JP2006266634A - Solenoid expansion valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍サイクルに組込まれて冷媒の流量を制御する膨張弁に関し、弁開閉の操作を電磁ソレノイド装置により行うタイプの電磁式の膨張弁に関する。 The present invention relates to an expansion valve that is incorporated in a refrigeration cycle and controls the flow rate of a refrigerant, and relates to an electromagnetic expansion valve of a type in which a valve opening / closing operation is performed by an electromagnetic solenoid device.
電磁式の膨張弁は、電磁コイルに付与する電流の大きさにより、弁を操作することにより、弁開度を制御する。
この種の電磁式の膨張弁は、例えば下記の特許文献に開示されている。
This type of electromagnetic expansion valve is disclosed in, for example, the following patent document.
この種の電磁式膨張弁にあっては、高圧の冷媒を制御する際に、流量を微細にかつ正確に制御することが困難であったり、応答性に欠ける等の問題があった。
本発明の目的は、上述した問題を解決する電磁式の膨張弁を提供することである。
In this type of electromagnetic expansion valve, when controlling a high-pressure refrigerant, there is a problem that it is difficult to control the flow rate finely and accurately, or that the response is insufficient.
An object of the present invention is to provide an electromagnetic expansion valve that solves the above-described problems.
上記目的を達成するために、本発明の電磁式膨張弁は、弁本体には、冷媒が通過する第1通路と第2通路とが備わっており、前記弁本体には、前記第1通路と前記第2通路との間を連通する弁開口を有する弁座を備える副本体が備わっており、前記弁開口を開閉する弁部を有する弁棒を前記弁開口に対し開閉作動させる電磁ソレノイド装置が前記弁本体に装備され、前記弁開口に対する前記弁部の弁開口特性が、低開度領域で小さくかつ前記低開度領域を越える高開度領域で大きくなる2段特性を有することを特徴とする。
前記2段の弁開口特性を有するために、前記弁部は、具体的には、第1テーパー部とこの第1テーパー部の最細端部から前記弁棒中心に向かう平坦部又は前記第1テーパー部の第1テーパー角よりも大なる第2テーパー角を有する第2テーパー部を備える。
更に好ましくは、前記弁本体又は前記副本体には、前記弁棒に作用する冷媒圧力による力をキャンセルするように、前記第2通路の冷媒圧力を前記弁棒の両端に作用させるバイパス通路を備える。
更に好ましくは、前記弁棒の径は前記弁開口と同一径を有する。
かかる構成を採用することによって、冷媒の流れ方向は正逆いずれの方向にも適用可能である。
このとき、前記第2通路には、前記弁座の最大開口面積と同等又は僅かに小なる開口面積を有するオリフィス部材を備えることが好ましい。
In order to achieve the above object, in the electromagnetic expansion valve of the present invention, the valve body is provided with a first passage and a second passage through which a refrigerant passes, and the valve body includes the first passage and the first passage. An electromagnetic solenoid device comprising a sub-body having a valve seat having a valve opening communicating with the second passage, and opening and closing a valve rod having a valve portion for opening and closing the valve opening with respect to the valve opening. The valve body is equipped with a two-stage characteristic in which a valve opening characteristic of the valve portion with respect to the valve opening is small in a low opening region and large in a high opening region exceeding the low opening region. To do.
In order to have the two-stage valve opening characteristic, the valve portion specifically includes a first taper portion and a flat portion from the narrowest end portion of the first taper portion toward the center of the valve stem or the first portion. A second taper portion having a second taper angle larger than the first taper angle of the taper portion is provided.
More preferably, the valve main body or the sub-main body is provided with a bypass passage that causes the refrigerant pressure of the second passage to act on both ends of the valve stem so as to cancel the force due to the refrigerant pressure acting on the valve stem. .
More preferably, the diameter of the valve stem has the same diameter as the valve opening.
By adopting such a configuration, the flow direction of the refrigerant can be applied in either the forward or reverse direction.
At this time, it is preferable that the second passage includes an orifice member having an opening area which is equal to or slightly smaller than the maximum opening area of the valve seat.
以上の構成を有する本発明の電磁式膨張弁は、高圧冷媒の流量制御を微細にかつ正確に応答性よく行うことができる。また、冷媒の流れを可逆的として、冷房と暖房のいずれにも使用することができる。 The electromagnetic expansion valve of the present invention having the above-described configuration can finely and accurately control the flow rate of the high-pressure refrigerant with good responsiveness. Moreover, the flow of the refrigerant is reversible and can be used for both cooling and heating.
図1及び図2に示すように、全体を符号1で示す電磁式膨張弁は、第1通路11と第2通路12とバイパス通路18とを有する弁本体10を備える。バイパス通路18は、第2通路の冷媒圧力を後述の弁棒50が露出する室H1に導く。
この弁本体10の中心部には、更に、弁室21を有する副本体20を備える。
副本体20は、弁開口22を有する弁座部23を有し、弁座部23の上方の弁室21は弁本体10の第1通路11に連通しており、弁座部23の下方の室24は弁本体10の第2通路12に連通している。
このオリフィス部材30は、第1通路11から弁座部23の弁開口22を通って第2通路12側ヘ冷媒が流れる際に、弁座部による絞り直後の冷媒の流速を更に下げて弁周りの圧力バランスを保ち、安定した制御を得る機能を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electromagnetic expansion valve generally indicated by
A
The
When the refrigerant flows from the
副本体20は、第2通路12側に開口するバイパス通路25を有し、冷媒を弁本体10と蓋部材90の間に形成される室H2側へ送る。
副本体20の上部には、ガイド部材40が配設され、弁棒50を摺動自在に案内する。
The
A
弁棒50は、弁部52を有し、弁開口22を通過する小径部56を介して弁棒の先端案内部54に連結される。弁棒の先端案内部54は、副本体10に圧入固定されたスリーブ60により支持される。弁棒50の先端案内部54はバネ受け部材70で支持される。バネ受け部材70は、コイルばね72を介して調節用のねじ部材80により支持される。ねじ部材80は、ねじ部N2を介して副本体20の内ねじに螺合される。ねじ部材80のねじ込み量を調節することで、コイルばね72のバネ力を調節することができる。ねじ部材80には、工具を受ける横溝82と貫通穴84が形成してあり、この貫通穴84を介して室H2側の冷媒を弁棒の先端案内部54に対向する室H3内に導入する。
The
蓋部材90は、ねじ部N1に螺合され、弁本体10の開口部を封止する。Oリング92を介在させて、シールを完全にする。
弁本体10の上部は、ねじ部N3を有し、電磁ソレノイド装置のハウジング100が螺合される。ハウジング100には、非磁性材製のキャン110が圧入され、キャン110の内部に吸引子120が固定される。
The
The top of the
キャン110内には、吸引子120の上部にプランジャ150が摺動自在に挿入される。プランジャ150には、吸引子120の中心穴を貫通するプッシュロッド130が圧入され、プッシュロッド130とプランジャ150は一体化される。
プランジャ150の頂部には、コイルバネ152が装備されている。コイルバネ152は、コイルバネ72よりも弱いバネ力を有してプッシュロッド130を弁棒50に当接させる働きを有する。
In the
A
プッシュロッド130は、吸引子120に圧入されるスリーブ140,142により摺動自在に案内される。スリーブ140,142は、メッキが施され、摺動抵抗が減じられる。
The
キャン110の外周部には、ボビン210に巻かれた電磁コイル200が装備される。電磁コイル200は、図示しないリード線から給電されることによってプランジャ150を吸引子120側(下方)に引き寄せる。
電磁コイル200の上部は、プレート160で封止される。
An
The upper part of the
ここで本発明の電磁式膨張弁における弁部52の特定形状について従来構成と比較しつつ説明する。
図7に示す従来の弁にあっては、弁座(弁開口)に対向する1段のテーパー部52´を有し、弁開口特性は、図5のカーブC3に示すように、弁棒の移動量に伴ない弁の開口面積は実質的に直線的に変化する。しかし、本発明の電磁式膨張弁にあっては、図5のカーブC2に示すような2段特性の弁開口特性を呈する。すなわち、低開度領域では小なる開口特性(緩やかな勾配)を呈し、高開度領域ではそれよりも大なる開口特性(急峻な勾配)を呈する。
Here, the specific shape of the
In the conventional valve shown in FIG. 7, it has a tapered portion 52 'of the first stage facing the valve seat (valve aperture), the valve opening characteristics, as shown in the curve C 3 in FIG. 5, the valve stem The opening area of the valve changes substantially linearly with the amount of movement. However, in the electromagnetic expansion valve of the present invention exhibits a valve opening characteristic of the two-stage characteristics shown in curve C 2 in FIG. That is, a small opening characteristic (gradual gradient) is exhibited in the low opening region, and a larger opening characteristic (steep gradient) is exhibited in the high opening region.
このような2段特性の開口特性を呈するための弁部52の特定形状の一例について、図3を参照しつつ説明する。
本発明の弁棒50に設けられる弁部52は、弁座部23の弁開口22に進入可能な第1テーパー部52aを有する。第1テーパー部52aは、弁開口22の内周面に対して小さな傾斜角を有し、最も深く進入したときに弁開口22の縁部を全閉する。テーパー部52aの最細部からは、この実施例では、弁棒の中心線に向かう平坦部52bが形成されている。平坦部52bは、図5の2段の開口特性を奏する範囲で大きな傾斜角を有する第2テーパー部とされることもある。
第1テーパー部52aの上部には、フランジ部52cが膨出形成してあり、第1テーパー部52aの弁開口22に対する最深進入深さを規制するようになっている。
An example of the specific shape of the
The
A
図4の(a)〜(e)は、図3における弁棒50のリフトL1の変化に対応する弁の開口面積F1の変化特性を示す。
図3及び図4の(a)は、閉弁状態を示し、開口面積はゼロである。(b)乃至(c)の領域では2段弁の第1テーパー部52aが弁開口22に対する開口面積を微小に変化させる。この領域(低開度領域)にあっては、図4に示すように、弁リフトL1に対する開口面積は、小さな変化率で緩やかに増大する。
図の(c)に示す、2段弁のテーパー部52aから平坦部52bの境界が弁開口22の水平位置(弁座部23の上面)と並ぶ位置(c)から図の(d)に示す位置に向けて更に弁棒50がリフトすると、弁の開口面積は大きな変化率で増大する。図の(e)は、弁の全開状態を示す。(e)の状態以上に弁棒50がリフトしても弁開度は最大値の状態を維持する。
4A to 4E show the change characteristics of the valve opening area F 1 corresponding to the change of the lift L 1 of the
FIG. 3 and FIG. 4 (a) show the closed state, and the opening area is zero. In the regions (b) to (c), the first
The boundary between the
本発明の特徴とする2段開口特性を備える電磁式膨張弁にあっては、図5に示すように、制御電流Eに対して、カーブC2で示すように弁の開口面積を変化させることができる。
すなわち、弁部52のテーパー部52aと弁座部23の弁開口22との間で弁開口面積を制御する定常制御域K2における制御電流E2の幅を従来のカーブC3のときの制御電流E3に比べて大きくとることができる。そのため、より分解能が高い制御を達成することができるのである。
弁の開口面積が急増して大量の冷媒が流すクールダウン域K1(急速冷房)においては、より小さな制御電流の幅で高速応答制御をすることができる。
In the electromagnetic expansion valve comprising a two-stage opening characteristic which is a feature of the present invention, as shown in FIG. 5, the control current E, varying the opening area of the valve as indicated by the curve C 2 Can do.
That is, the control when the conventional curve C 3 the width of the control current E 2 in the stationary control zone K 2 for controlling the valve opening area between the
In the cool-down region K 1 (rapid cooling) in which the valve opening area rapidly increases and a large amount of refrigerant flows, high-speed response control can be performed with a smaller control current width.
以上のような弁開口制御を正確に応答性よく行うために、本発明では、弁棒50に作用する冷媒圧力差による影響を無くす又は軽減するための工夫が為されている。
すなわち、図2に示す通り、弁口径D1、案内部材60にガイドされる弁棒50の外径D2、弁棒先端案内部54の外径D3は、
D1=D2=D3
の関係に設定してある。
第1通路11側へ供給される高圧冷媒(PH)は、弁部52と弁座部23の弁開口22で絞り減圧(PL)された後、弁棒50の小径部56と弁開口22の間に作用するとともにバイパス通路18を通って弁棒50の上部の室H1に送られ、また副本体20のバイパス通路25、室H2を通って弁棒の先端案内部54が位置する室H3にも送られる。
In order to perform the valve opening control as described above accurately and with good responsiveness, the present invention is devised to eliminate or reduce the influence of the refrigerant pressure difference acting on the
That is, as shown in FIG. 2, the valve diameter D 1 , the outer diameter D 2 of the valve stem 50 guided by the
D 1 = D 2 = D 3
It is set to the relationship.
The high-pressure refrigerant (PH) supplied to the
これらの冷媒圧力の弁棒50各部に対する作用について、模式的に示す図6を参照しつつ説明する。図6(a)は正流れ(冷房運転)の状態、図6(b)は逆流れ(暖房運転)の状態である。
図6(a)の正流れにおいて、弁棒50には第1通路11内の高圧冷媒PHが作用するフランジ部52cが形成してあるので、通路14に圧力PHの冷媒が導入されると弁棒50のフランジ部52cの丸で囲んだ1で示す部分の上下に圧力PHが作用し、弁棒50に作用する力は相殺される。
(πD4 2/4−πD1 2/4)×PH=(πD4 2/4―πD1 2/4)×PH
ここに、D4はフランジ部52cの外径寸法である。
また、弁部52と弁開口22による絞り部を通過し減圧した圧力PLは、丸で囲んだ2で示す部分に作用する。丸で囲んだ2で示す部分において、上方向に作用する力は
(πD1 2/4―πD5 2/4)×PL
である。
下方向に作用する力は
(πD3 2/4―πD5 2/4)×PL
である。ここに、D1=D3であるから、丸で囲んだ2で示す部分に作用する力も相殺される。
さらに、第2通路12側ではバイパス通路18とバイパス通路25(図1参照)を介して弁棒50の上部の室H1と弁棒案内部54の室H3に連通している。そのため、室H1と室H3にも第2通路12側の低圧PLの冷媒が作用する。したがって、弁棒50の上下端の丸で囲んだ3で示す部分においては、弁上部には下方向に、
(πD2 2/4)×PH
の力が作用し、
弁下部には上方向に、
(πD3 2/4)×PH
の力が作用する。ここにD2=D3であるから、丸で囲んだ3で示す部分に作用する力も相殺される。
すなわち、弁棒50の周りに作用する冷媒圧力による荷重が全て相殺されるのである。したがって、弁棒50は、冷媒圧力の影響を受けることなく電磁コイル200により発生される吸引力とバネ72のバランスによって制御されるので、電磁コイル200への印加電流を可変することによって正確な流量制御を行うことができる。
The effect | action with respect to each part of the
In the positive flow of FIG. 6A, the
(ΠD 4 2/4-πD 1 2/4) × PH = (
Here, D 4 is the outer diameter of the
Further, the pressure PL that has been reduced in pressure after passing through the throttle portion by the
It is.
Force acting downwards (πD 3 2/4-πD 5 2/4) × PL
It is. Here, since D 1 = D 3 , the force acting on the portion indicated by 2 surrounded by a circle is also canceled out.
Further, on the
(ΠD 2 2/4) × PH
The force of
On the bottom of the valve,
(ΠD 3 2/4) × PH
The force of acts. Since D 2 = D 3 here, the force acting on the circled portion 3 is also canceled out.
That is, all the loads due to the refrigerant pressure acting around the
この正流れの冷凍サイクルにおいては、前述したように、弁棒50に作用する冷媒圧力による荷重はキャンセルされるので、弁開度は、電磁コイル200に与える電流値を適切に制御することにより、正確に制御することができる。
In this positive flow refrigeration cycle, as described above, since the load due to the refrigerant pressure acting on the
図6(b)は、通路12側へ蒸発器を通った高圧冷媒PHが流入する、いわゆる逆流れのサイクルを示す。このサイクルにあっては高温高圧の冷媒が蒸発器(熱交換器)を通る暖房運転が行われる。
丸で囲んだ2で示す部分においては上方向に
(πD1 2/4―πD5 2/4)×PH
の力が作用し、
下方向には
(πD3 2/4―πD5 2/4)×PH
の力が作用する。
ここでD1=D3であるから、丸で囲んだ2で示す部分に作用する力は相殺される。
さらに、通路12側ではバイパス通路を介して弁棒50の上部の室H1と弁棒案内部54の下部の室H2に連通している。そのため室H1と室H2には通路12側の高圧PHの冷媒が作用する。
弁棒50の上下端である丸で囲んだ3で示す部分においては、弁上部には下方向に、
(πD2 2/4)×PH
の力が作用し、
弁下部には上方向に、
(πD3 2/4)×PH
の力が作用する。ここでD2=D3であるから、丸で囲んだ3で示す部分に作用する力も相殺される。
弁部52と弁座42で形成される絞り部を通過し減圧した圧力PLは、弁棒50のフランジ部52cの丸で囲んだ1で示す部分の上下に作用し、この力は相殺される。
(πD4 2/4―πD1 2/4)×PL=(πD4 2/4―πD1 2/4)×PL
この逆流れにおいても弁棒50に作用する圧力による荷重は全てバランスするので、電磁コイル200に流す電流値を制御することで圧力の影響を受けることなく、正確な流量制御を行うことができる。
本発明の電磁式膨張弁は、このように正逆流れどちらでも正確な制御が可能なヒートポンプ式空調システムを提供することができる。
FIG. 6B shows a so-called reverse flow cycle in which the high-pressure refrigerant PH that has passed through the evaporator flows into the
Upward in the portion indicated by circled 2 (πD 1 2/4- πD 5 2/4) × PH
The force of
The downward (πD 3 2/4-πD 5 2/4) × PH
The force of acts.
Since D 1 = D 3 here, the force acting on the portion indicated by 2 surrounded by a circle is canceled out.
Furthermore, communicates with the lower portion of the chamber of H 2 the upper part of the chamber H 1 and the valve
In the part indicated by circles 3 that are the upper and lower ends of the
(ΠD 2 2/4) × PH
The force of
On the bottom of the valve,
(ΠD 3 2/4) × PH
The force of acts. Since D 2 = D 3 here, the force acting on the portion indicated by 3 surrounded by a circle is also canceled out.
The pressure PL that has passed through the throttle portion formed by the
(ΠD 4 2/4-πD 1 2/4) × PL = (
Even in this reverse flow, all the loads due to the pressure acting on the
Thus, the electromagnetic expansion valve of the present invention can provide a heat pump type air conditioning system capable of accurate control in either forward or reverse flow.
なお、上記実施例では、弁棒50に作用する流体圧力による荷重をほぼ完全にキャンセルするようにした例について説明したが、D1、D2、D3の各寸法を適宣に選択することによって、意図的に弁棒50に開方向または閉方向の力を付与するようにすることもでき、弁の働きを使用目的または制御目的に応じて適宜にチューニングすることが可能である。
In the above-described embodiment, the example in which the load due to the fluid pressure acting on the
1 電磁式膨張弁
10 弁本体
11 第1通路
12 第2通路
18 バイパス通路
20 副本体
21 弁室
22 弁開口
23 弁座部
24 室
25 バイパス通路
30 オリフィス部材
40 ガイド部材
50 弁棒
52 弁部
52a 第1テーパー部
52b 平坦部
52c フランジ部
60 スリーブ
70 バネ受け部材
80 ねじ部材
90 蓋部材
100 ハウジング
110 キャン
120 吸引子
130 プッシュロッド
140,142 スリーブ
150 プランジャ
200 電磁コイル
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記弁本体には、前記第1通路と前記第2通路との間を連通する弁開口を有する弁座を備える副本体が備わっており、
前記弁開口を開閉する弁部を有する弁棒を前記弁開口に対し開閉作動させる電磁ソレノイド装置が前記弁本体に装備され、
前記弁開口に対する前記弁部の弁開口特性が、低開度領域で小さくかつ前記低開度領域を越える高開度領域で大きくなる2段特性を有する
ことを特徴とする電磁式膨張弁。 The valve body is provided with a first passage and a second passage through which the refrigerant passes,
The valve main body includes a sub main body including a valve seat having a valve opening communicating between the first passage and the second passage;
An electromagnetic solenoid device that opens and closes a valve stem having a valve portion for opening and closing the valve opening with respect to the valve opening is equipped in the valve body,
The electromagnetic expansion valve according to claim 1, wherein the valve opening characteristic of the valve portion with respect to the valve opening has a two-stage characteristic that is small in a low opening region and large in a high opening region that exceeds the low opening region.
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