JP7280522B2 - 流量調整弁、及び、熱交換ユニット - Google Patents

Description

流量調整弁、及び、熱交換ユニットに関する。

特許文献１（特開昭６２－３１７８４号公報）に記載のように、圧電素子を有する弁体と、弁体によって開閉される孔を有する弁座とを備える流量調整弁が知られている。この流量調整弁では、圧電素子に電圧を印加することで生じる弁体の変位によって、弁を通過する流体の流量が調整される。

弁が閉じている時において弁体の上流側の圧力と下流側の圧力との差が大きい場合、弁が開く時に弁体にかかる負荷が大きい。このような場合、大型の圧力素子を用いる必要があり、弁の小型化が難しい。

第１観点の流量調整弁は、弁本体と、板状部材とを備える。弁本体は、流体の流入口、及び、流体の流出口を有する。板状部材は、弁本体の内部に配置される。板状部材は、板状の圧電体と、金属板とを有する。弁本体は、流入口と流出口とを結ぶ第１流路と、流入口と流出口とを結ぶ第２流路とを有する。板状部材は、圧電体に電圧を印加することで生じる板状部材の変位によって第１流路を開閉することで、流入口から流出口に流れる流体の流量を調整する。

この流量調整弁では、流入口から流出口へ向かうメイン流路（第１流路）にバイパス流路（第２流路）が設けられることで、メイン流路が開くときの弁体（板状部材）にかかる負荷が低減される。従って、薄型の弁体を使用できるので、流量調整弁を小型化できる。

第２観点の流量調整弁は、第１観点の流量調整弁であって、板状部材は、圧電体に電圧を印加することで生じる板状部材の変位によって第１流路を周期的に開閉することで、流入口から流出口に流れる流体の流量を調整する。

この流量調整弁では、弁体を周期的に変位させて、メイン流路の開度を周期的に変えることで、流量の細かい調整が可能となる。

第３観点の流量調整弁は、第１観点又は第２観点の流量調整弁であって、板状部材は、さらに、圧電体に印加される電圧の大きさを変化させることによる、板状部材の変位量の調整によって、流入口から流出口に流れる流体の流量を調整する。

この流量調整弁では、弁体に印加する電圧を制御して弁体の変位量を調整することで、流量の細かい調整が可能となる。

第４観点の流量調整弁は、第１乃至第３観点のいずれか１つの流量調整弁であって、第１部材をさらに備える。第１部材は、弁本体の内部において第１流路と連通する第１空間に配置される導電性部材である。第１部材は、圧電体及び金属板と電気的に接続される。

この流量調整弁では、弁体と電気的に接続される導電性ピン（第１部材）が、弁本体の内部に配置される。従って、弁体が弁本体によって保護される。

第５観点の流量調整弁は、第４観点の流量調整弁であって、弁本体は、弁本体の外部空間と第１空間とを結ぶ第１開口をさらに有する。第１開口は、絶縁性部材である第２部材によってシールされる。第１部材は、第１空間から弁本体の外部空間まで延びており、かつ、弁本体と接することなく第２部材を貫通している。

この流量調整弁では、弁本体の内部には導電性ピンの一部しか配置されない。従って、導電性ピンの一部を弁本体の外部に露出させることで、流量調整弁を小型化できる。

第６観点の熱交換ユニットは、冷凍サイクル装置の熱交換ユニットであって、冷媒が内部を流れる冷媒配管と、第１乃至第５観点のいずれか１つの流量調整弁とを備える。流量調整弁は、冷媒配管に取り付けられ、冷媒配管の内部を流れる冷媒の流量を調整する。

この熱交換ユニットでは、小型の流量調整弁を備えることで、熱交換ユニットを小型化できる。

実施形態の冷凍サイクル装置１の概略構成図である。 実施形態の熱交換ユニット１００の概略構成図である。 実施形態の流量調整弁１４０の概略断面図である。流量調整弁１４０の開度が最小である時の状態を表す図である。 実施形態の流量調整弁１４０の概略断面図である。流量調整弁１４０の開度が最小でない時の状態を表す図である。 流量調整弁１４０の弁座１４５の外観図である。 流量調整弁１４０の弁座１４５の上面図である。 実施形態の板状部材１４２及び電極１４３の概略構成図である。圧電体１４２ｂに電圧が印加されていない状態を表す図である。 実施形態の板状部材１４２及び電極１４３の概略構成図である。第１圧電体１４２ｂ１にプラスの電圧が印加されている状態を表す図である。 実施形態の板状部材１４２及び電極１４３の概略構成図である。第２圧電体１４２ｂ２にマイナスの電圧が印加されている状態を表す図である。 実施形態の板状部材１４２の制御を説明するための図である。

本開示の一実施形態に係る流量調整弁１４０、流量調整弁１４０を備える熱交換ユニット１００、及び、熱交換ユニット１００を備える冷凍サイクル装置１について、図面を参照しながら説明する。

（１）冷凍サイクル装置
（１－１）全体構成
図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。冷凍サイクル装置１は、主として、室外ユニット２と、室内ユニット３と、液冷媒連絡管４と、ガス冷媒連絡管５と、を備える。液冷媒連絡管４及びガス冷媒連絡管５は、室外ユニット２と室内ユニット３とを接続する。そして、冷凍サイクル装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路６は、室外ユニット２と、室内ユニット３とが液冷媒連絡管４及びガス冷媒連絡管５を介して接続されることによって構成されている。

（１－２）詳細構成
（１－２－１）室内ユニット
室内ユニット３は、室内（居室や天井裏空間等）に設置されており、冷媒回路６の一部を構成している。室内ユニット３は、主として、室内熱交換器３１を有している。室内熱交換器３１は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器３１の液側は液冷媒連絡管４に接続されており、室内熱交換器３１のガス側はガス冷媒連絡管５に接続されている。

（１－２－２）室外ユニット
室外ユニット２は、室外（建物の屋上や建物の壁面近傍等）に設置されており、冷媒回路６の一部を構成している。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４と、アキュムレータ２５と、液閉鎖弁２６と、ガス閉鎖弁２７と、を有している。

圧縮機２１は、低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。ここでは、圧縮機２１として、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）が圧縮機用モータによって回転駆動される密閉式構造の圧縮機が使用されている。

四路切換弁２２は、室外ユニット２の内部配管の接続状態を切り替える。冷凍サイクル装置１が冷房運転を行う場合、四路切換弁２２は、図１の破線で示される接続状態を実現する。冷凍サイクル装置１が暖房運転を行う場合、四路切換弁２２は、図１の実線で示される接続状態を実現する。

室外熱交換器２３は、冷媒回路６を循環する冷媒と、室外空気との熱交換を行う。室外熱交換器２３は、冷房運転時には冷媒の放熱器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。

図２に示すように、室外熱交換器２３は、複数の熱交換部２３ａ～２３ｉを含む。熱交換部２３ａ～２３ｉは、冷媒と室外空気とが、熱交換を行う部分である。図２では、９つの熱交換部２３ａ～２３ｉが下から順に配置されている。熱交換部２３ａ～２３ｉは、冷媒が流れる冷媒流路と、室外空気と接する伝熱フィンと、を有する。各熱交換部２３ａ～２３ｉは、伝熱フィンを共有する。

図１に戻り、室外膨張弁２４は、開度調整が可能な電動弁又は電磁弁である。室外膨張弁２４は、室外ユニット２の内部配管を流れる冷媒を減圧させる。室外膨張弁２４は、室外ユニット２の内部配管を流れる冷媒の流量を制御する。

アキュムレータ２５は、圧縮機２１の吸入側の配管に設置される。アキュムレータ２５は、冷媒回路６を流れる気液混合冷媒を、ガス冷媒と液冷媒とに分離して、液冷媒を貯留する。アキュムレータ２５で分離されたガス冷媒は、圧縮機２１の吸入ポートに送られる。

液閉鎖弁２６及びガス閉鎖弁２７は、冷媒流路を遮断することが可能な弁である。液閉鎖弁２６は、室内熱交換器３１と室外膨張弁２４との間に設置される。ガス閉鎖弁２７は、室内熱交換器３１と四路切換弁２２との間に設置される。液閉鎖弁２６及びガス閉鎖弁２７は、例えば、冷凍サイクル装置１の設置時等において、作業者によって開閉される。

制御部２８は、熱交換ユニット１００を含む室外ユニット２の構成機器を制御する。制御部２８は、コンピュータにより実現されるものである。制御部２８は、制御演算装置と記憶装置とを備える。制御演算装置には、ＣＰＵ又はＧＰＵといったプロセッサを使用できる。制御演算装置は、記憶装置に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の画像処理や演算処理を行う。さらに、制御演算装置は、プログラムに従って、演算結果を記憶装置に書き込んだり、記憶装置に記憶されている情報を読み出したりすることができる。

（１－２－３）冷媒連絡管
液冷媒連絡管４及びガス冷媒連絡管５は、冷媒回路６を備える冷凍サイクル装置１をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニット２と室内ユニット３との組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

なお、液冷媒連絡管４に流れる冷媒は、液体であってもよく、気液二相であってもよい。

（１－３）動作
図１を参照して、冷凍サイクル装置１の動作について説明する。冷凍サイクル装置１では、冷房運転と、暖房運転と、が行われる。

（１－３－１）暖房運転
冷凍サイクル装置１が暖房運転を行う場合、四路切換弁２２が室外蒸発状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。冷媒回路６において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス閉鎖弁２７及びガス冷媒連絡管５を通じて、室内熱交換器３１に送られる。室内熱交換器３１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器３１において、室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱される。室内熱交換器３１で放熱した液冷媒は、液冷媒連絡管４及び液閉鎖弁２６を通じて、室外膨張弁２４に送られる。室外膨張弁２４に送られた冷媒は、室外膨張弁２４によって冷凍サイクルの低圧まで減圧でされる。室外膨張弁で減圧された低圧の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に送られた低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器２３において、室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒となる。室外熱交換器２３で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁２２及びアキュムレータ２５を通じて、再び、圧縮機に吸入される。

（１－３－２）冷房運転
冷凍サイクル装置１が冷房運転を行う場合、四路切換弁２２が室外放熱状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。冷媒回路６において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器２３に送られた高圧のガス冷媒は、冷媒の放熱器として機能する室外熱交換器２３において、室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、室外膨張弁２４、液閉鎖弁２６及び液冷媒連絡管４を通じて、室内熱交換器３１に送られる。室内熱交換器３１に送られた冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器３１において、室内空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、室内空気は冷却される。室内熱交換器３１において蒸発したガス冷媒は、ガス冷媒連絡管５、ガス閉鎖弁２７、四路切換弁２２及びアキュムレータ２５を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

（２）熱交換ユニット
（２－１）全体構成
冷凍サイクル装置１の室外ユニット２は、熱交換ユニット１００を含む。熱交換ユニット１００は、室外熱交換器２３を含む。図１及び図２に示すように、熱交換ユニット１００は、主に、分流器１１０と、冷媒流路１２０と、ヘッダ１３０と、流量調整弁１４０と、制御部２８とを備える。

（２－２）詳細構成
（２－２－１）分流器
分流器１１０は、室外膨張弁２４と室外熱交換器２３との間に設けられる。図２では、分流器１１０は、熱交換部２３ａ～２３ｉの一端側（図２における左側）に配置されている。なお、図２では、分流器１１０は、熱交換部２３ａ～２３ｉの下方に図示されているが、熱交換部２３ａ～２３ｉの側方に配置されてもよい。

分流器１１０は、暖房運転時に、冷媒回路６において室外熱交換器２３に向かう冷媒を、図２の矢印に示すように、複数の冷媒流路１２０のそれぞれに分岐させる。この場合、分流器１１０には、液冷媒が流入する。図２では、分流器１１０により、９本の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉに分岐されている。なお、分岐される冷媒流路の数は、特に限定されない。

（２－２－２）冷媒流路
分流器１１０により分岐された複数の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉには、冷媒が流れる。冷媒流路１２０は、内部に冷媒が流れる配管である。この配管の内径は、例えば１０ｍｍ以下であり、好ましくは７ｍｍ以下である。各冷媒流路１２０ａ～１２０ｉの一端部は、分流器１１０に接続され、各冷媒流路１２０ａ～１２０ｉの他端部は、ヘッダ１３０に接続されている。

図２に示す各冷媒流路１２０ａ～１２０ｉは、上下方向に延びる部分と、左右方向に延びる部分と、を有する。上下に延びる部分は、分流器１１０から上方に延びる。左右に延びる部分は、室外熱交換器２３の熱交換部２３ａ～２３ｉの一部を構成する。言い換えると、室外熱交換器２３の各熱交換部２３ａ～２３ｉは、各冷媒流路１２０ａ～１２０ｉを含む。ここでは、各熱交換部２３ａ～２３ｉには、上下に並ぶ３本の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉがそれぞれ配置される。３本の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉは、１つの冷媒流路が２回折り返されてなる。そして、複数の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉには、共通の複数の伝熱フィンが配置される。

（２－２－３）ヘッダ
ヘッダ１３０は、複数の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉと接続される。ここでは、ヘッダ１３０は、熱交換部２３ａ～２３ｉの他端側（図２における右側）に立設されている。ヘッダ１３０は、筒状の部材である。

ヘッダ１３０は、暖房運転時に、複数の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉを流れる冷媒を合流させる。この場合、ヘッダ１３０には、ガス冷媒が流入する。このガス冷媒は、冷媒回路６において四路切換弁２２に送られる。

（２－２－４）流量調整弁
流量調整弁１４０は、少なくとも１つの冷媒流路１２０に設けられる。図２では、複数の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉのそれぞれに、１つの流量調整弁１４０ａ～１４０ｉが設けられている。言い換えると、流量調整弁１４０の数は、複数の冷媒流路１２０の数と同じである。流量調整弁１４０は、冷媒流路１２０である配管に取り付けられる。

流量調整弁１４０は、室外膨張弁２４と室外熱交換器２３との間に設けられる。具体的には、複数の流量調整弁１４０ａ～１４０ｉは、分流器１１０と熱交換部２３ａ～２３ｉとの間に設けられる。

流量調整弁１４０は、冷媒流路１２０を流れる冷媒の流量を調整する。言い換えると、流量調整弁１４０は、その開度に応じて、冷媒流路１２０を流れる冷媒の流量を増減させる。流量調整弁１４０は、流量調整弁１４０が減圧できる最大圧力以下の圧力範囲において、流量を調整できる。これにより、複数の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉの一部の冷媒流路に他の冷媒流路よりも多くの冷媒が流れることによる、冷媒の偏流を防止できる。流量調整弁１４０の開度は、所定の最小開度から所定の最大開度までの範囲内において調整可能である。流量調整弁１４０の最小開度は、ゼロより大きい所定の値である。そのため、流量調整弁１４０の開度が最小であっても、冷媒は、流量調整弁１４０を通過することができる。

図３に示すように、流量調整弁１４０は、主に、弁本体１４１と、板状部材１４２と、電極１４３と、絶縁部材１４４とを含む。本実施形態の流量調整弁１４０は、室外膨張弁２４に用いられる電磁弁又は電動弁と異なり、圧電素子を用いている。このため、流量調整弁１４０は、電圧の印加により作動する。ここでは、流量調整弁１４０は、電磁弁に使用される電磁コイルよりも小さい発生力を有するバイモルフ型圧電素子を用いている。

（２－２－４－１）弁本体
弁本体１４１は、冷媒流路１２０と連結されている。弁本体１４１は、１つの部材で構成されてもよく、複数の部材で構成されてもよい。弁本体１４１の内部には、冷媒が通過するための空間が形成されている。

弁本体１４１は、冷媒の流入口１４１ａと、冷媒の流出口１４１ｂと、第１流路１４１ｃ１と、第２流路１４１ｃ２と、弁座１４５と、を有する。第１流路１４１ｃ１及び第２流路１４１ｃ２は、流入口１４１ａと流出口１４１ｂとを結び、図３及び図４では、概ね右側から左側に向かって延びた後、下側に向かって延びる。弁座１４５は、弁本体１４１の内部に配置される部材である。以下の説明では、図３の矢印に示す暖房運転時の冷媒の流れを基準にしている。

本実施形態では、流入口１４１ａは、弁本体１４１の長手方向の端部（図３における右側）に設けられ、流出口１４１ｂは、弁本体１４１の長手方向中央部の下部（図３における下側）に設けられる。流入口１４１ａ及び流出口１４１ｂのそれぞれは、冷媒流路１２０に接続されている。図３では、冷媒流路１２０の端部は、流入口１４１ａ及び流出口１４１ｂよりも弁本体１４１の内側まで入り込んでいる。

弁本体１４１の内部には、入口流路１４１ｄ１と、調整流路１４１ｄ２と、バイパス流路１４１ｄ３とが形成されている。第１流路１４１ｃ１は、入口流路１４１ｄ１と調整流路１４１ｄ２とを含む。第２流路１４１ｃ２は、入口流路１４１ｄ１とバイパス流路１４１ｄ３とを含む。

入口流路１４１ｄ１は、弁本体１４１の長手方向（図３の左右方向）に沿って延びている。入口流路１４１ｄ１は、流入口１４１ａに接続される冷媒流路１２０と連通する。流入口１４１ａを経由して弁本体１４１の内部に流入した冷媒は、最初に入口流路１４１ｄ１を流れる。流量調整弁１４０の開度が最小でない場合、入口流路１４１ｄ１を通過した冷媒の一部は、調整流路１４１ｄ２に流入し、残りは、バイパス流路１４１ｄ３に流入する。調整流路１４１ｄ２を通過した冷媒、及び、バイパス流路１４１ｄ３を通過した冷媒は、合流して、流出口１４１ｂを経由して、流出口１４１ｂに接続される冷媒流路１２０に流入する。言い換えると、第１流路１４１ｃ１及び第２流路１４１ｃ２は、弁本体１４１の内部において、一旦分流した後に合流する。

調整流路１４１ｄ２は、流量調整弁１４０を通過する冷媒の流量を調整するために、断面積が変化する部分である。調整流路１４１ｄ２は、主として、弁座１４５を貫通する第１貫通孔１４１ｅ１と、板状部材１４２とから構成される。板状部材１４２は、調整流路１４１ｄ２の断面積を変化させるために、第１貫通孔１４１ｅ１を開閉するための部材である。調整流路１４１ｄ２の断面積は、弁座１４５と板状部材１４２との間の隙間の寸法に応じて変化する。後述するように、調整流路１４１ｄ２の断面積は、板状部材１４２の変位によって変化する。

図３に示されるように、流量調整弁１４０の開度が最小であるとき、弁座１４５の第１貫通孔１４１ｅ１は、板状部材１４２によって閉じられている。そのため、流量調整弁１４０の開度が最小であるとき、冷媒は調整流路１４１ｄ２を通過することができないので、流量調整弁１４０は、第１流路１４１ｃ１が閉じている状態にある。

図４に示されるように、流量調整弁１４０の開度が最小でないとき、弁座１４５の第１貫通孔１４１ｅ１は、板状部材１４２によって閉じられていない。そのため、流量調整弁１４０の開度が最小でないとき、冷媒は調整流路１４１ｄ２を通過することができるので、流量調整弁１４０は、第１流路１４１ｃ１が開いている状態にある。

バイパス流路１４１ｄ３は、主として、弁座１４５を貫通する第２貫通孔１４１ｅ２から構成される。第２貫通孔１４１ｅ２は、板状部材１４２のような外部の部材によって開閉されない。そのため、バイパス流路１４１ｄ３は常に開いているので、第２流路１４１ｃ２は、常に開いている状態にある。従って、流量調整弁１４０の開度が最小であるときでも、流入口１４１ａを経由して弁本体１４１の内部に流入した冷媒は、入口流路１４１ｄ１を通過した後、バイパス流路１４１ｄ３を通過して、流出口１４１ｂに到達することができる。また、バイパス流路１４１ｄ３は、流量調整弁１４０の開度が最小であるとき、言い換えると、第１貫通孔１４１ｅ１が板状部材１４２によって閉じられているときに、調整流路１４１ｄ２の上流側と下流側とを連通させる機能を有する。上流側とは、流入口１４１ａの側であり、下流側とは、流出口１４１ｂの側である。

上述したように、弁座１４５は、第１貫通孔１４１ｅ１と第２貫通孔１４１ｅ２とを有する。図５及び図６に示されるように、第１貫通孔１４１ｅ１は、弁座１４５の中央部を貫通する略円筒形状の孔である。以降、第１貫通孔１４１ｅ１の長手方向（貫通する方向）を第１方向と定義する。第１方向は、例えば、鉛直方向である。

図６に示されるように、第１方向に沿って見た場合、第２貫通孔１４１ｅ２は、第１貫通孔１４１ｅ１の周囲に形成される略円弧状の孔である。本実施形態において、略円弧状の第２貫通孔１４１ｅ２の数は１つであるが、第２貫通孔１４１ｅ２の数及び形状は、弁座１４５の形状に応じて任意に設定可能である。例えば、第２貫通孔１４１ｅ２は、第１方向に沿って見た場合に、第１貫通孔１４１ｅ１の周囲に形成される複数の略円形の孔であってもよい。また、弁座１４５の形状も、図５及び図６に示される形態に限られない。

（２－２－４－２）板状部材
板状部材１４２は、弁座１４５の近傍に配置される弁体である。板状部材１４２は、弁本体１４１の内部の空間に配置され、図３では左右方向に延びている。板状部材１４２は、一方の端部（図３における左端部）が支持されて、他方の端部（図３における右端部）が支持されていない、片持ちの構造を有する。具体的には、板状部材１４２の一方の端部は、電極１４３に接続された状態で、弁本体１４１に固定されている。板状部材１４２の他方の端部は、自由端であり、弁座１４５と対向している。板状部材１４２の自由端が第１方向に変位することで、弁座１４５の第１貫通孔１４１ｅ１の上流側の開口（図３における上側の開口）が開閉する。

図３に示されるように、板状部材１４２の自由端が弁座１４５に接しているとき、第１貫通孔１４１ｅ１は板状部材１４２によって塞がれているので、調整流路１４１ｄ２の断面積はゼロとなる。

図４に示されるように、板状部材１４２の自由端が弁座１４５に接していないとき、第１貫通孔１４１ｅ１は板状部材１４２によって塞がれていないので、調整流路１４１ｄ２の断面積はゼロではない。板状部材１４２の自由端の第１方向の位置によって、板状部材１４２と弁座１４５との間の隙間の寸法が変化するので、調整流路１４１ｄ２の断面積も変化する。そのため、板状部材１４２の変位量に応じて、第１流路１４１ｃ１を流れる冷媒の流量が変化する。

図７～図９に示すように、板状部材１４２は、金属板１４２ａと、一対の圧電体１４２ｂと、弾性部材１４２ｃと、を有する。一対の圧電体１４２ｂは、第１圧電体１４２ｂ１と、第２圧電体１４２ｂ２とから構成される。板状部材１４２は、第１圧電体１４２ｂ１と、金属板１４２ａと、第２圧電体１４２ｂ２とが第１方向に積層している構成を有する。金属板１４２ａは、第１圧電体１４２ｂ１と第２圧電体１４２ｂ２とによって挟まれている。印加電圧によって圧電体１４２ｂに生じる変位により、板状部材１４２の自由端が第１方向に変位して、調整流路１４１ｄ２の断面積が変化する。図７～９において、板状部材１４２の自由端は、板状部材１４２の右側の端部である。

金属板１４２ａは、金属材料で構成されている。圧電体１４２ｂは、印加電圧により変形する圧電性を有する材料（圧電材料）で構成されている。板状部材１４２の長手方向（図３，４の左右方向）において、金属板１４２ａは、圧電体１４２ｂよりも長い。金属板１４２ａ及び圧電体１４２ｂの一方の端部（図７～図９における右側の端部）は揃っている。金属板１４２ａの他方の端部（図７～９における左側の端部）は、圧電体１４２ｂの他方の端部（図７～９における左側の端部）から突出している。金属板１４２ａは、プラス又はマイナスの第３接点１４３ｃを有する。

圧電体１４２ｂは、電圧が印加されると、圧電体１４２ｂの長手方向と交差する第１方向に変位する。具体的には、圧電体１４２ｂの自由端（板状部材１４２の自由端の側の端部）は、図７～図９における上下方向に変位する。圧電体１４２ｂは、図７に示すように、左右方向にまっすぐに延びる状態と、図８に示すように、自由端が下方に移動した状態と、図９に示すように、自由端が上方に移動した状態と、になり得る。

弾性部材１４２ｃは、板状部材１４２の自由端の側において、弁座１４５に近い側の圧電体１４２ｂである第２圧電体１４２ｂ２に取り付けられている。弾性部材１４２ｃは、例えば、ゴム製の板である。図３に示されるように、板状部材１４２の自由端が弁座１４５に接しているとき、弾性部材１４２ｃは、第１貫通孔１４１ｅ１の上流側の開口を塞いでいる。図４に示されるように、板状部材１４２の自由端が弁座１４５に接していないとき、弾性部材１４２ｃは、第１貫通孔１４１ｅ１の上流側の開口を塞いでいない。図３，４では、弾性部材１４２ｃは、板状部材１４２の自由端において下方に向かって突出している部分に相当する。

（２－２－４－３）電極
電極１４３は、圧電体１４２ｂに接続され、板状部材１４２と共に圧電素子を構成する。図７～図９では、電極１４３は、圧電体１４２ｂ及び金属板１４２ａと接続される。具体的には、電極１４３は、第１接点１４３ａと、第２接点１４３ｂと、を有する。第１接点１４３ａは、第１圧電体１４２ｂ１に接続されるプラスの接点である。第２接点１４３ｂは、第２圧電体１４２ｂ２に接続されるマイナスの接点である。第１接点１４３ａ及び第２接点１４３ｂは、金属板１４２ａの第３接点１４３ｃと接続可能に構成されている。

図７に示すように、金属板１４２ａの第３接点１４３ｃが第１接点１４３ａ及び第２接点１４３ｂに接続されていない場合には、圧電体１４２ｂに電圧が印加されない。この時には、圧電体１４２ｂは、長手方向にまっすぐ延びている。

図８に示すように、第３接点１４３ｃが第１接点１４３ａに接続されている場合には、第１接点１４３ａに接続される第１圧電体１４２ｂ１にプラスの電圧が印加される。このオフ状態では、圧電体１４２ｂの自由端は下方に変位する。

図９に示すように、第３接点１４３ｃが第２接点１４３ｂに接続されている場合には、第２接点１４３ｂに接続される第２圧電体１４２ｂ２にマイナスの電圧が印加される。このオン状態では、圧電体１４２ｂの自由端は上方に変位する。

このように、圧電体１４２ｂを有する板状部材１４２の自由端は、印加電圧によって第１方向に変位する。これにより、調整流路１４１ｄ２の断面積が変化する。言い換えると、板状部材１４２の自由端を変位させて、板状部材１４２と弁座１４５との間の隙間の寸法を変えることで、調整流路１４１ｄ２の断面積が増減し、その結果、第１流路１４１ｃ１を流れる冷媒の流量が増減する。

具体的には、図３に示されるように調整流路１４１ｄ２の断面積がゼロである場合に、板状部材１４２の自由端が図９に示すように上方に変位すると、調整流路１４１ｄ２の断面積はゼロから増加する。これにより、第１流路１４１ｃ１を流れる冷媒の流量がゼロから増加する。その後、板状部材１４２の自由端が図８に示すように下方に変位すると、調整流路１４１ｄ２の断面積は減少する。これにより、第１流路１４１ｃ１を流れる冷媒の流量が減少する。板状部材１４２の自由端が最も下方に位置するときに、調整流路１４１ｄ２の断面積はゼロとなり、第１流路１４１ｃ１を流れる冷媒の流量がゼロとなる。このように、板状部材１４２の自由端の第１方向の変位量によって、第１流路１４１ｃ１を流れる冷媒の流量が変化する。

板状部材１４２の自由端の変位によって、調整流路１４１ｄ２の断面積は、例えば、０ｍｍ^２以上かつ５ｍｍ^２以下の範囲内で変化する。板状部材１４２の自由端の変位によって、板状部材１４２と弁座１４５との間の隙間の寸法（第１方向の距離）は、例えば、０ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下の範囲内で変化する。

電極１４３は、流量調整弁１４０の動作圧力に耐えることができる導電性材料で構成される。図３及び図４に示すように、電極１４３の一端は、弁本体１４１の内部空間である電極側空間１４６に位置している。電極側空間１４６は、第１流路１４１ｃ１（入口流路１４１ｄ１）と連通している。電極側空間１４６において、電極１４３の一端は、板状部材１４２の自由端ではない方の端部に接続されている。電極１４３の他端は、電極側空間１４６から、弁本体１４１の外部空間まで延びて外気に露出している。電極１４３の他端は、図７～９に示されるように外部電源に接続されている。

（２－２－４－４）絶縁部材
絶縁部材１４４は、電極１４３と弁本体１４１とを絶縁する。絶縁部材１４４は、シリコーンゴム等の絶縁性の材料で構成される。弁本体１４１は、弁本体１４１の外部空間と電極側空間１４６とを結ぶ電極側開口１４７を有する。絶縁部材１４４は、電極側開口１４７をシールして、弁本体１４１の内部空間の気密性を確保する。電極１４３は、絶縁部材１４４によって固定され、弁本体１４１と接することなく電極側開口１４７を通過する。

（２－２－５）制御部
制御部２８は、熱交換ユニット１００の流量調整弁１４０を制御する。本実施形態では、制御部２８は、図１０に示すように、印加電圧をオン状態にする時間ｔ１と、オフ状態にする時間ｔ２と、を制御する。制御部２８から流量調整弁１４０に入力される電気信号は、制御部２８からのパルス信号であり、パルスの周期に応じて印加電圧を調整することで、オン状態にする時間ｔ１、及び、オフ状態にする時間ｔ２を制御している。

具体的には、制御部２８は、流量調整弁１４０を流れる冷媒の流量を減らす場合には、図８に示すように、第３接点１４３ｃを第１接点１４３ａに接続してオフ状態にするように、流量調整弁１４０にパルス信号を送信する。

また、制御部２８は、流量調整弁１４０を流れる冷媒の流量を増やす場合には、図９に示すように、第３接点１４３ｃを第２接点１４３ｂに接続してオン状態にするように、流量調整弁１４０にパルス信号を送信する。

制御部２８は、冷媒流路１２０を流れる冷媒の温度を取得して、その温度から流量調整弁１４０における冷媒の流量を増加させるか減少させるかを判断し、その判断に基づいて流量調整弁１４０の開度を制御する。ここでは、制御部２８は、暖房運転時における熱交換部２３ａ～２３ｉの冷媒流路１２０の出口近傍の冷媒の温度を取得する。具体的には、制御部２８は、熱交換部２３ａ～２３ｉの冷媒流路１２０の出口近傍に設けられた温度センサ、および、冷媒流路１２０を形成する配管の表面温度を非接触で検出するアレイセンサなどから、冷媒の温度を取得する。そして、制御部２８は、複数の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉの中で、相対的に温度が高い冷媒流路を流れる冷媒の量が増加するように、又は、相対的に温度が低い冷媒流路を流れる冷媒の量が減少するように、各流量調整弁１４０ａ～１４０ｉの開度を制御する。

制御部２８は、流量調整弁１４０を流れる冷媒の流量を一時的に増加させる場合には、オン状態にする時間ｔ１を制御し、流量調整弁１４０を流れる冷媒の流量を一時的に減少させる場合には、オフ状態にする時間ｔ２を制御する。これにより、制御部２８は、流入口１４１ａから流出口１４１ｂに向かって流れる冷媒の流量を調整することができる。

制御部２８は、図１０に示されるように、オン状態とオフ状態とを交互に切り替えて板状部材１４２を周期的に変位させることで、第１流路１４１ｃ１を周期的に開閉する制御を行ってもよい。この場合、制御部２８は、オン状態にする時間ｔ１と、オフ状態にする時間ｔ２とを切り替える周期を調節することで、流量調整弁１４０を流れる冷媒の流量を細かく調整することができる。

制御部２８は、さらに、圧電体１４２ｂに印加される電圧の大きさを変化させて、板状部材１４２の自由端の変位量を調整することで、第１流路１４１ｃ１を通過する冷媒の流量を制御してもよい。制御部２８から流量調整弁１４０に入力される電気信号は、圧電体１４２ｂに印加される電圧を増減させるための信号である。この場合、制御部２８は、圧電体１４２ｂに印加される電圧を制御して、板状部材１４２の自由端の変位量を調整することで、流量調整弁１４０を流れる冷媒の流量を細かく調整することができる。

（２－３）動作
次に、熱交換ユニット１００における冷媒の流れについて説明する。各流量調整弁１４０の第１流路１４１ｃ１は、図４に示されるように、開いている状態にあるとする。

（２－３－１）暖房運転
冷凍サイクル装置１が暖房運転を行う場合、室外膨張弁２４で減圧された低圧の液冷媒は、図２に示す分流器１１０に流入する。分流器１１０に流入した液冷媒は、複数の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉに分流して、各流量調整弁１４０ａ～１４０ｉに流入する。

図３に示すように、各流量調整弁１４０の流入口１４１ａに流入した液冷媒は、第１流路１４１ｃ１及び第２流路１４１ｃ２を通過する。流量調整弁１４０を通過する冷媒の流量を減らす場合には、制御部２８は、図８に示すように、板状部材１４２の圧電体１４２ｂに印加電圧を加えて、板状部材１４２の自由端を下方に変位させることにより、第１流路１４１ｃ１の調整流路１４１ｄ２の断面積を減らす。流量調整弁１４０を通過する冷媒の流量を増やす場合には、制御部２８は、図９に示すように、板状部材１４２の圧電体１４２ｂに印加電圧を加えて、板状部材１４２の自由端を上方に変位させることにより、第１流路１４１ｃ１の調整流路１４１ｄ２の断面積を増やす。流量が調整された冷媒は、流出口１４１ｂから冷媒流路１２０に流入する。その後、冷媒流路１２０を流れる冷媒は、図２に示す各熱交換部２３ａ～２３ｉに流入する。

各熱交換部２３ａ～２３ｉに流入した液冷媒は、各熱交換部２３ａ～２３ｉにおいて、室外空気と熱交換を行って蒸発してガス冷媒となる。各熱交換部２３ａ～２３ｉを通過した後、各冷媒流路１２０ａ～１２０ｉを流れる冷媒は、ヘッダ１３０で合流する。ヘッダ１３０で合流したガス冷媒は、四路切換弁２２に向かって流れる。

（２－３－２）冷房運転
冷凍サイクル装置１が冷房運転を行う場合、圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通過して、図２に示すヘッダ１３０に流入する。ヘッダ１３０に流入したガス冷媒は、複数の冷媒流路１２０ａ～１２０ｉに分流して、各熱交換部２３ａ～２３ｉに流入する。各熱交換部２３ａ～２３ｉに流入したガス冷媒は、熱交換部２３ａ～２３ｉにおいて、室外空気と熱交換を行って放熱して液冷媒となり、流量調整弁１４０ａ～１４０ｉに流入する。

図３に示すように、各流量調整弁１４０の流出口１４１ｂに流入した液冷媒は、第１流路１４１ｃ１及び第２流路１４１ｃ２を通過する。流量調整弁１４０を通過する冷媒の流量を減らす場合には、制御部２８は、図８に示すように、板状部材１４２の圧電体１４２ｂに印加電圧を加えて、板状部材１４２の自由端を下方に変位させることにより、第１流路１４１ｃ１の調整流路１４１ｄ２の断面積を減らす。流量調整弁１４０を通過する冷媒の流量を増やす場合には、制御部２８は、図９に示すように、板状部材１４２の圧電体１４２ｂに印加電圧を加えて、板状部材１４２の自由端を上方に変位させることにより、第１流路１４１ｃ１の調整流路１４１ｄ２の断面積を増やす。流量が調整された冷媒は、流入口１４１ａから冷媒流路１２０に流入する。その後、冷媒流路１２０を流れる液冷媒は、冷媒流路１２０から流出した後、分流器１１０で合流する。分流器１１０で合流した液冷媒は、室外膨張弁２４に向かって流れる。

（３）特徴
（３－１）
本実施形態の流量調整弁１４０は、弁本体１４１の内部に配置される板状部材１４２を備える。板状部材１４２は、圧電体１４２ｂを有する。流量調整弁１４０の内部には、第１流路１４１ｃ１及び第２流路１４１ｃ２が形成されている。流量調整弁１４０は、圧電体１４２ｂに電圧を印加することで生じる板状部材１４２の変位によって第１流路１４１ｃ１を開閉することで、流入口１４１ａから流出口１４１ｂに向かって流れる冷媒の流量を調整する。

流量調整弁１４０は、第１流路１４１ｃ１に含まれる調整流路１４１ｄ２と、第２流路１４１ｃ２に含まれるバイパス流路１４１ｄ３とを内部に有する。バイパス流路１４１ｄ３は、調整流路１４１ｄ２をバイパスする流路である。板状部材１４２によって第１流路１４１ｃ１が閉じられており、冷媒が調整流路１４１ｄ２を通過できない間でも、冷媒はバイパス流路１４１ｄ３を通過することができる。

流量調整弁１４０の開度が所定の最小開度である場合、板状部材１４２によって第１流路１４１ｃ１は閉じられている。この時、板状部材１４２の上流側の空間と、板状部材１４２の下流側の空間とは、バイパス流路１４１ｄ３によって互いに連通している。そのため、第１流路１４１ｃ１は閉じられている状態でも、板状部材１４２の上流側の空間（入口流路１４１ｄ１）の圧力と、板状部材１４２の下流側の空間（調整流路１４１ｄ２）の圧力との差（以下、弁体差圧という。）が、バイパス流路１４１ｄ３によって軽減される。

流量調整弁１４０がバイパス流路１４１ｄ３を内部に有さない場合、冷凍サイクル装置１の暖房運転時には、流入口１４１ａから流入する冷媒によって、板状部材１４２の上流側の空間の圧力は、板状部材１４２の下流側の空間の圧力よりも大きくなるので、弁体差圧が高くなりやすい。この場合、板状部材１４２が弁座１４５と接して第１流路１４１ｃ１が閉じられている状態では、弁体差圧が高いほど、板状部材１４２の自由端を変位させて板状部材１４２を弁座１４５から離すために必要となる負荷（以下、弁体負荷という。）が大きくなる。弁体負荷が大きいほど、より大きい発生力を有する大型の板状部材１４２を使用する必要があるので、板状部材１４２を収容する弁本体１４１の寸法も大きくなり、流量調整弁１４０が大型化する傾向にある。

本実施形態の流量調整弁１４０は、バイパス流路１４１ｄ３を内部に有するので、バイパス流路１４１ｄ３を内部に有さない構成と比較して、弁体差圧が低く、従って、弁体負荷も低い。そのため、本実施形態の流量調整弁１４０は、バイパス流路１４１ｄ３を内部に有さない構成において必要な板状部材１４２よりも、小型の板状部材１４２を使用することができる。従って、本実施形態の流量調整弁１４０は、弁本体１４１の寸法を抑えることができるので、大型化を抑制して小型化を実現することができる。その結果、流量調整弁１４０のコストを低減することができる。また、本実施形態の流量調整弁１４０を備える熱交換ユニット１００も、大型化を抑制して小型化を実現することができる。

（３－２）
本実施形態の流量調整弁１４０では、電極１４３は弁本体１４１の内部において板状部材１４２に電気的に接続されている。そのため、流量調整弁１４０は、板状部材１４２全体を弁本体１４１の内部に収容することで、板状部材１４２を保護することができる。

（３－３）
本実施形態の流量調整弁１４０では、電極１４３の一部は弁本体１４１の内部に配置され、電極１４３の一部は弁本体１４１の外部の外気に露出している。そのため、流量調整弁１４０は、電極１４３全体を弁本体１４１の内部に配置する必要がないので、弁本体１４１の寸法を抑えることができる。従って、流量調整弁１４０の大型化を抑制して小型化を実現することができる。

（３－４）
本実施形態の流量調整弁１４０は、圧電体１４２ｂに印加される電圧によって板状部材１４２の自由端が第１方向に変位することで、調整流路１４１ｄ２の断面積が変化するように構成されている。熱交換ユニット１００の制御部２８は、印加電圧をオン状態にする時間ｔ１と、オフ状態にする時間ｔ２とを制御することにより、流量調整弁１４０を通過する冷媒の流量を容易に調整することができる。また、制御部２８は、圧電体１４２ｂに印加される電圧を制御することにより、板状部材１４２の自由端の変位量を調節することができる。そのため、流量調整弁１４０は、流量調整弁１４０が減圧できる最大圧力以下の圧力範囲において、冷媒の流量を細かく調整することができる。

（３－５）
本実施形態の流量調整弁１４０では、冷凍サイクル装置１の暖房運転時において、第１流路１４１ｃ１を流れる冷媒は、板状部材１４２に到達する前に入口流路１４１ｄ１を流れる。板状部材１４２の自由端が変位する方向と、入口流路１４１ｄ１で冷媒が流れる方向とは、交差している。これらの２つの方向が互いに平行である場合と比較して、本実施形態の流量調整弁１４０では、板状部材１４２の自由端を変位させるために必要な力を抑えることができる。従って、小型の板状部材１４２を使用することができるので、流量調整弁１４０の大型化を抑制して小型化を実現することができる。

この観点からは、板状部材１４２の自由端が変位する方向と、入口流路１４１ｄ１で冷媒が流れる方向とは、互いに直交することが好ましい。言い換えると、板状部材１４２の長手方向と、入口流路１４１ｄ１における冷媒の流れ方向とが、互いに平行であることが好ましい。さらに言い換えると、板状部材１４２をその長手方向に延長した方向に流入口１４１ａが位置することが好ましい。この場合、板状部材１４２の自由端を変位させるために必要な力が大幅に抑えられる。

（４）変形例
（４－１）変形例Ａ
実施形態の熱交換ユニット１００は、室外ユニット２に設けられているが、これに限定されない。例えば、熱交換ユニット１００は、室内ユニット３に設けられてもよい。

（４－２）変形例Ｂ
実施形態の流量調整弁１４０は、分流器１１０と熱交換部２３ａ～２３ｉとの間に配置されているが、これに限定されない。例えば、流量調整弁１４０は、熱交換部２３ａ～２３ｉとヘッダ１３０との間に配置されてもよい。

（４－３）変形例Ｃ
実施形態の流量調整弁１４０の数は、複数の冷媒流路１２０の数と同じであるが、これに限定されない。具体的には、流量調整弁１４０は、複数の冷媒流路１２０のうちの少なくとも１つに配置されていればよい。流量調整弁１４０の数をｘとし、複数の冷媒流路の数をｙとすると、ｘは、ｙと同じ、又は、ｙ－１であることが好ましい。ｘがｙ－１である場合、複数の冷媒流路１２０のうちの１つの冷媒流路には、流量調整弁１４０が配置されておらず、残りの冷媒流路には、１つの流量調整弁１４０が配置されている。

（４－４）変形例Ｄ
実施形態では、室外熱交換器２３の熱交換部２３ａ～２３ｉは、フィンを共有しているが、これに限定されない。例えば、室外熱交換器２３の下方に位置する熱交換部２３ａ，２３ｂが共有するフィンと、室外熱交換器２３の中央及び上方に位置する熱交換部２３ｃ～２３ｈが共有するフィンとが、別々であってもよい。

（４－５）変形例Ｅ
実施形態では、冷凍サイクル装置１の室内ユニット３は１つの室内熱交換器３１を含んでいるが、これに限定されない。例えば、室内ユニット３は、複数の室内熱交換器３１を含んでいてもよい。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１ ：冷凍サイクル装置
２ ：室外ユニット
３ ：室内ユニット
２８ ：制御部
１００ ：熱交換ユニット
１１０ ：分流器
１２０，１２０ａ～１２０ｉ ：冷媒流路（冷媒配管）
１４０，１４０ａ～１４０ｉ ：流量調整弁
１４１ ：弁本体
１４１ａ ：流入口
１４１ｂ ：流出口
１４１ｃ１ ：第１流路
１４１ｃ２ ：第２流路
１４２ ：板状部材
１４２ａ ：金属板
１４２ｂ ：圧電体
１４３ ：電極（第１部材）
１４４ ：絶縁部材（第２部材）
１４５ ：弁座
１４６ ：電極側空間（第１空間）
１４７ ：電極側開口（第１開口）

特開昭６２－３１７８４号公報

Claims (6)

1. 流体の流入口（１４１ａ）及び流出口（１４１ｂ）を有する弁本体（１４１）と、
   前記弁本体の内部に配置され、板状の圧電体（１４２ｂ）と金属板（１４２ａ）とを有する板状部材（１４２）と、
   を備え、
   前記弁本体は、
   前記流入口と前記流出口とを結ぶ第１流路（１４１ｃ１）と、
   前記流入口と前記流出口とを結ぶ第２流路（１４１ｃ２）と、
   を有し、
   前記板状部材は、前記圧電体に電圧を印加することで生じる前記板状部材の変位によって前記第１流路を開閉することで、前記流入口から前記流出口に流れる流体の流量を調整し、
   前記第２流路は、前記流入口の側の空間と前記流出口の側の空間とを連通させ、
   前記第２流路は、常に開いている、
   流量調整弁（１４０）。
2. 前記板状部材は、前記圧電体に電圧を印加することで生じる前記板状部材の変位によって前記第１流路を周期的に開閉することで、前記流量を調整する、
   請求項１に記載の流量調整弁。
3. 前記板状部材は、さらに、前記圧電体に印加される電圧の大きさを変化させることによる、前記板状部材の変位量の調整によって、前記流量を調整する、
   請求項１又は２に記載の流量調整弁。
4. 前記弁本体の内部において前記第１流路と連通する第１空間（１４６）に配置される導電性部材である第１部材（１４３）をさらに備え、
   前記第１部材は、前記圧電体及び前記金属板と電気的に接続される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の流量調整弁。
5. 前記弁本体は、前記弁本体の外部空間と前記第１空間とを結ぶ第１開口（１４７）をさらに有し、
   前記第１開口は、絶縁性部材である第２部材（１４４）によってシールされ、
   前記第１部材は、前記第１空間から前記弁本体の外部空間まで延びており、かつ、前記弁本体と接することなく前記第２部材を貫通している、
   請求項４に記載の流量調整弁。
6. 冷凍サイクル装置の熱交換ユニットであって、
   冷媒が内部を流れる冷媒配管（１２０）と、
   前記冷媒配管に取り付けられ、前記冷媒配管の内部を流れる冷媒の流量を調整する、請求項１から５のいずれか１項に記載の流量調整弁と、
   を備える、熱交換ユニット（１００）。

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