特開 2024-125875 冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125875

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20240911BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 399Y

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033992

(22)【出願日】2023-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】000194893

【氏名又は名称】ホシザキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141645

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100076048

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 喜幾

(72)【発明者】

【氏名】関 和芳

(72)【発明者】

【氏名】加賀 進一

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 義康

(57)【要約】

【課題】一次冷媒が流通する熱交換部を冷却空間に配置することができる冷却装置を提供する。
【解決手段】一次冷媒が強制循環する一次回路３４Ａ,３４Ｂと、二次冷媒が自然循環する二次回路４４と、一次回路３４Ａ,３４Ｂを流通する一次冷媒および二次回路４４を流通する二次冷媒の間で熱交換する熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２と、二次回路４４の経路に設けられた冷却器ＥＰと、を備えるよう構成する。そして、熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２を冷却空間２８に複数備え、当該複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に異なる一次回路３４Ａ,３４Ｂが接続して、当該複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に異なる一次回路３４Ａ,３４Ｂの一次冷媒が流通するよう構成すると共に、二次回路４４は、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に跨がるよう連続した経路を形成するよう構成して、当該二次回路４４に単一の冷却器ＥＰを設ける。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機の作動により一次冷媒が強制循環する一次回路と、二次冷媒が自然循環する二次回路と、前記一次回路を流通する一次冷媒および前記二次回路を流通する二次冷媒の間で熱交換して当該二次冷媒を液化する熱交換器と、前記二次回路の経路に設けられて二次冷媒を気化して冷却する冷却器と、を備え、空気の流通が許容される開放空間に、前記一次回路を配置すると共に、当該開放空間から区画した冷却空間に、前記冷却器を配置するよう構成された冷却装置において、
前記熱交換器を前記冷却空間に複数備え、当該複数の熱交換器毎に異なる一次回路が接続して、当該複数の熱交換器毎に異なる一次回路の一次冷媒が流通するよう構成されると共に、
前記二次回路は、前記複数の熱交換器に跨がるよう連続した経路を形成するよう構成されており、当該二次回路に単一の前記冷却器が設けられている
ことを特徴とする冷却装置。

【請求項2】

前記複数の熱交換器の夫々は、複数の熱交換部を備えると共に、
前記冷却器は、前記複数の熱交換部に対応するよう設けた複数の冷却部を連結するようにして単一の冷却器を構成するようにしたことを特徴とする請求項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、冷却装置に関し、更に詳細には、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、一次冷媒および二次冷媒の熱交換を行なう熱交換器とを備える冷却装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば冷蔵庫等の貯蔵設備や空調設備等に用いられる冷却装置として、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して二次回路内に温度勾配を設けることで冷媒に密度差を形成し、密度の不均一によって重力の作用下に生じる自然対流を利用して熱伝達を行なうサーモサイフォンと呼ばれる熱輸送機構が知られている(特許文献１、特許文献２参照)。このような冷却装置の概略構成は、気相一次冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮した一次冷媒を液化する凝縮器と、熱交換器に設けられて液相一次冷媒を気化する一次熱交換部とを配管で接続するようにして一次回路を構成すると共に、熱交換器に設けられて気相二次冷媒を液化する二次熱交換部と、液相二次冷媒を気化する冷却器とを別の配管で接続するようにして二次回路を構成して、熱交換器において一次冷媒と二次冷媒とが熱交換することで、最終的に二次回路の冷却器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の一次冷媒には、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炭化水素(ＨＣ系)またはアンモニアなどが採用されると共に、二次冷媒には、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ており、自然冷媒の利用によった環境負荷の削減が図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－４８４８４号公報

【特許文献3】特開２００１－１１８１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、大型の業務用蔵庫等に用いられる冷却装置では、優れた冷却能力を担保するため一次回路に多量の一次冷媒を充填する必要がある。しかしながら、一次冷媒として炭化水素などの可燃性冷媒を使用する場合は、その使用量に応じた安全規格を満たすことが求められるため、一次回路に充填する一次冷媒の使用量が制限され、冷却装置の大型化が困難になる問題がある。特に、一定量(例えば１５０ｇ以上)の可燃性冷媒を使用した冷却装置には多くの安全規格を満たすことが求められるため、冷却装置の設計難易度が大幅に高くなると共にコストが嵩む難点があり実用化が困難であった。

【0005】

そこで、本発明は、前述した従来技術に内在する前記課題を好適に解決するべく提案されたものであって、一次回路に充填する一次冷媒量を抑制しつつ優れた冷却能力を発揮でき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】

【0006】

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、第１の発明は、
圧縮機の作動により一次冷媒が強制循環する一次回路と、二次冷媒が自然循環する二次回路と、前記一次回路を流通する一次冷媒および前記二次回路を流通する二次冷媒の間で熱交換して当該二次冷媒を液化する熱交換器と、前記二次回路の経路に設けられて二次冷媒を気化して冷却する冷却器と、を備え、空気の流通が許容される開放空間に、前記一次回路を配置すると共に、当該開放空間から区画した冷却空間に、前記冷却器を配置するよう構成された冷却装置において、
前記熱交換器を前記冷却空間に複数備え、当該複数の熱交換器毎に異なる一次回路が接続して、当該複数の熱交換器毎に異なる一次回路の一次冷媒が流通するよう構成されると共に、
前記二次回路は、前記複数の熱交換器に跨がるよう連続した経路を形成するよう構成されており、当該二次回路に単一の前記冷却器が設けられていることを要旨とする。
この発明によれば、熱交換器を複数供えるようにすることで、熱交換器毎に対応する一次回路に充填する一次冷媒量を抑制することができると共に、複数の熱交換器により単一の冷却器を冷却することで、冷却能力を高めることができる。また、複数の熱交換器に跨がるよう二次回路を連続した経路で形成することで、二次回路に充填する二次冷媒量を抑制することができる。

【0007】

第２の発明は、
前記複数の熱交換器の夫々は、複数の熱交換部を備えると共に、
前記冷却器は、前記複数の熱交換部に対応するよう設けた複数の冷却部を連結するようにして単一の冷却器を構成するようにしたことを要旨とする。
この発明によれば、複数熱交換部により複数の冷却部を冷却することができるから、冷却装置全体の冷却能力の向上を図り得る。また、複数の複数の冷却部を連結して単一の冷却器を構成することで、冷却運転に伴う冷却器に対する霜が付着する着霜面積が減少し、除霜時間の短縮や除霜時の消費電力量を抑制することが可能になる。更に、冷却装置の全体で１つの二次回路を形成することで、二次回路への二次冷媒の充填作業を一度で完了することができ、作業効率の効率化を図ることができる。また、熱交換部毎に熱負荷のばらつきが生じた状況になった場合でも、二次回路でのサーモサイフォンの自己調整作用によって二次冷媒の循環量が時間の経過と共に均一化して、冷却運転の安定化を図り得る。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る冷却装置によれば、一次回路に充填する一次冷媒量を抑制しつつ優れた冷却能力を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る冷却装置により冷却される冷蔵庫を概略で示す側断面図である。

【図2】実施形態の冷蔵庫における機械室を概略で示す平面図である。

【図3】実施形態の熱交換部を一部破断して概略で示す側面図である。

【図4】実施形態に係る熱交換部の二重管部の断面図であって、(a)は二重管部を径方向に破断した断面図であり、(b)は二重管部を長手方向に破断した断面図を一部破断して示す側面図である。

【図5】実施形態に係る冷却装置を示す概略図である。

【図6】実施形態に係る冷却装置の冷却器を示す概略図である。

【図7】別の実施形態に係る冷却装置を示す概略図である。

【図8】別の実施形態に係る冷却装置を示す概略図である。

【図9】別の実施形態に係る冷却装置を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本発明に係る冷却装置の好適な実施形態に関し、添付図面を参照しながら以下説明する。なお、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。

【0011】

(実施形態)
図１に示すように、この実施形態に係る冷蔵庫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。

【0012】

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を制御する制御装置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。なお、キャビネット１６は、冷蔵庫１０の天井となる金属パネル１８が設けられず、機械室２０の上方が開放されている。

【0013】

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に開設した開口１２ｃを介して収納室１４側に臨む台板２４との間に冷却室(冷却空間)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の開口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)。

【0014】

図３に示すように、冷却装置３２は、冷媒を強制循環する機械圧縮式の複数の一次回路３４Ａ,３４Ｂ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、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２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。

【0015】

この実施形態では、２つの一次回路３４Ａ,３４Ｂが形成されると共に、各一次回路３４Ａ,３４Ｂのそれぞれに対応して２つの熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２が備えられており、当該複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に異なる一次回路３４Ａ,３４Ｂの一次冷媒が流通するようになっている。そして、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に跨がるよう連続した経路を形成するよう二次回路４４が構成されており、当該二次回路４４に単一の冷却器ＥＰが設けられている。なお、以下の説明では、便宜的に第１熱交換器ＨＥ１および第２熱交換器ＨＥ２と指称する場合がある。

【0016】

すなわち、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の基本的な構成は共通しており、各熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に対応する一次回路３４Ａ,３４Ｂを構成する一次冷媒経路３６と、この一次冷媒経路３６と別系統に形成されて、二次回路４４を構成する二次冷媒経路４６とが設けられており、各熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２が台板２４の下面側に位置するよう冷却室２８内に配置されている(図３参照)。ここで、各熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に設けられた二次冷媒経路４６は、熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に跨がる連続した冷媒経路を形成するよう構成されており、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に対して１つの二次回路４４を備えるようになっている。このように、冷却装置３２は、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に独立した複数(２つ)の一次回路３４Ａ,３４Ｂと、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に共通した単一の二次回路４４を備えている。

【0017】

そして、当該一次回路３４Ａ,３４Ｂおよび二次回路４４毎で、熱交換可能な独立した冷媒循環経路を形成しており、各熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２において、一次回路３４Ａ,３４Ｂの一次冷媒と二次回路４４の二次冷媒との間で熱交換が行われるようになっている。ここで、一次回路３４Ａ,３４Ｂ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炭化水素系(ＨＣ系)の冷媒またはアンモニアなどが採用される。また、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好適に採用される。

【0018】

ここで、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２のそれぞれは、図４に示すように、外管１０２と、外管１０２の内側に空間をあけるようにして内管１０４が挿通された二重管部１００を備えており、内管１０４の内側の空間を一次冷媒が流通すると共に、外管１０２と内管１０４との間の空間を二次冷媒が流通するよう構成されている。すなわち、内管１０４の内側に一次冷媒経路３６が形成されると共に、外管１０２と内管１０４との間に二次冷媒経路４６が形成されている。なお、外管１０２および内管１０４は熱伝導性に優れた金属材料で形成されている。

【0019】

前記第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の二重管部１００は、管路が蛇行するよう形成されていると共に、冷却室２８から機械室２０に至るように二重管部１００の両端部が台板２４を貫通して機械室２０に露出するよう構成されている(図３参照)。ここで、機械室２０側に貫通した第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の二重管部１００の両端部は、外管１０２の端部から内管１０４が延出しており、外管１０２から延出する内管１０４の一方に、膨張弁ＥＶに接続する流入側の冷媒配管３８が接続されると共に、外管１０２から延出する内管１０４の他方に、圧縮機ＣＭに接続する流出側の冷媒配管３８が接続されて、一次回路３４Ａ,３４Ｂを形成するようになっている。そして、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の二重管部１００には、冷却器ＥＰに設けた液配管４８およびガス配管５０が二次冷媒経路４６に連通するよう接続して、二次回路４４を形成するようになっている。

【0020】

また、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の二重管部１００の管路は、ガス配管５０との接続側から液配管４８の接続側に向けて下方傾斜するようになっており、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２において冷却されて液化した液相二次冷媒が、その自重により液配管４８側に自然に流れるようになっている。また、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２は、二次冷媒経路４６を流通する二次冷媒の流通方向と一次冷媒経路３６を流通する一次冷媒の流通方向とが反対向きの対向流になるよう構成される。

【0021】

第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２は、図３に示すように、冷却室２８内に位置する二重管部１００が断熱材１１０で覆われており、冷却器ＥＰでの二次冷媒の気化に伴う冷却室２８の冷却により第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２を流通する二次冷媒が冷却されて液化しないようになっている。ここで、断熱材１１０としては特に限定されるものではなく、ポリウレタン発泡体など従来公知の断熱素材を採用することができる。なお、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２のそれぞれを断熱材１１０で個別に覆うようにしてもよく、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２を共通の断熱材１１０で覆うようにしてもよい。

【0022】

次に、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２における前記一次回路３４Ａ,３４Ｂの構成について説明する。図３に示すように、一次回路３４Ａ,３４Ｂの基本的な構成は共通しており、一次回路３４Ａ,３４Ｂのそれぞれは、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減圧手段としての膨張弁ＥＶと、液相一次冷媒を気化する対応の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の一次冷媒経路３６とを冷媒配管３８で接続して構成される(図３参照)。ここで、圧縮機ＣＭは、冷却装置３２の冷却運転時に連続駆動され、冷却装置３２の停止時に停止される。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(送風手段)ＦＭにより送出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とキャビネット１６との間に設けた空気流通孔(図示せず)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。

【0023】

すなわち、前記各一次回路３４Ａ,３４Ｂは、対応する圧縮機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、対応する熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の一次冷媒経路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冷媒経路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、前述した制御装置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(機械室２０の側部)で台板２４上に配設されている。

【0024】

また、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の夫々は、図５に示すように、複数の熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃを備えており、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に複数の熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃの一次冷媒経路３６が相互に連通するように構成されている。すなわち、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２は、熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に複数の熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃの一次冷媒経路３６を連通することにより、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に１つの連続した一次冷媒経路が複数の熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃに跨がるようになっており、冷却装置３２の全体として２組の一次冷媒経路(一次回路３４Ａ,３４Ｂ)を備えるようになっている。なお、この実施形態では、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に３つ熱交換部の一次冷媒経路３６を相互に連通するように構成してあるが、２または４以上熱交換部の一次冷媒経路３６を相互に連通するようにしてもよいことは当然である。また、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２のそれぞれが備える３つ熱交換部を便宜的に第１～第３熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃとして区別して説明する場合もある。

【0025】

具体的に、図５に示すように、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２は、それぞれの第１～第３熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃにおける二重管部１００の両端部が台板２４を貫通して機械室２０に露出するよう構成されている。第１熱交換部ＨＥａにおいて機械室２０側に貫通した二重管部１００の内管１０４の一方に膨張弁ＥＶに接続する流入側の冷媒配管３８が接続されており、当該第１熱交換部ＨＥａの内管１０４の他方に、第２熱交換部ＨＥｂにおいて機械室２０側に貫通した二重管部１００の内管１０４の一方が接続している。そして、第２熱交換部ＨＥｂの内管１０４の他方に、第３熱交換部ＨＥｃにおいて機械室２０側に貫通した二重管部１００の内管１０４の一方が接続しており、当該第３熱交換部ＨＥｃの内管１０４の他方に、圧縮機ＣＭに接続する流出側の冷媒配管３８が接続されて、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に、第１～第３熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃの一次冷媒経路３６が連続した一次回路３４Ａ,３４Ｂを形成するようになっている。

【0026】

次に、前記二次回路４４の構成について説明する。図３、図５に示すように、前記二次回路４４は、気相二次冷媒(気化冷媒)を液化する二次冷媒経路４６と、液相二次冷媒(液化冷媒)を気化する冷却器ＥＰとを備えている(図３参照)。二次回路４４は、二次冷媒経路４６と冷却器ＥＰとを液配管４８およびガス配管５０を介して接続するよう構成されており、二次冷媒経路４６から液配管４８を介して重力の作用下に液相二次冷媒を冷却器ＥＰへ供給し、冷却器ＥＰから二次冷媒経路４６へガス配管５０を介して気相二次冷媒を還流させるようになっている。すなわち、液配管４８は、液相二次冷媒を何れかの熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２から冷却器ＥＰへ導入する導入経路を形成し、ガス配管５０は、気相二次冷媒を冷却器ＥＰから何れかの熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２へ環流させる環流経路を形成している。このように、この実施形態では、液配管４８およびガス配管５０は、冷却器ＥＰを形成する蒸発管と連続した配管として形成されている。ここで、冷却器ＥＰは、機械室２０の下方に位置する冷却室２８に、前記熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の下方に位置するよう配置されており、熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の二次冷媒経路４６から液相二次冷媒が重力の作用下に流下し得るようになっている。

【0027】

本実施形態の前記二次回路４４の構成をより詳細に説明すると、図５に示すように、前記二次回路４４には前記第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２がそれぞれ備える第１～第３熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃ毎に対応して、複数の冷却部ＥＰａ～ＥＰｆを備えるよう構成されている。すなわち、この実施形態では、二次回路４４は６つの冷却部ＥＰａ～ＥＰｆを備えており、便宜的に第１～第６冷却部ＥＰａ～ＥＰｆとして区別する場合がある。そして、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２がそれぞれ備える３つ(全体で６つ)熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃで熱交換して液化した二次冷媒により、各熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃに対応した６つの冷却部ＥＰａ～ＥＰｆを冷却するよう構成されている。

【0028】

ここで、第１～第６冷却部ＥＰａ～ＥＰｆは、図５に示すように、当該第１～第６冷却部ＥＰａ～ＥＰｆにおいて液化した二次冷媒が流入する液配管４８と、気化した二次冷媒が環流するガス配管とが、前記第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２において異なる熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃに繋がるよう設けられており、全体で１つの二次回路４４を形成するよう構成されている。

【0029】

具体的に、図５の例では、第１冷却部ＥＰａに接続する液配管４８が第１熱交換器ＨＥ１の第１熱交換部ＨＥａに接続すると共に、第１冷却部ＥＰａに接続するガス配管５０が第２熱交換器ＨＥ２の第３熱交換部ＨＥｃに接続し、第１熱交換器ＨＥ１の第１熱交換部ＨＥａで液化した二次冷媒により第１冷却器ＥＰ１を冷却した後に、二次冷媒が第２熱交換器ＨＥ２の第３熱交換部ＨＥｃに環流するようになっている。また、第２冷却部ＥＰｂに接続する液配管４８が第１熱交換器ＨＥ１の第２熱交換部ＨＥｂに接続すると共に、第２冷却部ＥＰｂに接続するガス配管５０が第１熱交換器ＨＥ１の第１熱交換部ＨＥａに接続し、第１熱交換器ＨＥ１の第２熱交換部ＨＥｂで液化した二次冷媒により第２冷却器ＥＰｂを冷却した後に、二次冷媒が第１熱交換器ＨＥ１の第１熱交換部ＨＥａに環流するようになっている。更に、第３冷却部ＥＰｃに接続する液配管４８が第１熱交換器ＨＥ１の第３熱交換部ＨＥｃに接続すると共に、第３冷却部ＥＰｃに接続するガス配管５０が第１熱交換器ＨＥ１の第２熱交換部ＨＥｂに接続し、第１熱交換器ＨＥ１の第３熱交換部ＨＥｃで液化した二次冷媒により第３冷却器ＥＰｃを冷却した後に、二次冷媒が第１熱交換器ＨＥ１の第２熱交換部ＨＥｂに環流するようになっている。

【0030】

同様に、第４冷却部ＥＰｄに接続する液配管４８が第２熱交換器ＨＥ２の第１熱交換部ＨＥａに接続すると共に、第４冷却部ＥＰｄに接続するガス配管５０が第１熱交換器ＨＥ１の第３熱交換部ＨＥｃに接続し、第２熱交換器ＨＥ２の第１熱交換部ＨＥａで液化した二次冷媒により第４冷却器ＥＰｄを冷却した後に、二次冷媒が第１熱交換器ＨＥ１の第３熱交換部ＨＥｃに環流するようになっている。また、第５冷却部ＥＰｅに接続する液配管４８が第２熱交換器ＨＥ１の第２熱交換部ＨＥｂに接続すると共に、第５冷却部ＥＰｅに接続するガス配管５０が第２熱交換器ＨＥ２の第１熱交換部ＨＥａに接続し、第２熱交換器ＨＥ２の第２熱交換部ＨＥｂで液化した二次冷媒により第５冷却器ＥＰｅを冷却した後に、二次冷媒が第２熱交換器ＨＥ２の第１熱交換部ＨＥａに環流するようになっている。更に、第６冷却部ＥＰｆに接続する液配管４８が第２熱交換器ＨＥ２の第３熱交換部ＨＥｃに接続すると共に、第６冷却部ＥＰｆに接続するガス配管５０が第２熱交換器ＨＥ２の第２熱交換部ＨＥｂに接続し、第２熱交換器ＨＥ２の第３熱交換部ＨＥｃで液化した二次冷媒により第６冷却器ＥＰｆを冷却した後に、二次冷媒が第２熱交換器ＨＥ２の第２熱交換部ＨＥｂに環流するようになっている。

【0031】

このように、冷却装置３２における二次回路４４は、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に跨がるよう連続した経路を形成するよう構成されており、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の全体で二次冷媒が循環するようになっている。

【0032】

また前記冷却器ＥＰは、図６に示すように、第１～第６冷却部ＥＰａ～ＥＰｆのそれぞれが管路を蛇行させた蒸発管により形成されると共に、当該第１～第６冷却部ＥＰａ～ＥＰｆのそれぞれを横切るように設けた複数のフィンＦＩで連結されており、全体として単一の冷却器ＥＰを形成するようになっている。ここで、第１～第６冷却部ＥＰａ～ＥＰｆのそれぞれを形成する蒸発管は、液配管４８の下端に接続する流入端が、ガス配管５０の下端に接続する蒸発管５２の流出端より下方に位置するように構成してある。そして、蒸発管に流入した液相二次冷媒を、該液相二次冷媒の蒸発による作用下に管路に沿って流出端側まで拡散させるように導くようになっている。

【0033】

(実施形態の作用)
次に、本実施形態に係る冷却装置３２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３４Ａ,３４Ｂ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３４Ａ,３４Ｂ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、膨張弁ＥＶで減圧され、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の一次冷媒経路３６において二次冷媒経路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３４Ａ,３４Ｂは、対応する第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２において、一次冷媒経路３６により二次冷媒経路４６を強制冷却するように機能している。そして、一次冷媒経路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。

【0034】

前記二次回路４４では、二次冷媒経路４６が一次冷媒経路３６により冷却されているから、二次冷媒経路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冷媒経路４６に沿って液相二次冷媒が流下する。二次回路４４では、二次冷媒経路４６を備える熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の下方に冷却器ＥＰを配置することで、二次冷媒経路４６と冷却器ＥＰとの間に落差を設けてある。すなわち、液相二次冷媒を、二次冷媒経路４６の下部に接続した液配管４８を介して、冷却器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、冷却器ＥＰの蒸発管５２を流通する過程で該冷却器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を介して冷却器ＥＰから二次冷媒経路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。

【0035】

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、冷却された冷却器ＥＰに吹付けることで、冷却器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。

【0036】

ここで、実施形態の冷却装置３２は、一次回路３４Ａ,３４Ｂを構成する一次冷媒経路３６が前記冷却室２８に露出しないように当該冷却室２８に前記熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２が配置されている。このため、一次冷媒経路３６を流通する一次冷媒が冷却室２８に漏出するのを効果的に防ぐことができ、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炭化水素系(ＨＣ系)や、毒性が指摘されるアンモニアを一次冷媒に採用しつつ、冷却室２８に熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２を配置することができる。

【0037】

特に、この実施形態のように、外管１０２と、外管１０２の内側に空間をあけるようにして内管１０４が挿通された二重管部１００を熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に備えるように構成し、内管１０４の内側の空間を一次冷媒が流通すると共に、外管１０２と内管１０４との間の空間を二次冷媒が流通することで、腐食等が生じて内管１０４に孔空き(孔食)が発生したとしても、内管１０４から漏出した一次冷媒を外管１０２の内部に留まらせることができ、冷却室２８に一次冷媒が直接漏れ出すことを効果的に防ぐことができる。また、熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２において冷却室２８内に位置する二重管部１００を断熱材１１０で覆うようにすることで、熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２を流通する冷媒(一次冷媒および二次冷媒)の冷却室２８への漏れを抑制することができる。すなわち、より高い安全基準を満たした冷却装置３２を実現することができる。

【0038】

また、一次冷媒の漏れを検出するために、ガスセンサや一次冷媒の漏出時に熱交換部への一次冷媒の供給を遮断する遮断弁などの検知精度に課題のある装置構成を設ける必要が無いから、冷却装置の信頼性を高めることができる。また、高価なガスセンサや遮断弁を必要としないことにより、製品の製造コストを低廉に抑制することができる利点がある。

【0039】

また、冷却装置３２は、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２(実施形態では第１熱交換器ＨＥ１および第２熱交換器ＨＥ２の２つ)を備えており、熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に対応した一次回路３４Ａ,３４Ｂを備えるよう構成してある。このため、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に対応したそれぞれの一次回路３４Ａ,３４Ｂに充填する一次冷媒量を抑制することが可能になる。このように、箇々の一次回路３４Ａ,３４Ｂに充填する一次冷媒量を抑制することで、満たすことが要求される安全規格の水準を抑制することができ、冷却装置３２の設計を簡略化し、コストを抑制することができるようになる。

【0040】

また、二次回路４４は、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に跨がるように連続した経路を形成するよう構成し、当該二次回路４４に設けた単一の冷却器ＥＰを冷却するようにしたことで、一次冷媒の充填量の抑制により熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の箇々の冷却能力が抑制された状態でも冷却装置３２の全体としての冷却能力を高めることができる。特に、冷却装置３２が複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２を備えるようにしたことで、１つの一次回路３４Ａ,３４Ｂに対する一次冷媒の充填量を少量(例えば１５０ｇ未満)に抑えた場合でも冷却装置３２の全体としての冷却能力を高めることができ、より大型の冷蔵庫等の冷却機器に冷却装置３２を採用することができる利点がある。また、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に跨がるよう二次回路４４を連続した経路で形成してあるから、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に対応して複数の二次回路を設ける構成と比べても、二次回路４４に充填する二次冷媒量を抑制することができると共に、二次冷媒量の充填作業を一度に行うことができるから、作業の簡略化を図り得る利点がある。

【0041】

また、第１および第２熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２のそれぞれを複数(実施形態では熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２毎に３つ)の熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃに分割すると共に、当該複数の熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃに対応するように複数(実施形態では６つ)の冷却部ＥＰａ～ＥＰｆを備えるようにしたことで、１つの冷却部ＥＰａ～ＥＰｆ当りの冷媒量を少なくすることができる。これにより、各冷却部ＥＰａ～ＥＰｆにおける二次冷媒の自然循環に必要な高低差を小さくすることが可能になる。また、容積の狭小な冷却室２８に熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２と冷却器ＥＰとを配置した場合でも、熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２と冷却器ＥＰとの高低差が不充分で冷媒の押し込み作用が弱くても冷媒循環量が少なく管路抵抗が小さいので自然循環させることができ、冷却能力の低下を防止できる。

【0042】

また、複数の熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃにより複数の冷却部ＥＰａ～ＥＰｆを冷却することができるから、冷却装置３２の全体としての冷却能力の向上を図り得る。また、複数の冷却部ＥＰａ～ＥＰｆを連結して単一の冷却器ＥＰを構成するようにしたから、冷却運転に伴って冷却器ＥＰに対して霜が付着する着霜面積が減少し、冷却器ＥＰの除霜時間の短縮や除霜時の消費電力量を抑制することが可能になる。更に、冷却装置３２の全体で１つの二次回路４４を形成することにより、二次回路４４への二次冷媒の充填作業を一度で完了することができ、作業効率の効率化を図ることができる。また、熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃ毎に熱負荷のばらつきが生じた状況になった場合でも、二次回路４４でのサーモサイフォンの自己調整作用によって二次冷媒の循環量が時間の経過と共に次第に均一化され、冷却運転の安定化や効率化に寄与する利点がある。

【0043】

（別の実施形態）
次に、別の実施形態に係る冷却装置１３０について説明する。なお、この別の実施形態に係る冷却装置１０は、実施形態で説明した冷却装置３２と基本的に同一構成であり、同一の機能を有する部材・構成には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。但し、別の実施形態に係る冷却装置１３０は、１つの熱交換器ＨＥ１を備えており、当該熱交換器ＨＥ１が一次冷媒経路３６(一次回路３４Ａ)が相互に連通する３つの熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃを備えるよう構成されている。

【0044】

また、別の実施形態の冷却装置１３０は、図７に示すように、第１～第３熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃ毎に独立した蒸発器ＥＰが接続するよう構成されている。具体的には、３つの熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃに合わせて３つの独立した冷却器ＥＰを備えるよう構成してある。なお、実施形態２の冷却装置１３０が備える３つの冷却器ＥＰを便宜的に第１～第３冷却器ＥＰ１,ＥＰ２,ＥＰ３として区別する場合がある。すなわち、第１～第３熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃで熱交換して液化した二次冷媒により、各熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃに対応して設けた第１～第３冷却器ＥＰ１,ＥＰ２,ＥＰ３を冷却するよう構成されている。

【0045】

そして、別の実施形態では、３つの熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃおよび当該３つの熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃに対応する３つの冷却器ＥＰ１,ＥＰ２,ＥＰ３は、図７に示すように、それぞれ独立した複数の冷却室(冷却空間)２８ａ,２８ｂ,２８ｃに対して個別に収容されており、当該３組の熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃおよび冷却器ＥＰ１,ＥＰ２,ＥＰ３により、冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃを個別に冷却し得るようになっている。なお、独立した冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃは、１台の冷蔵庫の内部に画成するようにしてもよく、複数台の冷蔵庫に画成された冷却室であってもよい。

【0046】

このように、複数組(この例では３組)の熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃおよび冷却器ＥＰ１,ＥＰ２,ＥＰ３を、それぞれ独立した複数の冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃに対して個別に収容することで、１つの一次回路３４Ａで一次冷媒を循環させるようにすることで、複数の冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃを冷却することが可能になる。

【0047】

この場合に、図８に示すように、各冷却器ＥＰ１,ＥＰ２,ＥＰ３の二次冷媒の流通経路(二次回路４４)に、当該経路を開閉する電磁弁等の開閉手段を設けるようにしてもよい。そして、各冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃに設けた図示しないサーモスタットなどの温度検出手段の検出温度に基づいて開閉手段の開閉を切り替えることで、１つの一次回路３４Ａで一次冷媒を循環させるようにして複数の冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃを冷却しつつ、冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃ毎の温度調整が可能になる。ここで、二次冷媒の流通経路(二次回路４４)を開閉する電磁弁等の開閉手段に代えて、当該経路を流通する二次冷媒量を調整可能な流量調整弁等の流量調整手段を設けるようにしてもよく、この場合も同様に１つの一次回路３４Ａで一次冷媒を循環させるようにして複数の冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃを冷却しつつ、冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃ毎の温度調整が可能になる。更に、流量調整手段を設ける場合には、各冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃの温度調節を細かに制御することが可能になる。なお、図８の符号１３２は、前記開閉手段または前記流量調整手段を示しており、二次回路４４の内でガス配管５０に配置した例を示してある。

【0048】

また、各冷却器ＥＰ１,ＥＰ２,ＥＰ３における二次冷媒の流通経路(二次回路４４)を形成する配管(液配管４８、ガス配管５０)の管径を異ならせるようにし、各冷却器ＥＰ１,ＥＰ２,ＥＰ３毎の二次冷媒の流通量を異ならせることで、各冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃ毎の温度調節が可能になる。例えば、図９に示すように、３つの冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃの内で、冷却室２８ａに設けた冷却器ＥＰ１に対応する二次回路４４のガス配管５０の管径を太くすると共に、冷却室２８ｃに設けた冷却器ＥＰ３に対応する二次回路４４のガス配管５０の管径を細くし、冷却室２８ｂに設けた冷却器ＥＰ２に対応する二次回路４４のガス配管５０を中間の管径となるように形成することで、冷却室２８ａ,２８ｂ,２８ｃ毎の冷却能力を変えることができる。これにより、二次冷媒の流通量が増大する冷却器ＥＰ１により冷却される冷却室２８ａを低温域の冷却室として利用することができ、二次冷媒の流通量が抑制される冷却器ＥＰ３により冷却される冷却室２８ｃを高温域の冷却室として利用することができ、冷却器ＥＰ２により冷却される冷却室２８ｂを中間温度域の冷却室として利用することが可能になる。

【0049】

(変更例)
本発明に係る冷却装置としては、前述した実施形態に示すものに限られるものではなく、種々の変更が可能である。

【0050】

(１) 熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２を２つ備えるよう構成したが、３つ以上の複数の熱交換器を設けるようにしてもよい。
(２) 熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２のそれぞれが３つの熱交換部ＨＥａ～ＨＥｃを備えるようにしたが、１つの熱交換器が１つの熱交換部を備えるようにしてもよく、また２つ或いは４つ以上の複数の熱交換部を備えるようにしてもよい。また、複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２のそれぞれが備える熱交換部の数を異ならせるようにしてもよい。
(３) 冷却器ＥＰが複数の冷却部ＥＰａ～ＥＰｆを備えるよう構成したが、二次回路４４が複数の熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２に跨がるよう連続した経路を形成するよう構成し、当該二次回路４４に対して単一の冷却器ＥＰを備えるよう構成すれば冷却部の数は任意に形成することができる。
(４) 冷却室２８に位置する熱交換器ＨＥ１,ＨＥ２の二重管部１００を断熱材１１０で覆うようにしたが、当該断熱材１１０を省略するようにしてもよい。
(５) 冷却装置３２を冷蔵庫１０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。
(６) 機械室２０に配設する機器の共通基板となる台板２４により、機械室２０と収納室１４との間で空気の流通がないように収納室１４と機械室２０とを区切る構成であるが、機械室２０と収納室１４とを箱体の天板で区切る構成であってもよい。
(７) 一次回路３４の減圧手段として膨張弁ＥＶを用いたが、キャピラリーチューブやその他の手段を採用することができる。

【符号の説明】

【0051】

２０ 機械室(開放空間)，２８ 冷却室(冷却空間)，３４Ａ,３４Ｂ 一次回路，
４４ 二次回路，ＣＭ 圧縮機，ＨＥ１,ＨＥ２ 熱交換器，
ＨＥａ～ＨＥｃ 熱交換部，ＥＰ 冷却器，ＥＰａ～ＥＰｆ 冷却部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】