JPH0587746B2 - - Google Patents

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JPH0587746B2
JPH0587746B2 JP62277248A JP27724887A JPH0587746B2 JP H0587746 B2 JPH0587746 B2 JP H0587746B2 JP 62277248 A JP62277248 A JP 62277248A JP 27724887 A JP27724887 A JP 27724887A JP H0587746 B2 JPH0587746 B2 JP H0587746B2
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valve
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piston
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、空調システムに係り、更に詳細には
流量可変式冷凍システムに於ける膨張装置の制御
に係る。
従来の技術 冷凍システムに於て冷媒の流れを膨張させる冷
媒膨張装置については、従来より種々の構造のも
のが提案されている。冷凍システムに於ては、冷
媒をポンプにて加圧し、加圧され温度が上昇した
冷媒を屋外熱交換器等の冷媒よりの放熱が可能な
熱交換器に通してその温度を下げ、しかる後冷媒
の流れを冷媒膨張装置により絞つて膨張させ、冷
媒を気化させて低温の冷媒流を発生させ、これを
室内熱交換器等の吸熱作用を行うべき熱交換器に
通し、吸熱により温度が上昇した冷媒を再びポン
プへ戻すことが行われている。かかる冷凍システ
ムに於て、冷凍負荷の大小に応じて、ポンプの作
動容量を変化させ、冷媒負荷に応じて冷凍システ
ム内を循環する冷媒の流量を変化させることも既
に知られており、又かかるポンプの作動容量の制
御と同時に冷媒膨張装置の絞りを調節することも
既に知られている。
特開昭59−137676号公報には、冷媒膨張装置の
絞り開口の大きさを電磁弁やサーモスタツト弁に
てアナログ的に無段制御する従来の技術に於て
は、絞り開口が増大するときと縮小するときとで
ヒステリシスにより制御入力に対する開度にかな
りの差が生ずることに対処し、電磁開閉弁を間歇
的に開閉作動させ、閉弁時間に対する開弁時間の
比によつて弁の平均的有効開度を設定する所謂デ
ユーテイ比制御により可変冷媒膨張装置の開度を
可変の制御することが提案されている。この特許
公開公報に於ては、弁はシリンダの周壁に開口す
る弁ポートを該シリンダ内に往復動するピストン
状の弁要素によつて開閉する所謂滑り弁の構造と
して構成されている。
発明が解決しようとする課題 一般にデユーテイ比制御はオンオフの繰返し周
期が高くされるほどアナログ制御により近い滑ら
かな制御が得られる。しかし滑り弁に於てオンオ
フの周期を短くすると、それだけ単位時間当りの
滑り弁の摺動距離は増大し、滑り弁の潤滑や摩耗
に関して問題が生ずる。
滑り弁による弁開度のデユーテイ比制御に於け
る上記の潤滑及び摩耗の問題に鑑み、滑り弁に代
えて弁要素が環状の弁座に対し垂直方向に開閉移
動する弁を用いることが考えられるが、冷凍負荷
の大小に応じてポンプの作動要領が変えられるよ
うになつている冷凍システムに於ては、冷凍負荷
が急増したとき、ポンプの吐出側と吸込側とにそ
れぞれ連通している冷媒膨張装置の入口側と出口
側との間に大きな差圧がかかり、そのため弁要素
の往復動中に弁要素が弁座に対し強く打ちつけら
れる状態が生じ、弁要素と弁座の当り面に於ける
耐久性が損われるという問題がある。
本発明は、冷凍システムに於ける可変冷媒膨張
装置としてオンオフデユーテイ制御が行われる開
閉弁を用いる場合に於ける上記の問題に対処し、
これを解決した可変冷媒膨張装置を提供すること
を課題としている。
課題を解決するための手段 上記の課題は、本発明によれば、冷凍システム
に於て冷媒の流れを膨張させるための可変冷媒膨
張装置にして、 該冷媒膨張装置の最少絞り開口を与える第一の
通路手段と、 前記最少絞り開口と並列に可変絞り開口を与え
る第二の通路手段であつて、前記可変絞り開口の
ための弁ポートを郭定する環状弁座と、前記環状
弁座に対し実質的に垂直の方向に該環状弁座に対
し相対的に移動可能であり該環状弁座上に着座し
たとき前記弁ポートを閉じ該環状弁座より離れた
とき前記弁ポート開く弁要素と、を含む第二の通
路手段と、 前記弁ポートが閉じられている時間に対する前
記弁ポートが開かれている時間の比が前記可変絞
り開口の平均的有効開度を決定するように前記弁
要素を可変タイミングに従つて往復動させるアク
チユエータと、 を有することを特徴とする可変冷媒膨張装置によ
つて達成される。
発明の作用及び効果 上記の如く可変絞り開口のための弁ポートを郭
定する環状弁座と、該環状弁座に対し実質的に垂
直の方向に該環状弁座に対し相対的に移動し該環
状弁座に着座したとき前記弁ポートを閉じ該環状
弁座より離れたとき前記弁ポートを開く弁要素と
を有し、可変絞り開口を与える通路手段に対し、
これに並列に常時最少絞り開口を与える通路手段
を接続しておくことにより、冷凍システムに於け
るポンプの作動容量が急増した過渡時にも、弁ポ
ートの入口と出口の間に大きな差圧が生ずること
が回避され、これによつて弁要素が弁座に対し強
く打ちつけられることが回避され、摺動式の弁で
はなく、弁座に対し弁要素が実質的に垂直の方向
に移動する弁構造によつても、耐久性のある可変
冷媒膨張装置を得ることができる。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。
実施例 第１図に屋外コイル１２と屋内コイル１３とコ
ンプレツサ１４とを含むヒートポンプシステム１
１に適用された本発明が符号１０にて全体的に示
されている。システムの機能を暖房と冷房との間
に変化させる場合に屋外コイル１２及び屋内コイ
ル１３の機能を選択的に逆転させるための逆転弁
１５が設けられている。更にシステムの二つの機
能を維持すべく、コイル１２及び１３の入口にそ
れぞれ対応して膨張装置１６及び１７が設けられ
ている。膨張装置１６及び１７はそれぞれ符号１
８及び１９にて解図的に示されたバイパス通路を
有しており、これらの通路は一方の膨張装置がそ
れに対応するエバポレータコイルへ至る冷媒を計
量している場合に他方の膨張装置を有効にバイパ
スする。
コンプレツサ１４は変速型のモータ２１により
駆動される。かかる目的に適していることが解つ
ている変速コンプレツサ組立体の一例は、コープ
ランド・コーポレイシヨン（Copeland
Corporation）より市販され、本願出願人である
キヤリア・コーポレイシヨン（Carrier
Corporation）より部品番号38QV400094として
販売されているインバータ組立体により制御され
るモデルCVA−0150変速コンプレツサである。
変速機能を達成する他の一つの方法は、ゼネラ
ル・エレクトリツク・カンパニー（General
Electric Company）より市販されている型式の
電気的に整流されるモータ（ECM）を使用する
方法である。何れの場合にも、モータ２１の速度
は検出された周囲条件及びシステム条件に応答し
て制御装置２２から与えられる速度指令信号（モ
ータの速度を決定する信号）により変化される。
一般にモータの速度は高負荷条件下に於ける作動
に対しては増大され、低負荷条件下に於ける作動
に対しては低減される。
本発明によれば、膨張装置１６及び１７は可変
速度条件下に於て使用し得るよう構成され、その
有効オリフイス寸法は冷媒の所望の流量に実質的
に比例しており、流量はコンプレツサモータ２１
の速度に比例している。かかる目的で膨張装置１
６及び１７を制御すべく、電気信号（即ち、速度
指令信号）が制御装置２２より導線２３及び２４
を経て供給される。これらの膨張装置が制御され
る特定の要領については後に説明する。
本発明は、エバポレータコイルへ至る冷媒の流
量を計量するための膨張装置を有する任意の冷凍
システムに使用され得るものであることに留意さ
れたい。例えばかかる一つのユニツトが冷房のみ
を行う凝縮ユニツトに使用されてもよく、また一
対のかかるユニツトが第１図に示されている如き
ヒートポンプシステムに使用されてもよい。
第２図に冷房にのみ使用されるシステムに有用
な一方向膨張装置、即ちソレノイド弁２５が図示
されている。弁本体２６はコンデンサコイルより
冷媒が流入する入口２７と、低減された圧力にて
冷媒がエバポレータコイルへ排出される出口２８
とを有している。ランド部２９がバイパスオリフ
イス３１と調節オリフイス３２とを郭定してお
り、これらのオリフイスは入口２７を出口２８に
流体的に連通接続する並列の流路を与えている。
かくして冷媒は、それが後に説明する如く絞られ
ない場合には、入口２７へ自由に流入し、次いで
側部通路３３へ流入し、バイパスオリフイス３１
及び調節オリフイス３２を通過し、出口２８より
流出する。バイパスオリフイス３１及び調節オリ
フイス３２は互いに共働して冷媒の流量を計量す
る大きさに設定されており、バイパスオリフイス
３１の寸法は一定であり、調節オリフイス３２は
一定の直径を有しているが、本発明に従つて調節
される有効寸法を有している。
弁本体２６は室３４を郭定しており、該室内に
ピストン３６が往復動可能に配置されている。ピ
ストン３６は圧縮ばね３８に上端に於て係合する
よう上方へ延在するステム３７を有している。圧
縮ばね３８はピストン３６の一端３９が調節オリ
フイス３２の一端４１に係合し、これにより冷媒
の流れを遮断するようピストン３６を下方へ付勢
している。導線２３を経て供給される電気信号に
より励磁されるソレノイドコイル４２が図示の如
くステム３７の上端を囲繞し、これによりソレノ
イドコイルが励磁されるとばね３８のばね力に抗
してピストン３６を持上げ、これにより調節オリ
フイス３２を開いて冷媒がそれを自由に通過する
とを可能にする。本発明によれば、導線２３を経
てコイル４２へ供給される電気パルスは、閉弁時
間に対する開弁時間のデユーテイサイクルにより
オリフイスの有効寸法が決定され、従つて調節オ
リフイス３２を流れる冷媒の流量が決定されるよ
う、ピストン３６を制御された態様にて往復動さ
せるよう調節される。モータ速度の変化と共に流
量を変化するべく、デユーテイサイクルはモータ
速度の変化に応じて変化される。
或る任意の時間に於けるピストン３６のデユー
テイサイクルが如何なるものであろうと、或いは
ピストンが作動しているか否かに拘らず、バイパ
スオリフイス３１はコンプレツサが作動状態にあ
る限り最少流量の冷媒を与える。この特徴はソレ
ノイド作動される膨張装置の望ましい運転特性に
非常に有益であることが解つている。即ちソレノ
イド弁は冷媒の流れの一部のみを制御するので、
その寿命が実質的に長くされることが解つてい
る。その主要な理由は、ピストン３６が二つの極
限位置、即ち全開位置と全閉位置との間を運動す
る際にバイパス流によつてピストンの運動が減衰
されるということである。更にバイパスオリフイ
ス３１内の冷媒の流れは導管内の冷媒に圧力パル
スを与えて好ましからざる振動を発生する冷媒の
完全な遮断を防止する。
作動に於ては、コンプレツサの速度が或る所定
のレベルに到達するまでは、ピストン３６は全て
の冷媒がバイパスオリフイス３１を通過し得るよ
う閉弁位置に留まる。コンプレツサの速度が前記
所定のレベルに到達し、またそのレベルよりも高
くなると、ピストンは比較的低い周波数（例えば
0.2Hz）にて往復動せしめられる。コンプレツサ
の速度が増大されると、ピストンのデユーテイサ
イクルもそれに実質的に正比例してピストンが開
弁位置にある時間が増大するよう変化される。し
かしサイクル全体は常時所定の低い周波数に留ま
る。かくして膨張装置を通過する冷媒の流量は非
常に正確に且応答性よく制御される。これと同時
に、ソレノイド弁に対する性能上の要求が低減さ
れ、これによりソレノイド弁に比較的長い寿命が
与えられる。
第３図には二方向の使用に適した本発明による
膨張装置の他の一つの実施例が図示されている。
この実施例に於ては、アキユレータ型のピストン
４３が本体４６の流路４４内に装着されており、
図示の如くピストン４３に設けられた中央孔４７
により上述のバイパス機能が発揮されるようにな
つている。冷媒が逆方向に流れると、ピストン４
３は本体４６内を移動し、これにより所謂「バイ
パスアキユレータ」に於て一般的である態様にて
中央孔４７がバイパスされる。換言すれば、アキ
ユレータピストン４３は、それが図示の位置にあ
る時には冷媒の流量を計量してソレノイド弁４８
の周りに最少のバイパス流を与え、冷媒の流れ方
向が逆転されると、流路４４を通過する冷媒の流
れに殆ど絞りを与えないような態様にて使用され
る。ソレノイド弁４８はピストン４９を有してお
り、該ピストンは上述のソレノイド弁２５につい
て説明した要領と同一の要領にてソレノイドコイ
ル５１により調節されることにより調節オリフイ
ス５２の有効寸法を変化する。従つてコンプレツ
サが冷媒が図示の方向に流れる状態で比較的低い
速度にて運転されている場合には、全ての冷媒は
流路４４を通過する。しかしコンプレツサの速度
が所定のレベルに到達すると、ピストン４９は振
動し始め、これにより調節オリフイス５２を開
く。その場合には冷媒の流れは流路４４内を流れ
る冷媒と調節オリフイス５２内を流れる冷媒との
合計になる。この実施例に於ても、中央孔４７を
流れる冷媒によりかかる作動期間中に於けるピス
トン４９の運動に対し減衰効果が与えられる。
第４図には二方向に冷媒が流れることが必要で
あるシステムに適用された本発明の他の一つの実
施例が図示されている。この実施例の機能は第３
図に示された実施例と殆ど同一であるが、この実
施例に於てはソレノイドピストン４９と同一の本
体５３内にアキユレータピストン４３が装着され
ている。本体５３は室５３と排出流ダクト５４と
を連通接続する調節オリフイス５２を含んでいる
だけでなく、アキユレータピストン４３の周囲の
領域を室５３に流体的に連通接続する供給流路５
６を含んでいる。
コンプレツサの比較的高い速度条件下に於ける
作動に於ては、ピストン４９は開弁位置と閉弁位
置との間に振動され、これにより調節オリフイス
５２に開状態が与えられる。この場合アキユレー
タピストン４３は図示の如く最も左方の位置にあ
り、これにより冷媒は中央孔４７を流れ、最少の
バイパス流が与えられる。これと同時にピストン
４７は冷媒がその側部の周り及び供給流路５６を
通過して室５３へ流入し、更に調節オリフイス５
２を通過することを有し、これにより更に計量さ
れた冷媒の流れを与える。中央孔４７及び調節オ
リフイス５２を流れる冷媒は互いに合流し、排出
流ダクト５４に沿つて流れ、その時のコンプレツ
サのモータ速度と両立するよう制御された流量に
てエバポレータコイルへ流れる。冷媒の流れが逆
方向である時には、ピストン４９は閉弁位置にあ
り、ピストン４３は図にて右方の位置にあり、こ
れにより冷媒は実質的に絞られない状態にてその
周縁の周りを流れる。
以上に於ては本発明を特定の実施例ついて詳細
に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々
の実施例が可能であることは当業者にとつてて明
らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明が組込まれた一つの典型的なヒ
ートポンプシステムを示す解図である。第２図は
本発明の膨張装置の一つの実施例を示す断面図で
ある。第３図は本発明の膨張装置の他の一つの実
施例を示す断面図である。第４図は本発明の膨張
装置の更に他の一つの実施例を示す断面図であ
る。 １１……ヒートポンプシステム、１２……屋外
コイル、１３……屋内コイル、１５……逆転弁、
１６，１７……膨張装置、１８，１９……バイパ
ス流路、２１……モータ、２２……制御装置、２
３，２４……導線、２５……膨張装置（ソレノイ
ド弁）、２６……弁本体、２７……入口、２８…
…出口、２９……ランド部、３１……バイパスオ
リフイス、３２……調節オリフイス、３３……側
部流路、３４……室、３６……ピストン、３７…
…ステム、３８……圧縮ばね、３９，４１……一
端、４２……ソレノイドコイル、４３……ピスト
ン、４４……流路、４６……本体、４７……中央
孔、４８……ソレノイド弁、４９……ピストン、
５１……ソレノイドコイル、５２……調節オリフ
イス、５３……本体、５４……排出ダクト、５６
……供給流路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 冷凍システムに於て冷媒の流れを膨張させる
    ための可変冷媒膨張装置にして、 該冷媒膨張装置の最少絞り開口を与える第一の
    通路手段と、 前記最少絞り開口と並列に可変絞り開口を与え
    る第二の通路手段であつて、前記可変絞り開口の
    ための弁ポートを郭定する環状弁座と、前記環状
    弁座に対し実質的に垂直の方向に該環状弁座に対
    し相対的に移動可能であり該環状弁座上に着座し
    たとき前記弁ポートを閉じ該環状弁座より離れた
    とき前記弁ポートを開く弁要素と、を含む第二の
    通路手段と、 前記弁ポートが閉じられている時間に対する前
    記弁ポートが開かれている時間の比が前記可変絞
    り開口の平均的有効開度を決定するよう前記弁要
    素を可変タイミングに従つて往復動させるアクチ
    ユエータと、 を有することを特徴とする可変冷媒膨張装置。
JP62277248A 1986-10-31 1987-10-30 冷媒膨張装置 Granted JPS63116071A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US92575886A 1986-10-31 1986-10-31
US925,758 1986-10-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63116071A JPS63116071A (ja) 1988-05-20
JPH0587746B2 true JPH0587746B2 (ja) 1993-12-17

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ID=25452189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62277248A Granted JPS63116071A (ja) 1986-10-31 1987-10-30 冷媒膨張装置

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP0266301B1 (ja)
JP (1) JPS63116071A (ja)
KR (1) KR910002049B1 (ja)
AU (1) AU592021B2 (ja)
CA (1) CA1315999C (ja)
DE (1) DE3763797D1 (ja)
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