JPH0830618B2 - パルスモーター駆動方式の電動式膨張弁の開度制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷媒回路に組み込まれる電動式膨張弁の開
度制御に関し、特に電源投入時の弁の初期開度設定時の
弁の固着状態を防止し、弁挙動の信頼性を向上させるも
のである。

〔従来の技術〕

従来より空気調和機の冷媒回路内の絞り装置として、
パルスモーターによって弁開度を調節する電動式膨張弁
が使用され、蒸発器出口の冷媒の過熱度に応じて冷媒の
流量制御を行なうようにしたものが知られている。

まず、電動式膨張弁を第３図によって説明すると、図
において、（１）は駆動部であり内部にはパルスモータ
ー（11）がケース（12）に保持されておりその回転力は
減速ギア（13），（14）を経てシャフト（15）に接続さ
れたドライブピン（16）に伝えられる。ドライブピン
（16）は外周部にネジ加工されており、円筒部（17）の
ネジ部（17a）にネジ込まれている。その為、パルスモ
ーター（11）の回転力がドライブピン（16）に伝えられ
ることによってドライブピン（16）は円筒部（17）の中
を上下することになる。一方弁本体部（２）はロックナ
ット（18）によって駆動部（１）と結合されており、そ
の構成は、出入口パイプ（21），（22）を備えた弁体
（23）と、その内部に形成された弁座（24）とそれに着
座する弁（25）、またその弁（25）に直結されるステム
（26）と、その上端部に配置されたブッシュ（27）及
び、一端開口部がステム（26）の外周部に気密接続さ
れ、他端開口部が弁体（23）の上端開口部に気密接続さ
れ、ステム（26）を支持すると同時に弁体（23）内の気
密を保持するベローズ（28）からなっている。この構造
において前記ドライブピン（16）は弁本体部のブッシュ
（27）と当接しており、パルスモーターの回転力がドラ
イブピン（16）の上下動となりその動きがブッシュ（2
7）、ステム（26）を経て、弁（25）に伝わり、弁（2
5）と弁座（24）の開度調節がなされる。

一方、電動式膨張弁の制御を第４図によって説明する
と、図において、例えばヒートポンプ式空調機の暖房運
転時圧縮機（３）から吐出された高圧高温冷媒ガスは、
四方弁（RV）によって配管（4a）に流れ、室内凝縮器
（５）にて放熱されて高圧冷媒液となり配管（4b）を通
って電動式膨張弁（６）で減圧され、室外蒸発器（７）
で再び低圧ガスとなりアキュームレータ（８）を経て圧
縮機（３）に吸入されるサイクルをくり返す。蒸発器
（７）の出入口には温度センサー（9a），（9b）が設置
され、負荷の変動による蒸発器出入口の温度差の変化を
とらえ、制御器（10）によって常に前記温度が一定にな
るように、電動式膨張弁（６）の開度をコントロールし
ている。ところで、このようなパルスモーター駆動方式
の電動式膨張弁は制御器（10）よりパルス信号が与えら
れた時のみ動作するため、制御器（10）は常に電動式膨
張弁の弁開度を記憶しており、次の弁開度に移行する時
は、現在の弁開度との差分のみをパルス信号としてパル
スモーターに与える。その為、停電や、管理の為の電源
OFF、冷暖房シーズンオフでの電源OFFが実施されると制
御器（10）の記憶が消されてしまい電動式膨張弁の弁開
度が不明になるため再び電源ONされて運転再開する場合
には、電動式膨張弁を一度全開もしくは全閉の状態とし
て、初期状態を決定し、電動式膨張弁の弁開度状態と制
御器（10）の情報を一致させなければならない。この動
作をイニシャライズと言うが、通常イニシャライズは、
電動式膨張弁の構造的バラつきのため全開で行うと誤差
が大きくなるので、全閉側で行なわれる。又停電による
停止等では電動式膨張弁の開度がいくらになっているか
が解らないので、イニシャライズ時の弁閉じパルス信号
は、電動式膨張弁の最大開度十構造的バラつきを見込ん
だ分の量だけ与えられる。具体的には全開量2000ステッ
プの電動式膨張弁であれば、2500ステップ程度の弁閉じ
信号が、電動式膨張弁のパルスモーターに与えられるこ
ととなる。そのため弁はイニシャライズ時には必ず増締
め状態となり、弁（25）は弁座（24）に確実に着座して
おり、制御器（10）の弁開度情報を全閉、つまり０とす
れば、正確な初期状態が決定できるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、パルスモーター駆動方式の電動式膨張弁
は、その初期状態設定を弁の増締めによって行なえる訳
であるが、この制御方式は以下の問題があった。それ
は、パルスモーター駆動方式の電動式膨張弁の構造に起
因する問題なのであるが、前出の電動式膨張弁の構造図
第３図に見られるように弁（25）は円筒部（17）に螺入
されているドライブピン（16）の外周ネジ部による推進
力で上下されるが、イニシャライズ時に弁（25）が増締
め状態となって放置されると、圧縮機（３）が運転開始
され、電動式膨張弁に開信号が送られてもネジ部（16
a），（17a）がネジ部表面の油切れから固着状態となり
開動作とならない。つまり弁（25）が、弁座（24）から
離脱しないロック状態におちいってしまうという問題が
発生したのである。特に、通常停止時には弁は冷媒回路
内をしゃ断し、液冷媒が低圧回路側に移行し、圧縮機再
起動時に大量の液冷媒が圧縮機に吸入される。いわゆる
液バック状態にならないように全閉で保持されるため、
停止後に電源がOFFされ、再度ONされた場合には、イニ
シャライズ時の増締め量は非常に大きくなり、そのまま
の状態で放置すれば弁がロック状態におちいる可能性が
非常に大きかったのである。従来からもこの問題を解決
するために、イニシャライズの直後に弁を中間位置まで
開けておくと言う方法が考案されているが、冷媒回路を
連通させてしまうため冷媒の移行が容易に起ることか
ら、配管（4b）内の液冷媒が室外機蒸発器（７）を経
て、アキュームレータ（８）内に移動し再起動時に大量
の液冷媒が圧縮機（３）に吸入され、液バック運転にな
ってしまう可能性が高かった。

この発明は、上記事情を考慮してなされたものである
が、電源投入時には弁位置を決定するためのイニシャラ
イズを確実に行ない、イニシャライズ後、圧縮機の運転
開始まで冷媒回路をしゃ断し、しかも、圧縮機運転時に
は速やかに電動式膨張弁を開動作せしめ、弁のロックを
起さない弁の初期開度設定方法を提供することを目的と
したものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するために、パルスモ
ーター駆動方式による電動式膨張弁の冷媒流量制御特性
に注目してなされたものであり、イニシャライズ時に弁
を一旦増締め状態とし、その後即座に電動式膨張弁に冷
媒が弁を流れ始める寸前の最大開度だけ弁開パルス信号
を与え、その状態を維持することによって電源再投入時
の弁位置を確実なものとし、圧縮機の運転開始まで冷媒
回路をしゃ断して冷媒の移行を防ぎ、しかも圧縮機の再
起動時の電動式膨張弁の確実な動作を得るようにしたも
のである。

〔作用〕

この発明においてパルスモーター駆動方式の電動式膨
張弁の初期開度設定時、一旦膨張弁を完全に閉じその後
即座に弁を開動作させ、弁と弁座が非接触でかつ冷媒の
流れない開度に保持するようにしたため、電源再投入時
の弁の初期位置を正確なものとし、圧縮機の運転開始ま
で冷媒回路をしゃ断して冷媒の移行を防ぎ、しかも圧縮
機の再起動時に電動式膨張弁の確実な動作が得られる。

〔実施例〕

以下、この発明の電動式膨張弁の開度制御方法を説明
する。この制御方法の対象となる電動式膨張弁は第３図
および第４図に示す構成を有するものである。第１図
は、パルスモーター駆動方式の電動式膨張弁の典形的な
流量制御特性であるが、一旦冷媒が流れ始めると、弁開
度に比例して冷媒流量が変化するが、その流れ始めの部
分を良く観察すると、パルスモーターに弁開動作の信号
が送られ、電動弁として確実に開動作を行なっているに
かかわらず、冷媒が流れ始めない領域があるのが解る。
その理由は、ドライブピン（16）と円筒部（17）のネジ
のバックラッシュと、弁（25）と弁座（24）のすき間に
存在する油のシール効果によるものである。

この電動式膨張弁は、電源投入が行われた際に上記電
動式膨張弁の駆動部が一旦最大開度以上の動作量閉じる
方向に動かされて弁（25）を確実に全閉とされる。その
後、わずかに弁（25）が開く方向へと動作させると、ド
ライブピン（16）と円筒部（17）のネジのバックラッシ
ュ効果によりその開放方向への移動は極く微量で弁（2
5）と弁座（24）との間には極めて小さなすき間が形成
される。弁（25）と弁座（24）との間には油が存在しこ
の油のシール効果により弁（25）と弁座（24）とが非接
触で、かつ、冷媒の流れない状態となる。この状態は、
次の動作信号が駆動部に与えられるまで保持される。こ
の冷媒が流れ始める寸前の最大開度は、2000ステップで
全開となるパルスモーター駆動方式の電動式膨張弁で80
ステップ程度である。第２図はこの発明一実施例の弁開
度制御パターンであるが圧縮機運転中は運転条件に応じ
て蒸発器出口の加熱度を一定にするように冷媒流量をコ
ントロールするよう電動式膨張弁の開度制御がなされて
いる。ところがもしここで停電もしくは故意の電源OFF
等があると弁の動作はその時点で停止し制御器の情報は
消えてしまう。その後再度電源が投入された場合、弁の
状態と制御器の情報を一致させるためにイニシャライズ
と称する弁閉じ動作が行なわれ弁の全閉状態と制御器の
開度０の情報が一致される。又、この際、弁は接触状態
以上に閉じないため、増締め動作となる。イニシャライ
ズ終了後弁はただちに開動作となり前述の弁内を冷媒が
流れ始める寸前の最大開度に開度設定され、その状態で
保持される。圧縮機再起動後、電動式膨張弁は制御器か
らの弁開きパルス信号によって速やかに必要開度まで開
かれ、増締め状態の放置による弁のロック状態は起らな
い。又電動弁は冷媒を流さない状態で保持されていたた
め、アキュームレータ等の低圧側への冷媒の移行も起ら
ず圧縮機始動時の液バック運転も起りにくい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によるパルスモーター駆動方式
の電動式膨張弁の開度制御方法によれば、電源投入時に
電動式膨張弁の駆動部を一旦最大開度以上の動作量閉じ
る方向に動かして弁をどのような状態からでも弁と弁座
が接触した状態で確実に全閉となし、駆動部制御器の弁
開度情報を０として一致させて初期設定しその後、弁を
わずかに開く方向に動作させ、弁の開度を弁内を冷媒が
流れ始める寸前の最大開度、つまり弁と弁座が非接触
で、かつ、弁と弁座間に存在する油のシール効果により
冷媒の流れない開度に保持するようにしたため、圧縮機
停止時は冷媒回路をしゃ断し冷媒がアキュームレータ内
等に移行することを阻止して圧縮機起動時の液バック運
転をおさえることが出来ると共に、長時間の停止後の再
起動時も電動式膨張弁がロックすることなく速やかに開
弁動作に入れるという実用上の効果を有する。そして、
特に電動式膨張弁の駆動部を一旦最大開度以上の動作量
閉じる方向に動かして弁と弁座が接触した状態で確実に
全閉とし、その後、わずかに弁が開く方向へと動作さ
せ、弁と弁座が非接触で、かつ、弁と弁座間に存在する
油のシール効果により冷媒の流れない開度にし、次の動
作信号が駆動部に与えられるまでその状態を保持するよ
うにしたから、弁と弁座との非接触微少開放状態を冷媒
の流れない適正開度に的確に設定でき、確実なシール効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るパルスモーター駆動方式の電動
式膨張弁の開度−流量特性、第２図は同じく弁開度制御
のパターンを示し、第３図は従来からも使用されている
パルスモーター駆動方式の電動式膨張弁の構造図、第４
図は、同じく電動式膨張弁を使用した冷媒回路図であ
る。 図において、（１）は駆動部で、（11）はパルスモータ
ー、（24）は弁座、（25）は弁、（３）は圧縮機、
（５）は凝縮器、（６）は電動式膨張弁、（７）は蒸発
器、（10）は電動式膨張弁の制御器である。 なお、図中、同一記号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増井 弘毅 和歌山県和歌山市手平６丁目５番66号 三 菱電機株式会社和歌山製作所内 (56)参考文献 特開 平１−167559（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−15058（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、パルスモーターによって
   開度調節可能な電動式膨張弁、蒸発器等を順次連絡して
   構成された冷媒回路を有するものにおいて、電源投入が
   行われた際に上記電動式膨張弁の駆動部を一旦最大開度
   以上の動作量閉じる方向に動かして弁と弁座が接触した
   状態で確実に全閉とし、その後、わずかに弁が開く方向
   へと動作させ、弁と弁座が非接触で、かつ、弁と弁座間
   に存在する油のシール効果により冷媒の流れない開度に
   し、次の動作信号が駆動部に与えられるまでその状態を
   保持するようにしたことを特徴とする、パルスモーター
   駆動方式の電動式膨張弁の開度制御方法。