(57)【要約】【課題】  異なる温度帯で機能する複数の吸熱手段を備える場合にも、効率的に冷媒回収運転を行うことが可能な冷凍装置及びこの冷凍装置を備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。【解決手段】  冷凍装置３０は、圧縮機１、放熱器２、膨張弁３及び気液分離器４と、この気液分離器４からの液冷媒が流通する第１の吸熱手段１０と、第２の吸熱手段１１と、を備え、冷凍運転が終了した後、第１の吸熱手段１０への冷媒の流通を停止した状態で、第２の吸熱手段１１への冷媒の流通を停止すると共に、圧縮機１を運転して、吸熱器５８に貯留されている冷媒を回収し、気液分離器４に送って溜める冷媒回収運転を行うことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続される第１の減圧手段と、この第１の減圧手段の出口側に接続される気液分離器と、この気液分離器からの液冷媒が流通する第２の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ且つ第３の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、
前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、
前記第１の吸熱手段よりも前記第２の吸熱手段の方が低い温度帯で機能し、
前記第１の吸熱手段を機能させる第１の冷却運転と、前記第２の吸熱手段を機能させる第２の冷却運転と、が切り換え可能に構成され、
前記第２の冷却運転が終了した後、前記第１の吸熱手段への冷媒の流通を停止した状態で、前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を停止すると共に、前記圧縮機を運転して、前記第２の吸熱器に貯留されている冷媒を回収して前記気液分離器に溜める冷媒回収運転を行う制御手段を備えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記第２の吸熱器に送風するための送風手段を備え、
前記冷媒回収運転時に前記送風手段を運転することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記圧縮機は中間圧部を有し、
前記気液分離器で分離されるガス冷媒を前記中間圧部に導入可能な冷媒配管を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転されている場合には、前記第２の吸熱器から回収した冷媒を気液分離器に溜め、
前記冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転されていない場合には、前記第２の吸熱器から回収した冷媒を前記気液分離器及び／又は前記放熱器に溜めることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記放熱器には、この放熱器に送風するための送風手段が近接配置され、
前記第２の吸熱器から回収した冷媒を前記放熱器に溜める時に前記送風手段を運転することを特徴とする請求項５に記載の冷凍装置。
【請求項７】
圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続される第１の減圧手段と、この第１の減圧手段の出口側に接続される気液分離器と、この気液分離器からの液冷媒が流通する第２の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ且つ第３の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、
前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、
前記第１の吸熱手段よりも前記第２の吸熱手段の方が低い温度帯で機能し、
前記第１の吸熱手段を機能させる第１の冷却運転と、前記第２の吸熱手段を機能させる第２の冷却運転と、が切り換え可能に構成されてなり、
前記第１の冷却運転を開始する前に、前記第１の吸熱手段への冷媒の流通を許容し、前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を停止すると共に、前記第１の冷却運転又は前記第２の冷却運転時よりも高周波数で前記圧縮機を運転することを特徴とする冷凍装置。
【請求項８】
圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続される第１の減圧手段と、この第１の減圧手段の出口側に接続される気液分離器と、この気液分離器からの液冷媒が流通する第２の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ且つ第３の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、
前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、
前記第１の吸熱手段よりも前記第２の吸熱手段の方が低い温度帯で機能し、
前記第１の吸熱手段を機能させる第１の冷却運転と、前記第２の吸熱手段を機能させる第２の冷却運転と、が切り換え可能に構成されてなり、
前記第１の冷却運転を開始する前に、前記第１の吸熱手段への冷媒の流通を許容し、前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を停止すると共に、前記第１の冷却運転又は前記第２の冷却運転時よりも高周波数で前記圧縮機を運転して、前記第２の吸熱器に貯留されている冷媒を回収して前記気液分離器に送って溜める冷媒回収運転を行うことを特徴とする冷凍装置。
【請求項９】
前記第２の吸熱器に送風するための送風手段を備え、
前記圧縮機を高周波数で運転する場合に、前記送風手段を運転することを特徴とする請求項７又は請求項８のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項１０】
冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍装置を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項１２】
冷蔵室と、この冷蔵室よりも低い温度で運転される冷凍室と、を備え、
前記第１の吸熱手段により前記冷蔵室を冷却し、前記第２の吸熱手段により前記冷凍室を冷却することを特徴とする請求項１１に記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる温度帯で機能する複数の吸熱手段を備える冷凍装置及びこの冷凍装置を備える冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる温度帯で機能する複数の吸熱手段を備える冷凍装置として、例えば、冷蔵用吸熱手段とこの冷蔵用吸熱手段よりも低温で機能する冷凍用吸熱手段とを有し、夫々の吸熱手段を機能させて冷凍運転及び冷蔵運転を行う冷蔵庫が知られている。しかしながら、このような冷蔵庫では、例えば冷凍運転中に冷凍用吸熱手段の吸熱器に冷媒が溜まってしまい、その後冷蔵運転を行う場合に、冷凍サイクル中の冷媒量が不安定になる、という問題があった。
【０００３】
特許文献１には、上記の如き冷蔵用吸熱手段と冷凍用吸熱手段とを備える冷蔵庫において、冷凍サイクル中の冷媒循環量を正しく制御し且つ冷媒挙動遅れを低減させる方法として、冷凍運転終了後に冷凍用吸熱手段への冷媒の流入を遮断しながら圧縮機を運転し、且つ放熱器用ファンを運転して、冷凍用吸熱器からの冷媒を回収して、当該回収した冷媒を放熱器に送り凝縮させる冷媒回収運転を行うこと、が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２２１５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の如き冷凍装置では、冷媒回収運転時、放熱器に送られる冷媒を凝縮させるために放熱器用ファンを運転する必要があり消費電力や冷凍装置運転音が増加する場合がある、若しくは高圧側回路が超臨界圧力となるような冷凍装置では放熱器内で冷媒を凝縮させることができない、などの問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、異なる温度帯で機能する複数の吸熱手段を備える場合にも、効率的に冷媒回収運転を行うことが可能な冷凍装置及びこの冷凍装置を備えた冷蔵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】
【０００６】
本発明の冷凍装置は、圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続される第１の減圧手段と、この第１の減圧手段の出口側に接続される気液分離器と、この気液分離器からの液冷媒が流通する第２の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ且つ第３の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、前記第１の吸熱手段よりも前記第２の吸熱手段の方が低い温度帯で機能し、前記第１の吸熱手段を機能させる第１の冷却運転と、前記第２の吸熱手段を機能させる第２の冷却運転と、が切り換え可能に構成され、前記第２の冷却運転が終了した後、前記第１の吸熱手段への冷媒の流通を停止した状態で、前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を停止すると共に、前記圧縮機を運転して、前記第２の吸熱器に貯留されている冷媒を回収して前記気液分離器に溜める冷媒回収運転を行う制御手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷凍装置において、前記第２の吸熱器に送風するための送風手段を備え、前記冷媒回収運転時に前記送風手段を運転することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の冷凍装置において、前記圧縮機は中間圧部を有し、前記気液分離器で分離されるガス冷媒を前記中間圧部に導入可能な冷媒配管を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の冷凍装置において、前記冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転されることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の冷凍装置において、前記冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転されている場合には、前記第２の吸熱器から回収した冷媒を気液分離器に溜め、前記冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転されていない場合には、前記第２の吸熱器から回収した冷媒を前記気液分離器及び／又は前記放熱器に溜めることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の冷凍装置において、前記放熱器には、この放熱器に送風するための送風手段が近接配置され、前記第２の吸熱器から回収した冷媒を前記放熱器に溜める時に前記送風手段を運転することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の冷凍装置は、圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続される第１の減圧手段と、この第１の減圧手段の出口側に接続される気液分離器と、この気液分離器からの液冷媒が流通する第２の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ且つ第３の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、前記第１の吸熱手段よりも前記第２の吸熱手段の方が低い温度帯で機能し、前記第１の吸熱手段を機能させる第１の冷却運転と、前記第２の吸熱手段を機能させる第２の冷却運転と、が切り換え可能に構成されてなり、前記第１の冷却運転を開始する前に、前記第１の吸熱手段への冷媒の流通を許容し、前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を停止すると共に、前記第１の冷却運転又は前記第２の冷却運転時よりも高周波数で前記圧縮機を運転することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の冷凍装置は、圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、この放熱器の出口側に接続される第１の減圧手段と、この第１の減圧手段の出口側に接続される気液分離器と、この気液分離器からの液冷媒が流通する第２の減圧手段と第１の吸熱器とを含む第１の吸熱手段と、この第１の吸熱手段と並列に設けられ且つ第３の減圧手段と第２の吸熱器とを含む第２の吸熱手段と、を備え、前記第１の吸熱手段及び前記第２の吸熱手段の出口側の冷媒配管が合流した後、前記圧縮機の吸い込み側に接続される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、前記第１の吸熱手段よりも前記第２の吸熱手段の方が低い温度帯で機能し、前記第１の吸熱手段を機能させる第１の冷却運転と、前記第２の吸熱手段を機能させる第２の冷却運転と、が切り換え可能に構成されてなり、前記第１の冷却運転を開始する前に、前記第１の吸熱手段への冷媒の流通を許容し、前記第２の吸熱手段への冷媒の流通を停止すると共に、前記第１の冷却運転又は前記第２の冷却運転時よりも高周波数で前記圧縮機を運転して、前記第２の吸熱器に貯留されている冷媒を回収して前記気液分離器に送って溜める冷媒回収運転を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８のいずれか一項に記載の冷凍装置において、前記第２の吸熱器に送風するための送風手段を備え、前記圧縮機を高周波数で運転する場合に、前記送風手段を運転することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の冷凍装置において、冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の冷蔵庫は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の冷凍装置を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の冷蔵庫において、冷蔵室と、この冷蔵室よりも低い温度で運転される冷凍室と、を備え、前記第１の吸熱手段により前記冷蔵室を冷却し、前記第２の吸熱手段により前記冷凍室を冷却することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の一実施例を図面に基づき詳述する。図１は、本発明の一実施例としての冷凍装置の冷媒回路図を示している。冷凍装置３０は、圧縮機１と、この圧縮機１の吐出側に接続される放熱器２と、この放熱器２に近接配置され当該放熱器２内の冷媒を冷却するためのファン２Ｆと、放熱器２の出口側に接続される減圧手段としての膨張弁３と、この膨張弁３の出口側の冷媒配管４Ａが接続される気液分離器４と、この気液分離器４で分離された液冷媒が流通する冷媒配管４Ｂと、この冷媒配管４Ｂが分岐する分岐点９Ａからの一方に接続される第１の吸熱手段１０と、他方に接続され第１の吸熱手段１０と並列に設けられると共に同第１の吸熱手段１０とは異なる温度帯で機能する第２の吸熱手段１１と、を備え、気液分離器４で分離されたガス冷媒が流れる冷媒配管４Ｃが圧縮機１の中間圧部に、各吸熱手段１０、１１からの冷媒配管が合流点９Ｂにて合流した後の冷媒配管が圧縮機１の吸い込み口に接続されて冷凍サイクルが形成されている。
【００２０】
更に冷凍装置３０は、気液分離器４と圧縮機１の中間圧部との間に設けられる逆止弁７と、合流点９Ｂと圧縮機１の吸い込み口との間に設けられる逆止弁５３と、制御装置２６と、を備える。
【００２１】
第１の吸熱手段１０は、減圧手段としての膨張弁６５と、この膨張弁６５と直列に接続される吸熱器５７と、を含む。また第２の吸熱手段１１は、減圧手段としての膨張弁６６と、この膨張弁６６と直列に接続される吸熱器５８と、を含み、吸熱器５８と合流点９Ｂとの間には逆止弁５２が備えられている。
【００２２】
ここで、上記各膨張弁３、６５及び６６は、絞りの程度を可変に構成される。膨張弁６５、６６では、この絞りの程度を変えることで、冷媒が吸熱器５７、５８に至るまでに所定の圧力に低下させ、同吸熱器５７、５８における冷媒の蒸発温度を制御することができる。また膨張弁６５、６６は冷媒流路切り換え手段としての機能を有し、膨張弁６５、６６のうちの一方を全閉とすることにより第１の吸熱手段１０又は第２の吸熱手段１１とを切り換え、どちらか一方に選択的に冷媒を流通することが可能となる。また膨張弁３において、絞りの程度を変えることで、冷媒が気液分離器４に至るまでに所定の圧力に低下させ、ガス冷媒を発生させ、その状態で、気液分離器４に入れることにより、当該気液分離器４での分離効率を変えることが可能になる。
【００２３】
圧縮機１は２段圧縮機であり、密閉容器内に１段圧縮部１Ａと２段圧縮部１Ｂとを含み、１段圧縮部１Ａと２段圧縮部１Ｂとを接続する前記密閉容器外の冷媒配管上に中間冷却器１Ｃが備えられる。また、上述の如く冷媒配管４Ｃは、気液分離器４で分離されたガス冷媒を、圧縮機１の中間圧部、即ち中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間に導入可能に接続される。尚、上記ガス冷媒は冷媒配管４Ｃ内の差圧により破線矢印で示すように圧縮機１の中間圧部に導入される。また圧縮機１は２段圧縮機に限定するものではなく、例えば、１段圧縮機であれば冷媒配管４Ｃは１段圧縮機の中間圧部に戻せばよい。また、複数台の圧縮機を接続した構成としても可能である。
【００２４】
更に本実施例の冷凍装置３０は、ファン５７Ｆ、５８Ｆが夫々吸熱器５７、５８に近接配置されている。そして、吸熱器５７で発生する冷気がファン５７Ｆによりダクト５７Ａを経て冷蔵室２１に送られ、吸熱器５８で発生する冷気がファン５８Ｆによりダクト５８Ａを経て冷凍室２２に送られ、各室２１、２２が夫々所定の温度に冷却される。また各室２１、２２には、温度センサ２１Ｔ、２２Ｔが設けられる。
【００２５】
制御装置２６は、温度センサ２１Ｔ及び２２Ｔ等の情報に基づき、圧縮機１の運転周波数又はＯＮ−ＯＦＦ、膨張弁３、６５及び６６の開度、又はファン２Ｆ、５７Ｆ及び５８ＦのＯＮ−ＯＦＦ等を制御する制御手段であり、例えば汎用マイクロコンピュータにより構成される。
【００２６】
そして、本実施例の冷凍装置３０には冷媒として環境負荷が小さく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である二酸化炭素冷媒（ＣＯ2）が封入されている。また圧縮機１の潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）、ＰＯＥ（ポリオールエステル）等が使用される。
【００２７】
以上の構成により、本実施例における冷凍装置３０の動作について、図１、図２及び図３を参照して説明する。
【００２８】
図２は、本実施例における冷凍サイクルのエンタルピ・圧力（ｐｈ）線図であり、図３は、同冷凍サイクルにおける高圧側回路内が超臨界圧力の場合のエンタルピ・圧力（ｐｈ）線図である。
【００２９】
まず冷凍運転（例えば、−２６℃付近）につき、図２にて実線で示されるサイクルを用いて説明する。尚、この冷凍運転とは、制御装置２６により膨張弁６５が閉じられることで、第２の吸熱手段１１側に冷媒を流通させる場合である。
【００３０】
本実施例において圧縮機１が運転されると、圧縮機１から吐出された冷媒は、放熱器２で放熱して冷却される。即ち、まず冷媒は（１）１段圧縮部１Ａの吸い込み、（２）１段圧縮部１Ａの吐出、の順に流通され中間冷却器１Ｃで冷却された後、（３）２段圧縮部１Ｂの吸い込み、（４）２段圧縮部１Ｂの吐出であり、放熱器２の入口、の順に流通される。そして冷媒は、（５）放熱器２の出口であり、膨張弁３の入口、（６）膨張弁３の出口に至り、この状態ではガス／液体の２相混合体になる。
【００３１】
ここでのガスと液体の比率は、（６）から（７）の線分の長さ（ガス）と、（６）から（２１）の線分の長さ（液体）との比に相当する。この冷媒は２相混合体の状態で気液分離器４に入る。そして、ここで分離されたガス冷媒は、冷媒配管４Ｃにより圧縮機１の中間圧部、即ち中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間に導入される。（２１）は気液分離器４の出口であり、ここを経たガス冷媒は、（３）の２段圧縮部１Ｂの吸い込みに至り、２段圧縮部１Ｂで圧縮される。一方、気液分離器４で分離された液冷媒は合流点９Ａを経て膨張弁６６に至る。（７）は気液分離器４の出口であり、膨張弁６６の入口、（８）は膨張弁６６の出口であり、吸熱器５８の入口、（２２）は吸熱器５８の出口である。吸熱器５８に入った液冷媒は蒸発して周囲から吸熱した後、（１）の１段圧縮部１Ａの吸い込み、に戻る。
【００３２】
これに対し、冷蔵運転時（例えば、−５℃付近）には、図２及び図３にて破線で示すサイクルが形成される。尚、この冷蔵運転とは、制御装置２６により膨張弁６６が閉じられることで、第１の吸熱手段１０側に冷媒を流通させる場合である。
【００３３】
この場合も圧縮機１が運転されると、圧縮機１から吐出された冷媒は、放熱器２で放熱して冷却される。即ち冷媒は、（９）１段圧縮部１Ａの吸い込み、（１０）１段圧縮部１Ａの吐出、の順に流通され中間冷却器１Ｃで冷却された後、（１１）２段圧縮部１Ｂの吸い込み、（１２）２段圧縮部１Ｂの吐出であり、放熱器２の入口、の順に流通される。そして冷媒は、（５）放熱器２の出口であり、膨張弁３の入口、（１６）膨張弁３の出口に至り、この状態ではガス／液体の２相混合体になる。
【００３４】
ここでのガスと液体の比率は、（１６）から（１４）の線分の長さ（ガス）と、（１６）から（１７）の線分の長さ（液体）との比に相当する。この冷媒は２相混合体の状態で気液分離器４に入る。そして、ここで分離されたガス冷媒は、冷媒配管４Ｃにより圧縮機１の中間圧部、即ち中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間に導入される。（１７）は気液分離器４の出口であり、ここを経たガス冷媒は、（１１）の２段圧縮部１Ｂの吸い込みに至り、２段圧縮部１Ｂで圧縮される。一方、気液分離器４で分離された液冷媒は合流点９Ａを経て膨張弁６５に至る。（１４）は気液分離器４の出口であり、膨張弁６５の入口、（１５）は膨張弁６５の出口であり、吸熱器５７の入口、（２４）は吸熱器５７の出口である。吸熱器５７に入った液冷媒は蒸発して周囲から吸熱した後、（９）の１段圧縮部１Ａの吸い込み、に戻る。
【００３５】
冷凍運転時、冷蔵運転時共に以上の如く冷媒が循環して状態が変化し、冷凍サイクルが形成される。また制御装置２６により、冷凍運転時にはファン５８Ｆが運転され、冷蔵運転時にはファン５７Ｆが運転されることで、各室２２、２１が夫々冷却される。
【００３６】
尚、本実施例では冷媒として二酸化炭素を用いているので、例えば、夏場などで外気温度が約３０℃以上になった場合、若しくは冷却負荷が大きくなった場合等の条件により、図３のエンタルピ・圧力（ｐｈ）線図に示すように、高圧側回路内が運転中に超臨界圧力で運転される。この場合にも、上述した図２に示す冷凍サイクルと同様、冷凍運転及び冷蔵運転が実行可能である。
【００３７】
また上記冷凍及び冷蔵運転において、気液分離器４で分離されたガス冷媒は、これを各吸熱手段１０、１１に循環させたとしても冷却に使用することができず、これを１段圧縮部１Ａの吸い込みに戻すことは冷凍サイクル効率を低下させる。
【００３８】
そこで本実施例では、気液分離器４で分離されたガス冷媒を、圧縮機１の中間圧部、即ち、中間冷却器１Ｃと２段圧縮部１Ｂとの間に導入する構成としているため、冷凍サイクル効率を向上することができる。特に、本実施例では、冷媒として二酸化炭素を用いているため、気液分離器４で分離されるガス及び液体の比率において、フロン系冷媒又は炭化水素系冷媒等に比べてガス分が多くなり、その多くのガス分を、圧縮機１の中間圧部に導入することで、より一層冷凍サイクル効率の向上を図ることができる。
【００３９】
更に本実施例では、上述した如く使用温度帯に基づき選択的に吸熱器５７及び５８を用いる構成としたことにより、温度帯の異なる冷凍運転及び冷蔵運転において、その温度に適した吸熱器を使用することができるようになり、各運転の運転効率の向上が期待できる。
【００４０】
尚、本実施例の冷凍装置３０は、上述の如く異なる温度帯で機能する吸熱器５７、５８を備えるが、例えば冷蔵運転よりも低温で運転される冷凍運転時に吸熱器５８内に冷媒が貯留されてしまうことがある。本実施例の低圧側回路、即ち膨張弁６５、６６から合流点９Ｂを経て１段圧縮部１Ａの吸い込み口まで、においては、図２及び図３中にも示されるように、冷凍運転時よりも冷蔵運転時の方が同低圧側回路での圧力が高くなる。また、吸熱器５８の出口側には、冷蔵運転時等における吸熱器５８への高温冷媒の流入を防止するための逆止弁５２が備えられている。
【００４１】
そのため、上記の如き冷凍運転時に吸熱器５８に貯留された冷媒は、その後の冷蔵運転時には冷凍サイクル中に循環しないようになり、同冷蔵運転時には冷凍サイクル中の冷媒量が不安定になる。
【００４２】
そこで、次に本実施例の冷凍装置３０における冷媒回収運転について、図４及び図５を参照して説明する。図４は同冷凍装置３０の第１の制御方法を示すタイミングチャートであり、図５は同冷凍装置３０の第２の制御方法を示すタイミングチャートである。
【００４３】
第１の制御方法
図４を参照して本実施例における第１の制御方法について説明する。この第１の制御方法においては、冷媒回収運転を冷凍運転停止時に実行する。尚、本実施例では、まず冷凍運転を行う場合から説明するが、本発明は必ずしも冷凍運転から行う必要は無い。
【００４４】
まず冷凍運転を行う。本冷凍運転では、制御装置２６により、膨張弁６５を閉じ、膨張弁６６を開く。また、ファン５７ＦをＯＦＦとし、ファン５８ＦをＯＮとする。これにより上述した如き冷凍運転が行われる。
【００４５】
次に冷媒回収運転を行う。この冷媒回収運転は、冷凍運転時に吸熱器５８に貯留された冷媒を回収する運転である。即ち、上記冷凍運転において制御装置２６は、冷凍室２２内の温度センサ２２Ｔの検出温度が所定温度（例えば、−２６℃）まで到達すると、冷媒回収運転を実行する。
【００４６】
本冷媒回収運転では、制御装置２６により、膨張弁６５に加えて、膨張弁６６も閉じる。また圧縮機１及びファン５８ＦはＯＮとしておく。これにより、ファン５８Ｆにより吸熱器５８内の貯留冷媒の蒸発が促進されると共に、圧縮機１により当該貯留冷媒が吸い取られて回収される。そして回収された冷媒は、圧縮機１により吐出される。このようにして圧縮機１により吐出された冷媒は、放熱器２を経て、膨張弁３で減圧された後、気液分離器４に送られて気液分離される。そして分離された液冷媒は、膨張弁６５及び６６が閉じられているため、この気液分離器４内に溜まることになる。本実施例の第１の制御方法においては、以上のようにして冷媒回収運転が行われる。
【００４７】
このように本実施例の冷凍装置３０では、吸熱器５８から回収される冷媒を気液分離器４に溜めることにより、冷媒回収運転時に特別にファン２ＦをＯＮする必要がなくなり、冷凍装置３０の消費電力と運転音の抑制が可能となる。
【００４８】
また、本実施例の冷凍装置３０は冷媒として二酸化炭素を用いているため、放熱器２を含む冷凍サイクルの高圧側回路が超臨界圧力で運転されている場合がある。このような場合には、放熱器２内は超臨界状態のため、上記従来例の如く回収された冷媒を放熱器２内で凝縮することができない。
【００４９】
しかしながら、本実施例の冷凍装置３０では、上記の如く気液分離器４内に吸熱器５８から回収された冷媒を溜める構成としたため、高圧側回路が超臨界圧力となる場合にも冷媒回収運転を行うことができる。
【００５０】
尚、高圧側回路が超臨界圧力でない場合に、制御装置２６により、放熱器２に近接配置されるファン２ＦをＯＮすることにより、上記回収された後、圧縮機１により吐出された冷媒を放熱器２内で凝縮させることも使用形態や設置場所によっては適用可能である。
【００５１】
更に本実施例では、高圧側回路が超臨界圧力の場合にもファン２ＦをＯＮすることにより、冷媒を一層冷却し、冷媒の回収速度を高めることも可能である。この場合にも消費電力等は増加するが使用形態や設置場所によっては適用可能である。
【００５２】
また、図示しない外気温センサ等の検出値により冷凍装置３０の高圧側回路が超臨界圧力で運転されていると判断される場合には、制御装置２６により、冷媒回収運転で回収した冷媒を気液分離器４に溜めるように制御し、他方、高圧側回路が超臨界圧力で運転されていないと判断される場合には、制御装置２６により、冷媒回収運転で回収した冷媒を気液分離器４若しくは放熱器２又は気液分離器４及び放熱器２に溜めるようにすることも可能である。
【００５３】
このような冷媒回収運転の後、制御装置２６は、膨張弁６５及び６６を閉じて、圧縮機１、ファン５７Ｆ及びファン５８ＦをＯＦＦとする。これにより冷凍装置３０での運転が停止される。その後、本実施例の冷凍装置３０では、制御装置２６により、膨張弁６５を開き、膨張弁６６を閉じると共に、ファン５７ＦをＯＮとし、ファン５８ＦをＯＦＦとする。これにより上述した如き冷蔵運転が行われ、その後は再度冷凍運転が実行される。本実施例の第１の制御方法では、以上のようにして各運転が順次実行されることとなる。
【００５４】
第２の制御方法
次に図５を参照して本実施例における第２の制御方法について説明する。この第２の制御方法においては、冷媒回収運転を冷蔵運転開始直前に実行する。
【００５５】
まず、膨張弁６５及び６６を閉じて、圧縮機１、ファン５７Ｆ及びファン５８ＦをＯＦＦとする運転停止状態から、冷蔵運転を行う前に冷凍運転で吸熱器５８内に貯留された冷媒を回収するための冷媒回収運転を行う。
【００５６】
この場合、制御装置２６は、膨張弁６５を開き、膨張弁６６を閉じると共に、ファン６５Ｆ及び６６ＦをＯＮとする。そして、制御装置２６により圧縮機１を通常の運転時よりも高周波数で運転する。尚、図５における圧縮機１のタイミングチャート中の一点鎖線で示される部分が、圧縮機１を高周波数で運転するタイミングである。
【００５７】
これにより、本第２の制御方法における冷媒回収運転では、吸熱器５７内の圧力が、吸熱器５８内の圧力よりも低下し、更にはファン６６ＦがＯＮとされ吸熱器５８内に貯留している冷媒の蒸発が促進されることで、圧縮機１により貯留冷媒が吸い取られて回収される。この回収された冷媒は、上記第１の制御方法にて記載したように、気液分離器４等に溜まることになる。本実施例の第２の制御方法においては、以上のようにして冷媒回収運転が行われ、その後は冷蔵運転及び冷凍運転が順次実行されることになる。
【００５８】
次に本実施例の冷凍装置３０の冷蔵庫への適用例について図６を参照して説明する。
【００５９】
図６は本実施例の冷凍装置３０を備えた冷蔵庫の概略構成図を示している。この冷蔵庫４０は、上段に冷蔵室４１を備え、下段に冷凍室４２を備えて構成されている。そして、各室４１、４２の奥部には、夫々庫内仕切り壁６１、６２が設けられ、この庫内仕切り壁６１、６２で仕切られた風路４４内には、上述した吸熱器５７、５８、並びにファン６３、６４が設置される。また、冷凍室４２には温度センサ４２Ｔが設けられ、冷蔵室４１には温度センサ４１Ｔが設けられる。
【００６０】
本構成では、冷蔵運転及び冷凍運転のサーモオン、サーモオフに従い、第１の吸熱手段１０及び第２の吸熱手段１１を上述した如く切り換え、いずれか一方の吸熱器５７、５８に冷媒を流し、それに対応したファン６３、６４を駆動する。吸熱器５７に冷媒が流れる場合には冷蔵室４１に冷風が供給され、吸熱器５８に冷媒が流れる場合には冷凍室４２に冷風が供給される。
【００６１】
以上から本実施例の冷蔵庫４０は、上記の如き構成の冷凍装置３０を備えるため、冷媒に二酸化炭素を用いた場合にも高い冷却性能と高効率運転を得ることができる。更に、この冷蔵庫４０は、上述した如きファン５７Ｆ及び５８Ｆの代わりにファン６３、６４とにより上述した如き第１又は第２の制御方法を行うことにより、冷媒回収運転を実行可能である。
【００６２】
尚、本実施例の冷凍装置３０においては、冷凍運転時には膨張弁６５を閉じて膨張弁６６を開いて第２の吸熱手段１１に冷媒を流通させ、冷蔵運転時には膨張弁６６を閉じて膨張弁６５を開いて第１の吸熱手段１０に冷媒を流通させるものとしたが、これに限らず、例えば上記冷蔵庫４０において、冷蔵室４１及び冷凍室４２が常温時で急速に冷却が必要な場合、所謂プルダウン時や、圧縮機１が運転停止状態から運転開始される場合や高負荷時、更には冷蔵室４１又は冷凍室４２が所定の温度以上である場合等には、膨張弁６５、６６共に必要に応じた開度に開くことで、第１の吸熱手段１０及び第２の吸熱手段１１の両側に冷媒を流通させ、各室４１、４２内を急速に冷却することもできる。
【実施例２】
【００６３】
次に図７を参照して、本発明の他の実施例を説明する。図７はこの場合の冷凍装置５０の冷媒回路図を示している。本実施例において上記実施例１と同符号が付されているものは、同一又は同様の機能若しくは効果を奏するものとする。本実施例では、上記実施例１と比較した場合、第１の吸熱手段１０の代わりに第３の吸熱手段１０Ｂを備え、第２の吸熱手段１１の代わりに第４の吸熱手段１１Ｂを備えている点が相違する。
【００６４】
第３の吸熱手段１０Ｂは、冷媒流通制御弁９３と、キャピラリチューブ１２と、吸熱器５７と、を含む。また第３の吸熱手段１１Ｂは、冷媒流通制御弁９４と、上記キャピラリチューブ１２よりも抵抗値の大きなキャピラリチューブ１３と、吸熱器５８と、を含む。即ち、第３及び第４の吸熱手段１０Ｂ、１１Ｂは、上記第１及び第２の吸熱手段１０、１１において、膨張弁６５、６６の代わりに、冷媒流通制御弁９４、９５とキャピラリチューブ１２、１３とを備える。
【００６５】
本実施例の冷凍装置５０では、冷媒流通制御弁９４、９５が冷媒流路切り換え手段としての機能を有し、制御装置２６により、どちらか一方を閉じることにより、キャピラリチューブ１３側に冷媒を流す場合には冷凍運転が行われ、キャピラリチューブ１２側に冷媒を流す場合には冷蔵運転が行われる。
【００６６】
また本実施例においても、上記実施例１と同様な第１及び第２の制御方法による各運転を実行可能であり、この場合には、上記膨張弁６５、６６での開閉動作の代わりに、冷媒流通制御弁９４、９５の開閉を行うものとする。
【００６７】
以上、本実施例の冷凍装置５０は膨張弁６５、６６を設けていないため、低コストで本発明を実現できる。また本実施例の冷凍装置５０は上記実施例１の冷凍装置３０と同様、冷蔵庫に適用可能であることは云うまでもない。
【実施例３】
【００６８】
次に図８を参照して、本発明の他の実施例を説明する。図８はこの場合の冷凍装置７０の冷媒回路図を示している。本実施例において上記各実施例と同符号が付されているものは、同一又は同様の機能若しくは効果を奏するものとする。本実施例では、上記実施例１と比較した場合、冷媒流路切り換え手段としての三方弁９１と、第１の吸熱手段１０の代わりに第５の吸熱手段１０Ｃを備え、第２の吸熱手段１１の代わりに第６の吸熱手段１１Ｃを備えている点が相違する。
【００６９】
第５の吸熱手段１０Ｃは、キャピラリチューブ１２と、吸熱器５７と、を含む。また第６の吸熱手段１１Ｃは、上記キャピラリチューブ１２よりも抵抗値の大きなキャピラリチューブ１３と、吸熱器５８と、を含む。即ち、第５及び第６の吸熱手段１０Ｃ、１１Ｃは、上記第１及び第２の吸熱手段１０、１１において、膨張弁６５、６６の代わりに、キャピラリチューブ１２、１３とを備え、冷媒流路切り換え手段として三方弁９１を備える。尚、三方弁９１は、キャピラリチューブ１２側及び１３側のどちらにも冷媒を流通させない状態にも切り換え可能なものである。
【００７０】
本実施例の冷凍装置７０では、第５及び第６の吸熱手段１０Ｃ、１１Ｃのどちらに冷媒を流通するかを、制御装置２６により、三方弁９１の切り換えを制御し、これにより、冷凍運転と冷蔵運転を切り換える。
【００７１】
また本実施例においても、上記実施例１と同様な第１及び第２の制御方法による各運転を実行可能であり、この場合には、上記膨張弁６５、６６での開閉動作の代わりに、三方弁９１により各吸熱手段１０Ｃ、１１Ｃへの冷媒流通の可否を選択する。
【００７２】
以上、本実施例の冷凍装置７０は膨張弁６５、６６を設けていないため、低コストで本発明を実現できる。また本実施例の冷凍装置７０は上記各実施例の冷凍装置３０、５０と同様、冷蔵庫に適用可能であることは云うまでもない。
【００７３】
以上詳述したように、上記各実施例により本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、上記各実施例では、冷媒回路中に二酸化炭素冷媒を封入しているが、これに限定されるものではなく、それ以外のフロン系冷媒や炭化水素系冷媒などを封入したものにも適用可能である。また、膨張弁３は必要に応じてキャピラリチューブに変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の冷凍装置の一実施例を示す冷媒回路図である。
【図２】本発明の冷凍装置の一実施例における冷凍サイクルのエンタルピ・圧力線図である。
【図３】本発明の冷凍装置の一実施例における超臨界冷凍サイクルのエンタルピ・圧力線図である。
【図４】本発明の冷凍装置の一実施例における第１の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の冷凍装置の一実施例における第２の制御方法を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の一実施例の冷凍装置の冷蔵庫への適用例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の他の実施例の冷凍装置を示す冷媒回路図である。
【図８】本発明の更に他の実施例の冷凍装置を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  圧縮機
２  放熱器
２Ｆ、５７Ｆ、５８Ｆ、６３、６４  ファン
３、６５、６６  膨張弁
４  気液分離器
７、５２、５３  逆止弁
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１１、１１Ｂ、１１Ｃ  吸熱手段
１２、１３  キャピラリチューブ
２１、４１  冷蔵室
２１Ｔ、２２Ｔ、４１Ｔ、４２Ｔ  温度センサ
２２、４２  冷凍室
２６  制御装置
３０、５０、７０  冷凍装置
４０  冷蔵庫
５７、５８  吸熱器
９１  三方弁
９３、９４  冷媒流通制御弁
【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】
2006275496.tif 000008
【図７】
2006275496.tif 000009
【図８】
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