JP3027379B2 - 流量調節弁 - Google Patents

流量調節弁

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JP3027379B2
JP3027379B2 JP11075931A JP7593199A JP3027379B2 JP 3027379 B2 JP3027379 B2 JP 3027379B2 JP 11075931 A JP11075931 A JP 11075931A JP 7593199 A JP7593199 A JP 7593199A JP 3027379 B2 JP3027379 B2 JP 3027379B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍サイクルに適用
される流量調節弁に係り、より詳細には、高温の熱膨脹
液が低温の冷媒により温度が低くなる現状を防止して熱
膨脹液の膨脹作用がより確実に行われるようにすること
により動作の信頼性が充分に確保できる流量調節弁に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に冷凍サイクルは、蒸発器、圧縮
機、凝縮機及び膨脹弁等で構成されて、冷媒の蒸発、圧
縮、凝縮及び膨脹作用を通して周辺の温度を低減させる
機能を実行する。より詳細に説明すると、蒸発器内部の
液化冷媒は蒸発により気化されて、この時、冷媒液は周
囲にある空気から蒸発に必要な蒸発潜熱を取ってそれ自
身が継続蒸発する。熱を取られた空気は冷却されて温度
が低下されて、その空気は自然対流または送風ファンに
より庫内の内部を低温で維持する。前記蒸発器内部には
膨脹弁から供給された冷媒液と蒸発した冷媒蒸気が共存
しており、液体から蒸気への変化が進行されて、その状
態変化の間は蒸発圧力と蒸発温度との間に一定な関係が
成立される。
【０００３】前記蒸発器で気化した冷媒蒸気は圧縮機に
吸入される。この作用は蒸発器内部の冷媒圧力を低く維
持することにより低温の状態下でも液冷媒が活発に継続
して蒸発できるようにするためである。また、圧縮機に
吸入された冷媒蒸気はシリンダ内部でピストンにより圧
縮されて、圧力が高くなることにより常温の冷却水また
は冷却空気で冷却させても容易に液化される状態にな
る。
【０００４】以後、圧縮機を出た圧縮ガスは凝縮機によ
り冷却されて凝縮液化させる。このような凝縮作用の場
合も蒸発の場合と同様に冷媒が蒸気と液が共存している
状態であり、気体から液体に変化する間、凝縮圧力と凝
縮温度との間に一定な関係が成立される。前記凝縮機に
より液化された冷媒を蒸発器に送出する前に既に蒸発し
やすい状態まで圧力を低下させる作用を膨脹として、そ
の膨脹作用する膨脹弁は減圧作用するとともに冷媒液の
流量を制御する。即ち、蒸発器内部で蒸発する冷媒量は
所定の蒸発温度（蒸発圧力）下の庫内で除去すべき熱量
によって決定して、それを正確に把握して過不足されな
いように必要な冷媒量を蒸発器に供給して制御すること
は重要事項である。
【０００５】言い換えると、膨脹弁は高温高圧の液冷媒
を絞縮作用により低温低圧の状態で断熱膨脹させるとと
もに蒸発器の負荷によって適正な冷媒供給量を維持させ
る流量調節弁の役割をする。前記膨脹弁は操作方法及び
構造によって多様な形態のものが知られており、最近、
駆動力が大きく、微細駆動が可能であり、製造費用を低
減させた熱空圧方法流量調節弁が知られている。その典
型的な実施形態を添付図面を参照して説明する。
【０００６】図５及び図６は従来技術による流量調節弁
の構成及び作用を示すもので、図５は熱膨脹液が膨脹し
なかった状態を示す断面図、図６は熱膨脹液が膨脹して
隔膜が膨脹した状態を示す断面図である。図５に示され
るように、所定の形状を持つキャップ１と、両側に膨脹
液注入口２が形成されたセラミックス材質の発熱板３
と、中間部にTa-Al 発熱電極４が具備されて発熱板３の
上面に付着固定されるAl電極５と、前記Al電極5の上面
外周縁部にスペーサ６を介在して固定される、例えば、
Cu材質で形成された隔膜７と、前記Al電極５の上面とス
ペーサ６の下面との間及びスペーサ６の上面と隔膜７の
下面との間に各々介在されて接着強度を向上させる接着
層("フィラー”ともいう）８、９と、前記Al電極５と隔
膜７との間に形成された空間に充填される熱膨脹液10
と、前記発熱板３の下面に固定されて膨脹液注入口２を
閉鎖させる封合用板11とで構成されている。参照符号12
は電源線である。
【０００７】また、前記キャップ１は内部に液冷媒が通
過する所定の空間部1aが形成されており、上部の両側に
液冷媒の流入のための流入口1b及び排出のための排出口
1cが空間部1aが通過するように形成されている。前記の
ような熱空圧方法流量調節弁の構成は、まず、発熱板３
の上面にTa-Al発熱電極４が具備されたAl電極５を固定
して、そのAl電極５の上面に下部接着層８、スペーサ
６、上部接着層９及び隔膜７を順次に接合固定して、Al
電極５とスペーサ６、隔膜７の内部に所定の空間を形成
する。
【０００８】以後、前記発熱板３の下側から膨脹液注入
口２を通して熱膨脹液10を注入して、前記発熱板３の下
面に封合用板11を付着固定して膨脹液注入口２を密封さ
せた後、その封合用板11をキャップ１の底面に付着固定
して、Al電極５の電源線12をキャップ１の外部に引出
す。この時、前記隔膜７の中心部をキャップ１に形成さ
れた排出口1cの直下部に位置させる。
【０００９】前記のような従来の技術による流量調節弁
では、キャップ１の流入口1bを通して液冷媒が流入され
て、その内部に形成された空間部1aを通過した後、排出
口1cを通して蒸発器側に排出される。また、液冷媒の流
量を調節する必要がある場合には、キャップ１の外部に
引出された電源線12を通してAl電極５に電源を印加する
と、前記Al電極５のTa-Al 発熱電極４が熱を発散するこ
とによりAl電極５とスペーサ６及び隔膜７の内側に形成
された所定の空間に充填されている熱膨脹液10が膨脹し
て、その熱膨脹液10の熱膨脹作用により、図６に示され
るように、隔膜７の中間部がキャップ１の排出口1c方向
に膨脹されて、それによって、排出口1cに排出される液
冷媒の量を規制して流体量を全体的に調節する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のような
従来技術による流量調節弁は、冷媒及び熱膨脹液10が隔
膜７だけで遮断されているため熱交換作用が容易に行わ
れる問題点があった。即ち、Al電極５に電源を印加する
と、Ta-Al 発熱電極４が加熱されながら熱を発生して、
その熱により熱膨脹液10の温度が高く上昇して、その熱
膨脹液10の高温が隔膜７を通して低温の冷媒に伝達され
ることにより熱膨脹液10は高温をそのまま維持せず熱膨
脹液10の熱膨脹作用が円滑に行われず、適切な流量調節
機能が実行できなくなって製品の信頼性に悪影響が及ぶ
問題点があった。
【００１１】したがって、本発明はこのような問題点に
着眼して案出されたもので、その目的は、高温の熱膨脹
液と低温の冷媒との間で熱交換があまり行われないよう
にした流量調節弁を提供することにある。本発明の他の
目的は、高温の熱膨脹液が低温の冷媒により温度が低く
なる現状を防止して熱膨脹液の膨脹作用をより確実にす
ることにより動作の信頼性を充分に確保できる流量調節
弁を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの本発明の特徴によると、ベースプレートと、両側に
流入口及び排出口が形成されて前記ベースプレートの上
面に固定されるカバープレートと、前記カバープレート
の内部でベースプレートの上面に支持されるとともに下
面に熱膨脹液が充填される圧力発生空間部が形成され
て、中間部に圧力発生空間部と連通する中空が形成され
た断熱チャンバと、前記断熱チャンバの上面外周縁部に
固定されてカバープレートと断熱チャンバとの間に冷媒
が充填される空間部を形成させる隔膜と、前記断熱チャ
ンバの下面に固定されて前記断熱チャンバの圧力発生空
間部を密閉させるディスクと、前記圧力発生空間部に充
填された熱膨脹液を加熱させる加熱手段とを含んで構成
した流量調節弁が提供される。
【００１３】また、前記断熱チャンバとディスクとの間
には熱膨脹液の漏泄を防止するためのパッキン等の気密
維持部材を介在する。好ましくは、前記断熱チャンバの
上面に中空に向かって所定の角度で傾斜面を形成して、
前記傾斜面と隔膜との間に熱膨脹液が充填されるように
所定の上部空間部を形成する。
【００１４】また、前記カバープレートの下面に所定の
深さで収納溝を形成して、その内部にカバープレートと
断熱チャンバとの間に冷媒が漏泄されないようにＯ（オ
ー）リング等の気密維持部材を挿入する。前記加熱手段
の第１実施例によると、ディスクの上面両側に各々形成
される薄膜電極と、前記薄膜電極に電気的に接続される
とともにディスクの両側で下側に各々貫通して延長され
るターミナルラグと、前記ディスクの上面中間部に薄膜
電極と電気的に連通するように形成される発熱薄膜とを
含んで構成される。
【００１５】前記加熱手段の第２実施例によると、ディ
スクの下側に設置されてディスクを加熱させるPTC 素子
を含んで構成する。前記加熱手段の第３実施例による
と、ディスクの両側で下側に各々貫通して延長されるタ
ーミナルラグと、前記ターミナルラグの上端部を各々連
結する加熱コイルとを含んで構成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
による流量調節弁について詳細に説明する。図１は本発
明による流量調節弁の構成を示す断面図である。図１に
示されるように、本発明の実施例による流量調節弁は、
ベースプレート21と、両側に流入口22a 及び排出口22b
が形成されて前記ベースプレート21の上面に数個の固定
ボルト23で固定されるカバープレート22と、前記カバー
プレート22の内部でベースプレート21の上面に支持され
るとともに下面に熱膨脹液24が充填される圧力発生空間
部25a が形成されて、中間部に圧力発生空間部25a と連
通する中空25b が形成された断熱チャンバ25と、前記断
熱チャンバ25の上面外周縁部に固定されてカバープレー
ト22と断熱チャンバ25との間に冷媒が充填される空間部
22c を形成させる隔膜26と、前記断熱チャンバ25の下面
に数個の固定ボルト27で固定されて圧力発生空間部25a
を密閉させるディスク(disc)28と、前記断熱チャンバ25
とディスク28との間に介在されるパッキン29と、前記圧
力発生空間部25a に充填された熱膨脹液24を加熱するた
めの加熱手段とを含む。
【００１７】前記断熱チャンバ25の上面には中空25b に
向かって所定の角度で傾斜面25c が形成されているため
前記傾斜面25c と隔膜26との間には熱膨脹液24が充填さ
れるように所定の上部空間部25d が形成される。好まし
くは、前記断熱チャンバ25の中空25b とカバープレート
に形成された排出口22b の中心が同一線上に位置して、
その間に隔膜26の中央部を位置させる。
【００１８】上述の本発明の実施例によると、ベースプ
レート21にカバープレート22を固定する固定手段と、断
熱チャンバ25にディスク28を固定するための固定手段と
して固定ボルト23、27を使用したが、その他の固定手段
を適用しても良い。また、前記本発明の流量調節弁は液
冷媒の漏泄を防止するようにシーリング構造を含んでい
る。即ち、カバープレート22の下面に所定の深さで収納
溝22d が形成されており、その内部にＯリング30が挿入
されている。参照符号21a は電源線引出孔である。
【００１９】一方、前記のような流量調節弁の熱膨脹液
24を加熱するための多様な形態の加熱手段について添付
図面を参照してより詳細に説明する。図２（Ａ）は本発
明の流量調節弁を構成する加熱手段の第１実施例を示す
斜視図、図２（Ｂ）は本発明の流量調節弁を構成する加
熱手段の第１実施例を示す断面図である。
【００２０】図示のように、本発明の流量調節弁を構成
する加熱手段の第１実施例は、ディスク28の上面両側に
各々形成される薄膜電極41、41’と、前記薄膜電極41、
41’に電気的に接続されるとともにディスク28の両側に
形成された下側に各々貫通して延長されるターミナルラ
グ42、42’と、前記ディスク28の上面中間部に薄膜電極
41、41’と電気的に連通するように形成される発熱薄膜
43とを含んでいる。
【００２１】好ましくは、前記薄膜電極41、41’はAl材
質で形成されて、前記発熱薄膜43はTa-Al 材質で形成さ
れる。また、前記ターミナルラグ42、42’は電源線44、
44’で各々連結されて電源Ｖが印加されることによって
発熱薄膜43を加熱させる。この時、電源Ｖの大きさによ
って発熱薄膜43の温度が可変されるため特定温度に適合
な電源Ｖを印加して発熱薄膜43の温度を正確に調節でき
る。
【００２２】前記のように構成される本発明による流量
調節弁は、図１に示されるように断熱チャンバ25の下部
に形成された圧力発生空間部25a に大部分の熱膨脹液24
が充填されるため、その熱膨脹液24が隔膜26を通して冷
媒と直接接触する部分を最小化することにより高温の熱
膨脹液24と低温の冷媒との間の熱交換作用を抑制する。
【００２３】本発明による流量調節弁の作用についてよ
り詳細に説明する。図１及び図２に示されるように、加
熱手段に電源Ｖが印加されなかった状態では発熱薄膜43
が加熱されないため熱膨脹液24の膨脹作用が行われな
い。したがって、隔膜26がカバープレート22の排出口22
b に向かって膨脹される現状は発生しない。
【００２４】これによって、カバープレート22の流入口
22a に流入される液冷媒はカバープレート22の空間部22
c を通過した後、排出口22b を通して蒸発器側に排出さ
れる。一方、液冷媒の流量を減少させる場合には、シス
テムに要求される適当な電源Ｖを印加すると、発熱薄膜
43が加熱されて充填された熱膨脹液24を加熱させる。
【００２５】この時、断熱チャンバ25の圧力発生空間部
25a に熱膨脹液24が充填されているため熱膨脹液24が膨
脹されて、その熱膨脹液24は断熱チャンバ25の中空25b
を通して上昇して上部空間部25d を充填する。したがっ
て、熱膨脹液24の継続的な膨脹作用により隔膜26がカバ
ープレート22の排出口22b に向かって膨脹されて、結果
的に前記排出口22b に排出される液冷媒の量を減少させ
る。
【００２６】図３は本発明による流量調節弁を構成する
加熱手段の第２実施例を示す断面図である。図３に示さ
れるように、本発明による加熱手段の第２実施例は、デ
ィスク28’の下面中間部に所定の深さで収納溝28'aを形
成して、その収納溝28'aにPTC(positive temperature c
oefficient）素子50を設置して、そのPTC 素子50の上下
面を電源線51、51’で各々連結して構成する。
【００２７】前記PTC 素子50はセラミックス材質とし
て、電源Ｖを印加すると熱を発生する特性がある。前記
PTC 素子50も特定温度に適合な電源Ｖを印加して温度が
調節できる。前記のような本発明による加熱手段の第２
実施例によると、電源Ｖが印加されなかった状態ではデ
ィスク28’が加熱されないため隔膜26の変形は行われ
ず、したがって、カバープレート22の流入口22a に流入
される液冷媒はカバープレート22の空間部22c を通過し
た後、排出口22b を通して蒸発器側に排出されて、反対
にPTC 素子50に所定の電源を印加するとディスク28’が
加熱されて熱膨脹液24が膨脹されることにより隔膜26の
変形により排出口22b に排出される液冷媒の量が減少さ
れる。
【００２８】図４は本発明による流量調節弁を構成する
加熱手段の第３実施例を示す断面図である。図４に示さ
れるように、本発明による加熱手段の第３実施例は、デ
ィスク28''の両側で形成された下側に各々貫通して延長
されるターミナルラグ61、61’と、前記ターミナルラグ
61、61’の上端部を各々連結する加熱コイル62とを含ん
でいる。
【００２９】好ましくは、前記加熱コイル62はニクロム
線を使用して、前記ターミナルラグ61、61’は電源線6
3、63’で各々連結されて、電源Ｖが印加されることに
よって加熱コイル62を加熱させる。また、前記ニクロム
線の加熱コイル62も電源Ｖの強さによって発生熱量が調
節できる。前記のような本発明による加熱手段の第３実
施例も、加熱コイル62に電源Ｖを印加することによって
熱膨脹液24が膨脹して隔膜26が変形により排出口22b に
排出される液冷媒の量を調節する作用を実行する。それ
についての詳細な説明は上述の実施例と同一であるため
省略する。
【００３０】
【発明の效果】以上のように本発明による流量調節弁
は、ベースプレートと、両側に流入口及び排出口が形成
されて前記ベースプレートの上面に固定されるカバープ
レートと、前記カバープレートの内部でベースプレート
が上面に支持されるとともに下面に熱膨脹液が充填され
る圧力発生空間部が形成されて、中間部に圧力発生空間
部と連通する中空が形成された断熱チャンバと、前記断
熱チャンバの上面外周縁部に固定されてカバープレート
と断熱チャンバとの間に冷媒が充填される空間部を形成
する隔膜と、前記断熱チャンバの下面に固定されて前記
断熱チャンバの圧力発生空間部を密閉させるディスク
と、前記圧力発生空間部に充填された熱膨脹液を加熱さ
せる加熱手段とを含んで構成することにより、高温の熱
膨脹液と低温の冷媒との間で熱交換があまり行われない
ようにして、高温の熱膨脹液の温度が低温の冷媒により
低くなる現状を防止して熱膨脹液の膨脹作用を確実にす
ることにより動作の信頼性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による流量調節弁の構成を示す断面図で
ある。
【図２】（Ａ）は本発明による流量調節弁を構成する加
熱手段の第１実施例を示す斜視図、（Ｂ）は本発明によ
る流量調節弁を構成する加熱手段の第１実施例を示す断
面図である。
【図３】本発明による流量調節弁を構成する加熱手段の
第２実施例を示す断面図である。
【図４】本発明による流量調節弁を構成する加熱手段の
第３実施例を示す断面図である。
【図５】従来技術による流量調節弁の構成及び作用を示
すもので、熱膨脹液が膨脹しなかった状態を示す断面図
である。
【図６】従来技術による流量調節弁の構成及び作用を示
すもので、熱膨脹液が膨脹して隔膜が膨脹された状態を
示す断面図である。
【符号の説明】
21 ベースプレート 21a 電源線引出孔 22 カバープレート 22a 流入口 22b 排出口 22c 空間部 22d,28'a 収納溝 23,27 固定ボルト 24 熱膨脹液 25 断熱チャンバ 25a 圧力発生空間部 25b 中空 25c 傾斜面 25d 上部空間部 26 隔膜 28、28’、28'' ディスク 29 パッキン 30 Ｏリング 41、41’ 薄膜電極 42、42',61,61' ターミナルラグ 43 発熱薄膜 44,44',51,51',63,63' 電源線 50 PTC素子 62 加熱コイル

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベースプレートと、 両側に流入口及び排出口が形成されて、前記ベースプレ
    ートの上面に固定されるカバープレートと、 前記カバープレートの内部でベースプレートの上面に支
    持されるとともに、下面に熱膨脹液が充填される圧力発
    生空間部が形成されて、中間部に圧力発生空間部と連通
    する中空が形成された断熱チャンバと、 前記断熱チャンバの上面の外周縁部に固定されて、カバ
    ープレートと断熱チャンバとの間に冷媒が充填される空
    間部を形成させる隔膜と、 前記断熱チャンバの下面に固定されて前記断熱チャンバ
    の圧力発生空間部を密閉させるディスクと、 前記圧力発生空間部に充填された熱膨脹液を加熱させる
    加熱手段とを含むことを特徴とする流量調節弁。
  2. 【請求項２】 前記断熱チャンバとディスクとの間に熱
    膨脹液の漏泄を防止するための気密維持部材が介在され
    たことを特徴とする請求項１記載の流量調節弁。
  3. 【請求項３】 前記断熱チャンバの上面に中空方向に所
    定の角度で傾斜面が形成されて、前記傾斜面と隔膜との
    間に熱膨脹液が充填されるように所定の上部空間部が形
    成されたことを特徴とする請求項１記載の流量調節弁。
  4. 【請求項４】 前記カバープレートの下面に所定の深さ
    で収納溝が形成されて、その内部にカバープレートと断
    熱チャンバとの間に冷媒が漏泄されないように気密維持
    部材が挿入されたことを特徴とする請求項１記載の流量
    調節弁。
  5. 【請求項５】 前記加熱手段は、ディスクの上面両側に
    各々形成される薄膜電極と、 前記薄膜電極に電気的に接続されるとともにディスクの
    両側で下側に各々貫通されて延長されるターミナルラグ
    と、 前記ディスクの上面中間部に薄膜電極と電気的に連通す
    るように形成される発熱薄膜とを含んで構成したことを
    特徴とする請求項１記載の流量調節弁。
  6. 【請求項６】 前記加熱手段は、ディスクの下側に設置
    されてディスクを加熱させるPTC 素子を含んで構成した
    ことを特徴とする請求項１記載の流量調節弁。
  7. 【請求項７】 前記加熱手段は、ディスクの両側で下側
    に各々貫通して延長されるターミナルラグと、 前記ターミナルラグの上端部を各々連結する加熱コイル
    とを含んで構成したことを特徴とする請求項１記載の流
    量調節弁。
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