JP2016136082A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結露防止パイプから冷却室内への侵入熱を従来と同等にしつつ、冷凍サイクルの冷媒封入量を低減する。
【解決手段】圧縮機２１、第１凝縮器２２Ａ、結露防止パイプ２３、第２凝縮器２２Ｂ、絞り手段２４及び蒸発器２５が配管接続されて冷媒を循環させる冷凍サイクル２を有し、前記第１凝縮器２２Ａ、前記結露防止パイプ２３及び前記第２凝縮器２２Ｂがこの順に接続されるとともに、前記結露防止パイプ２３に前記冷媒が気液二相の状態で流れるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを有する冷却装置に関するものである。

従来、冷凍サイクルを有する冷却装置（例えば冷蔵庫）では、図５（Ａ）に示すように、圧縮機、凝縮器、結露防止パイプ、絞り手段及び蒸発器をこの順に配管接続した冷凍サイクルを有するものがある（例えば特許文献１）。

しかしながら、この冷凍サイクルでは、図５（Ｃ）に示すように、凝縮器で熱交換して凝縮した液比率の高い冷媒が結露防止パイプを通過する構成のため、結露防止パイプ内の液冷媒の比率が高くなり、冷媒封入量が高くなってしまう。つまり、単位内容積あたりの熱交換量［Ｗ／リットル］は、凝縮器の方が結露防止パイプよりも大きい関係（凝縮器＞結露防止パイプ）であるため、凝縮器で液化した液比率の高い冷媒が結露防止パイプに流入し、結露防止パイプ内では、液比率が高く冷媒封入量を増やす要因となっている。

一方で、図６に示すように、凝縮器と結露防止パイプとの順番を入れ替えることで、結露防止パイプに流入する冷媒をガス冷媒とし、結露防止パイプ内の液比率を低くして冷媒封入量を少なくすることが考えられる。

ところが、結露防止パイプに流入するガス冷媒の温度は、凝縮温度よりも高いため、冷蔵庫内への侵入熱量が増加してしまうという問題がある。

なお、特許文献２に示すように、上流側放熱器及び下流側放熱器の間に結露防止パイプを配置して、上流側放熱器、結露防止パイプ及び下流側放熱器に、超臨界状態の二酸化炭素冷媒を流すように構成したものがある。

ところが、二酸化炭素冷媒の超臨界状態での放熱は顕熱変化であり（図７（Ａ）参照）、超臨界状態の冷媒が結露防止パイプを流れる間に温度変化するため、結露防止パイプに温度分布が生じてしまい、結露防止パイプの結露防止性能が場所によって異なるという問題がある。

特開昭６１−１９１８６２号公報 特開２００７−２４８００５号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、結露防止パイプから冷却室内への侵入熱を従来と同等にしつつ、冷凍サイクルの冷媒封入量を低減することを主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る冷却装置は、圧縮機、凝縮器、結露防止パイプ、主絞り手段及び冷却用蒸発器が配管接続されて冷媒を循環させる冷凍サイクルを有し、前記凝縮器が、第１凝縮器及び第２凝縮器に分割されており、前記第１凝縮器、前記結露防止パイプ及び前記第２凝縮器がこの順に接続されるとともに、前記結露防止パイプに前記冷媒が気液二相の状態で流れるように構成されたことを特徴とする。

このように構成した冷却装置によれば、前記凝縮器が第１凝縮器及び第２凝縮器に分割されて、第１凝縮器、結露防止パイプ及び第２凝縮器がこの順に接続されるとともに、結露防止パイプに冷媒が気液二相の状態で流れるように構成されているので、結露防止パイプを流れる気液二相の冷媒における液冷媒の比率を小さくすることができる。これにより、結露防止パイプにおける液溜まりを少なくすることができ、冷凍サイクルの冷媒封入量を低減することができる。また、結露防止パイプに流れる気液二相の冷媒は、第１凝縮器により凝縮温度まで冷却されているので、結露防止パイプから冷却室への侵入熱を従来と同等にすることができる。さらに、結露防止パイプを気液二相の冷媒は、相変化を伴う潜熱変化のため、温度変化せずに一定温度で流れることから、結露防止パイプ全体に亘って温度を均一化することができる。

前記冷媒が、炭化水素系冷媒であることが望ましい。特に、前記冷媒が、自然系冷媒であるＲ６００ａであれば、フロンと同等レベルのエネルギ効率を有するので望ましい。Ｒ６００ａは可燃性であるため、冷凍サイクルへの封入量を低減する必要があるが、本発明の構成によりＲ６００ａの封入量を低減することができ、安全性を向上することができ、低コスト化も可能となる。また、自然系冷媒を用いた場合、環境への影響も小さくすることができる。

冷凍サイクルの構成を簡略化するためには、前記第１凝縮器及び前記第２凝縮器が、一体型のものであることが望ましい。

冷却装置の構成を簡略化するためには、前記第１凝縮器及び前記第２凝縮器が、共通の送風ファンにより冷却されるように構成されていることが望ましい。

前記送風ファンによる空気の流れにおいて、前記第１凝縮器が前記第２凝縮器の下流側に配置されていることが望ましい。
これならば、第２凝縮器を通過して温められた空気が第１凝縮器に当たるため、第１凝縮器において冷媒を凝縮温度まで冷却させつつ、液比率の低い状態とし易くすることができる。

第１凝縮器及び第２凝縮器の具体的な分割方法としては、前記第１凝縮器の出口冷媒温度が、前記冷媒の凝縮温度以下であり、且つ、前記結露防止パイプの出口冷媒温度との温度差が２℃以内となるように構成されていることが望ましい。
例えば、図７（Ｂ）に示すように、圧縮機の吐出冷媒温度が８５℃であり、第２凝縮器の出口冷媒温度が４０℃となるように放熱する場合、８５℃から４０℃までは顕熱変化による放熱を行い、４０℃からは潜熱変化による放熱を行うことになる。結露防止パイプに高い温度の冷媒を流すと、冷蔵庫への侵入熱が増えて消費電力量が増加するので、飽和ガス温度４０℃まで冷却した冷媒を結露防止パイプに流すことが望ましい。冷媒の温度検知に幅を持たせるために２℃以内としている。この場合、結露防止パイプに流れる冷媒は最大でも４２℃であるので、消費電力量の増加も僅かである。また、冷媒封入量を少なくするためには、飽和ガス線付近の液比率が小さい冷媒を結露防止パイプに流すことが好ましい。よって、冷媒封入量を少なくし、且つ、結露パイプからの侵入熱の増加を小さくするための方策として、飽和ガス線付近の冷媒を結露防止パイプに流すことが望ましい。

前記第１凝縮器が、周囲温度に合わせて凝縮能力が変更可能に構成されていることが望ましい。具体的には、冷却装置が、前記第１凝縮器の出口に設けられた出口温度センサと、前記第１凝縮器の送風ファンを制御する制御部とを備え、前記制御部が、前記出口温度センサの検出温度を取得して、当該検出温度が所定の目標値となるように、前記送風ファンの回転数を制御することにより、前記第１凝縮器の凝縮能力を変更するものであることが考えられる。

電源投入から最初の設定温度に到達するまでのプルダウン運転の場合には、冷蔵庫の庫内温度と周囲の外気温度との温度差が小さいので、結露が発生しない場合がある。また、周囲の湿度が低い場合についても空気中の水分が少ないため、同様のことがいえる。この場合、結露防止パイプに冷媒を流す必要はない。したがって、前記第１凝縮器及び前記結露防止パイプの間から分岐し、前記結露防止パイプ及び前記第２凝縮器の間に合流する第１バイパス路を有し、前記第１バイパス路の分岐点に流路を切り替える第１切り替え機構が設けられていることが望ましい。
この構成であれば、第１切り替え機構により流路を切り替えて結露防止パイプに冷媒を流さないようにできるので、上記のような場合に、冷蔵庫への熱浸入を低減することができる。

また、低外気温時や蒸発温度が低い場合等において、第１凝縮器に滞留する液冷媒を低減するためには、前記圧縮機及び前記第１凝縮器の間から分岐し、前記第１凝縮器及び前記結露防止パイプの間に合流する第２バイパス路を有し、前記第２バイパス路の分岐点に流路を切り替える第２切り替え機構が設けられていることが望ましい。

従来の製氷機を有する冷蔵庫として、製氷用蒸発器及び冷却用蒸発器が直接に接続されたものがある。この構成では、冷却能力を確保するためには製氷用蒸発器の蒸発量と冷却用蒸発器の蒸発量との合計が冷媒流量として最低限必要となる。ここで、製氷用蒸発器には冷却用蒸発器で蒸発する分の冷媒が流れるため、冷却用蒸発器で蒸発する冷媒は製氷用蒸発器では液のまま流れることになる。そうすると、配管全体で液冷媒となる割合が多くなるため、冷却のために必要な冷媒量が多くなる。
また、離氷用ヒータを用いて製氷皿から離氷する場合には、製氷用蒸発器に冷媒が残ったまま離氷用ヒータを通電するため、離氷用ヒータの熱量が冷媒の加温・蒸発に奪われ、離氷用ヒータの消費電力量が増加する。
さらに、離氷用ヒータへの通電中には、製氷用蒸発器への冷媒供給を停止する必要があるが、そうすると、冷却用蒸発器への冷媒供給も停止する必要があるため、離氷中に冷却室の冷却ができず冷却室の温度が上昇してしまう。

この課題を解決するためには、製氷用蒸発器及び当該製氷用蒸発器の上流に設けられた製氷用絞り手段をさらに備え、前記製氷用蒸発器及び前記製氷用絞り手段が、前記第２凝縮器及び前記主絞り手段の間から分岐し、前記主絞り手段及び前記冷却用蒸発器の間に合流する第３バイパス路に設けられており、前記第３バイパス路の分岐点に流路を切り替える第３切り替え機構が設けられていることが望ましい。
この構成であれば、第３バイパス路に製氷用蒸発器及び製氷用絞り手段を設け、それらへの冷媒供給を第３切り替え機構により切り替える構成としているので、製氷皿からの離氷中においても冷却用蒸発器への冷媒供給を継続して行うことができ、冷却室の温度上昇を抑えることができる。また、ヒータを用いて離氷する場合に、ヒータから加えられる熱が製氷用蒸発器内にある冷媒に奪われてしまうことを防ぎ、より少ない消費エネルギで製氷皿から離氷させることが可能となる。

前記第３バイパス路における前記製氷用蒸発器の下流に第２絞り手段が設けられていることが望ましい。

製氷皿を冷却する製氷用蒸発器及び当該製氷用蒸発器の上流に設けられた製氷用絞り手段をさらに備え、前記製氷用蒸発器前記製氷用絞り手段が、前記第２凝縮器及び前記主絞り手段の間から分岐し、前記冷却用蒸発器及び前記圧縮機の間に合流する第４バイパス路に設けられており、前記第４バイパス路の分岐点に流路を切り替える第４切り替え機構が設けられていることが望ましい。
この構成であれば、第４バイパス路に製氷用蒸発器及び製氷用絞り手段を設け、それらへの冷媒供給を流量調整機構により調整する構成としているので、製氷皿からの離氷中においても冷却用蒸発器への冷媒供給を継続して行うことができ、冷却室の温度上昇を抑えることができる。

製氷皿を冷却する製氷用蒸発器及び当該製氷用蒸発器の上流に設けられた製氷用絞り手段をさらに備え、前記製氷用絞り手段が、前記第２凝縮器及び前記主絞り手段の間から分岐し、前記冷却用蒸発器及び前記圧縮機の間に合流する第５バイパス路に設けられており、前記製氷用蒸発器が、前記第５バイパス路の合流点及び前記圧縮機の間に設けられており、前記第５バイパス路の分岐点に流路を切り替える第５切り替え機構が設けられていることが望ましい。ここで、前記第５バイパス路の合流点及び前記冷却用蒸発器の間に第３絞り手段が設けられていることが望ましい。
この構成であれば、冷媒封入量を低減することができる。

具体的な動作内容としては、製氷皿に設けられた製氷皿温度センサをさらに備え、前記製氷皿温度センサの検出温度に基づいて、前記製氷用蒸発器への冷媒供給のオンオフを切り替えることが望ましい。

具体的には、氷が出来上がる等して、前記製氷用蒸発器２６において熱交換があまり行われなくなり、当該製氷用蒸発器６の出口において冷媒を過熱状態に保てなくなってしまう前に前記製氷用蒸発器への冷媒供給をオフするようにして効率よく冷蔵庫を運転できるようにするには、前記製氷用蒸発器が直接冷却する製氷皿に設けられた製氷皿温度センサをさらに備え、切り替え機構を制御する制御装置が、前記製氷皿温度センサで測定される温度が予め定められた下限温度以下となった場合には前記製氷用蒸発器への冷媒供給をオフするように前記第３、第４又は第５切り替え機構を切り替えるように構成しても良い。

さらに、前記製氷用蒸発器への冷媒供給をオフして冷却用蒸発器に冷媒を流通させて冷却室のみを冷却している状態において、製氷室にある氷が再び溶け出さないように冷却を再開できるようにするには、切り替え機構を制御する制御装置が、前記製氷皿温度センサで測定される温度が予め定められた上限温度以上となった場合には前記前記製氷用蒸発器に冷媒が流れるように前記第３、第４又は第５切り替え機構を切り替えるように構成しても良い。

具体的な動作内容としては、製氷皿に設けられた製氷皿温度センサと、前記冷却用蒸発器に設けられた蒸発器温度センサとをさらに備え、前記製氷皿温度センサの検出温度と蒸発器温度センサの検出温度との差に基づいて、前記製氷用蒸発器への冷媒供給量を制御することが望ましい。

具体的な動作内容としては、製氷用蒸発器の入口及び出口それぞれに設けられた入口温度センサ及び出口温度センサをさらに備え、前記入口温度センサの検出温度と前記出口温度センサの検出温度との差に基づいて、前記製氷用蒸発器への冷媒供給量を制御することが望ましい。

前記第３切り替え機構による前記製氷用蒸発器への冷媒供給の切り替えが時分割制御されることが望ましい。具体的には、前記時分割制御の周期が２秒〜１８０秒であることが望ましい。

製氷皿に設けられた製氷皿温度センサと、前記製氷皿を加熱して離氷させるための離氷用ヒータとをさらに備え、前記製氷皿温度センサの検出温度により製氷完了を検知し、その完了検知後に前記製氷用蒸発器への冷媒供給をオフして一定期間圧縮機を運転させた後に、前記離氷用ヒータを動作させることが望ましい。
この構成であれば、製氷の完了検知後に一定期間圧縮機を運転させることで、製氷用蒸発器内に残留した冷媒量を減らすことができるので、その後の離氷を効率的に行うことができる。

前記製氷用蒸発器への冷媒供給量を制御することにより前記製氷皿における製氷速度を変更することが望ましい。

このように構成した本発明によれば、前記凝縮器が第１凝縮器及び第２凝縮器に分割されて、第１凝縮器、結露防止パイプ及び第２凝縮器がこの順に接続されるとともに、結露防止パイプに冷媒が気液二相の状態で流れるように構成されているので、結露防止パイプから冷却室内への侵入熱を従来と同等にしつつ、冷凍サイクルの冷媒封入量を低減することができる。

第１実施形態の冷却装置の冷凍サイクルの構成、当該冷凍サイクルのモリエル線図及び結露防止パイプにおける冷媒の気液二相状態を示す図である。 変形実施形態の冷却装置の冷凍サイクルの構成を示す図である。 変形実施形態の冷却装置の冷凍サイクルの構成を示す図である。 変形実施形態の冷却装置の冷凍サイクルの構成を示す図である。 従来の冷却装置の冷凍サイクルの構成、当該冷凍サイクルのモリエル線図及び結露防止パイプにおける冷媒の気液二相状態を示す図である。 従来の冷却装置の冷凍サイクルを配置変更した構成、当該冷凍サイクルのモリエル線図及び結露防止パイプにおける冷媒の気液二相状態を示す図である。 二酸化炭素冷媒及びＲ６００ａ冷媒の冷凍サイクル（状態変化）のモリエル線図を示す図である。 第２実施形態の冷却装置の冷凍サイクルの構成を示す図である。 第２実施形態の冷却運転及び製氷運転を示す図である。 第２実施形態における製氷時の制御内容１を示す図である。 第２実施形態における製氷時の制御内容２を示す図である。 第２実施形態における製氷時の制御内容３を示す図である。 第２実施形態の変形例における冷凍サイクルの構成を示す図である。 第２実施形態の変形例における冷凍サイクルの構成を示す図である。 第２実施形態の変形例における冷凍サイクルの構成を示す図である。 第２実施形態の変形例における冷凍サイクルの構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下に本発明に係る冷却装置の第１実施形態について図面を参照して説明する。

第１実施形態に係る冷却装置１００は、例えば冷蔵庫、冷凍庫又は冷凍冷蔵庫等の例えば食品を収容して冷却するものであり、１又は複数の冷却室を有するものである。なお、冷却室としては、冷蔵室、冷凍室、野菜室、ボトル室等である。

具体的にこの冷却装置１００は、図１（Ａ）に示すように、圧縮機２１、凝縮器２２、結露防止パイプ２３、主絞り手段（キャピラリー又は電子膨張弁）２４及び冷却用蒸発器２５を冷媒配管で接続した冷凍サイクル２と、前記凝縮器２２を冷却するための送風ファン３と、冷凍サイクル２及び送風ファン３等を制御して冷却装置全体の冷却制御を行う制御装置（不図示）とを備えている。なお、結露防止パイプ２３は、冷却装置１００の筐体の要所の結露を防止するものであり、例えば、筐体の前面の各開口部を形成する壁内部に配置されて当該開口部の結露を防止するものである。制御装置は、例えばＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を備えたいわゆるコンピュータにより構成してあり、前記メモリに格納されている冷蔵庫用プログラムが実行され、各種機器が協働することによってその機能が実現されるようにしてある。

しかして、本実施形態の凝縮器２２は、第１凝縮器２２Ａ及び第２凝縮器２２Ｂに２分割されている。ここで、凝縮器２２の分割方法としては、前記第１凝縮器２２Ａの出口冷媒温度が、前記冷媒の凝縮温度以下であり、且つ、前記結露防止パイプ２３の出口冷媒温度との差が２［℃］以内となるようにする。これにより、冷媒封入量を少なくすることができるとともに、結露防止パイプ２３に流入するガス冷媒量を調整できる。なお、第１凝縮器２２Ａ及び第２凝縮器２２Ｂには、それぞれ送風ファン３Ａ、３Ｂが設けられている。そして、前記第１凝縮器２２Ａと、前記結露防止パイプ２３及び前記第２凝縮器２２Ｂがこの順に接続されるとともに、前記結露防止パイプ２３に前記冷媒が気液二相の状態で流れるように構成されている。前記冷媒は、炭化水素系冷媒であり、本実施形態では、自然系冷媒であるＲ６００ａである。なお、冷媒としてＲ１３４ａを用いても良い。また、第１凝縮器２２Ａを構成する冷媒配管の内容積及び第２凝縮器２２Ｂを構成する冷媒配管の内容積はともに３０ｃｃであり、結露防止パイプ２３を構成する冷媒配管の内容積は１２０ｃｃである。なお、第１凝縮器２２Ａを構成する冷媒配管の内容積及び第２凝縮器２２Ｂを構成する冷媒配管の内容積は同一である必要はなく、両者の内容積を異ならせた構成としても良い。

ここで、第１凝縮器２２Ａは、圧縮機２１から吐出されたガス冷媒の冷媒温度を凝縮温度まで冷却させつつ、液比率の低い状態になるような熱交換量とする。これにより、結露防止パイプ２３に流入する気液二相の冷媒は、液比率が低いものとなる（図１（Ｃ）参照）。

結露防止パイプ２３は、単位内容積当たりの熱交換量［Ｗ／リットル］が小さいので、結露防止パイプ２３内の液比率の増加率は低く、結露防止パイプ２３内の液比率は低い状態を保つ。そして、第２凝縮器２２Ｂに流入する気液二相の冷媒は、液比率が低いままである（図１（Ｃ）参照）。

第２凝縮器２２Ｂは、単位内容積当たりの熱交換量［Ｗ／リットル］が大きいので、第２凝縮器２２Ｂの冷媒出口では、液比率の高い気液二相の冷媒となる（図１（Ｃ）参照）。

このように構成した冷却装置１００によれば、前記凝縮器２２が第１凝縮器２２Ａ及び第２凝縮器２２Ｂに分割されて、第１凝縮器２２Ａ、結露防止パイプ２３及び第２凝縮器２２Ｂがこの順に接続されるとともに、結露防止パイプ２３に冷媒が気液二相の状態で流れるように構成されているので、結露防止パイプ２３を流れる気液二相の冷媒における液冷媒の比率を小さくすることができる。これにより、結露防止パイプ２３における液溜まりを少なくすることができ、冷凍サイクル２の冷媒封入量を低減することができる。また、結露防止パイプ２３に流れる気液二相の冷媒は、第１凝縮器２２Ａにより凝縮温度まで冷却されているので、結露防止パイプ２３から冷却室への侵入熱を従来と同等にすることができる。さらに、結露防止パイプ２３を気液二相の冷媒が流れることから、結露防止パイプ２３全体に亘って温度を均一化することができる。

その他、可燃性を有するＲ６００ａの封入量を低減することができるので、安全性を向上することができ、低コスト化も可能となる。また、Ｒ６００ａは自然系冷媒であり、環境への影響も小さくすることができる。

なお、本発明は前記第１実施形態に限られるものではない。
例えば、図２に示すように、第１凝縮器２２Ａ及び第２凝縮器２２Ｂが、一体型のものであっても良い。つまり、第１凝縮器２２Ａ及び第２凝縮器を接触して又は近接して対向配置して一体としても良いし、第１凝縮器２２Ａの放熱フィン及び第２凝縮器２２Ｂの放熱フィンを共通化することにより一体としても良い。これにより、冷凍サイクル２及び冷却装置１００の構成を簡略化することができる。

また、第１凝縮器２２Ａ及び第２凝縮器２２Ｂが、共通の送風ファン３により冷却されるように構成されたものであっても良い。この場合、送風ファン３による空気の流れにおいて、前記第１凝縮器２２Ａが前記第２凝縮器２２Ｂの下流側に配置されていることが望ましい（図２参照）。これにより、第２凝縮器を通過して温められた空気が第１凝縮器に当たるため、第１凝縮器において冷媒を凝縮温度まで冷却させつつ、液比率の低い状態とし易くすることができる。

さらに、図３に示すように、第１凝縮器２２Ａ及び結露防止パイプ２３の間から分岐し、結露防止パイプ２３及び第２凝縮器２２Ｂの間に合流する第１バイパス路Ｌ１を設け、この第１バイパス路Ｌ１の分岐点に流路を切り替える第１切り替え機構４を設けても良い。第１切り替え機構４は、三方弁からなる切り替え弁である。この切り替え弁は、図示しない制御装置によりその開閉が制御される。
そして、制御装置は、電源投入から最初の設定温度に到達するまでのプルダウン運転の場合などの冷蔵庫の庫内温度と周囲の外気温度との温度差が小さい場合や、周囲の湿度が低い場合に、第１切り替え弁４を制御して、第１バイパス路Ｌ１に冷媒を流して、結露防止パイプ２３に冷媒が流れないようにする。
この構成により、結露防止パイプ２３に冷媒を流す必要が無い場合に、結露防止パイプ２３に冷媒を流さないので、冷蔵庫への熱浸入を低減することができる。

低外気温時や蒸発温度が低い場合は冷媒の凝縮が早くなるため、第１凝縮器２２Ａに液冷媒が溜まり冷却不良が生じてしまう。また、この不具合は、複数の蒸発器を有する冷凍サイクル又は冷却負荷が小さい場合にも生じる。このため、図４に示すように、圧縮機２１及び第１凝縮器２２Ａの間から分岐し、第１凝縮器２２Ａ及び結露防止パイプ２３の間に合流する第２バイパス路Ｌ２を設け、この第２バイパス路Ｌ２の分岐点に流路を切り替える第２切り替え機構４’を設けても良い。第２切り替え機構４’は、三方弁からなる切り替え弁である。この切り替え弁は、図示しない制御装置によりその開閉が制御される。そして、制御装置は、例えば外気温度センサの検出温度等に基づいて、第２切り替え弁４’を制御して、第１凝縮器２２Ａに冷媒が流入する流路を切り替えるようにする。
この構成により、第１凝縮器２２Ａに滞留する液冷媒量を低減することができる。

その上、第１凝縮器が、周囲温度に合わせて凝縮能力が変更可能に構成することが考えられる。具体的には、冷却装置１００が、第１凝縮器２２Ａの出口に設けられた出口温度センサと、第１凝縮器２２Ａの送風ファンを制御する制御部とを備えており、制御部が、出口温度センサの検出温度を取得して、その検出温度が所定の目標値となるように、送風ファンの回転数を制御することにより、前記第１凝縮器の凝縮能力を変更することが考えられる。その他、第１凝縮器における冷媒が流れる伝熱管の本数を、例えば開閉弁によって調整できるように構成することも考えられる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る冷却装置の第２実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の冷却装置１００は、図８に示すように、圧縮機２１、凝縮器２２、結露防止パイプ２３、主絞り手段２４及び冷却用蒸発器２５を冷媒配管で接続した冷凍サイクル２と、前記凝縮器２２を冷却するための送風ファン３と、冷凍サイクル２及び送風ファン３等を制御して冷却装置全体の冷却制御を行う制御装置（不図示）とを備えている。なお、結露防止パイプ２３は、冷却装置１００の筐体の要所の結露を防止するものであり、例えば、筐体の前面の各開口部を形成する壁内部に配置されて当該開口部の結露を防止するものである。また、凝縮器２２の構成は、前記第１実施形態と同様である。

しかして、本実施形態の冷却装置は、製氷室内に設けられた製氷皿５を冷却して製氷するための製氷用蒸発器２６と、製氷用蒸発器２６の上流に設けられた製氷用絞り手段（キャピラリー又は電子膨張弁）２７と、製氷皿５に設けられた製氷皿温度センサ６と、製氷皿５を加熱して離氷させるための離氷用ヒータ７とを備えている。なお、符号１０は保冷庫温度センサである。

前記製氷用蒸発器２６及び製氷用絞り手段２７は、第２凝縮器２２Ｂ及び主絞り手段２４の間から分岐し、主絞り手段２４及び冷却用蒸発器２５の間に合流する第３バイパス路Ｌ３に設けられている。また、第２バイパス流路Ｌ３の分岐点には、流路を切り開ける第３切り替え機構８が設けられている。この第３切り替え機構８は、三方弁からなる切り替え弁である。この切り替え弁８は、凝縮器側ポート、バイパス路側ポート及び主絞り手段側ポートを有するものであり、図示しない制御装置によりその開閉が制御される。

この冷却装置における冷却運転及び製氷運転の内容について図９を参照して説明する。

冷却室を冷却する場合には、制御装置は、切り替え弁８における凝縮器側ポート及びバイパス路側ポートを連通して、主絞り手段側（図９の「流路１」）に冷媒を流す。この流路１は、凝縮器２２の下流側において、製氷用絞り手段２７及び前記製氷用蒸発器２６を経由せずに主絞り手段２４を経由して冷却用蒸発器２５に至る流路である。一方、製氷する場合には、制御装置は、切り替え弁８における凝縮器側ポート及びバイパス路側ポートを連通して、バイパス路側（図９の「流路２」）に冷媒を流す。この流路２は、凝縮器２２の下流側において、製氷用絞り手段２７及び製氷用蒸発器２６を経由して冷却用蒸発器２５に至るように構成してある。そして、この流路１への冷媒供給及び流路２への冷媒供給を切り替え弁８により交互に切り替えて、冷却室の冷却及び製氷を行う。なお、このように制御することで、製氷用蒸発器２６には、冷却用蒸発器２５で蒸発する冷媒を流す必要が無い。例えば、制御装置は、前記第流路２に冷媒を流している場合に、前記製氷用蒸発器２６の出口で冷媒が過熱状態となるようにその冷媒の流通量を少なくとも制御しつつ、前記冷却室の温度をある温度域内で保たれるように流路の切替え、及び、冷媒を流通させる時間を制御している。

ここで、制御装置により切り替え弁８の切り替えは、時分割で行われており、当該時分割制御の周期は、２秒〜１８０秒としてある。

そして、制御装置は、製氷皿温度センサ６の検出温度により製氷完了を検知し、この完了検知後に、バイパス路側ポートを閉じて流路２に冷媒が流れないようにし、離氷用ヒータ７への通電を開始する。これにより製氷皿５からの離氷が行われる。なお、この状態において、制御装置は、切り替え弁８における凝縮器側ポート及びバイパス路側ポートを連通して、冷却用蒸発器２５に冷媒を流している。

ここで、離氷用ヒータ７に通電を開始する前、つまり完了検知後に、製氷用蒸発器２６への冷媒供給をオフして一定期間圧縮機を運転させても良い。そして、この一定時間の圧縮機の運転後に、離氷用ヒータ７への通電を開始させても良い。

次に、製氷運転時における具体的な制御内容について説明する。

（１）制御内容１
図１０に示すように、制御装置は、製氷皿温度センサ６の検出温度に基づいて、切り替え弁８をオンオフ制御して、製氷用蒸発器２６への冷媒供給のオンオフを切り替える。具体的には、製氷皿温度センサ６の検出温度を製氷用蒸発器２６の温度の代表値として用いて、製氷皿温度がＴ_ＯＮ以上であれば、切り替え弁６の凝縮器側ポート及びバイパス路側ポートを連通（図１０における切り替え弁「開」）し、Ｔ_ＯＦＦ以下であれば、切り替え弁６の凝縮器側ポート及びバイパス路側ポートを遮断（図１０における切り替え弁「閉」）する。なお、Ｔ_ＯＮは、前記製氷室内の温度が高いために氷の生成が進まなくなる温度よりも低い温度に設定してある。また、Ｔ_ＯＦＦは、前記製氷用蒸発器２６において熱交換が十分に行われなくなり、出口において冷媒が過熱状態とならない温度よりも高い温度に設定してある。このように制御することで、前記流路１と前記流路２に交互に冷媒が流されることになり、製氷室内の温度は下限温度Ｔ_ＯＦＦと上限温度Ｔ_ＯＮとの間を交互に行き来することになる。つまり、前記製氷室の温度を上限温度と下限温度の間で確実に保つことができ、前記製氷用蒸発器２６の出口の状態を過熱状態に保つことができる。

（２）制御内容２
図１１に示すように、制御装置は、製氷皿温度センサ６の検出温度を製氷用蒸発器２６の温度の代表値として用い、冷却用蒸発器２５に設けられた蒸発器温度センサ（除霜用温度センサ）９の検出温度との温度差を測定する。なお、蒸発器温度センサ９は、冷蔵用蒸発器２５の冷媒の出口温度を測定するものである。

そして、制御装置は、製氷皿温度センサ６の検出温度Ｔ_ｉｎと蒸発器温度センサ９の検出温度Ｔ_ｏｕｔとの温度差（過熱度ΔＴ＝Ｔ_ｉｎ−Ｔ_ｏｕｔ）が一定となるように切り替え弁のデューティをフィードバック制御（時分割制御）する。これにより、制御装置は、製氷用蒸発器２６における過熱度を一定に保つ。なお、１制御サイクルの周期は例えば２秒〜１８０秒に設定してあり、１制御サイクルにおける前記流路２に冷媒を流す時間の残りが前記流路１に冷媒を流す時間となる。

例えば、制御装置が、切り替え弁のデューティを比例制御する場合には、ｎ回目のサイクルにおける製氷用蒸発器２６への冷媒供給量（デューティ）Ｄ（ｎ）を以下の式により求める。なお、ｋ_ｐは比例制御ゲインである。
Ｄ（ｎ）＝ｋ_ｐ｛Ｔ_ｏｕｔ（ｋ−１）−Ｔ_ｉｎ（ｋ−１）−ΔＴ｝

（３）制御内容３
図１２に示すように、制御装置は、製氷用蒸発器２６の入口及び出口それぞれに設けられた入口温度センサ１１及び出口温度センサ１２の検出温度を取得する。

そして、制御装置は、入口温度センサ１１の検出温度Ｔ_ｉｎと出口温度センサ１２の検出温度Ｔ_ｏｕｔ２との温度差（過熱度ΔＴ＝Ｔ_ｉｎ−Ｔ_ｏｕｔ２）が一定となるように切り替え弁のデューティをフィードバック制御（時分割制御）する。なお、１制御サイクルの周期は例えば２秒〜１８０秒に設定してあり、１制御サイクルにおける前記流路２に冷媒を流す時間の残りが前記流路１に冷媒を流す時間となる。

例えば、制御装置が、切り替え弁のデューティを比例制御する場合には、ｎ回目のサイクルにおける製氷用蒸発器２６への冷媒供給量（デューティ）Ｄ（ｎ）を以下の式により求める。
Ｄ（ｎ）＝ｋ_ｐ｛Ｔ_ｏｕｔ２（ｋ−１）−Ｔ_ｉｎ（ｋ−１）−ΔＴ｝

このように構成した冷却装置１００によれば、第３バイパス路Ｌ３に製氷用蒸発器２６及び製氷用絞り手段２７を設け、それらへの冷媒供給を第３切り替え機構８により切り替える構成としているので、製氷皿５からの離氷中においても冷却用蒸発器２５への冷媒供給を継続して行うことができ、冷却室の温度上昇を抑えることができる。
また、流路２に冷媒を流す場合に、前記製氷用蒸発器２６の出口において冷媒が過熱状態となるように構成することにより、冷却用蒸発器２５内には液体の冷媒は存在せず気体の冷媒のみが存在することになる。したがって、従来と比較して冷蔵庫全体の冷媒配管内における液体の冷媒が占める割合を小さくし、気体の冷媒の割合を高めることができるので、冷蔵庫に充填する最低限の冷媒量を低減することができる。このため、可燃性のある冷媒を使用する場合でもより使用上の安全性を高めることができる。
さらに、流路２に冷媒を流す場合に、前記製氷用蒸発器２６において全ての液体の冷媒が何らかの原因で蒸発しきらなかったとしても前記冷却用蒸発器２５で蒸発させることもできる。したがって、アキュームレータ等を設けなくても圧縮機２１に液体の冷媒が吸引され、故障の原因となるのを防ぐことができる。

なお、本発明は前記第２実施形態に限られるものではない。

例えば、図１３に示すように、第３バイパス路Ｌ３における製氷用蒸発器２６の下流に第２絞り手段１３を設けても良い。

冷却装置の変形例としては、図１４に示すように、製氷用蒸発器２６及び製氷用絞り手段２７が、第２凝縮器２２Ｂ及び主絞り手段２４の間から分岐し、冷却用蒸発器２５及び圧縮機２１の間に合流する第４バイパス路Ｌ４に設けられるものであっても良い。このとき、第４バイパス路Ｌ４の分岐点に流路を切り替える第４切り替え機構１４が設けられている。この第４切り替え機構１４は、三方弁からなる切り替え弁である。この切り替え弁１４は、凝縮器側ポート、バイパス路側ポート及び主絞り手段側ポートを有するものであり、図示しない制御装置によりその弁開度が制御される。なお、その制御内容は、前記第２実施形態と同様である。

また、図１５に示すように、製氷用絞り手段２７が、第２凝縮器２２Ｂ及び主絞り手段２４の間から分岐し、冷却用蒸発器２５及び圧縮機２１の間に合流する第５バイパス路Ｌ５に設けられており、製氷用蒸発器２６が、第５バイパス路Ｌ５の合流点及び圧縮機２１の間に設けられるものであっても良い。このとき、第５バイパス路Ｌ５の分岐点に流路を切り替える第５切り替え機構１５が設けられている。この第５切り替え機構１５は、三方弁からなる切り替え弁である。この切り替え弁１５は、凝縮器側ポート、バイパス路側ポート及び主絞り手段側ポートを有するものであり、図示しない制御装置によりその弁開度が制御される。この構成であれば、冷凍サイクルに封入する冷媒量を低減することができる。

加えて、図１６に示すように、第５バイパス路Ｌ５における合流点及び冷却用蒸発器２４の間に第３絞り手段１６を設けても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・冷却装置
２・・・冷凍サイクル
２１・・・圧縮機
２２・・・凝縮器
２２Ａ・・・第１凝縮器
２２Ｂ・・・第２凝縮器
２３・・・結露防止パイプ
２４・・・絞り手段
２５・・・蒸発器
Ｌ１・・・第１バイパス路
４・・・第１切り替え機構
２６・・・製氷用蒸発器
２７・・・製氷用絞り手段
Ｌ３・・・第３バイパス路
５・・・製氷皿
６・・・製氷皿温度センサ
７・・・離氷用ヒータ
８・・・第３切り替え機構

Claims (23)

1. 圧縮機、凝縮器、結露防止パイプ、主絞り手段及び冷却用蒸発器が配管接続されて冷媒を循環させる冷凍サイクルを有し、
   前記凝縮器が、第１凝縮器及び第２凝縮器に分割されており、
   前記第１凝縮器、前記結露防止パイプ及び前記第２凝縮器がこの順に接続されるとともに、前記結露防止パイプに前記冷媒が気液二相の状態で流れるように構成された冷却装置。
2. 前記冷媒が、炭化水素系冷媒である請求項１記載の冷却装置。
3. 前記冷媒が、Ｒ６００ａ又はＲ１３４ａである請求項１又は２記載の冷却装置。
4. 前記第１凝縮器及び前記第２凝縮器が、一体型のものである請求項１乃至３の何れか冷却装置。
5. 前記第１凝縮器及び前記第２凝縮器が、共通の送風ファンにより冷却されるように構成された請求項１乃至４の何れか一項に記載の冷却装置。
6. 前記送風ファンによる空気の流れにおいて、前記第１凝縮器が前記第２凝縮器の下流側に配置された請求項５記載の冷却装置。
7. 前記第１凝縮器の出口冷媒温度が、前記冷媒の凝縮温度以下であり、且つ、前記結露防止パイプの出口冷媒温度との差が２［℃］以内となるように構成された請求項１乃至６の何れか一項に記載の冷却装置。
8. 前記第１凝縮器が、周囲温度に合わせて凝縮能力が変更可能に構成されている請求項１乃至７の何れか一項に記載の冷却装置。
9. 前記第１凝縮器の出口に設けられた出口温度センサと、
   前記第１凝縮器の送風ファンを制御する制御部とを備え、
   前記制御部が、前記出口温度センサの検出温度を取得して、当該検出温度が所定の目標値となるように、前記送風ファンの回転数を制御することにより、前記第１凝縮器の凝縮能力を変更するものである請求項８記載の冷却装置。
10. 前記第１凝縮器及び前記結露防止パイプの間から分岐し、前記結露防止パイプ及び前記第２凝縮器の間に合流する第１バイパス路を有し、
    前記第１バイパス路の分岐点に流路を切り替える第１切り替え機構が設けられている請求項１乃至９の何れか一項に記載の冷却装置。
11. 前記圧縮機及び前記第１凝縮器の間から分岐し、前記第１凝縮器及び前記結露防止パイプの間に合流する第２バイパス路を有し、
    前記第２バイパス路の分岐点に流路を切り替える第２切り替え機構が設けられている請求項１乃至１０の何れか一項に記載の冷却装置。
12. 製氷用蒸発器及び当該製氷用蒸発器の上流に設けられた製氷用絞り手段をさらに備え、
    前記製氷用蒸発器前記製氷用絞り手段が、前記第２凝縮器及び前記主絞り手段の間から分岐し、前記主絞り手段及び前記冷却用蒸発器の間に合流する第３バイパス路に設けられており、
    前記第３バイパス路の分岐点に流路を切り替える第３切り替え機構が設けられている請求項１乃至１１の何れか一項に記載の冷却装置。
13. 前記第３バイパス路における前記製氷用蒸発器の下流に第２絞り手段が設けられている請求項１２記載の冷却装置。
14. 製氷皿を冷却する製氷用蒸発器及び当該製氷用蒸発器の上流に設けられた製氷用絞り手段をさらに備え、
    前記製氷用蒸発器及び前記製氷用絞り手段が、前記第２凝縮器及び前記主絞り手段の間から分岐し、前記冷却用蒸発器及び前記圧縮機の間に合流する第４バイパス路に設けられており、
    前記第４バイパス路の分岐点に流路を切り替える第４切り替え機構が設けられている請求項１乃至１１の何れか一項に記載の冷却装置。
15. 製氷皿を冷却する製氷用蒸発器及び当該製氷用蒸発器の上流に設けられた製氷用絞り手段をさらに備え、
    前記製氷用絞り手段が、前記第２凝縮器及び前記主絞り手段の間から分岐し、前記冷却用蒸発器及び前記圧縮機の間に合流する第５バイパス路に設けられており、
    前記製氷用蒸発器が、前記第５バイパス路の合流点及び前記圧縮機の間に設けられており、
    前記第５バイパス路の分岐点に流路を切り替える第５切り替え機構が設けられている請求項１乃至１１の何れか一項に記載の冷却装置。
16. 前記第５バイパス路の合流点及び前記冷却用蒸発器の間に第３絞り手段が設けられている請求項１５記載の冷却装置。
17. 製氷皿に設けられた製氷皿温度センサをさらに備え、
    前記製氷皿温度センサの検出温度に基づいて、前記製氷用蒸発器への冷媒供給のオンオフを切り替える請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の冷却装置。
18. 製氷皿に設けられた製氷皿温度センサと、
    前記冷却用蒸発器に設けられた蒸発器温度センサとをさらに備え、
    前記製氷皿温度センサの検出温度と蒸発器温度センサの検出温度との差に基づいて、前記製氷用蒸発器への冷媒供給量を制御する請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の冷却装置。
19. 製氷用蒸発器の入口及び出口それぞれに設けられた入口温度センサ及び出口温度センサをさらに備え、
    前記入口温度センサの検出温度と前記出口温度センサの検出温度との差に基づいて、前記製氷用蒸発器への冷媒供給量を制御する請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の冷却装置。
20. 前記第３切り替え機構による前記製氷用蒸発器への冷媒供給の切り替えが時分割制御される請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の冷却装置。
21. 前記時分割制御の周期が２秒〜１８０秒である請求項２０記載の冷却装置。
22. 製氷皿に設けられた製氷皿温度センサと、
    前記製氷皿を加熱して離氷させるための離氷用ヒータとをさらに備え、
    前記製氷皿温度センサの検出温度により製氷完了を検知し、その完了検知後に前記製氷用蒸発器への冷媒供給をオフして一定期間圧縮機を運転させた後に、前記離氷用ヒータを動作させる請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の冷却装置。
23. 前記製氷用蒸発器への冷媒供給量を制御することにより前記製氷皿における製氷速度を変更する請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の冷却装置。