JP7123020B2

JP7123020B2 - 電動弁及び冷凍サイクルシステム

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Publication number: JP7123020B2
Application number: JP2019160518A
Authority: JP
Inventors: 亮司小池; 大樹中川; 一也小林; 祐孝宮寺
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2039-09-03
Also published as: CN112443667A; JP2021038802A; CN115492942A; CN112443667B

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２００５－９８４７１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、弁ハウジングの側面側から弁室に連通する一次継手管（第１継手管）と、弁ハウジングの下部の端部から弁座部材の弁ポートを介して弁室に連通する二次継手管（第２継手管）とを有している。そして、冷凍サイクルシステムの例えば暖房運転時には一次継手管から弁室に冷媒が流入し、弁室からニードル弁と弁ポートとの間隙を介して二次継手管に冷媒が流出される。一方、冷房運転時には、二次継手管からニードル弁と弁ポートとの間隙を介して弁室に冷媒が流入し、弁室から一次継手管に冷媒が流出される。

特開２００５－９８４７１号公報

特許文献１の電動弁では、二次継手管からニードル弁と弁ポートとの間隙を介して弁室に冷媒が流入する、逆方向の冷媒通過音等に対しては考慮されておらず、騒音対策として改良の余地がある。例えば、二次継手管側から冷媒を流す逆方向の場合、その冷媒は内径の大きな二次継手管から弁座部材の内径の小さな弁ポートに流れ込んで、すぐに弁ポートとニードル弁との隙間から弁室に流出する。このため、二次継手管内から弁ポートとニードル弁との隙間までの間での流速が大きいため、騒音が発生し易くなる。

本発明は、冷媒を第２継手管から弁部材と弁ポートとの間隙を介して弁室に冷媒を流入させる際の冷媒通過音等の騒音を低減した電動弁を提供することを課題とする。

本発明の電動弁は、弁室を構成する弁本体の側部に第１継手管が連通されるとともに該弁本体に対して前記第１継手管と交差する方向に第２継手管が連通され、弁部材により開口面積が増減される弁ポートを介して前記第２継手管と前記弁室とが連通可能であって、前記弁室と前記第２継手管との間に前記弁ポートを有する弁座部材を備えた電動弁において、前記弁本体は少なくとも前記弁座部材の一部が嵌合される嵌合孔を有し、前記弁座部材は、前記嵌合孔の内径と略同径の外径を有し前記第２継手管の端部に接続される弁座部と、前記弁座部から前記第２継手管内に突出する長尺円筒状の整流管部とを、一体に有して構成され、前記嵌合孔の軸線方向において、前記整流管部の長さは、前記弁座部における前記嵌合孔の内周面との接触面の前記軸線方向の長さより大きく、前記接触面の前記軸線方向の長さは、前記軸線方向との直交方向における前記弁ポートの内周面から前記接触面までの距離より短く、前記第２継手管及び前記弁座部材は、前記弁本体に対してろう付けにより固着されていることを特徴とする。

この際、前記弁座部材の前記弁座部の外径は、前記第２継手管の前記端部と略同径であり、前記弁座部と前記第２継手管の前記端部とが、前記弁本体の前記嵌合孔内に嵌合されていることを特徴とする電動弁が好ましい。

また、前記弁座部材の前記弁座部の前記整流管部側の当接面と、前記第２継手管の前記弁座部側の前記端部の当接面とが、相互に当接して、前記弁座部と前記第２継手管とが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、前記第２継手管は、前記弁座部材の前記弁座部が接続される縮径部と、該縮径部より径の大きな拡径部とを有して構成され、前記整流管部の突出端部は、前記第２継手管内を前記拡径部に至るまで延びており、前記整流管部の突出端部の外周面と、前記拡径部の内周面と、の間には隙間が形成されていることを特徴とする電動弁が好ましい。
また、前記整流管部の外周面と、前記第２継手管の内周面と、の間には隙間が形成されていることが好ましい。

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、弁座部材の整流管部は第２継手管内に突出する長尺円筒状となっており、この整流管部は第２継手管の内径より径の小さな流路により弁ポートに連通している。したがって、第２継手管から、弁ポートと弁部材との隙間へ流れる冷媒の流れが整流されるので、この弁ポートと弁部材との隙間から弁室へ流入される冷媒の通過音が低減される。

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、弁ポートと弁部材との隙間から弁室へ流入される冷媒の通過音が低減される。

本発明の実施形態の電動弁の要部縦断面図である。実施形態の電動弁の要部拡大縦断面図である。実施形態の電動弁の全体縦断面図である。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大図、図３は実施形態の電動弁の全体縦断面図である。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。この電動弁１００は、「弁本体」としての弁ハウジング１と、弁座部材２と、支持部材３と、密閉ケース４と、弁ホルダ５と、「弁部材」としてのニードル弁６と、ステッピングモータ７と、を備えている。

弁ハウジング１は、例えば黄銅、ステンレス等で略円筒形状に形成されており、その内側に弁室１Ｒを構成している。弁ハウジング１の外周片側には弁室１Ｒに導通される第１継手管１１が接続されている。また、弁ハウジング１の下端には、弁室１Ｒから下方に延びる筒状部１ａが形成されており、この筒状部１ａの内側の円柱状の嵌合孔１ａ１内に、弁座部材２と第２継手管１２とが嵌合されている。弁座部材２は軸線Ｌを中心とする弁ポート２ａを有し、第２継手管１２の弁室１Ｒ側の端部から挿通することで第２継手管１２に対して一体に組付けられている。第２継手管１２は弁ハウジング１の筒状部１ａ内に嵌合される縮径部１２ａと、この縮径部１２ａより径の大きな拡径部１２ｂとを有している。そして、第２継手管１２は弁座部材２の弁ポート２ａを介して弁室１Ｒに導通される。なお、第１継手管１１、第２継手管１２及び弁座部材２は、弁ハウジング１に対してろう付け等により固着されている。

弁ハウジング１の上端の開口部には、支持部材３が取り付けられている。支持部材３は、中央のホルダ部３１と、このホルダ部３１の外周の厚手の基部３２と、固定金具３３とを有しており、固定金具３３はインサート成形によりホルダ部３１及び基部３２と共に一体に設けられている。そして、支持部材３は固定金具３３を介して弁ハウジング１の上端部に溶接により固定されている。ホルダ部３１の中心には、軸線Ｌと同軸の雌ねじ部３１ａとそのねじ孔が形成されるとともに円筒形状のガイド孔３１ｂが形成されている。

密閉ケース４は、上端部が塞がれた略円筒形状に形成されており、弁ハウジング１の上端に溶接によって気密に固定されている。密閉ケース４内の上部には、ガイド４１が設けられるとともに、ガイド４１の外周には回転ストッパ機構４２が設けられている。

弁ホルダ５は円筒状の部材であり、支持部材３のガイド孔３１ｂ内に嵌合されて軸線Ｌ方向に摺動可能に配設されている。そして、弁ホルダ５の下端部にニードル弁６が固着されている。弁ホルダ５内には、バネ受け５１が軸線Ｌ方向に移動可能に設けられ、バネ受け５１とニードル弁６との間に圧縮コイルバネ５２が所定の荷重を与えられた状態で取り付けられている。

ステッピングモータ７は、ロータ軸７１と、密閉ケース４の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ７２と、密閉ケース４の外周においてマグネットロータ７２に対して対向配置されたステータコイル７３と、その他、図示しないヨークや外装部材等により構成されている。なお、図３ではステータコイル７３の図示を省略してある。ロータ軸７１はマグネットロータ７２の中心に取り付けられ、このロータ軸７１は支持部材３側に延設されている。ロータ軸７１の支持部材３側の外周には雄ねじ部６１ａが形成されており、この雄ねじ部７１ａが支持部材３の雌ねじ部３１ａに螺合されている。そして、支持部材３のガイド孔３１ｂ内で、弁ホルダ５の上端部がロータ軸７１の下端部に係合され、弁ホルダ５及びニードル弁６はロータ軸７１によって回転可能に吊り下げた状態で支持されている。また、ロータ軸７１は上端部が密閉ケース４内のガイド４１内に回動自在に嵌め込まれている。

以上の構成により、ステッピングモータ７の駆動により、マグネットロータ７２及びロータ軸７１が回転し、ロータ軸７１の雄ねじ部７１ａと支持部材３の雌ねじ部３１ａとのねじ送り機構により、ロータ軸７１が軸線Ｌ方向に移動する。そして、ニードル弁６が軸線Ｌ方向に移動して弁座部材２に対して近接又は離間する。これにより、弁ポート２ａが開閉され、第１継手管１１から第２継手管１２へ、あるいは第２継手管１２から第１継手管１１へ流れる冷媒の流量が制御される。なお、マグネットロータ７２の上下の回転位置は回転ストッパ機構７２により規制される。

図２に示すように、弁座部材２は、金属の切削加工等により形成され、第２継手管１２の縮径部１２ａの外径と略同径の弁座部２１と、弁座部２１から第２継手管１２内に突出する長尺円筒状の整流管部２２とを、一体に有して構成されている。弁座部２１の外径と縮径部１２ａの外径は略同径であり、それぞれが、弁ハウジング１の筒状部１ａの嵌合孔１ａ１に嵌合されている。

また、整流管部２２は第２継手管１２の縮径部１２ａの内径に整合する外径を有している。また、弁座部２１の整流管部２２側の段差面２１１と、第２継手管１２の縮径部１２ａの端面１２ａ１とは、それぞれが軸線Ｌと直交する「当接面」となっており、この段差面２１１と端面１２ａ１とを当接させて、弁座部２１と縮径部１２ａとが接続されている。そして、弁座部材２の弁ポート２ａは、弁座部２１の弁室１Ｒ側の端部から整流管部２２の第２継手管１２内の端部まで軸線Ｌを中心として貫通して形成され、この弁ポート２ａは長尺の円柱形状となっている。なお、整流管部２２の長さ「Ｂ」と外径「Ａ」との関係は、Ａ＜Ｂの関係にある。さらに、２Ａ＜Ｂの関係にあるのがより好ましい。

以上のように、弁座部材２は、第２継手管１２の縮径部１２ａの端部に接続される弁座部２１と、この弁座部２１から第２継手管１２内に突出する長尺円筒状の整流管部２２とを、一体に有して構成されている。すなわち、整流管部２２は第２継手管１２より細い構造であり、その中央の弁ポート２ａの内径も第２継手管１２の内径より小さくなっている。したがって、第２継手管１２からこの整流管部２２に流入する冷媒は細長い弁ポート２ａを通過する間に整流され、この整流された冷媒が弁ポート２ａとニードル弁６との隙間から弁室１Ｒに流出するときの、冷媒通過音が低減される。

また、この実施形態では、弁座部材２の弁座部２１の外径は、第２継手管１２の縮径部１２ａ（端部）と略同径であり、弁座部２１と第２継手管１２の縮径部１２ａとが、弁ハウジング１（本体）の筒状部１ａの嵌合孔１ａ１内に嵌合されている。さらに、また、弁座部材２の弁座部２１と整流管部２２側の段差面２１１と、第２継手管１２の縮径部１２ａの端面１２ａ１とは、軸線Ｌと直交する当接面となっており、この当接面が相互に当接して弁座部２１と第２継手管１２とが接続されている。したがって、弁座部材２と第２継手管１２とが、軸線Ｌに対して正確に位置決めして保持できる。

また、実施形態では、第２継手管１２は、弁座部材２の弁座部２１が接続される縮径部１２ａとこの縮径部１２ａより径の大きな拡径部１２ｂとを有して構成されている。したがって、この拡径部１２ｂにより、弁座部材２の整流管部２２と第２継手管１２との間に空間が形成され、第２継手管１２内で整流管部２２を流入する冷媒の流速が低減され、整流管部２２での整流効果が高まり、さらに冷媒通過音が低減される。

また、図３に示すように、第２継手管１２の拡径部１２ｂは、弁座部材２の整流管部２２の先端より先の部分から第１継手管１１と平行となる方向（軸線Ｌと直角となる方向）に曲げられている。このように、第２継手管１２は、整流管部２２に対して横に曲げられていることにより、この整流管部２２に達する冷媒の流速が低減し、騒音が低減される。さらに、拡径部１２ｂの縮径部１２ａ側の端部から曲げ部までのストレート部１２ｂ１の長さ「Ｃ」は、拡径部１２ｂの外径「Ｄ」よりも短く、すなわちＣ＜Ｄとなっている。これにより、第２継手管１２から弁ポート２ａと弁部材６との隙間に冷媒が流れる方向の流し方向の際に、整流管部２２に達する直前での冷媒の流速が増大することを抑制でき、より騒音が低減される。また、整流管部２２の第２継手管１２内の端部から、ストレート部１２ｂ１における、第２継手管１２の曲げ部側の端部までの長さ「Ｅ」も、拡径部１２ｂの外径「Ｄ」よりも短くなっており、整流管部２２に達する直前で冷媒の流速が増大することをよりいっそう抑制することができる。

図４は実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。図において、符号１００は膨張弁を構成する本発明の実施形態の電動弁、２００は室外ユニットに搭載された室外熱交換器、３００は室内ユニットに搭載された室内熱交換器、４００は四方弁を構成する流路切換弁、５００は圧縮機である。電動弁１００、室外熱交換器２００、室内熱交換器３００、流路切換弁４００、及び圧縮機５００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を構成している。なお、アキュムレータ、圧力センサ、温度センサ等は図示を省略してある。

冷凍サイクルの流路は、流路切換弁４００により冷房運転時の流路と暖房運転時の流路の２通りに切換えられる。冷房運転時には、図に実線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室外熱交換器２００に流入され、この室外熱交換器２００は凝縮器として機能し、室外熱交換器２００から流出された液冷媒は電動弁１００を介して室内熱交換器３００に流入され、この室内熱交換器３００は蒸発器として機能する。

一方、暖房運転時には、図に破線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室内熱交換器３００、電動弁１００、室外熱交換器２００、流路切換弁４００、そして、圧縮機５００の順に循環され、室内熱交換器３００が凝縮器として機能し、室外熱交換器２００が蒸発器として機能する。電動弁１００は、冷房運転時に室外熱交換器２００から流入する液冷媒、または暖房運転時に室内熱交換器３００から流入する液冷媒を、それぞれ減圧膨張し、さらにその冷媒の流量を制御する。

なお、図４の実施の形態においては、電動弁１００の第１継手管１１が室外熱交換器２００に接続され、第２継手管１２が室内熱交換器３００に接続される場合を説明したが、これに限らず、電動弁１００の第１継手管１１を室内熱交換器３００に接続し、第２継手管１２を室外熱交換器２００に接続してもよい。

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）
１Ｒ弁室
１ａ筒状部
１ａ１嵌合孔
１１第１継手管
１２第２継手管
１２ａ縮径部
１２ｂ拡径部
２弁座部材
２ａ弁ポート
２１弁座部
２２整流管部
３支持部材
４密閉ケース
５弁ホルダ
６ニードル弁（弁部材）
７ステッピングモータ
１００電動弁
２００室外熱交換器
３００室内熱交換器
４００流路切換弁
５００圧縮機

Claims

弁室を構成する弁本体の側部に第１継手管が連通されるとともに該弁本体に対して前記第１継手管と交差する方向に第２継手管が連通され、弁部材により開口面積が増減される弁ポートを介して前記第２継手管と前記弁室とが連通可能であって、前記弁室と前記第２継手管との間に前記弁ポートを有する弁座部材を備えた電動弁において、
前記弁本体は少なくとも前記弁座部材の一部が嵌合される嵌合孔を有し、
前記弁座部材は、前記嵌合孔の内径と略同径の外径を有し前記第２継手管の端部に接続される弁座部と、前記弁座部から前記第２継手管内に突出する長尺円筒状の整流管部とを、一体に有して構成され、
前記嵌合孔の軸線方向において、前記整流管部の長さは、前記弁座部における前記嵌合孔の内周面との接触面の前記軸線方向の長さより大きく、
前記接触面の前記軸線方向の長さは、前記軸線方向との直交方向における前記弁ポートの内周面から前記接触面までの距離より短く、
前記第２継手管及び前記弁座部材は、前記弁本体に対してろう付けにより固着されていることを特徴とする電動弁。
前記弁座部材の前記弁座部の外径は、前記第２継手管の前記端部と略同径であり、前記弁座部と前記第２継手管の前記端部とが、前記弁本体の前記嵌合孔内に嵌合されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
前記弁座部材の前記弁座部の前記整流管部側の当接面と、前記第２継手管の前記弁座部側の前記端部の当接面とが、相互に当接して、前記弁座部と前記第２継手管とが接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
前記第２継手管は、前記弁座部材の前記弁座部が接続される縮径部と、該縮径部より径の大きな拡径部とを有して構成され、
前記整流管部の突出端部は、前記第２継手管内を前記拡径部に至るまで延びており、
前記整流管部の突出端部の外周面と、前記拡径部の内周面と、の間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の電動弁。
前記整流管部の外周面と、前記第２継手管の内周面と、の間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の電動弁。
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１～５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。