JP4319100B2

JP4319100B2 - 電磁式膨張弁

Info

Publication number: JP4319100B2
Application number: JP2004189036A
Authority: JP
Inventors: 健一望月; 仁志梅澤; 俊樹沖井; 猛神尾
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: JP2006010228A

Description

本発明は、電磁式膨張弁に関し、更に詳しくは、電磁リニア式膨張弁に関する。

空調装置等に用いられる冷媒サイクルに電気式膨張弁として、例えば、特許文献１に示すような電動弁を用いた場合、冷媒流量の制御は弁体の開度をパルスモータ駆動によって行うため、その開閉に迅速性が要求される場合には、採用し難いという不都合が生ずる場合があった。
特開２００４−９３０２２号公報

したがって、本発明の課題は上記従来技術の問題点を解消することにあり、電磁式膨張弁において、電磁弁の操作に応じて流体の流量を迅速に増減できる、即ち、例えば、空調における室内温度の制御を迅速に行い得ると共に、上記電磁弁と冷媒圧に所定以上の高圧が発生した場合の流体逃し弁として逆止弁を１つのブロック本体に組み込んだ電磁式膨張弁を提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１記載の電磁式膨張弁は、ブロック本体に、流体が双方向に流動可能な第１出入口及び第２出入口と、上記第１出入口に連通する第１通路と、上記第２出入口に連通する第２通路と、これら第１通路と第２通路とを連通する連通孔と、該連通孔を開閉する主弁体を含む電磁弁とを備えると共に、上記主弁体は、上記連通孔に設けられた弁シートの弁シート孔に接離する弁頭部と、この弁頭部から延伸し弁棒ホルダによって摺動自在に支持される弁棒部とを有し、上記ブロック本体には、上記弁棒部が上記弁棒ホルダから突出する空間の圧力を上記第２通路内の圧力と等しくすべく上記空間と上記第２通路とを連通するバイパス通路を設けてなる電磁式膨張弁であることを前提とした上で、上記第１通路及び第２通路は、上記ブロック本体の上側及び下側において互いに平行で反対向の盲穴として形成されると共に、上記第２通路に連通し、かつ上記第１通路に対して開口する第１オリフィスが形成されている第１逆止弁と、上記第１通路に連通し、かつ上記第２通路に対して開口する第２オリフィスが形成されている第２逆止弁とが上記ブロック本体内で垂直方向に並設されていることを特徴とするものである。

そして、請求項２記載の電磁式膨張弁は、上記の特徴に加えて上記第１及び第２の逆止弁は、それぞれ流体圧を開方向に受圧する弁体が、受圧面積の小さい小弁体と受圧面積の大きい大弁体とで構成されていることを特徴とするものである。

本発明は以上のように構成されていることから、請求項１に係る第１発明にあっては、主弁体の開閉が正確で円滑に行なわれるとともにその流体の方向が双方向となるため、極めて使い勝手のよい電磁式膨張弁を実現できる。しかも、冷媒をいずれの方向に流しても所定圧力以上となったとき第１逆止弁と第２逆止弁の内、高圧側の逆止弁が開となり、該逆止弁により冷凍サイクル内の冷媒圧力の異常上昇を防止させることができる。
また、請求項２に係る第２発明にあっては、第１発明の奏する作用効果に加えて、逆止弁は、小弁体が「開」となったあと、高圧冷媒の作用は大弁体全体に作用することになって、急激に「開」となり、高圧冷媒を急速に流出させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る電磁式膨張弁の縦断面図、図２は、逆止弁の弁本体の平面図（Ａ）及び同平面図のＢ−Ｂ線断面図である。なお、以下、図面に従って説明するが、上・下・左・右という表現は、図面の記載に伴うものであり、実際の位置関係とは、必ずしも一致するものではない。

（ブロック本体１００）
本実施形態にかかる電磁式膨張弁は、空調機等の冷凍サイクルに用いられるものであって、略直方体の、例えばアルミニウム合金等の金属製のブロック本体１００と、同ブロック本体１００内の主弁体３６を開閉する電磁弁６０とからなる。ブロック本体１００には、図１に示すように、その右側面１０１に冷媒通路が連結される第１の出入口１０が形成され、第１の出入口１０に連続して上記右側面１０１に向かい合うブロック本体１００の左側面１０２に向かって盲穴としての第１通路１１が形成されている。そして、この第１通路１１の中途部には、第２通路２１（後述）に連通し、かつ第１通路１１に対して開口する第１オリフィス１２が形成される。

また、ブロック本体１００の左側面１０２には、冷媒通路が連結される第２の出入口２０が形成され、該第２の出入口２０に連続して盲穴としての第２通路２１が右側面に向けて水平に形成されている。そして、その中途部にはブロック本体１００の上方に向けて垂直方向のバイパス通路２２が形成されると共に、このバイパス通路２２と並行して垂直方向の流体連通孔３０が形成され、該流体連通孔３０の上端部は、第１通路１１に連通しており、水平方向の互いに平行な上側の第１通路１１及び下側の第２通路２１と、垂直方向の流体連通孔３０とにより流体通路を形成している。

また、流体連通孔３０の上端縁部には、弁シート３１が設けられ、該弁シート３１には弁シート孔３２が形成されている。弁シート孔３２は流体連通孔３０に連通している。前記第２通路２１には、更に第２オリフィス２３が形成されると共に、第２通路２１の右端部は第１逆止弁４０の第１の孔４１（後述）に連通している。
更に、ブロック本体１００の上部には、一定深さの電磁弁取付孔３５が形成され、その中央底部には弁棒孔３３が形成され、該弁棒孔３３は第１通路１１と連通している。上記弁棒孔３３には弁棒ホルダ３４が装着・結合される。

（電磁弁６０）
次に、電磁弁取付孔３５に装着される電磁弁６０について説明する。
電磁弁６０を構成するソレノイド部６３は、ソレノイドハウジング６２内に収納され、該ソレノイドハウジング６２の下部にはねじ部が形成されて、電磁弁取付孔３５にシール材、例えばガスケット（図示せず）を介して螺合・固定される。前記ソレノイドハウジング６２の下部には円筒状のスリーブ６１が設けられると共に、その上部には吸引子６７が一体的に固定される。
前記吸引子６７は全体として筒状に形成され、スリーブ６１と同一外径で、その下部には押棒６９が上下動可能に挿通されている。また、押棒６９の上端部に設けられた押棒側バネ受け６９ａと吸引子６７の上端部に上下調節自在に螺合された調整ねじ７０に配置されている調整側バネ受け７１との間にバネ７２が介装されている。該バネ７２は、押棒６９、プランジャ６８及び弁棒部３７を介して主弁体３６下部の弁頭部３８を下方（閉方向）に付勢している。

即ち、押棒６９の下端部には、プランジャ６８がスリーブ６１に案内されて上下動可能に設けられ、さらに、プランジャ６８の中心部に形成された弁棒孔６８ｂに弁棒部３７が固定されている。また、プランジャ６８の一側部には均圧孔６８ａが穿設されている。更に、弁棒部３７の下端部には主弁体３６が形成され、弁シート３１に対して離接自在となっている。また、この弁棒部３７の中間部は弁棒ホルダ３４に摺動可能に支持されている。

なお、上記吸引子６７の下部は、全周にわたって円錐台形状で凹状に後退させて形成されるとともに、相対するプランジャ６８の上端部側は円錐台形状で凸状に形成されている。この構成により、電磁弁６０に対する電流量の大小により、プランジャ６８に連動する主弁体３６の上下動を略リニア状態に調整が可能である。
また、調整ねじ７０は、ソレノイドハウジング６２上部のプレート７６の上方に装着されたコネクト一体型のコイルアセンブリ７５のドライバ部７５ａより調整される。また、吸引子６７と調整ねじ７０との係合部は防水リング７４により水密状に連結される。また、コイルアセンブリ７５は、防水用のＯ−リング７３を介してソレノイドハウジング６２に装着される。なお、コイル６４はボビン６５に巻装されている。

（第１逆止弁４０）
次に、上記第１の通路１１に形成される第１オリフィス１２を用いて形成される第１逆止弁４０について説明する。第１逆止弁４０は、ブロック本体１００に形成された第１の孔４１内に設けられ、内径の相違する２つの部分から成っている。前記第１オリフィス１２の下部肩部を弁座として、第１弁体４２が第１バネ４３により所定バネ圧で閉方向に弾圧されている。即ち、第１バネ４３の下部には第１バネ押え４５が配置され、該第１バネ押え４５に形成された第１ネジ受部４６と第１弁体４２の間に第１バネ４３が配置されている。また、第１の孔４１の下部には密栓４４がシール材、例えばガスケット（図示せず）を介して螺合されている。

第１弁体４２は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、小径部からなる第１小弁体４２ａと大径部からなる第１大弁体４２ｂとから形成され、第１小弁体４２ａが第１オリフィス１２の下部肩部（弁座）に押圧され、また、第１大弁体４２ｂの外周部が第１の孔４１の小径部に当接している。
第１逆止弁４０は、上記構成により、第１オリフィス１２に対する冷媒圧が所定値以下の時には第１バネ４３により「閉」となっているが、冷媒圧が所定値以上になると第１オリフィス１２に作用する冷媒圧により「開」となる。
第１小弁体４２ａが「開」となったあと、高圧冷媒の作用は第１大弁体４２ｂ全体に作用することになって、急激に第１逆止弁４０は「開」となり、第１通路１１の高圧冷媒は、急速に第２通路２１に流れ込み、第２の出入口２０から流出することになる。このように、第１逆止弁４０は第１の出入口１０から高圧冷媒が流れ込んで第２の出入口２０から低圧冷媒となって流出するときのバイパス作用をするものである。

（第２逆止弁５０）
第２逆止弁５０は、第２の通路２１に形成される前記第２オリフィス２３を用いて形成されるもので、その構成は第１逆止弁４０と同一である。ただし、第２バネ５３を支持する第２バネ押え５５は電磁弁取付孔３５の底部に装着されるもので密栓は不要である。そして、第２逆止弁５０は、第１の孔４１と同一形状で形成される第２の孔５１、第１弁体４２と同一形状に形成される第２弁体５２、第１小弁体４２ａと同一形状に形成される第２小弁体５２ａ、第１大弁体４２ｂと同一形状に形成される第２大弁体５２ｂ、第１バネ４３と同一形状に形成される第２バネ５３、及び、第１ネジ受部４６と同一形状に形成される第２ネジ受部５６と、からなる。

この第２逆止弁５０は、第２の出入口２０側に高圧冷媒が作用し、第１の出入口１０側に流れるときに異常な高圧冷媒のバイパス通路として形成されるもので、作用的には第１逆止弁４０と同じである。

（冷媒圧影響手段）
また、冷媒が第１の出入口１０から第２の出入口２０へ、或いは、第２の出入口２０から第１の出入口１０へ、どちらの方向に流れるにしても、第２通路２１に連通するバイパス通路２２内の冷媒は、弁棒ホルダ３４とプランジャ６８の隙間、均圧孔６８ａ、押棒６９とプランジャ６８の隙間等を通って弁棒孔６８ｂに至り、弁棒部３７の上端部に第２通路２１内の冷媒圧と略同一の圧力を作用することになる。
即ち、弁シート孔３２の断面積と弁棒孔６８ｂの断面積とが同一に形成され、主弁体３６にはその下部からと上部からの冷媒圧は同一となるように構成されている。したがって、主弁体３６に作用する荷重を略零とすることができる。
その結果、電磁弁６０に電流を流した時、吸引子６７は電流量に応じて磁化し、プランジャ６８は磁気吸引されて、磁気量に応じて上動するが冷媒圧の作用が影響しないことから、正確に上下動することになる。

（使用態様）
次にかかる構成による実施形態の動作について説明する。本実施の形態の電磁式膨張弁は、図３に示すように、空調機の冷凍サイクルに用いており、公知の冷凍サイクル同様に室外熱交換器３と室内熱交換器５との間の管路６に配置されるもので、冷房サイクル又は暖房サイクルの冷媒のいずれの流れ方向においても機能するものである。
冷房サイクルにおいては、管路６を流れる冷媒は圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３，膨張弁４、室内熱交換器５、四方弁２、圧縮機１と循環する。この流れにおいては、冷媒は、膨張弁４の第１の出入口１０から流入し、第２の出入口２０から流出する。

圧縮機１がオン（起動状態）となり、室外熱交換器３から第１の出入口１０に流入した高圧冷媒は、電磁弁６０への通電により弁シート孔３２を介して減圧されて流体連通孔３０を経て第２の出入口２０から流出し、室内熱交換器５に送出される。この際、電磁弁６０の主弁体３６の上部と下部（弁頭部３８）には同一の冷媒圧が作用しているので、電磁弁６０への通電量によって弁シート孔３２と主弁体３６との間の弁開度を正確に、しかも迅速に設定できることとなり、第２の出入口２０に流出する冷媒量を正確に制御できる。

しかも、第１の出入口１０に流入する高圧冷媒が所定の圧力以上であると、第１逆止弁４０が迅速に開状態となり、第２通路２１を経て第２の出入口２０より流出するので、冷媒をバイパスさせることができ、冷凍サイクル内の冷媒圧力の異常上昇を防止することができるのである。
また、暖房サイクルにおいては、管路６を流れる冷媒は、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器５（暖房作用）、膨張弁４、室外熱交換器３，四方弁２、圧縮機１と循環する。この暖房サイクルにおいては、冷媒は膨張弁４の第２の出入口２０から流入し、第１の出入口１０から流出し、冷房サイクルと同様の動作を行なう。

即ち、圧縮機１がオン（起動状態）となり、室内熱交換器５より第２の出入口２０に流入した高圧冷媒は、電磁弁６０への通電により弁シート孔３２を介して減圧されて流体連通孔３０を経て第１の出入口１０から流出し、室外熱交換器３に送出される。この際、電磁弁６０の主弁体３６の上部と下部には同一の冷媒圧が作用しているので、電磁弁６０への通電量によって弁シート孔３２と主弁体３６との間の弁開度を正確にしかも迅速に設定できることとなり、第１の出入口１０に流出する冷媒量を正確に制御できる。
しかも、第２の出入口２０に流入する高圧冷媒が所定の圧力以上であると、第２逆止弁５０が迅速に開状態となり、第１通路１１を経て第１の出入口１０より流出するので、冷媒をバイパスさせることができ、冷房サイクルと同じく冷凍サイクル内の冷媒圧力の異常上昇を防止することができる。

以上のように、弁シート３１の流路の径（弁開方向受圧面積）と主弁体３６の上部（弁棒部３７を支持する弁棒孔６８ｂの内径（弁閉方向受圧面積））を同じにすることで、主弁体３６の下部にかかる冷媒圧と、主弁体３６の上部にかかる流体圧とを等値にしたために、主弁体３６に作用する荷重を略ゼロとすることができるので、ソレノイド部への電流制御量に順応して応答する電磁式膨張弁を実現できる。その結果、冷媒流量を迅速に増減できる（即ち、空調（室内温度の制御）を迅速に行い得る）。また、設定圧力以上の冷媒圧に対しては、冷媒をパイパスさせて、冷凍サイクル内の冷媒圧力の異常上昇を防止させることができる。

本発明に係る電磁式膨張弁の縦断面図。同電磁式膨張弁に用いる逆止弁の弁本体の平面図（Ａ）及び図２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図（Ｂ）。本実施形態を適用する空調機の冷凍サイクル説明図。

符号の説明

１・・圧縮機、２・・四方弁、３・・室外熱交換器、４・・膨張弁、
５・・室内熱交換器、６・・管路、１０・・第１の出入口、１１・・第１通路、
１２・・第１オリフィス、２０・・第２の出入口、２１・・第２通路、
２２・・バイパス通路、２３・・第２オリフィス、３０・・流体連通孔、
３１・・弁シート、３２・・弁シート孔、３３・・弁棒孔、３４・・弁棒ホルダ、
３５・・電磁弁取付孔、３６・・主弁体、３７・・弁棒部、３８・・弁頭部、

４０・・第１逆止弁、４１・・第１の孔、４２・・第１弁体、
４２ａ・・第１小弁体、４２ｂ・・第１大弁体、４３・・第１バネ、
４４・・密栓、４５・・第１バネ押え、４６・・第１ネジ受部、
５０・・第２逆止弁、５１・・第２の孔、５２・・第２弁体、
５２ａ・・第２小弁体、５２ｂ・・第２大弁体、５３・・第２バネ、
５５・・第２バネ押え、５６・・第２ネジ受部、６０・・電磁弁、

６１・・スリーブ、６２・・ソレノイドハウジング、６３・・ソレノイド部、
６４・・コイル、６５・・ボビン、６７・・吸引子、６８・・プランジャ、
６８ａ・・均圧孔、６８ｂ・・弁棒孔、６９・・押棒、
６９ａ・・押棒側バネ受け、７０・・調整ねじ、７１・・調整側バネ受け、
７２・・バネ、７３・・Ｏ−リング、７４・・防水リング、
７５・・コイルアセンブリ、７５ａ・・ドライバ部、７６・・プレート、
１００・・ブロック本体、１０１・・（ブロック本体の）右側面、
１０２・・（ブロック本体の）左側面

Claims

ブロック本体に、流体が双方向に流動可能な第１出入口及び第２出入口と、上記第１出入口に連通する第１通路と、上記第２出入口に連通する第２通路と、これら第１通路と第２通路とを連通する連通孔と、該連通孔を開閉する主弁体を含む電磁弁とを備えると共に、上記主弁体は、上記連通孔に設けられた弁シートの弁シート孔に接離する弁頭部と、この弁頭部から延伸し弁棒ホルダによって摺動自在に支持される弁棒部とを有し、上記ブロック本体には、上記弁棒部が上記弁棒ホルダから突出する空間の圧力を上記第２通路内の圧力と等しくすべく上記空間と上記第２通路とを連通するバイパス通路を設けてなる電磁式膨張弁において、
上記第１通路及び第２通路は、上記ブロック本体の上側及び下側において互いに平行で反対向の盲穴として形成されると共に、上記第２通路に連通し、かつ上記第１通路に対して開口する第１オリフィスが形成されている第１逆止弁と、上記第１通路に連通し、かつ上記第２通路に対して開口する第２オリフィスが形成されている第２逆止弁とが上記ブロック本体内で垂直方向に並設されていることを特徴とする電磁式膨張弁。
上記第１及び第２の逆止弁は、それぞれ流体圧を開方向に受圧する弁体が、受圧面積の小さい小弁体と受圧面積の大きい大弁体とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁式膨張弁。