JP3908843B2 - 冷凍・冷蔵サイクル装置および差圧調整弁 - Google Patents
冷凍・冷蔵サイクル装置および差圧調整弁 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍・冷蔵サイクル装置および差圧調整弁に関し、特に、冷媒流量を制御する冷凍・冷蔵サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷蔵庫や空気調和装置等の冷凍・冷蔵サイクル装置は、凝縮器よりの高温高圧の液冷媒を蒸発し易い状態に減圧し、蒸発器における冷媒の最適流量を確保するために、凝縮器と蒸発器との間に、キャピラリチューブ、固定絞り手段（固定オリフィス）、可変絞り手段（デューティ比制御の電磁弁、手動式膨張弁、温度膨張弁、電動式リニア膨張弁等）等による膨張器を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
キャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張器では、一定条件下ではサイクルバランスを取り、蒸発器における冷媒流量を最適値に保つことができるが、流量調整可能幅が殆どないため、インバータ制御により圧縮機回転数や蒸発器ファン回転数が可変で、熱負荷が変動する冷凍・冷蔵サイクルに対応することができない。
【０００４】
デューティ比制御の電磁弁、温度膨張弁、電動式リニア膨張弁等では、蒸発器に流れる冷媒流量を可変設定でき、熱負荷が変動する冷凍・冷蔵サイクルにも対応することができるが、対応するサイクル能力に合致した比例域をもつ機器や弁の特性を選定し、制御特性を確立する必要があり、簡単にシステムに組み込むことが難しい。
【０００５】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、難しい機器、弁の特性の選定や制御特性の確立を必要とすることなく、広域に亙って蒸発器における冷媒流量を最適値に保つことができ、インバータ制御により圧縮機回転数や蒸発器ファン回転数が可変で、熱負荷が変動する冷凍・冷蔵サイクルに対応することができる冷凍・冷蔵サイクル装置、およびそのような冷凍・冷蔵サイクル装置にて使用されて好適な差圧調整弁を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による差圧調整弁は、弁体に開弁方向に作用する弁上流側圧力と閉弁方向に作用する対向ばねのばね荷重との平衡関係により開弁量を設定される差圧調整弁において、弁ハウジングに対して弁リフト方向に移動可能に設けられ、前記弁体との間に対向ばねを配置される可動ばねリテーナと、外部から与えられる回転方向の動力を前記弁リフト方向の動力に変換して前記可動ばねリテーナに伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に回転方向の動力を与える電動機とを有し、前記電動機による前記回転方向の動力から前記動力伝達機構により変換された前記弁リフト方向の動力により前記可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重を可変設定するものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明による差圧調整弁は、前記動力伝達機構は、円環状のカム面を有し前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか一方に接続される端面カムと、前記端面カムのカム面と対接配置され前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか他方に接続されるカムフォロア部材とにより構成されているものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明による差圧調整弁は、前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしているものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明による差圧調整弁は、前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に平面部あるいは凹状面部を有しているものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明による差圧調整弁は、前記端面カムおよび前記カムフォロア部材のうち前記可動ばねリテーナに接続される一方には、前記対向ばねのばね荷重より高いばね荷重の強制弁閉用ばねが接続され、前記端面カムに対する前記カムフォロア部材の相対的な回転角の終端角度箇所において、前記強制弁閉用ばねのばね力が前記弁体に作用するように構成されているものである。
【００１５】
また、上述の目的を達成するために、請求項６に記載の発明による冷凍・冷蔵サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器を順に有する冷凍・冷蔵サイクル装置において、前記膨張器の入口側あるいは出口側に、請求項１、２、３、４又は５記載の差圧調整弁を有しているものである。
【００１９】
請求項１に記載の発明による差圧調整弁によれば、電動機の回転が動力伝達機構によって弁リフト方向の移動に変化され、これによって可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重が端面カムのカム形状に応じて可変設定される。
【００２０】
請求項２に記載の発明による差圧調整弁によれば、電動機の回転方向の動力から弁リフト方向の動力への変換が、端面カムと、この端面カムの円環状のカム面に対接するカムフォロア部材とのうち、どちらか片方を電動機により回転させることで行われ、これにより、電動機の回転方向動に伴い可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重が可変設定される。
【００２１】
請求項３に記載の発明による差圧調整弁によれば、端面カムのカム面が端面カムの中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしていることにより、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角の変化に対して、対向ばねのばね荷重（差圧特性）が連続して変化する。
【００２２】
請求項４に記載の発明による差圧調整弁によれば、端面カムのカム面が端面カムの中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に平面部あるいは凹状面部を有していることにより、カム面の平面部あるいは凹状面部にカムフォロア部材が対接する状態において、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角のずれ、微動に対して対向ばねのばね荷重が安定設定され、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角に対して、対向ばねのばね荷重（差圧特性）が段階的に設定される。
【００２３】
請求項５に記載の発明による差圧調整弁によれば、端面カムに対してカムフォロア部材が相対的な回転角の終端角度箇所に位置すると、端面カムおよびカムフォロア部材のうち、可動ばねリテーナに接続される一方に接続されている強制弁閉用ばねの強いばね力が弁体に作用し、弁体が強制弁閉する。
また、請求項６に記載の発明による冷凍・冷蔵サイクル装置によれば、請求項１、２、３、４又は５記載の差圧調整弁が発生する差圧分だけ膨張器の入口側あるいは出口側における冷媒圧力が低下あるいは上昇し、キャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張弁でも、それの比例域を操作可能になり、また差圧調整弁の上流側あるいは下流側の冷媒比容積を変化させることになってキャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張弁でも冷媒流量を可変設定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
図１はこの発明による冷凍・冷蔵サイクル装置の一つの実施の形態を示している。冷凍・冷蔵サイクル装置は、基本的構成として、圧縮機５１、凝縮器５３、レシーバ・ドライヤ５５、膨張器であるキャピラリチューブ（減圧膨張管）５７、蒸発器５９を順に有しており、これらは冷媒配管６２により循環接続されている。
【００２６】
キャピラリチューブ５７の入口側には差圧調整弁６１が接続されている。差圧調整弁６１は、開弁方向に作用する弁上流側圧力、すなわち、凝縮器出口圧力Ｐｃと閉弁方向に作用する内蔵の対向ばねのばね荷重との平衡関係により開弁量を設定されるものであり、対向ばねのばね荷重（設定圧）を可変設定できる可変差圧調整弁として、電動式のものがある。
【００２７】
冷凍・冷蔵回路で必要な凝縮器出口圧力Ｐｃと蒸発器入口圧力Ｐｅとの差圧ΔＰのうちの部分的な差圧ΔＰｘをキャピラリチューブ５７により生じさせ、残りの差圧ΔＰｃを差圧調整弁６１によって調整設定する。これによりΔＰ＝ΔＰｘ＋ΔＰｃが成立する。なお、図１において、符号Ｐｃ´は差圧調整弁６１の出口側の冷媒圧力であり、Ｐｃ´＝Ｐｃ−ΔＰｃである。
【００２８】
これにより、差圧調整弁６１が発生する差圧ΔＰ分だけキャピラリチューブ５７の入口側の冷媒圧力が低下し、キャピラリチューブ５７による膨張弁でも、それの比例域を操作可能になり、またキャピラリチューブ５７の上流側の冷媒比容積を変化させることになってキャピラリチューブ５７による膨張弁でも冷媒流量を可変設定することができるようになる。
【００２９】
通常、キャピラリチューブ５７はシステム定格に丁度、適合したもの（１００％適合）が選定されるが、上述のような差圧調整弁６１の組み込み下では、定格以上の能力をもつキャピラリチューブ５７を使用し、差圧調整弁６１による差圧調整により、零〜キャピラリチューブ５７の最大能力までの広域を制御域とすることができる。併せて、冷媒流れ音の低減、温度膨張弁や電動式リニア膨張弁の不要化による低コスト化、高信頼性化を実現することが可能になる。
【００３０】
なお、差圧調整弁６１の設定可能差圧範囲は蒸発器負荷量やサイクルバランスにより、キャピラリチューブ５７との組合せ状態により決められる。
【００３１】
図２はこの発明による冷凍・冷蔵サイクル装置の他の実施の形態を示している。この実施の形態では、キャピラリチューブ５７の出口側には差圧調整弁６１が接続されている。差圧調整弁６１は、開弁方向に作用する弁上流側圧力、すなわち、キャピラリチューブ５７の出口側の圧力Ｐｅ´と閉弁方向に作用する内蔵の対向ばねのばね荷重との平衡関係により開弁量を設定されるものであり、この場合も、対向ばねのばね荷重（設定圧）を可変設定できる可変差圧調整弁として、電動式のものがある。
【００３２】
冷凍・冷蔵回路で必要な凝縮器出口圧力Ｐｃと蒸発器入口圧力Ｐｅとの差圧ΔＰのうちの部分的な差圧ΔＰｘをキャピラリチューブ５７により生じさせ、残りの差圧ΔＰｅを差圧調整弁６１によって調整設定する。これによりΔＰ＝ΔＰｘ＋ΔＰｅが成立する。なお、図２においては、Ｐｅ´＝Ｐｃ−ΔＰｘである。
【００３３】
これにより、差圧調整弁６１が発生する差圧ΔＰ分だけキャピラリチューブ５７の出力側の冷媒圧力が上昇し、キャピラリチューブ５７による膨張弁でも、それの比例域を操作可能になり、またキャピラリチューブ５７の下流側の冷媒比容積を変化させることになってキャピラリチューブ５７による膨張弁でも冷媒流量を可変設定することができるようになる。
【００３４】
この場合も、差圧調整弁６１の組み込みにより定格以上の能力をもつキャピラリチューブ５７を使用し、差圧調整弁６１による差圧調整により、０〜キャピラリチューブ５７の最大能力までの広域を制御域とすることができる。併せて、冷媒流れ音の低減、温度膨張弁や電動式リニア膨張弁の不要化による低コスト化、高信頼性化を実現することが可能になる。
【００３５】
図３（ａ）はフロン冷媒使用において差圧調整弁６１が図１に示されているようにキャピラリチューブ５７の入口側に接続された場合のモリエル線図であり、図３（ｂ）は同じく差圧調整弁６１が図２に示されているようにキャピラリチューブ５７の出口側に接続された場合のモリエル線図である。
【００３６】
差圧調整弁６１は、キャピラリチューブ５７の冷媒流量を調整するために、差圧ΔＰｃを与えるものであり、直接、冷媒流量を制御する方式に較べて正確、且つ信頼性の高いシステムが得られるようになる。また、冷凍・冷蔵回路での循環流量制御域が拡大され、圧縮機５１の回転数制御（インバータ制御）を行うシステムへの対応が可能となる。
【００３７】
また、システム運転をサーモ・サイクル方式で発停させた場合、圧縮機５１の停止と連動して、差圧調整弁６１を強制弁閉させることにより、高温、高圧の冷媒が蒸発器５９に流入することが回避され、熱負荷とならないようにすることにより、停止時間が延長されて運転率が低下し、省エネルギ化が図られるようになる。
【００３８】
なお、差圧調整弁６１の設定可能差圧範囲をシステムの許容圧力以内とすることにより、差圧調整弁自体を膨張器とすることも可能であり、そのようにすれば、凝縮圧力と蒸発圧力との差圧、即ち、システム上で必要とされる冷媒流量を任意の流量に調整することができるようになる。
【００３９】
この発明による冷凍・冷蔵サイクル装置は、膨張器として、キャピラリチューブ５７や固定絞り手段（手動式の可変絞り手段や手動式膨張弁のように、システム状態に応じて自動的に絞り度を変化しない半固定式のものも含む）が使用されているものにおいて、特に有効である。なお、固定絞り手段はキャピラリチューブ５７に代えて冷凍・冷蔵サイクル装置に同等に組み込まれるものであり、これの構造等は自明であるので、それの詳しい説明は省略する。
【００４０】
図４は、上述のような冷凍・冷蔵サイクル装置に組み込まれて好適な電動式の差圧調整弁（可変差圧調整弁）の一つの実施の形態を示している。差圧調整弁は、弁ハウジング１に、入口ポート（弁上流側ポート）３と、弁室５と、出口ポート（弁下流側ポート）７と有している。
【００４１】
弁室５には球状の弁体９が図４にて上下方向（弁リフト方向）に移動可能に設けられている。弁体９は弁ハウジング１に形成されている弁座部１１との離間量（弁リフト量）により開弁量（開口面積）、換言すれば、差圧を定量的に可変設定する。
【００４２】
なお、弁体９には弁ステム１３が取り付けられ、弁ステム１３の先端側は、後述するステッピングモータ３３のロータ３５と一体のカムフォロア部材３７の中心孔４５に弁リフト方向に摺動可能に挿入され、これらより弁ステム１３が弁リフト方向の移動を案内されている。
【００４３】
弁室５には、弁体９と当接配置された弁体側ばねリテーナ１５と、弁体側ばねリテーナ１５と対向配置されて弁リフト方向に移動可能な円筒状の可動ばねリテーナ１７と、弁体側ばねリテーナ１５と可動ばねリテーナ１７との間に配置された対向ばね（差圧調整ばね）１９と、可動ばねリテーナ１７と接続され、止めピン２１により回り止めされて弁リフト方向に移動可能な端面カム２３とが順に設けられており、端面カム２３と可動ばねリテーナ１７の弁リフト方向位置により対向ばね１９のばね荷重が設定される。
【００４４】
この差圧調整弁は、弁体９に開弁方向に作用する弁上流側圧力（入口ポート圧力）と閉弁方向に作用する対向ばね１９のばね荷重との平衡関係により開弁量（弁リフト量）を設定される。
【００４５】
端面カム２３は上面に円環状のカム面２５を有している。カム面２５は、図５において符号Ａにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしており、あるいは図６において符号Ｂにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に等間隔に複数個の平面部ｂを有する形状、あるいは図７において符号Ｃにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に等間隔に複数個の凹状面部ｃを有する形状とすることもできる。
【００４６】
円筒状の可動ばねリテーナ１７内には内部ばねリテーナ２７が弁リフト方向に移動可能に設けられている。内部ばねリテーナ２７と可動ばねリテーナ１７の上端部（端面カム２３の下面と等価）との間には、対向ばね１９の弾発力、即ち、ばね荷重より高いばね荷重の強制弁閉用ばね２９が配置され、強制弁閉用ばね２９は内部ばねリテーナ２７を介して可動ばねリテーナ１７を下方（弁体側）に付勢している。
【００４７】
内部ばねリテーナ２７は、後述するカムフォロア部材３７が最終回転位置以外の回転位置に位置している間では可動ばねリテーナ１７の下端部に当接して内部ばねリテーナ２７内で強制弁閉用ばね２９を無効にし、カムフォロア部材３７が最終回転位置に位置することにより弁体側ばねリテーナ１５のスリーブ部１５ａと当接して持ち上げられ、強制弁閉用ばね２９のばね力を弁体９に強制弁閉力として付与する。
【００４８】
弁ハウジング１の上部にはカバー部材３１が固定されている。カバー部材３１内には、ステッピングモータ３３のロータ３５とロータ３５に内挿されたカムフォロア部材３７がロータ軸３９に案内されて回転可能に設けられており、カバー部材３１の外周にはステッピングモータ３３のステータコイル４１が固定されている。カムフォロア部材３７は、カム面２５と対向し、底部に形成された突起部４３によってカム面２５と対接している。
【００４９】
つぎに上述の構成による差圧調整弁の動作を説明する。
【００５０】
ステッピングモータ３３によってロータ３５が分割回転駆動されることにより、カムフォロア部材３７が同等に分割回転し、カム面２５に対するカムフォロア部材３７の突起部４３の回転位置が変化する。
【００５１】
たとえば、カムフォロア部材３７が右回転して突起部４３が螺旋状傾斜面によるカム面２５の傾斜上位側に移動すると、その傾斜の垂直分だけ端面カム２３ならびに可動ばねリテーナ１７が弁体９側に降下し、その降下分だけ対向ばね１９のばね荷重が増加する。
【００５２】
これに対し、カムフォロア部材３７が左回転して突起部４３が螺旋状傾斜面によるカム面２５の傾斜下位側に移動すると、その傾斜の垂直分だけ端面カム２３ならびに可動ばねリテーナ１７が弁体９側に上昇し、その上昇分だけ対向ばね１９のばね荷重が低減する。
【００５３】
従って、ステッピングモータ３３の回転駆動を螺旋ねじにより回転軸方向の動きに変えて可動ばねリテーナ１７に伝える構成とした場合の、ステッピングモータ３３の駆動量と可動ばねリテーナ１７の変位量（対向ばね１９のばね荷重設定値）との関係を１対１とすると、螺旋状傾斜面の勾配度の設定により、ステッピングモータ３３の駆動量と可動ばねリテーナ１７の変位量とが、１対ｎ（但し、ｎ＞１）の関係になり、ステッピングモータ３３の回転量をさほど大きくしなくても、対向ばね１９のばね荷重を広い範囲で変化させて設定することができ、開弁特性の可変設定のパターン（差圧特性）はカム形状により高い自由度をもって設定することができる。
【００５４】
カム面２５が、図５において符号Ａにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面である場合には、差圧特性は、ステッピングモータ３３の駆動量、換言すれば、端面カム２３とカムフォロア部材３７による端面カム機構の回転角に対して比例連続的に変化する。
【００５５】
カム面２５が、図６において符号Ｂにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に等間隔に複数個の平面部ｂを有する形状であれば、差圧特性は、ステッピングモータ３３の駆動量、換言すれば、端面カム２３とカムフォロア部材３７による端面カム機構の回転角に対して段階的に変化する。カムフォロア部材３７が平面部ｂに位置している間は、多少、カムフォロア部材３７が回転しても、対向ばね１９のばね荷重が変動することがない。これにより、ステッピングモータ３３の無通電時のカムフォロア部材３７の回転角のずれ、微動に対して対向ばね１９のばね荷重が安定設定され、またステッピングモータ３３のディテントトルクを無視できる。
【００５６】
カム面２５が、図７において符号Ｃにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に等間隔に複数個の凹状面部ｃを有する形状であれば、差圧特性は、ステッピングモータ３３の駆動量、換言すれば、端面カム２３とカムフォロア部材３７による端面カム機構の回転角に対して段階的に変化し、カムフォロア部材３７が凹状面部ｃに位置している間は、振動、流れ等の外力が加わっても、カムフォロア部材３７は凹状面部ｃの底部に戻り、対向ばね１９のばね荷重が変動することがない。
【００５７】
これにより、ステッピングモータ３３の無通電時のカムフォロア部材３７の回転角のずれ、微動に対して対向ばね１９のばね荷重が安定設定され、またステッピングモータ３３のディテントトルクを無視できる。
【００５８】
カムフォロア部材３７が最終回転位置（カム面２５の最上位位置）に位置すると、端面カム２３、可動ばねリテーナ１７が最降下位置に位置し、内部ばねリテーナ２７が弁体側ばねリテーナ１５のスリーブ部１５ａと当接して持ち上げられ、強制弁閉用ばね２９のばね力が弁体９に強制弁閉力として作用する。これにより弁体９が弁座部１１に強く押し付けられ、強制弁閉状態になる。
【００５９】
なお、上述の実施の形態では、端面カム２３を可動ばねリテーナ１７側に設けて弁リフト方向にのみ変位可能とし、カムフォロア部材３７をステッピングモータ３３のロータ３５側に設けてカムフォロア部材３７を回転駆動するようにしたが、これとは反対に、端面カム２３をステッピングモータ３３のロータ３５側に設けて端面カム２３をステッピングモータ３３により回転駆動し、カムフォロア部材３７を可動ばねリテーナ１７側に設けて弁リフト方向に変位可能としてもよい。
【００６０】
差圧調整弁６１は、入口ポート３に与えられる圧力Ｐａと出口ポート７に与えられる圧力Ｐｂとの差圧Ｐａ−Ｐｂに対して弁体９に与える閉弁力｛＝ΔＰｃ・（πＤ2 ／４）｝を、対向ばね１９のばね力により与える。ここで、Ｄは弁座口径である。
【００６１】
なお、上述の実施の形態では、動力伝達機構を端面カム２３とカムフォロア部材３７とで構成したが、例えば、スクリューシャフトとこのスクリューシャフトに螺合し回転方向動を規制されるスライダとにより動力伝達機構を構成してもよい。
【００６２】
図８は、上述のような冷凍・冷蔵サイクル装置に組み込んで使用することが可能な手動式の差圧調整弁の参考例を示している。なお、図８において、図４に示されているもの同等あるいは同一の構成要件には、図４に付けた符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００６３】
この差圧調整弁は、弁ハウジング１に形成されたねじ孔１ａにアジャストロッド４７のねじ部４７ａが螺合しており、ねじ込み量調整によりアジャストロッド４７が軸線方向に進退移動する。
【００６４】
対向ばね１９は、アジャストロッド４７と弁体側ばねリテーナ１５との間に設けられ、アジャストロッド４７の軸線方向に進退移動により、ばね荷重を可変設定される。
【００６５】
アジャストロッド４７にはボルト５０によって手動の差圧設定ハンドル４９が取り付けられており、差圧設定ハンドル４９によってアジャストロッド４７を手により回すことができるようになっている。
【００６６】
なお、アジャストロッド４７には弁室５の気密性を保つために、Ｏリング４８が取り付けられている。
【００６７】
この差圧調整弁では、差圧設定ハンドル４９によってアジャストロッド４７を手により回することにより、アジャストロッド４７の軸線方向に進退移動させて対向ばね１９のばね荷重を可変設定し、このばね荷重の設定により差圧が設定されるので、例えば、差圧調整弁の製造工場において、出荷時に所望の設定圧に調整することにより、製造段階で設定圧毎に異なる複数種類の商品を製造しておくことなく、使用対象の各冷凍・冷蔵サイクル装置に応じた差圧調整弁を最終的に提供することができる。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明による差圧調整弁によれば、弁体に開弁方向に作用する弁上流側圧力と閉弁方向に作用する対向ばねのばね荷重との平衡関係により開弁量を設定される差圧調整弁において、弁ハウジングに対して弁リフト方向に移動可能に設けられ、前記弁体との間に対向ばねを配置される可動ばねリテーナと、外部から与えられる回転方向の動力を前記弁リフト方向の動力に変換して前記可動ばねリテーナに伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に回転方向の動力を与える電動機とを有し、前記電動機による前記回転方向の動力から前記動力伝達機構により変換された前記弁リフト方向の動力により前記可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重を可変設定するものとした。
【００７７】
このため、電動機の回転が動力伝達機構によって弁リフト方向の移動に変化され、これによって可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重が端面カムのカム形状に応じて可変設定されるから、アクチュエータである電動機の駆動精度や制御精度をさほど高度なものにすることなく、対向ばねのばね荷重を高精度に設定して微少差圧制御が高精度に行われるようにすることができる。
【００７８】
請求項２に記載の発明による差圧調整弁によれば、前記動力伝達機構は、円環状のカム面を有し前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか一方に接続される端面カムと、前記端面カムのカム面と対接配置され前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか他方に接続されるカムフォロア部材とにより構成されているものとした。
【００７９】
このため、電動機の回転方向の動力から弁リフト方向の動力への変換が、端面カムと、この端面カムの円環状のカム面に対接するカムフォロア部材とのうちどちらか片方を電動機により回転させることで行われ、これにより、電動機の回転方向動に伴い可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重が可変設定されるから、アクチュエータである電動機の駆動精度や制御精度をさほど高度なものにすることなく、対向ばねのばね荷重を高精度に設定して微少差圧制御が高精度に行われるようにするにあたり、カム形状によって差圧特性を高い自由度をもって設定することができる。
【００８０】
請求項３に記載の発明による差圧調整弁によれば、前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしているものとした。
【００８１】
このため、端面カムのカム面が端面カムの中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしていることにより、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角の変化に対して、対向ばねのばね荷重（差圧特性）が連続して変化するから、対向ばねのばね荷重を或る範囲内の任意の値に安定設定し、連続して変化する差圧特性を得ることができる。
【００８２】
請求項４に記載の発明による差圧調整弁によれば、前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に平面部あるいは凹状面部を有しているものとした。
【００８３】
このため、カム面の平面部あるいは凹状面部にカムフォロア部材が対接する状態において、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角のずれ、微動に対して対向ばねのばね荷重を安定設定し、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角に対して、対向ばねのばね荷重（差圧特性）が段階的に変化する差圧特性を得ることができる。
【００８４】
請求項５に記載の発明による差圧調整弁によれば、前記端面カムおよび前記カムフォロア部材のうち前記可動ばねリテーナに接続される一方には、前記対向ばねのばね荷重より高いばね荷重の強制弁閉用ばねが接続され、前記端面カムに対する前記カムフォロア部材の相対的な回転角の終端角度箇所において、前記強制弁閉用ばねのばね力が前記弁体に作用するように構成されているものとした。
請求項６に記載の発明による冷凍・冷蔵サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器を順に有する冷凍・冷蔵サイクル装置において、前記膨張器の入口側あるいは出口側に、請求項１、２、３、４又は５記載の差圧調整弁を有しているものとした。
このため、差圧調整弁が発生する差圧分だけ膨張器の入口側あるいは出口側における冷媒圧力が低下あるいは上昇し、キャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張弁でも、それの比例域を操作可能になり、また差圧調整弁の上流側あるいは下流側の冷媒比容積を変化させることになってキャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張弁でも冷媒流量を可変設定することができ、難しい機器、弁の特性の選定や制御特性の確立を必要とすることなく、広域に亙って蒸発器における冷媒流量を最適値に保つことができ、インバータ制御により圧縮機回転数や蒸発器ファン回転数が可変で、熱負荷が変動する冷凍・冷蔵サイクルにも対応することができる。
【００８５】
このため、端面カムに対してカムフォロア部材が相対的な回転角の終端角度箇所に位置すると、端面カムおよびカムフォロア部材のうち、可動ばねリテーナに接続される一方に接続されている強制弁閉用ばねの強いばね力が弁体に作用し、弁体が強制弁閉するから、弁閉状態が確実に保たれるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による冷凍・冷蔵サイクル装置の一つの実施の形態を示す回路図である。
【図２】この発明による冷凍・冷蔵サイクル装置の他の実施の形態を示す回路図である。
【図３】（ａ）は差圧調整弁がキャピラリチューブの入口側に接続された場合のモリエル線図、（ｂ）は差圧調整弁がキャピラリチューブの出口側に接続された場合のモリエル線図である。
【図４】この発明による差圧調整弁の一つの実施の形態を示す縦断面図である。
【図５】この発明による差圧調整弁における端面カム機構のカム形状の一例を示す展開図である。
【図６】この発明による差圧調整弁における端面カム機構のカム形状の他の一例を示す展開図である。
【図７】この発明による差圧調整弁における端面カム機構のカム形状の他の一例を示す展開図である。
【図８】手動式の差圧調整弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 弁ハウジング
３ 入口ポート
５ 弁室
７ 出口ポート
９ 弁体
１１ 弁座部
１５ 弁体側ばねリテーナ
１７ 可動ばねリテーナ
１９ 対向ばね
２３ 端面カム
２５ カム面
２７ 内部ばねリテーナ
２９ 強制弁閉用ばね
３３ ステッピングモータ
３５ ロータ
３７ カムフォロア部材
４１ ステータコイル
４７ アジャストロッド
４９ 差圧設定ハンドル
５１ 圧縮機
５３ 凝縮器
５５ レシーバ・ドライヤ
５７ キャピラリチューブ
５９ 蒸発器
６１ 差圧調整弁
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍・冷蔵サイクル装置および差圧調整弁に関し、特に、冷媒流量を制御する冷凍・冷蔵サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷蔵庫や空気調和装置等の冷凍・冷蔵サイクル装置は、凝縮器よりの高温高圧の液冷媒を蒸発し易い状態に減圧し、蒸発器における冷媒の最適流量を確保するために、凝縮器と蒸発器との間に、キャピラリチューブ、固定絞り手段（固定オリフィス）、可変絞り手段（デューティ比制御の電磁弁、手動式膨張弁、温度膨張弁、電動式リニア膨張弁等）等による膨張器を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
キャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張器では、一定条件下ではサイクルバランスを取り、蒸発器における冷媒流量を最適値に保つことができるが、流量調整可能幅が殆どないため、インバータ制御により圧縮機回転数や蒸発器ファン回転数が可変で、熱負荷が変動する冷凍・冷蔵サイクルに対応することができない。
【０００４】
デューティ比制御の電磁弁、温度膨張弁、電動式リニア膨張弁等では、蒸発器に流れる冷媒流量を可変設定でき、熱負荷が変動する冷凍・冷蔵サイクルにも対応することができるが、対応するサイクル能力に合致した比例域をもつ機器や弁の特性を選定し、制御特性を確立する必要があり、簡単にシステムに組み込むことが難しい。
【０００５】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、難しい機器、弁の特性の選定や制御特性の確立を必要とすることなく、広域に亙って蒸発器における冷媒流量を最適値に保つことができ、インバータ制御により圧縮機回転数や蒸発器ファン回転数が可変で、熱負荷が変動する冷凍・冷蔵サイクルに対応することができる冷凍・冷蔵サイクル装置、およびそのような冷凍・冷蔵サイクル装置にて使用されて好適な差圧調整弁を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による差圧調整弁は、弁体に開弁方向に作用する弁上流側圧力と閉弁方向に作用する対向ばねのばね荷重との平衡関係により開弁量を設定される差圧調整弁において、弁ハウジングに対して弁リフト方向に移動可能に設けられ、前記弁体との間に対向ばねを配置される可動ばねリテーナと、外部から与えられる回転方向の動力を前記弁リフト方向の動力に変換して前記可動ばねリテーナに伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に回転方向の動力を与える電動機とを有し、前記電動機による前記回転方向の動力から前記動力伝達機構により変換された前記弁リフト方向の動力により前記可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重を可変設定するものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明による差圧調整弁は、前記動力伝達機構は、円環状のカム面を有し前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか一方に接続される端面カムと、前記端面カムのカム面と対接配置され前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか他方に接続されるカムフォロア部材とにより構成されているものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明による差圧調整弁は、前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしているものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明による差圧調整弁は、前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に平面部あるいは凹状面部を有しているものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明による差圧調整弁は、前記端面カムおよび前記カムフォロア部材のうち前記可動ばねリテーナに接続される一方には、前記対向ばねのばね荷重より高いばね荷重の強制弁閉用ばねが接続され、前記端面カムに対する前記カムフォロア部材の相対的な回転角の終端角度箇所において、前記強制弁閉用ばねのばね力が前記弁体に作用するように構成されているものである。
【００１５】
また、上述の目的を達成するために、請求項６に記載の発明による冷凍・冷蔵サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器を順に有する冷凍・冷蔵サイクル装置において、前記膨張器の入口側あるいは出口側に、請求項１、２、３、４又は５記載の差圧調整弁を有しているものである。
【００１９】
請求項１に記載の発明による差圧調整弁によれば、電動機の回転が動力伝達機構によって弁リフト方向の移動に変化され、これによって可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重が端面カムのカム形状に応じて可変設定される。
【００２０】
請求項２に記載の発明による差圧調整弁によれば、電動機の回転方向の動力から弁リフト方向の動力への変換が、端面カムと、この端面カムの円環状のカム面に対接するカムフォロア部材とのうち、どちらか片方を電動機により回転させることで行われ、これにより、電動機の回転方向動に伴い可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重が可変設定される。
【００２１】
請求項３に記載の発明による差圧調整弁によれば、端面カムのカム面が端面カムの中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしていることにより、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角の変化に対して、対向ばねのばね荷重（差圧特性）が連続して変化する。
【００２２】
請求項４に記載の発明による差圧調整弁によれば、端面カムのカム面が端面カムの中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に平面部あるいは凹状面部を有していることにより、カム面の平面部あるいは凹状面部にカムフォロア部材が対接する状態において、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角のずれ、微動に対して対向ばねのばね荷重が安定設定され、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角に対して、対向ばねのばね荷重（差圧特性）が段階的に設定される。
【００２３】
請求項５に記載の発明による差圧調整弁によれば、端面カムに対してカムフォロア部材が相対的な回転角の終端角度箇所に位置すると、端面カムおよびカムフォロア部材のうち、可動ばねリテーナに接続される一方に接続されている強制弁閉用ばねの強いばね力が弁体に作用し、弁体が強制弁閉する。
また、請求項６に記載の発明による冷凍・冷蔵サイクル装置によれば、請求項１、２、３、４又は５記載の差圧調整弁が発生する差圧分だけ膨張器の入口側あるいは出口側における冷媒圧力が低下あるいは上昇し、キャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張弁でも、それの比例域を操作可能になり、また差圧調整弁の上流側あるいは下流側の冷媒比容積を変化させることになってキャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張弁でも冷媒流量を可変設定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
図１はこの発明による冷凍・冷蔵サイクル装置の一つの実施の形態を示している。冷凍・冷蔵サイクル装置は、基本的構成として、圧縮機５１、凝縮器５３、レシーバ・ドライヤ５５、膨張器であるキャピラリチューブ（減圧膨張管）５７、蒸発器５９を順に有しており、これらは冷媒配管６２により循環接続されている。
【００２６】
キャピラリチューブ５７の入口側には差圧調整弁６１が接続されている。差圧調整弁６１は、開弁方向に作用する弁上流側圧力、すなわち、凝縮器出口圧力Ｐｃと閉弁方向に作用する内蔵の対向ばねのばね荷重との平衡関係により開弁量を設定されるものであり、対向ばねのばね荷重（設定圧）を可変設定できる可変差圧調整弁として、電動式のものがある。
【００２７】
冷凍・冷蔵回路で必要な凝縮器出口圧力Ｐｃと蒸発器入口圧力Ｐｅとの差圧ΔＰのうちの部分的な差圧ΔＰｘをキャピラリチューブ５７により生じさせ、残りの差圧ΔＰｃを差圧調整弁６１によって調整設定する。これによりΔＰ＝ΔＰｘ＋ΔＰｃが成立する。なお、図１において、符号Ｐｃ´は差圧調整弁６１の出口側の冷媒圧力であり、Ｐｃ´＝Ｐｃ−ΔＰｃである。
【００２８】
これにより、差圧調整弁６１が発生する差圧ΔＰ分だけキャピラリチューブ５７の入口側の冷媒圧力が低下し、キャピラリチューブ５７による膨張弁でも、それの比例域を操作可能になり、またキャピラリチューブ５７の上流側の冷媒比容積を変化させることになってキャピラリチューブ５７による膨張弁でも冷媒流量を可変設定することができるようになる。
【００２９】
通常、キャピラリチューブ５７はシステム定格に丁度、適合したもの（１００％適合）が選定されるが、上述のような差圧調整弁６１の組み込み下では、定格以上の能力をもつキャピラリチューブ５７を使用し、差圧調整弁６１による差圧調整により、零〜キャピラリチューブ５７の最大能力までの広域を制御域とすることができる。併せて、冷媒流れ音の低減、温度膨張弁や電動式リニア膨張弁の不要化による低コスト化、高信頼性化を実現することが可能になる。
【００３０】
なお、差圧調整弁６１の設定可能差圧範囲は蒸発器負荷量やサイクルバランスにより、キャピラリチューブ５７との組合せ状態により決められる。
【００３１】
図２はこの発明による冷凍・冷蔵サイクル装置の他の実施の形態を示している。この実施の形態では、キャピラリチューブ５７の出口側には差圧調整弁６１が接続されている。差圧調整弁６１は、開弁方向に作用する弁上流側圧力、すなわち、キャピラリチューブ５７の出口側の圧力Ｐｅ´と閉弁方向に作用する内蔵の対向ばねのばね荷重との平衡関係により開弁量を設定されるものであり、この場合も、対向ばねのばね荷重（設定圧）を可変設定できる可変差圧調整弁として、電動式のものがある。
【００３２】
冷凍・冷蔵回路で必要な凝縮器出口圧力Ｐｃと蒸発器入口圧力Ｐｅとの差圧ΔＰのうちの部分的な差圧ΔＰｘをキャピラリチューブ５７により生じさせ、残りの差圧ΔＰｅを差圧調整弁６１によって調整設定する。これによりΔＰ＝ΔＰｘ＋ΔＰｅが成立する。なお、図２においては、Ｐｅ´＝Ｐｃ−ΔＰｘである。
【００３３】
これにより、差圧調整弁６１が発生する差圧ΔＰ分だけキャピラリチューブ５７の出力側の冷媒圧力が上昇し、キャピラリチューブ５７による膨張弁でも、それの比例域を操作可能になり、またキャピラリチューブ５７の下流側の冷媒比容積を変化させることになってキャピラリチューブ５７による膨張弁でも冷媒流量を可変設定することができるようになる。
【００３４】
この場合も、差圧調整弁６１の組み込みにより定格以上の能力をもつキャピラリチューブ５７を使用し、差圧調整弁６１による差圧調整により、０〜キャピラリチューブ５７の最大能力までの広域を制御域とすることができる。併せて、冷媒流れ音の低減、温度膨張弁や電動式リニア膨張弁の不要化による低コスト化、高信頼性化を実現することが可能になる。
【００３５】
図３（ａ）はフロン冷媒使用において差圧調整弁６１が図１に示されているようにキャピラリチューブ５７の入口側に接続された場合のモリエル線図であり、図３（ｂ）は同じく差圧調整弁６１が図２に示されているようにキャピラリチューブ５７の出口側に接続された場合のモリエル線図である。
【００３６】
差圧調整弁６１は、キャピラリチューブ５７の冷媒流量を調整するために、差圧ΔＰｃを与えるものであり、直接、冷媒流量を制御する方式に較べて正確、且つ信頼性の高いシステムが得られるようになる。また、冷凍・冷蔵回路での循環流量制御域が拡大され、圧縮機５１の回転数制御（インバータ制御）を行うシステムへの対応が可能となる。
【００３７】
また、システム運転をサーモ・サイクル方式で発停させた場合、圧縮機５１の停止と連動して、差圧調整弁６１を強制弁閉させることにより、高温、高圧の冷媒が蒸発器５９に流入することが回避され、熱負荷とならないようにすることにより、停止時間が延長されて運転率が低下し、省エネルギ化が図られるようになる。
【００３８】
なお、差圧調整弁６１の設定可能差圧範囲をシステムの許容圧力以内とすることにより、差圧調整弁自体を膨張器とすることも可能であり、そのようにすれば、凝縮圧力と蒸発圧力との差圧、即ち、システム上で必要とされる冷媒流量を任意の流量に調整することができるようになる。
【００３９】
この発明による冷凍・冷蔵サイクル装置は、膨張器として、キャピラリチューブ５７や固定絞り手段（手動式の可変絞り手段や手動式膨張弁のように、システム状態に応じて自動的に絞り度を変化しない半固定式のものも含む）が使用されているものにおいて、特に有効である。なお、固定絞り手段はキャピラリチューブ５７に代えて冷凍・冷蔵サイクル装置に同等に組み込まれるものであり、これの構造等は自明であるので、それの詳しい説明は省略する。
【００４０】
図４は、上述のような冷凍・冷蔵サイクル装置に組み込まれて好適な電動式の差圧調整弁（可変差圧調整弁）の一つの実施の形態を示している。差圧調整弁は、弁ハウジング１に、入口ポート（弁上流側ポート）３と、弁室５と、出口ポート（弁下流側ポート）７と有している。
【００４１】
弁室５には球状の弁体９が図４にて上下方向（弁リフト方向）に移動可能に設けられている。弁体９は弁ハウジング１に形成されている弁座部１１との離間量（弁リフト量）により開弁量（開口面積）、換言すれば、差圧を定量的に可変設定する。
【００４２】
なお、弁体９には弁ステム１３が取り付けられ、弁ステム１３の先端側は、後述するステッピングモータ３３のロータ３５と一体のカムフォロア部材３７の中心孔４５に弁リフト方向に摺動可能に挿入され、これらより弁ステム１３が弁リフト方向の移動を案内されている。
【００４３】
弁室５には、弁体９と当接配置された弁体側ばねリテーナ１５と、弁体側ばねリテーナ１５と対向配置されて弁リフト方向に移動可能な円筒状の可動ばねリテーナ１７と、弁体側ばねリテーナ１５と可動ばねリテーナ１７との間に配置された対向ばね（差圧調整ばね）１９と、可動ばねリテーナ１７と接続され、止めピン２１により回り止めされて弁リフト方向に移動可能な端面カム２３とが順に設けられており、端面カム２３と可動ばねリテーナ１７の弁リフト方向位置により対向ばね１９のばね荷重が設定される。
【００４４】
この差圧調整弁は、弁体９に開弁方向に作用する弁上流側圧力（入口ポート圧力）と閉弁方向に作用する対向ばね１９のばね荷重との平衡関係により開弁量（弁リフト量）を設定される。
【００４５】
端面カム２３は上面に円環状のカム面２５を有している。カム面２５は、図５において符号Ａにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしており、あるいは図６において符号Ｂにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に等間隔に複数個の平面部ｂを有する形状、あるいは図７において符号Ｃにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に等間隔に複数個の凹状面部ｃを有する形状とすることもできる。
【００４６】
円筒状の可動ばねリテーナ１７内には内部ばねリテーナ２７が弁リフト方向に移動可能に設けられている。内部ばねリテーナ２７と可動ばねリテーナ１７の上端部（端面カム２３の下面と等価）との間には、対向ばね１９の弾発力、即ち、ばね荷重より高いばね荷重の強制弁閉用ばね２９が配置され、強制弁閉用ばね２９は内部ばねリテーナ２７を介して可動ばねリテーナ１７を下方（弁体側）に付勢している。
【００４７】
内部ばねリテーナ２７は、後述するカムフォロア部材３７が最終回転位置以外の回転位置に位置している間では可動ばねリテーナ１７の下端部に当接して内部ばねリテーナ２７内で強制弁閉用ばね２９を無効にし、カムフォロア部材３７が最終回転位置に位置することにより弁体側ばねリテーナ１５のスリーブ部１５ａと当接して持ち上げられ、強制弁閉用ばね２９のばね力を弁体９に強制弁閉力として付与する。
【００４８】
弁ハウジング１の上部にはカバー部材３１が固定されている。カバー部材３１内には、ステッピングモータ３３のロータ３５とロータ３５に内挿されたカムフォロア部材３７がロータ軸３９に案内されて回転可能に設けられており、カバー部材３１の外周にはステッピングモータ３３のステータコイル４１が固定されている。カムフォロア部材３７は、カム面２５と対向し、底部に形成された突起部４３によってカム面２５と対接している。
【００４９】
つぎに上述の構成による差圧調整弁の動作を説明する。
【００５０】
ステッピングモータ３３によってロータ３５が分割回転駆動されることにより、カムフォロア部材３７が同等に分割回転し、カム面２５に対するカムフォロア部材３７の突起部４３の回転位置が変化する。
【００５１】
たとえば、カムフォロア部材３７が右回転して突起部４３が螺旋状傾斜面によるカム面２５の傾斜上位側に移動すると、その傾斜の垂直分だけ端面カム２３ならびに可動ばねリテーナ１７が弁体９側に降下し、その降下分だけ対向ばね１９のばね荷重が増加する。
【００５２】
これに対し、カムフォロア部材３７が左回転して突起部４３が螺旋状傾斜面によるカム面２５の傾斜下位側に移動すると、その傾斜の垂直分だけ端面カム２３ならびに可動ばねリテーナ１７が弁体９側に上昇し、その上昇分だけ対向ばね１９のばね荷重が低減する。
【００５３】
従って、ステッピングモータ３３の回転駆動を螺旋ねじにより回転軸方向の動きに変えて可動ばねリテーナ１７に伝える構成とした場合の、ステッピングモータ３３の駆動量と可動ばねリテーナ１７の変位量（対向ばね１９のばね荷重設定値）との関係を１対１とすると、螺旋状傾斜面の勾配度の設定により、ステッピングモータ３３の駆動量と可動ばねリテーナ１７の変位量とが、１対ｎ（但し、ｎ＞１）の関係になり、ステッピングモータ３３の回転量をさほど大きくしなくても、対向ばね１９のばね荷重を広い範囲で変化させて設定することができ、開弁特性の可変設定のパターン（差圧特性）はカム形状により高い自由度をもって設定することができる。
【００５４】
カム面２５が、図５において符号Ａにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面である場合には、差圧特性は、ステッピングモータ３３の駆動量、換言すれば、端面カム２３とカムフォロア部材３７による端面カム機構の回転角に対して比例連続的に変化する。
【００５５】
カム面２５が、図６において符号Ｂにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に等間隔に複数個の平面部ｂを有する形状であれば、差圧特性は、ステッピングモータ３３の駆動量、換言すれば、端面カム２３とカムフォロア部材３７による端面カム機構の回転角に対して段階的に変化する。カムフォロア部材３７が平面部ｂに位置している間は、多少、カムフォロア部材３７が回転しても、対向ばね１９のばね荷重が変動することがない。これにより、ステッピングモータ３３の無通電時のカムフォロア部材３７の回転角のずれ、微動に対して対向ばね１９のばね荷重が安定設定され、またステッピングモータ３３のディテントトルクを無視できる。
【００５６】
カム面２５が、図７において符号Ｃにより展開して示されているように、端面カム２３の中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に等間隔に複数個の凹状面部ｃを有する形状であれば、差圧特性は、ステッピングモータ３３の駆動量、換言すれば、端面カム２３とカムフォロア部材３７による端面カム機構の回転角に対して段階的に変化し、カムフォロア部材３７が凹状面部ｃに位置している間は、振動、流れ等の外力が加わっても、カムフォロア部材３７は凹状面部ｃの底部に戻り、対向ばね１９のばね荷重が変動することがない。
【００５７】
これにより、ステッピングモータ３３の無通電時のカムフォロア部材３７の回転角のずれ、微動に対して対向ばね１９のばね荷重が安定設定され、またステッピングモータ３３のディテントトルクを無視できる。
【００５８】
カムフォロア部材３７が最終回転位置（カム面２５の最上位位置）に位置すると、端面カム２３、可動ばねリテーナ１７が最降下位置に位置し、内部ばねリテーナ２７が弁体側ばねリテーナ１５のスリーブ部１５ａと当接して持ち上げられ、強制弁閉用ばね２９のばね力が弁体９に強制弁閉力として作用する。これにより弁体９が弁座部１１に強く押し付けられ、強制弁閉状態になる。
【００５９】
なお、上述の実施の形態では、端面カム２３を可動ばねリテーナ１７側に設けて弁リフト方向にのみ変位可能とし、カムフォロア部材３７をステッピングモータ３３のロータ３５側に設けてカムフォロア部材３７を回転駆動するようにしたが、これとは反対に、端面カム２３をステッピングモータ３３のロータ３５側に設けて端面カム２３をステッピングモータ３３により回転駆動し、カムフォロア部材３７を可動ばねリテーナ１７側に設けて弁リフト方向に変位可能としてもよい。
【００６０】
差圧調整弁６１は、入口ポート３に与えられる圧力Ｐａと出口ポート７に与えられる圧力Ｐｂとの差圧Ｐａ−Ｐｂに対して弁体９に与える閉弁力｛＝ΔＰｃ・（πＤ2 ／４）｝を、対向ばね１９のばね力により与える。ここで、Ｄは弁座口径である。
【００６１】
なお、上述の実施の形態では、動力伝達機構を端面カム２３とカムフォロア部材３７とで構成したが、例えば、スクリューシャフトとこのスクリューシャフトに螺合し回転方向動を規制されるスライダとにより動力伝達機構を構成してもよい。
【００６２】
図８は、上述のような冷凍・冷蔵サイクル装置に組み込んで使用することが可能な手動式の差圧調整弁の参考例を示している。なお、図８において、図４に示されているもの同等あるいは同一の構成要件には、図４に付けた符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００６３】
この差圧調整弁は、弁ハウジング１に形成されたねじ孔１ａにアジャストロッド４７のねじ部４７ａが螺合しており、ねじ込み量調整によりアジャストロッド４７が軸線方向に進退移動する。
【００６４】
対向ばね１９は、アジャストロッド４７と弁体側ばねリテーナ１５との間に設けられ、アジャストロッド４７の軸線方向に進退移動により、ばね荷重を可変設定される。
【００６５】
アジャストロッド４７にはボルト５０によって手動の差圧設定ハンドル４９が取り付けられており、差圧設定ハンドル４９によってアジャストロッド４７を手により回すことができるようになっている。
【００６６】
なお、アジャストロッド４７には弁室５の気密性を保つために、Ｏリング４８が取り付けられている。
【００６７】
この差圧調整弁では、差圧設定ハンドル４９によってアジャストロッド４７を手により回することにより、アジャストロッド４７の軸線方向に進退移動させて対向ばね１９のばね荷重を可変設定し、このばね荷重の設定により差圧が設定されるので、例えば、差圧調整弁の製造工場において、出荷時に所望の設定圧に調整することにより、製造段階で設定圧毎に異なる複数種類の商品を製造しておくことなく、使用対象の各冷凍・冷蔵サイクル装置に応じた差圧調整弁を最終的に提供することができる。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明による差圧調整弁によれば、弁体に開弁方向に作用する弁上流側圧力と閉弁方向に作用する対向ばねのばね荷重との平衡関係により開弁量を設定される差圧調整弁において、弁ハウジングに対して弁リフト方向に移動可能に設けられ、前記弁体との間に対向ばねを配置される可動ばねリテーナと、外部から与えられる回転方向の動力を前記弁リフト方向の動力に変換して前記可動ばねリテーナに伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構に回転方向の動力を与える電動機とを有し、前記電動機による前記回転方向の動力から前記動力伝達機構により変換された前記弁リフト方向の動力により前記可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重を可変設定するものとした。
【００７７】
このため、電動機の回転が動力伝達機構によって弁リフト方向の移動に変化され、これによって可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重が端面カムのカム形状に応じて可変設定されるから、アクチュエータである電動機の駆動精度や制御精度をさほど高度なものにすることなく、対向ばねのばね荷重を高精度に設定して微少差圧制御が高精度に行われるようにすることができる。
【００７８】
請求項２に記載の発明による差圧調整弁によれば、前記動力伝達機構は、円環状のカム面を有し前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか一方に接続される端面カムと、前記端面カムのカム面と対接配置され前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか他方に接続されるカムフォロア部材とにより構成されているものとした。
【００７９】
このため、電動機の回転方向の動力から弁リフト方向の動力への変換が、端面カムと、この端面カムの円環状のカム面に対接するカムフォロア部材とのうちどちらか片方を電動機により回転させることで行われ、これにより、電動機の回転方向動に伴い可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重が可変設定されるから、アクチュエータである電動機の駆動精度や制御精度をさほど高度なものにすることなく、対向ばねのばね荷重を高精度に設定して微少差圧制御が高精度に行われるようにするにあたり、カム形状によって差圧特性を高い自由度をもって設定することができる。
【００８０】
請求項３に記載の発明による差圧調整弁によれば、前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしているものとした。
【００８１】
このため、端面カムのカム面が端面カムの中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしていることにより、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角の変化に対して、対向ばねのばね荷重（差圧特性）が連続して変化するから、対向ばねのばね荷重を或る範囲内の任意の値に安定設定し、連続して変化する差圧特性を得ることができる。
【００８２】
請求項４に記載の発明による差圧調整弁によれば、前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に平面部あるいは凹状面部を有しているものとした。
【００８３】
このため、カム面の平面部あるいは凹状面部にカムフォロア部材が対接する状態において、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角のずれ、微動に対して対向ばねのばね荷重を安定設定し、端面カムに対するカムフォロア部材の相対的な回転角に対して、対向ばねのばね荷重（差圧特性）が段階的に変化する差圧特性を得ることができる。
【００８４】
請求項５に記載の発明による差圧調整弁によれば、前記端面カムおよび前記カムフォロア部材のうち前記可動ばねリテーナに接続される一方には、前記対向ばねのばね荷重より高いばね荷重の強制弁閉用ばねが接続され、前記端面カムに対する前記カムフォロア部材の相対的な回転角の終端角度箇所において、前記強制弁閉用ばねのばね力が前記弁体に作用するように構成されているものとした。
請求項６に記載の発明による冷凍・冷蔵サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器を順に有する冷凍・冷蔵サイクル装置において、前記膨張器の入口側あるいは出口側に、請求項１、２、３、４又は５記載の差圧調整弁を有しているものとした。
このため、差圧調整弁が発生する差圧分だけ膨張器の入口側あるいは出口側における冷媒圧力が低下あるいは上昇し、キャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張弁でも、それの比例域を操作可能になり、また差圧調整弁の上流側あるいは下流側の冷媒比容積を変化させることになってキャピラリチューブ、固定絞り手段による膨張弁でも冷媒流量を可変設定することができ、難しい機器、弁の特性の選定や制御特性の確立を必要とすることなく、広域に亙って蒸発器における冷媒流量を最適値に保つことができ、インバータ制御により圧縮機回転数や蒸発器ファン回転数が可変で、熱負荷が変動する冷凍・冷蔵サイクルにも対応することができる。
【００８５】
このため、端面カムに対してカムフォロア部材が相対的な回転角の終端角度箇所に位置すると、端面カムおよびカムフォロア部材のうち、可動ばねリテーナに接続される一方に接続されている強制弁閉用ばねの強いばね力が弁体に作用し、弁体が強制弁閉するから、弁閉状態が確実に保たれるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による冷凍・冷蔵サイクル装置の一つの実施の形態を示す回路図である。
【図２】この発明による冷凍・冷蔵サイクル装置の他の実施の形態を示す回路図である。
【図３】（ａ）は差圧調整弁がキャピラリチューブの入口側に接続された場合のモリエル線図、（ｂ）は差圧調整弁がキャピラリチューブの出口側に接続された場合のモリエル線図である。
【図４】この発明による差圧調整弁の一つの実施の形態を示す縦断面図である。
【図５】この発明による差圧調整弁における端面カム機構のカム形状の一例を示す展開図である。
【図６】この発明による差圧調整弁における端面カム機構のカム形状の他の一例を示す展開図である。
【図７】この発明による差圧調整弁における端面カム機構のカム形状の他の一例を示す展開図である。
【図８】手動式の差圧調整弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 弁ハウジング
３ 入口ポート
５ 弁室
７ 出口ポート
９ 弁体
１１ 弁座部
１５ 弁体側ばねリテーナ
１７ 可動ばねリテーナ
１９ 対向ばね
２３ 端面カム
２５ カム面
２７ 内部ばねリテーナ
２９ 強制弁閉用ばね
３３ ステッピングモータ
３５ ロータ
３７ カムフォロア部材
４１ ステータコイル
４７ アジャストロッド
４９ 差圧設定ハンドル
５１ 圧縮機
５３ 凝縮器
５５ レシーバ・ドライヤ
５７ キャピラリチューブ
５９ 蒸発器
６１ 差圧調整弁
Claims (6)
- 弁体に開弁方向に作用する弁上流側圧力と閉弁方向に作用する対向ばねのばね荷重との平衡関係により開弁量を設定される差圧調整弁において、
弁ハウジングに対して弁リフト方向に移動可能に設けられ、前記弁体との間に対向ばねを配置される可動ばねリテーナと、
外部から与えられる回転方向の動力を前記弁リフト方向の動力に変換して前記可動ばねリテーナに伝達する動力伝達機構と、
前記動力伝達機構に回転方向の動力を与える電動機とを有し、
前記電動機による前記回転方向の動力から前記動力伝達機構により変換された前記弁リフト方向の動力により前記可動ばねリテーナが弁リフト方向に移動し、対向ばねのばね荷重を可変設定することを特徴とする差圧調整弁。 - 前記動力伝達機構は、円環状のカム面を有し前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか一方に接続される端面カムと、前記端面カムのカム面と対接配置され前記可動ばねリテーナおよび前記電動機のうちいずれか他方に接続されるカムフォロア部材とにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の差圧調整弁。
- 前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに連続して延在する螺旋状傾斜面をなしていることを特徴する請求項２記載の差圧調整弁。
- 前記端面カムのカム面は端面カムの中心軸線周りに延在する螺旋状傾斜面をなし、途中に平面部あるいは凹状面部を有していることを特徴とする請求項２に記載の差圧調整弁。
- 前記端面カムおよび前記カムフォロア部材のうち前記可動ばねリテーナに接続される一方には、前記対向ばねのばね荷重より高いばね荷重の強制弁閉用ばねが接続され、前記端面カムに対する前記カムフォロア部材の相対的な回転角の終端角度箇所において、前記強制弁閉用ばねのばね力が前記弁体に作用するように構成されていることを特徴とする請求項２、３又は４記載の差圧調整弁。
- 圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器を順に有する冷凍・冷蔵サイクル装置において、
前記膨張器の入口側あるいは出口側に、請求項１、２、３、４又は５記載の差圧調整弁を有していることを特徴とする冷凍・冷蔵サイクル装置。
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