JP2010145027A - 膨張弁及び冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒流量や弁部材の動作の異常を検知可能にする膨張弁を提供する。
【解決手段】コンデンサ５で凝縮した冷媒を導入する高圧側流路３２２、高圧側流路に連通する弁室３５、弁室に連通するとともに弁座３２ｅを具備する弁孔３２ａ、及び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３０と、弁座に対向して配置された弁部材３２ａと、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、弁孔の開度を検知するためのセンサ部材１３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温度式膨張弁及び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３２ｅが形成されていて、この弁座３２ｅ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３２ｅ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。また、調節ねじ３７は圧縮コイルばね３２ｃを支持している。

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３２ｅ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装置で、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

膨張弁の弁孔の開度を検知できれば、冷媒の温度と圧力、高圧側と低圧側の差圧等から冷媒流量を検知することができるため、冷媒流量を制御して効率の良い冷凍サイクルの運転が可能となる。また、弁部材の動作異常も検知することができる。従来、弁孔の開度を検知可能な膨張弁は存在していなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、冷媒流量や弁部材の動作異常を検知可能にする膨張弁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、前記弁孔の開度を検知するための検知手段を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る第２の膨張弁は、前記検知手段が、前記弁部材を支持する支持部材に設定された被検知部の変位を検知するものであることを特徴とする。
また、本発明に係る第３の膨張弁は、前記被検知部が前記支持部材と一体に形成されたことを特徴とする。
また、本発明に係る第４の膨張弁は、前記弁部材を前記弁座に向けて付勢する弾性体と、前記弁本体に螺着され前記弾性体の付勢力を調節する調節ねじとを備え、前記検知手段を前記調節ねじに設けたことを特徴とする。
また、本発明に係る第５の膨張弁は、前記検知手段のハウジングが前記調節ねじを兼ねてい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、前記膨張弁として前記第１乃至第５のいずれかの膨張弁を使用するとともに、前記検知手段が検知する情報から算出される冷媒流量に基づいてコンプレッサを制御する制御装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、弁開度を検知するための検知手段を設けたことにより、冷媒流量と弁部材の動作異常が検知可能となる。

以下、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の膨張弁を示す縦断面図である。図２は図１の要部拡大図である。実施例１においては、図５で示した従来例と異なる点について説明し、同一の箇所は同一の符号を付して説明を省略する。

弁部材３２ｂを支持する支持部材１１は、上端部に弁部材３２ｂを受け止め支持する支持部１１ａが設けられ、その下にフランジ部１１ｂが、さらにその下には胴部１１ｃを介して被検知部部１１ｄが形成されている。フランジ部１１ｂの下面には支持部材１１を上方に付勢する弾性体である圧縮コイルばね３２ｃの上端が当接している。

調節ねじ１２の上部には凹部１２ａが設けられ、その下端側の周囲には環状の段部１２ｂが設けられ、薄肉部１２ｃを形成している。凹部１２ａは圧縮コイルばね３２ｃの下端を受け止め支持する。薄肉部１２ｃと弁本体３０の内壁面との間には密封部材３８が介装されており、弁室３５内の冷媒が漏れないように密封される。段部１２ｂの下方の外周にはねじ部１２ｄが設けられ、このねじ部１２ｄにより調節ねじ１２は弁本体３０に螺着される。調節ねじ１２を回転させることにより、圧縮コイルばね３２ｃによる弁部材３２ｂの付勢力を調節することができる。また、調節ねじ１２の下部には下方に開口した凹状の取付部１２ｅが設けられている。取付部１２ｅに検知手段としてのセンサ部材１３（後述）の一端が挿入された状態で取付部１２ｅの周囲の部分の先端が内方に押し曲げられて、センサ部材１３を固定するかしめ部１２ｆが形成されている。なお、取付部１２ｅを凹状に形成することで、センサ部材１３のセンサ部１３ａを被検知部１１ｄに近づける効果も有している。

センサ部材１３は一端にセンサ部１３ａを有しており、センサ部１３ａで検知した情報が他端の出力部１３ｂから出力されるように構成されている。また、センサ部１３ａ側には段部１３ｃが形成され、これにかしめ部１２ｆが係合することによりセンサ部材１３が調節ねじ１２に固定される。

センサ部１３ａは、磁気的もしくは電気的に被検知部１１ｄとの距離を検知するセンサであり、例えば、渦電流式ギャップセンサや静電容量センサ等で構成することができる。渦電流式ギャップセンサの場合は被検知物が金属であるため、例えば支持部材１１全体の材質をステンレス等の金属材質とすれば、被検知部１１ｄを別個に設ける必要がなく、部品点数を低減することができる。

次に、本発明の作用について説明する。弁部材駆動装置３６のダイヤフラム３６ａの中心部が上下方向に変位すると、その変位が弁部材駆動棒３６ｆを介して弁部材３２ｂに伝達され、弁部材３２ｂは圧縮コイルばね３２ｃの弾性力に抗して変位する。このとき、弁部材３２を支持する支持部材１１が同時に変位するため、被検知部１１ｄの変位がセンサ部１３ａで検知される。冷凍システム全体の制御を司る制御装置１００（図５参照）のメモリには、弁部材３２ｂが弁座３２ｅに着座した状態（すなわち弁孔３２ａが閉じられた状態）における被検知部１１ｄとセンサ部１３ａとの距離を記憶させておき、この距離とセンサ部１３ａが検知する距離との差を演算することで、弁部材３２ａが弁座３２ｅに着座した状態からの弁部材３２ａの変位を検知することができる。

制御装置１００では、センサ部材１３から出力される情報、冷凍サイクルに備えられるセンサから出力される冷媒温度、冷媒圧力、及び高圧側と低圧側の差圧に基づいて冷媒流量を算出する。このように、本発明によれば、冷媒流量を検知することができるため、必要以上の冷媒が流れないようにコンプレッサ等を制御することにより、システム全体の省エネ化を図ることができる。また、冷凍サイクルの稼動中における弁部材３２ｂの動作異常（例えば、弁部材３２ｂが所定時間以上変位しない等）を検知することも可能となる。

また、本実施例１では、調節ねじ１２にセンサ部材１３を設けたことで、調節ねじ１２を弁本体３０に取り付けることで、同時にセンサ部材１３を弁本体３０に取り付けることができるため、組立工数及び製造コストが低減するという効果を奏する。なお、調節ねじ１２とセンサ部材１３が別体であるため、汎用のセンサ部材１３を使用することができる。

図３は実施例２の膨張弁を示す縦断面図、図４は図３の要部拡大図である。実施例２においては、実施例１と異なる点について説明する。図５の従来例や実施例１と同一の箇所は同一の符号を付して説明を省略する。

実施例２では、センサ部材１３のハウジング１３ｄが調節ねじ１４を兼ねている点が実施例１と異なる点である。

調節ねじ１４の上端部には凹部１４ａが設けられ、その下端側の周囲には環状の段部１４ｂが設けられ、薄肉部１４ｃを形成している。凹部１４ａは圧縮コイルばね３２ｃの下端を受け止め支持する。薄肉部１４ｃと弁本体３０の内壁面との間には密封部材３８が介装されており、弁室３５内の冷媒が漏れないように密封される。段部１４ｂの下方の外周にはねじ部１４ｄが設けられ、このねじ部１４ｄにより調節ねじ１４は弁本体３０に螺着される。調節ねじ１４を回転させることにより、支持部材１１に支持された弁部材３２ｂの付勢力を調節することができる。センサ部１３ａで検知した情報は他端の出力部１３ｂから出力されるように構成されている。

センサ部材１３のハウジング１３ｄが調節ねじ１４を兼ねていることにより、部品点数を低減するとともにコンパクト化を図ることができる。なお、冷媒流量の算出方法については実施例１と同様である。

以上、本発明の具体的な実施例を説明したが、本発明は上記の各実施例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の膨張弁を示す縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 実施例２の膨張弁を示す縦断面図である。 実施例２の要部拡大図である。 従来例の膨張弁を示す縦断面図である。

符号の説明

１１ 支持部材
１１ｄ 被検知部
１２ 調節ねじ
１２ｅ 取付部
１３ センサ部材（検知手段）
１３ａ センサ部
１３ｂ 出力部
１３ｄ ハウジング
１４ 調節ねじ
３０ 弁本体
３２ａ 弁孔
３２ｂ 弁部材
３２ｃ 圧縮コイルばね
３２ｅ 弁座
３６ｆ 弁部材駆動棒
３２２ 高圧側流路
３２３ 低圧側流路
３５ 弁室
３６ 弁部材駆動装置
３６ａ ダイヤフラム

Claims (6)

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、前記弁孔の開度を検知するための検知手段を設けたことを特徴とする膨張弁。
2. 前記検知手段は、前記弁部材を支持する支持部材上に設定された被検知部の変位を検知するものであることを特徴とする請求項１記載の膨張弁。
3. 前記被検知部が前記支持部材と一体に形成されたことを特徴とする請求項２記載の膨張弁。
4. 前記弁部材を前記弁座に向けて付勢する弾性体と、前記弁本体に螺着され前記弾性体の付勢力を調節する調節ねじとを備え、前記検知手段を前記調節ねじに設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の膨張弁。
5. 前記検知手段のハウジングが前記調節ねじを兼ねていることを特徴とする請求項４記載の膨張弁。
6. 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５のいずれかに記載の膨張弁を使用するとともに、前記検知出手段が検知する情報から算出される冷媒流量に基づいてコンプレッサを制御する制御装置を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。

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