JP2005090762A - 定差圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で低コストに実現できる電磁駆動の定差圧弁を提供する。
【解決手段】 本発明にかかる定差圧弁１においては、その本体を構成するパイプ２が差圧制御機構，可動鉄芯４，固定鉄芯３といった内部構造物を収容するとともに、冷凍サイクルの配管の一部を兼ねている。また、電磁コイル１１を含むソレノイド部１０がパイプ２を外側から取り囲むように配置される。このため、実質的に冷凍サイクルの配管そのものに差圧制御機構を一体的に組付けた構成となり、定差圧弁１全体の構成が非常に簡素化される。その結果、定差圧弁１の小型化を実現でき、それに伴った材料コスト及び製造コストの削減により、定差圧弁１の低コスト化を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを循環する冷媒流路に設けられ、供給される電流量に応じ、その冷媒の出入口の前後差圧が設定された一定の差圧になるように流量を制御する定差圧弁に関する。

例えば車両用エアコンの冷凍サイクルにおいて、コンプレッサによって圧縮された高温・高圧のガス冷媒をコンデンサまたはガスクーラで凝縮または冷却し、凝縮または冷却された冷媒を減圧装置にて低温・低圧の冷媒にし、この低温の冷媒をエバポレータで蒸発させ、蒸発された冷媒をアキュムレータで気液に分離し、分離されたガス冷媒をコンプレッサに戻すような構成が知られている。このような冷凍システムの減圧装置として、その冷媒の出入口の前後差圧を電気的に制御する定差圧弁を使用することがある（例えば特許文献１）。

この種の定差圧弁は、冷凍サイクルの冷媒流路を形成する配管とは別体で構成された本体ブロックに差圧制御機構を組み込んで構成されており、高圧の冷媒を導入するための管路と、減圧した冷媒を下流側の蒸発器に向けて送出するための管路とに別々に接続されている。そして、ソレノイドに所定の電流を供給することによって内部弁体を動作させて、その冷媒の出入口の前後差圧が予め設定した一定の差圧になるように冷媒の流量を制御している。
特開平１１−３１６０６８号公報

しかしながら、このような構成においては、冷凍サイクルの配管とは別に本体ブロックを形成し、さらにその本体ブロックにおいて、弁体等の差圧制御機構の内部構造物が配置される内部冷媒流路と、その内部構造物を駆動制御するソレノイド部とを分けて配置しているため、定差圧弁全体が大型化する。また、その本体ブロック内の差圧制御機構の構造に応じて冷媒の出入口の管路及びこれらをつなぐ内部冷媒流路の配置を複雑に調整する必要があり、製造コストが嵩むといった問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、小型で低コストに実現できる電磁駆動の定差圧弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、冷凍サイクルを循環する冷媒流路に設けられ、その冷媒の出入口の前後差圧が電磁コイルに供給する電流値により設定された一定の差圧になるように、冷媒の流量を制御する定差圧弁において、前記冷媒流路の一部を構成するパイプと、前記パイプ内に固定された筒状の固定鉄芯と、前記パイプ内において前記固定鉄芯に対して前記パイプの軸方向に対向配置されるとともに、前記軸方向に進退可能に構成された筒状の可動鉄芯と、前記パイプを外側から取り囲むように周設され、外部からの供給電流により前記可動鉄芯及び前記固定鉄芯を含む磁気回路を生成し、前記供給電流の電流値に応じた大きさの電磁力を発生させて前記可動鉄芯を前記固定鉄芯に対する所定の基準位置まで進退駆動させるための前記電磁コイルと、前記パイプ内に設けられ、前記可動鉄芯を前記基準位置から進退させつつ開弁又は閉弁動作して内部流路断面を調整し、前記前後差圧が前記一定の差圧になるように冷媒の流量を制御する差圧制御機構と、を備えたことを特徴とする定差圧弁が提供される。

ここで、「パイプ」は、例えば冷凍サイクルの配管とは別に当該定差圧弁専用のパイプとして構成し、その配管に継ぎ手等を介して接続されるようにしてもよいし、冷凍サイクルの配管を流用してその一部にて構成してもよい。また、「所定の基準位置」とは、前後差圧を予め設定される上記一定差圧とするための基準となる位置であり、可動鉄芯に付与される内部冷媒圧力や付勢力をバランスさせる基準となる位置を意味する。

このような定差圧弁では、電磁コイルへの通電により、可動鉄芯を固定鉄芯に対して近接又は離間させることにより差圧制御機構を開弁又は閉弁動作させ、それにより内部流路断面の大きさを調整する。それにより、上流側から流入した冷媒は、固定鉄芯，可動鉄芯を経由し差圧制御機構を介して膨張・減圧されて下流側に流されるが、その際、冷媒出入口の前後差圧が電磁コイルに供給された電流量に応じた一定差圧となるようにその流量が制御されることになる。

また、その本体を構成するパイプが差圧制御機構，可動鉄芯，固定鉄芯といった内部構造物を収容するとともに、冷凍サイクルの配管の一部を兼ねることになり、さらに電磁コイルがそのパイプを外側から取り囲むように配置されるため、上述した本体ブロックのような構造物が不要になる。

本発明の定差圧弁によれば、その内部構造物を収容するパイプが冷凍サイクルの冷媒流路の一部を構成するとともに、電磁コイルがそのパイプを外側から取り囲むように配置されるため、実質的に冷凍サイクルの配管そのものに差圧制御機構を一体的に組付けた構成となり、定差圧弁全体の構成が非常に簡素化される。

また、従来のように電磁コイルの設置領域を個別に設けるのではなく、このように冷凍サイクルの配管に一体化された構成を有するため、冷凍サイクルにおいて定差圧弁の占める領域を小さくすることができる。

その結果、定差圧弁の小型化を実現でき、それに伴った材料コスト及び製造コストの削減により、定差圧弁の低コスト化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本実施の形態の定差圧弁の断面図である。尚、以下の説明においては、図に示した構成について、この冷媒の流れ方向を基準に図中上側を上流側、下側を下流側と表現することがある。

同図に示すように、定差圧弁１は、ボディを両端が開口した円筒状のパイプ２で構成しており、そのパイプ２の内部に固定鉄芯３，可動鉄芯４，中実シャフト５，ストッパ６及び筒状部材７を収容し、そのパイプ２の外周に沿ってソレノイド部１０を配設している。

パイプ２は、その両端部にそれぞれ略楕円形状の配管ジョイント７０が取り付けられている。パイプ２の両端部は、この配管ジョイント７０の取り付け後にその先端部が拡径され、配管ジョイント７０の脱離が防止されている。また、配管ジョイント７０には、パイプ２の外側でボルトを貫通させる貫通孔７０ａが設けられている。

定差圧弁１を図示しない冷凍サイクルの配管に接続する際には、その配管側にも同様の配管ジョイントを取り付け、Ｏリングを介して双方を対向させた後、双方の貫通孔にボルトを通してナットで固定する。このとき、パイプ２は冷媒流路の一部を構成する。

固定鉄芯３は、円筒状の本体を有し、その外周面の軸方向中央には嵌合溝３１が周設されており、上流側端部は所定量拡管して後述するストッパ６を収容・固定している。この固定鉄芯３のパイプ２への固定は、固定鉄芯３をパイプ２内に収容した後、パイプ２の嵌合溝３１に対応する部分を外方から加締めて嵌合させることにより実現されている。

可動鉄芯４は、上流側に底部を有する有底円筒状の本体を有し、パイプ２内において固定鉄芯３の上流側に配設されている。可動鉄芯４の上流側端面からは上流側に外径を小さくするテーパ状の弁部４１が突出して設けられ、さらに、その弁部４１を軸方向に貫通して冷媒を内部の管部４２に導入可能にする連通孔４３が形成されている。可動鉄芯４は、パイプ内に固定された中実シャフト５を内挿し、この中実シャフト５にガイドされつつ固定鉄芯３に対して進退可能に構成されている。

また、可動鉄芯４の下流側端部は所定量拡管して後述するスプリング８１の収容部４４を構成している。可動鉄芯４とパイプ２の内壁との間には、上流側から流入した冷媒が通過する間隙流路９１が形成されている。

中実シャフト５は、可動鉄芯４の管部４２の内径にほぼ等しい外径を有する円柱状の本体を有し、その下流側端部がストッパ６の上流側端面に固定されている。そして、その中実シャフト５の上流側端面にて可動鉄芯４との間に連通孔４３に連通する内部空間９２を形成している。

ストッパ６は、円板状の本体を有し、固定鉄芯３の拡管部に形成された段部３２に圧入されて固定されている。このストッパ６の片側側壁には、軸方向に貫通するスリット６１が形成されており、定差圧弁１での冷媒通路を構成している。ストッパ６と可動鉄芯４の収容部４４との間にはスプリング８１（弾性体）が介装され、ソレノイド部１０の非通電時において、固定鉄芯３によって可動鉄芯４を所定の間隔で支持するようになっている。

筒状部材７は、円筒状の本体を有し、パイプ２内において可動鉄芯４の上流側に配設されている。この筒状部材７の外周面の軸方向中央には嵌合溝７１が周設されており、パイプ２の嵌合溝７１に対応する部分を外方から加締めることにより、パイプ２に嵌合固定されている。この筒状部材７の下流側開口端縁によって可動鉄芯４の弁部４１を着座させる弁座７２が構成されている。

ソレノイド部１０は、全体として円筒状に構成され、パイプ２を外側から取り囲むように周設されている。すなわち、パイプ２の外周には、電磁コイル１１が巻装された第１ボビン１２が配置され、この第１ボビン１２の上流側端部には、第１ボビン１２との間で電磁コイル１１の端子を引き出すための通路を形成する第２ボビン１３が配置されている。これら第１ボビン１２及び第２ボビン１３は、第１ヨーク１４で囲繞され、第１ヨーク１４の上流側端部は、第２ヨーク１５により閉止されて連続した磁気回路になるようにしている。

定差圧弁１においては、固定鉄芯３，可動鉄芯４，第１ヨーク１４および第２ヨーク１５が、電磁コイル１１を含む磁気回路を構成する。
次に、定差圧弁１の動作ついて説明する。図１は定差圧弁１における電磁コイル１１の非通電時の状態を表し、図２は通電時の状態を表している。

まず、図１に示すように、電磁コイル１１に電流が供給されていないときには、可動鉄芯４はスプリング８１によって上流側に付勢されており、固定鉄芯３との間には吸引力が生じないため、弁部４１は弁座７２に着座ししており、定差圧弁１は全閉状態にある。

そして、図２に示すように、電磁コイル１１に電流ｉが供給されると、その電流値に応じた大きさの電磁力が発生して可動鉄芯４が固定鉄芯３に吸引される。これにより、弁部４１が弁座７２から離間してその電磁力とスプリング８１の荷重とがバランスした位置で静止し、弁部４１と弁座７２との間に所定の流路断面を形成する。

この状態で上流側から高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、弁部４１と弁座７２との間の冷媒通路９３を通過することにより断熱膨張し、さらに，間隙流路９１，スリット６１を通って下流側へと流れる。

このとき、上流入口側から導入された冷媒は、連通孔４３を介して内部空間９２にも導入される。このため、冷媒の入口圧力と内部空間９２での圧力は等しくなっており、弁部４１ひいては可動鉄芯４に付与される冷媒圧力の一部がキャンセルされている。

ここで、冷媒入口５１に導入された冷媒の圧力をＰ１、冷媒通路９３を通過することによって減圧された出口圧力をＰ２とし、弁部４１が着座したときの有効受圧面積（つまり筒状部材７の流路断面積）をＡ、内部空間９２の断面積をＢ、電流ｉによって発生する電磁力をｆ（ｉ）、スプリング８１による上流側方向の合力をｆｓとすると、上向きと下向きの力関係は、
（Ａ−Ｂ）（Ｐ１−Ｐ２）＝ｆｓ−ｆ（ｉ） ・・・（１）
となり、定差圧弁１の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）は、
Ｐ１−Ｐ２＝（ｆｓ−ｆ（ｉ））／（Ａ−Ｂ） ・・・（２）
となる。

すなわち、この（２）式の右辺において、電磁力ｆ（ｉ）以外のパラメータは、実質的に固定値であるため、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）は、電磁コイル１１に供給される電流ｉに比例した一定の差圧となる。

次に、この定差圧弁１の動作を図３に示す差圧特性に基づいて説明する。同図において、横軸は電磁コイルに供給する電流値ｉを示し、縦軸は定差圧弁１の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）を示している。

電磁コイル１１に供給される電流ｉがゼロのときは、スプリングの荷重ｆｓによって弁部４１は弁座７２に着座して定差圧弁１は全閉になっているため、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）は最大となっている。

そして、電磁コイル１１に電流ｉが供給されて、電磁力ｆ（ｉ）が可動鉄芯４にかかると、この電磁力ｆ（ｉ）とスプリングの荷重ｆｓがバランスする位置まで弁部４１が着座位置から即座に移動して静止する。弁部４１が弁座７２より離れることにより、その差圧を一定に保持する流量の冷媒が流れる。

このとき、冷凍サイクルにおける上流側の冷媒流量が増えて冷媒入口５１の入口圧力Ｐ１が大きくなると、弁部４１が有効受圧面積を大きくして開弁方向に移動して冷媒流量を増加し、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）を一定に保持するように作用する。逆に、冷凍サイクルにおける上流側の冷媒流量が減少して冷媒入口５１の入口圧力Ｐ１が小さくなっても、弁部４１が有効受圧面積を小さくする閉弁方向に移動して冷媒流量を絞り、前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）を一定に保持するように作用する。この結果、定差圧弁１の前後差圧（Ｐ１−Ｐ２）は、常に電流ｉによって決まる一定値に保持される。

以上に説明したように、本実施の形態の定差圧弁１においては、その本体を構成するパイプ２が差圧制御機構，可動鉄芯４，固定鉄芯３といった内部構造物を収容するとともに、冷凍サイクルの配管の一部を兼ねている。また、電磁コイル１１を含むソレノイド部１０がパイプ２を外側から取り囲むように配置される。このため、実質的に冷凍サイクルの配管そのものに差圧制御機構を一体的に組付けた構成となり、定差圧弁１全体の構成が非常に簡素化される。その結果、定差圧弁１の小型化を実現でき、それに伴った材料コスト及び製造コストの削減により、定差圧弁１の低コスト化を実現することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神の範囲内での変化変形が可能であることはいうまでもない。

冷凍サイクルを循環する冷媒流路に設けられ、その冷媒の出入口の前後差圧が設定された一定の差圧になるように流量を制御する定差圧弁であれば適用することができる。

第１の実施の形態にかかる定差圧弁の断面図である。 第１の実施の形態にかかる定差圧弁の断面図である。 第１の実施の形態にかかる定差圧弁の差圧特性を表す説明図である。

符号の説明

１ 定差圧弁
２ パイプ
３ 固定鉄芯
４ 可動鉄芯
５ 中実シャフト
６ ストッパ
７ 筒状部材
１０ ソレノイド部
１１ 電磁コイル
４１ 弁部
５１ 冷媒入口
７２ 弁座
８１ スプリング
９１ 間隙流路
９２ 内部空間

Claims (3)

1. 冷凍サイクルを循環する冷媒流路に設けられ、その冷媒の出入口の前後差圧が電磁コイルに供給する電流値により設定された一定の差圧になるように、冷媒の流量を制御する定差圧弁において、
   前記冷媒流路の一部を構成するパイプと、
   前記パイプ内に固定された筒状の固定鉄芯と、
   前記パイプ内において前記固定鉄芯に対して前記パイプの軸方向に対向配置されるとともに、前記軸方向に進退可能に構成された筒状の可動鉄芯と、
   前記パイプを外側から取り囲むように周設され、外部からの供給電流により前記可動鉄芯及び前記固定鉄芯を含む磁気回路を生成し、前記供給電流の電流値に応じた大きさの電磁力を発生させて前記可動鉄芯を前記固定鉄芯に対する所定の基準位置まで進退駆動させるための前記電磁コイルと、
   前記パイプ内に設けられ、前記可動鉄芯を前記基準位置から進退させつつ開弁又は閉弁動作して内部流路断面を調整し、前記前後差圧が前記一定の差圧になるように冷媒の流量を制御する差圧制御機構と、
   を備えたことを特徴とする定差圧弁。
2. 前記差圧制御機構は、
   前記パイプ内に設けられた固定通路の端部に設けられた弁座と、
   前記可動鉄芯の進退駆動により前記弁座に着脱可能に構成され、開弁時に前記冷媒が前記弁座との間隙を介して下流側に流れるのを許容する弁体と、
   を備え、
   前記可動鉄芯の進退駆動により、前記弁体と前記弁座との間に形成される流路断面が調整されることにより、前記前後差圧を前記一定の差圧に保持するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の定差圧弁。
3. 柱状をなし、一端部側で前記可動鉄芯を外挿してこれを進退方向にガイドする一方、他端側が前記パイプ内に固定された中実シャフトを備え、
   前記可動鉄芯は、
   その先端部に前記弁座に着座可能な前記弁体の弁部を形成するとともに、前記パイプとの間に軸方向に沿った所定の間隙流路を形成する筒状の本体を有し、
   さらに、前記中実シャフトとの間に、前記固定通路の流路断面よりも小さな断面を有し、前記固定通路に連通する所定の内部空間を形成するように構成されたことを特徴とする請求項２記載の定差圧弁。
   

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