WO2013190768A1 - 減圧装置 - Google Patents

Abstract

　減圧装置（１３）のボデー部（３０）に冷媒流入口（３１）から流入した冷媒を旋回させる旋回空間（３３）、旋回空間（３３）から流出した冷媒を減圧させる絞り空間（３４ｂ）、および絞り空間（３４ｂ）よりも冷媒流れ下流側に配置されて内部の冷媒圧力が均一となるように形成された下流側空間（３４ｃ）を形成する。これにより、旋回空間（３３）にて圧力低下した冷媒を絞り空間（３４ｂ）へ流入させて沸騰遅れが生じることによる騒音発生原因を抑制するとともに、冷媒の減圧によって生じる衝撃波を下流側空間（３４ｃ）内で減衰し、衝撃波が減圧装置下流へ伝播することによる冷凍サイクル内での騒音発生を抑制できる。すなわち、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用される減圧装置の騒音発生原因を抑制できる。

Description

減圧装置 関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１２年６月２２日に出願された日本特許出願２０１２－１４０７７３を基にしている。

　本開示は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用される減圧装置に関する。

　従来、特許文献１に、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用される減圧装置として、温度式膨張弁の冷媒出口にエジェクタを接続したものが開示されている。

　この特許文献１の減圧装置では、温度式膨張弁の絞り通路にて減圧沸騰させた冷媒をエジェクタのノズル部の入口で圧力回復させてノズル部へ流入する冷媒中に沸騰核を生成し、これによりノズル部における冷媒の沸騰を促進してノズル効率の低下を抑制している。なお、ノズル効率とは、ノズル部において冷媒の圧力エネルギを運動エネルギに変換する際のエネルギ変換効率である。

特許第４７７５３６３号公報

　ところが、本願の発明者の検討によると、特許文献１の減圧装置では、放熱器にて凝縮した液相冷媒をそのまま温度式膨張弁の絞り通路へ流入させるので、絞り通路に流入した冷媒に沸騰遅れが生じるおそれがある。なお、沸騰遅れとは、冷媒が絞り通路に流入した後、冷媒通路断面積が最も縮小した最小通路面積部で直ちに沸騰を開始せず、最小通路面積部の後流（下流側）で沸騰を開始する現象をいう。

　このような沸騰遅れが生じると、液滴（液相冷媒の粒）が微細化されず、冷媒が沸騰を開始する際の衝撃波が減衰しづらいため、冷媒が冷凍サイクル内で騒音を生じさせる原因となる場合がある。さらに、沸騰遅れが生じている場合、沸騰遅れが生じていない場合に対して液滴が大きく、偏りが生じているため、この液滴が冷媒通路の壁面に衝突することも騒音を発生させる原因となってしまうおそれがある。

　上記点に鑑み、本開示は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用される減圧装置の騒音発生原因の抑制を目的とする。

　本開示の一態様によると、蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用されて冷媒を減圧する減圧装置は、冷媒が流入する少なくとも１つの冷媒流入口、減圧された冷媒が流出する冷媒流出口、冷媒流入口から流入した冷媒を旋回させる旋回空間、および旋回空間から流出した冷媒を冷媒流出口側へ導く冷媒通路空間を有するボデー部と、冷媒通路空間の通路断面積を可変させる弁体とを備える。冷媒通路空間は、通路断面積が最も小さい最小通路面積部と、弁体の外周面上の少なくとも一部に位置して旋回空間から流出した冷媒を減圧させる絞り空間と、記絞り空間よりも冷媒流れ方向下流側に位置する下流側空間とを有している。弁体は最小通路面積部の通路断面積を可変し、下流側空間は、冷凍サイクルの作動時に、下流側空間の内部の冷媒圧力が均一となる形状を有している。

　これによれば、冷媒流入口から流入した冷媒を旋回空間にて旋回させるので、旋回空間内の中心軸側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力まで低下させることができる。

　従って、絞り空間へ流入した直後の冷媒を減圧沸騰させることができ、絞り空間における冷媒の沸騰遅れを抑制できる。つまり、冷媒の沸騰遅れが生じることによる騒音発生原因を抑制できる。さらに、絞り空間へ流入した冷媒を、安定的に最小通路面積部近傍で沸騰開始させることができるので、減圧装置から流出する冷媒の流量変動を抑制することもできる。

　また、絞り空間の下流側に冷媒圧力が均一となる形状に形成された下流側空間を設けているので、沸騰によって生じる衝撃波を下流側空間内で減衰させることができる。これにより、減圧による衝撃波が減圧装置下流へ伝播することによる冷凍サイクル内での騒音発生を抑制できる。

　従って、絞り空間へ流入した冷媒の沸騰遅れに起因する騒音発生原因および減圧による衝撃波に起因する騒音発生原因の双方を抑制して、減圧装置全体として騒音発生原因を抑制させることができる。

　なお、本請求項における「冷媒圧力が均一となる」とは、下流側空間内の冷媒圧力がいずれの場所においても完全に一致していることのみを意味するものではなく、下流側空間における騒音の発生を抑制できる程度で僅かな圧力分布が生じていることは含む意味である。

　また、内部の冷媒圧力が均一となる下流側空間の具体的形状としては、下流側空間の外周形状が、円柱状になっているもの、あるいは冷媒流れ下流側に向かって冷媒通路断面積が徐々に広がる円錐台状になっているものを採用することができる。

本開示の第１実施形態の冷凍サイクルの概略図である。 第１実施形態の減圧装置の軸方向に平行な概略断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 本開示の第２実施形態の減圧装置の軸方向に平行な概略断面図である。 第２実施形態の変形例の減圧装置の軸方向に平行な概略断面図である。 本開示の第３実施形態の減圧装置の軸方向に平行な概略断面図である。 本開示の第４実施形態の減圧装置における図３に対応する断面図である。 本開示の第５実施形態の減圧装置の軸方向に平行な概略断面図である。 本開示の第６実施形態の冷凍サイクルの概略図である。 第６実施形態の減圧装置の軸方向に平行な概略断面図である。 本開示の第７実施形態の減圧装置の軸方向に平行な概略断面図である。 本開示の第８実施形態の減圧装置における図３に対応する断面図である。 本開示の変形例の減圧装置の軸方向に平行な概略断面図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
（第１実施形態）
　図１～３を用いて、本開示の第１実施形態を説明する。本実施形態の減圧装置１３は、図１に示すように、蒸気圧縮式の冷凍サイクル１０に適用されている。さらに、この冷凍サイクル１０は、車両用空調装置に適用されており、空調対象空間である車室内へ送風される送風空気を冷却する機能を果たす。

　まず、冷凍サイクル１０において、圧縮機１１は、冷媒を吸入して高圧冷媒となるまで昇圧して吐出するものである。具体的には、本実施形態の圧縮機１１は、１つのハウジング内に固定容量型の圧縮機構１１ａ、および圧縮機構１１ａを駆動する電動モータ１１ｂを収容して構成された電動圧縮機である。

　この圧縮機構１１ａとしては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。また、電動モータ１１ｂは、後述する制御装置から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。

　圧縮機１１の吐出口には、放熱器１２の凝縮部１２ａの冷媒入口側が接続されている。放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒と冷却ファン１２ｄにより送風される車室外空気（外気）を熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用の熱交換器である。

　より具体的には、この放熱器１２は、圧縮機１１から吐出された高圧気相冷媒と冷却ファン１２ｄから送風された外気とを熱交換させ、高圧気相冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮部１２ａ、凝縮部１２ａから流出した冷媒の気液を分離して余剰液相冷媒を蓄えるレシーバ部１２ｂ、およびレシーバ部１２ｂから流出した液相冷媒と冷却ファン１２ｄから送風される外気とを熱交換させ、液相冷媒を過冷却する過冷却部１２ｃを有して構成される、いわゆるサブクール型の凝縮器である。

　なお、本実施形態の冷凍サイクル１０では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。もちろん、亜臨界冷凍サイクルを構成する冷媒であれば、ＨＦＯ系冷媒（具体的には、Ｒ１２３４ｙｆ）等を採用してもよい。

　また、この冷媒には圧縮機１１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。冷却ファン１２ｄは、制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。放熱器１２の過冷却部１２ｃの冷媒出口側には、減圧装置１３の冷媒流入口３１が接続されている。

　減圧装置１３は、放熱器１２から流出した過冷却状態の高圧液相冷媒を減圧させて下流側へ流出させる減圧手段である。減圧装置１３の具体的構成については、図２、図３を用いて説明する。なお、図２における上下の各矢印は、冷凍サイクル１０を車両用空調装置に搭載した状態における上下の各方向を示している。このことは以下の図面においても同様である。

　この減圧装置１３は、複数の構成部材を組み合わせることによって構成されたボデー部３０を有している。本実施形態のボデー部３０には、放熱器１２から流出した冷媒を内部へ流入させる冷媒流入口３１、内部から冷媒を流出させる冷媒流出口３２、冷媒流入口３１から流入した冷媒を旋回させる旋回空間３３、旋回空間３３から流出した冷媒を冷媒流出口３２側へ導く冷媒通路空間３４等が形成されている。

　まず、旋回空間３３は、回転体形状に形成されている。回転体形状とは、平面図形を同一平面上の１つの直線（中心軸）の周りに回転させた際に形成される立体形状である。より具体的には、本実施形態の旋回空間３３は、円柱状に形成されている。もちろん、円錐あるいは円錐台と円柱とを結合させた形状等に形成されていてもよい。

　冷媒流入口３１は、冷媒流入通路３１ａを介して旋回空間３３に接続されている。この冷媒流入通路３１ａは、図３に示すように、旋回空間３３の中心軸方向から見たときに旋回空間３３の内壁面の接線方向に延びている。これにより、冷媒流入口３１から冷媒流入通路３１ａを介して旋回空間３３へ流入した冷媒は、図３の実線矢印に示すように、旋回空間３３の内壁面に沿って流れ、旋回空間３３内を旋回する。

　なお、冷媒流入通路３１ａは、旋回空間３３の中心軸方向から見たときに、旋回空間３３の接線方向と完全に一致するように形成されている必要はなく、少なくとも旋回空間３３の接線方向の成分を含んでいれば、その他の方向の成分（例えば、旋回空間３３の軸方向の成分）を含んで形成されていてもよい。

　ここで、旋回空間３３内で旋回する冷媒には遠心力が作用するので、旋回空間３３内では中心軸側の冷媒圧力が外周側の冷媒圧力よりも低下する。そこで、本実施形態では、冷凍サイクル１０の通常運転時に、旋回空間３３内の中心軸側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する（キャビテーションを生じる）圧力まで低下させるようにしている。

　このような旋回空間３３内の中心軸側の冷媒圧力の調整は、旋回空間３３内で旋回する冷媒の旋回流速を調整することによって行うことができる。さらに、旋回流速の調整は、例えば、冷媒流入通路３１ａの通路断面積と旋回空間３３の軸方向垂直断面積との面積比を調整すること等によって実現することができる。なお、本実施形態の旋回流速とは、旋回空間３３の最外周部近傍における冷媒の旋回方向の流速を意味している。

　次に、冷媒通路空間３４は、旋回空間３３と同様に回転体形状に形成され、その中心軸が旋回空間３３の中心軸と同軸上に配置されている。より具体的には、本実施形態の冷媒通路空間３４は、冷媒流れ下流側（鉛直方向上方側）に向かって徐々に断面積が拡大する円錐台と、この円錐台の最大断面積となる端面を冷媒流れ下流側へ向かって延ばした円柱とを結合させた形状に形成されている。

　従って、本実施形態の冷媒通路空間３４の冷媒流れ最上流部（鉛直方向下方部）には、冷媒通路断面積が最も縮小した最小通路面積部３４ａが形成される。そして、この最小通路面積部３４ａから旋回空間３３の中心軸側の冷媒が冷媒通路空間３４内へ流入する。さらに、冷媒通路空間３４の冷媒流れ最下流部（鉛直方向上方部）には、略水平方向に延びる冷媒流出通路３２ａを介して冷媒流出口３２が接続されている。

　また、ボデー部３０の内部には、最小通路面積部３４ａの冷媒通路断面積を可変させる弁体３５と、弁体３５とステッピングモータからなる電動アクチュエータ３７とを連結させて弁体３５を変位させる作動棒３６が収容されている。なお、電動アクチュエータ３７は、制御装置から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　弁体３５は、冷媒流れ下流側へ向かって広がる円錐形状に形成されており、その中心軸が旋回空間３３および冷媒通路空間３４の中心軸と同軸上に配置されている。さらに、弁体３５の最大外径部は、最小通路面積部３４ａに対して冷媒流れ下流側で変位する。そして、冷媒通路空間３４の円錐台形状部の内周面と弁体３５の外周面との間には、旋回空間３３から流出した冷媒を減圧させる絞り空間３４ｂが形成されている。

　ここで、本実施形態の弁体３５の広がり角度は、冷媒通路空間３４の円錐台形状部の広がり角度よりも小さくなっているので、絞り空間３４ｂの冷媒通路断面積は、冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大している。本実施形態では、この冷媒通路断面積の拡大によって絞り空間３４ｂをノズルとして機能させ、絞り空間３４ｂにて減圧される冷媒の流速を音速に近づけるように増速させている。

　作動棒３６は、旋回空間３３および冷媒通路空間３４と同軸上に延びる円柱形状に形成されている。作動棒３６の一端側（鉛直方向下方側）には、弁体３５が溶接等の接合手段にて連結され、他端側（鉛直方向上方側）には、電動アクチュエータ３７の稼働部が連結されている。

　そして、冷媒通路空間３４のうち絞り空間３４ｂよりも冷媒流れ下流側であって、冷媒通路空間３４の円柱形状部の内周面と作動棒３６の外周面との間には、その中心軸方向垂直断面がドーナツ形状（円形状から同軸上に配置された小径の円形状を除いた円環形状）となる下流側空間３４ｃが形成されている。

　本実施形態の下流側空間３４ｃは、ノズルとして機能する絞り空間３４ｂから噴出された高速度の冷媒が瞬時に満たされることによって、その内部の冷媒圧力がほぼ均一となるように形成されている。減圧装置１３の冷媒流出口３２には、蒸発器１４の冷媒入口側が接続されている。

　蒸発器１４は、減圧装置１３にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１４ａから車室内へ送風される送風空気とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器である。送風ファン１４ａは、制御装置から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。蒸発器１４の出口側には、圧縮機１１の吸入側が接続されている。

　次に、図示しない制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。この制御装置は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って、上述の各種電気式のアクチュエータ１１ｂ、１２ｄ、３７、１４ａ等の作動を制御する。

　また、制御装置には、車室内温度を検出する内気温センサ、外気温を検出する外気温センサ、車室内の日射量を検出する日射センサ、蒸発器１４の吹出空気温度（蒸発器温度）を検出する蒸発器温度センサ、蒸発器１４出口側冷媒の温度を検出する出口側温度センサおよび蒸発器１４出口側冷媒の圧力を検出する出口側圧力センサ等の空調制御用のセンサ群が接続され、これらのセンサ群の検出値が入力される。

　さらに、制御装置の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された図示しない操作パネルが接続され、この操作パネルに設けられた各種操作スイッチからの操作信号が制御装置へ入力される。操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、車室内空調を行うことを要求する空調作動スイッチ、車室内温度を設定する車室内温度設定スイッチ、空調運転モードの選択スイッチ等が設けられている。

　なお、本実施形態の制御装置は、その出力側に接続された各種の制御対象機器の作動を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、制御装置のうち、各制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が各制御対象機器の制御手段を構成している。例えば、本実施形態では、圧縮機１１の電動モータ１１ｂの作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が吐出能力制御手段を構成している。

　次に、上記構成における本実施形態の作動を説明する。まず、操作パネルの作動スイッチが投入（ＯＮ）されると、制御装置が圧縮機１１の電動モータ１１ｂ、冷却ファン１２ｄ、送風ファン１４ａ、減圧装置１３の電動アクチュエータ３７等を作動させる。これにより、圧縮機１１が冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。

　圧縮機１１から吐出された高温高圧状態の気相冷媒は、放熱器１２の凝縮部１２ａへ流入し、冷却ファン１２ｄから送風された送風空気（外気）と熱交換し、放熱して凝縮する。凝縮部１２ａにて放熱した冷媒は、レシーバ部１２ｂにて気液分離される。レシーバ部１２ｂにて気液分離された液相冷媒は、過冷却部１２ｃにて冷却ファン１２ｄから送風された送風空気と熱交換し、さらに放熱して過冷却液相冷媒となる。

　放熱器１２の過冷却部１２ｃから流出した過冷却液相冷媒は、減圧装置１３にて減圧膨張される。具体的には、減圧装置１３では、冷媒流入口３１から流入した冷媒が冷媒流入通路３１ａを介して旋回空間３３内へ流入する。旋回空間３３内では、冷媒が旋回することによって、中心軸側の冷媒圧力が、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する圧力まで低下する。

　そして、圧力の低下した中心軸側の冷媒が、最小通路面積部３４ａから冷媒通路空間３４内へ流入して絞り空間３４ｂにて減圧される。この際、制御装置は、出口側温度センサの検出温度および出口側圧力センサの検出圧力から算出される蒸発器１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値に近づくように、電動アクチュエータ３７の作動を制御して最小通路面積部３４ａにおける冷媒通路面積を調整する。

　さらに、本実施形態の絞り空間３４ｂはノズルとしての機能を果たすので、絞り空間３４ｂにて減圧された気液混相の低圧冷媒は下流側空間３４ｃへ噴射されて、瞬時に下流側空間３４ｃ内に満たされる。これにより、下流側空間３４ｃの内部空間（図２の点ハッチングで示す領域）では、冷媒中の液滴（液相冷媒の粒）が均質に分布するミスト状態となり、さらに、冷媒圧力がほぼ均一となる。

　下流側空間３４ｃへ流入した冷媒は、冷媒流出通路３２ａを介して冷媒流出口３２から流出する。冷媒流出口３２から流出した低圧冷媒は、蒸発器１４へ流入して、送風ファン１４ａによって送風された送風空気から吸熱して蒸発する。これにより、車室内へ送風される送風空気が冷却される。蒸発器１４から流出した気相冷媒は、圧縮機１１に吸入されて、再び圧縮される。

　本実施形態の冷凍サイクル１０は、上述の如く作動するので、蒸発器１４にて冷媒に吸熱作用を発揮させて送風ファン１４ａから車室内へ向けて送風される送風空気を冷却することができる。さらに、本実施形態の減圧装置１３では、冷媒が減圧装置１３内を流れることによる騒音発生原因を効果的に抑制することができる。

　このことを詳細に説明すると、本実施形態の減圧装置１３では、冷媒流入口３１から流入した冷媒を旋回空間３３にて旋回させて、旋回空間３３内の中心軸側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する圧力まで低下させている。さらに、旋回空間３３および冷媒通路空間３４を互いに同軸上に配置しているので、旋回空間３３内の中心軸側の圧力の低下した冷媒を、絞り空間３４ｂへ流入させることができる。

　換言すると、僅かな圧力低下で沸騰を開始する飽和液相冷媒、あるいは、減圧沸騰によって生じた気相冷媒を旋回空間３３の外周側よりも多く含む中心軸側の気液混相冷媒を、絞り空間３４ｂへ流入させることができる。従って、絞り空間３４ｂへ流入した直後の冷媒を減圧沸騰させることができ、絞り空間３４ｂにおける冷媒の沸騰遅れを抑制できる。つまり、冷媒の沸騰遅れが生じることによる騒音発生原因を抑制できる。

　また、絞り空間３４ｂの下流側に位置づけられる下流側空間３４ｃでは、冷媒がミスト状態となって冷媒圧力がほぼ均一となるので、冷媒の減圧によって生じる衝撃波を下流側空間３４ｃ内で減衰することができる。従って、衝撃波が減圧装置下流へ伝播することによる冷凍サイクル１０内での騒音発生原因を抑制できる。

　その結果、本実施形態の減圧装置１３によれば、絞り空間３４ｂへ流入した冷媒が有する騒音発生原因および絞り空間３４ｂから流出した冷媒が有する騒音発生原因の双方を抑制して、冷媒が減圧装置１３内を流れることによる騒音発生原因を効果的に抑制させることができる。

　さらに、本実施形態の減圧装置１３では、下流側空間３４ｃとして、その外周側形状が円柱状に形成された空間の内部に、円柱状に形成された作動棒３６を同軸上に配置し、中心軸方向に垂直な断面がドーナツ形状となる空間を採用している。従って、旋回流れによって冷媒圧力が低下しやすい中心軸部近傍に冷媒が存在しなくなり、下流側空間３４ｃにおける冷媒圧力を均一化させやすい。

　さらに、本実施形態の減圧装置１３では、弁体３５の最大外径部を、最小通路面積部３４ａに対して冷媒流れ下流側で変位させるので、弁体３５を変位させても、旋回空間３３内で旋回する冷媒の流れに影響を与えにくい。このことは、旋回空間３３内で旋回する冷媒の旋回速度を調整しやすい点で有効である。
（第２実施形態）
　第１実施形態では、減圧装置１３の弁体として円錐形状に形成された弁体３５を採用した例を説明したが、本実施形態では、図４に示すように、球形状に形成された弁体３５ａを採用している。なお、図４では、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。このことは、以下の図面でも同様である。

　さらに、弁体３５ａの外周側に配置されて冷媒通路空間３４の最上流部を形成する通路形成部材３０ｃには、円柱状の空間（ストレート部）、およびこの円柱状の空間から連続して冷媒流れ方向に向かって拡径する円錐台状の空間（テーパ部）が形成されている。そして、本実施形態では、図４に示すように、ストレート部とテーパ部との接続部に最小通路面積部３４ａが形成されている。

　このような球形状の弁体３５ａを採用しても、通路形成部材３０ｃのテーパ部の内周面と弁体３５ａの外周面との間の少なくとも一部に、冷媒通路断面積が冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大する絞り空間３４ｂを形成することができ、この絞り空間３４ｂをノズルとして機能させることができる。その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。

　従って、本実施形態の減圧装置１３においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、減圧装置１３の弁体の形状は、円錐形状、球形状に限定されることなく、冷媒通路空間３４の内周面と弁体の外周面との間の少なくとも一部に、冷媒通路断面積が冷媒流れ下流側に向かって徐々に拡大する絞り空間３４ｂを形成することができる形状であればよい。例えば、図５に示すように、円錐形状や円錐台形状を組み合わせた形状（中心軸方向断面が多角形となる形状）の弁体３５ｂ等を採用できる。
（第３実施形態）
　第１実施形態では、電動アクチュエータ３７によって作動棒３６および弁体３５を電気的に変位させる減圧装置１３について説明したが、本実施形態では、圧力応動部材であるダイアフラム３８ｂによって作動棒３６および弁体３５ｃを機械的に変位させる例を説明する。より具体的には、本実施形態の減圧装置１３は、図６の断面図に示すように、いわゆる内部均圧式の温度式膨張弁として構成されている。

　まず、本実施形態のボデー部３０には、前述した冷媒流入口３１、冷媒流出口３２等の他に、蒸発器１４から流出した低圧冷媒を流入させる第２冷媒流入通路３１ｂ、および第２冷媒流入通路３１ｂから流入した蒸発器１４流出冷媒を圧縮機１１の吸入側へ流出させる第２冷媒流出通路３２ｂが形成されている。

　さらに、本実施形態のボデー部３０には、第２冷媒流入通路３１ｂから第２冷媒流出通路３２ｂへ至る冷媒通路を流れる蒸発器１４流出冷媒の温度および圧力に応じて作動棒３６を変位させるエレメント部３８が取り付けられている。

　このエレメント部３８は、ボデー部３０にネジ止め等の固定手段によって取り付けられるエレメントハウジング３８ａ、円板状の金属薄板からなる圧力応動部材であるダイアフラム３８ｂ、エレメントハウジング３８ａとともにダイアフラム３８ｂの外縁部を狭持してエレメント部３８の外殻を形成するエレメントカバー３８ｃ等を有して構成されている。

　エレメントハウジング３８ａおよびエレメントカバー３８ｃは、ステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属によって杯形状に形成され、ダイアフラム３８ｂの外周縁部を狭持した状態で、その外周端部同士が溶接、ろう付け等の接合手段によって一体に接合されている。従って、エレメントハウジング３８ａおよびエレメントカバー３８ｃによって形成されるエレメント部３８の内部空間は、ダイアフラム３８ｂによって２つの空間に区画される。

　この２つの空間のうち、エレメントカバー３８ｃとダイアフラム３８ｂとによって形成される空間は、蒸発器１４流出冷媒の温度に応じて圧力変化する感温媒体が封入される封入空間３８ｄを構成する。この封入空間３８ｄには、冷凍サイクル１０を循環する冷媒と同一組成の感温媒体が予め定めた密度となるように封入されている。従って、本実施形態における感温媒体は、Ｒ１３４ａとなる。

　一方、エレメントハウジング３８ａとダイアフラム３８ｂとによって形成される空間は、第２冷媒流入通路３１ｂから第２冷媒流出通路３２ｂへ至る冷媒通路と連通して蒸発器１４流出冷媒を導入させる導入空間３８ｅを構成する。従って、封入空間３８ｄに封入された感温媒体には、ダイアフラム３８ｂを介して、導入空間３８ｅに導入された蒸発器１４流出冷媒の温度が伝達される。

　その結果、封入空間３８ｄの内圧は、蒸発器１４流出冷媒の温度に応じた圧力となる。そして、ダイアフラム３８ｂは、封入空間３８ｄの内圧と導入空間３８ｅへ流入した蒸発器１４流出冷媒の圧力との差圧に応じて変形する。このため、ダイアフラム３８ｂは弾性に富み、かつ熱伝導が良好で、強靱な材質にて形成することが好ましく、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属薄板にて形成される。

　さらに、ダイアフラム３８ｂの中心部には、作動棒３６の他端側（鉛直方向上方側）が溶接等の接合手段にて接合されており、作動棒３６の一端側（鉛直方向下方側）には弁体３５ｃが溶接等の接合手段にて連結されている。これにより、本実施形態では、ダイアフラム３８ｂの変形に伴って作動棒３６および弁体３５ｃが変位し、最小通路面積部３４ａにおける冷媒通路面積が調整される。

　また、この弁体３５ｃは、冷媒流れ下流側へ向かって先細る円錐台形状に形成されており、冷媒通路空間３４のうち弁体３５ｃの外周側に位置する部位も冷媒流れ下流側へ向かって先細る円錐台形状に形成されている。従って、本実施形態では、冷媒通路空間３４の円錐台形状部の冷媒流れ最下流部に、最小通路面積部３４ａが形成され、弁体３５ｃの最大外径部は、最小通路面積部３４ａに対して冷媒流れ上流側で変位することになる。

　そして、弁体３５ｃが冷媒流れ上流側（鉛直方向下方側）へ変位すると、最小通路面積部３４ａにおける冷媒通路面積が拡大し、弁体３５ｃが冷媒流れ下流側（鉛直方向上方側）へ変位すると、最小通路面積部３４ａにおける冷媒通路面積が縮小する。なお、弁体３５ｃの広がり角度は、冷媒通路空間３４の円錐台形状部の広がり角度よりも小さくなっており、本実施形態の絞り空間３４ｂの冷媒通路面積も、冷媒流れ下流側に向かって徐々に縮小している。

　また、本実施形態の作動棒３６には、ボデー部３０の内部に収容されたコイルバネ３６ｂの荷重を受ける鍔部３６ａが設けられている。この鍔部３６ａは作動棒３６の径方向に広がる円板状部材であり、コイルバネ３６ｂは、鍔部３６ａに対して、弁体３５ｃが最小通路面積部３４ａにおける冷媒通路面積を縮小する側に付勢する荷重をかけている。

　その他の構成は第１実施形態と同様である。なお、作動棒３６は、ボデー部３０内の下流側空間３４ｃと導入空間３８ｅとを貫通する貫通穴３０ａに配置されているが、この貫通穴３０ａと作動棒３６との隙間は、図示しないＯ－リング等のシール部材によってシールされており、作動棒３６が変位しても貫通穴３０ａと作動棒３６との隙間から冷媒が漏れることはない。

　次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。本実施形態の減圧装置１３では、第２冷媒流入通路３１ｂから導入空間３８ｅへ流入した蒸発器１４流出冷媒の過熱度が上昇すると、封入空間３８ｄに封入された感温媒体の飽和圧力が上昇し、封入空間３８ｄの内圧から導入空間３８ｅの圧力を差し引いた差圧が大きくなる。これにより、ダイアフラム３８ｂは、最小通路面積部３４ａにおける冷媒通路面積を拡大させる方向（鉛直方向下方側）に弁体３５ｃを変位させる。

　逆に、蒸発器１４流出冷媒の過熱度が低下すると、封入空間３８ｄに封入された感温媒体の飽和圧力が低下して、封入空間３８ｄの内圧から導入空間３８ｅの圧力を差し引いた差圧が小さくなる。これにより、ダイアフラム３８ｂは、最小通路面積部３４ａにおける冷媒通路面積を縮小させる方向（鉛直方向上方側）に弁体３５ｃを変位させる。

　このように蒸発器１４流出冷媒の過熱度に応じてエレメント部３８（具体的には、ダイアフラム３８ｂ）が弁体３５ｃを変位させることによって、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値に近づくように、最小通路面積部３４ａにおける冷媒通路面積が調整される。なお、コイルバネ３６ｂから鍔部３６ａにかかる荷重を調整することで、弁体３５ｃの開弁圧を変更して、狙いの過熱度を変更することもできる。

　その他の冷凍サイクル１０の作動は、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、送風ファン１４ａから車室内へ向けて送風される送風空気を冷却することができる。さらに、本実施形態の減圧装置１３においても第１実施形態と同様に、冷媒が減圧装置１３内を流れることによる騒音発生原因を効果的に抑制することができる。
（第４実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態に対して、冷媒流入口３１の配置態様を変更している。具体的には、図７に示すように、本実施形態の冷媒流入口３１および冷媒流入通路３１ａは、複数箇所（具体的には２箇所）に設けられており、それぞれの冷媒流入口３１および冷媒流入通路３１ａが旋回空間３３の中心軸に対して対称に配置されている。その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。

　このように、冷媒流入口３１および冷媒流入通路３１ａを旋回空間３３の中心軸に対して対称に配置することで、より一層確実に旋回空間３３内に旋回流れを発生させることができ、絞り空間３４ｂにおける冷媒の沸騰遅れを抑制できる。従って、本実施形態の減圧装置１３によれば、沸騰遅れが生じることによる騒音発生原因をより一層確実に抑制できるとともに、減圧装置１３から流出させる冷媒流量の変動をより一層確実に抑制することができる。

　なお、図７では、冷媒流入口３１および冷媒流入通路３１ａを２箇所に設けた例を図示しているが、もちろん３箇所以上に設けてもよい。
（第５実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態に対して、減圧装置１３のボデー部３０に形成される冷媒流入口３１の配置態様を変更している。具体的には、図８に示すように、本実施形態の冷媒流入口３１はボデー部３０の鉛直方向下方側に配置されており、さらに、本実施形態の旋回空間３３の内周壁面には螺旋状の溝３３ａが形成されている。

　このような溝３３ａを形成しても旋回空間３３にて冷媒を旋回させることができる。その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態においても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第６実施形態）
　本実施形態の減圧装置１３では、図９、図１０に示すように、第１実施形態に対して、ボデー部３０に蒸発器１４から流出した低圧冷媒を流通させて圧縮機１１の吸入側へ流出させる冷媒通路３０ｂを追加している。この冷媒通路３０ｂは、その内部を流通する低圧冷媒と旋回空間３３内を旋回する高圧冷媒が熱交換できるように、旋回空間３３の近傍（本実施形態では下方側）を通過するように配置されている。

　その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の減圧装置１３においても、第１実施形態と同様に、冷媒が減圧装置１３内を流れることによる騒音発生原因を効果的に抑制することができる。

　さらに、本実施形態の減圧装置１３では、旋回空間３３内を旋回する高圧冷媒と冷媒通路３０ｂを流通する低圧冷媒とを熱交換させて、高圧冷媒を冷却することができる。これにより、蒸発器１４へ流入する冷媒のエンタルピを低下させ、蒸発器１４にて発揮される冷凍能力を増大させることができる。
（第７実施形態）
　第１実施形態では、円錐台と円柱とを結合させた回転体形状によって冷媒通路空間３４を形成した例を説明したが、本実施形態では、図１１に示すように、広がり角度の異なる２つの円錐台を結合させた回転体形状によって冷媒通路空間３４を形成している。従って、本実施形態の下流側空間３４ｃは、中心軸方向に垂直な断面がドーナツ形状となり、さらに、このドーナツ形状の面積が冷媒流れ下流側に向かって徐々に広がる形状となる。

　その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の減圧装置１３においても第１実施形態と同様に、冷媒が減圧装置１３内を流れることによる騒音発生原因を効果的に抑制することができる。
（第８実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態の減圧装置１３に対して、図１２に示すように、旋回空間３３内で旋回する冷媒の旋回流速を調整する旋回流速調整装置の一例としての流入冷媒流量調整弁３９を追加している。

　この流入冷媒流量調整弁３９は、冷媒流入口３１の冷媒通路面積を変化させ、冷媒流入口３１から旋回空間３３内へ流入する冷媒の流速を変化させることによって、旋回空間３３内の冷媒の旋回流速を変化させるものである。具体的には、流入冷媒流量調整弁３９は、冷媒流入口３１の開度を調整する弁体３９ａと、この弁体３９ａを変位させる電動アクチュエータ３９ｂとを有して構成されている。

　さらに、本実施形態では、制御装置が、放熱器１２から流出した冷媒の温度および圧力等を検出し、これらの検出値から冷媒の過冷却度を算出する。そして、算出された過冷却度に基づいて、予め制御装置の記憶回路に記憶されている制御マップを参照して、旋回空間３３内の中心軸側の冷媒圧力が、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する圧力となるように、電動アクチュエータ３９ｂの作動を制御する。

　その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の減圧装置１３においても第１実施形態と同様に、冷媒が減圧装置１３内を流れることによる騒音発生原因を効果的に抑制することができる。

　さらに、本実施形態では、流入冷媒流量調整弁３９によって、冷媒流入口３１から旋回空間３３内へ流入する冷媒の流速を調整しているので、より一層確実に旋回空間３３内の中心軸側の冷媒圧力を、飽和液相冷媒となる圧力、あるいは、冷媒が減圧沸騰する圧力まで低下させることができる。その結果、絞り空間３４ｂにて冷媒の沸騰遅れが生じることによる騒音発生原因をより一層確実に抑制できる。
（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

　（１）上述の各実施形態では、冷媒通路空間３４の回転体形状として、円柱と円錐台とを結合させた形状や広がり角度の異なる２つの円錐台を結合させた形状を採用した例を説明したが、冷媒通路空間３４の回転体形状はこれに限定されない。

　例えば、図１３に示すように、冷媒流れ下流側に向かって先細る円錐台と冷媒流れ下流側に向かって広がる円錐台を組み合わせてもよい。さらに、この場合には、第３実施形態と同様に、冷媒流れ下流側へ向かって先細る円錐台形状に形成された弁体３５ｃを採用してもよい。

　（２）上述の各実施形態で説明した構成は、その他の実施形態に適用してもよい。例えば、第２、第３、第６～第８実施形態で説明した減圧装置１３に、第４実施形態にて説明した複数の冷媒流入口３１を適用してもよい。

　（３）さらに、上述の実施形態において作動棒３６を中心軸周りに旋回空間３３における冷媒の旋回方向と同じ方向に回転させてもよい。ここで、本実施形態の減圧装置１３では、旋回空間３３にて旋回させた冷媒を冷媒通路空間３４へ流入させるので、冷媒通路空間３４へ流入する冷媒には旋回方向の速度成分が残っている。

　従って、作動棒３６を冷媒の旋回方向と同じ方向に回転させることで、下流側空間３４ｃへ流入した冷媒と作動棒３６との摩擦力を低下させることができ、絞り空間３４ｂにて減圧された気液混相の低圧冷媒が下流側空間３４ｃ内に満たされやすくなる。これにより、下流側空間３４ｃの内部空間の冷媒圧力を均一にさせやすくなる。

　その結果、下流側空間３４ｃにおいて液冷媒が冷媒通路空間３４の壁面に衝突することによる騒音発生原因を抑制しやすくなる。

　（４）上述の各実施形態では、蒸発器１４出口側冷媒の過熱度が予め定めた所定値に近づくように弁体３５を変位させた例を説明したが、弁体３５の変位はこれに限定されない。例えば、放熱器１２出口側冷媒の過冷却度が予め定めた所定値に近づくように弁体３５を変位させてもよい。

　（５）上述の実施形態では、本開示の減圧装置１３を備える冷凍サイクル１０を、車両用空調装置に適用した例を説明したが、本開示の減圧装置１３を備える冷凍サイクル１０の適用はこれに限定されない。例えば、据置型空調装置、冷温保存庫、自動販売機用冷却加熱装置等に適用してもよい。

　（６）上述の実施形態では、放熱器１２として、サブクール型の熱交換器を採用した例を説明したが、もちろん、凝縮部１２ａのみからなる通常の放熱器を採用してもよい。

Claims (11)

1. 　蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用されて、冷媒を減圧する減圧装置であって、
   　冷媒が流入する少なくとも１つの冷媒流入口（３１）と、冷媒が流出する冷媒流出口（３２）と、前記冷媒流入口（３１）から流入した冷媒を旋回させる旋回空間（３３）と、前記旋回空間（３３）から流出した冷媒を前記冷媒流出口（３２）側へ導く冷媒通路空間（３４）とを有するボデー部（３０）と、
   　前記冷媒通路空間（３４）の通路断面積を可変させる弁体（３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）とを備え、
   　前記冷媒通路空間（３４）は、通路断面積が最も小さい最小通路面積部（３４ａ）と、前記弁体（３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）の外周面上の少なくとも一部に位置して前記旋回空間（３３）から流出した冷媒を減圧させる絞り空間（３４ｂ）と、前記絞り空間（３４ｂ）よりも冷媒流れ方向下流側に位置する下流側空間（３４ｃ）とを有し、
   　前記弁体（３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）は前記最小通路面積部（３４ａ）の通路断面積を可変し、
   　前記下流側空間（３４ｃ）は、前記冷凍サイクルの作動時に、前記下流側空間（３４ｃ）の内部の冷媒圧力が均一となる形状を有している減圧装置。
2. 　前記下流側空間（３４ｃ）の外周側形状は、円柱状である請求項１に記載の減圧装置。
3. 　前記下流側空間（３４ｃ）の外周側形状は、冷媒流れ方向下流側に向かって通路断面積が徐々に広がる円錐台状である請求項１に記載の減圧装置。
4. 　前記弁体（３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）を変位させる作動棒（３６）を備え、
   　前記作動棒（３６）は、前記冷媒通路空間（３４）内に配置されているとともに、前記冷媒通路空間（３４）の中心軸に対して同軸上に延びる形状を有する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の減圧装置。
5. 　前記弁体（３５、３５ａ、３５ｂ）の最大外径部は、前記最小通路面積部（３４ａ）に対して冷媒流れ方向下流側で変位する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の減圧装置。
6. 　前記絞り空間（３４ｂ）の通路断面積は、前記冷媒流れ方向下流側に向かって徐々に拡大している請求項１ないし５のいずれか１つに記載の減圧装置。
7. 　前記冷媒流入口（３１）の数は、複数であり、
   　前記複数の冷媒流入口（３１）は、前記旋回空間（３３）の中心軸に対して対称に配置されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の減圧装置。
8. 　さらに、前記旋回空間（３３）内にて旋回する冷媒の流速を調整する旋回流速調整装置（３９）を備える請求項１ないし７のいずれか１つに記載の減圧装置。
9. 　前記旋回流速調整装置は、前記冷媒流入口（３１）から前記旋回空間（３３）内へ流入する冷媒の流量を調整する流入冷媒流量調整弁（３９）である請求項８に記載の減圧装置。
10. 　前記作動棒（３６）は、前記冷媒通路空間（３４）の中心軸を中心に回転可能な請求項１ないし９のいずれか１つに記載の減圧装置。
11. 　前記旋回空間（３３）および前記冷媒通路空間（３４）は、それぞれ回転体形状を有しており、
    　前記旋回空間（３３）の中心軸および前記冷媒通路空間（３４）の中心軸とが同軸上に配置されている請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の減圧装置。

Images