JPH02263071A - Using method for expansion valve device and assembly of vaporizer and flow rate control means - Google Patents
Using method for expansion valve device and assembly of vaporizer and flow rate control meansInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、少なくともその一部が液体で満たされるバル
ブ(球状体)を具備する熱膨張弁装置を用いる方法に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method of using a thermal expansion valve device comprising a valve (spherical body) at least partially filled with liquid.
本発明はまた蒸発器と流量制御手段との組立体に関する
。The invention also relates to an evaporator and flow control means assembly.
本発明はさらに冷凍機械に関するものである。The invention further relates to a refrigeration machine.
周知のように、例えば冷凍のために又は空気調和のため
に用いられるような冷凍機械は冷媒流体をガスの状態で
圧縮する圧縮機を備えている。この流体は冷却されてい
わゆる″熱源″ (圧縮機から来るガスよりは熱くない
)と接触することによって凝縮され、またこの凝縮され
た流体の圧力は次にいわゆる゛冷源“と接触することに
よりこの流体を蒸発させるのに十分な低い圧力に、膨張
弁を通って減少され、その後でこの蒸発されたガスが圧
縮機に戻ってくる。この蒸発中に流体が冷源から熱を吸
収し、それにより所望の冷凍効果を生じるようにする。As is well known, refrigeration machines, such as those used for example for refrigeration or for air conditioning, are equipped with a compressor for compressing a refrigerant fluid in the gaseous state. This fluid is cooled and condensed by contacting a so-called "heat source" (not hotter than the gas coming from the compressor), and the pressure of this condensed fluid is then increased by contacting a so-called "cold source". The pressure is reduced through an expansion valve to a pressure low enough to evaporate the fluid, after which the evaporated gas returns to the compressor.During this evaporation, the fluid absorbs heat from the cold source; This produces the desired refrigeration effect.
この型の機械は2つの欠点を回避するため制御されるこ
とが必要である。この冷源において得られる熱の量が低
かったならば、多くの量の蒸発されない液体が圧縮機に
戻される。これは圧縮機を損傷させまたいずれにしても
この機械のエネルギの浪費をもたらす(この機械は必要
以上の冷気を生じる)。これに対し、冷源で得られる熱
の量が高かったならば、蒸発器に到達する液体流量は冷
源温度を所望の低い水準に保持するに十分なほど高くは
なくなる。This type of machine needs to be controlled to avoid two drawbacks. If the amount of heat available at this cold source was low, a large amount of unevaporated liquid would be returned to the compressor. This damages the compressor and in any case results in wasted energy of the machine (the machine produces more cold air than necessary). On the other hand, if the amount of heat available at the cold source was high, the liquid flow rate reaching the evaporator would not be high enough to maintain the cold source temperature at the desired low level.
このような冷凍を遂行するため、熱膨張弁、すなわち通
常冷凍回路内で用いられる流体と同し流体で部分的に満
たされたバルブ(球状体)に連結された膨張弁を用いる
ことによって、膨張弁と蒸発器とを制御することが知ら
れている。膜はその一側がバルブ内の圧力にさらされ他
側が蒸発器内の圧力にさらされる。前記膜は付勢スプリ
ングに抗して膨張弁の弁流量制御手段上に作用する。バ
ルブは通常は放出パイプの出口に取付けられこの放出パ
イプを通って冷媒流体が蒸発器を出て圧縮機に向い、そ
して流量制御手段が、ガスの過熱がバルブ内の液体を−
この圧力がスプリングにより与えられた圧力の量だけ蒸
発器内の圧力を越える点に加熱している時にだけ開(。To accomplish such refrigeration, the expansion is accomplished by using a thermal expansion valve, i.e., an expansion valve connected to a valve partially filled with the same fluid normally used in the refrigeration circuit. It is known to control valves and evaporators. The membrane is exposed on one side to the pressure in the valve and on the other side to the pressure in the evaporator. The membrane acts against the biasing spring on the valve flow control means of the expansion valve. A valve is normally mounted at the outlet of the discharge pipe through which the refrigerant fluid exits the evaporator and is directed to the compressor, and flow control means are provided to ensure that superheating of the gas causes the liquid in the valve to -
Opens only when heating to the point where this pressure exceeds the pressure in the evaporator by the amount of pressure given by the spring.
この型式の制御の欠点は作動するために過熱を必要とす
ることである。実際に、熱力学の法則によれば、過熱の
ない場合、すなわち放出パイプ内に液体とガスとの混合
物がある時には、放出パイプ内の温度はもっばら圧力の
関数であり、この混合物内の液体のパーセントの関数で
はない。バルブ内の圧力が温度のみの関数であるので、
バルブ内の圧力は蒸発器の放出パイプ内の液体の比率に
関係なく同じであり、調整は全く不可能である。The disadvantage of this type of control is that it requires superheating to operate. In fact, according to the laws of thermodynamics, in the absence of superheating, i.e. when there is a mixture of liquid and gas in the discharge pipe, the temperature in the discharge pipe is largely a function of the pressure; is not a function of percentage. Since the pressure inside the valve is a function of temperature only,
The pressure in the valve is the same regardless of the proportion of liquid in the evaporator discharge pipe, and no adjustment is possible.
調整に必要であるような前記過熱は、蒸発器を実質的に
大きくしなければならずこれが著しく費用を増大させる
ことを意味し、この過熱領域において熱交換の係数は蒸
発器がある液体を包含している領域よりもはなはだ低い
ものとなる。Such superheating as is necessary for conditioning means that the evaporator has to be substantially larger, which significantly increases costs; It is much lower than the current area.
ウォータチラーズと称される空気調和装置中間媒体、す
なわち水が冷却されそれから空気を冷やす−において、
蒸発器の大きさは通常時5°Cの過熱がなくなった場合
には大体において半分に分割できる。In an air conditioner intermediate medium called water chillers, i.e. water is cooled and then the air is cooled.
The size of the evaporator can be roughly divided in half when the normal 5°C superheat is no longer present.
このことは、水と冷媒自体との間の平均温度差が5°C
ないし7°Cにすぎずこのように低い温度差のもとての
ガスとの熱交換が非常に効率が低いことからすれば、驚
くべきことではない。This means that the average temperature difference between the water and the refrigerant itself is 5°C.
This is not surprising given that heat exchange with the original gas is extremely inefficient at such a low temperature difference of only ~7°C.
このような蒸発器の費用は全空気調和装置の20ないし
30%であるので、実際の費用の節減は多大である。Since the cost of such an evaporator is 20 to 30% of the total air conditioner, the actual cost savings are significant.
弁を電子的に制御するためガスと蒸発器の液体との温度
を基本的に測定する電子膨張弁により過熱を減少させる
試みがなされてきた。しかし、このような電子膨張弁は
非常に高価、でありまたそれにもかかわらずこれらの弁
は作動するには通常2〜3°Cの過熱を必要としそのた
め実質的な節減は全く不可能であった。Attempts have been made to reduce superheating with electronic expansion valves that essentially measure the temperature of the gas and evaporator liquid to control the valve electronically. However, such electronic expansion valves are very expensive, and nevertheless these valves typically require 2-3°C superheating to operate, so no real savings are possible. Ta.
バルブを用いこのバルブを電気抵抗器のような別の加熱
手段で加熱することにより熱膨張弁の作動点を変位させ
る試みもなされ、この方法は例えば米国特許第4,46
7.613号に見られる。しかし、このような方法は抵
抗器のオーム値の困難な調和を必要としそしてこの調和
は種々の作動条件にとって適当でない。Attempts have also been made to displace the operating point of a thermal expansion valve by using a valve and heating the valve with other heating means such as an electrical resistor; this method is described, for example, in U.S. Pat.
7. Seen in No. 613. However, such a method requires difficult matching of the ohmic values of the resistors, and this matching is not suitable for various operating conditions.
本発明の第1の目的は熱膨張弁装置を用いる方法にあり
、この弁装置は、液体によって少なくとも一部が満たさ
れ差圧測定装置の一側に連結されたバルブを具備し、前
記差圧測定装置の他側は蒸発器内の圧力にさらされ、前
記差圧測定装置は付勢手段に抗して作用して流量制御手
段の位置を制御するようにし、前記バルブは前記蒸発器
の放出パイプに連結されかつ加熱手段を担持し、前記バ
ルブを少なくともその一部が前記放出パイプ内に位置す
るようにしたことを特徴とするものである。A first object of the present invention is a method of using a thermal expansion valve device, the valve device comprising a valve at least partially filled with a liquid and connected to one side of a differential pressure measuring device; The other side of the measuring device is exposed to the pressure within the evaporator, said differential pressure measuring device acting against the biasing means to control the position of the flow control means, said valve being adapted to control the discharge of said evaporator. It is characterized in that it is connected to a pipe and carries heating means, the valve being at least partially located within the discharge pipe.
本発明の第2の目的は蒸発器と流量制御手段との組立体
にあり、この組立体は、
一熱膨張弁に連結された冷媒入口と、少なくとも一部に
液体が満たされたバルブが設けられた冷媒放出パイプと
を有する蒸発器と、
−前記バルブに連結された第1の入力部と、前記蒸発器
内の圧力にさらされる第2の入力部とを有する差圧測定
手段と、
一熱膨張弁の流量制御要素を、差圧測定手段によって測
定された差圧の関数として位置ぎめする手段と、
一バルブに連結された加熱手段、
とを具備し、バルブはその少なくとも一部が蒸発器の放
出パイプ内に取付けられ放出パイプ内の冷媒の流れに少
なくともその一部がさらされるようにしていることを特
徴とするものである。A second object of the invention is an assembly of an evaporator and a flow control means, the assembly comprising: a refrigerant inlet connected to a thermal expansion valve; and a valve at least partially filled with liquid. - a differential pressure measuring means having a first input connected to the valve and a second input exposed to the pressure within the evaporator; means for positioning the flow control element of the thermal expansion valve as a function of the differential pressure measured by the differential pressure measuring means; and heating means coupled to the valve, the valve at least partially evaporating. It is characterized in that it is installed in the discharge pipe of the vessel so that at least a portion thereof is exposed to the flow of refrigerant in the discharge pipe.
本発明の第3の目的は冷凍機械にあり、この機械は前記
第2の目的の蒸発器と流量制御手段との組立体を具備す
るものである。A third object of the present invention is a refrigeration machine, which is equipped with an assembly of an evaporator and a flow control means according to the second object.
蒸発器を出たガスが湿ると、すなわち小滴を含有するよ
うになると、これらの小滴はバルブに衝突し非常に迅速
にバルブ内の液体を冷却し、それによりバルブ内の圧力
を減じそのため流量制御手段が閉じる。これと反対に、
蒸発器を出たガスが乾燥すると、バルブ内の液体への冷
媒ガスの冷却作用は少ししか効果を生じなくなりそして
電気抵抗器はバルブ内の液体を、バルブを取巻く冷媒ガ
スの温度より高い温度に加熱し始め、それによりバルブ
に、ガスが過熱されたと°゛信じこませ”流量制御手段
が開放されるようにする。When the gas leaving the evaporator becomes wet, i.e. contains droplets, these droplets impinge on the valve and very quickly cool the liquid in the valve, thereby reducing the pressure in the valve. Therefore, the flow rate control means is closed. On the contrary,
As the gas leaving the evaporator dries, the cooling action of the refrigerant gas on the liquid in the bulb becomes less effective, and the electrical resistor brings the liquid in the bulb to a higher temperature than the temperature of the refrigerant gas surrounding the valve. It begins to heat up, thereby causing the valve to believe that the gas is superheated and causing the flow control means to open.
実際に、また従来技術に対比して、本発明によれば、蒸
発器によって放出されたガスは、十分に蒸発されかつ過
熱される代わりにある程度の液体を含有することが多い
ものとなる。In fact, and in contrast to the prior art, according to the invention the gas emitted by the evaporator often contains some liquid instead of being sufficiently vaporized and superheated.
これはこの装置の効率に少ししか影響せず又は全く影響
しないが、それは、大概の場合に、蒸発器から来るガス
が圧縮機を駆動する電気モータを冷却するのに使用され
このモータを冷却することにより生じる損失があるから
であり、この損失が、乾燥ガスを加熱しその容積を膨張
させることによって得られるのか又は湿ったガスの液体
を蒸発することによって得られるのかは重要ではなく、
その理由は、両方の場合に圧縮されるべき容積とガスの
この容積を圧縮するのに必要なエネルギとは同じとなる
からである。Although this has little or no effect on the efficiency of the device, it is important to note that in most cases the gas coming from the evaporator is used to cool the electric motor that drives the compressor. It is immaterial whether this loss is obtained by heating the dry gas and expanding its volume or by evaporating the liquid of the wet gas.
The reason is that in both cases the volume to be compressed and the energy required to compress this volume of gas will be the same.
非常に実際的な費用上の改良が可能となるのに加えて、
本発明のO′C過熱膨張弁はいくつかの著しい成果をも
たらす。In addition to allowing very practical cost improvements,
The O'C superheat expansion valve of the present invention provides several significant benefits.
第1にその反応時間がきわめて早く、実際に本発明は不
規則作動することがなくなる。これはバルブ圧力の平衡
が、バルブの壁の少なくとも一側(通常外側)でのガス
の代わりにバルブの壁の両側での液相によって指示され
ることからもたらされ、これが、伝達効率を何10倍に
も高めることになる。Firstly, the reaction time is so fast that the invention is virtually free from erratic operation. This results from the fact that the valve pressure equilibrium is dictated by the liquid phase on both sides of the valve wall instead of the gas on at least one side (usually the outside) of the valve wall, and this affects the transfer efficiency. It will increase it by 10 times.
これは米国特許第446’7613号に示されるような
バルブが放出パイプの完全に外側にある構造に対しては
当てはまらないことであり、このような場合には本発明
によってなくすことができる熱伝達の遅れが存在する。This is not the case for structures where the valve is completely external to the discharge pipe, as shown in US Pat. No. 446'7613, and in such cases the heat transfer that can be eliminated by the present invention There is a delay.
さらに、本発明は米国特許第4467613号による従
来技術の主な欠点の1つ、すなわち作動の不確定をなく
すことができる。事実、蒸発器によって放出されるガス
が液体を含有していない時でも抵抗器によって加熱され
た外側バルブはパイプによって多量の熱が吸収されるこ
とにより多くの液体を含有しているかのように作用する
ことができ、これはパイプの内壁上に液体が存在してい
る時に起こり、この液体は、例えば圧縮機に戻ってくる
オイル又は未だ十分に蒸発していない液体冷媒の残留す
る滴とすることができる。Moreover, the present invention can eliminate one of the main drawbacks of the prior art according to US Pat. No. 4,467,613, namely operational uncertainty. In fact, even when the gas emitted by the evaporator contains no liquid, the outer bulb heated by the resistor acts as if it contained more liquid due to the large amount of heat absorbed by the pipe. This can occur when there is a liquid on the inner wall of the pipe, which may be, for example, oil returning to the compressor or residual droplets of liquid refrigerant that have not yet fully evaporated. I can do it.
本発明によれば、これらの主なる欠点はなくなり、バル
ブがその熱又は冷気を直接蒸発器を出るガスの流れから
受は取ることにより信顛性のある測定が可能となる。According to the present invention, these major drawbacks are eliminated and reliable measurements are made possible because the valve receives and extracts its heat or cold directly from the gas flow exiting the evaporator.
本発明の好適な特徴によれば、バルブは放出パイプから
熱的に遮断され放出パイプの壁に沿う液体によって熱的
に影響されないようになっている。According to a preferred feature of the invention, the valve is thermally isolated from the discharge pipe and is not thermally influenced by the liquid along the wall of the discharge pipe.
このような絶縁は例えば、バルブが通常完全な円筒形で
なくても、容易に変形される利点と、バルブと放出パイ
プとの間に良好な漏洩密封が得られる利点とを同時に有
する、プラスチック要素とすることができる。Such insulation is for example a plastic element, which has the advantage of being easily deformed and at the same time providing a good leaktight seal between the valve and the discharge pipe, even though the valve is usually not perfectly cylindrical. It can be done.
さらに本発明の利点のうちの第2の範ちゅうがある。基
本的にはよ(知られているように、熱膨張弁は、蒸発器
を非常に広い範囲の容量で正確に制御するには適してい
ない。通常熱膨張弁は、この弁が全負荷で正しく作動す
るのに適している場合には冷媒流量が全負荷の3分の1
より低いときは作動しない。これは、異なった容量の2
つ又は3つの弁を並列して用いることにより、この装置
としたがって圧縮機とが10〜30%容量の範囲で作動
しなければならない時に蒸発器への冷媒流量を依然とし
て制御するようにしなければならないことを意味する。There is also a second category of advantages of the present invention. Basically (as is known) thermal expansion valves are not suitable for precisely controlling evaporators over a very wide range of capacities. When suitable for proper operation, the refrigerant flow should be one-third of the full load.
It will not work if it is lower. This means that two
One or three valves should be used in parallel to ensure that the refrigerant flow to the evaporator is still controlled when the device and therefore the compressor must operate in the 10-30% capacity range. It means that.
本発明はこの欠点をなくする予期できない効果を有する
。さらに詳細には、本発明は同−弁で冷凍装置を作動の
全範囲において、また通常は全負荷に対し10〜20%
で制御できるようにする。The present invention has the unexpected effect of overcoming this drawback. More specifically, the present invention uses the same valve to operate the refrigeration system over the entire range of operation and typically at 10-20% of full load.
to be able to control it.
さらに詳細には、本発明の好適な実施態様においては、
加熱手段は、要求される冷却能力が一定の値以下に、例
えば50%に下降した時その一部又は全体が遮断される
。この遮断は圧縮機の容量制御によって行われる。(こ
の圧縮機には容量制御手段が設けられこの制御手段が通
常自動的に、圧縮機によって生じた圧縮流体の量を蒸発
器を通る冷媒流体の流速に調和させるよう作動する。)
加熱手段が遮断され(又はその代わりに部分的に接続が
断たれ)た時、バルブは標準バルブとして作動し、すな
わち蒸発器から過熱を求める。これは、蒸発器の全負荷
時の可能な冷却容量の点からこの蒸発器が比較的小さな
サイズであったとしても、部分負荷時には可能である。More specifically, in a preferred embodiment of the invention,
The heating means is partially or completely shut off when the required cooling capacity falls below a certain value, for example 50%. This shutoff is performed by controlling the capacity of the compressor. (The compressor is provided with a capacity control means which normally operates automatically to match the amount of compressed fluid produced by the compressor to the flow rate of refrigerant fluid through the evaporator.)
When the heating means are switched off (or alternatively partially disconnected), the valve operates as a standard valve, ie seeks superheat from the evaporator. This is possible at partial load even though the evaporator is of relatively small size in terms of its possible cooling capacity at full load.
また本発明に関し、弁の最大の開放のために要求される
過熱を2倍又は3倍にするようスプリングを設定するこ
とはこの弁の構造において何ら妨げられないが、それは
本発明によればこの過熱がヒータによって与えられるか
らである。これは依然として多量の過熱と部分負荷で利
用できるスプリング付勢とを与え、そしてこれにより以
下の記載で説明されるように、弁が従来技術におけるよ
りもはるかに低い流速に応動するものとなる。Also, according to the invention, nothing prevents the construction of the valve from setting the spring to double or triple the superheat required for maximum opening of the valve; This is because superheat is provided by the heater. This still provides a large amount of superheat and spring bias available at part load, and makes the valve responsive to much lower flow rates than in the prior art, as explained below.
本発明は、添付図面を参照して限定されない実例として
の本発明の実施態様についての以下の記載によりさらに
良く理解されるであろう。The invention will be better understood from the following description of embodiments of the invention by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.
第2図に示すように冷凍機械の一例はガス状態の冷媒流
体を圧縮しこの流体を凝縮器102の中に放出しこの流
体がここで凝縮される圧縮機を具備している。この凝縮
された流体はダクト18を通って制御された膨張弁10
3に送られ冷媒流体圧力が減少され、それからダクト1
9を通って流体が蒸発され熱を吸収する。蒸発器2の冷
媒放出パイプ1は圧縮機101の入口に連結される。蒸
発器2は、矢印6と7に沿って水取入れパイプ5aと水
出ロバイブ5bとの間で冷却されるべき水が循環する容
器4内の冷媒パイプ3を具備している。As shown in FIG. 2, one example of a refrigeration machine includes a compressor that compresses a gaseous refrigerant fluid and discharges the fluid into a condenser 102 where the fluid is condensed. This condensed fluid passes through a duct 18 to a controlled expansion valve 10
3 to reduce the refrigerant fluid pressure and then to duct 1
9 through which the fluid is evaporated and absorbs heat. The refrigerant discharge pipe 1 of the evaporator 2 is connected to the inlet of the compressor 101. The evaporator 2 comprises a refrigerant pipe 3 in a container 4 in which the water to be cooled circulates along arrows 6 and 7 between a water intake pipe 5a and a water outlet pipe 5b.
膨張弁は膜10を具備し、この膜1oの一方の側11は
蒸発器の冷媒放出パイプ1に固定され後述するバルブ(
球状体) 104の圧力にさらされ、また膜10の他方
の側12は外部の均圧ライン13によって放出パイプ1
内の圧力にさらされ、この膜10はロッド14を介して
流量制御ピストン15をスプリング17の付勢力に抗し
てそのシート(座)16から離すようにする。The expansion valve comprises a membrane 10, one side 11 of which is fixed to the refrigerant discharge pipe 1 of the evaporator and is connected to a valve (described below).
sphere) 104 and the other side 12 of the membrane 10 is connected to the discharge pipe 1 by an external pressure equalization line 13.
Exposed to internal pressure, this membrane 10 forces the flow control piston 15 away from its seat 16 against the biasing force of the spring 17 via the rod 14.
バルブ104内の圧力は毛細管9のような圧力伝達手段
によって膜10の側面11に伝達される。The pressure within the valve 104 is transmitted to the side surface 11 of the membrane 10 by a pressure transmitting means such as a capillary tube 9.
バルブの底部分は、26に見られる抵抗材料により部分
的に被覆されたプラスチック箔上に公知のように作られ
バルブの周りに巻きつけられた、電気加熱抵抗器20に
よって取巻かれており、これは、大抵プラスチックで作
られるカバー41によって保持されバルブに対し押しつ
けられる。電流がワイヤ21と22によって抵抗器2o
に供給される。The bottom portion of the bulb is surrounded by an electrical heating resistor 20 made in a known manner on a plastic foil partially coated with a resistive material seen at 26 and wrapped around the bulb; This is held and pressed against the valve by a cover 41, usually made of plastic. Current is passed through resistor 2o by wires 21 and 22
is supplied to
バルブは金属フランジ23によってパイプ1の中に保持
され、フランジ23はこれを貫通する円錐形の穴23a
を有しこの穴23aの中にプラスチック円錐体24−例
えばPTFE (ポリテトラフルオロエチレン)で作ら
れる−がフランジ25によって押圧される。プラスチッ
ク円錐体24はこれを軸方向に貫通する円筒形貫通穴を
有し、バルブ104とワイヤ21及び22とは前記円筒
形貫通穴の中に漏電しないように取付けられている。プ
ラスチック円錐体は変形して電線21と22のための通
路を提供しまた冷媒ガス及び液体を収容するパイプlの
内部を外部の空気から密封状に隔離する。プラスチック
円錐体24は、バルブ104を、バルブ104の主要部
分、特に底部分が放出パイプ1の内部に延出する位置に
、パイプ1を横切って保持し、それにより放出パイプ1
内の冷媒の流れにさらすようにしている。The valve is held in the pipe 1 by a metal flange 23, which has a conical hole 23a passing through it.
into this hole 23a a plastic cone 24, for example made of PTFE (polytetrafluoroethylene), is pressed by a flange 25. The plastic cone 24 has a cylindrical through hole extending axially through it, and the valve 104 and the wires 21 and 22 are mounted in the cylindrical through hole in a leak-tight manner. The plastic cone deforms to provide a passage for the wires 21 and 22 and sealingly isolates the interior of the pipe l containing the refrigerant gas and liquid from the outside air. The plastic cone 24 holds the valve 104 across the pipe 1 in a position where the main part of the valve 104, in particular the bottom part, extends into the interior of the discharge pipe 1.
It is exposed to the flow of refrigerant inside.
プラスチック円錐体24はさらに、パイプ1の壁から侵
入する熱又は冷気に対する断熱性をバルブに与える。こ
れによりバルブ内部の温度は、抵抗器によって発生され
た熱の量と冷媒の流れにさらされたパ1しプの面積27
によって受けられた冷却の量とによって基本的に決まる
。The plastic cone 24 further provides the valve with insulation against heat or cold entering from the wall of the pipe 1. This causes the temperature inside the valve to vary between the amount of heat generated by the resistor and the area of the pipe exposed to the flow of refrigerant.
basically depends on the amount of cooling received.
この装置は次のように作動する。This device operates as follows.
圧縮機101が全負荷で作動した時抵抗器20は動勢さ
れバルブ内の液体8を加熱しそれによりバルブと膜lO
の側面11に隣接する容積との内部の圧力を増大させそ
れからスプリング17を押圧しピストン15を開き、凝
縮器102から流入する液体冷媒が蒸発器2の中に流入
できるようにする。When the compressor 101 is operated at full load, the resistor 20 is energized and heats the liquid 8 in the valve, thereby causing the valve and membrane lO
increases the pressure inside the volume adjacent to the side 11 of the evaporator 2 and then presses the spring 17 to open the piston 15 and allow the liquid refrigerant coming from the condenser 102 to flow into the evaporator 2.
容器4内を循環する水から得られる熱の量が不十分とな
った場合は、この冷媒流体はもはや蒸発器2では十分に
蒸発することはできなくなり、液体の小滴が放出パイプ
1に現われる。この段階、すなわちパイプl内部に沿っ
て運ばれた液体の滴がバルブの領域27に衝突し始めた
時にのみ、バルブは冷却しそしてバルブ内の圧力は減少
しそれにより膜10上の圧力を減少させピストン15を
次第に閉じるようにする。本発明の重要な特徴は、熱が
バルブに与えられる領域と冷気がバルブとこのバルブに
収容された液体とによって受は取られる領域との間が密
接していることであり、このため熱量が銅の長い片を通
って移動するのを要し存いことが保証されることに注目
すべきである。、このような移動は熱伝達速度を制限し
、そして(a)バルブ内の最終平衡圧力をつくり出しそ
のため膨張弁が制御装置に何の影響をもたない周囲の温
度のような第2の要因に対しより敏感に開き、し)状況
の変化に対する弁103の応動を遅らせこの弁の不規則
作動に対して信転性を得るようになる。If the amount of heat available from the water circulating in the container 4 becomes insufficient, this refrigerant fluid can no longer be sufficiently evaporated in the evaporator 2 and droplets of liquid appear in the discharge pipe 1. . Only at this stage, i.e. when drops of liquid carried along the interior of the pipe l begin to impinge on the area 27 of the valve, does the valve cool and the pressure within the valve decreases, thereby reducing the pressure on the membrane 10. so that the piston 15 gradually closes. An important feature of the invention is the close proximity between the area where heat is applied to the valve and the area where cold air is received by the valve and the liquid contained therein, so that the amount of heat is It should be noted that it is ensured that there is no need to travel through a long piece of copper. , such movement limits the rate of heat transfer and (a) creates a final equilibrium pressure within the valve so that the expansion valve is dependent on a second factor, such as ambient temperature, which has no effect on the control device. (b) The response of the valve 103 to changes in the situation is delayed and reliability is obtained against irregular operation of the valve.
第3図は本発明によってもたらされる結果を示し、正の
横座標上で、湿ったガスによって運ばれる液体の重量に
おけるパーセントを示し、垂直線28は液体の0%に相
当するがガスは過熱されておらず、横座標の負の側は過
熱の量を示し、縦座標は膜を横切る差圧を示している。FIG. 3 shows the results produced by the invention, showing on the positive abscissa the percentage by weight of liquid carried by the moist gas, with the vertical line 28 corresponding to 0% of the liquid but the gas being superheated. The negative side of the abscissa indicates the amount of superheat and the ordinate indicates the pressure differential across the membrane.
数値の例として、おおよそ直径が15mm長さが110
noのバルブが、直径が約7011II11のパイプの
中に取付けられ50トン空調装置を作動する膨張弁、を
作動させ、この空調装置は冷媒R−22と共に作動され
、蒸発温度は7°Cに設定され、この弁内の液体の量は
制限されそれにより差圧が29に示すように約3バール
に達した時に完全、に蒸発されるようにし、この値で弁
が十分に開かれそれ以上の過熱が弁をさらに開かないよ
うにし、この点における過熱は約1°Cである。As an example of numerical values, the diameter is approximately 15mm and the length is 110mm.
The no valve actuates an expansion valve installed in a pipe approximately 7011II11 in diameter and operates a 50 ton air conditioner, which is operated with refrigerant R-22 and the evaporation temperature is set at 7°C. The amount of liquid in this valve is limited so that it is completely evaporated when the differential pressure reaches approximately 3 bar, as shown in Figure 29, at which point the valve is sufficiently opened to prevent further pressure. The superheat prevents the valve from opening further; the superheat at this point is about 1°C.
に達する。reach.
流景制御手段15がさらに開くと、圧力は1バールにほ
ぼ等しい値30に達するまで下降し続け、ガスにより担
持される液体の重量パーセントの量は、この場合約1パ
ーセントである値30に達する。バルブの上流側パイプ
の中に人為的に噴射される液体含有量のさらなる増加は
差圧を減少させず、そのためスプリングの張力は、ピス
トン15が完全に閉じて膜10を横切る圧力差が1バー
ルとなるように設定される。As the flow control means 15 opens further, the pressure continues to fall until it reaches a value 30 approximately equal to 1 bar, and the amount of liquid carried by the gas in weight percent reaches a value 30, which in this case is approximately 1 percent. . A further increase in the liquid content artificially injected into the upstream pipe of the valve does not reduce the pressure difference, so the tension of the spring is such that the pressure difference across the membrane 10 is 1 bar when the piston 15 is fully closed. It is set so that
この結果、通常5度又は6度に代えて1度の過熱をもっ
て最高の能力が得られ、それにより蒸発器の過熱発生領
域の大部分をなくすことができるものとなる。The result is that maximum capacity is achieved with a superheat of 1 degree instead of the usual 5 or 6 degrees, thereby eliminating a large portion of the evaporator's superheat generation area.
もちろん、抵抗器の能力を増大させることにより第3図
の曲線を右側に向って変位させて、弁を過熱領域で部分
的に作動するのに代えて、弁を湿った領域でほとんど完
全に作動させるようにすることができるが、これにより
蒸発器の冷却能力を増大させるのを助けしかも蒸発せず
にこの装置を通過している液体の量を増加させる。Of course, by increasing the capacity of the resistor, we can displace the curve of Figure 3 towards the right, so that instead of operating the valve partially in the superheat region, it operates almost completely in the wet region. This can help increase the cooling capacity of the evaporator and increase the amount of liquid that is passing through the device without being evaporated.
有利な特徴によれば、部分負荷において、抵抗器20に
よって生じた動力は減少され又は零とすることができ、
そのためこの熱膨張弁が通常の方法で作動することがで
きる。According to an advantageous feature, at partial load the power generated by the resistor 20 can be reduced or even zero;
This thermal expansion valve can then be operated in a normal manner.
第4図は得られる利点を説明している。FIG. 4 illustrates the advantages obtained.
これは縦座標における弁103の開放量と横座標におけ
る圧力差とを示し、曲線32は従来の弁の曲線であり、
曲線33は本発明の好ましい実施態様の曲線である。This shows the opening amount of the valve 103 on the ordinate and the pressure difference on the abscissa, where curve 32 is the curve of a conventional valve;
Curve 33 is the curve of the preferred embodiment of the invention.
公知のように標準の熱膨張弁は過熱によって与えられた
圧力差が34に示す値に達した時に開き始めそして差圧
35に対し十分に開放される。As is known, a standard thermal expansion valve begins to open when the pressure differential imposed by superheating reaches the value shown at 34 and is sufficiently relieved to the differential pressure 35.
蒸発器の大きさに多すぎる増加をしないようにするため
全過熱が制限されなければならないので、曲線32の傾
斜は急でなければならず、それにより過熱における変化
に対する開放の感度は非常に高く、弁の作用はそのため
さほど正確でなくなり、さらに過熱の量が、圧力差が値
34に近づく点へと減少する時、弁の開放は変わりやす
くなるが、1つの理由は大概の弁ではピストン15がそ
の2つの側において圧力平衡がなされずこれが閉じそし
て閉じたままとなり又は開きそして開いたままとなるた
めであり、それにより弁はほぼ35%又は40%より低
い部分負荷状態に相当する点34の近くの圧力差領域で
うまく制御されないことになる。Since the total superheat must be limited in order not to increase the size of the evaporator too much, the slope of curve 32 must be steep, so that the sensitivity of the opening to changes in superheat is very high. , the action of the valve is therefore less precise, and furthermore, when the amount of superheating decreases to the point where the pressure difference approaches a value of 34, the opening of the valve becomes variable; one reason is that in most valves the piston 15 34 because there is no pressure equilibrium on its two sides, which closes and remains closed or opens and remains open, which corresponds to a partial load condition of approximately 35% or less than 40%. will not be well controlled in the pressure differential area near .
本発明によれば、バルブによって現われる最大過熱は、
それが抵抗器によって行われ蒸発器ガスの過熱によらな
いので制限されることはなくなり、またより大きな感度
と部分負荷時でも膜を横切る大きな差圧を依然として保
持することとを可能とするような、急でない傾斜のもと
に作動させることができる。According to the invention, the maximum superheat exhibited by the valve is
Since it is done by a resistor and not by superheating of the evaporator gas, it is no longer limited, and also allows for greater sensitivity and still maintaining a large differential pressure across the membrane even at part load. , and can be operated under non-steep slopes.
この弁はしたがって、20%負荷又は必要であればさら
に低い負荷で作動することができ、それにより並列して
作動する複数の弁を設ける必要がなくなる。This valve can therefore be operated at 20% load or even lower if necessary, thereby eliminating the need for multiple valves operating in parallel.
さらに開放点を右側にすなわち弁が通常よりもさらに過
熱して作動できる36のような位置に変位させ、それに
より暑い日にこの装置が無負荷運転とされている時バル
ブが膨張弁を開放し蒸発器を水びたしにするような危険
を減少する。Additionally, the opening point is shifted to the right, to a position such as 36, where the valve can operate even hotter than normal, so that when the device is in no-load operation on a hot day, the valve will open the expansion valve. Reduces the risk of flooding the evaporator.
本発明によれば、抵抗器をバルブの周囲に代えてその内
側に取付けることができ、バルブは垂直に取付けるのに
代えて斜めにもしくは水平に取付けることができ、外側
の均圧ラインを通常の内側均圧装置に置き換え又は冷凍
機械の低圧部分の他の部分に、すなわち膨張弁出口と圧
縮機入口との間に連結することができ、バルブは直線状
の管に代えて異なった形状の例えばわん曲されたものと
することができ、バルブの底部に示される抵抗器は上方
の、下方部分にある湿ったガスと接触する冷却領域に取
付けることができ、冷凍装置におけるのと同じのバルブ
内の流体を使用する代わりに異なる流体を用いることが
でき、バルブ内の液体の量は制限され股上の最大圧力を
、液体が十分に蒸発された時に得られる値に制限するよ
うにし、電気ヒータを用いるのに代えて熱を他の手段例
えばバーナによって発生することができ加熱管のような
熱伝達手段によってバルブにこの熱を運ぶことができ、
ガスの圧力のようなスプリングと異なる手段を用いて膜
を付勢することができ、この膜はピストンのような他の
差圧測定装置によって置き換えることができ、部分負荷
時に加熱器はこの装置の無負荷に対して段階的に徐々に
接続を断って冷凍負荷に対し100%加熱から0%にす
ることができるということに、注目すべきである。さら
に、バルブ104は断熱手段(円錐体24)を介して放
出パイプ1に必らずしも固定しなくてもよい。According to the invention, the resistor can be mounted inside the valve instead of around it, the valve can be mounted diagonally or horizontally instead of vertically, and the outer pressure equalization line can be mounted inside the valve instead of around it. The internal pressure equalization device can be replaced or connected to other parts of the low-pressure part of the refrigeration machine, i.e. between the expansion valve outlet and the compressor inlet, and the valve can be replaced by a straight tube with a different shape, e.g. The resistor shown at the bottom of the valve, which can be curved, can be installed in the cooling area in contact with the moist gas in the upper, lower part, in the same valve as in refrigeration equipment. Instead of using one fluid, a different fluid can be used, the amount of fluid in the valve is limited to limit the maximum pressure above the rise to the value obtained when sufficient fluid has been evaporated, and the electric heater is Alternatively to using heat can be generated by other means such as a burner and this heat can be conveyed to the valve by heat transfer means such as heating tubes;
The membrane can be biased using springs and different means, such as gas pressure, and this membrane can be replaced by other differential pressure measuring devices, such as pistons, and at part load the heater It should be noted that the no load can be gradually disconnected in stages from 100% heating to 0% for the refrigeration load. Furthermore, the valve 104 does not necessarily have to be fixed to the discharge pipe 1 via insulation means (cone 24).
パイプ1からの熱の伝達は、このパイプに接触する表面
に関してパイプ1内の冷媒の流れにさらされるバルブ1
04の表面を増大させ及び/又は抵抗器のオーム値及び
/又はスプリング17の付勢力を調節することによって
、少なくとも部分的に補償される。このパイプ1からバ
ルブ104への熱伝達の補償は、放出パイプ1が一定の
温度に保持される蒸発器、例えば冷水をつくり出す蒸発
器(チラーと称される)において特に容易であり、放出
パイプlは常に、水の温度にほぼ等しい外側温度と冷媒
流体の温度にほぼ等しい内側温度とを有し、これらの温
度は恒久的にわずかに0°Cより高い狭い範囲に保持さ
れる。The transfer of heat from the pipe 1 occurs through the valve 1 which is exposed to the flow of refrigerant in the pipe 1 with respect to the surface in contact with this pipe.
04 and/or by adjusting the ohmic value of the resistor and/or the biasing force of the spring 17. This compensation of heat transfer from the pipe 1 to the valve 104 is particularly easy in an evaporator where the discharge pipe 1 is kept at a constant temperature, for example an evaporator producing cold water (called a chiller), and the discharge pipe l always has an outer temperature approximately equal to the temperature of the water and an inner temperature approximately equal to the temperature of the refrigerant fluid, and these temperatures are permanently held within a narrow range slightly above 0°C.
第1図は本発明で使用されるバルブの断面図であって、
このバルブの一部分が加熱抵抗器を示す正面”図で示さ
れ、
第2図は本発明を用いる冷凍機械の線図、第3図は、負
の横座標上の過熱の関数として、又は正の横座標上のガ
スの液体含有量の関数として、膜を横切る圧力差を示す
グラフ、
第4図は、膜を横切る圧力差の関数として弁の開放量を
示すグラフである。
1・・・放出パイプ、
3・・・冷媒パイプ、
10・・・膜、
14・・・ロンド、
17・・・スプリング、
27・・・バルブ中の領域、
104・・・バルブ。
2・・・蒸発器、
4・・・容器、
13・・・均圧ライン、
15・・・流量制御ピストン、
20・・・抵抗器、
101・・・圧縮機、FIG. 1 is a sectional view of a valve used in the present invention,
A portion of this valve is shown in front" view showing the heating resistor; FIG. 2 is a diagram of a refrigeration machine using the invention; FIG. Figure 4 is a graph showing the pressure difference across the membrane as a function of the liquid content of the gas on the abscissa. Figure 4 is a graph showing the amount of valve opening as a function of the pressure difference across the membrane. Pipe, 3... Refrigerant pipe, 10... Membrane, 14... Rondo, 17... Spring, 27... Region in valve, 104... Valve. 2... Evaporator, 4 ... Container, 13... Pressure equalization line, 15... Flow rate control piston, 20... Resistor, 101... Compressor,
Claims (1)
側に連結されたバルブを具備し、前記差圧測定装置の他
側が蒸発器の圧力にさらされ、前記差圧測定装置が付勢
手段に抗して作用し流量制御手段の位置を制御するよう
にし、前記バルブが前記蒸発器の放出パイプに近接しか
つ加熱手段を担持し、前記バルブをその少なくとも一部
が前記放出パイプの中にあるよう位置させていることを
特徴とする熱膨張弁装置の使用方法。 2、前記バルブが熱伝達絶縁手段によって前記パイプに
取付けられている請求項1に記載の方法。 3、装置の部分負荷時に加熱手段は少なくともその一部
が遮断されることを特徴とする請求項1に記載の熱膨張
弁の使用方法。 4、熱膨張弁に連結された冷媒入口と少なくともその一
部が液体で満たされたバルブに近接する冷媒放出パイプ
とを有する蒸発器と、 前記バルブ(104)に連結された第1の入力部(9)
と蒸発器内部の圧力にさらされる第2の入力部(13)
とを有する差圧測定手段(10)と、熱膨張弁(104
)の流量制御要素(15)を差圧測定手段で測定された
差圧の関数として位置ぎめする手段(14、17)と、 バルブに連結された加熱手段 とを具備し、 バルブ(104)は少なくともその一部が蒸発器の放出
パイプ(1)の中に取付けられ少なくともその一部が放
出パイプ中の冷媒の流れにさらされるようにしているこ
とを特徴とする蒸発器と流量制御手段との組立体。 5、バルブが放出パイプ(1)の中に、冷媒の流れにさ
らされる部分(27)と加熱手段(20)にさらされる
部分とを有している請求項4に記載の蒸発器と流量制御
手段との組立体。 6、バルブ(104)の底部分が放出パイプ(1)の内
部にある請求項4に記載の蒸発器と流量制御手段との組
立体。 7、請求項4に記載の蒸発器と流量制御手段との組立体
を具備する冷凍機械。[Claims] 1. A valve at least partially filled with liquid and connected to one side of the differential pressure measuring device, the other side of the differential pressure measuring device being exposed to the pressure of the evaporator, a pressure measuring device acting against the biasing means to control the position of the flow control means, said valve being proximate to said evaporator discharge pipe and carrying heating means, said valve being at least partially connected to said valve; A method of using a thermal expansion valve device, characterized in that the thermal expansion valve device is located within the discharge pipe. 2. The method of claim 1, wherein said valve is attached to said pipe by heat transfer insulation means. 3. The method of using a thermal expansion valve according to claim 1, characterized in that the heating means is at least partially shut off when the device is partially loaded. 4. an evaporator having a refrigerant inlet connected to a thermal expansion valve and a refrigerant discharge pipe adjacent to the valve at least partially filled with liquid; a first input connected to said valve (104); (9)
and a second input (13) exposed to the pressure inside the evaporator.
and a thermal expansion valve (104).
) comprising means (14, 17) for positioning the flow control element (15) of the valve as a function of the differential pressure measured by the differential pressure measuring means; and heating means coupled to the valve, the valve (104) comprising: An evaporator and a flow control means, characterized in that at least a part thereof is mounted in the discharge pipe (1) of the evaporator so that at least a part thereof is exposed to the flow of refrigerant in the discharge pipe. assembly. 5. Evaporator and flow control according to claim 4, wherein the valve has in the discharge pipe (1) a part (27) exposed to the flow of refrigerant and a part exposed to the heating means (20). Assembly with means. 6. An evaporator and flow control means assembly according to claim 4, wherein the bottom part of the valve (104) is inside the discharge pipe (1). 7. A refrigeration machine comprising the assembly of the evaporator and flow control means according to claim 4.
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