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JP2004270975A - 流量制御弁 - Google Patents

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JP2004270975A
JP2004270975A JP2003059353A JP2003059353A JP2004270975A JP 2004270975 A JP2004270975 A JP 2004270975A JP 2003059353 A JP2003059353 A JP 2003059353A JP 2003059353 A JP2003059353 A JP 2003059353A JP 2004270975 A JP2004270975 A JP 2004270975A
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Hisatoshi Hirota
久寿 広田
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TGK Co Ltd
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Abstract

【課題】構造を簡単にした定流量制御式の流量制御弁を提供する。
【解決手段】エバポレータ１を絞り通路とみなし、そのエバポレータ１に冷媒が通過することにより生じる圧力損失の前後差圧をほぼ一定に制御する定差圧弁を備える構成にした。定差圧弁は、その弁体１２に流量制御弁の出口圧力Ｐｘを閉弁方向に受け、ピストン１３がエバポレータ１の出口圧力Ｐｅを開弁方向に受けており、エバポレータ１の入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧がほぼ一定になるよう制御することにより、エバポレータ１に送り込まれる冷媒をソレノイドの通電電流によって決まる一定の流量に制御する。これにより、流量制御弁内に絞り通路を設ける必要がないため、流量制御弁の構成を簡素化でき、低コストの流量制御弁を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流量制御弁に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクルにおいて高温・高圧の冷媒を低温・低圧にしてエバポレータに送り出すための膨張装置として使用される流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置の冷凍サイクルでは、圧縮機を制御する制御弁としてその前後差圧あるいは吸入圧力をほぼ一定に制御する差圧制御式のものが使用されている場合、系の制御性を安定させるために、膨張装置として制御方式の異なる流量制御式の膨張弁を使用することが良いとされている。このような流量制御弁は、たとえば特許文献１において、公知である。
【０００３】
この流量制御弁は、定流量機構を有しており、その定流量機構は、冷媒入口と冷媒出口との間において冷媒が流れる通路の断面積とその通路の前後の差圧とが決まれば、制御弁を流れる冷媒の流量を一定にすることができるので、断面積または差圧の一方をソレノイドで可変することによってソレノイドで設定された値に対応した流量で一定に制御することができるという原理に基づいている。具体的には、定流量機構は、通路の断面積を制御する流路断面積制御弁と、この流路断面積制御弁の入口と出口の前後の差圧をほぼ一定にする定差圧弁とを備え、流路断面積制御弁の流路断面積をソレノイドで制御することにより、流量制御弁を流れる冷媒流量を、ソレノイドで設定された流路断面積に対応した所定の一定流量に維持するような構成にしている（特許文献１の図１参照。）。あるいは、定流量機構は、断面積が変化しない絞り通路と、この絞り通路の入口と出口の前後の差圧をほぼ一定にする差圧制御弁とを備え、この差圧制御弁の設定差圧をソレノイドで制御することにより、流量制御弁を流れる冷媒流量を、ソレノイドで設定された差圧に対応した所定の一定流量に維持するような構成にしている（特許文献１の図２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５３４９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の流量制御弁においては、流量を一定に制御するため、内部に、差圧を発生させる絞り通路とその絞り通路の前後の差圧を一定に制御する差圧制御弁を備えているため、構造が複雑になるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、構造を簡単にした定流量制御式の流量制御弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、絞り膨張されてエバポレータに送り出される冷媒の流量をほぼ一定に制御する流量制御弁において、前記エバポレータに冷媒が通過することにより生じる圧力損失の前後差圧をほぼ一定に制御する定差圧弁を備えていることを特徴とする流量制御弁が提供される。
【０００８】
このような流量制御弁によれば、エバポレータを絞り通路とみなし、定差圧弁がその圧力損失を一定にするように制御することでエバポレータにほぼ一定流量の冷媒を送り込むことができる。これにより、流量制御弁内に絞り通路を設ける必要がないため、流量制御弁の構成を簡素化でき、低コストの流量制御弁を提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る流量制御弁の構成を示す中央縦断面図である。
【００１０】
この流量制御弁は、エバポレータ１に接続して初めて定流量制御を行うことができるもので、本体ブロック２に、圧力Ｐｏの冷媒が送られてくる高圧冷媒入口３と、冷媒が膨張しながらエバポレータ１に送り出される低圧冷媒出口４と、エバポレータ１から冷媒が戻ってくる戻り冷媒入口５と、戻ってきた冷媒をコンプレッサに送り出す戻り冷媒出口６とが設けられている。高圧冷媒入口３には、その通路を塞ぐようにストレーナ７が配置されている。
【００１１】
本体ブロック２の上部には、大径の穴が形成され、中央部には、その大径の穴と同心のシリンダが図の上下方向に形成され、下部には、中央部のシリンダと連通する穴が形成されている。その下部の穴は、戻り冷媒入口５および戻り冷媒出口６と戻り通路８によって連通され、パッキン押さえ９を介してパッキンをねじ１０で本体ブロック２に押し付けるようにすることで、戻り通路８の下方開口部を閉塞している。
【００１２】
中央部のシリンダは、その上端縁部が弁座１１を構成し、その弁座１１に図の上方から対向して接離自在に弁体１２が配置されている。この弁体１２は、シリンダ内をその軸線方向に進退自在に配置された感圧部材としてのピストン１３と小径シャフトによって連結された形で一体に形成されている。シリンダは、その小径シャフトが位置する部分に高圧冷媒入口３と連通する冷媒通路が開口されている。本体ブロック２の上部に形成された大径の穴からなるシリンダ上部の部屋も、冷媒通路を介して低圧冷媒出口４と連通されている。
【００１３】
本体ブロック２の上部には、ソレノイドが配置されている。このソレノイドは、弁体１２と一体に形成されたプランジャ１４と、このプランジャ１４と同心上に配置されたコア１５と、これらの周りに配置された電磁コイル１６と、プランジャ１４とコア１５との間に配置されたスプリング１７と、電磁コイル１６を囲繞するヨーク１８とを備えている。コア１５は中空形状を有し、その内部には、スプリング１７の荷重を調節するアジャストねじ１９が螺着されている。このアジャストねじ１９も、中空形状を有していて、下端部がプランジャ１４に固定されたシャフト２０を軸線方向に進退自在に支持する軸受を構成している。コア１５の上部開口端は、ボール２１および固定ねじ２２によって気密に閉止されている。このソレノイドは、連結部２３によって本体ブロック２の上部に形成された大径の穴に螺着されている。
【００１４】
ここで、ソレノイドが通電されていないとき、プランジャ１４は、スプリング１７によってコア１５から離れる方向に付勢されているため、弁体１２が弁座１１に着座し、この流量制御弁は、全閉状態になっている。
【００１５】
ソレノイドの電磁コイル１６に所定の電流が供給されると、プランジャ１４はスプリング１７の付勢力に抗してコア１５に吸引されるので、弁体１２が弁座１１からリフトされ、流量制御弁は、ソレノイド電流に応じたソレノイド力とスプリング１７の荷重とのバランスによって決まる弁開度に設定される。このとき、高圧冷媒入口３に導入された冷媒は、弁体１２と弁座１１との間の隙間にて絞られて膨張し、低圧冷媒出口４からエバポレータ１に送り出される。
【００１６】
弁座１１の有効径とピストン１３の有効径とは略等しいので、弁体１２とピストン１３との間の空間に供給される冷媒の圧力Ｐｏは、弁体１２を押し上げる方向とピストン１３を押し下げる方向とに働く力が略等しくてキャンセルされるので、これら弁体１２およびピストン１３の動きに影響を与えることはない。
【００１７】
また、これら弁体１２およびピストン１３は、弁体１２にその下流側の圧力である流量制御弁の出口圧力Ｐｘがかかり、ピストン１３の下面には、冷媒の戻り通路８の圧力がかかるため、エバポレータ１の入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧を受けてソレノイドによって設定された位置から軸線方向に動くことになる。たとえば、エバポレータ１の入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧が大きくなると、エバポレータ１の出口圧力Ｐｅがピストン１３を押し下げようとするため、弁体１２は閉じる方向に動き、これにより冷媒の流量が減って、差圧が小さくなるよう作用する。逆に、差圧が小さくなると、差圧が大きくなる方向に作用する。したがって、この流量制御弁は、エバポレータ１の入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧をほぼ一定になるよう制御する定差圧弁として機能しており、エバポレータ１に送り込まれる冷媒を、ソレノイドの通電電流によって決まるほぼ一定の流量に制御することになる。
【００１８】
図２は第２の実施の形態に係る流量制御弁の構成を示す中央縦断面図、図３は第２の実施の形態に係る流量制御弁の主要部を示す拡大断面図である。この図２および図３において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００１９】
この流量制御弁は、図１に示した流量制御弁に比較して、閉弁時における冷媒の内部漏れを防止し、ソレノイドによる弁体１２の駆動方向を逆にした構成を有している。
【００２０】
すなわち、弁体１２の弁座１１への着座面に柔軟性のあるバルブシート２４を配置して弁部における冷媒漏れを防止するとともに、ピストン１３のエバポレータ１の出口圧力Ｐｅを受ける面にダイヤフラム２５を配置してピストン１３の摺動部を介して高圧冷媒入口３から戻り通路８への冷媒漏れをほぼ完全に防止している。弁体１２が配置されている空間は、本体ブロック２に螺入されたアジャストねじ２６によって閉止され、弁体１２とアジャストねじ２６との間には、弁体１２を閉弁方向に付勢するスプリング２７が配置されている。このスプリング２７の荷重は、アジャストねじ２６の螺入量によって調整できるようにしている。
【００２１】
ダイヤフラム２５は、本体ブロック２にリング部材２８を圧入することによって周囲が本体ブロック２に密着されている。ダイヤフラム２５は、弁座１１の有効径と略等しい有効径を有し、その中央部分には、ピストン１３の下端部の端面と略等しい端面を有するディスク２９が当接されている。このディスク２９は、スプリング３０によってダイヤフラム２５を弁部の開弁方向へ付勢している。
【００２２】
ソレノイドは、ダイヤフラム２５の側にコア１５を配置し、その反対側にプランジャ１４を配置し、プランジャ１４はシャフト３１に固着されている。シャフト３１は、コア１５を貫通して配置され、その先端はディスク２９に当接されている。したがって、このソレノイドは、電磁コイル１６に電流を流すことにより、ダイヤフラム２５、ピストン１３および弁体１２を開弁方向に押すよう作用することになる。
【００２３】
この流量制御弁の作用については、図１に示した流量制御弁と同様に、弁体１２およびダイヤフラム２５がエバポレータ１の入口圧力と出口圧力Ｐｅとの差圧を受けてその差圧がほぼ一定になるよう制御し、これによって、エバポレータ１に送り込まれる冷媒を、ソレノイドの通電電流によって決まる一定の流量に制御するようにしている。
【００２４】
また、この流量制御弁は、ソレノイドが非通電状態の閉弁時において、冷媒の内部漏れをほぼ完全に防止できることから、たとえば冷媒にＨＦＣ−１５２ａ、プロパン、ブタンなどの可燃性ガスや二酸化炭素を使用した場合、エバポレータ１の破損などによる車室内への流入によって火災や酸欠を防止するため、エバポレータ１をコンデンサ側の回路から隔離することが可能になる。この場合、エバポレータ１の出口側の回路に逆止弁３２を挿置してコンプレッサの吸入側の回路からも隔離する必要がある。
【００２５】
流量制御弁の戻り通路８に連通する冷媒出口６とコンプレッサの吸入側との間の配管に逆止弁３２を設け、膨張弁にこの内部漏れのない流量制御弁を使用することにより、自動車用空調装置を使用していないときに、冷凍サイクルの中で車室内に配置されるエバポレータ１を冷凍サイクルから隔離することができる。この場合、たとえば自動車用空調装置を停止するときに、ソレノイドの通電を止めた後、しばらくコンプレッサを回転させてからコンプレッサを停止するようにしる。これにより、エバポレータ１内の冷媒が逆止弁３２を介して回収され、回収された冷媒は、逆止弁３２によってエバポレータ１へ逆流することはないので、たとえ、エバポレータ１が破裂などの損傷を受けたとしても、車室内へ危険なガスが放出することはない。
【００２６】
図４は本発明の第３の実施の形態に係る流量制御弁を示す中央縦断面図である。なお、この図４において、図１および図２に示した構成要素と同じまたは同等の要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２７】
この第３の実施の形態に係る流量制御弁は、図１に示した流量制御弁に、図２に示した流量制御弁の内部漏れ防止機構と、自動車用空調装置の停止時にエバポレータ１を隔離する逆流防止機構とを備えた構成を有している。
【００２８】
すなわち、高圧冷媒入口３と低圧冷媒出口４との間の通路に圧入された弁座形成部材３３に弁体１２がバルブシート２４を介して緊密に着座するよう構成され、ピストン１３の下面のシリンダは、ダイヤフラム２５によってシールされている。ダイヤフラム２５は、その中央部が止部材３４によってピストン１３に取着られ、ピストン１３は、ソレノイドのプランジャ１４と一体に形成された弁体１２に固定されている。また、冷媒出口６に連通する戻り通路８の中で、ダイヤフラム２５がエバポレータ１の出口圧力Ｐｅを受圧する空間への分岐位置と冷媒出口６との間の位置に逆止弁３２が介挿されている。この逆止弁３２は、冷媒出口６の側からスプリングによって弁体を付勢しており、コンプレッサの吸入圧力とエバポレータ１の出口圧力Ｐｅとの差圧が所定値以上になると、逆止弁３２が開いてエバポレータ１からコンプレッサへ冷媒が流れるようにしている。
【００２９】
自動車用空調装置が稼動中は、この流量制御弁は、エバポレータ１の前後差圧をほぼ一定になるよう制御して、エバポレータ１に送り込まれる冷媒を、ソレノイドの通電電流によって決まる一定の流量に制御する。
【００３０】
自動車用空調装置を停止するときは、ソレノイドの通電を止めて弁体１２を弁座形成部材３３に着座させることによってエバポレータ１をコンデンサから隔離した後、引き続きコンプレッサを回転させることでエバポレータ１内の冷媒を逆止弁３２を介して回収してからコンプレッサを停止させる。これにより、逆止弁３２がエバポレータ１をコンプレッサの吸入側から隔離する。このときには、エバポレータ１内には、冷媒がないので、たとえ、自動車用空調装置の停止中に、エバポレータ１に損傷を受けたとしても、危険なガス冷媒が車室内に漏れ出ることを防止することができる。
【００３１】
図５は本発明の第４の実施の形態に係る流量制御弁を示す中央縦断面図である。なお、この図５において、図４に示した構成要素と同じまたは同等の要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３２】
この第４の実施の形態に係る流量制御弁は、戻り通路８内に設けられた逆止弁３２の位置を図４に示した冷媒出口６の側から冷媒入口５の側にしている。
したがって、この流量制御弁は、弁体１２およびダイヤフラム２５がエバポレータ１の前後差圧と逆止弁３２の前後差圧との和の差圧を受けてその差圧がほぼ一定になるよう制御し、これによって、エバポレータ１に送り込まれる冷媒を、ソレノイドの通電電流によって決まる一定の流量に制御することになる。
【００３３】
なお、上記の実施の形態では、ソレノイドが通電されていないときに定差圧弁が自閉されるように構成したが、ソレノイドが通電されているときに定差圧弁が自閉されるように構成してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、エバポレータを絞り通路とみなし、その前後の差圧をほぼ一定に制御する定差圧弁を備える構成にした。これにより、流量制御弁内に絞り通路を設ける必要がないため、流量制御弁の構成を簡素化でき、低コストの流量制御弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る流量制御弁の構成を示す中央縦断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る流量制御弁の構成を示す中央縦断面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る流量制御弁の主要部を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る流量制御弁を示す中央縦断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る流量制御弁を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１ エバポレータ
２ 本体ブロック
３ 高圧冷媒入口
４ 低圧冷媒出口
５ 冷媒入口
６ 冷媒出口
７ ストレーナ
８ 戻り通路
９ パッキン押さえ
１０ ねじ
１１ 弁座
１２ 弁体
１３ ピストン
１４ プランジャ
１５ コア
１６ 電磁コイル
１７ スプリング
１８ ヨーク
１９ アジャストねじ
２０ シャフト
２１ ボール
２２ 固定ねじ
２３ 連結部
２４ バルブシート
２５ ダイヤフラム
２６ アジャストねじ
２７ スプリング
２８ リング部材
２９ ディスク
３０ スプリング
３１ シャフト
３２ 逆止弁
３３ 弁座形成部材
３４ 止部材
Ｐｅ エバポレータの出口圧力
Ｐｏ 流量制御弁入口の圧力
Ｐｘ 流量制御弁の出口圧力

Claims (9)

  1. 絞り膨張されてエバポレータに送り出される冷媒の流量をほぼ一定に制御する流量制御弁において、
    前記エバポレータに冷媒が通過することにより生じる圧力損失の前後差圧をほぼ一定に制御する定差圧弁を備えていることを特徴とする流量制御弁。
  2. 前記定差圧弁は、前記エバポレータへの低圧冷媒出口の圧力を閉弁方向に受ける弁体と、前記エバポレータの出口圧力を前記弁体が開弁する方向に受ける感圧部材とを一体に動くよう構成したことを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
  3. 前記弁体および前記感圧部材に対し、前記弁体が開弁する方向に付勢するソレノイドを備えていることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
  4. 前記弁体の有効径と前記感圧部材の有効径とを略等しくしてあることを特徴とする請求項２記載の流量制御弁。
  5. 前記弁体に設けられて閉弁時にシールを行うバルブシートと、前記感圧部材の摺動部をシールするダイヤフラムとを備えていることを特徴とする請求項２記載の流量制御弁。
  6. 前記エバポレータの出口とコンプレッサの吸入側との間を連結する戻り通路を備え、前記エバポレータの出口圧力を前記戻り通路から導入するようにしたことことを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
  7. 前記戻り通路内に、コンプレッサの吸入側から前記エバポレータの出口への冷媒の逆流を防止する逆止弁を備えていることを特徴とする請求項６記載の流量制御弁。
  8. 前記逆止弁は、コンプレッサの吸入側へ配管する冷媒出口側に配置されていることを特徴とする請求項７記載の流量制御弁。
  9. 逆止弁は、前記エバポレータの出口へ配管する冷媒入口側に配置されていることを特徴とする請求項７記載の流量制御弁。
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