JP2005069645A - 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とから構成され、弁体５及び弁座４が、弁体５の進行方向と退行方向とに複数回、冷媒流通方向を転換し得る絞り通路６ａ〜６ｃを構成す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９１、９２を備えた筺体９３内に、その先端部９５ａがニードル形状に形成された弁体９５を備えて構成される。筐体９３は、その下方に弁座９４を有しており、この弁座９４の中央部が一方の冷媒出入口９１に連通している。また、筐体９３は、その側壁に他方の冷媒出入口９２を有している。弁体９５は、筐体９３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９４に対しニードル形状の先端部９５ａを有する弁体９５を進退させて、弁体９５と弁座９４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、絞り部の長さが極めて短く、所定量の減圧量を得るために絞り部の冷媒通過面積を可変とするものであり、絞り部における冷媒流速が極めて速くなる。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の多段、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から構成され、弁体及び弁座が、該弁体の進行方向と退行方向とに複数回、冷媒流通方向を転換し得る絞り通路を構成す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、弁座と弁体とが、絞り通路の一部において全閉可能な絞り通路を構成するように形成されていてもよい。また、弁座と弁体との少なくともいすれかが、流体慣性力が作用する面に衝撃緩衝材を備えていてもよく、特に衝撃緩衝材が、多孔質体からなるものであってもよい。さらに、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ていてもよく、特に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い。また、絞り通路は螺旋状に形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、冷媒流通方向を、弁体の進行方向と退行方向とに複数回、転換し得る絞り通路を有しているため、気液二相状態の冷媒が上流側の絞り通路を通過することにより、その流れを急激に方向転換させることができ、その衝撃によって、冷媒中の気泡を細分化して均一化することができる。これによって、下流にある絞り通路で気液二相冷媒の速度差による圧力変動を低減することができ、ひいては、冷媒が膨張弁の絞り部を通過する際の騒音及び異常音を低減することが可能となる。

特に、弁座と弁体とが、絞り通路の一部において全閉可能な絞り通路を構成するように形成されることにより、全閉状態とすることができるため、必ず必要な絞り量を確保することができることとなる。
また、弁座と弁体との少なくともいすれかが、流体慣性力が作用する面に衝撃緩衝材を有することにより、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、ひいては振動と騒音との双方を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、多孔質体に衝突することで気泡の細分化が促進され、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。
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ため、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、より冷媒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、絞り通路に螺旋溝が形成される場合には、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。

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の外周に、平面形状が環状のＶ溝４ｂが形成されている。なお、弁座４のＶ溝４ｂは、筐体３の内壁よりも若干内周側に形成されている。
弁体５は、略円柱形状で、その一端面の中央部に、弁座４に形成された弁孔４ａよりも大径で、平面形状が円形の円形凹部５ａを有している。これにより、弁体５の先端面において、円形凹部５ａの外周に、環状の突部５ｂが配置することとなる。また、円形凹部５ａの中央部には、弁座４側に円錐状に突出した突状部５ｃが形成されている。

このような形状の弁座４と弁体５とが噛み合うように接近することにより、弁座４の弁孔４ａ及びＶ溝４ｂの間の壁部と、弁体５の円形凹部５ａの底面とが接近し、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Ｖ溝４ｂの内周側の側面と弁体５の突部５ｂの内周側の角部とが接近し、絞り部６ｂが構成される。この絞り部６ｂは、弁座４のＶ溝４ｂの内周側の側面と弁体５の突部５ｂの内周側の角部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。

さらに、弁座４のＶ溝４ｂの外周側の側面と弁体５の突部５ｂの外周側の角部とが接近し、絞り部６ｃが構成される。この絞り部６ｃは全閉しないように、補助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ように構成されている。

この電動膨張弁では、冷媒が冷媒出入口２から流入した場合、冷媒は、弁体５と筐体３との間を通過して、絞り部６ｃを通過する。この際、冷媒が、弁座４に形成されたＶ溝４ｂの内周側の側面に衝突することにより、冷媒内に含まれていた気泡を細分化するとともに、その流通方向を、弁体５の進行方向（図１中矢印Ａの方向）から退行方向（図１中矢印Ｂの方向）に転換する。さらに、退行方向にその流通方向が転換された冷媒は絞り部６ｂを通過する。この絞り部６ｂを通過した冷媒は、弁体５の円形凹部５ａの底面に衝突することにより、さらに気泡を細分化するとともに、絞り部６ａを通過し、弁体５の端面に形成された突状部５ｃに衝突し、この突状部５ｃの側面に沿って、その流通方向を再び弁体４の進行方向に転換する。そして、弁座４に形成された弁孔４ａを通って冷媒出入口１から流出される。

また、冷媒が冷媒出入口１から流入した場合には、冷媒は、弁座４に形成された弁孔４ａを通り、突状部５ｃに衝突することにより、冷媒内に含まれていた気泡を細分化するとともに、絞り部６ａを通過する。そして、絞り部６ａを通過した冷媒は、さらに弁体５の円形凹部５ａの外周側の側面に衝突し、その流通方向を、弁体５の退行方向（図１中矢印Ｂの方向）から進行方向（図１中矢印Ａの方向）に転換する。さらに、進行方向にその流通方向が転換された冷媒は絞り部６ｂを通過する。この絞り部６ｂを通過した冷媒は、弁座４のＶ溝４ｂの外周側の側面に衝突することにより、さらに気泡を細分化して、その流通方向を再び弁体４の退行方向に転換する。そして、絞り部６ｃを通過し、弁体５と弁座４との間の隙間を通って、冷媒出入口２から流出される。

このように、冷媒が、各絞り部６ａ、６ｂ、６ｃを通過する際に多段階に減圧され、急激な圧力変動を低減することが可能となる。
また、冷媒が冷媒出入口のいずれから流入する場合であっても、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、補助絞り部において、細かくすることができるとともに、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。

さらに、冷媒が、各絞り部６ａ、６ｂ、６ｃを通過する間及びその後、弁体５又は弁座４の壁面に衝突することにより、弁体の進行方向と退行方向とに２回、急激にその流通方向を転換するため、冷媒内に含有されていた気泡の細分化を促進でき、これにより、各絞り部６ｂ、６ａで発生する衝撃的圧力変動を小さくすることができる。
これらの結果、冷媒の騒音及び異常音を低減することが可能となる。

この実施例の多段電動膨張弁は、図２に示したように、実施例１の多段電動膨張弁の弁体１５と弁座１４との噛み合せ形状を変更したものである。
弁座１４は、その中央部に、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、この冷媒出入口１に連通された弁孔１４ａの外周であって、筐体１３の内周側に、平面形状が環状の突起部１４ｂが形成されている。さらに、突起部１４ｂの外周は、突起部１４ｂよりも低い平坦な壁部１４ｃが形成されている。

弁体１５は、略円柱形状で、その一端面、つまり弁座１４と噛み合う方の端面の中央部に、弁座１４に形成された弁孔１４ａよりも小径で平面形状が円形の端面を残して、その外周に、環状のＶ溝１５ａを有している。これにより、弁体１５の端面において、弁体１５の最外周に突部１５ｂが配置することとなる。
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１４と弁体１５とが噛み合うように接近することにより、弁座１４の突起部１４ｂの内周側の角部と弁体１５のＶ溝１５ａの内周側の側面とが接近し、絞り部１６ａが構成される。また、弁座１４の突起部１４ｂの外周側の角部と弁体１５のＶ溝１５ａの外周側の側面とが接近し、絞り部１６ｂが構成される。なお、この絞り部１６ｂでは、弁座１４の突起部１４ｂの外周側の角部と弁体１５のＶ溝１５ａの外周側の側面とが密着することにより、全閉状態とすることができる。さらに、弁座１４の壁部１４ｃと弁体１５の突部１５ｂとが接近し、絞り部１６ｃが構成される。

この電動膨張弁では、冷媒が冷媒出入口２から流入した場合、冷媒は、弁体１５と筐体１３との間を通過して、絞り部１６ｃを通過する。この場合、最も上流側である絞り部１６ｃは全閉しないように形成されている。この絞り部１６ｃを通過した冷媒は、弁座１４に形成された突起部１４ｂの側面に衝突することにより、冷媒内に含まれていた気泡を細分化するとともに、その流通方向を、弁体５の進行方向（図２中矢印Ａの方向）から退行方向（図２中矢印Ｂの方向）に転換する。さらに、退行方向にその流通方向が転換された冷媒は絞り部１６ｂを通過する。なお、この絞り部１６ｂは、弁座１４の突起部１４ｂの外周側の角部と弁体１５のＶ溝１５ａの外周側の側面とが密着して接触させることにより、全閉可能に形成されている。この絞り部１６ｂを通過した冷媒は、弁体５のＶ溝１５ａの内周側の側面に衝突することにより、さらに気泡を細分化するとともに、絞り部１６ａを通過し、弁体１５のＶ溝１５ａの内周側の側面に沿って、その流通方向を再び弁体１４の進行方向に転換する。なお、この絞り部１６ａは全閉しないように形成されている。そして、弁座１４に形成された弁孔１４ａを通って冷媒出入口１から流出される。

また、冷媒が冷媒出入口１から流入した場合には、上記と逆の冷媒流通により、上記に準じて冷媒流通方向が転換されるとともに、冷媒が壁へ衝突するとともに、各絞り部を通過する。
これらの結果、実施例１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。

この実施例の多段電動膨張弁は、図３に示したように、実施例１の多段電動膨張弁の弁体１５と弁座１４との噛み合せ形状を、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な絞り通路を構成するように、変更したものである。
弁座２４は、その中央部に、平面形状が円形の弁孔２４ａが形成されており、この弁孔２４ａ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２４ａの外周に、平面形状が環状の溝２４ｂが形成されている。この溝２４ｂは、その外周側の側面が、筐体３の内壁よりも若干内周側に、略垂直に配置しており、溝２４ｂの内周側の側面よりも高く、レの字状に形成されている。

弁体２５は、略円柱形状で、その一端面、つまり弁座２４と噛み合う方の端面の中央部に、弁座２４に形成された弁孔２４ａよりも若干小径の円柱２５ｂを残すように、平面形状が環状の溝２５ａが形成されている。これにより、弁体２５の一端面において、溝２５ａの外周に、環状の突部２５ｃが配置することとなる。なお、この環状の突部２５ｃは、円柱２５ｂよりも若干低く形成されている。

このような形状の弁座２４と弁体２５とが噛み合うことにより、弁座２４の弁孔２４ａに弁体２５の円柱２５ｂが接近し、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２６ａを構成する。また、弁座２４の溝２４ｂの内周側の側面と弁体５の突部２５ｃの内周側の角部とが接近し、絞り部２６ｂが構成される。なお、弁座２４の溝２４ｂの内周側の側面と弁体５の突部２５ｃの内周側の角部とが密着することにより、全閉状態とすることができる。さらに、弁座２４の溝２４ｂ内に弁体２５の突部２５ｃ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２６ｃを構成する。
その他の構成は、実施例１と同様である。

この電動膨張弁では、冷媒が冷媒出入口２から流入した場合、冷媒は、弁体２５と筐体２３との間を通過して、絞り部２６ｃを通過する。この絞り部２６ｃを通過した冷媒は、弁座２４に形成された溝２４ｂの底面に衝突することにより、冷媒内に含まれていた気泡を細分化するとともに、その流通方向を、弁体２５の進行方向（図１中矢印Ａの方向）から退行方向（図１中矢印Ｂの方向）に転換する。さらに、退行方向にその流通方向が転換された冷媒は絞り部２６ｂを通過する。この絞り部２６ｂを通過した冷媒は、弁体２５の溝２５ａの底面に衝突することにより、さらに気泡を細分化するとともに、その流通方向を再び弁体２４の進行方向に転換し、絞り部２６ａを通過する。そして、弁座２４に形成された弁孔２４ａを通って冷媒出入口１から流出される。

また、冷媒が冷媒出入口１から流入した場合には、上記と逆の冷媒流通により、上記に準じて冷媒流通方向が転換されるとともに、冷媒が壁へ衝突し、各絞り部を通過する。
これらの結果、実施例１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。さらに、冷媒流通の長さ方向に抵抗をもつために絞り面積を大きくでき、冷媒流速を小さくできるので、より冷媒音の低減により有効である。

この実施例の多段電動膨張弁は、図４に示したように、実施例２の多段電動膨張弁の弁体１５と弁座１４との噛み合せ形状を、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な絞り通路を構成するように、変更したものである。
弁座４４は、その中央部に、平面形状が円形の弁孔３４ａが形成されており、この弁孔３４ａ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３４ａの外周に、平面形状が環状の突部３４ｂが形成されている。さらに、突部３４ｂの外周には、突部３４ｂよりも低い溝３４ｃが形成されており、その外周側の側面は、筐体３３の内壁よりも若干内周側に入り込んでおり、突部３４ｂよりも高く、略垂直に形成されている。

弁座３５は、略円柱形状で、その一端面、つまり弁座３４と噛み合う方の端面の中央部に、弁座３４に形成された弁孔３４ａよりも若干小径の円柱状の突起部３５ｂが形成されている。突起部３５ｂの外周には、平面形状が環状の溝３５ａが形成されている。これにより、溝３５ａの外周に、平面形状が環状で、中央部の突起部３５ｂよりも若干低く、その外周側面が略垂直の壁部３５ｃが配置されることとなる。

このような形状の弁座３４と弁体３５とが噛み合うことにより、弁座３４の弁孔３４ａに弁体３５の円柱状の突起部３５ｂが接近し、嵌挿されることにより、冷媒流通方向の長さが変化して、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。また、弁座３４の突部３４ｂの外周側の角部と弁体３５の溝３５ａの外周側の側面とが接近して、絞り部３６ｂが構成される。なお、この絞り部３６ｂは、弁座３４の突部３４ｂの外周側の角部と弁体５の溝３５ａの外周側の側面とが密着することにより、全閉状態とすることができる。さらに、弁座３４の溝３４ｃ外周側の側面と弁体３５の壁部３５ｃの外周側の側面とが接近し、弁座３４の溝３４ｃ内に弁体３５の壁部３５ｃ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３６ｃを構成する。
その他の構成は、実施例２と同様である。

この電動膨張弁では、冷媒が冷媒出入口２から流入した場合、冷媒は、弁体３５と筐体３３との間を通過して、絞り部３６ｃを通過する。この絞り部６ｃを通過した冷媒は、弁座３４に形成された溝３４ｃの底面に衝突することにより、冷媒内に含まれていた気泡を細分化するとともに、その流通方向を、弁体３５の進行方向（図１中矢印Ａの方向）から退行方向（図１中矢印Ｂの方向）に転換する。さらに、退行方向にその流通方向が転換された冷媒は絞り部３６ｂを通過する。この絞り部３６ｂを通過した冷媒は、弁体３５の溝３５ａの内周側の側面に衝突することにより、さらに気泡を細分化するとともに、その流通方向を再び弁座４４の進行方向に転換し、絞り部３６ａを通過する。そして、弁座４４に形成された弁孔３４ａを通って冷媒出入口１から流出される。

また、冷媒が冷媒出入口１から流入した場合には、上記と逆の冷媒流通により、上記に準じて冷媒流通方向が転換されるとともに、冷媒が壁へ衝突することとなる。
これらの結果、実施例２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。さらに、冷媒流通の長さ方向に抵抗をもつために絞り面積を大きくでき、冷媒流速を小さくできるので、冷媒音の低減により有効である。

この実施例の多段電動膨張弁は、図５に示したように、実施例１の多段電動膨張弁の弁体５と弁座４との少なくともいずれかにおいて、流体慣性力が大きく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。
実施例１の弁座４において、Ｖ溝４ｂの外周側の側面が、多孔質体からなる衝撃緩衝材７ａにより形成されている。

また、弁体５において、円形凹部５ａの側面から底面にわたる壁と、突状部５ｃとが多孔質体からなる衝撃緩衝材７ｂにより形成されている。
その他の構成は、実施例１と同様である。したがって、実施例１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。しかし、この実施例の多段電動膨張弁の絞り部の入り口に衝撃緩衝材を用いることにより、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、ひいては振動と騒音との双方を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、多孔質体に衝突することで、より効果的に気泡が細分化され、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。
さらに、この実施例では、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、ひいては膨張弁としての機能を確保することができる。

なお、この実施例の場合には、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、冷媒の流入時に大きな流体慣性力が作用する箇所、つまり冷媒の流入方向の正面に衝撃緩衝材７ａ、７ｂが設けられているので、冷媒の流入方向にかかわらず、上述の効果を確実に発揮することができる。

この実施例の多段電動膨張弁は、図６に示したように、実施例５の多段電動膨張弁の弁体５と弁座４とにおける衝撃緩衝材の位置を変更したものである。
実施例１の弁座４において、Ｖ溝４ｂの底部付近（外周側及び内周側の側面の下方）が、多孔質体からなる衝撃緩衝材１７ａにより形成されている。

また、弁体５において、円形凹部５ａの側面から底面にわたる角部が、多孔質体からなる衝撃緩衝材１７ｂにより形成されている。
その他の構成は、実施例１と同様である。したがって、実施例１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、気相二相流が、実施例１の多段電動膨張弁の絞り部を通過する場合には、急激な方向転換を伴うため、冷媒が直接的に衝突する箇所で振動が大きくなる可能性があるが、この実施例の多段電動膨張弁では、冷媒が直接的に衝突する箇所に衝撃緩衝材１７ａ、１７ｂが設けられているので、振動となる加振力を効果的に低減することができる。
さらに、実施例５と同様の作用効果により、振動と騒音との双方の低減を実現することができる。

この実施例の多段電動膨張弁は、図７に示したように、実施例２の多段電動膨張弁の弁体１５と弁座１４とに衝撃緩衝材を備えたものである。
実施例２の弁座１４において、壁部１４ｃの外周側の上側面部分が多孔質体からなる衝撃緩衝材２７ａにより形成されており、さらに、突状部１４ｂの外周側の下側面から壁部１４ｃの一部にかけて多孔質体からなる衝撃緩衝材２７ｂにより形成されている。

また、弁体１５において、Ｖ溝１５ａの底部付近（外周側及び内周側の側面の下方）が、多孔質体からなる衝撃緩衝材２７ｃにより形成されている。
その他の構成は、実施例２と同様である。したがって、実施例２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、実施例５と同様の作用効果により、振動となる加振力を効果的に低減することができ、ひいては騒音の低減を実現することができる。

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１の多段電動膨張弁の弁体５と弁座４との少なくともいずれかにおいて、流体慣性力が大きく作用する面に、２種類の衝撃緩衝材を組み合わせて備えるように変更したものである。
つまり、実施例１の弁座４において、Ｖ溝４ｂの外周側の側面を低くし、その低くした分の側面とその上面とに、板ばねからなる衝撃緩衝材３７ａが配置されている。

また、弁体５において、円形凹部５ａの突状部５ｃに代えて、その底部にコイルばねからなる衝撃緩衝材３７ｃを埋め込んで配置するとともに、その表面に受圧面となる板材３７ｂが被覆されている。
その他の構成は、実施例１と同様である。したがって、実施例１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、実施例５と同様の作用効果により、振動となる加振力を効果的に低減することができ、ひいては騒音の低減を実現することができる。

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８の多段電動膨張弁の弁体５と弁座４とにおける衝撃緩衝材にさらに別の衝撃緩衝材を組み合わせて備えるように変更したものである。
つまり、実施例８の弁座４において、ゴム材からなる衝撃緩衝材４７ａと受圧面となる板材４７ｂが配置されている。また、弁体５においてもゴム材からなる衝撃緩衝材４７ｄと受圧面となる板材４７ｃが被覆されている。
その他の構成は、実施例８と同様である。したがって、実施例８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。

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３の多段電動膨張弁の弁体２５と弁座２４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２５において、冷媒流通方向の長さを可変とする部分である、その中央部の円柱２５ｂの外周側の側面及び環状の突部２５ｃの外周側の側面に、それぞれ、螺旋状の溝５７ｂおよび５７ａが形成されている。
その他の構成は、実施例３と同様であり、従って、実施例３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。

このように絞り部に螺旋状の溝５７ｂが形成されることにより、全閉しない絞り部内部及び絞り部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１〜１０において、３段の絞り部を有する構成を示しているが、冷媒の流通方向が弁体の進退方向に複数回、転換し得るものである限り、２段又は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、冷媒の圧力変動が緩和されるとともに、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３及び４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５〜９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５〜９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、Ｖ溝、突状部、凸部等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。

（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．
図１１に基づき応用例１を説明する。
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６１、室外コイル６２、室外ファン６３、従来公知の暖房専用の多段電動膨張弁６４、四路切換弁６５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６６、室内ファン６７、本発明に係る多段電動膨張弁６８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６５を図示実線の切換位置とし、多段電動膨張弁６４を全開とするとともに、室内コイル６６の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁６８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６６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６５を図示破線の切換位置とし、多段電動膨張弁６８で少し減圧するようにするとともに、室外コイル６２の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁６４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６６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６８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．
図１２に基づき応用例２を説明する。
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７１、室外コイル７２、室外ファン７３、従来公知の多段電動膨張弁７４、四路切換弁７５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７６、第２室内コイル７７、室内ファン７８、本発明に係る多段電動膨張弁７９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６５は図示実線の切換位置とし、多段電動膨張弁７９を全開とするとともに、多段電動膨張弁７４を室内コイル７７の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁７４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７６、７７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７５を図示破線の切換位置とし、多段電動膨張弁７９を全開とするとともに、室外コイル７２の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁７４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７６、７７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７５を図示実線の切換位置とし、多段電動膨張弁７４を全開とするとともに、室内コイル７７の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁７９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７６を再熱器（凝縮器）とし、室内コイル７７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８１、室外コイル８２、室外ファン８３、本発明に係る多段電動膨張弁８４、四路切換弁８５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８６、室内ファン８７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８５を図示実線の切換位置とし、室内コイル８６の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁８４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８６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８５を図示破線の切換位置とし、室外コイル８２の出口の過熱度が所定値となるように多段電動膨張弁８４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８６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。

応用例４．
応用例４は、前述の応用例１のような多室用分離型空気調和機の室外ユニット１Ａの暖房専用の多段電動膨張弁６４に実施例５の多段電動膨張弁を応用するものである。なお、冷媒回路は応用例１と同一であり、応用例１と同様に制御して冷暖房を行うものとする。以下図１１の冷媒回路を備えていることを前提として説明する。

前述のように、室外ユニット１Ａに収納されている暖房専用の多段電動膨張弁６４は、冷房運転時には全開とされ、暖房運転時のみ流量制御が行われる。この多段電動膨張弁６４は、上記応用例３の場合の多段電動膨張弁８４と比較すると、室外ユニットに収納される点においては同様であるが、流量制御を必要とするのが暖房運転時のみである点で相違する。
したがって、このような暖房専用の多段電動膨張弁６４として実施例５に係る多段電動膨張弁を用いると、冷房運転時に全開状態としたときの冷媒通過抵抗が小さくなる。また、流量制御を必要とする暖房運転時には、全閉に近い状態から全開に近い状態まで線形的に流量制御を行うことができる。

本発明の実施例１に係る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、２３、３３ 筐体
４、１４、２４、３４ 弁座
５、１５、２５、３５ 弁体
４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ 弁孔
４ｂ、１５ａ Ｖ溝
５ａ 円形凹部
５ｂ、１５ｂ、２５ｃ、３４ｂ 突部
５ｃ、１４ｂ 突状部
６ａ〜６ｃ、１６ａ〜１６ｃ、２６ａ〜２６ｃ、３６ａ〜３６ｃ 絞り部
７ａ、７ｂ、１７ａ、１７ｂ、２７ａ〜２７ｃ、３７ａ〜３７ｃ、４７ａ、４７ｄ 衝撃緩衝材
４７ｂ、４７ｃ 板材
１４ｃ、３５ｃ 壁部
２４ｂ、２５ａ、３４ｃ、３５ａ 溝
２５ｂ 円柱
３５ｂ 突起部
５７ａ、５７ｂ 螺旋状の溝
６１、７１、８１ 圧縮機
６２、７２、８２ 室外コイル
６３、７３、８３ 室外ファン
６４、７４、８４ 電動膨張弁
６５、７５、８５ 四路切換弁
６６、７６、７７、８６ 室内コイル
６７、７８、８７ 室内ファン
６８、７９ 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 (8)

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から構成され、
   弁体及び弁座が、該弁体の進行方向と退行方向とに複数回、冷媒流通方向を転換し得る絞り通路を構成するように形成されてなる多段電動膨張弁。
2. 弁座と弁体とが、絞り通路の一部において全閉可能な絞り通路を構成するように形成されてなる請求項１に記載の多段電動膨張弁。
3. 弁座と弁体との少なくともいすれかが、流体慣性力が作用する面に衝撃緩衝材を備えてなる請求項１又は２に記載の多段電動膨張弁。
4. 衝撃緩衝材が、多孔質体からなる請求項１〜３の何れか１つに記載の多段電動膨張弁。
5. 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てなる請求項１〜４の何れか１つに記載の多段電動膨張弁。
6. 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てなる１〜５の何れか１つに記載の多段電動膨張弁。
7. 絞り通路が螺旋状に形成されてなる請求項５又は６に記載の多段電動膨張弁。
8. 請求項１〜７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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