JPH086991B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ホットガス弁を有するバイパス管が付設さ
れた冷媒回路を含む冷凍装置に関するものである。

［従来の技術］ 冷凍装置の冷媒回路は、圧縮機、凝縮器及び蒸発器の
他に、凝縮器からの冷媒液の圧力を下げ流量を調節して
蒸発器へ送るために、一般に膨張弁を備えており、ホッ
トガス弁を有するバイパス管は、冷媒が凝縮器及び膨張
弁をバイパスするように、凝縮器の入口側と膨張弁の出
口側とに接続されている。ホットガス弁を開くことによ
り高温の冷媒ガス即ちホットガスが蒸発器に直接に流入
し、ホットガスによる除氷、霜取りのようなデフロスト
運転が行われる。

膨張弁としては、種々の温度作動式膨張弁が知られて
おり、一般に、冷媒が封入された感温筒により圧縮機の
吸込ガスの温度に対応する圧力を検出し、温度が下がれ
ば膨張弁を閉じ、温度が上がれば膨張弁を開くように、
感温筒と膨張弁とを連絡している。

また、圧縮機への吸込圧力が増加すると、モータ電流
も増大し、過剰の吸込圧力はモータの過負荷及び損傷を
招くので、吸込圧力の最大値を制限しうる圧力制限機能
付きの温度作動式膨張弁も知られている。この圧力制限
機能は、最大作動圧力（MOP:Maximum Operating Pressu
re）と一般に呼ばれており、MOR付き熱動式膨張弁は、
吸込圧力が最大作動圧力以下の場合には上述した膨張弁
と同様に制御を行い、最大作動圧力に達すると、冷媒の
給送を停止して圧力の過昇を防ぐものである。

［発明が解決しようとする課題］ 周知のように、冷凍装置の周囲温度が低下すると、圧
縮機の吐出側もしくは高圧側圧力及び吸込側もしくは低
圧側圧力が低下し、冷媒循環量が低下する。また、この
ような低温条件下のホットガスデフロスト運転において
は、蒸発器の出口温度はそこに付着した霜や氷の影響を
受けるので、蒸発器出口の冷媒温度は、低圧側圧力に対
応する飽和蒸気温度よりも高い温度になる。従つて、蒸
発器出口に設けられてその温度とほぼ同一の温度を検出
する膨張弁感温筒内の圧力は、蒸発器出口の冷媒温度に
対応する圧力となり、デフロスト運転中にも拘わらず膨
張弁を開弁させてしまう可能性がある。膨張弁が開弁す
ると、液冷媒が蒸発器に流入してデフロスト能力が低下
し、デフロスト時間が異常に長引いたり、極端な場合に
は不能になることさえあった。

MOP付き温度作動式膨張弁によりデフロスト運転中に
おける膨張弁の上述のような開弁を防止することが可能
であるが、同膨張弁の最大作動圧力を低く設定する必要
があり、そのように設定した場合には、冷凍運転時に、
冷凍温度になるまで熱を取るいわゆるプルダウン中の冷
凍能力が低下するので、圧縮機の冷凍能力を十分に引き
出すことができず、圧縮機を通常なら不必要なほど大型
にせざるを得ず、冷凍装置の製造コストを大幅に上昇さ
せることになる。

従って、本発明の目的は、デフロスト運転中の膨張弁
の開弁を圧縮機の冷凍能力を損なうことなく阻止するこ
とができる冷凍装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、圧縮機、凝縮器、外部均圧式の膨張弁及び
蒸発器を含む冷凍回路を有し、前記蒸発器の出口部冷媒
温度を、前記膨張弁に連絡する温度検出部により検出
し、同検出温度に応じて前記膨張弁が開閉制御される冷
凍装置に関するものである。

本発明によると、上述の目的を達成するために、前記
冷凍回路には、前記凝縮器及び前記膨張弁をバイパスす
るように、ホットガス弁を有するバイパス管が接続され
ると共に、同バイパス管にある前記ホットガス弁の出口
側を前記膨張弁に連通するように、均圧管が接続されて
いる。

［作用］ 第１図の冷凍回路（12）において、冷凍運転中には、
圧縮機（13）で圧縮されて高温高圧となった冷媒ガス
は、圧縮機吐出側の管路（16）を経て凝縮器（14）に流
入し、ここで凝縮される。この液冷媒は膨張弁（15）に
入り、蒸発器（２）に流入して熱を奪い、蒸発する。蒸
発した冷媒は、圧縮機吸込側の管路（17）から圧縮機
（13）に戻り、再び圧縮され上述の動作を繰り返す。こ
の冷凍運転中には、ホットガス弁（19）は閉じているの
で、均圧管（22）の圧力と膨張弁出口の圧力はほぼ同一
であり、膨張弁（15）は内部均圧型温度作動式膨張弁と
して動作する。

従って、膨張弁（15）の出口側の冷媒圧力がバイパス
管（20）と均圧管（22）とを介して膨張弁（15）の入口
側に作用し、膨張弁（15）は温度検出部である感温筒
（15a）の検出温度に応動してその開閉が制御される。

ホットガスデフロスト運転時においては、ホットガス
弁（19）は開いているため、その出口圧力が均圧管（2
2）を経由して膨張弁（15）に作用するから、バイパス
管（20）に発生する圧損だけ、上述の冷凍運転時に内部
均圧型温度作動式膨張弁として動作する場合よりも大き
な圧力が膨張弁（15）に加わることになり、膨張弁（1
5）は閉じたままとなる。この圧損により、低温時でも
膨張弁（15）が開くことなくホツトガスデフロスト運転
が可能になる。

［実施例］ 次に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照
して詳細に説明するが、図中、同一符号は同一又は対応
部分を示すものとする。また、以下の実施例では、一例
として製氷機に本発明が実施されているが、本発明は、
冷蔵庫、冷蔵ショーケース等の冷凍装置にも同様に適用
することができる。

図面、特に第１図を参照すると、符号１で総括的に表
された製氷機（冷凍装置）の全体構成が概略的に示され
ている。本発明の理解を容易にするために、先ず製氷機
１の概要について説明すると、製氷機１は、後述する冷
凍回路の一部を形成する蒸発器２を間挿した一対の製氷
板３、３を備え、その下方には、案内板４を介して製氷
タンク５が配設されており、その上方には、製氷サイク
ル（冷凍サイクル）中に製氷板３の表面に製氷水を供給
し、除氷サイクル（デフロストサイクル）中に製氷板３
の裏面に除氷水を供給する散水装置６が配設されてい
る。

製氷サイクル運転中には、製氷水は、製氷水タンク５
に設けられた循環ポンプ７により管路８を介して散水装
置６を製氷水供給部6aに送られ、ここから、蒸発器２内
を流れる冷媒により冷却された製氷板３の表面を流下し
つつ冷却され、案内板４の穿孔（図示せず）を経て製氷
水タンク５内に戻る。このような循環を繰り返すうちに
製氷水の温度が零度もしくはその近傍まで低下し、やが
て製氷板３の表面に結氷して、氷粒９となる。

水から氷への相変化に伴って製氷水タンク５内の製氷
水水位が下がり、所定位置まで低下すると、図示しない
水位検出装置がそれを検知し、製氷完了信号を製氷機１
の制御回路（図示せず）に出力する。

その結果、同制御回路は、循環ポンプ７の運転を停止
させて、製氷機１を製氷サイクル運転から除氷サイクル
運転に切り換える。除氷サイクル運転においては、散水
装置６の除氷水供給部6bに連通した管路10の電磁弁11が
開弁されて、除氷水が製氷板３の裏面に供給されると共
に、後述する冷凍回路の一部をなすホットガス弁19が開
弁されて、ホットガスが蒸発器２に供給され、製氷板３
の表面に付着していた氷粒９は、除氷水の熱とホットガ
スの熱とによりその付着面が融解して、製氷板３から離
脱し、図示のように傾斜した案内板４上を滑り落ちて、
貯水庫（図示せず）に入る。除氷水は、製氷板３を流下
し、案内板４を経て製氷水タンク５内に入り、次回の製
氷サイクル運転の際に製氷水として使用される。余剰の
水はオーバーフロー管5aから外部に排出される。

以上のような製氷機１の構成及び動作は従来から周知
である。

さて、上述のような製氷機１の製氷及び除氷サイクル
運転を交互に行うために、蒸発器２には冷凍回路12が接
続されている。冷凍回路12は、閉じたループを形成する
ように接続された管路16、17及び18を備え、同閉ループ
に、前述した蒸発器２に加えて、圧縮機13、凝縮器14、
膨張弁15が冷媒の流れる順に設けられている。管路16か
らは、凝縮器14及び膨張弁15をバイパスするように、同
凝縮器14及び膨張弁15が設けられた管路18に並列に、ホ
ットガス弁19を有するバイパス管もしくは分岐管20が分
岐しており、この分岐管20は膨張弁15の出口側で管路18
に合体している。

ホットガス弁19の吐出口側から延びた管路、即ち外部
均圧管22は、後から説明する膨張弁15の所定部位まで延
び、そこに接続されている。この膨張弁15は温度検出部
を有し、その感温筒15aは蒸発器２の近傍で圧縮機13の
吸込側の管路17の外面に設けられている。

第３図は膨張弁15の詳細図であり、膨張弁15は、ハウ
ジング15bを備え、同ハウジング15bに、感温筒15a、凝
縮器14、均圧管22及び蒸発器２に連通する各ポートが図
示のように形成されている。また、ハウジング15b内に
は、針弁15c、スプリング15d、ダイヤフラム15e及び作
動棒15f等が設けられており、ダイヤフラム15eには、感
温筒15aの温度に対応するガス圧P₁と、均圧管22の接続
位置の圧力P₂及び過熱を得るためのスプリング15dの力
に等価な圧力P₃との差圧が作用する。圧力P₁は針弁15c
を開ける方向の力であり、圧力P₂、P₃は針弁15cを閉じ
る方向の力であり、定常状態においては、３つの力はバ
ランスしてP₁＝P₂＋P₃となっている。

上述の冷凍回路12において、製氷機１の製氷サイクル
運転中には、圧縮機13で圧縮されて高温高圧となった冷
媒ガスは、圧縮機吐出側の管路16を経て凝縮器14に流入
し、ここで、冷却ファン21からの空気流を受けて凝縮さ
れる。この液冷媒は膨張弁15に入り、蒸発器２に流入し
て製氷水から熱を奪い、蒸発する。蒸発した冷媒は、吸
込側の管路17から圧縮機13に戻り、再び圧縮され、上述
の動作を繰り返す。この製氷サイクル中には、ホットガ
ス弁19は閉じているので、均圧管22の圧力と膨張弁出口
の圧力はほぼ同一であり、膨張弁15は内部均圧型温度作
動式膨張弁として動作する。

従って、膨張弁15の出口側の冷媒圧力が分岐管20と均
圧管22とを介して膨張弁15の入口側に作用し、膨張弁15
は感温筒15aの検出温度に応動してその開閉が制御され
る。即ち、第２図において、感温筒15aの温度と均圧管2
2の圧力とが膨張弁開領域にあれば、膨張弁15は開き、
液冷媒が蒸発器２に流入する。その結果、蒸発器２の中
で蒸発する冷媒の量が増して感温筒15aの検出温度が下
がり、均圧管22の圧力は上昇する。このため、膨張弁閉
領域に入るので、膨張弁15は閉じる。膨張弁15が閉じれ
ば蒸発器２内の冷媒量が減るので、感温筒15aの温度が
上がり、均圧管22の圧力は低下する。このような状態は
膨張弁開領域に入るので、膨張弁15は開く。

除氷サイクルにおいては、ホットガス弁19は開いてい
るから、高温の冷媒ガスは蒸発器２に直接入り、製氷板
３を裏面から暖める。給水弁11から流入した比較的温度
の高い（氷９に比較して）外部水道水が、除氷水供給部
6bから製氷板３、３間に散布される。この除氷水と高温
冷媒ガスの協働作用により、製氷板３に付着していた氷
９はその付着面が融解して落下する。全ての氷９が落下
すれば、図示しない周知の除氷完了検知装置によって検
知され、その結果発生される除氷完了信号により、ホッ
トガス弁19及び給水弁11が閉じて、製氷サイクル運転へ
移行する。除氷サイクルにおいては、上述のようにホッ
トガス弁19が開放され、その出口圧力が均圧管22を経由
して膨張弁15に作用するから、分岐管20に発生する圧損
ΔＰだけ、製氷サイクル時に内部均圧型温度作動式膨張
弁として動作する場合よりも大きな圧力が膨張弁15に加
わることになり（P₁＜P₂＋P₃）、膨張弁15は閉じたまま
となる。この圧損ΔＰは、冷凍装置が設置される通常の
地域における温度条件下において、蒸発器出口の冷媒温
度が圧縮機13の低圧側圧力に対応する飽和蒸気温度より
も高い温度になっても、針弁15cを閉止状態に保つよう
な大きさとすることができるので、低温時でも膨張弁15
が開くことなくホツトガスデフロスト運転ができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、冷凍回路12には、凝
縮器14及び膨張弁15をバイパスするように、ホットガス
弁19を有するバイパス管20が接続されると共に、同バイ
パス管20にあるホットガス弁19の出口側を膨張弁15に連
通するように、均圧管22が接続されているために、ホッ
トガスデフロスト運転時には、膨張弁15のダイヤフラム
に膨張弁出口より高い圧力が作用し、膨張弁の針弁15c
を閉じるので、高温の冷媒ガスのみが外部温度条件に左
右されず蒸発器２に安定して流入し、効率的にデフロス
トを行うことができる。

また、冷凍運転時には、膨張弁15が内部均圧型温度作
動式膨張弁と同様の特性で蒸発圧力を制御し、冷凍運転
を効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による冷凍装置の全体構成を示す概要
図、第２図は、本発明の実施例の作用説明図、第３図
は、第１図の冷凍装置で使用されている外部均圧型温度
作動式膨張弁の概要図である。 １……冷凍装置、２……蒸発器 12……冷凍回路、13……圧縮機 14……凝縮器、15……膨張弁 15a……温度検出部（感温筒） 19……ホットガス弁、20……バイパス管 22……均圧管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（13）、凝縮器（14）、外部均圧式
   の膨張弁（15）及び蒸発器（２）を含む冷凍回路（12）
   を有し、前記蒸発器（２）の出口部冷媒温度を、前記膨
   張弁（15）に連絡する温度検出部（15a）によって検出
   し、同検出温度に応じて前記膨張弁（15）が開閉制御さ
   れる冷凍装置（１）において、前記冷凍装置（12）に
   は、前記凝縮器（14）及び前記膨張弁（15）をバイパス
   するように、ホットガス弁（19）を有するバイパス管
   （20）が接続されると共に、同バイパス管（20）にある
   前記ホットガス弁（19）の出口側を前記膨張弁（15）に
   連通するように、均圧管（22）が接続されていることを
   特徴とする冷凍装置。