空気調和機
【課題】四方切換弁の弁ケーシングを介した高温冷媒からの熱移動を抑制する。
【解決手段】空気調和機１０は、圧縮機１２、四方切換弁３０、室内熱交換器１８、減圧手段１６及び室外熱交換器１４を冷媒配管で連結して形成され冷凍サイクルと、四方切換弁を切換えて冷暖房運転を行う制御装置５０とを備える。四方切換弁３０の高圧側導管２２は室内側導管２６に対向し略一直線状となるように配置されている。室内側導管２６、低圧側導管２４及び室外側導管２８は弁座３４に溶接されている。四方切換弁３０は、高温冷媒から低温冷媒への弁座を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料で形成された弁座３４を用い、弁座３４の熱移動量の低減による暖房能力の増大分が熱移動量の低減による圧縮機入力の増大分よりも大きくなる圧縮機１２を用いる。
【解決手段】空気調和機１０は、圧縮機１２、四方切換弁３０、室内熱交換器１８、減圧手段１６及び室外熱交換器１４を冷媒配管で連結して形成され冷凍サイクルと、四方切換弁を切換えて冷暖房運転を行う制御装置５０とを備える。四方切換弁３０の高圧側導管２２は室内側導管２６に対向し略一直線状となるように配置されている。室内側導管２６、低圧側導管２４及び室外側導管２８は弁座３４に溶接されている。四方切換弁３０は、高温冷媒から低温冷媒への弁座を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料で形成された弁座３４を用い、弁座３４の熱移動量の低減による暖房能力の増大分が熱移動量の低減による圧縮機入力の増大分よりも大きくなる圧縮機１２を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に係り、特に暖房運転と冷房運転とを切換える四方切換弁を備えた空気調和機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器などを冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成する空気調和機において、四方切換弁を用いて冷媒流路を切換えることにより暖房運転と冷房運転とを切換えることが知られている。
【０００３】
従来の空気調和機として、特開２００２−２２３１５号公報（特許文献１）に示されたものがある。この特許文献１には、特許文献１の図６に示す空気調和機（従来技術１）、特許文献１の図７に示す空気調和機（従来技術２）、及び特許文献１の図１〜図２に示す四方切換弁（従来技術３）が開示されている。
【０００４】
従来技術１の空気調和機では、冷媒ガスを圧縮する圧縮機、室内を冷房又は暖房するために冷媒ガスの循環方向を転換させるための四方切換弁を備えている。この四方切換弁には、高圧側導管と、２個の導管（室外側導管及び室内側導管）と、１個の低圧側導管と、弁体とが設けられている。高圧側導管は圧縮機の吐出口に接続され、室外側導管は室外熱交換器に接続され、室内側導管は室内熱交換器に接続され、低圧側導管は圧縮機の吸入口に接続されている。ここで、高圧側導管が弁体の上面に対向して接続されると共に、高圧側導管と低温側導管とが一直線状となる位置に配置されている。また、室内熱交換器と室外熱交換器との間には両熱交換器の間を流れる冷媒ガスの圧力を調節する膨張弁が配設されている。
【０００５】
四方切換弁の弁体が暖房運転の状態にあるときは、圧縮機から出力された高温高圧の冷媒は四方切換弁から室内側導管を経て室内熱交換器に入り、放熱して室内の空気と熱交換を行い低温となった後、膨張弁を通り室外熱交換器に入る。該室外熱交換器に流入した低温の冷媒ガスは外気から吸熱して室内側導管４から低圧側導管５を経て圧縮機に戻り循環する。これにより室内は暖房される。
【０００６】
四方切換弁の弁体が冷房運転の状態に切換えられたときは、圧縮機からの高温高圧の冷媒は四方切換弁から室外側導管を経て室外熱交換器に入り、放熱し外気と熱交換した後、膨張弁を通り室内熱交換器で室内空気と熱交換し吸熱した後に室内側導管から低圧側導管を経て圧縮機に戻り循環する。これにより室内は冷房される。
【０００７】
また、従来技術２の空気調和機では、従来技術１の四方切換弁の構成を大きく変えず、暖房の効率を重視し、高圧側導管の位置を変えて高圧側導管を室内側導管に対向し略一直線状となるように配置したものである。
【０００８】
さらに、従来技術３の四方切換弁では、高圧側導管を二股に形成し、該二股にした２本の高圧側導管を室内側導管及び室外側導管にそれぞれ対向するように弁ケーシングに配設し、且つ常時２個の高圧導管のうちのいずれか一方を常に遮蔽する手段を弁体に設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２２３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来技術１の空気調和機では、高圧側導管が弁体の上面中央部に対向して接続されると共に、高圧側導管と低温側導管とが一直線状となる位置に配置されているため、高圧側導管から流入した高温冷媒が低温側導管の真上に配置された弁体に衝突して大きく曲げられる。これによって、圧力損失を招くとともに、高温冷媒が弁ケーシング側に向かって流れる衝突流となるため、高温冷媒から弁体周囲の弁ケーシングへの熱移動を促進することになる。
【００１１】
また、上述した従来技術２の空気調和機では、高圧側導管を室内側導管に対向して略一直線状となるように配置しているので、暖房時に高圧側導管から流入した高温冷媒が直線的に流れて室内側導管から流出する。これによって、高圧側の圧力損失を少なくすることができる。しかし、従来技術２の空気調和機では、弁座を通しての高温冷媒から低温冷媒への熱移動については配慮していないため、暖房効率の低下を招くおそれがある。即ち、従来技術２の空気調和機では、高圧側導管を室内側導管に対向して略一直線状となるように配置したことによって、前記のように圧力損失が低減することで高温冷媒の持っているエネルギーが高く維持されることとなるので、弁座を通しての熱移動が増加する。延いては暖房効率の低下を招くおそれがある。
【００１２】
さらには、上述した従来技術３の四方切換弁では、構造が複雑になり高価になってしまう、という問題が生じていた。
【００１３】
本発明の目的は、構造が簡単で安価な四方切換弁としつつ、冷凍サイクルの効率を向上できる空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の目的を達成するために、本発明では、圧縮機、四方切換弁、室内熱交換器、減圧手段及び室外熱交換器を冷媒配管で連結して形成されると共に内部に冷媒が充填された冷凍サイクルと、前記四方切換弁を切換えて冷暖房運転を行う制御装置と、を備え、前記四方切換弁は、両端が閉じられた筒状の弁ケーシングと、前記弁ケーシング内に筒軸方向に延在して配置され且つ平面状のシート面を有する金属製の弁座と、前記弁座のシート面上を筒軸方向に移動可能に配置された弁体と、前記弁ケーシングに接続された銅製の導管と、を備え、前記弁座は室外側連通路、低圧側連通路及び室内側連通路を筒軸方向に順に且つ前記シート面に開口して設けており、前記導管は、前記弁体の外側の弁ケーシング内空間と前記圧縮機の吐出側とを連通する高圧側導管と、前記室外側連通路と前記室外熱交換器とを連通する低圧側導管と、前記低圧側連通路と前記圧縮機の吸込側とを連通する室外側導管と、前記室内側連通路と前記室内熱交換器とを連通する室内側導管とからなり、前記弁体は、暖房時に前記高圧側導管と前記室内側導管とを連通して高温冷媒を流すと共に前記低圧側導管と前記室外側導管とを連通して低温冷媒を流し、冷房時に前記高圧側導管と前記室外側導管とを連通して高温冷媒を流すと共に前記低圧側導管と室内側導管とを連通して低温冷媒を流すように移動され、前記高圧側導管は前記室内側導管に対向し略一直線状となるように配置されており、前記室内側導管、前記低圧側導管及び前記室外側導管は前記室内側連通路、前記室外側連通路及び前記低圧側連通路の壁面にそれぞれ溶接されている空気調和機において、前記弁座として高温冷媒から低温冷媒への前記弁座を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料の弁座を用いると共に、前記圧縮機として、暖房時には前記熱移動量の低減による暖房能力の増大分が前記熱移動量の低減による圧縮機入力の増大分よりも大きくなる圧縮機を用いた構成にしたことにある。
【００１５】
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
【００１６】
（１）前記室内側導管、前記低圧側導管及び前記室外側導管は前記室内側連通路、前記室外側連通路及び前記低圧側連通路の壁面にそれぞれロウ付けされていること。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、構造が簡単で安価な四方切換弁としつつ、暖房効率を向上できる空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の空気調和機の暖房運転時の構成を示す図である。
【図２】図１の空気調和機の冷房運転時の構成を示す図である。
【図３】図１の四方切換弁の筒軸方向に垂直な断面図である。
【図４】図１の四方切換弁の冷媒の流れを説明する断面斜視図である。
【図５】従来四方切換弁を備えた空気調和機と本実施形態の空気調和機の暖房時のモリエル線図を対比して示す図である。
【図６】従来四方切換弁の暖房時の熱移動量を説明する模式図である。
【図７】従来四方切換弁を備えた空気調和機と本実施形態の空気調和機の冷房時のモリエル線図を対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態の空気調和機を図面を参照しながら説明する。
【００２０】
まず、本実施形態の空気調和機１０の全体構成に関して、図１から図４を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態の空気調和機の暖房運転時の構成を示す図、図２は図１の空気調和機の冷房運転時の構成を示す図、図３は図１の四方切換弁の筒軸方向に垂直な断面図、図４は図１の四方切換弁の冷媒の流れを説明する断面斜視図である。なお、図３及び図４では、連結板３８及びピストン板４０を省略して図示してある。
【００２１】
空気調和機１０は、図１及び図２に示すように、冷凍サイクル、制御装置５０等を備えて構成されている。
【００２２】
冷凍サイクルは、圧縮機１２と、四方切換弁１０と、室外熱交換器１４と、減圧手段である膨張弁１６と、室内熱交換器１８とを、冷媒配管２０で連結して形成されている。この冷凍サイクル内には冷媒が封入されている。この冷凍サイクルは、図１に示す暖房時に、圧縮機１２、四方切換弁３０、室内熱交換器１８、膨張弁１６、室外熱交換器１４、四方切換弁３０及び圧縮機１２の順に冷媒が流れる暖房サイクルを構成し、図２に示す冷房時に、圧縮機１２、四方切換弁３０、室外熱交換器１４、膨張弁１６、室内熱交換器１８、四方切換弁３０及び圧縮機１２の順に冷媒が流れる冷房サイクルを構成する。この暖房サイクルと冷房サイクルとの切換えは、四方切換弁３０の切換え動作をよって行われる。四方切換弁３０の切換え動作は制御装置５０の制御によって行われる。
【００２３】
制御装置５０は、温度センサの検出信号やリモコンからの指令信号等に基づいて、圧縮機１２の回転数、膨張弁１６の開度、四方切換弁３０の弁体３６の移動（切換え）等を制御するものである。
【００２４】
四方切換弁３０は、圧縮機１２の吐出口に連通する高圧側導管２２、圧縮機１２の吸込口に連通する低圧側導管２４、室内熱交換器１８に連通する室内側導管２６、室外熱交換器１４に連通する室外側導管２８が弁ケーシング３２にそれぞれ接続されている。これらの導管２２、２４、２６、２８は銅パイプで構成され、弁ケーシング３２にロウ付けによって溶接されている。高圧側導管２２と低圧側導管２４、室内側導管２６及び室外側導管２８とは、弁ケーシング３２の周方向の反対側に配置されている。室内側導管２６、低圧側導管２４及び室外側導管２８は、この順に筒軸方向に並んで配置されている。高圧側導管２２は室内側導管２６に対向し略一直線状となるように配置されている。
【００２５】
そして、四方切換弁３０は、両端が閉じられた筒状の金属製弁ケーシング３２と、この弁ケーシング３２内に筒軸方向に延在して配置され、平面状のシート面３４ａを有する金属製弁座３４と、弁座３４のシート面３４ａ上を筒軸方向に沿って摺動可能に設けられた樹脂製弁体３６と、弁ケーシング３２内の両側に移動可能に設けられた金属製ピストン板４０ａ、４０ｂと、このピストン板４０ａ、４０ｂと弁体３６とを連結する金属製連結板３８と、を備えて構成されている。
【００２６】
弁ケーシング３２は、円筒状の筒壁部３２ａと、この筒壁部３２ａの両端を閉鎖する円板状の端壁部３２ｂとからなる真鍮部材で構成されている。
【００２７】
弁座３４は真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料で構成されている。これによって、弁座３４と導管２４、２６、２８とのロウ付けを可能にしつつ熱伝導率の低減を可能としている。弁座３４には、筒軸方向に沿って順に、室内側導管２６に連通する室内側連通路３４ｂと、低圧側導管２４連通する低圧側連通路３４ｃと、室外側導管２８に連通する室外側連通路３４ｄとが形成されている。室内側連通路３４ｂ、低圧側連通路３４ｃ及び室外側連通路３４ｄは、それぞれシート面３４ａに開口されている。
【００２８】
室内側導管２６、低圧側導管２４及び室外側導管２８の先端部は、室内側連通路３４ｂ、低圧側連通路３４ｃ及び室外側連通路３４ｄ内に挿入され、それぞれの通路の壁面にロウ付けによって溶接されている
弁体３６は、シート面３４ａ上を摺動する摺動面３６ｅと、この摺動面３６ｅに形成された窪み３６ａを有している。また、摺動面３６ｅと反対面である外壁面３６ｂが窪み３６ａに対応して曲面状（山形状）に形成されている。この外壁面３６ｂは弁ケーシング３２の筒壁部３２ａと間隔をあけて形成されている。
【００２９】
弁体３６の縁部３６ｃには連結板３８の中央部が嵌合されて固定されている。この連結板３８の両端はピストン板４０ａ、４０ｂに固定されている。連結板３８は弁体３６とピストン板４０ａ、４０ｂとを連結するためのものである。連結板３８の左右両側には、暖房時に高圧側導管２２と室内側導管２６とを連通する連通穴３８ａと、冷房時に高圧側導管２２と室外側導管２８とを連通する連通穴３８ｂとが形成されている。
【００３０】
ピストン板４０は、弁ケーシング３２の筒壁部３２ａの内周面と同じ外周形状を有しており、弁ケーシング３２の両端部に圧力調整空間４２ａ、４２ｂを形成している。
【００３１】
圧力調整空間４２ａ，４２ｂの圧力を調整することにより、弁体３６は弁座３４のシート面３４ａ上を筒軸方向に沿って摺動して移動される。例えば、圧力調整空間４２あの圧力＞圧力調整空間４２ｂの圧力とすることで、ピストン板４０ａが左側に押されて、ピストン板４０ｂ，４０ａ、連結板３８及び弁体３６が一体に図１に示すように左側へ移動され、ピストン板４０ａが弁座３４の一側端部に当接するまで移動される。逆に、圧力調整空間４２ａの圧力＜圧力調整空間４２ｂの圧力とすることで、ピストン板４０ｂが右側に押されて、ピストン板４０ｂ，４０ａ、連結板３８及び弁体３６が一体に図２に示すように右側へ移動され、ピストン板４０ｂが弁座３４の他側端部に当接するまで移動される。
【００３２】
弁体３６は、シート面３４ａ上を筒軸方向に移動され一方の移動端とされた状態（図１に示す左側へ移動された状態）において、室外側導管２８と低圧側導管２４とを弁体の窪み３６ａを介して連通させて室外側導管２８から弁体の窪み３６ａを介して低圧側導管２４へ冷媒を通流させると共に、高圧側導管２２から室内側導管２６へ冷媒を一直線状に通流させる。
【００３３】
また、弁体３６は、シート面３４ａ上を筒軸方向に移動され他方の移動端とされた状態（図２に示す右側へ移動された状態）において、室内側導管２６と低圧側導管２４とを弁体の窪み３６ａを介して連通させて室内側導管２６から弁体３６の窪み３６ａを介して低圧側導管２４へ冷媒を通流させると共に、高圧側導管２２から弁体３６の外壁面３６ｂに対向する空間を介して室外側導管２８へ冷媒を通流させる。
【００３４】
本実施形態の四方切換弁３０は、高圧側導管２２が１つで構成され、弁体３６に２つの高圧側導管の切換え機能を持たせていないので、従来技術３に比較して構造が簡単で安価なものである。また、弁座３４と導管２４、２６、２８とはロウ付けによる溶接で簡単に気密を維持した固定ができるので、この点からも安価となっている。
【００３５】
次に、空気調和機１０の運転動作について説明する。
【００３６】
暖房運転時には、図１に示すように、冷媒が暖房サイクルを流れる。即ち、圧縮機１２で圧縮されて高温・高圧となった冷媒（図示せず）は、高圧側導管２２を介して弁ケーシング３２内へ流入され、連結板３８の連通穴３８ａを通り、さらに弁座３４の室内側連通路３４ｂへ流入され、室内側導管２６から室内熱交換器１８へ流出される。その後、冷媒は、室内熱交換器１８にて室内空気に放熱することによって室内を暖め凝縮・液化され、膨張弁１６によって減圧される。減圧されて、低温・低圧となった冷媒は、室外熱交換器１４へ流れ、室外空気から熱を奪い、蒸発・ガス化される。その後、低温・低圧の冷媒は、室外側導管２８から弁座３４の室外側連通路３４ｄに流入され、弁体３６の窪み３６ａを通り、弁座３４の低圧側連通路３４ｃに流入され、さらには低圧側導管２４を通って圧縮機１２の吸込側へ戻され、再度圧縮される。
【００３７】
一方、冷房運転時には、図２に示すように、冷媒が冷房サイクルを流れる。即ち、圧縮機１２で圧縮されて高温・高圧となった冷媒は、高圧側導管２２を介して弁ケーシング３２内へ流入し、弁体３６の外壁面３６ｂ上を通ってから連結板３８の連通穴３８ａを通り、さらに弁座３４の室外側連通路３４ｄへ流入され、室外側導管２８から室外熱交換器１４へ流出される。その後、冷媒は、室外熱交換器１４にて室外空気に放熱することによって凝縮・液化され、膨張弁１６によって減圧される。減圧されて、低温・低圧となった冷媒は、室内熱交換器１８へ流れ、室内空気から熱を奪い、蒸発・ガス化するので、このとき室内空気は蒸発潜熱により冷やされ冷房運転を行うことができる。その後、低温・低圧の冷媒は、室内側導管２６から弁座３４の室内側連通路３４ｂに流入され、弁体３６の窪み３６ａを通り、弁座３４の低圧側連通路３４ｃに流入され、さらには低圧側導管２４を通って圧縮機１２の吸込側へ戻され、再度圧縮される。
【００３８】
次に、四方切換弁３０における熱移動と冷凍サイクルの性能に関して、図５から図７を参照しながら説明する。図５は従来四方切換弁を備えた空気調和機と本実施形態の空気調和機の暖房時のモリエル線図を対比して示す図、図６は従来四方切換弁の暖房時の熱移動量を説明する模式図、図７は従来四方切換弁を備えた空気調和機と本実施形態の空気調和機の冷房時のモリエル線図を対比して示す図である。なお、この従来四方切換弁は、従来技術１の四方切換弁に類似する構造であり、本実施形態の四方切換弁３０と比較して、高圧側導管が弁体の上面中央部に対向されて低温側導管と一直線状となる位置に接続され、弁座がマンガンを含まない真鍮で構成された点にて相違するものであり、その他の点で同一である。また図５と図７で示すモリエル線図は、本実施例の効果をわかりやすくするために、四方弁を除く接続配管内での圧力損失及び熱損失は省略してある。
【００３９】
従来四方切換弁を用いた空気調和機の暖房時のモリエル線図６１は図５の点線に示す通りであり、本実施形態の空気調和機の暖房時のモリエル線図６２は図５の実線に示すとおりである。モリエル線図６１、６２において、Ａ’、Ａは圧縮機部分、Ｂ’、Ｂは圧縮機の吐出側から室内熱交換器の入口までの部分、Ｃ’、Ｃは室内熱交換器の部分、Ｄ’、Ｄは膨張弁の部分、Ｅ’、Ｅは室内外熱交換器の部分、Ｆ’、Ｆは室内外熱交換器から圧縮機の吸込側までの部分である。
【００４０】
従来四方切換弁は、高圧側導管が弁体の上面中央部に対向された位置に接続されているので、高圧側導管から流入する高温冷媒が弁体の上面に衝突して大きく曲げられる。これによって、圧力損失を招くとともに、高温冷媒が弁ケーシング側に向かって流れる衝突流となるため、高温冷媒から弁体周囲の弁ケーシングへの熱移動が促進され、高温冷媒から低温冷媒への熱移動が大きくなる。そのため、モリエル線図６１のＣ’の部分が低下し、暖房能力の低下の要因となっていた。
【００４１】
これに対して、本実施形態の四方切換弁３０は、高圧側導管２２が室内側導管２６に対向し略一直線状となるように配置されているので、高圧側導管２２から流入する高温冷媒が直線状に低温側導管２４に流れることとなり、従来四方切換弁と比較して圧力損失を格段に低減することができる。また、高温冷媒が弁体の上面に衝突しないので、高温冷媒から弁体周囲の弁ケーシングへの熱移動が抑制される。即ち、モリエル線図６２のＢの部分が小さくなり、これにより暖房効率の向上を図ることができる。
【００４２】
従来四方切換弁において、高圧側導管に流入する高温冷媒から低圧側導管より流出する低温冷媒への熱移動を解析したところ、図６に示す経路の熱移動量で熱移動することが分かった。図６から明らかなように、従来四方切換弁の弁体を通しての熱移動量が全体の熱移動量に対して７％と極めて小さいのに対し、弁座を通しての熱移動量が全体の熱移動量に対して５９％と極めて大きいことが分かった。
【００４３】
そこで、本実施形態では、高温冷媒から低温冷媒への弁座３４を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料の弁座３４を用いている。本実施形態の弁座３４の熱伝導率は従来四方切換弁の弁座の熱伝導率の三分の一以下としている。このように高温冷媒から低温冷媒への熱移動量を低減したことにより、室内熱交換器１８に供給する冷媒の温度を高く維持できるので、室内熱交換器２４の放熱量を増大でき、結果として暖房能力を増大することができる。
【００４４】
しかし、高温冷媒から低温冷媒への熱移動量を低減すると、圧縮機１２の吸込温度が下がり、圧縮機１２の入力が増大することとなる。そこで、本実施形態では、圧縮機１２として熱移動量の低減による暖房能力の増大分が熱移動量の低減による圧縮機入力の増大分よりも大きくなる圧縮機を用いている。これによって、暖房効率の向上を図ることができる。
【００４５】
従来四方切換弁を用いた空気調和機の冷房時のモリエル線図６３は図７の点線に示す通りであり、本実施形態の空気調和機の冷房時のモリエル線図６４は図７の実線に示すとおりである。モリエル線図６３、６４において、Ｈ’、Ｈは圧縮機部分、Ｉ’、Ｉは圧縮機の吐出側から室内外熱交換器の入口までの部分、Ｊ’、Ｊは室内外熱交換器の部分、Ｋ’、Ｋは膨張弁の部分、Ｌ’、Ｌは室内熱交換器の部分、Ｍ’、Ｍは室内熱交換器から圧縮機の吸込側までの部分である。
【００４６】
本実施形態の四方切換弁３０は、高圧側導管２２が室内側導管２６に対向し略一直線状となるように配置され、この高圧側導管２２が冷房運転時に弁体３６の上方空間を介して室外側導管２８に連通されることとなるので、この部分では圧力損失を生ずる。
【００４７】
しかし、本実施形態では、高温冷媒から低温冷媒への弁座３４を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料の弁座３４を用いているので、圧縮機吸込側に供給する冷媒温度が低く維持されている。そして、室外側の放熱量増大に伴い、室内側を流れる冷媒の圧力は低いため、密度の高い冷媒を圧縮機に供給することができる。即ち、冷媒密度が高まるために圧縮機を同じ回転数で回した場合での冷媒循環量が増加する。能力はエンタルピ差に冷媒循環量を乗じて定義されるので、結果として冷房能力を増大することができる。また、本実施例では熱移動量の低減による冷房能力の低減分が熱移動量の低減による圧縮機入力の低減分よりも小さくなる圧縮機を用いている。これによって、さらに冷房効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また仮に、本実施例で用いる圧縮機が熱移動量の低減による冷房能力の低減分が熱移動量の低減による圧縮機入力の低減分よりも大きくなり、本実施形態の空気調和機１０の冷房効率の低下する場合であっても、冷房効率の低下分よりも暖房効率の向上分を大きくしてある。これにより、空気調和機１０の年間エネルギー消費効率（ＡＰＦ）を向上することができる。このＡＰＦは、１年間に必要な冷暖房能力の総和を期間消費電力量（冷房期間（ｋＷｈ）＋暖房期間（ｋＷｈ）で割った数値であり、暖房能力の寄与率が高いことが特徴である。
【００４９】
なお、暖房時と冷房時の四方切換弁３０の具体的状態を説明する。高温冷媒から低温冷媒への熱移動量は暖房時の方が大きい。高圧側導管２２から流入した冷媒が室内側導管２６、室外側導管２８へ流出するまでの圧力損失及び冷媒の温度低下は冷房時の方が大きい。暖房時の室内側導管２６と低圧側配管２４との温度差と、冷房時の室外側導管２８と低圧側導管２４との温度差とを比較すると、暖房時の温度差の方が大きい。圧縮機１２の回転数は暖房時の方が一般に高いため、高圧側導管２２から流入した冷媒が室内側導管２６、室外側導管２８へ流出する際の流速は暖房時の方が速い。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、構造が簡単で安価な四方切換弁としつつ、効率を向上できる空気調和機を提供することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…空気調和機、１２…圧縮機、１４…室外熱交換器、１６…膨張弁（減圧手段）、１８…室内熱交換器、２０…冷媒配管、２２…高圧側導管、２４…低圧側導管、２６…室内側導管、２８…室外側導管、３０…四方切換弁、３２…弁ケーシング、３２ａ…筒壁部、３２ｂ…端壁部、３４…弁座、３４ａ…シート面、３４ｂ…室内側連通路、３４ｃ…低圧側連通路、３４ｄ…室外側連通路、３６…弁体、３６ａ…窪み、３６ｂ…外壁面、３６ｃ…縁部、３６ｅ…摺動面、３８…連結板、３８ａ…連通穴、３８ｂ…連通穴、４０ａ、４０ｂ…ピストン板、５０…制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に係り、特に暖房運転と冷房運転とを切換える四方切換弁を備えた空気調和機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器などを冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成する空気調和機において、四方切換弁を用いて冷媒流路を切換えることにより暖房運転と冷房運転とを切換えることが知られている。
【０００３】
従来の空気調和機として、特開２００２−２２３１５号公報（特許文献１）に示されたものがある。この特許文献１には、特許文献１の図６に示す空気調和機（従来技術１）、特許文献１の図７に示す空気調和機（従来技術２）、及び特許文献１の図１〜図２に示す四方切換弁（従来技術３）が開示されている。
【０００４】
従来技術１の空気調和機では、冷媒ガスを圧縮する圧縮機、室内を冷房又は暖房するために冷媒ガスの循環方向を転換させるための四方切換弁を備えている。この四方切換弁には、高圧側導管と、２個の導管（室外側導管及び室内側導管）と、１個の低圧側導管と、弁体とが設けられている。高圧側導管は圧縮機の吐出口に接続され、室外側導管は室外熱交換器に接続され、室内側導管は室内熱交換器に接続され、低圧側導管は圧縮機の吸入口に接続されている。ここで、高圧側導管が弁体の上面に対向して接続されると共に、高圧側導管と低温側導管とが一直線状となる位置に配置されている。また、室内熱交換器と室外熱交換器との間には両熱交換器の間を流れる冷媒ガスの圧力を調節する膨張弁が配設されている。
【０００５】
四方切換弁の弁体が暖房運転の状態にあるときは、圧縮機から出力された高温高圧の冷媒は四方切換弁から室内側導管を経て室内熱交換器に入り、放熱して室内の空気と熱交換を行い低温となった後、膨張弁を通り室外熱交換器に入る。該室外熱交換器に流入した低温の冷媒ガスは外気から吸熱して室内側導管４から低圧側導管５を経て圧縮機に戻り循環する。これにより室内は暖房される。
【０００６】
四方切換弁の弁体が冷房運転の状態に切換えられたときは、圧縮機からの高温高圧の冷媒は四方切換弁から室外側導管を経て室外熱交換器に入り、放熱し外気と熱交換した後、膨張弁を通り室内熱交換器で室内空気と熱交換し吸熱した後に室内側導管から低圧側導管を経て圧縮機に戻り循環する。これにより室内は冷房される。
【０００７】
また、従来技術２の空気調和機では、従来技術１の四方切換弁の構成を大きく変えず、暖房の効率を重視し、高圧側導管の位置を変えて高圧側導管を室内側導管に対向し略一直線状となるように配置したものである。
【０００８】
さらに、従来技術３の四方切換弁では、高圧側導管を二股に形成し、該二股にした２本の高圧側導管を室内側導管及び室外側導管にそれぞれ対向するように弁ケーシングに配設し、且つ常時２個の高圧導管のうちのいずれか一方を常に遮蔽する手段を弁体に設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２２３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来技術１の空気調和機では、高圧側導管が弁体の上面中央部に対向して接続されると共に、高圧側導管と低温側導管とが一直線状となる位置に配置されているため、高圧側導管から流入した高温冷媒が低温側導管の真上に配置された弁体に衝突して大きく曲げられる。これによって、圧力損失を招くとともに、高温冷媒が弁ケーシング側に向かって流れる衝突流となるため、高温冷媒から弁体周囲の弁ケーシングへの熱移動を促進することになる。
【００１１】
また、上述した従来技術２の空気調和機では、高圧側導管を室内側導管に対向して略一直線状となるように配置しているので、暖房時に高圧側導管から流入した高温冷媒が直線的に流れて室内側導管から流出する。これによって、高圧側の圧力損失を少なくすることができる。しかし、従来技術２の空気調和機では、弁座を通しての高温冷媒から低温冷媒への熱移動については配慮していないため、暖房効率の低下を招くおそれがある。即ち、従来技術２の空気調和機では、高圧側導管を室内側導管に対向して略一直線状となるように配置したことによって、前記のように圧力損失が低減することで高温冷媒の持っているエネルギーが高く維持されることとなるので、弁座を通しての熱移動が増加する。延いては暖房効率の低下を招くおそれがある。
【００１２】
さらには、上述した従来技術３の四方切換弁では、構造が複雑になり高価になってしまう、という問題が生じていた。
【００１３】
本発明の目的は、構造が簡単で安価な四方切換弁としつつ、冷凍サイクルの効率を向上できる空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の目的を達成するために、本発明では、圧縮機、四方切換弁、室内熱交換器、減圧手段及び室外熱交換器を冷媒配管で連結して形成されると共に内部に冷媒が充填された冷凍サイクルと、前記四方切換弁を切換えて冷暖房運転を行う制御装置と、を備え、前記四方切換弁は、両端が閉じられた筒状の弁ケーシングと、前記弁ケーシング内に筒軸方向に延在して配置され且つ平面状のシート面を有する金属製の弁座と、前記弁座のシート面上を筒軸方向に移動可能に配置された弁体と、前記弁ケーシングに接続された銅製の導管と、を備え、前記弁座は室外側連通路、低圧側連通路及び室内側連通路を筒軸方向に順に且つ前記シート面に開口して設けており、前記導管は、前記弁体の外側の弁ケーシング内空間と前記圧縮機の吐出側とを連通する高圧側導管と、前記室外側連通路と前記室外熱交換器とを連通する低圧側導管と、前記低圧側連通路と前記圧縮機の吸込側とを連通する室外側導管と、前記室内側連通路と前記室内熱交換器とを連通する室内側導管とからなり、前記弁体は、暖房時に前記高圧側導管と前記室内側導管とを連通して高温冷媒を流すと共に前記低圧側導管と前記室外側導管とを連通して低温冷媒を流し、冷房時に前記高圧側導管と前記室外側導管とを連通して高温冷媒を流すと共に前記低圧側導管と室内側導管とを連通して低温冷媒を流すように移動され、前記高圧側導管は前記室内側導管に対向し略一直線状となるように配置されており、前記室内側導管、前記低圧側導管及び前記室外側導管は前記室内側連通路、前記室外側連通路及び前記低圧側連通路の壁面にそれぞれ溶接されている空気調和機において、前記弁座として高温冷媒から低温冷媒への前記弁座を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料の弁座を用いると共に、前記圧縮機として、暖房時には前記熱移動量の低減による暖房能力の増大分が前記熱移動量の低減による圧縮機入力の増大分よりも大きくなる圧縮機を用いた構成にしたことにある。
【００１５】
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
【００１６】
（１）前記室内側導管、前記低圧側導管及び前記室外側導管は前記室内側連通路、前記室外側連通路及び前記低圧側連通路の壁面にそれぞれロウ付けされていること。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、構造が簡単で安価な四方切換弁としつつ、暖房効率を向上できる空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の空気調和機の暖房運転時の構成を示す図である。
【図２】図１の空気調和機の冷房運転時の構成を示す図である。
【図３】図１の四方切換弁の筒軸方向に垂直な断面図である。
【図４】図１の四方切換弁の冷媒の流れを説明する断面斜視図である。
【図５】従来四方切換弁を備えた空気調和機と本実施形態の空気調和機の暖房時のモリエル線図を対比して示す図である。
【図６】従来四方切換弁の暖房時の熱移動量を説明する模式図である。
【図７】従来四方切換弁を備えた空気調和機と本実施形態の空気調和機の冷房時のモリエル線図を対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態の空気調和機を図面を参照しながら説明する。
【００２０】
まず、本実施形態の空気調和機１０の全体構成に関して、図１から図４を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態の空気調和機の暖房運転時の構成を示す図、図２は図１の空気調和機の冷房運転時の構成を示す図、図３は図１の四方切換弁の筒軸方向に垂直な断面図、図４は図１の四方切換弁の冷媒の流れを説明する断面斜視図である。なお、図３及び図４では、連結板３８及びピストン板４０を省略して図示してある。
【００２１】
空気調和機１０は、図１及び図２に示すように、冷凍サイクル、制御装置５０等を備えて構成されている。
【００２２】
冷凍サイクルは、圧縮機１２と、四方切換弁１０と、室外熱交換器１４と、減圧手段である膨張弁１６と、室内熱交換器１８とを、冷媒配管２０で連結して形成されている。この冷凍サイクル内には冷媒が封入されている。この冷凍サイクルは、図１に示す暖房時に、圧縮機１２、四方切換弁３０、室内熱交換器１８、膨張弁１６、室外熱交換器１４、四方切換弁３０及び圧縮機１２の順に冷媒が流れる暖房サイクルを構成し、図２に示す冷房時に、圧縮機１２、四方切換弁３０、室外熱交換器１４、膨張弁１６、室内熱交換器１８、四方切換弁３０及び圧縮機１２の順に冷媒が流れる冷房サイクルを構成する。この暖房サイクルと冷房サイクルとの切換えは、四方切換弁３０の切換え動作をよって行われる。四方切換弁３０の切換え動作は制御装置５０の制御によって行われる。
【００２３】
制御装置５０は、温度センサの検出信号やリモコンからの指令信号等に基づいて、圧縮機１２の回転数、膨張弁１６の開度、四方切換弁３０の弁体３６の移動（切換え）等を制御するものである。
【００２４】
四方切換弁３０は、圧縮機１２の吐出口に連通する高圧側導管２２、圧縮機１２の吸込口に連通する低圧側導管２４、室内熱交換器１８に連通する室内側導管２６、室外熱交換器１４に連通する室外側導管２８が弁ケーシング３２にそれぞれ接続されている。これらの導管２２、２４、２６、２８は銅パイプで構成され、弁ケーシング３２にロウ付けによって溶接されている。高圧側導管２２と低圧側導管２４、室内側導管２６及び室外側導管２８とは、弁ケーシング３２の周方向の反対側に配置されている。室内側導管２６、低圧側導管２４及び室外側導管２８は、この順に筒軸方向に並んで配置されている。高圧側導管２２は室内側導管２６に対向し略一直線状となるように配置されている。
【００２５】
そして、四方切換弁３０は、両端が閉じられた筒状の金属製弁ケーシング３２と、この弁ケーシング３２内に筒軸方向に延在して配置され、平面状のシート面３４ａを有する金属製弁座３４と、弁座３４のシート面３４ａ上を筒軸方向に沿って摺動可能に設けられた樹脂製弁体３６と、弁ケーシング３２内の両側に移動可能に設けられた金属製ピストン板４０ａ、４０ｂと、このピストン板４０ａ、４０ｂと弁体３６とを連結する金属製連結板３８と、を備えて構成されている。
【００２６】
弁ケーシング３２は、円筒状の筒壁部３２ａと、この筒壁部３２ａの両端を閉鎖する円板状の端壁部３２ｂとからなる真鍮部材で構成されている。
【００２７】
弁座３４は真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料で構成されている。これによって、弁座３４と導管２４、２６、２８とのロウ付けを可能にしつつ熱伝導率の低減を可能としている。弁座３４には、筒軸方向に沿って順に、室内側導管２６に連通する室内側連通路３４ｂと、低圧側導管２４連通する低圧側連通路３４ｃと、室外側導管２８に連通する室外側連通路３４ｄとが形成されている。室内側連通路３４ｂ、低圧側連通路３４ｃ及び室外側連通路３４ｄは、それぞれシート面３４ａに開口されている。
【００２８】
室内側導管２６、低圧側導管２４及び室外側導管２８の先端部は、室内側連通路３４ｂ、低圧側連通路３４ｃ及び室外側連通路３４ｄ内に挿入され、それぞれの通路の壁面にロウ付けによって溶接されている
弁体３６は、シート面３４ａ上を摺動する摺動面３６ｅと、この摺動面３６ｅに形成された窪み３６ａを有している。また、摺動面３６ｅと反対面である外壁面３６ｂが窪み３６ａに対応して曲面状（山形状）に形成されている。この外壁面３６ｂは弁ケーシング３２の筒壁部３２ａと間隔をあけて形成されている。
【００２９】
弁体３６の縁部３６ｃには連結板３８の中央部が嵌合されて固定されている。この連結板３８の両端はピストン板４０ａ、４０ｂに固定されている。連結板３８は弁体３６とピストン板４０ａ、４０ｂとを連結するためのものである。連結板３８の左右両側には、暖房時に高圧側導管２２と室内側導管２６とを連通する連通穴３８ａと、冷房時に高圧側導管２２と室外側導管２８とを連通する連通穴３８ｂとが形成されている。
【００３０】
ピストン板４０は、弁ケーシング３２の筒壁部３２ａの内周面と同じ外周形状を有しており、弁ケーシング３２の両端部に圧力調整空間４２ａ、４２ｂを形成している。
【００３１】
圧力調整空間４２ａ，４２ｂの圧力を調整することにより、弁体３６は弁座３４のシート面３４ａ上を筒軸方向に沿って摺動して移動される。例えば、圧力調整空間４２あの圧力＞圧力調整空間４２ｂの圧力とすることで、ピストン板４０ａが左側に押されて、ピストン板４０ｂ，４０ａ、連結板３８及び弁体３６が一体に図１に示すように左側へ移動され、ピストン板４０ａが弁座３４の一側端部に当接するまで移動される。逆に、圧力調整空間４２ａの圧力＜圧力調整空間４２ｂの圧力とすることで、ピストン板４０ｂが右側に押されて、ピストン板４０ｂ，４０ａ、連結板３８及び弁体３６が一体に図２に示すように右側へ移動され、ピストン板４０ｂが弁座３４の他側端部に当接するまで移動される。
【００３２】
弁体３６は、シート面３４ａ上を筒軸方向に移動され一方の移動端とされた状態（図１に示す左側へ移動された状態）において、室外側導管２８と低圧側導管２４とを弁体の窪み３６ａを介して連通させて室外側導管２８から弁体の窪み３６ａを介して低圧側導管２４へ冷媒を通流させると共に、高圧側導管２２から室内側導管２６へ冷媒を一直線状に通流させる。
【００３３】
また、弁体３６は、シート面３４ａ上を筒軸方向に移動され他方の移動端とされた状態（図２に示す右側へ移動された状態）において、室内側導管２６と低圧側導管２４とを弁体の窪み３６ａを介して連通させて室内側導管２６から弁体３６の窪み３６ａを介して低圧側導管２４へ冷媒を通流させると共に、高圧側導管２２から弁体３６の外壁面３６ｂに対向する空間を介して室外側導管２８へ冷媒を通流させる。
【００３４】
本実施形態の四方切換弁３０は、高圧側導管２２が１つで構成され、弁体３６に２つの高圧側導管の切換え機能を持たせていないので、従来技術３に比較して構造が簡単で安価なものである。また、弁座３４と導管２４、２６、２８とはロウ付けによる溶接で簡単に気密を維持した固定ができるので、この点からも安価となっている。
【００３５】
次に、空気調和機１０の運転動作について説明する。
【００３６】
暖房運転時には、図１に示すように、冷媒が暖房サイクルを流れる。即ち、圧縮機１２で圧縮されて高温・高圧となった冷媒（図示せず）は、高圧側導管２２を介して弁ケーシング３２内へ流入され、連結板３８の連通穴３８ａを通り、さらに弁座３４の室内側連通路３４ｂへ流入され、室内側導管２６から室内熱交換器１８へ流出される。その後、冷媒は、室内熱交換器１８にて室内空気に放熱することによって室内を暖め凝縮・液化され、膨張弁１６によって減圧される。減圧されて、低温・低圧となった冷媒は、室外熱交換器１４へ流れ、室外空気から熱を奪い、蒸発・ガス化される。その後、低温・低圧の冷媒は、室外側導管２８から弁座３４の室外側連通路３４ｄに流入され、弁体３６の窪み３６ａを通り、弁座３４の低圧側連通路３４ｃに流入され、さらには低圧側導管２４を通って圧縮機１２の吸込側へ戻され、再度圧縮される。
【００３７】
一方、冷房運転時には、図２に示すように、冷媒が冷房サイクルを流れる。即ち、圧縮機１２で圧縮されて高温・高圧となった冷媒は、高圧側導管２２を介して弁ケーシング３２内へ流入し、弁体３６の外壁面３６ｂ上を通ってから連結板３８の連通穴３８ａを通り、さらに弁座３４の室外側連通路３４ｄへ流入され、室外側導管２８から室外熱交換器１４へ流出される。その後、冷媒は、室外熱交換器１４にて室外空気に放熱することによって凝縮・液化され、膨張弁１６によって減圧される。減圧されて、低温・低圧となった冷媒は、室内熱交換器１８へ流れ、室内空気から熱を奪い、蒸発・ガス化するので、このとき室内空気は蒸発潜熱により冷やされ冷房運転を行うことができる。その後、低温・低圧の冷媒は、室内側導管２６から弁座３４の室内側連通路３４ｂに流入され、弁体３６の窪み３６ａを通り、弁座３４の低圧側連通路３４ｃに流入され、さらには低圧側導管２４を通って圧縮機１２の吸込側へ戻され、再度圧縮される。
【００３８】
次に、四方切換弁３０における熱移動と冷凍サイクルの性能に関して、図５から図７を参照しながら説明する。図５は従来四方切換弁を備えた空気調和機と本実施形態の空気調和機の暖房時のモリエル線図を対比して示す図、図６は従来四方切換弁の暖房時の熱移動量を説明する模式図、図７は従来四方切換弁を備えた空気調和機と本実施形態の空気調和機の冷房時のモリエル線図を対比して示す図である。なお、この従来四方切換弁は、従来技術１の四方切換弁に類似する構造であり、本実施形態の四方切換弁３０と比較して、高圧側導管が弁体の上面中央部に対向されて低温側導管と一直線状となる位置に接続され、弁座がマンガンを含まない真鍮で構成された点にて相違するものであり、その他の点で同一である。また図５と図７で示すモリエル線図は、本実施例の効果をわかりやすくするために、四方弁を除く接続配管内での圧力損失及び熱損失は省略してある。
【００３９】
従来四方切換弁を用いた空気調和機の暖房時のモリエル線図６１は図５の点線に示す通りであり、本実施形態の空気調和機の暖房時のモリエル線図６２は図５の実線に示すとおりである。モリエル線図６１、６２において、Ａ’、Ａは圧縮機部分、Ｂ’、Ｂは圧縮機の吐出側から室内熱交換器の入口までの部分、Ｃ’、Ｃは室内熱交換器の部分、Ｄ’、Ｄは膨張弁の部分、Ｅ’、Ｅは室内外熱交換器の部分、Ｆ’、Ｆは室内外熱交換器から圧縮機の吸込側までの部分である。
【００４０】
従来四方切換弁は、高圧側導管が弁体の上面中央部に対向された位置に接続されているので、高圧側導管から流入する高温冷媒が弁体の上面に衝突して大きく曲げられる。これによって、圧力損失を招くとともに、高温冷媒が弁ケーシング側に向かって流れる衝突流となるため、高温冷媒から弁体周囲の弁ケーシングへの熱移動が促進され、高温冷媒から低温冷媒への熱移動が大きくなる。そのため、モリエル線図６１のＣ’の部分が低下し、暖房能力の低下の要因となっていた。
【００４１】
これに対して、本実施形態の四方切換弁３０は、高圧側導管２２が室内側導管２６に対向し略一直線状となるように配置されているので、高圧側導管２２から流入する高温冷媒が直線状に低温側導管２４に流れることとなり、従来四方切換弁と比較して圧力損失を格段に低減することができる。また、高温冷媒が弁体の上面に衝突しないので、高温冷媒から弁体周囲の弁ケーシングへの熱移動が抑制される。即ち、モリエル線図６２のＢの部分が小さくなり、これにより暖房効率の向上を図ることができる。
【００４２】
従来四方切換弁において、高圧側導管に流入する高温冷媒から低圧側導管より流出する低温冷媒への熱移動を解析したところ、図６に示す経路の熱移動量で熱移動することが分かった。図６から明らかなように、従来四方切換弁の弁体を通しての熱移動量が全体の熱移動量に対して７％と極めて小さいのに対し、弁座を通しての熱移動量が全体の熱移動量に対して５９％と極めて大きいことが分かった。
【００４３】
そこで、本実施形態では、高温冷媒から低温冷媒への弁座３４を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料の弁座３４を用いている。本実施形態の弁座３４の熱伝導率は従来四方切換弁の弁座の熱伝導率の三分の一以下としている。このように高温冷媒から低温冷媒への熱移動量を低減したことにより、室内熱交換器１８に供給する冷媒の温度を高く維持できるので、室内熱交換器２４の放熱量を増大でき、結果として暖房能力を増大することができる。
【００４４】
しかし、高温冷媒から低温冷媒への熱移動量を低減すると、圧縮機１２の吸込温度が下がり、圧縮機１２の入力が増大することとなる。そこで、本実施形態では、圧縮機１２として熱移動量の低減による暖房能力の増大分が熱移動量の低減による圧縮機入力の増大分よりも大きくなる圧縮機を用いている。これによって、暖房効率の向上を図ることができる。
【００４５】
従来四方切換弁を用いた空気調和機の冷房時のモリエル線図６３は図７の点線に示す通りであり、本実施形態の空気調和機の冷房時のモリエル線図６４は図７の実線に示すとおりである。モリエル線図６３、６４において、Ｈ’、Ｈは圧縮機部分、Ｉ’、Ｉは圧縮機の吐出側から室内外熱交換器の入口までの部分、Ｊ’、Ｊは室内外熱交換器の部分、Ｋ’、Ｋは膨張弁の部分、Ｌ’、Ｌは室内熱交換器の部分、Ｍ’、Ｍは室内熱交換器から圧縮機の吸込側までの部分である。
【００４６】
本実施形態の四方切換弁３０は、高圧側導管２２が室内側導管２６に対向し略一直線状となるように配置され、この高圧側導管２２が冷房運転時に弁体３６の上方空間を介して室外側導管２８に連通されることとなるので、この部分では圧力損失を生ずる。
【００４７】
しかし、本実施形態では、高温冷媒から低温冷媒への弁座３４を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料の弁座３４を用いているので、圧縮機吸込側に供給する冷媒温度が低く維持されている。そして、室外側の放熱量増大に伴い、室内側を流れる冷媒の圧力は低いため、密度の高い冷媒を圧縮機に供給することができる。即ち、冷媒密度が高まるために圧縮機を同じ回転数で回した場合での冷媒循環量が増加する。能力はエンタルピ差に冷媒循環量を乗じて定義されるので、結果として冷房能力を増大することができる。また、本実施例では熱移動量の低減による冷房能力の低減分が熱移動量の低減による圧縮機入力の低減分よりも小さくなる圧縮機を用いている。これによって、さらに冷房効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また仮に、本実施例で用いる圧縮機が熱移動量の低減による冷房能力の低減分が熱移動量の低減による圧縮機入力の低減分よりも大きくなり、本実施形態の空気調和機１０の冷房効率の低下する場合であっても、冷房効率の低下分よりも暖房効率の向上分を大きくしてある。これにより、空気調和機１０の年間エネルギー消費効率（ＡＰＦ）を向上することができる。このＡＰＦは、１年間に必要な冷暖房能力の総和を期間消費電力量（冷房期間（ｋＷｈ）＋暖房期間（ｋＷｈ）で割った数値であり、暖房能力の寄与率が高いことが特徴である。
【００４９】
なお、暖房時と冷房時の四方切換弁３０の具体的状態を説明する。高温冷媒から低温冷媒への熱移動量は暖房時の方が大きい。高圧側導管２２から流入した冷媒が室内側導管２６、室外側導管２８へ流出するまでの圧力損失及び冷媒の温度低下は冷房時の方が大きい。暖房時の室内側導管２６と低圧側配管２４との温度差と、冷房時の室外側導管２８と低圧側導管２４との温度差とを比較すると、暖房時の温度差の方が大きい。圧縮機１２の回転数は暖房時の方が一般に高いため、高圧側導管２２から流入した冷媒が室内側導管２６、室外側導管２８へ流出する際の流速は暖房時の方が速い。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、構造が簡単で安価な四方切換弁としつつ、効率を向上できる空気調和機を提供することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…空気調和機、１２…圧縮機、１４…室外熱交換器、１６…膨張弁（減圧手段）、１８…室内熱交換器、２０…冷媒配管、２２…高圧側導管、２４…低圧側導管、２６…室内側導管、２８…室外側導管、３０…四方切換弁、３２…弁ケーシング、３２ａ…筒壁部、３２ｂ…端壁部、３４…弁座、３４ａ…シート面、３４ｂ…室内側連通路、３４ｃ…低圧側連通路、３４ｄ…室外側連通路、３６…弁体、３６ａ…窪み、３６ｂ…外壁面、３６ｃ…縁部、３６ｅ…摺動面、３８…連結板、３８ａ…連通穴、３８ｂ…連通穴、４０ａ、４０ｂ…ピストン板、５０…制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方切換弁、室内熱交換器、減圧手段及び室外熱交換器を冷媒配管で連結して形成されると共に内部に冷媒が充填された冷凍サイクルと、前記四方切換弁を切換えて冷暖房運転を行う制御装置と、を備え、
前記四方切換弁は、両端が閉じられた筒状の弁ケーシングと、前記弁ケーシング内に筒軸方向に延在して配置され且つ平面状のシート面を有する金属製の弁座と、前記弁座のシート面上を筒軸方向に移動可能に配置された弁体と、前記弁ケーシングに接続された銅製の導管と、を備え、
前記弁座は室外側連通路、低圧側連通路及び室内側連通路を筒軸方向に順に且つ前記シート面に開口して設けており、
前記導管は、前記弁体の外側の弁ケーシング内空間と前記圧縮機の吐出側とを連通する高圧側導管と、前記室外側連通路と前記室外熱交換器とを連通する低圧側導管と、前記低圧側連通路と前記圧縮機の吸込側とを連通する室外側導管と、前記室内側連通路と前記室内熱交換器とを連通する室内側導管とからなり、
前記弁体は、暖房時に前記高圧側導管と前記室内側導管とを連通して高温冷媒を流すと共に前記低圧側導管と前記室外側導管とを連通して低温冷媒を流し、冷房時に前記高圧側導管と前記室外側導管とを連通して高温冷媒を流すと共に前記低圧側導管と室内側導管とを連通して低温冷媒を流すように移動され、
前記高圧側導管は前記室内側導管に対向し略一直線状となるように配置されており、
前記室内側導管、前記低圧側導管及び前記室外側導管は前記室内側連通路、前記室外側連通路及び前記低圧側連通路の壁面にそれぞれ溶接されている空気調和機において、
前記弁座として高温冷媒から低温冷媒への前記弁座を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料の弁座を用いると共に、
前記圧縮機として暖房時には前記熱移動量の低減による暖房能力の増大分が前記熱移動量の低減による圧縮機入力の増大分よりも大きくなる圧縮機を用いた
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
請求項１において、前記室内側導管、前記低圧側導管及び前記室外側導管は前記室内側連通路、前記室外側連通路及び前記低圧側連通路の壁面にそれぞれロウ付けされていることを特徴とする空気調和機。
【請求項１】
圧縮機、四方切換弁、室内熱交換器、減圧手段及び室外熱交換器を冷媒配管で連結して形成されると共に内部に冷媒が充填された冷凍サイクルと、前記四方切換弁を切換えて冷暖房運転を行う制御装置と、を備え、
前記四方切換弁は、両端が閉じられた筒状の弁ケーシングと、前記弁ケーシング内に筒軸方向に延在して配置され且つ平面状のシート面を有する金属製の弁座と、前記弁座のシート面上を筒軸方向に移動可能に配置された弁体と、前記弁ケーシングに接続された銅製の導管と、を備え、
前記弁座は室外側連通路、低圧側連通路及び室内側連通路を筒軸方向に順に且つ前記シート面に開口して設けており、
前記導管は、前記弁体の外側の弁ケーシング内空間と前記圧縮機の吐出側とを連通する高圧側導管と、前記室外側連通路と前記室外熱交換器とを連通する低圧側導管と、前記低圧側連通路と前記圧縮機の吸込側とを連通する室外側導管と、前記室内側連通路と前記室内熱交換器とを連通する室内側導管とからなり、
前記弁体は、暖房時に前記高圧側導管と前記室内側導管とを連通して高温冷媒を流すと共に前記低圧側導管と前記室外側導管とを連通して低温冷媒を流し、冷房時に前記高圧側導管と前記室外側導管とを連通して高温冷媒を流すと共に前記低圧側導管と室内側導管とを連通して低温冷媒を流すように移動され、
前記高圧側導管は前記室内側導管に対向し略一直線状となるように配置されており、
前記室内側導管、前記低圧側導管及び前記室外側導管は前記室内側連通路、前記室外側連通路及び前記低圧側連通路の壁面にそれぞれ溶接されている空気調和機において、
前記弁座として高温冷媒から低温冷媒への前記弁座を通した熱移動量が低減するように真鍮にマンガンを１〜４％加えた材料の弁座を用いると共に、
前記圧縮機として暖房時には前記熱移動量の低減による暖房能力の増大分が前記熱移動量の低減による圧縮機入力の増大分よりも大きくなる圧縮機を用いた
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
請求項１において、前記室内側導管、前記低圧側導管及び前記室外側導管は前記室内側連通路、前記室外側連通路及び前記低圧側連通路の壁面にそれぞれロウ付けされていることを特徴とする空気調和機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−４７５３０（Ｐ２０１１−４７５３０Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４１４７（Ｐ２００９−１９４１４７）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
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