JP2501677B2

JP2501677B2 - 冷媒膨張装置

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Publication number: JP2501677B2
Application number: JP3138391A
Authority: JP
Inventors: スティーブンドラッカーアラン
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: KR960011393B1; BR9101966A; ITMI910997A1; AU632256B2; JPH04227444A; IT1246581B; ES2029653A6; US5052192A; ITMI910997A0; FR2661977B1; FR2661977A1; AU7622591A; KR910020400A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、圧縮冷凍シス
テムで使用されるヒートポンプシステム用のデュアルフ
ロー膨張装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮冷凍システムは、冷媒を与えるため
に閉回路状に接続された膨張装置、及びエバポレータか
ら構成されている。コンプレッサからの熱い圧縮された
冷媒蒸気は、コンデンサに入り、ここでその蒸気は、熱
を外部の熱交換媒体に移し、凝縮する。高圧の凝縮冷媒
は、膨張装置を通して流れる。そこで、冷媒は、圧力降
下を起こし、少なくともその一部は蒸気になる。その
後、液体蒸気混合物は、エバポレータを通して流れる。
そこで、その混合物は、蒸発し、外部から熱を吸収す
る。低圧冷媒蒸気は、その後コンプレッサに戻り、全回
路が完了する。凝縮中に冷凍サイクルから除かれたエネ
ルギーは、加熱エネルギーとして使用されている。熱交
換器を介して冷媒流が反転されるようなシステムは、か
なり前からヒートポンプと呼ばれている。

【０００３】代表的には、冷却サイクルを加熱サイクル
に変えるために、２個の熱交換器のデューティが、熱力
学的に反転される。この結果を得るため、そのシステム
を通る冷媒流の方向は、コンプレッサの吸い込み及び放
出側とその２個の熱交換器との間の接続を変えることに
よって、反転される。これは、例えば、それらの熱交換
器をコンプレッサへの入口及び出口と相互接続する四方
向弁を再設定することによって行われる。熱力学的反転
を行うために、冷媒は、それらの熱交換器間で反対方向
に絞り弁で調節される。可逆冷媒サイクルは、代表的に
は、キャピラリ管あるいは二重膨張弁及びいずれの方向
にも絞り弁で調節することができるようにそれらの２個
の熱交換器を接続している供給配管内に配置されたバイ
アスシステムを用いていた。

【０００４】キャピラリ管を用いた場合、ヒートポンプ
システムの動作範囲に厳格な制限が生じる。従って、キ
ャピラリ管はあまり採用されてはいない。

【０００５】二重膨張弁装置において、２個の対向する
膨張弁は、２個の熱交換器内に伸びている冷媒供給管内
に配置されている。バイパス動作をする弁もまた、各膨
張弁に平行に配置されている。冷凍サイクルが反転され
るとき、バイパス弁が駆動され、一方の膨張弁を交互に
利用し、他方をバイパスさせる。

【０００６】１９７６年１１月２３日発行の「可動膨張
弁」と題するＤｕｅｌｌ他の米国特許第３，９９２，８
９８号に、膨張弁が開示されている。その特許では、冷
媒調整ポートが、チャンバ内に設けられている自由フロ
ーティングピストン内に形成されている。冷媒がこの装
置を介して一方向に流れるとき、その自由フローティン
グピストンは、一方の位置に移動する。その位置で、冷
媒流は、調整ポートを通り、それによって膨張装置とし
て働く。冷媒流がこの装置を介して反対方向に流れると
き、自由フローティングピストンは第２の位置に移動す
る。そこでは、冷媒が、ピストンの外周囲に形成された
多数の流路を通過させられ、それによってその装置を介
して実質的に無制限の流れを与える。このような構成に
より、ヒートポンプシステムにおいて、そのような装置
を同一設計の第２の膨張装置と結合して使用すること
で、冷却時及び加熱時の双方において所望の冷媒膨張が
得られる。一方の装置は、冷却動作モードに対して室内
コイルに隣接して配置され、一方、第２の装置は、加熱
動作モードに対して室内外コイル近くに配置される。

【０００７】上述のヒートポンプシステムの夫々におい
て、そのシステムは、２個の膨張装置を含み、１個は冷
却動作モードに対して使用され、他方は、加熱動作モー
ドに対して使用される。さらに、それらの膨張装置の夫
々は、固定オリフィス型である。そこでは、単一の固定
オリフィスが、そのシステムが各動作モードにおいて出
会うであろう広範囲の動作条件に対して妥協しうるオリ
フィスを表す各動作モードに対して、選ばれる。膨張オ
リフィスの可変制御を得る１つのやり方は、温度調整弁
を用いることである。温度調整膨張弁は、エバポレータ
を出て行く冷媒気体の温度及び圧力の関数として、エバ
ポレータとして働くコイルに入る液体冷媒の流速を制御
する。動作上高い効率を持ち、かつシステムにかかる負
荷の変化に容易に応答して、エバポレータへの冷媒流量
を変化させる一方、温度調整膨張弁は、複雑でありかつ
高価である。さらに、分割システム型空調及びヒートポ
ンプシステムでは、コンプレッサ及びコンデンサが、エ
バポレータから離れた位置にある外部に配置されてお
り、コンプレッサからの検知バルブの距離は、そのよう
なシステムの最適条件より悪い結果をもたらす。

【０００８】従って、安価に製造でき、かつ広範囲の動
作条件にわたって性能的に効果的である冷媒膨張装置が
求められていることがわかった。この問題を解決するた
めの１つのやり方は、冷凍システム内の高及び低側圧力
間の変化に応答して、横断面を変える流量調整通路を有
する冷媒流量調整装置を設計することであった。そのよ
うな装置の１つが、１９７２年５月２日発行の「流量調
整装置を含む冷凍システム」と題するＤａｖｉｄＮ．
Ｓｈａｗの米国特許第３，６５９，４３３号に開示され
ている。

【０００９】ある圧力及び流量条件に応答して、そのよ
うな圧力及び流量条件に対して装置内に最適膨張面積を
与えることができる冷媒膨張装置を実現することは、技
術的には可能である。

【００１０】そのような流体流量調整装置は、当該ハウ
ジングを通して伸びている流路を備えたハウジングを有
し、そのハウジング内には、当該ピストンを介して伸び
ている流量調整通路を有する可動ピストンが取り付けら
れている。そのハウジング内の細長い部材は、ピストン
の調整ポート中に伸びている。その細長い部材及び調整
ポートによって、これらの間に流量調整通路が形成され
る。細長い部材の位置に関係して変化するように構成さ
れる。細長い部材をハウジング内に支持し、かつ流量調
整ピストンにかかる差圧の関数として違いに細長い部材
とピストンの軸方向位置を制御する手段が備えられてい
る。

【００１１】’８９８号特許に関連して上述した如く、
ヒートポンプシステムにおいて２個の膨張装置を使用す
ることが共通して行われている。すなわち、一方は、冷
却動作モードに、他方は加熱モードに対して使用されて
いる。

【００１２】長い間、ヒートポンプシステムの冷却及び
加熱動作モードの両方において膨張機能を与えることが
できる単一の膨張弁を提供することが望まれていた。１
つの方法は、デュアルフロー電子膨張弁である。そのよ
うな弁の１つが、１９８５年１０月２２日に発行された
「膨張弁」と題するＨａｙａｓｈｉ他の米国特許第４，
５４８，０４７号に開示されている。この特許は、冷媒
の可逆流を行わせる能力を持つ膨張弁を記述している。
そこに開示されたシステムは、冷媒の流れの方向とは関
係なしに、冷媒の流速を制御可能であり、その制御は、
単一の弁を用いて冷却及び加熱モードの両方において効
果的である。この特許では、電気入力信号が、複雑な電
子制御システムによって発生され、弁を駆動するプラン
ジャを制御する電磁コイルに与えられる。

【００１３】別の電子制御膨張弁が、１９８７年８月１
８日に発行された「低周囲始動手段を備えたパルス制御
ソレノイド弁」と題するＡｌｓｅｎｚの米国特許第４，
６８６，８３５号に示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】これらの特許に開示さ
れた型の電子制御ソレノイド流量制御弁は、非常に高価
なプログラムされたマルチプロセッサ制御システムを必
要とする。その結果、そのような制御装置は、最も高価
な空調／ヒートパイプシステムにのみ経済的に引き合
う。

【００１５】従って、加熱及び冷却動作モードの両方に
おいて、ヒートポンプシステムを効率的に制御できる、
簡素で安価な単一膨張装置が望まれている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そのような装置として、
正逆いずれの方向に対しても冷媒流を通過させるための
流路を備えた胴体部を有し、上記胴体部内に、上記所定
の一方向と逆方向に流れる冷媒流の流量を調整する固定
面積流量調整手段を有する膨張装置が提供される。な
お、この胴体部内には、冷媒膨張弁にかかる圧力差の関
数としてその横断面積が変化するオリフィスが設けられ
ており、このオリフィス内を所定の一方向に通過する冷
媒は、その流量がこのオリフィスによって調整される。

【００１７】

【作用】一実施例において、当該装置を通る冷媒流量を
調整するための膨張装置は、一端に第１の開口を、そし
て他端に第２の開口を形成する当該胴体を通して伸びて
いる流路を有する胴体を含んでいる。その内部に形成さ
れた第１及び第２流量調整ポートを有するピストンは、
その流路内に可動的におかれる。細長い部材が第１調整
ポート中に伸び、そのポートとともに、それらの間に可
変面積流量調整通路を形成する。その細長い部材は、第
１流量調整ポートに対する上記部材の位置に関連して、
可変面積流量調整通路の横断面積を変えるようにして構
成されている。第１流量調整ポートと整列して、細長い
部材を胴体内に支持するための手段が設けられている。
ピストンの動きを第１開口に向かう方向において制限す
るための手段が、可変面積流量調整流路内に設けられて
いる。また、その停止手段に向かってピストンをバイア
スし、停止手段から離れる方向へ移動を許す手段が設け
られている。ピストンと停止手段とが接触していると
き、いずれの方向においても流量調整通路を通る流体の
流れを妨げるための手段も、設けられている。また、第
１開口から第２開口方向への、ピストンの第２調整ポー
トを通る冷媒の流れを防止すると共に、一方では、冷媒
が第２開口から第１開口方向にその装置を介して流れる
時、冷媒の流量が第２流量調整ポートを介して調整され
るようにするための手段も設けられている。

【００１８】

【実施例】図１を参照する。番号１０は、実質的に従来
設計のヒートポンプであるが、本発明に係る機械的デュ
アルフロー膨張弁１２を有するヒートポンプを示してい
る。機械式デュアルフロー膨張弁は、多くの従来技術ヒ
ートポンプの熱交換器間の冷媒配管に見られる多数の膨
張装置及び逆止弁及び／または電子制御デュアルフロー
膨張弁に代わっている。デュアルフロー膨張弁の動作に
ついて、以下充分詳細に説明する。また、ヒートポンプ
１０は、コンプレッサ１４、室内熱交換器装置１６及び
室外熱交換器装置１８を含んでいる。アキュムレータ２
０は、コンプレッサ吸い込み配管２１内に示されてい
る。しかし、デュアルフロー膨張弁１２の配置、及び冷
却モードにおける弁の可変面積調整能から、本発明にか
かるシステムでは、アキュムレータ２０は必ずしも必要
ではない。

【００１９】室内熱交換器装置１６は、冷媒対空気熱交
換コイル２２及びバックアップ用電気抵抗加熱コイル２
６と共に示されている。室外熱交換器装置１８は、冷媒
対空気熱交換コイル２８及び室外ファン３０を含んでい
る。それらの室内外熱交換器装置は、従来設計のもので
あり、ここではさらに説明しない。

【００２０】四方向逆転弁３２は、冷媒配管３４によっ
てコンプレッサ放出ポートに、吸い込み配管２１によっ
てコンプレッサ吸い込みポートに、及び冷媒配管３６及
び３８によってそれぞれコイル２２及び２８に接続され
ている。逆転弁３２もまた従来設計のものであり、コン
プレッサからの高圧冷媒蒸気を加熱動作モードで室内コ
イル２２に、あるいは冷却霜取りモード中には室外コイ
ル２８に、流し向けるためのものである。動作モードに
かかわらず、逆転弁は、エバポレータとして動作するコ
イルからコンプレッサへ冷媒を戻すよう働く。

【００２１】冷媒配管４０は、室内熱交換器コイル２２
と室外熱交換器コイル２８を相互接続している。本発明
に係るデュアルフロー膨張弁１２は、室外コイル２８に
隣接して、室外熱交換器装置ハウジング１８内の配管４
０に配置される。デュアルフロー膨張弁１２の構造につ
いて詳述し、続いて、冷却及び加熱動作モードの弁動作
の説明及び本発明のデュアルフロー膨張弁を備えている
システムの動作利点の説明を行うことにする。

【００２２】さて、図２〜図６を参照する。デュアルフ
ロー膨張弁１２は、その内部に円筒状の細長いチャンバ
４４を形成する一般に円筒状の胴体４２から構成されて
いることがわかる。内部チャンバ４４をその外部と連絡
するよう内部に形成された流体流路４８を伸びている。
胴体４２の左手端は、開放端になっており、その外面に
は雄ねじ５０が形成されている。胴体４２の開放端は、
その胴体上のねじ５０とかみ合う内部ねじ５４を有する
端部キャップ５２によって閉じられる。流路５７を有す
るニップル５６は、端部キャップ５２から外方向に伸び
ている。ニップル４６及び５６の流体通路４８及び５７
は内部チャンバ４４と共に、膨張装置を通る流体路を形
成している。

【００２３】円形ワッシャ５９が端部キャップ５２内に
取り付けられ、胴体４２の端部と共に、それらの間に流
体密着シールを確立している。

【００２４】ここでは、ばね保持器５８として参照され
る三脚スパイダー状素子が、胴体４２の開放左端の内部
面に形成された内部溝６０と端部キャップ５２間とによ
って、内部チャンバ４４内に支持される。その保持器は
３本の脚を持っているので、脚６２の１本のみが、これ
らの素子によって記述の位置にクランプされるようにし
て、図示されている。ばね保持器５８は、中心部分６４
から構成され、そこを介してねじ切り開口６６が伸びて
いる。

【００２５】冷媒調整棒６８が、片持ばりのようにし
て、ばね保持器５８に取り付けられている。その冷媒調
整棒は、ばね保持器５８のねじ切り開口６６内に受け入
れられるよう適合されている低減された直径のねじ切り
部分７０を有する。この冷媒調整棒は、ばね保持器５８
への取り付け部から伸びるとともに、流量調整形状ベア
リング部分７２を有し、拡大端部７４で終端している。
図示の如く、棒６８のベアリング部分７２は、一対の平
坦なテーパになっており、それらのテーパは、棒の左手
端部から伸び、右手端部に収束し、減少している大きさ
の棒横断面を形成している。

【００２６】続けて、図２〜図６、特に図３及び図４に
示された詳細部分を参照する。流量調整ピストン７６
は、一般に円筒形状をしており、そのピストンを通して
軸方向に、中心部に伸びている第１流量調整ポート７８
を有する。ポート７８は、調整棒６８のベアリング部分
７２が、その内部に容易に受け入れられ、その棒に関し
てピストン７６を自由に相対的に軸方向に移動させ得る
ような大きさになっている。第１流量調整ポート７８と
棒６８の形状部分７２間に形成された空間は、可変面積
流量調整通路８０として形成される。可変８０の面積を
変えるためのこれらの素子間の相互作用について、続け
てより一層詳細に説明する。

【００２７】第２流量調整ポート８２が、第１ポート７
８と実質的に平行で、かつそれから径方向に変位した位
置で、ピストン７２を通して軸方向に伸びている。第２
ポート８２は、ピストン７６を通る固定横断面積流量調
整通路を形成する。

【００２８】ピストン７６の外径は、ピストンが胴体に
関してピストンの自由軸方向移動を与えられるクリアラ
ンスを持って、胴体４２の円筒状チャンバ４４内に受け
入れられるような大きさになっている。環状溝８４が、
ピストン表面の外側に機械加工され、適当な大きさのオ
ーリング８６がその中に受け入れられるようになってい
る。オーリングは、溝８４及びチャンバ４４の内側面と
ともに、装置が冷凍システムで動作している間、表面間
の冷媒流を取り除くようになっている。

【００２９】図３に最も良く示されている如く、中心に
置かれた、低減された直径のボス８８が、ピストン７６
の右手に面する端面９０から伸びている。そのボス８８
は、その端面９０に直接隣りあっている低減された直径
の領域を形成している環状溝９２を有する。溝９２は、
それを溝９２によって受け入れられかつ保持されるよう
にする内径を形成する中央開口を有するワッシャ型可と
う性シール素子９４を受け入れかつ保持するようになっ
ている。シール９４の外径は、ピストン７６の外径より
もわずかに小さい。シール９４は、第２流量調整ポート
８２を完全に覆い、冷媒が左から右の方向に、膨張弁１
２を介して流れているとき、第２流量調整ポートに冷媒
流が入り込まないように作用する。そのシール９４は、
さらに、次の説明から理解されるように、第２ポート８
２にそこを通る冷媒流を正確に調整させるために、冷媒
が左から右ヘその装置を通して流れている時、その第２
ポート８２をふさがないように構成されている。好適な
実施例では、その９４はテフロンなどの合成樹脂から作
られている。

【００３０】図２、図５及び図６に最も良く示されてい
る如く、流量調整棒６８の拡大端部分７４は、図面に見
られるように、左に面している拡大環状平面９８を形成
する。この面９８、及びそれに隣接する棒の比較的小さ
な径の部分は、調整棒シール１００を受け、そしてそれ
を支持するように作用する。ネオプレーンのオーリング
は、実際に満足できるように形成された。拡大端部７４
及びそれによって支持されたオーリングシール１００
は、ピストン７６の右への移動を制限するための停止手
段として作用する。さらに、オーリングシール１００
は、ピストン上のボス８８の右手に面する環状面と係合
するようにされ、それによって、後で説明されるよう
に、ピストンがオーリングと接触するように押し込まれ
る時、流体密着シールを確立する。

【００３１】螺旋状に巻かれたばねから成る冷媒調整ば
ね１０２は、調整棒６８と同軸の関係を持って、膨張弁
胴体４２内に配設されている。ばね１０２の端部は、ば
ね保持器５８及び冷媒調整ピストン７６の左手に面する
端部と係合する。好適な実施例では、そのばねが、ばね
保持器５８とピストンの間で部分的に圧縮され、冷媒調
整装置に予め負荷を加えている。この予負荷は、ばね保
持器５８を調整棒６８のねじ切り端部７０に対して単に
ねじ回し、それによって、そのばねを所望の予負荷レベ
ルに圧縮することによって、その装置の組立中に与えら
れる。これに続いて、ロックナイト１０４が棒の端部７
０に付けられ、その保持器を所望の予負荷位置に堅固に
ロックする。ロックワッシャ（図示せず）が積極的な接
続を保証するために使用され得る。

【００３２】図１に関して前述したように、組立られた
デュアルフロー膨張弁１２は、ヒートポンプの室内コイ
ル２２及び室外コイル２８間に延びている冷媒配管内に
組み込まれている。図示の如く、膨張装置１２は、室外
コイル２８に近い室外熱交換器装置１８内に配置されて
いる。組み込まれる際のその装置の方向は、図示のよう
になっており、さらに、図から理解される如く、システ
ムの動作中に、可変面積流量調整通路８０は、（右から
左への流れに関して）冷却膨張オリフィスとして働き、
固定流量調整通路８２は、（左から右への流れに関し
て）加熱オリフィスとして働く。

【００３３】次に、再び図２を参照する。デュアルフロ
ー膨張弁１２は、静的な流れのない状態で示されてい
る。逆転弁３２は、室外コイル２８が、凝縮コイルとし
て機能し、室内コイル２２がエバポレータとして機能す
る、すなわち、システムが冷却モードで動作するように
配置されている。

【００３４】図示の如く、ばね１０２は、（前述のよう
に）予負荷を与えられ、ピストン７６を（前述のよう
に）棒６８によって支持されたオーリング１００と流体
密着係合するようにさせる。その結果、冷凍システムの
動作によるピストンへの力が、ばねの予負荷によって生
ぜしめられたピストンへの力を超えるまで、流量調整通
路を介して冷媒が流れない。上述の積極的遮断構成の結
果、膨張装置１２は、それが組み込まれているシステム
が遮断した時に、高圧側から低圧側への冷媒の侵入を防
止できる。また、そのシステムは、そのシステムが切ら
れた時も、高圧及び低圧側間の圧力差を維持できる。こ
の直接の利点は、冷媒システムの劣化係数Ｃ_Ｄを低減さ
せることである。劣化（Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）係数
は、システムのサイクルによるシステムの効率損失の測
定に関する米国エネルギー省によって決められた用語で
ある。

【００３５】また、ばねの予負荷は、システムのしきい
圧力差として参照され得るものを設定する。一度、ばね
を適切に予負荷を与えて設定すると、この圧力差は、膨
張装置がそれを介して冷媒流を流れさせ始める前に、そ
のシステムにおいて達成されなければならない。

【００３６】冷却モードサイクルの開始時に、デュアル
フロー膨張弁１２にかかる圧力差が発生し始める。その
際、高圧側はピストン７６の右側であり、低圧側は左側
である。ピストンにかかる圧力差が発生するに従って、
その差圧は、ばね１０２の力に対抗してピストンを左側
に移動させる。圧力差が予負荷ばねによって励起された
力を越えるとき、すなわち、そのシステムに対するしき
い圧力差が越えられるとき、冷媒が、流量調整棒と第１
流量調整ポート７８の間の可変面積流量調整通路８０を
介して流れ始める。図４及び図５は、ピストンに例え
ば、約１５０ｐｓｉの中間圧力降下がかかって動作して
いる膨張装置１２を表している。特に、図４を参照す
る。可変面積流量調整通路８０は、それぞれ参照番号８
１を付けられた、棒の反対側にある２個の分割セグメン
トから作られている。これらのセグメント８１は、前述
の如く、棒７２の流量調整形状ベアリング部分に形成さ
れたテーパによって形成されている。

【００３７】一般的な規則として、冷却動作モードにあ
る冷媒流を制御する際に、棒７２の調整部分の横断面積
は、拡大端部７４に隣接する比較的小さな値から、棒の
左手端部が近づくにつれて、より大きな横断面積になっ
て行くべきであることが理解される。この確立された関
係は、第１流量調整ポート７８及び棒部分７２によって
形成される流量調整通路８０は、低圧力差では比較的大
きく、ピストン７６にかかる圧力差が増加するに従って
減少する。従って、上述のデュアルフロー膨張弁１２の
動作は、その装置に、可変面積流量調整通路８０の横断
面積を可動ピストン７６にかかる差圧の関数として制御
させ得る。ピストン上の圧力バランス解析を行うことに
よって、設計者は、膨張装置の形状を、広範囲の動作条
件にわたって最適の条件で冷凍システム内の冷媒流量を
制御できるように一般化することができる。その設計の
目的は、多様な異なる室内外の温度及び温度条件に対し
て、最適な膨張面積（すなわち、８０の面積）を提供す
ることにある。これは、流量調整形状を機械加工するこ
とによって、棒６８の流量調整ベアリング部分７２の横
断面積を変えることによって行われる。

【００３８】加熱動作モードでヒートポンプシステム１
０を運転するために、逆転弁３２の設定が帰られる。そ
の結果、熱い気体状冷媒がコンプレッサ１４から逆転弁
３２に放出される。その逆転弁は、熱い気体状冷媒を、
今コンデンサとして動作し、加熱される室内空間への熱
を遮断している室内コイル２２に向ける。室内コンデン
サ２２から、その冷媒は、冷媒配管４０を経由して室外
熱交換装置１８に向けられる。装置１８では、その冷媒
はデュアルフロー膨張装置１２を通り、今エバポレータ
として働いている室外コイル２８に向かう。

【００３９】図６は、加熱動作モード中のデュアルフロ
ー膨張弁１２を表している。そのような動作中には、ピ
ストン７６は、冷媒調整棒６８の拡大端部７４によって
支持されたオーリング１００と密封係合するように強制
される。その結果、冷媒は、可変面積流量調整通路８０
を通過できなくなる。従って、動作しているシステムの
高圧側は、ピストン７６の左側であり、その結果、冷媒
流量がピストンの第２流量調整ポート８２を介して調整
される。図に示される如く、シール９４は、第２流量調
整ポート８２に関して流れをふさぐ関係からはずれるよ
うに動く。そして、ポート８２は、加熱動作モードにお
いて、ヒートポンプシステムの要求に適合するように選
択的に大きさが定められているので、ポート８２は、固
定オリフィス調整装置によって得られる最適流速に、そ
の装置１２を通過する冷媒流量を制御するように働く。

【００４０】本発明のデュアルフロー膨張弁を用いるこ
とにより、分割システムヒートポンプシステムで要求さ
れる冷媒充填量が実質的に低減される。さらに、アキュ
ムレータを取り除くことによって、必要な冷媒充填量の
低減による大幅なコスト的利点が得られる。

【００４１】代表的な分割システム住宅用ヒートポンプ
システムは、室内コイル体積よりも実質的に大きな室外
コイル体積を持つように設計される。これは、ヒートポ
ンプシステムの主要な販売上の利点であるシステムの冷
却性能を最大化するためになされる。実質的に比較的大
きな室外コイル体積のため、循環される冷媒充填量は、
加熱サイクル動作よりも冷却サイクル動作に対して比例
的に大きい。より大きな充填量を使用する必要性の結果
として、加熱動作モードは、システムの容量及び信頼性
を低減するコンプレッサのブラッシング（ｆｌｏｏｄｉ
ｎｇ）を受ける。液体冷媒が吸い込み配管を介してコン
プレッサへ流れるのを防止するために、必要ならば、そ
のようなシステムにおいてアキュムレータが使用され
る。

【００４２】冷却動作モードにある本発明のデュアルフ
ロー膨張弁１２の可変面積膨張能力は、その膨張面積を
システム運転条件に適合させ、それによってサブクーリ
ング及び過熱の値を最適化させる。可変面積膨張弁を用
いてのテストでは、一対の固定オリフィス膨張装置、す
なわち、一方が冷却用、他方が加熱用になっている装置
を使用している同一の冷凍システムに比べて、冷媒充填
が３０％低減された。

【００４３】冷却膨張装置が通常配置される室内コイル
の代わりに、その装置を室外コイルに配置することによ
って、デュアルフロー膨張弁１２の適用で、冷媒充填の
さらに一層の低減がなされた。そのような配置は、冷却
動作モード中に、冷媒配管４０が二相流を含んでいるこ
とを意味する。すなわち、室内（エバポレータ）コイル
のすぐ前の液体配管に配置された従来の冷却膨張装置で
は、１００％液体であったものが、ここでは二相流とな
る。

【００４４】従って、冷媒膨張弁は、その弁にかかる圧
力差の関数として、横断面積を変えるオリフィスを介し
て一方向にそこを通過する冷媒の流量を調整するように
設けられていることが理解される。同一の膨張弁が、固
定面積調整オリフィスを通して他方向に流れる冷媒流量
を制御する。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、加熱及び冷却動作モー
ドの両方において、モードポンプシステムを効率的に制
御できる、簡素で安価な単一の膨張装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る膨張装置を使用しているヒートポ
ンプシステムの概略構成図である。

【図２】本発明に係る膨張装置の長手方向断面図であ
る。

【図３】図２の膨張装置の流量調整ピストンの拡大部分
断面図である。

【図４】図２の線ＩＶ一ＩＶに沿って切り取られた膨張
装置の断面図である。

【図５】膨張装置に動作可能に接続された冷媒配管を持
つ図１の膨張装置の長手方向断面図であり、冷却動作モ
ードにある装置の動作を示している。

【図６】膨張装置に動作可能に接続された冷媒配管を持
つ図１の膨張装置の長手方向断面図であり、加熱動作モ
ードにある装置の動作を示している。

【符号の説明】

１０ヒートポンブ１２デュアルフロー膨張弁１４コンプレッサ１６室内熱交換器１８室外熱交換器２０アキュムレータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートポンプで使用する冷媒膨張弁であ
って、正逆いずれの方向に対しても冷媒流を通過させる
ための流路を備えた胴体部を有し、この胴体部内には、
冷媒膨張弁にかかる圧力差の関数としてその横断面積が
変化するオリフィスが設けられており、このオリフィス
内を所定の一方向に通過する冷媒は、その流量がこのオ
リフィスによって調整される冷媒膨張弁において、上記胴体部内に、上記所定の一方向と逆方向に流れる冷
媒流の流量を調整する固定面積流量調整手段を有するこ
とを特徴とする膨張装置。
【請求項２】冷媒流を通過させるための流路を有する
胴体部を有し、この胴体部を通過する冷媒流の流量を調
整する膨張装置であって、上記流路の一端には第１の開
口、その他端には第２の開口が設けられている装置にお
いて、上記流路内に可動的に配設されたピストンであって、軸
方向に貫通した第１及び第２の流量調整ポートを有し、
上記第２の流量調整ポートは固定面積流量調整通路を形
成するピストンと、上記第１流量調整ポート中に延びている細長い部材であ
って、この部材と上記第１流量調整ポートによって、そ
れらの間に可変面積流量調整通路が形成され、上記第１
流量調整ポートに対する上記部材の位置に関連して上記
可変面積流量調整通路の横断面積が変わるように構成さ
れた部材と、上記胴体内の上記部材を、上記第１流量調整ポートと軸
方向に整列して支持するための手段と、上記第１の開口へ向かう方向に、上記ピストンの移動を
制限する停止手段と、上記ピストンを上記停止手段の方向へバイアスする一
方、このピストンにかかる差圧の関数として上記ピスト
ンが上記停止手段から離れる方向へ移動することを可能
とする手段と、上記ピストンが上記停止手段と接触しているときには、
いずれの開口に向かう方向に対しても、上記可変面積流
量調整通路を通じての冷媒の流通を阻止する手段と、上記第１開口から上記第２開口方向への上記固定面積流
量調整通路を通じての冷媒の流通を阻止する一方、冷媒
が上記固定面積流量調整通路を通じて上記第２開口から
上記第１開口へと流れるときは、上記固定面積流量調整
通路を介して冷媒を流通可能としてその流量を調整する
手段と、を有することを特徴とする膨張装置。
【請求項３】請求項２に記載の装置において、上記細
長い部材は、上記第１流量調整ポートを介して伸び、上
記細長い部材を支持する手段は、上記第２開口に隣接す
る上記細長い部材の端部を、上記胴体に強固に取り付け
るための手段から構成され、さらに、上記停止手段は、
上記細長い部材の他端にある拡大部分から構成されるこ
とを特徴とする膨張装置。
【請求項４】請求項３に記載の装置において、上記可
変面積流量調整通路を通る冷媒流を防止するための手段
は、上記拡大部分に隣接して上記細長い部材によって支
持されたシール部材から構成され、上記シール部材は、
上記ピストンが上記停止手段と係合するようにバイアス
される時、上記第１流量調整ポートを封止するように構
成されていることを特徴とする膨張装置。