JPH1047799A

JPH1047799A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JPH1047799A
Application number: JP8198140A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sano; 野哲夫佐; Megumi Komasaki; 惠胡摩崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】代替冷媒を支障なく使用することができる冷
凍サイクル装置を提供することにある。【解決手段】圧縮機（２）、第１熱交換器（３）、減
圧装置（４、１０）及び第２熱交換器（５）を順次接続
して形成された冷凍サイクル（１）を有する。前記冷凍
サイクル（１）には５０℃における飽和圧力が２５００
ｋＰａ以上である冷媒が使用される。前記減圧装置
（４、１０）は、膨張弁（４）と、前記膨張弁（４）に
対して直列に設けられたキャピラリーチューブ（１０）
とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクル装置
に係わり、特に、５０℃における飽和圧力が２５００ｋ
Ｐａ以上である冷媒を使用する冷凍サイクル装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍サイクル装置においては、一
般にＨＣＦＣ冷媒やＣＦＣ冷媒が使用されており、特に
ＨＣＦＣ２２が多用されている。ＨＣＦＣ２２はオゾン
層破壊の原因となる塩素を含んでいるものの、水素も含
んでいるため、オゾン層破壊係数は水素を含んでいない
ＣＦＣ１２等に比べると小さい。しかしながら、ＨＣＦ
Ｃ２２のオゾン層破壊係数は、小さいとはいえゼロでは
ないので、オゾン層を保護するために、従来使用されて
きたＨＣＦＣ２２に代えて、オゾン層破壊係数がゼロで
あるＨＦＣ或いはＨＣを冷凍サイクル装置の冷媒（代替
冷媒）として使用する試みがなされている。そして、こ
のような代替冷媒を使用する上で必要となる機器の研究
・開発が急ピッチで行われている。

【０００３】現在検討されている代替冷媒には、Ｒ３２
（ジフルオロメタン）とＲ１２５（ペンタフルオロエタ
ン）の混合冷媒Ｒ４１０Ａや、Ｒ３２とＲ１２５とＲ１
３４ａ（テトラフルオロエタン）の混合冷媒Ｒ４０７Ｃ
や、プロパンＲ２９０（Ｃ₃Ｈ₈）等があり、これらの
代替冷媒の特性を従来使用されているＲ２２と比較する
と以下の通りである。Ｒ４１０Ａ：動作圧力＝約１５０％単位能力当たりの体積流量＝約７０％（但し、液体状態
での比較）Ｒ４０７Ｃ：動作圧力＝約１０７％単位能力当たりの体積流量＝約１００％（但し、液体状
態での比較）Ｒ２９０：動作圧力＝約１００％単位能力当たりの体積流量＝約１１０％（但し、液体状
態での比較）Ｒ４１０Ａについて補足して説明すると、このＲ４１０
ＡはＨＦＣ３２とＨＦＣ１２５とをそれぞれ５０％ずつ
含んだ混合媒体である。そして、Ｒ４１０Ａの成分冷媒
であるＨＦＣ３２及びＨＦＣ１２５は共にＲ２２に比べ
て飽和圧力が高いため、上記の如くＲ４１０Ａの動作圧
力はＲ２２の動作圧力の１．５倍と高くなっている。さ
らに、ＨＦＣ３２については、その体積流量当たりの冷
凍能力がＲ２２に比べて大きいために、上記の如く単位
能力当たりの体積流量はＲ２２の０．７倍と小さくなっ
ている。

【０００４】また、Ｒ４０７Ｃについて言えば、その動
作圧力はＲ２２の１．０７倍と高くなっており、また、
Ｒ２９０について言えば、その単位能力当たりの体積流
量はＲ２２の１．１倍と高くなっている。

【０００５】上記特性を備えた代替冷媒によれば、Ｒ２
２と同等の冷凍能力を得るために必要となる冷媒の総流
量がＲ２２よりも少なくて済む。このため、冷凍サイク
ルを構成する配管の内部における冷媒流動による圧力降
下（圧力損失）が減少するので、冷凍サイクルにおける
システム効率が向上するという有利な特徴が得られる。

【０００６】しかしながら、従来の冷凍サイクル装置は
あくまでもＲ２２等の従来の冷媒を使用することを前提
として設計されたものであるため、従来の冷凍サイクル
装置をそのままの設計仕様としてＲ４１０Ａ等の代替冷
媒を使用すると種々の不都合が生じる。

【０００７】例えば、代替冷媒（Ｒ４１０等）を使用す
る場合には、従来の冷媒（Ｒ２２等）を使用する場合に
比べて冷媒流量の低流量域への制御領域が広くなり、特
に、流量が少ない領域において冷媒流量を精度良く制御
する必要がある。このため、冷媒流量制御装置の絞り弁
における開口度を、閉弁点に極めて近い領域において開
弁制御する必要がある。このように閉弁点近傍において
開弁度を制御しようとすると、絞り弁の弁口近傍におけ
るニードルのごく僅かな位置ずれが冷媒の流量に大きく
影響するため、適切な流量制御を行うことが極めて困難
なものとなる。なお、冷媒流量制御装置としては、温度
式膨張弁、電子式膨張弁、キャピラリーチューブ等が使
用されている。

【０００８】そして、流量制御が適切に行われず、例え
ば冷媒の流量が適正な量より過大となってしまった状態
で運転を継続すると液戻りによって圧縮機（コンプレッ
サー）が損傷・劣化し、圧縮機の耐用年数（寿命）を縮
めてしまう。逆に、不適切な流量制御によって冷媒の流
量が過小となってしまった場合には、蒸発器（エバポレ
ーター）におけるスーパーヒートが過大になる。蒸発器
におけるスーパーヒートが過大になると、圧縮機が過熱
するとともに蒸発器の温度にばらつきが生じ、このた
め、冷房能力の不足、効率の低下、機器への結露及び結
露水の落下等の不具合が発生する恐れがある。

【０００９】また、代替冷媒は従来の冷媒よりも高い圧
力で使用される冷媒（高圧冷媒）であるため、従来の冷
凍サイクル装置をそのままの構成として代替冷媒を使用
すると、冷凍サイクルを構成する配管等の従来の耐圧性
能では不十分となってしまう恐れがある。

【００１０】そこで、代替冷媒を支障なく使用するため
には以下のような改良措置を講じる必要がある。（１）冷凍サイクルを構成する各構成部材の耐圧性能、
強度を高める。（２）冷媒流量制御装置の低流量範囲における制御性を
向上させる。

【００１１】上述した改良措置を実施するための具体的
な方策としては以下のものが考えられる。（１）冷凍サイクルを構成する各構成部材の耐圧性能及
び強度を高めるために、冷媒用の配管等の外郭部の肉厚
を増加させるとともに、構成機器の内部部品の強度を向
上させる。（２）冷媒流量制御装置の低流量範囲における制御性を
向上させるために、冷媒流量制御装置の絞り部の口径を
小さくする。また、電子式膨張弁においては弁開度制御
を小さくする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した改
良措置には以下に述べるような問題点がある。（１）冷媒用配管等を厚肉化したり、構成機器の内部部
品を強化することによって、製造コストが増加してしま
ったり、或いは、制御弁等の重量増加に伴ってそれを支
持する部材の強度を向上させる必要があり、製造コスト
のさらなる増加を招いてしまう。（２）冷媒流量制御装置の絞り部の口径を小さくするた
めには微細加工が必要となるが、この微細加工には非常
に高度の加工技術を必要とし、加工精度におけるばらつ
きが大きくなり、このため、冷媒流量制御装置の制御性
が劣化してしまう。また、絞り部の口径を小さくすると
その開口部分に異物が詰まりやすくなるという問題もあ
る。

【００１３】上記（２）の問題点について補足して説明
すれば次の通りである。絞り部口径断面積をＳ、絞り部
入口圧力をＰ１、絞り部出口圧力をＰ２とすると、冷媒
流量Ｇは次式で表される。

【００１４】

【数１】上記関係式から分かるように、冷媒流量Ｇを一定とした
場合、絞り部の入口と出口との圧力差Ｐ１−Ｐ２が大き
くなる程、絞り部口径断面積Ｓを小さくする必要があ
る。ここで、代替冷媒を使用した場合の圧力差Ｐ１−Ｐ
２は従来の冷媒に比べて大きくなるために、冷媒流量を
適切に制御するためには、従来の場合に比べて絞り部口
径断面積Ｓを小さくする必要がある。ところが、冷媒流
量制御装置の絞り部の口径を小さくするためには上記の
如く機械加工上の制約があり、例えば１．５ｍｍ以下の
径を有する加工用キリを使用した場合、加工用キリ自身
の強度が不十分であり、加工精度において大きなばらつ
きが発生し、加工精度のばらつきは冷媒の流量特性のば
らつきをもたらすという問題がある。

【００１５】したがって、上述したような改良措置を行
わなくとも代替冷媒を支障なく使用することができるよ
うにするための方策が求められている。

【００１６】そこで、本発明の目的は、上記種々の問題
点を解消し、代替冷媒を支障なく使用することができる
冷凍サイクル装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
る冷凍サイクル装置は、圧縮機、第１熱交換器、減圧装
置及び第２熱交換器を順次接続して形成された冷凍サイ
クルを有し、前記冷凍サイクルには５０℃における飽和
圧力が２５００ｋＰａ以上である冷媒が使用される冷凍
サイクル装置であって、前記減圧装置は、膨張弁と、前
記膨張弁に対して直列に設けられたキャピラリーチュー
ブとを備えている。このような構成により、膨張弁にお
ける圧力差を小さくすることが可能である。このため、
従来の冷媒よりも動作圧力の高い代替冷媒を使用した場
合においても、従来の冷凍サイクル装置で用いられてい
る膨張弁をそのまま使用して高い信頼性の下で支障なく
冷媒を制御することができる。

【００１８】請求項２記載の発明による冷凍サイクル装
置は、前記膨張弁の両側に前記キャピラリーチューブを
それぞれ配設している。このような構成により、暖房運
転及び冷房運転のいずれの場合であっても、膨張弁の上
流側にいずれかのキャピラリーチューブが位置している
ので、暖房運転か冷房運転かの別にかかわらず、膨張弁
に流入する冷媒が二相流となり、このため、膨張弁にお
ける減圧制御がさらに容易なものとなる。

【００１９】請求項３記載の発明による冷凍サイクル装
置は、前記各キャピラリーチューブをバイパスするバイ
パス回路を前記各キャピラリーチューブに対して並列に
それぞれ接続し、前記各バイパス回路の途中に入口側が
前記膨張弁の方向を向くようにして逆止弁をそれぞれ設
けている。このような構成により、膨張弁の下流側に位
置するキャピラリーチューブはバイパス回路によってバ
イパスされるので、冷媒の減圧（絞り）が過度に大きく
なってしまうことを防止することが可能であり、冷媒の
制御を的確に行うことができる。

【００２０】請求項４記載の発明による冷凍サイクル装
置は、前記各逆止弁に代えて二方弁をそれぞれ設けてい
る。このような構成では、各二方弁を開閉操作すること
によって、膨張弁の上流側においてのみ冷媒を減圧する
ことができるので、上記請求項３記載の発明と同様の効
果を得ることができる。

【００２１】請求項５記載の発明による冷凍サイクル装
置は、圧縮機、第１熱交換器、減圧装置及び第２熱交換
器を順次接続して形成された冷凍サイクルを有し、前記
冷凍サイクルには５０℃における飽和圧力が２５００ｋ
Ｐａ以上である冷媒が使用される冷凍サイクル装置であ
って、前記減圧装置は、膨張弁と、前記膨張弁に対して
並列に接続されたキャピラリーチューブとを有し、前記
キャピラリーチューブは、前記膨張弁を全閉したとき
に、前記膨張弁の最低冷媒流量よりも小なる冷媒流量を
形成するよう構成している。このような構成では、膨張
弁に対して並列にキャピラリーチューブを接続したの
で、膨張弁における絞り量は膨張弁のみで減圧する場合
に比べて少なくて済む。また、従来の冷凍サイクル装置
に比べて、より小さい流量領域における冷媒の制御が可
能となるので、動作圧力の高い代替冷媒を使用した場合
においても冷媒の制御を的確に行うことができる。

【００２２】請求項６記載の発明による冷凍サイクル装
置は、前記膨張弁は電子式膨張弁であり、前記電子式膨
張弁の開方向のトルクを閉方向のトルクよりも大きくす
るよう構成している。このような構成により、一旦全閉
した膨張弁が再開放不能となる事態を確実に防止するこ
とができる。

【００２３】請求項７記載の発明による冷凍サイクル装
置は、圧縮機、第１熱交換器、減圧装置及び第２熱交換
器を順次接続して形成された冷凍サイクルを有し、前記
冷凍サイクルには５０℃における飽和圧力が２５００ｋ
Ｐａ以上である冷媒が使用される冷凍サイクル装置であ
って、前記冷凍サイクル中の圧力の異なる２つの箇所を
連結する短絡流路と、前記短絡流路の途中に設けられた
冷媒貯留タンクと、前記冷媒貯留タンクの両側に設けら
れた各弁手段と、前記冷凍サイクルの運転状況に応じて
前記弁手段を開閉制御し、前記冷凍サイクル中を流れる
冷媒の一部を前記冷媒貯留タンクに出入して冷媒流量を
制御する弁制御装置とを備えている。このような構成で
は、冷凍サイクル内を流れる冷媒の流量を制御すること
ができるので、動作圧力の高い代替冷媒を使用した場合
においても、流量過大による圧縮機の損傷や、流量過小
による冷房能力不足、結露水の落下等の不具合を確実に
防止することができる。

【００２４】請求項８記載の発明による冷凍サイクル装
置は、圧縮機、第１熱交換器、減圧装置及び第２熱交換
器を順次接続して形成された冷凍サイクルを有し、前記
冷凍サイクルには５０℃における飽和圧力が２５００ｋ
Ｐａ以上である冷媒が使用される冷凍サイクル装置であ
って、前記減圧装置は弁座を有する電子式膨張弁を備
え、前記弁座に切り欠き部を形成し、前記電子式膨張弁
を全閉したときに前記切り欠き部を介して微少な冷媒流
量が形成されるよう構成している。このような構成で
は、膨張弁を全閉することによって冷媒流量を微少流量
に制御することが可能であり、このため、動作圧力の高
い代替冷媒を使用した場合であっても、冷媒の制御を支
障なく的確に行うことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】第１の実施形態以下、本発明による冷凍サイクル装置の第１実施形態に
ついて図１を参照して説明する。図１において符号１は
本実施形態による冷凍サイクル装置の冷凍サイクルを示
し、この冷凍サイクル１は冷房運転及び暖房運転の切換
が可能な冷暖房用空気調和機に使用されるものである。

【００２６】冷凍サイクル１は、圧縮機２、四方弁６、
室外熱交換器３、電子式膨張弁４及び室内熱交換器５を
備えており、これらの機器は冷媒輸送配管７を介して順
次連結されて閉回路が構成されている。また、室外熱交
換器３の傍らには室外ファン８が対向配置されており、
一方、室内熱交換器５の傍らには室内ファン９が対向配
置されている。

【００２７】そして、本実施形態においては、室内熱交
換器５と電子式膨張弁４との間の冷媒輸送配管７の途中
に、キャピラリーチューブ１０が電子式膨張弁４に対し
て直列に設けられている。キャピラリーチューブ１０は
電子式膨張弁４と協働して冷媒を減圧する機能を有して
おり、例えば従来の冷媒の１．５倍の動作圧力を有する
代替冷媒を使用する場合には、必要とする減圧量（圧力
差）の３分の１をキャピラリーチューブ１０に負担させ
るように設定し、残りの３分の２を電子式膨張弁４に負
担させるように設定する。

【００２８】また、冷凍サイクル１においては、５０℃
における飽和圧力が２５００ｋＰａ以上の冷媒が使用さ
れる。具体的には、Ｒ３２の組成比率が４０％以上の冷
媒、Ｒ３２及びＲ１２５の合計の組成比率が５０％以上
の冷媒等が挙げられる。なお、図１において矢印実線は
冷房運転時の冷媒の流れ方向を示し、矢印点線は暖房運
転時の冷媒の流れ方向を示している。

【００２９】次に、本実施形態による冷凍サイクル装置
の作用について説明する。冷房運転の際には、室外熱交
換器３において放熱して液化した高圧の液状冷媒が、電
子式膨張弁４の入口側のポート４ａから電子式膨張弁４
に流入して減圧され、減圧された冷媒は電子式膨張弁４
の出口側のポート４ｂから流出する。出口側のポート４
ｂから流出した冷媒は、冷媒輸送配管７を経由してキャ
ピラリーチューブ１０の入口側の端部１０ａからキャピ
ラリーチューブ１０に流入してさらに減圧され、減圧さ
れた冷媒はキャピラリーチューブ１０の出口側の端部１
０ｂから流出する。

【００３０】このように電子式膨張弁４において減圧さ
れた冷媒は、電子式膨張弁４の下流側に直列に配置され
たキャピラリーチューブ１０によってさらに減圧され
る。このため、電子式膨張弁４における入口側のポート
４ａと出口側のポート４ｂとの間の圧力差は、キャピラ
リーチューブ１０がない場合に比べて小さくなる。上述
したように、冷凍サイクル１の冷媒の動作圧力が従来の
冷媒の１．５倍の場合には、電子式膨張弁４における圧
力差Ｐ１とキャピラリーチューブ１０における圧力差Ｐ
２との比をＰ１：Ｐ２＝２：１とすれば、電子式膨張弁
４における圧力差は従来の冷媒を使用した場合の圧力差
に等しくなる。

【００３１】一方、暖房運転の際には、室内熱交換器５
において放熱して液化した高圧の液状冷媒が、キャピラ
リーチューブ１０の入口側の端部１０ｂからキャピラリ
ーチューブ１０に流入して減圧され、減圧された冷媒は
キャピラリーチューブ１０の出口側の端部１０ａから流
出する。出口側の端部１０ａから流出した冷媒は、冷媒
輸送配管７を経由して電子式膨張弁４の入口側のポート
４ｂから電子式膨張弁４に流入してさらに減圧され、減
圧された冷媒は電子式膨張弁４の出口側のポート４ａか
ら流出する。

【００３２】このようにキャピラリーチューブ１０にお
いて減圧された冷媒は、キャピラリーチューブ１０の下
流側に配置された電子式膨張弁４によってさらに減圧さ
れる。このため、電子式膨張弁４における入口側のポー
ト４ａと出口側のポート４ｂとの間の圧力差は、上記冷
房運転の場合と同様に、キャピラリーチューブ１０がな
い場合に比べて小さくなる。

【００３３】また、暖房運転の場合には、電子式膨張弁
４の上流側にキャピラリーチューブ１０が位置すること
になるため、電子式膨張弁４に流入する冷媒は、キャピ
ラリーチューブ１０で減圧されて形成された、液相と気
相とが混在する二相流である。ここで、二相状態の冷媒
を減圧する場合、液相状態の冷媒を減圧する場合に比べ
て、より緩やかな絞りによって同等の減圧量を達成する
ことができる。したがって、電子式膨張弁４の上流側に
キャピラリーチューブ１０が位置することによって、電
子式膨張弁４における絞りが緩やかなもので足りるよう
になる。

【００３４】以上述べたように本実施形態によれば、電
子式膨張弁４に対して直列にキャピラリーチューブ１０
を設けたので、電子式膨張弁４における圧力差を小さく
することが可能である。このため、従来の冷媒よりも動
作圧力の高い代替冷媒を使用した場合においても、従来
の冷凍サイクル装置で用いられている電子式膨張弁４を
そのまま使用して高い信頼性の下で支障なく冷媒を制御
することができる。

【００３５】また、本実施形態によれば、暖房運転の場
合には、電子式膨張弁４の上流側にキャピラリーチュー
ブ１０が位置しているので、電子式膨張弁４に流入する
冷媒が二相流となり、このため、電子式膨張弁４におけ
る減圧制御がさらに容易なものとなる。

【００３６】なお、本実施形態においては室内熱交換器
５と電子式膨張弁４との間にキャピラリーチューブ１０
を配置しているが、このキャピラリーチューブ１０を室
外熱交換器３と電子式膨張弁４との間に配置することも
できる。

【００３７】また、本実施形態及び後述する実施形態に
おいては膨張弁として電子式膨張弁４を使用している
が、この電子式膨張弁４に代えて温度式膨張弁を使用す
ることもできる。

【００３８】さらに、本実施形態及び後述する実施形態
においては空気調和機を例として説明しているが、本発
明の適用範囲は空気調和機に限られることはなく、冷凍
装置等にも適用できることは言うまでもない。

【００３９】第２の実施形態次に、本発明による冷凍サイクル装置の第２実施形態に
ついて図２を参照して説明する。なお、本実施形態は上
記第１実施形態の構成の一部を変更したものであり、以
下の説明においては、第１実施形態と同一部材には同一
符号を付して詳細な説明は省略する。

【００４０】図２において符号２０は本実施形態による
冷凍サイクル装置の冷凍サイクルを示し、この冷凍サイ
クル２０は、上記第１実施形態と同様に、室内熱交換器
５と電子式膨張弁４との間に第１のキャピラリーチュー
ブ２１を備えている。そして、冷凍サイクル２０は、第
１キャピラリーチューブ２１に加えて、室外熱交換器３
と電子式膨張弁４との間に第２のキャピラリーチューブ
２２を備えている。すなわち、第１キャピラリーチュー
ブ２１、電子式膨張弁４及び第２キャピラリーチューブ
２２が冷媒輸送配管７を介して順次直列に接続されてい
る。なお、冷凍サイクル２０においては、上記第１実施
形態の冷凍サイクル１と同様に、５０℃における飽和圧
力が２５００ｋＰａ以上の冷媒が使用される。

【００４１】次に、本実施形態による冷凍サイクル装置
の作用について説明する。冷房運転の際には、室外熱交
換器３において放熱して液化した高圧の液状冷媒が、第
２キャピラリーチューブ２２の入口側の端部２２ａから
第２キャピラリーチューブ２２に流入して減圧され、減
圧された冷媒は第２キャピラリーチューブ２２の出口側
の端部２２ｂから流出する。出口側の端部２２ｂから流
出した冷媒は、冷媒輸送配管７を経由して電子式膨張弁
４の入口側のポート４ａから電子式膨張弁４に流入して
さらに減圧され、減圧された冷媒は電子式膨張弁４の出
口側のポート４ｂから流出する。出口側のポート４ｂか
ら流出した冷媒は、冷媒輸送配管７を経由して第１キャ
ピラリーチューブ２１の入口側の端部２１ａから第１キ
ャピラリーチューブ２１に流入し、さらに減圧された後
に第１キャピラリーチューブ２１の出口側の端部２１ｂ
から流出する。

【００４２】一方、暖房運転の際には、室内熱交換器５
において放熱して液化した高圧の液状冷媒が、第１キャ
ピラリーチューブ２１の入口側の端部２１ｂから第１キ
ャピラリーチューブ２１に流入して減圧され、減圧され
た冷媒は第１キャピラリーチューブ２１の出口側の端部
２１ａから流出する。出口側の端部２１ａから流出した
冷媒は、冷媒輸送配管７を経由して電子式膨張弁４の入
口側のポート４ｂから電子式膨張弁４に流入してさらに
減圧され、減圧された冷媒は電子式膨張弁４の出口側の
ポート４ａから流出する。出口側のポート４ａから流出
した冷媒は、冷媒輸送配管７を経由して第２キャピラリ
ーチューブ２２の入口側の端部２２ｂから第２キャピラ
リーチューブ２２に流入し、さらに減圧された後に第２
キャピラリーチューブ２２の出口側の端部２２ａから流
出する。

【００４３】このように本実施形態においては、暖房運
転（図中矢印点線）の場合であっても冷房運転（図中矢
印実線）の場合であっても、冷凍サイクル２０を流れる
冷媒は、まずはじめに第１又は第２のキャピラリーチュ
ーブ２１、２２によって減圧され、しかる後に電子式膨
張弁４においてさらに減圧される。そして、第１又は第
２のキャピラリーチューブ２１、２２及び電子式膨張弁
４によって減圧された冷媒は、電子式膨張弁４の下流側
に位置する第２又は第１のキャピラリーチューブ２２、
２１によってさらに減圧される。

【００４４】以上述べたように本実施形態によれば、電
子式膨張弁４に対して直列に第１及び第２のキャピラリ
ーチューブ２１、２２を設けたので、電子式膨張弁４に
おける圧力差を小さくすることが可能である。このた
め、従来の冷媒よりも動作圧力の高い代替冷媒を使用し
た場合においても、従来の冷凍サイクル装置で用いられ
ている電子式膨張弁４をそのまま使用して高い信頼性の
下で支障なく冷媒を制御することができる。

【００４５】また、本実施形態によれば、暖房運転及び
冷房運転のいずれの場合であっても、電子式膨張弁４の
上流側に第１又は第２のキャピラリーチューブ２１、２
２のいずれかが位置しているので、暖房運転か冷房運転
かの別にかかわらず、電子式膨張弁４に流入する冷媒が
二相流となり、このため、電子式膨張弁４における減圧
制御がさらに容易なものとなる。

【００４６】第３の実施形態次に、本発明による冷凍サイクル装置の第３実施形態に
ついて図３を参照して説明する。なお、本実施形態は上
記第２実施形態の構成の一部を変更したものであり、以
下の説明においては、第２実施形態と同一部材には同一
符号を付して詳細な説明は省略する。

【００４７】図３において符号３０は本実施形態による
冷凍サイクル装置の冷凍サイクルを示し、この冷凍サイ
クル３０は、上記第２実施形態と同様に、電子式膨張弁
４の両側に第１及び第２のキャピラリーチューブ２１、
２２を備えている。なお、冷凍サイクル３０において
は、上記第１実施形態の冷凍サイクル１と同様に、５０
℃における飽和圧力が２５００ｋＰａ以上の冷媒が使用
される。

【００４８】そして、本実施形態においては、第１及び
第２のキャピラリーチューブ２１、２２をバイパスする
第１及び第２のバイパス配管３１、３２が、第１及び第
２のキャピラリーチューブ２１、２２に対して並列にそ
れぞれ接続されている。そして、第１及び第２のバイパ
ス配管３１、３２の途中には第１及び第２の逆止弁３
３、３４がそれぞれ設けられており、これらの第１及び
第２の逆止弁３３、３４は、それらの各入口ポート３３
ａ、３４ａが電子式膨張弁４の方向を向くようにして配
設されている。

【００４９】次に、本実施形態による冷凍サイクル装置
の作用について説明する。冷房運転の際には、室外熱交
換器３において放熱して液化した高圧の液状冷媒が、冷
媒輸送配管７を経由して第２バイパス配管３２の入口側
の端部３２ａが接続されている箇所に到達する。ここ
で、第２バイパス配管３２の途中に設けられた第２逆止
弁３４はその入口ポート３４ａが電子式膨張弁４の方向
を向いているので、冷媒は第２逆止弁３４によって遮断
されて第２バイパス配管３２には流れ込まない。したが
って、すべての冷媒が第２キャピラリーチューブ２２に
流入して減圧され、しかる後に冷媒輸送配管７を経由し
て電子式膨張弁４に流入する。

【００５０】電子式膨張弁４に流入した冷媒はさらに減
圧され、減圧された冷媒は、冷媒輸送配管７を経由して
第１バイパス配管３１の入口側の端部３１ａが接続され
ている箇所に到達する。ここで、第１バイパス配管３１
の途中に設けられた第１逆止弁３３はその入口ポート３
３ａが電子式膨張弁４の方向を向いているので、冷媒は
第１逆止弁３３によって遮断されることなく第１バイパ
ス配管３１を流れ、第１バイパス配管３１の出口側の端
部３１ｂから流出する。したがって、第１キャピラリー
チューブ２１における減圧は行われない。

【００５１】一方、暖房運転の際には、室内熱交換器５
において放熱して液化した高圧の液状冷媒は、冷媒輸送
配管７を経由して第１バイパス配管３１の入口側の端部
３１ｂが接続されている箇所に到達する。ここで、第１
バイパス配管３１の途中に設けられた第１逆止弁３３は
その入口ポート３３ａが電子式膨張弁４の方向を向いて
いるので、冷媒は第１逆止弁３３によって遮断されて第
１バイパス配管３１には流れ込まない。したがって、す
べての冷媒が第１キャピラリーチューブ２１に流入して
減圧され、しかる後に冷媒輸送配管７を経由して電子式
膨張弁４に流入する。

【００５２】電子式膨張弁４に流入した冷媒はさらに減
圧され、減圧された冷媒は、冷媒輸送配管７を経由して
第２バイパス配管３２の入口側の端部３２ａが接続され
ている箇所に到達する。ここで、第２バイパス配管３２
の途中に設けられた第２逆止弁３４はその入口ポート３
４ａが電子式膨張弁４の方向を向いているので、冷媒は
第２逆止弁３４によって遮断されることなく第２バイパ
ス配管３２を流れ、第２バイパス配管３２の出口側の端
部３２ｂから流出する。したがって、第２キャピラリー
チューブ２２における減圧は行われない。

【００５３】このように本実施形態においては、暖房運
転（図中矢印点線）の場合であっても冷房運転（図中矢
印実線）の場合であっても、冷凍サイクル３０を流れる
冷媒は、まずはじめに第１又は第２のキャピラリーチュ
ーブ２１、２２によって減圧され、しかる後に電子式膨
張弁４においてさらに減圧される。そして、第１又は第
２のキャピラリーチューブ２１、２２及び電子式膨張弁
４によって減圧された冷媒は、第２又は第１のバイパス
配管２２、２１を介して電子式膨張弁４の下流側に位置
する第２又は第１のキャピラリーチューブ２２、２１を
バイパスして流れるので、電子式膨張弁４の下流側にお
いては減圧されない。

【００５４】以上述べたように本実施形態によれば、上
記第２実施形態と同様に、電子式膨張弁４に対して直列
に第１及び第２のキャピラリーチューブ２１、２２を設
けたので、電子式膨張弁４における圧力差を小さくする
ことが可能である。このため、従来の冷媒よりも動作圧
力の高い代替冷媒を使用した場合においても、従来の冷
凍サイクル装置で用いられている電子式膨張弁４をその
まま使用して高い信頼性の下で支障なく冷媒を制御する
ことができる。

【００５５】また、本実施形態によれば、上記第２実施
形態と同様に、暖房運転及び冷房運転のいずれの場合で
あっても、電子式膨張弁４の上流側に第１又は第２のキ
ャピラリーチューブ２１、２２のいずれかが位置してい
るので、暖房運転か冷房運転かの別にかかわらず、電子
式膨張弁４に流入する冷媒が二相流となり、このため、
電子式膨張弁４における減圧制御がさらに容易なものと
なる。

【００５６】上記の特徴に加えて、本実施形態によれ
ば、電子式膨張弁４の下流側に位置する第１又は第２の
キャピラリーチューブ２１、２２は、第１又は第２のバ
イパス配管３１、３２によってバイパスされるので、冷
媒の減圧（絞り）が過度に大きくなってしまうことを防
止することが可能であり、冷媒の制御を的確に行うこと
ができる。

【００５７】変形例次に、上記第３実施形態の一変形例について図４を参照
して説明する。本変形例における冷凍サイクル４０にお
いては、上記第１及び第２の逆止弁３３、３４に代え
て、第１及び第２の二方弁４１、４２が設けられてい
る。

【００５８】そして、本変形例においては、冷房運転の
際には、電子式膨張弁４の下流側に位置する第１二方弁
４１を開放すると共に、電子式膨張弁４の上流側に位置
する第２二方弁４２を閉鎖する。すると、室外熱交換器
３からの冷媒は、第２キャピラリーチューブ２２によっ
て減圧された後に電子式膨張弁４に流入し、電子式膨張
弁４においてさらに減圧された後に、第１バイパス配管
３１を介して第１キャピラリーチューブ２１をバイパス
して流れる。一方、暖房運転の際には、第１二方弁４１
を閉鎖すると共に第２二方弁４２を開放することによっ
て、冷房運転の場合と同様に、電子式膨張弁４の上流側
においてのみ冷媒を減圧するようにする。

【００５９】以上述べたように本変形例においては、第
１二方弁４１及び第２二方弁を開閉操作することによっ
て、電子式膨張弁４の上流側においてのみ冷媒を減圧す
ることができるので、上記第３実施形態と同様の効果を
得ることができる。

【００６０】第４の実施形態次に、本発明による冷凍サイクル装置の第４実施形態に
ついて図５を参照して説明する。なお、上記第１実施形
態と同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００６１】図５において符号５０は、本実施形態によ
る冷凍サイクル装置の冷凍サイクルを示し、この冷凍サ
イクル５０は、上述した各実施形態と同様に電子式膨張
弁４を備えている。なお、冷凍サイクル５０において
は、５０℃における飽和圧力が２５００ｋＰａ以上の冷
媒が使用される。

【００６２】そして、本実施形態においては、バイパス
配管５１を介して、キャピラリーチューブ５２が電子式
膨張弁４に対して並列に接続されている。このキャピラ
リーチューブ５２は、電子式膨張弁４を全閉したとき
に、電子式膨張弁４の最低冷媒流量よりも小なる冷媒流
量を形成するように構成されている。

【００６３】次に、本実施形態による冷凍サイクル装置
の作用について説明する。冷房運転（図中矢印実線）の
場合であっても、暖房運転（図中矢印点線）の場合であ
っても、冷媒は、電子式膨張弁４と、この電子式膨張弁
４に対して並列に接続されたキャピラリーチューブ５２
との両方によって減圧される。したがって、電子式膨張
弁４における絞り量は、電子式膨張弁４のみで減圧する
場合に比べて少なくなる。

【００６４】また、本実施形態においては、電子式膨張
弁４を全閉することによって、電子式膨張弁４の最低冷
媒流量よりも小なる冷媒流量を確保することが可能であ
る。したがって、従来の冷凍サイクル装置に比べて、よ
り小さい流量領域における冷媒の制御が可能となる。

【００６５】以上述べたように本実施形態によれば、電
子式膨張弁４に対して並列にキャピラリーチューブ５２
を接続したので、電子式膨張弁４における絞り量は電子
式膨張弁４のみで減圧する場合に比べて少なくて済む。
このため、従来の冷媒よりも動作圧力の高い代替冷媒を
使用した場合においても、従来の冷凍サイクル装置で用
いられている電子式膨張弁４をそのまま使用して高い信
頼性の下で支障なく冷媒を制御することができる。

【００６６】また、本実施形態によれば、従来の冷凍サ
イクル装置に比べて、より小さい流量領域における冷媒
の制御が可能となるので、動作圧力の高い代替冷媒を使
用した場合においても冷媒の制御を的確に行うことがで
きる。

【００６７】変形例１次に、上記第４実施形態の一変形例について図１２を参
照して説明する。本変形例における冷凍サイクル装置９
０においては、上記キャピラリーチューブ５２と電子式
膨張弁４の並列接続回路の両側（前後）に第１及び第２
のキャピラリーチューブ２１、２２が設けられている。

【００６８】そして、本変形例では、暖房運転（図中矢
印点線）の場合でも、冷房運転（図中矢印実線）の場合
でも、冷媒は一方のキャピラリーチューブ２１又は２２
（暖房時は２１、冷房時は２２）で減圧されてから電子
式膨張弁４とキャピラリーチューブ５２の両方によって
減圧された後、さらに、キャピラリーチューブ２２又は
２１で減圧される。

【００６９】したがって、本変形例では、図５に示した
上記第４実施形態に比べて電子式膨張弁４に対して並列
に接続されたキャピラリーチューブ５２の長さを短くす
ることができる。また、第４実施形態同様に、電子式膨
張弁４における絞り量は、電子式膨張弁４のみで減圧す
る場合に比べて少なくなる。また、電子式膨張弁４の耐
圧を軽減できる。

【００７０】変形例２次に、上記第４実施形態の他の変形例について説明す
る。本変形例は、上記実施形態における電子式膨張弁４
に対して簡単な改良を加えたものであり、電子式膨張弁
４の開方向のトルクを閉方向のトルクよりも大きくした
点に特徴がある。開方向のトルクを増加させる方法とし
て以下のものが挙げられ、本変形例においては、下記複
数の方法のうちのいずれか一つの方法、或いは複数の方
法の組み合わせが適用される。（１）電子式膨張弁４の印加電圧を高く設定する。（２）１−２相励磁を２相励磁に変更する。（３）電子式膨張弁４の駆動周波数（ｐｐｓ）を小さく
設定する。

【００７１】上述したように本変形例によれば、開方向
のトルクを閉方向のトルクよりも大きくしたので、一旦
全閉した電子式膨張弁４が再開放不能となる事態を確実
に防止することができる。

【００７２】第５の実施形態次に、本発明による冷凍サイクル装置の第５実施形態に
ついて図６を参照して説明する。なお、本実施形態は上
記第２実施形態の構成の一部を変更したものであり、以
下の説明においては、第２実施形態と同一部材には同一
符号を付して詳細な説明は省略する。

【００７３】図６において符号６０は、本実施形態によ
る冷凍サイクル装置の冷凍サイクルを示し、この冷凍サ
イクル６０は上記第２実施形態と同様に電子式膨張弁４
の両側に第１及び第２のキャピラリーチューブ２１、２
２を備えている。なお、冷凍サイクル６０においては、
上記第２実施形態の冷凍サイクル２０と同様に、５０℃
における飽和圧力が２５００ｋＰａ以上の冷媒が使用さ
れる。

【００７４】そして、冷凍サイクル６０は短絡配管６１
を備えており、この短絡配管６１の一方の端部６１ａ
は、第１キャピラリーチューブ２１と電子式膨張弁４と
の間の冷媒輸送配管７に接続されており、短絡配管６１
の他方の端部６１ｂは、圧縮機２の吸い込み側の冷媒輸
送配管７に接続されている。ここで、冷房運転及び暖房
運転のいずれの場合においても、短絡配管６１の一方の
端部６１ａと他方の端部６１ｂとの間には圧力差が存在
する。

【００７５】短絡配管６１の途中には冷媒貯留タンク６
２が設けられており、さらに、冷媒貯留タンク６２の両
側には開閉弁６３、６４がそれぞれ設けられている。ま
た、それぞれの開閉弁６３、６４には、信号ライン６
５、６６を介して弁制御装置６７が接続されている。こ
の弁制御装置６７は、圧縮機２の運転周波数、電子式膨
張弁４の開弁量、スーパーヒート量、過冷却度、圧縮機
２の温度、吐出冷媒の温度、冷凍サイクル内圧力等の運
転状況に関する検出データに基づいて開閉弁６３、６４
の開閉制御を行うものである。

【００７６】次に、本実施形態による冷凍サイクル装置
の作用について説明する。弁制御装置６７は、運転状況
に関する検出データに基づいて、冷媒輸送配管７内を流
れる冷媒の流量が過大となっているか否かを判断する。
そして、冷媒流量が過大となっていると判断した場合に
は、信号ライン６５、６６を介して開閉弁６３、６４を
開閉制御し、冷媒輸送配管７内を流れる冷媒の一部を冷
媒貯留タンク６２内に取り込んで貯留させる。一方、冷
媒輸送配管７内を流れる冷媒の流量が過小となった場合
には、弁制御装置６７は再び開閉弁６３、６４を制御し
て、冷媒貯留タンク６２内の冷媒を冷媒輸送配管７内に
環流させる。

【００７７】また、圧力スイッチや圧力センサの信号に
基づき実圧力が設定圧力を超えるような異常が生じた時
には、冷媒貯留タンク６２内に冷凍サイクル６０中の冷
媒を取り込むことにより、実圧力を低減させることがで
き、機器の安全性、寿命を高めることができる。

【００７８】以上述べたように本実施形態によれば、冷
媒輸送配管７内を流れる冷媒の流量を制御することがで
きるので、動作圧力の高い代替冷媒を使用した場合にお
いても、流量過大による圧縮機２の損傷や、流量過小に
よる冷房能力不足、結露水の落下等の不具合を確実に防
止することができる。

【００７９】変形例次に、上記第５実施形態の一変形例について図７を参照
して説明する。本変形例における冷凍サイクル７０にお
いては、短絡配管６１の一方の端部６１ａは室外熱交換
器３と第２キャピラリーチューブ２２との間の冷媒輸送
配管７に接続されており、短絡配管６１の他方の端部６
１ｂは室内熱交換器５と第１キャピラリーチューブ２１
との間の冷媒輸送配管７に接続されている。そして、本
変形例の場合も、上記第５実施形態の場合と同様に、冷
房運転及び暖房運転のいずれの場合においても短絡配管
６１の一方の端部６１ａと他方の端部６１ｂとの間には
圧力差が存在する。

【００８０】このような構成を備えた本変形例において
も、上記実施形態の場合と同様に、弁制御装置６７によ
って開閉弁６３、６４を開閉操作することによって、冷
媒輸送配管７内を流れる冷媒の流量を制御することがで
きるので、動作圧力の高い代替冷媒を使用した場合でも
冷媒の制御を支障なく適切に行うことができる。

【００８１】第６の実施形態次に、本発明による冷凍サイクル装置の第６の実施形態
について図８乃至図１１を参照して説明する。なお、上
記第１実施形態と同一部材には同一符号を付して詳細な
説明は省略する。

【００８２】図８は本実施形態による冷凍サイクルを示
し、この冷凍サイクル８０は電子式膨張弁８１を備えて
いる。図９は電子式膨張弁８１の全体を示した縦断面図
であり、図９において符号Ａは電子式膨張弁８１の絞り
部を示している。図１０は絞り部Ａの拡大縦断面図であ
り、図１１は図１０における１１−１１断面線に沿った
横断面図である。

【００８３】図１０及び図１１に示したように、絞り部
Ａは弁棒８２と、この弁棒の先端部８２ａが挿入される
弁座８３とを備えている。そして、本実施形態において
は、弁座８３の上端部８３ａに切り欠き部８４、８４が
形成されている。

【００８４】このような構成を備えた本実施形態におい
ては、電子式膨張弁８１を全閉した場合、弁座８３の上
端部８３ａに形成された切り欠き部８４、８４を介して
微少流量の冷媒が流通する。したがって、電子式膨張弁
８１を全閉することによって、冷凍サイクル８０を流れ
る冷媒の流量を微少流量に制御することができる。

【００８５】以上述べたように本実施形態によれば、電
子式膨張弁８１の弁座８３の上端部８３ａに切り欠き部
８４、８４を形成したので、電子式膨張弁８１を全閉す
ることによって冷媒流量を微少流量に制御することが可
能であり、このため、動作圧力の高い代替冷媒を使用し
た場合であっても、冷媒の制御を支障なく的確に行うこ
とができる。

【００８６】

【発明の効果】以上述べたように本発明による冷凍サイ
クル装置は、微少流量領域における冷媒の制御性が極め
て高いので、５０℃における飽和圧力が２５００ｋＰａ
以上である代替冷媒を支障なく的確に制御して良好な運
転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷凍サイクル装置の第１実施形態
の冷凍サイクルを示した概略系統図。

【図２】本発明による冷凍サイクル装置の第２実施形態
の冷凍サイクルを示した概略系統図。

【図３】本発明による冷凍サイクル装置の第３実施形態
の冷凍サイクルを示した概略系統図。

【図４】本発明による冷凍サイクル装置の第３実施形態
の一変形例の冷凍サイクルを示した概略系統図。

【図５】本発明による冷凍サイクル装置の第４実施形態
の冷凍サイクルを示した概略系統図。

【図６】本発明による冷凍サイクル装置の第５実施形態
の冷凍サイクルを示した概略系統図。

【図７】本発明による冷凍サイクル装置の第５実施形態
の一変形例の冷凍サイクルを示した概略系統図。

【図８】本発明による冷凍サイクル装置の第６実施形態
の冷凍サイクルを示した概略系統図。

【図９】本発明による冷凍サイクル装置の第６実施形態
の電子式膨張弁を示した縦断面図。

【図１０】本発明による冷凍サイクル装置の第６実施形
態の電子式膨張弁の要部を示した拡大縦断面図。

【図１１】図１０に示した電子式膨張弁の要部の１１−
１１断面線に沿った拡大横断面図。

【図１２】本発明による冷凍サイクル装置の第４実施形
態の変形例１の冷凍サイクルを示した概略系統図。

【符号の説明】

１、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０冷凍
サイクル２圧縮機３室外熱交換器４、８１電子式膨張弁５室内熱交換器６四方弁７冷媒輸送配管８室外ファン９室内ファン１０、５２キャピラリーチューブ２１第１キャピラリーチューブ２２第２キャピラリーチューブ３１第１バイパス配管３２第２バイパス配管３３第１逆止弁３３ａ第１逆止弁の入口ポート３４第２逆止弁３４ａ第２逆止弁の入口ポート４１第１二方弁４２第２二方弁５１バイパス配管６１短絡配管６１ａ、６１ｂ短絡配管の端部６２冷媒貯蔵タンク６３、６４開閉弁６５、６６信号ライン６７弁制御装置８２電子式膨張弁の弁棒８３電子式膨張弁の弁座８３ａ弁座の上端部８４切り欠き部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２５Ｂ 41/06 Ｆ２５Ｂ 41/06 Ｎ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、第１熱交換器、減圧装置及び第２
熱交換器を順次接続して形成された冷凍サイクルを有
し、前記冷凍サイクルには５０℃における飽和圧力が２
５００ｋＰａ以上である冷媒が使用される冷凍サイクル
装置であって、前記減圧装置は、膨張弁と、前記膨張弁に対して直列に
設けられたキャピラリーチューブとを有することを特徴
とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】前記膨張弁の両側に前記キャピラリーチュ
ーブをそれぞれ配設したことを特徴とする請求項１記載
の冷凍サイクル装置。
【請求項３】前記各キャピラリーチューブをバイパスす
るバイパス回路を前記各キャピラリーチューブに対して
並列にそれぞれ接続し、前記各バイパス回路の途中に入
口側が前記膨張弁の方向を向くようにして逆止弁をそれ
ぞれ設けたことを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイ
クル装置。
【請求項４】前記各逆止弁に代えて二方弁をそれぞれ設
けたことを特徴とする請求項３記載の冷凍サイクル装
置。
【請求項５】圧縮機、第１熱交換器、減圧装置及び第２
熱交換器を順次接続して形成された冷凍サイクルを有
し、前記冷凍サイクルには５０℃における飽和圧力が２
５００ｋＰａ以上である冷媒が使用される冷凍サイクル
装置であって、前記減圧装置は、膨張弁と、前記膨張弁に対して並列に
接続されたキャピラリーチューブとを有し、前記キャピラリーチューブは、前記膨張弁を全閉したと
きに、前記膨張弁の最低冷媒流量よりも小なる冷媒流量
を形成することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項６】前記膨張弁は電子式膨張弁であり、前記電
子式膨張弁の開方向のトルクを閉方向のトルクよりも大
きくしたことを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル
装置。
【請求項７】圧縮機、第１熱交換器、減圧装置及び第２
熱交換器を順次接続して形成された冷凍サイクルを有
し、前記冷凍サイクルには５０℃における飽和圧力が２
５００ｋＰａ以上である冷媒が使用される冷凍サイクル
装置であって、前記冷凍サイクル中の圧力の異なる２つの箇所を連結す
る短絡流路と、前記短絡流路の途中に設けられた冷媒貯
留タンクと、前記冷媒貯留タンクの両側に設けられた各
弁手段と、前記冷凍サイクルの運転状況に応じて前記弁
手段を開閉制御し、前記冷凍サイクル中を流れる冷媒の
一部を前記冷媒貯留タンクに出入して冷媒流量を制御す
る弁制御装置とを有することを特徴とする冷凍サイクル
装置。
【請求項８】圧縮機、第１熱交換器、減圧装置及び第２
熱交換器を順次接続して形成された冷凍サイクルを有
し、前記冷凍サイクルには５０℃における飽和圧力が２
５００ｋＰａ以上である冷媒が使用される冷凍サイクル
装置であって、前記減圧装置は弁座を有する電子式膨張弁を備え、前記
弁座に切り欠き部を形成し、前記電子式膨張弁を全閉し
たときに前記切り欠き部を介して微少な冷媒流量が形成
されることを特徴とする冷凍サイクル装置。