JP7429602B2 - Thermostatic expansion valve and refrigeration cycle system - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍サイクルシステムに用いられ、弁体を弁ポートの軸線上で弁閉方向に付勢する付勢ばねの付勢力を調整して過熱度設定値を調整するようにした温度式膨張弁及び冷凍サイクルシステムに関する。 The present invention is a thermostatic expansion device used in a refrigeration cycle system that adjusts the superheat setting value by adjusting the biasing force of a biasing spring that biases a valve element in the valve closing direction on the axis of a valve port. Related to valves and refrigeration cycle systems.
従来、この種の温度式膨張弁として、例えば特開2012-229885号公報(特許文献1)に開示されたものがある。この特許文献1の温度式膨張弁(温度膨張弁)は、過熱度設定値を調整する調整ねじに対してOリングを設けてシールし、かつ、シールキャップ(蓋部材5)と封止部材(4)とによって、温度式膨張弁の内部と大気とを気密に分離している。
Conventionally, as this type of thermostatic expansion valve, there is one disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-229885 (Patent Document 1). The temperature-type expansion valve (temperature expansion valve) of
特許文献1のような技術はOリングや封止部材を用いているが、一般的に、Oリングや封止部材では、弁本体部からの微少な冷媒の漏れが生じる恐れを完全には無くすことができないという問題がある。また、弁本体部から外部への冷媒の漏れが生じると温度式膨張弁が設けられた冷凍サイクルシステム中の冷媒充填量が減少し、これにより想定される能力が得られなくなるため好ましくない。また、CO2 (二酸化炭素)排出量削減のため、GWP(地球温暖化係数)の高い冷媒からGWPの低い代替冷媒への移行が進められており、可燃性冷媒が使用されることがある。しかしながら、可燃性冷媒を使用する場合は、可燃性の性質上、冷媒の外部への漏れをとくに抑制する必要がある。
Technologies such as
本発明は、弁体を付勢する付勢ばねの付勢力を調整して過熱度設定値を調整するようにした温度式膨張弁において、弁本体部からの冷媒の外部漏れを無くすことを課題とする。 An object of the present invention is to eliminate external leakage of refrigerant from the valve body in a thermostatic expansion valve that adjusts the superheat setting value by adjusting the biasing force of a biasing spring that biases the valve body. shall be.
本発明の温度式膨張弁は、冷凍サイクルシステムの凝縮器と蒸発器との間に配管接続され、弁体を弁ポートの軸線上で弁閉方向に付勢する付勢ばねの付勢力を調整して過熱度設定値を調整するようにした温度式膨張弁において、弁室内に前記弁体を内蔵した弁本体部と、前記付勢ばねを前記軸線方向に伸縮させる調整スピンドルを前記弁本体部の内部に臨ませた調整部と、を備え、前記弁本体部の内部と、前記調整部の調整室とが、可撓性を有する気密部材によって仕切られ、前記気密部材の一方側は、前記弁本体部に接合され、他方側は、前記弁本体部の内部と前記調整スピンドルとの間で前記調整スピンドルの軸線上に配置され、前記気密部材の前記他方側は、前記調整部の前記調整スピンドル側に設けられていることを特徴とする。 The thermostatic expansion valve of the present invention is connected via piping between the condenser and evaporator of a refrigeration cycle system, and adjusts the biasing force of a biasing spring that biases the valve body in the valve closing direction on the axis of the valve port. In the thermostatic expansion valve, the temperature-type expansion valve is configured to adjust the superheat degree setting value by adjusting the superheat degree setting value, and the valve body includes a valve body in which the valve body is built in the valve chamber, and an adjustment spindle that expands and contracts the biasing spring in the axial direction. an adjustment section facing the inside of the valve body, the interior of the valve body and the adjustment chamber of the adjustment section are partitioned off by a flexible airtight member, and one side of the airtight member The other side of the airtight member is joined to the valve body, and the other side is disposed on the axis of the adjustment spindle between the inside of the valve body and the adjustment spindle , and the other side of the airtight member is connected to the adjustment part of the adjustment part. It is characterized by being provided on the spindle side .
この際に、前記気密部材の前記他方側は、前記調整部の前記調整スピンドル側に設けられていることを特徴とする温度式膨張弁が好ましい。 In this case, it is preferable that the other side of the airtight member is provided on the adjustment spindle side of the adjustment section.
また、前記気密部材は、ベローズであることを特徴とする温度式膨張弁が好ましい。 Further, it is preferable that the airtight member is a thermostatic expansion valve characterized in that it is a bellows.
本発明の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、絞り装置とを含む冷凍サイクルシステムであって、前記温度式膨張弁が、前記絞り装置として用いられていることを特徴とする。 The refrigeration cycle system of the present invention is a refrigeration cycle system including a compressor, a condenser, an evaporator, and a throttle device, and the temperature-type expansion valve is used as the throttle device. shall be.
本発明の温度式膨張弁によれば、弁本体部の内部と調整部の調整室とが、可撓性を有する気密部材によって仕切られるとともに、この気密部材の一方側が弁本体部に接合されているので、弁本体部からの冷媒の外部漏れを無くすことができる。また、気密部材は可撓性を有するので、調整スピンドルの動作を付勢ばねに伝えて過熱度設定値を容易に調整可能となる。 According to the thermostatic expansion valve of the present invention, the inside of the valve body and the adjustment chamber of the adjustment section are partitioned off by a flexible airtight member, and one side of this airtight member is joined to the valve body. Therefore, external leakage of refrigerant from the valve body can be eliminated. Further, since the airtight member has flexibility, the superheat degree setting value can be easily adjusted by transmitting the operation of the adjustment spindle to the biasing spring.
次に、本発明の温度式膨張弁及び冷凍サイクルシステムの実施形態について図面を参照して説明する。図1は第1実施形態の温度式膨張弁の一部縦断面図、図2は図1の弁ハウジング及び作動棒部分のB-B矢視断面図、図3は第2実施形態の温度式膨張弁の一部縦断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図1及び図3の図面における上下に対応しており、一点鎖線で示す軸線Xは後述の弁ポート13の中心線であるとともに、調整スピンドル42及び弁体2の移動方向に対応している。この実施形態の温度式膨張弁100は、弁ハウジング1を躯体とする弁本体部10と、この弁本体部10の下部に固定された調整部20と、弁本体部10に対してキャピラリチューブ30aで接続された感温筒30とから構成されている。
Next, embodiments of the thermostatic expansion valve and refrigeration cycle system of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view of a thermostatic expansion valve according to the first embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along the line BB of the valve housing and actuating rod portion of FIG. 1, and FIG. 3 is a thermostatic expansion valve according to the second embodiment. FIG. 3 is a partial vertical cross-sectional view of the expansion valve. Note that the concept of "up and down" in the following explanation corresponds to the up and down in the drawings of FIGS. It corresponds to the moving direction of the
弁本体部10において、弁ハウジング1は金属製であり、この弁ハウジング1には流体(冷媒)が流入する一次側継手11と流体が流出する二次側継手12とが取り付けられている。一次側継手11と二次側継手12は軸線Xと直交する方向で段違いに平行となっており、この一次側継手11と二次側継手12との間には、弁ポート13と弁室1Aとが形成されている。なお、本実施形態においては一次側継手11と二次側継手12とが軸線Xと直交して形成されているが、一次側継手11および二次側継手12のいずれか一方、あるは双方が軸線Xに対して傾斜して形成されていてもよい。弁ポート13と弁室1Aは軸線Xを中心とする円柱形状であり、弁ポート13は一次側継手11に連通する一次ポート11aと弁室1Aとを連通している。また、弁室1Aは二次ポート12aを介して二次側継手12に連通している。
In the
弁室1A内において、弁ポート13側にはこの弁ポート13に対向する弁体2が配設されている。弁体2は、弁ポート13に対して端部が近接又は離間可能な円錐状のニードル部21と、このニードル部21の外周のフランジ部22とで構成されている。また、弁室1A内には後述のように「気密部材」としてのベローズ5が取り付けられており、ベローズ5は端板51を一体に有する有底形状に形成されている。このベローズ5の上端(他方側)の端板51と弁体2との間にはボール23が配設されている。また、ベローズ5の内側には当金53が端板51に接触されて収容されている。さらに、ベローズ5の内側には付勢ばね24が配設され、この付勢ばね24は当金53とばね受け25との間で圧縮されている。ばね受け25は後述の調整部20の調整スピンドル42における球状凸部43に当接されている。そして、付勢ばね24により弁体2は弁閉方向に付勢される。なお、ベローズ5の長さは弁室1A内に取り付けた際に収縮された状態となる長さに設定されている。これにより、後述の弁室1A内の圧力の変動によりベローズ5の伸縮が生じにくいようになっている。
In the
弁ハウジング1の上部にはダイヤフラム装置3が取り付けられている。ダイヤフラム装置3は、上蓋31と下蓋32によりケース体を構成しており、下蓋32の下部を弁ハウジング1の上端に螺合することにより、このダイヤフラム装置3は弁ハウジング1に対して軸線Xの上端側に取り付けられている。本実施形態では、下蓋32が弁ハウジング1の上端に螺合により取り付けられているが、ろう付け、溶接等の適宜な手段により下蓋32を弁ハウジング1に取り付けてもよい。また、上蓋31と下蓋32の間にはダイヤフラム33を備えており、上蓋31と下蓋32とからなるケース体内部は、このダイヤフラム33によって受圧室31Aと均圧室32Aとして区画されている。また、図2に示すように、弁ハウジング1には軸線X方向に均圧路16が形成されており、均圧室32Aは、この均圧路16により弁室1Aに導通されている。そして、この均圧室32Aには均圧路16を介して弁室圧力が導入される(内部均圧式)。
A
受圧室31Aは、キャピラリチューブ30aによって感温筒30と接続されている。これにより、受圧室31Aの内圧は、感温筒30による感知温度に応じて変化する。そして、ダイヤフラム33は、受圧室31Aと均圧室32Aの圧力差に応じて変位し、この変位は、当金34と作動棒35によって弁体2(そのフランジ部22)に伝達される。なお、作動棒35は軸線X周りに3本設けられ、それぞれが弁体2のフランジ部22に当接されているが、作動棒35の本数はこれに限らない。即ち、軸線X周りに2本設ける場合や軸線と同軸に1本設けているものであってもよい。
The
弁本体1は、弁ハウジング1と後述の調整部ハウジング41を有しており、弁室1A及び弁ハウジング1の下部には、調整部20が設けられている。この調整部20は弁ハウジング1側に調整室41Aを有する調整部ハウジング41を躯体として構成されている。調整室1Aは弁本体1の内部を後述の気密部材(ベローズ5)によって確定され形成されており調整スピンドル42を内部に収容している。この調整部ハウジング41は調整室41Aの開口端部を弁ハウジング1の下端部に螺合することにより弁ハウジング1に固定されている。調整部ハウジング41の中央には雌ねじ部41aが形成され、この雌ねじ部41aに、外周に雄ねじ部42aを有する調整スピンドル42が螺合されている。調整スピンドル42の調整室41A側の端部には球状凸部43が一体に形成され、この球状凸部43にはばね受け25が当接して嵌合されている。また、調整スピンドル42の下端部にはこの調整スピンドル42を回転するときにレンチを挿入するための切り欠き42bが形成されている。なお、調整部ハウジング41の下部及び調整スピンドル42の下部は蓋部材44によりカバーされている。調整部ハウジング41にはシール部材Sが設けられており、調整部ハウジング41と蓋部材44との間がシールされている。これにより、弁ハウジング1や調整部ハウジング41の表面に付着する霜が溶融した場合でも調整スピンドル42の雄ねじ部42aと調整部ハウジング41の雌ねじ部41aとの間から霜が溶融することにより生じた水分が調整室41Aに侵入することを防止している。シール部材Sの材質はPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)の樹脂、NBR等のゴム、金属製等の適宜の材質を用いることができる。なお、弁体2の軸方向への移動に伴うベローズ5の伸縮により調整室41Aの容積も変化することとなるが、調整室41Aの容積を十分大きく設定することで、ベローズ5の伸縮による調整室41Aの容積の変化に起因する調整室41A内の内圧の変化の影響を抑制している。また、調整部ハウジング41における蓋部材44を収容する空間とベローズ5を収容する空間とを連通する連通孔を調整部ハウジング41に設けることで調整室41Aの容積をより大きくすることができ、より一層、ベローズ5の伸縮による調整室41Aの容積の変化の影響を抑制することができる。調整室41Aの容積を大きくすることは弁体2の軸方向への移動量が比較的大きい場合や、ベローズ5の有効受圧径が大きい場合に特に好適である。
The
以上の構成により、この温度式膨張弁100は以下のように作用する。後述の冷凍サイクルシステムで説明するように、この温度式膨張弁100は、一次側継手11に凝縮器の出口側配管が接続されるとともに、二次側継手12に蒸発器の入口側配管が接続されて、冷凍サイクルシステムに搭載される。また、感温筒30は蒸発器の出口側配管に取り付けられる。そして、蒸発器の出口側配管の温度(感温筒30の感知温度)が高くなるとダイヤフラム装置3のダイヤフラム33の変位により弁体2が弁ポート13を開くように動作し、出口側配管の温度が低くなると弁ポート13を閉じるように動作する。また、弁室1A内の圧力(蒸発器における蒸発圧力)が低くなると弁体2が弁ポート13を開くように動作し、弁室1A内の圧力(蒸発圧力)が高くなると弁体2が弁ポート13を閉じるように動作する。このようにして、感温筒30の感知温度による受圧室31A内の圧力と弁室1A内の圧力(蒸発圧力)との差圧に応じて、凝縮器から蒸発器に冷媒を流す弁ポート13の開度を制御し、冷凍サイクルシステムの過熱度制御を行う。
With the above configuration, this
そして、温度式膨張弁100の調整部20において、調整スピンドル42を回転することにより、この調整スピンドル42が調整部ハウジング41に対して軸線X方向に変位する。これにより、付勢ばね24の軸線X方向の伸縮量が変化して、弁体2の弁閉方向の付勢力が変化する。したがって、調整スピンドル42のねじ込み量を調整することで、弁体2と作動棒35とによるダイヤフラム33に対する押圧力を変化させることができる。このように、付勢ばね24の付勢力を調整することができるので、受圧室31Aの導入圧力と弁室1A内の圧力との差圧に応じて弁ポート13が開き始める圧力、すなわち過熱度設定圧力を調整することができる。
By rotating the adjusting
ここで、ベローズ5は、端板51とは反対側の端部(一方側)のリム部5aをリング状の固定金具52の内側に溶接等により固定されており、この固定金具52を弁ハウジング1の下端の円環状のリム部1a内に嵌合されるとともに、溶接等により弁ハウジング1に固着されている。これにより、ベローズ5は弁室1Aと調整室41Aとを気密に封止している。したがって、弁本体部10からの冷媒の漏れを完全に無くすことができる。なお、調整室41A内は、雌ねじ部41aと雄ねじ部42aとの間の間隙を通じて、蓋部材44を取り外した状態の際の温度式膨張弁100の周囲環境に応じた大気圧となっている。蓋部材44は過熱度設定値の調整の際等に取り外される。また、ベローズ5は主に軸線X方向に可撓性を有している。そして、付勢ばね24の付勢力を弁体2に伝達させることができる。
Here, the
図3の第2実施形態において第1実施形態と同様な部材、同様な要素には同じ符号を付記して詳細な説明は省略する。この第2実施形態において第1実施形態と異なる点は、主にベローズ5′の向きである。この第2実施形態における弁体2′は、ニードル部21′と、ニードル部21′の外周のフランジ部22′と、ニードル部21′とは反対側に突出するボス部23′とで構成されている。また、弁体2′のボス部23′には、リテーナ25が嵌合されるとともに、このリテーナ25には弁室1Aの内壁に摺接する板ばね26(菊バネ)が組み付けられている。また、この実施形態の「気密部材」としてのベローズ5′は端板51′(他方側)を下端として配置されており、ベローズ5′の内側には当金53′が端板51′に接触されて収容されている。さらに、ベローズ5′の内側に付勢ばね24が配設され、この付勢ばね24は当金53′と弁体2側の板ばね26との間で圧縮されている。そして、付勢ばね24により弁体2は弁閉方向に付勢される。
In the second embodiment shown in FIG. 3, the same members and elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed explanations thereof will be omitted. The second embodiment differs from the first embodiment mainly in the orientation of the bellows 5'. The valve body 2' in this second embodiment is composed of a needle part 21', a flange part 22' on the outer periphery of the needle part 21', and a
弁ハウジング1の下部に設けられた調整部20′は,弁ハウジング1側に調整室61Aを有する調整部ハウジング61を躯体として構成されている。この調整部ハウジング61は調整室61Aの開口端部を弁ハウジング1の下端部に螺合することにより弁ハウジング1に固定されている。また、調整部ハウジング61の調整室61Aは円柱形状をしており、この調整室61Aの下部に雌ねじ部61aが形成され、この雌ねじ部61aに、外周に雄ねじ部62aを有する調整スピンドル62が螺合されている。そして、調整スピンドル62の調整室61A側の端部と、ベローズ5の下端(他方側)の端板51′との間に、ボール63が配設されている。なお、調整部ハウジング61の下部及び調整スピンドル62の下部は蓋部材64によりカバーされている。また、第1実施形態と同様に調整部ハウジング61にはシール部材S′が設けられており、調整部ハウジング61と蓋部材64との間がシールされている。調整室61Aの容積は第1実施形態と同様に十分大きく設定されている点も第1実施形態と同様である。本実施形態においては、調整スピンドル62に調整ハウジング61における蓋部材64を収容する空間とベローズ5を収容する空間とを連通する連通孔を設けることにより調整室61Aの容積をより大きくすることができる。
The adjustment section 20' provided at the lower part of the
この実施形態では、ベローズ5′は、端板51′とは反対側(一方側)の端部の平坦部5b′をリング状の固定金具52′の端部に溶接等により固定されており、この固定金具52′を弁ハウジング1の下端の円環状のリム部1a内に嵌合されるとともに、ろう付け等により固定することで、ベローズ5′は弁ハウジング1に固着されている。これにより、ベローズ5′は弁室1Aと調整室61Aとを気密に封止している。したがって、弁本体部10からの冷媒の漏れを完全に無くすことができる。なお、調整室61A内は、雌ねじ部61aおよび雄ねじ部62aとの間の間隙を通じて、蓋部材64を取り外した状態の際の温度式膨張弁100の周囲環境に応じた大気圧となっている。蓋部材64は過熱度設定値の調整の際等に取り外される。また、ベローズ5′は主に軸線X方向に可撓性を有している。そして、付勢ばね24の付勢力を弁体2に伝達させることができる。このように第2実施形態においては、ベローズ5′の他方側が調整部20′の調整スピンドル62側に設けられていることから、弁体2′が弁ポート13に対して近接または離間の動作を行っても、これに伴うベローズ5′の伸縮は生じない。これによりベローズ5′の弾性力の変化が流量特性に影響を及ぼしにくくなっている。また、ベローズ5′が収縮させた状態で弁室1A内に取り付けられている点は第1実施形態と同様である。
In this embodiment, the bellows 5' has a
図4は実施形態に係る冷凍サイクルシステムの概略構成図である。この冷凍サイクルシステムは、ルームエアコン等の空気調和機やショーケース等の冷蔵機器、冷凍機器等に利用されるものである。図4において、100は各実施形態の温度式膨張弁、200は蒸発器である室内熱交換器、300は凝縮器である室外熱交換器、400は圧縮機である。圧縮機400で圧縮された冷媒は、室外熱交換器300に流入され、温度式膨張弁100で絞られ、室内熱交換器200を介して圧縮機400の順に循環される。そして、室外熱交換器300が凝縮器として機能し、室内熱交換器200が蒸発器として機能し、室内等の冷却がなされる。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the refrigeration cycle system according to the embodiment. This refrigeration cycle system is used in air conditioners such as room air conditioners, refrigeration equipment such as showcases, refrigeration equipment, and the like. In FIG. 4, 100 is a thermostatic expansion valve of each embodiment, 200 is an indoor heat exchanger which is an evaporator, 300 is an outdoor heat exchanger which is a condenser, and 400 is a compressor. The refrigerant compressed by the
室内熱交換器200(蒸発器)の出口側配管200aには、温度式膨張弁100から延びるキャピラリチューブ30aを介して感温筒30が取り付けられている。そして、感温筒30は出口配管200aの温度を感知して、その温度に応じた圧力を前記ダイヤフラム装置3に加え、前記のように温度式膨張弁100の弁開度を変化させる。
A
なお、温度式膨張弁には内部均圧式と外部均圧式とがあり、蒸発器内部の圧力損失の大小により使い分けされている。圧力損失が一定や小さい場合には内部均圧式が用いられ、圧力損失が大きい場合には外部均圧式が用いられる。実施形態では均圧室32A内に弁室1Aの圧力を導入する内部均圧式の例について説明したが、本発明は、均圧導管により蒸発器の出口圧力を均圧室32Aに導入する外部均圧式にも適用できる。
Note that there are two types of thermostatic expansion valves: internal pressure equalization type and external pressure equalization type, which are used depending on the magnitude of pressure loss inside the evaporator. An internal pressure equalization method is used when the pressure loss is constant or small, and an external pressure equalization method is used when the pressure loss is large. In the embodiment, an example of an internal pressure equalization type in which the pressure of the
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述し、その他の実施形態についても詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。 The embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the drawings, and other embodiments have also been described in detail, but the specific configuration is not limited to these embodiments. Even if there are changes in the design within the scope of the invention, they are included in the present invention.
10 弁本体部
20,20′ 調整部
30 感温筒
30a キャピラリチューブ
X 軸線
1 弁ハウジング
11 一次側継手
12 二次側継手
13 弁ポート
1A 弁室
2,2′ 弁体
21,21′ ニードル部
24 付勢ばね
3 ダイヤフラム装置
31 上蓋
31A 受圧室
32 下蓋
32A 均圧室
33 ダイヤフラム
34 当金
35 作動棒
41 調整部ハウジング
41A 調整室
42 調整スピンドル
5,5′ ベローズ
51,51′ 端板
5a リム部
5b′ 平坦部
61 調整部ハウジング
61A 調整室
62 調整スピンドル
100 温度式膨張弁
200 室内熱交換器(蒸発器)
300 室外熱交換器(凝縮器)
400 圧縮器
10
300 Outdoor heat exchanger (condenser)
400 compressor
Claims (3)
弁室内に前記弁体を内蔵した弁本体部と、前記付勢ばねを前記軸線方向に伸縮させる調整スピンドルを前記弁本体部の内部に臨ませた調整部と、を備え、
前記弁本体部の内部と、前記調整部の調整室とが、可撓性を有する気密部材によって仕切られ、
前記気密部材の一方側は、前記弁本体部に接合され、他方側は、前記弁本体部の内部と前記調整スピンドルとの間で前記調整スピンドルの軸線上に配置され、
前記気密部材の前記他方側は、前記調整部の前記調整スピンドル側に設けられていることを特徴とする温度式膨張弁。 The superheat degree setting value is adjusted by adjusting the biasing force of a biasing spring that is connected by piping between the condenser and evaporator of the refrigeration cycle system and biases the valve body in the valve closing direction on the axis of the valve port. In the thermostatic expansion valve,
comprising: a valve body with the valve body built into the valve chamber; and an adjustment part with an adjustment spindle facing inside the valve body for expanding and contracting the biasing spring in the axial direction;
The inside of the valve body portion and the adjustment chamber of the adjustment portion are partitioned by a flexible airtight member,
One side of the airtight member is joined to the valve body, and the other side is disposed on the axis of the adjustment spindle between the inside of the valve body and the adjustment spindle ,
The temperature type expansion valve , wherein the other side of the airtight member is provided on the adjustment spindle side of the adjustment section .
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