JP7208127B2 - 電動弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、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システムに設けられる電動弁として、小流量制御域と大流量制御域との二段の流量制御域を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。小流量制御域では、副弁体が軸線方向に進退駆動されて主弁体の副弁ポートでの流量制御が行われる。大流量制御域では、主弁室の主弁ポートが主弁体で開閉されて流量制御が行われる。

特許文献１に記載の電動弁は、主弁体と、主弁ばねと、副弁体（パイロット弁体）と、駆動部と、を備えている。主弁体は、主弁室の主弁ポート（大口径ポート）を開閉する。副弁体は、主弁体の内部に形成された副弁ポート（小口径ポート）を開閉する。駆動部は、副弁体を駆動する電動モータ（ステッピングモータ）を有している。上記の電動弁では、主弁ばねに付勢された主弁体が主弁座に着座して主弁ポートを閉じるとともに、駆動部によって進退駆動される副弁体が副弁ポートの開度を変更する。即ち、駆動部により副弁体が進退駆動することで副弁ポートの開度が増減され、これにより小流量制御が行われる。また、主弁体に係合した副弁体を介して主弁体が進退駆動されることで主弁ポートが開閉され、これにより大流量制御が行われる。

また、特許文献１に記載の電動弁では、主弁体の側面部を貫通して複数の横孔（導通路）が形成され、これらの横孔によって主弁室と主弁体内部の副弁室（パイロット弁室）とが連通されている。主弁体によって主弁ポートが閉じられた小流量制御域では、冷媒は、横孔を通って主弁室と副弁室との相互間を通過し、更に、副弁体と副弁ポートの隙間を通過することになる。

特開２０１２－１１７５８４号公報

ところで、特許文献１に記載された従来の電動弁では、主弁室と副弁室とを連通する横孔は、副弁室から真横に延びて主弁体の側面部を貫通して形成され、特定の高さ位置に開口して設けられている。このため、小流量制御域で冷媒が気液二相冷媒であってその液面が横孔の高さ位置に対して上下に変動した場合、主弁室と副弁室との相互間を、液冷媒またはガス冷媒の一方が通過したり両方が通過したりして、副弁室において冷媒の状態変化が不規則に発生する可能性がある。このような冷媒の状態変化が起きると、小流量制御時に副弁ポートを通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧も変化することになり、流体通過音を耳にする利用者が違和感や不快感を覚える懸念がある。

従って、本発明は、上記のような問題に着目し、小流量制御時における流体通過音の変化を抑制して利用者の不快感等を軽減することができる電動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、本発明の電動弁は、主弁室、主弁座、及び主弁ポートを有した弁本体と、前記主弁ポートを開閉するとともに内部に副弁室及び副弁ポートを有した主弁体と、前記副弁ポートの開度を変更する副弁体と、前記副弁体及び前記主弁体を軸線方向に進退駆動する駆動部と、前記主弁体を前記軸線方向に進退案内する案内部材と、を備え、前記副弁体が前記副弁ポートの開度を変更する小流量制御域と、前記主弁体が前記主弁ポートを開閉する大流量制御域と、の二段の流量制御域を有した電動弁であって、前記主弁室と前記副弁室とを連通し、前記主弁室の気液二相冷媒のうち液冷媒を通過させる第１連通部を備えるとともに、前記主弁室と前記副弁室とを連通し、前記主弁室の前記気液二相冷媒のうちガス冷媒を通過させる第２連通部と、を備え、前記弁本体は、該弁本体の側面側から前記主弁室に連通して前記気液二相冷媒が出入りする継手管が取り付けられ、前記第１連通部は、前記継手管の中心を通る継手軸線よりも下方に設けられ、前記第２連通部は、前記継手軸線よりも上方に設けられていることを特徴とする。

本発明の電動弁によれば、液冷媒を通過させる第１連通部が主弁室の気液二相冷媒の液面よりも下方に設けられ、ガス冷媒を通過させる第２連通部が主弁室の気液二相冷媒の液面よりも上方に設けられている。これにより、主弁ポートが閉止した小流量制御域において、気液二相冷媒の液面が上下に変動した場合であっても、副弁室には、液冷媒とガス冷媒が常に流れ込むことから、副弁室における冷媒の状態が変化し難くなる。即ち、液冷媒を第１連通部に、ガス冷媒を第２連通部に、それぞれ通過させることで、副弁室においては気液二相状態の冷媒となり、この気液二相状態の冷媒が副弁ポートを通過することになる。このように副弁室中における冷媒の状態変化が起き難くなることで、小流量制御時に副弁ポートを通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧の変化を抑制することができ、利用者の不快感等を軽減することができる。

ここで、本発明の電動弁において、前記主弁体は、前記副弁室を内包する円筒部と、前記円筒部の下部に設けられて前記主弁座に着座する着座部と、前記着座部よりも径方向内側に設けられる前記副弁ポートと、を有し、前記円筒部の外周面と前記案内部材の内周面とが摺接することで前記軸線方向に進退案内され、前記第１連通部は、前記着座部の近傍位置を含む前記円筒部の下部領域において前記円筒部を貫通して形成されていることが好適である。

この構成によれば、主弁体が円筒部と着座部と副弁ポートとを有し、着座部の近傍位置を含む主弁体の円筒部の下部領域について円筒部を貫通して第１連通部が形成されている。即ち、主弁座に着座した主弁体の最下部近傍に第１連通部が位置している。これにより、主弁室において気液二相冷媒の液面が下降した場合であっても液冷媒を通過させやすく、液面の変動による影響を小さくすることができる。

また、この構成において、前記第２連通部は、前記円筒部が前記案内部材に摺接する摺接部の少なくとも一部を含んで前記摺接部よりも下側にまで至る領域について前記円筒部を貫通して形成されていることが一層好適である。

この構成によれば、案内部材との摺接部の少なくとも一部を含んで摺接部よりも下側にまで至る領域について円筒部を貫通して第２連通部が形成されている。即ち、案内部材に案内される円筒部のうち案内部材から露出した部分の最上部に達するまで第２連通部が位置している。これにより、気液二相冷媒の液面が上昇した場合であってもガス冷媒を通過させやすく、液面の変動による影響を小さくすることができる。

また、この構成において、前記第１連通部及び前記第２連通部は、それぞれ前記円筒部を貫通する一又は複数の小孔で構成され、互いに上下に離隔して設けられていることが更に好適である。

あるいは、前記第１連通部及び前記第２連通部は、前記円筒部を貫通する前記軸線方向に長孔又は丸孔として互いに連続して形成されていてもよい。

これらの構成によれば、第１連通部及び第２連通部は、小孔が上下に離隔して設けられたものとなるか、あるいは互いに連続して形成されたものとなる。これにより、電動弁に対して要求される性能や運転条件等に応じて適宜な数、形状、サイズの第１連通部及び第２連通部を選択して適用することができる。

また、第１連通部が着座部の近傍位置を含む領域に形成されている上記構成において、前記第２連通部は、前記案内部材を貫通して前記主弁体の上方に至る外側連通路と、前記主弁体と前記副弁体との間を通って前記副弁室に至る内側連通路と、を有して構成されていることも一層好適である。

この構成によれば、第２連通部が外側連通路と内側連通路とを有することで、主弁体に対して第２連通路を一層高い位置に形成することができる。これにより、気液二相冷媒の液面が上昇した場合であってもガス冷媒を第２連通部に通過させ易く、液面の変動による影響を小さくすることができる。

また、本発明の電動弁において、前記第１連通部及び前記第２連通部は、前記主弁体の周方向の複数位置に設けられていることが好適である。

この構成によれば、第１連通部及び第２連通部が主弁体の周方向の複数位置に設けられているので、主弁室における冷媒の周方向の偏りの影響を受け難く、副弁室における冷媒の状態を安定させることができる。

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、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、上述した本発明の電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。

本発明の冷凍サイクルシステムによれば、前述の電動弁による効果と同様に、副弁室における冷媒が気液二相状態となり、この気液二相状態の冷媒が副弁ポートを通過することになるので、冷媒の状態変化が起き難くなる。これにより、冷凍サイクルシステムにおいて、小流量制御時（例えば、除湿モード）に副弁ポートを通過する冷媒の流体通過音や音質の変化を抑制して、利用者の違和感や不快感を軽減することが可能となる。

本発明の電動弁及び冷凍サイクルシステムによれば、小流量制御時における流体通過音の変化を抑制して利用者の違和感や不快感を軽減することができる。

本発明の一実施形態に係る電動弁を示す図である。 図１に示されている電動弁における冷媒の流量制御状態が小流量制御域にあるときの主弁体の周辺構造を拡大して示す図である。 図１に示されている電動弁における冷媒の流量制御状態が大流量制御域にあるときの主弁体の周辺構造を拡大して示す図である。 図１に示されている電動弁における主弁体の側面を示した図である。 図１に示されている電動弁が適用された、本発明の一実施形態に係る冷凍サイクルシステムを示す模式図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第１変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第２変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第３変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第４変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第５変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第６変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第７変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第８変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第９変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第１０変形例を示す図である。 図１５に示されている主弁体の側面を示した図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第１１変形例を示す図である。 図１～図５に示されている実施形態に対する第１２変形例を示す図である。

本発明の一実施形態に係る電動弁を図１～４に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動弁を示す図である。図２は、図１に示されている電動弁における冷媒の流量制御状態が小流量制御域にあるときの主弁体の周辺構造を拡大して示す図である。図３は、図１に示されている電動弁における冷媒の流量制御状態が大流量制御域にあるときの主弁体の周辺構造を拡大して示す図である。また、図４は、図１に示されている電動弁における主弁体の側面を示した図である。

本実施形態の電動弁１０は、弁ハウジング１と、主弁体２と、副弁体３と、駆動部４と、を備えている。なお、以下の説明における「上下」の概念は各図面における上下に対応する。

弁ハウジング１は、筒状の弁本体１Ａと、弁本体１Ａの内部に固定される案内部材１Ｂと、を有している。弁本体１Ａは、その内部に円筒状の主弁室１Ｃが形成されている。この弁本体１Ａには、側面側から主弁室１Ｃに連通して冷媒が出入りする第１継手管１１が取り付けられている。また、底面側から主弁室１Ｃに連通して冷媒が出入りする第２継手管１２が取り付けられている。さらに、弁本体１Ａには、主弁室１Ｃと第２継手管１２とを連通する位置に主弁座１３が形成されるとともに、この主弁座１３から第２継手管１２側に断面形状が円形の主弁ポート１４が形成されている。案内部材１Ｂは、金属製の固定部１５によって弁本体１Ａに溶接固定されている。案内部材１Ｂは、樹脂成形品であって、主弁座１３側に設けられて円筒状の主弁ガイド部１６と、駆動部４側に設けられて内周面に雌ねじが形成された雌ねじ部１７と、を有して形成されている。弁本体１Ａの上端部には、ケース１８が溶接等によって弁本体１Ａに気密に固定されている。

主弁体２は、主弁座１３に対して軸線方向に進退するする弁体主部２Ａと、ばね受け部２Ｂと、副弁座２Ｃと、を有している。弁体主部２Ａは、軸線Ｌを軸方向とする円筒状の円筒部２２と、この円筒部２２に内包されて流体が流通する副弁室２３と、軸線Ｌに沿って副弁座２Ｃを貫通する副弁ポート２４と、を有している。円筒部２２の周面部における第１継手管１１側には一体連通孔２５が形成され、副弁室２３はこの一体連通孔２５により主弁室１Ｃに連通されている。一体連通孔２５は、下端側部分に当たる第１連通部２５Ａと上端側部分に当たる第２連通部２５Ｂとが、円筒部２２を貫通する軸線方向の長孔として連続して形成されたものである。一体連通孔２５、第１連通部２５Ａ、及び第２連通部２５Ｂについては後で再度説明する。

弁体主部２Ａの円筒部２２の内周面には、軸線Ｌに沿った挿通孔２６が形成され、この挿通孔２６内には副弁体３の副弁基部３Ａが挿通されている。ばね受け部２Ｂは、円環状に形成されて弁体主部２Ａの上端部に固定され、その内部にロータ軸４６が挿通されている。ばね受け部２Ｂの上面と案内部材１Ｂの天井面との間には、主弁ばね２７が配設されており、この主弁ばね２７により主弁体２は主弁座１３方向（閉方向）に付勢されている。

副弁体３は、円筒状の副弁基部３Ａと、副弁基部３Ａから下方に突出する副弁部３Ｂと、副弁基部３Ａの上側に設けられたスラストワッシャ３Ｃと、副弁基部３Ａの内部に設けられた副弁ばね（不図示）と、で構成されている。副弁基部３Ａは、主弁体２の挿通孔２６に挿通され、軸線Ｌに沿った上下方向に進退自在かつ軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。スラストワッシャ３Ｃは、副弁基部３Ａの上面及びばね受け部２Ｂの下面に当接可能になっており、その当接面同士の摩擦力が極めて小さくなるようになっている。副弁
基部３Ａの上部には挿通孔が設けられてロータ軸４６が挿通され、ロータ軸４６の下端部に形成されたフランジ部（不図示）と副弁基部３Ａの底部に接合された副弁部３Ｂの上端部との間に副弁ばねが配設されている。この副弁ばねにより副弁体３はロータ軸４６（マグネットロータ４４）に対して副弁座２Ｃ方向（閉方向）に付勢されている。なお、副弁基部３Ａは、ロータ軸４６および副弁部３Ｂと一体に形成されてもよく、その場合には、副弁基部３Ａが中実状に形成され、副弁ばねが省略されてもよい。

駆動部４は、電動モータとしてのステッピングモータ４１と、ステッピングモータ４１の回転により副弁体３を進退させるねじ送り機構４２と、ステッピングモータ４１の回転を規制するストッパ機構４３と、を備える。ステッピングモータ４１は、外周部が多極に着磁されたマグネットロータ４４と、ケース１８の外周に配設されたステータコイル４５と、マグネットロータ４４に固定されたロータ軸４６と、を備えている。ロータ軸４６は、固定部材４６ａを介してマグネットロータ４４に固定されるとともに、軸線Ｌに沿って延び、その上端部はストッパ機構４３のガイド４７に挿入されている。ロータ軸４６の中間部には雄ねじ部４６ｂが一体に形成され、この雄ねじ部４６ｂが案内部材１Ｂの雌ねじ部１７に螺合し、これによってねじ送り機構４２が構成されている。マグネットロータ４４が回転すると、ロータ軸４６の雄ねじ部４６ｂが雌ねじ部１７に案内される。これにより、マグネットロータ４４およびロータ軸４６が軸線Ｌ方向に進退移動し、これに伴って副弁体３及び主弁体２が軸線Ｌに沿った軸線方向に進退駆動（上昇又は下降）される。

ストッパ機構４３は、ケース１８の天井部から垂下された円筒状のガイド４７と、ガイド４７の外周に固定されたガイド線体４８と、ガイド線体４８にガイドされて回転かつ上下動可能な可動スライダ４９と、を備えている。可動スライダ４９には、径方向外側に突出した爪部４９ａが設けられ、マグネットロータ４４には、上方に延びて爪部４９ａと当接する延長部４４ａが設けられている。マグネットロータ４４が回転すると、延長部４４ａが爪部４９ａを押すことで、可動スライダ４９がガイド線体４８に倣って回転かつ上下するようになっている。ガイド線体４８には、マグネットロータ４４の最上端位置を規定する上端ストッパ４８ａと、マグネットロータ４４の最下端位置を規定する下端ストッパ４８ｂと、が形成されている。これらの上端ストッパ４８ａおよび下端ストッパ４８ｂに可動スライダ４９が当接することで、可動スライダ４９の回転が停止され、これによりマグネットロータ４４の回転が規制され、副弁体３及び主弁体２の進退駆動も停止される。

次に、主弁体２における一体連通孔２５、第１連通部２５Ａ、及び第２連通部２５Ｂについて説明する。

図１、図２に示す小流量制御域にあるときの状態において、まず、一体連通孔２５の下端側部分に当たる第１連通部２５Ａは、主弁室１Ｃと副弁室２３とを連通し、主弁室１Ｃの内部の気液二相冷媒のうち下層となる液冷媒を通過させる。また、一体連通孔２５の上端側部分に当たる第２連通部２５Ｂは、主弁室１Ｃと副弁室２３とを連通し、主弁室１Ｃの内部の気液二相冷媒のうち上層となるガス冷媒を通過させる。そして、図４に示されているように、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１に対し、第１連通部２５Ａは、液面ＬＶ１１よりも下方に設けられ、第２連通部２５Ｂは、液面ＬＶ１１よりも上方に設けられている。

第１連通部２５Ａは、主弁体２の円筒部２２の下部に設けられた着座部２１の近傍位置を含む領域において円筒部２２を貫通して形成されている。上述した副弁ポート２４は、着座部２１の径方向内側に設けられている。他方、第２連通部２５Ｂは、主弁体２が主弁座１３に着座時の小流量制御時において円筒部２２が案内部材１Ｂに摺接している摺接部２２Ａの少なくとも一部を含んで摺接部２２Ａよりも下側にまで至る領域について円筒部２２を貫通して形成されている。そして、第１連通部２５Ａ及び第２連通部２５Ｂは、円筒部２２を貫通する軸線方向の長孔として互いに連続して一体連通孔２５を構成するように形成されている。

以上の電動弁１０は、以下のように動作する。まず、図２の状態では、主弁体２の着座部２１が主弁座１３に着座し、主弁ポート１４が閉じられた弁閉状態である。一方、副弁ポート２４に最も近づいた位置にある副弁体３は、副弁座２Ｃに着座せず、副弁体３の副弁部３Ｂの外周面と副弁ポート２４の内周面との隙間によって流路が形成されている。従って、第１継手管１１から主弁室１Ｃへと気液二相状態の冷媒が流入する際には、その下層の液冷媒が第１連通部２５Ａを通過し、上層のガス冷媒が第２連通部２５Ｂを通過して、それぞれ副弁室２３に流入する。これにより、副弁室２３においても冷媒が気液二相状態となる。副弁室２３における冷媒は、副弁部３Ｂと副弁ポート２４との隙間を通って下方に流れ、主弁ポート１４から第２継手管１２に向かって流出する。すなわち、この電動弁１０では、主弁体２による主弁ポート１４の弁開度がゼロであっても副弁ポート２４を介して冷媒の微少な流量が生じる。

次に、駆動部４のステッピングモータ４１を駆動してマグネットロータ４４を回転させて副弁体３を上昇させることで、副弁体３の副弁部３Ｂが副弁ポート２４から抜け出し、副弁部３Ｂと副弁ポート２４との隙間による流路が拡大され、流量が徐々に増加する。この際、主弁体２の着座部２１は主弁座１３に着座したままであるため、流量の増加は微少である。このように主弁体２を閉じたまま副弁体３の開度を変更する制御域が小流量制御域である。次に、副弁体３をさらに上昇させると、スラストワッシャ３Ｃがばね受け部２Ｂに当接し、副弁体３によって主弁体２が引き上げられ、着座部２１が主弁座１３から離座する。このように主弁体２を着座位置（閉位置）から弁開位置（開位置）に向かって上昇させる制御域が大流量制御域である。この大流量制御域における主弁体２の開度（ステッピングモータ４１の回転量＝弁リフト量）に対する流量の変化は大きなものとなり、主弁体２の全開状態において、流量は最大となる。

以上に説明した実施形態の電動弁１０によれば、液冷媒を通過させる第１連通部２５Ａが主弁室１Ｃの内部の気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも下方に設けられ、ガス冷媒を通過させる第２連通部２５Ｂが主弁室１Ｃの内部の気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも上方に設けられている。小流量制御域においては、副弁が全開となっても小流量であり、液面ＬＶ１１の位置に大きな変化は無く、これにより、気液二相冷媒の液面が多少上下に変動した場合であっても、副弁室２３における冷媒の状態が変化し難くなる。即ち、小流量制御域において液冷媒を第１連通部２５Ａに、ガス冷媒を第２連通部２５Ｂに、それぞれ通過させることで、副弁室２３においては液体のみの状態や、ガスのみの状態に変化することなく、常に気液二相状態の冷媒となり、この気液二相状態の冷媒が副弁ポート２４を通過することになる。このように冷媒の状態変化が起き難くなることで、小流量制御時に副弁ポート２４を通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧の変化を抑制することができ、利用者の不快感等を軽減することができる。

ここで、本実施形態では、主弁体２が円筒部２２と着座部２１と副弁ポート２４とを有し、着座部２１の近傍位置を含む領域について円筒部２２を貫通して第１連通部２５Ａが形成されている。即ち、主弁座１３に着座した主弁体２の最下部近傍に第１連通部２５Ａが位置している。これにより、主弁室１Ｃにおいて気液二相冷媒の液面が下降した場合であっても液冷媒を通過させやすく、液面の変動による影響を小さくすることができる。

また、本実施形態では、案内部材１Ｂとの摺接部２２Ａの少なくとも一部を含んで摺接部２２Ａよりも下側にまで至る領域について円筒部２２を貫通して第２連通部２５Ｂが形成されている。即ち、案内部材１Ｂに案内される円筒部２２のうち案内部材１Ｂから露出した部分の最上部に達するまで第２連通部２５Ｂが位置している。これにより、気液二相冷媒の液面が上昇した場合であってもガス冷媒を通過させやすく、液面の変動による影響を小さくすることができる。

そして、本実施形態では、第１連通部２５Ａ及び第２連通部２５Ｂは、互いに連続して長孔状の一体連通孔２５を構成するように形成されている。第１連通部２５Ａ及び第２連通部２５Ｂからなる一体連通孔２５は、電動弁１０に対して要求される性能や運転条件等に応じた適宜な形状やサイズに設定されている。

次に、本発明の冷凍サイクルシステムの一実施形態について説明する。

図５は、図１に示されている電動弁が適用された、本発明の一実施形態に係る冷凍サイクルシステムを示す模式図である。

この冷凍サイクルシステム９０は、例えば、家庭用エアコン等の空気調和機に用いられる。前記実施形態の電動弁１０は、空気調和機の第１室内側熱交換器９１（蒸発器として作動）と第２室内側熱交換器９２（凝縮器として作動）との間に設けられている。この電動弁１０は、圧縮機９３、四方弁９４、室外側熱交換器９５（凝縮器又は蒸発器として作動）および電子膨張弁９６とともに、ヒ－トポンプ式冷凍サイクルを構成している。第１室内側熱交換器９１と第２室内側熱交換器９２及び電動弁１０は室内に設置され、圧縮機９３、四方弁９４、室外側熱交換器９５および電子膨張弁９６は室外に設置されていて冷暖房装置を構成している。

本実施形態の冷凍サイクルシステム９０によれば、前述の電動弁１０による効果と同様に、副弁室２３における冷媒が気液二相状態となり、この気液二相状態の冷媒が副弁ポート２４を通過することになるので、冷媒の状態変化が起き難くなる。これにより、冷凍サイクルシステム９０において、小流量制御時（例えば、除湿モード）に副弁ポート２４を通過する冷媒の流体通過音や音質の変化を抑制して、利用者の違和感や不快感を軽減することが可能となる。

次に、上述した実施形態に対する種々の変形例について以下に説明する。尚、以下の変形例は、何れも、液冷媒を通過させる第１連通部及びガス冷媒を通過させる第２連通部が上述の実施形態と異なっている。以下では、変形例について実施形態との相違点に注目して説明を行い、同一点については各図において実施形態と同じ符号を付して示し、重複説明を割愛する。

図６は、図１～図５に示されている実施形態に対する第１変形例を示す図である。

この第１変形例では、第１連通部２５１Ａ及び第２連通部２５１Ｂは、互いに連続して楕円状の長孔である一体連通孔２５１となって主弁体２の円筒部２２を貫通している。ここで、第１変形例における第２連通部２５１Ｂは、円筒部２２における案内部材１Ｂとの摺接部２２Ａにまでは達してはいないが、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも上方に設けられている。また、第１連通部２５１Ａは、液面ＬＶ１１よりも下方で、着座部２１の近傍位置を含む領域について円筒部２２を貫通して設けられている。

図７は、図１～図５に示されている実施形態に対する第２変形例を示す図である。

この第２変形例では、第１連通部２５２Ａ及び第２連通部２５２Ｂは、互いに連続して上述の実施形態よりも幅狭の長孔である一体連通孔２５２となって主弁体２の円筒部２２を貫通している。この第２連通部２５２Ｂも、円筒部２２における案内部材１Ｂとの摺接部２２Ａにまでは達してはいない。ただし、第２連通部２５２Ｂは、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも上方に設けられ、第１連通部２５２Ａは、液面ＬＶ１１よりも下方で、着座部２１の近傍位置を含む領域について円筒部２２を貫通して設けられている。

図８は、図１～図５に示されている実施形態に対する第３変形例を示す図である。

この第３変形例では、第１連通部２５３Ａ及び第２連通部２５３Ｂは、互いに連続して丸孔状の一体連通孔２５３となって主弁体２の円筒部２２を貫通している。この第２連通部２５３Ｂも、円筒部２２における案内部材１Ｂとの摺接部２２Ａにまでは達してはいない。ただし、第２連通部２５３Ｂは、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも上方に設けられ、第１連通部２５３Ａは、液面ＬＶ１１よりも下方で、着座部２１の近傍位置を含む領域について円筒部２２を貫通して設けられている。

図９は、図１～図５に示されている実施形態に対する第４変形例を示す図である。

この第４変形例では、第１連通部２５４Ａ及び第２連通部２５４Ｂからなる一体連通孔２５４は、主弁体２の円筒部２２の側面を見た時の平面視形状は上述の実施形態と同様の長孔状である。また、第２連通部２５４Ｂも、円筒部２２における案内部材１Ｂとの摺接部２２Ａに達し、かつ気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも上方に設けられている点は実施形態と同様である。また、第１連通部２５４Ａが液面ＬＶ１１よりも下方で、着座部２１の近傍位置を含む領域について円筒部２２を貫通して設けられている点も実施形態と同様である。ただし、この第４変形例では、一体連通孔２５４における軸線Ｌに沿った縦断面の形状が図２に示す実施形態と異なっている。第４変形例における一体連通孔２５４は、第１連通部２５４Ａの下端部における縦断面形状が、副弁室２３から離れるに従って着座部２１側へと傾斜して広がった形状となっている。

以上に説明した第１～第４変形例でも、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２５１Ａ，・・・，２５４Ａが下方に設けられ第２連通部２５１Ｂ，・・・，２５４Ｂが上方に設けられていることで、冷媒の状態変化が起き難くすることができる。即ち、これらの変形例によっても、上述の実施形態と同様に、小流量制御時に副弁ポート２４を通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧の変化を抑制することができ、利用者の不快感等を軽減することができる。

尚、第１～第３変形例のように、第２連通部２５１Ｂ，２５２Ｂ，２５３Ｂについては、円筒部２２の摺接部２２Ａにまで達しないように設けてもよい。ただし、上述の実施形態や第５変形例のように、第２連通部２５Ｂ，２５４Ｂが円筒部２２の摺接部２２Ａに達するように設けることで、液面の変動による影響を一層小さくすることができる点は上述した通りである。

図１０は、図１～図５に示されている実施形態に対する第５変形例を示す図である。

この第５変形例では、第１連通部２５５Ａ及び第２連通部２５５Ｂは、それぞれ円筒部２２を貫通する一の小孔で構成され、互いに上下に離隔して設けられている。このとき、上側の第２連通部２５５Ｂは、円筒部２２の摺接部２２Ａの一部を含んで摺接部２２Ａよりも下側にまで至る領域について円筒部２２を貫通して形成されている。下側の第１連通部２５５Ａは、着座部２１の近傍位置を含む領域について円筒部２２を貫通して形成されている。そして、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２５５Ａが下方に設けられ第２連通部２５５Ｂが上方に設けられている。また、第５変形例では、第１連通部２５５Ａ及び第２連通部２５５Ｂは、それぞれ軸線Ｌに対する直交方向に延びるストレート孔となっている。

図１１は、図１～図５に示されている実施形態に対する第６変形例を示す図である。

この第６変形例は、上述の第５変形例に対する変形例でもあり、まずは、第５変形例と同様に、第１連通部２５６Ａ及び第２連通部２５６Ｂは、それぞれ円筒部２２を貫通する一の小孔で構成され、互いに上下に離隔して設けられている。そして、第２連通部２５６Ｂが、円筒部２２の摺接部２２Ａの一部を含んで摺接部２２Ａよりも下側にまで至る領域について円筒部２２を貫通して形成され、第１連通部２５６Ａが、着座部２１の近傍位置を含む領域に形成されている。そして、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２５６Ａが下方に設けられ第２連通部２５６Ｂが上方に設けられている。このとき、上側の第２連通部２５６Ｂは、第５変形例と同様のストレート孔となっている。他方、下側の第１連通部２５６Ａは、その断面形状が、副弁室２３から離れるに従って先細りとなったテーパ形状に形成されている。

図１２は、図１～図５に示されている実施形態に対する第７変形例を示す図である。

この第７変形例は、上述の第６変形例に対する変形例でもあり、まずは、第６変形例と同様に、第１連通部２５７Ａ及び第２連通部２５７Ｂは、それぞれ円筒部２２を貫通する一の小孔で構成され、互いに上下に離隔して設けられている。そして、第２連通部２５７Ｂが、円筒部２２の摺接部２２Ａの一部を含んで摺接部２２Ａよりも下側にまで至る領域について円筒部２２を貫通して形成され、第１連通部２５７Ａが、着座部２１の近傍位置を含む領域に形成されている。そして、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２５７Ａが下方に設けられ第２連通部２５７Ｂが上方に設けられている。このとき、上側の第２連通部２５７Ｂは、第６変形例と同様のストレート孔となっている。他方、下側の第１連通部２５７Ａは、その断面形状が、副弁室２３から離れるに従って拡径した逆テーパ形状に形成されている。

以上に説明した第５～第７変形例でも、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２５５Ａ，２５６Ａ，２５７Ａが下方に設けられ第２連通部２５５Ｂ，２５６Ｂ，２５７Ｂが上方に設けられていることで、冷媒の状態変化が起き難くすることができる。即ち、これらの変形例によっても、上述の実施形態と同様に、小流量制御時に副弁ポート２４を通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧の変化を抑制することができ、利用者の不快感等を軽減することができる。

また、第５～第７変形例では、上下に離隔した第１連通部２５５Ａ，２５６Ａ，２５７Ａ及び第２連通部２５５Ｂ，２５６Ｂ，２５７Ｂは、電動弁１０に対して要求される性能や運転条件等に応じた適宜な形状やサイズに設定されている。

図１３は、図１～図５に示されている実施形態に対する第８変形例を示す図である。

この第８変形例でも、まずは、第６変形例と同様に、第１連通部２５８Ａ及び第２連通部２５８Ｂは、それぞれ円筒部２２を貫通する一の小孔で構成され、互いに上下に離隔して設けられている。第２連通部２５８Ｂが、円筒部２２の摺接部２２Ａの一部を含んで摺接部２２Ａよりも下側にまで至る領域について円筒部２２を貫通して形成され、第１連通部２５８Ａが、着座部２１の近傍位置を含む領域に形成されている。そして、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２５８Ａが下方に設けられ第２連通部２５８Ｂが上方に設けられている。このとき、第８変形例では、第１連通部２５８Ａ及び第２連通部２５８Ｂが、それぞれ、主弁体２における円筒部２２の周方向Ｄ１１の複数位置に設けられている。

以上に説明した第８変形例でも、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２５８Ａが下方に設けられ第２連通部２５８Ｂが上方に設けられていることで、冷媒の状態変化が起き難くすることができる。即ち、この第８変形例によっても、上述の実施形態と同様に、小流量制御時に副弁ポート２４を通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧の変化を抑制することができ、利用者の不快感等を軽減することができる。

また、第８変形例では、第１連通部２５８Ａ及び第２連通部２５８Ｂが主弁体２の周方向Ｄ１１の複数位置に設けられているので、主弁室１Ｃにおける冷媒の周方向Ｄ１１の偏りの影響を受け難く、副弁室２３における冷媒の状態を安定させることができる。

図１４は、図１～図５に示されている実施形態に対する第９変形例を示す図である。

この第９変形例でも、まずは、第６変形例と同様に、第１連通部２５９Ａ及び第２連通部２５９Ｂは、それぞれ円筒部２２を貫通する一の小孔で構成され、互いに上下に離隔して設けられている。第２連通部２５９Ｂが、主弁体２における円筒部２２の摺接部２２Ａの一部を含んで摺接部２２Ａよりも下側にまで至る領域について円筒部２２を貫通して形成されている。他方の第１連通部２５９Ａは、着座部２１の近傍位置を含む領域に形成されている。そして、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２５９Ａが下方に設けられ第２連通部２５９Ｂが上方に設けられている。このとき、第９変形例では、第１連通部２５９Ａ及び第２連通部２５９Ｂとは別に、軸線方向における両者の中間位置に第３連通部２５９Ｃが設けられている。この第３連通部２５９Ｃは、周方向Ｄ１１について第１連通部２５９Ａ及び第２連通部２５９Ｂの反対側に位置している。第３連通部２５９Ｃは、液面ＬＶ１１に近く、気液二相冷媒の液面が上下したときに液面の上方となったり下方となったりする他の連通部となっている。

以上に説明した第９変形例では、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２５８Ａが下方に設けられ第２連通部２５８Ｂが上方に設けられていることで、冷媒の状態変化が起き難くすることができる。即ち、この第９変形例によっても、上述の実施形態と同様に、小流量制御時に副弁ポート２４を通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧の変化を抑制することができ、利用者の不快感等を軽減することができる。

図１５は、図１～図５に示されている実施形態に対する第１０変形例を示す図である。また、図１６は、図１５に示されている主弁体の側面を示した図である。

この第１０変形例では、第１連通部２６１Ａ及び第２連通部２６１Ｂが、それぞれ主弁体２の円筒部２２を貫通する小孔で構成され、互いに上下に離隔して設けられている。具体的には、円筒部２２の側面には、軸線Ｌに沿った上下方向に４つの小孔が等間隔で並び、最下段の１つの小孔が、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも下方に設けられた第１連通部２６１Ａとなっている。また、４つの小孔のうち最上段の１つの小孔が、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも上方に設けられた第２連通部２６１Ｂとなっている。中間位置の２つの小孔は、液面ＬＶ１１に近く、気液二相冷媒の液面が上下したときに液面の上方となったり下方となったりする他の第３連通部２６１Ｃとなっている。

以上に説明した第１０変形例でも、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２６１Ａが下方に設けられ第２連通部２６１Ｂが上方に設けられていることで、冷媒の状態変化が起き難くすることができる。即ち、この第１０変形例によっても、上述の実施形態と同様に、小流量制御時に副弁ポート２４を通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧の変化を抑制することができ、利用者の不快感等を軽減することができる。

尚、この第１０変形例では、複数の小孔のうちの最下段の１つが液面ＬＶ１１よりも下方の第１連通部２６１Ａで、最上段の１つが液面ＬＶ１１よりも上方の第２連通部２６１Ｂとなっている。しかしながら、第１０変形例とは異なり、複数の小孔のうち上側の２つ以上が液面よりも下方の第１連通部をなし、下側の２つ以上が液面よりも下方の第２連通部をなすように構成してもよい。第１連通部及び第２連通部については、電動弁に対して要求される性能や運転条件等に応じて適宜な数、形状、サイズに設定されることとなる。

図１７は、図１～図５に示されている実施形態に対する第１１変形例を示す図である。

この第１１変形例では、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも下方の第１連通部２６２Ａは、主弁体２の円筒部２２を貫通する小孔で構成されている。他方、液面ＬＶ１１よりも上方の第２連通部２６２Ｂは、案内部材１Ｂを貫通して主弁体２の上方に至る外側連通路２６２Ｂ－１と、主弁体２と副弁体３との間を通って副弁室２３に至る内側連通路２６２Ｂ－２と、を有して構成されている。

外側連通路２６２Ｂ－１は、案内部材１Ｂにおいて弁本体１Ａの上縁に接合されるフランジ部分を上下に貫く第１貫通部２６２Ｂ－１ａと、案内部材１Ｂにおける上記のフランジ部分よりも上方の側壁を左右に貫く第２貫通部２６２Ｂ－１ｂと、を有している。ガス冷媒が主弁室１Ｃから副弁室２３に至る場合には、主弁室１Ｃから第１貫通部２６２Ｂ－１ａを通過して上部のケース１８（図１）の内側へと至る。その後、第２貫通部２６２Ｂ－１ｂを通過して副弁体３の上方へと至り、内側連通路２６２Ｂ－２を通過して副弁室２３に達する。他方、液冷媒については、液面ＬＶ１１よりも下方の第１連通部２６２Ａを通って、主弁室１Ｃと副弁室２３との相互間を通過する。

以上に説明した第１１変形例でも、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２６２Ａが下方に設けられ第２連通部２６２Ｂが上方に設けられていることで、冷媒の状態変化が起き難くすることができる。即ち、この第１１変形例によっても、上述の実施形態と同様に、小流量制御時に副弁ポート２４を通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧の変化を抑制することができ、利用者の不快感等を軽減することができる。

また、第１１変形例によれば、第２連通部２６２Ｂが外側連通路２６２Ｂ－１と内側連通路２６２Ｂ－２とを有することで、主弁体２に対して第２連通路２６２Ｂを一層高い位置に形成することができる。これにより、気液二相冷媒の液面が上昇した場合であってもガス冷媒を第２連通部２６２Ｂに通過させ易く、液面の変動による影響を小さくすることができる。

図１８は、図１～図５に示されている実施形態に対する第１２変形例を示す図である。

この第１２変形例は、上述の第１１変形例に対する変形例でもあり、まずは、第１１変形例と同様に、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも下方の第１連通部２６３Ａは、主弁体２の円筒部２２を貫通する小孔で構成されている。他方、液面ＬＶ１１よりも上方の第２連通部２６３Ｂは、案内部材１Ｂを貫通して主弁体２の上方に至る外側連通路２６３Ｂ－１と、主弁体２と副弁体３との間を通って副弁室２３に至る内側連通路２６３Ｂ－２と、を有して構成されている。

ここで、第１２変形例における外側連通路２６３Ｂ－１は、案内部材１Ｂにおける上記のフランジ部分よりも下方の側壁を左右に貫く第１貫通部２６３Ｂ－１ａと、主弁体２の円筒部２２の外周面に設けられた溝状の第２貫通部２６３Ｂ－１ｂと、を有している。第２貫通部２６３Ｂ－１ｂは、軸線Ｌに沿って円筒部２２の外周面に上下方向に延びるように設けられた溝となっている。ガス冷媒が主弁室１Ｃから副弁室２３に至る場合には、主弁室１Ｃから第１貫通部２６３Ｂ－１ａを通過して案内部材１Ｂの内側に至る。その後、第２貫通部２６３Ｂ－１ｂを通過して副弁体３の上方へと至る。

内側連通路２６３Ｂ－２は、副弁体３の副弁基部３Ａの外周面に、軸線Ｌに沿って上下方向に延びるように形成された溝である。第２貫通部２６３Ｂ－１ｂを通過して副弁体３の上方に至ったガス冷媒は、この内側連通路２６３Ｂ－２を通過して副弁室２３に達する。他方、液冷媒については、液面ＬＶ１１よりも下方の第１連通部２６３Ａを通って、主弁室１Ｃと副弁室２３との相互間を通過する。

以上に説明した第１２変形例でも、気液二相冷媒の液面ＬＶ１１よりも第１連通部２６３Ａが下方に設けられ第２連通部２６３Ｂが上方に設けられていることで、冷媒の状態変化が起き難くすることができる。即ち、この第１２変形例によっても、上述の実施形態と同様に、小流量制御時に副弁ポート２４を通過する冷媒の流体通過音の音質や音圧の変化を抑制することができ、利用者の不快感等を軽減することができる。

また、第１２変形例でも、上述の第１１変形例と同様に、第２連通部２６３Ｂが外側連通路２６３Ｂ－１と内側連通路２６３Ｂ－２とを有することで、主弁体２に対して第２連通路２６３Ｂを一層高い位置に形成することができる。これにより、気液二相冷媒の液面が上昇した場合であってもガス冷媒を第２連通部２６３Ｂに通過させ易く、液面の変動による影響を小さくすることができる。

尚、以上に説明した実施形態や変形例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電動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、上述の実施形態では、家庭用エアコン等の空気調和機に用いられる電動弁１０を例示したが、本発明の電動弁は、家庭用エアコンに限らず、業務用エアコンであってもよいし、空気調和機に限らず、各種の冷凍機等にも適用可能である。また、本実施形態では、第１継手管１１から冷媒が流入し、第２継手管１２から流出する旨を記載している。しかしながら、この一方向の流れに限定されるものではなく、逆流しとして、第２継手管１２から冷媒が流入し、第１継手管１１から流出する場合にも適用可能であり、特に全開状態での逆流しを行うことがある。

また、上述の実施形態及び第１～第１２変形例では、気液二相冷媒の液面よりも下方の第１連通部、及び気液二相冷媒の液面よりも上方の第２連通部、それぞれについて具体的な数、形状、サイズについて例示している。しかしながら、これらの連通部については、例示された具体例に限るものではなく、電動弁に対して要求される性能や運転条件等に応じて適宜な数、形状、サイズの第１連通部及び第２連通部を選択して適用することができる。

１ 弁ハウジング
１Ａ 弁本体
１Ｃ 主弁室
２ 主弁体
２Ａ 弁体主部
２Ｃ 副弁座
３ 副弁体
４ 駆動部
１０ 電動弁
１３ 主弁座
１４ 主弁ポート
２１ 着座部
２２ 円筒部
２２Ａ 摺接部
２３ 副弁室
２４ 副弁ポート
２５，２５１，２５２，２５３，２５４ 一体連通孔
２５Ａ，２５１Ａ，２５２Ａ，２５３Ａ，２５４Ａ，２５５Ａ，２５６Ａ，２５７Ａ，２５８Ａ，２５９Ａ，２６１Ａ，２６２Ａ，２６３Ａ 第１連通部
２５Ｂ，２５１Ｂ，２５２Ｂ，２５３Ｂ，２５４Ｂ，２５５Ｂ，２５６Ｂ，２５７Ｂ，２５８Ｂ，２５９Ｂ，２６１Ｂ，２６２Ｂ，２６３Ｂ 第２連通部
９０ 冷凍サイクルシステム
９１ 第１室内側熱交換器（蒸発器）
９２ 第２室内側熱交換器（凝縮器）
９３ 圧縮機
９５ 室外側熱交換器（蒸発器又は凝縮器）
２５９Ｃ，２６１Ｃ 第３連通部
２６２Ｂ－１，２６３Ｂ－１ 外側連通路
２６２Ｂ－１ａ，２６３Ｂ－１ａ 第１貫通部
２６２Ｂ－１ｂ，２６３Ｂ－１ｂ 第２貫通部
２６２Ｂ－２，２６３Ｂ－２ 内側連通路
ＬＶ１１ 液面

Claims (8)

1. 主弁室、主弁座、及び主弁ポートを有した弁本体と、前記主弁ポートを開閉するとともに内部に副弁室及び副弁ポートを有した主弁体と、前記副弁ポートの開度を変更する副弁体と、前記副弁体及び前記主弁体を軸線方向に進退駆動する駆動部と、前記主弁体を前記軸線方向に進退案内する案内部材と、を備え、前記副弁体が前記副弁ポートの開度を変更する小流量制御域と、前記主弁体が前記主弁ポートを開閉する大流量制御域と、の二段の流量制御域を有した電動弁であって、
   前記主弁室と前記副弁室とを連通し、前記主弁室の気液二相冷媒のうち液冷媒を通過させる第１連通部を備えるとともに、前記主弁室と前記副弁室とを連通し、前記主弁室の前記気液二相冷媒のうちガス冷媒を通過させる第２連通部と、を備え、
   前記弁本体は、該弁本体の側面側から前記主弁室に連通して前記気液二相冷媒が出入りする継手管が取り付けられ、
   前記第１連通部は、前記継手管の中心を通る継手軸線よりも下方に設けられ、前記第２連通部は、前記継手軸線よりも上方に設けられていることを特徴とする電動弁。
2. 前記主弁体は、前記副弁室を内包する円筒部と、前記円筒部の下部に設けられて前記主弁座に着座する着座部と、前記着座部よりも径方向内側に設けられる前記副弁ポートと、を有し、前記円筒部の外周面と前記案内部材の内周面とが摺接することで前記軸線方向に進退案内され、
   前記第１連通部は、前記着座部の近傍位置を含む前記円筒部の下部領域において前記円筒部を貫通して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記第２連通部は、前記円筒部が前記案内部材に摺接する摺接部の少なくとも一部を含んで前記摺接部よりも下側にまで至る領域について前記円筒部を貫通して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 前記第１連通部及び前記第２連通部は、それぞれ前記円筒部を貫通する一又は複数の小孔で構成され、互いに上下に離隔して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電動弁。
5. 前記第１連通部及び前記第２連通部は、前記円筒部を貫通する前記軸線方向に長孔又は丸孔として互いに連続して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動弁。
6. 前記第２連通部は、前記案内部材を貫通して前記主弁体の上方に至る外側連通路と、前記主弁体と前記副弁体との間を通って前記副弁室に至る内側連通路と、を有して構成されていることを請求項２に記載の電動弁。
7. 前記第１連通部及び前記第２連通部は、前記主弁体の周方向の複数位置に設けられていることを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の電動弁。
8. 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１～７の何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。

Images