JPH0536699B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は冷蔵庫、シヨーケース、エアコン等に
用いられる冷凍装置で特にコンプレツサとして密
閉容器内が高圧となるロータリーコンプレツサー
を使用したものに関する。

従来例の構成とその問題点 この種の冷凍装置として例えば冷蔵庫に採用さ
れるもので第１図に示すものがある。この図で１
はロータリーコンプレツサ、２はコンデンサ、３
は電磁弁、４は減圧器であるキヤピラリチユー
ブ、５はエバポレータ、６は逆止弁であり、電磁
弁３は冷蔵庫庫内温度を感知して開閉するサーモ
スタツト（図示せず）にてロータリーコンプレツ
サ１と同期してON−OFFするもので、ON時に
流路を開路、OFF時に閉路するものである。周
知のようにこの種のロータリーコンプレツサ１は
高圧容器型であり、冷媒の溶解する冷凍機油７を
容器８内に有している。

この種の冷凍装置では運転中は周知の如くであ
るが、停止中には電磁弁３が閉路し、逆止弁６も
閉路するため、容器８内は高圧、高温に維持さ
れ、冷凍機油７は常に高圧、高温下にさらされる
ものである。

また、この種の冷凍装置が運転される条件とし
ては低外気温から高外気温まであるため、ロータ
リーコンプレツサ１の容器８内の温度、圧力共に
その変動が大きい。

冷凍機油８の冷媒に対する溶解量は第２図に示
すと特性を有する。つまり、同一圧力では温度が
低くなる程冷媒の溶解量が多く、同一温度では圧
力が高くなる程冷媒の溶解量が多くなる特性を有
している。一例を示すと、圧量８Kg／cm²Ｇのとき
に35％、圧力５Kg／cm²Ｇのときに21％の溶解量で
ある。図中破線ロに示す。従つて、外気温度によ
る溶解量の特性は第３図に示すものとなる。つま
り、外気温15℃と30℃とを比較すると溶解量にお
いて70ｇ−40ｇ＝30ｇの差が生じ、全冷媒封入量
が例えば200ｇであればその量の15％に相当する
ものであり、換言すれば、外気温30℃で適正とな
る冷媒封入量とすると外気温15℃では30ｇの冷媒
不足となる第１の欠点を有していた。

また、キヤピラリチユーブ４の絞り抵抗は固定
式であるため、通常、高外気温で適正となるよう
設定しており、低外気温になると抵抗が過剰とな
る傾向になる第２の欠点を有していた。

また、上記第１、第２の欠点は相互に起因する
ものである。

発明の目的 かかる点に鑑み、本発明は低外気温における冷
媒循環量を確保し省電力を図れる冷凍装置を提供
せんとするものである。

発明の構成 上記目的を達成するため、本発明による冷凍装
置は、コンプレツサの起動、停止による急激な圧
力変化により開閉する開閉弁装置と、外気温度に
よる運転中の圧力の違いにより開度を制御する調
整弁装置とを有する流量制御弁を該装置内に介在
せしめたものである。

実施例の説明 以下に本発明の一実施例を添付図面に従い説明
する。

図において、１０は本発明による冷凍装置で冷
蔵庫（図示せず）の冷凍サイクルとして使用され
るものである。１１はロータリーコンプレツサで
密閉容器１２、機械部１３、電動機１４、冷凍機
油１５より構成されている。１６はコンデンサ、
１７は流量制御弁、１８はキヤプラリチユーブ、
１９はエバポレータ、２０は逆止弁、２１はロー
タリーコンプレツサ１１の吸込管であり順次環状
に連接されている。

次に流量制御弁１７について説明する。２２は
上ケーシング、２３は下ケーシングで両者２２，
２３を密着して流量制御弁本体１７を構成してい
る。２４は両ケーシング２２，２３間に介在され
て本体１７内を２室に区画するダイヤフラムで、
上室が弁室２５、下室が感圧室２６として構成さ
れている。２７は均圧管で、感圧室２６とロータ
リーコンプレツサ１１、逆止弁２０との間の吸込
管２１とを連通している。２８は感圧室２６でダ
イヤフラム２４と下ケーシング２３との間に介在
したバイアスバネであり、ダイヤフラム２４の圧
力変位を所定の値に設定するものであり、２９は
下ケーシング２３とダイヤフラム２４との間でバ
イアスバネ２８内に設けたストツパで、ダイヤフ
ラム２４の過度な動きを規制するものである。

弁室２５内には開閉弁装置３０が構成されてい
る。開閉弁装置３０は中央を貫通する円形のポー
ト３１と、該ポート３１の下面に形成された弁座
３２及びスプリング３３の上端を保持する保持部
３４を形成し上ケーシング２２に取付けられるブ
ロツク３５と、前記弁座３２に当接するボール弁
３６と、ボール弁３６を接着保持するダイヤフラ
ム２４と当接したホルダー３７と、ブロツク３５
の保持部３４と、ホルダー３７間に介在される上
記スプリング３３とにより構成されている。

上ケーシング２２には弁室２５に開放されたコ
ンデンサ１６からの入口管３８とブロツク３５の
上部から延在し、内部に調整弁装置３９を備えキ
ヤピラリチユーブ１８へ至る出口管４０とを有し
ている。

この調整弁装置３９は、前記ブロツク３５の弁
座３２と反対側のポート３１に形成したテーパポ
ート４４と、このテーパポート４４の下流側に形
成したリテイーナ４２と、このリテイーナ４２と
テーパポアート４４との間を移動しテーパポート
との隔間を調整するテーパ状に形成したニードル
４３と、このニードル４３と前記リテーナ４２と
の間に設けた付勢バネとより形成している。

リテイーナ４２は中央は貫通孔４５を形成し、
外周凹部４６を出口管４０に形成した係合部４７
にて固定され、付勢バネ４１の一端を保持してい
る。付勢バネ４１の他端はニードル４３をテーパ
ポート４４に押圧するようにニードル４３の大径
部に当接している。ニードル４３のテーパポート
４４に対向する小径部には断面が略三角形の連結
棒４８が当接されている。

連結棒４８は前記ポート３１内を摺動可能に備
えられ、下端はボール弁３６に当接している。つ
まり、付勢バネ４１により連結棒４８を介してニ
ードル４３はボール弁３６と略結合されているも
のである。

次に開閉弁装置３０とバイアスバネ２８、スト
ツパ２９及び調整弁装置３９の関係について説明
する。

スプリング３３はボール弁３６を保持するホル
ダー３７をダイヤフラム２４の変位に確実に追従
せしめるためのもので、バイアスバネ２８、スプ
リング３３及び付勢バネ４１の総合力で開閉弁装
置３０が所定の圧力差Poで開路するよう設定し
ている。本実施例に於てはこの圧力差Poを２
Kg／cm²と設置している。従つて、密閉容器１２、
コンデンサ１６、及び流量制御弁１７の弁室２５
内の圧力と、逆止弁２０とロータリーコンプレツ
サ１１との間の吸込管２１に連結された均圧管２
７にて連通した感圧室２６の圧力との差、つまり
ダイヤフラム２４の上下面の圧力差が２Kg／cm²以
上のときにはダイヤフラム２４に作用する圧力差
による力がバイアスバネ２８、スプリング３３及
び付勢バネ４１の総合力より大となりダイヤフラ
ム２４は図中下方へ変位せしめられ、このダイヤ
フラム２４の変位に追従するホルダー３７、ボー
ル弁３６も下方へ変位し、開閉弁装置３０は開路
するものである。また、ボール弁３６と連結棒４
８を介して略接合されるニードル４３も下方へ変
位する。

従つて調整弁装置３９のニードル４３とテーパ
ポート４４とで形成される流路はダイヤフラム２
４の変位が大きい程狭くなるように構成されてい
るものである。

また、バイアスバネ２８、スプリング３３及び
付勢バネ４１の総合バネ定数とストツパ２９との
関係に於ては、ダイヤフラム２４に作用する圧力
差が設定値P₁以上のときにダイヤフラム２４が
ストツパ２９に当接するように設計されている。
本実施例に於てはこの設定値P₁を８Kg／cm²とし
ている。さらに調整弁装置３９に於ては、ダイヤ
フラム２４がストツパ２９に当接した時にもニー
ドル４３とテーパポート４４とで形成される流路
は確保されるよう設計されている。

上記の圧力差と開閉弁装置３０のボール弁３６
と弁座３２とで形成される流路の抵抗R₁、調整
弁装置３９のニードル４３とテーパポート４４と
で形成される流路の抵抗R₂及び両抵抗R₁，R₂の
総合抵抗Ｒは第５図に示す関係となる。すなわち
圧力差が所定値（Po＝２Kg／cm²）以下では開閉
弁装置３０が閉路しているため総合抵抗Ｒは∞と
なり、２Kg／cm²より僅かに大となつた点で最少抵
抗となる。更に圧力差が増加すると総合抵抗Ｒは
次第に増加し、設定値（P₁＝８Kg／cm²）以上で
は総合抵抗Ｒは一定する特性となる。従つて、流
量制御弁１７を使用した冷凍装置１０のキヤピラ
リチユーブ１８の抵抗は従来のキヤピラチチユー
ブ４の抵抗Roより小さく設計されている。この
関係は第６図に示す通りであり、ダイヤフラム２
４に作用する圧力差が所定値（Po＝２Kg／cm²）
以下では流量制御弁１７とキヤピラリチユーブ１
８の合抵抗Rは∞であるが、圧力差が２Kg／cm²
より僅かに大となると抵抗は急激に減少し、従来
のキヤピラリチユーブ４の抵抗Roよりはるかに
少である。圧力差が増加するに従がい合抵抗R
は増加するが、従来のキヤピラリチユーブ４の抵
抗R_Oより少なくなつている。圧力差が設定値
（P₁＝８Kg／cm²）のポイントで合抵抗Rは従来の
キヤピラリチユーブ４の抵抗Roと同一となり、
それ以上の圧力差では同一のままである。

次に上記構成による動作について説明する。ロ
ータリーコンプレツサ１１の運転中は吸込管２１
の圧力は低圧となり、逆止弁２０を介在したエバ
ポレータ１９、均圧管２７で連通した感圧室２６
も低圧となつている。一方、密閉容器１２、コン
デンサ１６及びこれと入口管３８にて連通した弁
室２５は高圧となる。従つて、ダイヤフラム２４
の上面に高圧、下面に低圧が作用し、この圧力差
による作用力がバイアスバネ２８、スプリング３
３、付勢バネ４１の総合力により大となり下方へ
変位している。このダイヤフラム２４の変位に応
動してホルダー３７及びボール弁３６もスプリン
グ３３にて下方へ変位し、開閉弁装置３０は開路
している。また調整弁装置３９は前記圧力差によ
りニードル４３とテーパポート４４との流路は変
化するが、冷媒は入口管３８→弁室２５→円形の
ポート３１と三角形の連結棒４８との隔間の流路
→ニードル４３とテーパポート４４の流路→出口
管４０→キヤピラリチユーブ１８へと流れ、通常
の冷却運転が行なわれている。

ロータリーコンプレツサ１１の運転中には冷凍
機油１５により機械部１３のメカニカルシールは
確実にされているが、ロータリーコンプレツサ１
１が停止するとメカニカルシールが破れ、密閉容
器１２内の高圧ガスは吸込管２１へと逆流する。
この逆流により逆止弁２０は閉路し、吸込管２１
内の圧力は急激に上昇し、高圧側とバランスす
る。同時に均圧管２７で連通した管圧室２６内の
圧力も急激に上昇し、ダイヤフラム２４に作用す
る圧力差は減少し、バイアスバネ２８、スプリン
グ３３及び付勢バネ４１の総合力によりダイヤフ
ラム２４は上方へ変位せしめられ開閉弁装置３０
は閉路し、高圧冷媒が低圧のエバポレータ１９へ
流入することを防止し、停止中も運転中と同一の
圧力状態を維持している。

この状態から再起動すると前述のロータリーコ
ンプレツサ１１の運転中と同様に吸込管２１及び
これと均圧管２７で連通された感圧室２６内は低
圧となり、ダイヤフラム２４に作用する圧力差に
て開閉弁装置３０は開路する。この時、圧力状態
は停止中も継続して運転安定状態が維持されてい
るため、起動時から正常な冷却運転が行なわれる
ものである。

尚 ロータリーコンプレツサ１１の停止後、弁
室２５内と感圧室２６内の圧力が瞬時にバランス
せず、完全にバランスするまで数分の時間を要す
る。従つて、開閉弁装置３０の開閉圧力差を０
Kg／cm²とすると停止後にエバポレータ１９への冷
媒流入が生じ、省電力効果が減少する。

この減少を防止するためには停止後、弁室２５
と感圧室２６内の圧力差が大きい時に開閉弁装置
３０を閉路させる必要がある。また、一般の冷蔵
庫等に於いては超低外気温である−15℃に於ても
冷却運転を保証する必要があるため、この低外気
温−15℃でも運転時に開閉弁装置３０が開路しな
ければならない。従つて、本発明実施例では外気
温−15℃時の圧力差2.5Kg／cm²で開閉弁装置３０
が開路するよう所定値Poを外気温−15℃時の弁
室２５と感圧室２６内の圧力差2.5Kg／cm²以下の
２Kg／cm²と設定しているものである。

次に調整弁装置３９の動作について詳述する。
例として外気温30℃と15℃について説明する。外
気温30℃では運転中の密閉容器１２、コンデンサ
１６及び弁室２５内の圧力は一般の冷蔵庫等の冷
凍装置と同様に略９Kg／cm²Ｇ、吸込管２１、エバ
ポレータ１９及び感圧室２６内の圧力は略０Kg／
cm²Ｇであり、ダイヤフラム２４に作用する圧力差
は設定値（P₁＝８Kg／cm²）より大きな９Kg／cm²
となる。従つて、ダイヤフラム２４はストツパ２
９に当接しており、調整弁装置３９の抵抗は最大
の位置で固定され、流量調整弁１７とキヤピラリ
チユーブ１８の合抵抗は従来のキヤピラリチユー
ブ４の抵抗と同一となり、従来の冷凍装置と同一
の冷却を行なつている。

次に外気温15℃について説明する。

外気温15℃では、30℃の場合より冷媒の圧力が
下るので密閉容器１２、コンデンサ１６及び弁室
２５内の圧力は一般の冷蔵庫等の冷凍装置と同様
に略６Kg／cm²Ｇであるが、エバポレータ１９、吸
込管２１及び感圧室２６内圧力は一般の冷蔵庫等
の冷凍装置よりも高い略−0.1Kg／cm²Ｇとなつて
いる。従つてダイヤフラム２４に作用する圧力差
は6.1Kg／cm²である。この圧力差は設定値（P₁＝
８Kg／cm²）より小であるため調整弁装置３９の抵
抗は外気温30℃のときより小さくなつているた
め、流量調整弁１７とキヤピラリチユーブ１８の
合抵抗は従来のキヤピラリチユーブ４の抵抗より
小さくなつている。そのため一般の冷蔵庫等の冷
凍装置の外気温15℃での低圧圧力略−0.3Kg／cm²
Ｇより高い−0.1Kg／cm²Ｇとなつているものであ
る。

外気温15℃での密閉容器１２内の冷凍機油１５
に溶解する冷媒量は従来の冷凍装置と同様に外気
温30℃のそれより大であるが、調整弁装置３９の
抵抗が小さく、運転中の低圧圧力が高くなつてい
るため、ロータリーコンプレツサ１１の吸込管２
１内の冷媒比容積が減少し、ロータリーコンプレ
ツサ１１の機械部１３の１回転当りで圧縮、循環
される冷媒量が増加し、ガス不足運転となること
はない。

従つて、冷凍機油１５への冷媒溶解が増加し、
また、絞り抵抗が増加してガス不足運転が増加す
る低外気温ほどダイヤフラム２４に作用する圧力
差は減少し、調整弁装置３９の開度は増加する。
これにより、低外気温でも冷媒循環量を確保し、
ガス不足運転を防止することができるものであ
る。また、流量制御弁１７は開閉弁装置３０と調
整弁装置３９とを同一の本体１７内に構成してお
り逆止弁２０は下流側の吸込管２１と連通した感
圧室２６とコンデンサ１６と連通した弁室２５の
圧力差で変位するダイヤフラム２４にて開閉弁装
置３０と調整弁装置３９の相方を作動せしめてい
るため、冷凍装置１０の構成が簡単で、配管等の
溶接個所も最小とすることができている。

さらに、ダイヤフラム２４の作動圧力差をコン
デンサ１６と逆止弁２０の下流側である吸込管２
１との圧力差としているため、一般に考えられる
コンデンサ１６等の高圧圧力と大気圧との差圧力
差を利用するものに較べ、圧力差の変化が非常に
急激でかつコンプレツサ１１の運転、停止と対応
しているためコンプレツサ１１の運転、停止に確
実に対応して開閉弁装置３０の開閉を可能として
いる。また、運転中の圧力差も高、低圧相方の圧
力差であるため、高圧圧力と大気圧等の圧力差を
利用するよりはるかに正確に調整弁装置３９の調
整を可能としている。

発明の効果 以上の説明からも明らかなように、本発明によ
る冷凍装置はコンプレツサの起動時に圧力変化で
開路し、停止時の圧力変化で閉路する開閉弁装置
と、コンプレツサ運転中の圧力に応動して流路の
開度を制御する調整弁装置とを備えた流量制御弁
を有するものであるため、開閉弁装置により電気
入力を必要とせずに従来の電磁弁と同様の作用を
なすことができ、停止中も運転中と同様の圧力状
態を維持し、起動直後より運転安定時の最も効率
のよい冷却運転を可能としている。

さらに、従来はガス不足運転を来していた低外
気温にても流路の開度を自動調整して適正な冷媒
循環量を確保することができ、低外気温から高外
気温まで適正な冷却運転を可能にするものである
から、特に外気温変化の大きな冷蔵庫等の冷凍装
置として大きな省電力が可能になるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷凍装置のシステム図、第２図
は通常の冷凍機油への冷媒溶解特性図、第３図は
冷凍装置内の冷凍機油に溶解する冷媒量の外気温
変化図、第４図は本発明一実施例による冷凍装置
のシステム図、第５図は流量制御弁の流路抵抗特
性図、第６図は第１図の冷凍装置を第４図の冷凍
装置の減圧器抵抗特性図をそれぞれ示すものであ
る。 １１……ロータリーコンプレツサ、１６……コ
ンデンサ、１７……流量調整弁、１８……キヤピ
ラリチユーブ（減圧器）、１９……エバポレータ、
２０……逆止弁、２４……ダイヤフラム、２５…
…弁室、２６……感圧室、３７……均圧管、３０
……開閉弁装置、３２……弁座、３６……弁、３
９……調整弁装置、４３……ニードル、４４……
テーパポート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ コンプレツサ１１、コンデンサ１６、流量制
   御弁１７、減圧器１８、エバポレータ１９及び逆
   止弁２０を順次環状に連接してなるものであつ
   て、前記流量制御弁１７はケーシング２２，２３
   内をダイヤフラム２４により弁室２５と感圧室２
   ６とに形成して開閉弁装置３０と調整弁装置３９
   と設けるとともに、前記感圧室２６と、コンプレ
   ツサ１１と逆止弁２０との間に連結される均圧管
   ２７を備え、前記開閉弁装置３０を、弁座３２
   と、ダイヤフラム２４の動きにて前記弁座３２と
   当接する位置としない位置とに移動する弁３６と
   より形成し、前記調整弁装置３９を、開閉弁装置
   ３０よりも下流側に配置し、前記ダイヤフラム２
   ４の動きにてテーパポート４４との開口面積を変
   化させるニードル４３と、このニードル４３に前
   記ダイヤフラム２４の動きを伝え高外気温時に開
   口面積を大きくする方向へ移動させる連結棒４８
   とから形成してなる冷凍装置。