JPS63251760A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は冷凍装置に関するものであって、特に低外気
温時における冷房運転等も可能な冷凍装置に関するもの
である。

（従来の技術） 冬期の低外気温時においても利用側の熱交換器を蒸発器
として作用させて運転を行う装置としては、冷蔵庫やシ
ョーケース等の冷凍装置があるが、近年においては、さ
らにパソコン等の普及に伴って構成された小形計算機室
等を対象として、年間冷房専用の空気調和機（以下、年
間冷専機とい°う）の需要が増加しつつある。このよう
な年間冷専機を、屋外に設置される室外機を有するセパ
レート形空気調和機として構成する場合には、外気温の
低下と共に凝縮圧力が低下していき、このため冷媒循環
サイクル全体の圧力状態が低下すると共に、圧縮機にお
ける吐出圧力と吸込圧力との差圧も低下していく。この
ような差圧が異常に小さくなった場合には、圧縮機内部
の動作不良、例えば冷凍機油の循環に支障をきたし、潤
滑不良等の問題を発生する。そこで例えば社団法人日本
冷凍協会発行（昭和５６年７月３０日）の「密閉形冷凍
機Ｊ　Ｐ、２３９にも記載されているように、年間冷専
機の冬期、或いは寒冷地での冷房運転では、吐出ガスを
凝縮器出口に導く等の方法によって、凝縮圧力の低下を
防止し、圧縮機において所定の差圧状態を維持するよう
になされている。その例を第６図に示しているが、同図
において４１は圧縮機であり、この圧縮機４１に、吐出
側から順に凝縮器４２、凝縮圧力調整弁４３、受液器４
４、電磁開閉弁４５、膨張弁４６、蒸発器４７を接続し
て冷媒循環回路を構成している。そして上記圧縮機４１
の吐出側と凝縮圧力調整弁４３とをバイパス管４８で接
続し、上記凝縮器４２をバイパスする径路を形成してい
る。

上記構成の装置において、正常運転時には、図中実線矢
印で示すように、圧縮機４１からの吐出冷媒は凝縮器４
２から凝縮圧力調整弁４３を経て蒸発器４７へと循環す
る。そして低外気温時等において上記のような循環サイ
クルでは凝縮圧力が異常低下する場合には、上記凝縮圧
力調整弁４３の流路切換えによって図中破線矢印で示す
ように、圧縮［４１からの吐出ガスが直接凝縮器４２の
出口側に供給される冷媒循環となり、これにより凝縮圧
力の異常低下を防止するようになされている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記のような凝縮圧力調整弁４３は、第６図に
示しているように三方弁としての構成をなすものであっ
て、凝縮器４２から受液器４４へ通ずる内部経路の開閉
弁機能と共に、バイパス管４８から受液器４４に通ずる
内部径路においては、受液器４４での圧力を略一定とす
るために容量調整弁としての機能も併せ持っている。こ
のような二つの弁機能を一体化することによって形状的
にはコンパクトになるものの、内部構造が複雑であり、
このため高価な部品となっている。また上記のように別
記管としてのバイパス管４８を必要とすると共に、上記
構成では膨張弁４６へ供給される液冷媒は受液器４４に
貯溜されている冷媒のみとなる場合があるので、冬期に
は過剰の冷媒量、或いはそれを収容し得る大型の受液器
４４が必要となる。このように従来の年間冷専機は、標
準機と大きく異なる特別仕様の装置構成となり、製作費
が高価になるという問題がある。

この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、簡素な構成で年間冷専機としての使用が可能な冷凍
装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明の冷凍装置は、圧縮機１に凝縮器４と蒸
発器６とを冷媒循環可能に接続した冷凍装置であって、
上記圧縮機１に接続されるガス管２に、形状記憶合金ば
ね２０の伸縮変形によって開度を変更する可変絞り３を
介設し、上記ガス管２を流通する冷媒温度が基準温度以
下となったときに上記可変絞り３の開度が小さくなるべ
く構成している。

（作用） 上記構成の冷凍装置においては、圧縮機１に接続される
ガス管、例えば吐出側ガス管２に可変絞り３を介設して
いる。そして低外気温時等の運転において前記したよう
な凝縮圧力の低下が生じるような場合には、凝縮温度の
低下も生じるため上記ガス管２を流通する冷媒温度も低
下することとなり、このときにはこの冷媒温度に感応す
る形状記憶合金ばね２０によって、上記可変絞り３の開
度が自動的に小さくなる。このためこの可変絞り３を冷
媒が流通する際の差圧骨だけ上記圧縮機ｌの吸入側と吐
出側の圧力差の増加が得られ、このため圧縮機１の動作
の安定性、例えば冷凍機油による潤滑性能を維持できる
こととなって、上記のような低外気温時等における運転
の継続も可能となる。そして上記可変絞り３を介設した
構成においては、従来装置におけるバイパス管、大容量
受液機等を必要とせず、また電磁弁で構成する際の開閉
動作制御用の電気部品、制御回路も不要であるので、例
えば標準機としての装置に上記のような可変絞り３を介
設するだけの簡素な構成で、年間冷専機としての使用が
可能となる。なお上記のような可変絞り３を、圧縮機１
に接続される吸込側ガス管５に介設する構成とすること
によっても、上記と略同様の作用を得ることができる。

（実施例） 次にこの発明の冷凍装置における具体的な実施例につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず第１図にはこの発明の第１の実施例におけるセパレ
ート形空気調和機として構成した装置の冷媒回路図を示
しており、同図においてｌは圧縮機であり、この圧縮ｍ
ｌの吐出側のガス管２には、後述する可変絞り３が介設
されている。上記吐出側ガス管２には、外気との熱交換
を行う凝縮器４が接続されている。一方、上記圧縮機１
の吸込側に接続された吸込側ガス管５には利用側熱交換
器としての蒸発器６が接続されており、この蒸発器６と
上記凝縮器４とは、キャピラリチューブより成る膨張機
構７の介設された液管８で接続されて、冷媒循環回路を
構成している。なお上記吸込側ガス管５には、アキュー
ムレータ９を介設している。

上記構成の装置において、圧縮機１から吐出される高温
高圧ガス冷媒は、上記吐出側ガス管２を経て凝縮器４に
流入し、外気に熱を放出して高温高圧の液冷媒となる。

そして上記液管８を流通する際に上記膨張機構７におい
て低温低圧の液冷媒となって蒸発器６に流入する。この
蒸発器６においては、これを通過する室内大気から熱を
奪って蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。この室内大
気からの吸熱によって室内冷房がなされる。上記蒸発冷
媒は吸込側ガス管５を通して圧縮機１に返流される。

上記冷媒循環サイクルにおいて、例えば冬期等の外気温
が低い場合には、上記した凝縮器４での熱交換、すなわ
ち大気への放熱が速やかに行われることとなり、このこ
とから凝縮圧力、凝縮温度は低下する。さらに、凝縮圧
力、すなわち膨張機構７の入口圧力の低下によって、こ
の膨張機構７を流通する冷媒流量が減少し、このため蒸
発器６における蒸発圧力、蒸発温度も低下することとな
る。このように低外気温で冷房運転する際には、冷媒循
環サイクルは全体的に圧力低下、温度低下を生じること
となる。特に上記のように凝縮器４における過大な熱交
換能力に起因する冬場等の運転においては、蒸発器６側
、すなわち低圧側よりも、凝縮器４側、すなわち高圧側
の圧力低下が大きく、この結果高低圧差が小さくなり、
このような状態で運転すると、圧縮機１内において、例
えば冷凍機油の循環状態が損なわれ、潤滑不良となって
運転不能状態に陥る場合がある。

そこで上記装置においては、上記のような凝縮器４にお
ける凝縮圧力低下時にも圧縮機１の高低差圧を維持し得
るように、前記した可変絞り３を吐出側ガス管２に介設
している。

上記可変絞り３の構造を第２図に示している。

同図のように、両端部に入口、出口ボート１１．１２を
有する略円筒形状の弁本体１３内には、弁体１４が軸心
方向摺動自在に配置されている。この弁体１４にはその
軸心位置に貫通孔１５が穿設されており、上記人口ポー
ト１１と出口ポート１２とは、上記弁体１４の軸心方向
の位置によらずに、常に上記貫通孔１５によって連通し
ている。

すなわち、上記貫通孔１５によって常開の第１流路が形
成されている。一方上記出ロポート１２には弁座１６が
設けられており、また上記弁体１４の上記出口ボート１
２側の先端部には、上記弁座１６と接離するテーバ状の
弁部１７が形成されている。さらに上記弁体１４には、
その入口ボート１１側に拡径部１８が形成されており、
この拡径部１８と上記出口ボート１２側端面との間には
形状記憶合金ばね２０が配設されている。また上記拡径
部１８と入口ポー）１１側端面との間にはバイアスばね
２１が配設されている。そして上記形状記憶合金ばね２
０が後述する基準温度以下の低温側温度状態のときには
、この形状記憶合金ばね２０は縮小形状となり、このと
きには上記形状記憶合金ばね２０の、入口ポート１１方
向に作用するばね力に抗して、上記弁体１４はバイアス
ばね２１の出口ボー１−１２方向に作用するばね力によ
って出口ボート１２側へと移動し、さらに上記弁部１７
が弁座１６に当接して、これらの間に形成される第２流
路を閉止した状態で第２ボート１２側に付勢されるよう
になされている。したがってこのとき可変絞り３におい
ては上記第１流路のみによって流通路が与えられ、この
可変絞り３を流通するガス冷媒に対して、大きな流通抵
抗を与える狭開度状態となる。

一方、上記形状記憶合金ばね２０が上記基準温度を超え
る高温側温度状態においては、上記形状記憶合金ばね２
０は伸長形状に形状変化し、このときには上記バイアス
ばね２１のばね力に抗して弁体１４は上記形状記憶合金
ばね２０のばね力によって入口ポート１１側に移動し、
各ばね２０．２１のばね力がバランスする位置で保持さ
れることとなる。この状態においては、上記弁部１７は
弁座１６より離間して上記第２流路は開弁状態となり、
したがって可変絞り３における流路は上記第１　？ｌ路
と第２流路との和として与えられ、このときには流通ガ
ス冷媒に対しては殆ど流通抵抗としては作用しない拡開
没状態となる。

そして上記した基準温度、すなわち上記形状記憶合金ば
ね２０の形状変態温度は、前記した圧縮機１における潤
滑不良を来たすような冬期等における低外気温時の冷房
運転時と、その他の夏期等の通常の冷房運転時との各吐
出ガス温度の差を識別し得る温度、例えば６０℃程度と
なされている。

第３図には、上記装置におけるヒートポンプサイクルの
圧力−エンタルピ線図を示している。同図において（Ａ
）は、例えば夏期等における冷房運転サイクルであり、
このとき前記可変絞り３は拡開没状態を維持している。

また同図（Ｂ）は従来装置における冬期での冷房運転サ
イクルであり、（Ｃ）は上記実施例での冬期冷房運転サ
イクルである。これらのサイクル線図から、上記実施例
では圧縮機１における吐出側と吸込側との圧力差へＰが
従来装置Δｐｂよりも大きなものとなっている。

すなわち、吐出圧力は、凝縮圧力に、前記狭開度状態の
可変絞り３流通時に生ずる差圧ΔＰｃを加えた圧力まで
上昇したものとなるのである。このように圧縮機１にお
ける圧力差ΔＰを大きくできることによって、前記した
潤滑不良等を生ずることなく、低外気温時の冷房運転の
継続が可能となる。

またこのとき吸込圧力、すなわち蒸発圧力の上昇も伴う
ことから、蒸発温度、すなわち室内側の蒸発器温度が上
昇し、従来装置において見られた蒸発器温度の低下によ
る凍結の発生も低減される。

第４図には第２実施例における装置の冷媒回路図を示し
ている。この第２実施例において先の第１実施例と異な
る点は、可変絞り３を吸込側ガス管５に介設しているこ
とであり、他の構成は上記第１実施例と同様であるので
、同一機能部品に同一番号を付して説明を省略する。上
記吸込側ガス管５に介設された可変絞り３内の形状記憶
合金ばね２０は、低外気温時とその他の外気温時との各
冷房運転時における吸込ガス温度の差を識別し得る温度
、例えば−５’Ｃ程度を形状変態温度とする材料で構成
している。この形状変態温度を基準温度として、前記第
１実施例と同様に、吸込ガス温度がこの基準温度以下の
ときには上記可変絞り３は狭開度に、また基準温度を超
えるときには拡開度に自動的に開度変更するようになさ
れている。

上記第２実施例における装置での圧力−エンタルピ線図
を第５図に示しているが、同図（Ｄ）に示すように、冬
期の低外気温時の運転においては、上記可変絞り３が狭
開度状態となることにより、蒸発圧力から吸込圧力に至
る段階で差圧ΔＰｄが必要となり、このため圧縮ａ１に
おける差圧へＰが大きくなって、前記第１実施例と同様
に、圧縮機１内部の潤滑不良等を生ずることなく冷房運
転のｍ続が可能となる。また前記第１実施例と同様に、
蒸発温度の上昇も伴うので、蒸発器６の凍結も防止され
る。さらに上記第２実施例においては、第４図に示すよ
うに、蒸発器６を圧縮機１に接続する吸込側ガス管５の
外部接続管５ａの位置に可変絞り３を介設する構成とす
ることができ、このため、セパレート形空気調和機にお
いては、標準機としての室外機と室内機との据付けに当
たって外部配管を接続する際に、上記可変絞り３の介設
作業を追加するだけで年間冷専機として構成することが
でき、特殊仕様の室外機を製作する必要がないので、製
作費用の大幅な低減を図ることができる。

以上の説明のように上記各実施例においては、形状記憶
合金ばね２０によって、流通冷媒の温度変化に応じて自
動的に開度変更する可変絞り３を、吐出側ガス管２又は
吸込側ガス管５に介設するという簡素な構成によって年
間冷専機として使用することができ、大幅な改造や新た
な特殊仕様の装置を必要としないので、製作費用を低減
することができる。

なお上記各実施例はこの発明を限定するものではな（、
この発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば上
記においては可変絞り３を吐出側ガス管２と吸込側ガス
管５とのいずれかに１箇介設する例を示したが、形状変
態温度の異なる形状記憶合金ばねを有する複数の可変絞
りを吐出側ガス管又は／及び吸込側ガス管５に介設し、
流通ガス冷媒温度の変化に応じて多段階で開度変更がな
される構成とすることもできる。また上記においてはセ
パレート形空気調和機を例にして説明したが、その他の
冷凍装置においてこの発明の適用が可能である。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の冷凍装置においては、流通ガス
冷媒の温度変化に応じて伸縮変形する形状記憶合金ばね
により自動的に開度変更がなされる可変絞りをガス管に
介設するという面素な追加構成によって、年間冷専機と
しての使用が可能となり、標準機の大幅な改造や特殊仕
様の装置を必要としないので、製作費用の低減を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例における冷凍装置の冷媒
回路図、第２図は第１図の装置に介設されでいる可変絞
りの拡大断面図、第３図は上記第１実施例の装置におけ
る冷媒循環サイクルの圧力−エンタルピ線図（モリエル
線図）、第４図はこの発明の第２実施例における装置の
冷媒回路図、第５図は上記第２実施例の装置における冷
媒循環サイクルの圧力−エンタルピ線図、第６図は従来
装置の冷媒回路図である。 ｌ・・・圧縮機、２・・・吐出側ガス管、３・・・可変
絞り、４・・・凝縮器、６・・・蒸発器、２０・・・形
状記憶合金ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１．圧縮機（１）に凝縮器（４）と蒸発器（６）とを
   冷媒循環可能に接続した冷凍装置であって、上記圧縮機
   （１）に接続されるガス管（２）に、形状記憶合金ばね
   （２０）の伸縮変形によって開度を変更する可変絞り（
   ３）を介設し、上記ガス管（２）を流通する冷媒温度が
   基準温度以下となったときに上記可変絞り（３）の開度
   が小さくなるべく構成していることを特徴とする冷凍装
   置。