JP2003106710A - 弁装置及びそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

弁装置及びそれを用いた冷凍装置

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closing
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needle
port
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Toshiyuki Ebara
俊行 江原
Toshikazu Ishihara
寿和 石原
Hiroshi Mukoyama
洋 向山
Atsushi Oda
淳志 小田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide

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  • Valve Housings (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニードル弁体による小流量の流量制御が可能
であり、高圧下でもニードル弁体が動作不良を起こすこ
とのない弁装置及びそれを用いた冷凍装置を提供するこ
とにある。 【解決手段】 弁ハウジング21内のポート23を流れ
る流量を調整するニードル弁体27と、ポート23を閉
塞する閉塞弁体37とを、弁ハウジング21内に一体に
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流量調整用のニー
ドル弁体を備えた弁装置及びそれを用いた冷凍装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】一般に、圧縮機、高温側熱交換器(凝縮
器)、減圧装置および蒸発器を有する冷凍サイクルを備
え、この高温側熱交換器で加熱した水を給湯可能に構成
したヒートポンプ式給湯装置が知られている。
【0003】この種のものでは、近年、フロンのような
合成物ではなく、自然界に存在する物質を冷凍サイクル
に冷媒として使用する動きが高まり、特に、冷凍サイク
ルにCO2冷媒を使用する検討が進められている。
【0004】このCO2冷媒を使用した場合、冷凍サイ
クルの高圧側が超臨界となる遷臨界サイクル(Transcri
tical Cycle)になるため、ヒートポンプ式給湯装置に
おける給湯のように、水の昇温幅が大きい加熱プロセス
では高い成績係数(COP)を期待することができる。
【0005】ところで、冷媒流量を調整する減圧装置
は、一般に、弁ハウジング内にニードル弁体を備え、こ
のニードル弁体で弁ハウジング内のポートを流れる冷媒
の流量を調整し、かつポートを全閉にしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】冷凍サイクルにCO2
冷媒を使用した場合、ほかの冷媒を使用する場合に比べ
て、冷凍サイクル内の冷媒流量が小流量で、冷媒圧力が
高くなる。
【0007】小流量の冷媒制御を行う場合、ニードル弁
体のニードル角を小さくする必要があるが、これをあま
り小さくし過ぎると、ニードル弁体の強度が弱まり、ニ
ードル弁体が変形しやすくなる。特に、CO2冷媒を使
用した場合、冷媒圧力が高くなるため、ニードル弁体に
全閉動作をさせる場合、ニードル弁体の上流及び下流の
圧力差が大きくなり、ニードル弁体が変形しやすくな
り、噛み付きが発生して、動作不良を起こすという問題
がある。
【0008】そこで、本発明の目的は、ニードル弁体に
よる小流量の流量制御が可能であり、高圧下でもニード
ル弁体が動作不良を起こすことのない弁装置及びそれを
用いた冷凍装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
弁ハウジング内のポートを流れる流量を調整するニード
ル弁体と、前記ポートを閉塞する閉塞弁体とを、前記弁
ハウジング内に一体に備えたことを特徴とする。
【0010】請求項2記載の発明は、請求項1記載のも
のにおいて、前記閉塞弁体に貫通孔を形成し、この貫通
孔に前記ニードル弁体を配置したことを特徴とする。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項2記載のも
のにおいて、前記閉塞弁体と前記ニードル弁体とを同心
上に配置したことを特徴とする。
【0012】請求項4記載の発明は、請求項1乃至3の
いずれか一項記載のものにおいて、前記閉塞弁体を駆動
する電磁コイルと、前記ニードル弁体を駆動するステッ
ピングモータと、を備えたことを特徴とする。
【0013】請求項5記載の発明は、請求項1乃至4の
いずれか一項記載のものにおいて、前記閉塞弁体とその
弁座が円錐形状であることを特徴とする。
【0014】請求項6記載の発明は、請求項1乃至5の
いずれか一項記載のものにおいて、前記閉塞弁体とその
弁座が平坦形状であることを特徴とする。
【0015】請求項7記載の発明は、請求項1乃至6の
いずれか一項記載のものにおいて、前記閉塞弁体とその
弁座が曲面形状であることを特徴とする。
【0016】請求項8記載の発明は、圧縮機、蒸発器、
減圧装置及び凝縮器を備えた冷凍装置において、前記減
圧装置が弁ハウジングを備え、この弁ハウジング内のポ
ートを流れる流量を調整するニードル弁体と、前記ポー
トを閉塞する閉塞弁体とを一体に備えたことを特徴とす
る。
【0017】請求項9記載の発明は、請求項8記載のも
のにおいて、前記閉塞弁体に貫通孔を形成し、この貫通
孔に前記ニードル弁体を配置したことを特徴とする。
【0018】請求項10記載の発明は、請求項9記載の
ものにおいて、前記閉塞弁体と前記ニードル弁体とを同
心上に配置したことを特徴とする。
【0019】請求項11記載の発明は、請求項8乃至1
0のいずれか一項記載のものにおいて、前記閉塞弁体を
駆動する電磁コイルと、前記ニードル弁体を駆動するス
テッピングモータと、を備えたことを特徴とする。
【0020】請求項12記載の発明は、請求項8乃至1
1のいずれか一項記載のものにおいて、前記閉塞弁体と
その弁座が円錐形状であることを特徴とする。
【0021】請求項13記載の発明は、請求項8乃至1
2のいずれか一項記載のものにおいて、前記閉塞弁体と
その弁座が平坦形状であることを特徴とする。
【0022】請求項14記載の発明は、請求項8乃至1
3のいずれか一項記載のものにおいて、前記閉塞弁体と
その弁座が曲面形状であることを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面に基づいて説明する。
【0024】図1は、ヒートポンプ式給湯装置を示して
いる。1は圧縮機を示し、この圧縮機1には、実線で示
す冷媒配管を介して、ガスクーラ(高圧側熱交換器)
3、減圧装置(弁装置)5、蒸発器(低圧側熱交換器)
7が順に接続されて、冷凍サイクルが構成されている。
【0025】この冷凍サイクルにはCO2冷媒が使用さ
れる。CO2冷媒はオゾン破壊係数が0で、地球温暖化
係数が1であるため、環境への負荷が小さく、毒性、可
燃性がなく安全で安価である。
【0026】このCO2冷媒を使用した場合、冷凍サイ
クルの高圧側が超臨界となる遷臨界サイクル(Transcri
tical Cycle)になるため、ヒートポンプ式給湯装置に
おける給湯のように、水の昇温幅が大きい加熱プロセス
では高い成績係数(COP)を期待することができる。
【0027】一方、上記ガスクーラ3は、CO2冷媒が
流れる冷媒コイル9と、水が流れる水コイル10とから
なり、この水コイル10は水配管を介して貯湯タンク1
1に接続されている。水配管には循環ポンプ13が接続
され、この循環ポンプ13が駆動されて貯湯タンク11
の水がガスクーラ3を循環し、ここで加熱されて貯湯タ
ンク11に貯湯される。
【0028】図2は、減圧装置(弁装置)5を示してい
る。21は弁ハウジングを示し、この弁ハウジング21
には、CO2冷媒が流れるポート23が形成され、この
ポート23は入口流路24と出口流路25とに連通して
いる。この弁ハウジング21内には、ポート23を流れ
る流量を微調整するニードル弁体27と、ポート23を
閉塞するための、先端が略円錐形状の剛性が高い閉塞弁
体37とが、別々の駆動機構により別々に駆動可能に配
置されている。
【0029】閉塞弁体37はソレノイドからなり、閉塞
弁体37の外周に配置された電磁コイル38に通電する
ことにより、閉塞弁体37が、軸線L上を矢印方向Xに
往復移動し、その結果、閉塞弁体37が、ポート23の
略円錐形状の弁座23Aに当接すると、ポート23が全
閉される。
【0030】閉塞弁体37には、軸線Lに沿って貫通孔
37Aが形成され、この貫通孔37Aには、ニードル弁
体27が、軸線L上を矢印方向Xに往復移動自在に、同
心上に挿入されている。このニードル弁体27の先端部
27Aには、例えばθ=30°以下のニードル角θが形
成され、ニードル弁体27の矢印方向Xへの移動に伴っ
て、この先端部27Aとポート23間の環状空間が微小
調整され、CO2冷媒の小流量制御が可能に形成されて
いる。
【0031】ニードル弁体27の後端部27Bには、角
ねじ等からなる、おねじ部が形成されており、このおね
じ部27Bは、弁ハウジング21に形成されためねじ部
21Bに螺合し、弁ハウジング21の外に突き出た、ニ
ードル弁体27の部分27Cにステッピングモータ29
が連結されている。
【0032】そして、このステッピングモータ29が所
定パルスに従い駆動されると、ニードル弁体27が回転
しながら、おねじ部27B及びめねじ部21Bを介し
て、ニードル弁体27が矢印方向Xに移動する。
【0033】本実施形態では、図2に示すように、閉塞
弁体37を図中で上方に引き上げた状態で、ステッピン
グモータ29の制御により、ニードル弁体27を矢印方
向Xに移動させると、出口流路25に向かう冷媒流量が
制御される。この流量制御中は、ニードル弁体27の上
流及び下流の圧力差が小さいため、ニードル角θの小さ
いニードル弁体27であっても、それが変形することは
なく、噛み付きは発生せず、動作不良が発生することは
ない。
【0034】一方、ポート23を閉塞する場合、図3に
示すように、閉塞弁体37が、電磁コイル38への通電
状態に応じて、図中で下方(矢印方向X)に押し出さ
れ、その円錐形状の先端が、ポート23の略円錐形状の
弁座23Aに当接し、ポート23が全閉される。この場
合、閉塞弁体37の上流及び下流の圧力差はかなり大き
くなるが、閉塞弁体37の剛性が高いため、この閉塞弁
体37は変形することがなく、噛み付きは発生せず、動
作不良は発生しない。
【0035】本実施形態では、ニードル弁体27のニー
ドル角θを小さくし、小流量の冷媒流量制御を可能と
し、しかもポート23の全閉時には、剛性が高い閉塞弁
体37でポート23を全閉とするため、ニードル弁体2
7の不用意な変形が防止されて、噛み付きのない、動作
不良を起こさない弁装置が提供される。
【0036】図4及び図5は、それぞれ別の実施形態を
示す。
【0037】上記実施形態では、閉塞弁体37とその弁
座23Aが円錐形状であったが、図4では、閉塞弁体3
7とその弁座23Aが平坦形状であり、図5では、閉塞
弁体37とその弁座23Aが曲面形状である。
【0038】いずれの場合も、ニードル弁体27のニー
ドル角θを小さくし、小流量の冷媒流量制御を可能と
し、しかもポート23の全閉時には、剛性が高い閉塞弁
体37でポート23を全閉とするため、ニードル弁体2
7の不用意な変形が防止されて、噛み付きのない、動作
不良を起こさない弁装置が提供される。
【0039】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明は、これに限定されるものでないことは
明らかである。
【0040】例えば、閉塞弁体37に貫通孔37Aを形
成し、この貫通孔37Aにニードル弁体27を配置する
場合、閉塞弁体37とニードル弁体27とを同心上に配
置しなくてもよい。また、閉塞弁体37とニードル弁体
27の駆動機構は、電磁コイル38とステッピングモー
タ29に限定されるものではない。
【0041】この弁装置は、冷凍装置以外にも適用が可
能であり、弁ハウジング内を流れる流体は、CO2冷媒
等の冷媒に限定されない。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、ニードル弁体のニード
ル角θを小さくし、小流量の流量制御を可能とし、しか
もポートの全閉時には、剛性が高い閉塞弁体でポートを
全閉とするため、ニードル弁体の不用意な変形が防止さ
れ、噛み付きのない、動作不良を起こさない弁装置が提
供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による冷凍装置の一実施形態を示す回路
図である。
【図2】弁装置の断面図である。
【図3】弁装置の断面図である。
【図4】別の実施形態による弁装置の断面図である。
【図5】別の実施形態による弁装置の断面図である。
【符号の説明】
1 圧縮機 3 ガスクーラ 5 減圧装置(弁装置) 7 蒸発器 21 弁ハウジング 23 ポート 27 ニードル弁体 29 ステッピングモータ 37 閉塞弁体 38 電磁コイル
フロントページの続き (72)発明者 向山 洋 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 小田 淳志 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 3H051 AA01 BB10 FF08 3H062 AA02 CC02 3H106 DA33 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 GB06 KK23

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弁ハウジング内のポートを流れる流量を
    調整するニードル弁体と、前記ポートを閉塞する閉塞弁
    体とを、前記弁ハウジング内に一体に備えたことを特徴
    とする弁装置。
  2. 【請求項2】 前記閉塞弁体に貫通孔を形成し、この貫
    通孔に前記ニードル弁体を配置したことを特徴とする請
    求項1記載の弁装置。
  3. 【請求項3】 前記閉塞弁体と前記ニードル弁体とを同
    心上に配置したことを特徴とする請求項2記載の弁装
    置。
  4. 【請求項4】 前記閉塞弁体を駆動する電磁コイルと、
    前記ニードル弁体を駆動するステッピングモータと、を
    備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項
    記載の弁装置。
  5. 【請求項5】 前記閉塞弁体とその弁座が円錐形状であ
    ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項記載
    の弁装置。
  6. 【請求項6】 前記閉塞弁体とその弁座が平坦形状であ
    ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項記載
    の弁装置。
  7. 【請求項7】 前記閉塞弁体とその弁座が曲面形状であ
    ることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項記載
    の弁装置。
  8. 【請求項8】 圧縮機、蒸発器、減圧装置及び凝縮器を
    備えた冷凍装置において、前記減圧装置が弁ハウジング
    を備え、この弁ハウジング内のポートを流れる流量を調
    整するニードル弁体と、前記ポートを閉塞する閉塞弁体
    とを一体に備えたことを特徴とする冷凍装置。
  9. 【請求項9】 前記閉塞弁体に貫通孔を形成し、この貫
    通孔に前記ニードル弁体を配置したことを特徴とする請
    求項8記載の冷凍装置。
  10. 【請求項10】 前記閉塞弁体と前記ニードル弁体とを
    同心上に配置したことを特徴とする請求項9記載の冷凍
    装置。
  11. 【請求項11】 前記閉塞弁体を駆動する電磁コイル
    と、前記ニードル弁体を駆動するステッピングモータ
    と、を備えたことを特徴とする請求項8乃至10のいず
    れか一項記載の冷凍装置。
  12. 【請求項12】 前記閉塞弁体とその弁座が円錐形状で
    あることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一項
    記載の冷凍装置。
  13. 【請求項13】 前記閉塞弁体とその弁座が平坦形状で
    あることを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一項
    記載の冷凍装置。
  14. 【請求項14】 前記閉塞弁体とその弁座が曲面形状で
    あることを特徴とする請求項8乃至13のいずれか一項
    記載の冷凍装置。
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Cited By (2)

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