制冷循环装置

摘要

本发明提供一种制冷循环装置，其目的在于能够不受制冷剂分流器的设置姿势、制造差别等的影响而在宽泛的使用条件下实现良好的分流特性。制冷循环装置具备：对制冷剂进行压缩的压缩机；对由该压缩机压缩后的制冷剂进行冷凝的冷凝器；对由该冷凝器冷凝后的制冷剂进行减压的膨胀阀(3)；与该膨胀阀(3)分体构成且使由所述膨胀阀(3)减压后的制冷剂向形成于内部的多个流路分流的分流器(4)；以及使由该分流器(4)分流后的制冷剂蒸发的蒸发器，其中，所述膨胀阀(3)与分流器(4)以满足L/D≤1.2G0.36以及L/D≥1.5的方式配置。其中，L[m]是从膨胀阀(3)的节流区域(300)至分流器(4)的分支区域(400)的距离，D[m]是膨胀阀(3)的第二连接管(32)的内径，G[kg/(m2s)]是在膨胀阀的第二连接管(32)中流动的制冷剂的质量速度。

权利要求

1.一种制冷循环装置，其特征在于，所述制冷循环装置具备：压缩机，其对制冷剂进行压缩；

冷凝器，其对由该压缩机压缩后的制冷剂进行冷凝；

膨胀阀，其对由该冷凝器冷凝后的制冷剂进行减压；

分流器，其与该膨胀阀分体构成，且使由所述膨胀阀减压后的制冷剂向形成于该分流器的内部的多个流路分流；以及蒸发器，其使由该分流器分流后的制冷剂蒸发，所述膨胀阀与所述分流器以满足如下式子的方式配置：L/D≤1.2G0.36其中，

L[m]：从膨胀阀的节流区域至分流器的分支区域的距离D[m]：将膨胀阀与分流器连接起来的连接管的内径G[kg/(m2s)]：在将膨胀阀与分流器连接起来的连接管中流动的制冷剂的质量速度。

2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，所述分流器以满足如下式子的方式配置：L/D≥1.5

其中，

L[m]：从膨胀阀的节流区域至分流器的分支区域的距离D[m]：将膨胀阀与分流器连接起来的连接管的内径。

3.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，形成于所述分流器的内部的多个流路中的至少一个流路设置在比其他流路靠内侧的位置。

4.根据权利要求1所述的制冷循环装置，其特征在于，所述分流器通过拉深加工来形成。

说明书

制冷循环装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具备膨胀阀以及制冷剂分流器的制冷循环装置。

背景技术

[0002] 作为本技术领域的背景技术，具有日本特开2009-24937号公报(专利文献1)。该现有技术的目的在于，提供一种将膨胀阀与制冷剂分流器形成为一体的制冷剂分流室结合型膨胀阀，并且能够方便应对不同的通路数。

[0003] 该公报记载有如下内容：“阀主体由阀室部与分流室部构成。阀室部将壳体的内部作为阀室，将分隔阀室与制冷剂分流室的分隔壁作为底壁。在该壳体中形成有将节流部收纳于内部且连接液管的入口端口。分流室部具有上方开放的壳体，在该壳体形成有将多个分流管连接起来的端口。而且，上述结构的阀室部与分流室部被分体制作。以分体制作好的分流室部的上部由阀室部的分隔壁堵塞的方式将两者接合”。

[0004] 在先技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本特开2009-24937号公报发明概要

[0007] 发明要解决的课题

[0008] 然而，在日本特开2009-24937号公报所记载的现有技术中，在通过钎焊或焊接将阀室部与分流室部接合的情况下，加热位置与阀孔、阀棒等接近，因此可能引起因热量导致的阀孔等的变形，进而对膨胀阀的流量特性、耐老化性造成较大影响。另外，在代替上述的钎焊、焊接而将阀室部与分流室部螺纹接合的情况下，可能产生制冷剂泄漏。

[0009] 另外，在具备膨胀阀的制冷循环装置中，为了防止因垃圾等异物的侵入而导致膨胀阀堵塞，在与膨胀阀连接的制冷剂配管内设置过滤器。然而，根据上述专利文献所记载的膨胀阀的构造，过滤器的设置并不容易。

发明内容

[0010] 本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于，提高制冷循环装置的可靠性，并且在宽泛的使用条件下实现良好的分流特性。

[0011] 解决方案

[0012] 为了实现上述课题，例如采用权利要求书所述的结构。制冷循环装置具备：压缩机，其对制冷剂进行压缩；冷凝器，其对由该压缩机压缩后的制冷剂进行冷凝；膨胀阀3，其对由该冷凝器冷凝后的制冷剂进行减压；制冷剂分流器4，其与该膨胀阀3分体构成，且使由所述膨胀阀3减压后的制冷剂向形成于该制冷剂分流器4的内部的多个流路分流；蒸发器，其使由该制冷剂分流器4分流后的制冷剂蒸发，其特征在于，所述膨胀阀3与制冷剂分流器4以满足L/D≤1.2G0.36以及L/D≥1.5的方式配置。其中，L[m]是从膨胀阀3的节流区域300至制冷剂分流器4的分支区域400的距离，D[m]是膨胀阀3的第二连接管32的内径，G[kg/(m2s)]是在第二连接管32中流通的制冷剂的质量速度。

[0013] 发明效果

[0014] 根据本发明，即便使用了简单构造的分流器，也能够不受制冷剂分流器的设置姿势、制造差别等的影响而在宽泛的使用条件下获得良好的分流特性。

附图说明

[0015] 图1是表示本发明的实施例1所涉及的膨胀阀与分流器之间的连接形态的局部剖视图。

[0016] 图2是本发明的实施例1所涉及的制冷循环装置的结构图。

[0017] 图3是可视化实验结果的一例，示出膨胀阀下游处的管内气液二相流的流动样态。

[0018] 图4是表示距管内气液二相流的流动状态发生转变的膨胀阀的节流区域的距离Lt、管内径D、管内制冷剂的质量速度G之间的关系的曲线图。

[0019] 图5是质量速度G＝530kg/(m2s)、干燥度x＝0.15的实验条件下的分流特性的测定结果，示出制冷剂向各分支的质量流量比的偏差。

[0020] 图6是质量速度G＝530kg/(m2s)、干燥度x＝0.15的实验条件下的分流特性的测定结果，示出制冷剂向各分支的干燥度的偏差。

[0021] 图7是质量速度G＝180kg/(m2s)、干燥度x＝0.15的实验条件下的分流特性的测定结果，示出制冷剂向各分支的质量流量比的偏差。

[0022] 图8是质量速度G＝180kg/(m2s)、干燥度x＝0.15的实验条件下的分流特性的测定结果，示出制冷剂向各分支的干燥度的偏差。

[0023] 图9是示出本发明的实施例1所涉及的分流器的另一例的图，示出12分支的结构的形状。

[0024] 图10是本发明的实施例2所涉及的制冷循环装置的结构图。

具体实施方式

[0025] 以下，使用附图对本发明优选的实施方式进行具体说明。

[0026] 实施例1

[0027] 图2是本实施例所涉及的制冷循环装置100、例如室内空气调节器等的结构图的例子。在此，附图标记1是压缩机，附图标记2是第一换热器，附图标记3是膨胀阀，附图标记4是制冷剂分流器，附图标记5是第二换热器，附图标记6是四通阀。上述要件设备由制冷剂配管连接而构成制冷循环装置100。

[0028] 第一换热器2作为冷凝器而发挥作用，第二换热器5作为蒸发器而发挥作用，在制冷剂按照压缩机1→第一换热器2→膨胀阀3→制冷剂分流器4→第二换热器5→压缩机1的顺序(由实线箭头表示)在制冷循环装置100内循环的情况下，通过膨胀阀3后的制冷剂成为气液二相状态，并经由将膨胀阀3与制冷剂分流器4连接起来的制冷剂配管90而被制冷剂分流器4分流。

[0029] 在制冷剂配管90中流动的气液二相流的流动状态受制冷循环装置100的使用条件、配管90的设置姿势或形状等较大影响。在多数情况下，该气液二相流是包含小气泡的液体渣与气柱交替存在的弹状流、乳沫状流、或者液膜存在于管壁且在气相的管剖面中心部处伴有多个液滴的环状流，密度以及流速的分布处于不均匀的状态。这成为气液二相流在被制冷剂分流器4分流时向各分支的质量流量、干燥度(在全部质量流量中，气相所占的比例)不同的较大要因。

[0030] 另一方面，在制冷剂分流器4处的制冷剂分流不适当的情况下，可能产生作为蒸发器而发挥作用的第二换热器5以及制冷循环装置100的性能降低、向压缩机1的过度回流等问题，因此气液二相流的分流是重要的课题。

[0031] 另外，制冷循环装置100能够利用四通阀6来切换制冷剂的流动方向。在该情况下，第一换热器2作为蒸发器而发挥作用，第二换热器5作为冷凝器而发挥作用，制冷剂按照压缩机1→第二换热器5→制冷剂分流器4→膨胀阀3→第一换热器2→压缩机1的顺序(由虚线箭头表示)而在制冷循环装置100内循环。伴随于此，制冷剂分流器4变得不具备使制冷剂分流的功能，取而代之地使通过了冷凝器的第二换热器5的液体制冷剂合流，经由制冷剂配管90而向膨胀阀3输送。但是，在向制冷剂混入了垃圾等的情况下，上述异物向膨胀阀3侵入，由此可能导致膨胀阀堵塞进而产生制冷循环装置100的故障，因此需要在制冷剂分流器4与膨胀阀3之间设置过滤器。

[0032] 接下来，使用图1对解决上述课题的方法进行说明。

[0033] 图1是表示膨胀阀3与制冷剂分流器4之间的连接形态的局部剖视图的例子。在此，实线箭头表示制冷剂分流器4实现使制冷剂分流的功能的情况下的制冷剂流动。另外，附图标记70是防止异物向膨胀阀3侵入的过滤器，附图标记80a、80b、80c、80d是将由制冷剂分流器4分流后的制冷剂向第二换热器5送出的支管。

[0034] 膨胀阀3由阀主体33、将阀主体33与第一换热器2连接起来的第一连接管31、将阀主体33与制冷剂分流器4连接起来的第二连接管32构成。

[0035] 在阀主体33的内部内置有阀孔34、通过驱动装置的动作而能够沿轴向移动的针状物35。在该阀孔34与针状物35之间形成有环状的节流区域300，在此，从第一连接管31流入的液体制冷剂得以减压，从而成为气液二相状态。另外，节流区域300的流路面积能够通过根据制冷循环装置100的使用条件来移动针状物35进行调节。

[0036] 制冷剂分流器4通过拉深加工来制作，且由与膨胀阀3连接的第一连结部41、设置在第一连结部的下游侧的直管部42、设置在直管部42的下游侧的第二连结部43、以及设置在第二连结部43的下游侧的分支部44构成。另外，在第二连结部43与分支部44之间形成有将制冷剂分开的分支区域400。

[0037] 第一连结部41以与膨胀阀3的第二连接管32匹配的方式形成，且通过钎焊与插入到其中的第二连接管32接合。直管部42具有与第二连接管32相等的内径，通过铆接而将过滤器70固定于其中。第二连结部43从直管部42朝向分支部44而使流路面积逐渐扩大。分支部44呈三叶草状，通过钎焊而与插入到其中的支管80a、80b、80c、80d接合。需要说明的是，在本实施例中，支管80d与制冷剂分流器4同轴设置，在其外侧，支管80a、80b、80c在以制冷剂分流器4的轴线为中心的圆周上等间隔地设置。

[0038] 此外，在图1中，附图标记L表示从膨胀阀3的节流区域300至制冷剂分流器4的分支区域400的距离，附图标记D表示膨胀阀3的第二连接管32的内径。

[0039] 在本发明中，膨胀阀3与制冷剂分流器4优选以满足L/D≤1.2G0.36的方式配置。其中，G是在膨胀阀3的第二连接管32中流动的制冷剂的质量速度。以下，使用图3～图8对其理由进行说明。

[0040] 图3以及图4是针对膨胀阀下游处的气液二相流而使管内制冷剂的质量速度G变化并进行了可视化实验的结果。需要说明的是，在可视化实验中，制冷剂使用R410A，将其流动设为垂直下降流动。另外，玻璃管的内径D为8mm。

[0041] 图3是可视化实验结果的一例，示出质量速度G＝180kg/(m2s)、干燥度x＝0.15的实验条件下的观察结果。如图3所示，在从膨胀阀3的节流区域300到朝下游侧移动60mm左右为止的区域中，气液二相流处于回转喷流状态，呈现为白浊的样态。在该情况下，制冷剂的气相与液相良好地混合，因此若在该状态下使制冷剂分流，则能够实现良好的分流特性。与此相对，在从节流区域300起大约60mm以后的区域中，气液二相流成为气泡环状流，呈现为在管壁形成液膜且伴有多个微小气泡的样态。在该情况下，制冷剂处于气相与液相分离的状态，并且沿着管壁的液膜的厚度并不一致，因此无法期待良好的分流特性。

[0042] 而且，图4基于以上那样的观察结果，示出将距管内气液二相流的流动状态发生转变的膨胀阀3的节流区域300的距离Lt(以下称为转变距离)、管内径D、管内制冷剂的质量速度G之间的关系整理之后的结果。在此，横轴表示质量速度G[kg/(m2s)]、纵轴表示转变距离Lt[m]与管内径D[m]的比率。另外，图中的△标记表示可视化实验的观察结果，虚线是基于观察结果的乘方近似曲线。

[0043] 由图4可知，转变距离Lt呈伴随着质量速度G的增大而变长的趋势，且满足Lt/D＝1.2G0.36。

[0044] 根据上述的可视化实验结果，利用膨胀阀下游处的制冷剂的气相与液相良好混合的状态，为了获得良好的分流特性，优选将膨胀阀3与制冷剂分流器4以满足L/D≤1.2G0.36的方式设置。

[0045] 另外，在根据制冷循环装置100的使用条件而使质量速度G发生变动的情况下，优选与该质量速度的最小值Gmin对应地、将膨胀阀3与制冷剂分流器4以满足L/D≤1.2Gmin0.36的方式设置。由此，在全部的使用条件下，能够实现良好的分流特性。

[0046] 图5～图8示出使用具有图1所示的构造的拉深加工的制冷剂分流器4(4分支)并使管内制冷剂的质量速度G变化(180～530kg/(m2s))而测定分流特性的结果的一部分。

[0047] 图5与图6是质量速度G＝530kg/(m2s)、干燥度x＝0.15的实验条件下的测定结果，并示出制冷剂向各分支的质量流量比(向分支i的质量流量与全质量流量之比)以及干燥度的偏差。而且，图7与图8是质量速度G＝180kg/(m2s)、干燥度x＝0.15的实验条件下的测定结果，并示出制冷剂向各分支的质量流量比以及干燥度的偏差。需要说明的是，质量流量比的偏差是指向分支i流动的制冷剂的实际流量与等流量分配时的理想流量比(即25％)之差。干燥度的偏差是指向分支i流动的制冷剂的实际干燥度与等干燥度分配时的理想干燥度之差。

[0048] 另外，在图5～图8中，●标记示出L/D＝7.5、θ＝0°的条件下的结果，○标记示出L/D＝7.5、θ＝15°的条件下的结果，◆标记示出L/D＝37.5、θ＝0°的条件下的结果，◇标记示2
出L/D＝37.5、θ＝15°的条件下的结果。其中，L/D＝7.5是质量速度G＝180kg/(ms)、干燥度x＝0.15的实验条件下的制冷剂流动状态的转变位置(参照图3)，相对于全部的实验条件而满足L/D≤1.2G0.36。然而，L/D＝37.5相对于全部的实验条件而不满足L/D≤1.2G0.36。另外，θ表示制冷剂分流器4的轴线相对于铅垂方向倾斜的角度，在θ＝15°的情况下，支管80a在铅垂方向上位于最下位置。

[0049] 如图5～图8所示，在制冷剂分流器4的设置姿势为铅垂的情况下，与设为L/D＝37.5(◆)时相比，设为L/D＝7.5(●)时的分支间的质量流量比以及干燥度的差异小。另外，在制冷剂分流器4相对于铅垂方向倾斜15°的情况下，在设为L/D＝37.5(◇)时，分流特性显著变化，与此相对，在设为L/D＝7.5(○)时，分流特性的变化几乎看不到。

[0050] 由上述结果可知，以膨胀阀下游处的与管内制冷剂的质量速度G对应的转变距离Lt或其以下的距离设置制冷剂分流器4，使气液二相流以气液良好混合的状态分流，即使使用了具有简单构造的拉深加工的分流器，也不受分流器的设置姿势等的影响，而在宽泛的使用条件下获得良好的分流特性。因此，优选膨胀阀3与制冷剂分流器4以满足L/D≤1.2G0.36的方式设置。

[0051] 另外，在本发明中，优选膨胀阀3与制冷剂分流器4以满足L/D≥1.5的方式配置。由此，当对膨胀阀3与制冷剂分流器4进行钎焊时，加热位置位于第二连接管32，能够获取与阀主体33恒定的距离，因此能够防止因热量而产生阀孔等的变形。与此同时，还能够在制冷剂分流器4的直管部42内设置防止异物向膨胀阀3侵入的过滤器70。

[0052] 另外，在本发明中，在制冷剂分流器4的内部形成的多个流路中的至少一个设置在比其他流路靠内侧的位置。由此，能够紧凑地制作制冷剂分流器4，因此除了能够削减设置空间以外，还能够有助于降低产品的原价。并且，如图5～图8所示，向与制冷剂分流器4同轴设置的支管80d流动的制冷剂的质量流量以及干燥度和向等间隔地设置在圆周上的支管80a、80b、80c流动的制冷剂的质量流量以及干燥度大致相同，因此无需担心有损于分流特性。

[0053] 在以上的实施例中，对使用4分支的制冷剂分流器4的情况进行了说明。然而，本发明所涉及的制冷剂分流器4的分支数并没有限制，只要是两个以上即可。例如，也可以是图9所示那样的12分支的结构。另外，关于制冷剂分流器4的制作方法，虽然优选廉价的拉深加工，也可以是切削加工、冲压加工等。

[0054] 实施例2

[0055] 图10示出实施例2所涉及的制冷循环装置101、例如箱型空调器等的结构图的例子。在此，附图标记1是压缩机，附图标记2是第一换热器，附图标记3a与3b是膨胀阀，附图标记4a与4b是制冷剂分流器，附图标记5是第二换热器，附图标记6是四通阀，附图标记91是连接配管。其中，第一换热器2与第二换热器5都具有多通路构造。

[0056] 在第一换热器2作为冷凝器而发挥作用、第二换热器5作为蒸发器而发挥作用的情况下，如图中的实线箭头表示那样，经由第一换热器2而在分流器4a合流的液体制冷剂通过膨胀阀3a以及连接配管91，在由膨胀阀3b减压而成为气液二相状态之后，由分流器4b分流而向第二换热器5流动。

[0057] 另一方面，在随着制冷循环装置101内的制冷剂的流动方向被四通阀6切换，第一换热器2作为蒸发器而发挥作用，第二换热器5作为冷凝器而发挥作用的情况下，如图中的虚线箭头表示那样，经由第二换热器5而在分流器4b合流的液体制冷剂通过膨胀阀3b以及连接配管91，在由膨胀阀3a减压而成为气液二相状态之后，由分流器4b分流而向第一换热器2流动。

[0058] 在本实施例中，优选膨胀阀3a与分流器4a以满足L/D≤1.2Ga0.36的方式设置，并且膨胀阀3b与分流器4b以满足L/D≤1.2Gb0.36的方式设置。其中，Ga是分流器4a使通过膨胀阀3a后的制冷剂分流时的质量速度，Gb是分流器4b使通过膨胀阀3b后的制冷剂分流时的质量速度。

[0059] 由此，制冷循环装置101与制冷剂的流动方向无关地，在全部的使用条件下都能够实现良好的分流特性。

[0060] 附图标记说明：

[0061] 3    膨胀阀

[0062] 4    制冷剂分流器

[0063] 300   节流区域

[0064] 400   分支区域