JP7034318B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の構成を示す機能ブロック図である。図1に示されるように、冷凍サイクル装置100は、圧縮機1と、凝縮器2と、温度式膨張弁3と、蒸発器4と、感温筒5と、制御装置10とを備える。冷凍サイクル装置100においては、冷媒が、圧縮機1、凝縮器2、温度式膨張弁3、および蒸発器4の順に循環する。
空間S1には、感温筒5に封入されている冷媒が存在している。当該冷媒がダイアフラム31に加える力F2は、ダイアフラム31の面積をA1とすると、以下の式(2)のように表される。
空間S2には、圧縮機1に吸入される冷媒が存在している。当該冷媒がダイアフラム31に加える力F1は、以下の式(3)のように表される。
ばね34が弁体33に加える力F3は、ばね34のばね定数をk1とすると、以下の式(4)のように表される。
弁体33の位置は、以下の式(5)で表される力のつり合いによって決定される。
式(5)に式(1)~(4)を代入することにより、以下の式(6)が得られる。
式(6)を変形することにより、以下の式(7)が得られる。
式(7)に式(1)を代入することにより、以下の式(8)が得られる。
温度式膨張弁3の開度と相関関係を有する流量係数Cv値は、以下の式(9)のように表される。
冷凍サイクル装置100に使用される冷媒としては、地球温暖化防止の観点から、擬似共沸混合冷媒あるいは単一冷媒に替えて、地球温暖化係数(GWP:Global Warming Potential)のより低い非共沸混合冷媒が望ましい場合がある。たとえば非共沸混合冷媒のR463A(GWPは1494)の動作圧力は、擬似共沸混合冷媒であるR410A(GWPは2090)の動作圧力に類似しているため、R463AはR410Aに対して代替性を有することが知られている。
式(4)は、以下の式(9)のように展開される。
ばね定数k1を一定として、調整ネジ35の変位量割合の範囲を、-78%以上-1%以下とすることは、式(9)の第1項k1・s0の値に関して、R410Aが使用される場合の第1項k1・s0の値(第1の値)に対する、第1の値とR463Aが使用される場合の第1項k1・s0の値(第2の値)との差の割合(ばね定数および変位量の積の割合)の範囲を、-78%以上-1%以下とすることを意味する。実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の効果は、ばね定数および変位量の積の割合を-78%以上-1%以下とすることによって実現することができる。
図5は、実施の形態1の変形例1に係る温度式膨張弁3Aの構造を概略的に示す断面図である。温度式膨張弁3Aの構成は、図2の温度式膨張弁3の調整ネジ35がベース35Aに置き換えられているとともに、弁体33およびベース35Aにばねが着脱可能に固定可能である。これら以外は同様であるため説明を繰り返さない。
図6は、実施の形態1の変形例2に係る温度式膨張弁3Bの構造を概略的に示す断面図である。温度式膨張弁3Bと3Aとの違いは、図2の弁体33および調整ネジ35にばね34Cが着脱可能に固定されている点である。これ以外は同様であるため説明を繰り返さない。
実施の形態1においては、冷凍サイクル装置を循環する非共沸混合冷媒の組成比(循環組成比)がほとんど変化しない場合について説明した。実施の形態2においては、冷凍サイクル装置を循環する非共沸混合冷媒の循環組成比が変化する場合について説明する。
Claims (8)
- 非共沸混合冷媒および特定冷媒が使用可能な冷凍サイクル装置であって、
圧縮機と、
第1熱交換器と、
温度式膨張弁と、
第2熱交換器と、
前記特定冷媒が封入された感温筒とを備え、
前記非共沸混合冷媒または前記特定冷媒は、前記圧縮機、前記第1熱交換器、前記温度式膨張弁、および前記第2熱交換器の順に循環し、
前記特定冷媒は、単一冷媒または擬似共沸混合冷媒であり、
前記感温筒は、前記圧縮機に吸入される冷媒から熱を受けるように配置され、
前記温度式膨張弁は、
筐体と、
前記筐体を第1空間および第2空間に分け、特定方向に移動可能なダイアフラムと、
ベースと、
前記ベースに対して、前記特定方向に前記ダイアフラムとともに一体的に移動可能な弁体と、
前記弁体に固定された第1端部、および前記ベースに固定された第2端部を有し、前記特定方向に伸縮するばねとを含み、
前記感温筒は、前記第1空間に連通し、
前記第2熱交換器と前記圧縮機との間の流路は、前記第2空間に連通し、
前記冷凍サイクル装置において想定される蒸発温度の範囲および前記圧縮機に吸入される冷媒の過熱度の範囲は、それぞれ第1範囲および第2範囲であり、
前記冷凍サイクル装置において前記特定冷媒を循環させる場合、前記蒸発温度を前記第1範囲とするとともに前記過熱度を前記第2範囲内とするために必要な、前記特定方向における基準位置からの前記ベースの変位量と前記ばねのばね定数との積は、第1の値であり、
前記冷凍サイクル装置において前記非共沸混合冷媒を循環させる場合、前記蒸発温度を前記第1範囲とするとともに前記過熱度を前記第2範囲内とするために必要な前記積は、第2の値であり、
前記温度式膨張弁は、前記積を前記第1の値および前記第2の値のいずれにも調節可能なように構成されている、冷凍サイクル装置。 - 前記第1の値に対する前記第1の値と前記第2の値との差の割合は、-78%以上-1%以下である、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記ベースの位置は、前記特定方向に調節可能であり、
前記冷凍サイクル装置において前記特定冷媒を循環させる場合、前記蒸発温度を前記第1範囲とするとともに前記過熱度を前記第2範囲内とするために必要な前記ベースの位置は、第1位置であり、
前記冷凍サイクル装置において前記非共沸混合冷媒を循環させる場合、前記ベースの位置は、第2位置であり、
前記基準位置からの前記第1位置の第1変位量に対する、前記第1変位量と前記基準位置からの前記第2位置の第2変位量との差の割合は、-78%以上-1%以下である、請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ばねは、前記弁体および前記ベースに着脱可能に固定され、
前記冷凍サイクル装置において前記特定冷媒を循環させる場合、前記蒸発温度を前記第1範囲とするとともに前記過熱度を前記第2範囲内とするために必要な前記ばね定数は、第1定数であり、
前記冷凍サイクル装置において前記非共沸混合冷媒を循環させる場合、前記ばね定数は、第2定数であり、
前記第1定数に対する、前記第1定数と前記第2定数との差の割合は、-78%以上-1%以下である、請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1熱交換器と前記温度式膨張弁の間に接続された冷媒容器をさらに備え、
前記第1の値に対する前記第1の値と前記第2の値との差の割合は、-78%以上-1%以下でるか、または2%以上271%以下である、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ベースの位置は、前記特定方向に調節可能であり、
前記冷凍サイクル装置において前記特定冷媒を循環させる場合、前記蒸発温度を前記第1範囲とするとともに前記過熱度を前記第2範囲内とするために必要な前記ベースの位置は、第1位置であり、
前記冷凍サイクル装置において前記非共沸混合冷媒を循環させる場合、前記ベースの位置は、第2位置であり、
前記基準位置からの前記第1位置の第1変位量に対する、前記基準位置からの前記第2位置の第2変位量と前記第1変位量との差の割合は、-78%以上-1%以下であるか、または2%以上271%以下である、請求項5に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記ばねは、前記弁体および前記ベースに着脱可能に固定され、
前記冷凍サイクル装置において前記特定冷媒を循環させる場合、前記蒸発温度を前記第1範囲とするとともに前記過熱度を前記第2範囲内とするために必要な前記ばね定数は、第1定数であり、
前記冷凍サイクル装置において前記非共沸混合冷媒を循環させる場合、前記ばね定数は、第2定数であり、
前記第1定数に対する、前記第1定数と前記第2定数との差の割合は、-78%以上-1%以下であるか、または2%以上271%以下である、請求項5に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記非共沸混合冷媒は、R463Aであり、
前記特定冷媒は、R410Aである、請求項1~7のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
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