JP2006292185A - Expansion device and refrigerating cycle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は空調装置に適用される冷凍サイクル、及びその冷凍サイクルを構成する膨張装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle applied to an air conditioner, and an expansion device constituting the refrigeration cycle.
自動車用空調装置の冷凍サイクルには、コンデンサ(外部熱交換器)で凝縮された冷媒の気液分離を行うレシーバと分離された液冷媒を膨張させる温度式膨張弁とを用いた冷凍サイクルの他に、コンデンサで凝縮された冷媒を絞り膨張させるオリフィスチューブとエバポレータで蒸発された冷媒の気液分離を行うアキュムレータとを用いた冷凍サイクルが知られている。オリフィスチューブは、細径チューブから構成されているので、構造が簡単で製造コストが低く、レイアウトの自由度も高いというメリットを有している。しかしながら、オリフィスチューブを用いた冷凍サイクルは、温度式膨張弁と違い、細径チューブのみによって冷媒を絞り膨張させているため冷媒流量の制御機能がなく、あらゆる状況にて冷凍サイクルを効率よく運転することができない。 The refrigeration cycle of an automotive air conditioner includes a receiver that performs gas-liquid separation of refrigerant condensed by a condenser (external heat exchanger) and a refrigeration cycle that uses a temperature-type expansion valve that expands the separated liquid refrigerant. In addition, a refrigeration cycle using an orifice tube that squeezes and expands the refrigerant condensed by a condenser and an accumulator that performs gas-liquid separation of the refrigerant evaporated by an evaporator is known. Since the orifice tube is composed of a small-diameter tube, it has an advantage that the structure is simple, the manufacturing cost is low, and the degree of freedom in layout is high. However, unlike the temperature expansion valve, the refrigeration cycle using an orifice tube has a refrigerant flow rate control function because it squeezes and expands the refrigerant only with a small-diameter tube, and operates the refrigeration cycle efficiently in all situations. I can't.
これに対し、例えば冷媒にCO2を使用した冷凍サイクルに適用し、ガスクーラ(外部熱交換器)の出口側における冷媒の圧力及び温度に応じて冷媒が絞られるオリフィスの絞り通路の断面積を可変できるようにして冷凍サイクルを効率よく運転することができるようにした膨張装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。 On the other hand, for example, it is applied to a refrigeration cycle using CO 2 as a refrigerant, and the sectional area of the throttle passage of the orifice in which the refrigerant is throttled according to the pressure and temperature of the refrigerant on the outlet side of the gas cooler (external heat exchanger) is variable. There has been proposed an expansion device that can efficiently operate a refrigeration cycle (see, for example, Patent Document 1).
この膨張装置によれば、ガスクーラから導入された冷媒の圧力及び温度を検出するために所定の冷媒が封入されてダイヤフラムによって仕切られた密閉空間を弁孔の上流側に備え、ダイヤフラムの変位で弁孔を上流側から開閉するようにした弁構造を有する。これにより、導入された冷媒の圧力がその冷媒の温度に対応した密閉空間の圧力よりも低いときには、弁孔は閉じた状態となる。そして、導入された冷媒の圧力が密閉空間の圧力よりも所定圧力だけ高くなると、弁孔が開き始め、導入された冷媒の圧力と密閉空間の圧力との差圧が所定圧力より大きくなると、その差圧に応じた開度になる。この結果、ガスクーラ出口側における冷媒の圧力及び温度は、ガスクーラ出口側における冷媒の温度と成績係数が最大となる圧力とから求めた最適制御線上に沿って制御され、冷凍サイクルの効率よい運転を可能にしている。 According to this expansion device, a sealed space in which a predetermined refrigerant is enclosed and partitioned by a diaphragm to detect the pressure and temperature of the refrigerant introduced from the gas cooler is provided on the upstream side of the valve hole, and the valve is displaced by the displacement of the diaphragm. It has a valve structure that opens and closes the hole from the upstream side. Thereby, when the pressure of the introduced refrigerant is lower than the pressure of the sealed space corresponding to the temperature of the refrigerant, the valve hole is closed. Then, when the pressure of the introduced refrigerant becomes higher than the pressure of the sealed space by a predetermined pressure, the valve hole starts to open, and when the differential pressure between the pressure of the introduced refrigerant and the pressure of the sealed space becomes larger than the predetermined pressure, Opening according to the differential pressure. As a result, the refrigerant pressure and temperature at the gas cooler outlet side are controlled along the optimal control line determined from the refrigerant temperature at the gas cooler outlet side and the pressure that maximizes the coefficient of performance, enabling efficient operation of the refrigeration cycle. I have to.
また、このような冷凍サイクルにおいては、ガスクーラとエバポレータとの間に内部熱交換器を設けることがよく行われる(例えば特許文献2参照)。
これにより、ガスクーラからエバポレータに向かって流れる冷媒と、アキュムレータからコンプレッサに向かって流れる冷媒との熱交換を行い、冷凍サイクルにおける熱交換効率を向上させている。
Thereby, heat exchange between the refrigerant flowing from the gas cooler toward the evaporator and the refrigerant flowing from the accumulator toward the compressor is performed, and the heat exchange efficiency in the refrigeration cycle is improved.
しかしながら、特許文献2のような内部熱交換器を設けた構成において、特許文献1に記載のような機能を実現する膨張装置を構成しようとすると、次のような問題がある。
すなわち、膨張装置はエバポレータへ導出する冷媒を絞り膨張するため、内部熱交換器の下流側に配置しなければならないのに対し、ガスクーラ出口の温度を感知する必要があるため、感温部を内部熱交換器の上流側に配置しなければならない。そのため、膨張装置を内部熱交換器よりも下流側の配管に設ける場合には、この配管と内部熱交換器よりも上流側の配管とを近接させる必要がある。また、構造の簡素化等のために膨張装置を内部熱交換器の下流端部に一体に設ける場合には、内部熱交換器自体又はその内部冷媒通路をU字状に屈曲させるなどして、その感温部を強制的に内部熱交換器の上流側に配置する必要がある。このため、冷凍サイクルの配管形状や内部熱交換器の形状が制限されてしまうといった問題があった。
However, in the configuration in which an internal heat exchanger is provided as in
That is, the expansion device squeezes and expands the refrigerant led to the evaporator, and therefore must be arranged downstream of the internal heat exchanger. On the other hand, it is necessary to sense the temperature of the gas cooler outlet. Must be located upstream of the heat exchanger. For this reason, when the expansion device is provided in a pipe on the downstream side of the internal heat exchanger, it is necessary to bring this pipe close to the pipe on the upstream side of the internal heat exchanger. Further, when the expansion device is integrally provided at the downstream end portion of the internal heat exchanger for simplifying the structure, the internal heat exchanger itself or its internal refrigerant passage is bent in a U-shape, etc. It is necessary to forcibly arrange the temperature sensing unit upstream of the internal heat exchanger. For this reason, there existed a problem that the shape of the piping of a refrigerating cycle and the shape of an internal heat exchanger would be restrict | limited.
なお、このような問題は、ガスクーラ出口の温度を感知する膨張装置のみではなく、コンデンサ出口の温度を感知する膨張装置についても同様にいえることである。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、内部熱交換器を備えた冷凍サイクルの配管形状や内部熱交換器の形状を特に制限することなく、外部熱交換器出口の温度を感知して冷媒を絞り膨張してエバポレータへ供給できる膨張装置、及びその膨張装置を備えた冷凍サイクルを提供することを目的とする。
Such a problem can be said not only for the expansion device that senses the temperature of the gas cooler outlet, but also for the expansion device that senses the temperature of the condenser outlet.
The present invention has been made in view of the above points, and the temperature of the outlet of the external heat exchanger is set without particularly limiting the piping shape of the refrigeration cycle including the internal heat exchanger and the shape of the internal heat exchanger. An object of the present invention is to provide an expansion device that can detect and expand the refrigerant and supply it to an evaporator, and a refrigeration cycle including the expansion device.
本発明では上記問題を解決するために、冷凍サイクルを循環する冷媒を絞り膨張させる膨張装置において、前記冷媒が導入される上流側の圧力と膨張された前記冷媒が導出される下流側の圧力との差圧が大きくなるにしたがって開弁方向に作用する差圧弁と、熱膨張係数が予め設定した値以上の液体材料が封入され、前記上流側に配置された配管に取り付けられることにより、前記上流側の前記冷媒の温度を感知する感温筒と、前記感温筒の内部にチューブを介して連通し、内部に前記液体材料を充填する感温室を有し、前記上流側の前記冷媒の温度が大きくなるにしたがって、前記感温室を形成する可撓性部材を介して前記差圧弁を閉弁方向に作用させるパワーエレメントと、を備えたことを特徴とする膨張装置が提供される。 In the present invention, in order to solve the above problem, in an expansion device that squeezes and expands the refrigerant circulating in the refrigeration cycle, the upstream pressure at which the refrigerant is introduced and the downstream pressure at which the expanded refrigerant is derived A differential pressure valve that acts in the valve opening direction as the differential pressure increases, and a liquid material having a thermal expansion coefficient equal to or greater than a preset value is sealed and attached to a pipe disposed on the upstream side, thereby A temperature sensing cylinder that senses the temperature of the refrigerant on the side, a temperature sensing chamber that communicates with the inside of the temperature sensing cylinder via a tube, and is filled with the liquid material therein, and the temperature of the refrigerant on the upstream side And a power element that causes the differential pressure valve to act in a valve closing direction via a flexible member that forms the temperature-sensitive room.
このような膨張装置によれば、感温筒で感知される上流側の冷媒の温度に基づいて内部の液体材料が膨張又は収縮し、チューブを介して感温室に伝わり、可撓性部材が変位して差圧弁を閉弁又は開弁方向に作用させる。この差圧弁を動作させる感温室と、温度を感知する感温筒とは互いにチューブを介してつながっているが、独立して配置可能である。このため、この膨張装置が冷凍サイクルの内部熱交換器の下流側又は下流端部に設けられても、冷凍サイクルの配管形状や内部熱交換器の形状を特に制限することなく、外部熱交換器出口の温度を感知して冷媒を絞り膨張し、エバポレータへ供給することができる。 According to such an expansion device, the liquid material inside expands or contracts based on the temperature of the refrigerant on the upstream side detected by the temperature sensing cylinder and is transmitted to the temperature sensing chamber via the tube, and the flexible member is displaced. Thus, the differential pressure valve is operated in the valve closing or valve opening direction. The temperature sensing chamber for operating the differential pressure valve and the temperature sensing cylinder for sensing temperature are connected to each other via a tube, but can be arranged independently. For this reason, even if this expansion device is provided on the downstream side or downstream end of the internal heat exchanger of the refrigeration cycle, the external heat exchanger is not particularly limited to the piping shape of the refrigeration cycle or the shape of the internal heat exchanger. The refrigerant can be squeezed and expanded by sensing the temperature of the outlet and supplied to the evaporator.
特に、感温室内の封入材料が液体材料であるため、気体や気液混合材の場合よりも感温筒における熱膨張を感温室へ迅速に伝えることができ、差圧弁の動作の応答性を良くすることができる。 In particular, since the encapsulating material in the temperature-sensitive greenhouse is a liquid material, the thermal expansion in the temperature-sensitive cylinder can be transmitted to the temperature-sensitive room more quickly than in the case of gas or gas-liquid mixture, and the responsiveness of the operation of the differential pressure valve is improved. Can be better.
また、本発明では、冷媒を圧縮するコンプレッサ、圧縮された冷媒を冷却する外部熱交換器、冷却された冷媒を絞り膨張させる膨張装置、膨張された冷媒を蒸発させるエバポレータ、冷凍サイクル中の余剰の冷媒を蓄えておくとともに蒸発された冷媒から気相の冷媒を分離して前記コンプレッサへ送るアキュムレータ、及び前記外部熱交換器から前記膨張装置へ流れる冷媒と前記アキュムレータから前記コンプレッサへ流れる冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を備えた冷凍サイクルにおいて、前記膨張装置は、前記内部熱交換器の下流側端部に一体に取り付けられたボディと、前記ボディ内に設けられ、冷媒が導入される上流側の圧力と膨張された冷媒が導出される下流側の圧力との差圧が大きくなるにしたがって開弁方向に作用する差圧弁と、熱膨張係数が予め設定した値以上の液体材料が封入され、前記外部熱交換器と前記内部熱交換器とを接続する配管に取り付けられることにより、前記上流側の前記冷媒の温度を感知する感温筒と、前記ボディに設けられ、前記感温筒の内部にチューブを介して連通し、内部に前記液体材料を充填する感温室を有し、前記上流側の前記冷媒の温度が大きくなるにしたがって、前記感温室を形成する可撓性部材を介して前記差圧弁を閉弁方向に作用させるパワーエレメントと、を備えたことを特徴とする冷凍サイクルが提供される。 In the present invention, the compressor that compresses the refrigerant, the external heat exchanger that cools the compressed refrigerant, the expansion device that squeezes and expands the cooled refrigerant, the evaporator that evaporates the expanded refrigerant, and the surplus in the refrigeration cycle An accumulator that stores the refrigerant and separates the vapor-phase refrigerant from the evaporated refrigerant and sends the refrigerant to the compressor, and between the refrigerant that flows from the external heat exchanger to the expansion device and the refrigerant that flows from the accumulator to the compressor In the refrigeration cycle including an internal heat exchanger that performs heat exchange at the body, the expansion device includes a body integrally attached to a downstream end portion of the internal heat exchanger, and is provided in the body, and refrigerant is introduced. Acting in the valve opening direction as the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure from which the expanded refrigerant is derived increases A pressure material and a liquid material having a thermal expansion coefficient equal to or higher than a preset value are enclosed, and attached to a pipe connecting the external heat exchanger and the internal heat exchanger, thereby controlling the temperature of the refrigerant on the upstream side. A temperature sensing cylinder for sensing, a temperature sensing chamber provided in the body, communicating with the inside of the temperature sensing cylinder via a tube, and filled with the liquid material therein, and the temperature of the refrigerant on the upstream side is There is provided a refrigeration cycle comprising a power element that causes the differential pressure valve to act in a valve closing direction through a flexible member that forms the temperature-sensitive room as the size increases.
このような冷凍サイクルでは、その膨張装置において、感温筒で感知される上流側の冷媒の温度に基づいて内部の液体材料が膨張又は収縮し、チューブを介して感温室に伝わり、可撓性部材が変位して差圧弁を閉弁又は開弁方向に作用させる。この膨張装置の差圧弁を動作させる感温室と、温度を感知する感温筒とは互いにチューブを介してつながっているが、独立して配置可能である。このため、この冷凍サイクルにおいて、膨張装置が内部熱交換器の下流側又は下流端部に設けられても、外部熱交換器、内部熱交換器及びエバポレータをつなぐ配管の形状や内部熱交換器の形状が特に制限されることがない。 In such a refrigeration cycle, in the expansion device, the liquid material inside expands or contracts based on the temperature of the upstream refrigerant sensed by the temperature sensing cylinder, and is transferred to the temperature sensing greenhouse via the tube. The member is displaced to cause the differential pressure valve to act in the valve closing or valve opening direction. The temperature sensing chamber for operating the differential pressure valve of the expansion device and the temperature sensing cylinder for sensing temperature are connected to each other via a tube, but can be arranged independently. For this reason, in this refrigeration cycle, even if the expansion device is provided on the downstream side or the downstream end of the internal heat exchanger, the shape of the pipe connecting the external heat exchanger, the internal heat exchanger, and the evaporator, and the internal heat exchanger The shape is not particularly limited.
特に、感温室内の封入材料が液体材料であるため、外部熱交換器出口の温度の感知による感温筒における熱膨張を感温室へ迅速に伝えることができ、差圧弁の動作の応答性を良くすることができる。 In particular, since the encapsulating material in the temperature-sensitive greenhouse is a liquid material, the thermal expansion in the temperature-sensitive cylinder due to sensing of the temperature at the outlet of the external heat exchanger can be quickly transmitted to the temperature-sensitive room, and the responsiveness of the operation of the differential pressure valve can be improved. Can be better.
本発明の膨張装置によれば、感温室と感温筒とがチューブを介してつながっているが、互いに独立して配置可能である。このため、この膨張装置が冷凍サイクルの内部熱交換器の下流側又は下流端部に設けられても、冷凍サイクルの配管形状や内部熱交換器の形状を特に制限することなく、上流側の温度を感知して冷媒を絞り膨張し、エバポレータへ供給することができる。 According to the expansion device of the present invention, the temperature-sensitive greenhouse and the temperature-sensitive cylinder are connected via the tube, but can be arranged independently of each other. For this reason, even if this expansion device is provided on the downstream side or the downstream end of the internal heat exchanger of the refrigeration cycle, the upstream side temperature is not particularly limited without restricting the shape of the piping of the refrigeration cycle or the shape of the internal heat exchanger. The refrigerant can be squeezed and expanded to be supplied to the evaporator.
また、本発明の冷凍サイクルによれば、膨張装置の感温室と感温筒とがチューブを介してつながっているが、互いに独立して配置可能である。このため、この膨張装置が内部熱交換器の下流側又は下流端部に設けられても、感温筒については自由に配置でき、当該冷凍サイクルの配管形状や内部熱交換器の形状を特に制限することがない。 Further, according to the refrigeration cycle of the present invention, the temperature-sensitive greenhouse of the expansion device and the temperature-sensitive cylinder are connected via the tube, but can be arranged independently of each other. For this reason, even if this expansion device is provided on the downstream side or downstream end of the internal heat exchanger, the temperature sensing cylinder can be freely arranged, and the piping shape of the refrigeration cycle and the shape of the internal heat exchanger are particularly limited. There is nothing to do.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、本発明の冷凍サイクルを自動車用空調装置に適用したものであり、二酸化炭素(CO2)を冷媒として用いる超臨界冷凍サイクルとして構成されている。図1は、本実施の形態に係る冷凍サイクルを表すシステム構成図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the refrigeration cycle of the present invention is applied to an automotive air conditioner, and is configured as a supercritical refrigeration cycle using carbon dioxide (CO 2 ) as a refrigerant. FIG. 1 is a system configuration diagram showing a refrigeration cycle according to the present embodiment.
本実施の形態の冷凍サイクルは、自動車のエンジンによって回転駆動され、冷媒を超臨界域まで圧縮するコンプレッサ1と、コンプレッサ1から吐出された冷媒を冷却するガスクーラ2(「外部熱交換器」に該当する)と、ガスクーラ2から送出された冷媒を絞り膨張して減圧する膨張装置3と、膨張装置3を通過して膨張された冷媒を蒸発させるエバポレータ4と、冷凍サイクル中の余剰の冷媒を蓄えておくとともに、エバポレータ4で蒸発された冷媒から気相の冷媒を分離してコンプレッサ1へ送るアキュムレータ5と、ガスクーラ2から膨張装置3に送られる冷媒と、アキュムレータ5からコンプレッサ1に送られる冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器6とを備えている。
The refrigeration cycle of the present embodiment is driven by an automobile engine and compresses the refrigerant to a supercritical region, and a
すなわち、内部熱交換器6においては、ガスクーラ2からエバポレータ4に向かって流れる冷媒が、アキュムレータ5からコンプレッサ1に向かって流れる冷媒によって冷却される一方、アキュムレータ5からコンプレッサ1に向かって流れる冷媒が、ガスクーラ2からエバポレータ4に向かって流れる冷媒によって加熱される。これにより、冷凍サイクルの熱交換率を高めている。
That is, in the
そして、内部熱交換器6におけるガスクーラ2とエバポレータ4とを接続する内部通路の下流側端部位置には、膨張装置3の本体7が一体に設けられ、内部熱交換器6の上流側の配管8には、膨張装置3を構成する感温筒9が取り付けられている。これら本体7と感温筒9とは、チューブ10によりつながっている。
The
次に、本実施の形態の膨張装置の構成について詳細に説明する。図2は、膨張装置及びその周辺の構成を表す部分断面図である。
上述した内部熱交換器6の下流側端部には、膨張装置3の本体7を収容する収容部11が外部に開口して設けられている。この収容部11には、ガスクーラ2からエバポレータ4へつながる内部通路12が横断するように連通している。本体7は、収容部11に収容された後、その収容部11の開口部を外方から覆うように配置された固定プレート13を内部熱交換器6のボディにねじ接合することにより、内部熱交換器6に対して固定される。本体7と収容部11との間の気密は、両者の間に介装されたOリング14,15により保持されている。そして、内部熱交換器6の内部通路12の上流側である高圧通路16から本体7に導入された冷媒は、その本体7の内部に設けられた差圧弁17にて絞り膨張されて減圧され、下流側の低圧通路18からエバポレータ4側へ導出される。なお、膨張装置3の本体7の詳細構成については後述する。
Next, the configuration of the expansion device according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the expansion device and its periphery.
A
感温筒9は、両端が縮管された円筒状の本体19を備え、その一端にチューブ10の一端が圧入され、他端には先端が閉塞した閉塞管20が圧入されている。この本体19は、その側壁が配管8の側壁に密着するように溶接等により取り付けられており、その内部には、熱膨張係数が予め設定した値以上の(つまり、体積膨張係数が大きい)液体材料(本実施の形態では、エチレングリコール等のアルコール)が封入されている。この液体材料は、本体19の内部とチューブ10介して連通した膨張装置3の後述する感温室にも充填されている。
The
図3は、膨張装置の本体の構成を表す拡大断面図である。なお、以下の説明においては、便宜上、図示の状態を基準に上下と表現することがある。
膨張装置3の本体7は、段付円筒状のボディ21を備え、そのボディ21の側部には、上流側から冷媒を導入する導入ポート22と、下流側に冷媒を導出する導出ポート23が形成されている。ボディ21の上端開口部にはパワーエレメント24が設けられ、ボディ21の内部には上記差圧弁17が配置されている。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view illustrating the configuration of the main body of the expansion device. In the following description, for convenience, it may be expressed as upper and lower with reference to the illustrated state.
The
パワーエレメント24は、外周端にフランジ部を有するカップ状の蓋部材25と、蓋部材25の下部開口部を閉塞するように配置された可撓性のある金属薄板からなるダイヤフラム26(「可撓性部材」に該当する)と、このダイヤフラム26の外周部を蓋部材25のフランジ部との間に挟むように配置されたリング状の固定部材27とを備えている。このダイヤフラム26を挟む蓋部材25のフランジ部と固定部材27との接合部には全周溶接がされており、蓋部材25の内部に感温室28が形成されている。パワーエレメント24は、ボディ21の上端開口部に装着された後、その開口端が内方に加締められることにより、ボディ21の上端部に挟まれるようにして固定されている。
The
また、蓋部材25の上端面中央には円孔29が形成されており、そこにチューブ10の他端が接合されている。これにより、感温室28がチューブ10の内部通路を介して感温筒9の内部に連通し、上述した液体材料が、感温筒9、チューブ10及び感温室28の内部に相互に行き来可能に充満している。
A
差圧弁17は、有底円筒形状の弁体31と段付円柱状の弁座形成部材32とを備えている。弁体31は、円筒状の本体33の上端開口部に段付円柱状のディスク34が圧入されてその底部が構成されている。ディスク34は、その上端面(つまり、本体33とは反対側の端面)にてダイヤフラム26の下端面に接合しており、本体33は、ボディ21の中央部に設けられたガイド孔35に沿って軸線方向に進退可能に支持されている。本体33の下端は、その内径が下方に向って大きくなるテーパ形状をなし、その先端部が弁座形成部材32に着脱する弁部36を構成している。また、本体33のディスク34の下端部付近の側部には開口部37が形成され、その内部冷媒通路と導入ポート22とを連通している。
The
ディスク34とボディ21との間には、弁体31をダイヤフラム26側、つまり開弁方向に付勢するスプリング38(「他の付勢手段」に該当する)が設けられている。
弁座形成部材32は、ボディ21の下部開口部の内壁に沿ってガイドされる本体39を備え、弁体31と軸線方向に対向配置されている。この本体39の上半部はその外径がやや小さくなっており、その先端面にて高圧冷媒の圧力を受ける。また、その先端面の外周部は、外方にいくほど弁体31側に傾斜したテーパ形状をなし、そのテーパ面により弁部36が着脱する弁座部40が形成されている。弁部36と弁座部40とが接離する部分は、導出ポート23に露出しており、弁部36と弁座部40との間隙により導入ポート22と導出ポート23とを連通する絞り流路が形成される。
Between the
The valve
ボディ21の下端部には、段付円筒状のスプリング受け41が嵌入されている。弁座形成部材32とスプリング受け41との間には、弁座形成部材32を弁体31側、つまり開弁方向に付勢するスプリング42(「付勢手段」に該当する)が介装されている。また、スプリング受け41の中央部は、弁座形成部材32側に突出しており、その先端が弁座形成部材32を係止するための係止面43を構成している。このため、弁座形成部材32が開弁方向の大きな力を受けて軸線方向に移動しても、その開弁方向の変位がこの係止面43によって規制される。係止面の中央には、弁座形成部材32とスプリング受け41とにより挟まれる圧力空間44の内外を連通させる連通孔45が形成されている。この圧力空間44は、ボディ21の下部と内部熱交換器6の収容部11との間に形成された冷媒通路、及び連通孔45を介して低圧通路18に連通している。このため、弁座形成部材32の下端面(弁体31と反対側の面)には、膨張装置3によって減圧された低圧冷媒の圧力が導入される(図2参照)。
A stepped
また、ボディ21の上端部及び中央部近傍の側面には、上述したOリング14,15をそれぞれ取り付けるためのシール用溝46,47がそれぞれ周設されている。
次に、図1及び図2に基づいて、膨張装置3の動作について説明する。
Further, sealing
Next, based on FIG.1 and FIG.2, operation | movement of the
ガスクーラ2を出た高温・高圧のガス冷媒は、配管8を通って内部熱交換器6に導入される。そして、この内部熱交換器6にて熱交換された後、その高圧通路16から膨張装置3の導入ポート22に導入される。
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant exiting the
このとき、膨張装置3では、導入された高圧冷媒の圧力により弁座形成部材32がスプリング42の付勢力に抗して開弁方向に押し下げられる一方、弁体31がスプリング38により開弁方向に付勢されているため、差圧弁17は開弁状態となる。このとき、弁座形成部材32は、上流側の高圧冷媒の圧力P1と下流側の低圧冷媒の圧力P2との差圧(P1−P2)による開弁方向の力と、スプリング42による閉弁方向の力とがバランスした位置に保持される。また、感温筒9が配管8を流れるガス冷媒の温度を感知しており、そのガス冷媒の温度が高いと、内部の液体材料が膨張してチューブ10を介して感温室28に変位し、ダイヤフラム26が弁体31側に変位する。このため、弁体31が、スプリング38の付勢力に抗して閉弁方向(つまり弁座形成部材32側)へ動作する。一方、ガス冷媒の温度が低いと、内部の液体材料が収縮するため、ダイヤフラム26が弁体31と反対側に変位する。このため、弁体31が、スプリング38の付勢力によって開弁方向(つまり弁座形成部材32と反対側)へ動作する。
At this time, in the
つまり、差圧弁17の弁開度(つまり絞り流路の断面積)は、その前後差圧とガスクーラ2の出口の冷媒温度に基づいた大きさに制御され、差圧が大きくなるにしたがって開弁方向に作用し、ガスクーラ2の出口の冷媒温度が高くなるにしたがって、閉弁方向に作用する。これにより、膨張装置3は、ガスクーラ2の出口の冷媒温度に対して効率が最大となるように高圧を制御することができる。このとき膨張装置3にて絞り膨張された冷媒は、所定の配管を通ってエバポレータ4へ導入される。
That is, the valve opening degree of the differential pressure valve 17 (that is, the cross-sectional area of the throttle channel) is controlled to a magnitude based on the differential pressure before and after the refrigerant temperature at the outlet of the
以上に説明したように、本実施の形態の膨張装置3では、ガスクーラ2の出口に設置された感温筒9と、内部熱交換器6の下流側端部に設置された本体7とが互いに独立に配置され、チューブ10により接続されている。そして、感温筒9で感知される上流側の冷媒の温度に基づいて内部の液体材料が膨張又は収縮し、チューブ10を介して本体7の感温室28に伝わり、ダイヤフラム26が変位して差圧弁17を閉弁又は開弁方向に作用させる。
As described above, in the
このため、膨張装置3によれば、チューブ10の長さや配置を調整することで、本体7が内部熱交換器6の下流端部に設けられていても、冷凍サイクルの配管形状や内部熱交換器6の内部通路の形状を特に制限することなく、ガスクーラ2の出口の温度を感知して冷媒を絞り膨張し、エバポレータ4へ供給することができる。
For this reason, according to the
特に、感温室28と感温筒9の封入材料が内部でつながった液体材料であるため、気体や気液混合材の場合よりも圧力による収縮率が小さく、熱膨張又は収縮の伝達性に優れている。このため、感温筒9で感知された温度変化を感温室28へ迅速に伝えることができ、差圧弁17の動作の応答性を良くすることができる。
In particular, since the encapsulating material of the temperature
なお、本実施の形態では、感温筒9に封入する液体材料としてアルコールを用いたが、感温室28に熱膨張を適切かつ迅速に伝えられるものであれば、それ以外の液体材料を用いることもできる。
In this embodiment, alcohol is used as the liquid material sealed in the
また、本実施の形態では、可撓性部材として金属製のダイヤフラム26を用いた例を示したが、金属以外の材質からなるダイヤフラムを用いることもできる。また、ダイヤフラムではなく、ベローズ等その他の可撓性部材を用いることもできる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、膨張装置3の本体7を内部熱交換器6の下流側端部に一体に設けた構成を示したが、本体7を内部熱交換器6の下流側、つまり、内部熱交換器6とエバポレータ4とを接続する配管の途中に設けるようにしてもよい。
Moreover, in this Embodiment, although the structure which provided the
さらに、本実施の形態では、本発明を二酸化炭素を冷媒とした超臨界冷凍サイクルに適用した例を示したが、二酸化炭素以外の冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することもできる。その場合、外部熱交換器としてガスクーラ2ではなく、コンデンサを用いることもできる。
Furthermore, in the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a supercritical refrigeration cycle using carbon dioxide as a refrigerant has been described. However, the present invention can also be applied to a refrigeration cycle using a refrigerant other than carbon dioxide. In that case, a condenser may be used instead of the
1 コンプレッサ
2 ガスクーラ
3 膨張装置
4 エバポレータ
5 アキュムレータ
6 内部熱交換器
7 本体
8 配管
9 感温筒
10 チューブ
11 収容部
16 高圧通路
17 差圧弁
18 低圧通路
21 ボディ
22 導入ポート
23 導出ポート
24 パワーエレメント
26 ダイヤフラム
28 感温室
31 弁体
32 弁座形成部材
33 本体
36 弁部
40 弁座部
45 連通孔
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記冷媒が導入される上流側の圧力と膨張された前記冷媒が導出される下流側の圧力との差圧が大きくなるにしたがって開弁方向に作用する差圧弁と、
熱膨張係数が予め設定した値以上の液体材料が封入され、前記上流側に配置された配管に取り付けられることにより、前記上流側の前記冷媒の温度を感知する感温筒と、
前記感温筒の内部にチューブを介して連通し、内部に前記液体材料を充填する感温室を有し、前記上流側の前記冷媒の温度が大きくなるにしたがって、前記感温室を形成する可撓性部材を介して前記差圧弁を閉弁方向に作用させるパワーエレメントと、
を備えたことを特徴とする膨張装置。 In an expansion device that squeezes and expands the refrigerant circulating in the refrigeration cycle,
A differential pressure valve that acts in the valve opening direction as the differential pressure between the pressure on the upstream side where the refrigerant is introduced and the pressure on the downstream side where the expanded refrigerant is led out increases,
A temperature sensitive cylinder that senses the temperature of the refrigerant on the upstream side by enclosing a liquid material having a thermal expansion coefficient equal to or higher than a preset value and being attached to a pipe disposed on the upstream side;
The temperature sensing cylinder communicates via a tube, and has a temperature sensing chamber filled with the liquid material. The flexibility forms the temperature sensing chamber as the temperature of the upstream refrigerant increases. A power element that causes the differential pressure valve to act in a valve closing direction via a sex member;
An inflating device comprising:
前記ボディ内で進退可能に支持され、その一端が前記可撓性部材に接合された弁体と、
前記ボディ内で前記弁体に対向配置され、前記弁体を接離させて前記導入ポートと前記導出ポートとを連通する絞り流路を開閉する弁座部を有する弁座形成部材と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の膨張装置。 The power element is disposed at an end, and a body having an introduction port for introducing the refrigerant from the upstream side, and a lead-out port for deriving the refrigerant on the downstream side,
A valve body supported so as to be able to advance and retreat in the body, and one end of which is joined to the flexible member;
A valve seat forming member having a valve seat portion that is disposed opposite to the valve body in the body and opens and closes a throttle flow path that connects and disconnects the valve body to communicate the introduction port and the outlet port;
The expansion device according to claim 1, further comprising:
前記導入ポートと前記導出ポートとの差圧が大きくなると、前記弁座形成部材が前記付勢手段の付勢力に抗して開弁方向に動作するように構成されたことを特徴とする請求項4記載の膨張装置。 A biasing means for biasing the valve seat forming member toward the valve body;
The valve seat forming member is configured to operate in a valve opening direction against a biasing force of the biasing means when a differential pressure between the introduction port and the outlet port increases. 4. The expansion device according to 4.
前記弁座形成部材は、その軸線方向の一方の端面が前記冷媒通路を介して高圧冷媒の圧力を受け、他方の端面が前記ボディに形成された連通孔を介して低圧冷媒の圧力を受けるように構成されたこと、
を特徴とする請求項4記載の膨張装置。 The valve body has a bottomed cylindrical main body in which a refrigerant passage communicating with the introduction port is formed, and a bottom portion of the main body is joined to the flexible member, while an open end of the main body A valve portion that contacts and separates from the valve seat portion is formed by the portion;
The valve seat forming member has one end face in the axial direction receiving the pressure of the high-pressure refrigerant through the refrigerant passage, and the other end face receiving the pressure of the low-pressure refrigerant through the communication hole formed in the body. Configured
The expansion device according to claim 4.
前記冷凍サイクルにおいて外部熱交換器とエバポレータとの間に配置されて、前記外部熱交換器から前記エバポレータへ流れる冷媒と、アキュムレータからコンプレッサへ流れる冷媒との熱交換を行う内部熱交換器の下流側端部に一体に取り付けられ、前記外部熱交換器から前記内部熱交換器へ流れる冷媒を前記導入ポートに導入し、前記導出ポートから前記エバポレータへ導出するように構成され、
前記感温筒は、
前記外部熱交換器と前記内部熱交換器とを接続する前記配管に取り付けられるように構成されたことを特徴とする請求項4記載の膨張装置。 The body is
Downstream side of the internal heat exchanger that is disposed between the external heat exchanger and the evaporator in the refrigeration cycle and performs heat exchange between the refrigerant flowing from the external heat exchanger to the evaporator and the refrigerant flowing from the accumulator to the compressor. It is integrally attached to the end, and is configured to introduce the refrigerant flowing from the external heat exchanger to the internal heat exchanger into the introduction port, and to lead out from the lead-out port to the evaporator.
The temperature sensing cylinder is
The expansion device according to claim 4, wherein the expansion device is configured to be attached to the pipe that connects the external heat exchanger and the internal heat exchanger.
前記膨張装置は、
前記内部熱交換器の下流側端部に一体に取り付けられたボディと、
前記ボディ内に設けられ、冷媒が導入される上流側の圧力と膨張された冷媒が導出される下流側の圧力との差圧が大きくなるにしたがって開弁方向に作用する差圧弁と、
熱膨張係数が予め設定した値以上の液体材料が封入され、前記外部熱交換器と前記内部熱交換器とを接続する配管に取り付けられることにより、前記上流側の前記冷媒の温度を感知する感温筒と、
前記ボディに設けられ、前記感温筒の内部にチューブを介して連通し、内部に前記液体材料を充填する感温室を有し、前記上流側の前記冷媒の温度が大きくなるにしたがって、前記感温室を形成する可撓性部材を介して前記差圧弁を閉弁方向に作用させるパワーエレメントと、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。
A compressor that compresses the refrigerant, an external heat exchanger that cools the compressed refrigerant, an expansion device that squeezes and expands the cooled refrigerant, an evaporator that evaporates the expanded refrigerant, and stores excess refrigerant in the refrigeration cycle An accumulator that separates vapor-phase refrigerant from the evaporated refrigerant and sends it to the compressor, and an internal that exchanges heat between the refrigerant that flows from the external heat exchanger to the expansion device and the refrigerant that flows from the accumulator to the compressor In refrigeration cycle with heat exchanger,
The inflator is
A body integrally attached to the downstream end of the internal heat exchanger;
A differential pressure valve provided in the body and acting in a valve opening direction as a differential pressure between an upstream pressure at which the refrigerant is introduced and a downstream pressure at which the expanded refrigerant is led out increases;
A liquid material having a thermal expansion coefficient equal to or higher than a preset value is sealed and attached to a pipe connecting the external heat exchanger and the internal heat exchanger, thereby sensing the temperature of the refrigerant on the upstream side. A warm cylinder,
The temperature sensor is provided in the body, communicates with the inside of the temperature sensing cylinder via a tube, and is filled with the liquid material therein, and the sensitivity increases as the temperature of the refrigerant on the upstream side increases. A power element that operates the differential pressure valve in a valve closing direction via a flexible member forming a greenhouse;
A refrigeration cycle comprising:
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