JPS5899652A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷蔵庫等に用いる冷凍装置に関する。

一般的なロータリーコンプレッサの如く高圧容器型の圧
縮機を採用する小形の冷凍装置においては、密閉容器内
が高圧側になるために一般のレシプロコンプレッサの如
く低圧容器型の密閉圧縮機（以下レシプロコンプレッサ
と呼ぶ）に比べて冷凍装置に封入する冷媒量が大巾に増
加する。その−例として、普及型冷凍冷蔵庫ではレシプ
ロ型の冷媒封入量１５０７程度に対して、ロータリー型
では約２６０ｆ程度となシロ０％以上の大巾な増加とな
る。この冷媒の増加分１ｏ０２のうち一部は高温高圧の
スーパーヒートガスとして、一部は冷凍機油中に溶解し
て密閉容器中に滞留しているのである。これらの高温高
圧の冷媒は冷凍装置の温度調節器の働きにより冷凍装置
の停止時にはスーパーヒートガスはガス状態で、冷凍機
油中に溶解しているものは気化して密閉容器内の高温部
分で加熱され、高温高圧のスーパーヒートガスとなり蒸
発器に流入する。すなわち、その流入経路の第１流路と
して密閉容器−凝縮器一絞り装置−蒸発器へと流入し、
凝縮器で放熱されるので常温のスーパーヒートガスとし
て流入するが、蒸発器との温度差は非常に大きく、従っ
て蒸発器を加熱し大きな熱負荷となる欠点があった。ま
た、第２流路として密閉容器→圧縮要素のシリンダ室−
サクジョンラインー蒸発器へと高温高圧のスーパーヒー
トガスのまま流入し７蒸発器を加熱し、これまた大きな
熱負荷となる欠点があった。なおこの、密閉容器内の高
温高圧ガスがシリンダ室に流入するのは、現存するロー
タリーコンプレッサ等の高圧容器型の圧縮機が金属面接
触によるメカニカルシールにてシリンダ室を構成してい
るためである。

すなわち、ロータリーコンプレッサ等の高圧容器型の圧
縮機を用いた冷凍装置は以上の如く高温高圧のスーパー
ヒートガスが多量に蒸発器に流入して大きな熱負荷とな
るものであった。そのため従来のレシプロコンプレッサ
に比べて約２０％程度効率の高いロータリーコンプレッ
サ等の高圧容器型の圧縮機を実際に冷凍冷蔵庫に取りつ
けてＪＩＳＣ９６０７電、気冷紙庫及び電気冷蔵庫の消
費電力試験にて測定した場合にも効果は大巾に減少し、
約６係程度の節電量でしかないものであった。

この消費電力量の低減量をロータリーコンプレッサ等の
高圧容器型の圧縮機の効率向上相当分に引き上げるため
には、前記第１．第２の流路より蒸発器に流入する多量
のスーパーヒートガスを阻止することである。現在一部
に用いられている方法は前記第２流路を改善する方法で
、冷凍装置のサクションラインにチェツクノくルプを設
ける方法やロータリーコンプレッサ内部にチェソクノ（
ルプを設ける方法であるが、前記第１流路は未改良であ
るだめその効果は小さく、消費電力量の低減は６チ程度
向上するのみ゛で合計１０％程度の効果である。また前
記第１流路を改善する方法として考えられる方法は、電
磁弁をコンデンサ出口に設は冷凍装置の運転に連動して
開閉する手法があるが、電磁弁は高価であり、動作時に
騒音が発生し、またこの電磁弁の制御回路が必要で電気
回路が複雑となり、それ自身が電力を消費するなどの欠
点を有しているものであった。

本発明は以上の欠点に鑑みて、安価で、電気的な制御を
必要とせず、静粛で、かつロータリーコンプレッサ等の
高圧容器型の圧縮機単体の効率向上と同等以上の高効率
化を冷凍装置として図らんとする省エネルギー形の冷凍
装置を提供せんとするものである。

以下に本発明の一実施例について説明する。１はロータ
リー型の圧縮機、２は凝縮器、３は流体制御弁、４は絞
り装置、６は蒸発器、６は逆止弁、７はマフラーである
。前記流体制御弁３は内部に略円筒状の弁室８を形成し
ており、この弁室８の内径と略同−の外径る有するボー
ル弁９を備えている。前記弁室８の下面及び上面には第
１弁座１０、第２弁座１１が形成され、それぞれ第１ポ
ー）１２、第２ポ◆ト１３が連通されている。

１４は第３ボートであり、ボール弁９が第１の弁座１０
を閉成したるときに形成するボール弁９の下部の弁室８
ａに面する位置、に連通されている。

ｊた、流体制御弁３のそれぞれのポート１２，１３゜１
４は第１ポート１２は冷凍サイクルの高圧側配管Ａの絞
り装置４の入口に、第２ポート１３は導圧管１６を介し
て冷凍サイクルの低圧側配管Ｂのマフラー７の一端に接
続し、第３ポート１４は凝縮器２の出口にそれぞれ接続
されている。

次に上記構成による動作について説明する。

第１図は装置の起動直前の状態を示すものであり、第３
図のイ点に相当する。このときの圧力を第１ポート１２
の圧力Ｐ１ｏ１第２ポート１ａの圧力Ｐ２ＯＮ第３ポー
ト１４の圧力Ｐ３ｏとする。また、第１ポート１２の断
面積ｄ１、第２ポート１３の断面積ａ　　ボール弁９の
断面積ａ３、ボール弁１ ９の自重Ｗとすると前記ボール弁９が第１弁座１ｏの着
座した状態から上方へ摺動せしめられ、第１ポート１２
が開路するＣ以下開弁と呼ぶ）ときの第２ポート１３と
第３ポート１４の圧力差ΔＰｏ−Ｐ３ｏ−Ｐ２゜は以下
の式で求められる。

ΔＰ０〉ａ１／ａ３・（Ｐ３゜−Ｐｌ。）＋ｗ／ａ３捷
だ、前記ボール弁９が第２弁座１１に着座した状態より
下方へ摺動せしめられ、第１ポー１２を閉路する（以下
閉弁と呼ぶ）ときの前記圧力差ΔＰ１　　は以下の式で
求められる。

ΔＰ１＜　Ｗ／　ａ２ 従って、例えば周囲温度３０　’Ｃ、冷媒Ｒ−１２、ａ
ｌ：　ａ２＝　０．０１　ｃｎｌ、　ａ３＝＝０．５ｃ
ｆｆｌ、　Ｗ＝０．００３ｔとすると、Ｐ１ｏ＝１．０
に／／ｃ−６１Ｐ３ｏ−６，５ＫＩＰ／ｃｄＧであるた
め、ΔＰ０〉０．１警／ｃｄのときに開弁する。

また、ΔＰ１（ｏ、ａｌｌ／ｃｎのときに閉弁する。

第３図のイ点の状態で起動すると、低圧側配管Ｂの圧力
は急激に降下する。従って低圧側配管Ｂのマフラー７と
導圧管１Ｆ５により連通せしめられた第２ポート１３及
び弁室８のポール弁９上方の圧力も急激に降下し開弁圧
力点（第３図の四点）を瞬間に通過下降する。これによ
り、ボール弁９は第２図の如く第１弁座１０を開弁する
と共に、第２弁座１１に圧着され、第２ポート１３及び
これと連通した導圧管１６と弁室８及びこれと連通した
高、圧側配管Ａを完全に分離するものである。この時、
流体制御弁３の第１ポート１２は開路状態とされるため
、冷媒は一圧縮機１−凝縮器２−流体制御弁３−絞り装
置４−蒸発器６−逆止弁６へと流れるため、逆止弁６も
開路され、逆止弁６−マフラー７−圧縮機１への正規な
流れが保たれ支障なく冷凍作用が行なわれる。

次に停止時について説明する。第２図は停止直前の流体
制御弁３の状態を表わすものであり、第３図のハ点に相
当する。この状態で圧縮機１の運転が停止すると低圧側
配管Ｂ内のガス流が停止し、逆止弁６は弁（図示せず）
自重により閉弁する。

この時、圧縮機１内のスーパーヒートガスは圧縮機１の
圧縮要素内を逆流し、低圧側配管Ｂの逆止弁６の下流側
に流入し圧力を急上昇せしめる。しかし、逆止弁６が閉
弁しているためスーパーヒートガスが蒸発器６内へ逆流
入する−ことを防止している。一方、同時に、前記マフ
ラー７と導圧管１６にて連通された流体制御弁３の第２
ボート１３内の圧力も急上昇し、第３ポート１４内の圧
力との圧力差ΔＰがｏ、ａ　Ｋｐ　／ａａ　（第３図の
二点）より小さくなると自重でボール弁９を下方へ摺動
せしめられ第１弁座１０を閉じて高圧側配管Ａを閉路す
る゛。これにより凝縮器２内のスーパーヒートガスが絞
り装置４を通じ蒸発器５へと流入することも防止できる
ものである。尚、圧縮機１が停止後、流体制御弁３が閉
弁するまでの時間ｔは約３０秒以下であることが望まし
い。この３０秒以下というのは、冷凍装置の大きさや、
圧縮機・１の大きさにもよるが、冷凍装置が停止後より
約１分程度は凝縮器２で凝縮された液冷媒が絞シ装置４
へ流入し、正規な冷凍作用を行なうので、それ以前に流
体制御弁３を閉弁すれば良いためである。

そのためには前記時間食をできるだけ小さくする必要が
ある。このためには前記流体制御弁３の第２ポート１３
の圧力と第３ポート１４の圧力との圧力差ΔＰが大きな
時、流体制御弁３を閉弁させる必要がある。一方、運転
時の前記圧力差　ΔＰは外気湯度が低くなる程小さくな
るため、前記流体制御弁３を開弁させる圧力差ΔＰを大
きくとると運転状態でも前記流体制御弁３は閉弁しだま
捷となり、冷凍作用が行なえなくなる。この点に関し、
本発明ではボール弁９の大きさ、自重及び第１ポート１
２、第２ポート１３の断面積を適正に選定することによ
り、開弁時のΔＰ　＝　０．１　Ｋｐ／　ｃｒｌ、閉弁
時のΔＰ＝　Ｏ−３Ｋｐ　／　ａ／！と理想通りに簡単
な構成で可能としている。

以上の説明からも明らかなように本発明による冷凍装置
は内部にボール弁を摺動可能に収納した略円筒状の弁室
の下面に第１弁座及び第１ポート、上面に第２弁座及び
第２ポートを形成し、前記ボール弁が前記第１の弁座に
着座した時にボール弁の下面及び前記弁室とで構成され
る空間に面する位置に第３ポートを形成した流体制御弁
を有し、冷却システムにおける蒸発器の出口に接続した
逆止弁と圧縮機の低圧側の間に第２ポート、冷却システ
ムの高圧側配管に第１ポート、第３ボートをそれぞれ接
続配管したもので、電磁弁で制御するものに比べて安価
であり、さらに、制御する電力も必要とせず、制御回路
も不要で余分な電気配線も必要とせず、又なめらかな動
作を行うので騒音が発生しないなどの特徴を有するもの
である。また、第１弁座とボール弁は低圧回路の圧力が
低い時に開弁し、高い時は閉弁するようにその圧力に応
動するようにしているので冷凍装置が運転中は通常９冷
媒循環を行い、冷凍装置が停止中には逆止弁機能を有す
る第２弁座とボール弁がただちに閉弁すると同時に低圧
回路の圧力が急上昇し第１弁座をボール弁が液冷媒が減
圧装置へ流出している微小時間中に閉弁するので、圧縮
機内および凝縮器内のスーパーヒートガスがサクション
ラインおよび絞り装置を介して蒸発器に流入するのを防
止する。従って流体制御弁の無いものに比べて節電効果
を大とすると共に流体制御弁の弁装置の構成も非常に簡
素であり、その動作特性の選定もバネ等ではなくポート
径、ボール弁径、ボール弁の自重の組合わせにより行な
うものであるから、そのバラツキも殆んどなく安価で精
度の良いものを簡単に組立てることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷凍装置の冷凍サイクル図
で起動直前の状態、第２図は第１図相当の停止前・の流
体制御弁の要部断面図、第３図は第１図の冷凍装置の圧
力変化図である。 １・・・・・・圧縮機Ｓ２・・・・・・凝縮器Ｓ３・・
・・・・流体制御弁、４　、、、、、、絞９装置、５　
、、、、、・蒸発器、６・・・・・・逆止弁・１ｏ・・
・・・・第１弁座Ｓ１１・・・ポート、１３　、、、、
、、第２ボート、１４　、、、、、、第３ポート。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
ｌ１１ １２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部にボール弁を摺動可能に収納した略円筒状の弁室の
   下面に第１弁座及び第１ポート、上面に第２弁座及び第
   ２ポートをそれぞれ形成し、前記ボール弁が前記第１弁
   座に着座した時にボール弁の下面及び前記弁室とで構成
   される空間に面する位置に第３ボートを形成した流体制
   御弁と、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、逆止弁等
   で構成される冷却システムの高圧側配管に第１ポートと
   第３ポートを接続し、がっ、低圧側配管で逆上弁より下
   流側に第２ポートを接続１管した冷凍装置。