JPH074760A

JPH074760A - 流れ切り換え装置及び冷蔵庫

Info

Publication number: JPH074760A
Application number: JP6069153A
Authority: JP
Inventors: James Day; ジェームス・デイ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1995-01-10
Also published as: US5285652A; DE69404359T2; CN1100194A; EP0619463B1; EP0619463A1; DE69404359D1

Abstract

(57)【要約】【目的】より安価で良好な冷却効率を実現することの
できる冷媒流れ切り換え装置及び冷蔵庫を提供する。【構成】冷凍システムの高圧及び低圧蒸発器から交互
に圧縮機に冷媒を運ぶ冷媒流れ切り換え装置、及びこの
ような冷凍システムを用いた冷蔵庫が、冷媒を高圧及び
低圧蒸発器から交互に圧縮機へ運ぶ冷媒流れ切り換え弁
２１８を含んでいる。切り換え弁２１８は、圧力スイッ
チ２１９によって制御されている。圧力スイッチ２１９
は、高圧蒸発器からの冷媒と低圧蒸発器からの冷媒との
間の圧力差を利用して、スイッチ・アセンブリ２７８を
循環的に開閉し、スイッチ２１９を低圧位置と高圧位置
との間で移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連出願との関係】本出願は、本出願人に譲渡された
係属中の米国特許出願番号第０７／６１２２９０号と関
連する。

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、全般的には冷凍システ
ムに関し、更に具体的に言えば、冷媒を蒸発器から圧縮
機ユニットへ運ぶための圧力制御された自律的な切り換
え（スイッチング）弁を有している多重蒸発器を備えた
冷凍システムに用いられる、圧力スイッチとしても知ら
れているセンサに関する。

【０００３】

【従来の技術】典型的な冷凍システムでは、冷媒が閉回
路内を連続的に循環する。本明細書で用いる「回路」と
いう用語は物理的な装置を指すのに対し、本明細書で用
いる「サイクル」という用語は、回路の動作、例えば冷
凍回路における冷媒サイクルを指す。本明細書で用いる
「冷媒」という用語は、液相、蒸気相及び／又は気相の
冷媒を指す。閉回路の部品が冷媒に温度／圧力変化を受
けさせ、その結果、エネルギの変換が起こる。冷凍シス
テムの典型的な部品は、例えば圧縮機と、凝縮器と、蒸
発器と、制御弁と、接続配管とを含んでいる。

【０００４】冷凍システムを評価する際に、エネルギ効
率は重要な因子である。典型的には、より高価でより効
率のよい部品を用いることにより、冷凍しようとする区
域に隣接して余分の絶縁体を追加することにより、又は
その他のコストのかかる追加によって、エネルギ効率を
高めている。従って、冷凍システムのエネルギ効率を高
めると、システムのコスト増になるのが普通である。そ
のため、冷凍システムの効率を高め、且つシステムのコ
スト増を最小限に抑えることが望ましい。

【０００５】冷凍システムを利用しているある装置で
は、冷凍する必要のある区域が２つ以上あり、少なくと
も１つの区域は他の区域よりも一層強い冷凍を必要とす
る。フリーザ区画と、新鮮食品区画とを含んでいる典型
的な家庭用冷蔵庫が、このような装置の一例である。フ
リーザ区画は約−２５℃と約−１０℃との間に保たれて
おり、新鮮食品区画は約＋１℃と約＋８℃との間に保た
れていることが好ましい。

【０００６】このような温度条件を満たすために、典型
的な冷凍システムは、蒸発器に結合されている圧縮機を
含んでいる。本明細書で用いる「結合」及び「接続」と
いう用語は、互換性をもって用いられている。２つの部
品が結合され又は接続されたと言うとき、これは、（１
つ又は複数の）他の部品がそれら２つ部品の間に配置さ
れていても、これら２つの部品が冷媒の流れの点で、何
等かの形で直接的に又は間接的に結合（リンク）されて
いることを意味する。

【０００７】典型的な家庭用冷凍庫の場合の冷凍システ
ムに戻って説明すると、蒸発器は、約−２５℃（−１５
℃〜−３５℃の実際の範囲が典型的には用いられてい
る。）に保たれており、空気が蒸発器のコイルに吹き付
けられている。蒸発器によって冷却された空気の流れ
は、例えば障壁によって制御されている。蒸発器によっ
て冷却された空気の第１の部分はフリーザ区画に向けら
れており、第２の部分は新鮮食品区画に向けられてい
る。

【０００８】新鮮食品区画を冷却するためには、例えば
約−５℃（又は約−１０℃〜約０℃の範囲内）で運転さ
れる蒸発器を利用することも可能である。従って、家庭
用冷蔵庫で利用されている典型的な冷凍システムは、フ
リーザ区画にとっては適切であるが、新鮮食品区画に対
しては必要以上に低い温度で蒸発器を運転することによ
って、その冷凍効果を発生している。このため、典型的
な家庭用冷蔵庫は、新鮮食品区画を必要以上に冷却する
ために、より多くのエネルギを用いており、低下したエ
ネルギ効率で運転されている。

【０００９】この家庭用冷蔵庫の例は、一例として述べ
たに過ぎない。家庭用冷蔵庫以外の多くの装置は、不必
要に低い温度で運転される蒸発器を含んでいる冷凍シス
テムを利用している。エネルギ消費量を少なくして運転
される冷凍システムが、米国特許番号第５１５６０１６
号に記載されている。この冷凍システムは、少なくとも
２つの蒸発器と、複数の圧縮機又は複数の段を有してい
る１つの圧縮機とを利用している。このシステムは高圧
及び低圧冷媒の間の圧力差を利用して、ベローを内部に
有している切り換え弁を作動させる。しかしながら、２
５ｋｇ／ｃｍ²で運転され、１００ｋｇ／ｃｍ²又はそ
れ以上で破壊せずに機能し得ることが要求される冷凍シ
ステムでは、このような弁のコストは非常に高い。この
ような条件の下で機能する、より安価で同じ効率を有す
る冷凍システムに対する要望がある。

【００１０】

【発明の要約】本発明は、冷媒を高圧又は低圧蒸発器手
段から交互に冷凍システムの圧縮機手段へ運ぶ流れ切り
換え装置を対象とする。この流れ切り換え装置は、冷媒
を低圧及び高圧蒸発器手段から交互にそれぞれ圧縮機手
段へ流すことができるよう低圧位置と高圧位置との間で
移動するように構成されている切り換え弁と、高圧蒸発
器手段と低圧蒸発器手段との間に設けられており、切り
換え弁に接続されていると共に切り換え弁を低圧位置と
高圧位置との間で移動させるように構成されている圧力
スイッチとを備えており、この圧力スイッチは、その内
部に摺動自在に配置されている鉄金属のピストンによっ
て第１の部分と第２の部分とに分割されており、高圧蒸
発器手段と低圧蒸発器手段との間に冷媒流れ関係をもっ
て配置されているピストン・ハウジングと、ピストン・
ハウジングと摺動自在な関係をもって配置されていると
共に、揺動アームに装着された第１及び第２の磁化接合
部を有している揺動アーム室と、ピストンが第１の位置
にあるときに当該スイッチ・アセンブリが開くと共に切
り換え弁を低圧位置へ移動させ、ピストンが第２の位置
にあるときに当該スイッチ・アセンブリが閉じると共に
切り換え弁を高圧位置へ移動させるように、切り換え弁
に電気的に接続されているスイッチ・アセンブリとを備
えている。

【００１１】本発明は更に、冷蔵庫を対象とする。この
冷蔵庫は、圧縮機手段と、圧縮機手段から吐出された冷
媒を受け取るように接続されている凝縮器手段と、新鮮
食品区画と、凝縮器手段から吐出された冷媒の少なくと
も一部を受け取るように接続されており、新鮮食品区画
を冷凍する第１の蒸発器手段と、フリーザ区画と、凝縮
器手段から吐出された冷媒の少なくとも一部を受け取る
ように接続されており、フリーザ区画を冷凍する第２の
蒸発器手段と、上に述べた冷媒流れ切り換え装置とを備
えている。

【００１２】本発明は、所望の冷凍温度で動作する複数
の蒸発器を利用することにより、エネルギ効率を高め
る。更に、一実施例では、複数の圧縮機や、複数の段を
有している１つの圧縮機の代わりに、１段圧縮機を利用
することにより、エネルギ効率を改善することに伴うコ
ストを最小限に抑える。

【００１３】

【実施例】本発明は、冷凍システム、特に家庭用冷蔵庫
−フリーザに最大の効用があるものと考えられる。しか
しながら、本発明は、多重空気調和（エア・コンディシ
ョナ）ユニットの制御のようなこの他の冷凍用途にも効
用がある。従って、本明細書で用いる「冷凍システム」
という用語は、冷蔵庫−フリーザを指すのみでなく、他
の形式の冷凍用途をも指す。

【００１４】次に、図面について更に詳しく説明する。
図１は本発明の好ましい形式の冷凍システム２００を示
す。冷凍システム２００は圧縮機ユニット２０２を含ん
でおり、圧縮機ユニット２０２は、凝縮器２０４に結合
されている。毛細管２０６が凝縮器２０４の出口に結合
されており、高圧蒸発器としても知られている第１の蒸
発器２０８が毛細管２０６の出口に結合されている。高
圧蒸発器としても知られている第１の蒸発器２０８の出
口が相分離器２１０の入口に結合されており、相分離器
２１０は、その入口の近くに配置されているスクリーン
２１２と、ガス又は蒸気収容部２１４と、液体収容部２
１６とを含んでいる。場合によって蒸気収容部２１４又
は単に蒸気部２１４と呼ぶが、相分離器２１０のこの部
分の内部には、ガス及び／又は蒸気が配設されていても
よいことを承知されたい。蒸気部２１４は、好ましくは
電力が給電されるソレノイドによって作動される冷媒流
れ切り換え弁２１８に対して、導管２２０を介して高圧
冷媒を第１の入力として供給するように結合されてい
る。特に、導管２２０の取り入れ口は、蒸気部２１４を
通って液体収容部２１６へ通過する液体冷媒がこの取り
入れ口に入らないように、蒸気部２１４内に配置されて
いる。

【００１５】液体収容部２１６の出口は、膨張弁又は毛
細管のような膨張装置２２２（これは絞りと呼ぶことも
ある。）に結合されている。低圧蒸発器としても知られ
ている第２の蒸発器２２４が膨張装置２２２の出口に結
合されており、第２の蒸発器２２４の出口が冷媒流れ切
り換え弁２１８に対する第２の入力として、低圧冷媒を
供給するように結合されている。

【００１６】「電力入力」という文字を付した外部電源
からの電流を受け取るサーモスタット２２７が、圧縮機
ユニット２０２に接続されている。サーモスタット２２
７は、ユーザが調節自在であることが好ましい。冷却が
必要なときに、サーモスタット２２７が発する出力信号
が、圧縮機ユニット２０２を作動させる。例えば家庭用
冷蔵庫では、サーモスタット２２７はフリーザ区画内に
配設されていることが好ましい。

【００１７】毛細管２０６は、相分離器の蒸気部２１４
を冷媒流れ切り換え弁２１８と接続している導管２２０
と熱的に接触していると共に、第２の蒸発器２２４を冷
媒流れ切り換え弁２１８に結合している導管２３０とも
熱的に接触している。熱的な接触は、例えば、毛細管２
０６の外側、並びに導管２２０及び２３０の外側の一部
を横に並べてはんだ付けすることによって行われる。毛
細管２０６は図１では、導管２２０及び２３０の周りに
巻き付けられているものとして示してあるが、これは熱
伝達関係を示す概略表示したものである。この熱伝達は
向流形式で行われる。即ち、毛細管２０６を流れる冷媒
が進む方向は、導管２２０及び２３０内の冷媒の流れと
は反対向きである。周知のように、流れが同じ方向に進
む熱交換装置ではなく、向流形熱交換装置を用いると、
熱交換効率が高くなる。

【００１８】電源２２８から給電される圧力スイッチ２
１９が、導管２２１及び２３１に結合されていると共
に、弁２１８にも電気的に接続されている。スイッチ２
１９は、導管２２１及び２３１の間の圧力差によって作
動されるが、スイッチ２１９が発生する電気信号が、弁
２１８をトリガする。動作について説明すると、例で言
えば、第１及び第２の蒸発器２０８及び２２４は、約−
５℃及び−２５℃の温度の冷媒をそれぞれ収容してい
る。膨張装置２２２は、適当な中孔の寸法及び長さを有
している毛細管又は膨張弁であってもよいが、第２の蒸
発器２２４の出口に辛うじて過熱された蒸気の流れを生
ずるように調節されている。

【００１９】切り換え弁２１８は、それぞれの蒸発器２
０８及び２２４を通って圧縮機ユニット２０２へ通過す
る冷媒の流れを制御する。冷凍の必要が生じたときに、
サーモスタット２２７が圧縮機ユニット２０２を作動さ
せる。切り換え弁２１８が導管２３０及び２３２の流れ
を連通させるように構成されているとき、第２の蒸発器
２２４からの蒸気が圧縮機ユニット２０２に入る。これ
は、以下状態１と呼ぶ状態である。この代わりに、切り
換え弁２１８が導管２２０及び２３２の流れを連通させ
るように構成されているとき、相分離器２１０からの蒸
気が圧縮機ユニット２０２に入る。これは、状態２と呼
ぶ。圧縮機ユニット２０２に対する入口圧力は、切り換
え弁２１８が状態１にあるときには、約１．５ｋｇ／ｃ
ｍ²絶対圧であり、状態２にあるときには、約３ｋｇ／
ｃｍ²絶対圧である。一方の状態から他方の状態への切
り換えが、これから更に詳しく説明するように、圧力ス
イッチ２１９によって行われる。

【００２０】毛細管２０６は、凝縮器２０４を出て行く
液体のある程度の過冷却（即ち、飽和温度以下での冷
却）を行うと共に、冷媒の流れを計量し、凝縮器２０４
及び第１の蒸発器２０８の間に圧力差を保つような寸法
にすることが好ましい。更に、毛細管２０６と相分離器
２１０からの導管２２０との間で熱交換が行われ、導管
２２０及び２３０での水分の凝縮を防止すると共に、第
１の蒸発器２０８へ流れる毛細管２０６内の冷媒を冷却
する。

【００２１】第１の蒸発器２０８から液相及び蒸気相で
出て行く冷媒が相分離器２１０に入り、液体冷媒は液体
収容部２１６に溜まり、蒸気は蒸気部２１４に溜まる。
導管２２０が蒸気部２１４からの蒸気を、一般的には約
−５℃で切り換え弁２１８に供給する。サーモスタット
２２７が圧縮機ユニット２０２を作動させるとき、弁２
１８は状態１、即ち省略（ディフォルト）状態にある。
相分離器２１０の液体収容部２１６からの液体は、絞り
２２２を通って第２の蒸発器２２４に流れるときに蒸発
する。従って、絞り２２２から第２の蒸発器２２４に入
る液体冷媒の温度及び圧力はかなり低下し、蒸発器２２
４を約−２５℃まで更に冷却する。弁２１８が状態１に
あるとき、冷媒は、ゆっくりとであるけれども、第１の
蒸発器２０８を流れる。相分離器２１０内に所望のレベ
ルの液体冷媒を保つのに十分な冷媒をシステム２００に
供給することが典型的である。

【００２２】弁２１８が状態１にあるときの圧縮機ユニ
ット２０２の入力の圧力は、冷媒が−２５℃で２相平衡
する圧力によって決定される。弁２１８が状態２にある
ときの圧縮機ユニット２０２の圧力は、−５℃における
冷媒の飽和圧力によって決定される。凝縮器２０４が凝
縮器として作用するためには、その温度は周囲よりも高
くなければならない。例えば、凝縮器２０４内の冷媒は
４０℃であってもよい。勿論、冷媒の圧力は選択された
冷媒に関係する。

【００２３】図１に示す冷凍システム２００は、同じ冷
却能力を有する蒸発器１台のシステムよりも必要とする
エネルギが少ない。効率のある利点は、温度が一層高い
蒸発器２０８を出て行く蒸気が、温度が一層低い蒸発器
２２４を出て行く蒸気の一層低い圧力ではなく、中間圧
力から圧縮されることによるものである。従って、すべ
ての冷媒がフリーザの出口圧力から圧縮された場合より
も、必要とする圧縮の仕事が一層少ない。

【００２４】図２及び図３は、本発明の好ましい実施例
の流れ切り換え装置を更に詳しく示す。この流れ切り換
え装置は、流れ切り換え弁２１８と、圧力スイッチ２１
９とを含んでいる。弁２１８には、導管２２０、２２
１、２３０、２３１及び２３２が一体に形成されている
ことが示されている。しかしながら、この代わりに、弁
２１８は、溶接、はんだ付け又は機械的な結合のような
結合方法により、導管２２０、２２１、２３０、２３１
及び２３２に結合されている入口導管及び出口導管を有
していてもよい。図２及び図３は、それぞれ状態１及び
状態２にある弁２１８を示す。

【００２５】図２及び図３は、導管２２０及び２３０か
ら弁２１８への入力、並びに導管２３２への枝分れ出力
を示している。このため、弁２１８は、図１に示すよう
に、導管２２０又は導管２３０のいずれかからの冷媒の
流れを、圧縮機２０２に接続されている導管２３２に供
給することができる。円柱形スプール２７４が弁ハウジ
ング２７６内に摺動自在に配置されており、Ｏリング２
７５によって封じ（シール）が施されている。ソレノイ
ド２７８はスプール２７４に結合されており、ソレノイ
ド２７８が励磁されると、ソレノイド２７８は弁ハウジ
ング２７６内でスプール２７４を移動させる。第１の圧
縮ばね２８０のような第１の偏圧（バイアス）手段が、
一端２８２では弁ハウジング２７６に接続されており、
スプール２７４に取り付けられているソレノイド鉄心２
８４の上に載っかっており、そして他端２８６ではスプ
ール２７４に接続されている。

【００２６】ソレノイド２７８に対する電気エネルギ
は、電源２２８から供給される。後で説明する圧力スイ
ッチ２１９のスイッチ・アセンブリの不動スイッチ接点
２６２及び可動スイッチ接点２６４が互いに電気的に接
続されているときに、即ち、圧力スイッチ２１９のスイ
ッチ・アセンブリが閉じているときに、ソレノイド２７
８は励磁される。不動スイッチ接点２６２が可動スイッ
チ接点２６４から電気的に切り離されているときに、即
ち、圧力スイッチ２１９のスイッチ・アセンブリが開い
ているときに、ソレノイド２７８は非励磁にされる。

【００２７】図２に示す状態１では、スプール２７４の
環状溝２８８が、弁２１８の入口に接続されている導管
２３０と、弁２１８の出口に接続されている導管２３２
との間で流体の流れが連通するようにする。圧力スイッ
チ２１９のスイッチ・アセンブリのスイッチ接点２６２
及び２６４が互いに電気的に切り離されており、圧縮さ
れていない状態にある第１のばね２８０がスプール２７
４をハウジング２７４の端２８２から遠去かる向きに押
しているので、ソレノイド２７８は非励磁状態にある。

【００２８】図３に示す状態２では、スプール２７４の
環状溝２８８は、弁２１８の入口に接続されている導管
２２０と、弁２１８の出口に接続されている導管２３２
との間で冷媒の流れが連通するようにする。スイッチ接
点２６２及び２６４が互いに電気的に接続されており、
スプール２７４に接続されているソレノイド鉄心２８４
がスプールをハウジング２７４の端２８４に一層近付け
るように引っ張り、第１のばね２８０をハウジング２７
４の端２８２に対して圧縮する。

【００２９】図２及び図３に示すスプール２７４の移動
のタイミングが、圧力スイッチ２１９によって定められ
る。圧力スイッチ２１９は、一端で導管２３１に接続さ
れており、他端で導管２２１に接続されている円筒形ピ
ストン・ハウジング２４０を含んでいる。ピストン・ハ
ウジング２４０は円筒形であって、頑丈な重合体、アル
ミニウム、銅、ステンレス鋼又は真鍮のような非磁性材
料で作成されていることが好ましい。真鍮がピストン・
ハウジング２４０に対して好ましい。

【００３０】ハウジング２４０内に摺動自在のピストン
２４２が収容されており、ハウジング２４０の内壁と摺
動自在の接触を成しているピストンの壁には、Ｏリング
２４４のような密封部材が取り付けられている。ピスト
ン２４２は、鋼、鉄合金、ニッケル又はコバルトのよう
な磁性材料で作成されている。鋼がピストン２４２に対
して好ましい。

【００３１】ピストン２４２は、ハウジング２４０の内
部の空所を２つの部分、即ち導管２３１に接続されてい
る第１の部分２４３と、導管２２１に接続されている第
２の部分２４５とに分割している。Ｏリング２４４は、
冷媒が第１の部分２４３から第２の部分２４５へ漏れる
のを防止する。図２に示す状態１では、ピストン２４２
は第１の（ディフォルト）位置にあり、図３に示す状態
２では、ピストン２４２は第２の位置にある。第２の圧
縮ばね２４６のような第２の偏圧（バイアス）手段がハ
ウジング２４０の第１の部分２４３内に配置されてお
り、その両端がハウジング２４０の末端部材及びピスト
ン２４２の頂部と（図示のように）接触しているか、又
は固定されている。このため、ばね２４６は、ばね２４
６が及ぼす圧力がハウジング２４０の部分２４５内に発
生される圧力よりも大きいときに、ピストン２４２を第
１の位置へ押圧する。

【００３２】圧力スイッチ２１９は更に、ピストン・ハ
ウジング２４０の外面と摺動自在の関係を有するように
配置されている揺動アーム室２４８を含んでいる。室２
４８は半月形断面を有しており、その凹の弯曲がハウジ
ング２４０外面の凸の弯曲と合わさっており、この外面
に沿って密に面間接触していることが好ましい。ソレノ
イド２７８の励磁及び非励磁のタイミングの調節が、ケ
ーブル又は棒のような細長い回転自在の部材２６８によ
って行われる。この部材は、ねじ山を設けた部分を有し
ており、この部分が室２４８に接続されており、矢印で
示す向きに、室２４８をハウジング２４０に開けて摺動
させる。細長い部材２６８のねじ山を設けた部分が、好
ましく不動のねじ山を設けたブロック２７０のそのねじ
山と合わさるねじ部分を通り抜けている。細長い部材２
６８は更に、つまみ２７２を有しており、ユーザがこの
つまみを手で調節することができる。細長い部材２６８
のねじ部分は、冷蔵庫の新鮮食品区画内の種々の所望の
温度と合うように較正されている。オペレータの便宜の
ため、つまみ２７２は、新鮮食品区画内の所望の温度と
合う目盛を有していることが好ましい。

【００３３】圧力スイッチ２１９は更に、揺動アーム２
５０を含んでいる。揺動アーム２５０は、揺動アーム室
２４８内で枢着点２５１で枢着されており、枢着点２５
１によって等分される頑丈な細長い部材で構成されてい
ることが好ましい。両方共に永久磁化された第１の接合
部２５２及び第２の接合部２５４が、好ましくは枢着点
２５１から等しい距離の所で、揺動アーム２５０の末端
に固定されている。第１の接合部２５２及び第２の接合
部２５４は、任意の適当な永久磁気材料で作成されてい
るが、磁化鋼であることが好ましい。

【００３４】いずれも磁気材料の薄片である第１のパッ
ド２５６及び第２のパッド２５８が、第１の接合部２５
２及び第２の接合部２５４とそれぞれ向かい合って揺動
アーム室２４８の壁に固定されており、揺動アーム２５
０が時計回りに回転すると、第２の接合部２５４は第２
のパッド２５８と接触し、揺動アーム２５０が反時計回
りに回転すると、第１の接合部２５２は第１のパッド２
５６と接触するようになっている。図２に示す状態１で
は、揺動アーム２５０は開位置にあり、図３に示す状態
２では、揺動アーム２５０は閉位置にある。従って、ピ
ストン２４２が第１の位置にあるときに、それが第１の
接合部２５２を第１のパッド２５６に磁気的に引き付
け、ピストン２４２が第２の位置にあるときに、それが
第２の接合部２５４を第２のパッド２５８に磁気的に引
き付ける。それぞれ接合部２５２及び２５４に対するパ
ッド２５６及び２５８の磁気引力は、ピストン２４２が
第１の位置と第２の位置との間を移動している時間の
間、揺動アーム２５０の偶発的な移動を防止する。

【００３５】可動スイッチ接点２６４が、揺動アーム２
５０の１つの脚に固定されているスイッチ・アーム２６
０の末端に固定されている。スイッチ・アーム２６０は
頑丈な細長い部材であることが好ましい。接点２６２が
可動スイッチ接点２６４と向かい合うように配置されて
おり、揺動アーム２５０の第１の接合部２５２が第１の
パッド２５６と接触するときに、接点２６２が可動スイ
ッチ接点２６４から切り離され、第２の接合部２５４が
第２のパッド２５８と接触するときに、接点２６２が可
動スイッチ接点２６４に接続されるようになっている。
不動スイッチ接点２６２及び可動スイッチ接点２６４
は、弁２１８のソレノイド２７８を循環的（サイクリッ
ク）に励磁すると共に非励磁にする電気回路のスイッチ
・アセンブリを形成している。

【００３６】接点２６２及び２６４は、銅、アルミニウ
ム、金、銀又は白金のような導電材料で作成されている
が、銅であることが好ましい。特に銅の場合の接点２６
２及び２６４の表面は、所望によっては、金又は白金層
で被覆して、アークの発生による表面の酸化を防止する
ことができる。接点２６２及び２６４に接続されている
銅線のような電気導体が、電源２２８からの電力をソレ
ノイド２７８に供給する。不動スイッチ接点２６２が可
動スイッチ接点２６４と接触しているときに、ソレノイ
ド２７８は励磁され、不動スイッチ接点２６２が可動ス
イッチ接点２６４から切り離されているときに、ソレノ
イド２７８は非励磁にされる。適当な不感帯を有する磁
気近接スイッチを、図２及び図３に示すスイッチ・アセ
ンブリの代わりに用いることができることに注意された
い。

【００３７】動作について説明すると、ピストン・ハウ
ジング２４０の第２の部分２４５内に高まりつつある
（例えば）絶対圧３ｋｇ／ｃｍ²の冷媒圧力が、ピスト
ン２４２を第１の位置（図２）から第２の位置（図３）
へ押し始める。ピストン２４２は、第１の位置から第２
の位置へ移動するときに、第２の圧縮ばね２４６の一定
の力、及び導管２３１内に存在する低圧（例えば約１．
５ｋｇ／ｃｍ²）の冷媒に逆らって押す。特定のばね、
ピストン、及び圧力スイッチ２１９の室の寸法の選び方
は、所望の動作特性に合わせられている。揺動アーム２
５０は、ピストン２４２から第１の接合部２５２に加え
られる磁力により、開位置に保たれている。スイッチ接
点２６２及び２６４が接触していないので、ソレノイド
２７８に給電する電気回路が遮断されており、ソレノイ
ド２７８は非励磁にされている。このため、第１のばね
２８０によって押されるスプール２７４は、導管２３０
及び２３２が溝２８８を介して連通することができるよ
うにする。

【００３８】ピストン２４２が図３に示す第２の位置へ
移動するとき、ピストン２４２が第１の位置及び第２の
位置の中間にある間、第１のパッド２５６は第１の接合
部２５２を所定位置に保持されている。一旦ピストン２
４２が第２の位置に達すると、それが第２の接合部２５
４に磁気的な引っ張る力を加え、接合部２５４は第２の
パッド２５８にスナップ式に係合し、スイッチ接点２６
４を不動接点２６２に対して閉じ、こうして、ソレノイ
ド２７８に給電する電気回路を閉じる。このとき、ソレ
ノイド２７８は励磁され、そのため、スプール２７４は
第１のばね２８０に逆らって押されて、導管２２０及び
２３２を接続するように溝２８８を移動させる。

【００３９】一旦導管２２０からの高圧冷媒が図１に示
す圧縮機２０２に供給されると、導管２２１内の圧力が
下がり、第２のばね２４６はピストン２４２に力を加え
て、第２の位置から第１の位置へ移動させ始める。ピス
トン２４２が第２の位置及び第１の位置の中間にある
間、第２のパッド２５８は第２の接合部２５４を所定位
置に保持されている。一旦ピストン２４２が第１の位置
に達すると、それが第１の接合部２５２に磁気的な引っ
張る力を加え、そのため、揺動アーム２５０の第１の接
合部２５２はスナップ式に第１のパッド２５６に係合
し、この後、このサイクルが繰り返される。

【００４０】エネルギ効率及びコストを主に問題とする
場合、圧縮機ユニット２０２は１段圧縮機にすべきであ
る。所望のそれぞれの冷凍温度で動作するように選択さ
れた複数の蒸発器を利用することにより、最小限のコス
トで改善されたエネルギの利用が達成される。図１に示
す冷凍システムは、同じ冷却容量を有する蒸発器１つ、
圧縮機１台の回路よりも必要とするエネルギが少ない。
効率のある利点は、温度が一層高い方の蒸発器２０８を
出て行く蒸気が、温度が一層低い方の蒸発器２２４を出
て行く蒸気の一層低い圧力からではなく、中間圧力から
圧縮されることによるものである。相分離器２１０から
の蒸気はフリーザ用蒸発器２２４からの蒸気よりも圧力
が一層高いので、温度が一層低い蒸発器２２４からの蒸
気を圧縮するときに比べて、相分離器２１０からの蒸気
を所望の圧縮機出口圧力まで圧縮するとき、圧力比が一
層小さく、必要とする圧縮の仕事が一層少ない。

【００４１】図４は、前に述べた新鮮食品区画３０４を
形成している絶縁壁３０２と、フリーザ区画３０６とを
含んでいる家庭用冷蔵庫３００のブロック図である。図
４は例として示すに過ぎず、特に異なる温度で冷凍する
ことを必要とする別々の区画を有している１つの装置を
示している。家庭用冷蔵庫では、新鮮食品区画３０４及
びフリーザ区画３０６は典型的には、約＋１℃〜＋８℃
及び約−２５℃〜約−１０℃にそれぞれ保たれている。

【００４２】本発明によれば、第１の蒸発器３０８（高
圧蒸発器）が新鮮食品区画３０４内に配置されており、
第２の蒸発器３１０（低圧蒸発器）がフリーザ区画３０
６内に配置されている。本発明は、蒸発器の物理的な位
置に制限されるものではなく、図４に示す位置は例に過
ぎない。これらの蒸発器は、冷蔵庫内のどこかに又は冷
蔵庫の外側に設けられていてもよく、各々の蒸発器から
の冷却空気を導管、障壁等を介して、適当な区画に送る
ことができる。

【００４３】第１及び第２の蒸発器３０８及び３１０
は、圧縮機／凝縮器区画３１６内に配置されていること
が示されている圧縮機ユニット２０２及び凝縮器２０４
によって駆動される。制御つまみ２７２が新鮮食品区画
３０４内に設けられており、温度センサ３２０がフリー
ザ区画３０６に設けられている。制御つまみ２７２は、
図２及び図３に示す可撓性ケーブル２６８等のような結
合手段を介して、図２及び図３に示すピストン・ハウジ
ング２１９に対する揺動アーム室２４８の位置を調節
し、こうして、区画３０４内の温度を制御する。温度セ
ンサ３２０は、その設定に応じた信号を圧縮機２０２に
送り、運転し又は停止させる。第１の蒸発器３０８は約
−１０℃〜約０℃で運転され、第２の蒸発器３１０は約
−３５℃〜約−１５℃で運転されることが典型的であ
り、こうして、新鮮食品区画及びフリーザ区画を前に述
べた温度範囲内に保つ。

【００４４】運転中、例として言うと、容量が０．５４
ｍ³である典型的な家庭用冷蔵庫の制御つまみ２７２
は、本発明の冷媒流れ切り換え装置（図４には示してい
ない）に結合されている。制御つまみ２７２が、例えば
新鮮食品区画３０４内で＋３℃に設定されていると、こ
の設定は、第１の蒸発器３０８で約−４℃の冷媒温度及
び絶対圧約３．２ｋｇ／ｃｍ²の圧力に対応する。圧縮
機ユニット２０２が第１の蒸発器３０８を真空にするに
つれて、蒸発器３０８内に存在している冷媒の一部が沸
騰し、こうして、第１の蒸発器３０８内に存在している
冷媒の圧力及び温度を約２．５ｋｇ／ｃｍ²（絶対圧）
及び約−６℃にそれぞれ下げる。上に述べた一例として
の冷蔵庫の条件の下で約２１秒の典型的なサイクルの
間、蒸発器３０８からの高圧冷媒は約５秒の間、弁２１
８によって圧縮機ユニット２０２に運ばれ、蒸発器３１
０からの低圧冷媒は約１６秒の間、弁２１８を介して圧
縮機ユニット２０２に運ばれる。圧縮機ユニット２０２
に対する高圧及び低圧冷媒の運搬時間の割り当ては、第
１の蒸発器３０８及び第２の蒸発器３１０の冷却容量の
関数である。上に述べた冷蔵庫では、第１の蒸発器３０
８及び第２の蒸発器３１０の間の容量比は、一般的には
約３：１である。この容量比は、第１の蒸発器３０８の
第２の蒸発器３１０に対するｋｃａｌ／時で表した除熱
容量比で定義される。このため、上に述べた例では、第
１の蒸発器３０８は、第２の蒸発器３１０の割合の約３
倍の割合で、その区画から熱を取り去る。弁２１８のサ
イクル動作は、フリーザ区画３０６内にあるサーモスタ
ット３２０に設定された温度に達するまで続く。設定さ
れた温度に達したとき、圧縮機ユニット２０２は、サー
モスタット３２０からの他の指令信号を受け取るまで、
運転を停止する。

【００４５】各々の蒸発器を作動させ且つ不作動にする
温度又は温度範囲をユーザが選択できるように、制御つ
まみ２７２及びセンサ３２０は、ユーザが調節し得るこ
とが好ましい。こうすると、冷媒流れ切り換え装置の動
作がユーザによって調節される。図４に示すように、こ
の例の冷凍システムは、所望の冷凍温度で動作するよう
に選択された２つの蒸発器を含んでいる。しかしなが
ら、本発明は、２つよりも多くの蒸発器を用いることも
できる。複数の蒸発器を利用することにより、用いるエ
ネルギを少なくすることができる。

【００４６】ある冷凍システムでは、本発明によって提
供されるエネルギ効率及びコスト減のすべてが厳密に必
要でないことがあると考えられる。このため、本発明
は、前述の実施例に比べて効率及びコストを変えるよう
に修正することができる。例えば、複数の圧縮機、若し
くは複数の段を有している１つの圧縮機、又はその任意
の組み合わせを利用することができる。図２及び図３の
好ましい実施例で示した弁２１８の１つのソレノイド２
７８の代わりに、前に引用した係属中の米国特許出願番
号第０７／６１２２９０号に記載されているものと同様
な、各々の端にソレノイドを有しているスプール、即ち
二重ソレノイドを用いることができる。このようなシス
テムは、図２及び図３に示すような揺動アームの各々の
側に配置されている２つのスイッチ・アームによって作
動される２つのスイッチ・アセンブリを有している２つ
の独立の電気回路を利用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】好ましい実施例の冷媒流れ切り換え装置を利用
した冷凍システムの概略図である。

【図２】図１の冷凍システムに含まれている冷媒流れ切
り換え装置が第１の位置（状態１）にあるときを更に詳
しく示す図である。

【図３】図１の冷凍システムに含まれている冷媒流れ切
り換え装置が第２の位置（状態２）にあるときを更に詳
しく示す図である。

【図４】新鮮食品蒸発器とフリーザ蒸発器とを有してい
る冷凍システムを用いた家庭用冷蔵庫のブロック図であ
る。

【符号の説明】

２００冷凍システム２０２圧縮機ユニット２０８高圧蒸発器２１８冷媒流れ切り換え弁２１９圧力スイッチ２２４低圧蒸発器２４０ピストン・ハウジング２４２ピストン２４３第１の部分２４５第２の部分２４８揺動アーム室２５０揺動アーム２５２、２５４磁化接合部２６２不動接点２６４可動接点２７８ソレノイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷凍システムの低圧及び高圧蒸発器手段
から交互に圧縮機手段へ冷媒を運ぶ流れ切り換え装置で
あって、前記冷媒を前記低圧及び高圧蒸発器手段から交互にそれ
ぞれ前記圧縮機手段へ流すことができるよう低圧位置と
高圧位置との間で移動するように構成されている切り換
え弁と、前記高圧蒸発器手段と前記低圧蒸発器手段との間に設け
られており、前記切り換え弁に接続されていると共に該
切り換え弁を前記低圧位置と前記高圧位置との間で移動
させるように構成されている圧力スイッチとを備えてお
り、該圧力スイッチは、その内部に摺動自在に配置されている鉄金属のピストン
により第１の部分と第２の部分とに分割されており、前
記高圧蒸発器手段と前記低圧蒸発器手段との間で冷媒を
流すように配置されているピストン・ハウジングと、該ピストン・ハウジングに対して摺動自在に配置されて
いると共に、揺動アームに装着された第１及び第２の磁
化接合部を有している揺動アーム室と、前記ピストンが第１の位置にあるときに当該スイッチ・
アセンブリが開くと共に前記切り換え弁を前記低圧位置
へ移動させ、前記ピストンが第２の位置にあるときに当
該スイッチ・アセンブリが閉じると共に前記切り換え弁
を前記高圧位置へ移動させるように、前記切り換え弁に
電気的に接続されているスイッチ・アセンブリとを含ん
でいる流れ切り換え装置。
【請求項２】前記切り換え弁は、ソレノイドで作動さ
れている請求項１に記載の流れ切り換え装置。
【請求項３】前記切り換え弁は、弁ハウジング内に摺
動自在に配置されているスプールと、該スプールの溝を
前記低圧位置及び前記高圧位置と循環的に整合させるよ
うに前記スプールに装着されている第１の偏圧手段とを
含んでいる請求項１に記載の流れ切り換え装置。
【請求項４】前記第１の偏圧手段は、圧縮ばねである
請求項３に記載の流れ切り換え装置。
【請求項５】前記スイッチは、前記高圧蒸発器手段の
所定の温度範囲に従って、前記切り換え弁を前記低圧位
置と前記高圧位置との間で移動させる循環的なタイミン
グを調節するタイミング調節手段を含んでいる請求項１
に記載の流れ切り換え装置。
【請求項６】前記スイッチは、前記ソレノイドが励磁
されていないときに前記ピストンを前記第１の位置へ押
圧すべく前記ピストン・ハウジングの前記第１の部分内
に配置されている第２の偏圧手段を含んでいる請求項１
に記載の流れ切り換え装置。
【請求項７】前記スイッチは、前記高圧蒸発器手段の
所定の温度範囲に従って、前記切り換え弁を前記低圧位
置と前記高圧位置との間で移動させる循環的なタイミン
グを調節するタイミング調節手段を含んでおり、該タイ
ミング調節手段は、前記所定の温度範囲に従って前記揺
動アーム室を前記ピストン・ハウジングに対して摺動さ
せるように、前記揺動アーム室に固定されている調節自
在の部材を含んでいる請求項１に記載の流れ切り換え装
置。
【請求項８】前記タイミング調節手段は、ユーザによ
り調節自在である請求項７に記載の流れ切り換え装置。
【請求項９】前記第１の接合部は、前記ピストンが前
記第１の位置にあるときに、前記ピストンと前記第１の
接合部との間の磁気引力により前記室の壁に対して押さ
え付けられており、前記第２の接合部は、前記ピストン
が前記第２の位置にあるときに、前記ピストンと前記第
２の接合部との間の磁気引力により前記室の壁に対して
押さえ付けられている請求項６に記載の流れ切り換え装
置。
【請求項１０】前記揺動アーム室の壁に固定されてい
ると共に前記第１及び第２の接合部と向かい合うように
それぞれ配置されており、前記ピストンが前記第１の位
置から前記第２の位置へ、及び前記第２の位置から前記
第１の位置へ移動する時間の間に、前記揺動アームの移
動を防止する第１及び第２の磁気パッドを更に含んでい
る請求項９に記載の流れ切り換え装置。
【請求項１１】前記スイッチ・アセンブリは、不動接
点と、前記揺動アームに固定されているスイッチ・アー
ムに装着された可動スイッチ接点とを含んでおり、前記
可動スイッチ接点は、前記スイッチ・アセンブリが閉じ
たときに前記不動接点と接続されて前記ソレノイドを励
磁すると共に、前記可動スイッチ接点は、前記スイッチ
・アセンブリが開いたときに前記不動接点から切り離さ
れて前記ソレノイドを非励磁にするように構成されてい
る請求項６に記載の流れ切り換え装置。
【請求項１２】冷凍システムの高圧又は低圧蒸発器手
段のいずれかから交互に圧縮機手段へ冷媒を運ぶ冷媒流
れ切り換え装置であって、前記高圧蒸発器手段に対して冷媒が流れるように配置さ
れており、ソレノイドで作動される冷媒流れ切り換え弁
であって、該弁は、前記ソレノイドが励磁されていない
ときに前記冷媒が前記低圧蒸発器手段から前記圧縮機手
段へ流れることができるようにすると共に、前記ソレノ
イドが励磁されているときに前記冷媒が前記高圧蒸発器
手段から前記圧縮機手段へ流れることができるように構
成されている、冷媒流れ切り換え弁と、その内部に摺動自在に配置されている鉄金属のピストン
により第１の部分と第２の部分とに分割されており、前
記高圧蒸発器手段と前記低圧蒸発器手段との間に冷媒を
流すように配置されているピストン・ハウジングであっ
て、前記第１の部分は、その内部に第１の偏圧手段を有
している、ピストン・ハウジングと、前記ピストン・ハ
ウジングに対して摺動自在に配置されており、揺動アー
ムに装着された第１及び第２の磁化接合部を有している
揺動アーム室と、前記ピストンが第１の位置にあるとき
に当該スイッチ・アセンブリが開いて前記ソレノイドを
非励磁にし、前記ピストンが第２の位置にあるときに当
該スイッチ・アセンブリが閉じて前記ソレノイドを励磁
するように、電源に接続されているスイッチ・アセンブ
リとを含んでいる圧力スイッチとを備えた冷媒流れ切り
換え装置。
【請求項１３】前記スイッチは、前記低圧蒸発器手段
の所定の温度範囲に従って前記ソレノイドを励磁すると
共に非励磁にする循環的なタイミングを調節するタイミ
ング調節手段を含んでおり、該タイミング調節手段は、
前記低圧蒸発器手段の前記所定の温度範囲に従って前記
揺動アーム室を前記ピストン・ハウジングに対して移動
させるように、前記揺動アーム室に固定されている調節
自在の部材を含んでいる請求項１２に記載の冷媒流れ切
り換え装置。
【請求項１４】圧縮機手段と、該圧縮機手段から吐出された冷媒を受け取るように接続
されている凝縮器手段と、新鮮食品区画と、前記凝縮器手段から吐出された冷媒の少なくとも一部を
受け取るように接続されており、前記新鮮食品区画を冷
却する第１の蒸発器手段と、フリーザ区画と、前記凝縮器手段から吐出された冷媒の少なくとも一部を
受け取るように接続されており、前記フリーザ区画を冷
却する第２の蒸発器手段と、冷凍システムの高圧又は低圧蒸発器手段のいずれかから
交互に圧縮機手段へ冷媒を運ぶ冷媒流れ切り換え装置と
を備えており、該切り換え装置は、前記冷媒を前記低圧及び高圧蒸発器手段から交互にそれ
ぞれ前記圧縮機手段へ流すことができるよう低圧位置と
高圧位置との間で移動するように構成されている切り換
え弁と、前記高圧蒸発器手段と前記低圧蒸発器手段との間に設け
られており、前記切り換え弁に接続されていると共に該
切り換え弁を前記低圧位置と前記高圧位置との間で移動
させるように構成されている圧力スイッチとを含んでお
り、該圧力スイッチは、その内部に摺動自在に配置されている鉄金属のピストン
により第１の部分と第２の部分とに分割されており、前
記高圧蒸発器手段と前記低圧蒸発器手段との間に冷媒を
流すように配置されているピストン・ハウジングと、該ピストン・ハウジングに対して摺動自在に配置されて
いると共に、揺動アームに装着された第１及び第２の磁
化接合部を有している揺動アーム室と、前記ピストンが第１の位置にあるときに当該スイッチ・
アセンブリが開くと共に前記切り換え弁を前記低圧位置
へ移動させ、前記ピストンが第２の位置にあるときに当
該スイッチ・アセンブリが閉じると共に前記切り換え弁
を前記高圧位置へ移動させるように、前記切り換え弁に
電気的に接続されているスイッチ・アセンブリとを含ん
でいる冷蔵庫。
【請求項１５】前記切り換え弁は、ソレノイドで作動
されている請求項１４に記載の冷蔵庫。
【請求項１６】前記圧力スイッチの動作は、ユーザに
より調節自在である請求項１４に記載の冷蔵庫。
【請求項１７】前記第１及び第２の蒸発器手段は、前
記新鮮食品区画及び前記フリーザ区画を約＋１℃〜約＋
８℃及び約−２５℃〜約−１０℃にそれぞれ維持するよ
うに構成されている請求項１４に記載の冷蔵庫。