JP2005069644A - 多段電動膨張弁及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な構造や制御を必要とせずに、冷媒減圧量を任意に可変することができ、気液二相状態の冷媒の通過音を低減した多段電動膨張弁及びこの多段電動膨張弁を用いた冷凍装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 冷媒の出入口１、２を備えた筺体３と、筺体３内に形成された弁座４と、弁座４に対し進退可能に形成された弁体５とを有し、弁体５及び弁座４は、両者間に多段の絞り通路６ａ、６ｂを形成するように構成されてなり、多段の絞り通路６ａ、６ｂは、一つの絞り通路６ｂが全閉可能に形成され、他の絞り通路６ａが全閉不可能に形成されてなり、さらに、全閉可能な絞り通路６ｂは、全閉不可能な絞り通路６ａに比し冷媒流通抵抗が大きくなるように形成されてなる多段電動膨張弁。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多段電動膨張弁及び冷凍装置に関し、より詳細には、空気調和装置等の冷凍装置に用いられる電動膨張弁の冷媒通過音を低下することができる多段電動膨張弁及びこれを用いた冷凍装置に関する。

従来から、冷凍装置において、ステッピングモータで駆動される電動膨張弁が用いられている。
この電動膨張弁は、図１４に示すように、冷媒出入口１９１、１９２を備えた筺体１９３内に、その先端部１９５ａがニードル形状に形成された弁体１９５を備えて構成される。筐体１９３は、その下方に弁座１９４を有しており、この弁座１９４の中央部が一方の冷媒出入口１９１に連通している。また、筐体１９３は、その側壁に他方の冷媒出入口１９２を有している。弁体１９５は、筐体１９３の上部に配置されたステッピングモータ（図示せず）により駆動される構造を有している。

このように構成された電動膨張弁は、ステッピングモータ（図示せず）を駆動し、その回転角度を制御することにより、弁座１９４に対しニードル形状の先端部１９５ａを有する弁体１９５を進退させて、弁体１９５と弁座１９４との間に形成される絞り部の冷媒通過面積を変化させる。これにより、この電動膨張弁を通過する冷媒の減圧量を変化させることができる。

しかし、この電動膨張弁では、絞り部の冷媒通過面積を可変とするものであり、絞り部の長さが極めて短いため、一段階で減圧する場合には、局所的な冷媒の流速は非常に大きくなる。これにより、音エネルギに変換されるエネルギーが大きくなり、冷媒通過音が大きくなる。

そこで、絞り部の冷媒通過速度を低減するために、多段、例えば二段電動膨張弁が提案されている（例えば、特許文献１）。
この多段電動膨張弁は、絞り前後の圧力差と冷媒音との関係に着目して、任意の絞り量に調整することができ、かつ絞り作用を２段階に分けて、絞り作用１回あたりの減圧量を低下させる絞り構造を形成している。
特開平５−３２２３８１号公報

しかし、空気調和機などの冷凍装置においては、一般的に、据付条件や運転条件の変化により、膨張弁入口までの液管内で気泡が発生して二相冷媒流となり、この二相冷媒流中の気泡が大きく成長して冷媒流れ中に大きな気泡が断続的に存在するスラグ流やプラグ流となることがある。このようなスラグ流やプラグ流が発生すると、絞り部を通過する液冷媒とガス冷媒との間に速度差を生じる。この速度差は、不連続な圧力変動を生じさせ、結果として「チュルチュル」と表現されるような不連続の冷媒流動音が発生する。そして、このような気液冷媒の速度差による圧力変動は、絞り部の冷媒通過速度が速いほど大きくなる。

また、特許文献１に記載の二段電動膨張弁は、二段の絞りの間は中間圧になるように設計されているが、大きく絞った状態でも中間圧になるためには、極限的に全閉時には二段の絞りの両方が全閉にならなくてはならない。これを実現するためには、加工精度、組み立て精度とも高度な技術が必要になり、その精度のばらつきによっては、いずれの絞りでも全閉にならず、必要な絞り量が得られない。
さらに、この二段電動膨張弁は、気液二相流入する場合であっても一段電動膨張弁に比べて低騒音ではあるが、二段の絞り比を等しくしても気泡を含む冷媒がスムーズに絞りに流入できないという点で不連続音の改善には不十分である。

本発明は、このような従来技術に存在する課題に着目してなされたものであり、複雑な構造や制御を必要とせずに、冷媒減圧量を任意に可変することができ、気液二相状態の冷媒の通過音を低減した多段電動膨張弁及びこの多段電動膨張弁を用いた冷凍装置を提供することを目的とする。

本発明の多段電動膨張弁は、冷媒の出入口を備えた筺体と、筺体内に形成された弁座と、弁座に対し進退可能に形成された弁体とを有し、弁体及び弁座は、両者間に多段の絞り通路を形成するように構成されてなり、多段の絞り通路は、一つの絞り通路が全閉可能に形成され、他の絞り通路が全閉不可能に形成されてなり、さらに、全閉可能な絞り通路は、全閉不可能な絞り通路に比し冷媒流通抵抗が大きくなるように形成されてなることを特徴とする。

本発明の多段膨張弁は、多段絞り通路が、冷媒流通方向から見て全閉可能な絞り通路の上流側に少なくとも一つの全閉不可能な絞り通路を有するように構成されていてもよい。また、多段絞り通路が、３段の絞り通路として構成されてなり、冷媒流通方向における中間部の絞り通路が全閉可能な絞り通路に形成されていてもよい。さらに、全閉可能な絞り通路の上流側に配置される全閉不可能な絞り通路が、流体慣性力が作用する面が衝撃緩衝材により形成されていてもよい。特に、衝撃緩衝材が多孔質体により形成されていてもよい。また、全閉不可能に形成された絞り通路は、冷媒流通方向の長さを可変とすることにより冷媒流通抵抗を可変とするように構成されていてもよい。さらに、全閉不可能に形成された絞り通路は、冷媒流通方向の長さ及び冷媒通過面積を同時に可変とすることにより冷媒流通抵抗を可変とするように構成されていてもよく、特に、冷媒通路に螺旋溝を設けて構成されていてもよい。

また、本発明の冷凍装置は、上記多段電動膨張弁を用いることを特徴とする。

本発明の多段電動膨張弁によれば、多段の絞り通路は、一つの絞り通路が全閉可能に形成され、他の絞り通路が全閉不可能に形成されてなるため、少なくとも全閉可能な絞り通路の加工、組み立て精度を確保することで、全閉に至るまで、必要な絞り量を確保することができる。また、冷媒を多段階で絞ることにより、膨張弁内での最大流速を低減することができる。したがって、急激な圧力変動を緩和させることが可能となる。これらの結果、冷媒に気泡が含有されているような気液二相冷媒であっても、確実に騒音及び異常音を低減することが可能となる。

特に、多段絞り通路が、冷媒流通方向から見て全閉可能な絞り通路の上流側に少なくとも一つの全閉不可能な絞り通路を有するように構成されてなる場合には、容易に、上流側の絞り通路の減圧量を、下流側の絞り通路の減圧量よりも小さく設定することが可能になり、絞り比を最適化することで全閉可能な絞りに流入する冷媒の気泡を細かくすることができ、上述した効果をより発揮させることが可能となる。

また、多段絞り通路が、３段の絞り通路として構成されてなり、冷媒流通方向における中間部の絞り通路が全閉可能な絞り通路に形成されてなる場合には、膨張弁への冷媒の流入方向にかかわらず、つまり、冷媒出入口のいずれから冷媒が流入しても、最も大きな圧力変動を発生させる主絞り部に流入する冷媒に含まれる気泡を、予め補助絞り部において均一に細分化することができる。加えて、必ず必要な絞り量を、主絞り部における全閉状態までの微調整により確保することができる。また、補助絞り部をさらに主絞り部の下流に設けることにより、主絞り部からの冷媒流の速度を、補助絞り部においてさらに低減させることができる。しがって、上述した効果により有利となる。

さらに、全閉可能な絞り通路の上流側に配置される全閉不可能な絞り通路は、流体慣性力が作用する面が衝撃緩衝材により形成されてなる場合には、振動を低減することができ、さらに騒音及び異常音をより低減することができる。つまり、気相二相流が絞り部を通過する場合、気泡が絞り部を高速で通過した後、気泡末端境界に接する液冷媒が、気泡と同様に高速に絞り部に流入しようとするが、粘性抵抗等の影響で液冷媒はスムーズに絞り部に流入することができず、絞り部の入口部分に衝突して、いわゆるウォーターハンマーに似た現象が生じる。衝撃緩衝材は、このようなウォーターハンマー現象を緩和することができ、ひいては膨張弁の弁体及び弁座等の振動を低減することができ、ひいては騒音をも低減することが可能となる。

特に、衝撃緩衝材が多孔質体からなる場合には、上述したような衝撃を緩和させるのみならず、多孔質体に冷媒が衝突することにより、気泡の細分化が促進され、均一化されることとなり、次段の絞り部で発生する圧力変動をさらに低減することができる。

また、絞り通路が、冷媒流通方向の長さを可変とすることにより冷媒流通抵抗を可変とするように構成される場合には、絞り通路の断面積のみを小さくした場合に比較して、絞り通路を通過した冷媒速度をより小さくすることができ、騒音の低減に有利となる。

さらに、絞り通路が、冷媒流通方向の長さ及び冷媒通過面積を同時に可変とすることにより冷媒流通抵抗を可変とするように構成される場合には、より、全閉可能な絞り通路入口での冷媒の流れをスムーズにしながら、絞り通路を通過した冷媒速度を小さくすることができ、さらなる騒音の低減に有利となる。

特に、全閉不可能に形成された絞り通路が、冷媒通路に螺旋溝を設けて構成されるばあいには、絞り通路を通過する冷媒に旋回成分を付与することができるため、気液二相流において、より気泡を均一化することができる。

また、本発明の上述した多段電動膨張弁を用いた冷凍装置によれば、その運転音をより静粛にすることができる。

以下に、この発明を具体化した多段電動膨張弁についての実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

この実施例の多段電動膨張弁は、図１（ａ）に示したように、主として、冷媒出入口１、２を備えた略円筒状の筐体３と、この筐体３内の一端面側に形成された弁座４と、この弁座４に対して進退可能に形成された弁体５とから構成される。
弁座４は、その下方中央部に、平面形状が円形の弁孔４ａが形成されており、この弁孔４ａが一方の冷媒出入口１に連通されている。また、この冷媒出入口１に連通された弁孔４ａと連通するように、弁孔４ａの上方に、平面形状が円形で弁孔４ａよりも大径の弁孔４ｂが形成されている。なお、弁座４の弁孔４ｂは、筐体３の内壁よりも若干内側に形成されている。
弁体５は、略円柱形状で、その一端面側がテーパー状に形成された先端部５ａを有している。

このような形状の弁座４と弁体５とが接近することにより、弁座４の弁孔４ｂの外縁部と、弁体５のテーパー状の先端部５ａとが近接し、絞り部６ａが構成される。この絞り部６ａは全閉しないように、補助絞り部として形成されている。
また、弁座４の弁孔４ａの外周縁部と弁体５のテーパー状の先端部５ａとが近接し、絞り部６ｂが構成される。この絞り部６ｂは、弁座４の弁孔４ａの外周縁部と弁体５のテーパー状の先端部５ａとが密着することにより、全閉可能に、主絞り部として形成されている。

弁体５は、筐体３の上部に配置されたステッピングモータ（図示せず）により駆動されるように構成されており、ステッピングモータを駆動し、その回転角度を制御することにより、弁座４に対し弁体５を進退させることができる。
この電動膨張弁では、図１（ｂ）の矢印Ａに示したように、冷媒が冷媒出入口２から流入した場合、冷媒は、弁体５と弁座４との間を通って、絞り部６ａを通過する。続いて、冷媒は、絞り部６ａに隣接する空間６に入り、その後、絞り部６ｂを通過して、弁孔４ａから冷媒出入口１を通って流出する。この際、絞り部６ａと絞り部６ｂとで、単純に各絞り部における減圧量を分配するのではなく、主絞りとして機能する絞り部６ｂに流入する気泡を最大限に細分化することができるように、絞り部６ｂと、その上流に位置する補助絞りとして機能する絞り部６ａとの減圧比を最適化する。つまり、絞り部６ａの減圧量を、絞り部６ｂの減圧比よりも小さくする。

このように、各絞り部６ａ、６ｂの絞り量を調整することにより、図１（ｂ）に示した空間６における冷媒に含有される気泡を均一とすることができるとともに、冷媒の膨張弁内で多段階減圧することができ、急激な圧力変動を緩和させることが可能となる。また、必要な絞り量を、主絞り部における全閉状態までの微調整により確保することができる。
これらの結果、冷媒に気泡が含有されているような気液二相冷媒であっても、確実に騒音及び異常音を低減することが可能となる。

なお、上述した電動膨張弁では、絞り部６ａが補助絞り、絞り部６ｂが主絞りとして機能するような構成として説明したが、その逆、つまり絞り部６ａが主絞り、絞り部６ｂが補助絞りとして機能するような構成とし、絞り部６ｂの減圧量を、絞り部６ａの減圧比よりも小さく設定してもよい。

このような構成とする場合には、図１（ｃ）の矢印Ｂに示したように、冷媒出入口１から流入した冷媒は、弁座４の弁孔４ａを通って、絞り部６ｂを通過する。続いて、冷媒は、絞り部６ｂに隣接する空間６に入り、その後、絞り部６ａを通過し、弁体５と弁座４との間を通って冷媒出入口２から流出する。この際、補助絞りとして機能する絞り部６ｂと、主絞りとして機能する絞り部６ａとの減圧比が最適化されており、絞り部６ａと絞り部６ｂとで、主絞りとして機能する絞り部６ａに流入する気泡を最大限に細分化することができる。
これにより、上記と同様の効果を得ることができる。

この実施例の多段電動膨張弁は、実施例１における電動膨張弁の弁体及び弁座の形状を変更したものである。
つまり、この電動膨張弁は、図２に示したように、弁座１４は、その下方中央部に、平面形状が円形の弁孔１４ａが形成されており、この弁孔１４ａが一方の冷媒出入口１に連通されている。また、弁孔１４ａの上方に、その上端が弁孔１４ａよりも大径で、下端が弁孔１４ａと同径で、かつ冷媒出入口１に連通された弁孔１４ａと連通するように、テーパー状の弁孔１４ｂが形成されている。なお、弁座１４の弁孔１４ｂは、筐体１３の内壁よりも若干内側に形成されている。

弁体１５は、弁座１４に形成された弁孔１４ｂの上端よりも小径を有する略円柱形状で、その一端面側が、環状にその弁体１５の外周を肩部１５ｂとして残して、テーパー状に形成された先端部１５ａを有している。
このような形状の弁座１４と弁体１５とが接近することにより、弁座１４の弁孔１４ｂの側面と、弁体１５の肩部１５ｂとが近接し、絞り部１６ａが構成される。この絞り部１６ａは全閉しないように、補助絞り部として形成されている。

また、弁座１４の弁孔１４ａの外縁部と弁体１５のテーパー状の先端部１５ａとが近接し、絞り部１６ｂが構成される。この絞り部１６ｂは、弁座１４の弁孔１４ａの外縁部と弁体１５のテーパー状の先端部１５ａとが密着することにより、全閉可能に、主絞り部として形成されている。
その他の構成は、実施例１と同様である。

したがって、この多段膨張弁は、冷媒が、図２中の矢印方向に流入する場合には、上述した実施例１と同様の作用効果を有する。また、絞り部１６ａ、１６ｂの機能を逆にすることにより、実施例１と同様に、冷媒が逆方向へ流通した場合においても、同様の作用効果を有する。

この実施例の多段電動膨張弁は、実施例２における電動膨張弁の弁体の形状を変更したものである。
つまり、図３に示したように、略円柱形状の弁体２５の直径が、弁座１４に形成された弁孔１４ｂの上端部よりも大径であり、さらに弁体５５の肩部２５ｂが若干のテーパー形状を有している以外、実施例２と同様の構成である。

この多段電動膨張弁では、弁座１４と弁体２５とが接近することにより、弁座１４の弁孔１４ｂの上縁部と、弁体２５の肩部２５ｂとが近接し、絞り部２６ａが構成される。この絞り部２６ａは全閉しないように、補助絞り部として形成されている。
また、弁座１４の弁孔１４ａの外縁部と弁体２５のテーパー状の先端部２５ａとが近接し、絞り部２６ｂが構成される。この絞り部２６ｂは、弁座１４の弁孔１４ａの外縁部と弁体２５のテーパー状の先端部２５ａとが密着することにより、全閉可能に、主絞り部として形成されている。

このような構成により、この多段膨張弁では、冷媒が、図３中の矢印方向に流入する場合には、実施例２と同様に作用するため、実施例２と同様の効果を有する。また、絞り部２６ａ、２６ｂの機能を逆にすることにより、実施例１と同様に、冷媒が逆方向へ流通した場合においても、同様の作用効果を有する。

この実施例の多段電動膨張弁は、実施例１における電動膨張弁の弁座の形状を変更したものである。
つまり、この電動膨張弁は、図４に示したように、弁座３４が、その下方中央部に、平面形状が円形の弁孔３４ａを有しており、この弁孔３４ａの上方に、その上端が弁孔３４ａよりも大径であり、かつ弁体５よりも若干大径の弁孔３４ｂが形成されている。なお、弁孔３４ｂを構成する弁座３４における壁部３４ｃは、実施例１のそれよりも若干高めに設定されている。
その他の構成は、実施例１と同様である。

このような形状の弁座３４と弁体５とが接近し、弁座３４の弁孔３４ｂに弁体５が嵌挿されることにより、弁座３４の弁孔３４ｂの壁部３４ｃと弁体５の側面との間で、冷媒流通方向の長さが変化し、その冷媒流通抵抗を変化させることができる絞り部３６ａを構成する。この絞り部３６ａは全閉しないように、補助絞り部として形成されている。
また、弁座３４の弁孔３４ａの外縁部と弁体５のテーパー状の先端部５ａとが近接し、絞り部３６ｂが構成される。この絞り部３６ｂは、弁座３４の弁孔３４ａの外周縁部と弁体５５のテーパー状の先端部５ａとが密着することにより、全閉可能に、主絞り部として形成されている。

したがって、この多段膨張弁では、冷媒が、図４中の矢印方向に流入する場合には、絞り部３６ａの冷媒流通方向の長さ方向の抵抗をもつため、絞り部３６ａを通過した冷媒速度を、実施例１よりさらに小さくすることができ、冷媒音の低減をより有効に行うことができる。

この実施例の多段電動膨張弁は、実施例１における電動膨張弁の弁体の形状を変更したものである。
つまり、この電動膨張弁は、図５に示したように、弁体４５が、略円柱形状で、その一端面側がテーパー状に形成されたテーパー部４５ａを有しており、さらにテーパー部４５ａの先端に、弁体４５よりも小径の略円柱形状の先端部４５ｂを有している。
その他の構成は、実施例１と同様である。

このような形状の弁座４と弁体４５とが接近することにより、絞り部４６ａが構成される。この絞り部４６ａは、弁座４の弁孔４ｂの外縁部と弁体４５のテーパー部５ａとが密着することにより、全閉可能に、主絞り部として形成されている。
また、弁座４の弁孔４ａ内に、弁体４５の先端部４５ｂが嵌挿されることにより、冷媒流通方向の長さが変化し、その冷媒流通抵抗を変化させることができる絞り部４６ｂを構成する。この絞り部４６ｂは全閉しないように、補助絞り部として形成されている。

このような構成により、図５の矢印に示した冷媒の流れ方向では、実施例４と同様の作用効果を有する。
また、絞り部４６ｂの冷媒流通方向の長さを変化させることにより、その冷媒流通抵抗をより微細に調整することができため、実施例４と同様に、絞り部４６ｂを通過した冷媒速度を、さらに小さくすることができ、冷媒音の低減をより有効に行うことができる。
さらに、絞り部４６ａ、４６ｂの機能を逆にすることにより、実施例１と同様に、冷媒が逆方向へ流通した場合においても、同様の作用効果を有する。

この実施例の多段電動膨張弁は、実施例１における電動膨張弁の弁座の形状を変更したものである。
つまり、この電動膨張弁は、図６に示したように、弁座５４の下方中央部に、平面形状が円形の弁孔５４ａが形成されており、この弁孔５４ａと連通するように、弁孔５４ａの上方に、平面形状が円形で弁孔５４ａよりも大径の弁孔５４ｂが形成されており、さらに、この弁孔５４ｂの上方に、平面形状が円形で弁孔５４ｂよりも大径の弁孔５４ｃが形成されている。なお、弁座５４の弁孔５４ｃは、筐体５３の内壁よりも若干内側に形成されている。
その他の構成は、実施例１と同様である。

このような形状の弁座５４と弁体５とが接近することにより、弁座５４に形成された弁孔５４ｃ、弁孔５４ｂ及び弁孔５４ａの外縁部と、テーパー状の先端部５ａとによって、それぞれ、絞り部５６ａ、５６ｂ、５６ｃが構成される。絞り部５６ａ、５６ｃは、全閉不可能な補助絞りとして形成されており、絞り部５６ｂは、弁座５４の弁孔５４ｂの外縁部と弁体５の先端部５ａとが密着することにより、全閉可能な主絞り部として形成されている。

この電動膨張弁では、図６中白矢印で示すように、冷媒が冷媒出入口２から流入した場合、冷媒は、弁体５と弁座５４との間を通って、絞り部５６ａを通過する。その後、冷媒は、絞り部５６ｂ、５６ｃを順次通過して、弁孔５４ａから冷媒出入口１を通って流出する。
また、図６中黒矢印で示すように、冷媒が冷媒出入口１から流入した場合、冷媒は、弁座５４の弁孔５４ａを通って、絞り部５６ｃを通過する。その後、絞り部５６ｂ、５６ａを順次通過し、弁体５と弁座５４との間を通って冷媒出入口２から流出する。

ここで、絞り部５６ａ〜５６ｃで、単純に各絞り部における減圧量を分配するのではなく、主絞りとして機能する絞り部５６ｂに流入する気泡を最大限に細分化することができるように、補助絞りとして機能する絞り部５６ａ、５６ｃと、絞り部５６ｂとの減圧比を最適化する。つまり、絞り部５６ａ、５６ｃの減圧量を、絞り部５６ｂの減圧比よりも小さくする。

つまり、この電磁膨張弁では、冷媒が冷媒出入口１、２のいずれから流入する場合においても、最も上流側の絞り部が補助絞り部として機能し、次段の絞り部が、全閉可能な主絞り部として構成されているために、最も大きな圧力変動を発生させる主絞り部に流入する冷媒に含まれる気泡を、予め補助絞り部において均一に細分化することができる。また、必ず必要な絞り量を、主絞り部における全閉状態までの微調整により確保することができる。さらに、補助絞り部をさらに主絞り部の下流に設けることにより、主絞り部からの冷媒流の速度を、補助絞り部においてさらに低減させることができ、より低騒音化に有利となる。

この実施例の多段電動膨張弁は、実施例４及び５における電動膨張弁の弁座と弁体の形状を組み合わせるように変更したものである。
つまり、この電動膨張弁は、図７に示したように、弁座６４の下方中央部に、平面形状が円形の弁孔６４ａが形成されており、この弁孔６４ａと連通するように、弁孔６４ａの上方に、平面形状が円形で弁孔６４ａよりも大径の弁孔６４ｂが形成されており、さらに、この弁孔６４ｂの上方に、平面形状が円形で弁孔６４ｂよりも大径の弁孔６４ｃが形成されている。なお、弁孔６４ｃを構成する壁部６４ｄは実施例６のそれよりも若干高めに設定されている。また、弁座６４の弁孔６４ｃは、筐体６３の内壁よりも若干内側に形成されている。

弁体６５は、略円柱形状で、その一端面側がテーパー状に形成されたテーパー部６５ａを有しており、さらにテーパー部６５ａの先端に、弁体６５よりも小径の略円柱形状の先端部６５ｂを有している。
その他の構成は、実施例１と同様である。

このような形状の弁座６４と弁体６５とが接近することにより、弁座６４に形成された弁孔６４ｃの側部と弁体の側面とで絞り部６６ａが構成され、弁座６４の弁孔６４ｂの外縁部と弁体６５のテーパー部６５ａとで絞り部６６ｂが構成され、弁孔６４ａの側面と弁体６５の先端部６５ｂとで絞り部６６ｃが構成される。絞り部６６ａ、６６ｃは、弁孔６４ｃ、弁孔６４ａ内に弁体６５が嵌挿されることにより、冷媒流通方向の長さが変化し、その冷媒流通抵抗を変化させることができる絞り部を構成する。この絞り部６６ａ、６６ｃは全閉しないように、補助絞り部として形成されている。絞り部６６ｂは、弁座６４の弁孔６４ｂの外縁部と弁体６５のテーパー部６５ａとが密着することにより、全閉可能な主絞り部として形成されている。

この電動膨張弁では、図７中白矢印で示すように、冷媒が冷媒出入口２から流入した場合、冷媒は、絞り部６６ａを通過する。その後、冷媒は、絞り部６６ｂ、６６ｃを順次通過して、弁孔６４ａから冷媒出入口１を通って流出する。
また、図７中黒矢印で示すように、冷媒が冷媒出入口１から流入した場合、冷媒は、弁座６４の弁孔６４ａを通って、絞り部６６ｃを通過する。その後、絞り部６６ｂ、６６ａを順次通過し、冷媒出入口２から流出する。

ここで、絞り部６６ａ、６６ｃと絞り部６６ｂとで、単純に各絞り部における減圧量を分配するのではなく、主絞りとして機能する絞り部６６ｂに流入する気泡を最大限に細分化することができるように、補助絞りとして機能する絞り部６６ａ、６６ｃと、絞り部６６ｂとの減圧比を最適化する。つまり、絞り部６６ａ、６６ｃの減圧量を、絞り部６６ｂの減圧比よりも小さくする。

したがって、実施例６と同様の作用により、同様の効果を発揮させることができる。
また、補助絞りとして機能する絞り部６６ａ、６６ｃが、冷媒流通方向の長さ方向に抵抗をもつことにより、絞り部を通過した冷媒速度を、さらに小さくすることができ、冷媒音の低減をより有効に行うことができる。

この実施例の多段電動膨張弁は、図８に示したように、実施例６の多段電動膨張弁の弁体と弁座とにおいて、最も大きく流体慣性力が作用する面に衝撃緩衝材を備えるように変更したものである。
つまり、実施例６と同様の形状を有する弁座７４の最上面が、多孔質体からなる衝撃緩衝材７１ａで形成されている。この弁座７４の最上面は、冷媒が、冷媒出入口２から流入して絞り部を通過する際に大きな流体慣性力が作用する箇所であり、冷媒の流入方向の正面に位置する。

また、弁体７５において、先端部７５ａの端面が、多孔質体からなる衝撃緩衝材７１ｂで形成されている。この先端部７５ａの端面は、冷媒が、冷媒出入口１から流入して絞り部を通過する際に大きな流体慣性力が作用する箇所である、冷媒の流入方向の正面に位置する。
その他の構造は実施例６と同様である。

したがって、実施例６と同様の作用効果により、冷媒の騒音及び異常音を低減することが可能となる。
また、気泡が絞り部を高速で通過した後、気泡末端境界に接する液冷媒が、気泡と同様に高速に絞り部に流入しようとするが、粘性抵抗等の影響で液冷媒はスムーズに絞り部に流入することができず、絞り部の入口部分に衝突して、いわゆるウォーターハンマーに似た現象が生じる。しかし、この実施例の多段電動膨張弁において、冷媒が冷媒出入口１、２のいずれから流入した場合においても、冷媒が直接的に衝突する箇所に衝撃緩衝材７１ａ、７１ｂが設けられているので、このようなウォーターハンマー現象を緩和することができ、それによって生じる振動と騒音との双方を、効果的に低減することができる。
特に、衝撃緩衝材が多孔質体からなる場合には、上述したような衝撃を緩和させるのみならず、多孔質体に冷媒が衝突することにより気泡が細分化され、次段の絞り部で発生する圧力変動をさらに低減することができる。

さらに、この実施例では、多孔質体からなる衝撃緩衝材が、冷媒通路を完全に覆うことがないため、多孔質体の目詰まり、研磨等による変形が生じたとしても、絞り機能は確保させるため、膨張弁としての機能を確保することができる。

この実施例の多段電動膨張弁は、図９に示したように、実施例４の多段電動膨張弁の弁体と弁座との噛み合せ形状において、冷媒流通方向の長さと冷媒通過面積とを同時に可変とすることにより冷媒流通抵抗を可変とするような絞り通路を構成するように、変更したものである。
つまり、弁体８５において、冷媒流通方向の長さを可変とする部分である、先端部８５ａとの境界部近傍の外周面に、螺旋状の溝８５ｂが形成されている。これにより、補助絞りとして機能する絞り部８６ａにおいて、冷媒流通方向の長さと冷媒通過面積とが同時に大きくなる。

その他の構成は、実施例４と同様であり、従って、実施例４と同様の作用効果をより有効に発揮させることができ、冷媒の騒音及び異常音をさらに低減することが可能となる。
さらに、絞り部８６ａに螺旋状の溝８５ｂが形成されることにより、この絞り部８６ａの出口からの冷媒の流れに旋回成分を与えることができ、次段における絞り部に流入する気液二相冷媒の気泡をより均一にすることができ、冷媒の騒音及び異常音をより効果的に低減することができる。

この実施例の多段電動膨張弁は、図１０に示したように、実施例５の多段電動膨張弁の弁体と弁座との噛み合せ形状において、冷媒流通方向の長さと冷媒通過面積とを同時に可変とすることにより冷媒流通抵抗を可変とするような絞り通路を構成するように、変更したものである。
つまり、弁体９５において、冷媒流通方向の長さを可変とする部分である、テーパー部９５ａの先端の略円柱形状の先端部９５ｂに、螺旋状の溝９５ｃが形成されている。これにより、補助絞りとして機能する絞り部９６ｂにおいて、冷媒流通方向の長さと冷媒通過面積とが同時に大きくなる。

その他の構成は、実施例５と同様であり、従って、実施例５と同様の作用効果をより有効に発揮させることができ、冷媒の騒音及び異常音をさらに低減することが可能となる。
さらに、絞り部９６ｂに螺旋状の溝９５ｃが形成されることにより、この絞り部９６ｂの出口からの冷媒の流れに旋回成分を与えることができ、次段における絞り部に流入する気液二相冷媒の気泡をより均一にすることができ、冷媒の騒音及び異常音をより効果的に低減することができる。

（変形例）
なお、この発明は、次のように変更して具体化することもできる。
（１）実施例１〜５において、２段の絞り部、実施例６〜８において３段の絞り部を有する構成を示しているが、一つの絞り通路が全閉可能に形成され、他の絞り通路が全閉不可能に形成されてなり、さらに、全閉可能な絞り通路は、全閉不可能な絞り通路に比し冷媒流通抵抗が大きくなるように形成されている限り、４段以上の絞り部を有するような構成にしてもよい。
このような構成により、冷媒の圧力変動をより緩和することができるとともに、冷媒が気液二相流であっても、気泡を細分化し、均一化することが可能となり、有効に冷媒通過音が低減される。

（２）実施例４、５及び７において、冷媒流通方向の長さを可変とする弁体と弁座とによる絞り部は、垂直方向に形成された壁によって形成されているが、この部分の壁を、テーパーを有する壁に変更することにより、冷媒流通方向の長さ及び通路面積を可変とする構成としてもよい。また、実施例９、１０においても同様に、螺旋状の溝が形成された壁を、テーパーを有する壁に変更することにより、冷媒流通方向の長さ及び通路面積の可変をより大きくする構成としてもよい。

（３）実施例８における衝撃緩衝材は、ゴム、樹脂類、バネなどの弾性部材、網状部材、多孔質体（例えば、発泡金属等）等のいずれであってもよい。特に網状部材は、多孔質材と同様に、衝撃緩衝のみならず、気泡を細分化することができるため、好ましい。これらの材料は、１種以上を用いてもよいが、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、実施例８では、弁座及び弁体の双方に衝撃緩衝材を配置しているが、弁座のみ、弁体のみに配置してもよい。さらに、その位置は、全閉可能な絞り部を構成する部分以外の部分であれば、冷媒が衝突し得る部分のいずれでもよい。

（４）実施例９、１０における螺旋状の溝は、弁体にのみ形成されているが、弁座のみに形成してもよく、さらに、弁体と弁座との間に冷媒が流通し得る隙間を有している限り、弁体と弁座との双方に、螺合するように形成してもよい。

（５）本発明の実施例においては、筐体が円筒状、弁座、弁体が円柱状、弁孔の平面形状が円形として説明したが、これらの平面形状は円形のみならず、楕円形、多角形、略円形、略楕円形、略多角形等であってもよく、それらの組み合わせ、例えば、筐体が円筒状で弁座及び弁体が円柱状で、弁孔等が正方形のような組み合わせであってもよい。

（６）本発明の実施例においては、弁体がテーパー形状、弁座が段差を有する形状に形成されているが、その逆、つまり、弁体が段差を有する形状、弁座がテーパー形状に形成されていてもよい。

（７）実施例２及び３においては、主絞り及び補助絞りを逆転させることにより、冷媒出入口１から冷媒を流入させるための電動膨張弁として構成させてもよい。

（応用例）
次に、上記のように構成された多段電動膨張弁の応用例について簡単に説明する。
上記構成の多段電動膨張弁は、冷凍装置であればどのようなものにも使用することができるが、特に多段電動膨張弁における冷媒通過音が問題視され易い室内機に用いると効果がある。

応用例１．
応用例１はヒートポンプ式多室用分離型空気調和機に応用した例であり、図１１にその冷媒回路を示す。
応用例１の空気調和機は、この図に示されるように、室外ユニット１Ａに対し連絡配管１Ｂ、１Ｃを使用して複数台の室内ユニット１Ｄが接続されている。

また、図１１に示されるように、室外ユニット１Ａには、圧縮機１６１、室外コイル１６２、室外ファン１６３、従来公知の暖房専用の多段電動膨張弁１６４、四路切換弁１６５などが収納され冷媒配管により接続されている。また、室内ユニット１Ｄには、室内コイル１６６、室内ファン１６７、本発明に係る多段電動膨張弁１６８などが収納され冷媒配管により接続されている。

そして、冷房運転時は、四路切換弁１６５を図示実線の切換位置とし、多段電動膨張弁１６４を全開とするとともに、室内コイル１６６の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁１６８も冷媒減圧量を調整することにより、冷媒を実線矢印のように流し、室内コイル１６６を蒸発器として作用させることにより冷房を行っている。
また、暖房運転時は、四路切換弁１６５を図示破線の切換位置とし、多段電動膨張弁１６８で少し減圧するようにするとともに、室外コイル１６２の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁１６４も冷媒減圧量を調整することにより、冷媒を破線矢印のように流し、室内コイル１６６を凝縮器として作用させることにより暖房を行っている。

このようなヒートポンプ式多室用分離型空気調和機では、運転条件や据付条件の変化が大きく多段電動膨張弁１６８にはスラグ流やプラグ流が流れ易く、冷媒通過音が問題となりやすいが、本膨張弁を使用することにより冷媒通過音を低減することができる。

応用例２．
応用例２は冷房、暖房及び除湿運転可能な分離型空気調和機に応用した例であり、図１２にその冷媒回路を示す。
応用例２の空気調和機は、この図に示されるように、室外ユニット２Ａに対し連絡配管２Ｂ、２Ｃにより室内ユニット２Ｄが接続されている。

また、図１２に示されるように、室外ユニット２Ａには、圧縮機１７１、室外コイル１７２、室外ファン１７３、従来公知の多段電動膨張弁１７４、四路切換弁１７５などが収納され、冷媒配管により接続されている。また、室内ユニット２Ｄには、第１室内コイル１７６、第２室内コイル１７７、室内ファン１７８、本発明に係る多段電動膨張弁１７９などが収納されている。

そして、冷房運転時には、四路切換弁１７５は図示実線の切換位置とし、多段電動膨張弁１７９を全開とするとともに、多段電動膨張弁１７４を室内コイル１７７の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁１７４も冷媒減圧量を調整することにより、冷媒を実線矢印のように流し、室内コイル１７６、１７７を蒸発器として作用させることにより冷房を行っている。
また、暖房運転時には、四路切換弁１７５を図示破線の切換位置とし、多段電動膨張弁１７９を全開とするとともに、室外コイル１７２の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁１７４も冷媒減圧量を調整することにより、冷媒を破線矢印のように流し、室内コイル１７６、１７７を凝縮器として作用させることにより暖房を行っている。

また、除湿運転時には、四路切換弁１７５を図示実線の切換位置とし、多段電動膨張弁１７４を全開とするとともに、室内コイル１７７の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁１７９も冷媒減圧量を調整することにより、冷媒を波線矢印のように流し、室内コイル１７６を再熱器（凝縮器）とし、室内コイル１７７を蒸発器として作用させることにより除湿を行っている。
このような冷房、暖房及び除湿用の空気調和機においても、本発明に係る多段電動膨張弁を使用することにより冷媒通過音を小さくすることができる。

応用例３．
応用例３はヒートポンプ式分離型空気調和機に応用した例であり、図１３にその冷媒回路を示す。
応用例３の空気調和機は、この図に示されるように、室外ユニット３Ａに対し連絡配管３Ｂ、３Ｃを使用して複数台の室内ユニット３Ｄが接続されている。

また、図１３に示されるように、室外ユニット３Ａには、圧縮機１８１、室外コイル１８２、室外ファン１８３、本発明に係る多段電動膨張弁１８４、四路切換弁１８５などが収納され冷媒配管により接続されている。また、室内ユニット３Ｄには、室内コイル１８６、室内ファン１８７などが収納され冷媒配管により接続されている。
そして、冷房運転時は、四路切換弁１８５を図示実線の切換位置とし、室内コイル１８６の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁１８４も冷媒減圧量を調整することにより、冷媒を実線矢印のように流し、室内コイル１８６を蒸発器として作用させることにより冷房を行っている。

また、暖房運転時は、四路切換弁１８５を図示破線の切換位置とし、室外コイル１８２の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁１８４も冷媒減圧量を調整することにより、冷媒を破線矢印のように流し、室内コイル１８６を凝縮器として作用させることにより暖房を行っている。
この応用例のように、室外ユニットの多段電動膨張弁に使用してもよく、この場合には、室外ユニットの運転音を小さくすることができる。

（ａ）は本発明の実施例１に係る多段電動膨張弁の断面図であり、（ｂ）は冷媒出入口２から冷媒が流入する場合、（ｃ）は冷媒出入口１から冷媒が流入する場合を、それぞれ示す多段電動膨張弁の断面図である。 本発明の実施例２に係る多段電動膨張弁の断面図である。 本発明の実施例３に係る多段電動膨張弁の断面図である。 本発明の実施例４に係る多段電動膨張弁の断面図である。 本発明の実施例５に係る多段電動膨張弁の断面図である。 本発明の実施例６に係る多段電動膨張弁の断面図である。 本発明の実施例７に係る多段電動膨張弁の断面図である。 本発明の実施例８に係る多段電動膨張弁の断面図である。 本発明の実施例９に係る多段電動膨張弁の断面図である。 本発明の実施例１０に係る多段電動膨張弁の断面図である。 本発明に係る多段電動膨張弁の応用例１を示す冷媒回路図である。 本発明に係る多段電動膨張弁の応用例２を示す冷媒回路図である。 本発明に係る多段電動膨張弁の応用例３を示す冷媒回路図である。 従来のステッピングモータで駆動される多段電動膨張弁の基本的な構造図である。

符号の説明

１、２冷媒出入口
３、１３、３３、５３、６３、７３ 筐体
４、１４、３４、５４、６４、７４、 弁座
５、１５、２５、４５、６５、７５、８５、９５ 弁体
４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ、３４ａ、３４ｂ、５４ａ〜５４ｃ、６４ａ〜６４ｃ 弁孔
５ａ、１５ａ、２５ａ、４５ｂ、６５ｂ、７５ａ、８５ａ、９５ｂ 先端部
６ａ、６ｂ、１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ、４６ａ、４６ｂ、５６ａ〜５６ｃ、６６ａ〜６６ｃ、８６ａ、９６ｂ 絞り部（絞り通路）
１５ｂ、２５ｂ 肩部
３４ｃ、６４ｄ 壁部
４５ａ、６５ａ、９５ａ テーパー部
７１ａ、７１ｂ 衝撃緩衝材
８５ｂ、９５ｃ 螺旋状の溝
１６１、１７１、１８１ 圧縮機
１６２、１７２、１８２ 室外コイル
１６３、１７３、１８３ 室外ファン
１６４、１７４、１８４ 電動膨張弁
１６５、１７５、１８５ 四路切換弁
１６６、１７６、１７７、１８６ 室内コイル
１６７、１７８、１８７ 室内ファン
１６８、１７９ 電動膨張弁
１Ａ、２Ａ、３Ａ 室外ユニット
１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ 連絡配管
１Ｄ、２Ｄ、３Ｄ 室内ユニット

Claims (9)

1. 冷媒の出入口を備えた筺体と、筺体内に形成された弁座と、弁座に対し進退可能に形成された弁体とを有し、弁体及び弁座は、両者間に多段の絞り通路を形成するように構成されてなり、多段の絞り通路は、一つの絞り通路が全閉可能に形成され、他の絞り通路が全閉不可能に形成されてなり、さらに、全閉可能な絞り通路は、全閉不可能な絞り通路に比し冷媒流通抵抗が大きくなるように形成されてなることを特徴とする電動膨張弁。
2. 多段絞り通路は、冷媒流通方向から見て全閉可能な絞り通路の上流側に少なくとも一つの全閉不可能な絞り通路を有するように構成されてなる請求項１に記載の電動膨張弁。
3. 多段絞り通路は、３段の絞り通路として構成されてなり、冷媒流通方向における中間部の絞り通路が全閉可能な絞り通路に形成されてなる請求項１に記載の電動膨張弁。
4. 全閉可能な絞り通路の上流側に配置される全閉不可能な絞り通路は、流体慣性力が作用する面が衝撃緩衝材により形成されてなる請求項２又は３項に記載の電動膨張弁。
5. 衝撃緩衝材は、多孔質体からなる請求項４に記載の電動膨張弁。
6. 全閉不可能に形成された絞り通路は、冷媒流通方向の長さを可変とすることにより冷媒流通抵抗を可変とするように構成されてなる請求項１〜５の何れか１項に記載の電動膨張弁。
7. 全閉不可能に形成された絞り通路は、冷媒流通方向の長さ及び冷媒通過面積を同時に可変とすることにより冷媒流通抵抗を可変とするように構成されてなる請求項１〜５の何れか１項に記載の電動膨張弁。
8. 全閉不可能に形成された絞り通路は、冷媒通路に螺旋溝を設けて構成される請求項６又は７の何れか１項に記載の電動膨張弁。
9. 請求項１〜８の何れか１つに記載の多段電動膨張弁を用いた冷凍装置。
   
   
   
   
   
   

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