JPWO2014006651A1 - 冷媒用絞り装置、および空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
空気調和装置に使用される絞り装置では、空気調和装置が運用される中で、絞り装置の開閉回数の増加や、冷媒の流れ方向が正方向と逆方向で変化することで、弁体と弁座の接触部の磨耗量が増加して絞り装置の弁漏れに起因する品質不具合が発生し、信頼性が低下する、という問題点があった。
また、絞り装置の弁漏れに起因する品質不具合を低減し、信頼性の高い空気調和装置を得るものである。
(絞り装置)
図1は、本発明の実施の形態1における絞り装置の構成を示す図である。
図2は、本発明の実施の形態1における絞り装置の要部の断面図である。
図3は、図2におけるA−A矢視断面図である。
図4は、流量調整時における弁体の位置を示す図である。
図に示すように、絞り装置100は、第1流路2と第2流路3とが接続される本体1と、本体1内部に形成され第1流路2と連通する弁室14と、弁室14に形成され第2流路3と連通するオリフィス11を有する弁座10と、弁室14を貫通して、弁座10のオリフィス11に向かって進退自在に設けられ、オリフィス11の開度を調節する弁体4とを備えている。
また、弁体4の上部には、弁体4と図示しない移動機構を介して連結されたロータと、ステータとにより構成されるステッピングモータ20を備えている。このステッピングモータ20の回転が移動機構によって並進距離に変換され、弁体4が軸方向(上下方向)に移動して弁座10の開口の開度を制御する。
次に、絞り装置100における冷媒の流れについて説明する。
図2に示すように、全閉時には弁体4のテーパ部6と弁座10とが当接して密着状態で保持される。このとき、弁体4は、弁体胴体部5が第1支持部8により支持され、弁体先端円柱部7が弁体支持用孔12により支持されている。
図4に示すように、ステッピングモータ20の回転により弁体4が上方に移動されると、弁体4は、第1支持部8と弁体支持用孔12により支持されたままの状態で上方へ摺動移動する。これにより弁体4のテーパ部6と弁座10との間の流路面積が変化し、流量が調節される(1段目絞り)。このとき、第1流路2から第2流路3へ向かう冷媒は、オリフィス11の出口側から各冷媒流路13に分流して第2流路3へと至る。また、第2流路3から第1流路2へ向かう冷媒は、複数の冷媒流路13に分流されたあと、第2支持部9とオリフィス11との間で再び合流し、オリフィス11へと至る。
そして、さらに弁体4を上方に移動させ、弁体4のテーパ部6と弁座10との間の流路面積が最大とした場合(全開開度)においては、オリフィス11によって流量が制限される(2段目絞り)。
また、ステッピングモータ20の回転により弁体4が下方に移動されると、弁体4は、第1支持部8と弁体支持用孔12により支持されたままの状態で下方へ摺動移動する。そして、弁体4のテーパ部6と弁座10とが当接して密着状態で保持することで全閉状態となる。
このように、弁体4は、第1支持部8と弁体支持用孔12により支持されたままの状態で移動するため、弁体開閉時での弁体先端の振れを軽減して、弁体4のテーパ部6と弁座10との接触部分の位置が変化することを抑制して再現性のある接触を実現できる。また、弁体4及び弁座10(本体1)の少なくとも一方に真鍮などの硬度の低い材料を用いた場合には、弁体4と弁座10との接触部に再現性を持たせることで、弁体4または弁座10に生じる少量の変形を利用した密着度の確保することができる。
次に、上記絞り装置100を備えた空気調和装置について説明する。
図5は、本発明の実施の形態1における空気調和装置の構成を示す図である。
図5に示すように、空気調和装置は、圧縮機110、凝縮器120、絞り装置100、および蒸発器130を備え、順次、冷媒配管で接続されて冷凍サイクルを構成している。
この冷凍サイクルにより、空気調和装置は、凝縮器120での発熱を利用して暖房を行う。また、蒸発器130の吸熱を利用して冷房を行う。
なお、絞り装置100の第1流路2を構成する冷媒配管に蒸発器130を接続し、第2流路3を構成する冷媒配管に凝縮器120を接続するようにしても良い。また、四方弁を設けて冷媒の循環方向を変えることにより、冷房・暖房運転の切り替えを行うようにしても良い。
このため、弁体4を片側のみで支持する場合や、第1支持部と第2支持部とにより支持しても支持部が弁座よりも遠い位置に配置する場合と比較して、弁体開閉時に弁体4が軸方向に対して傾くことを軽減し、弁体4と弁座10との接触部分の位置が変化することを抑制することができる。よって、再現性のある接触により、弁座10の変形または磨耗に偏りが生じることを抑制し、弁体4と弁座10との密着度を向上させることができる。したがって、弁体または弁座の変形や磨耗を要因とする弁漏れ量の増加を抑制することができる。
また、絞り装置100の弁漏れに起因する品質不具合を低減し、信頼性の高い空気調和装置を得ることができる。
このため、本体1の寸法(オリフィス11と第2流路3の接続部との間の寸法)を大きくすることなく、冷媒流路13の流路面積を大きくすることができる。
このため、オリフィス11と第2流路3との間の冷媒の流通量を分散し、流動抵抗の増加を抑制することができる。また、複数の冷媒流路13を等間隔に配置することで冷媒の流れに偏りが生じることを軽減することができる。
本実施の形態2における絞り装置100は、第2支持部9を、本体1とは別体で形成している。以下、上記実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図7は、図6におけるB−B矢視断面図である。
図に示すように、本実施の形態における第2支持部9は、円盤状の部材により構成されている。弁体支持用孔12は、円盤状部材の中心部に設けられた貫通孔により形成され、上記実施の形態1と同様に、弁体4の弁体先端円柱部7の外径よりも、僅かに大きい内径を有する。
なお、その他の構成は上記実施の形態1と同様であり、同一部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態3における絞り装置100は、第1支持部8を、弁体4と移動機構との接触部により形成している。以下、上記実施の形態1、2との相違点を中心に説明する。
図に示すように、弁体4の上部には、本体1に固定された雌ねじ部材15とこの雌ねじ部材15に螺合する雄ねじ16とが設けられている。雌ねじ部材15および雄ねじ16は移動機構を構成する。
弁体4は、コイルスプリング17によって移動機構側に付勢されており、弁体4の上端に形成された窪み4aが雄ねじ16の端部と当接する。雄ねじ16は、ステッピングモータ20の回転に伴い回転駆動されることで弁体4の軸方向(上下方向)に移動して、弁体4を弁座10に向かって進退させる。
本実施の形態における第1支持部8は、弁体4と移動機構との接触部により形成されており、弁体4の上端の窪み4aと雄ねじ16の端部とが接触することで、弁体4の上端側を支持する。
なお、その他の構成は上記実施の形態1と同様であり、同一部分には同一の符号を付し、説明を省略する。なお、本実施の形態3における第1支持部8の構成を、上記実施の形態2の構成に適用しても良い。
なお、本実施の形態3においては、弁体4の上端の窪み4aと雄ねじ16の端部とが接触する構成を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、第1支持部8は、弁体4の移動機構側の端部と移動機構とが接触して弁体4を支持する構成であれば良い。
また、絞り装置100の弁漏れに起因する品質不具合を低減し、信頼性の高い空気調和装置を得ることができる。
例えば図9の<a>〜<i>に示すように、任意の数および大きさの冷媒流路13を形成しても良い。図9の<a>〜<f>に示すように、加工の容易な円形とした方が低コストで製作できる。また、図9の<g>〜<i>に示すように、扇型または楕円形とすることで、流路面積を大きくすることができる。
図10に示すように、従来の絞り装置は、弁体の支持を、弁座から遠い位置の支持部で実施している。
このような従来の絞り装置において、弁体は、支点と支持部となる弁ガイド(弁体が弁室に貫通する貫通孔)の2点で支持されており、弁座で各支持部(支点及び支持部)のクリアランスの範囲で弁体先端が振れることとなる。
弁先端振れに影響するパラメータを以下のように定義する。
[長さ]
支点〜支持部の長さ:m
支持部〜弁座の長さ:n
[クリアランス]
支点のズレ(弁体の軸と本体軸との間に発生するズレ):e
支持部のクリアランス(弁体と弁ガイドとのクリアランス):c
[弁体先端振れ]
弁体先端振れ(弁座において弁体と本体軸の間に発生するズレ):E
図11では、弁体を弁ガイドに接触させ、弁体のたおれを最大にした状態を模擬している。また、弁体先端振れEは、図11の式(1)、式(2)により求めることができる。
図13は、本発明の実施例に係る絞り装置の弁体先端振れの算出式を示す図である。
本発明の実施例の絞り装置においては、図12に示すように、弁先端振れに影響するパラメータを以下のように定義する。
[長さ]
支点〜支持部の長さ(第1支持部〜第2支持部の長さ):m
支持部〜弁座の長さ(第2支持部〜弁座の長さ):n
[クリアランス]
支点のズレ(弁体の軸と本体軸との間に発生するズレ):e
支持部のクリアランス(弁体と第2支持部とのクリアランス):c
[弁体先端振れ]
弁体先端振れ(弁座において弁体と本体軸の間に発生するズレ):E
図14においては、弁先端振れに影響するパラメータ(e、m、n、c)を、絞り装置の種類・概略仕様から想定し、弁体先端振れEを算出した結果を示している。
図に示すように、従来の絞り装置と比較して、本発明の実施例の絞り装置は、弁体先端振れEが小さくなることが分かる。
図16は、弁体軸と本体軸とのズレが0.15mmの場合から数値を抜粋した図である。
図15の計算式、図16の算出結果より以下のことが言える。
(1)支持部の長さにおいて、支点〜支持部の長さmと、支持部〜弁座の長さnの比が大きい方が弁体先端振れEが小さくなる。
(2)従来の絞り装置では、軸ズレの影響にガイドクリアランスの影響を加算したものが弁体先端振れEとなる。
それに対して、本発明の実施例の絞り装置では、軸ズレの影響をガイドクリアランスの影響でキャンセルする特徴を有する。
一方、本発明の実施例の絞り装置においては、弁体と弁座との接触部分の位置の変化量(弁体先端振れE)は、弁体と第2支持部とのクリアランスcによる影響が小さい。なお、支点のズレeを小さくし、支点〜第2支持部の長さmを長くすることで、より弁体先端振れEを軽減する効果が大きくなる。
また、冷媒用絞り装置の弁漏れに起因する品質不具合を低減し、信頼性の高い空気調和装置を得るものである。
Claims (10)
- 第1流路と第2流路とが接続される本体と、
前記本体内部に形成され前記第1流路と連通する弁室と、
前記弁室に形成され前記第2流路と連通する開口を有する弁座と、
前記弁室を貫通して、前記弁座の開口に向かって進退自在に設けられ、前記開口の開度を調節する弁体と
を備え、
前記弁体は、
前記弁室を貫通する弁体胴体部と、
前記弁座の開口よりも小径に形成された弁体先端柱部と、
前記弁体胴体部と前記弁体先端柱部とを接続するテーパ部とを有し、
前記本体は、
前記弁体胴体部が前記弁室に貫通する貫通孔により形成され、前記弁体胴体部と摺接して前記弁体を支持する第1支持部と、
前記第2流路と前記弁座の開口とを連通する本体流路と、前記弁体先端柱部が嵌入される弁体支持用孔とが形成され、前記弁体支持用孔が前記弁体先端柱部と摺接して前記弁体を支持する第2支持部とを有する
ことを特徴とする絞り装置。 - 第1流路と第2流路とが接続される本体と、
前記本体内部に形成され前記第1流路と連通する弁室と、
前記弁室に形成され前記第2流路と連通する開口を有する弁座と、
前記弁室を貫通して、前記弁座の開口に向かって進退自在に設けられ、前記開口の開度を調節する弁体と、
前記弁体を前記弁座の開口に向かって進退させる移動機構と
を備え、
前記弁体は、
前記弁室を貫通する弁体胴体部と、
前記弁座の開口よりも小径に形成された弁体先端柱部と、
前記弁体胴体部と前記弁体先端柱部とを接続するテーパ部と、
前記弁体の前記移動機構側の端部に形成され、前記移動機構と接触して当該弁体を支持する第1支持部とを有し、
前記本体は、
前記第2流路と前記弁座の開口とを連通する本体流路と、前記弁体先端柱部が嵌入される弁体支持用孔とが形成され、前記弁体支持用孔が前記弁体先端柱部と摺接して前記弁体を支持する第2支持部を有する
ことを特徴とする絞り装置。 - 前記本体流路の流通方向が、前記弁体支持用弁孔の軸方向と角度をなして形成された
ことを特徴とする請求項1または2記載の絞り装置。 - 前記本体流路の流通方向が、前記弁体支持用弁孔の軸方向と平行に形成された
ことを特徴とする請求項1または2記載の絞り装置。 - 前記弁体先端柱部は、前記弁体胴体部の中心軸上に形成され、
前記第2支持部の前記本体流路は、前記弁体支持用孔の周囲に複数形成された
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の絞り装置。 - 前記本体流路の開口面積が、前記弁座の開口の開口面積よりも小さくなるように形成された
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の絞り装置。 - 前記本体流路の開口面積が、前記弁座の開口の開口面積以上となるように形成された
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の絞り装置。 - 前記第2支持部は、前記本体と一体に形成された
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の絞り装置。 - 前記第2支持部は、前記本体とは別体で形成された
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の絞り装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器によって凝縮された冷媒を膨張する、請求項1〜9の何れか一項に記載の絞り装置と、
前記絞り装置によって膨張された冷媒を蒸発する蒸発器とを備えた
ことを特徴とする空気調和装置。
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