JP4570484B2

JP4570484B2 - 複合弁およびヒートポンプ式空気調和装置およびその制御方法

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Publication number: JP4570484B2
Application number: JP2005060316A
Authority: JP
Inventors: 忠顕池田; 守男金子
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: JP2006242502A

Description

この発明は、複合弁およびヒートポンプ式空気調和装置およびその制御方法に関し、特に、ヒートポンプ式空気調和装置においてバイパス弁付き膨張弁として用いられる複合弁およびヒートポンプ式空気調和装置およびその制御方法に関するものである。

ヒートポンプサイクルによる空気調和装置として、四方弁を使用せず、３個の熱交換器と、２個の電動膨張弁と、２個のバイパス電磁弁を用いて冷房、暖房、除湿運転可能なヒートポンプ式空気調和装置がある（例えば、特許文献１、２）。

このヒートポンプ式空気調和装置では、ヒータ用の室内熱交換器と室外用熱交換器との間に、暖房、除湿運転用の電動膨張弁とバイパス電磁弁とが一つずつ互いに並列に設けられている。

また、エジェクタを使用したヒートポンプ式空気調和装置で、四方弁を使用せず、３個の熱交換器と、２個の電動膨張弁と２個のバイパス電磁弁を用いて冷房、暖房、除湿運転可能なヒートポンプ式空気調和装置がある（例えば、特許文献３）。

このヒートポンプ式空気調和装置でも、ヒータ用の室内熱交換器と室外用熱交換器との間に、暖房、除湿運転用の電動膨張弁とバイパス電磁弁とが一つずつ互いに並列に設けられている。

四方弁を用いずに冷房、暖房を行うヒートポンプ式空気調和装置では、冷房運転時に暖房運転用の電動膨張弁が作用しないように、電動膨張弁と並列配置のバイパス電磁弁が必要である。このため、大きい配置スペースが必要で、配管箇所も多くなる。また、電動膨張弁とバイパス電磁弁の両方の電磁コイルに電気配線が必要であり、両方の電磁コイルに通電するため、電力消費量が嵩み、コストも高くなる。

このことに対し、電動膨張弁とバイパス電磁弁の２つのバルブの役割を一つの電動弁で行うことも考えられる。この場合、膨張弁用の低流量制御域とバイパス弁用の全開流量域を設定することになる。

このような電動膨張弁では、バイパス弁用として大流量を流すために、弁ポート径を大きくしてニ一ドル弁を全開状態とすることが行われるが、ポート径が大きいために、差圧力に打ち勝って弁開させるために、強力な駆動トルクが必要となり、ステッピングモータ等において、大型の電磁コイル及びロータが必要になる。また、高価な希土類磁石ロータが必要となる。また、大流量を流すために、弁ポート径が大きいと、全開状態では所定の大流量を確保できても、口径が大きいために、膨張弁としての制御域での低流量制御が難しくなる。
特開平１０−２８７１２５号公報特開平１１−１５９９１１号公報特開２００４−２６００４号公報

この発明が解決しようとする課題は、電動膨張弁とバイパス電磁弁として機能する複合弁として、膨張弁用の弁ポートの口径を大きくすることなく、バイパス弁用としての大流量を確保でき、必要駆動トルクの増加を招くことがなく、膨張弁としての制御域での低流量制御を適切に行えるようにすることである。

この発明による複合弁は、弁ハウジングに形成された入口ポートと出口ポートとの間に、当該両ポート間の流体流れで見て互いに並列に設けられるとともに、中央部に形成された第１の弁ポートおよび第１の弁ポートの外周に形成された第２の弁ポートと、前記弁ハウジングに形成された弁室内に軸線方向に移動可能に設けられ、軸線方向移動により、前記第１のポートの実効開口面積を増減し、前記入口ポートより前記出口ポートへ流れる流体の流量を制御する流量制御弁体と、前記流量制御弁体を軸線方向に駆動するアクチュエータと、前記弁室内に軸線方向に移動可能に設けられ、軸線方向移動により、前記第２の弁ポートを開閉するとともに、中心部に貫通孔２５を有する開閉弁体と、前記開閉弁体を弁開方向に付勢する弁開ばねとを有し、前記流量制御弁体が前記開閉弁体の前記貫通孔を通って前記第１のポートの実効開口面積を増減するよう構成され、前記開閉弁体は、前記流量制御弁体の弁閉方向移動により前記弁開ばねのばね力に抗して弁閉方向に押され、前記入口ポート側の流体圧力と前記出口ポート側の流体圧力との差圧が弁閉方向に及ぶ箇所に位置し、前記流量制御弁体が全開箇所に位置することにより、前記弁開ばねのばね力によって前記入口ポート側の流体圧力と前記出口ポート側の流体圧力との差圧が及ばない弁開箇所に位置することを特徴とする。

この発明による複合弁は、好ましくは、前記入口ポートは前記弁室の側部に開口し、前記出口ポートならびに第１の弁ポートおよび第２の弁ポートは前記弁室の底部に形成され、前記入口ポート側の流体圧力と前記出口ポート側の流体圧力との差圧が及ばない前記弁開箇所は、前記入口ポートの前記弁室に対する開口部よりも前記弁室の底部とは反対側の天井部側の箇所であることを特徴とする。

この発明による複合弁は、好ましくは、前記流量制御弁体は流体制御用のニードル弁体により構成され、前記開閉弁体は、表裏両面が受圧面をなす肉薄状のフラット弁により構成されていることを特徴とする。

この発明によるヒートポンプ式空気調和装置は、圧縮機と、ヒータ用室内熱交換器と、クーラ用室内熱交換器と、室外用熱交換器とを有し、冷房運転時には圧縮機→ヒータ用室内熱交換器→室外用熱交換器→クーラ用室内熱交換器→圧縮機の冷媒循環路を確立し、暖房運転時には圧縮機→ヒータ用室内熱交換器→室外用熱交換器→圧縮機の冷媒循環路を確立するヒートポンプ式空気調和装置において、上述の発明による複合弁が、前記ヒータ用室内熱交換器と前記室外用熱交換器との間に、バイパス弁付き膨張弁として設けられていることを特徴とする。

この発明によるヒートポンプ式空気調和装置の制御方法は、上述の発明によるヒートポンプ式空気調和装置の制御方法において、暖房運転時には、前記圧縮機の起動前に、前記複合弁の前記流量制御弁体のイニシャライズを弁閉側で行い、このイニシャライズ状態で前記圧縮機を起動し、前記圧縮機の起動時より所定遅れをもって前記流量制御弁体の開度設定を行い、冷房運転時には、前記圧縮機の起動前に前記流量制御弁体を全開位置に位置させ、その後に前記圧縮機を起動し、前記圧縮機の起動後も前記流量制御弁体の全開状態を維持することを特徴とする。

この発明による複合弁では、膨張弁等としての流量制御用の第１の弁ポートとは別に、バイパス弁等としての開閉用の第２の弁ポートが設けられ、第１の弁ポートはニードル弁体等による流量制御弁体によって実効開口面積を増減され、これとは別に、開閉弁体によって第２の弁ポートが開閉されるから、第１の弁ポートの口径を小さく設定して膨張弁等としての流量制御と、第２の弁ポートの口径を大きく設定することによってバイパス弁用としての大流量を確保することが両立する。

また、開閉弁体は、弁開ばねのばね力により弁開方向に移動し、流量制御弁体の弁閉方向移動に従動して弁閉方向に移動し、入口ポート側の流体圧力と出口ポート側の流体圧力との差圧によって弁閉するから、必要駆動トルクの増加を招くことがない。

図１〜図３はこの発明による複合弁の一つの実施形態を示している。

図１に示されているように、複合弁は、全体を符号１０により示されている。複合弁１０は弁ハウジング１１を有する、弁ハウジング１１は、円筒状の弁室１２と、弁室１２の内周面１２Ａに開口した横ポートとしての入口ポート１３と、弁室１２の下底部側に形成された下ポートとしての出口ポート１４とを有する。

弁室１２の下底部中央には、弁ハウジング１１より円柱状突起１１Ａが形成されており、円柱状突起１１Ａの中央部に比較的小径の流量制御用弁ポート（第１の弁ポート）１５が形成されている。流量制御用弁ポート１５は、上端側で弁室１２に開口し、下端側で出口ポート１４と連通している。

円柱状突起１１Ａの流量制御用弁ポート１５の周りには、流量制御用弁ポート１５を中心とした同心円上にバイパス用弁ポート（第２の弁ポート）１６が形成されており、詳しくは、この実施形態では、図２及び図３（ｂ）によく示されているように、流量制御用弁ポート１５の外周に８個のバイパス用弁ポート（第２の弁ポート）１６が形成されている。

バイパス用弁ポート１６は、全て、図１に示されているように、入口ポート１３と出口ポート１４との間の流体流れで見て流量制御用弁ポート１５と並列に設けられており、上端側で弁室１２に開口し、下端側で出口ポート１４と連通している。

バイパス用弁ポート１６の口径は流量制御用弁ポート１５の口径と同等であるが、バイパス用弁ポート１６は複数個設けられているから、その合計のポート断面積は、流量制御用弁ポート１５のポート断面積より充分大きく、バイパス通路として必要な大流量を確保できる設定になっている。

図２及び図３（ｂ）によく示されているように、同心円配置の複数個のバイパス用弁ポート１６の外側と内側の各々に、同一高さの外側円環弁座面３１と内側円環弁座面３２とが形成されている。

図１に示されているように、弁ハウジング１０の上部には取付部材１７によって支持部材１８が固定装着されている。支持部材１８には軸線方向（上下方向）に長いガイド孔１９が形成されている。ガイド孔１９には円筒状の弁ホルダ２０が軸線方向、つまり弁リフト方向に摺動可能に嵌合している。これにより、弁ホルダ２０は支持部材１８を介して弁ハウジング１１より軸線方向に移動可能で支持される。

弁ホルダ２０は弁室１２の中心部にあり、弁室１２の下底部に向かい合う弁ホルダ２０の下端にはニードル弁体による流量制御弁体２１が固定装着されている。流量制御弁体２１は、弁ホルダ２０と共に弁室１２内を軸線方向に移動することにより、流量制御用弁ポート１５の実効開口面積を増減し、入口ポート１３より出口ポート１４へ流れる流体の流量を制御する。

流量制御弁体２１は、図１の右半部に示されているように、最降下した全閉箇所（或いは最小流量箇所）と、図１の左半部に示されているように、最上昇した全開箇所（或いは最大流量箇所）との間に移動可能になっており、その両箇所間で定量的な流量制御を行う。

弁室１２内には開閉弁体２２が軸線方向に移動可能に設けられている。開閉弁体２２は、図３（ａ）に示されているように、表裏両面が受圧面２３、２４をなすフラット弁により構成されており、中心部に貫通孔２５を有し、外周縁に傾動防止のためにガイド片２６を有している。図１に示されているように、貫通孔２５には流量制御弁体２１が通り、ガイド片２６は弁室１２の内周面１２Ａに摺接する。

開閉弁体２２は、最降下箇所（弁閉箇所）にて外側円環弁座面３１と内側円環弁座面３２とに着座することにより（右半部参照）、複数個のバイパス用弁ポート１６を一斉に閉じ、この弁閉箇所より上昇移動することにより、外側円環弁座面３１、内側円環弁座面３２より離間して弁開する。

弁室１２の底部と開閉弁体２２との間には開閉弁体２２を弁開方向に付勢する弁開ばね（圧縮コイルばね）３３が取り付けられている。

開閉弁体２２は、図３（ａ）によく示されているように、貫通孔２５の周りに係合片２８を有しており、この係合片２８は、図１に示されているように、流量制御弁体２１の係合下面２７に当接係合する。この構造により、開閉弁体２２は、流量制御弁体２１の弁閉方向移動（降下移動）に伴い、弁開ばね３３のばね力に抗して弁閉方向に押されて降下移動し、入口ポート１３側の流体圧力と出口ポート１４側の流体圧力との差圧を弁閉方向に及ぼされる。

開閉弁体２２は、図１の左半部に示されているように、流量制御弁体２１が全開箇所に位置している場合には、弁開ばね３３のばね力によって最上昇箇所、つまり、弁室１２の内周面１２Ａにおける入口ポート１３の開口箇所よりも出口ポート１４側とは反対の天井部側の箇所に位置し、入口ポート１３側の流体圧力と出口ポート１４側の流体圧力との差圧が及ばない弁開箇所に位置する。

弁ホルダ２０には、後述するステッピングモータ７０のロータ軸７３の下端部７３Ａが、弁ホルダ２０の上側リップ片２０Ａの内側中央の開口２０Ｂを遊嵌合状態で貫通している。この遊嵌合状態とは、弁ホルダ２０とロータ軸７３とが相対的に径方向に変位できることを云う。

ロータ軸７３の下端部７３Ａ、つまり、ロータ軸７３の先端にはフランジ部７３Ｂが一体形成されている。フランジ部７３Ｂは、弁ホルダ２０内にあって、フッ素樹脂コーティング等による高滑性ワッシャ２９を挟んで弁ホルダ２０の上側リップ片２０Ａに回転可能に係合している。この係合により、弁ホルダ２０がロータ軸７３より回転可能に吊り下げ支持される。

弁ホルダ２０内には、上側ばねリテーナ部材３４が軸線方向に移動可能に設けられている。上側ばねリテーナ部材３４と流量制御弁体２１の背部との間には圧縮コイルばね３５が所定の予荷重を与えられた状態で取り付けられている。これにより、上側ばねリテーナ部材３４は、上側に付勢され、ロータ軸７３のフランジ部７３Ｂに当接係合している。

ロータ軸７３には雄ねじ部３６が形成されている。雄ねじ部３６は支持部材１８に形成された雌ねじ部（雌ねじ孔）３７にねじ係合している。このねじ係合により、ロータ軸７３は、回転に伴って軸線方向、つまり、弁リフト方向に移動する。

この雄ねじ部３６と雌ねじ部３７のねじ係合によって送りねじ機構が構成され、当該送りねじ機構は、ロータ軸７３の回転運動を同部材の弁リフト方向の直線運動に変換する。

弁ハウジング１１の取付部材１７には、アクチュエータとして用いられるステッピングモータ７０のキャン状のロータケース７１が溶接等によって気密に固定されている。ロータケース７１内には、外周面部７２Ａを多極着磁されたロータ７２が回転可能に設けられている。ロータ７２にはロータ軸７３が固定連結されている。ロータ軸７３の上端部７３Ｃはロータケース７１の天井部より垂下装着された円筒状の軸受部材７４に回転可能に嵌合している。

ロータケース７１の外側には、ステータコイルユニット７５が差し込み装着されている。ステータコイルユニット７５は、ステッピングモータ用のものとして、内部に、磁極歯７６、巻線部７７、電気配線部７８等を有する周知の気密モールド構造のものである。

ロータケース７１内には、軸受部材７４の外周に嵌合したガイド支持軸７９、ガイド支持軸７９の外周部に装着された螺旋ガイド線体８０、ガイド支持軸７９の上端部に形成された上側ストッパ部８１、螺旋ガイド線体８０の下端に形成された下側ストッパ部８２、螺旋ガイド線体８０に螺合した可動ストッパ部材８３と係合してこれを蹴り回すロータ７２の突起部７２Ｂがあり、これらによって、弁開あるいは弁閉のストッパが構成されている。

ステッピングモータ７０は、ロータ７２によってロータ軸７３を回転駆動し、回転に伴うロータ軸７３の軸線方向移動によって弁ホルダ２０と共に流量制御弁体２１を弁リフト方向（軸線方向）に直線移動させる。これにより、流量制御弁体２１の流量制御用弁ポート１５に対する軸線方向位置（弁リフト方向の直線移動位置）が変化し、その軸線方向位置に応じて流量制御用弁ポート１５の実効開口面積が増減し、定量的な流量制御が行われる。

開閉弁体２２は、流量制御弁体２１の弁閉方向移動（降下移動）に伴い、弁開ばね３３のばね力に抗して弁閉方向に押されて降下移動し、入口ポート１３側の流体圧力と出口ポート１４側の流体圧力との差圧を弁閉方向に及ぼされることにより、図１の右半部に示されているように、外側円環弁座面３１と内側円環弁座面３２とに着座し、複数個のバイパス用弁ポート１６を一斉に閉じる。

入口ポート１３より出口ポート１４へ流体が流れていない状態で、図１の左半部に示されているように、流量制御弁体２１が全開箇所に位置することにより、開閉弁体２２は、弁開ばね３３のばね力によって最上昇箇所、つまり、入口ポート１３側の流体圧力と出口ポート１４側の流体圧力との差圧が及ばない弁開箇所に位置する。これにより、開閉弁体２２が、一旦、弁開箇所に位置すると、その後、入口ポート１３より出口ポート１４へ流体が流れる状態になっても、開閉弁体２２は弁開状態を維持する。

この複合弁１０では、流量制御用弁ポート１５とは別に、バイパス用弁ポート１６が設けられ、流量制御用弁ポート１５はニードル弁体等による流量制御弁体２１によって実効開口面積を増減され、これとは別に、開閉弁体２２によってバイパス用弁ポート１６が開閉されるから、流量制御用弁ポート１５の口径を小さく設定して膨張弁等としての流量制御と、複数のバイパス用弁ポート１６の合計での口径を大きく設定することによってバイパス弁用としての大流量を確保することが両立する。

また、開閉弁体２２は、弁開ばね３３のばね力により弁開方向に移動し、流量制御弁体２１の弁閉方向移動に従動して弁閉方向に移動し、入口ポート１３側の流体圧力と出口ポート１４側の流体圧力との差圧によって弁閉するから、必要駆動トルクの増加、つまり、ステッピングモータ７０の大出力化を招くことがない。

つぎに、この発明によるヒートポンプ式空気調和装置の一つの実施形態を、図４〜図６を参照して説明する。

このヒートポンプ式空気調和装置は、図４に示されているように、電動圧縮機１０１と、ヒータ用室内熱交換器１０２と、クーラ用室内熱交換器１０３と、室外用熱交換器１０４と、室内電動ファン１０５と、アキュームレータ１０６とを有する。

電動圧縮機１０１の吐出側は配管１１１によってヒータ用室内熱交換器１０２の入口に接続されている。ヒータ用室内熱交換器１０２の出口は配管１１２によって、室外用熱交換器１０４の入口に接続されている。配管１１２の途中に前述した複合弁１０がバイパス弁付き電動膨張弁（暖房運転用）として設けられている。

室外用熱交換器１０４の出口は、配管１１３、冷房運転用の電動膨張弁１０７、配管１１４によってクーラ用室内熱交換器１０３の入口に接続されている。クーラ用室内熱交換器１０３の出口は配管１１５によってアキュームレータ１０６に接続されている。アキュームレータ１０６は配管１１６によって電動圧縮機１０１の吸入側に接続されている。

また、配管１１３と１１５とを接続するバイパス配管１１７が設けられており、バイパス配管１１７の途中には、バイパス配管１１７を開閉する電磁バイパス弁１０８が設けられている。

冷房運転時には、複合弁１０の流量制御弁体２１、開閉弁体２２が共に全開、電磁バイパス弁１０８が弁閉、冷房運転用の電動膨張弁１０７が流量制御状態に設定される。

これにより、電動圧縮機１０１→ヒータ用室内熱交換器１０２→全開の流量制御弁体２１、開閉弁体２２→室外用熱交換器１０４→流量制御状態の電動膨張弁１０７→クーラ用室内熱交換器１０３→アキュームレータ１０６→電動圧縮機１０１の冷媒循環路が確立し、冷房運転が行われる。

この冷房運転時には、電動圧縮機１０１の起動前に、複合弁１０の流量制御弁体２１をステッピングモータ７０によって全開位置に位置させる。これにより、複合弁１０の開閉弁体２２も弁開ばね３３のばね力により差圧が及ばない全開位置に位置する。

その後に電動圧縮機１０１を起動し、電動圧縮機１０１の起動後も流量制御弁体２１は全開状態を維持する。これにより、開閉弁体２２も全開状態を維持する。

暖房運転時には、図５に示されているように、複合弁１０の流量制御弁体２１が流量制御状態、開閉弁体２２が弁閉、電磁バイパス弁１０８が弁開、冷房運転用の電動膨張弁１０７が弁閉状態に設定される。

これにより、電動圧縮機１０１→ヒータ用室内熱交換器１０２→流量制御状態の流量制御弁体２１→室外用熱交換器１０４→電磁バイパス弁１０８→アキュームレータ１０６→電動圧縮機１０１の冷媒循環路が確立し、暖房運転が行われる。

この暖房運転時には、電動圧縮機１０１の起動前に、複合弁１０の流量制御弁体２１のイニシャライズを弁閉側で行う。これにより、複合弁１０の開閉弁体２２が弁閉位置近くに位置する。このイニシャライズ状態で電動圧縮機１０１を起動する。これにより、開閉弁体２２は、入口ポート１３側の流体圧力と出口ポート１４側の流体圧力との差圧を弁閉方向に及ぼされ、その差圧によって外側円環弁座面３１と内側円環弁座面３２とに着座し、複数個のバイパス用弁ポート１６が一斉に閉じられる。そして、電動圧縮機１０１の起動時より所定遅れをもって複合弁１０の流量制御弁体２１の開度設定を行い、流量制御を行う。

除湿運転時には、図６に示されているように、複合弁１０の流量制御弁体２１が流量制御状態、開閉弁体２２が弁閉、電磁バイパス弁１０８が弁閉、冷房運転用の電動膨張弁１０７が流量制御状態に設定される。

これにより、電動圧縮機１０１→ヒータ用室内熱交換器１０２→流量制御状態の流量制御弁体２１→室外用熱交換器１０４→流量制御状態の電動膨張弁１０７→クーラ用室内熱交換器１０３→アキュームレータ１０６→電動圧縮機１０１の冷媒循環路が確立し、除湿運転が行われる。

この除湿運転時も、電動圧縮機１０１の起動前に、複合弁１０の流量制御弁体２１のイニシャライズを弁閉側で行う。これにより、複合弁１０の開閉弁体２２が弁閉位置近くに位置する。このイニシャライズ状態で電動圧縮機１０１を起動する。これにより、開閉弁体２２は、入口ポート１３側の流体圧力と出口ポート１４側の流体圧力との差圧を弁閉方向に及ぼされ、その差圧によって外側円環弁座面３１と内側円環弁座面３２とに着座し、複数個のバイパス用弁ポート１６が一斉に閉じられる。そして、電動圧縮機１０１の起動時より所定遅れをもって複合弁１０の流量制御弁体２１の開度設定を行い、流量制御を行う。

つぎに、この発明によるヒートポンプ式空気調和装置の他の実施形態を、図７〜図９を参照して説明する。

このヒートポンプ式空気調和装置は、図７に示されているように、電動圧縮機２０１と、ヒータ用室内熱交換器２０２と、クーラ用室内熱交換器２０３と、室外用熱交換器２０４と、室内電動ファン２０５と、内部熱交換器２０６と、エジェクタ２０７と、アキュームレータ２０８とを有す。

電動圧縮機２０１の吐出側は配管２１１によってヒータ用室内熱交換器２０２の入口に接続されている。ヒータ用室内熱交換器２０２の出口は配管２１２によって、室外用熱交換器２０４の入口に接続されている。配管２１２の途中に前述した複合弁１０がバイパス弁付き電動膨張弁（暖房運転用）として設けられている。

室外用熱交換器２０４の出口は、配管２１３、内部熱交換器２０６、配管２１４、エジェクタ２０７、配管２１５によってアキュームレータ２０８に接続されている。アキュームレータ２０８は、途中に内部熱交換器２０６を含む配管２１６によって電動圧縮機２０１の吸入側に接続されている。

また、アキュームレータ２０８は、途中に電動式絞り弁２０９を含む配管２１７によってクーラ用室内熱交換器２０３の入口に接続されている。クーラ用室内熱交換器２０３の出口は配管２１８によってエジェクタ２０７に接続されている。

また、配管２１４と２１５とを接続するバイパス配管２１９が設けられており、バイパス配管２１９の途中には、バイパス配管２１９を開閉する電磁バイパス弁２１０が設けられている。

冷房運転時には、複合弁１０の流量制御弁体２１、開閉弁体２２が共に全開、電磁バイパス弁２１０が弁閉、電動式絞り弁２０９が流量制御状態に設定される。

これにより、電動圧縮機２０１→ヒータ用室内熱交換器２０２→全開の流量制御弁体２１、開閉弁体２２→室外用熱交換器２０４→内部熱交換器２０６→エジェクタ２０７→アキュームレータ２０８→内部熱交換器２０６→電動圧縮機１０１の冷媒循環路と、アキュームレータ２０８→流量制御状態の電動式絞り弁２０９→クーラ用室内熱交換器２０３→エジェクタ２０７の冷媒路が確立し、冷房運転が行われる。

この冷房運転時には、電動圧縮機２０１の起動前に、複合弁１０の流量制御弁体２１をステッピングモータ７０によって全開位置に位置させる。これにより、複合弁１０の開閉弁体２２も弁開ばね３３のばね力により差圧が及ばない全開位置に位置する。

その後に電動圧縮機２０１を起動し、電動圧縮機２０１の起動後も流量制御弁体２１は全開状態を維持する。これにより、開閉弁体２２も全開状態を維持する。

暖房運転時には、図８に示されているように、複合弁１０の流量制御弁体２１が流量制御状態、開閉弁体２２が弁閉、電磁バイパス弁２１０が弁開、電動式絞り弁２０９が弁閉状態に設定される。

これにより、電動圧縮機２０１→ヒータ用室内熱交換器２０２→流量制御状態の流量制御弁体２１→室外用熱交換器２０４→内部熱交換器２０６→電磁バイパス弁２１０→アキュームレータ２０８→内部熱交換器２０６→電動圧縮機２０１の冷媒循環路が確立し、暖房運転が行われる。

この暖房運転時には、電動圧縮機２０１の起動前に、複合弁１０の流量制御弁体２１のイニシャライズを弁閉側で行う。これにより、複合弁１０の開閉弁体２２が弁閉位置近くに位置する。このイニシャライズ状態で電動圧縮機２０１を起動する。これにより、開閉弁体２２は、入口ポート１３側の流体圧力と出口ポート１４側の流体圧力との差圧を弁閉方向に及ぼされ、その差圧によって外側円環弁座面３１と内側円環弁座面３２とに着座し、複数個のバイパス用弁ポート１６が一斉に閉じられる。そして、電動圧縮機２０１の起動時より所定遅れをもって複合弁１０の流量制御弁体２１の開度設定を行い、流量制御を行う。

除湿運転時には、図９に示されているように、複合弁１０の流量制御弁体２１が流量制御状態、開閉弁体２２が弁閉、電磁バイパス弁２１０が弁閉、電動式絞り弁２０９が流量制御状態に設定される。

これにより、電動圧縮機２０１→ヒータ用室内熱交換器２０２→流量制御状態の流量制御弁体２１→室外用熱交換器２０４→内部熱交換器２０６→エジェクタ２０７→アキュームレータ２０８→内部熱交換器２０６→電動圧縮機２０１の冷媒循環路と、アキュームレータ２０８→流量制御状態の電動式絞り弁２０９→クーラ用室内熱交換器２０３→エジェクタ２０７の冷媒路が確立し、除湿運転が行われる。

この除湿運転時も、電動圧縮機２０１の起動前に、複合弁１０の流量制御弁体２１のイニシャライズを弁閉側で行う。これにより、複合弁１０の開閉弁体２２が弁閉位置近くに位置する。このイニシャライズ状態で電動圧縮機２０１を起動する。これにより、開閉弁体２２は、入口ポート１３側の流体圧力と出口ポート１４側の流体圧力との差圧を弁閉方向に及ぼされ、その差圧によって外側円環弁座面３１と内側円環弁座面３２とに着座し、複数個のバイパス用弁ポート１６が一斉に閉じられる。そして、電動圧縮機２０１の起動時より所定遅れをもって複合弁１０の流量制御弁体２１の開度設定を行い、流量制御を行う。

この発明による複合弁の一つの実施形態を示す縦断面図である。図１の弁ポート部分の拡大平面図である。（ａ）は図２の弁ポート部分と複合弁を構成する図１の開閉弁体の拡大斜視図、（ｂ）は図２の弁ポート部分の拡大斜視図である。図１の複合弁が用いられるこの発明によるヒートポンプ式空気調和装置の一つの実施形態を示す冷媒回路の冷房運転時を示す回路図である。図４の冷媒回路の暖房運転時を示す回路図である。図４の冷媒回路の除湿運転時を示す回路図である。図１の複合弁が用いられるこの発明によるヒートポンプ式空気調和装置の他の実施形態を示す冷媒回路の冷房運転時を示す回路図である。図７の冷媒回路の暖房運転時を示す回路図である。図７の冷媒回路の除湿運転時を示す回路図である。

符号の説明

１０複合弁
１１弁ハウジング
１１Ａ円柱状突起
１２弁室
１２Ａ内周面
１３入口ポート
１４出口ポート
１５流量制御用弁ポート
１６バイパス用弁ポート
１７取付部材
１８支持部材
１９ガイド孔
２０弁ホルダ
２１流量制御弁体
２２開閉弁体
２３、２４受圧面
２５貫通孔
２６ガイド片
２７係合下面
２８係合片
２９高滑性ワッシャ
３１外側円環弁座面
３２内側円環弁座面
３３弁開ばね
３４上側ばねリテーナ部材
３５圧縮コイルばね
３６雄ねじ部
３７雌ねじ部
７０ステッピングモータ
７１ロータケース
７２ロータ
７２Ａ外周面部
７２Ｂ突起部
７３ロータ軸
７３Ａ下端部
７３Ｂフランジ部
７４軸受部材
７５ステータコイルユニット
７６磁極歯
７７巻線部
７８電気配線部
７９ガイド支持軸
８０螺旋ガイド線体
８１上側ストッパ部
８２下側ストッパ部
８３可動ストッパ部材
１０１、２０１電動圧縮機
１０２、２０２ヒータ用室内熱交換器
１０３、２０３クーラ用室内熱交換器
１０４、２０４室外用熱交換器
１０５、２０５室内電動ファン
１０６、２０８アキュームレータ
１０７電動膨張弁
１０８、２１０電磁バイパス弁
１１１〜１１６、２１１〜２１８配管
１１７、２１９バイパス配管
２０６内部熱交換器
２０７エジェクタ
２０９電動式絞り弁

Claims

弁ハウジングに形成された入口ポートと出口ポートとの間に、当該両ポート間の流体流れで見て互いに並列に設けられるとともに、中央部に形成された第１の弁ポートおよび第１の弁ポートの外周に形成された第２の弁ポートと、
前記弁ハウジングに形成された弁室内に軸線方向に移動可能に設けられ、軸線方向移動により、前記第１のポートの実効開口面積を増減し、前記入口ポートより前記出口ポートへ流れる流体の流量を制御する流量制御弁体と、
前記流量制御弁体を軸線方向に駆動するアクチュエータと、
前記弁室内に軸線方向に移動可能に設けられ、軸線方向移動により、前記第２の弁ポートを開閉するとともに、中心部に貫通孔２５を有する開閉弁体と、
前記開閉弁体を弁開方向に付勢する弁開ばねとを有し、
前記流量制御弁体が前記開閉弁体の前記貫通孔を通って前記第１のポートの実効開口面積を増減するよう構成され、
前記開閉弁体は、前記流量制御弁体の弁閉方向移動により前記弁開ばねのばね力に抗して弁閉方向に押され、前記入口ポート側の流体圧力と前記出口ポート側の流体圧力との差圧が弁閉方向に及ぶ箇所に位置し、前記流量制御弁体が全開箇所に位置することにより、前記弁開ばねのばね力によって前記入口ポート側の流体圧力と前記出口ポート側の流体圧力との差圧が及ばない弁開箇所に位置する、
ことを特徴とする複合弁。
前記入口ポートは前記弁室の側部に開口し、前記出口ポートならびに第１の弁ポートおよび第２の弁ポートは前記弁室の底部に形成され、前記入口ポート側の流体圧力と前記出口ポート側の流体圧力との差圧が及ばない前記弁開箇所は、前記入口ポートの前記弁室に対する開口部よりも前記弁室の底部とは反対側の天井部側の箇所であることを特徴とする請求項１記載の複合弁。
前記流量制御弁体は流体制御用のニードル弁体により構成され、前記開閉弁体は、表裏両面が受圧面をなす肉薄状のフラット弁により構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の複合弁。
圧縮機と、ヒータ用室内熱交換器と、クーラ用室内熱交換器と、室外用熱交換器とを有し、冷房運転時には圧縮機→ヒータ用室内熱交換器→室外用熱交換器→クーラ用室内熱交換器→圧縮機の冷媒循環路を確立し、暖房運転時には圧縮機→ヒータ用室内熱交換器→室外用熱交換器→圧縮機の冷媒循環路を確立するヒートポンプ式空気調和装置において、
請求項１〜３の何れか１項記載の複合弁が、前記ヒータ用室内熱交換器と前記室外用熱交換器との間に、バイパス弁付き膨張弁として設けられていることを特徴とするヒートポンプ式空気調和装置。
請求項４記載のヒートポンプ式空気調和装置の制御方法において、
暖房運転時には、前記圧縮機の起動前に、前記複合弁の前記流量制御弁体のイニシャライズを弁閉側で行い、このイニシャライズ状態で前記圧縮機を起動し、前記圧縮機の起動時より所定遅れをもって前記流量制御弁体の開度設定を行い、冷房運転時には、前記圧縮機の起動前に前記流量制御弁体を全開位置に位置させ、その後に前記圧縮機を起動し、前記圧縮機の起動後も前記流量制御弁体の全開状態を維持することを特徴とするヒートポンプ式空気調和装置の制御方法。