JP2021067329A - 電動弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】二次側継手管における冷媒通過音等の騒音を低減した電動弁及び冷凍サイクルシステムを提供する。【解決手段】弁ハウジング１の弁室１Ａに対して第１の継手管２１と第２の継手管２２とをそれぞれ連通する。第１の継手管２１を一次側継手管とし、第２の継手管２２を二次側継手管とする。弁室１Ａに連通して第２の継手管２２内に突出する長尺円筒状の整流管部２０を設ける。第２の継手管２２を、弁ハウジング１に接続される直管部２２Ａと、直管部２２Ａから湾曲された湾曲管部２２Ｂとで構成する。整流管部２０の端部を第２の継手管２２の湾曲管部２２Ｂの内壁に対向するよう配置する。整流管部２０の軸線Ｌ方向の端部２０ａを、第２の継手管２２の直管部２２Ａと湾曲管部２２Ｂとの境界よりも湾曲管部２２Ｂ側に配置する。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクルシステムなどに使用する電動弁及び冷凍サイクルシステムに関する。

従来、空気調和機の冷凍サイクルに設けられる電動弁として、例えば特開２０１３−２３４７２６号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この特許文献１の電動弁は、弁ハウジングに第１弁ポートと第２弁ポートを形成し、弁ポートでの冷媒の流れを安定化させて電動弁の静音化を図るものである。

特開２０１３−２３４７２６号公報

特許文献１の電動弁では、弁絞り部の形状（すなわち弁ポートの形状）を変更して冷媒通過音を低減させている。しかし、絞り部の構造の改良だけでは部品構成や配管形状の制約などから音の改善が十分になされないことがあり、騒音対策として依然、改良の余地がある。

本発明は、二次側継手管における冷媒通過音等の騒音を低減した電動弁及び冷凍サイクルシステムを提供することを課題とする。

本発明の電動弁は、弁本体の弁室に対して第１の継手管と第２の継手管とがそれぞれ連通され、前記第１及び第２の継手管の、一方を流体が流入する一次側継手管とし、他方を流体が流出する二次側継手管とするよう構成された電動弁において、前記弁室に連通するとともに前記二次側継手管内に突出する長尺円筒状の整流管部を備え、前記二次側継手管が、前記弁本体に接続される直管部と、該直管部から湾曲された湾曲管部とを有し、前記整流管部の端部が前記二次側継手管の前記湾曲管部に対向するよう配置されていることを特徴とする。

この際、前記整流管部の端部が、前記二次側継手管の前記直管部と前記湾曲管部との境界よりも該湾曲管部側に配置されていることを特徴とする電動弁が好ましい。

また、前記整流管部の内側通路の内径「ｄ」と前記二次側継手管の前記直管部の内径「Ｄ」とは、
ｄ≧Ｄ／２
の関係であることを特徴とする電動弁が好ましい。

また、前記第１の継手管と第２の継手管とが、前記弁室に対して互いに交差する方向にして前記弁本体に接続されていることを特徴とする電動弁が好ましい。

また、前記整流管部の内側通路が、前記弁室に開口して弁部材により開口面積が増減される弁ポートを構成していることを特徴とする電動弁が好ましい。

本発明の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、前記電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。

本発明の電動弁によれば、整流管部の端部が湾曲管部の内壁に対向しているので、整流管部から流出する流体は、二次側継手管の湾曲管部の内壁に衝突することとなる。したがって、この二次側継手管内を流れる流体の速度が減速され、騒音が低減される。

また、本発明の冷凍サイクルシステムによれば、前記電動弁と同様に、二次側継手管内を流れる流体の速度が減速され、騒音が低減される。

本発明の第１実施形態における電動弁の要部縦断面図である。 第１実施形態における電動弁の要部拡断面大図である。 本発明の第２実施形態における電動弁の要部縦断面図である。 本発明の実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。

次に、本発明の電動弁及び冷凍サイクルシステムの実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態における電動弁の要部縦断面図、図２は同電動弁の要部拡断面大図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。

この実施形態の電動弁１０は、ステンレスや真鍮等の金属部材の切削加工等により形成された「弁本体」としての弁ハウジング１を有しており、弁ハウジング１には弁室１Ａが形成されている。また、弁ハウジング１には第１ポート１１と、第２ポート１２と、第３ポート１３とが形成され、第１ポート１１と第２ポート１２との間に第１テーパ部１４が形成され、第２ポート１２と第３ポート１３との間に第２テーパ部１５が形成されている。さらに、弁ハウジング１には、側面側から弁室１Ａに連通する第１の継手管２１が取り付けられるとともに、弁室１Ａの軸線Ｘ方向の片側端部に第２の継手管２２が取り付けられている。そして、第１ポート１１、第１テーパ部１４、第２ポート１２、第２テーパ部１５及び第３ポート１３を介して、弁室１Ａと第２の継手管２２とが導通可能となっている。

また、弁ハウジング１の下端には、第２の継手管２２内に突出する長尺円筒状の整流管部２０が形成されている。そして、第１ポート１１、第２ポート１２、第３ポート１３、第１テーパ部１４及び第２テーパ部１５は、軸線Ｘを中心とする断面形状が円形の「弁ポート」を構成しており、この「弁ポート」は、整流管部２０を貫通している。なお、整流管部２０と第２の継手管２２との関係は後述する。

弁ハウジング１には、上部から弁室１Ａ内に挿通されるように弁ガイド部材２３が圧入及びかしめにより取り付けられており、この弁ガイド部材２３の中心には弁ガイド孔２３ａが形成されている。また、弁ハウジング１の上端部には弁ガイド部材２３の上端外周部を囲うようにリム１ａが形成されており、弁ハウジング１には、リム１ａの外周に嵌合するように円筒状のケース２４が組み付けられている。このケース２４は、リム１ａをかしめるとともに、底部外周をろう付けすることにより弁ハウジング１に固着されている。さらに、ケース２４の上端開口部には固定金具３１を介して支持部材３が取り付けられている。

支持部材３の中心には、第１ポート１１等の軸線Ｘと同軸の雌ねじ部３ａとそのネジ孔が形成されるとともに、雌ねじ部３ａのネジ孔の外周よりも径の大きな円筒状のスライド孔３ｂが形成されている。そして、スライド孔３ｂには弁ホルダ４が軸線Ｘ方向に摺動可能に嵌合されており、この弁ホルダ４は下部に「弁部材」としてのニードル弁５を保持している。

弁ホルダ４は、筒状の円筒部４１の下端にボス部４２が固着されるとともに、円筒部４１内にバネ受け４３と圧縮コイルバネ４４とワッシャ４５とスペーサ４６とを備えている。ニードル弁５は、ステンレスや真鍮等の金属部材により形成され、下側先端のニードル部５１と、このニードル部５１から軸線Ｘ方向に伸びる円柱棒状のロッド部５２と、ロッド部５２の上端に形成されたフランジ部５３とを有している。そして、ニードル弁５は、弁ホルダ４のボス部４２の挿通孔４２ａ内に挿通されるとともに、フランジ部５３をボス部４２に当接させて弁ホルダ４に取り付けられている。また、ニードル弁５のロッド部５２は弁ガイド部材２３の弁ガイド孔２３ａ内に挿通されている。

ケース２４の上端にはキャン２５が溶接等によって気密に固定され、キャン２５内には、外周部を多極に着磁されたマグネットロータ６１と、その中心に固着されたロータ軸６２とが設けられている。ロータ軸６２の上端部は、キャン２５の天井部に設けられた円筒状のガイド２６内に回転可能に嵌合されている。また、ロータ軸６２には雄ねじ部６２ａが形成されており、この雄ねじ部６２ａは支持部材３に形成された雌ねじ部３ａに螺合している。キャン２５の外周にはステータコイル６３が配設されており、マグネットロータ６１、ロータ軸６２及びステータコイル６３はステッピングモータ６を構成している。そして、ステータコイル６３にパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ６１が回転されてロータ軸６２が回転する。なお、ガイド２６の外周にはマグネットロータ６１に対する回転ストッパ機構２７が設けられている。

なお、弁ホルダ４において、圧縮コイルバネ４４はバネ受け４３とニードル弁５のフランジ部５３との間には所定の荷重を与えられた状態で取り付けられており、弁ホルダ４は、バネ受け４３をスペーサ４６の下端部に当接するとともに、円筒部４１の上端部でワッシャ４５を介してスペーサ４６上端部を押さえつけている。そして、ロータ軸６２のフランジ部６２ｂは、ワッシャ４５とスペーサ４６との間に係合されて、ワッシャ４５により抜け止めがなされている。これにより、ニードル弁５は弁ホルダ４を介してロータ軸６２に連結されるとともに、ロッド部５２がガイドされて軸線Ｘ方向に移動可能となっている。

以上の構成により、ステッピングモータ６が駆動されると、マグネットロータ６１及びロータ軸６２が回転し、ロータ軸６２の雄ねじ部６２ａと支持部材３の雌ねじ部３ａとのねじ送り機構により、ロータ軸６２は軸線Ｘ方向に移動する。この回転に伴うロータ軸６２の軸線Ｘ方向移動によって弁ホルダ４と共にニードル弁５が軸線Ｘ方向に移動する。以上のように、ニードル弁５は、ニードル部５１を第１ポート１１内に挿通させた状態で第１ポート１１の軸線Ｘ方向に進退させて第１ポート１１の開口面積を増減させる。そして、第１の継手管２１から第２の継手管２２へ流れる流体（冷媒）の流量が制御される。すなわち、この例では、第１の継手管２１が一次側継手管であり、第２の継手管２２が二次側継手管である。

図２に示すように、二次側継手管である第２の継手管２２は、弁ハウジング１に接続される直管部２２Ａと、この直管部２２Ａ（軸線Ｘ）と交差する方向に湾曲した湾曲管部２２Ｂを有しており、この湾曲管部２２Ｂからさらに先の部分は第１の継手管２１と平行となる方向（軸線Ｘと直角となる方向）に延びている。そして、整流管部２０の軸線Ｌ方向の端部２０ａは、直管部２２Ａと湾曲管部２２Ｂとの境界よりも長さ「Ｈ」だけ湾曲管部２２Ｂ内に位置するとともに、さらに、この整流管部２０の端部２０ａは湾曲管部２２Ｂ内で管壁に接触しないよう構成されている。

このように、整流管部２０の軸線Ｌ方向の端部２０ａが湾曲管部２２Ｂの内壁に対向しているので、整流管部２０の第３ポート１３から流出する流体は、第２の継手管２２の湾曲管部２２Ｂの内壁に衝突して、この第２の継手管２２内を流れる。したがって、第２の継手管２２を流れる流体の速度が減速され、騒音が低減される。なお、第２の継手管２２は整流管部２０に対して横に曲げられていることにより、第２の継手管２２から第１の継手管２１方向に流体（冷媒）を流す場合も、湾曲管部２２Ｂにより整流管部２０に達する冷媒の流速が減速され、騒音が低減される。

さらに、第３ポート１３の内径「ｄ」と直管部２２Ａの内径「Ｄ」とは、
ｄ≧Ｄ／２
の関係になるのが好ましい。このように、湾曲管部２２Ｂ内に突出する第３ポート１３の内径を直管部２２Ａ（第２の継手管２２）内径の半径よりも大きくすることで、第３ポート１３から流出する流体が第２の継手管２２の内壁に対して衝突しやすくなる。これにより、流体の流速を減速させやすくなり、静音効果が高まる。

なお、整流管部２０の外径は、第２の継手管２２の内壁に接触しない程度まで大きくすることができる。整流管部２０の外径を第２の継手管の内壁に接触させないことで、第３ポート１３の開口から流出して湾曲管部２２Ｂ（第２の継手管２２）の内壁に衝突した流体が第３ポート１３内に逆流することによる流量の低下を抑制できる。

なお、この実施形態では、湾曲管部２２Ｂは第１の継手２１と同じ方向に延びるように曲げた例を示しているが、第１の継手管２１とは逆方向に延びるように曲げてもよいし、さらに、この湾曲管部２２Ｂの曲げ方向は、例えば直管部２２Ａに対して略直角とするなど、部整流管部２０から流出する流体が湾曲管部２２Ｂの内壁に衝突するような方向であれば任意の方向に曲げてもよい。特にこのような湾曲管部の曲げ方向は、例えば冷凍サイクルシステムの配管等の構成に応じて選定するのが好ましい。

図３は本発明の第２実施形態における電動弁の要部縦断面図であり、この第２実施形態の電動弁は、第２の継手管２２′が一次側継手管、第１の継手管２１′が二次側継手管となる仕様の電動弁である。なお、この第２実施形態においても、この図３に示す第１の継手管２１′、第２の継手管２２′、及び整流管部２０′以外のその他の構成は図１と同様である。

この第２実施形態において、二次側継手管である第１の継手管２１′は、弁ハウジング１に接続される直管部２１Ａ′と、この直管部２１Ａ′と交差する方向に湾曲した湾曲管部２１Ｂ′を有しており、この湾曲管部２１Ｂ′からさらに先の部分は第２の継手管２１と平行となる方向（軸線Ｘ方向）に延びている。また、弁室１Ａに連通するように整流管部２０′が設けられている。そして、整流管部２０′の軸線Ｌと交差する方向の端部２０ａ′は、直管部２１Ａ′と湾曲管部２１Ｂ′との境界よりも湾曲管部２１Ｂ′内に位置している。さらに、この整流管部２０′の端部２０ａ′は湾曲管部２１Ｂ′内で管壁に接触しないよう構成されている。

この第２実施形態でも、弁室１Ａから整流管部２０′を通して第１の継手管２１′に流出する流体は、第１の継手管２１′の湾曲管部２１Ｂ′の内壁に衝突して、この第１の継手管２１′内を流れる。したがって、第１の継手管２１′を流れる流体の速度が減速され、騒音が低減される。

また、この第２実施形態でも、第１実施形態で説明したと同様に、湾曲管部２１Ｂ′の曲げ方向は、例えば直管部２１Ａ′に対して略直角とするなど、整流管部２０′から流出する流体が湾曲管部２１Ｂ′の内壁に衝突するような方向であれば任意の方向に曲げてもよい。また、湾曲管部の曲げ方向は、例えば冷凍サイクルシステムの配管等の構成に応じて選定するのが好ましい。

以上の第１実施形態では、第２の継手管に湾曲管部を設けた例を、第２の実施形態では、第１の継手管に湾曲管部を設けた例を、それぞれ示したが、第１の継手管と第２の継手管との両方に整流管部を設けるとともに、この整流管部の端部に内壁が対向するように、第１の継手管と第２の継手管との両方に湾曲管部を設けたような電動弁でもよい。

図４は実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図であり、空気調和機の冷凍サイクルシステムの例である。空気調和機は、膨張弁としての実施形態の電動弁１０、室外ユニット１００に搭載された室外熱交換器２０、室内ユニット２００に搭載された室内熱交換器３０、流路切換弁４０、圧縮機５０を有しており、これらの各要素は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクルシステムを構成している。この冷凍サイクルシステムは本発明の電動弁を適用する冷凍サイクルシステムの一例であり、本発明の電動弁は、ビル用のマルチエアコン等の室内機側の絞り装置等、他のシステムにも適用することができる。

冷凍サイクルシステムの流路は流路切換弁４０により暖房モードおよび冷房モードの２通りの流路に切換えられ、暖房モードでは実線の矢印で示すように、圧縮機５０で圧縮された冷媒が流路切換弁４０から室内熱交換器３０に流入され、室内熱交換器３０から流出する冷媒が、管路６０を通って電動弁１０に流入される。そして、この電動弁１０で冷媒が膨張され、室外熱交換器２０、流路切換弁４０、圧縮機５０の順に循環される。冷房モードでは、破線の矢印で示すように、圧縮機５０で圧縮された冷媒が流路切換弁４０から室外熱交換器２０に流入され、室外熱交換器２０から流出する冷媒が電動弁１０で膨張され、管路６０を流れて室内熱交換器３０に流入される。この室内熱交換器３０に流入された冷媒は、流路切換弁４０を介して圧縮機５０に流入される。なお、この図４に示す例では、暖房モード時に、冷媒を電動弁１０の一次継手管２１から二次継手管２２へ流す構成となっているが、配管の接続を逆にして、暖房モード時に、冷媒を二次継手管２２から一次継手管２１へ流す構成としてもよい。

電動弁１０は、冷媒の流量を制御する膨張弁（絞り装置）として働き、暖房モードでは、室外熱交換器２０が蒸発器として機能し、室内熱交換器３０が凝縮器として機能し、室内の暖房がなされる。また、冷房モードでは、室外熱交換器２０が凝縮器として機能し、室内熱交換器３０が蒸発器として機能し、室内の冷房がなされる。

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 弁ハウジング（弁本体）
１Ａ 弁室
１１ 第１ポート（弁ポート）
１２ 第２ポート（弁ポート）
１３ 第３ポート（弁ポート）
１４ 第１テーパ部（弁ポート）
１５ 第２テーパ部（弁ポート）
２１ 第１の継手管
２２ 第２の継手管（二次側継手管）
２２Ａ 直管部
２２Ｂ 湾曲管部
２０ 整流管部
２０ａ 端部
３ 支持部材
４ 弁ホルダ
５ ニードル弁（弁部材）
６ ステッピングモータ
２１′ 第１の継手管（二次側継手管）
２１Ａ′ 直管部
２１Ｂ′ 湾曲管部
２２′ 第２の継手管
２０′ 整流管部
２０ａ′ 端部
１０ 電動弁
２０ 室外熱交換器
３０ 室内熱交換器
４０ 流路切換弁
５０ 圧縮機

Claims (6)

1. 弁本体の弁室に対して第１の継手管と第２の継手管とがそれぞれ連通され、前記第１及び第２の継手管の、一方を流体が流入する一次側継手管とし、他方を流体が流出する二次側継手管とするよう構成された電動弁において、
   前記弁室に連通するとともに前記二次側継手管内に突出する長尺円筒状の整流管部を備
   え、前記二次側継手管が、前記弁本体に接続される直管部と、該直管部から湾曲された湾
   曲管部とを有し、前記整流管部の端部が前記二次側継手管の前記湾曲管部に対向するよう
   配置されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記整流管部の端部が、前記二次側継手管の前記直管部と前記湾曲管部との境界よりも該湾曲管部側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記整流管部の内側通路の内径「ｄ」と前記二次側継手管の前記直管部の内径「Ｄ」とは、
   ｄ≧Ｄ／２
   の関係であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動弁。
4. 前記第１の継手管と第２の継手管とが、前記弁室に対して互いに交差する方向にして前記弁本体に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動弁。
5. 前記整流管部の内側通路が、前記弁室に開口して弁部材により開口面積が増減される弁ポートを構成していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動弁。
6. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電動弁が、前記膨張弁として用いられている
   ことを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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