(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次冷媒を機械的に強制循環する一次回路(34)と、二次冷媒を自然循環する二次回路(44)と、一次冷媒および二次冷媒の間で熱交換する熱交換器(HE,HE1)とを備えた冷却装置において、
前記一次回路(34)は、一次冷媒を圧縮する圧縮機(CM)と、該圧縮機(CM)で圧縮された一次冷媒を凝縮する凝縮器(CD)と、該凝縮器(CD)で凝縮した一次冷媒を減圧する減圧手段(EV)と、前記熱交換器(HE,HE1)に形成されて凝縮器(CD)で凝縮した一次冷媒を蒸発する一次熱交換部(36)とを備え、凝縮器(CD)と一次熱交換部(36)とを減圧手段(EV)を介して接続する一次液配管(38)を前記熱交換器(HE,HE1)の一方の端側に接続すると共に、前記圧縮機(CM)と一次熱交換部(36)とを接続する一次ガス配管(40)を該熱交換器(HE,HE1)の他方の端側に接続するよう構成され、
前記二次回路(44)は、前記熱交換器(HE,HE1)に形成されて二次冷媒を凝縮する二次熱交換部(46)と、前記二次熱交換部(46)で凝縮した二次冷媒を蒸発する蒸発器(EP)とを備え、前記二次熱交換部(46)と蒸発器(EP)とを接続する二次液配管(48)を、前記熱交換器(HE,HE1)における前記一次液配管(38)の接続端側に接続すると共に、該二次熱交換部(46)と蒸発器(EP)とを接続する二次ガス配管(50)を、該熱交換器(HE,HE1)における前記一次ガス配管(40)の接続端側に接続するよう構成され、
前記一次回路(34)が配設される開放空間(20)と前記二次回路(44)の前記蒸発器(EP)が配設される閉鎖空間(14)とを、断熱壁部(24)により区切り、
前記断熱壁部(24)を構成する一対の外郭部材(24a,24a)間に前記熱交換器(HE,HE1)が配置され、
前記熱交換器(HE,HE1)は、前記一次熱交換部(36)の冷媒流通径路が水平方向または水平面に対して傾斜して延在するよう、水平姿勢または水平面に対して傾斜する姿勢で配置される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記熱交換器(HE,HE1)は、該熱交換器(HE,HE1)または外郭部材(24a,24a)に形成された突起部(25)により水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう構成された請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記突起部(25)は、断熱性能を有する部材により形成される請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
前記外郭部材(24a)に形成されて水平面に対して傾斜角θとなる傾斜面(80)に、前記熱交換器(HE,HE1)を設置することで該熱交換器(HE,HE1)が水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう構成された請求項１記載の冷却装置。
【請求項５】
前記外郭部材(24a)を水平面に対して傾斜させることで、前記熱交換器(HE,HE1)が水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう構成された請求項１記載の冷却装置。
【請求項６】
前記熱交換器は、プレート式熱交換器(HE)であって、該プレート式熱交換器(HE)は水平姿勢または水平面に対して傾斜する姿勢で配置される請求項１〜５の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記熱交換器(HE1)は、前記一次熱交換部(36)または前記二次熱交換部(46)の何れか一方をなす外管と、該外管の内部に挿通され、前記一次熱交換部(36)または前記二次熱交換部(46)の何れか他方をなす内管とから構成される請求項１〜５の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記熱交換器(HE,HE1)と水平面とのなす角θは、前記液配管(38,48)の接続端側を基準として、前記ガス配管(40,50)の接続端側に向けて上方傾斜する姿勢を正の値とした場合に、−４°＜θ≦４５°の範囲に設定される請求項１〜７の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記熱交換器(HE,HE1)と水平面とのなす角θは、前記液配管(38,48)の接続端側を基準として、前記ガス配管(40,50)の接続端側に向けて上方傾斜する姿勢を正の値とした場合に、４°≦θ≦４５°の範囲に設定される請求項１〜７の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記熱交換器(HE,HE1)と水平面とのなす角θは、前記液配管(38,48)の接続端側を基準として、前記ガス配管(40,50)の接続端側に向けて上方傾斜する姿勢を正の値とした場合に、−４°＜θ＜４°の範囲に設定される請求項１〜７の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記二次回路(44)における蒸発器(EP)は、前記二次液配管(48)に接続する流入端(52a)が前記二次ガス配管(50)に接続する流出端(52b)より上部に位置するよう構成された請求項１０記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記断熱壁部(24)を構成する一対の外郭部材(24a,24a)間に前記熱交換器(HE,HE1)を配置するよう構成された請求項１〜１１の何れか一項に記載の冷却装置(32)を製造する方法であって、
前記一対の外郭部材(24a,24a)間に前記熱交換器(HE,HE1)を配置すると共に、前記一次回路(34)および熱交換器(HE,HE1)を接続する配管(38,40)と、前記二次回路(44)および熱交換器(HE,HE1)を接続する配管(48,50)とを拘束治具(74,76)により保持した状態で、一対の外郭部材(24a,24a)間に発泡材を充填するようにした
ことを特徴とする冷却装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、更に詳細には、一次冷媒を機械的に強制循環する一次回路と二次冷媒を自然循環する二次回路と、一次熱交換部および二次熱交換部の熱交換を行なう熱交換器とを備える冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一次冷媒を機械的に強制循環させる一次回路と、二次冷媒が自然循環する二次回路とを備え、一次冷媒と二次冷媒との間で熱交換するよう構成した冷却装置がある(例えば特許文献１参照)。このような冷却装置９０の一次回路９４は、図１６に示すように、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機ＣＭと、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器ＣＤと、液相一次冷媒の圧力を低下させる膨張弁ＥＶと、プレート式熱交換器１１０に設けられて液相一次冷媒を気化する一次熱交換部９６とを配管９８で接続して構成されると共に、二次回路１０４は、プレート式熱交換器１１０に設けられて気相二次冷媒を液化する二次熱交換部１０６と、液相二次冷媒を気化する蒸発器ＥＰとを別の配管１０８で接続して構成されて、プレート式熱交換器１１０において一次冷媒と二次冷媒とが熱交換することで、最終的に二次回路１０４の蒸発器ＥＰを冷却するようになっている。そして、このような冷却装置９０を備えた冷凍機器では、一次回路９４の構成部材ＣＭ,ＣＤ,ＥＶおよびプレート式熱交換器１１０を、外気に晒された開放空間に配設すると共に、台板１１２を介して開放空間の下方に画成した閉鎖空間に二次回路１０４を構成する蒸発器ＥＰを配設して、閉鎖空間内を冷却するよう構成される。
【特許文献１】特開２００２−４８４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前述した自然循環タイプの冷凍回路(二次回路１０４)を備えた冷却装置９０では、プレート式熱交換器１１０で凝縮された液相二次冷媒を重力により蒸発器ＥＰへ自然流下させることで二次冷媒の循環方向を決定づけるようになっている。従って、前記冷却装置９０では、二次冷媒を一定方向に自然流下させ得るようプレート式熱交換器１１０を直立状態(プレートの重ね合わせ方向が水平方向となる姿勢)で設置し、該プレート式熱交換器１１０の上端部側に気相二次冷媒の流入口を設けると共に、プレート式熱交換器１１０の下端部側に液相二次冷媒の流出口を設けるよう構成される。一方で、プレート式熱交換器１１０での一次冷媒および二次冷媒間の熱交換効率を高めるために、一次冷媒と二次冷媒との流通方向が逆方向となるよう構成される。すなわち、前記冷却装置９０では、一次回路９４側の一次冷媒が流入する流入口をプレート式熱交換器１１０の下端側に設けると共に、プレート式熱交換器１１０の上端側に一次冷媒の流出口が形成されて、一次回路９４では、一次冷媒は重力に逆らってプレート式熱交換器１１０を流通することになる。ここで、プレート式熱交換器１１０における一次冷媒と二次冷媒との熱交換効率の向上を図るためには、一次熱交換部９６の経路において一次冷媒の伝熱面積を有効に使用するため、該一次熱交換部９６の経路は一次冷媒で満たされていることが望ましい。従来の冷却装置９０では、プレート式熱交換器１１０において重力に逆らって一次冷媒が流通することから、一次冷媒の上昇過程において冷媒密度が増加して一次熱交換部９６の経路内の滞留冷媒量が増加して、冷媒の使用量増加といった問題を招来し、またコストが嵩む欠点が指摘される。
【０００４】
また、例えば冷蔵庫等のように内部に収納室(前記閉鎖空間に相当する)が内部画成される機器では、機器自体の大きさを変更することなく収納室容積を大きくする要請が高い。しかしながら、前述のように二次回路１０４では、プレート式熱交換器１１０における二次冷媒の流入口と流出口との高低差を利用して二次冷媒の循環方向を決定づける関係上、プレート式熱交換器１１０が台板１１２上に直立状態で設置されるため、台板１１２の下方に位置する収納室容積を圧迫する要因となっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、熱交換器での熱交換効率を低下することなく一次冷媒の使用量を削減し得ると共に、該熱交換器の高さ寸法を抑制したコンパクトな冷却装置およびその製造方法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】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る冷却装置は、
一次冷媒を機械的に強制循環する一次回路と、二次冷媒を自然循環する二次回路と、一次冷媒および二次冷媒の間で熱交換する熱交換器とを備えた冷却装置において、
前記一次回路は、一次冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された一次冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮器で凝縮した一次冷媒を減圧する減圧手段と、前記熱交換器に形成されて凝縮器で凝縮した一次冷媒を蒸発する一次熱交換部とを備え、凝縮器と一次熱交換部とを減圧手段を介して接続する一次液配管を前記熱交換器の一方の端側に接続すると共に、前記圧縮機と一次熱交換部とを接続する一次ガス配管を該熱交換器の他方の端側に接続するよう構成され、
前記二次回路は、前記熱交換器に形成されて二次冷媒を凝縮する二次熱交換部と、前記二次熱交換部で凝縮した二次冷媒を蒸発する蒸発器とを備え、前記二次熱交換部と蒸発器とを接続する二次液配管を、前記熱交換器における前記一次液配管の接続端側に接続すると共に、該二次熱交換部と蒸発器とを接続する二次ガス配管を、該熱交換器における前記一次ガス配管の接続端側に接続するよう構成され、
前記一次回路が配設される開放空間と前記二次回路の前記蒸発器が配設される閉鎖空間とを、断熱壁部により区切り、
前記断熱壁部を構成する一対の外郭部材間に前記熱交換器が配置され、
前記熱交換器は、前記一次熱交換部の冷媒流通径路が水平方向または水平面に対して傾斜して延在するよう、水平姿勢または水平面に対して傾斜する姿勢で配置されることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、一次熱交換部の冷媒流通経路が水平面に対して傾斜するよう熱交換器を水平面に対して傾斜させたことにより、一次熱交換部における一次液配管の接続部位と一次ガス配管の接続部位との高低差を小さくでき、重力に抵抗して上昇する垂直成分が減少し、熱交換器内の一次冷媒密度の増加割合が軽減され、これにより滞留冷媒量の増加割合も軽減されるため、一次回路での一次冷媒の使用量を減少し得る。このとき、熱交換器においては、一次回路を流通する一次冷媒と二次回路を流通する二次冷媒との間で、比較的熱伝達率の大きい潜熱同士による熱交換が行なわれるから、該熱交換器内の滞留冷媒量が減少しても熱交換効率を損なうことはない。また、熱交換器を水平面に対して傾斜することで、該熱交換器の上下の高さ寸法を抑制することができ、冷却装置をコンパクトにし得る。断熱壁部内に熱交換器を配設することで、該熱交換器を別途断熱材で覆う必要がない。
【０００８】
請求項６に係る発明は、前記熱交換器は、プレート式熱交換器であって、該プレート式熱交換器は水平姿勢または水平面に対して傾斜する姿勢で配置されることを要旨とする。
【０００９】
すなわち、プレート式熱交換器は、能力の変更が行ない易い。 
【００１０】
請求項７に係る発明は、前記熱交換器は、前記一次熱交換部または前記二次熱交換部の何れか一方をなす外管と、該外管の内部に挿通され、前記一次熱交換部または前記二次熱交換部の何れか他方をなす内管とから構成されることを要旨とする。
【００１１】
すなわち、熱交換器として外管と内管とからなる所謂二重管式を用いることで、形状の自由度が高く、スペースを有効に利用し得る。
【００１２】
請求項８に係る発明は、前記熱交換器と水平面とのなす角θは、前記液配管の接続端側を基準として、前記ガス配管の接続端側に向けて上方傾斜する姿勢を正の値とした場合に、−４°＜θ≦４５°の範囲に設定されることを要旨とする。
【００１３】
このように熱交換器と水平面とのなす角θを−４°＜θ≦４５°の範囲に設定した場合には、熱交換器における二次冷媒を二次ガス配管から二次液配管へ向けて流通させることができ、冷却能力の低下を招来することはない。また開放空間と閉鎖空間とを区切る断熱壁部内への熱交換器の設置が可能となる。
【００１４】
請求項９に係る発明は、前記熱交換器と水平面とのなす角θは、前記液配管の接続端側を基準として、前記ガス配管の接続端側に向けて上方傾斜する姿勢を正の値とした場合に、４°≦θ≦４５°の範囲に設定されることを要旨とする。
【００１５】
このように熱交換器と水平面とのなす角θを４°≦θ≦４５°の範囲に設定した場合には、熱交換器における二次冷媒の自然循環方向を重力作用により決定づけることができる。
【００１６】
請求項１０に係る発明は、前記熱交換器と水平面とのなす角θは、前記液配管の接続端側を基準として、前記ガス配管の接続端側に向けて上方傾斜する姿勢を正の値とした場合に、−４°＜θ＜４°の範囲に設定されることを要旨とする。
【００１７】
このように、熱交換器と水平面とのなす角θを−４°＜θ＜４°の範囲に設定した場合には、熱交換器における温度勾配の存在により二次冷媒を自然循環させ得る。すなわち、傾斜角θが−４°＜θ＜４°となる水平に近い状態で熱交換器を設置し得るから、設計における冗長性が確保される。
【００１８】
請求項１１に係る発明は、前記二次回路における蒸発器は、前記二次液配管に接続する流入端が前記二次ガス配管に接続する流出端より上部に位置するよう構成されたことを要旨とする。
【００１９】
傾斜角θが−４°＜θ＜４°となる範囲で熱交換器を配設した場合には、冷凍負荷の減少により二次冷媒の循環方向の逆転が起こり得る。このとき、二次液配管に接続する流入端を蒸発器の上部に配置すると共に、二次ガス配管に接続する流出端を蒸発器の下部に配置することで、蒸発器における二次冷媒の伝熱面積を減少することができ、自動的に冷却能力を抑制することが可能となる。
【００２０】
請求項２に係る発明は、前記熱交換器は、該熱交換器または外郭部材に形成された突起部により水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう構成されたことを要旨とする。
【００２１】
このように、熱交換器または外郭部材に突起部を形成して熱交換器を傾斜角θに位置決めするから、簡単な作業で正確に熱交換器を傾斜角θで配設することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明は、前記突起部は、断熱性能を有する部材により形成されることを要旨とする。
【００２３】
このように、断熱性能を有する部材により前記突起部を形成することで、断熱壁部の断熱性能を損なうことはない。
【００２４】
請求項４に係る発明は、前記外郭部材に形成されて水平面に対して傾斜角θとなる傾斜面に、前記熱交換器を設置することで該熱交換器が水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう構成されたことを要旨とする。
【００２５】
このように、外郭部材に形成した傾斜面に熱交換器を設置するだけで該熱交換器を傾斜角θに位置決めし得るから、簡単な作業で正確に熱交換器を配設することができる。
【００２６】
請求項５に係る発明は、前記外郭部材を水平面に対して傾斜させることで、前記熱交換器が水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう構成されたことを要旨とする。
【００２７】
このように、熱交換器を配設した断熱壁部を、水平面に対して外郭部材が傾斜角θで傾斜するよう設置することにより、該熱交換器を傾斜角θとし得るから、簡単な作業で正確に熱交換器を配設することができる。
【００２８】
請求項１２に係る発明は、前記断熱壁部を構成する一対の外郭部材間に前記熱交換器を配置するよう構成された請求項１〜１１の何れか一項に記載の冷却装置を製造する方法であって、
前記一対の外郭部材間に前記熱交換器を配置すると共に、前記一次回路および熱交換器を接続する配管と、前記二次回路および熱交換器を接続する配管とを拘束治具により保持した状態で、一対の外郭部材間に発泡材を充填するようにしたことを要旨とする。
【００２９】
このように、前記熱交換器を断熱壁部内に配設するに際し、該熱交換器に接続する各配管を拘束治具で保持することにより、一対の外郭部材間に発泡材を充填した際に当該熱交換器が位置ズレするのを防止し得る。また、熱交換器に接続する各配管を拘束治具で保持することで、該熱交換器を水平面に対して傾斜角θで傾斜保持し得るから、簡単な作業で熱交換器を傾斜させ得ると共に、熱交換器が傾斜角θで正確に傾斜した冷却装置を製造し得る。
【発明の効果】
【００３０】
すなわち、本発明に係る冷却装置およびその製造方法よれば、熱交換器での熱交換効率を低下することなく一次冷媒の使用量を削減し得ると共に、該熱交換器の高さ寸法を抑制して装置自体をコンパクトにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明に係る冷却装置およびその製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。実施例では、店舗等の業務用途に用いられ、野菜や肉等の物品を多量に収納し得る大型の冷蔵庫に設けられる冷却装置を例に挙げて説明する。なお、従来技術において説明した部材・構成と同一の部材・構成に関しては、同一の符号を付してある。
【実施例１】
【００３２】
図１に示すように、実施例１に係る冷蔵庫１０は、収納室(閉鎖空間)１４を内部画成した断熱構造の箱体１２と、この箱体１２の上方に設けられ、金属パネル１８により外壁を構成したキャビネット１６とを備えている。箱体１２には、前側に開放して物品の出し入れ口となる開口部１２ａが収納室１４に連通して開設される。また箱体１２の前部には、断熱扉２２が図示しないヒンジにより回動可能に配設され、断熱扉２２を開放することで開口部１２ａを介して収納室１４に対する物品の出し入れが許容されると共に、断熱扉２２を閉成することで収納室１４を密閉し得るようになっている。
【００３３】
前記キャビネット１６の内部には、収納室１４を冷却するための冷却装置３２の一部および該冷却装置３２を制御する制御用電装箱(図示せず)が配設される機械室(開放空間)２０が画成される(図２参照)。機械室２０の底部には、箱体１２の天板１２ｂに載置されて、該機械室２０に配設する機器の共通基板となる台板(断熱壁部)２４が設置されている。そして、キャビネット１６の外壁をなす金属パネル１８には、機械室２０に連通する空気流通孔(図示せず)が適宜部位に開設され、この空気流通孔を介して機械室２０内の雰囲気と外気とが入替わるようになっている。
【００３４】
前記収納室１４の上部には、箱体１２における天板１２ｂの下面から所定間隔離間して冷却ダクト２６が配設され、この冷却ダクト２６と、箱体１２の天板１２ｂに開設した切欠口１２ｃを介して収納室１４側に臨む台板２４との間に冷却室２８が画成される。この冷却室２８は、冷却ダクト２６の底部前側に形成した吸込口２６ａおよび後側に形成した冷気吹出口２６ｂを介して収納室１４に連通して、閉鎖空間としての収納室１４の一部を構成している。吸込口２６ａには送風ファン３０が配設され、該送風ファン３０を駆動することで、吸込口２６ａから収納室１４の空気を冷却室２８に取込み、冷気吹出口２６ｂから冷却室２８の冷気が収納室１４に送出される。天板１２ｂの切欠口１２ｃは、台板２４で気密的に塞がれて、収納室１４(冷却室２８)と機械室２０とは、台板２４で区切られて互いに独立した空間となっている(図１参照)。
【００３５】
図２に示す如く、冷却装置３２は、一次冷媒を強制循環する機械圧縮式の一次回路３４と、二次冷媒が自然対流するサーモサイフォンからなる二次回路４４との２系統の回路を、傾斜配置されたプレート式熱交換器ＨＥを介して接続(カスケード接続)した二次ループ冷凍回路が採用される。プレート式熱交換器ＨＥは、一次回路３４を構成する一次熱交換部３６と、この一次熱交換部３６とは別系統に形成されて、二次回路４４を構成する二次熱交換部４６とを備え、収納室１４と機械室２０とを区画する台板２４内に配設されている(図１参照)。すなわち、一次回路３４および二次回路４４には、独立した冷媒循環経路が夫々形成されている。また、一次回路３４を循環する一次冷媒としては、蒸発熱や飽和圧等の冷媒としての特性に優れているブタンやプロパン等のＨＣ系の冷媒またはアンモニアなどが採用され、二次回路４４を循環する二次冷媒としては、毒性、可燃性および腐食性を有していない安全性の高い二酸化炭素が採用される。
【００３６】
(一次回路)
前記一次回路３４は、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機ＣＭと、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器ＣＤと、液相一次冷媒の圧力を低下させる膨張弁ＥＶと、前記プレート式熱交換器ＨＥに設けられて液相一次冷媒を蒸発させる一次熱交換部３６とを備える。そして、一次回路３４においては、凝縮器ＣＤ,膨張弁ＥＶおよび一次熱交換部３６を、液相一次冷媒が流通する一次液配管３８で接続し、一次熱交換部３６,圧縮機ＣＭおよび凝縮器ＣＤを、気相一次冷媒が流通する一次ガス配管４０で接続している(図２参照)。すなわち、一次回路３４では、圧縮機ＣＭによる一次冷媒の圧縮により、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤ、膨張弁ＥＶ、一次熱交換部３６(プレート式熱交換器ＨＥ)および圧縮機ＣＭの順に一次冷媒が強制循環し、一次熱交換部３６において液相一次冷媒が気化することでプレート式熱交換器ＨＥを冷却する(図３参照)。
【００３７】
また、前記圧縮機ＣＭおよび凝縮器ＣＤは、機械室２０において台板２４上に共通的に配設され、凝縮器ＣＤを強制冷却する凝縮器ファンＦＭも、該凝縮器ＣＤに対向して台板２４上に配設される。すなわち、凝縮器ファンＦＭの駆動により金属パネル１８に開設した空気流通孔から外気が機械室２０に取込まれて、凝縮器ＣＤおよび圧縮機ＣＭと熱交換するようになっている。なお、前述した制御用電装箱は、機械室２０において凝縮器ファンＦＭによる空気の流れを阻害しない位置(実施例１では機械室２０の側部)で台板２４上に配設されている。
【００３８】
(二次回路)
前記二次回路４４は、前記プレート式熱交換器ＨＥに設けられて気相二次冷媒を液化する二次熱交換部４６と、液相二次冷媒を気化する蒸発器ＥＰとを備えている(図２参照)。そして、二次回路４４は、二次熱交換部４６と蒸発器ＥＰとを接続する配管として、二次熱交換部４６から蒸発器ＥＰへ重力の作用下に液相二次冷媒を導く二次液配管４８と、蒸発器ＥＰから二次熱交換部４６へ気相二次冷媒を導く二次ガス配管５０とを有している。ここで、蒸発器ＥＰは台板２４の下方に画成される冷却室２８に配設されて、台板２４内に配設される二次熱交換部４６(プレート式熱交換器ＨＥ)より下方に蒸発器ＥＰが位置するよう構成されている。すなわち、蒸発器ＥＰが二次熱交換部４６(プレート式熱交換器ＨＥ)より下方に配置された二次回路４４では、前記一次回路３４における圧縮機ＣＭの動作により強制冷却されるプレート式熱交換器ＨＥ(二次熱交換部４６)において凝縮された液相二次冷媒が重力作用下に蒸発器ＥＰへ流下し、流下した液相二次冷媒が蒸発器ＥＰにおいて冷却室２８(収納室１４)内の空気と熱交換して蒸発することで二次熱交換部４６に再び戻る冷媒循環サイクルを構成している。なお、前記二次回路４４には、二次ガス配管５０の途中に膨張タンク５４が接続されており、冷却装置３２の停止時に常温では液化しない二次冷媒の圧力上昇を抑制するようになっている(図２参照)。
【００３９】
ここで、前記蒸発器ＥＰは、管路を蛇行させた蒸発管(冷媒経路)５２を有し、前記二次液配管４８に接続する蒸発管５２の流入端５２ａが、蒸発器ＥＰの上部に設けられると共に、前記二次ガス配管５０に接続する蒸発管５２の流出端５２ｂが、蒸発器ＥＰの下部に設けられている(図２参照)。すなわち、前記蒸発器ＥＰは、蒸発管５２の流入端５２ａが流出端５２ｂより上方に位置するようになっている。また蒸発管５２は、流入端５２ａと流出端５２ｂとの上下幅の間に延在するよう形成され、蒸発管５２に流入した液相二次冷媒を、重力の作用下に流出端５２ｂ側まで拡散させるように導くようになっている。より具体的には、蒸発管５２は、傾斜する直線部分が上下の関係で葛折り状態で折り重なると共に、屈曲部分が横方向に離間した蛇行形状に管路が形成され、この管路が流入端５２ａ側から流出端５２ｂ側に向かうにつれて下り勾配となるよう構成されている。
【００４０】
(プレート式熱交換器)
前記プレート式熱交換器ＨＥは、図３に示すように、複数のプレート６０を所要間隔離間するように並列に対向配置して構成され、対向するプレート６０,６０の間に、前記一次回路３４の一次熱交換部３６を構成する第１の流路６０ａと、前記二次回路４４の二次熱交換部４６を構成する第２の流路６０ｂとが並列に複数形成される。ここで、前記第１の流路６０ａと、第２の流路６０ｂとは、前記プレート６０の重ね合わせ方向に交互に位置するよう独立して形成されて、前記一次液配管３８および一次ガス配管４０の夫々が各第１の流路６０ａに連通するよう構成されると共に、前記二次液配管４８および二次ガス配管５０の夫々が各第２の流路６０ｂに連通するよう構成される。すなわち、プレート式熱交換器ＨＥでは、隣接する第１および第２の流路６０ａ,６０ｂに一次冷媒および二次冷媒を独立して流通させることで、各プレート６０を介して一次冷媒および二次冷媒間で熱交換を図るようになっている。なお、プレート式熱交換器は、能力の変更が行ない易い利点がある。
【００４１】
ここで、図３に示すように、前記プレート式熱交換器ＨＥは、前記第１および第２の流路６０ａ,６０ｂが水平面に対して所要の傾斜角θで交差するよう前記台板２４内に配設される(図４参照)。そして、プレート式熱交換器ＨＥにおける機械室２０に対向する面側(傾斜上面側)に前記一次液配管３８および一次ガス配管４０を接続し、プレート式熱交換器ＨＥにおける収納室１４に対向する面側(傾斜下面側)に前記二次液配管４８および二次ガス配管５０を接続するよう構成されている。また、前記一次液配管３８および二次液配管４８は、前記プレート式熱交換器ＨＥの同一端部側(図３または図４では傾斜下端部側)で各対応の熱交換部３６,４６に接続されると共に、前記一次ガス配管４０および二次ガス配管５０は、プレート式熱交換器ＨＥにおける一次液配管３８および二次液配管４８から離間する端部側(図３または図４では傾斜上端部側)で各対応の熱交換部３６,４６に接続されている。
【００４２】
なお、以下の説明では、前記プレート式熱交換器ＨＥにおける液配管３８,４８を接続した端部側を基準として、プレート式熱交換器ＨＥと水平面とがなす角を傾斜角θとして表わすものとする。また、一次液配管３８および二次液配管４８から一次ガス配管４０および二次ガス配管５０へ向けてプレート式熱交換器ＨＥが上方傾斜する場合における傾斜角θを正の値とし、該プレート式熱交換器ＨＥが下方傾斜する場合における傾斜角θを負の値とする。
【００４３】
ここで、前記プレート式熱交換器ＨＥは、傾斜角θが−４°＜θ≦４５°の範囲となるよう前記台板２４に配設される。前記傾斜角４５°＜θに設定した場合には、傾斜配設したプレート式熱交換器ＨＥの高さ寸法が大きくなり過ぎ、該プレート式熱交換器ＨＥの台板２４内への配設が困難となる。また、前記プレート式熱交換器ＨＥの傾斜角θを−４°＜θに設定することで、前記二次回路４４の二次熱交換部４６において二次冷媒を二次ガス配管５０から二次液配管４８へ自然循環させて所要の冷凍能力を発揮し得る一方で、該傾斜角θをθ≦−４°に設定した場合には、二次熱交換部４６において二次冷媒が二次液配管４８から二次ガス配管５０へ循環して冷凍能力の低下を招来する。なお、二次熱交換部４６における二次ガス配管５０から二次液配管４８への二次冷媒の循環を正循環と指称し、二次液配管４８から二次ガス配管５０への二次冷媒の循環を逆循環と指称する。また、前記二次熱交換部４６で二次冷媒を正循環させつつ、プレート式熱交換器ＨＥを台板２４内に配設するには、傾斜角θを−４°＜θ≦８°に設定するのが好適である。傾斜角θを８°＜θに設定すると、収納室１４と機械室２０との断熱を図るのに必要な厚み寸法以上に台板２４が厚くなる。
【００４４】
また、前記プレート式熱交換器ＨＥは、前記第２の流路６０ｂにおいて対向するプレート６０,６０の間が例えば１ｍｍ程度の狭小な関係に設定されて、液相二次冷媒の粘性力や表面張力等が作用して、二次回路４４側の第２の流路６０ｂ(二次熱交換部４６)の下部が液相二次冷媒で塞がれる所謂液封が生じるように構成されている(図３参照)。実施例１では、液相二次冷媒の流通により二次熱交換部４６の第２の流路６０ｂに生じる液封部６２(図３参照)が、気相二次冷媒に対する抵抗部として機能し、蒸発器ＥＰで蒸発した気相二次冷媒が逆流するのを防止している。
【００４５】
次に、前述したプレート式熱交換器ＨＥを水平面に対して傾斜角θとなるよう配設する配設方法につき説明する。実施例１では、図８に示すように、前記台板２４の外面を構成する外郭部材２４ａ,２４ａと、前記プレート式熱交換器ＨＥの傾斜上端側との間に突起部２５を設けて、該外郭部材２４ａに対してプレート式熱交換器ＨＥが所定の傾斜角θで位置決めされるよう構成されている。ここで、前記突起部２５は、前記台板２４の外郭部材２４ａ,２４ａまたはプレート式熱交換器ＨＥの何れかに設けられる。また、前記突起部２５は、発泡スチロール等の断熱性能を有する部材により形成される。なお、前記外郭部材２４ａ,２４ａには、プレート式熱交換器ＨＥに接続する各配管３８,４８,４０,５０を挿通する通孔(図示せず)が対応的に開設されており、目地材(図示せず)により各配管３８,４８,４０,５０と通孔との隙間が封止される。
【００４６】
そして、プレート式熱交換器ＨＥを台板２４の外郭部材２４ａに対して傾斜させた状態で、各外郭部材２４ａの外側を所定の発泡治具７２,７２で固定すると共に、プレート式熱交換器ＨＥに接続する一次液配管３８および一次ガス配管４０を第１拘束治具７４で固定し、また二次液配管４８および二次ガス配管５０の夫々を第２拘束治具７６で固定する。この状態で、前記外郭部材２４ａ,２４ａ間に発泡材を充填して硬化させ、発泡材が硬化した後に各治具７２,７４,７６の夫々を取り外すことにより、台板２４内にプレート式熱交換器ＨＥが傾斜状態で配設される。その後、前記冷蔵庫１０における箱体１２の天板１２ｂに、前記台板２４を水平に設置することにより、台板２４内に配設された前記プレート式熱交換器ＨＥが水平面に対して傾斜角θで傾斜するようになっている。
【００４７】
〔実施例１の作用〕
次に、実施例１に係る冷却装置の作用について説明する。
【００４８】
先ず、プレート式熱交換器ＨＥが４°≦θ≦４５°の傾斜角θで配設された場合について説明する。冷却装置３２では、冷却運転を開始すると、一次回路３４および二次回路４４の夫々で冷媒の循環が開始される。このとき、一次回路３４では、圧縮機ＣＤおよび凝縮器ファンＦＭが駆動され、圧縮機ＣＭで圧縮された気相一次冷媒が一次ガス配管４０を介して凝縮器ＣＤに供給され、凝縮器ファンＦＭによる強制冷却により凝縮液化することで液相一次冷媒が得られる。この液相一次冷媒は、一次液配管３８を介して膨張弁ＥＶで減圧され、プレート式熱交換器ＨＥの一次熱交換部３６において二次熱交換部４６を流通する二次冷媒から熱を奪って(吸熱)一挙に膨張気化する。すなわち、一次回路３４は、プレート式熱交換器ＨＥ(二次熱交換部４６)を強制冷却するように機能する。そして、一次熱交換部３６で蒸発した気相一次冷媒は、一次ガス配管４０を経て圧縮機ＣＭに帰還する強制循環サイクルを繰返す。
【００４９】
一方、前記二次回路４４では、一次回路３４を循環する一次冷媒により二次熱交換部４６(プレート式熱交換器ＨＥ)が冷却されているから、該二次熱交換部４６においては気相二次冷媒が凝縮して液相二次冷媒に相変化する。ここで、プレート式熱交換器ＨＥを４°≦θ≦４５°の傾斜角θで傾斜させた状態では、二次熱交換部４６(プレート式熱交換器ＨＥ)における二次液配管４８の接続部位が二次ガス配管５０の接続部位より下方に位置している。すなわち、二次液配管４８の接続部位と二次ガス配管５０の接続部位との間に生ずる高低差(ヘッド差)により、気相から液相に変化することで比重が増加した液相二次冷媒が二次熱交換部４６の第２の流路６０ｂに沿って重力の作用下に自然流下する。更に、二次回路４４では、二次熱交換部４６を台板２４内に配置する一方、蒸発器ＥＰを台板２４の下方に位置する冷却室２８に配設することで、二次熱交換部４６と蒸発器ＥＰとの間に落差を設けてある。このため、二次熱交換部４６に接続した二次液配管４８を介して、液相二次冷媒が蒸発器ＥＰへ向けて重力の作用下に自然流下する。液相二次冷媒は、蒸発器ＥＰの蒸発管５２を流通する過程で冷却室２８内の空気と熱交換して蒸発し、気相二次冷媒に状態変化する。そして、気相二次冷媒は、二次ガス配管５０を介して蒸発器ＥＰから二次熱交換部４６へ還流し、二次回路４４ではポンプやモータ等の動力を用いることなく、簡単な構成で二次冷媒が自然循環するサイクルが繰返される。
【００５０】
そして、前記送風ファン３０により吸込口２６ａから冷却室２８に吸引された収納室１４の空気を、冷却された蒸発器ＥＰに吹付けて蒸発器ＥＰと熱交換し、蒸発器ＥＰと熱交換した冷気を冷却室２８から冷気吹出口２６ｂを介して収納室１４に送出することで、収納室１４が冷却される。更に、収納室１４を冷却して温度上昇した空気が吸込口２６ａを介して再び冷却室２８内に戻るサイクルを反復することで、収納室１４内が所定温度まで冷却される。
【００５１】
このように、前記冷却装置３２では、一次回路３４と二次回路４４とをプレート式熱交換器ＨＥで接続したことで、このプレート式熱交換器ＨＥの一次熱交換部３６および二次熱交換部４６において、一次回路３４の一次冷媒と二次回路４４の二次冷媒とが蒸発および凝縮作用下に熱交換を行なう。すなわち、実施例１のプレート式熱交換器ＨＥでは、一次熱交換部３６の一次冷媒と二次熱交換部４６の二次冷媒との間で、相互の潜熱を利用して熱交換するよう構成され、顕熱による熱交換と比べて効率的な熱交換を行なうことができる。
【００５２】
ここで、前記プレート式熱交換器ＨＥを傾斜配置したことで、プレート式熱交換器ＨＥを直立状態で設置する場合に較べて、一次液配管３８と一次ガス配管４０との高低差を小さくでき、重力に逆らって流通しつつ蒸発する一次冷媒の密度の上昇割合が抑えられる。このため、プレート式熱交換器ＨＥを直立状態で設置する形態に較べて、一次回路３４での一次冷媒の使用量を減少することができる。前記一次回路３４に必要とされる一次冷媒量を減少することで、法令等で規定された冷媒の使用上限量を上回るのを回避することができ、また一次冷媒として使用する冷媒の種類についての選択肢の幅が広がる。
【００５３】
また、前記プレート式熱交換器ＨＥを傾斜配置する場合には、二次液配管４８と二次ガス配管５０との高低差も小さくなるため、重力作用による二次冷媒の流通量が低下する。このため、熱伝達率の低い顕熱による熱交換を行なう形態では、一次冷媒と二次冷媒との間の熱交換効率の低下を招来して冷却能力が低下する要因となるため、通常は採用し得ない。これに対して、実施例１に係る冷却装置３２は、一次回路３４と二次回路４４とをプレート式熱交換器ＨＥで接続し、この熱交換器ＨＥにおいて一次回路３４の一次冷媒と二次回路４４の二次冷媒とを蒸発および凝縮作用下に熱交換を行なうよう構成されている。すなわち、顕熱に比べて非常に高い熱伝達率を持つ潜熱同士による熱交換がプレート式熱交換器ＨＥで行なわれるから、プレート式熱交換器ＨＥを傾斜配置することにより二次冷媒の重力による自然流下量が減少したとしても、熱交換器ＨＥにおける熱交換量が低下するのを防止でき、冷却装置３２の冷却能力を損なうことはない。
【００５４】
次に、プレート式熱交換器ＨＥが−４°＜θ＜４°の傾斜角θで配設された場合について説明する。この場合であっても一次回路３４側における一次冷媒の流通過程は、プレート式熱交換器ＨＥを４°≦θ≦４５°の傾斜角θで配設する場合と同様である。すなわち、プレート式熱交換器ＨＥを直立状態で設置する場合に較べて、一次液配管３８と一次ガス配管４０との高低差を小さくできるから、一次冷媒の使用量低減が図られる。
【００５５】
一方で、プレート式熱交換器ＨＥを、傾斜角θが−４°＜θ＜４°の範囲となるまで傾斜させると、二次熱交換部４６における二次液配管４８の接続部位と二次ガス配管５０の接続部位との間に生ずる高低差(ヘッド差)が小さくなり、重力作用による二次冷媒の循環方向が決定し得なくなることから、冷却装置３２の冷凍能力が低下することも考えられる。ここで、プレート式熱交換器ＨＥを傾斜角θが−４°＜θ＜４°の範囲となるまで傾斜させた状態では、前記一次冷媒は蒸発を伴って状態変化することから、一次熱交換部３６は、気相一次冷媒の流出側の温度に較べて液相一次冷媒の流入側の温度が低くなる(図５(a)参照)。すなわち、二次熱交換部４６では、二次ガス配管５０側の温度に較べて二次液配管４８側の温度の方が低くなる。一方、二次熱交換部４６においては、気相二次冷媒が凝縮して液相二次冷媒に相変化することから、凝縮作用の高い低温側(すなわち二次液配管４８側)に液相二次冷媒が集約され(冷媒集約作用)、二次液配管４８を介して液相二次冷媒を蒸発器ＥＰへ流下させ得る。このように、プレート式熱交換器ＨＥを傾斜角θが−４°＜θ＜４°の範囲となるまで傾斜させて設置したとしても、二次熱交換部４６における冷媒集約作用により、二次冷媒が正循環するよう循環方向を決定づけ得るから、冷却装置３２の冷凍能力を維持し得る(図５(a)参照)。なお、プレート式熱交換器ＨＥの傾斜角θをθ≦−４°となるまでプレート式熱交換器ＨＥを傾斜させると、二次熱交換部４６の温度差による二次液配管４８側への液相二次冷媒の集約作用より、ヘッド差に起因して液相二次冷媒が二次液配管４８側から二次ガス配管５０側へ流下する重力作用が上回るようになり、循環方向の逆転を招来する可能性が高くなる。
【００５６】
ところで、収納室１４(冷却室２８)の冷却が充分に進行して、収納室１４(冷却室２８)内の空気と二次冷媒との間の熱交換量が減少すると、一次冷媒と二次冷媒との間の熱交換量も減少する(すなわち冷凍負荷が減少する)。冷凍負荷が減少すると、液相一次冷媒が一次熱交換部３６の流出側(一次ガス配管４０側)まで飽和状態となる。この場合一次熱交換部３６での圧力損失の影響により温度グライドが生ずるため、一次熱交換部３６の流出側(一次ガス配管４０側)の温度が流入側(一次液配管３８側)の温度より低くなり温度勾配の逆転減少が現れる(図５(b)参照)。この場合には、二次回路４４における二次冷媒は、凝縮作用の高い低温側(すなわち二次ガス配管５０側)に集約されることになるため、二次冷媒の循環方向が逆転する。
【００５７】
ここで、実施例１に係るプレート式熱交換器ＨＥでは、一次回路３４における一次液配管３８と二次回路４４における二次液配管４８とを同一端部側に設けると共に、一次回路３４における一次ガス配管４０と二次回路４４における二次ガス配管５０とを同一端部側に設けるよう構成してあるから、通常の運転時には、プレート式熱交換器ＨＥにおける一次冷媒と二次冷媒とは対向流をなし、一次冷媒と二次冷媒との間で効率的な熱交換が行なわれる。一方で、冷却装置３２の冷凍負荷が減少して二次冷媒の流通方向が逆転した場合には、プレート式熱交換器ＨＥにおける一次冷媒と二次冷媒とは平行流をなすため、対向流よりも流体間の温度差が増大して一次冷媒と二次冷媒との間の熱交換効率が低下する。すなわち、実施例１に係る冷却装置３２では、収納室１４内が冷却されて冷却装置３２の冷却能力が過剰になる状況では、二次冷媒の循環方向が逆転することで自動的に冷却能力を抑制し得る。従って、収納室１４の温度に応じて冷却装置３２の冷凍能力を制御する電磁弁等の特別な部品を設ける必要がなく、部品点数の削減によるコスト低減を図り得ると共に、故障等の不具合が発生し難くなることから、冷却装置３２の動作に対する信頼性が向上する。
【００５８】
ところで、実施例１に係る冷却装置３２の二次回路４４では、蒸発器ＥＰにおける蒸発管５２の流入端５２ａ(二次液配管４８との接続部)を蒸発器ＥＰの上部に設けると共に、流出端５２ｂ(二次ガス配管５０との接続部)を蒸発器ＥＰの下部に設けることで、流入端５２ａを流出端５２ｂより上方に位置させて、流入端５２ａと流出端５２ｂとの間に落差が生ずるよう構成されている。しかも、蒸発管５２は、流出端５２ｂと流入端５２ａとの間において、直線部分が上下の関係で折り重なった蛇行形状とすると共に、流入端５２ａ側から流出端５２ｂ側に向かうにつれて下方傾斜するように管路を形成している。すなわち、蒸発管５２は、二次冷媒が正循環する状況においては、全体として二次冷媒の循環方向前側に向けて下り勾配となるから、流入端５２ａ(二次液配管４８)から蒸発管５２に流入した液相二次冷媒を、重力の作用下に管路に沿って流出端５２ｂ(二次ガス配管５０)側に誘導しつつ蒸発させることができる。従って、冷却装置３２の通常運転時には、蒸発器ＥＰにおいて、蒸発管５２の流入端５２ａ近傍で液相二次冷媒が留まって当該流入端５２ａ近傍で優先的に蒸発するのではなく、二次冷媒が管路に沿って流出端５２ｂ側に自然に拡散することにより、伝熱面積を広く確保して蒸発器ＥＰの熱交換効率を向上し得る(図６参照)。
【００５９】
一方で、冷却装置３２の冷凍負荷が減少して二次冷媒の流通方向が逆転した場合には、液相二次冷媒は二次ガス配管５０側(すなわち流出端５２ｂ側)から前記蒸発器ＥＰに流入し、蒸発器ＥＰで蒸発した気相二次冷媒は二次液配管４８(すなわち流入端５２ａ側)から流出する。すなわち、二次冷媒の流通方向が逆転すると、蒸発器ＥＰでは、二次回路における二次冷媒の循環方向前側に向けて上り勾配となるから、蒸発管５２に流入した液相二次冷媒は、重力作用により蒸発管５２の流出端５２ｂ近傍に留まって優先的に蒸発し、通常運転時とは反対に伝熱面積が小さくなるため、蒸発器ＥＰの熱交換効率が低下する(図７参照)。すなわち、実施例１に係る冷却装置３２では、収納室１４内が冷却されて冷却装置３２の冷却能力が過剰になる状況では、一次冷媒および二次冷媒間での熱交換効率を低下するだけでなく、蒸発器ＥＰでの熱交換効率をも低下させて自動的に冷却能力を抑制し得る。
【００６０】
また、実施例１に係るプレート式熱交換器ＨＥでは、前記台板２４の外郭部材２４ａ,２４ａまたはプレート式熱交換器ＨＥに突起部２５を設けて、当該プレート式熱交換器ＨＥを外郭部材２４ａ上に配設することにより、所定の傾斜角θでプレート式熱交換器ＨＥを傾斜させ、この状態で外郭部材２４ａ,２４ａの間に発泡材を充填・硬化するよう構成されている。すなわち、前記突起部２５を設けるだけでプレート式熱交換器ＨＥを傾斜角θで傾斜させ得るから、プレート式熱交換器ＨＥの位置決めを簡潔に行ない得る。また、外郭部材２４ａ,２４ａの間に発泡材を充填するに先立って、プレート式熱交換器ＨＥに接続する一次液配管３８および一次ガス配管４０を第１拘束治具７４で固定すると共に、二次液配管４８および二次ガス配管５０の夫々を第２拘束治具７６で固定するよう構成してあるから、発泡材の充填・硬化時にプレート式熱交換器ＨＥが位置ズレするのを防止でき、プレート式熱交換器ＨＥを所定の傾斜角θで確実に保持することが可能となる。
【００６１】
また、収納室１４と機械室２０とを断熱する台板２４内にプレート式熱交換器ＨＥを埋め込むよう構成することで、該プレート式熱交換器ＨＥの熱損失を防止して一次冷媒と二次冷媒との熱交換効率の向上を図ることができるから、プレート式熱交換器ＨＥの外周を別途設けた断熱材で覆う必要がなく、部品点数削減によるコスト低減と共に、製造工程の簡略化が図られる。特に、収納室１４と機械室２０との断熱を図る台板２４には、断熱性能の高い発泡材が利用されることから、プレート式熱交換器ＨＥに別途断熱材を取り付ける場合に比して断熱性能の向上が図られ、熱損失の低減を効果的に図り得る利点もある。
【００６２】
また、プレート式熱交換器ＨＥを台板２４に埋め込むことにより、前記収納室１４(冷却室２８)とプレート式熱交換器ＨＥとを接続する二次液配管４８および二次ガス配管５０の夫々を低温域にのみ配管することができ、プレート式熱交換器ＨＥを機械室２０に配設して二次液配管４８および二次ガス配管５０を機械室２０内に配管する従来の構成に較べて熱損失の大幅な低減を図り得る。また、二次液配管４８および二次ガス配管５０は低温域(冷却室２８)にのみ配管されるから、これら配管４８,５０を断熱する断熱材を設ける必要がなく、コスト低減を図り得る利点もある。更に、前記プレート式熱交換器ＨＥが台板２４の発泡材で支持されることで、該プレート式熱交換器ＨＥを支持する支持部材を別途設ける必要がなく、構造の簡略化や部品点数削減によるコスト低減を図り得る。
【００６３】
更に、プレート式熱交換器ＨＥを台板２４内に埋め込むことで、機械室２０に空きスペースを確保でき、機械室２０に配設される凝縮器ＣＤ、凝縮器ファンＦＭ、圧縮機ＣＤ、膨張タンク５４、その他部材の配置の自由度が向上する。また、実施例１に係る冷却装置３２では、凝縮器ファンＦＭの駆動によりキャビネット１６の前側から機械室２０に取込まれて凝縮器ＣＤおよび圧縮機ＣＭと熱交換した空気が膨張タンク５４に吹付けられて、膨張タンク５４が昇温する。ここで、膨張タンク５４に滞留する二次冷媒の量は、圧力および温度に応じて変化する値であり、この圧力は、一次回路３４において運転条件等で決定される蒸発温度に依存するので変化させることができない。そこで、膨張タンク５４を一次回路３４の排熱により昇温することで、膨張タンク５４内の二次冷媒密度が低下するので、膨張タンク５４に滞留する二次冷媒の量を減少させることができる。膨張タンク５４に滞留する二次冷媒の量を減少させると、二次回路４４における二次冷媒量を低減できるメリットがある。
【実施例２】
【００６４】
次に、実施例２に係る冷却装置につき説明する。但し、実施例２に係る冷却装置は、実施例１で説明した冷却装置３２と基本的に同一構成であり、同一の機能を有する部材・構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６５】
実施例２に係る冷却装置３２では、一次回路３４の一次液配管３８における凝縮器ＣＤと一次熱交換部３６との間に設けられる膨張弁ＥＶとして、流通する液相一次冷媒の温度を検知して絞り度を変更可能な温度検知型の膨張弁が設けられている。具体的には、前記膨張弁ＥＶは、一次液配管３８を流通する液相一次冷媒の温度が所定温度以上に上昇した場合に、絞り度を小さくして一次熱交換部３６へ流通する液相一次冷媒量を減少するよう調整する。
【００６６】
すなわち、前述したようにプレート式熱交換器ＨＥを−４°＜θ＜４°の傾斜角θで配設した状態においては、収納室１４(冷却室２８)内の空気と二次冷媒との間の熱交換量が減少して冷凍負荷が減少すると、液相一次冷媒が一次熱交換部３６の流出側(一次ガス配管４０側)まで飽和状態となり、一次熱交換部３６での圧力損失の影響により温度グライドが生ずる。実施例２に係る冷却装置３２では、一次熱交換部３６において温度グライドが生じ、液相一次冷媒が所定温度に昇温すると、前記一次熱交換部３６へ流通する液相一次冷媒量を減少するよう前記膨張弁ＥＶが絞り度を調整する。すなわち、前記膨張弁ＥＶにより一次熱交換部３６へ流通する液相一次冷媒量が減少することで、一次熱交換部３６における温度グライドの発生が防止でき、一次熱交換部３６における流入側(一次液配管３８側)の温度が、流出側(一次ガス配管４０側)の温度より低温に維持される。このため、二次回路４４では、凝縮作用の高い低温側(すなわち二次液配管４８側)に液相二次冷媒を集約し得るから、二次冷媒の循環方向の逆転現象を防止し得る。また、前記プレート式熱交換器ＨＥにおける一次熱交換部３６を流通する一次冷媒量が減少することにより、一次冷媒と二次冷媒との間の熱交換量が減少するから、収納室１４内が冷却されて冷却装置３２の冷却能力が過剰になる状況では、二次冷媒の循環方向を逆転することなく自動的に冷却能力を抑制し得る。
【００６７】
このように、実施例２に係る冷却装置３２では、温度検知型の膨張弁ＥＶを設けることにより、プレート式熱交換器ＨＥを−４°＜θ＜４°の傾斜角θで配設した状態においても二次冷媒の自然循環方向を一定に維持し得ると共に、冷却装置３２の冷却能力の制御が可能となる。また、実施例２では、一次回路３４に温度検知型の膨張弁ＥＶを設けるようにしたが、プレート式熱交換器ＨＥにおける一次熱交換部３６の容量を大きくしたり、一次回路３４を流通する一次冷媒量を減少することによっても、冷凍負荷が減少する局面において一次熱交換部３６の温度勾配を一定に維持することができ、二次回路４４における二次冷媒の循環方向を一定に保ち得る。
【実施例３】
【００６８】
次に、実施例３に係る冷却装置につき説明する。但し、実施例３に係る冷却装置は、実施例１で説明した冷却装置３２と基本的に同一構成であり、同一の機能を有する部材・構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６９】
実施例３では、プレート式熱交換器ＨＥを水平面に対して傾斜角θとなるよう配設する別の製造方法につき説明する。実施例３に係る冷却装置３２では、図９に示すように、台板２４を構成する外郭部材２４ａに、水平面に対する傾斜角度がθとなる傾斜面８０が形成されており、この傾斜面８０に前記プレート式熱交換器ＨＥを設置することで、プレート式熱交換器ＨＥが水平面に対して傾斜角θで位置決めされるようになっている。そして、プレート式熱交換器ＨＥを台板２４の外郭部材２４ａに対して傾斜させた状態で、各外郭部材２４ａの外側を所定の発泡治具７２,７２で固定すると共に、プレート式熱交換器ＨＥに接続する一次液配管３８および一次ガス配管４０を第１拘束治具７４で固定し、また二次液配管４８および二次ガス配管５０の夫々を第２拘束治具７６で固定する。この状態で、前記外郭部材２４ａ,２４ａ間に発泡材を充填して硬化させ、発泡材が硬化した後に各治具７２,７４,７６の夫々を取り外すことにより、台板２４内にプレート式熱交換器ＨＥが傾斜状態で配設される。その後、前記冷蔵庫１０における箱体１２の天板１２ｂに、前記台板２４を水平に設置することにより、台板２４内に配設された前記プレート式熱交換器ＨＥが水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう構成される。
【００７０】
すなわち、実施例３に係る冷却装置３２では、前記台板２４の外郭部材２４ａに傾斜面８０を設けて、当該プレート式熱交換器ＨＥを傾斜面８０上に配設することにより、所定の傾斜角θでプレート式熱交換器ＨＥを傾斜させ得るから、プレート式熱交換器ＨＥの位置決めを簡潔に行ない得る。また、前述と同様に、外郭部材２４ａ,２４ａの間に発泡材を充填するに先立って、プレート式熱交換器ＨＥに接続する一次液配管３８および一次ガス配管４０を第１拘束治具７４で固定すると共に、二次液配管４８および二次ガス配管５０の夫々を第２拘束治具７６で固定するよう構成してあるから、発泡材の充填・硬化時にプレート式熱交換器ＨＥが位置ズレするのを防止でき、プレート式熱交換器ＨＥを所定の傾斜角θで確実に保持することが可能となる。
【実施例４】
【００７１】
次に、実施例４に係る冷却装置につき説明する。但し、実施例４に係る冷却装置は、実施例１で説明した冷却装置３２と基本的に同一構成であり、同一の機能を有する部材・構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７２】
実施例４では、プレート式熱交換器ＨＥを水平面に対して傾斜角θとなるよう配設する更に別の製造方法につき説明する。実施例４に係る冷却装置３２では、図１０に示すように、台板２４を構成する外郭部材２４ａに対して前記プレート式熱交換器ＨＥ(一次熱交換部３６および二次熱交換部４６)が平行になるよう設置される。そして、各外郭部材２４ａの外側を所定の発泡治具７２,７２で固定すると共に、プレート式熱交換器ＨＥに接続する一次液配管３８および一次ガス配管４０を第１拘束治具７４で固定し、また二次液配管４８および二次ガス配管５０の夫々を第２拘束治具７６で固定する。この状態で、前記外郭部材２４ａ,２４ａ間に発泡材を充填して硬化させ、発泡材が硬化した後に各治具７２,７４,７６の夫々を取り外すことにより、台板２４と平行になる姿勢でプレート式熱交換器ＨＥが配設される。その後、前記冷蔵庫１０における箱体１２の天板１２ｂに、前記台板２４を傾斜角θで傾斜するよう設置することにより、台板２４内に配設された前記プレート式熱交換器ＨＥが水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう構成される。
【００７３】
ここで、外郭部材２４ａを水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう台板２４を箱体１２に設置するには、図１１(a)に示すように、箱体１２における前記台板２４を設置する部位に高低差を設けることで、該箱体１２に台板２４を設置した際に、箱体１２の高低差により台板２４を傾斜角θで傾斜させることができる。また、図１１(b)に示すように、台板２４の一端部に下方に垂下する支持部８２を形成すれば、台板２４を箱体１２に設置した際に、支持部８２により台板２４を傾斜角θで傾斜させることが可能となる。
【００７４】
このように、実施例４に係る冷却装置３２では、プレート式熱交換器ＨＥを平行に埋め込んだ台板２４を、水平面に対して傾斜角θで傾斜するよう箱体１２に配設することにより、プレート式熱交換器ＨＥも水平面に対して傾斜角θで傾斜させ得る。すなわち、プレート式熱交換器ＨＥを台板２４に配設する際に、該プレート式熱交換器ＨＥ自体の傾斜角θを調整する必要がないから、製造工程の簡略化を図り得る。また台板２４の傾斜により水平面に対するプレート式熱交換器ＨＥの傾斜角θを調整し得るから、台板２４内にプレート式熱交換器ＨＥを傾斜配設する構成に較べて、プレート式熱交換器ＨＥの傾斜角θの調整を容易に行ない得る利点がある。また、前述と同様に、外郭部材２４ａ,２４ａの間に発泡材を充填するに先立って、プレート式熱交換器ＨＥに接続する一次液配管３８および一次ガス配管４０を第１拘束治具７４で固定すると共に、二次液配管４８および二次ガス配管５０の夫々を第２拘束治具７６で固定するよう構成してあるから、発泡材の充填・硬化時にプレート式熱交換器ＨＥが位置ズレするのを防止できる。
【実施例５】
【００７５】
次に、実施例５に係る冷却装置につき説明する。但し、実施例５に係る冷却装置は、実施例１で説明した冷却装置３２と基本的に同一構成であり、同一の機能を有する部材・構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。なお、前記実施例１〜４で説明した熱交換器の傾斜角θや配設構造や配設位置等の構成や冷却装置３２の製造方法を実施例５にも適宜適用可能である。
【００７６】
実施例５に係る冷却装置３２では、二重管式の熱交換器ＨＥ１が採用されている。実施例５の熱交換器ＨＥ１について具体的に説明する。図１３または図１４に示すように、実施例５の前提例となる熱交換器ＨＥ１は、熱伝導性に優れた金属材料からなる管状の二次熱交換部４６を内管とし、この二次熱交換部４６の外側を一次冷媒の流通空間をあけて被覆する一次熱交換部３６を外管とする二重管式熱交換器である。なお、一次熱交換部３６は、金属材料で構成される。また熱交換器ＨＥ１は、二次熱交換部４６が上下方向を軸とする螺旋状に延在するよう配設され、この二次熱交換部４６の外側を覆って一次熱交換部３６が二次熱交換部４６と同様に螺旋状に延在するよう構成される。すなわち、熱交換器ＨＥ１は、平面に環を描くように構成された螺旋状の管状体であって(図１３参照)、二次熱交換部４６の上端に二次ガス配管５０が接続され、二次熱交換部４６の下端に二次液配管４８が接続されて、二次熱交換部４６を二次冷媒が螺旋形状に沿って渦巻きながら上方から下方に流通するようになっている。これに対して、一次熱交換部３６は、下端に膨張弁ＥＶに接続する一次液配管３８が接続され、上端に圧縮機ＣＭに接続する一次ガス配管４０が接続されて、該一次熱交換部３６の流通空間を一次冷媒が螺旋形状に沿って渦巻きながら下方から上方に流通するようになっている。すなわち、熱交換器ＨＥ１は、二次熱交換部４６を流通する二次冷媒の流通方向と一次熱交換部３６を流通する一次冷媒の流通方向とが反対向きの対向流になるよう構成される。
【００７７】
前記熱交換器ＨＥ１は、機械室２０において圧縮機ＣＭの上側に配設され、該熱交換器ＨＥ１のなす環の中に圧縮機ＣＭが臨むように配置されている(図１または図２参照)。また熱交換器ＨＥ１は、機械室２０において、圧縮機ＣＭより背が高い凝縮器ＣＤの頂部より低い位置に配置され、機械室２０からはみ出さないようになっている。更に熱交換器ＨＥ１は、凝縮器ファンＦＭにより送出される空気の流通方向下流側に配置されて、凝縮器ファンＦＭにより送出される空気流の経路上に位置している。そして、熱交換器ＨＥ１は、一次熱交換部３６の冷媒流通径路が水平方向または水平面に対して傾斜して延在するよう、水平姿勢または水平面に対して傾斜角θで傾斜する姿勢で配置される。しかも、熱交換器ＨＥ１は、螺旋状に形成して横方向に冷媒が流通する経路を長くとり、上下の重なり方向の寸法を小さくして、全体として横長の形状とされている。なお、熱交換器ＨＥ１を水平姿勢で配設してもよい。ここで、実施例５の熱交換器ＨＥ１は、図１５に示すように、断熱壁部２４内に配設される。
【００７８】
実施例５の熱交換器ＨＥ１であっても、該熱交換器ＨＥ１と水平面とのなす傾斜角θを、液配管３８,４８の接続端側を基準として、ガス配管４０,５０の接続端側に向けて上方傾斜する姿勢を正の値とした場合に、−４°＜θ≦４５°の範囲、４°≦θ≦４５°、−４°＜θ＜４°の範囲に適宜設定することで、前記実施例１〜４と同様の作用効果を生じる。
すなわち、一次熱交換部３６の冷媒流通経路が水平面に対して傾斜するよう熱交換器ＨＥ１を水平面に対して傾斜させたことにより、一次熱交換部３６における一次液配管３８の接続部位と一次ガス配管４０の接続部位との高低差を小さくでき、重力に抗して上昇する垂直成分が減少し、熱交換器ＨＥ１内の一次冷媒密度の増加割合が軽減され、これにより滞留冷媒量の増加割合も軽減されるため、一次回路３４での一次冷媒の使用量を減少し得る。このとき、熱交換器ＨＥ１においては、一次回路３４を流通する一次冷媒と二次回路を流通する二次冷媒との間で、比較的熱伝達率の大きい潜熱同士による熱交換が行なわれるから、該熱交換器ＨＥ１内の滞留冷媒量が減少しても熱交換効率を損なうことはない。また、熱交換器ＨＥ１を水平面に対して傾斜することで、該熱交換器ＨＥ１の上下の高さ寸法を抑制することができ、冷却装置３２をコンパクトにし得る。また、二重管式の熱交換器ＨＥ１は、形状の自由度が高く、スペースを有効に利用し得る。ここで、一次熱交換部３６を内管として、二次熱交換部を外管としてもよい。
【００７９】
(変更例)
本発明に係る冷却装置およびその製造方法としては、前述した各実施例のものに限られるものではなく、種々の変更が可能である。
【００８０】
実施例１〜４では、プレート式熱交換器を断熱壁部内に配設するよう構成した。
【００８１】
各実施例では、二次回路における蒸発器において、二次液配管に接続する流入端を二次ガス配管に接続する流出端より上部に位置するよう構成したが、これに限られるものではなく、二次液配管に接続する流入端を二次ガス配管に接続する流出端より下部に位置するよう構成することも可能である。
【００８２】
各実施例では、断熱壁部を構成する外郭部材に傾斜面を設けたり、該外郭部材またはプレート式熱交換器に設けた突起部により、プレート式熱交換器を傾斜状態で配置するよう構成したが、プレート式熱交換器の各配管を位置決め固定する治具のみにより、プレート式熱交換器を傾斜状態で位置決めすることもできる。
【００８３】
また、蒸発器の蒸発管としては、外周に半径方向へ延出するフィンを設けた所謂フィンチューブや、外周に半径方向へ延出するフィンを螺旋状に設けた所謂スパイラルフィンチューブを採用してもよい。また、蒸発管の管路としては、流入端で複数(２系統)の系統に分岐されて、これら複数系統の分岐蒸発管が、循環方向前側に向けて下り勾配となるように蛇行状に延在し、流出端で再びまとめられる構成も採用し得る。
【００８４】
各実施例では、蒸発管を流入端側から流出端側に向かうにつれて下方傾斜するように形成したが、全体として流出端側への重力作用下に液化冷媒を拡散し得るのであれば、管路の一部に流出端側に向けて上方傾斜する部位あるいは水平に延在する部位を設けてもよい。
【００８５】
各実施例では、気相二次冷媒の逆流を防ぐ手段として、プレート式熱交換器における二次熱交換部の流路に形成される液封部を利用したが、これに限定されず、熱交換器の内部における二次液配管との接続部近傍から二次液配管の間に、気相二次冷媒に対し流通抵抗となる抗力を設ければよい。例えば、熱交換器の内底部または二次液配管の途中に液相二次冷媒を貯留する構成として、この貯留部に溜る二次冷媒のヘッド(水頭)を抵抗部としてもよい。更には、二次液配管に流れ抵抗が大きくなる手段や、絞り部あるいはトラップ等を設ける配管形状としたり、あるいは二次液配管に介挿した逆止弁等も抵抗部として用いることができる。これら種々の態様の抵抗部を単体で用いるだけでなく、実施例１および変更例の構成を組合わせて抵抗部として機能させてもよい。
【００８６】
各実施例では、機械室に配設する機器の共通基板となる台板により、機械室と収納室との間で空気の流通がないように収納室と機械室とを区切る構成であるが、機械室と収納室とを箱体の天板で区切る構成であってもよい。
【００８７】
各実施例では、冷却装置を冷蔵庫に採用する場合を例にして説明したが、冷凍庫、冷凍・冷蔵庫、ショーケースおよびプレハブ庫等の所謂貯蔵庫、その他空調機器等にも適用可能である。
【００８８】
実施例では、一次回路の減圧手段(絞り機構)として膨張弁を用いたが、キャピラリーチューブやその他の手段を採用することができる。
【００８９】
実施例５では、二重管式の熱交換器を上下を軸とする螺旋状に延在するよう形成したが、蛇行状や階段状等の適宜経路で延在するよう形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の好適な実施例１に係る冷却装置により冷却される冷蔵庫を示す側断面図である。
【図２】実施例１に係る冷却装置を示す概略回路図である。
【図３】実施例１に係るプレート式熱交換器の断面図である。
【図４】実施例１に係るプレート式熱交換器の設置状態を示す概略説明図である。
【図５】実施例１に係るプレート式熱交換器における温度勾配と二次冷媒の流通方向との関係を示す概略説明図であって、(a)は二次冷媒が正循環する状態を示し、(b)は二次冷媒が逆循環する状態を示す。
【図６】図２に示す蒸発器のＡ−Ａ線断面図であって、二次冷媒が正循環する状態を示す。
【図７】図２に示す蒸発器のＡ−Ａ線断面図であって、二次冷媒が逆循環する状態を示す。
【図８】実施例１に係るプレート式熱交換器の配設方法を示す概略説明図である。
【図９】実施例３に係るプレート式熱交換器の配設方法を示す概略説明図である。
【図１０】実施例４に係るプレート式熱交換器の配設方法を示す概略説明図である。
【図１１】実施例４に係るプレート式熱交換器を配設した台板を傾斜して配設する配設方法を示す概略説明図であって、(a)は箱体構造により傾斜させる構造を示し、(b)は台板構造により台板を傾斜させる構造を示す。
【図１２】実施例５の前提例に係る熱交換器を備えた冷却装置により冷却される冷蔵庫を示す側断面図である。
【図１３】実施例５の前提例に係る熱交換器を備えた冷却装置により冷却される冷蔵庫における機械室を示す平面図である。
【図１４】実施例５の前提例に係る熱交換器を一部破断して示す側面図である。
【図１５】実施例５に係る熱交換器の配置例を示す冷蔵庫の側断面図である。
【図１６】従来技術に係る冷却装置を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００９１】
１４ 収納室(閉鎖空間)，２０ 機械室(開放空間)，２４ 台板(断熱壁部)
２４ａ  外郭部材，２５  突起部，３４ 一次回路，３６  一次熱交換部
３８  一次液配管，４０  一次ガス配管，４４ 二次回路，４６ 二次熱交換部
４８ 二次液配管，５０ 二次ガス配管，５２ 蒸発管(冷媒経路)，５２ａ 流入端
５２ｂ 流出端，７４  第１拘束治具，７６  第２拘束治具，８０  傾斜面
ＣＤ  凝縮器，ＣＭ  圧縮機，ＥＰ 蒸発器，ＨＥ  プレート式熱交換器
ＨＥ１ 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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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