(57)【要約】【課題】消費電力を削減できる二元冷凍サイクルを備えた冷凍冷蔵庫を提供する。【解決手段】貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室３と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室４と、高温冷凍サイクル１０を運転する第１圧縮機１１と、低温冷凍サイクル２０を運転する第２圧縮機２１と、高温冷凍サイクル１０の低温部と低温冷凍サイクル２０の高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器３１と、高温冷凍サイクル１０の低温部に配されて冷蔵室３を冷却する第１蒸発器１４と、低温冷凍サイクル２０の低温部に配されて冷凍室４を冷却する第２蒸発器２４とを備えた冷凍冷蔵庫１において、第１圧縮機１１が圧縮比を第１設定値に維持するように駆動制御されるとともに第２圧縮機２１が圧縮比を第２設定値に維持するように駆動制御され、第１設定値を冷凍冷蔵庫の周囲温度に応じて変更するとともに、第２設定値を該周囲温度に依存しない所定の圧縮比にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室と、高温冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、低温冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第１圧縮機及び第２圧縮機を駆動制御する制御部と、前記高温冷凍サイクルの低温部と前記低温冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器と、前記高温冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷蔵室を冷却する第１蒸発器と、前記低温冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷凍室を冷却する第２蒸発器とを備えた冷凍冷蔵庫において、第１圧縮機が圧縮比を第１設定値に維持するように駆動制御されるとともに第２圧縮機が圧縮比を第２設定値に維持するように駆動制御され、第１設定値を冷凍冷蔵庫の周囲温度に応じて変更するとともに、第２設定値を前記周囲温度に依存しない所定の圧縮比にしたことを特徴とする冷凍冷蔵庫。
【請求項２】
第１設定値を前記周囲温度が高くなるに従って大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項３】
前記冷蔵室の温度を検知する冷蔵室温度検知手段と、前記周囲温度を検知する周囲温度検知手段と、第１蒸発器または前記中間熱交換器の蒸発温度を検知する第１蒸発温度検知手段とを備え、前記冷蔵室温度検知手段、前記周囲温度検知手段及び第１蒸発温度検知手段の検知結果と前記冷蔵室の設定温度とに基づいて前記制御部により演算される第１所定温度値に第１蒸発器の蒸発温度を維持するように、第１圧縮機の能力を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項４】
前記冷凍室の温度を検知する冷凍室温度検知手段と、第２蒸発器の蒸発温度を検知する第２蒸発温度検知手段とを備え、前記冷凍室温度検知手段及び第２蒸発温度検知手段の検知結果と前記冷凍室の設定温度とに基づいて前記制御部により演算される第２所定温度値に第２蒸発器の蒸発温度を維持するように、第２圧縮機の能力を調整することを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項５】
第１蒸発器の蒸発温度を第１所定温度値に維持するとともに、第２蒸発器の蒸発温度を第２所定温度値に維持し、前記冷蔵室の温度と前記冷凍室の温度がそれぞれの設定温度になるように、第１圧縮機及び第２圧縮機の能力を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項６】
前記制御部が前記高温冷凍サイクル及び前記低温冷凍サイクルの冷媒の圧力と温度を換算する機能を有することを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項７】
第１圧縮機及び第２圧縮機が回転数の可変によって能力を調整されることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項８】
前記高温冷凍サイクルに設けられる第１減圧装置と、前記低温冷凍サイクルに設けられる第２減圧装置とをキャピラリチューブにより形成したことを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項９】
第１、第２圧縮機の駆動開始時において、第１圧縮機を駆動して前記中間熱交換器または第１蒸発器の蒸発温度が所定温度よりも低下した後に、第２圧縮機を駆動したことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項１０】
異なる温度に設定される第１、第２空間と、高温冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、低温冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第１圧縮機及び第２圧縮機を駆動制御する制御部と、前記高温冷凍サイクルの低温部と前記低温冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器と、前記高温冷凍サイクルの低温部に配されて第１空間を冷却する第１蒸発器と、前記低温冷凍サイクルの低温部に配されて第２空間を冷却する第２蒸発器とを備えた冷却装置において、第１圧縮機が圧縮比を第１設定値に維持するように駆動制御されるとともに第２圧縮機が圧縮比を第２設定値に維持するように駆動制御され、第１設定値を冷却装置の周囲温度に応じて変更するとともに、第２設定値を前記周囲温度に依存しない所定の圧縮比にしたことを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二元冷凍サイクルを備えた冷凍冷蔵庫及び冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍冷蔵庫は特許文献１に開示されている。この冷凍冷蔵庫は第１圧縮機により運転される高温冷凍サイクルと第２圧縮機により運転される低温冷凍サイクルとを有して二元冷凍サイクルを備えている。二元冷凍サイクルには高温冷凍サイクルの低温部と低温冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器が設けられる。また、高温冷凍サイクルの低温部には第１蒸発器が設けられ、低温冷凍サイクルの低温部には第２蒸発器が設けられる。
【０００３】
第１圧縮機の駆動によって高温冷凍サイクルの低温部の中間熱交換器及び第１蒸発器が低温に維持される。第１蒸発器と熱交換した冷気により冷蔵室を冷却し、冷蔵室が設定温度に維持される。第２圧縮機の駆動によって低温冷凍サイクルの冷媒が中間熱交換器で放熱して凝縮される。低温冷凍サイクルの低温部の第２蒸発器は中間熱交換器よりも更に低温に維持される。これにより、第２蒸発器と熱交換した冷気によって冷凍室を冷蔵室よりも低温に冷却し、冷凍室が設定温度に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３０００００号公報（第５頁−第１０頁、第５図）
【特許文献２】特開２００５−１０６３６５号公報（第７頁−第１１頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の冷凍冷蔵庫によると、冷蔵室及び冷凍室を設定温度に維持するため、冷蔵室または冷凍室の室内温度が設定温度よりも上昇すると第１圧縮機及び第２圧縮機が駆動される。この時、第１圧縮機や第２圧縮機を最大能力で駆動すると、早く設定温度に到達させることができる。
【０００６】
しかしながら、第１圧縮機や第２圧縮機を常に最大能力で駆動すると、二元冷凍サイクルのＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が低下する場合がある。従って、冷凍冷蔵庫の消費電力が大きくなる問題があった。
【０００７】
本発明は、消費電力を削減できる二元冷凍サイクルを備えた冷凍冷蔵庫及び冷却装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室と、高温冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、低温冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第１圧縮機及び第２圧縮機を駆動制御する制御部と、前記高温冷凍サイクルの低温部と前記低温冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器と、前記高温冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷蔵室を冷却する第１蒸発器と、前記低温冷凍サイクルの低温部に配されて前記冷凍室を冷却する第２蒸発器とを備えた冷凍冷蔵庫において、第１圧縮機が圧縮比を第１設定値に維持するように駆動制御されるとともに第２圧縮機が圧縮比を第２設定値に維持するように駆動制御され、第１設定値を冷凍冷蔵庫の周囲温度に応じて変更するとともに、第２設定値を前記周囲温度に依存しない所定の圧縮比にしたことを特徴としている。
【０００９】
この構成によると、第１圧縮機が駆動されると高温冷凍サイクルが運転され、高温冷凍サイクルの低温部に配される第１蒸発器との熱交換によって冷蔵室が冷却される。第２圧縮機の駆動によって低温冷凍サイクルの冷媒が中間熱交換器で放熱して凝縮される。低温冷凍サイクルの低温部の第２蒸発器は中間熱交換器よりも更に低温に維持され、第２蒸発器との熱交換によって冷凍室が冷蔵室よりも低温に冷却される。第１圧縮機は圧縮比を第１設定値に維持するように制御部により制御され、第１設定値は冷凍冷蔵庫の周囲温度に応じて変更される。第２圧縮機は圧縮比を第２設定値に維持するように制御部により制御され、第２設定値は冷凍冷蔵庫の周囲温度に拘わらず、所定の圧縮比に維持される。
【００１０】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１設定値を前記周囲温度が高くなるに従って大きくしたことを特徴としている。
【００１１】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記冷蔵室の温度を検知する冷蔵室温度検知手段と、前記周囲温度を検知する周囲温度検知手段と、第１蒸発器または前記中間熱交換器の蒸発温度を検知する第１蒸発温度検知手段とを備え、前記冷蔵室温度検知手段、前記周囲温度検知手段及び第１蒸発温度検知手段の検知結果と前記冷蔵室の設定温度とに基づいて前記制御部により演算される第１所定温度値に第１蒸発器の蒸発温度を維持するように、第１圧縮機の能力を調整することを特徴としている。
【００１２】
この構成によると、冷蔵室の検知温度、周囲温度、中間熱交換器または第１蒸発器の蒸発温度、及び冷蔵室の設定温度に基づいて制御部により第１所定温度値が演算される。第１蒸発器の蒸発温度は第１圧縮機の能力調整によって第１所定温度値になるように維持される。これにより、第１圧縮機の圧縮比が第１設定値に維持される。
【００１３】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記冷凍室の温度を検知する冷凍室温度検知手段と、第２蒸発器の蒸発温度を検知する第２蒸発温度検知手段とを備え、前記冷凍室温度検知手段及び第２蒸発温度検知手段の検知結果と前記冷凍室の設定温度とに基づいて前記制御部により演算される第２所定温度値に第２蒸発器の蒸発温度を維持するように、第２圧縮機の能力を調整することを特徴としている。
【００１４】
この構成によると、冷凍室の検知温度、第２蒸発器の蒸発温度、及び冷凍室の設定温度に基づいて制御部により第２所定温度値が演算される。第２蒸発器の蒸発温度は第２圧縮機の能力調整によって第２所定温度値になるように維持される。これにより、第２圧縮機の圧縮比が第２設定値に維持される。
【００１５】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１蒸発器の蒸発温度を第１所定温度値に維持するとともに、第２蒸発器の蒸発温度を第２所定温度値に維持し、前記冷蔵室の温度と前記冷凍室の温度がそれぞれの設定温度になるように、第１圧縮機及び第２圧縮機の能力を調整することを特徴としている。
【００１６】
この構成によると、第１蒸発器の蒸発温度を第１圧縮機の能力調整によって第１所定温度値になるように維持し、第２蒸発器の蒸発温度を第２圧縮機の能力調整によって第２所定温度値になるように維持するように駆動して、冷蔵室及び冷凍室がそれぞれ設定温度に維持される。
【００１７】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記制御部が前記高温冷凍サイクル及び前記低温冷凍サイクルの冷媒の圧力と温度を換算する機能を有することを特徴としている。この構成によると、冷媒の温度に基づいて制御部によって高温冷凍サイクル及び低温冷凍サイクルの冷媒の圧力が換算される。これにより、冷媒の温度を検知して第１圧縮機及び第２圧縮機の圧縮比を演算し、第１圧縮機及び第２圧縮機の圧縮比が第１設定値及び第２設定値に維持される。
【００１８】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１圧縮機及び第２圧縮機が回転数の可変によって能力を調整されることを特徴としている。
【００１９】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記高温冷凍サイクルに設けられる第１減圧装置と、前記低温冷凍サイクルに設けられる第２減圧装置とをキャピラリチューブにより形成したことを特徴としている。この構成によると、第１圧縮機の駆動によって流通する高温冷凍サイクルの冷媒は高温部で凝縮してキャピラリチューブから成る第１減圧装置で膨張した後に低温部で蒸発する。第２圧縮機の駆動によって流通する低温冷凍サイクルの冷媒は高温部で凝縮してキャピラリチューブから成る第２減圧装置で膨張した後に低温部で蒸発する。
【００２０】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１、第２圧縮機の駆動開始時において、第１圧縮機を駆動して前記中間熱交換器または第１蒸発器の蒸発温度が所定温度よりも低下した後に、第２圧縮機を駆動したことを特徴としている。
【００２１】
また本発明は、異なる温度に設定される第１、第２空間と、高温冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、低温冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第１圧縮機及び第２圧縮機を駆動制御する制御部と、前記高温冷凍サイクルの低温部と前記低温冷凍サイクルの高温部との間で熱交換を行う中間熱交換器と、前記高温冷凍サイクルの低温部に配されて第１空間を冷却する第１蒸発器と、前記低温冷凍サイクルの低温部に配されて第２空間を冷却する第２蒸発器とを備えた冷却装置において、第１圧縮機が圧縮比を第１設定値に維持するように駆動制御されるとともに第２圧縮機が圧縮比を第２設定値に維持するように駆動制御され、第１設定値を冷却装置の周囲温度に応じて変更するとともに、第２設定値を前記周囲温度に依存しない所定の圧縮比にしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、冷蔵室を冷却する高温冷凍サイクルの第１圧縮機が圧縮比を第１設定値に維持して制御されるとともに冷凍室を冷却する低温冷凍サイクルの第２圧縮機が圧縮比を第２設定値に維持して制御される。そして、第１設定値が周囲温度に応じて変更され、第２設定値が周囲温度に依存しない所定の圧縮比に維持される。これにより、最適な効率で簡単に二元冷凍サイクルを制御することができる。従って、冷凍冷蔵庫の消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態の冷凍冷蔵庫の概略構成図
【図２】本発明の第１実施形態の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図
【図３】本発明の第１実施形態の冷凍冷蔵庫のＰ−Ｈ線図
【図４】本発明の第１実施形態の冷凍冷蔵庫のＣＯＰが最大値となる第１圧縮機の圧縮比と冷凍冷蔵庫の周囲温度との関係を示す図
【図５】本発明の第１実施形態の冷凍冷蔵庫のＣＯＰが最大値となる第２圧縮機の圧縮比と冷凍冷蔵庫の周囲温度との関係を示す図
【図６】容積式圧縮機の断熱圧縮効率と圧縮比との関係を示す図
【図７】本発明の第２実施形態の冷凍冷蔵庫の概略構成図
【図８】本発明の第３実施形態の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の冷凍冷蔵庫の概略構成図である。冷凍冷蔵庫１は発泡断熱材を充填した断熱箱体２を備え、断熱箱体２の上部に貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室３が配される。断熱箱体２の下部には貯蔵物を冷凍保存する冷凍室４が配され、冷蔵室３と冷凍室４とは断熱壁２ａにより仕切られる。冷蔵室３及び冷凍室４の前面はそれぞれ断熱扉３ａ、４ａにより開閉される。
【００２５】
冷凍室４の後方には機械室５が設けられる。機械室５内には詳細を後述する高温冷凍サイクル１０及び低温冷凍サイクル２０（図２参照）をそれぞれ運転する第１、第２圧縮機１１、２１が配される。冷蔵室３の背面には第１圧縮機１１に接続される第１蒸発器１４が配され、第１蒸発器１４の上方には冷蔵室送風機１５が配される。冷凍室４の背面には第２圧縮機２１に接続される第２蒸発器２４が配され、第２蒸発器２４の上方には冷凍室送風機２５が配される。
【００２６】
機械室５内には冷凍冷蔵庫１の各部を制御する制御部７が設けられる。制御部７には第１圧縮機１１、第２圧縮機１２、冷蔵室送風機１５、冷凍室送風機２５が接続される。第１圧縮機１１及び第２圧縮機１２は制御部７内に設けられる圧縮機制御部（不図示）によって制御される。冷蔵室送風機１５及び冷凍室送風機２５は制御部７内に設けられる送風機制御部（不図示）によって制御される。
【００２７】
また、制御部７には周囲温度センサ９、冷蔵室温度センサ１９、冷凍室温度センサ２９、第１蒸発温度センサ１８が接続される。周囲温度センサ９（周囲温度検知手段）は断熱箱体２の上面に設けられ、冷凍冷蔵庫１の周囲温度である外気温を検知する。冷蔵室温度センサ１９（冷蔵室温度検知手段）は冷蔵室３の室内温度を検知する。冷凍室温度センサ２９（冷凍室温度検知手段）は冷凍室４の室内温度を検知する。
【００２８】
第１蒸発温度センサ１８（第１蒸発温度検知手段）は第１蒸発器１４の蒸発温度を検知する。これにより、高温冷凍サイクル１０の蒸発温度が検知される。尚、断熱箱体２内には後述する中間熱交換器３１が設けられる。第１蒸発温度センサ１８に替えて中間熱交換器３１の蒸発温度を検知する第１蒸発温度センサ１８’を設けて高温冷凍サイクル１０の蒸発温度を検知してもよい。
【００２９】
第１蒸発器１４と熱交換して冷却された冷気は冷蔵室送風機１５により冷蔵室３に吐出される。該冷気は冷蔵室３内を流通し、冷蔵室３の下部から第１蒸発器１４に戻る。これにより、冷蔵室３が冷却される。第２蒸発器２４と熱交換して冷却された冷気は冷凍室送風機２５により冷凍室４に吐出される。冷凍室４に吐出された冷気は冷凍室４内を流通し、第２蒸発器２４に戻る。これにより、冷凍室４が冷却される。
【００３０】
図２は冷凍冷蔵庫１の冷凍サイクルを示している。冷凍冷蔵庫１の冷凍サイクル３０は高温冷凍サイクル１０及び低温冷凍サイクル２０が中間熱交換器３１により連結されたカスケード式の二元冷凍サイクルになっている。第１圧縮機１１により運転される高温冷凍サイクル１０は冷媒管１６により接続される第１放熱器１２、第１減圧装置１３、第１蒸発器１４を有している。冷媒管１６内にはイソブタン等の第１冷媒が矢印Ｓ１の方向に流通する。即ち、第１冷媒は第１圧縮機１１、第１放熱器１２、第１減圧装置１３、第１蒸発器１４、第１圧縮機１１の順に通って循環する。第１減圧装置１３はキャピラリチューブにより形成される。
【００３１】
第２圧縮機２１により運転される低温冷凍サイクル２０は冷媒管２６により接続される第２放熱器２２、第２減圧装置２３、第２蒸発器２４を有している。冷媒管２６内にはイソブタン等の第２冷媒が矢印Ｓ２の方向に流通する。即ち、第２冷媒が第２圧縮機２１、第２放熱器２２、第２減圧装置２３、第２蒸発器２４、第２圧縮機２１の順に通って循環する。第２減圧装置２３はキャピラリチューブにより形成される。
【００３２】
中間熱交換器３１は高温冷凍サイクル１０に設けた熱交換部３１ａと低温冷凍サイクル２０に設けた熱交換部３１ｂとを隣接し、互いに壁面を介して熱交換可能に形成される。熱交換部３１ａは第１蒸発器１４の後段に配され、熱交換部３１ｂは第２放熱器２２の後段に配される。
【００３３】
上記構成の冷凍冷蔵庫１において、第１、第２圧縮機１１、２１の駆動によって冷媒管１６、２６をそれぞれ第１、第２冷媒が流通する。第１、第２圧縮機１１、２１は第１、第２冷媒を圧縮して高温高圧にし、第１、第２減圧装置１３、２３は第１、第２冷媒を減圧、膨張して低温低圧にする。
【００３４】
従って、第１冷媒が第１圧縮機１１を流出して第１減圧装置１３に流入するまでの間は高温冷凍サイクル１０の高温部となる。第２冷媒が第２圧縮機２１を流出して第２減圧装置２３に流入するまでの間は低温冷凍サイクル２０の高温部となる。また、第１冷媒が第１減圧装置１３を流出して第１圧縮機１１に流入するまでの間は高温冷凍サイクル１０の低温部となる。第２冷媒が第２減圧装置２３を流出して第２圧縮機２１に流入するまでの間は低温冷凍サイクル２０の低温部となる。
【００３５】
第１圧縮機１１で圧縮された高温高圧の第１冷媒は第１放熱器１２で周囲空気に熱を奪われて凝縮する。第１放熱器１２で液化した第１冷媒は第１減圧装置１３に流入する。第１冷媒は第１減圧装置１３で減圧、膨張し、乾き度が低い低温の湿り蒸気となる。
【００３６】
低温の湿り蒸気となった第１冷媒は第１蒸発器１４に流入し、冷蔵室３の冷気から熱を奪って蒸発して乾き度の高い湿り蒸気となる。第１蒸発器１４から流出した湿り蒸気状態の第１冷媒は中間熱交換器３１に流入し、低温冷凍サイクルの高温部の第２冷媒から熱を奪いながら蒸発して過熱蒸気となる。過熱蒸気となった第１冷媒が第１圧縮機１１に戻る。これにより、第１冷媒が循環して高温冷凍サイクル１０が運転される。
【００３７】
第２圧縮機２１で圧縮された高温高圧の第２冷媒は第２放熱器２２で周囲空気に熱を奪われる。第２放熱器２２で降温された第２冷媒は中間熱交換器３１に流入し、高温冷凍サイクル１０の低温部の第１冷媒に熱を奪われて更に冷却されて凝縮する。液化した第２冷媒は第２減圧装置２３に流入する。第２冷媒は第２減圧装置２３で減圧、膨張し、低温の湿り蒸気となる。低温の湿り蒸気となった第２冷媒は第２蒸発器２４に流入し、冷凍室４の冷気から熱を奪って蒸発して第２圧縮機２１に戻る。このように、第２圧縮機２１の駆動によって第２冷媒が循環して低温冷凍サイクル２０が運転される。
【００３８】
図３は冷凍サイクル３０の圧力−エンタルピー線図（Ｐ−Ｈ線図）を示している。縦軸は圧力を示し、横軸はエンタルピーを示している。また、図中、各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、ａ、ｂ、ｂ’、ｃ、ｄは、図２に示す冷凍サイクル３０の各点と対応している。
【００３９】
高温冷凍サイクル１０（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ａ）の場合、Ａ−Ｂは第１圧縮機１１における過程を表わしている。Ｂ−Ｃは第１放熱器１２における過程を表わしている。Ｃ−Ｄは第１減圧装置１３における過程を表わしている。Ｄ−Ｅは第１蒸発器１４における過程を表わしている。Ｅ−Ａは中間熱交換器３１の熱交換部３１ａにおける過程を表している。
【００４０】
低温冷凍サイクル２０（ａ−ｂ−ｂ’−ｃ−ｄ−ａ）の場合も同様であり、ａ−ｂは第２圧縮機２１における過程を表わしている。ｂ−ｂ’は第２放熱器２２における過程を表わしている。ｂ’−ｃは中間熱交換器３１の熱交換部３１ｂにおける過程を表している。ｃ−ｄは第２減圧装置２３における過程を表わしている。ｄ−ａは第２蒸発器２４における過程を表わしている。
【００４１】
高温冷凍サイクル１０及び低温冷凍サイクル２０が同じ冷媒（例えば、イソブタン）が封入されているため、Ｐ−Ｈ線図上で高温冷凍サイクル１０及び低温冷凍サイクル２０の温度関係や圧力関係が分りやすくなっている。例えば、高温冷凍サイクル１０のＡ点の圧力ＰＡは低温冷凍サイクル２０のｂ点の圧力Ｐｂよりも若干低くなっている。これは、高温冷凍サイクル１０が低温冷凍サイクル２０から熱を奪うためである。
【００４２】
同図に示すように、高温冷凍サイクル１０の第１圧縮機１１の圧縮比はＡ点の圧力ＰＡとＢ点の圧力ＰＢとの比（ＰＢ／ＰＡ）となる。低温冷凍サイクル２０の第２圧縮機２１の圧縮比はａ点の圧力Ｐａとｂ点の圧力Ｐｂとの比（Ｐｂ／Ｐａ）となる。
【００４３】
第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１はインバータ制御され、回転数を制御して能力を調整することができる。本実施形態は制御部７の圧縮機制御部（不図示）によって第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１の能力を調整する。そして、第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１の圧縮比がそれぞれ第１設定値及び第２設定値に維持されるように制御される。
【００４４】
図４は、例えば、冷蔵室３の設定温度を４℃、冷凍室４の設定温度を−１８℃、第１蒸発器１４の蒸発温度を−２℃とし、第１、第２冷媒をイソブタンとした時の最適化計算によってＣＯＰが最大値となる第１圧縮機１１の圧縮比と冷凍冷蔵庫１の周囲温度との関係を示している。また、図５はこの時のＣＯＰが最大値となる第２圧縮機２１の圧縮比と冷凍冷蔵庫１の周囲温度との関係を示している。
【００４５】
これらの図によると、第１圧縮機１１は周囲温度の変化に対して最適な圧縮比の変化が大きく、周囲温度が高くなるに従って大きくなっている。また、第２圧縮機２１は周囲温度の変化に対して最適な圧縮比が若干変化するが、略一定である。
【００４６】
このため、第１圧縮機１１は圧縮比を周囲温度に応じて決められる最適値となる第１設定値に維持されるように駆動制御される。そして、周囲温度センサ９で検知した周囲温度が変化すると、第１設定値が変更される。また、第２圧縮機２１は圧縮比を周囲温度に依存しない所定値（例えば２．５）の第２設定値に維持されるように駆動制御される。これにより、冷凍冷蔵庫１はＣＯＰの高い高効率の運転を実現することができる。
【００４７】
尚、冷蔵室３、冷凍室４の設定温度に応じて同じ周囲温度であっても第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１の最適な圧縮比が変化する。このため、使用者によって冷蔵室３及び冷凍室４の設定温度が決められると、これに対応する第１蒸発器１４の蒸発温度が設定される。そして、この条件下の最適な第１設定値及び第２設定値が設定される。この時、第１設定値は周囲温度に応じて変更され、第２設定値は周囲温度に依存しない所定の圧縮比に設定される。
【００４８】
また、例えば、周囲温度が３０℃、冷蔵室温度が４℃、冷凍室温度が−１８℃として第１、第２冷媒がイソブタンである場合に、単一冷凍サイクルの圧縮比は約８程度である。これに対して、図４、図５に示すように第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１の圧縮比は４以下である。
【００４９】
図６はASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers アメリカ暖房冷凍空調学会)の "Guide and Data Book" （1961,p498）による容積式圧縮機の断熱圧縮効率と圧縮比との関係を示している。縦軸は断熱圧縮効率を示し、横軸は圧縮比を示している。尚、現在通常の冷凍冷蔵庫に使われている圧縮機の殆どが容積式である。冷媒がＲ１２とＲ２２の実験データではあるが、他の冷媒でも同じ傾向があると言える。同図によると、圧縮機の圧縮比が小さいほど、圧縮機の断熱圧縮効率が高くなる。従って、本実施形態は高温冷凍サイクル１０及び低温冷凍サイクル２０の圧縮比がいずれも小さいため、第１、第２圧縮機１１、２１をより高い効率で作動できる。
【００５０】
第１、第２圧縮機１１、２１の圧縮比は圧力センサ等により監視して第１設定値及び第２設定値に維持してもよい。しかし、高温冷凍サイクル１０及び低温冷凍サイクル２０の凝縮温度は冷媒の臨界点以下になる。このため、凝縮温度及び蒸発温度によって飽和圧力である凝縮圧力及び蒸発圧力が一意に決められる。例えば、第１、第２冷媒として用いることのできるイソブタンの温度と飽和圧力との対応値を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2012007781.tif 000003
【００５２】
従って、第１蒸発温度センサ１８で検知した高温冷凍サイクル１０の蒸発温度によって高温冷凍サイクル１０の蒸発圧力を演算により導出できる。加えて、周囲温度と、第１放熱器１２、第１減圧装置１３、第１圧縮機１１等の予め取得される特性データとに基づいて高温冷凍サイクル１０の凝縮温度及び凝縮圧力が決められる。
【００５３】
また、第１蒸発温度センサ１８の検知温度は中間熱交換器３１の蒸発温度とほぼ等しいため、低温冷凍サイクル２０の凝縮温度を得ることができる。これにより、低温冷凍サイクル２０の凝縮圧力が決められる。加えて、第２減圧装置２３、第２圧縮機２１等の特性データに基づいて低温冷凍サイクル２０の蒸発温度及び蒸発圧力が決められる。
【００５４】
このため、第１蒸発器１４の蒸発温度を監視することによって第１、第２圧縮機１１、２１の圧縮比をそれぞれ第１、第２設定値に維持することができる。即ち、第１蒸発器１４の蒸発温度、冷蔵室２の検知温度、冷凍冷蔵庫１の周囲温度及び冷蔵室２の設定温度に基づいて第１蒸発器１４の制御用の目標値となる第１所定温度値が制御部７により演算される。そして、第１蒸発器１４の蒸発温度を第１所定温度値に維持するように第１圧縮機１１、第２圧縮機２１の出力が制御される。
【００５５】
この時、第１、第２減圧装置１３、２３として絞り量を可変の膨張弁等を用いてもよいが、キャピラリーチューブを用いると流量圧力特性が一定となる。従って、キャピラリーチューブに固有の流量圧力特性を利用して、容易に高温冷凍サイクル１０の凝縮圧力や低温冷凍サイクル２０の蒸発圧力を取得することができる。
【００５６】
また、第１圧縮機１１と第２圧縮機２１の駆動開始時に、第１圧縮機１１を起動して、第１蒸発温度センサ１８の検知温度が所定温度（例えば、５℃）よりも低下した後に、第２圧縮機２１を起動している。これにより、低温冷凍サイクル２０の放熱による第１圧縮機１１の吸い込み冷媒の急激な温度上昇を防ぐことができ、第１圧縮機１１を保護することができる。
【００５７】
本実施形態によると、冷蔵室３を冷却する高温冷凍サイクル１０の第１圧縮機１１が圧縮比を第１設定値に維持して制御されるとともに冷凍室４を冷却する低温冷凍サイクル２０の第２圧縮機２１が圧縮比を第２設定値に維持して制御される。そして、第１設定値が冷凍冷蔵庫１の周囲温度に応じて変更され、第２設定値が冷凍冷蔵庫１の周囲温度に依存しない所定の圧縮比に維持される。
【００５８】
この時、最適な圧縮比で二元冷凍サイクルを制御するので、冷凍冷蔵庫１の消費電力を削減することができる。また、冷蔵室３及び冷凍室４の設定温度が一定であれば第２設定値が一定に維持されるため、第２圧縮機２１を簡単に制御することができる。
【００５９】
また、第１設定値を周囲温度が高くなるに従って大きくしたので、容易に最適な効率で二元冷凍サイクルを制御することができる。
【００６０】
また、冷蔵室温度センサ１９（冷蔵室温度検知手段）、周囲温度センサ９（周囲温度検知手段）及び第１蒸発温度センサ１８（第１蒸発温度検知手段）の検知結果と冷蔵室２の設定温度とに基づいて演算される第１所定温度値に第１蒸発器１４の蒸発温度を維持するように第１圧縮機１１の能力を調整するので、容易に第１圧縮機１１の圧縮比を第１設定値に維持することができる。また、圧力センサ等を必要としないため、冷凍冷蔵庫１のコストを削減することができる。
【００６１】
また、制御部７が高温冷凍サイクル１０及び低温冷凍サイクル２０の冷媒の圧力と温度を換算する機能を有するので、第１設定値に対応する第１蒸発器１４の蒸発温度を演算により導出することができる。
【００６２】
また、第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１の能力を回転数の可変によって容易に調整することができる。
【００６３】
また、高温冷凍サイクル１０の第１減圧装置１３及び低温冷凍サイクルの第２減圧装置２３がキャピラリチューブにより形成されるので、キャピラリーチューブに固有の流量圧力特性を利用して、容易に高温冷凍サイクル１０の凝縮圧力や低温冷凍サイクル２０の蒸発圧力を取得することができる。
【００６４】
また、第１圧縮機１１と第２圧縮機２１の駆動開始時に、第１圧縮機１１を起動して、第１蒸発温度センサ１８の検知温度が所定温度よりも低下した後に、第２圧縮機２１を起動したので、低温冷凍サイクル２０の放熱による第１圧縮機１１の吸い込み冷媒の急激な温度上昇を防ぐことができ、第１圧縮機１１を保護することができる。
【００６５】
次に、図７は第２実施形態の冷凍冷蔵庫の概略構成図を示している。説明の便宜上、前述の図１、図２に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第１実施形態に加えて第２蒸発器温度センサ２８が設けられる。その他の部分は第１実施形態と同様である。
【００６６】
第２蒸発温度センサ２８（第２蒸発温度検知手段）は制御部７に接続され、第２蒸発器２４の温度検知によって低温冷凍サイクル２０の蒸発温度を検知する。このため、第２蒸発器２４の蒸発温度を監視することによって第２圧縮機２１の圧縮比を第２設定値に維持することができる。
【００６７】
即ち、第２蒸発器２４の蒸発温度、冷凍室４の検知温度及び冷凍室４の設定温度に基づいて第２蒸発器２４の制御用の目標値となる第２所定温度値が制御部７により演算される。そして、第２蒸発器２４の蒸発温度を第２所定温度値に維持するように第２圧縮機２１の能力が調整される。
【００６８】
第２蒸発器２４の蒸発温度は冷凍室４の設定温度よりも例えば３℃低温に設定される。これにより、安定な制御運転状態に入ると、冷凍室４の室内温度と第２蒸発器２４の蒸発温度の温度差が３℃になるように制御される。このため、該温度差が大きくなることによる第２蒸発器２４での熱交換によるエネルギー損失（有効エネルギーの損失）を抑制することができる。
【００６９】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、冷凍室温度センサ２９（冷凍室温度検知手段）及び第２蒸発温度センサ２８（第２蒸発温度検知手段）の検知結果と冷凍室４の設定温度とに基づいて演算される第２所定温度値に第２蒸発器２４の蒸発温度を維持するように第２圧縮機２１の能力を調整するので、第２蒸発器２４での熱交換によるエネルギー損失を抑制することができる。
【００７０】
また、第１蒸発器１４の蒸発温度を第１所定温度値に維持するとともに、第２蒸発器２４の蒸発温度を第２所定温度値に維持し、冷蔵室２の温度と冷凍室４の温度がそれぞれの設定温度になるように、第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１の能力を調整するので、容易に第１、第２圧縮機１１、２１の圧縮比をそれぞれ第１、第２設定値に維持することができる。
【００７１】
また、制御部７が高温冷凍サイクル１０及び低温冷凍サイクル２０の冷媒の圧力と温度を換算する機能を有するので、第２設定値に対応する第２蒸発器２４の蒸発温度を演算により導出することができる。
【００７２】
次に、図８は第３実施形態の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示している。説明の便宜上、前述の図１、図２に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態の冷凍サイクル４０は第１実施形態に対して第１内部熱交換器３４、第２内部熱交換器３２、第３内部熱交換器３３が設けられる。また、中間熱交換器３１の高温冷凍サイクル１０側の熱交換部３１ａに第１レシーバ１７が設けられ、第２蒸発器２４の下流に第２レシーバ２７が設けられる。その他の部分は第１実施形態と同様である。
【００７３】
中間熱交換器３１の高温冷凍サイクル１０側の熱交換部３１ａは熱交換部３１ｃ、３１ｄが直列に接続され、熱交換部３１ｃ、３１ｄ間に第１レシーバ１７が配される。第１レシーバ１７及び第２レシーバ２７は気液を分離し、液冷媒を貯溜してガス冷媒を吐出する。これにより、第１圧縮機１１及び第２圧縮機２１への液冷媒の流入が防止される。
【００７４】
第１内部熱交換器３４は第１放熱器１２の後段に配された熱交換部３４ａと中間熱交換器３１の後段に配された熱交換部３４ｂとを隣接し、互いに壁面を介して熱交換可能に形成される。熱交換部３４ａは第１蒸発器１４に流入する前の第１冷媒が流通し、熱交換部３４ｂは中間熱交換器３１を流出した後の第１冷媒が流通する。これにより、第１蒸発器１４に流入する第１冷媒のエンタルピーを低下させることができ、第１冷媒の冷却能力を向上することができる。
【００７５】
第２内部熱交換器３２は高温冷凍サイクル１０に設けた熱交換部３２ａと低温冷凍サイクル２０に設けた熱交換部３２ｂとを隣接し、互いに壁面を介して熱交換可能に形成される。熱交換部３２ａは第１内部熱交換器３４の後段に配され、第１蒸発器１４に流入する前の第１冷媒が流通する。熱交換部３２ｂは第２蒸発器２４の後段に配され、第２蒸発器２４を流出した後の第２冷媒が流通する。これにより、第１蒸発器１４に流入する第１冷媒のエンタルピーをより低下させることができる。
【００７６】
第３内部熱交換器３３は中間熱交換器３１の後段に配された熱交換部３３ａと第２蒸発器２４の後段に配された熱交換部３３ｂとを隣接し、互いに壁面を介して熱交換可能に形成される。熱交換部３３ａは第２蒸発器２４に流入する前の第２冷媒が流通し、熱交換部３３ｂは第２蒸発器２４を流出した後の第２冷媒が流通する。これにより、第２蒸発器２４に流入する第２冷媒のエンタルピーを低下させることができ、第２冷媒の冷却能力を向上することができる。
【００７７】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、第１、第２、第３内部熱交換器３４、３２、３３を設けたので、二元冷凍サイクルをより高効率で運転制御することができる。
【００７８】
以上に説明したように、本発明による冷凍冷蔵庫１及びその制御方法は二元冷凍サイクルの冷凍冷蔵庫１への搭載を可能にし、冷蔵室３及び冷凍室４を設定温度に温調制御できる。加えて、冷凍冷蔵庫１の周囲温度と冷凍冷蔵庫１の設定温度に応じた２台の第１、第２圧縮機１１、２１の能力制御により、冷凍冷蔵庫１の周囲温度による熱負荷の変化に対応できる。そして、高温冷凍サイクル１０の第１圧縮機１１と低温冷凍サイクル２０の第２圧縮機２１の圧縮比をそれぞれの最適値に維持し、より省エネルギーに優れた冷凍冷蔵庫１を提供できる。
【００７９】
第１〜第３実施形態おいて冷凍冷蔵庫１について説明を行なったが、本発明は異なる温度設定空間を持つ冷却装置であればどのようなものにも適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によると、二元冷凍サイクルを備えた冷凍冷蔵庫及び冷却装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１    冷凍冷蔵庫
２    冷蔵室
３    野菜室
４    冷凍室
５    機械室
７    制御部
９    周囲温度センサ
１０    高温冷凍サイクル
１１    第１圧縮機
１２    第１放熱器
１３    第１減圧装置
１４    第１蒸発器
１５    冷蔵室送風機
１６、２６  冷媒管
１８    第１蒸発温度センサ
１９    冷蔵室温度センサ
２０    低温冷凍サイクル
２１    第２圧縮機
２２    第２放熱器
２３、４３ｂ  第２減圧装置
２４、４４ｂ  第２蒸発器
２５    冷凍室送風機
２８    第２蒸発温度センサ
２９    冷凍室温度センサ
３０、４０  冷凍サイクル
３１    中間熱交換器
３２    第２内部熱交換器
３３    第３内部熱交換器
３４    第１内部熱交換器
【図１】
2012007781.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012007781.tif 000008
【図６】
2012007781.tif 000009
【図７】
2012007781.tif 000010
【図８】
2012007781.tif 000011