JP2013221640A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、液側閉鎖弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転を行う空気調和装置において、膨張弁として全閉型の膨張弁を使用しても、膨張弁と液側閉鎖弁との間の液封を防止できるようにする。
【解決手段】空気調和装置では、全閉型の膨張弁２４を、冷房運転時において、冷媒が横向きに流入し下向きに流出する配置状態で冷媒回路に設ける。膨張弁２４は、全閉時において、ニードル６１を下方に付勢するバネ６２を有する。膨張弁２４の設置場所における雰囲気温度の最高値に対応する冷媒の最高飽和圧力と、ニードル６１を上方へ押し上げる力を発生させる逆圧開弁圧力差との合計が、冷媒回路のうち膨張弁２４から液側閉鎖弁までの部分を構成する部品の耐圧圧力の最小値以下になるように、全閉時におけるバネ６２の付勢力が設定される。
【選択図】図５

Description

本発明は、空気調和装置、特に、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、液側閉鎖弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転を行う空気調和装置に関する。

従来より、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、液側閉鎖弁、室内熱交換器が接続されることによって構成された冷媒回路を有しており、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、液側閉鎖弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転を行う空気調和装置がある。

また、空気調和装置を構成する膨張弁として、特許文献１（特開２０００−３２０７１２号公報）に示すような、溝が形成されたニードルを有する溝付きニードル型の膨張弁がある

冷房運転を行う空気調和装置において、膨張弁として、溝付きニードル型の膨張弁を使用すると、運転停止時に、膨張弁を全閉しても、ニードルに形成された溝を通じて、膨張弁の出入口間が連通した状態になる。このため、運転起動時に、液冷媒が圧縮機に戻る液バックが発生するおそれがある。

これに対して、膨張弁として、ニードルに溝が形成されていない全閉型の膨張弁を使用して、液バックの発生を抑えることが考えられる。

しかし、全閉型の膨張弁を使用すると、液側閉鎖弁や膨張弁の誤操作等によって、液側閉鎖弁及び膨張弁の両方を全閉した状態になると、冷媒回路のうち膨張弁と液側閉鎖弁との間の部分が液封になってしまい、この部分が異常な高圧になるおそれがある。

本発明の課題は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、液側閉鎖弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転を行う空気調和装置において、膨張弁として全閉型の膨張弁を使用しても、膨張弁と液側閉鎖弁との間の液封を防止できるようにすることにある。

第１の観点にかかる空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、液側閉鎖弁、室内熱交換器が接続されることによって構成された冷媒回路を有している。空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、液側閉鎖弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転を行う。ここでは、膨張弁として、ニードルが弁座に対して上方から着座することによって全閉される全閉型の膨張弁を使用している。しかも、膨張弁を、冷房運転時において、室外熱交換器を出た冷媒が、弁座の上側から横向きに流入しニードルと弁座との間の隙間を通じて弁座の下側から下向きに流出した後に、液側閉鎖弁に送られる配置状態で冷媒回路に設けている。そして、膨張弁は、全閉時において、弁座に対して着座したニードルを下方に付勢するバネを有している。しかも、弁座の上側の空間における冷媒の圧力に対する弁座の下側の空間における冷媒の圧力の圧力差である逆圧開弁圧力差によって発生するニードルを上方へ押し上げる力が、バネの下方への付勢力に打ち勝つと、ニードルが弁座に対して着座した状態から解除されるように構成されている。さらに、膨張弁が設置される場所における雰囲気温度の最高値に対応する冷媒の飽和圧力である最高飽和圧力と逆圧開弁圧力差との合計が、冷媒回路のうち膨張弁から液側閉鎖弁までの部分を構成する部品の耐圧圧力の最小値以下になるように、全閉時におけるバネの付勢力が設定されている。

膨張弁として全閉型の膨張弁を使用した場合において、液側閉鎖弁や膨張弁の誤操作等によって液側閉鎖弁及び膨張弁の両方を全閉した状態になっても、冷媒回路のうち液側閉鎖弁と膨張弁との間の部分の液封を防止できるようにするためには、冷媒回路のうち液側閉鎖弁と膨張弁との間の部分における冷媒の圧力が上昇した際に、冷媒回路のうち液側閉鎖弁と膨張弁との間の部分に存在する冷媒を冷媒回路の他の部分に逃がすことができるようにする必要がある。

そこで、ここでは、まず、膨張弁を、冷房運転時において、室外熱交換器を出た冷媒が、弁座の上側から横向きに流入しニードルと弁座との間の隙間を通じて弁座の下側から下向きに流出した後に、液側閉鎖弁に送られる配置状態（以下、「正サイクル配置状態」とする）で冷媒回路に設けている。これにより、膨張弁では、全閉時において、弁座の上側の空間における冷媒の圧力に対する弁座の下側の空間における冷媒の圧力の圧力差である逆圧開弁圧力差が発生すると、ニードルを上方へ押し上げる力が作用することになる。そして、ここでは、このような逆圧開弁圧力差によってニードルを上方へ押し上げる力を利用して、膨張弁に、全閉時において、弁座に対して着座したニードルを下方に付勢するバネを設けておき、逆圧開弁圧力差によってニードルを上方へ押し上げる力が、バネの下方への付勢力に打ち勝つと、ニードルが弁座に対して着座した状態から解除される構成を設けるようにしている。これにより、冷媒回路のうち液側閉鎖弁と膨張弁との間の部分における冷媒の圧力が上昇した際に、冷媒回路のうち液側閉鎖弁と膨張弁との間の部分に存在する冷媒を室外熱交換器側に逃がすことが可能な構成を得ることができる。

しかも、ここでは、全閉時におけるバネの付勢力を、膨張弁が設置される場所における雰囲気温度の最高値に対応する冷媒の飽和圧力である最高飽和圧力と逆圧開弁圧力差との合計が、冷媒回路のうち膨張弁から液側閉鎖弁までの部分を構成する部品の耐圧圧力の最小値以下になるように設定している。これにより、冷媒回路のうち液側閉鎖弁と膨張弁との間の部分に存在する冷媒が最高飽和圧力まで上昇するほどの高温の雰囲気温度の条件を想定した場合であっても、冷媒回路のうち膨張弁から液側閉鎖弁までの部分を構成する部品の耐圧圧力の最小値を超える前に、逆圧開弁圧力差によって発生するニードルを上方へ押し上げる力が、バネの下方への付勢力に打ち勝つようになり、ニードルを弁座に対して着座した状態から解除することができる。このため、冷媒回路のうち液側閉鎖弁と膨張弁との間の部分に存在する冷媒を、冷媒回路のうち膨張弁から液側閉鎖弁までの部分を構成する部品の耐圧圧力を超える前に、室外熱交換器側に逃がして、液側閉鎖弁と膨張弁との間の液封を防止することができる。

このように、この空気調和装置では、膨張弁として全閉型の膨張弁を使用するにもかかわらず、液側閉鎖弁と膨張弁との間の液封を防止することができる。

第２の観点にかかる空気調和装置は、第１の観点にかかる空気調和装置において、耐圧圧力が、冷媒回路のうち膨張弁から液側閉鎖弁までの部分を構成する部品の設計圧力に安全率を乗じて得られる圧力値である。

ここでは、耐圧圧力を冷媒回路のうち膨張弁から液側閉鎖弁までの部分を構成する部品の設計圧力に基づいて得るようにしているため、逆圧開弁圧力差、すなわち、全閉時におけるバネの付勢力を適切に設定することができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の観点にかかる空気調和装置では、膨張弁として全閉型の膨張弁を使用するにもかかわらず、液側閉鎖弁と膨張弁との間の液封を防止することができる。

第２の観点にかかる空気調和装置では、逆圧開弁圧力差、すなわち、全閉時におけるバネの付勢力を適切に設定することができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 膨張弁及び液側閉鎖弁付近を示す図である。 膨張弁の概略断面図である。 全閉時（逆圧開弁不作動）における膨張弁のニードル付近を示す概略断面図である。 全閉時（逆圧開弁作動）における膨張弁のニードル付近を示す概略断面図である。

以下、本発明にかかる空気調和装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和装置の具体的な構成は、下記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）空気調和装置の構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１の概略構成図である。

空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置１は、主として、室外ユニット２と、室内ユニット４とが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット４とは、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６を介して接続されている。すなわち、空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４とが冷媒連絡管５、６を介して接続されることによって構成されている。

＜室内ユニット＞
室内ユニット４は、室内に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室内ユニット４は、主として、室内熱交換器４１を有している。

室内熱交換器４１は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器４１の液側は液冷媒連絡管５に接続されており、室内熱交換器４１のガス側はガス冷媒連絡管６に接続されている。

室内ユニット４は、室内ユニット４内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４１において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための室内ファン４２を有している。すなわち、室内ユニット４は、室内熱交換器４１を流れる冷媒の加熱源又は冷却源としての室内空気を室内熱交換器４１に供給するファンとして、室内ファン４２を有している。ここでは、室内ファン４２として、室内ファン用モータ４３によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等が使用されている。

室内ユニット４は、室内ユニット４を構成する各部の動作を制御する室内側制御部４６を有している。そして、室内側制御部４６は、室内ユニット４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、リモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２との間で伝送線７を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、室外に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、膨張弁２４と、アキュムレータ２５と、液側閉鎖弁２６と、ガス側閉鎖弁２７とを有している。

圧縮機２１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）をインバータにより制御される圧縮機用モータ２１ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。圧縮機２１は、吸入側に吸入管３１が接続されており、吐出側に吐出管３２が接続されている。吸入管３１は、圧縮機２１の吸入側と四路切換弁２２の第１ポート２２ａとを接続する冷媒管である。吐出管３２は、圧縮機２１の吐出側と四路切換弁２２の第２ポート２２ｂとを接続する冷媒管である。

四路切換弁２２は、冷媒回路１０における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。四路切換弁２２は、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を室外熱交換器２３において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、冷房運転時には、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとを連通させる切り換えを行う。これにより、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。また、四路切換弁２２は、暖房運転時には、室外熱交換器２３を室内熱交換器４１において放熱した冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させる暖房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、暖房運転時には、第２ポート２２ｂと第４ポート２２ｄとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第３ポート２２ｃとを連通させる切り換えを行う。これにより、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。第１ガス冷媒管３３は、四路切換弁２２の第３ポート２２ｃと室外熱交換器２３のガス側とを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管３３は、四路切換弁２２の第４ポート２２ｄとガス冷媒連絡管６側とを接続する冷媒管である。

室外熱交換器２３は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の放熱器として機能し、暖房運転時には室外空気を加熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、液側が液冷媒管３５に接続されており、ガス側が第１ガス冷媒管３３に接続されている。液冷媒管３５は、室外熱交換器２３の液側と液冷媒連絡管５側とを接続する冷媒管である。

膨張弁２４は、冷房運転時には、室外熱交換器２３において放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧まで減圧する弁である。また、膨張弁２４は、暖房運転時には、室内熱交換器４１において放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧まで減圧する弁である。膨張弁２４は、液冷媒管３５の液側閉鎖弁２６寄りの部分に設けられている。すなわち、液冷媒管３５は、膨張弁２４を挟んで室外熱交換器２３寄りの部分が第１液冷媒管３５ａとなっており、膨張弁２４を挟んで液側閉鎖弁２６寄りの部分が第２液冷媒管３５ｂとなっている。また、ここでは、膨張弁２４として、電動膨張弁が使用されている。尚、膨張弁２４の詳細構造については、後述する。

アキュムレータ２５は、圧縮機２１に吸入される低圧の冷媒を一時的に溜める容器である。アキュムレータ２５は、吸入管３１に設けられている。

液側閉鎖弁２６及びガス側閉鎖弁２７は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２６は、液冷媒管３５（より具体的には、第２液冷媒管３５ｂ）の端部に設けられている。ガス側閉鎖弁２７は、第２ガス冷媒管３４の端部に設けられている。

室外ユニット２は、室外ユニット２内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための室外ファン３６を有している。すなわち、室外ユニット２は、室外熱交換器２３を流れる冷媒の冷却源又は加熱源としての室外空気を室外熱交換器２３に供給するファンとして、室外ファン３６を有している。ここでは、室外ファン３６として、室外ファン用モータ３７によって駆動されるプロペラファン等が使用されている。

室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部４０を有している。そして、室外側制御部４０は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室外ユニット２との間で伝送線７を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管５、６は、空気調和装置１を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、室外ユニット２と、室内ユニット４と、冷媒連絡管５、６とが接続されることによって、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。空気調和装置１は、四路切換弁２２を冷房サイクル状態に切り換えることによって、圧縮機２１、室外熱交換器２３、膨張弁２４、液側閉鎖弁２６、室内熱交換器４１の順に冷媒を循環させる冷房運転を行うようになっている。また、空気調和装置１は、四路切換弁２２を暖房サイクル状態に切り換えることによって、圧縮機２１、室内熱交換器４１、液側閉鎖弁２６、膨張弁２４、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うようになっている。尚、ここでは、冷房運転と暖房運転とを切り換えて運転することが可能な構成になっているが、四路切換弁を有しておらず、冷房運転だけが可能な構成であってもよい。

＜制御部＞
空気調和装置１は、室内側制御部４６と室外側制御部４０とから構成される制御部８によって、室外ユニット２及び室内ユニット４の各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部４６と室外側制御部４０との間を接続する伝送線７とによって、上記の冷房運転や暖房運転等を含む空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。

（２）空気調和装置の基本動作
次に、空気調和装置１の基本動作について、図１を用いて説明する。空気調和装置１は、基本動作として、冷房運転及び暖房運転を行うことが可能である。

＜暖房運転＞
暖房運転時には、四路切換弁２２が暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２７及びガス冷媒連絡管６を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。

室内熱交換器４１で放熱した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管５及び液側閉鎖弁２６を通じて、膨張弁２４に送られる。

膨張弁２４に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２４によって冷凍サイクルにおける低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁２４で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。

室外熱交換器２３で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

＜冷房運転＞
冷房運転時には、四路切換弁２２が冷房サイクル状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。

室外熱交換器２３において放熱した高圧の液冷媒は、膨張弁２４に送られる。

膨張弁２４に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２４によって冷凍サイクルにおける低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁２４で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、液側閉鎖弁２６及び液冷媒連絡管５を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。

室内熱交換器４１において蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管６、ガス側閉鎖弁２７及び四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

（３）膨張弁の詳細構造及び動作
空気調和装置１において、膨張弁２４として、溝付きニードル型の膨張弁を使用すると、冷房運転や暖房運転の起動時に、液冷媒が圧縮機２１に戻る液バックが発生するおそれがあるため、膨張弁２４として、ニードルに溝が形成されておらず、ニードルが弁座に対して上方から着座することによって全閉される全閉型の膨張弁を使用することが考えられる。

ここで、まず、全閉型の膨張弁からなる膨張弁２４の基本構造及び動作について説明する。

膨張弁２４は、図３に示すように、主として、弁本体５１と、ニードル６１と、ケース７１とを有している。

弁本体５１は、上下方向に延びる略筒状の部材であり、弁室５２が形成されている。弁室５２は、大径の上部弁室５２ａと、上部弁室５２ａの下側に位置する小径の下部弁室５２ｂとを有している。また、弁本体５１には、弁室５２（ここでは、上部弁室５２ａ）の側方に向かって開口する第１冷媒口５３と、弁室５１（ここでは、下部弁室５２ｂ）の下方に向かって開口する第２冷媒口５４とが形成されている。また、弁本体５１には、弁座５５が設けられている。具体的には、弁座５５は、上部弁室５２ａと下部弁室５２ｂとを仕切るように弁本体５１に設けられている。これにより、上部弁室５２ａが弁座５５の上側の空間を構成し、下部弁室５２ｂが弁座５５の下側の空間を構成している。弁座５５には、上部弁室５２ａと下部弁室５２ｂとを上下方向に連通するように開口したオリフィス穴５５ａが形成されている。また、弁本体５１の内周面には、略筒状の雌ネジ形成部材５６が圧入等によって固定されている。雌ネジ形成部材５６の上部は、弁本体５１よりも上方に突出しており、内周面に雌ネジ５６ａが形成されている。雌ネジ形成部材５６の下部には、略筒状のニードルガイド５７が圧入等によって固定されている。

ニードル６１は、弁座５５に対して上下方向に進退する部材であり、上下方向に移動可能な状態でニードルガイド５７の内周側に挿入されている。ニードル６１は、後述のバネ６２及びバネ受け部材６３を介して、ニードル６１の上方に配置された弁軸６４に連結されている。弁軸６４は、弁本体５１からケース７１に渡って上下方向に延びる略棒状の部材ある。弁軸６４の下端は、上下方向に移動可能で、かつ、回転可能な状態でニードルガイド５７の内周側に挿入されている。弁軸６４の上下方向の中央部分の外周面には、雌ネジ形成部材５６の雌ネジ５６ａに噛み合う雄ネジ６４ａが形成されている。弁軸６４の雄ネジ６４ａの上側には、ブッシュ６５を介して、永久磁石からなる略筒状のロータ８１が固定されている。

ケース７１は、上端が閉じられた略筒状の部材である。ケース７１は、図示しない固定金具等を介して、弁本体５１の上端に固定されている。ケース７１の上端の内面には、下方に向かって延びる略筒状のスリーブ７２が設けられている。スリーブ７２の内周側には、弁軸６４の上端が上下方向に移動可能で、かつ、回転可能な状態で挿入されている。ロータ８１の外周面は、ケース７１の内周面との間に僅かな隙間を空けて対向している。ケース７１の外周側には、ロータ８１に対向する位置に、電磁石からなるステータ８２が設けられている。

そして、このような構成において、ステータ８２に通電を行うと、ステータ８２及びロータ８１がステッピングモータとして機能して、通電量（パルス値）に応じてロータ８１が回転する。ロータ８１が回転すると、ロータ８１と一体回転する弁軸６４も回転する。弁軸６４が回転すると、弁軸６４の雄ネジ６４ａが雌ネジ形成部材５６の雌ネジ５６ａに噛み合っているため、弁軸６４が弁本体５１に対してネジ送りされることによって、弁軸６４が上下方向に移動する。弁軸６４が上下方向に移動すると、弁軸６４に連結されたニードル６１も上下方向に移動する。これにより、ニードル６２と弁座５５との間の隙間の大きさを調節して、冷媒を減圧しつつ膨張弁２４を通過する冷媒の流量を制御することができるようになっている。このため、弁軸６４が弁本体５１に対してネジ送りされることによって、ニードル６１が弁座５５に対して上方から着座すると、ニードル６２と弁座５５との間の隙間がなくなり、膨張弁２４が全閉されることになる（図３参照）。

しかし、膨張弁２４として全閉型の膨張弁を使用すると、冷媒回路１０のうち膨張弁２４と液側閉鎖弁２６との間の部分が液封になるおそれがある。ここで、膨張弁２４として全閉型の膨張弁を使用する場合において、液側閉鎖弁２６や膨張弁２４の誤操作等によって液側閉鎖弁２６及び膨張弁２４の両方を全閉した状態になっても、冷媒回路１０のうち液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の部分の液封を防止できるようにするためには、冷媒回路１０のうち液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の部分における冷媒の圧力が上昇した際に、冷媒回路１０のうち液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の部分に存在する冷媒を冷媒回路の他の部分に逃がすことができるようにする必要がある。

そこで、ここでは、まず、膨張弁２４を、冷房運転時において、室外熱交換器２３を出た冷媒が、弁座５５の上側から横向きに流入しニードル６１と弁座５５との間の隙間を通じて弁座５５の下側から下向きに流出した後に、液側閉鎖弁２６に送られる配置状態（以下、「正サイクル配置状態」とする）で冷媒回路１０に設けている（図２及び図３参照）。具体的には、図２及び図３に示すように、膨張弁２４の第１冷媒口５３に室外熱交換器２３との間を接続する第１液冷媒管３５ａを接続し、膨張弁２４の第２冷媒口５４に液側閉鎖弁２６との間を接続する第２液冷媒管３５ｂを接続している。これにより、膨張弁２４では、全閉時において、弁座５５の上側の空間（すなわち、上部弁室５２ａ）における冷媒の圧力Ｐ１に対する弁座の下側の空間（すなわち、下部弁室５２ｂ）における冷媒の圧力Ｐ２の圧力差である逆圧開弁圧力差ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）が発生すると、ニードル６１を上方へ押し上げる力Ｆｕが作用することになる（図４参照）。そして、ここでは、このような逆圧開弁圧力差ΔＰによって発生するニードル６１を上方へ押し上げる力Ｆｕを利用して、膨張弁２４に、全閉時において、弁座５５に対して着座したニードル６１を下方に付勢するバネ６２を設けておき、逆圧開弁圧力差ΔＰによって発生するニードル６１を上方へ押し上げる力Ｆｕが、バネ６１の下方への付勢力Ｆｄに打ち勝つと、ニードル６１が弁座５５に対して着座した状態から解除されるように構成している（図４及び図５参照）。具体的には、図３〜図５に示すように、弁軸６４の下端にバネ受け部材６３を上下方向に一体移動するように連結し、バネ受け部材６３とニードル６１との上下方向間を、バネ６２によって連結するようにしている。ここでは、バネ６２として、上下方向に伸縮可能なコイルバネが使用されている。これにより、弁軸６４の上下方向の移動によって、弁軸６４とニードル６１との上下方向間の距離が弾性的に伸縮可能な状態で、ニードル６１が上下方向に移動する構成を得ている。そして、図４に示すように、全閉時において、弁軸６４の下端が可動範囲の最下位置まで達すると、バネ６２が自由長よりも収縮し、かつ、収縮代を有する状態で、ニードル６１が弁座５５に対して着座した状態になるようにしている（以下、この状態を「逆圧開弁不作動状態」とする）。これにより、バネ６２は、弁座５５に対して着座したニードル６１を下方に付勢する力Ｆｄを発生し、ニードル６１は、バネ６２の付勢力Ｆｄによって、弁座５５に押し付けられている。そうすると、全閉時において、逆圧開弁圧力差ΔＰによって発生するニードル６１を上方へ押し上げる力Ｆｕが、バネ６１の下方への付勢力Ｆｄに打ち勝つと、図５に示すように、弁軸６４が上方に移動しない状態で、バネ６２を逆圧開弁不作動状態よりもさらに収縮させながら、ニードル６１が弁座５５から上方に離れて、ニードル６１が弁座５５に対して着座した状態から解除される（以下、この状態を「逆圧開弁作動状態」とする）。このとき、バネ６２の長さは、逆圧開弁不作動状態における長さＬ０から逆圧開弁作動状態における長さＬまで収縮する。これにより、冷媒回路１０のうち液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の部分における冷媒の圧力（圧力Ｐ２に相当）が上昇した際に、膨張弁２４が逆圧開弁不作動状態から逆圧開弁作動状態になり、冷媒回路１０のうち液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の部分に存在する冷媒を室外熱交換器２３側に逃がすことができるようになる（図５の冷媒の流れを示す矢印参照）。

しかも、ここでは、全閉時におけるバネ６２の付勢力Ｆｄを、膨張弁２４（ここでは、室外ユニット２）が設置される場所における雰囲気温度の最高値に対応する冷媒の飽和圧力である最高飽和圧力Ｐｓｍと逆圧開弁圧力差ΔＰとの合計が、冷媒回路１０のうち膨張弁２４から液側閉鎖弁２６までの部分を構成する部品の耐圧圧力の最小値Ｐｈｍ以下になるように設定している。具体的には、最高飽和圧力Ｐｓｍとして、膨張弁２４（ここでは、室外ユニット２）が設置される場所において想定され得る最高の雰囲気温度（例えば、５０℃程度）を冷媒の飽和圧力に換算した値を使用する。耐圧圧力の最小値Ｐｈｍとして、冷媒回路１０のうち膨張弁２４から液側閉鎖弁２６までの部分を構成する部品である液側閉鎖弁２６、第２液冷媒管３５ｂ及び膨張弁２４のうち最も耐圧圧力が低い部品の耐圧圧力を使用する。尚、冷媒回路１０のうち膨張弁２４から液側閉鎖弁２６までの部分を構成する部品として、ストレーナや管継手等が存在する場合には、これらの部品も含めた耐圧圧力の最小値Ｐｈｍを使用する。また、ここでは、耐圧圧力を、冷媒回路１０のうち膨張弁２４から液側閉鎖弁２６までの部分を構成する部品の設計圧力に安全率（例えば、耐圧試験圧力に対応する１．５倍程度）を乗じることによって得るようにしている。そして、バネ６２については、逆圧開弁不作動状態における付勢力Ｆｄが、耐圧圧力の最小値Ｐｈｍから最高飽和圧力Ｐｓｍを差し引いた圧力差がニードル６１に作用したと想定した場合に発生するニードル６１を上方に押し上げる力Ｆｕｍ以下になるように、バネ定数、及び、逆圧開弁不作動状態におけるバネ長さＬ０（すなわち、自由長からの収縮長さ）を設定し、この逆圧開弁不作動状態における付勢力Ｆｄに対応する圧力差を逆圧開弁圧力差ΔＰとする。尚、ここでは、上記のように、耐圧圧力を冷媒回路１０のうち膨張弁２４から液側閉鎖弁２６までの部分を構成する部品の設計圧力に基づいて得るようにしているため、逆圧開弁圧力差ΔＰ、すなわち、全閉時におけるバネの付勢力Ｆｄを適切に設定することができる。これにより、冷媒回路１０のうち液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の部分に存在する冷媒が最高飽和圧力Ｐｈｍまで上昇するほどの高温の雰囲気温度の条件を想定した場合であっても、冷媒回路１０のうち膨張弁２４から液側閉鎖弁２６までの部分を構成する部品の耐圧圧力の最小値Ｐｈｍを超える前に、逆圧開弁圧力差ΔＰによって発生するニードル６１を上方へ押し上げる力Ｆｕが、バネ６２の下方への付勢力Ｆｄに打ち勝つようになり、膨張弁２４が逆圧開弁作動状態になる。このため、冷媒回路１０のうち液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の部分に存在する冷媒を、冷媒回路１０のうち膨張弁２４から液側閉鎖弁２６までの部分を構成する部品の耐圧圧力を超える前に、室外熱交換器２３側に逃がして、液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の液封を防止することができる。また、冷媒回路１０のうち液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の部分に存在する冷媒を室外熱交換器２３側に逃がすことによって、冷媒回路１０のうち液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の部分における冷媒の圧力が低下すると、逆圧開弁圧力差ΔＰによって発生するニードル６１を上方へ押し上げる力Ｆｕが小さくなり、再び、膨張弁２４が逆圧開弁不作動状態に復帰する。これにより、膨張弁２４が逆圧開弁作動状態になることを必要最小限に止めることができる。

このように、空気調和装置１では、膨張弁２４として全閉型の膨張弁を使用するにもかかわらず、液側閉鎖弁２６と膨張弁２４との間の液封を防止することができる。

本発明は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、液側閉鎖弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転を行う空気調和装置に対して、広く適用可能である。

１ 空気調和装置
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器
４１ 室内熱交換器
２４ 膨張弁
５２ａ 上部弁室（弁座の上側の空間）
５２ｂ 下部弁室（弁座の下側の空間）
５５ 弁座
６１ ニードル
６２ バネ

特開２０００−３２０７１２号公報

Claims (2)

1. 圧縮機（２１）、室外熱交換器（２３）、膨張弁（２４）、液側閉鎖弁（２６）、室内熱交換器（４１）が接続されることによって構成された冷媒回路（１０）を有しており、前記圧縮機、前記室外熱交換器、前記膨張弁、前記液側閉鎖弁、前記室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転を行う空気調和装置において、
   前記膨張弁として、ニードル（６１）が弁座（５５）に対して上方から着座することによって全閉される全閉型の膨張弁を使用するとともに、前記膨張弁を、前記冷房運転時において、前記室外熱交換器を出た冷媒が、前記弁座の上側から横向きに流入し前記ニードルと前記弁座との間の隙間を通じて前記弁座の下側から下向きに流出した後に、前記液側閉鎖弁に送られる配置状態で前記冷媒回路に設け、
   前記膨張弁は、前記全閉時において、前記弁座に対して着座した前記ニードルを下方に付勢するバネ（６２）を有しており、前記弁座の上側の空間（５２ａ）における冷媒の圧力に対する前記弁座の下側の空間（５２ｂ）における冷媒の圧力の圧力差である逆圧開弁圧力差によって発生する前記ニードルを上方へ押し上げる力が、前記バネの下方への付勢力に打ち勝つと、前記ニードルが前記弁座に対して着座した状態から解除されるように構成されており、
   前記膨張弁が設置される場所における雰囲気温度の最高値に対応する冷媒の飽和圧力である最高飽和圧力と前記逆圧開弁圧力差との合計が、前記冷媒回路のうち前記膨張弁から前記液側閉鎖弁までの部分を構成する部品の耐圧圧力の最小値以下になるように、前記全閉時における前記バネの付勢力が設定されている、
   空気調和装置（１）。
2. 前記耐圧圧力は、前記冷媒回路（１０）のうち前記膨張弁（２４）から前記液側閉鎖弁（２６）までの部分を構成する部品の設計圧力に安全率を乗じて得られる圧力値である、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。

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