JP2009127920A - Refrigerating apparatus - Google Patents

Refrigerating apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2009127920A
JP2009127920A JP2007302384A JP2007302384A JP2009127920A JP 2009127920 A JP2009127920 A JP 2009127920A JP 2007302384 A JP2007302384 A JP 2007302384A JP 2007302384 A JP2007302384 A JP 2007302384A JP 2009127920 A JP2009127920 A JP 2009127920A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
expansion mechanism
vortex tube
expansion
vortex
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007302384A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Fukushi
豊 福士
Naoki Ando
直樹 安藤
Hisao Nakajima
久雄 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Topre Corp
Original Assignee
Topre Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Topre Corp filed Critical Topre Corp
Priority to JP2007302384A priority Critical patent/JP2009127920A/en
Publication of JP2009127920A publication Critical patent/JP2009127920A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refrigerating apparatus capable of remarkably increasing refrigerating capability using an expansion mechanism of a simple structure. <P>SOLUTION: In this refrigerating apparatus, a condenser 2 including a compressor 1 and a blower 2a and an evaporator 3 including an expansion mechanism 10 and a blower 3a are connected in series by refrigerant pipelines 4, 5, 6, 7 to constitute a closed-loop refrigerant circulating circuit. The expansion mechanism 10 is constituted of a cylindrical housing 11 and a vortex tube 13 concentrically disposed in the housing 11, a refrigerant is jetted from a nozzle formed in the vortex tube 13 in the tangential direction in the vortex tube 13 to generate a vortex flow in the vortex tube 13, and the vortex flow is released from the end of the vortex tube 13 to expand the refrigerant. A pre-expansion valve 8 is disposed in the refrigerant pipeline 5 connecting the condenser 2 and the expansion mechanism 10. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、渦流を利用した膨張機構を用いた蒸気圧縮式の冷凍装置に関するものである。   The present invention relates to a vapor compression refrigeration apparatus using an expansion mechanism using eddy currents.

冷凍装置は、圧縮機によって圧縮された高圧冷媒を凝縮器における熱交換によって液化させて高温の凝縮冷媒とし、この凝縮冷媒を膨張手段によって膨張させて低温冷媒を生成し、この低温冷媒を蒸発器にて蒸発させ、そのときの蒸発潜熱によって所要の冷却を行うものである。この冷凍装置の膨張手段としては、従来から絞り機構を利用したものが主流であり、キャピラリーチューブ等の細管を利用したものや、高速ジェット噴流によって膨張させるエジェクタを利用したもの等が知られている。   The refrigeration apparatus liquefies the high-pressure refrigerant compressed by the compressor by heat exchange in the condenser to form a high-temperature condensed refrigerant, expands the condensed refrigerant by expansion means, generates a low-temperature refrigerant, and converts the low-temperature refrigerant into the evaporator The required cooling is performed by the latent heat of vaporization at that time. As the expansion means of this refrigeration apparatus, those using a throttle mechanism have been mainstream, and those using a narrow tube such as a capillary tube and those using an ejector that is expanded by a high-speed jet jet are known. .

又、特許文献1,2には、冷媒循環回路の凝縮器の下流側に膨張手段としてボルテックスチューブを設け、該ボルテックスチューブにおいて凝縮冷媒の膨張を等エントロピ膨張に近づけることによって蒸発能力の向上を図った冷凍装置が提案されている。
特開平8−303879号公報 特開平8−313072号公報
In Patent Documents 1 and 2, a vortex tube is provided as an expansion means on the downstream side of the condenser in the refrigerant circulation circuit, and the evaporation capacity is improved by bringing the expansion of the condensed refrigerant close to isentropic expansion in the vortex tube. A freezing device has been proposed.
JP-A-8-303879 JP-A-8-313072

特許文献1,2において提案された冷凍装置は、何れもボルテックスチューブによる渦流を熱分離の手段として使用しているものの、汎用の冷凍サイクルには利用しづらいという問題がある。ボルテックスチューブは、渦流によって冷媒を高温と低温に熱分離するものであり、一次冷媒を二分して低温冷媒を生成するために低温冷媒の流量が減少するという欠点を有している。しかも、ボルテックスチューブから出た高温冷媒を凝縮器の上流に戻す構成が採用されているため、圧力の低い方から高い方へ冷媒を戻すという矛盾がある。   The refrigeration apparatuses proposed in Patent Documents 1 and 2 both use a vortex tube vortex as a means for heat separation, but have a problem that it is difficult to use in a general-purpose refrigeration cycle. The vortex tube thermally separates the refrigerant into a high temperature and a low temperature by a vortex, and has a disadvantage that the flow rate of the low-temperature refrigerant decreases because the primary refrigerant is divided into two to generate the low-temperature refrigerant. And since the structure which returns the high temperature refrigerant | coolant which came out of the vortex tube to the upstream of a condenser is employ | adopted, there exists a contradiction that a refrigerant | coolant is returned to the higher one from a low pressure.

そこで、本出願人は、図8に示すような膨張機構を先に提案した(特願2006−136502、特願2007−154684において)。ここで、図8に示す膨張機構について説明する。   Therefore, the present applicant has previously proposed an expansion mechanism as shown in FIG. 8 (in Japanese Patent Application Nos. 2006-136502 and 2007-154684). Here, the expansion mechanism shown in FIG. 8 will be described.

図8は本出願人が先に提案した膨張機構の断面図であり、図示の膨張機構110は、円筒状の外筒111内にボルテックスチューブ113を同心的に組み込んで構成されており、このボルテックスチューブ113は、その上部外周がリング状の支持板112によって外筒111の内周面に支持されている。そして、外筒111内は、前記支持板112とその下方に配されたリング状のバッフル板114とで上方からチャンバS1、膨張室S2、液溜部S3に区画されている。ここで、前記ボルテックスチューブ113の下端は膨張室S2内に開口しており、その開口部にはゾーンセパレータ115が設けられている。このゾーンセパレータ115は、ボルテックスチューブ113の中心部に形成される真空域R1と膨張室S2のボルテックスチューブ113の開口端よりも下方の気液分離域R2とを分離するものであって、その上端部はボルテックスチューブ113内の下端部に臨み、両者間には円筒状の微小な隙間が形成されている。   FIG. 8 is a cross-sectional view of the expansion mechanism previously proposed by the present applicant. The illustrated expansion mechanism 110 is configured by concentrically incorporating a vortex tube 113 in a cylindrical outer cylinder 111, and this vortex The upper outer periphery of the tube 113 is supported on the inner peripheral surface of the outer cylinder 111 by a ring-shaped support plate 112. The inside of the outer cylinder 111 is partitioned into a chamber S1, an expansion chamber S2, and a liquid reservoir S3 from above by the support plate 112 and a ring-shaped baffle plate 114 disposed below the support plate 112. Here, the lower end of the vortex tube 113 opens into the expansion chamber S2, and a zone separator 115 is provided at the opening. The zone separator 115 separates the vacuum region R1 formed at the center of the vortex tube 113 from the gas-liquid separation region R2 below the opening end of the vortex tube 113 in the expansion chamber S2, and has an upper end. The portion faces the lower end in the vortex tube 113, and a minute cylindrical gap is formed between them.

ところで、前記バッフル板114には複数のスリット(不図示)が放射状に形成されており、このバッフル板114の下方の前記液溜部S3内の上部には複数枚の邪魔板116が放射状に配設されている。   By the way, a plurality of slits (not shown) are radially formed in the baffle plate 114, and a plurality of baffle plates 116 are radially arranged in the upper part of the liquid reservoir S3 below the baffle plate 114. It is installed.

又、ボルテックスチューブ113は、その上端開口部がカバー117によって覆われるとともに、上端外周部には、前記チャンバS1に開口する複数のノズル118(図8には1つのみ図示)が接線方向に設けられている。そして、ボルテックスチューブ113の上部中心部には、吸込管119が外筒111の上壁及び前記カバー117を貫通して上方から挿入されており、この吸込管119の下端はボルテックスチューブ113の内部に開口している。   The vortex tube 113 has an upper end opening covered with a cover 117, and a plurality of nozzles 118 (only one is shown in FIG. 8) opening in the chamber S1 are provided in a tangential direction on the outer periphery of the upper end. It has been. A suction pipe 119 is inserted into the upper central portion of the vortex tube 113 from above through the upper wall of the outer cylinder 111 and the cover 117, and the lower end of the suction pipe 119 is inserted into the vortex tube 113. It is open.

更に、外筒111の外周部にはチャンバS1に開口するポート120と膨張室S2に開口するポート121が設けられ、外筒111の下端中心部には液溜部S3に開口するポート122が設けられており、膨張室S2内の上下方向においてポート121と気液分離ゾーンR2の間のボルテックスチューブ113の外周には整流器123が設けられている。   Further, a port 120 that opens to the chamber S1 and a port 121 that opens to the expansion chamber S2 are provided on the outer peripheral portion of the outer cylinder 111, and a port 122 that opens to the liquid reservoir S3 is provided at the center of the lower end of the outer cylinder 111. A rectifier 123 is provided on the outer periphery of the vortex tube 113 between the port 121 and the gas-liquid separation zone R2 in the vertical direction in the expansion chamber S2.

而して、図示しないが、冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、上記膨張機構及び蒸発器を冷媒配管で接続して閉ループの冷媒循環回路を形成することによって構成されており、圧縮機の吐出側から導出する冷媒配管は、凝縮器の入口側に接続され、凝縮器の出口側から導出する冷媒配管は、膨張機構110のポート120に接続されている。又、膨張機構110のポート122から導出する冷媒配管は、蒸発器の入口側に接続され、蒸発器の出口側から導出する冷媒配管は、膨張機構110の吸込管119に接続されている。そして、膨張機構110のポート121から導出する冷媒配管は、圧縮機の吸入側に接続されている。   Thus, although not shown, the refrigeration apparatus is configured by connecting a compressor, a condenser, the above expansion mechanism, and an evaporator with a refrigerant pipe to form a closed-loop refrigerant circulation circuit. The refrigerant piping led out from the side is connected to the inlet side of the condenser, and the refrigerant piping led out from the outlet side of the condenser is connected to the port 120 of the expansion mechanism 110. The refrigerant piping led out from the port 122 of the expansion mechanism 110 is connected to the inlet side of the evaporator, and the refrigerant piping led out from the outlet side of the evaporator is connected to the suction pipe 119 of the expansion mechanism 110. The refrigerant pipe leading out from the port 121 of the expansion mechanism 110 is connected to the suction side of the compressor.

しかしながら、図8に示す膨張機構110は構造が複雑であるという欠点がある。   However, the expansion mechanism 110 shown in FIG. 8 has a drawback that the structure is complicated.

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、簡単な構造の膨張機構を用いて冷凍能力を大幅に増大させることができる冷凍装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a refrigeration apparatus capable of significantly increasing the refrigeration capacity using an expansion mechanism having a simple structure.

上記目的を解決するため、請求項1記載の発明は、圧縮機、送風機を含む凝縮器、膨張機構及び送風機を含む蒸発器を冷媒配管で直列に接続して閉ループの冷媒循環回路を構成する冷凍装置において、前記膨張機構を、円筒状のハウジングと、該ハウジング内に同心状に配された渦管とで構成し、前記渦管に形成されたノズルから冷媒を該渦管内に接線方向に噴出して渦管内に渦流を発生させ、該渦流を渦管端部から開放することによって冷媒を膨張させるようにしたことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is a refrigeration in which a compressor, a condenser including a blower, an expansion mechanism, and an evaporator including a blower are connected in series by a refrigerant pipe to form a closed-loop refrigerant circulation circuit. In the apparatus, the expansion mechanism includes a cylindrical housing and a vortex tube arranged concentrically in the housing, and refrigerant is jetted into the vortex tube in a tangential direction from a nozzle formed in the vortex tube. Thus, a vortex is generated in the vortex tube, and the refrigerant is expanded by releasing the vortex from the end of the vortex tube.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記凝縮器と前記膨張機構を接続する冷媒配管にプレ膨張弁を配置したことを特徴とする。   The invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, a pre-expansion valve is arranged in a refrigerant pipe connecting the condenser and the expansion mechanism.

請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、プレ膨張弁を電子式膨張弁としたこと特徴とする。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein the pre-expansion valve is an electronic expansion valve.

請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れかに記載の発明において、前記膨張機構のハウジング内の前記渦管の端部と冷媒出口との間にバッフルを設けたことを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein a baffle is provided between an end of the vortex tube in the housing of the expansion mechanism and a refrigerant outlet. To do.

請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記バッフルを放射状に配列されたバッフルステー又は網状部材で構成したことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, characterized in that the baffle is constituted by a baffle stay or a net-like member arranged radially.

請求項1記載の発明によれば、膨張機構によって冷媒を等エントロピ膨張させることができ、該膨張機構での冷媒の圧力損失が小さく抑えられ、蒸発器へ供給する冷媒の流量を極力減じることなく、冷媒のエンタルピ差をより大きく、且つ、冷媒温度を低くすることができるため、冷凍能力が大きくて効率の高い冷凍装置を得ることができる。   According to the first aspect of the present invention, the refrigerant can be isentropically expanded by the expansion mechanism, the pressure loss of the refrigerant in the expansion mechanism can be kept small, and the flow rate of the refrigerant supplied to the evaporator can be reduced as much as possible. Since the refrigerant enthalpy difference can be further increased and the refrigerant temperature can be lowered, a refrigerating apparatus having a large refrigerating capacity and high efficiency can be obtained.

又、膨張機構には可動部が存在せず、且つ、簡単な構造を有しているため、該膨張機構の耐久性が高められるとともに、該膨張機構を多種多様な冷媒に適用することができ、この膨張機構を用いても、従来の冷凍サイクルを殆どそのまま使用することができるため、現在稼働中の冷凍装置を冷凍能力が大きい高効率なものに改良することも容易に可能である。   In addition, since the expansion mechanism has no moving parts and has a simple structure, the durability of the expansion mechanism can be improved and the expansion mechanism can be applied to various refrigerants. Even with this expansion mechanism, since the conventional refrigeration cycle can be used almost as it is, it is possible to easily improve the refrigeration apparatus currently in operation to a highly efficient one having a large refrigeration capacity.

請求項2記載の発明によれば、冷媒が膨張機構に導入される以前にプレ膨張弁によって高圧液冷媒を断熱膨張させるようにしたため、冷媒が蒸発器3で蒸発し切れず、液冷媒のまま圧縮機に吸引されるという不具合の発生を防ぐことができるとともに、負荷変動に対応することができる。   According to the second aspect of the invention, since the high-pressure liquid refrigerant is adiabatically expanded by the pre-expansion valve before the refrigerant is introduced into the expansion mechanism, the refrigerant does not completely evaporate in the evaporator 3 and remains liquid refrigerant. It is possible to prevent the occurrence of the problem of being sucked by the compressor and cope with load fluctuations.

請求項3記載の発明によれば、プレ膨張弁をプログラム制御によって人為的に制御することができる電子式膨張弁としたため、ハンチングの発生を防ぐことができる。   According to the third aspect of the present invention, since the pre-expansion valve is an electronic expansion valve that can be artificially controlled by program control, occurrence of hunting can be prevented.

請求項4及び5記載の発明によれば、ハウジング内の底部の液溜部にバッフルを設けたため、このバッフルによって冷媒の旋回運動が阻止され、液溜部に溜まった液冷媒が冷媒出口から正常に流出して蒸発器へと安定的に供給され、蒸発器での蒸発に供せられて所要の冷却が行われる。   According to the fourth and fifth aspects of the present invention, since the baffle is provided in the liquid reservoir at the bottom of the housing, the swirling movement of the refrigerant is prevented by the baffle, and the liquid refrigerant accumulated in the liquid reservoir is normally discharged from the refrigerant outlet. And is stably supplied to the evaporator, and is used for evaporation in the evaporator to perform required cooling.

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係る冷凍装置の基本構成を示す冷媒循環回路図、図2は同冷凍装置の膨張機構の断面図である。   FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram showing a basic configuration of a refrigeration apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of an expansion mechanism of the refrigeration apparatus.

本実施の形態に係る冷凍装置は、図1に示すように、圧縮機1、送風機2aを含む凝縮器2、送風機3aを含む蒸発器3及び本発明に係る膨張機構10を冷媒配管4,5,6,7で接続して閉ループの冷媒循環回路を形成することによって構成されている。そして、冷媒配管5の途中にはプレ膨張弁8が設けられている。   As shown in FIG. 1, the refrigeration apparatus according to the present embodiment includes a compressor 1, a condenser 2 including a blower 2a, an evaporator 3 including a blower 3a, and an expansion mechanism 10 according to the present invention. , 6 and 7 to form a closed loop refrigerant circulation circuit. A pre-expansion valve 8 is provided in the middle of the refrigerant pipe 5.

次に、前記膨張機構10の構成の詳細を図2に基づいて説明する。   Next, details of the configuration of the expansion mechanism 10 will be described with reference to FIG.

膨張機構10は、円筒容器状のハウジング11を備えており、該ハウジング11内は仕切壁12によって上下のチャンバS1と拡大室S2とに区画されている。そして、ハウジング11内には、該ハウジング11の上壁の中央部から下方に向かって延びる円筒状の渦管13が同心状に収容されており、該渦管13は、仕切壁12を貫通して拡大室S2まで延び、その下端は拡大室S2に開口している。   The expansion mechanism 10 includes a cylindrical container-shaped housing 11, and the inside of the housing 11 is partitioned into upper and lower chambers S 1 and an expansion chamber S 2 by a partition wall 12. A cylindrical vortex tube 13 extending downward from the center of the upper wall of the housing 11 is accommodated concentrically in the housing 11, and the vortex tube 13 penetrates the partition wall 12. Extends to the expansion chamber S2, and its lower end opens into the expansion chamber S2.

又、上記渦管13のチャンバS1内に臨む上端部には、チャンバS1と渦管13内とを連通する2つのノズル14が渦管13の内周面に対して接線方向に形成されている。   Further, two nozzles 14 communicating with the chamber S1 and the inside of the vortex tube 13 are formed in a tangential direction with respect to the inner peripheral surface of the vortex tube 13 at the upper end of the vortex tube 13 facing the chamber S1. .

更に、ハウジング11の上端外周部には、チャンバS1に開口するポート15が設けられており、このポート15には前記凝縮器2から延びる前記冷媒配管5が接続されている(図1参照)。又、ハウジング11の底壁中央には、拡大室S2に開口するポート16が設けられており、このポート16には前記蒸発器3へと連なる前記冷媒配管6が接続されている。   Further, a port 15 that opens to the chamber S1 is provided on the outer periphery of the upper end of the housing 11, and the refrigerant pipe 5 extending from the condenser 2 is connected to the port 15 (see FIG. 1). Further, a port 16 that opens to the expansion chamber S <b> 2 is provided in the center of the bottom wall of the housing 11, and the refrigerant pipe 6 connected to the evaporator 3 is connected to the port 16.

次に、以上の構成を有する膨張機構10を備えた冷凍装置の作用を図3に示すモリエル線図を参照しながら以下に説明する。   Next, the operation of the refrigeration apparatus provided with the expansion mechanism 10 having the above configuration will be described below with reference to the Mollier diagram shown in FIG.

圧縮機1が駆動源である不図示の電動モータによって駆動されると、該圧縮機1によってガス冷媒が圧縮され(圧縮行程)、図3にaにて示す状態(圧力P2、エンタルピi2)の高温高圧のガス冷媒が冷媒配管4へと吐出され、このガス冷媒は、冷媒配管4を通って凝縮器2へと導入される。 When the compressor 1 is driven by an electric motor (not shown) which is a drive source, the gas refrigerant is compressed by the compressor 1 (compression stroke), and the state (pressure P 2 , enthalpy i 2 ) shown in FIG. ) Is discharged to the refrigerant pipe 4, and this gas refrigerant is introduced into the condenser 2 through the refrigerant pipe 4.

凝縮器2では、高温高圧のガス冷媒が外気に凝縮熱Q2を放出して図3のa→bへと状態変化して液化し(凝縮行程)、図3にbにて示す状態(圧力P2、エンタルピi3)の液冷媒となる。尚、このときの放熱量(凝縮熱)Q2は(i2−i3)で表される。 In the condenser 2, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant releases the condensation heat Q 2 to the outside air, changes its state from a to b in FIG. 3 and liquefies (condensation process), and the state (pressure) shown in FIG. P 2 and enthalpy i 3 ) liquid refrigerant. Note that the heat release amount (condensation heat) Q 2 at this time is represented by (i 2 −i 3 ).

そして、上述のように凝縮器2において液化した高圧の液冷媒は、冷媒配管5を流れる過程でプレ膨張弁8にて断熱膨張(等エンタルピ膨張)して図3に示すb→e(圧力P2’、エンタルピi3)へと状態変化した後(プレ膨張行程)、膨張機構10のポート15からハウジング11内のチャンバS1内に導入される。プレ膨張弁8では、凝縮器2で凝縮した冷媒の一部が断熱膨張し、その温度が或る程度降下するとともに、気液混合状態となって体積が増えた状態で膨張機構10へと送られる。 Then, the high-pressure liquid refrigerant liquefied in the condenser 2 as described above undergoes adiabatic expansion (equal enthalpy expansion) in the pre-expansion valve 8 in the process of flowing through the refrigerant pipe 5, and b → e (pressure P shown in FIG. 3). 2 ′, enthalpy i 3 ) (pre-expansion stroke), the air is introduced into the chamber S 1 in the housing 11 from the port 15 of the expansion mechanism 10. In the pre-expansion valve 8, a part of the refrigerant condensed in the condenser 2 undergoes adiabatic expansion, the temperature thereof drops to some extent, and the gas is mixed into a gas-liquid mixture and the volume is increased and sent to the expansion mechanism 10. It is done.

膨張機構10においては、チャンバS1内に導入された高圧の液冷媒は、2つのノズル14から渦管13内に接線方向に噴き出して渦管13の内壁面を高速で回転する渦流を形成するため、渦管13内の壁面静圧が上昇する。従って、渦管13内の中心部には渦によって低圧部が生じ、この低圧部のために拡大室S2から渦管13内にガス冷媒が自由に流入し、このガス冷媒の流入によって低圧部の圧力は上昇し、その結果、渦管13内の壁面静圧は更に上昇する。   In the expansion mechanism 10, the high-pressure liquid refrigerant introduced into the chamber S <b> 1 is ejected tangentially from the two nozzles 14 into the vortex tube 13 to form a vortex that rotates at high speed on the inner wall surface of the vortex tube 13. The wall surface static pressure in the vortex tube 13 increases. Accordingly, a low pressure portion is generated by the vortex in the center portion of the vortex tube 13, and the gas refrigerant freely flows into the vortex tube 13 from the expansion chamber S2 due to this low pressure portion. As a result, the pressure on the wall surface in the vortex tube 13 further increases.

而して、渦管13内の渦流によって上昇した壁面静圧は渦管13の開放端で一気に開放されて降下するため、冷媒は温度降下して拡大室S2に吹き出される。つまり、冷媒が有する圧力エネルギーがノズル14によって運動エネルギーに変換され、運動エネルギーによって形成された渦管13内の渦流が壁面静圧に変換され、その壁面静圧が一気に開放されることによって冷媒が等エントロピ膨張し(膨張行程)、図3に示すe→c(圧力P1、エンタルピi4)へと状態変化する。尚、膨張機構として膨張弁等の絞りを用いる場合には、冷媒は図3のb→c’(圧力P1、エンタルピi3)へと状態変化する断熱膨張(等エンタルピ膨張)を行う。 Thus, the wall static pressure that has risen due to the vortex flow in the vortex tube 13 is released at a stretch at the open end of the vortex tube 13 and falls, so that the refrigerant drops in temperature and blows out into the expansion chamber S2. That is, the pressure energy of the refrigerant is converted into kinetic energy by the nozzle 14, the vortex flow in the vortex tube 13 formed by the kinetic energy is converted into wall surface static pressure, and the wall surface static pressure is released at a stroke, whereby the refrigerant is The isentropic expansion (expansion stroke) changes to e → c (pressure P 1 , enthalpy i 4 ) shown in FIG. When a throttle such as an expansion valve is used as the expansion mechanism, the refrigerant performs adiabatic expansion (isoenthalpy expansion) whose state changes from b → c ′ (pressure P 1 , enthalpy i 3 ) in FIG.

而して、膨張機構10の拡大室S2にて膨張した冷媒は、ハウジング11の下端に開口するポート16から冷媒配管6を通って蒸発器3へと導入される。そして、蒸発器3においては、低温低圧の液冷媒が周囲から蒸発熱Q1を奪って図3のc→dへと状態変化して蒸発し(蒸発行程)、状態d(圧力P1、エンダルピi1)のガス冷媒となる。この蒸発器3における液冷媒の蒸発によって冷却が行われ、蒸発時の吸熱量(蒸発潜熱)Q1は(i1−i4)で表されるが、膨張機構として膨張弁等の絞りを用いた場合には前述のように冷媒は図3のb→c’(圧力P1、エンタルピi3)へと状態変化する断熱膨張(等エンタルピ膨張)を行う。これに対して、本実施の形態では、前述のように冷媒は膨張機構10において等エントロピ膨張して図3のe→c(圧力P1、エンタルピi4)へと状態変化するため、図示のΔi(=i3−i4)だけ吸熱量Q2が増え、その分だけ当該冷凍装置の冷凍能力が高められる。 Thus, the refrigerant expanded in the expansion chamber S <b> 2 of the expansion mechanism 10 is introduced from the port 16 opened at the lower end of the housing 11 into the evaporator 3 through the refrigerant pipe 6. Then, in the evaporator 3, the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant takes the heat of evaporation Q1 from the surroundings and changes its state from c → d in FIG. 3 to evaporate (evaporation process), and the state d (pressure P 1 , endalpy i 1 ) Gas refrigerant. The evaporator 3 cooled by evaporation of liquid refrigerant in is performed, the heat absorption amount at the time of evaporation (latent heat of evaporation) Q 1 is represented by (i 1 -i 4), use the aperture such expansion valve as an expansion mechanism In this case, as described above, the refrigerant performs adiabatic expansion (isoenthalpy expansion) whose state changes from b → c ′ (pressure P 1 , enthalpy i 3 ) in FIG. In contrast, in the present embodiment, as described above, the refrigerant is isentropically expanded in the expansion mechanism 10 and changes its state from e → c (pressure P 1 , enthalpy i 4 ) in FIG. The endothermic amount Q2 increases by Δi (= i 3 −i 4 ), and the refrigeration capacity of the refrigeration apparatus is increased accordingly.

そして、蒸発器3において蒸発したガス冷媒は、冷媒配管7を通って圧縮機1へと吸引され、圧縮機1においては、図3に示す状態d(圧力P1、エンタルピi1)のガス冷媒は、圧縮機1によって圧縮されて図3のd→a(圧力P2、エンタルピi2)へと状態変化し(圧縮行程)、以後、前記と同様の作用を繰り返す。ここで、圧縮機1の所要動力(モータ出力)Lは、図3において(i2−i1)で表される。 The gas refrigerant evaporated in the evaporator 3 is sucked into the compressor 1 through the refrigerant pipe 7, the compressor 1, gas refrigerant in the state shown in FIG. 3 d (pressure P 1, enthalpy i 1) Is compressed by the compressor 1 and changes in state from d → a (pressure P 2 , enthalpy i 2 ) in FIG. 3 (compression stroke), and thereafter the same operation as described above is repeated. Here, the required power (motor output) L of the compressor 1 is represented by (i 2 −i 1 ) in FIG.

而して、本発明に係る冷凍装置においては、以上説明した冷凍サイクルが繰り返され、蒸発器3での冷媒の蒸発に伴う吸熱によって所要の冷凍が行われるが、本実施の形態によれば以下のような効果が得られる。   Thus, in the refrigeration apparatus according to the present invention, the refrigeration cycle described above is repeated, and the required refrigeration is performed by the heat absorption accompanying the evaporation of the refrigerant in the evaporator 3, but according to the present embodiment, The following effects can be obtained.

即ち、本実施の形態では、冷媒を等エントロピ膨張させる膨張機構10を用いたため、該膨張機構10での冷媒の圧力損失が小さく抑えられ、蒸発器3へ供給する冷媒の流量を極力減じることなく、冷媒のエンタルピ差をより大きく、且つ、冷媒温度を低くすることができ、冷凍能力が大きくて効率の高い冷凍装置を得ることができる。   That is, in the present embodiment, since the expansion mechanism 10 that expands the refrigerant in an isentropic manner is used, the pressure loss of the refrigerant in the expansion mechanism 10 is suppressed to be small, and the flow rate of the refrigerant supplied to the evaporator 3 is reduced as much as possible. In addition, the enthalpy difference of the refrigerant can be further increased, the refrigerant temperature can be lowered, and a refrigerating apparatus having a large refrigerating capacity and high efficiency can be obtained.

又、膨張機構10には可動部が存在しないため、該膨張機構10の耐久性が高められるとともに、該膨張機構10を多種多様な冷媒に適用することができ、この膨張機構10を用いても、従来の冷凍サイクルを殆どそのまま使用することができるため、現在稼働中の冷凍装置を冷凍能力が大きい高効率なものに改良することも容易に可能である。   In addition, since the expansion mechanism 10 has no moving parts, the durability of the expansion mechanism 10 can be improved, and the expansion mechanism 10 can be applied to a wide variety of refrigerants. Since the conventional refrigeration cycle can be used almost as it is, it is possible to easily improve the currently operating refrigeration apparatus to a highly efficient one having a large refrigeration capacity.

その他、本実施の形態では、プレ膨張弁8を設けたが、このプレ膨張弁8の開度を、蒸発器3の二次側である冷媒配管7を流れる冷媒の温度と圧力に基づいて制御すれば、冷媒が蒸発器3で蒸発し切れず、液冷媒のまま圧縮機に吸引されるという不具合の発生を防ぐことができるとともに、負荷変動に対応することができる。尚、プレ膨張弁8には機械式及び電子式の何れも使用可能であるが、プログラム制御によって人為的に制御することができる電子式のものを使用すればハンチングの発生を防ぐことができるというメリットが得られる。
次に、膨張機構の他の形態を図4〜図7に基づいて説明する。
In addition, although the pre-expansion valve 8 is provided in the present embodiment, the opening degree of the pre-expansion valve 8 is controlled based on the temperature and pressure of the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 7 on the secondary side of the evaporator 3. By doing so, it is possible to prevent the problem that the refrigerant does not completely evaporate in the evaporator 3 and is sucked into the compressor as the liquid refrigerant, and to cope with load fluctuations. Both the mechanical type and the electronic type can be used for the pre-expansion valve 8, but the occurrence of hunting can be prevented by using an electronic type that can be artificially controlled by program control. Benefits are gained.
Next, another embodiment of the expansion mechanism will be described with reference to FIGS.

図4は別形態に係る膨張機構の断面図、図5は同膨張機構内での冷媒の流れを示す断面図、図6は図5のA−A線断面図、図7は他の形態に係る膨張機構の断面図であり、これらの図においては図2に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。   4 is a cross-sectional view of an expansion mechanism according to another embodiment, FIG. 5 is a cross-sectional view showing the flow of refrigerant in the expansion mechanism, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5, and FIG. It is sectional drawing of such an expansion mechanism, In these figures, the same code | symbol is attached | subjected to the same element as what was shown in FIG. 2, and the reexplanation about them below is abbreviate | omitted.

図4〜図6に示す膨張機構10’は、ハウジング11内の底部の液溜部にバッフル18を設けたことを特徴としており、バッフル18は、図6に示すように、複数枚(図示例では、8枚)のバッフルステー19を等角度ピッチで放射状に配列して構成されている。   The expansion mechanism 10 ′ shown in FIGS. 4 to 6 is characterized in that a baffle 18 is provided in a liquid reservoir at the bottom in the housing 11, and as shown in FIG. Then, eight baffle stays 19 are arranged radially at an equiangular pitch.

而して、本形態に係る膨張機構10’においては、ノズル14から渦管13内へと噴射される冷媒の噴流は、図5に示すように、渦管13内に渦流31を形成するが、この渦流31は渦管13の内壁に遠心力で押し付けられる状態になるために渦管13の壁面静圧が上昇する。そして、冷媒が渦管13から拡大室S2内に吹き出すとき、渦管13の規制壁としての内壁から開放されると、壁面静圧は消えて無くなり、同時に冷媒温度も急激に降下するために低温冷媒が気液混合状態で拡大室S2内に吹き出す。   Thus, in the expansion mechanism 10 ′ according to the present embodiment, the jet of refrigerant injected from the nozzle 14 into the vortex tube 13 forms a vortex 31 in the vortex tube 13 as shown in FIG. Since the vortex 31 is pressed against the inner wall of the vortex tube 13 by centrifugal force, the wall surface static pressure of the vortex tube 13 increases. When the refrigerant blows out from the vortex tube 13 into the expansion chamber S2, when the refrigerant is released from the inner wall as the regulating wall of the vortex tube 13, the wall surface static pressure disappears, and at the same time, the refrigerant temperature also drops rapidly. The refrigerant blows out into the expansion chamber S2 in a gas-liquid mixed state.

上述のように渦管13の内壁による規制から開放されて温度降下した冷媒は、減速しながら拡大室S2の内壁に沿って旋回流32になって降下する。そして、降下した冷媒は、拡大室S2の内壁とバッフル18の間隙を通って液溜部17へ流入し、更に膨張機構10のポート16へと流れるが、液溜部17において冷媒の旋回流32はバッフルステー19にてその旋回運動が阻害されて止められる。   As described above, the refrigerant that has been released from the restriction by the inner wall of the vortex tube 13 and has fallen in temperature falls as a swirling flow 32 along the inner wall of the expansion chamber S2 while decelerating. Then, the lowered refrigerant flows into the liquid reservoir 17 through the gap between the inner wall of the expansion chamber S2 and the baffle 18, and further flows into the port 16 of the expansion mechanism 10, but in the liquid reservoir 17, the swirling flow 32 of the refrigerant. Is stopped by the baffle stay 19 because its turning motion is hindered.

因みに、液溜部17での冷媒の旋回運動を阻止しない場合には、液冷媒が旋回流、つまり渦を形成し、中央部に配置したポート16は渦の中央となって低圧となるため、ポート16から冷媒が流出しづらい現象が生じる。   Incidentally, in the case where the swirling movement of the refrigerant in the liquid reservoir 17 is not blocked, the liquid refrigerant forms a swirling flow, that is, a vortex, and the port 16 disposed in the central portion becomes a low pressure at the center of the vortex. A phenomenon in which the refrigerant hardly flows out from the port 16 occurs.

而して、本形態に係る膨張機構10では、ハウジング11内の底部の液溜部17にバッフル18を設け、このバッフル18によって冷媒の旋回運動を阻止するようにしたため、液溜部17に溜まった液冷媒がポート16から正常に流出して冷媒配管6を通って蒸発器3(図1参照)へと供給され、蒸発器3での蒸発に供せられて所要の冷却を行う。   Thus, in the expansion mechanism 10 according to the present embodiment, the baffle 18 is provided in the liquid reservoir 17 at the bottom in the housing 11, and the swirling movement of the refrigerant is prevented by the baffle 18. The liquid refrigerant normally flows out from the port 16 and is supplied to the evaporator 3 (see FIG. 1) through the refrigerant pipe 6 and is subjected to evaporation in the evaporator 3 to perform required cooling.

尚、拡大室S2に流入した冷媒のうちのガス冷媒は、渦管13の中心部に形成される低圧部へ向かって上昇して上昇流33を引き起こし、低圧部の圧力上昇と渦流31をより強く渦管13の内壁に押し付けるため、渦管13の壁面静圧を一層大きくするよう作用する。   Of the refrigerant that has flowed into the expansion chamber S2, the gas refrigerant rises toward the low pressure portion formed in the central portion of the vortex tube 13 to cause an upward flow 33, which further increases the pressure in the low pressure portion and the vortex flow 31. Since it strongly presses against the inner wall of the vortex tube 13, it acts to further increase the wall surface static pressure of the vortex tube 13.

又、図7に示す膨張機構10”は、バッフル18’として網状部材をハウジング11内の底部に設置したことを特徴としており、この網状部材から成るバッフル18’によっても拡大室S2での冷媒の旋回運動を阻止することができ、前記と同様の効果が得られる。尚、網状部材としては、バッフル機能を有しているものであれば任意のものを用いることができ、例えば、金属たわしのように細い金属が集まったもの、冷媒に対して安定な物質から成る連続発泡体等を用いることができる。   In addition, the expansion mechanism 10 ″ shown in FIG. 7 is characterized in that a mesh member is installed as a baffle 18 ′ at the bottom of the housing 11, and the baffle 18 ′ made of this mesh member also allows the refrigerant in the expansion chamber S2 to flow. The revolving motion can be prevented, and the same effect as described above can be obtained.As the mesh member, any member having a baffle function can be used. Thus, it is possible to use a collection of thin metals, a continuous foam made of a material that is stable against the refrigerant, and the like.

本発明に係る冷凍装置の基本構成を示す冷媒循環回路図である。It is a refrigerant circuit diagram which shows the basic composition of the freezing apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る冷凍装置の膨張機構の断面図である。It is sectional drawing of the expansion mechanism of the freezing apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る冷凍装置における冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。It is a Mollier diagram which shows the state change of the refrigerant | coolant in the freezing apparatus which concerns on this invention. 別形態に係る膨張機構の断面図である。It is sectional drawing of the expansion mechanism which concerns on another form. 別形態に係る膨張機構内での冷媒の流れの状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the flow of the refrigerant | coolant in the expansion mechanism which concerns on another form. 図5のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 別形態に係る膨張機構の断面図である。It is sectional drawing of the expansion mechanism which concerns on another form. 従来の膨張機構の断面図である。It is sectional drawing of the conventional expansion mechanism.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧縮機
2 凝縮器
2a 凝縮器の送風機
3 蒸発器
3a 蒸発器の送風機
4〜7 冷媒配管
8 プレ膨張弁
10 膨張機構
10’,10” 膨張機構
11 ハウジング
12 仕切壁
13 渦管
14 ノズル
15,16 ポート
17 液溜部
18,18’ バッフル
19 バッフルステー
31 渦流
32 旋回流
33 上昇流
S1 チャンバ
S2 拡大室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Condenser 2a Condenser blower 3 Evaporator 3a Evaporator blower 4-7 Refrigerant piping 8 Pre expansion valve 10 Expansion mechanism 10 ', 10 "Expansion mechanism 11 Housing 12 Partition wall 13 Vortex tube 14 Nozzle 15, 16 port 17 liquid reservoir 18, 18 'baffle 19 baffle stay 31 vortex flow 32 swirl flow 33 upward flow S1 chamber S2 expansion chamber

Claims (5)

圧縮機、送風機を含む凝縮器、膨張機構及び送風機を含む蒸発器を冷媒配管で直列に接続して閉ループの冷媒循環回路を構成する冷凍装置において、
前記膨張機構を、円筒状のハウジングと、該ハウジング内に同心状に配された渦管とで構成し、前記渦管に形成されたノズルから冷媒を該渦管内に接線方向に噴出して渦管内に渦流を発生させ、該渦流を渦管端部から開放することによって冷媒を膨張させるようにしたことを特徴とする冷凍装置。
In a refrigeration apparatus that forms a closed-loop refrigerant circulation circuit by connecting a compressor, a condenser including a blower, an expansion mechanism, and an evaporator including a blower in series with a refrigerant pipe,
The expansion mechanism is composed of a cylindrical housing and a vortex tube concentrically arranged in the housing, and a refrigerant is jetted in a tangential direction from the nozzle formed in the vortex tube into the vortex tube. A refrigeration apparatus characterized in that a vortex is generated in a pipe and the vortex is released from an end of the vortex pipe to expand the refrigerant.
前記凝縮器と前記膨張機構を接続する冷媒配管にプレ膨張弁を配置したことを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。   The refrigerating apparatus according to claim 1, wherein a pre-expansion valve is disposed in a refrigerant pipe connecting the condenser and the expansion mechanism. プレ膨張弁を電子式膨張弁としたこと特徴とする請求項2記載の冷凍装置。   The refrigerating apparatus according to claim 2, wherein the pre-expansion valve is an electronic expansion valve. 前記膨張機構のハウジング内の前記渦管の端部と冷媒出口との間にバッフルを設けたことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の冷凍装置。   The refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a baffle is provided between an end of the vortex tube in the housing of the expansion mechanism and a refrigerant outlet. 前記バッフルを放射状に配列されたバッフルステー又は網状部材で構成したことを特徴とする請求項4記載の冷凍装置。   5. The refrigeration apparatus according to claim 4, wherein the baffle is configured by a baffle stay or a net-like member arranged radially.
JP2007302384A 2007-11-22 2007-11-22 Refrigerating apparatus Pending JP2009127920A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007302384A JP2009127920A (en) 2007-11-22 2007-11-22 Refrigerating apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007302384A JP2009127920A (en) 2007-11-22 2007-11-22 Refrigerating apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009127920A true JP2009127920A (en) 2009-06-11

Family

ID=40819040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007302384A Pending JP2009127920A (en) 2007-11-22 2007-11-22 Refrigerating apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009127920A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012132317A1 (en) * 2011-03-28 2012-10-04 株式会社デンソー Pressure-reduction device and refrigeration cycle device
CN105091401A (en) * 2015-07-31 2015-11-25 内蒙古科技大学 Jet absorption refrigerating device with copious cooling effect
CN112444010A (en) * 2019-08-27 2021-03-05 株式会社鹭宫制作所 Throttling device and refrigeration cycle system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012132317A1 (en) * 2011-03-28 2012-10-04 株式会社デンソー Pressure-reduction device and refrigeration cycle device
JP2012202653A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Denso Corp Pressure reducing device and refrigeration cycle
CN103477160A (en) * 2011-03-28 2013-12-25 株式会社电装 Pressure-reduction device and refrigeration cycle device
CN103477160B (en) * 2011-03-28 2015-10-14 株式会社电装 Decompressor and refrigerating circulatory device
US9784487B2 (en) 2011-03-28 2017-10-10 Denso Corporation Decompression device having flow control valves and refrigeration cycle with said decompression device
CN105091401A (en) * 2015-07-31 2015-11-25 内蒙古科技大学 Jet absorption refrigerating device with copious cooling effect
CN112444010A (en) * 2019-08-27 2021-03-05 株式会社鹭宫制作所 Throttling device and refrigeration cycle system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7059150B2 (en) Vapor-compression refrigerant cycle system with ejector
US7694529B2 (en) Refrigerant cycle device with ejector
KR20120052302A (en) A jet pump system for heat and cold management, apparatus, arrangement and methods of use
JP4832458B2 (en) Vapor compression refrigeration cycle
JP4923838B2 (en) Ejector refrigeration cycle
CN105339678A (en) Ejector
JP2015045477A (en) Ejector type refrigeration cycle and ejector
CN105324581A (en) Ejector
JP6610313B2 (en) Ejector, ejector manufacturing method, and ejector refrigeration cycle
JP2013185485A (en) Ejector
JP4000966B2 (en) Vapor compression refrigerator
JP4665856B2 (en) Vortex tube and refrigerant circuit using the same
JP5083106B2 (en) Expansion valve and vapor compression refrigeration cycle provided with the same
JP4577365B2 (en) Cycle using ejector
Yadav et al. Performance analysis of refrigerants R1234yf, R1234ze and R134a in ejector-based refrigeration cycle
WO2013061501A1 (en) Centrifugal distributor for coolant, and refrigeration cycle device
JP2009127920A (en) Refrigerating apparatus
JP2008309343A (en) Expansion mechanism and refrigerating apparatus having the same
JP2013139938A (en) Refrigeration device
JP2009162116A (en) Ejector and refrigeration cycle device using the same
JP2005233470A (en) Gas-liquid separator
JP2004340136A (en) Ejector
US20120301268A1 (en) Supersonic Cooling With Pulsed Inlet and Bypass Loop
JP6327088B2 (en) Ejector refrigeration cycle
JP2007309544A (en) Refrigerating device