JP2010127555A - 膨張弁及び冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で冷媒の流量を検出することが可能な膨張弁及び該膨張弁を用いた冷凍サイクルを提供することを目的とする。
【解決手段】コンデンサで凝縮した冷媒を導入する高圧側流路３２２、該高圧側流路に連通する弁室３５、該弁室に連通するとともに弁座を具備する弁孔３２ａ、及び該弁孔で膨張した冷媒をエバポレ−タに向けて導出する低圧側流路３２３を有する弁本体３００と、弁座に対向するように配置された弁部材３２ａと、該弁部材を弁座に対して接離させる弁部材駆動装置３６とを備えた膨張弁であって、高圧側流路と弁室との間に形成された絞り４１と、該絞りよりも上流側の冷媒と下流側の冷媒との差圧を検出する差圧検出部１０とを設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルに使用する膨張弁及び当該膨張弁を用いた冷凍サイクルに関する。

従来、自動車に搭載される空調装置等に用いる冷凍サイクルについては、設置スペースや接続配管等を削減するために、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温機構内蔵型の温度式膨張弁が使用されている。

図５は、従来の感温機構内蔵型の膨張弁の一例を示す断面図であって、弁本体３０には、コンデンサ５で凝縮し、レシーバ６を通過した高圧の液冷媒の通路となる第１の通路３２と、エバポレ−タ８の冷媒出口からコンプレッサ４の冷媒入口へ供給される気相冷媒が流れる第２の通路３４とが上下に相互に離間して形成されている。なお、９は配管である。

第１の通路３２には、液冷媒を導入する入口ポート３２１側に形成される高圧側流路３２２と、高圧側流路３２２に連通する弁室３５と、この弁室３５内に連通する弁孔３２ａと、この弁孔３２ａで膨張した冷媒を外部に向けて導出する出口ポート３２４側に形成される低圧側流路３２３とが設けられている。弁孔３２ａの入口には弁座が形成されていて、この弁座に対向して弁部材３２ｂが配置されている。弁部材３２ｂは支持部材３２ｄを介して圧縮コイルばね３２ｃにより弁座に向かって付勢されている。弁室３５の下端は弁本体３０の底面に開口しており、弁本体３０に螺着された調節ねじ３７によって密閉されている。

弁本体３０の上端には、弁部材３２ｂを駆動するための弁部材駆動装置３６が装着されている。弁部材駆動装置３６は、ダイヤフラム３６ａにより内部空間を上下２つの圧力作動室３６ｂ、３６ｃに仕切られた圧力作動ハウジング３６ｄを有している。圧力作動ハウジング３６ｄ中の下方の圧力作動室３６ｃは弁孔３２ａの中心線に対して同心的に形成された均圧孔３６ｅを介して第２の通路３４に連通している。第２の通路３４内の気相冷媒の圧力は、均圧孔３６ｅを通じて下方の圧力作動室３６ｃに作用している。

均圧孔３６ｅには、ダイヤフラム３６ａの下面から第１の通路３２の弁孔３２ａまで延びた弁部材駆動棒３６ｆが同心的に配置されている。弁部材駆動棒３６ｆは、弁本体３０における第１の通路３２と第２の通路３４との間の隔壁に設けた摺動案内孔より上下方向に摺動自在に案内されていて、下端を弁部材３２ｂに当接させている。なお、上記隔壁には第１の通路３２と第２の通路３４との間の冷媒の漏れを防止する密封部材３６ｇが装着されている。

圧力作動ハウジング３６ｄの上方の圧力作動室３６ｂ中には公知のダイヤフラム駆動流体が充填されていて、ダイヤフラム駆動流体には、第２の通路３４や均圧孔３６ｅ内に位置する弁部材駆動棒３６ｆ及びダイヤフラム３６ａを介して、第２の通路３４を流れる気相冷媒の熱が伝達される。上方の圧力作動室３６ｂ中のダイヤフラム駆動流体は上記伝達された熱に対応してガス化し、そのガス圧力がダイヤフラム３６ａの上面に作用する。ダイヤフラム３６ａは、その上面に作用するダイヤフラム駆動流体の圧力とダイヤフラム３６ａの下面に負荷される圧力との差に応じて上下に変位する。ダイヤフラム３６ａの中心部の上下への変位は、弁部材駆動棒３６ｆを介して弁部材３２ｂに伝達され、弁部材３２ｂを弁孔３２ａの弁座に対して接近または離間させる。この結果、エバポレータ８に向かう冷媒流量が制御される。なお、１００は冷凍サイクル全体の制御を司る制御部で、マイクロコンピュータにより構成されている。
特開２００８−１８０４７５号公報

膨張弁を用いた冷凍サイクルにおいて、冷媒の流量が判れば、これに基づき必要以上の流量とならないようにコンプレッサ等を制御してシステム全体の省動力化を図ることができる。

そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で冷媒の流量を検出することが可能な膨張弁及び該膨張弁を用いた冷凍サイクルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る第１の膨張弁は、コンデンサで凝縮した冷媒を導入する高圧側流路、該高圧側流路に連通する弁室、該弁室に連通するとともに弁座を具備する弁孔、及び該弁孔で膨張した冷媒をエバポレ−タに向けて導出する低圧側流路を有する弁本体と、前記弁座に対向して配置された弁部材と、該弁部材を前記弁座に対して接離させる弁部材駆動装置とを備えた膨張弁であって、前記高圧側流路と前記弁室との間に形成された絞りと、該絞りよりも上流側の冷媒と下流側の冷媒との差圧を検出する差圧検出部とを設けたことを特徴とする。

さらに、本発明に係る第２の膨張弁は、第１の膨張弁において、前記差圧検出部が、内部空間を有する本体部と、前記内部空間内に往復動可能に収容され、前記絞りよりも上流側の冷媒と下流側の冷媒との差圧により移動する主弁と、該主弁の変位を検出する変位センサとを具備することを特徴とする。さらに、本発明に係る第３の膨張弁は、第１又は第２の膨張弁において、前記差圧検出部が、前記弁部材を閉弁方向に付勢する付勢部材の付勢力を調節する調節部材を兼ねることを特徴とする。

また、本発明に係る冷凍サイクルは、冷媒を圧縮するコンプレッサと、該コンプレッサで圧縮された冷媒を凝縮させるコンデンサと、該コンデンサで凝縮した冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁で膨張した冷媒を蒸発させるエバポレ−タとを備えた冷凍サイクルであって、前記膨張弁として、第１乃至第３の膨張弁のいずれかを使用するとともに、前記差圧検出部の検出値から算出される冷媒の流量に基づいてコンプレッサを制御する制御部を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で冷媒の流量を検出することができ、安価な費用で冷凍サイクルの省動力化を図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、実施例１の膨張弁を示す部分縦断面図である。図２は図１の右側面図である。図３は、図１のＺ−Ｚ断面図である。実施例１においては、図５で示した従来例との違いを説明し、同一の箇所は同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、弁本体３００における、弁室３５と高圧側流路３２２との間の部位に絞り４１が形成される。この絞り４１は、冷媒の差圧の検出に好適で、かつ、膨張弁の減圧機能に影響のない形状にしてある。また、弁本体３００における入口ポート３２１（高圧側流路３２２）を有する側面と隣接する側面には差圧検出部１０を取り付けるための穴２００が設けられている。さらに、弁本体３００には、高圧側流路３２２と差圧検出部１０の第１案内通路１１ｂ（後述）とを連通する第１接続通路４２と、弁室３５と穴２００とを連通する第２接続通路４３とが設けられている。

差圧検出部１０は、本体部１１と、変位センサ１２と、弾性部材１３と、主弁１４と、出力部１５とを有している。本体部１１は、内部空間１１ａと、第１案内通路１１ｂと、フランジ部１１ｃと、ねじ部１１ｄと、第２案内通路１１ｅを有している。内部空間１１ａの奥側の面には変位センサ１２が固定されている。主弁１４は、変位センサ１２に対して接離する方向に往復動可能に内部空間１１ａ内に配置され、コイルばね等の弾性部材１３により変位センサ１２から離れる方向に付勢されている。第１案内通路１１ｂは、内部空間１１ａにおける変位センサ１２と主弁１４の間の部位と弁本体３００の第１接続通路４２とを連通させている。一方、第２案内通路１１ｅは、内部空間１１ａにおける弁本体３００側の端部と弁本体３００の穴２００とを連通させている。変位センサ１２は主弁１４との距離を磁気的あるいは電気的に検出するものであり、検出値は出力部１５を介して外部に出力される。

差圧検出部１０は、図３に示すように、弁本体３００に、入口ポート３２１を有する側面と隣接する側面に取り付ける。本体部１１のねじ部１１ｄを弁本体３００の穴２００の内周面に形成されたねじ部に螺合すると、本体部１１のフランジ部１１ｃと弁本体３００の間に配されたＯリング等で形成される密封部材１６が圧縮されて穴２００が密封される。このようにして差圧検出部１０を弁本体３００に取り付けることで、第１案内通路１１ｂと第１接続通路４２が接続空間４４を介して連通し、第２案内通路１１ｅと第２案続通路４３が連通する。なお、第１接続通路４２と第２接続通路４３の間は遮断されている。

次に、本実施例の作用を説明する。レシーバからの高圧の冷媒は、入口ポート３２１から高圧側流路３２２に導入される。そして、絞り４１を介して弁室３５へ流入する。このとき、高圧側流路３２２内の冷媒の一部が第１接続通路４２、第１案内通路１１ｂを通り、主弁１４と変位センサ１２の間から内部空間１１ａに流入し、主弁１４の一方の面（変位センサ１２側の面）に圧力を与える。一方、弁室３５内の冷媒の一部が第２接続通路４３、第２案内通路１１ｅを通って内部空間１１ａに流入し、主弁１４の他方の面（弁室３５側の面）に圧力を与える。主弁１４は、その両面に作用する圧力の差と弾性部材１３の弾性力とが釣り合う位置に移動する。

変位センサ１２は、主弁１４との距離を検出し、その検出値を出力部１５を介して制御部１００（図５参照）へ出力する。制御部１００では、変位センサ１２が検出した主弁１４との距離により冷媒流量を計算する。すなわち、制御部１００のメモリには、変位センサ１２と主弁１４の距離と差圧との関係を表す関数と、差圧と冷媒流量との関係を表す関数とを記憶させてあり、制御部１００のＣＰＵは、差圧検出部１０から出力される検出値に基づいて冷媒流量を算出する。そして、ＣＰＵは、この冷媒流量に基づいてコンプレッサの斜板の角度を調整する。これにより、無駄な消費エネルギーを減らして冷凍サイクルの省エネ運転が可能となる。なお、冷媒流量を算出する演算部は、差圧検出部１０内に設けてもよい。

図４は、実施例２の膨張弁を示す縦断面図である。本実施例では、実施例１と異なる点について説明する。実施例１及び従来例と同一の箇所は同一の符号を付してある。実施例２では、実施例１と同様の構成を有する差圧検出部２０がコイルばね３２ｃの付勢力を調節する調節ねじと一体化されている。

差圧検出部２０は、図４に示すように、弁本体３００’の下側に開口した弁室３５の開口の内周に形成されたねじ部に本体部２１先端のねじ部２１ｄを螺合することにより取り付けられ、これにより、第１の案内通路２１ｂと第１の接続通路４５が接続空間４６を介して連通し、第２の案内通路２１ｅは弁室３５と直接連通する。そして、接続空間４６を挟んで弁室３５側に密封部材３８が、本体部２１側に第２の密封部材４７が配され、これによって弁室３５が密封されている。
変位センサ１２の検出値による差圧と冷媒流量の計算は実施例１と同様である。差圧検出部２０を回転させることで、コイルばね３２ｃの付勢力を調節することができる。

実施例２では、差圧検出部２０が調節ねじ３７を兼ねているため、実施例１と比べて部品点数を削減できるとともに、横方向のスペースを削減できる。

なお、本発明は上記実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施例に種々の改変を施すことができる。実施例１と実施例２では、差圧検出部を取り付けて冷媒流量を測定する膨張弁について説明した。これによりコンパクトな構成により冷媒流量を測定することができる。一方、冷媒流量を測定するという観点では、膨張弁でなくても、冷凍サイクル中に絞り４１に相当する絞りを設けてこれらの間の圧力差を、上述した差圧検出部１０、２０と同様の構成として求め、同じく上述した演算部の演算により、冷媒流量を計算することも可能である。なお、絞りは、冷凍サイクルの高圧側（コンデンサ５から高圧側流路３２２の間）にあることが望ましい。これは、低圧側（低圧側流路３２３以降）では、低圧であるため絞りによる差圧をつけにくいからである。

実施例１の膨張弁を示す部分縦断面図である。 実施例１の膨張弁を示す側面図である。 図１のＺ−Ｚ断面を示す断面図である。 実施例２の膨張弁を示す縦断面図である。 従来例の膨張弁を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 差圧検出部
１１ 本体部
１１ａ 内部空間
１１ｂ 第１案内通路
１１ｅ 第２案内通路
１２ 変位センサ
１３ 弾性部材
１４ 主弁
２０ 差圧検出部
２１ 本体部
２１ａ 内部空間
２１ｂ 第１の案内通路
２１ｅ 第２の案内通路
３２ 第１の通路
３２ａ 弁孔
３２ｂ 弁部材
３２ｃ 圧縮コイルばね（付勢部材）
３２２ 高圧側流路
３２３ 低圧側流路
３５ 弁室
３６ 弁部材駆動装置
３７ 調節ねじ（調節部材）
４１ 絞り
４２ 第１接続通路
４３ 第２案続通路
４５ 第１の接続通路
１００ 制御部

Claims (4)

1. コンデンサで凝縮した冷媒を導入する高圧側流路、該高圧側流路に連通する弁室、該弁室に連通するとともに弁座を具備する弁孔、及び該弁孔で膨張した冷媒をエバポレ−タに向けて導出する低圧側流路を有する弁本体と、前記弁座に対向して配置された弁部材と、該弁部材を前記弁座に対して接離させる弁部材駆動装置とを備えた膨張弁であって、前記高圧側流路と前記弁室との間に形成された絞りと、該絞りよりも上流側の冷媒と下流側の冷媒との差圧を検出する差圧検出部とを設けたことを特徴とする膨張弁。
2. 前記差圧検出部は、内部空間を有する本体部と、前記内部空間内に往復動可能に収容され前記絞りよりも上流側の冷媒と下流側の冷媒との差圧により移動する主弁と、該主弁の変位を検出する変位センサとを具備することを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
3. 前記差圧検出部は、前記弁部材を閉弁方向に付勢する付勢部材の付勢力を調節する調節部材を兼ねることを特徴とする請求項１又は２記載の膨張弁。
4. 冷媒を圧縮するコンプレッサと、該コンプレッサで圧縮された冷媒を凝縮させるコンデンサと、該コンデンサで凝縮した冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁で膨張した冷媒を蒸発させるエバポレ−タとを備えた冷凍サイクルであって、
   前記膨張弁として、請求項１乃至３のいずれかに記載の膨張弁を使用するとともに、前記差圧検出部の検出値から算出される冷媒の流量に基づいてコンプレッサを制御する制御部を設けたことを特徴とする冷凍サイクル。

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