ第１キャピラリチューブ２３により
加熱されていない部分と接触する。キャピラリチューブ
２３が蒸発器のすぐ近くの配管部分に接触すると、配管
の温度が上がってしまい、配管との接触によるキャピラ
リチューブ５１の冷却を妨げることになる。キャピラリ
チューブ５１は、キャピラリチューブ５１が第１蒸発器
の出口と熱伝達関係にない場合の温度と比べて、第１蒸
発器に供給される冷媒を低温に、第１段圧縮機に供給さ
れる冷媒を高温にする。熱伝達関係にあるキャピラリチ
ューブ５１を用いることにより、全体的効率も向上する
が、その向上の程度は、キャピラリチューブ２３による
吸込みライン加熱によりもたらされる向上のように大き
くはない。その理由は、キャピラリチューブ５１と第１
段圧縮機の吸込みラインとの間の温度差が、キャピラリ
チューブ２３とそれが接触している吸込みラインとの間
の温度差より小さいからである。
冷媒Ｒ−１２を用いた場合、第２図および第４図両方の
二段二重蒸発器サイクルにおける第１および第２段圧縮
機の相対的圧縮機寸法（押しのけ量）は、全体的冷凍容
量が同じ場合の、単一蒸気圧縮サイクルの圧縮機寸法を
１として、０．２７および０．４５である。
第２図および第４図の実施例において、圧縮機は密閉形
モータを有する往復動式としても、密閉形モータを存す
る回転式としても、あるいは密閉形モータを有する体積
圧縮式としてもよい。溶媒Ｒ−１２を用いた場合、第１
圧縮機はきわめて小型とすることができ、僅か２の圧力
比に抗して作動すればよく、したがって、たとえば、安
価なダイヤフラム圧縮機を用いることができる。両方の
圧縮機を単一のモータから作動させることによって効率
の向上を達成することができる。１つの大型モータは、
同じ合計パワーを生成する２つの小型モータより効率が
よいからである。
第１図および第２図のサイクルについての性能計算は次
の通りである。すべてのサイクルがＲ−１２冷媒を使用
すると仮定し、サイクルそれぞれの合計冷却容量が１０
００　Ｂｔｕ／ｈｒであると仮定する。さらに、すべて
のサイクルが、圧縮機の吐出し圧力で冷媒により冷却さ
れた、密閉形モータを有する回転圧縮機を用いると仮定
する。第１図の従来のサイクルの場合、蒸発器出口の飽
和温度が一１０下であり、圧力降下１ｐｓｌ、そして出
口過熱Ｏ＠であると仮定した。圧縮機の断熱効率は０６
６１、モータ効率は０，８、圧縮機シェルからの熱伝達
による吸込みガスの追加加熱は４３下であると仮定した
。キャピラリチューブから圧縮機の吸込みラインへの熱
伝達の結果、吸込みガスは９８下に加熱される。凝縮器
入口の飽和温度は１３０’Ｆであり、圧力降下は１０ｐ
ｓｆ、出口過冷却は５下であると仮定する。
これらのパラメータに基づいて、モータ吐出し温度４２
９″Ｆ１冷媒流量１８．　６１ｂｍ／ｈｒ、圧縮機出力
２７０Ｗ、成績係数（ＣＯＰ）１．０９と計算される。
第２図のサイクルについては、第１蒸発器が出口飽和温
度−１０″Ｆを有し、圧力降下１ｐｓ１、出口過熱０”
Ｆであると仮定した。第２蒸発器は出口温度２５下、圧
力降下０ｐｓｉであると仮定する。
第１および第２圧縮機の断熱効率は０．７、モータ効率
は０．　８である。第１圧縮機は、圧縮機シェルからの
熱伝達による吸込みガスの追加過熱が５″Ｆである。第
２圧縮機の吸込みガスの追加過熱は１０′Ｆである。凝
縮器は、入口の飽和温度１３０′Ｆ１圧力降下１０ｐｓ
ｉ、出口過冷却５″Ｆである。
冷却容量１０００　Ｂｔｕ／ｈｒを２つの蒸発器で均等
に分割する。
第２図のサイクルについて上記のパラメータから計算し
た結果は、第２圧縮機の吐出しガス温度２０８″Ｆ１第
１段圧縮機の吐出しガス温度６６″Ｆである。第１圧縮
機の流量は８　、　０１ｂａ＋／ｈｒで、第２圧縮機の
流量は２４　、　７　ｌｂｍ／ｈｒである。第１および
第２圧縮機の消費電力はそれぞれ２２．２Ｗおよび１６
４Ｗである。成績係数は１．５８である。圧縮機段の吸
込みラインそれぞれにはんだ付けされたキャピラリチュ
ーブ長さの半分で第１および第２段吸込みラインを加熱
する状態で、第１段吸込みラインの温度は５７”Ｆと計
算され、第２段吸込みラインの温度は９４″Ｆと計算さ
れる。成績係数は、吸込みライン加熱なしの同じサイク
ルと比べて２．５％改良され、成績係数１，６２になる
と計算される。
クロロフルオロカーボンを含有する冷媒を用いて計算を
行ったが、別の種類の冷媒も使用でき、現行のサイクル
と比べて同様の利点が得られる。
以上、家庭用冷凍冷蔵庫に用いるのに適当な、熱力学的
効率の改良された、二重蒸発器付き冷凍システムを説明
した。
この発明をいくつかの好適な実施例について説明したが
、この発明の要旨を逸脱しない範囲内でその形態および
細部に種々の変更を加え得ることが、当業者には明らか
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は家庭用冷蔵庫に用いる従来の蒸気圧縮システム
の概略図、 第２図はこの発明による二重蒸発器二段システムの１実
施例を示す概略図、 第３図は第２図の相分離器の断面図、そして第４図はこ
の発明による二重蒸発器二段システムの別の実施例を示
す概略図である。 主な符号の説明 １１；膨張弁、　　　１３：第１蒸発器、１４：二段圧
縮機、　１５：第１段、 １７：第２段、　　　２１：凝縮器、 ２３：キャビラリチューブ、 ２５：第２蒸発器、　２６：配管、 ２７：相分離器、　　　３３：入口、 ３５．３７：出口、　３９：冷媒、 ５１：第２キャピラリチューブ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、冷凍室および生鮮食品室を有する冷蔵庫のための二
    相冷媒を使用する冷凍システムにおいて、冷媒流れ制御
    手段と、 冷凍室の冷却を行う第１蒸発器と、 二段圧縮機と、 凝縮機と、 キャピラリチューブと、 生鮮食品室の冷却を行う第２蒸発器と、 前述した要素すべてを記載した順序で直列にかつ冷媒流
    れ関係で連結する配管手段と、 相分離器とを備え、前記相分離器は１つの入口および２
    つの出口を有し、そのうち第１出口は液相冷媒を送り出
    し、第２出口は気相冷媒を送り出し、前記相分離器の入
    口は前記第２蒸発器に連結され、第１出口は前記配管手
    段を介して冷媒流れ制御手段に連結され、前記相分離器
    の第２出口は前記圧縮機の第１段と第２段との間に連結
    され、前記キャピラリチューブの第１部分が前記相分離
    器の第２出口を前記圧縮機の第１段と第２段との間に連
    結する配管手段と熱伝達関係にあり、前記キャピラリチ
    ューブの第２部分が第１蒸発器を第１段圧縮機の吸込み
    側に連結する配管手段と熱伝達関係にある冷凍システム
    。 ２、前記熱伝達関係が、相互にはんだ付けされた配管手
    段の外面とキャピラリチューブの外面との間の向流熱伝
    達関係である請求項１に記載の冷凍システム。 ３、前記冷媒流れ制御手段が第２のキャピラリチューブ
    を含む請求項１に記載の冷凍システム。 ４、冷凍室および生鮮食品室を有する冷蔵庫のための二
    相冷媒を使用する冷凍システムにおいて、第１キャピラ
    リチューブと、 冷凍室の冷却を行う第１蒸発器と、 二段圧縮機と、 凝縮機と、 第２キャピラリチューブと、 生鮮食品室の冷却を行う第２蒸発器と、 前述した要素すべてを記載した順序で直列にかつ冷媒流
    れ関係で連結する配管手段と、 相分離器とを備え、前記相分離器は１つの入口および２
    つの出口を有し、そのうち第１出口は液相冷媒を送り出
    し、第２出口は気相冷媒を送り出し、前記相分離器の入
    口は前記第２蒸発器に連結され、第１出口は前記配管手
    段を介して第１キャピラリチューブに冷媒流れ関係で連
    結され、前記相分離器の第２出口は前記圧縮機の第１段
    と第２段との間に冷媒流れ関係で連結され、前記第２キ
    ャピラリチューブの第１部分が前記相分離器の第２出口
    を前記圧縮機の第１段と第２段との間に連結する配管手
    段と熱伝達関係にあり、前記第２キャピラリチューブの
    第２部分が第１蒸発器を圧縮機の第１段の吸込み側に連
    結する配管手段と熱伝達関係にあり、前記第１キャピラ
    リチューブが第１蒸発器を第１段圧縮機の吸込み側に連
    結する配管手段の部分と熱伝達関係にあり、この第１蒸
    発器を第１段圧縮機の吸込み側に連結する配管手段の部
    分が、第１蒸発器と前記第２キャピラリチューブの第２
    部分が配管手段と熱伝達関係にあるところとの間に位置
    する冷凍システム。 ５、前記熱伝達関係が、相互にはんだ付けされた配管手
    段の外面とキャピラリチューブの外面との間の向流熱伝
    達関係である請求項４に記載の冷凍システム。
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