WO2018030364A1

WO2018030364A1 - 膨張弁

Info

Publication number: WO2018030364A1
Application number: PCT/JP2017/028675
Authority: WO
Inventors: 松井　賢司; 正浩森下
Original assignee: カルソニックカンセイ株式会社
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2018-02-15
Also published as: CN109564040A; JP2018025364A

Abstract

膨張弁（１）は、弁部を流れる冷媒の量を調整するために弁部を作動させるシャフト（５）が、冷媒が流れる冷媒通路（３）中に配置されている。シャフト（５）が配置されている冷媒通路（３）の固有値（Ｆ０）は、シャフト（５）により発生するカルマン渦の周波数（Ｆ１）よりも大きく設定されている。シャフト（５）の外形は、円柱状に形成されている。そして、シャフト（５）は、むき出し状態で冷媒通路（３）中に配置されている。

Description

膨張弁

　本発明は、膨張弁に係り、たとえば、エバポレータから流れてきた冷媒の温度や圧力に応じて、エバポレータへ流す冷媒の量を調整するものに関する。

　従来、自動車用エアコンの冷凍サイクルに使用されて、高温・高圧の液冷媒を減圧・膨張させて低温・低圧の霧状の冷媒にするとともに、エバポレータ出口で冷媒の蒸発状態が適度な過熱度を持つように冷媒流量を調節する機能を持った膨張弁１０１が知られている（図１０参照）。

　膨張弁１０１の本体ブロック１０３の側部には、レシーバ／ドライヤ（図示せず）から高温・高圧の冷媒を受けるよう高圧冷媒配管が接続されるポートＴ１と、膨張弁１０１にて減圧・膨張された低温・低圧の冷媒をエバポレータ（図示せず）へ供給するための低圧冷媒配管が接続されるポートＴ２と、エバポレータ出口からの冷媒配管が接続されるポートＴ３と、コンプレッサ（図示せず）へ至る冷媒配管が接続されるポートＴ４とが設けられている。

　ポートＴ１とポートＴ２とは、本体ブロック１０３に設けられた冷媒通路１０５によってお互いがつながっており、ポートＴ３とポートＴ４とは、本体ブロック１０３に設けられた冷媒通路１０７によってお互いがつながっている。

　冷媒通路１０５の途中には、冷媒通路１０５の開度を調整（冷媒通路１０５を流れる冷媒の流量を調整）するための弁部１０９が設けられている。

　弁部１０９は、本体ブロック１０３に形成された弁座１１１と、ボール状（球状）の弁体１１３とを備えて構成されている。弁体１１３は、冷媒通路１０５を流れる冷媒の流れ方向で、弁座１１１の上流側に配置されている。

　冷媒通路１０５が閉じているときには、図１０で示す状態よりも弁体１１３が上方に移動して、弁体１１３が弁座１１１に密着している。また、冷媒通路１０５が閉じているときには、図１０で示すように、弁座１１１と弁体１１３との間に間隙１１５が形成されている。この間隙１１５が高圧の冷媒を絞る可変オリフィスを構成している。

　弁座１１１の上流側の空間には、弁体１１３を弁座１１１に着座させるように弁体１１３を付勢する圧縮コイルスプリング１１７が配置されている。

　本体ブロック１０３の上端部には、パワーエレメント１１９が設けられている。このパワーエレメント１１９は、厚い金属製のハウジングによって囲まれた空間を仕切るよう配置された可撓性のある金属薄板からなるダイヤフラム１２１を有しており、その下面には、ダイヤフラム１２１の変位を受けるダイヤフラム受け盤１２３が配置されている。ダイヤフラム１２１の上部空間は、感温室を構成し、ここに２種類以上の冷媒ガスと不活性ガスとが充填されている。

　ダイヤフラム受け盤１２３の下方には、ダイヤフラム１２１の変位を弁体１１３へ伝達するロッド１２５が配置されている。このロッド１２５は、本体ブロック１０３に支持されて図１０の上下方向で所定のストロークだけ移動できるようになっているとともに、ポートＴ３，Ｔ４に連通している冷媒通路１０７を横切って垂下している。なお、図１０に参照符号１２７で示すものは、ロッド１２５のカバーである。

　ロッド１２５は、上端がダイヤフラム受け盤１２３の下面に当接しており、下端が弁体１１３に当接している。これにより、ダイヤフラム１２１の動きが、ダイヤフラム受け盤１２３とロッド１２５とを介して、弁体１１３へ伝達されるようになっている。

　そして、膨張弁１０１では、エバポレータからポートＴ３に戻ってきた冷媒の温度が低下すると、パワーエレメント１１９の感温室の温度が下がり、感温室内の冷媒ガスがダイヤフラム１２１の内表面にて凝縮する。これにより、パワーエレメント１１９内の圧力が低下してダイヤフラム１２１が上方に変位し、ロッド１２５が圧縮コイルスプリング１１７で押されて上方へ移動する。その結果、弁体１１３が弁座１１１側に移動し高圧の冷媒の通路面積（間隙１１５での通路面積）が減り、エバポレータに送り込まれる冷媒の流量が減少するようになっている。これは、エバポレータからポートＴ３に戻ってきた冷媒の圧力が増加した場合も同様に作用するようになっている。

　逆に、エバポレータからポートＴ３に戻ってきた冷媒の温度が上昇すると、パワーエレメント１１９の感温室内の圧力が上昇することにより、ロッド１２５は圧縮コイルスプリング１１７の付勢力に抗して押し下げられる。そのため、弁体１１３が弁座１１１から離れる方向に移動し、高圧の冷媒の通路面積が増加して、エバポレータに送り込まれる冷媒の流量が増加するようになっている。これは、エバポレータからポートＴ３に戻ってきた冷媒の圧力が減少した場合も同様に作用するようになっている。

　なお、上述した従来の膨張弁からカバー１２７を無くしたものとして、たとえば、特許文献１記載のものが知られている。

特開２０１６－４４８６１号公報

　ところで、図１０に示す従来の膨張弁では、カバーを設けていることで構成部品点数が多くなり構造が煩雑になるという問題がある。

　図１０に示す従来の膨張弁においてカバーと除去すると、シャフトのところを冷媒が流れることによって発生するカルマン渦によって騒音が発生する場合があるという問題がある。

　また、特許文献１に記載の膨張弁では、騒音を低減させるために、シャフトにディンプル加工を施す等しているが、これにより、構造が煩雑になるという問題がある。

　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で騒音の発生を防止することができる膨張弁を提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係る膨張弁は、弁部を流れる冷媒の量を調整するために弁部を作動させるシャフトが、冷媒が流れる冷媒通路中に配置されている。シャフトは、配置されている冷媒通路の固有値が、前記シャフトの外径により発生するカルマン渦の周波数よりも大きく設定されている。シャフトの外形、は円柱状に形成されている。そして、シャフトは、むき出し状態で冷媒通路中に配置されている膨張弁である。

　本発明の一態様に係る膨張弁によれば、簡素な構成で騒音の発生を防止することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る膨張弁の概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態に係る膨張弁を模式的に示した図である。図３は、本発明の実施形態に係る膨張弁における冷媒通路の径と冷媒通路の固有値との関係を示す図である。図４（ａ）は、シャフトが設けられている冷媒通路の断面を示す図であり、図４（ｂ）は、冷媒通路の減少面積比と通路抵抗との関係を示す図である。図５（ａ）は、シャフトが設けられている冷媒通路の断面（透過円直径）を示す図であり、図５（ｂ）は、冷媒通路の減少面積比と通路抵抗との関係を示す図であり、（ｃ）は冷媒通路（半円）の断面（透過円直径）を示す図である。図６は、シャフト径と冷媒通路中央部の径とを変えたときにおける騒音の発生状態を示す図である。図７は、シャフト径と冷媒通路中央部の径とを変えたときにおける冷媒通路中央部の投影面積に対するシャフトの投影面積の比を示す図である。図８は、シャフト径と冷媒通路中央部の径とを変えたときにおける冷媒通路中央部の投影面積に対するシャフトの投影面積の比を示す図である。図９は、シャフト径と冷媒通路中央部の径とを変えたときにおける等価円直径の減少率を示す図である。図１０は、従来の膨張弁を示す図である。

　本発明の実施形態に係る膨張弁１は、従来の膨張弁１０１や特許文献１に記載の膨張弁と同様にして、冷却サイクル（たとえば自動車用エアコンの冷凍サイクル）に使用されるものである。

　膨張弁１は、従来の膨張弁１０１と同様に、第１の冷媒通路（図１０で示す冷媒通路１０５に相当する冷媒通路）と第２の冷媒通路３（図１０で示す冷媒通路１０７に相当する冷媒通路）とを備えて構成されている。

　また、膨張弁１は、第２の冷媒通路（第２の冷媒流路）３やシャフト５のところの構成が、従来の膨張弁１０１と異なるが、その他の箇所は、従来の膨張弁１０１とほぼ同様に構成されている。

　なお、図１、図２では、膨張弁１の下側の部位（第１の通路や図１０で示す弁部１０９等）の表示を省略している。

　膨張弁１の第２の冷媒通路（以下、単に「冷媒通路」という）３中には、シャフト５が配置されている。シャフト５は、弁部（図１、図２では図示せず）を流れる冷媒の量を調整するために弁部を作動させるようになっている。なお、冷媒通路３には、エバポレータ（図示せず）から出てきた冷媒（たとえばＲ１３４ａ）が流れるようになっており、冷媒通路３を流れた冷媒は、コンプレッサに至るようになっている。

　膨張弁１では、シャフト５が配置されている冷媒通路３の固有値Ｆ０の値が、シャフト５の外径Ｄ４に応じて発生するカルマン渦の周波数（冷媒通路でのカルマン渦による冷媒の振動数）Ｆ１の値よりも大きく設定されている。冷媒通路中央部７の詳細については後述する。

　固有値Ｆ０とは、冷媒通路中央部７を含む冷媒通路３に冷媒が流れているときの冷媒の固有振動数である。固有値Ｆ０として、シャフト５が除かれている冷媒通路３のものを掲げるが、シャフト５が配置されている冷媒通路３のものを掲げてもよい。

　シャフト５の外形は円柱状に形成されているとともに、シャフト５がむき出し状態で冷媒通路３中に配置されている。

　さらに説明すると、膨張弁１は、たとえばアルミニウムまたは樹脂によって作られているボディ（本体ブロック）９を備えている。内部を冷媒が流れる第１の冷媒通路（図示せず）と冷媒通路３とは、ボディ９を貫通している。なお、すでに理解されるように、冷媒通路３は、第１の冷媒通路から離れてボディ９を貫通している。

　第１の冷媒通路の一方の開口部（冷媒入口；図１０のポートＴ１が相当）は、配管を介してレシーバ／ドライヤ（図示せず）に接続されており、第１の冷媒通路の他方の開口部（冷媒出口；図１０のポートＴ２が相当）は、配管を介してエバポレータに接続されている。

　冷媒通路３の一方の開口部（冷媒入口；図１０のポートＴ３が相当）は、配管を介してエバポレータに接続されており、冷媒通路３の他方の開口部（冷媒出口；図１０のポートＴ４が相当）は、配管を介してコンプレッサに接続されている。

　第１の冷媒通路を流れる冷媒の量を調整する弁部（図示せず）は、第１の冷媒通路の途中に設けられている。

　シャフト５は、ボディ９に支持されており、冷媒通路３中で上下方向に延びて、冷媒通路３を横断している。また、シャフト５は、冷媒通路３内の冷媒の温度や圧力に応じて、ボディ９に対して図１や図２の上下方向で移動するようになっている。そして、上述したように、第１の冷媒通路に設けられている弁部の開度を変え、弁部を流れる冷媒の量を調整するようになっている。

　また、冷媒通路３での冷媒の流れにより冷媒通路３でシャフト５の下流側に発生するカルマン渦によって、冷媒通路３での冷媒が共鳴することを防止するために、上述したように、冷媒通路３の固有値Ｆ０が、シャフト５の外径と冷媒の流れにより発生するカルマン渦の周波数Ｆ１よりも大きく設定されている。

　冷媒通路３は、円柱状に形成されており、円柱状の空間を円柱の軸の延伸方向にほぼ平行に（図１や図２の右から左に向かって）冷媒が流れるようになっている。

　円柱状のシャフト５の外径Ｄ４は、円柱状の冷媒通路３の内径Ｄ２に比べて十分に小さくなっている。シャフト５の中心軸、つまり図１や図２で上下方向に延びている中心軸と、冷媒通路３の中心軸とは、お互いが直交して１点で交わっている。また、シャフト５は、円柱状の冷媒通路３をこの径方向、つまり図１や図２の上下方向の全長にわたって延伸している。

　また、冷媒通路３から上方に若干入り込んだ箇所には、図１で示すように、従来のものと同様にパワーエレメント１１が設けられており、シャフト５の長手方向である中心軸の延伸方向の一方の端、つまり上端がパワーエレメント１１に係合しており、シャフト５の長手方向の他方の端が弁部に係合している。

　そして、パワーエレメント１１が検出した冷媒の温度と圧力、つまりエバポレータを出てきた冷媒の温度と圧力に応じて、シャフト５がこの中心軸の延伸方向で適宜移動し、弁部の開度を調整するようになっている。

　なお、従来の膨張弁と同様にして、膨張弁１では、シャフト５が下方向に移動することで弁部の開度が大きくなり、シャフト５が上方向に移動することで弁部の開度が小さくなる。

　ここで、冷媒通路３の固有値Ｆ０について説明する。

　固有値Ｆ０は、実際のエアコンの作動条件を考慮した通常の使用領域では、次に示す近似式ｆ１であらわされる。近似式ｆ１；Ｆ０＝１３５８２ｅｘｐ（―０．０５４×Ｄ２）。

　Ｄ２は、図１や図２で示す冷媒通路中央部７の内径である。Ｆ０の単位はＨｚであり、Ｄ２の単位はｍｍである。

　また、冷媒通路３の固有値Ｆ０は、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２だけでなく、冷媒通路３を流れる冷媒の流量（流速）、挿入継手１３，１５の通路の内径Ｄ１，Ｄ３（図１、図２参照）、挿入継手１３，１５間の距離、つまり冷媒通路中央部７の長さＬ、シャフト５の外径Ｄ４によっても変動する。

　しかし、実際には、冷媒の流量、挿入継手１３，１５の内径Ｄ１，Ｄ３、冷媒通路中央部７の長さＬ、シャフト５の外径Ｄ４による影響は小さく、概ね無視することができる。そこで、近似式ｆ１では、変数として、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２のみを採用している。

　次に、シャフト５による冷媒のカルマン渦の周波数Ｆ１について説明する。

　カルマン渦の周波数Ｆ１は、次に示す近似式ｆ２であらわされる。近似式ｆ２；Ｆ１＝０．２×Ｖ／Ｄ４。

　Ｖは、冷媒通路中央部７を流れる冷媒の流速であり、単位は、ｍ／ｓｅｃである。Ｄ４の単位はｍｍであり、Ｆ１の単位はｋＨｚである。

　次に、シャフト５が配置されている冷媒通路３（冷媒通路中央部７）の固有値Ｆ０が、シャフト５の外径Ｄ４により発生するカルマン渦の周波数Ｆ１よりも大きく設定されることについて、図３を参照しつつ説明する。

　図３の横軸は、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２を示しており、縦軸は、固有値Ｆ０を示している。

　図３の線図Ｇ１は、シャフト５の外径Ｄ４が２．４ｍｍであるときにおける、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２と冷媒通路３の固有値Ｆ０との関係を示している。

　図３の線図Ｇ２は、線図Ｇ１を下方に余裕値として所定の値、たとえば３００Ｈｚだけ移動したものである。３００Ｈｚ分の下方へ移動した線図Ｇ２を基準に内径Ｄ２を設定することによって、カルマン渦の周波数Ｆ１に誤差等があっても、冷媒通路３の固有値Ｆ０をカルマン渦の周波数Ｆ１よりも確実に大きくすることができる。

　即ち、線図Ｇ３の場合、内径Ｄ２を線図Ｇ２よりも左側になる内径Ｄ２に設定すればよい。

　図３に示す線図Ｇ３は、シャフト５の外径Ｄ４が２．４ｍｍであるときにおけるカルマン渦の周波数Ｆ１であり、５０００Ｈｚを示している。線図Ｇ３のうちの範囲Ａ１内に、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２を設定すれば、固有値Ｆ０＞カルマン渦の周波数Ｆ１になる。範囲Ａ１の下限では、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２が、好ましくは１１ｍｍ程度で、より好ましくは１３ｍｍ程度で、さらに好ましくは１４ｍｍ程度になっている。範囲Ａ１の上限では、シャフト５が横切る冷媒通路中央部７の内径Ｄ２が１７ｍｍ程度になっている。

　図３に示す線図Ｇ４は、シャフト５の外径Ｄ４が２．２ｍｍであるときにおけるカルマン渦の周波数であり、５５００Ｈｚを示している。線図Ｇ４のうちの範囲Ａ２内に、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２を設定すれば、固有値Ｆ０＞カルマン渦の周波数Ｆ１になる。範囲Ａ２の下限では、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２が、好ましくは１０ｍｍ程度で、より好ましくは１２ｍｍ程度で、さらに好ましくは１３ｍｍ程度になっている。範囲Ａ２の上限では、シャフト５が横切る冷媒通路中央部７の内径Ｄ２が１６ｍｍ程度になっている。

　図３に示す線図Ｇ５は、シャフト５の外径Ｄ４が２．９ｍｍであるときにおけるカルマン渦の周波数であり、４８００Ｈｚを示している。線図Ｇ５のうちの範囲Ａ３内に、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２を設定すれば、固有値Ｆ０＞カルマン渦の周波数Ｆ１になる。範囲Ａ３の下限では、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２が、好ましくは１３ｍｍ程度で、より好ましくは１６ｍｍ程度で、さらに好ましくは１７ｍｍ程度になっている。範囲Ａ３の上限では、シャフト５が横切る冷媒通路中央部７の内径Ｄ２が１８ｍｍ程度になっている。

　膨張弁１についてさらに説明する。

　膨張弁１では、シャフト５の投影面積Ｓ１が、冷媒通路３、つまり冷媒通路中央部７の投影面積Ｓ２の２５％以下になっている。なお、シャフト５の投影面積Ｓ１が、冷媒通路３の投影面積Ｓ２の２５％未満になっていてもよい。

　シャフト５の投影面積Ｓ１とは、円柱状の冷媒通路中央部７をこの中心軸の延伸方向から見たときにおける、シャフト５の面積である。つまり、図４（ａ）に斜線で示す部位の面積である。

　冷媒通路中央部７の投影面積Ｓ２とは、円柱状の冷媒通路中央部７をこの中心軸の延伸方向から見たときにおける、冷媒通路中央部７の面積である。すなわち、冷媒通路中央部７の断面、つまり冷媒通路３の中心軸の延伸方向に対して直交する平面による断面の面積であり、冷媒通路中央部７の内径をＤ２とした場合、冷媒通路中央部７の投影面積Ｓ２は、式ｆ３；Ｓ２＝π×Ｄ２^２／４で表わされる。

　そして、膨張弁１では、Ｓ１／Ｓ２≦０．２５となっている。すなわち、投影面積Ｓ２に対する投影面積Ｓ１の比、つまりＳ１／Ｓ２が図４（ｂ）で示す範囲Ａ４内におさまっている。なお、Ｓ１／Ｓ２が、０．１０～０．２５の範囲内におさまっていることが望ましい。Ｓ１／Ｓ２が、０．１２～０．２５の範囲内におさまっているとより望ましい。なお、Ｓ１／Ｓ２≦０．３０になっていてもよい。

　また、膨張弁１では、シャフト５の外径Ｄ４が、たとえば、２．０ｍｍ以上であって３ｍｍ以下になっている。シャフト５の外径Ｄ４が、２．２ｍｍ以上であって３ｍｍ以下であるとより望ましい。

　さらには、シャフト５の外径Ｄ４が２．９ｍｍ以下であることが望ましい。このときの冷媒通路中央部７冷媒の内径Ｄ２は、１４ｍｍ以上であって１９ｍｍ以下であることが望ましい。

　ただし、シャフト５の外径Ｄ４は、カルマン渦の周波数Ｆ１が高すぎることにならないように、２．０ｍｍ以上であることが望ましい。シャフト５の外径Ｄ４は、２．２ｍｍ以上であるとより望ましい。なお、騒音の発生が他の条件によって抑えられるのであれば、上記２５％の値を超えてもよい。この場合、たとえば、３０％以下であることが望ましい。

　また、膨張弁１では、シャフト５が設けられている冷媒通路３の部位における「Ｄ」字状の冷媒通路断面１７（図５（ａ）参照）では、シャフト５が非存在である冷媒通路３の部位７の半円１９（図５（ｃ）参照）に比べて、等価円直径の減少率が１６％以下になっている。

　さらに説明すると、「Ｄ」字状の冷媒通路断面１７は、シャフト５によって２等分された２つの冷媒通路のうちの１つの冷媒通路の部位である。なお、図５（ａ）は、シャフト５が設けられている冷媒通路３の部位７を冷媒の流れ方向から見た図である。

　また、シャフト５が非存在である冷媒通路３の部位７における半円１９とは、円形状の冷媒通路中央部７を所定の１つの直径で２等分して形成された２つの冷媒通路のうちの１つの冷媒通路の部位である。なお、図５（ｃ）は、シャフト５を取り除いた場合における冷媒通路を冷媒の流れ方向から見た図である。

　シャフト５が設けられている冷媒通路３の部位７における「Ｄ」字状の冷媒通路断面１７の等価円直径Ｄｅ１は、式ｆ４；Ｄｅ１＝４×Ａｆ１／Ｗｐ１で表わされる。Ａｆ１は、「Ｄ」字状の部位１７の面積であり、Ｗｐ１は濡れ長さ、つまり「Ｄ」字状の部位１７の外周の全周長さ、あるいは「Ｄ」字状の部位の壁面の長さである。式ｆ４を用いた計算において、シャフト５まわりの、座ぐり加工されている凹部２（図１、図２参照）は無視してもよい。

　シャフト５が非存在である冷媒通路３の部位７における半円１９の等価円直径Ｄｅ２は、式ｆ７；Ｄｅ２＝４×Ａｆ２／Ｗｐ２で表わされる。Ａｆ２は、半円の部位の面積であり、Ｗｐ２は濡れ長さ、つまり半円の部位の壁面の長さである。

　膨張弁１では、（Ｄｅ２―Ｄｅ１）／Ｄｅ２≦０．１６となっている。すなわち、等価円直径の減少率（Ｄｅ２―Ｄｅ１）／Ｄｅ２が図５（ｂ）で示す範囲Ａ５内におさまっている。なお、（Ｄｅ２―Ｄｅ１）／Ｄｅ２が、０．１２５～０．１６の範囲内におさまっていてもよい。（Ｄｅ２―Ｄｅ１）／Ｄｅ２が、０．１３～０．１６の範囲内におさまっているとより望ましい。

　また、膨張弁１の冷媒通路３には、図１で示すように、挿入継手１３，１５が挿入されており、冷媒通路３、つまり冷媒通路中央部７の内径Ｄ２の値は、挿入継手１３，１５の内径Ｄ１，Ｄ３の値よりも大きくなっている。

　継手（挿入継手）１３，１５は、冷媒通路３の一方の端部と冷媒通路３の他方の端部との両方の端部のそれぞれに挿入されて設けられている。

　すなわち、継手として、冷媒通路入口から冷媒通路３に挿入されて冷媒入口に設けられている入口側継手（上流側継手）１３と、この入口流側継手１３とは別体であって、冷媒通路出口から冷媒通路３に挿入されて冷媒出口に設けられている出口側継手１５が設けられている。

　そして、冷媒通路３の中央部位７の軸方向の長さの寸法Ｌの値を冷媒通路３の中央部位７の半径方向の深さ寸法Ｄの値で除したものに、継手１３もしくは継手１５の内径寸法（Ｄ１もしくはＤ３）の値を乗じて得られたパラメータａの値が、膨張弁１では、４０未満に設定されている。

　さらに説明すると、上流側継手１３の円筒状の部位、つまり外径が冷媒通路３の内径Ｄ２と等しく内径がＤ１になっている部位２１が、冷媒通路３内に入り込んでいる。そして、下流側継手１５の円筒状の部位、つまり外径が冷媒通路３の内径Ｄ２と等しく内径がＤ３になっている部位２３が、冷媒通路３内に入り込んでいる。

　冷媒通路３内に挿入されている上流側継手１３の円筒状の部位２１の先端（図１では右端）と、冷媒通路３内に挿入されている下流側継手１５の円筒状の部位２３の先端（図１では左端）とは、お互いが、距離Ｌだけ離れている。そして、冷媒通路３の中央部には、継手１３，１５が非存在である中央部位（冷媒通路中央部）７が形成されている。

　シャフト５は、冷媒通路中央部７の中央に設けられており、上流側継手１３、下流側継手１５から離れている。

　冷媒通路中央部７の軸方向の長さの寸法Ｌとは、すでに理解されるように、冷媒通路の中央部７の中心軸の延伸方向における冷媒通路中央部７の寸法である。すなわち、上流側継手１３と下流側継手１５との間の寸法である。

　冷媒通路中央部７の半径方向の深さ寸法Ｄとは、冷媒通路中央部７の直径Ｄ２の値から下流側継手１５の円筒状の部位の内径Ｄ３の値を減じたものを「２」で除したものである。なお、深さ寸法Ｄは、冷媒通路中央部７の直径Ｄ２の値から上流側継手１３の円筒状の部位の内径Ｄ１の値を減じたものを「２」で除したものであってもよい。

　パラメータを「ａ」とし、冷媒通路中央部７の軸方向の長さの寸法を「Ｌ」とし、冷媒通路中央部７の半径方向の深さ寸法を「Ｄ」とし、下流側継手１５の円筒状の部位２３の内径寸法を「Ｄ３」とすると、パラメータａは、式ｆ８；ａ＝Ｌ／Ｄ×Ｄ３で表される。また、冷媒通路中央部７の半径方向の深さ寸法Ｄは、式ｆ９；Ｄ＝（Ｄ２－Ｄ３）／２で表される。

　膨張弁１では、固有値Ｆ０が冷媒通路中央部７の内径Ｄ２により変化する為、固有値Ｆ０を上昇させるために冷媒通路中央部７の内径Ｄ２を従来よりも小径化した。たとえば、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２を従来の内径である１８ｍｍから小径化して１５ｍｍにした。

　また、膨張弁１では、たとえば、Ｄ１を１２ｍｍとし、Ｄ２を１５ｍｍとし、Ｄ３を１３．７ｍｍとし、Ｄ４を２．４ｍｍとし、Ｌを１２ｍｍとしている。

　膨張弁１は、従来の膨張弁１０１等と同様に動作する。すなわち、冷媒通路３を流れる冷媒の温度と圧力とに応じて、エバポレータに流れる冷媒の流量を適宜調整する。

　図６に示す試験結果では、冷媒通路中央部７の軸方向の長さの寸法Ｌを１８ｍｍに固定して、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２と、シャフト５の外径Ｄ４とを変えている。図６に示すケースでは、○印のところで、騒音が許容範囲内におさまっている。

　すなわち、内径Ｄ２が１２ｍｍ～１９ｍｍの範囲内であり、かつ、シャフト５の外径Ｄ４が２．８ｍｍ～５．０ｍｍ範囲内であるとき、内径Ｄ２が１２ｍｍ～１８ｍｍの範囲内であり、かつ、シャフト５の外径Ｄ４が２．６ｍｍ～２．８ｍｍ範囲内であるとき、内径Ｄ２が１２ｍｍ～１７ｍｍの範囲内であり、かつ、シャフト５の外径Ｄ４が２．４ｍｍ～２．６ｍｍ範囲内であるとき、内径Ｄ２が１２ｍｍ～１５ｍｍの範囲内であり、かつ、シャフト５の外径Ｄ４が２．２ｍｍ～２．４ｍｍ範囲内であるとき、内径Ｄ２が１２ｍｍ～１４ｍｍの範囲内であり、かつ、シャフト５の外径Ｄ４が２．０ｍｍ～２．２ｍｍ範囲内であるときに、騒音が許容範囲内におさまっている。

　さらに説明すると、図７に示す太枠で示す範囲、つまり枠内の数字が０．１８～０．３０になっている範囲になるような、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２と、シャフト５の外径Ｄ４とを採用すれば、騒音の発生を抑制することができる。

　なお、図７の代わりに図８に示す太枠で示す範囲、つまり枠内の数字が０．１８～０．２５になっている範囲を用いて、騒音を抑制できる冷媒通路中央部７の内径Ｄ２とシャフト５の外径Ｄ４とを採用してもよい。

　図９で示す試験結果では、冷媒通路中央部７の軸方向の長さの寸法Ｌを１８ｍｍに固定して、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２と、シャフト５の外径Ｄ４とを変えている。図９に示すケースでは、太枠で示す範囲内で、騒音を抑制することができる。

　図９で示す「０．８４７」等の数字は、シャフト５の外径を「０」と仮定し、冷媒通路中央部７を二等分割した流体直径を「１」としたときの流体直径比を示している。「１」から「０．８４７」等を減じた値（たとえば、１－０．８４７＝０．１５３）が、等価円直径の減少率になる。等価円直径の減少率が、０．１３～０．１６、つまり１３％～１６％であれば、騒音を抑制することができる。

　膨張弁１には、シャフト５の外形が円柱状に形成されているとともにシャフト５がむき出し状態で冷媒通路３（冷媒通路中央部７）中に配置されている。このため、膨張弁１には、シャフト５を囲むカバーが不要になっており、また、シャフト５の外表面にディンプル加工等を施してシャフト５の外表面に多数の凹凸を形成する必要が無くなっている。つまり、膨張弁１は、構成が簡素化されている。また、シャフト５の外表面が凹凸の無いなめらかな形状になっている。このため、冷媒通路３の流路抵抗を小さくすることができる。

　また、膨張弁１は、シャフト５が配置されている冷媒通路中央部７の固有値Ｆ０が、シャフト５により発生するカルマン渦の周波数Ｆ１よりも大きく設定されている。このため、シャフト５が配置されている冷媒通路３を冷媒が流れたときに、シャフト５によって発生するカルマン渦と、冷媒通路３での冷媒との共振が回避され、騒音の発生を防止することができる。

　また、膨張弁１においてカルマン渦の周波数Ｆ１を下げるためにはシャフト５を大径化すればよいが、シャフト５を大径化によって冷媒通路３中の投影面積Ｓ１が大きくなり冷媒流れの通路抵抗が上がってしまう。しかし、膨張弁１では、シャフト５の投影面積Ｓ１が冷媒通路中央部７の投影面積Ｓ２の２５％以下になっているので、冷媒通路３中のシャフト５の投影面積Ｓ１が大きくなることによる冷媒流れの通路抵抗が上昇することが抑えられるとともに、カルマン渦の周波数Ｆ１を適度に下げることができる。

　また、膨張弁１は、従来のようにシャフト５を囲むカバーを設けていない。つまり、冷媒通路２中のシャフト５の実質的な外径が小さくなっている。このため、カルマン渦の周波数Ｆ１が高くなる場合であっても、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２が従来のものに比べて小さくなっていることで、騒音の発生を防止することができる。

　また、膨張弁１によれば、シャフト５が設けられている冷媒通路３の部位７における「Ｄ」字状の冷媒通路断面１７では、等価円直径の減少率が１６％以下になっているので、冷媒が流れる壁面、つまり冷媒通路やシャフトの壁面での摩擦損失を小さくすることができ、シャフト５が設けられている冷媒通路３の部位７における冷媒流れの通路抵抗が上昇することが抑えられる。

　また、膨張弁１によれば、冷媒通路中央部７の内径Ｄ２の値が継手１３，１５の内径Ｄ１，Ｄ３の値よりも大きくなっているので、冷媒通路２での通路抵抗が上昇することが抑制される。

　また、膨張弁１によれば、パラメータａの値が４０未満に設置されていても、シャフト５が配置されている冷媒通路３の固有値Ｆ０が、シャフト５の外径Ｄ４により発生するカルマン渦の周波数Ｆ１よりも大きく設定されているので、冷媒の流れによる騒音の発生を防止することができる。

　１　膨張弁
　３　冷媒通路
　５　シャフト
　７　冷媒通路の部位
　１３　継手（入口側挿入継手）
　１５　継手（出口側挿入継手）
　１７　「Ｄ」字状の冷媒通路断面
　ａ　パラメータ
　Ｄ　冷媒通路の中央部位の半径方向の深さ
　Ｄ１　入口側挿入継手の内径寸法
　Ｄ３　出口側挿入継手の内径寸法
　Ｆ０　冷媒通路の固有値
　Ｆ１　カルマン渦の周波数
　Ｌ　冷媒通路の中央部位の軸方向の長さ
　Ｓ１　シャフトの投影面積
　Ｓ２　冷媒通路の投影面積

Claims

　弁部を流れる冷媒の量を調整するために前記弁部を作動させるシャフトが、冷媒が流れる冷媒通路中に配置されている膨張弁であって、
　前記シャフトが配置されている冷媒通路の固有値が、前記シャフトの外径により発生するカルマン渦の周波数よりも大きく設定されており、
　前記シャフトの外形は円柱状に形成されているとともに、前記シャフトがむき出し状態で前記冷媒通路中に配置されていることを特徴とする膨張弁。
　請求項１に記載の膨張弁において、
　前記シャフトの投影面積が、前記冷媒通路の投影面積の３０％以下であることを特徴とする膨張弁。
　請求項１または請求項２に記載の膨張弁において、
　前記シャフトの径は、３ｍｍ以下であることを特徴とする膨張弁。
　請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の膨張弁において、
　前記シャフトが設けられている前記冷媒通路の部位における「Ｄ」字状の冷媒通路断面では、等価円直径の減少率が１６％以下になっていることを特徴とする膨張弁。
　請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の膨張弁において、
　前記冷媒通路には、継手が挿入されており、
　前記冷媒通路の内径の値は、前記継手の内径の値よりも大きくなっていることを特徴とする膨張弁。
　請求項５に記載の膨張弁において、
　前記継手は、前記冷媒通路の一方の端部と前記冷媒通路の他方の端部とに挿入されており、
　前記冷媒通路の中央部位の軸方向の長さの寸法の値を前記冷媒通路の中央部位の半径方向の深さ寸法の値で除したものに前記継手の内径寸法の値を乗じて得られたパラメータの値が、４０未満に設置されていることを特徴とする膨張弁。