JP6650335B2 - 冷媒分流器結合型膨張弁及びこれを用いた冷凍サイクル装置及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は冷媒分流器結合型膨張弁及びこれを用いた冷凍サイクル装置及び空気調和装置に関するものである。

従来から冷媒分流器（分配器或いはディストリビュータと称されることもある）と膨張弁を１つの組立体とした、冷媒分流器結合型膨張弁が知られている。この冷媒分流器結合型膨張弁は、熱交換器の異なるパス数への対応を容易化すると共に、その構成を簡略化するものである。

そして、従来の冷媒分流器結合型膨張弁は、弁本体を弁室部と分流室部とから構成し、弁室部は、筐体の内部が弁室とされ、弁室と冷媒分流室とを仕切る仕切壁を底壁備え、この筐体には、絞り部が内部に収められ、液管を接続する入口ポートが形成されている。分流室部は、上方が開放された筐体を有し、この筐体には、複数の分流管を接続するポートが形成されている。また、弁室部と分流室部とは別体に製作されているが、別体に製作された分流室部の上部が弁室部の仕切壁により閉塞されるように両者が接合されている構成とされている。この構成は、例えば、特開２００９−２４９３７号公報（特許文献１）に記載されている。

しかしながら、弁室部と分流室部を「ロウ付け」もしくは「溶接」により接合した場合、加熱箇所と弁孔や弁棒などが近接するため、熱による弁孔などの変形を引き起こし、ひいては膨張弁の流量特性や耐久性に大きな影響を及ぼす恐れがあるという課題を有している。

また、膨張弁を備えた冷凍サイクル装置において、ゴミなどの異物の侵入に起因した膨張弁の詰まりを防ぐために、膨張弁に接続する冷媒配管内にフィルタ（ストレーナと称されることもある）を設けているが、上述した冷媒分流器結合型膨張弁ではフィルタを設置することが難しい構成となっている。

このような従来の冷媒分流器結合型膨張弁が有する課題に対応するものとして、例えば、過去に本出願人が出願した、特開２０１３‐１７８０４４号公報（特許文献２）にある冷媒分流器結合型膨張弁が知られている。この特許文献２においては、膨張弁と冷媒分流器とを、Ｌ/Ｄ≦１．２Ｇ^０．３６（ここで、Ｌ[ｍ]は膨張弁の絞り域から冷媒分流器の分岐域までの距離、Ｄ[ｍ]は冷媒分流器に接続する膨張弁の接続管の内径、Ｇ[ｋｇ/(ｍ^２ｓ)]は膨張弁の接続管を流れる冷媒の質量速度である）の関係を満たすように配置することが提案されている。これによって、膨張弁を通過した後の気液二相流の旋回噴流状態を利用し、良好な分配特性を実現するものである。例えば、上記関係を満たさない場合は、冷媒分流器と膨張弁の間の接続管の距離が長くなり、旋回噴流状態が維持できなくなって冷媒の分流がうまくいかないという現象が生じる。

特開２００９−２４９３７号公報 特開２０１３−１７８０４４号公報

しかしながら、特許文献２に示された冷媒分流器結合型膨張弁においては、冷媒分流器と膨張弁をつなぐ直管部の一部にフィルタ管路を介装し、加締めによりフィルタを固定している。したがって、このフィルタ設置領域分だけ直管部の長さを長くしなければならない。このため、Ｌ/Ｄ≦１．２Ｇ^０．３６を満たすために、フィルタの大きさ（長さ）が短く制限される傾向にある。

その一方で、冷媒分流器と膨張弁の間の距離を短くするため、フィルタの長さを短くすると、フィルタを構成するメッシュ部材の表面積が小さくなり、異物の付着に起因する目詰まりが発生する恐れが高くなる。目詰まりが発生すると冷媒の流れを阻害するようになり、冷凍サイクル装置、或いは空気調和機の信頼性を損なうことになる。

したがって、異物を取り除くフィルタの表面積を確保しながら、冷媒分流器と膨張弁の間の距離を短くして、気液二相流の旋回噴流状態を維持できる冷媒分流器結合型膨張弁が求められている。

また、この他に、冷媒分流器から膨張弁へ向かう冷媒が気液二相状態で間欠的に流れる場合があり、この気液二相流の流動形態によって膨張弁で間欠的な流動音が発生するので、この流動音を低減することも求められている。

このように、特許文献２で提案されている冷媒分流器結合型膨張弁が抱える上述の課題を解決することが強く要請されている。

本発明の主たる目的は、膨張弁下流における気液二相流の旋回噴流状態を利用して良好な分配特性を実現しながら、フィルタ表面積を確保することができる新規な冷媒分流器結合型膨張弁及びこれを用いた冷凍サイクル装置及び空気調和装置を提供することにある。

本発明の主たる特徴は、膨張弁と冷媒分流器とを、Ｌ/Ｄ≦１．２Ｇ^０．３６（ここで、Ｌ[ｍ]は膨張弁の絞り域から冷媒分流器の分岐域までの距離、Ｄ[ｍ]は冷媒分流器に接続する膨張弁の接続管の内径、Ｇ[ｋｇ/(ｍ^２ｓ)]は膨張弁の接続管を流れる冷媒の質量速度である）の関係を満たすように配置するものを前提として、膨張弁の接続配管の開口端にフィルタのメッシュ部材が内装されるようにフィルタホルダを介してフィルタを取り付け、フィルタが内装された接続配管の開口端を冷媒分流器の収納孔に収納すると共に、接続配管の開口端、フィルタホルダ及び収納孔の間を溶融金属で固着する、或いは膨張弁の接続配管の開口端に収納孔を形成し、冷媒分流器に形成した冷媒流出入管の開口端に、フィルタのメッシュ部材が膨張弁の接続配管に内装されるようにフィルタホルダを介してフィルタを取り付け、冷媒流出入管の開口端及びフィルタを接続配管の収納孔に収納すると共に、冷媒流入出管の開口端、フィルタホルダ及び接続配管の収納孔の間が溶融金属で固着されている、ところにある。

本発明によれば、膨張弁下流における気液二相流の旋回噴流状態を利用して良好な分配特性を実現しながら、フィルタ表面積を確保するとことができるものである。

本発明が適用される空気調和機の構成を示す構成図である。 本発明の第１実施形態になる冷媒分流器結合型膨張弁の構成を示す構成図である。 本発明の第２実施形態になる冷媒分流器結合型膨張弁の構成を示す構成図である。 本発明の前提となる冷媒分流器結合型膨張弁の構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

本発明の実施形態を説明する前に、冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置の構成と、本実施形態の前提となる冷媒分流器結合型膨張弁の構成を簡単に説明する。

図１に空気調和装置のシステム構成を示している。空気調和装置１０は、室外ユニット１１、室内ユニット１２、室外ユニット１１と室内ユニット１２とを接続する配管１３、１４から構成されている。

室外ユニット１１は、冷媒を圧縮する圧縮機１５と、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁１６と、蒸発器で蒸発しきれなかった冷媒液を分離するアキュムレータ１７と、冷媒を減圧する室外膨張弁１８と、室外送風ファン（図示せず）から送られてきた外気と冷媒とを熱交換させる室外熱交換器１９と、室外熱交換器１９を流れる冷媒を分流または合流させる冷媒分流器２０及びヘッダ管２１と、配管１３との接続部２２と、配管１４との接続部２３とから構成されている。

また、室内ユニット１２は、冷媒を減圧する室内膨張弁２４と、室内送風ファン（図示せず）から送られてきた室内空気と冷媒とを熱交換させる室内熱交換器２５と、室内熱交換器２５を流れる冷媒を分流または合流させる冷媒分流器２６及びヘッダ管２７と、配管１３の接続部２８と、配管１４との接続部２９とから構成されている。

冷房運転時に、室内熱交換器２５は蒸発器、室外熱交換器１９は凝縮器として機能する。冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機１５によって圧縮され、高圧高温のガス状態で吐出された後、四方弁１６を経て、ヘッダ管２１で分流し、室外熱交換器１９へ流れる。室外熱交換器１９内で、冷媒は室外ファン（図示せず）から送られてきた外気に熱を放出し、高圧中温の液状態となってから、冷媒分流器２０で合流する。

そして、冷媒は室外膨張弁１８、配管１４、室内膨張弁２４を通過して減圧され、低圧低温の気液二相状態に変化した後、冷媒分流器２４で分流し、室内熱交換器２５へ流れる。室内熱交換器２５内で、冷媒は室内ファン（図示せず）から送られてきた室内空気から熱を奪い蒸発し、低圧中温のガス状態となってから、ヘッダ管２７で合流し、配管１３と四方弁１６とアキュムレータ１７を経て、再び圧縮機１５に戻る。

その一方で、四方弁１６によって冷媒の流れ方向を切り替えると、暖房運転となる。この場合、室内熱交換器２５は凝縮器、室外熱交換器１９は蒸発器として機能する。冷媒は、点線矢印で示すように、圧縮機１５、四方弁１６、配管１３、ヘッダ管２７、室内熱交換器２５、冷媒分流器２６、室内膨張弁２４、配管１４、室外膨張弁１８、冷媒分流器２０、室外熱交換器１９、ヘッダ管２１、四方弁１６、アキュムレータ１７、圧縮機１５の順に状態変化をしながら空気調和機１０内を循環し、外気から熱を吸収して室内空気へ放出する。

これらの冷凍サイクル装置は良く知られた構成であるので、これ以上の説明は省略する。次に、本実施形態の前提となる冷媒分流器結合型膨張弁の構成を簡単に説明するが、より詳細な構成は特許文献２を参照されたい。

図４は特許文献２に記載されている、室内ユニット１２の室内膨張弁２４と冷媒分流器２６との接続形態を示す部分断面を示している。ここで、実線矢印は冷媒分流器２６が冷媒を分流させる機能を果たした場合の冷媒流れを示している。また、参照番号７０は異物の膨張弁３への侵入を防ぐフィルタ管路であり、参照番号８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄは冷媒分流器２６により分流された冷媒を室内熱交換器２５へ送り出す分岐管である。

室内膨張弁２４は、弁本体３３と、弁本体３３と熱交換器２を接続する第１接続管３１と、弁本体３３と冷媒分流器２６を接続する第２接続管３２から構成されている。弁本体３３の内部には、弁孔３４と、駆動装置の動作により軸方向に移動できるニードル３５が内蔵されている。この弁孔３４とニードル３５との間に、環状の絞り域３００が形成されており、この部分で第１接続管３１から流入した液冷媒が減圧され、気液二相状態となるものである。また、絞り域３００の流路面積は、冷凍サイクル装置の使用条件に応じて、ニードル３５を動かすことによって調節できるように構成されている。

冷媒分流器２６は絞り加工で作製されており、室内膨張弁２４に接続する第１連結部４１と、第１連結部の下流側に設けられた直管部４２と、直管部４２の下流側に設けられた第２連結部４３と、直管部４２と第２連結部４３の間に介装されたフィルタ管路７０と、第２連結部４３の下流側に設けられた分岐部４４から構成されている。また、第２連結部４３と分岐部４４との間に、冷媒が分かれる分岐領域４００が形成されている。

第１連結部４１は、室内膨張弁２４の第２接続管３２に若干の隙間を有して嵌合するように形成されており、この中に挿入した第２接続管３２と「ロウ付け」で接合されている。直管部４２は、第２接続管３２と等しい内径を有し、この中にフィルタ管路７０が加締め加工によって固定されている。

第２連結部４３は、直管部４２から分岐部４４に向かって流路面積が徐々に拡大しており、分岐部４４は三つ葉状をなし、この中に挿入した分岐管８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄと「ロウ付け」で接合されている。尚、分岐管８０ｄは冷媒分流器２６と同軸上に設置されており、この外側に分岐管８０ａと８０ｂと８０ｃが冷媒分流器２６の軸を中心とした円周上に等間隔に設けられている。

更に図４においては、Ｌは室内膨張弁２５の絞り域３００から冷媒分流器２６の分岐域４００までの距離を表し、Ｄは室内膨張弁２５の第２接続管３２の内径を表している。そして、室内膨張弁２５と冷媒分流器２６は、Ｌ／Ｄ＜１.２Ｇ^０．３６の関係を満たすように配置されている。ここで、Ｌ[ｍ]は室内膨張弁の絞り域から冷媒分流器の分岐域までの距離、Ｄ[ｍ]は冷媒分流器に接続する膨張弁の第２接続管の内径、Ｇ[ｋｇ/(ｍ^２ｓ)]は膨張弁の第２接続管を流れる冷媒の質量速度である。

室内膨張弁２５の絞り域３００から１.２ＤＧ^０．３６ほど下流までの領域において、気液二相流は旋回噴流状態にある。この場合、冷媒の気相と液相がよく混合しているため、この状態で冷媒を分流させると良好な分流特性は実現する。これに対して、絞り域３００から約１.２ＤＧ^０．３６以降の領域においては、気液二相流は管壁に液膜が形成し多数の微小気泡を同伴する気泡環状流となる。この場合、冷媒は気相と液相が分離した状態にあり、しかも管壁に沿う液膜の厚さが一様ではないため、良好な分流特性は期待できない。

そして、以上のような考察に基づき、管内気液二相流の流動状態が遷移した室内膨張弁２５の絞り域３００からの距離Ｌ（以下遷移距離）と、管内径Ｄと、管内冷媒の質量速度Ｇとの関係を整理すると、室内膨張弁２５と冷媒分流器２６はＬ／Ｄ＜１.２Ｇ^０．３６を満たすように設置することが望ましいことが判明した。ここで、上述した通り、Ｌ[ｍ]は膨張弁の絞り域から冷媒分流器の分岐域までの距離、Ｄ[ｍ]は冷媒分流器に接続する膨張弁の第２接続管の内径、Ｇ[ｋｇ/(ｍ２ｓ)]は膨張弁の第２接続管を流れる冷媒の質量速度である。

また、室内膨張弁２５と冷媒分流器２６はＬ／Ｄ＞１.５を満たすように配置されている。これにより、室内膨張弁２５と冷媒分流器２６を「ロウ付け」する際、加熱箇所が第２接続管３２にあり、弁本体３３と一定の距離をとることができるため、熱による弁孔などの変形が発生することを防止できる。

しかしながら、特許文献２に示された冷媒分流器結合型膨張弁においては、冷媒分流器と膨張弁をつなぐ直管部の一部にフィルタ管路を介装し、加締めによりフィルタを固定している。したがって、このフィルタ設置領域分だけ直管部の長さを長くしなければならない。このため、Ｌ/Ｄ≦１．２Ｇ^０．３６を満たすために、フィルタの大きさ（長さ）が短く制限される傾向にある。

その一方で、冷媒分流器と膨張弁の間の距離を短くするため、フィルタの長さを短くすると、フィルタを構成するメッシュ部材の表面積が小さくなり、異物の付着に起因する目詰まりが発生する恐れが高くなる。目詰まりが発生すると冷媒の流れを阻害するようになり、冷凍サイクル装置、或いは空気調和機の信頼性を損なうことになる。

したがって、異物を取り除くフィルタの表面積を確保しながら、冷媒分流器と膨張弁の間の距離を短くして、気液二相流の旋回噴流状態を維持できる冷媒分流器結合型膨張弁が求められている。そこで、本実施形態では上述の冷媒分流器結合型膨張弁を前提として、以下の構成を提案するものである。

次に、本発明の第１の実施形態について図２を参照しながら詳細に説明する。図２に本発明の第１実施形態の冷媒分流器結合型膨張弁を示している。本実施形態の特徴は、膨張弁の接続配管の開口端にフィルタのメッシュ部材が内装されるようにフィルタホルダを介してフィルタを取り付け、フィルタが内装された接続配管の開口端を冷媒分流器の収納孔に収納すると共に、接続配管の開口端、フィルタホルダ及び収納孔の間を溶融金属で固着する、構成としたものである。

ここで、参照番号は、図４に示すものと異なる参照番号を付しているが、構成部品が同じであれば、その機能はほぼ同様である。尚、本実施形態では、室内膨張弁、室外膨張弁は共通して膨張弁と表記し、室内側の冷媒分流器、室外側の冷媒分流器も共通して冷媒分流器と表記して共通の参照番号を付している。ただ、両方の膨張弁と冷媒分流器を以下のような構成にするだけではなく、一方の膨張弁と冷媒分流器だけを以下のような構成にすることも可能である。

図２において、参照番号５０は冷媒流路を五つに分岐させる金属、例えば銅や真鍮製の冷媒分流器、参照番号５１は膨張弁、参照番号５２はフィルタ、参照番号５３はオリフィス、参照番号５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅは冷媒分流器５０と熱交換器（図示せず）とを接続する分流配管である。また、図中の点線矢印は冷媒分流器５０が膨張弁５１を通過した後の冷媒を分流させる機能を果たす場合の流れを示し、実線矢印は冷媒分流器５０が熱交換器（図示せず）からの冷媒を合流させる機能を果たす場合の流れを示している。

膨張弁５１は、本体５１ａと、本体５１ａから軸方向に延出した第１接続管５１ｂと、本体５１ａから軸に垂直な方向に延出した第２接続管５１ｃから構成されている。本体５１ａの中には、ここで図示していないが、弁孔と、駆動装置によって軸方向に移動できるニードルが内蔵され、両者の間に円環状の冷媒流路が形成されている。これは図４に示す構造とほぼ同じである。この冷媒流路の面積は、ニードルを動かすことによって調節できるので、通過する冷媒の減圧量を可変に制御できる。

また、冷媒分流器５０に接続される第１接続管５１ｂは、本体５１ａと冷媒分流器５０を接続する１本の直管で形成されており、第１接続管５１ｂの開口端５１ｄは、冷媒分流器５０の上部に形成した収納孔５４に若干の隙間を有して嵌合するように拡管加工されている。

フィルタ５２は金属、例えばステンレス製であり、一端側が開口するテーパー形状のメッシュ部材５２ａと、メッシュ部材５２ａの開口端の周縁に取り付けた円環状のフィルタホルダ５２ｂから構成されている。メッシュ部材５２ａは、膨張弁５１の第１接続管５１ｂ内に内装される形態で収容できる形状に成形されている。一方、フィルタホルダ５２ｂは、第１接続管５１ｂの開口端５１ｄ、及び円環状のオリフィス５３とほぼ同じ外径を有している。したがって、フィルタ５２は、第１接続管５１ｂの開口端５１ｄに支持される形態となっている。

オリフィス５３は、冷媒が通過する流路の断面積を縮小するものであり、冷媒の流動音を抑制する機能を有している。つまり、膨張弁５１に流入する冷媒の流れを改善し、急激な圧力変化により発生する冷媒流動音を低減する働きを行う。オリフィス５３は、複数設けられても良いが、本実施形態では収納孔５４に収納するため、１個のオリフィスとされている。これによって小型化を図ることができる。

そして、膨張弁５１、冷媒分流器５０、フィルタ５２、オリフィス５３を夫々組み合わせて組み立てた状態は次のような構成となる。オリフィス５３は、冷媒分流器５０の上部の所定の長さを有する収納孔５４に収納され、収納孔５４に形成した段差によって位置決めされている。このオリフィス５３の上には、フィルタ５２の開口端であるフィルタホルダ５２ｂが下に向くように設置されている。

更に、第１接続管５１ｂの開口端５１ｄが収納孔５４に収納され、フィルタ５２のフィルタホルダ５２ｂは第１接続管５１ｂの開口端５１ｄによってオリフィス５３側に向かって上から押さえ付けられる形態となる。

ここで、冷媒分流器５０の収納孔５４の軸方向の領域、膨張弁５１の第１接続管５１ｂの開口端５１ｄが収納孔５４と重なる領域、及びフィルタ５２の収納孔５４と重なる領域とが並んで存在するため、冷媒分流器５０と膨張弁５１の間の距離を短くすることができる。つまり、３つの領域を直列に接続した場合に比べて、３つの領域を並列に並べた方が軸方向の長さを短くできるものである。

そして、膨張弁５１の第１接続管５１ｂの開口端５１ｄ、フィルタ５２のフィルタホルダ５２ｂ、オリフィス５３の外周面、冷媒分流器５０に形成した収納孔５４の内周壁面の夫々は、溶融金属で接合される接合領域Ｇで接合されることになる。

この接合領域Ｇでの接合は、いわゆる「ロウ付け」で接合されるものであり、好ましくは、溶融金属としてりん銅ロウ（ＪＩＳ・ＡＷＳ規格：ＢＣｕＰ-３）が使用され、このりん銅ロウによってロウ付け部ＢＭが形成されている。このロウ付け部ＢＭによって、膨張弁５１の第１接続管５１ｂの開口端５１ｄ、フィルタ５２のフィルタホルダ５２ｂ、オリフィス５３の外周面、冷媒分流器５０に形成した収納孔５４の内周壁面の夫々は、強固に固着される構成となる。

本実施形態になる冷媒分流器結合型膨張弁は、膨張弁５１の第１接続管５１ｂの開口端５１ｄと冷媒分流器５０収納孔５４の間に、フィルタ５２とオリフィス５３を配置し、これらの構成部材を「ロウ付け」した構成としたので、次のような効果を奏することができる。
（１）膨張弁５１と冷媒分流器５０との間の距離を短縮できるので、冷媒の分配に膨張弁下流における旋回噴流状態を活用できる。具体的には、冷媒が点線矢印で示す方向に流れる場合は、膨張弁５１を通過した後の気液二相流は、気相と液相との分離が生じる環状流に遷移する。しかしながら、膨張弁５１と冷媒分流器５０との間の距離を短縮したため、環状流に遷移する前に冷媒を分流するため、幅広い運転範囲で良好な分配特性が得られ、冷凍サイクル装置、空気調和機の効率を向上できる。
（２）フィルタ５２の設置に際しては、膨張弁５１と冷媒分流器５０との間の距離を有効に利用できるので、小型化を実現しながら、フィルタのメッシュ部材５２ａの表面積を確保できる。例えば、製造工程や取り付け工程において、異物が空気調和機内に入り、冷媒流に混入してしまうことがある。異物が膨張弁に侵入した場合、膨張弁が正常に動作できなくなり、空気調和機が故障する恐れがある。

これを防ぐためには、一般的に膨張弁前後にフィルタが設けられているが、メッシュ部材の表面積が小さいと、捕獲した異物によって目詰まりが発生し、冷媒流を阻止してしまうことが懸念される。

本実施形態によれば、メッシュ部材５２ａの表面積に余裕があるので、たとえ目詰まりが発生しても、その目詰りはメッシュ部材５２ａの一部にしかすぎないため、冷媒の流れが大きく阻害されることなく、冷凍サイクル装置、空気調和機の故障発生を防止できる。
（３）膨張弁５１と冷媒分流器５０との間にオリフィス５３を設けることによって、気液二相流の流動様式に起因した間欠的な冷媒流動音を低減できる。空気調和機の構成、例えば室内ユニットと室外ユニットを接続する配管の長さや、運転条件によって、実線矢印で示す方向に流れる冷媒は気液二相状態の場合がある。

気液二相流の流動様式は流動音に密接な関係があり、例えば流路断面を満たすような大きい気泡と小気泡を含む液体部分が交互に存在する流れ、いわゆるスラグ流が膨張弁を通過する際に、大きな圧力変動が生じて不快な間欠音が発生する。

本実施形態によれば、冷媒分流器５０内で配管５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅからの冷媒が合流する時、オリフィス５３の下端面に衝突し、乱れが発生するので、大きな気泡が形成することがない。そして、合流した冷媒はオリフィス５３を通過するときに増速され、攪乱によって液相が分裂し、気相と混合する。

膨張弁５１とオリフィス５３との間の距離が短いので、気相と液相が再び分離する前に膨張弁５１に到達し、気相と液相が混在する状態で膨張弁本体を通過する。このため、気相と液相の不連続による間欠的な流動音が発生しなくなり、空気調和機の快適性を向上できる。
（４）オリフィス５３を冷媒分流器５０側に、メッシュ部材５２aの閉端を膨張弁５１側に配置することによって、流路断面積の急激な変化による流れへの影響を抑制でき、冷媒流動音の発生や膨張弁の故障を防止できる。

具体的には、冷媒がオリフィスを通過する際に、オリフィス端面への衝突、および流路断面積の減少に伴う加速によって、激しい乱れと圧力変動が生じる。オリフィスが膨張弁５１に接近して配置された場合、膨張弁５１中のニードルや第１接続管５１ｂ、第２接続管５１ｃに振動を与えるので、冷媒流動音が発生し、膨張弁５１が損傷する恐れも高くなる。

本実施形態によれば、流れへの影響が少ないメッシュ部材５２aの閉端を膨張弁５１側に配置し、流れへの影響が大きいオリフィスを冷媒分流器５０側に配置することによって、上述した悪影響を軽減し、空気調和機の快適性と信頼性を向上できる。
（５）膨張弁５１と冷媒分流器５０との間に設けられた絞り機構がオリフィス５３のみなので、流路断面積の変化が少なく、圧力変動による冷媒流動音を低減できる。
（６）冷媒分流器結合型膨張弁の構成が小形となるので、取付スペースに余裕のある製品、例えば室外ユニットはもちろん、高さの低い製品、例えば室内ユニットにも使用できる。
（７）冷媒分流器結合型膨張弁の構成が簡略化されているので、部品点数と加工工数が少なくなり製品単価をさげることができる。
（８）フィルタ５２およびオリフィス５３は、溶融金属（例えば、りん銅ロウ）によって、膨張弁５１の第１接続管５１ｂの開口端５１ｄ、フィルタ５２のフィルタホルダ５２ｂ、オリフィス５３の外周面、冷媒分流器５０に形成した収納孔５４の内周壁面の夫々が強固に固着される構成となり、がたつきの発生を防止できる。

次に本発明の第２の実施形態について説明するが、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付しており、これについては説明を省略する。本実施形態の特徴は、膨張弁の接続配管の開口端に収納孔を形成し、冷媒分流器に形成した冷媒流出入管の開口端に、フィルタのメッシュ部材が接続配管に内装されるようにフィルタホルダを介してフィルタを取り付け、冷媒流出入管の開口端及びフィルタを接続配管の収納孔に収納すると共に、冷媒流出入管の開口端、フィルタホルダ及び接続配管の収納孔の間を溶融金属で固着する、構成としたものである。

第１の実施形態では、冷媒分流器５０の収納孔５４に膨張弁５１の第１接続管５１ｂが収納される形態となっていたが、本実施形態では、膨張弁５１の接続管５１ｂの開口端を拡大（拡管処理）し、この拡大された開口端(収納孔)にフィルタ５２、オリフィス５３、冷媒分流器５０の冷媒流出入孔５５が収納される形態となっている。

図３に示しているように本実施形態においては、膨張弁５１の接続管５１ｂの開口端５１ｅは、収納孔を形成するため内径が拡大されており、この拡大された拡開開口端（以下、収納孔と表記する）５１ｅにフィルタ５２のメッシュ部材５２aの一部が収納されている。フィルタ５２のフィルタホルダ５２ｂは、図面で見て外縁が下に折り曲げられて筒状になっており、この筒状部分は膨張弁５１の第１接続管５１ｂの収納孔５１ｅより、やや小さい外形寸法を有する形状に形成されている。

また、冷媒分流器５０の分流配管５０ａ〜５０ｅが設けられている反対側に、冷媒流出入管５５が絞り加工によって形成され、この冷媒流出入管５５は、フィルタ５２のフィルタホルダ５２ｂの筒状部分の内側に嵌合的に挿入できる形状に形成されている。

更に、オリフィス５３もフィルタホルダ５２ｂの筒状部分の内側に嵌合的に挿入できる形状に形成されており、オリフィス５３は、冷媒流出入管５５とフィルタホルダ５２ｂの間に配置されて両者で挟持されている。

そして、膨張弁５１、冷媒分流器５０、フィルタ５２、オリフィス５３を夫々組み合わせて組み立てた状態は次のような構成となる。オリフィス５３は、フィルタホルダ５２ｂの筒状部分に収納されて位置決めされている。このオリフィス５３の下には、冷媒分流器５０の冷媒流出入管５５が配置されている。フィルタ５２は冷媒流出入管５５とは反対側に配置され、膨張弁５１の第１接続管５１ｂ内に内装されるように挿入されている。そして、フィルタ５２、オリフィス５３を一体化した冷媒流出入管５５は、膨張弁５１の第１接続管５１ｂの収納孔５１ｅ内に収納されて固定されるものである。

ここで、膨張弁５１の第１接続管５１ｂの収納孔５１ｅの軸方向の領域、冷媒分流器５０の冷媒流出入管５５の収納孔５１ｅと重なる領域、及びフィルタ５２の収納孔５１ｅと重なる領域とが並んで存在するため、実施例１と同様に冷媒分流器５０と膨張弁５１の間の距離を短くすることができる。

そして、膨張弁５１の第１接続管５１ｂの拡開開口端５１ｅの内周壁面、フィルタ５２のフィルタホルダ５２ｂの筒状部分、冷媒分流器５０に形成した冷媒流出入管５５の外周壁面の夫々は、接合領域Ｇで溶融金属によって接合されることになる。

この接合領域Ｇでの接合は、実施例１と同様に「ロウ付け」で接合されるものであり、好ましくは、溶融金属としてりん銅ロウが使用される。このりん銅ロウによってロウ付け部ＢＭが形成されている。このロウ付け部ＢＭによって、膨張弁５１の第１接続管５１ｂの拡開開口端５１ｅの内周壁面、フィルタ５２のフィルタホルダ５２ｂの筒状部分、冷媒分流器５０に形成した冷媒流出入管５５の外周壁面の夫々は、強固に固着される構成となる。このような実施形態においても、実施例１と同様の作用、効果を奏することが可能となる。

ここで、上述した空気調和装置以外に、１台の室外ユニットと複数台の室内ユニット、または複数台の室外ユニットと複数台の室内ユニットから構成された空気調和装置に使用されても良いものである。また、膨張弁の第１接続管の拡管加工を施さず、内径の大きい第１接続管を使用することもできるものである。この場合、オリフィスやフィルタの位置決めは、第１接続管の一部に径小部を設け、この部分で位置決めすることができる。

更に、オリフィスをフィルタ、または冷媒分流器と一体化させてもよいが、冷媒流動音が重視されない場合は、オリフィスを省略しても良いものである。もちろん、冷媒分流器の種類と分岐数や、オリフィスの種類等は、必要に応じて変更してもよいものである。

以上述べた通り、本発明によれば、膨張弁と冷媒分流器とを、Ｌ/Ｄ≦１．２Ｇ^０．３６（ここで、Ｌ[ｍ]は膨張弁の絞り域から冷媒分流器の分岐域までの距離、Ｄ[ｍ]は冷媒分流器に接続する膨張弁の接続管の内径、Ｇ[ｋｇ/(ｍ２ｓ)]は膨張弁の接続管を流れる冷媒の質量速度である）の関係を満たすように配置するものを前提として、膨張弁の接続配管の開口端にフィルタのメッシュ部材が内装されるようにフィルタホルダを介してフィルタを取り付け、フィルタが内装された接続配管の開口端を冷媒分流器の収納孔に収納すると共に、接続配管の開口端、フィルタホルダ及び収納孔の間を溶融金属で固着する、或いは膨張弁の接続配管の開口端に収納孔を形成し、冷媒分流器に形成した冷媒流出入管の開口端に、フィルタのメッシュ部材が膨張弁の接続配管に内装されるようにフィルタホルダを介してフィルタを取り付け、冷媒流出入管の開口端及びフィルタを接続配管の収納孔に収納すると共に、冷媒流入出管の開口端、フィルタホルダ及び接続配管の収納孔の間が溶融金属で固着されている、構成としたものである。

この構成によれば、膨張弁下流における気液二相流の旋回噴流状態を利用して良好な分配特性を実現しながら、フィルタ表面積を確保するとことができるものである。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…空気調和装置、１１…室外ユニット、１２…室外ユニット、１３、１４…配管、１５…圧縮機、１６…四方弁、１７…アキュムレータ、１８…室外膨張弁、１９…室外熱交換器、２０…冷媒分流器、２１…ヘッダ配管、２５…室内熱交換器、２６…冷媒分流器、２７…ヘッダ配管、５０…冷媒分流器、５０ａ〜５０ｅ…冷媒配管、５１…膨張弁、５１ａ…膨張弁本体、５１ｂ…第１接続管、５１ｃ…第２接続管、５１ｄ…開口端、５１ｅ…拡開開口端、５２…フィルタ、５２ａ…メッシュ部材、５２ｂ…フィルタホルダ、５３…オリフィス、５４…収納孔、５５…冷媒流出入管。

Claims (7)

1. 膨張弁と冷媒分流器とを、Ｌ/Ｄ≦１．２Ｇ^０．３６（ここで、Ｌ[ｍ]は膨張弁の絞り域から冷媒分流器の分岐域までの距離、Ｄ[ｍ]は冷媒分流器に接続する膨張弁の接続管の内径、Ｇ[ｋｇ/(ｍ^２ｓ)]は膨張弁の接続管を流れる冷媒の質量速度である）の関係を満たすように配置した冷媒分流器結合型膨張弁において、
   前記膨張弁の接続配管の開口端にフィルタのメッシュ部材が内装されるようにフィルタホルダを介して前記フィルタを取り付け、前記フィルタが内装された前記接続配管の開口端を前記冷媒分流器に形成した収納孔に収納すると共に、前記接続配管の前記開口端、前記フィルタホルダ及び前記収納孔の間が溶融金属で固着されていることを特徴とする冷媒分流器結合型膨張弁。
2. 膨張弁と冷媒分流器とを、Ｌ/Ｄ≦１．２Ｇ^０．３６（ここで、Ｌ[ｍ]は膨張弁の絞り域から冷媒分流器の分岐域までの距離、Ｄ[ｍ]は冷媒分流器に接続する膨張弁の接続管の内径、Ｇ[ｋｇ/(ｍ^２ｓ)]は膨張弁の接続管を流れる冷媒の質量速度である）の関係を満たすように配置する冷媒分流器結合型膨張弁において、
   前記膨張弁の接続配管の開口端に収納孔を形成し、前記冷媒分流器に形成した冷媒流出入管の開口端に、フィルタのメッシュ部材が前記膨張弁の前記接続配管に内装されるようにフィルタホルダを介して前記フィルタを取り付け、前記冷媒分流器の前記冷媒流出入管の開口端及び前記フィルタを、前記膨張弁の前記接続配管の前記収納孔に収納すると共に、前記冷媒流出入管の前記開口端、前記フィルタホルダ及び前記接続配管の前記収納孔の間が溶融金属で固着されていることを特徴とする冷媒分流器結合型膨張弁。
3. 請求項２に記載の冷媒分流器結合型膨張弁において、
   前記膨張弁の前記接続配管に形成された前記収納孔は、前記膨張弁の前記開口端の内径を大きくして拡開された拡開開口端であることを特徴とする冷媒分流器結合型膨張弁。
4. 請求項１或いは請求項２に記載の冷媒分流器結合型膨張弁において、
   前記収納孔の前記冷媒分流器と前記フィルタとの間に、冷媒が流れる流路の断面積を縮小させるオリフィスが設けられていることを特徴とする冷媒分流器結合型膨張弁。
5. 請求項４に記載の冷媒分流器結合型膨張弁において、
   前記オリフィスは１個であることを特徴とする冷媒分流器結合型膨張弁。
6. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を熱交換する第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器を通過した冷媒を減圧する膨張弁及び前記膨張弁により減圧された冷媒を内部に形成された複数の流路に分流させる分流器とを組み合わせた冷媒分流器結合型膨張弁と、前記分流器により分流された冷媒を熱交換する第２の熱交換器とを備えた冷凍サイクル装置において、
   前記冷媒分流器結合型膨張弁として、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の前記冷媒分流器結合型膨張弁を使用することを特徴とする冷凍サイクル装置。
7. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を熱交換する室外熱交換器と、前記室外熱交換器に熱交換用の空気を流す室外送風ファンと、前記室外熱交換器を通過した冷媒を減圧する膨張弁及び前記膨張弁により減圧された冷媒を内部に形成された複数の流路に分流させて前記室外熱交換器に流す分流器とを組み合わせた室外冷媒分流器結合型膨張弁とを有する室外ユニットと、前記圧縮機により圧縮された冷媒を熱交換する室内熱交換器と、前記室内熱交換器に熱交換用の空気を流す室内送風ファンと、冷媒を減圧する膨張弁及び前記膨張弁により減圧された冷媒を内部に形成された複数の流路に分流させて前記室内熱交換器に流す冷媒分流器を組み合わせた室内冷媒分流器結合型膨張弁を備えた室内ユニットを有する空気調和装置において、
   前記室外冷媒分流器結合型膨張弁、及び前記室内冷媒分流器結合型膨張弁として、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の前記冷媒分流器結合型膨張弁を使用することを特徴とする空気調和装置。

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