CN112303966A - 温度式膨胀阀以及冷冻循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供结构简单并能够控制蒸发器出口的制冷剂状态使之稳定并成为湿蒸气的温度式膨胀阀以及冷冻循环系统。构成具备对作为冷却对象的发热体(100)进行冷却的蒸发器(40)和温度式膨胀阀(10)的冷冻循环系统。在温度式膨胀阀(10)中，在发热体(100)的使用温度范围内，以蒸发器(40)的出口制冷剂成为湿蒸气的方式将“静态过热度”(SSH)设定为比制冷剂饱和线靠低温侧。即，将针对二次压力的阀开启温度设定为比制冷剂饱和温度(制冷剂饱和线上的温度)低。同样，“额定能力开阀特性”的线和“全开特性”的线也设定为比制冷剂饱和线靠低温侧。

Description

温度式膨胀阀以及冷冻循环系统
技术领域
本发明涉及在冷却装置等冷冻循环系统中控制蒸发器的冷却能力的温度式膨胀阀以及冷冻循环系统。
背景技术
现今，例如在信息处理领域中，对服务器等大量发热的系统进行冷却。此时，需要将发热元件维持为允许温度内的一定温度，因而需要控制冷却装置的蒸发器的冷却能力。作为这样的冷却装置，例如在日本专利第3758074号公报(专利文献1)中公开有由温度式膨胀阀控制冷却能力的装置。在该专利文献1的装置中，在蒸发器(冷板)的后段设置加热部，并在加热部的下游安装感温筒来控制过热度，由此使蒸发器出口的制冷剂状态成为湿蒸气。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3758074号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的现有技术中，需要在冷却装置的系统设置加热部和加热控制部，从而有系统结构变得繁琐的问题。
本发明的课题在于提供结构简单并能够控制蒸发器出口的制冷剂状态使之稳定并成为湿蒸气的感温式温度膨胀阀以及冷冻循环系统。
用于解决课题的方案
本发明的温度式膨胀阀具备感温部，其特征在于，在作为冷却对象的发热体的使用温度范围内，以蒸发器出口制冷剂成为湿蒸气的方式将针对二次压力的阀开启温度设定为比制冷剂饱和温度低。
根据这样的本发明的温度式膨胀阀，设定为由感温部检测的温度越高，制冷剂流量越多，并在作为冷却对象的发热体的使用温度范围内，以蒸发器出口制冷剂成为湿蒸气的方式将针对二次压力的阀开启温度设定为比制冷剂饱和温度低(即设定为制冷剂的液相的范围)。因此，若由使用了该温度式膨胀阀的冷冻循环系统来构成冷冻装置，则蒸发器出口的制冷剂状态稳定并成为湿蒸气，能够均匀地冷却发热体，能够均匀地保持发热体的温度分布。
此时，优选以下温度式膨胀阀，其特征在于，在上述发热体的热负荷变动时即使是在阀成为额定能力时的开度的情况下，以上述蒸发器出口的制冷剂总是成为湿蒸气的方式将成为阀为额定能力时的开度的温度设定为比制冷剂饱和温度低。
并且，优选以下温度式膨胀阀，其特征在于，在上述发热体的热负荷变动时即使是成为阀全开的情况下，以上述蒸发器出口的制冷剂总是成为湿蒸气的方式将阀全开的温度设定为比制冷剂饱和温度低。
并且，此时，优选以下温度式膨胀阀，其特征在于，上述温度式膨胀阀为内部均压式。
并且，优选以下温度式膨胀阀，其特征在于，以上述蒸发器出口的制冷剂总是成为湿蒸气的方式将针对二次压力的阀开启温度设定为比制冷剂饱和温度低相当于上述蒸发器的压力损失量的制冷剂饱和相当温度。
并且，优选以下温度式膨胀阀，其特征在于，上述感温部的填充方式是吸附填充方式。
并且，本发明的冷冻循环系统包含压缩机、冷凝器、蒸发器、以及设置在上述冷凝器与上述蒸发器之间的节流装置，上述冷冻循环系统的特征在于，使用上述任一项中的温度式膨胀阀作为上述节流装置。
发明的效果如下。
根据本发明的温度式膨胀阀以及冷冻循环系统，以简单的结构能够控制蒸发器出口的制冷剂状态使之稳定并成为湿蒸气，在冷却装置中，能够均匀地冷却发热体，能够均匀地保持发热体的温度分布。
附图说明
图1是示出使用了本发明的实施方式的温度式膨胀阀的冷却装置的冷冻循环系统的主要部分的图。
图2是示出实施方式的温度式膨胀阀的空气特性的图。
图3是示出现有的温度式膨胀阀的空气特性的图。
符号的说明
1—阀主体部，2—膜片装置，3—感温部，4—毛细管，10—温度式膨胀阀，20—压缩机，30—冷凝器，40—蒸发器，40a—入口侧配管，40b—出口侧配管，50—储能器，100—发热体。
具体实施方式
接下来，参照附图来说明本发明的温度式膨胀阀以及冷冻循环系统的实施方式。图1是示出使用了实施方式的温度式膨胀阀的冷却装置的冷冻循环系统的主要部分的图。图1中，10是温度式膨胀阀，20是压缩机，30是冷凝器，40是蒸发器，50是储能器，上述部件利用配管呈环状地连接，从而构成冷冻循环系统。温度式膨胀阀10具有阀主体部1、膜片装置2、例如与现有的感温筒相同的感温部3、以及毛细管4。阀主体部1的一次侧接头管1a与冷凝器30的出口侧配管30a连接，二次侧接头管1b与蒸发器40的入口侧配管40a连接。而且，蒸发器40与作为冷却对象的发热体100接触地附设，并在该蒸发器40的出口侧配管40b安装有感温部3(感温筒)。此外，发热体100例如是存储器、CPU等发热元件等，该发热体100的发热体热负荷的变动是已知的。此外，在以下的说明中，也适当地将“温度式膨胀阀”表现为“膨胀阀”。
压缩机20将流经冷冻循环系统的制冷剂进行压缩，压缩后的制冷剂由冷凝器30冷凝液化，通过一次侧接头管1a并向阀主体部1流入。阀主体部1使所流入的制冷剂减压(膨胀)并使之从二次侧接头管1b向蒸发器40流入。蒸发器40将制冷剂的一部分蒸发气化，气液混合状态的制冷剂向储能器50流入，并且气相制冷剂从该储能器50向压缩机20循环。而且，蒸发器40使制冷剂的一部分蒸发气化，从而从发热体100吸收热量。由此，冷却发热体100。并且，通过吸附填充而在感温部3封入有气体，并且该感温部3通过毛细管4而与膜片装置2连结。
作为温度式膨胀阀10的机械式结构，能够采用公知的一般结构。例如，膜片装置2构成为利用膜片来划分通过毛细管4而与感温部3连接的受压室和均压室。此外，该实施方式的温度式膨胀阀10为内部均压式，但在外部均压式的情况下，均压室与蒸发器40的出口侧配管40b导通。阀主体部1构成为利用与膜片连结的阀芯来调整在一次侧接头管1a与二次侧接头管1b之间形成的阀口的阀开度。而且，根据按照由感温部3的感知温度而变化的受压室的内压使流通制冷剂的阀口的阀开度变化，来进行向蒸发器40供给的制冷剂的流量控制。
并且，实施方式的温度式膨胀阀10如下设定。图2是实施方式的温度式膨胀阀10的空气特性的简图，图3是现有的温度式膨胀阀的空气特性的简图的一例，上述空气特性针对由感温部3检测的感温部温度“T”和作为二次侧接头管1b的压力的二次压力“P”，示出阀全开的“全开特性”的线、“额定能力开阀特性”的线、示出阀开启的“静态过热度(SSH)”的线。
如图2所示，在实施方式的温度式膨胀阀10中，预先决定了发热体100的使用温度范围。而且，在该使用温度范围内，“静态过热度”(SSH)设定为比制冷剂饱和线靠左侧(液相侧)。即，在该使用温度范围内，针对二次压力的阀开启温度设定为比制冷剂饱和温度(制冷剂饱和线上的温度)低。并且，“额定能力开阀特性”的线和“全开特性”的线也同样地设定为在使用温度范围内比制冷剂饱和线靠左侧(液相侧)。因此，蒸发器40出口的制冷剂状态稳定并成为湿蒸气，因而能够均匀地保持发热体100的温度分布，进而能够避免发热体100的局部劣化。
实施方式的温度式膨胀阀10是内部均压式，但在外部均压式的温度式膨胀阀、几乎没有蒸发器的压力损失的情况下的内部均压式的温度式膨胀阀中，可以是如上所述地将针对二次压力的阀开启温度设定为比制冷剂饱和温度低的结构。此外，在蒸发器(膨胀阀至蒸发器出口之间)的压力损失较大的情况下的内部均压式的温度式膨胀阀中，还具备将针对二次压力的阀开启温度设定为比制冷剂饱和温度低压力损失量的制冷剂饱和相当温度的结构即可。这是因为在蒸发器的压力损失较大的情况下，将蒸发器40的出口配管的内压从二次压力(膨胀阀出口压力)下降压力损失量，所以蒸发器40的出口配管内的制冷剂状态有成为过热蒸气的可能性，从而上述结构是为了避免这一情况来设置的。
因此，通过像这样设定阀开启温度，即使在压力损失较大的蒸发器40且内部均压式的温度式膨胀阀中，蒸发器40出口的制冷剂状态也稳定且成为湿蒸气，因而能够均匀地保持发热体100的温度分布，进而能够避免发热体100的局部劣化。即使在压力损失较大的蒸发器40中，如上所述，在外部均压方式的温度式膨胀阀中不会受到压力损失的影响，因而不需要如内部均压式的温度式膨胀阀那样，将阀开启温度设定为低相当于压力损失量的制冷剂饱和相当温度的量(SSH线向左侧的移位)。
此外，在现有的温度式膨胀阀中为了进行过热度控制，如图3所示，将“静态过热度(SSH)”的线设定为比制冷剂饱和线靠右侧(气相侧)。“额定能力开阀特性”的线和“全开特性”的线均同样地设定为比制冷剂饱和线靠右侧(气相侧)。因此，无法使蒸发器出口的制冷剂状态成为湿蒸气，从而无法均匀地保持发热体的温度分布。相对于此，在本发明中，由于如上所述地设定温度式膨胀阀，所以能够均匀地保持发热体的温度分布。
并且，由于感温部3通过吸附填充来构成，所以能够容易进行使上述的SSH线等比制冷剂饱和线靠左侧(液相侧)的设定。
以上，参照附图并详述了本发明的实施方式，也详述了其它实施方式，但具体的结构不限定于上述实施方式，本发明还包括不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。

Claims (7)

1.一种温度式膨胀阀，具备感温部，其特征在于，
在作为冷却对象的发热体的使用温度范围内，以蒸发器出口制冷剂成为湿蒸气的方式将针对二次压力的阀开启温度设定为比制冷剂饱和温度低。
2.根据权利要求1所述的温度式膨胀阀，其特征在于，
在上述发热体的热负荷变动时即使是在阀成为额定能力时的开度的情况下，以上述蒸发器出口的制冷剂总是成为湿蒸气的方式将成为阀为额定能力时的开度的温度设定为比制冷剂饱和温度低。
3.根据权利要求1所述的温度式膨胀阀，其特征在于，
在上述发热体的热负荷变动时即使是阀全开的情况下，以上述蒸发器出口的制冷剂总是成为湿蒸气的方式将成为阀全开的温度设定为比制冷剂饱和温度低。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的温度式膨胀阀，其特征在于，
上述温度式膨胀阀为内部均压式。
5.根据权利要求4所述的温度式膨胀阀，其特征在于，
以上述蒸发器出口的制冷剂总是成为湿蒸气的方式将针对二次压力的阀开启温度设定为比制冷剂饱和温度低相当于上述蒸发器的压力损失量的制冷剂饱和相当温度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的温度式膨胀阀，其特征在于，
上述感温部的填充方式是吸附填充方式。
7.一种冷冻循环系统，包含压缩机、冷凝器、蒸发器、以及设置在上述冷凝器与上述蒸发器之间的节流装置，上述冷冻循环系统的特征在于，
使用权利要求1至6中任一项所述的温度式膨胀阀作为上述节流装置。
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