(57)【要約】【課題】消費電力を削減できる冷凍冷蔵庫を提供する。【解決手段】貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室２と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室４と、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクル１０を運転する第１圧縮機１１と、第１冷凍サイクル１０の高温部に配される第１放熱器１２と、第１冷凍サイクル１０の低温部に配される第１蒸発器１４と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクル２０を運転する第２圧縮機２１と、第２冷凍サイクル２０の低温部に配される第２蒸発器２４と、第１冷凍サイクル１０の低温部と第２冷凍サイクル２０の高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器３１とを備え、第１蒸発器１４により冷蔵室２を冷却するとともに、第２蒸発器２４により冷凍室４を冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室と、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷蔵室を冷却する第１蒸発器と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部よりも低温に維持される第２冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷凍室を冷却する第２蒸発器と、第１冷凍サイクルの低温部と第２冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器と、前記中間熱交換器の第１冷凍サイクル側に配されるとともに第１冷媒の気液を分離してガス冷媒を吐出するレシーバとを備えたことを特徴とする冷凍冷蔵庫。
【請求項２】
前記中間熱交換器は第１冷凍サイクルの上流側と第２冷凍サイクルの下流側とが熱交換し、第１冷凍サイクルの下流側と第２冷凍サイクルの上流側とが熱交換することを特徴とする請求項１に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項３】
前記中間熱交換器は、第１冷凍サイクルの前記レシーバよりも上流で第２冷媒から主に潜熱を奪って第１冷媒に潜熱を与える潜熱熱交換部と、第１冷凍サイクルの前記レシーバよりも下流で第２冷媒から主に顕熱を奪って第１冷媒に顕熱を与える顕熱熱交換部とを有することを特徴とする請求項２に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項４】
第１、第２冷凍サイクルの高温部にそれぞれ配される第１、第２放熱器を備え、前記中間熱交換器を第２放熱器の後段に配置したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項５】
第２蒸発器から流出した第２冷媒が前記中間熱交換器から流出した第２冷媒との間で熱交換を行った後、第１放熱器から流出した第１冷媒との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項４に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項６】
第１、第２冷媒がイソブタンから成ることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項７】
第１冷媒の沸点が第２冷媒の沸点よりも高いことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項８】
第１冷媒がイソブタンから成るとともに、第２冷媒がプロパンまたは二酸化炭素から成ることを特徴とする請求項７に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項９】
第１、第２冷却室と、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部に配されて第１冷却室を冷却する第１蒸発器と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部よりも低温に維持される第２冷凍サイクルの低温部に配されて第２冷却室を冷却する第２蒸発器と、第１冷凍サイクルの低温部と第２冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器と、前記中間熱交換器の第１冷凍サイクル側に配されるとともに第１冷媒の気液を分離してガス冷媒を吐出するレシーバとを備えたことを特徴とする冷却庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵室及び冷凍室をそれぞれ冷却する第１、第２蒸発器を備えた冷凍冷蔵庫に関する。また、温度の異なる第１、第２冷却室を備えた冷却庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍冷蔵庫は圧縮機により運転される単一の冷凍サイクルの低温部に蒸発器が配される。蒸発器は冷凍室の背後等に設置され、蒸発器と熱交換した冷気が冷蔵室及び冷凍室に送出される。これにより、冷蔵室及び冷凍室が冷却される。
【０００３】
特許文献１、２には第１、第２圧縮機によりそれぞれ運転される第１、第２冷凍サイクルを有した二元冷凍サイクルが開示される。二元冷凍サイクルには第１冷凍サイクルの低温部と第２冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器が設けられる。また、第２冷凍サイクルの低温部に蒸発器が配される。
【０００４】
第１圧縮機の駆動によって第１冷凍サイクルの低温部の中間熱交換器が低温に維持される。第２圧縮機の駆動によって第２冷凍サイクルの冷媒が中間熱交換器で放熱して凝縮され、第２冷凍サイクルの低温部の蒸発器は中間熱交換器よりも更に低温に維持される。従って、蒸発器と熱交換した極低温の冷気を貯蔵室に供給することができる。
【０００５】
また、特許文献２の二元冷凍サイクルの第２冷凍サイクルには中間熱交換器の後段にレシーバが設けられる。レシーバは第２冷凍サイクルの中間熱交換器から流出した冷媒の気液分離を行い、液冷媒を吐出する。これにより、蒸発器に流入する冷媒に含まれる気泡を低減して冷媒の循環量を確保し、冷却能力の低下を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７９０１４号公報（第２頁−第８頁、第１図）
【特許文献２】実開平５−３６２５８号公報（第５頁−第６頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の冷凍冷蔵庫に搭載する単一の冷凍サイクルは、冷却器を担う蒸発器が温度帯の違う冷凍室と冷蔵室を同時に冷却する構成になっている。このため、例えば−２０℃の冷凍室温度を維持するために蒸発器の蒸発温度を−２０℃以下にして−２０℃以下の冷気を冷凍室に循環させる必要がある。この時、例えば０〜５℃に維持される冷蔵室も同時に−２０℃以下の冷気で冷却されることになる。
【０００８】
しかし、０〜５℃に維持される冷蔵室の冷却には−２０℃以下の冷気を必要とせず、冷蔵室の設定温度より数度低い冷気でも十分冷却が可能である。同じ冷気量を生成する際に、冷気の温度が低いほど必要な電力等のエネルギーが多くなる。従って、冷蔵室と蒸発器との温度差が大きいため冷凍サイクルのＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が低くなり、冷凍冷蔵庫の消費電力が大きい問題があった。
【０００９】
また、特許文献１、２の二元冷凍サイクルを冷凍冷蔵庫に搭載した場合も同様に、蒸発器が極低温に維持されるため冷蔵室と蒸発器との温度差が大きくなる。
【００１０】
本発明は、消費電力を削減できる冷凍冷蔵庫及び冷却庫を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の冷凍冷蔵庫は、貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室と、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷蔵室を冷却する第１蒸発器と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部よりも低温に維持される第２冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷凍室を冷却する第２蒸発器と、第１冷凍サイクルの低温部と第２冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器と、前記中間熱交換器の第１冷凍サイクル側に配されるとともに第１冷媒の気液を分離してガス冷媒を吐出するレシーバとを備えたことを特徴としている。
【００１２】
この構成によると、第１、第２圧縮機によって第１、第２冷凍サイクルが運転され、第１、第２冷媒がそれぞれ流通して第１、第２冷凍サイクルの低温部及び高温部が形成される。第１冷凍サイクルの低温部の第１蒸発器及び中間熱交換器には低温低圧の第１冷媒が流入し、第１蒸発器により降温された冷気によって冷蔵室が冷却される。第２冷凍サイクルの高温部は高温高圧の第２冷媒が流入して中間熱交換器により吸熱されて放熱する。第２冷凍サイクルの低温部の第２蒸発器には低温低圧の第２冷媒が流入し、第２蒸発器により降温された冷気によって冷凍室が冷却される。中間熱交換器に流入する第１冷媒は気液混合状態で第２冷媒と熱交換した後、レシーバにより分離されたガス状態の第１冷媒が第２冷媒と熱交換して吸熱する。
【００１３】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記中間熱交換器は第１冷凍サイクルの上流側と第２冷凍サイクルの下流側とが熱交換し、第１冷凍サイクルの下流側と第２冷凍サイクルの上流側とが熱交換することを特徴としている。この構成によると、中間熱交換器に流入する気液混合状態の第１冷媒は、中間熱交換器で放熱された第２冷媒と熱交換する。レシーバを通過したガス状態の第１冷媒は、中間熱交換器に流入した高温の第２冷媒と熱交換する。
【００１４】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記中間熱交換器は、第１冷凍サイクルの前記レシーバよりも上流で第２冷媒から主に潜熱を奪って第１冷媒に潜熱を与える潜熱熱交換部と、第１冷凍サイクルの前記レシーバよりも下流で第２冷媒から主に顕熱を奪って第１冷媒に顕熱を与える顕熱熱交換部とを有することを特徴としている。この構成によると、中間熱交換器に流入する気液混合状態の第１冷媒は第２冷媒の凝縮熱（潜熱）を奪って気化する。レシーバを通過したガス状態の第１冷媒は高温の第２冷媒の顕熱を奪って昇温する。
【００１５】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１、第２冷凍サイクルの高温部にそれぞれ配される第１、第２放熱器を備え、前記中間熱交換器を第２放熱器の後段に配置したことを特徴としている。この構成によると、第１圧縮機の駆動により第１冷媒は第１放熱器で放熱した後に低温部の第１蒸発器及び中間熱交換器を流通する。第２圧縮機の駆動により第２冷媒は第２放熱器で放熱して降温された後に中間熱交換器に流入して第１冷媒と熱交換する。
【００１６】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第２蒸発器から流出した第２冷媒が前記中間熱交換器から流出した第２冷媒との間で熱交換を行った後、第１放熱器から流出した第１冷媒との間で熱交換を行うことを特徴としている。この構成によると、中間熱交換器から流出した第２冷媒は第２蒸発器から流出した低温の第２冷媒により吸熱されてエンタルピーが低下する。また、第１放熱器から流出した第１冷媒は第２蒸発器から流出した低温の第２冷媒により吸熱されてエンタルピーが低下する。これにより、冷却能力の高い第１、第２冷媒が第１、第２蒸発器に流入する。
【００１７】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１、第２冷媒がイソブタンから成ることを特徴としている。
【００１８】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１冷媒の沸点が第２冷媒の沸点よりも高いことを特徴としている。
【００１９】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１冷媒がイソブタンから成るとともに、第２冷媒がプロパンまたは二酸化炭素から成ることを特徴としている。
【００２０】
また本発明の冷却庫は、第１、第２冷却室と、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部に配されて第１冷却室を冷却する第１蒸発器と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部よりも低温に維持される第２冷凍サイクルの低温部に配されて第２冷却室を冷却する第２蒸発器と、第１冷凍サイクルの低温部と第２冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器と、前記中間熱交換器の第１冷凍サイクル側に配されるとともに第１冷媒の気液を分離してガス冷媒を吐出するレシーバとを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、第１圧縮機により運転される第１冷凍サイクルの低温部と第２圧縮機により運転される第２冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器を設けた二元冷凍サイクル式の冷凍冷蔵庫において、第１冷凍サイクルに設けた第１蒸発器により冷蔵室を冷却して第２冷凍サイクルに設けた第２蒸発器により冷凍室を冷却する。このため、第１蒸発器と冷蔵室との温度差を小さくでき、第１、第２圧縮機を高い効率で運転することができる。従って、冷凍サイクルのＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が向上し、冷凍冷蔵庫の消費電力を削減することができる。
【００２２】
また、中間熱交換器の第１冷凍サイクル側にレシーバを設けたので、冷凍冷蔵庫の熱負荷が変動してもガス冷媒の第１冷媒が第２冷媒と熱交換する。これにより、第１冷媒が確実に昇温して第１圧縮機に送られ、中間熱交換器の能力を維持することができる。加えて、レシーバから流出したガス冷媒の第１冷媒が吸熱して昇温された後に第１圧縮機に流入するため、冷熱損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫を示す側面断面図
【図２】本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図
【図３】本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルの中間熱交換器の詳細を示す図
【図４】本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫のＰ−Ｈ線図
【図５】容積式圧縮機の断熱圧縮効率と圧縮比との関係を示す図
【図６】本発明の実施形態の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルの中間熱交換器の位置と温度との関係を示す図
【図７】比較例の冷凍サイクルを示す図
【図８】比較例の冷凍サイクルの中間熱交換器の位置と温度との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の冷凍冷蔵庫を示す側面断面図である。冷凍冷蔵庫１は上部に貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室２が配される。冷蔵室２の下方には冷蔵室２よりも高温で野菜の保存に適した温度に維持される野菜室３が設けられる。冷凍冷蔵庫１の下部には貯蔵物を冷凍保存する冷凍室４が配される。冷蔵室２の前面は回動式の断熱扉２ａにより開閉される。野菜室３及び冷凍室４の前面はそれぞれ収納ケース３ｂ、４ｂと一体の引き出し式の断熱扉３ａ、４ａにより開閉される。
【００２５】
冷凍室４の後方には機械室５が設けられる。機械室５内には詳細を後述する第１、第２冷凍サイクル１０、２０（図２参照）をそれぞれ運転する第１、第２圧縮機１１、２１が配される。冷蔵室２の背面には第１圧縮機１１に接続される第１蒸発器１４が配され、第１蒸発器１４の上方には冷蔵室送風機１５が配される。冷凍室４の背面には第２圧縮機２１に接続される第２蒸発器２４が配され、第２蒸発器２４の上方には冷凍室送風機２５が配される。
【００２６】
第１蒸発器１４と熱交換して冷却された冷気は冷蔵室送風機１５により冷蔵室２に吐出される。該冷気は冷蔵室２内を流通し、冷蔵室２に連通する野菜室３に流入する。野菜室３に流入した冷気は野菜室３内を流通し、第１蒸発器１４に戻る。これにより、冷蔵室２及び野菜室３が冷却される。第２蒸発器２４と熱交換して冷却された冷気は冷凍室送風機２５により冷凍室４に吐出される。冷凍室４に吐出された冷気は冷凍室４内を流通し、第２蒸発器２４に戻る。これにより、冷凍室４が冷却される。
【００２７】
図２は冷凍冷蔵庫１の冷凍サイクルを示している。冷凍冷蔵庫１の冷凍サイクル３０は第１、第２冷凍サイクル１０、２０が中間熱交換器３１により連結されたカスケード式の二元冷凍サイクルになっている。即ち、第１冷凍サイクル１０が高温サイクルを形成して第２冷凍サイクル２０が低温サイクルを形成する。そして、中間熱交換器３１によって第１冷凍サイクル１０の低温部と第２冷凍サイクル２０の高温部との間で熱交換が行われる。これにより、第２冷凍サイクル２０の低温部を第１冷凍サイクル１０の低温部よりも低温に維持する。
【００２８】
第１圧縮機１１により運転される第１冷凍サイクル１０は冷媒管１６により接続される第１放熱器１２、第１減圧装置１３、第１蒸発器１４を有している。冷媒管１６内にはイソブタン等の第１冷媒が矢印Ｓ１の方向に流通する。即ち、第１冷媒は第１圧縮機１１、第１放熱器１２、第１減圧装置１３、第１蒸発器１４、中間熱交換器３１、第１圧縮機１１の順に通って循環する。尚、中間熱交換器３１の第１冷凍サイクル１０側には気液を分離し、液冷媒を貯溜してガス冷媒を吐出する第１レシーバ１７が設けられる。第１レシーバ１７により第１圧縮機１１への液冷媒の流入が防止される。
【００２９】
第２圧縮機２１により運転される第２冷凍サイクル２０は冷媒管２６により接続される第２放熱器２２、第２減圧装置２３、第２蒸発器２４を有している。冷媒管２６内にはイソブタン等の第２冷媒が矢印Ｓ２の方向に流通する。即ち、第２冷媒が第２圧縮機２１、第２放熱器２２、中間熱交換器３１、第２減圧装置２３、第２蒸発器２４、第２圧縮機２１の順に通って循環する。尚、第２蒸発器２４の下流には気液を分離し、液冷媒を貯溜してガス冷媒を吐出する第２レシーバ２７が設けられる。第２レシーバ２７により第２圧縮機２１への液冷媒の流入が防止される。
【００３０】
図２は中間熱交換器３１の詳細を示す図である。中間熱交換器３１は第１冷凍サイクル１０に設けた熱交換部３１ａ、３１ｂと第２冷凍サイクル２０に設けた熱交換部３１ｃ、３１ｄとを隣接し、互いに壁面を介して熱交換可能に形成される。熱交換部３１ａは第１蒸発器１４の後段に配され、熱交換部３１ｄは第２放熱器２２の後段に配される。
【００３１】
中間熱交換器３１の第１冷凍サイクル１０側には第１レシーバ１７の上流及び下流にそれぞれ熱交換部３１ａ、３１ｂが設けられる。これにより、熱交換部３１ａは気液混合した第１冷媒が気化熱（潜熱）を与えられて気化し、熱交換部３１ｂはガス状態の第１冷媒が顕熱を与えられて昇温する。
【００３２】
第１冷凍サイクル１の上流側の熱交換部３１ａは第２冷凍サイクル２０の下流側の熱交換部３１ｃと隣接して熱交換する。また、第１冷凍サイクル１の下流側の熱交換部３１ｂは第２冷凍サイクル２０の上流側の熱交換部３１ｄと隣接して熱交換する。この時、熱交換部３１ｄが高温の第２冷媒から主に顕熱を放出し、熱交換部３１ｄで降温した第２冷媒が熱交換部３１ｃで主に凝縮熱（潜熱）を放出するように熱交換部３１ｃ、３１ｄの長さが設定される。従って、熱交換部３１ａ、３１ｃは第２冷媒の潜熱を第１冷媒の潜熱として与える潜熱熱交換部を構成し、熱交換部３１ｂ、３１ｄは第２冷媒の顕熱を第１冷媒の顕熱として与える顕熱熱交換部を構成する。
【００３３】
また、第１、第２冷凍サイクル１０、２０には、第１、第２内部熱交換器３２、３３が設けられる。第１内部熱交換器３２は第１冷凍サイクル１０に設けた熱交換部３２ａと第２冷凍サイクル２０に設けた熱交換部３２ｂとを隣接し、互いに壁面を介して熱交換可能に形成される。
【００３４】
第２内部熱交換器３３は中間熱交換器３１の後段に配された熱交換部３３ａと第２蒸発器２４の後段に配された熱交換部３３ｂとを隣接し、互いに壁面を介して熱交換可能に形成される。熱交換部３３ａは中間熱交換器３１から流出して第２蒸発器に流入する前の第２冷媒が流通し、熱交換部３３ｂは第２蒸発器２４を流出した後の第２冷媒が流通する。第２減圧装置２３がキャピラリチューブから成る場合は熱交換部３３ａを第２減圧装置２３と兼ねてもよい。
【００３５】
第１内部熱交換器３２の熱交換部３２ａは第１放熱器１２の後段に配され、第１蒸発器１４に流入する前の第１冷媒が流通する。熱交換部３２ｂは第２内部熱交換器３３の熱交換部３３ｂの後段に配され、第２内部熱交換器３３を流出した後の第２冷媒が流通する。第１減圧装置１３がキャピラリチューブから成る場合は熱交換部３２ａを第１減圧装置１３と兼ねてもよい。
【００３６】
上記構成の冷凍冷蔵庫１において、第１、第２圧縮機１１、２１の駆動によって冷媒管１６、２６をそれぞれ第１、第２冷媒が流通する。第１、第２圧縮機１１、２１は第１、第２冷媒を圧縮して高温高圧にし、第１、第２減圧装置１３、２３は第１、第２冷媒を減圧、膨張して低温低圧にする。
【００３７】
従って、第１、第２冷媒が第１、第２圧縮機１１、２１を流出して第１、第２減圧装置１３、２３に流入するまでの間は第１、第２冷凍サイクル１０、２０の高温部となる。第１、第２冷媒が第１、第２減圧装置１３、２３を流出して第１、第２圧縮機１１、２１に流入するまでの間は第１、第２冷凍サイクル１０、２０の低温部となる。
【００３８】
第１圧縮機１１で圧縮された高温高圧の第１冷媒は第１放熱器１２で周囲空気に熱を奪われて凝縮する。第１放熱器１２で液化した第１冷媒は第１内部熱交換器３２で第２冷凍サイクル２０の低温部の第２冷媒に熱を奪われて更に降温される。第１内部熱交換器３２で冷却されて過冷却度が大きくなった液体状態の第１冷媒は第１減圧装置１３に流入する。第１冷媒は第１減圧装置１３で減圧、膨張し、乾き度が低い低温の湿り蒸気となる。
【００３９】
低温の湿り蒸気となった第１冷媒は第１蒸発器１４に流入し、冷蔵室２の冷気から熱を奪って蒸発して更に乾き度の高い湿り蒸気となる。第１蒸発器１４から流出した湿り蒸気状態の第１冷媒は中間熱交換器３１の熱交換部３１ａに流入する。第１冷媒は熱交換部３１ａで熱交換部３１ｃの第２冷媒の潜熱を奪いながら気化して第１レシーバ１７に流入する。
【００４０】
第１レシーバ１７に流入した第１冷媒は気液分離され、液冷媒を貯溜してガス冷媒が吐出される。第１レシーバ１７から吐出されたガス状態の第１冷媒は熱交換部３１ｂで熱交換部３１ｄの主に顕熱を奪いながら昇温して過熱蒸気となる。過熱蒸気となった第１冷媒は第１圧縮機１１に戻る。これにより、第１冷媒が循環して第１冷凍サイクル１０が運転される。
【００４１】
第２圧縮機２１で圧縮された高温高圧の第２冷媒は第２放熱器２２で周囲空気に熱を奪われる。第２放熱器２２で降温された第２冷媒は中間熱交換器３１の熱交換部３１ｄに流入する。熱交換部３１ｄに流入した第２冷媒は熱交換部３１ｂの第１冷媒に主に顕熱を奪われて更に冷却される。降温されたガス状態の第２冷媒は熱交換部３１ｃに流入し、熱交換部３１ａの第１冷媒に主に潜熱を奪われて凝縮する。凝縮した第２冷媒は第２内部熱交換器３３で第２冷凍サイクル２０の低温部の第２冷媒に熱を奪われて更に降温される。
【００４２】
第２内部熱交換器３３で冷却されて過冷却度が大きくなった液体状態の第２冷媒は第２減圧装置２３に流入する。第２冷媒は第２減圧装置２３で減圧、膨張し、低温の湿り蒸気となる。低温の湿り蒸気となった第２冷媒は第２蒸発器２４に流入し、冷凍室４の冷気から熱を奪って蒸発して湿り蒸気となる。
【００４３】
第２蒸発器２４から流出した湿り蒸気状態の第２冷媒は第２内部熱交換器３３及び第１内部熱交換器３２に導かれ、高温の第２冷媒及び第１冷媒から熱を奪って過熱蒸気となる。過熱蒸気となった第２冷媒は第２圧縮機２１に戻る。これにより、第２冷媒が循環して第２冷凍サイクル２０が運転される。
【００４４】
尚、第２圧縮機２１は第１圧縮機１１の駆動後に中間熱交換器３１の温度が低下した後に駆動される。そして、冷蔵室２及び冷凍室４の温度や、中間熱交換器３１の熱交換部３１ａ、３１ｂと熱交換部３１ｃ、３１ｄとの温度差を監視する。これらが所定値になるようにインバータ制御によって第１、第２圧縮機１１、２１の回転数が制御される。
【００４５】
図４は冷凍サイクル３０の圧力−エンタルピー線図（Ｐ−Ｈ線図）を示している。縦軸は圧力を示し、横軸はエンタルピーを示している。また、図中、各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｅ’、Ｆ、ａ、ｂ、ｂ’、ｂ”ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、図２に示す冷凍サイクルの各点と対応している。
【００４６】
第１冷凍サイクル１０（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｅ’−Ｆ−Ａ）の場合、Ａ−Ｂは第１圧縮機１１における過程を表わしている。Ｂ−Ｃは第１放熱器１２における過程を表わしている。Ｃ−Ｄは第１内部熱交換器３２の熱交換部３２ａにおける過程を表わしている。Ｄ−Ｅは第１減圧装置１３における過程を表わしている。Ｅ−Ｅ’は第１蒸発器１４における過程を表わしている。Ｅ’−Ｆは中間熱交換器３１の熱交換部３１ａにおける過程を表している。Ｆ−Ａは中間熱交換器３１の熱交換部３１ｂにおける過程を表している。
【００４７】
第２冷凍サイクル２０（ａ−ｂ−ｂ’−ｂ”−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ−ａ）の場合も同様であり、ａ−ｂは第２圧縮機２１における過程を表わしている。ｂ−ｂ’は第２放熱器２２における過程を表わしている。ｂ’−ｂ”は中間熱交換器３１の熱交換部３１ｄにおける過程を表している。ｂ”−ｃは中間熱交換器３１の熱交換部３１ｃにおける過程を表している。ｃ−ｄは第２内部熱交換器３３の熱交換部３３ａにおける過程を表わしている。ｄ−ｅは第２減圧装置２３における過程を表わしている。ｅ−ｆは第２蒸発器２４における過程を表わしている。ｆ−ａは第２内部熱交換器３３の熱交換部３３ｂ及び第１内部熱交換器３２の熱交換部３２ｂにおける過程を表わしている。
【００４８】
第１、第２冷凍サイクル１０、２０が同じ冷媒（例えば、イソブタン）が封入されているため、Ｐ−Ｈ線図上で第１、第２冷凍サイクル１０、２０の温度関係や圧力関係が分りやすくなっている。例えば、第１冷凍サイクル１０のＡ点の圧力ＰＡは第２冷凍サイクル２０のｂ点の圧力Ｐｂよりも若干低くなっている。これは、第１冷凍サイクル１０が第２冷凍サイクル２０から熱を奪うためである。
【００４９】
従来の単一の冷凍サイクルの場合には冷凍室４が同じ設定温度であれば、冷蔵室２及び冷凍室４をそれぞれ冷却する第１、第２蒸発器の蒸発温度は図４のｅ−ｆで表されている程度となる。これに対して、本実施形態の冷蔵室２を冷却する第１蒸発器１４の蒸発温度は図４のＥ−Ｅ’で表わされる。冷媒の湿り蒸気の領域においては圧力Ｐが高いほど温度も高いので、第１蒸発器１４の蒸発温度が単一の冷凍サイクルの場合よりも高くなる。
【００５０】
これにより、従来の単一の冷凍サイクルの場合に、例えば２０℃であった第１蒸発器１４と冷蔵室２との温度差を、例えば５℃以下に格段に小さくすることができる。従って、冷蔵室２の冷却に無駄なエネルギーを使うことなく、効率の高い冷凍冷蔵庫１を提供できる。
【００５１】
また、従来の単一の冷凍サイクルの場合に同じ温度設定条件であれば、凝縮圧力がＢ点の圧力ＰＢとなり、蒸発圧力はａ点の圧力Ｐａとなる。このため、圧縮機の圧縮比はＰＢ／Ｐａとなる。一方、本実施形態では第１冷凍サイクル１０の圧縮比がＰＢ／ＰＡとなり、第２冷凍サイクル２０の圧縮比がＰｂ／Ｐａとなる。このため、いずれも単一の冷凍サイクルの圧縮比よりも小さくなる。
【００５２】
図５はASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers アメリカ暖房冷凍空調学会)の "Guide and Data Book" （1961,p498）による容積式圧縮機の断熱圧縮効率と圧縮比との関係を示している。縦軸は断熱圧縮効率を示し、横軸は圧縮比を示している。尚、現在通常の冷凍冷蔵庫に使われている圧縮機の殆どが容積式である。冷媒がＲ１２とＲ２２の実験データではあるが、他の冷媒でも同じ傾向があると言える。同図によると、圧縮機の圧縮比が小さいほど、圧縮機の断熱圧縮効率が高くなる。
【００５３】
周囲温度が２５℃、冷蔵室２の温度が３℃、冷凍室４の温度が−１８℃、第１、第２冷媒が通常よく使用されるイソブタンの場合に、従来の単一の冷凍サイクルの圧縮比は約８程度である。これに対して、第１、第２冷凍サイクル１０、２０の圧縮比はそれぞれ２〜３程度となる。従って、従来よりも第１、第２冷凍サイクル１０、２０の圧縮比がいずれも小さいため、第１、第２圧縮機１１、２１を高い効率で作動できる。
【００５４】
図６は中間熱交換器３１の位置と温度との関係を示す図である。比較のため、図７に示す冷凍サイクル３０’の中間熱交換器３１の位置と温度との関係を図８に示す。比較例の冷凍サイクル３０’は第１レシーバ１７を中間熱交換器３１の後段に配している。その他の部分は前述の図２に示す冷凍サイクル３０と同一である。尚、図６、図８において縦軸は温度を示し、横軸は中間熱交換器３１の位置を示している。図中、各点Ａ、Ｆ、Ｅ’、ｂ’、ｂ”、ｃは、図２、図７に示す冷凍サイクル３０、３０’の各点と対応している。
【００５５】
比較例の中間熱交換器３１の第２冷凍サイクル２０側では第２冷媒が熱交換部３１ｄ（ｂ’−ｂ”）で放熱され、熱交換部３１ｃ（ｂ”−ｃ）で凝縮される。また、中間熱交換器３１の第１冷凍サイクル１０側では第１冷媒が熱交換部３１ａ（Ｅ’−Ｆ）で蒸発し、熱交換部３１ｂ（Ｆ−Ａ）でも蒸発する。
【００５６】
このため、熱交換部３１ｂでの第１、第２冷媒の温度差が大きくなり、熱交換による損失が大きい。また、第１レシーバー１７から流出したガス冷媒の第１冷媒が第２冷凍サイクル２０から吸熱しないため、蒸発温度のまま第１圧縮機１に流入する。従って、冷熱損失が生じやすくなる。
【００５７】
これに対して、本実施形態の中間熱交換器３１の第１冷凍サイクル１０側では第１冷媒が熱交換部３１ａ（Ｅ’−Ｆ）で蒸発し、熱交換部３１ｂ（Ｆ−Ａ）で吸熱される。このため、中間熱交換器３１において潜熱熱交換と顕熱熱交換がそれぞれマッチングして行われる。従って、熱交換に要する温度差を最小限まで抑えることができ、熱交換による有効エネルギーの損失を低減することができる。また、第１冷媒が吸熱して昇温された後に第１圧縮機１１に流入するため冷熱損失を低減することができる。
【００５８】
本実施形態によると、第１圧縮機１１により運転される第１冷凍サイクル１０の低温部と第２圧縮機２１により運転される第２冷凍サイクル２０の高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器３１を設けた二元冷凍サイクル式の冷凍冷蔵庫１において、第１冷凍サイクル１０に設けた第１蒸発器１４により冷蔵室２を冷却して第２冷凍サイクル２０に設けた第２蒸発器２４により冷凍室４を冷却する。このため、第１蒸発器１４と冷蔵室２との温度差を小さくできるとともに、第１、第２圧縮機１１、２１を高い効率で運転することができる。従って、従来よりも冷凍サイクル３０のＣＯＰが向上し、冷凍冷蔵庫１の消費電力を削減することができる。
【００５９】
また、中間熱交換器３１の第１冷凍サイクル１０側に第１レシーバ１７を設けたので、冷凍冷蔵庫１の熱負荷が変動してもガス冷媒の第１冷媒が第２冷媒と熱交換する。これにより、第１冷媒が確実に昇温して第１圧縮機１１に送られ、中間熱交換器３１の能力を維持することができる。加えて、第１レシーバ１７から流出したガス冷媒の第１冷媒が吸熱して昇温された後に第１圧縮機１１に流入するため、冷熱損失を低減することができる。
【００６０】
また、中間熱交換器３１は第１冷凍サイクル１０の上流側の熱交換部３１ａと第２冷凍サイクル２０の下流側の熱交換部３１ｃとが熱交換し、第１冷凍サイクル１０の下流側の熱交換部３１ｂと第２冷凍サイクル２０の上流側の熱交換部３１ｄとが熱交換するので、第１レシーバ１７を流出したガス状態の第１冷媒が高温の第２冷媒と熱交換する。これにより、第２冷媒の放熱による顕熱は第１冷媒を昇温させる顕熱に用いられ、第１、第２冷媒の熱交換の温度差を小さくすることができる。従って、熱交換による有効エネルギーの損失を低減し、冷凍冷蔵庫１の消費電力をより削減することができる。
【００６１】
また、潜熱熱交換部（３１ａ、３１ｃ）で第１冷媒が第２冷媒から主に潜熱を奪い、顕熱熱交換部（３１ｂ、３１ｄ）で第１冷媒が第２冷媒から主に顕熱を奪うので、第１、第２冷媒の潜熱熱交換と顕熱熱交換がそれぞれマッチングして行われ、両者の温度差をより小さくすることができる。
【００６２】
また、第１、第２冷凍サイクル１０、２０の高温部にそれぞれ第１、第２放熱器１２、２２を設けたので、第１、第２冷凍サイクル１０、２０全体の放熱温度をより低くすることができる。従って、冷凍サイクル３０のＣＯＰが向上する。また、中間熱交換器３１を第２放熱器２２の後段に配置したので、中間熱交換器３１によって第１冷媒に熱を奪われる前に第２冷媒が第２放熱器２２を流通する。これにより、第２放熱器２２で熱交換して放熱した後の第２冷媒が中間熱交換器３１で冷却されるので、より効率的に熱交換を行うことができる。
【００６３】
また、第２内部熱交換器３３で第２蒸発器２４から流出した第２冷媒が中間熱交換器３１から流出した第２冷媒との間で熱交換を行った後、第１内部熱交換器３２で第１放熱器１２から流出した第１冷媒との間で熱交換を行うので、第１、第２蒸発器１４、２４に流入する第１、第２冷媒のエンタルピーを低下させることができる。従って、第１、第２蒸発器１４、２４に流入する第１、第２冷媒の冷却能力をさらに向上することができる。
【００６４】
本実施形態において、第１、第２冷媒にイソブタン等の同じ冷媒を用いて説明しているが、異なる冷媒を用いてもよい。この時、第１冷媒の沸点を第２冷媒の沸点よりも高くするとよい。これにより、第２冷媒が第１冷媒よりも蒸気密度が高くなり、第２冷凍サイクル２０の性能をより向上することができるのでさらに好ましい。
【００６５】
例えば、第１冷媒としてイソブタン（沸点−１２℃）を用い、第２冷媒としてプロパン（沸点−４０．０９℃）または二酸化炭素（沸点−７８．５℃）を用いると容易に実現することができる。これらの冷媒はいずれも自然界に大量に存在する物質を利用する自然冷媒である。従って、自然冷媒を用いる冷凍サイクルの冷却効率を高めることにより、冷凍冷蔵庫１の環境負荷のさらなる低減を実現することができる。
【００６６】
尚、室内温度の異なる第１、第２冷却室にそれぞれ第１、第２蒸発器１４、２４を配置する二元式の冷凍サイクルを備えた冷却庫であればどのようなものにも同様に適用が可能である。即ち、家庭用の冷凍冷蔵庫１を中心とする冷凍サイクル応用機器に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によると、冷蔵室及び冷凍室をそれぞれ冷却する第１、第２蒸発器を備えた冷凍冷蔵庫に利用することができる。また、温度の異なる第１、第２冷却室をそれぞれ冷却する第１、第２蒸発器を備えた冷却庫に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１    冷凍冷蔵庫
２    冷蔵室
３    野菜室
４    冷凍室
１０    第１冷凍サイクル
１１    第１圧縮機
１２    第１放熱器
１３    第１減圧装置
１４    第１蒸発器
１５    冷蔵室送風機
１６、２６  冷媒管
１７    第１レシーバ
２０    第２冷凍サイクル
２１    第２圧縮機
２２    第２放熱器
２３    第２減圧装置
２４    第２蒸発器
２５    冷凍室送風機
２７    第２レシーバ
３０、３０’  冷凍サイクル
３１    中間熱交換器
３１ａ、３１ｃ  熱交換部（潜熱熱交換部）
３１ｂ、３１ｄ  熱交換部（顕熱熱交換部）
３２    第１内部熱交換器
３３    第２内部熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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