JP2008196832A - 膨張弁機構および流路切り替え装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】膨張弁機構4には、逆止弁6が設置された第1系列4aと、逆止弁13が設置された第2系列4bと、が分岐点A、D間で並列に配置されている。第1系列4aには、低負荷用毛細管7と圧力応動弁8が設置され高負荷用毛細管9とが分岐点B1、C1間で並列に配置され、第2系列4bには、低負荷用毛細管12と、圧力応動弁11が設置された高負荷用毛細管10とが分岐点B2、C2間で並列に配置されている。圧力応動弁8、11は、低負荷用毛細管7、12前後の圧力差が、設定されたある値を超えると、圧力応動弁8、11が開弁する。
【選択図】図2
Description
また、冷凍サイクルを用いて暖房性能を得ようとする発明(いわゆる「ヒートポンプ運転」に同じ)が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
(a)暖房時には、高圧高温冷媒は一方のオリフィスのみに流入するため、流量制御ができないという問題があった。
(b)さらに、前記オリフィスに替えて電子制御式膨張弁を設置したのでは、きめ細かな流量制御によって省エネ性を向上させることができる反面、構成する部品点数が多いため、製造コストが高価になるという問題があった。
前記第1系列が、第1低負荷用減圧手段と、該第1低負荷用減圧手段に並列した第1高負荷用減圧手段と、前記高温冷媒が所定の圧力以上である場合にのみ当該高温冷媒を前記第1高負荷用減圧手段に流す第1圧力応動弁と、を具備し、
前記第2系列が、第2低負荷用減圧手段と、該第2低負荷用減圧手段に並列した第2高負荷用減圧手段と、前記高温冷媒が所定の圧力以上である場合にのみ当該高温冷媒を前記第2高負荷用減圧手段に流す第2圧力応動弁と、を具備する、ことを特徴とする。
また、第1系列また第2系列のそれぞれにおいて、流れ込む冷媒の圧力が高い場合には、第1低負荷用減圧手段および第1高負荷用減圧手段の両方に、また第2低負荷用減圧手段および第2高負荷用減圧手段の両方に、冷媒が流れ込むから、流量調整が可能になる。
(冷凍サイクル)
図1は本発明の実施形態1に係る膨張弁機構が設置された冷凍サイクルを模式的に説明する構成図である。
図1において、冷凍サイクル100は、冷媒を圧縮する圧縮機1と、供給された冷媒と外気との間で熱交換をする室外側熱交換器3および室内側熱交換器5と、圧縮機1によって圧縮された冷媒(以下「高温冷媒」と称す)を室外側熱交換器3または室内側熱交換器5の一方に選択的に供給する四方切替弁2と、供給された冷媒を減圧する膨張弁機構4と、を有している。
すなわち、室内を冷房する場合、高温冷媒を室内側熱交換器5に供給して、これを凝縮器として使用する。一方、室内を暖房する場合、高温冷媒を室外側熱交換器3を経由して膨張弁機構4に供給し、膨張弁機構4において生成された冷媒(以下「低温冷媒」と称す)を室内側熱交換器5に供給して、これを蒸発器として使用する。
したがって、膨張弁機構4には、図1において、右方向および右方向の冷媒流れが生じることになる。
図2は本発明の実施形態1に係る膨張弁機構を模式的に説明する構成図である。
図2において、膨張弁機構4には、逆止弁6が設置された第1系列4aと、逆止弁13が設置された第2系列4bとが並列に配置されている。なお、説明の便宜上、両者の分岐点を分岐点A、Dとし、分岐点Aは室外側熱交換器3に連通し、分岐点Dは室内側熱交換器5に連通しているとする。
第1系列4aは、分岐点B1、C1において分岐した互いに並列に配置された低負荷用毛細管7と高負荷用毛細管9とを具備し、高負荷用毛細管9の上流側(分岐点B1側、逆止弁6に同じ)に圧力応動弁8が設置されている。
第2系列4bは、分岐点B2、C2において分岐した互いに並列に配置された低負荷用毛細管12と高負荷用毛細管10とを具備し、高負荷用毛細管10の上流側(分岐点C2側、逆止弁13に同じ)に圧力応動弁11が設置されている。
次に、冷房運転時の動作について説明する。
このように構成された膨張弁機構4においては、冷房運転の時、室外側熱交換器3で凝縮された高圧の冷媒(高温冷媒)は、逆止弁6を通過して第1系列に流入し、逆止弁13によって閉塞されている第2系列には流入しない。
そして、第1系列の流入した高温冷媒は、低負荷用毛細管7で減圧され(低温冷媒となって)、室内側熱交換器5に向かって流出する。ここで、冷凍サイクルの運転状態が高負荷条件となり、冷凍サイクルの高圧圧力が上昇するにつれ、低負荷用毛細管7前後の圧力差が増大するため、この圧力差が、圧力応動弁8に対して設定されたある値を超えると、圧力応動弁8が開弁する。したがって、高負荷条件の冷房運転時では、低負荷用毛細管7と高負荷用毛細管9との両方に高温冷媒が流入することになり、冷凍サイクル100内の冷媒の循環流量が増加する。
このように構成された膨張弁機構4においては、暖房運転の時、室内側熱交換器5で凝縮された高圧の冷媒(高温冷媒)は、逆止弁13を通過して第2系列に流入し、逆止弁6によって閉塞されている第1系列には流入しない。
そして、第2系列の流入した高温冷媒は、低負荷用毛細管12で減圧され(低温冷媒となって)、室外側熱交換器3に向かって流出する。ここで、冷凍サイクルの運転状態が高負荷条件となり、冷凍サイクルの高圧圧力が上昇するにつれ、低負荷用毛細管12前後の圧力差が増大するため、この圧力差が、圧力応動弁11に対して設定されたある値を超えると、圧力応動弁11が開弁する。したがって、高負荷条件の暖房運転時は、低負荷用毛細管12と高負荷用毛細管10との両方に高温冷媒が流入することになり、冷凍サイクル100内の冷媒の循環流量が増加する。
また、膨張弁機構4は、電磁機構を使用せずに機械部品のみで構成するようにしているため、製造コストを低価格に押さえることができる。
さらに、第1系列と第2系列とを互いに並列に配置して、それぞれ同様の構成にしながら、冷媒の双方向流れに対応可能にしているため、ヒートポンプ式空気調和機に好適である。
さらに、以上は、減圧手段として毛細管(キャピラリチューブ)を示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、オリフィス(堰)であってもよい。また、膨張弁機構4の上流側または下流側の一方または両方に、補助的に毛細管等の減圧手段を配置してもよい。
(流路切り替え装置)
図3および図4は本発明の実施形態2に係る流路切り替え装置を模式的に説明するものであって、図3の(a)は正面図、図3の(b)は背面図、図4の(a)および(b)はそれぞれ図3のA−AおよびB−Bにおける側面視の断面図である。
図3および図4において、流路切り替え装置200は、円筒状で両端に底を具備する筐体70の内部に形成された第1系列100a(図3においてA−Aに配置されている)と、第2系列100b(図3においてB−Bに配置されている)とを有している。
連通出口43aに連通した高圧流体入口51aと、高圧流体入口51aから流入した流体が流出する高圧流体出口52aと、を具備する高圧流体流路50aと、
低圧流体流路40aに配置され、低圧流体出口42aまたは連通出口43aの一方または両方を開通または閉塞するスライダ44aと、
低圧流体流路40aに配置され、スライダ44aを流体入口41aの方向に押圧するバネ(付勢手段に同じ)45aと、を有している。
そして、低圧流体流路40aには、スライダ44aを流体入口41aの方向に移動するための流体が流入する移動流体入口46aが設けられている。
すなわち、第2系列200aは、流体入口41bと低圧流体出口42bと連通出口43bと移動流体入口46bとを具備する低圧流体流路40bと、高圧流体入口51bと高圧流体出口52bとを具備する高圧流体流路50bと、低圧流体流路40bに配置されたスライダ44bおよびバネ45bと、
を有している。
(冷凍サイクル)
図5は本発明の実施形態3に係る流路切り替え装置を具備する膨張弁機構が設置された冷凍サイクルの一部を模式的に説明する構成図である。なお、冷凍サイクル400は、実施の形態1における冷凍サイクル100を構成する膨張弁機構4と、流路切り替え装置200を具備する膨張弁機構300に置きかえたものであるから、実施の形態1と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
膨張弁機構300は、流路切り替え装置200の第1系列200aの低圧流体出口42aに低負荷用毛細管7が、高圧流体出口52aに高負荷用毛細管9が、それぞれ連通し、同様に、第2系列200bの低圧流体出口42bに低負荷用毛細管12が、高圧流体出口52bに高負荷用毛細管10が、それぞれ連通している。
そして、室外側熱交換器3に連通する配管80は、分岐点Aにおいて室外側配管81、82、83、84に分岐され、室内側熱交換器5に連通する配管90は、分岐点Dにおいて室内側配管91、92、93、94に分岐されている。
同様に、室内側配管91は第2系列200bの流体入口41bに、室内側配管92は低負荷用毛細管7を経由して第1系列200aの低圧流体出口42aに、室内側配管93は第1系列200aの移動流体入口46aに、室内側配管94は高負荷用毛細管9を経由して第1系列200aの高圧流体出口52aに、それぞれ接続されている。
図6〜図9は本発明の実施形態3に係る膨張弁機構の動作を模式的に説明する構成図であって、図6は冷凍サイクルの運転状態が暖房運転時の低負荷条件のとき、図7は冷凍サイクルの運転状態が暖房運転時の高負荷条件のとき、図8は冷凍サイクルの運転状態が冷房運転時の低負荷条件のとき、図9は冷凍サイクルの運転状態が冷房運転時の高負荷条件のときである。以下、それぞれのときについて説明する。
図6において、冷凍サイクル400の運転状態が暖房運転時の低負荷条件にあるとき、室内側熱交換器5で凝縮された冷媒(高温冷媒)は、分岐点Dにおいて分岐され、その一部は室内側配管93を経由して、第1系列200aの移動流体入口46aから低圧流体流路40に流入し、スライダ44aを流体入口41a側に移動させる。そうすると、低圧流体出口42aおよび連通出口43aはスライダ44aによって閉塞されるから、高温冷媒は、第1系列200a(室内側配管92および室内側配管94に同じ)に流入しないで、第2系列200b(室内側配管91に同じ)に流入する。
また、低温冷媒が、室外側配管81を経由して第1系列200aの低圧流体流路40aに流入したとしても、その圧力は高温冷媒よりも低いため、高圧流体に押されているスライダ44bが移動することはなく、低圧流体出口42aが開通することはない。
図7において、冷凍サイクル400の運転状態が暖房運転時の高負荷条件にあるとき、室内側熱交換器5で凝縮された冷媒(高温冷媒)は、第1系列200a(室内側配管92および室内側配管94に同じ)に流入しないで、第2系列200b(a室内側配管91に同じ)に流入する。
そして、第2系列200bの低圧流体流路40に流入した高圧冷媒は、バネ45bを押し戻すだけの十分な圧力を有すから、スライダ44bを押し戻し、連通出口43bを開放する。このため、高温冷媒は低圧流体出口42bおよび連通出口43bの両方から流出し、その一部は低負荷用毛細管12を通過して減圧され(低温冷媒になる)、その一部は、高圧流体流路50bを経由して高負荷用毛細管10を通過して減圧され(低温冷媒になる)、それぞれ室外側配管84または室外側配管82を経由して室外側熱交換器3へ流入する経路をとる。
図8において、冷凍サイクル400の運転状態が冷房運転時の低負荷条件にあるとき、室外側熱交換器3で凝縮された冷媒(高温冷媒)は、第2系列200b(室外側配管82および室外側配管84に同じ)に流入しないで、第1系列200a(室外側配管81に同じ)に流入する。
そして、室外側配管81に流入した高温冷媒は、第1系列200aの流体入口41aから低圧流体流路40aに流入する。このとき、高温冷媒はバネ45aを押し戻すだけの十分な圧力を有しないから、スライダ44aは連通出口43aを閉塞したままにしている。このため、高圧冷媒は低圧流体出口42aから流出し、低負荷用毛細管7を通過して減圧され(低温冷媒になる)、室内側配管94を経由して室内側熱交換器5へ流入する経路をとる。
図9において、冷凍サイクル400の運転状態が冷房運転時の高負荷条件にあるとき、室外側熱交換器3で凝縮された冷媒(高温冷媒)は、第2系列200b(室外側配管82および室外側配管84に同じ)に流入しないで、第1系列200a(室外側配管81に同じ)に流入する。
そして、室外側配管81に流入した高温冷媒は、バネ45aを押し戻すだけの十分な圧力を有すから、スライダ44aを押し戻し、連通出口43aを開放する。このため、高温冷媒は低圧流体出口42aおよび連通出口43aの両方から流出し、その一部は低負荷用毛細管7を通過して減圧され(低温冷媒になる)、その一部は、高圧流体流路50aを経由して高負荷用毛細管9を通過して減圧され(低温冷媒になる)、それぞれ室内側配管94または室内側配管92を経由して室内側熱交換器5へ流入する経路をとる。
また、圧力応動弁の機能を、スライダとバネとによって構成しているため、流路を切り替える条件(トリガー)、すなわち差圧の閾値を、バネのバネ定数とスライダの動くストロークによって設定することができるから、構造が簡素になるだけでなく、動作の信頼性が担保される。
加えて、絞りを行う部分と、流路切り替えを行う部分を分離した構成としたので、冷媒の循環量を毛細管の仕様のみで決定することができるという特徴があり、設計を容易に行うことができる。
また、流路切り替え装置200を構成する第1系列100aと第2系列100bとを、それぞれ別個の筐体内に形成してもよい。さらに、低圧流体流路40aと高圧流体流路50aとを離隔して配置し、低圧流体流路40aの連通出口43aと高圧流体流路50aの高圧流体入口51aとを所定の連通配管によって連通してもよい(低圧流体流路40bと高圧流体流路50bにおいて同じ)。
また、本発明の流路切り替え装置は、流れ込む冷媒の圧力に応じて流量調整が可能になるから、各種流体機械に設置される流路切り替え装置として広く利用することができる。
Claims (5)
- 高温冷媒を一方にのみ流す第1逆止弁が設置された第1系列と、前記高温冷媒を前記第1系列とは反対の方向に流す第2逆止弁が設置された第2系列と、を有し、前記高温冷媒を減圧する膨張弁機構であって、
前記第1系列が、第1低負荷用減圧手段と、該第1低負荷用減圧手段に並列した第1高負荷用減圧手段と、前記高温冷媒が所定の圧力以上である場合にのみ当該高温冷媒を前記第1高負荷用減圧手段に流す第1圧力応動弁と、を具備し、
前記第2系列が、第2低負荷用減圧手段と、該第2低負荷用減圧手段に並列した第2高負荷用減圧手段と、前記高温冷媒が所定の圧力以上である場合にのみ当該高温冷媒を前記第2高負荷用減圧手段に流す第2圧力応動弁と、を具備する、ことを特徴とする膨張弁機構。 - 流体が流入する流体入口と、該流体入口から流入した流体が流出自在な低圧流体出口および連通出口と、を具備する供給流体流路と、
前記連通出口に連通した高圧流体入口と、該高圧流体入口から流入した流体が流出する高圧流体出口と、を具備する高圧流体流路と、
前記供給流体流路に配置され、前記連通出口を開通または閉塞するスライダと、
前記供給流体流路に配置され、前記スライダを前記流体入口方向に押圧する付勢手段と、を有し、
前記流体入口から流入する流体の圧力が所定の圧力以下である場合、前記連通出口が閉塞されて当該流体が前記低圧流体出口から流出し、一方、前記流体入口から流入する流体の圧力が所定の圧力を超えた場合、前記連通出口が開通されて当該流体が前記低圧流体出口および前記連通出口から流出する、ことを特徴とする流路切り替え装置。 - 前記供給流体流路に、前記スライダを前記流体入口方向に移動するための流体が流入する移動流体入口が設けられ、
該移動流体入口から前記供給流体流路に流体が流入された場合、前記低圧流体出口および前記連通出口が閉塞されることを特徴とする請求項2記載の流路切り替え装置。 - 前記供給流体流路と前記高圧流体流路とが、共通の筐体内に形成されていることを特徴とする請求項2または3記載の流路切り替え装置。
- 前記高温冷媒を一方にのみ流す請求項3または4記載の流路切り替え装置が設置された第1系列と、前記高温冷媒を前記第1系列とは反対の方向に流す請求項3または4記載の流路切り替え装置が設置された第2系列と、を有し、前記高温冷媒を減圧する膨張弁機構であって、
前記第1系列が、前記流路切り替え装置の供給流体入口に連通する第1供給配管と、前記流路切り替え装置の低圧流体出口に連通して第1低負荷用減圧手段が配置された第1低圧配管と、前記流路切り替え装置の移動流体入口に連通した第1移動配管と、を具備し、
前記第2系列が、前記流路切り替え装置の供給流体入口に連通する第2供給配管と、前記流路切り替え装置の低圧流体出口に連通して第2低負荷用減圧手段が配置された第2低圧配管と、前記流路切り替え装置の移動流体入口に連通した第2移動配管と、を具備し、
前記第1供給配管と、前記第2低圧配管と、前記第2高圧配管と、前記第2移動配管と、が相互に連通され、
前記第2供給配管と、前記第1低圧配管と、前記第1高圧配管と、前記第1移動配管と、が相互に連通される、ことを特徴とする膨張弁機構。
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