JP2008170058A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】室内への冷媒漏洩量を最小にでき、安全のためのシステムの巨大化や複雑化に伴うコスト上昇を回避できる空気調和機を提供する。
【解決手段】圧縮機２１と室外熱交換器２３と室内熱交換器２５とを備える。上記圧縮機２１と室内熱交換器２５と室外熱交換器２３とが冷媒配管を介して接続され、自然冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路を構成する。上記冷媒回路の室内熱交換器２５側と室外熱交換器２３側との間に設けられた冷媒漏洩対策の安全弁３１,３２を備え、安全弁３１,３２は、安全弁３１,３２に対して室内熱交換器２５側の冷媒圧力が、室外熱交換器２３側の冷媒圧力より低圧となるときに閉となる。
【選択図】図２

Description

この発明は、自然冷媒を用いた空気調和機に関する。

地球温暖化防止対策として、フロン等の人工冷媒を用いた冷凍サイクルから自然冷媒を用いた冷凍サイクルへ変換する動きが、国内外問わず市場要求として高まっている。

中でもＣＯ₂冷媒はＯＤＰ(オゾン破壊係数)＝０、ＧＷＰ(地球温暖化係数)＝１であり、更に毒性、可燃性共に無いことから、有力冷媒として注目されており、既に給湯器市場の一部で販売されている。

しかしながら、中型・大型の冷凍サイクル機器においては、凝縮圧力特性値がＲ410Ａ等に代表されるＨＦＣ冷媒の値とくらべて約３倍(約１０[ＭPa])以上も高いため、冷媒配管並びに圧縮容器等の耐圧設計に慎重を要する点から機器が大型化してしまい、普及が立ち遅れている。

このような各課題の中でも、特に高圧ＣＯ₂冷媒が漏洩したときの安全面の対策が急務である。その理由は、毒性が無いＣＯ₂冷媒ではあるものの、消防予第193号、消防危第117号「二酸化炭素消化設備の安全対策について」に記載されているように、空気中の濃度によっては人体に大きな影響を及ぼし、場合によっては生命の危険も生ずるからである。

中型・大型の冷凍サイクル機器においては冷媒充填量が増大するため、最大漏洩時の屋内ＣＯ₂濃度が高沸する。

上記問題に対する冷媒漏洩検知および冷媒漏洩予防技術については、特許文献１〜４に開示されている。

このうち、特許文献１〜３によれば、経年劣化等による冷媒漏洩予知や微量の冷媒漏洩の早期の警報が可能になると思われる。しかしながら、突発的な事故等による大量の冷媒漏洩に対する対策手法が記載されていない。

一方、特許文献４には、冷媒漏洩そのものの発生を予防する構造が開示されているが、やはり突発的な事故等の配管損傷による冷媒漏洩に対する対策手法が記載されていない。

また、特許文献５には、車両異常時に車内への冷媒漏洩を防止する技術として、冷媒回路を２つ用意し、異常時には車外のみでの冷媒サイクルへ移行する技術が開示されている。しかしながら、特許文献５においても、中型・大型の冷凍サイクルに適応することを考えると、ただでさえ高圧冷媒対策による機器の大型化が普及の妨げになっている実情に加え、更なるシステムの大型化、複雑化が避けられない。また、冷凍サイクル移行手段を、異常検出手段と、流路切り替え手段の２つから構成されているため、突発事故により異常検出手段や流路切り替え手段システムが先に損害を受けた場合は、対策効果が得られない可能性がある。

また、特許文献６には、冷媒漏洩により冷媒配管内の圧力が低下したときに、機械構造と冷媒圧力とで開放弁が開となり、室外側へ冷媒開放することで室内への冷媒漏洩を最小限にとどめる技術が開示されている。この特許文献６では、上記安全弁は機械構造により構築されているため、突発事故により電力遮断、配管切断等時においても動作可能と思われるが、高圧ＣＯ₂冷媒への適応においては、大量の室内への冷媒漏洩の危険が回避できない。また、冷媒配管内の圧力が低下すると、一意に開放してしまうため、冷房と暖房とを行う空気調和機においては、配管内圧力は各工程により変動するため、低圧になると冷媒漏洩であると一意に断定することができず、やはり冷媒漏洩検知手段を付加する必要が生じてしまい、更なるシステムの大型化、複雑化が避けられない。

また、特許文献７には、圧縮機の吸入背圧と機械的な弾性力を用いた安全弁を考案し、蒸発器(車内熱交換器)の入出口に配置することで、電気的な漏洩検知手段を用いずに冷媒漏れを低減する技術が開示されている。この技術によれば、夜間駐車等長期の電力停止時にも冷媒漏洩事故を防止することが可能となる。しかしながら、特許文献７の圧縮機運転中における冷媒漏洩対策としては、冷媒検出センサで漏洩検知することが前提での漏洩防止技術である。それ故に、この特許文献７では、頻度の大小はあるものの、圧縮機や冷媒漏れセンサが正常で、事故や地震等の災害による衝撃により、先に室内(車内)側の冷媒配管が損傷を受けた場合には、室内(車内)への冷媒漏洩を冷媒漏れセンサが検知するまでは、漏洩するであろう冷媒を供給し続ける危険がある。

また、特許文献７は、動作原理から車両用空気調和機のような、冷房の冷媒回路専用にしか適用できず、屋内空気調和機のような冷暖両用の空気調和機には適用できない。その理由は、特許文献８に記載のＣＯ₂のモリエル線図を引用して説明するが、図中のH→E間が冷却工程であり、F→G間が暖房工程であるので、暖房工程では特許文献７の安全弁の入り口側も出口側も高圧になり、安全弁はいづれも圧縮機の背圧をかけることができないからである。

一方、特許文献７中の安全弁の、もう１つの提案構造を用いれば、安全弁の入り口側や出口側が冷却工程(低圧)でも暖房工程(高圧)でも、流出ポートに圧縮機背圧をかけることができる。しかし動作原理から、弁体に掛かる冷媒圧力と、圧縮機吸入背圧+ばね弾性力との拮抗により弁体が開閉を行う機構であるため、一方の冷媒回路-例えば暖房時-に合わせてキャップを廻してばね弾性体の初期荷重を調整すると、もう一方の冷媒回路に切り替えたとき(例えば冷房時)には、弁体に掛かる冷媒圧力が暖房時に比べて大幅に低いため、弁体が開かないことになる。逆に冷房時に初期荷重を調整しておくと、弁体にかかる冷媒圧力は暖房時には大幅に大きくなるため、ばね弾性力では支えきれずに、背圧によらず弁体は常に開となる。

屋内への冷媒漏洩量を低減することにより、人命の保護を最優先に考えたものである。
特開２００５−２０７６４４号公報 特開２００５−２９１７０２号公報 特開２００５−３４５０９６号公報 特開２００２−３７２３４６号公報 特開２００５−２３８８７１号公報 特開平３−３１６２９号公報 特開２００４−２８４６１号公報(図４の安全弁) 特開２００２−１４４８６０号公報(図５のモリエル線図)

そこで、この発明の課題は、冷暖両用の冷媒回路に対しても動作可能であり、かつ、電気的な漏洩検知手段や電気的な安全弁閉鎖手段を用いることなく、電力供給停止時や冷媒配管が先に直接切断された場合等を含めたいかなる場合においても、ＣＯ₂冷媒等の自然冷媒が冷媒回路から漏洩したときに、室内への冷媒漏洩量を最小にできると共に、冷媒漏洩防止とシステムの簡素化を両立することで、安全のためのシステムの巨大化や複雑化に伴うコスト上昇を回避できる空気調和機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の空気調和機は、
圧縮機と室内熱交換器と室外熱交換器とが冷媒配管を介して接続され、自然冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた空気調和機であって、
上記冷媒回路の上記室内熱交換器側と上記室外熱交換器側との間に設けられた安全弁を備え、
上記安全弁は、上記安全弁に対して上記室内熱交換器側の冷媒圧力が、上記室外熱交換器側の冷媒圧力より低圧となるときに閉となることを特徴とする。

ここで、安全弁とは、両方の圧力差がある一定の幅の間では開放し、圧力差が一定以上になると閉じるものをいう。

上記構成の空気調和機によれば、安全弁に対して上記室内熱交換器側の冷媒圧力が、上記室外熱交換器側の冷媒圧力より低圧になったとき、安全弁が閉となるので、突発事故により室内にて冷媒漏洩が生じた場合に、室外側からの冷媒流を遮断し、室内への冷媒漏洩量を最小に抑えられる。特に、暖房時は室内側の冷媒配管が高圧となって冷媒漏洩量が増大するため、漏洩防止の効果が大きい。

このように、冷暖両用の冷媒回路に対しても動作可能であり、かつ、電気的な漏洩検知手段や電気的な安全弁閉鎖手段を用いることなく、電力供給停止時や冷媒配管が先に直接切断された場合等を含めたいかなる場合においても、ＣＯ₂冷媒等の自然冷媒が冷媒回路から漏洩したときに、室内への冷媒漏洩量を最小にできる。また、冷媒漏洩防止とシステムの簡素化を両立することで、安全のためのシステムの巨大化や複雑化に伴うコスト上昇を回避できる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記安全弁は、上記室内熱交換器の両側に配置される。

上記実施形態によれば、上記室内熱交換器の両側に安全弁を夫々配置することにより、暖房時においても冷房時においても室内への冷媒漏洩量を最小に抑えることができる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記安全弁は、上記室内熱交換器と膨張機構との間および上記室内熱交換器と上記圧縮機との間に配置される。

上記実施形態によれば、上記室内熱交換器と膨張機構との間および室内熱交換器と圧縮機との間に安全弁を夫々配置することにより、暖房時においても冷房時においても室内への冷媒漏洩量を最小に抑えられる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記安全弁は、室外側の上記冷媒配管に配置される。

上記実施形態によれば、室外側の冷媒配管に安全弁を配置することにより、安全弁から室外側配管の一部から冷媒漏洩したときに、室内への冷媒漏洩を確実に回避できる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記安全弁の閉動作は、機械的な弾性力と冷媒圧力のみによって行われる。

上記実施形態によれば、機械的な弾性力と冷媒圧力のみによって閉動作を行う機械的な構造の安全弁を用いることによって、電力遮断、配管遮断等の異常時に対しても確実に安全弁の閉動作が行われる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記安全弁は、開動作の動作量を制御する動作量制御部を有する。

通常時の安全弁の隙間が小さいと、冷媒圧力損失が大きくなり、システム効率の低下を招いてしまうが、上記実施形態によれば、通常の運転時、安全弁の動作量制御部により開動作の動作量を制御して隙間量を大とすることによって、冷媒圧力損失を小さくして効率低下を回避できる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記動作量制御部は、上記安全弁の開動作の動作量を電磁力によって制御する。

上記実施形態によれば、上記安全弁の動作量制御部が、開動作の動作量を電磁力によって制御することで、比較的安価に動作量の制御手段を実現できる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記安全弁は膨張弁を兼ねる。

上記実施形態によれば、上記安全弁が膨張弁を兼ねる構造とすることで、システムの安全対策に要するコストを最小に抑えられる。

また、一実施形態の空気調和機では、上記自然冷媒はＣＯ₂である。

自然冷媒には、アンモニア、プロパン、イソブタン等が含まれるが、上記実施形態によれば、冷媒種にＣＯ₂を絞り込むことで、耐腐食性等を含めたシステムの安全性が向上し、コストも低減できる。

以上より明らかなように、この発明の空気調和機によれば、冷暖両用の冷媒回路に対しても動作可能であり、かつ、電気的な漏洩検知手段や電気的な安全弁閉鎖手段を用いることなく、電力供給停止時や冷媒配管が先に直接切断された場合等を含めたいかなる場合においても、ＣＯ₂冷媒等の自然冷媒が冷媒回路から漏洩したときに、室内への冷媒漏洩量を最小にできると共に、冷媒漏洩防止とシステムの簡素化を両立することで、安全のためのシステムの巨大化や複雑化に伴うコスト上昇を回避できる空気調和機を実現することができる。

また、一実施形態の空気調和機によれば、上記室内熱交換器の両側に安全弁を夫々配置することにより、暖房時においても冷房時においても室内への冷媒漏洩量を最小に抑えられる。

また、一実施形態の空気調和機によれば、上記室内熱交換器と膨張機構との間および室内熱交換器と圧縮機との間に安全弁を夫々配置することにより、暖房時においても冷房時においても室内への冷媒漏洩量を最小に抑えられる。

また、一実施形態の空気調和機によれば、室外側の冷媒配管に安全弁を配置することにより、安全弁から室外側配管の一部から冷媒漏洩したときに、室内への冷媒漏洩を回避できる。

また、一実施形態の空気調和機によれば、機械的な弾性力と冷媒圧力のみによって閉動作を行う機械的な構造の安全弁を用いることによって、電力遮断、配管遮断等の異常時に対しても確実に動作が行われる。

また、一実施形態の空気調和機によれば、通常時は、安全弁の動作量制御部により開動作の動作量を制御して隙間量を大とすることで、冷媒圧力損失を小さくして効率低下を回避できる。

また、一実施形態の空気調和機によれば、安全弁の動作量制御部が、開動作の動作量を電磁力によって制御することで、比較的安価に動作量の制御手段を実現することができる。

また、一実施形態の空気調和機によれば、上記安全弁が膨張弁を兼ねる構造とすることで、システムの安全対策に要するコストを最小に抑えられる。

また、一実施形態の空気調和機によれば、冷媒種をＣＯ₂に絞り込むことで、耐腐食性等を含めたシステムの安全性が向上し、コストも低減できる。

以下、この発明の空気調和機を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の空気調和機に用いられる安全弁の断面図を示している。

この第１実施形態の空気調和機の安全弁１は、図１に示すように、内側に小径部１０aと大径部１０bとを有する円筒形状の本体部１０と、上記本体部１０の小径部１０aと大径部１０bとの段部に内嵌された弁座部１１と、上記弁座部１１の中央に設けられた穴１１aを貫通する軸部１２と、上記小径部１０a側の軸部１２の一端に固定された第１円板部１３と、上記大径部１０b側の軸部１２の他端に固定された第２円板部１４と、上記弁座部１１と第２円板部１３との間の軸部１２の部分に巻装されたばね１５とを有している。

上記安全弁１の本体部１０の小径部１０a側(第１ポート)が後述する冷媒回路の室内側に接続され、安全弁１の本体部１０の大径部１０b側(第２ポート)が冷媒回路の室外側に接続される。なお、上記弁座部１１には、本体部１０の小径部１０a側(第１ポート)と大径部１０b側(第２ポート)とを連通する通路１１bを設けている。

上記安全弁１は、第１ポート側を冷媒回路の室内側に接続し、第２ポート側を冷媒回路の室外側に接続する。

図１では、安全弁１の第１ポート側の冷媒圧力により第１円板部１３を室外側(図中右方向)に押す力とばね１５の弾性力(第２円板部１４を室外側に付勢する力)との和が、安全弁１の第２ポート側の冷媒圧力により室内側(図中左方向)に押す力とがつり合った状態を示している。図１に示すように、第１円板部１３の端面の面積よりも第２円板部１４の端面の面積を大きくしているので、室内側と室外側の圧力差が小さい場合、安全弁１の第１ポート側の冷媒圧力により第１円板部１３を室外側(図中右方向)に押す力よりも、安全弁１の第２ポート側の冷媒圧力により室内側(図中左方向)に押す力が大きくなる。

したがって、上記構成の安全弁１は、第１ポートと第２ポートの圧力差(第２ポートの圧力−第１ポートの圧力)が所定値未満では開放され、第１ポートの圧力が第２ポートの圧力より所定値以上小さくなると閉じる。本第１実施形態においては、第１ポートの圧力＞＞第２ポートの圧力でも弁は閉じるが、図４に示す第２実施形態のように閉じない構造であっても、室外配管上での冷媒漏洩は、人体に影響がないため、安全上は問題とならない。開放された安全弁１の第１ポートと第２ポートとの間に、小径部１０aの内周と第１円板部１３の外周との隙間、弁座部１１の通路１１b、大径部１０bの内周と第２円板部１４の外周との隙間を介して冷媒が流れる冷媒流路が形成される。

また、図２は上記安全弁１が用いられた空気調和機の冷房運転時の冷媒回路を示している。図２に示すように、この空気調和機は、圧縮機２１と、上記圧縮機２１の吐出側に一端が接続された開放弁２２と、上記開放弁２２の他端に一端が接続された凝縮器としての室外熱交換器２３と、上記室外熱交換器２３の他端に一端が接続された膨張機構の一例としての膨張弁２４と、上記膨張弁２４の他端に第２ポートが接続された第１の安全弁３１と、上記第１の安全弁３１の第１ポートに一端が接続された蒸発器としての室内熱交換器２５と、上記室内熱交換器２５の他端に第１ポートが接続され、第２ポートが圧縮機２１の吸込側に接続された第２の安全弁３２とを備えている。上記第１の安全弁３１と第２の安全弁３２は、図１に示す安全弁１である。

図２の空気調和機において、圧縮機２１が動作すると、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒(ＣＯ₂)は、開放弁２２を介して流入した室外熱交換器２３で凝縮した後、膨張弁２４で低圧となった冷媒は、第１の安全弁３１を介して流入した室内熱交換器２５で蒸発した後、第１の安全弁３１を介して圧縮機２１の吸込側に戻る。この冷凍サイクルで、室内熱交換器２５により室内空気を冷やして冷房を行う。

また、図３は上記安全弁１が用いられた空気調和機の暖房運転時の冷媒回路を示している。図３に示すように、この空気調和機は、圧縮機２１と、上記圧縮機２１の吐出側に一端が接続された開放弁２２と、上記開放弁２２の他端に第２ポートが接続された第２の安全弁３２と、上記第２の安全弁３２の第１ポートに一端が接続された室内熱交換器２５と、上記室内熱交換器２５の他端に第１ポートが接続された第１の安全弁３１と、上記第１の安全弁３１の第２ポートに一端が接続され、他端が圧縮機２１の吸込側に接続された室外熱交換器２３とを備えている。

図３の空気調和機において、圧縮機２１が動作すると、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒(ＣＯ₂)は、開放弁２２と第２の安全弁３２を介して流入した室内熱交換器２５で凝縮した後、第１の安全弁３１を通って膨張弁２４で低圧となった冷媒は、室外熱交換器２３で蒸発した後、圧縮機２１の吸込側に戻る。この冷凍サイクルで、室内熱交換器２５により室内空気を温めて暖房を行う。

なお、図２,図３の空気調和機の冷暖房の切り換えは、圧縮機２１の吐出側に配設される四路切換弁(図示せず)により行うが、四路切換弁を用いず、冷房専用または暖房専用の空気調和機でもよい。

上記構成の空気調和機によれば、冷暖両用の冷媒回路に対しても動作可能であり、かつ、電気的な漏洩検知手段や電気的な安全弁閉鎖手段を用いることなく、電力供給停止時や冷媒配管が先に直接切断された場合等を含めたいかなる場合においても、ＣＯ₂冷媒等の自然冷媒が冷媒回路から漏洩したときに、室内への冷媒漏洩量を最小にできると共に、冷媒漏洩防止とシステムの簡素化を両立することで、安全のためのシステムの巨大化や複雑化に伴うコスト上昇を回避できる空気調和機を実現することができる。

また、上記室内熱交換器２５の両側に安全弁３１,３２を夫々配置することにより、より詳しくは、室内熱交換器２５と膨張弁２４との間および室内熱交換器２５と圧縮機２１との間に安全弁３１,３２を夫々配置することにより、暖房時においても冷房時においても室内への冷媒漏洩量を最小に抑えられる。

また、室外側の冷媒配管に安全弁３１,３２を配置することにより、安全弁３１,３２から室外側配管の一部から冷媒漏洩したときに、室内への冷媒漏洩を回避できる。

また、機械的な弾性力と冷媒圧力のみによって閉動作を行う機械的な構造の安全弁３１,３２を用いることによって、電力遮断、配管遮断等の異常時に対しても確実に動作が行われる。

また、上記安全弁が膨張弁を兼ねる構造とすることで、システムの安全対策に要するコストを最小に抑えることができる。

また、この空気調和機に用いられる自然冷媒としては、アンモニア、プロパン、イソブタン等が含まれるが、冷媒種をＣＯ₂に絞り込むことで、耐腐食性等を含めたシステムの安全性が向上し、コストも低減することができる。

〔第２実施形態〕
図４はこの発明の第２実施形態の空気調和機に用いられる安全弁の断面図を示している。この第２実施形態の安全弁は、通路を除いて第１実施形態の安全弁と同一の構成をしている。

この第２実施形態の空気調和機の安全弁１０１は、図４に示すように、内側に小径部１１０aと大径部１１０bとを有する円筒形状の本体部１１０と、上記本体部１１０の小径部１１０aと大径部１１０bとの段部に内嵌された弁座部１１１と、上記弁座部１１１の中央に設けられた穴１１１aを貫通する軸部１１２と、上記小径部１１０a側の軸部１１２の一端に固定された第１円板部１１３と、上記大径部１１０b側の軸部１１２の他端に固定された第２円板部１１４と、上記弁座部１１１と第２円板部１１３との間の軸部１１２の部分に巻装されたばね１１５とを有している。

上記安全弁１０１の本体部１１０の小径部１１０a側(第１ポート)が冷媒回路の室内側に接続され、安全弁１０１の本体部１１０の大径部１１０b側(第２ポート)が冷媒回路の室外側に接続される。

なお、上記弁座部１１１に設けられた通路１１１bと、本体部１１０の小径部１１０a側に設けられた通路１１１cで、本体部１０の小径部１０a側(第１ポート)と大径部１０b側(第２ポート)とを連通する冷媒通路を形成している。

上記安全弁１０１は、第１実施形態の空気調和機の図２,図３に示す冷媒回路と同様の冷媒回路に用いられ、第１ポート側を冷媒回路の室内側に接続し、第２ポート側を冷媒回路の室外側に接続する。

上記第２実施形態の空気調和機は、第１実施形態の空気調和機と同様の効果を有する。

また、上記弁座部１１１に設けられた通路１１１bと、本体部１１０の小径部１１０a側に設けられた通路１１１cにより形成された冷媒通路により、本体部１０の小径部１０a側(第１ポート)と大径部１０b側(第２ポート)とを連通するので、圧力損失を小さくできる。

〔第３実施形態〕
図５Ａはこの発明の第３実施形態の空気調和機に用いられる安全弁の断面図を示している。

この第３実施形態の空気調和機の安全弁２０１は、図５Ａに示すように、内側に小径部２１０aと大径部２１０bとを有する円筒形状の本体部２１０と、上記本体部２１０の大径部２１０bに設けられた壁部２１１と、上記壁部２１１の中央に設けられた穴２１１aを貫通する軸部２１２と、上記小径部２１０a側の軸部２１２の一端に固定された弁体２１３と、上記大径部２１０b側の軸部２１２の他端に固定された円柱部２１４と、上記壁部２１１と第２円板部２１３との間の軸部２１２の部分に巻装されたばね２１５とを有している。上記弁体２１３は、軸部２１２の一端に固定された断面正四角形の基部２１３aと上記基部２１３aから小径部２１０a側に延びる円錐部２１３bとを有する。

上記安全弁２０１の本体部２１０の小径部２１０a側(第１ポート)が冷媒回路の室内側に接続され、安全弁２０１の本体部２１０の大径部２１０b側(第２ポート)が冷媒回路の室外側に接続される。なお、上記壁部２１１には、本体部２１０の小径部２１０a側(第１ポート)と大径部２１０b側(第２ポート)とを連通する通路２１１bを設けている。

上記安全弁２０１は、第１実施形態の空気調和機の図２,図３に示す冷媒回路と同様の冷媒回路に用いられ、第１ポート側を冷媒回路の室内側に接続し、第２ポート側を冷媒回路の室外側に接続する。

図６Ａは図５ＡのVIA−VIA線から見た要部の断面図を示し、図６Ｂは図５ＡのVIB−VIB線から見た要部の断面図を示し、図６Ｃは図５ＡのVIC−VIC線から見た要部の断面図を示している。

図６Ａに示すように、壁部２１１は、中央に軸部２１２(図５Ａに示す)が挿通する穴２１１bを有し、その穴２１１bを中心に周方向に４つの通路２１１bが配置されている。

また、図６Ｂに示すように、弁体２１３の基部２１３aは、断面四角形状であるので、大径部２１０bの内周と基部２１３aの外周との隙間の冷媒の流路断面積を大きくできる。

また、図６Ｃに示す円柱部２１４の端面の面積は、図６Ｂに示す弁体２１３の基部２１３aの断面積よりも大きくしている。

図５Ａでは、安全弁２０１の第１ポート側の冷媒圧力により弁体２１３を室外側(図中右方向)に押す力とばね２１５の弾性力(円柱部２１４を室外側に付勢する力)との和が、安全弁２０１の第２ポート側の冷媒圧力により室内側(図中左方向)に押す力とがつり合った状態を示している。図５Ａに示すように、弁体２１３の断面積よりも円柱部２１４の端面の面積を大きくしているので、室内側と室外側の圧力差が小さい場合、安全弁１の第１ポート側の冷媒圧力により弁体２１３を室外側(図中右方向)に押す力よりも、安全弁１の第２ポート側の冷媒圧力により室内側(図中左方向)に押す力が大きくなる。

したがって、上記構成の安全弁２０１は、第１ポートと第２ポートの圧力差の絶対値が所定値未満では開放され、圧力差の絶対値が所定値以上になると閉じる。開放された安全弁２０１の第１ポートと第２ポートとの間に、小径部２１０aの内周と弁体２１３の円錐部２１３bの円錐面との隙間、大径部２１０bの内周と弁体２１３の基部２１３aの外周との隙間、壁部２１１の通路２１１b、大径部２１０bの内周と円柱部２１４の外周との隙間を介して冷媒が流れる冷媒流路が形成される。

これに対して、閉じた安全弁２０１は、図５Ｂに示すように、弁体２１３が室内側(図中左方向)に押されて、弁体２１３の円錐部２１３bの円錐面が、本体部２１０の小径部２１０aと大径部２１０bとの段部に当接して、冷媒通路を閉じる。

上記安全弁２０１は、第１実施形態の空気調和機の図２,図３に示す冷媒回路と同様の冷媒回路に用いられ、第１ポート側を冷媒回路の室内側に接続し、第２ポート側を冷媒回路の室外側に接続する。

上記第３実施形態の空気調和機は、第１実施形態の空気調和機と同様の効果を有する。

〔第４実施形態〕
図７はこの発明の第４実施形態の空気調和機に用いられる安全弁の断面図である。

この第４実施形態の空気調和機の安全弁３０１は、図７に示すように、内側に小径部３１０aと中径部３１０bと大径部３１０cとを有する円筒形状の本体部３１０と、上記本体部３１０の小径部３１０aと中径部３１０bとの段部に内嵌された弁座部３１１と、上記弁座部３１１の中央に設けられた穴３１１aを貫通する軸部３１２と、上記小径部３１０a側の軸部３１２の一端に固定された第１円板部３１３と、上記中径部３１０b側の軸部３１２の他端に固定された軟磁性材料からなる第２円板部３１４と、上記弁座部３１１と第２円板部３１４との間の軸部３１２の部分に巻装されたばね３１５とを有している。第２円板部３１４は、軟磁性材料からなる。

また、上記本体部３１０の大径部３１０c側かつ中径部３１０b近傍の外側に、対向するコア３２１,３２１を配置し、そのコア３２１,３２１にコイル３２０が夫々巻回されている。

また、図８は図７のVIII−VIII線から見た断面図を示しており、本体部３１０の外側に配置されたコア３２１,３２１は、外側の端部がリング３２２により連結されている(リング３２２は図７では省略している)。上記コア３２１,３２１とリング３２２は、軟磁性材料からなる。上記コイル３２０とコア３２１,３２１とリング３２２で動作量制御部を構成している。

なお、図８において、「○」印の中に「・」のある記号は、紙面の裏面から表面に向かって電流が流れている状態を示し、「○」印の中に「×」のある記号は、紙面の表面から裏面に向かって電流が流れている状態を示している。したがって、図８の上側のコア３２１はＮ極を呈し、下側のコア３２１はＳ極を呈し、リング３２２に磁束が通る。

図７に示す安全弁３０１の本体部３１０の小径部３１０a側(第１ポート)が冷媒回路の室内側に接続され、安全弁３０１の本体部３１０の大径部３１０c側(第２ポート)が冷媒回路の室外側に接続される。なお、上記弁座部３１１には、本体部３１０の小径部３１０a側(第１ポート)と大径部３１０c側(第２ポート)とを連通する通路３１１bを設けている。

上記安全弁３０１は、第１実施形態の空気調和機の図２,図３に示す冷媒回路と同様の冷媒回路に用いられ、第１ポート側を冷媒回路の室内側に接続し、第２ポート側を冷媒回路の室外側に接続する。

図７では、安全弁３０１の第１ポート側の冷媒圧力により第１円板部３１３を室外側(図中右方向)に押す力とばね３１５の弾性力(第２円板部３１４を室外側に付勢する力)との和が、安全弁３０１の第２ポート側の冷媒圧力により室内側(図中左方向)に押す力とがつり合った状態を示している。図７に示すように、第１円板部３１３の端面の面積よりも第２円板部３１４の端面の面積を大きくしているので、室内側と室外側の圧力差が小さい場合、安全弁３０１の第１ポート側の冷媒圧力により第１円板部３１３を室外側(図中右方向)に押す力よりも、安全弁３０１の第２ポート側の冷媒圧力により室内側(図中左方向)に押す力が大きくなる。

したがって、上記構成の安全弁３０１は、第１ポートと第２ポートの圧力差の絶対値が所定値未満では開放され、圧力差の絶対値が所定値以上になると閉じる。開放された安全弁１の第１ポートと第２ポートとの間に、小径部３１０aの内周と第１円板部３１３の外周との隙間、弁座部３１１の通路３１１b、中径部３１０bの内周と第２円板部３１４の外周との隙間を介して冷媒が流れる冷媒流路が形成される。

上記第４実施形態の空気調和機は、第１実施形態の空気調和機と同様の効果を有する。

ここで、コイル３２０に電流を流すと、コア３２１,３２１の磁力により第２円板部３１４が室外側(図中右方向)に引き寄せられ、一点鎖線で示す位置まで移動する。これによって、大径部３１０cの内周と第２円板部３１４の外周との広い隙間が冷媒流路となるので、空気調和機の運転時の圧力損失を低減することできる。

このように、通常時は、安全弁３０１の動作量制御部(３２０,３２１,３２２)により開動作の動作量を制御して隙間量を大とすることで、冷媒圧力損失を小さくして効率低下を回避できる。

また、安全弁３０１の動作量制御部(３２０,３２１,３２２)が、開動作の動作量を電磁力によって制御することで、比較的安価に動作量の制御手段を実現することができる。なお、設計事項としては、最大電磁力時においても、安全弁３０１の動作を妨げない様にしなければならない。

この発明の空気調和機において、室内は車輌の車内(車室内)、室外は車輌の車外(車室外)を含み、車外(車室外)の圧縮機と室外熱交換器を含む部分を室外機とし、車内(車室内)の室内熱交換器を含む部分を室内機ととする。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

図１はこの発明の第１実施形態の空気調和機に用いられる安全弁の断面図である。 図２は上記空気調和機の冷房運転時の冷媒回路の図である。 図３は上記空気調和機の暖房運転時の冷媒回路の図である。 図４はこの発明の第２実施形態の空気調和機に用いられる安全弁の断面図である。 図５Ａはこの発明の第３実施形態の空気調和機に用いられる安全弁の断面図である。 図５Ｂは上記安全弁の閉じた状態を示す断面図である。 図６Ａは図５ＡのVIA−VIA線から見た要部の断面図である。 図６Ｂは図５ＡのVIB−VIB線から見た要部の断面図である。 図６Ｃは図５ＡのVIC−VIC線から見た要部の断面図である。 図７はこの発明の第４実施形態の空気調和機に用いられる安全弁の断面図である。 図８は図７のVIII−VIII線から見た断面図である。

符号の説明

１,３１,３２,１０１,２０１,３０１…安全弁
１０a,１１０a,２１０a,３１０a…小径部
１０b,１１０b,２１０b,３１０c…大径部
１０,１１０,２１０,３１０…本体部
１１,１１１,３１１…弁座部
１１a,１１１a,２１１a,３１１a…穴
１１b,１１１b,１１０c,２１１b,３１１b…通路
１２,１１２,２１２,３１２…軸部
１３,１１３,３１３…第１円板部
１４,１１４,３１４…第２円板部
１５,１１５,２１５,３１５…ばね
２１…圧縮機
２２…開放弁
２３…室外熱交換器
２４…膨張弁
２５…室内熱交換器
２１０b…中径部
２１１…壁部
２１３…弁体
２１３a…基部
２１３b…円錐部
２１４…円柱部
３１０b…中径部
３２０…コイル
３２１…コア
３２２…リング

Claims (9)

1. 圧縮機(２１)と室内熱交換器(２５)と室外熱交換器(２３)とが冷媒配管を介して接続され、自然冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた空気調和機であって、
   上記冷媒回路の上記室内熱交換器(２５)側と上記室外熱交換器(２３)側との間に設けられた安全弁(１,３１,３２,１０１,２０１,３０１)を備え、
   上記安全弁(１,３１,３２,１０１,２０１,３０１)は、上記安全弁(１,３１,３２,１０１,２０１,３０１)に対して上記室内熱交換器(２５)側の冷媒圧力が、上記室外熱交換器(２３)側の冷媒圧力より低圧となるときに閉となることを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載の空気調和機において、
   上記安全弁(１,３１,３２,１０１,２０１,３０１)は、上記室内熱交換器(２５)の両側に配置されることを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１に記載の空気調和機において、
   上記安全弁(１,３１,３２,１０１,２０１,３０１)は、上記室内熱交換器(２５)と膨張機構(２４)との間および上記室内熱交換器(２５)と上記圧縮機(２１)との間に配置されることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項２または３に記載の空気調和機において、
   上記安全弁(１,３１,３２,１０１,２０１,３０１)は、室外側の上記冷媒配管に配置されることを特徴とする空気調和機。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の空気調和機において、
   上記安全弁(１,３１,３２,１０１,２０１,３０１)の閉動作は、機械的な弾性力と冷媒圧力のみによって行われることを特徴とする空気調和機。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の空気調和機において、
   上記安全弁(３０１)は、開動作の動作量を制御する動作量制御部(３２０,３２１,３２２)を有することを特徴とする空気調和機。
7. 請求項６に記載の空気調和機において、
   上記動作量制御部(３２０,３２１,３２２)は、上記安全弁(３０１)の開動作の動作量を電磁力によって制御することを特徴とする空気調和機。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の空気調和機において、
   上記安全弁は膨張弁を兼ねることを特徴とする空気調和機。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の空気調和機において、
   上記自然冷媒はＣＯ₂であることを特徴とする空気調和機。

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