(57)【要約】【課題】本発明は、１つの蒸発器の簡単なサイクル構成で、２つの異なる蒸発温度が得られ、これら蒸発温度を同時に、かつ連続する運転が可能であり、低コストで高い効率が得られる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】圧縮機１と、凝縮器２と、絞り機構３と、蒸発器４を備えて冷凍サイクルを構成するとともに、蒸発器で冷却された空気によって温度制御され、第１の温度に制御される第１の収納室Ｈａおよび、第１の温度よりも低い第２の温度に制御される第２の収納室Ｈｂを備え、上記冷凍サイクルを循環する冷媒として、大気圧における蒸発温度が２０℃以上異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を使用し、蒸発器の導入側で冷却された空気を第２の収納室に導くとともに、蒸発器の導出側で冷却された空気を第１の収納室に導くようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器を備えて冷凍サイクルを構成するとともに、上記蒸発器で冷却された空気によって温度制御され、第１の温度に設定される第１の収納室および、上記第１の温度よりも低い第２の温度に設定される第２の収納室を備えた冷凍装置において、
上記冷凍サイクルを循環する冷媒として、大気圧における蒸発温度が２０℃以上異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を使用し、蒸発器の冷媒導入側で冷却された空気を上記第２の収納室に導くとともに、蒸発器の冷媒導出側で冷却された空気を上記第１の収納室に導くようにしたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
上記蒸発器は、２つの蒸発器部に分割され、互いの分割蒸発器部を直列に接続してなることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
上記非共沸混合冷媒は、炭酸ガスと炭化水素系冷媒との混合冷媒もしくは、プロパンとイソブタンとの混合冷媒から選択されることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の温度に設定される第１の収納室および、第１の温度よりも低い第２の温度に設定される第２の収納室を備えた冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば冷凍冷蔵庫等の冷凍装置においては、氷点をわずかに上回る所定低温である第１の温度に設定される第１の収納室（冷蔵室・野菜室）と、この第１の温度よりも低い氷点以下である第２の温度に設定される第２の収納室（冷凍室・製氷室）を備えていて、目的に応じて被収納物を貯蔵可能となっている。
【０００３】
この種の冷凍冷蔵庫に備えられる冷凍サイクルで、１つの絞り機構を備え蒸発器での冷媒蒸発温度を１種類とする場合には、蒸発温度はより低温側の第２の収納室に合せる必要がある。そのため、第２の収納室よりも高い温度に保持されるべき第１の収納室において蒸発温度が低くなり過ぎ、サイクルの効率が低下してしまう。
【０００４】
そこで、第１の収納室用および第２の収納室用の蒸発器と、各蒸発器に対応して絞り機構を２種類備え、各絞り機構と蒸発器を直列に接続する回路の分岐部に電磁弁（三方切換え弁）を備えた冷凍サイクルが提案されている。上記電磁弁をタイムシェアリング的に切換えて、各回路に対して冷媒を導くようになっている。
【０００５】
あるいは、［特許文献１］に記載されるように、２段圧縮が可能な圧縮機を用いて、蒸発温度が低い側（冷凍室側）の戻りガスを２段圧縮機における低段側のシリンダ室へ導き、蒸発温度が高い側（冷蔵室側）の戻りガスを２段圧縮機における高段側と低段側との間に導く技術が提供されている。
【特許文献１】特許第３６５６０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前者の冷凍サイクルでは、電磁弁をタイムシェアリング的に切換えることで、それぞれの絞り機構と蒸発器との回路に対して冷媒を導き、よって冷凍室と冷蔵室に最適な蒸発温度を得られる。すなわち、冷凍冷蔵庫専用の冷凍装置を提供することができて、実用上、有利となる。
【０００７】
その反面、通常の冷凍サイクル構成部品に加えて、２種類の蒸発器と絞り機構および電磁弁等が余計に必要となるとともに、電磁弁の各回路に対する切換え制御が複雑となり、コストに悪影響を及ぼしてしまう。また、連続した冷凍作用と冷蔵作用を行うことができず、サイクルの効率が低下する。
【０００８】
［特許文献１］の技術によれば、前者技術の不具合であるところの電磁弁による冷凍サイクルの切換えが不要となる。したがって、２段圧縮機を駆動して、冷凍運転と冷蔵運転とを同時に、かつ連続しての運転が可能となり、より最適な冷凍冷蔵庫が得られることとなる。
【０００９】
しかしながら、［特許文献１］では中間圧サクションパイプを備えて配置先を指定し、絞り機構を備えたバイパス径路を凝縮器の導出側で分岐して冷凍室用蒸発器の手前で合流させるなど、サイクル構成が複雑となる。高価な２段圧縮機が必要で、さらに大幅なコストアップが見込まれる。
【００１０】
本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、１つの蒸発器を用いた簡単なサイクル構成で、２つの異なる蒸発温度が得られ、これら蒸発温度を同時に、かつ連続運転が可能であり、低コストで高い効率が得られる冷凍装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を満足するため本発明の冷凍装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器を備えて冷凍サイクルを構成するとともに、蒸発器で冷却された空気によって温度制御され、第１の温度に設定される第１の収納室および、第１の温度よりも低い第２の温度に設定される第２の収納室を備え、  
上記冷凍サイクルを循環する冷媒として、大気圧における蒸発温度が２０℃以上異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を使用し、蒸発器の冷媒導入側で冷却された空気を第２の収納室に導くとともに、蒸発器の冷媒導出側で冷却された空気を第１の収納室に導くようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡単なサイクル構成で、２つの蒸発温度を同時に、かつ連続して運転が可能であり、低コストで高い効率が得られる等の効果を奏する。
【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、図面にもとづいて説明する。  
図１は第１の実施の形態としての冷凍装置である、冷凍冷蔵庫における冷凍サイクル構成図である。  
図中１は、たとえば２シリンダを備えたロータリ式の圧縮機であり、内部で圧縮した冷媒を吐出する吐出部Ｄと、外部から蒸発した冷媒を吸込む吸込み部Ｓが設けられる。圧縮機１は２シリンダを備えているが、通常の１段圧縮をなす。上記圧縮機１における吐出部Ｄから吸込み部Ｓに亘って冷媒管Ｐが接続されている。
【００１４】
この冷媒管Ｐの中途部には、凝縮器２と、膨張装置である絞り機構（キャピラリーチューブ）３と、後述する蒸発器４が順次設けられている。さらに、上記圧縮機１の吸込み部Ｓには気液分離器１ａが設けられ、以上で冷凍サイクル回路Ｒが構成される。
【００１５】
冷凍冷蔵庫自体の構成は特に図示していないが、本体内部には、上段から下段に亘って冷蔵室、野菜室、製氷室、冷凍室が順に設けられる。上記冷凍室の本体背面側には機械室が設けられていて、この機械室には上記冷凍サイクル回路Ｒにおける圧縮機１と凝縮器２および絞り機構３が配置される。
【００１６】
上記機械室の上方部位における本体背面部に上記蒸発器４が取付けられている。この蒸発器４と上記製氷室および冷凍室との間には、後述するようにダクトが設けられるとともに、蒸発器４と上記冷蔵室および野菜室との間にもダクトが設けられる。  
なお説明すると、図１に示すように上記蒸発器４における冷媒の導通方向の中間部を境に、冷媒導入側ｃである絞り機構３側と、冷媒導出側ｄである圧縮機１側とにそれぞれ対向してダクト６，７が設けられる。
【００１７】
上記絞り機構３側のダクトを冷凍側ダクト６と呼ぶ。この冷凍側ダクト６は、製氷室および冷凍室である第２の収納室Ｈｂに連通するよう構成される。上記圧縮機１側のダクトを冷蔵側ダクト７と呼ぶ。この冷蔵側ダクト７は、冷蔵室および野菜室である第１の収納室Ｈａに連通するよう構成される。
【００１８】
上記蒸発器４を介して上記冷凍側ダクト６と対向する部位には送風機８が配置されていて、この送風機８は蒸発器４における冷媒の導通方向の中間部を境に冷媒導入側ｃへ送風する。蒸発器４を流通して熱交換したあとの熱交換空気は、上記冷凍側ダクト６に導かれるようになっている。
【００１９】
さらに、上記蒸発器４を介して上記冷蔵側ダクト７と対向する部位にも送風機９が配置されている。この送風機９は蒸発器４における冷媒の導通方向の中間部を境に冷媒導出側ｄへ送風する。蒸発器４を流通して熱交換したあとの熱交換空気は、上記冷蔵側ダクト７に導かれるようになっている。
【００２０】
したがって、後述するように第１の収納室Ｈａには蒸発器４の冷媒導出側ｄと熱交換した熱交換空気が導かれ、第２の収納室Ｈｂには蒸発器４の冷媒導入側ｃと熱交換した熱交換空気が導かれるようになっている。蒸発器４の冷媒導入側ｃでの冷媒の蒸発温度と、蒸発器４の冷媒導出側ｄでの冷媒の蒸発温度は、冷凍サイクル回路Ｒに封入される冷媒を特定することにより温度差が極めて大となる。
【００２１】
ここでは、冷媒は大気圧における蒸発温度が２０℃以上異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒に限定される。具体的には、炭酸ガスと炭化水素系冷媒との混合冷媒および、プロパン（Ｒ２９０）とイソブタン（Ｒ６００ａ）との混合冷媒の、いずれかが選択される。
【００２２】
つぎに、上記非共沸混合冷媒について説明する。  
図３は、非共沸混合冷媒を用いたモリエル線図である。  
すなわち、非共沸混合冷媒を用いることで、蒸気と液の混合領域において等温線Ｔがエンタルピｈの低い側から高い側へ向って下方に傾斜することが特徴である。
【００２３】
ａの状態では、圧縮機１で圧縮された高圧ガス冷媒が吐出部Ｄから吐出される。ａからｂの間で、高圧ガス冷媒は凝縮器２に導かれて凝縮され、蒸気と液の混合状態から過冷却状態になって凝縮器２から導出される。  
このとき非共沸混合冷媒の特性として、凝縮器２内では、まず冷媒導入側ａで沸点の高い冷媒成分の凝縮が始まり、冷媒導出側ｂへ向って沸点の低い冷媒成分の凝縮が進行する。したがって、冷媒の凝縮温度は凝縮器２を構成する伝熱管内を通過する間に低下する。
【００２４】
ｂからｃの間で、液冷媒は絞り機構３に導かれて減圧され断熱膨張する。ｃからｄの間で冷媒は蒸発器４に導かれて蒸発し、ｄからａの間で冷媒は圧縮機１に導かれて圧縮され、再びａの状態に至る。  
上記蒸発器４においても非共沸混合冷媒の特性が顕著に現れる。すなわち、蒸発器４では冷媒導入側ｃを通過した直後に、沸点の低い冷媒成分の多い液相冷媒が蒸発する。さらに、蒸発器４を構成する伝熱管に沿って冷媒が導かれ加熱されると、沸点の高い液冷媒成分が蒸発する。
【００２５】
上記蒸発器４における伝熱管内の冷媒蒸発温度は、冷媒導入側ｃにおいて最も低い温度となり、冷媒導出側ｄに向って漸次高くなるように冷媒の蒸発が進行し、冷媒導出側ｄにおいて最も高いことが特徴である。上述した非共沸混合冷媒は、大気圧における蒸発温度が２０℃以上異なる２種類以上の冷媒を混合しているので、蒸発器４における冷媒導入側ｃと冷媒導出側ｄの温度差が大きい。
【００２６】
つぎに冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルについて説明する。  
圧縮機１に吸込まれた冷媒は圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、吐出部Ｄから冷媒管Ｐへ吐出される。冷媒管Ｐに導かれた冷媒は最初に凝縮器２において熱交換し、凝縮液化する。このとき非共沸混合冷媒を用いているので、凝縮器２の冷媒導入側ａに導かれた直後に沸点の高い冷媒成分の凝縮が始まり、導出側ｂへ向って沸点の低い冷媒成分の凝縮が進行し、凝縮温度は凝縮器２を通過する間に低下する。
【００２７】
凝縮器２内部で凝縮液化した冷媒は絞り機構３に導かれて断熱膨張し、さらに蒸発器４に導かれて蒸発する。蒸発器４内では最初に沸点の低い冷媒成分の多い液相冷媒が蒸発し、さらに加熱されると沸点の高い液冷媒成分も蒸発する。結局、蒸発温度が冷媒導出側ｄへ向って高くなるように冷媒の蒸発が進行するので、蒸発器４において冷媒導入側ｃで最も低い温度となり、冷媒導出側ｄでは最も高い温度となる。
【００２８】
上記蒸発器４の冷媒導入側ｃに送風機８が配置され、蒸発器４へ向って送風している。蒸発器４の冷媒導入側ｃへ送られた熱交換空気と伝熱管を流通する非共沸混合冷媒が熱交換し、低温化した熱交換空気は冷凍側ダクト６に導かれて第２の収納室Ｈｂに案内され、被収納物に対する冷凍作用をなす。
【００２９】
上記蒸発器４の冷媒導出側ｄにも送風機９が配置され、蒸発器４へ向って送風している。蒸発器４の冷媒導出側ｄへ送られた熱交換空気と伝熱管を流通する非共沸混合冷媒が熱交換する。ここでも熱交換空気は低温化するが、非共沸混合冷媒を用いたので冷媒導入側ｃと比較して大きな温度差のある低温となる。熱交換空気は冷蔵側ダクト７を介して第１の収納室Ｈａに案内され、被収納物に対する冷蔵作用をなす。
【００３０】
このように、冷媒として大気圧における蒸発温度が２０℃以上異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用いて、蒸発器４に発生する温度差により氷点以下の低温側である冷媒導入側ｃを通過した熱交換空気を第２の収納室（冷凍室・製氷室）に導くとともに、氷点を上回る高温側である冷媒導出側ｄを通過した熱交換空気を第１の収納室（冷蔵室・野菜室）に導くようにした。
【００３１】
したがって、温度の異なる、たとえば冷凍、冷蔵の２種類の冷却温度が１つの蒸発器４の簡単なサイクル構成で得られる。そして、２つの蒸発温度を得るためのサイクル切換え装置や制御が不要であり、かつ冷凍運転と冷蔵運転を同時に行えるとともに、それぞれの連続運転が可能となり、低コストで高い効率の冷凍装置である冷凍冷蔵庫を提供できる。
【００３２】
上記非共沸混合冷媒として、炭酸ガス冷媒と炭化水素系冷媒との混合冷媒を用いることができる。この場合、炭酸ガス冷媒の高い圧力と、炭化水素系冷媒の強燃焼性がともに緩和されて、取扱いが容易で安全性の高い冷凍サイクルを得られる。  
もしくは非共沸混合冷媒として、プロパン（Ｒ２９０）とイソブタン（Ｒ６００ａ）との混合冷媒を用いることができる。この場合、ともに炭化水素系冷媒であるために、冷凍機油および絶縁材などの選定が容易であり、充分な蒸発温度差を確保できて大幅な効率向上化を得られる。
【００３３】
図２は、本発明における第２の実施の形態を示す冷凍装置である冷凍冷蔵庫の冷凍サイクル構成図である。後述する蒸発器４Ａを除いて他の構成部品は第１の実施の形態と同一であり、同部品に同番号を付して新たな説明を省略する。  
上記蒸発器４は、絞り機構３側である冷媒導入側ｃに設けられる第２の分割蒸発器部４０ｂと、圧縮機１側である冷媒導出側ｄに設けられる第１の分割蒸発器部４０ａとに２分割されることが特徴である。第２の分割蒸発器部４０ｂと第１の分割蒸発器部４０ａとは互いに冷媒管Ｐを介して連通され、これらは直列に接続されている。
【００３４】
上記第２の分割蒸発器部４０ｂに対向して冷凍側ダクト６が設けられ、これは冷凍室および製氷室である第２の収納室Ｈｂに連通する。上記第１の分割蒸発器部４０ａに対向して冷蔵側ダクト７が設けられ、これは冷蔵室および野菜室である第１の収納室Ｈａに連通する。
【００３５】
そして、上記第２の分割蒸発器部４０ｂを介して冷凍側ダクト６と対向する部位には送風機８が配置されている。この送風機８は第２の分割蒸発器部４０ｂへ送風し、第２の分割蒸発器部４０ｂを流通した熱交換空気は、対向する冷凍側ダクト６に導かれるようになっている。
【００３６】
上記第１の分割蒸発器部４０ａを介して冷蔵側ダクト７と対向する部位にも送風機９が配置されている。この送風機９は第１の分割蒸発器部４０ａへ送風し、第１の分割蒸発器部４０ａを流通した熱交換空気は、対向する冷蔵側ダクト７に導かれるようになっている。
【００３７】
このようにして構成される冷凍サイクル回路Ｒａにおいて、冷媒として非共沸混合冷媒を用いることにより、第２の収納室Ｈｂには第２の分割蒸発器部４０ｂで熱交換した、氷点下より低温の熱交換空気が導かれて冷凍作用をなす。第１の収納室Ｈａには第１の分割蒸発器部４０ａで熱交換した、氷点をわずかに上回り、第２の収納室Ｈｂに導かれた熱交換空気とは大きな温度差のある低温の熱交換空気が導かれて冷蔵作用をなす。
【００３８】
ここでは、蒸発器４Ａを第１の分割蒸発器部４０ａと第２の分割蒸発器部４０ｂとに完全分割化したので、蒸発器４Ａ全体における低温側と高温側との熱伝達を確実に防止できる。各分割蒸発器部４０ａ、４０ｂから吹出される熱交換空気が混じることがなく、サイクルの効率のさらなる向上化を得られる。
【００３９】
なお、上述した実施の形態では冷凍装置として冷凍冷蔵庫を適用したが、これに限定されるものではなく、要は１つの蒸発器で２つの異なる蒸発温度を得られて、温度差が存在する２つの収納室に対する熱交換を必要とする装置の全てを対象とすることができる。  
また、本発明は上述した各実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明における第１の実施の形態に係る、冷凍装置の冷凍サイクル構成図。
【図２】本発明における第２の実施の形態に係る、冷凍装置の冷凍サイクル構成図。
【図３】非共沸混合冷媒を用いた場合のモリエル線図。
【符号の説明】
【００４１】
１…圧縮機、２…凝縮器、３…絞り機構（膨張装置）、４…蒸発器、Ｈａ…第１の収納室、Ｈｂ…第２の収納室、４０ａ…第１の分割蒸発器部、４０ｂ…第２の分割蒸発器部。
【図１】
2007192473.tif 000003
【図２】
2007192473.tif 000004
【図３】
2007192473.tif 000005