(57)【要約】【課題】ＣＯ2等の高圧冷媒を用いた場合でも、圧縮機の運転を停止する必要がなく、冷暖房等の切換え時の衝撃音を低く抑えることのできるヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】圧縮機２の吐出口及び室内側熱交換器３を接続する第１の冷媒流路１１に配置された第１のパイロット式電動弁２１と、前記吐出口及び室外側熱交換器４を接続する第２の冷媒流路１２に配置された第２のパイロット式電動弁２２と、第１の冷媒流路の一部であって室内側熱交換器と第１のパイロット式電動弁とを接続する流路１１’及び圧縮機の吸入口を接続する第３の冷媒流路１３に配置された第３のパイロット式電動弁２３と、第２の冷媒流路の一部であって室外側熱交換器と第２のパイロット式電動弁とを接続する流路１２’及び前記吸入口を接続する第４の冷媒流路１４に配置された第４のパイロット式電動弁２４と、両熱交換器間に配置された膨張弁５とを備えたヒートポンプ装置１。【選択図】図１
2011080654.tif 000002
【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、
圧縮機の吐出口及び室内側熱交換器を接続する第１の冷媒流路に配置された第１のパイロット式電動弁と、
前記圧縮機の吐出口及び室外側熱交換器を接続する第２の冷媒流路に配置された第２のパイロット式電動弁と、
前記第１の冷媒流路の一部であって前記室内側熱交換器と前記第１のパイロット式電動弁とを接続する流路及び前記圧縮機の吸入口を接続する第３の冷媒流路に配置された第３のパイロット式電動弁と、
前記第２の冷媒流路の一部であって前記室外側熱交換器と前記第２のパイロット式電動弁とを接続する流路及び前記圧縮機の吸入口を接続する第４の冷媒流路に配置された第４のパイロット式電動弁と、
前記室内側熱交換器及び前記室外側熱交換器を接続する第５の冷媒流路に配置された膨張弁とを備え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乃至第４のパイロット式電動弁の各々は、電動モータによりパイロット弁体を開閉駆動し、該パイロット弁体に応動して主弁口を主弁体で開閉するパイロット式電動弁であって、前記主弁体は、前記パイロット弁体の開弁方向の移動に追従するように開弁方向に移動す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に記載のような四方切換弁が用いられている。この四方切換弁は、図５に示すように、弁本体６１に設けられた電磁石６２を励磁すると、ばね６３に抗してアマチュア６４を吸引して弁体６５を右方に移動させ、導出孔６６と通孔６７とを連通させる。これによって、圧縮機Ｃより吐出した冷媒は、配管６８より導入孔６９を経て弁本体６１内に導入され、更に、冷媒は、この時に開口している通孔７０より配管７１を経て  室内側熱交換器７２に導入される。室内側熱交換器７２に導入された冷媒は、配管７３を介して室外側熱交換器７４に至り、配管７５、通孔６７、導出孔６６、配管７６を経て圧縮機Ｃに戻る。この場合、室内側熱交換器７２は凝縮器として機能し、室外側熱交換器７４は蒸発器として機能し、暖房運転となる。
【０００３】
一方、四方切換弁６０の電磁石６２を減勢すると、アマチュア６４は、ばね６３の弾力により左方に移動し、これに伴って、弁体６５も同方向に移動し、通孔７０と導出孔６６とを連通させ、弁本体６１を介して導入孔６９と通孔６７とを連通させる。これによって、圧縮機Ｃより吐出した冷媒は、配管６８、導入孔６９、弁本体６１、通孔６７、配管７５を経て室外側熱交換器７４に至る。室外側熱交換器７４から導出された冷媒は、配管７３より、さらに配管７１、通孔７０、導出孔６６及び配管７６を経て圧縮機Ｃに戻る。この場合、室内側熱交換器７２は蒸発器として機能し、室外側熱交換器７４は凝縮器として機能し、冷房運転となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平３−４７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の四方切換弁６０を一般的な冷暖房システムに用いた場合には、弁本体６１の内部と弁体６５の内部との差圧は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。そのため、アマチュア６４によって弁体６５を円滑に移動させることができず、差圧が低下するまで圧縮機Ｃの運転を停止する必要があり、冷暖房システムの運転効率の低下を招いていた。
【０００６】
また、アマチュア６４の能力を増強し、圧縮機Ｃの運転を停止させずに弁体６５を切り換えることができたとしても、切換え時に大きな衝撃音が発生することが予想され、冷暖房システムを設置した環境に悪影響を与える虞があった。
【０００７】
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、冷媒として二酸化炭素等の高圧冷媒を用いた場合でも、圧縮機の運転を停止する必要がなく、冷暖房等の切換え時の衝撃音を低く抑えることのできる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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、ヒートポンプ装置であって、圧縮機の吐出口及び室内側熱交換器を接続する第１の冷媒流路に配置された第１のパイロット式電動弁と、前記圧縮機の吐出口及び室外側熱交換器を接続する第２の冷媒流路に配置された第２のパイロット式電動弁と、前記第１の冷媒流路の一部であって前記室内側熱交換器と前記第１のパイロット式電動弁とを接続する流路及び前記圧縮機の吸入口を接続する第３の冷媒流路に配置された第３のパイロット式電動弁と、前記第２の冷媒流路の一部であって前記室外側熱交換器と前記第２のパイロット式電弁とを接続する流路及び前記圧縮機の吸入口を接続する第４の冷媒流路に配置された第４のパイロット式電動弁と、前記室内側熱交換器及び前記室外側熱交換器を接続する第５の冷媒流路に配置された膨張弁とを備え、冷媒として二酸化炭素等の高圧冷媒を用いたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、冷媒流路の切換えに４つのパイロット式電動弁を用い、これらのパイロット式電動弁の開閉により冷媒流路を切り換える。ここで、パイロット式電動弁は、電動モータの回転に応じて弁開度を滑らかに変化させることができるため、例えば二酸化炭素を冷媒として用いたヒートポンプ装置であっても、圧縮機の運転を停止する必要がなく、開閉動作が円滑であるため、冷暖房等の切換え時の衝撃音を低く抑えることができる。
【００１０】
上記ヒートポンプ装置において、前記第１乃至第４のパイロット式電動弁の各々を、電動モータによりパイロット弁体を開閉駆動し、該パイロット弁体に応動して主弁口を主弁体で開閉するパイロット式電動弁であって、前記主弁体は、前記パイロット弁体の開弁方向の移動に追従するように開弁方向に移動するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
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、圧縮機の運転を停止する必要がなく、冷暖房等の切換え時の衝撃音を低く抑えることのできるヒートポンプ装置を提供することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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パイロット式電動弁を示す断面図である。
【図３】図１の冷暖房システムの冷房時の動作説明図である。
【図４】図１の冷暖房システムの暖房時の動作説明図である。
【図５】従来の冷暖房システムに用いられる四方切換弁の一例を示す一部破断断面図、及び同システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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の吐出口及び室内側熱交換器３を接続する第１の冷媒流路１１に配置された第１のパイロット式電動弁２１と、圧縮機２の吐出口及び室外側熱交換器４を接続する第２の冷媒流路１２に配置された第２のパイロット式電動弁２２と、第１の冷媒流路１１の一部であって室内側熱交換器３と第１のパイロット式電動弁２１とを接続する流路１１’及び圧縮機２の吸入口を接続する第３の冷媒流路１３に配置された第３のパイロット式電動弁２３と、第２の冷媒流路１２の一部であって室外側熱交換器４と第２のパイロット式電動弁２２とを接続する流路１２’及び圧縮機２の吸入口を接続する第４の冷媒流路１４に配置された第４のパイロット式電動弁２４と、室内側熱交換器３及び室外側熱交換器４を接続する第５の冷媒流路１５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。
【００１５】
第１〜第４のパイロット式電動弁２１〜２４は、第１〜第４の冷媒流路１１〜１４を切り換えるために備えられ、これらは同一の構成を有する。以下、第１のパイロット式電動弁２１の構成及び動作について、図２を参照しながら説明する。
【００１６】
この第１のパイロット式電動弁２１は、大別して、主弁３１と、主弁３１の上方に設けられたパイロット弁３２と、パイロット弁３２を駆動するための電動弁アクチュエータ３３からなる。
【００１７】
主弁３１は、円筒状の弁本体３４の底部に溶接等により密封固定された主弁座３５を備え、弁本体３４には、弁室３７が形成され、また、周側部には高圧の冷媒を弁室３７に導入するための入口導管３８が連結され、主弁座３５には、弁室３７から冷媒を導出するための出口導管３９が連結され、さらに、弁本体３４の上面開口を塞ぐように、画成部材４０がボルト４７により弁本体３４に固定されている。
【００１８】
弁本体３４内の主弁座３５の上方には、断面逆凸字状のピストン型の主弁体４１が摺動自在に嵌挿され、主弁体４１と画成部材４０との間には背圧室４２が画成されている。
【００１９】
主弁体４１には、その下端部に主弁座３５に接離する主弁部４１ａが設けられ、また、主弁体４１の大径部４１ｂには、弁室３７と背圧室４２とを連通するように小径の均圧孔４１ｃが形成され、また、主弁体４１は、その大径部４１ｂの下端面部と主弁座３５との間に縮装された圧縮コイルばね４４により常時開弁方向（上方）に付勢されている。さらに、主弁体４１には、その中央を上下に貫通するようにパイロット通路４１ｄが形成されている。
【００２０】
主弁３１の上方に設けられたパイロット弁３２は、画成部材４０及びパイロット弁座４５に接離するパイロット弁部４６ａを有する段付きニードル状のパイロット弁体４６と、画成部材４０にその下端部が溶接により密封接合されたキャン４８等を備える。
【００２１】
パイロット弁体４６をパイロット弁座４５に接離させる電動弁アクチュエータ３３は、詳細説明を省略するが、キャン４８の内周に所定の間隙をあけて配在されて、パイロット弁体４６の軸線回りに回転するロータ４９と、該ロータ４９を回転駆動すべくキャン４８に外装されたステータ５０で構成されたステッピングモータ５１を備える。また、パイロット弁体４６は、弁体ホルダ５２の天底とパイロット弁体４６の中間段差部との間に縮装された緩衝用のコイルばね５３によって常時下方に付勢されている。
【００２２】
この第１のパイロット式電動弁２１にあっては、主弁３１が閉状態（主弁体４１の主弁部４１ａが主弁座３５に着座している状態）にあり、かつ、パイロット弁３２が開状態（パイロット弁体４６のパイロット弁部４６ａがパイロット弁座４５から離れている状態）のとき、ステッピングモータ５１に例えば順位相でパルス供給を行うと、パイロット弁部４６ａがパイロット弁座４５に着座圧接して閉状態となる。
【００２３】
上記のように主弁３１及びパイロット弁３２が閉状態にあるときには、入口導管３８から弁室３７に導入された高圧の冷媒は、均圧孔４１ｃを介して背圧室４２に導入され、背圧室４２が高圧となるので、主弁体４１の主弁部４１ａが主弁座３５に強く押し付けられる。
【００２４】
主弁３１及びパイロット弁３２が閉状態にあるときから、ステッピングモータ５１に例えば逆位相でパルス供給を行うと、パイロット弁体４６のパイロット弁部４６ａがパイロット弁座４５から離れ始めてパイロット弁３２が開き始め、背圧室４２の冷媒がパイロット通路４１ｄを通じて出口導管３９に流出し、背圧室４２の圧力が徐々に減圧される。
【００２５】
そして、所定のパルス数（回転量）になると、圧縮コイルばね４４のばね力等の主弁体４１を押し上げる力（開弁させる力）が主弁体４１を押し下げる力（閉弁させる力）に打ち勝ち、主弁体４１が押し上げられて、主弁部４１ａが主弁座３５から離れ始め、主弁３１が開き始める。
【００２６】
続いて、パルス数をさらに増加させていくと、パイロット弁体４６の上昇移動に追従するように、主弁体４１が押し上げられる。これにより、主弁部４１ａと主弁座３５との間の第１のパイロット式電動弁２１における開口面積（開度）が一定の勾配をもって滑らかに増加していく。そして、最終的に、パイロット弁体４６が電動弁アクチュエータ３３に設けられたストッパ（不図示）を介してその上昇が阻止され全開状態となる。
【００２７】
次に、上記構成を有する第１〜第４のパイロット式電動弁２１〜２４を用いた冷暖房システム１の動作について、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、冷房時の動作について図３を参照しながら説明する。この場合には、第１のパイロット式電動弁２１：閉状態、第２のパイロット式電動弁２２：開状態、第３のパイロット式電動弁２３：開状態、第４のパイロット式電動弁２４：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、矢印で示すように、第２の冷媒流路１２、第２のパイロット式電動弁２２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、第５の冷媒流路１５に位置する膨張弁５を経て室内側熱交換器３に導入され、さらに冷媒は、第３のパイロット式電動弁２３、第３の冷媒流路１３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。
【００２９】
次に、暖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のパイロット式電動弁２１：開状態、第２のパイロット式電動弁２２：閉状態、第３のパイロット式電動弁２３：閉状態、第４のパイロット式電動弁２４：開状態とする。これにより、圧縮機２より吐出した冷媒は、矢印で示すように、第１の冷媒流路１１、第１のパイロット式電動弁２１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、第５の冷媒流路１５に位置する膨張弁５を経て室外側熱交換器４に導入され、さらに冷媒は、第４のパイロット式電動弁２４、第４の冷媒流路１４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。
【００３０】
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〜第４のパイロット式電動弁２１〜２４の開閉動作が行われるが、ＣＯ2を冷媒として用い、図２において高圧側圧力（入口導管３８内、弁室３７内、背圧室４２内の冷媒の圧力）と、低圧側圧力（出口導管３９内の冷媒の圧力）との差圧が１０ＭＰａ程度と高い場合でも、主弁３１及びパイロット弁３２が閉状態にあるときから、ステッピングモータ５１の回転により、パイロット弁体４６のパイロット弁部４６ａがパイロット弁座４５から離れてまずパイロット弁３２が開き、背圧室４２の冷媒がパイロット通路４１ｄを介して出口導管３９に流出し、背圧室４２の圧力が徐々に減圧された後、ステッピングモータ５１の回転に応じて弁開度（開口面積）を滑らかに変化させることができるため、第１〜第４のパイロット式電動弁２１〜２４の開閉動作を円滑に行うことができ、圧縮機２の運転を停止する必要がない。これに加え、開閉動作が円滑であるため、冷暖房の切換え時の衝撃音を低く抑えることができる。
【００３１】
尚、本実施の形態においては、図２に示した第１のパイロット式電動弁２１（第２〜第４のパイロット式電動弁２２〜２４も同様の構成を有する）を用いた場合を例示したが、電動モータによりパイロット弁体を開閉駆動し、このパイロット弁体に応動して主弁口を主弁体で開閉するパイロット式電動弁であれば、図２に示した構成以外のものであっても用いることができる。
【符号の説明】
【００３２】
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の冷媒流路
１１’  第１の冷媒流路の一部
１２  第２の冷媒流路
１２’  第２の冷媒流路の一部
１３  第３の冷媒流路
１４  第４の冷媒流路
２１  第１のパイロット式電動弁
２２  第２のパイロット式電動弁
２３  第３のパイロット式電動弁
２４  第４のパイロット式電動弁
３１  主弁
３２  パイロット弁
３３  電動弁アクチュエータ
３４  弁本体
３５  主弁座
３７  弁室
３８  入口導管
３９  出口導管
４０  画成部材
４１  主弁体
４１ａ  主弁部
４１ｂ  大径部
４１ｃ  均圧孔
４１ｄ  パイロット通路
４２  背圧室
４４  圧縮コイルばね
４５  パイロット弁座
４６  パイロット弁体
４６ａ  パイロット弁部
４７  ボルト
４８  キャン
４９  ロータ
５０  ステータ
５１  ステッピングモータ
５２  弁体ホルダ
５３  コイルばね
【図１】
2011080654.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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