(57)【要約】【課題】全閉時にオリフィスから流体が漏れることを抑制するのに有利な流量調整弁を提供する。【解決手段】  本開示の流量調整弁（１ａ）は、入口（１４）と、出口（１６）と、第一筒（１１）と、第二筒（１２）と、アクチュエータ（２０）と、を備えている。第一筒（１１）は、流体の流れ方向において入口（１４）と出口（１６）との間に位置する。第二筒（１２）は、流体の流れ方向において第一筒に隣接しており、オリフィス（１５）の開口面積を変化させる弁体（１３）を有する。アクチュエータ（２０）は、第二筒（１２）の軸線周りに配置され、第二筒（１２）を回転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記流体を導くための入口と、
前記流体を排出するための出口と、
前記流体の流れ方向において前記入口と前記出口との間に位置するオリフィスを有する第一筒と、
前記流体の流れ方向において前記第一筒に隣接している第二筒であって、前記オリフィスの開口面積を変化させる弁体を有する第二筒と、
前記第二筒の軸線周りに配置され、前記第二筒を回転させるアクチュエータと、を備えた、
流量調整弁。
【請求項２】
前記オリフィスは、異なる開口面積を有する複数のオリフィスを有する、請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項３】
前記オリフィスは、前記第二筒の回転方向に細長く延びている、請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項４】
前記オリフィスは、前記出口に向かって縮小する穴径を有する、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】
前記オリフィスは、前記オリフィスの軸線方向の中央にくびれを有する、請求項１〜３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７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に記載の技術は、全閉時に冷媒などの流体が漏れる可能性を低減する観点から改良の余地を有する。そこで、本開示は、全閉時にオリフィスから流体が漏れることを抑制するのに有利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、
流体を導くための入口と、
前記流体を排出するための出口と、
前記流体の流れ方向において前記入口と前記出口との間に位置するオリフィスを有する第一筒と、
前記流体の流れ方向において前記第一筒に隣接している第二筒であって、前記オリフィスの開口面積を変化させる弁体を有する第二筒と、
前記第二筒の軸線周りに配置され、前記第二筒を回転させるアクチュエータと、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、全閉時にオリフィスから流体が漏れることを抑制するのに有利である。
【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のII-II線に沿った断面図である。
【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、本開示の流量調整弁のさらに別の一例を示す断面図である。
【図５】図５は、本開示の流量調整弁のさらに別の一例を示す断面図である。
【図６】図６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７】図７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６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】
冷凍サイクル装置の種類によっては、膨張弁を全閉にした状態で、冷凍サイクル装置を運転する必要がある。この場合、膨張弁において冷媒が蒸発器に向かって漏れてしまうと、冷凍サイクル装置の定格運転又は部分負荷運転において、冷凍サイクル装置が発揮する性能が低下する可能性がある。このため、このような冷凍サイクル装置においては、膨張弁として、全閉にした状態で流体が漏れることを抑制するのに有利な流量調整弁を使用することが望ましい。特許文献１に記載の技術によれば、電子膨張弁３００の弁針３０７が下に位置決めされた場合に、電子膨張弁３００が全閉状態であるか否かは定かではない。仮に、弁針３０７が下に位置決めされた場合に電子膨張弁３００が全閉状態であったとしても、弁針３０７と、弁針３０７に接触する部品との接触は、線接触であるので、冷媒の漏れが発生しやすい。
【００１１】
そこで、本発明者らは、全閉にした状態で流体が漏れることを抑制するのに有利な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。
【００１２】
本開示の第１態様は、
流体を導くための入口と、
前記流体を排出するための出口と、
前記流体の流れ方向において前記入口と前記出口との間に位置するオリフィスを有する第一筒と、
前記流体の流れ方向において前記第一筒に隣接している第二筒であって、前記オリフィスの開口面積を変化させる弁体を有する第二筒と、
前記第二筒の軸線周りに配置され、前記第二筒を回転させるアクチュエータと、を備えた、
流量調整弁を提供する。
【００１３】
第１態様によれば、アクチュエータによって第二筒が回転することにより弁体がオリフィスの開口面積を変化させる。これにより、流体の流量を調整できる。加えて、一次圧により第二筒が弁体に押し付けられ、オリフィスの出口の周りの第二筒の面と、弁体とが面接触し、全閉時に流体の漏れを有利に抑制できる。さらに、第一筒及び第二筒によって、流体の流路をストレートに定めることができるので、流量調整弁における流体の流れに発生する圧力損失を低減できる。流量調整弁を冷凍サイクル装置の膨張弁として用いれば、冷凍サイクル装置の定格運転又は部分負荷運転において、膨張弁の全閉時の冷媒の漏れを抑制でき、冷凍サイクル装置が発揮する性能が低下することを防止できる。
【００１４】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記オリフィスは、異なる開口面積を有する複数のオリフィスを有する、流量調整弁を提供する。第２態様によれば、第二筒が回転することにより、複数のオリフィスのそれぞれが弁体によって開いたり閉じたりする。これにより、弁体によってオリフィスの開口面積を変化させることができる。
【００１５】
本開示の第３態様は、第１態様に加えて、前記オリフィスは、前記第二筒の回転方向に細長く延びている、流量調整弁を提供する。第３態様によれば、単一のオリフィスによって流量を調整できる。加えて、オリフィスの開口面積を細かく調整しやすい。
【００１６】
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、前記オリフィスは、前記出口に向かって縮小する穴径を有する、流量調整弁を提供する。第４態様によれば、オリフィスを定める壁面において流体の剥離に伴うキャビテーションの発生を抑制でき、キャビテーションによるガス発生が抑制された状態で流体がオリフィスを通過しやすい。これにより、オリフィスの断面を流体が効率的に通過するので、流体の漏れに影響を及ぼすオリフィスの穴径を小さくできる。このため、流量調整弁を冷凍サイクル装置の膨張弁として用いれば、冷凍サイクル装置の定格運転又は部分負荷運転において、膨張弁の全閉時の冷媒の漏れを抑制でき、冷凍サイクル装置が発揮する性能が低下することをより確実に防止できる。
【００１７】
本開示の第５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、前記オリフィスは、前記オリフィスの軸線方向の中央にくびれを有する、流量調整弁を提供する。第５態様の流量調整弁は、第４態様の流量調整弁の利点と同様の利点を有する。
【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】
図１及び図２に示す通り、流量調整弁１ａは、入口１４と、出口１６と、第一筒１１と、第二筒１２と、アクチュエータ２０とを備えている。入口１４は、流体を導くための開口である。出口１６は、流体を排出するための開口である。第一筒１１は、オリフィス１５を有する。オリフィス１５は、流体の流れ方向において入口１４と出口１６との間に位置する。第二筒１２は、流体の流れ方向において第一筒に隣接しており、オリフィス１５の開口面積を変化させる弁体１３を有する。アクチュエータ２０は、第二筒１２の軸線周りに配置され、第二筒１２を回転させる。
【００２０】
アクチュエータ２０の働きによって第二筒１２が回転することにより、弁体１３とオリフィス１５との相対的な位置関係が変化する。これにより、弁体１３によってオリフィス１５の開口面積を変化させることができる。流量調整弁１ａにおける一次圧により第一筒１１が弁体１３に押し付けられ、オリフィス１５の出口の周りの第二筒１２の面と、弁体１３とが面接触し、全閉時に流体の漏れを有利に抑制できる。さらに、第一筒１１及び第二筒１２によって、流体の流路をストレートに定めることができるので、流量調整弁１ａにおける流体の流れに発生する圧力損失を低減できる。流量調整弁１ａを冷凍サイクル装置に用いる場合、例えば、冷凍サイクル装置の凝縮器において凝縮した冷媒が入口１４を通って流量調整弁１ａに供給される。その後、冷媒は、オリフィス１５を通過し、蒸発器に向かって出口１６から排出される。
【００２１】
冷凍サイクル装置によっては、流量調整弁１ａが全閉の状態で冷凍サイクル装置が運転される。流量調整弁１ａは、上記の通り、全閉時に流体の漏れを有利に抑制できるので、冷凍サイクル装置の定格運転又は部分負荷運転において、全閉時の冷媒の漏れを抑制でき、冷凍サイクル装置が発揮する性能が低下することを防止できる。
【００２２】
流量調整弁１ａは、弁体１３を有する第二筒１２が第一筒１１と隣接しているので、オリフィス１５の出口側に弁体１３が配置される。このため、第一筒１１の内径を小さくしやすい。その結果、流量調整弁１ａを小型化しやすい。
【００２３】
第一筒１１は、例えば、第一筒１１の軸線方向における一端に端壁を有する。オリフィス１５は、例えば、その端壁を貫いて定められている。第一筒１１の軸線方向における他端は、開口しており、例えば入口１４を定めている。第二筒１２の軸線方向における一端は、例えば、出口１６に向かって開口している。第二筒１２は、第二筒１２の軸線方向における他端に弁体１３を有する。例えば、第一筒１１の端壁と弁体１３とが隣り合っている。
【００２４】
アクチュエータ２０は、例えば、永久磁石２１と、コイル２２とを備えている。永久磁石２１は、第二筒１２の外面に取り付けられている。流量調整弁１ａは、例えば、第一カバー１７ａと、第二カバー１７ｂとを備えている。第一カバー１７ａは筒状であり、第一カバー１７ａの軸線方向における一端は開口している。また、第一カバー１７ａは、第一カバー１７ａの軸線方向における他端に端壁を有し、その端壁の中央には、第二筒１２の外径よりもわずかに大きい穴径を有する貫通穴が定められている。第一カバー１７ａの端壁の外面の貫通穴の近傍には環状溝が定められている。第一筒１１は、第一筒１１の端壁の近傍の側壁から半径方向外側に延びている環状のフランジを有する。第一カバー１７ａは、第二筒１２及び永久磁石２１を取り囲むように配置されており、第一筒１１のフランジに固定されている。なお、第一カバー１７ａの環状溝には、Ｏリング等のシール部材１８ａが配置されている。コイル２２は、例えば、第一カバー１７ａの外面に取付けられている。
【００２５】
第二カバー１７ｂは、第二筒１２の内径とほぼ同じ内径を有する管状部と、管状部から半径方向外側に突出しているフランジとを有する。例えば、第二カバー１７ｂの管状部は、出口１６を定めている。第二カバー１７ｂのフランジの端は第一カバー１７ａの軸線方向における一端に固定されており、第二カバー１７ｂは第二筒２２を覆うように配置されている。第二カバー１７ｂのフランジの内面には管状部の近傍に環状溝が定められている。第二カバー１７ｂのフランジは、第二筒１２のフランジと隣り合っている。第二カバー１７ｂの環状溝にはＯリング等のシール部材１８ｂが配置されている。
【００２６】
コイル２１に電流が流れると、コイル２１と永久磁石２２との電磁的相互作用により第二筒１２が回転する。
【００２７】
図２に示す通り、流量調整弁１ａにおいて、オリフィス１５は、異なる開口面積を有する複数（図２では３つ）のオリフィスを有する。アクチュエータ２０によって第二筒１２が回転することにより、複数のオリフィス１５のそれぞれが弁体１３によって開いたり閉じたりする。これにより、弁体１３によってオリフィス１５の開口面積を変化させることができる。
【００２８】
複数のオリフィス１５は、第二筒１２の回転方向に沿って並んでいる。弁体１３は、第二筒１２が回転するときに複数のオリフィス１５を通過する位置に切欠きを有する。この切欠きとオリフィス１５が連なることにより、オリフィス１５が開かれる。弁体１３の切欠きの大きさは、複数のオリフィス１５において最大の開口面積を有するオリフィスの径に合わせて定められている。全閉時以外には、複数のオリフィス１５のいずれか１つが弁体１３の切欠きと連なるように弁体１３の位置が調整される。一方、全閉時には、弁体１３の切欠きが複数のオリフィスからずれた位置に調整される。
【００２９】
流量調整弁１ａ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１ａにおける圧力は、例えば大気圧よりも低い。
【００３０】
流量調整弁１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、流量調整弁１ａは、図３、図４、及び図５にそれぞれ示す流量調整弁１ｂ、流量調整弁１ｃ、及び流量調整弁１ｄのように変更されてもよい。流量調整弁１ｂ、流量調整弁１ｃ、及び流量調整弁１ｄは、特に説明する場合を除き、流量調整弁１ａと同様に構成されている。流量調整弁１ａの構成要素と同一又は対応する流量調整弁１ｂ、流量調整弁１ｃ、又は流量調整弁１ｄ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。
【００３１】
図３に示す通り、流量調整弁１ｂにおいて、オリフィス１５は、第二筒１２の回転方向に細長く延びている。この場合、単一のオリフィス１５によって流体の流量を調整できる。加えて、オリフィス１５の開口面積を細かく調整しやすい。
【００３２】
流量調整弁１ｂにおいて、弁体１３は、例えば半円板状であり、第二筒１２が回転するときにオリフィス１５を通過する位置に半円状の切欠きを有する。この切欠きの大きさは、例えば、第二筒１２の半径方向におけるオリフィス１５の幅に合わせて定められている。
【００３３】
図４に示す通り、流量調整弁１ｃにおいて、オリフィス１５は、出口１６に向かって縮小する穴径を有する。この場合、オリフィス１５を定める壁面において流体の剥離に伴うキャビテーションの発生を抑制でき、キャビテーションによるガス発生が抑制された状態で流体がオリフィス１５を通過しやすい。これにより、オリフィス１５を流体が効率的に通過するので、流体の漏れに影響を及ぼすオリフィス１５の穴径を小さくできる。このため、流量調整弁１ｃを冷凍サイクル装置の膨張弁として用いれば、冷凍サイクル装置の定格運転又は部分負荷運転において、全閉時の冷媒の漏れを抑制でき、冷凍サイクル装置が発揮する性能が低下することをより確実に防止できる。
【００３４】
図５に示す通り、流量調整弁１ｄにおいて、オリフィス１５は、オリフィス１５の軸線方向の中央にくびれを有する。この場合も、流量調整弁１ｃと同様に流体の剥離に伴うキャビテーションの発生を抑制でき、流量調整弁１ｄは、流量調整弁１ｃと同様の利点を有する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
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】
【００３６】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  流量調整弁
１１                    第一筒
１２                    第二筒
１３                    弁体
１４                    入口
１５                    オリフィス
１６                    出口
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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【図６】
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【図７】
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