JP4062129B2 - 蒸気圧縮式冷凍機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【0002】
【従来の技術】
蒸気圧縮式冷凍機は、周知のごとく、膨脹弁にて液相冷媒を減圧し、低圧となった冷媒を蒸発させることにより吸熱し、蒸発して気相となった冷媒を圧縮機にて断熱圧縮してその温度を上昇させて蒸発時に吸熱した熱を放熱するものである。
【0003】
そして、通常、膨脹弁には、圧縮機に吸引される冷媒の過熱度が所定範囲となるように絞り開度を調節する弁体に対して予圧(初期荷重)を作用させるバネが設けられている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−213842号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、膨脹弁はダイヤフラムや弁体等の複数の構成部品から構成されたものであって、かつ、通常、弁体の最大変位量は1mm以下の僅かであるので、構成部品の寸法バラツキが僅かであっても弁体の作動に大きな影響を及ぼす。
【0006】
そこで、従来は、バネが弁体又はダイヤフラムに作用させる予圧(初期荷重)量を調節するプリロード調節機構を設け、全ての構成部品を組み付けた後、プリロード調節機構を調節することにより、予圧を調節して弁体が適正作動するように調整していた。
【0007】
しかし、特許文献1に記載の膨脹弁では、プリロード調節機構を有し、かつ、全ての構成部品を組み付けた後、プリロード調節機構を調節する必要があるので、膨脹弁の部品点数及び製造工数の低減を図ることが難しい。
【0008】
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規な膨脹弁を含む蒸気圧縮式冷凍機を提供し、第2には、膨脹弁の製造原価低減を図ることにより蒸気圧縮式冷凍機の製造原価を低減することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、冷媒を吸入圧縮する圧縮機(1)と、高圧冷媒の熱を放冷する放熱器(2)と、放熱器(2)にて冷却された冷媒を減圧膨脹させる膨脹弁(5)と、膨脹弁(5)にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器(6)と、膨脹弁(5)にて減圧される前の高圧冷媒と圧縮機(1)に吸引される低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器(7)とを備え、膨脹弁(5)は、所定質量のガスが封入された密閉空間(5a)を形成する薄膜状のダイヤフラム(5c)、ダイヤフラム(5c)の変位に連動して絞り開度を変化させる弁体(5d)、ダイヤフラム(5c)を挟んで密閉空間(5a)と反対側から密閉空間(5a)の体積を縮小させる向きの弾性力を与えるバネ(5q)、及びバネ(5q)の初期荷重を与える荷重付与部(5r)を有し、密閉空間(5a)内の圧力は蒸発器(6)を流出した冷媒の温度に応じて変化し、ダイヤフラム(5c)のうち密閉空間(5a)と反対側には蒸発器(6)を流出した冷媒の圧力が作用するようになっており、荷重付与部(5r)は、ハウジング(5j)に対して移動することができない構造となっており、内部熱交換器(7)は、内筒管(7a)及び外筒管(7b)からなる二重管であり、蒸発器(6)を流出した低圧冷媒が流入する冷媒入口(80)が設けられたケーシング(8)を備え、ケーシング(8)は内部熱交換器(7)の外筒管(7b)に結合されており、膨脹弁(5)は、ケーシング(8)内に収納されてケーシング(8)に組み付けられており、膨脹弁(5)は、高圧冷媒が流入する高圧冷媒流入口(5k)、弁体(5d)により減圧された後の低圧冷媒を流出させる減圧冷媒流出口(5m)、及び蒸発器(6)出口側の低圧冷媒の圧力をダイヤフラム(5c)のうち密閉空間(5a)と反対側に導入する低圧冷媒圧力導入口(5n)が設けられたハウジング(5j)を有し、膨脹弁(5)はケーシング(8)内に収納された状態で内部熱交換器(7)と一体化されており、ケーシング(8)には、減圧冷媒流出口(5m)から流出した低圧冷媒を蒸発器(6)の入口側へ向かって流出させる冷媒出口(83)が設けられており、前記ケーシング(8)は、前記内部熱交換器(7)の前記外筒管(7b)との結合部よりも前記密閉空間(5a)に近い位置に前記冷媒入口(80)を有し、前記外筒管(7b)との結合部と前記冷媒入口(80)との間の位置に前記冷媒出口(83)を有していることを特徴とする。
【0010】
本発明では内部熱交換器(7)を設けているので、この内部熱交換器(7)にて膨脹弁(5)に流入する冷媒が冷却されて蒸発器(6)に流入する冷媒のエンタルピが小さくなり、逆に圧縮機(1)に吸引される冷媒が加熱される。
【0011】
したがって、蒸発器(6)の冷媒入口と出口とのエンタルピ差を大きくして蒸発器(6)の吸熱能力を高めることができるとともに、圧縮機(1)に吸引される冷媒に過熱度を与えることが可能となるので、プリロード調節機構を廃止しても蒸気圧縮式冷凍機を安定作動させることができる。
【0012】
延いては、膨脹弁(5)の製造原価低減を図ることにより蒸気圧縮式冷凍機の製造原価を低減するとができる。
【0013】
請求項2に記載の発明では、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、冷媒を吸入圧縮する圧縮機(1)と、高圧冷媒の熱を放冷する放熱器(2)と、放熱器(2)にて冷却された冷媒を減圧膨脹させる膨脹弁(5)と、膨脹弁(5)にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器(6)と、膨脹弁(5)にて減圧される前の高圧冷媒と圧縮機(1)に吸引される低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器(7)とを備え、膨脹弁(5)は、所定質量のガスが封入された密閉空間(5a)を形成する薄膜状のダイヤフラム(5c)、及びダイヤフラム(5c)の変位に連動して絞り開度を変化させる弁体(5d)を有し、密閉空間(5a)内の圧力は蒸発器(6)を流出した冷媒の温度に応じて変化し、ダイヤフラム(5c)のうち密閉空間(5a)と反対側には蒸発器(6)を流出した冷媒の圧力が作用するようになっており、ダイヤフラム(5c)は、密閉空間(5a)内の圧力と蒸発器(6)を流出した冷媒の圧力との差圧のみに基づいて変位するようになっており、内部熱交換器(7)は、内筒管(7a)及び外筒管(7b)からなる二重管であり、蒸発器(6)を流出した低圧冷媒が流入する冷媒入口(80)が設けられたケーシング(8)を備え、ケーシング(8)は内部熱交換器(7)の外筒管(7b)に結合されており、膨脹弁(5)は、ケーシング(8)内に収納されてケーシング(8)に組み付けられており、膨脹弁(5)は、高圧冷媒が流入する高圧冷媒流入口(5k)、弁体(5d)により減圧された後の低圧冷媒を流出させる減圧冷媒流出口(5m)、及び蒸発器(6)出口側の低圧冷媒の圧力をダイヤフラム(5c)のうち密閉空間(5a)と反対側に導入する低圧冷媒圧力導入口(5n)が設けられたハウジング(5j)を有し、膨脹弁(5)はケーシング(8)内に収納された状態で内部熱交換器(7)と一体化されており、ケーシング(8)には、減圧冷媒流出口(5m)から流出した低圧冷媒を蒸発器(6)の入口側へ向かって流出させる冷媒出口(83)が設けられており、前記ケーシング(8)は、前記内部熱交換器(7)の前記外筒管(7b)との結合部よりも前記密閉空間(5a)に近い位置に前記冷媒入口(80)を有し、前記外筒管(7b)との結合部と前記冷媒入口(80)との間の位置に前記冷媒出口(83)を有していることを特徴とする。
【0014】
本発明では内部熱交換器(7)を設けているので、この内部熱交換器(7)にて膨脹弁(5)に流入する冷媒が冷却されて蒸発器(6)に流入する冷媒のエンタルピが小さくなり、逆に圧縮機(1)に吸引される冷媒が加熱される。
【0015】
したがって、蒸発器(6)の冷媒入口と出口とのエンタルピ差を大きくして蒸発器(6)の吸熱能力を高めることができるとともに、圧縮機(1)に吸引される冷媒に過熱度を与えることが可能となるので、プリロード調節機構を廃止しても蒸気圧縮式冷凍機を安定作動させることができる。
【0016】
延いては、膨脹弁(5)の製造原価低減を図ることにより蒸気圧縮式冷凍機の製造原価を低減するとができる。
【0017】
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の蒸気圧縮式冷凍機において、膨脹弁(5)は、ダイヤフラム(5c)と弁体(5d)とを繋ぐ連接棒(5f)を有し、
連接棒(5f)の一端部とダイヤフラム(5c)とが接合され、さらに、連接棒(5f)の他端部と弁体(5d)とが接合されていることを特徴とする。
【0018】
これにより、ダイヤフラム(5c)と弁体(5d)とを一体的に変位させることができるので、膨脹弁(5)の応答性を高めることができる。
【0019】
請求項4に記載の発明では、請求項2又は3に記載の蒸気圧縮式冷凍機において、ハウジング(5j)には、弁体(5d)と対向する弁座(5h)が形成されており、
ハウジング(5j)には、密閉空間(5a)と反対側からダイヤフラム(5c)を支持するダイヤフラムケース(5s)が一体形成又は接合により一体化されていることを特徴とする。
【0020】
これにより、ダイヤフラム(5c)、弁体(5d)及び弁座(5h)間の寸法精度を高めることができる。
【0024】
請求項5に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機において、膨脹弁(5)は、ケーシング(8)内で弾性的に変位することができるように固定されていることを特徴とする。
【0025】
これにより、減圧時に発生する膨脹弁(5)の振動を吸収することができるので、膨脹弁(5)の振動に伴う騒音を低減することができる。
【0026】
請求項6に記載の発明では、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機において、ケーシング(8)は、内部熱交換器(7)の外筒管(7b)との結合部と反対側端部に位置する開口部(84)を有し、開口部(84)から膨脹弁(5)がケーシング(8)内に内部熱交換器(7)の軸方向に沿って挿入され、膨脹弁(5)の挿入状態では開口部(84)が閉塞されていることを特徴とする。
【0028】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下説明する第1〜第4実施形態のうち、特許請求の範囲に記載した発明の実施形態は、第1、第2、第4実施形態であり、第3実施形態は参考例を示す。
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機を車両用空調装置に適用したものであって、図1は、車両用空調装置の模式図であり、図2は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機のp−h線図である。
【0030】
図1中、圧縮機1は冷媒を吸入圧縮するもので、本実施形態では、走行用のエンジンに組み付けられてエンジンから動力を得て稼動する。放熱器2は圧縮機1から吐出された高圧冷媒と室外空気とを熱交換して高圧冷媒を冷却する高圧側熱交換器である。
【0031】
なお、本実施形態では、高圧冷媒の圧力を冷媒の臨界圧力未満としているので、放熱器2にて冷媒は、気相冷媒から液相冷媒に相変化しながらそのエンタルピを低下させる。
【0032】
また、レシーバ3は放熱器2から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄える気液分離器であり、過冷却器4はレシーバ3から供給された液相冷媒を更に冷却して冷媒の過冷却度を高めるサブクーラである。
【0033】
なお、本実施形態では、凝縮器をなす放熱器2、レシーバ3及び過冷却器4はろう付け等により一体化されている。
【0034】
また、膨脹弁5は高圧冷媒を減圧する減圧手段であり、本実施形態では、蒸発器6の出口側の冷媒過熱度に基づいて絞り開度を調節する可変絞り部と冷媒過熱度を検出する感温部とが一体化された温度式膨脹弁を採用しており、その詳細構造は後述する。
【0035】
蒸発器6は膨脹弁5で減圧された液相冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器であり、本実施形態では、室内に吹き出す空気から吸熱して冷媒を蒸発させることにより室内に吹き出す空気を冷却し、その吸熱した熱を放熱器2にて室外に放熱しているが、これとは逆に、室外空気から吸熱してその吸熱した熱を室内に吹き出す空気中に放熱することにより室内を暖房してもよい。
【0036】
内部熱交換器7は、膨脹弁5にて減圧される前の高圧冷媒と圧縮機1に吸引される低圧冷媒とを熱交換するもので、この内部熱交換器7により膨脹弁5に流入する冷媒が冷却されて蒸発器6に流入する冷媒のエンタルピが小さくなり、逆に圧縮機1に吸引される冷媒が加熱されて過熱度が大きくなる。
【0037】
なお、内部熱交換器7は、図3に示すように、高圧冷媒が流れる内筒管7a及び低圧冷媒が流れる外筒管7bからなる二重管構造の熱交換器である。なお、本実施形態では、内筒管7a及び外筒管7bを共に円筒としているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、内筒管7a及び外筒管7bを例えば角筒としてもよい。
【0038】
次に、図4、5に基づいて膨脹弁5の構造について述べる。
【0039】
図4中、第1圧力室5aは所定質量のガス(本実施形態では、冷媒ガス)が封入された密閉空間であり、この第1圧力室5aは、金属等の剛体材料製の第1ダイヤフラムケース5b及び変位可能な薄膜状のダイヤフラム5c等から構成されている。
【0040】
また、弁体5dは、膨脹弁5の絞り開度、つまり弁口5eの開度を調節するもので、弁体5dとダイヤフラム5cとは、柱状の連接棒5fを介して機械的に連動して変位する。
【0041】
スペーサ5gは、連接棒5fが軸方向に往復変位するように連接棒5fの変位を案内するとともに、弁体5dの座りを安定させる円錐テーパ状の弁座5hが形成されたもので、このスペーサ5gは、ハウジング5j内に中間ばめ又はしまりばめ程度で挿入されている。
【0042】
そして、ハウジング5jには、内部熱交換器7の内筒管7a側(図5参照)に接続される高圧冷媒流入口5k、蒸発器6の冷媒流入側に接続される減圧冷媒流出口5m、及び蒸発器6から流出した冷媒の圧力を導入する低圧冷媒圧力導入口5nが設けられている。
【0043】
また、低圧冷媒圧力導入口5nから導入された圧力は、ダイヤフラム5cを挟んで第1圧力室5aと反対側に設けられた第2圧力室5pに導かれ、第1圧力室5aと反対側からダイヤフラム5cに圧力を作用させる。
【0044】
なお、第2圧力室5pは、ダイヤフラム5c、ハウジング5j及び第2ダイヤフラムケース5sにより形成されており、第2ダイヤフラムケース5sは、ハウジング5jにねじ固定されている。
【0045】
したがって、第1圧力室5a内のガス圧は絞り開度を大きくする向きの力をダイヤフラム5cに作用させ、一方、第2圧力室5p内の冷媒圧は絞り開度を小さくするする向きの力をダイヤフラム5cに作用させる。
【0046】
なお、第2圧力室5p内の温度は蒸発器6の冷媒出口側の冷媒温度と略等しいので、第2圧力室5p内の温度がダイヤフラム5c及び連接棒5fを介して第1圧力室5aに伝達されて、第1圧力室5a内の温度も蒸発器6の冷媒出口側の冷媒温度と略等しくなる。このとき、第1圧力室5a内に所定質量の冷媒が封入され、かつ、第1圧力室5a内の気相冷媒は常に飽和状態となっているので、その内圧は飽和ガス圧となる。
【0047】
また、バネ5qは、ダイヤフラム5cを挟んで第1圧力室5aと反対側、つまり第2圧力室5p側から第1圧力室5aの体積を縮小させる向きの弾性力を弁体5d及び連接棒5fを介してダイヤフラム5cに与える弾性手段であり、このバネ5qの初期荷重は、バネ5qを挟んで弁体5dと反対側にてバネ5qと接触する段付き状の荷重付与部5rと弁座5hとの距離により決定される。
【0048】
このとき、本実施形態では、荷重付与部5rをハウジング5jに一体形成して、荷重付与部5rがハウジング5jに対して移動することができない固定構造としている。つまり、本実施形態では、初期荷重を調節するプリロード調節機構を廃止するとともに、荷重付与部5rと弁座5hとの寸法関係により初期加重を固定設定している。
【0049】
なお、蒸気圧縮式冷凍機の稼働時における弁体5dの最大変位量は小さく、かつ、バネ5qのバネ係数は十分に小さい値に設定されているので、バネ5qがダイヤフラム5cに与える荷重は、弁体5dの位置によらず、ほぼ初期荷重量となる。このため、ダイヤフラム5cは、第1圧力室5a内のガス圧による力と、第2圧力室5p内の圧力による力と初期荷重との和とが釣り合うように変位する。
【0050】
また、膨脹弁5は、図5に示すようにケーシング8内に収納された状態で内部熱交換器7と一体化されている。より具体的には、膨脹弁5のハウジング5jのうち、軸方向一端部(図5の左端部)に位置する高圧冷媒流入口5kの形成部位が内部熱交換器7の内筒管7aに直接結合されている。これにより、内部熱交換器7の内筒管7aから高圧冷媒が矢印aのように膨脹弁5の高圧冷媒流入口5kに流入するようになっている。
一方、ケーシング8のうち、軸方向一端部(図5の左端部)が図5に示すように内部熱交換器7の外筒管7bに直接結合されている。
そして、ケーシング8には蒸発器6の出口側から流出した冷媒が流入する冷媒入口80が形成されており、この冷媒入口80はケーシング8の内部空間により形成される第1冷媒通路81に連通している。
従って、ケーシング8内部の第1冷媒通路81には蒸発器6の出口側冷媒が冷媒入口80から流入し、この流入冷媒は図5の矢印bのようにケーシング8内の第1冷媒通路81から内部熱交換器7の外筒管7bに向かって流れる。
また、ケーシング8内部の第1冷媒通路81には膨脹弁5の低圧冷媒圧力導入口5nが連通している。このため、第1冷媒通路81を流れる蒸発器6の出口側冷媒の圧力が図5の矢印cのように低圧冷媒圧力導入口5nから膨脹弁5の第2圧力室5pに導入される。
また、ケーシング8には、膨脹弁5の減圧冷媒流出口5mに連通する第2冷媒通路82と、この第2冷媒通路82に流入する減圧後の低圧冷媒をケーシング8外へ流出させる冷媒出口83が形成されている。
このため、膨脹弁5の弁口5eを通過して減圧された冷媒(低圧冷媒)は、図5の矢印dのように弁口5eから減圧冷媒流出口5m及び第2冷媒通路82を通過して冷媒出口83からケーシング8外へ流出し、図1に示すように蒸発器6の冷媒入口側へ流入する。
以上の説明から理解されるように、ケーシング8は、蒸発器6の冷媒出口側通路を膨脹弁5の低圧冷媒圧力導入口5n及び内部熱交換器7の外筒管7bに接続する配管手段としての役割、膨脹弁5の減圧冷媒流出口5mを蒸発器6の冷媒入口側に接続する配管手段としての役割、及び膨脹弁5を収納して膨脹弁5のハウジング5jの高圧冷媒流入口5kと内部熱交換器7の内筒管7aとを直接結合する役割を果たしている。
【0051】
このとき、膨脹弁5は、ゴム等の弾性変形可能な弾性部材8a、8bを介して挟まれるようにケーシング8内に固定されているため、膨脹弁5は、配管手段をなすケーシング8内で弾性的に変位することができる。
【0052】
なお、Oリング8cは接合箇所の気密性を保持するためのパッキンであり、蓋8dは膨脹弁5をケーシング8内に挿入するための開口部84を閉塞するものである。
また、本実施形態では、膨脹弁5の構成部品、ケーシング8及び内部熱交換器7を金属製とするとともに、ケーシング8の一端部と内部熱交換器7の外筒管7bとをカシメにて結合し、蓋8dはねじ結合にてケーシング8の他端部に固定して開口部84を閉塞している。
【0053】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【0054】
蒸発潜熱は、顕熱(気相冷媒の比熱)に比べて遙かに大きいので、蒸気圧縮式冷凍機の冷凍能力、つまり蒸発器6の吸熱量を効率よく増大させるには、蒸発器6の冷媒入口から出口の全域において、液相冷媒を蒸発させる必要がある。
【0055】
このとき、蒸発器6での吸熱量以上の液相冷媒を蒸発器6に供給すれば、蒸発器6の冷媒入口から出口の全域において液相冷媒を蒸発させることができるので、蒸発器6の吸熱量を確実に確保することができるものの、圧縮機1に液相冷媒が吸引されるおそれが高くなる。そして、圧縮機1に液相冷媒が吸引されると、冷媒が過圧縮されてしまい、吐出圧が異常上昇して圧縮機1及び放熱器2に損傷が発生するおそれがある。
【0056】
しかし、第1圧力室5a内のガス圧は飽和ガス圧であり、かつ、ダイヤフラム5cは、第1圧力室5a内のガス圧による力と、第2圧力室5p内の圧力による力と初期荷重との和とが釣り合うように変位するので、膨脹弁5の絞り開度は、低圧冷媒圧力導入口5nにおける冷媒過熱度が、初期荷重に相当する量となるように制御され、圧縮機1に液相冷媒が吸引されることは、理想的には発生しない。
【0057】
そこで、従来は、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、寸法バラツキによる膨脹弁5の個体差を吸収するために、全ての構成部品を組み付けた後、プリロード調節機構を調節することにより、初期荷重を調節して弁体5dが適正作動するように調整していた。
【0058】
これに対して、本実施形態では、内部熱交換器7を設けているので、この内部熱交換器7にて膨脹弁5に流入する冷媒が冷却されて蒸発器6に流入する冷媒のエンタルピが小さくなり、逆に圧縮機1に吸引される冷媒が加熱される。
【0059】
したがって、蒸発器6の冷媒入口と出口とのエンタルピ差を大きくして蒸発器6の吸熱能力を高めることができるとともに、圧縮機1に吸引される冷媒に過熱度を与えることが可能となるので、プリロード調節機構を廃止しても蒸気圧縮式冷凍機を安定作動させることができる。
【0060】
つまり、図6の破線に示すように、従来は、蒸発器6の冷媒出口において、過熱度が所定範囲となるようにプリロード調節機構を調節したが、本実施形態では、内部熱交換器7を有しているので、例えば蒸発器6の冷媒出口において液相冷媒が存在していても、圧縮機1に吸引される冷媒に過熱度を与えることができる。そのため、本実施形態では、図6の実線に示すように、蒸発器出口冷媒状態の広い範囲に渡って蒸気圧縮式冷凍機を高い性能で安定作動させることができる。
【0061】
また、膨脹弁5が配管手段をなすケーシング8内に収納されているので、膨脹弁5を走行用エンジンの熱等から保護しながら、膨脹弁5の振動に伴う騒音を低減することができる。延いては、エンジンの熱等に起因する膨脹弁5の作動不良を未然に防止しながら、膨脹弁5の搭載位置自由度を拡大することができる。
【0062】
また、内部熱交換器7と膨脹弁5とを一体化しているので、配管本数を低減することができ、蒸気圧縮式冷凍機の車両への組み付け工数等を低減することができるとともに、搭載スペースの小型化を図ることができる。
【0063】
また、膨脹弁5が弾性変位可能にケーシング8内に固定されているため、減圧時に発生する膨脹弁5の振動を吸収することができ、膨脹弁5の振動に伴う騒音を低減することができる。
【0064】
(第2実施形態)
第1実施形態では、膨脹弁5全体をケーシング8内に収納したが、本実施形態は、図7、8に示すように、蓋8dを膨脹弁5に設けることによりケーシング8の蓋8dを廃止して、組み付け工数及び部品点数の低減を図ったものである。
【0065】
なお、本実施形態においても膨脹弁5の弁口5e、つまり絞り部がケーシング8内に収納された状態で、膨脹弁5が弾性変位可能にケーシング8内に固定されているため、減圧時に発生する膨脹弁5の振動を吸収することができ、膨脹弁5の振動に伴う騒音を低減することができる。
【0066】
(第3実施形態)
第1、2実施形態では、ケーシング8内に膨脹弁5を収納していたが、本実施形態は、図9に示すように、膨脹弁5単体としたものである。
【0067】
なお、第1、2実施形態では、荷重付与部5rはハウジング5jに一体形成されていたが、本実施形態は、荷重付与部5rをハウジング5jと別体とし、カシメにより荷重付与部5rがハウジング5jに対して移動することができない固定構造としている。
【0068】
ところで、第1、2実施形態において膨脹弁5の制御特性を変更する場合には、スペーサ5g及びハウジング5jのうち少なくとも一方を変更して荷重付与部5rと弁座5hとの寸法関係を変更する必要があったが、本実施形態では、荷重付与部5rを厚みを変更することにより荷重付与部5rと弁座5hとの寸法関係を変更することができるので、荷重付与部5r以外の部品の共通化を図ることができる。
【0069】
(第4実施形態)
第1〜3実施形態に係る膨脹弁5では、初期荷重を与えるバネ5qを有していたが、本実施形態は、図10、11に示すようにバネ5qを廃止して、第1圧力室5a内のガス圧と第2圧力室5p内の圧力との差圧のみによってダイヤフラム5cを変位させるものである。
【0070】
なお、本実施形態では、ダイヤフラム5cと連接棒5fとが溶接やろう付けにて接合され、連接棒5fと弁体5dとが溶接やろう付けにて接合されているとともに、第2ダイヤフラムケース5sがハウジング5jに一体形成されて一体化されている。
【0071】
なお、本実施形態では、連接棒5fと弁体5dとを接合した後、連接棒5fをハウジング5jに挿入し、ダイヤフラム5cと連接棒5fとを接合する。
【0072】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【0073】
第1圧力室5a内のガス圧は飽和ガス圧であり、かつ、ダイヤフラム5cは、第1圧力室5a内のガス圧と第2圧力室5p内の圧力とが釣り合うように変位するので、膨脹弁5の絞り開度は、図12の実線で示されるように、低圧冷媒圧力導入口5nにおける冷媒が飽和ガスとなるように、つまり圧縮機1が停止した状態では過熱度が0となるように制御される。
【0074】
これに対して、本実施形態では、内部熱交換器7を設けているので、この内部熱交換器7にて膨脹弁5に流入する冷媒が冷却されて蒸発器6に流入する冷媒のエンタルピが小さくなり、逆に圧縮機1に吸引される冷媒が加熱される。
【0075】
したがって、蒸発器6の冷媒入口と出口とのエンタルピ差を大きくして蒸発器6の吸熱能力を高めることができるとともに、圧縮機1に吸引される冷媒に過熱度を与えることが可能となるので、プリロード調節機構を廃止しても蒸気圧縮式冷凍機を安定作動させることができる。
【0076】
また、ダイヤフラム5cと連接棒5fとが接合され、連接棒5fと弁体5dとが接合されているので、ダイヤフラム5cの変位と完全に連動して弁体5dを変位させることができ、膨脹弁5の応答性を高めることができる。
【0077】
因みに、第1実施形態では、弁体5dをバネ5qで押さえ付けているので、ダイヤフラム5cの変位速度に対してバネ5qの変形速度が遅れると、ダイヤフラム5cの変位に弁体5dが完全に連動しない可能性がある。
【0078】
また、第2ダイヤフラムケース5sがハウジング5jに一体形成されて一体化されているので、ダイヤフラム5c、弁体5d及び弁座5h間の寸法精度を高めることができる。
【0079】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【0080】
また、内部熱交換器7の構造は、上述の実施形態に示された構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機のp−h線図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る内部熱交換器の説明図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係る膨脹弁の説明図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係る膨脹弁の説明図である。
【図6】冷凍能力と過熱度との関係を示すグラフである。
【図7】本発明の第2実施形態に係る膨脹弁の説明図である。
【図8】本発明の第2実施形態に係る膨脹弁の説明図である。
【図9】本発明の第3実施形態に係る膨脹弁の説明図である。
【図10】本発明の第4実施形態に係る膨脹弁の説明図である。
【図11】本発明の第4実施形態に係る膨脹弁の説明図である。
【図12】流量と過熱度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…圧縮機、2…放熱器、3…レシーバ、4…過冷却器、
5…膨脹弁、6…蒸発器、7…内部熱交換器。
Claims (9)
- 低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機(1)と、
高圧冷媒の熱を放冷する放熱器(2)と、
前記放熱器(2)にて冷却された冷媒を減圧膨脹させる膨脹弁(5)と、
前記膨脹弁(5)にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器(6)と、
前記膨脹弁(5)にて減圧される前の高圧冷媒と前記圧縮機(1)に吸引される低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器(7)とを備え、
前記膨脹弁(5)は、所定質量のガスが封入された密閉空間(5a)を形成する薄膜状のダイヤフラム(5c)、前記ダイヤフラム(5c)の変位に連動して絞り開度を変化させる弁体(5d)、前記ダイヤフラム(5c)を挟んで前記密閉空間(5a)と反対側から前記密閉空間(5a)の体積を縮小させる向きの弾性力を与えるバネ(5q)、及び前記バネ(5q)の初期荷重を与える荷重付与部(5r)を有し、
前記密閉空間(5a)内の圧力は前記蒸発器(6)を流出した冷媒の温度に応じて変化し、前記ダイヤフラム(5c)のうち前記密閉空間(5a)と反対側には前記蒸発器(6)を流出した冷媒の圧力が作用するようになっており、
前記荷重付与部(5r)は、ハウジング(5j)に対して移動することができない構造となっており、
前記内部熱交換器(7)は、内筒管(7a)及び外筒管(7b)からなる二重管であり、
前記蒸発器(6)を流出した低圧冷媒が流入する冷媒入口(80)が設けられたケーシング(8)を備え、
前記ケーシング(8)は前記内部熱交換器(7)の前記外筒管(7b)に結合されており、
前記膨脹弁(5)は、前記ケーシング(8)内に収納されて前記ケーシング(8)に組み付けられており、
前記膨脹弁(5)は、前記高圧冷媒が流入する高圧冷媒流入口(5k)、前記弁体(5d)により減圧された後の低圧冷媒を流出させる減圧冷媒流出口(5m)、及び前記蒸発器(6)出口側の低圧冷媒の圧力を前記ダイヤフラム(5c)のうち前記密閉空間(5a)と反対側に導入する低圧冷媒圧力導入口(5n)が設けられたハウジング(5j)を有し、
前記膨脹弁(5)は前記ケーシング(8)内に収納された状態で前記内部熱交換器(7)と一体化されており、
前記ケーシング(8)には、前記減圧冷媒流出口(5m)から流出した低圧冷媒を前記蒸発器(6)の入口側へ向かって流出させる冷媒出口(83)が設けられており、
前記ケーシング(8)は、前記内部熱交換器(7)の前記外筒管(7b)との結合部よりも前記密閉空間(5a)に近い位置に前記冷媒入口(80)を有し、前記外筒管(7b)との結合部と前記冷媒入口(80)との間の位置に前記冷媒出口(83)を有していることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。 - 低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機であって、
冷媒を吸入圧縮する圧縮機(1)と、
高圧冷媒の熱を放冷する放熱器(2)と、
前記放熱器(2)にて冷却された冷媒を減圧膨脹させる膨脹弁(5)と、
前記膨脹弁(5)にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱する蒸発器(6)と、
前記膨脹弁(5)にて減圧される前の高圧冷媒と前記圧縮機(1)に吸引される低圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器(7)とを備え、
前記膨脹弁(5)は、所定質量のガスが封入された密閉空間(5a)を形成する薄膜状のダイヤフラム(5c)、及び前記ダイヤフラム(5c)の変位に連動して絞り開度を変化させる弁体(5d)を有し、
前記密閉空間(5a)内の圧力は前記蒸発器(6)を流出した冷媒の温度に応じて変化し、前記ダイヤフラム(5c)のうち前記密閉空間(5a)と反対側には前記蒸発器(6)を流出した冷媒の圧力が作用するようになっており、
前記ダイヤフラム(5c)は、前記密閉空間(5a)内の圧力と前記蒸発器(6)を流出した冷媒の圧力との差圧のみに基づいて変位するようになっており、
前記内部熱交換器(7)は、内筒管(7a)及び外筒管(7b)からなる二重管であり、
前記蒸発器(6)を流出した低圧冷媒が流入する冷媒入口(80)が設けられたケーシング(8)を備え、
前記ケーシング(8)は前記内部熱交換器(7)の前記外筒管(7b)に結合されており、
前記膨脹弁(5)は、前記ケーシング(8)内に収納されて前記ケーシング(8)に組み付けられており、
前記膨脹弁(5)は、前記高圧冷媒が流入する高圧冷媒流入口(5k)、前記弁体(5d)により減圧された後の低圧冷媒を流出させる減圧冷媒流出口(5m)、及び前記蒸発器(6)出口側の低圧冷媒の圧力を前記ダイヤフラム(5c)のうち前記密閉空間(5a)と反対側に導入する低圧冷媒圧力導入口(5n)が設けられたハウジング(5j)を有し、
前記膨脹弁(5)は前記ケーシング(8)内に収納された状態で前記内部熱交換器(7)と一体化されており、
前記ケーシング(8)には、前記減圧冷媒流出口(5m)から流出した低圧冷媒を前記蒸発器(6)の入口側へ向かって流出させる冷媒出口(83)が設けられており、
前記ケーシング(8)は、前記内部熱交換器(7)の前記外筒管(7b)との結合部よりも前記密閉空間(5a)に近い位置に前記冷媒入口(80)を有し、前記外筒管(7b)との結合部と前記冷媒入口(80)との間の位置に前記冷媒出口(83)を有していることを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。 - 前記膨脹弁(5)は、前記ダイヤフラム(5c)と前記弁体(5d)とを繋ぐ連接棒(5f)を有し、
前記連接棒(5f)の一端部と前記ダイヤフラム(5c)とが接合され、さらに、前記連接棒(5f)の他端部と前記弁体(5d)とが接合されていることを特徴とする請求項2に記載の蒸気圧縮式冷凍機。 - 前記ハウジング(5j)には、前記弁体(5d)と対向する弁座(5h)が形成されており、
前記ハウジング(5j)には、前記密閉空間(5a)と反対側から前記ダイヤフラム(5c)を支持するダイヤフラムケース(5s)が一体形成又は接合により一体化されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の蒸気圧縮式冷凍機。 - 前記膨脹弁(5)は、前記ケーシング(8)内で弾性的に変位することができるように固定されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
- 前記ケーシング(8)は、前記内部熱交換器(7)の前記外筒管(7b)との結合部と反対側端部に位置する開口部(84)を有し、
前記開口部(84)から前記膨脹弁(5)が前記ケーシング(8)内に前記内部熱交換器(7)の軸方向に沿って挿入され、前記膨脹弁(5)の挿入状態では前記開口部(84)が閉塞されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。 - 前記膨脹弁(5)は、前記蒸発器(6)と前記内部熱交換器(7)との間を流れる冷媒の状態が乾き度0.9から過熱度5℃の範囲内に調整されるように、前記蒸発器(6)に供給する冷媒の流量を調節することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
- 前記蒸発器(6)と前記内部熱交換器(7)との間を流れる冷媒の状態が乾き度0.9から1.0の範囲内に調整されることを特徴とする請求項7記載の蒸気圧縮式冷凍機。
- 前記蒸発器(6)と前記内部熱交換器(7)との間を流れる冷媒の状態が過熱度0℃から5℃の範囲内に調整されることを特徴とする請求項7に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
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