JPS5810623B2 - 形状記憶合金を用いた膨張弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷凍サイクルの蒸発器出口の冷媒温度を直接
感知して弁を開閉し得るようにした膨張弁に関する。

〔従来技術〕

膨張弁による冷媒システム制御において、蒸発器出口の
冷媒温度を検知して、冷媒の蒸発器流入量を制御するの
が一般的である。

次に従来技術の構造の概要及びその問題点を述べる。

この制御において、膨張弁の応答性、制御性を良好にし
、かつ取付工数を省力化するために蒸発器出口の信号を
、ただちに流量制御の弁に機械的に伝達する形態として
第１図のものが公知である。

流路７は弁装置の高圧液冷媒の流入路であり、冷媒は弁
ポート６を開閉する弁体５により絞られ、流路８へ流出
する。

流路８は図示されない蒸発器へ接続され、蒸発器を経た
冷媒は、流路９および１０を通過し、やはり図示されな
い圧縮機へ循環し、連続した冷房運転が行なわれる。

ここにおいて、弁ポート６を通過する冷媒量を、所要の
流量に調整するため、蒸発器を経た冷媒の温度を、感温
室１内に封入されたガスの飽和蒸気圧の変化にて検知し
ダイヤフラム２を変位させ、連結棒３および作動棒４を
介し弁開度が調整されるように構成されている。

即ち、蒸発器における負荷が大きく、流路９から流入す
る冷媒温度が高い時には感温室１内のガス圧が上昇し、
ダイヤフラム２を押し下げ、弁開度を大きくし冷媒量を
増加させる。

また、蒸発器の負荷が小さい時には、流路９に流入する
冷媒温度が低くなるため、上記と逆の作用をし、冷媒流
量を適正な量とするよう自動的に調整を行なうものであ
る。

しかし、この装置においては、感温室１とダイヤフラム
２により機能が損なわれる等の不具合があった。

そこで、この欠点を解消し、感温駆動素子を単一の熱応
動部材とする工夫が特開昭５１−８２４４４に見られる
（第２図）。

この案において、弁体や流路の配置は第１図と同一であ
るが、熱応動部材としてバイメタル１１を用いている。

上記の冷媒が弁入口１２から蒸発器１２から蒸発器Ｅに
向かう通路１３（以下−次側通路と略記する。

）と冷媒が蒸発器から圧縮器Ｃに向う通路１４（以下二
次側通路と略記する。

）を一体化した膨張弁にあっては、両逆路間に冷媒の洩
れや熱交換をなくする必要がある。

上記対策を施すためには、通常、一般的な“シール”の
方法がとられるが、これは、二次側通路にある熱応動部
材から一次側通路にある弁体に伝達される機械的な力を
、摩擦力などの拘束力によって削減しなければなら彦か
った。

これらの拘束力に打克って、有効な制御を行なうために
は、熱感応部材は、十分な駆動力をもって、一定の弁リ
フトを与えるものでなければならない。

〔従来技術バイメタル型の問題点〕

ところが、特開昭５１−８２４４４は熱応動部材として
バイメタル１１を使用しており、バイメタルの単位温度
変化に対する変位置は大きくないので、蒸発器Ｅの出口
温度の変化に応じて、流量制御に有効な弁リフトに必要
な変位を得るためには、バイメタル型熱応動部材は大き
くならざるを得ない。

熱応動部材が大きくなれば、その熱容量も大きくなり、
二次側を流れる流体の温度に対しての追随性が悪くなる
。

この結果膨張弁の制御性が落ちる。

すなわち、バイメタル型熱応動部材を用いるかぎり、一
次側通路と二次側通路を一体化することの利点を生かす
ことができなかった。

〔ＳＭＥを用いる場合の問題点〕 一方、感温素子の中では、一定の温度変化に対し、変位
置を大きくとれるものとして形状記憶合金（以下ＳＭＥ
合金と略記）があり、この合金を熱応答弁の熱応動部材
として用いることは公知である。

したがって、上記従来例のバイメタルに換えて、ＳＭＥ
合金を膨張弁に用いることが考えられる。

ところで、膨張弁としての制御を行なわせるためには、
蒸発器出口の比較的微少の温度変化（例えば１に程度）
に応答して、弁開度の変化を与えるものでなくてはなら
ない。

また温度変化による弁開度変化が近代的に直線性を保ち
、かつ温度上昇、温度下降という温度変化の方向性によ
って、弁開度にヒステリシスが生じないものがのぞまし
い。

つまり、弁の動きが“やわらかい”ものが膨張弁制御に
は望ましい。

しかし、昭５１−８２４４４の構成におけるバイメタル
を単にＳＭＥ合金に置換するというだけでは、上記の望
ましい膨張弁の制御特性は得られず、弁が０Ｎ−ＯＦＦ
動作を生じる結果となる。

これは第４図に示すようにＳＭＥ合金の温度に対する弾
性率変化が大きく、かつ、温度−変位の直線性の得られ
る温度範囲が狭いためである。

〔課題〕

そこで、本発明の課題は、上記従来のものにおけるバイ
メタル型熱応動部材に換えて、ＳＭＥ合金型熱応動部材
を用いるに際し、温度変化に対する熱応動部材の変位が
緩やかで、かつ所定の温度範囲において近似的に直線性
をもつようにすることである。

〔技術的手段〕

上記課題を達成するための技術的手段は、■ ＳＭＥ合
金型熱応動部材を断面円形の線材によるコイルはね形状
とし、 ＠ 非感温性のはね（以下、バイアスばねという）によ
って、弁体を上記ＳＭＥ型熱応動部材に向けて付勢させ
、 ■ 上記バイアスばねを調節自在とする、ことである。

〔作用〕

上記技術的手段は、次のように作用する。

すなわち、圧縮機と蒸発器とを連通ずる第１の通路にお
いたコイルはね形状のＳＭＥ合金型熱応動部材は、蒸発
器出口温度が変化すると、それに応じて伸縮する。

その伸縮は、バイアスばねのばね力との平衡を保ちなが
ら行なわれ、弁を上下動させ、その開度を調整する。

上記伸縮の温度による挙動は第５図に示すようにほぼ近
似的直線性を示す。

第５図は、ＳＭＥコイルばねに定荷重をかけた場合の温
度−変位特性を示しており、上記荷重が小さくなるにつ
れて、上記図中の下の線に移行する。

すなわち荷重が小さいほど直線部分の傾斜がゆるやかに
なる。

さらに上記荷重が小さくなる、すなわち、下の線に移行
するにつれて直線部分が低温側に移行する。

また、上記直線部分の傾斜角は、ＳＭＥコイルばね自身
のばね定数が大きくなるほど、小さくなる傾向を示す。

したがってＳＭＥコイルばねのばね定数を適宜選択し、
かつ上記荷重の大きさを、バイアスはねのばね力を調整
することにより、コイルばね形状のＳＭＥ合金型熱応動
部材の温度変位特性をゆるやかにし、かつ上記温度変位
特性に、使用温度範囲において、近似的な直線性をもた
せることができる。

（第６図参照）〔特有の効果〕 本発明は、次の特有の効果を生じる。

すなわち、ＳＭＥ合金により膨張弁の弁制御を行なうた
め、僅かな温度変化をも検出して弁開度調整が々される
上に、駆動力が強いために流体の脈動の影響や、弁機構
の摩擦力によって生じるヒスチルシスも少なくでき、バ
イメタルを用いるよりも遥かに効率的かつ正確な冷媒量
制御が達成できる。

これにより、バイメタルを用いた従来の装置において懸
念された冷媒供給の過不足や時間遅れによるバンチング
等の制御上の不具合を解消することができるものである
。

〔実施例〕

本発明の技術的手段と作用を、第３図に示す一実施例に
ついて説明する。

１６は膨張弁本体で、隔壁１７により互に離間した第１
の通路１８及び第２の通路１９及び第３の通路２０を有
する。

通路１８は蒸発器２１の出口側と圧縮機２２の入口側と
を連通し、通路１９の一方は弁ポート２３を介して通路
２０の一方と連通し、他方は前記蒸発器２１の入口側と
連通している。

又、通路２０の他方は、凝縮器２４の出口側と連通して
いる。

２５は通路１８内に挿入され、かつ所定の温度範囲で伸
縮し得るＳＭＥ合型製のコイルはね形状の熱応動部材で
、通路１８に設けられた気密枠２６と受け２７とに依り
支持されている。

この熱応動部材は、例えばＣｕ−Ｚｎ−Ａ１合金であっ
て、予め選択された温度にマルテンサイト変態開始点と
マルテンサイト変態終了点をもつものである。

この実施例では０℃を中心に一５℃〜＋５℃に間脚でき
るように選択したものを用いた。

受け２７の下面には作動棒２８の上端を固定し、この作
動棒は前記弁ポート２３をゆるく貫通して、その先端に
弁体２９を固定している。

３０は本体１６に気密に取りつけられた調節室外国で、
内部にははね受け３１，３２を互いに離間して設けてい
る。

はね受け３１の上面は前記弁体２９と接触している。

３３は両はね受は間に介挿されたバイアスばねである。

３４は前記外国３０に螺合された調節ねじでその先端は
、前記はね受け３２の下面に接触している。

３５はキャップを示す。

上記のように構成された実施例において、蒸発器２１の
出口温度を０℃近傍の一５℃〜＋５℃に制御しようとす
る時は、次のようになる。

今、出口温度が一５℃になったとすると熱応動部材２５
も一５℃となり、このコイルはねはバイアスはね３３に
より、ばね受け３１．弁体２９２作動棒２８、受け２７
を介して、圧縮変形し、弁体２９は、弁ポート２３を閉
じる。

今、蒸発器出口温度が上昇すると、熱応動部材２５も加
熱し、伸長する。

バイアスはね３３との平衡関係がずれて、弁体２９は弁
ポート２３を離間させる。

従って、弁ポート２３は開放し、凝縮器２４より吐出さ
れた冷媒は通路２０より、弁ポート２３を経て断熱膨張
し、通路１９より、蒸発器２１に導かれる。

従って蒸発器出口の温度は、所定の温度０℃に保たれる
。

逆に蒸発器出口温度が５℃になったとすると、熱応動部
材２５も５℃となりＳＭＥコイルばねは、規定の寸法と
なり、弁ポート２３を全開する方向に動かす。

これによって蒸発器に流れ込む冷媒流量が増加し、蒸発
器出口の温度は所定の温度に下る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一次側通路と二次側通路を一体化した膨
張弁の概略の断面図、第２図はバイメタル型熱応動部材
を用いた一次側通路と二次側通路を一体化した膨張弁の
概略の断面図、第３図は本発明膨張弁の一実施例の要部
の縦断面図、第４図は定荷重をかけた時のＳＭＥ合金の
温度−変位特性曲線図、第５図は定荷重をかけた時のＳ
ＭＥコイルばねの温度−変位特性曲線図で第６図はＳＭ
Ｅコイルはねにバイアスばねを対抗させて得られる弁リ
フト特性曲線図である。 １７・・・隔壁、１８第１の通路、１９・・・第２の通
路、２０・・・第３の通路、２１・・・蒸発器、２２・
・・圧縮機、２３・・・弁ポート、２４・・・凝縮器、
２５・・・熱応動部材、２９・・・弁体、３３・・・バ
イアスばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機と蒸発器・とを連通ずる第１の通路と、この
   連通部と割壁に依り隔てられ凝縮器と蒸発器とを弁ポー
   トを介して連通ずる第２及び第３の通路と、第１の通路
   内に設けられ、形状記憶合金製の熱応動部材と、前記弁
   ポート部に設けられ、且前記熱応動部材と作動杆を介し
   て連結され弁ポート部を開閉する弁体とよりなるものに
   於て■ 前記熱応動部材を断面円形の線材によるコイル
   バネ形状とし、 ■ 非感温性のばねによって、弁体を上記形状記憶合金
   型熱応動部材に向けて付勢し、 ■ 上記非感温性ばねを調節自在とすることを特徴とし
   た形状記憶合金を用いた膨張弁。