(57)【要約】【課題】装置停止時における回路内の圧力上昇を低コストで抑制し得る冷却装置を提供する。【解決手段】気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする熱交換部と、液化冷媒を気化させて気化冷媒とする蒸発器ＥＰとを、液配管４８およびガス配管５０で接続し、液配管４８を介して液化冷媒を熱交換部から蒸発器ＥＰへ流通させると共に、ガス配管５０を介して気化冷媒を蒸発器ＥＰから熱交換部へ流通させるよう構成する。この蒸発器ＥＰを、液配管４８およびガス配管５０に接続され、液化冷媒が気化する蒸発管５２と、蒸発管５２とは独立して設けられ、一方の端部がガス配管５０に接続されると共に、他方の端部が閉塞された閉塞管５３とを備えるよう構成した。【選択図】図４
2009041890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする熱交換部(46)と、液化冷媒を気化させて気化冷媒とする蒸発器(EP)とを、液配管(48)およびガス配管(50)で接続し、液配管(48)を介して液化冷媒を熱交換部(46)から蒸発器(EP)へ流通させると共に、ガス配管(50)を介して気化冷媒を蒸発器(EP)から熱交換部(46)へ流通させるよう構成された冷却装置において、
前記蒸発器(EP)は、
前記液配管(48)およびガス配管(50)に接続され、前記液化冷媒が気化する蒸発管(52)と、
前記蒸発管(52)とは独立して設けられ、一方の端部が前記ガス配管(50)に接続されると共に、他方の端部が閉塞された閉塞管(53)とを備える
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
一次冷媒を機械的に強制循環する一次回路(34)と、
二次冷媒を自然循環する二次回路(44)と、
前記一次回路(34)の一次熱交換部(36)および前記二次回路(44)の二次熱交換部(46)が設けられ、該一次熱交換部(36)を流通する一次冷媒および二次熱交換部(46)を流通する二次冷媒の間で熱交換するプレート式熱交換器(HE)とを備え、
前記二次回路(44)に前記蒸発器(EP)が設けられる請求項１記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化冷媒の気化により熱交換する蒸発器を備えた冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一次冷媒を機械的に強制循環させる一次回路と、二次冷媒が自然循環する二次回路とを備え、一次冷媒と二次冷媒との間で熱交換するよう構成した冷却装置がある(例えば特許文献１参照)。このような冷却装置９０の一次回路９４は、図８に示すように、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機ＣＭと、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器ＣＤと、液相一次冷媒の圧力を低下させる膨張弁ＥＶと、プレート式熱交換器１１０に設けられて液相一次冷媒を気化する一次熱交換部９６とを配管９８で接続して構成されると共に、二次回路１０４は、プレート式熱交換器１１０に設けられて気相二次冷媒を液化する二次熱交換部１０６と、液相二次冷媒を気化する蒸発器１００とを別の配管１０８,１０９で接続して構成されて、プレート式熱交換器１１０において一次冷媒と二次冷媒とが熱交換することで、最終的に二次回路１０４の蒸発器１００を冷却するようになっている。そして、このような冷却装置９０を備えた冷凍機器では、一次回路９４の構成部材ＣＭ,ＣＤ,ＥＶおよびプレート式熱交換器１１０を、外気に晒された開放空間に配設すると共に、台板１１２を介して開放空間の下方に画成した閉鎖空間に二次回路１０４を構成する蒸発器ＥＰを配設して、閉鎖空間内を冷却するよう構成される。
【０００３】
ところで、前記蒸発器１００には、周囲雰囲気との接触面積をかせぐために管路を蛇行させた蒸発管(図示せず)が採用される。蒸発管では、比重差により上方へ流動する気相二次冷媒に対して作用する外力が存在しない場合、気相二次冷媒は圧力損失が少ない方向へ押し出される。ここで、蒸発管で気化した気相二次冷媒が、プレート式熱交換器１１０から液相二次冷媒が流下する液配管１０８側に向けて流動すると、液配管１０８を蒸発器１００へ向けて重力落下する液相二次冷媒の流下方向に対し逆向きとなり、液相二次冷媒の流下を阻害するから、冷媒の循環速度が低下して冷却能力を低下させてしまう問題を生じる。すなわち、二次回路１０４は、冷媒の自然循環を維持するために、液相二次冷媒の循環方向と蒸発器１００における気相二次冷媒の循環方向を一致させる必要がある。
【０００４】
そこで、蒸発器１００では、液配管１０８の下端に接続する蒸発管の流入端を、蒸発器１００の下部に配置する一方、ガス配管１０９の下端に接続する蒸発管の流出端を、蒸発器１００の上部に配置している。また、蒸発管の管路を、全体として流出端側に向かう上り勾配となるように形成することで、比重が低下した気化冷媒が上方に流動する作用を利用して、蒸発管に沿って気相二次冷媒を案内してガス配管１０９に導くように構成される。
【特許文献１】特開２００２−４８４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述のように二次回路１０４では、一次回路９４において機械的に強制循環された一次冷媒により冷却されるプレート式熱交換器１１０において気相二次冷媒を液化することにより、二次冷媒が自然循環するよう構成されている。このため、冷却装置９０の運転停止により一次冷媒によるプレート式熱交換器１１０の冷却が中止されると、蒸発器１００での液相二次冷媒の気化により気相二次冷媒が増加する一方で、気相二次冷媒が液化されなくなることから、二次回路１０４中の内圧が上昇する。すなわち、二次回路１０４は、冷却装置９０の停止時における内圧上昇に耐え得るよう高い耐圧性能が要求され、設備の重厚化に繋がり、コストの増大を招いていた。また、二次回路１０４に大型の膨張タンク１１４(図８参照)を追加すること等により当該回路１０４の内容積を増やして内圧上昇に対応することも考えられるが、設備の大型化に繋がり、これもコスト上昇の一因となる。
【０００６】
また、前記蒸発器１００では、蒸発管の流入端が管路における傾斜下端となっているから、液配管１０８を介して到来した液相二次冷媒は流入端側に集約される。また、蒸発管において、蒸発管の流出端側まで自然に拡散することはなく、冷媒量の増加に伴って液配管１０８に形成されるヘッドによる押出し力により流出端側に液相二次冷媒が次第に満たされる。そこで、蒸発器１００では、蒸発管の流入端側から流出端側まで液化冷媒が満たされるように二次回路１０４の冷媒量を設定して、流出端近傍でも液化冷媒を気化させることで、蒸発管の全体に亘って伝熱面積を確保するようにしている。このように、前述した蒸発器１００では、伝熱面積を確保するために蒸発管の流入端側から流出端側に亘る全体に液相二次冷媒を満たす必要があり、二次回路１０４を循環させる二次冷媒量が多くなってしまう。すなわち、二次回路１０４中の二次冷媒量が増加することで、二次回路１０４に要求される耐圧性能がより高いものとなり、コストの増大を招来することになっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、装置停止時における回路内の圧力上昇を低コストで抑制し得る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】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る冷却装置は、
気化冷媒を凝縮して液化冷媒とする熱交換部と、液化冷媒を気化させて気化冷媒とする蒸発器とを、液配管およびガス配管で接続し、液配管を介して液化冷媒を熱交換部から蒸発器へ流通させると共に、ガス配管を介して気化冷媒を蒸発器から熱交換部へ流通させるよう構成された冷却装置において、
前記蒸発器は、
前記液配管およびガス配管に接続され、前記液化冷媒が気化する蒸発管と、
前記蒸発管とは独立して設けられ、一方の端部が前記ガス配管に接続されると共に、他方の端部が閉塞された閉塞管とを備えることを要旨とする。
【０００９】
このように、蒸発管とは独立した閉塞管を蒸発器に設けることで、装置停止時に気相冷媒量が上昇した場合の圧力緩衝を閉塞管により図り得る。従って、装置停止に伴う圧力上昇に備えた膨張タンクを不要とでき、また膨張タンクを設置する場合でも小型のタンクを採用できるから、コストを抑制し得ると共に、装置の小型化を図り得る。また、前記閉塞管をガス配管に接続するよう構成したことで、熱交換部から液配管を介して蒸発器へ流通する液化冷媒が閉塞管に進入するのを防止でき、蒸発器に圧力緩衝用の閉塞管を設けたとしても冷媒の循環を阻害することはない。
【００１０】
請求項２に係る発明は、一次冷媒を機械的に強制循環する一次回路と、
二次冷媒を自然循環する二次回路と、
前記一次回路の一次熱交換部および前記二次回路の二次熱交換部が設けられ、該一次熱交換部を流通する一次冷媒および二次熱交換部を流通する二次冷媒の間で熱交換するプレート式熱交換器とを備え、
前記二次回路に前記蒸発器が設けられることを要旨とする。
【００１１】
このように、二次冷媒を自然循環する二次回路では、装置停止時における気相冷媒量の増加が著しいことから、該二次回路中に設けられた蒸発器に閉塞管を形成することで、二次回路中の圧力上昇を効果的に抑制し得る。
【発明の効果】
【００１２】
すなわち、本発明によれば、冷却装置の停止時における回路内の圧力上昇を低コストで抑制し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明に係る冷却装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。実施例では、店舗等の業務用途に用いられ、野菜や肉等の物品を多量に収納し得る大型の冷蔵庫に設けられる冷却装置を例に挙げて説明する。なお、従来技術において説明した部材・構成と同一の部材・構成に関しては、同一の符号を付してある。
【実施例】
【００１４】
図１に示すように、実施例に係る冷蔵庫１０は、収納室(閉鎖空間)１４を内部画成した断熱構造の箱体１２と、この箱体１２の上方に設けられ、金属パネル１８により外壁を構成したキャビネット１６とを備えている。箱体１２には、前側に開放して物品の出し入れ口となる開口部１２ａが収納室１４に連通して開設される。また箱体１２の前部には、断熱扉２２が図示しないヒンジにより回動可能に配設され、断熱扉２２を開放することで開口部１２ａを介して収納室１４に対する物品の出し入れが許容されると共に、断熱扉２２を閉成することで収納室１４を密閉し得るようになっている。
【００１５】
前記キャビネット１６の内部には、収納室１４を冷却するための冷却装置３２の一部および該冷却装置３２を制御する制御用電装箱Ｃが配設される機械室(開放空間)２０が画成される(図２参照)。機械室２０の底部には、箱体１２の天板１２ｂに載置されて、該機械室２０に配設する機器の共通基板となる台板２４が設置されている。そして、キャビネット１６の外壁をなす金属パネル１８には、機械室２０に連通する空気流通孔(図示せず)が適宜部位に開設され、この空気流通孔を介して機械室２０内の雰囲気と外気とが入替わるようになっている。
【００１６】
前記収納室１４の上部には、箱体１２における天板１２ｂの下面から所定間隔離間して冷却ダクト２６が配設され、この冷却ダクト２６と、箱体１２の天板１２ｂに開設した切欠口１２ｃを介して収納室１４側に臨む台板２４との間に冷却室２８が画成される。この冷却室２８は、冷却ダクト２６の底部前側に形成した吸込口２６ａおよび後側に形成した冷気吹出口２６ｂを介して収納室１４に連通して、閉鎖空間としての収納室１４の一部を構成している。吸込口２６ａには送風ファン３０が配設され、該送風ファン３０を駆動することで、吸込口２６ａから収納室１４の空気を冷却室２８に取込み、冷気吹出口２６ｂから冷却室２８の冷気が収納室１４に送出される。天板１２ｂの切欠口１２ｃは、台板２４で気密的に塞がれて、収納室１４(冷却室２８)と機械室２０とは、台板２４で区切られて互いに独立した空間となっている(図１参照)。
【００１７】
図３に示す如く、冷却装置３２は、冷媒を強制循環する機械圧縮式の一次回路３４と、冷媒が自然対流するサーモサイフォンからなる二次回路４４との２系統の回路を、熱交換器ＨＥを介して熱交換するように接続(カスケード接続)した二次ループ冷凍回路が採用される。熱交換器ＨＥは、一次回路３４を構成する一次熱交換部３６と、この一次熱交換部３６と別系統に形成されて、二次回路４４を構成する二次熱交換部(熱交換部)４６とを備え、熱交換器ＨＥは機械室２０の側方後側に位置して台板２４上に配設されている(図２参照)。すなわち、一次回路３４および二次回路４４には、独立した冷媒循環経路が夫々形成され、二次回路４４を循環する二次冷媒としては、毒性、可燃性および腐食性を有していない安全性の高い二酸化炭素が採用される。これに対し、一次回路３４を循環する一次冷媒としては、蒸発熱や飽和圧等の冷媒としての特性に優れているブタンやプロパン等のＨＣ系の冷媒またはアンモニアなどが採用され、実施例ではプロパンが用いられている。
【００１８】
前記一次回路３４は、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機ＣＭと、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器ＣＤと、液相一次冷媒の圧力を低下させる膨張弁ＥＶと、液相一次冷媒を気化する熱交換器ＨＥの一次熱交換部３６とを冷媒配管３８で接続して構成される(図３参照)。圧縮機ＣＭおよび凝縮器ＣＤは、機械室２０において台板２４上に共通的に配設され、凝縮器ＣＤを強制冷却する凝縮器ファンＦＭも、該凝縮器ＣＤに対向して台板２４上に配設されている。ここで、凝縮器ＣＤは、キャビネット１６の前面をなす金属パネル(フロントパネル)１８に近接して機械室２０の前側に配置され、該凝縮器ＣＤの後側に凝縮器ファンＦＭが配置される。また圧縮機ＣＭは、凝縮器ファンＦＭの後側に配置される(図２参照)。このように機械室２０では、凝縮器ＣＤ,凝縮器ファンＦＭおよび圧縮機ＣＭが、機械室２０において凝縮器ファンＦＭにより生起される空気の流通方向に沿って一直線上に並んで配設される。すなわち、凝縮器ファンＦＭの駆動によりフロントパネル１８に開設した空気流通孔から外気が機械室２０に取込まれ、この外気が機械室２０の前側から後側に流通して凝縮器ＣＤおよび圧縮機ＣＭと熱交換するようになっている。一次回路３４では、圧縮機ＣＭによる一次冷媒の圧縮により、圧縮機ＣＭ、凝縮器ＣＤ、膨張弁ＥＶ、熱交換器ＨＥの一次熱交換部３６および圧縮機ＣＭの順に、一次冷媒が強制循環され、各機器の作用下に一次熱交換部３６において所要の冷却を行なうようになっている(図３参照)。なお、前述した制御用電装箱Ｃは、機械室２０において凝縮器ファンＦＭによる空気の流れを阻害しない位置(実施例では機械室２０の側部)で台板２４上に配設されている。
【００１９】
前記二次回路４４は、気相二次冷媒(気化冷媒)を液化する熱交換器ＨＥの二次熱交換部４６と、液相二次冷媒(液化冷媒)を気化する蒸発器ＥＰとを備えている(図３参照)。また、二次回路４４は、二次熱交換部４６と蒸発器ＥＰとを接続する配管として、二次熱交換部４６から蒸発器ＥＰへ重力の作用下に液相二次冷媒を導く液配管４８と、蒸発器ＥＰから二次熱交換部４６へ気相二次冷媒を導くガス配管５０とを有している。前述した如く、二次回路４４の二次熱交換部４６は、機械室２０に配設される一方、蒸発器ＥＰは、当該機械室２０の下方に位置する冷却室２８に配設され、台板２４を挟んで二次熱交換部４６より下方に蒸発器ＥＰが配置される。ここで蒸発器ＥＰは、台板２４の下面に固定されて、台板２４と一体的に取扱い可能とされる。なお、蒸発器ＥＰの下方に位置する冷却ダクト２６は、蒸発器ＥＰから滴下する除霜水等を受容する露受皿としても機能する。
【００２０】
前記液配管４８は、上端を二次熱交換部４６の下部に接続して台板２４を貫通して配管され、冷却室２８に臨む下端が蒸発器ＥＰに接続される。ガス配管５０は、上端を二次熱交換部４６の上部に接続して台板２４を貫通して配管され、冷却室２８に臨む下端が蒸発器ＥＰに接続される。そして、二次回路４４には、強制冷却される一次熱交換部３６との熱交換により冷却される二次熱交換部４６と蒸発器ＥＰとの間に温度勾配が形成され、二次冷媒が二次熱交換部４６、液配管４８、蒸発器ＥＰおよびガス配管５０を自然循環して二次熱交換部４６に再び戻る冷媒循環サイクルが形成される。なお、液配管４８およびガス配管５０における台板２４の貫通部位は、シール等により気密的に封止されている。
【００２１】
前記蒸発器ＥＰは、管路を蛇行させた蒸発管５２と、該蒸発管５２とは独立した閉塞管５３(図４に斜線を付して表示)とを備えている。前記蒸発管５２は、液配管４８の下端に接続する蒸発管５２の流入端５２ａが、蒸発器ＥＰの上部に配置されると共に、ガス配管５０の下端に接続する蒸発管５２の流出端５２ｂが、蒸発器ＥＰの下部に配置されている(図３または図４参照)。蒸発器ＥＰでは、蒸発管５２の流入端５２ａが流出端５２ｂより上方に位置するように構成される。また蒸発管５２の管路は、流入端５２ａと流出端５２ｂとの上下位置の間で延在して、蒸発管５２に流入した液相二次冷媒を、管路に沿って重力の作用下に流出端５２ｂ側まで拡散させるように導くようになっている。より具体的には、蒸発管５２は、傾斜する直線部分が上下の関係で葛折り状態で折り重なると共に、屈曲部分が横方向に離間した蛇行形状に管路が形成され、この管路が流入端５２ａ側から流出端５２ｂ側に向かうにつれて下り勾配となるよう構成されている。
【００２２】
また、前記閉塞管５３は、基本的には前記蒸発管５２と同一の形態で形成されている。すなわち、傾斜する直線部分が上下の関係で葛折り状態で折り重なると共に、屈曲部分が横方向に離間した蛇行形状に閉塞管５３の管路が形成される。そして、図４に示すように、前記閉塞管５３の一方の端部(上端部)が前記ガス配管５０に接続されると共に、他方の端部(下端部)が封止されている。すなわち、ガス配管５０に連通する閉塞管５３の内部空間が、冷却装置３２の停止時に二次冷媒の圧力上昇を抑制する圧力緩衝空間として機能するようになっている。なお実施例では、前記蒸発管５２および閉塞管５３の管路が上下に互違いに配置されている。
【００２３】
図５に示すように、熱交換器ＨＥとしては、所謂プレート式の熱交換器が採用される。熱交換器ＨＥは、上下方向に延在する複数のプレート６０を所要間隔離間して並列に対向配置し、対向するプレート６０,６０の間に、冷媒が流通する複数の流路６０ａ,６０ｂが並列に形成される。熱交換器ＨＥの下部には、一次回路３４における膨張弁ＥＶに連通した冷媒配管３８に接続する一次流入路６４が設けられ、熱交換器ＨＥの上部には、一次回路３４における圧縮機ＣＭに連通した冷媒配管３８に接続する一次流出路６６が設けられる。更に、熱交換器ＨＥの上部には、二次回路４４のガス配管５０に接続する二次流入路６８が設けられ、熱交換器ＨＥの下部には、二次回路４４の液配管４８に接続する二次流出路７０が設けられる。
【００２４】
前記一次流入路６４は、熱交換器ＨＥにおいて横方向に並列する複数の流路６０ａに対して１つおきに開口すると共に、一次流出路６６は、一次流入路６４が開口する流路６０ａに対応して開口するように形成される。そして、一次流入路６４および一次流出路６６が連通する１つおきの流路６０ａにより一次熱交換部３６が構成され、圧縮機ＣＭの負圧作用下に、一次熱交換部３６を構成する各流路６０ａを下方から上方へ向けて一次冷媒が流通される。一方、二次流入路６８および二次流出路７０は、前述した一次流入路６４および一次流出路６６が開口する流路６０ａとは互い違いに並んだ流路６０ｂに対し開口するようになっている(図５参照)。二次流入路６８および二次流出路７０が連通する１つおきの流路６０ｂにより二次熱交換部４６が構成され、重力の作用下に二次熱交換部４６を構成する各流路６０ｂを上方から下方へ向けて二次冷媒が流通される。すなわち、熱交換器ＨＥでは、並列する流路６０ａ,６０ｂに一次冷媒および二次冷媒を交互に流通させて、各プレート６０を介して一次冷媒と二次冷媒とを熱交換するよう構成される。なお、熱交換器ＨＥは、断熱材５８で外周を覆われ、一次熱交換部３６を流通する一次冷媒と、二次熱交換部４６を流通する二次冷媒との熱交換の促進が図られている(図５参照)。
【００２５】
前記二次熱交換部４６では、対向するプレート６０,６０の間の流路６０ｂが、例えば１ｍｍ程度の狭小な関係に設定されて、液相二次冷媒の粘性力や表面張力等が作用して、二次回路４４側の流路６０ｂの下部が液相二次冷媒で塞がれる所謂液封が生じるように構成されている(図５参照)。実施例では、二次熱交換部４６の各流路６０ｂに生じる液封部６２が、気相二次冷媒に対する抵抗部となる。
【００２６】
前記二次回路４４では、蒸発器ＥＰにおける蒸発管５２の流入端５２ａから流入した液相二次冷媒が、管路に案内されて蒸発管５２の流出端５２ｂ近傍に到達し得る量であって、飽和状態の液相二次冷媒が当該流出端５２ｂ近傍でも気化する程度に、二次冷媒量が規定される(図６参照)。なお、二次冷媒量は、必要とされる冷却能力、二次回路４４の容量、二次冷媒の循環速度またはその他の要素を勘案して適宜設定される。
【００２７】
〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る冷却装置の作用について説明する。冷却装置３２では、冷却運転を開始すると、一次回路３４および二次回路４４の夫々で冷媒の循環が開始される。先ず、一次回路３４について説明すると、圧縮機ＣＭおよび凝縮器ファンＦＭが駆動され、圧縮機ＣＭで気相一次冷媒が圧縮されて、この一次冷媒を冷媒配管３８を介して凝縮器ＣＤに供給して、凝縮器ファンＦＭによる強制冷却により凝縮液化することで液相とする。液相一次冷媒は、膨張手段ＥＶで減圧され、熱交換器ＨＥの一次熱交換部３６において二次熱交換部４６を流通する二次冷媒から熱を奪って(吸熱)一挙に膨張気化する。このように一次回路３４は、熱交換器ＨＥにおいて、一次熱交換部３６により二次熱交換部４６を強制冷却するように機能している。そして、一次熱交換部３６で気化した気相一次冷媒は、冷媒配管３８を経て圧縮機ＣＭに帰還する強制循環サイクルを繰返す。
【００２８】
前記二次回路４４では、二次熱交換部４６が一次熱交換部３６により冷却されているから、二次熱交換部４６で気相二次冷媒が放熱して凝縮し、気相から液相に状態変化することで比重が増加することから、重力の作用下に二次熱交換部４６の各流路６０ｂに沿って液相二次冷媒が流下する。二次回路４４では、二次熱交換部４６を機械室２０に配置する一方、蒸発器ＥＰを機械室２０の下方に位置する冷却室２８に配設することで、二次熱交換部４６と蒸発器ＥＰとの間に落差を設けてある。すなわち、液相二次冷媒を、二次熱交換部４６の下部に接続した液配管４８を介して、蒸発器ＥＰへ向けて重力の作用下に自然流下させることができる。液相二次冷媒は、蒸発器ＥＰの蒸発管５２を流通する過程で該蒸発器ＥＰの周囲雰囲気から熱を奪って気化して気相に移行する。気相二次冷媒は、ガス配管５０を介して蒸発器ＥＰから二次熱交換部４６へ還流し、二次回路４４ではポンプやモータ等の動力を用いることなく、簡単な構成で二次冷媒が自然循環するサイクルが繰返される。
【００２９】
前記送風ファン３０により吸込口２６ａから冷却室２８に吸引された収納室１４の空気を、冷却された蒸発器ＥＰに吹付けることで、蒸発器ＥＰと熱交換した空気が冷気となる。そして冷気を、冷却室２８から冷気吹出口２６ｂを介して収納室１４に送出することで、収納室１４が冷却される。冷気は、収納室１４の内部を循環して、吸込口２６ａを介して再び冷却室２８内に戻るサイクルを反復する。
【００３０】
ところで、冷却装置３２の運転を停止すると、前記蒸発器ＥＰにおいて液相二次冷媒が気化して気相二次冷媒が発生する一方で、前記プレート式熱交換器ＨＥにおいて気相二次冷媒が液化されなくなることから、二次回路４４中の気相二次冷媒量が増加する。ここで、実施例の冷却装置３２では、前記蒸発器ＥＰに閉塞管５３を設けるよう構成したから、冷却装置３２の停止により増加する気相二次冷媒を閉塞管５３に逃がすことができる。すなわち、二次回路４４における圧力緩衝用の空間として前記閉塞管５３が機能することで、二次回路４４の各配管４８,５０,５２やプレート式熱交換器ＨＥに要求される耐圧性能を抑制でき、コスト削減を図り得る。また、二次回路４４中の気相二次冷媒を逃がす大型の膨張タンクを別途設ける必要がなくなるから、部品点数削減によるコスト削減が図られると共に、冷却装置３２の小型化を図り得る。また、前記閉塞管５３を二次ガス配管５０に接続するよう構成したことで、二次熱交換部４６から二次液配管４８を介して蒸発器ＥＰへ流通する液相二次冷媒が閉塞管５３に進入することはない。このため、蒸発器ＥＰに圧力緩衝用の閉塞管５３を設けたとしても二次冷媒の循環を阻害することはなく、二次冷媒を一定方向に循環させることが可能となる。
【００３１】
また、実施例の冷却装置３２では、機械的に強制循環する一次回路３４から独立する二次回路４４においては二次冷媒を自然循環させるよう構成してあるから、圧縮機ＣＭ等に用いられる潤滑油が二次冷媒中に混入することはない。このため、蒸発器ＥＰにおいて液相二次冷媒が気化する際に蒸発器ＥＰに熱伝達する際の熱抵抗が、機械的に強制循環させる場合に較べて小さくなる。すなわち、冷媒を機械的に強制循環させて蒸発器ＥＰを冷却する従来の冷却装置を用いる場合(すなわち実施例における一次回路３４において一次熱交換部３６に代えて蒸発器ＥＰを備える冷却装置の場合)に較べて、蒸発器ＥＰにおける蒸発管５２の管路を短くできる。従って、蒸発器ＥＰに閉塞管５３を設けるよう構成した場合であっても、冷媒を機械的に強制循環させて蒸発器ＥＰを冷却する従来タイプと較べて、蒸発器ＥＰ全体としての管路長を長くする必要はなく、製造コストの増大を招くことはない。また、不要となった蒸発管５２の一部を閉塞管５３として転用することができるから、コスト削減を図り得る。
【００３２】
ここで、実施例に係る冷却装置３２における蒸発器ＥＰでの二次冷媒の挙動について更に説明する。蒸発器ＥＰに延在する蒸発管５２は、流入端５２ａを蒸発器ＥＰの上部に設けると共に、流出端５２ｂを蒸発器ＥＰの下部に設けることで、流入端５２ａを流出端５２ｂより上方に位置させて、流入端５２ａと流出端５２ｂとの間に落差が設けられる。しかも、蒸発管５２は、流出端５２ｂと流入端５２ａとの間において、直線部分が上下の関係で折り重なった蛇行形状とすると共に、流入端５２ａ側から流出端５２ｂ側に向かうにつれて下方傾斜するように管路を形成している。すなわち、蒸発管５２は、全体として二次回路４４における二次冷媒の循環方向前側に向けて下り勾配となっているから、流入端５２ａから蒸発管５２に流入した液相二次冷媒を、重力の作用下に管路に沿って流出端５２ｂ側に誘導しつつ気化させることができる。従って、蒸発器ＥＰにおいて、蒸発管５２の流入端５２ａ近傍で液相二次冷媒が留まって当該流入端５２ａ近傍で優先的に気化するのではなく、二次冷媒が管路に沿って流出端５２ｂ側に自然に拡散するから、伝熱面積を広く確保することができる。
【００３３】
前記蒸発管５２を流通する液相二次冷媒の流速が遅い場合に、二次冷媒は蒸発管５２の管底に集約された状態で流通する(図７(ａ)参照)。この場合、蒸発管５２を流通する二次冷媒は、該蒸発管５２の内底部としか接触していないので、伝熱面積が狭くなる難点がある。しかるに、実施例の蒸発管５２における管路は二次冷媒の循環方向前側に傾いているから、蒸発管５２の流入端５２ａ近傍では二次冷媒の流速が遅いために、管底に集約された状態での流れが優先的に現われるものの、流出端５２ｂ側に向かうにつれて二次冷媒の流速が次第に速くなる。これにより、蒸発管５２には、液相二次冷媒が蒸発管５２の内面全体に亘って環状に流通する環状流が優先的に現われる(図７(ｂ)参照)。従って、液相二次冷媒が蒸発管５２の全周に接触するから、伝熱面積をより広く確保することが可能である。更に、蒸発管５２が傾斜しているので、除霜水等の蒸発管５２から滴下する水を流出端５２ｂに集約して滴下させることができる。
【００３４】
前記蒸発器ＥＰでは、液相二次冷媒が蒸発管５２の流出端５２ｂ近傍に到達して、飽和状態の液相二次冷媒が流出端５２ｂ近傍でも気化するように、二次回路４４の二次冷媒量が規定される(図６参照)。このとき、蒸発器ＥＰにおいて、液相二次冷媒は蒸発管５２の管路に沿って自然に流下するから、液相二次冷媒で蒸発管５２を満たさなくても、二次冷媒を蒸発管５２の流出端近傍まで到達させることができる。すなわち、二次回路４４において、必要とされる二次冷媒量を少なくすることができる。
【００３５】
例えば、二次冷媒量が極端に少ない場合は、液相二次冷媒が蒸発管５２の流出端５２ｂ近傍に至る前に気化してしまうから、蒸発器ＥＰ全体として冷却作用を得られず、所要の冷却能力を発揮することができない。また、二次冷媒量が過剰な場合は、蒸発管５２全体に液相二次冷媒が満たされ、ガス配管５０に気相二次冷媒の流通を妨げるヘッドが発生するため、気相二次冷媒が蒸発管５２に滞留する。このとき、蒸発管５２では、ガス配管５０のヘッドによって気相二次冷媒の循環が滞る局面と、蒸発管５２における内圧の上昇によって、ガス配管５０に形成されたヘッドが急激に押し上げられて、一時的に気相二次冷媒の循環が再開する局面とが繰返される。気相二次冷媒の循環が滞っている局面においては、気相二次冷媒の循環が正常になされている局面に比べて、蒸発管５２に気相二次冷媒が多く滞留することで、熱伝導率の大きな液相二次冷媒による伝熱面積が減少するから、蒸発器ＥＰの冷却能力が低下してしまう。このように、蒸発器ＥＰにおける二次冷媒が過剰な場合に生ずる冷却能力の低下は、ガス配管５０のヘッドによる冷媒循環量の減少と、蒸発管５２における滞留する気相二次冷媒の増加による熱伝導率の減少とが、主な原因である。すなわち、蒸発器ＥＰは、二次冷媒量が少なくても多くても所要の冷却能力を得ることができず、適正な量の二次冷媒を充填することが肝要とされる。実施例に係る蒸発器ＥＰの構成によれば、二次冷媒の適正量は、蒸発管５２を流下しつつ気化する液相二次冷媒における蒸発位置の最下部(蒸発管５２の流出端５２ｂ近傍)との関係で一義的に決定される極値を有し、容易に求めることができる。
【００３６】
前記蒸発器ＥＰの蒸発管５２において、液相二次冷媒が気化して得られた気相二次冷媒は体積膨張により比重が減少するから、上方へ向けて流動する。蒸発管５２は、流入端５２ａ側が流出端５２ｂ側に比べて高くなっているので、気相二次冷媒は、流入端５２ａ側に逆流しようとする。しかし、二次熱交換部４６における各流路６０ｂの下部に、液相二次冷媒による液封部６２が形成されるから、流動が妨げられた気相二次冷媒は蒸発管５２に滞留し、蒸発管５２内部の内圧を上昇させる。蒸発管５２における内圧の上昇に伴い、蒸発管５２内部の冷媒は唯一の圧力開放部である流出端５２ｂに向かって押し出されるように内力が働く。すなわち、気相二次冷媒は、蒸発器ＥＰからガス配管５０に向けて押し出されるから、蒸発管５２の管路形状に抗して、二次回路４４における正常な循環方向へ自然循環させることができる。ここで、液封部６２では、気相二次冷媒の流通を阻むものの、液封部６２の上方で凝縮して流下する液相二次冷媒は、液封部６２を順次形成すると共に、液封部６２を形成していた液相二次冷媒が重力の作用下に順次流下する。よって、液相二次冷媒の流通を、液封部６２が阻害することはない。
【００３７】
前記二次熱交換部４６では、気相二次冷媒が一次熱交換部３６との熱交換により凝縮して、体積が減少することで該二次熱交換部４６の内部の圧力が低下するから、ガス配管５０に二次熱交換部４６へ向かう吸引力が作用している。前述した如く、蒸発管５２には、液相二次冷媒が全体に満たされる構成ではなく、蒸発管５２の流出端５２ｂおよびガス配管５０が液相二次冷媒で封止されず開放しているから、ガス配管５０にかかる吸引力を蒸発管５２に対しても作用させることができる。よって、二次熱交換部４６による吸引力を有効に利用して、気相二次冷媒を二次熱交換部４６に還流させることができる。
【００３８】
前記冷却装置３２における運転開始初期の段階では、二次熱交換部４６に液封部６２が形成されていない場合がある。この場合、蒸発器ＥＰで気化した気相二次冷媒に対して、循環方向に外力が加わっていないから、液配管４８を介して二次熱交換部４６の下部に気相二次冷媒が逆流することも考えられる。ここで、液配管４８を介して二次熱交換部４６の下部に到来した気相二次冷媒は、一次熱交換部３６により二次熱交換部４６が既に冷却されているから、二次熱交換部４６における各流路６０ｂの下部で直ちに液化する。そして、この液相二次冷媒および正常な循環により二次熱交換部４６で液化して流下してきた液相二次冷媒により、液封部６２が二次熱交換部４６における流路６０ｂの下部に形成される。この液封部６２により気相二次冷媒の逆流が阻まれると共に、気相二次冷媒に対し正常な循環方向への移動を促す抵抗として作用するので、気相二次冷媒は二次回路４４において正常な循環方向へ循環される。
【００３９】
前記二次回路４４によれば、液相二次冷媒が重力の作用下に蒸発管５２を循環方向前側へ自然流下する構成であるから、少量の二次冷媒で広く伝熱面積を確保することができる。すなわち、二次回路４４の二次冷媒量を低減し得る。更に、二次冷媒量が少なくなることで、冷却装置３２を停止した場合における二次回路４４の圧力の最大値を低く抑えることができる。すなわち、二次回路４４に求められる耐圧強度を低く設定することが可能となり、コストダウンを図り得ると共に設計の自由度を向上し得る。特に、二次冷媒として実施例の二酸化炭素の如く常温で気化する熱伝達率の高いものを用いる場合は、二次回路４４に使用する二次冷媒量を少なくでき、内部圧力の最大値を低く抑えることができる。従って、二次冷媒量を削減することで、圧力緩衝用の閉塞管５３の管路も短くできるから、蒸発器ＥＰの小型化により収納室１４を大きく確保し得る。なお、前述した如く二次冷媒の最大圧力値を抑制し得るので、ガス配管５０に圧力逃がし弁(図示せず)を設ける場合であっても、圧力逃がし弁の設定値を低くし得る。
【００４０】
(変更例)
本発明に係る冷却装置としては、前述した各実施例のものに限られるものではなく、種々の変更が可能である。
実施例では、冷却装置の二次回路に膨張タンクを設けない場合を例にして説明したが、該二次回路のガス配管に膨張タンクを接続するようにしてもよい。この場合であっても、蒸発器に閉塞管を設けることで、膨張タンクとして小型のものを採用することが可能となる。
【００４１】
実施例では、蒸発管を流入端側から流出端側に向かうにつれて下方傾斜するように形成したが、全体として流出端側への重力作用下に液化冷媒を拡散し得るのであれば、管路の一部に流出端側に向けて上方傾斜する部位あるいは水平に延在する部位を設けてもよい。
【００４２】
実施例では、二次回路における蒸発器において、二次液配管に接続する流入端を二次ガス配管に接続する流出端より上部に位置するよう構成したが、これに限られるものではなく、二次液配管に接続する流入端を二次ガス配管に接続する流出端より下部に位置するよう構成することも可能である。
【００４３】
実施例では、気相二次冷媒の逆流を防ぐ手段として、プレート式熱交換器における二次熱交換部の流路に形成される液封部を利用したが、これに限定されず、熱交換器の内部における二次液配管との接続部近傍から二次液配管の間に、気相二次冷媒に対し流通抵抗となる抗力を設ければよい。例えば、熱交換器の内底部または二次液配管の途中に液相二次冷媒を貯留する構成として、この貯留部に溜る二次冷媒のヘッド(水頭)を抵抗部としてもよい。更には、二次液配管に流れ抵抗が大きくなる手段や、絞り部あるいはトラップ等を設ける配管形状としたり、あるいは二次液配管に介挿した逆止弁等も抵抗部として用いることができる。これら種々の態様の抵抗部を単体で用いるだけでなく、実施例および変更例の構成を組合わせて抵抗部として機能させてもよい。
【００４４】
実施例では、冷却装置を冷蔵庫に採用する場合を例にして説明したが、冷凍庫、冷凍・冷蔵庫、ショーケースおよびプレハブ庫等の所謂貯蔵庫、その他空調機器等にも適用可能である。
【００４５】
実施例では、機械室に配設する機器の共通基板となる台板により、機械室と収納室との間で空気の流通がないように収納室と機械室とを区切る構成であるが、機械室と収納室とを箱体の天板で区切る構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例に係る冷却装置により冷却される冷蔵庫を示す側断面図である。
【図２】実施例に係る冷蔵庫における機械室を示す平断面図である。
【図３】実施例に係る冷却装置を示す概略回路図である。
【図４】実施例に係る蒸発器を拡大して示す概略図である。
【図５】実施例に係る熱交換器を示す側断面図である。
【図６】実施例に係る蒸発器を示す模式図である。
【図７】実施例に係る蒸発管の断面図であって、(ａ)は蒸発管の流入端近傍を示し、(ｂ)は蒸発管の流出端近傍を示す。
【図８】従来の冷却装置を示す概略回路図である。
【符号の説明】
【００４７】
１４ 収納室(閉鎖空間)，２０ 機械室(開放空間)，２４ 台板(断熱壁部)
３４ 一次回路，３６  一次熱交換部，４４ 二次回路，４６ 二次熱交換部
１２４  横壁部(断熱壁部)，ＨＥ  プレート式熱交換器
【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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