JP2017025975A - 圧力作動弁及び冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】弁部材の振動を抑制して、ニードル部が弁ポートに繰り返し衝突したり異音が発生するのを防止できる圧力作動弁及び冷凍サイクルを提供する。【解決手段】一次側継手１１ａの流体の圧力によりダイヤフラム４３を作動させ、弁部材２のニードル部２１で弁ポート１３を開閉する。弁部材２の少なくとも一部であるボス部２４を、弁ポート１３よりも下流側に配置する。弁部材２を弁ポート１３から流れる流体の力で軸線Ｌに対して片側に付勢する、付勢手段を設ける。付勢手段は、弁部材２のＤカット面２４１を有するボス部２４とする。弁部材２のＤカット面２４１側で冷媒の流量を多くする。【選択図】図１

Description

本発明は、一次側の流体の圧力に応じて弁部材を作動させる圧力作動弁及び冷凍サイクルに関する。

従来、圧力作動弁として、例えば特開平６−２２９４８１号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この圧力作動弁は、調整ねじと調整ばねにより設定された設定圧を上まわる圧力の流体が流入管に流入したとき、ボール弁を弁座から離座させて流体を流出管から流出させるものである。また、弁室の上方の円筒内に案内羽根材を摺動自在に配設し、ハンチングを防止している。

特開平６−２２９４８１号公報

従来の圧力作動弁では、弁座の内側の弁ポートとボール弁（弁部材）との間を流体が流れるが、この弁ポートを通過した後の冷媒の流れの乱れにより弁部材が微振動し、この振動が作動軸等に伝達され異音を発生することがある。また、特に弁部材がニードル部の場合、この微振動によって、ニードル部が弁ポートに繰り返し衝突し、弁ポート（弁座）が摩耗することがある。このような弁部材の振動は、冷媒の流れによっても生じる。

本発明は、弁部材の振動を抑制して、弁部材が弁ポートに繰り返し衝突したり異音が発生するのを防止できる圧力作動弁及び冷凍サイクルを提供することを課題とする。

請求項１の圧力作動弁は、一次側の流体の圧力に応じて弁部材を作動させる圧力作動弁であって、前記流体を流す弁ポートを開閉する前記弁部材の少なくとも一部が、該弁ポートの下流側に位置し、該弁部材を、前記弁ポートから流れる流体の力で該弁ポートの軸線に対して片側に付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする。

請求項２の圧力作動弁は、請求項１に記載の圧力作動弁であって、前記付勢手段が、前記弁部材の前記軸線回りに非回転対称な非対称形状部で構成されていることを特徴とする。

請求項３の圧力作動弁は、請求項２に記載の圧力作動弁であって、前記弁部材が、前記弁ポートに対向して流体の上流側から下流側にかけて縮径するニード弁と、該ニードル部の下流側に連結されたボス部と、を有し、前記非対称形状部が前記ボス部に形成されていることを特徴とする。

請求項４の圧力作動弁は、請求項２に記載の圧力作動弁であって、前記弁部材が、前記弁ポートに対向して流体の上流側から下流側にかけて縮径するニードル部を有し、前記非対称形状部が前記ニードル部に形成されていることを特徴とする。

請求項５の圧力作動弁は、請求項１に記載の圧力作動弁であって、前記付勢手段が、前記弁ポートの周囲の弁座に形成された前記軸線回りに非回転対称な非対称形状部で構成されていることを特徴とする。

請求項６の圧力作動弁は、請求項５に記載の圧力作動弁であって、前記非対称形状部が、前記弁ポートの周囲の弁座に形成され、前記軸線に対して片側に偏った位置に形成されたザグリ部であることを特徴とする。

請求項７の圧力作動弁は、請求項１に記載の圧力作動弁であって、前記付勢手段が、前記弁ポートの下流側に配置され前記軸線回りに非回転対称な非対称形状部を有するリング状部材で構成されていることを特徴とする。

請求項８の冷凍サイクルは、流体である冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器との間にて冷媒を膨張させて減圧する膨張弁と、前記圧縮機の吐出側配管と前記膨張弁の二次側配管との間に接続された請求項１乃至７のいずれか一項に記載の圧力作動弁と、を備えたことを特徴とする。

請求項１の圧力作動弁によれば、付勢手段が、弁ポート通過後の流体の流れによる力を、弁部材に対して弁ポートの軸線の両側に対して非対称に作用させるので、弁部材が弁ポートの軸線と交差する方向に付勢され、弁部材の振動を抑制することができる。その結果、弁部材が弁ポート（あるいは弁座）に繰り返し衝突するのを防止でき、異音（衝突音）が生じることがなくなり静音性が得られる。また、弁ポートが摩耗するのを防止できる。

請求項２、３、４の圧力作動弁によれば、弁部材の形状を設定することにより、請求項１と同様な効果が得られる。

請求項５、６の圧力作動弁によれば、弁座の形状を設定することにより、請求項１と同様な効果が得られる。

請求項７の圧力作動弁によれば、リング状部材を配置することにより、請求項１と同様な効果が得られる。

請求項８の冷凍サイクルシステムによれば、請求項１乃至７と同様な効果が得られる。

本発明の第１実施形態の圧力作動弁の縦断面図である。 第１実施形態における弁部材を示す図である。 第１実施形態における弁部材の変形例を示す側面図である。 本発明の第２実施形態の圧力作動弁の縦断面図である。 第２実施形態における弁座部を示す拡大断面図及び底面図である。 本発明の第３実施形態の圧力作動弁の縦断面図である。 第３実施形態におけるリング部材を示す拡大断面図及び平面図である。 本発明の実施形態に係る冷凍サイクルの概略構成図である。

次に、本発明の圧力作動弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の圧力作動弁の縦断面図、図２は第１実施形態における弁部材を示す図である。図２（Ａ）は弁部材の側面図、図２（Ｂ）は弁部材の底面図である。

この実施形態の圧力作動弁１０は後述のように冷凍サイクルの圧縮機の吐出側の高圧の圧力を調整する圧力調整弁の例である。この圧力作動弁１０は金属製の弁本体１を有している。弁本体１には、配管接続孔１１と、配管接続孔１２と、弁ポート１３と、弁室１４と、一次側ポート１５と、ばね室１６と、均圧孔１７、ガイド孔１８とが形成されている。配管接続孔１１には矢印のように流体が流入する一次側継手１１ａが取り付けられ、配管接続孔１２には矢印のように流体が流出する二次側継手１２ａが取り付けられている。なお、一次側継手１１ａと二次側継手１２ａは、ろう付け等により弁本体１と一体に組み付けられている。

一次側継手１１ａは一次側ポート１５を介して弁室１４に連通され、二次側継手１２ａは弁ポート１３を介して弁室１４に連通されている。また、一次側ポート１５は均圧孔１７を介してばね室１６に連通されている。なお、弁ポート１３は軸線Ｌを中心とする円筒形状の孔（断面円形の孔）であり、この弁ポート１３の周囲は弁座１３ａとなっている。

弁ポート１３、弁室１４及びガイド孔１８内には弁部材２が配設されている。弁部材２は、ニードル部２１と、弁棒２２と、円柱部２３と、ボス部２４とで構成されている。ニードル部２１は弁ポート１３に対向して上流側から下流側にかけて縮径する形状となっている。そして、後述のダイヤフラム部４の作用により弁部材２のニードル部２１が弁ポート１３内に進退され、弁ポート１３が開閉される。弁部材２は少なくともその一部（円柱部２３及びボス部２４）が、弁ポート１３に対する下流側に位置している。

ばね室１６はガイド孔１８の回りにリング状の深溝として形成され、このばね室１６内にはコイルばね３が配設されている。弁部材２の弁棒２２の端部には鍔状のばね受け２２ａが固着されており、コイルばね３は、ばね室１６の底部とばね受け２２ａとの間で圧縮されている。これにより、コイルばね３は弁部材２を後述のダイヤフラム４３側に付勢しており、弁棒２２をダイヤフラム４３に押し付けている。ガイド孔１８は弁棒２２に整合する円筒形状であり、弁棒２２はガイド孔１８内で軸線Ｌ方向に正確に摺動できる。

弁本体１の上部にはダイヤフラム部４が取り付けられている。ダイヤフラム部４は、上蓋４１と下蓋４２とによりケース体を構成しており、このケース体は下蓋４２の取り付け孔４２ａにて弁本体１の上部の円環状リブ１ａに嵌合され、ろう付けが施されることにより、弁本体１に固定されている。また、上蓋４１と下蓋４２の間にはダイヤフラム４３を備えており、このダイヤフラム４３と、下蓋４２とにより、ばね室１６に連通する圧力室４４を画定している。上蓋４１内には、ダイヤフラム４３に当接する当金４５が配設されており、この当金４５には後述の圧力調整部５のボール５５が当接している。

そして、圧力室４４の圧力はばね室１６、均圧孔１７により導入される一次側ポート１５の冷媒の圧力と等しくされ、この冷媒の圧力が設定圧力以上となると、ダイヤフラム４３が作動し、一次側ポート１５内の冷媒の圧力に応じた量だけ弁部材２が弁座１３ａから離座して弁開状態となる。なお、後述のように、圧縮機の吐出側の高圧の圧力が一定値以上に上昇した際に、蒸発器の入口側に冷媒をバイパスさせる用途に用いる場合には、一次側継手１１ａは冷凍サイクルの圧縮機の吐出側配管に接続され、二次側継手１２ａは蒸発器の入口側に接続される。

ダイヤフラム部４の上部には圧力調整部５が取り付けられている。圧力調整部５は、略円筒形状のばね箱５１、ばね受け５２、調整ねじ５３、コイルばね５４及びボール５５を有している。ボール５５は、ダイヤフラム部４の上蓋４１の挿通孔４１ａ内に挿通されている。

ばね箱５１の上部内周面には雌ねじ部４１ａが形成され、調整ねじ５３の外周には雄ねじ部５３ａが形成されている。そして、雄ねじ部５３ａを雌ねじ部５１ａに螺合することにより、調整ねじ５３がばね箱５１に取り付けられている。また、調整ねじ５３は、頂部に係合溝５３ｂを有し、この係合溝５３ａに治具等を係合させて調整ねじ５３を回し、調整ねじ５３を軸線Ｌ方向に移動させることができる。また、コイルばね５４はばね受け５２のボス部５２１と調整ねじ５３のボス部５３１とに嵌め込まれ、このばね受け５２と調整ねじ５３との間に圧縮状態で配設されている。そして、コイルばね５４のばね力により、ばね受け５２はボール５５側に付勢されており、このボール５５を介して当金４５がダイヤフラム４３を弁閉方向に付勢している。

以上のように、圧力調整部５において、調整ねじ５３を回して、調整ねじ５３の軸線Ｌ方向の追い込み量により、コイルばね５４の圧縮量を調整することができ、コイルばね５４がダイヤフラム４３に加える付勢力を調整することができる。したがって、弁室１４の流体の圧力の上昇により弁開が開始される圧力（設定圧力）を所望の圧力に精度良く設定することができる。設定後は、調整ねじ５３をかしめや接着により固定する。

弁部材２のボス部２４は、その一部に軸線Ｌと平行な面で切断したＤカット面２４１が形成されている。すなわち、弁部材２のこのＤカット面２４１の部分は、軸線Ｌ回りに非回転対称な非対称形状部となっている。これにより、弁ポート１３を通過した冷媒の流れによる力は、弁部材２に対して弁ポート１３の軸線Ｌの両側（図１では左右側）に対して非対称に作用させる。このように、ボス部２４は「付勢手段」を構成している。

この実施形態では、Ｄカット面２４１側を通過する冷媒の流量が多くなるので、ボス部２４の非対称となる部分での左右方向で流体圧力に圧力差が生じ、弁部材２に対して一方側（軸線Ｌと交差する方向）に力が作用する。これにより、弁部材２の振動を抑制することができる。その結果、弁部材２が弁座１３ａに繰り返し衝突するのを防止でき、異音が生じることがなくなり静音性が得られる。また、弁ポート１３が摩耗してしまうことを防止できる。

図３は弁部材２の変形例を示す側面図である。この変形例の弁部材２は、ニードル部２５と弁棒２６とで構成され、ニードル部２５の先端には切り欠き部２５１が形成されている。この切り欠き部２５１は軸線Ｌの片側のみに形成されている。すなわち、弁部材２のこの切り欠き部２５１を有するニードル部２５は、軸線Ｌ回りに非回転対称な非対称形状部となっている。これにより、弁ポート１３を通過した冷媒の流れによる力は、弁部材２（ニードル弁２５）に対して弁ポート１３の軸線Ｌの両側に対して非対称に作用させる。このように、ニードル部２５の先端の切り欠き部２５１は「付勢手段」を構成している。

この変形例では、切り欠き部２５１側を通過する冷媒の流量が多くなるので、ニードル部２５の非対称となる部分での左右方向で流体圧力に圧力差が生じ、弁部材２に対して一方側（軸線Ｌと交差する方向）に力が作用する。これにより、弁部材２の振動を抑制することができ、第１実施形態と同様な効果が得られる。

図４は第２実施形態の圧力作動弁の縦断面図、図５は第２実施形態の圧力作動弁の要部拡大断面図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ矢視図である。この第２実施形態において第１実施形態との大きな違いは、弁部材と弁座１３ａの構成である。以下、第２及び第３実施形態において、第１実施形態と同じ要素及び対応する要素には同符号を付記して重複する説明は省略する。

この第２実施形態に係る弁部材２は、変形例の弁部材２と略同形状である。すなわち、弁部材２は変形例におけるニードル部弁２５の切り欠き部２５１を無くした形状であり、通常の形状のニードル部２７を有している。この第２実施形態における弁本体１には、弁座１３の二次継手１２ａ側に弁ポート１３の軸Ｌからずれた位置に、一部円柱状に穿ったザグリ部１３１が形成されている。すなわち、弁座１３におけるザグリ部１３１は、弁ポート１３の下流側で軸線Ｌに対して片側に偏った位置に形成されている。そして、このザグリ部１３１は、軸線Ｌ回りに非回転対称な非対称形状部となっている。

これにより、弁ポート１３を通過した冷媒の流れによる力は、弁部材２に対して弁ポート１３の軸線Ｌの両側（図４では左右側）に対して非対称に作用させる。このように、ザグリ部１３１は「付勢手段」を構成している。そして、この第２実施形態では、ザグリ部１３１側を通過する冷媒の流量が多くなるので、弁ポート１３の下流側の非対称となる部分での左右方向で流体圧力に圧力差が生じ、弁部材２（ニードル部２７）に対して一方側（軸線Ｌと交差する方向）に力が作用する。これにより、弁部材２の振動を抑制することができ、第１実施形態と同様な効果が得られる。

図６は第３実施形態の圧力作動弁の縦断面図、図７は第３実施形態におけるリング状部材を示す図である。図７（Ａ）はリング状部材の断面図、図７（Ｂ）はリング状部材の平面図である。なお、図７（Ａ）では弁部材２を一点鎖線で図示してある。この第３実施形態において第２実施形態との大きな違いは、弁座１３ａと二次側継手１２ａとの間にリング状部材６を備えている点である。なお、弁部材２は第２実施形態と同様である。

図７に示すように、リング状部材６は、弁ポート１３よりも最大径が大きな開口６１を有している。開口６１は馬蹄形の形状をしており、この馬蹄形の直線に対応する部分に軸線Ｌ側に膨出した壁部６２を有している。このリング状部材６の壁部６２は、弁ポート１３の下流側で軸線Ｌに対して片側に偏った位置に形成されており、リング状部材６は、軸線Ｌ回りに非回転対称な非対称形状部となっている。

これにより、弁ポート１３を通過した冷媒の流れによる力は、弁部材２に対して弁ポート１３の軸線Ｌの両側（図６では左右側）に対して非対称に作用させる。このように、リング状部材６は「付勢手段」を構成している。そして、この第３実施形態では、リング状部材６の開口６１を通過する冷媒の流量は壁部６２と反対側が多くなるので、リング状部材６の非対称となる部分での左右方向で流体圧力に圧力差が生じ、弁部材２（ニードル部２７）に対して一方側（軸線Ｌと交差する方向）に力が作用する。これにより、弁部材２の振動を抑制することができ、第１実施形態と同様な効果が得られる。

図８は実施形態に係る冷凍サイクルの概略構成図である。この冷凍サイクル１００は、ルームエアコン等の空気調和機に利用されるものである。図８において、１０は各実施形態の圧力作動弁、２０は蒸発器（室内熱交換器）、３０は凝縮器（室外熱交換器）、４０は冷媒を絞る膨張弁、５０は圧縮機である。圧縮機５０で圧縮された冷媒は、凝縮器３０に流入され、膨張弁４０で絞られ、蒸発器２０を介して圧縮機５０の順に循環される。これにより、室内等の冷房がなされる。

圧縮機５０の吐出側配管５０ａには、圧力作動弁１０の一次側継手１１ａが接続され、この圧力作動弁１０の二次側継手１２ａは膨張弁４０の二次側継手４０ａに接続されている。そして、圧縮機５０から流出する冷媒の圧力が設定圧力以上となると圧力作動弁１０が作動して、高圧の冷媒を膨張弁４０の二次側継手４０ａにバイパスさせる。

以上の各実施形態では、冷凍サイクルの圧縮機の吐出側の高圧の圧力を調整する圧力調整弁を例に説明したが、本発明の圧力作動弁はその他の流体の流れを制御するような場合にも適用できる。例えば、流体が液である配管に設け、配管の液封を防止するような場合にも利用できる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１ 弁本体
１１ 配管接続孔
１２ 配管接続孔
１３ 弁ポート
１３ａ 弁座
１４ 弁室
１６ ばね室
１７ 均圧孔
１８ ガイド孔
２ 弁部材
２１ ニードル部
２２ 弁棒
２３ 円柱部
２４ ボス部（付勢手段）
２４１ Ｄカット面
２５ ニードル部
２５１ 切り欠き部（付勢手段）
６ リング状部材（付勢手段）
６１ 開口
６２ 壁部
１０ 圧力作動弁
２０ 蒸発器
３０ 室外熱交換器（凝縮器）
４０ 膨張弁
４０ａ 二次側配管
５０ 圧縮機
５０ａ 吐出側配管
１００ 冷凍サイクル
Ｌ 軸線

Claims (8)

1. 一次側の流体の圧力に応じて弁部材を作動させる圧力作動弁であって、
   前記流体を流す弁ポートを開閉する前記弁部材の少なくとも一部が、該弁ポートの下流側に位置し、該弁部材を、前記弁ポートから流れる流体の力で該弁ポートの軸線に対して片側に付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする圧力作動弁。
2. 前記付勢手段が、前記弁部材の前記軸線回りに非回転対称な非対称形状部で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力作動弁。
3. 前記弁部材が、前記弁ポートに対向して流体の上流側から下流側にかけて縮径するニード弁と、該ニードル部の下流側に連結されたボス部と、を有し、前記非対称形状部が前記ボス部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力作動弁。
4. 前記弁部材が、前記弁ポートに対向して流体の上流側から下流側にかけて縮径するニードル部を有し、前記非対称形状部が前記ニードル部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力作動弁。
5. 前記付勢手段が、前記弁ポートの周囲の弁座に形成された前記軸線回りに非回転対称な非対称形状部で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力作動弁。
6. 前記非対称形状部が、前記弁ポートの周囲の弁座に形成され、前記軸線に対して片側に偏った位置に形成されたザグリ部であることを特徴とする請求項５に記載の圧力作動弁。
7. 前記付勢手段が、前記弁ポートの下流側に配置され前記軸線回りに非回転対称な非対称形状部を有するリング状部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力作動弁。
8. 流体である冷媒を圧縮する圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器との間にて冷媒を膨張させて減圧する膨張弁と、前記圧縮機の吐出側配管と前記膨張弁の二次側配管との間に接続された請求項１乃至７のいずれか一項に記載の圧力作動弁と、を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。

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