(57)【要約】【課題】冷媒の圧力損失を低減する小形の冷媒流量制御弁を提供する。【解決手段】弁本体１の弁室１ａ内に切換弁１３を配設し、切換弁１３を上下に摺動自在にする。切換弁１３の上部の空間Ｐの圧力と第１ポート１１または第２ポート１２の圧力との差圧により、切換弁１３を主弁座１ｂに対して着座／離座させる。可変絞り孔２８とニードル弁２６のニードル２６ａにより可変絞り部を構成する。コイル２５、ロータ２３及びシャフト２４でステッピングモータ７０を構成する。ステッピングモータ７０を駆動して可変絞り部を制御し、前記差圧を制御する。ステッピングモータ７０を小形にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切換弁を駆動して、２つのポート間を均圧して冷媒を通す開弁状態と、冷媒の膨張を行うための絞り状態とを切換え制御する方法であって、
冷媒流量制御を行う可変絞り弁を用いて、圧力制御空間の圧力を制御して、切換弁の開閉を行うことを特徴とする、切換弁開閉方法。
【請求項２】
切換弁を駆動して、２つのポート間を均圧して冷媒を通す開弁状態と、冷媒の膨張を行うための絞り状態とを切換え制御する冷媒流量制御弁であって、
第１ポートと第２ポートとが形成された弁室と、
該弁室内に配設され、前記第２ポート側に形成された弁座に着座して該第２ポートと前記第１ポートとを遮蔽し、該弁座から離間して該第２ポートと該第１ポートとを導通する切換弁と、
該切換弁に形成され、該切換弁により前記弁座と反対側に隔成される圧力制御空間と前記第１ポートとの間で冷媒の流れを絞る固定絞り部と、
前記圧力制御空間に導通可能に配設されるとともに導管により前記第２ポートと連通され、絞り弁により該圧力制御空間と該導管との間で冷媒の流れを可変に絞る可変絞り部と、
前記絞り弁を駆動して該可変絞り部の絞り量を制御するモータとを備え、
前記可変絞り部の絞り量により前記圧力制御空間の圧力を制御し、該圧力制御空間と前記第１ポートとの差圧、該圧力制御空間と前記第２ポートとの差圧を制御して、前記切換弁の着座／離間を切換えるようにしたことを特徴とする冷媒流量制御弁。
【請求項３】
前記絞り部の前記圧力制御空間側と前記導管側とに静音フィルタを備えたことを特徴とする請求項２記載の冷媒流量制御弁。
【請求項４】
前記導管を、前記弁室を構成する本体ケース内に形成したことを特徴とする請求項２または３記載の冷媒流量制御弁。
【請求項５】
前記第１ポートに連通される継手管と、前記第２ポートに連通される継手管とを、それぞれ２本としたことを特徴とする請求項２、３または４記載の冷媒流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開弁状態と冷媒の膨張を行うための絞り状態とを切換え制御する冷媒流量制御弁に関し、特に空気調和機におけるドライ運転用のドライ制御弁に好適な切換弁開閉方法及び冷媒流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機でドライ運転（除湿モード）を行うために二分割された室内熱交換器の間に介在させて冷媒を絞るドライ制御弁がある。このドライ制御弁はドライ運転時には冷媒を絞る（冷媒の流れを制御する）絞り状態とされ、通常の冷房／暖房運転時には二分割された室内熱交換器を一つの室内熱交換器として機能させるために冷媒の流れを絞らない開弁状態とされる。そして、特開２００１−３１０５４０号公報（除湿用絞り弁）、特開２００３−９０６５０号公報（流量制御装置）に開示されているように、この絞り状態と開弁状態とを切り換える切り換え弁の駆動には電磁ソレノイドを使用したり、ステッピングモータを使用したりしている。
【特許文献１】特開２００１−３１０５４０号公報
【特許文献２】特開２００３−９０６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特開２００１−３１０５４０号公報の除湿用絞り弁や、特開２００３−９０６５０号公報の流量制御装置では、電磁ソレノイドのステッピングモータ駆動力で直接切り換え弁を駆動するようにしているので、駆動力を弱くすると切り換え弁を大きくすることが困難であり、弁座口径を大きくすることができない。このため、冷媒の動圧損失や乱れ損失による圧力損失が大きくなるという問題がある。また、駆動力を大きくする電磁ソレノイドやステッピングモータが大きくなって、ドライ制御弁（冷媒流量制御弁）全体が大型化するという問題がある。
【０００４】
本発明は、冷媒の圧力損失を低減する小形の冷媒流量制御弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の切換弁開閉方法は、切換弁を駆動して、２つのポート間を均圧して冷媒を通す開弁状態と、冷媒の膨張を行うための絞り状態とを切換え制御する方法であって、冷媒流量制御を行う可変絞り弁を用いて、圧力制御空間の圧力を制御して、切換弁の開閉を行うことを特徴とする。
【０００６】
請求項１の切換弁開閉方法によれば、該方法で用いる可変絞り弁は開閉する開口部の面積が小さくてよいので、可変絞り弁に加わる差圧抗力も小さく、可変絞り弁を駆動するモータも小さなものでよい。また、切換弁の駆動が可変絞り弁によるパイロット駆動なので、弁座径を大きくしても駆動力を増大させる必要がない。したがって、冷媒の圧力損失を低減した形の冷媒流量制御弁を得ることができる。
【０００７】
請求項２の冷媒流量制御弁は、切換弁を駆動して、２つのポート間を均圧して冷媒を通す開弁状態と、冷媒の膨張を行うための絞り状態とを切換え制御する冷媒流量制御弁であって、第１ポートと第２ポートとが形成された弁室と、該弁室内に配設され、前記第２ポート側に形成された弁座に着座して該第２ポートと前記第１ポートとを遮蔽し、該弁座から離間して該第２ポートと該第１ポートとを導通する切換弁と、該切換弁に形成され、該切換弁により前記弁座と反対側に隔成される圧力制御空間と前記第１ポートとの間で冷媒の流れを絞る固定絞り部と、前記圧力制御空間に導通可能に配設されるとともに導管により前記第２ポートと連通され、絞り弁により該圧力制御空間と該導管との間で冷媒の流れを可変に絞る可変絞り部と、前記絞り弁を駆動して該可変絞り部の絞り量を制御するモータとを備え、前記可変絞り部の絞り量により前記圧力制御空間の圧力を制御し、該圧力制御空間と前記第１ポートとの差圧、該圧力制御空間と前記第２ポートとの差圧を制御して、前記切換弁の着座／離間を切換えるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の冷媒流量制御弁によれば、可変絞り部の上下に作用する圧力は切換弁の動作に必要な小さな差圧でよく、また、可変絞り部の開口面積も小さくてよく、絞り弁に加わる差圧抗力も小さいので、絞り弁を駆動するモータも小さなものでよい。また、切換弁の駆動が可変絞り部によるパイロット駆動なので、弁座径を大きくしても駆動力を増大させる必要がない。したがって、冷媒の圧力損失を低減した形の冷媒流量制御弁を得ることができる。
【０００９】
請求項３の冷媒流量制御弁は、請求項２の構成を備え、前記絞り部の前記圧力制御空間側と前記導管側とに静音フィルタを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の冷媒流量制御弁によれば、請求項２と同様な作用効果が得られるとともに、静音フィルタにより絞り部の冷媒通過音を低減できる。
【００１１】
請求項４の冷媒流量制御弁は、請求項２または３の構成を備え、前記導管を、前記弁室を構成する本体ケース内に形成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の冷媒流量制御弁によれば、請求項２または３と同様な作用効果が得られるとともに、可変絞り部と第２ポートとを連通する導管がケース外にないので小型化することができる。
【００１３】
請求項５の冷媒流量制御弁は、請求項２、３または４の構成を備え、前記第１ポートに連通される継手管と、前記第２ポートに連通される継手管とを、それぞれ２本としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の冷媒流量制御弁によれば、請求項２、３または４と同様な作用効果が得られるとともに、室内熱交換器において圧力損失を小さくできるとともに、室内機の省スペース、省コストを図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の切換弁開閉方法によれば、冷媒の圧力損失を低減した小形の冷媒流量制御弁を得ることができる。
【００１６】
請求項２の冷媒流量制御弁によれば、請求項１と同様な効果が得られる。
【００１７】
請求項３の冷媒流量制御弁によれば、請求項２と同様な効果が得られるとともに、絞り部の冷媒通過音を低減できる。
【００１８】
請求項４の冷媒流量制御弁によれば、請求項２または３と同様な効果が得られるとともに、該冷媒流量制御弁を小型化することができる。
【００１９】
請求項５の冷媒流量制御弁によれば、請求項２、３または４と同様な効果が得られるとともに、室内熱交換器において圧力損失を小さくでき、さらに室内機の省スペース、省コストを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の冷媒流量制御弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の冷媒流量制御弁の構造と該冷媒流量制御弁を適用した空気調和機の要部を示す図であり、図１は除湿運転時の状態を示している。図２(A) は図１のＡ−Ａ矢視図（底面図）、図２(B) は図１のＣ−Ｃ矢視断面図である。なお、図１は図２(A) 及び図２(B) のＢ−Ｂ矢視断面を示している。
【００２１】
図中１０は実施形態の冷媒流量制御弁としてのドライ制御弁、２０は室内ユニットに搭載された室内熱交換器、３０は絞り装置、４０は室外ユニットに搭載された室外熱交換器、５０は四方弁を構成する例えばロータリ式の流路切換弁、６０は圧縮機である。室内熱交換器２０は絞り装置３０側に接続された第１熱交換器２０Ａと流路切換弁５０側に接続された第２熱交換器２０Ｂとで構成され、ドライ制御弁１０はこの第１熱交換器２０Ａと第２熱交換器２０Ｂとの間に接続されている。そして、ドライ制御弁１０、第１熱交換器２０Ａ、第２熱交換器２０Ｂ、絞り装置３０、室外熱交換器４０、流路切換弁５０、及び圧縮機６０は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクル１００を構成している。
【００２２】
冷凍サイクル１００の流路は流路切換弁５０により「冷房モード」および「暖房モード」の２通りの流路に切り換えられる。冷房モードでは、図１に実線の矢印で示すように、圧縮機６０で圧縮された冷媒は流路切換弁５０から室外熱交換器４０に流入され、絞り装置３０及び第１熱交換器２０Ａを介して流出された冷媒液は、ドライ制御弁１０を介して第２熱交換器２０Ｂに流入され、第２熱交換器２０Ｂから流路切換弁５０を介して圧縮機６０に流入される。暖房モードでは、図１に破線の矢印で示すように、圧縮機６０で圧縮された冷媒は流路切換弁５０から第２熱交換器２０Ｂに流入され、ドライ制御弁１０、第１熱交換器２０Ａ、絞り装置３０、室外熱交換器４０、流路切換弁５０、そして、圧縮機６０の順に循環される。
【００２３】
ドライ制御弁１０は、除湿運転以外の運転モードのときは開弁状態とされ、第１熱交換器２０Ａと第２熱交換器２０Ｂとが実質的に一体となって室内熱交換機２０の機能を果たす。これにより、暖房運転時には、室内熱交換器２０は凝縮器として機能し、室外熱交換器４０は蒸発器として機能し、室内の暖房がなされる。また、冷房運転時には、室外熱交換器４０が凝縮器として機能し、室内熱交換器２０が蒸発器として機能し、室内の冷房がなされる。
【００２４】
一方、除湿運転時には、ドライ制御弁１０は図１の絞り状態とされ、冷媒を絞る機能を果たす。この時の流路モードが冷房モードであれば、上流側（高圧側）の第１熱交換器２０Ａが凝縮器として機能し、下流側（低圧側）の第２熱交換器２０Ｂが蒸発器として機能する。すなわち、凝縮器による加熱と、蒸発器による冷却・除湿により、室内の温度を下げずに湿度を下げることができる。なお、暖房モード時は（暖房ドライ湿運転）第１熱交換器２０Ａと第２熱交換器２０Ｂの機能が逆になるだけである。
【００２５】
次にドライ制御弁１０の構造及び動作について説明する。ドライ制御弁１０は弁本体１と駆動部２を備え、弁本体１には円筒中空の弁室１ａが形成され、弁室１ａにはその側面に開口する第１ポート１１と下面に開口する第２ポート１２が形成され、第２ポート１２の弁室１ａ側端部には主弁座１ｂが形成されている。第１ポート１１には第１熱交換器２０Ａに接続される２本の第１継手管３，３が接続され、第２ポート１２には第２熱交換器２０Ｂに接続される２本の第２継手管４，４が接続される。
【００２６】
弁室１ａ内には切換弁１３が摺動自在に配設され、この弁室１ａの上端には静音フィルタ１４ａを収容するとともに開口１４ｂが形成されたフィルタケース１４が配設されている。切換弁１３は空間Ｐ（圧力制御空間）を形成する上部円筒部１３Ａと、その下部の小径部１３Ｂとで構成され、上部円筒部１３Ａ内に配設されたバネ１６がフィルタケース１４の周囲に当接され、このバネ１６によって切換弁１３は主弁座１ｂ側に付勢されている。また、切換弁１３の小径部１３Ｂの下端周縁部はテーパ面１３ａとされ、切換弁１３が着座時にテーパ面１３ａが主弁座１ｂに当接する。また、小径部１３Ｂには水平な第１の固定絞り１３ｂと、該固定絞り１３ｂから上部円筒部１３Ａ内の空間Ｐに通じる第２の固定絞り１３ｃとが形成されている。
【００２７】
駆動部２は、弁本体１に固着された下ケース２Ａと該下ケース２Ａの上端を封止する略円筒状の上ケース２Ｂとを備えている。下ケース２Ａ及び上ケース２Ｂ内には軸受部材２１が配設されている。この軸受け部材２１は、下ケース２Ａの下端面２ａとの間に静音フィルタ２２を介装させて、下ケース２Ａの上部内周面において固着されている。そして、下ケース２Ａ内において、軸受け部材２１及び静音フィルタ２２の外周に空間Ｋ（圧力制御空間）が形成されている。下ケース２Ａの下端面２ａの一部には開口２ｂが形成され、弁本体１の内部には上記開口２ｂと第２ポート１２とを導通する導管１５が形成ている。これにより、第２ポート１２と空間Ｋとは導通される。
【００２８】
上ケース２Ａの内部には、マグネット製のロータ２３が配設され、このロータ２３は雄ネジ２４ａを有するシャフト２４に取付られ、シャフト２４は、軸受け部材２１の中央に形成された雌ネジ部２１ａに雄ネジ２４ａを螺合させて、該軸受け部材２１で軸支されている。そして、上ケース２Ｂの外周には駆動コイル２５が配設されており、このコイル２５、ロータ２３及びシャフト２４によりステッピングモータ７０が構成されている。また、シャフト２４の上端には円筒形の回転ストッパ３１が回転自在に軸支されるとともに、上ケース２Ｂの内側一箇所に固定ストッパ３２が垂下されている。図２(B) に示したように、回転ストッパ３１は外周部の１箇所の内側と外側に縦の突起３１ａ，３１ｂが形成されている。ロータ２３の外周部の一箇所の内側に縦の突起２３ａが形成されており、このロータ２３の突起２３ａは回転ストッパ３１の外側の突起３１ｂに当接し、回転ストッパ３１の内側の突起３１ａは固定ストッパ３２に当接する構成になっている。したがって、ロータ２３は図２(B) の状態からは反時計回りに略２回転して止まる。すなわち、ロータ２３は正逆方向にそれぞれ略２回転の範囲で回動が可能となる。
【００２９】
軸受け部材２１の雌ネジ部２１ａの下部には円筒状のシリンダ部２１ｂが形成され、このシリンダ部２１ｂ内に「絞り弁」としてのニードル弁２６が配設されている。ニードル弁２６は下端部にニードル２６ａを有するとともに、その上部は円筒部とされその内部にバネ２７が配設されている。また、円筒部内にはリング状のストッパ２６ｂが配設されている。一方、シャフト２４の下部には括れ部２４ｂが形成されており、この括れ部２４ｂとストッパ２６ｂを介して、シャフト２４とニードル弁２６が連結されている。また、ニードル弁２６のニードル２６ａは、下ケース２Ａの中央に形成された可変絞り孔２８内に挿入される。
【００３０】
以上の構成により、ドライ制御弁１０は次のように動作する。ステッピングモータ７０を駆動することにより、その回転方向に応じてシャフト２４及びニードル弁２６が昇降し、ニードル２６ａと可変絞り孔２８が開閉される。詳細には、図１の状態ではニードル２６ａは可変絞り孔２８を閉じているが、この状態からシャフト２４が上昇する場合、初めはバネ２７の付勢力によりニードル弁２６は可変絞り孔２８を閉じた状態を維持する。シャフト２４が上昇して括れ部２４ｂの下端がストッパ２６ｂの位置に達するとニードル弁２６はシャフト２４と伴に上昇し、ニードル２４ａが可変絞り孔２８から離れる。そして、この位置からのステッピングモータ７０の回転角度を制御することによりニードル２６ａと可変絞り孔２８との間隙を調整することができ、間隙を通過する冷媒の量を制御することができる。このように、ニードル弁２６と可変絞り孔２８は「可変絞り部」を構成している。
【００３１】
ここで、ステッピングモータ７０の回転範囲は、前述のようにロータ２３の略２回転の範囲であり、図２(B) の状態で可変絞り孔２８が全閉となり、図２(B) において反時計回りに回って、可変絞り孔２８が次第に開となる。そして、この略２回転の範囲のうち、図２(B) の位置から途中までの所定の範囲において冷媒の流量制御を行う。それ以外の範囲は空間Ｐと空間Ｋとを均圧する全開あるいは全開に近い制御範囲である。なお、この可変絞り孔２８が全開の状態も、請求項の実施形態として、可変絞り部の絞り量により圧力制御空間（空間Ｐと空間Ｋ）の圧力を制御していることにはかわりはない。
【００３２】
また、切換弁１３は弁本体１の弁室１ａ内で昇降可能であるが、後述のように、空間Ｐの圧力、第１ポート１１の圧力、第２ポート１２の圧力、及びバネ１６のバネ力に応じて、切換弁１３は主弁座１ｂに対して着座または離座し、着座すると絞り状態となり、離座すると開弁状態となる。
【００３３】
図１の状態では、第１継手管３が高圧側で第２継手管４が低圧側となり、冷房除湿運転を行おうとしている。そして、冷媒は第１継手管３からドライ制御弁１０に流入して第２継手管４から流出する。可変絞り孔２８（可変絞り部）は閉じているので、切換弁１３は主弁座１ｂに着座している。可変絞り孔２８を開いていくと、冷媒は、固定絞り１３ｂ，１３ｃ→空間Ｐ→静音フィルタ１４ａ→可変絞り孔２８→静音フィルタ２２→空間Ｋ→導管１５→第２継手管４と流れて、冷房ドライ運転となる。このとき、可変絞り孔２８とニードル２６ａとの間隙を調整して、ドライ流量制御が可能である。
【００３４】
冷房運転に戻すときは可変絞り孔２８を全開にする。これにより、空間Ｐの圧力が第２継手管４の圧力（低圧）に近くなって、第１ポート１１側（高圧）の圧力と空間Ｐの圧力の差圧により、切換弁１３は主弁座１ｂから離座し、開弁状態となる。冷房から除湿運転にするにときは、再度、可変絞り孔２８を一旦閉じる。これにより、固定絞り１３ｂ，１３ｃを介して空間Ｐの圧力が高圧となり、バネ１６の付勢力により切換弁１３が主弁座１ｂに着座し、絞り状態となる。
【００３５】
暖房運転と暖房除湿運転の切換は次のようにする。暖房モードでは、流路切換弁５０により冷凍サイクル１００の流路が逆になるので、第１継手管３が低圧側で第２継手管４が高圧側になる。したがって、可変絞り部の制御が逆になる。可変絞り孔２８を全開にすると、空間Ｐのの圧力が第２継手管４の圧力（高圧）に近くなって切換弁１３は主弁座１ｂに着座し、絞り状態となる。したがって、冷媒は、第２継手管４→導管１５→空間Ｋ→静音フィルタ２２→可変絞り孔２８→静音フィルタ１４ａ→空間Ｐ→固定絞り１３ｃ，１３ｂ→第１継手管３と流れて、暖房除湿運転となる、この場合も可変絞り部によって流量制御が可能である。
【００３６】
暖房運転にに戻すには可変絞り孔２８を閉じる。これにより、空間Ｐの圧力が第１継手管３の圧力（低圧）に近くなって、第２ポート１２側（高圧）の圧力と空間Ｐの圧力の差圧により、切換弁１３は主弁座１ｂから離座し、開弁状態となる。
【００３７】
このように、可変絞り孔２８の上下に作用する圧力は切換弁の動作に必要な小さな差圧でよく、また可変絞り孔２８の断面積が小さいので、ニードル弁２６に働く差圧抗力は小さい。したがって、ステッピングモータ７０は小さなモータでよい。また、切換弁１３が可変絞り部によるパイロット駆動なので主弁座１ｂの径を大きくしても、駆動力を増大させる必要がない。したがって、冷暖房運転時には圧力損失が少なく、冷媒流量制御が可能な冷暖房除湿制御が可能で、かつ除湿運転時には音の静かな小形のドライ制御弁が得られる。
【００３８】
なお、切換弁１３の着座条件は、次式（１）である。
【００３９】
【数１】
2005274102.tif 000003
【００４０】
但し、Ｐ１、Ｐ２、Ｐｐは、それぞれ継手管１の圧力、継手管２の圧力、空間Ｐの圧力であり、Ａｐは空間Ｐの水平断面積、Ａｖは弁座の水平断面積である。また、Ｆはバネ１６のバネ力である。したがって、可変絞り部によって、Ｐｐを制御すれば切換弁１３の開閉を行うことができる。
【００４１】
なお、空気調和機の室内熱交換器は圧力損失を小さくするために、冷媒配管は２パスになっている。したがって、実施形態のドライ制御弁１０の第１継手管３，３、第２継手管４，４のように冷媒配管接続を２つ設けることは、室内機の省スペース、省コストに貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態の冷媒流量制御弁の構造と該冷媒流量制御弁を適用した空気調和機の要部を示す図である。
【図２】(A) は図１のＡ−Ａ矢視図（底面図）及び(B) はＣ−Ｃ矢視断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  弁本体
２  駆動部
３  第１継手管
４  第２継手管
１ａ  弁室
１１  第１ポート
１２  第２ポート
１ｂ  主弁座
１３  切換弁
１４ａ  静音フィルタ
１５  導管
２４  シャフト
２３  ロータ
２５  コイル
２６  ニードル弁
２６ａ  ニードル
２８  可変絞り孔
【図１】
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【図２】
2005274102.tif 000005