JPS5810624B2 - バイメタルを用いた膨張弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は簡単な構造で周囲温度の変化に影響されず常に
正しい冷媒の流量制御をなし得るようにしたバイメタル
を用いた膨張弁に関する。

そして本発明の産業上の利用分野は冷凍サイクル機器で
ある。

カークーラー或は家庭用の空気調和機には冷却温度の適
正化の為膨張弁が使用されているが通常は制御室内に冷
媒等のガスを封入し蒸発器出口附近の温度を感知して温
度が上昇すればガスの温度即ち圧力が上昇する事に依り
冷却系統内の冷媒の流量を増加し又温度が低下すればそ
の逆に冷媒の流量を制限し、所定の温度制御をしている
。

しかし、近年、電気入力により弁の開閉を行う膨張弁が
考案され、冷凍機の運転状態を電気信号により検知し、
制御回路にてこれを演算し、適正な冷媒流量を流すよう
に弁開度を電気的に制御することにより、効率のよい冷
凍機の運転を達成しようという試みがなされるようにな
った。

以下にかかる装置に用いられている従来技術の構造の概
要及びその問題点について述べる。

即ち第１図に就いて弁本体１には冷媒の高圧側通路２と
低圧側通路３とを有し、両通路をオリフィス４により連
通している。

５は弁本体１に固定された制御室で上蓋６と受け７によ
り構成され、内部に板状のバイメタル８を有する。

９はこのバイメタルの支持リングを示す。

１０は弁棒で図に於て下端は前記オリフィス４に対向し
上端はばね１１の弾力に依りバイメタル８の下面に圧接
している。

１２はバイメタル８に巻回されたヒーターを示す。

このような膨張弁を用いた冷凍サイクルの制御方法につ
いて述べる。

蒸発器等の温度をサーミスタなどにより検知して電気的
な量に変換し、制御回路へ入力されると、弁制御回路は
適正な弁開度が得られるようなヒーターへの通電電圧を
演算し、膨張弁のヒータ一部への通電電圧を調整する。

即ち、通常の運転時はバイメタル８に対するヒーターの
通電によりバイメタル８が変位し、弁棒１０がばね１１
の弾力に抗して下降し、オリフィス４の開兜を適宜調節
して、高圧側通路２により低圧側通路３に至る冷媒の流
量を適切に制御しているが、冷却機の温度が異常に低下
すると適宜手段によりヒーター１２に前記より大きな電
流を供給し、バイメタル８は前記より大きく下方に凹状
態になるように偏位し、弁棒１０をばね１１の弾力に抗
して下降させ、オリフィス４を通過する冷媒流量を制限
する。

文通に冷却機の温度が異常に上昇すると、ヒーター１２
への通電は断たれ、バイメタル８は旧に復し、弁棒１０
はばね１１の弾力により上昇し、オリフィス４を全開し
て冷媒の流量を適切に制御する。

このような制御方法をとるため、膨張弁においては、制
御回路の電圧調整に対し、これに比例する弁開度が得ら
れる特性を有することが必要条件となる。

然しなから、上記の膨張弁にあっては、バイメタル８は
周囲温度の影響を受け、外気温等の変化が外乱として入
り広い範囲の外気温において正確に所定の制御を行うこ
とができないという問題がある。

即ちバイメタルが前記外乱の為変形し、その都度弁棒１
０の位置が変動し、精密な冷媒の流量制御をし得ないこ
とになるのである。

そこで周囲温度の変化をも検知して、これを弁制御回路
へ入力し、弁開度の補正を行うことも考えられるが、バ
イメタルの温度は、外気温のみでなく、保持機構の温度
、弁附近での冷媒の温度条件等の影響もうけるため、一
様でなく、これら全てを検知し、弁の制御へフィードバ
ックすることは実用上はとんど不可能である。

そこで本発明は上記の外気温度の変化に対するバイメタ
ルの変位をバイメタル自身で補償させて周囲温度の影響
を受けないようにすることをその技術的課題とするもの
である。

以上の技術的課題を解決する為に本発明は次のような技
術的手段をとる。

■前記従来のバイメタルを熱膨張率の異なる金属層を上
下に重ね合せて一枚にした帯状バイメタルとし、■この
帯状バイメタルを上辺、中間辺及び下辺とからなるＳ字
状に曲げ■上辺或は下辺にのみ加熱用の電気ヒーターを
付設し、■このバイメタルの上端を制御室の内面中央部
に固定し、又下端を前記弁棒の上端に固定することであ
る。

その作用は冷却器の温度が異常に上昇するとヒーターに
通電がなされず、弁棒はばねの弾力でオリフィスを全開
し、多量の冷媒が高圧側通路よりオリフィスを経て低圧
側通路に流れ冷却器は所定の冷却漢度に保たれる。

又冷却器の温度が所定値になると、ヒーターには所望の
通電がなされバイメタルは変位してばねの弾力に抗して
弁棒を押し下げ、オリフィスを絞り冷媒の流量を制御す
る。

前記とは逆に冷却器の温度が異常に低下するとヒーター
には前記より更に大きな電流が流れバイメタルは前記よ
りも大きく変位してばねの弾力に抗して弁棒を前記より
も大きなヌトロークで下降させ、冷媒の流量を更に制限
し、冷却器の温度を制御する。

然して全制御室の周囲温度が変化し例えば上昇すると、
この温度上昇に伴ってＳ字形バイメタルの上半分のＵ字
状部分は拡がる方向に変位し、又下半分のＵ字状部分は
縮まる方向に変位し、然もその変位置は等しいから、こ
の変位は上下互いに相殺し合うことになり、バイメタル
の上縁から下縁迄の寸法は実質的に弁棒に対しては何等
変化しない。

又周囲温度が低下すると前記とは逆にバイメタルは夫り
変位するが矢張りその変位は等しいから同じくバイメタ
ルの上縁から下縁迄の寸法は変位しない。

また本発明は次のような特有の効果を生ずる。

即ち単一のバイメタルをＳ字状に曲げるという簡単な構
造で高精度の冷媒制御をなし得るものである。

さらに、同様の考え方からＳ字状を複数つなげた構造と
して同様の効果を得ることも考え得るが、この場合には
バイメタル構造自体のばね的な作用が無視できない大き
さとなっときて制御上の不都合となる上に、熱容量も大
きくなるために迅速な作動をし得ないという問題を生じ
てくる。

これに対してバイメタルを単一の８字構造とした本発明
においては、このよう・なことはない。

以下第１図と同で符号で示した第２図、第３図および第
４図に示す一実施例について説明する。

弁本体１に高圧側通路２、低圧側通路３、両逆路を連通
ずるオリフィス４を設け、このオリフィスに下端が対向
する弁棒１０、この弁棒１０をばね１１により常時図に
於て上方に変位させている構成、並びに制御室５が上蓋
６、受け７で構成されている点は従来例の第１図と同様
であり、その詳細な説明は省略する。

然して制御室５内にＳ字状に折曲げられたバイメタル８
が収納されて居りその詳細を第３図、第４図に示す。

即ちこのバイメタル８は熱膨張率の異なる金属層を上下
に重ね合せ一枚にしたものでこのバイメタルをＳ字状に
曲げその上縁を制御室５の上蓋６の内面中央に固定し、
又下縁を前記弁棒１０の上縁に接触している。

バイメタル８は第４図に示すように上縁、下縁の中心部
を結ぶ軸線Ｘ−Ｘを含み且紙面に直角な面に対して左右
対称であり、８ａは低膨張係数め金属、８ｂは高膨張係
数の金属で−ある。

このバイメタルの上縁は制御室５の上蓋６の内壁の略り
中央部に適宜の手段で固定され又下縁は弁棒１０の上縁
に接触している。

然してヒーター１２はこのバイメタルの上縁に近い部分
に巻回されている。

次にその作用を説明すると、第２図は冷却器温度が異常
に上昇し、ヒーター１２には通電されず、弁棒１０はば
ね１１の弾力に依りオリフィス４を全開した状態を示し
、従って多量の冷媒を高圧側通路２よりオリフィス４を
経て低圧側通路に流し、冷却器は所定の冷却温度に保た
れる。

然して冷却器温度が所定値になると、ヒーター１２には
所望の通電がなされ、バイメタル８は偏位してはね１１
０弾力に抗して弁棒１０を押し下げ、オリフィスを絞り
冷媒の流量を適切に制御する。

前記とは逆に冷却器の温度が異常に低下すると、ヒータ
ー１２には前記より更に大きな電流が流れバイメタル８
は前記よりも大きく偏位し、ばね１１０弾力に抗して弁
棒１０を前記よりも大きなストロークで下降せしめ、冷
媒の流量を更に制限し、冷却器の温度を制御する。

然して今制御室５の周囲温度が変化し、例えば上昇する
と、第４図に於て前記のようにＸ−Ｘ線を含む面の左方
のバイメタルのＵ字形部分Ａは拡がる方向に偏位し、又
右方のＵ字形部分Ｂは縮まる方向に変位するが、夫々の
偏位差は等しいからバイメタルの上縁から下縁迄の寸法
は何等変化しない。

又周囲温度が低下すると前記の部分Ａは縮み、部分Ｂは
拡がるが、同じくその偏位量は等しく、従てバイメタル
の上縁から下縁迄の寸法は矢張り何等変化しない。

換言すればバイメタル８即ち弁棒の位置は周囲温度に何
等左右されず、夫々はヒーター１２への通電による発熱
のみによって制御される。

次に第５図に本発明実施例の膨張弁の弁リフト特性曲線
を示す。

電圧上昇時と電圧下降時の差が両端を除いて３／１００
ｍｍ以下になっており、実用上支障をきたさない。

また、制御上必要とする電圧変化対弁リフトの比例関係
もほぼ全体にわたって確保されており弁制御特性として
好適である。

次に、ヒーターへの通電時の挙動について詳細に述べる
。

電気信号が入力し、ヒーターが加熱するとヒーター巻の
あるバイメタルは例えば張長方向に向う。

この時熱の一部が温度補償バイメタル側に流入したとす
れば、このバイメタルは長さを短かくする方向に働くが
実際の熱流入量は小さく全体として電気信号への応答は
損われない。

もし熱流入量が無視できないとしてもこの構成であれば
、温度補償バイメタルの間接的な電気信号の応答は、ヒ
ーターを巻いたバイメタルの応答の方向と逆の方向であ
る為、電気信号の応答性をやや遅くするのみで信号を増
幅する方向ではないからオーバーシュートの危険はない
。

一方電気信号が電圧（または電流）量を減する方向にな
った時、ヒーター加熱部のバイメタルは温度が下り、例
えば長さの縮む方向に働く。

この時温度補償バイメタルへの熱流入量は減少方向に転
じる。

従て温度補償バイメタルは伸張方向に作用する。

又バイメタルの高膨張係数と低膨張係数との両金属を図
示とは逆に接合した場合も周囲温度の変化による部分Ａ
と部分Ｂとの偏位関係が逆になるだけで本発明の作動は
何等変るものではない事はいう迄もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のこの種膨張弁の概略の縦断面図、第２図
は本発明の実施例の同様断面図、第３図は同じ〈実施例
におけるバイメタルの斜視図、第４図は第３図のバイメ
タルの側面図で第５図は本発明の実施例の膨張弁の弁リ
フト特性曲線図である。 １・・・弁本体、２・・・高圧側通路、３・・・低圧側
通路、４・・・オリフィス、５・・・制御室、８・・・
バイメタル、１０・・・弁棒、１２・・・ヒーター。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷媒の高圧側通路およびこの通路とオリフィスを介
   して連通ずる低圧側通路を有する弁本体を設け、前記オ
   リフィスを通過する冷媒の流量を制御し、常時はばね力
   によりオリフィスを開放する方向に変位する弁棒を設け
   、弁本体に制御室を固定したものに於て、熱膨張率の異
   なる金属層を上下に重ね合せて一枚の帯状バイメタルと
   し、この帯状バイメタルを上辺、中間辺及び下辺からな
   るＳ字形に曲げ、上辺或は下辺にのみ加熱用の電気ヒー
   ターを付設し、このバイメタルの上端を前記制御室内面
   中央部に固定し、又下端を前記弁棒の上部に固定してな
   るバイメタルを用いた膨張弁。