JP5390181B2

JP5390181B2 - 膨張弁、ヒートポンプ式冷凍サイクル及び空気調和機

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Publication number: JP5390181B2
Application number: JP2008332324A
Authority: JP
Inventors: 隆史林; 英樹関口; 裕金子
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: US7854390B2; US20090293519A1; JP2009287913A

Description

本発明は、冷媒の第１の流れ方向に対して該冷媒の流量を制御するとともに、第２の流れ方向に対して該冷媒を解放して流通させる膨張弁、該膨張弁を用いたヒートポンプ式冷凍サイクル、及び該ヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた空気調和機に関する。

従来、ヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、室外熱交換器と室内熱交換器との間には膨張弁が設けられており、冷房モードのときは室外熱交換器からの冷媒を膨張弁で膨張させて室内熱交換器に導かれ、暖房モードのときは室内熱交換器からの冷媒を膨張弁で膨張させて室外熱交換器に導かれる。このような膨張弁としては、通常運転、デフロスト運転、除湿運転などに対応するように、冷媒の絞り量（冷媒流量）を制御するものが各種提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
特開２０００−２６６１９４号公報特公平６−６５９１５号公報

ところで、ヒートポンプ式冷凍サイクルの多くは、室外熱交換器側（室外ユニット）に膨張弁が設けられており、この場合、膨張弁で膨張された冷媒は長い管路を介して室内熱交換器に流入される。このため、膨張された冷媒に圧力損失が生じやすく、膨張弁における流量制御がしにくいという問題がある。このことは膨張弁を室内熱交換器側に設けた場合も同様である。

そこで、本発明は、ヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、冷房モード時には室内熱交換器側で絞り機能及び流量制御機能を発揮し、暖房モード時には室外熱交換器側で絞り機能及び流量制御機能を発揮できるようにした膨張弁を提供するとともに、そのようなヒートポンプ式冷凍サイクルを提供することを課題とする。

請求項１の膨張弁は、冷媒の第１の流れ方向に対して該冷媒の流量を制御するとともに、第２の流れ方向に対して該冷媒を解放して流通させる膨張弁であって、シリンダ状の主弁室と該主弁室の側部に連通する第１ポート及び該主弁室の軸方向端部に連通する第２ポートが形成された弁ハウジングと、前記主弁室内に該主弁室の軸方向に摺動可能に配置されて、主弁室内で前記第２ポートと反対側に副弁室を形成するとともに、該副弁室と前記第２ポートとを導通可能な弁ポートと該副弁室と前記第１ポートとを常時導通する導通部を有する弁座部材と、前記弁座部材に対する前記軸方向の移動により該弁座部材の前記弁ポートを開閉する弁体と、前記弁体を前記軸方向に駆動する駆動部とを備え、前記第１ポートが高圧の冷媒圧力で前記第２ポートが低圧の冷媒圧力のとき、該第１ポートと第２ポートの差圧により前記弁座部材を前記第２ポートの周囲に着座させて該第２ポートを閉状態とし、前記弁体の前記軸方向位置を前記駆動部で制御することにより、前記副弁室から該弁体と前記弁ポートとの間を介して流れる冷媒流量を制御し、冷媒を逆方向に流して、前記第１ポートが低圧の冷媒圧力で前記第２ポートが高圧の冷媒圧力のとき、前記駆動部により前記弁体を前記軸方向に移動するとともに、該第２ポートと第１ポートの差圧により前記弁座部材を前記第２ポートから離間して該第２ポートを開状態とし、該第２ポートと前記主弁室を介して前記第１ポートに冷媒を解放して流通し、該弁座部材が該第２ポートから離間した最上端位置となったとき、前記弁体と該弁座部材との間にクリアランスを有することを特徴とする。

請求項１の膨張弁において、第１ポートの冷媒圧力が高圧で第２ポートの冷媒圧力が低圧となると、第１ポートと第２ポートの差圧により弁座部材が第２ポートの周囲に着座して該第２ポートが閉状態となる。そして、弁座部材に形成された弁ポートに対して弁体を軸方向に駆動することで、この弁ポートと弁体との間を介して冷媒が第２ポートに流れて膨張する。この弁体の軸方向位置を制御することで流量が制御される。一方、冷媒を逆方向に流して、第２ポートの冷媒圧力が高圧で第１ポートの冷媒圧力が低圧となると、第２ポートと第１ポートの差圧により弁座部材が第２ポートから離間し、第２ポートが開状態となり、冷媒は第２ポートと主弁室を介して第１ポートに流通する。したがって、当該膨張弁をヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器と室内熱交換器とに設け、冷房モード時には室内熱交換器側で絞り機能及び流量制御機能を発揮させ、暖房モード時には室外熱交換器側で絞り機能及び流量制御機能を発揮させることができる。

請求項２の膨張弁は、請求項１に記載の膨張弁であって、前記弁座部材が、前記第２ポート側の底面がテーパ面とされたピストン形状の部材であり、前記導通部としての導通孔が側部に形成されていることを特徴とする。

請求項３の膨張弁は、請求項１に記載の膨張弁であって、前記弁座部材が、前記弁ポートが形成された円板と、該円板の外周に形成され前記主弁室の内側に摺接する複数のガイド板とから構成され、隣接するガイド板の間を前記導通部としたことを特徴とする。

請求項４のヒートポンプ式冷凍サイクルは、冷媒の流れ方向を可逆にして冷房モードと暖房モードを切り換えるようにしたヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膨張弁を室外熱交換器と室内熱交換器との間に２つ備え、両膨張弁の前記第１ポート同士が管路で連通され、第１の膨張弁は室外熱交換器側において前記第２ポートが該室外熱交換器に連結されるとともに、第２の膨張弁は室内熱交換器側において前記第２ポートが該室内熱交換器に連結されている、ことを特徴とする。

請求項４のヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、冷房モード時には室内熱交換器側の膨張弁が絞り機能及び流量制御機能を発揮し、暖房モード時には室外熱交換器側の膨張弁が絞り機能及び流量制御機能を発揮するので、冷房モード、暖房モードのいずれの場合でも、両膨張弁間の管路を流れる膨張前の冷媒を大流量とすることができ、圧力損失を低減することができる。

請求項５の空気調和機は、請求項４に記載のヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた空気調和機であって、前記第１の膨張弁が前記室外熱交換器とともに室外ユニット内に備えられ、前記第２の膨張弁が前記室内熱交換器とともに室内ユニット内に備えられていることを特徴とする。

請求項５の空気調和機おいて、請求項４と同様に圧力損失を低減することができるとともに、室外ユニット及び室内ユニットにおいて、各膨張弁は室外熱交換器及び室内熱交換器の直前でそれぞれ冷媒を膨張させるので、さらに圧力損失を低減することができる。

請求項１の膨張弁によれば、ヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、冷房モード時には室内熱交換器側で絞り機能及び流量制御機能を発揮できるとともに、暖房モード時には室外熱交換器側で絞り機能及び流量制御機能を発揮でき、膨張弁間の管路を流れる膨張前の冷媒を大流量とすることができ、圧力損失を低減することができる。

請求項２の膨張弁によれば、請求項１の効果に加えて、弁座部材を樹脂やアルミなどの軽量の金属等により形成して重量を軽量化し、差圧による弁ポートからの離間を容易にし、圧力損失を低減することができる。また、弁座部材のテーパ面により弁ポートへの求心作用を得ることができる。

請求項３の膨張弁によれば、請求項１の効果に加えて、弁座部材を金属板等のプレス加工で形成することができ、重量を軽量化し、差圧による弁ポートからの離間を容易にし、圧力損失を低減することができる。

請求項４のヒートポンプ式冷凍サイクルによれば、請求項１と同様に、暖房モード時には室外熱交換器側で絞り機能及び流量制御機能を発揮でき、膨張弁間の管路を流れる膨張前の冷媒を大流量とすることができ、圧力損失を低減することができる。

請求項５の空気調和機によれば、さらに圧力損失を低減することができる。

次に、本発明の膨張弁、ヒートポンプ式冷凍サイクル及び空気調和機の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態のヒートポンプ式冷凍サイクル及び空気調和機を示す図、図２は実施形態の膨張弁の絞り状態の縦断面図、図３は同膨張弁の全開状態の縦断面図である。

図１において、符号１０₁，１０₂は本発明の実施形態の第１の膨張弁及び第２の膨張弁であり、第１の膨張弁１０₁は室外ユニット１００に搭載され、第２の膨張弁１０₂は室内ユニット２００に搭載されている。また、符号２０は室外ユニット１００に搭載された室外熱交換器、３０は室内ユニット２００に搭載された室内熱交換器、４０は四方弁を構成する流路切換弁、５０は圧縮機である。なお、流路切換弁４０及び圧縮機５０は室外ユニット１００に搭載されている。膨張弁１０₁，１０₂、室外熱交換器２０、室内熱交換器３０、流路切換弁４０、及び圧縮機５０は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成している。なお、アキュムレータ、圧力センサ、温度センサ等は図示を省略してある。

冷凍サイクルの流路は流路切換弁４０により「冷房モード」および「暖房モード」の２通りの流路に切換えられる。冷房モードでは、図１に実線の矢印で示すように、圧縮機５０で圧縮された冷媒は流路切換弁４０から室外熱交換器２０に流入され、第１の膨張弁１０₁を介して管路ａを流れて第２の膨張弁１０₂に流入される。そして、この第２の膨張弁１０₂で冷媒が膨張され、室内熱交換機３０に流入される。この室内熱交換器３０に流入された冷媒は、流路切換弁４０を介して圧縮機５０に流入される。一方、暖房モードでは、図１に破線の矢印で示すように、圧縮機５０で圧縮された冷媒は流路切換弁４０から室内熱交換器３０に流入され、第２の膨張弁１０₂、管路ａを通って第１の膨張弁１０₁に流入される。そして、この第１の膨張弁１０₁で冷媒が膨張され、室外熱交換器２０、流路切換弁４０、圧縮機５０の順に循環される。

ここで、膨張弁１０₁，１０₂は、後述のように冷媒の流量を制御しない全開状態と、冷媒の流量を制御する絞り状態とをとり、全開状態ではＡ側である後述の継手管１２ａから冷媒が流入してＢ側である継手管１１ａから流出する。また、絞り状態ではＢ側である継手管１１ａから冷媒が流入してＡ側である継手１２ａから流出する。すなわち、冷房モードにおいては第１の膨張弁１０₁は全開状態で第２の膨張弁１０₂が絞り状態となり、また、暖房モードにおいては、第２の膨張弁１０₂が全開状態で第１の膨張弁１０₁が絞り状態となる。したがって、冷房モードでは、室外熱交換器２０が凝縮器として機能し、室内熱交換器３０が蒸発器として機能し、室内の冷房がなされる。また、暖房モードでは、室外熱交換器２０が蒸発器として機能し、室内熱交換器３０が凝縮器として機能し、室内の暖房がなされる。

また、冷房モードにおいて第２の膨張弁１０₂は室内熱交換器３０の直前で冷媒を膨張させ、暖房モードにおいて第１の膨張弁１０₁は室外熱交換器２０の直前で冷媒を膨張させる。そして、冷房モード及び暖房モードのいずれのモードでも、第１の膨張弁１０₁と第２の膨張弁１０₂を接続する管路ａでは冷媒の流れは大流量となり、絞り機能を持つ膨張弁手前での圧力損失を低減することができ、運転能力が向上する。

次に、図２及び図３に基づいて第１実施形態の膨張弁１０₁，１０₂について説明する。なお、膨張弁１０₁，１０₂の符号の添え字は、第１の膨張弁と第２の膨張弁とを区別するものであるが、以下の説明において両者を区別しない場合など添え字は適宜省略する。

図２及び図３に示すように、膨張弁１０は、弁ハウジング１を有し、弁ハウジング１には、円筒シリンダ状の主弁室１Ａと、主弁室１Ａの片側内周面に開口した第１ポート１１と、主弁室１Ａの軸Ｌ１方向の片側端部に開口した第２ポート１２とが形成されている。第１ポート１１と第２ポート１２には継手管１１ａ，１２ａがそれぞれ取り付けられている。

主弁室１Ａ内には、弁座部材２が配設されている。弁座部材２は主弁室１Ａの軸Ｌ１周りの径が大きな大径部２１と、径が小さな小径部２２を有し、この小径部２２の内側が副弁室２Ａとなっている。また、小径部２２には、副弁室２Ａと第２ポート１２とを導通可能な弁ポート２３と、副弁室２Ａと第１ポート１１とを常時導通する導通部としての複数の高圧導入口２４が形成されている。そして、弁座部材２は、大径部２１の周囲を主弁室１Ａの内側に摺接したピストン形状となっており、この弁座部材２は主弁室１Ａ内で軸Ｌ１方向に摺動可能となっている。この複数の高圧導入口２４のバルブがもつ容量係数Ｃ₂₄と弁ポート２３のバルブがもつ容量係数Ｃ₂₃との関係は、Ｃ₂₄＞Ｃ₂₃となっている。これにより、後述のように第２ポート１２が高圧のとき、この第２ポート１２と副弁室２Ａとの差圧が効いて、弁座部材２が第２ポート１２から離間する。

弁ハウジング１の上部には固定金具３１によって支持部材３が固着されている。支持部材３には軸Ｌ１方向に長いガイド孔３２が形成されており、このガイド孔３２には円筒状の弁ホルダ４が軸Ｌ１方向に摺動可能に嵌合されている。これにより、弁ホルダ４は支持部材３を介して弁ハウジング１に対して軸Ｌ１方向に移動可能に支持されている。

弁ホルダ４は主弁室１Ａと同軸に取り付けられ、この弁ホルダ４の副弁室２Ａ側の下端部には端部がニードル状の弁体５が固着されている。弁体５は、弁ホルダ４と共に弁座部材２の副弁室２Ａ内を軸Ｌ１方向に移動することにより、弁ポート２３の開口面積を増減し、第１ポート１１から第２ポート１２へ流れる流体の流量を制御する。なお、弁体５は、図２に示すように最降下した全閉位置と、図３に示すように最上昇した全開位置との間で移動可能になっている。

また、弁ホルダ４は、後述の駆動部としてのステッピングモータ６のロータ軸６１に係合している。すなわち、ロータ軸６１の下端部６１Ａにはフランジ部６１ａが一体形成され、このフランジ部６１ａが弁ホルダ４の上端部と共にワッシャ４１を挟み込み、このロータ軸６１の下端部６１Ａは、弁ホルダ４の上端部で回転可能に係合している。この係合により、弁ホルダ４がロータ軸６１によって回転可能に吊り下げた状態で支持されている。また、弁ホルダ４内には、バネ受け４２が軸Ｌ１方向に移動可能に設けられている。バネ受け４２と弁体５との間には圧縮コイルバネ４３が所定の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、バネ受け４２は、上側に付勢され、ロータ軸６１の下端部６１Ａに当接係合している。

ロータ軸６１には雄ねじ部６１ｂが形成されており、この雄ねじ部６１ｂは支持部材３に形成された雌ねじ部３ａに螺合している。これにより、ロータ軸６１は回転に伴って軸Ｌ１線方向に移動する。

弁ハウジング１の上端には、ステッピングモータ６のケース６２が溶接等によって気密に固定されている。ケース６２内には、外周部を多極に着磁されたマグネットロータ６３が回転可能に設けられ、このマグネットロータ６３にはロータ軸６１が固着されている。また、ケース６２内には、その天井部から垂下された円筒状のガイド６２ａが設けられ、このガイド６２ａ内には円筒状の軸受け部材６４が配設されている。そして、ロータ軸６１の上端部６１Ｂが軸受け部材６４に回転可能に嵌合されている。

さらに、ケース６２内には、ガイド６２ａの外周に装着された螺旋ガイド線体６５、螺旋ガイド線体６５に螺合した可動ストッパ部材６６が設けられている。マグネットロータ６３には突起部６３ａが形成されており、マグネットロータ６３の回転に伴って突起部６３ａが可動ストッパ部材６６を蹴り回すことにより、可動ストッパ部材６６が螺旋ガイド線体６５との螺合によって旋回しながら上下動する。この上下動によって可動ストッパ部材６６が、螺旋ガイド線体６５の上端側のストッパ部６５ａ、あるいは螺旋ガイド線体６５の下端側のストッパ部６５ｂに当接することによって、弁開、あるいは弁閉の回転ストッパ作用が得られる。

また、ケース６２の外周には、ステータコイル６７が配設されており、駆動部としてのステッピングモータ６は、ステータコイル６７にパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ６３を回転させる。そして、このマグネットロータ６３の回転によってマグネットロータ６３と一体のロータ軸６１が回転し、この回転に伴うロータ軸６１の軸Ｌ１方向移動によって弁ホルダ４と共に弁体５が軸Ｌ１方向に移動する。

以上の構成により、第１実施形態の膨張弁１０は以下のように動作する。図２は継手管１１ａ（第１ポート１１）側から高圧冷媒が流入されて、冷媒流量が制御され、継手管１２ａ（第２ポート１２）から膨張された冷媒が流出する状態を示している。この場合、第１ポート１１、主弁室１Ａ、高圧導入口２４及び副弁室２Ａ内が高圧で第２ポート１２側が低圧となるため、その冷媒圧力の差圧により、弁座部材２は第２ポート１２の周囲に着座して、この第２ポート１２を閉状態とする。そして、弁体５の軸Ｌ１方向位置をステッピングモータ６で制御することにより、副弁室２Ａから弁体５と弁ポート２３との間を介して流れる冷媒流量が制御される。

一方、圧縮機５０を停止するとともに流路切換弁４０を切り換える。このとき、ステッピングモータ６で制御して、弁体５を弁座部材２から離間する方向（上方）に移動し、再び圧縮機５０を駆動する。これにより、継手管１２ａ（第２ポート１２）側から高圧冷媒を流入して、継手管１１ａ（第１ポート１１）から冷媒を流出する状態とすると、第２ポート１２が高圧で主弁室１Ａ、副弁室２Ａ及び第１ポート１１側が低圧となる。そして、冷媒圧力の差圧により弁座部材２は第２ポート１２から離間し、図３の状態になる。すなわち、第２ポート１２は開状態となる。これにより、第２ポート１２と主弁室１Ａを介して第１ポート１１に冷媒が解放して流通するようになる。

図４は流量制御を行うときの弁体５と弁座部材２の位置関係を示す図、図５は全開状態とするときの弁体５と弁座部材２の位置関係を示す図である。なお、ステッピングモータ６は前記のようにパルス信号により駆動されるので、弁体５が最下端にあるときから加えるパルス信号のパルス数が回転量に対応する。図４(A) はステッピングモータ６のパルス数が０パルスのときであり、弁ポート２３は弁体５により閉状態となっている。図４(B)はパルス数が１５０パルスのときである。流量制御は０パルス〜４８０パルスの範囲で流量制御が行われる。図５(A) は図３の状態とする前段の状態であり、圧縮機５０を停止し、ステッピングモータ６のパルス数を４８０パルスとして弁体５を弁ポート２３から離間させた状態である。そして、流路切換弁４０を切り換え、再び圧縮機５０を駆動して第２ポート１２側から高圧冷媒を流入すると図５(B) のように、弁座部材２が第２ポート１２から離間する。なお、図５(A) のときの弁体５と弁座部材２とのクリアランスをＡ１、図５(B) のときの弁座部材２と第２ポート１２の周囲とのクリアランスをＢとすると、Ａ１＞Ｂとなるように設定されており、弁座部材２が離間してその上端部が支持部材３に当接して最上端位置になったときでも、弁体５と弁座部材２との間にクリアランスＡ２があり、弁体５が弁ポート２３に食い込むことがない。

図６は第２実施形態の膨張弁１０の絞り状態の縦断面図、図７は同膨張弁１０の全開状態の縦断面図、図８は図７のＰ−Ｐ断面図、図９は同膨張弁１０の弁座部材の斜視図である。なお、この第２実施形態の膨張弁１０も図１の冷凍サイクルに使用される。

この第２実施形態の膨張弁１０は、弁ハウジング７を有し、弁ハウジング７には円筒シリンダ状の主弁室７Ａが形成されている。主弁室７Ａの片側内周面には継手管７１１が取り付けられ、この継手管７１１の端部は主弁室７Ａに開口する第１ポート７１となっている。また、主弁室７Ａの軸Ｌ１方向の片側端部には弁座リング７２１と継手管７２２が取り付けられ、この弁座リング７２１の端部が第２ポート７２となっている。なお、弁座リング７２１と弁ハウジング７とが一体に形成されていてもよい。

主弁室７Ａ内には、弁座部材８が配設されている。弁座部材８は金属板のプレス加工により形成され、主弁室７Ａの軸Ｌ１に直角に交差する円板８１と３つのガイド板８２，８３，８４とで構成されている。各ガイド板８２，８３，８４は、円板８１の周囲から３方に延設するとともに軸Ｌ１と平行な方向にＬ形に立設されている。そして、円板８１と３つのガイド板８２，８３，８４で囲まれた内側の部分が副弁室８Ａとなっている。また、円板８１の中央には、副弁室８Ａと第２ポート７２とを導通可能な弁ポート８１ａが形成されている。図８に示すように、２つのガイド板８３，８４は第１ポート７１の継手管７１１の端部の両脇に配置され、この２つのガイド板８３，８４の間が、副弁室８Ａと第１ポート７１とを常時導通する導通部となっている。

そして、弁座部材８は、ガイド板８２，８３，８４の周囲を主弁室７Ａの内側に摺接して、主弁室７Ａ内で軸Ｌ１方向に摺動可能となっている。図７の状態となるのは、第２ポート７２から流入する場合、弁ポート８１ａの通過流路面積が、第１ポート７１の通過流路面積よりも小さいことによる。これにより、第２ポート7２が高圧のとき、この第２ポート７２と副弁室８Ａとの差圧が効いて、弁座部材８が第２ポート７２（弁座リング７２１）から離間する。

弁ハウジング７の上部には固定金具３４によって支持部材３３が固着されている。支持部材３３には軸Ｌ１方向に長いガイド孔３５が形成されており、このガイド孔３５には円筒状の弁ホルダ４４が軸Ｌ１方向に摺動可能に嵌合されている。これにより、弁ホルダ４４は支持部材３３を介して弁ハウジング７に対して軸Ｌ１方向に移動可能に支持されている。

弁ホルダ４４は主弁室７Ａと同軸に取り付けられ、この弁ホルダ４４の副弁室８Ａ側の下端部には端部がニードル状の弁体５１が固着されている。弁体５１は、弁ホルダ４４と共に弁座部材８の副弁室８Ａ内を軸Ｌ１方向に移動することにより、弁ポート８１ａの開口面積を増減し、第１ポート７１から第２ポート７２へ流れる流体の流量を制御する。なお、弁体５１は、図６に示すように最降下した全閉位置と、図７に示すように最上昇した全開位置との間で移動可能になっている。

また、弁ホルダ４４は、駆動部としてのステッピングモータ９のロータ軸９１に係合している。ロータ軸９１の下端部９１Ａにはフランジ部９１ａが一体形成され、このフランジ部９１ａが弁ホルダ４４の上端部と共にワッシャ４４１を挟み込み、このロータ軸９１の下端部９１Ａは、弁ホルダ４４の上端部で回転可能に係合している。この係合により、弁ホルダ４４がロータ軸９１によって回転可能に吊り下げた状態で支持されている。また、弁ホルダ４４内には、バネ受け４４２が軸Ｌ１方向に移動可能に設けられている。バネ受け４４２と弁体５１との間には圧縮コイルバネ４４３が所定の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、バネ受け４４２は、上側に付勢され、ロータ軸９１の下端部９１Ａに当接係合している。

ロータ軸９１には雄ねじ部９１ｂが形成されており、この雄ねじ部９１ｂは支持部材３３に形成された雌ねじ部３３ａに螺合している。これにより、ロータ軸９１は回転に伴って軸Ｌ１線方向に移動する。

弁ハウジング７の上端には、ステッピングモータ９のケース９２が溶接等によって気密に固定されている。ケース９２内には、外周部を多極に着磁されたマグネットロータ９３が回転可能に設けられ、このマグネットロータ９３にはロータ軸９１が固着されている。また、ケース９２内には、その天井部から垂下された円柱状のガイド９２ａが設けられている。

さらに、ケース９２内には、ガイド９２ａの外周に装着された螺旋ガイド線体９５、螺旋ガイド線体９５に螺合した可動ストッパ部材９６が設けられている。マグネットロータ９３には突起部９３ａが形成されており、マグネットロータ９３の回転に伴って突起部９３ａが可動ストッパ部材９６を蹴り回すことにより、可動ストッパ部材９６が螺旋ガイド線体９５との螺合によって旋回しながら上下動する。そして、可動ストッパ部材９６が、螺旋ガイド線体９５の下端側のストッパ部９５ｂに当接することによって、弁閉の回転ストッパ作用が得られる。

また、ケース９２の外周には、ステータコイル９７が配設されており、駆動部としてのステッピングモータ９は、ステータコイル９７のにパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ９３を回転させる。そして、このマグネットロータ９３の回転によってマグネットロータ９３と一体のロータ軸９１が回転し、この回転に伴うロータ軸９１の軸Ｌ１方向移動によって弁ホルダ４４と共に弁体５１が軸Ｌ１方向に移動する。

以上の構成により、第２実施形態の膨張弁１０は以下のように動作する。まず、継手管７１１（第１ポート７１）側から高圧冷媒が流入されて、冷媒流量が制御され、継手管７２２（第２ポート７２）から膨張された冷媒が流出する。この場合、第１ポート７１、主弁室７Ａ及び副弁室８Ａ内が高圧で第２ポート７２側が低圧となるため、その冷媒圧力の差圧により、弁座部材８は弁座リング７２１に着座して、第２ポート７２を閉状態とする。そして、弁体５１の軸Ｌ１方向位置をステッピングモータ９で制御することにより、副弁室８Ａから弁体５１と弁ポート８１ａとの間を介して流れる冷媒流量が制御される。

一方、圧縮機５０を停止するとともに流路切換弁４０を切り換える。このとき、ステッピングモータ９で制御して、弁体５１を弁座部材８から離間する方向（上方）に移動し、再び圧縮機５０を駆動する。弁体５１が弁座部材８から離間しているので、継手管７２２から冷媒が流入すると、弁座部材８が弁座リング７２１に着座した状態で、第２ポート７２が高圧で主弁室７Ａ、副弁室８Ａ及び第１ポート７１側が低圧となる。そして、冷媒圧力の差圧により弁座部材８は弁座リング７２１（第２ポート７２）から離間する。すなわち、第２ポート７２は開状態となる。これにより、第２ポート７２と主弁室７Ａを介して第１ポート７１に冷媒が解放して流通するようになる。

なお、ステッピングモータ９は第１実施形態と同様にパルス信号で駆動され、流量制御は、図６の冷媒の流れのときに０パルス〜４８０パルスの範囲で行う。

このように第１実施形態及び第２実施形態の膨張弁１０は、冷媒の流量を制御しない全開状態（図３、図７）と、冷媒の流量を制御する絞り状態（図２、図６）とをとることができ、前掲の図１で説明したヒートポンプ式冷凍サイクルにおける２つの膨張弁１０₁，１０₂が実現される。したがって、前記のようにヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、冷房モード及び暖房モードのいずれのモードでも、管路ａでの冷媒の流れを大流量とすることができる。

ここで、第１実施形態の弁座部材２は、第２ポート１２に対向する面がテーパ面になっているので、この弁座部材２が第２ポート１２をシールするとき（着座するとき）、弁座部材２の下降時に若干のズレが生じても、このテーパ面が第２ポート１２の周囲が沿うので、求心作用がある。しかし、第２実施形態の弁座部材８はフラットな円板８１で第２ポート７２をシールするので、この弁座部材８の下降時に弁座部材８と弁ハウジング７とのクリアランス分だけ芯ズレが生じる。そこで、弁座部材８の着座後、第１ポート７１から第２ポート７２への流れの圧力が加わる前に、ステッピングモータ９を０パルスの基点位置にし、弁体５１に弁ポート８１ａを倣わせて、芯出しを行う。また、第２実施形態のようなプレス加工した弁座部材でも円板８１相当の部分に第２ポート７２に対向する面をテーパ面となるように加工すれば、第１実施形態と同様な求心作用が得られる。

以上の実施形態において、弁座部材が第２ポートから離間させる力は、第１ポートと第２ポートの差圧であるが、差圧が小さいと弁座部材の上昇が不十分となり圧力損失が生じる恐れがある。そこで、第１実施形態の弁座部材２は、樹脂あるいはアルミ等の軽量の金属により形成するのが望ましい。ただし、樹脂の場合には、配管内にゴミが混入すると弁座部材の摩耗が著しくなることがある。これに対して第２実施形態の弁座部材８は薄肉の金属板のプレス加工で形成したものであり、軽量で摩耗に対する耐久性が高くなっている。

本発明の実施形態のヒートポンプ式冷凍サイクルを示す図である。本発明の第１実施形態の膨張弁の絞り状態の縦断面図である。同膨張弁の全開状態の縦断面図である。同膨張弁の流量制御時の弁体と弁座部材の位置関係を示す図である。同膨張弁を全開状態とする時の弁体と弁座部材の位置関係を示す図である。本発明の第２実施形態の膨張弁の絞り状態の縦断面図である。同膨張弁の全開状態の縦断面図である。図７のＰ−Ｐ断面図である。同膨張弁の弁座部材の斜視図である。

符号の説明

１，７弁ハウジング
１Ａ，７Ａ主弁室
１１，７１第１ポート
１２，７２第２ポート
２，８弁座部材
２Ａ，８Ａ副弁室
２３，８１ａ弁ポート
２４高圧導入口（導通部）
５，５１弁体
６，９ステッピングモータ（駆動部）
１０₁ 第１の膨張弁
１０₂ 第２の膨張弁
２０室外熱交換器
３０室内熱交換器
４０流路切換弁
５０圧縮機
１００室外ユニット
２００室内ユニット
ａ管路

Claims

冷媒の第１の流れ方向に対して該冷媒の流量を制御するとともに、第２の流れ方向に対して該冷媒を解放して流通させる膨張弁であって、
シリンダ状の主弁室と該主弁室の側部に連通する第１ポート及び該主弁室の軸方向端部に連通する第２ポートが形成された弁ハウジングと、
前記主弁室内に該主弁室の軸方向に摺動可能に配置されて、主弁室内で前記第２ポートと反対側に副弁室を形成するとともに、該副弁室と前記第２ポートとを導通可能な弁ポートと該副弁室と前記第１ポートとを常時導通する導通部を有する弁座部材と、
前記弁座部材に対する前記軸方向の移動により該弁座部材の前記弁ポートを開閉する弁体と、
前記弁体を前記軸方向に駆動する駆動部とを備え、
前記第１ポートが高圧の冷媒圧力で前記第２ポートが低圧の冷媒圧力のとき、該第１ポートと第２ポートの差圧により前記弁座部材を前記第２ポートの周囲に着座させて該第２ポートを閉状態とし、前記弁体の前記軸方向位置を前記駆動部で制御することにより、前記副弁室から該弁体と前記弁ポートとの間を介して流れる冷媒流量を制御し、
冷媒を逆方向に流して、前記第１ポートが低圧の冷媒圧力で前記第２ポートが高圧の冷媒圧力のとき、前記駆動部により前記弁体を前記軸方向に移動するとともに、該第２ポートと第１ポートの差圧により前記弁座部材を前記第２ポートから離間して該第２ポートを開状態とし、該第２ポートと前記主弁室を介して前記第１ポートに冷媒を解放して流通し、該弁座部材が該第２ポートから離間した最上端位置となったとき、前記弁体と該弁座部材との間にクリアランスを有する
ことを特徴とする膨張弁。
前記弁座部材が、前記第２ポート側の底面がテーパ面とされたピストン形状の部材であり、前記導通部としての導通孔が側部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
前記弁座部材が、前記弁ポートが形成された円板と、該円板の外周に形成され前記主弁室の内側に摺接する複数のガイド板とから構成され、隣接するガイド板の間を前記導通部としたことを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
冷媒の流れ方向を可逆にして冷房モードと暖房モードを切り換えるようにしたヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膨張弁を室外熱交換器と室内熱交換器との間に２つ備え、両膨張弁の前記第１ポート同士が管路で連通され、第１の膨張弁は室外熱交換器側において前記第２ポートが該室外熱交換器に連結されるとともに、第２の膨張弁は室内熱交換器側において前記第２ポートが該室内熱交換器に連結されている、
ことを特徴とするヒートポンプ式冷凍サイクル。
請求項４に記載のヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた空気調和機であって、
前記第１の膨張弁が前記室外熱交換器とともに室外ユニット内に備えられ、前記第２の膨張弁が前記室内熱交換器とともに室内ユニット内に備えられていることを特徴とする空気調和機。