JPH09303890A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レシプロ式の圧縮機において、運転停止時に
蒸発器に対してホットガスの流入を阻止してエネルギー
ロスを抑えると共に、再起動に支障が起きないようにす
る。 【解決手段】 レシプロ式の圧縮機１から吐出された冷
媒が、凝縮フアン１５を有する凝縮器３，絞り装置５，
蒸発フアン１７を有する蒸発器７の順に通り、再び圧縮
機１に戻る冷凍装置の、圧縮機１の停止前に制御部９に
より、例えば、蒸発フアン１７を停止し、蒸発器７の熱
交換率を低下させて液化を促進すると同時に、液化した
冷媒を蒸発器７内に回収する。これにより、圧縮機停止
時のホットガスの流入を阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、運転中に停止・
運転を繰返して一定の設定温度を確保する冷凍サイクル
を備えた冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば、冷蔵庫等にあっては、
圧縮機から吐出された冷媒は、凝縮器，絞り弁，蒸発器
の順に通り、再び圧縮機に戻る冷凍サイクルを構成す
る。冷凍サイクルを流れる冷媒は、蒸発器において、空
気が通過するフインを介して熱交換される。この熱交換
により冷却された空気は庫内へ送り込まれ、庫内温度が
下方設定温度になるまで運転が続けられる。下方設定温
度に達すると圧縮機は停止し、庫内温度が上方設定温度
に達すると再び運転開始する。以下、運転・停止を繰返
すようになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】圧縮機が停止・運転を
繰返す断続運転中において、運転停止時は、冷凍サイク
ルは基本的に圧縮機を中心として、圧縮機の吐出側とな
る凝縮器を含む領域が高圧域となり、吸込側となる蒸発
器を含む領域が低圧域となっている。この時、絞り弁を
通る冷媒は絞り作用が低下しているため、残圧によっ
て、容積の大きい凝縮器からの高温のホットガスが蒸発
器に流れ込む。蒸発器は、絞り弁の絞り作用により低温
・低圧のガスが送り込まれることで、本来の仕事を行な
うようになるが、高温のホットガスが多量に送り込まれ
るため、蒸発器内の冷媒温度が上昇し、それがエネルギ
ーロスにつながる問題があった。

【０００４】このため、運転停止時に差圧弁によってホ
ットガスが蒸発器に流れ込むのを防ぐ手段がとられてい
るが、この手段はロータリ式のコンプレッサ，圧縮機の
みで、レシプロ式の圧縮機には実現されていなかった。

【０００５】この点について説明すると、図５に示す如
く冷凍サイクルは、圧縮機１０１，凝縮器１０３，キャ
ピラリチューブを用いた絞り弁１０５，蒸発器１０７と
で構成され、凝縮器１０３と絞り弁１０５との間に差圧
弁１０９が、圧縮機１０１と蒸発器１０７との間に逆止
弁１１１がそれぞれ設けられている。

【０００６】圧縮機１０１は、図６に示す如くシリンダ
１１３内に、偏心軸１１５により偏心回転が与えられる
ローラ１１７と、ローラ１１７の偏心回転に対応して外
周面に接触し合う出没可能なブレード１１９とで圧縮室
１２１が作られ、圧縮室１２１は、ローラ１１７が３６
０度偏心回転することで、容積が順次縮小するようにな
り、吸込ポート１２３から取入れた冷媒を圧縮して吐出
ポート１２５から密閉ケース１２７へ吐出するロータリ
式の構造となっている。

【０００７】密閉ケース１２７は、高圧のガスが吐出さ
れる所から、高圧ケースになると共に、密閉ケース１２
７内の高圧・高温のガスは吐出管（図示していない）を
介して冷凍サイクルを構成する凝縮器１０３へ送り出さ
れるようになる。

【０００８】シリンダ１１３には、圧縮時に影響が起き
ないように細い圧力バランス溝１２９が設けられ、圧縮
機１０１の停止時に、密閉ケース１２７内とシリンダ１
１３内とは圧力バランス溝１２９を介して吐出側Ａと吸
入側Ｂとが圧力バランスされるようになっている。

【０００９】圧力バランス１２９は、圧縮機の再起動時
に吸込側Ｂより吐出側Ａの圧力が高すぎると、起動が困
難となる所から吐出側Ａと吸込側Ｂの圧力がほぼ同一と
なるように設けられており、構造的に圧力バランス溝１
２９を設けることが可能となっている。

【００１０】一方、逆止弁１１１は、下流側のＥと上流
側のＦがＥ≧Ｆの関係の時のみ、矢印方向に流れる。

【００１１】差圧弁１０９は、圧縮機１０１の吸込側に
接続された圧力タップ回路１３１との差圧により開・閉
自在に制御され、差圧の関係がＢ＞Ｇの時は開、Ｂ＜Ｇ
の時は閉に制御されるようになる。

【００１２】したがって、圧縮機１０１の運転中は、図
中Ａ〜Ｃが高圧域となり、Ｄ〜Ｇが低圧域となる。この
ため差圧弁１０９は開の状態が確保され、冷凍サイクル
が行なわれる。

【００１３】次に、圧縮機１０１の運転が停止すると、
圧縮機１０１のシリンダ１１３に設けられた圧力バラン
サ溝１２９を介して高圧の密閉ケース１２１７内と圧力
がバランスするように働き吸込側のポイトＦの圧力が徐
々に上昇する。

【００１４】これにより、逆止弁１１１はＦ＞Ｅの関係
によって閉、差圧弁１０９はＧ＞Ｆの関係によって閉と
なるため、蒸発器１０７に流れ込むホットガスが阻止さ
れるようになる。

【００１５】次に、再起動時は、圧力バランス溝１２９
によりポイントＡとＦが同圧にバランスするため圧縮機
１１１の負荷は小さくて済み、起動に支承が起きない。
一方、レシプロ式の圧縮機にあっては、図７に示す如
く、シリンダ１３１と、１３１内を往復動するピストン
１３３とにより構成され、シリンダ１３１の吸込口と吐
出口には、吸込と吐出の各タイミングに合わせて開閉す
る開閉弁１３５，１３６が設けられている所から、たと
え高圧ケースにしてシリンダと高圧ケースを結ぶバラン
ス溝を設けても開閉弁１３５のために、これが吸込ポー
トを高圧に導くことができない。このために、レシプロ
式の圧縮機にあっては、圧力バランス機構がとりにく
く、ロータリ式の圧縮機のように差圧弁を用いた手段は
採用できないのが現状である。

【００１６】この場合、差圧弁の代わりに、前記圧縮機
の停止・運転に対応して開閉する電磁弁を設けること
で、蒸発器へのホットガスの流入を阻止できるが、圧力
バランス機構がないため、停止時の圧縮機の吐出側，吸
込側は高圧・低圧に分離したままとなる。この結果、再
起動時に、吐出側の圧力が高いために負荷が大きすぎて
場合によっては、起動不能となるケースを招来する。

【００１７】そこで、この発明は、レシプロ式の圧縮機
であってもホットガスの流入を阻止し、しかも、確実な
再起動が得られる冷凍装置を提供することを目的として
いる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、レシプロ式の圧縮機から吐出された冷
媒が、凝縮フアンを有する凝縮器，絞り装置，蒸発フア
ンを有する蒸発器の順に通り、再び圧縮機に戻る冷凍装
置の、前記圧縮機を停止させる停止信号の一定時間前
に、前記凝縮フアン又は蒸発フアンあるいは凝縮フアン
と蒸発フアンの両者を停止させる制御部を備えている。

【００１９】かかる冷凍装置によれば、運転中において
圧縮機を運転・停止させることで設定された一定温度に
維持できるようになる。

【００２０】次に、圧縮機の運転を停止させる停止信号
の一定時間前に例えば、蒸発器に風を送る蒸発フアンの
運転を停止する。これにより、フインを通過する空気の
流れがとだえるため、空気との熱交換による冷媒のガス
化が一時的に低下し、蒸発器内において冷媒の液化が促
進される。

【００２１】この時、圧縮機は運転継続状態にあるた
め、絞り弁の絞り作用を受けた冷媒は、蒸発器内におい
て順次液化され飽和状態となるまで回収される。一定時
間後、圧縮機が停止すると、残圧により絞り弁の絞り作
用を受けないホットガスは、蒸発器側へ流れようとする
が、既に、飽和状態まで回収された蒸発器への流れ込み
が阻止され、エネルギーロスが抑えられる。

【００２２】また、凝縮器に風を送る凝縮フアンの運転
を停止すると、フインを通過する空気の流れがとだえる
ため、空気との熱交換による冷媒の液化が一時的に低下
し、凝縮器内において冷媒のガス化が促進される。

【００２３】この時、圧縮機は運転継続状態にあるた
め、絞り弁の絞り作用を受けた冷媒は、蒸発器内におい
て順次ガス化され質量比率にしてそのほとんどが蒸発器
内に回収された状態になる。一定時間後、圧縮機が停止
すると、残圧により絞り弁の絞り作用を受けないホット
ガスは、蒸発器側へ流れようとするが、既に、飽和状態
まで回収された蒸発器への流れ込みが阻止され、エネル
ギーロスが抑えられる。

【００２４】また、蒸発フアン及び凝縮フアンを同時に
停止すると、凝縮器側にあっては液化が、凝縮器側にあ
ってはガス化が促進される組合せ手段となるため、短時
間で低圧側となる蒸発器内に冷媒が回収される結果、圧
縮機停止時に蒸発器に対するホットガスの流れ込みを阻
止できるようになり、エネルギーロスが抑えられる。

【００２５】一方、圧縮機の吸込側と吐出側とは従来と
同様に残圧による循環でほぼ同一圧力となるため、圧縮
機の再起動時に何等支承は起きない。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図１と図２の図面を参照し
ながらこの発明の実施形態を具体的に説明する。

【００２７】図１において１は冷凍サイクルを構成する
圧縮機、３は凝縮器、５は絞り弁、７は蒸発器をそれぞ
れ示している。

【００２８】圧縮機１は、吸込口と吐出口に開閉弁がそ
れぞれ設けられたシリンダと、シリンダ内を往復動する
ピストンとから成り、全体が密閉ケース内に配置された
レシプロ式（図７参照）となっている。圧縮機１は、運
転中において、後述する制御部９により運転・停止する
よう制御されると共に、密閉ケース１１内に送り込まれ
た冷媒を吸込口から取入れ圧縮した高温・高圧のガスを
吐出口から吐出管１３を介して直接凝縮器３へ送り出す
よう機能する。

【００２９】凝縮器３は、冷媒が流れるパイプに多数の
冷却用のフイン（いずれも図示していない）が設けられ
ると共に、フインとフインの間に冷却風を通過させる凝
縮フアン１５を有している。凝縮フアン１５は、回転に
よりフインとフインの間を風が流れることで、パイプ内
を流れる高温・高圧のガスと熱交換が行なわれ、高温・
高圧の冷媒ガスを液化するよう機能する。

【００３０】絞り装置５は、キャピラリチューブとなっ
ていて、通過時に絞り作用により冷媒を低温・低圧ガス
とするよう機能する。

【００３１】蒸発器７は、冷媒が流れるパイプに多数の
冷却用のフイン（いずれも図示していない）が設けられ
ると共に、フインとフインの間に風を通過させる蒸発フ
アン１７を有している。蒸発フアン１７は、運転中にお
いて制御部９からの信号により運転・停止を繰返すよう
制御されると共に、回転により、フインとフインの間に
空気を流すことで、冷媒をガス化するよう機能する。

【００３２】制御部９は、庫内１９に設けられた温度検
知センサ２１からの検知信号が入力されることで例え
ば、庫内温度が設定温度に達していなければ圧縮機１と
蒸発フアン１７の駆動部１７ａに運転を継続する信号を
出力し、設定温度に到達した際には、始めに蒸発フアン
１７を停止し、一定時間後に圧縮機１の運転を停止させ
る信号を出力するよう機能する。

【００３３】このように構成された冷凍装置にれば、圧
縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器３，絞り装置５，
蒸発器７を通り、再び圧縮機１に戻る冷凍サイクルを構
成する。この運転時に、蒸発器７において、蒸発フアン
１７によりフインとフインの間を空気が通過すること
で、熱交換が行なわれる。この熱交換により、空気は冷
却され、冷却された空気は庫内へ送り込まれ、庫内１９
が下方設定温度になるまで運転が継続される。

【００３４】庫内温度が下方設定温度に達したことを温
度検知センサ２１が検知すると、その検知信号は制御部
９へ入力される。

【００３５】制御部９は検知信号に基づき、始めに、蒸
発フアン１７を停止させる。蒸発器７は蒸発フアン１７
の停止により熱交換率が低下してガス化されずに液化が
促進されるようになる。この時、圧縮機１はまだ運転状
態にあるため、冷媒は蒸発器７内に送り込まれる。一定
時間後、圧縮機１は停止する。これにより、蒸発器７は
一時的に液冷媒を飽和状態まで回収する回収部となるた
め、残圧による高圧のホットガスの送り込みが阻止され
る。その実験結果を図２に示す。この図２からも理解で
きるように、通常のサイクルａではホットガスの流入に
より蒸発器温度が急激に上昇しているが、冷媒を回収す
るこの実施形態ｂでは、蒸発器温度の上昇が低く抑えら
れていることがわかる。したがって、再運転時の蒸発器
のエネルギーロスを抑えられる。

【００３６】一方、圧縮機１の吸込側と吐出側とは残圧
による循環によってほぼ同一の圧力となるため、圧縮機
１の再起動時に何等支障は起きず、容易に運転が行なえ
るようになる。

【００３７】図３は、制御部９の別の実施形態を示した
ものである。即ち、制御部９は、庫内１９に設けられた
温度検知センサ２１からの検知信号が入力されること
で、例えば、庫内温度が設定温度に達していなければ圧
縮機１と凝縮フアン１５の駆動部１５ａに運転を継続す
る信号を出力し、設定温度に到達した際には、始めに凝
縮フアン１５を停止し、一定時間後に圧縮機１の運転を
停止させる信号を出力するよう機能する手段とするもの
である。

【００３８】なお、他の構成要素は図１と同一のため、
同一符号を符して詳細な説明を省略する。

【００３９】したがって、この実施形態によれば、庫内
１９が設定温度に達し、凝縮フアン１５の運転を停止す
ると、熱交換率が低下して凝縮器３内の冷媒はガス化が
促進される。この時、圧縮機１は運転状態にあるため、
凝縮器３内の冷媒のほとんどはガス化し、質量比率にし
てそのほとんどが、蒸発器７内に回収された状態にな
る。このため、一定時間後に圧縮機１が停止しても、残
圧によって蒸発器７内に流入する冷媒量が抑えられ、蒸
発器１内温度の推移は図２の実線とほぼ同じ傾向を示す
ようになる。この結果、エネルギーロスが抑えられる。

【００４０】図４は、制御部９の別の実施形態を示した
ものである。即ち、制御部９は、庫内１９に設けられた
温度検知センサ２１からの検知信号が入力されること
で、例えば、庫内温度が設定温度に達していなければ圧
縮機１及び蒸発フアン１７並びに凝縮フアン１５の各駆
動部１７ａ，１５ａに運転を継続する信号を出力し、設
定温度に到達した際には、始めに蒸発フアン１７と、凝
縮フアン１５を停止し、一定時間後に圧縮機１の運転を
停止させる信号を出力するよう機能する手段とするもの
である。

【００４１】なお、他の構成要素は図１と同一のため、
同一符号を符して詳細な説明を省略する。

【００４２】したがって、この実施形態によれば、庫内
１９が設定温度に達し、蒸発フアン１７と凝縮フアン１
５の運転を停止すると、蒸発器７及び凝縮器３の熱交換
率が低下し、凝縮器７側にあっては液化が促進される。
また、凝縮器３側にあってはガス化が促進されるため、
冷媒のほとんどが短時間で低圧側となる蒸発器７内に回
収された状態になる。このため、一定時間後に圧縮機１
が停止しても、残圧によって蒸発器１内に流入する冷媒
量が抑えられ、蒸発器７内温度の推移は図２の実線とほ
ぼ同じ傾向を示すようになる。この結果、エネルギーロ
スが抑えられる。

【００４３】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の冷媒
装置によれば、レシプロ式の圧縮機であっても、運転停
止時に蒸発器に対してホットガスの流入を阻止すること
ができるためエネルギーロスも抑えられる。また、圧縮
機を何等支承なく再起動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る冷凍サイクルを示した説明図。

【図２】蒸発器温度の実験結果を示した説明図。

【図３】制御部の別の実施形態を示した図１と同様の説
明図。

【図４】制御部の別の実施形態を示した図１と同様の説
明図。

【図５】従来のロータリ式圧縮機を用いた冷凍サイクル
の説明図。

【図６】従来のロータリ式の圧縮機の説明図。

【図７】従来のレシプロの式圧縮機の説明図。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ３ 凝縮器 ５ 絞り装置 ７ 蒸発器 ９ 制御部 １５ 凝縮フアン １７ 蒸発フアン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楠 敦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 朝倉 啓明 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内 (72)発明者 津国 恒二 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レシプロ式の圧縮機から吐出された冷媒
   が、凝縮フアンを有する凝縮器，絞り装置，蒸発フアン
   を有する蒸発器の順に通り、再び圧縮機に戻る冷凍装置
   の前記圧縮機を停止させる停止信号の一定時間前に、前
   記凝縮フアン又は蒸発フアンあるいは凝縮フアンと蒸発
   フアンの両者を停止させる制御部を備えていることを特
   徴とする冷凍装置。