冰箱及制冷剂流量控制方法与流程

本发明涉及进行制冷剂的流量控制的冰箱及制冷剂的流量控制方法。

背景技术：

作为一般的冰箱，已知具备储藏室、制冷剂循环回路、配设有冷却器的冷却室、从冷却室向储藏室输送冷风的鼓风机、以及将冷却室与储藏室连结的风路。而且，制冷剂循环回路利用配管将压缩机、散热器、减压装置(毛细管)、以及冷却器连接而构成。通过制冷剂在制冷剂循环回路内循环，制冷剂反复进行蒸发、压缩、冷凝、膨胀的状态变化，利用蒸发时的热量的移动来冷却储藏室。

在以往的冰箱中，向冷却器供给的制冷剂的流量由压缩机的转速和毛细管的直径来决定。而且，压缩机的冲程容积和毛细管的直径根据冰箱的最大负载点(例如夏季)和最少负载点(例如冬季)来求出、决定。这样，在使用根据最大负载点及最少负载点而设计的毛细管的情况下，在其他的负载点处，制冷剂流量的调整必然仅依赖于压缩机的转速。例如，在低外部气温时或冰箱内负载少量的情况下，使压缩机的转速在能够调整的范围内向低速侧转移而使制冷剂流量在能够调整的范围内成为少量，从而减轻压缩机的作功量。然而，即使在负载量为基于压缩机的转速调整的制冷剂流量调整范围的下限以下的情况下，也将相同的制冷剂流量向冷却器供给，因此压缩机吸入的制冷剂气体的密度变浓。由此，压缩机的负载变大，无法实现消耗电力量的减少。

因此，为了更适当地调整制冷剂流量，在专利文献1中提出了一种冰箱，该冰箱具备具有不同直径的2根毛细管，且根据外部气体温度或冰箱内负载量来切换2根毛细管。具体而言，专利文献1记载的冰箱还具备与2根毛细管连接的三通阀、以及在冷却室的入口及出口配置的温度传感器。并且，根据上述温度传感器的输出而求出冷却室的出入口温度差并与作为目标的温度差进行比较，以根据比较结果来切换2根毛细管的方式控制三通阀。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-14357号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1记载的结构中，作为2根毛细管的切换模式，局限于使制冷剂流向2根毛细管中的任一方的情况及使制冷剂流向两根毛细管双方的情况，在设计时的负载点以外的负载点(例如门开闭而使冰箱内温度急剧上升的情况)，无法实现消耗电力量的减少。相对于此，通过较多地使用具有不同直径的毛细管，能够实现与更多的负载点对应的制冷剂流量的调整，但是这种情况下存在产品成本增加这样的问题点。

本发明用于解决上述那样的问题点，其目的在于提供一种能够根据冰箱的运转状态而适当地调整向冷却器供给的制冷剂供给量，由此实现节能的冰箱。

用于解决课题的方案

本发明的冰箱具备：储藏室；制冷剂回路，其是利用配管将压缩机、散热器、分别具有不同的cv值的多个毛细管、选择该多个毛细管中的至少一个毛细管的选择机构、及冷却器连接而使制冷剂循环的制冷剂循环回路，并使制冷剂流向选择的毛细管；第一传感器，其根据制冷剂的蒸发温度或制冷剂的蒸发压力的检测而输出第一传感器值；第二传感器，其根据制冷剂的冷凝温度及制冷剂的冷凝压力中的至少任一方的检测而输出第二传感器值；及控制机构，其根据基于压缩机转速的制冷剂的流量、第一传感器值及第二传感器值来控制选择机构。

发明效果

在本发明的冰箱中，基于压缩机的转速、蒸发温度及冷凝温度等来选择多个毛细管中的至少一个，由此，能够根据冰箱的运转状态而向冷却器供给最佳的制冷剂供给量。由此，能够抑制制冷剂流量的过不足，降低压缩机的负担，并实现节能。

附图说明

图1是本发明的实施方式的冰箱的概略构成图。

图2是本发明的实施方式的制冷剂循环回路的构造图。

图3是本发明的实施方式的冰箱的控制框图。

图4是本发明的实施方式的三通阀的示意图，(a)表示第一级的流路，(b)表示第二级的流路，(c)表示第三级的流路，(d)表示第四级的流路。

图5是表示本发明的实施方式的cv值映射的一例的图。

图6是表示本发明的实施方式的制冷剂流量控制处理的流程图。

图7是说明本发明的实施方式的三通阀进行的流路选择的一例的图。

图8是说明本发明的实施方式的三通阀进行的流路选择的另一例的图。

具体实施方式

以下，基于附图，详细说明本发明的冰箱及制冷剂流量控制方法的实施方式。

图1是本发明的实施方式的冰箱100的概略构成图，图2是冰箱100所具备的制冷剂循环回路10的构造图。冰箱100具备：形成在箱体(未图示)的内部的多个储藏室9a及9b；鼓风机6；风量调节器7；包含冷却器4的冷却室8；制冷剂循环回路10；以及控制器50。而且，在储藏室9a配置有对储藏室9a内的温度进行检测的冰箱内温度传感器21，在储藏室9b配置有对储藏室9b内的温度进行检测的冰箱内温度传感器22。此外，在冷却器4配置有对制冷剂的蒸发温度进行检测的蒸发温度传感器23，在散热器2配置有对制冷剂的冷凝温度进行检测的冷凝温度传感器24。蒸发温度传感器23及冷凝温度传感器24分别相当于本发明的第一传感器及第二传感器。由蒸发温度传感器23及冷凝温度传感器24检测到的蒸发温度及冷凝温度向控制器50输出。蒸发温度及冷凝温度分别相当于本发明的第一传感器值及第二传感器值。

如图1及图2所示，制冷剂循环回路10具有压缩机1、散热器2、毛细管3、冷却器4及三通阀5。压缩机1对制冷剂循环回路10内的制冷剂进行压缩。散热器2使由压缩机1压缩后的制冷剂冷凝。毛细管3是减压装置，对由散热器2冷凝后的制冷剂进行减压。在本实施方式中，毛细管3由直径及长度中的至少任一方不同的2根毛细管3a及3b构成。毛细管3a及3b分别相当于本发明的第一毛细管及第二毛细管。三通阀5相当于本发明的选择机构，具有一个入口流路5a和两个出口流路5b、5c。三通阀5对两个出口流路5b及5c进行开闭来选择制冷剂的流路。出口流路5b与毛细管3a连接，出口流路5c与毛细管3b连接。冷却器4使由毛细管3减压后的制冷剂蒸发。将压缩机1、散热器2、毛细管3、冷却器4依次连接来构成冰箱100的制冷循环。

在冰箱100中，从压缩机1喷出的高温高压气体制冷剂向散热器2输送。在散热器2中，制冷剂与外部空气进行热交换，通过散热而冷凝。冷凝后的高压液体制冷剂由毛细管3减压，成为低压低温的制冷剂。然后，制冷剂向配置在冰箱100的箱体内的冷却器4流入，与冷却室8内的空气进行热交换。由此，冷却室8内的空气被制冷剂冷却，制冷剂成为低压气体制冷剂。在冷却室8中冷却后的空气由鼓风机6传送，通过与储藏室9a及9b分别相连的风路(图1的箭头线)，向各储藏室9a及9b流入。由此，将储藏室9a及9b冷却。

在冷却器4中成为低压气体的制冷剂向压缩机1流入。并且，由压缩机1再次加压，成为高温高压气体制冷剂而喷出。而且，将各储藏室9a及9b冷却后的冷却空气通过返回风路而再次向冷却室8流入，并再次被冷却器4冷却。

图3是冰箱100的控制框图。控制器50例如是由微机等构成的控制机构，与冰箱内温度传感器21及22、蒸发温度传感器23及冷凝温度传感器24、压缩机1、三通阀5、鼓风机6以及风量调节器7连接。控制器50具有风量控制部51、制冷剂流量控制部52及存储部53。风量控制部51根据分别配置于储藏室9a及9b的冰箱内温度传感器21及22的输出值，进行鼓风机6的转速的变更或风量调节器7的操作量的变更。由此，调节冷却空气的风量，从而调节各储藏室9a及9b的温度。需要说明的是，在本实施方式中，在所有的储藏室9a及9b配置冰箱内温度传感器21及22，但是没有限定于此，只要在将温度控制成恒定的至少1个储藏室配置温度传感器即可。而且，冰箱内温度传感器21及22的位置没有限定为图1所示的位置，只要是代表各储藏室9a及9b的温度的位置就可以任意配置。

另外，制冷剂流量控制部52基于分别检测制冷剂的蒸发温度及冷凝温度的蒸发温度传感器23及冷凝温度传感器24的输出值，进行三通阀5的控制以及压缩机1的转速控制，调整向冷却器4供给的制冷剂的流量。需要说明的是，关于蒸发温度传感器23及冷凝温度传感器24，在图1中，将蒸发温度传感器23配置于冷却器4，并将冷凝温度传感器24配置于散热器2，但是没有限定于此，只要是代表蒸发温度及冷凝温度的位置就可以任意配置。例如，可以通过蒸发温度传感器23检测冷却器4的出口温度，并将其作为蒸发温度。存储部53存储风量控制部51及制冷剂流量控制部52的控制所需的数据(毛细管3a及3b的cv值等)。

图4是本实施方式的三通阀5的示意图。如图4所示，在三通阀5中，能够进行4级的流路的选择。图4(a)示出第一级的流路。在第一级中，出口流路5b及5c这两方打开(全开)。由此，制冷剂流向毛细管3a及毛细管3b这两方。图4(b)示出第二级的流路。在第二级中，出口流路5b打开，出口流路5c关闭。由此，制冷剂仅流向与出口流路5b连接的毛细管3a。图4(c)示出第三级的流路。在第三级中，出口流路5c打开，出口流路5b关闭。由此，制冷剂仅流向与出口流路5c连接的毛细管3b。图4(d)示出第四级的流路。在第四级中，出口流路5b及5c这两方关闭(全闭)。由此，制冷剂既不流向毛细管3a也不流向毛细管3b。

在制冷剂循环回路10的一般的运转状态(某压缩机转速、外部气体温度、冰箱内温度)下，如果利用毛细管3对制冷剂进行过度减压，则流向制冷剂循环回路10内的制冷剂量减少，冷却能力不足。另一方面，如果没有利用毛细管3适当减压，则制冷剂的循环流量增加，但是无法确保散热器2内的制冷剂压力(高压侧)与冷却器4内的压力(低压)侧之差，无法对冰箱100内进行充分冷却。因此，作为能够使制冷剂循环回路10高效运转的节流量而存在流量系数cv，流量系数cv由以下的式(1)表示。

[数学式1]

g…流量[kg/h](∝压缩机1的转速)

ρ…高压液体制冷剂密度[kg/m³]

pc…冷凝压力[mpa]

pe…蒸发压力[mpa]

a…常数[-]

在此，冷凝压力pc能够根据检测冷凝温度的冷凝温度传感器24的输出值算出，蒸发压力pe能够根据检测蒸发温度的蒸发温度传感器23的输出值算出。而且，在冰箱100中，散热器2的出口的制冷剂状态成为液体制冷剂，因此能够根据检测冷凝温度的冷凝温度传感器24的输出值算出高压液体制冷剂密度ρ。而且，流量g能够根据压缩机1的转速算出。而且，通过将常数a设为0.3～0.45内的数值，能够算出适当的cv值。

通过式(1)求出的cv值(以下，称为“cvp”)与冷凝压力pc、蒸发压力pe及压缩机1的转速(∝流量g)的关系如图5所示。图5是cv值映射的一例，在图5中，横轴表示压缩机1的转速(流量)，纵轴表示cv值。在图5中，示出冰箱100的冷凝压力与蒸发压力之差(pc-pe)为δp1、δp2及δp3这3个例子中的cv值的映射。具体而言，δp1为7.0(mpa)，δp2为9.0(mpa)，δp3为11.4(mpa)。

另外，在图5中，cva表示毛细管3a的cv值，cvb表示毛细管3b的cv值。各毛细管的cv值根据直径及长度而不同。如图5所示，在本实施方式中，毛细管3a的cv值(cva)大于毛细管3b的cv值(cvb)(cva>cvb)。而且，三通阀5的第一级(制冷剂流向毛细管3a及3b这两方时)的cv值是cva与cvb之和(cva+cvb)。因此，通过三通阀5进行的流路选择而产生的cv值成为第一级(cva+cvb)>第二级(cva)>第三级(cvb)。

如图5所示，用于使制冷剂循环回路10高效运转的cv值(cvp)与流量成比例地变化。然而，如以往那样当选择模式仅为使制冷剂流向2根毛细管3a及3b中的任一方的情况、或者使制冷剂流向两方的情况时，cv值固定成cva、cvb或(cva+cvb)中的任一个。因此，在本实施方式的制冷剂流量控制处理中，控制三通阀5并进行毛细管3a及3b的选择，以成为与运转状态对应的适当的cv值(cvp)。

参照图6～图8说明本实施方式的制冷剂流量控制处理的流程。图6是表示本实施方式的制冷剂量控制处理的流程图。在产生了冰箱100的门的开闭、外部气体温度变化、或者压缩机1的转速变化等情况下，通过控制器50的制冷剂流量控制部52而开始本处理。如图6所示，在本处理中，首先，从蒸发温度传感器23及冷凝温度传感器24分别取得蒸发温度及冷凝温度，从压缩机1取得转速(s1)。并且，根据所取得的冷凝温度、蒸发温度及转速，基于式(1)来算出目标cv值(cvp)(s2)。接下来，判断cvp是否大于第一级的cv值(cva+cvb)(s3)。

在cvp大于第一级的cv值(cva+cvb)的情况下(s3：是)，将三通阀5固定成图4(a)所示的第一级(s4)。由此，制冷剂流向毛细管3a及毛细管3b这两方。另一方面，在cvp为第一级的cv值(cva+cvb)以下的情况下(s3：否)，判断cvp是否为第三级的cv值(cvb)以下(s5)。并且，在cvp为第三级的cv值(cvb)以下的情况下(s5：是)，将三通阀5固定成图4(c)所示的第三级(s6)。由此，制冷剂仅流向毛细管3b。

另一方面，在cvp大于第三级的cv值(cvb)的情况下(s5：否)，判断cvp是否大于第二级的cv值(cva)(s7)。并且，在cvp大于第二级的cv值(cva)的情况下(s7：是)，按照规定的周期t，将三通阀5交替地选择成图4(a)所示的第一级与图4(b)所示的第二级(s8)。由此，制冷剂交替地向毛细管3a及3b这两方以及仅向毛细管3a流动。而且，此时，固定成第一级的时间(制冷剂流向毛细管3a及3b这两方的时间)t1和固定成第二级的时间(制冷剂仅流向毛细管3a的时间)t2根据cvp而可变地设定。详细而言，制冷剂流量控制部52如下述的式(2)所示，以使周期t(t1+t2)中的cv值的平均成为目标cv值(cvp)的方式设定时间t1及t2。

[数学式2]

cvp＝((cva+cvb)×t1+cva×t2)/t…(2)

图7是说明三通阀5进行的流路选择的一例的图。在图7中，横轴表示时间，纵轴表示cv值。在图7的例子的情况下，在s2算出的cv值(cvp)是接近于第二级的cv值(cva)的值，因此固定成第二级的时间t2设定得比固定成第一级的时间t1长。而且，图8是说明三通阀5进行的选择的另一例的图。在图8中，也是横轴表示时间，纵轴表示cv值。在图8的例子的情况下，在s2算出的cv值(cvp)是接近于第一级的cv值(cva+cvb)的值，因此固定成第一级的时间t1设定得比固定成第二级的时间t2长。无论是哪个例子的情况，对于周期t中的cv值进行平均时，都成为cvp。而且，作为规定的周期t，可以设定任意的时间，但是通过设定为600秒以上，能够确保三通阀5的寿命并能够高效地控制三通阀5。

返回图6，在cvp为第二级的cv值(cva)以下的情况下(s7：否)，按照规定的周期t，将三通阀5交替地选择成图4(b)所示的第二级与图4(c)所示的第三级(s9)。由此，制冷剂交替地流向毛细管3a及毛细管3b。这种情况下，也与s8的处理同样，制冷剂流量控制部52对于固定成第二级的时间(制冷剂仅流向毛细管3a的时间)和固定成第三级的时间(制冷剂仅流向毛细管3b的时间)进行设定，以使周期t中的cv值的平均成为目标cv值(cvp)。

这样，在上述实施方式的冰箱100中，求出与冰箱100的运转状态对应的目标cv值，以成为该目标cv值的方式通过三通阀5来选择制冷剂流路(毛细管3a及3b)，由此能够供给最适合于冰箱内负载的制冷剂流量。由此，能抑制制冷剂循环回路10中的制冷剂的过不足，能够降低压缩机1的负载并降低消耗电力量。

另外，通过利用三通阀5来选择多个毛细管3a及3b，能够进行极细微的流量控制，即使在设计时的负载点以外的负载点处，也能够适当地调整向冷却器4供给的制冷剂供给量。具体而言，即使在设计点以外的负载点的、目标cv值(cvp)为第一级的cv值(cva+cvb)以下且大于第二级的cv值(cva)的情况下，或者cv值(cvp)小于第二级的cv值(cva)且大于第三级的cv值(cvb)的情况下，也能够适当地调整制冷剂供给量。由此，能够提高冰箱100的节能性。而且，通过将毛细管3由2根构成，能够抑制产品成本并改善消耗电力。

以上是本发明的实施方式的说明，但是本发明没有限定为上述实施方式的结构，在其技术构思的范围内能够进行各种变形或组合。例如，在上述实施方式中，说明了冰箱100具备1个冷却器4的情况，但是在具备多个冷却器的冰箱中，也可以应用本发明。

另外，在上述实施方式中，形成为基于蒸发温度传感器23及冷凝温度传感器24的输出值来算出蒸发压力及冷凝压力的结构，但是没有限定于此。例如，可以取代蒸发温度传感器23及冷凝温度传感器24(或者除蒸发温度传感器23及冷凝温度传感器24之外)，具备检测蒸发压力的蒸发压力传感器及检测冷凝压力的冷凝压力传感器。而且，高压液体制冷剂密度ρ可以使用预先存储于存储部53的固定值。

另外，在上述实施方式中，形成为通过三通阀5来选择2根毛细管3a及3b的结构，但是也可以形成为通过三通阀5以外的选择机构(四通阀等)来选择3根以上的毛细管的结构。

另外，在上述的实施方式中，由于三通阀5进行的选择次数可能会增加，因此可以形成为在三通阀5的周围具备隔音材料的结构。通过形成为这样的结构，能够提高冰箱100的静音性，并能够维持对于使用者的舒适性。

此外，在上述的实施方式的制冷剂流量控制处理中，形成为在算出的cv值(cvp)为第三级的cv值(cvb)以下的情况下(s5：是)将三通阀5固定成图4(c)所示的第三级(s6)的结构，但是没有限定于此。例如，可以形成为按照周期t而使三通阀5交替地选择图4(c)所示的第三级与图4(d)所示的第四级(全闭的状态)的结构。由此，交替地选择使制冷剂仅流向毛细管3b的状态与使制冷剂不流向任意的毛细管的状态。而且，这种情况下，也是根据算出的cv值(cvp)来设定固定成第三级的时间(制冷剂仅流向毛细管3b的时间)和固定成第四级的时间(全闭的时间)，以使周期t中的cv值的平均成为目标cv值(cvp)。而且，目标cv值(cvp)不仅根据式(1)来算出，也可以根据对应于流量、冷凝压力及蒸发压力而预先制作的表格来求出。

附图标记说明

1压缩机，2散热器，3、3a、3b毛细管，4冷却器，5三通阀，5a入口流路，5b、5c出口流路，6鼓风机，7风量调节器，8冷却室，9a、9b储藏室，10制冷剂循环回路，21、22冰箱内温度传感器，23蒸发温度传感器，24冷凝温度传感器，50控制器，51风量控制部，52制冷剂流量控制部，53存储部，100冰箱。