(57)【要約】【課題】絞り装置１０において、冷房及び暖房の運転を行う冷凍サイクルシステムで用いる固定絞り装置において、簡単な構成で冷媒の流量を精密に制御する。【解決手段】外熱交換器に接続される第１の接続ポート１１と、室内熱交換器に接続される第２の接続ポート１２と、第１及び第２の接続ポート１１，１２の間に接続される絞り流路１３とにより、冷媒を流す流路を構成する。第１及び第２の接続ポート１１，１２のそれぞれに、接続ポート１１または接続ポート１２内の液冷媒に対して気泡を発生させる振動発生器４を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍サイクルシステムの室外熱交換器と室内熱交換器との間に設けられ、前記冷凍サイクルシステムを流れる冷媒を減圧して膨張させる絞り装置であって、
前記室外熱交換器に接続される第１の接続ポートと、前記室内熱交換器に接続される第２の接続ポートと、前記第１及び第２の接続ポートの間に接続され該接続ポートより内径の小さな絞り流路とにより、前記冷媒を流す流路が構成され、
前記第１及び第２の接続ポートのそれぞれに、該接続ポート内の液冷媒に対して気泡を発生させる気泡発生手段を備えたことを特徴とする絞り装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の接続ポートが、前記絞り流路側に向かって内径が次第に縮径された円錐台形状の整流部を有することを特徴とする請求項１に記載の絞り装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の接続ポートが隣接して併設され、前記気泡発生手段が、前記第１及び第２の接続ポートに共通する１つの気泡発生手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の絞り装置。
【請求項４】
前記気泡発生手段が前記液冷媒に振動を加える振動発生器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の絞り装置。
【請求項５】
前記気泡発生手段が前記液冷媒を加熱する加熱器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の絞り装置。
【請求項６】
冷媒を圧縮する圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に接続された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絞り装置と、を備えたことを特徴とする冷凍サイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等の冷凍サイクルの凝縮器と蒸発器との間に設けられる絞り装置及び冷凍サイクルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定絞り装置を用いるとともに、冷房運転及び暖房運転の切り換えを行う冷凍サイクルシステムとして、例えば特開昭６２−７７５７４号公報（特許文献１）の第３の実施例（第４図）に開示されたものがある。ここで用いられる絞り装置はキャピラリチューブであり、このキャピラリチューブ内を流れる冷媒の流量を制御するために、加熱ヒータを用い、この加熱ヒータの加熱量に応じて冷媒内に気泡を発生させてキャピラリチューブ内での摩擦抵抗を制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−７７５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の冷凍サイクルシステムのように冷房と暖房を切り換えて運転するものにおいて、冷媒の流れ方向が双方向となることに対応して、凝縮器と蒸発器との間に２つのキャピラリチューブを直列に接続し、この２つのキャピラリチューブの間の冷媒配管に加熱ヒータを設けるようにしている。そして、冷房、暖房いずれの場合も、一方のキャピラリチューブから加熱ヒータのある冷媒配管に流入し、冷媒はこの冷媒配管の部分で加熱ヒータにより加熱され、他方のキャピラリチューブへと流れる。
【０００５】
このため、冷房、暖房いずれの場合でも、上流側のキャピラリチューブで減圧された冷媒は気液２相流となり、この気液２相流の冷媒が加熱ヒータで加熱される冷媒配管内へと流れる。しかしながら、気液２相流はスラグ流、フロス流などの不定形な流れであり、加熱ヒータで精密に気泡化するのが困難である。
【０００６】
本発明は、冷房及び暖房の運転を行う冷凍サイクルシステムで用いる固定絞り装置において、冷媒の双方向の流れに対して絞り流路の直前において冷媒に効果的に気泡を発生させて、冷媒の流量を精密に制御できる絞り装置及び冷凍サイクルシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の絞り装置は、冷凍サイクルシステムの室外熱交換器と室内熱交換器との間に設けられ、前記冷凍サイクルシステムを流れる冷媒を減圧して膨張させる絞り装置であって、前記室外熱交換器に接続される第１の接続ポートと、前記室内熱交換器に接続される第２の接続ポートと、前記第１及び第２の接続ポートの間に接続され該接続ポートより内径の小さな絞り流路とにより、前記冷媒を流す流路が構成され、前記第１及び第２の接続ポートのそれぞれに、該接続ポート内の液冷媒に対して気泡を発生させる気泡発生手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の絞り装置は、請求項１に記載の絞り装置であって、前記第１及び第２の接続ポートが、前記絞り流路側に向かって内径が次第に縮径された円錐台形状の整流部を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の絞り装置は、請求項１または２に記載の絞り装置であって、前記第１及び第２の接続ポートが隣接して併設され、前記気泡発生手段が、前記第１及び第２の接続ポートに共通する１つの気泡発生手段であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の絞り装置は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の絞り装置であって、前記気泡発生手段が前記液冷媒に振動を加える振動発生器であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の絞り装置は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の絞り装置であって、前記気泡発生手段が前記液冷媒を加熱する加熱器であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の冷凍サイクルシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に接続された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の絞り装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１乃至４の絞り装置によれば、冷凍サイクルシステムにおいて、室外熱交換器が凝縮器、室内熱交換器が蒸発器として機能する冷房運転時には、第１の接続ポートが液相の冷媒で満たされた状態となり、この第１の接続ポートから絞り流路に冷媒が流れて、絞り流路により冷媒が絞られる。また、室内熱交換器が凝縮器、室外熱交換器が蒸発器として機能する暖房運転時には、第２の接続ポートが液相の冷媒で満たされた状態となり、この第２の接続ポートから絞り流路に冷媒が流れて、絞り流路により冷媒が絞られる。第１及び第２の接続ポートはそれぞれ気泡発生手段を備えているので、冷房運転と暖房運転の双方向の冷媒の流れに対して、接続ポート内の液相で満たされた状態の冷媒に対して気泡を発生させるので、絞り流路の直前で均質で微細な気泡を定量的に発生することができ、絞り流路を流れる冷媒の流量を安定して制御することができる。また、接続ポートは絞り流路の入口側の大きな空間となり、これを液相の冷媒で満たされた状態にすることで絞り流路内を閉塞状態にするに足りる十分な量の気泡を発生することが可能となる。
【００１４】
請求項２の絞り装置によれば、接続ポートが円錐台形状の整流部を有するので、接続ポートで発生した気泡を、整流した状態で絞り流路に流入させることができ、さらに安定した制御を行うことができる。
【００１５】
請求項３の絞り装置によれば、１つの気泡発生手段で双方向の流れを制御できるとともに、絞り装置の全体長さをコンパクトにすることができる。
【００１６】
請求項４の絞り装置によれば、気泡発生手段が振動発生器であるので、加熱手段等に比較して、液冷媒に対して気泡の発生、及び発生停止を遅れなく制御できるので、より安定した制御を行うことができる。
【００１７】
請求項５の絞り装置によれば、気泡発生手段が加熱器であるので、加熱ヒータ等を用いて簡単な構成でコストを低減できる。
【００１８】
請求項６の冷凍サイクルシステムによれば、請求項１乃至５と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態の絞り装置の断面図である。
【図２】第１実施形態の絞り装置を用いた冷凍サイクルシステムの概略構成図である。
【図３】実施形態の絞り装置における振動体の振動量とキャピラリチューブ内の流量との概略の特性を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態の絞り装置を用いた冷凍サイクルシステムの概略構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態の絞り装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の絞り装置及び冷凍サイクルシステムの実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の絞り装置の断面図であり、図１（Ａ）は冷凍サイクルシステムにおける冷房運転状態を示し、図１（Ｂ）は暖房運転状態を示している。図２は第１実施形態の絞り装置を用いた冷凍サイクルシステムの概略構成図であり、主に冷房運転状態を図示してある。図３は実施形態の絞り装置における振動体の振動量とキャピラリチューブ内の流量との特性を示す図である。
【００２１】
まず、図２の冷凍サイクルシステムについて説明する。この冷凍サイクルシステムは、実施形態の絞り装置１０と、絞り装置１０の後述の振動発生器４に接続されたコントローラ２０と、室外ユニットに搭載された室外熱交換器１００と、室内ユニットに搭載された室内熱交換器２００と、室外ユニットに搭載された流路切換弁３００と、室外ユニットに搭載された圧縮機４００とを有している。そして、絞り装置１０、室外熱交換器１００、室内熱交換器２００、流路切換弁３００、及び圧縮機４００は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクルシステムを構成している。なお、アキュムレータ、圧力センサ、温度センサ等は図示を省略してある。
【００２２】
冷凍サイクルシステムの流路は、流路切換弁３００により冷房運転時の流路と暖房運転時の流路の２通りに切換えられる。冷房運転時には、図に実線の矢印で示したように、圧縮機４００で圧縮された冷媒は流路切換弁３００から室外熱交換器１００に流入され、この室外熱交換器１００は凝縮器として機能し、室外熱交換器１００から流出された液冷媒は絞り装置１０を介して室内熱交換器２００に流入され、この室内熱交換器２００は蒸発器として機能する。
【００２３】
一方、暖房運転時には、図に破線の矢印で示したように、圧縮機４００で圧縮された冷媒は流路切換弁３００から室内熱交換器２００、絞り装置１０、室外熱交換器１００、流路切換弁３００、そして、圧縮機４００の順に循環され、室外熱交換器１００が蒸発器として機能し、室内熱交換器２００が凝縮器として機能する。絞り装置１０は、冷房運転時に室外熱交換器１００から流入する液冷媒、または暖房運転時に室内熱交換器２００から流入する液冷媒を、それぞれ減圧膨張し、さらにその冷媒の流量を制御する。
【００２４】
コントローラ２０には、図示しない温度センサからの温度信号、圧力センサからの圧力信号が入力され、これらの温度信号及び圧力信号から蒸発器出口における過熱度を検出する。そして、コントローラ２０は過熱度に応じて絞り装置１０における振動発生器４の振動量を制御し、絞り装置１０（キャピラリチューブ３）における冷媒の流量を制御する。すなわち、過熱度が高くなると絞り装置１０における冷媒の流量を増加させ、過熱度が低くなると絞り装置１０における冷媒の流量を減少させる。
【００２５】
図１に示すように、絞り装置１０は、金属管からなる第１の継手管１と、同じく金属管からなる第２の継手管２と、第１及び第２の継手管１，２よりも細い金属管からなるＵ字状のキャピラリチューブ３とを有している。
【００２６】
第１の継手管１と第２の継手管２は、その内部に略円柱状の第１の接続ポート１１と、第２の接続ポート１２とをそれぞれ形成している。また、キャピラリチューブ３は、その内部に接続ポート１１，１２より内径の小さな絞り流路１３を形成している。そして、第１の接続ポート１１は室外熱交換器に通じる配管に接続され、第２の接続ポート１２は室内熱交換器に通じる配管に接続されている。さらに、絞り流路１３は、第１及び第２の接続ポート１１，１２の間に接続されている。これにより、絞り装置１０は、第１及び第２の接続ポート１１，１２と絞り流路１３とにより、冷媒を流す流路を構成している。
【００２７】
また、第１の継手管１と第２の継手管２は、円筒管の片側端部に絞り加工を施すことにより、キャピラリチューブ３側をロート状の形状に形成されている。これにより、第１及び第２の接続ポート１１，１２は、キャピラリチューブ３の絞り流路１３側に向かって内径が次第に縮径された円錐台形状の整流部１１ａ，１２ａを有している。
【００２８】
この第１実施形態では、第１の継手管１と第２の継手管２は接近して平行に併設されており、この第１の継手管１と第２の継手管２とに接触する「気泡発生手段」としての１つの振動発生器４が取り付けられている。振動発生器４はコントローラ２０に接続されている。
【００２９】
振動発生器４は第１の継手管１と第２の継手管２とに物理的な振動を加える。ここで、冷房運転時には、第１の継手管１からキャピラリチューブ３を介して第２の継手管２に冷媒が流れるので、第１の接続ポート１１内は液相の冷媒で満たされた状態となる。一方、第２の接続ポート１２内は減圧膨張された主に気相あるいは気液混合の冷媒となる。したがって、第１の接続ポート１１内の液相の冷媒に振動による均質な微細気泡が発生する。逆に、暖房運転時には、第２の継手管２からキャピラリチューブ３を介して第１の継手管１に冷媒が流れるので、第２の接続ポート１２内は液相の冷媒で満たされた状態となり、第１の接続ポート１１内は減圧膨張された主に気相あるいは気液混合の冷媒となる。したがって、第２の接続ポート１２内の液相の冷媒に振動による均質な微細気泡が発生する。
【００３０】
冷媒中の気泡の発生量は振動発生器４から加えられる振動の振動量（振幅等）が大きいほど多くなる。さらに、冷媒中の気泡が多いほど、特にキャピラリチューブ３の絞り流路１３内の気泡の量に応じて冷媒の流体抵抗が大きくなり、流量が減少する。すなわち、図３に示すように、振動発生器４で発生する振動量が大きくなるほど、絞り流路１３内での冷媒の流量が小さくなる。このように、振動発生器４での振動量を制御することにより、冷房運転時、暖房運転時のいずれでも、均質な微細気泡により、冷媒の流量を正確に制御することができる。
【００３１】
また、第１の接続ポート１１及び第２の接続ポート１２は、それぞれ絞り流路１３側に向かって内径が次第に縮径された円錐台形状の整流部１１ａ，１２ａを有しているので、冷房運転時、暖房運転時のいずれの場合でも、絞り流路１３に対して気泡を整流した状態で流入させることができ、正確な制御が可能となる。
【００３２】
図４は本発明の第２実施形態の絞り装置を用いた冷凍サイクルシステムの概略構成図であり、この図４も主に冷房運転状態を図示してある。以下の実施形態において、第１実施形態と同様な要素には同符号を付記して重複する説明は省略する。この第２実施形態において第１実施形態と異なるところは、絞り装置１０′である。絞り装置１０′は、第１及び第２の継手管１，２よりも細い金属管からなる直線状のキャピラリチューブ３′を用い、第１及び第２の継手管１，２を直線に配置したものである。また、第１の継手管１と第２の継手管２とのそれぞれに、「気泡発生手段」としての振動発生器４，４を取り付けている。この第２実施形態では、冷房運転時、暖房運転時に対応して、第１の継手管１と第２の継手管２のそれぞれに対応する振動発生器４を選択的に制御して冷媒に気泡を発生させ、キャピラリチューブ３′の絞り流路１３′を流れる冷媒の流量を制御することができる。
【００３３】
図５は本発明の第３実施形態の絞り装置を示す図である。この実施形態の絞り装置１０″は、金属ブロックの切削加工により、第１の接続ポート１１、絞り流路１３及び第２の接続ポート１２を直線に配置して形成したものである。また、第１の接続ポート１１と第２の接続ポート１２には、それぞれ絞り流路１３側に向かって内径が次第に縮径された円錐台形状の整流部１１ａ，１２ａを形成したものである。さらに、第１の接続ポート１１と第２の接続ポート１２にそれぞれ隣接する２箇所に窪み１４，１４を形成し、この窪みの中に振動発生器４，４を取り付けたものである。接続ポート１１，１２と窪み１４との間には薄手の隔壁１４ａ，１４ａがあり、気密性が保たれる。
【００３４】
この第３実施形態における第１の接続ポート１１、第２の接続ポート１２、絞り流路１３及び振動発生器４，４の作用効果は、第２実施形態と同様である。なお、この第３実施形態では、切削加工により形成しているので、整流部１１ａ，１２ａと絞り流路１３との境界を同径となっており、冷媒の流れに対して圧力損失を低減できる。なお、図５（Ｂ）は、絞り装置１０″に冷凍サイクルの冷媒配管１５，１６を接続した例を示している。
【００３５】
以上の各実施形態の振動発生器４としては、磁歪型や電歪型のものを用いることができる。また、電歪型のものとしては、ランジュバン型、バイモルフ型等を用いることができる。また、ＭＥＭＳ振動体でもよい。
【００３６】
以上の実施形態では、「気泡発生手段」としての振動発生器の例を説明したが、この振動発生器のように液相の冷媒に対して気泡を発生させるのに振動を用いると、気泡の発生作用の応答性が高く（早く）なる。しかし、液相の冷媒に対して気泡を発生させる「気泡発生手段」としては例えばヒーター等の加熱手段でもよい。この場合、ヒーターの加熱温度は、液相の冷媒に気泡が発生する程度の温度である。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１０    絞り装置
１      第１の継手管
１１    第１の接続ポート
１１ａ  整流部
２      第２の継手管
１２    第２の接続ポート
１２ａ  整流部
３      キャピラリチューブ
１３    絞り流路
４      振動発生器
１０′  絞り装置
３′    キャピラリチューブ
１３′  絞り流路
１０″  絞り装置
１４    窪み
１４ａ  隔壁
２０    コントローラ
１００  室外熱交換器
２００  室内熱交換器
３００  流路切換弁
４００  圧縮機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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