(57)【要約】【課題】ＣＯ2等の高圧冷媒を用いた場合でも、安定して冷媒流路を切り換えることができるとともに、大流量の冷媒を流すことも可能なヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】圧縮機２の吐出口から室内側熱交換器３又は室外側熱交換器４への冷媒流路を切り換える第１の三方電動弁１１と、室内側熱交換器又は室外側熱交換器から圧縮機の吸入口への冷媒流路を切り換える第２の三方電動弁１２と、室内側熱交換器と室外側熱交換器とを接続する冷媒流路に配置された膨張弁５とを備えるヒートポンプ装置１。第１及び第２の三方電動弁の各々を電動モータにより弁体を駆動して弁座に接離させる電動弁とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒として高圧冷媒を用いたヒートポンプ装置において、
圧縮機の吐出口から室内側熱交換器又は室外側熱交換器への冷媒流路を切り換える第１の三方電動弁と、
前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器から前記圧縮機の吸入口への冷媒流路を切り換える第２の三方電動弁と、
前記室内側熱交換器と前記室外側熱交換器とを接続する冷媒流路に配置された膨張弁とを備え、
前記第１の三方電動弁は、前記圧縮機の吐出口に連通する流入口と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器に接続された配管に連通する２つの流出口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流入口と前記２つの流出口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座の間に位置する弁体とを備え、該弁体が前記２つの弁座のいずれか一方に着座することにより、前記流入口と、前記２つの流出口のいずれか一方とを連通させ、
前記第２の三方電動弁は、前記圧縮機の吸入口に連通する流出口と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器に接続された配管に連通する２つの流出口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流出口と前記２つの流入口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座を挟んで相対向する位置に配置された２つの弁体とを備え、該弁体のいずれか一方が前記２つの弁座のいずれか一方に着座することにより、前記２つの流入口のいずれか一方と前記流出口とを連通させることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の三方電動弁の各々は、電動モータにより前記弁体を駆動して前記弁座に接離させる電動弁であることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素等の高圧冷媒を用いたヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷暖房システム（ヒートポンプ装置）の冷媒流路を切り換えるにあたって、例えば、特許文献１には、主ポペット弁を駆動するソレノイドコイルを有する主弁部と、主弁部との圧力差により主ポペット弁と連動する副ポペット弁を有する副弁部とを備える四方切換弁が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１９６４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の四方切換弁を一般的な冷暖房システムに用いた場合には、主弁部と副弁部の差圧は３ＭＰａ程度であるが、例えば二酸化炭素を冷媒として用いると、この差圧が１０ＭＰａ程度に上昇する。主ポペット弁の切換により生ずるシステム内の圧力差で副ポペット弁が移動する構造であるため、その圧力差自体の安定性が副ポペット弁の切換動作の性能を左右するという問題があった。また、この四方切換弁では、主ポペット弁は大流量の冷媒を流す口径が必要であるため、ソレノイドコイルの大型化が不可欠であるという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、二酸化炭素等の高圧冷媒を用いた場合でも、冷媒の圧力差を必要とせずに冷媒流路を切り換えることができるとともに、アクチュエータの大型化を招くことなく大流量の冷媒を流すことも可能なヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、冷媒として二酸化炭素等の高圧冷媒を用いたヒートポンプ装置において、圧縮機の吐出口から室内側熱交換器又は室外側熱交換器への冷媒流路を切り換える第１の三方電動弁と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器から前記圧縮機の吸入口への冷媒流路を切り換える第２の三方電動弁と、前記室内側熱交換器と前記室外側熱交換器とを接続する冷媒流路に配置された膨張弁とを備え、前記第１の三方電動弁は、前記圧縮機の吐出口に連通する流入口と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器に接続された配管に連通する２つの流出口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流入口と前記２つの流出口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座の間に位置する弁体とを備え、該弁体が前記２つの弁座のいずれか一方に着座することにより、前記流入口と、前記２つの流出口のいずれか一方とを連通させ、前記第２の三方電動弁は、前記圧縮機の吸入口に連通する流出口と、前記室内側熱交換器又は前記室外側熱交換器に接続された配管に連通する２つの流出口とを備える弁本体と、該弁本体内で前記流出口と前記２つの流入口の各々との間に位置する２つの弁座と、前記弁本体内で前記２つの弁座を挟んで相対向する位置に配置された２つの弁体とを備え、該弁体のいずれか一方が前記２つの弁座のいずれか一方に着座することにより、前記２つの流入口のいずれか一方と前記流出口とを連通させることを特徴とする。
【０００７】
そして、本発明によれば、第１及び第２の三方電動弁の各々が独立して開閉動作を行うことができるため、システム内の冷媒圧力が安定しない状態においても、冷媒流路の切換えを円滑に行うことができる。また、電動モータとねじ機構によって弁体を移動させる電動弁を用いるため、モータアクチュエータの大型化を招くことなく各々の弁の弁体の移動量を大きくすることができ、大流量の冷媒を流すことも可能となる。
【０００８】
上記ヒートポンプ装置において、前記第１及び第２の三方電動弁の各々を、電動弁機構により前記弁体を駆動して前記弁座に接離させる電動弁とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、二酸化炭素等の高圧冷媒を用いた場合でも、冷媒の圧力差を必要とせず冷媒流路を切り換えることができるとともに、アクチュエータの大型化を招くことなく大流量の冷媒を流すことも可能なヒートポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明にかかるヒートポンプ装置を利用した冷暖房システムの一例を示す全体構成図である。
【図２】図１のヒートポンプ装置に用いられる第１の三方電動弁を示す断面図である。
【図３】図１のヒートポンプ装置に用いられる第２の三方電動弁を示す断面図である。
【図４】図１の冷暖房システムの冷房時の動作説明図である。
【図５】図１の冷暖房システムの暖房時の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明にかかるヒートポンプ装置を利用した冷暖房システムの一例を示す。この冷暖房システム１は、冷媒としてＣＯ2を用い、圧縮機２の吐出口から室内側熱交換器３又は室外側熱交換器４への冷媒流路を切り換える第１の三方電動弁１１と、室内側熱交換器３又は室外側熱交換器４から圧縮機２の吸入口への冷媒流路を切り換える第２の三方電動弁１２と、室内側熱交換器３と室外側熱交換器４とを接続する冷媒流路に配置された膨張弁５とを備える。圧縮機２、室内側熱交換器３、室外側熱交換器４及び膨張弁５は、一般的な冷暖房システムに用いられるものである。
【００１３】
第１の三方電動弁１１は、図２に示すように、弁本体２１内の弁室２４に、弁体２２と、弁体２２を挟んで相対向する位置に配置された２つの弁座２６、２７とを備え、弁体２２が電動弁アクチュエータ２３によって上下方向に移動し、弁座２６、２７のいずれか一方に着座することにより冷媒流路を切り換える。
【００１４】
弁本体２１は、圧縮機２の吐出口に連通する入口配管２８が接続される流入口２１ａと、室内側熱交換器３又は室外側熱交換器４に接続された２つの出口配管２９、３０が接続される流出口２１ｂ、２１ｃと、内部の弁室２４に、弁体２２を一体化した弁棒２５とを備え、弁本体２１の上面開口を塞ぐように、蓋体３１がボルト３２により弁本体２１に固定されている。電動弁アクチュエータ２３は、ステッピングモータ及びねじ機構（いずれも不図示）を備え、ステッピングモータの回転がねじ機構により上下運動に変換され、ねじ機構に付随する弁棒２５が上下方向に移動し、これに伴い弁体２２が上下方向に移動する。
【００１５】
図示の状態では、第１の三方電動弁１１の弁体２２が弁座２７に当接し、入口配管２８から出口配管３０への冷媒の流れが妨げられ、入口配管２８から弁室２４に導入された圧縮機２からの高圧の冷媒は、出口配管２９を介して室内側熱交換器３へ流入する。
【００１６】
図２の状態において、電動弁アクチュエータ２３のステッピングモータに例えば逆位相でパルス供給を行い、弁棒２５を上昇させ、弁体２２を弁座２６に着座させると、入口配管２８から弁室２４に導入された圧縮機２からの高圧の冷媒は、出口配管３０を介して室外側熱交換器４へ流入する。
【００１７】
第２の三方電動弁１２は、図３に示すように、弁本体４１内の弁室４７に、２つの弁座４５、４６と、これらの弁座４５、４６を挟んで相対向する位置に配置された弁体４２、４３とを備え、弁体４２、４３が電動弁アクチュエータ４４によって上下方向に移動し、弁体４２、４３のいずれか一方が弁座４５、４６のいずれか一方に着座することにより冷媒流路を切り換える。
【００１８】
弁本体４１は、圧縮機２の吸入口に連通する出口配管５１が接続される流出口４１ａと、室内側熱交換器３又は室外側熱交換器４に接続された２つの入口配管４９、５０が接続される流入口４１ｂ、４１ｃと、内部の弁室４７に、弁体４２、４３を一体化した弁棒４８とを備え、弁本体２１の上面及び下面開口を塞ぐように、蓋体５２、５３がボルト５４、５５によって各々弁本体４１に固定されている。電動弁アクチュエータ４４は、ステッピングモータ及びねじ機構（いずれも不図示）を備え、ステッピングモータの回転がねじ機構により上下運動に変換され、ねじ機構に付随する弁棒４８が上下方向に移動し、これに伴い弁体４２、４３が上下方向に移動する。
【００１９】
図示の状態では、第２の三方電動弁１２の弁体４２が弁座４５に当接し、入口配管４９から出口配管５１への冷媒の流れが妨げられ、入口配管５０から弁室４７に導入された冷媒は、出口配管５１を介して圧縮機２の吸入口へ流入する。
【００２０】
図３の状態において、電動弁アクチュエータ４４のステッピングモータに例えば逆位相でパルス供給を行い、弁棒４８を上昇させ、弁体４３を弁座４６に着座させると、入口配管５０から出口配管５１への冷媒の流れが妨げられ、入口配管４９から弁室４７に導入された冷媒は、出口配管５１を介して圧縮機２の吸入口へ流入する。
【００２１】
次に、上記構成を有する第１及び第２の三方電動弁１１、１２を用いた冷暖房システム１の動作について、図４及び図５を参照しながら説明する。
【００２２】
まず、冷房時の動作について図４を参照しながら説明する。この場合には、第１の三方電動弁１１において、出口配管２９：閉状態、出口配管３０：開状態、第２の三方電動弁１２において、入口配管４９：開状態、入口配管５０：閉状態とする。これにより、圧縮機２より吐出した冷媒（ＣＯ2）は、第１の三方電動弁１１の入口配管２８、出口配管３０を経て室外側熱交換器４に至る。室外側熱交換器４から導出された冷媒は、膨張弁５を経て室内側熱交換器３に導入され、さらに冷媒は、第２の三方電動弁の入口配管４９、出口配管５１を経て圧縮機２に戻る。この場合、室内側熱交換器３は蒸発器として機能し、室外側熱交換器４は凝縮器として機能し、冷房運転となる。
【００２３】
尚、この冷房運転において、圧縮機２より吐出され、第１の三方電動弁１１の入口配管２８、出口配管３０を経て室外側熱交換器４に至る冷媒の一部は、破線で示す流路を経て第２の三方電動弁１２の入口配管５０に導入される。この入口配管５０に導入された冷媒により、入口配管５０内の圧力が弁室４７側よりも高くなり、弁体４３に対して該弁体４３を弁座４６の方向へ押圧する圧力がかかる。
【００２４】
次に、冷房運転から暖房運転への切換動作について説明する。図４の状態で、圧縮機２の運転を停止して第１の三方電動弁１１への冷媒の導入を停止する。これにより、第１の三方電動弁１１、第２の三方電動弁１２の弁前後の差圧を低下させ、電動弁アクチュエータ４４のステッピングモータにかかる負荷を低減し、第１の三方電動弁１１の出口配管２９、３０の開閉と、第２の三方電動弁１２の入口配管４９、５０の開閉を電動弁アクチュエータ２３、４４により切り換える。これにより、冷房運転から暖房運転への切換動作が終了する。
【００２５】
次に、暖房時の動作について図５を参照しながら説明する。この場合には、第１の三方電動弁１１において、出口配管２９：開状態、出口配管３０：閉状態、第２の三方電動弁１２において、入口配管４９：閉状態、入口配管５０：開状態とする。これにより、第１の圧縮機２より吐出した冷媒（ＣＯ2）は、第１の三方電動弁１１の入口配管２８、出口配管２９を経て室内側熱交換器３に至る。室内側熱交換器３から導出された冷媒は、膨張弁５を経て室外側熱交換器４に導入され、さらに冷媒は、第２の三方電動弁１２の入口配管５０、出口配管５１を経て圧縮機２に戻る。この場合、室内側熱交換器３は凝縮器として機能し、室外側熱交換器４は蒸発器として機能し、暖房運転となる。
【００２６】
尚、この暖房運転においても、上記冷房運転の場合と同様に、圧縮機２より吐出され、第１の三方電動弁１１の入口配管２８、出口配管２９を経て室内側熱交換器３に至る冷媒の一部が、破線で示す流路を経て第２の三方電動弁１２の入口配管４９に導入される。この入口配管４９に導入された冷媒により、入口配管４９内の圧力が弁室４７側よりも高くなり、弁体４２に対して該弁体４２を弁座４５の方向へ押圧する圧力がかかる。
【００２７】
上記冷房運転から暖房運転への切換え、及び暖房運転から冷房運転への切換えの際には、第１及び第２の三方電動弁１１、１２が、電動弁アクチュエータ２３、４４により、各々独立して冷媒流路の切換を行うため、冷暖房システム１内の冷媒の圧力が安定していない状態においても第１及び第２の三方電動弁１１、１２の開閉の状態を維持することができ、冷暖房システム１の安定運転を維持することができる。
【００２８】
また、本実施の形態では、第１及び第２の三方電動弁１１、１２の電動弁アクチュエータ２３、４４のステッピングモータの回転により弁体２２、４２、４３を移動させるため、アクチュエータを大型化することなく、各々の弁１１、１２の弁体２２、４２、４３の移動量を大きくすることができ、冷暖房システム１に大流量の冷媒を流すことも可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１  冷暖房システム
２  圧縮機
３  室内側熱交換器
４  室外側熱交換器
５  膨張弁
１１  第１の三方電動弁
１２  第２の三方電動弁
２１  弁本体
２１ａ  流入口
２１ｂ、２１ｃ  流出口
２２  弁体
２３  電動弁アクチュエータ
２４  弁室
２５  弁棒
２６、２７  弁座
２８  入口配管
２９、３０  出口配管
３１  蓋体
３２  ボルト
４１  弁本体
４１ａ  流出口
４１ｂ、４１ｃ  流入口
４２、４３  弁体
４４  電動弁アクチュエータ
４５、４６  弁座
４７  弁室
４８  弁棒
４９、５０  入口配管
５１  出口配管
５２、５３  蓋体
５４、５５  ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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