JP2008121980A - 冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍能力の大きいＲ２９０を冷媒として使用しながら、入力の増加を抑えて効率的な冷却運転を可能にする。
【解決手段】圧縮機１０と、凝縮器１２と、冷凍温度帯を冷却する蒸発器１８と、該蒸発器１８と凝縮器１２の間に介在する絞り装置１６とを接続し、冷媒としてＲ２９０を用いた冷凍サイクルを有する冷蔵庫において、絞り装置１６を長さ３ｍ以上のキャピラリーチューブ２０で構成したり、複数本のキャピラリーチューブ２２，２４を直列接続して構成したり、開度調整可能な膨張弁２６とキャピラリーチューブ２８を直列接続して構成したりする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷蔵庫に関し、特に冷媒としてＲ２９０を用いた冷凍サイクルを有する冷蔵庫に関する。

一般に、冷蔵庫の冷凍サイクルは、圧縮機と、凝縮器と、絞り装置としてのキャピラリーチューブと、蒸発器と、サクションパイプを直列に接続し、キャピラリーチューブとサクションパイプを対向流熱交換器をなす形でハンダ付けすることで構成されている（下記特許文献１参照）。

かかる冷凍サイクルの冷媒として、近年、地球温暖化防止の観点より温暖化係数の高いフロン系冷媒から自然冷媒への転換が望まれている。そのため、自然冷媒の一種であるＲ６００ａ（イソブタン）が冷蔵庫の冷媒として使用されるようになってきている。しかしながら、Ｒ６００ａは、密度が小さいために、冷凍能力を大きく取ることができない。そのため、特に大きな負荷が与えられたときに直ちに対応できないという欠点がある。

一方、自然冷媒としては、Ｒ２９０（プロパン）も知られており、冷蔵庫への使用についても検討されている（下記特許文献２〜４参照）。
特開２００６−１７０４９０号公報 特開２００２−３７２３１９号公報 特開２００５−１４０４１１号公報 特開２００６−１０１２６号公報

Ｒ２９０は、Ｒ６００ａに比べて密度が大きいことから、冷凍能力を大きく取ることができ、そのため、大きな負荷がかかった場合にも、比較的早期に冷却することでき、上記負荷に対応することができる。しかしながら、従来のＲ６００ａのための冷凍サイクルの仕様をそのままＲ２９０に適用したのでは、キャピラリーチューブによる絞りが緩いため効率的な冷却運転ができないことが判明した。

すなわち、Ｒ２９０は、Ｒ６００ａよりも密度が高いため、同等の冷凍能力を発揮するために少ない冷媒体積流量ですみ、あるいはまた、冷媒体積流量が同等であればより速く冷却させることができるという利点があるが、一方で、Ｒ６００ａに比べて圧力損失がつきにくいという欠点がある。そのため、キャピラリーチューブでの減圧効果が不十分となりやすく、特に冷凍温度帯を冷却する蒸発器に対するキャピラリーチューブでその傾向が大きい。また、Ｒ２９０は、一般に、Ｒ６００ａに比べて凝縮圧力と蒸発圧力が高く、その圧力差としてもＲ６００ａよりも大きく取る必要があるため、キャピラリーチューブでの減圧効果も大きくすることが求められる。そのため、Ｒ６００ａに対して冷凍能力を大きくとるために、単にＲ２９０に置き換えてそのまま使用したのでは、キャピラリーチューブでの減圧効果が不十分となり、効率的な冷却運転ができず、入力（即ち、電気代）が高くなるという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、冷凍能力の大きいＲ２９０を冷媒として使用しながら、入力の増加を抑えて効率的な冷却運転を可能にした冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の発明に係る冷蔵庫は、圧縮機と、凝縮器と、冷凍温度帯を冷却する蒸発器と、前記蒸発器と凝縮器の間に介在する絞り装置とを接続し、冷媒としてＲ２９０を用いた冷凍サイクルを有する冷蔵庫において、前記絞り装置が長さ３ｍ以上のキャピラリーチューブであることを特徴とする。

第２の発明に係る冷蔵庫は、圧縮機と、凝縮器と、冷凍温度帯を冷却する蒸発器と、前記蒸発器と凝縮器の間に介在する絞り装置とを接続し、冷媒としてＲ２９０を用いた冷凍サイクルを有する冷蔵庫において、前記絞り装置が複数本のキャピラリーチューブを直列接続してなることを特徴とするものである。

第３の発明に係る冷蔵庫は、圧縮機と、凝縮器と、冷凍温度帯を冷却する蒸発器と、前記蒸発器と凝縮器の間に介在する絞り装置とを接続し、冷媒としてＲ２９０を用いた冷凍サイクルを有する冷蔵庫において、前記絞り装置が開度調整可能な膨張弁とキャピラリーチューブを直列接続してなることを特徴とするものである。

本発明によれば、冷媒として冷凍能力の大きいＲ２９０を使用しながら、冷凍温度帯を冷却する蒸発器に対する絞り装置の絞りを、従来よりもきつくして減圧効果を高めたことにより、効率的な冷却運転が可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る冷蔵庫について図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの図であり、圧縮機（コンプレッサ）１０、凝縮器１２、絞り装置１４、蒸発器１６、及びサクションパイプ１８が直列に接続されている。

この冷凍サイクルでは、冷媒としてＲ２９０（プロパン）を用いており、Ｒ２９０は、圧縮機１０で圧縮され、凝縮器１２で凝縮された後、絞り装置１４にて減圧されて、蒸発器１６で蒸発し、その後、サクションパイプ１８を経て圧縮機１０に戻るように構成されている。

本実施形態の冷蔵庫は、冷凍温度帯を有する冷凍冷蔵庫であり、単一の蒸発器１６にて、冷凍温度帯（冷凍室など）と冷蔵温度帯（冷蔵室、野菜室など）とを冷却するものである。

上記絞り装置１４は、キャピラリーチューブ２０により構成されており、キャピラリーチューブ２０はサクションパイプ１８と対向流熱交換器をなす形でハンダ付けされている。すなわち、キャピラリーチューブ２０とサクションパイプ１８とは、冷媒の流れ方向を互いに反対向きとした状態で、所定の長さにわたって密着させて設けられている。

そして、この例では、上記キャピラリーチューブ２０の長さが３ｍ以上に設定されている。従来一般に、定格内容積５００Ｌ台ないしそれ以下のクラスの冷蔵庫において、冷凍サイクルの絞り装置としてのキャピラリーチューブの長さは２．５ｍ前後ないしそれ以下が一般的であり、３ｍ以上という長いものは用いられていなかった。この例では、圧力損失がつきにくくかつ大きな圧力差が求められるＲ２９０に対して、キャピラリーチューブ２０の長さを３ｍ以上にすることにより、大きな減圧効果が得られ、そのため、効率的な冷却運転が可能となって、入力の増加を抑えることができる。なお、キャピラリーチューブ２０の長さの上限は特に限定されないが、５ｍ以下であることが好ましい。

上記キャピラリーチューブ２０の内径は、０．６〜０．８ｍｍ程度であることが好ましく、より好ましくは０．６５〜０．７５ｍｍである。より大きな減圧効果を得る上では０．７ｍｍ未満であることが特に好ましい。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの図である。この例では、絞り装置１４が、２本のキャピラリーチューブ２２，２４を直列接続することで構成されている。

このように複数本のキャピラリーチューブ２２，２４を直列接続することで、キャピラリーチューブのトータルでの長さが大きくなることから、より大きな減圧効果が得られる。また、複数本のキャピラリーチューブを直列接続した場合、１番目のキャピラリーチューブ２２で絞られた後、一旦絞りが緩められてから、２番目のキャピラリーチューブ２４で再び絞られることで、減圧効果を一層高めることができる。このように大きな減圧効果が得られるので、冷媒としてＲ２９０を用いた場合に、効率的な冷却運転が可能となる。

なお、この場合のキャピラリーチューブ２２，２４の長さとしては、特に限定されないが、トータルで３ｍ以上確保することが好ましい。キャピラリーチューブ２２，２４の内径としても特に限定されないが、０．６〜０．８ｍｍ程度であることが好ましく、より好ましくは０．６５〜０．７５ｍｍである。

その他の構成は第１実施形態と同様であり、同一箇所には同一の符号を付して説明は省略する。

（第３実施形態）
図３は、第３実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの図である。この例では、絞り装置１４が、開度調整可能な膨張弁２６とキャピラリーチューブ２８を直列接続することで構成されている。

膨張弁２６は、不図示の制御装置によってその開度を調整することで冷媒の膨張度を調整できる二方弁タイプの電子膨張弁である。膨張弁２６は、この例では、キャピラリーチューブ２８の上流側（即ち、凝縮器１２とキャピラリーチューブ２８の間）に設けているが、キャピラリーチューブ２８の下流側（即ち、キャピラリーチューブ２８と蒸発器１６の間）に設けてもよい。

このように絞り装置１４として、開度調整可能な膨張弁２６を併用して開度制御を行うことによって大きな減圧効果が得られるので、冷媒としてＲ２９０を用いた場合に、効率的な冷却運転が可能となる。

なお、この場合のキャピラリーチューブ２８の長さ及び内径は、従来の一般的なものを用いることができ、例えば、長さが２ｍ以上３ｍ未満で、内径が０．７〜０．７５ｍｍのものを用いることができる。

その他の構成は第１実施形態と同様であり、同一箇所には同一の符号を付して説明は省略する。

（第４実施形態）
図４は、第４実施形態に係る冷蔵庫の冷凍サイクルの図である。この例では、冷蔵温度帯を冷却する冷蔵用蒸発器３０と、冷凍温度帯を冷却する冷凍用蒸発器３２とを備え、これらが並列に接続されている。

すなわち、凝縮器１２の下流に三方弁３４が設けられて、その下流の冷媒流路が該三方弁３４により切り替え可能な２つの流路に分岐している。そして、一方の冷媒流路には冷蔵用絞り装置３６を介して冷蔵用蒸発器３０が接続され、他方の冷媒流路には冷凍用絞り装置３８を介して冷凍用蒸発器３２が接続されている。冷凍用蒸発器３２の下流にはアキュムレータ４０と逆止弁４２が接続されており、その後、冷蔵用蒸発器３０の下流側の冷媒流路と合流してサクションパイプ１８に接続されている。該サクションパイプ１８は、図示しないが、冷蔵用絞り装置３６と冷凍用絞り装置３８の各キャピラリーチューブに対して対向流熱交換器をなす形でハンダ付けされている。

そして、この例では、冷凍用絞り装置３８が、上記第２実施形態と同様、２本のキャピラリーチューブ４４，４６を直列接続することで構成されている。このように複数本のキャピラリーチューブ４４，４６を直列接続することで、冷凍用蒸発器３２に送り込む冷媒に対して、第２実施形態と同様、大きな減圧効果が得られるので、冷媒としてＲ２９０を用いた場合に、効率的な冷却運転が可能となる。

なお、この場合のキャピラリーチューブ４４，４６の長さとしては、特に限定されないが、トータルで３ｍ以上確保することが好ましい。キャピラリーチューブ４４，４６の内径としても特に限定されないが、０．６〜０．８ｍｍ程度であることが好ましく、より好ましくは０．６５〜０．７５ｍｍである。

その他の構成は第１実施形態と同様であり、同一箇所には同一の符号を付して説明は省略する。

（その他）
本発明において、冷凍温度帯を冷却する蒸発器とは、冷凍温度帯（−１８℃以下の温度帯）を冷却するものであれば、第４実施形態のように冷凍温度帯のみを冷却するものであってもよく、あるいはまた、第１〜３実施形態のように冷凍温度帯とともに冷蔵温度帯も冷却するものであってもよい。

また、第１実施形態では、１本のキャピラリーチューブ２０で長さ３ｍ以上を確保していたが、上記第１の発明において長さ３ｍ以上のキャピラリーチューブとしては、１本で３ｍ以上のものには限定されず、複数本を直列に接続してその合計で３ｍ以上となるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、冷媒としてＲ２９０を単独で用いているが、本発明の効果を損なわない限り、Ｒ２９０を主成分としつつ他の冷媒（例えばＲ６００ａ）を混合して用いてもよい。

上述した図４に示す冷凍サイクルを備えた冷蔵庫について実機にて性能評価試験を行った。

試験では、冷媒としてＲ２９０を用い、図４の冷凍サイクルにおいて、冷凍用絞り装置３８の２本のキャピラリーチューブ４４，４６のうち、下流側のキャピラリーチューブ４６を従来の内径０．７ｍｍ×長さ２８７０ｍｍとし、その上流側に設けるキャピラリーチューブ４４として、内径０．６５ｍｍで長さが５００ｍｍと１０００ｍｍの２種類のものを用いた。また、比較例として、上記上流側のキャピラリーチューブ４４を省略したものについても試験を行った。また、試験では、室温（雰囲気温度）を２５℃とし、冷蔵室と冷凍室についてそれぞれセンサを用いて温度制御するコントロール運転を行って、運転に要した入力（Ｗ）を調べた。結果を下記表１に示す。

実施例１及び２と比較例１とを比較すると明らかなように、冷凍用絞り装置３８において、従来仕様のキャピラリーチューブ４６に更なるキャピラリーチューブ４４を追加して、キャピラリーチューブの長さを３ｍ以上とすることで、入力が大幅に低減されており、効率的な冷却運転が可能となっていた。

第１実施形態の冷蔵庫の冷凍サイクルの概念図である。 第２実施形態の冷蔵庫の冷凍サイクルの概念図である。 第３実施形態の冷蔵庫の冷凍サイクルの概念図である。 第４実施形態の冷蔵庫の冷凍サイクルの概念図である。

符号の説明

１０…圧縮機
１２…凝縮器
１４…絞り装置
１６…蒸発器
２０，２２，２４，２８…キャピラリーチューブ
２６…膨張弁
３２…冷凍用蒸発器
３８…冷凍用絞り装置
４４，４６…冷凍用キャピラリーチューブ

Claims (3)

1. 圧縮機と、凝縮器と、冷凍温度帯を冷却する蒸発器と、前記蒸発器と凝縮器の間に介在する絞り装置とを接続し、冷媒としてＲ２９０を用いた冷凍サイクルを有する冷蔵庫において、前記絞り装置が長さ３ｍ以上のキャピラリーチューブであることを特徴とする冷蔵庫。
2. 圧縮機と、凝縮器と、冷凍温度帯を冷却する蒸発器と、前記蒸発器と凝縮器の間に介在する絞り装置とを接続し、冷媒としてＲ２９０を用いた冷凍サイクルを有する冷蔵庫において、前記絞り装置が複数本のキャピラリーチューブを直列接続してなることを特徴とする冷蔵庫。
3. 圧縮機と、凝縮器と、冷凍温度帯を冷却する蒸発器と、前記蒸発器と凝縮器の間に介在する絞り装置とを接続し、冷媒としてＲ２９０を用いた冷凍サイクルを有する冷蔵庫において、前記絞り装置が開度調整可能な膨張弁とキャピラリーチューブを直列接続してなることを特徴とする冷蔵庫。

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