JP4043076B2 - 流量制御弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量制御弁に係り、特に、ヒートポンプ式空調機等の冷凍サイクルに膨張弁として組み込まれて、流体（冷媒）の通過時における騒音の低減化に好適な流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の流量制御弁としては、図５に部分的に示されている如き流量制御弁の要部が既に提案されている。図示例の流量制御弁１' は、ヒートポンプ式空調機の冷凍サイクルに膨張弁として組み込まれて使用されるもので、基本的には、図示していないステッピングモータと、弁本体２０と、弁軸３０と、を具備しており、前記弁軸３０を前記ステッピングモータによりねじ送りで昇降させて、該弁軸３０により前記弁本体２０に形成された流体通路孔２３を開閉する（開口面積を変化させる）ことにより流量を制御するようになっている。
【０００３】
以下、前記流量制御弁１’の前記要部を詳しく述べると、前記弁本体２０は、減圧機構部となる弁室２１を有し、この弁室２１の左側部に導管６４が接続される流体入出口２２が設けられ、その底面部に導管６５が接続されるとともに、前記弁軸３０により開閉される流体通路孔２３の上端に形成された弁座２４を備えている。
【０００４】
前記流体通路孔２３は、上から順に、上向きに拡開する短い逆円錐台状の円錐受座面を構成する弁座２４、円柱面ないし円錐面状の中間部２３ｂ、及び、下向きに拡開する比較的長い円錐台状の整流用円錐口２３ｃからなっている。
【０００５】
前記流体通路孔２３を開閉する弁軸３０の下端部は、前記弁座２４に着座して前記流体通路孔２３を閉じる比較的短い先細り逆円錐台状の円錐着座面部３０ａとその下側に連なり前記中間部２３ｂ及び整流用円錐口２３ｃに遊挿される比較的長い先細り円錐台状の円錐面部３０ｂとが形成されている。
一方、前記弁本体２０の弁室２１上方には、内周部に雌ねじ部２７が形成されたガイドブッシュ２６が固定されている。
【０００６】
前記ガイドブッシュ２６の雌ねじ部２７には、弁軸ホルダ２８の外周に形成された雄ねじ部２９が螺合せしめられ、この弁軸ホルダ２８の内周下部に前記弁軸３０が摺動可能に嵌挿され、また、前記弁軸ホルダ２８の下部には前記弁軸３０の上部フランジを受けるカラー３４が圧入固定されていて、前記弁軸３０は、前記弁軸ホルダ２８内に縮装されたコイルスプリング３２により常時下方に付勢されている。
【０００７】
前記弁軸ホルダ２８の上部には、図示していない昇降軸がそれと一体的に回転移動できるように内嵌固定されており、前記弁軸ホルダ２８の上部外周には、凸状の可動側ストッパ４５が下向きに突設された合成樹脂製のスリーブ４０が一体的に回転移動できるように成形されている。
【０００８】
また、前記ガイドブッシュ２６の上部外周には、前記可動側ストッパ４５が衝接せしめられる凸状の固定側ストッパ５５が上向きに突設された合成樹脂製の固定受け座５０が成形されている。
【０００９】
このような構成の流量制御弁１’において、前記モータを一方向に回転（正転）させると、スリーブ４０、弁軸ホルダ２８等が一体的に回転し、前記雌ねじ部２７と雄ねじ部２９との螺合によるねじ送りにより前記弁軸３０が下降せしめられてその円錐着座面部３０ａが前記弁座２４に形成された流体通路孔２３の円錐受座面部２３ａに着座し、前記流体通路孔２３が閉じられる。
【００１０】
前記流体通路孔２３が閉じられた時点では、前記可動側ストッパ４５が固定側ストッパ５５に未だ衝接しておらず、前記弁軸３０が前記流体通路孔２３を閉じたまま、前記弁軸ホルダ２８等はさらに回転下降せしめられる。このときの前記弁軸３０に対する前記弁軸ホルダ２８の下降量は、前記コイルスプリング３２が圧縮されることにより吸収される。
【００１１】
その後さらに、前記弁軸ホルダ２８等が回転下降せしめられると、前記可動側ストッパ４５が固定側ストッパ５５に衝接し、これにより、前記ロータ３９への通電励磁が続行されていても、前記スリーブ４０、弁軸ホルダ２８等の回転下降運動が強制的に停止せしめられる。
一方、前記モータを逆方向に回転させると、前記弁軸３０の円錐着座面部３０ａが前記円錐受座面部２３ａから離れ、前記流体通路孔２３が開かれる。
【００１２】
そして、前記流量制御弁１’を、空調機の冷凍サイクルに膨張弁として組み込んだ場合、前記空調機の暖房運転時には、前記弁軸３０が上昇せしめられて前記流体通路孔２３が所定開度に開かれ、冷媒が図の破線矢印で示される如くに、室内熱交換機（室内コンデンサ）から導管６４を介して弁室２１に導入され、弁室２１から前記流体通路孔２３を介して導管６５側に導出され、導管６５を介して室外熱交換機に導かれる。
【００１３】
また、前記空調機の冷房運転時には、前記弁軸３０が上昇せしめられて前記流体通路孔２３が所定開度に開かれ、冷媒が図の実線矢印で示される如くに、前記暖房運転時とは逆に、室外熱交換機から導管６５及び流体通路孔２３を介して弁室２１に導入されてそこで膨張減圧され、弁室２１から導管６４を介して室内交換機（室内エバポレータ）に導かれる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の如き流量制御弁１’においては、該流量制御弁１’の開状態での冷媒流通時に、高周波の耳障りな騒音が発生することがあり、問題となっている。
【００１５】
前記流量制御弁１’の暖房運転時には、導管６４側から冷媒が流入して流体入出口２２から前記弁室２１に入り、該弁室２１から前記流体通路孔２３を経て前記導管６５に流れるものであり、前記流体通路孔２３の冷媒出口側に整流用円錐口２３ｃが形成されている関係もあって、さほど問題となるような騒音は生じないが、冷媒が暖房運転時とは逆方向に流れる冷房運転時には、前記の如き耳障りな騒音が発生する場合がある。
【００１６】
即ち、本出願の発明者等の研究によれば、前記騒音の発生は、前記冷媒が、前記流量制御弁を通過する間の容積変化、即ち、前記冷媒が通過する、導管６５、流体通路孔２３、弁室２１、流体入出口２２、及び、導管６４の各断面積の変化に起因して発生する流れの乱れが騒音発生の一要因となることが確認された。また、前記冷媒の流通経路での容積変化部分での流通抵抗も前記騒音の一要因となることが明かになった。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、冷媒等の流体の弁体部の通過時の通過各断面の変化に起因する耳障りな騒音を効果的に低減することのできる流量制御弁を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る流量制御弁は、空調機の冷凍サイクルに冷媒膨張弁として好適なものであって、基本的には、弁室を有する弁本体と該弁室内を軸方向に移動可能な弁体を下端部に有する弁軸とを備え、前記弁本体が弁座付きの流体通路孔と該流体通路孔に直交する流体入出口とを有し、前記弁体の下部先端が前記流体通路孔の孔内に配置され、前記流体入出口の流体流通断面積を、前記弁室における前記弁軸との間の環状空間断面積と略同じくしたことを特徴としている。
【００１９】
更に、本発明に係る流量制御弁は、前記流体通路孔における前記弁体との間の運転時の流体流通断面積は、前記弁室における前記弁軸との間の環状空間断面積の略０．３倍としたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の流量制御弁の好ましい具体的な態様としては、前記流体通路孔が、その下端開口部をＲ状に面取りし、更に、前記弁体の下部先端が、前記流体通路孔の孔内に配置されていることを特徴としている。
このような構成とされた本発明の流量制御弁においては、冷房運転時に、室外機から導管を介して流入した冷媒等の流体が、その流通通路が絞られた断面積の小さい流体通路孔に流入し、該流体通路孔から断面積の拡大した前記弁室の環状空間内に膨張噴出され、更に該環状空間と略等しい断面積の流体入出口を介して該流体入出口の断面積よりも断面積の大きい導管に入り、該導管を介して室内熱交換機（室内エバポレータ）へと導かれる。
【００２１】
さらに、本発明の流量制御弁は、流体通路孔における前記弁体との間の運転時の流体流通断面積と弁室における弁軸との間の環状空間断面積との比を略０．３倍として、流体入出口の流体流通断面積と前記弁室における前記弁軸との間の環状空間断面積との比を略同じにしたので、流体通路孔からの膨張後の冷媒が弁室内で拡散される割合が抑制されると共に、該弁室から流体入出口への流入においても、ほぼその容積変更がない状態としたので、その流通過程で不必要な冷媒の移動運動が抑制されることとなり、乱流等による渦の発生が抑えられて剥離による圧力変動が生じ難くされ、その結果として、高周波の耳障りな騒音が低減される。
【００２２】
また、前記流体通路孔の下端部をＲ状に面取りしたので、冷房運転時に前記導管から流量制御弁内に流入する冷媒が、前記流体通路孔の下端部部分、及び、前記弁体の先端で、その流れを乱されることがなく、層流状に流入されることで、前記騒音の発生原因となる渦・乱流を生じ難くしている。
【００２３】
更にまた、前記弁体の先端を、前記流体通路孔の孔の内部に位置するように配置したので、前記流体通路孔内に冷媒が導かれた後に、該冷媒が前記弁体の先端に接触することになり、該先端が前記流体通路孔の下端よりも更に下方に延びて突出状になっているものに比べて、該先端部分での冷媒の渦・乱流等の発生を減少させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流量制御弁の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。該実施形態を説明するに当たって、前記従来例と同一機能を奏するものは、同じ符号を付して説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る流量制御弁１の一実施形態を示している。図示実施形態の流量制御弁１は、ヒートポンプ式空調機の冷凍サイクルに膨張弁として組み込まれて使用されるもので、基本的には、ステッピングモータ１０と、弁本体２０と、昇降軸３５及び弁軸３０と、を具備しており、前記昇降軸３５を前記ステッピングモータ１０により回転駆動してねじ送りにより昇降させ、それに伴って昇降する弁軸３０の下端部の弁体３１で前記弁本体２０に形成された流体通路孔（オリフィス）２３を開閉する（開口面積、つまり流体流通断面積を変化させる）ことにより流量を制御する。
【００２６】
これを詳しく述べるに、前記ステッピングモータ１０は、前記弁本体２０に蓋状部材１８を介して連結された逆立有底円筒状のキャン１１の外周部に嵌装されたステータヨーク１３と、ボビン１４と、このボビン１４に巻装され、外部から通電される巻線１５と、前記ステータヨーク１３、ボビン１４及び巻線１５の外周を鋳包むモーターモールド１２と、前記キャン１１の内部に配置され、後述するスリーブ４０に固定されたボンド磁石よりなるロータ３９と、を備えて構成されている。
【００２７】
前記モータモールド１２、ステータヨーク１３、ボビン１４及び巻線１５は、キャン１１の外周に一体的に嵌装され、それらは、モータモールド１２にビス１６で取り付けられた押圧係止具１７の球冠状の係止凸部１７ａを前記キャン１１の外周に例えば９０度間隔で４箇所設けられた凹部１９のいずれかに嵌合させることにより位置決め及び抜止め行うようになっている。
【００２８】
前記弁本体２０は、減圧機構部となる弁室２１を有し、該弁室２１の左側部に導管６４が接続される流体入出口２２が設けられ、その底面部に導管６５が接続されるとともに、前記弁軸３０の弁体３１により開閉される流体通路孔２３には、弁座２４が形成されている。
一方、前記弁本体２０の弁室２１の上方には、内周部に雌ねじ部２７が形成されたガイドブッシュ２６が固定されている。
【００２９】
前記ガイドブッシュ２６の雌ねじ部２７には、弁軸ホルダ２８の外周に形成された雄ねじ部２９が螺合せしめられ、この弁軸ホルダ２８の内周下部に前記弁軸３０が摺動可能に嵌挿され、また、前記弁軸ホルダ２８の下部には前記弁軸３０の上部フランジを受けるカラー３４が圧入固定されていて、前記弁軸３０は、前記弁軸ホルダ２８内に縮装されたコイルスプリング３２により常時下方に付勢されている。
【００３０】
前記弁軸ホルダ２８の上部には、昇降軸３５がそれと一体的に回転移動できるように内嵌固定されており、前記弁軸ホルダ２８の上部外周には、凸状の可動側ストッパ４５が下向きに突設された合成樹脂製のスリーブ４０が一体的に回転移動できるように成形されている。前記昇降軸３５の上部には、コイルスプリング３６が装填されている。該コイルスプリング３６は、ロータ３９が回転（逆転）せしめられて昇降軸３５やスリーブ４０等が前記雌ねじ部２７と雄ねじ部２９との螺合によるねじ送りにより上昇せしめられて、前記ねじ部２７，２９の螺合が外れた場合に、前記弁軸ホルダ２８をガイドブッシュ２６側に押圧して再螺合し易くするためのものである。
【００３１】
前記ガイドブッシュ２６の上部外周には、前記可動側ストッパ４５が衝接せしめられる凸状の固定側ストッパ５５が上向きに突設された合成樹脂製の固定受け座５０が成形されている。
図２と図３に詳細に示されているように、前記流体通路孔２３は、同一内径とされ、上部の前記弁室２１に面して弁座２４を備えると共に、下部端の周囲がＲ状面取り部２３ａとされている。
【００３２】
また、前記流体通路孔２３を開閉する弁軸３０の下端部の弁体３１は、前記弁座２４に着座して前記流体通路孔２３を閉じる比較的短い先細り逆円錐台状の円錐着座面部３１ａとその下側に連なり比較的長い先細り逆円錐台状の円錐面部３１ｂとが形成され、前記流体通路孔２３内に配置されている。
【００３３】
そして、図３（ａ）に示されているように、弁本体２０に形成されている流体入出口２２の直径をＤ1、流体通路孔２３の直径をＤ2、弁室２１の直径をＤ3とし、弁棒３０の直径をＤ4とすると、図３（ｂ）に示されているように、前記流体入出口の断面積（流体流通断面積）Ａ1は、Ａ1＝πＤ1 2／４、流体通路孔２３の断面積Ａ6は、Ａ6＝πＤ2 2／４、弁室２１の断面積から弁軸３０の断面積を引いた前記弁室２１の環状空間２１ａの環状空間断面積Ａ3は、Ａ3＝π／４・（Ｄ3 2−Ｄ4 2）、流体通路孔２３の断面積Ａ6から該流体通路孔２３内に位置する弁体３１の断面積を引いた断面積が流体流通断面積Ａ2となる。なお、該流体流通断面積Ａ2を算出するための弁体３１の断面積は、弁軸３０の昇降による弁体３１の開閉度合いによってその有効断面積が変化する。
【００３４】
また、導管６４の断面積をＡ4とし、導管６５の断面積をＡ5とし、本実施形態の流量制御弁１の冷媒等の流体が通過する前記各部の断面積Ａ1〜Ａ5の相対的な大きさの比を概念的に表すと、図４（ａ）のようになる。即ち、二つの導管６４、６５は一番断面積が大きく、流体通路孔２３における流体流通断面積Ａ 2 は一番断面積が小さい。流体流出口３０の断面積Ａ1と弁室２１の環状空間２１ａの環状空間断面積Ａ3とは、略等しく（Ａ1≒Ａ3）し、流体通路孔２３の全開時の流体流通断面積Ａ2を前記環状空間の環状空間断面積Ａ3の略三割（Ａ2≒０．３Ａ3）としている。
【００３５】
このような構成の流量制御弁１において、前記巻線１５を一方向に通電励磁すると、ロータ３９、スリーブ４０、昇降軸３５、弁軸ホルダ２８等が一体的に回転（モータ１０が右回りに正転）、前記雌ねじ部２７と雄ねじ部２９との螺合によるねじ送りにより前記弁軸３０が下降せしめられて、前記流体通路孔２３の弁座２４に圧接着座し、前記流体通路孔２３が閉じられる。
【００３６】
前記流体通路孔２３が閉じられた時点では、前記可動側ストッパ４５が固定側ストッパ５５に未だ衝接しておらず、前記弁軸３０が前記流体通路孔２３を閉じたまま、前記弁軸ホルダ２８等はさらに回転下降せしめられる。このときの前記弁軸３０に対する前記弁軸ホルダ２８の下降量は、前記コイルスプリング３２が圧縮されることにより吸収される。
【００３７】
その後さらに、前記弁軸ホルダ２８等が回転下降せしめられると、前記可動側ストッパ４５が固定側ストッパ５５に衝接し、これにより、前記ロータ３９への通電励磁が続行されていても、前記スリーブ４０、昇降軸３５、弁軸ホルダ２８等の回転下降運動が強制的に停止せしめられる。
【００３８】
一方、前記巻線１５を逆方向に通電励磁すると、前記モータ１０が逆転向に回転し、前記弁軸３０の円錐着座面部３０ａが前記円錐受座面部２３ａから離れ、前記流体通路孔２３が開かれる。
【００３９】
ところで、前記した如くの構成の流量制御弁１を、空調機の冷凍サイクルに膨張弁として組み込んだ場合、前記空調機の暖房運転時には、前記弁軸３０が上昇せしめられて前記流体通路孔２３が所定開度に開かれ、冷媒が図の破線矢印で示される如くに、室内熱交換機（室内コンデンサ）から導管６４と流体入出口２２とを介して弁室２１の環状空間２１ａに導入され、該弁室２１から前記流体通路孔２３を介して導管６５側に導出され、導管６５を介して室外熱交換機に導かれる。
【００４０】
また、前記空調機の冷房運転時には、前記弁軸３０が上昇せしめられて前記流体通路孔２３が所定開度に開かれ、冷媒が図の実線矢印で示される如くに、前記暖房運転時とは逆に、室外熱交換機から導管６５及び流体通路孔２３を介して弁室２１の環状空間２１ａに導入されてそこで膨張減圧され、該弁室２１から前記流体入出口２２と導管６４とを介して室内熱交換機（室内エバポレータ）に導かれる。
【００４１】
図４（ａ）に示されているように、本実施形態の流量制御弁１は、その冷房運転時には、導管６５から流入した冷媒が、その流通通路を絞られて流体流通断面積の小さい流体通路孔２３に流入し、該流体通路孔２３から断面積の拡大した前記弁室２１の環状空間２１ａ内に膨張減圧され、該環状空間２１ａと略等しい断面積の流体入出口２２を介して該流体入出口２２の断面積よりも断面積の大きい導管６４に導かれる。
【００４２】
本実施形態の前記流量制御弁１を前記冷媒が通過する各部分の断面積を、図４（ｂ）に示されている従来の流量制御弁の断面積と比較してみれば理解されるように、本実施形態の流量制御弁１は、流体通路孔２３における運転時の流体流通断面積Ａ2と前記弁室２１の環状空間２１ａの断面積Ａ3との比をＡ2≒０．３Ａ3として、従来の流量制御弁の流体通路孔２３における流体流通断面積Ａ2と前記弁室２１の環状空間２１ａの環状空間断面積Ａ3との比よりも小さくすると共に、本実施形態の流量制御弁１は、前記流体入出口２２の断面積Ａ1と前記弁室２１の環状空間２１ａの環状空間断面積Ａ3との比をＡ1≒Ａ3として、従来の流量制御弁が流体入出口２２と弁室２１の環状空間との断面積の比をＡ1＜Ａ3として弁室２１から流体入出口２２への冷媒の流れを絞ったのに比べてその絞りを無くしている。
【００４３】
このため、本実施形態の流量制御弁１は、従来の流量制御弁に比べて、膨張後の冷媒の弁室２１内での減圧拡散が抑制されると共に、該弁室２１から流体入出口２２への流入においても、その容積変更がほとんどない状態としたので、その流通過程での乱流等の不必要な冷媒の移動運動が抑制され、該抑制作用により、乱流等による渦の発生が抑えられて剥離による圧力変動が生じ難くさなされ、その結果として、高周波の耳障りな騒音が低減される。
【００４４】
また、本実施形態の流量制御弁１は、前記流体通路孔２３の下端部２３ａをＲ状に面取りしてあるので、冷房運転時に前記導管６５から流量制御弁１内に流入する冷媒が、前記流体通路孔２３の下端部２３ａ部分、その流れを乱されることがなく、層流状に流入されることで、前記騒音の発生原因となる渦・乱流を生じ難くしている。
【００４５】
更に、前記弁体３１の先端３１ｃを、前記流体通路孔２３の孔の内部に位置するように配置したので、前記流体通路孔２３内に冷媒が導かれた後に、該冷媒が前記弁体３１の先端３１ｃに接触することになり、該先端３１ｃが前記流体通路孔２３の下端よりも更に下方に延びて突出状になっているものに比べて、該先端３１ｃ部分での冷媒の渦・乱流等の発生を減少させることができる。
【００４６】
なお、上述の実施形態では、流量制御弁１を空調機の冷凍サイクルに組み込まれる膨張弁として使用した場合を説明したが、本発明の流量制御弁は膨張弁としてだけではなく、他の弁として使用する場合にも同様に騒音の低減化を図ることができる。
【００４７】
また、前記実施形態においては、弁軸がモータによりネジ送りで昇降せしめられるようになっているが、それに限られる訳ではなく、弁軸を軸方向に移動させて流体通路孔を開閉するようにしたものであれば、同様な作用効果が得られる。
【００４８】
更に、前記実施形態においては、従来の流量制御弁に比べて弁室２１の容積を小さくするために、弁本体２０の肉厚を厚くすることで、対処しているが、従来の流量制御弁の弁室内に別体のカラー状の弁室容積調整体を挿入配置することで対処することもできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の流量制御弁は、冷媒の流通過程において、断面積の変化を少なくしたので、冷媒等の流体の乱流等による渦の発生を抑え、冷媒の剥離等に基づく圧力変動を生じ難くして、冷房時に起こる高周波の耳障りな騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流量制御弁の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１に示される流量制御弁の弁本体と弁軸部の拡大断面図。
【図３】図２に示される流量制御弁の弁本体と弁軸部の斜視概念図。
【図４】流量制御弁の弁本体の流体流通部分の断面積の概念図であって、（ａ）は、本実施形態の流量制御弁の断面積の概念図であり、図（ｂ）は、従来の流量制御弁の断面積の概念図。
【図５】従来の流量制御弁の弁本体と弁軸部の拡大断面図。
【符号の説明】
１…流量制御弁、１０…ステッピングモータ、２０…弁本体、２１…弁室、２１ａ…環状空間、２２…流体入出口、２３…流体通路孔、２４…弁座、３０…弁軸、３１…弁体 ３１ｃ…弁体先端、６４…導管、６５…導管
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量制御弁に係り、特に、ヒートポンプ式空調機等の冷凍サイクルに膨張弁として組み込まれて、流体（冷媒）の通過時における騒音の低減化に好適な流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の流量制御弁としては、図５に部分的に示されている如き流量制御弁の要部が既に提案されている。図示例の流量制御弁１' は、ヒートポンプ式空調機の冷凍サイクルに膨張弁として組み込まれて使用されるもので、基本的には、図示していないステッピングモータと、弁本体２０と、弁軸３０と、を具備しており、前記弁軸３０を前記ステッピングモータによりねじ送りで昇降させて、該弁軸３０により前記弁本体２０に形成された流体通路孔２３を開閉する（開口面積を変化させる）ことにより流量を制御するようになっている。
【０００３】
以下、前記流量制御弁１’の前記要部を詳しく述べると、前記弁本体２０は、減圧機構部となる弁室２１を有し、この弁室２１の左側部に導管６４が接続される流体入出口２２が設けられ、その底面部に導管６５が接続されるとともに、前記弁軸３０により開閉される流体通路孔２３の上端に形成された弁座２４を備えている。
【０００４】
前記流体通路孔２３は、上から順に、上向きに拡開する短い逆円錐台状の円錐受座面を構成する弁座２４、円柱面ないし円錐面状の中間部２３ｂ、及び、下向きに拡開する比較的長い円錐台状の整流用円錐口２３ｃからなっている。
【０００５】
前記流体通路孔２３を開閉する弁軸３０の下端部は、前記弁座２４に着座して前記流体通路孔２３を閉じる比較的短い先細り逆円錐台状の円錐着座面部３０ａとその下側に連なり前記中間部２３ｂ及び整流用円錐口２３ｃに遊挿される比較的長い先細り円錐台状の円錐面部３０ｂとが形成されている。
一方、前記弁本体２０の弁室２１上方には、内周部に雌ねじ部２７が形成されたガイドブッシュ２６が固定されている。
【０００６】
前記ガイドブッシュ２６の雌ねじ部２７には、弁軸ホルダ２８の外周に形成された雄ねじ部２９が螺合せしめられ、この弁軸ホルダ２８の内周下部に前記弁軸３０が摺動可能に嵌挿され、また、前記弁軸ホルダ２８の下部には前記弁軸３０の上部フランジを受けるカラー３４が圧入固定されていて、前記弁軸３０は、前記弁軸ホルダ２８内に縮装されたコイルスプリング３２により常時下方に付勢されている。
【０００７】
前記弁軸ホルダ２８の上部には、図示していない昇降軸がそれと一体的に回転移動できるように内嵌固定されており、前記弁軸ホルダ２８の上部外周には、凸状の可動側ストッパ４５が下向きに突設された合成樹脂製のスリーブ４０が一体的に回転移動できるように成形されている。
【０００８】
また、前記ガイドブッシュ２６の上部外周には、前記可動側ストッパ４５が衝接せしめられる凸状の固定側ストッパ５５が上向きに突設された合成樹脂製の固定受け座５０が成形されている。
【０００９】
このような構成の流量制御弁１’において、前記モータを一方向に回転（正転）させると、スリーブ４０、弁軸ホルダ２８等が一体的に回転し、前記雌ねじ部２７と雄ねじ部２９との螺合によるねじ送りにより前記弁軸３０が下降せしめられてその円錐着座面部３０ａが前記弁座２４に形成された流体通路孔２３の円錐受座面部２３ａに着座し、前記流体通路孔２３が閉じられる。
【００１０】
前記流体通路孔２３が閉じられた時点では、前記可動側ストッパ４５が固定側ストッパ５５に未だ衝接しておらず、前記弁軸３０が前記流体通路孔２３を閉じたまま、前記弁軸ホルダ２８等はさらに回転下降せしめられる。このときの前記弁軸３０に対する前記弁軸ホルダ２８の下降量は、前記コイルスプリング３２が圧縮されることにより吸収される。
【００１１】
その後さらに、前記弁軸ホルダ２８等が回転下降せしめられると、前記可動側ストッパ４５が固定側ストッパ５５に衝接し、これにより、前記ロータ３９への通電励磁が続行されていても、前記スリーブ４０、弁軸ホルダ２８等の回転下降運動が強制的に停止せしめられる。
一方、前記モータを逆方向に回転させると、前記弁軸３０の円錐着座面部３０ａが前記円錐受座面部２３ａから離れ、前記流体通路孔２３が開かれる。
【００１２】
そして、前記流量制御弁１’を、空調機の冷凍サイクルに膨張弁として組み込んだ場合、前記空調機の暖房運転時には、前記弁軸３０が上昇せしめられて前記流体通路孔２３が所定開度に開かれ、冷媒が図の破線矢印で示される如くに、室内熱交換機（室内コンデンサ）から導管６４を介して弁室２１に導入され、弁室２１から前記流体通路孔２３を介して導管６５側に導出され、導管６５を介して室外熱交換機に導かれる。
【００１３】
また、前記空調機の冷房運転時には、前記弁軸３０が上昇せしめられて前記流体通路孔２３が所定開度に開かれ、冷媒が図の実線矢印で示される如くに、前記暖房運転時とは逆に、室外熱交換機から導管６５及び流体通路孔２３を介して弁室２１に導入されてそこで膨張減圧され、弁室２１から導管６４を介して室内交換機（室内エバポレータ）に導かれる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の如き流量制御弁１’においては、該流量制御弁１’の開状態での冷媒流通時に、高周波の耳障りな騒音が発生することがあり、問題となっている。
【００１５】
前記流量制御弁１’の暖房運転時には、導管６４側から冷媒が流入して流体入出口２２から前記弁室２１に入り、該弁室２１から前記流体通路孔２３を経て前記導管６５に流れるものであり、前記流体通路孔２３の冷媒出口側に整流用円錐口２３ｃが形成されている関係もあって、さほど問題となるような騒音は生じないが、冷媒が暖房運転時とは逆方向に流れる冷房運転時には、前記の如き耳障りな騒音が発生する場合がある。
【００１６】
即ち、本出願の発明者等の研究によれば、前記騒音の発生は、前記冷媒が、前記流量制御弁を通過する間の容積変化、即ち、前記冷媒が通過する、導管６５、流体通路孔２３、弁室２１、流体入出口２２、及び、導管６４の各断面積の変化に起因して発生する流れの乱れが騒音発生の一要因となることが確認された。また、前記冷媒の流通経路での容積変化部分での流通抵抗も前記騒音の一要因となることが明かになった。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、冷媒等の流体の弁体部の通過時の通過各断面の変化に起因する耳障りな騒音を効果的に低減することのできる流量制御弁を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る流量制御弁は、空調機の冷凍サイクルに冷媒膨張弁として好適なものであって、基本的には、弁室を有する弁本体と該弁室内を軸方向に移動可能な弁体を下端部に有する弁軸とを備え、前記弁本体が弁座付きの流体通路孔と該流体通路孔に直交する流体入出口とを有し、前記弁体の下部先端が前記流体通路孔の孔内に配置され、前記流体入出口の流体流通断面積を、前記弁室における前記弁軸との間の環状空間断面積と略同じくしたことを特徴としている。
【００１９】
更に、本発明に係る流量制御弁は、前記流体通路孔における前記弁体との間の運転時の流体流通断面積は、前記弁室における前記弁軸との間の環状空間断面積の略０．３倍としたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の流量制御弁の好ましい具体的な態様としては、前記流体通路孔が、その下端開口部をＲ状に面取りし、更に、前記弁体の下部先端が、前記流体通路孔の孔内に配置されていることを特徴としている。
このような構成とされた本発明の流量制御弁においては、冷房運転時に、室外機から導管を介して流入した冷媒等の流体が、その流通通路が絞られた断面積の小さい流体通路孔に流入し、該流体通路孔から断面積の拡大した前記弁室の環状空間内に膨張噴出され、更に該環状空間と略等しい断面積の流体入出口を介して該流体入出口の断面積よりも断面積の大きい導管に入り、該導管を介して室内熱交換機（室内エバポレータ）へと導かれる。
【００２１】
さらに、本発明の流量制御弁は、流体通路孔における前記弁体との間の運転時の流体流通断面積と弁室における弁軸との間の環状空間断面積との比を略０．３倍として、流体入出口の流体流通断面積と前記弁室における前記弁軸との間の環状空間断面積との比を略同じにしたので、流体通路孔からの膨張後の冷媒が弁室内で拡散される割合が抑制されると共に、該弁室から流体入出口への流入においても、ほぼその容積変更がない状態としたので、その流通過程で不必要な冷媒の移動運動が抑制されることとなり、乱流等による渦の発生が抑えられて剥離による圧力変動が生じ難くされ、その結果として、高周波の耳障りな騒音が低減される。
【００２２】
また、前記流体通路孔の下端部をＲ状に面取りしたので、冷房運転時に前記導管から流量制御弁内に流入する冷媒が、前記流体通路孔の下端部部分、及び、前記弁体の先端で、その流れを乱されることがなく、層流状に流入されることで、前記騒音の発生原因となる渦・乱流を生じ難くしている。
【００２３】
更にまた、前記弁体の先端を、前記流体通路孔の孔の内部に位置するように配置したので、前記流体通路孔内に冷媒が導かれた後に、該冷媒が前記弁体の先端に接触することになり、該先端が前記流体通路孔の下端よりも更に下方に延びて突出状になっているものに比べて、該先端部分での冷媒の渦・乱流等の発生を減少させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流量制御弁の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。該実施形態を説明するに当たって、前記従来例と同一機能を奏するものは、同じ符号を付して説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る流量制御弁１の一実施形態を示している。図示実施形態の流量制御弁１は、ヒートポンプ式空調機の冷凍サイクルに膨張弁として組み込まれて使用されるもので、基本的には、ステッピングモータ１０と、弁本体２０と、昇降軸３５及び弁軸３０と、を具備しており、前記昇降軸３５を前記ステッピングモータ１０により回転駆動してねじ送りにより昇降させ、それに伴って昇降する弁軸３０の下端部の弁体３１で前記弁本体２０に形成された流体通路孔（オリフィス）２３を開閉する（開口面積、つまり流体流通断面積を変化させる）ことにより流量を制御する。
【００２６】
これを詳しく述べるに、前記ステッピングモータ１０は、前記弁本体２０に蓋状部材１８を介して連結された逆立有底円筒状のキャン１１の外周部に嵌装されたステータヨーク１３と、ボビン１４と、このボビン１４に巻装され、外部から通電される巻線１５と、前記ステータヨーク１３、ボビン１４及び巻線１５の外周を鋳包むモーターモールド１２と、前記キャン１１の内部に配置され、後述するスリーブ４０に固定されたボンド磁石よりなるロータ３９と、を備えて構成されている。
【００２７】
前記モータモールド１２、ステータヨーク１３、ボビン１４及び巻線１５は、キャン１１の外周に一体的に嵌装され、それらは、モータモールド１２にビス１６で取り付けられた押圧係止具１７の球冠状の係止凸部１７ａを前記キャン１１の外周に例えば９０度間隔で４箇所設けられた凹部１９のいずれかに嵌合させることにより位置決め及び抜止め行うようになっている。
【００２８】
前記弁本体２０は、減圧機構部となる弁室２１を有し、該弁室２１の左側部に導管６４が接続される流体入出口２２が設けられ、その底面部に導管６５が接続されるとともに、前記弁軸３０の弁体３１により開閉される流体通路孔２３には、弁座２４が形成されている。
一方、前記弁本体２０の弁室２１の上方には、内周部に雌ねじ部２７が形成されたガイドブッシュ２６が固定されている。
【００２９】
前記ガイドブッシュ２６の雌ねじ部２７には、弁軸ホルダ２８の外周に形成された雄ねじ部２９が螺合せしめられ、この弁軸ホルダ２８の内周下部に前記弁軸３０が摺動可能に嵌挿され、また、前記弁軸ホルダ２８の下部には前記弁軸３０の上部フランジを受けるカラー３４が圧入固定されていて、前記弁軸３０は、前記弁軸ホルダ２８内に縮装されたコイルスプリング３２により常時下方に付勢されている。
【００３０】
前記弁軸ホルダ２８の上部には、昇降軸３５がそれと一体的に回転移動できるように内嵌固定されており、前記弁軸ホルダ２８の上部外周には、凸状の可動側ストッパ４５が下向きに突設された合成樹脂製のスリーブ４０が一体的に回転移動できるように成形されている。前記昇降軸３５の上部には、コイルスプリング３６が装填されている。該コイルスプリング３６は、ロータ３９が回転（逆転）せしめられて昇降軸３５やスリーブ４０等が前記雌ねじ部２７と雄ねじ部２９との螺合によるねじ送りにより上昇せしめられて、前記ねじ部２７，２９の螺合が外れた場合に、前記弁軸ホルダ２８をガイドブッシュ２６側に押圧して再螺合し易くするためのものである。
【００３１】
前記ガイドブッシュ２６の上部外周には、前記可動側ストッパ４５が衝接せしめられる凸状の固定側ストッパ５５が上向きに突設された合成樹脂製の固定受け座５０が成形されている。
図２と図３に詳細に示されているように、前記流体通路孔２３は、同一内径とされ、上部の前記弁室２１に面して弁座２４を備えると共に、下部端の周囲がＲ状面取り部２３ａとされている。
【００３２】
また、前記流体通路孔２３を開閉する弁軸３０の下端部の弁体３１は、前記弁座２４に着座して前記流体通路孔２３を閉じる比較的短い先細り逆円錐台状の円錐着座面部３１ａとその下側に連なり比較的長い先細り逆円錐台状の円錐面部３１ｂとが形成され、前記流体通路孔２３内に配置されている。
【００３３】
そして、図３（ａ）に示されているように、弁本体２０に形成されている流体入出口２２の直径をＤ1、流体通路孔２３の直径をＤ2、弁室２１の直径をＤ3とし、弁棒３０の直径をＤ4とすると、図３（ｂ）に示されているように、前記流体入出口の断面積（流体流通断面積）Ａ1は、Ａ1＝πＤ1 2／４、流体通路孔２３の断面積Ａ6は、Ａ6＝πＤ2 2／４、弁室２１の断面積から弁軸３０の断面積を引いた前記弁室２１の環状空間２１ａの環状空間断面積Ａ3は、Ａ3＝π／４・（Ｄ3 2−Ｄ4 2）、流体通路孔２３の断面積Ａ6から該流体通路孔２３内に位置する弁体３１の断面積を引いた断面積が流体流通断面積Ａ2となる。なお、該流体流通断面積Ａ2を算出するための弁体３１の断面積は、弁軸３０の昇降による弁体３１の開閉度合いによってその有効断面積が変化する。
【００３４】
また、導管６４の断面積をＡ4とし、導管６５の断面積をＡ5とし、本実施形態の流量制御弁１の冷媒等の流体が通過する前記各部の断面積Ａ1〜Ａ5の相対的な大きさの比を概念的に表すと、図４（ａ）のようになる。即ち、二つの導管６４、６５は一番断面積が大きく、流体通路孔２３における流体流通断面積Ａ 2 は一番断面積が小さい。流体流出口３０の断面積Ａ1と弁室２１の環状空間２１ａの環状空間断面積Ａ3とは、略等しく（Ａ1≒Ａ3）し、流体通路孔２３の全開時の流体流通断面積Ａ2を前記環状空間の環状空間断面積Ａ3の略三割（Ａ2≒０．３Ａ3）としている。
【００３５】
このような構成の流量制御弁１において、前記巻線１５を一方向に通電励磁すると、ロータ３９、スリーブ４０、昇降軸３５、弁軸ホルダ２８等が一体的に回転（モータ１０が右回りに正転）、前記雌ねじ部２７と雄ねじ部２９との螺合によるねじ送りにより前記弁軸３０が下降せしめられて、前記流体通路孔２３の弁座２４に圧接着座し、前記流体通路孔２３が閉じられる。
【００３６】
前記流体通路孔２３が閉じられた時点では、前記可動側ストッパ４５が固定側ストッパ５５に未だ衝接しておらず、前記弁軸３０が前記流体通路孔２３を閉じたまま、前記弁軸ホルダ２８等はさらに回転下降せしめられる。このときの前記弁軸３０に対する前記弁軸ホルダ２８の下降量は、前記コイルスプリング３２が圧縮されることにより吸収される。
【００３７】
その後さらに、前記弁軸ホルダ２８等が回転下降せしめられると、前記可動側ストッパ４５が固定側ストッパ５５に衝接し、これにより、前記ロータ３９への通電励磁が続行されていても、前記スリーブ４０、昇降軸３５、弁軸ホルダ２８等の回転下降運動が強制的に停止せしめられる。
【００３８】
一方、前記巻線１５を逆方向に通電励磁すると、前記モータ１０が逆転向に回転し、前記弁軸３０の円錐着座面部３０ａが前記円錐受座面部２３ａから離れ、前記流体通路孔２３が開かれる。
【００３９】
ところで、前記した如くの構成の流量制御弁１を、空調機の冷凍サイクルに膨張弁として組み込んだ場合、前記空調機の暖房運転時には、前記弁軸３０が上昇せしめられて前記流体通路孔２３が所定開度に開かれ、冷媒が図の破線矢印で示される如くに、室内熱交換機（室内コンデンサ）から導管６４と流体入出口２２とを介して弁室２１の環状空間２１ａに導入され、該弁室２１から前記流体通路孔２３を介して導管６５側に導出され、導管６５を介して室外熱交換機に導かれる。
【００４０】
また、前記空調機の冷房運転時には、前記弁軸３０が上昇せしめられて前記流体通路孔２３が所定開度に開かれ、冷媒が図の実線矢印で示される如くに、前記暖房運転時とは逆に、室外熱交換機から導管６５及び流体通路孔２３を介して弁室２１の環状空間２１ａに導入されてそこで膨張減圧され、該弁室２１から前記流体入出口２２と導管６４とを介して室内熱交換機（室内エバポレータ）に導かれる。
【００４１】
図４（ａ）に示されているように、本実施形態の流量制御弁１は、その冷房運転時には、導管６５から流入した冷媒が、その流通通路を絞られて流体流通断面積の小さい流体通路孔２３に流入し、該流体通路孔２３から断面積の拡大した前記弁室２１の環状空間２１ａ内に膨張減圧され、該環状空間２１ａと略等しい断面積の流体入出口２２を介して該流体入出口２２の断面積よりも断面積の大きい導管６４に導かれる。
【００４２】
本実施形態の前記流量制御弁１を前記冷媒が通過する各部分の断面積を、図４（ｂ）に示されている従来の流量制御弁の断面積と比較してみれば理解されるように、本実施形態の流量制御弁１は、流体通路孔２３における運転時の流体流通断面積Ａ2と前記弁室２１の環状空間２１ａの断面積Ａ3との比をＡ2≒０．３Ａ3として、従来の流量制御弁の流体通路孔２３における流体流通断面積Ａ2と前記弁室２１の環状空間２１ａの環状空間断面積Ａ3との比よりも小さくすると共に、本実施形態の流量制御弁１は、前記流体入出口２２の断面積Ａ1と前記弁室２１の環状空間２１ａの環状空間断面積Ａ3との比をＡ1≒Ａ3として、従来の流量制御弁が流体入出口２２と弁室２１の環状空間との断面積の比をＡ1＜Ａ3として弁室２１から流体入出口２２への冷媒の流れを絞ったのに比べてその絞りを無くしている。
【００４３】
このため、本実施形態の流量制御弁１は、従来の流量制御弁に比べて、膨張後の冷媒の弁室２１内での減圧拡散が抑制されると共に、該弁室２１から流体入出口２２への流入においても、その容積変更がほとんどない状態としたので、その流通過程での乱流等の不必要な冷媒の移動運動が抑制され、該抑制作用により、乱流等による渦の発生が抑えられて剥離による圧力変動が生じ難くさなされ、その結果として、高周波の耳障りな騒音が低減される。
【００４４】
また、本実施形態の流量制御弁１は、前記流体通路孔２３の下端部２３ａをＲ状に面取りしてあるので、冷房運転時に前記導管６５から流量制御弁１内に流入する冷媒が、前記流体通路孔２３の下端部２３ａ部分、その流れを乱されることがなく、層流状に流入されることで、前記騒音の発生原因となる渦・乱流を生じ難くしている。
【００４５】
更に、前記弁体３１の先端３１ｃを、前記流体通路孔２３の孔の内部に位置するように配置したので、前記流体通路孔２３内に冷媒が導かれた後に、該冷媒が前記弁体３１の先端３１ｃに接触することになり、該先端３１ｃが前記流体通路孔２３の下端よりも更に下方に延びて突出状になっているものに比べて、該先端３１ｃ部分での冷媒の渦・乱流等の発生を減少させることができる。
【００４６】
なお、上述の実施形態では、流量制御弁１を空調機の冷凍サイクルに組み込まれる膨張弁として使用した場合を説明したが、本発明の流量制御弁は膨張弁としてだけではなく、他の弁として使用する場合にも同様に騒音の低減化を図ることができる。
【００４７】
また、前記実施形態においては、弁軸がモータによりネジ送りで昇降せしめられるようになっているが、それに限られる訳ではなく、弁軸を軸方向に移動させて流体通路孔を開閉するようにしたものであれば、同様な作用効果が得られる。
【００４８】
更に、前記実施形態においては、従来の流量制御弁に比べて弁室２１の容積を小さくするために、弁本体２０の肉厚を厚くすることで、対処しているが、従来の流量制御弁の弁室内に別体のカラー状の弁室容積調整体を挿入配置することで対処することもできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の流量制御弁は、冷媒の流通過程において、断面積の変化を少なくしたので、冷媒等の流体の乱流等による渦の発生を抑え、冷媒の剥離等に基づく圧力変動を生じ難くして、冷房時に起こる高周波の耳障りな騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流量制御弁の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１に示される流量制御弁の弁本体と弁軸部の拡大断面図。
【図３】図２に示される流量制御弁の弁本体と弁軸部の斜視概念図。
【図４】流量制御弁の弁本体の流体流通部分の断面積の概念図であって、（ａ）は、本実施形態の流量制御弁の断面積の概念図であり、図（ｂ）は、従来の流量制御弁の断面積の概念図。
【図５】従来の流量制御弁の弁本体と弁軸部の拡大断面図。
【符号の説明】
１…流量制御弁、１０…ステッピングモータ、２０…弁本体、２１…弁室、２１ａ…環状空間、２２…流体入出口、２３…流体通路孔、２４…弁座、３０…弁軸、３１…弁体 ３１ｃ…弁体先端、６４…導管、６５…導管
Claims (5)
- 弁室を有する弁本体と該弁室内を軸方向に移動可能な弁体を下端部に有する弁軸とを備え、前記弁本体が弁座付きの流体通路孔と該流体通路孔に直交する流体入出口とを有し、前記弁体の下部先端が前記流体通路孔の孔内に配置されている流量制御弁であって、
前記流体入出口の流体流通断面積は、前記弁室における前記弁軸との間の環状空間断面積と略同じくしたことを特徴とする流量制御弁。 - 弁室を有する弁本体と該弁室内を軸方向に移動可能な弁体を下端部に有する弁軸とを備え、前記弁本体が弁座付きの流体通路孔と該流体通路孔に直交する流体入出口とを有し、前記弁体の下部先端が前記流体通路孔の孔内に配置されている流量制御弁であって、
前記流体通路孔における前記弁体との間の運転時の流体流通断面積は、前記弁室における前記弁軸との間の環状空間断面積の略０．３倍としたことを特徴とする流量制御弁。 - 前記流体入出口の流体流通断面積は、前記弁室の前記弁軸との間の環状空間断面積と略同じくしたことを特徴とする請求項２に記載の流量制御弁。
- 前記流体通路孔は、その下端開口部をＲ状に面取りしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流量制御弁。
- 空調機の冷凍サイクルに冷媒の膨張弁として組み込まれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の流量制御弁。
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