(57)【要約】【課題】空調装置用膨張弁の絞り部分を通過する冷媒に含まれるガス冷媒量を減少させることにより、冷媒流動音を低減できる空調装置用膨張弁及び空調装置を提供する。【解決手段】凝縮器側から高圧液冷媒が送り込まれ絞り通路穴（絞り部分）の前に位置する高圧側冷媒通路１１に、円筒状の円筒通路１１２と、円筒通路の中心軸から径方向に偏心した入口通路１１１とを形成する。そして、円筒通路１１２の上端側には、ガス冷媒逃がし通路１４を形成する。これにより、円筒通路１１２を通過する際に旋回下降流２１が発生し、高圧液冷媒に含まれる高圧ガス冷媒と高圧液冷媒とが遠心分離効果により分離される。そして、分離された高圧液冷媒は絞り通路穴１２側へ流れ、分離された高圧ガス冷媒はガス冷媒逃がし通路１４を介してガス冷媒戻し通路１５側へ流れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧液冷媒が凝縮器側から送り込まれる高圧側冷媒通路と、
該高圧側冷媒通路の下流側に位置し該高圧液冷媒を減圧膨張させる絞り通路穴と、
該絞り通路穴を通過した低圧二相冷媒を蒸発器側へ送り込む低圧側冷媒通路とを形成し、
該絞り通路穴の該高圧側冷媒通路側の開口面積を調整するように変位する弁体を有する空調装置用膨張弁において、
前記高圧側冷媒通路は、
円筒状の円筒通路と、
該円筒通路の上流側で該円筒通路の中心から径方向に偏心した入口通路とを形成し、
該円筒通路にて前記高圧液冷媒中に含まれるガス冷媒と液冷媒とを分離することを特徴とする空調装置用膨張弁。
【請求項２】
前記入口通路は、前記円筒通路側の断面積を前記凝縮器側の断面積より小さく形成したことを特徴とする請求項１記載の空調装置用膨張弁。
【請求項３】
前記円筒通路は、
前記円筒状の円筒内壁と該円筒内壁に略同心的に配設した略円柱形状の円柱軸との間からなる略ドーナツ形状に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調装置用膨張弁。
【請求項４】
さらに、前記円筒通路に連通し前記円筒通路内で分離されたガス冷媒を圧縮器側へ逃がすガス冷媒逃がし通路を形成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空調装置用膨張弁。
【請求項５】
高圧ガス冷媒を圧縮する圧縮器と、該圧縮器により圧縮された高圧ガス冷媒を冷却し液化して高圧液冷媒を生成する凝縮器と、該高圧液冷媒を減圧膨張し低圧二相冷媒を生成する膨張弁と、該低圧二相冷媒のうちの低圧液冷媒を蒸発し前記高圧ガス冷媒を生成する蒸発器とを備えた空調装置において、
前記膨張弁は、
円筒状の円筒通路と該円筒通路の上流側で該円筒通路の中心から径方向に偏心した入口通路とからなり前記高圧液冷媒が前記凝縮器側から送り込まれる高圧側冷媒通路と、
該高圧側冷媒通路の下流側に位置し該高圧液冷媒を減圧膨張させて前記低圧二相冷媒を生成する絞り通路穴と、
該絞り通路穴を通過した前記低圧二相冷媒を前記蒸発器側へ送り込む低圧側冷媒通路とを形成し、
該絞り通路穴の該高圧側冷媒通路側の開口面積を調整するように変位する弁体とを有することを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置用膨張弁及びその空調装置用膨張弁を用いた空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空調装置は、圧縮器と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを有している。そして、これらを配管結合して冷凍サイクルを構成している。すなわち、圧縮器にて、蒸発器から送り込まれた低圧ガス冷媒を圧縮して高圧ガス冷媒にする。そして、この高圧ガス冷媒を凝縮器にて冷却し液化されて高圧液冷媒にする。そして、この高圧液冷媒を膨張弁にて低圧膨張して低圧二相冷媒となる。そして、この低圧二相冷媒のうちの低圧液冷媒が蒸発器にて蒸発して低圧ガス冷媒となる。
【０００３】
ここで、凝縮器にて冷却される際に全てのガス冷媒が液冷媒とはならないため、凝縮器から膨張弁へ送られる冷媒は、実際には僅かにガス冷媒を含む状態となっている。ガス冷媒を含む冷媒が膨張弁に送られると、液冷媒と共にガス冷媒が膨張し、ガス冷媒が膨張する際に冷媒流動音が発生する。
【０００４】
そこで、膨張弁にて発生する冷媒流動音を低減する方法として、例えば、特開平７−１４６０３２号公報に開示されている。これは、絞り部分前に多孔体を挿入するというものである。これにより、凝縮器側から膨張弁にガス冷媒を含む冷媒が送られた場合であっても、冷媒が多孔体を通過するとガス冷媒の気泡を微細な気泡に細分化することができ、その結果冷媒流動音を低減できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１４６０３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多孔体によりガス冷媒を微細な気泡に細分化することができたとしても、多孔体通過後に気泡が結合して絞り部分を通過する場合には冷媒流動音が発生する可能性がある。これは、絞り部分を通過する冷媒に含まれるガス冷媒量は減少していないためである。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、膨張弁の絞り部分を通過する冷媒に含まれるガス冷媒量を減少させることにより、冷媒流動音を低減できる空調装置用膨張弁及び空調装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、絞り部分に送り込む冷媒を遠心分離効果によりガス冷媒と液冷媒とを分離して、分離した液冷媒を絞り部分に送り込むことを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の空調装置用膨張弁は、高圧液冷媒が凝縮器側から送り込まれる高圧側冷媒通路と、該高圧側冷媒通路の下流側に位置し該高圧液冷媒を減圧膨張させる絞り通路穴と、該絞り通路穴を通過した低圧二相冷媒を蒸発器側へ送り込む低圧側冷媒通路とを形成し、該絞り通路穴の該高圧側冷媒通路側の開口面積を調整するように変位する弁体を有する空調装置用膨張弁において、高圧側冷媒通路は、入口通路と、円筒通路とを形成している。そして、円筒通路にて高圧液冷媒中に含まれるガス冷媒と液冷媒とを分離することを特徴とする。ここで、円筒通路は、円筒状の通路である。入口通路は、円筒通路の上流側で、円筒通路の中心から径方向に偏心した通路である。
【００１０】
つまり、高圧側冷媒通路の入口通路が高圧側冷媒通路の円筒通路の中心から径方向に偏心しているため、入口通路から円筒通路へ液冷媒が流入すると、円筒通路内では冷媒が旋回しながら絞り通路穴側へ流れていく。このようにガス冷媒と液冷媒とを含む冷媒が円筒通路を旋回しながら流れることにより、遠心分離効果によりガス冷媒と液冷媒とが分離される。すなわち、円筒通路の外側には液冷媒が存在し、円筒通路の内側にはガス冷媒が存在することになる。そして、円筒通路の外側を流れる液冷媒は内側を流れるガス冷媒に比べて比重が大きいため、重力により主として液冷媒が絞り通路穴側へ流れる。したがって、ガス冷媒が絞り通路穴を通過する量を減少させることができることにより、絞り通路穴（絞り部分）を通過する際に発生する冷媒流動音を低減することができる。
【００１１】
また、入口通路は、円筒通路側の断面積を凝縮器側の断面積より小さく形成してもよい。つまり、入口通路のうち、上流側（凝縮器側）より下流側（円筒通路側）が狭くなっている。これにより、入口通路から円筒通路へ流れ込む冷媒の流速がより大きくなり、遠心分離効果をより発揮させることができる。
【００１２】
また、円筒通路は、略ドーナツ形状に形成してもよい。この略ドーナツ形状は、円筒状の円筒内壁と該円筒内壁に略同心的に配設した略円柱形状の円柱軸との間からなる。円筒通路内の中心部分に存在する冷媒の旋回方向の流速は、零である。そのため、円筒通路内の中心部分においては、遠心分離効果が発揮されず、ガス冷媒と液冷媒とを分離することができない。そこで、円筒通路の中心部分に円柱軸を設けることにより、円筒通路の中心部分に冷媒が存在しないことになる。その結果、円筒通路内を通過する全ての冷媒が確実に旋回しながら流れるため、遠心分離効果を確実に発揮させることができる。
【００１３】
また、本発明の空調装置用膨張弁は、さらに、ガス冷媒逃がし通路を形成してもよい。ガス冷媒逃がし通路とは、円筒通路に連通し、円筒通路内で分離されたガス冷媒を圧縮器側へ逃がす通路である。これにより、遠心分離効果により分離されたガス冷媒が、円筒通路から圧縮器側へ逃がすことができるため、絞り通路穴（絞り部分）へ送り込まれる冷媒に含まれるガス冷媒の量をより減少させることができる。すなわち、冷媒流動音をより低減することができる。
【００１４】
また、高圧ガス冷媒を圧縮する圧縮器と、該圧縮器により圧縮された高圧ガス冷媒を冷却し液化して高圧液冷媒を生成する凝縮器と、該高圧液冷媒を減圧膨張し低圧二相冷媒を生成する膨張弁と、該低圧二相冷媒のうちの低圧液冷媒を蒸発し前記高圧ガス冷媒を生成する蒸発器とを備えた空調装置において、膨張弁は、高圧側冷媒通路と、絞り通路穴と、低圧側冷媒通路とを形成し、弁体とを有することを特徴とする。ここで、高圧側冷媒通路は、入口通路と、円筒通路とからなり、高圧液冷媒が凝縮器側から送り込まれる通路である。円筒通路は、円筒状の通路である。入口通路は、円筒通路の上流側で、円筒通路の中心から径方向に偏心した通路である。絞り通路穴は、高圧側冷媒通路の下流側に位置し、高圧液冷媒を減圧膨張させて低圧二相冷媒を生成する通路穴である。低圧側冷媒通路は、絞り通路穴を通過した低圧二相冷媒を蒸発器側へ送り込む通路である。弁体は、絞り通路穴の高圧側冷媒通路側の開口面積を調整するように変位するものである。
【００１５】
つまり、膨張弁の高圧側冷媒通路の円筒通路を冷媒が旋回しながら流れるため、遠心分離効果によりガス冷媒と液冷媒とが分離される。すなわち、円筒通路の外側には液冷媒が存在し、円筒通路の内側にはガス冷媒が存在することになる。そして、円筒通路の外側を流れる液冷媒は内側を流れるガス冷媒に比べて比重が大きいため、重力により主として液冷媒が絞り通路穴へ流れる。したがって、ガス冷媒が絞り通路穴を通過する量を減少させることができることにより、絞り通路穴（絞り部分）を通過する際に発生する冷媒流動音を低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００１７】
本実施形態における空調装置は、圧縮器と、凝縮器と、レシーバと、膨張弁と、蒸発器と、これらを連結する配管とから構成されている。すなわち、これらにより冷凍サイクルを構成している。圧縮器は、蒸発器から送り込まれた低圧ガス冷媒を圧縮して高圧ガス冷媒を生成する。圧縮器にて生成された高圧ガス冷媒は、凝縮器を通過する際に冷却され液化して高圧液冷媒となる。この高圧液冷媒は、レシーバに蓄積される。レシーバに蓄積された高圧液冷媒が膨張弁へ送られて、膨張弁にて減圧膨張し低圧二相冷媒が生成される。この低圧二相冷媒は蒸発器へ送られて、蒸発器を通過する際に低圧二相冷媒のうちの低圧液冷媒が蒸発することにより低圧ガス冷媒となる。そして、この低圧ガス冷媒が再び圧縮器に送られる。
【００１８】
なお、凝縮器にて液化された高圧液冷媒は、実際には僅かに高圧ガス冷媒を含んでいる。従って、僅かな高圧ガス冷媒を含む高圧液冷媒がレシーバを介して膨張弁に送られる。
【００１９】
次に、この膨張弁の構成について図１を参照して詳述する。図１に本実施形態における膨張弁の全体の断面図を示す。なお、図１は、図の下向きが重力方向となるように配設される。
【００２０】
図１に示すように、膨張弁のボディ１内の上側には、レシーバ側に接続され、レシーバ側から送り込まれる高圧液冷媒の入口となる高圧側冷媒通路１１が形成されている。この高圧側冷媒通路１１の下側には、蒸発器側に接続され、低圧二相冷媒の出口となる低圧側冷媒通路１３とが形成されている。そして、高圧側冷媒通路１１と低圧側冷媒通路１３との間を連通し、高圧液冷媒を減圧膨張して低圧二相冷媒にする絞り通路穴１２がほぼ鉛直方向に形成されている。
【００２１】
この絞り通路穴１２内には、上端側に弁体２が取付けられ上下動可能な作動棒３が、絞り通路穴１２とほぼ同軸上に配設されている。弁体２は、絞り通路穴１２の高圧側冷媒通路１１側に配設されており、絞り通路穴１２の高圧側冷媒通路１１側の開口面積を調整するものである。
【００２２】
膨張弁のボディ１内の下側には、ガス冷媒戻り通路１５がほぼ水平方向に貫通して形成されている。ガス冷媒戻り通路１５の開口部の一方側（図の右側）は蒸発器側に、他方側（図の左側）は圧縮器側に接続されている。
【００２３】
そして、ガス冷媒戻り通路１５の上側で、低圧側冷媒通路１３の下側には、段付き穴１６が絞り通路穴１２とほぼ同軸上に形成されている。この段付き穴１６の下側の大きい穴側には、作動棒３の下端側に固定された感温筒４が上下方向に摺動可能に挿入されている。段付き穴１６の上側の小さい穴側には、作動棒３が摺動可能に挿入されている。そして、感温筒４の軸部は、ガス冷媒戻り通路１５内に露出して配設している。
【００２４】
感温筒４の下端側には、一体的に形成された傘部４ａの下面に接触するように金属製で円形のダイヤフラム５が配設されている。このダイヤフラム５の周縁部は下部カバー６と、一体化されて殻状となる上部カバー７との間に挟着されている。上方カバー７はボディ１に取り付けられる。このように、殻状の下部カバー６と上部カバー７との内部は、ダイヤフラム５によって上下２つの空間に分割される。分割された下側空間５ａには、冷媒が封入されている。
【００２５】
次に、感温筒４の動作について説明する。感温筒４は、ガス冷媒戻り通路１５を通過するガス冷媒の温度が高いときは、その熱がダイヤフラム５と共に下側空間５ａに伝わる。それにより下側空間５ａ内に封入された冷媒が膨張してダイヤフラム５を押し上げる。ダイヤフラム５の変位により、感温筒４を介して作動棒３が上方へ移動し、弁体２による絞り通路穴１２の高圧側冷媒通路側の開口面積が大きくなる。それにより、絞り通路穴１２を通過する冷媒の流量が増大する。
【００２６】
一方、ガス冷媒戻り通路１５を通過するガス冷媒の温度が低いときは、ダイヤフラム５の下部空間５ａ内の冷媒が収縮するので、ダイヤフラム５は感温筒４や作動棒３と共に下方へ移動し、弁体２による絞り通路穴１２の高圧側冷媒通路側の開口面積が小さくなる。それにより、絞り通路穴１２を通過する冷媒の流量が減少する。
【００２７】
また、ガス冷媒戻り通路１５を通過するガス冷媒の温度の他に、その圧力によっても弁体２を作動させるために、ダイヤフラム５の上部空間５ｂがガス冷媒戻り通路１５に連通している。従って、ガス冷媒戻り通路１５を通過するガス冷媒の圧力が高くなると、下部空間５ａ内の冷媒が圧縮されてダイヤフラム５と共に感温筒４が下方へ移動する。それにより、弁体２が絞り通路穴１２の高圧側冷媒通路側の開口面積を縮小させて、絞り通路穴１２を通過する冷媒の流量を減少させる。
【００２８】
一方、上部空間５ｂにあるガス冷媒の圧力が低くなると、下部空間５ａに封入された冷媒の圧力との釣り合い状態が変化するために、ダイヤフラム５が上方へ移動する。それにより、弁体２が絞り通路穴１２の高圧側冷媒通路側の開口面積を大きくして、絞り通路穴１２を通過する冷媒の流量を増加させる。このような膨張弁の作動によって、蒸発器出口で冷媒の蒸発状態が適度な過熱度を持つように、蒸発器へ送り込む低圧二相冷媒の流量が調節される。
【００２９】
次に、高圧側冷媒通路１１部分について図１及び図２を参照して詳述する。図２（ａ）は、図１のＡ部分の拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の下面図である。
【００３０】
図１及び図２に示すように、高圧側冷媒通路１１は、高圧側入口通路（入口通路）１１１と、円筒通路１１２と、高圧側出口通路１１３とからなる。入口通路１１１は、膨張弁に形成された通路のうちで最も上流側に位置し、レシーバ側から高圧液冷媒が送り込まれる通路である。この入口通路１１１は、円筒通路１１２側すなわち下流側１１４の断面積をレシーバ側すなわち上流側の断面積より小さく形成している。さらに、この入口通路１１１は、ほぼ水平方向に形成されている。
【００３１】
円筒通路１１２は、入口通路１１１の下流側に位置している。すなわち、円筒通路１１２の上端側に入口通路１１１が連通している。そして、円筒通路１１２は、断面形状が略ドーナツ形状に形成されている。すなわち、円筒通路１１２は、略円筒状の円筒内壁３１と、この円筒内壁３１に略同心的に配設された略円柱形状の円柱軸３２との間からなるものである。この円筒通路１１２の円筒内壁３１及び円柱軸３２の中心軸が、ほぼ鉛直方向となるように形成されている。すなわち、入口通路１１１と円筒通路１１２の円筒内壁３１及び円柱軸３２の中心軸とは、ほぼ直交している。さらに、入口通路１１１は、円筒通路１１２の中心から径方向に偏心した位置に形成されている。高圧側出口通路１１３は、円筒通路１１２の下流側に位置し、絞り通路穴１２に冷媒を送り込む通路である。すなわち、高圧側出口通路１１３は、円筒通路１１２の下端側に形成されている。
【００３２】
さらに、円筒通路１１２の上端側からガス冷媒戻り通路１５へ連通するように、ガス冷媒逃がし通路１４が形成されている。すなわち、このガス冷媒逃がし通路１４は、円筒通路１１２の上端側から鉛直方向に形成された鉛直穴１４１と、その鉛直穴１４１の上端付近から水平方向に形成された水平穴１４２と、この水平穴１４２の一端側からガス冷媒戻り通路１５まで鉛直方向に形成された鉛直穴１４３とからなる。
【００３３】
このように形成された膨張弁内を通過する冷媒の流れについて説明する。
【００３４】
まず、凝縮器そしてレシーバ側から膨張弁の入口通路１１１に高圧液冷媒が送り込まれる。そして、円筒通路１１２に送り込まれる際に、入口通路１１１の円筒通路１１２側の断面積が小さく形成されていることから、液冷媒の流速が大きくなる。
【００３５】
そして、入口通路１１１が円筒通路１１２の中心から径方向に偏心しているため、円筒通路１１２内を高圧液冷媒が通過するときには、円筒内壁３１に沿って、かつ、円柱軸３２まわりに、旋回しながら下降する旋回下降流２１が発生する。この旋回下降流により遠心分離効果が発揮され、高圧液冷媒中に含まれている高圧ガス冷媒と高圧液冷媒とが分離される。すなわち、分離された高圧液冷媒は円筒通路１１２の外側に、分離された高圧ガス冷媒は円筒通路１１２の内側に移動する。そして、円筒通路１１２の外側に移動した高圧液冷媒は、高圧ガス冷媒に比べて比重が大きいため、重力により高圧側出口通路１１３に移動する。この高圧側出口通路１１３に移動した高圧液冷媒は、入口通路１１１に送り込まれた高圧液冷媒に比べて、高圧ガス冷媒の含有量が非常に少なくなっている。
【００３６】
一方、分離された高圧ガス冷媒は、高圧液冷媒に比べ比重が低いため、円筒通路１１２内の上側に移動する。そして、円筒通路１１２の上側に移動した高圧ガス冷媒は、ガス冷媒逃がし通路１４を通過しながら減圧され、ガス冷媒戻り通路１５へ送られる。ガス冷媒逃がし通路１４内を通過する冷媒の流れ２２を図２（ａ）に示す。
【００３７】
そして、高圧側出口通路１１３に移動した高圧液冷媒は、弁体２により開口面積が調整された絞り通路穴１２を通過する際に減圧膨張し、低圧二相冷媒が生成される。この低圧二相冷媒は、低圧側冷媒通路１３に送り込まれ、配管を介して蒸発器へ送り込まれる。
【００３８】
蒸発器にて生成された低圧ガス冷媒は、膨張弁ガス冷媒戻り通路１５を通過して圧縮器へ送り込まれる。このとき、上述した円筒通路１１２にて分離され、ガス冷媒逃がし通路を通過してきたガス冷媒も共に圧縮器へ送り込まれる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の膨張弁及び空調装置によれば、円筒通路１１２にて遠心分離効果によりレシーバ側から膨張弁に送り込まれる高圧液冷媒に含まれる高圧ガス冷媒と高圧液冷媒とを分離することができる。その結果、膨張弁の絞り部分、すなわち絞り通路穴１２を通過する冷媒に含まれるガス冷媒量を減少させることができ、冷媒流動音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膨張弁全体の断面図である。
【図２】図１のＡ部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
１　・・・　ボディ
２　・・・　弁体
３　・・・　作動棒
４　・・・　感温筒
５　・・・　ダイヤフラム
１１　・・・　高圧側冷媒通路
１２　・・・　絞り通路穴
１３　・・・　低圧側冷媒通路
１４　・・・　ガス冷媒逃がし通路
１５　・・・　ガス冷媒戻り通路
３１　・・・　円筒内壁
３２　・・・　円柱軸
１１１　・・・　入口通路
１１２　・・・　円筒通路
１１３　・・・　高圧側出口通路
【図１】
2004138318.tif 000003
【図２】
2004138318.tif 000004