JP2007127256A - 電動制御弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、気泡の破裂や冷媒の乱流によって発生する騒音を十分に低減することが可能な電動制御弁装置を提供する。
【解決手段】本発明の電動制御弁装置は、冷媒流入部１０ａと、弁体４及び弁座９を備えた流量制御部１０ｃと、冷媒流出部１０ｂと、ステータコア１及び磁石２を備えたステッピングモータ３とを有し、冷媒流入部１０ａ、流量制御部１０ｃ及び冷媒流出部１０ｂが略直線状の流路を形成するとともに、ステッピングモータ３の磁石２の回転に伴い弁体４を直線方向に移動させて弁体４の先端部と弁座９との開度を調整することにより冷媒の流量制御を行う。冷媒流入部１０ａ、冷媒流出部１０ｂのいずれか一方あるいは双方には、冷媒の流路を分割する流路分割部１２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空調機や冷蔵庫等に使用される冷媒の流量調整を行う電動制御弁装置に関し、特に、ステッピングモータにより弁体を駆動させて流量調整を行う電動制御弁装置に関する。

一般に、空調機や冷蔵庫等に使用される冷媒の流量調整を行うために電動制御弁装置が用いられている。

図６は、従来の電動制御弁装置の概略構造を示す断面図である。図６に示すように、従来の電動制御弁装置は、外部から冷媒を流入する冷媒流入部１０ａと、冷媒の流量制御を行う弁体４及び弁座９を備えた流量制御部１０ｃと、外部に冷媒を流出する冷媒流出部１０ｂと、ステータコア１及び磁石２からなるステッピングモータ３とからなり、冷媒流入部１０ａ、流量制御部１０ｃ及び冷媒流出部１０ｂによって略Ｌ字状の冷媒流路を構成している。なお、冷媒流動方向が逆の場合もある。
弁体４の上部４ａはステッピングモータ３の磁石２に一体に取り付けられ、弁体４の中央部４ｂはバルブ本体８の雌ネジに螺合されており、弁体４の針状部４ｃは、バルブ本体８の冷媒流路に設けられた弁座９内に位置している。ステータコア１に通電すると磁石２及び弁体４が回転し、それによって弁体４がネジ回転して軸方向に沿って移動し、弁体４の針状部４ｃが弁座９の開度を調整して冷媒の流量が制御される。なお、図６中、白抜き矢印は冷媒の流動方向を示す。

しかし、従来の電動制御弁装置では、冷媒の流動音が大きく、就寝の妨げになったりすることがあった。この流動音は、特に、冷媒が気相を不均一に分散させて或いは乱流状態で流量制御部を通過する際に発生し易い。
そこで、このような流量制御部に発生する騒音を低減するために、例えば特開平１１−３２５６５８号公報には、流量制御部に第１の膨張室と第２の膨張室との二つの空間を設けることにより、膨張室内における圧力の変動を段階的に減衰させる技術が提案されている（特許文献１）。
また特開２００５−４８９４３号公報には、メンテナンス性に優れた電動制御弁装置が開示されている（特許文献２）。
また特開平１１−３２５６５８号公報には、騒音の低減を目的として、ハニカムパイプを流路に形成した電動制御弁装置が開示されている（特許文献３）。
特開平１１−３２５６５８号公報 特開２００５−４８９４３号公報 特開平１１−３２５６５８号公報

流量制御部の膨張室に流入される冷媒は、液層だけの単一層状態であるのが理想的であるが、実際には気液二層状態であることがあり、たくさんの気泡を含んでいる。これらの気泡同士は膨張室内で合わさって大きくなり、その大型化した気泡が弁体や管の内壁に衝突して破裂することや、液状態の冷媒が弁体に衝突することで新たな気泡を発生させることにより、大きな騒音を発生させる。
発明者らの検討によれば、従来の電動制御弁装置では、流路がＬ字状に構成されていたので、絞り部で発生した大きな気泡が、管の内壁や弁体にまともに正面から当たって、破裂や乱流による新たな気泡の発生により、騒音を十分に低減させることが困難であった。
特許文献２に開示された電動制御弁装置では、流路は直線状であるが、気泡による騒音防止についてまでは、検討が進んでおらず、その効果が全く予測されておらず、しかもこの構成だけでは満足のいく騒音特性を得ることが出来なかった。
また特許文献３に開示された電動制御弁装置では、ハニカムパイプを使うことで多少は騒音を低減できるが、流路はＬ字状であり、互いに合わさって大きくなった気泡が騒音の原因となっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、気泡の破裂や冷媒の乱流によって発生する騒音を十分に低減することが可能な電動制御弁装置を提供することを目的とする。

本発明は、発明者らの鋭意検討により、気泡による騒音防止のためには、直線状の流路で冷媒を流すことが有効であるという知見が得られ、それだけでは十分ではなく、気泡を予め分割しておくことで極力気泡の大型化を防止しておくこと、あるいは／および、絞り部（弁座）で新たに発生する気泡を細分化することが要件であるという知見がさらに得られ、さらにこれら双方を満たさないと結局は気泡が合わさって大きくなってそれがどこかに当たって破裂するモードに陥ってしまい、十分な騒音防止効果を発揮することができないという知見が得られた結果、初めて完成されたものである。
そこで、本発明の電動制御弁装置は、冷媒流入部と、弁体及び弁座を備えた流量制御部と、冷媒流出部と、ステータコア及び磁石からなるステッピングモータとを有し、前記冷媒流入部、前記流量制御部及び前記冷媒流出部が略直線状の流路を形成するとともに、前記ステッピングモータの磁石の回転に伴い前記弁体を直線方向に移動させて前記弁体の先端部と弁座との開度を調整することにより冷媒の流量制御を行う電動制御弁装置であって、前記冷媒流入部、前記冷媒流出部のいずれか一方あるいは双方には冷媒の流路を分割する流路分割部を有することを特徴とするものである。
前記流路分割部は、目開き１００μｍ以上のフィルタを有するものでもよい。
また、前記流路分割部は、前記流路の内径よりも細い外径を有する１本以上のパイプを有するものでもよい。
また、前記流路分割部に隣接した位置にチャンバー部が設けられていてもよい。

本発明の電動制御弁装置によれば、冷媒流入部、前記冷媒流出部のいずれか一方あるいは双方には冷媒の流路を分割する流路分割部を有し、大型化した気泡を分散化するので、気泡の破裂あるいは冷媒の乱流によって発生する騒音を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態例に係る電動制御弁装置を示す縦断面図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態例に係る電動制御弁は、外部から冷媒を流入する冷媒流入部１０ａと、冷媒の流量制御を行う弁体４及び弁座９ａを備えた流量制御部１０ｃと、外部に冷媒を流出する冷媒流出部１０ｂと、ステータコア１及び磁石２を備えたステッピングモータ３とを有し、冷媒流入部１０ａ、流量制御部１０ｃ及び冷媒流出部１０ｂが略直線状の流路を形成している。説明のため、図１の白抜き矢印は冷媒の流動方向を示すが、冷媒の流動方向は逆でも気泡の破裂、乱流を低減できる。
冷媒流入部１０ａ、冷媒流出部１０ｂのいずれか一方あるいは双方には、冷媒の流路を分割するための流路分割部１２が設けられている。

図２（Ａ）〜（Ｄ）は流路分割部１２の例を示す横断面図である。
図２（Ａ）に示す流路分割部１２は、流路管１３の内壁に十字状の仕切り板１２ａを圧入等によって接合固定させたものである。これにより、冷媒内に混流する気泡が細分化され、騒音が抑制される。弁座付近のバルブ本体にこのような形状の仕切りを一体成形できれば、部品の小型化にも寄与される。

図２（Ｂ）に示す流路分割部１２は、流路管１３内にフィルタ１２ｂを圧入固定したものである。このフィルタ１２ｂは、例えばJIS Z 8801-1の金属製網ふるいに規定された目開きが１００μｍ以上のフィルタが用いられるのが好ましい。これにより、当該部材での圧力損失の増大を抑えられ、また、経時的な滞積も小さくできる。また、メッシュフィルタ、焼結フィルタ、金属線撚り合わせ材などを流路管１３内に固定することにより、冷媒内に乱流する気泡を細分化してもよい。
図２（Ｃ）に示す流路分割部１２は、流路管１３内に細径パイプ１２ｃを複数本（図２（Ｃ）の例では７本）を挿入して固定することにより、流路を縮径させるものである。この流路分割部１２では、流路内でのパイプ１２ｃの固定が比較的容易であり、流路管１３がパイプ１２ｃと同一材質（例えば銅）である場合には、廃棄時も容易となる。また、図２（Ｄ）に示すように、管を異形に変形させた部材１２ｄを流路管１３内に固定することでも、同様の効果が得られる。

また、図３に示すように、流路分割部１２の前後に隣接した位置にチャンバー部１４を設けてもよい。この流路分割部１２の圧力損失と、チャンバー部１４の圧力開放による、いわゆるマフラー効果が生じ、コンプレッサーによる冷媒の脈動音を低減させることができる。
流量制御部１０ｃにおいては、ステッピングモータ３の磁石２、弁座９ａを備えた弁座部９、弁体４及びバルブ本体（雄ネジ部材）８が筐体１０内に収容され、筐体１０内を冷媒が流動している。ステータコア１は筐体１０の外周に配置されている。弁体４の所定部位にはキャップ１１が被せられており、キャップ１１は磁石２を固定している磁石ホルダ（雌ネジ部材）２ｃにスポット溶接等により一体に取り付けられ、これによりキャップ１１は磁石２と一緒に回転する。弁体４はキャップ１１の天板穴部１１ｂを貫通し、弁体端部（貫通部）に設けられた溝にスプリングワッシャ１１ｃで固定されている。

弁体４の先端に形成された針状部４ｃは、弁座部９の冷媒流路に設けられた弁座９ａ内に位置しており、ステータコア１の通電により磁石２が回転し、磁石２に取り付けられた磁石ホルダ２ｃと一体に取り付けられた弁体４は、バルブ本体８の雄ネジと磁石ホルダ２ｃの雌ネジによって軸方向に移動し、それにより弁体４の針状部４ｃが弁座９ａ内を軸方向に移動して弁座９ａの開度が調整され、冷媒の流量が制御される。
弁座部９の中央下部には冷媒流出部１０ｂ側に向かって幅広に傾斜したテ-パー部９ｂが形成され、弁座部９の上部とバルブ本体８の下部との間には、中央に向かって下り勾配に傾斜した冷媒通路９ｃが形成されている。
弁体４には同軸上に共通バネ５が配置されている。共通バネ５は螺旋状の固定バネ６と移動バネ７からなる。固定バネ６は弁体４及び磁石２とかい離しており、固定バネ６の両端には延出部６ａ、６ｂがそれぞれ形成されている。図４（Ａ）に示すように、固定バネ６の延出部６ｂは略直角に折れ曲げられて形成され、バルブ本体８に設けた溝８ａに挿入されているので、固定バネ６は、軸方向及び周方向に動かないように固定されている。
移動バネ７は固定バネ６の溝６ｃに回転自在に嵌め込まれ、移動バネ７の一端に形成された延出部７ａは、キャップ１１壁部内面に設けられた係止部１１ａに係止している。

図４（Ｂ）及び（Ｃ）は、キャップ１１壁部に設けられた係止部１１ａと移動バネ７の延出部７ａとの係止状態を示す横断面図である。
図４（Ｂ）に示す係止部１１ａはキャップ１１壁部内面に設けた凸状のものであり、図４（Ｃ）に示す係止部１１ａ’はキャップ１１壁部に設けた切欠き状のものであり、いずれも軸方向に連続して設けられている。
移動バネ７は、磁石２及びキャップ１１の回転に伴って固定バネ６の溝６ｃ上を回転しつつ固定バネ６に沿って軸方向に移動する。
移動バネ７の一端の延出部７ａ或いは他端部７ｂが、移動バネ係止部６ｄ，６ｅのいずれかに当接すると磁石２及びキャップ１１の回転が停止し、同時に弁体４の移動が停止するように構成されている。

次に、本発明の第１の実施形態例に係る電動制御弁装置の動作を説明する。
冷媒は筐体１０の冷媒流入部１０ａから流入し、流量制御部１０ｃを通って冷媒流出部１０ｂから流出する。
ここで、冷媒流入部１０ａに流路分割部１２が設けられている場合には、流入された冷媒は、流路分割部１２によって流路が分割され、気泡を分割する。その後、磁石２等の部品と筐体１０の間を冷媒が通過して、冷媒が整流化される。

その後、流量制御部１０ｃにおいて減圧により気泡が発生するが、冷媒流入部１０ａの流路分割によって冷媒が整流になっているので気泡同士のぶつかり合いが抑制され、気泡の大型化が防止される。仮に気泡が大型化しても、Ｌ字状の部分を通らないで直線状に流れるので、管の内壁にまともに正面から当たることが防止されるので、気泡の破裂が防止される。また、弁体４は冷媒の流路と同じ方向に向いているので気泡は弁体４にもまともには当たらない。また、流路内での乱流が抑えられる。
また、冷媒流出部１０ｂに流路分割部１２が設けられている場合には、流量制御部１０ｃにおいて大型化してしまった気泡が分割され、小型化するので、冷媒流出部１０ｂ及びそれよりも後の流路での気泡の破裂による騒音も防止される。

冷媒の流量を減少する場合には、ステーターコア１に通電して磁石２を順回転させる。これにより、磁石２及びキャップ１１と一体に組み立てられた弁体４は、磁石ホルダ（雌ネジ部材）２ｃとバルブ本体（雄ネジ部材）８のネジ回転により下方に移動し、弁座９の開度が減少する。この間、移動バネ７の延出部７ａがキャップ１１壁部内面の係止部１１ａに当接し（図４参照）、移動バネ７はキャップ１１の回転に伴って、固定バネ６に沿って上方に移動し、移動バネ７の延出部７ａが固定バネ６の移動バネ係止部６ｄに当接すると移動バネ７が停止し、それに伴いキャップ１１及び磁石ホルダ２ｃの回転が止まり、同時に弁体４が停止する。

冷媒の流量を増加させる場合には、磁石ホルダ２ｃを逆回転させる。これにより、弁体４は上方に移動し、弁座９の開度が増大する。この間、移動バネ７は固定バネ６に沿って下方に移動し、移動バネ７の他端部７ｂが固定バネ６の移動バネ係止部６ｅに当接すると移動バネ７が停止し、それに伴いキャップ１１及び磁石ホルダ２ｃの回転が止まり、同時に弁体４が停止する。

このように、1本の固定バネ６が弁体４の全閉側と全開側のストッパーを兼ねる。また弁座９の開度はステッピングモータ３のステップ数を調節することにより微調整が可能であり、さらに固定バネ６の移動バネ係止部６ｄ，６ｅの設置位置により、弁座部９ａ内に位置している弁体４の針状部４ｃの上限と下限の停止位置が設定される。特に、全閉側では、針状部４ｃの下限の停止位置を全閉状態としないことで、弁体４（針状部４ｃ）が弁座９に固着するトラブルが確実に回避される。また、全閉側での冷媒の漏れ量の調整も可能である。
なお、固定バネ６の両端の移動バネ係止部６ｄ，６ｅのどちらを開側のストッパーとし、どちらを閉側のストッパーとするかは、固定バネ６の螺旋巻き方向を変えることにより任意に選択できる。

本発明の第１の実施形態例に係る電動制御弁装置によれば、冷媒流入部１０ａ、冷媒流出部１０ｂのいずれか一方あるいは双方には冷媒の流路を分割する流路分割部１２を有するので、気泡の破裂あるいは冷媒の乱流によって発生する騒音を低減することができる。

図５は本発明の第２の実施形態例に係る電動制御弁装置を示す縦断面図である。図５に示すように、第２の実施形態例では、弁座部９の上部とバルブ本体８の下部の間に形成された冷媒通路９ｃが中央に向かって水平に延びて形成されている点が第１の実施形態例のものと異なるものの、流路全体としては依然直線状であり、第一の実施形態例と同様の効果を奏する。他の構成については第１の実施形態例のものと同一であるので、説明を省略する。

本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、流路分割部１２は、冷媒流路を分割できればどのような形態をしていてもよい。また、流路を分割する部品の流路に対する長さは、長いと消音の効果が大きくなるが、逆に圧力損失の増大、部品の大型化を招くので、当該部品の許容性能に応じた選定が必要である。
また、冷媒流動方向が逆（冷媒流入部と冷媒流出部が逆）となっても、気泡の細分化及び整流化がなされ、効果が得られる。

本発明は、例えば空調機や冷蔵庫等に使用される冷媒の流量調整を行うために利用される。

本発明の第１の実施形態例に係る電動制御弁装置を示す縦断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は流路分割部の例を示す横断面図である。 流路分割部の前後に隣接した位置に設けられたチャンバー部を説明するための説明図である。 （Ａ）は固定バネの側面図、（Ｂ）及び（Ｃ）は、キャップ壁部に設けられた係止部と移動バネの延出部との係止状態を示す横断面図である。 本発明の第２の実施形態例に係る電動制御弁装置を示す縦断面図である。 従来の電動制御弁装置の概略構造を示す断面図である。

符号の説明

１：ステータコア
２：磁石２ｃ：磁石ホルダ
３：ステッピングモータ
４：弁体
４ｃ：弁体の針状部
５：共通バネ
６：固定バネ
６ａ：固定バネの一端延出部
６ｂ：固定バネの他端延出部
６ｃ：固定バネの溝
６ｄ：固定バネの移動バネ一方係止部
６ｅ：固定バネの移動バネ他方係止部
７：移動バネ
７ａ：移動バネの一端延出部
７ｂ：移動バネの他端部
８：バルブ本体
９：弁座部
９ａ：弁座
１０：筐体
１０ａ：冷媒流入部（冷媒流出部）
１０ｂ：冷媒流出部（冷媒流入部）
１０ｃ：流量制御部
１１：キャップ
１１ａ：キャップ壁部の内面に設けられた凸状係止部
１１ｂ：キャップの天板穴部
１１ｃ：スプリングワッシャ
１２：流路分割部
１３：流路管
１４：チャンバー部

Claims (4)

1. 冷媒流入部と、弁体及び弁座を備えた流量制御部と、冷媒流出部と、ステータコア及び磁石を備えたステッピングモータとを有し、前記冷媒流入部、前記流量制御部及び前記冷媒流出部が略直線状の流路を形成するとともに、前記ステッピングモータの磁石の回転に伴い前記弁体を直線方向に移動させて前記弁体の先端部と弁座との開度を調整することにより冷媒の流量制御を行う電動制御弁装置であって、
   前記冷媒流入部、前記冷媒流出部のいずれか一方あるいは双方には、冷媒の流路を分割する流路分割部を有することを特徴とする電動制御弁装置。
2. 前記流路分割部は、目開き１００μｍ以上のフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の電動制御弁装置。
3. 前記流路分割部は、前記流路の内径よりも細い外径を有する１本以上のパイプを有することを特徴とする請求項１に記載の電動制御弁装置。
4. 前記流路分割部に隣接した位置にチャンバー部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載の電動制御弁装置。

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