(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器から供給される冷媒を導入するための導入路と、減圧後の冷媒を蒸発器へと供給するための排出路と、隔壁によって減圧室が区画形成されて膨張弁本体とよりなる膨張弁であって、前記排出路に臨む膨張弁本体内底部の中心部から減圧室に設けた弁座形成部上面に開口して、前記排出路と減圧室とを連通する連通口と、該連通口を開閉して冷媒の排出路側への出口流量を調節するために減圧室内に収納された開閉弁と、上記開閉弁の開閉率を調節する制御手段とを備えるとともに、
上記開閉弁の弁座形成部廻りの減圧室を冷媒の導入路下流端側に設けた導入室と区画する隔壁に所定口径で開口させて、前記隔壁に設けられ減圧室への冷媒の入口流量を所定流量に規制する固定絞りを設け、該固定絞りの口径を、導入室側と減圧室内との間の差圧によって上記固定絞りを通過する冷媒の流速が増加するように前記口径を設定するとともに、前記排出路の流路断面を、上記導入路の流路断面よりも小さく且つ、上記連通口の流路断面よりも大きく設定したことを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
前記開閉弁の弁体を弁座形成部の弁座から離接する方向に進退可能に構成し、前記導入路及び排出路の差圧に基づいて前記弁体を進退させて該弁座と弁体との間の排出口の開閉率を制御するとともに、前記弁座と弁体との間の連通口の周囲に、固定絞りを有する円周上の隔壁が存在していて、該隔壁の上下がパッキングを介して導入路の下流端側に、密着支持されている請求項１記載の膨張弁。
【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に用いる膨張弁に係り、特に、膨張弁内部にキャビテーションエロージョン（又は壊食、或いは孔食）を抑制するための固定絞りを設けた膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷凍サイクルとしては、図３に示されるように、冷媒の循環路２０に対して、
圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３及び蒸発器２４を、順次介設すると共に、その凝縮器２２、蒸発器２４に対しそれぞれ熱交換可能に熱交換器２５、２６を設置したものが知られている。
この種の冷凍サイクルにあって、圧縮機２１は飽和蒸気や過熱蒸気状態の冷媒のガスを高温高圧の過熱ガスにするように、凝縮器２２は過熱ガスを飽和液や過冷却液まで冷却するようになっていて、膨張弁２３は過冷却液を低圧低温の湿り蒸気（気液二相）まで減圧するように、また、蒸発器２４はその低圧低温の湿り蒸気を飽和蒸気や過熱蒸気状態の冷媒ガスに戻して再び圧縮機２１に吸入させるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、膨張弁２３内部には、導入冷媒の大きな圧力変動や乱れが生じやすく、
この圧力変動や乱れを原因としたキャビテーションにより、特に、膨張弁内部の冷媒の通路を開閉する弁のシートないしは弁座の表面にキャビテーションエロージョン（孔食）が発生してしまうという問題がある。
【０００４】
キャビテーションエロージョン（孔食）の物理的なメカニズムは一般的に次のようである。
１）まず、流れの低圧部にキャビテーション気泡が発生、次いで気泡が成長し、後流等のやや高圧の場で崩壊を始める。
２）崩壊が始まるとキャビテーション気泡は、固体表面、すなわち、膨張弁の減圧室内面や、弁のシート面等の表面に近づく。
３）気泡は、小さくなると表面と並行な方向に対して平たくなり、固体表面から遠い部分の気泡壁が下部の気泡壁を突き刺す形で、固体表面に向かう高速噴流となる。
４）この高速噴流により固体表面が攻撃され損傷する（なお、冷媒に用いるＮＨ３は、フロン等と比較して気泡の発生が少ないが、流れの乱れなどにより、局部的に気泡が発生する。この気泡は、その後の着地とともに生じる圧力回復により破壊されやすい）。
【０００５】
従って、キャビテーションに係わる因子は、流体の慣性や物性、すなわち、温度、圧力、粘性、気体含有量等が影響し、物体では、流体に接する部分の振動、速度、形状、硬度、表面状況に左右されることとなり、膨張弁の減圧機能を維持するためには、減圧弁内部の圧力変動、乱れの影響が弁シートないしは弁座に作用することがないように構成する必要がある。
【０００６】
なお、関連技術として、特開平８−３５５８０号公報（特願平６−１７５４５４号）に、弁ケース内に形成された流路の途中に、この流路の開度を全閉から全開の間で調節する流量制御弁を設け、かつ、流路の出口にオリフィスを設けて、キャビテーションを防止するものが開示されている。
【０００７】
しかし、この種の技術を単に膨張弁に適用しても、弁周り及び弁座表面は、依然として、乱れ、高圧の変動下にあり、流体中に発生する泡の圧力回復や乱れによる弁座面等のキャビテーションエロージョンを防ぐことができないという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、キャビテーションを制御し、及びキャビテーションエロージョンを抑制した膨張弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のように構成される。
請求項１記載の発明は、凝縮器から供給される冷媒を導入するための導入路と、減圧後の冷媒を蒸発器へと供給するための排出路と、隔壁によって減圧室が区画形成されて膨張弁本体とよりなる膨張弁であって、前記排出路に臨む膨張弁本体内底部の中心部から減圧室に設けた弁座形成部上面に開口して、前記排出路と減圧室とを連通する連通口と、該連通口を開閉して冷媒の排出路側への出口流量を調節するために減圧室内に収納された開閉弁と、上記開閉弁の開閉率を調節する制御手段とを備えるとともに、
上記開閉弁の弁座形成部廻りの減圧室を冷媒の導入路下流端側に設けた導入室と区画する隔壁に所定口径で開口させて、前記隔壁に設けられ減圧室への冷媒の入口流量を所定流量に規制する固定絞りを設け、該固定絞りの口径を、導入室側と減圧室内との間の差圧によって上記固定絞りを通過する冷媒の流速が増加するように前記口径を設定するとともに、前記排出路の流路断面を、上記導入路の流路断面よりも小さく且つ、上記連通口の流路断面よりも大きく設定したことを特徴とする。
すなわち、固定絞りの口径によって圧力変動及び乱れの直接的な影響を規制し、冷媒供給側の大きな圧力変動を固定絞りを通過しようとする冷媒の流速の増加によって吸収し、
かつ、キャビテーションの発生を所定の状態に制御する。
【０００９】
本発明は、前記固定絞りを通過する冷媒の流速が増加するように前記口径を設定して圧力伝播及び圧力回復に対して不感体の働きをする気泡を多量に生成することによって減圧室内部でのキャビテーション気泡破壊を要因とするエロージョン（孔食又は壊食）を防止する。
【００１０】
この発明においては、冷媒は導入路から減圧室に入る段階で（固定絞りの口径の設定により）一段膨張し、連通口(減圧室の排出口)から排出路に入る段階で二段膨張する。このため、高い圧力変動や乱れの生成率は膨張弁全体として低下し、キャビテーションエロージョンの発生率は可及的に低下する。
この場合に上記導入路の下流端側に減圧室側の冷媒の導入室を閉鎖するように設けられた隔壁の固定絞りを介して上記導入路下流端側に設けた導入室と減圧室間を連通するともに、上記固定絞りが、開閉弁の開閉率を調節する制御手段としての弁座形成部の外周面を臨むように開口していて、該隔壁の上下がパッキングを介して導入路の下流端側に、密着支持されている。
【００１１】
請求項２の発明は、前記弁座形成部の排出口を開閉する弁体を弁座形成部の弁座から離接する方向に進退可能に構成し、前記導入路及び排出路の差圧に基づいて前記弁体を進退させて該弁座と弁体との間の排出口の開閉率を制御するとともに、前記弁座と弁体との間の排出口の周囲に、固定絞りを有する円周上の隔壁が存在していて、該隔壁の上下がパッキングを介して導入路の下流端側に、密着支持されていることを特徴とする。
このように請求項１乃至３記載の発明によって、従来、問題となっていたキャビテーションを制御し、キャビテーションエロージョンの発生を防止して、膨張弁の耐久性、信頼性を可及的に向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、既に従来の技術の欄で説明した構成と同一の構成については、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１３】
図１及び図２は本発明の一実施形態を示し、図１は膨張弁の全体の構造を示す断面図、
図２は図１の要部詳細断面図である。
図１に示されるように、ハウジングたる膨張弁本体１には、その内部にほぼ円筒状の減圧室２が区画形成されていて、この減圧室２内に導入する冷媒を所定圧力まで減圧するようになっている。膨張弁本体１の下部内には、減圧室２に上記凝縮器２２から上記循環路２０を介して供給される冷媒を導入するための導入路３と、減圧後の冷媒を上記循環路２０を介して上記蒸発器２４へと供給するための排出路４とが形成されている。この排出路４の上流端、すなわち、上記減圧室２に対する連通口たる冷媒の排出口５は、膨張弁本体１の内底部ほぼ中心部から適宜上方へ延びた弁座形成部６の上面に開口されていて、この排出口５が上記弁座形成部６の上面をシート面として着座する弁７によって開閉されるようになっている。
【００１４】
弁７は、この実施形態にあっては、例えば、図２に示したように、ソレノイド８の磁力切り換えによって弁部となるプランジャ９を進退移動するアクチュエータ１０から成っていて、上記膨張弁本体１上部から上記減圧室２内に延びた案内部材、例えば、図２に示すスリーブ１１内面の案内によって上記排出口５の軸心線上を往復移動するように構成されている。
【００１５】
そして、この実施形態にあって、上記弁７の開閉、具体的には、ソレノイド８の切り換えを制御する制御装置（制御回路、シーケンサ等）１２は、弁７の開閉率が排出路４から蒸発器２４に所定量の冷媒が供給されるように（例えば、２０ｓｅｃ毎に開く）電気的に構成されるが、導入路３及び排出路４の差圧に基づいて排出口５の開閉率を変化させ、流量を制御するように構成することも可能である。この場合、上記導入路３及び排出路４には、冷媒の圧力を直接検出するセンサ又は流速検出値を圧力値に変換して出力するセンサ（図示せず）が配設され、上記制御装置１２にこれらセンサの出力値が入力されるように構成される。また、この場合、制御装置１２は、メモリに上記差圧の変化をパラメータとして開閉率を決定したマップを予め格納しておき、このマップ上の値とセンサの検出値から運転状態に適した開閉率を求め、この開閉率の制御信号を上記ソレノイド８の駆動回路（図示せず）に出力するように構成される。
【００１６】
一方、上記導入路３の下流端の導入室、すなわち、減圧室２が区画形成されて該減圧室２側から見て隔壁１４の外側に位置する冷媒の導入室１３は、上記弁座形成部６の外周面を臨むように開口していて、この導入室１３を円筒状の隔壁１４によって閉鎖するように設けられ、該隔壁１４は所定の口径で開口された固定絞り１５を有し、該固定絞り１５を介して上記減圧室２に連通されている。
この固定絞り１５は、オリフィス１５ａ又は、開度を一定に固定し得る絞り（図示せず）から成り、隔壁１４前後の圧力差、すなわち、隔壁１４を中心とする減圧室２と導入路３との間の差圧により、減圧室２内に入る冷媒に多量の気泡を生じさせる開口面積に設定されている。
【００１７】
つまり、上記のように構成することにより、上記冷媒通路２０の大きな圧力変動、乱れの直接的な作用は、隔壁１４主体に規制し、減圧室２と導入路３との間の差圧及び大きな圧力変動は、固定絞り（開口）１５を通過しようとする冷媒の流速の増加によって吸収し、減圧室２内部での気泡破壊を要因とするキャビテーションエロージョンを、減圧室２内に、圧力伝播及び圧力回復に対して不感体の働きをする気泡を多量に生成することによって防止するのである。
【００１８】
この場合、減圧室２と導入路３との差圧に対応した数の開口を有する固定絞り１５の形成のため、及び、上記隔壁１４の形成及びそのメンテナンスを簡単にするためには、図１に示したように、上記スリーブ１１の端面及び上記弁座形成部６より外側の内底面にゴム、又は金属性のグロメット等のパッキング１６を介して密着し、上記弁座形成部６周りに減圧室２を区画する円筒体１４ａを、隔壁１４とするのが好ましく、また、膨張弁全体として高い圧力変動や乱れの生成率を下げつつ、所定の膨張機能を得るためには、排出路４の流路断面が、上記導入路３の流路断面よりも小さく且つ、連通口たる排出口５の流路断面よりも大きく設定するのがよい。
【００１９】
従って、上記減圧室２内にキャビテーションの因子となる圧力変動、乱れを生じさせず、また、減圧室２内でのキャビテーションエロージョンの因子となる気泡の破壊を生じさせることがなくなり、従来、問題となっていたキャビテーションの制御とキャビテーションエロージョンの発生を防止することができようになり、膨張弁の耐久性、信頼性を可及的に向上させることができる。
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
（１）本発明によれば、所定流量の冷媒を減圧して排出することができると共に、供給側の冷媒通路と導入路との間の大きな圧力変動及び乱れの直接的な影響を排除し、減圧室と導入路との間の差圧及び大きな圧力変動を、固定絞りを通過しようとする冷媒の流速の増加によって吸収することができ、キャビテーションを制御し、キャビテーションエロージョンの発生を抑制することができる。
（２）本発明によれば、圧力伝播及び圧力回復に対して不感体の働きをする気泡を多量に生成でき、減圧室内部での気泡破壊を要因とするキャビテーションエロージョンの発生を抑制することができる。
（３）更に請求項１記載の発明において、冷媒を導入路から減圧室に入る段階で一段膨張させ、弁座形成部６の連通口（排出口）から排出路に入る段階で二段膨張させることができる。この為、高い圧力変動や乱れの生成率は膨張弁全体として低下し、キャビテーションエロージョンの発生率は可及的に低下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る膨張弁の一実施形態を示す断面図である。
【図２】  図２は図１の要部詳細断面図である。
【図３】  図３は冷凍サイクルの基本的な構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１      膨張弁本体
２      減圧室
３      導入路
４      排出路
５      排出口（連通口）
６      弁座形成部
７      弁
８      ソレノイド
９      プランジャ
１０    アクチュエータ
１１    スリーブ
１２    制御装置
１３    導入室
１４    隔壁
１４ａ  円筒体
１５    固定絞り
１５ａ  オリフィス
１６    パッキング
【図１】
0003773138.tif 000002
【図２】
0003773138.tif 000003
【図３】
0003773138.tif 000004