(57)【要約】【課題】弁ポート１１をニードル弁６で開閉して冷媒等の流体の流量を制御する電動弁において、流体の流れによる騒音を低減する。【解決手段】弁ハウジング１に弁ポート１１と、テーパ部１２と、ストレート部１３を形成する。テーパ部１２とストレート部１３とで拡大空間１Ｂを構成する。二次継手３１の弁ハウジング１側の端部にノズル部２を設ける。ノズル部２の筒部２２を拡大空間１Ｂ内に突出させ、筒部２２とストレート部１３の間に滞留空間１Ｃを形成する。流体を滞留空間１Ｃ内に滞留させることで流体の圧力の損失係数を高くする。ノズル部２は二次継手３１と別体でもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次継手管が連通される弁室と二次継手管とを、ニードル弁で開口面積が増減される弁ポートを介して連通可能とする電動弁であって、前記弁ポートの前記二次継手管側に、該弁ポートよりも径が拡大された拡大空間を有する電動弁において、
前記拡大空間と前記二次継手管の管路とを連通するとともに、前記拡大空間内に突出して該拡大空間の内壁との間に流体が滞留する滞留空間を形成するノズル部
を備えたことを特徴とする電動弁。
【請求項２】
前記ノズル部の内径が前記弁ポートの内径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【請求項３】
前記拡大空間が、前記弁ポート側の円錐台側面形状のテーパ部と、該テーパ部から前記二次継手管側に伸びる円柱側面形状のストレート部とにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動弁。
【請求項４】
前記ノズル部が前記二次継手管の端部に一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動弁。
【請求項５】
圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動弁が、前記膨張弁として用いられている
ことを特徴とする冷凍サイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等において冷媒の流量を制御する電動弁に関し、特に、弁ポートの周囲の形状を改良した電動弁及び冷凍サイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクルシステムにおいて、冷媒の流量を制御する電動弁から発生する、冷媒通過に伴う騒音がしばしば問題となることがある。このような騒音対策を施すようにした電動弁として、例えば特開２０１２−８２８９６号公報（特許文献１）及び特開２００７−１０７８４７号公報（特許文献２）に開示されたものがある。
【０００３】
特許文献１の電動弁は、第１弁ポートより内径の大きな第２弁ポート内に冷媒を流出させ、二次継手管に到達する前の第２弁ポート（拡大空間）内で流速を減速させて、騒音を低減している。また、特許文献２の電動弁は、二次継手管（出口継手管）の形状を変形させて、その固有振動数を改良し、騒音低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８２８９６号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７８４７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の電動弁では、第１ポートに対する拡大空間となる第２ポート内での冷媒の流速が速く、騒音を低減するためには改良の余地がある。なお、特許文献２の電動弁では、騒音に対応して二次継手管の固有振動数を設定するのがきわめて困難である。
【０００６】
本発明は、冷媒等の流体を一次継手管から弁室に流入させて、ニードル弁と弁ポートととの間から拡大空間に流体を流入させるとともに、二次継手管に流出する流体の速度をさらに減速させて、流体の流れに対して流体通過音等の騒音をさらに低減した電動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】
【０００７】
請求項１の電動弁は、一次継手管が連通される弁室と二次継手管とを、ニードル弁で開口面積が増減される弁ポートを介して連通可能とする電動弁であって、前記弁ポートの前記二次継手管側に、該弁ポートよりも径が拡大された拡大空間を有する電動弁において、前記拡大空間と前記二次継手管の管路とを連通するとともに、前記拡大空間内に突出して該拡大空間の内壁との間に流体が滞留する滞留空間を形成するノズル部を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の電動弁は、請求項１に記載の電動弁であって、前記ノズル部の内径が前記弁ポートの内径より大きいことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の電動弁は、請求項１または２に記載の電動弁であって、前記拡大空間が、前記弁ポート側の円錐台側面形状のテーパ部と、該テーパ部から前記二次継手管側に伸びる円柱側面形状のストレート部とにより形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の電動弁は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動弁であって、前記ノズル部が前記二次継手管の端部に一体に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１乃至４の電動弁によれば、弁ポートとニードル弁との隙間から流れる流体が拡大空間に流出したとき、拡大空間内でノズル部により形成された滞留空間に流体が滞留し、このノズル部から二次継手管へ流れる流体の圧力の損失係数を高くして流速を抑えることができ、騒音を低減できる。
【００１３】
請求項２の電動弁によれば、ノズル部の内径が弁ポートの内径より大きいので、弁ポートの全開時の二次継手管に流れる流量を確保することができる。
【００１４】
請求項３の電動弁によれば、テーパ部とストレート部とにより拡大空間が形成されているので、テーパ部により滞留空間を確保することができる。
【００１５】
請求項４の電動弁によれば、ノズル部が二次継手管の端部に一体に形成されているので、電動弁の組み付けが容易になるとともに、部品点数を少なくできる。
【００１６】
請求項５の冷凍サイクルシステムによれば、請求項１乃至４と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の電動弁の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態の電動弁における弁ポート近傍の要部拡大縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態の電動弁における弁ポートの作用を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態の電動弁を用いた空気調和機の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の第１変形例乃至第３変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の電動弁の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の電動弁の縦断面図、図２は実施形態の電動弁における弁ポート近傍の要部拡大縦断面図、図３は実施形態の電動弁における弁ポートの作用を説明する図、図４は実施形態の電動弁を用いた空気調和機の一例を示す図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。
【００１９】
まず、図４に基づいて実施形態に係る空気調和機について説明する。空気調和機は、膨張弁としての実施形態の電動弁１０、室外ユニット１００に搭載された室外熱交換器２０、室内ユニット２００に搭載された室内熱交換器３０、流路切換弁４０、圧縮機５０を有しており、これらの各要素は、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システムを構成している。この冷凍サイクルシステムは本発明の電動弁を適用する冷凍サイクルシステムの一例であり、本発明の電動弁は、ビル用のマルチエアコン等の室内機側の絞り装置等、他のシステムにも適用することができる。
【００２０】
冷凍サイクルシステムの流路は流路切換弁４０により暖房モードおよび冷房モードの２通りの流路に切換えられ、暖房モードでは実線の矢印で示すように、圧縮機５０で圧縮された流体としての冷媒が流路切換弁４０から室内熱交換器３０に流入され、室内熱交換器３０から流出する冷媒が、管路６０を通って電動弁１０に流入される。そして、この電動弁１０で冷媒が膨張され、室外熱交換器２０、流路切換弁４０、圧縮機５０の順に循環される。冷房モードでは、破線の矢印で示すように、圧縮機５０で圧縮された冷媒が流路切換弁４０から室外熱交換器２０に流入され、室外熱交換器２０から流出する冷媒が電動弁１０で膨張され、管路６０を流れて室内熱交換器３０に流入される。この室内熱交換器３０に流入された冷媒は、流路切換弁４０を介して圧縮機５０に流入される。なお、この図４に示す例では、暖房モード時に、冷媒を電動弁１０の一次継手管３１から二次継手管３２へ流す構成となっているが、配管の接続を逆にして、暖房モード時に、冷媒を二次継手管３２から一次継手管３１へ流す構成としてもよい。
【００２１】
電動弁１０は、冷媒の流量を制御する膨張弁（絞り装置）として働き、暖房モードでは、室外熱交換器２０が蒸発器として機能し、室内熱交換器３０が凝縮器として機能し、室内の暖房がなされる。また、冷房モードでは、室外熱交換器２０が凝縮器として機能し、室内熱交換器３０が蒸発器として機能し、室内の冷房がなされる。
【００２２】
次に、図１及び図２に基づいて実施形態の電動弁１０について説明する。この電動弁１０は、ステンレスや真鍮等の金属部材の切削加工等により形成された弁ハウジング１を有しており、弁ハウジング１には弁室１Ａが形成されている。また、弁ハウジング１には、弁室１Ａに開口する弁ポート１１と、テーパ部１２と、ストレート部１３とが形成されている。弁ポート１１、テーパ部１２及びストレート部１３は軸線Ｘを中心軸としており、弁ポート１１は薄型円柱形状、テーパ部１２は円錐台側面形状、ストレート部１３は円柱形状となっている。
【００２３】
また、弁ハウジング１には、側面側から弁室１Ａに連通する一次継手管３１が取り付けられるとともに、ストレート部１３の軸線Ｘ方向の片側端部に二次継手管３２が取り付けられている。テーパ部１２は弁ポート１１の下端からストレート部１３の上端まで連なっており、ストレート部１３は二次継手管３２側に伸びている。そして、弁ポート１１、テーパ部１２及びストレート部１３を介して、弁室１Ａと二次継手管３２とが導通可能となっている。
【００２４】
さらに、弁ハウジング１には、上部から弁室１Ａ内に挿通されるように弁ガイド部材３３が圧入及びかしめにより取り付けられており、この弁ガイド部材３３の中心には弁ガイド孔３３ａが形成されている。また、弁ハウジング１の上端部には弁ガイド部材３３の上端外周部を囲うようにリム１ａが形成されており、弁ハウジング１には、リム１ａの外周に嵌合するように円筒状のケース３４が組み付けられている。このケース３４は、リム１ａをかしめるとともに、底部外周をろう付けすることにより弁ハウジング１に固着されている。さらに、ケース３４の上端開口部には固定金具４１を介して支持部材４が取り付けられている。
【００２５】
支持部材４の中心には、弁ポート１１の軸線Ｘと同軸の雌ねじ部４ａとそのネジ孔が形成されるとともに、雌ねじ部４ａのネジ孔の外周よりも径の大きな円筒状のスライド孔４ｂが形成されている。そして、雌ねじ部４ａのネジ孔とスライド孔４ａの中に後述の円柱棒状のロータ軸７２が配設されている。また、スライド孔４ｂには弁ホルダ５が軸線Ｘ方向に摺動可能に嵌合されており、この弁ホルダ５は上部をロータ軸７２に連結されるとともに、下部にニードル弁６を保持している。
【００２６】
弁ホルダ５は、筒状の円筒部５１の下端にボス部５２が固着されるとともに、円筒部５１内にバネ受け５３と圧縮コイルバネ５４とワッシャ５５とスペーサ５６とを備えている。ニードル弁６は、ステンレスや真鍮等の金属部材により形成され、下側先端の略楕円体状のニードル部６ａと円柱棒状のロッド部６ｂと上端のフランジ部６ｃとを有している。そして、ニードル弁６は、弁ホルダ５のボス部５２の挿通孔５２ａ内に挿通されるとともに、フランジ部６ｃをボス部５２に当接させて弁ホルダ５に取り付けられている。また、ニードル弁６のロッド部６ｂは弁ガイド部材３３の弁ガイド孔３３ａ内に挿通されている。
【００２７】
弁ホルダ５において、圧縮コイルバネ５４はバネ受け５３とニードル弁６のフランジ部６ｃとの間には所定の荷重を与えられた状態で取り付けられており、弁ホルダ５は、バネ受け５３をスペーサ５６の下端部に当接するとともに、円筒部５１の上端部でワッシャ５５を介してスペーサ５６上端部を押さえつけている。そして、ロータ軸７２のフランジ部７２ｂは、ワッシャ５５とスペーサ５６との間に係合されて、ワッシャ５５により抜け止めがなされている。これにより、ニードル弁６は弁ホルダ５を介してロータ軸７２に連結されるとともに、ロッド部６ｂにガイドされて軸線Ｘ方向に移動可能となっている。
【００２８】
ケース３４の上端には密閉ケース３５が溶接等によって気密に固定されている。密閉ケース３５内には、外周部を多極に着磁されたマグネットロータ７１と、マグネットロータ７１の中心に固着された前記ロータ軸７２とが設けられている。ロータ軸７２の上端部は、密閉ケース３５の天井部に設けられた円筒状のガイド３６内に回転可能に嵌合されている。また、ロータ軸７２には雄ねじ部７２ａが形成されており、この雄ねじ部７２ａは支持部材４に形成された雌ねじ部４ａに螺合している。密閉ケース３５の外周にはステータコイル７３が配設されており、マグネットロータ７１、ロータ軸７２及びステータコイル７３はステッピングモータ７を構成している。そして、ステータコイル７３にパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ７１が回転されてロータ軸７２が回転する。なお、ガイド３６の外周にはマグネットロータ７１に対する回転ストッパ機構３７が設けられている。
【００２９】
以上の構成により実施形態の電動弁は以下のように動作する。まず、図１の状態で、ステッピングモータ７の駆動により、マグネットロータ７１及びロータ軸７２が回転し、ロータ軸７２の雄ねじ部７２ａと支持部材４の雌ねじ部４ａとのねじ送り機構により、ロータ軸７２は軸線Ｘ方向に移動する。この回転に伴うロータ軸７２の軸線Ｘ方向移動によって弁ホルダ５と共にニードル弁６が軸線Ｘ方向に移動する。そして、ニードル弁６は、ニードル部６ａの部分で弁ポート１１の開口面積を増減し、一次継手管３１から二次継手管３２へ、あるいは二次継手管３２から一次継手管３１へ流れる流体（冷媒）の流量が制御される。
【００３０】
二次継手管３２の弁ハウジング１側の端部には、弁ハウジング１に嵌合される厚肉の接続管部２１と、円筒状の筒部２２とからなるノズル部２が形成されており、このノズル部２には、接続管部２１と筒部２２を貫通する連通路２３が形成されている。ここで、弁ハウジング１側のテーパ部１２とストレート部１３は、弁ポート１１よりも径が拡大された拡大空間１Ｂを構成しており、ノズル部２は、連通路２３により拡大空間１Ｂと二次継手管３２の管路３２ａとを連通している。また、ノズル部２の筒部２２は、拡大空間１Ｂ内（ストレート部１３内）に弁ポート１１側に突出して配置され、この筒部２２の外周面と拡大空間１Ｂの内壁（ストレート部１３の内壁）との間に円環状の空間である滞留空間１Ｃが形成されている。そして、この滞留空間１Ｃには弁ポート１１から流出する流体の一部が滞留される。
【００３１】
実施形態における各部の寸法は以下の条件を満たすように設定されている。図２に示すように、弁ポート１１の内径はニードル部６ａの外周に合わせた寸法である。また、ノズル部２の連通路２３の内径は弁ポート１１の内径より大きな寸法である。弁ポート１１、テーパ部１２及びストレート部１３の全長Ｌ１に対し、ニードル部６ａの長さＬ２（弁ポート１１を全閉としたときのニードル部の弁座内の長さ）は、
（Ｌ２）≦（Ｌ１）／２
の関係にある。
また、ニードル部６ａの長さＬ２と、筒部２２の長さＬ３は、
（Ｌ２）＞（Ｌ３）＞（Ｌ２）／５
の関係にある。
また、筒部２２の半径方向の幅Ｗ１と、滞留空間１Ｃの半径方向の幅Ｗ２は、
Ｗ２＞Ｗ１
の関係にある。なお、これらの寸法及び角度は図２に図示のものには限定されるものではない。
【００３２】
以上の構成により、図３に示すように、一次継手管３１から弁室１Ａに流体が流入し、二次継手管３２側に流体が流れるとき、ニードル部６ａと弁ポート１１の隙間を通った流体が、テーパ部１２、ストレート部１３及びノズル部２の連通路２３を通って二次継手管３２へ流れる。このとき、ニードル部６ａと弁ポート１１の隙間は最も狭い箇所であり、ここで流速は最大になるが、弁ポート１１の長さは可能な限り短くなっており、この隙間を通った流体の流れは、テーパ部１２に倣って流れる。テーパ部１２とストレート部１３からなる拡大空間１Ｂは弁ポート１１の内径より大きため、テーパ部１２で圧力を急激に回復させる。そして、流体はその一部が滞留空間１Ｃに流れ込み、この滞留空間１Ｃ内に流体が滞留する。したがって、ノズル部２の連通路２３を流れる流体の流速が減速され、キャビテーションや流れが二次継手管３２に当接するのを抑制することができ、流体の流れを安定化して騒音を低減できる。すなわち、流体の流路中に円筒状の筒部２２を突出させて滞留空間１Ｃを形成することで、流体の圧力の損失係数を高くして流速を抑えることができ、騒音を低減できる。
【００３３】
図５は、ノズル部２の第１乃至第３変形例を示す図である。以下の変形例において実施形態と同様な要素には図１乃至図３と同符号を付記して重複する説明は適宜省略する。図５（Ａ）の第１変形例は、接続管部２１に円筒状の筒部２２′が形成され、この筒部２２′の端部が外側に拡径されている。また、図５（Ｂ）の第２変形例は、接続管部２１に円筒状の筒部２２″が形成され、この筒部２２″の端部が内側に縮径されている。ただし、この縮径部の内径は、弁ポート内径よりも大きい。第１変形例では筒部２２′の端部が拡径されている分だけ滞留空間１Ｃ内に流体が流れ難く、逆に、第２変形例では筒部２２″の端部が拡径されている分だけ滞留空間１Ｃ内に流体が流れ易い。すなわち、この第１変形例及び第２変形例のように、筒部の端部の形状により、滞留空間１Ｃ内に滞留させる流体の量を調整することができる。
【００３４】
図５（Ｃ）の第３変形例のノズル部２は、接続管部２１に円錐台側面形状の筒部２４が形成され、このノズル部２には、接続管部２１と筒部２４を貫通する円錐台状（テーパ状）の連通路２３′が形成されている。ただし、この円錐台状の上面の内径は、弁ポート内径よりも大きい。この第３変形例では、二次継手管３２の管路３２ａに流れる流体は、連通路２３′内でも圧力が回復され流体の流速が減速される。
【００３５】
以上の実施形態及び変形例では、ノズル部２が二次継手管３２と一体に形成されている場合について説明したが、ノズル部は二次継手管と別部材で構成し、二次継手管と弁ハウジングとの間に取り付けるようにしてもよい。また、実施形態及び変形例では、テーパ部１２とストレート部１３により拡大空間１Ｂを構成しているが、テーパ部１２のみ、あるいはストレート部１３のみで拡大空間を構成してもよい。さらに、テーパ部とストレート部を複数段設けたような構成でもよい。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１      弁ハウジング
１Ａ    弁室
１１    弁ポート
１２    テーパ部
１３    ストレート部
１Ｂ    拡大空間
１Ｃ    滞留空間
２      ノズル部
２１    接続管部
２２    筒部
２３    連通路
２２′  筒部
２２″  筒部
２３′  連通路
２４    筒部
３１    一次継手管
３２    二次継手管
３２ａ  管路
４      支持部材
４ａ    雌ねじ部
４ｂ    スライド孔
５      弁ホルダ
６      ニードル弁
６ａ    ニードル部
７      ステッピングモータ
７１    マグネットロータ
７２    ロータ軸
７２ａ  雄ねじ部
７３    ステータコイル
Ｘ      軸線
１０    電動弁
２０    室外熱交換器
３０    室内熱交換器
４０    流路切換弁
５０    圧縮機
１００  室外ユニット
２００  室内ユニット
【図１】
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【図２】
2019023484.tif 000004
【図３】
2019023484.tif 000005
【図４】
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【図５】
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