JP2018112305A - 弁構造及び冷蔵庫 - Google Patents
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Abstract
【課題】流体を流し始める際の流量を高精度に制御することのできる弁構造を提供する。【解決手段】流体を流出させる流出口3aが2つ形成された弁座3と、弁座3に対して回転可能に設けられて流出口3aの開度を調整する弁体4とを備えた弁構造において、弁体4が、回転することにより流出口3aと重なり合う面積が変わる周方向に沿った流量制御溝4dを有し、流出口3aの中心が、弁体4の回転により流出口3aと重なり始める流量制御溝4dの先端部4bの回転軌跡から変位させた。【選択図】図7
Description
本発明は、例えば冷凍冷蔵庫に用いられる弁構造及びこれを用いた冷蔵庫に関するものである。
この種の弁構造としては、特許文献1に示すように、冷媒を流出させる2つの流出口が形成された弁座と、この弁座に対して回転可能に設けられて各流出口を開閉する弁体とを備え、弁体が回転して一方又は他方の流出口を開くことにより、冷媒を冷蔵室用蒸発器又は冷凍室用蒸発器に選択的に送り込めるように構成されたものがある。
前記弁体には、各蒸発器に送り込む冷媒の冷媒流量を制御すべく、弁体が回転することにより流出口と重なり合う面積が変わる周方向に沿った流量制御溝が形成されている。この構成により、流出口が閉じている状態から弁体を回転させることで、流出口と流量制御溝との重なり合う面積が大きくなり、それに伴って冷媒流量を増加させることができる。
しかしながら、上述した弁構造は、流出口と重なり合い始める流量制御溝の先端部が流出口の中心を通過するように回転する構成であるため、冷媒を流し始める際に、流量制御溝の先端部が流出口に対して真正面から重なり始めることになる。
その結果、冷媒を流し始める際に、流出口と流量制御溝の先端部との重なり合う面積が大きく、冷媒流量が流出口に一挙に流れ込んでしまい、冷媒流量を高精度に制御することが難しいという問題がある。
その結果、冷媒を流し始める際に、流出口と流量制御溝の先端部との重なり合う面積が大きく、冷媒流量が流出口に一挙に流れ込んでしまい、冷媒流量を高精度に制御することが難しいという問題がある。
そこで、本願発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、流体を流し始める際の流量を高精度に制御することのできる弁構造を提供することを主たる課題とするものである。
すなわち、本発明に係る弁構造は、流体を流出させる流出口が2つ形成された弁座と、前記弁座に対して移動可能に設けられて前記流出口の開度を調整する弁体とを備えた弁構造において、前記弁体が、前記流出口から流出する流量を制御するための流量制御溝を有し、前記流出口の中心が、前記弁体の移動により前記流出口と重なり始める前記流量制御溝の先端部の移動軌跡から変位していることを特徴とするものである。
なお、ここでいう先端部の移動軌跡とは、流量制御溝の先端の移動軌跡や、先端よりも後ろ側に位置する部分の移動軌跡などが含まれる概念である。
なお、ここでいう先端部の移動軌跡とは、流量制御溝の先端の移動軌跡や、先端よりも後ろ側に位置する部分の移動軌跡などが含まれる概念である。
このように構成された弁構造であれば、流出口の中心が、流量制御溝の先端部の移動軌跡から変位しているので、流量制御溝と流出口とが重なり始める際に、流量制御溝の先端部が流出口に対して真正面からずれた角度で重なる。
これにより、冷媒を流し始める際に、流量制御溝の先端部と流出口との重なり合う面積を従来に比べて小さくすることができるので、冷媒流量を少しずつ増加させることができ、流体を流し始める際の流量を高精度に制御することが可能となる。
これにより、冷媒を流し始める際に、流量制御溝の先端部と流出口との重なり合う面積を従来に比べて小さくすることができるので、冷媒流量を少しずつ増加させることができ、流体を流し始める際の流量を高精度に制御することが可能となる。
具体的な実施態様としては、前記弁体が、前記弁座に対して回転可能に設けられており、前記流量制御溝が、前記弁体が回転することにより前記流出口と重なり合う面積が変わるように周方向に沿って形成されている構成が挙げられる。
ところで、流出口の中心が流量制御溝の先端部の回転軌跡から大きく変位して、先端部と流出口との重なり合う面積が極めて小さくなると、先端部に異物が流れ込んだ場合に、その異物が流出口から流れ出ていかない。
そこで、前記流量制御溝の先端部に異物が流れ込んだ場合に、前記先端部が前記流出口と重なり合うことで、前記異物が前記流体とともに前記流出口から流出するように、前記流出口の中心を、前記流量制御溝の先端部の回転軌跡から変位させていることが好ましい。
このような構成であれば、仮に流量制御溝の先端部に異物が流れ込んだとしても、その異物を流体とともに流し出すことができる。
そこで、前記流量制御溝の先端部に異物が流れ込んだ場合に、前記先端部が前記流出口と重なり合うことで、前記異物が前記流体とともに前記流出口から流出するように、前記流出口の中心を、前記流量制御溝の先端部の回転軌跡から変位させていることが好ましい。
このような構成であれば、仮に流量制御溝の先端部に異物が流れ込んだとしても、その異物を流体とともに流し出すことができる。
異物を確実に流し出すためには、前記流量制御溝の前記先端部と前記流出口との重なり合う部分の幅寸法が、前記異物の大きさに基づいて設定されていることが好ましい。
前記流量制御溝の具体的な形状としては、先端部からその反対側の後端部に向かって幅寸法が大きくなる形状が挙げられる。
ところで、流量制御溝や流出口の位置は、加工時や組み付け時のばらつきがあり、設計された位置(以下、基準位置という)に対して径方向外側或いは内側にずれることがある。
流出口が基準位置に対して径方向内側に位置ずれした場合、流出口が基準位置にある場合に比べて弁開度が大きく、且つ、冷媒が流れ始める回転角度が早くなる。これにより、冷媒を流し始める際に流量が一挙に増加することが懸念される。なお、流量制御溝が基準位置に対して径方向外側にずれした場合も同様の問題が生じる。
そこで、流出口が径方向内側に位置ずれすることや、流量制御溝が径方向外側に位置ずれすることに鑑みれば、前記流量制御溝が、前記先端部から前記後端部に向かって幅寸法が一定の狭小部と、前記狭小部から前記後端部側に向かって幅寸法が大きくなる幅広部とを有していることが好ましい。
このような構成であれば、上述した位置ずれにより流量制御溝と流出口との重なり合う面積が上限値(最大)となる場合でも、冷媒を流し始める際に流量が一挙に増加することを低減することができ、微小流量域において流量制御溝や流出口の加工時や組み付け時におけるばらつき影響を最小限にして流量制御することが可能となる。
このような構成であれば、上述した位置ずれにより流量制御溝と流出口との重なり合う面積が上限値(最大)となる場合でも、冷媒を流し始める際に流量が一挙に増加することを低減することができ、微小流量域において流量制御溝や流出口の加工時や組み付け時におけるばらつき影響を最小限にして流量制御することが可能となる。
流量制御溝と流出口との重なり合う面積が上限値(最大)となる場合でも、冷媒を流し始める際に流量が一挙に増加してしまうことを防ぐためには、前記狭小幅が、前記先端部の回転軌跡と略平行に形成されていることが好ましい。
前記幅広部の外縁が、前記先端部の回転軌跡から外側に離れていくことが好ましい。
幅広部の外縁をこのような形状にすることで、冷媒がある程度流れ始めた後、流量を徐々に増加させることができ、流量制御溝の全体が流出口を通過しきって流出口が全開となる際に、流量が急激に増加してしまうことを防ぐことができる。
幅広部の外縁をこのような形状にすることで、冷媒がある程度流れ始めた後、流量を徐々に増加させることができ、流量制御溝の全体が流出口を通過しきって流出口が全開となる際に、流量が急激に増加してしまうことを防ぐことができる。
一方、狭小部で発生する流路面積割合のばらつきを低減すべく、冷媒がある程度流れ始めた後、流量が一挙に増加することを防いで流量を徐々に増加させるためには、前記幅広部の内縁が、前記先端部の回転軌跡に近づく又は前記先端部の回転軌跡と略平行であることが好ましい。
具体的な実施態様としては、前記幅広部の外縁と内縁とが、前記先端部の回転軌跡に対して非対照である構成が挙げられる。
一方、流出口が径方向外側に位置ずれした場合、流出口が基準位置にある場合に比べて弁開度が小さく、且つ、冷媒が流れ始める回転角度が遅くなる。これにより、冷媒を流し始める際に、流量制御溝の先端部と流出口3aとの重なり合う面積が小さくなり過ぎてしまい、冷媒を流し始める際に弁体を回転させても流量がなかなか増加しない。その結果、流出口が径方向外側にずれた場合には、流出口が基準位置にある場合と同一の回転角度では冷媒が流れずに不冷といったトラブルが生じる可能性があったり、不冷とまではいかないにしても消費電力量の増加といった基本性能が損なわれることが懸念される。なお、流量制御溝が基準位置に対して径方向内側に位置ずれした場合も同様の問題が生じる。
そこで、流出口が径方向外側に位置ずれすることや、流量制御溝が径方向内側に位置ずれすることに鑑みれば、前記流量制御溝の先端の回転軌跡が、前記流出口の中心よりも前記弁体の回転軸側において前記流出口と重なり合うように、前記流出口が配置されていることが好ましい。
このような構成であれば、流出口が径方向外側に位置ずれしたとしても、流量制御溝と流出口との重なり合う面積が下限値(最小)となる場合でも、重なり合う面積を確保することができる。これにより、流量制御溝の先端部と流出口との重なり合う面積が冷媒を流し始める際に小さくなり過ぎず、不冷といったトラブルや消費電力量の増加といった基本性能が損なわれることを防ぐことができる。
このような構成であれば、流出口が径方向外側に位置ずれしたとしても、流量制御溝と流出口との重なり合う面積が下限値(最小)となる場合でも、重なり合う面積を確保することができる。これにより、流量制御溝の先端部と流出口との重なり合う面積が冷媒を流し始める際に小さくなり過ぎず、不冷といったトラブルや消費電力量の増加といった基本性能が損なわれることを防ぐことができる。
続いて、本発明に係る弁構造を三方弁として用いる場合、つまり弁構造に設けられた流入口から流入した流体を弁座に形成された2つの流出口から流出させる場合について説明する。なお、このような三方弁としては、上記の特許文献1に記載されたものが知られている。
本発明に係る弁構造を三方弁として例えば冷蔵室及び冷凍室を備えた冷凍冷蔵庫に用いる場合、前記弁体の回転角度に応じて、前記2つの流出口が同時に全開状態となる全開領域が形成されるように、弁構造を構成することが好ましい。
このような構成であれば、全開領域にして2つの流出口を全開状態にすることで、プルダウン時などの過負荷において、冷蔵室及び冷凍室の冷却速度を向上させることができる。
このような構成であれば、全開領域にして2つの流出口を全開状態にすることで、プルダウン時などの過負荷において、冷蔵室及び冷凍室の冷却速度を向上させることができる。
前記弁体の回転角度に応じて、前記2つの流出口の一方に前記流量制御溝が重なり合っている間、他方が全閉状態となる流量可変領域と、前記2つの流出口が同時に全閉状態となる全閉領域とが形成されるように、弁構造を構成することが好ましい。
このような構成であれば、流量可変領域にすることで冷蔵室及び冷凍室それぞれの冷却時における負荷に応じて冷媒を適切な流量に調整することができる。また、圧縮機の停止時には、全閉領域にすることで凝縮器側から高温冷媒が蒸発器へ流入してしまうこと防ぐことができ、圧縮機の停止時に冷媒流入によって各室の温度が上昇してしまうことを防ぐことができる。
このような構成であれば、流量可変領域にすることで冷蔵室及び冷凍室それぞれの冷却時における負荷に応じて冷媒を適切な流量に調整することができる。また、圧縮機の停止時には、全閉領域にすることで凝縮器側から高温冷媒が蒸発器へ流入してしまうこと防ぐことができ、圧縮機の停止時に冷媒流入によって各室の温度が上昇してしまうことを防ぐことができる。
上述した全開領域、流量可変領域、及び全閉領域を形成することのできる弁構造を製造するにあたって、例えば起点補正や位置認識を目的としたストッパ等によって弁体の回転範囲が360度未満に設定されたなかで弁構造を小型で且つ簡単なものにしようとすると、製造条件が限られてしまい上述した各領域を形成することは非常に難しい。このような中で本願発明者は、小型で且つ簡単な弁構造を用いて全開領域、流量可変領域及び全閉領域を形成すべく、鋭意検討を重ねた。
その結果、前記弁体が、前記流量制御溝の後端部から連続して形成され、前記流出口の全体と重なり合う第1全開用溝と、前記第1全開用溝とは別に前記流出口の全体と重なり合う第2全開用溝とを有し、前記流量制御溝が、前記弁体の回転軸を中心とした60度以内に形成されているものであれば、小型で且つ簡単な三方弁たる弁構造を用いて全開領域、流量可変領域及び全閉領域を形成することができることを見出した。
その結果、前記弁体が、前記流量制御溝の後端部から連続して形成され、前記流出口の全体と重なり合う第1全開用溝と、前記第1全開用溝とは別に前記流出口の全体と重なり合う第2全開用溝とを有し、前記流量制御溝が、前記弁体の回転軸を中心とした60度以内に形成されているものであれば、小型で且つ簡単な三方弁たる弁構造を用いて全開領域、流量可変領域及び全閉領域を形成することができることを見出した。
次に、本発明に係る弁構造を四方弁として用いる場合を説明する。なお、四方弁としては、例えば特開2004−293573号公報に記載されているように、上述した弁座及び弁体とは別に、3つ目の流出口が形成された第2弁座と、この第2弁座に対して回転可能に設けられた第2弁体とを備えたものが知られている。
このような四方弁は、例えば冷蔵室及び冷凍室のほかに変温室を備える冷凍冷蔵庫に用いられることが考えられる。
このような場合、本発明に係る弁構造は、流体を流出させる第3流出口が形成された第2弁座と、前記第2弁座に対して回転可能に設けられるとともに前記弁体に連動して回転して前記流出口の開度を調整する第2弁体とを備え、前記第2弁体が、回転することにより前記第3流出口と重なり合う面積が変わる周方向に沿った流量制御溝を有している。
そして、この弁構造は、前記第1弁体及び前記第2弁体の回転角度に応じて、前記弁座に形成された2つの流出口のうちの1つと前記第2弁体に形成された前記第3流出口とが同時に全開状態となる全開領域が形成されるように構成されていることが好ましい。
このような構成であれば、上述した三方弁の場合と同様に、全開領域にして2つの流出口を全開状態にすることで、プルダウン時などの過負荷において、冷蔵室や冷凍室や変温室の冷却速度を向上させることができる。
このような場合、本発明に係る弁構造は、流体を流出させる第3流出口が形成された第2弁座と、前記第2弁座に対して回転可能に設けられるとともに前記弁体に連動して回転して前記流出口の開度を調整する第2弁体とを備え、前記第2弁体が、回転することにより前記第3流出口と重なり合う面積が変わる周方向に沿った流量制御溝を有している。
そして、この弁構造は、前記第1弁体及び前記第2弁体の回転角度に応じて、前記弁座に形成された2つの流出口のうちの1つと前記第2弁体に形成された前記第3流出口とが同時に全開状態となる全開領域が形成されるように構成されていることが好ましい。
このような構成であれば、上述した三方弁の場合と同様に、全開領域にして2つの流出口を全開状態にすることで、プルダウン時などの過負荷において、冷蔵室や冷凍室や変温室の冷却速度を向上させることができる。
前記弁体及び前記第2弁体の回転角度に応じて、前記3つの流出口のうちの1つに前記流量制御溝が重なり合っている間、残り2つが全閉状態となる流量可変領域と、前記3つの流出口が同時に全閉状態となる全閉領域とが形成されるように、弁構造を構成することが好ましい。
このような構成であれば、上述した三方弁と同様に、流量可変領域にすることで冷蔵室、冷凍室、及び変温室それぞれの冷却時における負荷に応じて冷媒を適切な流量に調整することができる。また、圧縮機の停止時には、全閉領域にすることで凝縮器側から高温冷媒が蒸発器へ流入してしまうこと防ぐことができ、圧縮機の停止時に冷媒流入によって各室の温度が上昇してしまうことを防ぐことができる。
このような構成であれば、上述した三方弁と同様に、流量可変領域にすることで冷蔵室、冷凍室、及び変温室それぞれの冷却時における負荷に応じて冷媒を適切な流量に調整することができる。また、圧縮機の停止時には、全閉領域にすることで凝縮器側から高温冷媒が蒸発器へ流入してしまうこと防ぐことができ、圧縮機の停止時に冷媒流入によって各室の温度が上昇してしまうことを防ぐことができる。
全開領域、流量可変領域、及び全閉領域を形成することのできる弁構造を小型で且つ簡単なものにすることが非常に困難であることは上述した通りである。
そして、本願発明者が鋭意検討を重ねた結果、前記弁体及び前記第2弁体がそれぞれ、前記流量制御溝の後端部から連続して形成され、前記流出口の全体と重なり合う全開用溝を有し、前記各流量制御溝が、それぞれ前記弁体又は前記第2弁体の回転軸を中心とした60度以内に形成されているものであれば、小型で且つ簡単な四方弁たる弁構造を用いて全開領域、流量可変領域及び全閉領域を形成することができることを見出した。
そして、本願発明者が鋭意検討を重ねた結果、前記弁体及び前記第2弁体がそれぞれ、前記流量制御溝の後端部から連続して形成され、前記流出口の全体と重なり合う全開用溝を有し、前記各流量制御溝が、それぞれ前記弁体又は前記第2弁体の回転軸を中心とした60度以内に形成されているものであれば、小型で且つ簡単な四方弁たる弁構造を用いて全開領域、流量可変領域及び全閉領域を形成することができることを見出した。
続いて、上述した三方弁ならびに四方弁等の切替弁を搭載した冷蔵庫に関して説明する。
従来の冷蔵庫としては例えば特開2011−158251号公報に記載されているように切替弁を機械室に配置し、切替弁と蒸発器を接続する減圧機構としてキャピラリーチューブを使用するのが一般的である。
この公報に記載された冷蔵庫では、キャピラリーチューブによる減圧では流量調整幅がないことから、管径の異なる複数のキャピラリーチューブを切替弁で切り替えることによって流量調整幅を拡大している。
また、従来の冷蔵庫としては、特開2013−221627号公報に記載されているようにキャピラリーチューブと蒸発器から圧縮機へと戻る戻り配管とをはんだ付けなどによって接続して熱交換を実施していることも一般的である。キャピラリーチューブと戻り配管とで熱交換を実施することで戻り配管を加熱することによる液戻り防止とキャピラリーチューブを冷却することによる冷凍能力増大の効果を得ることができる。
このような従来の冷蔵庫において複数のキャピラリーチューブを用いて流量調整幅を拡大する手段を複数の蒸発器からなる冷凍サイクルに適用する場合は、切替数が増えるために切替弁が複数必要となる場合があり、コストアップの懸念があること、また、キャピラリーチューブと戻り配管とを接続する場合には1つの戻り配管に接続できるキャピラリーチューブの本数は加工の上で限りがあるために、戻り配管と接続できないキャピラリーチューブができるために上述したような液戻り防止と冷凍能力増大効果を得ることができないといった問題点がある。
そこで本発明は、複数の蒸発器を切り替える冷凍サイクルにおいてそれぞれの流量調整幅を広くとるとともに、液戻り防止と冷凍能力増大効果を得ることを目的としたものである。
すなわち、本発明に係る冷蔵庫は、三方弁又は四方弁と蒸発器との間にキャピラリーチューブを設けたことを特徴とするものである。
このような構成であれば、上述した流量調整域を持つ三方弁や四方弁を冷蔵庫にて使用することで複数の蒸発器を切り替える冷凍サイクルにおいてそれぞれの流量調整幅を広くとることができる。
一方、機械室にて三方弁、四方弁のみによって冷媒の流量調整を実施すると三方弁および四方弁の出口における冷媒温度が蒸発温度とほぼ同じ温度となり、三方弁および四方弁と蒸発器とを接続する機械室から庫内へと向かう配管のうちの機械室部分にて結露が発生することが懸念される。
これに対して上述した構成であれば、三方弁、四方弁にて1次減圧、キャピラリーチューブにて2次減圧となるために三方弁、四方弁出口での温度を蒸発温度よりも高くすることができ、機械室部分での配管結露発生を抑えることができるとともに、上述したキャピラリーチューブと戻り配管との熱交換による液戻り防止と冷凍能力増大の効果も得ることができる。
このような構成であれば、上述した流量調整域を持つ三方弁や四方弁を冷蔵庫にて使用することで複数の蒸発器を切り替える冷凍サイクルにおいてそれぞれの流量調整幅を広くとることができる。
一方、機械室にて三方弁、四方弁のみによって冷媒の流量調整を実施すると三方弁および四方弁の出口における冷媒温度が蒸発温度とほぼ同じ温度となり、三方弁および四方弁と蒸発器とを接続する機械室から庫内へと向かう配管のうちの機械室部分にて結露が発生することが懸念される。
これに対して上述した構成であれば、三方弁、四方弁にて1次減圧、キャピラリーチューブにて2次減圧となるために三方弁、四方弁出口での温度を蒸発温度よりも高くすることができ、機械室部分での配管結露発生を抑えることができるとともに、上述したキャピラリーチューブと戻り配管との熱交換による液戻り防止と冷凍能力増大の効果も得ることができる。
このように構成した本発明によれば、冷媒などの流体を流し始める際に、流体を少しずつ増加させることができ、流体を流し始める際の流量を高精度に制御することが可能となる。
そのうえ、三方弁や四方弁として用いた場合に、小型で且つ簡単な構成で、全開領域や流量可変領域や全閉領域を形成することができ、例えば冷凍冷蔵庫に用いれば、冷却速度の向上、冷媒流量の適切な調整、圧縮機停止時における各室の温度上昇の防止、機械室内での配管の結露防止、キャピラリーチューブと戻り配管との熱交換による液戻り防止、冷凍能力増大などを図れる。
そのうえ、三方弁や四方弁として用いた場合に、小型で且つ簡単な構成で、全開領域や流量可変領域や全閉領域を形成することができ、例えば冷凍冷蔵庫に用いれば、冷却速度の向上、冷媒流量の適切な調整、圧縮機停止時における各室の温度上昇の防止、機械室内での配管の結露防止、キャピラリーチューブと戻り配管との熱交換による液戻り防止、冷凍能力増大などを図れる。
<第1実施形態>
まず始めに本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。
第1実施形態に係る弁構造は、いわゆる四方弁として用いられるものである。
まず始めに本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。
第1実施形態に係る弁構造は、いわゆる四方弁として用いられるものである。
本実施形態に係る弁構造20は、図1に示すように、例えば冷凍冷蔵庫100に用いられるものである。なお、この弁構造20は、冷凍冷蔵庫に限らず、流体を複数箇所に供給する流体回路に用いても構わない。
まず始めに、本実施形態の冷凍冷蔵庫100について説明する。
冷凍冷蔵庫100は、図1及び図2に示すように、冷蔵室11、冷凍室12及び変温室13を有するものであり、また、図1に示すように機械室に備えた圧縮機21と、圧縮機21の吐出側に設けられた凝縮器22と、凝縮器22の出口側及び圧縮機21の吸入側の間で各庫内に設けられた複数の蒸発器231〜233(以下、これらを区別する場合、冷蔵室用蒸発器231、冷凍室用蒸発器232、変温室用蒸発器233という)と、各蒸発器231〜233の入口側それぞれに設けられた複数の減圧手段241〜243(以下、これらを区別する場合、冷蔵室用減圧手段241、冷凍室用減圧手段242、変温室用減圧手段243という)とを有する冷媒回路200を備えている。
冷凍冷蔵庫100は、図1及び図2に示すように、冷蔵室11、冷凍室12及び変温室13を有するものであり、また、図1に示すように機械室に備えた圧縮機21と、圧縮機21の吐出側に設けられた凝縮器22と、凝縮器22の出口側及び圧縮機21の吸入側の間で各庫内に設けられた複数の蒸発器231〜233(以下、これらを区別する場合、冷蔵室用蒸発器231、冷凍室用蒸発器232、変温室用蒸発器233という)と、各蒸発器231〜233の入口側それぞれに設けられた複数の減圧手段241〜243(以下、これらを区別する場合、冷蔵室用減圧手段241、冷凍室用減圧手段242、変温室用減圧手段243という)とを有する冷媒回路200を備えている。
ここでは、冷凍室用蒸発器232の入口側に変温室用蒸発器233が設けられており、冷凍室用蒸発器232の出口側には逆止弁25が設けられている。なお、変温室用蒸発器233は、冷凍室用蒸発器232の出口側に設けられていても良いし、冷凍室用蒸発器232と並列に設けられていても良い。
冷蔵室用蒸発器231の入口側には冷蔵室用減圧手段として冷蔵用キャピラリーチューブ241が直列に設けられており、冷凍室用蒸発器232の入口側には冷凍室用減圧手段として冷凍用キャピラリーチューブ242が直列に設けられており、変温室用蒸発器233の入口側には変温室用減圧手段として変温用キャピラリーチューブ243が直列に設けられている。
これらのキャピラリーチューブ241〜243は互いに並列に設けられており、ここでは変温室用蒸発器233が冷凍室用蒸発器232の入口側に設けられていることから、変温室用蒸発器233及び冷凍室用蒸発器232の間と冷凍室用減圧手段242の出口側とを配管接続して、冷凍室用減圧手段242から流れ出た冷媒を変温室用蒸発器233に流すことなく冷凍室用蒸発器232に流すようにしている。
これらのキャピラリーチューブ241〜243は互いに並列に設けられており、ここでは変温室用蒸発器233が冷凍室用蒸発器232の入口側に設けられていることから、変温室用蒸発器233及び冷凍室用蒸発器232の間と冷凍室用減圧手段242の出口側とを配管接続して、冷凍室用減圧手段242から流れ出た冷媒を変温室用蒸発器233に流すことなく冷凍室用蒸発器232に流すようにしている。
本実施形態の冷媒回路200は、各蒸発器231、232、233の出口側と圧縮機の吸入側とを接続する戻り配管Lが、上述したキャピラリーチューブ241、242、243と熱的に接続されており、戻り配管Lを流れる低温冷媒とキャピラリーチューブ241、242、243を流れる高温冷媒との間で熱交換が行われるように構成されている。具体的には、戻り配管Lとキャピラリーチューブ241、242、243とを例えばはんだ付けなどにより接続している。
上述したキャピラリーチューブ241、242、243は、後述の弁構造20を備えた膨張弁Vとともに、凝縮器22から流出した高圧冷媒を低圧冷媒に変化させる減圧機構Zを構成している。
次に、弁構造20について説明する。
弁構造20は、複数の蒸発器231〜233のうち1つ又は複数に冷媒を流すためのものであり、図1、図2に示すように、機械室にて凝縮器22の出口側とキャピラリーチューブ241〜243の入口側を接続する形で設けられている。
本実施形態の弁構造20は、流入した冷媒を、3つの蒸発器231〜233のうちの1つ又は2つに流すためのいわゆる四方弁であり、各蒸発器231〜233に流す冷媒流量を調整可能に構成されている。
具体的にこの弁構造20は、図3及び図4に示すように、少なくとも弁座3及び弁体4を備えたものであり、ここでは、弁体3を回転させる駆動機構5と、弁座3及び弁体4を収容するとともに冷媒が流入する冷媒流入空間Sが形成されたケーシング6とをさらに備えている。
駆動機構5は、ステータ511及びこのステータ511の内側に設けられたロータ512を備えるモータ51と、前記ロータ512と連動して回転することでモータ51の駆動力を出力する出力ギア52とを有するものである。
ケーシング6は、図4に示すように、底面に開口が形成された中空のケーシング本体61と、前記開口を閉塞してケーシング本体61とともに前記冷媒流入空間Sを形成する蓋体62とを有するものである。
ケーシング本体61は、金属等から形成された例えば回転体形状をなすものであり、ここでは前記ロータ512を中空内に収容した状態で前記ステータ511の内側に配置される。
前記蓋体62は、平板状をなし、冷媒流入空間Sと連通して冷媒流入空間Sに冷媒を流入させるための流入口621が形成されたものであり、ここでは例えば径寸法(直径)が35mm以下の円板形状をなす。この流入口621は、流入管7によって凝縮器22の出口側に接続されており、これにより凝縮器22から流れ出た冷媒が冷媒流入空間Sに流れ込む。
弁座3は、図3〜図6に示すように、上述した蓋体62に形成された貫通孔に隙間なく嵌め込まれるものであり、冷媒流入空間Sと連通して冷媒流入空間Sから冷媒を流出させるための流出口3aが形成されている。また、この弁座3の中心には、後述する弁体4の回転軸Xが差し込まれる貫通孔3xが形成されている。
本実施形態の弁座3は、蓋体62に簡単に取り付けられるようにすべく、上部31を蓋体62に形成された貫通孔と同じ大きさにしつつ、下部32を上部31よりも大きい形状にすることで、上部31を蓋体62の貫通孔に下方から嵌め込んだ際に、上部31及び下部32の間に形成された段部が蓋体62の下面に当接するようにしてある。
具体的にこの弁座3は、径寸法(直径)が16mm以下の円板状をなすものであり、この弁座3の上部31を厚み方向に貫通させることで、その上面に例えば直径0.8mmの流出口3aを形成してある。
また、下部32には、前記流出口3aと連通するとともに、流出口3aよりも径寸法の大きい流出管用孔3sが形成されており、この流出管用孔3sに流出管8が差し込まれるように構成されている。この流出管8によって、流出口3aは蒸発器231〜233の入口側に接続され、流出口3aを介して冷媒流入空間Sから流出した冷媒が何れか1つの蒸発器231〜233に流れ出る。
また、下部32には、前記流出口3aと連通するとともに、流出口3aよりも径寸法の大きい流出管用孔3sが形成されており、この流出管用孔3sに流出管8が差し込まれるように構成されている。この流出管8によって、流出口3aは蒸発器231〜233の入口側に接続され、流出口3aを介して冷媒流入空間Sから流出した冷媒が何れか1つの蒸発器231〜233に流れ出る。
本実施形態の弁構造20は、図3〜図6に示すように、2つの弁座3(以下、これらの弁座3を第1弁座3A、第2弁座3Bという)を備えており、蓋体62に形成された2つの貫通孔の一方に第1弁座3Aが取り付けられ、他方に第2弁座3Bが取り付けられる。ここでは、第1弁座3Aと第2弁座3Bとは、互いに同じ径寸法の円板状のものである。
第1弁座3Aには、2つの流出口3a(以下、これらの流出口3aを第1流出口3a1、第2流出口3a2という)が形成されている。本実施形態では、第1流出口3a1は、第1流出管81によって冷蔵室用蒸発器231の入口側に接続されており、第2流出口3a2は、第2流出管82によって冷凍室用蒸発器232の入口側に接続されている。
前記第1流出口3a1及び前記第2流出口3a2は、互いに同じ径寸法であり、第1弁座3Aの中心周りに周方向に沿って配置されている。つまり、第1弁座3Aの中心から第1流出口3a1の中心までの距離と、第1弁座3Aの中心から第2流出口3a2の中心までの距離とを等距離にしてある。
前記第1流出口3a1及び前記第2流出口3a2は、互いに同じ径寸法であり、第1弁座3Aの中心周りに周方向に沿って配置されている。つまり、第1弁座3Aの中心から第1流出口3a1の中心までの距離と、第1弁座3Aの中心から第2流出口3a2の中心までの距離とを等距離にしてある。
第2弁座3Bには、1つの流出口3a(以下、この流出口3aを第3流出口3a3という)が形成されている。本実施形態では、第3流出口3a3は、第3流出管83によって変温室用蒸発器233の入口側に接続されている。
なお、第3流出口3a3は、第1流出口3a1及び第2流出口3a2と同じ径寸法であり、第2弁座3Bの中心から第3流出口3a3の中心までの距離は、第1弁座3Aの中心から第1流出口3a1及び第2流出口3a2の中心までの距離と等距離にしてある。
弁体4は、弁座3に対して回転可能に設けられており、前記流出口3aを全開状態及び全閉状態の間でその開度を調整するためのものであり、回転に伴って流出口3aと重なり合う面積が変わる流量制御溝4aが形成されている。
本実施形態では、第1弁座3A及び第2弁座3Bそれぞれに対応して第1弁体4A及び第2弁体4Bが設けられているが、ここでは第1弁体4A及び第2弁体4Bは互いに同じ構成であるので、以下ではこれらを代表して第1弁体4A(以下、単に弁体4という)について説明する。
本実施形態では、第1弁座3A及び第2弁座3Bそれぞれに対応して第1弁体4A及び第2弁体4Bが設けられているが、ここでは第1弁体4A及び第2弁体4Bは互いに同じ構成であるので、以下ではこれらを代表して第1弁体4A(以下、単に弁体4という)について説明する。
この弁体4は、図3〜図6に示すように、弁座3の上側に設けられて弁座3の中心軸を中心として回転するものであり、ここでは回転軸Xが貫通する貫通孔4xが形成されている。この弁体4には、上述した出力ギア52に噛み合う受動ギア9が取り付けられるようにしてあり、この受動ギア9に前記回転軸Xを設けてある。より詳細に説明すると、受動ギア9には複数の凸部91が設けられており、弁体4の上面には前記凸部91と係合する複数の凹部4yが形成されている。これにより、回転軸Xを貫通孔4xに差し込むとともに、凸部91を凹部4yに係合させることで、弁体4が駆動機構5の駆動力によって受動ギア9と連動して回転する。
なお、本実施形態では、上述したように第1弁座3A及び第2弁座3Bそれぞれに対応して第1弁体4A及び第2弁体4Bが設けられており、第1弁体4A及び第2弁体4Bそれぞれに設けられた2つの受動ギア9が共通の出力ギア52に噛み合っている。これにより、第1弁体4A及び第2弁体4Bは連動して回転する。
本実施形態の弁体4は、平板状の上部41と、厚み方向に貫通して上述した流量制御溝4aが形成された平板状の下部42とから構成されている。上部41は下部42の全体と重なり合う例えば円板状のものであり、下部42は円板に前記流量制御溝4aを形成したものである。本実施形態の弁体4は、例えば径寸法が12mm以下の円板状をなすものであり、流量制御溝4aは周方向に沿って延びるように形成されている。
流量制御溝4aは、図7に示すように、周方向に沿ってその幅寸法が変化するように形成されたものであり、ここでは弁体4の回転により流出口3aと重なり始める先端部4bから、その反対側の後端部4cに向って幅寸法が徐々に大きくなるように形成してある。
この流量制御溝4aは、先端部4bから後端部4cまでが弁体4の回転軸Xを中心とした60度以内に収まるように構成されている。
この流量制御溝4aは、先端部4bから後端部4cまでが弁体4の回転軸Xを中心とした60度以内に収まるように構成されている。
先端部4bは、図8に示すように、先端4xの回転軌跡P上に位置する点Qを中心とした円の一部(ここでは半円部分)である。なお、流量制御溝4aの先端4xは、弁体4の回転方向に沿った先端部4bの端である。
具体的にこの先端部4bは、幅寸法が0.2mm以上となる形状であり、本実施形態では直径0.2mm以上の円の半円部分を先端部4bとしている。なお、ここでいう幅寸法とは、先端4xの回転軌跡Pと垂直な方向に沿った寸法である。
具体的にこの先端部4bは、幅寸法が0.2mm以上となる形状であり、本実施形態では直径0.2mm以上の円の半円部分を先端部4bとしている。なお、ここでいう幅寸法とは、先端4xの回転軌跡Pと垂直な方向に沿った寸法である。
また、図7に示すように、流量制御溝4aの後端部4cのさらに後ろ側には、後端部4cと連続して形成され、流出口3aの全体と重なり合う全開用溝4dが形成されている。この全開用溝4dは、後端部4cから弁体4の回転方向とは反対側に向って、弁体4の下部42を周方向に沿って切り欠いて形成したものである。
そして、本実施形態では、図7及び図8に示すように、流出口3aの中心Oを、流量制御溝4aの先端部4bの回転軌跡から変位させている。
より詳細に説明すると、ここでは流出口3aの中心Oを通り弁体4の回転軸Xを中心とする仮想円Zから、流量制御溝4aの先端4xの回転軌跡Pを内側に変位させている。
ところで、本実施形態の冷凍冷蔵庫100は、弁構造20の上流側に設けられた図示しないフィルタを備えているが、フィルタのメッシュサイズよりも小さいコンタミ等の異物はフィルタを通過して冷媒とともに冷媒流入空間Sに流れ込む可能性がある。
そうすると、例えば図7に示す弁体4Aにおいて、異物が流量制御溝4aの先端部4bに入り込むと、弁体4の回転動作だけでは異物を掻き出すことができず、異物が流量制御溝4aの先端部4bに堆積する恐れがある。
そうすると、例えば図7に示す弁体4Aにおいて、異物が流量制御溝4aの先端部4bに入り込むと、弁体4の回転動作だけでは異物を掻き出すことができず、異物が流量制御溝4aの先端部4bに堆積する恐れがある。
そこで、前記先端部4bに流入した異物が冷媒とともに流出口3aから流れ出るように、前記先端部4bにおける前記流出口3aとの重なり合う部分の幅寸法を設定してある。この幅寸法は、フィルタを通過した異物が流出口3aから流れ出るようにすべく、フィルタのメッシュサイズに基づいて設定してあり、例えば想定される異物の大きさに鑑みて0.1mm以上にしている。
本実施形態では、少なくとも流量制御溝4aの先端4xが流出口3aと重なり合うようにしつつ、図8に示すように、先端部4bの半径OLを0.1mm以上にすることで、先端部4bにおける流出口3aと重なり合う部分の幅寸法が異物よりも大きくなるようにしている。
次に、弁構造20の動作と冷媒の流れについて説明する。
本実施形態の弁構造20は、図9に示すように、第1弁体4A及び第2弁体4Bが連動して回転することにより、これらの第1弁体4A及び第2弁体4Bの回転角度に応じて、全閉領域、全開領域、及び3つの流量可変領域が形成されるように構成されている。
全閉領域は、第1流出口3a1、第2流出口3a2、及び第3流出口3a3が同時に全閉状態となる領域である。
全開領域は、第1流出口3a1又は第2流出口3a2の何れか一方と第3流出口3a3とが同時に全開状態となる領域である。本実施形態の全開領域は、第1流出口3a1と第3流出口3a3とが同時に全開状態となる領域であり、言い換えれば、第1流出口3a1の全体に第1弁体4Aの全開用溝4dが重なり合うとともに、第3流出口3a3の全体に第2弁体4Bの全開用溝4dが重なり合う領域である。
流量可変領域は、各流出口3a1〜3a3から流出する冷媒の流量を単独で調整可能な領域であり、言い換えれば、第1流出口3a1、第2流出口3a2、又は第3流出口3a3のうち何れか1つに流量制御溝4aが重なり合うとともに、その他の2つが全閉状態となる領域である。この流量可変領域は、各流出口3a1〜3a3それぞれに対して設けられている。
なお、本実施形態の流量可変領域において、第1流出口3a1及び第2流出口3a2から流出する冷媒流量は徐々に増大し、第3流出口3a3から流出する冷媒流量は徐々に減少するように構成されている。
なお、本実施形態の流量可変領域において、第1流出口3a1及び第2流出口3a2から流出する冷媒流量は徐々に増大し、第3流出口3a3から流出する冷媒流量は徐々に減少するように構成されている。
上述した全閉領域、全開領域、及び流量可変領域の他には、図9に示すように、第1流出口3a1、第2流出口3a2、又は第3流出口3a3のうち何れか1つが全開状態であり、その他の2つが全閉状態となる領域が設けられている。言い換えれば、この領域は、第1流出口3a1、第2流出口3a2、又は第3流出口3a3のうち何れか1つに全開用溝4dが重なり合うとともに、その他の2つが閉じられている領域である。
なお、第3流出口3a3に対して形成された流量可変領域と、第2流出口3a2に対して形成された流量可変領域との間には、余裕区間として、第1流出口3a1、第2流出口3a2、及び第3流出口3a3の全てが全閉状態となる領域が設けられている。
なお、第3流出口3a3に対して形成された流量可変領域と、第2流出口3a2に対して形成された流量可変領域との間には、余裕区間として、第1流出口3a1、第2流出口3a2、及び第3流出口3a3の全てが全閉状態となる領域が設けられている。
このように構成された本実施形態の冷凍冷蔵庫100であれば、流出口3aの中心Oを流量制御溝4aの先端部4bの回転軌跡Pから変位させているので、弁体4を回転させることにより、流量制御溝4aの先端部4bが流出口3aに対して真正面からずれた方向から重なり始める。これにより、図10の設計データから分かるように、冷媒を流し始める際に、流量制御溝4aの先端部4bと流出口3aとの重なり合う面積を従来に比べて小さくすることができる。その結果、冷媒を流し始める際に、冷媒流量を少しずつ増加させることができ、流体を流し始める際の流量を高精度に制御することが可能となる。
また、弁体4が回転して流量制御溝4aの先端4xが流出口3aと重なっている状態において、その重なっている部分の大きさを想定される異物よりも大きくしているので、流量制御溝4aの先端部4bに異物が流れ込んだとしても、その異物を冷媒とともに流出口3aから流し出すことができる。
さらに、3つの流出口3a1〜3a3を同時に全閉状態とする全閉領域にすることができるので、圧縮機21の停止時に凝縮器22側から高温冷媒が各蒸発器231〜233へ流入してしまうこと防ぐことができ、圧縮機21の停止時に冷媒流入によって各室11〜13の温度が上昇してしまうことを防ぐことができる。
加えて、2つの流出口3a1と流出口3a3とを同時に全開状態とする全開領域にすることができるので、この全開状態において冷媒を冷蔵室11、冷凍室12、及び変温室13の3室に供給することができ、プルダウン時などの過負荷において、各室の冷却速度を向上させることができる。
さらに加えて、3つの流出口3a1〜3a3それぞれに対して単独での流量調整が可能な流量可変領域にすることができるので、各室11〜13それぞれの冷却時における負荷に応じて冷媒を適切な流量に調整することができる。
図11に本実施形態における冷凍回路のモリエル線図を示す。本実施形態では減圧機構Zが膨張弁Vとキャピラリーチューブ241、242、243とを有しているので、凝縮器22から流出した冷媒を膨張弁V及びキャピラリーチューブ241、242、243を用いて段階的に減圧させることができる。
これにより、図11に示すように膨張弁Vからキャピラリーチューブ241、242、243へ流れる冷媒を、蒸発器231、232、233に流入する前の冷媒よりも高温にすることができ、膨張弁V出口から庫内へと向かうキャピラリーチューブ241、242、243のうち機械室部分における配管結露を防止することができる。
これにより、図11に示すように膨張弁Vからキャピラリーチューブ241、242、243へ流れる冷媒を、蒸発器231、232、233に流入する前の冷媒よりも高温にすることができ、膨張弁V出口から庫内へと向かうキャピラリーチューブ241、242、243のうち機械室部分における配管結露を防止することができる。
さらに、冷媒戻り配管Lとキャピラリーチューブ241、242、243とを例えばはんだ付けなどにより熱的に接続しているので、蒸発器231、232、233から圧縮機21へと戻る冷媒と、膨張弁Vからキャピラリーチューブ241、242、243を介して蒸発器へと向かう冷媒との間で熱交換が行われる。
これにより、蒸発器231、232、233で蒸発されなかった液冷媒を、冷媒戻り配管L内で加熱することによって圧縮機21に戻る前に蒸発させることができ、圧縮機21への液冷媒戻りを防ぐことができる。
そのうえ、図11に示すようにキャピラリーチューブ241、242、243内の冷媒が減圧中に冷却されることで冷凍能力を高めることができ、冷凍サイクルの効率向上を図ることができる。
これにより、蒸発器231、232、233で蒸発されなかった液冷媒を、冷媒戻り配管L内で加熱することによって圧縮機21に戻る前に蒸発させることができ、圧縮機21への液冷媒戻りを防ぐことができる。
そのうえ、図11に示すようにキャピラリーチューブ241、242、243内の冷媒が減圧中に冷却されることで冷凍能力を高めることができ、冷凍サイクルの効率向上を図ることができる。
<第2実施形態>
次に本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。
第2実施形態に係る弁構造20は、いわゆる三方弁として用いられるものである。また、第2実施形態における弁構造20は、前記第1実施形態と同様に、膨張弁Vに備えさせてあり、この膨張弁Vとキャピラリーチューブ241、242とが、凝縮器22からの高圧冷媒を低圧冷媒に変化させる減圧機構Zを構成している。
次に本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。
第2実施形態に係る弁構造20は、いわゆる三方弁として用いられるものである。また、第2実施形態における弁構造20は、前記第1実施形態と同様に、膨張弁Vに備えさせてあり、この膨張弁Vとキャピラリーチューブ241、242とが、凝縮器22からの高圧冷媒を低圧冷媒に変化させる減圧機構Zを構成している。
本実施形態に係る弁構造20は、図12及び図13に示すように、例えば冷凍冷蔵庫100に用いられるものである。本実施形態の冷凍冷蔵庫100は、変温室、変温室用蒸発器、及び変温室用減圧手段を備えていない点で第1実施形態の冷凍冷蔵庫100とは異なるが、その他の点では第1実施形態と同様の構成であるので、詳細な説明を省略する。
本実施形態の弁構造20は、冷蔵室用蒸発器231又は冷凍室用蒸発器232の一方又は両方に冷媒を流すためのいわゆる三方弁であり、各蒸発器231、232に流す冷媒流量を調整可能に構成されている。
具体的にこの弁構造20は、図14及び図15に示すように、少なくとも弁座3及び弁体4を備えたものであり、ここでは、弁体3を回転させる駆動機構5と、弁座3及び弁体4を収容するとともに冷媒が流入する冷媒流入空間が形成されたケーシング6とをさらに備えている。
駆動機構5及びケーシング6は、第1実施形態と同様の構成であるので、詳細な説明を省略する。
駆動機構5及びケーシング6は、第1実施形態と同様の構成であるので、詳細な説明を省略する。
また、第1実施形態の弁構造20は、2つの弁座3(第1弁座3A及び第2弁座3B)と、これらの弁座3それぞれに対応して設けられた2つの弁体4(第1弁体4A及び第2弁体4B)とを備えていたが、本実施形態の弁構造20は、弁座3及び弁体4を1つずつ備えたものである。
本実施形態の弁座3は、第1実施形態の第1弁座3Aと同様の構成であり、図16に示すように、2つの流出口3a(以下、これらの流出口3aを第1流出口3a1、第2流出口3a2という)が形成されている。本実施形態では、第1流出口3a1は、第1流出管81によって冷蔵室用蒸発器231の入口側に接続されており、第2流出口3a2は、第2流出管82によって冷凍室用蒸発器232の入口側に接続されている。なお、弁座3の寸法や、各流出口3a1、3a2の径寸法や、弁座3の中心から各流出口3a1、3a2の中心までの距離は、第1実施形態と同様であるが、弁構造20の動作が異なるため、各流出口3a1、3a2の配置は第1実施形態とは異なる。
弁体4は、基本的には第1実施形態の弁体4と同様の構成である。すなわち、弁体4は、弁座3に対して回転可能に設けられており、前記流出口3aを全開状態及び全閉状態の間でその開度を調整するものである。この弁体4には、図17及び図18に示すように、回転に伴って流出口3aと重なり合う面積が変わる流量制御溝4aや、流出口3aの全体と重なり合う全開用溝4d(以下、第1全開用溝4dともいう)が形成されている。
流量制御溝4aは、第1実施形態と同様、先端部4bから後端部4cまでが弁体4の回転軸Xを中心とした60度以内に収まるように構成されている。
一方、第1全開用溝4dは、1つの弁体4を用いて2つの流出口3a1と流出口3a2を同時に全開状態とすべく、第1実施形態よりも角度を広く構成してある。
なお、流出口3aの中心Oを流量制御溝4aの先端部4bの回転軌跡から変位させていることや、その先端部4bにおける流出口3aと重なり合う部分の幅寸法を先端部4bに流入し得る異物の大きさに鑑みて設定してあることは、第1実施形態と同様である。
そして、本実施形態の弁体4は、図17及び図18に示すように、前記流量制御溝4a及び第1全開用溝4dとは別に、流出口3a1の全体と重なり合う第2全開用溝4fが形成されている点において、第1実施形態の弁体とは異なる。
第2全開用溝4fは、弁体4の下部42を周方向に沿って切り欠いて形成されたものであり、第1全開用溝4d及び流量制御溝4aとは連続することなく設けられている。この第2全開用溝4fは、流出口3a1の全体と重なり合うように構成されている。
より詳細に説明すると、前記第2全開用溝4fは、第1全開用溝4dが一方の流出口3aの全体と重なり合った場合に、他方の流出口3aの全体と重なり合う位置に形成されている。
つまり、第1全開用溝4d及び第2全開用溝4fの相対的な位置関係は、2つの流出口の相対的な位置関係に基づいて設計されており、ここでは第2全開用溝4fと第1全開用溝4dとの間で弁体4の回転軸Xを挟むようにしている。
つまり、第1全開用溝4d及び第2全開用溝4fの相対的な位置関係は、2つの流出口の相対的な位置関係に基づいて設計されており、ここでは第2全開用溝4fと第1全開用溝4dとの間で弁体4の回転軸Xを挟むようにしている。
次に、本実施形態の弁構造20の動作と冷媒の流れについて説明する。
本実施形態の弁構造20は、図19に示すように、弁体4が回転することにより、この弁体4の回転角度に応じて、全閉領域、全開領域、及び2つの流量可変領域が形成されるように構成されている。
全閉領域は、第1流出口3a1及び第2流出口3a2が同時に全閉状態となる領域である。
全開領域は、第1流出口3a1及び第2流出口3a2が同時に全開状態となる領域であり、言い換えれば、第1流出口3a1の全体に第1全開用溝4d又は第2全開用溝4fの一方が重なり合うとともに、第2流出口3a2の全体に第1全開用溝4d又は第2全開用溝4fの他方が重なり合う領域である。
流量可変領域は、各流出口3a1、3a2から流出する冷媒の流量を単独で調整可能な領域であり、言い換えれば、第1流出口3a1又は第2流出口3a2の一方に流量制御溝4aが重なり合うとともに、他方が全閉状態となる領域である。この流量可変領域は、各流出口3a1、3a2それぞれに対して設けられている。
なお、本実施形態の流量可変領域において、第1流出口3a1及び第2流出口3a2から流出する冷媒流量は徐々に増大するように構成されている。
なお、本実施形態の流量可変領域において、第1流出口3a1及び第2流出口3a2から流出する冷媒流量は徐々に増大するように構成されている。
上述した全閉領域、全開領域、及び流量可変領域の他には、図16に示すように、第1流出口3a1又は第2流出口3a2の一方が全開状態であり、他方が全閉状態となる領域が設けられている。言い換えれば、この領域は、第1流出口3a1又は第2流出口3a2の一方に第2全開用溝4fが重なり合うことなく、他方に全開用溝4dが重なり合う領域であり、これは第1全開用溝4dと第2全開用溝4fとが形成されている角度差により得られる領域である。
このように構成された本実施形態の冷凍冷蔵庫100であれば、弁体4が、第1全開用溝4dとは別に、第2全開用溝4fが形成されており、第1全開用溝4dが一方の流出口3aの全体と重なり合った場合に、第2全開用溝4fが他方の流出口3aの全体と重なり合うように構成されているので、一対の弁座3及び弁体4を用いて、全閉状態及び流量可変領域のみならず、全開領域をも形成することができる。
この結果、全開領域にすることで、冷蔵室用蒸発器231及び冷凍室用蒸発器232の両方に冷媒を流すことができ、プルダウン時などの過負荷における冷却速度を向上させることができる。
また、全閉領域にすることで、圧縮機21の停止時に凝縮器22側から高温冷媒が各蒸発器231、232へ流入してしまうこと防ぐことができ、圧縮機21の停止時に冷媒流入により各室11、12の温度が上昇してしまうことを防ぐことができる。
さらに、流量可変領域にすることで、各室11、12それぞれの冷却時における負荷に応じて冷媒を適切な流量に調整することができる。
また、全閉領域にすることで、圧縮機21の停止時に凝縮器22側から高温冷媒が各蒸発器231、232へ流入してしまうこと防ぐことができ、圧縮機21の停止時に冷媒流入により各室11、12の温度が上昇してしまうことを防ぐことができる。
さらに、流量可変領域にすることで、各室11、12それぞれの冷却時における負荷に応じて冷媒を適切な流量に調整することができる。
加えて、流量制御溝4aの先端部4bの回転軌跡が、流出口3aの中心Oから変位しているので、弁体4を回転させることにより、流量制御溝4aの先端部4bが流出口3aに対して真正面からずれた方向から重なり始める。
これにより、冷媒を流し始める際に、流量制御溝4aの先端部4bと流出口3aとの重なり合う面積を従来に比べて小さくして、冷媒流量を少しずつ増加させることができ、流体を流し始める際の流量を高精度に制御することが可能となる。
これに対して、流量制御溝の先端部が流出口の中心を通過する従来の構成では、高精度に流量を調整することができないし、流量制御溝を用いることなく全開用溝によって流量を変えようとすると、精度が著しく低下するので流量を制御できるとはいえない。
これにより、冷媒を流し始める際に、流量制御溝4aの先端部4bと流出口3aとの重なり合う面積を従来に比べて小さくして、冷媒流量を少しずつ増加させることができ、流体を流し始める際の流量を高精度に制御することが可能となる。
これに対して、流量制御溝の先端部が流出口の中心を通過する従来の構成では、高精度に流量を調整することができないし、流量制御溝を用いることなく全開用溝によって流量を変えようとすると、精度が著しく低下するので流量を制御できるとはいえない。
そのうえ、流量制御溝4aの先端部4bにおける流出口3aと重なり合う部分の幅寸法が、前記先端部4bに流入したコンタミ等の異物が冷媒とともに流出口3aから流れ出るように設定しているので、流量制御溝4aの先端部4bに異物が流れ込んだとしても、冷媒とともに流出口3aから流し出すことができる。
また、第1実施形態と同様に減圧機構Zとして膨張弁Vとキャピラリーチューブ241、242とを有していることで、凝縮器22にて凝縮された液冷媒を膨張弁Vおよびキャピラリーチューブ241、242とで段階的に減圧することができる。
その作用効果も第1実施形態同様、図11に示すように膨張弁Vから流出した冷媒の温度を蒸発温度よりも高くすることができるため、キャピラリーチューブ241、242のうち機械室部分での配管結露を防ぐことができる。
その作用効果も第1実施形態同様、図11に示すように膨張弁Vから流出した冷媒の温度を蒸発温度よりも高くすることができるため、キャピラリーチューブ241、242のうち機械室部分での配管結露を防ぐことができる。
また、第1実施形態同様にキャピラリーチューブ241、242と冷媒戻り配管Lとをたとえばはんだ付けなどによって熱的に接続しているので、蒸発器231、232から圧縮機へと戻る液冷媒を加熱することによる液戻り防止効果と膨張弁Vからキャピラリーチューブ241、242とを介して蒸発器231、232へと向かう冷媒を冷却することによる冷凍能力の増大効果とを得ることができる。
さらに、弁体に設けた流体制御溝によって冷媒流量を制御しているので、冷媒流量によらず流入管7や複数の流出管8の管径を種々変更することができ、例えば複数の流出管8の管径を同一にしたり、流入管7と流出管8との管径を同一にしたりすることが可能となる。
なお、本発明は第1実施形態及び第2実施形態に限られるものではない。
例えば、第1実施形態では、流量制御溝の先端が流出口に重なるように、流量制御溝の先端の回転軌跡を、仮想円から変位させていたが、流量制御溝の先端を流出口に重ならせることなく、先端部における先端以外の一部が流出口に重なるようにしても良い。
<第3実施形態>
次に本発明の第3実施形態について図面を参照して説明する。
第3実施形態に係る弁構造20は、流出口3aの位置が特徴的なので、この点について以下に詳述する。
次に本発明の第3実施形態について図面を参照して説明する。
第3実施形態に係る弁構造20は、流出口3aの位置が特徴的なので、この点について以下に詳述する。
まず、第1実施形態や第2実施形態の流出口3aは、図8に示すように、流量制御溝4aの先端4xの回転軌跡Pが流出口3aの外縁と接するように形成されている。
ところが、流出口3aの位置すなわち流出口3aの中心Oの位置には、加工時や組み付け時のばらつきがあるので、図20に示すように、例えば前記各実施形態における流出口3aの中心Oを基準位置とした場合、実際の中心Oは基準位置に比べて径方向外側或いは径方向内側に僅かに(例えば0.15mm)ずれることがある。
このずれにより、図21に示すように、流量制御溝4aと流出口3aとが重なり合う際の弁体4の弁開度(冷媒が流れ始める回転角度)に差が生じる。具体的には、流出口3aが径方向外側にずれた場合には、流出口3aが基準位置にある場合に比べて弁開度が小さく、且つ、冷媒が流れ始める回転角度が遅くなり、流出口3aが径方向内側にずれた場合には、流出口3aが基準位置にある場合に比べて弁開度が大きく、且つ、冷媒が流れ始める回転角度が早くなる。
さらに、流出口3aの中心Oが基準位置よりも径方向外側にずれた場合には、前記第1実施形態及び前記第2実施形態の構成であると、冷媒を流し始める際に、流量制御溝4aの先端部4bと流出口3aとの重なり合う面積が小さくなり過ぎてしまい、図22に示すように、冷媒を流し始める際に弁体4を回転させても流量がなかなか増加しない。
これらのことから、流出口3aが径方向外側にずれた場合には、流出口3aが基準位置にある場合と同一の回転角度では冷媒が流れずに不冷といったトラブルが生じる可能性があったり、不冷とまではいかないにしても消費電力量の増加といった基本性能が損なわれることが懸念される。
そこで、本実施形態に係る弁構造20は、図23に示すように、基準位置の流出口3aを前記各実施形態よりも径方向内側に配置した。より具体的には、流量制御溝4aの先端4xの回転軌跡Pが、流出口3aの中心Oよりも弁体4の回転軸X側において流出口3aと重なり合うように、流出口3aを配置してある。
このように基準位置の流出口3aを前記各実施形態よりも径方向内側に配置することで、図24に示すように、仮に流出口3aが径方向外側にずれたとしても、すなわち、流量制御溝4aと流出口3aとの重なり合う面積が下限値となる場合であっても、流量制御溝4aの先端部4bと流出口3aとの重なり合う面積が冷媒を流し始める際に小さくなり過ぎてしまうことを防ぐことができ、上述した不冷といったトラブルや消費電力量の増加といった基本性能が損なわれることを回避できる。
一方、本実施形態の構成において、加工時や組み付け時のばらつきによって流出口3aが径方向内側にずれた場合、流量制御溝4aの先端部4bと流出口3aとが重なり始めてからさらに弁体4を回転させていった時の重なり合う面積が、第1実施形態や第2実施形態の構成に比べて大きくなり、流量が一挙に増加してしまい、微小流量域における流量制御が難しくなる恐れがある。
この点に鑑みて、本実施形態の流量制御溝4aは、第1実施形態や第2実施形態とは異なる形状としてあり、具体的には図23に示すように、先端部4bから後端部4c側に向かって形成された狭小部4gと、狭小部4gから後端部4c側に向かって形成された幅広部4hとを有している。
なお、流量制御溝4aの形状が先端4xの回転軌跡Pに対して非対称である点や、先端部4bが部分円形状である点においては、第1実施形態や第2実施形態と共通している。
なお、流量制御溝4aの形状が先端4xの回転軌跡Pに対して非対称である点や、先端部4bが部分円形状である点においては、第1実施形態や第2実施形態と共通している。
狭小部4gは、幅広部4hよりも幅寸法が小さい形状であり、ここでは周方向に沿って幅寸法が変化しないように、すなわち周方向に沿って幅寸法が一定となるように形成されている。具体的にこの狭小部4gは、対向する一対の内縁4g1が互いに平行であって、その幅寸法は部分円形状をなす先端部4bの直径と同じ寸法(例えば、加工可能な最小寸法)としてある。これらの内縁4g1は、いずれも先端部4bの両端から接線方向に延びており、先端4xの回転軌跡Pとは平行である。
幅広部4hは、周方向に沿ってその幅寸法が変化するように形成されており、具体的には後端部4cに向って幅寸法が徐々に大きくなる形状、言い換えれば狭小部4gから後端部4cに向かって末広がりな形状である。
より具体的には、幅広部4hの外縁4h1は、先端4xの回転軌跡Pから外側に離れていくように形成されており、幅広部4hの内縁4h2は、先端4xの回転軌跡Pに近づくように形成されている。これにより、幅広部4hの外縁4h1と内縁4h2とは、先端4xの回転軌跡Pに対して非対照である。なお、内縁4h2は、先端4xの回転軌跡Pと平行であっても良い。
より具体的には、幅広部4hの外縁4h1は、先端4xの回転軌跡Pから外側に離れていくように形成されており、幅広部4hの内縁4h2は、先端4xの回転軌跡Pに近づくように形成されている。これにより、幅広部4hの外縁4h1と内縁4h2とは、先端4xの回転軌跡Pに対して非対照である。なお、内縁4h2は、先端4xの回転軌跡Pと平行であっても良い。
このように、先端部4bから後端部4c側に向かって形成された狭小部4gを、周方向に沿って幅寸法が一定となる形状にすることで、流出口3aが径方向内側に位置ずれしたとしても、流量制御溝4aの先端部4bと流出口3aとが重なり始めてからさらに弁体4を回転させていった時の重なり合う面積の増大を抑えることができる。
これより、流量制御溝4aと流出口3aとの重なり合う面積が上限値となる場合であっても、冷媒を流し始める際に流量が一挙に増加することを防ぐことができ、微小流量域において流量制御溝4aや流出口3aの加工時や組み付け時のばらつき影響を最小にして流量制御することが可能となる。
これより、流量制御溝4aと流出口3aとの重なり合う面積が上限値となる場合であっても、冷媒を流し始める際に流量が一挙に増加することを防ぐことができ、微小流量域において流量制御溝4aや流出口3aの加工時や組み付け時のばらつき影響を最小にして流量制御することが可能となる。
また、狭小幅4gが、先端4xの回転軌跡Pと平行に形成されているので、流量制御溝と4a流出口3aとの重なり合う面積が上限値(最大)となる場合でも、冷媒を流し始める際に流量が一挙に増加してしまうことを防ぐことができる。
さらに、幅広部4hの外縁4h1が、先端4xの回転軌跡Pから外側に離れていくように形成されているので、冷媒がある程度流れ始めた後、流量を徐々に増加させることができ、流量制御溝4aの全体が流出口3aを通過しきって流出口3aが全開となる際に、流量が急激に増加してしまうことを防ぐことができる。
加えて、幅広部の内縁が、前記先端部の回転軌跡に近づくように形成されているので、冷媒がある程度流れ始めた後、流量が一挙に増加することを防いで流量を徐々に増加させることができ、狭小部で発生する流路面積割合のばらつきを低減できる。
以上のように、本実施形態の弁構造20であれば、図24に示すように、流出口3aが径方向外側に位置ずれしたとしても、冷媒を流し始める際における流量を確保することができるとともに、流出口3aが径方向外側に位置ずれしたとしても、冷媒を流し始める際に流量が一挙に増大することを防ぐことができる。
なお第3実施形態では、基準位置の流出口3aを前記第1実施形態や前記第2実施形態よりも径方向内側に配置した態様を説明したが、基準位置の流量制御溝4aを前記第1実施形態や前記第2実施形態よりも径方向外側に配置しても、第3実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
100・・・冷凍冷蔵庫
20 ・・・弁構造
3 ・・・弁座
3a ・・・流出口
4 ・・・弁体
4a ・・・流量制御溝
4b ・・・先端部
4x ・・・先端
X ・・・回転軸
P ・・・回転軌跡
Z ・・・仮想円
20 ・・・弁構造
3 ・・・弁座
3a ・・・流出口
4 ・・・弁体
4a ・・・流量制御溝
4b ・・・先端部
4x ・・・先端
X ・・・回転軸
P ・・・回転軌跡
Z ・・・仮想円
Claims (25)
- 流体を流出させる流出口が2つ形成された弁座と、前記弁座に対して移動可能に設けられて前記流出口の開度を調整する弁体とを備えた弁構造において、
前記弁体が、前記流出口から流出する流量を制御するための流量制御溝を有し、
前記流出口の中心が、前記弁体の移動により前記流出口と重なり始める前記流量制御溝の先端部の移動軌跡から変位している弁構造。 - 前記弁体が、前記弁座に対して回転可能に設けられており、
前記流量制御溝が、前記弁体が回転することにより前記流出口と重なり合う面積が変わるように周方向に沿って形成されている請求項1記載の弁構造。 - 前記流量制御溝の先端部に異物が流れ込んだ場合に、前記先端部が前記流出口と重なり合うことで、前記異物が前記流体とともに前記流出口から流出するように、前記流出口の中心を、前記流量制御溝の先端部の移動軌跡から変位させている請求項1又は2記載の弁構造。
- 前記流量制御溝の前記先端部と前記流出口との重なり合う部分の幅寸法が、前記異物の大きさに基づいて設定されている請求項3記載の弁構造。
- 前記流量制御溝が、先端部からその反対側の後端部に向かって幅寸法が大きくなる形状である請求項2乃至4のうち何れか一項に記載の弁構造。
- 前記流量制御溝が、前記先端部から前記後端部に向かって幅寸法が一定の狭小部と、前記狭小部から前記後端部側に向かって幅寸法が大きくなる幅広部とを有している請求項5記載の弁構造。
- 前記狭小幅が、前記先端部の回転軌跡と略平行に形成されている請求項6記載の弁構造。
- 前記幅広部の外縁が、前記先端部の回転軌跡から外側に離れていく請求項6又は7記載の弁構造。
- 前記幅広部の内縁が、前記先端部の回転軌跡に近づく又は前記先端部の回転軌跡と略平行である請求項6乃至8のうち何れか一項に記載の弁構造。
- 前記幅広部の外縁と内縁とが、前記先端部の回転軌跡に対して非対照である請求項6乃至9のうち何れか一項に記載の弁構造。
- 前記流量制御溝の先端部の回転軌跡が、前記流出口の中心よりも前記弁体の回転軸側を通過する請求項2乃至10のうち何れか一項に記載の弁構造。
- 流量制御溝の先端の回転軌跡が、前記流出口の中心よりも前記弁体の回転軸側において前記流出口と重なり合うように、前記流出口が配置されている請求項2乃至11のうち何れか一項に記載の弁構造。
- 前記弁体の回転角度に応じて、前記2つの流出口が同時に全開状態となる全開領域が形成されるように構成されている請求項2乃至12のうち何れか一項に記載の弁構造。
- 前記弁体の回転角度に応じて、前記2つの流出口の一方に前記流量制御溝が重なり合っている間、他方が全閉状態となる流量可変領域と、前記2つの流出口が同時に全閉状態となる全閉領域とが形成されるように構成されている請求項13記載の弁構造。
- 前記弁体が、前記流量制御溝の後端部から連続して形成され、前記流出口の全体と重なり合う第1全開用溝と、前記第1全開用溝とは別に前記流出口の全体と重なり合う第2全開用溝とを有し、
前記流量制御溝が、前記弁体の回転軸を中心とした60度以内に形成されている請求項14記載の弁構造。 - 流体を流出させる流出口が2つ形成された弁座と、前記弁座に対して回転可能に設けられて前記各流出口の開度を調整する弁体とを備えた弁構造において、
前記弁体が、回転することにより前記流出口と重なり合う面積が変わる周方向に沿った流量制御溝を有し、
前記弁体の回転角度に応じて、前記2つの流出口が同時に全開状態となる全開領域と、前記2つの流出口の一方に前記流量制御溝が重なり合っている間、他方が全閉状態となる流量可変領域とが形成されるように構成されている弁構造。 - 流体を流出させる第3流出口が形成された第2弁座と、前記第2弁座に対して回転可能に設けられるとともに前記弁体に連動して回転して前記流出口の開度を調整する第2弁体とを備え、
前記第2弁体が、回転することにより前記第3流出口と重なり合う面積が変わる周方向に沿った流量制御溝を有し、
前記第1弁体及び前記第2弁体の回転角度に応じて、前記弁座に形成された2つの流出口のうちの1つと前記第2弁体に形成された前記第3流出口とが同時に全開状態となる全開領域が形成されるように構成されている請求項2乃至14のうち何れか一項に記載の弁構造。 - 前記弁体及び前記第2弁体の回転角度に応じて、前記3つの流出口のうちの1つに前記流量制御溝が重なり合っている間、残り2つが全閉状態となる流量可変領域と、前記3つの流出口が同時に全閉状態となる全閉領域とが形成されるように構成されている請求項17記載の弁構造。
- 前記弁体及び前記第2弁体がそれぞれ、前記流量制御溝の後端部から連続して形成され、前記流出口の全体と重なり合う全開用溝を有し、
前記各流量制御溝が、それぞれ前記弁体又は前記第2弁体の回転軸を中心とした60度以内に形成されている請求項18記載の弁構造。 - 流体を流出させる第1流出口及び第2流出口が形成された第1弁座と、
前記第1弁座に対して回転可能に設けられて前記各流出口の開度を調整する第1弁体と、
流体を流出させる第3流出口が形成された第2弁座と、
前記第2弁座に対して回転可能に設けられるとともに前記第1弁体に連動して回転して前記第3流出口の開度を調整する第2弁体とを備えた弁構造において、
前記第1弁体が、回転することにより前記第1流出口及び前記第2流出口と重なり合う面積が変わる周方向に沿った流量制御溝を有し、
前記第2弁体が、回転することにより前記第3流出口と重なり合う面積が変わる周方向に沿った流量制御溝を有し、
前記第1弁体及び前記第2弁体の回転角度に応じて、前記第1流出口又は前記第2流出口の何れか1つと前記第3流出口とが同時に全開状態となる全開領域と、前記3つの流出口のうちの1つに前記流量制御溝が重なり合っている間、残り2つが全閉状態となる流量可変領域とが形成されるように構成されている弁構造。 - 圧縮機、凝縮器、減圧機構及び蒸発器を備える冷蔵庫であり、
前記減圧機構が、
前記凝縮器の出口側に設けられた膨張弁と、
前記膨張弁と前記蒸発器との間に設けられたキャピラリーチューブとを有している冷蔵庫。 - 前記膨張弁が、請求項1乃至20のうち何れか一項に記載の弁構造を備えており、膨張弁内を通過する冷媒の低流量領域において、流量を緩やかに変化させることが可能である請求項21記載の冷蔵庫。
- 前記蒸発器を複数備え、
前記キャピラリーチューブが、前記複数の蒸発器それぞれに対応して設けられている請求項21又は22記載の冷蔵庫。 - 前記蒸発器から前記圧縮機へと戻る冷媒と、前記膨張弁から前記キャピラリーチューブを介して前記蒸発器へと向かう冷媒とが熱交換するように構成されている請求項21乃至23のうち何れか一項に記載の冷蔵庫。
- 前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する戻り配管と、前記キャピラリーチューブとが熱的に接続されている請求項24記載の冷蔵庫。
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