(57)【要約】【課　題】冷凍サイクルの高圧側において超臨界域で状態変化する冷媒を使用するのに最適な冷蔵庫を提供する。【解決手段】冷蔵庫は、外郭が断熱箱体（１）で構成されるとともに、その前面開口が断熱扉で開閉可能に閉じられる冷蔵庫において、ＣＯ２　冷媒を圧縮するコンプレッサ（１６）、このコンプレッサで圧縮されて高温・高圧となったガス状冷媒が超臨界域で状態変化しながら空冷される空冷熱交換器（１７）、減圧装置（２２，２３）および、この減圧装置により減圧されて低温となった冷媒で庫内を冷却する冷却器（２４）を順次冷媒配管（２１）で環状に接続してコンプレッサに戻る冷凍サイクルを備えている。そして、前記減圧装置は、キャピラリーチューブおよび電動膨張弁を直列に接続して構成されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外郭が断熱箱体で構成されるとともに、その前面開口が断熱扉で開閉可能に閉じられる冷蔵庫において、
ＣＯ２　冷媒を圧縮するコンプレッサ、このコンプレッサで圧縮されて高温・高圧となったガス状冷媒が超臨界域で状態変化しながら空冷される空冷熱交換器、減圧装置および、この減圧装置により減圧されて低温となった冷媒で庫内を冷却する冷却器を順次冷媒配管で環状に接続してコンプレッサに戻る冷凍サイクルを備え、
前記減圧装置が、キャピラリーチューブおよび電動膨張弁を直列に接続して構成されていることを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
前記断熱箱体の間口の露付を防止する露付防止パイプを備え、
前記露付防止パイプが、冷凍サイクルの空冷熱交換器から減圧装置への冷媒回路中に設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
前記電動膨張弁がキャピラリーチューブの下流側に配列されていることを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
【請求項４】
前記超臨界域での膨張過程をキャピラリーチューブで行うとともに、二相域での膨張過程を電動膨張弁で行うべく前記キャピラリーチューブが電動膨張弁の上流側に配列されていることを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
【請求項５】
正転すると前記電動膨張弁を開方向に回転させ、逆転すると電動膨張弁を閉方向に回転させる電動膨張弁の駆動装置としてのステッピングモータと、
このステッピングモータを制御する制御装置とを備え、
前記電動膨張弁およびステッピングモータは、前記断熱箱体の内部空間である庫内または、断熱箱体の断熱壁内に設けられ、
前記制御装置は、前記電動膨張弁の開度を変更する際には、ステッピングモータに通電して正転または逆転させ、かつ、前記電動膨張弁の開度の変更が終了すると、ステッピングモータへの通電を停止させる手段を具備することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の冷蔵庫。
【請求項６】
前記電動膨張弁が、庫内の冷却器収納部分に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の冷蔵庫。
【請求項７】
前記空冷熱交換器から電動膨張弁までの高圧側の冷媒回路に内部熱交換器の高圧側配管を設けるとともに、前記冷却器からコンプレッサまでの低圧側の冷媒回路に、前記内部熱交換器の高圧側配管と熱交換をする内部熱交換器の低圧側配管を設け、
かつ、この内部熱交換器が断熱箱体の断熱壁内に埋設されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、庫内に貯蔵物を冷蔵する冷蔵庫に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷蔵庫は、庫内が冷凍サイクルの冷却器で冷却されており、この庫内に貯蔵物を貯蔵している。冷凍サイクルの冷媒は、一般的にはフロン系冷媒が用いられ、凝縮器で液化している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、フロン系冷媒の使用を削減する方向であり、冷蔵庫においても、フロン系冷媒以外の冷媒（たとえば、二酸化炭素など）の使用が検討されている。この様な冷媒を使用すると、冷凍サイクルの高圧側において、冷媒が超臨界域で状態変化し液化しないことがある。したがって、減圧装置における冷媒の膨張を大きくするために、減圧装置における減圧率やコンプレッサの圧縮比を高くしている。この様に、減圧装置における減圧率を大きくすると、減圧装置において大きな流路損失が必要で、１個の電動膨張弁では、所定の圧力まで減圧することが困難となる。また、高圧側の放熱を空冷熱交換で行う場合には、外気温度が高いと、高圧側の冷媒の圧力が高くなる。すると、膨張後の冷媒の圧力を所定の圧力まで減圧するには、圧力差が大きくなるので、キャピラリーチューブだけで行うと、消費電力が増大する。そこで、従来の冷蔵庫の構造、特に減圧装置を、超臨界域で状態変化し液化しない冷媒に最適なように改変する必要が生じる。
【０００４】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、冷凍サイクルの高圧側において超臨界域で状態変化する冷媒を使用するのに最適な冷蔵庫を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷蔵庫は、外郭が断熱箱体（１）で構成されるとともに、その前面開口が断熱扉で開閉可能に閉じられる冷蔵庫において、ＣＯ２　冷媒を圧縮するコンプレッサ（１６）、このコンプレッサで圧縮されて高温・高圧となったガス状冷媒が超臨界域で状態変化しながら空冷される空冷熱交換器（１７）、減圧装置（２２，２３）および、この減圧装置により減圧されて低温となった冷媒で庫内を冷却する冷却器（２４）を順次冷媒配管（２１）で環状に接続してコンプレッサに戻る冷凍サイクルを備え、前記減圧装置が、キャピラリーチューブおよび電動膨張弁を直列に接続して構成されていることを特徴とする。
【０００６】
また、前記断熱箱体の間口の露付を防止する露付防止パイプ（１９）を備え、この露付防止パイプが、冷凍サイクルの空冷熱交換器から減圧装置への冷媒回路中に設けられていることがある。
【０００７】
そして、前記電動膨張弁がキャピラリーチューブの下流側に配列されていることがある。
【０００８】
さらに、前記超臨界域での膨張過程をキャピラリーチューブで行うとともに、二相域での膨張過程を電動膨張弁で行うべく前記キャピラリーチューブが電動膨張弁の上流側に配列されていることがある。
【０００９】
また、正転すると前記電動膨張弁を開方向に回転させ、逆転すると電動膨張弁を閉方向に回転させる電動膨張弁の駆動装置としてのステッピングモータ（３８）と、このステッピングモータを制御する制御装置（４１）とを備え、前記電動膨張弁およびステッピングモータは、前記断熱箱体の内部空間である庫内または、断熱箱体の断熱壁内に設けられ、前記制御装置が、前記電動膨張弁の開度を変更する際には、ステッピングモータに通電して正転または逆転させ、かつ、前記電動膨張弁の開度の変更が終了すると、ステッピングモータへの通電を停止させる手段を具備することがある。
【００１０】
そして、前記電動膨張弁が、庫内の冷却器収納部分に配置されていることがある。
【００１１】
さらに、前記空冷熱交換器から電動膨張弁までの高圧側の冷媒回路に内部熱交換器（２０）の高圧側配管（２０ａ）を設けるとともに、前記冷却器からコンプレッサまでの低圧側の冷媒回路に、前記内部熱交換器の高圧側配管と熱交換をする内部熱交換器の低圧側配管（２０ｂ）を設け、かつ、この内部熱交換器が断熱箱体の断熱壁内に埋設されていることがある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明における冷蔵庫の実施の一形態を図１ないし図６を用いて説明する。図１は本発明にかかる冷蔵庫の実施の形態の冷媒回路の説明図である。図２は図１の冷蔵庫の冷媒回路の具体例の図である。図３は図２における露付防止パイプの図である。図４はキャピラリーチューブ、膨張弁および冷却器の正面図である。図５は制御装置の入出力図である。図６はステッピングモータの作動のフローチャートである。
【００１３】
家庭用冷蔵庫は、その外郭が断熱箱体１で構成されている。この断熱箱体１の内部空間すなわち庫内は、設定温度の異なる複数の部屋（この実施の形態では４室）に仕切られており、上側から冷蔵室６、野菜室７、冷凍室８および冷凍室９となっている。各冷却室６〜９の前面は開口し、この前面開口は断熱扉（図示せず）で開閉自在に閉じられている。また、冷凍室９の奥側は、機械室１１となっている。
【００１４】
機械室１１には、庫内を冷却するための機器、すなわち、二段圧縮式のコンプレッサ１６、空冷熱交換器１７、空冷熱交換器用送風機１８などが設けられている。コンプレッサ１６および空冷熱交換器１７などは、冷媒配管２１で接続されて冷凍サイクルを構成し、冷凍サイクルの冷媒としては、ＣＯ２　（二酸化炭素）が用いられる。この冷凍サイクルは、図１に図示するように、コンプレッサ１６の一段目の吐出口１６ａから空冷熱交換器１７の一次空冷熱交換部１７ａを通ってコンプレッサ１６の二段目の流入口１６ｂに戻る一段目のサイクルと、コンプレッサ１６の二段目の吐出口１６ｃから、順次、空冷熱交換器１７の二次空冷熱交換部１７ｂ、断熱箱体１の間口（前端面）に沿って配管されている露付防止パイプ１９、内部熱交換器２０の高圧側配管２０ａ、キャピラリーチューブ２２、電動膨張弁２３、冷却器２４および、内部熱交換器２０の低圧側配管２０ｂを通ってコンプレッサ１６の一段目の流入口１６ｄに戻る二段目のサイクルとを有している。キャピラリーチューブ２２および電動膨張弁２３が減圧装置を構成している。また、内部熱交換器２０において、高圧側配管２０ａと低圧側配管２０ｂとは密着しており、高圧側配管２０ａの比較的高温の冷媒と、低圧側配管２０ｂの低温の冷媒とが熱交換をする。
【００１５】
そして、冷却器２４は低温となり、周囲の空気の温度を低下させる。この冷却器２４は断熱箱体１の庫内のダクト内に収納されており、冷却器２４の周囲の冷気は、庫内ファン２８が庫内に送風して循環させ、庫内を冷却することができる。この様にして、冷却器２４で庫内を冷却することができる。この冷却器２４を収納しているダクト内には、電動膨張弁２３およびその駆動装置であるステッピングモータ３８が配置されている。
【００１６】
また、コンプレッサ１６の吐出口１６ｃから電動膨張弁２３までが冷凍サイクルの高圧側で、電動膨張弁２３からコンプレッサ１６の流入口１６ｄまでが冷凍サイクルの低圧側となっている。そして、庫内温度（この実施の形態では冷却室である冷凍室８の温度）を検出する庫内温度センサ３４および冷却器２４の出口温度を検出する冷却器出口温度検出手段である冷却器出口温度センサ３７が設けられている。電動膨張弁２３は、ステッピングモータ３８で駆動されており、ステッピングモータ３８が正転すると、電動膨張弁２３の開度は大きくなり、逆に、ステッピングモータ３８が逆転すると、電動膨張弁２３の開度は小さくなる。電動膨張弁２３は冷媒により温度が低くなっているので、外気により温められないように、電動膨張弁２３およびステッピングモータ３８は、庫内または断熱箱体１の断熱壁内に設置されている。また、内部熱交換器２０は、断熱箱体１の断熱壁内に設置され、外部からの吸熱や外部への放熱を極力抑えている。
【００１７】
また、図５に図示するように、冷蔵庫には、制御装置４１が設けられており、この制御装置４１はマイコンなどで構成されている。そして、この制御装置４１には、種々の電気部品が接続されているが、特にステッピングモータ３８などの制御のための電気部品として、入力側に、冷却器出口温度センサ３７および庫内温度センサ３４などが接続され、一方、出力側に、ステッピングモータ３８およびコンプレッサ１６などが接続されている。なお、制御装置４１の記憶部（ＲＯＭやＲＡＭなど）には種々の設定値が記憶されるとともに、図示しないタイマを内蔵している。また、制御装置４１は、ステッピングモータ３８の制御以外に種々の制御（たとえば、庫内の温度制御など）を行っている。
【００１８】
この様に構成されている実施の形態の冷蔵庫は、コンプレッサ１６が稼働すると、ガス状の冷媒（ＣＯ２　）はコンプレッサ１６の一段目で圧縮され、高温・高圧のガス状冷媒となり、空冷熱交換器１７の一次空冷熱交換部１７ａにおいて、空冷熱交換器用送風機１８からの空気で空冷されて温度が低下し、コンプレッサ１６に戻る。
【００１９】
そして、冷媒はコンプレッサ１６の二段目でさらに圧縮され、高温・高圧のガス状冷媒となり、空冷熱交換器１７の二次空冷熱交換部１７ｂにおいて、空冷熱交換器用送風機１８からの空気で空冷されて、超臨界域で状態変化しながら、冷媒の温度は大気温度（すなわち、冷蔵庫が設置されている部屋の温度である室温）付近まで低下する。この室温付近まで低下した冷媒は、露付防止パイプ１９に流入する。この露付防止パイプ１９は、前述のように、断熱箱体１の間口に沿って配管されているが、露付防止パイプ１９内の冷媒は、漸次温度が低下するため、冷却室６〜９の結露し易い順（すなわち、冷却室６〜９の温度の低い順）に、その周囲を巡って配管されている。この実施の形態では、冷凍室８と冷凍室９とは略同じ温度で一番低く、ついで、冷蔵室６で、一番温度の高い冷却室が野菜室７となっている。したがって、露付防止パイプ１９は、図３に図示するように、冷媒の流入側から順に、冷凍室８の右辺、冷凍室９の右辺、下辺、左辺、上辺、ついで、冷凍室８の下辺、左辺、上辺、そして、折り返して、野菜室７の下辺、左辺、冷蔵室６の左辺、上辺、右辺、下辺、ついで、折り返して、野菜室７の上辺、右辺を通り、内部熱交換器２０に向かって流出している。この様にして、露付防止パイプ１９は極力、冷凍室８，９を最初に、ついで、冷蔵室６を、その後、野菜室７の周囲を巡っている。
【００２０】
ついで、露付防止パイプ１９を出た冷媒は、内部熱交換器２０で冷却器２４からの戻りの冷媒で冷却され、その後、減圧装置であるキャピラリーチューブ２２および電動膨張弁２３を通って減圧され、温度が低下する。このキャピラリーチューブ２２において、超臨界域での冷媒の膨張過程が行われ、また、電動膨張弁２３において、気液の二相域での冷媒の膨張過程が行われる。そして、電動膨張弁２３からの低温の冷媒は、冷却器２４に流入し、冷却器２４の周囲の空気の温度を低下させる。冷却器２４により温度が低下した空気は、庫内ファン２８により庫内を循環し、冷却室６〜９を冷却する。冷却器２４から流れ出た冷媒は、内部熱交換器２０で高圧側の冷媒と熱交換して、温度が上昇した後に、コンプレッサ１６の流入口１６ｄに戻る。
【００２１】
制御装置４１は、庫内温度センサ３４の検出値である庫内温度（冷却室温度）が、制御装置４１に設定された冷却室設定温度になったか否かを判定し、庫内温度が冷却室設定温度以下の場合にはコンプレッサ１６を停止させ、一方、庫内温度が冷却室設定温度を越えた場合にはコンプレッサ１６を稼働させて、冷却器２４により庫内を冷却する。空冷熱交換器用送風機１８および庫内ファン２８は、制御装置４１の制御により、コンプレッサ１６と略連動して稼働しており、コンプレッサ１６とともに稼働を開始し、コンプレッサ１６が停止すると、少し遅延して停止している。
【００２２】
ところで、電動膨張弁２３がキャピラリーチューブ２２の下流に配置されているため、電動膨張弁２３の開度を調整することにより、冷却器２４の出口温度をコントロールすることができる。この電動膨張弁２３の開度は、ステッピングモータ３８により変更される。
【００２３】
そして、コンプレッサ１６が稼働して定常（平衡）状態になった後は、冷却器出口温度センサ３７の検出する冷却器２４の出口温度が制御装置４１の記憶部に予め設定されている設定値となるように、電動膨張弁２３の開度は制御される。この際のステッピングモータ３８の作動のフローを、図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００２４】
ステップ１において、制御装置４１は、冷却器出口温度センサ３７の検出値をサンプリング（入手）し、この検出値である冷却器出口温度と設定値とを比較し、冷却器出口温度が低い場合には、ステップ２に行く。そして、ステップ２において、制御装置４１は、ステッピングモータ３８に正転すべく通電して電動膨張弁２３の開度を大きくして、ステップ１に戻る。
【００２５】
一方、ステップ１において、冷却器出口温度が高い場合には、ステップ４に行く。そして、ステップ４において、制御装置４１は、ステッピングモータ３８に逆転すべく通電して電動膨張弁２３の開度を小さくして、ステップ１に戻る。
【００２６】
また、ステップ１において、冷却器出口温度が設定値に略等しくなった場合には、電動膨張弁２３の開度の変更を終了し、ステップ３に行く。そして、ステップ３において、制御装置４１は、ステッピングモータ３８への通電を停止して、ステップ１に戻る。
【００２７】
この様にして、（１）電動膨張弁２３の開度を大きくする場合には、制御装置４１は、ステッピングモータ３８に正転すべく通電する。
（２）電動膨張弁２３の開度を小さくする場合には、制御装置４１は、ステッピングモータ３８に逆転すべく通電する。
（３）電動膨張弁２３の開度の変更が終了すると、制御装置４１は、ステッピングモータ３８への通電を停止する。なお、従来のステッピングモータ３８では、電動膨張弁２３の開度を維持している時においても通電されている。この様に、通電すると、この通電により発熱するため、ステッピングモータ３８や電動膨張弁２３の温度が高くなり、電動膨張弁２３などを流れる冷媒が温められる。その結果、冷凍サイクルの冷却効率が低下する。また、電動膨張弁２３の開度を変更している時間よりも、電動膨張弁２３の開度を維持している時間の方が一般的に長いので、実施の形態の様に開度を維持している際に通電を停止させると、電動膨張弁２３の消費電力を大きく削減することができ、かつ、庫内の温度上昇を抑えることができる。
【００２８】
前述のように、実施の形態の冷蔵庫では、キャピラリーチューブ２２および電動膨張弁２３の両者で冷媒を大きく減圧することができる。しかも、電動膨張弁２３がキャピラリーチューブ２２の下流側に設けられているので、冷却器２４の出口温度を的確にコントロールすることができる。
また、ステッピングモータ３８や電動膨張弁２３は、庫内や断熱箱体１の断熱壁内に設けられており、断熱箱体１の外部の熱に晒されることなく、温められることが減少する。しかも、電動膨張弁２３の開度の変更が終了すると、ステッピングモータ３８への通電が停止するため、電動膨張弁２３の開度を維持している際における通電がなく、通電による加熱を防止することができる。また、電動膨張弁２３の消費電力を大きく削減することができ、かつ、庫内の温度上昇を抑えることができる。
さらに、冷却器２４を収納している冷却器収納部分に、電動膨張弁２３が配置されているので、電動膨張弁２３が故障した際の修理が容易であるとともに、リサイクルの際に、部品の回収が容易である。かつ、組み立て作業の効率が向上する。
【００２９】
前述の様にして、制御装置４１は、（１）電動膨張弁の開度を変更する際には、ステッピングモータに通電して正転または逆転させる手段、（２）電動膨張弁の開度の変更が終了すると、ステッピングモータへの通電を停止させる手段などを具備している。
この様に、制御装置４１は、上記手段以外にも、実行される各作用に対応して各々作用を実行する手段を具備している。また、全ての手段を具備している必要は必ずしもない。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）電動膨張弁はステッピングモータで駆動されているが、他の駆動装置で駆動されることも可能である。
【００３１】
（２）冷蔵庫の形式や構造などは適宜選択可能であるが、好ましくは、家庭用であり、その庫内は少なくとも３温度帯（すなわち、冷蔵室、冷凍室および野菜室）に仕切られている。また、冷蔵庫は冷蔵室だけでなく、冷凍室も備えていることが可能である。
（３）キャピラリーチューブは電動膨張弁の上流側に配置されているが、電動膨張弁の下流側に配置することも可能である。
（４）この実施の形態では、コンプレッサは、二段圧縮式であるが、一段圧縮式でも可能である。なお、一段圧縮式の場合には、冷凍サイクルは一段目のサイクルがなくなり、二段目のサイクルのみとなる。
【００３２】
（５）この実施の形態では、内部熱交換器２０が設けられているが、キャピラリーチューブ２２と、冷凍サイクルの低圧側の冷媒配管２１とを密着させて、内部熱交換器２０の機能を果たさせることも可能である。
（６）ステッピングモータの作動のフローは、適宜変更可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＣＯ２　冷媒を使用しており、冷凍サイクルの高圧側の冷媒回路において、冷媒が超臨界域で状態変化する。そのため、減圧装置における減圧率が大きくなっているが、キャピラリーチューブおよび電動膨張弁を直列に接続することにより、確実に減圧することができるとともに、消費電力を削減することが可能となる。
【００３４】
また、露付防止パイプが、冷凍サイクルの空冷熱交換器から減圧装置への冷媒回路中に設けられ、空冷熱交換器からの冷媒で断熱箱体の間口の露付を防止することができる。それとともに、露付防止パイプを流れる冷媒を庫内の冷熱で冷却することができ、冷凍サイクルの冷却効率を向上させることができる。
【００３５】
そして、電動膨張弁がキャピラリーチューブの下流側に配列されており、キャピラリーチューブで減圧された冷媒を電動膨張弁によりコントロールしながら膨張させることができる。したがって、冷凍サイクルを適正な状態とすることができる。その結果、消費電力を削減することができる。
【００３６】
さらに、電動膨張弁およびステッピングモータは、断熱箱体の内部空間である庫内または、断熱箱体の断熱壁内に設けられており、断熱箱体の外の熱で電動膨張弁を流れる冷媒が温められることを防止することができる。しかも、電動膨張弁の開度の変更が終了すると、ステッピングモータへの通電を停止させており、通電による加熱を極力防止することができる。その結果、電動膨張弁の開度を維持している際に、庫内や冷媒が、ステッピングモータの通電により、温度上昇することを極力防止することができる。かつ、電動膨張弁の消費電力を削減することができる。
【００３７】
また、電動膨張弁が、庫内の冷却器収納部分に配置されているので、電動膨張弁の修理が容易であるとともに、リサイクルの際の部品の回収が容易となる。かつ、組み立て作業性が向上する。しかも、電動膨張弁を流れる冷媒が外部から温められることを極力防止することができる。
【００３８】
そして、内部熱交換器が断熱箱体の断熱壁内に埋設されているので、外部からの吸熱や外部への放熱を極力抑えることができる。その結果、冷却能力が増大し、消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明にかかる冷蔵庫の実施の形態の冷媒回路の説明図である。
【図２】図２は図１の冷蔵庫の冷媒回路の具体例の図である。
【図３】図３は図２における露付防止パイプの図である。
【図４】図４はキャピラリーチューブ、膨張弁および冷却器の正面図である。
【図５】図５は制御装置の入出力図である。
【図６】図６はステッピングモータの作動のフローチャートである。
【符号の説明】
１　断熱箱体
１６　コンプレッサ
１７　空冷熱交換器
１９　露付防止パイプ
２０　内部熱交換器
２０ａ　内部熱交換器の高圧側配管
２０ｂ　内部熱交換器の低圧側配管
２１　冷媒配管
２２　キャピラリーチューブ（減圧装置）
２３　電動膨張弁（減圧装置）
２４　冷却器
３８　ステッピングモータ（電動膨張弁の駆動装置）
４１　制御装置
【図１】
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【図２】
2004085103.tif 000004
【図３】
2004085103.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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