(57)【要約】【課題】  気液分離器を備えると共に、この気液分離器で分離されたガス冷媒を圧縮機の中間圧部に導入可能に構成する場合に、より高効率での運転を実現できる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、第１の圧縮要素１Ａで圧縮された冷媒を第２の圧縮要素１Ｂで圧縮して吐出するように構成された圧縮機１と、放熱器２と、膨張弁３１と、気液分離器４と、この気液分離器４から出た液冷媒が流通する膨張弁１２、１３と、吸熱器５７、５８と、前記ガス冷媒を前記中間圧部に導入する冷媒配管４Ｃと、第１熱交換器１５と、を備え、圧縮機１における第１の圧縮要素１Ａの排除容積に対する第２の圧縮要素１Ｂの排除容積の比を、０．６〜０．８の範囲としたことを特徴とする。【選択図】      図１
2007093105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の圧縮要素と第２の圧縮要素とを有し、前記第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を前記第２の圧縮要素で圧縮して吐出するように構成された圧縮機と、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の減圧手段で減圧され気液混合状態の冷媒が流入してガス冷媒と液冷媒とに分離される気液分離器と、この気液分離器から出た液冷媒が流通する第２の減圧手段と、この第２の減圧手段の出口側に接続される吸熱器と、前記ガス冷媒を前記中間圧部に導入する冷媒配管と、
前記吸熱器から出た冷媒と、前記放熱器と前記第１の減圧手段との間の冷媒と、を熱交換可能に構成した第１の熱交換器と、を備え、
前記第１の熱交換器の出口側が前記第１の圧縮要素の吸い込み部に接続されてなり、
前記圧縮機における前記第１の圧縮要素の排除容積に対する前記第２の圧縮要素の排除容積の比を、０．６〜０．８の範囲としたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
少なくとも第１の圧縮要素と第２の圧縮要素とを有し、前記第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を前記第２の圧縮要素で圧縮して吐出するように構成された圧縮機と、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の減圧手段で減圧され気液混合状態の冷媒が流入してガス冷媒と液冷媒とに分離される気液分離器と、この気液分離器から出た液冷媒が流通する第２の減圧手段と、この第２の減圧手段の出口側に接続される吸熱器と、前記ガス冷媒を前記中間圧部に導入する冷媒配管と、
前記吸熱器から出た冷媒と、前記気液分離器から出た前記液冷媒と、を熱交換可能に構成した第２の熱交換器と、を備え、
前記第２の熱交換器の出口側が前記第１の圧縮要素の吸い込み部に接続されてなり、
前記圧縮機における前記第１の圧縮要素の排除容積に対する前記第２の圧縮要素の排除容積の比を、０．４〜０．６の範囲としたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
中間圧部を有する圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、を有し、前記放熱器の出口側の冷媒配管が分岐し、
一方の冷媒配管には、第１の減圧手段及び第１の吸熱器が順次接続されると共に、この第１の吸熱器から出た冷媒と、前記第１の減圧手段に入る前の冷媒と、を熱交換可能に構成した第３の熱交換器が設けられ、
他方の冷媒配管には、第２の減圧手段と、この第２の減圧手段で減圧され気液混合状態の冷媒が流入してガス冷媒と液冷媒とに分離される気液分離器と、この気液分離器から出た液冷媒が流通する第３の減圧手段と、この第３の減圧手段から出た冷媒が流通する第２の吸熱器と、が順次接続され、前記気液分離器には前記ガス冷媒を前記中間圧部に導入可能な冷媒配管が接続されると共に、
前記第２の吸熱器から出た冷媒と前記液冷媒とを熱交換可能に構成した第４の熱交換器と、この第４の熱交換器から出た冷媒と前記第２の減圧手段に入る前の冷媒とを熱交換可能に構成した第５の熱交換器が設けられ、
前記第３の熱交換器の出口側及び前記第５の熱交換器の出口側が前期圧縮機の吸い込み部に接続されることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
前記圧縮機は、少なくとも第１の圧縮要素と第２の圧縮要素とを有し、前記第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を前記第２の圧縮要素で圧縮して吐出するように構成された圧縮機であって、
この圧縮機における前記第１の圧縮要素の排除容積に対する前記第２の圧縮要素の排除容積の比を、０．４〜０．６の範囲としたことを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置。
【請求項５】
前記第２の吸熱器が前記第１の吸熱器よりも低い温度で機能することを特徴とする請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
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５のいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液分離器で分離されたガス冷媒を圧縮機の中間圧部に導入可能な手段を備える冷凍装置及びこのような冷凍装置を備えた冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧縮機、放熱器、減圧手段及び気液分離器を備え、この気液分離器で分離されたガス冷媒を圧縮機の中間圧部に導入可能な手段を備える冷凍装置が知られている（特許文献１参照）。この種の冷凍装置では、気液分離器で分離されたガス冷媒を、ガスの状態のまま圧縮機の中間圧部に導入する構成としているため、当該圧縮機における効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００３−１０６６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の冷凍装置においては、中間圧部を有する圧縮機、例えば多段圧縮機構を持つ圧縮機を適用し、当該中間圧部の利用に適した冷凍サイクルを構築すると共に、中間圧力の制御を行うことで、更に高効率で運転が可能な冷凍装置を実現できる場合がある。
【０００４】
そこで、本発明は、気液分離器を備えると共に、この気液分離器で分離されたガス冷媒を圧縮機の中間圧部に導入可能に構成する場合に、より高効率での運転を実現できる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】
【０００５】
本発明の冷凍装置は、少なくとも第１の圧縮要素と第２の圧縮要素とを有し、前記第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を前記第２の圧縮要素で圧縮して吐出するように構成された圧縮機と、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の減圧手段で減圧され気液混合状態の冷媒が流入してガス冷媒と液冷媒とに分離される気液分離器と、この気液分離器から出た液冷媒が流通する第２の減圧手段と、この第２の減圧手段の出口側に接続される吸熱器と、前記ガス冷媒を前記中間圧部に導入する冷媒配管と、前記吸熱器から出た冷媒と、前記放熱器と前記第１の減圧手段との間の冷媒と、を熱交換可能に構成した第１の熱交換器と、を備え、前記第１の熱交換器の出口側が前記第１の圧縮要素の吸い込み部に接続されてなり、前記圧縮機における前記第１の圧縮要素の排除容積に対する前記第２の圧縮要素の排除容積の比を、０．６〜０．８の範囲としたことを特徴とする。
【０００６】
また本発明の冷凍装置は、少なくとも第１の圧縮要素と第２の圧縮要素とを有し、前記第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を前記第２の圧縮要素で圧縮して吐出するように構成された圧縮機と、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の減圧手段で減圧され気液混合状態の冷媒が流入してガス冷媒と液冷媒とに分離される気液分離器と、この気液分離器から出た液冷媒が流通する第２の減圧手段と、この第２の減圧手段の出口側に接続される吸熱器と、前記ガス冷媒を前記中間圧部に導入する冷媒配管と、前記吸熱器から出た冷媒と、前記気液分離器から出た前記液冷媒と、を熱交換可能に構成した第２の熱交換器と、を備え、前記第２の熱交換器の出口側が前記第１の圧縮要素の吸い込み部に接続されてなり、前記圧縮機における前記第１の圧縮要素の排除容積に対する前記第２の圧縮要素の排除容積の比を、０．４〜０．６の範囲としたことを特徴とする。
【０００７】
また本発明の冷凍装置は、中間圧部を有する圧縮機と、この圧縮機の吐出側に接続される放熱器と、を有し、前記放熱器の出口側の冷媒配管が分岐し、一方の冷媒配管には、第１の減圧手段及び第１の吸熱器が順次接続されると共に、この第１の吸熱器から出た冷媒と、前記第１の減圧手段に入る前の冷媒と、を熱交換可能に構成した第３の熱交換器が設けられ、他方の冷媒配管には、第２の減圧手段と、この第２の減圧手段で減圧され気液混合状態の冷媒が流入してガス冷媒と液冷媒とに分離される気液分離器と、この気液分離器から出た液冷媒が流通する第３の減圧手段と、この第３の減圧手段から出た冷媒が流通する第２の吸熱器と、が順次接続され、前記気液分離器には前記ガス冷媒を前記中間圧部に導入可能な冷媒配管が接続されると共に、前記第２の吸熱器から出た冷媒と前記液冷媒とを熱交換可能に構成した第４の熱交換器と、この第４の熱交換器から出た冷媒と前記第２の減圧手段に入る前の冷媒とを熱交換可能に構成した第５の熱交換器が設けられ、前記第３の熱交換器の出口側及び前記第５の熱交換器の出口側が前期圧縮機の吸い込み部に接続されることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の冷凍装置において、前記圧縮機は、少なくとも第１の圧縮要素と第２の圧縮要素とを有し、前記第１の圧縮要素で圧縮された冷媒を前記第２の圧縮要素で圧縮して吐出するように構成された圧縮機であって、この圧縮機における前記第１の圧縮要素の排除容積に対する前記第２の圧縮要素の排除容積の比を、０．４〜０．６の範囲としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の冷凍装置において、前記第２の吸熱器が前記第１の吸熱器よりも低い温度で機能することを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５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。
【００１１】
本発明の冷蔵庫は、請求項１乃至請求項６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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、気液分離器を備えると共に、この気液分離器で分離されたガス冷媒を圧縮機の中間圧部に導入可能に構成する場合に、より高効率での運転を実現できる冷凍装置及びこの冷凍装置を備えた冷蔵庫が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
＜実施の形態１＞
本発明の一実施の形態を図面に基づき詳述する。図１は、本発明の一実施の形態としての冷凍装置の冷媒回路図を示している。
【００１４】
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の出口側に接続される減圧手段である膨張弁３１と、この膨張弁３１の出口側に冷媒配管４Ａを介して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減圧手段である冷蔵用膨張弁１２及び冷凍用膨張弁１３と、冷蔵用吸熱器５７及び冷凍用吸熱器５８と、これら各吸熱器５７、５８から出た冷媒と、放熱器２と膨張弁３１の間との冷媒を熱交換可能に構成される第１熱交換器１５と、を備え、気液分離器４で分離されたガス冷媒が冷媒配管４Ｃを介して圧縮機１の中間圧部に、第１熱交換器１５の出口側が圧縮機１の吸い込み部に接続されて冷凍サイクルが構成されている。
【００１５】
また、気液分離器４と圧縮機１の中間圧部との間の冷媒配管４Ｃには逆止弁７が備えられ、冷凍用吸熱器５８と第１熱交換器１５との間には逆止弁５２が、更に第１熱交換器１５と圧縮機１の吸い込み部との間には逆止弁５３が備えられている。
【００１６】
冷蔵用膨張弁１２及び冷蔵用吸熱器５７は、冷凍用膨張弁１３及び冷凍用吸熱器５８に対して、分岐点９Ａと合流点９Ｂとの間に並列に設けられており、各膨張弁１２、１３のいずれか一方を全閉とすることで、気液分離器４から出た液冷媒が冷媒配管４Ｂを介して各吸熱器５７、５８に選択的に流通し、これにより冷蔵運転及び冷凍運転が選択的に実行される。
【００１７】
即ち、分岐点９Ａからの冷媒が冷蔵用吸熱器５７に流通された場合には、当該冷蔵用吸熱器５７で発生する冷気が、図示しないファンによりダクト５７Ａを介して冷蔵室２１に循環されることで、冷蔵運転が実行される。他方、分岐点９Ａからの冷媒が冷凍用吸熱器５８に流通された場合には、当該冷凍用吸熱器５８で発生する冷気が、図示しないファンによりダクト５８Ａを介して冷凍室２２に循環されることで、冷凍運転が実行される。
【００１８】
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。尚、本実施の形態においては、１段圧縮部１Ａの排除容積に対する２段圧縮部１Ｂの排除容積の比（以下、容積比、と呼ぶ）が、０．６〜０．８に設定されている。即ち、例えば１段圧縮部１Ａの排除容積を１ｃｃとする場合には、２段圧縮部１Ｂの排除容積は０．６〜０．８ｃｃに設定される。
【００１９】
また、上述したように冷媒配管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、この分離された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。尚、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インジェクションすれば良い。また、複数台の圧縮機を接続した構成を採用することも可能である。
【００２０】
そして、本実施の形態の冷凍装置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２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、エステル油、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。
【００２１】
このように冷凍装置３０では冷媒として二酸化炭素を用いているため、冷凍サイクルの高圧部が超臨界状態で運転されることがあり、この場合には冷凍装置３０は遷臨界サイクルとして運転されることになる。
【００２２】
尚、本実施の形態の冷凍装置３０では、図１中、２段圧縮部１Ｂの吐出側から放熱器２を経て、膨張弁３１の入口までが冷凍サイクルの高圧部として運転され、また１段圧縮部１Ａの吐出側から中間冷却器１Ｃを経て２段圧縮部１Ｂの吸い込み部まで、及び膨張弁３１の出口から気液分離器４を経て２段圧縮部１Ｂの吸い込み部まで、及び各膨張弁１２、１３の入口までが冷凍サイクルの中間圧部として運転される。そして、各膨張弁１２、１３の出口から各吸熱器５７、５８及び第１熱交換器１５を経て１段圧縮部１Ａの吸い込み部までが冷凍サイクルの低圧部として運転される。
【００２３】
次に、本実施の形態における冷凍装置３０の動作について、図１を参照して説明する。冷凍装置３０は、上述したように冷凍用膨張弁１３及び冷凍用吸熱器５８を主として使用する冷凍運転と、冷蔵用膨張弁１２及び冷蔵用吸熱器５７を主として使用する冷蔵運転と、が選択的に実行される。
【００２４】
まず冷凍運転につき説明する。尚、この冷凍運転とは、冷蔵用膨張弁１２を閉じて、冷凍用吸熱器５８を所定の温度（例えば、−２６℃付近）で機能させる運転である。
【００２５】
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。その後、放熱器２から出た冷媒は、膨張弁３１に至り、ここで減圧されて気液混合状態（ガス／液体の２相混合体）となり、気液分離器４の冷媒配管４Ａから同気液分離器４内に導入される。この気液分離器４にて冷媒はガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒は冷媒配管４Ｃに流通し、逆止弁７を経た後、圧縮機１の中間圧部に導入される。他方、気液分離器４で分離された液冷媒は冷媒配管４Ｂに流通され、分岐点９Ａから冷凍用膨張弁１３に至ることになる。
【００２６】
尚、冷凍装置３０は膨張弁３１と、冷蔵用膨張弁１２又は冷凍用膨張弁１３とで２段膨張を行う構成であるので、上述したように膨張弁３１出口側と、各膨張弁１２、１３入口側との間と、圧縮機１の１段圧縮部１Ａの吐出側と２段圧縮部１Ｂの吸い込み部との間及び冷媒配管４Ｃにおいては、本冷凍サイクルにおける中間圧力部分となっている。
【００２７】
そして、分岐点９Ａから冷凍用膨張弁１３に液冷媒が流通され減圧されると、この液冷媒は冷凍用吸熱器５８にて蒸発し周囲から熱を吸収した後、第１熱交換器１５で膨張弁３１と放熱器２との間を流通する冷媒と熱交換して温められて圧縮機１の吸い込み部に戻ることになる。
【００２８】
次に冷蔵運転につき説明する。尚、この冷蔵運転とは、冷凍用膨張弁１３を閉じて、冷蔵用吸熱器５７を上記冷凍運転時よりも高い温度（例えば、−５℃付近）で機能させる運転である。
【００２９】
この場合、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。その後、放熱器２から出た冷媒は、膨張弁３１に至り、ここで減圧されて気液混合状態（ガス／液体の２相混合体）となり、気液分離器４の冷媒配管４Ａから同気液分離器４内に導入される。この気液分離器４にて冷媒はガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒は冷媒配管４Ｃに流通し、逆止弁７を経た後、圧縮機１の中間圧部に導入される。他方、気液分離器４で分離された液冷媒は冷媒配管４Ｂに流通され、分岐点９Ａから冷蔵用膨張弁１２に至ることになる。
【００３０】
そして、分岐点９Ａから冷蔵用膨張弁１２に液冷媒が流通され減圧されると、この液冷媒は冷蔵用吸熱器５７にて蒸発し周囲から熱を吸収した後、第１熱交換器１５で膨張弁３１と放熱器２との間を流通する冷媒と熱交換して温められて圧縮機１の吸い込み部に戻ることになる。本実施の形態における冷凍装置３０では、冷凍運転時、冷蔵運転時共に以上のような冷凍サイクルが形成される。
【００３１】
また、冷凍装置３０では、上記冷凍運転及び冷蔵運転以外に、必要に応じて冷凍冷蔵運転が実行される。この冷凍冷蔵運転とは、各膨張弁１２、１３を共に全閉とせずに、冷蔵用吸熱器５７及び冷凍用吸熱器５８を所定の温度（例えば、冷蔵用吸熱器５７を−５℃付近、冷凍用吸熱器５８を−２６℃付近）で機能させる運転であり、特に冷凍装置３０の起動時や高負荷時などに実行することができる。
【００３２】
尚、本冷凍冷蔵運転時は、上記冷凍運転及び冷蔵運転時と、ほぼ同様な動作を行なうため、詳細な説明は省略する。
【００３３】
冷凍装置３０において、気液分離器４で分離されたガス冷媒は、これを各膨張弁１２、１３及び各吸熱器５７、５８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の吸い込み部に戻すことは、圧縮機１における圧縮効率を低下させる。そこで、本実施の形態では、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との間に冷媒配管４Ｃを介して導入するため、圧縮機１における圧縮効率を向上させることができる。特に、冷凍装置３０には、冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、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、従来用いられているフロン系冷媒等に比べ、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、より一層効率が向上する。
【００３４】
そして、本実施の形態における冷凍装置３０では、第１熱交換器１５を放熱器２と膨張弁３１との間に設けると共に、容積比が０．６〜０．８と設定された圧縮機１を用いているので、気液分離器４で分離された適量のガス冷媒を２段圧縮部１Ｂに吸入させることが可能となり、高効率な２段圧縮２段膨張冷凍サイクルが実現できる。
【００３５】
次に本実施の形態の冷凍装置３０の冷蔵庫への適用例について図２を参照して説明する。図２は、冷凍装置３０を備えた冷蔵庫の概略構成図を示している。
【００３６】
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、上述した冷蔵用吸熱器５７及び冷凍用吸熱器５８、及びファン６３、６４が設置される。
【００３７】
そして、上述した各運転時、即ち冷凍運転時にはファン６４を運転し、冷凍冷蔵運転時にはファン６３、６４を運転し、更に冷蔵運転時にはファン６３を運転する。これにより、各室４１、４２を冷却することが可能である。
【００３８】
本実施の形態の冷蔵庫４０は、以上のような構成を備えるため、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルによる高い冷却性能と高効率運転が可能となる。
＜実施の形態２＞
次に図３を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。図３はこの場合の冷凍装置５０の冷媒回路図を示している。本実施の形態において図１及び図２と同符号が付されているものは、同一又は同様の機能、効果を奏するものである。本実施の形態の冷凍装置５０は、冷凍装置３０と比較した場合、第１熱交換器１５の代わりに第２熱交換器１９を有し、更に圧縮機１の代わりに圧縮機１０を備えている点が相違する。
【００３９】
第２熱交換器１９は、気液分離器４の出口側と分岐点９Ａとの間の冷媒配管４Ｂを流れる冷媒と、合流点９Ｂからの冷媒と、を熱交換可能に構成されている。
【００４０】
圧縮機１０は、圧縮機１とは容積比が相違する。即ち、圧縮機１０は２段圧縮機であり、密閉容器内に１段圧縮部１０Ａと２段圧縮部１０Ｂとを含み、１段圧縮部１０Ａと２段圧縮部１０Ｂ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１０Ｃが備えられると共に、容積比が０．４〜０．６に設定されている。例えば、１段圧縮部１０Ａの排除容積を１ｃｃとすると、２段圧縮部１０Ｂの排除容積は０．４〜０．６ｃｃに設定される。
【００４１】
以上のように、本実施の形態における冷凍装置５０では、第２熱交換器１９を気液分離器４と分岐点９Ａとの間に設けると共に、容積比が０．４〜０．６と設定された圧縮機１０を用いているので、気液分離器４で分離された適量のガス冷媒を２段圧縮部１０Ｂに吸入させることが可能となり、高効率な２段圧縮２段膨張冷凍サイクルが実現できる。
【００４２】
また、冷凍装置５０は上記実施の形態１の冷凍装置３０と同様に、冷蔵庫に適用することが可能である。
【００４３】
尚、第２熱交換器１９の配置は、分岐点９Ａと各膨張弁１２、１３との間のそれぞれに設けることも可能であり、この場合には、各吸熱器５７、５８と合流点９Ｂとの間と、上記分岐点９Ａと各膨張弁１２、１３との間と、のそれぞれを熱交換可能に構成することで実現できる。
＜実施の形態３＞
次に、本発明の第３の実施の形態を図面に基づき詳述する。図４は、本実施の形態における冷凍装置の冷媒回路図を示している。冷凍装置７０は、圧縮機１０と、この圧縮機１０の吐出側に接続される放熱器２と、を有する。
【００４４】
放熱器２の出口側冷媒配管は、分岐点９Ｃにて分岐し、一方の冷媒配管９１Ｃ側には、減圧手段である冷蔵用膨張弁１２と冷蔵用吸熱器５７とが順次接続されると共に、冷蔵用吸熱器５７の出口側には、この冷蔵用熱交換器５７から出た冷媒と、分岐点９Ｃと冷蔵用膨張弁１２との間の冷媒と、を熱交換可能に構成される第３熱交換器１６が設けられ、この第３熱交換器１６の出口側が合流点９Ｂに接続されている。
【００４５】
他方、冷媒配管９２Ｃ側には、減圧手段である膨張弁３２と、この膨張弁３２の出口側に冷媒配管４Ａを介して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減圧手段である冷凍用膨張弁１３と、冷凍用吸熱器５８と、が順次接続される。この冷凍用吸熱器５８の出口側には、この冷凍用吸熱器５８から出た冷媒と、気液分離器４と冷凍用膨張弁１３との間の冷媒と、を熱交換可能に構成される第４熱交換器１７が設けられ、更に、この第４熱交換器１７の出口側には、第５熱交換器が設けられる。この第５熱交換器１８は、分岐点９Ｃと膨張弁３２との間の冷媒と、第４熱交換器１７から出た冷媒と、を熱交換可能に構成されてなり、この第５熱交換器１８の出口側が合流点９Ｂに接続されている。
【００４６】
そして、気液分離器４で分離されたガス冷媒が冷媒配管４Ｃを介して圧縮機１０の中間圧部に接続されると共に、合流点９Ｂからの冷媒配管が圧縮機１０の吸い込み部に接続されて冷凍サイクルが構成されている。
【００４７】
また、気液分離器４と圧縮機１の中間圧部との間の冷媒配管４Ｃには逆止弁７が備えられ、第５熱交換器１８と合流点９Ｂとの間には逆止弁５２が、更に合流点９Ｂと圧縮機１０の吸い込み部との間には逆止弁５３が備えられている。
【００４８】
ここで、冷蔵用膨張弁１２及び冷蔵用吸熱器５７は、冷凍用膨張弁１３及び冷凍用吸熱器５８に対して、分岐点９Ｃと合流点９Ｂとの間に並列に設けられており、各膨張弁１２、１３のいずれか一方を全閉とすることで、各吸熱器５７、５８に冷媒が選択的に流通し、これにより冷蔵運転及び冷凍運転が選択的に実行される。
【００４９】
即ち、分岐点９Ｃからの冷媒が冷蔵用吸熱器５７に流通された場合には、当該冷蔵用吸熱器５７で発生する冷気が、図示しないファンによりダクト５７Ａを介して冷蔵室２１に循環されることで、冷蔵運転が実行される。他方、分岐点９Ｃからの冷媒が冷凍用吸熱器５８に流通された場合には、当該冷凍用吸熱器５８で発生する冷気が、図示しないファンによりダクト５８Ａを介して冷凍室２２に循環されることで、冷凍運転が実行される。
【００５０】
圧縮機１０は２段圧縮機であり、密閉容器内に１段圧縮部１０Ａと２段圧縮部１０Ｂとを含み、１段圧縮部１０Ａと２段圧縮部１０Ｂ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１０Ｃが備えられる。尚、本実施の形態においては、容積比が、０．４〜０．６に設定されている。即ち、例えば１段圧縮部１０Ａの排除容積を１ｃｃとする場合には、２段圧縮部１０Ｂの排除容積は０．４〜０．６ｃｃに設定される。
【００５１】
また、上述したように冷媒配管４Ｃは、気液分離器４で分離されたガス冷媒を圧縮機１０の中間圧部、即ち中間冷却器１０Ｃと２段圧縮部１０Ｂとの間に導入可能に接続される。尚、この分離された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１０の中間圧部に導入される。尚、圧縮機１０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インジェクションすれば良い。また、複数台の圧縮機を接続した構成を採用することも可能である。
【００５２】
そして、本実施の形態の冷凍装置７０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２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、エステル油、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。
【００５３】
このように冷凍装置７０では冷媒として二酸化炭素を用いているため、冷凍サイクルの高圧部が超臨界状態で運転されることがあり、この場合には冷凍装置７０は遷臨界サイクルとして運転されることになる。
【００５４】
尚、本実施の形態の冷凍装置７０では、図４中、２段圧縮部１０Ｂの吐出側から放熱器２を経て、分岐点９Ｃから膨張弁３２の入口及び分岐点９Ｃから冷蔵用膨張弁１２の入口までが冷凍サイクルの高圧部として運転され、また１段圧縮部１０Ａの吐出側から中間冷却器１０Ｃを経て２段圧縮部１０Ｂの吸い込み部まで、及び膨張弁３２の出口から気液分離器４を経て２段圧縮部１０Ｂの吸い込み部まで、及び冷凍用膨張弁１３の入口までが冷凍サイクルの中間圧部として運転される。そして、各膨張弁１２、１３の出口から各吸熱器５７、５８及び各熱交換器１６、１７、１８を経て１段圧縮部１０Ａの吸い込み部までが冷凍サイクルの低圧部として運転される。
【００５５】
次に、本実施の形態における冷凍装置７０の動作について、図１を参照して説明する。冷凍装置７０は、上述したように冷凍用膨張弁１３及び冷凍用吸熱器５８を主として使用する冷凍運転と、冷蔵用膨張弁１２及び冷蔵用吸熱器５７を主として使用する冷蔵運転と、が選択的に実行される。
【００５６】
まず冷凍運転につき説明する。尚、この冷凍運転とは、冷蔵用膨張弁１２を閉じて、冷凍用吸熱器５８を所定の温度（例えば、−２６℃付近）で機能させる運転である。
【００５７】
圧縮機１０が運転されると、圧縮機１０から吐出された冷媒は、放熱器２で放熱して冷却される。その後、放熱器２から出た冷媒は、分岐点９Ｃを経由して膨張弁３２に至り、ここで減圧されて気液混合状態（ガス／液体の２相混合体）となり、気液分離器４の冷媒配管４Ａから同気液分離器４内に導入される。この気液分離器４にて冷媒はガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒は冷媒配管４Ｃに流通し、逆止弁７を経た後、圧縮機１０の中間圧部に導入される。他方、気液分離器４で分離された液冷媒は冷媒配管４Ｂに流通され、分岐点９Ａから冷凍用膨張弁１３に至ることになる。
【００５８】
尚、この場合には、膨張弁３２と冷凍用膨張弁１３とで２段膨張を行う構成であるので、上述したように膨張弁３２出口側と冷凍用膨張弁１３入口側との間と、圧縮機１０の１段圧縮部１０Ａの吐出側と２段圧縮部１０Ｂの吸い込み部との間、及び冷媒配管４Ｃにおいては、本冷凍サイクルにおける中間圧力部分となっている。
【００５９】
そして、冷凍用膨張弁１３に液冷媒が流通され減圧されると、この液冷媒は冷凍用吸熱器５８にて蒸発し周囲から熱を吸収した後、第４熱交換器１７で気液分離器４と冷凍用膨張弁１３との間を流通する冷媒と熱交換して温められ、その後、更に第５熱交換器１８で分岐点９Ｃと膨張弁３２との間を流通する冷媒と熱交換して更に温められて圧縮機１０の吸い込み部に戻ることになる。
【００６０】
次に冷蔵運転につき説明する。尚、この冷蔵運転とは、膨張弁３２及び冷凍用膨張弁１３を閉じて、冷蔵用吸熱器５７を上記冷凍運転時よりも高い温度（例えば、−５℃付近）で機能させる運転である。
【００６１】
この場合、圧縮機１０が運転されると、圧縮機１０から吐出された冷媒は、放熱器２で放熱して冷却される。その後、放熱器２から出た冷媒は、分岐点９Ｃを経由して冷蔵用膨張弁１２に至ることになる。そして、冷蔵用膨張弁１２に冷媒が流通され減圧されると、この冷媒は冷蔵用吸熱器５７にて蒸発し周囲から熱を吸収した後、第３熱交換器１６で分岐点９Ｃと冷蔵用膨張弁１２との間を流通する冷媒と熱交換して温められて圧縮機１０の吸い込み部に戻ることになる。本実施の形態における冷凍装置３０では、冷凍運転時、冷蔵運転時共に以上のような冷凍サイクルが形成される。
【００６２】
また、冷凍装置７０では、上記冷凍運転及び冷蔵運転以外に、必要に応じて冷凍冷蔵運転が実行される。この冷凍冷蔵運転とは、各膨張弁３２、１２、１３を共に全閉とせずに、冷蔵用吸熱器５７及び冷凍用吸熱器５８を所定の温度（例えば、冷蔵用吸熱器５７を−５℃付近、冷凍用吸熱器５８を−２６℃付近）で機能させる運転であり、特に冷凍装置７０の起動時や高負荷時などに実行することができる。
【００６３】
尚、本冷凍冷蔵運転時は、上記冷凍運転及び冷蔵運転時と、ほぼ同様な動作を行なうため、詳細な説明は省略する。
【００６４】
冷凍装置７０において、気液分離器４で分離されたガス冷媒は、これを冷凍用膨張弁１３及び冷凍用吸熱器５８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１０Ａの吸い込み部に戻すことは、圧縮機１０における圧縮効率を低下させる。そこで、本実施の形態では、気液分離器４で分離されたガス冷媒を、圧縮機１０の中間圧部、即ち、中間冷却器１０Ｃと２段圧縮部１０Ｂとの間に冷媒配管４Ｃを介して導入するため、圧縮機１０における圧縮効率を向上させることができる。特に、冷凍装置７０には、冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、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、従来用いられているフロン系冷媒等に比べ、ガス分が多くなり、その多くのガス分を、圧縮機１０の中間圧部に導入することで、より一層効率が向上する。
【００６５】
尚、上記冷蔵運転時には気液分離器４には冷媒を流通させない構成としたため、気液分離器４で分離されたガス冷媒を、圧縮機１０の中間圧部に導入する機能を利用できなくなる。しかしながら、この冷蔵運転時には、冷凍運転時に比較して気液分離器を利用した場合におけるガス冷媒の発生量が少ないため、膨張弁３２及び冷媒配管４Ｃの動作を利用しないとしても、運転効率の低下幅が抑制される。
【００６６】
そして、本実施の形態における冷凍装置７０では、第４熱交換器１７及び第５熱交換器１８を設けると共に、容積比が０．４〜０．６と設定された圧縮機１０を用いているので、冷凍運転時、気液分離器４で分離された適量のガス冷媒を２段圧縮部１０Ｂに吸入させることが可能となり、高効率な２段圧縮２段膨張冷凍サイクルが実現できる。
【００６７】
次に本実施の形態の冷凍装置７０の冷蔵庫への適用例について図５を参照して説明する。図５は、冷凍装置７０を備えた冷蔵庫の概略構成図を示している。
【００６８】
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、上述した冷蔵用吸熱器５７及び冷凍用吸熱器５８、及びファン６３、６４が設置される。
【００６９】
そして、上述した各運転時、即ち冷凍運転時にはファン６４を運転し、冷凍冷蔵運転時にはファン６３、６４を運転し、更に冷蔵運転時にはファン６３を運転する。これにより、各室４１、４２を冷却することが可能である。
【００７０】
本実施の形態の冷蔵庫４０は、以上のような構成を備えるため、特に冷凍運転時、２段圧縮２段膨張冷凍サイクルによる高い冷却性能と高効率運転が可能となる。
【００７１】
以上、上記各実施の形態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、上記各実施の形態では、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等を封入したものにも適用可能である。
【００７２】
また、減圧手段である各膨張弁３１、３２、１２、１３は必要に応じてキャピラリチューブに変更することも可能である。尚、冷凍装置３０及び冷凍装置５０において各膨張弁１２、１３をキャピラリチューブに変更する場合には、分岐点９Ａに三方弁を設けるか、又は各キャピラリチューブ入口前に電磁弁等を設ける必要がある。更に、冷凍装置７０において各膨張弁３２、１２、１３をキャピラリチューブに変更する場合には、分岐点９Ｃに三方弁を設けるか、又は各キャピラリチューブ入口前に電磁弁等を設ける必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態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３】本発明の第２の実施の形態の冷凍装置を示す冷媒回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の冷凍装置を示す冷媒回路図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態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。
【符号の説明】
【００７４】
１、１０  圧縮機
２  放熱器
４  気液分離器
７、５２、５３  逆止弁
１２、１３、３１、３２  膨張弁
１５、１６、１７、１８、１９  熱交換器
２１、４１  冷蔵室
２２、４２  冷凍室
３０、５０、７０  冷凍装置
４０  冷蔵庫
６３、６４  ファン
５７、５８  吸熱器
【図１】
2007093105.tif 000003
【図２】
2007093105.tif 000004
【図３】
2007093105.tif 000005
【図４】
2007093105.tif 000006
【図５】
2007093105.tif 000007