JPH11173684A

JPH11173684A - 冷凍冷蔵庫

Info

Publication number: JPH11173684A
Application number: JP34253597A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Oshima; 靖浩大嶋; Hiroshi Iwata; 博岩田; Tadashi Iizuka; 董飯塚; Jun Tozaki; 準戸崎; Hiroaki Matsushima; 弘章松嶋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】蒸発器前後の弁制御により庫内側へ冷媒漏れを防止し
て、庫内爆発に対する危険をなくす。【課題】炭化水素系冷媒を使用した冷蔵庫において、冷
凍サイクルより冷媒が庫内に漏れた場合、空気との混合
により爆発の危険がある。【解決手段】イソブタン等の冷媒を使用することで、通
常運転時は庫内側配管部分が大気圧より負圧として、ま
た、停止時は制御弁にて庫内配管部分を閉鎖することに
より、庫内への冷媒漏れを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】冷凍庫ないし冷凍冷蔵庫（以
下冷蔵庫と記す）において、炭化水素系の冷媒を使用し
た場合の安全性に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷蔵庫は、図２に示す冷蔵庫断
面模式図に示すように、冷媒１と呼ばれる作動流体（図
中の矢印の向きに循環する）を、圧縮機２、凝縮器３、
キャピラリ４などの減圧機構、蒸発器５を順に配管パイ
プ６で連結し、密閉して構成された冷凍サイクル内を循
環させる。またウレタンなどの断熱材で構成された断熱
壁７ａや断熱ドア７ｂにて低温を維持する空間（庫内）
８を構成し、この中に蒸発器５を設置する。ここで、圧
縮機のポンプ作用により冷媒を循環させると共に、冷媒
の液体と気体の間の相変化を利用して、低圧側の蒸発器
５（庫内８）にて熱を奪い、高圧側の凝縮器３（庫外
９）にて熱を放出させることにより成り立っている。熱
は最終的には大気へ放熱を良くするため、凝縮器３等は
大気に開放されている。なお、外観を良くするため、凝
縮器を冷蔵庫外箱鉄板に接触させつつ、断熱材の中に埋
め込むタイプもあるが、基本的に庫内に露出する冷凍サ
イクル部品は蒸発器とその前後の配管である。

【０００３】現在、作動流体としては、オゾン層破壊係
数が零のＨＦＣ１３４ａとよばれるフロン系冷媒が主に
使われている。フロン系冷媒のほとんどは、化学的に安
定で、冷凍サイクルより万一漏れたとしても着火・爆発
等の危険性が無いなど、優れた特性を持つ一方、その安
定性により大気圏内に放出された場合、いわゆる炭酸ガ
スと同様に地球温暖化の原因物質になるとの指摘がなさ
れ、その使用の良否が問われ始めている。その代替物質
として、炭化水素系の冷媒が注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】炭化水素系の冷媒を使
用した場合、次のような安全上の問題が存在する。すな
わち、基本的には、冷凍サイクルは密閉された構造で、
その中を循環する冷媒が漏れることはない。しかしなが
ら、例えば圧縮機運転中の振動によりサイクル配管の接
合部分にストレスが加わり、冷媒が漏れるに足る穴があ
くことがないとは言えない。可燃性冷媒が冷凍サイクル
より漏れた場合、空気と混合されその組成が爆発限界内
となり、さらに着火源が揃うと、爆発・火災の危険性が
存在する。特に、冷媒が冷蔵庫庫内側に漏れた場合、冷
媒は拡散せず、爆発限界内の状態に保たれる。そして、
ドア７ｂを明けた時、例えば庫内灯制御等他の制御のた
めのドアスイッチの電気接点火花等によって、爆発・火
災が起こり、人的・物的損害の発生が懸念される。よっ
て、この問題への対策が必要不可欠である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】冷凍サイクルのうち、冷
蔵庫庫内側に設置されるのは蒸発器である。ここで、通
常の圧縮機運転時、蒸発器側の圧力は低圧側となり、そ
の絶対圧は大気圧に近く、冷媒が庫内に漏れることは少
ない。しかし、圧縮機が停止中には、冷凍サイクルの圧
力は減圧機構や圧縮機等を通って徐々にバランスし、蒸
発器の圧力も大気圧より高くなって、冷媒が庫内に漏れ
る。そこで、蒸発器の前後にの制御弁を設け、これらの
弁を、運転中は共に開として従来と同様の運転を可能と
し、停止時は共に閉とすることにより、蒸発器の圧力上
昇を阻止し庫内に冷媒が漏れることを防止することが出
来る。

【０００６】また、冷凍サイクルに異常のあることを察
知した場合には、蒸発器上流側の制御弁をまず閉じ、そ
のまま暫く圧縮機の運転を継続して、冷媒を庫外である
凝縮器に溜めた後、蒸発器下流側の制御弁を閉め、圧縮
機の運転を停止すれば、庫内への漏れをより確実に防止
することが出来、安全である。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る１実施例を
示す冷蔵庫の断面模式図である。従来例と同一の機能・
構成のものは同一の符号を付して重複説明を省略する。
従来例の図２に対しての変更点は、冷媒に可燃性の流体
を使用していることと、制御弁１０ａ、１０ｂの２つが
追加してあることである。制御弁は蒸発器５の前後、す
なわち、１つ目の１０ａは、キャピラリ４と蒸発器５の
間の配管に設けてあり、もう１つの１０ｂは蒸発器５と
圧縮機２の間の配管に設けてある。そして圧縮機２の運
転に合わせて、その開閉を自在にコントロールできよう
にしてある。通常の圧縮機運転時には、これらの制御弁
は共に開の状態にすることにより、図２に示した従来の
冷蔵庫の場合と全く同じ冷凍サイクルを構成することが
出来る。なお、キャピラリー部の配管内容積は十分小さ
く、製作都合上、１０ａの制御弁をキャピラリー４と凝
縮器３の間の配管に設けても、本発明の目的とするとこ
ろの効果を十分得ることが出来る。

【０００８】本発明の冷蔵庫では、冷媒として、炭化水
素系のプロパン（Ｒ２９０）またはイソブタン（Ｒ６０
０ａ）等ないしこれらの混合物を冷媒として用いてお
り、冷媒が冷凍サイクルより漏れた場合の爆発等に対す
る検討が必要である。冷媒量としては、内容積が４００
Ｌ（リットル）クラスの冷蔵庫で９０ｇ程度が必要十分
である。一般に、爆発は、可燃性気体（炭化水素系冷
媒）と酸素などの酸化性気体（大気）の混合物が、ある
一定の組成・圧力・温度の範囲内で起こり、その範囲の
限界は爆発限界と呼ばれている。例えば、イソブタンの
場合、組成としては空気との混合体積比率で約２％（下
限）から約８％（上限）が爆発限界内となる。よって、
４００Ｌの冷蔵庫内に冷媒が約２０ｇから８０ｇの間で
漏れた場合、庫内爆発の危険性がある。一方、庫外すな
わち部屋内に漏れた場合、冷媒９０ｇが全部漏れたとし
ても４５０Ｌ以上の空間に拡散すれば、組成が爆発限界
下限より低くなり、爆発の危険性はない。４５０Ｌとい
う容積は、高さ２．５メートルとした場合、床面積約４
２センチメートル四方ということになり、冷蔵庫が設置
され実際に人間が生活する部屋を考えた場合、事実上冷
蔵庫庫外での爆発の恐れはないと言って良い。よって、
漏れへの対策は冷蔵庫庫内側への対策が必要である。

【０００９】冷凍サイクル中、冷媒が庫内に漏れると考
えられる箇所は、庫内に露出する蒸発器とその前後の配
管接続部である。より慎重を期すと、断熱壁までの配管
パイプや、さらに断熱壁に埋め込まれた配管部分に付い
ても漏れた場合には断熱壁内のウレタンを透過して、一
部が漏れ込む可能性もある。よって、本発明の実施例で
は、断熱壁の外側（庫外）に制御弁１０ａ、１０ｂを設
けてある。こうすることにより制御弁接続部から万一漏
れも、漏れ箇所は庫外であり、安全である。

【００１０】ところで、実際に冷媒が冷凍サイクル外の
大気中に漏れるためには、冷凍サイクルの一部に穴など
があり、その部分の冷媒圧力が大気圧より高くなる必要
がある。しかしながら、蒸発器側の圧力は、低温とする
ためその圧力は低く、大気圧と比べてもさほど変わらな
いのが一般的である。

【００１１】さらにここで、冷媒がイソブタンとした場
合、イソブタンの大気圧での飽和蒸気温度は−１１．７
℃であり、冷凍庫ないし冷蔵庫として実使用する蒸発圧
力としては常に大気圧以下で使用する事となる。よっ
て、キャピラリ４により減圧された後のところから、蒸
発器５を通って、圧縮機２の吸込み側の配管パイプまで
は、通常の圧縮機運転中は大気圧より低い負圧となり、
この部分から冷媒が漏れることはない。同様にプロパン
の場合の大気圧における飽和蒸気温度は−４２℃であ
り、冷凍庫での使用を考えれば、低圧側を常に大気圧以
下に保持した運転となってくる。なお、イソブタン、プ
ロパン共に、従来の圧縮機にてそのまま使用できず、圧
縮機の押除量調整や運転耐圧の向上を図る必要があり、
これらの混合物等を使用することが考えられている。現
在説明している本発明の実施例において、この混合物等
を冷媒として使用しても、同様の効果が得られることは
言うまでもない。

【００１２】一方、圧縮機運転停止時には、制御弁１０
ａ、１０ｂを共に閉とする事により、冷蔵庫内の蒸発器
５を低圧（大気圧に対して負圧）のまま保持することが
出来、庫内に冷媒が漏れることがない。よって、圧縮機
運転・停止状態に対応して制御弁１０ａ、１０ｂを共に
開・閉の状態に制御すれば、冷蔵庫内に冷媒が漏れるこ
とは常になく、爆発・火災等の事故発生を防ぐことが出
来る。これを実現する方法としては、例えば、圧縮機を
電動とした場合、制御弁を電源オンで開となる電磁弁と
し、圧縮機の電源ラインと同じに制御弁をつなぐことに
より、容易に実現可能である。また、流通抵抗は大きく
なるが、２つの制御弁をともに、流体の流れを一方向だ
けに制限する逆止弁としても構わない。なお、蒸発器下
流側の制御弁１０ｂの方は、例えば圧縮機２自体に逆止
弁と同等機能を有し、圧縮機側から蒸発器側に冷媒が逆
流する恐れのないときは、この一方の制御弁１０ｂを省
略すれば、コストを抑えることができる。

【００１３】このようにすることにより、次のような効
果もある。圧縮機運転停止時に、一旦冷やされた蒸発器
の冷媒と高温の凝縮器の冷媒が混合されることによりエ
ンタルピをロスする、いわゆる冷凍サイクルの断続ロス
をなくし、省エネルギーにも貢献することが出来る。

【００１４】さらに、これらの制御弁を次のように制御
する応用が考えられる。冷凍サイクルに穴があき、冷媒
が漏れた場合や逆に大気が冷凍サイクルに進入した場
合、冷凍サイクルの各部の温度に異常が発生する。そこ
で冷凍サイクルの温度を検知しておき、異常を検出した
場合に、蒸発器５入り口側の制御弁１０ａをまず閉め、
暫く圧縮機２の運転を継続して、蒸発器内の冷媒を全て
凝縮器３側に溜めた後、下流側の制御弁１０ｂを閉める
と共に、圧縮機の運転を停止する。これにより、より確
実に庫内８への冷媒の漏れを防止する事が出来る。そし
て、そのまま再運転をしないように制御すれば、さらに
安全である。また、異常の原因が、明らかに高圧側での
漏れだと判断できる場合は、先ほどと逆の順序に制御弁
を閉じれば、冷媒を蒸発器側に溜めることができ、冷凍
サイクルからのそれ以上の冷媒漏れを防ぐことができ
る。

【００１５】

【発明の効果】冷蔵庫庫内への冷媒漏れを防止すること
が出来、可燃性の冷媒を使った場合にも、爆発・火災と
いった事故の恐れがなく、地球温暖化の問題のない炭化
水素系の冷媒の冷凍サイクルへの使用を可能とすること
が出来る。また、冷凍サイクルの断続エンタルピのロス
をなくし、省エネルギーに貢献することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る冷蔵庫の断面模式図

【図２】従来の冷蔵庫の断面模式図

【符号の説明】

１…冷媒、２…圧縮機、３…凝縮器、４…キャピラリ、
５…蒸発器、６…配管パイプ、７ａ…断熱壁、７ｂ…断
熱ドア、８…庫内、９…庫外、１０ａ，１０ｂ…制御
弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸崎準栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者松嶋弘章茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機と凝縮器と減圧機構と蒸発器とを順
に配管でつないで構成した冷凍サイクルと、断熱材で構
成された冷蔵庫内に、前記蒸発器が設置された冷凍冷蔵
庫において、冷媒として可燃性の作動流体を使用し、蒸
発器の前後に制御弁を設け、通常圧縮機運転時は制御弁
を開とし、圧縮機停止時は制御弁を閉として、蒸発器圧
力を低圧に保つことを特徴とする冷凍冷蔵庫。
【請求項２】可燃性冷媒として、プロパン、イソブタン
等の炭化水素系の混合物とし、圧縮機運転中の蒸発圧力
を大気圧以下にしたことを特徴とする請求項１の冷凍冷
蔵庫。
【請求項３】圧縮機運転中、異常検出時には、蒸発器上
流の制御弁をまず閉め、冷媒を凝縮器に溜めた後、蒸発
器下流の制御弁を閉め、圧縮機を停止するようにしたこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項２の冷凍冷蔵庫。
【請求項４】断熱材で構成された冷蔵庫外に、上記制御
弁を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項３の
冷凍冷蔵庫。