(57)【要約】【要  約】【課  題】    冷蔵庫の冷凍サイクルの冷却能力を向上させる。【解決手段】  冷蔵庫（１）は、本体を断熱箱体（２）で構成し、コンプレッサ（２１）から吐出される高温高圧の冷媒が、放熱器（２３）、膨張部（２４，３１）、蒸発器（１６）を順次循環してコンプレッサに戻る冷凍サイクルを具備し、この冷凍サイクルの蒸発器での冷媒の蒸発作用を用いて前記断熱箱体の区画される庫内を冷却すると共に、前記膨張部を第１膨張部、気液分離器（１８）、および第２膨張部を順次直列に接続した直列回路で構成し、前記気液分離器中のガス冷媒を前記コンプレッサの中間圧部（２１ｃ）に供給し、かつ、前記気液分離器を断熱材で覆う。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体を断熱箱体で構成し、コンプレッサから吐出される高温高圧の冷媒が、放熱器、膨張部、蒸発器を順次循環してコンプレッサに戻る冷凍サイクルを具備し、この冷凍サイクルの蒸発器での冷媒の蒸発作用を用いて前記断熱箱体の区画される庫内を冷却すると共に、
前記膨張部を第１膨張部、気液分離器、および第２膨張部を順次直列に接続した直列回路で構成し、
前記気液分離器中のガス冷媒を前記コンプレッサの中間圧部に供給し、
かつ、前記気液分離器を断熱材で覆うことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
前記気液分離器が、前記断熱箱体の背面側を成す断熱材の中に配置さ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】
前記気液分離器が、前記蒸発器近傍の断熱材の中に配置されていることを特徴とする請求項２記載の冷蔵庫。
【請求項４】
前記コンプレッサは単一ケース内に圧縮要素を直列に２段接続した２段圧縮の構成を備えると共に、前記圧縮要素間の中間圧部に前記気液分離器からのガス冷媒を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の冷蔵庫。
【請求項５】
前記冷凍サイクルを循環する冷媒は二酸化炭素、又は二酸化炭素を含有する冷媒であることを特徴とする請求項４記載の冷蔵庫。
【請求項６】
前記冷凍サイクルの第１膨張部又は第２膨張部の少なくとも一方をキャピラリーチューブで構成することを特徴とする請求項５記載の冷蔵庫。
【請求項７】
前記冷凍サイクルの第１膨張部及び第２膨張部の両方をキャピラリーチューブで構成することを特徴とする請求項５記載の冷蔵庫。
【請求項８】
前記気液分離器を前記コンプレッサより上方に配置することを特徴とする請求項５記載の冷蔵庫。
【請求項９】
前記放熱器は放熱作用を有する複数の熱交換器に分割されて構成されていることを特徴とする請求項５記載の冷蔵庫。
【請求項１０】
第１の膨張部中の冷媒と前記ガス冷媒とを熱交換させる構成を備えることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の冷蔵庫。
【請求項１１】
第２の膨張部中の冷媒と前記蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる構成を備えることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の冷蔵庫。
【請求項１２】
第１の膨張部中の冷媒と前記蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる構成を備えることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本体が断熱作用を有する断熱箱体で構成されているとともに、内部にコンプレッサから吐出される高温・高圧の冷媒が放熱器、膨張部、蒸発器を順次循環して再びコンプレッサに戻る冷凍サイクルを具備し、この冷凍サイクルの蒸発器で作動冷媒が蒸発する際の吸熱作用により区画された庫内を冷却することのできる冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷蔵庫では、たとえば特許文献１の冷蔵庫では冷凍先サイクルが、圧縮機（コンプレッサに相当）、コンデンサ（放熱器に相当）、キャピラリー（キャピラリーチューブに相当）、冷却器（蒸発器に相当）を環状に接続して構成されていた。この際、キャピラリーチューブや膨張弁などの膨張部は一段のみである。
【０００３】
ところで、図２の P-h線図に示すように、キャピラリーチューブや膨張弁などの膨張部が膨張部２４の一段のみであると、膨張部２４で減圧された冷媒がそのまま全て蒸発器へ供給されるため冷却能力は図２に示すａ−ｂ間の冷却能力となる。膨張部を膨張部２４および膨張部３１の２段にすると、膨張部３１の作用により冷媒の圧力を図２のｃまで減圧することができ、その結果ｃ−ｂ間の冷却能力を得ることができる。そこで、本出願人は、冷蔵庫における冷凍サイクルの膨張部を二段にすることを検討した。しかしながら、膨張部を二段にするためには、第１膨張部２４と第２膨張部３１との間で一部の冷媒に蒸発作用を行わさせて冷媒を冷却させる必要があり、その結果ガス化した冷媒を分離させるための気液分離器１８を設ける必要がある。そして、この気液分離器１８を冷蔵庫に如何にして配置するかが問題となる。たとえば、冷蔵庫の機械室などに配置すると、コンプレッサや放熱器などからの熱が気液分離器１８に侵入し、冷却効率が落ちる。
【特許文献１】特開２００２−２８６３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする問題点は、冷蔵庫の冷凍サイクルの膨張部が一段で冷却能力が低い点であり、また、冷蔵庫の冷凍サイクルの膨張部を二段にした場合に、気液分離器を冷蔵庫の最適な場所に如何にして配置するかという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の冷蔵庫（１）は、本体を断熱箱体（２）で構成し、コンプレッサ（２１）から吐出される高温高圧の冷媒が、放熱器（２３）、膨張部（２４，３１）、蒸発器（１６）を順次循環してコンプレッサに戻る冷凍サイクルを具備し、この冷凍サイクルの蒸発器での冷媒の蒸発作用を用いて前記断熱箱体の区画される庫内を冷却すると共に、前記膨張部を第１膨張部、気液分離器（１８）、および第２膨張部を順次直列に接続した直列回路で構成し、前記気液分離器中のガス冷媒を前記コンプレッサの中間圧部（２１ｃ）に供給し、かつ、前記気液分離器を断熱材で覆う。
【０００６】
また、前記気液分離器が、断熱箱体の背面側を成す断熱材（２ａ）の中に配置されていることがある。
さらに、前記気液分離器が、蒸発器近傍の断熱材の中に配置されていることがある。
【０００７】
そして、前記コンプレッサが、単一ケース内に圧縮要素を直列に２段接続した２段圧縮の構成を備えると共に、前記圧縮要素間の中間圧部に前記気液分離器からのガス冷媒を供給することがある。
【０００８】
また、前記冷凍サイクルを循環する冷媒が、二酸化炭素、又は二酸化炭素を含有する冷媒であることがある。
さらに、前記冷凍サイクルの第１膨張部又は第２膨張部の少なくとも一方をキャピラリーチューブで構成することがある。
【０００９】
そして、前記冷凍サイクルの第１膨張部及び第２膨張部の両方をキャピラリーチューブで構成することがある。
また、前記気液分離器を前記コンプレッサより上方に配置することがある。
【００１０】
さらに、前記放熱器は放熱作用を有する複数の熱交換器に分割されて構成されていることがある。
そして、第１の膨張部中の冷媒と前記ガス冷媒とを熱交換させる構成を備えることがある。
【００１１】
また、第２の膨張部中の冷媒と前記蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる構成を備えることがある。
さらに、第１の膨張部中の冷媒と前記蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる構成を備えることがある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷蔵庫の冷凍サイクルの膨張部を第１膨張部、気液分離器、および第２膨張部を順次直列に接続した直列回路で構成し、気液分離器中のガス冷媒をコンプレッサの中間圧部に供給しており、冷蔵庫の冷凍サイクルの冷却能力が向上する。しかも、第１膨張部と第２膨張部との間に設けられる気液分離器が断熱材で覆われている。その結果、気液分離器から第２膨張部に供給される冷媒への機械室からの発熱の影響を、断熱材で少なくすることができる。その結果、冷凍サイクルの冷却効率が向上する。
【００１３】
また、気液分離器が、断熱箱体の背面側を成す断熱材の中に配置されており、気液分離器の断熱を断熱箱体の断熱に用いる断熱材と共用することができ、分品点数の削減となり効率良い配置となる。
【００１４】
さらに、気液分離器が、蒸発器近傍の断熱材の中に配置されており、蒸発器から断熱材を介して断熱箱体外へ漏れていた冷熱を気液分離器へ有効に供給でき、冷媒の冷却効率が上がる。
そして、コンプレッサが、単一ケース内に圧縮要素を直列に２段接続した２段圧縮の構成を備えると共に、前記圧縮要素間の中間圧部に気液分離器からのガス冷媒を供給しており、気液分離器からのガス冷媒を２段圧縮のコンプレッサの中間圧部から回収することができ、冷却能力を低下させること無くガス冷媒を再圧縮することができる。
【００１５】
また、冷凍サイクルを循環する冷媒が、二酸化炭素、又は二酸化炭素を含有する冷媒であるので、他の冷媒と比較して環境に良い。
さらに、冷凍サイクルの第１膨張部又は第２膨張部の少なくとも一方をキャピラリーチューブで構成しており、構成を簡単にすることができる。
そして、冷凍サイクルの第１膨張部及び第２膨張部の両方をキャピラリーチューブで構成しており、構成を簡単にすることができる。
【００１６】
また、気液分離器をコンプレッサより上方に配置しており、コンプレッサの停止時に液冷媒を自重で貯留することができる。
さらに、放熱器は放熱作用を有する複数の熱交換器に分割されて構成されており、放熱を露付き防止等に利用できる。
そして、第１膨張部中の冷媒と前記ガス冷媒とを熱交換させており、ガス冷媒を第１膨張部中の冷媒で加熱することにより確実にガス化させることができる。
【００１７】
また、第２の膨張部中の冷媒と前記蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる構成を備えており、蒸発器から出た冷媒を過熱することができる。
さらに、第１の膨張部中の冷媒と前記蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる構成を備えており、蒸発器から出た冷媒を過熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
冷蔵庫の冷凍サイクルの冷却能力を向上させるという目的を、膨張部を第１膨張部および第２膨張部の２段設け、この第１膨張部と第２膨張部との間に気液分離器を設けて、この気液分離器でガス冷媒と液冷媒とに分け、気体状のガス冷媒をコンプレッサの中間圧部に戻すとともに、膨張部を２段にした際に設けられる気液分離器を断熱材で覆って断熱し、コンプレッサや放熱器などからの熱が気液分離器に侵入することを極力防止することで実現した。
【実施例１】
【００１９】
次に、本発明における冷蔵庫の一実施例について、図１ないし図６を用いて説明する。図１は本発明における冷蔵庫の冷凍サイクルの冷媒回路図である。図２は図１の冷凍サイクルの P-h線図である。図３は冷蔵庫の断面図である。図４は冷蔵庫の斜視図である。図５、図６は冷凍サイクルの変形例である。なお、図４において、断熱箱体の一部が透視された状態で図示されている。
【００２０】
図３および図４において、家庭用の冷蔵庫１は、その本体である外郭が断熱効果を有する断熱材を備える断熱箱体２で構成されている。この断熱箱体２の内部空間（すなわち複数の区画に分割された庫内）は、設定温度の異なる複数の貯蔵室３（この実施例では５室、すなわち５区画）に仕切られており、各貯蔵室３は例えば冷蔵室、野菜室、アイス室、冷凍や冷蔵を選べるセレクト室や冷凍室などになっている。また、断熱箱体２の前面開口は、断熱効果を備える断熱扉４で開閉可能に閉じられている。そして、下側の貯蔵室３の奥側は、機械室１１となっている。さらに、断熱箱体２の内部空間には、冷気が循環する冷気流路１３が設けられ、この冷気流路１３内には、蒸発器１６および、この蒸発器１６で冷却された冷気を各貯蔵室３に循環させる蒸発器用送風機１７が設けられている。蒸発器１６の近傍で背面側に位置する断熱壁２ａには、中間圧用の気液分離器１８が内蔵されている。また、この気液分離器１８はコンプレッサ２１の上方に位置し、コンプレッサ２１の停止時に冷媒を貯留することができる。尚、蒸発器１６は単一のものを用いて、冷凍用の冷気及び冷蔵用の冷気を生成しているが、蒸発温度の異なる複数の蒸発器から構成し、冷凍用及び冷蔵用に夫々専用の温度の冷気を生成するようにしても良い。放熱器２３は単一の熱交換器であってよく、また冷蔵庫の前面開口周囲の露付きを防止する露付き防止ヒータとしての熱交換器、除霜水・ドレンの蒸発に用いるドレンパン用コンデンサ等に一部転用するなど複数の熱交換器の組み合わせで構成しても良い。従って、放熱器としてはプレートコンデンサ、マイクロフィンチューブ、フィンチューブコンデンサ、クレストコンデンサやフレームコンデンサなどが用いられる。
【００２１】
そして、機械室１１には、コンプレッサ２１などが設けられている。このコンプレッサ２１は、上述の蒸発器１６および気液分離器１８などとともに冷媒配管で接続され、図１および図２に図示する冷凍サイクルを構成している。コンプレッサ２１は二段圧縮式で、単一の密閉ケース内に第１圧縮部２１ａおよび第２圧縮部２１ｂを直列に結合し２段圧縮を可能にしており、吸い込んだ気体状の冷媒を圧縮し、高温・高圧となった冷媒を、放熱器２３に吐出する。そして、冷媒は放熱器２３で温度が低下し、第１膨張部である第１キャピラリーチューブ２４で減圧された後、中間圧に位置する気液分離器１８内で一部が膨張（蒸発作用）し、気体状のガス冷媒と液体状の液冷媒とに分けられる。この際、冷媒の蒸発作用で液冷媒が冷却される。尚、第１膨張部の構成としては、予め想定される冷凍サイクルの動作に合わせて設計された第１キャピラリーチューブ２４を用いているが、冷凍サイクルの負荷変動を考慮する必要がある場合は、絞り量を可変できる可動式の膨張機構を用いて予め定められたアルゴリズムに従ってこの絞り量を可変し冷凍サイクルの運転サイクルが最適、又は安定するように制御しても良いものである。
【００２２】
そして、気液分離器１８の気体状のガス冷媒は、気液分離器１８から中間圧冷媒流路２６を通って、コンプレッサ２１の中間圧部２１ｃ（すなわち、第１圧縮部２１ａと第２圧縮部２１ｂとの間の部分）に供給される。その際に、中間圧冷媒流路２６を流れるガス冷媒は第１キャピラリーチューブ２４を流れる冷媒と熱交換部２７で熱交換を行い、第１キャピラリーチューブ２４を流れる冷媒の冷却を向上させている。また、気液分離器１８とコンプレッサ２１の中間圧部２１ｃを接続する中間圧冷媒流路２６には、ガス冷媒の逆流（コンプレッサ２１の停止時など）を防止する逆止弁２８が設けられている。尚、コンプレッサ２１にケース内部を中間圧に設計しているものを用いる場合は、中間圧冷媒流路２６をコンプレッサ２１のケース内にガス冷媒が供給できるように構成すればよい。このとき、第１圧縮部２１ａの吐出はケース内となり第２圧縮部２１ｂの吸い込みはケース内となっている。
【００２３】
一方、気液分離器１８の液冷媒は、第２膨張部である第２キャピラリーチューブ３１で減圧された後蒸発器１６に流入して蒸発する。この際、冷媒は蒸発器１６周囲の空気を冷却しながら気化（蒸発）して冷却作用を奏する。この後、再びコンプレッサ２１に吸い込まれ冷凍サイクルを循環することになる。さらに、蒸発器１６からコンプレッサ２１に流れる冷媒は、第２キャピラリーチューブ３１を流れる冷媒と熱交換部３３で熱交換を行い、蒸発器１６へ供給される液冷媒の冷却を向上させている。尚、第２膨張部となる第２キャピラリーチューブ３１も前記した第１膨張部と同様に設計されるものであり、また、同様に可動式の膨張機構に置き換えることができるものである。
【００２４】
そして、蒸発器１６の冷却作用で冷却された空気は冷気となり、送風機１７により冷気流路１３を通って貯蔵室３に送風されて庫内を循環する。
【００２５】
冷蔵庫１はこの様に構成されているので、膨張部を第１キャピラリーチューブ２４および第２キャピラリーチューブ３１の二段で構成することができるとともに、気液分離器１８を断熱箱体２の背面側の蒸発器１６の近傍に位置する断熱壁２ａに内蔵し機械室１１からの熱の侵入を抑制し、また蒸発器１６から断熱箱体２外へ漏れる冷気を利用することができる。したがって、冷凍サイクルの２段目膨張（減圧）効率を向上させ冷却量を増加させることができるとともに、気液分離器１８を最適に配置することができる。
また、冷凍サイクルの各機器の設計は作動冷媒に二酸化炭素を用いて行なっている。その結果、図２のｐ−ｈ線図では作動領域が亜臨界であるが、周囲温度によっては作動領域が超臨界に至る場合もある。尚、作動冷媒は二酸化炭素に限らず他の類似する冷媒を用いることも可能である。
【００２６】
また、気液分離器１８の配置の変形例として、気液分離器１８の周囲を断熱材で覆って、機械室１１に配置することも可能である。この様に、気液分離器１８を断熱材で覆うことにより周囲から断熱し、周囲温度の高い機械室１１に配置しても、冷凍サイクルの効率が低下することを防止することができる。なお、従来、気液分離器が断熱材で覆われることは無かった。
【００２７】
さらに、冷蔵庫の冷凍サイクルは、二段の膨張部を具備していれば、適宜変更可能であり、その冷凍サイクルの一変形例について、図５、図６を用いて説明する。
この図５に図示する変形例は、図１に図示する実施例と、熱交換部の個数および配置が異なっており、図５に図示する変形例では、１個の熱交換部３６を具備し、この熱交換部３６が第１キャピラリーチューブ２４を流れる冷媒と、蒸発器１６からコンプレッサ２１に流れる冷媒とを熱交換させている。
【００２８】
また、この図６に示す変形例は、図１に図示する実施例と、熱交換部の個数および配置が異なっており、図６に図示する変形例では、１個の熱交換部３７を具備し、この熱交換部３７が放熱器２３から出る冷媒と蒸発器１６からコンプレッサ２１に流れる冷媒とを熱交換させている。この際、夫々の冷媒の流れが対向するように構成されている。
【００２９】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例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）実施例においては、気液分離器は蒸発器の背面側に位置する断熱壁内に配置されているが、他の断熱壁に配置することも可能である。
【００３０】
（２）実施例においては、コンプレッサは二段圧縮であるが、気液分離器の気体状の冷媒を中間圧で戻すことができるならば、コンプレッサの形式や構造は適宜選択可能である。例えば、単一の圧縮部を有するがシリンダー又はローターハウジングの中間圧部に位置する場所へガスインジェクションが可能なインジェクションポートを備える構造のコンプレッサであっても良い。
（３）冷蔵庫の貯蔵室の形式、個数や配置は適宜変更可能である。たとえば、冷蔵室、冷凍室、氷温室、チルド、製氷室および野菜室などを適宜箇所に、適宜の個数配置することができる。
【００３１】
（４）実施例においては、膨張部はキャピラリーチューブで構成されているが、膨張弁で構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
冷蔵庫の冷凍サイクルの膨張部を第１膨張部および第２膨張部の２段設け、この第１膨張部と第２膨張部との間に気液分離器を設けて、この気液分離器で気体状のガス冷媒と液体状の液冷媒に分け、ガス冷媒をコンプレッサの中間圧部に戻すとともに、膨張部を２段にした際に設けられる気液分離器を断熱材で覆って断熱し、冷蔵庫の冷凍サイクルの冷却能力を向上させることができる。したがって、冷却能力を要求される冷蔵庫に適用することが最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は本発明における冷蔵庫の冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【図２】図２は図１の冷凍サイクルの P-h線図である。
【図３】図３は冷蔵庫の断面図である。
【図４】図４は冷蔵庫の斜視図である。
【図５】図５は冷凍サイクルの変形例である。
【図６】図６は冷凍サイクルの変形例である。
【符号の説明】
【００３４】
１  冷蔵庫
２  断熱箱体（冷蔵庫本体）
２ａ  断熱壁
１６  蒸発器
１８  気液分離器
２１  コンプレッサ
２１ｃ  コンプレッサの中間圧部
２３  放熱器
２４  第１キャピラリーチューブ（第１膨張部）
３１  第２キャピラリーチューブ（第２膨張部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005257149.tif 000006
【図５】
2005257149.tif 000007
【図６】
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