WO2004079468A1 - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

　構造を簡単にした定流量制御式の流量制御弁を提供する。エバポレータ（１）を絞り通路とみなし､そのエバポレータ（１）に冷媒が通過することにより生じる圧力損失の前後差圧をほぼ一定に制御する定差圧弁を備える構成にした。定差圧弁は、その弁体（１２）に流量制御弁の出口圧力（Ｐｘ）を閉弁方向に受け、ピストン（１３）がエバポレータ１の出口圧力（Ｐｅ）を開弁方向に受けており、エバポレータ（１）の入口圧力と出口圧力（Ｐｅ）との差圧がほぼ一定になるよう制御することにより、エバポレータ（１）に送り込まれる冷媒をソレノイドの通電電流によって決まる一定の流量に制御する。これにより、流量制御弁内に絞り通路を設ける必要がないため、流量制御弁の構成を簡素化でき、低コストの流量制御弁を提供することができる。

Description

流量制御弁 技術分野

本発明は流量制御弁に関し、 特に自動車用空調装置の冷凍サイクルにおいて高 温 ·高圧の冷媒を低温 ·低圧にしてエバポレー夕に送り出すための膨張装置とし 明

て使用される流量制御弁に関する。 田

背景技術

自動車用空調装置の冷凍サイクルでは、 圧縮機を制御する制御弁としてその前 後差圧あるいは吸入圧力をほぼ一定に制御する差圧制御式のものが使用されてい る場合、 系の制御性を安定させるために、 膨張装置として制御方式の異なる流量 制御式の膨張弁を使用することが良いとされている。 このような流量制御弁は、 たとえば特開 2 0 0 1 - 1 5 3 4 9 5号公報に記載されている。

この流量制御弁は、 定流量機構を有しており、 その定流量機構は、 冷媒入口と 冷媒出口との間において冷媒が流れる通路の断面積とその通路の前後の差圧とが 決まれば、 制御弁を流れる冷媒の流量を一定にすることができるので、 断面積ま たは差圧の一方をソレノィドで可変することによってソレノイドで設定された値 に対応した流量で一定に制御することができるという原理に基づいている。 具体 的には、 定流量機構は、 通路の断面積を制御する流路断面積制御弁と、 この流路 断面積制御弁の入口と出口の前後の差圧をほぼ一定にする定差圧弁とを備え、 流 路断面積制御弁の流路断面積をソレノィドで制御することにより、 流量制御弁を 流れる冷媒流量を、 ソレノィドで設定された流路断面積に対応した所定の一定流 量に維持するような構成にしている （特開 2 0 0 1 - 1 5 3 4 9 5号公報の図 1 参照。 ） 。 あるいは、 定流量機構は、 断面積が変化しない絞り通路と、 この絞り 通路の入口と出口の前後の差圧をほぼ一定にする差圧制御弁とを備え、 この差圧 制御弁の設定差圧をソレノィドで制御することにより、 流量制御弁を流れる冷媒 流量を、 ソレノィドで設定された差圧に対応した所定の一定流量に維持するよう な構成にしている （特開 2 0 0 1— 1 5 3 4 9 5号公報の図 2参照。 ） 。

しかしながら、 従来の流量制御弁においては、 流量を一定に制御するため、 内 部に、 差圧を発生させる絞り通路とその絞り通路の前後の差圧を一定に制御する 差圧制御弁を備えているため、 構造が複雑になるという問題があった。 発明の開示

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 構造を簡単にした定流量 制御式の流量制御弁を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、 絞り膨張されてエバポレー夕に送り出 される冷媒の流量をほぼ一定に制御する流量制御弁において、 前記エバポレータ に冷媒が通過することにより生じる圧力損失の前後差圧をほぼ一定に制御する定 差圧弁を備えていることを特徴とする流量制御弁が提供される。

このような流量制御弁によれば、 エバポレ一タを絞り通路とみなし、定差圧弁 がその圧力損失を一定にするように制御することでエバポレ一タにほぼ一定流量 の冷媒を送り込むことができる。 これにより、 流量制御弁内に絞り通路を設ける 必要がないため、 流量制御弁の構成を簡素化でき、 低コストの流量制御弁を提供 することができる。

本発明の上記および他の目的、 特徴および利点は本発明の例として好ましい実 施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。 図面の簡単な説明

図 1は、 第 1の実施の形態に係る流量制御弁の構成を示す中央縦断面図である。 図 2は、 第 2の実施の形態に係る流量制御弁の構成を示す中央縦断面図である。 図 3は、 第 2の実施の形態に係る流量制御弁の主要部を示す拡大断面図である。 図 4は、 本発明の第 3の実施の形態に係る流量制御弁を示す中央縦断面図であ る。

図 5は、 本発明の第 4の実施の形態に係る流量制御弁を示す中央縦断面図であ る。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図 1は第 1の実施の形態に係る流量制御弁の構成を示す中央縦断面図である。 この流量制御弁は、 エバポレー夕 1に接続して初めて定流量制御を行うことが できるもので、 本体ブロック 2に、 圧力 P oの冷媒が送られてくる高圧冷媒入口 3と、 冷媒が膨張しながらエバポレー夕 1に送り出される低圧冷媒出口 4と、 ェ バポレー夕 1から冷媒が戻ってくる戻り冷媒入口 5と、 戻ってきた冷媒をコンプ レッサに送り出す戻り冷媒出口 6とが設けられている。 高圧冷媒入口 3には、 そ の通路を塞ぐようにストレーナ 7が配置されている。

本体ブロック 2の上部には、 大径の穴が形成され、 中央部には、 その大径の穴 と同心のシリンダが図の上下方向に形成され、 下部には、 中央部のシリンダと連 通する穴が形成されている。 その下部の穴は、 戻り冷媒入口 5および戻り冷媒出 口 6と戻り通路 8によって連通され、 パッキン押さえ 9を介してパッキンをねじ 1 0で本体ブロック 2に押し付けるようにすることで、 戻り通路 8の下方開口部 を閉塞している。

中央部のシリンダは、 その上端縁部が弁座 1 1を構成し、 その弁座 1 1に図の 上方から対向して接離自在に弁体 1 2が配置されている。 この弁体 1 2は シリ ンダ内をその軸線方向に進退自在に配置された感圧部材としてのピストン 1 3と 小径シャフトによつて連結された形で一体に形成されている。 シリンダは、 その 小径シャフトが位置する部分に高圧冷媒入口 3と連通する冷媒通路が開口されて いる。 本体ブロック 2の上部に形成された大径の穴からなるシリンダ上部の部屋 も、 冷媒通路を介して低圧冷媒出口 4と連通されている。

本体ブロック 2の上部には、 ソレノィドが配置されている。 このソレノィドは、 弁体 1 2と一体に形成されたプランジャ 1 4と、 このプランジャ 1 4と同心上に 配置されたコア 1 5と、 これらの周りに配置された電磁コイル 1 6と、 プランジ ャ 1 4とコア 1 5との間に配置されたスプリング 1 7と、 電磁コイル 1 6を囲繞 するヨーク 1 8とを備えている。 コア 1 5は中空形状を有し、 その内部には、 ス プリング 1 7の荷重を調節するアジャストねじ 1 9が螺着されている。 このアジ ャストねじ 1 9も、 中空形状を有していて、 下端部がプランジャ 1 4に固定され たシャフト 2 0を軸線方向に進退自在に支持する軸受を構成している。 コア 1 5 の上部開口端は、 ポール 2 1および固定ねじ 2 2によって気密に閉止されている。 このソレノイドは、 連結部 2 3によって本体ブロック 2の上部に形成された大径 の穴に螺着されている。

ここで、 ソレノイドが通電されていないとき、 プランジャ 1 4は、 スプリング 1 7によってコア 1 5から離れる方向に付勢されているため、 弁体 1 2が弁座 1 1に着座し、 この流量制御弁は、 全閉状態になっている。

ソレノィドの電磁コイル 1 6に所定の電流が供給されると、 プランジャ 1 4は スプリング 1 7の付勢力に抗してコア 1 5に吸引されるので、 弁体 1 2が弁座 1 1からリフトされ、 流量制御弁は、 ソレノィド電流に応じたソレノィド力とスプ リング 1 7の荷重とのバランスによって決まる弁開度に設定される。 このとき、 高圧冷媒入口 3に導入された冷媒は、 弁体 1 2と弁座 1 1との間の隙間にて絞ら れて膨張し、 低圧冷媒出口 4からエバポレー夕 1に送り出される。

弁座 1 1の有効径とピストン 1 3の有効径とは略等しいので、 弁体 1 2とピス トン 1 3との間の空間に供給される冷媒の圧力 P oは、 弁体 1 2を押し上げる方 向とピストン 1 3を押し下げる方向とに働く力が略等しくてキャンセルされるの で、 これら弁体 1 2およびピストン 1 3の動きに影響を与えることはない。

また、 これら弁体 1 2およびビストン 1 3は、 弁体 1 2にその下流側の圧力で ある流量制御弁の出口圧力 P Xがかかり、 ピストン 1 3の下面には、 冷媒の戻り 通路 8の圧力がかかるため、 エバボレー夕 1の入口圧力と出口圧力 P eとの差圧 を受けてソレノィドによって設定された位置から軸線方向に動くことになる。 た とえば、 エバポレー夕 1の入口圧力と出口圧力 P eとの差圧が大きくなると、 X バポレ一夕 1の出口圧力 P eがピストン 1 3を押し下げようとするため、 弁体 1 2は閉じる方向に動き、 これにより冷媒の流量が減って、 差圧が小さくなるよう 作用する。 逆に、 差圧が小さくなると、 差圧が大きくなる方向に作用する。 した がって、 この流量制御弁は、 エバポレー夕 1の入口圧力と出口圧力 P eとの差圧 をほぼ一定になるよう制御する定差圧弁として機能しており、 エバポレー夕 1に 送り込まれる冷媒を、 ソレノィドの通電電流によって決まるほぼ一定の流量に制 御することになる。 図 2は第 2の実施の形態に係る流量制御弁の構成を示す中央縦断面図、 図 3は 第 2の実施の形態に係る流量制御弁の主要部を示す拡大断面図である。 この図 2 および図 3において、 図 1に示した構成要素と同じまたは同等の要素については 同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この流量制御弁は、 図 1に示した流量制御弁に比較して、 閉弁時における冷媒 の内部漏れを防止し、 ソレノィドによる弁体 1 2の駆動方向を逆にした構成を有 している。

すなわち、 弁体 1 2の弁座 1 1への着座面に柔軟性のあるバルブシ一ト 2 4を 配置して弁部における冷媒漏れを防止するとともに、 ピストン 1 3のエバポレー 夕 1の出口圧力 P eを受ける面にダイヤフラム 2 5を配置してピストン 1 3の摺 動部を介して高圧冷媒入口 3から戻り通路 8への冷媒漏れをほぼ完全に防止して いる。 弁体 1 2が配置されている空間は、 本体ブロック 2に螺入されたアジヤス トねじ 2 6によって閉止され、 弁体 1 2とアジヤストねじ 2 6との間には、 弁体 1 2を閉弁方向に付勢するスプリング 2 7が配置されている。 このスプリング 2 7の荷重は、 アジャストねじ 2 6の螺入量によって調整できるようにしている。 ダイヤフラム 2 5は、 本体ブロック 2にリング部材 2 8を圧入することによつ て周囲が本体ブロック 2に密着されている。 ダイヤフラム 2 5は 弁座 1 1の有 効径と略等しい有効径を有し、 その中央部分には、 ピストン 1 3の下端部の端面 と略等しい端面を有するディスク 2 9が当接されている。 このディスク 2 9は、 スプリング 3 0によってダイヤフラム 2 5を弁部の開弁方向へ付勢している。 ソレノイドは、 ダイヤフラム 2 5の側にコア 1 5を配置し、 その反対側にブラ ンジャ 1 4を配置し、 プランジャ 1 4はシャフト 3 1に固着されている。 シャフ ト 3 1は、 コア 1 5を貫通して配置され、 その先端はディスク 2 9に当接されて いる。 したがって、 このソレノイドは、 電磁コイル 1 6に電流を流すことにより、 ダイヤフラム 2 5、 ピストン 1 3および弁体 1 2を開弁方向に押すよう作用する ことになる。

この流量制御弁の作用については、 図 1に示した流量制御弁と同様に、 弁体 1 2およびダイヤフラム 2 5がエバポレー夕 1の入口圧力と出口圧力 P eとの差圧 を受けてその差圧がほぼ一定になるよう制御し、 これによつて、 エバポレータ 1 に送り込まれる冷媒を、 ソレノィドの通電電流によって決まる一定の流量に制御 するようにしている。

また、 この流量制御弁は、 ソレノイドが非通電状態の閉弁時において、 冷媒の 内部漏れをほぼ完全に防止できることから、 たとえば冷媒に H F C— 1 5 2 a , プロパン、 ブタンなどの可燃性ガスや二酸化炭素を使用した場合、 エバポレー夕 1の破損などによる車室内への流入によって火災や酸欠を防止するため、 エバポ レー夕 1をコンデンサ側の回路から隔離することが可能になる。 この場合、 エバ ポレー夕 1の出口側の回路に逆止弁 3 2を揷置してコンプレッサの吸入側の回路 からも隔離する必要がある。

流量制御弁の戻り通路 8に連通する冷媒出口 6とコンプレッサの吸入側との間 の配管に逆止弁 3 2を設け、 膨張弁にこの内部漏れのない流量制御弁を使用する ことにより、 自動車用空調装置を使用していないときに、 冷凍サイクルの中で車 室内に配置されるエバポレータ 1を冷凍サイクルから隔離することができる。 こ の場合、 たとえば自動車用空調装置を停止するときに、 ソレノイドの通電を止め た後、 しばらくコンプレッサを回転させてからコンプレッサを停止するようにす る。 これにより、 エバポレー夕 1内の冷媒が逆止弁 3 2を介して回収され、 回収 された冷媒は、 逆止弁 3 2によってエバポレ一夕 1へ逆流することはないので たとえ、 エバポレー夕 1が破裂などの損傷を受けたとしても、 車室内へ危険なガ スが放出することはない。

図 4は本発明の第 3の実施の形態に係る流量制御弁を示す中央縦断面図である。 なお、 この図 4において、 図 1および図 2に示した構成要素と同じまたは同等の 要素には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第 3の実施の形態に係る流量制御弁は、 図 1に示した流量制御弁に、 図 2 に示した流量制御弁の内部漏れ防止機構と、 自動車用空調装置の停止時にエバポ レー夕 1を隔離する逆流防止機構とを備えた構成を有している。

すなわち、 高圧冷媒入口 3と低圧冷媒出口 4との間の通路に圧入された弁座形 成部材 3 3に弁体 1 2がバルブシート 2 4を介して緊密に着座するよう構成され、 ピストン 1 3の下面のシリンダは、 ダイヤフラム 2 5によってシールされている。 ダイヤフラム 2 5は、 その中央部が止部材 3 4によってピストン 1 3に取り付け られ、 ピストン 1 3は、 ソレノイドのプランジャ 1 4と一体に形成された弁体 1 2に固定されている。 また、 冷媒出口 6に連通する戻り通路 8の中で、 ダイヤフ ラム 2 5がエバポレー夕 1の出口圧力 P eを受圧する空間への分岐位置と冷媒出 口 6との間の位置に逆止弁 3 2が介揷されている。 この逆止弁 3 2は、 冷媒出口 6の側からスプリングによって弁体を付勢しており、 コンプレッサの吸入圧力と エバポレー夕 1の出口圧力 P eとの差圧が所定値以上になると、 逆止弁 3 2が開 いてエバポレー夕 1からコンプレッサへ冷媒が流れるようにしている。

自動車用空調装置の稼動中は、 この流量制御弁は、 エバポレー夕 1の前後差圧 をほぼ一定になるよう制御して、 エバポレー夕 1に送り込まれる冷媒を、 ソレノ ィドの通電電流によって決まる一定の流量に制御する。

自動車用空調装置を停止するときは、 ソレノイドの通電を止めて弁体 1 2を弁 座形成部材 3 3に着座させることによってエバポレー夕 1をコンデンサから隔離 した後、 引き続きコンプレッサを回転させることでエバポレー夕 1内の冷媒を逆 止弁 3 2を介して回収してからコンプレッサを停止させる。 これにより、 逆止弁 3 2がエバポレー夕 1をコンプレッサの吸入側から隔離する。 このときには、 X バポレータ 1内には、 冷媒がないので、 たとえ、 自動車用空調装置の停止中に、 エバポレータ 1に損傷を受けたとしても、 危険なガス冷媒が車室内に漏れ出るこ とを防止することができる。

図 5は本発明の第 4の実施の形態に係る流量制御弁を示す中央縦断面図である。 なお、 この図 5において、 図 4に示した構成要素と同じまたは同等の要素には同 じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第 4の実施の形態に係る流量制御弁は、 戻り通路 8内に設けられた逆止弁 3 2の位置を図 4に示した冷媒出口 6の側から冷媒入口 5の側にしている。

したがつて、 この流量制御弁は、 弁体 1 2およびダイヤフラム 2 5がエバポレ 一夕 1の前後差圧と逆止弁 3 2の前後差圧との和の差圧を受けてその差圧がほぼ 一定になるよう制御し、 これによつて、 エバポレー夕 1に送り込まれる冷媒を、 ソレノイドの通電電流によって決まる一定の流量に制御することになる。

なお、 上記の実施の形態では、 ソレノイドが通電されていないときに定差圧弁 が自閉されるように構成したが、 ソレノィドが通電されているときに定差圧弁が 自閉されるように構成してもよい。

以上説明したように、 本発明では、 エバポレータを絞り通路とみなし、その前 後の差圧をほぼ一定に制御する定差圧弁を備える構成にした。 これにより、 流量 制御弁内に絞り通路を設ける必要がないため、 流量制御弁の構成を簡素化でき、 低コス卜の流量制御弁を提供することができる。

上記については単に本発明の原理を示すものである。 さらに、 多数の変形、 変 更が当業者にとって可能であり、 本発明は上記に示し、 説明した正確な構成およ び応用例に限定されるものではなく、 対応するすべての変形例および均等物は、 添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 絞り膨張されてエバポレー夕に送り出される冷媒の流量をほぼ一定に制御 する流量制御弁において、

前記エバポレー夕に冷媒が通過することにより生じる圧力損失の前後差圧をほ ぼ一定に制御する定差圧弁を備えていることを特徴とする流量制御弁。

2 . 前記定差圧弁は、 前記エバポレー夕への低圧冷媒出口の圧力を閉弁方向に 受ける弁体と、 前記エバポレー夕の出口圧力を前記弁体が開弁する方向に受ける 感圧部材とを一体に動くよう構成したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の 流量制御弁。

3 . 前記弁体および前記感圧部材に対し、 前記弁体が開弁する方向に付勢する ソレノィドを備えていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の流量制御弁。

4. 前記弁体の有効径と前記感圧部材の有効径とを略等しくしてあることを特 徴とする請求の範囲第 2項記載の流量制御弁。

5 . 前記弁体に設けられて閉弁時にシールを行うバルブシートと、 前記感圧部 材の摺動部をシールするダイヤフラムとを備えていることを特徴とする請求の範 囲第 2項記載の流量制御弁。

6 . 前記エバポレー夕の出口とコンプレッサの吸入側との間を連結する戻り通 路を備え、 前記エバポレー夕の出口圧力を前記戻り通路から導入するようにした ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の流量制御弁。

7 . 前記戻り通路内に、 前記コンプレッサの吸入側から前記エバポレー夕の出 口への冷媒の逆流を防止する逆止弁を備えていることを特徴とする請求の範囲第 6項記載の流量制御弁。

8 . 前記逆止弁は、 前記コンプレッサの吸入側へ配管する冷媒出口側に配置さ れていることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の流量制御弁。

9 . 逆止弁は、 前記エバポレー夕の出口へ配管する冷媒入口側に配置されてい ることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の流量制御弁。