膨張弁及びこれを用いたヒートポンプ式空気調和機
【課題】絞り弁として冷媒を可逆に流通させて使用する場合に、キャビテーションによる騒音の発生を防止するようにした膨張弁及びこの膨張弁を用いたヒートポンプ式空気調和機を提供すること。
【解決手段】本発明に係る膨張弁は、弁箱２と、一組の冷媒配管接続口５，６と、これら冷媒配管接続口５，６を連絡する弁箱内冷媒経路を前後に二分する仕切壁７とを有し、この仕切壁７に弁孔１３及び弁座１４，１５が形成されている。また、仕切壁７を挟んで両側に弁室９，１１が形成されるとともに、各弁室９，１１にニードル弁８，１０が配置されている。このニードル弁８，１０は、一対を成し弁孔１３と同軸に配置されている。そして、一方のニードル弁８，１０が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁１０，８が全開状態に保持されるように構成されている。
【解決手段】本発明に係る膨張弁は、弁箱２と、一組の冷媒配管接続口５，６と、これら冷媒配管接続口５，６を連絡する弁箱内冷媒経路を前後に二分する仕切壁７とを有し、この仕切壁７に弁孔１３及び弁座１４，１５が形成されている。また、仕切壁７を挟んで両側に弁室９，１１が形成されるとともに、各弁室９，１１にニードル弁８，１０が配置されている。このニードル弁８，１０は、一対を成し弁孔１３と同軸に配置されている。そして、一方のニードル弁８，１０が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁１０，８が全開状態に保持されるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可逆に冷媒を流通させる膨張弁及びこれを用いたヒートポンプ式空気調和機に関し、より詳細には、冷媒の双方向流れにおける流量特性を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のニードル弁を使用した膨張弁は、図７（ａ）及び（ｂ）に一般的な要部断面図を示すように、略円筒状の弁箱１０１における側壁１０２には冷媒の出入り口を成す、一方の冷媒配管接続口１０３が設けられ、底壁１０４には他方の冷媒配管接続口１０５が設けられている。そして、冷媒配管接続口１０３，１０５にはそれぞれ出入り口配管１０３ａ，１０５ａが接続されている。また、これら冷媒配管接続口１０３，１０５を連絡する弁箱１０１内の空間部は、弁室１０６として形成されている。この弁室１０６には、先端部が先細のテーパ状に形成されたニードル弁１０７が収納されている。また、底壁１０４の中心部には弁孔１０８が形成されるとともに、弁孔１０８の弁室１０６側の端部が弁座１０９として形成されている。なお、このような膨張弁の例としては特許文献１に記載の膨張弁を掲げることができる。
【０００３】
そして、このように構成された膨張弁は、ニードル弁１０７がパルスモータ（不図示）により軸方向に弁座１０９に対し進退することにより弁座１０９との間に開度可変の絞り部１１０が形成されている。
【０００４】
したがって、この膨張弁においては、図７（ａ）に実線矢印で示すように冷媒配管接続口１０３から液冷媒が導入される場合は、冷媒配管接続口１０３から導入された液冷媒は絞り部１１０にて絞られた後、弁室１０６を経由して冷媒配管接続口１０５から流出する。一方、この膨張弁において、図７（ｂ）に破線矢印で示すように冷媒配管接続口１０５から液冷媒が導入される場合は、冷媒配管接続口１０５から導入された液冷媒は、絞り部１１０にて絞られた後、ニードル弁１０７の先端部と弁孔１０８との間に形成される狭い通路１１１及び弁孔１０８を経て冷媒配管接続口１０３から流出する。
【０００５】
なお、膨張弁は、冷媒の流通方向が可逆に切り換えられて使用される態様としては、何れの流通方向においても高圧液冷媒を低圧に減圧する減圧弁として使用される場合と、一方の流通方向においてはこのような減圧弁として使用され、他方の流通方向においては単に冷媒流量を調整する冷媒流量制御弁として使用される場合とがある。前者の使用態様は、例えば一体型ヒートポンプ式空気調和機における液管に使用される場合であって、このような従来例として特許文献２を掲げることができる。また、後者の使用態様は、例えば、１台の室外ユニットに対し複数台の室内ユニットを接続する所謂マルチ形ヒートポンプ式空気調和機における室内ユニットの液管に使用される場合であって、このような従来例として特許文献３を掲げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５５６９１号公報
【特許文献２】特開２００７−３２９８０号公報、図１
【特許文献３】特開２００８−２７５１９５号公報、図１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような膨張弁において、液冷媒が冷媒配管接続口１０３から導入される場合、冷媒配管接続口１０３から導入された液冷媒は、上述のように絞り部１１０を通過した後、ニードル弁１０７の先端部と弁孔１０８との間に形成される狭い通路１１１を通過する。このため、この狭い通路１１１において局所的な圧力降下が発生し、これによりキャビテーションが発生して騒音を発生しやすいという問題があった。
【０００８】
なお、この膨張弁において、液冷媒が冷媒配管接続口１０５から導入される場合は、冷媒配管接続口１０３から導入された液冷媒は、絞り部１１０を通過した後に広い空間部を成す弁室１０６へ流れるため、絞り部１１０を通過した後に前述のような局所的な圧力降下を発生することがなく、キャビテーションの発生による騒音発生のおそれがない。
【０００９】
このように、従来のニードル弁使用の膨張弁は、冷媒を可逆に流通させて使用される場合において、一方の方向に冷媒を流通させる場合にキャビテーションが発生し、これにより騒音が発生していた。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みなされたものであって、絞り弁として冷媒を可逆に流通させて使用する場合に、キャビテーションによる騒音の発生を防止するようにした膨張弁及びこれを用いたヒートポンプ式空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、膨張弁に関するものであって、出入り口を成す一組の冷媒配管接続口と、これら冷媒配管接続口間を連絡する弁箱内の空間部を前後に二分するように仕切られた仕切壁と、仕切壁に形成された弁孔と、仕切壁における弁孔の両側に形成された弁座と、仕切壁を挟んで両側に形成された弁室と、各弁室に配置された一対の、弁座に対向する部分が先細に形成されたニードル弁とを有し、この一対のニードル弁は、同軸に配置されるともに前記弁孔を挟んで対称的に一体的に動作するように形成され、さらに、一方のニードル弁が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁が全開状態に保持されるように構成されていることを要旨とする。
【００１２】
上記構成によれば、冷媒の流通方向に応じて一方のニードル弁が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁が全開状態に保持されるように構成されている。したがって、冷媒を可逆に流通させて使用する場合において、全開のニードル弁側から絞り部を構成するニードル弁側へ冷媒を流通させるようにすると、絞り部を通過した冷媒は広い空間をなす弁室へ流れることになるので、絞り作用後の冷媒が狭い通路を通過することがない。これにより、従来のように狭い通路における局所的な圧力降下が抑制され、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の膨張弁において、前記一対のニードル弁は、一方のニードル弁がパルスモータにより前記弁座に対し進退するように構成されるとともに、他方のニードル弁は、その先端部が前記一方のニードル弁の先端部に対し弾性的に常時押し付けられるように取り付けられていることを要旨とする。
【００１４】
上記構成によれば、弾性体により、一方のニードル弁の先端部に対し他方のニードル弁の先端部が常時弾性的に押し付けられている。このため、単一のパルスモータによって前記一方のニードル弁を弁座に対し進退させることにより、前記他方のニードル弁をも一体的に動作させることができる。また、この一対のニードル弁は、一方のニードル弁の先端部に対し他方のニードル弁の先端部が常時弾性的に押し付けられる構造であるため、弁孔を挟んで２個の閉鎖弁を容易に組み合わせることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の膨張弁において、前記一対のニードル弁が、一体的に動作可能となるように、両者の先端部で互いに結合されていることを要旨とする。
【００１６】
上記構成によれば、前記一対のニードル弁が一体的に動作可能となるように、両者の先端部で互いに結合されているため、単一のモータで両ニードル弁を直接的に動作させることができる。また、両者の先端部で互いに結合されているため、弁孔を挟んだ状態に一対のニードル弁を容易に組み合わせることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の膨張弁において、前記一対のニードル弁は、一方のニードル弁の先端部が他方のニードル弁に形成された穴部に圧入嵌合されて結合されていることを要旨とする。
【００１８】
上記構成によれば、一対のニードル弁がこれらの先端部において圧入という方法で相互に結合されているので、簡易な構成で一対のニードル弁を一体的に動作させることが可能になる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒を可逆に流通させることにより、膨張弁が冷暖房兼用の絞り弁として使用されてなるヒートポンプ式空気調和機であって、前記膨張弁として請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張弁が使用されていることを要旨とする。
【００２０】
上記構成によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張弁が冷暖房兼用の絞り弁として用いられているため、冷房運転時と暖房運転時とにおいて冷媒を可逆に流通させても、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のヒートポンプ式空気調和機において、このヒートポンプ式空気調和機は、１台の室外ユニットに対し複数台の室内ユニットが並列に接続されたものであって、前記膨張弁は、各室内ユニットにおける室内側熱交換器の液管側に接続されるとともに、冷房運転時は減圧弁として機能し、暖房時は各室内ユニットに流通する冷媒循環量を制御する流量制御弁として機能するように構成されていることを要旨とする。
【００２２】
上記構成によれば、請求項５に記載のヒートポンプ式空気調和機が、１台の室外ユニットに対し複数台の室内ユニットが並列に接続された所謂マルチ形のヒートポンプ式空気調和機である。そして、室内ユニットに用いられる膨張弁として上述の、キャビテーションによる騒音の発生が抑制された膨張弁が用いられているので、冷暖房いずれの運転においても静粛な運転を行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る膨張弁によれば、冷媒を可逆に流通させて使用する場合において、全開のニードル弁側から絞り部を構成するニードル弁側へ流すようにすると、絞り部を通過した冷媒は広い空間をなす弁室へ流れることになるので、絞り作用後の冷媒が狭い通路を通過することがない。これにより、従来のように狭い通路における局所的な圧力降下が抑制され、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。また、本発明に係るヒートポンプ式空気調和機によれば、このような膨張弁が冷暖房兼用の絞り弁として用いられているため、冷房運転時と暖房運転時とにおいて冷媒を可逆に流通させても、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る膨張弁の要部断面図であって、冷媒が下方の冷媒配管接続口から上方の冷媒配管接続口へ流通するときの状態を示す。
【図２】同膨張弁の要部断面図であって、冷媒が図１とは逆の方向に流通するときの状態を示す。
【図３】同実施の形態にかかるヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る膨張弁の要部断面図であって、冷媒が下方の冷媒配管接続口から上方の冷媒配管接続口へ流通するときの状態を示す。
【図６】同膨張弁における第１ニードル弁及び第２ニードル弁の結合部の拡大分解図である。
【図７】従来例に係る膨張弁の要部断面図であって、（ａ）は冷媒が一方の冷媒配管接続口から他方の冷媒配管接続口へ流通するときの状態を示し、（ｂ）は冷媒が（ａ）とは逆の方向に流通するときの状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施の形態１）
以下、図１及び図２を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る膨張弁について説明する。
【００２６】
なお、以下の説明において上下方向又は水平方向というときは、図１及び図２に示した方向をいうものとする。
本実施形態に係る膨張弁１は、略円筒状の弁箱２における側壁３の上下に冷媒配管接続口５，６が設けられている。そして、冷媒配管接続口５，６にはそれぞれで冷媒配管５ａ，６ａが接続されている。また、弁箱２内には、冷媒配管接続口５と冷媒配管接続口６を連絡する空間部が形成され、この空間部を前後方向（この場合は上下方向）に二分するように、つまり、冷媒配管接続口５に連通する上方の空間部と、冷媒配管接続口６に連通する下方の空間部とに二分するように水平方向に延びる仕切壁７が設けられている。これら上下の空間部は、それぞれニードル弁８，１０が配置されて弁室９，１１として形成されている。なお、以下の明細書において、第１ニードル弁８というときは上方の空間部に配置されたニードル弁をいい、第２ニードル弁１０というときは下方の空間部に配置されたニードル弁をいうものとする。また、第１弁室９というときは上方の空間部のことをいい、第２弁室１１というときは下方の空間部のことをいうものとする。
【００２７】
仕切壁７は、第１ニードル弁８及び第２ニードル弁１０の動作により絞り部１６，１７が形成されるようにするために、弁孔１３が形成されている。また、弁孔１３の上下端部が、弁座１４及び弁座１５として形成されている。
【００２８】
そして、第１ニードル弁８及び第２ニードル弁１０は、弁座１４及び弁座１５との間にそれぞれ絞り部１６（図１参照）、１７（図２参照）が形成されるように、それぞれの先端部に先細のテーパ部８ａ，１０ａが形成されるとともに、また、第１ニードル弁８及び第２ニードル弁１０は、弁孔１３と同軸に形成されている。
【００２９】
第１ニードル弁８は、テーパ部８ａの上方部に円柱状部８ｂに形成され、この円柱状部８ｂが軸受部（不図示）を介してパルスモータ（不図示）に直結されている。また、膨張弁１は、このパルスモータの駆動により、第１ニードル弁８が弁座１４に対し軸方向に進退し、開度可変の絞り部１６が形成されるように構成されている。なお、膨張弁１における絞り部１６の開度は、この膨張弁１が使用されている空気調和機等の運転態様及び負荷状態に対応するように制御される。
【００３０】
第２ニードル弁１０は、第１ニードル弁８と対称的にテーパ部１０ａ及びその下方に連続する円柱状部１０ｂが形成されている。また、テーパ部１０ａの上部には、小径の円柱体部１０ｃが突出するように形成されており、この円柱体部１０ｃの上面が、第１ニードル弁８のテーパ８ａ部の下面に常時押し付けられるように例えばスプリングばねのような弾性体１８により弾性的に押し付けられている。このように弾性的に押し付けられた構成とするのは、第２ニードル弁１０を第１ニードル弁８に追随して第１ニードル弁８と一体的に上下動させるためであるとともに、弁箱２内への組み込みを容易にするためである。また、第２ニードル弁１０は、第１ニードル弁８とともに上下動し、弁座１５に対し進退することにより、弁座１５との間に可変の絞り部１７が形成されるように構成されている。
【００３１】
そして、第２ニードル弁１０を円滑に上下動させるために、すなわち、第２ニードル弁１０の円柱状部１０ｂの上下動及びコイルスプリングから成る弾性体１８の伸縮動作を円滑に進めるために、底壁１９の上方に円筒状のガイド壁２０が形成されている。ガイド壁２０の内径は、第２ニードル弁１０が円柱状部１０ｂの内表面に案内されて円滑に上下動可能となるように、円柱状部１０ｂの外径より若干大きく形成されている。また、弾性体１８を成すコイルスプリングの外径は、ガイド壁２０内において安定した姿勢で伸縮自在となるように、ガイド壁２０の内径より若干小さくなるように形成されている。
【００３２】
また、第１ニードル弁８と第２ニードル弁１０とは、このような構成により、一方のニードル弁が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁が全開状態に保持されるように構成されている。これを、より具体的に説明する。図１は、実線矢印のように下方の冷媒配管接続口６から冷媒が流入し、絞り部１６で絞られた冷媒が上方の冷媒配管接続口５から流出する流通方向の場合の状態図である。この場合には、第１ニードル弁８が絞り作用を行い、第２ニードル弁１０が全開となっている。また、図２は、図１の場合とは反対に破線矢印のように上方の冷媒配管接続口５から冷媒が流入し、絞り部１７で絞られた冷媒が下方の冷媒配管接続口６から流出する流通方向の場合の状態図である。この場合には、第２ニードル弁１０が絞り作用を行い、第１ニードル弁８が全開の状態となっている。また、これら図に示されるように、この膨張弁１においては、全開状態の絞り部側から絞り状態の絞り部側へ冷媒を流すように構成されている。
【００３３】
上記構成の膨張弁１は、例えば、冷媒を可逆に流通させる双方向において、高圧液冷媒を低圧に減圧する所謂膨張行程を行うように使用される。
このような使用例は、例えば、一体型ヒートポンプ式空気調和機に使用される場合であって、図３にその冷媒回路を示す。
【００３４】
この冷媒回路は、圧縮機３１の吐出口と吸入口との間に四路切換弁３２が接続され、この四路切換弁３２の切換ポート間に室外熱交換器３３、膨張弁１、室内熱交換器３４が順次接続されたものである。この場合において、膨張弁１における側壁下方の冷媒配管接続口６に接続されている冷媒配管６ａは室外熱交換器３３に接続され、同側壁上方の冷媒配管接続口５に接続されている冷媒配管５ａが室内熱交換器３４に接続されるものとする。なお、膨張弁１の接続方向は逆としても機能的には同一であるが、後の説明を容易にするために、ここではこのように接続するものとする。
【００３５】
そして、冷房運転時は、四路切換弁３２が実線の位置に切り換えられて運転されることにより、冷媒が実線矢印のように、圧縮機３１、四路切換弁３２、室外熱交換器３３、膨張弁１、室内熱交換器３４、四路切換弁３２、圧縮機３１と循環される。そして、膨張弁１を、減圧作用する絞り弁として機能させることにより、室外熱交換器３３が凝縮器として作用するとともに室内熱交換器３４が蒸発器として作用し、これにより室内空気が室内熱交換器３４で冷却される。この場合、膨張弁１においては、図１に図示された実線矢印のように冷媒が流れる。
【００３６】
また、暖房運転時は、四路切換弁３２が破線の位置に切り換えられて運転されることにより、冷媒が破線矢印のように、圧縮機３１、四路切換弁３２、室内熱交換器３４、膨張弁１、室外熱交換器３３、四路切換弁３２、圧縮機３１と循環される。そして、膨張弁１を減圧作用する絞り弁として機能させることにより、室内熱交換器３４が凝縮器として作用するとともに室外熱交換器３３が蒸発器として作用し、これにより室内空気が室内熱交換器３４で加熱される。この場合、膨張弁１においては、図２に図示された破線矢印のように冷媒が流れる。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る膨張弁１の動作を説明する。なお、以下の動作の説明は、図３に図示されたヒートポンプ式空気調和機に使用された場合を例として説明する。
冷房運転時には、図１における実線矢印のように冷媒が流通する。室外熱交換器３３で凝縮液化した冷媒は冷媒配管６ａから第２弁室１１に流入し、弁孔１３を経由して絞り部１６で減圧されて第１弁室９を経由して、冷媒配管５ａから室内熱交換器３４の方に流出する。この場合、絞り部１６経由後に従来のように狭い通路を経ることなく広い空間部である第１弁室９に流出する。このため、絞り部１６通過後に従来のように局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションの発生が抑制される。したがって、静粛な運転を行うことができる。
【００３８】
また、暖房運転時は、図２における破線矢印のように冷媒が流通する。室内熱交換器３４で凝縮液化した冷媒は冷媒配管５ａから第１弁室９に流入し、弁孔１３を経由して絞り部１７で減圧されて第２弁室１１を経由して、冷媒配管６ａから室外熱交換器３３の方に流出する。この場合、絞り部１７経由後に従来のように狭い通路を経ることなく広い空間部である第２弁室１１に流出する。このため、絞り部１７の通過後に従来のように局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションの発生が抑制される。したがって、静粛な運転を行うことができる。
【００３９】
本実施の形態に係る膨張弁は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
（１）冷媒の流通方向に応じて一方のニードル弁８，１０が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁１０，８が全開状態に保持されるように構成されている。したがって、冷媒を可逆に流通させて使用する場合において、全開のニードル弁１０，８側から絞り部を構成するニードル弁８，１０側へ流すようにすると、絞り部１６，１７を通過した冷媒は広い空間を成す弁室９，１１へ流れることになるので、絞り作用後の冷媒が狭い通路を通過することがない。これにより、従来のように狭い通路における局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【００４０】
（２）一対のニードル弁８，１０は、一方のニードル弁８がパルスモータ（不図示）に連結されて、パルスモータにより弁座１４に対し進退するように構成されるとともに、このニードル弁８の先端部に対し他方のニードル弁１０の先端部が弾性的に常時押し付けられるように取り付けられている。したがって、単一のパルスモータによって一方のニードル弁８を弁座１４に対し進退させることにより、他方のニードル弁１０をニードル弁８と一体的に動作させることができる。
【００４１】
（３）また、一対のニードル弁８，１０は、弾性体１８により一方のニードル弁８の先端部に対し他方のニードル弁１０の先端部が常時押し付けられている構造であるため、弁孔１３を挟んで２個のニードル弁８，１０を容易に組み合わせることができる。
【００４２】
また、実施の形態１に係るヒートポンプ式空気調和機は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
（４）前述のように構成された膨張弁１が冷暖房兼用の絞り弁として用いられているため、冷房運転時と暖房運転時とにおいて冷媒を可逆に流通させても、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【００４３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について、図４に基づき説明する。
実施の形態２は、実施の形態１に係る膨張弁の応用例としての空気調和機を変更したものである。すなわち、膨張弁１を、冷房運転時は減圧弁として機能させ、暖房時は各室内ユニットに流通する冷媒循環量を制御する流量制御弁として機能させるようにしたものである。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を用い、その構成要素の説明を省略又は簡略化するものとする。
【００４４】
実施の形態２に係る空気調和機は、１台の室外ユニット４０に対し、液側連絡配管５１とガス側連絡配管５２を用いて、複数台（この場合は３台）の室内ユニット６０を並列に接続したいわゆるマルチ形のヒートポンプ式空気調和機である。なお、この図においては、液側連絡配管５１とガス側連絡配管５２を各室内ユニット６０に対し共通の配管として図示しているが、この配管を各室内ユニット６０に対し独立並列的に接続される配管として、各室内ユニット６０を１台の室外ユニット４０に対し並列に接続するようにしてもよい。また、以下の説明において、単に液側連絡配管５１或いはガス側連絡配管５２と表現しているが、この表現には、このように独立並列的に接続される場合を含むものとする。
【００４５】
室外ユニット４０は、圧縮機４１の吐出口と吸入口に対し四路切換弁４２を接続するととともに、四路切換弁４２の一方の切換ポートを室外熱交換器４３及び室外膨張弁４４を介し液側連絡配管５１に接続するようにしている。この室外膨張弁４４としては、従来一般の膨張弁が使用されている。また、四路切換弁４２の他方の切換ポートは、ガス側連絡配管５２に接続されている。
【００４６】
室内ユニット６０は、室内熱交換器６１と、室内熱交換器６１の液側連絡配管５１側に接続された室内側膨張弁とを備えたものであって、室内側膨張弁として実施の形態１に係る膨張弁１がそのまま使用されている。因みに，この場合の膨張弁１の接続方法は、実施の形態１の場合と同様に、以降の説明を簡略化するために、下方の冷媒配管接続口６に接続されている冷媒配管６ａが液側連絡配管５１に接続され、上方の冷媒配管接続口５に接続されている冷媒配管５ａが室内熱交換器６１に接続されているものとする。また、室内熱交換器６１のもう一方は、ガス側連絡配管５２に接続されているものとする。
【００４７】
このマルチ形ヒートポンプ式空気調和機は、冷房運転時には、四路切換弁４２が実線の位置に切り換えられて運転される。また、この冷房運転時には、室外膨張弁４４は全開とされるとともに、室内膨張弁、すなわち膨張弁１を減圧作用する絞り弁として機能させるようにしている。
【００４８】
冷房運転時は、圧縮機４１から吐出された冷媒は、四路切換弁４２を経て室外熱交換器４３、室外膨張弁４４、液側連絡配管５１、並列に接続される各室内ユニット６０の膨張弁１及び室内熱交換器６１、ガス側連絡配管５２と順次流通して、四路切換弁４２を介して圧縮機４１に戻るように構成されている。各膨張弁１は、各室内ユニット６０における冷房負荷に対応するように絞り部１６の開度が制御される。この結果、室外熱交換器４３が凝縮器として作用し、室内熱交換器６１が蒸発器として作用するので、各室内ユニット６０により各室内空気が冷却される。
【００４９】
次に、暖房運転時は、四路切換弁４２が破線の位置に切り換えられて運転される。また、この暖房運転時には、室外膨張弁４４を高圧液冷媒を減圧する絞り弁として機能させるように作動させるとともに、室内膨張弁、すなわち膨張弁１を、各室内ユニット６０における暖房負荷に対応して各室内ユニット６０に流れる冷媒循環量を制御する絞り弁として機能させるようにしている。
【００５０】
暖房運転時は、圧縮機４１から吐出された冷媒は、四路切換弁４２を経てガス側連絡配管５２、並列に接続される各室内ユニット６０の室内熱交換器６１及び膨張弁１、液側連絡配管５１、室外ユニット４０の室外膨張弁４４及び室外熱交換器４３と順次流通して、四路切換弁４２を介して圧縮機４１に戻るように構成されている。各膨張弁１は、各室内ユニット６０における暖房負荷に対応して冷媒流量を制御するように絞り部１７の開度が制御される。この結果、室内熱交換器６１が凝縮器として作用し、室外熱交換器４３が蒸発器として作用するので、各室内ユニット６０により各室内空気が加熱される。
【００５１】
本実施の形態に係る膨張弁１は、このように、図４に図示されたマルチ形ヒートポンプ式空気調和機に使用されるような場合には、次のように動作する。
膨張弁１は、冷房運転時には高圧液冷媒を減圧する膨張弁として機能するので、実施の形態１における場合と同様の作用を行い、図１における実線矢印のように冷媒が流通する。すなわち、室外熱交換器４３で凝縮液化した冷媒は、液側連絡配管５１を経て冷媒配管６ａから第２弁室１１に流入し、弁孔１３を経由して絞り部１６で減圧され、第１弁室９を経由して冷媒配管５ａから室内熱交換器６１の方に流出する。この場合に、絞り部１６経由後に従来のように狭い通路を経ることなく広い空間部である第１弁室９に流出するので、絞り部１６通過後に従来のように局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションの発生が抑制される。したがって、静粛な運転を行うことができる。
【００５２】
次に、暖房運転時には、室外膨張弁４４が高圧液冷媒を減圧する膨張弁として機能する。したがって、膨張弁１は、３台の室内熱交換器６１が並列に接続されている液冷媒回路中に接続された状態にあり、各室内熱交換器６１を流通する冷媒循環量を制御する絞り弁として作用する。この場合は、室内熱交換器６１を通過した後の液冷媒は、図２に破線矢印で示すように、冷媒配管５ａから第１弁室９に流入し、弁孔１３を経由して絞り部１７で流量制御され、第２弁室１１を経由して冷媒配管６ａから液側連絡配管５１の方に流出する。この場合に、絞り部１７経由後に従来のように狭い通路を経ることなく広い空間部である第２弁室１１に流出するので、絞り部１７の通過後に従来のように局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションの発生が抑制される。したがって、静粛な運転を行うことができる。
【００５３】
本実施の形態に係る膨張弁は、以上のように構成されているので、実施の形態１における（１）〜（３）の効果を奏することができる。
また、この実施の形態に係るマルチ形ヒートポンプ式空気調和機においては、次の効果を奏することができる。
【００５４】
（５）この実施の形態２に係るマルチ形ヒートポンプ式空気調和機は、実施の形態１の膨張弁１が用いられているので、冷暖房いずれの運転においても膨張弁１においてキャビテーションによる騒音が抑制されている。したがって、各室の室内ユニット６０を静粛に運転することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る膨張弁について、図５及び図６に基づき説明する。
この実施の形態は、実施の形態１において一対のニードル弁を一体的に動作させるための構造を変更したものである。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を用い、その構成要素の説明を省略又は簡略化するものとする。
【００５６】
この実施の形態に係る膨張弁においては、図５及び図６に示すように、第２ニードル弁１０の先端の円柱体部１０ｃに対しさらに小径の円柱突起部１０ｄが形成されている。一方第１ニードル弁８のテーパ部８ａの先端面には、上記円柱突起部１０ｄを圧入嵌合させるための穴部８ｃが設けられている。
【００５７】
そしてこの実施の形態においては、ニードル弁８，１０を弁箱２内に組み込む際に、第１ニードル弁８の穴部８ｃに対し、第２ニードル弁１０の円柱突起部１０ｄを圧入することにより、第１ニードル弁８と第２ニードル弁１０とを結合させて、単一のパルスモータにより絞り部１６，１７の開度を調整できるようにしている。図５は、実施の形態１に係る図１に対応する図面であるので、実線矢印のように下方の冷媒配管接続口６から上方の冷媒配管接続口５へ冷媒が流れるときの図面である。したがって、この図においては、絞り部１７は、全開状態にある。なお、この実施の形態に係る発明は、一対のニードル弁８，１０の結合構造が要部であるので、前記図２に対応する状態図は省略する。
【００５８】
また、この実施の形態においては、図５に示すように、第１ニードル弁８に対し第２ニードル弁１０が先端部において結合されているので、実施の形態１におけるようなスプリングばねのような弾性体を第２ニードル弁１０の下方に設ける必要がなく、その設置が省略されている。したがって、弾性体の設置を省略できる分、円筒状のガイド壁２０の長さを短くすることができる。
【００５９】
この実施の形態３に係る膨張弁においては、一対のニードル弁８，１０は次のように動作する。
すなわち、膨張弁１においては、円柱状部８ｂが直結されている図示しないパルスモータを動作させることにより、第１ニードル弁８及び第２ニードル弁１０を直接的に動作させることができる。したがって、絞り部１６，１７の開度は、単一のパルスモータを調整することにより直接的に制御される。
【００６０】
実施の形態３に係る膨張弁は、以上のように構成されているので、実施の形態１における（１）の効果に加え、次の効果を奏することができる。
（６）一対のニードル弁８，１０は、これらの先端部において圧入により相互に結合される構造であるので、このニードル弁８，１０を弁箱２内に組み込む際に上記圧入嵌合を行わせることにより、弁孔１３を挟んで２個のニードル弁８，１０を結合させることができる。
【００６１】
（７）また、一対のニードル弁８，１０は、これらの先端部において圧入嵌合により相互に結合されるという簡易な結合構成により、一対のニードル弁８，１０を一体的に動作させることができる。
【００６２】
また、この実施の形態３に係る膨張弁１を、実施の形態１に係る一体型ヒートポンプ式空気調和機に用いた場合は、実施の形態１における（４）の効果を奏することができる。
（変形例）
本発明は、上記実施の形態において以下のように変形することができる。
【００６３】
・実施の形態２に係るマルチ形ヒートポンプ式空気調和機において、実施の形態３に係る膨張弁１を用いるようにしてもよい。
・各実施の形態において、膨張弁１の接続方向を特定しているが、この接続については先にも触れたように逆方向に接続してもよい。なお、この実施の形態において前述のように特定したのは、各図面に付した実線矢印及び破線矢印の意味を整合させるためである。
【００６４】
・実施の形態２において、室外膨張弁４４としては従来の膨張弁が用いられているが、この膨張弁に対し本実施の形態１又は３に係る膨張弁１を用いるようにしてもよい。但し、この場合室外ユニット４０の騒音に関しては、もともと圧縮機などの騒音が大きいことと、屋外における騒音問題に関係することであるので、本発明の膨張弁１を使用することの意味は薄れる。
【００６５】
・実施の形態３においては、第１ニードル弁８と第２ニードル弁１０とをそれぞれの先端部において圧入嵌合により結合していたが、この圧入嵌合に代えて第２ニードル弁１０先端部の円柱突起部１０ｄを第１ニードル弁８に対し螺合させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１…膨張弁、２…弁箱、５，６…冷媒配管接続口、７…仕切壁、８…(第１)ニードル弁、８ｃ…穴部、９…(第１)弁室、１０…(第２)ニードル弁、１１…(第２)弁室、１３…弁孔、１４，１５…弁座、４０…室外ユニット、６０…室内ユニット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可逆に冷媒を流通させる膨張弁及びこれを用いたヒートポンプ式空気調和機に関し、より詳細には、冷媒の双方向流れにおける流量特性を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のニードル弁を使用した膨張弁は、図７（ａ）及び（ｂ）に一般的な要部断面図を示すように、略円筒状の弁箱１０１における側壁１０２には冷媒の出入り口を成す、一方の冷媒配管接続口１０３が設けられ、底壁１０４には他方の冷媒配管接続口１０５が設けられている。そして、冷媒配管接続口１０３，１０５にはそれぞれ出入り口配管１０３ａ，１０５ａが接続されている。また、これら冷媒配管接続口１０３，１０５を連絡する弁箱１０１内の空間部は、弁室１０６として形成されている。この弁室１０６には、先端部が先細のテーパ状に形成されたニードル弁１０７が収納されている。また、底壁１０４の中心部には弁孔１０８が形成されるとともに、弁孔１０８の弁室１０６側の端部が弁座１０９として形成されている。なお、このような膨張弁の例としては特許文献１に記載の膨張弁を掲げることができる。
【０００３】
そして、このように構成された膨張弁は、ニードル弁１０７がパルスモータ（不図示）により軸方向に弁座１０９に対し進退することにより弁座１０９との間に開度可変の絞り部１１０が形成されている。
【０００４】
したがって、この膨張弁においては、図７（ａ）に実線矢印で示すように冷媒配管接続口１０３から液冷媒が導入される場合は、冷媒配管接続口１０３から導入された液冷媒は絞り部１１０にて絞られた後、弁室１０６を経由して冷媒配管接続口１０５から流出する。一方、この膨張弁において、図７（ｂ）に破線矢印で示すように冷媒配管接続口１０５から液冷媒が導入される場合は、冷媒配管接続口１０５から導入された液冷媒は、絞り部１１０にて絞られた後、ニードル弁１０７の先端部と弁孔１０８との間に形成される狭い通路１１１及び弁孔１０８を経て冷媒配管接続口１０３から流出する。
【０００５】
なお、膨張弁は、冷媒の流通方向が可逆に切り換えられて使用される態様としては、何れの流通方向においても高圧液冷媒を低圧に減圧する減圧弁として使用される場合と、一方の流通方向においてはこのような減圧弁として使用され、他方の流通方向においては単に冷媒流量を調整する冷媒流量制御弁として使用される場合とがある。前者の使用態様は、例えば一体型ヒートポンプ式空気調和機における液管に使用される場合であって、このような従来例として特許文献２を掲げることができる。また、後者の使用態様は、例えば、１台の室外ユニットに対し複数台の室内ユニットを接続する所謂マルチ形ヒートポンプ式空気調和機における室内ユニットの液管に使用される場合であって、このような従来例として特許文献３を掲げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１５５６９１号公報
【特許文献２】特開２００７−３２９８０号公報、図１
【特許文献３】特開２００８−２７５１９５号公報、図１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような膨張弁において、液冷媒が冷媒配管接続口１０３から導入される場合、冷媒配管接続口１０３から導入された液冷媒は、上述のように絞り部１１０を通過した後、ニードル弁１０７の先端部と弁孔１０８との間に形成される狭い通路１１１を通過する。このため、この狭い通路１１１において局所的な圧力降下が発生し、これによりキャビテーションが発生して騒音を発生しやすいという問題があった。
【０００８】
なお、この膨張弁において、液冷媒が冷媒配管接続口１０５から導入される場合は、冷媒配管接続口１０３から導入された液冷媒は、絞り部１１０を通過した後に広い空間部を成す弁室１０６へ流れるため、絞り部１１０を通過した後に前述のような局所的な圧力降下を発生することがなく、キャビテーションの発生による騒音発生のおそれがない。
【０００９】
このように、従来のニードル弁使用の膨張弁は、冷媒を可逆に流通させて使用される場合において、一方の方向に冷媒を流通させる場合にキャビテーションが発生し、これにより騒音が発生していた。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みなされたものであって、絞り弁として冷媒を可逆に流通させて使用する場合に、キャビテーションによる騒音の発生を防止するようにした膨張弁及びこれを用いたヒートポンプ式空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、膨張弁に関するものであって、出入り口を成す一組の冷媒配管接続口と、これら冷媒配管接続口間を連絡する弁箱内の空間部を前後に二分するように仕切られた仕切壁と、仕切壁に形成された弁孔と、仕切壁における弁孔の両側に形成された弁座と、仕切壁を挟んで両側に形成された弁室と、各弁室に配置された一対の、弁座に対向する部分が先細に形成されたニードル弁とを有し、この一対のニードル弁は、同軸に配置されるともに前記弁孔を挟んで対称的に一体的に動作するように形成され、さらに、一方のニードル弁が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁が全開状態に保持されるように構成されていることを要旨とする。
【００１２】
上記構成によれば、冷媒の流通方向に応じて一方のニードル弁が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁が全開状態に保持されるように構成されている。したがって、冷媒を可逆に流通させて使用する場合において、全開のニードル弁側から絞り部を構成するニードル弁側へ冷媒を流通させるようにすると、絞り部を通過した冷媒は広い空間をなす弁室へ流れることになるので、絞り作用後の冷媒が狭い通路を通過することがない。これにより、従来のように狭い通路における局所的な圧力降下が抑制され、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の膨張弁において、前記一対のニードル弁は、一方のニードル弁がパルスモータにより前記弁座に対し進退するように構成されるとともに、他方のニードル弁は、その先端部が前記一方のニードル弁の先端部に対し弾性的に常時押し付けられるように取り付けられていることを要旨とする。
【００１４】
上記構成によれば、弾性体により、一方のニードル弁の先端部に対し他方のニードル弁の先端部が常時弾性的に押し付けられている。このため、単一のパルスモータによって前記一方のニードル弁を弁座に対し進退させることにより、前記他方のニードル弁をも一体的に動作させることができる。また、この一対のニードル弁は、一方のニードル弁の先端部に対し他方のニードル弁の先端部が常時弾性的に押し付けられる構造であるため、弁孔を挟んで２個の閉鎖弁を容易に組み合わせることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の膨張弁において、前記一対のニードル弁が、一体的に動作可能となるように、両者の先端部で互いに結合されていることを要旨とする。
【００１６】
上記構成によれば、前記一対のニードル弁が一体的に動作可能となるように、両者の先端部で互いに結合されているため、単一のモータで両ニードル弁を直接的に動作させることができる。また、両者の先端部で互いに結合されているため、弁孔を挟んだ状態に一対のニードル弁を容易に組み合わせることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の膨張弁において、前記一対のニードル弁は、一方のニードル弁の先端部が他方のニードル弁に形成された穴部に圧入嵌合されて結合されていることを要旨とする。
【００１８】
上記構成によれば、一対のニードル弁がこれらの先端部において圧入という方法で相互に結合されているので、簡易な構成で一対のニードル弁を一体的に動作させることが可能になる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒を可逆に流通させることにより、膨張弁が冷暖房兼用の絞り弁として使用されてなるヒートポンプ式空気調和機であって、前記膨張弁として請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張弁が使用されていることを要旨とする。
【００２０】
上記構成によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張弁が冷暖房兼用の絞り弁として用いられているため、冷房運転時と暖房運転時とにおいて冷媒を可逆に流通させても、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のヒートポンプ式空気調和機において、このヒートポンプ式空気調和機は、１台の室外ユニットに対し複数台の室内ユニットが並列に接続されたものであって、前記膨張弁は、各室内ユニットにおける室内側熱交換器の液管側に接続されるとともに、冷房運転時は減圧弁として機能し、暖房時は各室内ユニットに流通する冷媒循環量を制御する流量制御弁として機能するように構成されていることを要旨とする。
【００２２】
上記構成によれば、請求項５に記載のヒートポンプ式空気調和機が、１台の室外ユニットに対し複数台の室内ユニットが並列に接続された所謂マルチ形のヒートポンプ式空気調和機である。そして、室内ユニットに用いられる膨張弁として上述の、キャビテーションによる騒音の発生が抑制された膨張弁が用いられているので、冷暖房いずれの運転においても静粛な運転を行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る膨張弁によれば、冷媒を可逆に流通させて使用する場合において、全開のニードル弁側から絞り部を構成するニードル弁側へ流すようにすると、絞り部を通過した冷媒は広い空間をなす弁室へ流れることになるので、絞り作用後の冷媒が狭い通路を通過することがない。これにより、従来のように狭い通路における局所的な圧力降下が抑制され、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。また、本発明に係るヒートポンプ式空気調和機によれば、このような膨張弁が冷暖房兼用の絞り弁として用いられているため、冷房運転時と暖房運転時とにおいて冷媒を可逆に流通させても、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る膨張弁の要部断面図であって、冷媒が下方の冷媒配管接続口から上方の冷媒配管接続口へ流通するときの状態を示す。
【図２】同膨張弁の要部断面図であって、冷媒が図１とは逆の方向に流通するときの状態を示す。
【図３】同実施の形態にかかるヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る膨張弁の要部断面図であって、冷媒が下方の冷媒配管接続口から上方の冷媒配管接続口へ流通するときの状態を示す。
【図６】同膨張弁における第１ニードル弁及び第２ニードル弁の結合部の拡大分解図である。
【図７】従来例に係る膨張弁の要部断面図であって、（ａ）は冷媒が一方の冷媒配管接続口から他方の冷媒配管接続口へ流通するときの状態を示し、（ｂ）は冷媒が（ａ）とは逆の方向に流通するときの状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施の形態１）
以下、図１及び図２を参照しながら、本発明の実施の形態１に係る膨張弁について説明する。
【００２６】
なお、以下の説明において上下方向又は水平方向というときは、図１及び図２に示した方向をいうものとする。
本実施形態に係る膨張弁１は、略円筒状の弁箱２における側壁３の上下に冷媒配管接続口５，６が設けられている。そして、冷媒配管接続口５，６にはそれぞれで冷媒配管５ａ，６ａが接続されている。また、弁箱２内には、冷媒配管接続口５と冷媒配管接続口６を連絡する空間部が形成され、この空間部を前後方向（この場合は上下方向）に二分するように、つまり、冷媒配管接続口５に連通する上方の空間部と、冷媒配管接続口６に連通する下方の空間部とに二分するように水平方向に延びる仕切壁７が設けられている。これら上下の空間部は、それぞれニードル弁８，１０が配置されて弁室９，１１として形成されている。なお、以下の明細書において、第１ニードル弁８というときは上方の空間部に配置されたニードル弁をいい、第２ニードル弁１０というときは下方の空間部に配置されたニードル弁をいうものとする。また、第１弁室９というときは上方の空間部のことをいい、第２弁室１１というときは下方の空間部のことをいうものとする。
【００２７】
仕切壁７は、第１ニードル弁８及び第２ニードル弁１０の動作により絞り部１６，１７が形成されるようにするために、弁孔１３が形成されている。また、弁孔１３の上下端部が、弁座１４及び弁座１５として形成されている。
【００２８】
そして、第１ニードル弁８及び第２ニードル弁１０は、弁座１４及び弁座１５との間にそれぞれ絞り部１６（図１参照）、１７（図２参照）が形成されるように、それぞれの先端部に先細のテーパ部８ａ，１０ａが形成されるとともに、また、第１ニードル弁８及び第２ニードル弁１０は、弁孔１３と同軸に形成されている。
【００２９】
第１ニードル弁８は、テーパ部８ａの上方部に円柱状部８ｂに形成され、この円柱状部８ｂが軸受部（不図示）を介してパルスモータ（不図示）に直結されている。また、膨張弁１は、このパルスモータの駆動により、第１ニードル弁８が弁座１４に対し軸方向に進退し、開度可変の絞り部１６が形成されるように構成されている。なお、膨張弁１における絞り部１６の開度は、この膨張弁１が使用されている空気調和機等の運転態様及び負荷状態に対応するように制御される。
【００３０】
第２ニードル弁１０は、第１ニードル弁８と対称的にテーパ部１０ａ及びその下方に連続する円柱状部１０ｂが形成されている。また、テーパ部１０ａの上部には、小径の円柱体部１０ｃが突出するように形成されており、この円柱体部１０ｃの上面が、第１ニードル弁８のテーパ８ａ部の下面に常時押し付けられるように例えばスプリングばねのような弾性体１８により弾性的に押し付けられている。このように弾性的に押し付けられた構成とするのは、第２ニードル弁１０を第１ニードル弁８に追随して第１ニードル弁８と一体的に上下動させるためであるとともに、弁箱２内への組み込みを容易にするためである。また、第２ニードル弁１０は、第１ニードル弁８とともに上下動し、弁座１５に対し進退することにより、弁座１５との間に可変の絞り部１７が形成されるように構成されている。
【００３１】
そして、第２ニードル弁１０を円滑に上下動させるために、すなわち、第２ニードル弁１０の円柱状部１０ｂの上下動及びコイルスプリングから成る弾性体１８の伸縮動作を円滑に進めるために、底壁１９の上方に円筒状のガイド壁２０が形成されている。ガイド壁２０の内径は、第２ニードル弁１０が円柱状部１０ｂの内表面に案内されて円滑に上下動可能となるように、円柱状部１０ｂの外径より若干大きく形成されている。また、弾性体１８を成すコイルスプリングの外径は、ガイド壁２０内において安定した姿勢で伸縮自在となるように、ガイド壁２０の内径より若干小さくなるように形成されている。
【００３２】
また、第１ニードル弁８と第２ニードル弁１０とは、このような構成により、一方のニードル弁が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁が全開状態に保持されるように構成されている。これを、より具体的に説明する。図１は、実線矢印のように下方の冷媒配管接続口６から冷媒が流入し、絞り部１６で絞られた冷媒が上方の冷媒配管接続口５から流出する流通方向の場合の状態図である。この場合には、第１ニードル弁８が絞り作用を行い、第２ニードル弁１０が全開となっている。また、図２は、図１の場合とは反対に破線矢印のように上方の冷媒配管接続口５から冷媒が流入し、絞り部１７で絞られた冷媒が下方の冷媒配管接続口６から流出する流通方向の場合の状態図である。この場合には、第２ニードル弁１０が絞り作用を行い、第１ニードル弁８が全開の状態となっている。また、これら図に示されるように、この膨張弁１においては、全開状態の絞り部側から絞り状態の絞り部側へ冷媒を流すように構成されている。
【００３３】
上記構成の膨張弁１は、例えば、冷媒を可逆に流通させる双方向において、高圧液冷媒を低圧に減圧する所謂膨張行程を行うように使用される。
このような使用例は、例えば、一体型ヒートポンプ式空気調和機に使用される場合であって、図３にその冷媒回路を示す。
【００３４】
この冷媒回路は、圧縮機３１の吐出口と吸入口との間に四路切換弁３２が接続され、この四路切換弁３２の切換ポート間に室外熱交換器３３、膨張弁１、室内熱交換器３４が順次接続されたものである。この場合において、膨張弁１における側壁下方の冷媒配管接続口６に接続されている冷媒配管６ａは室外熱交換器３３に接続され、同側壁上方の冷媒配管接続口５に接続されている冷媒配管５ａが室内熱交換器３４に接続されるものとする。なお、膨張弁１の接続方向は逆としても機能的には同一であるが、後の説明を容易にするために、ここではこのように接続するものとする。
【００３５】
そして、冷房運転時は、四路切換弁３２が実線の位置に切り換えられて運転されることにより、冷媒が実線矢印のように、圧縮機３１、四路切換弁３２、室外熱交換器３３、膨張弁１、室内熱交換器３４、四路切換弁３２、圧縮機３１と循環される。そして、膨張弁１を、減圧作用する絞り弁として機能させることにより、室外熱交換器３３が凝縮器として作用するとともに室内熱交換器３４が蒸発器として作用し、これにより室内空気が室内熱交換器３４で冷却される。この場合、膨張弁１においては、図１に図示された実線矢印のように冷媒が流れる。
【００３６】
また、暖房運転時は、四路切換弁３２が破線の位置に切り換えられて運転されることにより、冷媒が破線矢印のように、圧縮機３１、四路切換弁３２、室内熱交換器３４、膨張弁１、室外熱交換器３３、四路切換弁３２、圧縮機３１と循環される。そして、膨張弁１を減圧作用する絞り弁として機能させることにより、室内熱交換器３４が凝縮器として作用するとともに室外熱交換器３３が蒸発器として作用し、これにより室内空気が室内熱交換器３４で加熱される。この場合、膨張弁１においては、図２に図示された破線矢印のように冷媒が流れる。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る膨張弁１の動作を説明する。なお、以下の動作の説明は、図３に図示されたヒートポンプ式空気調和機に使用された場合を例として説明する。
冷房運転時には、図１における実線矢印のように冷媒が流通する。室外熱交換器３３で凝縮液化した冷媒は冷媒配管６ａから第２弁室１１に流入し、弁孔１３を経由して絞り部１６で減圧されて第１弁室９を経由して、冷媒配管５ａから室内熱交換器３４の方に流出する。この場合、絞り部１６経由後に従来のように狭い通路を経ることなく広い空間部である第１弁室９に流出する。このため、絞り部１６通過後に従来のように局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションの発生が抑制される。したがって、静粛な運転を行うことができる。
【００３８】
また、暖房運転時は、図２における破線矢印のように冷媒が流通する。室内熱交換器３４で凝縮液化した冷媒は冷媒配管５ａから第１弁室９に流入し、弁孔１３を経由して絞り部１７で減圧されて第２弁室１１を経由して、冷媒配管６ａから室外熱交換器３３の方に流出する。この場合、絞り部１７経由後に従来のように狭い通路を経ることなく広い空間部である第２弁室１１に流出する。このため、絞り部１７の通過後に従来のように局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションの発生が抑制される。したがって、静粛な運転を行うことができる。
【００３９】
本実施の形態に係る膨張弁は、以上のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
（１）冷媒の流通方向に応じて一方のニードル弁８，１０が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁１０，８が全開状態に保持されるように構成されている。したがって、冷媒を可逆に流通させて使用する場合において、全開のニードル弁１０，８側から絞り部を構成するニードル弁８，１０側へ流すようにすると、絞り部１６，１７を通過した冷媒は広い空間を成す弁室９，１１へ流れることになるので、絞り作用後の冷媒が狭い通路を通過することがない。これにより、従来のように狭い通路における局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【００４０】
（２）一対のニードル弁８，１０は、一方のニードル弁８がパルスモータ（不図示）に連結されて、パルスモータにより弁座１４に対し進退するように構成されるとともに、このニードル弁８の先端部に対し他方のニードル弁１０の先端部が弾性的に常時押し付けられるように取り付けられている。したがって、単一のパルスモータによって一方のニードル弁８を弁座１４に対し進退させることにより、他方のニードル弁１０をニードル弁８と一体的に動作させることができる。
【００４１】
（３）また、一対のニードル弁８，１０は、弾性体１８により一方のニードル弁８の先端部に対し他方のニードル弁１０の先端部が常時押し付けられている構造であるため、弁孔１３を挟んで２個のニードル弁８，１０を容易に組み合わせることができる。
【００４２】
また、実施の形態１に係るヒートポンプ式空気調和機は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
（４）前述のように構成された膨張弁１が冷暖房兼用の絞り弁として用いられているため、冷房運転時と暖房運転時とにおいて冷媒を可逆に流通させても、キャビテーションによる騒音の発生が抑制される。
【００４３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について、図４に基づき説明する。
実施の形態２は、実施の形態１に係る膨張弁の応用例としての空気調和機を変更したものである。すなわち、膨張弁１を、冷房運転時は減圧弁として機能させ、暖房時は各室内ユニットに流通する冷媒循環量を制御する流量制御弁として機能させるようにしたものである。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を用い、その構成要素の説明を省略又は簡略化するものとする。
【００４４】
実施の形態２に係る空気調和機は、１台の室外ユニット４０に対し、液側連絡配管５１とガス側連絡配管５２を用いて、複数台（この場合は３台）の室内ユニット６０を並列に接続したいわゆるマルチ形のヒートポンプ式空気調和機である。なお、この図においては、液側連絡配管５１とガス側連絡配管５２を各室内ユニット６０に対し共通の配管として図示しているが、この配管を各室内ユニット６０に対し独立並列的に接続される配管として、各室内ユニット６０を１台の室外ユニット４０に対し並列に接続するようにしてもよい。また、以下の説明において、単に液側連絡配管５１或いはガス側連絡配管５２と表現しているが、この表現には、このように独立並列的に接続される場合を含むものとする。
【００４５】
室外ユニット４０は、圧縮機４１の吐出口と吸入口に対し四路切換弁４２を接続するととともに、四路切換弁４２の一方の切換ポートを室外熱交換器４３及び室外膨張弁４４を介し液側連絡配管５１に接続するようにしている。この室外膨張弁４４としては、従来一般の膨張弁が使用されている。また、四路切換弁４２の他方の切換ポートは、ガス側連絡配管５２に接続されている。
【００４６】
室内ユニット６０は、室内熱交換器６１と、室内熱交換器６１の液側連絡配管５１側に接続された室内側膨張弁とを備えたものであって、室内側膨張弁として実施の形態１に係る膨張弁１がそのまま使用されている。因みに，この場合の膨張弁１の接続方法は、実施の形態１の場合と同様に、以降の説明を簡略化するために、下方の冷媒配管接続口６に接続されている冷媒配管６ａが液側連絡配管５１に接続され、上方の冷媒配管接続口５に接続されている冷媒配管５ａが室内熱交換器６１に接続されているものとする。また、室内熱交換器６１のもう一方は、ガス側連絡配管５２に接続されているものとする。
【００４７】
このマルチ形ヒートポンプ式空気調和機は、冷房運転時には、四路切換弁４２が実線の位置に切り換えられて運転される。また、この冷房運転時には、室外膨張弁４４は全開とされるとともに、室内膨張弁、すなわち膨張弁１を減圧作用する絞り弁として機能させるようにしている。
【００４８】
冷房運転時は、圧縮機４１から吐出された冷媒は、四路切換弁４２を経て室外熱交換器４３、室外膨張弁４４、液側連絡配管５１、並列に接続される各室内ユニット６０の膨張弁１及び室内熱交換器６１、ガス側連絡配管５２と順次流通して、四路切換弁４２を介して圧縮機４１に戻るように構成されている。各膨張弁１は、各室内ユニット６０における冷房負荷に対応するように絞り部１６の開度が制御される。この結果、室外熱交換器４３が凝縮器として作用し、室内熱交換器６１が蒸発器として作用するので、各室内ユニット６０により各室内空気が冷却される。
【００４９】
次に、暖房運転時は、四路切換弁４２が破線の位置に切り換えられて運転される。また、この暖房運転時には、室外膨張弁４４を高圧液冷媒を減圧する絞り弁として機能させるように作動させるとともに、室内膨張弁、すなわち膨張弁１を、各室内ユニット６０における暖房負荷に対応して各室内ユニット６０に流れる冷媒循環量を制御する絞り弁として機能させるようにしている。
【００５０】
暖房運転時は、圧縮機４１から吐出された冷媒は、四路切換弁４２を経てガス側連絡配管５２、並列に接続される各室内ユニット６０の室内熱交換器６１及び膨張弁１、液側連絡配管５１、室外ユニット４０の室外膨張弁４４及び室外熱交換器４３と順次流通して、四路切換弁４２を介して圧縮機４１に戻るように構成されている。各膨張弁１は、各室内ユニット６０における暖房負荷に対応して冷媒流量を制御するように絞り部１７の開度が制御される。この結果、室内熱交換器６１が凝縮器として作用し、室外熱交換器４３が蒸発器として作用するので、各室内ユニット６０により各室内空気が加熱される。
【００５１】
本実施の形態に係る膨張弁１は、このように、図４に図示されたマルチ形ヒートポンプ式空気調和機に使用されるような場合には、次のように動作する。
膨張弁１は、冷房運転時には高圧液冷媒を減圧する膨張弁として機能するので、実施の形態１における場合と同様の作用を行い、図１における実線矢印のように冷媒が流通する。すなわち、室外熱交換器４３で凝縮液化した冷媒は、液側連絡配管５１を経て冷媒配管６ａから第２弁室１１に流入し、弁孔１３を経由して絞り部１６で減圧され、第１弁室９を経由して冷媒配管５ａから室内熱交換器６１の方に流出する。この場合に、絞り部１６経由後に従来のように狭い通路を経ることなく広い空間部である第１弁室９に流出するので、絞り部１６通過後に従来のように局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションの発生が抑制される。したがって、静粛な運転を行うことができる。
【００５２】
次に、暖房運転時には、室外膨張弁４４が高圧液冷媒を減圧する膨張弁として機能する。したがって、膨張弁１は、３台の室内熱交換器６１が並列に接続されている液冷媒回路中に接続された状態にあり、各室内熱交換器６１を流通する冷媒循環量を制御する絞り弁として作用する。この場合は、室内熱交換器６１を通過した後の液冷媒は、図２に破線矢印で示すように、冷媒配管５ａから第１弁室９に流入し、弁孔１３を経由して絞り部１７で流量制御され、第２弁室１１を経由して冷媒配管６ａから液側連絡配管５１の方に流出する。この場合に、絞り部１７経由後に従来のように狭い通路を経ることなく広い空間部である第２弁室１１に流出するので、絞り部１７の通過後に従来のように局所的な圧力降下を受けることがなく、キャビテーションの発生が抑制される。したがって、静粛な運転を行うことができる。
【００５３】
本実施の形態に係る膨張弁は、以上のように構成されているので、実施の形態１における（１）〜（３）の効果を奏することができる。
また、この実施の形態に係るマルチ形ヒートポンプ式空気調和機においては、次の効果を奏することができる。
【００５４】
（５）この実施の形態２に係るマルチ形ヒートポンプ式空気調和機は、実施の形態１の膨張弁１が用いられているので、冷暖房いずれの運転においても膨張弁１においてキャビテーションによる騒音が抑制されている。したがって、各室の室内ユニット６０を静粛に運転することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る膨張弁について、図５及び図６に基づき説明する。
この実施の形態は、実施の形態１において一対のニードル弁を一体的に動作させるための構造を変更したものである。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を用い、その構成要素の説明を省略又は簡略化するものとする。
【００５６】
この実施の形態に係る膨張弁においては、図５及び図６に示すように、第２ニードル弁１０の先端の円柱体部１０ｃに対しさらに小径の円柱突起部１０ｄが形成されている。一方第１ニードル弁８のテーパ部８ａの先端面には、上記円柱突起部１０ｄを圧入嵌合させるための穴部８ｃが設けられている。
【００５７】
そしてこの実施の形態においては、ニードル弁８，１０を弁箱２内に組み込む際に、第１ニードル弁８の穴部８ｃに対し、第２ニードル弁１０の円柱突起部１０ｄを圧入することにより、第１ニードル弁８と第２ニードル弁１０とを結合させて、単一のパルスモータにより絞り部１６，１７の開度を調整できるようにしている。図５は、実施の形態１に係る図１に対応する図面であるので、実線矢印のように下方の冷媒配管接続口６から上方の冷媒配管接続口５へ冷媒が流れるときの図面である。したがって、この図においては、絞り部１７は、全開状態にある。なお、この実施の形態に係る発明は、一対のニードル弁８，１０の結合構造が要部であるので、前記図２に対応する状態図は省略する。
【００５８】
また、この実施の形態においては、図５に示すように、第１ニードル弁８に対し第２ニードル弁１０が先端部において結合されているので、実施の形態１におけるようなスプリングばねのような弾性体を第２ニードル弁１０の下方に設ける必要がなく、その設置が省略されている。したがって、弾性体の設置を省略できる分、円筒状のガイド壁２０の長さを短くすることができる。
【００５９】
この実施の形態３に係る膨張弁においては、一対のニードル弁８，１０は次のように動作する。
すなわち、膨張弁１においては、円柱状部８ｂが直結されている図示しないパルスモータを動作させることにより、第１ニードル弁８及び第２ニードル弁１０を直接的に動作させることができる。したがって、絞り部１６，１７の開度は、単一のパルスモータを調整することにより直接的に制御される。
【００６０】
実施の形態３に係る膨張弁は、以上のように構成されているので、実施の形態１における（１）の効果に加え、次の効果を奏することができる。
（６）一対のニードル弁８，１０は、これらの先端部において圧入により相互に結合される構造であるので、このニードル弁８，１０を弁箱２内に組み込む際に上記圧入嵌合を行わせることにより、弁孔１３を挟んで２個のニードル弁８，１０を結合させることができる。
【００６１】
（７）また、一対のニードル弁８，１０は、これらの先端部において圧入嵌合により相互に結合されるという簡易な結合構成により、一対のニードル弁８，１０を一体的に動作させることができる。
【００６２】
また、この実施の形態３に係る膨張弁１を、実施の形態１に係る一体型ヒートポンプ式空気調和機に用いた場合は、実施の形態１における（４）の効果を奏することができる。
（変形例）
本発明は、上記実施の形態において以下のように変形することができる。
【００６３】
・実施の形態２に係るマルチ形ヒートポンプ式空気調和機において、実施の形態３に係る膨張弁１を用いるようにしてもよい。
・各実施の形態において、膨張弁１の接続方向を特定しているが、この接続については先にも触れたように逆方向に接続してもよい。なお、この実施の形態において前述のように特定したのは、各図面に付した実線矢印及び破線矢印の意味を整合させるためである。
【００６４】
・実施の形態２において、室外膨張弁４４としては従来の膨張弁が用いられているが、この膨張弁に対し本実施の形態１又は３に係る膨張弁１を用いるようにしてもよい。但し、この場合室外ユニット４０の騒音に関しては、もともと圧縮機などの騒音が大きいことと、屋外における騒音問題に関係することであるので、本発明の膨張弁１を使用することの意味は薄れる。
【００６５】
・実施の形態３においては、第１ニードル弁８と第２ニードル弁１０とをそれぞれの先端部において圧入嵌合により結合していたが、この圧入嵌合に代えて第２ニードル弁１０先端部の円柱突起部１０ｄを第１ニードル弁８に対し螺合させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１…膨張弁、２…弁箱、５，６…冷媒配管接続口、７…仕切壁、８…(第１)ニードル弁、８ｃ…穴部、９…(第１)弁室、１０…(第２)ニードル弁、１１…(第２)弁室、１３…弁孔、１４，１５…弁座、４０…室外ユニット、６０…室内ユニット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出入り口を成す一組の冷媒配管接続口（５，６）と、これら冷媒配管接続口（５，６）間を連絡する弁箱（２）内の空間部を前後に二分するように仕切る仕切壁（７）と、仕切壁（７）に形成された弁孔（１３）と、仕切壁（７）における弁孔（１３）の両側に形成された弁座（１４，１５）と、仕切壁（７）を挟んで両側に形成された弁室（９，１１）と、各弁室（９，１１）に配置された一対の、弁座（１４，１５）に対向する部分が先細に形成されたニードル弁（８，１０）とを有し、
前記一対のニードル弁（８，１０）は、同軸に配置されるともに前記弁孔（１３）を挟んで対称的に一体的に動作するように形成され、さらに、一方のニードル弁（８又は１０）が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁（１０又は８）が全開状態に保持されるように構成されている
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
請求項１に記載の膨張弁において、
前記一対のニードル弁（８，１０）は、一方のニードル弁（８）がパルスモータにより前記弁座（１４，１５）に対し進退するように構成されるとともに、
他方のニードル弁（１０）は、その先端部が前記一方のニードル弁（８）の先端部に対し弾性的に常時押し付けられるように取り付けられている
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項３】
請求項１に記載の膨張弁において、
前記一対のニードル弁（８，１０）は、一体的に動作可能となるように、両者の先端部で互いに結合されている
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項４】
請求項３に記載の膨張弁において、
前記一対のニードル弁（８，１０）は、一方のニードル弁（１０）の先端部が他方のニードル弁（８）に形成された穴部（８ｃ）に圧入嵌合されて結合されている
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項５】
冷房運転時と暖房運転時とで冷媒を可逆に流通させることにより、膨張弁が冷暖房兼用の絞り弁として使用されてなるヒートポンプ式空気調和機であって、
前記膨張弁として請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張弁が使用されている
ことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項６】
請求項５に記載のヒートポンプ式空気調和機において、
このヒートポンプ式空気調和機は、１台の室外ユニット（４０）に対し複数台の室内ユニット（６０）が並列に接続されたものであって、
前記膨張弁は、各室内ユニット（６０）における室内熱交換器の液管側に接続されるとともに、冷房運転時は減圧弁として機能し、暖房時は各室内ユニット（６０）に流通する冷媒循環量を制御する流量制御弁として機能するように構成されている
ことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項１】
出入り口を成す一組の冷媒配管接続口（５，６）と、これら冷媒配管接続口（５，６）間を連絡する弁箱（２）内の空間部を前後に二分するように仕切る仕切壁（７）と、仕切壁（７）に形成された弁孔（１３）と、仕切壁（７）における弁孔（１３）の両側に形成された弁座（１４，１５）と、仕切壁（７）を挟んで両側に形成された弁室（９，１１）と、各弁室（９，１１）に配置された一対の、弁座（１４，１５）に対向する部分が先細に形成されたニードル弁（８，１０）とを有し、
前記一対のニードル弁（８，１０）は、同軸に配置されるともに前記弁孔（１３）を挟んで対称的に一体的に動作するように形成され、さらに、一方のニードル弁（８又は１０）が絞り作用を行うときには、他方のニードル弁（１０又は８）が全開状態に保持されるように構成されている
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
請求項１に記載の膨張弁において、
前記一対のニードル弁（８，１０）は、一方のニードル弁（８）がパルスモータにより前記弁座（１４，１５）に対し進退するように構成されるとともに、
他方のニードル弁（１０）は、その先端部が前記一方のニードル弁（８）の先端部に対し弾性的に常時押し付けられるように取り付けられている
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項３】
請求項１に記載の膨張弁において、
前記一対のニードル弁（８，１０）は、一体的に動作可能となるように、両者の先端部で互いに結合されている
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項４】
請求項３に記載の膨張弁において、
前記一対のニードル弁（８，１０）は、一方のニードル弁（１０）の先端部が他方のニードル弁（８）に形成された穴部（８ｃ）に圧入嵌合されて結合されている
ことを特徴とする膨張弁。
【請求項５】
冷房運転時と暖房運転時とで冷媒を可逆に流通させることにより、膨張弁が冷暖房兼用の絞り弁として使用されてなるヒートポンプ式空気調和機であって、
前記膨張弁として請求項１〜４のいずれか１項に記載の膨張弁が使用されている
ことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項６】
請求項５に記載のヒートポンプ式空気調和機において、
このヒートポンプ式空気調和機は、１台の室外ユニット（４０）に対し複数台の室内ユニット（６０）が並列に接続されたものであって、
前記膨張弁は、各室内ユニット（６０）における室内熱交換器の液管側に接続されるとともに、冷房運転時は減圧弁として機能し、暖房時は各室内ユニット（６０）に流通する冷媒循環量を制御する流量制御弁として機能するように構成されている
ことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【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２０１２−１５９１８０（Ｐ２０１２−１５９１８０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９４１（Ｐ２０１１−２０９４１）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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