JPS6325261B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧容器型の密閉型圧縮機を用いる冷
凍装置に関する。

一般的なロータリーコンプレツサの如く高圧容
器型の密閉圧縮機を採用する小形冷凍装置におい
ては密閉容器内が高圧側になるために一般のレシ
プロコンプレツ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ツサと呼ぶ）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
一例として、普及型冷凍冷蔵庫ではレシプロ型の
冷媒封入量150ｇ程度に対して、ロータリー型で
は約250ｇ程度となり50％以上の大巾な増加とな
る。この冷媒の増加分100ｇ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。そして、その流入経路の第１流路
として密閉容器→凝縮器→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、従つて蒸発器を加熱し大きな熱
負荷となる欠点があつた。また、第２流路として
密閉容器→圧縮要素のシリンダ室→サクシヨンラ
イン→蒸発器へと高温高圧のスーパーヒートガス
のまま流入し蒸発器を加熱し、これまた大きな熱
負荷となる欠点があつた。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ツサが金属面接触によ
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、このロータリーコンプ
レツサ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つた。そのため従来の
レシプロコンプレツサに比べて約20％程度効率の
高いロータリーコンプレツサを実際に冷凍冷蔵庫
に取りつけてJIS C9607電気冷蔵庫及び電気冷凍
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５％程度の節電量でしかないもの
であつた。この消費電力量の低減量をロータリー
コンプレツサの効率向上相当分に引き上げるため
には、前記第１、第２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、冷凍装置のサクシヨンライ
ンにチエツクバルブを設ける方法やロータリーコ
ンプレツサ内部にチエツクバルブを設ける方法で
あるが、前記第１流路は未改良であるためその効
果は小さく、消費電力量の低減は５％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け冷凍装置の運転に
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
であつた。

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
ンプレツサ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。

以下図面にしたがい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で、内部に逆止弁装
置を備えていないものである。冷凍装置は圧縮機
１、凝縮器２、流体制御弁３の第１弁装置３ａ、
絞り装置４、蒸発器５、前記流体制御弁３の第２
弁装置３ｂ、サクシヨンライン６、圧縮機１を順
次環状に接続して成る。前記流体制御弁３は高圧
回路Ａ側に介在される第１弁装置３ａと低圧回路
Ｂに介在される第２弁装置３ｂとは一体に構成さ
れている。その第１弁装置３ａは略円筒状の第１
弁室７、第１ボール弁８、第１入口ポート９、前
記第１弁室７の下面に形成した第１弁座１０と同
上面に形成した第２弁座１１、第１の弁座１０の
第１出口ポート１２、第２弁座１１の連通ポート
１３により構成し、前記第１入口ポート９及び第
１出口ポート１２にはそれぞれ第１入口パイプ１
４、第１出口パイプ１５が接続されている。ま
た、前記ボール弁８は第１弁室７を上下に摺動自
在に備えられ、第１ボール弁８の外径と第１弁室
７の内径は略同一に形成されている。また、前記
第１入口ポート９は第１ボール弁８が第１弁座１
０に着座した状態の時に第１ボール弁８下面と第
１弁室７の下部とで形成される空間８ａに面して
設けられている。

さらに、第２弁装置３ｂは第２弁室１６、第３
弁座１７、第２入口ポート１８、第２ボール弁１
９、側部に開口部２０を形成したストツパー２
１、第２出口ポート２２、及び、第２入口ポート
１８に接続した第２入口パイプ２３、第２出口ポ
ート２２に接続した第２出口パイプ２４より構成
している。そして、上記した第１、第２弁装置３
ａ，３ｂは第２弁室１６を形成する上ケーシング
２５と、前記第１弁装置３ａ及び第２の弁装置３
ｂの上記した第１弁室７、第２入口ポート１８…
…等の主要部を形成したブロツク２６と、これを
下面に気密固定した下ケーシング２７とを組合せ
て構成し、かつ上、下ケーシング２５，２７を、
ろう付等により気密を保持している。なお、前記
下ケーシング２７には前記第１弁装置３ａの連通
ポート１３と第２弁室１６を連通する第１貫通孔
２８及び第２弁装置３ｂのストツパ２１の下縁フ
ランジ部２１ａを前記ブロツク２６とにより固定
保持する第２貫通孔２９が設けられている。ま
た、液体制御弁３は第２出口パイプ２４を圧縮機
１の吸引側に、第２入口パイプ２３を蒸発器５の
出口に、第１出口パイプ１５を絞り装置４に、第
１入口パイプ１４を凝縮器２の出口にそれぞれ配
管している。

次に上記構成による冷凍装置の動作について説
明する。先ず、流体制御弁３の動作圧力について
説明する。前記流体制御弁３の第２弁装置３ｂは
従来の逆止弁と同一であるため説明を省き、第１
弁装置３ａについて説明する。

第１入口ポート９の圧力P₁、第１出口ポート
１２の圧力P₂、連通ポート１３の圧力P₃とする。
また第１出口ポート１２断面積a₁、連通ポート１
３の断面積a₂、ボール弁８の断面積a₃、第１ボー
ル弁８の自重Ｗとすると以下の式で表わされる。

第１ボール弁８が第１弁座１０に着座した状態
から上方へ摺動せしめられるときをｕ、第２弁座
１１に着座した状態から下方へ摺動せしめられる
ときをｄとすると、 P_3u＜P_1u−a₁／a₃（P_1u−P₂）−Ｗ／a₃ P_3d＞P_1d−Ｗ／a₂ のときに動作する。

本発明ではa₁＝a₂＝0.01cm²、a₃＝0.5cm²、Ｗ＝
0.003Kgとしているため、例えば周囲温度30℃、
冷媒Ｒ−12を使用するとするとR_1u＝6.5KgＧ、P₂
＝1.0Kg／cm²Ｇ、P_1d＝10Kg／cm²であるから、P_3u
＜6.4Kg／cm²、P_3d＞9.7Kg／cm²となる。

次に本装置の起動時の動作について説明する。

第１図は起動直前の状態を示したものであり、
第３図のイ点に相当する。この状態で圧縮機１を
起動すると流体制御弁３の第２弁装置３ｂは逆止
弁であるため起動と同時に第２ボール弁１９は吸
い上げられストツパ２１に収納され、ストツパ２
１の側部開口部２０により低圧回路Ｂは連通状態
となる。一方、同時に、第２弁室１６と連通した
連通ポート１３及び、第１弁室７の第１ボール弁
８上方の圧力も降下し、起動後瞬間に6.4Kg／cm²
より低くなる第３図のロ点のため、第１ボール弁
８は上方へ摺動せしめられ、第２弁座１１に圧着
され連通ポート１３を閉路する。これにより第２
図の如く第１弁室７と第２弁室１６は完全に圧力
的に仕切られる。一方、前記第１ボール弁８が上
方へ摺動せしめられるため第１出力ポート１２は
開路され、第１の入口ポート９と第１出口ポート
１２が第１弁室７を介して第１入口ポート９連通
され高圧回路Ａ、低圧回路Ｂ共に連通される。

従つて、圧縮機１より吐出された冷媒は凝縮器
２、流体制御弁３の第１弁装置３ａ、絞り装置
４、蒸発器５、サクシヨンライン６、流体制御弁
３の第２弁装置３ｂ、圧縮機１へと支障なく流れ
て冷凍作用を行なう。

次に冷凍装置の停止中の状態について説明す
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が停止すると低圧回路Ｂ内のガ
ス流が停止し、第２弁室１６の圧力が高まり流体
制御弁３の第２弁装置３ｂの第２ボール弁１９は
自重で落下し、第３弁座１７に着座して閉じ、第
２弁装置３ｂを閉路状態とする。この時、圧縮機
１内のスーパーヒートガスは圧縮機１内の圧縮要
素を逆流し、前記流体制御弁３の第２弁装置３ｂ
の弁下流側の第２弁室１６へと逆流し、第２弁室
１６内は圧力が急上昇する。しかし、第１図の如
く第２弁装置３ｂは閉路されているため、前記ス
ーパーヒートガスが蒸発器５内へ逆流入すること
を防止している。

また、前記流体制御弁３の第１弁装置３ａの連
通ポート１３は第２弁装置３ｂの弁下流側の第２
弁室１６と連通しているため、この圧力も急上昇
する。この連通ポート１３内の圧力が9.7Kg／cm²
まで上昇すると（第３図のニ点）、前述の第１弁
装置３ａの動作説明からも明らかなように第１ボ
ール弁８は下方へ摺動せしめられ、第１図の如く
第１弁座１０に着座せしめられ、第１出口ポート
１２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
入することを防止している。なお、圧縮機１が停
止後は第１弁装置３ａが閉路するまでの微少時間
ｔは約30秒以下である必要がある。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45秒〜１分
程度は凝縮器２で凝縮された液冷媒が絞り装置４
へ流入し正常な冷凍作用を行うので、それ以前に
第１の弁装置３ａを閉弁すれば良いためである。
そのためには、前記微小時間ｔをできるだけ小さ
くすることが必要であり、このためには前記流体
制御弁３の第１弁装置３ａ、入口ポート９の圧力
P₁と連通ポート１３の圧力との圧力差ΔPが大き
な時に第１弁装置３ａを閉弁させる必要がある。
一方、運転時の前記圧力差ΔPは外気温度が低く
なる程小さくなるため前記第１弁装置３ａを開弁
させる圧力差ΔPを大きくとると運転状態でも前
記第１弁装置３ａは閉弁したままとなり、冷凍作
用が行なえなくなる。この点に関し、本発明では
第１ボール弁８の大きさ、自重及び連通ポート１
３、第１出口ポート１２の断面積を適正に選定す
ることにより、開弁時のΔP＝0.1Kg／cm²閉弁時の
ΔP＝0.3Kg／cm²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であるように本発明に
よる冷凍装置は、内部にボール弁を摺動可能に収
納した略内筒状の第１弁室、この第１弁室の相対
向する面に形成した第１弁座および第２弁座、前
記ボール弁が第１弁座に着座した時に形成される
第１弁室の第１弁座側の空間部に面して設けられ
た第１入力ポート、前記ボール弁が第２弁座に着
座したときに前記第１入力ポートと連通する第１
出力ポートを有する第１弁装置と、この第１弁装
置の第１弁室と第２弁座に設けた連通ポートを介
して連通する第２弁室、この第２弁室に連通する
第２入口ポートおよび第２出力ポート、前記第２
弁室と第２入口ポートとの間に設けられた第３弁
座を有し、かつ逆止弁機能を有する第２弁装置と
からなる流体制御弁を備え、前記流体制御弁の第
１弁装置の第１入口ポートは圧縮機の吐出側に接
続した凝縮器の出口に、第１出口ポートは前記凝
縮器と蒸発器との間に設けた絞り装置の入口に、
前記第２弁装置の第２入口ポートは前記蒸発器の
出口に、第２出口ポートは前記圧縮機の吸入側に
それぞれ接続配管したものであるから、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弁装置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
の冷媒循環を行い、冷凍装置が停止中には逆止弁
機能を有する第２弁装置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弁装置を液冷
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、密閉容器内および凝縮器内のスーパーヒ
ートガスがサクシヨンラインおよび減圧装置を介
して蒸発器に流入するのを防止する。従つて流体
制御弁の無いものに比べて節電効果を大とすると
共にさら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における冷凍装置の
冷凍サイクル図で、起動直前の状態、第２図は第
１図相当の停止直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。 Ａ……高圧回路、Ｂ……低圧回路、１……圧縮
機、２……凝縮器、３……流体制御弁、３ａ……
第１弁装置、３ｂ……第２弁装置、４……絞り装
置、５……蒸発器、７……第１弁室、８……ボー
ル弁、９……第１入口ポート（ポート）、１０，
１１……第１、第２弁座。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部にボール弁を摺動可能に収納した略内筒
   状の第１弁室、この第１弁室の相対向する面に形
   成した第１弁座および第２弁座、前記ボール弁が
   第１弁座に着座した時に形成される第１弁室の第
   １弁座側の空間部に面して設けられた第１入力ポ
   ート、前記ボール弁が第２弁座に着座したときに
   前記第１入力ポートと連通する第１出力ポートを
   有する第１弁装置と、この第１弁装置の第１弁室
   と第２弁座に設けた連通ポートを介して連通する
   第２弁室、この第２弁室に連通する第２入口ポー
   トおよび第２出力ポート、前記第２弁室と第２入
   口ポートとの間に設けられた第３弁座を有し、か
   つ逆止弁機能を有する第２弁装置とからなる流体
   制御弁を備え、前記流体制御弁の第１弁装置の第
   １入口ポートは圧縮機の吐出側に接続した凝縮器
   の出口に、第１出口ポートは前記凝縮器と蒸発器
   との間に設けた絞り装置の入口に、前記第２弁装
   置の第２入口ポートは前記蒸発器の出口に、第２
   出口ポートは前記圧縮機の吸入側にそれぞれ接続
   配管した冷凍装置。