(57)【要約】【課題】冷凍空間と冷蔵空間とをそれぞれの貯蔵温度に応じた冷却器の蒸発温度で冷却して冷凍サイクルの効率を向上させ、さらに切替弁による冷媒流路の切り替えと流量の制御によって、冷媒流制御のより一層の効率化を可能とした冷蔵庫を提供する。【解決手段】圧縮要素が低段側圧縮部と高段側圧縮部により構成された二段圧縮機９と、この圧縮機からの吐出ガスを受ける凝縮器10の出口側に設けられた冷媒流路とともに流量を制御する切替弁11と、この切替弁からそれぞれ減圧装置12、13を介して接続された冷凍用冷却器４および冷蔵用冷却器５とから冷凍サイクルを形成し、冷凍用冷却器からの吸込み管15を圧縮機に接続して冷媒ガスを低段側圧縮部の吸込み口に吸い込ませ、冷蔵用冷却器からの吸込み管17を圧縮機内に導入して吸い込んだ冷媒ガスを低段側圧縮部の吐出口から吐出される冷媒ガスとともに圧縮機の高段側圧縮部に吸い込ませて圧縮し吐出するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮要素が低段側圧縮部と高段側圧縮部により構成された二段圧縮機と、この圧縮機からの吐出ガスを受ける凝縮器の出口側に設けられた冷媒流路とともに流量を制御する切替弁と、この切替弁からそれぞれ減圧装置を介して接続された冷凍用冷却器および冷蔵用冷却器とから冷凍サイクルを形成し、前記冷凍用冷却器からの吸込み管を前記圧縮機に接続して冷媒ガスを前記低段側圧縮部の吸込み口に吸い込ませ、冷蔵用冷却器からの吸込み管を前記圧縮機内に導入して吸い込んだ冷媒ガスを前記低段側圧縮部の吐出口から吐出される冷媒ガスとともに前記圧縮機の高段側圧縮部に吸い込ませて圧縮し、高段側圧縮部の吐出口から前記凝縮器に吐出するようにしたことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項２】
切替弁を冷媒流入管と冷凍用冷却器側と冷蔵用冷却器側への流出弁口からなる三方弁とし、ステッピングモータにより弁開口を制御して冷媒流路および流量を調整するようにしたことを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
【請求項３】
切替弁を三方弁として、冷凍用冷却器側と冷蔵用冷却器側への流出口を全開、全閉、および冷凍側流出弁口を絞って冷蔵側を全開、あるいは冷蔵側流出弁口を絞って冷凍側を全開などのパターンを選択するようにした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】
三方弁を冷凍空間と冷蔵空間それぞれの温度負荷に応じて各流路への冷媒流量を配分するようにしたことを特徴とする請求項２または３記載の冷蔵庫。
【請求項５】
負荷量を、各冷凍および冷蔵空間内の設定温度と室温センサーによる検知温度との温度差によって検知することを特徴とする請求項４記載の冷蔵庫。
【請求項６】
負荷量を、各冷凍および冷蔵空間に配置した冷凍用および冷蔵用冷却器への冷媒入口パイプと出口パイプの検出温度による出口部の冷媒過熱度から判定することを特徴とする請求項４または５記載の冷蔵庫。
【請求項７】
各冷却器出口部の冷媒過熱度からの判定により、三方弁の冷媒流路および流量制御とともに各冷却器用冷気循環ファンの回転数も制御するようにしたことを特徴とする請求項６記載の冷蔵庫。
【請求項８】
三方弁によって、冷凍および冷蔵空間の各冷却のための冷媒流制御とともに減圧装置である毛細管の絞り度による冷媒の流れやすい冷蔵用冷却器側への冷媒流量を絞るように制御することを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項９】
冷蔵用冷却器の表面積を冷凍用冷却器の表面積に対して大きくしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項１０】
冷凍用冷却器あるいは冷蔵用冷却器における少なくともいずれか一方の吸込み管側に、アキュムレータを設置したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の冷蔵庫。
【請求項１１】
冷媒を炭化水素系冷媒としたことを特徴とする請求項１乃至10のいずれかに記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二段圧縮式の冷媒圧縮機を用いた冷蔵庫に係り、特に冷却器への冷媒流入量を制御するようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷蔵庫については従来より、種々の構造や制御方法の改良により省電力化が進められ成果が得られているが、近年は資源環境の見地からも、ますます消費電力の低減を強く期待されているものであり、また、本来の機能である貯蔵食品の保存性能についてもより向上が求められている。
【０００３】
現在、市場に供されている冷凍冷蔵庫に用いられている冷媒圧縮機は、圧縮機ケース内に単一の圧縮部が存在する、いわゆる一段圧縮方式であり、冷凍サイクルにおける冷却器は、冷凍貯蔵空間および冷蔵貯蔵空間専用に冷凍用冷却器および冷蔵用冷却器を設けて、各室を所定温度に冷却する方法が採用されていた。
【０００４】
上記の場合、−１８〜−２０℃程度に冷却される冷凍空間、および＋１〜５℃程度に保持する冷蔵や野菜保存空間に対応させるため、直列に配置した冷凍用冷却器と冷蔵用冷却器との間に２次毛細管を設けて前記各冷却器の蒸発温度に温度差を設けるようにしているが、圧縮機への吸込み圧力は後段側である低温の冷凍用冷却器の圧力に制限されることになって冷凍サイクルの効率は所定以上に高くできず、冷蔵用冷却器の蒸発温度も冷凍用冷却器の蒸発温度に合わせて低下することから冷蔵室内との温度差により相対湿度が低くなり、庫内の貯蔵食品が乾燥する欠点があった。
【０００５】
また、それぞれ専用の毛細管を接続して並列配置した冷凍および冷蔵用冷却器に冷却運転に沿って交互に冷媒を供給する方式のものでは逆止弁を設けることで蒸発温度を切り替え、冷蔵室を冷却する際は蒸発温度を室内冷却温度に沿って高くしてサイクルの効率を上げるようにした冷蔵庫が商品化されているが、この冷凍サイクルにおいても圧縮機への吸込み圧力は低圧の冷凍側に沿うため、サイクル効率を高くすることはできず、さらに交互に運転を切り替えるため、同時に冷凍冷蔵双方の空間を冷却することができず、冷凍および冷蔵の交互運転の度に各庫内温度が変動する問題があった。
【０００６】
上記に対応するものとして、図７に示すように、密閉容器内にモーターと低段圧縮要素（39ａ）と高段圧縮要素（39ｂ）とを備えた二段圧縮機（39）を設け、高段圧縮要素（39ａ）からの吐出管（46）に接続した凝縮器（40）の出口側に中間圧用膨張装置（43）を接続し、低段側圧縮要素（39ａ）の吐出側ならびに高段側圧縮要素（39ｂ）の吸入側と中間圧用吸入パイプ（47）とを連通させて、この中間圧用吸入パイプ（47）と前記中間圧用膨張装置（43）との間に中間圧用蒸発器（35）を接続するとともに凝縮器（40）の出口側と接続した低圧用膨張装置（42）と二段圧縮機の低段圧縮要素の吸入側（45）との間に低圧用蒸発器（34）を接続してなり、低段圧縮要素（39ａ）の吐出側と高段圧縮要素（39ｂ）の吸入側とを密閉容器（39）内に連通させることで庫内の温度制御の精度を高めるとともに庫内各部の温度の均一化や高効率化、低消費電力化をはかった二段圧縮冷凍冷蔵装置の思想が公開されている。（例えば、特許文献１参照）
さらに、図８に示すように、低段側と高段側の二つの圧縮機（59ａ）（59ｂ）を有し、冷凍室用と冷蔵室用の蒸発器（54）（55）を設けてそれぞれのキャピラリー（62）（63）への冷媒流量を調整する低段側および高段側流量調節装置（51ｂ）（55ａ）を設けることで、冷凍冷蔵各室の冷凍能力比率を調節し、他方の室の冷凍能力が過剰になる無駄な運転な運転を防止でき、効率を高くした冷凍冷蔵庫の構成が出願され公開されている。（例えば、特許文献２参照）
【特許文献１】特開２００１−７４３２５公報
【特許文献２】特開２００１−２０１２３５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の二段圧縮による冷凍サイクルでは、冷蔵用冷却器（35）の蒸発温度を上げ冷蔵室温度との温度差を小さくすることによる冷蔵用冷却器への着霜量を少なくし、冷蔵空間の雰囲気を高湿度に保持する思想は示されていないとともに、各冷却器（34）（35）への冷媒流は単なる分流思想のみであって、冷凍および冷蔵用冷却器へ同時に流れる冷媒流量比を調整することによって貯蔵空間の冷却性能や冷凍サイクル性能を適正にすることは考慮されていないものであり、また、特許文献２によれば、冷凍室用と冷蔵室用の各蒸発器（54）（55）への冷媒入口回路のそれぞれに膨張弁（51ａ）（51ｂ）などの流量調節装置を設ける必要があり、コストや設置スペース面での問題があった。
【０００８】
本発明は上記点を考慮してなされたものであり、冷凍用および冷蔵用冷却器を独立して配置するとともに二段圧縮式の冷凍サイクルとすることにより、冷凍空間と冷蔵空間とをそれぞれの貯蔵温度に応じた冷却器の蒸発温度で冷却して冷凍サイクルの効率を向上させることができ、さらに切替弁による冷媒流路の切り替えと流量の制御によって、冷媒流制御のより一層の効率化を可能とし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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の冷蔵庫は、圧縮要素が低段側圧縮部と高段側圧縮部により構成された二段圧縮機と、この圧縮機からの吐出ガスを受ける凝縮器の出口側に設けられた冷媒流路とともに流量を制御する切替弁と、この切替弁からそれぞれ減圧装置を介して接続された冷凍用冷却器および冷蔵用冷却器とから冷凍サイクルを形成し、前記冷凍用冷却器からの吸込み管を前記圧縮機に接続して冷媒ガスを前記低段側圧縮部の吸込み口に吸い込ませ、冷蔵用冷却器からの吸込み管を前記圧縮機内に導入して吸い込んだ冷媒ガスを前記低段側圧縮部の吐出口から吐出される冷媒ガスとともに前記圧縮機の高段側圧縮部に吸い込ませて圧縮し、高段側圧縮部の吐出口から前記凝縮器に吐出するようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この構成によって、冷凍用冷却器と冷蔵用冷却器の双方を各貯蔵空間の冷却に応じた蒸発温度とすることができ、冷凍サイクルの効率向上とともにそれぞれの冷却器への流路切り替えや流量など冷媒流制御が可能になるのみでなく、冷凍室と冷蔵室を同時に冷却することで各室内の温度変動を抑制することができ、さらに冷蔵空間の乾燥を防止することによる高湿度雰囲気によって、食品鮮度を長期に亙って保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。図２に縦断面図を示す冷蔵庫本体（１）は、断熱箱体の内部に貯蔵空間を形成し、仕切壁により冷凍室や製氷室の冷凍空間（２）、冷蔵室や野菜室の冷蔵空間（３）など複数の貯蔵室に区分している。
【００１２】
各貯蔵室は、冷凍空間や冷蔵空間毎に配置した冷凍用冷却器（４）や冷蔵用冷却器（５）および冷気循環ファン（６）（７）によってそれぞれ所定の設定温度に冷却保持されるものであり、各冷却器（４）（５）は、本体背面下部の機械室（８）に設置した圧縮機（９）から供給される冷媒によって冷却される。
【００１３】
図１は、上記本発明の冷蔵庫における冷凍サイクルを示すものであり、前記圧縮機（９）、凝縮器（10）、冷媒流路の切替弁（11）、および並列に接続した前記冷凍用および冷蔵用冷却器（４）（５）を環状に連結している。前記凝縮器（10）は、平板状にして前記機械室（８）の前方における冷蔵庫本体（１）の外底面空間に配設されており、凝縮器（10）で液化した冷媒は切替弁（11）を介してそれぞれ減圧装置である毛細管（12）（13）を経由して冷凍用冷却器（４）あるいは冷蔵用冷却器（５）に供給され、蒸発することで冷却器を低温化し、冷気ファン（６）（７）による循環によって貯蔵室内を所定の空気温度に冷却するものであり、蒸発気化した冷媒は、アキュムレータ（14）を介して再び圧縮機（９）に戻るよう構成されている。
【００１４】
しかして、圧縮機（９）は、その詳細を図３に示すように、圧縮要素が低段側圧縮部（９ａ）と高段側圧縮部（９ｂ）により構成されたレシプロ式の二段圧縮機であり、密閉ケース（９ｃ）内に収納した電動機構（９ｄ）の回転軸（９ｅ）の回転で偏心して回転する偏心軸（９ｆ）によってコンロッド（９ｇ）を往復運動させるよう構成している。
【００１５】
コンロッド（９ｇ）の先端にはボールジョイント（９ｈ）でピストン（９ｉ）が嵌め固定されており、シリンダー（９ｊ）内のピストン（９ｉ）の往復運動によって前記低段側圧縮部（９ａ）と高段側圧縮部（９ｂ）に対して交互に冷媒を吸い込み、圧縮して吐出するものであり、上記圧縮部へのボールジョイント（９ｈ）の採用により、容積効率を向上させ、２つの圧縮部（９ａ）（９ｂ）を必要とする２段圧縮機（９）の外形スペースの拡大を抑制している。
【００１６】
低段側圧縮部（９ａ）の吸込み口（９ｋ）には、前記冷凍用冷却器（４）からアキュムレータ（14）を介して連結した吸込み管（15）の端部を接続しており、圧縮した冷媒ガスを吐出する吐出口（９ｍ）をケース（９ｃ）内に開口させ、高段側圧縮部（９ｂ）の吐出口（９ｎ）は、凝縮器（10）への吐出管（16）に接続している。
【００１７】
前記アキュムレータ（14）は、気液を分離し、冷却器（４）で蒸発しきれなかった液状冷媒を貯留してガス状冷媒のみを送り出し、圧縮機（９）のシリンダー（９ｊ）に液冷媒が流入することによる支障を防止する作用をおこなうものであり、本実施例では、冷凍用冷却器（４）の後段にのみ設けている。
【００１８】
前記冷蔵用冷却器（５）からの吸込み管（17）は密閉ケース（９ｃ）内の中圧段となる空間部に導入するよう接続している。したがって、冷蔵用冷却器（５）からの吸込み冷媒は直接圧縮機のシリンダー内に流入しないため、冷蔵用冷却器（５）の後段にはアキュムレータを設ける必要は特になく、設置する場合は小形のものでよい。そして、冷蔵用冷却器側の吸込み管（17）から吸い込まれた冷媒ガスは、前記低段側圧縮部（９ａ）の吐出口（９ｍ）から吐出される冷媒ガスとともに連通する高段側圧縮部（９ｂ）の吸込み口（９ｐ）に吸い込まれ圧縮されるように構成している。
【００１９】
切替弁（11）は、圧縮機（９）からの吐出ガスを受ける凝縮器（10）の出口側に設けられて冷却器（４）（５）側への冷媒流路切り替えとともに流量を制御するものであり、図４に示すように、弁ケース（18）内に冷凍用冷却器（４）側への弁口Ａ（19ａ）と冷蔵側冷却器（５）への弁口Ｂ（19ｂ）とを形成した弁座（19）を設け、弁座（19）に対して弁体（20）をその上部に配置した三方弁である。
【００２０】
弁体（20）は、前記弁口Ａ（19ａ）およびＢ（19ｂ）と回転軌跡上でそれぞれ対応するように所定長さに亙って円弧状に延び、回転軸（20ｃ）の中心から回転移動半径を相違させた２箇所の断面Ｖ字状の凹溝Ａ（20ａ）および凹溝Ｂ（20ｂ）を所定の端縁形状に成形した厚肉段部（20ｄ）の下面に形成しており、弁座（19）の上面と弁体（20）を密接重合しつつ、上部に設けた図示しないステッピングモータによる０〜８５のパルスステップで回転駆動するものである。
【００２１】
この冷媒流制御切替弁である三方弁（11）は、冷凍サイクル制御信号によるパルス信号で弁体（20）を矢印方向への回転させるものであり、所定のパルス位置で前記弁体の回転半径外側の凹溝Ａ（20ａ）と弁口Ａ（19ａ）とが上下に重合し連通した場合には、流入弁口（21）から弁（11）内に流入した冷媒が、凹溝Ａ（20ａ）の前記厚肉段部（20ｄ）の開放端縁からＶ字状の凹溝Ａ（20ａ）内に進入し、凹溝Ａと連通する弁口Ａ（19ａ）から流出して冷凍側毛細管（12）に導入され、冷凍用冷却器（４）で蒸発気化する。
【００２２】
一方、同様に回転半径内側の凹溝Ｂ（20ｂ）と弁口Ｂ（19ｂ）とが連通した場合には、凹溝Ｂ（20ｂ）に流入した冷媒は連通する弁口Ｂ（19ｂ）から冷蔵側毛細管（13）に流入して冷蔵用冷却器（５）で蒸発するものである。
【００２３】
さらに、冷蔵側である凹溝Ｂ（20ｂ）は、Ｖ字状溝が回転先端から厚肉段部（20ｄ）の開放端に向かうにしたがってその断面積が随時拡大するように形成されており、弁体（20）と弁座（19）との重合部の断面図である図５に示すように、回転する弁体（20）が、例えば（ａ）で示す凹溝Ｂ（20ｂ）の回転始点である４９パルスの位置から、（ｂ）で示す凹溝の中間部である６２パルスの位置、および（ｃ）厚肉段部の開放端である７８パルス位置の間で最小から最大の流通開口面積となって弁口Ｂ（19ｂ）に連通するようにしており、流路の切り替えや流量調整はきめ細かく制御できることから、パルスによる回転制御によって冷媒流量を効率よくリニアに変更することができる。
【００２４】
本実施例においては、図６に示すように、冷凍用冷却器（４）側は全開あるいは全閉のいずれかにほぼ固定し、冷蔵側冷却器（５）への弁口Ｂ（19ｂ）への開口度を凹溝Ｂ（20ｂ）により変化させて冷媒流量をリニアに調整するようにしている。
【００２５】
例えば、冷凍および冷蔵空間（２）（３）とも所定の冷却温度状態にある場合は、（ａ）のように、図中右回りに回転する弁体（20）が２０パルス位置にあり、凹溝Ａ（20ａ）と弁口Ａ（19ａ）、および凹溝Ｂ（20ｂ）と弁口Ｂ（19ｂ）とは合致せず、冷凍および冷蔵冷却器双方への弁座（19）上の弁口（19ａ）（19ｂ）は弁体（20）の厚肉段部（20ｄ）による閉鎖状態にあって冷媒は流れず冷却作用はおこなわれない。
【００２６】
そして、冷凍運転停止状態での時間経過や冷凍室扉の開扉により、冷凍空間（２）の温度が上昇したことを温度センサーが検知した場合は、（ｂ）に示すように、２９パルス位置まで弁体（20）が回転し、凹溝Ａ（20ａ）が弁口Ａ（19ａ）に重合して両者が連通状態になるため、冷媒が冷凍用冷却器（４）側へ全開時の２０％程度流れる。このとき冷蔵側の凹溝Ｂ（20ｂ）と弁口Ｂ（19ｂ）とは依然として連通関係はなく、冷蔵用冷却器（５）に冷媒は供給されないものであり、（ｃ）の４１パルス位置では、冷凍側流路は全開して冷凍空間（２）を集中して冷却することになる。
【００２７】
冷蔵空間（３）の温度が上昇したような場合には、（ｄ）の４９パルス位置となり、凹溝Ｂ（20ｂ）の先端幅狭部が弁口Ｂ（19ｂ）と連通状態になるため、最小の３．７％の冷媒流が生じ冷蔵側への冷却作用が開始される。このときも冷凍側は全開により冷媒の流通状態を保持している。
【００２８】
（ｅ）の６２パルス位置は、凹溝Ｂ（20ｂ）の中間幅の位置が弁口Ｂ（19ｂ）と連通して冷蔵側への冷媒流量がリニアに増加している中間状態にあり、この間の滑らかな流量調整により冷蔵用冷却器（５）の冷却能力を微調整することができる。
【００２９】
（ｆ）は８２パルスの位置を示し、冷凍側冷蔵側とも冷却運転の指示によって弁口ＡＢ（20ａ）（20ｂ）は弁座ＡＢ（19ａ）（19ｂ）から離間し、双方の流路とも全開状態となって、冷凍用冷却器（４）と冷蔵用冷却器（５）には同時に冷媒が供給され冷却動作をおこなう。
【００３０】
なお、前記冷凍サイクルにおける冷凍用および冷蔵用毛細管（12）（13）は、冷凍用冷却器（４）および冷蔵用冷却器（５）での冷媒蒸発温度に温度差をつけるため、冷凍側毛細管（12）の絞りを強くしている結果、前記のように冷凍冷蔵双方へ冷媒を流す場合は必然的に抵抗の小さい冷蔵側に流れやすくなり、冷凍側へは流れにくくなる傾向にあって、極端な場合は冷凍側には冷媒が流れない状況が発生する。
【００３１】
これを改善するため前記三方弁（11）においては、冷凍および冷蔵空間（２）（３）の各冷却のための冷媒流制御とともに、いわゆる冷媒の片流れを防止するため、冷媒の流れやすい冷蔵側への冷媒流量をやや絞るようにする制御を加えている。
【００３２】
切替弁（11）における弁の開放制御は、冷凍用冷却器（４）と冷蔵側冷却器（５）への弁開口度を双方とも全開、あるいは全閉、および冷凍側弁開口を絞って冷蔵側を全開したり、あるいは冷蔵側の弁開口を絞って冷凍側を全開するなど種々のパターンを選択できるが、本実施例では、冷凍用冷却器（４）と冷蔵用冷却器（５）とを並列に接続しており、冷却制御は冷凍冷蔵の同時冷却と冷凍側のみ冷却の２通りとしている。
【００３３】
そして、冷凍側の凹溝Ａ（20ａ）と弁口Ａ（19ａ）とが連通して全開であれば、冷蔵側の冷媒流状態にほとんど影響されることなく冷凍側冷却器（４）はほぼ所定の冷凍能力を得られることになり、冷蔵側の冷却能力についても、前記三方弁（11）の凹溝Ｂ（20ｂ）と弁口（19ｂ）との連通状態による閉から開の範囲、および圧縮機（９）の回転数変化できめ細かく制御できるものである。
【００３４】
冷凍側弁口Ａ（19ａ）から流出した冷媒は、冷凍空間（２）における冷却温度に即した蒸発温度になるよう設定した毛細管（12）を通過し減圧されて冷凍用冷却器（４）において−２５℃程度で蒸発し、冷蔵用弁口Ｂ（19ｂ）からも同様に、冷蔵空間（３）での冷却温度に近似する−５℃程度の蒸発温度になるよう設定した冷蔵用毛細管（13）を介して冷蔵用冷却器（５）に冷媒が送られる。
【００３５】
上記の冷媒流制御によって、冷蔵用冷却器（５）の蒸発温度を冷凍側と温度差をつけて高くすることができ、冷蔵室温を１〜２℃に冷却することができるが、冷蔵用冷却器（５）の伝熱表面積を大きくして冷蔵空間冷却への熱交換量を大きくするようにすれば、さらに蒸発温度を上げることも可能であり、この場合は、冷蔵空間（３）の冷却温度と冷却器温度との温度差がより小さくなって冷蔵用冷却器（５）に付着する霜の量が少なくなり、空間内の乾燥を防いで庫内の湿度を高く保持する効果を奏する。
【００３６】
なお、一般の家庭用冷蔵庫においては、冷凍空間と冷蔵空間の冷却に必要とする冷凍能力はほぼ同等であることから、冷蔵用冷却器（５）の伝熱表面積を冷凍用冷却器（４）と同等あるいはより大きくすることにより、各冷却空間を効率的に冷却することが可能となる。
【００３７】
次に冷凍サイクルの動作について説明する。電源投入によって圧縮機（９）が駆動されると、圧縮され高温高圧となった冷媒ガスは吐出管（16）から凝縮器（10）に吐出されて切替弁（11）に至る。切替弁（11）は前記のように種々のパターン設定が可能であるが、前記電源投入の際には、冷凍、冷蔵空間（２）（３）とも未冷却の状態であるので、弁口Ａ（19ａ）、Ｂ（19ｂ）は全開状態になり、冷媒は冷凍用および冷蔵用毛細管（12）（13）に流入して減圧され冷凍用および冷蔵用冷却器（４）（５）にそれぞれ流入して各蒸発温度で蒸発し、各冷却器を所定温度に冷却する。
【００３８】
このとき、前記のように蒸発温度差のための毛細管抵抗による冷蔵用冷却器（５）への冷媒の片流れをなくすため、切替弁、すなわち三方弁（11）は冷媒の流れやすい冷蔵側への冷媒流量をやや絞るようにして冷凍冷蔵双方への冷媒流量をバランスよく保持するように制御する。
【００３９】
冷凍用冷却器（４）からの冷媒はアキュムレータ（14）に流入し、万一冷却器中で蒸発しきれなかった液冷媒が残っている場合はアキュムレータ（14）内部に貯留され、ガス冷媒のみが吸込み管（15）から圧縮機（９）の低段側圧縮部（９ａ）に吸い込まれる。また、冷蔵用冷却器（５）で蒸発した冷媒は吸込み管（17）を経由して前記圧縮機（９）の中間圧となっている密閉ケース（９ｃ）内に導入される。
【００４０】
冷凍用冷却器（４）から低段側圧縮部（９ａ）に吸い込まれ、圧縮されて吐出口（９ｍ）からケース（９ｃ）内に吐出された冷媒ガスと冷蔵用冷却器（５）から密閉ケース（９ｃ）の中圧段部に流入した冷媒ガスとは合流して吸込み口（９ｐ）から高段側圧縮部（９ｂ）に吸い込まれ、圧縮されて吐出口（９ｎ）から吐出管（17）に吐出され凝縮器（10）に導かれる冷凍サイクルを形成する。
【００４１】
したがって、上記冷凍サイクルによれば、冷凍および冷蔵空間（２）（３）の設定温度に合わせた蒸発温度になるような毛細管（12）（13）をそれぞれに備えた冷凍および冷蔵用冷却器（４）（５）を設置するので、従来の冷凍用冷却器の圧力に制限されて蒸発温度の差が設けられない場合に比べ、冷蔵用冷却器（５）からの吸込み管（17）を直接圧縮機ケース（９ｃ）内の中圧段部に接続させることで、冷蔵用冷却器（５）の蒸発温度を冷凍用冷却器（４）に対し室内冷却温度に即して高くすることができ、圧縮機入力が小さくなるのでサイクル効率を上げ、消費電力を低減することができる。
【００４２】
また、冷蔵用冷却器（５）の蒸発温度を上昇させて冷蔵空間との温度差を少なくすることで冷却器（５）に付着する霜量を少なくし、冷蔵空間内の乾燥を防いで庫内の湿度を高く保ち、食品鮮度を長期に亙って保持することができるものであり、さらに、冷凍用および冷蔵用冷却器（４）（５）の双方に同時に冷媒を流し冷却することができるため、従来の交互冷却方式に比べて各室内の温度変動を抑制することができる。
【００４３】
上記により、冷凍空間と冷蔵空間は、冷凍用冷却器への冷媒流しとともに冷蔵用冷却器へ冷媒を同時に流して蒸発温度を高くできることから、サイクル効率よく冷却することができるが、本発明によれば、各貯蔵空間に随時投入される温度負荷に対しても三方弁からなる冷媒流制御切替弁（11）による的確な冷媒量の分配により、さらに冷却効率を向上することができる。
【００４４】
すなわち、あらかじめ設定した、例えば、冷蔵空間（３）の設定冷蔵室温度に対して、所定位置に配設した温度センサーによる実際の検知温度が重負荷の投入により著しく上昇したような場合には、設定温度と実検知温度の値との差によって冷凍および冷蔵冷却器（４）（５）への冷媒流量の配分を判断し、制御信号によりステッピングモータを駆動して三方弁（11）の弁体（20）を所定角度回転させることで、弁体の凹溝ＡＢ（20ａ）（20ｂ）から弁座（19）の各弁口ＡＢ（19ａ）（19ｂ）への弁開口度を変化させて各冷却器への冷媒流量を調整し、冷蔵用冷却器（５）への冷媒流量を増加させるとともに、冷凍冷蔵両冷却器（４）（５）へ同時に冷媒を流通させるようにしてそれぞれの冷却空間を迅速に所定温度まで冷却することができ、各室の冷却温度の恒温化をはかることができる。
【００４５】
また、冷媒量の分配については、冷凍および冷蔵各冷却器（４）（５）の実温度変化を検知することによってもおこなうことができる。冷却貯蔵室への負荷が大きい場合には冷却器（４）（５）での熱交換量も大きくなるものであり、本実施例の場合は、各冷却器における入口パイプと出口パイプに温度センサーを取着し両パイプの検出温度による温度差を検知することでおこなう。
【００４６】
負荷が大きい場合は、熱交換量が大きくなって冷却器（４）（５）に流れてくる冷媒量が少なくなり、冷却器中ですべての冷媒が蒸発してしまい、冷却器の出口パイプにおける冷媒状態はガス冷媒のみで液冷媒のない、いわゆるスーパーヒート状態となるため、冷却器の冷媒入出口部の温度差が大きくなる。
【００４７】
そこで、冷媒入口パイプと出口パイプの検出温度の差が所定値、例えば２Ｋより大きくなった場合は、出口部は冷媒過熱状態にあると判定し、該冷却器への冷媒配分を大きくして流量を増やし、冷却器内の冷媒を気液の二相状態にすることで冷却器における熱交換性能を保持することが可能となる。
【００４８】
前記とは逆に、冷蔵用冷却器（５）においては、その出入り口パイプの検出温度の差を約１０Ｋになるように三方弁（11）の開度を制御してスーパーヒートさせることで、圧縮機（９）への液バックを防止し、冷凍サイクル中の冷媒分布の適正化をはかるようにしてもよく、前述した貯蔵空間における設定温度と実検知温度との温度差による冷媒流量制御と合わせておこなってもよい。
【００４９】
また、貯蔵空間の冷却制御としては、冷凍冷蔵の各冷却器（４）（５）出口部の冷媒過熱度を判定することにより、三方弁（11）の冷媒流路、および流量の制御とともに各冷却器用冷気循環ファン（６）（７）の回転数を制御することで、各貯蔵空間の温度をより適切に制御することが可能となる。
【００５０】
上記により冷凍冷蔵の各空間の冷却作用は同時に進行するが、例えば、冷蔵空間（３）が所定温度まで冷却されたが冷凍空間（２）は未だ所定温度まで冷却されていない場合は、前記切替弁である三方弁（11）は冷蔵側の弁口Ｂ（19ｂ）を閉じるとともに冷凍側を全開のまま圧縮機（９）の駆動を継続することになる。
【００５１】
また上記とは逆に、冷凍空間（２）に対して冷蔵空間（３）が未冷却の場合は、冷凍側弁口Ａ（19ａ）を絞って冷蔵用冷却器（５）側へのみ冷媒を流せばよいが、この場合圧縮機における低段側のシリンダー（９ｊ）に背圧がかかることと、冷凍側への冷却継続は特に問題ないため、冷凍および冷蔵側への冷媒流しをそのまま継続するようにしてもよい。
【００５２】
冷凍側と冷蔵側空間の双方とも所定温度まで冷却された場合は、圧縮機（９）の駆動を停止するとともに、三方弁（11）は冷凍側弁口Ａ（19ａ）および冷蔵側弁口Ｂ（19ｂ）を遮断する。この遮断により、冷凍サイクルの高圧側の凝縮器（10）や毛細管（12）（13）中にあった比較的温度の高い液冷媒が低圧側である冷凍および冷蔵用冷却器（４）（５）に流入することを防止し、流入による貯蔵空間の温度上昇で食品に悪影響を与えることを防ぐことができるものであり、また、この三方弁（11）を上記のように冷媒の流量を制御する弁としてだけではなく冷媒膨張弁として使用し、前記毛細管（12）（13）と併せて冷媒を減圧するようにしてもよい。
【００５３】
なお、毛細管と吸込み管とはそれぞれを熱交換し、冷却器出口のガス冷媒から熱回収することによって、サイクル効率を改善することができるが、本発明の冷凍サイクルは冷凍用と冷蔵用各々の毛細管（12）（13）および吸込み管（15）（17）が存在するため、これら各２本ずつのパイプをまとめて熱交換することにより、吸込みガス冷媒から効率的な熱回収をはかることができる。同時に、このまとめたパイプ類をユニット化することによって、製造時は一部品として取り扱うことができ、組み込み作業性を向上し、さらに冷蔵庫断熱壁内へ配設した後におけるウレタンフォーム断熱材の注入充填時における流動性が改善できる。
【００５４】
以上説明した冷凍サイクルでは、冷凍および冷蔵用冷却器（４）（５）への冷媒流を双方同時に流す制御ができることにより、従来の２つの冷却器に交互に冷媒を流す制御に比べて、一方の冷却器に冷媒が偏ることがなく、冷凍サイクルに必要とされる冷媒量が必要以上に増大することはない。したがって、炭化水素系冷媒など可燃性冷媒を採用した場合も冷媒充填量を少なくすることができるので、安全性が向上する。
【００５５】
なお、上記実施例における二段圧縮機（９）は、圧縮機ケース（９ｃ）内の圧力を中間圧としたもので説明したが、これに限らず、特に図示しないが、低圧ケースとして冷凍用冷却器からの吸込み管を圧縮機ケース内空間に連通させ、冷蔵用冷却器からの吸込み管は低段側圧縮部の吐出口と高段側圧縮部の吸込口との連結部に接続するようにしてもよい。また同様に、高圧ケースとして、冷凍用冷却器からの吸込み管を低段側圧縮部の吸込み口に接続するとともに、冷蔵用冷却器からの吸込み管は低段側圧縮部の吐出口と高段側圧縮部の吸込口との連結部に接続し、高段側圧縮部からの吐出ガスを高圧ケース内から凝縮器への吐出管へ吐出するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、二段圧縮式冷凍サイクル構成により、サイクル効率を向上した冷蔵庫に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の１実施形態を示す冷蔵庫の冷凍サイクル図である。
【図２】図１の冷凍サイクルを搭載した冷蔵庫の概略縦断面図である。
【図３】図１における二段圧縮機の詳細を示す縦断面図である。
【図４】図１における三方弁の要部の詳細を示す平面図である。
【図５】三方弁における冷蔵側の弁体と弁座との部分重合断面図であり、（ａ）はＶ字状溝の幅狭部、（ｂ）は、溝中間部、（ｃ）は幅広部の冷媒流路の連通状態を示す。
【図６】三方弁の弁体の凹溝と弁座の弁口とのパルス位置による連通状態の変化を示す平面図である。
【００５８】
（ａ）は、冷凍側と冷蔵側が双方とも全閉の状態を示す。
【００５９】
（ｂ）は、冷凍側が２０％開で、冷蔵側が閉状態を示す。
【００６０】
（ｃ）は、冷凍側が開で、冷蔵側が閉の状態を示す。
【００６１】
（ｄ）は、冷凍側が開で、冷蔵側が最小の３．７％開状態を示す。
【００６２】
（ｅ）は、冷蔵側の冷媒流通量がリニアに増加している中間状態を示す。
【００６３】
（ｆ）は、冷凍側、冷蔵側ともに全開の状態を示す。
【図７】従来の冷蔵庫の冷凍サイクル図である。
【図８】従来の他の冷蔵庫の冷凍サイクル図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  冷蔵庫本体            ２  冷凍空間            ３  冷蔵空間
４  冷凍用冷却器          ５  冷蔵用冷却器        ６、７  冷却ファン
８  機械室                ９  二段圧縮機          ９ａ  低段圧縮部
９ｂ  高段圧縮部          ９ｃ  ケース            10  凝縮器
11  切替弁                12  冷凍用毛細管        13  冷蔵用毛細管
14  アキュムレータ        15  冷凍側吸込み管      16  吐出管
17  冷蔵側吸込み管        18  弁ケース            19  弁座
19ａ  冷凍側弁口Ａ        19ｂ  冷蔵側弁口Ｂ      20  弁体
20ａ  冷凍側凹溝Ａ        20ｂ  冷蔵側凹溝Ｂ      20ｃ  回転軸
20ｄ  厚肉段部            21  流入弁口
【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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