JPH10332228A - 膨張器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】冷凍空調機器の冷凍サイクルにおける細口径管
（以下キャピラリチューブと言う）膨脹器をより簡便コ
ンパクト化が実現できる膨脹機能の提供。 【解決手段】螺旋状の溝を有するもの（１、１’）の山
部に密接する物体（２、２’）を設け、塑性加工等で山
部をシールし、螺旋状の均一な細断面積の連続した空間
を形成することで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍空調冷媒サイクル
における膨張器を簡便で、コンパクトに、低コストで冷
凍空調装置内に自由に組み込める膨張器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】冷媒空調機における冷媒サイクルを構成
するとき、膨張機能が必要である。この膨張機能として
色々な膨張器があるが、その中でも一番簡易な膨張器と
してキャピラリーチューブがある。このキャピラリーチ
ューブは、内径の細い銅管が一番多く使用されている。
しかし、この内径も冷媒サイクル内の微少ゴミや据え付
け施工時のゴミ等による詰まりを考慮すると、φ０、８
〜０、９mmが限界とされている。従って、この内径で必
要な凝縮圧力と蒸発圧力の圧力差を確保するには、一定
の長さが必要となる。

【０００３】一般的に、ルームエアコン２８００kwクラ
スでは、内径１mmの場合の必要長さは６００〜７００mm
となる。このような長さを装置内に納めるには、長すぎ
るので３０mm×８０mmの楕円状に２〜３回巻きし、その
上キャピラリーチューブ同志の接触により振動音が発生
する危険性を防ぐために、バンド等で結束している。

【０００４】ヒートポンプ式の冷暖房の場合には、冷房
サイクルと暖房サイクルでは高圧、低圧及びその高低圧
圧力差が異なるため冷凍サイクルに最適な膨張作用を得
るためのキャピラリー長さは異なる。一般的には、冷房
が短く暖房時は長くなる場合が多い。これを解決するた
めに、冷房用キャピラリーチューブに直列に逆止弁を接
続する方法がとられている。この逆止弁は冷房時には冷
媒が流れる向きに接続し、暖房時に逆向きに流れ、この
ときに弁体が冷媒を閉鎖する向きに設置される。暖房時
はこの逆止弁と並列に暖房専用キャピラリーチューブを
接続し、暖房時のキャピラリーチューブの長さを冷房用
と暖房用を直列に接続したことになり、冷暖房共に最適
なキャピラリーを選択できるように設計されている。

【０００５】又、一番シンプルな膨張器としては、高低
圧の間にオリフィスを設ける方法がある。この方式は非
常にシンプルで、コンパクトな膨張器を提供している
が、キャピラリーチューブは高圧の上昇等で過冷却が大
きくなった場合に入口部の流路抵抗が小さくなり冷媒を
多く流すという自動制御機能を有しているが、このオリ
フィス方式では長さが短すぎるためこの自動制御機能は
実現できない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のキャピラリー方
式では、キャピラリーチューブの長さが長いため楕円状
に巻きクランプ等の固定が必要である。特に、冷暖房空
調機等ではキャピラリーチューブが２〜３本必要になる
ので、その容積が大きくなりコンパクトに組み立てる工
数及び補助部材費等でコスト高になっている。しかも、
容積が大きくなり装置内に配置する場合色々な制約が発
生する。

【０００７】又、冷暖房式空調機においては、冷暖房サ
イクル各々に最適なキャピラリーチューブが必要にな
る。これを共通のキャピラリーチューブで代用されるケ
ースもあるが、この場合年間を通じての効率が悪くなり
省エネルギー冷凍空調機を実現するときの弊害になる。

【０００８】又、内径１mmで外径３、２mmレベルのキャ
ピラリーチューブを内径１０mmでバネ状に巻き付ける
と、内径は扁平する恐れがありキャピラリーチューブの
性能を出すことが困難となる。

【０００９】本発明の目的は、キャピラリーチューブの
性能を保持しながらコンパクトで簡易な膨張器を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決する手段】本願第１の発明は、上記目的を
螺旋状の溝を有する挿入棒を管の内部に挿入し、螺旋状
の山部が管の内面に密着させることにより、螺旋状の長
さを有する空間を形成させることで達成させる。

【００１１】本願第２の発明は、管の内面に螺旋状の溝
を設け、それに平滑面を有する内挿棒を挿入させて、山
部を密着させることで長さを有する空間を形成すること
で達成できる。さらに、管の内面及び内挿棒の外面にネ
ジを形成し、内挿棒のネジが管内面のメネジに密着させ
ることにより、同様の空間を形成することも実現でき
る。

【００１２】本願第３の発明は、ヒートポンプ式空調機
の冷暖房運転時の圧力差を変えるための逆止弁の弁座の
外周に螺旋状の溝を設け、逆止弁の外管との間の螺旋状
の空間を膨張機能として利用するものである。

【００１３】本願第４の発明は、ヒートポンプ式空調機
の冷暖房運転時の圧力差を変えるために逆止弁の暖房時
の漏れ量をゼロにするのではなく、暖房運転に必要な漏
れ量を実現させるための、螺旋状の溝を設けて膨張機能
を実現させるものである。この手段としては、弁座の内
径に自由に摺動する弁座の外周に螺旋状のネジを設ける
方法と、逆に弁座の内径に螺旋状の溝を設け弁体を弁座
の内径に対して自由に摺動せしめることによって実現す
る方法が考えられる。どちらも摺動隙間のみでは不足す
る漏れ量を螺旋状の溝部の長さで補うことにより必要な
膨張機能を実現するものである。

【００１４】

【作用】上記の手段により、キャピラリーチューブの内
断面と同等の連続した螺旋状の空間を管と内挿棒の間で
形成するので、キャピラリーチューブと同等の絞り機能
をこの空間で行われるので、自動制御力を有するコンパ
クトで簡便なキャピラリーチューブとして、低コストの
膨張器を実現することができる。

【００１５】又、ヒートポンプ式冷暖機の冷暖房運転時
の圧力差を変えるための逆止弁において、螺旋状の溝を
弁座の外周に設け、管との間に螺旋状の空間を作り暖房
用膨張機能を持たせる。

【００１６】又、同様の目的のために、逆止弁の弁座内
面又は、弁体の外周に螺旋状の溝を形成し暖房時に必要
な漏れ量を確保することで実現させる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１は、本発明の膨張器であって、その構成は３種
類ある。図１の（ａ）においては、内挿棒（１）は、外
周に螺旋状の溝（４）と山部（３）を形成し、内挿棒の
両端面に貫通している。

【００１８】一方、外管（２）は内挿棒（１）の山部
（３）の外径と勘合する内径を有している。この外管
（２）に内挿棒（１）を勘合、又は焼ばめ、又は圧入、
又は挿入後外管（２）の外周をローラーで転圧する、又
は外管径よりやや小径のダイスの中を通すことによっ
て、外管（２）の内面（２’）と山部（３）が塑性加工
により密接される。この密接により、山部（３）の前後
は流体が流れなくなり、螺旋の溝（４）に添って流れ
る。このようにして、外管（２）と内挿棒（１）との間
に螺旋状の長い空間が連続して構成することができる。
この螺旋状の長い空間を膨張器に供するために、冷凍サ
イクルの高圧と低圧の間を入口管（１３）、出口管（１
４）で接続することによって冷媒サイクルを実現させる
ものである。

【００１９】この螺旋状の溝の形状は、図１の（ｄ）の
（イ）の様に谷部をＲとし、山部（３）を尖らせて流路
断面積を大きくすることもできるし、図１（ｄ）の
（ロ）のように、市販の精密ネジを利用することもでき
る。又この螺旋ネジは、１条ネジではなく、図１（ｄ）
の（ハ）に示すように２条又はそれ以上の並行螺旋溝と
する事も可能である。

【００２０】本発明の構成の、他の例を図１の（ｂ）で
説明する。この構成は、外管（５）の内面に螺旋状の溝
を形成し、その山部（７）と外周が平滑な内挿棒（６）
を図１の（ａ）と同様の方法で密接させ、連続した長い
空間（８）を実現せしめ冷媒サイクルの膨張器を機能さ
せるものである。

【００２１】本発明の構成のもう一つの例を図１の
（ｃ）で説明する。この方法は、外管（９）の内面及び
内挿管（１０）の外周両方の、ピッチを同一にした螺旋
状の溝を形成し、その山部（７）を外管（９）の内面の
中間部で勘合シールさせ、螺旋状の長い空間（１１、１
２）を形成させるものである。これも上記と同様に、出
入口管を冷媒サイクルに接続し、膨張器として機能させ
るものである。

【００２２】ヒートポンプ式冷暖房サイクルに適用した
場合の説明をする。従来の冷媒サイクルを図５に示す。
図５において、実線矢印は、冷房時の冷媒の流れを示
し、破線矢印は、暖房時の冷媒の流れを示す。冷房時に
は逆止弁は作動しないため、暖房専用キャピラリーチュ
ーブ（２３）には冷媒は流れず冷房用キャピラリーチュ
ーブ（２４）のみに流れる。逆に暖房サイクル時は、高
低圧差が大きくなるため、絞り効果を大きくするために
キャピラリーチューブ（２４）を通過後逆止弁が作動
し、流れを止めるので冷媒はキャピラリーチューブ（２
３）を流れ、室外機熱交換器（２１）に低圧となって流
入し四方弁（２０）を経て、圧縮器（１８）にて圧縮さ
れ室内側熱交換器（２６）で高圧の液になり、再びキャ
ピラリーチューブ（２４）に流入して冷媒サイクルが形
成されている。

【００２３】実際にキャピラリーチューブと逆止弁を設
計すると、図６のようになる。図６において、キャピラ
リーチューブが長いので、楕円状に巻いた状態にし、キ
ャピラリーチューブを結束するために結束バンド（２
５）等で固定する必要がある。図６における（ａ）はヒ
ートポンプ式の場合を示し、（ｂ）は冷房専用機の場合
を示している。このように、従来のキャピラリー式では
膨張器がコンパクトにできないと同時に、巻いた状態に
する手間や、結束バンド（２５）等が必要になり製造コ
ストも高くなっている。

【００２４】本願第３の発明について図２により説明す
る。暖房運転時は図２の（ａ）の破線矢印に冷媒が流れ
るように接続されており、弁体（１８）は、弁座（１
５）のシール面（１５’）に当たり、中心部の流路（１
５’’）をふさぐ。そのため冷媒は、弁座の外周に設け
られた螺旋状の溝（１６）をながれる。このとき、螺旋
状の溝（１６）が暖房運転時に余分に必要な膨張機能を
果たすことになる。一方、冷房運転時は、図２の（ｂ）
に示すように冷媒は、暖房時とは逆に流れ弁体（１８）
をシール部から動かし、弁座の中心部の流路（１
５’’）を流れる。このとき弁体は、ストッパー（２
６）で止まり、その羽の隙間を流れることになる。

【００２５】本願第４の発明について図３により説明す
る。図３の（ａ）は、暖房運転時を示す。このとき冷媒
は、破線矢印の方向に流れ、弁体（２７）は弁座（３
１）に挿入される。このとき弁体（２７）の外径と弁座
（３１）の内径とは摺動自由なための隙間（Ｔ）が開い
ているが、この微小の隙間では流量が少なくなる。これ
を補うために弁体（２７）の外周に設けられた螺旋状の
溝（２７’）から冷媒が流れる。このとき、弁体の端面
に設けられた羽根（２９）には逃がし部（３０）を設け
ておくと、螺旋状空間の入口部をふさぐことなく螺旋状
の溝に冷媒が流入できることになる。一方冷房運転時に
ついて図３の（ｂ）で説明する。冷房運転時は、実線矢
印の方向に冷媒が流れるので、弁体（２７）は冷媒に押
されてストッパー（２６）に羽根（２８）が当たるまで
動く。従って、冷媒は弁座の中心部の流路を流れる。図
３の（ｃ）は、螺旋状の溝を弁座（３２）に設けた場合
の暖房運転時を示すもので、その動作は図３の（ａ，
ｂ）と同じである。

【００２６】図４には、ヒートポンプ冷暖房冷媒サイク
ルにおける本発明の実施例を示す。螺旋溝（２３’）
は、暖房用膨張機能を実現し、螺旋溝（２４’）は冷房
用の膨張機能を実現している。

【００２７】

【発明の効果】以上、本願の第１、第２の発明により、
キャピラリーチューブ式と比較して、小径の螺旋状によ
り流体の曲がり抵抗効果により長さが短くでき、且つ、
図１、図３のようにコンパクトな直管形にできる。この
ため空調器等の装置内部での配置が簡素にでき、小さな
スペースにも配置できる。又キャピラリーチューブでは
巻き作業工数が必要であり、さらに振動防止等のため
の、結束バンド等が必要となるが、本発明では不要にな
るので製造コストの低減も実現できる。さらに、本願の
第３の発明においては、逆止弁と暖房用のキャピラリー
を複合化できるのでさらにコンパクトにでき、暖房用キ
ャピラリーチューブが不要になり、大幅なコスト低減が
実現できる。本願の第４の発明においては、弁体又は弁
座に溝部を形成するので、暖房専用のキャピラリーチュ
ーブが不要になりコンパクトに設計でき、コスト低減も
実現する。さらに、冷暖房運転各々に最適な膨張機能を
実現できるので、空調機の省電力化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願第１、第２の発明の構造断面図である。

【図２】本願第３の発明のヒートポンプ用逆止弁に暖房
用膨張機能を組み込んだ時の構造の断面図である。

【図３】本願第４の発明のヒートポンプ式冷暖房サイク
ル用逆止弁の構造図である。

【図４】本発明のヒートポンプ式冷暖房サイクルにおけ
る膨張機能を実現する構造の断面図である。

【図５】従来のヒートポンプ式冷房機の冷媒サイクル図
である。

【図６】従来のキャピラリーチューブ式膨張器の実施事
例図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 螺旋状の溝（４）を外周に具備する内挿
   部材（１）を、管状（２）の内面にゼロ勘合、又は焼ば
   め、又は圧入、又は挿入後に管の外周より転圧すること
   により、螺旋状溝の山部（３）をシールすることで、螺
   旋状の空間を設けて実現する冷凍空調機の冷媒サイクル
   における膨張機構。
2. 【請求項２】 螺旋状の溝を管（５）の内面に設け、そ
   の中心部に丸状の棒（６）をゼロ勘合、又は焼ばめ、又
   は圧入、又は押入後管（５）の外面より転圧することに
   より実現する冷凍空調機の冷媒サイクルにおける膨張機
   構。
3. 【請求項３】 螺旋状の溝を外周に具備する弁座、又は
   管の内壁に螺旋状の溝を具備する外管に弁座を押入し、
   その弁座に貫通穴を設け、その貫通穴の一方にシール面
   を具備し、そのシール面にて弁体を受けて流体を流れな
   くする構造のヒートポンプサイクル用の膨張機能を有す
   る逆止弁。
4. 【請求項４】 内面に螺旋状の溝を具備する弁座と、そ
   れに内挿される弁座の内径を自由に摺動する隙間を持た
   せた円筒状でその端面にストッパーの役割を有する複数
   以上の羽を有する弁体とから構成されるヒートポンプサ
   イクル用の膨張機能を有する逆止弁、と螺旋状の溝を弁
   座とは逆に弁体に具備せしめた螺旋状の溝を外周に有
   し、その外径が弁座の内径を自由に摺動し得る物であり
   その端面にストッパーの役割を有する複数の羽を有する
   弁体とから構成されるヒートポンプサイクル用の膨張機
   能を有する逆止弁。