JP2010019378A - 膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】絞り部分における冷媒の流動騒音を低減する膨張弁を提供する。
【解決手段】膨張弁４は、途中に弁口５３を有する第２の冷媒通路４９が形成される本体４１と、本体４１の内部で進退することにより、弁口５３の開度を調節する弁体５０と、弁口の下流側通路４９ｂに設けられ、弁口５３の下流側で形成される噴出流を抑制する噴出流抑制部材５１と、を備えている。噴出流抑制部材５１は、その所定の断面積をＳ２とし、弁口の下流側通路４９ｂの断面積をＳ１とし、弁体５０の全開時に弁体５０によって開放された環状の流路部位の断面積をＳ０とした場合に、
０．０３×Ｓ１≦Ｓ２≦Ｓ１−Ｓ０
を満足する所定の断面積Ｓ２を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は冷凍サイクルに用いられ冷媒の流量を調節する膨張弁に関する。

従来、冷凍サイクルに用いられる膨張弁は、減圧時に本体内部の流路が弁体によって絞られるときに冷媒が流通する流路の断面積を狭めることによって、圧縮機等で吐出された高圧の冷媒ガスを急激に減圧するものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−３２２０５８号公報

図１２は、従来の膨張弁において冷媒流路１０３が弁体１００によって絞られたときの状態を模式的に示している。上記従来の膨張弁においては、前述のように絞り部である弁口１０２の直後で冷媒が急激に減圧されることにより、ガス噴出流（ジェットコア）が発生する。このガス噴出流（ジェットコア）は例えば音速状態の噴出流を形成する。そして、このガス噴出流の外側には急激な速度勾配を有する混合域が形成され、この混合域の速度勾配が起因して冷媒の流動騒音が発生する。この流動騒音は、配管等の流路を伝わって蒸発器に伝播し、さらにユーザーに異音として認識されてしまうという問題があった。

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は絞り部分における冷媒の流動騒音を低減する膨張弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、以下に記載の技術的手段を採用する。第１の発明は、冷凍サイクル（１）に設けられ、冷媒が流通する弁口（５３）の開度を調節することにより冷凍サイクル中を循環する冷媒の圧力を減圧する膨張弁に係る発明であって、
途中に弁口を有する冷媒通路（４９）が形成される本体（４１）と、
本体の内部で弁口の周縁部（５３ａ）に対して進退することにより、弁口の開度を調節する弁体（５０）と、
弁口の下流側通路（４９ｂ）に設けられ、弁口の下流側通路の断面積のうち所定の大きさの断面積を占める部材であって、弁口の下流側で形成される噴出流を抑制する噴出流抑制部材（５１）と、を備え、
噴出流抑制部材は、
その所定の断面積をＳ２とし、弁口の下流側通路の断面積をＳ１とし、弁体の全開時に弁体によって開放された環状の流路部位の断面積をＳ０とした場合に、
（式３） Ｓ２≦Ｓ１−Ｓ０
（式４） Ｓ２≧０．０３×Ｓ１
を満足する所定の断面積Ｓ２を有することを特徴とする。

この発明によれば、噴出流抑制部材が式３および式４を満足する所定の断面積Ｓ２を有する大きさであることにより、冷媒の流通を過度に阻害しないで、急激に減圧されて発生するガス噴出流（ジェットコア）を弁口の下流側通路で噴出流抑制部材に衝突させることができる。これにより、所望の減圧効果が得られるとともに、ガス噴出流が破壊されて発達せず、周囲に速度勾配を有する混合域も発達しないため、速度勾配による流動騒音を抑制することができる。したがって、冷凍サイクルを使用するユーザーに対して、不快な騒音を与えることなく、所定の減圧効果も有する膨張弁を提供することができる。

また、噴出流抑制部材は、弁体の先端部から弁口の下流側通路に伸長するように設けられ、弁体と一体となって進退する柱状部（５１）であることが好ましい。この発明によれば、噴出流抑制部材と弁体とを一体化した部材で形成することにより、従来の弁体に対して、部品点数の増加を抑えた簡単な形状変更や加工の追加によって、噴出流抑制の機能を付加することができる。

また、噴出流抑制部材は、弁体とは別体の部材（５１Ａ）であって、本体に固定されていることが好ましい。この発明によれば、噴出流抑制部材と本体とを一体化した部材で形成することにより、本体を基準とした所定の位置であって冷媒流路に対して所望の位置に噴出流抑制部材を設定しやすくなる。

さらに膨張弁は、弁口が全閉された時でも上記冷媒通路の入口部（４１ｃ）と出口部（４１ｄ）とを連通させる通路であって、当該冷媒通路よりも断面積の小さいバイパス通路（５４，５５）を備えることが好ましい。この発明では、弁体が弁口を全閉したときでも、バイパス通路によって冷媒が急激に減圧されるため、ガス噴出流（ジェットコア）が発生しやすい。そこで、上記構成の噴出流抑制部材を備えることにより、特にエアコンがＯＮからＯＦＦになったときの冷凍サイクルの内の均圧化状態においても、ガス噴出流の発達を抑えて流動騒音を抑制することができる。したがって、このような場合でもユーザーに対して不快な騒音を与えることがない。

また、冷凍サイクルは、超臨界状態となる冷媒を使用する超臨界冷凍サイクルであることが好ましい。この発明では、超臨界圧力域で使用されない冷凍サイクルと比較して、冷媒が高圧状態から急激に減圧されるため、この場合に発生しやすいガス噴出流（ジェットコア）の影響を抑制する顕著な効果が期待できる。

また、膨張弁は、冷凍サイクルに設けられた放熱器（３）の出口側の冷媒温度に応じて内圧が変化する感温部（８）を有し、弁体は感温部の内圧の変化に連動して弁口の開度を調節する構成でもよい。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態について図１〜図６を用いて説明する。図１は本実施形態の膨張弁４が適用される冷凍サイクル１を示した模式図である。図２は膨張弁４の構成を示した縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態の冷凍サイクル１は、二酸化炭素を冷媒として循環させる蒸気圧縮式冷凍サイクルである。冷凍サイクル１は、圧縮機２、放熱器３、膨張弁４、蒸発器５、およびアキュムレータ６を有し、これら各部を配管で環状に接続して構成される。さらに冷凍サイクル１は、放熱器３を流出し膨張弁４で減圧される前の冷媒とアキュムレータ６を流出して圧縮機２に吸い込まれる冷媒との間で熱交換を行うように配置された内部熱交換器９を備えている。

圧縮機２は、冷凍サイクル１内の冷媒を圧縮機構により吸入して吐出する流体機械である。放熱器３は、圧縮機２により圧縮された冷媒を冷却する高圧側の熱交換器である。放熱器３では、車両の走行風と電動式のファン（図示せず）によって冷却風が送風されることにより、放熱器３内部のガス冷媒が冷却される。膨張弁４は、放熱器３の出口の冷媒温度に基づいて放熱器３の出口の冷媒圧力を制御する温度式膨張弁であり、高圧の冷媒を減圧する減圧手段である。膨張弁４は内部熱交換器９から蒸発器５に至る冷媒通路に配置されている。放熱器３の出口側の配管には感温筒８が設けられ、感温筒８はキャピラリーチューブ７によって膨張弁４に接続されている。

蒸発器５は、膨張弁４で減圧された冷媒を蒸発させる低圧側の熱交換器である。冷凍サイクル１を車両の空気調和に使用する場合には、蒸発器５は、冷媒の蒸発潜熱により車室内の空気を冷却し、エアコン操作パネル（図示せず）の裏側に配置された空調ケース（図示せず）内に設けられている。そして、空調ケースにおいて、車両室内または車両室外から取り込んだ空気を蒸発器５に向かって送風機（図示せず）により送風することで、蒸発器５により冷却された空気が車室内に送り出される。

アキュムレータ６は、蒸発器５から内部熱交換器９に至る冷媒通路に配置されており、気相冷媒と液相冷媒とを分離し、冷凍サイクル１中の余剰冷媒を一時的に蓄える。

次に、膨張弁４の構成について図２にしたがって説明する。膨張弁４の本体４１は、アルミまたはアルミ合金でできており、その内部には放熱器３から内部熱交換器９に至る冷媒通路の一部である第１の冷媒通路４８と、内部熱交換器９から弁口５３を介して蒸発器５に至る冷媒通路の一部である第２の冷媒通路４９と、それぞれ独立して形成されている。弁口５３は、膨張弁４における弁体５０の弁部５０ａが全閉時に当接する弁座５２に形成された穴であり、第２の冷媒通路４９の一部である。

第１の冷媒通路４８は、放熱器３側に接続される流入口４１ａから、内部熱交換器９側に接続される流出口４１ｂまでに至る通路であり、その途中で放熱器３の出口側の冷媒温度を感温部に伝達する通路４７につながっている。第２の冷媒通路４９は、内部熱交換器９側に接続される流入口４１ｃから、蒸発器５側に接続される流出口４１ｄまでに至る通路であり、流入口４１ｃから弁口５３に至る高圧側通路４９ａ、鉛直方向に延設される弁口の下流側通路４９ｂ、および弁口の下流側通路４９ｂと流出口４１ｄとをつなぐ低圧側通路４９ｃを含んでいる。高圧側通路４９ａは、低圧側通路４９ｃよりも上部に位置しており、弁口の下流側通路４９ｂを介して低圧側通路４９ｃに連通している。本体４１の上部には上部開口部４１ｅが形成されており、上部開口部４１ｅには感温部が接続されている。

感温部は、主にダイヤフラム４３、蓋部４５および下方側支持部材４４から構成されており、ダイヤフラム４３と蓋部４５との間には密閉空間４５ａが形成されている。密閉空間４５ａに封入される感温媒体は、冷媒よりも熱膨張率が低い流体（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス）と冷媒とからなる。このような感温媒体が弁体５０を閉弁方向に付勢する調整ばね等の機能を果たし、膨張弁４は調整ばね等を不要にすることができる。すなわち、調整ばね等が設けられていないため、弁体５０の閉弁力としては、通路４７に流れ込む放熱器３の出口側の冷媒の温度が伝達される密閉空間４５ａの感温媒体による内圧のみが作用し、一方、開弁力としては放熱器３の出口側の冷媒の圧力が作用することになる。この感温媒体は、蓋部４５に取り付けられた封入管４６から入れられ、封入管４６を封鎖することにより、密閉空間４５ａに封入される。

ダイヤフラム４３は、その周縁部が下方側支持部材４４によって下方から支持されるとともに径方向外方から蓋部４５によって押さえられることにより、下方側支持部材４４と蓋部４５とによって挟持されて固定される。ダイヤフラム４３は、ステンレス等の薄膜材で形成され、その中央部が密閉空間４５ａの内外の圧力差に応じて変形して変位する。このように蓋部４５およびダイヤフラム４３と一体になった下方側支持部材４４は、その円筒部４４ａに形成されたねじ部が上部開口部４１ｅに螺合されることにより本体４１に固定され、感温部が本体４１の上部に取り付けられることになる。

弁体５０は、本体４１内に設置されており、弁口の周縁部５３ａに対して進退することにより、弁口５３の開度を調整するようになっている。この弁体５０の動きによって、高圧側通路４９ａの冷媒と、弁口の下流側通路４９ｂおよび低圧側通路４９ｃの冷媒との間で圧力差が形成される。弁体５０は、ダイヤフラム４３側から通路４７を通って第１の冷媒通路４８を横断し、さらに第２の冷媒通路４９の弁口５３近傍まで伸長する大きさであり、本体４１内の中央部を鉛直方向に縦断する挿入筒４２に挿入されている。そして、弁体５０の上方側端部はダイヤフラム４３に固定されており、弁体５０の下方側には弁口５３を開閉する弁部５０ａが設けられている。弁部５０ａの直径は弁口５３の内径よりも十分に大きいため、弁体５０が下方に降りきったときには、弁部５０ａは弁口の周縁部５３ａに突き当たり、弁口５３は全閉状態になる。

放熱器３の出口側の冷媒が、第１の冷媒通路４８から通路４７に流れ込むと、この冷媒の温度が密閉空間４５ａの感温媒体に伝達されると同時に、放熱器３の出口側の冷媒圧力がダイヤフラム４３に作用する。そして、ダイヤフラム４３の変位に伴って弁体５０が上下方向に進退すると、弁部５０ａが弁口５３を開閉して弁口５３の開度が制御される。このとき、通路４７に流れ込む放熱器３の出口側の冷媒の温度が伝達される密閉空間４５ａの感温媒体による内圧（弁部５０ａを押し下げる力）と、放熱器３の出口側の冷媒の圧力（弁部５０ａを引き上げる力）とがバランスする。この弁口５３の開度制御にしたがって、第２の冷媒通路４９の弁口５３の前後では圧力差が生じ、この圧力差が膨張弁４による減圧量になる。

図３は、膨張弁４の弁部の構成を示した部分拡大図である。さらに弁部５０ａよりも下方には、弁口の下流側通路４９ｂに伸長する噴出流抑制部材５１が設けられている。噴出流抑制部材５１は、弁部５０ａで弁口５３の面積が絞られて急激に減圧されたときに、弁口５３の下流側においてガス噴出流（ジェットコア）の発生を抑制する部材である。このガス噴出流（ジェットコア）は流速の大きい、例えば音速状態の噴出流である。ガス噴出流が発生すると、ガス噴出流の外側には急激な速度勾配を有する混合域が形成され、この混合域の速度勾配が起因して冷媒の流動騒音が発生する。この流動騒音は、冷凍サイクル１内の通常の冷媒流れによって発生する騒音に比べ、耳障りな異音として、配管等の流路を伝わって蒸発器５に伝播し、ユーザーに認識されてしまうことがある。本発明は、このような流動騒音を抑制するものであり、所定の大きさを有する噴出流抑制部材５１によって絞り部によるガス噴出流の発達を押さえる効果を奏する。

図３に示すように、噴出流抑制部材５１は、弁体５０の先端部から弁口の下流側通路４９ｂに伸長し、弁体５０と一体となって進退する柱状部（ピン状部）である。噴出流抑制部材５１は、弁口の下流側通路４９ｂの軸心または弁体５０の軸心と同軸の軸心となるように設けられ、その形状は、弁口の下流側通路４９ｂの断面のうち、所定の範囲を占める断面積を有するものであれば、特に限定するものではない。本実施形態では、噴出流抑制部材５１は弁体５０と同様に円柱状とする。また、噴出流抑制部材５１は、弁部５０ａの全開時および全閉時において、その下端部（冷媒流れの下流側端部）が低圧側通路４９ｃの軸心４９ｄよりも上方（上流側）に位置するように配置されている。

次に、噴出流抑制部材５１が備える大きさおよび位置についての特徴を説明する。図４は膨張弁４における噴出流抑制部材５１の働きを説明する部分拡大図である。図４に示すように、噴出流抑制部材５１の断面積をＳ２とし（噴出流抑制部材５１の下方に投影して示す破線で囲まれた格子部分の面積）、弁口の下流側通路４９ｂの断面積をＳ１（弁口の下流側通路４９ｂの下方に投影して示す、断面積Ｓ２を含む実線で囲まれた斜線部分の面積）とする。さらに、弁部５０ａの開度を全開にしたときに弁体５０によって開放された環状の流路部位の断面積をＳ０（弁部５０ａと弁口５３との間に形成される破線で囲まれた斜線部分の面積の全周合計）とする。このように定義したＳ０，Ｓ１およびＳ２の間には、下記の（式５）および（式６）を満たす関係があり、噴出流抑制部材５１は所定の断面積Ｓ２を有する大きさに設定される。

（式５） Ｓ２≦Ｓ１−Ｓ０
（式６） Ｓ２≧０．０３×Ｓ１
式５は噴出流抑制部材５１の断面積の上限を規定し、式６は噴出流抑制部材５１の断面積の下限を規定するものである。そして、噴出流抑制部材５１は、弁口の下流側通路４９ｂの断面積Ｓ１のうち、式５および式６を満たす所定の大きさの断面積Ｓ２を占めるように配置されている。

このような特徴を有する噴出流抑制部材５１によって、弁口の下流側通路４９ｂではガス噴出流（ジェットコア）が噴出流抑制部材５１に衝突するため、前述の従来の技術（図１２参照）のようなジェットコアが破壊されるようになる。このため、急激な速度勾配をもった混合域も発達することなく、流動騒音を大きく低減することができる。

次に、式６に示す下限値の意義について説明する。図５は、噴出流抑制部材５１の断面積Ｓ２を変更して実験を行った結果、流動騒音の低減効果を説明する実験データである。つまり、この実験データは、断面積Ｓ２の大きさを変えた数種類の噴出流抑制部材５１を有する膨張弁４から発生する各騒音値について、噴出流抑制部材５１を備えていない従来のピン無し膨張弁の騒音値（×のドットで示す）に対する効果の程度を示している。

ここで、断面積Ｓ２の複数の条件は、断面積Ｓ２を断面積Ｓ１で除した値がそれぞれ０．０３（白抜き丸のドットで示す）、０．１５（白抜き三角のドットで示す），０.２８（黒丸のドットで示す），０．４５（白抜き四角のドットで示す）の場合である。実験データは、各条件において、横軸を弁口５３の前後（上流側と下流側）の圧力差ΔＰ［ＭＰａ］とし、縦軸を膨張弁４出口側の配管の振動加速度［ｍ／ｓ^２］としてプロットしたものである。ここで問題としている流動騒音は、影響の大きい因子である膨張弁４出口側の配管の振動加速度を計測することによって検出することができる。また、当該配管の振動加速度は、例えば、振動を感知して電気信号に変換して取り出す方式である加速度ピックアップセンサーを使用して検出する。

図５に示すように、従来のピン無し膨張弁に対して、すべての条件において配管の振動騒音が低減しており、流動騒音の低減効果が認められる。さらに、この流動騒音の低減効果は圧力差ΔＰが４〜８［ＭＰａ］の範囲においても認められる。

図６は、図５において、一例として膨張弁４の弁口５３前後の圧力差ΔＰが８［ＭＰａ］であるときの騒音低減効果を説明する図である。ΔＰ＝８［ＭＰａ］を採用して比較したのは、圧力差が大きくガス噴出流の発生しやすい減圧条件においては、ユーザーに対して不快な騒音を与えやすいからである。

図６に示すように、各条件における振動加速度の値は、ピン無し膨張弁の配管振動加速度を１とした場合に、Ｓ２／Ｓ１＝０．０３の場合は約０．８９であり、Ｓ２／Ｓ１＝０．１５の場合は約０．６６であり、Ｓ２／Ｓ１＝０．２８の場合は約０．５５であり、Ｓ２／Ｓ１＝０．４５の場合は約０．５１となっている。ここで振動加速度は１０％程度低減することにより、騒音値としては大きな低減効果が得られるため、Ｓ２／Ｓ１＝０．０３とする噴出流抑制部材５１には、十分にガス噴出流の形成を妨げ、流れを攪拌する働きがあると考えられる。

以上の実験結果から、噴出流抑制部材５１の断面積Ｓ２は式６のように０．０３×Ｓ１以上であれば、本発明の課題を解消することができる。また、上記の振動加速度を低減する効果の面から、好ましくは、断面積Ｓ２は０．１５×Ｓ１以上である。さらに好ましくは、断面積Ｓ２は０．２８×Ｓ１以上であればよい。

上記構成における膨張弁４の作動について説明する。圧縮機２で吐出された冷媒は、放熱器３で放熱された後、第１の冷媒通路４８に導入されると、この冷媒は通路４７を通って密閉空間４５ａ側に流れ、この冷媒の温度が感温媒体に伝達される。感温媒体は伝達された冷媒の温度に応じた内圧になり、その内圧がダイヤフラム４３に作用することになる。弁体５０はこの作用力に応じて本体４１内を進退するため、弁部５０ａによって弁口５３の開度が制御される。内部熱交換器９から第２の冷媒通路４９に流入してきた冷媒は、弁口５３の開度により弁口５３の下流側で減圧され、この減圧量によっては弁口の下流側通路４９ｂでガス噴出流（ジェットコア）が発生しやすい条件になる。しかしながら、噴出流抑制部材５１が弁口の下流側通路４９ｂにおいて前述の所定の大きさを占めるため、ガス噴出流が破壊されて流れが乱されるので、ガス噴出流が原因となる流動騒音が抑制される。このように減圧された冷媒は、噴出流抑制部材５１の外側を通過して第２の冷媒通路４９から流出し、蒸発器５で吸熱して冷房風を提供し、アキュムレータ６を介して圧縮機２の吸入側に戻る。

本実施形態に係る膨張弁４がもたらす作用効果を以下に述べる。膨張弁４は、途中に弁口５３を有する第２の冷媒通路４９が形成される本体４１と、本体４１の内部で進退することにより、弁口５３の開度を調節する弁体５０と、弁口の下流側通路４９ｂに設けられ、弁口５３の下流側で形成される噴出流を抑制する噴出流抑制部材５１と、を備えている。噴出流抑制部材５１は、その所定の断面積をＳ２とし、弁口の下流側通路４９ｂの断面積をＳ１とし、弁体５０の全開時に弁体５０によって開放された環状の流路部位の断面積をＳ０とした場合に、上記式５および式６を満足する所定の断面積Ｓ２を有する。

この構成によれば、噴出流抑制部材５１の存在により、ガス噴出流を破壊して発達させず、縮小することができる。このため、周囲に速度勾配を有する混合域も発達しないため、流動騒音を抑制することができる。したがって、所望の減圧能力を有するとともに、ユーザーに対して、不快な騒音を与えない膨張弁４を提供することができる。

また、噴出流抑制部材５１は、弁体５０の先端部から弁口の下流側通路４９ｂに伸長するように設けられ、弁体５０と一体となって進退するピン状部である。この構成によれば、従来の弁体に対して、部品点数の増加を抑えた簡単な形状変更や加工の追加によって噴出流抑制機能を実現することができる。

また、弁体５０と噴出流抑制部材５１が一体であることにより、部品点数を抑えることができ、弁体５０の形状変更や追加加工によって噴出流抑制部材５１を設けることができる。したがって、部品個数、加工面、組立面等についてコストの低減を図ることができる。

また、噴出流抑制部材５１を本体４１側と一体化して弁体５０に対して別体に形成した場合には、弁体５０と噴出流抑制部材５１との間に所定寸法の間隙を設ける必要がある。そして、この寸法を公差範囲に収めるには、加工面、組立面の両面について高い精度が必要となり、冷媒流れや、冷媒漏れ等の問題が生じることもある。そこで、噴出流抑制部材５１を弁体５０と一体にすることにより、このような課題を解消することができる。

また、膨張弁４が適用される冷凍サイクル１は、冷媒を二酸化炭素とする超臨界冷凍サイクルであるため、超臨界圧力域で使用されない冷凍サイクルと比較して、冷媒が非常に高圧状態から減圧されるため、減圧量が大きく、噴出流抑制部材５１によるガス噴出流（ジェットコア）の抑制効果がより一層期待できる。

（第２実施形態）
第２実施形態で説明する膨張弁は、上記第１実施形態の膨張弁４に対して、弁部５０により調整される弁口５３とは別に、常に開状態にある細い通路のブリードポート５４を加えたものである。以下、第２実施形態を図７〜図９にしたがって説明する。図７は本実施形態の膨張弁の絞り部（弁口付近）の構成を示した部分拡大図である。図８は、本実施形態の膨張弁に設けられたブリードポート５４を冷媒流れ方向に見たときの拡大図である。図９は、本実施形態の膨張弁における噴出流抑制部材５１の働きを説明する部分拡大図である。

図７および図８に示すように、本膨張弁は、弁口５３が全閉された時でも第２の冷媒通路４９の流入口４１ｃと流出口４１ｄとを連通させる通路であり、第２の冷媒通路４９よりも断面積が小さく、所定の通路抵抗を有するバイパス通路であるブリードポート５４を備えている。弁部５０ａが弁口５３を全閉する時に弁部５０ａに当接する部位の弁座５２Ａには溝部５４ａが設けられている。溝部５４ａは、例えば、その断面形状がくさび形、矩形状、Ｕ字形等の凹部である。そして、溝部５４ａは、高圧側通路４９ａと弁口の下流側通路４９ｂとを連絡するように冷媒流れ方向に沿って延設されている。そして、ブリードポート５４は、弁部５０ａが弁口５３を全閉した時に弁部５０ａと溝部５４ａとの間に形成されるトンネル状の通路である。

上記構成において、圧縮機２で吐出された冷媒は、放熱器３で放熱された後、第１の冷媒通路４８に導入されると、この冷媒は通路４７を通って密閉空間４５ａ側に流れ、この冷媒の温度が感温媒体に伝達される。感温媒体は伝達された冷媒の温度に応じた内圧になり、その内圧がダイヤフラム４３に作用することになる。弁体５０はこの作用力に応じて本体４１内を進退するため、弁部５０ａによって弁口５３の開度が制御される。

ここで、弁部５０ａによって弁口５３が完全に閉じられた場合、例えばエアコンがオフされて圧縮機２が停止したときには、第２の冷媒通路４９で冷媒が流通しなくなり、蒸発器５の温度および圧力が上昇する。この状態が長時間続くと、冷凍サイクル１の損傷につながってしまう。そこで、本膨張弁では、弁口５３が全閉されたときでも、トンネル状の通路であるブリードポート５４が形成されるので、この通路を通過して冷媒が減圧されて、弁口の下流側通路４９ｂに流れる。これにより、蒸発器５に冷媒が供給されるため、蒸発器５内の圧力が過度に上昇することを防止することができる。

一方で、図９に示すように、冷媒がブリードポート５４を通過することにより、急激に減圧され、弁口の下流側通路４９ｂでガス噴出流（ジェットコア）が発生しやすい条件になる。しかしながら、この場合においても、第１実施形態と同様に、噴出流抑制部材５１の存在によってガス噴出流が破壊されて冷媒の流れが乱されるので、ガス噴出流が原因となる流動騒音を抑制することができる。

本実施形態に係る膨張弁がもたらす作用効果を以下に述べる。本膨張弁は、弁部５０ａによって弁口５３が全閉された時でも冷媒が蒸発器５に向けて流れる所定の通路抵抗を有するブリードポート５４を備えた膨張弁である。これにより、特にエアコンがＯＮからＯＦＦになったときの冷凍サイクル１の内の均圧化状態においても、噴出流抑制部材５１にガス噴出流を衝突させることができるため、ガス噴出流の発達を抑えて流動騒音を抑制することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態で説明する膨張弁は、上記第２実施形態の膨張弁と同様にトンネル状のバイパス通路を有しているが、第２実施形態の膨張弁と異なり、バイパス通路は弁体５０Ａの弁部５０ａ側に形成されるものである。以下、第３実施形態を図１０にしたがって説明する。図１０は、弁部５０ａが弁口５３を全閉した状態における噴出流抑制部材５１の働きを説明する部分拡大図である。

図１０に示すように、本膨張弁が備えるブリードポート５５は、弁口５３が全閉された時でも第２の冷媒通路４９の流入口４１ｃと流出口４１ｄとを連通させる通路であり、前述のブリードポート５４と同様に所定の通路抵抗を有するバイパス通路である。弁部５０ａが弁口５３を全閉する時に弁座５２に当接する部位の弁部５０ａには、溝部５５ａが設けられている。溝部５５ａは、高圧側通路４９ａと弁口の下流側通路４９ｂとを連絡するように冷媒流れ方向に沿って延設されている。溝部５５ａは、例えば、その断面形状がくさび形、矩形状、Ｕ字形等の凹部である。そして、ブリードポート５５は、弁部５０ａと弁座５２が密着し弁口５３が全閉された時に弁部５０ａと溝部５５ａとの間に形成されるトンネル状の通路である。

本膨張弁においても、第２実施形態の膨張弁と同様の作用により、噴出流抑制部材５１の存在によってガス噴出流が破壊されて冷媒の流れが乱されるので、ガス噴出流が原因となる流動騒音を抑制することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態で説明する膨張弁は、上記各実施形態と異なって、噴出流抑制部材５１Ａが弁体５０Ｂに一体に設けられるものではなく、別体で設けられているものである。以下、本実施形態を図１１にしたがって説明する。図１１は、本実施形態の膨張弁における噴出流抑制部材５１Ａの構成を示した部分拡大図である。

図１１に示すように、本膨張弁が備える噴出流抑制部材５１Ａは、本体４１に固定され、弁体５０Ｂとは別体に設けられる柱状部である。この柱状部は、その断面積Ｓ２が上記第１実施形態と同様の大きさを有するため、弁口５３の下流側で発生するガス噴出流を抑制する働きを有する。噴出流抑制部材５１Ａは、取付け部材６０に一体に設けられている。取付け部材６０は本体４１の下部に形成された下部開口部４１ｆに螺合されるねじ部６０ａを備えており、噴出流抑制部材５１Ａはねじ部６０ａの上端部から弁口５３側に向かって伸長するように設けられている。このように噴出流抑制部材５１Ａは、ねじ部６０ａが下部開口部４１ｆに螺合されることにより取付け部材６０が本体４１に固定されることによって、弁体５０Ｂとは別体として本体４１に対して固定されることになる。また、弁部５０ａが弁口５３を全閉した状態において、噴出流抑制部材５１Ａはその上端部と弁体５０の下端部との間に約０．１ｍｍの間隙を形成するように配置される。

本実施形態に係る膨張弁がもたらす作用効果を以下に述べる。本膨張弁が備える噴出流抑制部材５１Ａは、弁体５０Ｂとは別体の部材であって、本体４１に固定されている。この構成によれば、噴出流抑制部材５１Ａと本体４１とを一体化した部材で形成することにより、ガス噴出流を縮小して流動騒音を抑える噴出流抑制部材５１Ａを、本体４１を基準とした位置に設置することができる。このため、噴出流抑制部材５１Ａを第２の冷媒流路４９に対して所定の位置に正確に配置することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、冷媒として超臨界状態となる二酸化炭素を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルに設けられる膨張弁について説明したが、二酸化炭素の他に、例えば、エチレン、エタン、酸化窒素などの超臨界域で使用される冷媒を用いてもよい。

第１実施形態に係る膨張弁４が適用される冷凍サイクル１を示した模式図である。 第１実施形態の膨張弁４の構成を示した縦断面図である。 膨張弁４の弁部の構成を示した部分拡大図である。 膨張弁４における噴出流抑制部材５１の働きを説明する部分拡大図である。 噴出流抑制部材５１について断面積Ｓ２を変更して実験を行った結果の流動騒音の低減効果を説明する実験データである。 図５において、膨張弁４の絞り部前後の圧力差が８ＭＰａであるときの騒音低減効果を説明する図である。 第２実施形態に係る膨張弁の絞り部の構成を示した部分拡大図である。 第２実施形態の膨張弁に設けられたブリードポート５４を冷媒流れ方向に見たときの拡大図である。 第２実施形態の膨張弁における噴出流抑制部材５１の働きを説明する部分拡大図である。 第３実施形態の膨張弁における噴出流抑制部材５１の働きを説明する部分拡大図である。 第４実施形態の膨張弁における噴出流抑制部材５１Ａの構成を示した部分拡大図である。 従来の膨張弁の絞り直後におけるジェットコアの発生状態を示した説明図である。

符号の説明

１…冷凍サイクル
３…放熱器
８…感温部
４１…本体
４１ｃ…流入口（冷媒通路の入口部）
４１ｄ…流出口（冷媒通路の出口部）
４９…第２の冷媒通路（冷媒通路）
４９ｂ…弁口の下流側通路
５０…弁体
５１…噴出流抑制部材（柱状部）
５１Ａ…噴出流抑制部材（別体の部材）
５３…弁口
５３ａ…弁口の周縁部
５４，５５…ブリードポート（バイパス通路）

Claims (6)

1. 冷凍サイクル（１）に設けられ、冷媒が流通する弁口（５３）の開度を調節することにより前記冷凍サイクル中を循環する前記冷媒の圧力を減圧する膨張弁であって、
   途中に前記弁口を有する冷媒通路（４９）が形成される本体（４１）と、
   前記本体の内部で前記弁口の周縁部（５３ａ）に対して進退することにより、前記弁口の開度を調節する弁体（５０）と、
   前記弁口の下流側通路（４９ｂ）に設けられ、前記弁口の下流側通路の断面積のうち所定の大きさの断面積を占めるように配置される部材であって、前記弁口の下流側で形成される噴出流を抑制する噴出流抑制部材（５１）と、
   を備え、
   前記噴出流抑制部材は、
   前記所定の断面積をＳ２とし、前記弁口の下流側通路の断面積をＳ１とし、前記弁体の全開時に前記弁体によって開放された環状の流路部位の断面積をＳ０とした場合に、
   （式１） Ｓ２≦Ｓ１−Ｓ０
   （式２） Ｓ２≧０．０３×Ｓ１
   を満足する所定の断面積Ｓ２を有することを特徴とする膨張弁。
2. 前記噴出流抑制部材は、前記弁体の先端部から前記弁口の下流側通路に伸長するように設けられ、前記弁体と一体となって進退する柱状部（５１）であることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記噴出流抑制部材は、前記弁体とは別体の部材（５１Ａ）であって、前記本体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
4. さらに、前記弁口が全閉された時でも前記冷媒通路の入口部（４１ｃ）と出口部（４１ｄ）とを連通させる通路であって、前記冷媒通路よりも断面積の小さいバイパス通路（５４，５５）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の膨張弁。
5. 前記冷凍サイクルは、超臨界状態となる冷媒を使用する超臨界冷凍サイクルであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の膨張弁。
6. 前記冷凍サイクルに設けられた放熱器（３）の出口側の冷媒温度に応じて内圧が変化する感温部（８）を有し、
   前記弁体は前記感温部の内圧の変化に連動して前記弁口の開度を調節することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の膨張弁。

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