JP2019002618A - 差圧式膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】差圧式膨張弁により冷媒の流量を調整する冷凍装置に対して冷媒の充填を速やかに行えるようにする。【解決手段】可動弁体５２は、本体５１の内部に移動可能に配置されている。可動弁体５２は、第１冷媒出入口６１と第２冷媒出入口６２の間の差圧に応じて本体５１の中での位置を変える。しかし、第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って冷媒が流れる冷媒充填時などにおいては、可動弁体５２とは別の部材である本体５１などが差圧によって移動して冷媒流路面積を最低面積から最低面積より大きい所定面積に変更する。【選択図】図５

Description

本発明は、差圧に応じて弁開度が変化する差圧式膨張弁に関する。

従来から、膨張弁に流れる冷媒流量の変更を、膨張弁の上流側と下流側の差圧に応じて行う差圧式膨張弁が知られている。例えば、特許文献１（特開２００４−２１８９１８号公報）には、弁座部の上流側と下流側の差圧とバネの付勢力とのバランスによって冷媒流量を制御する差圧式膨張弁が開示されている。このような差圧式膨張弁を用いて圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置を構成すると、差圧式膨張弁が安価であることなどから冷凍装置を安価に提供することができる。

しかしながら、特許文献１に記載されている差圧式膨張弁が組み込まれた冷凍装置においては、通常運転とは逆向きに差圧式膨張弁の中を流さなければならない場所に冷媒を充填する充填箇所が設けられている場合がある。このような場合には、差圧式膨張弁が通常運転とは逆向きには少ししか冷媒を通さないため、冷凍装置への冷媒の充填に時間が掛かるという問題がある。

本発明の課題は、差圧式膨張弁により冷媒の流量を調整する冷凍装置に対して冷媒の充填を速やかに行えるようにすることである。

本発明の第１観点に係る差圧式膨張弁は、第１冷媒出入口と第２冷媒出入口とを持つ本体と、本体の内部に移動可能に配置され、第１冷媒出入口と第２冷媒出入口の間の差圧に応じて本体の中での位置を変える可動弁体とを備え、第１冷媒出入口から第２冷媒出入口に向って冷媒が流れるときには、可動弁体により差圧に応じて冷媒流路面積を最低面積から最大面積の間で変更し、第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って冷媒が流れるときには、可動弁体とは別の部材が差圧によって移動して冷媒流路面積を最低面積から最低面積より大きい所定面積に変更する。

第１観点に係る差圧式膨張弁によれば、通常運転時には第１冷媒出入口から第２冷媒出入口に冷媒が流れて冷媒流路面積が最低面積から最大面積の間で差圧に応じて変更され、冷媒充填時には第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って冷媒を流しても別の部材が差圧に応じて移動して所定面積の冷媒流路面積が確保されることから、冷媒充填時に通常運転時とは逆向きに冷媒が流れても所定面積の冷媒流路に多くの冷媒を流すことができる。

本発明の第２観点に係る差圧式膨張弁は、第１観点に係る差圧式膨張弁において、別の部材は、本体であり、本体は、幅広箇所と幅狭箇所とを持つ冷媒流路の幅広箇所に移動可能に設置され、冷媒の流れ方向に対して垂直な平面で切断された断面の大きさが幅広箇所よりも小さく且つ幅狭箇所よりも大きくなるように設定され、第１冷媒出入口から第２冷媒出入口に向って冷媒が流れるときには、本体が幅狭箇所に当接して可動弁体により冷媒流路面積を最低面積から最大面積の間で変更し、第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って冷媒が流れるときには、本体が幅狭箇所から離隔して冷媒流路面積を所定面積にする、ものである。

第２観点に係る差圧式膨張弁によれば、幅広箇所と幅狭箇所を持つ冷媒流路の幅広箇所に本体が設置されて第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って冷媒が流れるときに本体が幅狭箇所から離隔して冷媒流路面積が所定面積になることから、第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って冷媒が流れるときに所定面積を確保するための構成が簡単になる。

本発明の第３観点に係る差圧式膨張弁は、第２観点に係る差圧式膨張弁において、冷媒流路に取り付けられ、幅狭箇所を構成する弁座をさらに備える、ものである。

第３観点に係る差圧式膨張弁によれば、弁座によって幅狭箇所が構成されることから、例えば冷媒流路の断面積が一定の配管においても弁座を取り付けることで幅狭箇所と幅広箇所を実現できる。

本発明の第４観点に係る差圧式膨張弁は、第２観点または第３観点に係る差圧式膨張弁において、本体は、幅狭箇所に当接する部位にテーパが付けられている、ものである。

第４観点に係る差圧式膨張弁によれば、幅狭箇所に当接する部位にテーパが付けられていることから、本体が幅狭箇所から一旦離隔した後に幅狭箇所に当接する動作を繰り返しても本体を幅狭箇所に嵌め込んで所望の状態で当接させることが容易になっている。

本発明の第５観点に係る差圧式膨張弁は、第２観点から第４観点のいずれかに係る差圧式膨張弁において、第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って冷媒が流れるときに幅狭箇所から離隔する本体を所定位置に留めるストッパをさらに備える、ものである。

第５観点に係る差圧式膨張弁によれば、離隔する本体がストッパにより所定位置にとどめられることから、離隔した本体が再び幅狭箇所に当接するまでの時間を制限することができる。

本発明の第６観点に係る差圧式膨張弁は、第５観点に係る差圧式膨張弁において、第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って流れる冷媒の圧力よりも小さい付勢力で本体を幅狭箇所に押し付ける付勢部材をさらに備える、ものである。

第６観点に係る差圧式膨張弁によれば、付勢部材が第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って流れる冷媒の圧力よりも小さい付勢力で本体を幅狭箇所に押し付けることから、第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って流れる冷媒の圧力が無くなれば本体が付勢力により幅狭箇所に強く押し付けられる。

本発明の第７観点に係る差圧式膨張弁は、第６観点に係る差圧式膨張弁において、ストッパ及び付勢部材は、幅広箇所に固定されているバネ受け及びバネ受けと本体との間に取り付けられているバネである、ものである。

第７観点に係る差圧式膨張弁によれば、ストッパ及び付勢部材がバネ受け及びバネで実現されていることから、安価なバネ受け及びバネを使ってコストを抑制することができる。

本発明の第１観点に係る差圧式膨張弁では、差圧式膨張弁により冷媒の流量を調整する差圧式膨張弁に対して冷媒の充填を速やかに行うことができる。

本発明の第２観点に係る差圧式膨張弁では、第２冷媒出入口から第１冷媒出入口に向って冷媒が流れるときに所定面積を確保するためにコストが増加するのを抑制することができる。

本発明の第３観点に係る差圧式膨張弁では、差圧式膨張弁の取り付けが容易になる。

本発明の第４観点に係る差圧式膨張弁では、幅狭箇所に本体が予期せぬ姿勢で当接することによる不具合を防止することができる。

本発明の第５観点に係る差圧式膨張弁では、冷媒充填について高い作業効率を実現することができる。

本発明の第６観点に係る差圧式膨張弁では、第１冷媒出入口から第２冷媒出入口に向って冷媒が流れる通常運転時に本体と幅狭箇所との間から冷媒が流れて冷媒流量の制御の精度が低下するのを防止することができる。

本発明の第７観点に係る差圧式膨張弁では、冷媒流量の制御の精度低下が抑制され且つ速やかな冷媒充填が可能な差圧式膨張弁を安価に提供することができる。

本発明の実施形態に係る冷凍装置の構成の概要を示す回路図。 実施形態に係る差圧式膨張弁の構成の一例を示す模式的な断面図。 図２の差圧式膨張弁の弁開度が増加した状態を示す模式的な断面図。 差圧式膨張弁の弁開度の調整動作の一例を示すグラフ。 図２の差圧式膨張弁についての冷媒充填時の状態を示す模式的な断面図。 接続配管内に設置された差圧式膨張弁を第１冷媒出入口の側から見た平面図。 変形例１Ａに係る差圧式膨張弁の構成の一例を示す模式的な断面図。 図７の差圧式膨張弁の弁開度が増加した状態を示す模式的な断面図。 図７の差圧式膨張弁についての冷媒充填時の状態を示す模式的な断面図。 変形例１Ｃに係る差圧式膨張弁の構成の一例を示す模式的な断面図。 従来の差圧式膨張弁を用いてサービスポートを設けた場合の構成の一例を示す回路図。

以下、本発明の実施形態に係る差圧式膨張弁について図面を用いて説明する。図１には、実施形態に係る差圧式膨張弁が組み込まれている冷凍装置が備える冷媒回路が示されている。

（１）全体構成
図１に示されている冷凍装置１０は、利用ユニット２０と利用ユニット２０に接続された熱源ユニット３０とを備えている。利用ユニット２０は、室内熱交換器２１と室内ファン２２とを備えている。利用ユニット２０と熱源ユニット３０とは連絡配管１２，１３で接続されており、利用ユニット２０と熱源ユニット３０の間で冷媒を循環させるための冷媒回路１１が形成されている。この冷媒回路１１を冷媒が循環することによって、冷凍装置１０は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うことができる。

熱源ユニット３０は、圧縮機３１と室外熱交換器３２と差圧式膨張弁３３とアキュムレータ３５とを備えている。運転状態では、圧縮機３１、室外熱交換器３２、差圧式膨張弁３３、室内熱交換器２１及びアキュムレータ３５の順に冷媒が循環するように冷媒回路１１が構成されている。圧縮機３１は、アキュムレータ３５から吸入したガス冷媒を圧縮する。圧縮機３１の吐出口から出た高温高圧の冷媒は、室外熱交換器３２の流入口に流入する。室外熱交換器３２において室外空気との間で熱交換された液冷媒は、室外熱交換器３２の流出口から流出し、差圧式膨張弁３３の流入口に流入する。差圧式膨張弁３３で膨張されて減圧された冷媒は、差圧式膨張弁３３の流出口から流出し、室内熱交換器２１の流入口に流入する。室内熱交換器２１において室内空気との間で熱交換されたガス冷媒は、室内熱交換器２１の流出口から流出し、アキュムレータ３５を介して圧縮機３１の吸入口に流入する。

（２）詳細構成
（２−１）利用ユニット２０
利用ユニット２０のケーシング２９の内部には、室内熱交換器２１と室内ファン２２とが設置されている。室内熱交換器２１は、空気と冷媒との間の熱交換をさせる空気熱交換器であって、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内熱交換器２１においては、チューブ（伝熱管）内を流れる冷媒回路１１の冷媒と、フィンの間を通過する室内空気との間で熱交換が行われる。利用ユニット２０の室内ファン２２は、ケーシング内に室内空気を吸入して、室内熱交換器２１において冷媒と熱交換させた後に、熱交換後の空気を供給空気として室内に供給する送風機として機能する。利用ユニット２０は、冷凍装置１０から分離して冷凍装置１０の設置現場まで運搬することができるように構成されている。設置現場において、利用ユニット２０の室内熱交換器２１から延びる接続配管２３，２４が連絡配管１２，１３に接続されて、冷凍装置１０の組立が行われる。

（２−２）熱源ユニット３０
熱源ユニット３０のケーシング３９の内部には、圧縮機３１と室外熱交換器３２と差圧式膨張弁３３と室外ファン３４とアキュムレータ３５が設置されている。また、ケーシング３９の側面には液側の閉鎖弁３６及びガス側の閉鎖弁３７が取り付けられている。圧縮機３１は、例えば、回転数によって運転容量を変えることが可能な容積式圧縮機である。室外熱交換器３２は、熱源ユニット３０の内部に流入する外気と圧縮機３１で圧縮された冷媒との間で熱交換を行わせる。室外熱交換器３２は、例えばクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、チューブ（伝熱管）の中を通る冷媒と多数のフィンの間を通過する外気との間で熱交換を行わせる。室外ファン３４は、熱源ユニット３０のケーシングの周りの外気を室外熱交換器３２に送る。この室外ファン３４は、室外熱交換器３２に供給する空気の風量を変更することが可能なファンである。アキュムレータ３５は、圧縮機３１に吸入されるガス冷媒に混じっている液冷媒を分離する機能を有する。このアキュムレータ３５には、ある程度の液冷媒を貯留しておくことができる。差圧式膨張弁３３の構成については後ほど詳しく説明するが、差圧式膨張弁３３は、室外熱交換器３２から閉鎖弁３６に向って流れる冷媒を適切な運転状態となるように減圧(流量調節)している。この差圧式膨張弁３３は、冷媒を減圧する方向が前述の室外熱交換器３２から閉鎖弁３６に向う方向に限定されており、逆向きの閉鎖弁３６から室外熱交換器３２に向う方向では、冷凍装置１０の運転を想定した冷媒の減圧（流量調節）はできない。

このような構成を有する熱源ユニット３０は、閉鎖弁３６，３７で連絡配管１２，１３から切り離すことができ、冷凍装置１０から分離して設置現場まで運搬することができるような構成になっている。そして、設置現場で連絡配管１２，１３に閉鎖弁３６,３７が接続されて、冷凍装置１０が組み立てられる。冷凍装置１０の冷媒回路１１を循環する冷媒は、例外を除き、工場で連絡配管１２，１３が閉鎖弁３６，３７に接続される前に充填される。工場で冷媒が充填された熱源ユニット３０が設置現場まで運搬される場合は、閉鎖弁３６，３７が閉じられて、閉鎖弁３６，３７の間に接続されているアキュムレータ３５、圧縮機３１、室外熱交換器３２及び差圧式膨張弁３３などの中に冷媒が溜まった状態になる。

熱源ユニット３０への冷媒の充填は、液側の閉鎖弁３６から冷媒を注入することによって行われる。ガス側の閉鎖弁３７から冷媒を注入すると、アキュムレータ３５に液冷媒が多く溜まって冷凍装置１０を起動するときに圧縮機３１に液冷媒が吸入される不具合が発生することがあるので、液側の閉鎖弁３６を使って冷媒の充填が行われる。

しかしながら、既に説明したように一般に差圧式膨張弁は、冷媒の減圧をする方向が決まっている。一般に差圧式膨張弁では差圧式膨張弁に掛かる差圧が大きくなるほど弁開度が開く構成になっているが、従来の差圧式膨張弁では、閉鎖弁３６からの冷媒の注入は差圧式膨張弁の冷媒出口から冷媒入口に向う逆方向へ圧力が掛かって弁開度が最小になるため、冷媒の充填に非常に長い時間を要することになる。図１に示されている差圧式膨張弁３３では、このように冷媒の充填に長時間を要するという不具合が解消されているが、その詳細については差圧式膨張弁３３の構成とともに以下に説明する。

（２−２−１）差圧式膨張弁３３
図２及び図３には、差圧式膨張弁３３の構成が模式的に示されている。差圧式膨張弁３３は、弁開度を変えることにより冷媒回路１１を循環する冷媒の流量を変化させる。差圧式膨張弁３３は、差圧式膨張弁３３に掛かる差圧、つまり第１冷媒出入口６１と第２冷媒出入口６２の冷媒の差圧に応じて弁開度が変化する。

差圧式膨張弁３３は、本体５１と可動弁体５２と弁座５５とストッパ５６を備えている。差圧式膨張弁３３の本体５１には、冷媒回路１１から差圧式膨張弁３３の内部に冷媒が流入する第１冷媒出入口６１と、差圧式膨張弁３３の内部から冷媒回路１１に冷媒が流出する第２冷媒出入口６２とが設けられている。弁座５５及びストッパ５６には、冷媒が通過する開口部７１，７２が設けられている。なお、図中に示されている矢印は、冷媒の流れる向きを示している。

冷房運転時には、ストッパ５６の開口部７１を通過した冷媒が本体５１の第１冷媒出入口６１に流入し、本体５１の第２冷媒出入口６２から流出した冷媒が弁座５５の開口部７２を通って流れる。図1に示されている接続配管３８の中の冷媒流路８０は、図２及び図３に示されているように弁座５５によって幅広箇所８１と幅狭箇所８２が形成される。接続配管３８は、熱源ユニット３０が建物などに設置されると、差圧式膨張弁３３が取り付けられる箇所が上下方向に延びている状態になる。接続配管３８の上下方向に延びた箇所の中で、弁座５５が下に位置し、ストッパ５６が上に位置している。このように弁座５５が本体５１よりも下に位置することから、接続配管３８の中の冷媒に圧力が生じていない状況では、重力によって本体５１が弁座５５に着座する。冷房運転時には、第１冷媒出入口６１から第２冷媒出入口６２に向って冷媒が流れ、冷媒により発生する圧力の向きも重力の向きと一致する。従って、差圧式膨張弁３３は、冷房運転時においては、本体５１が弁座５５に着座した図２及び図３の状態を保って、本体５１の中の可動弁体５２が移動する。このとき本体５１と弁座５５が隙間無く接触しているので、本体５１と弁座５５の間から冷媒が漏洩することはない。

本体５１は、可動弁体５２を支持するコイルバネ５３を有している。コイルバネ５３は、可動弁体５２に対して付勢力を与えている。コイルバネ５３が可動弁体５２に与える付勢力は、第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１の向きに可動弁体５２を押す力である。第１冷媒出入口６１と第２冷媒出入口６２の間の差圧（Ｐ１−Ｐ２）が小さいときは、図２に示されているように、可動弁体５２が第１冷媒出入口６１の方に移動し、弁開度が小さくなる。逆に、第１冷媒出入口６１と第２冷媒出入口６２の間の差圧（Ｐ１−Ｐ２）が大きいときは、図３に示されているように、可動弁体５２が第２冷媒出入口６２の方に移動し、弁開度が大きくなる。

図２及び図３には本体５１と弁座５５とストッパ５６とが分離されている構成が示されているが、弁座５５とストッパ５６が例えば数本の棒状部材で結合されていてもよい。そのような構成においては、弁座５５とストッパ５６と棒状部材で囲まれた空間に本体５１が移動可能に収納される。このように全体が一体化された構成であれば、差圧式膨張弁３３の接続配管３８の中への設置が容易になる。例えば、差圧式膨張弁３３を接続配管３８の中に挿入して接続配管３８の径を狭めるようにかしめれば、差圧式膨張弁３３が接続配管３８の中に容易に設置できる。

可動弁体５２の中には、最も狭くなっている部分において断面積Ｓ１を持つ弁内流路ＦＣ１が形成されている。この断面積Ｓ１は弁内流路ＦＣ１の流れ方向に対して垂直な平面で切断した断面の面積である。また、可動弁体５２の外形の寸法は、本体５１の空洞６３の寸法よりも小さくなっている。従って、可動弁体５２と本体５１との間に隙間ができる。この隙間が弁外流路ＦＣ２になる。弁外流路ＦＣ２は、最も狭くなっている部分において断面積Ｓ２を持つ。

（２−２−１−１）冷房運転時の差圧式膨張弁３３の動作
冷房運転時において、第１冷媒出入口６１の冷媒の圧力は、実質的に図１の点Ｃの圧力Ｐ１（室外熱交換器３２と差圧式膨張弁３３の間の冷媒の圧力）になり、第２冷媒出入口６２の冷媒の圧力は、実質的に図１の点Ｄの圧力Ｐ２（差圧式膨張弁３３と室内熱交換器２１の間の冷媒の圧力）になる。ここでは、説明を簡単にするために、冷媒回路１１の配管などで生じる冷媒の圧力の低下は無視している。差圧式膨張弁３３を冷媒が通過することにより圧力が低下し、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２になる。つまり、差圧式膨張弁３３は、冷媒を減圧する減圧機構として機能する。

本体５１の形状は、例えば円筒である。差圧式膨張弁３３は、本体５１が円筒状であると、冷媒回路１１を構成する円筒状の接続配管３８に設置し易くなる。第１冷媒出入口６１と第２冷媒出入口６２の間に可動弁体５２が配置されている。さらに詳細に見ると、第１冷媒出入口６１と第２冷媒出入口６２を繋ぐ本体５１の内部の空洞６３の中に可動弁体５２が移動可能に配置されている。

図４には、冷房運転時に差圧式膨張弁３３に掛かる差圧と差圧式膨張弁３３の流量との関係が示されている。差圧が大きくなっていって図４に示されている差圧ＤＰ２を超えるまでは、図２に示されているように、可動弁体５２が本体５１の幅狭部５１ａに当接している。このように可動弁体５２が幅狭部５１ａに当接しているときには、冷媒は、弁内流路ＦＣ１を流れる。弁内流路ＦＣ１の冷媒流路面積が、最小面積の断面積Ｓ１になる。このとき弁開度が最も小さくなる。例えば、図４に示されている差圧ＤＰ２より小さくなった差圧ＤＰ１が差圧式膨張弁３３に掛かると、差圧式膨張弁３３の流量は第２流量になる。

差圧が大きくなっていって差圧ＤＰ２を超えると、幅狭部５１ａと可動弁体５２の間隔が広がる。幅狭部５１ａと可動弁体５２の間隔が最も広がった状態で、弁外流路ＦＣ２の断面積Ｓ２が弁内流路ＦＣ１の断面積Ｓ１に加わる。つまり、可動弁体５２が幅狭部５１ａから離隔すると、弁開度が大きくなり、弁開度が最も大きくなったときの差圧式膨張弁３３の冷媒流路面積が最大面積の断面積（Ｓ１＋Ｓ２）になる。例えば室内温度と設定温度との間に温度差があって冷凍装置１０が室内温度を設定温度に近づけるためにある程度の冷房能力で運転されるときには、制御装置４０により圧縮機３１の回転数及び室外ファン３４の回転数などが調整され、第１流量の近傍の流量になるように弁開度が開いている。通常の冷房運転では、例えば圧縮機３１の吸入側の過熱度が所定範囲に収まるように制御されており、圧縮機３１の回転数などに応じて冷媒回路１１に第１流量の冷媒が流れ、差圧式膨張弁３３の差圧がＤＰ３になる。

（２−２−１−２）冷媒充填時の差圧式膨張弁３３の動作
図５には、冷媒充填時の差圧式膨張弁３３の状態が示されている。また、図６には、冷媒充填時の冷媒の下流側から見たストッパ５６と本体５１との位置関係が示されている。液側の閉鎖弁３６から冷媒が注入されると、注入される冷媒の圧力によって本体５１が上に持ち上げられる。その結果、本体５１が幅狭箇所８２から離隔して冷媒流路面積が最低面積のＳ１からＳ１よりも大きい所定面積に変更される。

本体５１は、冷媒の流れ方向に対して垂直な平面で切断された断面の大きさ（２×ｒ１）が、幅広箇所８１の大きさ（２×ｒ２）より小さく且つ幅狭箇所８２の大きさ（２×ｒ３）よりも大きくなるように設定されている。円筒状の本体５１の外径ｒ１は、円筒状の接続配管３８の内径ｒ２よりも小さい。このような外径ｒ１と内径ｒ２との差から本体５１と幅広箇所８１との間には隙間Ｉｎ１が生じる。また、円筒状のストッパ５６の内周面５６ａの内径ｒ４よりも本体５１の外径ｒ１の方が小さい。しかしながら、ストッパ５６の内周面５６ａから中心に向って４本の突出部５６ｂが突出している。また、突出部５６ｂには突起５６ｃが下方に向って形成されている。本体５１が押し上げられてもこの突出部５６ｂの突起５６ｃに突き当たるので、突出部５６ｂよりも上には移動しない。ストッパ５６の内周面５６ａと本体５１の間に形成される隙間Ｉｎ２の冷媒流路面積は、例えば、本体５１と幅広箇所８１との間に形成される隙間Ｉｎ１の冷媒流路面積よりも大きくなるように構成されている。このような構成の場合、最低面積のＳ１よりも大きい所定面積は、隙間Ｉｎ１によって形成される冷媒流路ＦＣ３の流路面積（π×ｒ２²−π×ｒ１²）と弁内流路ＦＣ１の断面積Ｓ１の和になる。この隙間Ｉｎ１の冷媒流路面積は、最低面積のＳ１よりも十分に大きくなるように構成されている。このような構成によって、冷媒の充填時には、本体５１が移動してできる隙間Ｉｎ１を通って多くの冷媒を流すことができる。

冷媒の充填が終了すると冷媒の圧力がなくなるので、本体５１は、重力によって下向きに移動して、差圧式膨張弁３３は、図５に示されている状態から図２に示されている状態に変わる。弁座５５には、上部の凹部５５ａが円錐形に形成されるようにテーパが付けられている。また、本体５１の下部５１ｂには、弁座５５の凹部５５ａに嵌合するように、テーパが付けられている。テーパが付けられることによって、下部５１ｂは、凹部５５ａに隙間無く嵌合するように、凹部５５ａと同じ形の円錐形になっている。弁座５５の凹部５５ａと本体５１の下部５１ｂの形状によって、冷媒の充填が終了すると確実に弁座５５に本体５１が着座する。

（４）変形例
（４−１）変形例１Ａ
上記実施形態の差圧式膨張弁３３は、冷媒の充填時において、重力と充填される冷媒の圧力とによって本体５１が移動するものであったが、冷媒充填時に本体５１を移動させる構成は、実施形態の差圧式膨張弁３３の構成に限られるものではない。

図７、図８及び図９には、冷媒の充填時に、第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って流れる冷媒の圧力よりも小さい付勢力で本体５１を幅狭箇所８２（弁座５５）に押し付けるコイルバネ５８を備える差圧式膨張弁３３Ａが示されている。コイルバネ５８は、一方端がバネ受け５７に取り付けられ、他方端が本体５１に取り付けられている。図７及び図８には、差圧式膨張弁３３Ａが冷房運転において動作している状態が示されている。コイルバネ５８は、図７及び図８に示されている状態で、本体５１を弁座５５に押し付ける付勢力を発生している。これらバネ受け５７とコイルバネ５８がストッパと付勢部材として機能する。図７及び図８に示されている状態は、コイルバネ５８が本体５１を弁座５５に押し付けている以外については、図２及び図３を用いて説明した冷房運転時の動作と同様であるので説明を省く。

液側の閉鎖弁３６から冷媒が注入されると、注入される冷媒の圧力がコイルバネ５８の付勢力より大きいためにコイルバネ５８が押し縮められる。その結果、本体５１が幅狭箇所８２から離隔して冷媒流路面積が最低面積のＳ１からＳ１よりも大きい所定面積、つまり実施形態の差圧式膨張弁３３と同様に隙間Ｉｎ１によって形成される冷媒流路ＦＣ３の流路面積と弁内流路ＦＣ１の流路面積の和に変更される。

冷媒の充填が終了すると冷媒の圧力がなくなるので、本体５１は、コイルバネ５８によって弁座５５の方に移動して、差圧式膨張弁３３Ａは、図９に示されている状態から図７に示されている状態に変わる。本体５１が弁座５５に着座する位置はコイルバネ５８によって規制され、本体５１は常に所望の位置に着座する。実施形態のコイルバネ５８の付勢力（弾性復元力）によって本体５１が弁座５５に着座するので、接続配管３８は、差圧式膨張弁３３Ａが配置される場所が上下に延びている必要は無く、例えば水平方向に延びていてもかまわない。

なお、差圧式膨張弁３３Ａにおいても、差圧式膨張弁３３と同じように、本体５１の下部及び弁座５５に設けられた凹部にテーパを付けるように構成してもよい。

（４−２）変形例１Ｂ
上記変形例１Ａでは、付勢部材としてコイルバネ５８を例に挙げて説明したが、付勢部材に用いられるバネはコイルバネ５８には限られない。また、付勢部材としてコイルバネ５８のようなバネを例に挙げて説明したが、付勢部材はバネに限られず、例えばゴムなどの他の弾性部材を付勢部材として用いることもできる。また、例えば磁石を付勢部材として用いることもできる。磁石と磁石の間に生じる斥力または引力を付勢力として用いたり、磁石と金属の間に生じる引力を付勢力として用いたりすることができる。

（４−３）変形例１Ｃ
上記実施形態及び変形例１Ａでは、幅広箇所８１と幅狭箇所８２を形成するために、弁座５５を用いる場合について説明したが、弁座５５の代わりに、図１０に示されている差圧式膨張弁３３Ｂのように、幅広箇所８１と幅狭箇所８２を有する接続配管３８Ａを用いてもよい。このような構成を形成するために接続配管３８Ａは、本体５１の下部５１ｂに合うようなテーパ部３８ｎを有している。

（４−４）変形例１Ｄ
上記実施形態では冷媒充填時の本体５１の移動を制限するための部材としてストッパ５６を示し、変形例１Ａではコイルバネ５８とバネ受け５７を示した。しかし、冷媒充填時の本体５１の移動を制限するための部材は、上述の部材に限られるものではなく、例えば紐または内径が小さくなった箇所を持つ接続配管などの他の部材を用いてもかまわない。

（４−５）変形例１Ｅ
上記実施形態では、１台の熱源ユニット３０に対して１台の利用ユニット２０が接続されるペア型である場合について説明したが、冷凍装置の構成はペア型には限られず、本発明は、熱源ユニットに複数の利用ユニットが接続されるマルチ型にも本発明の差圧式膨張弁３３を適用することができる。

（５）特徴
（５−１）
上述の実施形態、変形例１Ａ及び変形例１Ｃで説明したように差圧式膨張弁３３，３３Ａ，３３Ｂは、第１冷媒出入口６１から第２冷媒出入口６２に向って冷媒が流れるときには、可動弁体５２により差圧に応じて冷媒流路面積を最低面積のＳ１から最大面積の（Ｓ１＋Ｓ２）の間で変更する。しかし、第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って冷媒が流れるときには、可動弁体５２とは別の部材である本体５１が差圧によって移動して冷媒流路面積を最低面積のＳ１から最低面積より大きい所定面積に変更する。差圧式膨張弁３３，３３Ａ，３３Ｂでは、所定面積が、流路ＦＣ１，ＦＣ３の流路面積の和に対応する。このように、冷媒充填時には第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って冷媒を流しても本体５１が差圧に応じて移動して所定面積の冷媒流路面積が確保されることから、冷媒充填時に通常運転時とは逆向きに冷媒が流れても多くの冷媒を流すことができる。その結果、差圧式膨張弁３３，３３Ａ，３３Ｂにより冷媒の流量を調整する冷凍装置１０に対して冷媒の充填を速やかに行うことができる。

なお、従来の差圧式膨張弁１３３を用いて冷媒充填を速やかに行わせるためには、図１１に示されているように、圧縮機３１から差圧式膨張弁１３３までの間に冷媒充填用のサービスポート９０を設けることが考えられる。それに対して、差圧式膨張弁３３，３３Ａ，３３Ｂを用いる場合には、サービスポート９０の部品及びサービスポート９０を設けるための場所を省くことができる。差圧式膨張弁３３，３３Ａ，３３Ｂを用いると、サービスポート９０を設ける場合に比べて部品点数を削減でき、このようなサービスポート９０を持つ熱源ユニット１３０よりも小型化し易くなる。

（５−２）
差圧式膨張弁３３，３３Ａ，３３Ｂの本体５１は、幅広箇所８１と幅狭箇所８２とを持つ冷媒流路の幅広箇所８１に移動可能に設置されている。そして、本体５１は、冷媒の流れ方向に対して垂直な平面で切断された断面の大きさが幅広箇所８１よりも小さく且つ幅狭箇所８２よりも大きくなるように設定されている。冷媒の充填時に、第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って冷媒が流れるときに本体５１が幅狭箇所８２から離隔して冷媒流路面積が所定面積になる。このように、第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って冷媒が流れるときに所定面積を確保するための構成が簡単であり、第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って冷媒が流れるときに所定面積を確保するためにコストが増加するのを抑制することができる。

（５−３）
差圧式膨張弁３３，３３Ａは、弁座５５によって幅狭箇所８２が構成されることから、例えば冷媒流路の断面積が一定の配管においても弁座５５を取り付けることで幅狭箇所８２と幅広箇所８１を実現できる。その結果、接続配管３８に対する差圧式膨張弁３３，３３Ａの取り付けが容易になる。

（５−４）
差圧式膨張弁３３の本体５１には、幅狭箇所８２に当接する部位にテーパが付けられていることから、本体５１が幅狭箇所８２から一旦離隔した後に幅狭箇所８２に当接する動作を繰り返しても本体５１を幅狭箇所８２に嵌め込んで所望の状態で当接させることができるものとなっている。その結果、幅狭箇所８２に本体５１が予期せぬ姿勢で当接することによる不具合を防止することができる。特に、本体５１が嵌り込む弁座５５の凹部５５ａにテーパをつけることで、さらにテーパが付けられている本体５１の下部５１ｂが嵌り易くなっている。また、このような構造を持つ差圧式膨張弁３３は、本体５１の下部５１ｂと弁座５５の凹部５５ａの接触面積が拡大するので、冷媒の漏洩も抑制し易くなっている。

（５−５）
差圧式膨張弁３３は、第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って冷媒が流れるときに幅狭箇所８２から離隔する本体５１を所定位置に留めるストッパ５６を備えている。また、差圧式膨張弁３３Ａは、このようなストッパとして機能するバネ受け５７及びコイルバネ５８を備えている。このような構造を持つ差圧式膨張弁３３，３３Ａでは、離隔する本体５１がストッパ５６またはバネ受け５７とコイルバネ５８により所定位置にとどめられることから、離隔した本体５１が再び幅狭箇所８２に当接するまでの時間を制限することができ、冷媒充填について高い作業効率を実現することができる。

（５−６）
特に、差圧式膨張弁３３Ａのように、冷媒充填時に第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って流れる冷媒の圧力よりも小さい付勢力で本体５１を幅狭箇所８２に押し付ける付勢部材であるコイルバネ５８を備えている場合には、第２冷媒出入口６２から第１冷媒出入口６１に向って流れる冷媒の圧力が無くなれば本体５１が付勢力により幅狭箇所８２に強く押し付けられる。その結果、第１冷媒出入口６１から第２冷媒出入口６２に向って冷媒が流れる通常運転時には、本体５１と幅狭箇所８２との間から冷媒が漏れて冷媒流量の制御の精度が低下するのを防止することができる。

（５−７）
差圧式膨張弁３３Ａでは、幅広箇所８１に固定されているバネ受け５７及びバネ受け５７と本体５１との間に取り付けられているコイルバネ５８がストッパ及び付勢部材として機能している。バネ受け５７及びコイルバネ５８が安価であり、冷媒流量の制御の精度低下が抑制され且つ速やかな冷媒充填が可能な差圧式膨張弁３３Ａがコストを抑えて安価に実現できている。

１０ 冷凍装置
１１ 冷媒回路
２０ 利用ユニット
２１ 室内熱交換器
３０ 熱源ユニット
３１ 圧縮機
３２ 室外熱交換器
３３，３３Ａ，３３Ｂ 差圧式膨張弁
３４ 室外ファン
５１ 本体
５２ 弁体
５５ 弁座
５６ ストッパ
５７ バネ受け（コイルバネ５８とともにストッパを構成）
５８ コイルバネ（付勢部材の例）

特開２００４−２１８９１８号公報

Claims (7)

1. 第１冷媒出入口と第２冷媒出入口とを持つ本体（５１）と、
   前記本体の内部に移動可能に配置され、前記第１冷媒出入口と前記第２冷媒出入口の間の差圧に応じて前記本体の中での位置を変える可動弁体（５２）と
   を備え、
   前記第１冷媒出入口から前記第２冷媒出入口に向って冷媒が流れるときには、前記可動弁体により前記差圧に応じて冷媒流路面積を最低面積から最大面積の間で変更し、前記第２冷媒出入口から前記第１冷媒出入口に向って冷媒が流れるときには、前記可動弁体とは別の部材が前記差圧によって移動して冷媒流路面積を前記最低面積から前記最低面積より大きい所定面積に変更する、差圧式膨張弁。
2. 前記別の部材は、前記本体であり、
   前記本体は、幅広箇所と幅狭箇所とを持つ冷媒流路の前記幅広箇所に移動可能に設置され、冷媒の流れ方向に対して垂直な平面で切断された断面の大きさが前記幅広箇所よりも小さく且つ前記幅狭箇所よりも大きくなるように設定され、
   前記第１冷媒出入口から前記第２冷媒出入口に向って冷媒が流れるときには、前記本体が前記幅狭箇所に当接して前記可動弁体により冷媒流路面積を前記最低面積から前記最大面積の間で変更し、前記第２冷媒出入口から前記第１冷媒出入口に向って冷媒が流れるときには、前記本体が前記幅狭箇所から離隔して冷媒流路面積を前記所定面積にする、
   請求項１に記載の差圧式膨張弁。
3. 前記冷媒流路に取り付けられ、前記幅狭箇所を構成する弁座（５５）をさらに備える、
   請求項２に記載の差圧式膨張弁。
4. 前記本体は、前記幅狭箇所に当接する部位にテーパが付けられている、
   請求項２または請求項３に記載の差圧式膨張弁。
5. 前記第２冷媒出入口から前記第１冷媒出入口に向って冷媒が流れるときに前記幅狭箇所から離隔する前記本体を所定位置に留めるストッパ（５６，５７，５８）をさらに備える、
   請求項２から４のいずれか一項に記載の差圧式膨張弁。
6. 前記第２冷媒出入口から前記第１冷媒出入口に向って流れる冷媒の圧力よりも小さい付勢力で前記本体を前記幅狭箇所に押し付ける付勢部材（５８）をさらに備える、
   請求項５に記載の差圧式膨張弁。
7. 前記ストッパ及び前記付勢部材は、前記幅広箇所に固定されているバネ受け（５７）及び前記バネ受けと前記本体との間に取り付けられているバネ（５８）である、
   請求項６に記載の差圧式膨張弁。

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