JP2017072352A - 冷凍装置 - Google Patents

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Yosuke Fujii
洋介 藤井
圭吾 竹本
Keigo Takemoto
圭吾 竹本
優 原口
Yu Haraguchi
優 原口
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Abstract

【課題】差圧式膨張弁が用いられた場合に、冷媒の充填に必要な時間の増大を抑制する冷凍装置を提供する。【解決手段】冷凍装置の一例としての空気調和機100は、空調室外機200と、空調室内機300と、差圧式膨張弁103とを備える。空調室外機200は、ガス閉鎖弁209と、圧縮機204と、室外熱交換器203と、液閉鎖弁208とを有する。空調室内機300は、室内熱交換器301を有する。差圧式膨張弁103は、液閉鎖弁208と室内熱交換器301の間に配置されている。【選択図】図1

Description

本発明は、冷凍装置に関する。
弁座部の上流側と下流側の差圧とバネの付勢力とのバランスによって冷媒流量を制御する差圧式膨張弁が知られている(特許文献1(特開2004−218918号公報)参照)。
冷凍装置においては、膨張弁として電動式膨張弁が用いられる場合がある。電動式膨張弁は、一般的に、冷凍装置の熱源側ユニット内に取り付けられる。冷凍装置の膨張弁として差圧式膨張弁が用いられる場合に、電動式膨張弁と同様に熱源側ユニット内に取り付けられると、熱源側ユニットへの冷媒の充填時に、差圧式膨張弁の開度が小さくなる方向に圧力が生じる。結果として、熱源側ユニットへの冷媒の充填に多大な時間が必要になる。
本発明の課題は、差圧式膨張弁が用いられた場合に、冷媒の充填に必要な時間の増大を抑制する冷凍装置を提供することである。
本発明の第1観点に係る冷凍装置は、熱源側ユニットと、利用側ユニットと、差圧式膨張弁とを備える。熱源側ユニットは、ガス閉鎖弁と、圧縮機と、熱源側熱交換器と、液閉鎖弁とを有する。利用側ユニットは、利用側熱交換器を有する。差圧式膨張弁は、液閉鎖弁と利用側熱交換器の間に配置されている。
本発明の第1観点に係る冷凍装置では、差圧式膨張弁は、液閉鎖弁と利用側熱交換器の間に配置されている。すなわち、差圧式膨張弁は、熱源側ユニット内に配置されていない。したがって、熱源側ユニットへの冷媒の充填時に、差圧式膨張弁の開度が小さくなる方向に圧力が生じることはない。その結果、冷媒の充填に必要な時間の増大を抑制することができる。
本発明の第2観点に係る冷凍装置は、液連絡配管をさらに備える。液連絡配管は、熱源側ユニットと利用側ユニットを結ぶ。差圧式膨張弁の一端は液閉鎖弁に取り付けられ、差圧式膨張弁の他端は液連絡配管に取り付けられている。
本発明の第2観点に係る冷凍装置では、差圧式膨張弁の一端は液閉鎖弁に取り付けられ、差圧式膨張弁の他端は液連絡配管に取り付けられている。すなわち、差圧式膨張弁が熱源側ユニット側に取り付けられているので、利用側熱交換器側に取り付けられている場合に比べて、液連絡配管の長さを抑制することができる。結果として、冷媒量の増加を抑制することができる。
本発明の第3観点に係る冷凍装置は、第1液連絡配管および第2液連絡配管をさらに備える。第1液連絡配管および第2液連絡配管は、熱源側ユニットと利用側ユニットを結ぶ。差圧式膨張弁の一端は第1液連絡配管に取り付けられ、差圧式膨張弁の他端は第2液連絡配管に取り付けられている。
本発明の第3観点に係る冷凍装置では、差圧式膨張弁の一端は第1液連絡配管に取り付けられ、差圧式膨張弁の他端は第2液連絡配管に取り付けられている。すなわち、差圧式膨張弁が利用側ユニットの外側に取り付けられているので、利用側ユニット内に取り付けられている場合に比べて、液連絡配管の長さを抑制することができる。結果として、冷媒量の増加を抑制することができる。
本発明の第4観点に係る冷凍装置においては、差圧式膨張弁の開度は、冷房サイクル時に、差圧に応じて変化する。
したがって、本発明の第4観点に係る冷凍装置では、冷房サイクル時において、差圧に応じた開度の制御が可能になる。
本発明の第5観点に係る冷凍装置においては、差圧式膨張弁は、暖房サイクル時に、予め設定されている一定の開度を維持する。
したがって、本発明の第5観点に係る冷凍装置では、暖房サイクル時においても、冷媒を膨張させることができる。
本発明の第1観点に係る冷凍装置では、熱源側ユニットへの冷媒の充填時に、差圧式膨張弁の開度が小さくなる方向に圧力が生じることはない。その結果、冷媒の充填に必要な時間の増大を抑制することができる。
本発明の第2観点に係る冷凍装置では、差圧式膨張弁が利用側熱交換器側に取り付けられている場合に比べて、液連絡配管の長さを抑制することができる。結果として、冷媒量の増加を抑制することができる。
本発明の第3観点に係る冷凍装置では、差圧式膨張弁が利用側ユニット内に取り付けられている場合に比べて、液連絡配管の長さを抑制することができる。結果として、冷媒量の増加を抑制することができる。
本発明の第4観点に係る冷凍装置では、冷房サイクル時において、差圧に応じた開度の制御が可能になる。
本発明の第5観点に係る冷凍装置では、暖房サイクル時においても、冷媒を膨張させることができる。
空気調和機の構成の一例を説明する図である。 差圧式膨張弁の構成の一例を説明する図である。 差圧式膨張弁の取付方法の一例を説明する図である。 差圧式膨張弁の特性の一例を説明する図である。 空気調和機の構成の他の例を説明する図である。
本発明の実施形態を以下に示す。なお、以下の実施形態は、具体例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。
<第1実施形態>
(1)空気調和機の概略構成
図1は、冷凍装置の一例としての空気調和機100の構成を説明する図である。空気調和機100は、熱源側ユニットとしての空調室外機200と、利用側ユニットとしての空調室内機300と、差圧式膨張弁103とを含む。空調室外機200と空調室内機300は、液冷媒の冷媒連絡配管101およびガス冷媒の冷媒連絡配管102を介して、互いに接続されている。差圧式膨張弁103は、空調室外機200と空調室内機300の間に配置されている。
空気調和機100の冷媒回路は、空調室外機200、空調室内機300、冷媒連絡配管101、冷媒連絡配管102、および差圧式膨張弁103によって、構成されている。より詳細には、冷媒回路は、差圧式膨張弁103、室外熱交換器203、圧縮機204、四路切換弁205、アキュムレータ206、液閉鎖弁208、ガス閉鎖弁209、および室内熱交換器301を含む。
(2)空気調和機の詳細構成
(2−1)空調室内機
空調室内機300は、室内熱交換器301と、室内ファン302とを有する。室内熱交換器301は、例えば、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器である。室内熱交換器301は、冷房運転時に冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時に冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する。
(2−2)空調室外機
空調室外機200は、ガス冷媒配管201と、液冷媒配管202と、室外熱交換器203と、圧縮機204と、四路切換弁205と、アキュムレータ206と、室外ファン207とを有する。ガス冷媒配管201の一端は、室外熱交換器203のガス側端部に接続され、ガス冷媒配管201の他端は、四路切換弁205に接続されている。液冷媒配管202の一端は、室外熱交換器203の液側端部に接続され、液冷媒配管202の他端は、液閉鎖弁208に接続されている。
室外熱交換器203は、冷房運転時に冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時に冷媒の蒸発器として機能する。圧縮機204は、圧縮機用モータによって駆動される密閉式圧縮機である。
四路切換弁205は、冷媒が流れる方向を切り換える機構である。冷房運転時には、図1の四路切換弁205の実線に示されるように、四路切換弁205は、圧縮機204の吐出側の冷媒配管とガス冷媒配管201を接続すると共に、アキュムレータ206を介して、圧縮機204の吸入側の冷媒配管と冷媒連絡配管102を接続する。一方、暖房運転時には、図1の四路切換弁205の破線に示されるように、四路切換弁205は、圧縮機204の吐出側の冷媒配管と冷媒連絡配管102を接続すると共に、アキュムレータ206を介して、圧縮機204の吸入側の冷媒配管とガス冷媒配管201を接続する。
アキュムレータ206は、冷媒を気相と液相に分ける。アキュムレータ206は、圧縮機204と四路切換弁205の間に設けられている。室外ファン207は、室外空気を室外熱交換器203に供給する。
液閉鎖弁208は、冷媒連絡配管101との接続口に設けられた弁である。液閉鎖弁208は、液冷媒配管202の端部に設けられている。
ガス閉鎖弁209は、冷媒連絡配管102との接続口に設けられた弁である。ガス閉鎖弁209は、ガス冷媒配管201の端部に設けられている。
(2−3)差圧式膨張弁
差圧式膨張弁103は、冷媒を減圧する機構である。詳しくは後述するが、差圧式膨張弁103は、液閉鎖弁208と室内熱交換器301の間に配置されている。
(2−3−1)構成
図2は、差圧式膨張弁103の構成の一例を説明する図である。図2は、差圧式膨張弁103の縦断面図である。本明細書では、差圧式膨張弁103の径方向(すなわち、紙面左右方向)をX軸方向と定義する。冷媒が流れる方向(すなわち、紙面上下方向)をY軸方向と定義する。
差圧式膨張弁103は、本体10と継手40を有する。本体10の形状は、円筒状であり、継手40の形状も、円筒状である。本体10の上部には、流入口11が形成されている。本体10の上部外周には、後述の雄ネジ部(不図示)が形成されている。本体10の下部には、継手40が螺合されている。本体10内部のY軸方向の中央部分には、弁座部12が形成されている。弁座部12には、後述の弁体20がY軸方向に進退自在に配置されている。
弁座部12は、弁案内部12aと、バネ室12bとを有する。弁案内部12aは、弁座部12の上部である。バネ室12bは、弁座部12の下部である。バネ室12bは、弁体20と継手40の間に位置している。バネ室12bには、バネ30が配置されている。より詳細には、バネ30の一端は、弁体20の下面に支持され、バネ30の他端は、継手40の上面に支持されている。バネ30は、弁体20を閉弁方向に付勢している。バネ室12bのX軸方向の幅は、弁案内部12aのX軸方向の幅よりも広い。
弁体20は、柱状部20aと、小傾斜部20bと、大傾斜部20cと、フランジ部20dとを有する。柱状部20aは、弁体20の上部である。柱状部20aは、角が丸い四角柱である。柱状部20aのそれぞれの角が、弁座部12の弁案内部12aによって案内される。これにより、弁体20がY軸方向に進退自在に移動することができる。柱状部20aと弁案内部12aとの間には、冷媒の流通路が形成されている。
小傾斜部20bは、柱状部20aの下部に位置する部分である。小傾斜部20bの上端のX軸方向の幅は、弁案内部12aのX軸方向の幅よりも狭く、小傾斜部20bの下端のX軸方向の幅は、弁案内部12aのX軸方向の幅よりも広い。すなわち、小傾斜部20bは、逆テーパ状に形成されている。小傾斜部20bは、弁案内部12aの下端に当接する当接部としての役割を担う。小傾斜部20bは、上述の流通路に連通している。
大傾斜部20cは、小傾斜部20bの下部に連続している部分である。大傾斜部20cは、逆テーパ状に形成されている。フランジ部20dは、大傾斜部20cの下部に連続している部分である。
弁体20の軸心位置には、連通孔23が形成されている。連通孔23は、流入口11に連通している。
継手40の下部には、流出口42が形成されている。継手40の上部には、台形状の凸部46が形成されている。凸部46には、オリフィス孔41が形成されている。オリフィス孔41は、流出口42に連通している。
本実施形態の差圧式膨張弁103においては、冷房運転時には、圧縮機204から吐出された冷媒は、室外熱交換器203を経て、流入口11に導入される。導入された冷媒の圧力がバネ30の付勢力よりも高くなると、弁体20が弁案内部12aから離れる方向(すなわち、Y軸プラス方向)に移動する。これにより、小傾斜部20bが弁案内部12aの下端から離れる。そうすると、冷媒は、流通路を通り、小傾斜部20bおよび大傾斜部20cを経て、バネ室12bに到達する。すなわち、冷媒は、弁座部12の上流側から下流側に流れる。冷媒は、さらにバネ室12bからオリフィス孔41を通過し、流出口42を経て、室内熱交換器301へと流れる。このとき、小傾斜部20bと大傾斜部20cが弁部の通過流量を速やかに安定させる。
以上のように、冷房運転時には、弁体20は、弁座部12の上流側と下流側との差圧とバネ30の付勢力とのバランスによって、冷媒流量を制御する。
一方、暖房運転時には、圧縮機204から吐出された冷媒は、室内熱交換器301を経て、流出口42に導入される。導入された冷媒は、オリフィス孔41を通過し、バネ室12bへと流れる。差圧式膨張弁103に対して逆圧が生じるので、差圧式膨張弁103は、略全閉している。ただし、詳しくは後述するが、冷媒は、僅かではあるが、バネ室12bから弁座部12の上流側へと流れる。そして、流入口11を経て、室外熱交換器203へと流れる。
以上のように、暖房運転時には、弁体20は、弁座部12の上流側と下流側との差圧とバネ30の付勢力とのバランスというよりも、差圧のみによって冷媒流量を制御する。このとき、弁開度は、略全閉(すなわち略一定)になる。
(2−3−2)取付方法
図3は、差圧式膨張弁103の取付方法の一例を説明する図である。図3は、差圧式膨張弁103および差圧式膨張弁103の周辺の模式図である。
冷媒は、液閉鎖弁208の充填用のポートから充填される。本実施形態においては、差圧式膨張弁103は、冷媒充填後に液閉鎖弁208に取り付けられる。より詳細には、差圧式膨張弁103の一端は液閉鎖弁208に取り付けられ、差圧式膨張弁103の他端は液連絡配管としての冷媒連絡配管101に取り付けられる。
差圧式膨張弁103の一端は、液閉鎖弁208に取り付けられる。例えば、ネジ留めによって取り付けることができる。より詳細には、液閉鎖弁208の一端内周には、雌ネジ部が形成されている。また、上述のように、差圧式膨張弁103の一端(上部)外周には、雄ネジ部が形成されている。雌ネジ部と雄ネジ部が螺合することにより、液閉鎖弁208と差圧式膨張弁103が固定される。差圧式膨張弁103の他端は、例えばロウ付けによって冷媒連絡配管101に取り付けられる。なお、本実施形態においては、差圧式膨張弁103は、工場内で液閉鎖弁208に取り付けられる。
(2−3−3)特性
図4は、差圧式膨張弁103の特性の一例を説明する図である。より詳細には、差圧と流量の関係を示す図である。図4において、横軸は差圧を示し、縦軸は流量を示す。
図4に示されるように、弁が略全閉となり、流量が冷媒の圧力のみに依存する区間と、弁が開き、流量が冷媒の圧力に加えてバネの付勢力に依存する区間とが存在する。より詳細には、流量は、差圧P0から差圧P1にかけて、Q0からQ1の間で緩やかに変化し、差圧P1からP2にかけて、Q1からQ2の間で急峻に変化する。差圧P0から差圧P1の区間においては、差圧式膨張弁103は、空調室外機200内を短時間で充填するほどの流量を通過させることはできないが、弁漏れ量程度の、多少の流量を通過させることはできる。すなわち、差圧式膨張弁103は、冷媒を多少減圧することができる。
(3)空気調和機の動作
(3−1)冷房運転
差圧式膨張弁103の開度は、室内熱交換器301の出口(すなわち、室内熱交換器301のガス側)における冷媒の過熱度が一定になるように、調整されている。すなわち、差圧式膨張弁103の開度は、図4に示した差圧P1から差圧P2の間で、変化する。冷房運転時の四路切換弁205の接続状態は、既に説明した通りである。
以上のような状態の冷媒回路において、圧縮機204から吐出された冷媒は、四路切換弁205を通って室外熱交換器203へ流入し、室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器203から流出された冷媒は、差圧式膨張弁103を通過するときに膨張する。その後、室内熱交換器301へ流入し、室内空気から吸熱して蒸発する。
(3−2)暖房運転
差圧式膨張弁103の開度は、図4に示した差圧P0から差圧P1の間で、略一定である。すなわち、差圧式膨張弁103の開度は、冷房運転時とは異なり、略変化しない。暖房運転時の四路切換弁205の接続状態は、既に説明した通りである。
以上のような状態の冷媒回路において、圧縮機204から吐出された冷媒は、四路切換弁205を通って室内熱交換器301へ流入し、室内空気へ放熱して凝縮する。室内熱交換器301から流出した冷媒は、差圧式膨張弁103を通過するときに膨張する。その後、室外熱交換器203へ流入し、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器203から流出した冷媒は、四路切換弁205を通過後に再び圧縮機204へ吸入されて圧縮される。
(4)空気調和機の特徴
本実施形態の空気調和機100は、空調室外機200と、空調室内機300と、差圧式膨張弁103とを含む。空調室外機200は、ガス閉鎖弁209と、圧縮機204と、室外熱交換器203と、液閉鎖弁208とを有する。空調室内機300は、室内熱交換器301を有する。差圧式膨張弁103は、液閉鎖弁208と室内熱交換器301の間に配置されている。
上述のように、空調室外機200が組み立てられた後に、冷媒は空調室外機200に充填される。空調室外機200は、冷媒が充填された状態で、ユーザに届けられる。
ここで、仮に、液閉鎖弁208が空調室外機200内に配置されている場合、より詳細には、室外熱交換器203と液閉鎖弁208の間に配置されている場合には、空調室外機200への冷媒の充填時には、差圧式膨張弁103の開度が小さくなる方向に圧力が生じる。したがって、冷媒は、例えば図4で示されるように、ほとんど流れない。その結果、冷媒の充填に多大な時間が必要になる。
本実施形態の空気調和機100においては、差圧式膨張弁103は、空調室外機200内ではなく、空調室外機200外に取り付けられている。したがって、空調室外機200への冷媒の充填時に、差圧式膨張弁103の開度が小さくなる方向に圧力が生じることはない。したがって、冷媒の充填に必要な時間の増大を抑制することができる。すなわち、時間の増大を招くことなく、ポンプダウン状態を作り出すことができる。
本実施形態の空気調和機100においては、差圧式膨張弁103は、液閉鎖弁208に取り付けられている。より詳細には、差圧式膨張弁103の一端は液閉鎖弁208に取り付けられ、差圧式膨張弁103の他端は液連絡配管としての冷媒連絡配管101に取り付けられている。差圧式膨張弁103が空調室外機200側に取り付けられているので、室内熱交換器301側に取り付けられている場合に比べて、冷媒連絡配管101の長さを抑制することができる。結果として、冷媒量の増加を抑制することができる。
本実施形態の空気調和機100においては、差圧式膨張弁103の開度は、冷房サイクル時に、差圧に応じて変化する。したがって、冷房サイクル時において、差圧に応じた開度の制御が可能になる。
本実施形態の空気調和機100においては、差圧式膨張弁103は、暖房サイクル時に、予め設定されている一定の開度を維持する。ここで、予め設定されている一定の開度は、実質的に一定とみなせる範囲を含む。具体的には、流量が図4で示したQ0からQ1の間での開度である。換言すると、差圧式膨張弁103は、略全閉状態を維持する。既に説明したように、差圧式膨張弁103が略全閉であっても、多少の流量を通過させることはできる。したがって、暖房サイクル時においても、冷媒を膨張させることができる。
<変形例>
本発明の実施形態に適用可能な変形例を説明する。
(1)変形例A
以上の説明では、差圧式膨張弁103は、液閉鎖弁208に取り付けられたが、他の位置に取り付けられてもよい。
図5は、空気調和機100の構成の他の例を説明する図である。空気調和機100は、空調室外機200と、空調室内機300と、差圧式膨張弁103とを含む。空調室外機200、空調室内機300、および差圧式膨張弁103の構成は、既に説明した通りである。
図5の例では、冷媒連絡配管101は、第1液連絡配管101aおよび第2液連絡配管101bを有する。差圧式膨張弁103は、第1液連絡配管101aと第2液連絡配管101bの間に配置されている。より詳細には、差圧式膨張弁103の一端は第1液連絡配管101aに取り付けられ、差圧式膨張弁103の他端は第2液連絡配管101bに取り付けられている。差圧式膨張弁103と第1液連絡配管101aの取り付け、および差圧式膨張弁103と第2液連絡配管101bの取り付けは、ロウ付けによってなされる。
差圧式膨張弁103が空調室内機300の外側に取り付けられているので、空調室内機300内に取り付けられている場合に比べて、冷媒連絡配管101の長さを抑制することができる。結果として、冷媒量の増加を抑制することができる。
差圧式膨張弁103は、空調室内機300内に配置されてもよい。この場合には、差圧式膨張弁103は工場内で空調室内機300内に取り付けられる。取付業者が差圧式膨張弁103を取り付けなくてもよいので、差圧式膨張弁103の取付忘れを抑制することができる。
(2)変形例B
以上の説明では、空気調和機100は、冷暖房兼用の空気調和機であったが、冷房専用の空気調和機であってもよい。
(3)変形例C
以上の説明では、冷凍装置として空気調和機を例に挙げたが、上述の態様は、空気調和機に限らず様々な冷凍装置に適用し得る。例えば、給湯器に適用してもよい。
以上のように、本発明は実施形態を用いて説明されたが、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に記載の範囲に限定されない。多様な変更または改良を上記の実施形態に加えることが可能であることは、当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
100 空気調和機
101 冷媒連絡配管
101a 第1液連絡配管
101b 第2液連絡配管
103 差圧式膨張弁
200 空調室外機
203 室外熱交換器
204 圧縮機
208 液閉鎖弁
209 ガス閉鎖弁
300 空調室内機
301 室内熱交換器
特開2004−218918号公報

Claims (5)

  1. ガス閉鎖弁(209)と、圧縮機(204)と、熱源側熱交換器(203)と、液閉鎖弁(208)とを有する熱源側ユニット(200)と、
    利用側熱交換器(301)を有する利用側ユニット(300)と、
    前記液閉鎖弁と前記利用側熱交換器の間に配置された差圧式膨張弁(103)と、
    を備える冷凍装置(100)。
  2. 前記熱源側ユニットと前記利用側ユニットを結ぶ液連絡配管(101)をさらに備え、
    前記差圧式膨張弁の一端は前記液閉鎖弁に取り付けられ、前記差圧式膨張弁の他端は前記液連絡配管に取り付けられている、
    請求項1に記載の冷凍装置。
  3. 前記熱源側ユニットと前記利用側ユニットを結ぶ第1液連絡配管(101a)および第2液連絡配管(101b)をさらに備え、
    前記差圧式膨張弁の一端は前記第1液連絡配管に取り付けられ、前記差圧式膨張弁の他端は前記第2液連絡配管に取り付けられている、
    請求項1に記載の冷凍装置。
  4. 前記差圧式膨張弁の開度は、冷房サイクル時に、差圧に応じて変化する、
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の冷凍装置。
  5. 前記差圧式膨張弁は、暖房サイクル時に、予め設定されている一定の開度を維持する、
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の冷凍装置。
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