(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１）、凝縮器（２）、減圧機構（３）および蒸発器（４）を冷媒配管を介して順次接続してなる冷凍装置であって、前記凝縮器（２）と減圧機構（３）との間には、該凝縮器（２）からの液冷媒を第１の熱媒体により過冷却する第１の過冷却熱交換器（６）と、該第１の過冷却熱交換器（６）からの過冷却液冷媒を第２の熱媒体の蒸発潜熱によりさらに過冷却する第２の過冷却熱交換器（７）とを設けるとともに、前記第２の過冷却熱交換器（７）を、外周面に鋸歯状のフィン（２７）を形成してなり、前記第１の過冷却熱交換器（６）からの過冷却冷媒が供給される内管（２５）と前記凝縮器（２）からの液冷媒の一部を減圧したものが供給される外管（２６）とからなる二重管式熱交換器により構成したことを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本願発明は、冷蔵庫等に用いられる冷凍装置に関するものである。
【従来の技術】
【０００３】
冷蔵庫等に用いられる冷凍装置の場合、蒸発器の冷却能力を最大限に発揮させるために、凝縮器からの液冷媒に過冷却を付けることが行われている。例えば、凝縮器の出口側に過冷却熱交換器を設け、該過冷却熱交換器において、前記凝縮器からの液冷媒と該液冷媒から分岐された後に減圧された気液混合冷媒とを熱交換させて蒸発潜熱により過冷却を付けるという方法がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記したように過冷却を付ける場合、十分な過冷却を付けるためには過冷却熱交換器における液冷媒と気液混合冷媒との熱交換距離（換言すれば、熱交換に要する距離）を大きくしなければならないし、ガス側に過熱が付くおそれもある。特に、凝縮器を空冷とした場合、外気温度が低く、庫内温度が高い条件（即ち、高低圧差がなくなり、減圧機構として用いられる感温膨張弁の能力が足らなくなる条件）においては、感温膨張弁を有効に使う為に、より大きな過冷却度が必要となる。
【０００５】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、蒸発器における冷却能力を最大限に発揮させるに足る十分な過冷却をとり得るようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明では、上記課題を解決するための手段として、圧縮機１、凝縮器２、減圧機構３および蒸発器４を冷媒配管を介して順次接続してなる冷凍装置において、前記凝縮器２と減圧機構３との間に、該凝縮器２からの液冷媒を第１の熱媒体（例えば、外部熱媒体）により過冷却する第１の過冷却熱交換器６と、該第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒を第２の熱媒体（例えば、気液混合冷媒）の蒸発潜熱によりさらに過冷却する第２の過冷却熱交換器７とを設けるとともに、前記第２の過冷却熱交換器７を、外周面に鋸歯状のフィン２７を形成してなり、前記第１の過冷却熱交換器６からの過冷却冷媒が供給される内管２５と前記凝縮器２からの液冷媒の一部を減圧したものが供給される外管２６とからなる二重管式熱交換器により構成している。
【０００７】
上記のように構成したことにより、第１の過冷却熱交換器６において第１の熱媒体（例えば、外部熱媒体）との熱交換により凝縮器２からの液冷媒に過冷却がつけられた後、第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒に、第２の過冷却熱交換器７において第２の熱媒体（例えば、気液混合冷媒）の蒸発潜熱によりさらに過冷却が付けられて蒸発器４に供給されることとなる。従って、蒸発器４における冷却能力を最大限に発揮させるに足る十分な過冷却が得られる。しかも、第２の過冷却熱交換器７を、外周面に鋸歯状のフィン２７を形成してなり、前記第１の過冷却熱交換器６からの過冷却冷媒が供給される内管２５と前記凝縮器２からの液冷媒の一部を減圧したものが供給される外管２６とからなる二重管式熱交換器により構成しているので、優れた伝熱性能を有するとともに圧力損失を著しく低減できるところから、過冷却熱交換器として極めて有効である。また、第２の過冷却熱交換器７において第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒が飽和状態の液冷媒の一部を減圧したものと熱交換することとなり、より大きな過冷却度が得られる。
【発明の実施の形態】
【０００８】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。
【０００９】
第１の実施の形態
図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路が示されている。
【００１０】
この冷凍装置は、並列に接続された一対の圧縮機１，１、室外ファン８を付設した空冷凝縮器２、減圧機構として作用する膨張弁３および並列に接続された一対の蒸発器４，４を冷媒配管を介して順次接続して構成されている。
【００１１】
前記凝縮器２と膨張弁３との間には、該凝縮器２の出口側に接続されたレシーバ５と、該レシーバ５の液相部からの液冷媒を第１の熱媒体である外部熱媒体（例えば、室外空気）により過冷却する空冷の第１の過冷却熱交換器６と、該第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒を第２の熱媒体である気液混合冷媒の蒸発潜熱によりさらに過冷却する第２の過冷却熱交換器７とが設けられている。なお、本実施の形態においては、前記室外ファン８は、凝縮器２と第１の過冷却熱交換器６とに共用されている。
【００１２】
前記第２の過冷却熱交換器７には、前記レシーバ５の液相部からの液冷媒の一部が感温膨張弁９により減圧して供給されることとなっている。該感温膨張弁９の感温筒９ａは、前記第２の過冷却熱交換器７と前記圧縮機１，１の吸入管１０とを接続するガス配管１１に付設されている。つまり、感温膨張弁９は、ガス配管１１を流れるガス冷媒の温度に応じて開度制御されることとなっているのである。なお、図２に示すように、感温膨張弁９の感温筒９ａを圧縮機１，１の吸入管１０に付設して、吸入管１０を流れるガス冷媒の温度に応じて感温膨張弁９の開度制御を行うようにしてもよく、この場合には、システム全体の運転状態（即ち、湿り運転か否か）に対応した制御が行える。
【００１３】
符号１２はホットガスパイパス回路であり、該ホットガスパイパス回路１２には、低圧が低下し過ぎたときにバキューム運転を防止すべく開作動される電磁開閉弁１３が介設されている。
【００１４】
前記圧縮機１，１の吐出側には、ガス冷媒中に含まれる潤滑油を分離する油分離器１４が設けられており、該油分離器１４で分離された潤滑油は、油戻し管１５を介して圧縮機１，１の吸入管１０に戻されるようになっている。符号１６は油戻し時に開作動される電磁開閉弁である。
【００１５】
図面中、符号１７は室内ファン、１８，１９は蒸発器４，４への冷媒供給を制御する電磁開閉弁、２０は第２の過冷却熱交換器７への冷媒供給を制御する電磁開閉弁、２１は吸入圧力を検知する圧力センサー、２２は吐出管温度を検知する吐出管温度センサー、２３は外気温度を検知する外気温度センサー、２４は閉鎖弁である。
【００１６】
ところで、本実施の形態における第２の過冷却熱交換器７は、図３に示すように、内管２５と外管２６とからなる二重管式熱交換器とされており、前記内管２５としては、外周面に鋸歯状のフィン２７を形成してなるサーモエクセル管（商品名）が採用されており、内管２５には、第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒が供給され、外管２６には、レシーバ５の液相部からの液冷媒の一部が感温膨張弁９により減圧されて供給されることとなっている。内管２５として用いられているサーモエクセル管は、優れた伝熱性能を有するとともに圧力損失を著しく低減できるところから、過冷却熱交換器として極めて有効である。
【００１７】
ちなみに、サーモエクセル管と外周面に螺旋状フィンを有するローフィンチューブとにおける熱通過率Ｋおよび圧力損失ΔＰを比較したところ、図４および図５に示す結果が得られた。この結果から、サーモエクセル管が伝熱性能に優れ且つ圧力損失も小さいことが分かる。
【００１８】
上記のように構成された冷凍装置においては、次のような作用効果が得られる。
【００１９】
圧縮機１，１から吐出されたガス冷媒は、凝縮器２において凝縮液化された後、レシーバ５へ送られる。該レシーバ５の液相部からの液冷媒は、大部分が第１の過冷却熱交換器６において第１の熱媒体（例えば、外部熱媒体である室外空気）との熱交換により過冷却されるが、さらなる過冷却が必要な場合（即ち、電磁開閉弁２０が開作動されている場合）には、前記液相部からの液冷媒の一部は、感温膨張弁９によって減圧されて第２の過冷却熱交換器７に供給される。
【００２０】
第２の過冷却熱交換器７においては、第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒が、第２の熱媒体である気液混合冷媒（即ち、レシーバ５の液相部からの液冷媒の一部が減圧されて供給される）の蒸発潜熱によりさらに過冷却される。第２の過冷却熱交換器７において蒸発したガス冷媒は、ガス管１１を介して圧縮機１，１の吸入管１１に送られる。このとき、感温膨張弁９は、ガス管１１内を流れるガス冷媒の温度に応じて適正な開度（即ち、第２の過冷却熱交換器７の出口におけるガス冷媒がやや湿りとなる開度）に制御される。
【００２１】
第２の過冷却熱交換器７からの過冷却液冷媒は、膨張弁３で減圧されて蒸発器４，４に供給されて蒸発し、得られた蒸発潜熱が冷蔵熱源として利用される。ここで、蒸発器４，４の能力を最大限に発揮させるためには、蒸発器４，４の出口側のガス冷媒が湿り加減となるように膨張弁３の開度制御が行われるが、第１および第２の過冷却熱交換器６，７により過冷却を付けることで、蒸発器４，４の出口側に流れる冷媒循環量を減少させることができるので、トータル能力がアップする。
【００２２】
また、外気温度が低く、庫内温度が高い条件（即ち、高低圧差がなくなり、膨張弁３の能力が足らなくなる条件）においても、十分な過冷却が付けられるところから、能力を確保することができる。
【００２３】
第２の実施の形態
図６および図７には、本願発明の第２の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路が示されている。
【００２４】
この場合、第２の過冷却熱交換器７に供給される第２の熱媒体である気液混合冷媒は、第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒の一部を減圧したものとされている。このようにすると、第２の過冷却熱交換器７において第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒が該過冷却液冷媒の一部を減圧したものと熱交換することとなり、より大きな過冷却度が得られる。なお、この場合にも、過冷却液冷媒の一部を減圧するための感温膨張弁９の感温筒９ａを、図６に示すように、ガス管１１に付設してもよいし、図７に示すように、圧縮機１，１の吸入管１０に付設して、吸入管１０を流れるガス冷媒の温度に応じて感温膨張弁９の開度制御を行うようにしてもよく、この場合には、システム全体の運転状態（即ち、湿り運転か否か）に対応した制御が行える。その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００２５】
第３の実施の形態
図８には、本願発明の第３の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路が示されている。
【００２６】
この場合、第２の過冷却熱交換器７に供給される第２の熱媒体である気液混合冷媒は、凝縮器２からの液冷媒の一部を減圧したものとされている。このようにすると、二つの過冷却熱交換器６，７を簡単な回路で構成することができる。なお、この場合にも、過冷却液冷媒の一部を減圧するための感温膨張弁９の感温筒９ａを、図８に示すように、ガス管１１に付設してもよいし、圧縮機１，１の吸入管１０に付設して、吸入管１０を流れるガス冷媒の温度に応じて感温膨張弁９の開度制御を行うようにしてもよく、この場合には、システム全体の運転状態（即ち、湿り運転か否か）に対応した制御が行える。その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１の発明によれば、圧縮機１、凝縮器２、減圧機構３および蒸発器４を冷媒配管を介して順次接続してなる冷凍装置において、前記凝縮器２と減圧機構３との間に、該凝縮器２からの液冷媒を第１の熱媒体（例えば、外部熱媒体）により過冷却する第１の過冷却熱交換器６と、該第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒を第２の熱媒体（例えば、気液混合冷媒）の蒸発潜熱によりさらに過冷却する第２の過冷却熱交換器７とを設けて、第１の過冷却熱交換器６において第１の熱媒体（例えば、外部熱媒体）との熱交換により凝縮器２からの液冷媒に過冷却がつけられた後、第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒に、第２の過冷却熱交換器７において第２の熱媒体（例えば、気液混合冷媒）の蒸発潜熱によりさらに過冷却が付けられて蒸発器４に供給されるようにしたので、蒸発器４における冷却能力を最大限に発揮させるに足る十分な過冷却が得られることとなり、低外気温度時における能力が確保できるとともに、トータル能力をアップさせることもできるという効果がある。しかも、第２の過冷却熱交換器７を、外周面に鋸歯状のフィン２７を形成してなり、前記第１の過冷却熱交換器６からの過冷却冷媒が供給される内管２５と前記凝縮器２からの液冷媒の一部を減圧したものが供給される外管２６とからなる二重管式熱交換器により構成しているので、優れた伝熱性能を有するとともに圧力損失を著しく低減できるところから、過冷却熱交換器として極めて有効であるという効果もある。また、第２の過冷却熱交換器７において第１の過冷却熱交換器６からの過冷却液冷媒が飽和状態の液冷媒の一部を減圧したものと熱交換することとなり、より大きな過冷却度が得られるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】  本願発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装置の変形例を示す冷媒回路図である。
【図３】  本願発明の第１の実施の形態にかかる冷凍装置における第２の過冷却熱交換器を示す拡大断面図である。
【図４】  サーモエクセル管とローフィンチューブとの熱通過率を比較した特性図である。
【図５】  サーモエクセル管とローフィンチューブとの圧力損失を比較した特性図である。
【図６】  本願発明の第２の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。
【図７】  本願発明の第２の実施の形態にかかる冷凍装置の変形例を示す冷媒回路図である。
【図８】  本願発明の第３の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
１は圧縮機、２は凝縮器、３は減圧機構（膨張弁）、４は蒸発器、５はレシーバ、６は第１の過冷却熱交換器、７は第２の過冷却熱交換器、９は感温膨張弁。
【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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