JP2021181838A - 膨張弁および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】戻り流路内を流れる冷媒に起因した異音の発生を防ぐ。【解決手段】冷媒流入路と冷媒流出路とに連通する弁室１３を有する弁本体１２と、弁座１４に対し進退動して冷媒流量を変更する弁体１５と、弁体を弁座に向けて付勢する付勢部材１７と、弁本体の内部に垂直方向に延びるように配置され、弁体に下端部が接触して付勢部材による付勢力に抗し弁体を開弁方向へ移動させる作動棒１９と、弁本体の上面部に備えられ作動棒の上端部が接続されて作動棒を駆動する駆動部２４と、弁本体の上部を水平方向に貫通して冷媒の通過を許容すると共に駆動部の下面部に連通する戻り流路２３とを備えた膨張弁で、作動棒が戻り流路を横切ることがないように戻り流路を配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、膨張弁および冷凍サイクル装置に係り、特に、冷媒通過音の発生を抑制する膨張弁の構造に関する。

カーエアコンのような冷凍サイクル装置では、エバポレータ（蒸発器）の能力を十分に引き出すために膨張弁が備えられる。この膨張弁は、エバポレータの出口側配管の冷媒温度に感応してエバポレータに供給される冷媒の流れを絞り、最適流量に制御する。

一方、かかる膨張弁では、弁内を流れる冷媒によって異音（冷媒通過音、弁振動音）が発生することがあり、このような異音を低減させる様々な提案が従来からなされている。

例えば、下記特許文献１に係る発明では、弁体支持部材に防振ばねを備え、あるいは作動棒を作動棒挿通孔に接触させることにより、弁体や作動棒の振動を抑制することで異音の発生を防止する。

特開２０１９−３９５７９号公報

ところで、上記特許文献１記載の発明は、エバポレータへの冷媒の供給路、つまり流入路から弁室を経て流出路に至る流路上で発生する異音を防ぐものであるが、膨張弁から生じる異音は当該経路を通過する冷媒によるものに限られず、エバポレータから排出される冷媒を通過させる戻り流路においても発生する可能性がある。

具体的には、図６に示すようにかかる戻り流路２３は、弁の開度を調整する駆動部（例えばダイアフラム装置）２４がエバポレータ内の冷媒温度を検知できるようにエバポレータから排出された冷媒を弁本体１２の上面に備えられた駆動部２４に供給するもので、このため、弁本体１２を水平に貫くように駆動部２４の直下に形成されている。

一方、駆動部２４には弁体１５を動かす作動棒１９を接続する必要があり、この作動棒１９が戻り流路２３を垂直に横切る構造となっている。このため従来の膨張弁１では、戻り流路２３内を流れる冷媒が作動棒１９に衝突して作動棒１９を振動させ、あるいは、作動棒１９により冷媒の流れが乱されることにより異音が発生する虞がある。

したがって、本発明の目的は、戻り流路内を流れる冷媒に起因した異音の発生を防ぐことにある。

前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る膨張弁は、冷媒を導入する流入路と冷媒を排出する流出路とに連通する弁室を有する弁本体と、弁座に着座した閉弁状態と弁座から離間した開弁状態との間で弁座に対して進退動することにより冷媒の流量を変更する弁体と、弁体を弁座に向けて付勢する付勢部材と、弁本体の内部に垂直方向に延びるように配置され、弁体に下端部が接触して付勢部材による付勢力に抗し弁体を開弁方向へ移動させる作動棒と、弁本体の上面部に備えられ、作動棒の上端部が接続されて作動棒を駆動する駆動部と、弁本体の上部を水平方向に貫通して冷媒の通過を許容するとともに駆動部の下面部に連通する戻り流路とを備えた膨張弁であって、作動棒が戻り流路を横切ることがないように戻り流路を配置した。

本発明の膨張弁では、作動棒が戻り流路を横切ることがないように配置するから、戻り流路を通過する冷媒が作動棒にダイレクトに（ストレートに勢い良く）衝突することがなくなる。このため、戻り流路内を流れる冷媒が作動棒に衝突して作動棒を振動させ、あるいは、戻り流路内の冷媒の流れが作動棒により乱されることにより異音が発生することを防ぐことが出来る。

一方、戻り流路は、前述のように作動棒を介し弁体を作動させる駆動部（例えばダイアフラム装置）がエバポレータ出口の冷媒温度を検知できるように駆動部に冷媒を供給する役割を有する。このため、当該機能を損なうことがないように本発明においても戻り流路と駆動部とを連通させ、両者（戻り流路と駆動部）間で冷媒が流通できるようにしておく。

上記本発明に係る膨張弁のより具体的な構造としては、例えば次のような各態様が考えられる。

第一の態様では、前記膨張弁が、弁本体の上部において垂直方向に延びて駆動部の下面部に連通するとともに作動棒より径が大きく且つ作動棒が貫通する作動棒挿通孔を備え、戻り流路の縁部が作動棒挿通孔の縁部と重なるように配置することにより戻り流路と作動棒挿通孔とを連通させる。

第二の態様では、弁本体の上部において垂直方向に延びて駆動部の下面部に連通するとともに作動棒より径が大きく且つ作動棒が貫通する作動棒挿通孔を備える一方、作動棒挿通孔と戻り流路とを接続して作動棒挿通孔と戻り流路との間の冷媒の流通を可能とする連通路を備える。

第三の態様では、駆動部の下面部と戻り流路とを接続して駆動部の下面部と戻り流路との間の冷媒の流通を可能とする連通路を備える。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を冷却して液化する凝縮器と、凝縮器で液化された冷媒を減圧膨張させる膨張弁と、膨張弁で減圧膨張された冷媒を蒸発気化する蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置であって、前記膨張弁が前述した本発明または第一から第三のいずれかの態様に係る膨張弁である。

本発明に係る膨張弁によれば、戻り流路を流れる冷媒に起因した冷媒通過音の発生を防ぐことが出来る。

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基いて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。また、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る膨張弁（図２のＢ−Ｂ矢視断面）を示す縦断面図である。 図２は、前記第１実施形態に係る膨張弁（図１のＡ−Ａ矢視断面）を示す縦断面図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係る膨張弁を図１と同様に示す縦断面図である。 図４は、本発明の第３の実施形態に係る膨張弁を図１と同様に示す縦断面図である。 図５は、本発明の第４の実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す概念図である。 図６は、従来の膨張弁の一例を図１と同様に示す縦断面図である。

〔第１実施形態〕
図１および図２を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。なお、各図には上下左右または上下前後の各方向を表す二次元直交座標を示し、以下の説明はこれらの方向に基いて行う（後述の実施形態２，３についても同様）。

図１および図２に示すように本発明の第１の実施形態に係る膨張弁１１は、弁室１３を内部に備えた弁本体１２と、弁室１３に冷媒を導入する流入路２１と、弁室１３からのど部２０を介して冷媒を排出する流出路２２と、弁室１３内で上下動することにより弁室１３内に流入する冷媒の量を変更する弁体１５と、弁体１５を下方から支持する弁体支持部材１６と、弁体１５が当接することにより閉弁を可能とする弁座１４とを有する。

また当該膨張弁１１は、弁本体１２の下面部に装着して弁室１３を密閉するばね受け部材１８と、弁体１５を上方へ付勢するためにばね受け部材１８と弁体支持部材１６との間に配置したコイルばね（付勢部材）１７と、コイルばね１７の付勢力に抗して弁体１５を下方へ移動させる作動棒１９と、作動棒１９を上下動させるため弁本体１２の上面部に備えたダイアフラム装置（駆動部）２４と、エバポレータ６４（図５参照／以下同様）から排出された冷媒をダイアフラム装置２４に供給するため弁本体１２の上部を貫通するように冷媒を流通させる戻り流路２３をさらに有する。

また、上記流入路２１と流出路２２は弁室１３を介して互いに連通するが、コイルばね１７の上方への付勢力によって弁体１５が弁座１４に当接し着座した閉弁状態では流入路２１と流出路２２とは連通せずに遮断状態となる。一方、作動棒１９に押されて弁体１５が下方へ移動して弁座１４から離れると（図１および図２の状態）、流入路２１と流出路２２とが連通し、流入路２１を通って流入口２１ａから弁室１３の内部に流入した冷媒は、のど部２０および流出路２２を通って膨張弁１１の外へ排出される。なお、排出された冷媒は、エバポレータ６４に導入される。またこの冷媒の流量は、弁体１５の上下方向の位置（弁体１５と弁座１４との距離）が変更されることにより調整される。

膨張弁１１の開閉を行う作動棒１９は、弁本体１２の内部において上下方向に延び、上端をダイアフラム装置２４に接続する一方、下端を弁体１５に接触させてある。またこのように作動棒１９を配置するため、弁本体１２には、のど部２０が接続された流出路２２の前端部上面から、ダイアフラム装置２４が設置された弁本体１２の上面部まで延びる作動棒挿通孔３１を穿設してある。さらにこの作動棒挿通孔３１は、戻り流路２３が貫通する弁本体１２の上部において径が大きな拡径部３１ａを有し、この拡径部３１ａがダイアフラム装置２４の下面部（後述する第２空間３０）と連通している。さらに、作動棒挿通孔３１の拡径部３１ａの下端部には、Ｏリングが付設されており、流出路２２近傍と戻り流路２３近傍の間の気密性を確保している。さらに当該部位にリング状防振ばねを付設し、作動棒１９が弁体１５から受ける振動を摺動抵抗により抑制するようにしても良い。

他方、エバポレータ６４から排出された冷媒を導入する戻り流路２３は、弁本体１２の上部を水平に（前後に）貫通するように延び、戻り流路２３の縁部が作動棒挿通孔３１の拡径部３１ａの縁部と重なり合うように配置してある（図１参照）。前述した従来の膨張弁（図６）と比較して言い換えると、従来の膨張弁１における戻り流路２３は、作動棒１９が配置されている膨張弁１の中心線Ｃを通るように配置されていたのに対し、本実施形態の膨張弁１１では戻り流路２３を当該中心線Ｃから水平方向に（本実施形態では左方であるが、右方でも構わない）ずらして作動棒１９と重なることがないようにし、且つ、戻り流路２３の縁部と拡径部３１ａの縁部とが交差する（重なる）ように配置する。

このような配置構造により本実施形態の膨張弁１１では、戻り流路２３と拡径部３１ａとが交差した部分に、戻り流路２３と拡径部３１ａとを連通させる連通口３２が形成され、この連通口３２を通じて戻り流路２３内の冷媒が拡径部３１ａを通ってダイアフラム装置２４の下面部に浸入し、ダイアフラム装置２４を作動させることが可能となる。然も、従来の膨張弁１と異なり、弁本体１２を貫くように戻り流路２３を真っ直ぐに流れる冷媒が作動棒１９に直接衝突することがないから、戻り流路２３を通過する冷媒が作動棒１９を振動させて異音を発生させることがなく、戻り流路２３内の冷媒の流れが作動棒１９によって乱されて異音が生じることもない。

なお、ダイアフラム装置２４は、中央部に開口を有し弁本体１２の上面に固定した皿状部材２５と、皿状部材２５の上面を覆う上蓋部材２６と、皿状部材２５と上蓋部材２６との間に配置したダイアフラム２７とを有する。上蓋部材２６とダイアフラム２７とによって囲まれる第１空間２９には、作動ガスを充填する。また、ダイアフラム２７の下面には作動棒受け部材２８を固定し、この作動棒受け部材２８を介して作動棒１９の上端がダイアフラム２７に接続されている。そして、第１空間２９内の作動ガスの圧力と第２空間３０内の冷媒の圧力との差に応じてダイアフラム２７が上方へ引き上げられ、或いは下方へ押し下げられ、膨張弁１１の開弁状態と閉弁状態との間の切り換えが行われる。

また、ダイアフラム２７と皿状部材２５との間の第２空間３０は、上述した皿状部材２５の中央の開口を通じ、作動棒挿通孔３１の拡径部３１ａおよび前記連通口３２を介して戻り流路２３と連通している。このため、戻り流路２３を流れる冷媒の温度と圧力に応じて、第１空間２９内の作動ガスの圧力および体積が変化し、この変化に応じて作動棒１９が上下動する。このようにして膨張弁１１では、エバポレータ６４から膨張弁１１に戻る冷媒の温度と圧力に対応して、膨張弁１１からエバポレータ６４に向けて供給される冷媒の量が自動的に調整される。

〔第２実施形態〕
図３を参照して本発明の第２の実施形態に係る膨張弁４１について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略し、相違点を中心に説明を行う（後述の第３実施形態についても同様）。

本発明の第２の実施形態に係る膨張弁４１は、図３に示すように前記第１実施形態と同様に作動棒１９が戻り流路２３を横切ることがないように戻り流路２３を水平方向にずらしたものであるが、前記第１実施形態と異なり、作動棒挿通孔３１の拡径部３１ａと戻り流路２３とが重なっていない。

このため本実施形態では、戻り流路２３と拡径部３１ａを連通させる連通路３３を備え、この連通路３３を通じて戻り流路２３内の冷媒を拡径部３１ａに流入させる。拡径部３１ａに流入した冷媒は、前記第１実施形態の膨張弁１１と同様に、ダイアフラム装置２４の下面部（第２空間３０）に供給され、ダイアフラム装置２４を作動させる。

〔第３実施形態〕
図４は本発明の第３の実施形態に係る膨張弁を示すものである。この図に示すように本実施形態の膨張弁５１は、前記第２実施形態の膨張弁４１と同様に戻り流路２３を水平方向にずらして作動棒挿通孔３１の拡径部３１ａと戻り流路２３とが重ならない配置構造を有するとともに、戻り流路２３内の冷媒が流入可能な連通路３３を備える。

一方、本実施形態では、前記第２実施形態と異なり、連通路３３をダイアフラム装置２４の下面部に直接接続する。したがって、戻り流路２３内の冷媒は作動棒挿通孔３１の拡径部３１ａを経ることなく、ダイアフラム装置２４の下面部（第２空間３０）に直接供給され、ダイアフラム装置２４を作動させる。

〔第４実施形態〕
本発明の第４の実施形態として前記第１実施形態の膨張弁を用いた冷凍サイクル装置について説明する。

図５に示すようにこの冷凍サイクル装置６１は、冷媒を圧縮するコンプレッサ（圧縮機）６２と、コンプレッサ６２で圧縮された冷媒を冷却して液化するコンデンサ（凝縮器）６３と、コンデンサ６３で液化された冷媒を減圧膨張させる膨張弁１１と、膨張弁１１で減圧膨張された冷媒を蒸発気化するエバポレータ（蒸発器）６４を備えたもので、膨張弁として前述した第１実施形態に係る膨張弁１１を使用する。

かかる冷凍サイクル装置６１では、コンプレッサ６２で加圧された冷媒は、コンデンサ６３で液化されて膨張弁１１に送られる。また、膨張弁１１で断熱膨張された冷媒はエバポレータ６４に送り出され、エバポレータ６４で、エバポレータ６４の周囲を流れる空気と熱交換される。エバポレータ６４から戻る冷媒は、膨張弁１１の戻り流路２３を通ってコンプレッサ６２へ戻される。

膨張弁１１には、コンデンサ６３から高圧の冷媒が供給される。より具体的には、コンデンサ６３から送られた高圧冷媒は、流入路２１を通って弁室１３に流れ込む。コイルばね１７によって弁体１５が弁座１４に押し付けられて着座した閉弁状態では、流入路２１と流出路２２とは連通せず、弁室１３内の冷媒は膨張弁１１から排出されない。

一方、コイルばね１７の付勢力に抗して作動棒１９が下方へ移動することにより弁体１５を下方へ移動させ、弁座１４から弁体１５が後退すると（図５に示す状態）、流入路２１と流出路２２とが連通状態（開弁状態）となり、弁室１３内の冷媒が流出路２２を通って排出されエバポレータ６４へ送り出される。かかる作動棒１９の動作は、第１実施形態の説明で述べたように、弁本体１２の上面部に備えたダイアフラム装置２４により行われる。

本実施形態の冷凍サイクル装置６１は、前記第１実施形態の膨張弁１１を使用しているから、戻り流路２３を通過する冷媒と作動棒１９を原因とする異音の発生を防ぐことが出来る。

なお、膨張弁としては、前記第２実施形態や第３実施形態の膨張弁４１，５１、あるいは本発明に基いて構成可能な他の膨張弁を使用することが可能である。また、本実施形態ならびに前記本発明や各実施形態に係る膨張弁１１，４１，５１において、本発明に基く戻り流路２３の配置構造と、前記防振ばね等の防振構造を併用すれば、膨張弁からの異音の発生をより効果的に低減させることが出来る。

１，１１，４１，５１ 膨張弁
１２ 弁本体
１３ 弁室
１４ 弁座
１５ 弁体
１６ 弁体支持部材
１７ コイルばね（付勢部材）
１８ ばね受け部材
１９ 作動棒
２０ のど部
２１ 流入路
２２ 流出路
２３ 戻り流路
２４ ダイアフラム装置
２５ 皿状部材
２６ 上蓋部材
２７ ダイアフラム
２８ 作動棒受け部材
２９ 第１空間
３０ 第２空間
３１ 作動棒挿通孔
３１ａ 拡径部
３２ 連通口
３３ 連通路
６１ 冷凍サイクル装置
６２ コンプレッサ（圧縮機）
６３ コンデンサ（凝縮器）
６４ エバポレータ（蒸発器）

Claims (5)

1. 冷媒を導入する流入路と冷媒を排出する流出路とに連通する弁室を有する弁本体と、
   弁座に着座した閉弁状態と前記弁座から離間した開弁状態との間で前記弁座に対して進退動することにより前記冷媒の流量を変更する弁体と、
   前記弁体を前記弁座に向けて付勢する付勢部材と、
   前記弁本体の内部に垂直方向に延びるように配置され、前記弁体に下端部が接触して前記付勢部材による付勢力に抗し前記弁体を開弁方向へ移動させる作動棒と、
   前記弁本体の上面部に備えられ、前記作動棒の上端部が接続されて前記作動棒を駆動する駆動部と、
   前記弁本体の上部を水平方向に貫通して冷媒の通過を許容するとともに前記駆動部の下面部に連通する戻り流路と
   を備えた膨張弁であって、
   前記作動棒が前記戻り流路を横切ることがないように前記戻り流路を配置した
   ことを特徴とする膨張弁。
2. 前記弁本体の上部において垂直方向に延びて前記駆動部の下面部に連通するとともに前記作動棒より径が大きく且つ前記作動棒が貫通する作動棒挿通孔を備え、
   前記戻り流路の縁部が前記作動棒挿通孔の縁部と重なることにより前記戻り流路と前記作動棒挿通孔とが連通している
   請求項１に記載の膨張弁。
3. 前記弁本体の上部において垂直方向に延びて前記駆動部の下面部に連通するとともに前記作動棒より径が大きく且つ前記作動棒が貫通する作動棒挿通孔を備える一方、
   前記作動棒挿通孔と前記戻り流路とを接続して前記作動棒挿通孔と前記戻り流路との間の冷媒の流通を可能とする連通路を備える
   請求項１に記載の膨張弁。
4. 前記駆動部の下面部と前記戻り流路とを接続して前記駆動部の下面部と前記戻り流路との間の冷媒の流通を可能とする連通路を備える
   請求項１に記載の膨張弁。
5. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を冷却して液化する凝縮器と、
   前記凝縮器で液化された前記冷媒を減圧膨張させる膨張弁と、
   前記膨張弁で減圧膨張された前記冷媒を蒸発気化する蒸発器と
   を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記膨張弁が、前記請求項１から４のいずれか一項に記載の膨張弁であることを特徴とする冷凍サイクル装置。

Images