JPH09318201A - 自動制御機器の圧力式温度検出体及びその流体封入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小容積にその温度・飽和圧力特性を利用す
る流体を封入した圧力式温度検出体及びその流体封入方
法を実現する。 【解決手段】 第１の空間１ａを第１のシール部材１０
４により真空密閉した後、第１と第２のシール部材１０
４，１０５により形成された第２の空間１ｇに規定の容
積の流体を圧入し、次いで、第２のシール部材１０５を
移動し規定容積の第１と第２の空間１ａ，１ｇ内に上記
流体を気液二相の状態で封入することによって、従来の
装置で用いていた感温筒を必要とせず、あらゆる温度領
域において温度・飽和圧力変換特性を有する「液封入」
方式の場合の特性が得られるため、小型の装置により、
温度勾配の大きな環境下においても正確な制御が可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の飽和温度・
圧力特性を利用し、温度を検知し、制御動作を行う自動
制御機器の圧力式温度検出体及びその流体封入方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の流体の飽和温度特性を利用した、
いわゆる圧力式自動制御機器の使用例について、図２に
示すオイルセパレータを具備した冷媒回路例により説明
する。

【０００３】図２はカーエアコン用の冷媒回路を示して
おり、１はコンプレッサ、２はオイルセパレータ、３が
コンデンサ、４がレシーバ、５が膨張弁、６がエバポレ
ータであり、７がオイルセパレータ２からコンプレッサ
１へ油を戻すための油戻し回路であり、８は油戻し回路
中の小能力の放熱器である。実線矢印は冷媒の流れ方向
を示し、破線矢印は油の流れ方向を示す。

【０００４】オイルセパレータ２に流入する冷媒は、コ
ンプレッサ１の吐出ガスであるため高圧であり、油戻し
回路７はコンプレッサ１の吸入部へ接続されているため
低圧となっており、この差圧を利用して油を戻してい
る。

【０００５】このオイルセパレータ２は、分離された油
だけをコンプレッサ１へ戻すために、ボール状のフロー
トを有したバルブを前記オイルセパレータ２内に備える
のが一般的であるが、車載用の物では振動によるバルブ
の不具合等のため、フロートバルブの採用は好ましくな
い。

【０００６】このため、本出願人はオイルセパレータ１
から流出する流体の過冷却度を検知し、流量を比例制御
する過冷却制御弁１１により流体がガス体か、液体かを
分別する方式を提案した（特願平５−３０２５２、発明
の名称「冷凍機用オイルセパレータ」）。

【０００７】上記過冷却制御弁の基本構造について、以
下概略を図３により説明する。図３において、２１は弁
機構２０を気密的に螺合するケースであり、出入口継ぎ
手管２２により、図２に示すオイルセパレータ２、コン
プレッサ１に接続されている。

【０００８】弁機構２０は、ケース２３、ケース２３に
螺合する上本体２４、上本体２４と摺動嵌合する下本体
２６、そして上本体２４と下本体２６を気密的に接続す
るベローズ２５、及び冷媒封入用キャピラリチューブ２
７、感温筒２８、シール用Ｏリング（付番せず）で構成
される。

【０００９】また、感温筒２８、キャピラリチューブ２
７及びベローズ２５で構成される空間２ｄには、冷媒回
路中に封入した冷媒と同一の冷媒を、使用される全温度
域にわたって飽和ガス状態となる量だけ封入している。
２ａは弁機構２０への入口孔、２ｂは弁機構２０の弁口
である。

【００１０】以下に過冷却制御弁１１の作用について説
明する。オイルセパレータ２から排出された流体は入口
孔２ａから流入し、ベローズ２５とケース２３の間を満
たし、その圧力をベローズ２５の外側に伝える。

【００１１】また、感温筒２８で流体の温度を検知し、
その飽和蒸気圧を前記ベローズ２５の内側に伝える。こ
のようにして加えられたベローズ２５の内外圧力差で、
流入流体の状態、即ち、過熱・飽和・過冷却の判別が可
能である。

【００１２】過冷却制御弁１１は、流体が過冷却状態に
ある場合のみ、ベローズ２５の内部圧力（空間２ｄ）が
外部圧力よりも小さくなり、ベローズ２５自体のばね力
に打ち勝って弁口２ｂを開き、流体を通過させる。

【００１３】オイルセパレータ２から排出され、入口孔
２ａに流入する流体が、吐出ガス冷媒（過熱ガス）であ
る場合は、放熱器８で冷却作用を受けてもその効果は小
さく、過熱ガス状態を保ち、ベローズ２５の内部圧力は
外部圧力よりも高く流体は流れない。しかし、流体が油
である場合は、放熱器８による温度低下により、冷媒の
過冷却状態に相当する温度、圧力となり過冷却制御弁１
１は開弁する。

【００１４】以上の作用により、過冷却制御弁１１は油
（液体）だけをコンプレッサ１に供給する。このよう
に、過冷却制御弁１１は、感温筒２８の温度で被制御対
象の温度を検知し、圧力信号に変換し制御動作をおこな
っている。

【００１５】上記の例で示したような流体の温度・飽和
温度特性を利用した圧力式温度制御機器には、限定され
た空間内に封入する流体の量により、一般に「ガス封
入」方式と「液封入」方式と呼ばれる２種のものがあ
る。両者の構造上の違いは図４に示しており、図４
（ａ）が「ガス封入」方式、図４（ｂ）が「液封入」方
式のものである。

【００１６】まず、図４（ａ）に示す「ガス封入」方式
について以下に説明する。４０１はベローズ等の圧力・
変位変換素子であり、機器本体側機構の中核である。４
０２がキャピラリチューブであり、温度検知部である。

【００１７】４ａはベローズ１の内部空間、４ｂはキャ
ピラリチューブ４０２の内部空間を示す。空間４ａおよ
び４ｂには、フロン等の飽和蒸気（以下冷媒という）を
キャピラリチューブ４０２の先端から真空引きしたのち
封入し、ロー付け等により密封する。

【００１８】この方式の内部圧力は、ベローズ４０１、
キャピラリチューブ４０２両者の最も低温である部位の
温度に対応する飽和蒸気圧力となる。そのため、ベロー
ズ４０１の温度は常時キャピラリチューブ４０２の温度
よりも高い状態にしておく必要がある。

【００１９】また、内部冷媒圧力の上限は封入を行った
ときの冷媒温度相当飽和圧力であり、これを図５に破線
で示す。図５において、温度Ｔが封入時の冷媒温度、温
度Ｔに対する飽和蒸気圧力がＰ_MOP である（温度Ｔ以上
の領域においては、理論ガス膨張率による圧力上昇があ
るが、飽和蒸気圧力による効果に対し微小であるため無
視している。）。

【００２０】次に、図４（ｂ）に示す「液封入」方式に
ついて以下説明する。ベローズ等の圧力・変位変換素子
４０１、キャピラリチューブ４０２については、「ガス
封入」方式と同様であるが、この方式では、キャピラリ
チューブ４０２の先端に感温筒４０３が設けられてい
る。さらに、内部に冷媒を封入するためのキャピラリチ
ューブ４０４が設けられている。４ｃは感温筒４０３の
内部空間を示す。ここに、空間４ｃの容積＞空間４ａの
容積＋空間４ｂの容積 が構造上の条件である。

【００２１】これらで構成された内部には、「ガス封
入」方式と同様に冷媒等が封入されるが、封入された冷
媒は常に気相と液相とが共存するように、また、常に感
温筒４０３の温度で封入冷媒圧力を支配させるため、封
入される冷媒が液体として空間４ｃの容積を僅かに下回
る量としてある。これらの容積の関係から、封入された
冷媒の気相と液相との界面が常に感温筒４０３の中に存
在し、冷媒圧力はあらゆる温度領域において感温筒４０
３の温度相当飽和圧力である。この特性を図５中に実線
で示す。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷媒を封入しそ
の温度・飽和圧力特性を利用した、いわゆる圧力式温度
検出体においては、次のような課題があった。

【００２３】図３で例示した過冷却制御弁１１の場合、
空間２ｄ内圧力を制御のために活用しているのはベロー
ズ２５の内部だけであり、ベローズ２５自体で流体の温
度が検知できるならば、感温筒２８、キャピラリチュー
ブ２７は不要である。

【００２４】しかし、上記のように，あらゆる温度領域
において検知温度に対応する飽和蒸気圧力を得るために
は、「液封入」方式とする必要があり、そのためには、
冷媒を気相部分と液相部分を有するように、封入量を管
理する必要がある。

【００２５】この封入量の管理方法は、封入冷媒の重量
管理によっている。ところが、封入するべき容積が例え
ば数十ミリ立方センチメートル程度の小型機器の場合、
扱う重量が小さすぎて大量生産の手法が適用できず、必
ず感温筒を付属させなければなかった。

【００２６】そのため、機器の小型化に制約があり、ま
た、ベローズ部と感温筒部の温度に差がある場合には正
確な制御ができないという課題があった。本発明は上記
の課題を解決しようとするものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１に記載の発明に係る自動制御機器の圧力
式温度検出体の流体封入方法は、流体の飽和蒸気圧力特
性を利用した温度・圧力変換エレメントを具備した自動
制御機器において、温度・圧力変換を行わせる流体を封
入するための第１の空間を第１のシール部材により真空
密閉した後、予め規定された容積の第２の空間に上記流
体を第２のシール部材で封じ、上記第２のシール部材の
移動により、上記第１の空間と上記第２の空間の導通を
はかり、新たに形成された空間内に上記流体を気液二相
の状態で封入せしめることを特徴としている。

【００２８】上記においては、流体を封入するための第
１及び第２の空間を真空引きした状態で、第１の空間を
第１のシール部材により密封し、次いで、第１と第２の
シール部材により形成された規定の容積の第２の空間に
流体を圧入し、その後、第２のシール部材を移動して第
１のシール部材によるシールを破壊し、流体を第１と第
２の空間に流通させる。

【００２９】そのため、流体を封入すべき空間の容積と
封入する流体の容積を正確に管理することができ、従来
の装置で用いられていた感温筒を必要とせず、あらゆる
温度領域において温度・飽和蒸気圧力変換特性を有する
「液封入」方式の場合の特性が得られる。また、上記流
体封入時においては、その途中でワークの取外し取付け
を行うことなく連続して作業ができるため、流体の封入
作業も容易となる。

【００３０】上記により、温度勾配が大きな環境下にお
いても正確な制御が可能となり、装置を小型化すること
ができて容易に行うことができる温度検出体の流体封入
方法を実現する。

【００３１】（２）請求項２に記載の発明に係る自動制
御機器の圧力式温度検出体は、流体の飽和蒸気圧力特性
を利用した温度・圧力変換エレメントを具備した自動制
御機器において、温度・圧力変換を行わせる流体を封入
するための第１の空間と、同空間を真空状態に密閉する
第１のシール部材と、同第１のシール部材との間に予め
規定された容積の流体封入用の第２の空間を形成すると
ともにその移動により前記第１の空間とを導通させる第
２のシール部材とを有してなることを特徴としている。

【００３２】上記においては、上記発明（１）に記載の
方法により、規定の容積を有する第１及び第２の空間に
規定の容積の流体が封入されているため、上記発明
（１）と同様、あらゆる温度領域において温度・飽和蒸
気圧力変換特性を有する「液封入」方式の場合の特性が
得られ、温度勾配が大きな環境下においても正確な制御
が可能となる。

【００３３】（３）請求項３に記載の発明は、上記発明
（２）に記載の圧力式温度検出体において、第１のシー
ル部材と第２のシール部材を一体部品としたことを特徴
としている。

【００３４】上記においては、第１のシール部材と第２
のシール部材を一体としているため、流体封入工程にお
いて第１のシール部材と第２のシール部材を一度に配設
することができ、工程を単純化することができる。

【００３５】（４）請求項４に記載の発明は、上記発明
（２）に記載の圧力式温度検出体において、第１のシー
ル部材をダイアフラム等破り易い形状としたことを特徴
としている。

【００３６】上記においては、第１のシール部材を破り
易い形状としているため、流体封入工程において第２の
シール部材の移動を容易とすることができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係る過冷
却制御弁に設けられた圧力式温度検出体について、図１
により説明する。なお、本発明は微小空間への液冷媒の
定量封入に関するものであり、対象となる制御機器の構
造等にとらわれるものではないが、ここでは、例とし
て、図３により説明した過冷却制御弁（一部構造が異な
る）を取り上げる。

【００３８】図１に示す本実施形態の過冷却制御弁１０
３に設けられた圧力式温度検出体は、図３に示す従来の
装置と同様に、円筒形状の上本体２４の下部が円筒形状
の下本体２６の上部に挿入されて摺動部を形成し、同摺
動部の側部に上記上本体２４と下本体２６に端部が結合
されたベローズ２５が設けられ、上記上本体２４の上部
に空間１ｆを形成する大径円筒部１ｅが設けられた過冷
却制御弁１０３において、上記大径円筒部１ｅの下方に
設けられ冷媒が封入される第１の空間１ａと、上記大径
円筒部１ｅ下端に設けられ第１の空間１ａを真空状態に
密閉し中心部が幕状の第１のシール部材１０４と、上記
大径円筒部１ｅ内に設けられ第１のシール部材１０４と
の間に予め規定された容積の冷媒封入用の第２の空間１
ｇを形成するとともにその移動により第２の空間１ｇを
前記第１の空間１ａとを導通させる十字断面の針状突起
部を先端に有する第２のシール部材１０５とを備えてい
る。

【００３９】次に、本実施形態に係る圧力式温度検出体
の冷媒封入方法について、図１により説明する。図１に
おいて、１０１は本実施例に係る組立治具であり、制御
弁１０３をＯリング１１１，１１２により気密的に挿入
することができるものである。

【００４０】上記治具１０１には、冷媒ボンベ１０７の
液冷媒１１０を導入孔１ｃを経由して空間１ｆへ供給す
るための制御弁１０６を含む配管系と、真空ポンプ１０
９へ空間１ｆを接続する電磁弁１０８、導入孔１ｄ等か
らなる配管系が接続されている。また、上記第１及び第
２のシール部材１０４，１０５を圧入するためのプレス
のラム１０２をＯリング１１２で気密的に挿入すごとが
できる構造となっている。

【００４１】上記プレスのラム１０２等を用いた第１及
び第２のシール部材１０４，１０５の組立手順につい
て、以下に説明する。まず、両シール部材１０４，１０
５を装着していない状態で電磁弁１０８を開き、真空ポ
ンプ１０９により空間１ｆ，１ａを真空とし、第１のシ
ール部材１０４を圧入し、空間１ａを真空密封する（図
示しないパーツフィーダの操作は省略する。）。

【００４２】その後、電磁弁１０８を閉じ、電磁弁１０
６を開いて液冷媒１１０を空間１ｆに充填し、シール部
材１０５をラム１０２の１ｂ部で圧入する。このとき、
空間１ｇには液冷媒が密封されている。

【００４３】空間１ｇの容積は空間１ａと空間１ｇを合
わせた容積に、予め設定された使用最高温度における冷
媒の飽和蒸気がもつ質量と同じ量の液冷媒を収容できる
大きさである。なお、シール部材１０４および１０５は
別部品である必要はなく、図１（ｂ）に示すように１部
品とすることも可能である。

【００４４】ラム１０２の圧入行程が進むと、第２のシ
ール部材１０５の先端で、第１のシール部材１０４の中
心幕部を破り、導通された空間に冷媒を充填する。この
ときの冷媒は気液二相となる。

【００４５】このようにして、制御弁１０３は、内蔵し
たベローズ１１３等で形成する空間１ａ内に「液封入」
方式の場合の特性を有する温度・圧力変換エレメントを
得ることができる。また、制御特性として重要な応答性
については微小空間を得るに必要な小さな容器、小さな
熱容量ですむため、従来の方法に劣ることはない。

【００４６】上記により、温度・圧力変換のための冷媒
を封入すべき空間が微小であっても、「液封入」方式の
場合の特性を持つ温度検出体を得ることができ、従来の
ような感温筒を必要とせず、小型で、温度勾配の大きな
（温度分布の大きな）条件下でも正確な制御が可能とな
る。

【００４７】

【発明の効果】本発明の自動制御機器の圧力式温度検出
体及びその流体封入方法は、第１の空間を第１のシール
部材により真空密閉した後、第１と第２のシール部材に
より形成された第２の空間に規定の容積の流体を圧入
し、次いで，第２のシール部材を移動し規定容積の第１
と第２の空間内に上記流体を気液二相の状態で封入する
ことによって、従来の装置で用いていた感温筒を必要と
せず、あらゆる温度領域において温度・飽和圧力変換特
性を有する「液流入」方式の場合の特性が得られるた
め、小型の装置により、温度勾配の大きな環境下におい
ても正確な制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る制御弁の圧力式温
度検出体及び流体封入方法の説明図である。

【図２】オイルセパレータを具備した冷媒回路の説明図
である。

【図３】従来の過冷却制御弁の説明図である。

【図４】上記従来の過冷却制御弁の温度・圧力変換エレ
メントの説明図である。

【図５】図４に示す温度・圧力変換エレメントの温度・
圧力変換特性の説明図である。

【符号の説明】

１ａ 空間 １ｅ 大径円筒部 １ｇ 空間 １０１ 治具 １０２ ラム １０３ 制御弁 １０４ 第１のシール部材 １０５ 第２のシール部材 １０７ 冷媒ボンベ １０９ 真空ポンプ １１３ ベローズ

フロントページの続き (72)発明者 藤田 孝二 愛知県西春日井郡西枇杷島町字旭町３丁目 １番地 三菱重工業株式会社エアコン製作 所内 (72)発明者 斉木 光博 神奈川県藤沢市小塚126番地 日電工業株 式会社内 (72)発明者 大坪 哲郎 神奈川県藤沢市小塚126番地 日電工業株 式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の飽和蒸気圧力特性を利用した温度
   ・圧力変換エレメントを具備した自動制御機器におい
   て、温度・圧力変換を行わせる流体を封入するための第
   １の空間を第１のシール部材により真空密閉した後、予
   め規定された容積の第２の空間に上記流体を第２のシー
   ル部材で封じ、上記第２のシール部材の移動により、上
   記第１の空間と上記第２の空間の導通をはかり、新たに
   形成された空間内に上記流体を気液二相の状態で封入せ
   しめることを特徴とする自動制御機器の圧力式温度検出
   体の流体封入方法。
2. 【請求項２】 流体の飽和蒸気圧力特性を利用した温度
   ・圧力変換エレメントを具備した自動制御機器におい
   て、温度・圧力変換を行わせる流体を封入するための第
   １の空間と、同空間を真空状態に密閉する第１のシール
   部材と、同第１のシール部材との間に予め規定された容
   積の流体封入用の第２の空間を形成するとともにその移
   動により前記第１の空間とを導通させる第２のシール部
   材とを有してなることを特徴とする自動制御機器の圧力
   式温度検出体。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の圧力式温度検出体にお
   いて、第１のシール部材と第２のシール部材を一体部品
   としたことを特徴とする自動制御機器の圧力式温度検出
   体。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の圧力式温度検出体にお
   いて、第１のシール部材をダイアフラム等破り易い形状
   としたことを特徴とする自動制御機器の圧力式温度検出
   体。