JPH0914768A

JPH0914768A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH0914768A
Application number: JP18321295A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ueki; 裕植木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1995-06-28
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】プルダウン時間が短く、かつ、消費電力
が少ない冷凍装置を提供する。【構成】圧縮機（１）で気体状態の冷媒を圧縮
し、この圧縮された冷媒を凝縮器（２）にて液化し、こ
の液化した冷媒を膨張弁（４）またはキャピラリーチュ
ーブを介して蒸発器（５）に導くとともに気化させ、つ
いで気液分離器（６）を介して再び圧縮機に戻す冷媒回
路を備えている。そして、冷媒回路における蒸発器の出
口と気液分離器の入口とを連結する回路には、三方切換
え弁（１２）が設けられており、三方切換え弁の第２流
出口（１２ｃ）と圧縮機の入口とを連結するバイパス回
路（１３）が配設されている。三方切換え弁は、流入口
（１２ａ）と第１流出口（１２ｂ）とを連通させる第１
切り換え位置、または、流入口と第２流出口とを連通さ
せる第２切り換え位置に交互に切り換えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機で気体状態の冷
媒を圧縮し、この圧縮された冷媒を凝縮器にて液化し、
この液化した冷媒を膨張弁またはキャピラリーチューブ
を介して蒸発器に導くとともに気化させ、ついで気液分
離器を介して再び圧縮機に戻す冷媒回路を備えた冷凍装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の冷凍装置は、図５に図示す
る冷凍サイクルを備えている。図５は従来の冷凍装置の
冷凍サイクルの冷凍回路図である。図５において、圧縮
機１で気体状態の冷媒を圧縮し、この圧縮された冷媒を
凝縮器２にて液化し、この液化した冷媒をドライヤー３
に導入して、冷媒中の水分を除去する。ついで、この冷
媒はキャピラリーチューブまたは膨張弁４を介して蒸発
器５に導かれるとともに気化する。この気化の際に蒸発
器５の周囲のものたとえば空気や水などを冷却して冷蔵
庫などの庫内を冷却したり、製氷したりする。そして、
蒸発器５の出口から出てきた冷媒は、気液分離器６を介
して再び圧縮機１に戻している。この気液分離器６で液
体状の冷媒を分離することにより、圧縮機１において液
圧縮を起こすことを防止している。この様にして、冷媒
回路すなわち冷凍サイクルが構成されている。

【０００３】そして、一般的にこの冷凍サイクルに充填
する冷媒の量が多いほど、冷却能力は増大し、たとえ
ば、冷凍ショーケースの庫内温度が所定温度に達するま
での運転時間（例、３０°Ｃの庫内温度を５°Ｃに冷却
する時間）すなわちプルダウン時間は短くなる。しかし
ながら、消費電力は増大する。

【０００４】また、プルダウン時間を短くするために、
冷媒の量を過充填すると、定常運転すなわち安定時にお
いて、蒸発器５の出口付近において気化しない冷媒すな
わち液体状の冷媒が多量に発生し、気液分離器６で分離
されて無駄に消費され、消費電力が増大することにな
る。そこで、プルダウン時間、消費電力や定常運転時の
状態などを考慮して冷媒の充填量が決定されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プルダウン
時間は出来るだけ短く、かつ、定常運転時においては蒸
発器５の出口付近において気化しない冷媒が余り発生し
ないことが最善である。しかしながら、従来の冷凍装置
では両方を満たすことは困難である。

【０００６】また、従来の冷凍装置においては、冷媒と
して塩素原子を含んでいるフロン１２やフロン５０２な
どが用いられているが、フロン１２やフロン５０２など
はオゾン層を破壊する。そこで、オゾン層の破壊を防止
するために、分子内に塩素原子を含まないフロンである
ＨＦＣ系フロンの使用が考えられている。このＨＦＣ系
フロンの大半は、２種類またはそれ以上の冷媒を混合し
た状態の混合冷媒にして使用されている。これらの混合
冷媒は、混合された冷媒の沸点の差から、単一の蒸発温
度を持たず、数度の温度勾配（露点と沸点との差）を有
している。したがって、蒸発器５の入口と出口とで温度
差が生じ、蒸発器５においては温度ムラが発生する。そ
こで、蒸発器５により冷却された冷気などに温度ムラが
発生しないように、蒸発器５に空気を送風する送風装置
には、送風ガイドなどが設置されたり、蒸発器５の配置
などに工夫が施されている。しかしながら、これらの工
夫も定常状態において最適な状態となるように設定され
ている。その結果、冷凍装置の再起動時などのように、
庫内温度が高く過大な冷凍負荷が発生したときには、冷
凍サイクルから発生する冷気などに温度ムラが増大する
ことがある。そこで、冷凍負荷が増大したときには、速
やかに安定した状態すなわち定常状態に戻す必要があ
る。

【０００７】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、プルダウン時間が短く、かつ、消費電力が
少ない冷凍装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍装置は、圧
縮機（１）で気体状態の冷媒を圧縮し、この圧縮された
冷媒を凝縮器（２）にて液化し、この液化した冷媒を膨
張弁（４）またはキャピラリーチューブを介して蒸発器
（５）に導くとともに気化させ、ついで気液分離器
（６）を介して再び圧縮機に戻す冷媒回路を備えてい
る。そして、前記目的を達成するために、前記冷媒回路
における蒸発器の出口と気液分離器の入口とを連結する
回路には、１個の流入口（１２ａ）と２個の流出口（１
２ｂ，１２ｃ）を具備する三方切換え弁（１２）が設け
られている。この三方切換え弁の流入口は蒸発器の出口
と連結し、かつ三方切換え弁の第１流出口は気液分離器
の入口と連結している。また、この三方切換え弁の第２
流出口と圧縮機の入口とを連結するバイパス回路（１
３）が配設されている。そして、三方切換え弁は、流入
口と第１流出口とを連通させる第１切り換え位置、また
は、流入口と第２流出口とを連通させる第２切り換え位
置に交互に切り換えられるように構成されている。

【０００９】また、気液分離器（２１）は冷媒を収納し
ている容器の容量が可変であり、さらに、蒸発器の温度
を検出する検出器（２４）が設けられている。そして、
この検出器の検出値が上昇すると、気液分離器の容量を
減少させ、逆に、検出器の検出値が低下すると、気液分
離器の容量を増大させる制御装置（２６）を備えている
ことがある。

【００１０】さらに、冷媒を収納しているとともに、そ
の収納容量が可変である収納容器が、気液分離器とは別
に、冷媒回路に設けられていることがある。

【００１１】

【作用】冷凍装置が定常状態にある場合には、三方
切換え弁を第１切り換え位置にして、蒸発器から流れだ
した冷媒を気液分離器を介して圧縮機に導く。一方、冷
凍装置の冷凍負荷が上昇すると、三方切換え弁を第２切
り換え位置に切り換えて、蒸発器から流れだした冷媒を
バイパス回路を介して圧縮機に導く。

【００１２】また、気液分離器は冷媒を収納している容
器の容量が可変であり、さらに、蒸発器の温度を検出す
る検出器が設けられていることがある。この場合には、
制御装置は、検出器の検出値が上昇すると、気液分離器
の容量を減少させ、逆に、検出器の検出値が低下する
と、気液分離器の容量を増大させるように制御してい
る。

【００１３】さらに、気液分離器とは別に収納容器が設
けられている場合には、この収納容器の容量が変化され
る。

【００１４】

【実施例】次に、本発明における冷凍装置の第１実
施例を図１および図２を用いて説明する。図１は第１実
施例における冷凍装置の冷媒回路図である。図２はバイ
パス回路に切り換えられた状態の冷媒回路図である。な
お、この第１実施例の説明において、前記図５に図示す
る従来例の構成要素に対応する構成要素には同一符号を
付して、その詳細な説明は省略する。

【００１５】図１において、蒸発器５の出口と気液分離
器６の入口とを連結する回路すなわち配管１１には、三
方切換え弁１２が配設されている。この三方切換え弁１
２は１個の流入口１２ａと２個の流出口１２ｂ，１２ｃ
とを具備している。そして、流入口１２ａは配管１１ａ
を介して蒸発器５の出口と連結され、第１流出口１２ｂ
は配管１１ｂを介して気液分離器６の入口に連結されて
いる。一方、第２流出口１２ｃはバイパス配管１３を介
して、気液分離器６の出口と圧縮機１の入口とを連結す
る配管１４に連結されている。このバイパス配管１３と
配管１４とによりバイパス回路が構成されており、バイ
パス回路により第２流出口１２ｃは圧縮機１の入口に連
結されている。

【００１６】そして、この三方切換え弁１２は流入口１
２ａと第１流出口１２ｂとを連通する第１切り換え位置
（図１に図示する状態）と、流入口１２ａと第２流出口
１２ｃとを連通する第２切り換え位置（図２に図示する
状態）とを交互にとることが可能である。

【００１７】また、蒸発器５には温度検出器１６が、さ
らに、配管１４にはバイパス配管１３との接続部よりも
下流側に温度検出器１７が配置されている。これらの温
度検出器１６，１７の検出値は制御装置１８に出力され
る。制御装置１８には、蒸発器５用設定温度と、バイパ
ス回路用設定温度とが各々設定されている。そして、制
御装置１８は、温度検出器１６の検出値と蒸発器５用設
定温度とを比較して、検出値の方が高い場合には、図示
しない駆動装置を作動して三方切換え弁１２を第２切り
換え位置に切り換える。一方、温度検出器１７の検出値
とバイパス回路用設定温度とを比較して、検出値の方が
低い場合には三方切換え弁１２を第１切り換え位置に切
り換える。

【００１８】この冷凍装置の冷媒回路には、定常状態す
なわち冷凍装置が駆動してその後安定した状態におい
て、気液分離器６に液体状の冷媒すなわち液冷媒が適度
に溜まるように冷媒が充填されており、蒸発器５の出口
においては、液体状の冷媒が少し存在するように設定さ
れている。なお、理想的には、蒸発器５の出口寸前まで
気化しない冷媒が存在し、丁度蒸発器５の出口におい
て、冷媒が全て気化することが最善であるが、このよう
な状態を維持することは実際には不可能であるので、こ
の様に液体状の冷媒が少し存在するように設定されてい
る。そして、気液分離器６に溜まっている液冷媒は、気
液分離器６の周囲の外気などにより加熱されて気化し、
気液分離器６の出口から圧縮機１に排出される。したが
って、気液分離器６内の液冷媒が増大して溢れることは
ない。

【００１９】この様に構成された第１実施例において、
冷凍装置が定常状態の場合には、図１に図示するよう
に、冷媒は気液分離器６を介して流れている。一方、冷
凍装置が設置されている冷凍庫などにおいて品物が出し
入れされた場合や、冷凍装置の再起動時などの場合のよ
うに庫内温度が高く冷凍負荷が大きい場合には、蒸発器
５の温度は高くなる。すると、蒸発器５を流れている冷
媒の気化が促進され、蒸発器５の出口付近では冷媒が全
て気化され、温度が上昇し、この部分においては、蒸発
器５に送風される空気を冷却することが出来なくなり、
温度ムラが発生したりする不都合が発生する。しかしな
がら、この蒸発器５の温度上昇は温度検出器１６により
検知され、制御装置１８において、蒸発器５用設定温度
と比較される。そして、温度検出器１６の検出温度が蒸
発器５用設定温度より高いと、三方切換え弁１２が図２
に図示する第２切り換え位置に切り換えられる。

【００２０】この場合には冷媒は気液分離器６を流れな
いで、バイパス配管１３に流れる。そして、この冷媒に
は液体状の冷媒は含まれていないので、圧縮機１が液圧
縮を起こすことはない。また、気液分離器６に溜まって
いた液冷媒は気化し、配管１４を介して圧縮機１に供給
され、圧縮機１に供給される冷媒の密度は上昇する。し
たがって、冷凍サイクルの冷凍能力は上昇し、蒸発器５
に供給される液冷媒の量が増大し、蒸発器５の冷却を促
進する。さらに、蒸発器５から出た冷媒はバイパス配管
１３に流れており、気液分離器６により加熱されること
がないので、冷媒の温度が無用に上昇することがなく、
冷凍能力が落ちたり、消費電力が上昇したりすることは
ない。ところで、従来のように気液分離器６を介して圧
縮機１に供給していると、気液分離器６の液冷媒がほと
んど気化した後においては、蒸発器５からの冷媒が気液
分離器６において無用に加熱され、加熱された分だけ冷
凍能力が落ちたり、消費電力が上昇したりする。

【００２１】冷凍負荷が上昇した場合にはこの様にして
対応しているので、段々と庫内温度が低下し、蒸発器５
の温度も低下し、庫内温度なども設定温度となり、安定
した状態すなわち定常状態になる。すると、蒸発器５の
出口から気化しない冷媒すなわち液冷媒が流れだし、三
方切換え弁１２を介して、バイパス配管１３に流れ込
む。すると、温度検出器１７が液冷媒による温度低下を
検知して、制御装置１８により三方切換え弁１２を作動
して、図１に図示する第１切り換え位置に切り換える。

【００２２】この様に温度検出器１６，１７により、蒸
発器５の出口の温度すなわち液冷媒の存在の有無を間接
的に検出し、蒸発器５の出口付近に液冷媒が存在しない
ときには、バイパス配管１３を用いて冷凍サイクルの冷
凍能力を上昇させて、蒸発器５を速やかに冷却して安定
状態に導く。一方、蒸発器５の出口付近に液冷媒が存在
するときには、気液分離器６を介して圧縮機１に冷媒を
供給し、圧縮機１が液圧縮を起こさないようにしてい
る。

【００２３】次に、本発明における冷凍装置の第２実施
例を図３および図４を用いて説明する。図３は第２実施
例における冷凍装置の冷媒回路図である。図４は気液分
離器の模式的断面図である。なお、この第２実施例の説
明において、前記図５に図示する従来例の構成要素に対
応する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明
は省略する。

【００２４】第２実施例においては、従来の気液分離器
６に代えて、冷媒を収納する容量が可変の気液分離器２
１が用いられている。この気液分離器２１は胴体２１ａ
が蛇腹状になっており、この胴体２１ａの内部に配設さ
れている出口用の配管２１ｂも蛇腹状に構成されてい
る。この胴体２１ａの下端には、駆動装置としてのピス
トン２２が配置されており、ピストン２２が伸びると、
胴体２１ａの下端部が上昇して気液分離器２１の容量が
減少する。

【００２５】一方、蒸発器５には温度検出器２４が設け
られており、この温度検出器２４の検出値は制御装置２
６に出力される。そして、制御装置２６には蒸発器５の
温度に対応したピストン２２の伸縮長さが設定されてお
り、制御装置２６は温度検出器２４の検出値が上昇する
と、ピストン２２を伸ばして気液分離器２１の容量を減
少し、圧縮機１に供給される冷媒の密度を上昇させて、
冷凍能力を上昇させている。そして、速やかに蒸発器５
の温度すなわち庫内温度を設定値に低下させている。逆
に、温度検出器２４の温度が低下すると、ピストン２２
を縮ませて気液分離器２１の容量を増大させ、圧縮機１
に供給される冷媒の密度を低下させて、冷凍能力を低下
させるとともに、消費電力を減少させている。このピス
トン２２の伸縮量は、庫内温度に応じて変化する蒸発器
５の温度に基づいて、細かく制御することができ、冷凍
サイクルを効率的に運転することができる。

【００２６】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変
更を行うことが可能である。本発明の変更実施例を下記
に例示する。（１）ＨＦＣ系フロンを冷媒として用いた場合には、本
発明の冷凍装置を採用することが最適であるが、本発明
の冷凍装置の冷媒としてフロン１２、フロン５０２やフ
ロン２２などを用いることも可能である。

【００２７】（２）実施例における蒸発器５の出口の温
度の検出および蒸発器５の温度の検出は、間接または直
接的に検出できればよく、検出器の設置場所は蒸発器５
の出口や蒸発器５に限定されることはない。たとえば、
蒸発器５の中央部でも良いし、冷凍装置が設置されてい
る冷凍庫などの庫内でも可能である。

【００２８】（３）第１実施例においては、三方切換え
弁は、蒸発器と気液分離器とを連結する配管の途中に設
けられているが、蒸発器または気液分離器に直結するこ
とも可能である。また、バイパス回路も、気液分離器と
圧縮機とを連結する配管の途中に接続されているが、圧
縮機に接続することも可能である。この様に、三方切換
え弁はバイパス回路と気液分離器を介した回路とを切り
換えることができるならば、実質的すなわち直接的また
は間接的に蒸発器の出口、気液分離器の入口および圧縮
機の入口に連結されていればよい。

【００２９】（４）第１実施例においては、蒸発器５の
出口付近に気化しない冷媒が所定量よりも少ない量しか
存在していないことを、蒸発器５の出口付近の温度によ
り検出しているが、他の手段たとえば冷媒の流速、圧力
や電気抵抗などにより検出することも可能である。ま
た、冷凍装置が設置される冷凍冷蔵庫や冷凍ショーケー
ス等における品物の出し入れを検知したり、扉の開閉を
検知したり、庫内温度を上昇させる蒸発器の除霜サイク
ルを検知したりすることにより、蒸発器５の出口付近に
気化しない冷媒が所定量よりも少ない量しか存在してい
ないことを間接的に検出することも可能である。さら
に、三方切換え弁から圧縮機へ戻る配管に、気化しない
冷媒が所定量よりも多く流入してきたことを検出する手
段についても同様な検出手段を用いることができる。

【００３０】（５）第２実施例においては、気液分離器
の冷媒の収納容量を可変にしているが、気液分離器とは
別に収納容器を設け、この収納容器の冷媒の収納容量を
可変にすることも可能である。この収納容器は冷媒を収
納することができるならば、その形状などは適宜選択可
能である。なお、気液分離器の容量を可変にした場合に
は、別途収納容器を設ける必要がなく、設置スペースが
少なくて済む。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、三方切換え弁で、気液
分離器を介する回路とバイパス回路とを交互に切り換え
ることができるので、定常状態においては、蒸発器から
出てくる気化しない冷媒を気液分離器で分離し、圧縮機
には気体状の冷媒を供給することができる。その結果、
圧縮機が液圧縮をして損傷することを防止することがで
きる。一方、蒸発器の温度が上昇して冷凍負荷が増大す
ると、バイパス回路に切り換えて、蒸発器からでてくる
冷媒が気液分離器において無用に加熱されることを防止
している。その結果、冷凍能力が上昇するとともに、消
費電力を削減することができる。

【００３２】また、蒸発器の温度を検出する検出器が設
けられ、この検出器の検出値が上昇すると、制御装置が
気液分離器の容量を減少させている。一方、検出器の検
出値が低下すると、制御装置が気液分離器の容量を増大
させている。したがって、蒸発器の温度が上昇している
冷凍負荷が高い時には、冷凍装置の冷凍能力が向上し、
プルダウン時間を減少させることができる。一方、蒸発
器の温度が低下している定常状態においては、冷凍装置
の冷凍能力が低下するとともに、消費電力を減少させる
ことができる。

【００３３】さらに、気液分離器とは別に、その収納容
量が可変である収納容器が設けられていることがある。
この場合には、容量が可変な気液分離器よりも簡単な構
造の容器を採用することができる。ところで、容量が可
変な気液分離器の場合には、気液分離器の内部に配設さ
れている配管を可撓にしたりする必要があり、構造が複
雑となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１実施例における冷凍装置の冷媒回路
図である。

【図２】図２はバイパス回路に切り換えられた状態の冷
媒回路図である。

【図３】図３は第２実施例における冷凍装置の冷媒回路
図である。

【図４】図４は気液分離器の模式的断面図である。

【図５】図５は従来の冷凍装置の冷凍サイクルの冷凍回
路図である。

【符号の説明】

１圧縮機２凝縮器４膨張弁５蒸発器６気液分離器１１配管１２三方切換え弁１２ａ流入口１２ｂ第１流出口１２ｃ第２流出口１３バイパス配管（バイパス回路）２１気液分離器２４温度検出器（検出器）２６制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機で気体状態の冷媒を圧縮し、この
圧縮された冷媒を凝縮器にて液化し、この液化した冷媒
を膨張弁またはキャピラリーチューブを介して蒸発器に
導くとともに気化させ、ついで気液分離器を介して再び
圧縮機に戻す冷媒回路を備えた冷凍装置において、前記冷媒回路における蒸発器の出口と気液分離器の入口
とを連結する回路には、１個の流入口と２個の流出口を
具備する三方切換え弁が設けられており、この三方切換
え弁の流入口は蒸発器の出口と連結し、かつ三方切換え
弁の第１流出口は気液分離器の入口と連結しているとと
もに、この三方切換え弁の第２流出口と圧縮機の入口とを連結
するバイパス回路が配設されており、そして、前記三方切換え弁は、流入口と第１流出口とを
連通させる第１切り換え位置、または、流入口と第２流
出口とを連通させる第２切り換え位置に交互に切り換え
られるように構成されていることを特徴とする冷凍装
置。
【請求項２】圧縮機で気体状態の冷媒を圧縮し、この
圧縮された冷媒を凝縮器にて液化し、この液化した冷媒
を膨張弁またはキャピラリーチューブを介して蒸発器に
導くとともに気化させ、ついで気液分離器を介して再び
圧縮機に戻す冷媒回路を備えた冷凍装置において、前記気液分離器は冷媒を収納している容器の容量が可変
であり、さらに、蒸発器の温度を検出する検出器が設けられてお
り、そして、この検出器の検出値が上昇すると、気液分離器
の容量を減少させ、逆に、検出器の検出値が低下する
と、気液分離器の容量を増大させる制御装置を備えてい
ることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】圧縮機で気体状態の冷媒を圧縮し、この
圧縮された冷媒を凝縮器にて液化し、この液化した冷媒
を膨張弁またはキャピラリーチューブを介して蒸発器に
導くとともに気化させ、ついで気液分離器を介して再び
圧縮機に戻す冷媒回路を備えた冷凍装置において、冷媒を収納しているとともに、収納容量が可変である収
納容器を前記冷媒回路に設け、さらに、蒸発器の温度を検出する検出器が設けられてお
り、そして、この検出器の検出値が上昇すると、前記収納容
器の容量を減少させ、逆に、検出器の検出値が低下する
と、前記収納容器の容量を増大させる制御装置を備えて
いることを特徴とする冷凍装置。