JP7029169B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等の冷凍サイクルに使用される電動弁に関する。

空気調和機、冷凍機等においては、目的とする機能に応じて内部を流れる冷媒の向きや流量を変化させるための電動弁が使用される。この電動弁では、冷媒が気液２相状態で弁体内に流入し、冷媒内に含まれる気泡、特に大径の気泡がオリフィスを通過するときに急激な圧力変動が発生し、それに伴う圧力波が配管に伝播することで異音が発生する。特に、最近では、冷媒による環境影響を軽減するため、従来の冷媒に比べて温暖化係数を低減した冷媒が使用される傾向にあるが、この冷媒は配管内で２相流になりやすく、異音も生じやすい。

このような異音発生を防止するため、特許文献１，２に示すように、電動弁のポートと配管接続部分に多孔板などの整流部材を配置し、その小孔内に冷媒を通過させることで２相流中の気泡を微小化して、オリフィス通過時における気泡の破裂による圧力波の発生を防止する技術が提案されている。

特開２００７－１６９５８号公報 特開２００７－１０７６２３号公報

しかし、前記のような従来技術は、弁本体の外壁と配管の端部との間に整流部材を挟み込んで固定するものであることから、整流部材と弁室との距離が短く、気泡の消去効果が十分でなかった。すなわち、整流板の小孔によって微小化された気泡は冷媒内において一定の時間を経過させることでその形状寸法が安定する。出願人の実験によれば、整流板を通過した後も配管の内径寸法程度は配管内を流れることが気泡の成長を防止する上で望ましい。しかし、前記従来技術では、整流板が配管の端部と弁体の外壁の間に配置されていることから、整流板を通過した冷媒は、配管内から直ちに弁室内に流入し、その際の圧力変化や流れ方向の変化により、弁室内で気泡が成長しやすい傾向がある。

また、冷媒内の気泡を効果的に微小化する構成として、コーン状あるいは円弧状（以下、請求項も含めてコーン状と総称する）の整流部材を使用することで、同じ内径の配管であっても冷媒を通過させる小孔数を増加させることも考えられる。しかし、従来技術においてコーン状の整流部材を使用すると、弁体側に突出しているコーンの先端が弁体と干渉したり、整流部材と弁体との十分な距離を確保できない問題が生じる。

このような問題を解決するためには、整流部材を弁本体と配管との接合部分よりも離れた位置に配置することが必要となる。しかし、配管の途中に整流部材を配置することは、位置決め精度や固定強度の確保に大きな手間が必要となる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、整流部材を配管の途中に簡単且つ確実に固定することができ、静穏性に優れた電動弁を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る電動弁は、次のような構成を有する。
(１) 弁室を有する弁本体。
(２)前記弁室に下方向に設けられた第１ポートに固定され、前記弁室から流出する冷媒の経路である第１配管。
(３)前記弁室の横方向に設けられた第２ポートに固定され、前記弁室に流入する冷媒の経路である第２配管。
(４)前記弁室の内部で上下方向に移動可能に設けられ、前記第１ポートに設けられた弁座を通過する冷媒の流量を制御する弁体。
(５) 前記第２配管に挿入され、冷媒内部の気泡を微小化する整流部材。
(６) 前記第２配管は、大径部、前記大径部の前記弁室側に形成された小径部、及び前記大径部と前記小径部の境界部分に設けられた段差部を有する。
(７) 前記整流部材は、前記段差部によって前記第２配管の軸方向の移動が規制された状態で、前記第２配管の前記大径部内に、位置決め手段によって固定されている。
(８)前記位置決め手段が、前記整流部材に対向する前記第２配管の壁部を内径方向に変形させ、前記整流部材を前記第２配管の壁部に固定する加締め部である。
(９)前記整流部材において前記小径部と向かい合う端面に、前記段差部と当接する当接面を設ける。
(１０)前記小径部の端部は、前記第２ポートに固定される。
(１１)前記小径部の内径寸法をφＡ、前記小径部の弁本体側の端部から前記段差部に位置決めされた前記整流部材までの距離をＬとして、φＡ≦Ｌ≦φＡ×１０とする電動弁。

本発明において、次のような構成を採用することができる。
(１)前記整流部材が前記配管の外周方向に付勢される弾性部材を備え、
前記位置決め手段が、前記弾性部材に設けられた係合部と、前記配管の内面に形成された被係合部であって、前記配管に設けられた前記被係合部に前記弾性部材に設けられた前記係合部が係合している。
(２)前記整流部材が、前記配管と同軸で前記配管を塞ぐ円板状または円柱状の部材であって、前記整流部材には前記配管の軸方向に連通する１つあるいは複数の開口部が設けられている。
(３)前記整流部材が、前記配管の内周に沿った枠部と、前記枠部に張られた網を備える。
(４)前記網の少なくとも一部が、前記配管の前記小径部内にコーン状に突出している。
(５)前記段差部が、前記小径部の弁本体側の端部から前記小径部の内径寸法よりも前記大径部側に設けられている。

本発明によれば、簡単な構造で、弁体から離れた位置に整流部材を確実且つ位置決め精度良く固定することができる。また、本発明によれば、第２配管の小径部側の端部から段差部に位置決めされた整流部材までの距離Ｌを小径部の内径寸法（φＡ）以上とすることで、整流部材によって細分化された流体中の気泡の再成長を抑制できる。

第１の実施形態の電動弁の構成を示す断面図である。 第１の実施形態の電動弁の構成を示す断面図である。 第１の実施形態の電動弁の構成を示す断面図である。 本発明における整流部材の例を示す正面図である。

［１．第１の実施形態］
以下、本発明に係る電動弁の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電動弁の構成を示す断面図である。この電動弁は、実際の使用に当たっては様々な方向に配置されるが、本明細書では、図１に示す方向に従って各部材の位置関係を説明する。

電動弁は、キャンと称するカップ型の円筒部材１と弁本体３によって画成された空間の内部に棒状の弁軸２を上下動させることで弁本体３に設けられたオリフィス８の開度を調整し、通過する流体の流量制御を行うものである。円筒部材１の内部には、弁軸２を駆動するステッピングモータのロータが設けられ、円筒部材１の外部にはステッピングモータのコイルが配置され、コイルに対する通電によりロータを回転させ、ロータに結合された弁軸２をその軸方向に往復動させて、弁の開閉を行う。但し、図１では、円筒部材１の外部に設けられるステータ及びコイル等は省略している。

円筒部材１の下部には、内部に弁室３ａを有する弁本体３が設けられる。弁室３ａには、冷媒等の流体の経路である第１ポート４と第２ポート５がそれぞれ接続され、弁室３ａを介して第１ポート４と第２ポート５とが連通される。第１ポート４と第２ポート５には、電動弁と外部機器とを接続する第１配管６と第２配管７がそれぞれ固定される。本実施形態では、横方向に配設された第２配管７から下方向に伸びる第１配管６に向かって流体が流れる。

第１ポート４には、円筒状をしたオリフィス８が嵌め込まれた状態で溶接などの手段で固定される。オリフィス８の中心開口部の周囲は弁座となっていて、その弁座部分と弁軸２の先端の隙間の広狭によって流量制御が行われる。オリフィス８の外方には、第１配管６の端部が嵌め込まれた状態で溶接などの手段で固定される。

第２配管７は、外部供給側の大径部７ａと電動弁側の小径部７ｂ、及び大径部７ａと小径部７ｂの境界部分に設けられた段差部７ｃを有する。第２配管７は、小径部７ｂの端部が第２ポート５内に挿入された状態で弁本体３に固定される。段差部７ｃの位置は、第２配管７の小径部７ｂ側の端部７ｂａよりも、小径部７ｂの内径寸法（φＡ）以上離れた位置に設けられる。大径部７ａにおける段差部７ｃと境界部分には、整流部材９が固定される。整流部材９は段差部７ｃによって第２配管７の軸方向の移動が規制された状態で、大径部７ａ内に挿入される。すなわち、本実施形態の構成によれば、第２配管７の小径部７ｂ側の端部７ｂａから段差部７ｃに位置決めされた整流部材９までの距離Ｌを任意に設定できる。そして、距離ＬをφＡ以上とすることで、整流部材９によって細分化された流体中の気泡の再成長を抑制できる。一方、距離Ｌが長すぎると微細化した気泡が弁室３ａまでの間に成長するため、距離ＬはφＡの１０倍以下とすると望ましい。

整流部材９は、第２配管７と同軸で、第２配管７を塞ぐ円柱状の部材である。この整流部材９には第２配管７の軸方向に連通する１つあるいは複数の開口部９ａが設けられている。この開口部９ａの形状は、冷媒内の気泡を微小化するためのスリット状あるいは小孔状であって、例えば、図４（ａ）から（ｆ）に示すものが採用できる。開口部９ａをどのような形状とするかは、冷媒の２相流を生じやすい性質、流速、粘度、あるいは配管の口径等によって最適なものを選択する。また、円柱状をした整流部材９の長さ、あるいは整流部材９を円板状とした場合の円板の肉厚も、冷媒の性質や配管の口径によって適宜選択する。このような整流部材９は、切削加工あるいはプレス加工によって形成される。

第２配管７と整流部材９には、両者を固定する位置決め手段が設けられる。本実施形態において、位置決め手段は、整流部材９に対向する第２配管７の壁部を第２配管７の内径方向に変形させ、整流部材９を周囲から締め付けて第２配管７の壁部に固定する加締め部１０である。

［１－２．製造方法］
本実施形態において整流部材９を第２配管７内に固定するには、まず、第２配管７の細長い棒状の治具の先端に整流部材９を保持した状態で、大径部７ａの端部開口部から整流部材９を段差部７ｃに当接する位置にまで挿入し、整流部材９の位置決めを行う。次に、大径部７ａの外周から第２配管７の壁面を押圧して変形させることで、整流部材９を加締め部１０によって第２配管７のない壁面と段差部７ｃとの間で挟持する。その後、治具を第２配管７から引き抜くことで、第２配管７に対する整流部材９の固定が完了する。その後は、第２配管７を弁本体３の第２ポート５に対して溶接などの手段で固定する。

［１－３．効果］
本実施形態の電動弁は、以下の効果を奏することができる。
（１）段差部７ｃを設ける位置は、１本の第２配管７の一端側を広げて大径部７ａを作成することで任意に設定できる。そのため、小径部７ｂ側の端部から整流部材９までの寸法が長いものでも短いものでも簡単に製造することができ、弁本体３から整流部材９までの距離を自由に設定できる。その結果、整流部材９を気泡の微小化に最も適した位置に配置することが可能となる。

（２）繋ぎ目のない１本の第２配管７の途中に整流部材９が設けられているので、切断した配管の間に整流部材９を挟み込む構造に比較して、部品点数が少なくシール性に優れ、冷媒の漏洩のおそれがない。

（３）段差部７ｃと加締め部１０という第２配管７の変形だけで整流部材９を固定でき、ボルト締めや溶接などの固定手段に比較して、簡単な手段で整流部材９の固定が可能となる。

（４）細長い治具を利用して整流部材９を第２配管７の途中まで差し込めば、治具の先端の整流部材９は段差部７ｃによって正確に規制されるので、整流部材９の位置決め精度が高い。

［２．第２の実施形態］
図２に従って、第２の実施形態を説明する。第２の実施形態と第１の実施形態とは、整流部材９の位置決め手段が異なる。すなわち、第２の実施形態の整流部材９は、ステンレスなどの円板状の金属板から構成され、その周囲に第２配管７の軸方向に沿って大径部７ａ側に伸びる４本の弾性部材９ｂが設けられる。この弾性部材９ｂの第２配管７の外周方向に付勢され、その先端部には第２配管７の外周方向に突出した係合部９ｃが設けられる。第２配管７の内面には、係合部９ｃが嵌まり込む凹部状の被係合部７ｄが、第２配管７の内周全体にリング状に設けられる。

このような構成を有する第２の実施形態においても、治具を利用して整流部材９を大径部７ａ側から第２配管７内に挿入し、整流部材９と段差部７ｃを当接させて位置決めを行う。このとき、弾性部材９ｂはその弾性により外側に広がろうとするが、第２配管７の内壁面に抑えられ、内側に縮んだ状態で第２配管７の内面を摺動する。整流部材９と段差部７ｃが当接すると、弾性部材９ｂの弾力性により先端の係合部９ｃが大径部７ａの被係合部７ｄ内に入り込み、整流部材９が第２配管７に固定される。

第２の実施形態においても、第２配管７の途中の箇所に整流部材９を固定することが可能になるので、第１の実施形態と同様な効果が発揮される。しかも、整流部材９を差し込むだけで、その後の加締め作業も不要となるので、組立作業がより簡便になる。

［３．第３の実施形態］
図３に従って、第３の実施形態を説明する。第３の実施形態と前記各実施形態は、整流部材９の構成が異なる。第３の実施形態では、整流部材９が、第２配管７の内周に沿った枠部９ｄと、枠部９ｄに張られた網９ｅを備える。本実施形態において、枠部９ｄは、網９ｅの縁をほつれないように固定する内枠と、その外周に嵌め込み固定された筒状の外枠とからなり、筒状の外枠の外周にはリング状に凹部９ｆが設けられる。凹部９ｆの網９ｅ側の部分、すなわち小径部７ｂ側の部分は、小径部７ｂ側が細くなったテーパー面になっている。

網９ｅは、その外周が小径部７ｂよりも小さく、枠部９ｄに対して第２配管７内を流れる冷媒の下流方向、すなわち小径部７ｂ内コーン状に突出している。ただし、コーンの先端は第２配管７の小径部７ｂ側の端部から突出することなく、弁本体３の外壁面に突出することはない。網９ｅは、金網あるいはパンチングメタルなどの金属製品でも良いし、枠部９ｄと一体に成型されたプラスチック製品でも良い。

第２配管７における整流部材９に対向する部分には、内径側に突出した加締め部１０がリング状に設けられ、この加締め部１０の突出部分が枠部９ｄの凹部９ｆに係合している。

第３の実施形態においても、前記第１の実施形態と同様にして、大径部７ａ側から治具を利用して整流部材９を段差部７ｃに当接するまで挿入する。すると、整流部材９の小径部７ｂ側は段差部７ｃによって位置決めされると共に、枠部９ｄの凹部９ｆに加締め部１０の突出部分が係合し、整流部材９と第２配管７が固定される。この場合、凹部９ｆの小径部７ｂ側がテーパー面となっているので、加締め部１０の凸部は凹部９ｆ内に円滑に嵌まり込むが、いったん嵌まり込んだ後は整流部材９は大径部７ａ側に移動することはない。

第３の実施形態において、枠部９ｄに、第２の実施形態と同様な弾性部材９ｂ、係合部９ｃを設けて、第２配管７の内壁面に設けた被係合部７ｄに係合させて、第２配管７と整流部材９を固定しても良い。第１の実施形態と同様に、整流部材９を挿入した後、第２配管７を外周から変形させ加締め部１０によって枠部９ｄを固定することもできる。

このような構成を有する第３の実施形態では、前記各実施形態と同様な効果が発揮されることに加え、表面積が広く、多数の開口部９ａを有するコーン状の整流部材９を使用することが可能になるので、整流部材９と冷媒との接触面積を大きく採ることができ、冷媒内部の気泡を効果的に微小化できる。また、整流部材９のコーンが弁本体３側に大きく突出していても、整流部材９を固定する段差部７ｃの位置を弁本体３の壁面から離れた位置に設けることができる。

［４．他の実施形態］
以上のように本発明の実施形態を説明したが、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。そして、この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、第２配管７に限らず、第１配管６や、あるいは両方の配管に整流部材９を設けることも可能である。また、弁本体３に配管を固定する場合、大径部７ａ側を弁本体３に固定しても良い。必ずしも冷媒の上流側が大径部７ａとなる必要はなく、加締め部１０の固定強度や、係合部９ｃと被係合部７ｄとの係合強度が十分であれば、小径部７ｂ側から冷媒を流すこともできる。

１…円筒部材
２…弁軸
３…弁本体
３ａ…弁室
４…第１ポート
５…第２ポート
６…第１配管
７…第２配管
７ａ…大径部
７ｂ…小径部
７ｂａ…端部
７ｃ…段差部
７ｄ…被係合部
８…オリフィス
９…整流部材
９ａ…開口部
９ｂ…弾性部材
９ｃ…係合部
９ｄ…枠部
９ｅ…網
１０…加締め部

Claims (5)

1. 弁室を有する弁本体と、
   前記弁室の内部で上下動可能に設けられ、前記弁室の下方向に設けられた第１ポートに固定された弁座を通過する冷媒の流量を制御する弁軸と、
   前記第１ポートに固定され、前記弁室から流出する冷媒の経路である第１配管と、
   前記弁室の横方向に設けられた第２ポートに固定され、前記弁室に流入する冷媒の経路である第２配管と、
   前記第２配管に挿入され、冷媒内の気泡を微小化する整流部材と、を備え、
   前記第２配管は、大径部、前記大径部の前記弁室側に形成された小径部、及び前記大径部と前記小径部の境界部分に設けられた段差部を有し、
   前記整流部材は、前記段差部によって前記第２配管の軸方向の移動が規制された状態で、前記第２配管の前記大径部内に、位置決め手段によって固定され、
   前記位置決め手段が、前記整流部材に対向する前記第２配管の壁部を内径方向に変形させ、前記整流部材を前記第２配管の壁部に固定する加締め部であり、
   前記整流部材において前記小径部と向かい合う端面に、前記段差部と当接する当接面を設け、
   前記小径部は、前記第２ポートに固定され、
   前記小径部の内径寸法をφＡ、前記小径部の弁本体側の端部から前記段差部に位置決めされた前記整流部材までの距離をＬとして、φＡ≦Ｌ≦φＡ×１０とする電動弁。
2. 弁室を有する弁本体と、
   前記弁室の内部で上下動可能に設けられ、前記弁室の下方向に設けられた第１ポートに固定された弁座を通過する冷媒の流量を制御する弁軸と、
   前記第１ポートに固定され、前記弁室から流出する冷媒の経路である第１配管と、
   前記弁室の横方向に設けられた第２ポートに固定され、前記弁室に流入する冷媒の経路である第２配管と、
   前記第２配管に挿入され、冷媒内の気泡を微小化する整流部材と、を備え、
   前記第２配管は、大径部、前記大径部の前記弁室側に形成された小径部、及び前記大径部と前記小径部の境界部分に設けられた段差部を有し、
   前記整流部材は、前記段差部によって前記第２配管の軸方向の移動が規制された状態で、前記配管の前記大径部内に、位置決め手段によって固定され、
   前記整流部材が前記第２配管の外周方向に付勢される弾性部材を備え、
   前記位置決め手段は、前記弾性部材に設けられた係合部および前記配管の内面に形成された被係合部を有し、
   前記第２配管に設けられた前記被係合部に前記弾性部材に設けられた前記係合部が係合し、
   前記小径部は、前記第２ポートに固定され、
   前記小径部の内径寸法をφＡ、前記小径部の弁本体側の端部から前記段差部に位置決めされた前記整流部材までの距離をＬとして、φＡ≦Ｌ≦φＡ×１０とする電動弁。
3. 前記整流部材が、前記配管と同軸で前記配管を塞ぐ円板状または円柱状の部材であって、前記整流部材には前記配管の軸方向に連通する１つあるいは複数の開口部が設けられている請求項１又は請求項２に記載の電動弁。
4. 前記整流部材が、前記配管の内周に沿った枠部と、前記枠部に張られた網を備える請求項１又は請求項２に記載の電動弁。
5. 前記網の少なくとも一部が、前記配管の前記小径部内にコーン状に突出している請求項４に記載の電動弁。

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