(57)【要約】【課題】消費電力を削減できる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２と、貯蔵物を冷凍保存する冷凍室４と、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクル１０を運転する第１圧縮機１１と、第１冷凍サイクル１０の高温部に配される第１放熱器１２と、第１冷凍サイクル１０の低温部に配される第１蒸発器１４と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクル２０を運転する第２圧縮機２１と、第２冷凍サイクル２０の低温部に配される第２蒸発器２４と、第１冷凍サイクル１０の低温部と第２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とを備え、第１蒸発器１４により冷蔵室２を冷却するとともに、第２蒸発器２４により冷凍室４を冷却する。【選択図】図２
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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、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、第１冷凍サイクルの高温部に配される第１放熱器と、第１冷凍サイクルの低温部に配される第１蒸発器と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第２冷凍サイクルの低温部に配される第２蒸発器と、第１冷凍サイクルの低温部と第２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を備え、第１蒸発器により前記冷蔵室を冷却するとともに、第２蒸発器により前記冷凍室を冷却することを特徴とする冷凍冷蔵庫。
【請求項２】
前記中間熱交換器を第１蒸発器の後段に配置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】
第２冷凍サイクルの高温部に配される第２放熱器を備えた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】
前記中間熱交換器を第２放熱器の後段に配置したことを特徴とする請求項３に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項５】
第２蒸発器から流出した第２冷媒と第１蒸発器に流入する前の第１冷媒との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項６】
第２蒸発器から流出した第２冷媒と第２蒸発器に流入する前の第２冷媒との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項７】
第１、第２冷媒がイソブタンから成ることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項８】
第１冷媒の沸点が第２冷媒の沸点よりも高いことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項９】
第１冷媒がイソブタンから成るとともに、第２冷媒がプロパンまたは二酸化炭素から成ることを特徴とする請求項８に記載の冷凍冷蔵庫。
【請求項１０】
第１、第２冷却室と、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、第１冷凍サイクルの高温部に配される第１放熱器と、第１冷凍サイクルの低温部に配される第１蒸発器と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第２冷凍サイクルの低温部に配される第２蒸発器と、第１冷凍サイクルの低温部と第２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を備え、第１蒸発器により第１冷却室を冷却するとともに、第２蒸発器により第２冷却室を冷却することを特徴とする冷却庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵室及び冷凍室をそれぞれ冷却する第１、第２蒸発器を備えた冷凍冷蔵庫に関する。また、温度の異なる第１、第２冷却室を備えた冷却庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍冷蔵庫は特許文献１、２に開示されている。特許文献１に開示される冷凍冷蔵庫は圧縮機により冷媒が流通して冷凍サイクルが運転され、冷凍サイクルの低温部に第１、第２蒸発器が並列に配置される。第１蒸発器は冷凍室の後方に配置される。送風機の駆動によって第１蒸発器と熱交換して生成される冷気が冷凍室及び冷蔵室を循環し、冷凍室内及び冷蔵室内が冷却される。第２蒸発器は冷凍室内に配置され、冷凍室内の貯蔵物を直冷する。
【０００３】
図６は特許文献２に開示される冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示している。冷凍サイクル４０は圧縮機４１を有し、圧縮機４１によって矢印の方向に冷媒が流通して冷凍サイクル４０が運転される。圧縮機４２の後段には放熱器４２が接続され、三方弁４６で分岐して第１、第２減圧装置４３ａ、４３ｂを介して第１、第２蒸発器４４ａ、４４ｂが並列に配される。これにより、冷凍サイクル４０の高温部に放熱器４２が配置され、低温部に第１、第２蒸発器４４ａ、４４ｂが配置される。
【０００４】
第１、第２蒸発器４４ａ、４４ｂはそれぞれ冷蔵室及び冷凍室の後方に配置される。第１、第２蒸発器４４ａ、４４ｂ近傍にはそれぞれ送風機（不図示）が配置される。各送風機の駆動によって第１、第２蒸発器４４ａ、４４ｂと熱交換して生成される冷気が冷蔵室及び冷凍室をそれぞれ循環し、冷蔵室及び冷凍室が冷却される。
【０００５】
一方、特許文献３には第１、第２圧縮機によりそれぞれ運転される第１、第２冷凍サイクルを備えた二元冷凍サイクルが開示される。第１、第２冷凍サイクルは二酸化炭素から成る冷媒が流通する。第１冷凍サイクルの低温部と第２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、第２冷凍サイクルの高温部に蒸発器が配される。
【０００６】
第１圧縮機の運転によって第１冷凍サイクルの低温部の中間熱交換器が低温に維持され、第２圧縮機の運転によって第２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。第２冷凍サイクルの低温部の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、蒸発器で熱交換した冷気によって貯蔵室が極低温に冷却される。
【０００７】
【特許文献１】実願昭５９−１２７８８７号（第３頁−第８頁、第１図）
【特許文献２】特開２００２−１２２３７４号公報（第２頁−第７頁、第１図）
【特許文献３】特開２００４−２７９０１４号公報（第２頁−第８頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
冷蔵室は例えば０℃〜５℃で貯蔵物を冷蔵保存し、例えば−２０℃で貯蔵物を冷凍保存する冷凍室よりも高い室内温度に維持される。上記特許文献１、２に開示される冷凍冷蔵庫は第１、第２蒸発器が並列に配されるため同程度の温度に維持される。このため、冷蔵室の冷却を行う第１蒸発器が冷凍室の温度よりも低温に維持される。
【０００９】
冷凍サイクルの低温部に配される蒸発器は冷蔵室の温度よりも数度低い温度で十分冷蔵室を冷却することができる。一方、冷凍サイクルの冷却効率は低温部の温度が低いほど低下することが熱力学の基本原理によって知られている。このため、冷蔵室の室内温度よりも著しく低温の第１蒸発器によって冷蔵室を冷却すると、冷凍サイクルのＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が低下する。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。
【００１０】
また、特許文献３に開示された二元冷凍サイクルでは冷気を生成する蒸発器が第２冷凍サイクルに設けられる。このため、この二元冷凍サイクルを冷凍冷蔵庫に設置しても冷蔵室及び冷凍室が同じ蒸発器により冷却される。これにより、上記と同様に蒸発器の温度が冷蔵室の室内温度に対して著しく低温になり、冷凍冷蔵庫の消費電力が大きくなる問題がある。
【００１１】
本発明は、消費電力を削減できる冷凍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】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の冷凍冷蔵庫は、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、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、第１冷凍サイクルの低温部に配される第１蒸発器と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第２冷凍サイクルの低温部に配される第２蒸発器と、第１冷凍サイクルの低温部と第２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を備え、第１蒸発器により前記冷蔵室を冷却するとともに、第２蒸発器により前記冷凍室を冷却することを特徴としている。
【００１３】
この構成によると、第１、第２圧縮機によって第１、第２冷凍サイクルが運転され、第１、第２冷媒がそれぞれ流通して第１、第２冷凍サイクルの低温部及び高温部が形成される。第１冷凍サイクルの高温部の第１放熱器には高温高圧の第１冷媒が流入して放熱し、第１冷媒が凝縮される。第１冷凍サイクルの低温部の第１蒸発器及び中間熱交換器には低温低圧の第１冷媒が流入し、第１蒸発器により降温された冷気によって冷蔵室が冷却される。第２冷凍サイクルの高温部は高温高圧の第２冷媒が流入して中間熱交換器により吸熱されて放熱する。第２冷凍サイクルの低温部の第２蒸発器には低温低圧の第２冷媒が流入し、第２蒸発器により降温された冷気によって冷凍室が冷却される。第１蒸発器と中間熱交換器とは直列に配置してもよく並列に配置してもよい。
【００１４】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記中間熱交換器を第１蒸発器の後段に配置したことを特徴としている。この構成によると、第１蒸発器で吸熱した後の第１冷媒が中間熱交換器に流入して第２冷凍サイクルの高温部と熱交換する。
【００１５】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第２冷凍サイクルの高温部に配される第２放熱器を備えたことを特徴としている。この構成によると、第２冷凍サイクルの高温部の第２放熱器及び中間熱交換器に高温高圧の第２冷媒が流入し、第２放熱器及び中間熱交換器により放熱して第２冷媒が凝縮される。
【００１６】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、前記中間熱交換器を第２放熱器の後段に配置したことを特徴としている。この構成によると、第２放熱器で放熱した後の第２冷媒が中間熱交換器に流入して第１冷凍サイクルの低温部と熱交換する。
【００１７】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第２蒸発器から流出した第２冷媒と第１蒸発器に流入する前の第１冷媒との間で熱交換を行うことを特徴としている。この構成によると、第２蒸発器から流出した低温の第２冷媒が第１蒸発器に流入する前の第１冷媒から吸熱して第１冷媒のエンタルピーが低下し、冷媒としてより冷却能力の高い第１冷媒が第１蒸発器に流入する。
【００１８】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第２蒸発器から流出した第２冷媒と第２蒸発器に流入する前の第２冷媒との間で熱交換を行うことを特徴としている。この構成によると、第２蒸発器から流出した低温の第２冷媒が第２蒸発器に流入する前の第２冷媒から吸熱して第２冷媒のエンタルピーが低下し、冷媒としてより冷却能力の高い第２冷媒が第２蒸発器に流入する。
【００１９】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１、第２冷媒がイソブタンから成ることを特徴としている。
【００２０】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１冷媒の沸点が第２冷媒の沸点よりも高いことを特徴としている。
【００２１】
また本発明は、上記構成の冷凍冷蔵庫において、第１冷媒がイソブタンから成るとともに、第２冷媒がプロパンまたは二酸化炭素から成ることを特徴としている。
【００２２】
また本発明の冷却庫は、第１、第２冷却室と、第１冷媒が流通する第１冷凍サイクルを運転する第１圧縮機と、第１冷凍サイクルの高温部に配される第１放熱器と、第１冷凍サイクルの低温部に配される第１蒸発器と、第２冷媒が流通する第２冷凍サイクルを運転する第２圧縮機と、第２冷凍サイクルの低温部に配される第２蒸発器と、第１冷凍サイクルの低温部と第２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を備え、第１蒸発器により第１冷却室を冷却するとともに、第２蒸発器により第２冷却室を冷却することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、第１圧縮機により運転される第１冷凍サイクルの低温部と第２圧縮機により運転される第２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を設けた二元冷凍サイクル式の冷凍冷蔵庫において、第１冷凍サイクルに設けた第１蒸発器により冷蔵室を冷却して第２冷凍サイクルに設けた第２蒸発器により冷凍室を冷却する。このため、第１蒸発器と冷蔵室との温度差を小さくでき、第１、第２圧縮機を高い効率で運転することができる。従って、冷凍サイクルのＣＯＰが向上し、冷凍冷蔵庫の消費電力を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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を示す側面断面図である。冷凍冷蔵庫１は上部に貯蔵物を冷蔵保存する冷蔵室２が配される。冷蔵室２の下方には冷蔵室２よりも高温で野菜の保存に適した温度に維持される野菜室３が設けられる。冷凍冷蔵庫１の下部には貯蔵物を冷凍保存する冷凍室４が配される。冷蔵室２の前面は回動式の断熱扉２ａにより開閉される。野菜室３及び冷凍室４の前面はそれぞれ収納ケース３ｂ、４ｂと一体の引き出し式の断熱扉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第１、第２冷凍サイクル１０、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２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】
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２に吐出される。該冷気は冷蔵室２内を流通し、冷蔵室２に連通する野菜室３に流入する。野菜室３に流入した冷気は野菜室３内を流通し、第１蒸発器１４に戻る。これにより、冷蔵室２及び野菜室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。
【００２７】
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は第１、第２冷凍サイクル１０、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により運転される第１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。
【００２８】
第２圧縮機２１により運転される第２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。
【００２９】
中間熱交換器３１は第１冷凍サイクル１０に設けた熱交換部３１ａと第２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。
【００３０】
第１、第２冷凍サイクル１０、２０には、第１、第２内部熱交換器３２、３３が設けられる。第１内部熱交換器３２は第１冷凍サイクル１０に設けた熱交換部３２ａと第２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。
【００３１】
熱交換部３２ａは第１放熱器１２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。第１減圧装置１３がキャピラリチューブから成る場合は熱交換部３２ａを第１減圧装置１３と兼ねてもよい。
【００３２】
第２内部熱交換器３３は熱交換部３１ｂ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。第２減圧装置２３がキャピラリチューブから成る場合は熱交換部３３ａを第２減圧装置２３と兼ねてもよい。
【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、第２冷媒が第１、第２圧縮機１１、２１を流出して第１、第２減圧装置１３、２３に流入するまでの間は第１、第２冷凍サイクル１０、２０の高温部となる。第１、第２冷媒が第１、第２減圧装置１３、２３を流出して第１、第２圧縮機１１、２１に流入するまでの間は第１、第２冷凍サイクル１０、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で液化した冷媒は第１内部熱交換器３２で第２冷凍サイクル２０の低温部の第２冷媒に熱を奪われて更に降温される。第１内部熱交換器３２で冷却されて過冷却度が大きくなった液体状態の第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２の冷気から熱を奪って蒸発して更に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、第２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冷媒が循環して第１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、第１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内部熱交換器３３で第２冷凍サイクル２０の低温部の第２冷媒に熱を奪われて更に降温される。
【００３８】
第２内部熱交換器３３で冷却されて過冷却度が大きくなった液体状態の第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湿り蒸気となる。
【００３９】
第２蒸発器２４から流出した湿り蒸気状態の第２冷媒は第２内部熱交換器３３及び第１内部熱交換器３２に導かれ、高温の第２冷媒及び第１冷媒から熱を奪って過熱蒸気となる。過熱蒸気となった第２冷媒は第２圧縮機２１に戻る。これにより、第２冷媒が循環して第２冷凍サイクル２０が運転される。
【００４０】
尚、第２圧縮機２１は第１圧縮機１１の駆動後に中間熱交換器３１の温度が低下した後に駆動される。そして、冷蔵室２及び冷凍室４の温度、中間熱交換器３１の熱交換部３１ａ、３１ｂの温度差を監視し、これらが所定値になるようにインバータ制御によって第１、第２圧縮機１１、２１の回転数が制御される。
【００４１】
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、Ｆ、ａ、ｂ、ｂ’、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、図２に示す冷凍サイクルの各点と対応している。
【００４２】
第１冷凍サイクル１０（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−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内部熱交換器３２の熱交換部３２ａにおける過程を表わしている。Ｄ−Ｅは第１減圧装置１３における過程を表わしている。Ｅ−Ｆは第１蒸発器１４における過程を表わしている。Ｆ−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。
【００４３】
第２冷凍サイクル２０（ａ−ｂ−ｂ’−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ−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内部熱交換器３３の熱交換部３３ａにおける過程を表わしている。ｄ−ｅは第２減圧装置２３における過程を表わしている。ｅ−ｆは第２蒸発器２４における過程を表わしている。ｆ−ａは第２内部熱交換器３３の熱交換部３３ｂ及び第１内部熱交換器３２の熱交換部３２ｂにおける過程を表わしている。
【００４４】
第１、第２冷凍サイクル１０、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線図上で第１、第２冷凍サイクル１０、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、第１冷凍サイクル１０のＡ点の圧力ＰＡは第２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、第１冷凍サイクル１０が第２冷凍サイクル２０から熱を奪うためである。
【００４５】
従来の単一の冷凍サイクル４０（図６参照）の場合には冷凍室４が同じ設定温度であれば、第１、第２蒸発器４４ａ、４４ｂ（図６参照）の蒸発温度は図３のｅ−ｆで表されている程度となる。これに対して、本実施形態の冷蔵室２を冷却する第１蒸発器１４の蒸発温度は図３のＥ−Ｆで表わされる。冷媒の湿り蒸気の領域においては圧力Ｐが高いほど温度も高いので、第１蒸発器１４の蒸発温度が単一冷凍サイクルの場合よりも高くなる。
【００４６】
これにより、従来の単一の冷凍サイクル４０の場合に、例えば２０℃であった第１蒸発器１４と冷蔵室２との温度差を、例えば５℃以下に格段に小さくすることができる。従って、冷蔵室２の冷却に無駄なエネルギーを使うことなく、効率の高い冷凍冷蔵庫１を提供できる。
【００４７】
また、従来の単一の冷凍サイクル４０の場合に同じ温度設定条件であれば、凝縮圧力がＢ点の圧力ＰＢとなり、蒸発圧力はａ点の圧力Ｐａとなる。このため、圧縮機４１（図６参照）の圧縮比はＰＢ／Ｐａとなる。一方、本実施形態では第１冷凍サイクル１０の圧縮比がＰＢ／ＰＡとなり、第２冷凍サイクル２０の圧縮比がＰｂ／Ｐａとなる。このため、いずれも冷凍サイクル４０の圧縮比よりも小さくなる。
【００４８】
図５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。
【００４９】
周囲温度が２５℃、冷蔵室２の温度が３℃、冷凍室４の温度が−１８℃、第１、第２冷媒が通常よく使用されるイソブタンの場合に、従来の単一の冷凍サイクル４０（図６参照）の圧縮比は約８程度である。これに対して、第１、第２冷凍サイクル１０、２０圧縮比はそれぞれ２〜３程度となる。従って、従来よりも第１、第２冷凍サイクル１０、２０の圧縮比がいずれも小さいため、第１、第２圧縮機１１、２１を高い効率で作動できる。
【００５０】
本実施形態によると、第１圧縮機１１により運転される第１冷凍サイクル１０の低温部と第２圧縮機２１により運転される第２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を設けた二元冷凍サイクル式の冷凍冷蔵庫１において、第１冷凍サイクル１０に設けた第１蒸発器１４により冷蔵室２を冷却して第２冷凍サイクル２０に設けた第２蒸発器２４により冷凍室４を冷却する。このため、第１蒸発器１４と冷蔵室２との温度差を小さくできるとともに、第１、第２圧縮機１１、２１を高い効率で運転することができる。従って、従来よりも冷凍サイクル３０のＣＯＰが向上し、冷凍冷蔵庫１の消費電力を削減することができる。
【００５１】
尚、中間熱交換器３２は第１蒸発器１４と並列に配置してもよい。しかし、中間熱交換器３２を第１蒸発器１４の後段に直列に配置すると、中間熱交換器３２によって第２冷媒の熱を奪う前に第１冷媒が第１蒸発器１４を流通する。従って、第１蒸発器１４は潜熱による熱交換によって冷蔵室２の空気の温度を低下させることなく冷蔵室２の空気から熱を奪うこととなり、冷却効率を向上することができる。
【００５２】
また、第２冷凍サイクル２０の高温部に配される第２放熱器２２を備えたので、第１、第２冷凍サイクル１０、２０全体の放熱温度をより低くすることができる。従って、冷凍サイクル３０のＣＯＰが向上する。
【００５３】
この時、中間熱交換器３２は第１蒸発器１４と並列に配置してもよい。しかし、中間熱交換器３１を第２放熱器２２の後段に配置したので、中間熱交換器３２によって第１冷媒に熱を奪われる前に第２冷媒が第２放熱器２２を流通する。これにより、第２放熱器２２で熱交換して放熱した後の第２冷媒が中間熱交換器３２で冷却されるので、より効率的に熱交換を行うことができる。
【００５４】
また、第２蒸発器２４から流出した第２冷媒と第１蒸発器１４に流入する前の第１冷媒との間で熱交換を行う第１内部熱交換器３２を設けたので、第１冷媒のエンタルピーを低下させることができ、第１蒸発器１４に流入する第１冷媒の冷却能力をさらに向上することができる。
【００５５】
また、第２蒸発器２４から流出した第２冷媒と第２蒸発器２４に流入する前の第２冷媒との間で熱交換を行う第２内部熱交換器３３を設けたので、第２冷媒のエンタルピーを低下させることができ、第２蒸発器２４に流入する第２冷媒の冷却能力をさらに向上することができる。
【００５６】
次に、図５は第２実施形態の冷凍冷蔵庫１の冷凍サイクルを示す図である。説明の便宜上、前述の図１〜図４に示す第１実施形態と同一の部分は同一の符号を付している。本実施形態の冷凍冷蔵庫１の冷凍サイクル３５は第１実施形態に対して第２放熱器２２、第１、第２内部熱交換器３２、３３（いずれも図２参照）が省かれている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
【００５７】
本実施形態によると、第１実施形態に対して第２放熱器２２及び第１、第２内部熱交換器３２、３３（図２参照）を省いたので、第２内部熱交換器３２、３３の効果が利用できず、冷凍サイクル３５のＣＯＰが若干低下する。しかしながら、第１実施形態に比して、冷凍サイクル３５の構成を簡素化することによってコストダウンを図ることができる。
【００５８】
また、第１実施形態と同様に、第１圧縮機１１により運転される第１冷凍サイクル１０の低温部と第２圧縮機２１により運転される第２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を設けた二元冷凍サイクル式の冷凍冷蔵庫１において、第１冷凍サイクル１０に設けた第１蒸発器１４により冷蔵室２を冷却して第２冷凍サイクル２０に設けた第２蒸発器２４により冷凍室４を冷却する。このため、第１蒸発器１４と冷蔵室２との温度差を小さくできるとともに、第１、第２圧縮機１１、２１を高い効率で運転することができる。従って、従来よりも冷凍サイクル３５のＣＯＰが向上し、冷凍冷蔵庫１の消費電力を削減することができる。
【００５９】
第１、第２実施形態において、第１、第２冷媒にイソブタン等の同じ冷媒を用いて説明しているが、異なる冷媒を用いてもよい。この時、第１冷媒の沸点を第２冷媒の沸点よりも高くするとよい。これにより、第２冷媒が第１冷媒よりも蒸気密度が高くなり、第２冷凍サイクル２０の性能をより向上することができるのでさらに好ましい。
【００６０】
例えば、第１冷媒としてイソブタン（沸点−１２℃）を用い、第２冷媒としてプロパン（沸点−４０．０９℃）または二酸化炭素（沸点−７８．５℃）を用いると容易に実現することができる。これらの冷媒はいずれも自然界に大量に存在する物質を利用する自然冷媒である。従って、自然冷媒を用いる冷凍サイクルの冷却効率を高めることにより、冷凍冷蔵庫１の環境負荷のさらなる低減を実現することができる。
【００６１】
尚、室内温度の異なる第１、第２冷却室にそれぞれ第１、第２蒸発器１４、２４を配置する二元式の冷凍サイクルを備えた冷却庫であればどのようなものにも同様に適用が可能である。即ち、家庭用の冷凍冷蔵庫１を中心とする冷凍サイクル応用機器に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明によると、冷蔵室及び冷凍室をそれぞれ冷却する第１、第２蒸発器を備えた冷凍冷蔵庫に利用することができる。また、温度の異なる第１、第２冷却室をそれぞれ冷却する第１、第２蒸発器を備えた冷却庫に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態の冷凍冷蔵庫を示す側面断面図
【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】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５】本発明の第２実施形態の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図
【図６】従来の冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルを示す図
【符号の説明】
【００６４】
１    冷凍冷蔵庫
２    冷蔵室
３    野菜室
４    冷凍室
１０    第１冷凍サイクル
１１    第１圧縮機
１２    第１放熱器
１３、４３ａ  第１減圧装置
１４、４４ａ  第１蒸発器
１５    冷蔵室送風機
１６、２６  冷媒管
２０    第２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
３０、３５、４０  冷凍サイクル
３１    中間熱交換器
３２    第１内部熱交換器
３３    第２内部熱交換器
４１    圧縮機
４２    放熱器
【図１】
2009300000.tif 000003
【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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