JP5683189B2

JP5683189B2 - 電動弁

Info

Publication number: JP5683189B2
Application number: JP2010216652A
Authority: JP
Inventors: 教郎鈴木
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP2012072799A

Description

この発明は、空調システム等に適用され、キャンの内部に冷媒等の流体を導入させる電動弁に関する。

従来、冷凍サイクルにおいては、冷媒の流量等の制御を行うため、ステッピングモータ等の電動モータで弁の開閉作動をする電動弁が用いられている。電動弁は、キャンと称される有底の容器の外側にステータを配置し、当該キャンの内側に前記ステータで回転駆動されるロータを配置し、ロータの回転を必要に応じて例えばねじ運動機構等の適宜の運動変換機構を介して弁体のリフト方向への移動等の開閉動作に変換している（特許文献１及び２参照）。このような電動弁においては、キャン内に配置されている上記ロータや運動変換機構は、電動弁の制御性能に大きな影響を及ぼす重要な部品である。かかる重要な部品が円滑に且つ正確に動作するのを確保するため、例えば弁本体と、弁体が取り付けられた弁棒との間の微小な隙間を介して冷媒自体をこれら部品のための潤滑剤としてキャン内に取り込み、キャンの内外でこれを自然循環させることが行われている。

ところが、冷凍サイクルを循環する冷媒には、例えば、配管接続作業時に生じた削り屑やゴミ等の異物が含まれることがある。異物が混入した冷媒がキャン内に流入すると、冷媒中の異物がキャン内に溜まり、上記ロータや運動変換機構等の重要部品の動作部分に異物が入り込み、その結果、電動弁は、弁としての動作が重くなる、或いは最悪の場合には動作しなくなる等の動作不良に繋がる。また、冷媒がキャン内に長く滞留するような場合には、冷媒の粘性が高くなり、これも電動弁の動作不良に繋がる。

異物混入による電動弁の動作不良の対策として、冷媒が流れる冷凍サイクルの管路それ自体に異物を捕捉するためのフィルタを配置することも考えられる。しかしながら、そうした対策は、フィルタが管路を流れる冷媒の流れに対する抵抗となる。また、異物が入り込んだ電動弁を新しい電動弁に取り替えれば当面の異物に対する問題は解決するが、当該冷凍サイクルを停止しなければならない。
さらに例えば、吸収式冷凍サイクルなどのようにユニット回路内を真空状態にしておく必要があるような場合では、異物が入り込んだ電動弁を交換した後、冷媒再導入の際に、ユニット回路内を再度、高真空度に真空引きをする必要があり、作業負担が極めて大きいという問題がある。

特開２００８−２４９１４８号公報実公平３−５１５７４号公報

そこで、当該電動弁を交換せずとも異物の混入に対するメンテナンスフリーとする点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、電動弁それ自体を交換せずとも、異物混入に対するメンテナンスフリーな電動弁を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明による電動弁は、内部に形成されている弁室内に弁座が設けられている弁本体、流体の通過流量を調整するため前記弁座に接離可能な弁体、前記弁本体に固着された有底筒状のキャン、前記キャンに外嵌されているステータ、並びに前記キャンに内蔵されており、前記ステータによって回転駆動されるロータ及び当該ロータの回転を、弁棒を介して前記弁体の前記弁座に対する開閉動作に変換する運動変換機構を備え、前記弁本体及び前記弁棒の間に設けられた微小な間隙を介して、前記弁室内を通過する流体が前記キャン内に出入り可能とされた電動弁において、前記弁本体は、前記キャンの内部と前記弁本体の前記弁室側又は前記弁本体の外部とを連通する流体導入孔を備え、さらに、前記流体導入孔にその一端が接続され、当該電動弁の外部から前記キャン内に流体を送り込むための流体管を備えたことを特徴としている。

本電動弁によれば、流体導入孔を介して圧力の高い流体を、冷凍サイクル等の通常の流体流路とは別に、キャン内に送り込むことが可能となる。これによりキャン内は、常に新しい流体で満たされていることになるので、キャン内には流体が滞留することがなく、当該電動弁の動作が阻害されることがない。また、キャン内に清浄度の高い流体を送り込むようにすれば、キャン内には常に清浄度の高い流体で満たされることにより、キャン内の重要部品に異物が入り込むというようなこともない。

また、本発明による電動弁は、内部に形成されている弁室内に弁座が設けられている弁本体、流体の通過流量を調整するため前記弁座に接離可能な弁体、前記弁本体に固着された有底筒状のキャン、前記キャンに外嵌されているステータ、並びに前記キャンに内蔵されており、前記ステータによって回転駆動されるロータ及び当該ロータの回転を、弁棒を介して前記弁体の前記弁座に対する開閉動作に変換する運動変換機構を備え、前記弁本体及び前記弁棒の間に設けられた微小な間隙を介して、前記弁室内を通過する流体が前記キャン内に出入り可能とされた電動弁において、前記弁本体は、前記キャンの内部と前記弁本体の前記弁室側又は前記弁本体の外部とを連通する流体導入孔を備え、さらに、前記流体導入孔に接続され、当該電動弁の外部から前記キャン内に流体を送り込むための流体管を接続するための接続手段を備えたことを特徴としている。
このような構成により、前記流入導入孔に対する流体管の接続を簡易に行うことが出来る。

本発明の電動弁において、前記弁室を流れる流体から取り出された流体が前記流体導入孔に供給されてもよい。
また、前記キャン内には、前記弁室内を流れる流体よりも清浄度の高い流体が、前記流体導入孔を介して送り込まれること、及び前記流体導入孔を通じて前記キャン内に送り込まれる流体の圧力が、前記弁室内の流体の圧力よりも高い圧力に設定されることが好ましい。

この発明は、上記のように構成されているので、キャン内を常に流体が循環してこれが弁室側に排出されることとなり、キャン内における流体の滞留による当該電動弁の動作不良が軽減される。また、例えばフィルタによって清浄度を確保した流体を直接にキャン内に流すことで、キャン内は、常に清浄度の高い流体で満たされていることになるので、キャン内の重要部品に異物が入り込むことがなく、電動弁としての動作不良を起こすことがなく、長期に亙って性能の安定化が図られ、また製品としての延命を図ることができる。
なお、キャン内に送り込まれる流体は、もともと電動弁の弁室を流れる流体を一部取り出して清浄度を高めた流体を使用することで、流体全体の量を調整する必要がなく、且つキャン内に送り込まれる流体の清浄度を、常に弁室を流れる流体の清浄度よりも高めることができる。更に、清浄度に加えて、劣化して粘度が高くなったものを粘性の低い流体に回復させることもできる。

図１は本発明による電動弁の一実施例を示す縦断面図である。図２は本発明による電動弁の別の実施例を示す縦断面図である。

以下、添付した図面に基づいて、本発明による電動弁の実施例を説明する。図１に示す電動弁１において、弁本体２には、冷媒の流入側（冷凍サイクルの冷房時の冷媒流れ方向に準拠）の配管が接続される流入側接続部３と、流出側の配管が接続される流出側接続部４が一体的に備わっている。弁本体２の内部には、冷媒である流体が通過する弁室５が形成されている。高圧の流体、例えば冷媒は流入側接続部３から入り弁室５において弁体１７で絞られて流出側接続部４より流出する。弁本体２には、例えば非磁性の薄鋼板（ステンレス製鋼板）で作られた有底筒状のキャン１３が底部を頂部に置いて固定されている。

キャン１３の外側には、ステータ１１が嵌挿されており、キャン１３の内部には、ステッピングモータ１０のロータ１２が内蔵されている。ステータ１１は、キャン１３の外周に沿って巻装したコイル１１ａを備えている。キャン１３の内側に配置されているロータ１２は、筒状のロータマグネット１２ａとロータスリーブ１２ｂから成っている。ステータ１１とロータ１２でステッピングモータ１０が構成されている。外部のコントローラからステータ１１のコイル１１ａに通電されることでロータマグネット１２ａが回転し、通電されるパルス信号に応じた回転量で、ロータ１２が回転するようになっている。

弁体１７を先端に備えた弁棒１５を昇降させるため、ロータ１２の回転運動を弁棒１５の昇降運動に変換する運動変換機構１４が設けられている。運動変換機構１４は、本例では、下端部が弁本体２に固定されたねじガイド１８を備えており、ねじガイド１８の外周面に形成された雄ねじ１９とロータスリーブ１２ｂの内周面に形成された雌ねじ２０とを互いに螺合させて成るねじ式の変換機構である。弁棒１５の上端はロータスリーブ１２ｂの中心部の孔に嵌合・貫通され、例えばＣリング２１で係止し、かつばね２２で下方に押圧されている。弁棒１５の先端に設けられている弁体１７は、弁室５に設けられている弁座２３に対向し、弁棒１５の昇降動作により弁体１７と弁座２３との弁開度を変更することによって冷媒流量を調整するようになっている。
弁本体２及び弁棒１５の間には微小な間隙が形成されていて、該隙間を介して、弁室５内を通過する冷媒がキャン１３内に出入り可能となっている。

ロータ１２には上側ピン２４と下側ピン２５が例えばねじ止めにて取付けてある。一方キャン１３には、上側ストッパ２６が折曲げ、溶接等の適宜手段で取付けられている。ロータ１２が回転し弁棒１５が上限に達したとき、即ち弁体１７が弁座２３に対して全開となる全開点で、上側ピン２４が上側ストッパ２６に当りロータ１２を停止させて上限を規制している。同様に、下側ピン２５に対応して、弁本体２には下側ストッパ２７が取り付けられている。弁棒１５が下限に達したとき、即ち弁体１７が弁座２３に対して全閉となる全閉点で、下側ピン２５が下側ストッパ２７に当たり、ロータ１２を停止させて下限を規制している。

本実施例においては、キャン１３内には、キャン１３内に連通する流体管３０を通じて清浄度の高い流体が強制的に送り込まれ、流体が冷媒である場合には、精密な重要度の高い部品を冷媒自体が潤滑をしている。すなわち、弁本体２には弁室５及びキャン１３を連通するように流体導入孔４１ｘが貫通形成され、流体管３０は、流入側接続部３の内側に配置され、その端部３０ａが流体導入孔４１ｘに挿入、固定されている。即ち、流体管３０のキャン１３側の端部３０ａは、弁本体２の弁室５とキャン１３の内部空間とを仕切る肉厚隔壁を貫通して延びている。本例では、流体管３０のキャン１３側の端部３０ａはキャン１３内に突き出ている態様で設けられているが、弁本体２の肉厚隔壁内に押し込まれた状態とし、肉厚隔壁に形成された流体導入孔４１ｘがキャン１３内の空間に開口しているものでもよい。

流体管３０は、弁本体２から一体的に延びており且つ内部が弁室５に繋がる筒状接続部、即ち流入側接続部３の内部側で支持部材３２に支持することができる。流体管３０はさらに流入側接続部３に沿って電動弁１の外部に直接延びており、流体管３０の外部側端部３０ｂは、適宜、流入側接続部３に接続される流管３１から外部に引き出される。

また、流体管３０は、流入側接続部３に沿って電動弁１の外部に延ばすのに代えて、図１の破線で示すように、弁本体２から延び且つ内部が弁室６に繋がる筒状接続部（弁本体２の一部である流入側接続部３）を横切って貫通して電動弁１の外部に延ばすこともできる。

流体管３０の外部側端部３０ｂは、フィルタ等の清浄化手段によって高度に清浄化された流体（冷媒）を送出する、例えばポンプのような供給手段の吐出側に接続されており、流体管３０を通じて、高度に清浄化された流体がキャン１３内に送り込まれる。ここで、流体管３０からキャン１３内に送り込まれる流体の圧力を、弁本体２の内部（弁室５）を通過する流体の圧力よりも高くすれば、キャン１３内に送り込まれた流体はキャン１３内を通過し、例えば、弁本体２と弁棒１５の周囲との適宜の間隙を通じて、弁室５側に戻る。即ち、キャン１３の内部には高度に清浄化された流体が滞留することなく循環し、弁室側に排出されるので、通常の流体に含まれる異物がロータ１２や運動変換機構１４に蓄積されることがなく、電動弁１の動作不良を引き起こすことがない。

本例では、冷凍サイクルに適用された場合であっても、サイクル中の冷媒を取り出してフィルタ等で浄化し、その清浄度の高い冷媒を電動弁１のキャン１３の内部に戻しているので、流体管３０を含めて冷媒が正しく循環していれば、冷媒の全流量が増減するものではない。
また、本例では、過剰な液密を考慮する必要はない。即ち、清浄な冷媒を高い圧力でキャン１３内に戻しているので、流体管３０内の清浄な冷媒が既存の冷凍システムの管内で漏れる、或いは流体管３０からキャン１３内に供給した冷媒が当該流体管３０と弁本体２との接続部から既存の冷凍システムの管内に漏れるようなことがあっても、本来元の流路に戻るだけであるので、多少なラフな設計でも許容される。
なお、本例によれば、流体管３０から高度に清浄化された流体が漏れるようなことがあっても、流入側接続部３内に戻るだけであるので、そうした流体漏れに対して安全側となっている。

本実施例では、弁室５を流れる流体（すなわち冷凍サイクルに適用される場合においては、当該冷凍サイクル内を通過する冷媒）から取り出された流体がフィルタ等の清浄化手段を通じて清浄度を高められた後、既存の流路とは別の流体管３０を通じて清浄度の高い流体としてキャン１３内に強制的に供給されるので、キャン１３内には、異物を含まず既存の配管や弁本体を流れる流体よりも常に清浄度の高い流体が送り込まれることになる。しかも、流体管３０を通じてキャン１３内に送り込まれる清浄度の高い流体の圧力は、弁室５内を通過する流体の圧力よりも高い圧力に設定されているので、清浄度の高い流体は流体管３０を通じて確実にキャン１３内に送り込まれ、キャン１３内は清浄度の高い冷媒で充満され、既に流入していた流体は流入してきた量に見合うだけ適宜の隙間を通じて弁室５等に排出される。そして、通常の配管から異物を含む可能性のある流体がキャン１３内に入り込むのを防止している。このように、冷媒を循環させている流量制御弁のような電動弁１において、流体内の異物に対して、キャン１３内をメンテナンスフリーとすることができる。

図２には、本発明による電動弁の別の実施例が縦断面として示されている。図２に示す実施例においては、清浄度の高い流体をキャン１３内に送り込む流体管４０は、流入側接続部３内を経るという配置ではなく、弁本体２の外側から弁本体２に直接に接続されている。弁本体２内にはほぼ直角に曲がる流体導入孔４１ｙが形成されているので、流体管４０の端部４０ａは当該流体導入孔４１ｙに対して溶接、圧入又はねじ込み等の適宜の固定手段で接続されており、キャン１３の底壁部分には流体導入孔４１ｙが直接に開口している。その他の構造は、図１に示す構造と同等であるので、同じ構成要素には同じ符号を付すことで、再度の詳細な説明については省略する。
なお、図１に示された下側ピン２５は、図２においては、弁棒１５の紙面奥側に配置されているので、図示されていない。

以上、本発明による電動弁の実施例について、図面を参照しつつ説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
すなわち、前述の説明においては、キャン１３内には、流体管３０、４０を介して清浄度の高い流体が送り込まれるものとしたが、本発明はこれのみに限定されることはなく、当該流体サイクル内を流れる流体（すなわち、弁室内を通過する流体）をフィルタ等を介さずそのまま流体管３０、４０を介してキャン１３内に送り込むようにしても良い。この場合においても、キャン１３内に送り込まれる流体の圧力を、弁室５内を通過する流体の圧力よりも高くしておけば、キャン１３内の流体は、弁室５側に強制的に排出されるから、該キャン１３内の流体はその内部に滞留することはなく、また仮に流体管３０、４０より異物がキャン１３内に流入しても、該異物は強制的に弁室５側に排出される。
また例えば、図２に関する説明においては、流体管４０の端部４０ａは当該流体導入孔４１ｙに対して溶接、圧入又はねじ込み等の適宜の固定手段で接続されるものとしたが、本発明はこれのみに限定されることはなく、流体導入孔４１ｙの弁本体外側の開放端に流体管４０の接続用コネクタを設け、該コネクタを介して流体管４０を取り付けるようにしても良い。
さらにまた、当該電動弁の弁本体２に流体導入孔４１ｙのみを形成し、冷凍サイクルの配管作業や当該電動弁取付作業の際に、該流体導入孔４１ｙの開放端に、流体管４０を溶接等により固着するようにしても良い。
さらにまた、運動変換機構１４については、ねじガイド１８を用いたねじ式の機構について説明したが、これに限らず、モータの回転を減速させるための減速機構を組み入れる等の適宜の変更を施すことができる。
さらに、運動変換機構以外の電動弁アクチュエータ部分の構造についても、いかなるものであっても良い。

１電動弁２弁本体
３流入側接続部４流出側接続部
５弁室
１０ステッピングモータ
１１ステータ１１ａコイル
１２ロータ
１２ａロータマグネット１２ｂロータスリーブ
１３キャン１４運動変換機構
１５弁棒１７弁体
１８ねじガイド１９雄ねじ
２０雌ねじ２１Ｃリング
２２ばね２３弁座
２４上側ピン２５下側ピン
２６上側ストッパ２７下側ストッパ
３０，４０流体管
４１ｘ，４１ｙ流体導入孔

Claims

内部に形成されている弁室内に弁座が設けられている弁本体、流体の通過流量を調整するため前記弁座に接離可能な弁体、前記弁本体に固着された有底筒状のキャン、前記キャンに外嵌されているステータ、並びに前記キャンに内蔵されており、前記ステータによって回転駆動されるロータ及び当該ロータの回転を、弁棒を介して前記弁体の前記弁座に対する開閉動作に変換する運動変換機構を備え、前記弁本体及び前記弁棒の間に設けられた微小な間隙を介して、前記弁室内を通過する流体が前記キャン内に出入り可能とされた電動弁において、
前記弁本体は、前記キャンの内部と前記弁本体の前記弁室側又は前記弁本体の外部とを連通する流体導入孔を備え、
さらに、前記流体導入孔にその一端が接続され、当該電動弁の外部から前記キャン内に流体を送り込むための流体管を備えたことを特徴とする電動弁。
前記流体導入孔は、前記弁本体の前記弁室側に開口し、
前記流体管の他端は、前記弁本体の外部に引き出されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
内部に形成されている弁室内に弁座が設けられている弁本体、流体の通過流量を調整するため前記弁座に接離可能な弁体、前記弁本体に固着された有底筒状のキャン、前記キャンに外嵌されているステータ、並びに前記キャンに内蔵されており、前記ステータによって回転駆動されるロータ及び当該ロータの回転を、弁棒を介して前記弁体の前記弁座に対する開閉動作に変換する運動変換機構を備え、前記弁本体及び前記弁棒の間に設けられた微小な間隙を介して、前記弁室内を通過する流体が前記キャン内に出入り可能とされた電動弁において、
前記弁本体は、前記キャンの内部と前記弁本体の前記弁室側又は前記弁本体の外部とを連通する流体導入孔を備え、
さらに、前記流体導入孔に接続され、当該電動弁の外部から前記キャン内に流体を送り込むための流体管を接続するための接続手段を備えたことを特徴とする電動弁。
前記弁室を流れる流体から取り出された流体が前記流体導入孔に供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電動弁。
前記キャン内には、前記弁室内を流れる流体よりも清浄度の高い流体が、前記流体導入孔を介して送り込まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の電動弁。
前記流体導入孔を通じて前記キャン内に送り込まれる流体の圧力は、前記弁室内の流体の圧力よりも高い圧力に設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の電動弁。
前記流体は冷凍システムに用いられる冷媒であり、当該電動弁は前記冷媒の流量を制御する流量制御弁として適用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の電動弁。