JP2006010278A

JP2006010278A - 冷蔵庫

Info

Publication number: JP2006010278A
Application number: JP2004191444A
Authority: JP
Inventors: Jun Yamashita; 潤山下
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Marketing Corp; Toshiba Home Appliances Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Marketing Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】冷蔵用蒸発器への冷媒流量を弁体の開度に応じて絞り調節する構成において、冷蔵用蒸発器への冷媒供給を停止して冷凍用蒸発器のみに冷媒を供給する際に、冷凍用蒸発器へ十分な量の冷媒を供給することができる冷蔵庫を提供する。
【解決手段】制御装置２２は、冷凍室庫内温度センサ２３及び冷蔵室庫内温度センサ２４の検出状態に基づいて冷凍サイクル装置を制御する。制御装置２２は、冷蔵用蒸発器５の出口温度と入口温度との差である過熱量が目標過熱量となるように調節弁１２の開度を制御することにより冷蔵用蒸発器５への冷媒流量を絞り状態で調節する。ここで、制御装置２２は、急速冷凍を実行した場合に、冷凍用蒸発器４の過熱量が所定の設定値（５℃）よりも大きい場合は、補助開閉弁５１を開放する。これにより、冷凍側主キャピラリチューブ１５に加えて冷凍側補助キャピラリチューブ５２を介して冷凍用蒸発器４に冷媒が供給されるので、冷凍用蒸発器４ひいては冷凍区画を急速に冷却することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍室用蒸発器及び冷蔵室用蒸発器に冷媒を同時に供給するタイプの冷蔵庫に関する。

家庭用で普及している冷蔵庫は、冷凍温度帯の区画と冷蔵温度帯の区画を備えたものが一般的であり、一つの蒸発器で庫内を冷却するタイプの冷蔵庫では、冷凍区画及び冷蔵区画への冷気の分配をダンパ等で制御し、全体の負荷に応じて圧縮機のオン／オフを制御するようにしている。また、インバータにより圧縮機の回転数を制御するタイプでは、さらに回転数を細かく制御している。このような構成の冷蔵庫では、蒸発器の出口温度が冷凍区画の温度となるように冷媒を蒸発させている。

さらに、近年、冷凍区画及び冷蔵区画にそれぞれ冷凍蒸発器及び冷蔵蒸発器を有するタイプとして、冷蔵用蒸発器と冷凍用蒸発器とを直列に連結したものがある。このものは、冷凍区画と冷蔵区画の２つの区画を同時に冷却することが可能であるものの、圧縮機の吸込圧力は蒸発温度の低い冷凍用蒸発器の圧力に制限されるため、冷凍サイクルの効率を高めることが困難である。

これに対して、冷凍用蒸発器と冷蔵用蒸発器を並列に連結し、交互に冷却するものでは、逆止弁等を付加することにより、冷蔵室を冷却する冷蔵用蒸発器の蒸発温度が高くなるように制御することにより、冷凍サイクルの効率を高めることができるものの、２つの温度帯の区画を同時に冷却することはできなかった。
特開２００１−１２６３４号公報特開２００２−１４７８９６号公報特開２００１−２７８９３４号公報

冷凍用蒸発器と冷蔵用蒸発器を並列に連結した構成において、凝縮器から２つの蒸発器に供給される冷媒を分流すると共にその冷媒流量を調整可能な冷媒流量調節装置を備え、冷凍用蒸発器と冷蔵用蒸発器に同時に冷媒を供給し、２つの温度帯の区画を同時に冷却するものが考えられている。
このような構成のものでは、凝縮器と蒸発器とを連結するキャピラリチューブの流量抵抗により冷媒を冷凍用蒸発器と冷蔵用蒸発器に分留しており、各蒸発器の状態によりキャピラリチューブに流れる冷媒流量を制御することは困難であることから、各蒸発器での冷却能力を制御することはできなかった。

そこで、本出願人は、冷凍用蒸発器と冷蔵用蒸発器への冷媒流量比率（最大流量に対する割合）を弁体の開度に応じて調整可能な調節弁を開発し、その弁体の開度に応じて一方の蒸発器への冷媒流量を絞り調節することを考えている。つまり、冷蔵用蒸発器への冷媒流量を絞り調節（冷凍用蒸発器への冷媒流量は最大）することにより、冷凍用蒸発器及び冷蔵用蒸発器への同時流しを実現しようとするものである。

ところで、上述したように冷蔵用蒸発器への冷媒流量を絞り調節するような構成では、圧縮機を低速運転させた状態で各蒸発器への冷媒量が適切となるようにキャピラリチューブの絞りが設定されている。このため、急速冷凍のように冷凍用蒸発器のみに冷媒を供給する場合は、冷蔵用蒸発器への冷媒供給を停止すると共に、圧縮機の回転数を高めることにより、冷凍用蒸発器のみに冷媒を供給するようにしているものの、圧縮機の低速運転時に両方の蒸発器への同時冷媒流しでマッチングするように設定されたキャピラリチューブの仕様では、冷凍用蒸発器へ十分な量の冷媒を供給できないという問題がある。このような問題に対しては、凝縮器冷却用の放熱用ファンを停止することで、凝縮器の高圧側を上昇させることにより、冷凍用蒸発器へ冷媒を流れ易くすることにより対応していたが、それでも冷凍用蒸発器へ十分な量の冷媒を供給できていなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、冷蔵用蒸発器への冷媒流量を弁体の開度に応じて絞り調節する構成において、冷蔵用蒸発器への冷媒供給を停止して冷凍用蒸発器のみに冷媒を供給する際に、冷凍用蒸発器へ十分な量の冷媒を供給することができる冷蔵庫を提供することにある。

本発明は、圧縮機から吐出されるガス状冷媒を液化する凝縮器と、この凝縮器から流入した冷媒が流出する２つの弁口を有し、一方の弁口を通じて流出する冷媒流量を当該弁口の全開時における冷媒流量に対する流量比率として弁体の開度に応じて調節可能な冷媒流量調節手段と、この冷媒流量調節手段の各弁口から流出した冷媒が主絞り手段を通じてそれぞれ流入する冷凍用蒸発器及び冷蔵用蒸発器と、前記冷凍用蒸発器に対応した主絞り手段と並列に接続され、補助開閉手段の開放状態で前記弁口から流出した冷媒を前記冷凍用蒸発器へ絞り状態で供給する補助絞り手段と、前記冷凍用蒸発器への冷媒流量が不足したことを検出する冷媒流量不足検出手段と、前記冷凍用蒸発器及び冷蔵用蒸発器からのガス状冷媒を圧縮して前記凝縮器に吐出する回転数可変式の圧縮機と、前記冷凍用蒸発器及び冷蔵用蒸発器により冷却される冷凍区画及び冷蔵区画の冷却状態に基づいて冷凍サイクル運転を実行すると共に、前記冷媒流量調節手段に対して前記冷蔵用蒸発器への冷媒流量を絞り調節し、さらに前記冷凍用蒸発器のみに冷媒を供給する場合は前記冷媒流量調節手段に対して前記冷蔵用蒸発器への弁口を閉鎖し且つ前記冷凍用蒸発器への弁口を開放した状態で前記圧縮機の回転数を高める制御手段とを設けた上で、前記制御手段は、前記冷凍用蒸発器のみに冷媒を供給する場合に前記冷媒流量不足検出手段が前記冷凍用蒸発器への冷媒流量の不足を検出したときは前記補助開閉手段を開放するようにしたものである（請求項１）。

上記構成において、前記冷凍用蒸発器の出口温度と入口温度との差を検出する温度センサを備え、前記冷媒流量不足検出手段は、前記温度センサが検出した温度差が設定値以上のときに冷媒流量が不足したと判断するようにしてもよい（請求項２）。
また、前記圧縮機は、密閉ケース内に前記冷蔵用蒸発器からの冷媒が中間圧で吐出され、１段目圧縮部で前記冷凍用蒸発器からの冷媒を吸引圧縮して密閉ケース内へ中間圧で吐出し、２段目圧縮部で前記密閉ケース内の冷媒を吸引圧縮して前記凝縮器へ高圧で吐出する２段式圧縮機であるようにしてもよい（請求項３）。

また、前記圧縮機は、密閉ケース内に前記冷凍用蒸発器からの冷媒が低圧で吐出され、１段目圧縮部で前記密閉ケース内の冷媒を吸引圧縮して２段目圧縮部へ中間圧で吐出し、前記２段目圧縮部で前記１段目圧縮部からの冷媒及び前記冷蔵用蒸発器からの冷媒を吸引圧縮して前記凝縮器へ高圧で吐出する２段式圧縮機であるようにしてもよい（請求項４）。

本発明によれば、制御手段は、冷凍用蒸発器及び冷蔵用蒸発器により冷却される冷凍区画及び冷蔵区画の冷却状態に基づいて冷凍サイクル運転を実行する。また、制御手段は、冷媒流量調節手段により冷蔵用蒸発器への冷媒流量を調整することにより冷凍用蒸発器への十分な冷媒流量を確保しながら冷凍用蒸発器へ供給する冷媒量を適切に制御することができる。

ところで、冷凍用蒸発器のみに冷媒を供給する急速冷凍を実行した場合、冷媒流量調節手段の弁口から冷凍用蒸発器へ冷媒を供給するための主絞り手段の流路抵抗が大きいことから、圧縮機の回転数を高めることにより冷凍用蒸発器への冷媒流量を通常よりも大きくするにしても冷凍用蒸発器への冷媒流量が不足することがある。
このように冷凍用蒸発器への冷媒流量が不足した場合、冷媒流量不足検出手段が冷凍用蒸発器への冷媒流量が不足していることを検出するので、制御手段は、補助開閉手段を開放する。これにより、主絞り手段に加えて補助絞り手段を介して冷凍用蒸発器に冷媒が供給されるので、冷凍用蒸発器への冷媒流量を増大して冷凍用蒸発器を十分に冷却することができる。

以下、本発明の一実施例について図１ないし図１１を参照して説明する。
図２は、冷蔵庫の縦断面図を示している。この図２において、冷蔵庫本体１は、断熱箱体の内部に貯蔵区画を形成し、仕切壁により冷凍室や製氷室の冷凍区画２、冷蔵室や野菜室の冷蔵区画３など複数の貯蔵室に区分している。
各貯蔵室は、冷凍区画２や冷蔵区画３毎に配置した冷凍用蒸発器４や冷蔵用蒸発器５及び冷気循環ファン６，７によってそれぞれ所定の設定温度に冷却保持されるものであり、各蒸発器４，５は、本体背面下部の機械室８に設置した圧縮機９から供給される冷媒によって冷却される。

図１は、冷蔵庫における冷凍サイクル装置を示している。この図１において、冷凍サイクル装置１０は、圧縮機９、凝縮器１１、冷媒流路の冷媒流量を調節するための調節弁（冷媒流量調節手段に相当）１２、及び並列に接続した冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５を環状に連結して構成されている。凝縮器１１は扁平形状をなしており、機械室８の前方における冷蔵庫本体１の外底面空間に配設されている。この凝縮器１１で液化した冷媒は調節弁１２を介してそれぞれ冷凍側主キャピラリチューブ（主絞り手段に相当）１５及び冷蔵側キャピラリチューブ１６を経由して冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５にそれぞれ供給される。各蒸発器４，５は、冷媒が蒸発することで低温化し、冷気循環ファン６，７による送風によって熱交換が行われることにより貯蔵室内を所定の空気温度に冷却するものである。冷凍用蒸発器４で気化した冷媒は、アキュムレータ１７を介して冷凍側サクションパイプ１８を経由して再び圧縮機９に戻り、冷蔵用蒸発器５で蒸発した冷媒は冷蔵側サクションパイプ１９を経由して圧縮機９に直接戻るように構成されている。

ここで、上記冷凍側主キャピラリチューブ１５には、補助開閉弁（補助開閉手段に相当）５１と接続された冷凍側補助キャピラリチューブ（補助絞り手段に相当）５２が並列接続されている。補助開閉弁５１は、通常は閉鎖しており、後述する所定タイミングで開放され、その開放状態で、凝縮器１１で液化した冷媒が冷凍側主キャピラリチューブ１５に加えて冷凍側補助キャピラリチューブ５２を介して冷凍用蒸発器４へ供給される。

各蒸発器４，５に対応して除霜用ヒータ２０，２１が設けられており、所定時間が経過する毎に各ヒータ２０，２１に通電されることにより各蒸発器４，５に付着した霜を解凍するようにしている。
制御装置（制御手段に相当）２２は、冷凍室庫内温度センサ２３及び冷蔵室庫内温度センサ２４の検出温度に基づいて上述した冷凍サイクル装置１０を制御するもので、通常の冷凍サイクル運転に加えて、冷凍用蒸発器４の出口パイプに取付けた過熱量検出手段としても機能する出口温度センサ２５、冷蔵用蒸発器５の出口パイプに取付けた出口温度センサ２６の検出温度に基づいて冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５に付着した霜を解凍する除霜運転を実行し、さらに冷蔵用蒸発器５の入口パイプに取付けた入口温度センサ２７の検出温度と出口温度センサ２６の検出温度の差に基づいて後述する冷蔵用蒸発器５の過熱量（スーパーヒート量）を求め、その過熱量に基づいて調節弁１２の冷蔵用蒸発器５への冷媒流量比率を制御するようになっている。

ここで、制御装置２２は、冷凍用蒸発器４の入口パイプに取付けた入口温度センサ５３の検出温度と出口温度センサ２５の検出温度との差に基づいて冷凍用蒸発器４の過熱量を求め、後述するように急速冷凍運転時に冷凍用蒸発器４への冷媒流量を増大させるようになっており、斯様な制御が本実施例の特徴となっている。
図３は、圧縮機９の断面を示している。この図３において、圧縮機９は、圧縮要素が低圧段側圧縮部（１段目圧縮部に相当）２８と高圧段側圧縮部（２段目圧縮部に相当）２９により構成されたレシプロ式の二段圧縮機であり、密閉ケース３０内に収納した電動機３１の回転軸３２の回転に伴って偏心して回転する偏心軸３３によってコンロッド３４を図示横方向に往復運動させるよう構成している。

コンロッド３４の先端にはボールジョイント３５でピストン３６がかしめ固定されており、シリンダー３７内のピストン３６の往復運動によって低圧段側圧縮部２８と高圧段側圧縮部２９に対して交互に冷媒を吸い込み、圧縮して吐出するものであり、圧縮部へのポールジョイント３５の採用により、容積効率を向上させ、本来なら２つの圧縮部を必要とする２段圧縮機の外形スペースの拡大を抑制している。

低圧段側圧縮部２８の吸込口２８ａは、冷凍用蒸発器４からアキュムレータ１７を介して連結した冷凍側サクションパイプ１８の端部が接続され、低圧段側圧縮部２８の吐出口２８ｂは、圧縮したガス状冷媒を吐出するように密閉ケース３０内に開口している。また、高圧段側圧縮部２９の吸込口２９ａは、密閉ケース３０内のガス状冷媒を吸入するように密閉ケース３０内に開口し、高圧段側圧縮部２９の吐出口２９ｂは、凝縮器１１への吐出管に接続されている。

冷凍用蒸発器４の吐出側に接続されたアキュムレータ１７は、気液を分離し、冷凍用蒸発器４で蒸発しきれなかった液状冷媒を貯留してガス状冷媒のみを送り出し、圧縮機９のシリンダー３７に液冷媒が流入することによる支障を防止する作用をおこなうものであり、本実施例では、冷凍用蒸発器４の後段にのみ設けている。
冷蔵用蒸発器５からの冷蔵側サクションパイプ１９は圧縮機９の密閉ケース３０内の中圧段となる空間部に導入するよう接続している。したがって、冷蔵用蒸発器５からの吸込み冷媒は圧縮機９のシリンダー３７内に直接流入しないため、冷蔵用蒸発器５の後段にはアキュムレータを設ける必要は特になく、設置する場合は小形のものでよい。冷蔵用蒸発器５側の冷蔵側サクションパイプ１９から吸い込まれたガス状冷媒は、低圧段側圧縮部２８の吐出口２８ｂから密閉ケース３０内に吐出されるガス状冷媒とともに、連通する高圧段側圧縮部２９の吸込口２９ａに吸い込まれ圧縮される。

調節弁１２は、圧縮機９からの吐出ガスを受けて液化する凝縮器１１の出口側に設けられており、冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５への冷媒流路を切り替えるとともに、その冷媒流量比率（全開時に対する開口割合）を制御するもので、本実施例では、通常制御時においては、冷蔵用蒸発器５への冷媒流量比率を制御すると共に冷凍用蒸発器４への冷媒流量比率を１００％（全開）に制御するようにしている。この場合、冷蔵用蒸発器５への冷媒流量を絞り調節している状態では、冷凍用蒸発器４へは十分な量の冷媒が供給されるようになっている。

図４は、調節弁１２の横断面を示している。この図４に示すように、弁ケース３８の底面に設けられた弁座３９に、凝縮器１１（実際にはドライヤ）からの冷媒の流入口４０が形成されていると共に、冷凍用蒸発器４側への冷媒流出口である冷凍側弁口４１と冷蔵用蒸発器５側への冷媒流出口である冷蔵側弁口４２とが形成されている。
弁座３９に対して円盤状の弁体４３が摺接するように回転軸４６で回動可能に支持してなり、基本的な構造は三方弁に類似している。この弁体４３の側面にはストッパー４４が取付けられており、そのストッパー４４が弁座に取付けられた規制部４５に当接することにより弁体４３の回転初期位置と回転終了位置が決められている。

弁体４３の下面（弁座３９との対向面）には厚肉段部４３ａが一体に膨出形成されており、その厚肉段部４３ａが冷凍側弁口４１及び冷蔵側弁口４２を全閉可能となっている。厚肉段部４３ａの裏面（弁座３９との摺接面）において各弁口４１，４２に対向する回転軌跡上には厚肉段部４３ａの端部から所定角度にわたって断面Ｖ字状の冷凍側溝部４７及び冷蔵側溝部４８が円弧状にそれぞれ形成されており、弁体４３が所定の回転範囲に位置した状態で、冷凍側溝部４７が冷凍側弁口４１に対向して連通すると共に、冷蔵側溝部４８が冷蔵側弁口４２に対向して連通する。

弁体４３は、弁ケース３８の上面に設けられた図示しないステッピングモータの回転と同期して回転するようにマグネットカップリングされており、ステッピングモータにより０〜８５のパルス位置にオープンループで回転制御されるものである。
尚、図４では、ストッパー４４が規制部４５に当接した初期位置を示しており、その初期位置でステッピングモータのパルス数が０パルスに設定される。

ステッピングモータは、制御装置２２からのパルス信号で弁体４３を図４に示した初期位置から矢印Ａ方向への回転させるものであり、所定のパルス位置で弁体４３の冷凍側溝部４７が冷凍側弁口４１と連通した場合には、流入口４０から弁ケース３８内に流入した冷媒が、冷凍側溝部４７と連通する冷凍側弁口４１から流出し、冷凍側主キャピラリチューブ１５を経由して冷凍用蒸発器４に流入して蒸発することにより当該冷凍用蒸発器４の温度が低下する。

一方、同様に冷蔵側溝部４８と冷蔵側弁口４２とが連通した場合には、冷蔵側溝部４８に流入した冷媒が連通する冷蔵側弁口４２から冷蔵側キャピラリチューブ１６を経由して冷蔵用蒸発器５に流入して蒸発することにより当該冷蔵用蒸発器５の温度が低下する。
この場合、冷凍側弁口４１、冷蔵側弁口４２から流出する冷媒流量は、各弁口４１，４２に対向する冷凍側溝部４７、冷蔵側溝部４８の断面積の大きさによって変化し、その断面積が図５（ａ）〜（ｃ）に示すように大きくなるほど、冷媒流量は大となる。

ここで、冷凍側溝部４７の断面面積は、弁体４３の回転方向の部位にかかわらず始端部（弁体４３の回転方向の先端）から中間部まで一定となるように設定され、その中間部から終端部（厚肉断部４３ａの開放端縁）まで始端部側の断面積より大なる一定の断面積となるように設定されている。また、冷蔵側溝部４８の断面面積は、始端部から終端部となるにしたがって増大するように設定されており、特に、始端部から所定の中間部までは断面面積の増大度合が小さく設定され、その中間部から終端部までは増大度合いが大きく設定されている。さらに、冷蔵側溝部４８の始端部は、冷蔵側溝部４８の終端部と冷蔵側弁口４２とが連通開始した状態で、全閉状態から一気に所定の流量比率を確保するような形状に形成されている。

以上のような構成により、調節弁１２は、後述するように流路の切り替えや流量調整がきめ細かく制御できることから、ステッピングモータによる回転制御によって冷媒流量比率をリニアに変更することができる。
図６は、調節弁１２の弁体４３の回転位置と冷凍側弁口４１及び冷蔵側弁口４２の位置関係を示し、図７は、調節弁１２の弁体４３の回転位置と冷凍側弁口４１及び冷蔵側弁口４２の流量比率との関係を示している。

（ａ）４パルス位置（図６（ａ）、図７（ａ））
急速冷蔵運転時は、図中右回りに回転する弁体が４パルス位置にあり、冷蔵側溝部４８と冷蔵側弁口４２とが合致しており、冷媒が冷蔵用蒸発器５のみに流れ、冷蔵用蒸発器５のみ冷却作用が行われる
（ｂ）２０パルス位置（図６（ｂ）、図７（ｂ））
例えば、冷凍区画２及び冷蔵区画３とも所定の冷却温度状態にある場合は、弁体４３が２０パルスの位置にあり、冷凍側溝部４７と冷凍側弁口４１、及び冷蔵側溝部４８と冷蔵側弁口４２とは合致せず、冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５の双方への弁口４１，４２は弁体４３の厚肉段部４３ａによる全閉状態にあって冷媒は流れず冷却作用はおこなわれない。

（ｃ）２９パルス位置（図６（ｃ）、図７（ｃ））
冷凍運転停止状態での時間経過や冷凍室扉の開扉により、冷凍区画２の温度が上昇したことを冷凍室庫内温度センサ２３が検知した場合は、２９パルスの位置まで弁体４３が回転し、冷凍側溝部４７が冷凍側弁口４１に連通状態になるため、冷媒が冷凍用蒸発器４側へ全開時の２０％程度流れる。このとき冷蔵側溝部４８と冷蔵側弁口４２とは依然として連通関係はなく、冷蔵用蒸発器５に冷媒は供給されないものである。

（ｄ）４１パルス位置（図６（ｄ）、図７（ｄ））
急速冷凍運転時は、４１パルスの位置まで弁体４３が回転し、冷蔵側弁口４２が弁体４３の厚肉段部４３ａから完全に脱出し、冷蔵側弁口４２が全開するので、冷凍用蒸発器４、ひいては冷凍区画２を集中して冷却することにより急速冷凍運転を実行できる。この場合、圧縮機９を高速回転することにより冷凍用蒸発器へ十分な冷媒を供給するようにしている。

（ｅ）４９パルス位置（図６（ｅ）、図７（ｅ））
冷蔵区画３の温度が上昇したような場合には、４９パルスの位置まで弁体４３が回転し、冷蔵側溝部４８の終端部が冷蔵側弁口４２と連通状態になるため、最小流量比率５％の冷媒流が生じ冷蔵用蒸発器５側の冷却作用が開始される。このときも冷凍用蒸発器４は全開により冷媒の流出状態を保持している。

（ｆ）６２パルス位置（図６（ｆ）、図７（ｆ））
弁体４３が６２パルス位置では、冷蔵側溝部４８の狭幅領域の中間位置が冷蔵側弁口４２と連通して冷蔵用蒸発器５への冷媒流量がリニアに増加している中間状態にあり、この間の滑らかな流量調整により冷蔵用蒸発器５の冷却能力を微調整することができる。
（ｇ）７１パルス位置（図６（ｇ）、図７（ｇ））
冷蔵側溝部４８の狭幅領域の終了位置が冷蔵側弁口４２と対向して冷蔵用蒸発器５への冷媒流量がリニアに増加する終了状態にある。

（ｈ）８２パルス位置（図６（ｈ）、図７（ｈ））
冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５を両方同時に冷却する必要を生じたときは、８２パルスの位置まで弁体４３が回転し、冷凍側溝部４７及び冷蔵側溝部４８とも弁体４３の厚肉段部４３ａから脱出し、双方の弁口４１，４２とも全開状態となって、冷凍用蒸発器４と冷蔵用蒸発器５には同時に冷媒が供給され冷却作用を呈する。

この場合、図７に示すように、冷凍用蒸発器４への冷媒流量比率が２０％程度で一定となっている領域（図中に矢印Ｂで示す）を設けているのは、弁体４３が２９パルス位置で弁体４３の位置ずれにかかわらず冷凍用蒸発器４への冷媒流量比率が２０％程度となることを保証するためである。また、冷蔵用蒸発器５への冷媒流量比率が７１パルスまでは弁体４３の回転の上昇に応じた流量比率の上昇は緩やかであるのに対して、パルス数７１を上回る回転位置では、弁体４３の回転の上昇に応じた流量比率は急激に上昇している。つまり、冷凍用蒸発器４への冷媒流量比率の制御では、調節弁１２の弁体４３がパルス数７１に位置したときに変曲点（図７中に矢印Ｃで示す）を有することを意味している。これは、より細かな冷媒流量の制御を行うには、図７に示す絞り領域（パルス数４５〜７１）のパルス数を増大して１パルス当たりの冷媒流量の調整量を少なくすればよいものの、弁体４３を１回転させるパルス数には制限があり、パルス数の増大は困難であるからである。

ここで、冷蔵用蒸発器５へのより細かな冷媒流量の調整を必要とするのは、冷媒流量が小さい範囲であることに着目し、弁体４３の流路を工夫することにより、弁体４３が４５〜７１パルスまでは弁体４３の１パルス当たりの冷媒流量の増大変化量を抑制し、７１〜８２パルスで１パルス当たりの冷媒流量の増大変化量を増大するようにしている。
また、調節弁１２の弁体４３の回転位置が４５〜５３パルスでは、冷蔵用蒸発器５への弁口面積は絞り領域の最小面積となっているものの、その最小面積は、例えば圧縮機９に設けられたストレーナを通過可能な異物の面積よりも大に設定されている。これは、冷凍サイクル中に異物、例えば冷媒パイプを切断したときの金属粉や溶接時のスケール等が含まれていた場合は、それらの異物が最小流路で詰まる虞があるものの、最小面積を、ストレーナを通過可能な異物よりも大に設定することにより、異物が調節弁１２の冷蔵用蒸発器５への冷蔵側弁口４２で詰まってしまうことを防止できるからである。

本実施例においては、図６に示すように、冷凍側弁口４１は全開あるいは全閉のいずれかにほぼ固定し、冷蔵側弁口４２への流量比率を冷蔵側溝部４８により変化させて冷媒流量をパルス４９〜７１の範囲でリニアに調整するようにしている。
尚、冷凍サイクル装置１０における冷凍側主キャピラリチューブ１５及び冷蔵側キャピラリチューブ１６は、冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５での冷媒蒸発温度に温度差をつけるため、冷凍側主キャピラリチューブ１５の絞りを強くしている結果、前述したように冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５双方へ冷媒を流す場合は必然的に流路抵抗の小さい冷蔵用蒸発器５に流れやすくなり、冷凍用蒸発器４へは流れにくくなる傾向にあって、極端な場合は冷凍用蒸発器４には冷媒が流れない状況が発生する。

これを改善するため調節弁１２においては、冷凍区画２及び冷蔵区画３の各冷却のための冷媒流制御とともに、いわゆる冷媒の片流れを防止するため、冷媒が流れやすく設けられた冷蔵用蒸発器５への冷媒流量を紋るように制御を加えている。
また、調節弁１２に流入する冷媒は凝縮器１１で凝縮された冷媒で、気液が混合しており、調節弁１２に流入した段階で流速が低下することから、調節弁１２の下方に液冷媒が溜まりやすくなる。このため、調節弁１２の弁座が水平でない場合、下側に位置する弁口の方が冷媒の液比率が高くなることになる。本実施例では、冷蔵用蒸発器５への冷媒流量を制御することを基本にしていることから、冷蔵側弁口４２が冷凍側弁口４１よりも高い位置となると、流量を制御できないガス状冷媒が多くなり、弁体４３による冷媒分流の制御が不可能となる。

そこで、本実施例では、図８に示すように取付金具１３に対して調節弁本体１４が傾くように一体に設け、取付金具１３が水平位置に取付けられた状態で、冷蔵側弁口４２が冷凍側弁口４１よりも下方に位置するようにした。このような構成により、冷蔵側弁口４２に溜まる液冷媒の比率を冷凍側弁口４１よりも高めることができ、冷蔵用蒸発器５への冷媒流量比率の制御が可能となる。

一方、調節弁１２における弁口の開口制御は、冷凍用蒸発器４と冷蔵用側蒸発器５への弁流量比率を双方とも全開、或いは全閉したり、また、冷凍側弁口４１を絞ると共に冷蔵側弁口４２を全開したり、或いは冷蔵側弁口４２を紋ると共に冷凍側弁口４１を全開したりするなど種々のパターンを選択することができるが、本実施例では、冷凍用蒸発器４と冷蔵用蒸発器５とを並列に接続しており、通常制御では、冷凍側弁口４１を全開した状態で冷蔵側弁口４２を紋り調節するようにしている。

この場合、冷凍側弁口４１が全開の状態では、冷蔵側弁口４２の絞り調節による冷媒流量にほとんど影響されることなく冷凍用蒸発器４はほぼ所定の冷凍能力を得られることになり、冷蔵用蒸発器５の冷却能力についても、冷蔵側弁口４２の絞り調節、及び圧縮機９の回転数調節で所定の冷房能力を得ることができるものである。
つまり、冷凍側弁口４１から流出した冷媒は、冷凍区画２における冷却温度に即した蒸発温度になるよう設定した冷凍側主キャピラリチューブ１５を通過する際に減圧され、冷凍用蒸発器４において例えば−２５℃程度で蒸発する。同様に、冷蔵側弁口４２から流出した冷媒は、冷蔵区画３での冷却温度に即した蒸発温度になるよう設定した冷蔵側キャピラリチューブ１６を通過する際に減圧され、冷蔵用蒸発器５において例えば−５℃程度で蒸発する。

次に冷凍サイクル装置１０の動作について図９を参照して説明する。電源投入によって圧縮機９が駆動されると、圧縮され高温高圧となったガス状冷媒は凝縮器１１に吐出されて液化されてから調節弁１２に至る。調節弁１２は前記のように種々のパターン設定が可能であるが、電源投入の際には、冷凍区画２、冷蔵区画３とも未冷却の状態であるので、両方の弁口４１，４２は全開状態になり、冷媒は冷凍側主キャピラリチューブ１５及び冷蔵側キャピラリチューブ１６に流入して減圧され冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５にそれぞれ流入して各蒸発温度で蒸発し、各区画２，３を所定温度に冷却する。

このとき、前記のように蒸発温度差を形成するためのキャピラリチューブ１５，１６の流路抵抗の差による冷蔵用蒸発器５への冷媒の片流れをなくすため、調節弁１２は冷媒の流れやすい冷蔵用蒸発器５への冷媒流量をやや絞るようにして冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５への冷媒流量をバランスよく保持するように制御する。
冷凍用蒸発器４からの冷媒はアキュムレータ１７に流入し、冷凍用蒸発器４からの冷媒中に蒸発しきれなかった液冷媒が残っている場合はアキュムレータ１７内部に貯留され、ガス状冷媒のみが冷凍側サクションパイプ１８から圧縮機９の低圧段側圧縮部２８に吸い込まれる。また、冷蔵用蒸発器５で蒸発したガス状冷媒は冷蔵側サクションパイプ１９を経由して圧縮機９の中間圧となっている密閉ケース３０内に導入される。

冷凍用蒸発器４から圧縮機９の低圧段側圧縮部２８に吸い込まれ、圧縮されて密閉ケース３０内に吐出されたガス状冷媒は、冷蔵用蒸発器５から密閉ケース３０の中圧空間部に流入したガス状冷媒と合流して高圧段側圧縮部２９に吸い込まれ、圧縮されて凝縮器１１に吐出されることにより冷凍サイクルを形成する。
したがって、上記構成の冷凍サイクル装置１０によれば、冷凍区画２及び冷蔵区画３の設定温度に合わせた蒸発温度になるようなキャピラリチューブ１５，１６をそれぞれに備えた冷凍用蒸発器４及び冷蔵用蒸発器５を設置するので、一段の圧縮機を用いることにより冷凍用蒸発器４の圧力に制限されて蒸発温度の差を設けることが困難な構成に比べ、冷蔵用蒸発器５からの冷蔵側サクションパイプ１９を圧縮機９の密閉ケース３０内の中圧空間部に接続させることで、冷蔵用蒸発器５の蒸発温度を冷凍用蒸発器４に対し庫内冷却温度に即して高くすることができると共に、圧縮機９の入力負荷が小さくなるので、冷凍サイクル効率を上げ、消費電力を低減することができる。

ここで、冷媒流量の分配については、冷蔵用蒸発器５の出口パイプと入口パイプに取付けられた出口温度センサ２６，２７の検出温度の差を求めることで行うようにしている。
つまり、負荷が大きい場合は、熱交換量が大きくなって冷蔵用蒸発器５に流れてくる冷媒流量が少なくなり、冷蔵用蒸発器５中ですべての冷媒が蒸発してしまい、冷蔵用蒸発器５の出口パイプにおける冷媒状態はガス冷媒のみで液冷媒のない過熱状態（スーパーヒート状態）となるため、冷蔵用蒸発器５の出入口の温度差が大きくなる。

そこで、冷蔵用蒸発器５の出口と入口の温度の差（以下、過熱量と称する）が所定温度、例えば４℃になるように調節弁１２の開度を制御して所定の過熱量とすることで、圧縮機９への液バックを防止しながら、冷凍サイクル中の冷媒分布の適正化を図ることができる。そして、過熱量が例えば５℃より大きくなった場合は、冷蔵用蒸発器５の過熱状態は過度であると判定し、冷蔵用蒸発器５への冷媒配分を大きくして流量を増やし、冷蔵用蒸発器５内の冷媒を気液の二相状態にすることで冷蔵用蒸発器５における熱交換性能を保持することが可能となる。また、過熱量が例えば３℃以下となった場合は、冷蔵用蒸発器５の過熱状態は不足していると判定し、冷蔵用蒸発器５への冷媒配分を小さくして流量を減らし、冷蔵用蒸発器５内の冷媒を気液の二相状態にすることで、圧縮機９への液バックを防止することができる。

次に、制御装置２２の動作を示すに、制御装置２２は、通常の冷凍サイクル運転の制御を実行するのに加えて、本実施例に関連したスーパーヒート制御を実行すると共に、その他の制御を同時に実行するようになっており、それらの制御をフローチャート或はタイミングチャートを参照しながら説明する。
（スーパーヒート制御）
図１０は、制御装置２２によるスーパーヒート制御の基本を概略的に示している。この図１０に示すように、制御装置２２は、１分が経過したときは（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、冷蔵用蒸発器５の出入口温度データを取込み（Ｓ１０２）、それらの温度差（出口温度−入口温度）から過熱量を求めると共に、その過熱量と過熱目標温度（本実施例では４℃に設定）との差ΔＴを求める（Ｓ１０３）。そして、斯様にして求めたΔＴが、誤差を見込んで目標過熱量よりも１℃高い５℃以上か（Ｓ１０４）、目標過熱量よりも１℃低い３℃以下かを判断する（Ｓ１０５）。ここで、過熱量が３℃〜５℃の場合は、冷蔵用蒸発器５の過熱量は適切であると判断して何もすることなくステップ１０１に戻る。これに対して、過熱量が５℃以上の場合は（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、冷蔵用蒸発器５の過熱量は大きく冷媒流量が不足していると判断し、調節弁１２の弁体４３の回転位置を１パルス上昇する（Ｓ１０６、図１１参照）。これにより、調節弁１２における冷蔵用蒸発器５への流量比率が増大するので、冷蔵用蒸発器５への冷媒流量が増大する。

このような冷媒流量を増大する制御は、過熱量が５℃以上の状態で１分毎に行われ、斯様な制御状態では、調節弁１２の冷蔵側弁口４２が徐々に開口して冷媒流量が徐々に増大するものの、弁体４３の回転位置が６０パルスに達したときは、上限リミット処理（Ｓ１０７）により冷媒供給量は上限であると判断し、過熱量が５℃以上であってもパルスの上昇を禁止する。

以上の動作により、図１１に示すように過熱量の上昇が抑制されると共に低下するようになり、遂には過熱量が５℃未満となり、調節弁１２に対する制御が停止する。この場合、過熱量が３〜５℃の通常状態では、調節弁１２の弁体の回転位置を通常では６０パルスにして冷蔵用蒸発器５に対する冷媒供給を絞り領域の最大にしていることから、図１１に示すように過熱量が３℃以下となる。

ここで、調節弁１２の弁体４３の回転位置を６０パルスの上限としているのは、上述したように冷蔵用蒸発器の過熱量が大きい場合、調節弁１２の弁体の開度を上昇して冷蔵用蒸発器５への冷媒流量を高めることにより過熱量が小さくするように制御しているものの、冷凍サイクルの特性として、冷媒が流れ始めた初期には冷蔵用蒸発器５の温度が高いため、冷蔵用蒸発器５に流入した冷媒が入口付近で蒸発してしまう。このため、冷蔵用蒸発器５の過熱量が大きな状態が継続し、その後に過熱量が小さくなるという挙動を示す。つまり、冷凍サイクルの応答が遅いため、調節弁１２の弁体４３の開度を上昇するにしても過熱量の大きな状態が継続するため、さらに弁体４３の開度を上昇するという動作を継続する。このような状態では、冷凍用蒸発器４の過熱量が小さくなり、次に弁体４３の開度を降下した場合に、弁体４３の開度が過度に大きいことから、冷凍用蒸発器４への冷媒の供給を抑制するのに時間を生じたり、冷凍用蒸発器４から冷媒が液体のまま流出したりするなどの不具合を生じる。このため、調節弁１２の弁体の開度に上限を設けて、過熱量が過度にオーバーシュートしてしまうことを防止しているのである。

一方、制御装置２２は、過熱量が３℃以下となったときは（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、調節弁１２の弁体４３を１パルス降下する（Ｓ１０８、図１１参照）。これにより、調節弁１２における冷蔵用蒸発器５への流量比率が減少するので、冷蔵用蒸発器５への冷媒流量が減少する。
このような冷媒流量を減少する制御は、目標過熱量が３℃以下の状態で１分毎に行われ、斯様な制御状態では、調節弁１２の冷蔵側弁口４２が全閉して冷媒流量が徐々に減少することから、冷蔵用蒸発器５による冷媒の蒸発が促進されることにより過熱量が上昇するようになる。

以上のような制御により、過熱量と目標過熱量である４℃との差に基づいて冷蔵用蒸発器５への冷媒流量が制御装置２２により絞り調節されるので、過熱量が目標過熱量である４℃を挟んで変動するようになり、冷蔵用蒸発器５の過熱量を適切に調節することができる。
また、冷凍サイクル装置１０の運転状態は周囲環境に大きく影響を受けることから、周囲環境によっては、調節弁１２の弁体が４９パルスの下限位置まで制御されることがあり、弁体４３の回転位置が４９パルスに達したときは、下限リミッタ制御（Ｓ１０９）により過熱量が３℃以下であってもパルスの降下を禁止する。

ところで、上述したように調節弁１２に対する制御により冷凍用蒸発器４のみに冷媒を供給すると共に圧縮機９を高速回転することにより冷凍区画２を集中して冷却する急速冷凍運転を実行することができるものの、冷凍側主キャピラリチューブ１５の絞りは、圧縮機９の低速運転時において両方の蒸発器４，５への同時冷媒流しでマッチングするように設定されているので、急速冷凍時に圧縮機９を高速回転するにしても、冷凍側主キャピラリチューブ１５の流路抵抗が大きく、冷凍用蒸発器４に対する十分な冷媒流量を確保できない虞がある。

そこで、本実施例では、制御装置２２は、急速冷凍を実行する場合は、冷凍用蒸発器４の出入口温度を検出する温度センサ２５，５１の検出温度に基づいて出口と入口との温度差（過熱量）を求め、その温度差が所定の設定値（例えば５℃）以上であるときは、冷凍用蒸発器４への冷媒流量は不足していると判断し、補助開閉弁５１を開放する。これにより、冷凍用蒸発器４に対して、冷凍側主キャピラリチューブ１５に加えて冷凍側冷凍側補助キャピラリチューブ５２を介して冷凍用蒸発器４へ冷媒を供給することができるので、冷凍用蒸発器４への冷媒流量を増大して冷凍用蒸発器４、ひいては冷凍区画２を急速に冷却することができる。

そして、冷凍用蒸発器４への冷媒流量の増大により冷凍用蒸発器４の出口温度が低下し、その温度差が５℃未満となったときは、制御装置２２は、冷凍用蒸発器４への冷媒流量が十分となったと判断し、補助開閉弁５１を閉鎖する。これにより、冷凍用蒸発器４への冷媒供給は、冷凍側主キャピラリチューブ１５のみを介して行われるので、冷凍用蒸発器４への冷媒流量が通常流量に復帰する。

このような実施例によれば、調節弁１２に対する制御により冷蔵用蒸発器５への冷媒流量を絞り調節する構成において、制御装置２２は、冷凍用蒸発器４のみに冷媒を供給する急速冷凍を実行する場合に冷凍用蒸発器４の冷媒流量が不足していると判断したときは、補助開閉弁５１を開放して、冷凍側主キャピラリチューブ１５に加えて冷凍側補助キャピラリチューブ５２を介して冷媒を冷凍用蒸発器４に供給するようにしたので、冷凍側主キャピラリチューブ１５のみから冷媒を冷凍用蒸発器４に供給する構成に比較して、冷凍用蒸発器４への冷媒流量が不足することを防止して、冷凍用蒸発器４ひいては冷凍区画２を急速に冷却することができる。

また、冷凍用蒸発器４への冷媒流量を不足したことを検出するための温度センサとして、冷凍用蒸発器４の出口温度を検出する除霜用の温度センサ２６を兼用するようにしたので、全体構成を簡単化することができる。
さらに、圧縮機９として２段式圧縮機を用いるようにしたので、冷凍サイクルの効率を高めることができる。

尚、２段式圧縮機としては、図１２に示すように密閉ケース３０内が低圧式のものを用いるようにしてもよい。つまり、冷凍用蒸発器４からの冷媒が密閉ケース３０内に低圧で吐出される。低圧段側圧縮部２８は、密閉ケース３０内の冷媒を吸い込んで中間圧で吐出する。低圧段側圧縮部２８の吐出側と高圧段側圧縮部２９の吸込側とは連結管５４で接続されていると共に、その連結管５４に冷蔵用蒸発器５の出口側と連結されている。高圧段側圧縮部２９は、低圧段側圧縮部２８からの中間圧の冷媒と冷蔵用蒸発器５からの中間圧の冷媒を吸い込んで高圧で凝縮器１１に吐出する。このような２段式圧縮機の機能は、上述した２段式圧縮機の機能と同一である。

本発明は、上記実施例に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
冷蔵用蒸発器５への冷媒を絞り調節するのに代えて、冷凍用蒸発器４への冷媒を絞り調節するようにしてもよく、この場合、冷凍用蒸発器４から流出する冷媒を貯留するアキュムレータを設ける必要がある。
冷媒として可燃性冷媒の例えばイソブタンを用いた冷凍サイクルに適用するようにしてもよい。この場合、２つの蒸発器４，５の冷媒流量を制御することにより、一方の蒸発器に冷媒が偏り、冷凍サイクルに必要とされる冷媒流量が増大してしまうことを抑制することができるので、可燃性冷媒を用いた冷凍サイクルに適用するにしても、必要とされる可燃性冷媒流量を最小とすることができる。

本発明の一実施例における冷凍システムを示す概略図冷蔵庫の縦断面図圧縮機の縦断面図調節弁の横断面図調節弁の弁体の溝部と弁口との連通状態を示す要部の断面図調節弁の弁体の開度に応じた溝部と弁口との位置関係を示す図４相当図（その１）調節弁の弁体の開度に応じた溝部と弁口との位置関係を示す図４相当図（その２）調節弁の開度と冷媒の流量比率との関係を示す図調節弁の（ａ）正面図、（ｂ）側面図冷凍サイクルの冷媒の流れを示す模式図制御装置のスーパーヒート制御を示すフローチャート調節弁の開度と冷蔵用蒸発器の過熱量との関係を示す図本発明の変形例を示す図９相当図

符号の説明

図面中、２は冷凍区画、３は冷蔵区画、４は冷凍用蒸発器、５は冷蔵用蒸発器、６，７は冷気循環ファン、９は圧縮機、１１は凝縮器、１２は調節弁（冷媒流量調節手段）、２２は制御装置（制御手段、冷媒流量不足検出手段）、２３は冷凍室庫内温度センサ、２４は冷蔵室庫内温度センサ、２５は出口温度センサ、２８は低圧段側圧縮部（１段目圧縮部）、２９は高圧段側圧縮部（２段目圧縮部）、５１は補助開閉弁（補助開閉手段）、５２は冷凍側補助キャピラリチューブ（補助絞り手段）、５３は入口温度センサである。

Claims

圧縮機から吐出されるガス状冷媒を液化する凝縮器と、
この凝縮器から流入した冷媒が流出する２つの弁口を有し、一方の弁口を通じて流出する冷媒流量を当該弁口の全開時における冷媒流量に対する流量比率として弁体の開度に応じて調節可能な冷媒流量調節手段と、
この冷媒流量調節手段の各弁口から流出した冷媒が主絞り手段を通じてそれぞれ流入する冷凍用蒸発器及び冷蔵用蒸発器と、
前記冷凍用蒸発器に対応した主絞り手段と並列に接続され、補助開閉手段の開放状態で前記弁口から流出した冷媒を前記冷凍用蒸発器へ絞り状態で供給する補助絞り手段と、
前記冷凍用蒸発器への冷媒流量が不足したことを検出する冷媒流量不足検出手段と、
前記冷凍用蒸発器及び冷蔵用蒸発器からのガス状冷媒を圧縮して前記凝縮器に吐出する回転数可変式の圧縮機と、
前記冷凍用蒸発器及び冷蔵用蒸発器により冷却される冷凍区画及び冷蔵区画の冷却状態に基づいて冷凍サイクル運転を実行すると共に、前記冷媒流量調節手段に対して前記冷蔵用蒸発器への冷媒流量を絞り調節し、さらに前記冷凍用蒸発器のみに冷媒を供給する場合は前記冷媒流量調節手段に対して前記冷蔵用蒸発器への弁口を閉鎖し且つ前記冷凍用蒸発器への弁口を開放した状態で前記圧縮機の回転数を高める制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記冷凍用蒸発器のみに冷媒を供給する場合に前記冷媒流量不足検出手段が前記冷凍用蒸発器への冷媒流量の不足を検出したときは前記補助開閉手段を開放することを特徴とする冷蔵庫。
前記冷凍用蒸発器の出口温度と入口温度との差を検出する温度センサを備え、
前記冷媒流量不足検出手段は、前記温度センサが検出した温度差が設定値以上のときに冷媒流量が不足したと判断することを特徴とする請求項１記載の冷蔵庫。
前記圧縮機は、密閉ケース内に前記冷蔵用蒸発器からの冷媒が中間圧で吐出され、１段目圧縮部で前記冷凍用蒸発器からの冷媒を吸引圧縮して密閉ケース内へ中間圧で吐出し、２段目圧縮部で前記密閉ケース内の冷媒を吸引圧縮して前記凝縮器へ高圧で吐出する２段式圧縮機であることを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。
前記圧縮機は、密閉ケース内に前記冷凍用蒸発器からの冷媒が低圧で吐出され、１段目圧縮部で前記密閉ケース内の冷媒を吸引圧縮して２段目圧縮部へ中間圧で吐出し、前記２段目圧縮部で前記１段目圧縮部からの冷媒及び前記冷蔵用蒸発器からの冷媒を吸引圧縮して前記凝縮器へ高圧で吐出する２段式圧縮機であることを特徴とする請求項１または２記載の冷蔵庫。