JP2571652B2 - 冷凍装置の容量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍装置の容量制御装
置、特に、リリーフ回路を兼ねる容量制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】リリーフ回路を兼ねる容量制御装置を備
えた冷凍装置は種々の分野で利用されている。その代表
例を図４に基づいて説明する。図４の図（Ａ）、図
（Ｂ）に示す冷凍装置は、いずれも、各種製品、材料等
がある温度環境又は温湿度環境につき、どのような特性
を有するか、どのような影響を受けるか等を調べるため
の恒温器、恒温恒湿器のような環境試験装置に採用され
ているものである。

【０００３】図（Ａ）は一元冷凍装置を示している。こ
の装置では、冷媒が圧縮機１にて圧縮されたのち、凝縮
器２を通過することで凝縮され、次いでキャピラリーチ
ューブ、電子膨張弁のような膨張機構３を通過して膨張
しつつ蒸発器４に入り、ここで熱交換されたのち、再び
圧縮機１へ戻るように循環する。一方、圧縮機吐出側
（高圧側）と吸入側（低圧側）の間にリリーフ回路兼容
量制御回路５がバイパス状に設けてあり、この回路５に
は電磁弁６、リリーフタンク７及びキャピラリーチュー
ブ等の容量制御機構８が含まれている。

【０００４】リリーフ回路として機能するときは、前述
のように、冷凍装置が運転されている間に圧縮機吐出側
冷媒圧力が予め定めた異常圧力に達すると、これを高圧
圧力スイッチ５０が検出し、この検出値に基づいて電磁
弁６が開かれる。前記蒸発器４は加熱ヒータ９と共に環
境試験装置の試験槽に設置される。蒸発器４が該試験槽
内を冷却する一方、ヒータ９は温度調節器１０からの加
熱ヒータ信号を受けてオンされ、試験槽内を加熱する。
かくして、冷却と加熱の兼ね合いで、試験槽を設定温度
（目標温度）に制御するのであるが、加熱ヒータ信号は
断続的に出力され、これと同期してリリーフ回路兼容量
制御回路中の電磁弁６を開閉する信号が出力される。す
なわち、加熱ヒータ信号出力時、電磁弁６は開かれ、加
熱ヒータ信号オフ時、弁６は閉じられる。かくして、加
熱ヒータがオンのとき、冷凍装置は容量制御される。

【０００５】図４の図（Ｂ）は二元冷凍装置を示してい
る。この装置において、１Ａ、１Ｂは圧縮機を、２Ａは
凝縮器を、２Ｂはカスケードコンデンサーを、３Ａ、３
Ｂは膨張機構を、４Ｂは蒸発器を示している。５Ｂはリ
リーフ回路兼容量制御回路を示し、この回路中、６Ｂは
電磁弁、７Ｂはリリーフタンク、８Ｂは容量制御機構で
ある。また、５０Ｂは高圧圧力スイッチである。図中、
右側の冷凍回路に破線で示すようにリリーフ回路兼容量
制御回路５Ａを設けることもあるが、この例では設けて
いない。蒸発器４Ｂは加熱ヒータ９と共に環境試験装置
の試験槽に設置され、温度制御に供される。

【０００６】この二元冷凍装置においても、加熱ヒータ
９は温度調節器１０からの加熱ヒータ信号に基づきオ
ン、オフされ、これと同期して電磁弁６Ｂの開閉信号も
出力され、加熱ヒータ９がオンのときは弁６Ｂが開、ヒ
ータ９がオフのとき、弁６Ｂが閉とされ、ヒータオン時
には冷凍装置の容量が制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の冷
凍装置によると、リリーフ回路兼容量制御回路中の電磁
弁の機械的寿命が制御の信頼性を決定づける大きい要因
となるのに、加熱ヒータ出力と同期して該電磁弁が頻繁
に開閉動作するため、該電磁弁の機械的寿命が短いとい
う問題がある。

【０００８】現在、一般の電磁弁の機械的寿命は５０万
回／定格であり、高寿命のものでも５００万回／定格で
ある。例えば環境試験装置のような装置において、この
ような容量制御方法を採用し、容量制御回路中の電磁弁
が５秒に１回オンするとし、年間装置稼働率を１／２と
すると、１年間に約３１５万回開閉することになり、前
記５００万回／定格の高寿命のものを用いても、寿命は
１．６年程度しかない。

【０００９】従って、環境試験装置など、比較的長時間
連続運転される装置において、このような冷凍装置の容
量制御は採用し難い。また、前記従来冷凍装置による
と、冷凍能力を最大限必要とする低温制御時、リリーフ
回路兼容量制御回路中の電磁弁の開閉動作により、冷凍
能力の変動幅が大きくなり、結果として、環境試験装置
等における温（湿）度調節幅が大きくなるという問題が
ある。

【００１０】そこで本発明は、冷凍回路中の圧縮機高圧
側冷媒の圧力が予め定めた異常圧力に達するとこれを検
出する高圧圧力スイッチを有する冷凍装置の容量制御装
置であって、 従来より安定した容量制御を行うことが
できる信頼性の高い、また、冷凍能力の変動幅の小さい
冷凍装置の容量制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的に従
い、冷凍回路中の圧縮機高圧側冷媒の圧力が予め定めた
異常圧力に達するとこれを検出する高圧圧力スイッチを
有する冷凍装置の容量制御装置であり、前記冷凍回路に
おける前記圧縮機の高圧側と低圧側をバイパスし、流量
調整弁及びリリーフタンクを含んでいるバイパス回路
と、該流量調整弁の開度を制御する制御部とを備えてお
り、該制御部は、該流量調整弁の開度を、冷凍装置が温
度制御に供される部位の設定温度ごとに予め定められた
弁開度に制御するとともに、前記高圧圧力スイッチが作
動したときは前記リリーフタンクを機能させる優先開度
に制御することを特徴とする冷凍装置の容量制御装置を
提供するものである。

【００１２】前記バイパス回路における流量調整弁は、
容量制御のための開度を前記設定温度に応じて全閉又は
全開のいずれかに制御可能の一つの電磁弁でも、或い
は、全開時の開度が異なる複数の電磁弁を並列に接続
し、前記設定温度に応じて、いずれか一つ又は二つ以上
の電磁弁が全開又は全閉されるようなものでも、或い
は、前記設定温度に応じた開度に自動調節される自動弁
でもよく、要するに設定温度に応じて予め定めた容量制
御のための開度が弁全体として得られるものであればよ
い。

【００１３】なお、この流量調整弁は、前記バイパス回
路をリリーフ回路として機能させるために、前記高圧圧
力スイッチが作動したときは、前記リリーフタンクを機
能させて異常圧力を回避できる優先開度を得られるもの
とする。

【００１４】

【作用】本発明冷凍装置の容量制御装置によると、冷凍
装置が温度制御に供される部位（温度制御に供される空
間又は物体）の設定温度（目標温度）に応じて、前記制
御部の指示のもとに、バイパス回路中の流量調整弁が
開、閉又は開度調節されて一定状態に維持される。 ま
た、冷凍回路に異常圧力が発生して高圧圧力スイッチが
作動すると、該流量調整弁はバイパス回路中のリリーフ
タンクを機能させる優先開度に設定され、これによりバ
イパス回路中へ流入した冷媒はリリーフタンクへ逃げこ
むことができ 、危険な状態を回避できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の１実施例である容量制御装置を備
えた冷凍装置を示している。この冷凍装置はハード構成
的には図４の図（Ａ）に示す冷凍装置に類似している。
従来装置と同じ部品については同じ参照符号を付してあ
る。蒸発器４は加熱ヒータ９とともに環境試験装置の試
験槽に設置される。但し、圧縮機１の高圧側と低圧側を
バイパスし、電磁弁６及びリリーフタンク７を含んでい
るバイパス回路は後述する制御部１００と共に本発明に
係る容量制御装置を構成している。

【００１６】この冷凍装置では、加熱ヒータ９は温度調
節器１０からの加熱ヒータ信号に基づいてオン・オフさ
れるが、リリーフ回路兼容量制御回路５における電磁弁
６は、電磁弁及び圧縮機の制御部１００からの指示に基
づいて全開又は全閉状態に維持される。すなわち、制御
部１００は次のように構成されている。

【００１７】ヒータ９を制御する温度調節器１０から知
らされる試験槽内設定温度が、図１の図（Ｂ）に示すよ
うに、０℃より低い温度Ｔ１以上で、０℃より高い温度
Ｔ２以下の範囲にあり、冷凍能力が比較的小さく済む領
域では、電磁弁６を開くように指示を出し、設定温度が
Ｔ１より低いときには電磁弁６を閉じるように指示を出
し、設定温度がＴ２より高いときは圧縮機１を停止させ
るとともに電磁弁６に対しオフ信号を与えたままとす
る。

【００１８】以上説明した冷凍装置の容量制御装置によ
ると、試験槽内設定温度がＴ２以下の場合には圧縮機１
が運転され、冷凍装置が作動する。そして、設定温度が
Ｔ１以上、Ｔ２以下の範囲にあるときは、容量制御回路
５における電磁弁６が開かれ、それによって冷媒の一部
がこの容量制御回路に流れ込み、容量制御が実施され
る。しかもこの容量制御は、電磁弁６が開かれた状態に
固定されて行われるので、電磁弁の機械的寿命がそれだ
け長くなり、長期にわたり安定した容量制御が実施され
るとともに、冷凍能力の変動幅も小さく、その結果、試
験槽内の温度調節幅も小さく抑制される。

【００１９】設定温度がＴ１より低いときには、制御部
１００の指示に基づき、電磁弁６は閉じられる。従っ
て、冷媒が容量制御回路に流れ込むことはなく、冷凍装
置はその能力を十分発揮して試験槽の温度調節に寄与す
ることができる。この場合も、電磁弁６は閉じた状態に
固定されるので、電磁弁の機械的寿命はそれだけ長くな
り、冷凍装置運転は長期にわたり安定し、冷凍能力の変
動幅は小さく抑制され、延いては試験槽内の温度調節幅
も小さく抑制される。

【００２０】設定温度がＴ２より高いときには、制御部
１００の指示に基づき圧縮機１が停止され、冷凍装置の
運転がそれによって停止される。また電磁弁６にはオフ
信号が与えられたままとなる。従って、電磁弁６が常開
電磁弁の場合には開いたままに固定され、常閉電磁弁の
場合には閉じた状態に固定される。図２は本発明の第２
の実施例容量制御装置を備えた冷凍装置を示している。
この冷凍装置は二元冷凍装置で、図４の図（Ｂ）に示す
冷凍装置とハード構成的には類似しており、同じ部品に
は同じ参照符号を付してある。但し、圧縮機１Ｂの高圧
側と低圧側をバイパスし、電磁弁６Ｂ及びリリーフタン
ク７Ｂを含んでいるバイパス回路は制御部１００と共に
本発明に係る容量制御装置を構成している。

【００２１】この冷凍装置においても、蒸発器４Ｂは加
熱ヒータ９とともに環境試験装置の試験槽に設置され
る。そして加熱ヒータ９は温度調節器１０からの指示に
基づきオン・オフされるが、リリーフ回路兼容量制御回
路５Ｂにおける電磁弁６Ｂの開閉は圧縮機及びこの電磁
弁の制御を司る制御部１００からの指示に基づいて行わ
れる。

【００２２】制御部１００は図１の図（Ａ）に示す冷凍
装置における制御部１００と実質上同一の構成である。
従って、この容量制御装置付き冷凍装置も先の実施例装
置と同様に動作する。なお、図１及び図２のいずれの容
量制御装置においても、冷凍回路中の冷媒圧力が異常に
高くなって、圧縮機１、１Ｂの冷媒吐出側に設けた高圧
圧力スイッチ５０、５０Ｂが作動すると、この圧力スイ
ッチによる異常圧力検出に基づいて制御部１００がリリ
ーフ回路５、５Ｂ中の電磁弁６、６Ｂを開き、リリーフ
タンク７、７Ｂに冷媒が吸収されるようにし、これによ
り危険状態を回避する。このように回路５、５Ｂをリリ
ーフ回路として機能させるときの電磁弁６、６Ｂの開成
は、通常の容量制御のための電磁弁開閉とは無関係に、
優先的に行われる。

【００２３】ここで図２及び図４の図（Ｂ）に示すリリ
ーフ回路兼容量制御回路を含む冷凍装置を用いた図３に
示す恒温槽において、容量制御の方法として従来方法と
本発明装置による方法とを用いて恒温槽内温度の設定温
度に対する変動幅を調べたところ、次の結果を得た。こ
の結果から分かるように、本発明装置によると、恒温槽
の温度調節幅を小さく抑制し、精度高く希望する温度を
得ることができることが分かる。

【００２４】なお、以下に示す「設定温度に対する最大
変動幅」は、槽内温度が設定温度に到達後、十分安定し
たのち（本例では約１時間後）、約３０分間温度測定を
行い、その間の最高温度Ｔ（＞設定温度）と最低温度ｔ
（＜設定温度）の差の半値（Ｔ−ｔ）／２を±の幅で表
したものである。 設定温度に 対する最大変動幅 恒温槽 本発明装置による容量制御 従来装置による容量制御 設定温度 の場合 の場合 但し、T1＝−18℃、T2＝50℃ ＋５０℃ ±０．０６℃（弁６Ｂ開） ±０．１３℃ ０℃ ±０．０５℃（弁６Ｂ開） ±０．１８℃ −４０℃ ±０．０９℃（弁６Ｂ閉） ±０．３３℃ −７０℃ ±０．０６℃（弁６Ｂ閉） ±０．５１℃ ＋１８０℃ ±０．１１℃（圧縮機停止） ±０．１７℃ なお、図３に示す恒温槽の寸法、ヒータ９の能力、冷凍
装置の冷凍能力等の条件については、以下のとおりであ
った。

【００２５】 図３の恒温槽詳細 外寸法 ： 幅９４０×高さ６３７×奥行５３３（ｍｍ） 槽内寸法： 幅４０６×高さ３０５×奥行２８０（ｍｍ） 断熱層 ： グラスウール（厚さ１００ｍｍ） 冷凍装置： 二元冷凍装置 圧縮機 各４００Ｗ 定格冷凍能力 1500BTU/Hr（378Kcal/Hr) リリーフタンク容量 本発明方法０．７６リットル 従来方法 ２．２１ リットル ヒータ容量 ５００Ｗ 槽内循環風量： ４ｍ³ ／分以上 温度制御 ： ＰＩＤ制御 温度測定 ： 位置 槽中央 測定具 直径５ｍｍの黄銅球を先端につけた 熱電対（線径０．３２ｍｍ） 槽内状態 試料、棚板等なし

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、冷
凍回路中の圧縮機高圧側冷媒の圧力が予め定めた異常圧
力に達するとこれを検出する高圧圧力スイッチを有する
冷凍装置の容量制御装置であって、 従来より安定した
容量制御を行うことができる信頼性の高い、また、冷凍
能力の変動幅の小さい冷凍装置の容量制御装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図（Ａ）は本発明の１実施例である容量制御装
置を備えた一元冷凍装置の回路図であり、図（Ｂ）は図
（Ａ）に示す冷凍装置中の容量制御回路における電磁弁
の開閉状態と環境試験装置試験槽における設定温度との
関係を示す図である。

【図２】本発明の他の実施例である容量制御装置を備え
た二元冷凍装置の回路図である。

【図３】本発明容量制御装置の効果を知るための実験に
用いた恒温槽の概略断面図である。

【図４】図（Ａ）はリリーフ回路兼容量制御回路を備え
た一元冷凍装置の従来例を説明するための図であり、図
（Ｂ）はリリーフ回路兼容量制御回路を備えた二元冷凍
装置の従来例を説明する図である。

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ 圧縮機 ２、２Ａ 凝縮器 ３、３Ａ、３Ｂ 膨張機構 ４、４Ｂ 蒸発器 ２Ｂ カスケードコンデンサ ５、５Ｂ リリーフ回路兼容量制御回路 ６、６Ｂ 電磁弁 ７、７Ｂ リリーフタンク ８、８Ｂ 容量制御機構 ５０、５０Ｂ 高圧圧力スイッチ ９ 加熱ヒータ １０ 温度調節器 １００ 弁制御部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍回路中の圧縮機高圧側冷媒の圧力が
   予め定めた異常圧力に達するとこれを検出する高圧圧力
   スイッチを有する冷凍装置の容量制御装置であり、前記
   冷凍回路における前記圧縮機の高圧側と低圧側をバイパ
   スし、流量調整弁及びリリーフタンクを含んでいるバイ
   パス回路と、該流量調整弁の開度を制御する制御部とを
   備えており、該制御部は、該流量調整弁の開度を、冷凍
   装置が温度制御に供される部位の設定温度ごとに予め定
   められた弁開度に制御するとともに、前記高圧圧力スイ
   ッチが作動したときは前記リリーフタンクを機能させる
   優先開度に制御することを特徴とする冷凍装置の容量制
   御装置。