| 【発明の名称】 |
蒸発圧力制御弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】金子 守男
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| 【要約】 |
【課題】制御精度が高く、応答性に優れ、電動弁としての制御系を簡素化でき、しかも電力系や制御系に故障が生しても制御不能に陥ることがないハイブリット式の蒸発圧力制御弁を提供すること。
【解決手段】主弁ポート５を有する弁ハウジング３と、主弁ポート５の開閉する弁体１３と、弁体１３を開閉方向に駆動するステッピングモータ１４と、ステッピングモータ１４の弁体開閉方向の運動を弁体１３に伝達する連結棒２８と、連結棒２８と弁体１３との間に設けられて蒸発器の出口側圧力を及ぼされて弁体１３を開閉方向に駆動するベローズ装置３２とを設ける。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷凍サイクル装置の蒸発器の出口側に設けられ、蒸発器の蒸発圧力を制御する蒸発圧力制御弁において、弁ポートを有する弁ハウジングと、前記弁ポートを開閉する弁体と、前記弁体を開閉方向に駆動する電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータの弁体開閉方向の運動を前記弁体に伝達する連結棒と、前記連結棒と前記弁体との間に設けられ、蒸発器の出口側圧力を及ぼされて前記弁体を開閉方向に駆動するベローズ装置と、を有していることを特徴とする蒸発圧力制御弁。
【請求項２】 前記弁体を開弁方向へ駆動する弁ばねを有し、前記電磁アクチュエータは電磁コイルと永久磁石付きのロータとにより構成されたステッピングモータであり、前記ロータの回転を弁体開閉方向の直線方向に変換する回転／直線運動変換手段を有し、前記回転／直線運動変換手段の直線運動側部材に前記連結棒の一端が接続され、前記連結棒は他端にて前記ベローズ装置の一端と接続され、前記ベローズ装置は他端にて前記弁体と接続されて伸長することにより前記弁体を閉弁方向へ駆動することを特徴とする請求項１記載の蒸発圧力制御弁。
【請求項３】 前記弁体を開弁方向へ駆動する弁ばねを有し、前記電磁アクチュエータは電磁コイルとプランジャとにより構成されたリニア電磁アクチュエータであり、前記プランジャに前記連結棒の一端が接続され、前記連結棒は他端にて前記ベローズ装置の一端と接続され、前記ベローズ装置は他端にて前記弁体と接続されて伸長することにより前記弁体を閉弁方向へ駆動することを特徴とする請求項１記載の蒸発圧力制御弁。
【請求項４】 前記ベローズ装置は、ベローズ内圧を真空に設定され、ベローズ内部にベローズを伸長方向に付勢する内部ばねを有していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の蒸発圧力制御弁。
【請求項５】 前記ベローズ装置は前記弁ポートより下流側のベローズ配置室に配置されて均圧通路によって蒸発器の出口側圧力を及ぼされ、前記弁ハウジングは前記ベローズ配置室と弁室との間に均圧用弁ポートを有し、前記弁体は、前記均圧用弁ポートを開閉する均圧設定用弁部を有し、閉弁時には均圧設定用弁部によって前記均圧用弁ポートを閉じると共に、開弁に応じて前記均圧用弁ポートを開くよう構成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の蒸発圧力制御弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、蒸発圧力制御弁に関し、特に、冷凍サイクル装置の蒸発器の出口側に設けられ、蒸発器の蒸発圧力（負荷温度）を制御する蒸発圧力制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３に示されているように、大型空気調和装置、商用の冷凍陳列装置等、１台の圧縮機１００に対して、一つの凝縮器１０１と、複数台の蒸発器１０２1 、１０２2 、１０２3 が接続され、各蒸発器１０２1 、１０２2 、１０２3 ごとに膨張弁１０３1 、１０３2 、１０３3 が設けられたマルチ冷凍サイクル装置では、各蒸発器の負荷温度を個々に制御するために、蒸発器１０２1 、１０２2 の出口側に蒸発器の蒸発圧力（負荷温度）を制御する蒸発圧力制御弁１０４1 、１０４2 が設けられる。
【０００３】蒸発圧力制御弁は、ＥＰＲ（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｒｇｉｌａｔｏｒ）と云われ、負荷に応じて蒸発圧力を制御するものであり、蒸発圧力制御弁としては、蒸発器の出口側圧力に感応するベローズ装置により弁体を開閉駆動する直動式（自力式）蒸発圧力制御弁と、ステッピングモータ等の電磁アクチュエータにより弁体を開閉駆動する電動式（外部制御式）蒸発圧力制御弁が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】自力式蒸発圧力制御弁は、ベローズ装置による比例制御系だけであるため、冷媒、使用目的によって設定値を機械的に変更、調整する必要がある。
【０００５】電動式蒸発圧力制御弁は、温度センサ、圧力センサにより検出された温度、圧力に応じて電磁アクチュエータに与える電流を変化させて蒸発圧力制御を制御するから、制御精度が、温度、圧力検出の応答性に左右され、電力系や制御系に故障が生じると、制御不能になる。また、電磁アクチュエータがステッピングモータで、ステッピングモータのロータの回転をねじ機構による回転／直線運動変換手段によって弁体開閉方向の直線方向に変換し、弁体を開閉駆動する電動式蒸発圧力制御弁は応答性が悪い。
【０００６】この発明は、従来の蒸発圧力制御弁に於ける上述の如き問題点を解消するためになされたもので、制御精度が高く、応答性に優れ、電動弁としての制御系を簡素化でき、しかも電力系や制御系に故障が生しても制御不能に陥ることがないハイブリット式の蒸発圧力制御弁を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明による蒸発圧力制御弁は、冷凍サイクル装置の蒸発器の出口側に設けられ、蒸発器の蒸発圧力を制御する蒸発圧力制御弁において、弁ポートを有する弁ハウジングと、前記弁ポートの開閉する弁体と、前記弁体を開閉方向に駆動する電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータの弁体開閉方向の運動を前記弁体に伝達する連結棒と、前記連結棒と前記弁体との間に設けられ、蒸発器の出口側圧力を及ぼされて前記弁体を開閉方向に駆動するベローズ装置とを有しているものである。
【０００８】請求項２記載の発明による蒸発圧力制御弁は、前記弁体を開弁方向へ駆動する弁ばねを有し、前記電磁アクチュエータは電磁コイルと永久磁石付きのロータとにより構成されたステッピングモータであり、前記ロータの回転を弁体開閉方向の直線方向に変換する回転／直線運動変換手段を有し、前記回転／直線運動変換手段の直線運動側部材に前記連結棒の一端が接続され、前記連結棒は他端にて前記ベローズ装置の一端と接続され、前記ベローズ装置は他端にて前記弁体と接続されて伸長することにより前記弁体を閉弁方向へ駆動するものである。
【０００９】請求項３記載の発明による蒸発圧力制御弁は、前記弁体を開弁方向へ駆動する弁ばねを有し、前記電磁アクチュエータは電磁コイルとプランジャとにより構成されたリニア電磁アクチュエータであり、前記プランジャに前記連結棒の一端が接続され、前記連結棒は他端にて前記ベローズ装置の一端と接続され、前記ベローズ装置は他端にて前記弁体と接続されて伸長することにより前記弁体を閉弁方向へ駆動するものである。
【００１０】請求項４記載の発明による蒸発圧力制御弁は、前記ベローズ装置のベローズ内圧を真空に設定され、ベローズ内部にベローズを伸長方向に付勢する内部ばねを有しているものである。
【００１１】請求項５記載の発明による蒸発圧力制御弁は、前記ベローズ装置が前記弁ポートより下流側のベローズ配置室に配置されて均圧通路によって蒸発器の出口側圧力を及ぼされ、前記弁ハウジングは前記ベローズ配置室と弁室との間に均圧用弁ポートを有し、前記弁体は、前記均圧用弁ポートを開閉する均圧設定用弁部を有し、閉弁時には均圧設定用弁部によって前記均圧用弁ポートを閉じると共に、開弁に応じて前記均圧用弁ポートを開くよう構成されているものである。
【００１２】請求項１記載の発明による蒸発圧力制御弁では、電磁アクチュエータとベローズ装置とにより弁体の開閉が行われ、電磁アクチュエータによる電動式蒸発圧力制御弁とベローズ装置による自力式蒸発圧力制御弁の機能を兼ね備えたハイブリット式の蒸発圧力制御弁が得られる。
【００１３】請求項２記載の発明による蒸発圧力制御弁では、ステッピングモータとベローズ装置とにより弁体の開閉が行われ、ステッピングモータによる電動式蒸発圧力制御弁とベローズ装置による自力式蒸発圧力制御弁の機能を兼ね備えたハイブリット式の蒸発圧力制御弁が得られる。
【００１４】請求項３記載の発明による蒸発圧力制御弁では、リニア電磁アクチュエータとベローズ装置とにより弁体の開閉が行われ、リニア電磁アクチュエータによる電動式蒸発圧力制御弁とベローズ装置による自力式蒸発圧力制御弁の機能を兼ね備えたハイブリット式の蒸発圧力制御弁が得られる。
【００１５】請求項４記載の発明による蒸発圧力制御弁では、ベローズ装置のベローズ内圧を真空に設定され、ベローズ内部にベローズを伸長方向に付勢する内部ばねが設けられていることで、ベローズ装置は温度影響を受けることなく蒸発圧力に応動する。
【００１６】請求項５記載の発明による蒸発圧力制御弁では、均圧用弁ポートの開度は弁ポートと同じに保たれ、これにより弁体の前面側に作用する圧力と背面側に作用する圧力とが同圧に保たれ、弁ポート前後の差圧が弁体に作用することがない。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】（実施の形態１）図１はこの発明による蒸発圧力制御弁の実施の形態１を示している。蒸発圧力制御弁はハウジング本体１とハウジング本体１に気密結合された上部蓋体２による弁ハウジング３を有している。弁ハウジング３には、入力ポート４、主弁ポート５、主弁ポート５の弁座部６、弁室７、出口ポート８、および均圧用弁ポート９、均圧用弁ポート９の弁座部１０、均圧室１１、ベローズ配置室１２が形成されている。
【００１９】弁室７は出口ポート８と直接連通しており、弁室７には弁体１３が配置されている。弁体１３は、弁座部６に選択的に着座して主弁ポート５を開閉する主弁部１３ａと、弁座部１０に選択的に着座して均圧用弁ポート９を開閉する均圧設定用弁部１３ｂとを有している。
【００２０】主弁ポート５と均圧用弁ポート９とは、弁体１３の開閉方向に間隔をおいて同心配置され、互いに同一の口径に設定されている。弁体１３の主弁部１３ａと均圧設定用弁部１３ｂとは、弁体開閉方向に、主弁ポート５と均圧用弁ポート９との弁体開閉方向の間隔と同じ間隔をおいて配置されている。この構造により、主弁ポート５が主弁部１３ａによって閉じられる閉弁時には、均圧用弁ポート９は均圧設定用弁部１３ｂによって閉じられ、主弁ポート５の開かれることに応じて均圧用弁ポート９も開かれ、主弁ポート５と均圧用弁ポート９との開度が同一に保たれる。
【００２１】弁ハウジング３にはステッピングモータ１４が取り付けられている。ステッピングモータ１４は、ハウジング本体１に固着されたマウント部材１５、マウント部材１５に固定されたドーム状のロータケース１６、ロータケース１６の外側に固定されたステータコイル（電磁コイル）１７、ロータケース１６内に回転可能に設けられ永久磁石１８を有するロータ１９とを有しており、ステータコイル１７に対する通電によってロータ１９を回転駆動する。
【００２２】なお、マウント部材１５、ロータケース１６は気密構造をなし、これらの内部は、上部蓋体２に形成された孔２０によってベローズ配置室１２と連通し、ベローズ配置室１２の内圧と同じ圧力になる。また、ロータケース１６には、固定ロッド２１、ストッパ端２２ａを有する螺旋ガイド部材２２、可動ストッパ２３、ピン２４等によるストッパ機構が組み込まれている。
【００２３】ロータ１９には雌ねじ部材２５が固定されており、上部蓋体２には取付部材２６によって中空軸状の雄ねじ部材２７が弁体１３の開閉方向に同方向に固定されている。雌ねじ部材２５と雄ねじ部材２７とはねじ係合して回転／直線運動変換手段をなし、雌ねじ部材２５の回転により雌ねじ部材２５が弁体開閉方向と同方向に直線移動（上下移動）する。
【００２４】雄ねじ部材２７には連結棒２８が弁体開閉方向と同方向の軸線方向に移動可能に貫通嵌合しており、連結棒２８は、一端（上端）にて、固定具２９、バッファばね３０等を介して雄ねじ部材２７と連結され、雄ねじ部材２７の上下移動により軸線方向に移動する。
【００２５】連結棒２８は、他端（下端）にて球心ボール３１を介してベローズ装置３２の上端に接続されている。ベローズ装置３２は、ベローズ配置室１２内に配置され、内圧を真空に設定されたベローズ３３と、ベローズ３３の内部に収容されベローズ３３を伸長方向に付勢する内部ばね３４とを有している。ベローズ装置３２は、他端にて球心ボール３５を介して弁体１３と接続され、伸長することにより、弁体１３を閉弁方向へ駆動する。なお、ベローズ装置３２は、被制御域の圧力範囲において伸縮するように設計されていればよい。
【００２６】ベローズ配置室１２は、均圧室１１を隔てて弁ポート５より下流側にあり、弁体１３に形成された均圧通路３６ａ，３６ｂによって均圧室１１と共に入力ポート４の圧力、すなわち、蒸発器の出口側圧力（Ｐｅ）を及ぼされる。
【００２７】弁ハウジング３にはばね止め部材３７が固定されており、ばね止め部材３７と弁体１３との間に弁体１３を開弁方向へ駆動する弁ばね３８が設けられている。
【００２８】つぎに、上述の構成による蒸発圧力制御弁の動作について説明する。
【００２９】図示されているような全閉状態では、弁体１３の主弁部１３ａが弁座部６に着座して主弁ポートを閉じ、同じく弁体１３の均圧設定用弁部１３ｂが弁座部１０に着座して均圧用弁ポート９を閉じている。これにより、均圧室１１、ベローズ配置室１２の内圧は入力ポート４の圧力、すなわち、蒸発器の出口側圧力（Ｐｅ）になり、弁体１３の前面側（下面側）に作用する圧力と背面側（上面側）に作用する圧力とが同圧に保たれ、主弁ポート５の前後の差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が弁体１３に作用することがない。
【００３０】ベローズ装置３２は、蒸発器の出口側圧力（Ｐｅ）に感応し、負荷温度と冷媒回路中の冷媒飽和温度との相関により蒸発器圧力を制御するものであり、蒸発器の出口側圧力（Ｐｅ）の上昇に伴い収縮し、この収縮に応じて弁体１３は弁ばね３８のばね力によって開弁移動する。この弁体１３の開弁移動により、弁体１３の主弁部１３ａが弁座部６より離れて主弁ポート５を開き、同じく弁体１３の均圧設定用弁部１３ｂが弁座部１０より離れて均圧用弁ポート９を開く。
【００３１】なお、ベローズ装置３２は、ベローズ３３の内圧を真空に設定され、ベローズ３３の内部にベローズ３３を伸長方向に付勢する内部ばね３４が設けられているから、ベローズ装置３２は温度影響を受けることなく絶対圧力感知で、蒸発圧力（Ｐｅ）に正確に応動する。
【００３２】上述のように、弁体１３が開弁移動することにより、主弁ポート６の開弁量に応じて入力ポート４より出口ポート８へ冷媒が流れる。この時、主弁ポート５と均圧用弁ポート９との開弁量は同じ値に保たれるから、開弁後も、弁体１３の前面側（下面側）に作用する圧力と背面側（上面側）に作用する圧力とが同圧に保たれ、主弁ポート５の前後の差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が弁体１３に作用することがない。これは、弁体１３の開閉駆動力が少なくて済み、弁リフト量を小さくして応答性を向上できることを意味する。
【００３３】ステッピングモータ１４によって開弁量を制御する場合には、ステータコイル１７に通電を行い、これを励磁することで、ロータ１９を回転させ、ロータ１９の回転を、雌ねじ部材２５と雄ねじ部材２７とのねじ係合によって直線運動に変換し、弁ばね３８による開弁方向駆動の下に、連結棒２８によってベローズ装置３２全体の位置を弁開閉方向に移動させ、弁体１３を開閉移動させる。
【００３４】外部信号でステッピングモータ１４の制御を行う場合は、負荷温度を直接センシングし、制御対象とすることも可能であり、より広範囲の、高精度なシステムを構築することができる。
【００３５】上述したように、弁体１３の前面側（下面側）に作用する圧力と背面側（上面側）に作用する圧力とが同圧に保たれ、主弁ポート５の前後の差圧（Ｐｃ−Ｐｓ）が弁体１３に作用することがないから、弁体１３の開閉駆動力が少なくて済み、ステッピングモータ１４を小型化することが可能になる。
【００３６】また、ステッピングモータ１４による駆動速度が遅くても、またセンシング遅れがあっても、ベローズ装置３２による直接動作により補償され、応答性のよい高精度な蒸発圧力制御が行われる。また、ステッピングモータ１４の電力系や制御系に故障が生じても、ベローズ装置３２による直接動作により補償されるから、電動弁としての制御系を簡素化でき、ステッピングモータ１４の電力系や制御系に故障が生しても制御不能に陥ることがない。
【００３７】（実施の形態２）図２はこの発明による蒸発圧力制御弁の実施の形態２を示している。なお、図２において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００３８】この実施の形態では、電磁アクチュエータとして、ステッピングモータ１４に代えて、リニア電磁アクチュエータ４０が用いられている。リニア電磁アクチュエータ４０は、上部蓋体２に固定されたプランジャチューブ４１と、プランジャチューブ４１の外側に固定された電磁コイル４２と、プランジャチューブ４１の端部に固定された吸引子４３と、プランジャチューブ４１内に弁開閉方向に移動可能に設けられたプランジャ４４とを有し、プランジャ４４に連結棒２８の上端が直接接続され、プランジャ４４によって連結棒２８を直接駆動するようになっている。
【００３９】上述の電磁アクチュエータ部分の構造以外は、実施の形態１のものと同様に構成されており、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同等の作用、効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項１記載の発明による蒸発圧力制御弁によれば、電磁アクチュエータとベローズ装置とにより弁体の開閉が行われ、電磁アクチュエータによる電動式蒸発圧力制御弁とベローズ装置による自力式蒸発圧力制御弁の機能を兼ね備えたハイブリット式の蒸発圧力制御弁が得られるから、電磁アクチュエータによる電動式蒸発圧力制御弁の長所とベローズ装置による自力式蒸発圧力制御弁の長所を活かすことができ、高い制御精度と優れた応答性が得られ、また、電動弁としての制御系を簡素化でき、しかも電力系や制御系に故障が生しても制御不能に陥ることがない。
【００４１】請求項２記載の発明による蒸発圧力制御弁によれば、ステッピングモータとベローズ装置とにより弁体の開閉が行われ、ステッピングモータによる電動式蒸発圧力制御弁とベローズ装置による自力式蒸発圧力制御弁の機能を兼ね備えたハイブリット式の蒸発圧力制御弁が得られるから、電磁アクチュエータによる電動式蒸発圧力制御弁の長所とベローズ装置による自力式蒸発圧力制御弁の長所を活かすことができ、高い制御精度と優れた応答性が得られ、また、電動弁としての制御系を簡素化でき、しかも電力系や制御系に故障が生しても制御不能に陥ることがない。
【００４２】請求項３記載の発明による蒸発圧力制御弁にれば、リニア電磁アクチュエータとベローズ装置とにより弁体の開閉が行われ、リニア電磁アクチュエータによる電動式蒸発圧力制御弁とベローズ装置による自力式蒸発圧力制御弁の機能を兼ね備えたハイブリット式の蒸発圧力制御弁が得られるから、電磁アクチュエータによる電動式蒸発圧力制御弁の長所とベローズ装置による自力式蒸発圧力制御弁の長所を活かすことができ、高い制御精度と優れた応答性が得られ、また、電動弁としての制御系を簡素化でき、しかも電力系や制御系に故障が生しても制御不能に陥ることがない。
【００４３】請求項４記載の発明による蒸発圧力制御弁によれば、ベローズ装置のベローズ内圧を真空に設定され、ベローズ内部にベローズを伸長方向に付勢する内部ばねが設けられ、ベローズ装置は、温度影響を受けることなく絶対圧力感知で、蒸発圧力に正確に応動するから、高精度な蒸発圧力制御を行うことができる。
【００４４】請求項５記載の発明による蒸発圧力制御弁によれば、均圧用弁ポートの開度は弁ポートと同じと保たれて弁体の前面側に作用する圧力と背面側に作用する圧力とが同圧に保たれ、弁ポート前後の差圧が弁体に作用することがないから、弁体の開閉駆動力が少なくて済み、弁リフト量を小さくして応答性を向上できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１４３９４９
【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月５日（１９９９．１０．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６０６９０
【弁理士】
【氏名又は名称】瀧野 秀雄 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１０８１３９（Ｐ２００１−１０８１３９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２０日（２００１．４．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２８４０５１ |
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