JP4364114B2

JP4364114B2 - 圧力制御弁

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Publication number: JP4364114B2
Application number: JP2004348850A
Authority: JP
Inventors: 貞武伊勢; 秀柳澤; 伸治梯; 宏巳太田
Original assignee: Fujikoki Corp; Denso Corp
Current assignee: Fujikoki Corp; Denso Corp
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-12-01
Also published as: CN1782626A; JP2006153409A

Description

本発明は、冷媒としてＣＯ_２が用いられる蒸気圧縮式冷凍サイクル（ＣＯ_２サイクル）に組み込まれ、ガスクーラ（放熱器）出口側の冷媒圧力をその冷媒温度に応じて調圧する圧力制御弁に係り、特に、蒸発器出口側の冷媒とガスクーラ出口側の冷媒との熱交換を行う内部熱交換器を備えたカーエアコン等に採用される蒸気圧縮式冷凍サイクルに好適な圧力制御弁に関する。

この種の圧力制御弁が組み込まれた蒸気圧縮式冷凍サイクルの一例を図１１に示す。図示の冷凍サイクル１００では、冷媒としてのＣＯ_２を循環させるための圧縮機１０１と、この圧縮機１０１により圧縮された冷媒を冷却するガスクーラ（放熱器）１０２と、このガスクーラ１０２からの冷媒が導入される蒸発器１０４と、該蒸発器１０４の出口側の冷媒とガスクーラ１０２の出口側の冷媒との熱交換を行う内部熱交換器１０３と、蒸発器１０４からの冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を熱交換器１０３を介して圧縮機１０１の吸入側に導くとともに、余剰冷媒を蓄えるアキュームレータ（気液分離器）１０５と、に加えて、ガスクーラ１０２から内部熱交換器１０３を介して導入される冷媒をガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に応じて調圧して蒸発器１０４に導出する圧力制御弁１１０を備える。

前記圧力制御弁１１０は、冷凍サイクル１００を効率良く運転するために設けられるもの、言い換えれば、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるようにガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力を調圧する（例えば、出口側の冷媒温度が４０°Ｃであるとき、出口側の冷媒圧力を例えば１０ＭＰａとすれば成績係数が最大となる場合には、その出口側の冷媒圧力が１０ＭＰａとなるように制御する）ために設けられるもので、例えば下記特許文献１等に所載のように、ガスクーラ１０２からの冷媒を内部熱交換器１０３を介して導入するための調圧用流入口１１１及びその冷媒をガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に応じて調圧して蒸発器１０４に導出するための調圧用流出口１１２と、ガスクーラ１０２からの冷媒を導入するための感温用流入口１１３及びそれを内部熱交換器１０３に導出するための感温用流出口１１４と、それら感温用流入口１１３と流出口１１４との間に設けられた感温用導入室（以下の各部は図示せず）と、この感温用導入室に導入された冷媒の温度を感知する感温室を有し、該感温室の内圧の変化に応動して弁体を開閉方向に駆動する感温圧力応動エレメントと、このエレメントを内蔵する弁本体（図示制御弁全体）と、この弁本体内に配在されて弁開度を小さくする方向（閉弁方向）に弁体を付勢するばね部材と、を備え、弁開度（弁体のリフト量）は、前記感温室内外の差圧による開弁力と前記ばね部材による閉弁力との平衡関係により決まるようになっている。

特開２００１−８１１５７号公報

前記した如くの圧力制御弁においても、近年ますますコストダウンの要求が厳しくなって来ており、構成の簡素化、部品点数の削減、加工組立コストの低減等が強く要望されている。

本発明は、かかる要望に応えるべくなされたもので、その目的とするところはガスクーラの出口側の冷媒圧力をその出口側の冷媒温度に応じて適正に調圧することができるとともに、構成の簡素化、部品点数の削減、加工組立コストの低減等を効果的に図ることができるようにされた圧力制御弁を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る圧力制御弁の第１態様は、基本的には、冷媒としてのＣＯ_２を循環させるための圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、該ガスクーラからの冷媒が導入される蒸発器と、該蒸発器の出口側の冷媒と前記ガスクーラの出口側の冷媒との熱交換を行う内部熱交換器と、を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルに組み込まれ、前記ガスクーラから前記内部熱交換器を介して導入される冷媒を前記ガスクーラの出口側の冷媒温度に応じて調圧して前記蒸発器に導出するようにされる。

そして、前記ガスクーラの出口側の冷媒温度を感知する感温筒と、該感温筒にキャピラリチューブを介して連通せしめられた感温室を有し、該感温室の内圧の変化に応動して弁体を開閉方向に駆動する感温圧力応動エレメントと、該エレメントが一体的に取り付けられる弁本体と、を備え、前記感温筒及び感温室には、前記ガスクーラの出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるように前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を調圧すべく、ＣＯ_２が所定の密度で封入されるとともに、不活性ガスが嵩上げ封入されており、前記感温圧力応動エレメントは、ダイアフラムと、該ダイアフラムと協同して前記感温室を画成する断面逆凹形状の蓋部材と、該蓋部材と協同して前記ダイアフラムの外周部分を挟持して密封するとともに、前記弁体がその内周に摺動自在に嵌挿される鍔状部付き円筒状の蓋受け部材と、を備え、前記蓋受け部材の円筒部分外周に、前記弁本体への取り付けに供される雄ねじ部が設けられており、前記弁本体は、前記内部蒸発器から冷媒が導入される調圧用流入口と、前記蒸発器へ冷媒を導出する調圧用流出口とを有しており、前記調圧用流入口、及び調圧用流出口は、前記感温室の内圧の変化に応動する弁体の応動方向と直交する方向に形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る圧力制御弁の第２態様は、基本的には、冷媒としてのＣＯ_２を循環させるための圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、該ガスクーラからの冷媒が導入される蒸発器と、該蒸発器の出口側の冷媒と前記ガスクーラの出口側の冷媒との熱交換を行う内部熱交換器と、を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける前記ガスクーラもしくはその出口付近に配備され、前記ガスクーラから前記内部熱交換器を介して導入される冷媒を前記ガスクーラの出口側の冷媒温度に応じて調圧して前記蒸発器に導出するようにされる。

そして、前記ガスクーラの出口側の冷媒温度を感知する感温室を有し、該感温室の内圧の変化に応動して弁体を開閉方向に駆動する感温圧力応動エレメントと、該エレメントが一体的に取り付けられる弁本体と、を備え、前記感温室には、前記ガスクーラの出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるように前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を調圧すべく、ＣＯ_２が所定の密度で封入されるとともに、不活性ガスが嵩上げ封入されており、前記感温圧力応動エレメントは、ダイアフラムと、該ダイアフラムと協同して前記感温室を画成する断面逆凹形状の蓋部材と、該蓋部材と協同して前記ダイアフラムの外周部分を挟持して密封するとともに、前記弁体がその内周に摺動自在に嵌挿される鍔状部付き円筒状の蓋受け部材と、を備え、前記蓋受け部材の円筒部分外周に、前記弁本体への取り付けに供される雄ねじ部が設けられており、前記弁本体は、前記内部蒸発器から冷媒が導入される調圧用流入口と、前記蒸発器へ冷媒を導出する調圧用流出口とを有しており、前記調圧用流入口、及び調圧用流出口は、前記感温室の内圧の変化に応動する弁体の応動方向と直交する方向に形成されていることを特徴としている。

前記弁本体は、好ましくは、断面矩形の押し出し棒材から切り出された概略直方体状物に、前記調圧用流入口、及び調圧用流出口、前記感温圧力応動エレメントの取り付け部、前記弁体が接離する弁シート部等が形成されたものとされる。

好ましい態様では、前記弁本体は、配管継手もしくは内部熱交換器への取り付けに供される、雄ねじ部、フランジ部、及びボルト類用の雌ねじ部もしくは挿通穴のうちの少なくとも一つが設けられる。

前記感温圧力応動エレメントは、好ましくは、ダイアフラムと、該ダイアフラムと協同して前記感温室を画成する断面逆凹形状の蓋部材と、該蓋部材と協同して前記ダイアフラムの外周部分を挟持して密封するとともに、前記弁体が摺動自在に嵌挿される鍔状部付き円筒状の蓋受け部材と、を備え、前記蓋受け部材の円筒部分外周に、前記弁本体への取り付けに供される雄ねじ部が設けられる。

他の好ましい態様では、前記弁本体内に、前記弁体の振れを抑えるための防振ばねが配備される。この場合、前記防振ばねは、好ましくは、弾性板材からなり、前記蓋受け部材により前記弁本体に押し付けられる断面へ字状で全体が円環状の底辺部と、該底辺部の内周から立ち上がって前記弁体の外周面に弾発的に圧接する複数の舌状撓曲片部と、で構成される。

また、他の好ましい態様では、前記弁体と前記ダイアフラムとが同軸的に配置され、前記弁体の一端部と前記ダイアフラムとがプロジェクション溶接により接合される。

さらに別の好ましい態様では、前記ダイアフラムは有底短円筒状とされ、このダイアフラムの外周端縁部及び円筒部分を前記蓋部材と前記蓋受け部材とで挟持して密封するとともに、それらの合わせ部の下端部分が全周溶接により接合される。

また、前記蓋受け部材は、好ましくは、雄ねじ部が設けられた円筒部分と鍔状部分とからなる分割構成とされ、前記鍔状部分は、板材をプレス加工することにより作製される。

前記第２態様の圧力制御弁では、好ましくは、前記感温室外周に、感温用フィンが設けられるか、又は、感温用フィン付き筒状体ないし蓋状体が被着される。

また、別の好ましい態様では、前記弁体は、軸部と大径部とに分割され、前記弁本体の弁シートには、複数のブリードノッチが形成されている。

本発明に係る圧力制御弁は、従来のもののように、ガスクーラの出口側の冷媒の温度を感知するためにその冷媒を弁本体内に導入することはせず、別途に設けた感温筒により、あるいは、圧力制御弁自体をガスクーラ（もしくはその出口近傍）に配置することにより、ガスクーラの出口側の冷媒の温度を感知するようにされ、また、感温圧力応動エレメントを弁本体に内蔵させずに外から弁本体にねじ込む等の手法で取り付けるようにされるとともに、感温筒、感温室には、前記ガスクーラの出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるようにガスクーラの出口側の冷媒圧力を調圧すべく、ＣＯ_２が所定の密度で封入されるとともに、不活性ガスが嵩上げ封入されて、ばね部材等を用いずに感温圧力応動エレメントのみで弁開度を調整するようにされるので、感温用流入口及び流出口やばね部材等を設けなくて済み、その結果、ガスクーラの出口側の冷媒圧力をその出口側の冷媒温度に応じて適正に調圧することができるとともに、構成の簡素化、部品点数の削減、加工組立コストの低減等を効果的に図ることができる。

以下、本発明の圧力制御弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る圧力制御弁の第１実施形態を示す縦断面図である。図示第１実施形態の圧力制御弁１Ａは、図２に示される如くに、前述した図１１に示されるものと基本的には略同様な蒸気圧縮式冷凍サイクル１００Ａに組み込まれ、ガスクーラ１０２から内部熱交換器１０３を介して導入される冷媒をガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に応じて調圧して蒸発器１０４に導出するようにされる。なお、図２に示される冷凍サイクル１００Ａにおいて、図１１に示される冷凍サイクル１００の各部と同一構成もしくは同一機能部分には同一の符号を付してそれらの重複説明を省略する。

前記圧力制御弁１Ａは、冷凍サイクル１００Ａを効率良く運転するために設けられるもの、言い換えれば、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるようにガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力を調圧するために設けられるもので、弁本体１０Ａと、弁棒１５Ａ及びその下端部に設けられた円錐面状の弁体部１５Ｂからなる弁体１５と、感温圧力応動エレメント２０と、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度を感知する、熱伝導性の良い金属材料で作製された、両端が円錐状に絞られた円筒形の感温筒３０と、を備える。

前記弁本体１０Ａには、ガスクーラ１０２からの冷媒を内部熱交換器１０３を介して導入するための入口通路部１１ａを含む側方に開口した調圧用流入口（継手部）１１、及び、その冷媒をガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に応じて調圧して蒸発器１０４に導出するための出口通路部１２ａを含む前記流入口１１とは反対側に開口した調圧用流出口（継手部）１２と、前記出口通路部１２ａの上端部に設けられ、前記弁体１５（の弁体部１５Ｂ）が接離する円錐面状の弁シート部１３と、この弁シート１３上に画成された弁室１４と、前記感温圧力応動エレメント２０を弁本体１０Ａに取り付けるための雌ねじ部１０ｂと、が設けられている。なお、弁シート部１３には、小さなブリードノッチ（図示省略）が形成されており、本制御弁の弁開度は、弁体１５（の弁体部１５Ｂ）の弁シート部１３からのリフト量に相当する。弁シート部１３をノッチ成形することにより、出口通路部１２ａの加工が容易となると共に、制御弁使用時セルフクリーニング効果がある。

前記感温圧力応動エレメント２０は、有底短円筒状のダイアフラム２１と、このダイアフラム２１と協同して感温室（ダイアフラム室）２５を画成する断面逆凹形状の蓋部材２２と、この蓋部材２２と協同してダイアフラム２１の外周部分（外周端縁部と円筒部分）を挟持して密封するとともに、弁体１５がその内周に摺動自在に嵌挿される鍔状部２３ａ付き円筒状の蓋受け部材２３と、を備え、前記蓋部材２２、蓋受け部材２３（の鍔状部２３ａ）、及びダイアフラム２１における合わせ部（挟持部）の下端部分は全周溶接により接合（溶接部Ｋａ）されている。また、蓋受け部材２３の下部には弁室１４を画成する薄肉小径部２３ｃが設けられ、この薄肉小径部２３ｃには、入口通路部１１ａとなる挿通穴２３ｅが形成されている。

前記弁体１５の弁棒１５Ａの上端部には、蓋受け部材２３の上部中央に設けられた凹部２３ｄに浮いた状態で昇降自在に嵌挿される大径部１５ａが設けられ、この大径部１５ａ上面中央には、図３に示される如くに、断面台形の環状突起１６が形成されるとともに、その内外周に環状溝１６ａ、１６ｂが形成されている。そして、前記環状突起１６にダイアフラム２１が弁体１５と同軸的（共通軸線Ｏｘ）にプロジェクション溶接により接合（溶接部Ｋｂ）されている。

また、前記蓋受け部材２３の円筒部分外周には、前記弁本体１０Ａへの取り付けに供される、前記雌ねじ部１０ｂに螺合する雄ねじ部２３ｂが設けられており、前記のようにして一体に結合された感温圧力応動エレメント２０（ダイアフラム２１、蓋部材２２、蓋受け部材２３）及び弁体１５からなるユニットは、後述する防振ばね１８を弁棒１５Ａの下端部付近に装着した状態で、前記雄ねじ部２３ｂを前記弁本体１０Ａの雌ねじ部１０ｂに螺合させて全体を回転させることによりねじ込んで、弁本体１０Ａに取り付ける。なお、蓋受け部材２３の下面と弁本体１０Ａの上面との間にはガスケット２６が介装されている。

一方、弁本体１０Ａの弁室１４底部には、弁体１５の振れを抑えるための防振ばね１８が配備されている。この防振ばね１８は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示される如くに、弾性板材からなり、蓋受け部材２３が弁本体１０Ａにねじ込まれて取り付けられる際にその薄肉小径部２３ｃにより弁本体１０Ａに押し付けられて扁平状にされる断面へ字状で全体が円環状（複数、この実施例では８個の外周歯１８ａが等角度間隔で形成されている）底辺部１８Ａと、該底辺部１８Ａの内周から立ち上がって弁体１５の弁棒１５Ａ下端部付近の外周面に弾発的に圧接する、複数（ここでは４つ）の等角度間隔（前後左右対称）で形成された舌状撓曲片部１８Ｂと、で構成されている。なお、舌状撓曲片部１８Ｂの先端部は、弁棒１５Ａへの装着の便宜を図るべく外周側に折り曲げられている。また、図４（Ａ）、（Ｂ）に示される防振ばね１８は、底辺部１８Ａの内周側と外周側とが最初から弁本体１０Ａに当接するようにされているが、それに代えて、図４（Ｃ）に示される如くに、最初は底辺部１８Ａの外周側のみが当接し、内周側は浮かせられる形状の防振ばね１８’でもよい。

そして、本実施形態では、前記感温筒３０が、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度を感知すべく、図２に示される如くに、ガスクーラ１０２と内部熱交換器１０３とを結ぶ流路１２２を形成する導管の始端部（前記ガスクーラ１０２の出口１０２ｂ付近）に接触せしめられて適宜の締結具により取付固定され、この感温筒３０にキャピラリチューブ３２を介して前記感温室２５が連通せしめられている。キャピラリチューブ３２の一端部及び他端部はそれぞれ感温筒３０及び感温室２５に気密的に固着されている。前記感温筒３０及び感温室２５には、感温筒３０の他端部に固着された短いキャピラリチューブ３４から、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるようにガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力を調圧（例えば、出口側の冷媒温度が４０°Ｃであるとき、出口側の冷媒圧力を例えば１０ＭＰａとすれば成績係数が最大となる場合には、その出口側の冷媒圧力が１０ＭＰａとなるように制御）すべく、ＣＯ_２が所定の密度で封入されるとともに、窒素ガス等の不活性ガスが嵩上げ封入され、この状態で前記キャピラリチューブ３４の末端が封止されている。

かかる構成のもとでは、感温筒３０により、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度（の変化）が感知され、この感知された温度（変化）がキャピラリチューブ３２を介して感温室２５に伝えられ、感温室２５の内圧（の変化）がガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度（の変化）に応じたものとなり、この感温室の内圧（の変化）にダイアフラム２１が応動して弁体１５を開閉方向に駆動し、これによって、弁開度が調整され、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるようにガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力が調圧される。

このように、本実施形態の圧力制御弁１Ａでは、従来のもののように、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒の温度を感知するためにその冷媒を弁本体１０Ａ内に導入することはせず、別途に設けた感温筒３０により、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒の温度を感知するようにされ、また、感温圧力応動エレメント２０を弁本体１０Ａに内蔵させずに外から弁本体１０Ａにねじ込む等の手法で取り付けるようにされるとともに、感温筒３０、感温室２５には、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるようにガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力を調圧すべく、ＣＯ_２が所定の密度で封入されるとともに、不活性ガスが嵩上げ封入されて、ばね部材等を用いずに感温圧力応動エレメント２０のみで弁開度を調整するようにされるので、感温用流入口及び流出口やばね部材等を設けなくて済み、その結果、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力をその出口側の冷媒温度に応じて適正に調圧することができるとともに、構成の簡素化、部品点数の削減、加工組立コストの低減等を効果的に図ることができる。

図５は、本発明に係る圧力制御弁の第２実施形態の縦断面図である。図示第２実施形態の圧力制御弁１Ｂは、基本的には第１実施形態の圧力制御弁１Ａと同じ構成であるが（第１実施形態の圧力制御弁１Ａの各部に対応する部分もしくは同一機能部分には同一の符号を付してそれらの重複説明を省略する）、本実施形態の圧力制御弁１Ｂでは、熱交換機１０３の弁装着部１３０内に弁本体１０Ｂを配置し、当該制御弁１Ｂを例えば内部熱交換器１０３あるいはガスクーラ１０２等に簡単に取り付けることができるとともに、弁本体１０Ｂには流路を形成する導管類を連結する必要がないようにされている。

すなわち、弁本体１０Ｂは有底段付き円筒形状に形成され、その外周には、例えば内部熱交換器１０３に予め設けられている弁装着部１３０の雌ねじ部１３５に螺合せしめられる雄ねじ部１９が形成され、弁本体１０Ｂの下部外周に斜め下方に向けて左右一対の調圧用流入口１１、１１が設けられるとともに、弁本体１０Ｂの底部中央に調圧用流出口１２が設けられている。また、弁本体１０Ｂの上部には、弁装着部１３０との間を封止するためのＯリング４１が装着され、弁本体１０Ｂの底部下面外周側には、調圧用流入口１１、１１と調圧用流出口１２との間で冷媒が流通しないようにするための断面三角形ないし台形の円環状突起４２が突設されている。

かかる構成の圧力制御弁１Ｂは、前記雄ねじ部１９を前記弁装着部１３０の雌ねじ部１３５に螺合させて全体を回転させることによりねじ込む。これにより、当該圧力制御弁１Ｂが弁装着部１３０に取り付けられる。この際、弁本体１０Ｂの底部下面に設けられた円環状突起４２が弁装着部１３０の底面に押し付けられ、これにより、調圧用流入口１１、１１と調圧用流出口１２との間が遮断される。

この場合、ガスクーラ１０２からの冷媒は、内部熱交換器１０３を介して弁装着部１３０の下部に設けられた導入通路部１３６から弁本体１０Ｂの下部外周（前記環状突起４２より外周側）と弁装着部１３０の内周面との間に形成される隙間を介して調圧用流入口１１、１１に流入するとともに、弁室１４に導入され、弁室１４から弁開度に応じて調圧用流出口１２に流出して減圧され、弁装着部１３０の下部に設けられた導出通路部１３７を介して蒸発器１０４に送出される。

図６は、本発明に係る圧力制御弁の第３実施形態の縦断面図である。図示第３実施形態の圧力制御弁１Ｃは、基本的には第１実施形態の圧力制御弁１Ａと同じ構成である（第１実施形態の圧力制御弁１Ａの各部に対応する部分もしくは同一機能部分には同一の符号を付してそれらの重複説明を省略する）。

図１に示す第１実施形態は、内部熱交換器１０３からの配管と蒸発器１０４へ導く配管を水平方向とする弁本体１０Ａとした例であるが、図６に示す第３実施形態では、内部熱交換器１０３からの配管に対し蒸発器１０４へ導く配管を垂直方向とする弁本体１０ｃとしてある。このため、第１実施形態の弁本体１０Ａと第３実施形態の弁本体１０Ｃとを交換して組み立てることにより、前記水平配管もしくは前記垂直配管のいずれの配管にも対応できる圧力制御弁を提供することが可能である。本実施形態の圧力制御弁１Ｃでは、蓋受け部材２３が、雄ねじ部２３ｂが形成された段付き円筒部２３Ａと、板材からなる断面逆凹形状の環状鍔状部２３Ｂとに分割構成され、また、弁棒１５Ａが軸部１５Ａ’と断面Ｔ字状の大径部１５ａとに分割構成されている。分割すると、大径部１５ａのみＳＵＳ３０４部材とし、軸部１５Ａ’は快速材のＳＵＳ３０３を使用でき、加工上のコストメリットがある。

前記蓋受け部材２３の、雄ねじ部２３ｂが形成された段付き円筒部２３Ａは、プレス加工では製作が難しいので切削加工で製作され、環状鍔状部２３Ｂは、製作コストが比較的安くて済むプレス加工により製作されている。この場合、環状鍔状部２３Ｂの段付き内周部に段付き円筒部２３Ａの上部大径部２３ｇを圧入した後、プロジェクション溶接でダイアフラム２１と一体になった弁棒１５Ａ（弁軸と大径部を圧入で一体としたもの）、蓋部材２２の順に組付け、蓋受け部材２３、ダイアフラム２１、蓋部材２２を三位一体で全周部分Ｋａを溶接により接合して一体化する。感温圧力応動エレメント２０の弁本体１０Ｃへの取り付けは、弁本体１０Ｃの上面に突設された環状凸部１０ｆに環状鍔状部２３Ｂを嵌めつつ、前記雄ねじ部２３ｂを前記弁本体１０Ｃの雌ねじ部１０ｂに螺合させ、全体を回転させてねじ込むことにより、弁本体１０Ｃに取り付ける。なお、弁本体１０Ｃの環状凸部１０ｆ上面と環状鍔状部２３Ｂの凹部との間には、ガスケット４６が介装される。このように蓋受け部材２３を二つの部材に分割し、片方を製作コストが比較的安くて済むプレス加工により製作することにより、部品コストを低く抑えることができる。

また、弁棒１５Ａの軸部１５Ａ’の上部には、断面Ｔ字状の大径部１５ａの短軸部が圧入等により一体的固定されている。このように、弁棒１５Ａを軸部１５Ａ’と大径部１５ａとに分割構成することにより、ダイアフラム２１とのプロジェクション溶接による接合に供される環状突起１６の作製等が容易になる。

図７、図８は、本発明に係る圧力制御弁の第４実施形態を示す平面図、右側面図である。図示第４実施形態の圧力制御弁１Ｄは、図１に示される第１実施形態の圧力制御弁１Ａとは、感温筒３０を備えていない点を除けば同じ構成とされる。したがって、内部構成等は第１実施形態を参照されたい。

本実施形態の圧力制御弁１Ｄは、図９に示される如くに、図２に示されるものと基本的には略同様な蒸気圧縮式冷凍サイクル１００Ｂにおけるガスクーラ１０２に配備され、第１実施形態と同様に、ガスクーラ１０２から内部熱交換器１０３を介して導入される冷媒をガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に応じて調圧して蒸発器１０４に導出するようにされる。

より具体的には、当該圧力制御弁１Ｄ（の感温室２５）自体が、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度を直接感知すべく、図９に示される如くに、例えば、ガスクーラ１０２の前面に配管・配設される。

また、感温圧力応動エレメント２０の感温室２５には、感温室２５に固着された短いキャピラリチューブ３９から、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるようにガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力を調圧（例えば、出口側の冷媒温度が４０°Ｃであるとき、出口側の冷媒圧力を例えば１０ＭＰａとすれば成績係数が最大となる場合には、その出口側の冷媒圧力が１０ＭＰａとなるように制御）すべく、ＣＯ_２が所定の密度で封入されるとともに、窒素ガス等の不活性ガスが嵩上げ封入され、この状態で前記キャピラリチューブ３９の末端が封止されている。

かかる構成のもとでは、感温室２５によりガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度が感知され、感温室２５の内圧がガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に応じたものとなり、この感温室２５の内圧の変化にダイアフラム２１が応動して弁体１５を開閉方向に駆動し、これによって、弁開度が調整され、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるようにガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力が調圧される。

このように、本実施形態の圧力制御弁１Ｄでは、従来のもののように、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒の温度を感知するためにその冷媒を弁本体１０Ｄ内に導入することはせず、圧力制御弁１Ｄ自体をガスクーラ１０２の前面に配置することによって、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒の温度を感知するようにされ、また、第１実施形態と同様に、感温圧力応動エレメント２０を弁本体１０Ｄに内蔵させずに外から弁本体１０Ｄにねじ込む等の手法で取り付けるようにされるとともに、感温室２５には、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるようにガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力を調圧すべく、ＣＯ_２が所定の密度で封入されるとともに、不活性ガスが嵩上げ封入されて、ばね部材等を用いずに感温圧力応動エレメント２０のみで弁開度を調整するようにされるので、感温用流入口及び流出口やばね部材等を設けなくて済み、その結果、ガスクーラ１０２の出口側の冷媒圧力をその出口側の冷媒温度に応じて適正に調圧することができるとともに、構成の簡素化、部品点数の削減、加工組立コストの低減等を効果的に図ることができる。

なお、前記第１実施形態、第３実施形態及び第４実施形態の圧力制御弁１Ａ、１Ｃ、１Ｄでは、弁本体１０Ａ、１０Ｃ，１０Ｄは、断面矩形のアルミ押し出し棒材から切り出された概略直方体状物に、冷媒入出口１１、１２、エレメント２０の取り付け部（雌ねじ部１０ｂ）、制御弁１Ａ、１Ｃ、１Ｄの配管部材や内部熱交換器１０３への取り付けに供される雌ねじ部５１、５２、弁シート部１３等が形成される。これにより、より一層の構成の簡素化、部品点数の削減、加工組立コストの低減等を図ることができる。

また、感温室２５の温度感知性を向上させるには、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示される如くに、感温室２５外周に感温用フィン５５、５５を設けるか、又は、感温用フィン５６ａ、５６ａ付き筒状体５６ないし蓋状体を感温室２５外周に被着するとよい。

本発明に係る圧力制御弁の第１実施形態を示す縦断面図。第１実施形態の圧力制御弁が組み込まれた蒸気圧縮式冷凍サイクルの一例を示す図。ダイアフラムと弁体との接合の説明に供される部分拡大図。防振ばねの例を示す拡大図。本発明に係る圧力制御弁の第２実施形態を示す縦断面図。本発明に係る圧力制御弁の第３実施形態を示す縦断面図。本発明に係る圧力制御弁の第４実施形態を示す平面図。本発明に係る圧力制御弁の第４実施形態を示す右側面図。第４実施形態の圧力制御弁が組み込まれた蒸気圧縮式冷凍サイクルの一例を示す図。感温室の温度感知性を向上させる手法の例を示す図。従来の圧力制御弁が組み込まれた蒸気圧縮式冷凍サイクルの一例を示す図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…圧力制御弁
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…弁本体
１１…調圧用流入口
１２…調圧用流出口
１３…弁シート
１８…防振ばね
２０…感温圧力応動エレメント
２１…ダイアフラム
２２…蓋部材
２３…蓋受け部材
２５…感温室
３０…感温筒
３２、３４、３９…キャピラリチューブ
１００Ａ、１００Ｂ…蒸気圧縮式冷凍サイクル
１０２…ガスクーラ
１０３…内部熱交換器
１０４…蒸発器

Claims

冷媒としてのＣＯ_２を循環させるための圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、該ガスクーラからの冷媒が導入される蒸発器と、該蒸発器の出口側の冷媒と前記ガスクーラの出口側の冷媒との熱交換を行う内部熱交換器と、を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルに組み込まれ、前記ガスクーラから前記内部熱交換器を介して導入される冷媒を前記ガスクーラの出口側の冷媒温度に応じて調圧して前記蒸発器に導出する圧力制御弁であって、
前記ガスクーラの出口側の冷媒温度を感知する感温筒と、該感温筒にキャピラリチューブを介して連通せしめられた感温室を有し、該感温室の内圧の変化に応動して弁体を開閉方向に駆動する感温圧力応動エレメントと、該エレメントが一体的に取り付けられる弁本体と、を備え、
前記感温筒及び感温室には、前記ガスクーラの出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるように前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を調圧すべく、ＣＯ_２が所定の密度で封入されるとともに、不活性ガスが嵩上げ封入されており、
前記感温圧力応動エレメントは、ダイアフラムと、該ダイアフラムと協同して前記感温室を画成する断面逆凹形状の蓋部材と、該蓋部材と協同して前記ダイアフラムの外周部分を挟持して密封するとともに、前記弁体がその内周に摺動自在に嵌挿される鍔状部付き円筒状の蓋受け部材と、を備え、前記蓋受け部材の円筒部分外周に、前記弁本体への取り付けに供される雄ねじ部が設けられており、
前記弁本体は、前記内部蒸発器から冷媒が導入される調圧用流入口と、前記蒸発器へ冷媒を導出する調圧用流出口とを有しており、
前記調圧用流入口、及び調圧用流出口は、前記感温室の内圧の変化に応動する弁体の応動方向と直交する方向に形成されていることを特徴とする圧力制御弁。
冷媒としてのＣＯ_２を循環させるための圧縮機と、該圧縮機により圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、該ガスクーラからの冷媒が導入される蒸発器と、該蒸発器の出口側の冷媒と前記ガスクーラの出口側の冷媒との熱交換を行う内部熱交換器と、を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける前記ガスクーラもしくはその出口付近に配備され、前記ガスクーラから前記内部熱交換器を介して導入される冷媒を前記ガスクーラの出口側の冷媒温度に応じて調圧して前記蒸発器に導出する圧力制御弁であって、
前記ガスクーラの出口側の冷媒温度を感知する感温室を有し、該感温室の内圧の変化に応動して弁体を開閉方向に駆動する感温圧力応動エレメントと、該エレメントが一体的に取り付けられる弁本体と、を備え、前記感温室には、前記ガスクーラの出口側の冷媒温度に対して最大成績係数が得られるように前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を調圧すべく、ＣＯ_２が所定の密度で封入されるとともに、不活性ガスが嵩上げ封入されており、
前記感温圧力応動エレメントは、ダイアフラムと、該ダイアフラムと協同して前記感温室を画成する断面逆凹形状の蓋部材と、該蓋部材と協同して前記ダイアフラムの外周部分を挟持して密封するとともに、前記弁体がその内周に摺動自在に嵌挿される鍔状部付き円筒状の蓋受け部材と、を備え、前記蓋受け部材の円筒部分外周に、前記弁本体への取り付けに供される雄ねじ部が設けられており、
前記弁本体は、前記内部蒸発器から冷媒が導入される調圧用流入口と、前記蒸発器へ冷媒を導出する調圧用流出口とを有しており、
前記調圧用流入口、及び調圧用流出口は、前記感温室の内圧の変化に応動する弁体の応動方向と直交する方向に形成されていることを特徴とする圧力制御弁。
前記弁本体は、断面矩形の押し出し棒材から切り出された概略直方体状物に、前記調圧用流入口、及び調圧用流出口、前記感温圧力応動エレメントの取り付け部、前記弁体が接離する弁シート部等が形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力制御弁。
前記弁本体は、配管継手もしくは内部熱交換器への取り付けに供される、雄ねじ部、フランジ部、及びボルト類用の雌ねじ部もしくは挿通穴のうちの少なくとも一つが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力制御弁。
前記弁本体内に、前記弁体の振れを抑えるための防振ばねが配備されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の圧力制御弁。
前記防振ばねは、弾性板材からなり、前記蓋受け部材により前記弁本体に押し付けられる断面へ字状で全体が円環状の底辺部と、該底辺部の内周から立ち上がって前記弁体の外周面に弾発的に圧接する複数の舌状撓曲片部と、で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の圧力制御弁。
前記弁体と前記ダイアフラムとが同軸的に配置され、前記弁体の一端部と前記ダイアフラムとがプロジェクション溶接により接合されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の圧力制御弁。
前記ダイアフラムは有底短円筒状とされ、このダイアフラムの外周端縁部及び円筒部分を前記蓋部材と前記蓋受け部材とで挟持して密封するとともに、それらの合わせ部の下端部分が全周溶接により接合されていることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の圧力制御弁。
前記蓋受け部材は、雄ねじ部が設けられた円筒部分と鍔状部分とからなる分割構成とされ、前記鍔状部分は、板材をプレス加工することにより作製されていることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の圧力制御弁。
前記感温室外周に、感温用フィンが設けられるか、又は、感温用フィン付き筒状体ないし蓋状体が被着されていることを特徴とする請求項２から９のいずれか一項に記載の圧力制御弁。
前記弁体は、軸部と大径部とに分割されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力制御弁。
前記弁本体の弁シートには、複数のブリードノッチが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力制御弁。