JP6342084B2 - 空調機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機に関し、特に、膨張弁の弁開度が増減する空調機に関するものである。

外気温度が高いときには、空調機の冷房運転における必要冷却能力が増大するため、空調機を循環する冷媒流量を増大させることが求められる。他方、外気温度が低いときには、空調機の冷房運転における必要冷却能力が減少するため、空調機を循環する冷媒流量を減少させることが求められる。つまり、空調機の冷房運転において、外気温度にあわせて空調機を循環する冷媒流量を適切に調整することが求められる。

また、従来、膨張弁の弁開度を調整可能な空調機が提案されている。たとえば特開昭５６−１５１８５８号公報（特許文献１）には、従来技術として、弁開度を調整可能な膨張弁としての冷凍機用過冷却制御装置が開示されている。この冷凍機用過冷却制御装置では、凝縮器の出口の冷媒温度が出口配管に取り付けられた感温筒により熱的変化として検知される。この熱的変化が感温筒に封入された被加熱媒体の圧力変化に変換される。この圧力変化によりダイヤフラムが変位することでダイヤフラムに接続された弁体が変位する。弁体が変位することで弁体と弁座との間隙が調整される。これにより、弁の絞り量が調整される。

特開昭５６−１５１８５８号公報

しかしながら、上記公報に記載された冷凍機用過冷却制御装置では、過冷却度を一定に保つように弁の絞り量が調整される。したがって、凝縮器の出口の冷媒温度が高いときに弁の絞り量が大きくなり、凝縮器の出口の冷媒温度が低いときに弁の絞り量が小さくなる。外気温度と凝縮温度とは比例するため、この冷凍機用過冷却制御装置では、外気温度が高いときに冷媒流量を増加させることはできず、外気温度が低いときに冷媒流量を減少させることもできない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、外気温度が高いときに空調機を循環する冷媒量を増大させることができ、外気温度が低いときに空調機を循環する冷媒量を減少させることができる空調機を提供することである。

本発明の空調機は、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、温度検知部とを備えている。圧縮機は、冷媒を圧縮する。凝縮器は圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する。膨張弁は、凝縮器により凝縮された冷媒を減圧する。蒸発器は、膨張弁により減圧された冷媒を蒸発させる。温度検知部は、凝縮器に取り付けられ、かつ凝縮器内の冷媒の温度を検出する。膨張弁は、ケースと、ダイヤフラムと、ダイヤフラムに接続された弁体と、ケースに取り付けられた弁座とを有している。ケースは、ダイヤフラムで仕切られた第１室と第２室とを有している。第１室は、温度検知部に封入された冷媒を出入可能に構成されている。第２室は、弁体と弁座とが収納されており、かつ凝縮器により凝縮された冷媒が流入するように構成されている。ダイヤフラムは、第１室の圧力である温度検知部の内圧と、第２室の圧力である凝縮器で凝縮された冷媒の圧力との差圧により変形可能に構成されている。膨張弁は、ダイヤフラムの変形によって弁体が移動することにより膨張弁の弁開度を調整することにより、膨張弁を通る冷媒の流量を調整可能である。温度検知部で検出された冷媒の温度が上昇すると膨張弁の弁開度が増加し、温度検知部で検出された冷媒の温度が低下すると膨張弁の弁開度が減少する。膨張弁は、第１流路と、第１流路よりも小さな流量を有する第２流路とを含む。膨張弁は、温度検知部で検出された冷媒の温度が上昇すると第１流路に切り替えられ、温度検知部で検出された冷媒の温度が低下すると第２流路に切り替えられる。

本発明の空調機によれば、温度検知部は凝縮器内の冷媒の温度を検出する。そして、温度検知部で検出された冷媒の温度が上昇すると膨張弁の弁開度が増加し、温度検知部で検出された冷媒の温度が低下すると膨張弁の弁開度が減少する。凝縮器内の冷媒の温度は外気温度に比例する。したがって、外気温度が高いと温度検知部で検知された冷媒の温度が高くなり、外気温度が低いと温度検知部で検知された冷媒の温度が低くなる。このため、外気温度が高いときに膨張弁の弁開度を増加させることができ、外気温度が低いときに膨張弁の弁開度を減少させることができる。これにより、外気温度が高いときに空調機を循環する冷媒量を増大させることができ、外気温度が低いときに空調機を循環する冷媒流量を減少させることができる。

本発明の実施の形態１における空調機の冷凍サイクルの構造を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態１における空調機の膨張弁の構造を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における空調機の膨張弁の動作を説明するための断面図である。 冷房負荷と外気温度との関係を示す図である。 必要冷媒流量と外気温度との関係を示す図である。 必要Ｃｖ値と外気温度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における膨張弁のＣｖ値と外気温度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２における空調機の膨張弁の構造を概略的に示す断面図である。 図８のＰ部を示す拡大図であり、第１流路を説明するための断面図である。 図８のＰ部を示す拡大図であり、第２流路を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態２の変形例における膨張弁の第３孔を冷媒が流れる状態を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態２の変形例における膨張弁の第３孔および第４孔を冷媒が流れる状態を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態３における空調機の冷凍サイクルの構造を概略的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における空調機の冷凍サイクルの構造図である。まずは、図１を参照して、本発明の実施の形態１における空調機１０の構成について説明する。

本実施の形態の空調機１０は、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、蒸発器４と、凝縮器用送風機５と、蒸発器用送風機６と、温度検知部７と、管８と、配管ＰＩ１〜ＰＩ４とを主に有している。圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、凝縮器用送風機５と、温度検知部７と、管８とは室外機１１に収容されている。蒸発器４と、蒸発器用送風機６とは室内機１２に収容されている。

圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、蒸発器４とが配管ＰＩ１〜ＰＩ４を介して連通されることにより冷凍サイクルが構成されている。具体的には、圧縮機１と凝縮器２とは互いに配管ＰＩ１で接続されている。凝縮器２と膨張弁３とは互いに配管ＰＩ２で接続されている。膨張弁３と蒸発器４とは互いに配管ＰＩ３で接続されている。蒸発器４と圧縮機１とは互いに配管ＰＩ４で接続されている。冷凍サイクルは、圧縮機１、配管ＰＩ１、凝縮器２、配管ＰＩ２、膨張弁３、配管ＰＩ３、蒸発器４、配管ＰＩ４の順に冷媒が循環するように構成されている。冷媒は、たとえば、Ｒ４１０ａ、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆ等を用いることが可能である。

圧縮機１は、冷媒を圧縮するように構成されている。また、圧縮機１は吸入した冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。圧縮機１は容量可変に構成されている。本実施の形態の圧縮機１は、回転数を可変に制御可能に構成されている。具体的には、圧縮機１は、図示しない制御装置からの指示に基づいて駆動周波数が変更されることにより、圧縮機１の回転数が調整される。これにより、圧縮機１の容量が変化する。この圧縮機１の容量は単位時間あたりの冷媒を送り出す量である。つまり、圧縮機１は高容量運転および低容量運転を行うことができる。高容量運転では、圧縮機１の駆動周波数を高くすることにより冷媒回路を循環する冷媒の流量を多くして運転が行われる。低容量運転では、圧縮機１の駆動周波数を低くすることにより冷媒回路を循環する冷媒の流量を少なくして運転が行われる。

凝縮器２は、圧縮機１により圧縮された冷媒を凝縮するように構成されている。凝縮器２は、パイプとフィンとで構成された空気熱交換器である。膨張弁３は、凝縮器２により凝縮された冷媒を減圧するように構成されている。膨張弁３は、膨張弁３の弁開度を調整することにより、膨張弁３を通る冷媒の流量を調整可能に構成されている。この膨張弁３を通る冷媒の流量は、単位時間当たりの流量である。蒸発器４は、膨張弁３により減圧された冷媒を蒸発させるように構成されている。蒸発器４は、パイプとフィンとで構成された空気熱交換器である。

凝縮器用送風機５は、凝縮器２における室外の空気と冷媒との熱交換量を調整するように構成されている。凝縮器用送風機５はファン５ａとモータ５ｂとで構成されている。モータ５ｂは、ファン５ａを回転数可変に回転させるように構成されていてもよい。また、モータ５ｂはファン５ａを回転数一定に回転させるように構成されていてもよい。蒸発器用送風機６は、蒸発器４における室内の空気と冷媒との熱交換量を調整するように構成されている。蒸発器用送風機６は、ファン６ａとモータ６ｂとで構成されている。モータ６ｂは、ファン６ａを回転数可変に回転させるように構成されていてもよい。また、モータ６ｂはファン６ａを回転数一定に回転させるように構成されていてもよい。

温度検知部７は、凝縮器２に取り付けられている。温度検知部７は、凝縮器２内の冷媒の温度を検出するように構成されている。温度検知部７は、管８を介して膨張弁３に接続されている。温度検知部７で検出された冷媒の温度が上昇すると膨張弁３の弁開度が増加し、温度検知部７で検出された冷媒の温度が低下すると膨張弁３の弁開度が減少する。温度検知部７は、凝縮器２内において冷媒が凝縮されて液化する前の状態の冷媒の温度を検出する。温度検知部７は、凝縮器２において冷媒の凝縮温度を検知できる箇所に設けられている。そのため、温度検知部７は、凝縮器２の入口部分、または、凝縮器２の入口と出口との中間部分に設けられていてもよい。

図１および図２を参照して、本実施の形態における膨張弁３および温度検知部７の具体例の構成について詳しく説明する。

膨張弁３は、温度式膨張弁である。温度式膨張弁である膨張弁３は、凝縮器２内の冷媒の温度変化に従って弁開度が調整されるように構成されている。温度検知部７は、感温筒である。感温筒である温度検知部７には冷媒サイクルに用いられる冷媒と同様の性質を有する冷媒が封入されている。

膨張弁３は、ケース３１と、ダイヤフラム３２と、弁体３３と、弁座３４と、バネ３５とを有している。ケース３１の内部を仕切るようにケース３１の内側にダイヤフラム３２が取り付けられている。ケース３１は、ダイヤフラム３２で仕切られた第１室Ｓ１と、第２室Ｓ２とを有している。

第１室Ｓ１に管８が挿入されている。第１室Ｓ１は、管８を経由して、感温筒である温度検知部７に封入された冷媒を出入可能に構成されている。つまり、感温筒である温度検知部７に封入された冷媒は、図２中両矢印Ａ１で示すように、管８を通って第１室Ｓ１を出入する。

第２室Ｓ２には、弁体３３と、弁座３４と、バネ３５とが収容されている。第２室Ｓ２は、流入部３１ａおよび流出部３１ｂを有している。流入部３１ａは配管ＰＩ２に接続されている。流出部３１ｂは配管ＰＩ３に接続されている。第２室Ｓ２は、冷凍サイクルを流れる冷媒が配管ＰＩ２から流入部３１ａを通って第２室Ｓ２に流入し、流出部３１ｂを通って配管ＰＩ３に流出するように構成されている。つまり、図２中矢印Ａ２で示すように、冷凍サイクルを流れる冷媒は、第２室Ｓ２に流入部３１ａから流入し、流出部３１ｂから流出する。

第１室Ｓ１の圧力は、感温筒である温度検知部７に封入された冷媒の圧力となる。第２室Ｓ２の圧力は、冷凍サイクルを流れる冷媒の圧力となる。ダイヤフラム３２は、第１室Ｓ１の圧力と第２室Ｓ２の圧力との差圧により変形可能に構成されている。

弁体３３は、第１端Ｅ１と、第２端Ｅ２と、軸部３３ａと、テーパ部３３ｂとを有している。第１端Ｅ１はダイヤフラム３２に接続されている。第２端Ｅ２はバネ３５に接続されている。弁体３３の軸方向に軸部３３ａおよびテーパ部３３ｂが延在している。弁体３３の軸方向は、図２中矢印Ａ３で示すように、第１端Ｅ１と第２端Ｅ２とが対向する方向である。

軸部３３ａは第１端Ｅ１を有している。テーパ部３３ｂは第２端Ｅ２を有している。軸部３３ａは軸方向Ａ３において第１端Ｅ１と反対側でテーパ部３３ｂに接続されている。テーパ部３３ｂは、軸部３３ａから第２端Ｅ２に向かって断面積が連続的に大きくなるように構成されている。弁体３３は、ダイヤフラム３２の変形によって軸方向Ａ３に移動するように構成されている。

弁体３３のテーパ部３３ｂと弁座３４との間に隙間が設けられている。膨張弁３は、ダイヤフラム３２の変形によって弁体３３が軸方向Ａ３に移動することにより、テーパ部３３ｂと弁座３４との間の隙間の大きさが連続的に変化するように構成されている。つまり、膨張弁３は、弁体３３の軸方向Ａ３の移動量に比例して膨張弁３の絞り量が変化するように構成されている。

具体的には、膨張弁３は、弁体３３が軸方向Ａ３において第１端Ｅ１側に移動すると、テーパ部３３ｂと弁座３４との間の隙間が小さくなるように構成されている。つまり、膨張弁３は、弁体３３が軸方向Ａ３において第１端Ｅ１側に移動すると、膨張弁３の絞り量が大きくなるように構成されている。他方、膨張弁３は、弁体３３が軸方向Ａ３において第２端Ｅ２側に移動すると、テーパ部３３ｂと弁座３４との間の隙間が大きくなるように構成されている。つまり、膨張弁３は、弁体３３が軸方向Ａ３において第２端Ｅ２側に移動すると、膨張弁３の絞り量が小さくなるように構成されている。

弁座３４は、ケース３１の内側に取り付けられている。弁座３４は、流入部３１ａから流出部３１ｂに至る流路において、流入部３１ａと流出部３１ｂとの間に配置されている。弁座３４は、弁体３３のテーパ部３３ｂの外側に配置されている。

バネ３５は、弁体３３の第２端Ｅ２とケース３１の底部とに接続されている。バネ３５は弾性力により弁体３３を付勢するように構成されている。

次に、本実施の形態の空調機１０の冷凍サイクル内の冷媒の流れについて説明する。
図１を参照して、圧縮機１に流入した冷媒は圧縮機１により圧縮されて高温高圧ガス冷媒となる。圧縮機１から吐出された高温高圧ガス冷媒は、配管ＰＩ１を通って放熱器である凝縮器２に流入する。凝縮器２に流入した冷媒は、凝縮器２において空気と熱交換する。具体的には、凝縮器２において、冷媒は空気中への放熱によって凝縮し、空気は冷媒によって加熱される。凝縮器２で凝縮された高圧液冷媒は、配管ＰＩ２を通って膨張弁３に流入する。

膨張弁３に流入した冷媒は、膨張弁３で減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。膨張弁３で減圧された冷媒は、配管ＰＩ３を通って蒸発器４に流入する。蒸発器４に流入した冷媒は、蒸発器４において空気と熱交換する。具体的には、蒸発器４において、空気は冷媒によって冷却され、冷媒は低圧ガス冷媒となる。蒸発器４において減圧されて低圧ガスとなった冷媒は、配管ＰＩ４を通って圧縮機１に流入する。圧縮機１に流入した冷媒は、再度圧縮されて加圧されてから圧縮機１から吐出される。

続いて、図２および図３を参照して、本実施の形態における膨張弁３および温度検知部７の具体例の動作について詳しく説明する。

ダイヤフラム３２は、ケース３１の第１室Ｓ１の圧力（感温筒である温度検知部７の内圧）Ａ４と第２室Ｓ２の圧力（凝縮器２で凝縮された冷媒の圧力）Ａ５との差圧により変形する。

感温筒である温度検知部７に封入された冷媒の温度が高くなると、ケース３１の第１室Ｓ１の圧力が第２室Ｓ２の圧力よりも高くなる。ケース３１の第１室Ｓ１の圧力が第２室Ｓ２の圧力よりも高くなると、ダイヤフラム３２は第２室Ｓ２側に凸状となるように変形する。このダイヤフラム３２の変形によって弁体３３が軸方向Ａ３において第２端Ｅ２側に移動する。このため、テーパ部３３ｂと弁座３４との間の隙間が大きくなる。つまり、膨張弁３の絞り量が小さくなる。これにより、膨張弁３を流れる冷媒量が増加する。

他方、感温筒である温度検知部７に封入された冷媒の温度が低くなると、ケース３１の第１室Ｓ１の圧力が第２室Ｓ２の圧力よりも低くなる。ケース３１の第１室Ｓ１の圧力が第２室Ｓ２の圧力よりも低くなると、ダイヤフラム３２は第１室Ｓ１側に凸状となるように変形する。このダイヤフラム３２の変形によって弁体３３が軸方向Ａ３において第１端Ｅ１側に移動する。このため、テーパ部３３ｂと弁座３４との間の隙間が小さくなる。つまり、膨張弁３の絞り量が大きくなる。これにより、膨張弁３を流れる冷媒量が減少する。

また、弁体３３の軸方向Ａ３の移動量は、第１室Ｓ１に流入した温度検知部７内に封入された冷媒の圧力と、第２室Ｓ２に流入した冷凍サイクル内の冷媒の圧力と、弁体３３に接続されたバネ３５の付勢力Ａ６によって決まる。

次に、冷凍サイクルの運転状態と絞り量の関係について説明する。
冷凍サイクルに必要とされる冷却能力は、外気温度によって決まる。これは、外気温度が高くなると、外気温度の上昇に比例して室内空気温度が上昇するため、より多くの冷却能力が必要となるからである。したがって、図４に示すように、外気温度と冷却能力（冷房負荷＝必要能力）とは比例関係となる。外気温度の上昇と凝縮温度の上昇とは比例関係にあるので、図４の横軸を凝縮温度とすることができる。この点については、図５および図６も同様である。

また、冷却能力は、冷凍サイクルに流れる冷媒流量Ｇｒに比例する。これは、冷却能力Ｑｅが、蒸発器の入口と出口での冷媒の比エンタルピ差Δｈｅを用いて、Ｑｅ＝Ｇｒ×Δｈｅで表されることからも説明することができる。したがって、図５に示すように、外気温度と循環流量（必要冷媒流量）とは比例関係となる。

また、温度式膨張弁で必要とされる絞り量は、流量係数（Ｃｖ値）で表すことができる。このＣｖは、冷媒循環流量Ｇｒ、凝縮圧力Ｐ１、蒸発圧力Ｐ２、膨張弁入口の冷媒密度ρｌを用いて、次の式（１）で表される。

式（１）に示すように、冷媒流量とＣｖ値とは比例関係にある。したがって、図６に示すように、冷媒流量とＣｖ値（必要Ｃｖ値）とは比例関係となる。

本実施の形態の空調機１０においては、温度検知部７で検出された冷媒の温度が上昇すると膨張弁３の流量係数は増加し、温度検知部７で検出された冷媒の温度が低下すると膨張弁３の流量係数は減少する。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の空調機１０によれば、温度検知部７は凝縮器２内の冷媒の温度を検出する。そして、温度検知部７で検出された冷媒の温度が上昇すると膨張弁３の弁開度が増加し、温度検知部７で検出された冷媒の温度が低下すると膨張弁３の弁開度が減少する。凝縮器２内の冷媒の温度は外気温度に比例する。したがって、外気温度が高いと温度検知部７で検知された冷媒の温度が高くなり、外気温度が低いと温度検知部７で検知された冷媒の温度が低くなる。このため、外気温度が高いときに膨張弁３の弁開度を増加させることができ、外気温度が低いときに膨張弁３の弁開度を減少させることができる。これにより、外気温度が高いときに空調機１０を循環する冷媒量を増大させることができ、外気温度が低いときに空調機１０を循環する冷媒流量を減少させることができる。よって、空調機１０の冷房運転において、外気温度にあわせて空調機１０を循環する冷媒流量を適切に調整することができる。

また、本実施の形態の空調機１０では、凝縮器２内の冷媒の温度に応じて膨張弁３の絞り量を変化させることができる。このため、膨張弁として絞り量が固定されたキャピラリが用いられる場合に比べて、圧縮機１の冷媒の吐出温度の上昇を抑制することができる。したがって、圧縮機１の冷媒の吐出温度の上昇による圧縮機１の故障を抑制することができる。

また、本実施の形態の空調機１０では、凝縮器２内の冷媒の温度に応じて膨張弁３の絞り量を変化させることができる。そのため、蒸発器４の出口の冷媒温度と蒸発器４の内部の冷媒温度との差で求まる過熱度を１Ｋ〜５Ｋ程度に調整することにより、蒸発器４の出口の冷媒を飽和ガスに近い状態に制御することができる。したがって、圧縮機１に吸入される冷媒を飽和ガスに近い状態で制御することができる。このため、膨張弁として絞り量が固定されたキャピラリが用いられる場合に比べて、圧縮機１の性能を向上させることができる。

また、本実施の形態の空調機１０では、凝縮器２内の冷媒の温度に応じて膨張弁３の絞り量を変化させることができる。このため、凝縮器２の出口の過冷却度を確保することができる。したがって、膨張弁３の入口に気相が流入することで生じる騒音を低減させることができる。

また、本実施の形態の空調機１０では、凝縮器２内の冷媒の温度に応じて膨張弁３の絞り量を変化させることができる。このため、凝縮器２の高圧を制御することができる。したがって、凝縮器２の高圧を制御するために、凝縮器用送風機５のファン５ａの回転数を可変にする必要がない。よって、凝縮器用送風機５として、ファン５ａの回転数が一定の一定速機を用いることができる。

また、吐出温度が高い冷媒(たとえば、Ｒ４１０ａ、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆ等)が用いられる場合、温度検知部７が蒸発器４の出口に取り付けられると、過熱度を一定に保つため、過負荷条件のような吐出温度が高くなる条件で温度を下げることができない。これに対して、本実施の形態の空調機１０では、温度検知部７が凝縮器２に取り付けられており、圧縮機１に吸入される冷媒を気液２相で運転することが可能であるため、吐出温度を下げることができる。この結果、上記の吐出温度が高い冷媒が用いられる場合でも、圧縮機１の故障を防ぐことができる。

本実施の形態の空調機１０では、膨張弁３は温度式膨張弁であり、温度検知部７は感温筒である。このため、膨張弁３として温度式膨張弁を用いることができ、温度検知部７として感温筒を用いることができる。したがって、電子式膨張弁を用いる場合に比べて、空調機１０のサイズおよびコストを低減することができる。つまり、電子式膨張弁を用いる場合には、電子式膨張弁を駆動させるための電子基板が必要であるため、電子基板を設置するスペースを確保する必要がある。このため、空調機１０のサイズが大きくなる。また、電子式膨張弁の駆動用のアクチュエータ等が必要であるため、空調機１０のコストが増加する。これに対して、本実施の形態の空調機１０では、膨張弁３として温度式膨張弁を用いることができ、温度検知部７として感温筒を用いることができるため、電子式膨張弁を用いる場合に比べて、空調機１０のサイズおよびコストを低減することができる。

本実施の形態の空調機１０では、圧縮機１は、回転数を可変に制御可能である。このため、圧縮機１の回転数を可変に制御することにより、冷却能力を変化させることができる。したがって、圧縮機１の回転数を可変に制御して冷却能力を変化させた状態で、外気温度が高いときに空調機１０を循環する冷媒量を増大させることができ、外気温度が低いときに空調機１０を循環する冷媒流量を減少させることができる。

本実施の形態の空調機１０では、温度検知部７で検出された冷媒の温度が上昇すると膨張弁３の流量係数は増加し、温度検知部７で検出された冷媒の温度が低下すると膨張弁３の流量係数は減少する。このため、流量係数の変化により膨張弁３を調整することができる。

本実施の形態の空調機１０では、温度検知部７は、凝縮器２内において冷媒が凝縮されて液化する前の状態の冷媒の温度を検出する。このため、外気温度に比例する冷媒の温度を正確に検出することができる。したがって、空調機１０を循環する冷媒流量を外気温度に正確にあわせて調整することができる。

（実施の形態２）
以下、特に説明しない限り、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２では、上記の実施の形態１に比べて、膨張弁３の構成が異なっている。

実施の形態１では、温度検知部７で検出された冷媒の温度と流量係数（Ｃｖ値）が線形となる膨張弁３を用いられた。実施の形態２の膨張弁３は、図７および図８に示すように、所定の位置まで弁体３３が移動したら、流量係数（Ｃｖ値）が段階的に変化するように構成されている。

本実施の形態の膨張弁３においては、弁体３３は、軸部３３ａと、管状部３３ｃとを有している。管状部３３ｃは、周壁と、周壁に取り囲まれた内部空間と、周壁に設けられた第１孔Ｈ１および第２孔Ｈ２とを有している。第２孔Ｈ２は、第１孔Ｈ１よりも小さな開口面積を有している。第１孔Ｈ１および第２孔Ｈ２は内部空間に連通している。弁座３４は、管状部３３ｃの内部空間に第２端Ｅ２から挿入されている。弁座３４は軸方向Ａ３に延在している。膨張弁３は、冷媒が流入部３１ａから第１孔Ｈ１および第２孔Ｈ２のいずれかを通って流出部３１ｂに流れるように構成されている。バネ３５は第１バネ３５ａおよび第２バネ３５ｂを有している。第１バネ３５ａおよび第２バネ３５ｂは、弁体３３の第２端Ｅ２と弁座３４の底部とに接続されている。

図８〜図１０を参照して、膨張弁３は、第１流路Ｆ１と、第２流路Ｆ２とを有している。図８および図９を参照して、第１流路Ｆ１は、流入部３１ａから第１孔Ｈ１を通って流出部３１ｂに至る流路である。第１流路Ｆ１は、冷媒流量が大きくなり、流量係数（Ｃｖ値）が大きくなる。図８および図１０を参照して、第２流路Ｆ２は、流入部３１ａから第２孔Ｈ２を通って流出部３１ｂに至る流路である。第２流路Ｆ２は、第１流路Ｆ１よりも小さな流量を有する。第２流路Ｆ２は、冷媒流量が小さくなり、流量係数（Ｃｖ値）が小さくなる。

図９および図１０を参照して、膨張弁３は、温度検知部７で検出された冷媒の温度が上昇すると第１流路Ｆ１に切り替えられ、温度検知部７で検出された冷媒の温度が低下すると第２流路Ｆ２に切り替えられる。具体的には、図７に示すように、所定の温度Ａ（たとえば、ＩＳＯ規格に基づいた外気温度３５℃）で第１流路Ｆ１と第２流路Ｆ２とが切り替えられる。

本実施の形態の空調機１０では、膨張弁３は、温度検知部７で検出された冷媒の温度が上昇すると第１流路Ｆ１に切り替えられ、温度検知部７で検出された冷媒の温度が低下すると第２流路Ｆ２に切り替えられる。このため、温度検知部７で検出された冷媒の温度に基づいて第１流路Ｆ１と第２流路Ｆ２とを切り替えることができる。

また、本実施の形態の空調機１０では、たとえば吐出温度が圧縮機１の上限温度を超えるような外気温度、もしくは凝縮温度となった場合に流量係数（Ｃｖ値）を大きくすることが可能であるため、圧縮機１の入口において冷媒を気液２相の状態で運転することが可能である。このため、吐出温度が減少するので、安全に運転することが可能である。

また、本実施の形態の空調機１０では、弁体３３は通常の弁体に比べて加工が容易であるため、膨張弁３のコストを低減することができる。したがって、空調機１０のコストも低減することができる。

また、通常の空調機には、凝縮温度をコントロールするために、凝縮器用送風機のファンの回転数を変更できる機構が設けられている。たとえば、ＤＣファンが搭載されている。通常、吐出温度が上昇してきた場合、圧縮機を保護するために凝縮器用送風機のファンの回転数を上げて凝縮温度を下げる運転が行われる。これに対して、本実施の形態では、吐出温度が上昇してきた場合に流量係数（Ｃｖ値）を上げた運転を行うことが可能であるため、圧縮機１の入口の冷媒が気液２相の状態となり、吐出温度が低下する。このため、凝縮器用送風機５の保護動作を膨張弁３で補うことが可能である。よって、凝縮器用送風機５のファン５ａの回転数が一定速の場合に本実施の形態の空調機１０は有用である。

また、弁体３３および弁座３４は、上記の構成に限らず、流路を変更して流量係数（Ｃｖ値）を変化させるように構成されていればよい。図１１および図１２を参照して、本実施の形態の変形例について説明する。この変形例においては、弁体３３は、第３孔Ｈ３と、第４孔Ｈ４とを有している。第３孔Ｈ３は弁体３３の上部に設けられている。第３孔Ｈ３は、冷媒が常時流通可能に構成されている。第３孔Ｈ３のみを冷媒が流れる場合には、冷媒流量が小さくなり、流量係数（Ｃｖ値）が小さくなる。第４孔Ｈ４は弁体３３の側部に設けられている。第４孔Ｈ４は弁体３３が下がった際に冷媒が流通するように構成されている。第３孔Ｈ３に加えて第４孔Ｈ４を冷媒が流れる場合には、冷媒流量が大きくなり、流量係数（Ｃｖ値）が大きくなる。

（実施の形態３）
図１３を参照して、本発明の実施の形態３の空調機１０は、上記の実施の形態１の空調機１０に比べて、キャピラリ９を有している点で異なっている。

本実施の形態の空調機１０は、キャピラリ９をさらに備えている。キャピラリ９は、膨張弁３と蒸発器４とに接続されている。このため、キャピラリ９により冷媒を凝縮することができる。

膨張弁３の後にキャピラリ９が配置されているため、膨張弁３が故障をした場合でもキャピラリ９により最低限の絞り量を確保することができる。たとえば、必要とされている流量係数（Ｃｖ値）は小さいにも関わらず、膨張弁３が故障し流量係数（Ｃｖ値）が大きいところで固定された場合、より多くの冷媒流量が流通するため、圧縮機１の入口で冷媒が気液２相の状態となる。本実施の形態では、膨張弁３の後にキャピラリ９が設けられているため、キャピラリ９によって最低限絞られた状態で運転することが可能である。よって、膨張弁３が故障した場合でも、圧縮機１の安全性を確保することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 膨張弁、４ 蒸発器、５ 凝縮器用送風機、６ 蒸発器用送風機、７ 温度検知部、８ 管、９ キャピラリ、１０ 空調機、１１ 室外機、１２ 室内機、３１ ケース、３１ａ 流入部、３１ｂ 流出部、３２ ダイヤフラム、３３ 弁体、３３ａ 軸部、３３ｂ テーパ部、３３ｃ 管状部、３４ 弁座、３５ バネ、Ｆ１ 第１流路、Ｆ２ 第２流路。

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機により圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記凝縮器により凝縮された前記冷媒を減圧する膨張弁と、
   前記膨張弁により減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記凝縮器に取り付けられ、かつ前記凝縮器内の前記冷媒の温度を検出する温度検知部とを備え、
   前記膨張弁は、ケースと、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに接続された弁体と、前記ケースに取り付けられた弁座とを有し、
   前記ケースは、前記ダイヤフラムで仕切られた第１室と第２室とを有し、
   前記第１室は、前記温度検知部に封入された冷媒を出入可能に構成されており、
   前記第２室は、前記弁体と前記弁座とが収納されており、かつ前記凝縮器により凝縮された前記冷媒が流入するように構成されており、
   前記ダイヤフラムは、前記第１室の圧力である前記温度検知部の内圧と、前記第２室の圧力である前記凝縮器で凝縮された前記冷媒の圧力との差圧により変形可能に構成されており、
   前記膨張弁は、前記ダイヤフラムの変形によって前記弁体が移動することにより前記膨張弁の弁開度を調整することにより、前記膨張弁を通る前記冷媒の流量を調整可能であり、
   前記温度検知部で検出された前記冷媒の温度が上昇すると前記膨張弁の弁開度が増加し、前記温度検知部で検出された前記冷媒の温度が低下すると前記膨張弁の弁開度が減少し、
   前記膨張弁は、第１流路と、前記第１流路よりも小さな流量を有する第２流路とを含み、
   前記膨張弁は、前記温度検知部で検出された前記冷媒の温度が上昇すると前記第１流路に切り替えられ、前記温度検知部で検出された前記冷媒の温度が低下すると前記第２流路に切り替えられる、空調機。
2. 前記膨張弁は、温度式膨張弁であり、
   前記温度検知部は、感温筒である、請求項１に記載の空調機。
3. 前記圧縮機は、回転数を可変に制御可能である、請求項１または２に記載の空調機。
4. 前記温度検知部で検出された前記冷媒の温度が上昇すると前記膨張弁の流量係数は増加し、前記温度検知部で検出された前記冷媒の温度が低下すると前記膨張弁の流量係数は減少する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調機。
5. キャピラリをさらに備え、
   前記キャピラリは、前記膨張弁と前記蒸発器とに接続されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空調機。
6. 前記温度検知部は、前記凝縮器内において前記冷媒が凝縮されて液化する前の状態の前記冷媒の温度を検出する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の空調機。

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