JP2005331154A - 絞り弁装置および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】絞り弁装置内の絞り部で生じる振動自体を低減し、効果的に騒音低減を図ること。
【解決手段】弁体２０が弁閉状態において第１の入出口ポート１２と第２の入出口ポート１３とを連通接続する通路より分岐した流路に、バッファチャンバ３３を形成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、絞り弁装置および空気調和機に関し、特に、除湿モードを有する空気調和機で除湿用絞り弁として使用される絞り弁装置および空気調和機に関するものである。

除湿運転を行える空気調和機として、室内熱交換器が２分割され、その２個の室内熱交換器間に、弁閉状態で絞り弁となる絞り弁装置（除湿用絞り弁、サイクルドライ弁）が設けられ、除湿運転時には、弁閉して絞り弁として作用する絞り弁装置の絞り通路を冷媒が流れることにより、２分割された室内熱交換器のうちの上流側の室内熱交換器を凝縮器、下流側の室内熱交換器を蒸発器とし、室内空気に対して下流側の室内熱交換器によって冷却・除湿を行い、上流側の室内熱交換器によって加熱を行い、空気温度を下げずに除湿を行うことができる除湿モード付きの空気調和機が知られている（例えば、特許文献１）。

上述のような空気調和機では、除湿運転時に、サイクルドライ用の絞り弁装置が弁閉状態になり、絞り効果を得るために、絞り弁装置内の狭い絞り通路を冷媒が流れるため、冷媒流に乱れが生じる。

このため、絞り弁装置が設置される室内機において、乱流に起因する振動が冷媒液中を伝播し、室内機の凝縮器、蒸発器が共鳴板として作用し、耳障りな冷媒流動音（冷媒擦過音）が発生する。つまり、サイクルドライ除湿運転時には、絞り部を液とガスの混合冷媒が通過し、間欠的な冷媒通過音が生じる。このことによって絞り部より上流側の室内機の熱交換器で共鳴が生じ、これが室内において耳障りな騒音になる。

このようなことは、圧縮機回転数の増加により冷媒循環流量が増加し、絞り弁装置内の絞り通路前後の圧力差が大きいほど顕著になり、不快騒音レベルが上昇する。

このことに鑑みて、絞り弁装置の絞り通路に、焼結金属等による多孔質部材を設けたり、多孔質部材によって絞り通路を構成したり、絞り通路の前後に多孔質部材を設けたりし、冷媒が多孔質部材を流れることにより、乱流の通過を抑え、整流化作用を得て冷媒流動音の低減を図ることが、既に提案されている（例えば、特許文献２、３、４、５）。

ところで、サイクルドライ除湿運転時に、絞り部で間欠的な冷媒通過音が発生するのは、絞り部の上流側の流体が液とガスとが混合したスラグ流と呼ばれる状態の時であり、液冷媒とガス冷媒の流動抵抗の違いにより、ガスが絞り部に入る瞬間と、液が絞り部に入る瞬間とで、冷媒通路内の圧力が急激に変化する。このため、振動的な圧力変動が生じ、配管等が加振され、その結果、騒音が生じる。このことに対して、従来のものでは、絞り弁装置内の絞り部で生じる振動自体を低減する抜本的な対策がなされておらず、騒音低減に限界がある。
特開平１１−５１５１４号公報 特開２０００−３４６４９５号公報 特開２００１−３１１５７３号公報 特開２００２−３１０５４０号公報 特開２００２−３２３２７３号公報

この発明が解決しようとする課題は、絞り弁装置内の絞り部で生じる振動自体を低減し、効果的に騒音低減を図ることである。

この発明による絞り弁装置は、第１の入出口ポート、第２の入出口ポート、前記第１の入出口ポートと常時連通している弁室、前記弁室と前記第２の入出口ポートとの間に設けられた弁ポートを画定する弁ハウジングと、前記弁室内に設けられて前記弁ポートを開閉する弁体とを有する絞り弁装置において、前記弁体に弁閉状態において前記第１の入出口ポートと前記第２の入出口ポートとを連通接続する通路が形成され、前記通路に緩衝部材と絞り部材とが配置され、当該通路を流れる流体流で見て前記緩衝部材の一方の側において前記通路より分岐した流路にバッファチャンバが形成されており、好ましくは、前記バッファチャンバの入口部に連通孔が形成された仕切板を有している。

この発明による絞り弁装置は、好ましくは、前記緩衝部材と前記絞り部材とが当該通路を流れる流体流で見て互いに直列に配置されている。

また、この発明による絞り弁装置は、好ましくは、さらに、前記通路を流れる流体流で見て前記緩衝部材と前記絞り部材との各々の前後に多孔質体によるフィルタ要素が配置されている。

この発明による空気調和機は、圧縮機と、室外熱交換器と、第１の室内熱交換器と、第２の室内熱交換器と、これらをループ接続する冷媒通路と、前記室外熱交換器と前記第１の室内熱交換器との間の冷媒通路に設けられた膨張弁とを有し、前記第１の室内熱交換器と前記第２の室内熱交換器との間に上述のいずれかの発明による絞り弁装置が接続されているものである。

この発明による絞り弁装置では、緩衝部材の一方の側において通路より分岐した流路にバッファチャンバが、当該通路を流れるガスや液とガスの混合流体等、圧縮性流体の圧力変動を緩衝する圧力バッファとして作用する。特に、バッファチャンバの入口部に連通孔が形成された仕切板があると、バッファチャンバと連通孔とで、ヘルムホルツレゾネータをなし、振動的な圧力変動の低減が効果的に行われる。このことにより、絞り部材に入る流体の圧力変動、特に、相変化が緩やかになり、これに応じて振動的な圧力変動の振幅が小さくなり、絞り動作時の騒音発生が低減する。

また、緩衝部材と絞り部材とが、通路を流れる流体流で見て直列に配置されていると、緩衝部材によって絞り部材に入る流体の圧力変動、特に、相変化が緩やかになる。このことにより、絞り部材での振動的な圧力変動の振幅がさらに小さくなり、絞り動作時の騒音発生がさらに低減する。

さらに、通路を流れる流体流で見て緩衝部材と絞り部材との各々の前後に多孔質体によるフィルタ要素が配置されていることにより、冷媒流動音の伝播が防止される。

また、この発明による空気調和機では、絞り弁装置での絞り動作時に生じる振動的な圧力変動の振幅が小さくなり、絞り動作時の騒音発生が低減し、さらには、冷媒流動音の伝播が防止され、室内熱交換器での共鳴による騒音の発生が効果的に低減する。

以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１に示されているように、絞り弁装置１０は弁ハウジング１１を有している。弁ハウジング１１は、第１の入出口ポート１２と、第２の入出口ポート１３と、第１の入出口ポート１２と常時直接連通している弁室１４と、弁室１４と第２の入出口ポート１３との間に設けられた弁ポート１５とを画定している。弁ポート１５の弁室１４の側の開口端周りには弁座部１６が画定されている。第１の入出口ポート１２と、第２の入出口ポート１３には、各々継手管１７、１８が接続されている。

弁室１４には弁体２０が図にて上下方向（弁リフト方向）に移動可能に設けられている。弁体２０は、図２に示されているように、先端外周面２０Ａにて弁ポート１５の周りに画定されている弁座部１６に着座して弁ポート１５を閉じる弁閉位置と、図１に示されているように、弁座部１６より離れて弁ポート１５を開く弁開位置との間に移動可能になっている。

弁ハウジング１１には電磁ソレノイド装置４０が取り付けられている。電磁ソレノイド装置４０は、吸引子レスタイプのものであり、弁ハウジング１１に固定された円筒状のプランジャチューブ４１と、プランジャチューブ４１内に画定されたプランジャ室４２に軸線方向（上下方向）に移動可能に嵌合したカップ形状のプランジャ４３と、プランジャチューブ４１の先端部（上端部）に固定されたプラグ部材４４と、プランジャチューブ４１の外側にてボルト４５によりプラグ部材４４に連結されたコの字形の外凾４６と、プランジャチューブ４１の外周囲に固定されたボビン４７Ａ、巻線部４７Ｂによる電磁コイル部４７と、プランジャ４３をプラグ部材４４側に付勢する圧縮コイルばねによるプランジャばね（弁開ばね）４８とにより構成されている。

弁室１４は弁ポート１５とは反対側（上側）にてプランジャチューブ４１の内側（プランジャ室４２）と直接連続している。弁体２０は、弁室１４およびプランジャチューブ４１の内側にあり、ステム部２０Ｂをプランジャ４３の底部にかしめ結合されている。これにより、弁体２０とプランジャ４３とが一体化連結され、弁体２０はプランジャ４３と一体的に上下方向（軸線方向）に移動する。

電磁ソレノイド装置４０は、電磁コイル部４７に通電が行われていない非通電時には、プランジャばね４８のばね力によってプランジャ４３と共に弁体２０を上方（弁開方向）へ駆動する。これに対し、電磁ソレノイド装置４０は、電磁コイル部４７に通電が行われている通電時には、プランジャ４３がプランジャばね４８のばね力に抗して外凾４６の下側片部４６Ａの側に磁気的に吸引されることにより、弁体２０を下方（弁閉方向）へ駆動する。

すなわち、電磁ソレノイド装置４０は、非通電時には、図１に示されているように、プランジャばね４８のばね力により弁体２０を弁座部１６より引き離した弁開位置へ駆動し、通電時には、図２に示されているように、プランジャばね４８のばね力に抗して弁体２０を弁座部１６に着座させる弁閉位置へ駆動し、絞り弁装置１０は、常開型、通電閉型の電磁弁になっている。

図１に示されているように、弁体２０は弁ポート１５の真上位置にあり、弁体２０には弁閉状態において第１の入出口ポート１２と第２の入出口ポート１３とを連通接続する内部通路が形成されている。この内部通路の大部分は、弁ポート１５に向かい合う弁体２０の先端面（下底面）に開口した中空開口部２１によって与えられる。つまり、中空開口部２１は、弁体２０の先端面にて弁ポート１５に向けて開口（下端開口）しており、上端閉の有底孔をなしている。また、図２によく示されているように、弁体２０には中空開口部２１の上部領域に連通する複数個の径方向通路２３が穿設されている。

これにより、中空開口部２１、径方向通路２３が、弁体２０に弁閉状態において第１の入出口ポート１２と第２の入出口ポート１３とを連通接続する内部通路をなす。

径方向通路２３が穿設されている部分の弁体２０の外周部には多孔質体による円筒状フィルタ要素２４が嵌合装着されている。円筒状フィルタ要素２４は、混入物捕捉と気液混合流体中のガス粒の細分化を行う。

中空開口部２１には、仕切板３２、多孔質体による円盤状フィルタ要素２５、流通孔２６Ａを有する緩衝部材２６、多孔質体による円盤状フィルタ要素２７、絞り孔２８Ａを有する絞り部材２８、多孔質体による円盤状フィルタ要素２９、リング状の座金３０が順に挿入され、これらは、中空開口部２１の先端部かしめによって弁体２０に固定されている。

上述の構成により、緩衝部材２６と絞り部材２８は、通路（中空開口部２１、径方向通路２３）を流れる流体流で見て縦方向に直列に配置されている。絞り部材２８の絞り孔２８Ａの口径は、絞り弁装置１０に要求される絞り度を得る大きさに設定されている。

緩衝部材２６は絞り部材２８より上流側に位置し、中空開口部２１の内径よりも小さい外径で形成されていて、中空開口部２１の内周面との間に環状の隙間Ａが形成されるように、中空開口部２１と同心円上に配置されている。緩衝部材２６の流通孔２６Ａの口径は、絞り弁装置１０の絞り度に影響を与えない値に設定され、絞り部材２８における流体の圧力変動を緩和させる。

つまり、図１に示されているように、緩衝部材２６と絞り部材２８とが、弁体２０の内部通路（中空開口部２１、径方向通路２３）を流れる流体流で見て直列に配置されている。

円盤状フィルタ要素２５、２７、２９は、弁体２０の内部通路（中空開口部２１、径方向通路２３）を流れる流体流で見て緩衝部材２６と絞り部材２８の前後にあり、専ら、ここを流れる気液混合流の整流化を行い、乱流の通過を抑える。

円筒状フィルタ要素２４、円盤状フィルタ要素２５、２７、２９を構成する多孔質体としては、ステンレス鋼、真鍮等による連続気孔構造の多孔性焼結金属、ニッケル、ニッケル−銅合金による三次元網目状の発泡金属あるいは金属多孔質体、プラスチック粉末を原料として焼結成形した連続気孔構造のプラスチック焼結多孔質体、ステンレス鋼等による金網を数枚重ねて焼結した焼結多層金網等、ロングライフタイプの多孔質体が好ましく、これらフィルタ要素２４、２５、２７、２９は、混入物捕捉や気液混合流体中のガス粒の細分化作用、気液混合流の整流化作用を行うための適正な気孔径やメッシュに設定されている。

弁体２０には、中空開口部２１の図にて上側に、比較的大きい内容積を有するバッファチャンバ３３が形成されている。バッファチャンバ３３は、図２に示されているように、仕切板３２に貫通形成された連通孔３４によって円盤状フィルタ要素２５の一方の面（緩衝部材２６とは反対側の面）に連通している。すなわち、通路（中空開口部２１、径方向通路２３）を流れる流体流で見て緩衝部材２６の一方の側において前記通路より分岐した流路（連通孔３４）の先端にバッファチャンバ３３が形成されている。

このように、バッファチャンバ３３の入口部が連通孔３４になっていることにより、バッファチャンバ３３と連通孔３４は、共鳴による消音効果がある一種のヘルムホルツレゾネータをなす。

弁ハウジング１１には可動カラー部材３１が軸線方向と径方向の各々に変位可能に設けられている。可動カラー部材３１は、真鍮、非磁性材、樹脂等により構成され、円筒部３１Ａと、円筒部３１Ａの上端に一体形成された上部フランジ３１Ｂとを有し、上部フランジ３１Ｂの下底面が、中心軸線に直交する方向に延在する環状の可動側摩擦面をなしている。

弁ハウジング１１は、プランジャチューブ４１の付け根部（プランジャチューブ４１の弁ハウジング１１に対する固定端部）に段差部１１Ａを有し、段差部１１Ａの上面が、中心軸線に直交する方向に延在する環状の固定側摩擦面をなしている。この固定側摩擦面には、可動カラー部材３１の上部フランジ３１Ｂの下底面がなす可動側摩擦面が摺動可能に面接触している。

可動カラー部材３１の円筒部３１Ａは、上部フランジ３１Ｂと弁ハウジング１１の段差部１１Ａとの係合によって吊り下げ状態で、弁室１４内に位置し、弁開状態での弁体２０の先端側の外周を、全周、取り囲んでいる。

可動カラー部材３１の上部フランジ３１Ｂにはプランジャばね４８の下端側の巻端が着座している。プランジャばね４８の上端側の巻端はプランジャ４３の段差部４３Ａに着座している。これにより、可動カラー部材３１は、プランジャばね４８のばね力を及ぼされ、上述の可動側摩擦面を弁ハウジング１１の上述の固定側摩擦面に弾力的に付勢されている。すなわち、可動カラー部材３１の可動側摩擦面が弁ハウジング１１の固定側摩擦面に面接触状態で押し付けられている。

つぎに、上述の構成による絞り弁装置１０の動作について説明する。

電磁ソレノイド装置４０に通電が行われていない状態では、図１に示されているように、プランジャばね４８のばね力によってプランジャ４３と共に弁体２０が持ち上げられて弁体２０が弁座部１６より離れ、弁ポート１５が完全に開かれた全開の実質的な絞り作用がない弁開状態が得られる。

この弁開状態時には、可動カラー部材３１の円筒部３１Ａによって弁体２０の先端側外周が取り囲まれるので、弁室１４内を第１の入出口ポート１２より、弁ポート１５、第２の入出口ポート１３へ流れる流体流（乱流）が弁体２０に直接当たらないようになる。これにより、弁体２０に作用する流体流による加振力が低減する。

また、可動カラー部材３１が弁体２０の加振運動を受けて径方向に動くことにより、可動側摩擦面（上部フランジ３１Ｂの下底面）と固定側摩擦面（弁ハウジング１１の段差部１１Ａの上面）との摩擦によって、弁体２０に作用している振動エネルギが熱エネルギに変換され、振動減衰作用、すなわちダンパ効果が得られる。これらのことにより、弁体２０が弁室１４内の流体流の影響を受け難くなり、弁体２０が共振することが避けられ、弁鳴りを生じなくなる。

電磁ソレノイド装置４０に通電が行われると、プランジャばね４８のばね力に抗してプランジャ４３が外凾４６の下側片部４６Ａの側に磁気的に吸引され、弁体２０が弁閉方向へ駆動され、図２に示されているように、弁体２０が先端外周面２０Ａをもって弁座部１６に着座する。

この弁閉状態では、円筒状フィルタ要素２４、径方向通路２３、円盤状フィルタ要素２５、緩衝部材２６の流通孔２６Ａ、円盤状フィルタ要素２７、絞り部材２８の絞り孔２８Ａ、円盤状フィルタ要素２９をもって弁室１４と第２の入出口ポート１３とが連通し、第１の入出口ポート１２が高圧側で、第２の入出口ポート１３が低圧側である場合には、円筒状フィルタ要素２４→径方向通路２３→円盤状フィルタ要素２５→緩衝部材２６の流通孔２６Ａ、あるいは、弁体２０の中空開口部２１の内周面と緩衝部材２６の外周面との間に形成される環状の隙間Ａ→円盤状フィルタ要素２７→絞り部材２８の絞り孔２８Ａ→円盤状フィルタ要素２９の順に、液とガスの混合冷媒等の流体が流れる。

この流体の流路より分岐した形態で、バッファチャンバ３３があることにより、バッファチャンバ３３が、通路（中空開口部２１、径方向通路２３）を流れるガスや液とガスの混合流体等、圧縮性流体の圧力変動を緩衝する圧力バッファとして作用する。特に、バッファチャンバ３３の入口部に連通孔３４があることにより、バッファチャンバ３３と連通孔３４とで、ヘルムホルツレゾネータをなし、特定周波数域において、振動的な圧力変動の低減が効果的に行われる。このことにより、緩衝部材２６に入る流体の圧力変動、特に、相変化が緩やかになり、これに応じて振動的な圧力変動の振幅が小さくなり、絞り動作時の騒音発生が低減する。

また、上述のように流体が流れることにより、まず、円筒状で表面積が大きい円筒状フィルタ要素２４によって流体流れ中のコンタミネーションの捕捉が行われると共に液流中の気泡（ガス粒）の細分化が行われる。そして流体は、複数個の径方向通路２３を通り、分散された流れで円盤状フィルタ要素２５に流入し、円盤状フィルタ要素２５より、まず、絞り弁装置１０の絞り度に影響を与えない口径に設定された緩衝部材２６の流通孔２６Ａ、あるいは、弁体２０の中空開口部２１の内周面と緩衝部材２６の外周面との間に形成される環状の隙間Ａを流れ、緩衝部材２６の流通孔２６Ａを流体が流れることによって、あるいは、緩衝部材２６の外周を流体が流れることによって、流体の圧力変動、特に、相変化が緩やかになり、振動的な圧力変動の振幅が小さくなる。

その後、流体は、円盤状フィルタ要素２７を通過し、絞り部材２８の絞り孔２８Ａを流れて絞られる。この絞り部材２８の絞り孔２８Ａを流れる流体は、これより上流側の緩衝部材２６によって振動的な圧力変動の振幅が小さくなっているから、絞り部材２８における間欠的な冷媒通過音の発生が低減する。

その後、流体は、円盤状フィルタ要素２９を通過して第２の入出口ポート１３へ流れる。この流体流において、緩衝部材２６と絞り部材２８の各々の前後に多孔質体による円盤状フィルタ要素２５、２７、２９が配置されていることにより、冷媒流動音の伝播も防止される。

図３は上述した実施形態による絞り付きの絞り弁装置１０をサイクルドライ弁として組み込まれたこの発明による空気調和機を示している。

この空気調和機は、圧縮機１００と、室外熱交換器１０１と、第１の室内熱交換器１０２と、第２の室内熱交換器１０３と、これらをループ接続する冷媒通路１０５〜１１３と、室外熱交換器１０１と第１の室内熱交換器１０２との間の冷媒通路（１０７〜１０９）に設けられた膨張弁１０４と、冷房モードと暖房モードとの切換のためにループ接続された冷媒通路１０５〜１１３における冷媒の流れ方向を反転する四方弁１１５とを有している。

第１の室内熱交換器１０２と第２の室内熱交換器１０３との間の冷媒通路１１０には絞り弁装置（サイクルドライ弁）１０が接続されている。

冷房モードでは、図３にて実線の矢印で示されている方向に冷媒が循環し、絞り弁装置１０が弁開している状態で、冷房モードが得られ、絞り弁装置１０が弁閉している状態では、当該絞り弁装置１０が絞り弁として作用し、冷媒が、第１の入出口ポート１２より、円筒状フィルタ要素２４→径方向通路２３→円盤状フィルタ要素２５→緩衝部材２６の流通孔２６Ａ、あるいは、弁体２０の中空開口部２１の内周面と緩衝部材２６の外周面との間に形成される環状の隙間Ａ→円盤状フィルタ要素２７→絞り部材２８の絞り孔２８Ａ→円盤状フィルタ要素２９の順路（図２参照）を経て第２の入出口ポート１３へ流れ、冷房サイクルドライモード（冷房時除湿）が得られる。この冷媒流れにおいて、絞り弁装置１０内のバッファチャンバがガス状の冷媒の圧力変動を緩衝する。

これにより、冷房サイクルドライモードでの絞り弁装置１０における間欠的な冷媒通過音の発生が低く、絞り弁装置１０より上流側の第１の室内熱交換器１０２での共鳴による騒音の発生が低減する。

なお、暖房モードでは、図３の矢印で示されている方向とは逆方向に冷媒が循環し、通常、絞り弁装置１０は弁開状態を維持する。

この発明による絞り弁装置の一つの実施形態を示す断面図である。 一つの実施形態による絞り弁装置の要部の拡大断面図である。 この発明による絞り弁装置が組み込まれた空気調和機を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 絞り弁装置
１１ 弁ハウジング
１２ 第１の入出口ポート
１３ 第２の入出口ポート
１４ 弁室
１５ 弁ポート
１６ 弁座部
２０ 弁体
２４ 円筒状フィルタ要素
２５ 円盤状フィルタ要素
２６ 緩衝部材
２７ 円盤状フィルタ要素
２８ 絞り部材
２９ 円盤状フィルタ要素
３１ 可動カラー部材
３３ バッファチャンバ
３４ 連通孔
４０ 電磁ソレノイド装置

Claims (5)

1. 第１の入出口ポート、第２の入出口ポート、前記第１の入出口ポートと常時連通している弁室、前記弁室と前記第２の入出口ポートとの間に設けられた弁ポートを画定する弁ハウジングと、前記弁室内に設けられて前記弁ポートを開閉する弁体とを有する絞り弁装置において、
   前記弁体に弁閉状態において前記第１の入出口ポートと前記第２の入出口ポートとを連通接続する通路が形成され、前記通路に緩衝部材と絞り部材とが配置され、当該通路を流れる流体流で見て前記緩衝部材の一方の側において前記通路より分岐した流路にバッファチャンバが形成されている絞り弁装置。
2. 前記バッファチャンバの入口部に連通孔が形成された仕切板を有する請求項１記載の絞り弁装置。
3. 前記緩衝部材と前記絞り部材とが当該通路を流れる流体流で見て互いに直列に配置されている請求項１または２記載の絞り弁装置。
4. 前記通路を流れる流体流で見て前記緩衝部材と前記絞り部材の各々の前後に多孔質体によるフィルタ要素が配置されている請求項１〜３の何れか１項記載の絞り弁装置。
5. 圧縮機と、室外熱交換器と、第１の室内熱交換器と、第２の室内熱交換器と、これらをループ接続する冷媒通路と、前記室外熱交換器と前記第１の室内熱交換器との間の冷媒通路に設けられた膨張弁とを有し、前記第１の室内熱交換器と前記第２の室内熱交換器との間に、請求項１〜４の何れか１項記載の絞り弁装置が接続されている空気調和機。

Images