JP2017048986A - 絞り装置及び冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】絞り装置１０において、コイルばね６に異物が付着するのを防止できて安定した作動性を得るとともに、冷媒の流れによるコイルばね６の振動を低減して異音の発生を防止する。
【解決手段】一次室１１と二次室１２との間を連通する弁ポート２１が形成された弁座部２と、弁ポート２１内にニードル部４３が挿通されるニードル弁４と、ニードル弁４の摺動軸４１をガイドするガイド部３と、ニードル弁４を弁閉方向に付勢するコイルばね６と、を備える。ガイド部３とコイルばね６とを一次室１１側に配置する。コイルばね６をストッパ部１４で覆う。ストッパ部１４と本体ケース１との隙間を、一次室１１から弁ポート２１に対して冷媒を送り出す本体流路１０Ａとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機等の冷凍サイクルの凝縮器と蒸発器との間に設けられる絞り装置及び冷凍サイクルに関する。

従来、この種の絞り装置として、例えば特許第４６６４０９５号公報（特許文献１）に開示されたものがある。

上記従来の絞り装置（膨張弁）は、冷凍サイクルに適用した場合、凝縮器側（一次側）の冷媒の圧力と蒸発器側（二次側）の冷媒の圧力との差圧に応じて弁開度が変化する絞り装置である。この差圧による力に抗して弁体を弁閉方向に付勢するコイルばね（スプリング）を有している。そして、この差圧とコイルばねのばね定数に対応して弁開度特性が決められている。

特許第４６６４０９５号

特許文献１の絞り装置（膨張弁）では、コイルばねに付着した異物により、コイルばねの圧縮が阻害され、差圧に応じた弁開度を得ることが出来なくなる虞がある。また、絞り部の一次側に配置したコイルばねが流体の流路中に配置されており、流体の流れによる振動が発生するという問題がある。

本発明は、コイルばね等の付勢手段に異物が付着するのを防止できて安定した作動性が得られ、冷媒の流れによる付勢手段の振動を低減して異音の発生を防止できる絞り装置を提供することを課題とする。

請求項１の絞り装置は、冷凍サイクルの凝縮器と蒸発器との間に設けられ、前記凝縮器に接続される一次室と前記蒸発器に接続される二次室との間で冷媒を減圧して前記蒸発器に送り出す絞り装置であって、前記一次室と前記二次室との間を連通する弁ポートが形成された弁座部と、前記弁ポートの軸線に沿って移動することにより前記弁ポートの開度を可変にする弁体と、前記弁体の摺動軸をガイドするガイド部と、前記弁体を弁閉方向に付勢する付勢手段と、を備え、前記ガイド部と前記付勢手段とが前記一次室側に配置され、前記付勢手段がカバー手段で覆われていることを特徴とする特徴とする。

請求項２の絞り装置は、請求項１に記載の絞り装置であって、前記カバー手段の内側と前記一次室とを連通する均圧路を備えたことを特徴とする。

請求項３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接続された請求項１または２に記載の絞り装置と、を備えたことを特徴とする。

請求項１の絞り装置によれば、付勢手段がカバー手段で覆われるので、コイルばね等の付勢手段に異物が付着するのを防止できて安定した作動性が得られる。また、冷媒の流れによるばね部材の振動を低減して異音の発生を防止できる。

請求項２の絞り装置によれば、カバー手段の内側と前記一次室とを連通する均圧路を備えているので、一次室の圧力が急激に変化しても、カバー手段の内側の圧力も変化するため、圧力変化の速度によらず、差圧に応じた弁開度を得ることができる。

請求項３の冷凍サイクルによれば、請求項１または２と同様な効果が得られる。

本発明の第１実施形態の絞り装置の弁閉状態の縦断面図である。 第１実施形態の絞り装置の弁開状態の縦断面図である。 実施形態の冷凍サイクルの概略構成図である。 第１実施形態の第１変形例を示す図である。 第１実施形態の第２変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態の絞り装置の弁閉状態の縦断面図である。 本発明の第３実施形態の絞り装置の弁閉状態の縦断面図である。 本発明の第４実施形態の絞り装置の弁閉状態の縦断面図である。

次に、本発明の絞り装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の絞り装置の弁閉状態の縦断面図、図２は第１実施形態の絞り装置の弁開状態の縦断面図、図３は実施形態の冷凍サイクルの概略構成図である。

まず、図３の冷凍サイクルについて説明する。なお、図３では絞り装置１０の主要な構成要素にだけ符号を付記してある。この冷凍サイクルは、圧縮機１００と、凝縮器１１０と、実施形態の絞り装置１０と、蒸発器１２０とを有している。圧縮機１００で圧縮された冷媒は凝縮器１１０に供給され、この凝縮器１１０で冷却された冷媒は絞り装置１０に送られる。絞り装置１０は後述のように冷媒を膨張減圧して蒸発器１２０に送る。そして、この蒸発器１２０により室内が冷却され、冷房の機能が得られる。蒸発器１２０で蒸発した冷媒は圧縮機１００に循環される。なお、図３では第１実施形態の絞り装置１０を図示してあるが、後述の各実施形態及び変形例の絞り装置１０も同様に冷凍サイクルを構成するものである。

図１及び図２に示すように、絞り装置１０は、銅管等の金属管からなる本体ケース１と、弁座部２と、ガイド部３と、「弁体」としてのニードル弁４と、「受け部材」としてのばね受け５と、「付勢手段」としてのコイルばね６と、「カバー手段」としてのストッパ部１４と、を備えている。なお、弁座部２とガイド部３は金属材の切削等により一体に形成されている。

本体ケース１は軸線Ｌを中心とする円筒状の形状で、前記凝縮器１１０に接続される一次室１１と前記蒸発器１２０に接続される二次室１２とを構成している。弁座部２は本体ケース１の内面に整合する略円柱形状である。弁座部２の外周面にはかしめ溝２ａが形成されており、このかしめ溝２ａの位置で本体ケース１をかしめることにより、弁座部２（及びガイド部３）が本体ケース１内に固定されている。

また、弁座部２には、軸線Ｌを中心とする円形の弁ポート２１が形成されるとともに、弁ポート２１から二次室１２側に開口する開放穴２２が形成されている。ガイド部３は弁座部２から一次室１１内に立設され、このガイド部３には、軸線Ｌを中心とする円筒状のガイド孔３１と、弁ポート２１と一次室１１とを連通する横穴３２とが形成されている。

ニードル弁４は、ガイド部３のガイド孔３１内に挿通される円柱状の摺動軸４１と、摺動軸４１より径の小さな円柱状の小径部４２と、小径部４２から二次室１２側に向かって次第に径が拡径された円錐状のニードル部４３と、ニードル部４３から二次室１２側の端部に形成されたボス部４４と、摺動軸４１のストッパ部１４側に形成された固定部４５と、固定部４５からストッパ部１４側に向かって次第に径が縮径された円錐台状の当接部４６と、を有している。ボス部４４の外周一箇所にはＤカット面４４ａが形成されている。また、固定部４５には、外周に雄ねじ部４５ａが形成されるとともに、摺動軸４１側の端部にかしめ溝４５ｂが形成されている。

ばね受け５は、ニードル弁４に嵌合する円筒状の筒部５１と、筒部５１の外周に形成されたフランジ部５２と、を有している。筒部５１のストッパ部１４側の内周には固定部４５ａの雄ねじ部４５ａに螺合する雌ねじ部５１ａが形成されている。このばね受け５は、筒部５１をニードル弁４に嵌合させるとともに、雌ねじ部５１ａを固定部４５の雄ねじ部４５ａに螺合することにより、ニードル弁４に取り付けられ、この雌ねじ部５１ａの雄ねじ部４５ａに対するねじ込み量により、ニードル弁４に対する取り付け位置が調整される。そして、筒部５１をかしめ溝４５ｂの位置でかしめることにより、ばね受け５はニードル弁４に固定されている。コイルばね６は、ガイド部３とばね受け５のフランジ部５２との間に圧縮した状態で配設されている。これにより、コイルばね６はニードル弁４を弁閉方向に付勢している。

ストッパ部１４は、円筒部１４Ａと底部１４Ｂにより円柱状のストッパ室１４１を形成する有底円筒状の形状をしている。円筒部１４Ａはガイド部３の外周に嵌合されている。ガイド部３の外周面にはかしめ溝３ａが形成されており、このかしめ溝３ａの位置で円筒部１４Ａをかしめることにより、ストッパ部１４がガイド部３に固定されている。これにより、ばね受け５、コイルばね６、ニードル弁４の摺動軸４１の一部、固定部４５及び当接部４６は、ストッパ室１４１内に配置されている。また、ストッパ部１４と本体ケース１との隙間が一次室１１から弁ポート２１に対して冷媒を送り出す本体流路１０Ａとなっている。底部１４Ｂのストッパ室１４１側の面は、ニードル弁４の当接部４６が当接するストッパ面１４２となっており、このストッパ面１４２にニードル弁４の当接部４６が当接し、ニードル弁４の軸線Ｌ方向の位置が規制される。また、円筒部１４Ａには、ストッパ室１４１と一次室１１とを連通する「均圧路」としての均圧孔１４３が形成されている。

以上の構成により、凝縮器１１０からの高圧冷媒は一次室１１に流入し、この一次室１１の冷媒は、ガイド部３の横穴３２から、弁ポート２１とニードル部４３との隙間を通って開放穴２２に流出し、二次室１２に流れ出す。図１の弁閉状態では、ニードル弁４の当接部４６の端面はストッパ部１４のストッパ面１４２に当接しており、ニードル弁４は弁座部２に対して着座していない状態である。このニードル部４３と弁ポート２１との隙間は、一次室１１から二次室１２側への冷媒の流れを絞って膨張減圧する「オリフィス」となる。そして、一次室１１の冷媒の圧力と二次室１２側の冷媒の圧力との差圧による力は、ニードル弁４に対して弁開方向に作用し、一次室１１の圧力が高くなると、図２のようような弁開状態となる。この差圧による力はコイルばね６の付勢力とバランスしてニードル弁４の位置すなわち弁ポート２１の開度が決まる。

ここで、弁ポート２１で膨張された冷媒は二次室１２側では気液混合状態となるが、一次室１１側では、冷媒は比較的速度の遅い液冷媒の液状である。ニードル弁４は、摺動軸４１がガイド部３のガイド孔３１に挿通されることで、軸線Ｌに沿って移動するようにガイドされるが。このガイド部３は一次室１１側に配置されている。

そして、コイルばね６及びばね受け５も一次室１１側に配置されているが、摺動軸４１とガイド孔３１の一部と共に、ストッパ部１４によりコイルばね６を覆う構造となっている。したがって、コイルばね６に異物が付着するのを防止でき、コイルばね６が最圧縮されるまで、安定した作動性が得られる。また、冷媒の流れによりコイルばね６が振動して異音が発生することをさらに防止できる。また、ガイド孔３１と摺動軸４１との間の摺動動作に対する冷媒の影響を低減でき、ニードル弁４の安定した作動を確保できる。

この実施形態では、弁開度が増加し始める前のニードル部４３の軸線Ｌ方向の位置はストッパ部１４により位置決めされる。すなわち、ブリード流量を決める初期開度である、弁ポート２１とニードル弁４との最小隙間は、ストッパ部１４、ニードル弁４及び弁座部２の設定位置により決められている。

また、ストッパ部１４によりニードル弁４が弁座部２に着座しない構造になっているので、例えば、コイルばね６の付勢力、等によりニードル部４３が弁ポート２１に食い込んでしまうようなことがない。さらに、ストッパ部１４によりニードル部４３と弁ポート２１との最小隙間（オリフィス）を確保する構造となっているので、仮に、この隙間に異物が詰まっても、ニードル弁４を開動作させることで、この異物を流してしまうことができる。すなわち、弁ポートの周囲やニードル部４３に小孔などのブリードポートを設ける構造では異物が詰まった状態のままになる可能性があるが、実施形態ではそのようなことがない。

また、ニードル弁４の当接部４６は円錐台状の形状をしており、ストッパ部１４のストッパ面１４２に当接する面の径が、摺動軸４１の外径よりも小さな径となっている。このため、部材の形状のばらつき等による軸線Ｌからの僅かな傾き、すなわちストッパ面１４２に対するニードル弁４の直角度の精度に僅かなばらつきがあっても、軸線Ｌ方向のニードル弁４の位置の変化が小さくなる。したがって、特にニードル弁４が初期組立状態から回転した場合であっても、初期開度を決める初期ブリード面積が変化することがなく、安定したブリード流量が得られる。特に、実施形態のように、一次室１１側にガイド部３、コイルばね６、ばね受け５を配置することで弁ポート２１からストッパ面１４２までの距離が長くなる場合に効果的である。

なお、実施形態では、ニードル弁４の二次室１２側に位置するボス部４４は、Ｄカット面４４ａを有することで軸線Ｌ回りに非回転対称な形状となっている。これにより、弁ポート２１を通過した冷媒の流れによる力は、ニードル弁４に対して軸線Ｌの両側に対して非対称に作用し、ニードル弁４の振動を防止することができる。

また、ストッパ部１４はガイド部３に固定されているため、仮に配管の曲がり等により本体ケース１に変形が生じた場合でも、ストッパ部１４のストッパ面１４２とニードル弁４の当接部４６との位置関係がずれることなく、性能を維持することが可能になる。

また、ストッパ部１４には均圧孔１４３が形成されているので、一次室１１の圧力が急激に変化しても、これに追従してストッパ室１４１の内部の圧力も変化するため、圧力変化の速度によらず、差圧に応じた弁開度を得ることができる。

図４は第１実施形態の第１変形例を示す図、図５は第１実施形態の第２変形例を示す図であり、本体ケース１は図示を省略してある。図４（Ａ）は図４（Ｂ）におけるＡ−Ａ断面、図５（Ａ）は図５（Ｂ）におけるＢ−Ｂ断面である。

図４に示す第１変形例は、ガイド部３とストッパ部１４の円筒部１４Ａとの間に「均圧路」としての隙間１４４を設けたものである。なお、図４（Ａ）に一点鎖線Ｐで示すように、ストッパ部１４をガイド部３に固定するための円筒部１４Ａのかしめ部分は、両サイドの一部だけとなっている。これにより、隙間１４４は、第２実施形態の均圧孔１４３と同様に、ストッパ室１４１の内部の圧力を一次室１１の圧力変化に追従させることができ、圧力変化の速度によらず、差圧に応じた弁開度を得ることができる。

図５に示す第２変形例は、ガイド部３の側面の一部にＤカット面を形成することにより、ガイド部３とストッパ部１４の円筒部１４Ａとの間に「均圧路」としての隙間１４５を設けたものである。この場合も、図５（Ａ）に一点鎖線Ｐで示すように、ストッパ部１４をガイド部３に固定するための円筒部１４Ａのかしめ部分は、両サイドの一部だけとなっている。これにより、隙間１４５は、第２実施形態の均圧孔１４３と同様に、ストッパ室１４１の内部の圧力を一次室１１の圧力変化に追従させることができ、圧力変化の速度によらず、差圧に応じた弁開度を得ることができる。

図６は第２実施形態の絞り装置の弁閉状態の縦断面図である。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、ガイド部とストッパ部の構成である。以下、各実施形態及び変形例において、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する。これらの同符号を付記した要素は、同様な構造で同様な作用効果を奏するものであり、重複する説明は適宜省略する。

この第２実施形態に係るガイド部３′は、一次室１１内に延びる円筒状の「カバー手段」としてのスリーブ３Ａを有している。また、ストッパ部１５は、円筒部１５Ａと底部１５Ｂにより円柱状のストッパ室１５１を形成している。そして、底部１５Ｂのストッパ室１５１側の面は、ニードル弁４の当接部４６が当接するストッパ面１５２となっている。円筒１５Ａはかしめ溝１５ａを有し、このかしめ溝１５ａの位置でスリーブ３Ａをかしめることにより、ストッパ部１５がガイド部３′に固定されている。第１実施形態と同様に、ストッパ部１５はストッパ室１５１を有し、ばね受け５、コイルばね６、ニードル弁４の摺動軸４１の一部、固定部４５及び当接部４６は、ストッパ室１５１内に配置されている。また、スリーブ３Ａと本体ケース１との隙間が一次室１１から弁ポート２１に対して冷媒を送り出す本体流路１０Ａとなっている。また、円筒部１５Ａには、ストッパ室１５１と一次室１１とを連通する「均圧路」としての均圧孔１５６が形成されている。

この第２実施形態では、ガイド部３のスリーブ３Ａによりコイルばね６を覆う構造となっており、第１実施形態と同様に、コイルばね６に異物が付着するのを防止でき安定した作動性が得られる。また、冷媒の流れによりコイルばね６が振動して異音が発生することをさらに防止できる。また、均圧孔１５６により、一次室１１の圧力の急激な変化に対して、差圧に応じた弁開度を得ることができる。

なお、この第２実施形態でも、ストッパ部１５によりニードル弁４が弁座部２に着座しない構造になっているので、ニードル部４３が弁ポート２１に食い込んでしまうようなことがなく、さらに、第１実施形態と同様に、隙間に異物が詰まっても、ニードル弁４を開動作させることで、この異物を流してしまうことができる。

図７は第３実施形態の絞り装置の弁閉状態の縦断面図である。この第３実施形態では、弁座部２′とガイド部３′とが別部材で構成されている。また、ニードル弁７とガイド部３′がストッパ部を構成する。

弁座部２′は一次室１１内に延びる「カバー手段」としての円筒状のスリーブ２Ａを有しており、このスリーブ２Ａ内にガイド部３′が配設され、ガイド部３′の外周面のかしめ溝３ａの位置でスリーブ２Ａをかしめることにより、ガイド部３′が弁座部２′（スリーブ２Ａ）に固定されている。また、スリーブ２Ａと本体ケース１との隙間が一次室１１から弁ポート２１に対して冷媒を送り出す本体流路１０Ａとなっている。また、スリーブ２Ａには、弁ポート２１と一次室１１とを連通する横穴２３が形成され、ガイド部３′には軸線Ｌを中心とする円筒状のガイド孔３１が形成されている。

ニードル弁７は、ガイド部３′のガイド孔３１内に挿通される円柱状の摺動軸７１と、摺動軸７１より径の大きな円柱状の大径部７２と、大径部７２から二次室１２側に向かって次第に径が拡径された円錐状のニードル部７３と、ニードル部７３から二次室１２側の端部に形成されたボス部７４と、を有している。ボス部７４の外周一箇所にはＤカット面７４ａが形成されている。

ばね受け８は、ボス部８１にてニードル弁７の摺動軸７１の端部に嵌合固着されている。また、ばね受け８はボス部８１の外周に形成されたフランジ部８２を有している。そして、コイルばね６は、ガイド部３′とばね受け８のフランジ部８２との間に圧縮した状態で配設されている。これにより、コイルばね６はニードル弁７を弁閉方向に付勢している。これにより、ばね受け８、コイルばね６、ニードル弁７の摺動軸７１の一部は、スリーブ２Ａ内に配置されている。

なお、ガイド部３′の弁ポート２１側の面はストッパ面３３となっており、このストッパ面３３にニードル弁７の大径部７２が当接し、ニードル弁７の軸線Ｌ方向の位置が規制される。

この第３実施形態では、弁座部２′のスリーブ２Ａとばね受け８によりコイルばね６を覆う構造となっており、第１実施形態と同様に、コイルばね６に異物が付着するのを防止でき安定した作動性が得られる。また、冷媒の流れによりコイルばね６が振動して異音が発生することをさらに防止できる。

なお、この第３実施形態でも、ニードル弁７の大径部７２とガイド部３のストッパ面３３によりニードル弁７が弁座部２に着座しない構造になっているので、ニードル部７３が弁ポート２１に食い込んでしまうようなことがなく、さらに、第１実施形態と同様に、隙間に異物が詰まっても、ニードル弁７を開動作させることで、この異物を流してしまうことができる。

図８は第４実施形態の絞り装置の弁閉状態の縦断面図である。この第４実施形態において第２実施形態との大きな違いは、ストッパ部の構成である。この第４実施形態に係る「カバー手段」としてのストッパ部１７は、円筒部１７Ａと底部１７Ｂにより円柱状のストッパ室１７１を形成している。また、底部１７Ｂの中心には導通孔１７３が形成されている。そして、ストッパ部１７は、ガイド部３′のかしめ溝３ｂの位置で円筒部１７Ａをかしめることによりガイド部３′に固定されている。また、ストッパ１７と本体ケース１との隙間が一次室１１から弁ポート２１に対して冷媒を送り出す本体流路１０Ａとなっている。また、この第４実施形態では、底部１７Ｂに導通孔１７３が形成されており、ばね受け５の筒部５１が導通孔１７３内に挿通されている。そして、底部１７Ｂのストッパ室１７１側の面は、ばね受け５のフランジ部５２が当接するストッパ面１７２となっている。これにより、ニードル弁４の軸線Ｌ方向の位置が規制される。

この第４実施形態でも、ストッパ部１７によりコイルばね６を覆う構造となっており、第１２実施形態と同様に、コイルばね６に異物が付着するのを防止でき安定した作動性が得られる。また、冷媒の流れによりコイルばね６が振動して異音が発生することをさらに防止できる。

また、この第４実施形態においても、ストッパ部１７によりニードル弁４が弁座部２に着座しない構造になっているので、ニードル部４３が弁ポート２１に食い込んでしまうようなことがなく、さらに、第１実施形態と同様に、隙間に異物が詰まっても、ニードル弁４を開動作させることで、この異物を流してしまうことができる。

以上の実施形態では、弁体がニードル弁である例について説明したが、本発明はこれに限らず、弁体はボール弁や頂角の大きな円錐形状の弁などでもよい。この場合も、弁体を付勢する付勢手段がカバー手段で覆われている構造とすればよい。

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 本体ケース
１１ 一次室
１２ 二次室
１４ ストッパ部（カバー手段）
１７ ストッパ部（カバー手段）
２ 弁座部
２Ａ スリーブ（カバー手段）
２１ 弁ポート
３ ガイド部
３Ａ スリーブ（カバー手段）
３１ ガイド孔
４ ニードル弁（弁体）
４１ 摺動部
４３ ニードル部
４６ 当接部
５ ばね受け（受け部材）
６ コイルばね（付勢手段）
Ｌ 軸線

Claims (3)

1. 冷凍サイクルの凝縮器と蒸発器との間に設けられ、前記凝縮器に接続される一次室と前記蒸発器に接続される二次室との間で冷媒を減圧して前記蒸発器に送り出す絞り装置であって、
   前記一次室と前記二次室との間を連通する弁ポートが形成された弁座部と、
   前記弁ポートの軸線に沿って移動することにより前記弁ポートの開度を可変にする弁体と、
   前記弁体の摺動軸をガイドするガイド部と、
   前記弁体を弁閉方向に付勢する付勢手段と、
   を備え、
   前記ガイド部と前記付勢手段とが前記一次室側に配置され、前記付勢手段がカバー手段で覆われていることを特徴とする特徴とする絞り装置。
2. 前記カバー手段の内側と前記一次室とを連通する均圧路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の絞り装置。
3. 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接続された請求項１または２に記載の絞り装置と、を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。

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