JPH1194377A

JPH1194377A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JPH1194377A
Application number: JP25566497A
Authority: JP
Inventors: Yasuzo Ishine; 靖三石根; Koji Kashima; 弘次鹿島; Takayoshi Iwanaga; 隆喜岩永
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータを用いることなく低外気温時の最適な
冷媒循環量を確保する。【解決手段】コンプレッサ１から吐出された冷媒が第
１の熱交換器３、キャピラリーチューブ７、蒸発器９を
通り、再びコンプレッサ１に戻る冷凍サイクルを構成す
る冷媒回路１１を備え、前記第１の熱交換器３が設けら
れた高圧側冷媒回路の一部に、低外気温の時に、異なる
流路断面積の内、流路断面積の小さい冷媒流路１３に冷
媒が流れる並列回路１７を構成し、少ない気泡で液冷媒
を送り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷蔵庫に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に冷蔵庫にあっては、コンプレッサ
から吐出された冷媒が凝縮器、膨張弁、蒸発器を通り、
再びコンプレッサに戻る冷凍サイクルを構成し、蒸発器
において熱交換された冷気が庫内へ送り込まれるように
なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】冷蔵庫の庫内は、蒸発
器において熱交換された冷気が送り込まれることで冷却
されるようになるが、効率のよい冷却は、十分な冷媒循
環量が確保されることが条件となる。

【０００４】ところが、低外気温の時は、液として停留
してしまい十分な冷媒循環量が確保できず、冷却が不十
分となる虞れがある。

【０００５】低外気温時に、冷媒循環量が低下する現象
について説明すると、通常、高圧側冷媒回路では冷媒
が、気体と液体の気液二相流となって流れている。

【０００６】気液二相流では、気体が液化するときに比
体積が大幅に減少するため、移動速度が低下し、気相と
液相の移動速度の差、すなわち、スリップが生じる。気
相の移動速度をＵｇ，液相の移動速度Ｕｌとする時、ス
リップ比Ｓは、Ｓ＝Ｕｇ／Ｕｌで定義され、この値が大
きい程、密度の低い気相の流れが支配的となり、冷媒循
環量が少ないことを示す。

【０００７】通常、冷蔵庫では、図５のスラグ流、図６
のフロス流のように液冷媒を気泡が押し流し、スリップ
は比較的小さい。しかしながら低外気温の場合は、図７
に示す如く層状流のように気相だけがスリップして流れ
てしまう。

【０００８】図８は、前記現象を確かめた実験を示す圧
力／エンタルピ線図で、実線で示した飽和液線の領域内
が気液二相、飽和液線の外側右領域が気相、外側左領域
が液相となっている。この図において、破線は外気温２
５℃の通常のサイクルを示す。一点鎖線は、低外気温時
のサイクルを示し、〜は、表−１の低外気温試験時
の〜と対応している。

【０００９】

【表１】即ち、一点鎖線の冷媒の循環は、コンプレッサに吸込ま
れ、圧縮されてコンプレッサ内に吐出される。吐出さ
れた高温・高圧ガスは、低外気温のためほとんどが熱
交換器に入り液化する。この時冷媒の流れは層状流
となりガスだけが循環して、防露パイプおよび膨張弁
を経て蒸発器に入る。蒸発器において周囲の空気から
熱を奪って、冷媒回路９を介してコンプレッサ吸込口
へ戻る変則的な冷凍サイクルを構成する。この時の冷
媒循環量はコンプレッサの吸込口の冷媒密度で比較でき
る。低外気温の場合と外気２５℃での吸込口Ｐ１，Ｐ２
の冷媒密度を比較するとそれぞれ、Ｐ２＝２．１ｋｇ／ｍ³（低外気温）Ｐ１＝８．１ｋｇ／ｍ³（外気温２５℃）と低外気温では通常の約１／４になってしまう。図８か
ら、わかるように液冷媒として存在し得るポイントは凝
縮器となる熱交換器の内部しかなく、ここに大部分の冷
媒が液として停留していることは明らかである。

【００１０】この場合、従来手段にあっては、熱交換器
をヒータ加熱することで、停留した液冷媒を再度気化さ
せ、スリップの大きい層状流の流れを、スラグ流、フロ
ス流などに導き冷媒循環量を促進していた。

【００１１】しかしながら、このヒータを用いる手段で
は消費電力量の面で望ましくなかった。

【００１２】そこで、この発明は、ヒータを用いること
なく、低外気温時の冷媒循環量の促進が図れるようにし
た冷蔵庫を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、コンプレッサから吐出された冷媒が第
１の熱交換器、キャピラリーチューブ、蒸発器を通り、
再びコンプレッサに戻る冷凍サイクルを構成する冷媒回
路を備えた冷蔵庫において、前記第１の熱交換器が設け
られた高圧側冷媒回路の一部に、流路断面積の異なる２
つの冷媒流路によって並列回路を構成する。

【００１４】そして好ましい実施形態として、並列回路
を構成する流路断面積の大きい冷媒流路側の両端に第１
の熱交換器を挟んで開閉弁を設ける。

【００１５】あるいは、並列回路を構成する流路断面積
の小さい冷媒流路側に、第２の熱交換器を設ける。

【００１６】あるいは、並列回路を構成する流路断面積
の小さい冷媒流路は、第１の熱交換器のフィンを貫通
し、流路断面積の大きい冷媒流路とフィンを共有する。

【００１７】かかる冷蔵庫によれば、低外気温時に流路
断面積の小さい冷媒流路によって、少量の気泡で、液冷
媒の押し出しが可能なスラグ流、フロス流が作り出され
るようになると共に、スリップ比の値をより小さく抑え
られる。

【００１８】また、この発明にあっては、並列回路のい
ずれか一方に、冷媒が流れるようにするタイミングは、
共有する第１の凝縮器の温度が、所定基準温度以上では
流路断面積の大きい冷媒流路を選択し、所定基準温度以
下では流路断面積の小さい冷媒流路を選択する。

【００１９】あるいは、共有する第１の凝縮器の温度と
外気温との温度差が、所定基準温度以上では流路断面積
の大きい冷媒流路を選択し、所定基準温度以下では流路
断面積の小さい冷媒流路を選択する。

【００２０】あるいは、外気温が、所定基準温度以上で
は流路断面積の大きい冷媒流路を選択し、所定基準温度
以下では流路断面積の小さい冷媒流路を選択する。

【００２１】また、この発明にあっては、並列回路を構
成する流路断面積の大きい冷媒流路と低圧側冷媒回路と
の間にリリース回路を設ける。

【００２２】これにより、並列回路の内、流路断面積の
小さい冷媒流路を使用する時に、第１の凝縮器を含む冷
媒流路内に残留する循環可能な冷媒をリリース回路を介
して取り出せるようになる。

【００２３】この場合、残留する冷媒量が必要以上にリ
リース回路を介して戻ることがないようにリリース回路
に、開閉弁を設けると共に、第１の熱交換器を挟んで、
設けられた上流側の開閉弁の開閉制御を図ることが望ま
しい。

【００２４】リリース回路の開閉弁を開閉するタイミン
グとしては、リリース回路の動作中に所定時間、開とす
る。

【００２５】あるいは、蒸発器の出口側となる冷媒回路
温度に基づき、断続的に開とし、冷媒回路温度が外気温
を、下回った場合に、閉とする。

【００２６】また、第１の熱交換器を挟んで設けられた
上流側の開閉弁を開閉するタイミングとしては、冷媒回
路温度が外気温を下回った場合に、所定時間、開とす
る。

【００２７】あるいは、冷媒回路温度が外気温を下回っ
た場合に、その温度が再び外気温度を上回るまで、断続
的に開とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図３の図面を参照
しながらこの発明の実施の形態を具体的に説明する。

【００２９】図１は冷蔵庫の回路図を示しており、コン
プレッサ１から吐出された冷媒は、凝縮器となる第１の
熱交換器３，防露パイプ５，キャピラリーチューブ７，
蒸発器９を通り、再びコンプレッサ１に戻る冷凍サイク
ルを構成する。

【００３０】前記第１の熱交換器３が設けられた高圧側
冷媒回路１１の一部に、流路断面積の異なる２つの冷媒
流路１３，１５によって並列回路１７が構成されてい
る。

【００３１】並列回路１７は、第１の熱交換器３を有す
る流路断面積の大きい冷媒流路１３と、その冷媒流路１
３より流路断面積が小さく途中に放熱も行うキャピラリ
ーチューブ１９が設けられた冷媒流路１５とから成り、
流路断面積の小さい冷媒流路１５は、第１の熱交換器３
に対するバイパス回路となっている。

【００３２】並列回路１７を構成する流路断面積の大き
い冷媒流路１３の両端には、第１の熱交換器３を挟んで
電磁弁等の第１，第２の開閉弁２１，２３がそれぞれ設
けられ、第１，第２の開閉弁２１，２３が開の時には、
流路抵抗の小さい第１の熱交換器３を通る流れとなる。
また、第１，第２の開閉弁２１，２３が閉となること
で、バイパス回路となる流路断面積の小さい冷媒流路１
５を流れるようになっている。

【００３３】この場合、図３に示す如く、流路断面積の
小さい冷媒流路１３に放熱手段となる第２の凝縮器２４
を設ける手段としてもよい。

【００３４】第１，第２の開閉弁２１，２３が開閉する
タイミングは、コンプレッサ１等が配置された機械室周
辺部の気温を測定する外気温センサＳ１と、蒸発器９の
出口側の温度を測定する冷媒回路温度センサＳ２からの
信号に基づいて作動制御される。

【００３５】即ち、外気温と比較する所定基準温度（例
えば、５℃）を設定し、外気温が、所定基準温度以上で
は第１，２の開閉弁２１，２３を開として、第１の熱交
換器３と流れる流路１３を選択する。また、所定基準温
度以下では、第１，第２の開閉弁２１，２３を閉とし
て、流路断面積の小さい冷媒流路１５を流れる流路を選
択するようになっている。

【００３６】一方、開閉弁２１，開閉弁２３の間であっ
て第１の熱交換器３の出口側となる下流側と、コンプレ
ッサ１の吸込口１ａ側とはリリース回路２５によって接
続連通している。リリース回路２５には、放熱用のキャ
ピラリーチューブ２７とリリース用の開閉弁２９がそれ
ぞれ設けられている。

【００３７】リリース回路２９は、バイパス回路となる
流路断面積の小さい冷媒回路１５を冷媒が流れる運転時
に、第１の熱交換器３を含む冷媒流路中の残留冷媒を冷
媒回路１１中に戻し、冷媒循環量が少なくなるのを防ぐ
ためのものである。そのための、リリース回路２５の作
動制御は、リリース用の開閉弁２９と、第１の熱交換器
３を挟んで設けられた上流側の第１の開閉弁２１とを開
閉することで行なわれる。

【００３８】即ち、リリース用の開閉弁２９にあって
は、蒸発器９の下流側であって、キャビネットＣのすぐ
外の温度を測定する冷媒回路温度センサＳ２からの測定
信号に基づき断続的に開に制御される。また、冷媒回路
温度センサＳ２の測定温度が、外気温センサＳ１の測定
温度を下回った場合には閉に制御される。

【００３９】一方、第１の熱交換器３を挟んで設けられ
た上流側の第１の開閉弁２１にあっては、冷媒回路温度
センサＳ２の測定温度が、外気温センサＳ１の測定温度
より下回った場合に、所定時間、開に制御される。ま
た、冷媒回路温度センサＳ２の測定温度が、外気温セン
サＳ１の測定温度より下回った場合に、その温度が再び
外気温度を上回るまで、断続的に開に制御される。

【００４０】なお、図１において３１は電子膨張弁を示
しており、冷媒回路温度センサＳ２からの測定信号に基
づいて、冷媒の流量を制御することで、過熱度を最小限
に抑えると共に、負荷変動に追従する動作を迅速に行わ
せるものである。

【００４１】かかる冷蔵庫において、通常にあっては、
コンプレッサ１から吐出された冷媒は、並列回路１７を
構成する流路断面積の大きい冷媒流路１３に配置された
第１の熱交換器３，防露パイプ５，キャピラリーチュー
ブ７，蒸発器９を通り、再びコンプレッサ１に戻る冷凍
サイクルを構成し、蒸発器９において熱交換された冷気
は庫内へ送り込まれるようになっている。

【００４２】一方、低外気温時にあっては、第１，第２
の開閉弁２１，２３は閉となるため、冷媒は、並列回路
１７を構成する流量断面積の小さい冷媒流路１５を通る
ようになる。この時、少ない気泡で液冷媒を冷媒回路１
１へ送り出し、冷媒循環量を確保する。

【００４３】同時に、リリース回路２５を介して、第１
の熱交換器３及び冷媒流路１３中に残留する液冷媒が冷
媒回路１１へ戻る結果、適正な冷媒循環量が得られるよ
うになる。

【００４４】図４は並列回路１７の別の実施形態を示し
たものである。即ち、並列回路１７を構成する流路断面
積の小さい冷媒流路は、第１の熱交換器３のフィン３ａ
を貫通し、流路断面積の大きい冷媒流路１３とフィン３
ａを共有する構成とするものである。さらに、この第１
の熱交換器３には熱交換器温度センサＳ３が設けられて
いる。

【００４５】この場合、並列回路１７内、いずれか一方
の冷媒流路１３，１５を流れるようにするかは、共有す
る第１の凝縮器３の代表ポイントの温度を比較する所定
基準温度（例えば、１０℃）を設定し、代表ポイントの
温度が、所定基準温度以上では第１，第２の開閉弁２
１，２３を開とし、流路断面積の大きい冷媒流路１３を
選択する。また、所定基準温度以下では第１，第２の開
閉弁２１，２３を閉とし、流路断面積の小さい冷媒流路
１５を選択する。

【００４６】あるいは、共有する第１の凝縮器３の代表
ポイントの温度と外気温との温度差を比較する所定基準
温度（例えば、５ｄｅｇ）を設定し、温度差が、所定基
準温度以上では第１，第２の開閉弁２１，２３を開に作
動制御して流路断面積の大きい冷媒流路１３を選択す
る。また、所定基準温度以下では第１，第２の開閉弁２
１，２３を閉とし、流路断面積の小さい冷媒流路１５を
選択する。ここで、低外気温時に、停留する液冷媒を、
冷媒回路１１に戻すことが可能となり、適正な冷媒循環
量が得られるようになる。

【００４７】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、低外気温時にヒータ等の加熱手段を用いなくても、
停留した液冷媒を冷媒回路中に送り出すことができる。
したがって、低外気温時の最適な冷媒循環量の確保が可
能となり、効率のよい冷却が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる冷蔵庫の冷凍サイクルを示し
た回路図。

【図２】高圧側冷媒回路の一部に、並列回路を設けた拡
大説明図。

【図３】流路断面積の小さい冷媒流路に第２の熱交換器
を設けた図２と同様の拡大説明図。

【図４】流路断面積の小さい冷媒流路のフィンを、流路
断面積の大きい冷媒流路のフィンと共有する図２と同様
の拡大説明図。

【図５】スラグ流の説明図。

【図６】フロス流の説明図。

【図７】層状流の説明図。

【図８】圧力／エンタルピー線図。

【符号の説明】

１コンプレッサ３第１の熱交換器７キャピラリーチューブ１１冷媒回路１３冷媒流路１７並列回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンプレッサから吐出された冷媒が第１
の熱交換器、キャピラリーチューブ、蒸発器を通り、再
びコンプレッサに戻る冷凍サイクルを構成する冷媒回路
を備えた冷蔵庫において、前記第１の熱交換器が設けら
れた高圧側冷媒回路の一部に、流路断面積の異なる２つ
の冷媒流路によって並列回路を構成することを特徴とす
る冷蔵庫。
【請求項２】並列回路を構成する流路断面積の大きい
冷媒流路側の両端に第１の熱交換器を挟んで開閉弁を設
けることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】並列回路を構成する流路断面積の小さい
冷媒流路側に、第２の熱交換器を設けたことを特徴とす
る請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項４】並列回路を構成する流路断面積の小さい
冷媒流路は、第１の熱交換器のフィンを貫通し、流路断
面積の大きい冷媒流路とフィンを共有することを特徴と
する請求項１，２記載の冷蔵庫。
【請求項５】共有する第１の凝縮器の温度が、所定基
準温度以上では流路断面積の大きい冷媒流路を選択し、
所定基準温度以下では流路断面積の小さい冷媒流路を選
択することを特徴とする請求項４記載の冷蔵庫。
【請求項６】共有する第１の凝縮器の温度と外気温と
の温度差が、所定基準温度以上では流路断面積の大きい
冷媒流路を選択し、所定基準温度以下では流路断面積の
小さい冷媒流路を選択することを特徴とする請求項４記
載の冷蔵庫。
【請求項７】外気温が、所定基準温度以上では流路断
面積の大きい冷媒流路を選択し、所定基準温度以下では
流路断面積の小さい冷媒流路を選択することを特徴とす
る請求項２記載の冷蔵庫。
【請求項８】並列回路を構成する流路断面積の大きい
冷媒流路と低圧側冷媒回路との間にリリース回路を設け
たことを特徴とする請求項１，２記載の冷蔵庫。
【請求項９】リリース回路に、開閉弁を設けたことを
特徴とする請求項８記載の冷蔵庫。
【請求項１０】開閉弁は、リリース回路の動作中に所
定時間、開となることを特徴とする請求項９記載の冷蔵
庫。
【請求項１１】開閉弁は、蒸発器の出口側となる冷媒
回路温度に基づき、断続的に開となり、冷媒回路温度が
外気温を、下回った場合に、閉となることを特徴とする
請求項９記載の冷蔵庫。
【請求項１２】並列回路を構成する流路断面積の大き
い冷媒流路側の両端に第１の熱交換器を挟んで設けられ
た上流側の開閉弁は、冷媒回路温度が外気温を下回った
場合に、所定時間、開となることを特徴とする請求項２
記載の冷蔵庫。
【請求項１３】並列回路を構成する流路断面積の大き
い冷媒流路側の両端に第１の熱交換器を挟んで設けられ
た上流側の開閉弁は、冷媒回路温度が外気温を下回った
場合に、その温度が再び外気温度を上回るまで、断続的
に開となることを特徴とする請求項２記載の冷蔵庫。