JP4894942B2 - 分流器及びこの分流器を備えた膨張弁並びにこの膨張弁を備えた冷凍装置 - Google Patents
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Description
(1)請求項1に記載の発明は、内部に冷媒が流通する、中心軸を中心とする断面円形の周壁部を備えた分流室を有する分流器本体部と、この分流器本体部に設けられた冷媒導入口、及びこの冷媒導入口を介して前記分流室内に流入した冷媒を分流して流出するための分流管が接続される分流管取付孔とを備える分流器において、前記分流室には、前記冷媒導入口から流入される冷媒が前記断面円形の周壁部の内周面に沿って流入されることにより冷媒の旋回流を形成する旋回流形成室と、この旋回流形成室から遠くなるに従い内径が小さくなる略円錐状に形成されることにより、旋回流形成室から流出した冷媒の旋回速度を増加させる増速室と、この増速室の出口を成す端部から旋回成分を持ったまま流出した冷媒を霧状に拡散させる、増速室の出口よりも大きい断面積を有する噴霧室とが設けられ、前記噴霧室には、この噴霧室の中心軸を中心とした周方向に等ピッチに前記分流管取付孔が設けられていることを要旨とする。
この発明によれば、冷媒導入口から旋回流形成室内に流入する冷媒が案内部に衝突することにより、この冷媒は増速室側に向きを変えながら流れるようになる。したがって、冷媒導入口から旋回流形成室内に流入する冷媒が効率よく増速室に向かう旋回流が形成されるようになる。
る旋回が安定するようになる。
この発明によれば、膨張弁に本発明の分流器を併用することにより、膨張弁を介して分流器に流通する冷媒がスラグ流等の不連続性のある流動形式になったとしても、気液の比率を均一化した冷媒を各分流管取付孔への供給の均一化を図ることができる。
膨張弁と分流器とが各別に設けられる場合、膨張弁と分流器とを接続するための接続配管が必要となる。その点において、本発明では、膨張弁と分流器とが一体化構造として形成されるため、上記接続配管を省略することができ、膨張弁のコンパクト化を図ることができる。また、旋回流を形成するための流動エネルギとして膨張弁からの噴流エネルギを有効利用することができるようになる。
この発明によれば、冷凍装置に本発明の膨張弁を用いることにより、気液の比率を均一化した冷媒を各分流管取付孔への供給の均一化を図ることができる冷凍装置を構成することができる。
図1〜図5を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第1の実施形態について説明する。
冷房運転時では、四路切替弁8が図中の破線側に設定される。この四路切替弁8の状態において、圧縮機9から吐出した冷媒は、四路切替弁8の破線側、室外側熱交換器3、室外側分流器7、室外側膨張弁6、室内側膨張弁4、室内側分流器5、室内側熱交換器2及び四路切替弁8の破線側を循環して圧縮機9に吸入される。このような冷媒の循環によって、室外側熱交換器3が凝縮器として動作し、室内側熱交換器2が蒸発器として動作する。ここで、室外側熱交換器3では、同冷媒が室外空気と熱交換を行って凝縮することによって、冷媒は室外空気に対して放熱する。また、室内側熱交換器2では、冷媒が室内空気と熱交換を行って蒸発することによって、室内空気が冷媒によって吸熱されることにより冷却される。
において、圧縮機9から吐出した冷媒は、四路切替弁8の実線側、室内側熱交換器2、室内側分流器5、室内側膨張弁4、室外側膨張弁6、室外側分流器7、室外側熱交換器3及び四路切替弁8の実線側を循環して圧縮機9に吸入される。このような冷媒の循環によって、室内側熱交換器2が凝縮器として動作し、室外側熱交換器3が蒸発器として動作する。ここで、室内側熱交換器2では、冷媒が室内空気と熱交換を行って凝縮することにより、冷媒は室内空気に対して放熱する。また、室外側熱交換器3では、冷媒が室外空気と熱交換を行って蒸発することによって、冷媒は室外空気から吸熱する。以上により、室内側膨張弁4と室内側分流器5及び室外側膨張弁6と室外側分流器7は、それぞれ冷媒を可逆に流通可能な冷暖房兼用の膨張弁及び分流器として使用されるようになる。
り部60Cにおいて減圧された冷媒は、低圧の気液二相流であるとともに噴霧状態にて絞り部60Cから冷媒配管CP2に向かい噴出される。
図4に示すように、分流器7は、中心軸J2を中心とした略円錐形状を有する分流器本体部70に1つの冷媒配管CP2及び複数の分流管CP3がそれぞれ取り付けられる態様にて設けられている。分流器本体部70の内部には、冷媒配管CP2と分流管CP3とを連通する空間である分流室70Aが形成されている。
して形成された開口面を増速室70Cの出口70C2とする。入口70C1は、旋回流形成室70Bと接続する接続口となり、出口70C2は、噴霧室70Dと接続する接続口となる。また、入口70C1の面積は、増速室70Cを中心軸J2に対して垂直な平面にて切った断面積のうちの最大となり、出口70C2の面積は、同断面積のうちの最小となる。
噴霧室70D、増速室70C及び旋回流形成室70Bの順に冷媒が流通する。そして分流室70A内の高圧液冷媒は、冷媒配管CP1を介して絞り部60Cに流通する。ここで、絞り部60Cは、高圧液冷媒の過冷却度を制御する目的にて絞り作用するように形成される。したがって、絞り部60Cを通過する高圧液冷媒は、絞り作用により噴霧化した気液二相流となる。そしてこの冷媒は、冷媒配管CP1に流通する。
(1)本実施形態によれば、分流器本体部70に形成された分流室70Aは、旋回流形成室70B、増速室70C及び噴霧室70Dにより構成されている。この構成によれば、増速室70Cにより冷媒が旋回する速度が増大するため、冷媒の旋回流が安定するようになる。その結果、増速室70C内の円形断面における冷媒密度の分布が安定化するようになる。そして、噴霧室70Dに冷媒が流入したときには、冷媒は旋回成分を持った霧状に拡散され、気液が均一化するようになる。以上により、本実施形態の分流器7においては、冷媒の旋回流の安定化と気液を均一化との両立を図ることができるようになる。
図6を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第2の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第1の実施形態の分流器7と比較して、分流器本体部70の配管接続部73の形状が異なる。以下、第1の実施形態の相違点を中心に説明する。なお、分流器本体部70内の実線矢印は冷媒の流れを示している。
(8)本実施形態によれば、冷媒配管CP2から旋回流形成室70Bに流通する冷媒は拡径部73cによって旋回成分と増速室70Cに向かい流れ成分とが付与されるため、配管接続部73の底部73dに向かう冷媒の流量が抑制されるようになる。したがって、旋回流形成室70B内の冷媒が効率よく増速室70Cに流通するようになる。
図7を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第3の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第1の実施形態の分流器7と比較して、分流器本体部70の配管接続部73の形状が異なる。以下、第1の実施形態の相違点を中心に説明する。なお、分流器本体部70内の実線矢印は冷媒の流れを示している。
図8を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第4の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第1の実施形態の分流器7と比較して、分流器本体部70の配管接続部73と縮径部74との寸法関係が異なる。以下、第1の実施形態の相違点を中心に説明する。
(9)本実施形態によれば、連結部75により旋回流形成室70B内の冷媒が増速室70Cに流通する前に一旦滞留する構成である。この構成によれば、旋回流形成室70Bにおいて付与された冷媒の旋回成分を増大させることができるようになる。その結果、増速室70Cに流入する冷媒の旋回流を安定化させることができるようになる。
図9を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第5の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第1の実施形態の分流器7と比較して、分流器本体部70の旋回流形成室70Bと増速室70Cとの間に拡大空間70Eが設けられた点において異なる。以下、第1の実
施形態の相違点を中心に説明する。
図10を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第6の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第2の実施形態の分流器7と比較して、分流器本体部70の増速室70Cと噴霧室70Dとの間に接続空間70Fが設けられた点、及び拡径部73cと縮径部74との間に連結部75aが設けられた点において異なる。以下、第2の実施形態の相違点を中心に説明する。なお、本実施形態では、分流器本体部70が単一部材として構成されている。
(10)本実施形態によれば、分流器本体部70に拡径部73c及び連結部75aが設けられる構成である。この構成によれば、冷媒配管CP2から旋回流形成室70Bに流通する冷媒が拡径部73cによって旋回成分と増速室70Cに向かう流れ方向成分とが付与されるとともに、連結部75aによって冷媒の旋回成分が増大するようになる。これにより、旋回流形成室70Bの冷媒が効率よく増速室70Cに流通するとともに冷媒の旋回流の安定化を図るができる。
図11を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第7の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第6の実施形態の分流器7と比較して、接続空間70Fの構成が異なる。以下、第6の実施形態の相違点を中心に説明する。
は、噴霧室70Dの断面積と等しくなるように形成されている。
(12)本実施形態によれば、接続通路部78に定径室70F1と拡径室70F2とが設けられる構成である。この構成によれば、定径室70F1により冷媒の旋回流が安定するとともに拡径室70F2により冷媒を噴霧室70Dに円滑に流通することができるようになる。
図12を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第8の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第6の実施形態の分流器7と比較して、噴霧室70Dと増速室70Cとの寸法関係が異なる点及び接続空間70Fが省略された点において異なる。以下、第6の実施形態の相違点を中心に説明する。
奏することができる。
(13)本実施形態によれば、各分流管CP3の仮想円C1が増速室70Cの出口70C2の内径R10(最小径)よりも大きくなるように形成されている。この構成によれば、増速室70Cから噴霧室70Dに流通する冷媒が直接各分流管CP3に流通することを回避することができるようになる。これにより、増速室70C内の冷媒の旋回流が不安定となることにより、冷媒の気液が十分に攪拌されていない場合においても、分流管CP3に冷媒が流入する前に噴霧室70Dにおいて冷媒を攪拌することができる。
図13を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第9の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第6の実施形態の分流器7と比較して、噴霧室70Dの形状が異なる点及び接続空間70Fが省略された点において異なる。以下、第6の実施形態の相違点を中心に説明する。
(15)本実施形態によれば、各分流管CP3の内径R14が第6の実施形態の各分流管CP3の内径R15よりも大きくなるように形成される構成である。この構成によれば、噴霧室70Dから各分流管CP3に流通する冷媒の速度が低減され、且つ噴霧室70D内において冷媒が旋回するため、過渡状態等において、一旦分配特性がアンバランスになったとしても、旋回成分によって各分流管取付孔72cを冷媒が横切ることによってそのアンバランスを解消することができるようになる。
図14を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第10の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第1の実施形態の分流器7と比較して、冷媒配管CP2と配管接続部73と
の接続態様が異なる。また、冷媒配管CP2と分流器本体部70とがつなぎ目のない一体化構造として形成されている点にて異なる。以下、第1の実施形態の相違点を中心に説明する。
r=円筒部73aの内壁面の半径
H1a=冷媒配管CP2の中心軸J2から最も遠い壁の外壁面と中心軸J2との間隔
H1=偏心量、すなわち、冷媒配管CP2の中心軸J2から最も近い壁の内壁面と中心軸J2との間隔
H2=第1の実施の形態における偏心量、すなわち、H1aがrに等しくなるように冷媒配管が設置されたときの、冷媒配管CP2の中心軸J2から最も近い壁の内壁面と中心軸J2との間隔
である。
(16)本実施形態によれば、冷媒配管CP2が円筒部73aよりも外方に配設されるとともに冷媒配管CP2と円筒部73aとの間に連結部73gが設けられる構成である。ここで、冷媒配管CP2から流入する冷媒の流速が高すぎると、配管取付孔71a周辺において局所的な渦が発生し、旋回中心が中心軸J2からずれ易くなる。その場合、冷媒配管CP2の内径を大きくすることによって、冷媒配管CP2に流入する冷媒の流速を下げることができる。しかしながら、その内径を大きくすることによって冷媒配管CP2と中心軸J2との偏心量が小さくなってしまう。旋回流形成室70Bの内径を大きくすることにより、冷媒配管CP2と中心軸J2との偏心量を大きくすることができるが、旋回流形成室70Bの内径を大きくすることによって分流器7が大型化してしまう。その点において、本実施形態の構成では、旋回流形成室70Bの径を大きくすることなく、その偏心量を確保した上で、分流室70Aに流入する冷媒の流速を下げることができる。したがって、旋回流形成室70B内において分流室70Aの中心軸J2に近い中心を有する冷媒の旋回流が形成されやすくなる。
図15を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第11の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第1の実施形態の分流器7と比較して、冷媒配管CP2と配管接続部73との接続態様が異なる。また、冷媒配管CP2と分流器本体部70とがつなぎ目のない一体化構造として形成されている点にて異なる。以下、第1の実施形態の相違点を中心に説明する。
心力の作用によりこの湾曲配管部P2の外方に液リッチ冷媒が流通し、同湾曲配管部P2の内方にガスリッチ冷媒が流通するようになる。そして冷媒は、接続配管部P3を沿って円筒部73aに流入するようになる。なお、増速室70C及び噴霧室70D内の冷媒の流れは、第1の実施形態と同様である。
(17)本実施形態によれば、冷媒配管CP2に湾曲配管部P2が設けられる構成である。この構成によれば、湾曲配管部P2により旋回流形成室70Bに流入する冷媒の不安定性を低減することができるようになる。したがって、旋回流形成室70B内の冷媒が形成する旋回流が安定するようになる。
図16を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第12の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第1の実施形態の分流器7と比較して、冷媒配管CP2と配管接続部73との接続態様が異なる。以下、第1の実施形態の相違点を中心に説明する。
(18)本実施形態によれば、冷媒配管CP2には、湾曲配管部P5と内側配管部P6が設けられるとともに、内側配管部P6は、円筒部73aの中心である中心軸J2付近に位置するように設けられている。この構成によれば、ガスリッチ冷媒が中心軸J2に流入しやすくなるため、同冷媒が中心軸J2付近を中心として旋回流を形成しやすくなる。したがって、旋回流形成室70B内の冷媒の旋回流が安定することができるようになる。
図17を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第13の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第1の実施形態の分流器7と比較して、多孔質透過材79を設けた点において異なる。以下、第1の実施形態の相違点を中心に説明する。
(19)一般に、膨張弁の絞り部はコンタミやゴミ詰まりによりその絞り性能が低下する可能性が高い。そのため、膨張弁の絞り部の付近には、コンタミ等を補足するフィルタ(多孔質透過材)を設けている。しかしながら、絞り部の付近にフィルタを設けることにより、フィルタを設置するためのスペースが必要となり、膨張弁が大型化する問題があった。その点において、本実施形態によれば、分流器7の内部に多孔質透過材79が設けられるため、膨張弁6内に多孔質透過材79が設けられる構成と比較して、多孔質透過材を設けるためのスペースを省略することができる。したがって、膨張弁6の大型化を抑制することができるようになる。
図18を参照して、本発明の分流器をヒートポンプ方式の冷凍装置に搭載される膨張弁に接続される分流器として具体化した第14の実施形態について説明する。本実施形態の分流器7は、第1の実施形態の分流器7と比較して、膨張弁6に対する接続構造が異なる。以下、第1の実施形態の相違点を中心に説明する。
本発明の分流器は、上記各実施形態に限定されることなく、上記各実施形態は、異なる実施形態同士を互いに組み合わせて実施する場合にも適用することができる。また本発明の分流器は、上記各実施形態に限定されることなく、以下の変更も可能である。なお、以下の変形例は、上記各実施形態についてのみ適用されるものでなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施する場合にも適用することもできる。
構成することもできる。この場合において、第1縮径部74aと第2縮径部74bとは、互いに縮径する割合、即ち縮径部74の断面としてのテーパ角が異なるように設けられている。具体的には、第1縮径部74aのテーパ角θ1よりも第2縮径部74bのテーパ角θ2のほうが大きくなるように形成されている。
棒64及び弁体65を省略して弁孔60Bのみが形成される構成とすることもできる。この構成においても、第1の実施形態の効果(5)以外の効果を奏することができる。
・上記各実施形態では、分流器7を膨張弁6に接続する態様として適用したが、分流器7の適用例はこれに限定されることはない。例えば、オリフィス、ノズル、エジェクタ等の気液二相流を発生させるものであれば、分流器7を適用することができる。
Claims (12)
- 内部に冷媒が流通する、中心軸を中心とする断面円形の周壁部を備えた分流室を有する分流器本体部と、この分流器本体部に設けられた冷媒導入口、及びこの冷媒導入口を介して前記分流室内に流入した冷媒を分流して流出するための分流管が接続される分流管取付孔とを備える分流器において、
前記分流室には、前記冷媒導入口から流入される冷媒が前記断面円形の周壁部の内周面に沿って流入されることにより冷媒の旋回流を形成する旋回流形成室と、この旋回流形成室から遠くなるに従い内径が小さくなる略円錐状に形成されることにより、旋回流形成室から流出した冷媒の旋回速度を増加させる増速室と、この増速室の出口を成す端部から旋回成分を持ったまま流出した冷媒を霧状に拡散させる、増速室の出口よりも大きい断面積を有する噴霧室とが設けられ、
前記噴霧室には、この噴霧室の中心軸を中心とした周方向に等ピッチに前記分流管取付孔が設けられている
ことを特徴とする分流器。 - 請求項1に記載の分流器において、
前記旋回流形成室における周壁部には、前記増速室に向かい冷媒を案内する案内部が設けられる
ことを特徴とする分流器。 - 請求項1または2に記載の分流器において、
前記冷媒導入口に対し接続される冷媒配管は、前記旋回流形成室の中心軸からの偏心量が大きくなるように、前記旋回流形成室の外方に配設されている
ことを特徴とする分流器。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の分流器において、
前記分流室には、前記増速室と前記旋回流形成室との間において、前記増速室に接続されるとともに、この増速室の内径よりも大きい内径を有する拡大空間が設けられる
ことを特徴とする分流器。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の分流器において、
前記旋回流形成室と前記増速室とは互いに接続され、
前記旋回流形成室は、前記増速室に向かい拡径する略円錐形状、または略円筒形状に形成されるとともに、この旋回流形成室の内径は前記増速室の入口の内径よりも大きく形成される
ことを特徴とする分流器。 - 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の分流器において、
前記分流室における前記増速室と前記噴霧室との間には、接続空間が設けられている
ことを特徴とする分流器。 - 請求項6に記載の分流器において、
前記接続空間は、内径一定の空間に形成されているか、または、少なくとも噴霧室側に、前記噴霧室に向かうにつれて拡径する略円錐形状の拡径室が形成されている
ことを特徴とする分流器。 - 請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の分流器において、
前記分流管取付孔は、前記分流室の周囲方向に円環状に配列され、この配列された前記分流管取付孔の内縁を結ぶことによって形成される円の内径は、前記増速室の出口の内径よりも大きい
ことを特徴とする分流器。 - 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の分流器と併用することを特徴とする膨張弁。
- 請求項9に記載の膨張弁において、
当該膨張弁と前記分流器とが一体化構造として形成される
ことを特徴とする膨張弁。 - 請求項9または請求項10に記載の膨張弁において、
当該膨張弁には、弁体と弁孔との間に形成された、絞り作用を行う絞り部が設けられ、前記絞り部は、冷凍負荷に対応して開度可変に構成される
ことを特徴とする膨張弁。 - 請求項9〜請求項11のいずれか一項に記載の膨張弁を用いることを特徴とする冷凍装置。
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