JP2007162851A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】気泡を細分化するためにその整流板に形成される孔の分布を選定して、流動音の発生をより効果的適に防止することができる電動弁を提供する。
【解決手段】電動弁１の弁本体１０の少なくとも流入側の通路３０には、液体に含まれる気泡を細分化するために整流部材１００が横切って配設されている。整流部材１００には中心の第１整流孔１１０とその周囲に同心円上に配置された第２整流孔１２０の合計５〜１３個の整流孔が略均等に分布して形成されている。整流部材１００は、その整流孔によって、液相と気相との二相流状態で通過する冷媒の整流機能、絞り機能、二相流状態の冷媒中の気泡を細分化する機能を発揮し、気泡に起因する冷媒通過音を効果的に低減させることができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、冷媒サイクル等に使用されて冷媒の流量を全閉から全開まで連続的に制御する電動弁に関する。

従来、空気調和装置における冷媒のような作動流体の流量制御や、給湯装置における燃焼ガス、空気、温水、液体燃料等の流量制御に、電動弁が用いられている。この種の電動弁は、通常、弁本体と弁の駆動部とから構成されており、駆動部で弁体をオリフィスが形成されている弁本体に対して接近・離隔するように作動させて流路断面積を変更することにより、オリフィスを通過する流体の流量が変更可能である。

上記の冷凍サイクル等に適用される電動弁においては、流量制御すべき流体は液体を想定している。しかしながら、特に空気調和装置の場合、その除湿運転時には、電動弁を冷媒が通過する際に耳障りな騒音を発する場合があり、快適性が損なわれることがある。この騒音の発生メカニズムについては、オリフィスに流入する流体（冷媒）が完全な液伏であれば流動音の発生は少ないが、液体中に大きな気泡が混じっている混合状態（気液２相流状態）のときに、気泡がオリフィスを通過する際に急激な圧力変動を発生させ、その圧力変動が弁本体や導管等を介して外部に伝搬することによって流動音（異音）が大きくなるものと推察されている。気泡が大きい程、流動音が大きくなる傾向がある。空調システムの場合には、特に夜間のような就寝時において、発生する異音は不快であり、安眠を妨げるものである。

このような冷媒通過音を低減するために、従来、種々の工夫と提案がなされている。例えば、気体と液体とを分離させた後、液体のみをオリフィスに流入させる方策が知られているが、大きな気液分離器や気体を排気させるバルブ類及び配管等が必要となり、スペース、コスト面等で問題がある。また、上流側に網状部材（メッシュ）、多孔質部材、或いはフィルタを配設して大気泡を細分化する方策等が知られている（例えば、特許文献１〜３）。この方策では、気泡は前記網状部材や羽根車等を通過した直後は細分化されて小気抱となるが、それらがオリフィスに達するまでに再び大気泡を形成することもあって、流動音の低減効果はさほど得られない場合もある。

本出願人は、弁室と弁室の軸線方向に形成されるオリフィスを有する弁本体と、弁室に配設される弁体と、弁体をオリフィスに対して離接する電動手段と、弁室の軸線に直交する方向に設けられる冷媒通路と、冷媒通路およびオリフィスに連通される１対の配管を備えるとともに、１対の配管と弁本体との間に配設される冷媒の整流部材を備える電動弁を提案している（特願２００５−２０１０８３）。この電動弁によれば、弁室に流入する冷媒中の大きな気泡により発生する衝突音を低減することができる。

また、本出願人は、弁室と弁室の軸線方向に形成されるオリフィスとを有する本体と、弁室に移動可能に前記オリフィスと対向して配設される弁体と、弁体をオリフィスに対して離接する電動手段と、本体に対し互いに直交する方向に設けられる１対のパイプを備えるとともに、オリフィス及び弁体に対して上流側と下流側の両方に、所定の開口率を有する絞り手段を配置した電動弁を提案している（特願２００５−２９９６５４）。この電動弁によれば、冷媒が正逆いずれに流れる場合であっても気泡に起因する冷媒通過音を効果的に低減可能な電動弁を低コストで提供することができる。
特開２００１−２８９５３８号公報 特開２００３−０９７７５４号公報 特開２００５−０５５１１９号公報

空気調和装置等に用いる電動弁において、弁本体の上流側で液体に混在している大気泡を分解して細分化する整流板を用いる方策が流動音の発生を防止するのに効果があることに鑑み、気泡を細分化する程度を定める一つの要因として、整流板に形成される孔の数やその分布が考えられる。この発明の目的は、気泡を細分化するためにその整流板に形成される孔の数とその配置に着目して、流動音の発生をより効果的に防止することができる電動弁を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による電動弁は、弁座部に形成されるオリフィスを通じて流入側と流出側とで通路が接続可能な弁本体と、電動機構の作動により前記弁座部に接離されて前記オリフィスを開閉する弁体と、少なくとも前記流入側の通路に配設されており液体に含まれる気泡を細分化するため前記通路を横切って配置された整流部材とを備えており、前記整流部材には５〜１３個の整流孔が略均等に分布して形成されていることを特徴としている。

この電動弁によれば、基本的な弁の動作として、電動機構の作動により弁体が弁座部に接近又は離間されることにより、弁座部に形成されるオリフィスが開閉され、流入側と流出側とで通路が接続又は遮断される。弁本体の少なくとも流入側の通路には、液体に含まれる気泡を細分化するために整流部材が横切って配設されており、その整流部材には５〜１３個の整流孔が略均等に分散して形成されている。

この電動弁において、整流孔は、中央に形成される第１整流孔と、前記第１整流孔との周りに単列環状に均等に置いて形成された４〜８個の第２整流孔とするのが好ましい。また、中央に形成される第１整流孔と、前記第１整流孔との周りに複列環状に均等に置いて形成された８〜１２個の第２整流孔とするのが好ましい。即ち、中央には一つの第１整流孔を形成し、その周りに、複数の第２整流孔を略均等に分散配置することにより、整流部材全体で、整流孔を略均等に配置することができる。

この電動弁において、前記整流部材は、前記整流孔が形成される整流板部を底部に配置したカップ状の形状を有しており、その開口縁部が流入側に接続される配管端部に取り付けることができる。整流部材を配管端部に取り付けられるカップ状とすることにより、整流部材の取付け構造と、その取付け作業とが簡単化される。

この発明による電動弁は、上記のように、弁本体の少なくとも流入側の通路には、液体に含まれる気泡を細分化するために整流部材が横切って配設されており、その整流部材には５〜１３個の整流孔が略均等に分布して形成されている。整流孔の数と分布とについては、上記の数で略均等分布の配置が最も好ましいことが判明しており、気泡は細分化されて、流動音の発生を効果的に防止することができる。本発明が空気調和装置の冷凍サイクルに適用される場合には流動音の発生が防止され、特に夜間においては静かな環境が流動音で妨げられるのを回避することができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による電動弁の実施例を説明する。図１はこの発明による電動弁の一実施例を示す断面図である。

図１に示す電動弁１は、黄銅等で作成される弁本体１０を有する。弁本体１０には、弁体８２が挿入される弁室１４と、弁室１４側にオリフィス１２を有する弁座１５と、弁室１４の軸線に直交する方向に設けられる冷媒通路１６が形成されている。また、弁本体１０には、冷媒通路１６に連通する配管２０とオリフィス１２に連通する配管２２が固着される。

弁本体１０には、ナット部材２６を介してモータユニット５０の軸受ユニット５２が取付けられる。モータユニット５０は、モータ５４と減速装置５６を有し、減速された出力は、出力軸６０を介してドライバー６２に伝達される。

軸受ユニット５２の中心部にはねじ軸６４が螺合し、ドライバー６２によりねじ軸６４は回転駆動され、軸方向に移動し、弁座１５に対して接近又は離間する。ねじ軸６４の移動は、ボール７０、受け部材７２を介して弁軸８０に伝達される。弁軸８０の先端には弁体８２が取り付けてあり、オリフィス１２からのリフト量により通過する冷媒の流量を制御する。

弁軸８０の外周部にはベローズ９２が配設され、リング部材９０により弁本体１０に固着される。ベローズ９２により、弁室１４側とモータユニット５０の間がシールされる。

図２は、図１に示す電動弁の全体図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、（ｃ）は下面図である。図２に示すように、配管２０と弁室１４の間には、冷媒通路１６が設けられる。そして、冷媒通路１６には冷媒の整流部材１００が挿入される。同様に配管２２と通じるオリフィス１２に対向して冷媒の整流部材１００が挿入される。両整流部材は、同じ構造を有している。冷凍サイクルの運転状態は、冷房又は暖房に応じて作動流体の流れが逆となるので、運転状態に応じて冷媒通路１６に挿入される整流部材１００又は配管２２に挿入される整流部材１００のいずれかが、流入側に設けられる整流部材となる。即ち、オリフィス１２及びこれと対向接離する弁体８２に対して上流側と下流側の両方において、配管２０，２２の取付け位置に整流部材１００，１００が配設されているので、冷媒が正逆いずれの方向に流れる場合であっても、液相冷媒中に混入している気相冷媒（気泡）に起因する冷媒通過音を効果的に低減することができる。

図３は、弁本体１０とその内部の構造の詳細を示す断面図である。図１及び図２に示されている構成要素及び部位と同等のものには同じ符号を付すことで再度の詳細な説明を省略する。図３に示すように、電動弁は、円筒形状の弁本体１０の内部に形成されている弁室１４には、冷媒の流路のため、配管２２内において弁本体１０の縦軸線上に設けられる第１の通路３０と、弁本体１０の半径方向に設けられる配管２０内において第２の通路４０とが、互いに直交する方向に接続されている。縦方向の配管２２と径方向の配管２０とは、それぞれ先端部において、弁本体１０に形成されている開口部２１，２３に挿入され、ろう付け等の接合手段Ｗ１により固着されている。

第１の通路３０はオリフィス１２を介して弁室１４に連通し、第２の通路４０は孔２４を介して弁室１４に連通する。孔２４の径寸法は、電動弁の容量に応じて決定される。弁室１４に挿入される弁体８２は弁軸８０に連結され、弁軸８０はモータユニット５０（図１）により上下方向に駆動される。弁体８２の上下動により、先端のニードル部８４と弁座１５との間の流路面積が変化し、通過する冷媒の流量が制御される。弁軸８０の外側にはベローズ９２が取り付けてあり、モータ側への冷媒の侵入を防止している。

図３に示す例では、配管２２側に設けられる整流部材１００が一方の絞り手段Ｓ１を構成しており、図１において配管２０側に設けられる整流部材１００に代えて、絞り手段Ｓ２が配管２０の取付部に設けられる。即ち、配管２０の内径側に侵入する延伸部２５が弁本体１０と一体に形成され、延伸部２５によって絞り作用をなす絞り孔２４が区画形成されている。絞り孔２４から成る絞り手段Ｓ２も、これを通過する冷媒の絞り機能と二相流状態の冷媒中の気泡を細分化する機能を兼ね備える。

絞り手段Ｓ１、Ｓ２は、冷媒が正逆いずれの方向に流れるときでも、つまり冷媒が配管２２側から流入するときも、反対に配管２０側から流入するときも、いずれも効果的に冷媒通過音を低減できるようにするために、その開口率は配管内径面積に対し１０〜３５％、またオリフィス３２に対して１．２〜２．４倍の範囲が好適である。

図４は、整流部材の詳細を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。図４に示すように、整流部材１００は、円筒部１０１と底部１０３を有するカップ形状（筒状）に形成され、円筒部１０１の開口側の周縁部には取付け用のフランジ部１０２を備えている。フランジ部１０２を配管２０，２２の先端部と弁本体１０の開口部２１，２３の間で挟み込み、配管２０，２２を固着することで整流部材１００が開口部２１，２３に取り付けられる。

整流部材１００は、弁室１４に対して流入・流出する冷媒を整流するため、カップの底部１０３には複数の整流孔が形成されている。整流孔を構成するため、整流部材１００は、冷媒の絞り通路となる複数の整流孔を絞り・パンチングプレス加工等により形成されるが、これに限るものではない。整流孔は、中心に設けられる一つの第１整流孔１１０と、第１整流孔１１０の周囲に等角度で隔置して分散配置される複数（図示の例では８個）の第２整流孔１２０により構成される。整流部材１００は、所定の開口率を有する絞り手段Ｓ１でもある。整流部材１００は、通過する冷媒の整流機能及び絞り機能並びに二相流状態の冷媒中の気泡を細分化する機能を兼ね備える。整流孔１１０，１２０の径寸法は、弁本体１０に形成される冷媒通路の径寸法に比べて小さな寸法に設定されている。この実施形態では、第２整流孔１２０の径寸法は、第１整流孔１１０の径寸法より小さく設定されているが、これに限定されるものではない。

配管２０又は配管２２から弁室１４に流入しようとする冷媒は、整流部材１００を通過する間に整流される。即ち、冷媒中に混入する気泡のうちで大きな気泡はこの整流孔１１０，１２０を通過することができない。整流孔１１０，１２０は、大きな気泡を細分化する機能を有する。大きな気泡は、弁室１４に流入する際に細分化された状態となる。この作用により、弁室１４を通過する冷媒の通過音は低減される。整流孔の分散配置の形態については、詳細を後述する。

図５（ａ）〜（ｄ）は、整流部材に形成される整流孔の分布についての種々の形態を示す。図５（ａ）は参考に示す図であり、底部１０３の中心に例えば孔径２．２φの整流孔１１０ａのみを形成した例である。この例は、図３における絞り手段Ｓ２に相当する。本発明による整流孔の分散配置は、図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示されている。

図５（ｂ）に示す整流部材１００ｂは、孔径１．０φの５つの整流孔を均等に分散配置した例であり、整流孔は、中心の第１整流孔１１０ｂと、その周囲に９０度の等角度に隔置して単列環状に置いて形成された４個の第２整流孔１２０ｂとから成っている。図５（ｃ）は、孔径０．７φの９個の整流孔を略均等に分散配置した例であり、整流孔は、中心の第１整流孔１１０ｃと、その周囲に９０度の等角度に隔置して二重の複列環状に置いて形成された８つの第２整流孔１２０ｃとから成っている。第２整流孔１２０ｃについては、内側に環状に配置された列と外側に環状に配置された列とは４５度互いにずれた関係にある。更に、図５（ｄ）は、孔径０．６φの１３個の整流孔を略均等に分散配置した例であり、整流孔は、中心の第１整流孔１１０ｄと、その周囲に内側で９０度の等角度に隔置して環状に置いて形成された４個の第２整流孔１２０ｃと、内側で４５度の等角度に隔置して環状に置いて形成された８個の第２整流孔１２０ｃとから成っている。内外の第２整流孔１２０ｃの環状列は、２２．５度互いにずれた関係にある。

図６は、この発明による電動弁において、電動弁の開度Ｐをパラメータとして、整流部材に形成される整流孔の数と流動音の音圧との関係についての実験データを示すグラフである。電動弁開度Ｐは、駆動するステップモータに供給されるステップ数で示してある。この実験データは、０ステップ（全閉）から１０００ステップまでのデータを示す。なお、この実施形態での全開は１４００ステップであるが、全開ステップ数は電動弁機種によって異なる。

図６に示される通り、整流孔の数が５、９、１３である場合について、現行品と比較して、有意に音圧レベルが低下していることが判る。特に、音圧レベルの低下は、整流孔の数が９のときに効果がある。

以上、この発明の実施例について説明したが、整流部材における整流孔の大きさ・配置・形状・個数は、電動弁が使用される運転条件や使用環境に対応して、適宜に設定される。例えば、整流孔の形状は円形孔とし、配置については中心とその周囲に同心円に沿って環状に配置した例を説明したが、放射状のスリット孔や、半円状の孔であってもよい。本発明による電動弁によれば、整流部材は、二相流状態で通過する冷媒の整流機能、絞り機能、二相流状態の冷媒中の気泡を細分化する機能を発揮し、簡素な構成を追加するだけで、気泡に起因する冷媒通過音を効果的に低減させることができる。

この発明による電動弁の弁本体の断面図。 この発明による電動弁の全体構成を示す説明図。 図１に示す弁本体の要部を示す断面図。 図１に電動弁に用いられている整流部材を示す図。 この発明による電動弁に用いられる整流部材の整流孔の配置例を示す図。 この発明による電動弁において、電動弁開度と流動音の音圧との関係についての実験データを示すグラフ。

符号の説明

１ 電動弁 １０ 弁本体
１２ オリフィス １４ 弁室
１５ 弁座 １６ 冷媒通路
２０ 配管 ２１ 開口部
２２ 配管 ２３ 開口部
２４ 絞り孔 ２５ 延伸部
２６ ナット部材 ３０，４０ 通路
５０ モータユニット ５２ 軸受ユニット
５４ モータ ５６ 減速装置
６０ 出力軸 ６２ ドライバー
６４ ねじ軸 ７０ ボール
７２ 受け部材 ８０ 弁軸
８２ 弁体 ８４ ニードル部
９０ リング部材 ９２ ベローズ
１００ 整流部材 １０１ 円筒部
１０２ フランジ部 １０３ 底部
１１０，１１０ｂ〜１１０ｄ 第１整流孔
１２０，１２０ｂ〜１２０ｄ 第２整流孔
Ｓ１，Ｓ２ 絞り手段 Ｗ１ 接合手段

Claims (4)

1. 弁座部に形成されるオリフィスを通じて流入側と流出側とで通路が接続可能な弁本体と、電動機構の作動により前記弁座部に接離されて前記オリフィスを開閉する弁体と、少なくとも前記流入側の通路に配設されており液体に含まれる気泡を細分化するため前記通路を横切って配置された整流部材とを備える電動弁であって、
   前記整流部材には、５〜１３個の整流孔が略均等に分散して形成されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記整流孔は、中央に形成される第１整流孔と、前記第１整流孔との周りに単列環状に均等に置いて形成された４〜８個の第２整流孔とから成ることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記整流孔は、中央に形成される第１整流孔と、前記第１整流孔との周りに複列環状に均等に置いて形成された８〜１２個の第２整流孔とから成ることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
4. 前記整流部材は、前記整流孔が形成される整流板部を底部に配置したカップ状の形状を有しており、その開口縁部が流入側に接続される配管端部に取り付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動弁。

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