(57)【要約】【課題】特定用途においても流量調整が可能な流量調整弁を提供する。【解決手段】  本開示の流量調整弁（１０ａ）は、流入口（１４）と、流出口（１５）と、ノズル（１６）とを備えている。ノズル（１６）は、内部空間（１６ａ）及び吐出口（１６ｂ）を有する。内部空間（１６ａ）は、流入口（１４）に接しており流入口（１５）を通過した流体を受け入れる空間である。吐出口（１６ｂ）は、流出口（１５）に向かって流体を吐出する。吐出口（１６ｂ）の開口面積が可変である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と、
流出口と
前記流入口に接しており前記流入口を通過した流体を受け入れる内部空間及び前記流出口に向かって前記流体を吐出する吐出口を有するノズルであって、前記吐出口の開口面積が可変であるノズルと、を備えた、
流量調整弁。
【請求項２】
前記ノズルを直線運動させるアクチュエータをさらに備え、
前記ノズルの直線運動により前記吐出口の開口面積が変動する、請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項３】
前記ノズルを第１の方向に押し付けるバネをさらに備え、
前記アクチュエータは、前記第１の方向とは反対向きの第２の方向に前記バネを変形させつつ前記ノズルを押し付ける、請求項２に記載の流量調整弁。
【請求項４】
前記ノズルは、関節式に連結された前記吐出口を定める板を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流量調整弁。
【請求項５】
前記ノズルの前記吐出口を定める部分は、弾性変形可能である、請求項１又は２に記載の流量調整弁。
【請求項６】
液体の冷媒を前記流体として前記内部空間に受け入れる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の流量調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流量調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、冷凍サイクル装置で使用される電子膨張弁が知られている。例えば、特許文献１には、電子膨張弁３００が記載されている。
【０００３】
図５に示す通り、電子膨張弁３００は、ローター３０２と、コイル３０４と、芯軸スクリュー３０５と、回転防止部品３０６と、弁針３０７と、配管３１２とを備えている。芯軸スクリュー３０５の上端は、ローター３０２のキャビティ内に設けられ、ローター３０２に螺合している。弁針３０７の上端は芯軸スクリュー３０５の下端のキャビティ内に取り付けられている。コイル３０４に直流電流が流れると、コイル３０４の周りに回転磁場が生じる。ローター３０２は、回転磁場の作用を受けて、回転運動する。芯軸スクリュー３０５は回転防止部品３０６により回転できず、回転防止部品３０６に対して上下運動する。これに連動して、弁針３０７が昇降運動を行う。これにより、電子膨張弁３００を通過する冷媒の流量が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５４６９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の電子膨張弁３００は、特定用途において流量調整が困難になる可能性がある。そこで、本開示は、特定用途においても流量調整が可能な新規な流量調整弁を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
流入口と、
流出口と
前記流入口に接しており前記流入口を通過した流体を受け入れる内部空間及び前記流出口に向かって前記流体を吐出する吐出口を有するノズルであって、前記吐出口の開口面積が可変であるノズルと、を備えた、
流量調整弁を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
上記の流量調整弁は特定用途においても流量調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の流量調整弁の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す流量調整弁の別の状態を示す断面図である。
【図３】図３は、本開示の流量調整弁の別の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、膨張弁における流量Ｑと差圧ΔＰとの関係を示すグラフである。
【図５】図５は、従来の電子膨張弁を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明者らの検討に基づく知見＞
冷凍サイクル装置の凝縮器において凝縮した高圧の冷媒を電子膨張弁３００のように弁針の昇降により流量調整を行って蒸発器に送る場合を考える。この場合、弁針の昇降運動によって定まるオリフィスの開口面積及び冷媒の流速に応じて、冷媒が膨張（フラッシュ）して低温低圧の気液二相状態に変化する。このような冷凍サイクル装置の膨張弁において、流量Ｑと、膨張弁の入口における冷媒の圧力と膨張弁の出口における冷媒の圧力との差ΔＰとの間には図４に示すような関係が成立する。冷凍サイクル装置の設計において冷媒の特性に応じて膨張弁が選定される。この場合、下記の式（１）によって決定される流量係数Ｃｖに基づいて膨張弁を選定することが考えられる。流量係数Ｃｖが一定である場合、圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が大きくなるに従って、膨張弁における冷媒の流量が増加する。
Ｃｖ＝０．３６６×Ｑ×（Ｇ／（Ｐ１−Ｐ２））1/2        （１）
Ｑ：冷媒の流量
Ｇ：液冷媒の比重（標準物質：４℃の水）
Ｐ１：膨張弁の入口における冷媒の圧力
Ｐ２：膨張弁の出口における冷媒の圧力
【００１０】
本発明者らは、水などの低圧冷媒を用いた冷凍サイクル装置において冷媒を膨張させる用途（特定用途）で、電子膨張弁３００のような流量調整弁を使用すると、オリフィスの上流で冷媒の流れにキャビテーションが発生することを新たに見出した。加えて、本発明者らは、オリフィスの上流におけるキャビテーションの発生により、流量調整弁の内部で気相冷媒の割合が過多になり、液冷媒の流量が低下し、流量調整が困難になることを新たに見出した。本発明者らは、検討の結果、オリフィスの上流におけるキャビテーションの発生は、弁針が冷媒の流れに圧力損失を生じさせるためであると考えた。そこで、本発明者らは、特定用途に適する流量調整弁について日夜検討を重ね、本開示の流量調整弁を案出した。
【００１１】
本開示の第１態様は、
流入口と、
流出口と
前記流入口に接しており前記流入口を通過した流体を受け入れる内部空間及び前記流出口に向かって前記流体を吐出する吐出口を有するノズルであって、前記吐出口の開口面積が可変であるノズルと、を備えた、
流量調整弁を提供する。
【００１２】
第１態様によれば、流量調整弁において流入口を通過した流体はノズルの内部空間を流れてノズルの吐出口から吐出される。このため、流量調整弁の流体の流れは吐出口の上流において弁針による圧力損失の影響を受けない。これにより、ノズルの吐出口の上流においてキャビテーションが発生しにくい。また、ノズルの吐出口の開口面積を変動させることにより、流量調整弁における流体の流量を適切に調整できる。このため、第１態様に係る流量調整弁は特定用途においても流量調整が可能である。
【００１３】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記ノズルを直線運動させるアクチュエータをさらに備え、前記ノズルの直線運動により前記吐出口の開口面積が変動する、流量調整弁を提供する。第２態様によれば、アクチュエータによってノズルを直線運動させることによりノズルの吐出口の開口面積を変動させて、流量調整弁における流体の流量を適切に調整できる。
【００１４】
本開示の第３態様は、第２態様に加えて、前記ノズルを第１の方向に押し付けるバネをさらに備え、前記アクチュエータは、前記第１の方向とは反対向きの第２の方向に前記バネを変形させつつ前記ノズルを押し付ける、流量調整弁を提供する。第３態様によれば、アクチュエータにより、バネの復元力に抗してノズルを第２の方向に移動させることができる。加えて、ノズルを第１の方向に動かすときにバネの復元力を利用できる。
【００１５】
本開示の第４態様は、第１態様〜第３態様のいずれか１つの態様に加えて、前記ノズルは、関節式に連結された前記吐出口を定める板を含む、流量調整弁を提供する。第４態様によれば、関節式に連結された板が移動することによってノズルの吐出口の開口面積を変動させることができる。
【００１６】
本開示の第５態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記ノズルの前記吐出口を定める部分は、弾性変形可能である、流量調整弁を提供する。第５態様によれば、ノズルを所定の方向に押し付けるバネを使用しなくても、ノズルの吐出口を定める部分を弾性変形させてノズルの吐出口の開口面積を変動させることができる。
【００１７】
本開示の第６態様は、第１態様〜第５態様のいずれか１つの態様に加えて、液体の冷媒を前記流体として前記内部空間に受け入れる、流量調整弁を提供する。第６態様によれば、特定用途においても冷媒の流量調整が可能である。
【００１８】
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は例示に過ぎず、これらによって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１及び２に示す通り、流量調整弁１０ａは、流入口１４と、流出口１５と、ノズル１６とを備えている。ノズル１６は、内部空間１６ａ及び吐出口１６ｂを有する。内部空間１６ａは、流入口１４に接しており、流入口１４を通過した流体を受け入れる空間である。吐出口１６ｂは、流出口１５に向かって流体を吐出する。吐出口１６ｂの開口面積は可変である。
【００２０】
流量調整弁１０ａにおいて流入口１４を通過した流体はノズル１６の内部空間１６ａを流れてノズル１６の吐出口１６ｂから吐出される。このため、流量調整弁１０ａの流体の流れは、吐出口１６ｂの上流において弁針による圧力損失の影響を受けない。これにより、ノズル１６の吐出口１６ｂの上流においてキャビテーションが発生しにくい。また、ノズル１６の吐出口１６ｂの開口面積を変動させることにより、流量調整弁１０ａにおける流体の流量を適切に調整できる。
【００２１】
流量調整弁１０ａは、例えば、液体の冷媒を内部空間１６ａに受け入れる。
【００２２】
流量調整弁１０ａは、例えば、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃  JIS Z 8703）において絶対圧で大気圧よりも低い飽和蒸気圧を有する物質を主成分として含有している冷媒が使用される冷凍サイクル装置に適用される。このような冷媒としては、例えば、水を主成分として含有している冷媒及びＲ１２３３ｚｄが挙げられる。本明細書において、「主成分」とは質量基準で最も多く含有されている成分を意味する。流量調整弁１０ａが適用された冷凍サイクル装置が動作しているときに流量調整弁１０ａにおける圧力は例えば大気圧よりも低い。
【００２３】
流量調整弁１０ａが上記の冷凍サイクル装置に適用される場合、例えば、低温高圧の液冷媒が流入口１４を通過して内部空間１６ａに導かれる。ノズル１６の吐出口１６ｂの上流においてキャビテーションが発生しにくいので、ノズル１６の吐出口１６ｂの上流において液冷媒の流量の低下が起こりにくい。このため、ノズル１６の吐出口１６ｂの下流において液冷媒をフラッシュさせることができる。その結果、冷凍サイクル装置の定格運転が可能である。また、冷媒がノズル１６の内部空間１６ａを流れるので、流量調整弁１０ａの流入口１４近くの寸法を小さくしやすい。このため、流量調整弁１０ａを小型化しやすい。
【００２４】
図１に示す通り、ノズル１６は、例えば、関節式に連結された板１６ｃを含む。板１６ｃは、吐出口１６ｂを定めている。
【００２５】
図１に示す通り、例えば、ノズル１６ｃは、流入口１４に接した内部空間１６ａを定める筒部を含む。筒部は例えば角管状である。筒部の一端がプランジャー２５に接触しており、筒部の他端において対向する１対の辺に関節１６ｄが取付けられている。ノズル１６は一対の板１６ｃを含み、一対の板１６ｃはそれぞれ関節１６ｄによって筒部に連結されている。また、一対の板１６ｃの両側面は一対の不動の板１６ｅと接触している。一対の板１６ｃが関節１６ｄを支点にして回転することにより、吐出口１６ｂの開口面積が変動する。
【００２６】
図１に示す通り、流量調整弁１０ａは、例えば、アクチュエータ２０をさらに備えている。アクチュエータ２０はノズル１６を直線運動させる。また、ノズル１６の直線運動により吐出口１６ｂの開口面積が変動する。
【００２７】
アクチュエータ２０は、例えば、ステッピングモータとして構成されている。図１に示す通り、アクチュエータ２０は、ローター２１と、コイル２２と、永久磁石２３と、プランジャー２５とを備えている。ロータ−２１は円筒状の部品である。プランジャー２５は円柱状の部品であり、ロータ−２１の内部に収容されている。ロータ−２１の内面には雌ねじが形成され、プランジャー２５の外面には雄ねじが形成されている。これにより、ローター２１とプランジャー２５とがねじで嵌め合っている。ノズル１６は例えばフランジを有する。ノズル１６のフランジがプランジャー２５の軸線方向における端面と接触している。永久磁石２３は、ローター２１の外面に取付けられている。コイル２２は、永久磁石２３の半径方向外側に配置されている。コイル２２にパルス状の電流が流れると、コイル２２と永久磁石２３との電磁的相互作用によりローター２１が回転し、プランジャー２５が回転しながら直線運動する。これに伴いノズル１６は回転せずに直線運動する。
【００２８】
流量調整弁１０ａは、例えば、外筒３５をさらに備えている。ノズル１６の少なくとも一部は、外筒３５の内部に収容されている。外筒３５には、板１６ｃと接触しているテーパー状のガイド３５ｇを有する。図１及び図２に示す通り、ノズル１６が直線運動すると、一対の板１６ｃの先端同士の距離がガイド３５ｇに沿って変動し、吐出口１６ｂの開口面積が変動する。外筒３５の軸線方向の一端は、例えば流出口１５を定めている。
【００２９】
図１に示す通り、流量調整弁１０ａは、例えば、ノズル１６を第１の方向Ｄ１に押し付けるバネ１７をさらに備えている。加えて、アクチュエータ２０は、第１の方向Ｄ１とは反対向きの第２の方向Ｄ２にバネ１７を変形させつつノズル１６を押し付ける。バネ１７は、例えばコイルばねである。例えば、外筒３５の内面とノズル１６の外面との間には隙間が形成されており、この隙間にバネ１７が配置されている。例えば、バネ１７の一端はガイド３５ｇに接触しており、バネ１７の他端はノズル１６のフランジに接触している。この場合、図１に示す通り、プランジャー２５が第２の方向Ｄ２に移動するときにバネ１７の復元力に抗してノズル１６が移動する。また、図２に示す通り、プランジャー２５が第１の方向Ｄ１に移動するときにバネ１７の復元力を利用してノズル１６をプランジャー２５に接触させた状態で第１の方向Ｄ１に移動させることができる。
【００３０】
（変形例）
流量調整弁１０ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、アクチュエータ２０の代わりに、関節式に連結された板１６ｃを、関節１６ｄを支点に回転させるアクチュエータを備えるように、流量調整弁１０ａが変更されてもよい。また、光学機器の光路開閉装置のように、ノズル１６の先端部が回動する複数の羽根板によって吐出口１６ｂが定められるように流量調整弁１０ａは変更されてもよい。この場合、ノズル１６を直線運動させなくても吐出口１６ｂの開口面積を変動させることができる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る流量調整弁１０ｂについて説明する。流量調整弁１０ｂは、特に説明する場合を除き、流量調整弁１０ａと同様に構成されている。流量調整弁１０ａの構成要素と同一又は対応する流量調整弁１０ｂの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は技術的に矛盾しない限り第２実施形態にもあてはまる。
【００３２】
図３に示す通り、流量調整弁１０ｂにおいて、ノズル１６の吐出口１６ｂを定める部分（先端部）は弾性変形可能である。ノズル１６の先端部は、例えば弾性変形可能な樹脂又はエラストマーでできている。この場合、ノズル１６の先端部を弾性変形させることにより、ノズル１６の吐出口１６ｂの開口面積を変動させることができる。
【００３３】
流量調整弁１０ｂにおいて、例えば、ノズル１６とプランジャー２５とは一体的に構成されている。すなわち、アクチュエータ２０によりプランジャー２５が回転するとこれに伴ってノズル１６も回転しながら直線運動する。ノズル１６の先端部の外面はガイド３５ｇに接触している。アクチュエータ２０によってノズル１６が第２の方向Ｄ２に直線運動すると、ガイド３０ｇのテーパー面に沿ってノズル１６の先端部が窄むように弾性変形してノズル１６の吐出口１６ｂの開口面積が縮小する。一方、アクチュエータ２０によってノズル１６が第１の方向Ｄ１に直線運動すると、ノズル１６の先端部に作用する応力が小さくなってノズル１６の吐出口１６ｂの開口面積が拡大する。この場合、ノズル１６とプランジャー２５とを一体的に構成できるので、バネ１７を不要にできる。なお、ノズル１６とプランジャー２５とは一体的に製造されていてもよいし、ノズル１６とプランジャー２５とは別々に製造されたうえでノズル１６がプランジャー２５に固定されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本開示の流量調整弁は、空気調和装置、チラー、及び蓄熱装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１０ａ、１０ｂ          流量調整弁
１４                    流入口
１５                    流出口
１６                    ノズル
１６ａ                  内部空間
１６ｂ                  吐出口
１６ｃ                  板
１７                    バネ
２０                    アクチュエータ
【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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