JPS6325262B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷蔵庫等に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
器型の圧縮機を採用する小形の冷凍装置において
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。すなわち、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等の高圧容器型
の圧縮機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、ロータリーコンプレツサ等の高圧容器型の圧
縮機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等の高圧容器型の圧縮
機を実際に冷凍冷蔵庫に取りつけてJIS Ｃ 9607
電気冷蔵庫及び電気冷蔵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等の高圧容
器型の圧縮機の効率向上相当分に引き上げるため
には、前記第１、第２の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
ンプレツサ等の高圧容器型の圧縮機単体の効率向
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。

以下に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、２は凝縮器、３は流体
制御弁、４は絞り装置、５は蒸発器、６は逆止
弁、７はマフラーである。前記流体制御弁３は内
部に略円筒状の弁室８を形成しており、この弁室
８の内径と略同一の外径る有するボール弁９を備
えている。前記弁室８の下面及び上面には第１弁
座１０、第２弁座１１が形成され、それぞれ第１
ポート１２、第２ポート１３が連通されている。

１４は第３ポートであり、ボール弁９が弁座１
０を閉成したる時にボール弁９の外周とほぼ接す
る位置より下部の弁室８ａに面する位置に連通さ
れている。また、流体制御弁３のそれぞれのポー
ト１２，１３，１４は第１ポート１２は冷凍サイ
クルの高圧側配管Ａの絞り装置４の入口に、第２
ポート１３は導圧管１５を介して逆止弁６の下流
と圧縮機１のの間の低圧側配管Ｂのマフラー７の
一端に接続し、第３ポート１４は凝縮器２の出口
にそれぞれ接続されている。

次に上記構成による動作について説明する。

第１図は装置の起動直前の状態を示すものであ
り、第３図のイ点に相当する。このときの圧力を
第１ポート１２の圧力P₁₀、第２ポート１３の圧
力P₂₀、第３ポート１４の圧力P₃₀とする。また、
第１ポート１２の断面積a₁、第２ポート１３の断
面積a₂、ボール弁９の断面積a₃、ボール弁９の自
重Ｗとすると前記ボール弁９が第１弁座１０の着
座した状態から上方へ摺動せしめられ、第１ポー
ト１２が開路する（以下開弁と呼ぶ）ときの第２
ポート１３と第３ポート１４の圧力差ΔP₀＝P₃₀
−P₂₀は以下の式で求められる。

ΔP₀＞a₁／a₃・（P₃₀−P₁₀）＋Ｗ／a₃ また、前記ボール弁９が第２弁座１１に着座し
た状態より下方へ摺動せしめられ、第１ポート１
２を閉路する（以下閉弁と呼ぶ）ときの前記圧力
差ΔP₁は以下の式で求められる。

ΔP₁＜Ｗ／a₂ 従つて、例えば周囲温度30℃、冷媒Ｒ−12、a₁
＝a₂＝0.01cm²、a₃＝0.5cm²、Ｗ＝0.003Kgとすると、
P₁₀＝1.0Kg／cm²Ｇ、P₃₀＝6.5Kg／cm²Ｇであるため、
ΔP₀＞0.1Kg／cm²のときに開弁する。また、ΔP₁＜
0.3Kg／cm²のときに閉弁する。

第３図のイ点の状態で起動すると低圧側配管Ｂ
の圧力は急激に降下する。従つて低圧側配管Ｂの
マフラー７と導圧管１５により連通せしめられた
第２ポート１３及び弁室８のボール弁９上方の圧
力も急激に降下し開弁圧力点（第３図のロ点）を
瞬間に通過下降する。これにより、ボール弁９は
第２図の如く第１弁座１０を開弁すると共に、第
２弁座１１に圧着され、第２ポート１３及びこれ
と連通した導圧管１５と弁室８及びこれと連通し
た高圧側配管Ａを完全に分離するものである。こ
の時、流体制御弁３の第１ポート１２は開路状態
とされるため、冷媒は圧縮機１→凝縮器２→流体
制御弁３→絞り装置４→蒸発器５→逆止弁６へと
流れるため、逆止弁６も開路され、逆止弁６→マ
フラー７→圧縮機１への正規な流れが保たれ支障
なく冷凍作用が行なわれる。

次に停止時について説明する。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の運
転が停止すると低圧側配管Ｂ内のガス流が停止
し、逆止弁６は弁（図示せず）自重により閉弁す
る。この時、圧縮機１内のスーパーヒートガスは
圧縮機１内の圧縮要素内を逆流し、低圧側配管Ｂ
の逆止弁６の下流側に流入し圧力を急上昇せしめ
る。しかし、逆止弁６が閉弁しているためスーパ
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。一方、同時に、前記マフラー７と導
圧管１５にて連通された流体制御弁３の第２ポー
ト１３内の圧力も急上昇し、第３ポート１４内の
圧力との圧力差ΔPが0.3Kg／cm²（第３図のニ点）
より小さくなると自重でボール弁９を下方へ摺動
せしめられ第１弁座１０を閉じて高圧側配管Ａ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
ことも防止できるものである。尚、圧縮機１が停
止後、流体制御弁３が閉弁するまでの時間ｔは約
30秒以下であることが望ましい。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、正規な冷凍作用を行なうので、それ以前に
流体制御弁３を閉弁すれば良いためである。その
ためには前記時間ｔをできるだけ小さくする必要
がある。このためには前記流体制御弁３の第２ポ
ート１３の圧力と第３ポート１４の圧力との圧力
差ΔPが大きな時、流体制御弁３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、前記流体制御
弁３を開弁させる圧力差ΔPを大きくとると運転
状態でも前記流体制御弁３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、
本発明ではボール弁９の大きさ、自重及び第１ポ
ート１２、第２ポート１３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な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
略円筒状の弁室の下面に第１弁座及び第１ポー
ト、上面に第２弁座及び第２ポートを形成し、前
記ボール弁が前記第１の弁座に着座した時にボー
ル弁の下面及び前記弁室とで構成される空間に面
する位置に第３ポートを形成した流体制御弁を有
し、冷却システムにおける蒸発器の出口に接続し
た逆止弁と圧縮機の低圧側の間に第２ポート、凝
縮器の出口に第３ポート、絞り装置の入口に第１
ポートをそれぞれ接続配管したもので、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弁座とボール弁は低圧回路の圧
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弁座とボール弁が
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弁座をボール弁が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、圧縮機内
および凝縮器内のスーパーヒートガスがサクシヨ
ンラインおよび絞り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
ール弁の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の冷凍装置の冷凍サ
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。 １……圧縮機、２……凝縮器、３……流体制御
弁、４……絞り装置、５……蒸発器、６……逆止
弁、１０……第１弁座、１１……第２弁座、Ａ…
…高圧側配管、Ｂ……低圧側配管、９……ボール
弁、１２……第１ポート、１３……第２ポート、
１４……第３ポート。

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円筒
   状の弁室の下面に第１弁座及び第１ポート、上面
   に第２弁座及び第２ポートをそれぞれ形成し、前
   記ボール弁が前記第１弁座に着座した時にボール
   弁の下面及び前記弁室とで構成される空間に面す
   る位置に第３ポートを形成した流体制御弁と、圧
   縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器、逆止弁等で構
   成され、前記流体制御弁の第１ポートを前記絞り
   装置の入口に接続し、第２ポートを蒸発器の出口
   に接続した逆止弁と圧縮機の低圧側の間に接続
   し、かつ第３ポートを凝縮器の出口に接続した冷
   凍装置。