JP7134146B2 - 膨張弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、高圧状態の冷媒を低圧状態へと膨張させて弁ポートを通過させる膨張弁、及び、そのような膨張弁を備えた冷凍サイクルシステムに関するものである。

従来、被冷却物の温度変化を受けた操作室の内圧変化に応じてダイアフラムを変位させ、このダイアフラムの変位を受けて弁ポートの開度を変更することで冷媒の流量を変化させる温度式の膨張弁が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このとき、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の電子部品を被冷却物とするとき、過大発熱や過冷却を抑えるために、被冷却物の発熱量に依らず被冷却物の温度を例えば２０℃～４０℃の範囲に制御することが求められる場合がある。

特開２００３－３０２１２５号公報

ここで、上記の膨張弁では、例えば最大負荷１０００Ｗの被冷却物が１００Ｗ程度の小さな発熱量で発熱している際に、被冷却物の温度を精密に制御するために、弁ポートを微小開度で開いて少量の冷媒を流して精密に流量を制御することがある。

しかしながら、上記のような微小開度域では、弁ポートの弁開に伴う高圧側での圧力低下やニードル弁が冷媒から圧力を受ける受圧面積の、弁開に伴う変化が大きくなりがちである。このため、微小開度域では、弁ポートに対してニードル弁が頻繁に接近又は離間を繰り返すハンチングが発生し易く、被冷却物の温度を精密に制御することが困難となる場合がある。

従って、本発明は、上記のような問題に着目し、微小開度域でのハンチングの発生を抑えることができる膨張弁及び冷凍サイクルシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の膨張弁は、被冷却物を冷却する冷媒が高圧状態で流入する一次ポートと、前記一次ポートに流入した前記冷媒を低圧状態へと膨張させて通過させる弁ポートが設けられた弁本体と、前記弁ポートを通過した前記冷媒を流出させる二次ポートと、前記弁ポートの軸方向に沿って先細りとなった形状を有し、前記弁ポートに先端側を向けて前記軸方向に移動自在となるように前記弁本体に設けられ、前記軸方向について前記弁ポートに接近又は離間して当該弁ポートの開度を変更することで、前記弁ポートを通過する前記冷媒の流量を増減させるニードル弁と、内圧を変更可能な操作室、及び、当該操作室の内圧変化に応じて前記軸方向に変位することで前記ニードル弁を前記弁ポートに対して接近又は離間させるダイアフラムを有する駆動エレメントと、前記被冷却物の温度変化に応じて前記駆動エレメントにおける前記操作室の内圧を変化させる感温部と、を備え、前記ニードル弁が前記弁ポートに最接近した弁閉状態でも前記二次ポートへと所定のブリード流量で前記冷媒が通過し、前記ニードル弁における前記先端側の外周面が、当該外周面に対する接平面の前記ニードル弁の中心軸に対する鋭角側の傾き角が当該ニードル弁の先端に向かうにつれて大きくなる形状を有しており、前記弁閉状態においても、前記弁ポートと前記ニードル弁との間に前記ブリード流量に応じた間隙が開き、前記弁ポートが、前記弁本体において前記一次ポート側と前記二次ポート側とを仕切る弁座壁を貫通した貫通孔と、前記貫通孔の内周面及び前記ニードル弁の外周面のうち少なくとも一方の一部が前記弁ポートに対する平面視で前記ブリード流量に応じた溝面積が得られるように凹んで前記一次ポート側から前記二次ポート側へと延在したブリード溝と、を含んで構成され、前記弁閉状態では、前記ニードル弁は、その周面が前記弁ポートにおける前記貫通孔の縁に当接した着座状態となり、前記着座状態において、前記弁ポートと前記ニードル弁との間には、前記ブリード溝が前記間隙として開くことを特徴とする。

本発明の膨張弁によれば、まず、弁閉状態でもブリード流量で冷媒が流れることから、この弁閉状態からの弁開時点における圧力低下や、ニードル弁において冷媒から圧力を受ける受圧面積の弁開に伴う急激な変化が抑えられる。また、ニードル弁における先端側の外周面が、接平面の中心軸に対する鋭角側の傾き角が先端に向かうにつれて大きくなる形状を有している。ニードル弁におけるこの形状により、弁開後に弁ポートからニードル弁が離隔するときには、先端側の外周面と弁ポートとの間隙に相当する弁ポートの開度の変化量が、弁開後しばらくは小さく抑えられ、離隔量が大きくなるに連れて漸増する。弁開後しばらくは開度の変化量が抑えられることから、弁開後の微小開度域についても圧力低下や受圧面積の急激な変化が抑えられることとなる。従って、本発明の膨張弁によれば、弁開時を含む弁ポートの微小開度域でのハンチングの発生を抑えることができる。

ここで、本発明の膨張弁では、前記弁閉状態においても、前記弁ポートと前記ニードル弁との間に前記ブリード流量に応じた間隙が開く。

この構成によれば、弁閉状態における弁ポートとニードル弁との間の間隙によりブリード流量を効果的に確保することができる。

また、本発明の膨張弁では、前記弁ポートが、前記弁本体において前記一次ポート側と前記二次ポート側とを仕切る弁座壁を貫通した貫通孔と、前記貫通孔の内周面及び前記ニードル弁の外周面のうち少なくとも一方の一部が前記弁ポートに対する平面視で前記ブリード流量に応じた溝面積が得られるように凹んで前記一次ポート側から前記二次ポート側へと延在したブリード溝と、を含んで構成され、前記弁閉状態では、前記ニードル弁は、その周面が前記弁ポートにおける前記貫通孔の縁に当接した着座状態となり、前記着座状態において、前記弁ポートと前記ニードル弁との間には、前記ブリード溝が前記間隙として開く。

この構成によれば、ニードル弁を着座状態とすることにより安定的に弁閉することができるとともに、ブリード溝によって弁閉状態のブリード流量を効果的に確保することができる。また、ブリード溝を設けることで、冷媒に混入した異物が弁開時に一次ポート側から弁ポートへと流れて来たとしてもブリード溝を介して異物が二次ポート側に排出されるので、微小開度域の弁ポートにおける異物の詰まりを抑えることもできる。

また、この構成において、前記ブリード溝が、各々の溝面積の総和が前記ブリード流量に応じた面積となる複数列の溝部分を有していることとしてもよい。

この構成によれば、複数列の溝部分を冷媒が流れることとなるので、１列の溝で十分な溝面積のブリード溝の形成が困難な場合であっても、十分なブリード流量を確保することができる。

また、本発明の膨張弁は、被冷却物を冷却する冷媒が高圧状態で流入する一次ポートと、前記一次ポートに流入した前記冷媒を低圧状態へと膨張させて通過させる弁ポートが設けられた弁本体と、前記弁ポートを通過した前記冷媒を流出させる二次ポートと、前記弁ポートの軸方向に沿って先細りとなった形状を有し、前記弁ポートに先端側を向けて前記軸方向に移動自在となるように前記弁本体に設けられ、前記軸方向について前記弁ポートに接近又は離間して当該弁ポートの開度を変更することで、前記弁ポートを通過する前記冷媒の流量を増減させるニードル弁と、内圧を変更可能な操作室、及び、当該操作室の内圧変化に応じて前記軸方向に変位することで前記ニードル弁を前記弁ポートに対して接近又は離間させるダイアフラムを有する駆動エレメントと、前記被冷却物の温度変化に応じて前記駆動エレメントにおける前記操作室の内圧を変化させる感温部と、を備え、前記ニードル弁が前記弁ポートに最接近した弁閉状態でも前記二次ポートへと所定のブリード流量で前記冷媒が通過し、前記ニードル弁における前記先端側の外周面が、当該外周面に対する接平面の前記ニードル弁の中心軸に対する鋭角側の傾き角が当該ニードル弁の先端に向かうにつれて大きくなる形状を有しており、前記弁ポートとして、前記弁本体において前記一次ポート側と前記二次ポート側とを仕切る弁座壁を貫通した貫通孔が設けられるとともに、当該弁ポートに対する平面視で前記ブリード流量に応じたポート面積が得られるように前記弁座壁を貫通したブリードポートが設けられ、前記ニードル弁が、前記弁ポートよりも細い先細り形状を有し、前記弁閉状態では少なくとも根本側の一部が前記弁ポートの中に収まる先端ニードル部と、当該先端ニードル部の根本から前記弁ポートの内径よりも大径となるように末広がり状に張り出して前記弁閉状態ではその周面が前記弁ポートの縁に当接した着座状態となる着座部と、を有し、前記平面視で、前記弁ポートの内周面と前記先端ニードル部の前記根本との間に前記弁閉状態において環状に開く隙間面積が、前記ポート面積よりも狭いことを特徴とする。

この構成によれば、ニードル弁を着座状態とすることにより安定的に弁閉することができるとともに、ブリードポートによって弁閉状態のブリード流量を効果的に確保することができる。また、この構成では、弁ポートの弁開の直後には、冷媒は、弁ポートの内周面とニードル弁における先端ニードル部の根本との間の、上記の環状に開く隙間面積に応じた量だけ弁ポートを通過する。このとき、この隙間面積がブリードポートのポート面積よりも狭いので、弁開直後の冷媒の流量変化が効果的に抑えられる。つまり、この構成によれば、弁開時を含む弁ポートの微小開度域のハンチングの発生を一層効果的に抑えることができる。

また、本発明の膨張弁は、被冷却物を冷却する冷媒が高圧状態で流入する一次ポートと、前記一次ポートに流入した前記冷媒を低圧状態へと膨張させて通過させる弁ポートが設けられた弁本体と、前記弁ポートを通過した前記冷媒を流出させる二次ポートと、前記弁ポートの軸方向に沿って先細りとなった形状を有し、前記弁ポートに先端側を向けて前記軸方向に移動自在となるように前記弁本体に設けられ、前記軸方向について前記弁ポートに接近又は離間して当該弁ポートの開度を変更することで、前記弁ポートを通過する前記冷媒の流量を増減させるニードル弁と、内圧を変更可能な操作室、及び、当該操作室の内圧変化に応じて前記軸方向に変位することで前記ニードル弁を前記弁ポートに対して接近又は離間させるダイアフラムを有する駆動エレメントと、前記被冷却物の温度変化に応じて前記駆動エレメントにおける前記操作室の内圧を変化させる感温部と、を備え、前記ニードル弁が前記弁ポートに最接近した弁閉状態でも前記二次ポートへと所定のブリード流量で前記冷媒が通過し、前記ニードル弁における前記先端側の外周面が、当該外周面に対する接平面の前記ニードル弁の中心軸に対する鋭角側の傾き角が当該ニードル弁の先端に向かうにつれて大きくなる形状を有しており、前記弁ポートが、前記弁本体において前記一次ポート側と前記二次ポート側とを仕切る弁座壁を貫通した貫通孔と、前記貫通孔の内周面及び前記ニードル弁の外周面のうち少なくとも一方の一部が前記弁ポートに対する平面視で前記ブリード流量に応じた溝面積が得られるように凹んで前記一次ポート側から前記二次ポート側へと延在したブリード溝と、を含んで構成され、前記ニードル弁が、前記貫通孔よりも細い先細り形状を有し、前記弁閉状態では少なくとも根本側の一部が前記貫通孔の中に収まる先端ニードル部と、当該先端ニードル部の根本から前記貫通孔の内径よりも大径となるように末広がり状に張り出して前記弁閉状態ではその周面が前記貫通孔の縁に当接した着座状態となる着座部と、を有し、前記平面視で、前記ブリード溝が設けられていないと仮定したときの前記貫通孔の内周面と前記先端ニードル部の前記根本との間に前記弁閉状態において環状に開く隙間面積が、前記溝面積よりも狭いことを特徴とする。

この構成によれば、ニードル弁を着座状態とすることにより安定的に弁閉することができるとともに、ブリード溝によって弁閉状態のブリード流量を効果的に確保することができる。また、この構成でも、弁ポートの弁開の直後には、冷媒は、弁ポートにおける貫通孔の内周面とニードル弁における先端ニードル部の根本との間の、上記の環状に開く隙間面積に応じた量だけ弁ポートを通過する。このとき、この隙間面積がブリード溝の溝面積よりも狭いので、弁開直後の冷媒の流量変化が効果的に抑えられる。つまり、弁ポートにブリード溝を設けたこの構成によっても、弁本体にブリードポートを設けた上述の構成と同様に、弁開時を含む弁ポートの微小開度域のハンチングの発生を一層効果的に抑えることができる。

また、この構成において、前記ブリード溝が、各々の溝面積の総和が前記ブリード流量に応じた面積となる複数列の溝部分を有していることとしてもよい。

この構成によれば、複数列の溝部分を冷媒が流れることとなるので、１列の溝で十分な溝面積のブリード溝の形成が困難な場合であっても、十分なブリード流量を確保することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の冷凍サイクルシステムは、被冷却物を冷却する冷媒を圧縮する圧縮器と、圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された前記冷媒を膨張させて減圧する上述した本発明の膨張弁と、減圧された前記冷媒に前記被冷却物が発する熱を吸収させて当該冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備えたことを特徴とする。

本発明の冷凍サイクルシステムによれば、上述した本発明の膨張弁が採用されているので、この膨張弁における微小開度域でのハンチングの発生を抑えることができる。

本発明の膨張弁及び冷凍サイクルシステムによれば、微小開度域でのハンチングの発生を抑えることができる。

本発明の第１実施形態にかかる冷凍サイクルシステムを示す模式図である。 図１に示されている膨張弁を示す図である。 図２に示されているニードル弁における、微小弁開時のハンチングの発生を抑えるための構成を示す模式図である。 弁閉状態から弁開状態へとニードル弁が弁ポートから離隔するときの弁ポートの弁開口面積の変化を示す模式図である。 弁閉状態から弁開状態へとニードル弁が弁ポートから離隔するときの弁ポートの弁開口面積の変化を、被冷却物からの吸熱量に相当する蒸発器での蒸発負荷に対する弁開口面積の変化を描いたグラフである。 第２実施形態におけるニードル及び弁座壁を示す模式図である。 弁閉状態から弁開状態へとニードル弁が弁ポートから離隔するときのニードルと弁ポートとの位置関係の変化を示す模式図である。 ニードルと弁ポートとの位置関係が図７に示されているように変化するときの、ブリードポートのポート面積と弁ポートの弁開口面積との総和の変化を描いたグラフである。 第３実施形態におけるニードル及び弁座壁を示す模式図である。 第４実施形態におけるニードルを示す模式図である。 第５実施形態におけるニードルを示す模式図である。 第６実施形態におけるニードルを示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる膨張弁及び冷凍サイクルシステムについて説明する。まず、第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる冷凍サイクルシステムを示す模式図である。

図１に示されている冷凍サイクルシステム１は、例えばＣＰＵ等といった被冷却物Ｔｇが発する熱を冷媒に吸収させることで被冷却物Ｔｇを冷却するシステムである。この冷凍サイクルシステム１は、冷媒の圧縮器１１と、凝縮器１２と、膨張弁１３と、蒸発器１４と、を備えている。

圧縮器１１は、被冷却物Ｔｇの熱を吸収した冷媒を圧縮する。凝縮器１２は、その圧縮された冷媒を凝縮して膨張弁１３へと流す。

膨張弁１３は、凝縮された冷媒を膨張させて減圧し、被冷却物Ｔｇの側へと流すものである。この膨張弁１３は、冷媒が通過する弁組体１３ａと、被冷却物Ｔｇの熱を吸収した直後の冷媒の温度を感知する感温部１３ｂと、を備えている。図１では、膨張弁１３における弁組体１３ａが、その内部構造が視認可能に断面図で示されている。膨張弁１３は、感温部１３ｂで感知した冷媒の温度変化、即ち被冷却物Ｔｇの温度変化に応じて、弁組体１３ａを通過する冷媒の流量を増減させる温度式膨張弁となっている。この膨張弁１３については後で詳細に説明する。

蒸発器１４は、被冷却物Ｔｇの近傍に配置され、膨張弁１３によって減圧された冷媒に被冷却物Ｔｇが発する熱を吸収させてその冷媒を蒸発させる。膨張弁１３における感温部１３ｂは、蒸発器１４における冷媒の出口近傍に配置される。

この冷凍サイクルシステム１では、冷媒は、圧縮器１１、凝縮器１２、膨張弁１３、及び蒸発器１４、の順で循環され、蒸発器１４において被冷却物Ｔｇの熱を吸収して冷却する。

図２は、図１に示されている膨張弁を示す図である。この図２には、図１と同様に断面図で示されている弁組体１３ａが、感温部１３ｂとともに拡大されて示されている。

膨張弁１３は、上述したように弁組体１３ａと感温部１３ｂとを備えており、弁組体１３ａは、一次ポート１１０、弁本体１２０と、二次ポート１３０と、ニードル弁１４０と、駆動エレメント１５０と、を備えている。

一次ポート１１０は、凝縮器１２で凝縮された冷媒が高圧状態で流入する円筒状の部位であり、一端側が冷媒の流入口で他端側が弁本体１２０に連結されている。一次ポート１１０は、その中心軸が、弁組体１３ａの中心軸１３ａ－１と一致するように弁本体１２０に連結されている。一次ポート１１０の他端側には、ニードル弁１４０を後述の弁ポート１２１へと付勢する第１コイルバネ１１１が収められている。また、一次ポート１１０の中途には、第１コイルバネ１１１による付勢力を調整する調整部１１２が配置されている。この調整部１１２は、一次ポート１１０の軸方向について、所望の付勢力が得られるように第１コイルバネ１１１を圧縮する位置に配置され、この調整位置で一次ポート１１０の内部に加締め固定されている。調整部１１２には、一次ポート１１０の一端側から流入した冷媒を他端側に流すための流路１１２ａが形成されている。

弁本体１２０は、一次ポートに流入した高圧状態の冷媒を低圧状態へと膨張させて通過させる円筒状の弁ポート１２１が設けられた弁座壁１２２を有している。この弁本体１２０には、弁組体１３ａの中心軸１３ａ－１と同軸に形成された円筒状の高圧空間１２３と、この中心軸１３ａ－１に直交して形成された低圧空間１２４と、が設けられており、両者が弁座壁１２２で仕切られている。そして、弁ポート１２１は、弁組体１３ａの中心軸１３ａ－１の軸方向Ｄ１１に、この中心軸１３ａ－１と同軸の円筒状に弁座壁１２２を貫通して形成されている。高圧空間１２３には、その入口側に一次ポート１１０の一端側が連結されており、この一次ポート１１０の一端側に一部が進入するようにニードル弁１４０が高圧空間１２３に収められている。また、低圧空間１２４には、その出口側に二次ポート１３０の一端側が連結されている。更に、上記の軸方向Ｄ１１について、弁本体１２０における一次ポート１１０とは反対側の端部には高圧空間１２３に収められたニードル弁１４０を軸方向Ｄ１１に移動させて弁ポート１２１に対して接近又は離間させる駆動エレメント１５０が連結されている。この駆動エレメント１５０によってニードル弁１４０が弁ポート１２１から離隔されることで弁ポート１２１が開かれると、高圧空間１２３の冷媒が、低圧状態へと膨張しつつ弁ポート１２１を通過して低圧空間１２４へと流入する。

二次ポート１３０は弁ポート１２１を通過して低圧空間１２４に流入した冷媒を図１に示されている蒸発器１４へと流出させる円筒状の部位であり、一端側が弁本体１２０の低圧空間１２４に連結されている。本実施形態では、二次ポート１３０は、一次ポート１１０の延在方向と直交する方向に延在するように弁本体１２０に連結されている。

ニードル弁１４０は、弁ポート１２１の軸方向Ｄ１１について弁ポート１２１に接近又は離間してその開度を変更することで、弁ポート１２１を通過する冷媒の流量を増減させる部位であり、有底円筒部１４１とニードル１４２とを有している。有底円筒部１４１は、その開口側の縁が一次ポート１１０に進入して第１コイルバネ１１１による付勢力を受けるように、底壁１４１ａを弁ポート１２１に向けて軸方向Ｄ１１に移動自在となるように高圧空間１２３に収められている。この底壁１４１ａに、弁ポート１２１に向けて突出するようにニードル１４２が立設されるとともに、一次ポート１１０からの冷媒を高圧空間１２３に流すための流路１４１ｂが底壁１４１ａを貫通して形成されている。ニードル１４２は、弁ポート１２１の軸方向Ｄ１１に沿って先細りとなった形状を有している。ニードル弁１４０は、このニードル１４２の先端側を弁ポート１２１に向けて軸方向Ｄ１１に移動自在となるように高圧空間１２３に収められて弁本体１２０に設けられている。

駆動エレメント１５０は、上蓋１５１、下蓋１５２、ダイアフラム１５３、当金１５４、連結棒１５５、及び第２コイルバネ１５６、を備えている。上蓋１５１、下蓋１５２、及びダイアフラム１５３は、軸方向Ｄ１１からの平面視で略同径の円形を有し、ダイアフラム１５３の外縁部が上蓋１５１と下蓋１５２とで挟み込まれて溶接されている。このとき、上蓋１５１の中央部がダイアフラム１５３から離れる方向に膨出形成されており、この中央部とダイアフラム１５３とで区画される空間が、内圧を変更可能な操作室１５７となっている。この操作室１５７は、キャピラリチューブ１３ｃを介して感温部１３ｂと連結されており、操作室１５７及び感温部１３ｂの内部には封入ガスが封入されている。尚、封入ガスは、蒸発器１４で蒸発したときの冷媒と同一のガスであってもよいし、この冷媒と同一または類似した温度圧力特性を有する別のガスであってもよいし、不活性ガスが混合されていてもよい。感温部１３ｂ内の封入ガスは、蒸発器１４の出口側温度に応じて温度変化し、感温部１３ｂの内圧が変化する。これに伴い、キャピラリチューブ１３ｃを介して操作室１５７の内圧も変化し、この内圧変化に応じてダイアフラム１５３が軸方向Ｄ１１に変位する。

下蓋１５２は、中央部が上蓋１５１とは逆方向に膨出形成されている。そして、この中央部に形成された貫通孔１５２ａに、弁本体１２０における一次ポート１１０とは反対側の端部が浸入した状態で、下蓋１５２が弁本体１２０に連結されている。当金１５４は、ダイアフラム１５３における下蓋１５２の側の面に設けられるとともに、連結棒１５５の弁ポート１２１とは反対側の端部が加締め等によって固定されている。このような構成により、ダイアフラム１５３の軸方向Ｄ１１の変位が当金１５４を介して連結棒１５５に伝達されるようになっている。

連結棒１５５は、上記のように伝達されたダイアフラム１５３の変位をニードル弁１４０のニードル１４２に伝え、このニードル１４２を軸方向Ｄ１１に移動させる部位であり、丸棒部１５５ａ、テーパ部１５５ｂ、及び先端当接部１５５ｃ、を備えている。丸棒部１５５ａは、一端が当金１５４に固定された円柱状の部位である。テーパ部１５５ｂは、丸棒部１５５ａにおける当金１５４とは反対側の端部に設けられ、弁ポート１２１よりも若干小径となるまで先細りとなった部位である。先端当接部１５５ｃは、テーパ部１５５ｂの先端から弁ポート１２１よりも若干小径の円柱状に突出し、その先端が弁ポート１２１に進入してニードル弁１４０のニードル１４２に当接した部位である。

弁本体１２０における一次ポート１１０とは反対側の端部には、連結棒１５５の丸棒部１５５ａを貫通孔１２５ａに通すことで連結棒１５５を軸方向Ｄ１１に案内しつつ保持する案内部１２５が設けられている。また、この案内部１２５を、中心軸１３ａ－１の回りに囲むように第２コイルバネ１５６の収容部１２６が形成されている。そして、この第２コイルバネ１５６が、当金１５４を介してダイアフラム１５３を上蓋１５１の側に向かって軸方向Ｄ１１に付勢している。

被冷却物Ｔｇの温度が上昇して感温部１３ｂの封入ガスの温度が上昇すると、キャピラリチューブ１３ｃを介して感温部１３ｂと連結された駆動エレメント１５０の操作室１５７の封入ガスの温度が上昇してその内圧が高まる。操作室１５７の内圧によってダイアフラム１５３に加わる付勢力が、一次ポート１１０の第１コイルバネ１１１の付勢力、収容部１２６の第２コイルバネ１５６の付勢力、及び収容部１２６の内圧によってダイアフラム１５３に加わる付勢力との総和を越えて高まると、ダイアフラム１５３が上蓋１５１から離れる方向に変位する。すると、連結棒１５５がダイアフラム１５３の変位を受けて弁ポート１２１の側に移動し、ニードル弁１４０のニードル１４２を第１コイルバネ１１１の付勢力に抗して押下げることで弁ポート１２１を開かせる。これにより、被冷却物Ｔｇを冷却するための冷媒の流量が増加し、被冷却物Ｔｇに対する冷却作用が高められる。なお、収容部１２６は、低圧空間１２４（および二次ポート１３０）と連通していることから、収容部１２６の内圧は低圧空間１２４（および二次ポート１３０）と同じ圧力である。

他方、被冷却物Ｔｇの温度が低下して感温部１３ｂの封入ガスの温度が低下すると、操作室１５７の封入ガスの温度も低下してその内圧が低下する。操作室１５７の内圧によってダイアフラム１５３を付勢する付勢力が、上記の付勢力の総和を下回るまで低下すると、ダイアフラム１５３が上蓋１５１の側へと変位する。すると、連結棒１５５がダイアフラム１５３の変位を受けて弁ポート１２１から離れる方向に移動し、ニードル弁１４０のニードル１４２が第１コイルバネ１１１の付勢力で押し上げられることで弁ポート１２１が閉じられる。これにより、被冷却物Ｔｇを冷却するための冷媒の流量が減少し、被冷却物Ｔｇに対する冷却作用が抑えられる。

ここで、本実施形態では、微小弁開時のハンチングの発生を抑えるために、ニードル弁１４０が次のように構成されている。

図３は、図２に示されているニードル弁における、微小弁開時のハンチングの発生を抑えるための構成を示す模式図である。この図３には、ニードル弁１４０のニードル１４２が、弁本体１２０における弁座壁１２２の弁ポート１２１とともに拡大図で示されている。

本実施形態では、まず、ニードル弁１４０が弁ポート１２１に最接近した弁閉状態でも二次ポート１３０（即ち、低圧空間１２４）へと所定のブリード流量で冷媒が通過するようにニードル弁１４０が構成されている。即ち、弁閉状態のニードル１４２の外周面１４２ａと、弁ポート１２１の内周面１２１ａとの間に微小間隙Ｇａ１１が開くように、不図示のストッパによって高圧空間１２３の内部でのニードル弁１４０の軸方向Ｄ１１の移動が規制されている。

そして、ニードル弁１４０のニードル１４２の外周面１４２ａが、当該外周面１４２ａに対する接平面１４２ａ－１の中心軸１３ａ－１に対する鋭角側の傾き角θ１１が、ニードル１４２の先端に向かうにつれて大きくなる釣鐘型の形状を有している。弁閉状態の微小間隙Ｇａ１１と、ニードル１４２における上記の釣鐘型の形状により、弁閉状態から弁開状態へとニードル弁１４０が弁ポート１２１から弁開方向Ｄ１１１に離隔するに連れて、冷媒の流量を決める弁ポート１２１の弁開口面積は次のように変化する。

図４は、弁閉状態から弁開状態へとニードル弁が弁ポートから離隔するときの弁ポートの弁開口面積の変化を示す模式図である。また、図５は、弁閉状態から弁開状態へとニードル弁が弁ポートから離隔するときの弁ポートの弁開口面積の変化を、被冷却物からの吸熱量に相当する蒸発器での蒸発負荷に対する弁開口面積の変化を描いたグラフである。

蒸発器１４での蒸発負荷が小さく、操作室１５７の内圧によってダイアフラム１５３に加わる付勢力が第１コイルバネ１１１及び第２コイルバネ１５６の付勢力と収容部１２６の内圧によってダイアフラム１５３に加わる付勢力の総和を下回っている間は、ニードル弁１４０が弁ポート１２１に最接近した弁閉状態となっている。この状態は、ニードル１４２と弁ポート１２１との間の微小間隙Ｇａ１１を通って、冷媒がこの微小間隙Ｇａ１１での弁開口面積に応じたブリード流量で流れるブリード域Ｔ１１となっている。

蒸発負荷が増加して操作室１５７の内圧によってダイアフラム１５３に加わる付勢力が第１コイルバネ１１１等による付勢力の総和を超えると、ダイアフラム１５３の変位を受けて連結棒１５５の先端当接部１５５ｃがニードル１４２を弁開方向Ｄ１１１に押し下げて弁ポート１２１が開かれる。これ以降は、ニードル１４２と弁ポート１２１との間の間隙Ｇａ１２、即ち弁開口面積が蒸発負荷の増加に伴って広がって冷媒の流量が増加する弁開域Ｔ１２となる。このとき、ブリード域Ｔ１１から弁開域Ｔ１２へ移行するときの弁開口面積の変化は、ブリード域Ｔ１１で既に微小間隙Ｇａ１１が開いている状態から間隙Ｇａ１２が拡がるだけなので、急激な変化が抑えられた略シームレスな変化となる。これにより、ブリード域Ｔ１１から弁開域Ｔ１２への移行、即ち弁開に伴う高圧空間１２３での急激な圧力低下や、ニードル１４２が冷媒から圧力を受ける受圧面積の弁開に伴う急激な変化が抑えられる。

また、ニードル１４２では、その外周面１４２ａが、接平面１４２ａ－１の傾き角θ１１が先端に向かうにつれて大きくなる釣鐘型の形状を有している。このため、弁開域Ｔ１２への移行後は、ニードル１４２と弁ポート１２１との間隙Ｇａ１２に相当する弁開口面積の変化量が移行後しばらくは小さく抑えられ、蒸発負荷が更に増加してニードル１４２の移動量が大きくなるに連れて漸増する。このように、弁開域Ｔ１２での弁開口面積、即ち弁ポート１２１の開度の変化量が抑えられることから、弁開域Ｔ１２についても圧力低下や受圧面積の急激な変化が抑えられることとなる。従って、本実施形態の膨張弁１３や、これを備える冷凍サイクルシステム１によれば、弁開時を含む弁ポート１２１の微小開度域でのハンチングの発生を抑えることができる。

また、本実施形態では、弁閉状態においても、弁ポート１２１とニードル弁１４０のニードル１４２との間に微小間隙Ｇａ１１が開くように構成されている。この構成により、弁閉状態における所望のブリード流量を効果的に確保することができる。

次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、ニードル弁におけるニードル形状や弁ポートが設けられた弁座壁が第１実施形態と異なっている。以下では、この第２実施形態について、第１実施形態との相違点に注目した説明を行う。他方、第１実施形態との同一点となる、冷凍サイクルシステムや膨張弁の全体構成等については、図示や説明を割愛する。尚、以下の説明では、図１に示されている冷凍サイクルシステム１の構成要素や図２に示されている膨張弁１３の構成要素を適宜に参照する。

図６は、第２実施形態におけるニードル及び弁座壁を示す模式図である。

本実施形態では、弁本体２２０における弁座壁２２２に、弁ポート２２１とブリードポート２２３との大小２つの貫通孔が設けられている。弁ポート２２１は、弁座壁２２２を、一次ポート１１０側から二次ポート１３０側へと貫通した貫通孔である。ブリードポート２２３は、弁ポート２２１に対する平面視でブリード流量に応じたポート面積Ｓｂ２１が得られるように弁座壁２２２を一次ポート１１０側から二次ポート１３０側へと貫通した貫通孔である。

また、ニードル弁２４０のニードル２４２は、先端ニードル部２４２ａと、着座部２４２ｂと、を含んで構成されている。先端ニードル部２４２ａは、弁ポート２２１よりも細い先細り形状を有し、弁閉状態では少なくとも根本２４２ａ－１側の一部が弁ポート２２１の中に収まる部位である。本実施形態では、この先端ニードル部２４２ａの外周面２４２ａ－２が、この外周面２４２ａ－２に対する接平面２４２ａ－３の中心軸２３ａ－１に対する鋭角側の傾き角θ２１が先端に向かうにつれて大きくなる釣鐘型の形状を有している。着座部２４２ｂは、先端ニードル部２４２ａの根本２４２ａ－１から弁ポート２２１の内径よりも大径となるように末広がり状に張り出して弁閉状態ではその外周面２４２ｂ－１が弁ポート２２１の縁２２１ａに当接した着座状態となる部位である。本実施形態では、着座部２４２ｂの外周面２４２ｂ－１は、中心軸２３ａ－１に対する外周面２４２ｂ－１の鋭角側の傾き角θ２２が一定の確度で開いた円錐面状となっている。

そして、弁ポート２２１に対する平面視で、弁ポート２２１の内周面２２１ａと先端ニードル部２４２ａの根本２４２ａ－１との間に弁閉状態において環状に開く隙間面積Ｓ２１が、ブリードポート２２３のポート面積Ｓｂ２１よりも狭い。

以上に説明した第２実施形態では、弁閉状態から弁開状態へとニードル弁２４０が弁ポート２２１から離隔するに連れて、ブリードポート２２３のポート面積Ｓｂ２１と弁ポート２２１の弁開口面積との総和が次のように変化する。

図７は、弁閉状態から弁開状態へとニードル弁が弁ポートから離隔するときのニードルと弁ポートとの位置関係の変化を示す模式図である。尚、この図７では、第１実施形態と同等な連結棒１５５の先端当接部１５５ｃについては図２と同じ符号が付されている。また、図８は、ニードルと弁ポートとの位置関係が図７に示されているように変化するときの、ブリードポートのポート面積と弁ポートの弁開口面積との総和の変化を描いたグラフである。

蒸発器１４での蒸発負荷が小さく、操作室１５７の内圧によってダイアフラム１５３に加わる付勢力が第１コイルバネ１１１及び第２コイルバネ１５６の付勢力と収容部１２６の内圧によってダイアフラム１５３に加わる付勢力の総和を下回っている間は弁閉状態となっている。本実施形態では、弁閉状態においてニードル弁２４０のニードル２４２における着座部２４２ｂが弁ポート２２１の縁２２１ａに着座する。そして、この状態が、ブリードポート２２３を通って、冷媒がブリードポート２２３のポート面積Ｓｂ２１に応じたブリード流量で流れるブリード域Ｔ２１となっている。

蒸発負荷が増加して操作室１５７の内圧によってダイアフラム１５３に加わる付勢力が第１コイルバネ１１１等による付勢力の総和を超えると、ダイアフラム１５３の変位を受けて連結棒１５５の先端当接部１５５ｃがニードル２４２を押し下げて弁ポート２２１が開かれる。これにより、ブリードポート２２３を通過するポート面積Ｓｂ２１に応じたブリード流量に、弁ポート２２１の弁開口面積に応じた流量が追加され、ニードル２４２の押し下げが進むに連れて弁開口面積、即ち追加流量が漸増する。ここで、弁開直後の一定期間は、弁ポート２２１の縁２２１ａの近傍を、着座部２４２ｂの円錐面状の外周面２４２ｂ－１、先端ニードル部分２４２ａの根本２４２ａ－１、及び先端ニードル部分２４２ａの釣鐘型の外周面２４２ａ－２がこの記載順で通過する。この間は、弁ポート２２１の弁開口面積の増加において、着座部２４２ｂの円錐面状の外周面２４２ｂ－１と弁ポート２２１の縁２２１ａとの間隙の直線的な増加が支配的な過渡域Ｔ２２となる。

蒸発負荷が更に増加してニードル２４２が更に押し下げられると、弁ポート２２１の弁開口面積の増加では、先端ニードル部分２４２ａの釣鐘型の外周面２４２ａ－２と弁ポート２２１の縁２２１ａとの間隙の増加が支配的な弁開域Ｔ２３へと移行する。この弁開域Ｔ２３での弁開口面積の増加は、その変化量が移行後しばらくは小さく抑えられ、ニードル２４２の移動量が大きくなるに連れて漸増するといった増加形態となる。

以上に説明した第２実施形態によれば、ニードル弁２４０のニードル２４２を着座状態とすることにより安定的に弁閉することができるとともに、ブリードポート２２３によって弁閉状態のブリード流量を効果的に確保することができる。また、本実施形態では、ブリード域Ｔ２１から弁開直後の過渡域Ｔ２２への移行（即ち弁開）に伴う高圧空間１２３での急激な圧力低下や、ニードル２４２が冷媒から圧力を受ける受圧面積の弁開に伴う急激な変化が抑えられる。また、過渡域Ｔ２２や、過渡域Ｔ２２から弁開域Ｔ２３への移行時、更には弁開域Ｔ２３での弁開口面積の増加が、ニードル２４２の移動に連れて漸増するといった増加形態となるので、ここでも急激な圧力低下や受圧面積の急激な変化が抑えられる。従って、本実施形態によっても、第１実施形態と同様に、弁開時を含む弁ポート２２１の微小開度域でのハンチングの発生を抑えることができる。

また、本実施形態では、ブリード流量に応じたポート面積Ｓｂ２１のブリードポート２２３が弁座壁２２２に設けられ、ニードル弁２４０のニードル２４２が釣鐘型の先端ニードル部２４２ａと末広がり状の着座部２４２ｂと、を有している。そして、弁ポート２２１の内周面と先端ニードル部２４２ａの根本２４２ａ－１との間に弁閉状態において環状に開く隙間面積Ｓ２１がポート面積Ｓｂ２１よりも狭くなっている。

この構成では、弁ポート２２１の弁開の直後には、冷媒は、上記の環状の隙間面積Ｓ２１に応じた量だけ弁ポート２２１を通過する。このとき、この隙間面積Ｓ２１がブリードポート２２３のポート面積Ｓｂ２１よりも狭いので、弁開直後の冷媒の流量変化が効果的に抑えられる。つまり、この構成によれば、弁開時を含む弁ポート２２１の微小開度域のハンチングの発生を一層効果的に抑えることができる。

次に、第３実施形態について説明する。この第３実施形態は上述した第２実施形態の変形例となっている。第３実施形態では、上記のブリードポート２２３に代わる構成が設けられている点が第２実施形態と異なっている。以下では、この第３実施形態について、第２実施形態との相違点に注目した説明を行う。他方、第２実施形態での説明と同様に、冷凍サイクルシステムや膨張弁の全体構成等については、図示や説明を割愛する。尚、以下の説明でも、図１に示されている冷凍サイクルシステム１の構成要素や図２に示されている膨張弁１３の構成要素を適宜に参照する。

図９は、第３実施形態におけるニードル及び弁座壁を示す模式図である。尚、この図９では、図６に示されている第２実施形態の構成要素と同等な構成要素については、図６と同じ符号が付されており、以下では、これら同等な構成要素の重複説明を割愛する。

本実施形態では、弁本体３２０の弁座壁３２２に設けられる弁ポート３２１が、貫通孔３２１ａとブリード溝３２１ｂとを含んで構成されている。貫通孔３２１ａは、第１実施形態の弁ポート１２１や第２実施形態の弁ポート２２１に相当し、弁座壁３２２を一次ポート１１０側から二次ポート１３０側へと貫通している。ブリード溝３２１ｂは、貫通孔３２１ａの内周面３２１ａ－２の一部が、弁ポート３２１に対する平面視で所望のブリード流量に応じた溝面積Ｓｂ３１が得られるように凹んで一次ポート１１０側から二次ポート１３０側へと延在した溝である。

ニードル弁２４０のニードル２４２における着座部２４２ｂは、その円錐面状の外周面２４２ｂ－１が弁閉状態で弁ポート３２１における貫通孔３２１ａの縁３２１ａ－１に当接する着座状態となる。そして、弁閉状態では、ブリード溝３２１ｂが、弁ポート３２１とニードル弁２４０との間にブリード流量に応じて開く間隙となり、このブリード溝３２１ｂを通って低圧空間１２４へとブリード流量の冷媒が流れる。

そして、本実施形態では、弁ポート３２１に対する平面視で、ブリード溝３２１ｂが設けられていないと仮定したときの貫通孔３１ａの内周面と先端ニードル部２４２ａの根本２４２ａ－１との間に弁閉状態において隙間面積Ｓ３１が環状に開く。この隙間面積Ｓ３１が、ブリード溝３２１ｂの溝面積Ｓｂ３１よりも狭くなっている。

以上に説明した第３実施形態でも、上述の第２実施形態と同様に、ニードル弁２４０のニードル２４２を着座状態とすることにより安定的に弁閉することができるとともに、弁開時を含む弁ポート３２１の微小開度域でのハンチングの発生を抑えることができる。

また、本実施形態では、弁ポート３２１の貫通孔３２１ａの内周面３２１ａ－２と先端ニードル部２４２ａの根本２４２ａ－１との間に弁閉状態で環状に開く隙間面積Ｓ３１が、ブリード溝３２１ｂの溝面積Ｓｂ３１よりも狭い。このため、弁開直後の冷媒の流量変化が効果的に抑えられる。つまり、弁ポート３２１にブリード溝３２１ｂを設けたこの構成によっても、弁座壁２２２にブリードポート２２３を設けた第２実施形態と同様にハンチングの発生を一層効果的に抑えることができる。また、ブリード溝３２１ｂを設けることで、冷媒に混入した異物が弁開時に一次ポート１１０側から弁ポート３２１へと流れて来たとしてもブリード溝３２１ｂを介して異物が二次ポート１３０側に排出される。これにより、微小開度域の弁ポート３２１における異物の詰まりを抑えることもできる。

尚、以上に説明した第３実施形態では、１列の溝で構成されるブリード溝３２１ｂが例示されていたが、ブリード流量を得るためのブリード溝については、複数列の溝部分を有して構成されるといった変形例であってもよい。この変形例では、ブリード溝が有する複数列の溝部分それぞれの溝面積の総和がブリード流量に応じた面積となる。この変形例によれば、複数列の溝部分を冷媒が流れることとなるので、複数列の溝部分を冷媒が流れることとなるので、１列の溝で十分な溝面積のブリード溝の形成が困難な場合であっても、十分なブリード流量を確保することができる。

次に、第４～第６の各実施形態について図１０～図１２の各図を参照して説明する。これら第４～第６の各実施形態は、何れも着座部付きのニードルの変形例となっている。以下では、第４～第６の各実施形態について、ニードルに注目した説明を行う。他方、冷凍サイクルシステムや膨張弁の全体構成等については、図示や説明を割愛する。尚、以下の説明でも、図１に示されている冷凍サイクルシステム１の構成要素や図２に示されている膨張弁１３の構成要素を適宜に参照する。

図１０は、第４実施形態におけるニードルを示す模式図である。

この図１０に示されているニードル４４２は、テーパ面４４２ａ－２が多段に連なって外周面４４２ａ－１が構成される先端ニードル部４４２ａと、円錐面状の外周面４４２ｂ－１を有する着座部４４２ｂと、を備えて構成されている。先端ニードル部４４２ａの外周面４４２ａ－１を構成する多段のテーパ面４４２ａ－２は、各々が先端に向かって先細りの形状となっている。そして、先端に近いほど中心軸４３ａ－１に対するテーパ面４４２ａ－２の鋭角側の傾き角θ４１が大きくなっている。

この第４実施形態におけるニードル４４２によっても、先端ニードル部２４２ａが釣鐘型の外周面２４２ａ－２を有する第２及び第３実施形態のニードル２４２と同様の効果を得ることができる。即ち、弁開によって先端ニードル部４４２ａの外周面４４２ａ－１と弁ポート１２１との間隙に相当する開度が増加する際には、この開度の変化量が、弁開後しばらくは小さく抑えられ、先端ニードル部４４２ａの移動量が大きくなるに連れて漸増する。これによって、上述した圧力低下や受圧面積の急激な変化が抑えられてハンチングの発生を抑えることができる。

図１１は、第５実施形態におけるニードルを示す模式図である。

この図１１に示されているニードル５４２は、先細り曲面５４２ａ－２及び先端テーパ面５４２ａ－３で外周面５４２ａ－１が構成される先端ニードル部５４２ａと、円錐面状の外周面５４２ｂ－１を有する着座部５４２ｂと、を備えて構成されている。

この第５実施形態におけるニードル５４２によっても、第２及び第３実施形態のニードル２４２と同様にハンチングの発生を抑えることができることは言うまでもない。

図１２は、第６実施形態におけるニードルを示す模式図である。

この図１２に示されているニードル６４２は、テーパ面６４２ａ－２及び先細り先端曲面６４２ａ－３で外周面６４２ａ－１が構成される先端ニードル部６４２ａと、円錐面状の外周面６４２ｂ－１を有する着座部６４２ｂと、を備えて構成されている。

この第６実施形態におけるニードル６４２によっても、第２及び第３実施形態のニードル２４２と同様にハンチングの発生を抑えることができることは言うまでもない。

尚、以上に説明した第１～第６実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の膨張弁及び冷凍サイクルシステムの構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

例えば、上述した第１～第６実施形態では、膨張弁の一例として、冷凍サイクルシステム１に組み込まれる膨張弁が例示されている。しかしながら、膨張弁の適用対象は冷凍サイクルシステムに限るものではなく、適用対象は任意に設定し得るものである。

また、上述した第１～第６実施形態では、膨張弁の一例として、円筒状の一次ポート１１０及び二次ポート１３０が互いに直交する方向に延在するように弁本体に取り付けられ、ニードル弁及びダイアフラム１５３がバネ付勢された膨張弁１３が例示されている。しかしながら、一次ポートや二次ポートの取付け方向、ニードル弁及びダイアフラムの付勢構造等といった膨張弁の具体的な構造はこれに限るものではなく、任意に設定し得るものである。

また、ブリードポートに対応した第２実施形態では、ブリードポートの一例として、弁座壁に一箇所設けられたブリードポート２２３が例示されている。しかしながら、ブリードポートは、総和としてブリード流量に応じたポート面積が得られるならば、複数個所に設けてもよい。

また、ブリード溝に対応した第３実施形態では、ブリード溝の一例として、弁ポート３２１の貫通孔３２１ａの内周面３２１ａ－２の一部が一箇所について凹んだ１列の溝で構成されたブリード溝３２１ａが例示されている。しかしながら、ブリード溝は、これに限るものではなく、ニードル弁の外周面の一部が凹んだものであってもよい。また、ブリード溝を構成する溝の数についても一列に限るものではなく、例えば第３実施形態の変形例で例示したように、総和としてブリード流量に応じた溝面積が得られるならば、複数列の溝部分を有するようにブリード溝を設けてもよい。

また、上述した第１～第６実施形態では、ニードル弁の先端側の一例として、先細り形状のニードル１４２や、各種形状の先端ニードル部２４２ａ，・・・，６４２ａと着座部２４２ｂ，・・・，６４２ｂとを有するニードル２４２，・・・６４２が例示されている。しかしながら、ニードル弁の先端側は、これらのニードルに限るものではなく、任意に設定し得るものである。

また、先端ニードル部と着座部とを有するニードル弁に対応した第２～第６実施形態では、着座部の一例として、円錐面状の外周面２４２ｂ－１，・・・，６４２ｂ－１を有する着座部２４２ｂ，・・・，６４２ｂが例示されている。しかしながら、着座部は、これに限るものではなく、先端ニードル部の根本から末広がり状に張り出したものであれば、例えばドーム型の外周面を有するものであってもよく、その具体的な形状は任意に設定し得るものである。

また、上述した第１及び第３実施形態では、膨張弁の一例として、弁閉状態でブリード流量の冷媒を流すために弁ポート１２１，３２１とニードル弁１４０，２４０との間にブリード流量に応じた間隙を開けた形態が例示されている。また、第２実施形態では、上記の間隙の代わりにブリードポート２２３を設ける形態が例示されている。しかしながら、弁閉状態でブリード流量の冷媒を流せるのであれば、冷媒の具体的な流路については問うものではない。ただし、間隙やブリードポート２２３を設けることで、ブリード流量を効果的に確保することができることは上述した通りである。

また、上述した第２実施形態では、膨張弁の一例として、弁ポート２２１の内周面と先端ニードル部２４２ａの根本２４２ａ－１との間の環状の隙間面積Ｓ２１が、ブリードポート２２３のポート面積Ｓｂ２１よりも狭くなった形態が例示されている。また、第３実施形態では、弁ポート３２１の貫通孔３２１ａの内周面３２１ａ－２と先端ニードル部２４２ａの根本２４２ａ－１との間の環状の隙間面積Ｓ３１が、ブリード溝３２１ｂの溝面積Ｓｂ３１よりも狭くなった形態が例示されている。しかしながら、上記の隙間面積とブリードポートのポート面積やブリード溝の溝面積との大小関係はこれに限るものではなく、任意の関係に設定し得る。ただし、上記の大小関係を採用することで、ハンチングの発生を一層効果的に抑えることができる点は上述した通りである。

１ 冷凍サイクルシステム
１１ 圧縮器
１２ 凝縮器
１３ 膨張弁
１３ａ 弁組体
１３ａ－１，２３ａ－１，４３ａ－１ 中心軸
１３ｂ 感温部
１４ 蒸発器
１１０ 一次ポート
１１１ 第１コイルバネ
１２０，２２０，３２０ 弁本体
１２１，２２１，３２１ 弁ポート
１２２，２２２，３２２ 弁座壁
１３０ 二次ポート
１４０，２４０ ニードル弁
１４２，２４２，４４２，５４２，６４２ ニードル
１４２ａ，２４２ａ－２，２４２ｂ－１，４４２ａ－１，４４２ｂ－１，５４２ａ－１，５４２ｂ－１，６４２ａ－１，６４２ｂ－１ 外周面
１４２ａ－１，２４２ａ－３ 接平面
１５０ 駆動エレメント
１５３ ダイアフラム
１５７ 操作室
２２１ａ，３２１ａ－１ 縁
２２３ ブリードポート
２４２ａ，４４２ａ，５４２ａ，６４２ａ 先端ニードル部分
２４２ａ－１ 根本
２４２ｂ，４４２ｂ，５４２ｂ，６４２ｂ 着座部
３２１ａ 貫通孔
３２１ｂ ブリード溝
Ｔｇ 被冷却物
θ１１，θ２１，θ２２，θ４１ 傾き角
Ｓ２１，Ｓ３１ 隙間面積
Ｓｂ２１ ポート面積
Ｓｂ３１ 溝面積
Ｇａ１１ 微小間隙
Ｇａ１２ 間隙
Ｄ１１ 軸方向
Ｄ１１１ 弁開方向

Claims (6)

1. 被冷却物を冷却する冷媒が高圧状態で流入する一次ポートと、
   前記一次ポートに流入した前記冷媒を低圧状態へと膨張させて通過させる弁ポートが設けられた弁本体と、
   前記弁ポートを通過した前記冷媒を流出させる二次ポートと、
   前記弁ポートの軸方向に沿って先細りとなった形状を有し、前記弁ポートに先端側を向けて前記軸方向に移動自在となるように前記弁本体に設けられ、前記軸方向について前記弁ポートに接近又は離間して当該弁ポートの開度を変更することで、前記弁ポートを通過する前記冷媒の流量を増減させるニードル弁と、
   内圧を変更可能な操作室、及び、当該操作室の内圧変化に応じて前記軸方向に変位することで前記ニードル弁を前記弁ポートに対して接近又は離間させるダイアフラムを有する駆動エレメントと、
   前記被冷却物の温度変化に応じて前記駆動エレメントにおける前記操作室の内圧を変化させる感温部と、を備え、
   前記ニードル弁が前記弁ポートに最接近した弁閉状態でも前記二次ポートへと所定のブリード流量で前記冷媒が通過し、
   前記ニードル弁における前記先端側の外周面が、当該外周面に対する接平面の前記ニードル弁の中心軸に対する鋭角側の傾き角が当該ニードル弁の先端に向かうにつれて大きくなる形状を有しており、
   前記弁閉状態においても、前記弁ポートと前記ニードル弁との間に前記ブリード流量に応じた間隙が開き、
   前記弁ポートが、前記弁本体において前記一次ポート側と前記二次ポート側とを仕切る弁座壁を貫通した貫通孔と、前記貫通孔の内周面及び前記ニードル弁の外周面のうち少なくとも一方の一部が前記弁ポートに対する平面視で前記ブリード流量に応じた溝面積が得られるように凹んで前記一次ポート側から前記二次ポート側へと延在したブリード溝と、を含んで構成され、
   前記弁閉状態では、前記ニードル弁は、その周面が前記弁ポートにおける前記貫通孔の縁に当接した着座状態となり、
   前記着座状態において、前記弁ポートと前記ニードル弁との間には、前記ブリード溝が前記間隙として開くことを特徴とする膨張弁。
2. 前記ブリード溝が、各々の溝面積の総和が前記ブリード流量に応じた面積となる複数列の溝部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の膨張弁。
3. 被冷却物を冷却する冷媒が高圧状態で流入する一次ポートと、
   前記一次ポートに流入した前記冷媒を低圧状態へと膨張させて通過させる弁ポートが設けられた弁本体と、
   前記弁ポートを通過した前記冷媒を流出させる二次ポートと、
   前記弁ポートの軸方向に沿って先細りとなった形状を有し、前記弁ポートに先端側を向けて前記軸方向に移動自在となるように前記弁本体に設けられ、前記軸方向について前記弁ポートに接近又は離間して当該弁ポートの開度を変更することで、前記弁ポートを通過する前記冷媒の流量を増減させるニードル弁と、
   内圧を変更可能な操作室、及び、当該操作室の内圧変化に応じて前記軸方向に変位することで前記ニードル弁を前記弁ポートに対して接近又は離間させるダイアフラムを有する駆動エレメントと、
   前記被冷却物の温度変化に応じて前記駆動エレメントにおける前記操作室の内圧を変化させる感温部と、を備え、
   前記ニードル弁が前記弁ポートに最接近した弁閉状態でも前記二次ポートへと所定のブリード流量で前記冷媒が通過し、
   前記ニードル弁における前記先端側の外周面が、当該外周面に対する接平面の前記ニードル弁の中心軸に対する鋭角側の傾き角が当該ニードル弁の先端に向かうにつれて大きくなる形状を有しており、
   前記弁ポートとして、前記弁本体において前記一次ポート側と前記二次ポート側とを仕切る弁座壁を貫通した貫通孔が設けられるとともに、当該弁ポートに対する平面視で前記ブリード流量に応じたポート面積が得られるように前記弁座壁を貫通したブリードポートが設けられ、
   前記ニードル弁が、前記弁ポートよりも細い先細り形状を有し、前記弁閉状態では少なくとも根本側の一部が前記弁ポートの中に収まる先端ニードル部と、当該先端ニードル部の根本から前記弁ポートの内径よりも大径となるように末広がり状に張り出して前記弁閉状態ではその周面が前記弁ポートの縁に当接した着座状態となる着座部と、を有し、
   前記平面視で、前記弁ポートの内周面と前記先端ニードル部の前記根本との間に前記弁閉状態において環状に開く隙間面積が、前記ポート面積よりも狭いことを特徴とする膨張弁。
4. 被冷却物を冷却する冷媒が高圧状態で流入する一次ポートと、
   前記一次ポートに流入した前記冷媒を低圧状態へと膨張させて通過させる弁ポートが設けられた弁本体と、
   前記弁ポートを通過した前記冷媒を流出させる二次ポートと、
   前記弁ポートの軸方向に沿って先細りとなった形状を有し、前記弁ポートに先端側を向けて前記軸方向に移動自在となるように前記弁本体に設けられ、前記軸方向について前記弁ポートに接近又は離間して当該弁ポートの開度を変更することで、前記弁ポートを通過する前記冷媒の流量を増減させるニードル弁と、
   内圧を変更可能な操作室、及び、当該操作室の内圧変化に応じて前記軸方向に変位することで前記ニードル弁を前記弁ポートに対して接近又は離間させるダイアフラムを有する駆動エレメントと、
   前記被冷却物の温度変化に応じて前記駆動エレメントにおける前記操作室の内圧を変化させる感温部と、を備え、
   前記ニードル弁が前記弁ポートに最接近した弁閉状態でも前記二次ポートへと所定のブリード流量で前記冷媒が通過し、
   前記ニードル弁における前記先端側の外周面が、当該外周面に対する接平面の前記ニードル弁の中心軸に対する鋭角側の傾き角が当該ニードル弁の先端に向かうにつれて大きくなる形状を有しており、
   前記弁ポートが、前記弁本体において前記一次ポート側と前記二次ポート側とを仕切る弁座壁を貫通した貫通孔と、前記貫通孔の内周面及び前記ニードル弁の外周面のうち少なくとも一方の一部が前記弁ポートに対する平面視で前記ブリード流量に応じた溝面積が得られるように凹んで前記一次ポート側から前記二次ポート側へと延在したブリード溝と、を含んで構成され、
   前記ニードル弁が、前記貫通孔よりも細い先細り形状を有し、前記弁閉状態では少なくとも根本側の一部が前記貫通孔の中に収まる先端ニードル部と、当該先端ニードル部の根本から前記貫通孔の内径よりも大径となるように末広がり状に張り出して前記弁閉状態ではその周面が前記貫通孔の縁に当接した着座状態となる着座部と、を有し、
   前記平面視で、前記ブリード溝が設けられていないと仮定したときの前記貫通孔の内周面と前記先端ニードル部の前記根本との間に前記弁閉状態において環状に開く隙間面積が、前記溝面積よりも狭いことを特徴とする膨張弁。
5. 前記ブリード溝が、各々の溝面積の総和が前記ブリード流量に応じた面積となる複数列の溝部分を有していることを特徴とする請求項４に記載の膨張弁。
6. 被冷却物を冷却する冷媒を圧縮する圧縮器と、
   圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
   凝縮された前記冷媒を膨張させて減圧する請求項１～５のうちの何れか一項に記載の膨張弁と、
   減圧された前記冷媒に前記被冷却物が発する熱を吸収させて当該冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   を備えたことを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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