JP5728324B2

JP5728324B2 - 温度膨張弁

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Publication number: JP5728324B2
Application number: JP2011169025A
Authority: JP
Inventors: 裕正高田; 直登別所; 忠顕池田; 治澤田
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-08-02
Also published as: CN102914104B; JP2013032874A; CN102914104A

Description

本発明は、冷凍サイクルにおいて蒸発器の出口側配管に配設した感温筒により蒸発温度を感知し、この感知温度に応じて変化する受圧室の内圧と、蒸発器から均圧室に導入される蒸発圧力との差圧により、装置冷媒を流す弁ポートの弁開度を自動調整して、冷凍サイクルの過熱度制御を行う温度膨張弁に関する。

従来、温度膨張弁の感温筒、キャピラリチューブ及び受圧室部(以下、これらを単に感温筒とも言う)の内部には冷凍サイクルを流れる装置冷媒をチャージ（充填）することが一般的であるが、低温特性の向上のために種々のチャージ方式が実用化されている。特に、冷凍サイクルを流れる装置冷媒の飽和蒸気圧曲線と交差する特性を持つようにしたものは、クロスチャージ方式といわれ、高温域では過熱度を大きくし、低温域では過熱度を小さくするとか、全温度範囲内で均一な過熱度を保つような特長をもたせるのに採用されている（非特許文献１参照）。

なお、実際の過熱度と設定過熱度（目標値）との差が過熱度偏差であるが、この過熱度偏差が一定でないと、制御蒸発温度範囲においてシステムの効率が悪化することがある。また、液バックが生じて圧縮機が破損することがある。

「第６版冷凍空調便覧 II巻機器編」、社団法人日本冷凍空調学会、平成１８年３月３１日、第９４頁〜第９８頁、４・１・３温度自動膨張弁

非特許文献１には、感温筒の各種のチャージ方式が開示されているが、装置冷媒に対して、感温筒にチャージする冷媒（あるいはガス）の性質や、混合の仕方などを工夫しないと、適正な温度膨張弁が得られない。

本発明は、冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁において、感温筒への封入方式を改良し、制御を行う蒸発温度域において過熱度偏差を一定にすることを課題とする。また、温度膨張弁の本体の温度が感温筒温度に比べて低下した場合でも、過熱度偏差を小さくすることを課題とする。

請求項１の温度膨張弁は、冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ１２５を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ１２５と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９としたことを特徴とする。

請求項２の温度膨張弁は、冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ２１８を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ２１８と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて５２：４８から３６：６４としたことを特徴とする。

請求項３の温度膨張弁は、冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ１２５を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ１２５と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９とし、感温筒内に吸収材を用いたことを特徴とする。

請求項４の温度膨張弁は、冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ１２５を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ１２５と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９とし、感温筒内に吸収材を用い、前記吸収材としてケイ酸カルシウムを主成分とする材質を用いたことを特徴とする。

請求項５の温度膨張弁は、冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ１２５を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ１２５と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９とし、感温筒内に吸収材を用い、前記吸収材として二酸化ケイ素を主成分とする珪藻土を用いたことを特徴とする。

請求項６の温度膨張弁は、冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ２１８を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ２１８と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて５２：４８から３６：６４とし、感温筒内に吸収材を用いたことを特徴とする。

請求項７の温度膨張弁は、冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ２１８を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ２１８と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて５２：４８から３６：６４とし、感温筒内に吸収材を用い、前記吸収材としてケイ酸カルシウムを主成分とする材質を用いたことを特徴とする。

請求項８の温度膨張弁は、冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ２１８を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ２１８と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて５２：４８から３６：６４とし、感温筒内に吸収材を用い、前記吸収材として二酸化ケイ素を主成分とする珪藻土を用いたことを特徴とする。

請求項１乃至８の温度膨張弁によれば、装置冷媒であるＲ３２に、装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスを混合して充填することで、感温筒の温度に対し、温度膨張弁の本体の温度が低下した場合でも、温度膨張弁の弁開度が感温筒の温度に追従しやすくなるため、過熱度が温度膨張弁の本体の温度に影響され難くなり、過熱度偏差を一定にすることができる。

本発明の実施形態の温度膨張弁を適用した冷凍サイクルの要部を示す図である。

次に、本発明の温度膨張弁の実施形態を説明する。図１は実施形態の温度膨張弁を適用した冷凍サイクルの要部を示す図である。図１において、１０は実施形態の温度膨張弁、２０は圧縮機、３０は凝縮器、４０は蒸発器であり、これらは配管で環状に接続することにより冷凍サイクルを構成している。温度膨張弁１０は、弁本体部１、ダイヤフラム装置２、感温筒３及びキャピラリチューブ４を有している。弁本体部１の一次側継手管１ａは凝縮器３０側の一次配管ａに接続され、二次側継手管１ｂは蒸発器４０側の二次配管ｂに接続されて、均圧管１ｃは蒸発器４０の出口側配管ｃに接続されている。

圧縮機２０は冷凍サイクルを流れる装置冷媒を圧縮し、圧縮された装置冷媒は凝縮器３０で凝縮液化され、一次側継手管１ａを通して弁本体部１に流入される。弁本体部１は流入される装置冷媒を減圧（膨張）して二次側継手管１ｂから蒸発器４０に流入させる。そして、蒸発器４０は装置冷媒を蒸発気化し、圧縮機２０に循環させる。蒸発器４０の出口側配管ｃには感温筒３が取り付けられている。この感温筒３には後述のガス（及び液）が封入されており、この感温筒３はキャピラリチューブ４によりダイヤフラム装置２に連結されている。

温度膨張弁１０の機械的な構成としては、広く知られている一般的なものを採用することができる。例えば、ダイヤフラム装置２は、キャピラリチューブ４によって感温筒３に接続された受圧室と、均圧管１ｃによって蒸発器４０の出口側配管ｃに導通された均圧室とを、ダイヤフラムにより区画するよう構成されている。弁本体部１は、ダイヤフラムに連結された弁体により、一次配管１ａと二次配管１ｂとの間に形成された弁ポートの弁開度を調整するよう構成されている。そして、感温筒３による感知温度に応じて変化する受圧室の内圧と、蒸発器から均圧室に導入される蒸発圧力との差圧により、装置冷媒を流す弁ポートの弁開度を制御し、冷凍サイクルの過熱度制御を行う。

冷凍サイクルの配管を流れる装置冷媒はＲ３２である。感温筒３内には、冷凍サイクルの装置冷媒であるＲ３２と異なる冷媒と、非凝縮性ガスとが、混合されて充填されている。すなわち、この感温筒３は、混合ガスクロスチャージ方式で充填されたものである。次に、この混合ガスクロスチャージ方式による、上記Ｒ３２と異なる冷媒と、非凝縮性ガスの各実施例について説明する。

第１参考例は、Ｒ３２と異なる冷媒がＲ１２５であり、このＲ１２５と非凝縮性ガスを感温筒３に混合ガスクロスチャージ方式により充填する。

第２参考例は、Ｒ３２と異なる冷媒がＲ１２５であり、非凝縮性ガスが窒素ガスであり、Ｒ１２５と窒素ガスを感温筒３に混合ガスクロスチャージ方式により充填する。

第１実施例は、Ｒ３２と異なる冷媒がＲ１２５であり、非凝縮性ガスが窒素ガスであり、Ｒ１２５と窒素ガスを感温筒３に混合ガスクロスチャージ方式により充填する。この、Ｒ１２５と窒素ガスとの体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９までの範囲とする。

第３参考例は、Ｒ３２と異なる冷媒がＲ２１８であり、このＲ２１８と非凝縮性ガスを感温筒３に混合ガスクロスチャージ方式により充填する。

第４参考例は、Ｒ３２と異なる冷媒がＲ２１８であり、非凝縮性ガスが窒素ガスであり、Ｒ２１８と窒素ガスを感温筒３に混合ガスクロスチャージ方式により充填する。

第２実施例は、Ｒ３２と異なる冷媒がＲ２１８であり、非凝縮性ガスが窒素ガスであり、Ｒ２１８と窒素ガスを感温筒３に混合ガスクロスチャージ方式により充填する。このＲ２１８と窒素ガスとの体積比率を過熱ガス状態にて５２：４８から３６：６４までの範囲とする。

各実施例の非凝縮性ガスは窒素ガスに限らず、アルゴン、または二酸化炭素、またはヘリウムでもよい。

以上の感温筒の構成により、温度膨張弁１０が制御を行う蒸発温度範囲において、ほぼ一定の過熱度を得ることができる。例えば、−２０〜０℃の蒸発温度範囲においては、過熱度偏差を１℃以下にすることができ、０〜１０℃の蒸発温度範囲においては、過熱度偏差を１．３℃以下にすることができる。

Ｒ１２５に非凝縮性ガスを混合して充填することで、感温筒３の温度に対し、温度膨張弁１０の本体の温度が低下した場合でも、温度膨張弁１０の弁開度が感温筒３の温度（蒸発器出口の温度）に追従しやすくなるため、過熱度が温度膨張弁１０の本体の温度に影響され難くなり、過熱度偏差を一定にすることができる。

Ｒ１２５と窒素との体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９までの範囲で混合することで、感温筒３の温度に対し、温度膨張弁１０の本体の温度が低下した場合でも、温度膨張弁１０の弁開度が感温筒３の温度（蒸発器出口の温度）に追従しやすくなるため、過熱度が温度膨張弁１０の本体の温度に影響され難くなり、一定の過熱度を保つことができる。したがって、制御範囲温度において過熱度偏差を一定にすることができる。例えば、−２０〜０℃の蒸発温度範囲においては、過熱度偏差を１℃以下にすることができ、０〜１０℃の蒸発温度範囲においては、過熱度偏差を１．３℃以下にすることができる。

感温筒に充填する冷媒として、以下に示すように、沸点がＲ３２（沸点：−５１．６６℃）に対し高いものが好適であり、これらを１種、または２種以上混合し、非凝縮性ガスとを充填した混合ガスクロスチャージ方式を用いることができる。

ＨＦＣ系では、Ｒ１２５（沸点：−４８．１４℃）、Ｒ１３４（沸点：−１９．８℃）、Ｒ１３４ａ（沸点：−４７．２３℃）、Ｒ１５２ａ（沸点：−２４．０２℃）、ＲＣ３１８（沸点：−６．９９℃）、Ｒ２２７ｅａ（沸点：−１６．３５℃）、Ｒ２４５ｃｂ（沸点：−１７．５９℃）等がある。

ＨＣ系では、Ｒ２９０（沸点：−４２．０９℃）、ＲＣ２７０（沸点：−３２．９℃）、Ｒ６００ａ（沸点：−１１．６１℃）、Ｒ１２７０（沸点：−４７．７℃）等がある。

その他では、Ｒ２１８（沸点：−３６．７５℃）、Ｒ７１７（沸点：−３３．３３℃）、ＲＥ１７０（沸点：−２４．８４℃）、ジメチルエーテル（沸点：−２３．６℃）等がある。

ただし、上記の例による混合ガスクロスチャージ方式は、感温筒にチャージする冷媒の各種の候補を組合せるものであるが、これらの組み合わせの中で、前記各請求項記載の構成によれば、過熱度偏差を小さくすることができ、特に効果がある。

１弁本体部
２ダイヤフラム装置
３感温筒
４キャピラリチューブ
１０温度膨張弁
２０圧縮機
３０凝縮器
４０蒸発器

Claims

冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ１２５を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ１２５と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９としたことを特徴とする温度膨張弁。
冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ２１８を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ２１８と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて５２：４８から３６：６４としたことを特徴とする温度膨張弁。
冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ１２５を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ１２５と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９とし、感温筒内に吸収材を用いたことを特徴とする温度膨張弁。
冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ１２５を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ１２５と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９とし、感温筒内に吸収材を用い、前記吸収材としてケイ酸カルシウムを主成分とする材質を用いたことを特徴とする温度膨張弁。
冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ１２５を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ１２５と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて８４：１６から５１：３９とし、感温筒内に吸収材を用い、前記吸収材として二酸化ケイ素を主成分とする珪藻土を用いたことを特徴とする温度膨張弁。
冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ２１８を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ２１８と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて５２：４８から３６：６４とし、感温筒内に吸収材を用いたことを特徴とする温度膨張弁。
冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ２１８を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ２１８と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて５２：４８から３６：６４とし、感温筒内に吸収材を用い、前記吸収材としてケイ酸カルシウムを主成分とする材質を用いたことを特徴とする温度膨張弁。
冷凍サイクルの装置冷媒としてＲ３２を用いた空気調和機、冷凍、冷蔵装置に使用される温度膨張弁であって、感温筒に装置冷媒と異なる冷媒と非凝縮性ガスとを充填する混合ガスクロスチャージ方式を用い、前記装置冷媒と異なる冷媒としてＲ２１８を用い、前記非凝縮性ガスとして窒素を用い、Ｒ２１８と窒素の体積比率を過熱ガス状態にて５２：４８から３６：６４とし、感温筒内に吸収材を用い、前記吸収材として二酸化ケイ素を主成分とする珪藻土を用いたことを特徴とする温度膨張弁。