JPH10232076A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機の吸入側に設けた比例制御弁により蒸
発器能力を調整するものに対し、比例制御弁の能力制御
範囲の拡大及び圧縮機の吐出管温度の過上昇の防止を図
る。 【解決手段】 庫内熱交換器(22)で冷媒を蒸発させるこ
とで庫内を冷却する冷凍装置であって、庫内熱交換器(2
2)のガス側に比例制御弁(35)を設け、この比例制御弁(3
5)の開度制御により冷凍能力を調整するようにしたもの
に対し、比例制御弁(35)の上流側に圧縮機(11)からの吐
出冷媒の一部を供給するホットガスバイパス管(36)を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置に係り、
特に、圧縮機の吸入側に比例制御弁等の減圧手段を備
え、その制御により蒸発器能力を調整するようにしたも
のの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平２−７１０７６
号公報に開示されているような冷凍庫用などとして使用
される冷凍装置が知られている。この種の冷凍装置は、
庫外ユニットに収容された圧縮機及び凝縮器と、庫内ユ
ニットに収容された膨張弁及び蒸発器が冷媒配管により
順に接続されて成る。運転時には、圧縮機から吐出した
ガス冷媒が、凝縮器で外気と熱交換を行って凝縮し、そ
の後、膨張機構で減圧し、蒸発器で庫内空気と熱交換を
行って蒸発する。これにより、庫内空気を所定温度まで
冷却する。尚、膨張機構は蒸発器出口側の冷媒過熱度が
一定となるようにその減圧度が調整される。

【０００３】また、一般に、この種の冷凍装置では、庫
内温度を所定温度に維持するために、庫内ユニットの吸
込温度に応じて圧縮機のオン，オフを切換えることが行
われている。しかし、これでは、圧縮機がオン，オフす
ることによって庫内温度のディファレンシャルが生じる
ので、精度の高い庫内温度コントロールを必要とする場
合には適さない。

【０００４】このため、圧縮機の吸入側に開度調整可能
な比例制御弁を設け、圧縮機を常時駆動したままで、庫
内ユニットの吸込温度に応じて比例制御弁を制御するこ
とにより、冷凍能力を調整することも行われている。つ
まり、比例制御弁の開度を小さくすると、圧縮機吸入側
配管に圧力損失が生じ、この圧力損失分だけ蒸発温度が
高くなり、これによって蒸発器能力が小さくなる。従っ
て、上記吸込温度が所定温度に維持されるように比例制
御弁の開度を調整することにより、精度の高い庫内温度
コントロールを行うことができることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな比例制御弁を用いた冷凍装置にあっては、該比例制
御弁により圧縮機の吸入側を絞ることになるので、圧縮
機吸入圧力が低下し、その分、回路全体としては冷媒循
環量が減少する。これに伴い蒸発器出口側の冷媒過熱度
が高くなり、過熱度一定制御を行っている膨張弁では、
その開度が大きくなる。この開度が大きくなった分だけ
蒸発器には多くの冷媒が流れ込み蒸発能力は高くなる。
上述の如く、比例制御弁は庫内ユニットの吸込温度に応
じて開度制御されるので、蒸発能力が高くなったこと
で、吸込温度は低くなり、このため、更に比例制御弁の
開度は小さくなる。このような動作が繰り返されること
により、比例制御弁の開度が極端に小さくなってしま
う。このように従来の構成では、比例制御弁の能力制御
範囲を大きく確保することが難しかった。また、圧縮機
の吸入圧力の低下に伴って圧縮比が大きくなるので、そ
の分、吐出管温度の過上昇を招くといった課題もあっ
た。

【０００６】本発明は、この点に鑑みてなされたもので
あって、圧縮機の吸入側に設けた比例制御弁により蒸発
器能力を調整するものに対し、比例制御弁の能力制御範
囲の拡大及び圧縮機の吐出管温度の過上昇の防止を図る
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、比例制御弁等の圧損手段の上流側にホ
ットガスをバイパスすることにより、この圧損手段での
流量を多くしておき、これによって、圧損手段での流量
調整の変化量に対する蒸発温度の変化割合を大きくする
ようにした。つまり、僅かな流量変化に対しても蒸発温
度を大きく変化させることを可能にした。

【０００８】具体的に、請求項１記載の発明は、圧縮機
(11)と、凝縮器(13)と、膨張機構(21)と、蒸発器(22)と
が冷媒循環可能に順に接続されて成る冷媒回路(30)を備
え、上記圧縮機(11)の吸入側に、該吸入側で圧力損失を
生じさせ且つその損失圧力を調整することにより蒸発器
(22)の蒸発温度を可変にする圧損手段(35)を設けた冷凍
装置を前提とする。上記圧縮機(11)の吐出冷媒の一部を
圧損手段(35)の上流側に供給するホットガス供給手段(3
6)を設けた構成としている。

【０００９】この特定事項により、圧損手段(35)には、
蒸発器(22)で蒸発した冷媒とホットガス供給手段(36)か
らの高圧ガス冷媒とが混合された状態で圧損手段(35)を
流れることになる。つまり、圧損手段(35)を流れる冷媒
の流量を増大させることができるので、圧損手段(35)に
おいて、圧力損失を生じさせない状態での総流量に対す
る圧力損失を生じさせた場合の流量変化量の比が小さく
ても損失圧力を大きくすることができる。つまり、圧損
手段(35)の上流側での減圧度は、該圧損手段(35)での実
際の流量変化量の２乗に比例するので、上記流量比に対
する蒸発器(22)の蒸発温度の変化割合を大きくすること
ができ、圧損手段(35)による蒸発器(22)の蒸発温度の制
御範囲の拡大を図ることができる。また、圧縮機(11)の
吸入圧力を高くすることもできるので、従来のように、
圧縮比の増大に伴って、吐出管温度が過上昇してしまう
といった状況の発生を回避することもできる。

【００１０】請求項２及び３記載の発明は、冷凍装置を
構成する機器を具体化したものである。先ず、請求項２
記載の発明では、圧損手段を、開度調整自在な比例制御
弁(35)としている。

【００１１】この特定事項によれば、比例制御弁(35)を
流れる冷媒の流量は、ホットガスにより増大しているの
で、比例制御弁(35)を僅かに絞っただけでもその流量変
化は大きくなり、その分、圧力損失の変化量も大きくな
って蒸発器(22)の蒸発温度を大幅に低下させることがで
きる。つまり、比例制御弁(35)の開度変化による蒸発器
(22)の蒸発温度の制御範囲を拡大できる。

【００１２】請求項３記載の発明では、膨張機構を、外
部均圧型の感温式膨張弁(21)としている。

【００１３】この特定事項では、特に、外部均圧型の感
温式膨張弁(21)を採用した場合には、回路全体として冷
媒循環量が減少すると、蒸発器出口側の冷媒過熱度が高
くなることに伴って弁開度が大きくなり、圧損手段(35)
での圧力損失を大きくさせる傾向になるが、本発明によ
れば、上述の如く、この圧力損失の増大を抑制して蒸発
温度の制御範囲の拡大を図ることができる。

【００１４】請求項４記載の発明では、凝縮器(13)で凝
縮した液冷媒の一部を圧縮機(11)の吸入側で且つ圧損手
段(35)の下流側に供給するインジェクション回路(20)を
備えさせ、該インジェクション回路(20)に、圧縮機(11)
の吸入側への液冷媒の供給量を調整可能な調整弁(SV-1,
SV-2) を設けた構成としている。

【００１５】ホットガス供給手段(36)からの高圧ガス冷
媒のバイパスにより、圧縮機(11)の吐出ガスの過熱度が
過上昇する可能性があるが、この場合、インジェクショ
ン回路(20)から圧縮機(11)の吸入側へ液冷媒が供給され
ることで、吐出ガス冷媒の過熱度を適切に調節すること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。図１に示すように、本形態に係る冷凍
装置（10）は、冷蔵庫又は冷凍庫を冷却するものであっ
て、庫外ユニット（1A）と庫内ユニット（1B）とにより
構成されている。

【００１７】上記庫外ユニット(1A)は、スクロールタイ
プの圧縮機(11)と、庫内の冷却運転時に図中実線の如
く、デフロスト運転時に図中破線の如く切換わる四路切
換弁(12)と、冷却運転時に冷媒を凝縮させ且つ室外ファ
ン(F-o) が近接配置された庫外熱交換器(13)と、デフロ
スト運転時に冷媒を減圧するための減圧部(14)と、アキ
ュムレータ(15)とを備えている。上記減圧部(14)は、配
管が２分岐され、一方にキャピラリチューブ(CP)が、他
方に逆止弁(CV)が設けられている。この逆止弁(CV)は、
庫外熱交換器(13)から庫内ユニット（1B）に向かって流
れる冷媒の流通のみを許容するようになっている。

【００１８】また、圧縮機(11)の吐出側には、吐出ガス
中の潤滑油を濾過する油分離器(16)が備えられている。
この油分離器(16)で分離された潤滑油はキャピラリチュ
ーブ(CP)を備えた油回収管(17)によりアキュムレータ(1
5)の下流側に回収されるようになっている。尚、この油
分離器(16)は必ずしも必要なものではなく、特に、吐出
ガス中に潤滑油が混入し易い圧縮機を採用する場合に必
要となるものである。上記庫外ユニット(1A)には液ライ
ン(18)と吸入ガスライン(19)とを接続し、液冷媒の一部
を圧縮機(11)の吸入側に供給するインジェクション回路
(20)が設けられている。このインジェクション回路(20)
は、吸入ガスライン(19)に接続される側が２分岐されて
おり、この各分岐配管(20a,20b) には電磁弁(SV-1,SV-
2) 及びキャピラリチューブ(CP,CP) が備えられてい
る。一方の分岐配管(20a) に備えられた電磁弁(SV-1)は
運転時には常時開放される。他方の分岐配管(20b) に備
えられた電磁弁(SV-2)は圧縮機(11)の吐出管温度が所定
値（例えば１００℃）以上に達したときに開放され、吐
出ガス冷媒の過熱度を調節するようになっている。尚、
このインジェクション回路(20)としては、２分岐されて
いる必要は必ずしもなく、１本の配管のみで構成され、
上述した電磁弁(SV-2)と同様の動作を行う弁を設けるよ
うにしたものであってもよい。

【００１９】一方、庫内ユニット(1B)には、冷媒を減圧
する膨張弁(21)と、冷却運転時に冷媒を蒸発させ且つ室
外ファン(F-i) が近接配置された庫内熱交換器(22)が配
置されている。

【００２０】上記膨張弁（21）は、外部均圧型の感温式
膨張弁で構成され、感温筒（23）が庫内熱交換器（22）
のガス側の配管（24）に取り付けられると共に、外部均
圧管（25）が接続されている。該外部均圧管（25）は、
ガス側配管（24）における感温筒（23）の取付け部分に
接続され、ガス冷媒が所定の過熱度になるよう該膨張弁
(21)が所定開度に開口するようになっている。

【００２１】更に、上記庫内熱交換器(22)と膨張弁（2
1）との間からはドレンパンヒータ（26）が分岐されて
いる。このドレンパンヒータ(26)には逆止弁（CV）が設
けられている。このドレンパンヒータ（26）は、デフロ
スト運転時に庫内熱交換器(22)等から図示しないドレン
パンに落下した霜を除去するものである。

【００２２】庫外ユニット(1A)と庫内ユニット(1B)とは
液側及びガス側の連絡管(31,32) によって接続され、こ
れにより、上記各機器が配管によって接続されてなる冷
媒回路(30)が構成されている。

【００２３】庫外ユニット(1A)と庫内ユニット(1B)とを
接続する各連絡管(31,32) のうちガス側連絡管(32)には
比例制御弁(35)が設けられている。この比例制御弁(35)
は開度調整が自在であって、この開度を調整することで
冷凍能力の調整を行うようになっている。つまり、冷却
運転時に、圧縮機(11)を常時駆動したままで、この比例
制御弁(35)の開度を小さくすると、圧縮機(11)吸入側で
の圧力損失が大きくなる。この圧力損失分だけ蒸発温度
が高くなり、これによって蒸発器能力が小さくなる。逆
に、この比例制御弁(35)の開度を大きくすると、圧縮機
(11)吸入側での圧力損失が小さくなって蒸発温度が低く
なり、これによって蒸発器能力を大きくするようになっ
ている。

【００２４】本形態の特徴とするところは、圧縮機(11)
の吐出冷媒の一部を比例制御弁(35)の上流側（庫内熱交
換器側）に導くホットガス供給手段としてのホットガス
バイパス管(36)が設けられていることにある。このホッ
トガスバイパス管(36)は、一端が圧縮機(11)の吐出側
に、他端がガス側連絡管(32)における比例制御弁(35)と
庫内熱交換器(22)との間に接続されている。また、この
ホットガスバイパス管(36)には、キャピラリチューブ(C
P)及び電磁弁(SV-3)が設けられており、この電磁弁(SV-
3)の開放時には圧縮機(11)の吐出冷媒の一部を比例制御
弁(35)の上流側に導くようになっている。

【００２５】本装置には複数のセンサが設けられてい
る。圧縮機(1) の吐出側には高圧冷媒圧力が異常上昇す
ると異常信号を出力する高圧圧力開閉器（HPS1）が設け
られている。デフロスト運転時に吐出冷媒が流れる配管
には高圧冷媒圧力を制御するために該圧力を検出する高
圧圧力センサ（HPS2）が設けられている。圧縮機(11)の
吸入側には、低圧冷媒圧力が異常低下すると異常信号を
出力する低圧圧力開閉器（LPS1）と、低圧冷媒圧力を制
御するために該圧力を検出する低圧圧力センサ（LPS2）
が設けられている。庫内ユニット(1B)の庫内空気吸込口
には、庫内吸込空気温度を検知する庫内温度センサ(Th-
i)が設けられている。

【００２６】そして、上述した各ユニット(1A,1B) の各
機器は、コントローラ(50)によって制御される。つま
り、各電磁弁(SV-1 〜SV-3) や比例制御弁(35)の制御、
各ファン(F-o,F-i) の風量制御がコントローラ(50)によ
って行われるようになっている。

【００２７】次に、上述の如く構成された本装置の運転
動作について説明する。

【００２８】冷却運転時には、四路切換弁(12)が図中実
線側に切換わり、圧縮機（11）が駆動すると共に、各フ
ァン（F-o,F-i)が駆動する。

【００２９】この状態において、圧縮機（11）から吐出
した冷媒は、四路切換弁(12)を経て庫外熱交換器（13）
で凝縮して液冷媒となり、液ライン(18)を経て室内ユニ
ット(1B)に流れる。この液冷媒は、膨張弁（21）で減圧
した後、庫内熱交換器（22）で蒸発してガス冷媒とな
り、比例制御弁(35)を流通する。この比例制御弁(35)
は、庫内温度センサ(Th-i)によって検出される庫内温度
に応じて開度が調整されている。具体的には、庫内温度
が設定温度よりも低い場合には、比例制御弁(35)の開度
を小さくする。これにより、圧縮機(11)吸入側の圧力損
失が大きくなり、この圧力損失分だけ蒸発温度が高くな
って蒸発器能力が小さくなる。従って、庫内温度を上昇
させて設定温度に近付ける。逆に、庫内温度が設定温度
よりも高い場合には、この比例制御弁(35)の開度を大き
くする。これにより、圧縮機(11)吸入側の圧力損失が小
さくなって蒸発温度が低くなり蒸発器能力が大きくな
る。従って、庫内温度を設定温度まで低下させることが
可能となる。このような動作を繰り返すことで、庫内温
度を設定温度に維持する。

【００３０】本形態の特徴とする動作は、この冷却運転
時に圧縮機(11)の吐出冷媒の一部をホットガスバイパス
管(36)により比例制御弁(35)の上流側に供給することに
ある。つまり、このホットガスバイパス管(36)の電磁弁
(SV-3)を開放することで、比例制御弁(35)の上流側に高
圧ガス冷媒を供給する。このような動作によれば、比例
制御弁(35)には、庫内熱交換器(22)で蒸発した冷媒と高
圧ガス冷媒とが混合された状態で流れることになる。つ
まり、比例制御弁(35)を流れる冷媒の流量を増大させる
ことができるので、比例制御弁(35)を開閉動作させる際
の庫内熱交換器(22)に対する作用が大きく発揮できる。
何故なら、比例制御弁(35)を絞る際に、その上流側での
減圧度は、比例制御弁(35)での流量変化量の２乗に比例
する。従って、予め比例制御弁(35)を流れる冷媒の流量
を増大させておくことで、比例制御弁(35)を僅かに絞っ
ただけでもその流量変化は大きくなり、その分、圧力損
失の変化量も大きくなって庫内熱交換器(22)の蒸発温度
を大幅に低下させることができる。言い換えると、比例
制御弁(35)の開度変化量に対する庫内熱交換器(22)の蒸
発温度の変化割合を大きくすることができる。これによ
り、比例制御弁(35)による庫内熱交換器(22)の蒸発温度
の制御範囲の拡大を図ることができる。

【００３１】また、圧縮機(11)の吸入圧力を高くするこ
ともできるので、従来のように、圧縮比の増大に伴っ
て、吐出管温度が過上昇してしまうといった状況の発生
を回避することもできる。

【００３２】また、本装置(10)は、４時間等の所定時間
毎に除霜運転（デフロスト運転）を行う。この運転時に
は、四路切換弁(12)が図中破線側に切換えられると共に
比例制御弁(35)は全開状態となる。また、各ファン(F-
o,F-i) は停止される。これにより、圧縮機(11)から吐
出されたホットガス（高温のガス冷媒）は、四路切換弁
(12)を経て庫内熱交換器(22)に達し、該庫内熱交換器(2
2)の霜を除去する。その後、この冷媒は、ドレンパンヒ
ータ(26)を経て減圧部(14)に達する。ここで、キャピラ
リチューブ(CP)において減圧し、庫外熱交換器(13)で外
気と熱交換を行って蒸発した後、圧縮機(11)に戻る。

【００３３】以上説明したように、本形態によれば、冷
却運転時に、比例制御弁(35)の上流側に高圧ガス冷媒を
供給することで、比例制御弁(35)の開度変化量に対する
庫内熱交換器(22)の蒸発温度の変化割合を大きくするこ
とができて、比例制御弁(35)による庫内熱交換器(22)の
蒸発温度の制御範囲の拡大を図ることができ、且つ吐出
管温度の過上昇を回避することもできる。このように、
蒸発温度の制御範囲の拡大を図ることができるというこ
とは、冷凍装置（10）の馬力に対して大きめの比例制御
弁を使用することが可能となり、冷凍装置（10）が能力
を最大限に発揮しているときであっても、比例制御弁で
の圧力損失を比較的小さくしながら制御範囲を大きく確
保できることに繋がる。

【００３４】尚、本形態では、比例制御弁(35)をガス側
連絡管(32)に設けたが、本発明は、これに限らず、庫外
ユニット(1A)内の吸入ガスライン(19)など、庫内熱交換
器(22)のガス側の適当な箇所に設けることが可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば以下に述べるような効果が発揮される。請求項１記載
の発明によれば、圧縮機(11)の吸入側に、該吸入側での
圧力損失を調整することにより蒸発器(22)の蒸発温度を
可変にする圧損手段(35)を設けた冷凍装置に対し、ホッ
トガス供給手段(36)により、圧縮機(11)の吐出冷媒の一
部を圧損手段(35)の上流側に供給するようにした。これ
により、圧損手段(35)において、圧力損失を生じさせな
い状態での総流量に対する圧力損失を生じさせた場合の
流量変化量の比が小さくても損失圧力を大きくすること
ができる。従って、圧損手段(35)による蒸発器(22)の蒸
発温度の制御範囲の拡大を図ることができ、装置の実用
性の向上を図ることができる。また、圧縮機(11)の吸入
圧力を高くすることで、圧縮比の増大に伴う吐出管温度
の過上昇を抑制でき信頼性の向上を図ることもできる。

【００３６】請求項２記載の発明では、圧損手段を、開
度調整自在な比例制御弁(35)とし、該比例制御弁(35)の
開度変化による蒸発器(22)の蒸発温度の制御範囲を拡大
でき、蒸発温度の調整を容易に行うことができる。

【００３７】請求項３記載の発明では、膨張機構を、外
部均圧型の感温式膨張弁(21)としている。この膨張弁で
は、回路全体として冷媒循環量が減少すると、蒸発器出
口側の冷媒過熱度が高くなることに伴って開度が大きく
なり、圧損手段(35)での圧力損失を大きくさせる傾向に
なるが、本発明によれば、上述の如く、この圧力損失の
増大を抑制して蒸発温度の制御範囲の拡大を図ることが
できる。

【００３８】請求項４記載の発明では、インジェクショ
ン回路(20)により凝縮器(13)で凝縮した液冷媒の一部を
圧縮機(11)の吸入側に供給するようにし、この供給量を
調整弁(SV-1,SV-2) により調整可能にした。これによ
り、圧縮機(11)の吐出ガスの過熱度が過上昇することを
抑制でき、また、この過熱度を適切に調整できて、安定
した運転動作を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る冷凍装置の冷媒配管系統図であ
る。

【符号の説明】

(11) 圧縮機 (13) 庫外熱交換器（凝縮器） (20) インジェクション回路 (21) 膨張弁（膨張機構） (22) 庫内熱交換器（蒸発器） (30) 冷媒回路 (35) 比例制御弁（圧損手段） (36) ホットガスバイパス管（ホットガス供給手
段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機(11)と、凝縮器(13)と、膨張機構
   (21)と、蒸発器(22)とが冷媒循環可能に順に接続されて
   成る冷媒回路(30)を備え、 上記圧縮機(11)の吸入側に、該吸入側で圧力損失を生じ
   させ且つその損失圧力を調整することにより蒸発器(22)
   の蒸発温度を可変にする圧損手段(35)が設けられた冷凍
   装置において、 上記圧縮機(11)の吐出冷媒の一部を圧損手段(35)の上流
   側に供給するホットガス供給手段(36)が設けられている
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の冷凍装置において、 圧損手段は、開度調整自在な比例制御弁(35)であること
   を特徴とする冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の冷凍装置において、 膨張機構は、外部均圧型の感温式膨張弁(21)であること
   を特徴とする冷凍装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の冷凍装置において、 凝縮器(13)で凝縮した液冷媒の一部を圧縮機(11)の吸入
   側で且つ圧損手段(35)の下流側に供給するインジェクシ
   ョン回路(20)を備え、該インジェクション回路(20)には
   圧縮機(11)の吸入側への液冷媒の供給量を調整可能な調
   整弁(SV-1,SV-2) が設けられていることを特徴とする冷
   凍装置。