JP2015218948A - 絞り装置、および、それを備える冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】絞り装置において、二次側配管側から不所望な圧力が弁体に作用した場合であっても、弁体の弁部が弁座に食い付くことを回避でき、しかも、製造コストが嵩むことがないこと。
【解決手段】絞り装置において、チューブ本体１０内でばね受け部１２に隣接して移動可能に配され他端１０Ｅ２側からの圧力がニードル部材２０に作用しないように、冷媒の流れを一方向に制限する制限弁２４を備えるもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、絞り装置、および、それを備える冷凍サイクルシステムに関する。

空調装置における冷凍サイクルシステムにおいては、絞り装置としてのキャピラリチューブに代えて差圧式の絞り装置を備えるものが提案されている。例えば、特許文献１乃至４にも示されるような、差圧式の絞り装置は、外気温度に応じて圧縮機を効率よく作動させるために凝縮器出口と蒸発器入口との間の冷媒の圧力を最適に制御するとともに、圧縮機の回転数を変更できる冷凍サイクルシステムにおいても、省力化の観点から圧縮機の回転数に応じた冷媒の圧力を最適に制御するものとされる。絞り装置は、例えば、冷媒が導入される一端で、凝縮器に接続される一次側配管に接合されており、冷媒が排出される他端で蒸発器に接続される二次側配管に接合されている。

差圧式の絞り装置は、特許文献１における図１に示されるように、冷媒流路を構成する配管に配されるシリンダと、弁部をそれぞれ有しシリンダ内の通路における弁座を開閉する第１弁体および第２弁体と、第１弁体および第２弁体の弁部を、弁座に対し閉状態とするように付勢する複数のばねと、第１弁体および第２弁体の縮管部内に配されるテーパ部を有し縮管部の内端縁部とテーパ部との間に絞り流路を形成する軸状部材と、各ばねの一端に当接し複数のばねの弾性力を調整する複数のストッパと、ストッパの雌ねじ孔に嵌め合わされ軸状部材の軸方向の位置をする止めねじと、を含んで構成されている。

斯かる構成において、冷媒の設計圧力に応じた上述の絞り流路の前後の差圧が所定の値未満の場合、第１弁体および第２弁体の弁部が弁座に対し閉状態となるように、ストッパによりばねの付勢力が調整される。その際、第１弁体および第２弁体の弁部が弁座に対し閉状態となるとき、上述の絞り流路の大きさが、所定の大きさとなるように、軸状部材の位置が、止めネジにより調整される。これにより、冷房時、シリンダ内の通路を通過する冷媒が、上述の絞り流路により減圧されシリンダから排出されることとなる。一方、上述の絞り流路の前後の差圧が所定の値以上となる場合、第１弁体の弁部が弁座に対し開状態となり、冷媒の大部分が第１弁体の弁部とシリンダの内周部との間の隙間、および、ストッパの長孔を介してシリンダから排出される。

特開２００５−２６５２３０号公報 特許第４８９７４２号 特開２００８−１０１７３３号公報 特許第３５３７８４９号

冷凍サイクルシステムに冷媒が充填される場合、冷媒が一般に絞り装置に対して一次側配管側から充填される。しかしながら、冷媒が誤って絞り装置に対して二次側配管側から充填されたり、もしくは、システム上の制約から二次側配管側から冷媒を充填せざるを得ない場合や、または、冷凍サイクルシステムの運転状態によって二次側配管側の圧力が急激に上昇する衝撃圧が発生した場合、上述のような弁体の弁部が、弁座に対し閉状態となり食い付き離隔できなくなる虞がある。このような場合の対策として、冷媒が二次側配管側から充填されないように逆止弁を二次側配管に別個に設けることも考えられるが、製造コストが嵩み得策ではない。

以上の問題点を考慮し、本発明は、絞り装置、および、それを備える冷凍サイクルシステムであって、二次側配管側から不所望な圧力が弁体に作用した場合であっても、弁体の弁部が弁座に食い付くことを回避でき、しかも、製造コストが嵩むことがない絞り装置、および、それを備える冷凍サイクルシステムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る絞り装置は、冷媒を供給する配管に配され、配管内に連通する開口端部を両端に有するチューブ本体と、チューブ本体内に配され弁ポートを有する弁座と、弁座の弁ポートに対し近接または離隔可能に配され弁ポートの開口面積を制御する先細部を有するニードル部材と、ニードル部材とチューブ本体の一方の開口端部との間に配され、貫通孔を有しニードル部材を弁座の弁ポートに対し近接する方向に付勢する付勢部材の一端を支持する付勢部材支持部と、付勢部材支持部の貫通孔に向かい合ってチューブ本体内に配され、チューブ本体の一方の開口端部からの冷媒の圧力に応じて付勢部材支持部の貫通孔の開口端を開閉する制限弁と、を備えて構成される。

また、制限弁は、チューブ本体の開口端と付勢部材支持部との間に移動可能に配され、付勢部材支持部の貫通孔の開口端を開放または閉塞するものであってもよい。

付勢部材支持部は、制限弁を付勢部材支持部の貫通孔の開口端から離隔する方向に付勢するリターンスプリングを備えるものでもよい。さらに、付勢部材支持部に回動可能に配される制限弁の当接部は、付勢部材支持部の貫通孔の開口端を開放または閉塞するものでもよい。

さらに、本発明に係る冷凍サイクルシステムは、蒸発器と、圧縮機、および、凝縮器とを備え、上述のいずれかの絞り装置が、凝縮器の出口と蒸発器の入口との間に配される配管に設けられることを特徴とする。

本発明に係る絞り装置、および、それを備える冷凍サイクルシステムによれば、ニードル部材とチューブ本体の一方の開口端部との間に配され、貫通孔を有しニードル部材を弁座の弁ポートに対し近接する方向に付勢する付勢部材の一端を支持する付勢部材支持部と、付勢部材支持部の貫通孔に向かい合ってチューブ本体内に配される制限弁と、を備え、制限弁が、チューブ本体の一方の開口端部からの冷媒の圧力に応じて付勢部材支持部の貫通孔の開口端を開閉するので二次側配管側から不所望な圧力が弁体に作用した場合であっても、弁体の弁部が弁座に食い付くことを回避でき、しかも、製造コストが嵩むことがない。

（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る絞り装置の第１実施例の構成を示す断面図である。 図１（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿って示される部分断面図である。 （Ａ）は、図１（Ａ）に示される例において用いられる制限弁の平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿って示される断面図である。 本発明に係る絞り装置の第１実施例を備える冷凍サイクルシステムの一例の構成を概略的に示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る絞り装置の第２実施例の構成を示す断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る絞り装置の第３実施例の構成を示す断面図である。

図１（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係る絞り装置の第１実施例の構成を示す。

絞り装置は、例えば、図４に概略的に示されるように、冷凍サイクルシステムの配管における凝縮器６の出口と蒸発器２の入口との間に配置されている。絞り装置は、後述するチューブ本体１０の一端１０Ｅ１で、一次側配管Ｄｕ１に接合されており、冷媒が排出されるチューブ本体１０の他端１０Ｅ２で二次側配管Ｄｕ２に接合されている。一次側配管Ｄｕ１は、凝縮器６の出口と絞り装置とを接続し、二次側配管Ｄｕ２は、蒸発器２の入口と絞り装置とを接続するものとされる。蒸発器２の出口と凝縮器６の入口との間には、図４に示されるように、蒸発器２の出口に接合される配管Ｄｕ３と、凝縮器６の入口に接合される配管Ｄｕ４とにより、圧縮機４が接続されている。圧縮機４は、図示が省略される制御部により駆動制御される。これにより、冷凍サイクルシステムにおける冷媒が、例えば、図４に示される矢印に沿って循環されることとなる。

絞り装置は、上述の冷凍サイクルシステムの配管に接合されるチューブ本体１０と、チューブ本体１０の内周部に固定され冷媒の流量を調整する流量調整部を構成する弁座２２、および、ニードル部材２０と、ニードル部材２０を弁座２２に対し近接する方向に付勢するコイルスプリング１６と、コイルスプリング１６の一方の端部を支持するばね受け部１２と、ばね受け部１２に隣接して移動可能に配され他端１０Ｅ２側からの圧力がニードル部材２０に作用しないように、冷媒の流れを一方向に制限する制限弁２４と、を主な要素として含んで構成されている。

所定の長さおよび直径を有するチューブ本体１０は、例えば、銅製パイプ、または、アルミニウム製パイプで作られ、冷媒が導入される一端１０Ｅ１で、凝縮器に接続される一次側配管Ｄｕ１に接合されており、冷媒が排出される他端１０Ｅ２で蒸発器に接続される二次側配管Ｄｕ２に接合されている。

チューブ本体１０の内周部における一端１０Ｅ１から所定距離、離隔した中間部には、弁座２２の外周部が固定されている。弁座２２は、かしめ加工によるチューブ本体１０の窪み１０ＣＡ３により形成される突起がその外周部に食い込むことにより固定されている。

円筒状の弁座２２は、後述するニードル部材２０における先細部２０Ｐが挿入される弁ポート２２ａを内部中央部に有している。弁ポート２２ａは、所定の直径φＤを有し弁座２２の中心軸線に沿って一端１０Ｅ１に向けて延びている。

図２に示されるように、向かい合う平坦面を横断面に有する円柱状のニードル部材２０は、例えば、真鍮、または、ステンレス鋼で作られ、弁座２２に向かい合う端部に先細部２０Ｐと、コイルスプリング１６の他端に向かい合う端部に、突起状のばね受け部２０Ｄとを有している。ニードル部材２０における先細部２０Ｐとばねガイド部２０Ｄとの間の部分の外周部の平坦面とチューブ本体１０の内周部との間には、図２に示されるように、流路１０ａが形成されている。

円錐台状の先細部２０Ｐは、テーパ角度を有している。また、先細部２０Ｐの端面は、直径φＤよりも小なる直径φａを有している。ニードル部材２０の先細部２０Ｐの外周部が弁ポート２２ａの開口端部の周縁に当接し弁ポート２２ａを略閉状態とした後、ニードル部材２０の先細部２０Ｐの外周部が、差圧（一端１０Ｅ１側の冷媒の入口圧力と他端１０Ｅ２側の冷媒の出口圧力との差）により、弁ポート２２ａの開口端部の周縁に対し離隔し始める離隔開始タイミングは、コイルスプリング１６の付勢力に基づいて設定される。コイルスプリング１６のばね定数は、所定の値に設定されている。

ニードル部材２０の先細部２０Ｐの外周部が、弁ポート２２ａの開口端部の周縁に対し離隔される場合、ニードル部材２０の先細部２０Ｐと弁ポート２２ａの開口端部との間には、絞り部が形成される。絞り部とは、弁ポート２２ａの周縁から先細部２０Ｐの母線への垂線と、先細部２０Ｐの母線との交点が、弁ポート２２ａの縁２２ａｓから最も近い箇所（最狭部）をいう。この垂線が描く円錐面の面積が、絞り部の開口面積となる。

ニードル部材２０のばねガイド部２０Ｄには、コイルスプリング１６の他方の端部が係合されている。また、コイルスプリング１６の一方の端部には、ばね受け部１２の先細部１２ｂが係合されている。

付勢部材支持部としてのばね受け部１２は、内側中央部に貫通孔１２ａを有している。ばね受け部１２は、かしめ加工によるチューブ本体１０の窪み１０ＣＡ２により形成される突起が食い込むことにより固定されている。

二次側配管Ｄｕ２の端部は、後述するチューブ本体１０の位置決め用突起１０ＣＡ１により位置決めされる。位置決め用突起１０ＣＡ１とばね受け部１２との間には、図１（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、制限弁２４が移動可能に配されている。

制限弁２４は、図３（Ａ）および（Ｂ）に拡大されて示されるように、例えば、ステンレス鋼等の金属薄板材料でビーカーのような薄肉円筒形に作られ、チューブ本体１０の内周面に摺接される側壁２４Ａと、側壁２４Ａの一端と一体に成形される底壁２４Ｂとから構成されている。底壁２４Ｂは、ばね受け部１２に向かい合い、ばね受け部１２に対し近接または離隔可能に配される。底壁２４Ｂは、４個の孔２４ｂを共通の円周上に均等に有している。孔２４ｂの直径は、ばね受け部１２の貫通孔１２ａの直径に比して小に設定されている。但し、４個の孔２４ｂの開口面積を合計した総開口面積は、冷媒の流れを阻害しないように、貫通孔１２ａの開口面積よりも大となるように設定されている。なお、４個の孔２４ｂの開口面積を合計した総開口面積が貫通孔１２ａの開口面積よりも大となるように設定されている場合、その孔の形状および数量は、斯かる例に限られることなく、変更されてもよい。

従って、図１（Ａ）に示されるように、制限弁２４の底壁２４Ｂがばね受け部１２の貫通孔１２ａの周縁に当接される場合、底壁２４Ｂの中央部は、ばね受け部１２の貫通孔１２ａを閉塞することとなる。一方、図１（Ｂ）に示されるように、制限弁２４の底壁２４Ｂがばね受け部１２の貫通孔１２ａの周縁から離隔される場合、底壁２４Ｂの中央部は、ばね受け部１２の貫通孔１２ａを開放することとなる。その際、制限弁２４は、位置決め用突起１０ＣＡ１に係合することにより、所定距離以上の移動が規制される。

斯かる構成において、図１（Ｂ）に示されるように、冷媒が、一次側配管Ｄｕ１を通じて矢印の示す方向に沿って供給され、冷媒の圧力によるニードル部材２０に作用する力がコイルスプリング１６の付勢力を超える場合、上述の絞り部、ばね受け部１２の貫通孔１２ａを通じて流れる冷媒が制限弁２４の底壁２４Ｂをばね受け部１２の貫通孔１２ａの周縁から離隔する方向に押圧することとなる。これにより、冷媒が、制限弁２４の底壁２４Ｂの各孔２４ｂを通じて二次側配管Ｄｕ２に排出される。制限弁２４が図１（Ｂ）に示される状態にある場合、万一、仮に二次側配管Ｄｕ２を通じて冷媒の圧力が制限弁２４をばね受け部１２に対し近接する方向に底壁２４Ｂに作用したときであっても、制限弁２４の底壁２４Ｂの中央部が、ばね受け部１２の貫通孔１２ａを閉塞するのでニードル部材２０に不所望な圧力が作用しニードル部材２０の先細部２０Ｐが弁座２２の弁ポート２２ａの開口端に食い付くことが回避される。

図５（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係る絞り装置の第２実施例の構成を示す。

図１（Ａ）に示される第１実施例においては、制限弁２４は、冷媒の圧力によるニードル部材２０に作用する力がコイルスプリング１６の付勢力を超える場合、冷媒が制限弁２４の底壁２４Ｂをばね受け部１２の貫通孔１２ａの周縁から離隔する方向に押圧することにより、制限弁２４が貫通孔１２ａの周縁に対し離隔されるが、その代わりに、図５（Ａ）および（Ｂ）に示される例においては、冷媒の圧力によるニードル部材２０に作用する力がコイルスプリング１６の付勢力未満であっても、リターンスプリング２６の付勢力により、制限弁２４が、自動的に大径部３２ｂの周縁に対し離隔される状態に戻されるものとされる。なお、図５（Ａ）および（Ｂ）においては、図１（Ａ）および（Ｂ）に示される例における同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

絞り装置は、例えば、図４に示される冷凍サイクルシステムの配管における凝縮器６の出口と蒸発器２の入口との間に配置されている。

絞り装置は、上述の冷凍サイクルシステムの配管に接合されるチューブ本体１０と、チューブ本体１０の内周部に固定され冷媒の流量を調整する流量調整部を構成する弁座２２、および、ニードル部材２０と、ニードル部材２０を弁座２２に対し近接する方向に付勢するコイルスプリング１６と、コイルスプリング１６の一方の端部を支持するばね受け部３２と、ばね受け部３２に隣接して移動可能に配され他端１０Ｅ２側からの圧力がニードル部材２０に作用しないように、冷媒の流れを一方向に制限する制限弁２４と、制限弁２４をばね受け部３２に対し離隔する方向に付勢するリターンスプリング２６と、を主な要素として含んで構成されている。

ばね受け部３２は、内側中央部に、リターンスプリング２６の端部を収容する大径部３２ｂと、大径部３２ｂに連なる小径部３２ａを有している。ばね受け部３２は、かしめ加工によるチューブ本体１０の窪み１０ＣＡ２により形成される突起が食い込むことにより固定されている。ばね受け部３２の円錐台状をなす下端部３２ｃには、コイルスプリング１６の一端が嵌めこまれている。リターンスプリング２６の一端は、制限弁２４の底壁２４Ｂに当接し、リターンスプリング２６の他端は、大径部３２ｂと小径部３２ａとの間の段差部に受け止められている。リターンスプリング２６の付勢力は、制限弁２４の重さ以上に設定されている。これにより、制限弁２４の底壁２４Ｂの外周面と大径部３２ｂの開口端周縁との間に所定の隙間が形成されている。

斯かる構成において、図５（Ｂ）に示されるように、冷媒が、一次側配管Ｄｕ１を通じて矢印の示す方向に沿って供給され、冷媒の圧力によるニードル部材２０に作用する力がコイルスプリング１６の付勢力を超える場合、上述の絞り部、ばね受け部３２の小径部３２ａおよび大径部３２ｂを通じて流れる。その際、制限弁２４の底壁２４Ｂの外周面と大径部３２ｂの開口端周縁との間に所定の隙間が形成されている状態において、冷媒により、制限弁２４の底壁２４Ｂが、ばね受け部３２の大径部３２ｂの開口端周縁から離隔する方向にさらに押圧されることとなる。これにより、冷媒が、制限弁２４の底壁２４Ｂの各孔２４ｂを通じて二次側配管Ｄｕ２に排出される。制限弁２４が図５（Ｂ）に示される状態にある場合、万一、仮に二次側配管Ｄｕ２を通じて供給された冷媒の圧力が、リターンスプリング２６の付勢力に抗して制限弁２４をばね受け部３２に対し近接する方向に底壁２４Ｂに作用したときであっても、制限弁２４の底壁２４Ｂの中央部が、ばね受け部３２の大径部３２ｂの開口端を閉塞するのでニードル部材２０に不所望な圧力が作用しニードル部材２０の先細部２０Ｐが弁座２２の弁ポート２２ａの開口端に食い付くことが回避される。その後、二次側配管Ｄｕ２を通じて供給された冷媒の圧力による力が、リターンスプリング２６の付勢力未満に下降したとき、リターンスプリング２６の付勢力により、制限弁２４が、自動的に大径部３２ｂの周縁に対し離隔される状態に戻される。

図６（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係る絞り装置の第３実施例の構成を示す。

図１（Ａ）および（Ｂ）に示される例においては、ビーカーのような薄肉円筒形に作られた制限弁２４を備えるものとされるが、その代わりに、図６（Ａ）および（Ｂ）に示される例においては、帯状片とさればね受け部４２の貫通孔４２ａの開口端を開閉する制限弁４０を備えるものとされる。なお、図６（Ａ）および（Ｂ）においては、図１（Ａ）および（Ｂ）に示される例における同一の構成要素について同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。

絞り装置は、例えば、図４に示される冷凍サイクルシステムの配管における凝縮器６の出口と蒸発器２の入口との間に配置されている。

絞り装置は、上述の冷凍サイクルシステムの配管に接合されるチューブ本体１０と、チューブ本体１０の内周部に固定され冷媒の流量を調整する流量調整部を構成する弁座２２、および、ニードル部材２０と、ニードル部材２０を弁座２２に対し近接する方向に付勢するコイルスプリング１６と、コイルスプリング１６の一方の端部を支持するばね受け部４２と、ばね受け部４２に配されチューブ本体１０の他端１０Ｅ２側からの圧力がニードル部材２０に作用しないように、冷媒の流れを一方向に制限する制限弁４０と、を主な要素として含んで構成されている。

ばね受け部４２は、内側中央部に貫通孔４２ａを有している。ばね受け部４２は、かしめ加工によるチューブ本体１０の窪み１０ＣＡ２により形成される突起が食い込むことにより固定されている。ばね受け部４２の円錐台状を成す下端部４２ｂには、コイルスプリング１６の一端が嵌めこまれている。貫通孔４２ａにおけるチューブ本体１０の他端１０Ｅ２側の開口端部には、制限弁４０が、貫通孔４２ａを開閉可能に設けられている。制限弁４０は、例えば、薄板金属材料または、薄板樹脂材料により作られている。制限弁４０の基端は、小ネジＢＳ１でばね受け部４２の開口端部から所定距離、離隔した位置に固定されている。制限弁４０の他端に形成される当接部は、その基端を中心として回動可能とされ、それ自体の復元力により貫通孔４２ａの開口端部を塞ぐように初期位置に戻り、貫通孔４２ａの開口端の周縁に当接する。

斯かる構成において、図６（Ｂ）に示されるように、冷媒が、一次側配管Ｄｕ１を通じて矢印の示す方向に沿って供給され、冷媒の圧力によるニードル部材２０に作用する力
がコイルスプリング１６の付勢力を超える場合、上述の絞り部、ばね受け部４２の貫通孔４２ａを通じて流れる冷媒が制限弁４０の他端をばね受け部４２の貫通孔４２ａの周縁から離隔する方向に押圧することとなる。これにより、冷媒が、制限弁４０の他端とばね受け部４２の貫通孔４２ａの周縁との隙間を通じて二次側配管Ｄｕ２に排出される。制限弁４０が図６（Ｂ）に示される状態にある場合、万一、仮に二次側配管Ｄｕ２を通じて冷媒の圧力が制限弁４０の他端をばね受け部４２に対し近接する方向にその他端に作用したときであっても、図６（Ａ）に示されるように、制限弁４０の他端が、ばね受け部４２の貫通孔４２ａの開口端を閉塞するのでニードル部材２０に不所望な圧力が作用しニードル部材２０の先細部２０Ｐが弁座２２の弁ポート２２ａの開口端に食い付くことが回避される。

１０ チューブ本体
１２，３２、４２ ばね受け部
２０ ニードル部材
２２ 弁座
２４，４０ 制限弁
２６ リターンスプリング

Claims (5)

1. 冷媒を供給する配管に配され、該配管内に連通する開口端部を両端に有するチューブ本体と、
   前記チューブ本体内に配され弁ポートを有する弁座と、
   前記弁座の弁ポートに対し近接または離隔可能に配され該弁ポートの開口面積を制御する先細部を有するニードル部材と、
   前記ニードル部材と前記チューブ本体の一方の開口端部との間に配され、貫通孔を有し前記ニードル部材を前記弁座の弁ポートに対し近接する方向に付勢する付勢部材の一端を支持する付勢部材支持部と、
   前記付勢部材支持部の貫通孔に向かい合って前記チューブ本体内に配され、前記チューブ本体の一方の開口端部からの冷媒の圧力に応じて前記付勢部材支持部の貫通孔の開口端を開閉する制限弁と、
   を具備して構成される絞り装置。
2. 前記制限弁は、前記チューブ本体の開口端と前記付勢部材支持部との間に移動可能に配され、前記付勢部材支持部の貫通孔の開口端を開放または閉塞することを特徴とする請求項１記載の絞り装置。
3. 前記付勢部材支持部は、前記制限弁を該付勢部材支持部の貫通孔の開口端から離隔する方向に付勢するリターンスプリングを備えることを特徴とする請求項２記載の絞り装置。
4. 前記付勢部材支持部に回動可能に配される前記制限弁の当接部は、前記付勢部材支持部の貫通孔の開口端を開放または閉塞することを特徴とする請求項１記載の絞り装置。
5. 蒸発器と、圧縮機、および、凝縮器とを備え、
   請求項１乃至請求項４記載のうちのいずれかに記載の絞り装置が、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口との間に配される配管に設けられることを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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