JPH0245104B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電動形（パルスモータ形）膨張弁を用
いた冷暖房装置に関する。

冷暖房装置の冷媒回路中に挿入される膨張弁と
しては、負荷の変動に対し冷媒流量を速やかに増
減でき、かつ調整を正確に行うことができるこ
と、並びに運転起動時や運転停止時に冷媒流量を
最大限に増加させ急速冷暖房を行い、あるいコン
プレツサの入出力口の圧力を速やかに均等化する
等を行うことができるものが望まれている。

しかし従来における膨張弁は、蒸発器出口部温
度を感熱筒により圧力に変換し、この圧力により
ベローズやダイヤフラム等の隔膜を変形させて弁
棒を上下動させ冷媒の流量を制御していた。しか
しこの方法にあつては、蒸発器出口部の温度を圧
力に変換するために感温筒の応答速度が遅く、か
つ膨張弁等は積分動作をもたないため冷凍サイク
ル負荷によつて過熱度が変化するという欠点があ
つた。

また上記した弁棒の移動量が小さく、かつ冷媒
による流体圧が大きいため作動圧も大きくしなれ
ばならない等の欠点を有していた。

そこで近年、上記した欠点を是正するものとし
て、蒸発器出入口部での温度を電気信号に変換
し、その電気信号で電磁コイル内に挿入された鉄
心を上下動させる比例型膨張弁が開発されている
が、しかしこの膨張弁にあつては応答性が改良さ
れるものの、弁調整、すなわち弁開度の微調整が
非常に難しいという欠点があつた。

本発明は叙上の点に鑑みて成されたもので、そ
の目的とするところは、負荷の変動に対し冷媒流
量を速やかに増減できると共に微調整を容易に行
えることにより、最適冷暖房が行える冷暖房装置
を提供するにある。

また本発明の他の目的とするところは、弁の最
大および最小開度を迅速に行うことができること
により、急速冷暖房を行えると共に停止時のコン
プレツサ入出力口圧力を速やかに均等化できて、
再起動の時間を短縮し得る冷暖房置を提供するに
ある。

以下に本発明の実施例を第１図に示す冷媒回路
を参考に説明する。

図において、１１はコンプレツサであり、電磁
四方弁１２を介して、熱源側熱交換器１３、正逆
流可能な電動形膨張弁１４及び利用側熱交換器１
５を環状に連結して、冷暖可能な冷凍サイクルを
形成している。１６はコンプレツサ１１への吸入
管部に設けた受液器である。すなわち、この冷凍
サイクルは、冷暖房運転時においては、コンプレ
ツサ１１から吐出された冷媒は順次、電磁四方弁
１２、熱源側熱交換器（凝縮器として動作）１
３、正逆流可能な電動形膨張弁１４、利用側熱交
換器（蒸発器として動作）１５、電磁四方弁１
２、受液器１６を通過して、コンプレツサ１１へ
吸入される。また暖房運転時においては、コンプ
レツサ１１から吐出された冷媒は、順次、電磁四
方弁１２、利用側熱交換器（凝縮器として動作）
１５、電動形膨張弁１４、熱源側熱交換器（蒸発
器として動作）１３、電磁四方弁１２、受液器１
６を通過して、コンプレツサ１１へ吸入される。
１７，１８は各々、利用側熱交換器の温度、その
冷媒出口温度とを検出する感温抵抗素子である。
１９，２０は各々、熱源側熱交換器１３の温度、
その冷媒出口温度とを検出する感温抵抗素子であ
る。２１は電気制御回路であり、冷房運転時には
感温抵抗素子１７，１８の両者からの信号によ
り、一方暖房運転時には感温抵抗素子１９，２０
の両者からの信号により電動形膨張弁１４の開度
を制御するものである。さらに、２２は立ち上が
り制御電気回路であり、運転起動時には電気制御
回路２１には通電せず、電動形膨張弁１４に多数
パルスを印加し、運転起動かつ所定時間を経過し
た後、通電を電動形膨張弁１４から電気制御回路
２１に切換えるものである。

以下前記電動形膨張弁１４、すなわちパルスモ
ータ形の膨張弁の構造を第２図以降について説明
する。

１はシリンダー部１ａとケーシング１ｂとが一
体成形された本体にして、シリンダー部１ａの下
端に冷媒流入管２が、また側面には冷媒流出管３
が固着されている。そして上記流入管２が固着さ
れた部分には弁座１a₁が形成されている。４はシ
リンダー部１ａに形成したネジ孔１a₂に螺合され
た弁棒４にして、先端ニードル弁４ａが上記弁座
１a₁内に臨んでいる。そしてこの弁棒の上端には
角孔４ｂが穿たれている。５はケーシング部１ｂ
内に仕切板１b₁と後述する蓋体６との間に形成さ
れた減速ギヤにして、その出力軸５ａが仕切板１
b₁を貫通してシリンダー部１ａ内に臨むと共に先
端角柱部５ａが上記弁棒４の角孔４ｂ内に上下動
自在に挿入されている。従つて出力軸５ａが回転
されると、弁棒４は回転しながら上下動する。６
はケーシング１ｂの上端開口部に螺合密閉された
非磁性体による蓋体にして、中央より上方に肉薄
の円筒部６ａが延長されると共にその上端に軸受
部６ｂが一体に形成されている。また蓋体６の中
央には軸受６ｃが嵌着されている。なお蓋体６は
ケーシング１ｂに螺合締付けると、下面傾斜部６
ｄがケーシング１ｂの段部１b₂に当接するで、こ
の部分において密閉されるが、より密閉度を良く
するのであれば、開口部６ｅにシール材（例えば
半田や接着剤）を充填することにより行える。７
は外周面にＮ極とＳ極が交互に着磁された永久磁
石である回転子にして、上記円筒部６ａ内に回転
自在に収納されると共に回転軸７ａが上記軸受部
６ｂと軸受６ｃとに軸支されている。そして回転
軸７ａの下端は軸受６ｃより突出されると共に上
記減速ギヤ５と噛合する歯車７ｂが固着されてい
る。８は２相のコイルからなる固定子にして、上
記円筒部６ａの外周に嵌合されている。そしてそ
のリード線８ａは蒸発器出入口（図示せず）の差
温を検出すると共に該差温変化に比例してパルス
信号を送出するコントローラに接続されている。
従つて差温が大きくなると正のパルスが発生する
ので、固定子８には正のパルスが印加され、回転
子７をバルブが開く方向に回転させる。９は上記
した軸受部６ｂに螺合固定された固定子押え部材
にして、これを締め付けることにより固定子８を
蓋体６側に押え付け、固定子８を固定する。

次に上記構成に基いて動作を説明する。

今コントローラより固定子８たるコイルに正ま
たは負のパルスが印加されると、該コイルはＮ極
またはＳ極に励磁され、回転子７たる永久磁石は
パルスの数に比例した回転角で回転する。これに
より回転軸７ａが回転され、減速ギヤ５で減速さ
れて出力軸５ａに伝達される。出力軸５ａが回転
されると、その角柱部５ａが角孔４ｂに挿入され
ていることからして、弁棒４が回転されてそのニ
ードル４ａが弁座１a₁を開閉する。

ところで上記において、冷媒の流体圧はニード
ル４ａに加わるが、ここで流体はネジ孔１a₂を介
して弁棒４の上部空間にも流れ込む（もし上下空
間において差圧が生じるような場合には、二点鎖
線で示すような貫通孔４ｃを形成しても良い）の
で、弁棒４には外圧が加わらず、従つて駆動トル
クは小さくて良いので、モータの小形化が図れ
る。また回転子７までを密閉された蓋体６内に収
納したことにより、回転部分でのシールが全く不
要になり、シールの信頼性を向上できる。

また電流を流す固定子８をケーシングの外に出
したことにより、電気的絶縁は全く問題が無くな
ると共にコイルの自己加熱および通過流体の温度
による発熱の問題も全く心配もなく、しかも固定
子８は取外し自在であるから、断線や他のコイル
との交換も容易に行えるものである。

第２，３図に他の弁部分の実施例を示し、第１
図における弁棒４にあつては、出力軸５ａの回転
力によつてニードル４ａが弁座１a₁に喰い込む可
能性があるが、本実施例ではこの点における改良
を施している。

すなわち第２図において、弁棒４の下端に空胴
部４ｄを形成すると共に該空胴部４ｄ内にニード
ル４ａを抜け出ないように挿入し、かつスプリン
グ１０によつて押圧している。これによりニード
ル４ａはスプリング１０のばね力によつて弁座１
a₁に押圧され、ニードル４ａが弁座１a₁に当接し
た後は弁棒４のみが下降することとなる。従つて
ニードル４ａが弁座１a₁に喰い込むようなことは
ない。

また第３図において、流入管２と流出管３とが
シリンダー１ａの側面に固定されると共に弁座１
a₁によつて上室１a₃と下室１a₄とに区画し、上室
１a₃と流入管２を、下室１a₄と流出管３を夫々連
通し、また下室１a₄内にニードル４ａを弁座１a₁
側に向けて挿入すると共にスプリング１０によつ
て常時ニードル４ａを弁座１a₁側に押し付ける。
そして弁棒４の下端を細くして突杆４ｅとなし、
これをニードル４ａの先端に当接する。これによ
り弁棒４が下降するとニードル４ａはスプリング
１０のばね力に抗して下降し弁を開口する。また
弁棒４が上昇するとニードル４ａはスプリング１
０のばね力によつて上昇し、弁座１a₁に当接す
る。従つてニードル４ａが弁座１a₁に喰い込むよ
うなことはない。

なおモータはパルスモータに限定されるもので
はなく、同期電動機等の他のモータも利用でき
る。

さらに回転子７は永久磁石でなくとも良く、回
転鉄片子（この場合は内部に永久磁石が固定さ
れ、該永久磁石とコイルとの間に位置させる）を
利用することもできる。

またパルスモータを利用した場合は、パルス数
によつて回転角を制御できるので、モータの極数
を多くすることにより１パルスにおける回転角を
小さくでき、従つてこの場合には減速ギヤ５は必
ずしも必要としない。

以上の構成において、次に作用を説明する。通
電開始時には、立ち上がり制御電気回路２２によ
り電気制御回路２１には通電せず、電動形膨張弁
１４内のコイル８に多数のパルス信号が印加さ
れ、電動形膨張弁１４の開弁、すなわち弁座１a₁
と弁棒４の下端との間の開放が急速に大きくなつ
た状態で冷房または暖房運転が行われる。従つて
急速冷房または暖房が行われるものである。そし
て所望時間経過して冷房または暖房運転が定常状
態に達した後、立ち上がり制御回路２２により電
動形膨張弁１４から電気制御回路２１へと通電の
切換えが行われる。電気制御回路２１に通電が行
わえると、冷房運転時には感温抵抗素子１７，１
８からの、一方暖房運転時には感温抵抗素子１
９，２０からの温度差による電圧差として検出
し、その電圧差に応じて電動形膨張弁１４内のコ
イル８にパルス信号を印加し制御するようにな
る。

すなわち、電圧差が大きいときは多くのパルス
を発生して電動形膨張弁１４を大きく開放するよ
うにし、また電圧差が小さいときはパルス数を小
さくして開放度合いを小さくするようにしてい
る。

また冷暖房停止時には、立ち上がり制御回路２
２よりのパルス信号によつて電動形膨張弁１４の
弁を大きく開けてコンンプレツサ１１の両端圧力
差は速やかに均等化する。これにより再起動まで
の待ち時間を短縮することができる。

本発明による冷暖房装置にあつては、冷凍サイ
クルの所定個所の温度差と予め設定された温度と
の偏差量に応じて電動形膨張弁を駆動して、冷媒
の流流量を制御するようにしたので、負荷変動等
による運転条件の変化に即応して最適な冷媒流量
の制御ができ、また、冷暖房起動時および停止時
に弁開度を速やかに最大および最小にでき、従つ
て、急速冷暖房が行えると共に、停止時は速やか
にコンンプレツサの出入口圧を均等化でき再起動
までの時間を短縮することができる外、可逆膨張
弁を使用していることから、従来の如く２つの膨
張弁を使用する必要がないと共に逆止弁を省略で
き、従つて、冷凍サイクルの簡素化と部品の減少
が図れ安価な製品を提供することができる等の効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における冷暖房装置
の冷媒回路図、第２〜４図は同冷暖房装置に用い
る電動形膨張弁の夫々実施例を示す断面図であ
る。 １…本体、４…弁棒、６ａ…円筒部、７…回転
子、８…コイル、１３，１５…熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱源側熱交換器１３と、利用側熱交換器１５
   と、パルス信号によつて正逆流可能な電動形膨張
   弁１４および四方弁１２とで閉回路を構成すると
   共に前記閉回路へ冷媒を供給するコンプレツサ１
   １とから構成した冷暖房装置において、 前記熱源側熱交換器の温度と冷媒出口温度を検
   出する感温抵抗抗素子等のセンサ１９，２０と、 前記利用側熱交換器の温度と冷媒出口温度を検
   出する感温抵抗素子等のセンサ１７，１８と、 冷房運転時には前記センサ１７，１８からの信
   号により、また、暖房運転時には前記センサ１
   ９，２０からの信号により前記電動形膨張弁の開
   度を制御する電気制御回路２１と、 運転起動時には前記電気制御回路には通電せず
   前記電動形膨張弁に多数パルスを印加し、運転起
   動、かつ、所定時間を経過した後に通電を前記電
   動形膨張弁から前記電気制御回路に切換える制御
   電気回路２２とを具備し、 冷房運転時には前記センサ１７，１８からの、
   暖房運転時には前記センサ１９，２０からの温度
   差による電圧差に応じたパルス信号を前記電動形
   膨張弁に印加するようにしたことを特徴とする冷
   暖房装置。