JP5279317B2 - 圧力制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、圧力制御弁に係り、例えば、カーエアコン等に使用され、ダイアフラム等からなる圧力応動エレメントを具備した圧力制御弁に関する。

この種の圧力制御弁として、従来、例えば，下記特許文献１に示される如くのものが知られている。この圧力制御弁は、ある特定の部位の温度変化に応じて内部圧力が変化する一方の圧力室（熱膨張係数の比較的大きなガスが封入されている）、冷媒の温度変化に応じて内部圧力が変化する他方の圧力室、一方の圧力室と他方の圧力室とを区画するダイアフラム、このダイアフラムの変位に連動して弁開度を変化させる弁体、この弁体を付勢するコイルスプリング等が設けられている。弁体は、弁開度を大きくする方向に作用する一方の圧力室の内部圧力と、弁開度を小さくする方向に作用する他方の圧力室の内部圧力及びコイルスプリングの付勢力とが釣り合った位置に変位するようになっている。
特開平７−３３２８０７号公報

前記した如くの従来の圧力制御弁は、ダイアフラムに加えてコイルスプリング等が必要で、構成が複雑なものとなっており、これがコストアップをもたらす要因となっているため、さらなる構成の簡素化、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。また、制御精度の向上や制御範囲の拡大を図ること、すなわち、弁開度と冷媒圧力とがリニアな線形の関係を持つ（制御特性線が比較的緩やかな傾きを持つ直線となる）ようになすこと等も求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、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とともに、制御精度の向上や制御範囲の拡大等も図ることのできる、コンパクトに纏められた圧力制御弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る圧力制御弁は、基本的には、棒状の弁体が接離する弁シート部を有する弁室、流入口、及び流出口が設けられた弁本体と、前記弁室の上面を画成するとともに前記弁体を開閉方向に駆動するダイアフラム及び該ダイアフラムと協同して密封圧力室を画成する蓋状部材を有する圧力応動エレメントと、を備え、前記密封圧力室内に熱膨張係数が所定値以下の不活性ガスのみが封入され、前記密封圧力室の内容積は、前記弁体が冷媒の圧力により全閉状態となるときの前記密封圧力室の内容積をＶｍａｘ、前記弁体が開き始める冷媒の圧力から所定圧以上高くなった全開状態のときの前記密封圧力室の内容積をＶｍｉｎとして、制御精度の向上や制御範囲の拡大等を図るべく、Ｖｍｉｎ／Ｖｍａｘが０．７以下となるように設定されていることを特徴としている。

前記不活性ガスは、好ましくは、窒素、ヘリウム等の不活性ガスを単一で、もしくは混合して用いる。

好ましい態様では、前記弁体の上端部が前記ダイアフラムに接合されるとともに、前記弁体に上面開口の縦穴が設けられ、前記密封圧力室を拡張すべく、前記ダイアフラムに前記密封圧力室と前記縦穴とを連通させる連通穴が形成される。

他の好ましい態様では、前記蓋状部材は、凹所を有する断面逆凹形状とされる。
より好ましい態様では、前記弁体が全閉状態のときの前記密封圧力室の内容積をＶmax、前記弁体が全開状態のときの前記密封圧力室の内容積をＶminとして、Ｖmin／Ｖmaxが０．７以下となるように、前記密封圧力室の内容積が設定される。

本発明に係る圧力制御弁では、前記密封圧力室内に熱膨張係数が所定値以下の不活性ガスが封入され、前記弁室の圧力が、前記弁体が開き始める圧力から所定圧以上高くなったときに前記弁体が全開状態となるように、前記密封圧力室の内容積が設定されているので、前記密封圧力室に封入された不活性ガスは弁体を例えば閉弁方向に付勢するばねとして働く。従って、ダイアフラム及び弁体は、閉弁方向に作用する密封圧力室の内圧と、開弁方向に作用する弁室（冷媒）の圧力とが釣り合う位置に変位し、これにより弁開度（リフト量）が調整される。

この場合、密封圧力室の内圧は、内容積が小さいほど開弁時の容量変化の影響を受ける。すなわち、図５に、縦軸に弁開度（リフト量）をとり、横軸に弁室（冷媒）の圧力（ＰＨ）をとって制御特性が示されているように、弁開度と冷媒圧力とはリニアな線形の関係を持つ（制御特性線が傾きを持つ直線となる）が、密封圧力室の内容積が大きい場合は、弁体が開き始める圧力Ｐａから弁室（冷媒）の圧力が少し上昇した（圧力Ｐｕ）だけで全開状態となる（制御特性線の傾きが急峻である）のに対し、密封圧力室の内容積が小さい場合は、弁体が開き始める圧力Ｐａから弁室（冷媒）の圧力がある程度（圧力Ｐｖ）まで上昇しないと全開状態とはならない（制御特性線の傾きが緩やかである）。

ここで、制御精度の向上や制御範囲の拡大を図る観点からは、制御特性線の傾きは緩やかである方が好ましい。

また、前記弁体が全閉状態のときの前記密封圧力室の内容積をＶmax、前記弁体が全開状態のときの前記密封圧力室の内容積をＶminとして、Ｖmin／Ｖmax＝αを変化させた場合の制御特性を図６に示す。図６から、制御精度の向上や制御範囲の拡大を図るには、Ｖmin／Ｖmax＝αが０．７以下となるように、前記密封圧力室の内容積を設定することが好ましいことが理解されよう。

このように、本発明の圧力制御弁では、密封圧力室内に熱膨張係数が所定値以下の不活性ガスが封入されるとともに、この不活性ガスをばねとして利用しているので、冷媒の温度の影響をさほど受けず、また、従来は必要であったコイルスプリング等が不要となり、構成の簡素化、部品点数の削減、加工組立コストの低減等を図ることができるとともに、密封圧力室の内容積を前記のように設定することにより、制御精度の向上や制御範囲の拡大等も図ることができる。

加えて、例えば弁体に上面開口の縦穴を設けて密封圧力室を拡張したり、蓋状部材を凹所を有する断面逆凹形状とすること等より、一つの部材（弁体や蓋部材）に設ける縦穴や凹所の大きさを変更するだけで、所望の制御特性を得ることができる。つまり、仕様（制御特性）の異なる複数種の圧力制御弁を製造する場合、一つの部材（弁体や蓋部材）を変えるだけで他の部材は共用でき、製造コストを低減できる。

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一実施例を示す断面図であり、（Ａ）は全閉状態、（Ｂ）は全開状態を示している。

図示例の圧力制御弁１は、棒状の弁体１７が接離する弁シート部１４を有する弁室１５、冷媒流入口１１、及び冷媒流出口１２が設けられた弁本体１０と、弁室１５の上面を画成するとともに弁体１７を開閉方向に駆動するダイアフラム２０及び該ダイアフラム２０と協同して密封圧力室２５を画成する、凹所３６を有する断面逆凹形状の蓋状部材３５を有する圧力応動エレメント３０と、を備える。ダイアフラム２の外周端部は、弁本体１０の上端面と蓋状部材３５の下端面とに挟まれており、それら３者は溶接等により密封接合されている。

前記密封圧力室２５内には、熱膨張係数が所定値以下の窒素等の不活性ガスが封入され、蓋状部材３５の凹所３６の天井部には封止栓３７が密封接合されている。

また、弁体１７の上端部がダイアフラム２０に溶接等により接合されるとともに、この弁体１７に上面開口の所定の深さの縦穴１８が設けられ、密封圧力室２５を拡張すべく、ダイアフラム２０に密封圧力室２５と縦穴１８とを連通させる連通穴２２が形成されている。

そして、本実施例では、弁室（冷媒）１５の圧力が、弁体１７が開き始める圧力から所定圧以上高くなったときに弁体１７が全開状態となるように、前記密封圧力室２５の内容積が設定されている。

かかる構成の圧力制御弁１では、密封圧力室２５内に熱膨張係数が所定値以下の不活性ガスが封入され、弁室１５（冷媒）の圧力が、弁体１７が開き始める圧力から所定圧以上高くなったときに弁体１７が全開状態となるように、密封圧力室２５の内容積が設定されているので、密封圧力室２５に封入された不活性ガスは弁体を例えば閉弁方向に付勢するばねとして働く。従って、ダイアフラム２０及び弁体１７は、閉弁方向に作用する密封圧力室２５の内圧ＰＥと、開弁方向に作用する弁室（冷媒）１５の圧力ＰＨとが釣り合う位置に変位し、これにより弁開度（リフト量）が調整される。

この場合、密封圧力室２５の内圧は、内容積が小さいほど開弁時の容量変化の影響を受ける。すなわち、図５に、縦軸に弁開度（リフト量）をとり、横軸に弁室（冷媒）の圧力（ＰＨ）をとって制御特性が示されているように、弁開度と冷媒圧力とはリニアな線形の関係を持つ（制御特性線が傾きを持つ直線となる）が、密封圧力室２５の内容積が大きい場合は、弁体１７が開き始める圧力Ｐａから弁室（冷媒）１５の圧力ＰＨが少し上昇した（圧力Ｐｕ）だけで全開状態となる（制御特性線の傾きが急峻である）のに対し、密封圧力室２５の内容積が小さい場合は、弁体１７が開き始める圧力Ｐａから弁室（冷媒）１５の圧力ＰＨがある程度（圧力Ｐｖ）まで上昇しないと全開状態とはならない（制御特性線の傾きが緩やかである）。

ここで、制御精度の向上や制御範囲の拡大を図る観点からは、制御特性線の傾きは緩やかである方が好ましいので、本実施例の圧力制御弁１では、密封圧力室２５の内容積は比較的小さくしている（後述）。

また、弁体１７が全閉状態のときの密封圧力室２５の内容積をＶmax、弁体７が全開状態のときの密封圧力室２５の内容積をＶminとして、Ｖmin／Ｖmax＝αを変化させた場合の制御特性を図６に示す。図６から、制御精度の向上や制御範囲の拡大を図るには、Ｖmin／Ｖmax＝αが０．７以下となるように、前記密封圧力室の内容積を設定することが好ましいことが分かる。これに基づき、本実施例では、Ｖmin／Ｖmax＝αが例えば０．６となる（弁室（冷媒）圧力ＰＨがＰv3となったとき全開状態となる）ように、前記密封圧力室５の内容積が設定されている。

このように、本実施例の圧力制御弁１では、密封圧力室２５内に熱膨張係数が所定値以下の不活性ガスが封入されるとともに、この不活性ガスをばねとして利用しているので、冷媒の温度の影響をさほど受けず、また、従来は必要であったコイルスプリング等が不要となり、構成の簡素化、部品点数の削減、加工組立コストの低減等を図ることができるとともに、密封圧力室２５の内容積を前記のように設定することにより、制御精度の向上や制御範囲の拡大等も図ることができる。

加えて、弁体１７に上面開口の縦穴１８を設けて密封圧力室２５を拡張したり、蓋状部材３５を凹所３６を有する断面逆凹形状とすること等より、一つの部材（弁体１７や蓋部材３５）に設ける縦穴１８や凹所３６の大きさを変更するだけで、所望の制御特性を得ることができる。つまり、仕様（制御特性）の異なる複数種の圧力制御弁を製造する場合、一つの部材（弁体１７や蓋部材３５）を変えるだけで他の部材は共用でき、製造コストを低減できる。図２の圧力制御弁１‘に縦穴１８’を大きくした例を示す。また、図３と図４の圧力制御弁２，２‘に凹所３６、３６’の大きさが異なる例を示す。

さらに、図７の圧力制御弁２“は、蓋状部材３５を、ダイアフラム２０より上側の上部部材３５ａと下側の下部部材３５ｂとに分割して構成した例を示している。なお、下部部材３５ｂと弁本体１０とは、ねじ結合やその他の方法により結合される。ダイアフラム２０に接する部材は、ダイアフラム２０の溶接に適したＳＵＳ等の材料で構成されるが、この例では、弁本体１０をそのような材料以外の安価な材料も用いることができるので、製造コストの低減を図ることができる。

本発明に係る圧力制御弁の一実施例を示す断面図。 図１に示される圧力制御弁の仕様変更例を示す断面図。 本発明に係る圧力制御弁の他の実施例を示す断面図。 図３に示される圧力制御弁の仕様変更例を示す断面図。 本発明に係る圧力制御弁の制御特性の説明に供されるグラフ。 本発明に係る圧力制御弁の制御特性の説明に供されるグラフ。 本発明に係る圧力制御弁の他の実施例を示す断面図。

符号の説明

１ 圧力制御弁
１０ 弁本体
１１ 冷媒流入口
１２ 冷媒流出口
１５ 弁室
１７ 弁体
１８ 縦穴
２０ ダイアフラム
２５ 密封圧力室
３０ 圧力応動エレメント
３５ 蓋状部材
３７ 封止栓

Claims (3)

1. 棒状の弁体が接離する弁シート部を有する弁室、流入口、及び流出口が設けられた弁本体と、前記弁室の上面を画成するとともに前記弁体を開閉方向に駆動するダイアフラム及び該ダイアフラムと協同して密封圧力室を画成する蓋状部材を有する圧力応動エレメントと、を備え、
   前記密封圧力室内には、熱膨張係数が所定値以下の不活性ガスのみが封入され、
   前記密封圧力室の内容積は、前記弁体が冷媒の圧力により全閉状態となるときの前記密封圧力室の内容積をＶｍａｘ、前記弁体が開き始める冷媒の圧力から所定圧以上高くなった全開状態のときの前記密封圧力室の内容積をＶｍｉｎとして、制御精度の向上や制御範囲の拡大等を図るべく、Ｖｍｉｎ／Ｖｍａｘが０．７以下となるように設定されていることを特徴とする圧力制御弁。
2. 前記不活性ガスは、窒素、ヘリウム等の不活性ガスを単一で、もしくは混合して用いることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御弁。
3. 前記弁体の上端部は、前記ダイアフラムに接合されるとともに、前記弁体に上面開口の縦穴が設けられ、前記密封圧力室を拡張すべく、前記ダイアフラムに前記密封圧力室と前記縦穴とを連通させる連通穴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。

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