JP3896560B2

JP3896560B2 - 差圧弁付き電磁弁

Info

Publication number: JP3896560B2
Application number: JP36691097A
Authority: JP
Inventors: 守男金子
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JPH11193976A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍・冷蔵システムにおいて、膨張器または蒸発器へ至る冷媒回路を開閉することを目的とする差圧弁付き電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機で加圧した冷媒を凝縮器で液化し、膨張弁等の膨張器で膨張させ、これを蒸発器に導入して熱交換し、気化した冷媒を再び圧縮機に導く冷媒回路を用いる冷凍冷蔵システムにおいては、小型の冷凍冷蔵システム、あるいは制御精度を要求されないシステムでは、膨張器として固定オリフイスやキャピラリチューブが用いられている。また、より大型のシステム、あるいはより精度の良い制御を行うために、蒸発器への流入路に膨張弁を設け、蒸発器の出口温度等を検出し、膨張弁の開度を制御することが行われ、あるいはこの膨張弁を電動式リニア膨張弁として、蒸発器出口温度等により膨張弁を電気的にリニアな制御することも行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような各種の膨張器あるいは膨張弁において、固定オリフイスやキャピラリチューブを用いた膨張器を使用する冷凍冷蔵システムにおいては、膨張器としては殆ど制御性を有しておらず、システムの変更が生じた場合には、各システムごとに計算あるいは試行を行う必要があり汎用性に乏しい欠点がある。
【０００４】
また、温度膨張弁や電動リニア膨張弁を用いたものにおいては、システム上決定される凝縮圧力、蒸発圧力及び蒸発器能力により、膨張器を選定する必要があり、特に、小容量膨張器は、部品加工、製作上の困難さが伴い、ごみ詰まり等の信頼性が低下し、また、ウオーターハンマ現象等の騒音発生の原因ともなるほか、コストが高くなる欠点もある。
【０００５】
したがって、本発明は、膨張器の比例帯を大きくし、たとえば、小容量膨張器を通常の容量の膨張器とすることができる等、汎用性が向上し、電磁弁として開閉時、特に弁閉時に発生し易いウオーターハンマ現象を防止でき、また、弁通過音の低減を行うことができる差圧弁付き電磁弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、電磁弁と差圧弁のみを直列に設けた差圧弁付き電磁弁を、冷凍装置の蒸発器流入路と凝縮器流出路との間に設け、前記電磁弁の主弁に対する流入路または流出路に、前後の差圧が所定圧力以上の時に流路を解放する前記差圧弁を設けた差圧弁付き電磁弁を構成したものである。
【０００７】
本発明は上記のように構成したので、蒸発器に入る冷媒は、電磁弁の主弁により絞り量が制御され、この主弁の流入路または流出路に設けた差圧弁により、前後の差圧が所定圧力以上の時に解放する。それにより、この蒸発器の流入路に設けた各種膨張器の比例帯が大きくなるように変えることをでき、また、併せてウオーターハンマ防止効果を備える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用する冷凍システムを示し、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒は凝縮器２で冷却され液化し、レシ−バー・ドライヤー３により気体分を分離し、本発明の差圧弁付電磁弁４に入り、後述するように減圧され、更にキャピラリチューブ５を通って蒸発器６に導かれ、周囲の熱を吸収し冷凍作用を行い、ガス化した冷媒は圧縮機１に再び導入され、循環している。
【０００９】
このような冷凍システムにおいて、蒸発器の導入管路７において、キャピラリチューブ５の上流に設けられる差圧弁付き電磁弁４は、図２に示すように、レシーバ・ドライヤ３に連通する入口継手１０とキャピラリチューブ５に連通する出口継手１１を備える弁本体１２を有し、この弁本体１２の上方に形成される弁室１３内にはプランジャー１４が、図中上下に摺動自在に設けられている。弁室１３の上部には吸引子９が固定され、その底面１５の中央部から上方に延びるバネ室１６内には、離脱バネ１７が収納され、この離脱バネ１７はプランジャー１４の上端面１８を押圧している。プランジャー１４の下端には球状の主弁２０が固定され、この主弁２０は、弁室１３の底面２１に設けた主弁シート２２に対向している。
【００１０】
主弁シート２２は弁孔２３の上端部に位置し、弁孔２３は出口継手１１に連通している。弁室１３の底部の側壁には入口継手１０の端部が開口している。弁本体１２の上方には、プランジャー１４が収納される弁室１３を囲むように、弁本体１２に固定された外函２４内にコイル２５を設けており、コイル２５、吸引子９，プランジャー１４により磁気回路が形成され、コイル２５に通電することにより吸引子にプランジャーが吸引される。コイルへの通電はオン・オフ又はデユーテイ比制御され、それにより主弁２０は主弁シート２２がオン・オフ又は主弁シート２２に対する開度がデユーテイ比制御する電磁弁２９を構成している。
【００１１】
出口継手１１の上端部で弁孔２３に連通する部分には、球状の差圧弁２６が設けられ、この差圧弁２６は、出口継手１１の内部に嵌入され周囲の凹部２７に対して出口継手の周囲を押しつぶし、かしめることにより固定される差圧設定コマ２８が設けられ、差圧弁２６は、この差圧設定コマ２８に支持される差圧設定バネ３０により図中上方に押圧され、弁本体１２の弁孔２３の下端に設けた差圧弁シート３１に対して押圧されている。したがって、図２の実施例においては、差圧弁は電磁弁２９の流出路側に設けられたものであり、全体として差圧弁付き電磁弁４が構成されている。
【００１２】
上記構成からなる差圧弁付き電磁弁４を備えた冷凍システムにおいては、凝縮器２からレシ−バ・ドライヤー３を通ってきた液化冷媒は、電磁弁２９により所定の開度が維持され流量が調整されている主弁シート２２の弁孔２３を通り、差圧弁２６に流入する。差圧弁２６においては、その上方から凝縮器出口圧力、即ち圧縮機出口圧力が作用し、下方からは差圧設定バネ３０の押圧力、即ち設定圧と、出口継手の冷媒圧力が作用し、これらのバランスにより差圧弁２６が開放し、所定の圧力降下を行う。この差圧弁において、差圧設定バネ加重Ｗは、差圧弁シート直径をＤとし、差圧弁に作用する圧力差を△Ｐｃとすると、
Ｗ＝π／４×Ｄ²×△Ｐｃ
で示される。差圧弁を通過した冷媒は、キャピラリチューブ５により更に圧力が降下され、実質的に圧縮機１の入口圧力となる。
【００１３】
上記のような冷凍システムにおいて、差圧弁が用いられない冷凍システムと、差圧弁が用いられた本発明の電磁弁とを比較すると、その通過流量は、図３に示すように、差圧弁が用いられないときには線Ａのように一定流量となるにすぎないのに対して、差圧弁を用いた場合には、線Ｂのように、付加する差圧に応じてその流量は低下する。即ち、差圧弁の設置により、冷媒の比容積及び発生差圧を変化させることとなり、電磁弁自身及びキャピラリチューブの膨張器の流量を可変とすることができ、同一のキャピラリチューブを用いても冷凍能力を大きく設定することが可能となる。
【００１４】
また、差圧弁を用いた場合と、差圧弁を用いない場合、また、差圧弁を用いた場合において、その設定差圧を低くした場合と高くした場合とをモリエル線図で比較したものが図４であり、差圧弁を用いない場合は、圧縮機吐出圧力Ｐｃから凝縮器圧力Ｐｅまで差圧△Ｐｘをキャピラリチューブ部分ＣＴ₀ですべてまかなうこととなるのに対して、差圧弁付きの場合は、この差圧弁で△Ｐｃ低下させ、残りの△Ｐｘ’だけ上記ＣＴ₀部分でまかなえばよいこととなる。また、差圧弁の設定差圧を低くした場合は、図４（２）に示すように△Ｐｃは小さく、設定差圧を高くした場合は、図４（３）に示すように△Ｐｃは大きくなり、その分だけＣＴ₀部分での差圧は小さくなる。
【００１５】
これをまた、別の観点から解析すると、冷凍・冷蔵システムにおける流量Ｗ（ｋｇ・Ｈｒ）を決定する要因は、膨張器としてのキャピラリチューブＣＴまたは電磁弁自身などの膨張器の開口面積と、その前後に生じる凝縮圧力（Ｐｃ）、蒸発圧力（Ｐｅ）及び流体の密度（Ｇ）で決定される。一般的には、差圧（△Ｐｘ）は、Ｐｃ，Ｐｅで、開口面積を一定としたときの流出係数ＣDとし、液体の単層流とした場合には、
Ｗ＝ＣD×√△Ｐｘ×√Ｇ
で示される。ここで、システムで生じる△Ｐｘより、差圧弁での発生差圧（△Ｐｃ）が、キャピラリチューブや電磁弁部分の差圧を低減することができることとなる。
【００１６】
また、実際の冷凍・冷蔵サイクルに差圧弁を付加すると、前記図４に示されるように、その減圧作用により二層流として流れを扱う必要があり、二層流の比容積をｖとすると上式は、
Ｗ＝ＣD’×１／ｖ×√（△Ｐｘ’×Ｐ２）
で示され、差圧弁を付加したことにより、ｖ，△Ｐｘ’，Ｐ₂を操作することとなり、システムの流量低減効果は多大なものとなる。
【００１７】
上記実施例においては、電磁弁の流出側に差圧弁を設けた例を示したが、図５に示すように、電磁弁４の入口継手１０部分に差圧弁４０を設けても良い。この差圧弁は入口継手１０の端部に筒状のシート部材４１を設け、その周囲の凹部に対して入口継手１０の外周から押圧してかしめることにより固定しており、更にその端部には差圧設定バネ受け４２を取り付け、これに端部が支持される差圧設定バネ４３により、差圧弁４０はシート部材の他端部の差圧弁シート４４に向けて付勢されている。このように、電磁弁の流入側に差圧弁を設けても、上記の作動態様には変わりがない。
【００１８】
上記のような本発明においては、電磁弁への冷媒流入状態を差圧弁により二層流の比容積変化とすることができ、電磁弁・主弁部に生じる差圧が低減すること、及び上記のように二層流とすることにより、ウオーターハンマ現象を防止する効果も生じる。
【００１９】
また、差圧弁の設置により、差圧発生分の差圧によって電磁弁の主弁部及び膨張器に作用する差圧分（△Ｐｘ’）が低減されるため、電磁弁自身の作動負荷の低減をはかることができ、また、膨張器の比例帯の操作を行うことができる。更に、システム発生差圧を、差圧弁、電磁弁の主弁部及び膨張器に分散させるため、冷媒の流れ音の発生防止を行うことができ、騒音の発生を防止することができる。また、膨張器の比例ゲインが大きくなり、ハンチング対策や制御の安定性をはかることができ、特に少容量のシステムに対応しやすくなるという作用効果も生じる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、膨張器の比例帯を大きくすることができ、冷凍システムを変更するに際し、差圧弁の設定差圧を変更するだけで、冷凍システムに対応した所要能力を得ることが可能となり、設計上の自由度が向上する。また、電磁弁として開閉時、特に弁閉時に発生し易い冷媒流れ音（異音）が低減し、ウオーターハンマ現象を防止でき、その作動負荷を低減することができる。また、電磁弁により流量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する冷凍システムを示す冷媒回路図である。
【図２】本発明の実施例の断面図である。
【図３】差圧弁を用いない場合と用いた場合の流量特性比較図である。
【図４】差圧弁の設定差圧によるモリエル線図である。
【図５】本発明の他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
１圧縮機
２凝縮器
３レシ−バー・ドライヤー
４差圧弁付電磁弁
５キャピラリチューブ
７蒸発器の導入管路
１０入口継手
１１出口継手
１２弁本体
１３弁室
１４プランジャー
１５その底面
１６バネ室
１７離脱バネ
１８上端面
２０主弁
２１底面
２２主弁シート
２３弁孔
２５コイル
２６差圧弁
２７凹部
２８差圧設定コマ
２９電磁弁
３０差圧設定バネ

Claims

電磁弁と差圧弁のみを直列に設けた差圧弁付き電磁弁を、冷凍装置の蒸発器流入路と凝縮器流出路との間に設け、前記電磁弁の主弁に対する流入路または流出路に、前後の差圧が所定圧力以上の時に流路を解放する前記差圧弁を設けたことを特徴とする差圧弁付き電磁弁。
該電磁弁は、冷媒回路の蒸発器への流量を制御する電磁弁である請求項１記載の差圧弁付き電磁弁。
差圧弁は、電磁弁の流入路に設置してなる請求項１または請求項２記載の差圧弁付き電磁弁。
差圧弁は、電磁弁の流出路に設置してなる請求項１または請求項２記載の差圧弁付き電磁弁。