JPH10184983A - 膨張弁 - Google Patents

膨張弁

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JPH10184983A JP8355594A JP35559496A JPH10184983A JP H10184983 A JPH10184983 A JP H10184983A JP 8355594 A JP8355594 A JP 8355594A JP 35559496 A JP35559496 A JP 35559496A JP H10184983 A JPH10184983 A JP H10184983A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビテーションを制御し、キャビテーショ
ンエロージョンの無い膨張弁を提供する。 【解決手段】 冷媒の導入路３及び排出路４に連通し導
入冷媒を減圧して排出する減圧室２と、該減圧室２への
冷媒の入口流量を所定流量に規制する固定絞り１５と、
上記減圧室２に対する上記排出路４の連通口（排出口
５）を開閉して冷媒の出口流量を調節する弁７と、該弁
７の開閉率を調節する制御手段を備えたことを特徴と
し、キャビテーションを制御し、キャビテーションエロ
ージョンの発生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍サイクルに用い
る膨張弁に係り、特に、膨張弁内部にキャビテーション
エロージョン（又は壊食、或いは孔食）を抑制するため
の固定絞りを設けた膨張弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、冷凍サイクルとしては、図３に
示されるように、冷媒の循環路２０に対して、圧縮機２
１、凝縮器２２、膨張弁２３及び蒸発器２４を、順次介
設すると共に、その凝縮器２２、蒸発器２４に対しそれ
ぞれ熱交換可能に熱交換器２５、２６を設置したのもの
が知られている。この種の冷凍サイクルにあって、圧縮
機２１は飽和蒸気や過熱蒸気状態の冷媒のガスを高温高
圧の過熱ガスにするように、凝縮器２２は過熱ガスを飽
和液や過冷却液まで冷却するようになっていて、膨張弁
２３は過冷却液を低圧低温の湿り蒸気（気液二相）まで
減圧するように、また、蒸発器２４はその低圧低温の湿
り蒸気を飽和蒸気や過熱蒸気状態の冷媒ガスに戻して再
び圧縮機２１に吸入させるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、膨張弁
２３内部には、導入冷媒の大きな圧力変動や乱れが生じ
やすく、この圧力変動や乱れを原因としたキャビテーシ
ョンにより、特に、膨張弁内部の冷媒の通路を開閉する
弁のシートないしは弁座の表面にキャビテーションエロ
ージョン（孔食）が発生してしまうという問題がある。
【０００４】キャビテーションエロージョン（孔食）の
物理的なメカニズムは一般的に次のようである。 １）まず、流れの低圧部にキャビテーション気泡が発
生、次いで気泡が成長し、後流等のやや高圧の場で崩壊
を始める。 ２）崩壊が始まるとキャビテーション気泡は、固体表
面、すなわち、膨張弁の減圧室内面や、弁のシート面等
の表面に近づく。 ３）気泡は、小さくなると表面と並行な方向に対して平
たくなり、固体表面から遠い部分の気泡壁が下部の気泡
壁を突き刺す形で、固体表面に向かう高速噴流となる。 ４）この高速噴流により固体表面が攻撃され損傷する
（なお、冷媒に用いるNH3は、フロン等と比較して気泡
の発生が少ないが、流れの乱れなどにより、局部的に気
泡が発生する。この気泡は、その後の着地とともに生じ
る圧力回復により破壊されやすい）。
【０００５】従って、キャビテーションに係わる因子
は、流体の慣性や物性、すなわち、温度、圧力、粘性、
気体含有量等が影響し、物体では、流体に接する部分の
振動、速度、形状、硬度、表面状況に左右されることと
なり、膨張弁の減圧機能を維持するためには、減圧弁内
部の圧力変動、乱れの影響が弁シートないしは弁座に作
用することがないように構成する必要がある。
【０００６】なお、関連技術として、特開平８-３５５
８０号公報（特願平６-１７５４５４号）に、弁ケース
内に形成された流路の途中に、この流路の開度を全閉か
ら全開の間で調節する流量制御弁を設け、かつ、流路の
出口にオリフィスを設けて、キャビテーションを防止す
るものが開示されている。
【０００７】しかし、この種の技術を単に膨張弁に適用
しても、弁周り及び弁座表面は、依然として、乱れ、高
圧の変動下にあり、流体中に発生する泡の圧力回復や乱
れによる弁座面等のキャビテーションエロージョンを防
ぐことができないという問題がある。本発明は、上記事
情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、キャビ
テーションを制御し、及びキャビテーションエロージョ
ンを抑制した膨張弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のように構成される。請求項１記載の発
明は、冷媒の導入路及び排出路に連通し導入冷媒を減圧
して排出する減圧室と、該減圧室への冷媒の入口流量を
所定流量に規制する固定絞りと、上記減圧室に対する上
記排出路の連通口を開閉して、冷媒の出口流量を調節す
る弁と、上記開閉弁の開閉率を調節する制御手段とを備
えたことを特徴とする。すなわち、固定絞りによって圧
力変動及び乱れの直接的な影響を規制し、冷媒供給側の
大きな圧力変動を固定絞りを通過しようとする冷媒の流
速の増加によって吸収し、かつ、キャビテーションの発
生を所定の状態に制御する。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記固定絞りの口径を、上記減圧室内に入
る冷媒に気泡を生じさせて上記膨張室内に所定量の気泡
を生成する口径に設定したことを特徴とする。この請求
項２記載の発明は、圧力伝播及び圧力回復に対して不感
体の働きをする気泡を多量に生成することによって減圧
室内部でのキャビテーション気泡破壊を要因とするエロ
ージョン（孔食又は壊食）を防止する。
【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、上記排出路の流路断面を上記導入路
の流路断面よりも小さく且つ、上記連通口の流路断面よ
りも大きく設定したことを特徴する。この請求項３記載
の発明においては、請求項１又は２記載の発明におい
て、さらに、冷媒は導入路から減圧室に入る段階で一段
膨張し、連通口から排出路に入る段階で二段膨張する。
このため、高い圧力変動や乱れの生成率は膨張弁全体と
して低下し、キャビテーションエロージョンの発生率は
可及的に低下する。
【００１１】このように請求項１乃至３記載の発明によ
って、上記減圧室内にキャビテーションの因子となる圧
力変動、乱れを生じさせず、また、減圧室内でのキャビ
テーションエロージョンの因子となる気泡の破壊を生じ
させることがなくなり、従来、問題となっていたキャビ
テーションを制御し、キャビテーションエロージョンの
発生を防止して、膨張弁の耐久性、信頼性を可及的に向
上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。但しこの実施例に記載
されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配
置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範
囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎ
ない。なお、既に従来の技術の欄で説明した構成と同一
の構成については、同一符号を付し、詳細な説明は省略
する。
【００１３】図１及び図２は本発明の一実施形態を示
し、図１は膨張弁の全体の構造を示す断面図、図２は図
１の要部詳細断面図である。図１に示されるように、ハ
ウジングたる膨張弁本体１には、その内部にほぼ円筒状
の減圧室２が区画形成されていて、この減圧室２内に導
入する冷媒を所定圧力まで減圧するようになっている。
膨張弁本体１の下部内には、減圧室２に上記凝縮器２２
から上記循環路２０を介して供給される冷媒を導入する
ための導入路３と、減圧後の冷媒を上記循環路２０を介
して上記蒸発器２４へと供給するための排出路４とが形
成されている。この排出路４の上流端、すなわち、上記
減圧室２に対する連通口たる冷媒の排出口５は、膨張弁
本体１の内底部ほぼ中心部から適宜上方へ延びた弁座形
成部６の上面に開口されていて、この排出口５が上記弁
座形成部６の上面をシート面として着座する弁７によっ
て開閉されるようになっている。
【００１４】弁７は、この実施形態にあっては、例え
ば、図２に示したように、ソレノイド８の磁力切り換え
によって弁部となるプランジャ９を進退移動するアクチ
ュエータ１０から成っていて、上記膨張弁本体１上部か
ら上記減圧室２内に延びた案内部材、例えば、図２に示
すスリーブ１１内面の案内によって上記排出口５の軸心
線上を往復移動するように構成されている。
【００１５】そして、この実施形態にあって、上記弁７
の開閉、具体的には、ソレノイド８の切り換えを制御す
る制御装置（制御回路、シーケンサ等）１２は、弁７の
開閉率が排出路４から蒸発器２４に所定量の冷媒が供給
されるように（例えば、２０sec 毎に開く）電気的に構
成されるが、導入路３及び排出路４の差圧に基づいて排
出口５の開閉率を変化させ、流量を制御するように構成
することも可能である。この場合、上記導入路３及び排
出路４には、冷媒の圧力を直接検出するセンサ又は流速
検出値を圧力値に変換して出力するセンサ（図示せず）
が配設され、上記制御装置１２にこれらセンサの出力値
が入力されるように構成される。また、この場合、制御
装置１２は、メモリに上記差圧の変化をパラメータとし
て開閉率を決定したマップを予め格納しておき、このマ
ップ上の値とセンサの検出値から運転状態に適した開閉
率を求め、この開閉率の制御信号を上記ソレノイド８の
駆動回路（図示せず）に出力するように構成される。
【００１６】一方、上記導入路３の下流端、すなわち、
減圧室２側から見た冷媒の導入口１３は、上記弁座形成
部６の外周面を臨むように開口していて、この導入口１
３を閉鎖するように設けられた隔壁１４の固定絞り１５
を介して上記減圧室２に連通されている。この固定絞り
１５は、オリフィス１５ａ又は、開度を一定に固定し得
る絞り（図示せず）から成り、隔壁１４前後の圧力差、
すなわち、隔壁１４を中心とする減圧室２と導入路３と
の間の差圧により、減圧室２内に入る冷媒に多量の気泡
を生じさせる開口面積に設定されている。
【００１７】つまり、上記のように構成することによ
り、上記冷媒通路２０の大きな圧力変動、乱れの直接的
な作用は、隔壁１４主体に規制し、減圧室２と導入路３
との間の差圧及び大きな圧力変動は、固定絞り１５を通
過しようとする冷媒の流速の増加によって吸収し、減圧
室２内部での気泡破壊を要因とするキャビテーションエ
ロージョンを、減圧室２内に、圧力伝播及び圧力回復に
対して不感体の働きをする気泡を多量に生成することに
よって防止するのである。
【００１８】この場合、減圧室２と導入路３との差圧に
対応した数の固定絞り１５の形成のため、及び、上記隔
壁１４の形成及びそのメンテナンスを簡単にするために
は、図１に示したように、上記スリーブ１１の端面及び
上記弁座形成部６より外側の内底面にゴム、又は金属性
のグロメット等のパッキング１６を介して密着し、上記
弁座形成部６周りに減圧室２を区画する円筒体１４ａ
を、隔壁１４とするのが好ましく、また、膨張弁全体と
して高い圧力変動や乱れの生成率を下げつつ、所定の膨
張機能を得るためには、排出路４の流路断面が、上記導
入路３の流路断面よりも小さく且つ、連通口たる排出口
５の流路断面よりも大きく設定するのが好ましい。
【００１９】従って、上記減圧室２内にキャビテーショ
ンの因子となる圧力変動、乱れを生じさせず、また、減
圧室２内でのキャビテーションエロージョンの因子とな
る気泡の破壊を生じさせることがなくなり、従来、問題
となっていたキャビテーションの制御とキャビテーショ
ンエロージョンの発生を防止することができようにな
り、膨張弁の耐久性、信頼性を可及的に向上させること
ができる。
【００２０】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
次のような優れた効果が得られる。 (1) 請求項１記載の発明によれば、所定流量の冷媒を減
圧して排出することができると共に、供給側の冷媒通路
と導入路との間の大きな圧力変動及び乱れの直接的な影
響を排除し、減圧室と導入路との間の差圧及び大きな圧
力変動を、固定絞りを通過しようとする冷媒の流速の増
加によって吸収することができ、キャビテーションを制
御し、キャビテーションエロージョンの発生を抑制する
ことができる。 (2) 請求項２記載の発明によれば、圧力伝播及び圧力回
復に対して不感体の働きをする気泡を多量に生成でき、
減圧室内部での気泡破壊を要因とするキャビテーション
エロージョンの発生を抑制することができる。 (3) 請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載
の発明において、冷媒を導入路から減圧室に入る段階で
一段膨張させ、連通口から排出路に入る段階で二段膨張
させることができる。この為、高い圧力変動や乱れの生
成率は膨張弁全体として低下し、キャビテーションエロ
ージョンの発生率は可及的に低下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る膨張弁の一実施形態を示す断面図
である。
【図２】図２は図１の要部詳細断面図である。
【図３】図３は冷凍サイクルの基本的な構成を示す概略
図である。
【符号の説明】
１ 膨張弁本体 ２ 減圧室 ３ 導入路 ４ 排出路 ５ 排出口（連通口） ６ 弁座形成部 ７ 弁 ８ ソレノイド ９ プランジャ １０ アクチュエータ １１ スリーブ １２ 制御装置 １３ 導入口 １４ 隔壁 １４ａ 円筒体 １５ 固定絞り １５ａ オリフィス １６ パッキング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 典男 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内 (72)発明者 小野 秀樹 東京都江東区牡丹２丁目13番１号 株式会 社前川製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷媒の導入路及び排出路に連通し、導入
    冷媒を減圧して排出する減圧室と、該減圧室への冷媒の
    入口流量を所定流量に規制する固定絞りと、上記減圧室
    に対する上記排出路の連通口を開閉して冷媒の出口流量
    を調節する弁と、上記開閉弁の開閉率を調節する制御手
    段とを備えたことを特徴とする膨張弁。
  2. 【請求項２】 上記固定絞りの口径を、上記減圧室内に
    入る冷媒に気泡を生じさせて上記減圧室内に所定量の気
    泡を生成する口径に設定したことを特徴とする膨張弁。
  3. 【請求項３】 上記排出路の流路断面を上記導入路の流
    路断面よりも小さく且つ、上記連通口の流路断面よりも
    大きく設定したことを特徴とする膨張弁。
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