JP2023094136A - 電動弁および冷凍サイクルシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】弁部材の作動性を確保しつつ、弁漏れを抑制できる電動弁および冷凍サイクルシステムを提供する。【解決手段】弁体2が、弁体ホルダ6の弁ポート14側の端部に設けられる嵌装孔62aから吊り下げられた状態で弁体ホルダ6に摺動可能に挿通されるとともに、弁本体1に固定される筒状の弁ガイド部材1Bによってロッド軸22が軸線L方向に案内されるように配置されている。そして、弁体2と弁ガイド部材1Bとの間のクリアランスをA、弁体ホルダ6とホルダガイド5dとの間のクリアランスをB、弁体2と弁体ホルダ6の嵌装孔62aとの間のクリアランスをCとするとき、これらクリアランスA~Cの関係が、A<B、A<Cに設定されている。【選択図】図2
Description
本発明は、冷凍サイクルシステムなどに使用する電動弁および冷凍サイクルシステムに関する。
電動弁として、弁室および弁ポートを有する弁本体と、弁ポートの開度を変更する弁体と、弁体を軸線方向に進退駆動する駆動部と、駆動部の駆動軸とともにねじ送り機構を構成する支持部材と、を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。かかる特許文献1の電動弁では、駆動部の駆動軸の回転運動をねじ送り機構によって駆動軸の軸線方向の直線運動に変換し、この駆動軸に連結された弁体の弁部材により、弁ポートの開度を制御する。
ここで、かかる電動弁について、従来の電動弁における全閉状態を示す組み立て断面図である図4を用いて具体的に説明する。すなわち、例えば、図4に示すように、弁本体1は、筒状の弁ハウジング部材1Aと、弁ハウジング部材1Aの内部に固定される弁ガイド部材1Bと、弁ハウジング1Aの上部に固定される円筒状のケース4と、ケース4の上端開口部に固定される支持部材5と、を有している。なお、ここでの説明における「上下」の概念は図4における上下に対応する。
弁ハウジング部材1Aは、その内部に略円筒状の弁室1Cが形成され、側面側から弁室1Cに連通する第1の継手管11が取り付けられている。また、弁ハウジング部材1Aには、弁座部13の中央部に円柱状の弁口である弁ポート14が形成されている。また、弁ハウジング部材1Aの上端部には、弁ガイド部材1Bを囲うようにリム1bが形成されている。さらに、弁ハウジング部材1Aの底面側には、内部に弁ポート14の一部を有する円筒状の円筒部15が形成されている。そして、弁室1Cに連通する第2の継手管12が、円筒部15の外周側に配置され、弁ハウジング部材1Aの底部にろう付けにより取り付けられている。第1の継手管11から流体としての冷媒が流入した場合には、弁室1Cを介して第2の継手管12から冷媒が流出される。また、第2の継手管12から冷媒が流入した場合には、弁ポート14を介して弁室1Cを通過した冷媒が第1の継手管11から流出される。なお、円筒部15は、その円筒状の内周面が弁ハウジング部材1Aの弁ポート14と連続して形成され、弁ハウジング部材1Aと一体に成形されている。
弁ガイド部としての弁ガイド部材1Bは、弁ハウジング部材1Aの上部から圧入され、弁室1C内に挿通した状態で取り付けられており、この弁ガイド部材1Bには、軸線Lを中心として弁ガイド孔16が形成されている。ケース4は、弁ハウジング部材1Aのリム1bの外周に嵌合するように組み付けられ、リム1bをかしめるとともに、底部外周をろう付けすることにより弁ハウジング部材1Aに固着されている。
支持部材5は、ケース4の上端開口部に固定金具41を介して溶接固定されている。この支持部材5の上側の中心には、弁ポート14などの軸線Lと同軸に形成された雌ねじ部5aが設けられており、下側に雌ねじ部5aの外周よりも径の大きな円筒状のガイド孔5cが形成されている。
弁部材としての弁体2は、下側先端にニードル部21が設けられた軸部としてのロッド軸22と、ロッド軸22の上端部を保持する弁体ホルダ6と、を有している。ロッド軸22の上端部には、フランジ部23が形成されている。なお、ロッド軸22に設けられたニードル部21は、弁体2が最下方に移動した全閉状態時に弁ポート14内に位置し、その先端側に向かうに従い縮径するように多段に面取りされたイコールパーセント特性を有する形状である。この場合、ニードル部21は、弁体2が最下方に移動した全閉状態時に弁座部13に着座する着座面部21aに連なっている。なお、弁体2は、最下方に移動した全閉状態時(すなわち、弁座部13に最も近接した状態時)であっても、ニードル部21を弁座部13に接触させないことで微小な開度が得られるように設定してもよい。
弁体ホルダ6は、筒状の円筒部61の下端にロッド軸22のフランジ部23が固着されるとともに、円筒部61内にバネ受け63と圧縮コイルバネ64とワッシャ65とを備えている。つまり、弁体ホルダ6は、弁ポート14側の一端に、弁体2が圧入および溶接により固定された状態で設けられ、弁体2とバネ受け63とを離間する方向に付勢する圧縮コイルバネ64を収容している。また、弁体ホルダ6の他端には、駆動軸としての後述するロータ軸32が連結されている。弁体2またはロータ軸32のうち、少なくとも一方が、弁体ホルダ6に対して抜け止めされた状態で、当該弁体ホルダ6の内部に進退移動可能に連結されている。さらに、弁体ホルダ6は、支持部材5のガイド孔5cに挿通され、軸線L方向に摺動可能に支持されている。つまり、支持部材5のガイド孔5cの下側は、弁体ホルダ6を案内するホルダガイド部5dとして機能する。
駆動部としてのステッピングモータ3は、キャン7と、キャン7内に設けられたマグネットロータ31と、ロータ軸32と、不図示のステータコイルと、ステッピングモータ3の回転ストッパ機構8と、を有している。
キャン7は、ケース4の上端に溶接などによって気密に固定され、支持部材5およびマグネットロータ31を収納している。マグネットロータ31は、その外周部が多極に着磁されており、その中心にロータ軸32が固定されている。ロータ軸32は、その下端部が、弁体ホルダ6の円筒部61の上端部を貫通し、バネ受け63の上面に当接するとともに、抜け止め用のフランジ部32cが、ワッシャ65を介して円筒部61内に保持されている。また、ロータ軸32は、その中間部の上側表面に雄ねじ部32aが形成されている。この雄ねじ部32aは、支持部材5の雌ねじ部5aに螺合され、これらの雄ねじ部32aおよび雌ねじ部5aによって、駆動部のねじ送り機構17が構成されている。ねじ送り機構17は、ステッピングモータ3の回転運動をロータ軸32の直線運動に変換し、これにより弁体2が軸線L方向に進退駆動されるようになっている。ステータコイルは、キャン7の外周に配設されており、このステータコイルにパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ31が回転されてロータ軸32が回転するようになっている。
ステッピングモータ3の回転ストッパ機構8は、キャン7の天井部にガイド支持体8Aが固定され、ガイド支持体8Aには、キャン7の天井部の中心から軸心に沿って垂下された円筒状のガイド86と、ガイド86の外周に固定された螺旋ガイド87と、螺旋ガイド87にガイドされて回転かつ上下動可能な可動スライダ88と、を備えている。可動スライダ88には、径方向外側に突出した爪部88aが設けられ、マグネットロータ31には、上方に延びて爪部88aと当接する延長部31aが設けられ、マグネットロータ31が回転すると、延長部31aが爪部88aを押すことで、可動スライダ88が螺旋ガイド87に倣って回転かつ上下するようになっている。また、円筒状のガイド86内部にはロータ軸32の上部をガイドする筒部材8Bが嵌合されている。
螺旋ガイド87には、マグネットロータ31の最上端位置を規定する上端ストッパ87aと、マグネットロータ31の最下端位置を規定する下端ストッパ87bと、が形成されている。マグネットロータ31の正回転に伴って下降した可動スライダ88が下端ストッパ87bに当接すると、この当接した位置で可動スライダ88が回転不能となり、これによりマグネットロータ31の回転が規制され、弁体2の下降も停止される。一方、マグネットロータ31の逆回転に伴って上昇した可動スライダ88が上端ストッパ87aに当接すると、この当接した位置で可動スライダ88が回転不能となり、これによりマグネットロータ31の回転が規制され、弁体2の上昇も停止される。
ところで、冷凍空調用の電動弁は、弁内部を流れる流体の量を制御する他に、流れをせき止める役割が求められる場合がある。しかしながら、弁体を上下動させる際、弁内部を通過する流体によって生じる弁室内の差圧や動圧等の影響により、弁体が傾いて着座するなどの現象が発生するため、弁体を弁座部に正確に着座させることが重要となる。そのための改善方法として、例えば、弁ガイド部材の弁ガイド孔を延長させるなどして弁体を弁座部直前まで案内するなどの対策が挙げられるが、ホルダガイド、弁体ガイド、弁座部の同軸度が低いと弁体を拘束してしまう(ロックが生じる)可能性がある。したがって、組立精度を高める必要があった。
特に、弁体が弁体ホルダと一体的に設けられている場合、弁体と弁体ホルダとの径方向の相対移動ができないため、ホルダガイド、弁体ガイド、および弁座部の同軸度の影響が特に顕著となる。よって、弁体ガイド部と弁体とのクリアランスを大きくせざるを得ず、結果として弁漏れが生じ易いという問題があった。
そこで、本発明の目的は、弁部材の作動性を確保しつつ、弁漏れを抑制できる電動弁および冷凍サイクルシステムを提供することにある。
本発明の電動弁は、弁室および弁ポートを有する弁本体と、前記弁ポートの開度を変更する弁部材と、前記弁部材を前記弁ポートの軸線方向に進退駆動する駆動軸を有する駆動部と、前記駆動軸と共にねじ送り機構を構成する支持部材と、前記弁部材と前記駆動軸とに亘る弁ホルダと、前記弁ホルダを前記軸線方向に案内するホルダガイドと、を備え、前記駆動部の回転運動を、前記ねじ送り機構によって前記駆動軸の軸線方向の直線運動に変換し、前記駆動軸に連結された前記弁部材により前記弁ポートの開度を制御する電動弁であって、前記支持部材は、前記弁本体に固定され、前記弁部材および前記駆動軸は同心上に配置され、前記弁部材は、前記弁ホルダの前記弁ポート側の端部に設けられる嵌装孔から吊り下げられた状態で前記弁ホルダに摺動可能に挿通されるとともに、前記弁本体に固定される筒状の弁ガイド部によって前記軸線方向に案内され、前記弁部材と前記弁ガイド部との間のクリアランスをA、前記弁ホルダと前記ホルダガイドとの間のクリアランスをB、前記弁部材と前記弁ホルダの前記嵌装孔との間のクリアランスをCとするとき、これらクリアランスA~Cの関係が、A<B、A<Cに設定されていることを特徴とする。
このような本発明によれば、駆動部(駆動軸の雄ねじ部および支持部材の雌ねじ部や、駆動軸と弁ホルダとの接合部)の寸法のばらつきや、駆動時のガタの影響を抑制して弁部材を駆動できる。すなわち、駆動部(駆動軸の雄ねじ部および支持部材の雌ねじ部や、駆動軸と弁ホルダとの接合部)が偏った状態においても弁部材の動きの量は弁部材と弁ガイド部とのクリアランスで規制されるため、弁座部との同心を確保できる。かくして、弁部材の作動性を確保しつつ、弁漏れを抑制できる。
この際、前記クリアランスBと、前記クリアランスCと、の関係が、B<Cに設定されていることが好ましい。これにより、弁部材が嵌装孔に接触する前に弁ホルダの径方向の移動量が規制されるので、弁部材が弁ホルダの径方向の位置ずれによる影響を受けない。つまり、嵌装孔と弁部材とは、互いに接触せず摺動抵抗とならない。
また、前記弁部材は、前記弁ガイド部によって案内される軸部を有し、前記弁部材の前記弁ガイド部による前記軸線方向の案内量が、前記弁部材における前記軸部の直径よりも長く設定されていることが好ましい。これにより、弁部材が十分な長さでガイドされるので、弁漏れを低減できる。
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、前記いずれかの電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。
このような本発明によれば、前述したように、本発明の電動弁は、駆動時のガタの影響を抑制して弁部材を駆動することで、弁部材の作動性を確保しつつ、弁漏れを抑制できるので、運転時に、省エネであり、且つ、不具合が生じ難い冷凍サイクルシステムとすることができるとすることができる。
本発明の電動弁および冷凍サイクルシステムによれば、弁部材の作動性を確保しつつ、弁漏れを抑制できる。
本発明の実施形態に係る電動弁について、図1および図2を参照しながら詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態の電動弁10は、弁本体1と、弁部材としての弁体2と、駆動部としてのステッピングモータ3と、弁ポート14と、を備えている。なお、以下の説明における「上下」の概念は図1における上下に対応する。
弁本体1は、筒状の弁ハウジング部材1Aと、弁ハウジング部材1Aの内部に固定される弁ガイド部としての弁ガイド部材1Bと、弁ハウジング1Aの上部に固定される円筒状のケース4と、ケース4の上端開口部に固定される支持部材5と、を有している。
弁ハウジング部材1Aは、その内部に略円筒状の弁室1Cが形成され、側面側から弁室1Cに連通する第1の継手管11が取り付けられている。また、弁ハウジング部材1Aには、弁座部13の中央部に円柱状の弁口である弁ポート14が形成されている。また、弁ハウジング部材1Aの上端部には、弁ガイド部材1Bを囲うようにリム1bが形成されている。さらに、弁ハウジング部材1Aの底面側には、内部に弁ポート14の一部を有する円筒状の円筒部15が形成されている。そして、弁室1Cに連通する第2の継手管12が、円筒部15の外周側に弁ポート14と同軸に配置され、弁ハウジング部材1Aの底部にろう付けにより取り付けられている。第1の継手管11から流体としての冷媒が流入した場合には、弁室1Cを介して第2の継手管12から冷媒が流出される。また、第2の継手管12から冷媒が流入した場合には、弁ポート14を介して弁室1Cを通過した冷媒が第1の継手管11から流出される。なお、円筒部15は、その円筒状の内周面が弁ハウジング部材1Aの弁ポート14と連続して形成され、弁ハウジング部材1Aと一体に成形されている。
弁ガイド部材1Bは、弁ハウジング部材1Aの上部から圧入され、弁室1C内に挿通した状態で取り付けられており、この弁ガイド部材1Bには、軸線Lを中心として弁ガイド孔16が形成されている。ケース4は、弁ハウジング部材1Aのリム1bの外周に嵌合するように組み付けられ、リム1bをかしめるとともに、底部外周をろう付けすることにより弁ハウジング部材1Aに固着されている。
支持部材5は、ケース4の上端開口部に固定金具41を介して溶接固定されている。この支持部材5の上側の中心には、弁ポート14などの軸線Lと同軸に形成された雌ねじ部5aが設けられており、下側に雌ねじ部5aの外周よりも径の大きな円筒状のガイド孔5cが形成されている。なお、本実施形態の場合、支持部材5は、ケース4の上端開口部に固定金具41を介して溶接固定された状態で嵌合されているが、支持部材5は、ケース4に圧入されるようにしてもよい。
弁体2は、下側先端にニードル部21が設けられた軸部としてのロッド軸22と、ロッド軸22の上端部を保持する弁体ホルダ6と、を有している。ロッド軸22は、弁ガイド部材1Bの弁ガイド孔16内に軸線L方向に摺動可能に挿入されている。また、ロッド軸22の上端部には、フランジ部23が形成されている。なお、ロッド軸22に設けられたニードル部21は、弁体2が最下方に移動した全閉状態時に弁座部13に着座するニードル部21の着座面部21aに連なって、その先端側に向かうに従い縮径するように多段に面取りされたイコールパーセント特性を有する形状である。なお、弁体2は、最下方に移動した全閉状態時(すなわち、弁座部13に最も近接した状態時)であっても、ニードル部21を弁座部13に接触させないことで微小な開度が得られるように設定してもよい。また、ニードル部21は、イコールパーセント特性に限らず、通常のリニア特性や複数段階で変化するリニア特性が得られる面取りを有する形状であってもよい。
弁体ホルダ6は、筒状の円筒部61の下端にボス部62が固着されるとともに、円筒部61内にバネ受け63、圧縮コイルバネ64、ワッシャ65、およびスペーサ部67を備えている。そして、弁体ホルダ6は、ボス部62の嵌装孔62a内にロッド軸22の上端部が挿通されるとともに、ロッド軸22のフランジ部23をボス部62に当接させてロッド軸22の上端部を保持している。さらに、弁体ホルダ6は、支持部材5のガイド孔5cに挿通され、軸線L方向に摺動可能に支持されている。つまり、弁体ホルダ6は、弁ポート14側の一端に、弁体2が吊り下げられた状態で設けられ、弁体2とバネ受け63とを離間する方向に付勢する圧縮コイルバネ64を収容している。また、弁体ホルダ6の他端には、駆動軸としての後述するロータ軸32が連結されている。弁体2またはロータ軸32のうち、少なくとも一方が、弁体ホルダ6に対して抜け止めされた状態で、当該弁体ホルダ6の内部に進退移動可能に連結されている。
本実施形態の場合、ロータ軸32のフランジ部32cの厚みは、弁体ホルダ6内におけるワッシャ65とバネ受け63との間に配置されるスペーサ部67に形成されたフランジ部32cが収容される窪み部67aの高さよりも薄くなっている。つまり、フランジ部32cは、スペーサ部67の窪み部67aに収容された状態で隙間が設けられる。したがって、弁開状態時には、圧縮コイルバネ64の付勢力がロータ軸32には伝わらず、弁体ホルダ6がロータ軸32にぶら下がった状態になる。そして、弁閉状態になって初めてバネ受け63を介してロータ軸32に圧縮コイルバネ64の付勢力が作用する構造になっている。これにより、弁体ホルダ6は、ロータ軸32と支持部材5との間のガタの影響を受けにくくなる。その上、弁体2は、弁ガイド部材1Bにガイドされているので、弁体2が弁座13に傾くことなく着座し易くなる。すなわち、弁体2が弁座13に着座してから、ロータ軸32がスペーサ部67の窪み部67aにおけるフランジ部32cとの隙間分移動し、前述した付勢力が作用し始める。これにより、弁漏れが低減できる。なお、スペーサ部67とバネ受け63とを一体に形成してもよい。これにより部品点数を削減することができる。また、弁体ホルダ6とロータ軸32とは、かしめ等によって一体的に固定されてもよい。
さらに、弁体ホルダ6は、支持部材5のガイド孔5cに挿通され、軸線L方向に案内される。つまり、支持部材5のガイド孔5cの下側は、弁体ホルダ6を案内するホルダガイド部5dとして機能する。なお、ホルダガイド部5dは、支持部材5と一体に設けるようにしてもよいし、支持部材5とは別体に設けるようにしてもよい。
駆動部としてのステッピングモータ3は、キャン7と、キャン7内に設けられたマグネットロータ31と、駆動軸としてのロータ軸32と、不図示のステータコイルと、ステッピングモータ3の回転ストッパ機構8と、を有している。
キャン7は、ケース4の上端に溶接などによって気密に固定され、支持部材5およびマグネットロータ31を収納している。マグネットロータ31は、その外周部が多極に着磁されており、その中心にロータ軸32が固定されている。ロータ軸32は、その下端部が、弁体ホルダ6の円筒部61の上端部を貫通し、バネ受け63の上面に当接するとともに、抜け止め用のフランジ部32cが、ワッシャ65を介して円筒部61内に保持されている。また、ロータ軸32は、その中間部の上側表面に雄ねじ部32aが形成されている。この雄ねじ部32aは、支持部材5の雌ねじ部5aに螺合され、これらの雄ねじ部32aおよび雌ねじ部5aによって、駆動部のねじ送り機構17が構成されている。ねじ送り機構17は、ステッピングモータ3の回転運動をロータ軸32の直線運動に変換し、これにより弁体2が軸線L方向に進退駆動されるようになっている。ステータコイルは、キャン7の外周に配設されており、このステータコイルにパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ31が回転されてロータ軸32が回転するようになっている。
ステッピングモータ3の回転ストッパ機構8は、キャン7の天井部にガイド支持体8Aが固定され、ガイド支持体8Aには、キャン7の天井部の中心から軸心に沿って垂下された円筒状のガイド86と、ガイド86の外周に固定された螺旋ガイド87と、螺旋ガイド87にガイドされて回転かつ上下動可能な可動スライダ88と、を備えている。可動スライダ88には、径方向外側に突出した爪部88aが設けられ、マグネットロータ31には、上方に延びて爪部88aと当接する延長部31aが設けられ、マグネットロータ31が回転すると、延長部31aが爪部88aを押すことで、可動スライダ88が螺旋ガイド87に倣って回転かつ上下するようになっている。また、円筒状のガイド86内部にはロータ軸32の上部をガイドする筒部材8Bが嵌合されている。
螺旋ガイド87には、マグネットロータ31の最上端位置を規定する上端ストッパ87aと、マグネットロータ31の最下端位置を規定する下端ストッパ87bと、が形成されている。マグネットロータ31の正回転に伴って下降した可動スライダ88が下端ストッパ87bに当接すると、この当接した位置で可動スライダ88が回転不能となり、これによりマグネットロータ31の回転が規制され、弁体2の下降も停止される。一方、マグネットロータ31の逆回転に伴って上昇した可動スライダ88が上端ストッパ87aに当接すると、この当接した位置で可動スライダ88が回転不能となり、これによりマグネットロータ31の回転が規制され、弁体2の上昇も停止される。
なお、電動弁10における駆動部としてのステッピングモータ3の構造は、前述した
可動スライダ88の爪部88aと当接する延長部31aが設けられる形状のものに限らず、例えば、特許文献1の電動弁のように、爪部を有するコイル状の従動スライダが支持部材のガイド溝内に螺合されて構成される形状のものであってもよい。
可動スライダ88の爪部88aと当接する延長部31aが設けられる形状のものに限らず、例えば、特許文献1の電動弁のように、爪部を有するコイル状の従動スライダが支持部材のガイド溝内に螺合されて構成される形状のものであってもよい。
ここで、本実施形態の場合、図2に示すように、弁体2は、弁体ホルダ6の弁ポート14側の端部に設けられる嵌装孔62aから吊り下げられた状態で弁体ホルダ6に摺動可能に挿通されるとともに、弁本体1に固定される筒状の弁ガイド部材1Bによってロッド軸22が軸線L方向に案内されるように配置されている。また、ロータ軸32は、ステッピングモータ3側の端部が弁体ホルダ6に摺動可能に挿通されている。
そして、弁体2と弁ガイド部材1Bとの間のクリアランスをA、弁体ホルダ6とホルダガイド5dとの間のクリアランスをB、弁体2と弁体ホルダ6の嵌装孔62aとの間のクリアランスをCとするとき、これらクリアランスA~Cの関係が、A<B、A<Cに設定されている。したがって、本実施形態の電動弁10では、ステッピングモータ3(ロータ軸32の雄ねじ部32aおよび支持部材5の雌ねじ部5aや、ロータ軸32と弁体ホルダ6との接合部)の寸法のばらつきや、駆動時のガタの影響を抑制して弁体2を駆動できる。
以上、説明したように、本実施形態の電動弁10によれば、弁体2が、弁体ホルダ6の弁ポート14側の端部に設けられる嵌装孔62aから吊り下げられた状態で弁体ホルダ6に摺動可能に挿通されるとともに、弁本体1に固定される筒状の弁ガイド部材1Bによってロッド軸22が軸線L方向に案内されるように配置されている。また、ロータ軸32は、弁ポート14側の端部が弁体ホルダ6に摺動可能に挿通されている。これにより、ロータ軸32と支持部材5との間にガタがあったとしても、弁体ホルダ6はロータ軸32の横振れの影響を受けにくい。そして、弁体2と弁ガイド部材1Bとの間のクリアランスをA、弁体ホルダ6とホルダガイド5dとの間のクリアランスをB、弁体2と弁体ホルダ6の嵌装孔62aとの間のクリアランスをCとするとき、これらクリアランスA~Cの関係が、A<B、A<Cに設定されている。これにより、ステッピングモータ3(ロータ軸32の雄ねじ部32aおよび支持部材5の雌ねじ部5aや、ロータ軸32と弁体ホルダ6との接合部)の寸法のばらつきや、駆動時のガタの影響を抑制して弁体2を駆動できる。すなわち、ステッピングモータ3(ロータ軸32の雄ねじ部32aおよび支持部材5の雌ねじ部5aや、ロータ軸32と弁体ホルダ6との接合部)が偏った状態においても、弁体2の動きの量は弁体2と弁ガイド部材1BとのクリアランスAで規制されるため、弁座部13との同心を確保できる。かくして、本実施形態の電動弁10によれば、弁体2の作動性を確保しつつ、弁漏れを抑制できる。
また、本実施形態の電動弁10のように、第1の継手管101が弁ハウジング部材1Aの側面側に取付けられる一方で、第2の継手管102が弁ポート14と同軸に設けられていると、第1継手管101と第2の継手管102との間では、流路が概ね90度で曲げられることとなる。その結果、弁体2の軸心周りにおいて流速の不均一が生じることとなるため、流体の状態により弁体2が振動し騒音が生じる可能性がある。また、弁体2と弁ガイド部材1Bとの間のクリアランスAに流体が侵入すると、流体の状態によっては弁体2が振動し騒音が生じる可能性もある。しかしながら、前述した実施形態の場合では、クリアランスAの値が充分小さいため、これらの弁体2の振動に起因する騒音を抑制できる。
この際、クリアランスBと、クリアランスCと、の関係が、B<Cに設定されていることが好ましい。これにより、弁体2が嵌装孔62aに接触する前に弁体ホルダ6の径方向の移動量が規制されるので、弁体2が弁体ホルダ6の径方向の位置ずれによる影響を受けない。つまり、嵌装孔62aと弁体2とは、互いに接触せず摺動抵抗とならない。
また、弁体2は、弁ガイド部材1Bによって案内される軸部を有し、弁体2の弁ガイド部材1Bによる軸線L方向の案内量L1が、弁体2における前記軸部の直径L2よりも長く設定されていることが好ましい。これにより、弁体2が十分な長さでガイドされるので、弁漏れを低減できる。
次に、本発明の冷凍サイクルシステムを図3に基づいて説明する。図3は、本発明の冷凍サイクルシステムの一例を示す図である。図3において、符号100は前述した実施形態の電動弁10を用いた膨張弁であり、200は室外ユニットに搭載された室外熱交換器、300は室内ユニットに搭載された室内熱交換器、400は四方弁を構成する流路切換弁、500は圧縮機である。電動弁100、室外熱交換器200、室内熱交換器300、流路切換弁400、および圧縮機500は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成している。なお、アキュムレータ、圧力センサ、温度センサ等は図示を省略してある。
冷凍サイクルの流路は、流路切換弁400により冷房運転時の流路と暖房運転時の流路の2通りに切換えられる。冷房運転時には、図3に実線の矢印で示したように、圧縮機500で圧縮された冷媒は流路切換弁400から室外熱交換器200に流入され、この室外熱交換器200は凝縮器として機能し、室外熱交換器200から流出された液冷媒は膨張弁100を介して室内熱交換器300に流入され、この室内熱交換器300は蒸発器として機能する。
一方、暖房運転時には、図3に破線の矢印で示したように、圧縮機500で圧縮された冷媒は流路切換弁400から室内熱交換器300、膨張弁100、室外熱交換器200、流路切換弁400、そして、圧縮機500の順に循環され、室内熱交換器300が凝縮器として機能し、室外熱交換器200が蒸発器として機能する。膨張弁100は、冷房運転時に室外熱交換器200から流入する液冷媒、または暖房運転時に室内熱交換器300から流入する液冷媒を、それぞれ減圧膨張し、さらにその冷媒の流量を制御する。なお、図3においては、冷房運転時に室外熱交換器200から液冷媒が膨張弁100の第1の101に流入し、暖房運転時には、室内熱交換器300からの液冷媒が膨張弁100の第2の継手管102に流入するように冷凍サイクルに膨張弁100を設けているが、これに限らず、冷房運転時に室外熱交換器200からの液冷媒が膨張弁100の第2の継手管102に流入し、暖房運転時には室内熱交換器300からの液冷媒が膨張弁100の第1の継手管101に流入するように膨張弁100を冷凍サイクルに設けてもよい。
以上の本発明の冷凍サイクルシステムによれば、前述したように、膨張弁100として用いられる電動弁10が、駆動時のガタの影響を抑制して弁体2を駆動することで、弁体2の作動性を確保しつつ、弁漏れを抑制できるので、運転時に、省エネであり、且つ、不具合が生じ難い冷凍サイクルシステムとすることができる。
なお、本発明の冷凍サイクルシステムの具体的な構成は、前述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更も本発明に含まれる。例えば、前述した実施形態では、電動弁10を、冷凍サイクルシステムの膨張弁として使用したが、これに限定されず、例えば、ビル用のマルチエアコン等の室内機側の絞り装置等、他のシステムにも適用することができる。
1 弁本体
1A 弁ハウジング部材
1B 弁ガイド部材
1C 弁室
2 弁体(弁部材)
21 ニードル部
21a 着座面部
22 ロッド軸
3 ステッピングモータ(駆動部)
32 ロータ軸(駆動軸)
32a 雄ねじ部
5 支持部材
5a 雌ねじ部
5d ホルダガイド
6 弁体ホルダ(弁ホルダ)
62a 嵌装孔
10 電動弁
13 弁座部
131 着座部
14 弁ポート
17 ねじ送り機構
100 膨張弁
200 室外熱交換器(凝縮器、蒸発器)
300 室内熱交換器(凝縮器、蒸発器)
400 流路切換弁
500 圧縮機
1A 弁ハウジング部材
1B 弁ガイド部材
1C 弁室
2 弁体(弁部材)
21 ニードル部
21a 着座面部
22 ロッド軸
3 ステッピングモータ(駆動部)
32 ロータ軸(駆動軸)
32a 雄ねじ部
5 支持部材
5a 雌ねじ部
5d ホルダガイド
6 弁体ホルダ(弁ホルダ)
62a 嵌装孔
10 電動弁
13 弁座部
131 着座部
14 弁ポート
17 ねじ送り機構
100 膨張弁
200 室外熱交換器(凝縮器、蒸発器)
300 室内熱交換器(凝縮器、蒸発器)
400 流路切換弁
500 圧縮機
Claims (4)
- 弁室および弁ポートを有する弁本体と、前記弁ポートの開度を変更する弁部材と、前記弁部材を前記弁ポートの軸線方向に進退駆動する駆動軸を有する駆動部と、前記駆動軸と共にねじ送り機構を構成する支持部材と、前記弁部材と前記駆動軸とに亘る弁ホルダと、前記弁ホルダを前記軸線方向に案内するホルダガイドと、を備え、前記駆動部の回転運動を、前記ねじ送り機構によって前記駆動軸の軸線方向の直線運動に変換し、前記駆動軸に連結された前記弁部材により前記弁ポートの開度を制御する電動弁であって、
前記支持部材は、前記弁本体に固定され、
前記弁部材および前記駆動軸は同心上に配置され、
前記弁部材は、前記弁ホルダの前記弁ポート側の端部に設けられる嵌装孔から吊り下げられた状態で前記弁ホルダに摺動可能に挿通されるとともに、前記弁本体に固定される筒状の弁ガイド部によって前記軸線方向に案内され、
前記弁部材と前記弁ガイド部との間のクリアランスをA、前記弁ホルダと前記ホルダガイドとの間のクリアランスをB、前記弁部材と前記弁ホルダの前記嵌装孔との間のクリアランスをCとするとき、これらクリアランスA~Cの関係が、A<B、A<Cに設定されていることを特徴とする電動弁。 - 前記クリアランスBと、前記クリアランスCと、の関係が、B<Cに設定されている、請求項1に記載の電動弁。
- 前記弁部材は、前記弁ガイド部によって案内される軸部を有し、
前記弁部材の前記弁ガイド部による前記軸線方向の案内量が、前記弁部材における前記軸部の直径よりも長く設定されている、請求項1または2に記載の電動弁。 - 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1~3のいず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。
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2022
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