JPS6353461B2 - - 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
凍装置の流体制御弁に関する。

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（以下ロータリーコンプレツサ
と呼ぶ）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250
ｇ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エバポレータに
流入する。その第１流路として密閉容器→コンデ
ンサ→キヤピラリーチユーブ→エバポレータへと
流入し、コンデンサ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、エバポレータ
との温度差は非常に大きく、従つてエバポレータ
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→エバポレータへと高温
高圧のスーパーヒートガスのまま流入しエバポレ
ータを加熱し、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
ガスが多量にエバポレータ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 Ｃ 9607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流路よりエバポレータに流入する
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。

本発明はかかる点に鑑み、高圧回路に介在する
第１弁装置と、低圧回路に介在した第２弁装置
と、第１および第２弁装置間に介在した第３弁装
置を備え、単一の共通弁で第１及び第３弁装置を
交互に開閉し、かつ高低圧回路の圧力差にて動作
するようになし、制御弁の構成を、ダイヤフラ
ム、ベローズ等の高低圧力空間を分離する部材を
使用することなしに、簡素な制御弁を得、これを
冷凍装置に使用することにより、電気的な制御を
必要とせず、ロータリーコンプレツサ単体での効
率向上と同等以上の高効率化を計り冷凍装置の省
エネルギーを得ることを目的としている。

以下に本発明の一実施例について説明する。１
はロータリーコンプレツサで、密閉容器２と圧縮
要素３と図示しない電動要素で構成されている。
また、このロータリーコンプレツサ１は内部に逆
止弁を備えていないものである。そして、冷凍装
置は、ロータリーコンプレツサ１、コンデンサ
４、本発明の冷凍装置用の流体制御弁５（以下単
に流体制御弁という）の第１弁装置５ａ、キヤピ
ラリーチユーブ等の減圧装置６（以下単にキヤピ
ラリーチユーブ６という）、エバポレータ７、前
記流体制御弁５の第２弁装置５ｂ、サクシヨンラ
イン８、ロータリーコンプレツサ１を順次環状に
連結してなる。前記流体制御弁５は高圧回路Ａ側
に介在される上方に位置した第１弁装置５ａと低
圧回路Ｂ側に介在される下方に位置した第２弁装
置５ｂを略垂直に配設し、前記第１弁装置５ａと
第２弁装置５ｂとの間に第３弁装置５ｃを有して
おり、第２弁装置５ａと第３弁装置５ｃは、単一
のボール弁からなる共通弁９によつて交互に開閉
される。つまり、共通弁９が第１弁装置５ａを閉
弁したるときに第３弁装置５ｃは開弁し、第１弁
装置５ａが開弁したるときに第３弁装置５ｃは閉
弁するものである。１０は第１ハウジング、１１
は第２ハウジング、１２は第３ハウジングであ
る。前記第１弁装置５ａは第１ハウジング１０の
内部上面中央に第１弁座１３及び第１出口ポート
１４ｂを形成し、共通弁９が第１弁座１３に着座
した位置より上方の第１ハウジング１０の内部に
第１入口ポート１４ａが形成されている。第３ハ
ウジング１２の上面には第３弁装置５ｃの第３弁
座１５を形成し、この第３弁座１５に連通して連
通ポート１６が設けられ、そして第２弁装置５ｂ
の下流室１７と連通されている。また、第１ハウ
ジング１０内部は略円筒状をなすシリンダ室１８
が設けられ、共通弁９の外周との間に若干（10〜
20μm）の間隙を有する状態で摺動可能とし、共
通弁９の上下空間の略気密を可能としている。さ
らに、シリンダ室１８下部開口には前記第３ハウ
ジング１２の上部外周１２ａが嵌合状態で臨んで
いる。第３ハウジング１２の下部外周にはネジ部
１９が形成され、第１ハウジング１０のシリンダ
室１８下方に形成されたネジ部１０ａに螺合して
取付けられている。また、前記第３ハウジング１
２の上面に形成されている第３弁座１５の外周部
にバネ２０を保持しており、このバネ２０の他端
は前記共通弁９に当接している。つまり、共通弁
９はバネ２０により第１弁装置５ａを閉弁する方
向に付勢されており、その付勢力は第３ハウジン
グ１２を回転させることにより調整可能であり、
設定値に調整後第１ハウジング１０と第３ハウジ
ング１２はろう付等により気密を形成するもので
ある。

第２ハウジング１１内部には第２弁装置５ｂを
構成する第２ボール弁２１、第２弁座２２、スト
ツパー２３が備えられ、ストツパー２３の側部に
開口部２３ａが設けられており周知の逆止弁を構
成している。第２ハウジング１１の下部は、第２
弁装置５ｂの第２入口ポート２４ａを形成してあ
り、第２ハウジング１１の略中央上部側壁には第
２出口ポート２４ｂが設けられている。また第２
ハウジング１１上部は第１ハウジング１０の下部
外周にろう付され、気密を保持している。従つ
て、第１弁装置５ａは高圧回路Ａを開閉するもの
であり、第２弁装置５ｂは低圧回路Ｂを開閉する
ものであり、第３弁装置５ｃは低圧回路Ｂとシリ
ンダ室１８とを開閉するものであり、このシリン
ダ室１８の共通弁９の上部と下部との圧力差ΔP
がバネ２０の付勢力より大なる時に第１弁装置５
ａを開弁し、第３弁装置５ｃを閉弁する。このと
き、共通弁９と前記シリンダ室１８とは若干の間
隙を有しているが、第３弁座１５に共通弁９が圧
着されているため、高圧回路Ａと低圧回路Ｂとは
完全に分離できる。そして、逆に圧力差ΔPがバ
ネ付勢力より小となれば、共通弁９は上方へ摺動
せしめられ、第１弁装置５ａを閉路、第３弁装置
５ｃを開路するものである。第２弁装置５ｂは周
知の逆止弁動作を行なうものである。

次に上記流体制御弁５を冷凍装置に組込んだ時
の作用について述べる。第１図は冷凍装置が運転
中の状態図を表わしたもので、冷凍装置の高圧回
路Ａは通常の高圧力であり、低圧回路Ｂは通常の
低圧力であるため、流体制御弁５の共通弁９は高
圧回路Ａを低圧回路Ｂとの圧力差によつてバネ２
０を押し下げ第３弁座１５に圧着され、第１弁装
置５ａを開路し、第３弁装置５ｃを閉路してい
る。一方、第２弁装置５ｂは低圧側のエバポレー
タ７より流入するガス流によつて第２ボール弁２
１が吹き上げられ、第２の弁座２２より離れスト
ツパー２３内に収納されている。ガスは第２ボー
ル弁２１下部からストツパー２３側部の開口部２
３ａを通過して第２出口ポート２４ｂへと支障な
く流れ、第２弁装置５ｂは開路状態となつてい
る。従つて、ロータリーコンプレツサ１より吐出
された冷媒ガスはコンデンサ４、流体制御弁５の
第１弁装置５ａ、キヤピラリーチユーブ６、エバ
ポレータ７、流体制御弁５の第２弁装置５ｂ、サ
クシヨンライン８、ロータリーコンプレツサ１へ
と支障なく流れて冷凍作用を行う。

次に冷凍装置の停止中の状態について第２図を
用いて説明する。ロータリーコンプレツサ１の停
止によりエバポレータ７よりのガス流が停止する
ので、流体制御弁５の第２の弁装置５ｂの第２ボ
ール弁２１は自重で落下し第２弁座２２に当接し
て第２弁装置５ｂを閉路状態にする。その結果、
ロータリーコンプレツサ１よりのスーパーヒート
ガスがエバポレータ７へと逆流、流入するのを防
止する。更に時間が経過すると密閉容器２内のス
ーパーヒートガスは圧縮要素３の図示しないシリ
ンダ室に流入し、さらにサクシヨンライン８へと
流入し、流体制御弁５の第２出口ポート２４ｂか
ら第２弁装置５ｂの下流室１７へと流入するの
で、この弁下流室１７内の圧力は急激に上昇し、
これと連通する連通ポート１６内の圧力も急激に
上昇し、共通弁９の上面圧力と近似となる。共通
弁９の上下圧力が近似となるバネ２０の付勢力に
より共通弁９は上方へ摺動せしめ第１弁装置５ａ
を閉路し、コンデンサ４よりのスーパーヒートガ
スがエバポレータ７へ流入するのを防止する。

更にまた、共通弁９を上方に付勢するバネ２０
の作用について第３図の冷凍装置の圧力変化図を
用いて説明する。図において、ロータリーコンプ
レツサ１が停止すると同時に第２弁装置５ｂは閉
路状態となりロータリーコンプレツサ１より逆流
するスーパーヒートガスにより低圧回路Ｂの圧力
は急激に上昇する。この時、第１の弁装置５ａは
まだ開路状態でありコンデンサ４と高圧回路Ａの
圧力は等しく徐々に降下する。この停止後の微小
時間ｔが経過すると共通弁９に作用する力F_pは
上下の差圧ΔP₀と連通ポート１６の作用面積S₁に
よつて発生する力F_p0（F_p0＝ΔFP₀×S₁）であり、
これに対してバネ２０の付勢力F_cが大となり、共
通弁９が押し上げられ、第３弁装置５ｃは開路状
態となる。次にこの状態で共通弁９に作用する力
F_p1は共通弁９の上下の差圧ΔP₁と共通弁９の有
効面積S₂によつて発生する力F_p1（F_p1＝ΔP₁×S₂）
であり、これに対してバネ２０の付勢力F_cが大と
なる共通弁９は第１弁座１３に圧着され第１弁装
置５ａは閉路状態となる。この時点より第１出口
ポート１４ｂに流入する冷媒が停止するので、第
１出口ポート１４ｂの圧力は急激に降下する。こ
の圧力降下により共通弁９は更に第１弁座１３に
吸着され、洩れは低減する。尚、ロータリーコン
プレツサ１が停止してから第１弁装置５ａが閉路
する迄の微小時間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、ロータリーコンプレツサ１の大きさにもよる
が冷凍装置が停止後より約45秒〜１分程度はコン
デンサ４で凝縮された液冷媒がキヤピラリーチユ
ーブ６へ流入し正常な冷凍作用を行うので、それ
以前に第１弁装置５ａ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
差圧ΔPが大きな時に第１弁装置５ａを閉弁させ
ることである。一方低外気温時の共通弁９に作用
する上下圧力差はだんだんと小さくなり、前記差
圧ΔPを大きく設定すると冷凍装置が運転状態で
も第１弁装置５ａは閉弁状態となり冷凍作用が行
なわれなくなる。以上より前記差圧ΔPは２Kg／
cm²前後に設定している。

以上の説明からも明らかな如く、本発明の冷凍
装置用流体制御弁は、コンデンサとエバポレータ
間の高圧回路に接続される第１入口ポートと第１
出口ポートを有する第１弁装置と、エバポレータ
とコンプレツサ間の低圧回路に接続される第２入
口ポートと第２出口ポートを有する第２の弁装置
と、前記第１弁装置と前記第２弁装置との間に介
在され、前記第１出口ポートを有する第１弁座と
相対向する第３弁座を有する第３弁装置とを備え
前記第１弁座と第３弁座との間のシリンダ室に前
記第１弁装置と前記第３弁装置を交互に開閉する
単一の共通弁を移動可能に設け、かつ前記第３弁
座に前記シリンダ室と前記第２弁装置の下流室と
の間を連通する連通ポートを設け、前記下流室と
前記シリンダ室との差圧により前記共通弁を動作
させてなるので、従来の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流体制御
弁の弁装置の構成も単一の共通弁の使用により非
常に簡素であり、安価に製作できる。また、第１
出口ポートを有する第１弁座の下方で相対向する
第３弁座を有する第３弁装置を設けて共通弁を圧
力により上下に移動させ、第１出口ポートを閉じ
たとき連通ポートの上下圧力を近似として共通弁
の上下圧力が近似となるとバネの付勢力により閉
路を維持する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の冷凍装置用流体制御
弁を使用した冷凍装置の冷凍サイクル図で起動直
前状態、第２図は第１図相当の停止直前状態の流
体制御弁の要部断面図、第３図は第１図の冷凍装
置における圧力変化図である。 Ａ……高圧回路、Ｂ……低圧回路、１……圧縮
機、４……凝縮器、５……流体制御弁、５ａ……
第１弁装置、５ｂ……第２弁装置、５ｃ……第３
弁装置、６……減圧装置、７……エバポレータ、
９……共通弁、２０……バネ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ コンデンサとエバポレータ間の高圧回路に接
   続される第１入口ポートと第１出口ポートを有す
   る第１弁装置と、エバポレータとコンプレツサ間
   の低圧回路に接続される第２入口ポートと第２出
   口ポートを有する逆止弁となる第２の弁装置と、
   前記第１弁装置と前記第２弁装置との間に介在さ
   れ、前記第１出口ポートを有する第１弁座の下方
   で相対向する第３弁座を有する第３弁装置とを備
   え、前記第１弁座と第３弁座との間のシリンダ室
   に前記第１弁装置と前記第３弁装置を交互に開閉
   する単一のボール弁からなる共通弁を移動可能に
   設け、かつ前記第３弁座に前記シリンダ室と前記
   第２弁装置の下流室との間を連通する連通ポート
   を設け、前記下流室と前記シリンダ室との差圧に
   より前記共通弁を動作させて、前記共通弁をバネ
   にて前記第１弁装置を閉弁する方向に付勢してな
   る冷凍装置用流体制御弁。