JP6138271B2 - 膨張弁及びそれを搭載した冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る膨張弁100の概略構成を示す概略縦断面図である。図2は、図1のA−A断面図である。図1及び図2に基づいて、膨張弁100の構成及び作用について説明する。図2では、便宜上、第1の配管21及び駆動装置18を併せて図示している。また、図1及び図2では、流体の流れを矢印で図示している。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。
なお、貫通穴17aが、本発明の「開口」に相当する。
実施の形態3で詳しく説明するが、膨張弁100は、冷凍サイクル装置の一構成要素として、蒸発器の上流側に設置される。まず、第1の配管21から気液二相冷媒が流入する場合の膨張弁100の作用について説明する。
弁室13内の内周側のガス冷媒は、圧損体12を通過することで、外周側の液冷媒と混合され、気液比率が外周側の気液比率と近しくなる。または、小さい気泡径のガス冷媒として出てくる。
その後、短い距離を経て絞り部19に冷媒が流入する。
図3は、本発明の実施の形態1に係る膨張弁100の変形例の概略構成を示す概略縦断面図である。図4は、図3のA−A断面図である。図3及び図4に基づいて、膨張弁100の変形例の構成について説明する。図3では、便宜上、第1の配管21及び駆動装置18を併せて図示している。また、図3及び図4では、流体の流れを矢印で図示している。
第1の配管21から冷媒が流入する場合、冷媒が弁体11に衝突せずに弁室13に流入するので、弁体11への衝突による冷媒音が発生しにくく、弁体11の振動による機械音が低減される。また、圧損体12は、弁体11の外周部に設けてあるので、弁体11の剛性低下を抑制でき、弁体11の剛性低下による騒音が低下する。
なお、圧損体12を設けることで、冷媒流れに圧力損失が生じ、冷媒流量が低下するおそれがある。弁体11が進退自在に設けており位置を調整すればよいが、圧損体12を設けることで調整量が増大する場合や、構造上の可動範囲を超えると膨張弁自体を大型化する必要がある場合は、実使用上、好ましくない。
しかし、冷媒が弁体11に衝突せずに弁室13に流入するため、衝突時の圧力損失分が低減する。さらに、圧損体12の孔径を維持したまま空隙率を増加させると圧損体12の圧力損失を低下させるため、上記の調整量増大や膨張弁大型化を抑制することができる。
図5は、本発明の実施の形態2に係る膨張弁200の第1の配管21との接続状態を説明するための概略図である。図5に基づいて、膨張弁200の構成及び作用について説明する。なお、この実施の形態2では上述した実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1と同一作用である部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
図6は、本発明の実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の回路構成を模式的に示す回路図である。図6に基づいて、冷凍サイクル装置300の回路構成及び動作について説明する。冷凍サイクル装置300は、流体である冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用することで、例えば冷房運転又は暖房運転を実行できる空気調和装置等として利用される。また、冷凍サイクル装置300は、実施の形態1に係る膨張弁100又は実施の形態2に係る膨張弁200を冷凍サイクルの構成要素の一つとして搭載している。なお、以下では、実施の形態1に係る膨張弁100を備えているものとして説明する。
(冷房運転時)
冷房運転時では、図6に示すように、四方弁312は実線で示すように接続される。圧縮機311は、流入した低圧ガスの冷媒を圧縮して高圧ガスとする。室外熱交換器313は凝縮器として機能し、冷媒のエネルギーを熱源(空気や水)に伝達する。つまり、室外熱交換器313に流入した冷媒は、室外熱交換器313で凝縮し、高圧液冷媒となる。この冷媒は、第1の膨張弁314を通過して中圧二相冷媒となり、液管351を通り、第2の膨張弁321で減圧され低圧二相となり、室内熱交換器322に流入する。
暖房運転時では、図6に示すように、四方弁312は破線で示すように接続される。圧縮機311は、流入した低圧ガスの冷媒を圧縮して高圧ガスとする。この冷媒は、ガス管352を通り、室内熱交換器322に流入する。室内熱交換器322は凝縮器として機能し、冷媒のエネルギーを負荷側の空気や水に伝達する。つまり、室内熱交換器322に流入した冷媒は、室内熱交換器322で凝縮し、高圧液冷媒となる。室内熱交換器322に流入した負荷側の水や空気は冷媒との熱交換により加熱される。
第2の膨張弁321では、第1の配管21から冷媒が流入し、第2の配管22に冷媒が流出する。したがって、冷房運転時においては、第2の膨張弁321内に、第1の配管21から気液二相冷媒が入ることになる。第1の配管21は、その中心(軸心)が、弁体11及び弁室13の中心(軸心)から偏位した状態で設置してあるため、気液二相冷媒は、弁体11に衝突することなく、弁室13内に入る。弁室13内では、弁体11を中心とした旋回流れが生じるため、液冷媒が外周側、ガス冷媒が内周側に偏在しようとする。
第2の膨張弁321では、第2の配管22から冷媒が流入し、第1の配管21に冷媒が流出する。したがって、暖房運転時においては、第2の膨張弁321内に、第2の配管22から液冷媒が入ることになる。第2の膨張弁321内は、液冷媒のみであるので、絞り部19で冷媒音が発生しにくい。また、実施の形態1で説明したように、圧損体12を通過することで気泡が細径化される。
冷凍サイクル装置300によれば、冷凍サイクル装置300を構成している第2の膨張弁321に実施の形態1に係る膨張弁100を適用しているので、弁体11の振動による冷媒音が低減される。また、弁体11の剛性低下による騒音が低下する。さらに、圧損体12により、ガスリッチ成分を通過させようとする効果がある。加えて、ガスリッチ成分の気泡径を小さくすることで、ガスリッチ成分が通過しやすくなる。また、圧損体12により、円環状の絞り部19で、径方向に気液比率を一様化しようとする効果がある。そのため、液リッチ、ガスリッチの交互に流れる不連続性を解消することが可能になる。
Claims (9)
- 本体と、
前記本体の内部に形成された弁室と、
前記本体の内部に形成され、前記弁室に連通する開口を有する弁座と、
前記弁座の開口に向かって進退自在に設けられ、前記開口の開度を調節する弁体と、
前記弁体を構成する円錐状部と円柱状部との接合部を少なくとも含んだ前記弁体の不連続部の外周に突出させて設けた円環状の圧損体と、を備え、
前記圧損体は、
前記弁体が最も下側に位置したときにおいて、全部が、前記圧損体の下面と前記弁室の底面との間に隙間ができる位置であって、前記本体の側面に形成されている貫通穴よりも前記開口に近い位置に設けられている
ことを特徴とする膨張弁。 - 前記圧損体には複数の孔が形成されており、
前記孔の径は、
前記弁座と前記弁体とで形成される絞り部の最大隙間より小さく設定されている
ことを特徴とする請求項1に記載の膨張弁。 - 前記圧損体と前記弁室の内壁との間の距離が、
前記弁座と前記弁体とで形成される絞り部の最大隙間より小さく設定されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の膨張弁。 - 前記圧損体は、
前記弁体と一体に構成されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の膨張弁。 - 前記圧損体は、
支持部材を用いて前記本体の内壁に固定されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の膨張弁。 - 前記圧損体の外周が、
前記弁室内で旋回される気液二相冷媒の液リッチ成分に囲まれる
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の膨張弁。 - 前記本体の側面に前記弁室と連通する第1の配管が接続され、
前記本体の底部に前記弁室と連通する第2の配管が接続されるものにおいて、
前記弁室、前記弁体、及び、前記弁座が同一軸心上に位置し、
この軸心に対して前記第1の配管の軸心を偏位させた状態で前記本体の側面に接続する
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の膨張弁。 - 前記第1の配管は、前記弁室内での旋回流を妨げない方向に曲げられている
ことを特徴とする請求項7に記載の膨張弁。 - 圧縮機と、凝縮器と、第1の膨張弁と、第2の膨張弁と、蒸発器と、が直列に配管接続されている冷凍サイクル装置であって、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の膨張弁を前記第2の膨張弁として適用している
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
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