JPH07104063B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 産業上の利用分野 本発明は低温庫の温度制御をするにあたり庫内温度が設
定温度に対して上下動する幅を小さくする制御装置を備
えた冷却装置に係り、詳しくは室外側熱交換器の構成改
良に関する。

従来の技術 庫内温度を低下させて設定温度に維持させるにあたり、
圧縮機の駆動・停止を制御（これをオン・オフ制御とい
う）したり、圧縮機の駆動能力を制御したりする方法を
とっている。後者の例として、圧縮機モータの極数変換
を行なう方法（例えば２極４極）や、インバータ装置
を使って圧縮機の回転周波数を変化させて能力制御をす
る方法（これをインバータ制御と称す）等種々の提案が
なされている。中でもインバータ制御のものとして特開
昭61−235664号公報がある。

発明が解決しようとする課題 オン・オフ制御にて温度制御を行なう場合、圧縮機等の
機械的な応答性の悪さ等の理由から設定温度に対して庫
内温度が上下動する幅が大きくなり、設定温度近傍例え
ば設定温度±0.5℃程度の精密な温度維持が要求される
分野（一例をあげると氷温温度帯での制御）にあっては
対応できないという問題があった。

一方、前述の公報にあっては、季節の移り変わりに伴な
う外気温度の変化により圧縮機モータを最低速回転にし
冷却能力最低の状態で運転させているにもかかわらず、
庫内温度が設定温度を下回る傾向にあるとき加熱装置
（詳しくは電熱線等のヒータ）を動作させるものである
が、加熱開始の指令によりヒータに通電が為され実質的
に庫内空気の加熱を行なうまでにはその特性上どうして
も時間遅れが生じやすく、しかも精密な温度維持を行な
うことが難しいとともに、インバータ装置等の搭載で全
体としてコスト高になるという問題があった。

そこで本発明は、インバータ装置を用いずに庫内温度を
設定温度近傍に維持させる制御装置を備えた冷却装置及
びその室外側熱交換器に改良を加え、安定した制御を行
なえるようにすることをその課題とする。

〔発明の構成〕

課題を解決するための手段 本発明の冷却装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発
器等を環状に配管接続した主冷媒流路と、主冷媒流路の
低圧側に配設される冷媒流量制御弁と、凝縮器の出口側
と冷媒流量制御弁の出口側との間に設けられ蒸発器及び
冷媒流量制御弁をバイパスする補助冷媒流路と、冷媒流
量制御弁の開度を制御する弁開度調節部とを備え、補助
冷媒流路に補助エバポレータと圧縮機の吸入側圧力が所
定圧力以下になると開く圧力調節弁とを設け、補助エバ
ポレータを凝縮器の風下側に配設したものである。

作用 冷媒流量制御弁の開度を小さくしてゆくと圧縮機の吸込
側圧力が低くなるが、圧力調節弁を開動作させて冷媒を
主冷媒流路と補助冷媒流路とに分流し、圧縮機へ戻る冷
媒量を多くして低圧補償を行なうとともに、蒸発器を流
れる冷媒量を実質的には減少させて冷却能力を低下させ
ている。また、凝縮器との熱交換により暖められた外気
（＝暖気）に補助エバ配管を晒していることから、補助
エバに流れる込む液冷媒と熱交換する空気（先の暖気の
こと）との温度差を大きくさせて、液冷媒を蒸発しやす
くするとともに、蒸発ガス量を増大させガス圧力の上昇
を図っている。

実施例 以下本発明の実施例を第１図〜第５図を参照して説明す
る。

（１）は圧縮機（２）、四方弁（３）、室外側熱交換器
の一部を構成する凝縮器（４）、減圧装置としてのキャ
ピラリーチューブ（５）及び膨張弁（６）、室内側熱交
換器（以後蒸発器と称す）（７）、アキュムレータ
（８）等を環状に配管接続した主冷媒流路（Ａ）を有す
る冷却装置としての冷凍装置であって、四方弁（３）は
冷却運転時において実線矢印の方向に冷媒経路をとり、
除霜運転時において波線矢印の方向に冷媒経路をとるよ
うに制御される。

（９）は冷却運転時蒸発器に空気を送って貯蔵室室内空
気を循環・冷却させる室内側送風機、（10）（11）は貯
蔵室内の温度を検知すべく冷却運転時における蒸発器
（７）への空気の吸込側、吹出側にそれぞれ配設される
室内温度センサ（前者を吸込温度センサ、後者を吹出温
度センサとする）であり、後述する弁開度調整部（17）
に検知温度に基づいた信号をそれぞれ送出する。尚、キ
ャピラリーチューブ（５）及び膨張弁（６）にはそれぞ
れ逆止弁（12）（13）を並列接続しておく。（14）は外
気を取り込み室外側熱交換器（15）と熱交換を行なわせ
るための室外側送風機である。

（16）は弁開度調整部（17）にてその開度が制御される
冷媒流量制御弁であり、冷凍装置（１）（詳しくは主冷
媒流路（Ａ））の低圧側（本例では冷却運転時における
蒸発器（７）の出口側）に接続される。また、冷媒流量
制御弁（16）は直流にて制御するもので、所定電圧（本
例では12V）を印加したとき全閉、零電圧を印加したと
き全開となるもので、零電圧と所定電圧との間の電圧を
印加したとき、印加電圧が小さくなればなるほどその開
度が大きくなる。

一方、（Ｂ）は電気信号によりその開閉が制御される電
動弁（本例では電磁弁を使用しているため、以下電磁弁
と称す）（18）、膨張弁（19）及び補助エバポレータ
（以下補助エバと称す）（20）を直列接続し蒸発器
（７）、膨張弁（６）及び冷媒流量制御弁（16）をバイ
パスする補助冷媒流路であって、冷却運転時における凝
縮器（４）の出口側（ここではキャピラリーチューブの
出口側）と蒸発器（７）の出口側（ここではアキュムレ
ータの入口側）との間に接続され、かつ補助エバ（20）
を凝縮器（４）の風下側に位置するように配設させる。
また電磁弁（18）は圧縮機（２）の吸込側（ここではア
キュムレータ（８）の出口側）に配設された低圧スイッ
チ（21）によりその開閉が制御され両者（18）（21）を
もって圧力調整弁と称する。詳述すれば、冷媒流量制御
弁（16）の開度変更にて冷媒流量が減少し、圧縮機
（２）の吸込側圧力が所定圧力P₁以下になったとき、低
圧スイッチ（21）が閉じ、電磁コイル（図示せず）に通
電され電磁弁（18）が開放状態となり、補助冷媒流路
（Ｂ）に冷媒が分流して吸込側圧力の低下を抑制すると
ともにP₁よりも高く押し上げ、吸込側圧力が一定圧力P₂
以上になったとき、低圧スイッチ（21）が開き電磁コイ
ルへの通電が停止して電磁弁（16）が閉塞状態となり補
助冷媒流路（Ｂ）への分流を停止するようにしておく。

尚、低圧スイッチ（21）と電磁弁（18）に代えて補助冷
媒流路（Ｂ）の出口部に吸入圧力調整弁（30）を直列に
接続し、吸入圧力調整弁（30）の特性により一次側（補
助エバ側）のガス圧力が二次側（圧縮機（２）の吸込
側）のガス圧力以上のときに弁を開放状態とし、一次側
が二次側の圧力より小さくなったときに弁を閉塞状態と
なすようにして、低圧補償を行なうようにしてもよい。
この場合一次側の圧力低下は圧縮機吸込側圧力の低下を
招く原因ともなりやすいが、後述する室外側熱交換器
（15）により補助エバ（20）の冷媒蒸発量が増え、ガス
圧力の低下を抑制し逆に上昇させることができ、冷媒流
量制御弁（16）による安定した冷媒流量制御を行ないつ
つ庫内温度の精密な設定温度維持を可能にする。

次に室外側熱交換器（15）について説明すると、室外側
熱交換器（15）は互いに間隔を存して並設された複数の
金属製フィン（本例ではアルミフィン）（23）と、フィ
ンの上部・中部並びに下部を貫通しその一部或いは全部
をフィンにおける風上側に配設させた凝縮器配管（24）
と、フィンを貫通し凝縮器配管（24）の風下側に配設さ
せた補助エバ配管（25）と、フィンの上部を貫通し圧縮
機にて生成された高温高圧ガス冷媒を若干冷却するデス
パーヒータ配管（26）とから成る。

尚、本例では補助エバ配管を含んで一体的に室外側熱交
換器（15）を形成したが、別段一体的にする必要はな
く、補助エバが凝縮器の風下側に位置されるようにして
おけばよい。

以上の構成による冷凍装置の冷却運転時の動作を説明す
る（四方弁（３）による冷媒流路は実線矢印の方向であ
る）が、貯蔵室内には貯蔵物が適度に収容されており、
室内温度が設定温度を上回っているものとする。室内温
度センサ（10）（11）からの信号により弁開度調整部
（17）が弁の開度を決定して信号を送出し冷媒流量制御
弁（16）の開度を変化させる。このとき圧縮機（２）か
ら吐出された高圧ガス冷媒は、凝縮器（４）で熱を奪わ
れ凝縮されて液化し、膨張弁（６）で減圧膨張され、蒸
発器（７）内を通過する際に室内空気と熱交換を行ない
空気を冷却し、冷媒流量制御弁（16）で流量制御され、
アキュムレータ（８）を経て低圧ガス冷媒となって圧縮
機（２）へ戻る。冷媒がこの主冷媒流路（Ａ）を循環す
ることで、室内空気を冷却し、設定温度まで低下させ
る。この途中において、弁開度調整部（17）は室内温度
センサ（10）（11）による検知温度に基づき随時、弁
（16）の開度を調整する（室内温度が低下の傾向であれ
ば開度を徐々に小さくする）。そして、冷却運転の継続
に伴ない室内温度が低下し、冷媒流量制御弁（16）の開
度も徐々に小さくなるため、圧縮機（２）の吸込側圧力
は次第に低下してゆく。

この吸込側圧力が低下して所定圧力P₁以下になると、低
圧スイッチ（21）が閉じ電磁弁（18）が開放状態とな
る。このため、凝縮器（４）を通過した冷媒は主冷媒流
路（Ａ）と補助冷媒流路（Ｂ）とに分流される。このと
き、補助冷媒流路（Ｂ）における補助エバ（18）が凝縮
器（４）の風下側に位置することから、凝縮器（４）に
より熱交換されて暖められた空気に補助エバ（20）が晒
されることになって、風下側に位置させないときに比べ
確実に冷媒の蒸発量が増え、冷媒ガスの圧力が高くな
る。

そして、補助冷媒流路（Ｂ）に冷媒が流れ込むことで、
アキュムレータ（８）への冷媒流量は主冷媒流路（Ａ）
だけのときに比べ増加し、圧縮機（２）の吸込側圧力は
P₁から極端には低下せず次第に高くなってゆく。また補
助冷媒流路（Ｂ）に冷媒が分流することで、主冷媒流路
（Ａ）の蒸発器（７）を流れる冷媒量が減少して、蒸発
器（７）の冷却能力は更に低下することとなり、室内温
度の低下の度合いが少なくなり、冷媒流量制御弁（16）
の開度が更に小さくなることは抑制される。そして、こ
の状態が継続し、吸込側圧力が次第に高まり一定圧力P₂
以上になると、低圧スイッチ（19）が開放し電磁弁（1
8）が閉塞して、補助冷媒流路（Ｂ）への分流が絶た
れ、再び主冷媒流路（Ａ）だけによる冷却運転に切り換
わる。以下同様の動作を繰り返し、圧縮機（２）の吸込
側圧力が所定圧力P₁より大幅に低下することを抑制し、
圧縮機（２）を停止することなく連続作動させる。すな
わち、圧縮機（２）の低圧補償を行なうとともに、圧縮
機（２）を停止させることなく連続作動させていること
から、最も過負荷となり圧縮機の寿命を縮めることとな
る始動の回数を少なくでき、結果的に圧縮機（２）の寿
命を延長することとなる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、主冷媒流路におけ
る蒸発器及び冷媒流量制御弁をバイパスさせる補助冷媒
流路に補助エバポレータと圧縮機の吸入側圧力が所定圧
力以下になると開く圧力調節弁とを設け、補助エバポレ
ータを凝縮器の風下側に配設したため、圧縮機の吸入側
圧力が低下して圧力調節弁が開き、冷媒が補助冷媒流路
に流れたとき、凝縮器にて熱交換され暖められた空気に
補助エバポレータが晒されることとなって補助エバポレ
ータを流れる冷媒の蒸発量が増大し、補助冷媒流路末端
の冷媒ガス圧力を引き上げることができ、主冷媒流路と
補助冷媒流路との合流点のガス圧力を増大させ、ひいて
は圧縮機の吸込側圧力を増大することができる。このた
め冷媒流量制御弁の絞り具合いによって前記合流点での
ガス圧力が低下してきたとき（特に所定圧力P₁に低下し
たとき）補助冷媒流路を流れる冷媒の圧力にてガス圧力
の低下を抑制し引き下げ、圧縮機の吸込側の低圧圧力を
補償して、冷媒流量制御弁による精密な温度制御が有効
に活用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

各図は本発明の一実施例を示し、第１図は室外側熱交換
器の背面図、第２図は同側面図、第３図は同平面図、第
４図及び第５図はそれぞれ異なる冷媒回路図である。 （１）……冷却装置、（２）……圧縮機、（４）……凝
縮器、（７）……蒸発器、（15）……室外側熱交換器、
（16）……冷媒流量制御弁、（17）……弁開度調整部、
（18）……電磁弁、（20）……補助エバ、（21）……低
圧スイッチ、（24）……凝縮器配管、（25）……補助エ
バ配管、（30）……吸入圧力調整弁、（Ａ）……主冷媒
流路、（Ｂ）……補助冷媒流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器等を環
   状に配管接続した主冷媒流路と、該主冷媒流路の低圧側
   に配設される冷媒流量制御弁と、前記凝縮器の出口側と
   冷媒流量制御弁と出口側との間に設けられ前記蒸発器及
   び冷媒流量制御弁をバイパスする補助冷媒流路と、前記
   冷媒流量制御弁の開度を制御する弁開度調節部とを備
   え、前記補助冷媒流路に補助エバポレータと前記圧縮機
   の吸入側圧力が所定圧力以下になると開く圧力調節弁と
   を設け、前記補助エバポレータを前記凝縮器の風下側に
   配設したことを特徴とする冷却装置。